配套K12学习版高考化学一轮复习 第七章 化学反应速率和化学平衡 第24讲 化学平衡.docx

配套K12学习版高考化学一轮复习 第七章 化学反应速率和化学平衡 第24讲 化学平衡.docx

《配套K12学习版高考化学一轮复习 第七章 化学反应速率和化学平衡 第24讲 化学平衡.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《配套K12学习版高考化学一轮复习 第七章 化学反应速率和化学平衡 第24讲 化学平衡.docx（36页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

配套K12学习版高考化学一轮复习第七章化学反应速率和化学平衡第24讲化学平衡

第24讲　化学平衡状态　化学平衡的移动

考纲要求

　1.了解化学反应的可逆性及化学平衡的建立。

2.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，能用相关理论解释其一般规律。

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。

考点一　可逆反应与化学平衡建立

1．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

①二同：

a.相同条件下；b.正、逆反应同时进行。

②一小：

反应物与生成物同时存在；任一组分的转化率都小于（填“大于”或“小于”）100%。

（3）表示

在方程式中用“”表示。

2．化学平衡状态

（1）概念

一定条件下的可逆反应中，正反应速率与逆反应速率相等，反应体系中所有参加反应的物质的质量或浓度保持不变的状态。

（2）化学平衡的建立

（3）平衡特点

3．判断化学平衡状态的两种方法

（1）动态标志：

v正＝v逆≠0

①同种物质：

同一物质的生成速率等于消耗速率。

②不同物质：

必须标明是“异向”的反应速率关系。

如aA＋bBcC＋dD，

＝

时，反应达到平衡状态。

（2）静态标志：

各种“量”不变

①各物质的质量、物质的量或浓度不变。

②各物质的百分含量（物质的量分数、质量分数等）不变。

③温度、压强（化学反应方程式两边气体体积不相等）或颜色（某组分有颜色）不变。

总之，若物理量由变量变成了不变量，则表明该可逆反应达到平衡状态；若物理量为“不变量”，则不能作为平衡标志。

（1）2H2O

2H2↑＋O2↑为可逆反应（×）

（2）二次电池的充、放电为可逆反应（×）

（3）对反应A（g）＋B（g）C（g）＋D（g），压强不随时间而变，说明反应已达平衡状态（×）

（4）对于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）化学平衡状态指的是反应静止了，不再发生反应了（×）

（6）对于A（g）＋B（g）2C（g）＋D（g）反应，当密度保持不变，在恒温恒容或恒温恒压条件下，均不能作为达到化学平衡状态的标志（×）

（7）恒温恒容下进行的可逆反应：

2SO2（g）＋O2（g）2SO3（g），当SO3的生成速率与SO2的消耗速率相等时，反应达到平衡状态（×）

（8）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（√）

1．向含有2molSO2的容器中通入过量氧气发生2SO2（g）＋O2（g）

2SO3（g）　ΔH＝－QkJ·mol－1（Q＞0），充分反应后生成SO3的物质的量______2mol（填“＜”“>”或“＝”，下同），SO2的物质的量______0mol，转化率______100%，反应放出的热量________QkJ。

答案　＜　>　＜　＜

2．一定温度下，反应N2O4（g）2NO2（g）的焓变为ΔH。

现将1molN2O4充入一恒压密闭容器中，下列示意图正确且能说明反应达到平衡状态的是________。

答案　①④

解析　ΔH是恒量，不能作为判断平衡状态的标志；该反应是充入1molN2O4，正反应速率应是逐渐减少直至不变，③曲线趋势不正确。

题组一　极端假设，界定范围，突破判断

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，各物质的浓度有可能是（　　）

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

2．（2018·长沙一中月考）一定条件下，对于可逆反应X（g）＋3Y（g）2Z（g），若X、Y、Z的起始浓度分别为c1、c2、c3（均不为零），达到平衡时，X、Y、Z的浓度分别为0.1mol·L－1、0.3mol·L－1、0.08mol·L－1，则下列判断正确的是（　　）

A．c1∶c2＝3∶1

B．平衡时，Y和Z的生成速率之比为2∶3

C．X、Y的转化率不相等

D．c1的取值范围为0＜c1＜0.14mol·L－1

答案　D

解析　平衡浓度之比为1∶3，转化浓度亦为1∶3，故c1∶c2＝1∶3，A、C不正确；平衡时Y生成表示逆反应速率，Z生成表示正反应速率且v生成（Y）∶v生成（Z）应为3∶2，B不正确；由可逆反应的特点可知0＜c1＜0.14mol·L－1。

