2024年高考化学一轮复习　第46讲　化学平衡移动原理 学案（含答案）

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考点一 化学平衡的移动
1．含义
在一定条件下，当可逆反应达到化学平衡状态后，如果改变影响平衡的条件(如____、______、______等)，化学平衡状态被破坏(正、逆反应速率不再相等)，平衡体系的物质组成也会随着改变，直至正、逆反应速率再次______，在新的条件下达到新的化学平衡状态。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，简称平衡移动。
2．平衡移动方向的判断
(1)根据速率判断
①若v正____v逆，则平衡向正反应方向移动。
②若v正____v逆，则平衡不移动。
③若v正____v逆，则平衡向逆反应方向移动。
(2)根据体系中各组分含量的变化判断
平衡移动的结果，如果是使体系中产物含量(如物质的量、浓度或百分含量等)______，则平衡正向移动；反之则逆向移动。
3．外界条件对化学平衡的影响
4.充入与反应无关的气体与平衡移动的关系
5．勒夏特列原理
如果改变影响平衡的一个因素(如浓度、压强或温度)，平衡就向着能够____这种改变的方向移动，这就是勒夏特列原理，也称化学平衡移动原理。
1．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( )
2．化学平衡正向移动，反应物的转化率一定增大( )
3．向平衡体系FeCl3＋3KSCNFe(SCN)3＋3KCl中加入适量KCl固体，平衡逆向移动，溶液的颜色变浅( )
4．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( )
5．C(s)＋CO2(g)2CO(g) ΔH>0，其他条件不变时，升高温度，反应速率v(CO2)和CO2的平衡转化率均增大( )
6．只要v正增大，平衡一定正向移动( )
1．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的浓度、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
2．(2022·苏州高三模拟)可逆反应mA(g)＋nB(？)pC(g)＋qD(？)中A和C都是无色气体，当达到平衡后，下列叙述正确的是( )
A．若改变条件后，平衡正向移动，D的百分含量一定增大
B．若升高温度，A的浓度增大，说明正反应是吸热反应
C．若增大压强，平衡不移动，说明m＋n一定等于p＋q
D．若增加B的量，平衡移动后体系颜色加深，说明B必是气体
3．(2023·无锡月考)在压强为0.1 MPa、温度为300 ℃条件下，a ml CO与3a ml H2的混合气体在催化剂作用下发生反应生成甲醇：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH＜0。
(1)平衡后将容器的容积压缩到原来的一半，其他条件不变，对平衡体系产生的影响是________(填字母，下同)。
A．c(H2)减小
B．正反应速率加快，逆反应速率减慢
C．反应物转化率增大
D．重新达到平衡时eq \f(cH2,cCH3OH)减小
(2)若容器容积不变，下列措施可增大甲醇产率的是________。
A．升高温度
B．将CH3OH从体系中分离
C．充入He，使体系总压强增大
考点二 平衡移动方向与转化率的判断
反应aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)的转化率分析
(1)若反应物起始物质的量之比等于化学计量数之比，达到平衡后，它们的转化率相等。
(2)若只增加A的量，平衡正向移动，B的转化率增大，A的转化率减小。
(3)若按原比例同倍数地增加(或降低)A、B的浓度，等效于压缩(或扩大)容器体积，气体反应物的转化率与化学计量数有关。
同倍数增大c(A)和c(B)
eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a＋b＝c＋d A、B的转化率不变,a＋b＞c＋d A、B的转化率增大,a＋b＜c＋d A、B的转化率减小))
应用举例
对于以下三个反应，从反应开始进行到达到平衡后，保持温度、体积不变，按要求回答下列问题。
(1)PCl5(g)PCl3(g)＋Cl2(g)
再充入PCl5(g)，平衡向________方向移动，达到平衡后，PCl5(g)的转化率________，PCl5(g)的百分含量______。
