2020届高考化学一轮复习化学平衡状态化学平衡移动学案 18页

第二节 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。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。‎ ‎　3.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 【精讲精练快冲关】‎ ‎[知能学通]‎ ‎1．可逆反应 ‎2．化学平衡状态 ‎(1)概念 在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 反应过程 正、逆反应速率 反应物、生成物的浓度 ‎①反应开始 v正>v逆 反应物浓度最大，生成物浓度为零 ‎②反应过程中 v正逐渐减小，‎ v逆逐渐增大 反应物浓度逐渐减小，生成物浓度逐渐增大 ‎③平衡状态时 v正＝v逆≠0‎ 各组分的浓度不再随时间的变化而变化 ‎(3)化学平衡状态的特点 ‎[题点练通]‎ 可逆反应的特征 ‎1.(2019·武汉质检)对于可逆反应2SO2＋O22SO3　ΔH<0，在混合气体中充入一定量的 18O2，经足够长的时间后，下列有关说法中正确的是(　　)‎ A．18O只存在于O2中 B．18O只存在于O2和SO3中 C．某个二氧化硫分子的相对分子质量可能为66‎ D．三氧化硫的相对分子质量均为82‎ 解析：选C　由于2SO2＋O22SO3为可逆反应，故18O存在于O2、SO3、SO2中，故A、B项错误；SO2的相对分子质量可能为64或66或68，C项正确；SO3的相对分子质量可能为80或82或84，D项错误。‎ ‎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 mol·L－1、0.3 mol·L－1、0.2 mol·L－1，在一定条件下，当反应达到平衡时，各物质的浓度可能是(　　)‎ A．Z为0.3 mol·L－1　　　 B．Y2为0.4 mol·L－1‎ C．X2为0.2 mol·L－1 D．Z为0.4 mol·L－1‎ 解析：选A　若X2完全转化为Z，则X2、Y2、Z的浓度分别是0 mol·L－1、0.2 mol·L－1、0.4 mol·L－1；若Z完全转化为X2、Y2，则X2、Y2、Z的浓度分别是0.2 mol·L－1、0.4 mol·L－1、0 mol·L－1；反应为可逆反应，反应物不能完全转化，所以0v逆：平衡向正反应方向移动。‎ ‎(2)v正＝v逆：反应达到平衡状态，平衡不移动。‎ ‎(3)v正0，有利于提高CH4平衡转化率的条件是________(填标号)。‎ A．高温低压　　　　　　　　 B．低温高压 C．高温高压 D．低温低压 解析：该反应正向是一个气体体积增大的吸热反应，故高温低压有利于平衡正向移动。‎ 答案：A ‎2．(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：C2H5OH＋HBrC2H5Br＋H2O，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C2H5Br C．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 解析：‎ 选D　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，有利于生成溴乙烷，B项正确；原反应物按物质的量之比1∶1加入，又按物质的量之比1∶1反应，两者的平衡转化率之比为1∶1，若将反应物均增大至2 mol，其平衡转化率之比仍为1∶1，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，故无法判断达到平衡的时间，D项错误。‎ 方法规律 ‎1．解答化学平衡移动类题目的一般思路 ‎2．化学平衡移动的判断 平衡移动就是由一个“平衡状态→不平衡状态→新平衡状态”的过程。‎ ‎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―→‎ 等效平衡的应用 ‎3.