极端假设法确定各物质浓度范围

上述题目1可根据极端假设法判断，假设反应正向或逆向进行到底，求出各物质浓度的最大值和最小值，从而确定它们的浓度范围。

假设反应正向进行到底：

X2（g）＋Y2（g）2Z（g）

起始浓度（mol·L－1）0.10.30.2

改变浓度（mol·L－1）0.10.10.2

终态浓度（mol·L－1）00.20.4

假设反应逆向进行到底：

X2（g）＋Y2（g）2Z（g）

起始浓度（mol·L－1）0.10.30.2

改变浓度（mol·L－1）0.10.10.2

终态浓度（mol·L－1）0.20.40

平衡体系中各物质的浓度范围为X2∈（0,0.2），Y2∈（0.2,0.4），Z∈（0,0.4）。

题组二　化学平衡状态的判断

3．（2017·石家庄高三模拟）对于CO2＋3H2CH3OH＋H2O，下列说法能判断该反应达到平衡状态的是（　　）

A．v（CO2）＝

v（H2）

B．3v逆（H2）＝v正（H2O）

C．v正（H2）＝3v逆（CO2）

D．断裂3molH—H键的同时，形成2molO—H键

答案　C

4．在一定温度下的定容容器中，当下列物理量不再发生变化时：

①混合气体的压强，②混合气体的密度，③混合气体的总物质的量，④混合气体的平均相对分子质量，⑤混合气体的颜色，⑥各反应物或生成物的浓度之比等于化学计量数之比，⑦某种气体的百分含量

（1）能说明2SO2（g）＋O2（g）2SO3（g）达到平衡状态的是________。

（2）能说明I2（g）＋H2（g）2HI（g）达到平衡状态的是________。

（3）能说明2NO2（g）N2O4（g）达到平衡状态的是________________________。

（4）能说明C（s）＋CO2（g）2CO（g）达到平衡状态的是________。

（5）能说明NH2COONH4（s）2NH3（g）＋CO2（g）达到平衡状态的是________。

（6）能说明5CO（g）＋I2O5（s）5CO2（g）＋I2（s）达到平衡状态的是________。

答案　

（1）①③④⑦　

（2）⑤⑦　（3）①③④⑤⑦（4）①②③④⑦　（5）①②③　（6）②④⑦

5．若上述题目中的

（1）～（4）改成一定温度下的恒压密闭容器，结果又如何？

答案　

（1）②③④⑦　

（2）⑤⑦　（3）②③④⑤⑦（4）②③④⑦

规避“2”个易失分点

（1）化学平衡状态判断“三关注”

关注反应条件，是恒温恒容，恒温恒压，还是绝热恒容容器；关注反应特点，是等体积反应，还是非等体积反应；关注特殊情况，是否有固体参加或生成，或固体的分解反应。

（2）不能作为“标志”的四种情况

①反应组分的物质的量之比等于化学方程式中相应物质的化学计量数之比。

②恒温恒容下的体积不变的反应，体系的压强或总物质的量不再随时间而变化，如2HI（g）H2（g）＋I2（g）。

③全是气体参加的体积不变的反应，体系的平均相对分子质量不再随时间而变化，如2HI（g）H2（g）＋I2（g）。

④全是气体参加的反应，恒容条件下体系的密度保持不变。

考点二　化学平衡移动

1．化学平衡移动的过程

2．化学平衡移动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＜v逆：

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，改变下列条件对化学平衡的影响如下：

改变的条件（其他条件不变）

化学平衡移动的方向

浓度

增大反应物浓度或减小生成物浓度

向正反应方向移动

减小反应物浓度或增大生成物浓度

向逆反应方向移动

压强（对有气体参加的反应）

反应前后气体体积改变

增大压强

向气体分子总数减小的方向移动

减小压强

向气体分子总数增大的方向移动

反应前后气体体积不变

改变压强

平衡不移动

温度

升高温度

向吸热反应方向移动

降低温度

向放热反应方向移动

催化剂

同等程度改变v正、v逆，平衡不移动

（2）勒夏特列原理

如果改变影响化学平衡的条件之一（如温度、压强、以及参加反应的化学物质的浓度），平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动。

