高考化学一轮复习专题7.2化学平衡状态化学平衡移动（讲）（含解析）.docx

第2讲化学平衡状态 化学平衡移动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。考点一化学平衡状态及其移动一、化学平衡状态 1化学平衡研究的对象可逆反应2化学平衡状态(1)概念一定条件下的可逆反应，当反应进行到一定程度时，正反应速率和逆反应速率相等，反应物的浓度和生成物的浓度不再改变，我们称为“化学平衡状态”，简称化学平衡。(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)平衡特点3化学平衡状态的判断化学反应mA(g)nB(g) pC(g)qD(g)是否平衡混合物体系中各成分的含量各物质的物质的量或物质的量分数一定平衡各物质的质量或质量分数一定平衡各气体的体积或体积分数一定平衡总体积、总压强、总物质的量一定不一定平衡正、逆反应速率之间的关系单位时间内消耗了m mol A，同时也生成了m mol A平衡单位时间内消耗了n mol B，同时也消耗了p mol C平衡v(A)v(B)v(C)v(D)mnpq不一定平衡单位时间内生成了n mol B，同时也消耗了q mol D不一定平衡压强其他条件一定、总压强一定，且mnpq平衡其他条件一定、总压强一定，且mnpq不一定平衡混合气体的平均相对分子质量平均相对分子质量一定，且mnpq平衡平均相对分子质量一定，且mnpq不一定平衡温度任何化学反应都伴随着能量变化，当体系温度一定时平衡气体密度()只有气体参加的反应，密度保持不变(恒容密闭容器中)不一定平衡mnpq时，密度保持不变(恒压容器中)平衡mnpq时，密度保持不变(恒压容器中)不一定平衡颜色反应体系内有色物质的颜色稳定不变(其他条件不变)平衡二、化学平衡移动1化学平衡移动的过程原化学平衡状态由上图可推知：(1)化学反应条件改变，使正、逆反应速率不再相等，化学平衡才会发生移动。(2)化学平衡发生移动，化学反应速率一定改变。2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，如图甲减小反应物浓度或增大生成物浓度向逆反应方向移动，如图乙压强(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，如图丙减小压强向气体分子总数增大的方向移动，如图丁反应前后气体体积不变改变压强平衡不移动，如图戊温度升高温度向吸热反应方向移动，如图己降低温度向放热反应方向移动，如图庚催化剂同等程度改变v正、v逆，平衡不移动，如图辛【特别提醒】压强对化学平衡的影响主要看改变压强能否引起反应物和生成物的浓度变化，只有引起物质的浓度变化才会造成平衡移动，否则压强对平衡无影响。(2)浓度的“决定性”作用恒温、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。恒温、恒压条件原平衡体系容器容积增大，各反应气体的3化学平衡移动与化学反应速率的关系v正v逆平衡向正反应方向移动v正v逆反应达到平衡状态，不发生平衡移动v正v逆平衡向逆反应方向移动4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。【特别提醒】由“化学平衡”可知：勒夏特列原理的适用对象是可逆过程。由“减弱”可知：只能减弱改变，而不能消除改变。【典例1】（福建厦门一中2019届模拟）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0.1 molL1、0.3 molL1、0.08 molL1，则下列判断正确的是()Ac1c231B平衡时，Y和Z的生成速率之比为23CX、Y的转化率不相等Dc1的取值范围为0 molL1c10.14 molL1【答案】D【解析】平衡浓度之比为13，转化浓度亦为13，故c1c213，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vY(生成)vZ(生成)应为32，B不正确；由可逆反应的特点可知0c1v(逆)；M点为刚达到平衡点；M点后为平衡受温度的影响情况，即升温，A的百分含量增加或C的百分含量减少，平衡左移，故Hv(逆)；同理L线的下方(F点)满足v(正)v(逆)。