高考化学复习高中总复习专题7第3讲化学平衡的移动.docx
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高考化学复习高中总复习专题7第3讲化学平衡的移动
第3讲 化学平衡的移动
[考纲要求] 1.理解化学平衡移动的概念。
2.掌握外界条件(浓度、温度、压强、催化剂等)对化学平衡的影响,认识其一般规律。
3.会借助平衡常数判断平衡移动的方向及热效应。
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。
考点一 化学平衡移动
1.概念
可逆反应达到平衡状态以后,若反应条件(如________、________、________等)发生了变化,平衡混合物中各组分的浓度也会随之________,从而在一段时间后达到________________。
这种由____________向______________的变化过程,叫做化学平衡的移动。
2.过程
3.平衡移动方向与反应速率的关系
(1)v正____v逆,平衡向正反应方向移动。
(2)v正____v逆,平衡不移动。
(3)v正____v逆,平衡向逆反应方向移动。
1.化学平衡移动的实质是什么?
2.某一可逆反应,一定条件下达到了平衡,①若化学反应速率改变,平衡一定发生移动吗?
②若平衡发生移动,化学反应速率一定改变吗?
考点二 影响化学平衡的外界因素
1.影响化学平衡的因素
若其他条件不变,改变下列条件对平衡的影响如下:
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______方向移动
减小反应物浓度或增大生成物浓度
向______方向移动
压强(对有气体存在的反应)
反应前后气体分子数改变
增大压强
向____________的方向移动
减小压强
向____________的方向移动
反应前后气体分子数不变
改变压强
温度
升高温度
向____反应方向移动
降低温度
向____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____________的方向移动。
3.改变条件,平衡向正反应方向移动,原料的转化率一定提高吗?
4.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吗?
5.对于达到平衡的可逆反应:
X+Y
W+Z,增大压强则正、
逆反应速率(v)的变化如图所示,分析可知X、Y、Z、W的聚
集状态可能是( )
A.Z、W为气体,X、Y中之一为气体
B.Z、W中之一为气体,X、Y为非气体
C.X、Y、Z皆为气体,W为非气体
D.X、Y为气体,Z、W中至少有一种为气体
6.将NO2装入带活塞的密闭容器中,当反应2NO2(g)
N2O4(g)达到平衡后,改变下列一个条件,其中叙述正确的是( )
A.升高温度,气体颜色加深,则此反应为放热反应
B.慢慢压缩气体体积,平衡向右移动,混合气体颜色变浅
C.慢慢压缩气体体积,若体积减小一半,压强增大,但小于原来的两倍
D.恒温恒容时,充入惰性气体,压强增大,平衡向右移动,混合气体的颜色变浅
(1)压强的影响实质是浓度的影响,所以只有当这些“改变”造成浓度改变时,平衡才有可能移动。
(2)化学平衡移动的目的是“减弱”外界条件的改变,而不是“消灭”外界条件的改变,改变是不可逆转的。
①若将体系温度从50℃升高到80℃,则化学平衡向吸热反应方向移动,达到新的平衡状态时50℃ 2NH3(g)加压,例如从30MPa加压到60MPa,化学平衡向气体分子数减小的方向移动,达到新的平衡时30MPa (3)我们在分析化学平衡移动对颜色、压强、浓度等变化时,有时我们可以给自己建一个平台,“假设平衡不移动”,然后在此平台的基础上进行分析、比较就容易得到正确答案。 从内外因的关系看外界条件对化 学平衡的影响 1.解析化学平衡移动题目的一般思路 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.