高中化学平衡难点突破化学平衡与化学平衡移动附解析.docx

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高中化学平衡难点突破化学平衡与化学平衡移动附解析

【知识精讲】

1．影响化学反应速率的因素常与影响化学平衡移动的因素结合在一起进行考查，同学们在做题时，一定要注意排除化学平衡移动的干扰，如：

（1）温度：

①因为任何反应均伴随着热效应，所以只要温度改变，平衡一定发生移动。

②温度升高不论是吸热反应还是放热反应，v（正）、v（逆）均增大，吸热反应速率增大的倍数大于放热反应速率增大的倍数，致使平衡向吸热反应方向移动，不能错误地认为正反应速率增大，逆反应速率减小。

同理，降低温度，平衡向放热反应方向移动，v（正）、v（逆）均减小。

（2）催化剂：

催化剂只能同倍地改变正、逆反应速率，改变到达平衡所需的时间，不影响化学平衡。

（3）浓度：

①增大反应物浓度的瞬间v（正）增大，v（逆）不变，平衡向正反应方向移动，v（正）逐渐减小，v（逆）逐渐增大，但最终v（正）、v（逆）均比原平衡大。

同理，减小反应物浓度或减小生成物浓度，最终v（正）、v（逆）均比原平衡小。

②纯固体、纯液体无浓度变化，增加其量对反应速率及平衡均无影响。

（4）压强：

①加压（减小容器体积）对有气体参加和生成的反应，气体浓度增大，v（正）、v（逆）均增大，气体体积之和大的一侧增加的倍数大于气体体积之和小的一侧增加的倍数，平衡向气体体积减小的方向移动。

同理，增大体积即减压，v（正）、v（逆）均减小。

②气体物质的量不变的反应，加压只能同倍地改变正、逆反应速率，改变到达平衡所需的时间，不影响化学平衡。

③无气体参加的反应，压强变化对反应速率及平衡均无影响。

2．注意压强的变化一定要归结到浓度的变化。

（1）如果压强改变但浓度不变，化学反应速率及平衡也不变化。

如恒容时：

充入惰性气体――→引起容器内气体总压强增大，但反应物浓度不变，反应速率不变，化学平衡不移动。

（2）如果压强不变，但浓度变化，那么化学反应速率及平衡也相应发生变化。

如恒压时，充入惰性气体――→引起容器容积增大――→引起气体反应物浓度减小――→引起反应速率减小，平衡向气体体积增大的方向移动（反应前后气体体积不变的反应除外）。

3．注意平衡移动的方向与转化率、浓度、体积分数等之间的关系。

如恒温恒容条件下向N2＋3H22NH3中充入N2，平衡右移，N2的转化率降低，H2的转化率增大，NH3的体积分数减小，N2的浓度增大。

【经典例析】

例1.

（1）二氧化碳催化加氢合成低碳烯烃是目前研究的热门课题，起始时以0.1MPa，n（H2）∶n（CO2）=3∶1的投料比充入反应器中，发生反应：

2CO2（g）+6H2（g）C2H4（g）+4H2O（g）　ΔH，不同温度下平衡时的四种气态物质的物质的量如图1所示。

①曲线b表示的物质为　　　　（填化学式）。

②该反应的ΔH　　　　（填“>”或“<”）0。

③为提高CO2的平衡转化率，除改变温度外，还可采取的措施是　　　　　　　　　（列举一项）。

（2）天然气的一个重要用途是制取H2，其原理为CO2（g）+CH4（g）2CO（g）+2H2（g）。

在密闭容器中通入物质的量浓度均为0.1mol•L-1的CH4与CO2，在一定条件下发生反应，测得CH4的平衡转化率与温度及压强的关系如图2所示，则压强p1　　　　（填“大于”或“小于”）p2；压强为p2时，在y点：

v（正）　　　　（填“大于”、“小于”或“等于”）v（逆）。

（3）氮的重要化合物如肼（N2H4），在生产、生活中具有重要作用。

在纳米钴的催化作用下，肼可分解生成两种气体，其中一种能使湿润的红色石蕊试纸变蓝。

若反应在不同温度下达到平衡时，混合气体中各组分的体积分数如图3所示，则N2H4发生分解反应的化学方程式为　　　　　　　　　　；为抑制肼的分解，可采取的合理措施有　　　　　　　　　　（任写一种）。