（3）“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―→

（1）化学平衡发生移动，化学反应速率一定改变；化学反应速率改变，化学平衡也一定发生移动（×）

（2）升高温度，平衡向吸热反应方向移动，此时v放减小，v吸增大（×）

（3）合成氨反应需要使用催化剂，说明催化剂可以促进该平衡向生成氨的方向移动，所以也可以用勒夏特列原理解释使用催化剂的原因（×）

（4）平衡时，其他条件不变，分离出固体生成物，v正减小（×）

（5）C（s）＋CO2（g）2CO（g）　ΔH＞0，其他条件不变时，升高温度，反应速率v（CO2）和CO2的平衡转化率均增大（√）

（6）化学平衡正向移动，反应物的转化率不一定增大（√）

（7）往平衡体系FeCl3＋3KSCNFe（SCN）3＋3KCl中加入适量KCl固体，平衡逆向移动，溶液的颜色变浅（×）

（8）对于2NO2（g）N2O4（g）的平衡体系，压缩体积，增大加强，平衡正向移动，混合气体的颜色变浅（×）

根据化学平衡原理解答下列问题：

在体积不变的密闭容器中发生N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）　ΔH＝－92.4kJ·mol－1，只改变一种外界条件，完成下表：

改变条件

平衡移动方向

氢气的转化率（增大、减小或不变）

氨气的体积分数（增大、减小或不变）

增大氮气的浓度

增大氨气的浓度

升温

充入适量氩气

答案　正向　增大　逆向　减小　增大　逆向　减小　减小　不移动　不变　不变

题组一　选取措施使化学平衡定向移动

1．（2017·南宁高三质检）COCl2（g）CO（g）＋Cl2（g）　ΔH>0，当反应达到平衡时，下列措施：

①升温　②恒容通入惰性气体　③增加CO浓度　④减压　⑤加催化剂⑥恒压通入惰性气体，能提高COCl2转化率的是（　　）

A．①②④B．①④⑥C．②③⑤D．③⑤⑥

答案　B

解析　该反应为气体体积增大的吸热反应，所以升温和减压均可以促使反应正向移动。

恒压通入惰性气体，相当于减压。

恒容通入惰性气体与加催化剂均对平衡无影响。

增加CO的浓度，将导致平衡逆向移动。

2．（2017·郑州一中检测）将NO2装入带有活塞的密闭容器中，当反应2NO2（g）N2O4（g）达到平衡后，改变某个条件，下列叙述正确的是（　　）

A．升高温度，气体颜色加深，则正反应为吸热反应

B．慢慢压缩气体体积，平衡向正反应方向移动，混合气体的颜色变浅

C．慢慢压缩气体体积，若体积减小一半，压强增大，但小于原来压强的两倍

D．恒温恒容时，充入惰性气体，压强增大，平衡向正反应方向移动，混合气体的颜色变浅

答案　C

解析　升高温度，气体颜色加深，则平衡向逆反应方向移动，故正反应为放热反应，A错误；首先假设平衡不移动，压缩体积，气体颜色加深，但平衡向正反应方向移动，使混合气体的颜色在加深后的基础上变浅，但一定比原平衡的颜色深，B错误；同理C项，首先假设平衡不移动，若体积减小一半，则压强变为原来的两倍，但平衡向正反应方向移动，使压强在原平衡两倍的基础上减小，正确；体积不变，反应物及生成物浓度不变，所以正、逆反应速率均不变，平衡不移动，颜色无变化，D错误。

3．在压强为0.1MPa、温度为300℃条件下，amolCO与3amolH2的混合气体在催化剂作用下发生反应生成甲醇：

CO（g）＋2H2（g）CH3OH（g）　ΔH＜0。

（1）平衡后将容器的容积压缩到原来的一半，其他条件不变，对平衡体系产生的影响是________（填字母）。

A．c（H2）减小

B．正反应速率加快，逆反应速率减慢

C．反应物转化率增大

D．重新平衡

减小

（2）若容器容积不变，下列措施可增大甲醇产率的是________（填字母）。

A．升高温度

B．将CH3OH从体系中分离

C．充入He，使体系总压强增大

答案　

（1）CD　

（2）B

解析　

（1）该反应为正向气体分子数减小的可逆反应，缩小体积，平衡正向移动，c（H2）增大，正、逆反应速率均增大，因而A、B均不正确。

（2）由于该反应正向是放热反应，升高温度平衡逆向移动，CH3OH的产率降低，体积不变，充入He，平衡不移动。

化学平衡移动的目的是“减弱”外界条件的改变，而不是“抵消”外界条件的改变，改变是不可逆转的。

新平衡时此物理量更靠近于改变的方向。

如①增大反应物A的浓度，平衡右移，A的浓度在增大的基础上减小，但达到新平衡时，A的浓度一定比原平衡大；②若将体系温度从50℃升高到80℃，则化学平衡向吸热反应方向移动，达到新的平衡状态时50℃＜T＜80℃；③若对体系N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）加压，例如从30MPa加压到60MPa，化学平衡向气体分子数减小的方向移动，达到新的平衡时30MPa＜p＜60MPa。

