专题3.2 化学平衡状态的判断与平衡的移动-备战2023年高考化学新编大一轮复习讲义·

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专题3.2 化学平衡状态的判断与平衡的移动
【考纲要求】
1、会用复合判据判断反应进行的方向。
2、了解化学反应的可逆性的特点。
3、掌握化学平衡状态的建立及特征。

考点一 化学反应的方向
【核心知识梳理】
1、自发反应
在一定条件下无需外界帮助就能自发进行的反应称为自发反应。
2．熵和熵变的含义
(1)熵的含义
度量体系混乱程度的物理量，符号为S。熵值越大，体系混乱度越大。同一条件下，不同物质有不同的熵值，同一物质在不同状态下熵值也不同，一般规律是S(g)>S(l)>S(s)。
(2)熵变的含义
ΔS＝S(生成物)－S(反应物)。化学反应的ΔS越大，越有利于反应自发进行。
3．判断化学反应方向的判据
ΔG＝ΔH－TΔS
ΔG0时，反应不能自发进行。
【精准训练1】
1、下列说法中正确的是(　　)
A．凡是放热反应都是自发的，吸热反应都是非自发的
B．自发反应一定是熵增大，非自发反应一定是熵减小或不变
C．熵增大且放热的反应一定是自发反应
D．非自发反应在任何条件下都不能实现
【答案】C
【解析】吸热反应不一定都是非自发进行的反应，如Ba(OH)2和NH4Cl常温即可发生反应，A项错误；熵减小的反应不一定都是非自发反应，如氢气和氧气反应生成水的反应，B项错误；当ΔH－TΔS恒小于0，即ΔH＜0、ΔS＞0(熵增且放热的反应)时反应一定是自发反应，C项正确；过程的自发性不能确定过程是否一定会发生，某些非自发反应在一定条件下也可发生，D项错误。
2、下列反应中，在高温下不能自发进行的是(　　)
A．2CO(g)===2C(s)＋O2(g)
B．2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)
C．(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)＋NH3(g)
D．MgCO3(s)===MgO(s)＋CO2(g)
【答案】A
【解析】A、B、C、D都是分解反应，都是吸热反应。但B、C、D都是熵增大的反应，所以能自发进行，A是熵减小的反应，在任何条件下都不能自发进行。
3、下列说法中正确的是
A. 氯酸钾分解是一个熵增的过程
B. △H>0，△S>0的反应一定可以自发进行
C. 电解水产生氢气、氧气的反应具有自发性
D. 可逆反应正向进行时，正反应具有自发性，△H一定小于零
【答案】A
【解析】氯酸钾分解生成气体，混乱度增加，熵值增大，A正确；△G＜0反应自发进行，由△G=△H-T△S可知，若△H>0，△S>0，则当低温下△G可能大于0，反应非自发，B错误；电解水产生氢气、氧气的反应为△H>0，△S>0，根据△G=△H-T△S＜0可知，只有在高温条件下才具有自发性，C错误；可逆反应正向进行时，由△G=△H-T△S可知，若△H>0，△S>0且高温条件下正反应具有自发性，D错误。
4、反应2AB(g)C(g)＋3D(g)在高温时能自发进行，其逆反应在低温下能自发进行，则该反应的ΔH、ΔS应为(　　)
A．ΔH＜0，ΔS＞0 B．ΔH＜0，ΔS＜0
C．ΔH＞0，ΔS＞0 D．ΔH＞0，ΔS＜0
【答案】C
【解析】该反应的正反应是气体分数增大的反应，所以正反应的ΔS＞0，逆反应的ΔS＜0，其逆反应在低温下能自发进行，由ΔH－TΔS＜0可推出逆反应的ΔH＜0，则正反应的ΔH＞0，C正确。
5、以下自发反应可用焓判据来解释的是( )
A．硝酸铵自发溶于水
B．2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g) ΔH＝＋56.7 kJ·mol－1
C．(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)＋NH3(g) ΔH＝＋74.9 kJ·mol－1
D．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH＝－571.6 kJ·mol－1
【答案】D
【解析】焓判据能够说明放热反应为自发反应，而A、B、C三项中的自发过程均为吸热过程，显然不能单用焓判据来解释，只有D项可以焓判据来解释。
6、(1)汽车燃油不完全燃烧时产生CO，有人设想按下列反应除去CO：2CO(g)===2C(s)＋O2(g)。已知该反应的ΔH>0，简述该设想能否实现的依据：____________________________。
(2)下列反应中，在高温下不能自发进行的是________(填字母)。
a．CO(g)===C(s)＋O2(g)
b．2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)
c．(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)＋NH3(g)
d．MgCO3(s)===MgO(s)＋CO2(g)
(3)运用化学反应原理研究合成氨反应有重要意义，请完成下列探究。
生产氢气：将水蒸气通过红热的炭即产生水煤气。C(s)＋H2O(g)H2(g)＋CO(g) ΔH＝＋131.3kJ·mol－1，ΔS＝＋133.7J·mol－1·K－1，该反应在低温下________(填“能”或“不能”)自发进行。
【答案】(1)该反应是ΔH>0，ΔS0、ΔS0，故不能实现该反应。(2)a、b、c、d的ΔH>0，b、c、d反应的ΔS>0。ΔH－TΔS0）。下列有关说法不正确是（ ）
A. 若容器内混合气体的密度不变，则说明反应达到平衡状态
B. 若CO2体积分数不再发生变化，则说明反应达到平衡状态
C. 若升高体系温度，则正、逆反应速率均增大
D. 若反应过程中吸收QkJ热量，则刚好有lmol NH4HCO3发生分解
【答案】B
【解析】密度是混合气的质量和容器容积的比值，在反应过程中质量是变化的，容积始终是不变的，若容器内混合气体的密度不变，则说明反应达到平街状态，A正确；只有生成物是气体，因此CO2体积分数始终不变，不能说明反应达到平街状态，B错误；若升高体系温度，则正、逆反应速率均增大，C正确；根据热化学方程式可知若反应过程中吸收QkJ热量，则刚好有lmol NH4HCO3发生分解，D正确。
5、一定温度下，反应N2O4(g)2NO2(g)的焓变为ΔH。现将1 mol N2O4充入一恒压密闭容器中，下列示意图正确且能说明反应达到平衡状态的是(　　)

