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高考化学专题复习 专题七 化学反应速率和化学平衡 第2讲 化学平衡状态和平衡移动学案
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这是一份高考化学专题复习 专题七 化学反应速率和化学平衡 第2讲 化学平衡状态和平衡移动学案，文件包含第2讲化学平衡状态和平衡移动pptx、第2讲化学平衡状态和平衡移动docx等2份学案配套教学资源，其中学案共27页， 欢迎下载使用。
一、可逆反应与化学平衡状态
2.化学平衡状态(1)概念:在一定条件下的可逆反应里,正反应和逆反应的速率相等,反应体系 中所有参加反应的物质的 质量 或 浓度 保持恒定的状态。(2)化学平衡的建立
3.判断化学平衡状态的两种方法(1)动态标志:v正=v逆≠0。a.同种物质:同一物质的生成速率等于其消耗速率。b.不同物质:必须标明是“异向”的反应速率关系。如aA+bB cC+dD时, = 时,反应达到平衡状态。
(2)静态标志:各种“量”不变。a.各物质的质量、物质的量或浓度不变。b.各物质的百分含量(物质的量分数、质量分数等)不变。c.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;若物理量始终为“不变量”,则不能作为平衡标志。
1.化学平衡移动的过程
2.化学平衡移动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 移动。(3)v正
(2)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、浓度),平衡将向着能够 减弱 这种改变的方向移动。[注意] a.改变固体或纯液体的量,对化学平衡无影响。
b.“惰性气体”对化学平衡的影响。
(2)加压,平衡移动方向分别为甲 向右 (填“向左”“向右”或“不移 动”,下同);乙 不移动 ;丙 不移动 。混合气体的平均相对分子质量变 化分别为甲 增大 (填“增大”“减小”或“不变”,下同);乙 不变 ;丙 不变 。
3.借助图像理解影响反应速率的因素。
解析 若该反应正向进行到底,则最终SO3的浓度为0.4 ml·L-1,SO2和O2的浓 度均为0;若该反应逆向进行到底,则最终SO2和O2的浓度分别为0.4 ml·L-1和 0.2 ml·L-1,SO3的浓度为0。但该反应为可逆反应,平衡时各物质的浓度不可 能为0,故A、C错误;反应物、生成物的浓度不可能同时减小,故D错误。
终态浓度/( ml·L-1) 0 0 0.4
题组训练题组一 “极端假设法”在可逆反应中的应用
终态(ml/L) 0.2 0.4 0
由于为可逆反应,物质不能完全转化,所以平衡时浓度(ml/L)范围为0
解析 题给反应是气体物质的量减小的反应,压强不再发生变化说明反应达 到平衡,①符合题意;H2的生成速率和NH3的消耗速率都表示v逆,②不符合题 意;反应中混合气体的总质量不变,若平均相对分子质量不变,说明气体物质 的量不变,反应已达平衡,③符合题意;恒容容器中混合气体的总质量和体积 均无变化,故气体密度始终不变,④不符合题意;物质的浓度不变,说明反应已 达平衡,⑤符合题意;容器内气体的物质的量之比等于化学计量数之比,与是 否达到平衡无关,⑥不符合题意;故选C。
考点二 化学平衡移动典例探究例 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.①④⑥C.②③⑤ D.③⑤⑥
解析 题给反应正向为气体体积增大的吸热反应,所以升温和减压均可以促 使平衡正向移动,故①、④正确;恒压通入惰性气体,相当于减压,故⑥正确;恒 容通入惰性气体与加催化剂均对平衡无影响,故②、⑤错误;增加CO的浓度, 将导致平衡逆向移动,故③错误。
题组训练题组一 化学平衡移动的方向
解析 单位时间内消耗NO和N2的物质的量之比为1∶2时,正、逆反应速率 相等,反应达到平衡,故A项正确;题给反应的正反应是放热反应,升高温度,平 衡向逆反应方向移动,平衡常数减小,故B项错误;增加NH3的浓度,平衡向正反 应方向移动,达到新平衡时,NH3的转化率减小,废气中氮氧化物的转化率增 大,故C项错误;使用高效催化剂,正、逆反应速率均增大,化学平衡不移动,废 气中氮氧化物的转化率不变,故D项错误。