题组二　条件改变时对化学平衡移动结果的判断

4．将等物质的量的N2、H2气体充入某密闭容器中，在一定条件下，发生如下反应并达到平衡：

N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）　ΔH＜0。

当改变某个条件并维持新条件直至新的平衡时，下表中关于新平衡与原平衡的比较正确的是（　　）

选项

改变条件

新平衡与原平衡比较

A

增大压强

N2的浓度一定变小

B

升高温度

N2的转化率变小

C

充入一定量H2

H2的转化率不变，N2的转化率变大

D

使用适当催化剂

NH3的体积分数增大

答案　B

解析　A项，正反应是气体体积减小的反应，依据勒夏特列原理可知增大压强平衡向正反应方向移动，但氮气的浓度仍然比原平衡大，不正确；B项，正反应是放热反应，则升高温度平衡向逆反应方向移动，氮气的转化率降低，正确；C项，充入一定量的氢气，平衡向正反应方向移动，氮气的转化率增大，而氢气的转化率降低，不正确；D项，催化剂只能改变反应速率而不能改变平衡状态，不正确，答案选B。

5．（2017·沈阳质检）用O2将HCl转化为Cl2，可提高效益，减少污染。

新型RuO2催化剂对上述HCl转化为Cl2的总反应具有更好的催化活性。

（1）实验测得在一定压强下，总反应的HCl平衡转化率随温度变化的αHCl～T曲线如下图：

则总反应的ΔH________（填“＞”“＝”或“＜”）0。

（2）在上述实验中若压缩体积使压强增大，请在上图画出相应αHCl～T曲线的示意图，并简要说明理由：

_________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（3）下列措施中，有利于提高αHCl的有________。

A．增大n（HCl）B．增大n（O2）

C．使用更好的催化剂D．移去H2O

答案　

（1）＜　

（2）见下图

温度相同的条件下，增大压强，平衡右移，αHCl增大，因此曲线应在原曲线上方　（3）BD

解析　

（1）结合题中αHCl～T图像可知，随着温度升高，αHCl降低，说明升高温度平衡逆向移动，得出正反应方向为放热反应，即ΔH＜0。

（2）结合可逆反应2HCl（g）＋

O2（g）H2O（g）＋Cl2（g）的特点，增大压强平衡向右移动，αHCl增大，则相同温度下，HCl的平衡转化率比增压前的大，曲线如答案中图示所示。

（3）有利于提高αHCl，则采取措施应使平衡2HCl（g）＋

O2（g）H2O（g）＋Cl2（g）正向移动。

A项，增大n（HCl），则c（HCl）增大，虽平衡正向移动，但αHCl减小，错误；B项，增大n（O2）即增大反应物的浓度；D项，移去H2O即减小生成物的浓度，均能使平衡正向移动，两项都正确；C项，使用更好的催化剂，只能加快反应速率，不能使平衡移动，错误。

