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2022届高考统考化学人教版一轮复习教师用书：第1部分 第7章 第2节 化学平衡状态和平衡移动教案
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这是一份2022届高考统考化学人教版一轮复习教师用书：第1部分 第7章 第2节 化学平衡状态和平衡移动教案，共25页。
可逆反应与化学平衡状态
知识梳理
1．可逆反应
[辨易错]
(1)2H2＋O22H2O为可逆反应。( )
(2)Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O为可逆反应。( )
(3)2 ml SO2和2 ml O2在一定条件下的密闭容器中发生2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，平衡时的O2物质的物质的量为1 ml。( )
[答案] (1)× (2)× (3)×
2．化学平衡状态
(1)概念
一定条件下可逆反应进行到一定程度时，反应物和生成物的浓度不再随时间的延长而发生变化，正反应速率与逆反应速率相等，这种状态称为化学平衡状态。
(2)建立
在一定条件下，把某一可逆反应的反应物加入固定容积的密闭容器中。反应过程如下：
以上过程可用如图表示：；若开始加入生成物，从逆反应建立平衡，则v t图为。因此，化学平衡状态的建立可以从正反应建立，也可以从逆反应方向建立，也可以从正、逆两反应方向同时建立，即平衡建立与反应途径无关。
(3)特征
注意：化学平衡状态的两种标志
[辨易错]
(1)可逆反应达到平衡时，各组分浓度不变，反应停止。( )
(2)从正反应建立平衡的过程中，平衡前v正大于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)在相同温度下，相同容器(恒容)发生2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)反应，当分别向容器中充入2 ml SO2、1 ml O2与2 ml SO3平衡时，c(SO2)相同。( )
(5)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限度。( )
[答案] (1)× (2)√ (3)× (4)√ (5)√
知识应用
在一个体积固定的真空密闭容器中充入等物质的量的CO2和NH3，在恒定温度下使其发生反应2NH3(g)＋CO2(g)CO(NH2)2(s)＋H2O(g)并达到平衡，混合气体中氨气的体积分数随时间的变化如图所示：
(1)A点的v正(CO2) (填“>”“<”或“＝”)A点v逆(CO2)。
(2)A点的v正(CO2) (填“>”“<”或“＝”)B点的v逆(H2O)，原因是
。
(3)B点v正(CO2)与v逆(NH3)的定量关系式为 。
(4)A点v逆(CO2)与B点v正(CO2)的大小关系为 。
(5)当n(NH3)与n(CO2)的比值不变时，反应是否到达平衡？ 。
[答案] (1)>
(2)> 由图像知，A点未达平衡，B点已达平衡，A点v正(CO2)>B点v正(CO2)＝B点v逆(CO2)＝B点v逆(H2O)，故A点v正(CO2)>B点v逆(H2O)
(3)v正(CO2)＝eq \f(1,2)v逆(NH3) (4)v逆(CO2)(5)是
命题点1 极值转化法分析可逆反应各时刻的量
极值转化法确定范围的思维模板
说明：可逆反应的平衡物理量一定在最大值和最小值之间，但起始物理量可以为最大值或最小值。
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 ml·L－1、0.2 ml·L－1、0.2 ml·L－1，当反应达到平衡时，可能出现的数据是( )
A．c(SO3)＝0.4 ml·L－1
B．c(SO2)＝c(SO3)＝0.15 ml·L－1
C．c(SO2)＝0.25 ml·L－1
D．c(SO2)＋c(SO3)＝0.5 ml·L－1
C [当c(SO3)＝0.4 ml·L－1时，c(SO2)＝0，不合理，A错误；c(SO2)、c(SO3)不可能均为0.15 ml·L－1，只能一种物质增大，另一种物质减小，B错误；c(SO2)＋c(SO3)应等于0.4 ml·L－1，D错误。]
2．在密闭容器中进行反应：X(g)＋Y(g)2Z(g)，已知X、Y、Z的起始浓度分别为0.1 ml·L－1、0.3 ml·L－1、0.2 ml·L－1，在一定条件下，当反应达到平衡时，X、Y、Z的浓度范围分别为 、 、 。
[答案] 0命题点2 化学平衡的特征与标志
3．一定条件下，在密闭恒容的容器中，发生反应：3SiCl4(g)＋2N2(g)＋6H2(g)Si3N4(s)＋12HCl(g) ΔH<0，不能表示该反应达到平衡状态的是( )
A．v逆(N2)＝3v正(H2)
B．混合气体的平均相对分子质量不变
C．若容器绝热，温度不变
D．容器中的压强不变
[答案] A
4．在一定温度下，向2 L固定容积的密闭容器中通入1 ml CO2、3 ml H2，发生反应CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH<0。能说明该反应已达到平衡状态的是( )
A．混合气体的平均相对分子质量不变
B．体系中eq \f(nCO2,nH2)＝eq \f(1,3)，且保持不变
C．混合气体的密度不随时间变化
D．单位时间内有n ml H—H键断裂，同时有n ml O—H键生成
A [A项，eq \x\t(M)是变量，当eq \x\t(M)不变，可以说明反应已达平衡；B项，eq \f(nCO2,nH2)是不变量eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,3)))，不能说明反应是否达平衡；C项，ρ是不变量，不能说明反应是否达平衡；D项，二者均表示v正，不能说明反应是否达平衡。]
5．对于反应：2CO(g)＋4H2(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)，若恒温恒压条件下反应，下列说法能说明反应一定达到平衡状态的是 (填字母)。
a．CO和H2的转化率相等
b．反应体系中混合气体密度保持不变
c.eq \f(cH2,cCH3OCH3)的值保持不变
d．反应体系压强保持不变
[答案] bc
化学平衡状态判定思路
第一步：审题干
①一审“反应条件”：恒温恒容或恒温恒压
②二审“反应特点”：等体反应或非等体反应或是否有固、液体参与等
第二步：审标志
①一审“正逆相等”：反应速率必须一个是正反应的速率，一个是逆反应的速率，且经过换算后同一种物质的减少速率和生成速率相等。
②二审“变量不变”：如果一个量是随反应进行而改变的，当其不变时为平衡状态；一个随反应的进行而保持不变的量，不能作为是否达到平衡状态的判断依据。
化学平衡移动
知识梳理
1．化学平衡移动的概念与实质
(1)概念
即平衡移动就是由一个“平衡状态→不平衡状态→新平衡状态”的过程。一定条件下的平衡体系，条件改变后，平衡可能发生移动。
(2)实质：改变条件引起v正与v逆不再相等
①v正>v逆，平衡向正反应方向移动；
②v正＝v逆，反应达到平衡状态，不发生平衡移动；
③v正即哪方向速率大平衡就向哪方向移动。
[辨易错]
(1)改变条件，v正增大，平衡正向移动。( )
(2)当平衡向正向移动的过程中，v正逐渐增大。( )
(3)升高温度，v正、v逆均增大，平衡一定移动。( )
[答案] (1)× (2)× (3)√
2．影响化学平衡的外界因素
(1)实验探究
实验Ⅰ：已知在K2Cr2O7的溶液中存在平衡：
取两支试管各加入5 mL 0.1 ml·L－1的K2Cr2O7溶液。
a．向1号试管中加入几滴浓硫酸，橙色变深，说明平衡向逆反应方向移动。
b．向2号试管中加入几滴浓NaOH溶液，橙色变黄色，说明平衡向正反应方向移动。
将上述溶液分别置于①、②号两试管中。
