2020届高考化学二轮复习化学平衡化学平衡移动学案 22页

【知识精讲】 一、体系构建 二、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＋bB cC＋dD， v正A v逆B＝ a b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。 三、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 增大反应物浓度或减小生成物浓度 向正反应方向移动 浓度 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 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参加的反应) 反应前后气体体积不变 改变压强 平衡不移动 升高温度 向吸热反应方向移动 温度 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 ― ― ― ― ― ― →充入惰性气体 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 ― ― ― ― ― ― →充入惰性气体 容器容积增大，各反应气体的分压减小―→ 体系中各组分的浓度同倍数减小 (等效于减压) 四、等效平衡 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) ① 2 mol 1 mol 0 ② 0 0 2 mol ③ 0.5 mol 0.25 mol 1.5 mol ④ a mol b mol c mol 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 2 mol，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， c 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) ① 2 mol 3 mol 0 ② 1 mol 3.5 mol 2 mol ③ a mol b mol c mol 按化学方程式的化学计量关系均转化为反应物，则①②中 nSO2 nO2 ＝ 2 3，故互为等效平衡。 ③中 a、b、c 三者关系满足： c＋a c 2＋b ＝ 2 3，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) ① 1 mol 1 mol 0 ② 2 mol 2 mol 1 mol ③ a mol b mol c mol 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(c 2＋a )∶(c 2＋b )＝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。 【典题精练】 考点 1、考查可逆反应的特点 6．一定条件下，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 mol·L－1、0.3 mol·L－1、0.08 mol·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 的转化率相等 D．c1 的取值范围为 0v(逆)，②⑤ 正确；平衡正向移动，反应物的转化率不一定增大，如 2SO2＋O2 2SO3，增加 O2 的量，SO2 转化率增大， 而 O2 的转化率减小，③错误；若缩小体积，增大压强，反应物浓度会增大，④错误；加入催化剂平衡不移 动，⑥错误。综上所述，B 项正确。 答案：B 思维建模：判断化学平衡移动方向的思维模型 考点 4、考查等效平衡的应用 例 4.一定温度下，在 3 个容积均为 1.0 L 的恒容密闭容器中反应 2H2(g)＋CO(g) CH3OH(g)达到平衡， 下列说法正确的是(　　) 物质的起始浓度/mol·L－1 物质的平衡浓度/mol·L－ 1容器 温度/K c(H2) c(CO) c(CH3OH) c(CH3OH) Ⅰ 400 0.20 0.10 0 0.080 Ⅱ 400 0.40 0.20 0 Ⅲ 500 0 0 0.10 0.025 A.