第32讲 化学平衡状态及其移动（原卷版）- 高考化学【一轮 夯实基础】复习精讲精练

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【复习目标】
1．能运用浓度、压强、温度对化学平衡的影响规律，推测平衡移动的方向及浓度、转化率等相关物理量的变化，能进行化学反应条件的选择和优化。
2．针对典型案例，能从化学反应的限度、化学反应速率等角度对化学反应和化工生产条件进行综合分析。
【知识精讲】
考点一 可逆反应与化学平衡状态的建立
1．化学平衡研究的对象——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
①二同：a.相同条件下；b.正、逆反应同时进行。
②一小：反应物与生成物同时存在；任一组分的转化率都小于(填“大于”或“小于”)100%。
(3)表示
在方程式中用“”表示。
2．化学平衡状态
(1)概念：一定条件下的可逆反应，当反应进行到一定程度时，正反应速率和逆反应速率相等，反应物的浓度和生成物的浓度不再改变，这时的状态称为化学平衡状态，简称化学平衡。
(2)建立过程：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：
(3)特征
3．化学平衡状态的判断
【归纳总结】判断化学平衡状态的两种方法
(1)动态标志：v正＝v逆≠0
①同种物质：同一物质的生成速率等于消耗速率。
②不同物质：必须标明是“异向”的反应速率关系。
如aA＋bBcC＋dD，eq \f(v正（A）,v逆（B）)＝eq \f(a,b)时，反应达到平衡状态。
(2)静态标志：各种“量”不变
①各物质的质量、物质的量或浓度不变。
②各物质的百分含量(物质的量分数、质量分数等)不变。
③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；若物理量为“不变量”，则不能作为平衡标志。
【例题1】在密闭容器中进行反应：X2(g)＋Y2(g)2Z(g)，已知X2、Y2、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，各物质的浓度有可能是( )
A．Z为0.3 ml·L－1
B．Y2为0.4 ml·L－1
C．X2为0.2 ml·L－1
D．Z为0.4 ml·L－1
【例题2】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) ΔHp＋q，则图像对应图1、图2；若m＋n＝p＋q，则图像对应图3、图4。
说明：
a.改变压强，相当于改变体积，也就相当于改变浓度。
b．若反应前后气体体积无变化，改变压强，能同时改变正、逆反应速率，v(正)＝v(逆)，平衡不移动。如H2(g)＋I2(g)2HI(g)。
③温度对化学平衡的影响
在其他条件不变的情况下，升高温度，化学平衡向吸热反应方向移动；降低温度，化学平衡向放热反应方向移动。
注意：
a.升高温度，不管是吸热还是放热方向，反应速率均增大，但吸热方向速率增大的倍数大于放热方向速率增大的倍数，使v(吸热)>v(放热)，故平衡向吸热方向移动。
b．只要是升高温度，新平衡状态的速率值一定大于原平衡状态的速率值；反之则小。
v-t图像[以N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔHv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)不要混淆转化率和产率的概念。
【例题5】将等物质的量的X、Y气体充入某密闭容器中，在一定条件下，发生如下反应并达到平衡：X(g)＋3Y(g)2Z(g) ΔH＜0。改变某个条件并维持新条件直至达到平衡状态，下表中关于新平衡与原平衡的比较正确的是( )
【例题6】一定压强下，向10 L密闭容器中充入1 ml S2Cl2(g)和1 ml Cl2，发生反应：S2Cl2(g)＋Cl2(g)2SCl2(g)。Cl2和SCl2的消耗速率(v)与温度(T)的关系如图所示，以下说法中错误的是( )
A．A、B、C、D四点对应状态下，达到平衡状态的是B、D
B．正反应的活化能大于逆反应的活化能
C．达到平衡后再加热，平衡向逆反应方向移动
D．在300 ℃下，达到平衡后缩小容器容积，重新达到平衡后，Cl2的平衡转化率不变
【例题7】在容积不变的密闭容器中发生N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·ml－1，只改变一种外界条件，完成下表：
【例题8】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>c＋d
C．物质A的转化率减小 D．物质D的浓度减小
