2020版高考一轮复习化学江苏专版学案：专题五第二十讲化学平衡的移动化学反应的方向

第二十讲
化学平衡的移动
化学反应的方向
[江苏考纲要求]
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1．理解浓度、温度、压强、催化剂等对化学平衡影响的一般规律。
2．认识化学平衡的调控在生产、生活和科学研究领域中的重要作用。
化学平衡的移动



[教材基础—自热身]
1．化学平衡的移动
可逆反应达到平衡状态后，若外界条件(温度、压强、浓度等)发生改变，正、逆反应速率发生改变而不再相等，化学平衡被破坏，混合物中各组分的浓度也会随之改变，在一段时间后会达到新的平衡状态，这种由原平衡状态向新平衡状态的变化过程，叫作化学平衡的移动，可用下图表示过程：

2．化学平衡移动的方向与反应速率的关系
改变条件，若：
(1)v正>v逆，平衡向正反应方向移动(向右移动)。
(2)v正＝v逆，平衡不移动。
(3)v正 3．影响化学平衡的外界因素
若其他条件不变，改变下列条件对化学平衡的影响如下：
条件的改变(其他条件不变)
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(对于有气体存在的反应)
反应前后气体的分子数改变的可逆反应
增大压强
向气体分子数减少的方向移动
减小压强
向气体分子数增多的方向移动
反应前后气体的分子数不变的可逆反应
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
催化剂
加入催化剂
平衡不移动
4.勒夏特列原理(平衡移动原理)
如果改变影响化学平衡的一个外界条件(温度、浓度、压强等)，平衡将向减弱这种改变的方向移动。
[注意]　(1)增大或减小固体或纯液体的量，平衡不移动，因为固体或纯液体的浓度为常数。
(2)化学平衡正向移动时，反应物的转化率不一定增大。例如有两种反应物A和B时，若增大A的浓度，平衡右移，B的转化率增大，但A的转化率减小。
(3)升高温度时，正、逆反应速率都增大，但吸热方向反应增大的幅度大于放热反应方向的幅度，因此平衡向吸热反应方向移动。
[知能深化—扫盲点]
提能点(一)　化学平衡移动方向的判断
对于一定条件下的可逆反应
甲：A(g)＋B(g)C(g)　ΔH<0
乙：A(s)＋B(g)C(g)　ΔH<0
丙：A(g)＋B(g)2C(g)　ΔH>0
达到化学平衡后，改变条件，按要求回答下列问题：
(1)升温，平衡移动方向分别为(填“向左”“向右”或“不移动”)甲__________；乙__________；丙__________，混合气体的平均相对分子质量变化分别为(填“增大”“减小”或“不变”)甲________；乙________；丙________。
(2)加压，使体系体积缩小为原来的
①平衡移动方向(填“向左”“向右”或“不移动”)
甲________；乙________；丙________。
②设压缩之前压强分别为p甲、p乙、p丙，压缩后压强分别为p′甲、p′乙、p′丙，则p甲与p′甲，p乙与p′乙；p丙与p′丙的关系分别为甲____________；乙____________；丙____________。
③混合气体的平均相对分子质量变化分别为(填“增大”“减小”或“不变”)甲________；乙________；丙________。
答案：(1)向左　向左　向右　减小　减小　不变
(2)①向右　不移动　不移动　②p甲 [题后归纳]
分析化学平衡移动方向问题的基本思路

提能点(二)　条件改变时化学平衡移动结果的判断
一定条件下，向一容积固定的密闭容器中通入2 mol SO2和1 mol O2，发生2SO2＋O22SO3　ΔH<0，一段时间后达到平衡，SO2、O2、SO3的物质的量分别为a mol、b mol、c mol，按要求回答下列问题。
(1)平衡后，通入2 mol SO2，则SO2的转化率________，O2的转化率________。(填“增大”“减小”或“不变”，下同)
(2)平衡后，通入2 mol SO2,1 mol O2，则SO2的转化率________，O2的转化率________，SO2的百分含量________，O2的百分含量________，SO3的百分含量________。
(3)平衡后，通入a mol SO2，b mol O2，c mol SO3，则SO2的转化率________，O2的转化率________，SO2的百分含量________，O2的百分含量_______，SO3的百分含量_______。
(4)平衡后，通入2 mol SO3，则平衡向________(填“正反应”或“逆反应”)移动，SO2的百分含量________，O2的百分含量________，SO3的百分含量________。
(5)平衡后，升温，则SO2转化率________，O2的转化率________，SO2的百分含量________，O2的百分含量_______，SO3的百分含量________。
答案：(1)减小　增大　(2)增大　增大　减小　减小　增大　(3)增大　增大　减小　减小　增大　(4)逆反应　减小　减小　增大　(5)减小　减小　增大　增大　减小
[题后归纳]
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。
(1)若增大反应物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 ℃ (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 提能点(三)　化学平衡移动的几种特殊情况
1．对于反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，达到平衡时，恒容恒温条件下，充入He，平衡不移动；恒温恒压下，充入He，平衡向左移动。
2．对于C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)，达到平衡后，又加入一定量的C(s)，平衡不移动。
3．对于aA(g)bB(g)类反应，达到平衡后，保持温度、容积不变，又加入一定量的A，平衡移动的方向和A的转化率的变化如表所示：
类型
示例
改变
分析
移动结果
a PCl5(g)PCl3(g)＋Cl2(g)
又充入PCl5
c(PCl5)增大，v正>v逆，但压强增大不利于PCl5的分解，平衡正移
α(PCl5)减小，
φ(PCl5)增大
a＝b
2HI(g)H2(g)＋I2(g)
又充入HI
c(HI)增大，v正>v逆，压强增大，对v正、v逆的影响相同，平衡正移
α(HI)、φ(HI)不变
a>b
2NO2(g)N2O4(g)
又充入NO2
c(NO2)增大，v正>v逆，同时压强的增大更有利于NO2的转化，平衡正移
α(NO2)增大，
φ(NO2)减小

