版高考化学一轮复习第7章化学反应速率和化学平衡第2节化学平衡状态化学平衡的移动学案.docx

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版高考化学一轮复习第7章化学反应速率和化学平衡第2节化学平衡状态化学平衡的移动学案

第2节　化学平衡状态　化学平衡的移动

考试说明

1．了解化学反应的可逆性。

2．了解化学平衡建立的过程；掌握化学平衡的特征。

3．理解外界条件（浓度、温度、压强、催化剂等）对化学平衡的影响，认识其一般规律。

4．了解化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。

命题规律

本节内容是高考的重点与热点，主要考点有两个：

一是化学平衡状态的判断；二是化学平衡移动原理，它往往以化学图像为载体，结合化学反应速率的变化、化学平衡常数，一起进行考查，同时考查观察图表、数据处理、分析问题的能力。

考点1　可逆反应和化学平衡状态

1．化学平衡研究的对象——可逆反应

（1）定义：

在同一条件下既可以向正反应方向进行，同时又可以向逆反应方向进行的化学反应。

（2）特点——“三同一小”。

①三同：

a.相同条件下；b.正逆反应同时进行；c.反应物与生成物同时存在。

②一小：

任一组分的转化率都小于（填“等于”或“小于”）100%。

（3）表示方法：

在化学方程式中用“”表示。

2．化学平衡状态

（1）概念：

在一定条件下的可逆反应中，正反应速率和逆反应速率相等，反应体系中所有参加反应的物质的浓度或质量保持不变的状态。

（2）建立过程

在一定条件下，把某一可逆反应的反应物加入固定容积的密闭容器中。

反应过程如下：

以上过程可用如图表示：

（3）化学平衡状态特征

（1）可逆反应体系中，生成物不能全部转化为反应物，反应物也不能完全转化为生成物。

（2）化学反应的平衡状态可以从正反应方向建立，也可以从逆反应方向建立，或者同时从正、逆方向建立。

（3）化学反应达到化学平衡状态的正逆反应速率相等，是指同一物质的消耗速率和生成速率相等，若用不同物质表示时，反应速率不一定相等。

（4）化学反应达平衡状态时，各组分的浓度、百分含量保持不变，但不一定相等。

【基础辨析】

判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。

（1）2H2O

2H2↑＋O2↑为可逆反应。

（×）

（2）对于反应2A（g）＋B（s）3C（g），在恒温恒容密闭容器中反应，当混和气体的密度或压强保持不变时，都说明反应已达平衡状态。

（√）

（3）由2SO2（g）＋O2（g）2SO3（g）　ΔH＝－196.6kJ·mol－1知，2molSO2与1molO2在恒压密闭容器中充分反应，可放出196.6kJ的热量。

（×）

（4）对NO2（g）＋SO2（g）SO3（g）＋NO（g）反应，当每消耗1molSO3的同时生成1molNO2时，说明反应达到平衡状态。

（×）

（5）对反应A（s）＋3B（g）2C（g）＋D（g），在恒温恒容密闭容器中反应，当压强不随时间而改变，说明反应已达平衡。

（×）

（6）在2L密闭容器内，800℃时反应2NO（g）＋O2（g）2NO2（g）体系中，当该容器内颜色保持不变时能说明该反应已达到平衡状态。

（√）

题组一可逆反应及其特点

1．在密闭容器中进行反应：

X2（g）＋Y2（g）2Z（g），已知X2、Y2、Z的起始浓度分别为0.1mol·L－1、0.3mol·L－1、0.2mol·L－1，在一定条件下，当反应达到平衡时，各物质的浓度可能是（　　）

A．Z为0.3mol·L－1B．Y2为0.4mol·L－1

C．X2为0.2mol·L－1D．Z为0.4mol·L－1

答案　A

解析　若X2完全转化为Z，则X2、Y2、Z的浓度分别是0mol·L－1、0.2mol·L－1、0.4mol·L－1；若Z完全转化为X2、Y2，则X2、Y2、Z的浓度分别是0.2mol·L－1、0.4mol·L－1、0mol·L－1；反应为可逆反应，反应物不能完全转化，所以，0