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 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 容器容积增大,各反应气体的分压减小―→ (等效于减压) 体系中各组分的浓度同倍数减小 —— (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。 4.需注意的问题 移动的结果只是减弱了外界条件的变化,而不能完全抵消外界条件的变化,新平衡时此物理量更靠近于改变的方向。 如增大反应物A的浓度,平衡右移,A的浓度在增大的基础上减小,但达到新平衡时,A的浓度一定比原平衡大;同理,若改变的是温度、压强等,其变化也相似。 【例1】 向某密闭容器中加入4molA、1.2molC和一定量的B三种气体,一定条件下发生反应,各物质的浓度随时间变化如甲图所示[已知t0~t1阶段保持恒温、恒容,且c(B)未画出]。 乙图为t2时刻后改变反应条件,反应速率随时间的变化情况,已知在t2、t3、t4、t5时刻各改变一种不同的条件,其中t3时刻为使用催化剂。 (1)若t1=15s,则t0~t1阶段的反应速率为v(C)= 。 (2)t4时刻改变的条件为 ,B的起始物质的量为 。 (3)t5时刻改变的条件为 ,该反应的逆反应为 (填“吸热反应”或“放热反应”)。 (4)已知t0~t1阶段该反应放出或吸收的热量为QkJ(Q为正值),试写出该反应的热化学方程式: ________________________________________________________________________。 (5)图乙中共有Ⅰ~Ⅴ五处平衡,其平衡常数最大的是 。 【例2】 (2009·四川理综,13)在一体积可变的密闭容器中,加入一定量的X、Y,发生反应mX(g) nY(g) ΔH=QkJ·mol-1。 反应达到平衡时,Y的物质的量浓度与温度、气体体积的关系如下表所示: 气体体积/L c(Y)/mol·L-1 温度/℃ 1 2 4 100 1.00 0.75 0.53 200 1.20 0.90 0.63 300 1.30 1.00 0.70 下列说法正确的是( ) A.m>n B.Q<0 C.温度不变,压强增大,Y的质量分数减少 D.体积不变,温度升高,平衡向逆反应方向移动 数形结合的思想探究化学平衡图像 1.图像类型 (1)浓度—时间图: 此类图像能说明平衡体系中各组分在反应过程中的浓度变化情况。 如A+B AB反应情况如图1所示,解该类图像题要注意各物质曲线出现折点(达到平衡)的时刻相同,各物质浓度变化的内在联系及比例符合化学方程式中的化学计量数关系。 (2)速率—时间图: 如Zn与足量盐酸的反应,反应速率随时间的变化出现如图2所示的情况,解释原因: AB段(v渐增),因反应为放热反应,随反应的进行,温度渐高,导致反应速率增大;BC段(v渐小),则主要原因是随反应的进行,溶液中c(H+)渐小,导致反应速率减小。 故分析时要抓住各阶段的主要矛盾,认真分析。 (3)含量—时间—温度(压强)图: 常见形式有如下几种。 (C%指产物的质量分数;B%指某反应物的质量分数) (4)恒压(温)线(如图3所示): 该类图的纵坐标为物质的平衡浓度(c)或反应物的转化率(α),横坐标为温度(T)或压强(p),常见类型如下所示: (5)其他: 如图4所示曲线是其他条件不变时,某反应物的最大转化率(α)与温度(T)的关系曲线,图中标出的1、2、3、4四个点,表示v正>v逆的点是3,表示v正 2.解题步骤 3.技巧 (1)先拐先平 在含量(转化率)—时间曲线中,先出现拐点的则先达到平衡,说明该曲线反应速率快,表示温度较高、有催化剂、压强较大等。 (2)定一议二 当图像中有三个量时,先确定一个量不变,再讨论另外两个量的关系,有时还需要作辅助线。 (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。 【例3】 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 【例4】 已知图一表示的是可逆反应CO(g)+H2(g) C(s)+H2O(g) ΔH>0的化学反应速率(v)与时间(t)的关系,图二表示的是可逆反应2NO2(g) N2O4(g) ΔH<0的浓度(c)随时间t的变化情况。 