[题后归纳]
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：
原平衡体系体系总压强增大―→体系中各组分的浓度不变―→平衡不移动。
(2)恒温、恒压条件：

[题点全练—过高考]
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
题点一　化学平衡的定向移动
1．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＋H2OHBr＋HBrO，当加入硝酸银溶液后，溶液颜色变浅
B．合成氨反应(正反应为放热反应)，为提高氨的产率，理论上应采取降低温度的措施
C．反应CO(g)＋NO2(g)CO2(g)＋NO(g)(正反应为放热反应)，达平衡后，升高温度体系颜色变深
D．对于2HI(g)H2(g)＋I2(g)，达平衡后，缩小容器体积可使体系颜色变深
解析：选D　加入硝酸银溶液后，生成AgBr沉淀，溴离子浓度减小，平衡向正反应方向移动，溶液颜色变浅，可用勒夏特列原理解释；合成氨反应为放热反应，降低温度有利于平衡向正反应方向移动，可用勒夏特列原理解释；C项，正反应为放热反应，升高温度平衡向逆反应方向移动，体系颜色变深，可用勒夏特列原理解释；对于2HI(g)H2(g)＋I2(g)，因反应前后气体的体积不变，改变压强不会使平衡移动，不能用勒夏特列原理解释。
2．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
解析：选B　由反应方程式判断，该反应正反应是气体分子数增多的吸热反应。故升温、减压及恒压通入惰性气体可提高COCl2的转化率。
题点二　化学平衡移动的结果判断
3．一定温度下，某恒温密闭容器中存在如下平衡：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH<0减小压强后，下列说法错误的是(　　)
A．平衡常数不变 B．n(O2)增大
C．SO2的体积分数增大 D．c(SO2)增大
解析：选D　温度不变，平衡常数不变，A正确；该反应是气体体积减小的反应，减小压强，该平衡向逆反应方向移动，n(O2)和n(SO2)增大，SO2的体积分数增大，B、C正确；由K＝可知，减小压强该平衡逆向移动，c(SO3)减小，但K不变，故c(SO2)也减小，D错误。
4．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：
气体体积/L
c (Y)/(mol·L－1)

1
2
4
100
1.00
0.75
0.53
200
1.20
0.90
0.63
300
1.30
1.00
0.70

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：选C　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，m0，B、D项错误。
5．将等物质的量的X、Y气体充入某固定容积的密闭容器中，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。当改变某个条件建立新的平衡时，下表中关于新平衡与原平衡的比较正确的是(　　)
选项
改变条件
新平衡与原平衡比较
A
向容器中充入He
X的转化率变大
B
增大压强
X的浓度变大
C
充入一定量Y
Y的转化率增大
D
使用适当催化剂
X的体积分数变大

解析：选B　A项，等容条件下，充入非反应气体，各组分的浓度不变，平衡不移动，X的转化率不变，错误；B项，增大压强，平衡虽然右移，但各组分的浓度增大，正确；C项，充入一定量Y，平衡右移，但是Y的总量增加，Y的转化率减小，错误；D项，使用催化剂，对化学平衡无影响，X的体积分数不变，错误。
[规律方法]
在分析化学平衡移动对颜色、压强、浓度等变化时，可以给自己建立一个平台，“假设平衡不移动”，然后在此平台的基础上进行分析、比较，就容易得到正确答案。
化学平衡图像



[知能深化—扫盲点]

速率—压强(或温度)图像

曲线的意义是外界条件(如温度、压强等)对正、逆反应速率影响的变化趋势及变化幅度。图中交点M是平衡状态，压强继续增大，正反应速率增大得快，平衡正向移动。
[对点练]
1．在密闭容器中进行反应：X(g)＋3Y(g)2Z(g)，有关下列图像的说法不正确的是(　　)