2．在一个密闭容器中发生如下反应：

2SO2（g）＋O2（g）2SO3（g），反应过程中某一时刻测得SO2、O2、SO3的浓度分别为：

0.2mol·L－1、0.2mol·L－1、0.2mol·L－1，当反应达到平衡时，可能出现的数据是（　　）

A．c（SO3）＝0.4mol·L－1

B．c（SO2）＝c（SO3）＝0.15mol·L－1

C．c（SO2）＝0.25mol·L－1

D．c（SO2）＋c（SO3）＝0.5mol·L－1

答案　C

解析　　　　2SO2（g）　＋　　O2（g）　　　2SO3（g）

c（某时刻）0.2mol·L－10.2mol·L－10.2mol·L－1

向右进行完全　　00.1mol·L－10.4mol·L－1

向左进行完全0.4mol·L－10.3mol·L－1　0

由于反应为可逆反应，SO3的浓度一定小于0.4mol·L－1，故A错误；SO2与SO3浓度不会均为0.15mol·L－1，只能一种物质的浓度增大，另一种物质的浓度减小，故B错误；由于反应为可逆反应，SO2的浓度一定小于0.4mol·L－1，大于0，则可能为0.25mol·L－1，故C正确；根据元素守恒，c（SO2）＋c（SO3）＝0.4mol·L－1，故D错误。

题组二化学平衡状态的标志

3．[2017·河北石家庄摸底]恒温恒容条件下，某密闭容器中发生如下反应：

H2（g）＋I2（g）2HI（g），说明该反应已达到平衡状态的是（　　）

A．容器内总压强不随时间改变

B．气体的密度不随时间改变

C．单位时间内生成2molHI同时消耗1molH2

D．H2的体积分数不随时间改变

答案　D

解析　该反应前后气体总分子数不变，则恒温恒容条件下，容器内气体总压强始终不变，故不能根据总压强的不变判断反应达到平衡状态，A错误；反应物和生成物均为气体，则气体总质量不变，又知该反应在恒温恒容条件下进行，则气体的密度始终不变，故不能根据密度不变判断反应达到平衡状态，B错误；生成2molHI和消耗1molH2均表示正反应速率，故不能判断反应达到平衡状态，C错误；该反应正向进行时，H2的体积分数减小，而逆向进行时，H2的体积分数增大，当H2的体积分数不随时间改变，即v正（H2）＝v逆（H2），则该反应达到平衡状态，D正确。

4．

（1）在一定条件下，可逆反应达到平衡状态的本质特征是__________________________。

下列关系中能说明反应N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）已经达到平衡状态的是________。

A．3v正（N2）＝v正（H2）B．v正（N2）＝v逆（NH3）

C．2v正（H2）＝3v逆（NH3）D．v正（N2）＝3v逆（H2）

（2）在一定温度下的恒容密闭容器中，可逆反应达到平衡状态时，一些宏观物理量恒定不变：

a.反应容器中生成物的浓度不变；b.反应物的生成速率与生成物的消耗速率之比等于化学计量数之比；c.混合气体的压强不变；d.混合气体的密度不变；e.混合气体的平均相对分子质量不变；f.混合气体的总物质的量不变；g.混合气体的颜色不变；h.各反应物和生成物的浓度之比等于化学计量数之比；i.某种气体的质量分数不变。

①能说明反应N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）达到平衡状态的有________；

②能说明反应2NO2（g）N2O4（g）达到平衡状态的有________。

答案　

（1）正反应速率与逆反应速率相等　C

（2）①acefi　②acefgi

解析　

（1）化学平衡状态的本质特征是v（正）＝v（逆），A项均为正反应速率，错误；B项，2v正（N2）＝v逆（NH3），才达到平衡，错误；D项，3v正（N2）＝v逆（H2），才达到平衡，错误。

