第21讲 化学平衡状态　化学平衡的移动（讲）-2022年高考化学一轮复习讲练测

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第七章  化学反应速率和化学平衡第21讲  化学平衡状态　化学平衡的移动（讲）【考情分析】本讲内容为高考的常考内容之一，主要考查化学平衡状态的判断，化学平衡移动中相关量变化分析，以图像形式综合考查化学反应速率与化学平衡移动的关系，结合工农业生产、环保等社会热点问题考查化学平衡理论的应用。 【核心素养分析】1.变化观念与平衡思想：知道化学变化需要一定的条件，并遵循一定规律；认识化学变化有一定限度，是可以调控的。能多角度、动态地分析化学反应，运用化学反应原理解决实际问题。2.证据推理与模型认知：建立观点、结论和证据之间的逻辑关系；知道可以通过分析、推理等方法认识化学平衡的特征及其影响因素，建立模型。能运用模型解释化学现象，揭示现象的本质和规律。【网络构建】【知识梳理】智能点一   可逆反应与化学平衡状态1．可逆反应(1)概念：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：三同一小①相同条件下；② 同时进行；③反应物与生成物同时存在；④任一组分的转化率都 小于 100%。(3)表示：在方程式中用“”表示。2．化学平衡状态(1)概念：在一定条件下的可逆反应中，当反应进行到一定程度时，正反应速率和逆反应速率相等，反应物的浓度和生成物的浓度保持不变的状态。(2)建立：对于只加入反应物从正向建立的平衡：以上过程可以用速率－时间图像表示如下(3)化学平衡的特点3．化学平衡状态的判断化学反应mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)是否平衡混合物体系中各成分的含量①各物质的物质的量或物质的量分数一定平衡②各物质的质量或质量分数一定平衡③各气体的体积或体积分数一定平衡④总体积、总压强、总物质的量一定不一定平衡正、逆反应速率之间的关系①单位时间内消耗了m mol A，同时也生成了m mol A平衡②单位时间内消耗了n mol B，同时也消耗了p mol C平衡③v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝m∶n∶p∶q不一定平衡④单位时间内生成了n mol B，同时也消耗了q mol D不一定平衡压强①其他条件一定、总压强一定，且m＋n≠p＋q平衡②其他条件一定、总压强一定，且m＋n＝p＋q不一定平衡混合气体的平均相对分子质量①平均相对分子质量一定，且m＋n≠p＋q平衡②平均相对分子质量一定，且m＋n＝p＋q不一定平衡温度任何化学反应都伴随着能量变化，当体系温度一定时平衡气体密度(ρ)①只有气体参加的反应，密度保持不变(恒容密闭容器中)不一定平衡②m＋n≠p＋q时，密度保持不变(恒压容器中)平衡③m＋n＝p＋q时，密度保持不变(恒压容器中)不一定平衡颜色反应体系内有色物质的颜色稳定不变(其他条件不变)平衡【归纳总结】(1)动态标志：v正＝v逆≠0①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＋bBcC＋dD，＝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。【易错提醒】规避“2”个易失分点(1)化学平衡状态判断“三关注”关注反应条件，是恒温恒容、恒温恒压，还是绝热恒容容器；关注反应特点，是等体积反应，还是非等体积反应；关注特殊情况，是否有固体参加或生成，或固体的分解反应。(2)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全是气体参加的体积不变的反应，体系的平均相对分子质量不再随时间而变化，如2HI(g)H2(g)＋I2(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。智能点二  化学平衡的移动1．化学平衡移动的过程2．化学平衡移动方向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，平衡不发生移动。(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)改变下列条件对化学平衡的影响改变的条件(其他条件不变)化学平衡移动的方向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反应前后气体体积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同等程度改变v正、v逆，平衡不移动(2)温度不变时浓度因素的“决定性作用”——分析“惰性气体(不参加反应的气体)”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―→体系中各组分的浓度同倍数减小（等效于减压)【特别提醒】压强对化学平衡的影响主要看改变压强能否引起反应物和生成物的浓度变化，只有引起物质的浓度变化才会造成平衡移动，否则压强对平衡无影响。