A．依据图a可判断该反应的正反应为放热反应
B．在图b中，虚线可表示使用了催化剂
C．若正反应的ΔH<0，图c可表示升高温度使平衡向逆反应方向移动
D．由图d中气体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
解析：选D　A项，由图a可以看出，升高温度时逆反应速率比正反应速率增大的快，平衡逆向移动，所以正反应为放热反应，正确；B项，催化剂可缩短达到平衡的时间，而不能改变反应物的平衡转化率，正确；C项，由图c可以看出，改变条件后，正、逆反应速率均增大且逆反应速率增大的幅度大，平衡逆向移动，若正反应的ΔH<0，则升高温度平衡逆向移动，正确；D项，由图d可以看出，升高温度时气体的平均相对分子质量减小，则说明平衡逆向移动，正反应为放热反应，即ΔH<0，错误。


转化率(或百分含量)—时间—温度(或压强)图像
已知不同温度或压强下，反应物的转化率α(或百分含量)与时间的关系曲线，推断温度的高低及反应的热效应或压强的大小及气体物质间的化学计量数的关系。[以A(g)＋B(g)C(g)中反应物的转化率αA为例说明]

解答这类图像题时应注意以下两点：
(1)“先拐先平，数值大”原则
分析反应由开始(起始物质相同时)达到平衡所用时间的长短可推知反应条件的变化。
①若为温度变化引起，温度较高时，反应达平衡所需时间短。如图甲中T2＞T1。
②若为压强变化引起，压强较大时，反应达平衡所需时间短。如图乙中p1＞p2。
③若为是否使用催化剂，使用适宜催化剂时，反应达平衡所需时间短。如图丙中a使用催化剂。
(2)正确掌握图像中反应规律的判断方法
①图甲中，T2>T1，升高温度，αA降低，平衡逆向移动，正反应为放热反应。
②图乙中，p1>p2，增大压强，αA升高，平衡正向移动，则正反应为气体体积缩小的反应。
③若纵坐标表示A的百分含量，则甲中正反应为吸热反应，乙中正反应为气体体积增大的反应。
[对点练]
2．在相同温度下，将H2和N2两种气体按不同比例通入相同的恒容密闭容器中，发生反应：3H2＋N22NH3。 表示起始时H2和N2的物质的量之比，且起始时H2和N2的物质的量之和相等。下列图像正确的是(　　)

解析：选D　随着 的增大，H2含量增多，H2的平衡转化率降低，N2的平衡转化率增大，混合气体的质量减小，混合气体的密度减小。

恒温线(或恒压线)图像
已知不同温度下的转化率—压强图像或不同压强下的转化率—温度图像，推断反应的热效应或反应前后气体物质间化学计量数的关系。[以反应A(g)＋B(g)C(g)中反应物的转化率αA为例说明]

解答这类图像题时应注意以下两点：
(1)“定一议二”原则：可通过分析相同温度下不同压强时反应物A的转化率大小来判断平衡移动的方向，从而确定反应方程式中反应物与产物气体物质间的化学计量数的大小关系。如甲中任取一条温度曲线研究，压强增大，αA增大，平衡正向移动，正反应为气体体积减小的反应，乙中任取横坐标一点作横坐标的垂直线，也能得出相同结论。
(2)通过分析相同压强下不同温度时反应物A的转化率的大小来判断平衡移动的方向，从而确定反应的热效应。如利用上述分析方法，在甲中作横坐标的垂直线，乙中任取一曲线，即能分析出正反应为放热反应。
[对点练]
3．某化学科研小组研究在其他条件不变时，改变某一条件对化学平衡的影响，得到如下变化规律(图中p表示压强，T表示温度，n表示物质的量)。

根据以上规律判断，下列结论正确的是(　　)
A．反应Ⅰ：ΔH＞0，p2＞p1
B．反应Ⅱ：ΔH＜0，T1＜T2
C．反应Ⅲ：ΔH＞0，T2＞T1或ΔH＜0，T2＜T1
D．反应Ⅳ：ΔH＜0，T2＞T1
解析：选C　反应Ⅰ中温度升高，A的平衡转化率降低，说明平衡向逆反应方向移动，故正反应是放热反应，ΔH＜0，压强增大平衡向正反应方向移动，A的转化率升高，故p2＞p1，A错误；反应Ⅱ中T1温度下反应先达到平衡，说明T1＞T2，温度降低，n(C)增大，说明平衡向正反应方向移动，故正反应是放热反应，ΔH＜0，B错误；反应Ⅳ中，若T2＞T1，则温度高，A的平衡转化率增大，说明平衡向正反应方向移动，正反应是吸热反应，ΔH＞0，D错误。


几种特殊的图像
(1)对于化学反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，M点前，表示化学反应从反应物开始，则v正 >v逆；M点为刚达到的平衡点。M点后为平衡受温度的影响情况，即升温，A%增大(C%减小)，平衡逆向移动，ΔH<0。

