2024年高考化学一轮总复习 第6单元 第2讲　化学平衡状态　化学平衡的移动 学案（含高考真题和课后作业）（教师版 ）

这是一份2024年高考化学一轮总复习 第6单元 第2讲　化学平衡状态　化学平衡的移动 学案（含高考真题和课后作业）（教师版 ），共30页。
第2讲　化学平衡状态　化学平衡的移动
复习目标
1．了解化学反应的可逆性及化学平衡的建立。
2.掌握化学平衡状态的特征。
3.理解外界条件(浓度、温度、压强、催化剂等)对化学平衡的影响，能用相关理论解释其一般规律。
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 化学平衡状态

1．可逆反应
(1)定义：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
①三同：a.相同条件下；b.正、逆反应同时进行；c.反应物与生成物同时存在。
②一小：任一组分的转化率都小于100%。
(3)表示方法：在化学方程式中用“”表示。
2．化学平衡状态
(1)概念：在一定条件下的可逆反应中，正反应速率和逆反应速率相等，反应物和生成物的浓度均保持不变，即体系的组成不随时间而改变的状态。
(2)建立过程
①对于只加入反应物从正向建立的平衡：

②图示
建立过程可以用速率－时间图像表示：

(3)化学平衡状态特征

　请指出下列各说法的错因
(1)2H2O2H2↑＋O2↑为可逆反应。
错因：条件不同，不是可逆反应。
(2)平衡状态指的是反应静止了，不再发生反应了。
错因：化学平衡是一种动态平衡。
(3)由2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)　ΔH＝－196.6 kJ·mol－1知，2 mol SO2与1 mol O2在恒压密闭容器中充分反应，可放出196.6 kJ的热量。
错因：2__mol__SO2与1__mol__O2并不能完全反应，放出的热量小于196.6__kJ。
(4)N2O4(g)2NO2(g)达到平衡时，v正(N2O4)等于v逆(NO2)。
错因：达到平衡时，2v正(N2O4)＝v逆(NO2)。
(5)对于反应NO2(g)＋SO2(g)SO3(g)＋NO(g)，若每消耗1 mol SO3的同时生成1 mol NO2，说明反应达平衡状态。
错因：消耗1__mol__SO3的同时生成1__mol__NO2均表示逆反应方向，故无法判断反应是否达到平衡状态。
(6)在恒温恒容密闭容器中发生反应A(s)＋3B(g)2C(g)＋D(g)，当压强不随时间而改变，说明反应已达平衡。
错因：此反应为反应前后气体体积不变的反应，故压强始终不发生改变，因此压强不变时，无法说明反应已达平衡。

一、极端假设法确定各物质浓度范围
根据极端假设法判断，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。
如在恒温恒容密闭容器中发生可逆反应X2(g)＋Y2(g)2Z(g)，X2、Y2、Z的初始浓度分别为0.1 mol·L－1、0.3 mol·L－1和0.2 mol·L－1
假设反应正向进行到底：
　　　　　 X2(g)＋Y2(g) 2Z(g)
0 0.2 0.4
假设反应逆向进行到底：
　　　　　 X2(g)＋Y2(g)2Z(g)
0.2 0.4 0
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)。
二、化学平衡状态的判断方法
1．正逆相等
(1)同一物质(两种表述)：v正＝v逆、断键数＝成键数。
(2)不同物质：
＝
2．“变量不变”：如果一个量是随反应进行而改变的(即变量)，当其“不变”时反应就达到平衡状态。
(1)混合体系中各组分的物质的量、质量、物质的量浓度、百分含量(体积分数、质量分数)、转化率等会随时间变化而变化，为变量，当其不随时间而改变时，反应达到平衡。
(2)绝热体系中温度为变量，当其不随时间而改变时，反应达到平衡。
(3) 、ρ、p总等，不一定为变量，要根据不同情况进行判断：


