2020年高考化学一轮总复习文档：第七章第22讲化学平衡状态化学平衡的移动 学案

第22讲　化学平衡状态　化学平衡的移动　　　　　　　　　　　　　　　　　　

一、化学平衡状态

1．可逆反应

(1)概念：在相同条件下，既能向正反应方向进行，又能向逆反应方向进行的反应，叫做可逆反应。

(2)符号：可逆反应用“”符号，而不用“===”表示。

(3)特点：在相同条件下，正、逆反应同时进行，平衡时反应物的转化率小于100%。

2．化学平衡的建立

(1)概念：在一定条件下的可逆反应里，当正反应速率等于逆反应速率，反应混合物中各组分的浓度或质量分数保持不变的状态，称为化学平衡状态。

(2)化学平衡的建立

(3)化学平衡的特点

二、化学平衡的移动

1．化学平衡移动的过程

2．化学平衡移动

(1)化学平衡发生移动的根本原因：外界条件的改变造成了v正≠v逆，其具体情况如下：

①v正＞v逆，平衡向正反应方向移动。

②v正＝v逆，平衡不移动。

③v正＜v逆，平衡向逆反应方向移动。

(2)平衡移动原理——勒夏特列原理

①内容：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。

②具体应用

若其他条件不变，改变下列条件对平衡的影响如下：

1．判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”，并指明错因。

(1)2H2O2H2↑＋O2↑为可逆反应。(×)

错因：相同条件下，同时向正、逆两个方向进行的反应，才是可逆反应。

(2)恒温恒容下，反应A(g)＋B(g)C(g)＋D(g)体系压强不随时间而变，说明反应已达平衡状态。(×)

错因：该反应反应前后气体的总体积为定值，恒温、恒容时，无论反应是否达平衡，其压强均不变。

(3)达到化学平衡状态指的是反应停止了，不再反应了。(×)

错因：化学平衡是一种动态平衡，反应并没有停止。

(4)对于反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，若每消耗1 mol O2，同时生成2 mol SO2，则平衡正向移动。(×)

错因：对于反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，每消耗1 mol O2，同时生成2 mol SO2时，说明v正＝v逆，该反应达平衡状态。

(5)对于反应I2(g)＋H2(g)2HI(g)，若使体系颜色变浅，则平衡一定正向移动。(×)

错因：对于反应I2(g)＋H2(g)2HI(g)增大体积，颜色变浅，但平衡不移动。

(6)对于反应2A(g)＋B(g)2C(g)，当v(A)正＝v(B)逆时，平衡不移动。(×)

错因：当v(A)正＝2v(B)逆时，平衡不移动。

(7)合成氨反应需使用催化剂，说明催化剂可以促进该平衡向生成氨的方向移动。(×)

错因：催化剂不能改变平衡移动的方向。

2．教材改编题

(据人教必修二P53 T2)在密闭容器中进行的如下反应：2SO2＋O22SO3，下列有关说法中正确的是(　　)

A．使用催化剂可以加快反应速率，提高SO2的转化率

B．在上述条件下，SO2可以完全转化为SO3

C．适当提高O2的浓度，可以提高SO2的转化率

D．反应达到平衡时，c(SO2)∶c(O2)∶c(SO3)＝2∶1∶2

答案　C

3．教材改编题

(据人教选修四P32 T5)一定温度下，对可逆反应A(g)＋2B(g)3C(g)的下列叙述中，能说明反应已达到平衡的是(　　)

A．单位时间内消耗a mol A，同时生成3a mol C

B．容器内B的浓度不再变化

C．混合气体的物质的量不再变化

D．A的消耗速率等于C的生成速率的倍

答案　B

4．教材改编题

(据人教选修四P32 T6)在一密闭容器中，反应aA(g)bB(g)＋cC(g)达到平衡后，保持温度不变，将容器体积增加一倍，最终测得A的物质的量的浓度为原来的50%，则(　　)