【典例2】（山东潍坊一中2019届模拟）对于反应aA(g)bB(g) cC(g)dD(g)H，反应特点与对应的图像的说法中不正确的是()A图甲中，若p1p2，则在较低温度下有利于该反应自发进行B图乙中，若T2T1，则H0且abcdC图丙中，t1时刻改变的条件一定是使用了催化剂D图丁中，若H0，则纵坐标不可能表示的是反应物的转化率【解析】图甲中压强一定时，温度越高，平衡体系中A%越大，说明升高温度，平衡逆向移动，则有H0；若p1p2，温度一定时，压强越大，平衡体系中A%越小，则有abcd，S0；若使HTS0，则在较低温度下有利于该反应自发进行，A正确。图乙中温度一定时，增大压强，A的平衡转化率不变，则有abcd；压强一定时，若T2T1，温度越高，A的平衡转化率越小，说明升高温度，平衡逆向移动，则有H0，B正确。图丙中t1时刻，改变条件后v正、v逆同等程度地改变，平衡不移动，则改变的条件可能是使用了催化剂，若abcd改变的条件也可能是增大了压强，C错误。图丁中温度为T1时先达到平衡状态，则温度：T1T2；若H0，升高温度，平衡逆向移动，反应物的转化率降低，故纵坐标不可能表示的是反应物的转化率，D正确。【答案】C【方法技巧】解答化学平衡图像题四步骤【变式2】（河南郑州一中2019届模拟）密闭容器中进行的可逆反应：aA(g)bB(g) cC(g)在不同温度(T1和T2)及压强(p1和p2)下，混合气体中B的质量分数w(B)与反应时间(t)的关系如图所示。下列判断正确的是()AT1T2，p1c，正反应为吸热反应BT1T2，p1p2，abc，正反应为吸热反应CT1p2，abT2，p1p2，abc，正反应为放热反应【答案】B【解析】由(T1，p1)和(T1，p2)两条曲线可以看出：温度相同(T1)，但压强为p2时达到平衡所需的时间短，即反应速率大，所以p2p1；压强较大(即压强为p2)时对应的w(B)较大，说明增大压强平衡逆向移动，则abT2；温度较高(即温度为T1)时对应的w(B)较小，说明升高温度平衡正向移动，故正反应为吸热反应。考点一 化学平衡状态的判断【典例3】（2019浙江选考）下列说法正确的是（ ）AH(g)I2(g) 2HI(g)，其他条件不变，缩小反应容器体积，正逆反应速率不变BC(s)H2O(g) H2(g)CO(g)，碳的质量不再改变说明反应已达平衡C若压强不再随时间变化能说明反应2A(?)B(g) 2C(?)已达平衡，则A、C不能同时是气体D1 mol N2和3 mol H2反应达到平衡时H2转化率为10%，放出的热量为Q1；在相同温度和压强下，当2 mol NH3分解为N2和H2的转化率为10%时，吸收的热量为Q2，Q2不等于Q1【答案】B【解析】该可逆反应的反应前后气体计量数不发生变化，当缩小反应容器体积，相当于加压，正逆反应速率同等程度增加，A项错误；在建立平衡前，碳的质量不断改变，达到平衡时，质量不变，因而碳的质量不再改变说明反应已达平衡，B项正确；若压强不再改变说明反应达到平衡，表明反应前后气体的计量数不等，故A、C不可能均为气体，C项错误；易知N2(g)+3H2(g)2NH3(g) H，合成氨气实际参与反应n(H2)=310=0.3mol，因而Q1=0.3/3|H|=0.1|H|，分解氨气时实际消耗的n(NH3)=210=0.2mol，Q2=0.2/2|H|=0.1|H|，则Q1=Q2，D项错误。【举一反三】（山东日照一中2019届模拟）用Cl2生产某些含氯有机物时会生成副产物HCl，利用下列反应可实现氯的循环利用：4HCl(g)O2(g) 2Cl2(g)2H2O(g)H115.6 kJmol1。恒温恒容的密闭容器中，充入一定量的反应物发生上述反应，能充分说明该反应达到化学平衡状态的是()A气体的质量不再改变B氯化氢的转化率不再改变C断开4 mol HCl键的同时生成4 mol HO键Dn(HCl)n(O2)n(Cl2)n(H2O)4122【答案】B【解析】反应物和生成物均为气体，气体的总质量始终不变，A错误；反应正向进行时，HCl的转化率升高；反应逆向进行时，HCl的转化率降低，当HCl的转化率不再改变时，可以说明可逆反应达到平衡状态，B正确；断开4 mol HCl键和生成4 mol HO键均表示正反应方向的反应速率，不能据此判断反应是否达到平衡状态，C错误；反应达到平衡状态时，各反应物和生成物的物质的量保持不变，但各物质的物质的量之比等于对应的化学计量数之比，不能判断反应是否达到平衡状态，D错误。【方法技巧】判断化学平衡状态的方法“正逆相等，变量不变”【变式3】（湖北荆州中学2019届质检） 在一定条件下，可逆反应N2(g)3H2(g) 2NH3(g)H92.4 kJmol1，达到化学平衡状态时，下列说法正确的是()A降低温度，可提高反应速率B反应物和生成物的浓度都不再发生变化CN2的正反应速率等于NH3的逆反应速率D加入合适的催化剂，可提高N2的转化率【答案】B【解析】降低温度，反应速率减慢，A项错误；反应达到平衡时，反应物和生成物的浓度都不变，B项正确；反应达到平衡时，N2的正反应速率等于NH3的逆反应速率的，C项错误；加入合适的催化剂，反应速率加快，但平衡不移动，N2的转化率不变，D项错误。