注：若有非气体物质参与反应，无论Δn(g)是否等于0，、ρ均为变量，若其恒定不变，则化学反应达到平衡状态。


角度一　化学平衡状态特征
1．在一个密闭容器中发生反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，反应过程中某一时刻测得SO2、O2、SO3的浓度分别为0.2 mol·L－1、0.2 mol·L－1、0.2 mol·L－1，当反应达到平衡时，可能出现的数据是(　　)
A．c(SO3)＝0.4 mol·L－1
B．c(SO2)＝c(SO3)＝0.15 mol·L－1
C．c(SO2)＝0.25 mol·L－1
D．c(SO2)＋c(SO3)＝0.5 mol·L－1
答案　C
2．一定条件下，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
角度二　化学平衡状态的判断
3．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________(填序号，下同)。
(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NH2COONH4(s)2NH3(g)＋CO2(g)达到平衡状态的是________。
(6)能说明5CO(g)＋I2O5(s)5CO2(g)＋I2(s)达到平衡状态的是________。
答案　(1)①③④⑦　(2)⑤⑦　(3)①③④⑤⑦　(4)①②③④⑦　(5)①②③　(6)②④⑦
4．汽车尾气净化的主要原理为2NO(g)＋2CO(g)2CO2(g)＋N2(g)　ΔH＜0。若该反应在绝热、恒容的密闭体系中进行，下列示意图正确且能说明反应在进行到t1时刻达到平衡状态的是________(填序号)。

答案　②④⑤
解析　①达到平衡时，v正应保持不变。②由于是放热反应，又是绝热容器，体系温度升高，K减小，当K不变时，温度不变，达到平衡状态。③图中达到平衡时，CO、CO2的改变量不是1∶1。④w(NO)逐渐减小，达到平衡时保持不变。⑤因正反应放热，容器绝热，故反应开始后体系温度升高，达到平衡状态时，体系温度不再发生变化。⑥ΔH是一个定值，不能用于判断可逆反应是否达到平衡状态。
考点二 化学平衡的移动

1．概念
一定条件下，可逆反应达到平衡状态以后，若反应条件(如温度、压强、浓度等)发生了变化，平衡混合物中各组分的浓度也会随之改变，从而在一段时间后达到新的平衡状态。这种由原有的平衡状态达到新的平衡状态的过程叫做化学平衡的移动。
2．化学平衡移动的过程

3．化学平衡移动与化学反应速率的关系
(1)改变条件，v正′>v逆′：平衡向正反应方向移动。
(2)改变条件，v正′＝v逆′：平衡不发生移动。
(3)改变条件，v正′＜v逆′：平衡向逆反应方向移动。
4．影响化学平衡的外界因素

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
5.勒夏特列原理
(1)内容：如果改变影响平衡的一个因素(如温度、压强及参加反应的物质的浓度)，平衡就向着能够减弱这种改变的方向移动。本原理也称为化学平衡移动原理。
(2)适用范围：适用于任何动态平衡(如溶解平衡、电离平衡等)，非平衡状态不能用此来分析。
(3)平衡移动的结果是“减弱”外界条件的影响，而不是“消除”外界条件的影响，更不是“扭转”外界条件的影响。
　请指出下列各说法的错因
(1)增大反应物的量，化学反应速率一定加快，化学平衡一定正向移动。
错因：若反应物为固体或纯液体，其浓度看作是常数，则增大反应物的量，其浓度不变，化学反应速率不变，平衡不移动。
(2)化学反应速率改变，化学平衡一定发生移动。
错因：如果可逆反应的正、逆反应速率同等程度改变，化学平衡不发生移动。
(3)对于反应：2NO2(g)N2O4(g)，在恒温恒压条件下充入稀有气体，平衡不移动。
错因：在恒温恒压条件下充入稀有气体，容器体积膨胀，各组分的浓度变小，平衡向左移动。
(4)恒温恒容条件下，反应2NO2(g)N2O4(g)达到平衡后，再向容器中通入一定量的N2O4(g)重新达到平衡后，NO2的体积分数增大。
错因：恒温恒容条件下，再通入一定量N2O4气体，相当于增大压强，N2O4的转化率减小，NO2的体积分数减小。

1．当反应体系中存在固体或纯液体物质时，可认为其“浓度”是恒定的，不随其量的增减而变化，故改变这些固体或纯液体的量，对化学平衡没影响。
2．同等程度地改变反应气体混合物中各物质的浓度时，应视为压强的影响。
3．充入惰性气体与平衡移动的关系
(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→体系中各组分的浓度同倍数