下列说法中正确的是( ) A.图一t2时改变的条件可能是升高了温度或增大了压强 B.若图一t2时改变的条件是增大压强,则反应的ΔH增大 C.图二t1时改变的条件可能是升高了温度或增大了压强 D.若图二t1时改变的条件是增大压强,则混合气体的平均相对分子质量将减小 【例5】 在容积一定的密闭容器中发生可逆反应A(g)+2B(g) 2C(g) ΔH>0,平衡移动关系如右图所示。 下列说法正确的是( ) A.p1 B.p1>p2,纵坐标指C的质量分数 C.'p1 D.p1 【例6】 在恒容密闭容器中存在下列平衡: CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)。 CO2(g)的平衡物质的量浓度c(CO2)与温度T的关系如图所示。 下列说法错 误的是( ) A.反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)的ΔH<0 B.在T2时,若反应处于状态D,则一定有v正 C.平衡状态A与C相比,平衡状态A的c(CO)大 D.使用合适的催化剂能提高CO的转化率 由化学平衡常数判断化学平衡移 动的方向 1.借助平衡常数可以判断一个化学反应是否达到化学平衡状态 对于可逆反应aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g),在一定温度下的任意时刻,反应物与生成物浓度有如下关系: =Qc Qc =K 反应处于 ,v正 v逆 >K 反应向 反应方向进行,v正 v逆 2.利用K可判断反应的热效应 若升高温度,K值增大,则正反应为________反应; 若升高温度,K值减小,则正反应为________反应。 【例7】 已知可逆反应: M(g)+N(g)P(g)+Q(g) ΔH>0,请回答下列问题: (1)在某温度下,反应物的起始浓度分别为c(M)=1mol·L-1,c(N)=2.4mol·L-1;达到平衡后,M的转化率为60%,此时N的转化率为________; (2)若反应温度升高,M的转化率________(填“增大”、“减小”或“不变”); (3)若反应温度不变,反应物的起始浓度分别为c(M)=4mol·L-1,c(N)=amol·L-1;达到平衡后,c(P)=2mol·L-1,a=________; (4)若反应温度不变,反应物的起始浓度为c(M)=c(N)=bmol·L-1,达到平衡后,M的转化率为________。 【例8】 [2010·天津理综-10(4)]已知反应2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)某温度下的平衡常数为400。 此温度下,在密闭容器中加入CH3OH,反应到某时刻时测得各组分的浓度如下: 物质 CH3OH CH3OCH3 H2O 浓度/(mol·L-1) 0.44 0.6 0.6 (1)比较此时正、逆反应速率的大小: v正________v逆(填“>”、“<”或“=”)。 (2)若加入CH3OH后,经10min反应达到平衡,此时c(CH3OH)=________________;该时间内反应速率v(CH3OH)=________________。 高考题组一 化学平衡移动及转化率求算 1.(2011·四川理综,13)可逆反应①X(g)+2Y(g) 2Z(g)、②2M(g) N(g)+P(g)分别在密闭容器的两个反应室中进行,反应室之间有无摩擦、可滑动的密封隔板。 反应开始和达到平衡状态时有关物理量的变化如图所示: 下列判断正确的是( ) A.反应①的正反应是吸热反应 B.达平衡(Ⅰ)时体系的压强与反应开始时体系的压强之比为14∶15 C.达平衡(Ⅰ)时,X的转化率为 D.在平衡(Ⅰ)和平衡(Ⅱ)中,M的体积分数相等 2.(2011·大纲全国卷,8)在容积可变的密闭容器中,2molN2和8molH2在一定条件下发生反应,达到平衡时,H2的转化率为25%,则平衡时氮气的体积分数接近于( ) A.5%B.10%C.15%D.20% 3.