高中化学人教版 (2019)选择性必修1第二节 化学平衡优秀第2课时课时练习

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【学习目标】
1．通过外界条件对可逆反应速率的影响，掌握化学平衡移动的内在因素。
2．通过实验探究，掌握浓度、压强、温度影响化学平衡移动的规律。
3．了解催化剂影响化学反应速率的实质，并进一步探讨对化学平衡的影响，从而了解催化剂在化工生产中的应用。
4．认识化学反应速率，化学平衡典型图像，学会化学平衡图像题的解题方法。
【素养目标】
1．实验探究影响化学平衡移动的条件，通过实验现象直接判断影响平衡移动的因素，提高抽象问题的解决能力，培养学生“科学探究与创新意识”的学科素养。
2．对于化学平衡移动的条件和化学平衡移动原理两部分内容，要结合实验现象与图标的关系，依据平衡移动原理，建立平衡移动的模型。培养学生“证据推理与模型认知”的学科素养。
3．通过学习化学平衡及其影响因素与生活密切相关，研究化学平衡对化工生产有重要指导意义。培养学生“科学态度与社会责任”的学科素养。
必备知识与关键能力
知识点一：化学平衡移动
1．化学平衡移动
(1)含义：当一个可逆反应达到平衡后，如果改变浓度、温度、压强等反应条件，原来的平衡状态会被破坏，化学平衡会发生移动，在一段时间后达到新的平衡。
(2)平衡移动方向的判断
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。
(3)v正3．图示
4．外界条件的变化对速率的影响和平衡移动的方向的判断
在一定条件下，浓度、压强、温度、催化剂等外界因素会影响可逆反应的速率，但平衡不一定发生移动，只有当v正≠v逆时，平衡才会发生移动。
对于反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)。
【点拨】 “惰性气体”对化学平衡的影响
①恒温恒容：原平衡体系eq \(――→,\s\up7(充入“惰性气体”))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：原平衡体系eq \(――→,\s\up7(充入“惰性气体”))容器容积增大，各反应气体的分压减小
【思维建模】 解答化学平衡移动题的思维过程
(1)关注特点—eq \b\lc\[(\a\vs4\al\c1(容器特点：恒温恒容、恒温恒压,反应特点：物质状态、ΔV（g）是否为0、, ΔH的正负))
(2)分析条件：浓度、温度、压强等。
(3)联想原理(平衡移动原理)，综合判断得出结论。
平衡转化率的分析与判断方法
(1)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的转化率提高，A的转化率降低。
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。
eq \a\vs4\al( 同倍增大,c（A）和c（B）)eq \b\lc\{(\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))
(2)反应mA(g)nB(g)＋qC(g)的转化率分析
在T、V不变时，增加A的量，等效于压缩容器体积，A的转化率与化学计量数有关。
增大c(A)eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(m＝n＋q，A的转化率不变,m＞n＋q，A的转化率增大,m＜n＋q，A的转化率减小))
典例1．下列说法不正确的是( )
A．反应混合物各组分百分含量发生改变，化学平衡一定发生了移动
B．外界条件的改变引起浓度商或化学平衡常数改变，则平衡一定发生移动
C．平衡移动，反应物的浓度一定减小
D．外界条件发生变化，化学平衡不一定移动
【答案】 C
【解析】外界条件的改变使正、逆反应速率不相等或Q≠K时才能使化学平衡发生移动。增大反应物浓度化学平衡移动时反应物的浓度增大。
典例2．对于反应：2A(g)＋B(g)2C(g) ΔH＜0，当温度升高时，平衡向逆反应方向移动，其原因是( )
A．正反应速率增大，逆反应速率减小
B．逆反应速率增大，正反应速率减小
C．正、逆反应速率均增大，但是逆反应速率增大的程度大于正反应速率增大的程度
D．正、逆反应速率均增大，而且增大的程度一样
【答案】 C
【解析】外界条件的改变使正、逆反应速率不相等时才能使化学平衡发生移动，增大反应物浓度使化学平衡移动时反应物的浓度增大。