6．（2018·石家庄质检）乙苯催化脱氢制苯乙烯反应：

工业上，通常在乙苯蒸气中掺混水蒸气（原料气中乙苯和水蒸气的物质的量之比为1∶9），控制反应温度600℃，并保持体系总压为常压的条件下进行反应。

在不同反应温度下，乙苯的平衡转化率和某催化剂作用下苯乙烯的选择性（指除了H2以外的产物中苯乙烯的物质的量分数）示意图如下：

（1）掺入水蒸气能提高乙苯的平衡转化率，解释说明该事实：

____________________________。

（2）控制反应温度为600℃的理由是_______________________________________________

________________________________________________________________________。

答案　

（1）正反应方向气体分子数增加，加入水蒸气稀释，相当于起减压的效果

（2）600℃，乙苯的转化率和苯乙烯的选择性均较高。

温度过低，反应速率慢，转化率低；温度过高，选择性下降。

高温还可能使催化剂失活，且能耗大

解化学平衡移动的思维过程

关注特点—

―→分析条件（浓度、温度、压强等）

―→想原理（平衡移动原理）―→综合判断得结论。

题组三　平衡移动方向与结果的判断

7．对于以下三个反应，从反应开始进行到达到平衡后，保持温度、体积不变，按要求回答下列问题。

（1）PCl5（g）PCl3（g）＋Cl2（g）

再充入PCl5（g），平衡向________方向移动，达到平衡后，PCl5（g）的转化率________，PCl5（g）的百分含量______。

答案　正反应　减小　增大

（2）2HI（g）I2（g）＋H2（g）

再充入HI（g），平衡向________方向移动，达到平衡后，HI的分解率________，HI的百分含量________。

答案　正反应　不变　不变

（3）2NO2（g）N2O4（g）

再充入NO2（g），平衡向________方向移动，达到平衡后，NO2（g）的转化率________，NO2（g）的百分含量________。

答案　正反应　增大　减小

1．恒容状态下的化学平衡分析

在恒容容器中，当改变其中一种气态物质的浓度时，必然会引起压强的改变，但判断平衡移动的方向时，仍以浓度的影响来考虑。

如反应2NO2N2O4，达到平衡后，若向容器中再通入反应物NO2，则c（NO2）增大，平衡向正反应方向移动；若向容器中通入生成物N2O4，则c（N2O4）增大，平衡向逆反应方向移动。

但由于两种情况下，容器内的压强都增大，故对最终平衡状态的影响是一致的，则两种情况下，达到新的平衡时，NO2的百分含量都比原平衡时要小。

2．平衡转化率的分析与判断方法

（1）反应aA（g）＋bB（g）cC（g）＋dD（g）的转化率分析

①若反应物起始物质的量之比等于化学计量数之比，达到平衡后，它们的转化率相等。

②若只增加A的量，平衡正向移动，B的转化率提高，A的转化率降低。

③若按原比例同倍数地增加（或降低）A、B的浓度，等效于压缩（或扩大）容器体积，气体反应物的转化率与化学计量数有关。

同倍增大c（A）和c（B）

（2）反应mA（g）nB（g）＋qC（g）的转化率分析

在T、V不变时，增加A的量，等效于压缩容器体积，A的转化率与化学计量数有关。

增大c（A）

考点三　应用“等效平衡”判断平衡移动的结果

1．等效平衡的含义

在一定条件下（恒温恒容或恒温恒压）下，同一可逆反应体系，不管是从正反应开始，还是从逆反应开始，还是正、逆反应同时投料，达到化学平衡状态时，任何相同组分的百分含量（质量分数、物质的量分数、体积分数等）均相同。

2．等效平衡的判断方法

（1）恒温、恒容条件下反应前后体积改变的反应

判断方法：

极值等量即等效。

例如：

2SO2（g）＋O2（g）2SO3（g）

①2mol1mol0

②002mol

③0.5mol0.25mol1.5mol

④amolbmolcmol

上述①②③三种配比，按化学方程式的化学计量关系均转化为反应物，则SO2均为2mol，O2均为1mol，三者建立的平衡状态完全相同。

④中a、b、c三者的关系满足：

c＋a＝2，

＋b＝1，即与上述平衡等效。

（2）恒温、恒压条件下反应前后体积改变的反应

判断方法：

极值等比即等效。

例如：

2SO2（g）＋O2（g）2SO3（g）

①2mol3mol0

②1mol3.5mol2mol

③amolbmolcmol

按化学方程式的化学计量关系均转化为反应物，则①②中

＝

，故互为等效平衡。

③中a、b、c三者关系满足：

＝

，即与①②平衡等效。

（3）恒温条件下反应前后体积不变的反应

判断方法：

无论是恒温、恒容，还是恒温、恒压，只要极值等比即等效，因为压强改变对该类反应的化学平衡无影响。

例如：

H2（g）＋I2（g）2HI（g）

①1mol1mol0

②2mol2mol1mol

③amolbmolcmol

①②两种情况下，n（H2）∶n（I2）＝1∶1，故互为等效平衡。

③中a、b、c三者关系满足

∶

＝1∶1或a∶b＝1∶1，c≥0，即与①②平衡等效。

3．虚拟“中间态”法构建等效平衡

（1）构建恒温恒容平衡思维模式

新平衡状态可认为是两个原平衡状态简单的叠加并压缩而成，相当于增大压强。

（2）构建恒温恒压平衡思维模式（以气体物质的量增加的反应为例，见图示）

新平衡状态可以认为是两个原平衡状态简单的叠加，压强不变，平衡不移动。

1．（2018·衡水二中模拟）在相同温度和压强下，对反应CO2（g）＋H2（g）CO（g）＋H2O（g）进行甲、乙、丙、丁四组实验，实验起始时放入容器内各组分的物质的量见下表

物质

物质的量

实验

CO2

H2

CO

H2O

甲

amol

amol

0mol

0mol

乙

2amol

amol

0mol

0mol

丙

0mol

0mol

amol

amol