高考化学一轮复习第7章化学反应速率和化学平衡第2节化学平衡状态和平衡移动教学案新人教版.docx

第二节化学平衡状态和平衡移动考纲定位要点网络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。 可逆反应与化学平衡状态1可逆反应示例2 mol SO2和2 mol O2在一定条件下的密闭容器中发生2SO2(g)O2(g) 2SO3(g)，平衡时的O2物质的量范围为1_moln(O2)2_mol。2化学平衡状态(1)概念一定条件下可逆反应进行到一定程度时，反应物和生成物的浓度不再随时间的延长而发生变化，正反应速率与逆反应速率相等，这种状态称为化学平衡状态。(2)建立在一定条件下，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：；若开始加入生成物，从逆反应建立平衡，则v t图为。由此，化学平衡状态的建立可以从正反应建立，也可以从逆反应方向建立，也可以从正、逆两反应方向同时建立，即平衡建立与反应途径无关。(3)特征3判断化学平衡状态的两种方法(1)动态标志：v正v逆0同种物质：同一物质的生成速率等于消耗速率。不同物质：必须标明是“异向”的反应速率关系。如aAbBcCdD，时，反应达到平衡状态。(2)静态标志：各种“量”不变各物质的质量、物质的量或浓度不变。各物质的百分含量(物质的量分数、质量分数等)不变。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。(1)工业上合成氨的反应，SO2的催化氧化反应，Cl2溶于水的反应，二次电池的反应均为可逆反应。()(2)在化学平衡的建立过程中，v正一定大于v逆。()(3)对于N2(g)3H2(g) 2NH3(g)反应，当v正 (N2)v逆(NH3)时反应达到平衡状态。()(4)在相同温度下，相同容器(恒容)发生2SO2(g)O2(g) 2SO3(g)反应，当分别向容器中充入2 mol SO2、1 mol O2与2 mol SO3平衡时，c(SO2)相同。()(5)在恒温恒容条件下，对于C(s)H2O(g) CO(g)H2(g)和2NO2(g) N2O4(g)两反应，当密度不变时，两反应均达平衡状态。()(6)一个可逆反应达到的平衡状态就是这个反应在该条件下所能达到的限度。()答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)1通过图像判断反应是否达到平衡是高考命题新方向：判断：一定温度下，反应N2O4(g) 2NO2(g)的焓变为H。现将1 mol N2O4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2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0.1 molL1、0.3 molL1、0.2 molL1，在一定条件下，当反应达到平衡时，X2、Y2、Z的浓度范围分别为_、_、_。答案0c(X2)0.2 molL10.2 molL1c(Y2)0.4 molL10c(Z)0.4 molL1命题点1极值转化法分析可逆反应各时刻的量1在一个密闭容器中发生反应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0.2 molL1、0.2 molL1、0.2 molL1，当反应达到平衡时，可能出现的数据是()Ac(SO3)0.4 molL1Bc(SO2)c(SO3)0.15 molL1Cc(SO2)0.25 molL1Dc(SO2)c(SO3)0.5 molL1C当c(SO3)0.4 molL1时，c(SO2)0，不合理，A错误；c(SO2)、c(SO3)不可能均为0.15 molL1，只能一种物质增大，另一种物质减小，B错误；c(SO2)c(SO3)应等于0.4 molL1，D错误。2一定条件下，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 molL1D平衡浓度之比为13，转化浓度之比亦为13，故c1c213，A、C不正确；平衡时Y的生成表示的是逆反应速率，Z的生成表示的是正反应速率，且vY(生成)vZ(生成)32，B不正确；由可逆反应的特点可知0c10.14 molL1，D正确。