a．向1号试管中加3～4滴饱和FeCl3溶液，红色变深，说明平衡向正反应方向移动。
b．向2号试管中加3～4滴NaOH溶液，红色变浅，说明平衡向逆反应方向移动。
实验Ⅲ：NO2球中存在以下平衡：2NO2(g)N2O4(g) ΔH＝－56.9 kJ/ml
把该球放入热水中，颜色变化：红棕色变深，说明平衡向逆反应方向移动；放入冰水中，颜色变化：红棕色变浅，说明平衡向正反应方向移动。
(2)影响化学平衡的外界因素
注意：①催化剂同等程度改变v正与v逆，平衡不移动。
②温度改变对任何可逆反应均有平衡移动，但压强改变只对有气体参与且反应前后气体计量数不相等的反应有平衡移动。
③恒温恒容条件通“惰性气体”，各组分浓度不变，v正、v逆不变，平衡不移动；恒温恒压通“惰性气体”各组分浓度同倍数减小(相当于减压)，平衡向气体体积增大的方向移动。
(3)通过vt图像分析影响化学平衡移动的因素
某温度下，在密闭容器中SO2、O2、SO3三种气态物质建立化学平衡后，改变条件对反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH<0的正、逆反应速率的影响如图所示：
A B C D
①加催化剂对反应速率影响的图像是C(填字母，下同)，平衡不移动。
②升高温度对反应速率影响的图像是A，平衡向逆反应方向移动。
③增大反应容器体积对反应速率影响的图像是D，平衡向逆反应方向移动。
④增大O2的浓度对反应速率影响的图像是B，平衡向正反应方向移动。
(4)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，以及参加反应的化学物质的浓度)，平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动。如N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)反应在一定温度下达到平衡时c(N2)＝a ml·L－1，压强为p，在恒温下，将容器容积缩小一半，达到平衡时，c′(N2)＜2a ml·L－1，p′＜2p。
[辨易错]
(1)对于C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)，增加C的量，平衡向正反应方向移动。( )
(2)若平衡向正反应方向移动，平衡转化率一定增大。( )
(3)对于反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，若断裂 2 ml H—H键，同时形成1 ml N≡N键，则平衡正向移动。( )
(4)对于反应2A(g)＋B(g)2C(g)，当v正(A)＝3v逆(B)时，平衡正向移动。( )
(5)用排饱和食盐水法收集Cl2，体现了勒夏特列原理。( )
(6)在恒温恒压条件下，向N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)的平衡体系中通入Ne气体，平衡不移动。( )
[答案] (1)× (2)× (3)× (4)√ (5)√ (6)×
知识应用
1．在密闭容器中，一定条件下进行如下反应：NO(g)＋CO(g)eq \f(1,2)N2(g)＋CO2(g) ΔH＝－373.2 kJ·ml－1，达到平衡后，为提高NO的转化率和该反应的速率，可采取的措施是 。
①加催化剂同时升高温度 ②加催化剂同时增大压强 ③升高温度同时充入N2 ④降低温度同时增大压强 ⑤增大CO的浓度
[答案] ②⑤
2．勒夏特列原理又称平衡移动原理，可以解决平衡移动问题，回答下列问题。
对于N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH<0，达平衡后，改变条件，请回答：
(1)升温，平衡向 移动，新平衡的温度比原来的 。
(2)缩小容器体积至原体积的eq \f(1,2)，平衡向 移动，新平衡的压强p′与原平衡的压强p0的关系为 ，新平衡时c′(N2)与原平衡的c(N2)的关系为 。
[答案] (1)逆反应方向 高 (2)正反应方向 p0命题点1 化学平衡移动与转化率的判断
1．室温下，向圆底烧瓶中加入1 ml C2H5OH和含1 ml HBr的氢溴酸，溶液中发生反应：C2H5OH＋HBrC2H5Br＋H2O，充分反应后达到平衡。已知常压下，C2H5Br和C2H5OH的沸点分别为38.4 ℃和78.5℃。下列有关叙述错误的是( )
A．加入NaOH，可增大乙醇的物质的量
B．增大HBr浓度，有利于生成C2H5Br
C．若反应物均增大至2 ml，则两种反应物平衡转化率之比不变
D．若起始温度提高至60 ℃，可缩短反应达到平衡的时间
D [温度提高到60 ℃，反应速率虽然加快，而C2H5Br挥发，导致C2H5Br浓度减小，逆反应速率减慢，不能判断反应达到平衡的时间与原平衡时间的长短，D错误。]
2．在一个密闭容器中充入a ml A和b ml B，发生反应aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g) ΔH>0，一段时间后达到平衡，测得各物质的浓度。
(1)若体积不变，仅增加c(A)，A的转化率将 (填“增大”“减小”或“不变”，下同)，B的转化率将 ，达到新平衡时，c(A)将 ，c(C)将 。
(2)体积不变，再充入a ml A和b ml B，则平衡 移动，达到新平衡时，c(A)将 ，c(C)将 。
①若a＋b＝c＋d，则A的转化率将 ；
②若a＋b>c＋d，则A的转化率将 ；
③若a＋b(3)升高温度，平衡 移动，达到新平衡时，c(A)将 ，c(C)将 ，A的转化率将 。
[答案] (1)减小 增大 增大 增大
(2)正向 增大 增大 ①不变 ②增大 ③减小
(3)正向 减小 增大 增大
平衡转化率变化的判断方法
(1)改变温度或压强，若平衡正向移动，转化率增大。
(2)两种或多种反应物的反应，增大某一反应物的浓度，其他反应物的转化率增大，而自身的减小。
(3)对于分解的可逆反应aA(g)bB(g)＋cC(g)，A分解建立平衡后，增大A的浓度，平衡向正向移动。当a＝b＋c时，α(A)不变，φ(A)不变；a>b＋c时，α(A)增大，φ(A)减小；a命题点2 化学平衡移动与结果的分析
3．将等物质的量的N2、H2充入某密闭容器中，在一定条件下，发生如下反应并达到平衡：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH<0。当改变某个条件并维持新条件直至达到新的平衡时，下表中关于新平衡与原平衡的比较正确的是( )
B [压缩体积，增大压强，N2的浓度增大，A错误；充入H2，H2的转化率减小，N2的转化率增大，C错误；再充入1 ml N2和1 ml H2，压强变大，正向进行的程度大，NH3的含量增多，D错误。]
4．在一密闭容器中，反应aA(g)＋bB(s)cC(g)＋dD(g)达到平衡后，保持温度不变，将容器缩小为原来的一半，当达到新的平衡时，A的浓度是原来的1.6倍，则下列说法正确的是 ( )
A．平衡向逆反应方向移动
B．aC．物质A的转化率增大
D．物质D的浓度减小
C [容器缩小为原来的一半，若平衡不移动，则A的浓度应变为原来的2倍，说明平衡正向移动，A的转化率增大。]
5．T ℃时，在恒容密闭容器中充入一定量的H2和CO，在催化剂作用下发生反应：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH<0。反应达到平衡时，CH3OH的体积分数与eq \f(nH2,nCO)的关系如图所示。下列说法正确的是( )
A．反应达平衡时，升高体系温度，CO转化率升高
B．反应达平衡时，再充入一定量Ar，平衡右移，平衡常数不变
C．反应达平衡时，加入CO，平衡右移，CO的转化率升高
D.eq \f(nH2,nCO)＝2.5时达到平衡状态，CH3OH的体积分数可能是图中的F点
D [在相同条件下，当配料比等于计量数比时，产物的含量最高。当eq \f(nH2,nCO)＝2.5时的φ(CH3OH)低于eq \f(nH2,nCO)＝2时的φ(CH3OH)，即F点，D正确。]