(2)对于化学反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，L线上所有的点都是平衡点。
左上方(E点)，A%大于此压强时平衡体系中的A%，E点必须向正反应方向移动才能达到平衡状态，所以，E点v正>v逆；则右下方(F点)v正 [对点练]
4．将I2溶于KI溶液中，能配制成浓度较大的碘水，主要是发生了反应：I2(aq)＋I－(aq)I(aq)。该平衡体系中，I的物质的量浓度与温度(T)的关系如图所示(曲线上的任何一点都代表平衡状态)。下列说法正确的是 (　　)
A．反应速率：vM>vP
B．平衡常数：KN C．M、N两点相比，M点的c(I－)大
D．Q点时，v正>v逆
解析：选D　A中，温度越高，反应速率越大，vMKP；C中，M、N两点相比，M点温度低于N点温度，升温，平衡左移，所以M点的 c(I－)小。
[题后归纳]
1．解化学图像题的“三步骤”

2．解化学平衡图像题的“五项注意”
(1)注意曲线上的特殊点，如与坐标轴的交点、多条曲线的交点、拐点、极值点等。
(2)注意曲线坡度的“平”与“陡”，并弄清其意义。
(3)注意弄清高温、高压时反应速率快，有利于先达到平衡，即“先拐先平”。也就是说其他条件不变时，较高温度或较大压强时达到平衡所用的时间短。
(4)注意运用图像中浓度(或物质的量)的变化来确定反应中化学计量数的关系，即化学计量数之比等于同一时间内各反应物、生成物的浓度(或物质的量)变化量之比。
(5)对时间—速率图像，注意分清曲线的连续性、跳跃性，是“渐变”还是“突变”，是“大变”还是“小变”，是“变大”还是“变小”，变化后是否仍然相等等情况，才可确定对应改变的条件是什么及如何改变。
[题点全练—过高考]
1．可逆反应mA(g)＋nB(g)xC(g)在不同温度及压强(p1和p2)条件下反应物A的转化率的变化情况如图所示。下列判断正确的是(　　)

A．正反应吸热，m＋n B．正反应吸热，m＋n>x
C．正反应放热，m＋n D．正反应放热，m＋n>x
解析：选D　根据图像，随着温度的升高，A的转化率减小，说明升温平衡逆向移动，正反应为放热反应；从第一个图像看出在p1下先达到平衡，可知p1>p2，则增大压强时，A的转化率增大，说明加压平衡正向移动，m＋n>x。
2．根据下列有关图像，说法正确的是(　　)


A．由图甲知，反应在T1、T3处达到平衡，且该反应的ΔH＜0
B．由图乙知，反应在t6时，NH3体积分数最大
C．由图乙知，t3时采取的措施是降低反应温度
D．图丙在10 L容器、850 ℃反应到4 min时，放出 51.6 kJ的热量
解析：选D　由图甲可知，T2时处于化学平衡状态，升高温度，Z%减少，X%增多，所以ΔH＜0，A错误；由图乙可知，反应自t3开始一直在向逆反应方向移动，所以t6时NH3的体积分数最小，B错误；由图乙可知，t3时如果降低温度，平衡向正反应方向移动，则v正>v逆，C错误；由图丙可知，反应进行到4 min 时，消耗的反应物的物质的量为0.12 mol·L－1×10 L＝1.2 mol，所以放出的热量为 51.6 kJ，D正确。
3．一定条件下，CH4与H2O(g)发生反应：CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)。设起始＝Z，在恒压下，平衡时CH4的体积分数φ(CH4)与Z和T(温度)的关系如图所示 。下列说法正确的是(　　)
A．该反应的焓变ΔH＞0
B．图中Z的大小为a＞3＞b
C．图中X点对应的平衡混合物中＝3
D．温度不变时，图中X点对应的平衡在加压后φ(CH4)减小
解析：选A　A．根据图示知温度越高，CH4的体积分数越小，说明平衡向右移动，所以该反应的焓变ΔΗ＞0，正确；B.相同条件下Z越大，平衡时CH4的体积分数越小，所以图中Z的大小为b＞3＞a，错误；C.起始时＝3，反应过程中H2O和CH4等量减小，所以平衡时＞3，错误；D.温度不变时，加压平衡逆向移动，甲烷的体积分数增大，错误。
4．(2016·全国卷Ⅱ)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)＋O2(g)===C3H3N(g)＋3H2O(g)　ΔH＝－515 kJ·mol－1
②C3H6(g)＋O2(g)===C3H4O(g)＋H2O(g)ΔH＝－353 kJ·mol－1
两个反应在热力学上趋势均很大，其原因是________________________________；
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

