化学平衡（讲）-高考化学一轮复习

第19讲化学平衡

公考纲考情

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•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。

【核心素养分析】

变化观念与平衡思想：知道化学变化需要一定的条件，并遵循一定规律；认识化学变化有一定限度，

是可以调控的。能多角度、动态地分析化学反应，运用化学反应原理解决实际问题。

证据推理与模型认知：建立观点、结论和证据之间的逻辑关系；知道可以通过分析、推理等方法认识

化学平衡的特征及其影响因素，足立模型。能运用模型解释化学现象，揭示现象的本质和规律。

⑥考点梳理

知识点一化学平衡状态

1.化学平衡研究的对象——可逆反应

2.化学平衡状态

⑴概念

一定条件卜.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

化学反应机A(g)+〃B®K^pC(g)+gD®是否平衡

①各物质的物质的量或物质的量分数一定平衡

混合物

②各物质的质量或质量分数一定平衡

体系中各成

③各气体的体积或体积分数一定平衡

分的含量

④总体积、总压强、总物质的量一定不一定平衡

①单位时间内消耗了mmolA,同时也生成了mmolA平衡

正、逆反

②单位时间内消耗了〃molB,同时也消耗了pmolC平衡

应速率之

③n(A):v(B):v(C):v(D)=m:n：p：q不一定平衡

间的关系

④单位时间内生成了〃molB,同时也消耗了qmolD不一定平衡

①其他条件一定、总压强一定，且机+〃那+，/平衡

压强

②其他条件一定、总压强一定，且机+〃=〃+9不一定平衡

①平均相对分子质量一定，且〃?+〃翔+平衡

混合气q

体的平均相

②平均相对分子质量一定，且〃?+〃="+夕不一定平衡

对分子质量

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

①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

气体密度（P）②机+〃那+“时，密度保持不变（恒压容器中）平衡

③〃z+〃=p+4时，密度保持不变（恒玉容器中）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

知识点二化学平衡移动

1.化学平衡移动的过程

原化学平衡状态

由上图可推知：

（I）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。

⑵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

(pWfl.Av>0)

o

图内图丁

(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

增大反应物浓度或减小

向正反应方向移动，如图甲

生成物浓度

浓度

减小反应物浓度或增大

向逆反应方向移动，如图乙

生成物浓度

反应前后气增大压强向气体分子总数减小的方向移动，如图丙

压强(对有

体体积改变减小压强向气体分子总数增大的方向移动，如图丁

气体参加

反应前后气

的反应)改变压强平衡不移动，如图戊

体体积不变

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

①恒温、恒容条件

原平衡体系充入处?体体系总压强增大一一＞体系中各组分的浓度不变一一＞平衡不移动。

②恒温、恒压条件

原平衡体系充A处？1体容器容枳增大，各反应气体的

3.化学平衡移动与化学反应速率的关系

V±>v逆平衡向正反应方向移动

表示不同条件下，反应达到平衡的时间快慢、反应速率的快慢以及平衡混合物中某物质的百分含量的

关系。解题方法是“先拐先平，数值大即曲线先出现拐点的首先达到平衡，反应速率快，以此判断温度或

压强的高低。再依据外界条件对平衡的影响分析判断反应的热效应及反应前后气体体积的变化。

2.转化率(或质量分数)与压强一温度图像

(1)恒压线图像

表示两个外界条件同时变化时，反应物A的转化率变化情况，解决这类图像一般采用“定一议二”的方

法，即把自变量(温度、压强)之一设为恒量，讨论另外两个变量的关系。如：图1中，当压强相等(任意一

条等压线)时，升高温度，A的转化率增大，说明升高温度平衡正向移动，即正反应为吸热反应。当温度相

等时，在图1中作直线，与三条等压线交于三点，这三点自下而上为增大压强，A的转化率增大，说明增

大压强平衡正向移动，即正反应为气体体积减小的反应。

>

国

沁

孤

海

冷

等

贽

)

图3中，当温度相等(任意•条等温线)时，增大压强，A的转化率增大，说明增大压强平衡正向移动，

即正反应是气体体枳减小的反应。当压强相等时，在图3中作直线，与两条等温线交于两点，这两点自下

而上为降低温度，A的转化率增大，说明降低温度平衡正向移动，即正反应为放热反应.

