通用版版高考化学一轮复习 第七章 化学反应速率与化学平衡 第23讲 化学平衡状态及平衡移动讲义Word下载.docx
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”“>
”或“=”,下同),SO2的物质的量________0mol,转化率________100%,反应放出的热量________QkJ。
<
>
<
3.在两个恒容的密闭容器中进行下列两个可逆反应
(甲)2NO2(g)
2NO(g)+O2(g)
(乙)H2(g)+I2(g)
2HI(g)
现有下列状态:
①体系压强不再改变的状态
②反应物的浓度不再改变的状态
③反应物或生成物的百分含量不再改变的状态
④体系中各物质浓度之比等于化学计量数之比的状态
⑤混合气体的颜色不再改变的状态
⑥混合气体的密度不再改变的状态
⑦混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态
⑧体系温度不再改变的状态
其中能表明(甲)达到化学平衡状态的是________________________________________________________________________;
能表明(乙)达到化学平衡状态的是________。
①②③⑤⑦⑧ ②③⑤⑧
考向1 可逆反应的特点
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0.1mol·
L-1、0.3mol·
L-1、0.08mol·
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的转化率不相等
D.c1的取值范围为0mol·
L-1<
c1<
0.14mol·
L-1
[解析] X、Y的平衡浓度之比为1∶3,转化浓度亦为1∶3,故c1∶c2=1∶3,A、C不正确;
平衡时Y生成表示逆反应,Z生成表示正反应速率且vY(生成)∶vZ(生成)应为3∶2,B不正确;
由可逆反应的特点可知0<
L-1。
[答案] D
1.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0.1mol·
L-1、0.2mol·
L-1,在一定条件下,当反应达到平衡时,各物质的浓度有可能是( )
A.Z为0.3mol·
L-1 B.Y2为0.4mol·
C.X2为0.2mol·
L-1D.Z为0.4mol·
A
2.一定温度下,在密闭容器中N2O5可发生下列反应:
①2N2O5(g)
4NO2(g)+O2(g)
②2NO2(g)
若达平衡时,c(NO2)=0.4mol/L,c(O2)=1.3mol/L,则反应②中NO2的转化率为________,N2O5(g)的起始浓度应不低于________mol/L。
解析:
利用反应①和②可以求出当c(NO2)=0.4mol/L,c(O2)=1.3mol/L时,
4xx
2y2yy
x+y=1.3mol/L,4x-2y=0.4mol/L,
解得:
x=0.5mol/L,y=0.8mol/L。
所以反应②中NO2的转化率为80%。
由①反应生成的O2的浓度为0.5mol/L,知N2O5的起始浓度应大于1mol/L。
80% 1
极端假设法确定各物质浓度范围
上述题目2可根据极端假设法判断,假设反应正向或逆向进行到底,求出各物质浓度的最大值和最小值,从而确定它们的浓度范围。
假设反应正向进行到底:
2Z(g)
起始浓度(mol·
L-1)0.10.30.2
改变浓度(mol·
L-1)0.10.10.2
终态浓度(mol·
L-1)00.20.4
假设反应逆向进行到底:
L-1)0.20.40
平衡体系中各物质的浓度范围为0<
c(X2)<
0.2mol·
L-1,0.2mol·
c(Y2)<
0.4mol·
L-1,0<
c(Z)<
考向2 化学平衡状态判定
(2016·
宁夏银川检测)一定温度下,在一固定体积的密闭容器中,对于可逆反应A(s)+3B(g)
2C(g),下列说法说明达到平衡状态的是( )
①C的生成速率和C的分解速率相等;
②单位时间内生成amolA,同时生成3amolB;
③气体密度不再变化;
④混合气体的总压强不再变化;
⑤A、B、C的物质的量之比为1∶3∶2;
⑥混合气体的平均相对分子质量不变
A.②④⑤ B.①③④⑥
C.①②④⑥ D.①②③④⑤
[解析] ①是判断平衡状态的本质依据,正确;
②生成A、B都是逆反应方向,在任何条件下都成立,错误;
③容器体积不变,气体密度不变,说明气体总质量不变,即平衡不移动,正确;
④容器体积不变,一定温度下,当压强不变时,气体总物质的量不变,正确;
⑤A、B、C的物质的量之比等于其化学计量数之比不能说明反应是否达到平衡,错误;
⑥随着反应进行,气体质量增大,气体总物质的量减小,相对分子质量增大,当相对分子质量不变时,说明达到平衡状态,正确。
[答案] B
「思维建模」 “两审”“两标志”突破化学平衡状态的判断