(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：(1)由热化学方程式可知，反应①气体分子数增加，是一个熵增的放热反应，反应②气体分子数不变，是一个熵变化不大但放热量较大的反应，在热力学上都属于自发进行的反应。由于反应①是一个气体分子数增加的放热反应，降温、减压均有利于提高丙烯腈的平衡产率。有机反应中要提高某反应的选择性，关键是选择合适的催化剂。(2)由于反应①是放热反应，温度降低，平衡右移，丙烯腈的平衡产率应增大，因此图(a)中460 ℃以下的产率不是对应温度下的平衡产率。反应①的平衡常数随温度的升高而变小，反应的活化能不受温度的影响，故当温度高于460 ℃时，丙烯腈的产率降低的可能原因是催化剂活性降低和副反应增多。(3)由图(b)可知，当n(氨)/n(丙烯)＝1 时，丙烯腈的产率最高，而丙烯醛的产率已趋近于0，如果n(氨)/n(丙烯)再增大，丙烯腈的产率反而降低，故最佳n(氨)/n(丙烯)约为1。空气中O2的体积分数约为，结合反应①方程式及最佳n(氨)/n(丙烯)约为1可知，进料气氨、空气、丙烯的理论体积比应为1∶∶1＝1∶7.5∶1。
答案：(1)两个反应均为放热量大的反应　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
等效平衡



[教材基础—自热身]
1．含义
在一定条件下(恒温恒容或恒温恒压)，对同一可逆反应体系，起始时加入物质的物质的量不同，而达到化学平衡时，同种物质的百分含量相同。
2．原理
同一可逆反应，当外界条件一定时，反应无论从正反应开始，还是从逆反应开始，最后都能达到平衡状态。其中平衡混合物中各物质的含量相同。
由于化学平衡状态与条件有关，而与建立平衡的途径无关。因而，同一可逆反应，从不同的状态开始，只要达到平衡时条件(温度、浓度、压强等)完全相同，则可形成等效平衡。
3．等效平衡规律
等效类型
①
②
③
条件
恒温恒压
恒温恒容
恒温恒容
反应的特点
任何可逆反应
任何可逆反应
反应前后气体分子数相等
起始投料
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”相同
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(气体)
相同
成比例
物质的量(n)
成比例
相同
成比例

[知能深化—扫盲点]

恒温恒压条件下等效平衡的应用


[典例1]　在恒温恒压条件下，可逆反应2A(g)＋B(g)3C(g)＋D(g)起始物质的量如表所示：
序号
A
B
C
D
①
2 mol
1 mol
0
0
②
4 mol
2 mol
0
0
③
1 mol
0.5 mol
1.5 mol
0.5 mol
④
0
1 mol
3 mol
1 mol
⑤
0
0
3 mol
1 mol

(1)上述反应达到平衡时，互为等效平衡的是哪几组？达到平衡后，哪些量相同？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)达到平衡后，①放出的热量为Q1 kJ，②放出的热量为Q2 kJ，则Q1和Q2的定量关系为________。
[答案]　(1)①②③⑤互为等效平衡。表现在达到平衡后物质的量浓度、各组分百分含量(物质的量分数、质量分数、体积分数)相同　(2)Q2＝2Q1
[题后归纳]　
恒温恒压下等效平衡的分析方法——虚构箱体法
对某一可逆反应，无论反应前后气体体积是否相等，改变起始时加入物质的物质的量，只要按化学计量数换算成同一半边的物质的物质的量，若物质的量之比与对应组分起始加入的物质的量之比相同，则达到的平衡与原平衡等效。如在恒温、恒压条件下，可逆反应：
　　2SO2(g)　 ＋ 　O2(g)2SO3(g)
① 2 mol 1 mol 0 mol
② 4 mol 2 mol 0 mol
③ 0 mol 0 mol 4 mol
④ 2 mol 1 mol 2 mol
①②的图示如下：

对于不是恒压的条件，也可以利用此模型，即先在恒压条件下建立等效平衡然后再压缩，比如上述①③若在恒容条件下比较，可以先在恒压条件下比较出二者是等效的，各物质的百分含量是相同的，然后再将③的容器压缩至一半，则分析出再次平衡后SO3的体积分数会增大。
[对点练]
1．恒温恒压下，在一个容积可变的密闭容器中发生反应：A(g)＋B(g)C(g)，若开始时通入1 mol A和1 mol B，达到平衡时生成a mol C。则下列说法错误的是(　　)
A．若开始时通入3 mol A和3 mol B，达到平衡时，生成C的物质的量为3a mol
B．若开始时通入4 mol A、4 mol B和2 mol C，达到平衡时，B的物质的量一定大于4 mol
C．若开始时通入2 mol A、2 mol B和1 mol C，达到平衡时，再通入3 mol C，则再次达到平衡后，C的物质的量分数为
D．若在原平衡体系中，再通入1 mol A和1 mol B，混合气体的平均相对分子质量不变
解析：选B　选项A，开始时通入3 mol A和3 mol B，由于容器体积膨胀，保持恒压，相当于将三个原容器叠加，各物质的含量与原平衡中的相同，C的物质的量为3a mol；选项B，无法确定平衡移动的方向，不能确定平衡时B的物质的量一定大于4 mol；选项C，根据题给数据可算出达到平衡时C的物质的量分数为；选项D，题给条件下混合气体的平均相对分子质量不变。