(2011·安徽理综,9)电镀废液中Cr2O 可通过下列反应转化成铬黄(PbCrO4): Cr2O (aq)+2Pb2+(aq)+H2O(l) 2PbCrO4(s)+2H+(aq) ΔH<0 该反应达平衡后,改变横坐标表示的反应条件,下列示意图正确的是( ) 4.(2010·上海,17)据报道,在300℃、70MPa下由二氧化碳和氢气合成乙醇已成为现实。 2CO2(g)+6H2(g) CH3CH2OH(g)+3H2O(g) 下列叙述错误的是( ) A.使用Cu-Zn-Fe催化剂可大大提高生产效率 B.反应需在300℃进行可推测该反应是吸热反应 C.充入大量CO2气体可提高H2的转化率 D.从平衡混合气体中分离出CH3CH2OH和H2O可提高CO2和H2的利用率 5.判断下列说法是否正确,正确的划“√”,错误的划“×” (1)一定条件下,使用催化剂能加快反应速率并提高反应物的平衡转化率( ) (2010·江苏,8C) (2)“NO2球”浸泡在冷水中,颜色变浅,(原因是) 2NO2(g) N2O4(g) ΔH<0 (红棕色) (无色)( ) (2010·北京理综,10B) (3)右图中曲线表示反应2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ΔH<0正、逆反 应的平衡常数K随温度的变化( ) (2010·天津理综,6B) 6.一定条件下,甲(NH3)在固定体积的密闭容器中发生分解反应(ΔH>0)并达平衡后,仅改变下表中反应条件x,该平衡体系中随x递增y递减的是__________(选填序号)。 选项 a b c d X 温度 温度 加入H2的 物质的量 加入甲的 物质的量 Y 甲的物 质的量 平衡常 数K 甲的转 化率 生成物 物质的 量总和 高考题组二 化学平衡图像 7.(2010·四川理综,13)反应aM(g)+bN(g) cP(g)+dQ(g)达到平衡时,M的体积分数y(M)与反应条件的关系如下图所示。 其中z表示反应开始时N的物质的量与M的物质的量之比。 下列说法正确的是( ) A.同温同压同z时,加入催化剂,平衡时Q的体积分数增加 B.同压同z时,升高温度,平衡时Q的体积分数增加 C.同温同z时,增加压强,平衡时Q的体积分数增加 D.同温同压时,增加z,平衡时Q的体积分数增加 8.(2009·重庆理综,13)各可逆反应达平衡后,改变反应条件,其变化趋势正确的是( ) CH3COOH FeCl3+3KSCN H++CH3COO- Fe(SCN)3+3KCl N2(g)+3H2(g) CH3OCH3(g)+3H2O(g) 2NH3(g) 6H2(g)+2CO2(g) ΔH>0 9.(2008·四川理综,8)在密闭的容器中进行如下反应: H2(g)+I2(g) 2HI(g),在温度T1和T2时,产物的量和反应时间的关系如图所示,符合图像的正确的判断是( ) A.T1>T2,ΔH>0 B.T1>T2,ΔH<0 C.T1<T2,ΔH>0 D.T1<T2,ΔH<0 化学反应速率与化学平衡中常见错误例析 考生答卷案例——找错纠错 规范答案 1. (1)2Z+Y 3X (2)0.067mol·L-1·min-1或mol/(L·min)或mol·(L·min)-1 (3)正、逆反应同时 2. (1)B2H6+6H2O===2H3BO3+6H2 (2)①升高温度,反应速率加快,平衡向正反应方向移动 ②> (3)K= = ≈5.7×10-10mol·L-1 课时规范训练 教材习题回扣 1.已知化学反应2A(? )+B(g) 2C(? )达到平衡,当增大压强时,平衡向逆反应方向移动,则下列情况可能的是( ) A.A是气体,C是固体 B.A、C均为气体 C.A、C均为固体D.A是固体,C是气体 2.反应A(g)+3B(g) 2C(g) ΔH<0达平衡后,将反应体系的温度降低,下列叙述中正确的是( ) A.正反应速率增大,逆反应速率减小,平衡向正反应方向移动 B.正反应速率减小,逆反应速率增大,平衡向逆反应方向移动 C.正反应速率和逆反应速率都减小,平衡向正反应方向移动 D.正反应速率和逆反应速率都减小,平衡向逆反应方向移动 3.