届高考化学一轮复习化学平衡状态 化学平衡的移动学案.docx

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届高考化学一轮复习化学平衡状态化学平衡的移动学案

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）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）二次电池的充、放电为可逆反应（×）

（2）在化学平衡建立过程中，v正一定大于v逆（×）

（3）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（×）

（4）在一定条件下，向密闭容器中充入1molN2和3molH2充分反应，生成2molNH3（×）

1.向含有2molSO2的容器中通入过量O2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______（填“＜”“>”或“＝”，下同）2mol，SO2的物质的量______0mol，转化率______100%，反应放出的热量________QkJ。

答案　＜　>　＜　＜

2.总压强不变在什么情况下不能作为反应达到平衡的标志？

答案　恒温恒容条件下，对于反应前后气体化学计量数相等的反应，总压强不变不能作为判断平衡的标志；恒温恒压条件下，对于一切反应，总压强不变均不能作为判断平衡的标志。

3.混合气体的密度不变在什么情况下不能作为反应达到平衡的标志？

答案　恒温恒容条件下，反应物、生成物都是气体的化学反应，混合气体的密度不变不能作为判断反应达到平衡的标志。

题组一　“极端转化”确定各物质的量

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）　　0.1　0.3　0.2

改变浓度（mol·L－1）　　0.1　0.1　0.2

终态浓度（mol·L－1）　　0　 0.2　0.4

假设反应逆向进行到底：

X2（g）＋Y2（g）2Z（g）

起始浓度（mol·L－1）　　0.1　0.3　0.2

改变浓度（mol·L－1）　　0.1　0.1　0.2

终态浓度（mol·L－1）　　0.2　0.4　0

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

4.一定温度下，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（　　）

A.①②B.②④C.③④D.①④

答案　D

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小直至不变，③曲线趋势不正确。

5.在一定温度下的恒容容器中，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

6.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）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（√）

（4）化学平衡正向移动，反应物的转化率不一定增大（√）

（5）向平衡体系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（×）

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

在一个密闭容器中充入amolA和bmolB，发生反应aA（g）＋bB（g）cC（g）＋dD（g）　ΔH＞0，一段时间后达到平衡，测得各物质的浓度。

（1）若体积不变，仅增加c（A），A的转化率将减小（填“增大”“减小”或“不变”，下同），B的转化率将增大，达到新平衡时，c（A）将增大，c（B）将减小，c（C）将增大，c（D）将增大。

（2）体积不变，再充入amolA和bmolB，则平衡正向移动，达到新平衡时，c（A）将增大，c（B）将增大，c（C）将增大，c（D）将增大。

①若a＋b＝c＋d，则A的转化率将不变；

②若a＋b＞c＋d，则A的转化率将增大；

③若a＋b＜c＋d，则A的转化率将减小。

（3）升高温度，平衡正向移动，达到新平衡时，c（A）将减小，c（B）将减小，c（C）将增大，c（D）将增大，A的转化率将增大。

题组一　选取措施使化学平衡定向移动

1.（2019·桂林高三质检）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.工业上利用Ga与NH3高温条件下合成半导体材料氮化稼（GaN）固体同时有氢气生成。

反应中，每生成3molH2时放出30.8kJ的热量。

恒温恒容密闭体系内进行上述反应，下列有关表达正确的是（　　）

A.Ⅰ图像中如果纵坐标为正反应速率，则t时刻改变的条件可以为升温或加压

B.Ⅱ图像中纵坐标可以为镓的转化率

C.Ⅲ图像中纵坐标可以为化学反应速率

D.Ⅳ图像中纵坐标可以为体系内混合气体平均相对分子质量

答案　A

解析　A项，Ⅰ图像中如果纵坐标为正反应速率，升高温度或增大压强，反应速率增大，图像符合题意，正确；B项，Ga是固体，没有浓度可言，不能计算其转化率，错误；C项，Ga是固体，其质量不影响反应速率，错误；D项，反应方程式为2Ga（s）＋2NH3（g）2GaN（s）＋3H2（g）　ΔH＜0，相同压强下，升高温度，平衡逆向移动，平均相对分子质量增大；相同温度下，增大压强，平衡逆向移动，平均相对分子质量增大，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。