恒温恒容条件下等效平衡的应用

[典例2]　在恒温恒容条件下，可逆反应：2A(g)＋B(g)3C(g)＋D(g)　ΔH＝
－Q1 kJ·mol－1(Q1>0)，起始物质的量如表所示：
序号
A
B
C
D
①
2 mol
1 mol
0
0
②
4 mol
2 mol
0
0
③
1 mol
0.5 mol
1.5 mol
0.5 mol
④
0
1 mol
3 mol
1mol
⑤
0
0
3 mol
1 mol
(1)上述反应达到平衡时，互为等效平衡的是哪几组？达到平衡后，哪些量相同？
_____________________________________________。
(2)达到平衡后，①放出的热量为Q2 kJ，⑤吸收的热量为Q3 kJ，则Q1、Q2、Q3的定量关系为________________________________________________________________________。
(3)其他条件不变，当D为固体时，上述反应达到平衡时，互为等效平衡的是哪几组？达到平衡后，哪些量相同？
___________________________________________________________。
[答案]　(1)①③⑤互为等效平衡。表现在达到平衡后各物质的物质的量、质量、体积、物质的量浓度、组分百分含量(物质的量分数、质量分数、体积分数)相同　(2)Q2＋Q3＝Q1　(3)①②③⑤互为等效平衡。表现在达到平衡后各组分百分含量(物质的量分数、质量分数、体积分数)相同
[对点练]
2．在温度、容积相同的3个密闭容器中，按不同方式投入反应物，保持恒温、恒容，测得反应达到平衡时的有关数据如下[已知N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)
ΔH＝－92.4 kJ·mol－1]：
容器
甲
乙
丙
反应物投入量
1 mol N2、
3 mol H2
2 mol NH3
4 mol NH3
NH3的浓度(mol·L－1)
c1
c2
c3
反应的能量变化
放出a kJ
吸收b kJ
吸收c kJ
体系压强(Pa)
p1
p2
p3
反应物转化率
α1
α2
α3

下列说法正确的是(　　)
A．2c1>c3　　　　　 B．a＋b＝92.4
C．2p21
解析：选B　恒温、恒容条件下，甲、乙容器互为等效平衡，故α1＋α2＝1，a＋b＝92.4；丙容器中反应物投入量是甲、乙中的两倍，所以丙容器中的平衡相当于增大压强，该反应正反应为体积减小的反应，故2c1p3、α2>α3，故α1＋α3<1。


恒温恒容、恒温恒压条件下等效平衡的综合应用
3.有甲、乙两容器，甲容器容积固定，乙容器容积可变。一定温度下，在甲中加入2 mol N2、3 mol H2，反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)达到平衡时生成NH3的物质的量为m mol。
(1)相同温度下，在乙中加入4 mol N2、6 mol H2，若乙的压强始终与甲的压强相等，乙中反应达到平衡时，生成NH3的物质的量为________mol(从下列各项中选择，只填字母，下同)；若乙的容积与甲的容积始终相等，乙中反应达到平衡时，生成NH3的物质的量为________mol。
A．小于m　　　　　　　　 B．等于m
C．在m～2m之间 D．等于2m
E．大于2m
(2)相同温度下，保持乙的容积为甲的一半，并加入1 mol NH3，要使乙中反应达到平衡时，各物质的体积分数与上述甲容器中达到平衡时相同，则起始时应加入________mol N2和________mol H2。
解析：(1)由于甲容器定容，乙容器定压，它们的压强相等，达到平衡时，乙的容积应该为甲的两倍，生成的NH3的物质的量应该等于2m mol。当甲、乙两容器的容积相等时，相当于将建立等效平衡后的乙容器压缩，故乙中NH3的物质的量大于2m mol。(2)乙的容积为甲的一半时，要建立与甲一样的平衡，只有乙中的投入量是甲的一半才行，故乙中应该投入N2为(1－0.5) mol＝0.5 mol，H2为(1.5－1.5)mol＝0 mol。
答案：(1)D　E　(2)0.5　0
[题后归纳]
分析等效平衡题的3要素
(1)看清楚条件是恒温恒容还是恒温恒压。
(2)分析要形成等效平衡，是必须各物质的量与原平衡完全相同还是只要成比例即可。
(3)在分析中，将生成物(或反应物)按“一边倒”的原则全部转化为反应物(或生成物)是非常必要、有效的。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

[课堂真题集训—明考向]
1．(双选)(2018·江苏高考)一定温度下，在三个容积相同的恒容密闭容器中按不同方式投入反应物，发生反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)(正反应放热)，测得反应的相关数据如下：