该反应的正反应吸热 B.达到平衡时，容器Ⅰ中反应物的转化率比容器Ⅱ中的大 C.达到平衡时，容器Ⅱ中 c(H2)大于容器Ⅲ中 c(H2)的两倍 D.达到平衡时，容器Ⅲ中的正反应速率比容器Ⅰ中的大 解析：对比容器Ⅰ和Ⅲ可知两者投料量相当，若温度相同，最终建立等效平衡，但Ⅲ温度高，平衡时 c(CH3OH) 小，说明平衡向逆反应方向移动，即逆反应为吸热反应，正反应为放热反应，A 错误；Ⅱ相对于Ⅰ成比例 增加投料量，相当于加压，平衡正向移动，转化率提高，所以Ⅱ中转化率高，B 错误；不考虑温度，Ⅱ中 投料量是Ⅲ的两倍，相当于加压，平衡正向移动，所以Ⅱ中 c(H2)小于Ⅲ中 c(H2)的两倍，C 错误；对比Ⅰ 和Ⅲ，若温度相同，两者建立等效平衡，两容器中速率相等，但Ⅲ温度高，速率更快，D 正确。 答案：D 练后归纳：两平衡状态间要互为等效应满足四点： ①同一条件；②同一可逆反应；③仅仅由于初始投料不同(即建立平衡的方向可以不同)；④平衡时相应物 质在各自平衡体系中的体积分数(或物质的量分数)相同。 考点 5、考查勒夏特列原理的应用 例 5．下列实验事实不能用平衡移动原理解释的是(　　) A. 解析：本题考查化学平衡移动原理的应用。A 项中 NO2 球中存在 2NO2 N2O4，ΔH<0，正反应放热，NO2 球放入冷水，颜色变浅，NO2 球放入热水，颜色变深，可以用平衡移动原理解释，A 项错误；根据 B 中表格 的数据，温度升高，KW 增大，则水的电离是吸热反应，能用平衡移动原理解释，B 项错误；H2O2 溶液加 MnO2 是为了加快化学反应速率，MnO2 作催化剂，C 项正确；氨水中存在电离平衡 NH3·H2ONH＋4 ＋OH－，随着 氨水浓度降低，氨水电离程度增大，可以用平衡移动原理解释，D 项错误。 答案：C 易错提醒：1．对于溶液中的离子反应，向溶液中加入与实际反应无关的离子，平衡不移动。 2．溶液中的可逆反应，达平衡后加水稀释，平衡向溶质微粒数增多的方向移动。 3．改变固体或纯液体的量，对平衡无影响。 4．当反应混合物中不存在气态物质时，压强的改变对平衡无影响。 5．对于反应前后气体体积无变化的反应，如 H2(g)＋I2(g) 2HI(g)，压强的改变对平衡无影响。但增 大(或减小)压强会使各物质的浓度增大(或减小)，混合气体的颜色变深(或浅)。 6．“惰性气体”对化学平衡的影响 ①恒温、恒容条件 原平衡体系 ― ― → 充入惰性气体 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 ― ― → 充入惰性气体 容器容积增大，各反应气体的分压减小―→体系中各组分的浓度同倍数减小(等效 于减压) 考点 6、考查化学平衡图像分析 例 6．根据下列有关图象，说法正确的是(　　) A．由图甲知，反应在 T1，T3 处达到平衡，且该反应的 ΔH<0 B．由图乙知，反应在 t6 时，NH3 体积分数最大 C．由图乙知，t3 时采取降低反应温度的措施 D．图丙在 10 L 容器、850 ℃，反应到 4 min 时，放出 51.6 kJ 的热量 解析：由图甲可知，T2 时处于化学平衡状态，升高温度，Z%减少，X%增多，所以 ΔH<0，A 错误；由图乙 可知，反应自 t3 开始一直在向逆反应方向移动，所以 t6 时 NH3 的体积分数最小，B 错误；由图乙可知，t3 时如果降低温度，平衡向正反应方向移动，则 v 正>v 逆，C 错误；由图丙可知，反应进行到 4 min 时，消耗 的反应物的物质的量为 0.12 mol·L－1×10 L＝1.2 mol，所以放出的热量为 51.6 kJ，D 正确。 答案：D 练后总结：解答化学平衡图像题的思路、步骤与技巧 1．解题思路 2．解题步骤 3．解题技巧 (1)先拐先平数值大。在含量—时间曲线中，先出现拐点的则先达到平衡，说明该曲线表示的温度较高或 压强较大。 (2)定一议二。图像中有三个量时，先确定一个量不变，再讨论另外两个量的关系。