A．平衡向正反应方向移动   B．a>b＋c

C．物质B的质量分数增大   D．以上判断都错误

答案　D

考点　可逆反应的特点

[典例1]　在一个密闭容器中发生如下反应：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 mol·L－1、0.2 mol·L－1、0.2 mol·L－1，当反应达到平衡时，可能出现的数据是(　　)

A．c(SO3)＝0.4 mol·L－1

B．c(SO2)＝c(SO3)＝0.15 mol·L－1

C．c(SO2)＝0.25 mol·L－1

D．c(SO2)＋c(SO3)＝0.5 mol·L－1

解析　　　　  2SO2(g)　 ＋ 　O2(g)　　　 2SO3(g)

c(某时刻)    0.2 mol·L－1     0.2 mol·L－1      0.2 mol·L－1

向右进行完全    0          0.1 mol·L－1       0.4 mol·L－1

向左进行完全  0.4 mol·L－1     0.3 mol·L－1  　     0

A项，由于反应为可逆反应，SO3的浓度一定小于0.4 mol·L－1，故A错误；B项，SO2与SO3浓度不会均为0.15 mol·L－1，只能一种物质的浓度增大，另一种物质的浓度减小，故B错误；C项，由于反应为可逆反应，SO3的浓度一定小于0.4 mol·L－1，大于0，则可能为0.25 mol·L－1，故C正确；D项，根据元素守恒，c(SO2)＋c(SO3)＝0.4 mol·L－1，故D错误。

答案　C

名师精讲

极端假设法确定物质的浓度范围

(1)原理：可逆反应不可能进行完全，反应体系各物质同时存在。

(2)假设反应正向或逆向进行到底，求出各物质浓度的最大值和最小值，从而确定它们的浓度范围。如可逆反应：X2(g)＋Y2(g)2Z(g)的起初浓度：c(X2)＝0.1 mol/L，c(Y2)＝0.3 mol/L，c(Z)＝0.2 mol/L，一定条件下达平衡时，各物质的浓度范围的判断方法：

假设反应正向进行到底：X2(g)＋Y2(g)2Z(g)

起始浓度(mol·L－1)　    0.1　　 0.3　 　0.2

改变浓度(mol·L－1)      0.1     0.1     0.2

终态浓度(mol·L－1)      0      0.2     0.4

假设反应逆向进行到底：X2(g)＋Y2(g)2Z(g)

起始浓度(mol·L－1)　    0.1　　 0.3　 　0.2

改变浓度(mol·L－1)    0.1     0.1     0.2

终态浓度(mol·L－1)     0.2    0.4      0

平衡体系中各物质的浓度范围为：0<c(X2)<0.2；

0．2<c(Y2)<0.4；0<c(Z)<0.4。

1．可逆反应N2＋3H22NH3，在容积为10 L的密闭容器中进行，开始时加入2 mol N2和3 mol H2，达平衡时，NH3的浓度不可能达到(　　)

A．0.1 mol·L－1  B．0.2 mol·L－1

C．0.05 mol·L－1   D．0.15 mol·L－1

答案　B

解析　2 mol N2和3 mol H2反应，假设反应能够进行到底，则3 mol H2完全反应，生成2 mol NH3，此时NH3的浓度为0.2 mol·L－1，但由于是可逆反应，不能完全反应，所以NH3的浓度达不到0.2 mol·L－1。

2．(2018·长沙一中月考)一定条件下，对于可逆反应X(g)＋3Y(g)2Z(g)，若X、Y、Z的起始浓度分别为c1、c2、c3(均不为零)，达到平衡时，X、Y、Z的浓度分别为0.1 mol·L－1、0.3 mol·L－1、0.08 mol·L－1，则下列判断正确的是(　　)