容器1
容器2
容器3
反应温度T/K
700
700
800
反应物投入量
2 mol SO2、
1 mol O2
4 mol SO3
2 mol SO2、
1 mol O2
平衡v正(SO2)/ mol·L－1·s－1
v1
v2
v3
平衡c(SO3)/mol·L－1
c1
c2
c3
平衡体系总压强p/Pa
p1
p2
p3
物质的平衡转化率α
α1(SO2)
α2(SO3)
α3(SO2)
平衡常数K
K1
K2
K3
下列说法正确的是(　　)
A．v1＜v2，c2＜2c1
B．K1＞K3，p2＞2p3
C．v1＜v3，α1(SO2)＞α3(SO2)
D．c2＞2c3，α2(SO3)＋α3(SO2)＜1
解析：选CD　由题中表格信息可知，容器2建立的平衡相当于容器1建立平衡后再将容器的容积缩小为原来的(相当于压强增大为原来的2倍)后平衡移动的结果。由于加压，化学反应速率加快，则v12c1，p1α3(SO2)，c1>c3。由于温度升高，气体物质的量增加，故p3>p1。对于特定反应，平衡常数仅与温度有关，温度升高，题给平衡左移，平衡常数减小，则K1＝K2>K3。由以上分析可知c2>2c1，p1α3(SO2)，A、B项错，C项正确；因为c2>2c1，c1>c3，则c2>2c3。若容器2的容积是容器1的2倍，则两者建立的平衡完全相同，根据平衡特点，此时应存在α1(SO2)＋α2(SO3)＝1，由于容器2的平衡相当于容器1的平衡加压，故α2(SO3)将减小，则α1(SO2)＋α2(SO3)<1，结合α1(SO2)>α3(SO2)，则α2(SO3)＋α3(SO2)<1，D项正确。
2．(双选)(2017·江苏高考)温度为T1时，在三个容积均为1 L的恒容密闭容器中仅发生反应：2NO2(g)2NO(g)＋O2(g)(正反应吸热)。实验测得：v正＝v(NO2)消耗＝k正c2(NO2)，v逆＝v(NO)消耗＝2v(O2)消耗＝k逆c2(NO)·c(O2)，k正、k逆为速率常数，受温度影响。下列说法正确的是(　　)
容器编号
物质的起始浓度(mol·L－1)
物质的平衡浓度(mol·L－1)
c(NO2)
c(NO)
c(O2)
c(O2)
Ⅰ
0.6
0
0
0.2
Ⅱ
0.3
0.5
0.2