典例3．将NO2装入带活塞的密闭容器中，当反应2NO2(g)N2O4(g)达到平衡后，改变下列一个条件，其中叙述正确的是( )
A．升高温度，气体颜色加深，则此反应为吸热反应
B．慢慢压缩气体体积，平衡向右移动，混合气体颜色变浅
C．慢慢压缩气体体积，若体积减小一半，压强增大，但小于原来的两倍
D．恒温恒容时，充入惰性气体，压强增大，平衡向右移动，混合气体的颜色变浅
【答案】 C
【解析】升高温度，气体颜色加深，则平衡向左移动，该反应为放热反应，A错误；根据勒夏特列原理，混合气体的颜色比原平衡深，压强小于原平衡的两倍，因此B错误，C正确；恒温恒容，充入惰性气体，c(NO2)和c(N2O4)均不变，平衡不移动，气体的颜色不变，D错误。
知识点二：勒夏特列原理
1．内容
如果改变影响平衡的条件之一(如温度、压强，以及参加反应的物质的浓度)，平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动。
2．适用范围
适用于任何动态平衡体系(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
(1)从定性角度看，平衡移动的方向为减弱外界条件变化的方向，如增大反应物浓度，平衡就向减弱这种改变即反应物浓度减小的方向移动；增大压强，平衡就向气体体积缩小即气体的物质的量减小、压强减小的方向移动；升高温度，平衡就向吸热反应即使温度降低的方向移动。这种移动可以理解为与条件改变“对着干”。
(2)从定量角度看，平衡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。如向平衡体系N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)(平衡时，N2、H2、NH3的物质的量分别为a ml、b ml、c ml)中又充入d ml N2，则达到新平衡时，n(N2)的取值范围为a ml【点拨】 应用勒夏特列原理需要注意的问题
(1)确定条件的改变是否影响化学平衡，即确定是不是改变了影响化学平衡的条件，如：
①改变化学平衡体系中固体或纯液体的物质的量，并未改变影响化学平衡的条件。
②即使是有气体存在的化学平衡体系，在恒容、恒温条件下充入稀有气体，也未改变影响化学平衡的条件。
(2)可逆反应是否存在能够减弱某项条件改变的反应方向。例如aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)，当a＋b＝c＋d时，它无气体体积增大或减小的反应方向，所以即使改变压强，化学平衡也不移动。
典例4．下列不能用勒夏特列原理解释的事实是( )
A．红棕色的NO2加压后颜色先变深后变浅
B．氢气、碘蒸气、碘化氢气体组成的平衡体系加压后颜色变深
C．黄绿色的氯水光照后颜色变浅
D．向含有[Fe(SCN)]2＋的红色溶液中加铁粉，振荡，溶液红色变浅或褪去
【答案】 B
【解析】A项，涉及二氧化氮与四氧化二氮的平衡转化，故可以用勒夏特列原理解释；B项，加压后平衡不移动，但体积缩小，浓度增大使体系颜色变深，故不能用勒夏特列原理解释；C项，光照后，次氯酸见光分解，使氯气与水反应的平衡向右移动，故可以用勒夏特列原理解释；D项，在该溶液中存在平衡：Fe3＋＋SCN－[Fe(SCN)]2＋，向溶液中加入铁粉，Fe3＋会和Fe发生反应生成Fe2＋，导致Fe3＋浓度降低，平衡向能够减弱这种改变的方向移动，即向逆反应方向移动，使[Fe(SCN)]2＋(红色)的浓度降低，所以溶液红色变浅或褪去，故可以用勒夏特列原理解释。
典例5．下列事实不能用勒夏特列原理解释的是( )
A．溴水中有下列平衡：Br2＋H2OHBr＋HBrO，当加入少量AgNO3溶液后，溶液的颜色变浅
B．对2HI(g)H2(g)＋I2(g)，缩小容器的容积可使平衡体系的颜色变深
C．反应CO(g)＋NO2(g)CO2(g)＋NO(g) ΔH<0，升高温度可使平衡向逆反应方向移动
D．对于合成NH3反应，为提高NH3的产率，理论上应采取低温措施
【答案】 B
【解析】溴水中存在平衡：Br2＋H2OHBr＋HBrO，加入少量AgNO3溶液，HBr与AgNO3反应生成AgBr沉淀，c(HBr)减小，平衡正向移动，溶液的颜色变浅，A可以用勒夏特列原理解释；2HI(g)H2(g)＋I2(g)的正反应是反应前后气体总分子数不变的反应，缩小容器的容积，压强增大，平衡不移动，但c(I2)增大，导致平衡体系的颜色变深，由于平衡不移动，故B不能用勒夏特列原理解释；反应CO(g)＋NO2(g)CO2(g)＋NO(g)的ΔH<0，升高温度，为了减弱温度的改变，平衡逆向移动，C可以用勒夏特列原理解释；合成氨的反应是放热反应，降低温度，平衡正向移动，有利于生成NH3，D可以用勒夏特列原理解释。