(双选)(2017·江苏高考)温度为T1时，在三个容积均为1 L的恒容密闭容器中仅发生反应：2NO2(g) 2NO(g)＋O2(g)(正反应吸热)。实验测得：v正＝v(NO2)消耗＝k正c2(NO2)，v逆＝v(NO)消耗＝2v(O2)消耗＝k逆c2(NO)·c(O2)，k正、k逆为速率常数，受温度影响。下列说法正确的是(　　)‎ 容器 编号 物质的起始浓度(mol·L－1)‎ 物质的平衡浓度(mol·L－1)‎ c(NO2)‎ c(NO)‎ c(O2)‎ c(O2)‎ Ⅰ ‎0.6‎ ‎0‎ ‎0‎ ‎0.2‎ Ⅱ ‎0.3‎ ‎0.5‎ ‎0.2‎ Ⅲ ‎0‎ ‎0.5‎ ‎0.35‎ A.达平衡时，容器Ⅰ与容器Ⅱ中的总压强之比为4∶5‎ B．达平衡时，容器Ⅱ中比容器Ⅰ中的大 C．达平衡时，容器Ⅲ中NO的体积分数小于50%‎ D．当温度改变为T2时，若k正＝k逆，则T2>T1‎ 解析：选CD　容器Ⅰ中平衡时，c(NO2)＝0.2 mol·L－1，c(NO)＝0.4 mol·L－1，c(O2)＝0.2 mol·L－1，容器容积为1 L，气体总物质的量为(0.2＋0.4＋0.2)mol＝0.8 mol，容器Ⅱ中投入量为(0.3＋0.5＋0.2)mol＝1 mol，若容器 Ⅱ 中投入量与平衡量相等，则两容器内压强之比为0.8∶1＝4∶5，根据容器 Ⅰ 中的相关数据知该反应的平衡常数K＝＝0.8，容器Ⅱ中Qc＝≈0.56T1，D项正确。‎ ‎4.(2019·武汉调研)如图所示，隔板Ⅰ固定不动，活塞Ⅱ可自由移动，M、N两个容器中均发生反应：X(g)＋2Y(g) xZ(g)，向M、N中通入1 mol X和2 mol Y的混合气体，初始时M、N的容积相同，保持温度不变。下列说法正确的是(　　)‎ A．若x＝3，达到平衡后X的体积分数关系：φ(M)>φ(N)‎ B．若x<3，Z的平衡浓度关系：c(M)3，达到平衡后Y的转化率：α(M)>α(N)‎ D．x不论何值，平衡时M、N中的平均相对分子质量都相等 解析：选B　M容器是恒温恒容条件下建立的平衡状态，N容器是恒温恒压条件下建立的平衡状态。若x＝3，该反应前后气体总分子数不变，N容器建立的平衡与恒温恒容下建立的平衡是等效平衡，故达到平衡后X的体积分数关系为φ(M)＝φ(N)，A错误；若x<3，该反应前后气体总分子数减少，N容器建立的平衡相当于恒温恒容下建立平衡后，缩小容器的容积，增大压强，平衡正向移动，Z的平衡浓度增大，故Z的平衡浓度关系为c(M)3，反应前后气体总分子数增加，N容器建立的平衡相当于恒温恒容下建立平衡后，扩大容器的容积，减小压强，平衡正向移动，Y的转化率增大，故达到平衡后Y的转化率关系为α(M)<α(N)，C错误；若x＝3，M、N中平衡状态相同，平衡时M、N的平均相对分子质量相等；若x>3或x<3，二者的平衡状态不同，平衡时M、N的平均相对分子质量不相等，D错误。‎ 归纳拓展 ‎1．等效平衡的含义和原理 ‎(1)含义 在一定条件下(恒温恒容或恒温恒压)，对同一可逆反应体系，起始时加入物质的物质的量不同，而达到化学平衡时，同种物质的百分含量相同。‎ ‎(2)原理 同一可逆反应，当外界条件一定时，反应无论从正反应开始，还是从逆反应开始，最后都能达到平衡状态。其中平衡混合物中各物质的含量相同。‎ 由于化学平衡状态与条件有关，而与建立平衡的途径无关。因而，同一可逆反应，从不同的状态开始，只要达到平衡时条件(温度、浓度、压强等)完全相同，则可形成等效平衡。‎ ‎2．等效平衡的分类与规律 等效类型 ‎①‎ ‎②‎ ‎③‎ 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 ‎3.解答等效平衡类题目的步骤 ‎1. 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．①②④　 B．①④⑥　　‎ C．②③⑤　　 D．③⑤⑥‎ 点拨：气体体积增大的反应，减小压强，平衡向正反应方向移动，COCl2的转化率增大。　　　　‎ 解析：选B　由化学方程式判断，该反应的正反应是气体分子数增多的吸热反应。故升温、减压及恒压通入惰性气体可提高COCl2的转化率。