【例题9】对于以下三个反应，从反应开始进行到达到平衡后，保持容器温度、容积不变，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的分解率________，HI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________。
【真题演练】
1．（2022·海南·高考真题）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，，平衡常数增大
B．加入催化剂，平衡时的浓度增大
C．恒容下，充入一定量的，平衡向正反应方向移动
D．恒容下，充入一定量的，的平衡转化率增大
2．（2022·广东·高考真题）恒容密闭容器中，在不同温度下达平衡时，各组分的物质的量(n)如图所示。下列说法正确的是（ ）
A．该反应的
B．a为随温度的变化曲线
C．向平衡体系中充入惰性气体，平衡不移动
D．向平衡体系中加入，H2的平衡转化率增大
3．（2022·浙江·高考真题）关于反应，达到平衡后，下列说法不正确的是（ ）
A．升高温度，氯水中的减小
B．氯水中加入少量醋酸钠固体，上述平衡正向移动，增大
C．取氯水稀释，增大
D．取两份氯水，分别滴加溶液和淀粉KI溶液，若前者有白色沉淀，后者溶液变蓝色，可以证明上述反应存在限度
4．（2022·全国·高考真题）根据实验目的，下列实验及现象、结论都正确的是（ ）
A．AB．BC．CD．D
5．（2021·福建·高考真题）实验室配制碘水时，通常将溶于溶液：。关于该溶液，下列说法正确的是（ ）
A．的电子式为B．滴入淀粉溶液，不变蓝
C．加水稀释，平衡逆向移动D．加少量固体平衡正向移动
6．（2021·辽宁·高考真题）某温度下，在恒容密闭容器中加入一定量X，发生反应，一段时间后达到平衡。下列说法错误的是（ ）
A．升高温度，若增大，则
B．加入一定量Z，达新平衡后减小
C．加入等物质的量的Y和Z，达新平衡后增大
D．加入一定量氩气，平衡不移动
7．（2021·北京·高考真题）NO2和N2O4存在平衡:2NO2(g)⇌N2O4(g) △H0
16．（2021·江苏盐城·高三专题练习）甲硫醇()是一种重要的化工原料，硫化氢与甲醇合成甲硫醇的催化过程如图所示。下列说法正确的是（ ）
A．相同温度下，在水中溶解度比大
B．该催化剂可有效提高反应物的平衡转化率
C．该过程中断裂键、键和键
D．该过程的总反应式为
第II卷（非选择题）
17．（2022·重庆八中）为探讨化学平衡移动原理与氧化还原反应规律的联系，重庆八中某化学兴趣小组成员通过改变浓度研究反应“2Fe3++2I-2Fe2++I2” 中Fe3+和Fe2+的相互转化，实验设计如图：
回答下列问题：
(1)待实验I溶液颜色不再改变时，再进行实验II，其目的是确保实验I的反应达到_______。
(2)甲同学认为实验II—①中现象产生的原因是c(Fe2+)增大，平衡逆向移动。但乙同学认为此实验不能排除溶液稀释对颜色造成的影响，应增加一个对照实验，即另取等量的黄色溶液，加入______________，若____________________(填实验现象)，则能排除溶液稀释对颜色造成的影响。
(3)实验II—②中产生黄色沉淀的离子方程式为____________________________，用平衡移动原理解释实验II—②中溶液褪色的原因：_____________________。
(4)丙同学推测实验II-②中Fe2+向Fe3+转化的 原因是外加Ag+使c(I-)下降，导致I-的还原性弱于Fe2+，于是设计了如图所示的装置，验证了这一结论。
①当K闭合时，电流计指针右偏，此时b极发生的电极反应方程式为______________。
②电流计指针归零后，向U形管左侧滴加0.01 ml·L-1AgNO3溶液，产生黄色沉淀，同时_____________________(填实验现象)后证实了丙同学的推测。
(5)按照(4)的原理，丙同学又用同样的装置证实了实验II-①中Fe2+向Fe3+转化的原因是外加Fe2+使c(Fe3+)增大，导致Fe2+的还原性强于I-。结合实验I、II，对比(2)—(4)和(5)，你能得出的结论是____________________________。
18．（河南省九师联盟2022-2023学年高三上学期开学考试化学试题）甲烷水蒸气催化重整是制备高纯氢的方法之一。反应如下：
反应ⅰ. ；
反应ⅱ. 。
回答下列问题：
(1)反应ⅲ.的_______；若在一定温度下的容积固定的密闭容器中进行该反应，则可以提高转化率的措施有___________________，下列说法可以证明该反应已达到平衡状态的是_______(填字母)。
a. b.容器内气体压强不再改变
c.的浓度不再改变 d.CO和的浓度之比为1∶1
(2)对于反应ⅰ，向体积为2L的恒容密闭容器中，按投料。
①若在恒温条件下，反应达到平衡时的转化率为50%，则平衡时容器内的压强与起始压强之比为_______(最简单整数比)。