A．c1∶c2＝3∶1

B．平衡时，Y和Z的生成速率之比为2∶3

C．X、Y的转化率不相等

D．c1的取值范围为0<c1<0.14 mol·L－1

答案　D

解析　平衡浓度之比为1∶3，转化浓度亦为1∶3，故c1∶c2＝1∶3，A、C不正确；平衡时Y生成表示逆反应速率，Z生成表示正反应速率且v生成(Y)∶v生成(Z)应为3∶2，B不正确；由可逆反应的特点可知0<c1<0.14 mol·L－1。

考点　化学平衡及其特点

[典例2]　(2018·岳阳模拟)在恒温、容积为2 L的密闭容器中加入1 mol CO2和3 mol H2，发生如下反应：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH<0。可认定该可逆反应在一定条件下已达到化学平衡状态的是(　　)

A．容器中CO2、H2、CH3OH、H2O的物质的量之比为1∶3∶1∶1

B．v正(CO2)＝3v逆(H2)

C．容器内混合气体平均相对分子质量保持不变

D．容器中CO2、H2、CH3OH、H2O的物质的量浓度都相等

解析　因为反应前后气体的物质的量不等，所以相对分子质量随着反应进行而改变，当平均相对分子质量不变时，反应达到平衡。

答案　C

名师精讲

判断化学平衡状态的方法

1．“逆向相等”：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．“变量不变”：如果一个量是随反应进行而改变的，当该量不变时为平衡状态；一个随反应的进行始终保持不变的量，不能作为是否达到平衡状态的判断依据。

以mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)为例：

3．将一定量纯净的氨基甲酸铵置于密闭真空恒容容器中(固体试样体积忽略不计)，在恒定温度下使其达到分解平衡：NH2COONH4(s)2NH3(g)＋CO2(g)。判断该分解反应已经达到化学平衡的是(　　)

A．2v(NH3)＝v(CO2)

B．密闭容器中c(NH3)∶c(CO2)＝2∶1

C．密闭容器中混合气体的密度不变

D．密闭容器中氨气的体积分数不变

答案　C

解析　该反应为气体物质的量增加的反应，且容器体积不变，所以压强、密度均可作标志，该题应特别注意D项，因为该反应为固体的分解反应，所以NH3、CO2的体积分数始终为定值。

4．在一个恒容绝热的密闭容器中，发生可逆反应：M(？)＋2N(g)P(g)＋Q(g)　ΔH＞0，已知M的状态未知，则反应达到平衡的标志是(　　)

①当物质M、N、P的体积分数比为1∶1∶1时　②混合气体的密度不变时　③体系的温度不变时　④反应速率2v(N)正＝v(Q)逆时　⑤体系的压强不变时　⑥气体的平均相对分子质量不变时

A．①③④  B．③⑥  C．②③⑥  D．③④⑤

答案　B

解析　若M是气体，当物质M、N、P的体积分数比不变时达到平衡状态，不变并不一定等于化学计量数之比，①错误；若M是气体，反应前后密度恒定，此时混合气体的密度不变不能说明反应达到平衡状态，②错误；因为是恒容绝热容器，反应过程中伴随着热效应，因而体系温度会发生变化，当温度不变时，说明反应达到平衡状态，③正确；v(N)正＝2v(Q)逆时才达到平衡状态，④错误；当M不是气体时，反应前后气体体积不变，此时压强不变不能说明达到平衡状态，⑤错误；若M是气体，反应正向进行，气体物质的量减小，气体质量不变，则气体的平均相对分子质量增大，若M不是气体，反应正向进行，气体质量增大，气体物质的量不变，气体的平均相对分子质量增大，因而无论M是什么状态，当气体的平均相对分子质量不变时均可说明反应达到平衡状态，⑥正确。

考点　化学平衡移动及影响因素

[典例3]　在一体积可变的密闭容器中，加入一定量的X、Y，发生反应mX(g)nY(g)　ΔH＝Q kJ·mol－1。反应达到平衡时，Y的物质的量浓度与温度、气体体积的关系如下表所示：

下列说法正确的是(　　)