（2）依据化学平衡状态的特征进行判断。

可逆反应达平衡状态的判断方法

准确地判断题目提供的物理量，反应过程中是变量还是定量，变量不变，则可逆反应达平衡。

以mA（g）＋nB（g）pC（g）＋qD（g）为例：

考点2　化学平衡的移动

1．化学平衡移动的过程

原化学平衡状

2．化学平衡移动方向与化学反应速率的关系

（1）v正>v逆：

平衡向正反应方向移动。

（2）v正＝v逆：

反应达到平衡状态，不发生平衡移动。

（3）v正

平衡向逆反应方向移动。

3．影响化学平衡的因素

（1）若其他条件不变，改变下列条件对平衡的影响如下：

（2）勒夏特列原理

如果改变影响化学平衡的条件（浓度、压强、温度等）之一，平衡将向着减弱这种改变的方向移动。

（1）固体或纯液体用量的改变，对平衡没有影响。

（2）当反应混合物中不存在气态物质时，压强的变化对平衡没有影响。

（3）对于反应前后气体体积无变化的反应，如H2（g）＋I2（g）2HI（g）等，压强的变化对其平衡也无影响。

但通过改变体积增大（或减小）压强，会使各物质浓度增大（或减小），混合气体的颜色变深（或浅）。

（4）恒容时，同等程度地改变反应混合物中各物质的浓度时，应视为压强的影响，增大（减小）浓度相当于增大（减小）压强。

（5）“惰性气体”对化学平衡的影响

①恒温、恒容条件

原平衡体系

体系总压强增大―→体系中各组分的浓度不变―→平衡不移动。

②恒温、恒压条件

原平衡体系

容器容积增大，各反应气体的分压减小―→体系中各组分的浓度同倍数减小（等效于减压）

【基础辨析】

判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。

（1）增大反应物的量，化学反应速率加快，化学平衡正向移动。

（×）

（2）化学平衡发生移动，速率一定改变。

速率改变，化学平衡一定发生移动。

（×）

（3）二氧化氮与四氧化二氮的平衡体系，加压（压缩体积）后颜色加深。

（√）

（4）对“H2（g）＋I2（g）2HI（g）”无论恒温恒容，还是恒温恒压，充入稀有气体，平衡均不移动。

（√）

（5）CO（g）＋H2O（g）CO2（g）＋H2（g）　ΔH<0，在其他条件不变的情况下改变压强，平衡不发生移动，反应放出的热量不变。

（√）

（6）恒温恒容条件下，反应2NO2（g）N2O4（g）达到平衡后，再向容器中通入一定量的N2O4（g）重新达到平衡后，NO2的体积分数增大。

（×）

1．反应2A（g）2B（g）＋E（g）　ΔH＝QkJ·mol－1（Q>0），达到平衡时，要使正反应速率降低，A的浓度增大，应采取的措施是（　　）

A．缩小体积加压B．扩大体积减压

C．增加E的浓度D．降温

答案　D

解析　缩小体积加压，平衡逆向移动，A的浓度增大，但正反应速率也增大，A错误；扩大体积减压，平衡正向移动，正反应速率减低，但A的浓度也减小，B错误；增加E的浓度，平衡逆向移动，A的浓度增大，正反应速率也增大，C错误；降温，正反应速率降低，且平衡逆向移动，A的浓度增大，D正确。

2．一定量的混合气体在密闭容器中发生反应：

mA（g）＋nB（g）pC（g）达到平衡时，维持温度不变，将气体体积缩小到原来的1/2，当达到新的平衡时，气体C的浓度变为原平衡时的1.9倍，则下列说法正确的是（　　）

A．m＋n>pB．m＋n

C．平衡向正反应方向移动D．C的质量分数增加

答案　B

解析　当气体体积缩小到原来的1/2，假设平衡未发生移动（虚拟出一种中间状态），则C的浓度为原平衡时的2倍，而事实上平衡发生了移动，平衡移动的结果是C的浓度变为原平衡时的1.9倍，则可认为由虚拟中间状态向逆反应方向发生了移动。

