(新高考)高考化学一轮复习课时练习第7章第2讲化学平衡状态化学平衡移动(含解析)

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第2讲　化学平衡状态　化学平衡移动
课 程 标 准
知 识 建 构
1.了解可逆反应的含义，知道可逆反应在一定条件下能达到化学平衡状态及能描述化学平衡状态，判断化学反应是否达到平衡。
2．通过实验探究，了解浓度、压强、温度对化学平衡状态的影响，并能运用浓度、压强、温度对化学平衡的影响规律，推测平衡移动方向及浓度、转化率等相关物理量的变化，能讨论化学反应条件的选择和优化。
3．针对典型案例，能从限度、速率等角度对化学反应和化工生产条件进行综合分析。


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

【诊断1】 判断下列说法是否正确，正确的打√，错误的打×。
(1)铅蓄电池的充放电反应为可逆反应(　　)
(2)在化学平衡的建立过程中，v正一定大于v逆(　　)
(3)对于N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)反应，当v正(N2)＝v逆(NH3)时反应达到平衡状态(　　)
(4)一个可逆反应达到的平衡状态就是这个反应在该条件下所能达到的最大限度(　　)
(5)恒温恒容条件下反应C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)，当密度不变时，反应达到平衡状态(　　)
答案　(1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)√
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

②恒温恒压条件

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。
【诊断2】 判断下列说法是否正确，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)√

考点一　可逆反应特点和化学平衡状态的判断
【典例1】 (2021·河北安平中学月考)在两个绝热恒容的密闭容器中分别进行下列两个可逆反应：
甲：C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)；
乙：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)
现有下列状态：
①混合气体平均相对分子质量不再改变　②气体的总物质的量不再改变　③各气体组成浓度相等　④反应体系中温度保持不变　⑤断裂氢氧键速率是断裂氢氢键速率的2倍　⑥混合气体密度不变
其中能表明甲、乙容器中反应都达到平衡状态的是(　　)
A．①③ B．④⑤
C．③④ D．②⑥
答案　B
解析　①乙反应的两边气体的体积相同且都是气体，混合气体平均相对分子质量始终不变，所以无法判断乙反应是否达到平衡状态，故①错误；②乙反应的两边气体的体积相同且都是气体，气体的总物质的量始终不变，所以气体的总物质的量不变无法判断乙是否达到平衡状态，故②错误；③各气体组成浓度相等，无法证明达到了平衡状态，故③错误；④因为是绝热容器，反应体系中温度保持不变，说明正逆反应速率相等，达到了平衡状态，故④正确；⑤断裂氢氧键速率是断裂氢氢键速率的2倍，说明正逆反应速率相等，达到了平衡状态，故⑤正确；⑥乙反应的两边气体的体积相同且都是气体，容器的容积不变，所以密度始终不变，无法判断乙是否达到平衡状态，故⑥错误；以上分析故选B。