②其他条件相同时，在不同催化剂(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)作用下，反应相同时间，的转化率随反应温度的变化如图所示。a点_______(填“是”或“不是")化学平衡状态，的依化率：c点>d点，原因是_________________________。
(3)某科研小组研究了反应ⅱ的动力学，获得其速率方程，k为速率常数(只受温度影响)，m为的反应级数。在某温度下进行实验，测得各组分初浓度和反应初速率如下：
的反应级数_______，当实验2进行到某时刻，测得，则此时的反应速率_______(已知)。
(4)甲烷水蒸气催化重整制备高纯氢只发生反应ⅰ、反应ⅱ。在恒温、恒压条件下，1ml和1ml反应达平衡时，的转化率为a，的物质的量为bml，则反应ⅰ的平衡常数_______［写出含有a、b的计算式；对于反应，，x为物质的量分数］。
19．（山东省名校联盟2022-2023学年高三上学期第一次学业质量联合检测化学试题）碳及其化合物对人类的生产、生活有重大影响，一直是科技工作者的研究热点。回答下列问题：
已知：①部分化学键的键能数据如表：
②热化学反应方程式及化学平衡常数如下：
反应ⅰ：
反应ⅱ：
反应ⅲ：
(1)则_______；化学平衡常数与、的关系为_____________；已知反应ⅲ的，若反应iii能自发进行，温度必须大于_______。
(2)在恒温、恒压条件下，以(已转化为标准状况)将和的混合气体通入装有催化剂的连续反应器中发生反应。
①0〜5s内测得CO的体积分数由25%变为20%，则该时间段内用表示的化学反应速率为_______。
②该反应达到平衡后，若增大压强，平衡移动_______(填“向左”“向右”或“不”)；若升高温度，CO的平衡转化率_______(填“变大”“变小”或“不变”)。
(3)一定条件下，和可发生如下反应：
主反应：
副反应：
向温度为T℃、压强为Pa的恒压密闭容器中，通入1ml和2ml发生上述反应。平衡时甲烷的转化率为50%，的分压为Pa。
①平衡时生成的物质的量为_______。
②副反应的平衡常数_______(保留三位有效数字)。
20．（2022·河南·洛宁县第一高级中学高三开学考试）尿素 []是首个由无机物人工合成的有机物。
(1)在尿素合成塔中发生的反应可表示为；已知第一步反应为快速反应，，第二步反应为慢速反应，，则_______，下列图像能表示尿素合成塔中发生反应的能量变化历程的是_______(填标号)。
A． B． C． D．
(2)T℃，在2L的密闭容器中，通入和，保持体积不变，发生反应，10min时反应刚好达到平衡。测得起始压强为平衡时压强的1.5倍，则：
①的平衡转化率为_______。
②能说明上述反应达到平衡状态的是_______(填标号)。
A．
B．混合气体的密度不再发生变化
C．单位时间内消耗，同时生成
D．的体积分数在混合气体中保持不变
③若10min时保持温度和压强不变，再向容器中同时充入和，则此时平衡_______(填“正向移动”、“逆向移动”或“不移动”)。
(3)一定温度下，某恒容密闭容器中发生反应，若原料气中，测得m与的平衡转化率(α)的关系如图所示：
①若平衡时A点容器内总压强为，则上述反应的平衡常数_______。(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数)
②若平衡时A、B对应容器的压强相等，则A、B对应的容器中，起始时投入氨气的物质的量之比_______。
(4)用惰性电极电解尿素[]的碱性溶液可制取氢气，装置如图所示。则B为直流电源的_______极，写出该装置阳极的电极反应式：___________________。
21．（2022·专题练习）
(I)(1)已知在448℃时，反应H2(g)+I2(g)2HI(g)的平衡常数K1为49，则该温度下反应2HI(g)H2(g)+I2(g)的平衡常数K2为___________；反应1/2H2(g)+1/2I2(g)HI(g)的平衡常数K3为___________。
(Ⅱ)在一定体积的密闭容器中进行如下化学反应：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)，其化学平衡常数(K)和温度(t)的关系如下表所示：
回答下列问题：
(2)该反应的化学平衡常数表达式为K___________。
(3)能判断该反应达到化学平衡状态的依据是___________。
A．容器中压强不变
B．混合气体中c(CO)不变
C．v正(H2)=v逆(H2O)
D．c(CO2)=c(CO)
(4)某温度下，平衡浓度符合下式：c(CO2)·c(H2)=c(CO)·c(H2O)，试判断此时的温度为___________℃
(5)在800℃时，发生上述反应，某一时刻测得容器内各物质的浓度分别为c(CO2)为2ml·L-1，c(H2)为1.5ml·L-1，c(CO)为1ml·L-1，c(H2O)为3ml·L-1，此时反应_____达到平衡(填“是”或“否”)。