4．常见平衡移动前后反应速率－时间图像分析

图像




t1时刻所改变的条件
增大反应物浓度
减小反应物浓度
增大生成物浓度
减小生成物浓度
图像




t1时刻所改
变的条件
温度
升高
降低
升高
降低
正反应为放热反应
正反应为吸热反应
压强
增大
减小
增大
减小
正反应为气体物质的量增大的反应
正反应为气体物质的量减小的反应

角度一　根据改变的条件判断平衡移动方向
1．(2022·辽宁省大连市高三期末模拟)下列说法正确的是(　　)
A．升高温度，平衡向吸热反应方向移动，此时v放减小，v吸增大
B．化学平衡正向移动，反应物的转化率一定增大
C．向平衡体系FeCl3＋3KSCNFe(SCN)3＋3KCl中加入适量KCl固体，平衡不移动，溶液的颜色几乎不变
D．对于2NO2(g)N2O4(g)的平衡体系，压缩体积，增大压强，平衡正向移动，混合气体的颜色变浅
答案　C
解析　升高温度，v放、v吸均增大，A错误；化学平衡正向移动，反应物的转化率不一定增大，如A(g)＋B(g)2C(g)，增大A的浓度平衡右移，但A的转化率减小，B错误；KCl没有参与反应，加入KCl固体，平衡不移动，溶液颜色几乎不变，C正确；因为压缩体积，平衡右移，但c(NO2)仍大于原来的浓度，所以混合气体的颜色变深，D错误。
2．对于一定条件下的可逆反应
甲：A(g)＋B(g)C(g)　ΔH＜0
乙：A(s)＋B(g)C(g)　ΔH＜0
丙：A(g)＋B(g)2D(g)　ΔH＞0
达到化学平衡后，改变条件，按要求回答下列问题：
(1)升温
①平衡移动方向分别为(填“向左”“向右”或“不移动”)
甲________；乙________；丙________。
此时反应体系的温度均比原来________(填“高”或“低”)。
②混合气体的平均相对分子质量变化分别为(填“增大”“减小”或“不变”)
甲________；乙________；丙________。
(2)加压，使体系体积缩小为原来的
①平衡移动方向分别为(填“向左”“向右”或“不移动”)
甲________；乙________；丙________。
②设压缩之前压强分别为p甲、p乙、p丙，压缩后压强分别为p甲′、p乙′、p丙′，则p甲与p甲′，p乙与p乙′，p丙与p丙′的关系分别为
甲________；乙________；丙________。
③混合气体的平均相对分子质量变化分别为(填“增大”“减小”或“不变”)
甲________；乙________；丙________。
答案　(1)①向左　向左　向右　高　②减小　减小　不变
(2)①向右　不移动　不移动　②p甲＜p甲′＜2p甲　p乙′＝2p乙　p丙′＝2p丙　③增大　不变　不变
解析化学平衡移动题目的一般思路


角度二　根据平衡移动结果判断影响因素
3.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．②③⑤ D．③⑤⑥
答案　B
4.某温度下，反应2A(g)B(g)　ΔH>0在密闭容器中达到平衡，平衡后＝a，若改变某一条件，足够时间后反应再次达到平衡状态，此时＝b，下列叙述正确的是(　　)
A．在该温度下，保持容积固定不变，向容器内补充了B气体，则ap甲＝p丙，SO3的质量：m甲＝m丙>2m乙，A错误，B正确；当甲容器达到平衡后瞬间将容器体积扩大2倍，平衡向逆反应方向移动，但是生成的SO2与O2的物质的量之比为2∶1，这与开始两者加入的物质的量之比相同，所以在此过程中SO2与O2的物质的量之比一直是2∶1，C错误；甲与丙为等效平衡，但达到平衡时，甲容器中SO2的转化率与丙容器中SO3的转化率不一定相等，即Q甲不一定等于Q丙，D错误。
2．初始温度为t ℃，向三个密闭的容器中按不同方式投入反应物，发生反应：4HCl(g)＋O2(g)2Cl2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－116 kJ·mol－1，测得反应的相关数据如下：