判断化学平衡状态的两种方法
(1)动态标志：v正＝v逆≠0
①同种物质：同一物质的生成速率等于消耗速率。
②不同物质：不同方向上的速率比等于化学计量数比，如aA＋bBcC＋dD，＝时，反应达到平衡状态。
(2)静态标志：“变量”不变
在未达到平衡时不断变化、在达到平衡时不再发生变化的各种物理量(如各物质的质量、物质的量或浓度、百分含量、压强、密度或颜色等)，如果不再发生变化，即达到平衡状态。
可简单总结为“正逆相等，变量不变”。
【对点练1】 (“极端转化”法确定各物质的量)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∶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0＜c1＜0.14 mol·L－1
答案　D
解析　平衡浓度之比为1∶3，转化浓度之比亦为1∶3，故c1∶c2＝1∶3，A、C不正确；平衡时Y生成表示逆反应速率，Z生成表示正反应速率且v生成(Y)∶v生成(Z)应为3∶2，B不正确；由可逆反应的特点可知0＜c1＜0.14 mol·L－1。
【对点练2】 (化学平衡状态的判断)(2020·衡阳高三调研)反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔHT2，温度越高，平衡时X的物质的量浓度越大，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，升高温度平衡向吸热反应方向移动，故逆反应为吸热反应，正反应为放热反应。进行到M点X的转化率较低，由于正向是放热反应，所以反应进行到M点放出的热量少，故A错误；T2温度下，在O～t1时间内，X的浓度变化为：c(X)＝(a－b) mol·L－1，则Y的浓度变化为c(Y)＝c(X)＝ mol·L－1，所以v(Y)＝ mol·L－1·min－1，故B错误；根据图像可知，温度为T1时反应首先达到平衡状态；温度高反应速率快，到达平衡的时间少，则温度是T1>T2；M点温度高于N点温度，且N点反应没有达到平衡状态，此时反应向正反应方向进行，即N点的逆反应速率小于N点的正反应速率，因此M点的正反应速率大于N点的逆反应速率，故C正确；M点时再加入一定量X，达到的新平衡与原平衡比较，压强增大，增大压强平衡正移，则X的转化率增大，所以M点时再加入一定量X，平衡后X的转化率增大，故D错误。
类型二、新型图像的探究应用
【典例2】 (2019·全国卷Ⅰ)水煤气变换[CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)]是重要的化工过程，主要用于合成氨、制氢以及合成气加工等工业领域中。回答下列问题：
(1)Shibata曾做过下列实验：①使纯H2缓慢地通过处于721 ℃下的过量氧化钴CoO(s)，氧化钴部分被还原为金属钴Co(s)，平衡后气体中H2的物质的量分数为0.025 0。
②在同一温度下用CO还原CoO(s)，平衡后气体中CO的物质的量分数为0.019 2。
根据上述实验结果判断，还原CoO(s)为Co(s)的倾向是CO________H2(填“大于”或“小于”)。
(2)721 ℃时，在密闭容器中将等物质的量的CO(g)和H2O(g)混合，采用适当的催化剂进行反应，则平衡时体系中H2的物质的量分数为________(填标号)。
A．＜0.25 B．0.25
C．0.25～0.50 D．0.50
E．＞0.50
(3)Shoichi研究了467 ℃、489 ℃时水煤气变换(ΔH＜0)中CO和H2分压随时间变化关系(如图所示)，催化剂为氧化铁，实验初始时体系中的pH2O和pCO相等、pCO2和pH2相等。

计算曲线a的反应在30～90 min内的平均速率(a)＝________ kPa·min－1。467 ℃时pH2和pCO随时间变化关系的曲线分别是________、________。489 ℃时pH2和pCO随时间变化关系的曲线分别是________、________。
答案　(1)大于　(2)C　(3)0.004 7　b　c　a　d
解析　(1)由题给信息①可知，H2(g)＋CoO(s)Co(s)＋H2O(g)(ⅰ)　K1＝＝＝39，由题给信息②可知，CO(g)＋CoO(s)Co(s)＋CO2(g)(ⅱ)　K2＝＝≈51.08。相同温度下，平衡常数越大，反应倾向越大，故CO还原氧化钴的倾向大于H2。(2)第(1)问和第(2)问的温度相同，利用盖斯定律，由(ⅱ)－(ⅰ)得CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　K＝＝≈1.31。设起始时CO(g)、H2O(g)的物质的量都为1 mol，容器容积为1 L，在721 ℃下，反应达平衡时H2的物质的量为x mol。

K＝＝1.31，x＝0.534，则平衡时H2的物质的量分数为＝0.267，故选C。(3)由题图可知，30～90 min内(a)＝＝0.004 7 kPa·min－1。水煤气变换中CO是反应物，H2是产物，又该反应是放热反应，升高温度，平衡向左移动，重新达到平衡时，H2的压强减小，CO的压强增大。故a曲线代表489 ℃时，pH2随时间变化关系的曲线，d曲线代表489 ℃时pCO随时间变化关系的曲线，b曲线代表467 ℃时pH2随时间变化关系的曲线，c曲线代表467 ℃时pCO随时间变化关系的曲线。

1．CO和H2在一定条件下合成甲醇的反应为：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)　ΔH。现在容积均为1 L的a、b、c、d、e五个密闭容器中分别充入1 mol CO和2 mol H2的混合气体，控温，进行实验，测得相关数据如下图1和图2。下列叙述不正确的是(　　)

A．该反应的ΔH