化学平衡移动及其结果分析误区
(1)平衡移动的结果只是减弱了外界条件的变化，而不能消除外界条件的变化。
(2)不要把v正增大与平衡向正反应方向移动等同起来，只有v正>v逆时，才使平衡向正反应方向移动。
(3)同等程度地改变反应混合物中各物质的浓度时，应视为压强的影响。
(4)对于缩小体积增大压强，不管是否移动，各成分的浓度均增大，但增大的倍数可能不同也可能相同。
(5)不要把化学平衡向正反应方向移动与反应物转化率的提高等同，当反应物总量不变时，化学平衡向正反应方向移动，反应物的转化率提高；当增大一种反应物的浓度，使化学平衡向正反应方向移动时，会使另一种反应物的转化率提高，而本身的转化率降低。
化学平衡的调控在化工生产中的应用
“学以致用”是学习化学知识的一个重要使命。对于化学平衡中条件控制在生产、生活中应用广泛，近三年命题的频率为100%，预测2021年命题将会加强。此类试题充分体现了科学精神和社会责任的化学核心素养。
1．化工生产适宜条件选择的一般原则
2.工业合成氨的原理与条件选择
(1)反应原理
N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·ml－1
反应特点：①反应为可逆反应；②正反应为放热反应；③反应物、生成物均为气体，且正反应为气体物质的量减小的反应。
(2)条件选择
①压强：10 MPa～30 MPa的压强。压强越高，转化率越大，但对材料设备的要求越高，成本越高。
②温度：400～500 ℃的温度。温度要适宜，既要考虑速率又要考虑反应程度，同时还要考虑催化剂的活性温度。
③催化剂：使用催化剂可提高反应速率，同时不同的催化剂有不同的活性和选择性。
④循环操作：提高原料利用率。
1．据报道，在300 ℃、70 MPa下由二氧化碳和氢气合成乙醇(CH3CH2OH)已成为现实：
2CO2(g)＋6H2(g)CH3CH2OH(g)＋3H2O(g)
下列叙述错误的是 ( )
A．使用Cu—Zn—Fe催化剂可大大提高生产效率
B．升高温度，该反应平衡常数K一定增大
C．充入大量CO2气体可提高H2的转化率
D．从平衡混合气体中分离出CH3CH2OH和H2O，可提高CO2和H2的利用率
B [不能确定焓变ΔH的正负，升温，平衡移动方向不确定，该反应平衡常数K不一定增大，B错误。]
2．丙烯腈(CH2===CHCN)是一种重要的化工原料，工业上可用“丙烯氨氧化法”生产，主要副产物有丙烯醛(CH2===CHCHO)和乙腈(CH3CN)等。
回答下列问题：
(1)以丙烯、氨、氧气为原料，在催化剂存在下生成丙烯腈(C3H3N)和副产物丙烯醛(C3H4O)的热化学方程式如下：
①C3H6(g)＋NH3(g)＋eq \f(3,2)O2(g)===C3H3N(g)＋3H2O(g) ΔH＝－515 kJ·ml－1
②C3H6(g)＋O2(g)===C3H4O(g)＋H2O(g)
ΔH＝－353 kJ·ml－1
有利于提高丙烯腈平衡产率的反应条件是 ；提高丙烯腈反应选择性的关键因素是 。
(2)图(a)为丙烯腈产率与反应温度的关系曲线，最高产率对应的温度为460 ℃。低于460 ℃时，丙烯腈的产率 (填“是”或“不是”)对应温度下的平衡产率，判断理由是
；
高于460 ℃时，丙烯腈产率降低的可能原因是 (双选，填标号)。
A．催化剂活性降低B．平衡常数变大
C．副反应增多 D．反应活化能增大
图(a) 图(b)
(3)丙烯腈和丙烯醛的产率与n(氨)/n(丙烯)的关系如图(b)所示。由图可知，最佳n(氨)/n(丙烯)约为 ，理由是
。
进料气氨、空气、丙烯的理论体积比约为 。
[解析]
[答案] (1)降低温度、降低压强 催化剂
(2)不是 该反应为放热反应，平衡产率应随温度升高而降低 AC
(3)1 该比例下丙烯腈产率最高，而副产物丙烯醛产率最低 1∶7.5∶1
“假设—等效”思想突破平衡状态比较
“平衡状态比较”在近几年的高考中时常出现，难度较大，不易分析。如果运用“假设—等效”思想去领悟，就容易理解了。本部分也充分体现了“证据推理与模型认知”的化学核心素养。
1．等效平衡
(1)等效平衡的概念
在相同条件下(恒温、恒容或恒温、恒压)，同一可逆反应体系，不管是从正反应方向开始，还是从逆反应方向开始，在达到化学平衡状态时，任何相同组分的百分含量(体积分数、物质的量分数等)均相同，这样的化学平衡互称为等效平衡。
(2)等效平衡的分类及特点
2.“假设—等效”思想比较平衡状态
(1)构建恒温恒容等效平衡
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)构建恒温恒压等效平衡(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。
(3)恒温恒容与恒温恒压条件平衡比较模式(起始量相同)
[典例导航]
把晶体N2O4放入一固定容积的密闭容器中气化并建立N2O4(g)2NO2(g)平衡后，保持温度不变，再通入与起始时等量的N2O4气体，反应再次达平衡，则新平衡N2O4的转化率与原平衡比( )
A．变大 B．变小
C．不变 D．无法确定
[思路点拨] 设计过程图示如下：
[答案] B
若将“固定容积”改为“固定压强”，则答案应选 。
[答案] C
1．在相同温度下，分别将1 ml SO2和0.5 ml O2充入a、b两容器中发生反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH<0，a容器保持容积不变，b容器保持压强不变，分别达到平衡状态。下列在平衡状态的比较中正确的是( )
A．SO2的转化率：a>b
B．SO2的体积分数：a>b
C．反应速率：a>b
D．能量变化：a>b
B [a容器平衡时的压强小于b容器平衡时的压强，a中反应程度较小，转化率较小。]
2．在相同温度和压强下，对反应CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)进行甲、乙、丙、丁四组实验，实验起始时放入容器内各组分的物质的量见下表
上述四种情况达到平衡后，n(CO)的大小顺序是( )
A．乙＝丁>甲＝丙 B．甲>乙>丙>丁
C．乙＝甲>丁＝丙 D．丁>丙>乙>甲
A [先利用极端转化为一边的物质，乙与丁，甲与丙的量相等，平衡时乙与丁中的CO2比甲与丙的多，正向程度大，n(CO)变多，故n(CO)的大小为乙＝丁>甲＝丙。]
3．将4.0 ml PCl3和2.0 ml Cl2充入体积不变的密闭容器中，在一定条件下发生反应：PCl3(g)＋Cl2(g)PCl5(g)。达到平衡时，PCl5为0.8 ml，如果此时移走2.0 ml PCl3和1.0 ml Cl2，在相同温度下再达平衡时PCl5的物质的量是( )
A．0.8 ml B．0.4 ml
C．小于0.4 ml D．大于0.4 ml，小于0.8 ml
C [已知：
4．一定条件下存在反应：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) ΔH＝－Q kJ·ml－1(Q>0)，现有三个相同的2 L恒容绝热(与外界没有热量交换)密闭容器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，在Ⅰ中充入1 ml CO和1 ml H2O，在Ⅱ中充入1 ml CO2和1 ml H2，在Ⅲ中充入2 ml CO和2ml H2O，均在700 ℃条件下开始反应。达到平衡时，上述三个过程对应的能量变化值分别为Q1、Q2、Q3，下列说法正确的是 ( )
A．2Q1＝2Q2B．容器Ⅰ中CO的百分含量比容器Ⅲ中CO的百分含量高
C．容器Ⅰ中反应的平衡常数比容器Ⅱ中反应的平衡常数小
D．容器Ⅰ中CO的转化率与容器Ⅱ中CO2的转化率之和等于1
C [Ⅰ、Ⅱ平衡体系中，Ⅰ中的温度高，Ⅲ中平衡体系中温度最高，能量变化更大。2Q1>Q3，无法比较Q1、Q2大小。]
[真题验收]
1．(2020·7月浙江选考，T18)5 mL 0.1 ml·L－1 KI溶液与1 mL 0.1 ml·L－1 FeCl3溶液发生反应：2Fe3＋(aq)＋2I－(aq)2Fe2＋(aq)＋I2(aq)，达到平衡。下列说法不正确的是( )