3．在一体积可变的密闭容器中，加入一定量的X、Y，发生反应mX（g）nY（g）　ΔH＝QkJ·mol－1。

反应达到平衡时，Y的物质的量浓度与温度、气体体积的关系如下表所示：

下列说法正确的是（　　）

A．m>n

B．Q<0

C．温度不变，压强增大，Y的质量分数减小

D．体积不变，温度升高，平衡向逆反应方向移动

答案　C

解析　温度不变时，当体积扩大到原来的两倍时，Y的浓度降低的倍数小于2，所以可确定增大体积，平衡正向移动，则有m0，B、D两项错误。

解析化学平衡移动题目的一般思路

改变条件

考点3　等效平衡

1．含义

在一定条件下（等温等容或等温等压），对同一可逆反应体系，起始时加入物质的物质的量不同，而达到化学平衡时，同种物质的百分含量相同。

2．原理

同一可逆反应，当外界条件一定时，反应无论从正反应开始，还是从逆反应开始，最后都能达到平衡状态。

其中平衡混合物中各物质的含量相同。

由于化学平衡状态与条件有关，而与建立平衡的途径无关。

因而，同一可逆反应，从不同的状态开始，只要达到平衡时条件（温度、浓度、压强等）完全相同，则可形成等效平衡。

3．等效平衡规律

对于可逆反应aA（g）＋bB（g）cC（g）＋dD（g）

等效平衡与等同平衡的异同

条件

判断方法

结果

恒温恒容：

反应前后气体体积不相等的可逆反应，aA（g）＋bB（g）cC（g）[Δn（g）≠0]

投料换算成相同物质表示的物质的量相同―→同归定值

两次平衡时各组分百分含量、n、c均相同―→完全相同―→等同平衡

恒温恒容：

反应前后气体体积相等的可逆反应，aA（g）＋bB（g）cC（g）[Δn（g）＝0]

投料换算成相同物质表示的物质的量等比例―→同归定比

两次平衡时各组分百分含量相同，n、c同比例变化―→等效平衡

恒温恒压：

所有有气体参加的可逆反应

投料换算成相同物质表示的物质的量等比例―→同归定比

两次平衡时各组分百分含量相同、c相同，n同比例变化―→等效平衡

【基础辨析】

在等温等压条件下，可逆反应2A（g）＋B（g）3C（g）＋D（g）起始物质的量如下表所示：

序号

A

B

C

D

①

2mol

1mol

0

0

②

4mol

2mol

0

0

③

1mol

0.5mol

1.5mol

0.5mol

④

0

1mol

3mol

1mol

⑤

0

0

3mol

1mol

上述反应达到平衡后，互为等效平衡的是哪几组？

达到平衡后，哪些量相同？

提示　①②③⑤互为等效平衡。

表现在达到平衡后物质的量浓度、组分百分含量（物质的量分数、质量分数、体积分数）相同。

1．在一个1L的密闭容器中，加入2molA和1molB，发生反应：

2A（g）＋B（g）3C（g）＋D（s），达到平衡时，C的浓度为1.2mol/L，维持容器的体积和温度不变，按下列配比作为起始物质，达到平衡后，C的浓度还是1.2mol/L的是（　　）

A．1molA＋0.5molB＋1.5molC＋0.1molD

B．3molC＋0.5molD

C．2molA＋1molB＋1molD

D．0.5molA＋0.25molB＋2.25molC

答案　C

解析　反应2A（g）＋B（g）3C（g）＋D（s），D为固体，D的量不影响平衡移动；在恒温恒容下，不同途径达到平衡后，C的浓度仍为1.2mol/L，说明与原平衡互为等效平衡，按化学计量数转化到方程式的左边，只要满足n（A）＝2mol，n（B）＝1mol即可。