即确定横坐标所表示 的量后，讨论纵坐标与曲线的关系；或确定纵坐标所表示的量后(通常可画一垂线)，讨论横坐标与曲线的 关系。 (3)三步分析法。一看反应速率是增大还是减小；二看 v 正、v 逆的相对大小；三看化学平衡移动的方向。 考点 7、考查化学平衡原理在工农业生产中的应用 例 7．合成氨工业中，原料气(N2、H2 及少量 CO、NH3 的混合气)在进入合成塔前常用醋酸二氨合铜(I)溶液 来吸收原料气中的 CO，其反应是 Cu(NH3)2CH3COO＋CO＋NH3 Cu(NH3)3CH3COO·CO　ΔH<0。 (1)必须除去原料气中 CO 的原因是_______________。 (2)醋酸二氨合铜(I)吸收 CO 的生产适宜条件应是________。 (3)吸收 CO 后的醋酸二氨合铜溶液经过适当处理又可再生，恢复其吸收 CO 的能力以供循环使用。醋酸二 氨合铜溶液再生的生产适宜条件应是________。 解析：合成氨的流程中的除杂，是为了除去能使催化剂中毒的物质。题中指出：在合成氨的过程中必须除 去 CO，因此 CO 是属于使催化剂中毒的物质。从吸收 CO 的化学方程式可得：吸收 CO 的反应是正反应为气 体体积缩小的放热反应，因此为了使 CO 尽最大可能地被吸收，应采取高压、低温的办法使平衡正向移动， 要使醋酸二氨合铜(I)溶液再生，即使平衡逆向移动，故必须采取低压、高温的办法。 答案：(1)防止 CO 使催化剂中毒　(2)低温、高压　(3)高温、低压 练后归纳：工农业生产中平衡类问题需综合考虑的几个方面 (1)原料的来源、除杂，尤其考虑杂质对平衡的影响。 (2)原料的循环利用。 (3)产物的污染处理。 (4)产物的酸碱性对反应的影响。 (5)气体产物的压强对平衡造成的影响。 (6)改变外界条件对多平衡体系的影响。 【名校新题】 1．（2019·辉县市第一高级中学高考模拟）下面是某化学研究小组探究外界条件对化学反应速率和化学平 衡影响的图像，其中图像和实验结论表达均正确的是 A．①是其他条件一定时，反应速率随温度变化的图像，正反应 ΔH＜0 B．②是在平衡体系的溶液中溶入少量 KCl 晶体后化学反应速率随时间变化的图像 C．③是在有无催化剂存在下建立的平衡过程图像，a 是使用催化剂时的曲线 D．④是一定条件下，向含有一定量 A 的容器中逐渐加入 B 时的图像，压强 p1＞p2 【答案】C 【解析】A．根据图象知，升高温度，平衡向正反应方向移动，则正反应的△H＞0，故 A 错误；B．该反应 实质为 Fe3++3SCN-⇌Fe(SCN)3，钾离子和氯离子不参加反应，则 KCl 浓度增大不影响化学平衡移动，故 B 错误；C．使用催化剂，反应速率加快，缩短反应时间，所以先达到平衡状态，故 C 正确；D．该反应前后 气体的物质的量不变，改变压强不影响平衡状态，即不影响 A 的转化率，由于不断加入 B，A 的转化率增 大，故 D 错误。故选 C。 2．（2019·山东师范大学附中高考模拟）下图所示为工业合成氨的流程图。有关说法错误的是 A．步骤①中“净化”可以防止催化剂中毒 B．步骤②中“加压”既可以提高原料的转化率，又可以加快反应速率 C．步骤③、④、⑤均有利于提高原料平衡的转化率 D．产品液氨除可生产化肥外，还可用作制冷剂 【答案】C 【解析】A 项：合成氨使用含铁催化剂，为防止催化剂中毒，须将原料“净化”处理，A 项正确；B 项：步 骤②中“加压”，可增大氮气、氢气浓度，加快合成氨反应速率又能使平衡右移，提高原料转化率，B 项正 确；C 项：合成氨反应放热，步骤③使用较高温度不利于提高原料转化率，同时使用催化剂也不能使平衡 移动，步骤④、⑤能有利于提高原料的转化率，故 C 项错误；D 项：产品液氨可用酸吸收生成铵态氮肥。 液氨汽化时会吸收大量热，可用作制冷剂，D 项正确。本题选 C。 3．（2019·山东高三期末）在一定条件下 A2 和 B2 可发生反应：A2(g)+3B2(g) 2AB3(g)。图 1 表示 在一定温度下此反应过程中的能量变化，图 2 表示在固定容积为 2L 的密闭容器中反应时 A2 的物质的量随 时间变化的关系，图 3 表示在其他条件不变的情况下，改变反应物 B2 的起始物质的量对此反应平衡的影响。 