(3)图示影响化学平衡移动的因素4．勒夏特列原理对于一个已经达到平衡的体系，如果改变影响化学平衡的一个条件 (如浓度、温度、压强)，平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动。【特别提醒】①由“化学平衡”可知：勒夏特列原理的适用对象是可逆过程。②由“减弱”可知：只能减弱改变，而不能消除改变。智能点三  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    0②    0        0         2 mol③    0.5 mol   0.25 mol  1.5 mol④    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，＋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   0②    1 mol    3.5 mol  2 mol③    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＝，故互为等效平衡。③中a、b、c三者关系满足：＝，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  0②    2 mol  2 mol  1 mol③    a mol  b mol  c mol①②两种情况下，n(H2)∶n(I2)＝1∶1，故互为等效平衡。③中a、b、c三者关系满足∶＝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。智能点四  化学图像1．含量—时间—温度(压强)图像常见图像形式有如下几种。其中C%指生成物的百分含量，B%指反应物的百分含量。①②③④⑤【说明】表示不同条件下，反应达到平衡的时间快慢、反应速率的快慢以及平衡混合物中某物质的百分含量的关系。解题方法是“先拐先平，数值大”。即曲线先出现拐点的首先达到平衡，反应速率快，以此判断温度或压强的高低。再依据外界条件对平衡的影响分析判断反应的热效应及反应前后气体体积的变化。2．转化率(或质量分数)与压强—温度图像(1)恒压线图像【说明】表示两个外界条件同时变化时，反应物A的转化率变化情况，解决这类图像一般采用“定一议二”的方法，即把自变量(温度、压强)之一设为恒量，讨论另外两个变量的关系。如：图1中，当压强相等(任意一条等压线)时，升高温度，A的转化率增大，说明升高温度平衡正向移动，即正反应为吸热反应。当温度相等时，在图1中作直线，与三条等压线交于三点，这三点自下而上为增大压强，A的转化率增大，说明增大压强平衡正向移动，即正反应为气体体积减小的反应。(2)恒温线图像【说明】图3中，当温度相等(任意一条等温线)时，增大压强，A的转化率增大，说明增大压强平衡正向移动，即正反应是气体体积减小的反应。当压强相等时，在图3中作直线，与两条等温线交于两点，这两点自下而上为降低温度，A的转化率增大，说明降低温度平衡正向移动，即正反应为放热反应。3．化学平衡中的特殊图像(1)对于化学反应：mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)，M点前，表示从反应开始，v(正) >v(逆)；M点为刚达到平衡点；M点后为平衡受温度的影响情况，即升温，A的百分含量增加或C的百分含量减少，平衡左移，故ΔH<0。(2)对于化学反应：mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)，L线上所有的点都是平衡点。L线的上方(E点)，A的百分含量大于此压强时平衡体系中A的百分含量，所以E点满足v(正)>v(逆)；同理L线的下方(F点)满足v(正)<v(逆)。4.解答化学平衡图像题四步骤【典例剖析】高频考点1、考查可逆反应的特点例1.下列对可逆反应的认识正确的是A．SO2 + Br2 + 2H2O = H2SO4 + 2HBr与2HBr +H2SO4(浓) = SO2↑ + Br2 + 2H2O互为可逆反应B．既能向正反应方向进行，又能向逆反应方向进行的反应叫可逆反应C．外界条件改变可逆反应的化学反应限度不改变D．在同一条件下，同时向正、逆两个方向进行的反应叫可逆反应【变式训练】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＝3：1B．平衡时，Y和Z的生成速率之比为2：3C．X、Y的转化率相等D．c1的取值范围为0<c1<0.14 mol·L－1高频考点2、考查化学平衡状态的判断例2．(2020·衡阳高三调研)反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH<0，若在恒压绝热容器中发生，下列选项表明反应一定已达平衡状态的是(　　)A．