由于D的物质的量为0.1mol，按方程式的化学计量数转化到左边，可得1.2molA、0.6molB和1.2molC，与原平衡不互为等效平衡，A错误；若开始加入3molC＋0.5molD，将3molC、0.5molD按化学计量数转化到左边可得1molA、0.5molB，剩余1.5molC，与原平衡不是等效平衡，B错误；由于D为固体，不影响化学平衡，所以反应后与原平衡互为等效平衡，C正确；没有加入D物质，无法建立等效平衡，D错误。

2．如图所示，隔板Ⅰ固定不动，活塞Ⅱ可自由移动，M、N两个容器中均发生反应：

A（g）＋2B（g）xC（g），向M、N中通入1molA和2molB的混合气体，初始时M、N的容积相同，保持温度不变。

下列说法正确的是（　　）

A．若x＝3，达到平衡后A的体积分数关系：

φ（M）>φ（N）

B．若x<3，C的平衡浓度关系：

c（M）

C．若x>3，达到平衡后B的转化率关系：

α（M）>α（N）

D．x不论为何值，平衡时M、N中的平均相对分子质量都相等

答案　B

解析　M容器是恒温恒容条件下建立的平衡状态，N容器是恒温恒压条件下建立的平衡状态。

若x＝3，该反应前后气体总分子数不变，N容器建立的平衡与恒温恒容下建立的平衡是等效平衡，故达到平衡后A的体积分数关系为φ（M）＝φ（N），A错误。

若x<3，该反应前后气体总分子数减少，N容器建立的平衡相当于恒温恒容下建立平衡后，缩小容器的容积，增大压强，平衡正向移动，C的平衡浓度增大，故C的平衡浓度关系为c（M）

若x>3，反应前后气体总分子数增加，N容器建立的平衡相当于恒温恒容下建立平衡后，扩大容器的容积，减小压强，平衡正向移动，B的转化率增大，故达到平衡后B的转化率关系为α（M）<α（N），C错误。

若x＝3，M、N中平衡状态相同，平衡时M、N的平均相对分子质量相等；若x>3或x<3，二者的平衡状态不同，平衡时M、N的平均相对分子质量不相等，D错误。

3．在一固定容积的密闭容器中，保持一定温度，在一定条件下进行反应A（g）＋2B（g）3C（g），已知加入1molA和3molB，且达到平衡后，生成amolC。

（1）达到平衡时，C在混合气体中的体积分数是________（用字母a表示）。

（2）在相同的实验条件下，若加入2molA和6molB，达到平衡后，C的物质的量为________mol（用字母a表示），此时C在反应混合气体中的质量分数________（填“增大”“减小”或“不变”）。

（3）在相同实验条件下，若改为加入2molA和8molB，若要求平衡后C在反应混合气体中的质量分数不变，则还应加入C________mol。

答案　

（1）

（2）2a　不变　（3）6

解析　

（1）由于该反应是等体积反应，n总＝n平＝4mol，

＝

＝

。

（2）物质按比例增多，相当于对体系加压，平衡不移动，故质量分数不变。

（3）根据等效平衡原理，设还应加入Cxmol，则

∶

＝1∶3，

解得x＝6。

等效平衡判断“四步曲”

1．[2016·四川高考]一定条件下，CH4与H2O（g）发生反应：

CH4（g）＋H2O（g）CO（g）＋3H2（g）。

设起始

＝Z，在恒压下，平衡时CH4的体积分数φ（CH4）与Z和T（温度）的关系如图所示。

下列说法正确的是（　　）

A．该反应的焓变ΔH>0

B．图中Z的大小为a>3>b

C．图中X点对应的平衡混合物中

＝3

D．温度不变时，图中X点对应的平衡在加压后φ（CH4）减小

答案　A

解析　根据图像可知，温度升高，φ（CH4）减小，说明平衡右移，则正反应是吸热反应，该反应的焓变ΔH>0，A正确；温度一定时，Z增大，平衡右移，φ（CH4）减小，则a<3