Ⅲ
0
0.5
0.35

A.达平衡时，容器Ⅰ与容器Ⅱ中的总压强之比为4∶5
B．达平衡时，容器Ⅱ中比容器Ⅰ中的大
C．达平衡时，容器Ⅲ中NO的体积分数小于50%
D．当温度改变为T2时，若k正＝k逆，则T2>T1
解析：选CD　容器Ⅰ中平衡时，c(NO2)＝0.2 mol·L－1，c(NO)＝0.4 mol·L－1，c(O2)＝
0.2 mol·L－1，容器容积为1 L，气体总物质的量为(0.2＋0.4＋0.2)mol＝0.8 mol，容器Ⅱ中投入量为(0.3＋0.5＋0.2)mol＝1 mol，若容器 Ⅱ 中投入量与平衡量相等，则两容器内压强之比为0.8∶1＝4∶5，根据容器Ⅰ中的相关数据，知该反应的平衡常数K＝＝0.8，容器Ⅱ中Qc＝≈0.56T1，D项正确。
3．(双选)(2016·江苏高考)一定温度下，在3个体积均为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(　　)
容器
温度/K
物质的起始浓度/(mol·L－1)
物质的平衡浓度/(mol·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
A.该反应的正反应放热
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中的反应速率比容器Ⅰ中的大
解析：选AD　容器Ⅰ中，列三段式
　 　　　　　　2H2(g) ＋ CO(g)  CH3OH(g)
起始(mol·L－1)：0.20 　　　0.10　　　　0
转化(mol·L－1)：0.16 　　　0.08　　　　0.08
平衡(mol·L－1)：0.04 　　　0.02　　　　0.08
容器Ⅲ中，列三段式
　　　　　 2H2(g) ＋ CO(g)  CH3OH(g)
起始(mol·L－1)：0　　　　 0　　　 0.10
转化(mol·L－1)：0.15　　　0.075　 0.075
平衡(mol·L－1)：0.15　　　0.075　 0.025
A项中，KⅠ＝＝2 500，KⅢ＝≈14.82，由Ⅰ、Ⅲ比较，温度升高平衡向左移动，所以正反应为放热反应，正确；B项中，容器Ⅱ相当于在容器Ⅰ的基础上压缩容器体积，压强增大，平衡右移，容器Ⅱ中的转化率比Ⅰ中大，错误；C项中，容器Ⅱ中，增大压强，平衡向右移动，平衡时c(H2)要小于Ⅰ中c(H2)的2倍；Ⅲ和Ⅰ比较，平衡时Ⅲ中c(H2)＞Ⅰ中c(H2)，故Ⅱ中c(H2)小于Ⅲ中c(H2)的2倍，错误；D项中，Ⅲ中温度为500 K，Ⅰ中温度为400 K，温度越高，反应速率越快，正确。
4．(2017·全国卷Ⅰ节选)H2S与CO2在高温下发生反应：H2S(g)＋CO2(g)COS(g)＋H2O(g)。在610 K时，将0.10 mol CO2与0.40 mol H2S 充入2.5 L的空钢瓶中，反应平衡后水的物质的量分数为0.02。
(1)H2S的平衡转化率α1＝__________%，反应平衡常数K＝________。
(2)在620 K重复实验，平衡后水的物质的量分数为0.03，H2S的转化率α2______α1，该反应的ΔH______0。(填“>”“<”或“＝”)
(3)向反应器中再分别充入下列气体，能使H2S转化率增大的是________(填标号)。
A．H2S　　　B．CO2　　　C．COS　　　D．N2
解析：(1)用三段式法计算：该反应是等气体分子数反应，平衡时n(H2O)＝0.02×0.50 mol＝0.01 mol。
　 　　 H2S(g)＋CO2(g)COS(g)＋H2O(g)
起始/mol 0.40　 0.10　　 0　　　 0
转化/mol 0.01 0.01 0.01 0.01
平衡/mol 0.39 0.09 0.01 0.01
α(H2S)＝×100%＝2.5%。对于等气体分子数反应，可直接用物质的量替代浓度计算平衡常数：K＝＝≈2.8×10－3。(2)总物质的量不变，H2O的物质的量分数增大，说明平衡向右移动，H2S的转化率增大。即升高温度，平衡向正反应方向移动，正反应是吸热反应。(3)平衡之后，再充入H2S，则CO2的转化率增大，H2S的转化率减小，A项错误；充入CO2，平衡向右移动，H2S的转化率增大，B项正确；充入COS，平衡向左移动，H2S的转化率减小，C项错误；充入N2，无论体积是否变化，对于气体分子数相等的反应，平衡不移动，H2S的转化率不变，D项错误。
答案：(1)2.5　2.8×10－3　(2)>　>　(3)B
5．(2017·全国卷Ⅲ节选)298 K时，将20 mL 3x mol·L－1 Na3AsO3、20 mL 3x mol·L－1 I2和20 mL NaOH溶液混合，发生反应：AsO(aq)＋I2(aq)＋2OH－(aq)AsO(aq)＋2I－(aq)＋H2O(l)。溶液中c(AsO)与反应时间(t)的关系如图所示。

(1)下列可判断反应达到平衡的是________(填标号)。
a．溶液的pH不再变化
b．v(I－)＝2v(AsO)
c．c(AsO)/c(AsO)不再变化
d．c(I－)＝y mol·L－1
(2)tm时，v正________v逆(填“大于”“小于”或“等于”)。
(3)tm时v逆________tn时v逆(填“大于”“小于”或“等于”)，理由是_______________。
(4)若平衡时溶液的pH＝14，则该反应的平衡常数K为________________。
解析：(1)溶液的pH不再变化，即OH－的浓度不再变化，所以平衡体系中各组分的浓度均不再变化，说明反应达到平衡状态，a项正确；当v正(I－)＝2v逆(AsO)或v逆(I－)＝2v正(AsO)时反应达到平衡状态，选项中的速率未指明是正反应速率还是逆反应速率，故b项错误；反应达到平衡之前，c(AsO)逐渐减小而c(AsO)逐渐增大，故c(AsO)/c(AsO)逐渐增大，当c(AsO)/c(AsO)不变时反应达到平衡状态，c项正确；根据离子方程式可知反应体系中恒有c(I－)＝2c(AsO)，观察图像可知反应达到平衡时c(AsO)＝y mol·L－1，此时c(I－)＝2y mol·L－1，故d项错误。(2)tm时反应未达到平衡状态，所以v正大于v逆。(3)从tm到tn，反应逐渐趋于平衡状态，反应物浓度逐渐减小而生成物浓度逐渐增大，所以正反应速率逐渐减小，逆反应速率逐渐增大，故tm时v逆小于tn时v逆。(4)根据题意，起始时c(AsO)＝c(I2)＝x mol·
L－1。根据图像可知平衡时c(AsO)＝y mol·L－1，则此时c(I－)＝2y mol·L－1，c(AsO)＝c(I2)＝(x－y) mol·L－1，平衡时溶液的pH＝14，则c(OH－)＝1 mol·L－1，故该反应的平衡常数K＝＝(mol·L－1)－1。
答案：(1)ac　(2)大于　(3)小于　tm时生成物浓度较低　
(4) (mol·L－1)－1