一定条件下,二氧化氮和四氧化二氮之间存在下列平衡: 2NO2(g) N2O4(g) ΔH<0 在测定NO2的相对分子质量时,下列条件中,测定结果误差最小的是( ) A.温度130℃、压强3.03×105Pa B.温度25℃、压强1.01×105Pa C.温度130℃、压强5.05×104Pa D.温度0℃、压强5.05×104Pa 4.在一密闭容器中,反应aA(g)bB(g)达平衡后,保持温度不变,将容器体积增加一倍,当达到新的平衡时,B的浓度是原来的60%,则( ) A.平衡向正反应方向移动了 B.物质A的转化率减小了 C.物质B的质量分数增加了 D.a>b 5.某体积可变的密闭容器中盛有适量的A和B的混合气体,在一定条件下发生反应: A(g)+3B(g) 2C(g),若维持温度和压强不变,当达到平衡时,容器的体积为VL,其中气体C的体积为0.1VL。 下列推断中正确的是( ) A.原混合气体的体积为1.2VL B.原混合气体的体积为1.1VL C.反应达平衡时气体A消耗掉0.05VL D.反应达平衡时气体B消耗掉0.05VL 能力提升训练 一、单项选择题 1.向一体积不变的密闭容器中充入H2和I2,发生反应H2(g)+I2(g)2HI(g) ΔH<0,当达到平衡后,t1时刻改变反应的某一条件(混合气体总物质的量不变),造成容器内压强增大,则下列说法中正确的是( ) A.容器内气体的颜色变深,混合气体的密度增大 B.平衡不发生移动 C.I2(g)转化率增大,HI平衡浓度较小 D.改变条件前后,速率图像如图所示 2.一定温度下,1molX和nmolY在体积为2L的密闭容器中发生如下反应: X(g)+Y(g) 2Z(g)+M(s),5min后达到平衡,此时生成2amolZ。 下列说法正确的是( ) A.用X表示此反应的反应速率是(0.1-2a)mol·L-1·min-1 B.当混合气体的质量不再发生变化时,说明反应达到平衡状态 C.向平衡后的体系中加入1molM,平衡向逆反应方向移动 D.向上述平衡体系中再充入1molX,v正增大,v逆减小,平衡正向移动 3.将1molSO2和1molO2通入容积固定的密闭容器中,在一定条件下反应达到平衡,平衡时SO3的物质的量为0.3mol。 此时若移走0.5molSO2和0.5molO2,则反应达到新平衡时SO3的物质的量( ) A.为0.3mol B.为0.15mol C.小于0.15mol D.大于0.15mol且小于0.3mol 4.在一定条件下,向两个容积固定且相同的密闭容器中分别充入一定量的PCl5(g)和NO2(g),分别达到平衡(PCl5 PCl3+Cl2,2NO2 N2O4,均为气态)后,PCl5和NO2的转化率均为a%。 保持温度、容积不变,向两个容器中分别再充入1molPCl5和1molNO2,又达到平衡时PCl5和NO2的转化率分别为b%和c%,则下列关系中正确的是( ) A.b>a>cB.c>a>b C.a>b>cD.a=b=c 二、不定项选择题 5.对已建立化学平衡的某可逆反应,当改变条件使化学平衡向正反应方向移动时,下列有关叙述正确的是( ) A.生成物的百分含量一定增加 B.生成物的产量一定增加 C.反应物的转化率一定增大 D.正反应速率一定大于逆反应速率 6.已知可逆反应aA+bB cC中,物质的含量R%(A%和 C%)随温度的变化曲线如图所示,下列说法正确的是( ) A.该反应在T1、T3温度时达到过化学平衡 B.该反应在T2温度时达到过化学平衡 C.该反应的逆反应是吸热反应 D.升高温度,平衡会向正反应方向移动 7.反应mA(s)+nB(g) pC(g) ΔH<0在一定温度下B的体 积分数(B%)与压强变化(p)的关系如图所示,下列叙述中正确 的是( ) A.m+n>p B.x点表示该反应的正反应速率大于逆反应速率 C.n>p D.x点比y点时的反应速率慢 8.已知4NH3(g)+5O2(g)===4NO(g)+6H2O(g) ΔH=-1025kJ·mol-1是一个可逆反应。 若反应物起始物质的量相同,则下图中关于该反应不正确的是( ) 9.下图是温度(或压强)对反应2A(s)+2B(g) 2C(g)+D(g) ΔH
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