高考化学第七章第二节 化学平衡状态化学平衡移动.docx
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高考化学第七章第二节化学平衡状态化学平衡移动
第二节
化学平衡状态 化学平衡移动
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]
1.(2019·武汉质检)对于可逆反应2SO2+O2
2SO3 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+O2
2SO3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0.1mol·L-1、0.3mol·L-1、0.2mol·L-1,在一定条件下,当反应达到平衡时,各物质的浓度可能是( )
A.Z为0.3mol·L-1 B.Y2为0.4mol·L-1
C.X2为0.2mol·L-1D.Z为0.4mol·L-1
解析:
选A 若X2完全转化为Z,则X2、Y2、Z的浓度分别是0mol·L-1、0.2mol·L-1、0.4mol·L-1;若Z完全转化为X2、Y2,则X2、Y2、Z的浓度分别是0.2mol·L-1、0.4mol·L-1、0mol·L-1;反应为可逆反应,反应物不能完全转化,所以0 极端假设法确定各物质浓度范围 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(以第2题为例)。 (1)假设反应正向进行到底: X2(g)+Y2(g) 2Z(g) 起始浓度/(mol·L-1)0.10.30.2 转化浓度/(mol·L-1)0.10.10.2 终态浓度/(mol·L-1)00.20.4 (2)假设反应逆向进行到底: X2(g)+Y2(g) 2Z(g) 起始浓度/(mol·L-1)0.10.30.2 转化浓度/(mol·L-1)0.10.10.2 终态浓度/(mol·L-1)0.20.40 故: 平衡体系中各物质的浓度范围为X2∈(0,0.2),Y2∈(0.2,0.4),Z∈(0,0.4)。 3.(2018·浙江11月选考)已知X(g)+3Y(g) 2W(g)+M(g) ΔH=-akJ·mol-1(a>0)。 一定温度下,在体积恒定的密闭容器中,加入1molX(g)与1molY(g),下列说法正确的是( ) A.充分反应后,放出热量为akJ B.当反应达到平衡状态时,X与W的物质的量浓度之比一定为1∶2 C.当X的物质的量分数不再改变,表明该反应已达平衡 D.若增大Y的浓度,正反应速率增大,逆反应速率减小 解析: 选C A选项,反应物Y不是3mol,而且为可逆反应,不能反应完全,放出热量小于akJ;B选项X与W物质的量浓度的改变量之比为1∶2,平衡状态时物质的量浓度之比不一定为1∶2;C选项,X的物质的量分数为变量,变量不变,表明该反应已达平衡,正确;D选项,增大Y的浓度正反应速率迅速增大,然后减小,增大Y浓度的时刻,产物浓度不变,逆反应速率不变,然后增大。 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( ) A.①②B.②④ C.③④D.①④ 解析: 选D 因反应容器保持恒压,所以容器容积随反应进行而不断变化,结合ρ气= 可知,气体密度不再变化,说明容器容积不再变化,即气体的物质的量不再变化,反应达到平衡状态,①符合题意;无论是否平衡,反应的ΔH都不变,②不符合题意;反应开始时,加入1molN2O4,随着反应的进行,N2O4的浓度逐渐变小,故v正(N2O4)逐渐变小,直至达到平衡,③不符合题意;N2O4的转化率不再变化,说明N2O4的浓度不再变化,反应达到平衡状态,④符合题意。 5.将0.2mol·L-1的KI溶液和0.1mol·L-1Fe2(SO4)3溶液等体积混合后,取混合液分别完成下列实验,能说明溶液中存在化学平衡“2Fe3++2I- 2Fe2++I2”的是( ) 实验编号 实验操作 实验现象 ① 滴入KSCN溶液 溶液变红色 ② 滴入AgNO3溶液 有黄色沉淀生成 ③ 滴入K3[Fe(CN)6]溶液 有蓝色沉淀生成 ④ 滴入淀粉溶液 溶液变蓝色 A.①和② B.②和④ C.③和④D.①和③ 解析: 选A 设混合后溶液体积为VL,则起始时n(I-)=0.2mol·L-1×VL=0.2Vmol,n(Fe3+)=2×0.1mol·L-1×VL=0.2Vmol,若此反应不可逆,则I-和Fe3+能恰好完全反应,则溶液中无Fe3+和I-,故只需证明溶液中含Fe3+和I-,即能证明此反应为可逆反应,能建立化学平衡。 ①现象说明存在Fe3+,②现象说明有I-,③现象说明有Fe2+生成,④现象说明有I2生成。 但是③④不能说明反应为可逆反应。 6.可逆反应N2+3H2 2NH3的正、逆反应速率可用各反应物或生成物浓度的变化来表示。 