2.(2020陕西西安模拟节选)向体积为2 L的固定密闭容器中通入3 ml X气体, 在一定温度下发生如下反应:2X(g) Y(g)+3Z(g)。(3)若容器中充入氦气,则平衡 不 (填“向左”“向右”或“不”,下同)移 动;若反应达平衡后,从容器中移走部分Y气体,则平衡 向右 移动。(4)若在相同条件下向已达到平衡的体系中再充入0.5 ml X气体,则平衡后X 的转化率与原平衡中X的转化率相比较 D 。A.无法确定 B.前者一定大于后者C.前者一定等于后者 D.前者一定小于后者
解析 (3)等温等容条件下通入一种惰性气体,反应体系中的各组分的浓度不 改变,平衡不移动;若移走部分Y气体,则体系内压强减小,平衡向气体的物质 的量增大的方向移动。(4)若在等温等压条件下,通入X气体,则与原平衡状态 互为等效平衡,转化率不变,此时相当于压缩原平衡体系的体积,平衡会逆向 移动,X的转化率减小。
题组二 v-t图像的分析与判断
解析 由题图可知,t3时平衡不移动,t1、t4时改变条件反应均逆向移动,CO的 含量减少,则CO的体积分数最高的一段时间为t0~t1,A项错误;t2~t3时间段达到 化学平衡状态,体积分数不变,t3~t4时间段化学平衡不移动,所以H2的体积分数 相等,B项正确;t1时正、逆反应速率均增大,且逆反应速率大于正反应速率,平 衡逆向移动,改变条件为增大压强,而降低温度会使正、逆反应速率均减小,C项错误;t4~t5时间段,逆反应速率大于正反应速率,则化学平衡向逆反应方向移动,D项错误。
4.已知一定条件下发生反应:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ΔH<0,在反应过程中,正反应速率随时间的变化如图所示,请根据速率的变化回答采取的措施 (改变的条件)。t1: 加压或增大反应物浓度(充入SO2或O2) ;t2: 加入催化剂 ;t3: 减压或减小反应物浓度(分离移除SO2或O2) ;t4: 减小生成物浓度(分离移除SO3) 。
考点三 平衡原理在化工生产中的应用
1.(2019课标Ⅱ,27节选)环戊二烯( )是重要的有机化工原料,广泛用于农药、橡胶、塑料等生产。回答下列问题:(1)已知: (g) (g)+H2(g) ΔH1=100.3 kJ·ml-1 ①H2(g)+I2(g) 2HI(g) ΔH2=-11.0 kJ·ml-1 ②对于反应: (g)+I2(g) (g)+2HI(g) ③ ΔH3= 89.3 kJ·ml-1。
(2)某温度下,等物质的量的碘和环戊烯( )在刚性容器内发生反应③,起始总压为105 Pa,平衡时总压增加了20%,环戊烯的转化率为 40% ,该反应的平衡常数Kp= 3.56×104 Pa。达到平衡后,欲增大环戊烯的平衡转化率,可采 取的措施有 BD (填标号)。A.通入惰性气体 B.升高温度C.增大环戊烯浓度 D.增大碘浓度
本质上未改变相关气体的分压,气体浓度不变,平衡不移动,环戊烯平衡转化 率不变,故错误;B项,该反应是吸热反应,升高温度平衡正向移动,环戊烯平衡 转化率增大,故正确;C项,增大环戊烯浓度可以使平衡正向移动,但环戊烯平 衡转化率减小,故错误;D项,增大碘浓度可以使环戊烯的平衡转化率增大,故 正确。
①343 K时反应的平衡转化率α= 22 %。平衡常数K343 K= 0.02 (保留2位 小数)。
解析 (2)该反应的正反应是气体分子数减小的反应,压强增大,平衡正向移 动,SO2的平衡转化率变大,故在相同温度下,压强越大,SO2的平衡转化率越高, 则p1=5.0 MPa,由题图可知在550 ℃、5.0 MPa时,α=0.975;由该反应的正反应 是气体分子数减少的放热反应可知,影响α的因素有压强、温度和反应物的 起始浓度等。
①ΔH1= 137 kJ·ml-1。②提高该反应平衡转化率的方法有 升高温度 、 减小压强(增大体积) 。
3.(2020课标Ⅲ,28节选)二氧化碳催化加氢合成乙烯是综合利用CO2的热点研 究领域。回答下列问题:(1)CO2催化加氢生成乙烯和水的反应中,产物的物质的量之比n(C2H4)∶n(H2O)= 1∶4 。当反应达到平衡时,若增大压强,则n(C2H4) 变大 (填“变大”“变小”或“不变”)。(2)理论计算表明,原料初始组成n(CO2)∶n(H2)=1∶3,在体系压强为0.1 MPa, 反应达到平衡时,四种组分的物质的量分数x随温度T的变化如图所示。