解析：

（1）由H2变化的曲线可知，随着温度的升高，H2物质的量在增加，即升高温度平衡逆向移动，故该反应ΔH<0。

且随着温度升高有降低趋势的曲线代表的是H2O或乙烯，根据两者的化学计量数可知，H2O降低的趋势快，故b表示的是H2O。

由于该反应的正反应是气体体积减小的反应，故增大压强，平衡正向移动，CO2转化率升高；根据浓度对平衡移动的影响可知，适当增加的比值也能促进平衡正向移动。

（2）由于该反应的正反应是气体体积增大的反应，增大压强，平衡逆向移动，则压强越大，CH4的转化率越小，故p1

（3）根据信息可知一种气体为NH3，另一种气体体积分数约为NH3的0.25，根据质量守恒，可写出化学方程式；该反应是分解反应（吸热反应），且正反应气体的体积增大，故为了抑制N2H4的分解，应使得平衡逆向移动，可采用降低温度或增大压强等措施。

答案：

（1）①H2O　②<　③增大压强（或适当增大H2的浓度）　

（2）小于　大于　（3）3N2H4N2+4NH3　降低反应温度（或增大压强等）

例2.

（1）用O2将HCl转化为Cl2，可提高效益、减少污染。

新型RuO2催化剂对上述HCl转化为Cl2的总反应具有更好的催化活性。

①实验测得在一定压强下，总反应的HCl平衡转化率随温度变化的αHCl~T曲线如右图，则总反应的ΔH　　　　（填“>”、“=”或“<”）0；A、B两点的反应速率中较大的是　　　　。

②在上述实验中若压缩体积使压强增大，画出相应的αHCl~T曲线示意图，并简要说明理由：

　                                    。

③下列措施有利于提高αHCl的有　　　　（填字母）。

A.增大n（HCl） B.增大n（O2）     C.使用更好的催化剂     D.移去H2O

（2）乙苯催化脱氢制苯乙烯反应：

工业上，通常在乙苯蒸气中掺混水蒸气（原料气中乙苯和水蒸气的物质的量之比为1∶9），控制反应温度600℃，并保持体系总压为常压的条件下进行反应。

在不同反应温度下，乙苯的平衡转化率和某催化剂作用下苯乙烯的选择性（指除了H2以外的产物中苯乙烯的物质的量分数）示意图如图。

①掺入水蒸气能提高乙苯的平衡转化率，解释说明该事实：

　                  。

②控制反应温度为600℃的理由是                                 　。

解析：

（1）①由图可知，温度越高，平衡时HCl的转化率越小，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，则正反应为放热反应，即ΔH<0；温度越高，反应速率越快，所以B点反应速率比A点快。

②反应的化学方程式为4HCl（g）+O2（g）2Cl2（g）+2H2O（g），正反应为气体体积减小的反应，增大压强，平衡向正反应方向移动，相同温度下HCl的平衡转化率比之前实验的大。

③增大n（HCl），HCl浓度增大，平衡右移，但HCl的转化率降低，故A错误；增大n（O2），氧气浓度增大，平衡右移，HCl的转化率提高，故B正确；使用更好的催化剂，加快反应速率，缩短达到平衡的时间，不影响平衡移动，HCl的转化率不变，故C错误；移去生成物H2O，有利于平衡右移，HCl的转化率增大，故D正确。

（2）①正反应为气体分子数增大的反应，保持压强不变，加入水蒸气，容器体积增大，等效为降低压强，平衡向正反应方向移动，提高乙苯的平衡转化率。

答案：

（1）①<　B　②  

增大压强，平衡向正反应方向移动，αHCl增大，相同温度下HCl的平衡转化率比之前实验的大　③BD　

（2）①正反应为气体分子数增大的反应，保持压强不变，加入水蒸气，容器体积增大，平衡向正反应方向移动　②600℃时乙苯的转化率与苯乙烯的选择性均较高，温度过低，反应速率较慢，乙苯的转化率较低，温度过高，苯乙烯的选择性下降，高温下催化剂可能失去活性，且消耗能量较大

【巩固训练】

1.