下列各关系中能说明反应已达到平衡状态的是( ) A.3v正(N2)=v正(H2)B.v正(N2)=v逆(NH3) C.2v正(H2)=3v逆(NH3)D.v正(N2)=3v逆(H2) 解析: 选C 因化学反应达到平衡时,正逆反应速率相等(同种物质)或正逆反应速率之比等于化学计量数之比(不同物质)。 无论该反应是否达到平衡状态,都有3v正(N2)=v正(H2),A错误;反应达到平衡状态时,2v正(N2)=v逆(NH3),B错误;反应达到平衡状态时,v正(H2)∶v逆(NH3)=3∶2,C正确;反应达到平衡状态时,v正(N2)∶v逆(H2)=1∶3,D错误。 7.(2017·全国卷Ⅲ节选)298K时,将20mL3xmol·L-1Na3AsO3、20mL3xmol·L-1I2和20mLNaOH溶液混合,发生反应: AsO (aq)+I2(aq)+2OH-(aq) AsO (aq)+2I-(aq)+H2O(l)。 溶液中c(AsO )与反应时间(t)的关系如图所示。 下列可判断反应达到平衡的是________(填标号)。 a.溶液的pH不再变化 b.v(I-)=2v(AsO ) c.c(AsO )/c(AsO )不再变化 d.c(I-)=ymol·L-1 解析: 溶液的pH不再变化,即OH-的浓度不再变化,所以平衡体系中各组分的浓度均不再变化,说明反应达到平衡状态,a项正确;当v正(I-)=2v逆(AsO )或v逆(I-)=2v正(AsO )时反应达到平衡状态,由于选项中的速率未指明是正反应速率还是逆反应速率,不能确定是否达到平衡状态,b项错误;反应达到平衡之前,c(AsO )逐渐减小而c(AsO )逐渐增大,故c(AsO )/c(AsO )逐渐增大,当c(AsO )/c(AsO )不变时反应达到平衡状态,c项正确;根据离子方程式可知反应体系中恒有c(I-)=2c(AsO ),观察图像可知反应达到平衡时c(AsO )=ymol·L-1,此时c(I-)=2ymol·L-1,d项错误。 答案: ac 8.在一定温度下的恒容容器中,当下列物理量不再发生变化时: ①混合气体的压强,②混合气体的密度,③混合气体的总物质的量,④混合气体的平均相对分子质量,⑤混合气体的颜色,⑥各反应物或生成物的浓度之比等于化学计量数之比,⑦某种气体的百分含量。 (1)能说明2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)达到平衡状态的是____________。 (2)能说明I2(g)+H2(g) 2HI(g)达到平衡状态的是____________。 (3)能说明2NO2(g) N2O4(g)达到平衡状态的是____________。 (4)能说明C(s)+CO2(g) 2CO(g)达到平衡状态的是____________。 (5)能说明A(s)+2B(g) C(g)+D(g)达到平衡状态的是____________。 (6)能说明NH2COONH4(s) 2NH3(g)+CO2(g)达到平衡状态的是____________。 答案: (1)①③④⑦ (2)⑤⑦ (3)①③④⑤⑦ (4)①②③④⑦ (5)②④⑦ (6)①②③ [方法规律] 化学平衡状态的判断方法——“两审”“两标志” (1)“两审” 一审 题干条件 恒温恒容或恒温恒压 二审 反应特点 全部是气体参与的等体积反应还是非等体积反应 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” 正向、 逆向 相等 一个表示正反应速率,一个表示逆反应速率 表示正向反应和逆向反应的不同物质表示的速率(或变化的物质的量、浓度)之比等于化学计量数之比 变量 不变 题目提供的量[如某物质的质量、浓度、百分含量,n总(气体)、压强、气体密度、气体平均分子质量]如果是随着反应的进行而改变的量,该量为“变量”,否则为“定量”。 当“变量”不再变化时,证明可逆反应达到平衡,但“定量”无法证明 考点 (二) 化学平衡移动【点多面广精细研】 1.化学平衡移动的过程 图示表示为: 2.化学平衡移动的方向与化学反应速率之间的关系 (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,平衡不移动。 (3)v正 平衡向逆反应方向移动。 3.外界因素对化学平衡移动的影响 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(对有气体存在的反应) 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 平衡不移动 4.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。 [注意] 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。 [小题练微点] 1.判断下列说法的正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。 (1)化学平衡正向移动,说明正反应速率一定增大( ) (2)增大反应物的量平衡一定会正向移动( ) (3)增大某一反应物A的浓度,平衡正向移动时,反应物的浓度一定小于原来的浓度,生成物的浓度一定大于原来的浓度( ) (4)增大压强平衡正向移动,反应物的浓度会减小,生成物的浓度会增大( ) (5)恒容条件下,增加气体反应物的量,平衡正向移动,反应物的转化率一定增大( ) (6)升高温度,化学平衡一定发生移动( ) 答案: (1)× (2)× (3)× (4)× (5)× (6)√ 2.某温度下,在密闭容器中SO2、O2、SO3三种气态物质建立化学平衡后,改变条件对反应2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ΔH<0的正、逆反应速率的影响如图所示: (1)加催化剂对反应速率影响的图像是________(填标号),平衡________移动。 (2)升高温度对反应速率影响的图像是________(填标号),平衡向________方向移动。 (3)增大反应容器体积对反应速率影响的图像是________(填标号),平衡向________方向移动。 (4)增大O2的浓度对反应速率影响的图像是________(填标号),平衡向________方向移动。 答案: (1)C 不 (2)A 逆反应 (3)D 逆反应 (4)B 正反 1.(2018·全国卷Ⅱ节选)CH4—CO2催化重整反应为CH4(g)+CO2(g)===2CO(g)+2H2(g) ΔH>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1molC2H5OH和含1molHBr的氢溴酸,溶液中发生反应: C2H5OH+HBr C2H5Br+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2mol,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2mol,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。 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: 3.(双选)(2017·江苏高考)温度为T1时,在三个容积均为1L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)=0.2mol·L-1,c(NO)=0.4mol·L-1,c(O2)=0.2mol·L-1,容器容积为1L,气体总物质的量为(0.2+0.4+0.2)mol=0.8mol,容器Ⅱ中投入量为(0.3+0.5+0.2)mol=1mol,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= ≈0.56 的值小,B项错误;容器Ⅰ中达到平衡时NO的体积分数为 ×100%=50%,容器Ⅲ中相当于起始加入0.5mol·L-1NO2和0.1mol·L-1O2,达到平衡时,相对容器Ⅰ,平衡逆向移动,则容器Ⅲ中NO的体积分数小于50%,C项正确;容器Ⅰ中,T1时,平衡常数K=0.8,T2时,k正=k逆,反应达平衡时,v正=v逆,即k正c2(NO2)=k逆c2(NO)·c(O2),得c2(NO2)=c2(NO)·c(O2),K= =1,平衡常数增大,反应正向移动,该反应为吸热反应,则应升高温度,即T2>T1,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1molX和2molY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) C.若x>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) 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.②③⑤D.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,570K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;570K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.400K时若再向容器Ⅰ中充入0.10molH2、0.10molCO和0.10molCH3OH,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,0.1mol·L-1的CH3OH相当于0.20mol·L-1的H2和0.1mol·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
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