极值转化法确定范围的思维模板范围说明：可逆反应的平衡物理量一定在最大值和最小值之间，但起始物理量可以为最大值或最小值。命题点2化学平衡状态的判定标志3(2019长春模拟)在一定温度下，向2 L固定容积的密闭容器中通入1 mol CO2、3 mol H2，发生反应CO2(g)3H2(g) CH3OH(g)H2O(g)H”“”“(2)由图像知，A点未达平衡，B点已达平衡，A点v正(CO2)B点v正(CO2)B点v逆(CO2)B点v逆(H2O)，故A点v正(CO2)B点v逆(H2O)(3)v正(CO2)v逆(NH3)(4)v逆(CO2)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。即哪方向速率大平衡就向哪方向移动。3影响化学平衡的外界因素(1)实验探究实验：已知在K2Cr2O7的溶液中存在平衡H2O2H取两支试管各加入5 mL 0.1 molL1的K2Cr2O7溶液。a向1号试管中加入几滴浓硫酸，橙色变深，说明平衡向逆反应方向移动。b向2号试管中加入几滴浓NaOH溶液，橙色变黄色，说明平衡向正反应方向移动。实验：将充入NO2的球放入热水，颜色变化为红棕色变深，放入冰水中颜色变化为红棕色变浅，说明2NO2(g) N2O4(g)H0。(2)影响化学平衡的外界因素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补短板(1)催化剂同等程度改变v正与v逆，平衡不移动。(2)温度改变对任何可逆反应均有平衡移动，但压强改变只对有气体参与且反应前后气体计量数不相等的反应有平衡移动。(3)气体反应中，改变固体或纯液体的量，对化学平衡无影响。(3)通过vt图像分析影响化学平衡移动的因素某温度下，在密闭容器中SO2、O2、SO3三种气态物质建立化学平衡后，改变条件对反应2SO2(g)O2(g) 2SO3(g)H0的正、逆反应速率的影响如图所示：ABCD加催化剂对反应速率影响的图像是C(填字母，下同)，平衡不移动。升高温度对反应速率影响的图像是A，平衡向逆反应方向移动。增大反应容器体积对反应速率影响的图像是D，平衡向逆反应方向移动。增大O2的浓度对反应速率影响的图像是B，平衡向正反应方向移动。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。如对N2(g)3H2(g) 2NH3(g)反应在一定温度下达到平衡时c(N2)a molL1，压强为p，在恒温下，将容器容积缩小一半，达到平衡时，c(N2)2a molL1，p2p。(1)K2Cr2O7溶液中存在：Cr2OH2O2CrO2H，向溶液中加入KCl固体，平衡不移动。()(2)增加可逆反应反应物的量，平衡一定发生移动。()(3)若平衡向正反应方向移动，平衡转化率一定增大。()(4)对于反应N2(g)3H2(g) 2NH3(g)，若断裂 2 mol HH键，同时形成1 mol NN键，则平衡正向移动。()(5)对于反应2A(g)B(g) 2C(g)，当v正(A)3v逆(B)时，平衡正向移动。()(6)合成氨反应需使用催化剂，说明催化剂可以促进该平衡向生成氨的方向移动。()(7)除去Cl2中HCl可将气体通入饱和食盐水，体现了勒夏特列原理。()答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)勒夏特列原理又称平衡移动原理，可以解决平衡移动问题，完成下列问题。(1)对于N2(g)3H2(g) 2NH3(g)H0，达平衡后，改变条件，请回答：升温，平衡向_移动，新平衡的温度比原来的_。缩小容器体积至原体积的，平衡向_移动，新平衡的压强p与原平衡的压强p0的关系为_，新平衡时c(N2)与原平衡的c(N2)的关系为_。(2)下列说法或事实不能用勒夏特列原理解释的是_。SO2氧化为SO3，往往需要使用催化剂2SO2(g)O2(g) 2SO3(g)500 左右的温度比室温更有利于合成氨反应N2(g)3H2(g) 2NH3(g)H0H2、I2、HI平衡混合气体加压后颜色加深H2(g)I2(g) 2HI(g)SO2氧化为SO3常采用常压不采用高压答案(1)逆反应高正反应p0p2p0c(N2)c(N2)2c(N2)(2)命题点1化学平衡移动的判断1对于一定条件下的可逆反应甲：A(g)B(g) C(g)H0乙：A(s)B(g) C(g)H0达到化学平衡后，改变条件，按要求回答下列问题：(1)升温，平衡移动的方向分别为(填“向左”“向右”或“不移动”)：甲_；乙_；丙_。