A．m>n

B．Q<0

C．温度不变，压强增大，Y的质量分数减少

D．体积不变，温度升高，平衡向逆反应方向移动

解析　温度不变时(假设100 ℃条件下)，体积是1 L时，Y的物质的量为1 mol，体积为2 L时，Y的物质的量为0.75 mol·L－1×2 L＝1.5 mol，体积为4 L时，Y的物质的量为0.53 mol·L－1×4 L＝2.12 mol，说明体积越小，压强越大，Y的物质的量越小，Y的质量分数越小，平衡向生成X的方向进行，m<n，A项错误，C项正确；体积不变时，温度越高，Y的物质的量浓度越大，说明升高温度，平衡向生成Y的方向移动，则Q>0，B、D两项错误。

答案　C

名师精讲

1．正确地理解和应用勒夏特列原理

化学平衡移动的目的是“减弱”外界条件的改变，而不是“抵消”外界条件的改变，改变是不可逆转的。新平衡时此物理量更靠近于改变的方向。如①增大反应物A的浓度，平衡右移，A的浓度在增大的基础上减小，但达到新平衡时，A的浓度一定比原平衡大；②若将体系温度从50 ℃升高到80 ℃，则化学平衡向吸热反应方向移动，达到新的平衡状态时50 ℃<T<80 ℃；③若对体系N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)加压，例如从30 MPa加压到60 MPa，化学平衡向气体分子数减小的方向移动，达到新的平衡时30 MPa<p<60 MPa。

2．平衡移动的几种特殊情况

(1)改变固体或纯液体的量，对化学平衡没影响。

(2)“惰性气体”对化学平衡的影响。

①恒温、恒容条件：

3．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。

同倍增大c(A)和c(B)

(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)

5．对可逆反应：2A(s)＋3B(g)C(g)＋2D(g)　ΔH<0，在一定条件下达到平衡，下列有关叙述正确的是(　　)

①增加A的量，平衡向正反应方向移动　②升高温度，平衡向逆反应方向移动，v(正)减小　③压强增大一倍，平衡不移动，v(正)、v(逆)均增大　④增大B的浓度，v(正)>v(逆)　⑤加入催化剂，B的转化率提高

A．①②  B．只有④  C．只有③  D．③④

答案　D

解析　因A是固体，其浓度可视为常数，增加A的量，平衡不移动，①错；升高温度，平衡向吸热反应方向(即逆向)移动，但v(正)也增大，只是增大的程度小于v(逆)增大的程度，使v(正)<v(逆)，②错；因反应前后气体体积不变，增大压强平衡不移动，但v(正)、v(逆)同等程度增大，③正确；增大B的浓度，平衡正向移动，v(正)>v(逆)，④对；加入催化剂，平衡不移动，B的转化率不变，⑤错。

6．(2018·亳州第二次联考)在t ℃时，向a L密闭容器中加入1.6 mol HI(g)，发生反应2HI(g)H2(g)＋I2(g)　ΔH>0，H2的物质的量随时间的变化如图所示，下列有关说法中正确的是(　　)

A．平衡时，I2蒸气的体积分数为25%

B．若在1.5 min时降低温度，则反应将向左进行

C．平衡后若升高温度，v正增大，v逆减小

D．平衡后向容器中加入一定量的H2后，平衡向左移动，H2的体积分数减小

答案　A

解析　该反应反应前后气体体积不变，由图可知，平衡时n(H2)＝0.4 mol，则有n(I2)＝0.4 mol，故I2蒸气的体积分数为×100%＝25%，A正确；1.5 min时反应未达到平衡状态，降低温度，反应速率减慢，但反应仍向右进行，直至平衡，B错误；平衡后若升高温度，v正、v逆均增大，但v正增大的程度大于v逆，平衡向右移动，C错误；平衡后加入H2，平衡向左移动，根据勒夏特列原理可知，达到新平衡后，c(H2)仍比原来大，则新平衡后H2的体积分数增大，D错误。