考点二 考查“极值”思想在化学平衡计算中的应用【典例4】（广东执信中学2019届模拟）可逆反应N23H22NH3，在容积为10 L的密闭容器中进行，开始时加入2 mol N2和3 mol H2，达平衡时，NH3的浓度不可能达到()A0.1 molL1 B0.2 molL1C0.05 molL1 D0.15 molL1【答案】B【解析】2 mol N2和3 mol H2反应，假设反应能够进行到底，则3 mol H2完全反应，生成2 mol NH3，此时NH3浓度为0.2 molL1，但由于反应是可逆反应，H2不能完全反应，所以NH3浓度达不到0.2 molL1。【变式4】（广西桂林十八中2019届模拟）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0.1 molL1、0.3 molL1、0.08 molL1，则下列判断正确的是()Ac1c231B平衡时，Y和Z的生成速率之比为23CX、Y的转化率不相等Dc1的取值范围为0c10.14 molL1【答案】D【解析】由于X、Y的平衡浓度之比为13，转化浓度亦为13，故c1c213，A、C不正确；平衡时Y生成表示逆反应，Z生成表示正反应，且vY(生成)vZ(生成)应为32，B不正确；由可逆反应的特点可知0c10.14 molL1，D正确。考点三 外界条件对化学平衡的影响【典例5】(2018天津高考)室温下，向圆底烧瓶中加入1 mol C2H5OH和含1 mol HBr的氢溴酸，溶液中发生反应：C2H5OHHBrC2H5BrH2O，充分反应后达到平衡。已知常压下，C2H5Br和C2H5OH的沸点分别为38.4 和78.5 。下列有关叙述错误的是()A加入NaOH，可增大乙醇的物质的量B增大HBr浓度，有利于生成C2H5BrC若反应物均增大至2 mol，则两种反应物平衡转化率之比不变D若起始温度提高至60 ，可缩短反应达到平衡的时间【答案】D【解析】加入NaOH，消耗HBr，平衡左移，乙醇的物质的量增大，A项正确；增大HBr浓度，平衡右移，有利于生成C2H5Br，B项正确；原反应物按物质的量之比11加入，又按物质的量之比11反应，两者的平衡转化率之比为11；若将反应物均增大至2 mol，其平衡转化率之比仍为11，C项正确；温度提高至60 ，化学反应速率虽然加快，但溴乙烷的沸点较低，会挥发出大量的溴乙烷，导致逆反应速率减小，故无法判断反应达到平衡的时间，D项错误。【方法技巧】化学平衡移动题的解题流程【变式5】(2017海南，11)已知反应CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)H0。在一定温度和压强下于密闭容器中，反应达到平衡。下列叙述正确的是()A升高温度，K增大B减小压强，n(CO2)增加C更换高效催化剂，(CO)增大D充入一定量的氮气，n(H2)不变【答案】D【解析】A项，H0，正反应放热，升高温度平衡向逆反应方向移动，平衡常数减小，错误；B项，比较方程式气体的计量数关系，反应前气体的化学计量数之和等于反应后气体的计量数之和，则减小压强，平衡不移动，n(CO2)不变，错误；C项，催化剂能改变反应速率，但不会引起化学平衡的移动，所以(CO)不变，错误；D项，充入一定量的氮气，相当于混合气体压强减小，平衡向气体体积增大的方向移动，但该反应前后气体体积不变，平衡不移动，n(H2)不变，正确。【举一反三】(2017全国卷，27)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：C4H10(g)=C4H8(g)H2(g)H1已知：C4H10(g)O2(g)=C4H8(g)H2O(g)H2119 kJmol1H2(g) O2(g)=H2O(g) H3242 kJmol1反应的H1为_ kJmol1。图(a)是反应平衡转化率与反应温度及压强的关系图，x_(填“大于”或“小于”)0.1；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_、_；590 之后，丁烯产率快速降低的主要原因可能是_。【答案】(1)123小于AD(2)氢气是产物之一，随着n(氢气)/n(丁烷)增大，逆反应速率增大(3)升高温度有利于反应向吸热方向进行温度升高，反应速率加快丁烯高温裂解生成短碳链烃类【解析】(1)根据盖斯定律，用式式可得式，因此H1H2H3119 kJmol1(242) kJmol1123 kJmol1。