(1)“两审”
一审题干条件,是恒温恒容还是恒温恒压;
二审反应特点:
①全部是气体参与的等体积反应还是非等体积反应;
②有固体或液体参与的等体积反应还是非等体积反应。
(2)“两标志”
①本质标志
v(正)=v(逆)≠0。
对于某一可逆反应来说,正反应消耗掉某反应物的速率等于逆反应生成该反应物的速率。
②等价标志
a.全部是气体参加的非等体积反应,体系的压强、平均相对分子质量不再随时间而变化。
例如,N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)。
b.体系中各组分的物质的量浓度、体积分数、物质的量(或质量)分数保持不变。
c.对同一物质而言,断裂的化学键的物质的量与形成的化学键的物质的量相等。
d.对于有色物质参加或生成的可逆反应,体系的颜色不再随时间而变化。
例如,2NO2(g)
N2O4(g)。
e.体系中某反应物的转化率或某生成物的产率达到最大值且不再随时间而变化。
3.在一定温度下的某容积可变的密闭容器中,建立下列化学平衡:
C(s)+H2O(g)
CO(g)+H2(g)。
不能确定上述可逆反应在一定条件下已达到化学平衡状态的是( )
A.体系的体积不再发生变化
B.v正(CO)=v逆(H2O)
C.生成nmolCO的同时生成nmolH2
D.1molH—H键断裂的同时断裂2molH—O键
选C。
不论反应是否达到平衡状态,生成nmolCO的同时都会生成nmolH2。
4.一定温度下,反应N2O4(g)
2NO2(g)的焓变为ΔH,现将1molN2O4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________。
该反应由正方向开始进行,且是气体体积增大的反应,恒压时,容器的容积增大,气体的密度随容积的增大而减小,达到平衡时则不变,故a对;
反应的焓变与是否到达平衡状态无关,始终保持不变,b错;
随着反应的进行n(N2O4)逐渐减小,容器容积不断变大,故v正(N2O4)逐渐减小,达平衡时不变,c错;
该反应由正向进行,N2O4转化率逐渐增大,达平衡时保持不变,d对。
ad
不能作为“标志”的四种情况
(1)反应组分的物质的量之比等于化学方程式中相应物质的化学计量数之比。
(2)恒温恒容下的体积不变的反应,体系的压强或总物质的量不再随时间而变化,如2HI(g)
H2(g)+I2(g)。
(3)全是气体参加体积不变的反应,体系的平均相对分子质量不再随时间而变化,如2HI(g)
(4)全是气体参加的反应,恒容条件下体系的密度保持不变。
考点二 化学平衡的移动
1.概念
可逆反应达到平衡状态以后,若反应条件(如温度、压强、浓度等)发生了变化,平衡混合物中各组分的浓度也会随之改变,从而在一段时间后达到新的平衡状态。
这种由原平衡状态向新平衡状态的变化过程,叫做化学平衡的移动。
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<
平衡向逆反应方向移动。
3.影响化学平衡移动的外界因素
(1)影响化学平衡移动的因素
若其他条件不变,改变下列条件对化学平衡的影响如下:
条件的改变(其他条件不变)
化学平衡的移动
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)
反应前后气体分子数改变
增大压强
向气体体积减小的方向移动
减小压强
向气体体积增大的方向移动
反应前后气体分子数不变
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
催化剂
使用催化剂
(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。
(3)几种特殊情况
①当反应混合物中存在与其他物质不相混溶的固体或液体物质时,由于其“浓度”是恒定的,不随其量的增减而变化,故改变这些固体或液体的量,对化学平衡没影响。
②对于反应前后气态物质的化学计量数相等的反应,压强的变化对正、逆反应速率的影响程度是等同的,故平衡不移动。
③“惰性气体”对化学平衡的影响
a.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。
b.恒温、恒压条件
容器容积增大,各反应气体的分压减小→
—
④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。
「名师点拨」
(1)化学平衡发生移动的实质是正逆反应速率不相等。
正逆反应速率发生变化,平衡不一定移动。
例如使用催化剂,正逆反应速率均增加,但是同等程度地增加,正逆反应速率仍然相等,所以平衡不发生移动。
(2)v(正)增大,平衡不一定向正反应方向移动。
只有v(正)>
v(逆)时,才使平衡向正反应方向移动。
(3)外界条件改变时,化学平衡发生移动,最终结果只能“减弱”条件的改变,但不能“消除”条件的改变。