图中,表示C2H4、CO2变化的曲线分别是 d 、 c 。CO2催化加氢合成C2 H4反应的ΔH 小于 0(填“大于”或“小于”)。
一、可逆反应与化学平衡状态
2.化学平衡状态(1)概念:在一定条件下的可逆反应里,正反应和逆反应的速率相等,反应体系 中所有参加反应的物质的 质量 或 浓度 保持恒定的状态。(2)化学平衡的建立
3.判断化学平衡状态的两种方法(1)动态标志:v正=v逆≠0。a.同种物质:同一物质的生成速率等于其消耗速率。b.不同物质:必须标明是“异向”的反应速率关系。如aA+bB cC+dD时, = 时,反应达到平衡状态。
(2)静态标志:各种“量”不变。a.各物质的质量、物质的量或浓度不变。b.各物质的百分含量(物质的量分数、质量分数等)不变。c.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;若物理量始终为“不变量”,则不能作为平衡标志。
1.化学平衡移动的过程
2.化学平衡移动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 移动。(3)v正
(2)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、浓度),平衡将向着能够 减弱 这种改变的方向移动。[注意] a.改变固体或纯液体的量,对化学平衡无影响。
b.“惰性气体”对化学平衡的影响。
(2)加压,平衡移动方向分别为甲 向右 (填“向左”“向右”或“不移 动”,下同);乙 不移动 ;丙 不移动 。混合气体的平均相对分子质量变 化分别为甲 增大 (填“增大”“减小”或“不变”,下同);乙 不变 ;丙 不变 。
3.借助图像理解影响反应速率的因素。
解析 若该反应正向进行到底,则最终SO3的浓度为0.4 ml·L-1,SO2和O2的浓 度均为0;若该反应逆向进行到底,则最终SO2和O2的浓度分别为0.4 ml·L-1和 0.2 ml·L-1,SO3的浓度为0。但该反应为可逆反应,平衡时各物质的浓度不可 能为0,故A、C错误;反应物、生成物的浓度不可能同时减小,故D错误。
终态浓度/( ml·L-1) 0 0 0.4
题组训练题组一 “极端假设法”在可逆反应中的应用
终态(ml/L) 0.2 0.4 0
由于为可逆反应,物质不能完全转化,所以平衡时浓度(ml/L)范围为0
解析 题给反应是气体物质的量减小的反应,压强不再发生变化说明反应达 到平衡,①符合题意;H2的生成速率和NH3的消耗速率都表示v逆,②不符合题 意;反应中混合气体的总质量不变,若平均相对分子质量不变,说明气体物质 的量不变,反应已达平衡,③符合题意;恒容容器中混合气体的总质量和体积 均无变化,故气体密度始终不变,④不符合题意;物质的浓度不变,说明反应已 达平衡,⑤符合题意;容器内气体的物质的量之比等于化学计量数之比,与是 否达到平衡无关,⑥不符合题意;故选C。
考点二 化学平衡移动典例探究例 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.①④⑥C.②③⑤ D.③⑤⑥
解析 题给反应正向为气体体积增大的吸热反应,所以升温和减压均可以促 使平衡正向移动,故①、④正确;恒压通入惰性气体,相当于减压,故⑥正确;恒 容通入惰性气体与加催化剂均对平衡无影响,故②、⑤错误;增加CO的浓度, 将导致平衡逆向移动,故③错误。
题组训练题组一 化学平衡移动的方向
解析 单位时间内消耗NO和N2的物质的量之比为1∶2时,正、逆反应速率 相等,反应达到平衡,故A项正确;题给反应的正反应是放热反应,升高温度,平 衡向逆反应方向移动,平衡常数减小,故B项错误;增加NH3的浓度,平衡向正反 应方向移动,达到新平衡时,NH3的转化率减小,废气中氮氧化物的转化率增 大,故C项错误;使用高效催化剂,正、逆反应速率均增大,化学平衡不移动,废 气中氮氧化物的转化率不变,故D项错误。
2.(2020陕西西安模拟节选)向体积为2 L的固定密闭容器中通入3 ml X气体, 在一定温度下发生如下反应:2X(g) Y(g)+3Z(g)。(3)若容器中充入氦气,则平衡 不 (填“向左”“向右”或“不”,下同)移 动;若反应达平衡后,从容器中移走部分Y气体,则平衡 向右 移动。(4)若在相同条件下向已达到平衡的体系中再充入0.5 ml X气体,则平衡后X 的转化率与原平衡中X的转化率相比较 D 。A.无法确定 B.前者一定大于后者C.前者一定等于后者 D.前者一定小于后者