(2)2HI(g)I2(g)＋H2(g)
再充入HI(g)，平衡向________方向移动，达到平衡后，HI(g)的分解率__________，HI(g)的百分含量________。
(3)2NO2(g)N2O4(g)
再充入NO2(g)，平衡向________方向移动，达到平衡后，NO2(g)的转化率________，NO2(g)的百分含量________。
(4)mA(g)＋nB(g)pC(g)
同等倍数的加入A(g)和B(g)，平衡________移动，达到平衡后，①m＋n>p，A、B的转化率都________，体积分数都________；②m＋n＝p，A、B的转化率、体积分数都________；③m＋n1．在密闭容器中的一定量混合气体发生反应：xA(g)＋yB(g)zC(g)，平衡时测得C的浓度为0.50 ml·L－1。保持温度不变，将容器的容积压缩到原来的一半，再达到平衡时，测得C的浓度变为0.90 ml·L－1。下列有关判断不正确的是( )
A．C的体积分数增大了
B．A的转化率降低了
C．平衡向逆反应方向移动
D．x＋y2．一定温度下，在3个容积均为1.0 L的恒容密闭容器中反应2H2(g)＋CO(g)CH3OH(g)达到平衡，下列说法正确的是( )
A.该反应的正反应吸热
B．达到平衡时，容器Ⅰ中反应物转化率比容器Ⅱ中的大
C．达到平衡时，容器Ⅱ中c(H2)大于容器Ⅲ中c(H2)的两倍
D．达到平衡时，容器Ⅲ中的正反应速率比容器Ⅰ中的大
3．一定条件下存在反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，其正反应放热。图1、图2表示起始时容器甲、丙体积都是V，容器乙、丁体积都是eq \f(V,2)；向甲、丙内都充入2a ml SO2和a ml O2并保持恒温；向乙、丁内都充入a ml SO2和0.5a ml O2并保持绝热(即与外界无热量交换)，在一定温度时开始反应。
下列说法正确的是( )
A．图1达平衡时，c(SO2)：甲＝乙
B．图1达平衡时，平衡常数K：甲<乙
C．图2达平衡时，所需时间t：丙<丁
D．图2达平衡时，体积分数φ(SO3)：丙>丁
4．T ℃时，在容积为2 L的3个恒容密闭容器中发生反应：3A(g)＋B(g)xC(g)，按不同方式投入反应物，测得反应达到平衡时的有关数据如下：
下列说法正确的是( )
A．若x＜4，则2c1＜c2
B．若x＝4，则w1＝w3
C．无论x的值是多少，均有2ρ1＝ρ2
D．甲容器达到平衡所需的时间比乙容器达到平衡所需的时间短
(1)构建恒温恒容平衡思维模式
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)构建恒温恒压平衡思维模式(以气体物质的量增加的反应为例，见图示)
新平衡状态可认为是两个原平衡状态简单的叠加，压强不变，平衡不移动。
考点三 化学反应的调控——工业合成氨
1．工业合成氨反应的适宜条件选择的理论分析
增大合成氨的反应速率和提高平衡混合物中氨的含量对反应条件的要求不尽相同：
2.实际工业合成氨反应的适宜条件
①压强eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(低压1×107 Pa,中压2×107～3×107 Pa,高压8.5×107～1×108 Pa))
②温度：700 K左右。
③催化剂：以铁为主体的多成分催化剂。
④浓度：N2与H2的投料比(物质的量之比)为1∶2.8。
1．合成氨反应达到平衡时，NH3的体积分数与温度、压强的关系如图所示。根据此图分析合成氨工业最有前途的研究方向是( )
A．提高分离技术
B．研制耐高压的合成塔
C．研制低温催化剂
D．探索不用N2和H2合成氨的新途径
2．N2和H2生成NH3的反应为eq \f(1,2)N2(g)＋eq \f(3,2)H2(g)NH3(g) ΔH(298 K)＝－46.2 kJ·ml－1
在Fe催化剂作用下的反应历程如下(*表示吸附态)：
化学吸附：N2(g)→2N*；H2(g)2H*
表面反应：N*＋H*NH*；NH*＋H*NHeq \\al(*,2)；NHeq \\al(*,2)＋H*NHeq \\al(*,3)
脱附：NHeq \\al(*,3)NH3(g)
其中，N2的吸附分解反应活化能高、速率慢，决定了合成氨的整体反应速率。请回答：
(1)有利于提高合成氨平衡产率的条件有______(填字母)。
A．低温 B．高温 C．低压 D．高压 E．催化剂