‎ ‎2．对于合成氨反应，达到平衡后，以下分析正确的是(　　)‎ A．升高温度，对正反应的反应速率影响更大 B．增大压强，对正反应的反应速率影响更大 C．减小反应物浓度，对逆反应的反应速率影响更大 D．加入催化剂，对逆反应的反应速率影响更大 解析：选B　合成氨反应为放热反应，升高温度，正、逆反应速率都增大，但平衡逆向移动，所以对逆反应速率影响更大，A项错误；合成氨反应为气体分子数减小的反应，增大压强，正、逆反应速率都增大，但平衡正向移动，所以对正反应速率影响更大，B项正确；减小反应物浓度，正反应速率瞬时减小，逆反应速率瞬时不变，所以对正反应速率影响更大，C项错误；加入催化剂，同等程度地影响正、逆反应速率，D项错误。‎ ‎3．随着汽车数量的逐年增多，汽车尾气污染已成为突出的环境问题之一。反应2NO(g)＋2CO(g)2CO2(g)＋N2(g)可用于净化汽车尾气，已知该反应速率极慢，570 K时平衡常数为1×10－59。下列说法正确的是(　　)‎ A．提高尾气净化效率的最佳途径是研制高效催化剂 B．提高尾气净化效率的常用方法是升高温度 C．装有尾气净化装置的汽车排出的气体中不再含有NO或CO D.，尾气净化效率更佳 点拨：及时抽走CO2、N2，生成物浓度减小，平衡向正反应方向移动，NO和CO的转化率增大，尾气净化效率更佳，但温度不变，平衡常数不变。　　　　‎ 解析：选A　提高尾气净化效率的最佳途径是研制高效催化剂，加快反应速率，A正确，B错误；该反应为可逆反应，排出的气体中仍然含有NO或CO，C错误；570 K时及时抽走CO2、N2，尾气净化效率更佳，但平衡常数不变，D错误。‎ ‎4．一定温度下，在中反应2H2(g)＋CO(g) CH3OH(g)分别达到平衡。下列说法正确的是(　　)‎ 容器 温度 ‎/K 起始浓度/(mol·L－1)‎ CH3OH平衡 浓度/(mol·L－1)‎ H2‎ CO CH3OH Ⅰ ‎400‎ ‎0.20‎ ‎0.10‎ ‎0‎ ‎0.08‎ Ⅱ ‎400‎ ‎0.40‎ ‎0.20‎ ‎0‎ x Ⅲ ‎500‎ ‎0‎ ‎0‎ ‎0.10‎ ‎0.025‎ A.该反应的正反应是吸热反应 B．x＝0.16‎ C．平衡时，容器Ⅱ中H2的体积分数比容器①的大 D．400 K时若再向容器Ⅰ中充入0.10 mol H2、0.10 mol CO和0.10 mol CH3OH，则平衡将向正反应方向移动 点拨：Ⅰ、Ⅱ对比，温度相同，浓度2倍关系，相当于Ⅱ中加压，平衡正移；Ⅰ、Ⅲ对比，一边倒后浓度相同，温度不同。　　　　‎ 解析：选D　对比Ⅰ、Ⅲ，若温度相同，0.1 mol·L－1的CH3OH相当于0.20 mol·L－1的H2和0.1 mol·L－1的CO，为等效平衡，但Ⅲ的温度较高，平衡时CH3OH较低，说明升高温度平衡逆向移动，正反应为放热反应，故A错误；对比Ⅰ、Ⅱ，在相同温度下反应，Ⅱ中反应物浓度是Ⅰ中反应物浓度的2倍，若平衡不移动时x＝2×0.08 mol·L－1＝0.16 mol·L－1‎ ‎，由方程式2H2(g)＋CO(g) CH3OH(g)可知，增大反应物浓度，平衡正向移动，故容器Ⅱ中CH3OH的平衡浓度大于0.16 mol·L－1，故B错误；由B项分析可知，Ⅱ与Ⅰ相比，平衡正向移动，H2的转化率增大，容器Ⅱ中H2的体积分数比容器Ⅰ中的小，故C错误；由Ⅰ可知平衡常数K＝＝2 500，若向容器Ⅰ中再充入0.10 mol H2、0.10 mol CO和0.10 mol CH3OH，则Qc＝≈76.53x＋q ‎　由图知：‎ T一定时，m＋nv逆 B．活化能：过程Ⅱ>过程Ⅰ C．n点时该反应的平衡常数K＝50‎ D．过程Ⅰ，t2时刻改变的反应条件可能是升高温度 解析：选C　m点CO2的转化率不是最大，反应向正反应方向进行，因此v正>v逆，A项正确；过程Ⅰ首先达到平衡状态，说明反应速率快，因此活化能：过程Ⅱ>过程Ⅰ，B项正确；n点时CO2的转化率是80%，则根据方程式可知 ‎　　　　　　　　　　CO2(g)＋3H2(g) H2O(g)＋CH3OH(g)‎ 起始浓度/(mol·L－1) 0.5 1.4 0 0‎ 转化浓度/(mol·L－1) 0.4 1.2 0.4 0.4‎ 平衡浓度/(mol·L－1) 0.1 0.2 0.4 0.4‎ 所以该反应的平衡常数K＝＝200，C项错误；过程Ⅰ，t2时刻CO2的转化率降低，说明反应向逆反应方向进行，由于正反应放热，因此改变的反应条件可能是升高温度，D项正确。