＝3，由于反应时消耗n（H2O）∶n（CH4）＝1∶1，则平衡时

>3，C错误；加压后X点对应的平衡左移，φ（CH4）增大，D错误。

2．[2016·江苏高考]（双选）一定温度下，在3个体积均为1.0L的恒容密闭容器中反应2H2（g）＋CO（g）CH3OH（g）达到平衡。

下列说法正确的是（　　）

A．该反应的正反应放热

B．达到平衡时，容器Ⅰ中反应物转化率比容器Ⅱ中的大

C．达到平衡时，容器Ⅱ中c（H2）大于容器Ⅲ中c（H2）的两倍

D．达到平衡时，容器Ⅲ中的正反应速率比容器Ⅰ中的大

答案　AD

解析　若反应Ⅲ的温度为400℃，则反应Ⅰ和反应Ⅲ达到的平衡为等效平衡，而反应Ⅲ的实际温度为500℃，500℃时CH3OH的平衡浓度比400℃时的小，说明升高温度后，平衡逆向移动，故正反应为放热反应，A正确；反应Ⅱ相当于给反应Ⅰ加压，加压时，平衡正向移动，故容器Ⅱ中反应物的转化率大，B错误；由表中数据知，达到平衡时，可求得容器Ⅰ中c（H2）＝0.04mol·L－1，可推知容器Ⅱ中c（H2）<0.08mol·L－1，容器Ⅲ中c（H2）＝0.15mol·L－1，平衡时，Ⅱ中c（H2）小于容器Ⅲ中c（H2）的两倍，C错误；浓度相同，容器Ⅲ中的温度高，所以容器Ⅲ中正反应速率大于容器Ⅰ中的，D正确。

3．[2017·天津高考（节选）]SO2的除去

方法1（双碱法）：

用NaOH吸收SO2，并用CaO使NaOH再生

NaOH溶液

Na2SO3溶液

写出过程①的离子方程式：

________________________________________________________________________；

CaO在水中存在如下转化：

CaO（s）＋H2O（l）===Ca（OH）2（s）Ca2＋（aq）＋2OH－（aq）

从平衡移动的角度，简述过程②NaOH再生的原理________________________________________________________________________________________________________________________________________________。

方法2：

用氨水除去SO2

答案　2OH－＋SO2===SO

＋H2O　SO

与Ca2＋生成CaSO3沉淀，平衡向正向移动，有NaOH生成

解析　SO2和NaOH反应的产物是Na2SO3，反应的离子方程式为SO2＋2OH－===SO

＋H2O。

该NaOH再生过程是可逆过程，Ca2＋与SO

生成的CaSO3难溶于水，Ca2＋浓度减小会使平衡向右移动，增大OH－浓度。

4．[2017·全国卷Ⅱ]丁烯是一种重要的化工原料，可由丁烷催化脱氢制备。

回答下列问题：

（1）正丁烷（C4H10）脱氢制1丁烯（C4H8）的热化学方程式如下：

①C4H10（g）===C4H8（g）＋H2（g）　ΔH1

已知：

②C4H10（g）＋

O2（g）===C4H8（g）＋H2O（g）　ΔH2＝－119kJ·mol－1

③H2（g）＋

O2（g）===H2O（g）

ΔH3＝－242kJ·mol－1

反应①的ΔH1为________kJ·mol－1。

图（a）是反应①平衡转化率与反应温度及压强的关系图，x________0.1（填“大于”或“小于”）；欲使丁烯的平衡产率提高，应采取的措施是________（填标号）。

A．升高温度B．降低温度C．增大压强D．降低压强

（2）丁烷和氢气的混合气体以一定流速通过填充有催化剂的反应器（氢气的作用是活化催化剂），出口气中含有丁烯、丁烷、氢气等。

图（b）为丁烯产率与进料气中n（氢气）/n（丁烷）的关系。

图中曲线呈现先升高后降低的变化趋势，其降低的原因是________________________________________________________________________。

（3）图（c）为反应产率和反应温度的关系曲线，副产物主要是高温裂解生成的短碳链烃类化合物。

丁烯产率在590℃之前随温度升高而增大的原因可能是______________________