A．加入苯，振荡，平衡正向移动
B．经苯2次萃取分离后，在水溶液中加入KSCN，溶液呈血红色，表明该化学反应存在限度
C．加入FeSO4固体，平衡逆向移动
D．该反应的平衡常数K＝eq \f(c2Fe2＋,c2Fe3＋·c2I－)
D [碘易溶于苯，加入苯，碘进入到苯中，使水溶液中碘的浓度减小，平衡正向移动，A项正确；如果反应能进行到底，则经过苯两次萃取分离后溶液中不会有Fe3＋，加入KSCN，溶液不会呈血红色，溶液呈血红色说明此反应是可逆反应，有反应限度，B项正确；加入FeSO4，二价铁离子浓度增大，平衡逆向移动，C项正确；该反应的平衡常数K＝eq \f(c2Fe2＋·cI2,c2Fe3＋·c2I－)，D项错误。]
2．(2017·全国卷Ⅱ，T27)丁烯是一种重要的化工原料，可由丁烷催化脱氢制备。回答下列问题：
(1)正丁烷(C4H10)脱氢制1丁烯(C4H8)的热化学方程式如下：
①C4H10(g)===C4H8(g)＋H2(g) ΔH1
已知：②C4H10(g)＋eq \f(1,2)O2(g)===C4H8(g)＋H2O(g) ΔH2＝－119 kJ·ml－1
③H2(g)＋eq \f(1,2)O2(g)===H2O(g)
ΔH3＝－242 kJ·ml－1
反应①的ΔH1＝ kJ·ml－1。图(a)是反应①平衡转化率与反应温度及压强的关系图，x 0.1(填“大于”或“小于”)；欲使丁烯的平衡产率提高，应采取的措施是 (填标号)。
A．升高温度 B．降低温度
C．增大压强 D．降低压强
图(a) 图(b)
图(c)
(2)丁烷和氢气的混合气体以一定流速通过填充有催化剂的反应器(氢气的作用是活化催化剂)，出口气中含有丁烯、丁烷、氢气等。图(b)为丁烯产率与进料气中n(氢气)/n(丁烷)的关系。图中曲线呈现先升高后降低的变化趋势，其降低的原因是
。
(3)图(c)为反应产率和反应温度的关系曲线，副产物主要是高温裂解生成的短碳链烃类化合物。丁烯产率在590 ℃之前随温度升高而增大的原因可能是 、 ；590 ℃之后，丁烯产率快速降低的主要原因可能是 。
[解析] (1)由盖斯定律可知，①式＝②式－③式，即ΔH1＝ΔH2－ΔH3＝－119 kJ·ml－1－(－242 kJ·ml－1)＝＋123 kJ·ml－1。由图(a)可知，同温下，x MPa时丁烯的平衡产率高于0.1 MPa时的，根据压强减小，平衡向右移动可知，x小于0.1。欲提高丁烯的平衡产率，应使平衡向右移动，该反应的正反应为吸热反应，因此可以通过升高温度的方法使平衡向右移动；该反应为气体体积增大的反应，因此可以通过降低压强的方法使平衡向右移动，所以A、D选项正确。
(2)由于氢气是产物之一，随着n(氢气)/n(丁烷)增大，逆反应速率增大，所以丁烯产率降低。
(3)该反应的正反应为吸热反应，因此升高温度可以使平衡向右移动，使丁烯的产率增大，另外，反应速率也随温度的升高而增大。由题意知，丁烯在高温条件下能够发生裂解，因此当温度超过590 ℃时，参与裂解反应的丁烯增多，而使产率降低。
[答案] (1)＋123 小于 AD
(2)氢气是产物之一，随着n(氢气)/n(丁烷)增大，逆反应速率增大
(3)升高温度有利于反应向吸热方向进行 温度升高反应速率加快 丁烯高温裂解生成短链烃类
[新题预测]
1．一定条件下合成乙烯：6H2(g)＋2CO2(g)CH2===CH2(g)＋4H2O(g)。已知温度对CO2的平衡转化率及催化剂催化效率的影响如图所示。下列说法正确的是( )
A．M点的正反应速率v正大于N点的逆反应速率v逆
B．若投料比n(H2)∶n(CO2)＝4∶1，则图中M点乙烯的体积分数约为5.88%
C．250 ℃，催化剂对CO2平衡转化率的影响最大
D．当温度高于250 ℃，升高温度，平衡逆向移动导致催化剂的催化效率降低
B [由于N点的温度高，催化剂的催化效率低，而M点的温度低，催化剂的催化效率高，M点的正反应速率v正不一定大于N点的逆反应速率v逆，A错误；M点CO2的平衡转化率为50%，根据三段式计算：
6H2(g)＋2CO2(g)CH2===CH2(g)＋4H2O(g)
开始/ml 4 1 0 0
转化/ml 1.5 0.5 0.25 1
平衡/ml 2.5 0.5 0.25 1
M点乙烯的体积分数φ(CH2===CH2)＝eq \f(0.25,2.5＋0.5＋0.25＋1)×100%≈5.88%，B正确；催化剂只影响反应速率，不影响平衡移动和反应物的平衡转化率，C错误；该反应的催化剂在250 ℃左右活性最高，当温度高于250 ℃时，催化效率降低，与平衡的移动无关，D错误。]
2．用NH3催化还原法消除氮氧化物，发生反应：4NH3(g)＋6NO(g)5N2(g)＋6H2O(l) ΔH<0。相同条件下，在2 L恒容密闭容器中，选用不同催化剂，产生N2的物质的量随时间变化的关系如图所示。下列说法错误的是( )
A．该反应的活化能大小顺序是Ea(C)>Ea(B)>Ea(A)
B．曲线C在4 min时已达到化学平衡状态
C．单位时间内H—O键与N—H键断裂的数目相等时，说明反应已达到平衡状态
D．若反应在恒容绝热的密闭容器中进行，当K不变时，说明反应已达到平衡状态
B [催化剂能降低反应的活化能，不同的催化剂，降低活化能的程度不一样。而反应的活化能越大，反应越难进行，单位时间内产生N2的物质的量越少，图中A曲线在4 min内产生的N2最多，B次之，C最少，所以反应的活化能大小顺序是Ea(C)>Ea(B)>Ea(A)，A正确；由于催化剂不改变化学平衡状态，反应到4 min时，曲线A、B对应的反应中N2的物质的量还在增加，说明曲线C在4 min时并未达到平衡，B错误；若单位时间内消耗4 ml NH3，即断裂12 ml N—H键。若单位时间内消耗6 ml H2O，即断裂12 ml H—O键，C可说明正逆反应速率相等，反应已经达到平衡状态，C正确；该反应为放热反应，反应在恒容绝热的密闭容器中进行，体系的温度会升高，平衡常数K减小。当K不变时，说明体系的温度不变，反应达到平衡状态，D正确。]
3．在773 K时，分别将2.00 ml N2和6.00 ml H2充入一个固定容积为1 L的密闭容器中发生反应生成NH3，气体混合物中c(N2)、c(H2)、c(NH3)与反应时间(t)的关系如图所示。
(1)下列能说明反应达到平衡状态的是 (选填字母)。
a．v正(N2)＝3v逆(H2)
b．体系压强不变
c．气体平均相对分子质量不变
d．气体密度不变
(2)在此温度下，若起始充入4.00 ml N2和12.00 ml H2，则反应刚达到平衡时，表示c(H2)～t的曲线上相应的点为 (选填字母)。
[解析] (2)起始充入4.00 ml N2和12.00 ml H2，相当于将充入2.00 ml和6.00 ml的两容器压入一个容器，若不移动c(H2)＝6 ml·L－1。但加压平衡右移c(H2)减小，c(H2)<6 ml·L－1，可以选B点。
[答案] (1)bc (2)B
考纲定位
要点网络
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。
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
选项
改变条件
新平衡与原平衡比较
A
增大压强
N2的浓度一定减小
B
升高温度
N2的转化率减小
C
充入一定量H2
H2的转化率不变，N2的转化率增大
D
充入1 ml N2和1 ml H2
NH3的体积分数不变
条件
原则
从化学反应速率分析
既不能过快，又不能太慢
从化学平衡移动分析
既要注意外界条件对速率和平衡影响的一致性，又要注意二者影响的矛盾性
从原料的利用率分析
①增加易得廉价原料，提高难得高价原料的利用率，从而降低生产成本
②循环操作
从实际生产能力分析
如设备承受高温、高压能力等
从催化剂的使用活性分析
注意催化剂的活性对温度的要求
等效类型
①
②
③
条件
恒温、恒容
恒温、恒容
恒温、恒压
反应的特点
任何可逆反应