题组二　新旧平衡的比较

4.在一密闭容器中，反应aA（g）＋bB（s）cC（g）＋dD（g）达到平衡后，保持温度不变，将容器缩小为原来的一半，当达到新的平衡时，A的浓度是原来的1.6倍，则下列说法正确的是（　　）

A.平衡向逆反应方向移动

B.a＜c＋d

C.物质A的转化率增大

D.物质D的浓度减小

答案　C

解析　容器缩小为原来的一半，若平衡不移动，则A的浓度应变为原来的2倍，说明平衡正向移动，A的转化率增大。

5.将等物质的量的N2、H2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达到新的平衡时，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的浓度一定减小

B

升高温度

N2的转化率减小

C

充入一定量H2

H2的转化率不变，N2的转化率增大

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，氮气的转化率减小，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，而氢气的转化率减小，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。

6.（2019·武汉质检）一定温度下，密闭容器中进行反应：

2SO2（g）＋O2（g）2SO3（g）　ΔH＜0。

测得v正（SO2）随反应时间（t）的变化如图所示。

下列有关说法正确的是（　　）

A.t2时改变的条件：

只加入一定量的SO2

B.在t1时平衡常数K1大于t3时平衡常数K3

C.t1时平衡混合气的

大于t3时平衡混合气的

D.t1时平衡混合气中SO3的体积分数等于t3时平衡混合气中SO3的体积分数

答案　D

解析　t2时，v正（SO2）突然增大，且达到平衡后速率恢复至原来的速率，如果只加入一定量的SO2，达到新的平衡后，速率大于原来的速率，A错误；平衡常数只与温度有关，一定温度下，K值不变，B错误；平衡状态相同，各物质的百分含量相同，平均摩尔质量相同，故C错误、D正确。

7.（2018·长沙质检）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______（填字母）。

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。

1.分析化学平衡移动问题的注意事项

（1）平衡移动的结果只是减弱了外界条件的变化，而不能消除外界条件的变化。

（2）不要把v正增大与平衡向正反应方向移动等同起来，只有v正＞v逆时，才使平衡向正反应方向移动。

（3）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。

（4）对于缩小体积增大压强，不管是否移动，各成分的浓度均增大，但增大的倍数可能不同也可能相同。

2.解答化学平衡移动类判断题的思维过程

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。

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

②0 0  2mol

③0.5mol 0.25mol 1.5mol

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

②1mol3.5mol 2mol

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。

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.向一固定体积的密闭容器中通入amolN2O4气体，在密闭容器内发生反应：

N2O4（g）2NO2（g），达到平衡时再通入amolN2O4气体，再次达到平衡时，与第一次达平衡时相比，N2O4的转化率（　　）

A.不变B.增大C.减小D.无法判断

答案　C

解析　恒温恒容条件下，投料等比增加同增压，判断平衡（指的是新建立的与原平衡等效的过渡态平衡，而不是原平衡），增大压强平衡向左移，转化率降低。

2.已知H2（g）＋I2（g）2HI（g）　ΔH＜0，有相同容积的定容密闭容器甲和乙，甲中加入H2和I2各0.1mol，乙中加入HI0.2mol，在相同温度下分别达到平衡。

现欲使甲中HI平衡时的百分含量大于乙中HI平衡时的百分含量，则应采取的措施是（　　）

A.甲、乙提高相同温度

B.甲中加入0.1molHe，乙中不变

C.甲降低温度，乙增大压强

D.甲增加0.1molH2，乙增加0.1molI2

答案　C

解析　相同容积的定容密闭容器甲和乙，甲中加入H2和I2各0.1mol，乙中加入HI0.2mol，此时甲和乙建立的平衡是等效的。

A项，甲、乙提高相同温度，平衡均逆向移动，HI的平衡浓度均减小，错误；B项，甲中加入0.1molHe，在定容密闭容器中，平衡不会移动，错误；C项，甲降低温度，平衡正向移动，甲中HI的平衡浓度增大，乙增大压强平衡不移动，HI平衡时的百分含量不变，正确；D项，甲中增加0.1molH2，乙增加0.1molI2，结果还是等效的，错误。

3.一定条件下存在反应：

CO（g）＋H2O（g）CO2（g）＋H2（g）ΔH＝－QkJ·mol－1（Q＞0），现有三个相同的2L恒容绝热（与外界没有热量交换）密闭容器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，在Ⅰ中充入1molCO和1molH2O，在Ⅱ中充入1molCO2和1molH2，在Ⅲ中充入