解析 (3)等温等容条件下通入一种惰性气体,反应体系中的各组分的浓度不 改变,平衡不移动;若移走部分Y气体,则体系内压强减小,平衡向气体的物质 的量增大的方向移动。(4)若在等温等压条件下,通入X气体,则与原平衡状态 互为等效平衡,转化率不变,此时相当于压缩原平衡体系的体积,平衡会逆向 移动,X的转化率减小。
题组二 v-t图像的分析与判断
解析 由题图可知,t3时平衡不移动,t1、t4时改变条件反应均逆向移动,CO的 含量减少,则CO的体积分数最高的一段时间为t0~t1,A项错误;t2~t3时间段达到 化学平衡状态,体积分数不变,t3~t4时间段化学平衡不移动,所以H2的体积分数 相等,B项正确;t1时正、逆反应速率均增大,且逆反应速率大于正反应速率,平 衡逆向移动,改变条件为增大压强,而降低温度会使正、逆反应速率均减小,C项错误;t4~t5时间段,逆反应速率大于正反应速率,则化学平衡向逆反应方向移动,D项错误。
4.已知一定条件下发生反应:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ΔH<0,在反应过程中,正反应速率随时间的变化如图所示,请根据速率的变化回答采取的措施 (改变的条件)。t1: 加压或增大反应物浓度(充入SO2或O2) ;t2: 加入催化剂 ;t3: 减压或减小反应物浓度(分离移除SO2或O2) ;t4: 减小生成物浓度(分离移除SO3) 。
考点三 平衡原理在化工生产中的应用
1.(2019课标Ⅱ,27节选)环戊二烯( )是重要的有机化工原料,广泛用于农药、橡胶、塑料等生产。回答下列问题:(1)已知: (g) (g)+H2(g) ΔH1=100.3 kJ·ml-1 ①H2(g)+I2(g) 2HI(g) ΔH2=-11.0 kJ·ml-1 ②对于反应: (g)+I2(g) (g)+2HI(g) ③ ΔH3= 89.3 kJ·ml-1。
(2)某温度下,等物质的量的碘和环戊烯( )在刚性容器内发生反应③,起始总压为105 Pa,平衡时总压增加了20%,环戊烯的转化率为 40% ,该反应的平衡常数Kp= 3.56×104 Pa。达到平衡后,欲增大环戊烯的平衡转化率,可采 取的措施有 BD (填标号)。A.通入惰性气体 B.升高温度C.增大环戊烯浓度 D.增大碘浓度
本质上未改变相关气体的分压,气体浓度不变,平衡不移动,环戊烯平衡转化 率不变,故错误;B项,该反应是吸热反应,升高温度平衡正向移动,环戊烯平衡 转化率增大,故正确;C项,增大环戊烯浓度可以使平衡正向移动,但环戊烯平 衡转化率减小,故错误;D项,增大碘浓度可以使环戊烯的平衡转化率增大,故 正确。
①343 K时反应的平衡转化率α= 22 %。平衡常数K343 K= 0.02 (保留2位 小数)。
解析 (2)该反应的正反应是气体分子数减小的反应,压强增大,平衡正向移 动,SO2的平衡转化率变大,故在相同温度下,压强越大,SO2的平衡转化率越高, 则p1=5.0 MPa,由题图可知在550 ℃、5.0 MPa时,α=0.975;由该反应的正反应 是气体分子数减少的放热反应可知,影响α的因素有压强、温度和反应物的 起始浓度等。
①ΔH1= 137 kJ·ml-1。②提高该反应平衡转化率的方法有 升高温度 、 减小压强(增大体积) 。
3.(2020课标Ⅲ,28节选)二氧化碳催化加氢合成乙烯是综合利用CO2的热点研 究领域。回答下列问题:(1)CO2催化加氢生成乙烯和水的反应中,产物的物质的量之比n(C2H4)∶n(H2O)= 1∶4 。当反应达到平衡时,若增大压强,则n(C2H4) 变大 (填“变大”“变小”或“不变”)。(2)理论计算表明,原料初始组成n(CO2)∶n(H2)=1∶3,在体系压强为0.1 MPa, 反应达到平衡时,四种组分的物质的量分数x随温度T的变化如图所示。
图中,表示C2H4、CO2变化的曲线分别是 d 、 c 。CO2催化加氢合成C2 H4反应的ΔH 小于 0(填“大于”或“小于”)。
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