反应前后气体分子数相等
任何可逆反应
起始投料
换算为化学方程式同一边物质， 其“量”相同
换算为化学方程式同一边物质，其“量”符合同一比例
换算为化学方程式同一边物质，其“量”符合同一比例
平衡特点
质量分数(w%)
相同
相同
相同
浓度(c)
相同
成比例
相同(气体)
物质的量
(n)
相同
成比例
成比例
可逆反应与化学平衡状态
知识梳理
1．可逆反应
[辨易错]
(1)2H2＋O22H2O为可逆反应。( )
(2)Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O为可逆反应。( )
(3)2 ml SO2和2 ml O2在一定条件下的密闭容器中发生2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，平衡时的O2物质的物质的量为1 ml。( )
[答案] (1)× (2)× (3)×
2．化学平衡状态
(1)概念
一定条件下可逆反应进行到一定程度时，反应物和生成物的浓度不再随时间的延长而发生变化，正反应速率与逆反应速率相等，这种状态称为化学平衡状态。
(2)建立
在一定条件下，把某一可逆反应的反应物加入固定容积的密闭容器中。反应过程如下：
以上过程可用如图表示：；若开始加入生成物，从逆反应建立平衡，则v t图为。因此，化学平衡状态的建立可以从正反应建立，也可以从逆反应方向建立，也可以从正、逆两反应方向同时建立，即平衡建立与反应途径无关。
(3)特征
注意：化学平衡状态的两种标志
[辨易错]
(1)可逆反应达到平衡时，各组分浓度不变，反应停止。( )
(2)从正反应建立平衡的过程中，平衡前v正大于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)在相同温度下，相同容器(恒容)发生2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)反应，当分别向容器中充入2 ml SO2、1 ml O2与2 ml SO3平衡时，c(SO2)相同。( )
(5)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限度。( )
[答案] (1)× (2)√ (3)× (4)√ (5)√
知识应用
在一个体积固定的真空密闭容器中充入等物质的量的CO2和NH3，在恒定温度下使其发生反应2NH3(g)＋CO2(g)CO(NH2)2(s)＋H2O(g)并达到平衡，混合气体中氨气的体积分数随时间的变化如图所示：
(1)A点的v正(CO2) (填“>”“<”或“＝”)A点v逆(CO2)。
(2)A点的v正(CO2) (填“>”“<”或“＝”)B点的v逆(H2O)，原因是
。
(3)B点v正(CO2)与v逆(NH3)的定量关系式为 。
(4)A点v逆(CO2)与B点v正(CO2)的大小关系为 。
(5)当n(NH3)与n(CO2)的比值不变时，反应是否到达平衡？ 。
[答案] (1)>
(2)> 由图像知，A点未达平衡，B点已达平衡，A点v正(CO2)>B点v正(CO2)＝B点v逆(CO2)＝B点v逆(H2O)，故A点v正(CO2)>B点v逆(H2O)
(3)v正(CO2)＝eq \f(1,2)v逆(NH3) (4)v逆(CO2)
命题点1 极值转化法分析可逆反应各时刻的量
极值转化法确定范围的思维模板
说明：可逆反应的平衡物理量一定在最大值和最小值之间，但起始物理量可以为最大值或最小值。
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 ml·L－1、0.2 ml·L－1、0.2 ml·L－1，当反应达到平衡时，可能出现的数据是( )
A．c(SO3)＝0.4 ml·L－1
B．c(SO2)＝c(SO3)＝0.15 ml·L－1
C．c(SO2)＝0.25 ml·L－1
D．c(SO2)＋c(SO3)＝0.5 ml·L－1
C [当c(SO3)＝0.4 ml·L－1时，c(SO2)＝0，不合理，A错误；c(SO2)、c(SO3)不可能均为0.15 ml·L－1，只能一种物质增大，另一种物质减小，B错误；c(SO2)＋c(SO3)应等于0.4 ml·L－1，D错误。]
2．在密闭容器中进行反应：X(g)＋Y(g)2Z(g)，已知X、Y、Z的起始浓度分别为0.1 ml·L－1、0.3 ml·L－1、0.2 ml·L－1，在一定条件下，当反应达到平衡时，X、Y、Z的浓度范围分别为 、 、 。
[答案] 0
3．一定条件下，在密闭恒容的容器中，发生反应：3SiCl4(g)＋2N2(g)＋6H2(g)Si3N4(s)＋12HCl(g) ΔH<0，不能表示该反应达到平衡状态的是( )
A．v逆(N2)＝3v正(H2)
B．混合气体的平均相对分子质量不变
C．若容器绝热，温度不变
D．容器中的压强不变
[答案] A
4．在一定温度下，向2 L固定容积的密闭容器中通入1 ml CO2、3 ml H2，发生反应CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH<0。能说明该反应已达到平衡状态的是( )
A．混合气体的平均相对分子质量不变
B．体系中eq \f(nCO2,nH2)＝eq \f(1,3)，且保持不变
C．混合气体的密度不随时间变化
D．单位时间内有n ml H—H键断裂，同时有n ml O—H键生成
A [A项，eq \x\t(M)是变量，当eq \x\t(M)不变，可以说明反应已达平衡；B项，eq \f(nCO2,nH2)是不变量eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,3)))，不能说明反应是否达平衡；C项，ρ是不变量，不能说明反应是否达平衡；D项，二者均表示v正，不能说明反应是否达平衡。]
5．对于反应：2CO(g)＋4H2(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)，若恒温恒压条件下反应，下列说法能说明反应一定达到平衡状态的是 (填字母)。
a．CO和H2的转化率相等
b．反应体系中混合气体密度保持不变
c.eq \f(cH2,cCH3OCH3)的值保持不变
d．反应体系压强保持不变
[答案] bc
化学平衡状态判定思路
第一步：审题干
①一审“反应条件”：恒温恒容或恒温恒压
②二审“反应特点”：等体反应或非等体反应或是否有固、液体参与等
第二步：审标志
①一审“正逆相等”：反应速率必须一个是正反应的速率，一个是逆反应的速率，且经过换算后同一种物质的减少速率和生成速率相等。
②二审“变量不变”：如果一个量是随反应进行而改变的，当其不变时为平衡状态；一个随反应的进行而保持不变的量，不能作为是否达到平衡状态的判断依据。
化学平衡移动
知识梳理
1．化学平衡移动的概念与实质
(1)概念
即平衡移动就是由一个“平衡状态→不平衡状态→新平衡状态”的过程。一定条件下的平衡体系，条件改变后，平衡可能发生移动。
(2)实质：改变条件引起v正与v逆不再相等
①v正>v逆，平衡向正反应方向移动；
②v正＝v逆，反应达到平衡状态，不发生平衡移动；
③v正
[辨易错]
(1)改变条件，v正增大，平衡正向移动。( )
(2)当平衡向正向移动的过程中，v正逐渐增大。( )
(3)升高温度，v正、v逆均增大，平衡一定移动。( )
[答案] (1)× (2)× (3)√
2．影响化学平衡的外界因素
(1)实验探究
实验Ⅰ：已知在K2Cr2O7的溶液中存在平衡：
取两支试管各加入5 mL 0.1 ml·L－1的K2Cr2O7溶液。
a．向1号试管中加入几滴浓硫酸，橙色变深，说明平衡向逆反应方向移动。
b．向2号试管中加入几滴浓NaOH溶液，橙色变黄色，说明平衡向正反应方向移动。
将上述溶液分别置于①、②号两试管中。
a．向1号试管中加3～4滴饱和FeCl3溶液，红色变深，说明平衡向正反应方向移动。
b．向2号试管中加3～4滴NaOH溶液，红色变浅，说明平衡向逆反应方向移动。