知识点二：化学平衡图像的理解
1．速率−时间图像
根据v−t图像，可以很快地判断出反应进行的方向，根据v正、v逆的变化情况，可以推断出外界条件的改变情况。
以合成氨反应为例：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH<0。
典例6．在恒温恒容的条件下，2A(g)＋B(g)2C(g)的反应速率随反应时间的变化示意图如下，下列叙述与示意图不相符的是( )
A．反应达到平衡时，正反应速率和逆反应速率相等
B．平衡状态Ⅰ后，可能是增大A的浓度，平衡发生移动，达到平衡状态Ⅱ
C．平衡状态Ⅰ后，可能是减小C的浓度，平衡发生移动，达到平衡状态Ⅱ
D．B在平衡状态Ⅰ和平衡状态Ⅱ时浓度不相等
【答案】 C
【解析】由题给图像可以看出，平衡状态Ⅰ改变的瞬间，逆反应速率未改变，正反应速率突然增大，可知改变条件为增大反应物的浓度，B项正确，C项不正确；由于平衡发生移动，可知两平衡状态时同一种反应物的浓度不相等，D项正确。
典例7．对于①N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH<0
②2NH3(g)N2(g)＋3H2(g) ΔH>0
其中v­t图像为
(1)反应①t1时刻改变的条件为 ；t2时刻改变的条件为 。
(2)反应②t1时刻改变的条件为 ；t2时刻改变的条件为 。
【答案】(1) 增大压强 降低温度 (2) 升高温度 减小压强
【解析】t1时刻反应速率增大，说明是升温或加压；而t2时刻反应速率减小，说明是降温或减压。
2．其他常见的化学平衡图像
①浓度−时间图
此类图像能说明平衡体系中各组分在反应过程中的浓度变化情况。如A+BAB的反应情况如图。
②总反应速率−时间图像
Zn与足量盐酸的反应，反应速率随时间变化的曲线如图所示。ab段(v渐增)，因该反应为放热反应，随反应的进行，温度增高，导致反应速率增大；bc段(v渐小)，主要原因是随反应的进行，溶液中c(H+)渐小，导致反应速率减小。
③含量−时间−温度图像
④含量−时间−压强图像
⑤含量−时间−有无催化剂
典例8．已知某可逆反应mA(g)＋nB(g)pC(g)在密闭容器中进行，如图表示在不同反应时间t时，温度T和压强p与反应物B在混合气体中的体积分数[φ(B)]的关系曲线，由曲线分析，下列判断正确的是( )
A．T1p2，m＋n>p，放热反应
B．T1>T2，p1p，吸热反应
C．T1p2，m＋nD．T1>T2，p1【答案】 D
【解析】通过①和②的比较，相同压强下，温度越高反应速率越快，到达平衡所用时间越短，T1>T2，且升高温度平衡正移，正反应为吸热反应；通过②和③的比较，相同温度下，压强越大反应速率越快，到达平衡所用时间越短，p2>p1，且压强增大平衡逆向移动，m＋n典例9．在一定条件下，可逆反应A＋BmC变化如图所示。已知纵坐标表示在不同温度和压强下生成物C在混合物中的质量分数，p为反应在T2温度时达到平衡后向容器加压的变化情况，问：
(1)温度T1________T2(填“大于”“等于”或“小于”)。
(2)正反应是________反应(填“吸热”或“放热”)。
(3)如果A、B、C均为气体，则m________2 (填“大于”“等于”或“小于”)。
(4)当温度和容积不变时，如在平衡体系中加入一定量的某稀有气体，则体系的压强________(填“增大”“减小”或“不变”)，平衡________移动(填“向正反应方向”“向逆反应方向”或“不”)。
【答案】(1)大于 (2)放热 (3)大于 (4)增大 不
【解析】由图像知温度T1时到达平衡用时间少，则反应速率快，说明温度大于T2；升高温度C的百分含量降低，平衡逆移，则正反应放热；加压C的百分含量降低，平衡逆移，则正反应体积增大，m大于2；当温度和容积不变时，如在平衡体系中加入一定量的某稀有气体，则体系的压强增大，但对该反应体系来说，各物质浓度没有变化，平衡不移动。
核心价值与学科素养
典例10．关节炎泛指发生在人体关节及其周围组织，由炎症、感染、退化、创伤或其他因素引起的炎性疾病，严重影响人们的生活质量。
关节炎病因是在关节滑液中形成尿酸钠晶体，尤其在寒冷季节易诱发关节疼痛。其化学反应机理为：
①HUr＋H2OUr－＋H3O＋
②Ur－(aq)＋Na＋(aq)NaUr(s)
上述反应②的正反应方向是吸热反应还是放热反应？ 。