由(a)图可以看出，温度相同时，由0.1 MPa变化到x MPa，丁烷的转化率增大，即平衡正向移动，所以x0.1。由于反应为吸热反应，所以温度升高时，平衡正向移动，丁烯的平衡产率增大，因此A正确、B错误；反应正向进行时体积增大，加压时平衡逆向移动，丁烯的平衡产率减小，因此C错误、D正确。(2)反应初期，H2可以活化催化剂，进料气中n(氢气)/n(丁烷)较小，丁烷浓度大，反应向正反应方向进行的程度大，丁烯产率升高；随着进料气中n(氢气)/n(丁烷)增大，原料中过量的H2会使反应平衡逆向移动，所以丁烯产率下降。(3)590 之前，温度升高时反应速率加快，生成的丁烯会更多，同时由于反应是吸热反应，升高温度平衡正向移动，平衡体系中会含有更多的丁烯。而温度超过590 时，丁烯高温会裂解生成短碳链烃类，使产率降低。考点四 化学平衡移动原理在化工生产中的应用【典例6】（2019新课标节选）环戊二烯（）是重要的有机化工原料，广泛用于农药、橡胶、塑料等生产。回答下列问题：（1）已知：(g) (g)+H2(g)H1=100.3 kJmol 1 H2(g)+ I2(g) 2HI(g)H2=11.0 kJmol 1 对于反应：(g)+ I2(g) (g)+2HI(g) H3=_kJmol 1。（2）某温度下，等物质的量的碘和环戊烯（）在刚性容器内发生反应，起始总压为105Pa，平衡时总压增加了20%，环戊烯的转化率为_，该反应的平衡常数Kp=_Pa。达到平衡后，欲增加环戊烯的平衡转化率，可采取的措施有_（填标号）。A通入惰性气体B提高温度C增加环戊烯浓度D增加碘浓度（3）环戊二烯容易发生聚合生成二聚体，该反应为可逆反应。不同温度下，溶液中环戊二烯浓度与反应时间的关系如图所示，下列说法正确的是_（填标号）。AT1T2Ba点的反应速率小于c点的反应速率Ca点的正反应速率大于b点的逆反应速率Db点时二聚体的浓度为0.45 molL1【答案】（1）89.3（2）40 3.56104BD（3）CD【解析】（1）根据盖斯定律-，可得反应的H=89.3kJ/mol；（2）假设反应前碘单质与环戊烯均为nmol，平衡时环戊烯反应了xmol，根据题意可知；（g）+I2（g）= （g）+2HI（g） 增加的物质的量 1mol 1mol 1mol 2mol 1molxmol 2n20%得x=0.4nmol，转化率为0.4n/n100%=40%；（g） + I2（g）= （g）+ 2HI（g）P（初） 0.5105 0.5105 0 0P 0.510540% 0.510540% 0.510540% 110540%P（平） 0.3105 0.3105 0.2105 0.4105Kp=3.56104；T、V一定，通入惰性气体，由于对反应物和生成物浓度无影响，速率不变，平衡不移动，故A错误；升高温度，平衡向吸热方向移动，环戊烯转化率升高，故B正确；增加环戊烯的浓度平衡正向移动，但环戊烯转化率降低，故C错误；增加I2的浓度，平衡正向移动，环戊烯转化率升高，故D正确；（3）温度越高化学反应速率越快，单位时间内反应物浓度减少越多，则T1v(逆)，a点反应物浓度大于b点，故a点正反应速率大于b点，故C正确；b点时环戊二烯浓度由1.5mol/L减小到0.6mol/L，减少了0.9mol/L，因此生成二聚体0.45mol/L，故D正确。 【举一反三】(2016全国卷节选)丙烯腈(CH2=CHCN)是一种重要的化工原料，工业上可用“丙烯氨氧化法”生产，主要副产物有丙烯醛(CH2=CHCHO)和乙腈(CH3CN)等。回答下列问题：(1)以丙烯、氨、氧气为原料，在催化剂存在下生成丙烯腈(C3H3N)和副产物丙烯醛(C3H4O)的热化学方程式如下：C3H6(g)NH3(g)O2(g)=C3H3N(g)3H2O(g)H515 kJmol1C3H6(g)O2(g)=C3H4O(g)H2O(g)H353 kJmol1有利于提高丙烯腈平衡产率的反应条件是_；提高丙烯腈反应选择性的关键因素是_。(2)图(a)为丙烯腈产率与反应温度的关系曲线，最高产率对应的温度为460 。低于460 时，丙烯腈的产率_(填“是”或“不是”)对应温度下的平衡产率，判断理由是_；高于460 时，丙烯腈产率降低的可能原因是_(双选，填标号)。A催化剂活性降低B平衡常数变大 C副反应增多 D反应活化能增大【解析】(1)由题给生成丙烯腈的热化学方程式可知其反应的特点：正反应为放热反应，正反应方向是气体物质的量增加的反应；故降低温度或降低压强，平衡均向正反应方向移动