此时反应体系的温度均比原来_(填“高”或“低”)。混合气体的平均相对分子质量变化分别为(填“增大”“减小”或“不变”)甲_；乙_；丙_。(2)加压，使体系体积缩小为原来的平衡移动方向分别为(填“向左”“向右”或“不移动”)：甲_；乙_；丙_。设压缩之前压强分别为p甲、p乙、p丙，压缩后压强分别为p甲、p乙、p丙，则p甲与p甲、p乙与p乙、p丙与p丙的关系分别为：甲_；乙_；丙_。(3)恒温恒压充入氖气，平衡移动方向分别为(填“向左”“向右”或“不移动”)：甲_；乙_；丙_。答案(1)向左向左向右高减小减小不变(2)向右不移动不移动p甲p甲2p甲p乙2p乙p丙2p丙(3)向左不移动不移动2一定温度下，将一定量的SO2与O2通入密闭容器中发生反应：2SO2(g)O2(g) 2SO3(g)H0，一段时间后达到平衡，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_(填“增大”“减小”或“不变”，下同)，B的转化率将_，达到新平衡时，c(A)将_，c(C)将_。(2)体积不变，再充入a mol A和b mol B，则平衡_移动，达到新平衡时，c(A)将_，c(C)将_。若abcd，则A的转化率将_；若abcd，则A的转化率将_；若abbc时，(A)增大，(A)减小；abc时，(A)减小，(A)增大。命题点3平衡移动结果的分析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BacdC物质A的转化率增大D物质D的浓度减小C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(2019日照模拟)T 时，在恒容密闭容器中充入一定量的H2和CO，在催化剂作用下发生反应：CO(g)2H2(g) CH3OH(g)H0。反应达到平衡时，CH3OH的体积分数与的关系如图所示。下列说法正确的是()A反应达平衡时，升高体系温度，CO转化率升高B反应达平衡时，再充入一定量Ar，平衡右移，平衡常数不变C反应达平衡时，加入CO，平衡右移，CO的转化率升高D2.5时达到平衡状态，CH3OH的体积分数可能是图中的F点D在相同条件下，当配料比等于计量数比时，产物的含量最高。当2.5时的(CH3OH)低于2时的(CH3OH)，即F点，D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)Hv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。(5)不要把化学平衡向正反应方向移动与反应物转化率的提高等同，当反应物总量不变时，化学平衡向正反应方向移动，反应物的转化率提高；当增大一种反应物的浓度，使化学平衡向正反应方向移动时，会使另一种反应物的转化率提高，而本身的转化率降低。 化学平衡的调控在化工生产中的应用科学精神与社会责任“学以致用”是学习化学知识的一个重要使命。对于化学平衡中条件控制在生产、生活中应用广泛，近三年命题的频率为100%，预测2021年命题将会加强。此类试题充分体现了科学精神和社会责任的化学核心素养。1化工生产适宜条件选择的一般原则条件原则从化学反应速率分析既不能过快，又不能太慢从化学平衡移动分析既要注意外界条件对速率和平衡影响的一致性，又要注意二者影响的矛盾性从原料的利用率分析增加易得廉价原料，提高难得高价原料的利用率，从而降低生产成本循环操作从实际生产能力分析如设备承受高温、高压能力等从催化剂的使用活性分析注意催化剂的活性对温度的限制2.工业合成氨的原理与条件选择(1)反应原理N2(g)3H2(g) 2NH3(g)H92.4 kJmol1反应特点：反应为可逆反应；正反应为放热反应；反应物、生成物均为气体，且正反应为气体物质的量减小的反应。(2)条件选择压强：10 MPa30 MPa的压强。压强越高，转化率越大，但对材料设备的要求越高，成本越高。温度：400500 的温度。温度要适宜，既要考虑速率又要考虑反应程度，同时还要考虑催化剂的活性温度。催化剂：使用催化剂可提高反应速率，同时不同的催化剂有不同的活性和选择性。