（1）研究氮氧化物与悬浮在大气中海盐粒子的相互作用时，涉及如下反应：

2NO（g）+Cl2（g）2ClNO（g）　ΔH<0，为研究不同条件对反应的影响，在恒温条件下，向2L恒容密闭容器中加入0.2molNO和0.1molCl2，10min时反应达到平衡。

测得10min内v（ClNO）=7.5×10-3mol•L-1•min-1，则平衡后n（Cl2）=　　　　mol，NO的转化率α1=　　　　。

其他条件保持不变，反应在恒压条件下进行，平衡时NO的转化率α2　　　　（填“>”、“<”或“=”）α1。

（2）①合成氨是人类科学技术上的一项重大突破，其反应原理为N2（g）+3H2（g）2NH3（g）　

ΔH=-92.4kJ•mol-1。

右图表示500℃、60.0MPa条件下，原料气投料比与平衡时NH3体积分数的关系。

根据图中a点数据计算N2的平衡体积分数：

　　　　。

②制氢气的原理如下：

CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g），若1molCO和H2的混合气体（CO的体积分数为20%）与H2O反应，得到1.18molCO、CO2和H2的混合气体，则CO的转化率为　　　　。

答案：

（1）2.5×10-2　75%　>　

（2）①14.5%　②90%

解析：

（1）平衡时容器中Δn（ClNO）=7.5×10-3mol•L-1•min-1×10min×2L=0.15mol，

　　　2NO（g）+Cl2（g）2ClNO（g）

起始：

　0.2mol　0.1mol　　　0

转化：

　0.15mol　0.075mol　0.15mol

平衡：

　0.05mol　0.025mol　0.15mol

则平衡后n（Cl2）=0.025mol；NO的转化率=×100%=75%；恒压下达到平衡态相当于将原平衡加压，平衡正向移动，NO的转化率增大。

（2）①由图中看出a点时，N2与H2物质的量之比为1∶3，NH3的平衡体积分数为42%。

设起始时N2的物质的量为1mol，H2的物质的量为3mol，平衡时转化的N2的物质的量为xmol，由三段式：

　　　　　　N2+3H22NH3

起始/mol：

 1　3　　 0

转化/mol：

 x 3x 2x

平衡/mol：

 1-x 3-3x 2x

 ×100%=42%，则x=0.59，则平衡时N2的体积分数为×100%=14.5%。

②CO与H2的混合气体与水蒸气的反应中，反应体系中的气体的物质的量不变，而1molCO与H2的混合气体参加反应生成1.18mol混合气体，说明有0.18mol水蒸气参加反应，则根据化学方程式可知参加反应的CO也为0.18mol，则其转化率为×100%=90%。

2.

（1）倡导“低碳经济”。

降低大气中CO2的含量，有利于解决气候变暖的环境问题。

工业上可用CO2来生产燃料甲醇。

反应原理为CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）　ΔH<0。

一定温度下，在

体积为2L的恒容密闭容器中，充入2molCO2和6molH2，一定条件下发生反应，测得CO2和CH3OH的浓度随时间变化如右图所示。

①达到平衡时，CO2的转化率=　　　　。

②从反应开始到平衡，氢气的平均反应速率v（H2）=　　　　mol•L-1•min-1。

③容器内的平衡压强与起始压强之比为　　　　。

（2）一定温度下，在容积相同且固定的两个密闭容器中，按如下方式加入反应物，一段时间后达到平衡。

容　器 甲 乙

反应物投入量 1molCO2、3molH2 amolCO2、bmolH2、cmolCH3OH（g）、cmolH2O（g）

　　若甲中平衡后气体的压强为开始的0.8倍，要使平衡后乙与甲中相同组分的物质的量相等，且