实验Ⅲ：NO2球中存在以下平衡：2NO2(g)N2O4(g) ΔH＝－56.9 kJ/ml
把该球放入热水中，颜色变化：红棕色变深，说明平衡向逆反应方向移动；放入冰水中，颜色变化：红棕色变浅，说明平衡向正反应方向移动。
(2)影响化学平衡的外界因素
注意：①催化剂同等程度改变v正与v逆，平衡不移动。
②温度改变对任何可逆反应均有平衡移动，但压强改变只对有气体参与且反应前后气体计量数不相等的反应有平衡移动。
③恒温恒容条件通“惰性气体”，各组分浓度不变，v正、v逆不变，平衡不移动；恒温恒压通“惰性气体”各组分浓度同倍数减小(相当于减压)，平衡向气体体积增大的方向移动。
(3)通过vt图像分析影响化学平衡移动的因素
某温度下，在密闭容器中SO2、O2、SO3三种气态物质建立化学平衡后，改变条件对反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH<0的正、逆反应速率的影响如图所示：
A B C D
①加催化剂对反应速率影响的图像是C(填字母，下同)，平衡不移动。
②升高温度对反应速率影响的图像是A，平衡向逆反应方向移动。
③增大反应容器体积对反应速率影响的图像是D，平衡向逆反应方向移动。
④增大O2的浓度对反应速率影响的图像是B，平衡向正反应方向移动。
(4)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，以及参加反应的化学物质的浓度)，平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动。如N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)反应在一定温度下达到平衡时c(N2)＝a ml·L－1，压强为p，在恒温下，将容器容积缩小一半，达到平衡时，c′(N2)＜2a ml·L－1，p′＜2p。
[辨易错]
(1)对于C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)，增加C的量，平衡向正反应方向移动。( )
(2)若平衡向正反应方向移动，平衡转化率一定增大。( )
(3)对于反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，若断裂 2 ml H—H键，同时形成1 ml N≡N键，则平衡正向移动。( )
(4)对于反应2A(g)＋B(g)2C(g)，当v正(A)＝3v逆(B)时，平衡正向移动。( )
(5)用排饱和食盐水法收集Cl2，体现了勒夏特列原理。( )
(6)在恒温恒压条件下，向N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)的平衡体系中通入Ne气体，平衡不移动。( )
[答案] (1)× (2)× (3)× (4)√ (5)√ (6)×
知识应用
1．在密闭容器中，一定条件下进行如下反应：NO(g)＋CO(g)eq \f(1,2)N2(g)＋CO2(g) ΔH＝－373.2 kJ·ml－1，达到平衡后，为提高NO的转化率和该反应的速率，可采取的措施是 。
①加催化剂同时升高温度 ②加催化剂同时增大压强 ③升高温度同时充入N2 ④降低温度同时增大压强 ⑤增大CO的浓度
[答案] ②⑤
2．勒夏特列原理又称平衡移动原理，可以解决平衡移动问题，回答下列问题。
对于N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH<0，达平衡后，改变条件，请回答：
(1)升温，平衡向 移动，新平衡的温度比原来的 。
(2)缩小容器体积至原体积的eq \f(1,2)，平衡向 移动，新平衡的压强p′与原平衡的压强p0的关系为 ，新平衡时c′(N2)与原平衡的c(N2)的关系为 。
[答案] (1)逆反应方向 高 (2)正反应方向 p0
1．室温下，向圆底烧瓶中加入1 ml C2H5OH和含1 ml HBr的氢溴酸，溶液中发生反应：C2H5OH＋HBrC2H5Br＋H2O，充分反应后达到平衡。已知常压下，C2H5Br和C2H5OH的沸点分别为38.4 ℃和78.5℃。下列有关叙述错误的是( )
A．加入NaOH，可增大乙醇的物质的量
B．增大HBr浓度，有利于生成C2H5Br
C．若反应物均增大至2 ml，则两种反应物平衡转化率之比不变
D．若起始温度提高至60 ℃，可缩短反应达到平衡的时间
D [温度提高到60 ℃，反应速率虽然加快，而C2H5Br挥发，导致C2H5Br浓度减小，逆反应速率减慢，不能判断反应达到平衡的时间与原平衡时间的长短，D错误。]
2．在一个密闭容器中充入a ml A和b ml B，发生反应aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g) ΔH>0，一段时间后达到平衡，测得各物质的浓度。
(1)若体积不变，仅增加c(A)，A的转化率将 (填“增大”“减小”或“不变”，下同)，B的转化率将 ，达到新平衡时，c(A)将 ，c(C)将 。
(2)体积不变，再充入a ml A和b ml B，则平衡 移动，达到新平衡时，c(A)将 ，c(C)将 。
①若a＋b＝c＋d，则A的转化率将 ；
②若a＋b>c＋d，则A的转化率将 ；
③若a＋b
[答案] (1)减小 增大 增大 增大
(2)正向 增大 增大 ①不变 ②增大 ③减小
(3)正向 减小 增大 增大
平衡转化率变化的判断方法
(1)改变温度或压强，若平衡正向移动，转化率增大。
(2)两种或多种反应物的反应，增大某一反应物的浓度，其他反应物的转化率增大，而自身的减小。
(3)对于分解的可逆反应aA(g)bB(g)＋cC(g)，A分解建立平衡后，增大A的浓度，平衡向正向移动。当a＝b＋c时，α(A)不变，φ(A)不变；a>b＋c时，α(A)增大，φ(A)减小；a
3．将等物质的量的N2、H2充入某密闭容器中，在一定条件下，发生如下反应并达到平衡：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH<0。当改变某个条件并维持新条件直至达到新的平衡时，下表中关于新平衡与原平衡的比较正确的是( )
B [压缩体积，增大压强，N2的浓度增大，A错误；充入H2，H2的转化率减小，N2的转化率增大，C错误；再充入1 ml N2和1 ml H2，压强变大，正向进行的程度大，NH3的含量增多，D错误。]
4．在一密闭容器中，反应aA(g)＋bB(s)cC(g)＋dD(g)达到平衡后，保持温度不变，将容器缩小为原来的一半，当达到新的平衡时，A的浓度是原来的1.6倍，则下列说法正确的是 ( )
A．平衡向逆反应方向移动
B．a
D．物质D的浓度减小
C [容器缩小为原来的一半，若平衡不移动，则A的浓度应变为原来的2倍，说明平衡正向移动，A的转化率增大。]
5．T ℃时，在恒容密闭容器中充入一定量的H2和CO，在催化剂作用下发生反应：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH<0。反应达到平衡时，CH3OH的体积分数与eq \f(nH2,nCO)的关系如图所示。下列说法正确的是( )
A．反应达平衡时，升高体系温度，CO转化率升高
B．反应达平衡时，再充入一定量Ar，平衡右移，平衡常数不变
C．反应达平衡时，加入CO，平衡右移，CO的转化率升高
D.eq \f(nH2,nCO)＝2.5时达到平衡状态，CH3OH的体积分数可能是图中的F点
D [在相同条件下，当配料比等于计量数比时，产物的含量最高。当eq \f(nH2,nCO)＝2.5时的φ(CH3OH)低于eq \f(nH2,nCO)＝2时的φ(CH3OH)，即F点，D正确。]
化学平衡移动及其结果分析误区
(1)平衡移动的结果只是减弱了外界条件的变化，而不能消除外界条件的变化。
(2)不要把v正增大与平衡向正反应方向移动等同起来，只有v正>v逆时，才使平衡向正反应方向移动。
(3)同等程度地改变反应混合物中各物质的浓度时，应视为压强的影响。
(4)对于缩小体积增大压强，不管是否移动，各成分的浓度均增大，但增大的倍数可能不同也可能相同。