22．（2022·广东深圳·一模）丙烯是重要的有机合成原料。由丙烷制备丙烯是近年来研究的热点，主要涉及如下反应。
反应i：
反应ii：
回答下列问题：
(1)反应： △H3=___________。
(2)在刚性绝热容器中发生反应i，下列能说明已达到平衡状态的有___________(填标号)。
A．每断裂1 ml O=O键，同时生成4 mlO-H键
B．容器内温度不再变化
C．混合气体的密度不再变化
D．n(C3H8)=n(C3H6)
(3)在压强恒定为100 kPa条件下，按起始投料n(C3H8)：n(O2)=2：1，匀速通入装有催化剂的反应器中发生反应i和反应ii，其中不同温度下丙烷和氧气的转化率如图。
①线___________(填“L1”或“L2”)表示丙烷的转化率。
②温度高于T1K后曲线L2随温度升高而降低的原因为___________。
③当温度高于___________(填“T1”或“T2”)时，可判断反应ii不再发生，a点对应的温度下，丙烯的分压p(C3H6)=___________kPa(保留3位有效数字，下同)，反应i的平衡常数___________。(已知：分压p分=总压×该组分物质的量分数，对于反应，，其中、、、为反应平衡时各组分的分压)
(4)丙烷在碳纳米材料上脱氢的反应机理如图。
已知三步反应的活化能：反应I＞反应III＞反应II。则催化过程的决速反应为____(填“反应I”“反应II”或“反应III”)化学反应
mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)
是否平衡
混合物体系中各成分的含量
①各物质的物质的量或物质的量分数一定
平衡
②各物质的质量或质量分数一定
平衡
③各气体的体积或体积分数一定
平衡
④总体积、总压强、总物质的量一定
不一定平衡
正、逆反应速率之间的关系
①单位时间内消耗了m ml A，同时也生成了m ml A
平衡
②单位时间内消耗了n ml B，同时也消耗了p ml C
平衡
③v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝m∶n∶p∶q
不一定平衡
④单位时间内生成了n ml B，同时也消耗了q ml D
不一定平衡
压强
①其他条件一定、总压强一定，且m＋n≠p＋q
平衡
②其他条件一定、总压强一定，且m＋n＝p＋q
不一定平衡
混合气体的平均相对分子质量
①平均相对分子质量一定，且m＋n≠p＋q
平衡
②平均相对分子质量一定，且m＋n＝p＋q
不一定平衡
温度
任何化学反应都伴随着能量变化，当体系温度一定时
平衡
气体的密度
密度一定
不一定平衡
颜色
反应体系内有色物质的颜色稳定不变
平衡
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eq \a\vs4\al(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
选项
改变的条件
新平衡与原平衡比较
A
升高温度
X的转化率变小
B
增大压强
X的浓度变小
C
充入一定量Y
Y的转化率增大
D
使用适当催化剂
X的体积分数变小
改变条件
平衡移动方向
氢气的转化率
(增大、减小或不变)
氨气的体积分数
(增大、减小或不变)
增大氮气的浓度
增大氨气的浓度
升温
充入适量氩气
选项
实验目的
实验及现象
结论
A
比较和的水解常数
分别测浓度均为的和溶液的，后者大于前者
B
检验铁锈中是否含有二价铁
将铁锈溶于浓盐酸，滴入溶液，紫色褪去
铁锈中含有二价铁
C
探究氢离子浓度对、相互转化的影响
向溶液中缓慢滴加硫酸，黄色变为橙红色
增大氢离子浓度，转化平衡向生成的方向移动
D
检验乙醇中是否含有水
向乙醇中加入一小粒金属钠，产生无色气体
乙醇中含有水
选项
操作或做法
目的
A
将铜丝插入浓硝酸中
制备
B
将密闭烧瓶中的降温
探究温度对平衡移动的影响
C
将溴水滴入溶液中，加入乙醇并振荡
萃取溶液中生成的碘
D
实验结束，将剩余固体放回原试剂瓶
节约试剂
实验编号
反应物组成
a
粉末
b
粉
c
粉
饱和石灰水
d
粉
石灰乳
e
粉
粉末
甲
乙
丙
体积L
2
4
4
温度K
T1
T2
T3
起始n(H2)/ml
8.0
8.0
20.0
选项
实验目的
实验方法
A
证明与浓硫酸共热至170℃有乙烯生成
与浓硫酸共热至170℃，产生的气体通入酸性溶液
B
验证与KI的反应是可逆反应
向1 mL 0. 1溶液中滴加5 mL 0.1 KI溶液充分反应后，取少许混合液滴加KSCN溶液
C
检验乙醇中是否有水
向乙醇中加入一小粒金属钠
D
氧化性：
向NaBr溶液中滴加过量氯水，再加入淀粉KI溶液
实验序号
1
0.100
0.100
2
0.100
0.200
化学键
键能
436
745
960
463
t/℃
700
800
830
1000
1200
K
0.6
0.9
1.0
1.7
2.6