循环操作：提高原料利用率。典例导航(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反应活化能增大图(a)图(b)(3)丙烯腈和丙烯醛的产率与n(氨)/n(丙烯)的关系如图(b)所示。由图可知，最佳n(氨)/n(丙烯)约为_，理由是_。进料气氨、空气、丙烯的理论体积比约为_。思路点拨1.0丙烯腈的产率最高，根据反应n(氨)n(O2)11.5，故n(氨)n(空气)1(1.55)17.5。 答案(1)降低温度、降低压强催化剂(2)不是该反应为放热反应，平衡产率应随温度升高而降低AC(3)1该比例下丙烯腈产率最高，而副产物丙烯醛产率最低17.511(2019陕西名校联考)在一定条件下，利用CO2合成CH3OH的反应为CO2(g)3H2(g) CH3OH(g)H2O(g)H1，研究发现，反应过程中会发生副反应为CO2(g)H2(g) CO(g)H2O(g)H2，温度对CH3OH、CO的产率影响如图所示。下列说法中不正确的是()AH10B增大压强有利于加快合成反应的速率C生产过程中，温度越高越有利于提高CH3OH的产率D选用合适的催化剂可以减弱副反应的发生C根据图像可以看出，温度越高，CO的产率越高，CH3OH的产率越低。2某工业生产中发生反应：2A(g)B(g) 2M(g)H0。下列有关该工业生产的说法中正确的是 ()A这是一个放热的熵减反应，在低温条件下该反应一定可自发进行B若物质B价廉易得，工业上一般采用加入过量的B，以提高A的转化率C工业上一般采用较高温度合成M，因温度越高，反应物的转化率越高D工业生产中常采用催化剂，因为使用催化剂可提高反应物的转化率答案B3(2019湘东六校联考)“丁烯裂解法”是一种重要的丙烯生产方法，但生产过程中会有生成乙烯的副反应发生。主反应：3C4H84C3H6；副反应：C4H82C2H4。测得上述两反应的平衡体系中，各组分的质量分数(w)随温度(t)和压强(p)变化的趋势分别如图1和图2所示。 图1 图2(1)平衡体系中的丙烯和乙烯的质量比是工业生产丙烯时选择反应条件的重要指标之一，从产物的纯度考虑，该数值越高越好，从图1和图2中表现的趋势来看，下列反应条件最适宜的是_(填字母序号)。A300 0.1 MPa B700 0.1 MPaC300 0.5 MPa D700 0.5 MPa(2)有研究者结合图1数据并综合考虑各种因素，认为450 的反应温度比300 或700 更合适，从反应原理角度分析其理由可能是_。(3)图2中，随压强增大平衡体系中丙烯的质量分数呈上升趋势，从平衡角度解释其原因是_。解析(1)由题图1可知，300 时，乙烯的质量分数最低，虽然丙烯的质量分数不是最高，但丙烯与乙烯的质量比最大。由题图2可知， 当压强为0.5 MPa时，乙烯的质量分数最低，丙烯的质量分数最高，则丙烯与乙烯的质量比最大。故最适宜的条件为300 、0.5 MPa。答案(1)C(2)450 比300 的反应速率快，比700 的副反应程度小；该温度下丁烯转化成丙烯的转化率高；该温度下催化剂的选择性最高；该温度是催化剂的活性温度(合理即可)(3)压强增大，生成乙烯的副反应平衡逆向移动，丁烯浓度增大，导致主反应的平衡正向移动，从而使丙烯含量增大 “假设等效”思想突破平衡状态比较证据推理与模型认知“平衡状态比较”在近几年的高考中时常出现，难度较大，不易分析。如果运用“假设等效”思想去领悟，就容易理解了。本部分也充分体现了“证据推理与模型认知”的化学核心素养。1等效平衡(1)等效平衡的概念在相同条件下(恒温、恒容或恒温、恒压)，同一可逆反应体系，不管是从正反应方向开始，还是从逆反应方向开始，在达到化学平衡状态时，任何相同组分的百分含量(体积分数、物质的量分数等)均相同，这样的化学平衡互称为等效平衡。(2)等效平衡的分类及特点等效类型条件恒温、恒容恒温、恒容恒温、恒压反应的特点任何可逆反应反应前后气体分子数相等任何可逆反应起始投料换算为化学方程式同一边物质， 其“量”相同换算为化学方程式同一边物质，其“量”符合同一比例换算为化学方程式同一边物质，其“量”符合同一比例平衡特点质量分数(w%)相同相同相同浓度(c)相同成比例相同(气体)物质的量(n)相同成比例成比例2.