下列说法错误的是 A．该反应在低于某一温度时能自发进行 B．10min 内该反应的平均速率 v(B2)=0.045mol/(L·min) C．11min 时，其他条件不变，压缩容器容积至 1L，n(A2)的变化趋势如图 2 中曲线 d 所示 D．图 3 中 T1△H ， 即 △G>0 ， 反 应 不 能 自 发 进 行 ， A 正 确 ； B.10min 内 该 反 应 的 平 均 速 率 v(A2)= mol/(L·min)，根据方程式可知 v(B2)=3v(A2)=0.045mol/(L·min)，B 正确；C.11min 时，其他条件不变，压缩容器容积至 1L，由于物质的浓度增大，化学平衡正向移动，不断消耗 A2，所以 n(A2) 的物质的量会进一步减少，n(A2)变化趋势如图 2 中曲线 d 所示，C 正确；D.在温度不变时，增大某种反应 物的浓度，化学平衡正向移动，可以使其它反应物的转化率提高，故当 T10，且 a＝1.5 D. 若 图 4 表 示 常 温 下 用 0.1000mo1/L NaOH 溶 液 滴 定 25.00mL CH3COOH 溶 液 的 滴 定 曲 线 ， 则 c(CH3COOH)=0.1000mo1/L 【答案】C 【解析】A. 由图 1 可知第 I 步比第Ⅱ步活化能高，因此反应②的第 I 步比第Ⅱ步反应速率慢，A 错误；B. 若图 2 为 1 mL pH＝2 某一元酸溶液加水稀释时 pH 随溶液总体积的变化曲线，根据图像可知稀释 100 倍时 pH＜4，则说明该酸是弱酸，B 错误；C. 由图 3 知温度越高，平衡时 C 的体积分数越大，这说明升高温度 平衡向正反应方向进行，ΔH＞0。A 和 B 按照化学计量数比反应平衡时 C 的体积分数最大，因此反应 3A(g) ＋2B(g) 2C(g)的 ΔH＞0，且 a＝1.5，C 正确；D. 恰好反应时溶液显碱性，因此根据图 4 无法计算 醋酸的浓度，D 错误；答案选 C。 13．（2019·山东高考模拟）氮氧化物是空气的主要污染物之一，研究氮氧化物的性质对于防治空气污染 有重要意义。回答下列问题： (1)已知：NO(g)+O3(g)=NO2(g)+O2(g) △H=－200.9kJ·mol－1 NO(g)+1/2O2(g)=NO2(g) △H=－58.2kJ·mol－1 写出 NO 与臭氧(O3)反应生成 NO2 的热化学方程式______________________。 (2)温度为 T1 时，在三个容积均为 1L 的密闭容器中仅发生反应：2NO(g)+O2(g) 2NO2(g) △H＜0 实验测得：v 正=v(NO)消耗= 2v(O2) 消耗= k 正 c2(NO)·c(O2)，v 逆=v(NO2) 消耗= k 逆 c2 (NO2)，k 正、k 逆为速率常 数，受温度影响。 ①温度为 T1 时， k 正/k 逆=___________；当温度升高为 T2 时，k 正、k 逆分别增大 m 倍和 n 倍，则 m___________n(填“＞”、“＜“或“=”)。 ②若容器Ⅱ中达到平衡时 c(NO2)/c(NO)=1，则 NO 的转化率为___________，x=___________。 ③容器Ⅲ中起始时 v 正___________v 逆(填“>”、“<”或“=”)，理由是___________。 ④T1 时，在 1L 密闭容器中按照一定比例充入 NO(g)和 O2(g)，达到平衡时 NO2(g)的体积分数 Φ(NO2)随 n(NO)/n(O2)的变化如图所示，则 A、B、C 三点中 NO 的转化率最大的是___________；当 n(NO)/n(O2)=2.3 时，达到平衡时 Φ(NO2)可能是 D、E、F 三点中的___________。 【答案】(1)3NO(g)＋O3(g)＝3NO2(g) △H=－317.3kJ·mol－1 (2)①1.25 < ②20% 0.85 ③ < 因为 Qc=0.22/0.32×0.25=1.78>K=1.25，反应向逆反应方向进行，所以 v 正K =1.25，反应向逆反应方向进行，所以 v 正K=1.25，反应向逆反应方向进行，所以 v 正