【解析】温度降低易诱发形成尿酸钠，说明反应②在降温过程中易正向移动，即反应②正向为放热反应。
典例11．人体内存在很多的化学反应，这些化学反应情况复杂且相互影响，而且这些化学反应大都是可逆反应，处于平衡状态。
O2的运输。
人体血液内的血红蛋白(Hb)易与O2结合生成HbO2，因此具有输氧能力。但Hb也可以与CO结合。有关反应如下：
反应a：Hb(aq)＋O2(g)HbO2(aq) ΔH1<0
反应b：Hb(aq)＋CO(g)HbCO(aq) ΔH2<0
反应c：HbO2(aq)＋CO(g)HbCO(aq)＋O2(g) ΔH3
①反应c自发进行的趋势较大，这也就容易引起人体CO中毒，导致血红蛋白不具备输氧能力。据此比较ΔH1、ΔH2的大小。 。
②如果发生CO中毒，应采取怎样救治措施，请从平衡移动的原理角度分析采取的救治措施的原因。
。
③已知在人体体温37 ℃下，反应c的平衡常数为220。已知当血液中eq \f(cHbCO,cHbO2)的比值大于0.02时，人的智力会很快受到损伤。为避免人的智力受到损伤，环境中的O2与CO的浓度的比值最小是多少？
。
【解析】①由于化学反应中的能量变化与反应途径无关，只与物质的始态和终态有关，根据盖斯定律，将b－a，整理可得c式，热化学方程式为：HbO2(aq)＋CO(g)HbCO(aq)＋O2(g) ΔH3＝ΔH2－ΔH1；反应c自发进行的趋势较大，说明体系的ΔH－TΔS<0，该反应的反应前后气体体积不变，则说明ΔH3<0，由于ΔH3＝ΔH2－ΔH1；则ΔH1>ΔH2。
②应开窗通风或将中毒者转移至空气新鲜的地方。CO是反应物，开窗通风能够降低CO的浓度，使平衡逆向移动，O2是生成物，增大生成物O2的浓度，可以使平衡逆向移动。
③11 000。根据化学平衡常数表达式：K＝eq \f(cO2·cHbCO,cCO·cHbO2)＝220，而eq \f(cHbCO,cHbO2)>0.02时人的智力会受到损伤，因此只有eq \f(cHbCO,cHbO2)≤0.02时人的智力才不会受到损伤，代入平衡常数表达式有eq \f(cO2,cCO)＝K×eq \f(cHbO2,cHbCO)≥eq \f(220,0.02)＝11 000，即eq \f(cO2,cCO)大于等于11 000时，人的智力不受损伤。
【跟踪练习】 基础过关
1． 可逆反应A(g)＋BC(g)＋D，达到平衡时，下列说法不正确的是( )
A．若B是气体，增大A的浓度会使B的转化率增大
B．若增大A的浓度，平衡体系颜色加深，D不一定是有颜色的气体
C．升高温度，C的质量分数减少，说明正反应为放热反应
D．增大压强，平衡不移动，说明B、D一定是气体
2． 下列可确认化学平衡一定发生移动的是( )
A．化学反应速率发生了改变
B．可逆反应达到平衡，使用了催化剂
C．有气态物质参加的可逆反应达到平衡后，改变了压强
D．由于某一条件的改变，使正、逆反应速率不再相等
3． 如图a曲线表示放热反应X(g)＋Y(g)Z(g)＋M(g)＋N(g)进行过程中X的转化率随时间变化的关系。若要改变某一起始条件，使反应过程按b曲线进行，可采取的措施是( )
A．升高温度 B．加大X的投入量
C．加催化剂 D．增大体积
4．下列事实不能用平衡移动原理解释的是( )
5． 对密闭容器中进行的反应：X(g)＋3Y(g)2Z(g)绘制如下图像，下列说法错误的是( )
A．依据图甲可判断正反应为放热反应
B．在图乙中，虚线可表示使用了催化剂后X的转化率
C．图丙可表示减小压强，平衡向逆反应方向移动
D．依据图丁中混合气体的平均相对分子质量随温度的变化情况，可推知正反应的ΔH<0
能力达成
6． 已知2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH＝－197 kJ·ml－1。向同温、同体积的三个密闭容器中分别充入气体：(甲) 2 ml SO2和1 ml O2；(乙)1 ml SO2和0.5 ml O2；(丙) 2 ml SO3。恒温、恒容下反应达平衡时，下列关系一定正确的是( )
A．容器内压强p：p甲＝p丙>2p乙
B．SO3的质量m：m甲＝m丙>2m乙
C．c(SO2)与c(O2)之比k：k甲＝k丙>k乙
D．反应放出或吸收热量的数值Q：Q甲＝Q丙>2Q乙
【答案】 B
【解析】三个容器的T、V相同，由三种情况下充入物质的物质的量，可知甲、丙两种情况下充入的物质相当，达到同一平衡状态，乙充入的物质比甲少一半，故压强：p甲＝p丙<2p乙；SO3的质量为：m甲＝m丙>2m乙；c(SO2)与c(O2)之比均相等；甲丙反应放出或吸收热量的数值Q不一定相等，所以选B。