‎ 含量—时间—温度(压强)图 这类图像反映了反应物或生成物的量在不同温度(压强)下与时间的关系，解题时要注意，一定条件下物质含量不再改变时，即为化学反应达到平衡的时刻，分析方法同类型一。‎ 由图知：p一定时，ΔH>0‎ 由图知：T一定时，m＋n>x＋q ‎[对点练]‎ ‎2．已知：4NH3(g)＋5O2(g) 4NO(g)＋6H2O(g)　ΔH＝－1 025 kJ·mol－1，若反应起始物质的量相同，下列关于该反应的示意图不正确的是(　　)‎ 解析：选C　由于该反应的正反应为放热反应，温度升高平衡逆向移动，NO的含量降低，故A项正确，C项错误；该反应的正反应是气体体积增大的反应，压强减小平衡正向移动，NO的含量增大，故B项正确；催化剂的使用只能改变反应速率，不能使平衡发生移动，NO的含量不变，故D项正确。‎ 转化率—温度—压强图 ‎1.分析四种图像 由图知：m＋n>x＋q，ΔH>0‎ 由图知：m＋nx＋q，ΔH<0‎ 由图知：m＋n0‎ ‎2.解答这类图像时应注意以下两点(“定一议二”原则)：‎ ‎(1)通过分析相同温度下不同压强时反应物A的转化率大小来判断平衡移动的方向，从而确定反应方程式中反应物与产物气体物质间的化学计量数的大小关系。如图甲中任取一条温度曲线研究，压强增大，A的转化率增大，平衡正向移动，正反应为气体体积减小的反应，图丙中任取横坐标一点作横坐标垂直线，也能得出相同结论。‎ ‎(2)通过分析相同压强下不同温度时反应物A的转化率的大小来判断平衡移动的方向，从而确定反应的热效应。如图丙中任取一条压强曲线研究，温度升高，A的转化率减小，平衡逆向移动，正反应为放热反应，图乙中任取横坐标一点作横坐标垂直线，也能得出相同结论。‎ ‎[对点练]‎ ‎3．可逆反应mX(g)＋nY(g) xZ(g)在不同温度及压强(p1和p2)条件下反应物X的转化率的变化情况如图所示。下列判断正确的是(　　)‎ A．正反应吸热，m＋nx C．正反应放热，m＋nx 解析：选D　根据第二个图像，随着温度的升高，X的转化率减小，说明升温平衡逆向移动，正反应为放热反应；从第一个图像看出，在p1下先达到平衡，可知p1>p2，则增大压强时，X的转化率增大，说明增大压强平衡正向移动，m＋n>x。‎ 含量—温度—压强图 这类图像的纵坐标为反应物或生成物的含量，横坐标为温度或压强，分析方法同类型三。‎ 由图知：m＋n>x＋q，ΔH>0‎ 由图知：m＋nx＋q，ΔH<0‎ 由图知：m＋n0‎ ‎[对点练]‎ ‎4.如图是温度和压强对反应X＋Y2Z影响的示意图。图中纵坐标表示平衡混合气体中Z的体积分数。下列叙述正确的是(　　)‎ A．X、Y、Z均为气态 B．恒容时，混合气体的密度可作为此反应是否达到化学平衡状态的判断依据 C．升高温度时v正增大，v逆减小，平衡向右移动 D．使用催化剂Z的产率提高 解析：选B　由图可知，在温度不变时增大压强，Z的体积分数减小，即平衡逆向移动，所以X、Y中至多有一种是气体，A错误；因反应物中有非气体物质存在，所以恒容时只要平衡发生移动，混合气体的质量就会发生变化，则密度必然改变，所以混合气体的密度可作为此反应是否达到化学平衡状态的判断依据，B正确；升高温度，v正、v逆都增大，C错误；催化剂对平衡移动无影响，不能提高Z的产率，D错误。‎ 其他图像 图像(1)：t1点时，C的含量的增加量为状态Ⅰ大于状态Ⅱ；条件改变时，平衡不发生移动。所以，条件Ⅰ有两种可能：①使用催化剂；②增大压强，且满足m＋n＝x＋q。‎ 图像(2)：T1为平衡点；T1点以前，v正>v逆，没有达到化学平衡状态，T1点以后，随着温度的升高，C的含量减小，表示化学平衡向逆反应方向移动，正反应为放热反应，ΔH<0。‎ 图像(3)：p1为平衡点；p1点以前，v正>v逆，反应没有达到化学平衡状态； p1‎ 点以后，随着压强的增大，C的含量减小，表示化学平衡向逆反应方向移动，逆反应为气体分子数减小的反应，即m＋n