(2)、、为各组分的平衡分压，如＝p，p为平衡总压，为平衡系统中氨气的物质的量分数，N2、H2起始物质的量之比是1∶3，反应在恒定温度和总压强p(单位是Pa)下进行，NH3的平衡产率是w，用分压代替物质的量浓度计算平衡常数为Kp，Kp＝________。
1．(2022·海南，8)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
2．(2020·浙江7月选考，20)一定条件下：2NO2(g)N2O4(g) ΔH＜0。在测定NO2的相对分子质量时，下列条件中，测定结果误差最小的是( )
A．温度0 ℃、压强50 kPa
B．温度130 ℃、压强300 kPa
C．温度25 ℃、压强100 kPa
D．温度130 ℃、压强50 kPa
3．[2022·河北，16(2)①]工业上常用甲烷、水蒸气重整制备氢气，体系中发生如下反应。
Ⅰ.CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)
Ⅱ.CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)
下列操作中，能提高CH4(g)平衡转化率的是__________(填字母)。
A．增加CH4(g)用量
B．恒温恒压下通入惰性气体
C．移除CO(g)
D．加入催化剂
4．[2022·辽宁，18(1)(2)(4)(5)]工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破，目前已有三位科学家因其获得诺贝尔奖，其反应为：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·ml－1 ΔS＝－200 J·K－1·ml－1。
回答下列问题：
(1)合成氨反应在常温下__________(填“能”或“不能”)自发。
(2)__________温(填“高”或“低”，下同)有利于提高反应速率，__________温有利于提高平衡转化率，综合考虑催化剂(铁触媒)活性等因素，工业常采用400～500 ℃。
针对反应速率与平衡产率的矛盾，我国科学家提出了两种解决方案。
(4)方案二：M-LiH复合催化剂。
下列说法正确的是__________(填字母)。
a．300 ℃时，复合催化剂比单一催化剂效率更高
b．同温同压下，复合催化剂有利于提高氨的平衡产率
c．温度越高，复合催化剂活性一定越高
(5)某合成氨速率方程为：v＝kcα(N2)·cβ(H2)·cγ(NH3)，根据表中数据，γ＝__________；
在合成氨过程中，需要不断分离出氨的原因为__________(填字母)。
a．有利于平衡正向移动
b．防止催化剂中毒
c．提高正反应速率
第46讲 化学平衡移动原理
考点一
归纳整合
1．浓度 温度 压强 相等
2．(1)①> ②＝ ③< (2)增大
3．正反应 逆反应 气体分子数减小 气体分子数增加 不移动 吸热 放热 不移动
5．减弱
易错辨析
1．× 2.× 3.× 4.× 5.√ 6.×
专项突破
1．B 2.D 3.(1)CD (2)B
考点二
专项突破
应用举例
(1)正反应 减小 增大
(2)正反应 不变 不变
(3)正反应 增大 减小
(4)正向 增大 减小 不变 减小 增大
专项突破
1．A [平衡时测得C的浓度为0.5 ml·L－1，保持温度不变，将容器的容积压缩到原来的一半，C的浓度为1.00 ml·L－1，而再达到平衡时，测得C的浓度变为0.90 ml·L－1，C的浓度减小，反应逆向进行。]
2．D [对比容器Ⅰ和Ⅲ可知两者投料量相当，若温度相同，最终两者等效，但Ⅲ温度高，平衡时c(CH3OH)小，说明平衡向逆反应方向移动，即逆反应为吸热反应，正反应为放热反应，A错误；Ⅱ相对于Ⅰ成比例增加投料量，相当于加压，平衡正向移动，转化率提高，所以Ⅱ中转化率高，B错误；不考虑温度，Ⅱ中投料量是Ⅲ的两倍，相当于加压，平衡正向移动，所以Ⅱ中c(H2)小于Ⅲ中c(H2)的两倍，C错误；对比Ⅰ和Ⅲ，若温度相同，两者等效，两容器中速率相等，但Ⅲ温度高，速率更快，D正确。]
3．D [甲和乙若都是恒温恒压，则两者等效，但乙为绝热恒压，又该反应正反应为放热反应，则温度：甲<乙，温度升高平衡向逆反应方向移动，c(SO2)：甲<乙，平衡常数K：甲>乙，A、B项错误；丙和丁若都是恒温恒容，则两者等效，但丁为绝热恒容，则温度：丙<丁，温度越高，反应速率越快，达到平衡的时间越短，所用的时间：丙>丁，C项错误；温度升高平衡向逆反应方向移动，体积分数φ(SO3)：丙>丁，D项正确。]