7． 乙醇是重要的有机化工原料，可由乙烯气相直接水合法[C2H4(g)＋H2O(g)C2H5OH(g)]生产。下图为气相直接水合法中乙烯的平衡转化率与温度、压强的关系(其中nH2O∶nC2H4＝1∶1)。
(1)图中压强(p1、p2、p3、p4)的大小顺序为_______________________，理由是
________________________________________________________________________。
(2)气相直接水合法常用的工艺条件为磷酸/硅藻土为催化剂，反应温度290 ℃、压强6.9 MPa，nH2O∶nC2H4＝0.6∶1，乙烯的转化率为5%，若要进一步提高乙烯转化率，除了可以适当改变反应温度和压强外，还可以采取的措施有 、__________________。
8． 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，在固定容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________(填字母)。
A．3v正(H2)＝2v逆(NH3)
B．单位时间生成m ml N2的同时生成3m ml 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，容积为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：
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反应的平均反应速率v(CH4)＝________________。
②反应在7～10 min内，CO的物质的量减少的原因可能是________(填字母)。
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＋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 ml NH3(g)和5 ml 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________。
条件改变的时刻
v正的变化
v逆的变化
v正与v逆的比较
平衡移动方向
浓度
增大反应物的浓度
增大
不变
v正>v逆
向正反应方向移动
减小反应物的浓度
减小
不变
v正＜v逆
向逆反应方向移动
增大生成物的浓度
不变
增大
v正＜v逆
向逆反应方向移动
减小生成物的浓度
不变
减小
v正>v逆
向正反应方向移动
压强（通过改变体积使压强变化）
m+n>p+q
增大压强
增大
增大
v正>v逆
向正反应方向移动
减小压强
减小
减小
v正＜v逆
向逆反应方向移动
m+n增大压强
增大
增大
v正＜v逆
向逆反应方向移动
减小压强
减小
减小
v正>v逆
向正反应方向移动
m+n=p+q
增大压强
增大
增大
v正=v逆
平衡不移动
减小压强
减小
减小
v正=v逆
平衡不移动
容积不变充入He
不变
不变
v正=v逆
平衡不移动
压强不变充入He
m+n＞p+q
减小
减小
v正＜v逆
向逆反应方向移动
m+n=p+q
减小
减小
v正=v逆
平衡不移动
m+n＜p+q
减小
减小
v正＞v逆
向正反应方向移动
温度
ΔH＜0
升高温度
增大
增大
v正＜v逆
向逆反应方向移动
降低温度
减小
减小
v正>v逆
向正反应方向移动
ΔH>0
升高温度
增大
增大
v正>v逆
向正反应方向移动
降低温度
减小
减小
v正＜v逆
向逆反应方向移动
催化剂
使用正催化剂
增大
增大
v正=v逆
平衡不移动
使用负催化剂
减小
减小
v正=v逆
平衡不移动
条件
c(N2)增大
c(H2)减小
c(NH3)增大
v－t图像
平衡移动方向
正反应方向移动
逆反应方向移动
逆反应方向移动
条件
c (NH3)减小
增大压强
减小压强
v－t图像
平衡移动方向
正反应方向移动
正反应方向移动
逆反应方向移动
条件
升高温度
降低温度
使用催化剂
v－t图像
平衡移动方向
逆反应方向移动
正反应方向移动
不移动
A．开启啤酒瓶后，瓶中马上泛起大量泡沫
B．由H2(g)、I2(g)、HI(g)组成的平衡体系加压后颜色变深
C．实验室制取乙酸乙酯时，将乙酸乙酯不断蒸出
D．石灰岩受地下水长期溶蚀形成溶洞
时间/min
CH4/ml
H2O/ml
CO/ml
H2/ml
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