容器
容器
类型
初始
体积
初始压
强/Pa
反应物投入量/mol
平衡时Cl2的物质的量/mol
HCl
O2
Cl2
H2O
Ⅰ
恒温恒容
1 L
2×105
4
1
0
0
1
Ⅱ
绝热恒容
1 L
p2
0
0
2
2
a
Ⅲ
恒温恒压
2 L
p3
8
2
0
0
b
下列说法正确的是(　　)
A．反应4HCl(g)＋O2(g)2Cl2(g)＋2H2O(l)的ΔH>－116 kJ·mol－1
B．a>1，b>2
C．p2＝1.6×105 Pa，p3＝4×105 Pa
D．若起始向容器Ⅰ中充入0.5 mol HCl、0.5 mol O2、0.5 mol Cl2和0.5 mol H2O(g)，则反应向正反应方向进行
答案　B
3．在一个固定体积的密闭容器中，加入2 mol A和1 mol B，发生反应2A(g)＋B(g)2C(g)，达到平衡时，C的物质的量浓度为k mol/L，若维持容器体积和温度不变，按下列配比作为起始物质：
①4 mol A＋2 mol B　②2 mol A＋1 mol B＋2 mol C　③2 mol C＋1 mol B　④2 mol C
⑤1 mol A＋0.5 mol B＋1 mol C
(1)达到平衡后，C的物质的量浓度仍是k mol/L的是　　　　。
(2)若令a、b、c分别代表初始加入的A、B、C的物质的量，如果a、b、c取不同的数值，它们必须满足一定的相互关系，才能保证达到平衡时，反应混合物中三种气体的百分含量仍跟上述平衡时完全相同，填写：
Ⅰ.若a＝0，b＝0，则c＝　　　　。
Ⅱ.若a＝0.5，则b＝　　　　，c＝　　　　。
Ⅲ.a、b、c的取值必须满足的一般条件是　　　　，　　　　。(用两个方程式表示，一个只含a、c，另一个只含b、c)
答案　(1)④⑤　(2)Ⅰ.2　Ⅱ.0.25　1.5　
Ⅲ.a＋c＝2　b＋＝1
高考真题演练
1．(2022·海南高考)某温度下，反应CH2===CH2(g)＋H2O(g)CH3CH2OH(g)在密闭容器中达到平衡。下列说法正确的是(　　)
A．增大压强，v正＞v逆，平衡常数增大
B．加入催化剂，平衡时CH3CH2OH(g)的浓度增大
C．恒容下，充入一定量的H2O(g)，平衡向正反应方向移动
D．恒容下，充入一定量的CH2===CH2(g)，CH2===CH2(g)的平衡转化率增大
答案　C
2．(2021·辽宁高考)某温度下，在恒容密闭容器中加入一定量X，发生反应2X(s)Y(s)＋Z(g)，一段时间后达到平衡。下列说法错误的是(　　)
A．升高温度，若c(Z)增大，则ΔH＞0
B．加入一定量Z，达新平衡后m(Y)减小
C．加入等物质的量的Y和Z，达新平衡后c(Z)增大
D．加入一定量氩气，平衡不移动
答案　C
解析　由于X、Y均为固体，故K＝c(Z)，达新平衡后温度不变，K不变，故c(Z)不变，C错误。
3．(2021·北京高考)NO2和N2O4存在平衡：2NO2(g)N2O4(g)　ΔH0)，下列说法正确的是(　　)
A．当容器内压强不变时说明反应已达到平衡
B．当反应达到平衡时：c(A)∶c(B)∶c(C)＝2∶1∶3
C．当反应达到平衡时放出热量a kJ
D．其他条件不变，升高温度反应速率加快
答案　D
7．(2022·邵阳市高三第一次联考)科学家研究出一种新的催化剂能有效处理汽车尾气，其反应的化学方程式为2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g)　ΔHT1，纵坐标可代表NO的百分含量
C．丙图中压强p1T1，温度升高，平衡逆向移动，而纵坐标所示的数值减小，则纵坐标不可能代表NO的百分含量，B错误；由丙图所示信息可知，p2时的反应速率更大，故压强p11，B的物质的量小于2 mol；若3a＝1，B的物质的量等于2 mol；若3ab
解析　(2)因(2)与(1)为恒温恒压条件下的等效平衡，且(2)开始时A和B的物质的量为(1)开始时A和B物质的量的3倍，则达到平衡后(2)生成C的物质的量为(1)生成C的物质的量的3倍，故生成C的物质的量为3a mol。
(3)因(3)与(2)为恒温恒压条件下的等效平衡，若1 mol C全部生成A和B，则可得到1 mol A和1 mol B，则x mol＋1 mol＝3 mol，解得x＝2。
A(g)＋B(g)C(g)　
2 2 1
3a－1 3a－1 3a－1
3－3a 3－3a 3a
从而可得y＝3－3a。
(4)因(4)与(1)为等效平衡，则(4)与(1)和(2)中C的物质的量分数均相等，故C的物质的量分数为＝。
11．(2022·惠州市高三调研考试)甲烷是天然气的主要成分，是一种重要的清洁能源和化工原料。
(1)利用光能和催化剂，CO2和H2O(g)可转化为CH4：CO2(g)＋2H2O(g)CH4(g)＋2O2(g)，图1为在恒温、紫外光照射、不同催化剂(Ⅰ、Ⅱ)作用下，在体积为1 L的密闭容器中，CH4的量随光照时间(单位：h)的变化。

