高考复习专题：化学反应的方向、限度与速率

一、化学平衡状态的特征及其判断方法
在一定条件下的可逆反应里，正反应速率和逆反应速率相等，反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态，称为化学平衡状态，简称化学平衡。
“一定条件”、“可逆反应”是前提，“相等”是实质，“保持不变”是标志。
1．化学平衡状态具有的“五大特征”
(1)逆：指化学平衡状态只适用于可逆反应，同一可逆反应，在同一条件下，无论反应从正反应方向开始还是从逆反应方向开始，或同时从正、逆反应方向开始，以一定的配比投入反应物或生成物，则可以达到相同的平衡状态。
(2)动：指动态平衡，即化学反应处于平衡状态时，正、逆反应并未停止，仍在进行，只是正、逆反应速率相等。
(3)等：指“v正＝v逆≠0”。即某一物质在单位时间内消耗的物质的量浓度和生成的物质的量浓度相等，也可以用不同物质的化学反应速率表示该反应的正、逆反应速率相等。
(4)定：指参加反应的各组分的含量保持不变，即各组分的浓度、质量分数、体积分数(有气体参加的可逆反应)、反应物的转化率等均保持不变。
(5)变：指平衡移动。可逆反应的平衡状态是相对的、暂时的，当外界某一条件改变时，原平衡被破坏，化学平衡向着减弱这种改变的方向移动，在新的条件下达到新的平衡状态。
【典例1】　一定温度下，向某容积恒定的密闭容器中充入1 mol N2、3 mol H2，经充分反应后达到如下平衡：N2＋3H22NH3，下列有关说法中正确的是()
A．达平衡后再加入一定量的N2，体系内各物质含量不变
B．N2、H2、NH3的浓度一定相等
C．反应没有达到平衡时，NH3会不断地分解，达到平衡时则不会再分解
D．平衡时，N2、H2物质的量之比为1∶3
解析　化学平衡是一种相对平衡，条件改变后原来的平衡状态就会被破坏，A错；化学平衡又是一种动态平衡，平衡时正、逆反应仍在进行，C错；平衡时体系内各物质浓度或百分含量保持不变(不是相等)，B错；D中因反应中消耗N2、H2的物质的量之比为1∶3，而N2、H2的起始量之比是1∶3，故平衡时仍是1∶3。
答案D
2．化学平衡状态判断的“四大依据”
(1)对于普通可逆反应，以2SO2＋O22SO3为例：
若各组分的物质的量、浓度不发生变化，则反应已达到平衡状态。若用反应速率关系表示化学平衡状态，式中既要有正反应速率，又要有逆反应速率，且两者之比等于化学系数之比，就达到化学平衡状态。
(2)对于有有色气体存在的反应体系，如2NO2(g)N2O4(g)等，若体系的颜色不再发生改变，则反应已达平衡状态。
(3)对于有气体存在且反应前后气体的物质的量发生改变的反应，如N2＋3H2高温、高压2NH3，若反应体系的压强不再发生变化、平均相对分子质量不再变化，则说明反应已达平衡状态。
对有气体存在且反应前后气体物质的量不发生改变的反应，反应过程中的任何时刻，体系的压强、气体的总物质的量、平均相对分子质量都不变，故压强、气体的总物质的量、平均相对分子质量不变均不能说明反应已达平衡状态。
(4)从微观的角度分析，如反应N2＋3H22NH3，下列各项均可说明该反应达到了平衡状态。
①断裂1 mol N≡N键的同时生成1 mol N≡N键。
②断裂1 mol N≡N键的同时生成3 mol H—H键。
③断裂1 mol N≡N键的同时断裂6 mol N—H键。
④生成1 mol N≡N键的同时生成6 mol N—H键。
[特别提示](1)从反应速率的角度来判断反应是否达到平衡时，速率必须是一正一逆(不能同是v正或v逆)，且反应速率之比等于化学系数之比。
(2)在可逆反应过程中，能发生变化的物理量(如各组分的浓度、反应物的转化率、混合气体密度、颜色、平均摩尔质量等)，若保持不变，说明可逆反应达到了平衡状态。
【典例2】　在一定温度下的定容容器中，当下列哪些物理量不再发生变化时，表明反应A(g)＋2B(g)C(g)＋D(g)已达到平衡状态的是()
①混合气体的压强　②混合气体的密度　③B的物质的量浓度　④混合气体的总物质的量　⑤混合气体的平均相对分子质量　⑥v(C)与v(D)的比值　⑦混合气体的总质量　⑧混合气体的总体积　⑨C、D的分子数之比为1∶1
A．①②③④⑤⑥⑦⑧  B．①③④⑤
C．①②③④⑤⑦  D．①③④⑤⑧⑨
解析　要理解化学平衡状态的特点“等、动、定”的含义，在判断化学平衡状态时还要注意反应前后气体体积是否相等。题给反应是一个反应前后气体体积不相等的反应，因此在定容容器中，若①混合气体的压强、③B的物质的量浓度、④混合气体的总物质的量、⑤混合气体的平均相对分子质量不再变化，均能证明该反应达到化学平衡状态。而②中ρ＝V(容(m(g)始终不变化，⑥中没指明反应进行的方向，⑦m(g)始终不变化，⑧在定容容器中，混合气体的总体积不能作为判断依据，⑨反应未达到平衡时，C、D气体的分子数之比也为1∶1。
答案B