3.化学平衡中的特殊图像

(1)对于化学反应：mA(g)+〃B(g),^T〃C(g)+9D(g),M点前，表示从反应开始，v(正)>忧逆)；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△“<0。

(2)对于化学反应：，〃A(g)+〃B(g)i=^?C(g)+qD(g),L线上所有的点都是平衡点。L线的上方(E点),

Af勺百分含量大于此压强时平衡体系中A的百分含量，所以E点满足可正)〉可逆)；同理上线的下方(尸点)

满足V(正)Vv(逆)。

1A%

【方法技巧】解答化学平衡图像题四步骤

知识点四等效平衡

一、等效平衡的含义

在一定条件(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。

二、等效平衡的判断方法

I.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数关系均转化为反应物，则SCh均为2mol,O2均为1

mol,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,，+力=1时，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)432so3(g)

©2moi1mol0

②1mol0.5mol2mol

③amolbmolcmol

按化学方程式的化学计量数关系均转化为反应物，则①②中^^=本故互为等效平衡。

③中a、b、c三者关系满足声=:或£=多企0时，即与◎②平衡等效。

5+〃

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)+l2(g)=?2HI(g)

①Imol1mol0

②2mol2mol1mol

③amolbmolcmol

①②两种情况下，喘=1，故互为等效平衡。

③中小b、c三者关系满足——I或彳=1,企。时，即与①②平衡等效。

轩人

三、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。

起始平衡

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。

目题型剖析

高频考点一化学平衡状态的判断

C.相同条件下，增加氨气的浓度，反应速率增大

D.相同条件下，增加催化剂的表面积，反应速率增大

【答案】C

【解析】实验①中，0-20min,氨气浓度变化量为2.40x1。3moi/12.00、10讳0匹=

时间段/

inin

f

0〜2

.20

(

07

.15

■

(*

0〜6

.10

下列说法错误的是

【答案】B

t/s(1122

(

00200710220820

(0000(

.40.96.66.48.35.24.12

下列说法正确的是

D.推测上表中的x为3930

【答案】D

高频考点二考查“极值”思想在化学平衡计算中的应用

【例2】可逆反应N2+3H2=2NHa，在容积为10L的密闭容器中进行，开始时加入2molN?和3moi

H2,达平衡时，N%的浓度不可能达到()

A.0.1mol-L-1B.0.2mol-L-1

C.0.05mol-L1D.0.15mol-L'

【答案】B

【解析】2molN2和3moi比反应，假设反应能够进行到底，则3moi氏完全反应，生成2moiNH3,

此时NH3浓度为0.2molL!但由于反应是可逆反应，H?不能完全反应，所以NH?浓度达不到0.2mol-LL

【变式探究】一定条件下，本于可逆反应X(g)+3Y(g)=2Z(g),若X、Y、Z的起始浓度分别为c”6、

Q(均不为零),达至坪衡时,X、Y、Z沱浓度分别为0.1molL-'、0.3mo卜口、0.08mol-L-1,则下列判断正确的是()

A.ci.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.ci的取值范围为OVciVO.l4moi

【答案】D

【解析】平衡浓度之比为1:3,转化浓度之比亦为1:3,故ct:C2=l：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I，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0VGV0.14mol-L'o

高频考点三外界条件对化学平衡的影响

【答案】C

【解析】该反应是一个气体分子数减少的反应，增大压强H以加快化学反应速率，正反应速率增大的

幅度大于逆反应的，故UQN逆，平衡向正反应方向移动，但是因为温度不变，故平衡常数不变，A不正确;

催化剂不影响化学平衡状态，因此，加入催化剂不影响平衡时CH3cH20H（g）的浓度，B不正确；恒容下，

充入一定量的H2O（g）,H20（g）的浓度增大，平衡向正反应方向移动，C正确；恒容下，充入一定量的CH2=CH2

（g）,平衡向正反应方向移动，但是CH2=CH?（g）的平衡转化率减小，D不正确；综上所述，本题选C。

下列说法不出硬的是

【答案】D

【答案】D

【方法技巧】化学平衡移动题的解题流程

「速率不变（如容积不变时充入不参与反应的气体）平

衡

不

改改变程度相同使用催化剂

移

动

变”（正）=“（逆）

改变压强（气体体积不变的反应）》一

条

d浓度变化

件”（正）>”（逆）

平

改变程度不同平衡正向移动

I压强变化衡

V（正）W”（逆）移”（正）Vu（逆）

动

4温度变化平衡逆向移动

【变式探究】（2021•湖南卷）已知：A（g）+2B（g）,*3C（g）A/7<0,向一恒温恒容的密闭容器中充入

1molA和3moIB发生反应，h时达到平衡状态I,在尬时改变某一条件，打时重新达到平衡状态H,正反

应速率随时间的变化如图所示。下列说法正确的是（）

A.容器内压强不变，表明反应达到平衡

B.12时改变的条件：向容器中加入C

C.平衡时A的体积分数9：0(H)W(I)

D.平衡常数K：K(H)<K(I)