(1)平衡时,其他条件不变,分离出固体生成物,v正加快。
(2)工业上生产硫酸的过程中,使用过量的空气可提高SO2的转化率。
(3)对于N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)反应达到的平衡,在恒温恒容下通入Ne,气体压强增大,而平衡不移动。
(4)化学平衡正向移动,反应物的转化率不一定增大。
(5)升高温度,化学平衡会向着吸热反应的方向移动,此时放热反应方向的反应速率会减小。
(2)√ (3)√ (4)√ (5)×
2.对于一定条件下的可逆反应
甲:
A(g)+B(g)
C(g) ΔH<0
乙:
A(s)+B(g)
丙:
2C(g) ΔH>0
达到化学平衡后,改变条件,按要求回答下列问题:
(1)升温,平衡移动方向分别为(填“向左”“向右”或“不移动”,下同):
甲________;
乙________;
丙________。
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”,下同):
(2)加压,平衡移动方向分别为:
混合气体的平均相对分子质量变化分别为:
(1)向左 向左 向右 减小 减小 不变
(2)向右 不移动 不移动 增大 不变 不变
3.已知一定条件下合成氨反应:
N2(g)+3H2(g)
2NH3(g) ΔH=-92.4kJ·
mol-1,在反应过程中,反应速率的变化如图所示,请根据速率的变化回答采取的措施。
t1________;
t2________;
t3________;
t4________。
增大c(N2)或c(H2) 加入催化剂 降低温度 增大压强
考向1 影响化学平衡移动的条件
[2014·
高考全国卷Ⅰ节选]乙烯气相直接水合反应C2H4(g)+H2O(g)===C2H5OH(g)的ΔH=-45.5kJ·
mol-1,下图为气相直接水合法中乙烯的平衡转化率与温度、压强的关系[其中n(H2O)∶n(C2H4)=1∶1]。
(1)图中压强(p1、p2、p3、p4)的大小顺序为____________________,理由是________________________________________________________________________。
(2)气相直接水合法常用的工艺条件为:
磷酸/硅藻土为催化剂,反应温度290℃,压强6.9MPa,n(H2O)∶n(C2H4)=0.6∶1,乙烯的转化率为5%,若要进一步提高乙烯的转化率,除了可以适当改变反应温度和压强外,还可以采取的措施有________________、________________。
[解析]
(1)C2H4(g)+H2O(g)
C2H5OH(g)是一个气体体积减小的反应,相同温度下,增大压强,平衡向正反应方向移动,C2H4的转化率提高,所以p4>
p3>
p2>
p1。
(2)依据反应特点及平衡移动原理,为了提高乙烯转化率还可以增大H2O与C2H4的比例或将乙醇及时分离出去等。
[答案]
(1)p4>
p1 反应气体分子数减少,相同温度下,压强升高,乙烯转化率提高
(2)将产物乙醇液化移去 增加n(H2O)与n(C2H4)的比例
「思维建模」 分析化学平衡移动的一般思路
1.反应X(g)+Y(g)
2Z(g) ΔH<0达到平衡时,下列说法正确的是( )
A.减小容器体积,平衡向右移动
B.加入催化剂,Z的产率增大
C.增大c(X),X的转化率增大
D.降低温度,Y的转化率增大
选D。
A.该反应为反应前后气体物质的量不变的反应,平衡不受压强影响,减小容器体积,平衡不移动。
B.催化剂不能使平衡移动,不改变产物的产率。
C.增大c(X),平衡正向移动,Y的转化率增大,X本身的转化率反而减小。
D.该反应的正反应是放热反应,降低温度,平衡正向移动,Y的转化率增大。
2.(2015·
高考四川卷)一定量的CO2与足量的碳在体积可变的恒压密闭容器中反应:
C(s)+CO2(g)
2CO(g)。
平衡时,体系中气体体积分数与温度的关系如下图所示:
已知:
气体分压(p分)=气体总压(p总)×
体积分数。
下列说法正确的是( )
A.550℃时,若充入惰性气体,v正、v逆均减小,平衡不移动
B.650℃时,反应达平衡后CO2的转化率为25.0%
C.T℃时,若充入等体积的CO2和CO,平衡向逆反应方向移动
D.925℃时,用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp=24.0p总
选B。
A.550℃时,若充入惰性气体,v正、v逆均减小,由于保持了压强不变,相当于扩大了体积,平衡正向移动,A项错误。
B.根据图示可知,在650℃时,CO的体积分数为40%,根据反应方程式:
2CO(g),设开始加入1molCO2,反应掉了xmolCO2,则有:
C(s) + CO2(g)
2CO(g)
始态:
1mol 0
变化:
xmol 2xmol
平衡:
(1-x)mol 2xmol
因此有:
×