(5)不要把化学平衡向正反应方向移动与反应物转化率的提高等同，当反应物总量不变时，化学平衡向正反应方向移动，反应物的转化率提高；当增大一种反应物的浓度，使化学平衡向正反应方向移动时，会使另一种反应物的转化率提高，而本身的转化率降低。
化学平衡的调控在化工生产中的应用
“学以致用”是学习化学知识的一个重要使命。对于化学平衡中条件控制在生产、生活中应用广泛，近三年命题的频率为100%，预测2021年命题将会加强。此类试题充分体现了科学精神和社会责任的化学核心素养。
1．化工生产适宜条件选择的一般原则
2.工业合成氨的原理与条件选择
(1)反应原理
N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·ml－1
反应特点：①反应为可逆反应；②正反应为放热反应；③反应物、生成物均为气体，且正反应为气体物质的量减小的反应。
(2)条件选择
①压强：10 MPa～30 MPa的压强。压强越高，转化率越大，但对材料设备的要求越高，成本越高。
②温度：400～500 ℃的温度。温度要适宜，既要考虑速率又要考虑反应程度，同时还要考虑催化剂的活性温度。
③催化剂：使用催化剂可提高反应速率，同时不同的催化剂有不同的活性和选择性。
④循环操作：提高原料利用率。
1．据报道，在300 ℃、70 MPa下由二氧化碳和氢气合成乙醇(CH3CH2OH)已成为现实：
2CO2(g)＋6H2(g)CH3CH2OH(g)＋3H2O(g)
下列叙述错误的是 ( )
A．使用Cu—Zn—Fe催化剂可大大提高生产效率
B．升高温度，该反应平衡常数K一定增大
C．充入大量CO2气体可提高H2的转化率
D．从平衡混合气体中分离出CH3CH2OH和H2O，可提高CO2和H2的利用率
B [不能确定焓变ΔH的正负，升温，平衡移动方向不确定，该反应平衡常数K不一定增大，B错误。]
2．丙烯腈(CH2===CHCN)是一种重要的化工原料，工业上可用“丙烯氨氧化法”生产，主要副产物有丙烯醛(CH2===CHCHO)和乙腈(CH3CN)等。
回答下列问题：
(1)以丙烯、氨、氧气为原料，在催化剂存在下生成丙烯腈(C3H3N)和副产物丙烯醛(C3H4O)的热化学方程式如下：
①C3H6(g)＋NH3(g)＋eq \f(3,2)O2(g)===C3H3N(g)＋3H2O(g) ΔH＝－515 kJ·ml－1
②C3H6(g)＋O2(g)===C3H4O(g)＋H2O(g)
ΔH＝－353 kJ·ml－1
有利于提高丙烯腈平衡产率的反应条件是 ；提高丙烯腈反应选择性的关键因素是 。
(2)图(a)为丙烯腈产率与反应温度的关系曲线，最高产率对应的温度为460 ℃。低于460 ℃时，丙烯腈的产率 (填“是”或“不是”)对应温度下的平衡产率，判断理由是
；
高于460 ℃时，丙烯腈产率降低的可能原因是 (双选，填标号)。
A．催化剂活性降低B．平衡常数变大
C．副反应增多 D．反应活化能增大
图(a) 图(b)
(3)丙烯腈和丙烯醛的产率与n(氨)/n(丙烯)的关系如图(b)所示。由图可知，最佳n(氨)/n(丙烯)约为 ，理由是
。
进料气氨、空气、丙烯的理论体积比约为 。
[解析]
[答案] (1)降低温度、降低压强 催化剂
(2)不是 该反应为放热反应，平衡产率应随温度升高而降低 AC
(3)1 该比例下丙烯腈产率最高，而副产物丙烯醛产率最低 1∶7.5∶1
“假设—等效”思想突破平衡状态比较
“平衡状态比较”在近几年的高考中时常出现，难度较大，不易分析。如果运用“假设—等效”思想去领悟，就容易理解了。本部分也充分体现了“证据推理与模型认知”的化学核心素养。
1．等效平衡
(1)等效平衡的概念
在相同条件下(恒温、恒容或恒温、恒压)，同一可逆反应体系，不管是从正反应方向开始，还是从逆反应方向开始，在达到化学平衡状态时，任何相同组分的百分含量(体积分数、物质的量分数等)均相同，这样的化学平衡互称为等效平衡。
(2)等效平衡的分类及特点
2.“假设—等效”思想比较平衡状态
(1)构建恒温恒容等效平衡
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)构建恒温恒压等效平衡(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。
(3)恒温恒容与恒温恒压条件平衡比较模式(起始量相同)
[典例导航]
把晶体N2O4放入一固定容积的密闭容器中气化并建立N2O4(g)2NO2(g)平衡后，保持温度不变，再通入与起始时等量的N2O4气体，反应再次达平衡，则新平衡N2O4的转化率与原平衡比( )
A．变大 B．变小
C．不变 D．无法确定
[思路点拨] 设计过程图示如下：
[答案] B
若将“固定容积”改为“固定压强”，则答案应选 。
[答案] C
1．在相同温度下，分别将1 ml SO2和0.5 ml O2充入a、b两容器中发生反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH<0，a容器保持容积不变，b容器保持压强不变，分别达到平衡状态。下列在平衡状态的比较中正确的是( )
A．SO2的转化率：a>b
B．SO2的体积分数：a>b
C．反应速率：a>b
D．能量变化：a>b
B [a容器平衡时的压强小于b容器平衡时的压强，a中反应程度较小，转化率较小。]
2．在相同温度和压强下，对反应CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)进行甲、乙、丙、丁四组实验，实验起始时放入容器内各组分的物质的量见下表
上述四种情况达到平衡后，n(CO)的大小顺序是( )
A．乙＝丁>甲＝丙 B．甲>乙>丙>丁
C．乙＝甲>丁＝丙 D．丁>丙>乙>甲
A [先利用极端转化为一边的物质，乙与丁，甲与丙的量相等，平衡时乙与丁中的CO2比甲与丙的多，正向程度大，n(CO)变多，故n(CO)的大小为乙＝丁>甲＝丙。]
3．将4.0 ml PCl3和2.0 ml Cl2充入体积不变的密闭容器中，在一定条件下发生反应：PCl3(g)＋Cl2(g)PCl5(g)。达到平衡时，PCl5为0.8 ml，如果此时移走2.0 ml PCl3和1.0 ml Cl2，在相同温度下再达平衡时PCl5的物质的量是( )
A．0.8 ml B．0.4 ml
C．小于0.4 ml D．大于0.4 ml，小于0.8 ml
C [已知：
4．一定条件下存在反应：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) ΔH＝－Q kJ·ml－1(Q>0)，现有三个相同的2 L恒容绝热(与外界没有热量交换)密闭容器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，在Ⅰ中充入1 ml CO和1 ml H2O，在Ⅱ中充入1 ml CO2和1 ml H2，在Ⅲ中充入2 ml CO和2ml H2O，均在700 ℃条件下开始反应。达到平衡时，上述三个过程对应的能量变化值分别为Q1、Q2、Q3，下列说法正确的是 ( )
A．2Q1＝2Q2
C．容器Ⅰ中反应的平衡常数比容器Ⅱ中反应的平衡常数小
D．容器Ⅰ中CO的转化率与容器Ⅱ中CO2的转化率之和等于1
C [Ⅰ、Ⅱ平衡体系中，Ⅰ中的温度高，Ⅲ中平衡体系中温度最高，能量变化更大。2Q1>Q3，无法比较Q1、Q2大小。]
[真题验收]
1．(2020·7月浙江选考，T18)5 mL 0.1 ml·L－1 KI溶液与1 mL 0.1 ml·L－1 FeCl3溶液发生反应：2Fe3＋(aq)＋2I－(aq)2Fe2＋(aq)＋I2(aq)，达到平衡。下列说法不正确的是( )
A．加入苯，振荡，平衡正向移动
B．经苯2次萃取分离后，在水溶液中加入KSCN，溶液呈血红色，表明该化学反应存在限度
C．加入FeSO4固体，平衡逆向移动
D．该反应的平衡常数K＝eq \f(c2Fe2＋,c2Fe3＋·c2I－)