二、关于化学平衡移动及其移动方向的分析与判断
1．化学平衡移动的分析判断方法
 

应用上述规律分析问题时应注意：

(1)不要把v正增大与平衡向正反应方向移动等同，只有v正>v逆时，才使平衡向正反应方向移动。
(2)不要把平衡向正反应方向移动与原料转化率的提高等同，当反应物总量不变时，平衡向正反应方向移动，反应物转化率才提高。当增大一种反应物的浓度，使平衡向正反应方向移动，会使另一种反应物的转化率提高。
2.化学平衡移动原理(移动方向的判断方法)
外界条件对化学平衡的影响可概括为勒·夏特列原理：如果改变影响平衡的一个条件(如浓度、压强或温度等)，平衡就向能够减弱这种改变的方向移动。
(1)对原理中“减弱这种改变”的正确理解应当是升高温度时，平衡向吸热反应方向移动；增加反应物，平衡向反应物减少的方向移动；增大压强，平衡向压强减小的方向移动。
(2)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，达到新平衡时此物理量更靠近改变的方向。如增大反应物A的浓度，平衡正移，但达到新平衡时，A的浓度仍比原平衡时大；同理，若改变温度、压强等，其变化也相似。
3．实例分析(正移指右移，逆移指左移)
反应实例
条件变化与平衡移动方向
达到新平衡时转化率变化情况
2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)
ΔH0，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．②③⑤  D．③⑤⑥
解析　该反应为气体体积增大的吸热反应，所以升温和减压均可以促使反应正向移动；恒压通入惰性气体，相当于减压；恒容通入惰性气体与加催化剂均对平衡无影响；增加CO的浓度，将导致平衡逆向移动。
答案B




三、解读化学平衡常数学习的“三个”基本要求
化学平衡常数是在一定温度下，可逆反应达到化学平衡时，生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值。常用符号K表示。
1．正确书写化学平衡常数的数学表达式
对于反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)
K＝[A]m[B]n([C]p[D]q)
(1)不要把反应体系中纯固体、纯液体以及稀水溶液中水的浓度写进平衡常数表达式，但非水溶液中，若有水参加或生成，则此时水的浓度不可视为常数，应写进平衡常数表达式中。
(2)同一化学反应，化学反应方程式写法不同，其平衡常数表达式及数值亦不同。因此书写平衡常数表达式及数值时，要与化学反应方程式相对应，否则就没有意义。
2．正确理解化学平衡常数的意义
(1)化学平衡常数可表示反应进行的程度。K越大，反应进行的程度越大，反应物的转化率越大。K>105时，可以认为该反应已经进行完全。
(2)K的大小只与温度有关，与反应物或生成物的起始浓度的大小无关。温度一定时，浓度的变化、压强的变化、固体颗粒大小(接触面积)的变化、催化剂的使用等均不改变化学平衡常数。
3．熟练掌握化学平衡常数的应用
(1)判断可逆反应的状态：任意状态的浓度幂之积的比值，称为浓度商，用Q表示，若其与K比较，当

(2)判断反应的热效应，若升高温度，K值增大，则正反应为吸热反应；反之，K值减小，则正反应为放热反应。
(3)用于计算平衡浓度、物质的量分数、转化率等。
【典例5】　已知某化学反应的平衡常数表达式为K＝[CO][H2O]([CO2][H2])，在不同的温度下该反应的平衡常数如下表所示：
t/℃
700
800
830
1 000
1 200
K
1.67
1.11
1.00
0.60
0.38
下列有关叙述不正确的是()
A．该反应的化学方程式是CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)
B．上述反应的正反应是放热反应
C．如果在一定体积的密闭容器中加入CO2和H2各1 mol，5 min后温度升高到830 ℃，此时测得CO2为0.4 mol时，该反应达到平衡状态
D．某温度下，如果平衡浓度符合下列关系式：3[CO]([CO2])＝5[H2]([H2O])，判断此时的温度是1 000 ℃
解析　平衡常数的表达式中，分子中的物质是生成物，分母中的物质是反应物，A项正确；由表中数据可知该反应的平衡常数随着温度的升高而降低，故该反应的正反应是放热反应，B项正确；利用化学反应方程式确定各种物质的物质的量，代入平衡常数表达式可知该反应没有达到平衡，C项不正确；将所给关系式进行变化，可知该条件下平衡常数为0.6，D项正确。
答案C
【典例6】　高炉炼铁过程中发生的主要反应为3(1)Fe2O3(s)＋CO(g)高温()3(2)Fe(s)＋CO2(g)。已知该反应在不同温度下的平衡常数如下：
温度/℃
1 000
1 150
1 300
平衡常数
4.0
3.7
3.5
请回答下列问题：
(1)该反应的平衡常数表达式K＝________，ΔH________(填“>”、“0
C．p1>p2，T1p1，由p1→p2，p升高，φ(B)增大，平衡左移，则m＋n