①反应开始后的16小时内，在第　　　　种催化剂作用下，收集的CH4较多。
②实验测得当温度高于560 ℃，O2的平均生成速率明显下降，原因可能是　　　　　　　　　　。
(2)工业上常用CH4和水蒸气在一定条件下的恒温恒容密闭容器中制取H2：CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)。
下列说法无法说明该反应达到平衡状态的是　　　　(填字母)。
a.CH4体积分数不再变化
b.气体的压强不再变化
c.体系的密度保持不变
d.消耗1 mol CH4的同时消耗3 mol H2
答案　(1)①Ⅱ　②催化剂失去活性　(2)c

氨是一种重要的化工原料，在工农业生产中有广泛的应用。
(1)在一定温度下，在固定体积的密闭容器中进行可逆反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)。该可逆反应达到平衡的标志是　　　　。
A．3v正(H2)＝2v逆(NH3)
B．单位时间生成m mol N2的同时生成3m mol H2
C．容器内的总压强不再随时间而变化
D．混合气体的密度不再随时间变化
(2)工业上可用天然气为原料来制取合成氨的原料气氢气。某研究性学习小组的同学模拟工业制取氢气的原理，在一定温度下，体积为2 L的恒容密闭容器中测得如下表所示数据。请回答下列问题：
时间/min
CH4/mol
H2O/mol
CO/mol
H2/mol
0
0.40
1.00
0
0
5
a
0.80
c
0.60
7
0.20
b
0.20
d
10
0.21
0.81
0.19
0.64
①分析表中数据，判断5 min时反应是否处于平衡状态？　　　　(填“是”或“否”)，前5 min内v(CH4)＝　　　　　　　　。
②反应在7～10 min内，CO的物质的量减少的原因可能是　　　　。
A．减少CH4的物质的量 B．降低温度
C．升高温度 D．充入H2
(3)氨的催化氧化：4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)是工业制硝酸的重要反应。在1 L密闭容器中充入4 mol NH3(g)和5 mol O2(g)，保持其他条件不变，测得c(NO)与温度的关系如图所示。该反应的ΔH　　　　(填“＞”“＜”或“＝”)0；T0℃下，NH3的转化率为　　　　。

答案　(1)C　(2)①是　0.02 mol·L－1·min－1　②D　(3)＜　75%
解析　(3)由图像可知，NO的浓度达到最大值后，随温度升高，NO的浓度又逐渐减小，说明升高温度，平衡逆向移动，所以该反应的ΔH＜0；T0℃时，c(NO)＝3.0 mol·L－1，则反应消耗的n(NH3)＝3.0 mol，NH3的转化率为×100%＝75%。