D [碘易溶于苯，加入苯，碘进入到苯中，使水溶液中碘的浓度减小，平衡正向移动，A项正确；如果反应能进行到底，则经过苯两次萃取分离后溶液中不会有Fe3＋，加入KSCN，溶液不会呈血红色，溶液呈血红色说明此反应是可逆反应，有反应限度，B项正确；加入FeSO4，二价铁离子浓度增大，平衡逆向移动，C项正确；该反应的平衡常数K＝eq \f(c2Fe2＋·cI2,c2Fe3＋·c2I－)，D项错误。]
2．(2017·全国卷Ⅱ，T27)丁烯是一种重要的化工原料，可由丁烷催化脱氢制备。回答下列问题：
(1)正丁烷(C4H10)脱氢制1丁烯(C4H8)的热化学方程式如下：
①C4H10(g)===C4H8(g)＋H2(g) ΔH1
已知：②C4H10(g)＋eq \f(1,2)O2(g)===C4H8(g)＋H2O(g) ΔH2＝－119 kJ·ml－1
③H2(g)＋eq \f(1,2)O2(g)===H2O(g)
ΔH3＝－242 kJ·ml－1
反应①的ΔH1＝ kJ·ml－1。图(a)是反应①平衡转化率与反应温度及压强的关系图，x 0.1(填“大于”或“小于”)；欲使丁烯的平衡产率提高，应采取的措施是 (填标号)。
A．升高温度 B．降低温度
C．增大压强 D．降低压强
图(a) 图(b)
图(c)
(2)丁烷和氢气的混合气体以一定流速通过填充有催化剂的反应器(氢气的作用是活化催化剂)，出口气中含有丁烯、丁烷、氢气等。图(b)为丁烯产率与进料气中n(氢气)/n(丁烷)的关系。图中曲线呈现先升高后降低的变化趋势，其降低的原因是
。
(3)图(c)为反应产率和反应温度的关系曲线，副产物主要是高温裂解生成的短碳链烃类化合物。丁烯产率在590 ℃之前随温度升高而增大的原因可能是 、 ；590 ℃之后，丁烯产率快速降低的主要原因可能是 。
[解析] (1)由盖斯定律可知，①式＝②式－③式，即ΔH1＝ΔH2－ΔH3＝－119 kJ·ml－1－(－242 kJ·ml－1)＝＋123 kJ·ml－1。由图(a)可知，同温下，x MPa时丁烯的平衡产率高于0.1 MPa时的，根据压强减小，平衡向右移动可知，x小于0.1。欲提高丁烯的平衡产率，应使平衡向右移动，该反应的正反应为吸热反应，因此可以通过升高温度的方法使平衡向右移动；该反应为气体体积增大的反应，因此可以通过降低压强的方法使平衡向右移动，所以A、D选项正确。
(2)由于氢气是产物之一，随着n(氢气)/n(丁烷)增大，逆反应速率增大，所以丁烯产率降低。
(3)该反应的正反应为吸热反应，因此升高温度可以使平衡向右移动，使丁烯的产率增大，另外，反应速率也随温度的升高而增大。由题意知，丁烯在高温条件下能够发生裂解，因此当温度超过590 ℃时，参与裂解反应的丁烯增多，而使产率降低。
[答案] (1)＋123 小于 AD
(2)氢气是产物之一，随着n(氢气)/n(丁烷)增大，逆反应速率增大
(3)升高温度有利于反应向吸热方向进行 温度升高反应速率加快 丁烯高温裂解生成短链烃类
[新题预测]
1．一定条件下合成乙烯：6H2(g)＋2CO2(g)CH2===CH2(g)＋4H2O(g)。已知温度对CO2的平衡转化率及催化剂催化效率的影响如图所示。下列说法正确的是( )
A．M点的正反应速率v正大于N点的逆反应速率v逆
B．若投料比n(H2)∶n(CO2)＝4∶1，则图中M点乙烯的体积分数约为5.88%
C．250 ℃，催化剂对CO2平衡转化率的影响最大
D．当温度高于250 ℃，升高温度，平衡逆向移动导致催化剂的催化效率降低
B [由于N点的温度高，催化剂的催化效率低，而M点的温度低，催化剂的催化效率高，M点的正反应速率v正不一定大于N点的逆反应速率v逆，A错误；M点CO2的平衡转化率为50%，根据三段式计算：
6H2(g)＋2CO2(g)CH2===CH2(g)＋4H2O(g)
开始/ml 4 1 0 0
转化/ml 1.5 0.5 0.25 1
平衡/ml 2.5 0.5 0.25 1
M点乙烯的体积分数φ(CH2===CH2)＝eq \f(0.25,2.5＋0.5＋0.25＋1)×100%≈5.88%，B正确；催化剂只影响反应速率，不影响平衡移动和反应物的平衡转化率，C错误；该反应的催化剂在250 ℃左右活性最高，当温度高于250 ℃时，催化效率降低，与平衡的移动无关，D错误。]
2．用NH3催化还原法消除氮氧化物，发生反应：4NH3(g)＋6NO(g)5N2(g)＋6H2O(l) ΔH<0。相同条件下，在2 L恒容密闭容器中，选用不同催化剂，产生N2的物质的量随时间变化的关系如图所示。下列说法错误的是( )
A．该反应的活化能大小顺序是Ea(C)>Ea(B)>Ea(A)
B．曲线C在4 min时已达到化学平衡状态
C．单位时间内H—O键与N—H键断裂的数目相等时，说明反应已达到平衡状态
D．若反应在恒容绝热的密闭容器中进行，当K不变时，说明反应已达到平衡状态
B [催化剂能降低反应的活化能，不同的催化剂，降低活化能的程度不一样。而反应的活化能越大，反应越难进行，单位时间内产生N2的物质的量越少，图中A曲线在4 min内产生的N2最多，B次之，C最少，所以反应的活化能大小顺序是Ea(C)>Ea(B)>Ea(A)，A正确；由于催化剂不改变化学平衡状态，反应到4 min时，曲线A、B对应的反应中N2的物质的量还在增加，说明曲线C在4 min时并未达到平衡，B错误；若单位时间内消耗4 ml NH3，即断裂12 ml N—H键。若单位时间内消耗6 ml H2O，即断裂12 ml H—O键，C可说明正逆反应速率相等，反应已经达到平衡状态，C正确；该反应为放热反应，反应在恒容绝热的密闭容器中进行，体系的温度会升高，平衡常数K减小。当K不变时，说明体系的温度不变，反应达到平衡状态，D正确。]
3．在773 K时，分别将2.00 ml N2和6.00 ml H2充入一个固定容积为1 L的密闭容器中发生反应生成NH3，气体混合物中c(N2)、c(H2)、c(NH3)与反应时间(t)的关系如图所示。
(1)下列能说明反应达到平衡状态的是 (选填字母)。
a．v正(N2)＝3v逆(H2)
b．体系压强不变
c．气体平均相对分子质量不变
d．气体密度不变
(2)在此温度下，若起始充入4.00 ml N2和12.00 ml H2，则反应刚达到平衡时，表示c(H2)～t的曲线上相应的点为 (选填字母)。
[解析] (2)起始充入4.00 ml N2和12.00 ml H2，相当于将充入2.00 ml和6.00 ml的两容器压入一个容器，若不移动c(H2)＝6 ml·L－1。但加压平衡右移c(H2)减小，c(H2)<6 ml·L－1，可以选B点。
[答案] (1)bc (2)B
考纲定位
要点网络
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。
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
选项
改变条件
新平衡与原平衡比较
A
增大压强
N2的浓度一定减小
B
升高温度
N2的转化率减小
C
充入一定量H2
H2的转化率不变，N2的转化率增大
D
充入1 ml N2和1 ml H2
NH3的体积分数不变
条件
原则
从化学反应速率分析
既不能过快，又不能太慢
从化学平衡移动分析
既要注意外界条件对速率和平衡影响的一致性，又要注意二者影响的矛盾性
从原料的利用率分析
①增加易得廉价原料，提高难得高价原料的利用率，从而降低生产成本
②循环操作
从实际生产能力分析
如设备承受高温、高压能力等
从催化剂的使用活性分析
注意催化剂的活性对温度的要求
等效类型
①
②
③
条件
恒温、恒容
恒温、恒容
恒温、恒压
反应的特点
任何可逆反应
反应前后气体分子数相等
任何可逆反应
起始投料
换算为化学方程式同一边物质， 其“量”相同
换算为化学方程式同一边物质，其“量”符合同一比例
换算为化学方程式同一边物质，其“量”符合同一比例
平衡特点
质量分数(w%)
相同
相同
相同
浓度(c)
相同
成比例
相同(气体)
物质的量
(n)
相同
成比例
成比例
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