100%=40%,解得x=0.25,则CO2的平衡转化率为
100%=25%,故B项正确。
C.由于温度不知道,无法求得K,故无法比较Qc与K的关系,也就无法判断平衡移动的方向,C项错误。
D.925℃时,CO的体积分数为96%,故Kp=
=
=23.04p总,D项错误。
考向2 化学平衡移动的图像
(2015·
高考全国卷Ⅱ节选)甲醇既是重要的化工原料,又可作为燃料,利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)在催化剂作用下合成甲醇,发生的主要反应如下:
①CO(g)+2H2(g)
CH3OH(g) ΔH1
②CO2(g)+3H2(g)
CH3OH(g)+H2O(g) ΔH2
③CO2(g)+H2(g)
CO(g)+H2O(g) ΔH3
回答下列问题:
合成气组成n(H2)/n(CO+CO2)=2.60时,体系中的CO平衡转化率(α)与温度和压强的关系如图所示。
α(CO)值随温度升高而________(填“增大”或“减小”),其原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________;
图中的压强由大到小为____________,其判断理由是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
[解析] 由图可知,压强一定时,CO的平衡转化率随温度的升高而减小,其原因是反应①为放热反应,温度升高,平衡逆向移动,反应③为吸热反应,温度升高,平衡正向移动,又使产生CO的量增大,而总结果是随温度升高,CO的转化率减小。
反应①的正反应为气体总分子数减小的反应,温度一定时,增大压强,平衡正向移动,CO的平衡转化率增大,而反应③为气体总分子数不变的反应,产生CO的量不受压强的影响,因此增大压强时,CO的转化率提高,故压强p1、p2、p3的关系为p1<p2<p3。
[答案] 减小 升高温度时,反应①为放热反应,平衡逆向移动,使得体系中CO的量增大;
反应③为吸热反应,平衡正向移动,又使产生CO的量增大;
总结果,随温度升高,使CO的转化率降低
p3>p2>p1 相同温度下,由于反应①为气体分子数减小的反应,加压有利于提升CO的转化率;
而反应③为气体分子数不变的反应,产生CO的量不受压强影响。
故增大压强时,CO的转化率升高
「思维建模」
(1)解题思路和方法
看图像
一看面,即纵坐标与横坐标的意义
二看线,即线的走向和变化趋势
三看点,即起点、折点、交点、终点
四看辅助线,如等温线、等压线等
五看变化,如浓度变化、温度变化等
想规律
联想外界条件的改变对化学反应速率和化学平衡的影响规律
作判断
根据图像中表现的关系与所学规律相对比,作出符合题目要求的判断
(2)解答原则
以可逆反应aA(g)+bB(g)
cC(g)为例:
①“定一议二”原则
在化学平衡图像中,包括纵坐标、横坐标和曲线所表示的意义三个量,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,讨论横坐标与曲线的关系。
如图:
这类图像的分析方法是“定一议二”,当有多条曲线及两个以上条件时,要固定其中一个条件,分析其他条件之间的关系,必要时,作一辅助线分析。
②“先拐先平,数值大”原则
在化学平衡图像中,先出现拐点的反应先达到平衡,先出现拐点的曲线表示的温度较高(如图A)或表示的压强较大(如图B)。
图A 图B
图A表示T2>
T1,正反应是放热反应。
图B表示p1<
p2,A是反应物,正反应为气体总体积缩小的反应,即a+b>
c。
3.(2016·
安徽亳州质检)在一定条件下,固定容积的密闭容器中反应:
2NO2(g)
2NO(g)+O2(g) ΔH>
0,达到平衡。
当改变其中一个条件X,Y随X的变化符合图中曲线的是( )
A.当X表示温度时,Y表示NO2的物质的量
B.当X表示压强时,Y表示NO2的体积分数
C.当X表示压强时,Y表示混合气体的平均摩尔质量
D.当X表示NO2的物质的量时,Y表示O2的物质的量
选A。
正反应吸热,升高温度,平衡向正反应方向移动,NO2的物质的量减小,故A正确;
增大压强,平衡向逆反应方向移动,NO2的体积分数增大,混合气体的平均摩尔质量增加,故B、C错误;
增加NO2的物质的量时,平衡向正反应方向移动,氧气的物质的量增加,故D错误。
4.(2014·
高考重庆卷)在恒容密闭容器中通入X并发生反应:
2X(g)
Y(g),温度T1、T2下X的物质的量浓度c(X)随时间t变化的曲线如图所示,下列叙述正确的是( )
A.该反应进行到M点放出的热量大于进行到W点放出的热量
B.T2下,在0~t1时间内,v(Y)=
mol·
L-1·
min-1
C.M点的正反应速率v正大于N点的逆反应速率v逆
D.M点时再加入一定量X,平衡后X的转化率减小
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