4．C [若x＜4，则正反应为气体分子数减少的反应，乙容器对于甲容器而言，相当于加压，平衡正向移动，所以2c1＞c2，A项错误；若x＝4，则反应前后气体分子数相等，由于起始时甲容器中A、B的投入量之比与化学方程式中对应化学计量数之比不相等，故w3不可能等于w1，B项错误；起始时乙容器中A、B的投入量是甲容器的2倍，两容器的容积相等，故恒有2ρ1＝ρ2，C项正确，起始时乙容器中A、B的浓度是甲容器中的2倍，故乙容器达到平衡所需的时间比甲容器达到平衡所需的时间短，D项错误。]
考点三
归纳整合
1．增大反应物浓度 高温 高压 增大反应物浓度、减小生成物浓度 低温 高压 无影响
专项突破
1．C
2．(1)AD (2)eq \f(4w2－w,3\r(3)p1－w2)
解析 、、为各组分的平衡分压，如p为平衡总压，为平衡系统中氨气的物质的量分数，N2、H2起始物质的量之比是1∶3，反应在恒定温度和总压强p(单位是Pa)下进行，NH3的平衡产率是w，
eq \f(1,2)N2(g) ＋ eq \f(3,2)H2(g)NH3(g)
起始/ml eq \f(1,2) eq \f(3,2)
转化/ml eq \f(w,2) eq \f(3,2)w w
平衡/ml eq \f(1,2)－eq \f(w,2) eq \f(3,2)－eq \f(3,2)w w
Kp＝＝eq \f(4w2－w,3\r(3)p1－w2)。
真题演练 明确考向
1．C 2.D
3．BC [增加CH4(g)用量可以提高H2O(g)的转化率，但是CH4(g)平衡转化率减小，A不符合题意；恒温恒压下通入惰性气体，相当于减小体系压强，反应混合物中各组分的浓度减小，反应Ⅰ的化学平衡正向移动，能提高CH4(g)平衡转化率，B符合题意；移除CO(g)，减小了反应混合物中CO(g)的浓度，反应Ⅰ的化学平衡正向移动，能提高CH4(g)平衡转化率，C符合题意；加入催化剂不能改变平衡状态，故不能提高CH4(g)平衡转化率，D不符合题意。]
4．(1)能 (2)高 低 (4)a (5)－1 a
解析 (1)对于合成氨反应，常温下，ΔG＝ΔH－TΔS＝－92.4 kJ·ml－1－298 K×(－0.2 kJ·
K－1·ml－1)＝－32.8 kJ·ml－1<0，故合成氨反应在常温下能自发。(2)其他条件一定时，升高温度，可以提供更高的能量，使活化分子百分数增多，反应速率加快；合成氨反应是放热反应，要提高平衡转化率，即使反应平衡正向移动，应降低温度。(4)由题图可知，300 ℃时，复合催化剂催化时合成氨反应的反应速率比单一催化剂催化时大很多，说明300 ℃时复合催化剂比单一催化剂效率更高，a正确；同温同压下，复合催化剂能提高反应速率，但不能使平衡发生移动，故不能提高氨的平衡产率，b错误；温度过高，复合催化剂可能会失去活性，催化效率反而降低，c错误。(5)将实验1、3中数据分别代入合成氨的速率方程可得：①q＝k·mα·nβ·pγ，③10q＝k·mα·nβ·(0.1p)γ，两式联立可得γ＝－1。合成氨过程中，不断分离出氨，即降低体系中c(NH3)，生成物浓度下降，平衡向正反应方向移动，但不会提高正反应速率，a正确、c错误；反应主产物即氨不能使催化剂中毒，b错误。
条件的改变(其他条件不变)
化学平衡的移动
浓度
增大反应物浓度或减小生成物浓度
向______方向移动
减小反应物浓度或增大生成物浓度
向______方向移动
压强(对有气体参加的反应)
反应前后气体分子数改变
增大压强
向____________的方向移动
减小压强
向____________的方向移动
反应前后气体分子数不变
改变压强
温度
升高温度
向____反应方向移动
降低温度
向____反应方向移动
催化剂
使用催化剂
容器
温度/K
起始浓度/(ml·L－1)
平衡浓度/(ml·L－1)
c(H2)
c(CO)
c(CH3OH)
c(CH3OH)
Ⅰ
400
0.20
0.10
0
0.080
Ⅱ
400
0.40
0.20
0
Ⅲ
500
0
0
0.10
0.025
容器
甲
乙
丙
反应物的投入量
3 ml A、2 ml B
6 ml A、4 ml B
2 ml C
达到平衡的时间/min
5
8
A的浓度/(ml·L－1)
c1
c2
C的体积分数/%
w1
w3
混合气体的密度/(g·L－1)
ρ1
ρ2
对合成氨反应的影响
影响因素
浓度
温度
压强
催化剂
增大合成氨的反应速率
使用
提高平衡混合物中氨的含量
实验
eq \f(cN2,ml·L－1)
eq \f(cH2,ml·L－1)
eq \f(cNH3,ml·L－1)
eq \f(v,ml·L－1·s－1)
1
m
n
p
q
2
2m
n
p
2q
3
m
n
0.1p
10q
4
m
2n
p
2.828q