“假设等效”思想比较平衡状态(1)构建恒温恒容等效平衡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)构建恒温恒压等效平衡(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。 (3)恒温恒容与恒温恒压条件平衡比较模式(起始量相同)典例导航把晶体N2O4放入一固定容积的密闭容器中气化并建立N2O4(g) 2NO2(g)平衡后，保持温度不变，再通入与起始时等量的N2O4气体，反应再次达平衡，则新平衡N2O4的转化率与原平衡比()A变大B变小C不变 D无法确定思路点拨设计过程图示如下：答案B若将“固定容积”改为“固定压强”，则答案应选_。答案C1在相同温度下，分别将1 mol SO2和0.5 mol O2充入a、b两容器中发生反应：2SO2(g)O2(g) 2SO3(g)HbBSO2的体积分数：abC反应速率：abD能量变化：abBa容器平衡时的压强小于b容器平衡时的压强，a中反应程度较小，转化率较小。2已知H2(g)I2(g) 2HI(g)H0)，现有三个相同的2 L恒容绝热(与外界没有热量交换)密闭容器、，在中充入1 mol CO和1 mol H2O，在中充入1 mol CO2和1 mol H2，在中充入2 mol CO和2mol H2O，均在700 条件下开始反应。达到平衡时，上述三个过程对应的能量变化值分别为Q1、Q2、Q3，下列说法正确的是 ()A2Q12Q2Q3，无法比较Q1、Q2大小。1(2019全国卷)近年来，随着聚酯工业的快速发展，氯气的需求量和氯化氢的产出量也随之迅速增长。因此，将氯化氢转化为氯气的技术成为科学研究的热点。回答下列问题：(1)Deacon发明的直接氧化法为：4HCl(g)O2(g)=2Cl2(g)2H2O(g)。下图为刚性容器中，进料浓度比c(HCl)c(O2)分别等于11、41、71时HCl平衡转化率随温度变化的关系：可知反应平衡常数K(300 )_K(400 )(填“大于”或“小于”)。设HCl初始浓度为c0，根据进料浓度比c(HCl)c(O2)11的数据计算K(400 )_(列出计算式)。按化学计量比进料可以保持反应物高转化率，同时降低产物分离的能耗。进料浓度比c(HCl)c(O2)过低、过高的不利影响分别是_。(2)在一定温度的条件下，进一步提高HCl的转化率的方法是_(写出2种)。解析(1)由图像知，随着温度的升高，HCl的平衡转化率降低，所以4HCl(g)O2(g)=2Cl2(g)2H2O(g)的H0，升高温度平衡左移，则K(300 )K(400 )。在温度一定的条件下，c(HCl)和c(O2)的进料比越大，HCl的平衡转化率越低，所以题图中自上而下三条曲线是c(HCl)c(O2)(进料浓度比)为11、41、71时的变化曲线。当c(HCl)c(O2)11时，列三段式： 4HCl(g) O2(g) = 2Cl2(g)2H2O(g)起始浓度 c0 c0 0 0转化浓度 0.84c0 0.21c0 0.42c0 0.42c0平衡浓度 (10.84)c0 (10.21)c0 0.42c0 0.42c0K(400 )。c(HCl)c(O2)过高时，HCl转化率较低；当c(HCl)c(O2)过低时，过量的O2和Cl2分离时能耗较高。(2)由平衡移动的条件可知，为提高HCl的转化率，在温度一定的条件下，可以增大反应体系的压强，增加O2的量，或者及时除去产物。答案(1)大于O2和Cl2分离能耗较高、HCl转化率较低(2)增加反应体系压强、及时除去产物2(2017全国卷，T28(4)298 K时，将20 mL 3x molL1 Na3AsO3、20 mL 3x molL1 I2和20 mL NaOH溶液混合，发生反应：AsO(aq)I2(aq)2OH(aq) AsO(aq)2I(aq)H2O(l)。溶液中c(AsO)与反应时间(t)的关系如图所示。(1)下列可判断反应达到平衡的是_(填标号)。a溶液的pH不再变化bv(I)2v(AsO)cc(AsO)/c(AsO)不再变化dc(I)y molL1(2)tm时，v正_v逆(填“大于”“小于”或“等于”)。(3)tm时v逆_tn时v逆(填“大于”“小于”或“等于”)，理由是_。(4)若平衡时溶液的pH14，则该反应的平衡常数K为_。解析(4)反应前，三种溶液混合后，c (Na3AsO3)3x molL1x molL1，同理，c(I2)x molL1，反应情况