容器内的温度不再变化B．容器内的压强不再变化C．相同时间内，断开H—H键的数目和生成N—H键的数目相等D．容器内气体的浓度c(N2)∶c(H2)∶c(NH3)＝1∶3∶2【变式训练】一定温度下某容积固定的密闭容器中，对可逆反应A(g)＋B(g)2C(g)，下列叙述能说明反应已达到平衡的是(　　)A．容器内的压强不再变化B．混合气体的密度不再变化C．消耗B的速率是生成C的速率的D．单位时间内生成a mol B，同时生成2a mol C高频考点3、考查化学平衡的移动方向的判断例3．(2020·江西名师联盟第一次模拟测试)关于一定条件下的化学平衡H2(g)＋I2(g)2HI(g)　ΔH＜0，下列说法正确的是(　　)A．恒温恒容，充入H2，v(正)增大，平衡右移B．恒温恒容，充入He，v(正)增大，平衡右移C．加压，v(正)，v(逆)不变，平衡不移动D．升温，v(正)减小，v(逆)增大，平衡左移【变式训练】对于已建立化学平衡的可逆反应，当改变条件使化学平衡向正反应方向移动，下列有关叙述正确的是①生成物的质量分数一定增加；②生成物的产量一定增加；③反应物的转化率一定增大；④反应物浓度一定降低；⑤正反应速率一定大于逆反应速率；⑥使用了合适的催化剂；A．①② B．②⑤ C．③④ D．④⑥高频考点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(　　)容器温度/K物质的起始浓度/mol·L－1物质的平衡浓度/mol·L－1c(H2)c(CO)c(CH3OH)c(CH3OH)Ⅰ4000.200.1000.080Ⅱ4000.400.200 Ⅲ500000.100.025 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【变式训练1】 (恒温恒容条件下等效平衡的应用)向一固定容积的密闭容器中通入a mol N2O4气体，在密闭容器内发生反应：N2O4(g)2NO2(g)，达到平衡时再通入a mol N2O4气体，再次达到平衡时，与第一次达平衡时相比，N2O4的转化率(　　)A．不变   B．增大C．减小 D．无法判断【变式训练2】 (恒温恒压条件下等效平衡的应用)恒温恒压下，在一个容积可变的密闭容器中发生反应：A(g)＋B(g)C(g)，若开始时通入1 mol A和1 mol B，达到平衡时生成a mol C。则下列说法错误的是(　　)A．若开始时通入3 mol A和3 mol B，达到平衡时，生成C的物质的量为3a molB．若开始时通入4 mol A、4 mol B和2 mol C，达到平衡时，B的物质的量一定大于4 molC．若开始时通入2 mol A、2 mol B和1 mol C，达到平衡时，再通入3 mol C，则再次达到平衡后，C的物质的量分数为高频考点5、考查勒夏特列原理的应用例5．（2021·重庆高三）下列事实能用勒夏特列原理解释的是A．铜与浓硫酸反应需要加热 B．加热蒸干FeCl3溶液最终得到Fe(OH)3C．使用催化剂提高合成氨的生产效率 D．钢管与铜管堆放一处，钢管更易腐蚀【变式训练】（2020·北京高三期末）下列实验操作或现象不能用勒夏特列原理解释的是A． B．C． D．高频考点6、考查化学平衡图像分析例6．（2020·六盘山高级中学高三月考）根据如图有关图象，说法正确的是A．由图Ⅰ知，反应在T1、T3处达到平衡，且该反应的ΔH<0B．由图Ⅱ知，t1-t6时间段内反应在t6时刻，NH3体积分数最小C．由图Ⅱ知，t3时采取降低反应体系温度的措施D．图Ⅲ表示在10L容器、850℃时的反应，由图知，到4min时，反应放出5.16kJ的热量【变式训练】（2020·黑龙江哈尔滨市第六中学校高三月考）臭氧在烟气脱硝中的反应为2NO2(g)+O3(g)N2O5(g)+O2(g)。若此反应在恒容密闭容器中进行，下列选项中有关图象对应的分析正确的是（   ）A．平衡后升温，NO2含量降低B．0～2 s内，v(O3)＝0.2 mol·L－1·s－1C．v正：b点>a点，b点：v逆 > v正D．恒温，t1时再充入O3高频考点7、考查化学平衡原理在工农业生产中的应用例7．（2021·辽宁高三二模）如图所示为工业合成氨的流程图。有关说法错误的是A．步骤③中“”是催化剂催化活性的最佳温度B．晶胞符合分子密堆积C．步骤②、④、⑤均有利于提高原料的转化率D．产品液氨除可生产化肥外，还可用作制冷剂【变式训练】（2021·河南信阳市·高三零模）常压下羰基化法精炼镍的原理为。时，该反应的平衡常数。已知：的沸点为，固体杂质不参与反应。第一阶段：将粗镍与反应转化成气态；第二阶段：将第一阶段反应后的气体分离出来，加热至制得高纯镍。下列判断正确的是A．是离子化合物B．第一阶段，反应体系的温度应控制在以上，以达到气化分离的目的C．反应达到平衡状态以后，保持体积不变通入，平衡正向移动，反应的平衡常数增大D．第二阶段，可以通过增大压强来提高分解率