【答案】B

【解析】该反应是反应前后气体分子数不变的反应，随着反应的进行，气体的总物质的量始终不变，

总压强始终不变，A错误；时,设向容器中加入3moiC,正反应速率逐渐增大，达到新的平衡后保持不

变，变化情况与图像相符，B正确：“时，设向容器中加入3moiC,相当于加入1molA和2moiB,则状

态H相当于起始投料为2molA和5moiB,若是投料为2molA和6moiB,与状态I等效，即状态II相当

于减少了B的投料，平衡逆向移动，A的体积分数变大，即以11)>8(1)，C错误；化学平衡常数只与温度

有关，温度不变，平衡常数不变，即K(H)=K(I),D错误。

高频考点四化学平衡移动原理在化工生产中的应用

【例4】5.(2020・全国I卷・节选)硫酸是一种重要的基本化工产品。接触法制硫酸生产中的关键工序是

SO2的催化氧化：SO2(g)+1o2(g)物四%°3(g)A^/=-98kJmorL

问答下列问题：

⑴当SO2(g)、02(g)和N2(g)起始的物质的量分数分别为7.5%、10.5%和82%时,在0.5MPa、2.5MPa

和5.0MPa压强下,S02平衡转化率a随温度的变化如图(a)所示。反应在5.0239、550℃时的。=,

判断的依据是o影响«的因素有。

(2)将组成(物质的量分数)为2/〃％SCh(g)、O?(g)和夕％N?(g)的气体通入反应器，在温度/、压强p条

件下进行反应。平衡时，若SOz转化率为。，则SO3压强为，平衡常数勺=（以分压表示,

分压=总压x物质的量分数）。

⑶研究表明，SO?催化氧化的反应速率方程为1，=四一式中：女为反应速率常数，随温度

/升高而增大：。为SO?平衡转化率，。'为某时刻SO?转化率，〃为常数。在〃=0.90时，将一系列温度下的

〃、a值代入上述速率方程，得到u〜，曲线，如图（b）所示。

*

芟

液

送

送

420460500540580

图⑹

曲线上-最大值所对应温度称为该"下反应的最适宜温度功。IV。“时，I，逐渐提高；后，u逐渐下

降。原因是___________________________________________________

【解析】（1）由题给反应式知，该反应为气体分子数减少的反应，其他条件一定时.，增大压强，SO2平

衡转化率增大，故0=5.0MPa。结合题图（a）知5.0MPa、550℃时对应的SO2平衡转化率为0975。影响平

衡转化率的因素有温度、压强、反应物的起始浓度等。（2）设通入的SO?、02和Nn共100mol,利用三段式

法进行计算:

℃，、_LU，、帆催化剂\

SO2（g）+^O2（g）----->so3（g）

起始量/mol2mm0

转化量/molIma.ma2nia

平衡号/mol2m—2mani-tn2ma

八xu口、，.n.Zm—Zmain—ma

平衡时气体的总物质的量为（3m+q—则P（SCh）=〃x藐干尸嬴，〃（Ch）=px藐干尸荔，P（SCh）

=吗缶^因sm+k00,5—T-,代入计算得勺----------〃,〃05

P（SO2）xp2（O2）（La）1735^）

（3）升高温度，反应速率常数氏增大，反应速率v提高，但a降低使反应速率逐渐下降。时，女增大对I，

的提高大于a引起的降低；，>乙〃后，々增大对u的提高小于a引起的降低。

【答案】（1）0.975该反应气体分子数减少，增大压强，a提高。5.0MPa>2.5MPa=〃2,所以0=5.0MPa

温度、压强和反应物的起始浓度（组成）

2nia___________a___________

100—〃?//„}\0.5

（1-Q）

（3）升高温度，k增大使u逐渐提高，但a降低使u逐渐下降。,V功时，k增大对u的提高大于a引起的

降低；加后，％增大对u的提高小于。引起的降低

【变式探究】（2020•天津卷节选）用H2还原CO2可以在•定条件下合成CH30H（不考虑副反应）

CO2（g）+3H2（g）UCH30H（g）+H2O（g）A"V0

恒压下，CO2和H2的起始物质的最比为1：3时，该反应在无分子筛膜时甲醇的平衡产率和有分子筛膜

时甲醇的产率随温度的变化如图所示，其中分子筛膜能选择性分离出H2O.

W

褥

世

跳

6-

（1）甲醇平衡产率随温度升高而降低的原因为o

（2）P点甲醇产率高于T点的原因为。

（3）根据上图，在此条件下采用该分子筛膜时的最佳反应温度为℃o

【解析】（1）该反应是放热反应，温度升高有利于平衡逆向移动（或平衡常数减小），甲醇的平衡产率随温

度升高而降低。（2）P点对应反应有分子筛腴，分子筛膜能选择性分离出水，有利于反应正向进行，故P点

甲醇产率高于T点甲醇产率。（3）由题图知，当温度为210c时，甲醇的产率最高,因此最佳反应温度为210

【答案】（1）该反应为放热反应，温度升高，平衡逆向移动（或平衡常数减小）（2）分子筛膜从反应体系

中不断分离出HzO,有利于反应正向进行，甲醇产率升高（3）210

【方法技巧】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

既要注意外界条件对速率和平衡影响的一致性，又要注

从化学平衡移动分析

意二者影响的矛盾性

增加易得廉价原料，提高难得高价原料的利用率，从而

从原料的利用率分析

降低生产成本

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

【变式探究】（2019•新课标n节选）环戊二烯（一）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：C^(g)(g)+H2(g)AHi=l00.3kJmol-'①

1

H2(g)+h(g)^=2HI(g)A^-ll.OkJmor②

对于反应：O(g)+l2(g)^=C/(g)