A．①② B．②④ C．③④ D．①④
【答案】D
【解析】ΔH是恒量，不能作为判断平衡状态的标志；该反应是充入1 mol N2O4，正反应速率应是逐渐减小直至不变，③曲线趋势不正确。
6、一定温度下，向恒容的密闭容器中充入一定量的NO2（g），发生反应2NO2（g）N2O4（g）△Hv(逆)，④正确；使用催化剂同等程度增大正、逆反应速率，化学平衡不发生移动，B的转化率不变，⑤错误，A正确。
4、在一定温度下的恒容容器中，当下列物理量不再发生变化时：①混合气体的压强；②混合气体的密度；③混合气体的总物质的量；④混合气体的平均相对分子质量；⑤混合气体的颜色；⑥各反应物或生成物的浓度之比等于化学计量数之比；⑦某种气体的百分含量
(1)能说明2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)达到平衡状态的是______________(填序号，下同)。
(2)能说明I2(g)＋H2(g)2HI(g)达到平衡状态的是______________。
(3)能说明2NO2(g)N2O4(g)达到平衡状态的是________________________。
(4)能说明C(s)＋CO2(g)2CO(g)达到平衡状态的是______________。
(5)能说明NH2COONH4(s)2NH3(g)＋CO2(g)达到平衡状态的是______________。
(6)能说明5CO(g)＋I2O5(s)5CO2(g)＋I2(s)达到平衡状态的是______________。
【答案】(1)①③④⑦　(2)⑤⑦　(3)①③④⑤⑦ (4)①②③④⑦　(5)①②③　(6)②④⑦
【真题感悟】
1、(2020北京，10)一定温度下，反应I2(g)＋H2(g)2HI(g)在密闭容器中达到平衡时，测得c(I2)＝0.11 mmol·L－1，c(HI)＝0.78 mmol·L－1。相同温度下，按下列4组初始浓度进行实验，反应逆向进行的是(　　)

A
B
C
D
c(I2)/(mmol·L－1)
1.00
0.22
0.44
0.11
c(H2)/(mmol·L－1)
1.00
0.22
0.44
0.44
c(HI)/(mmol·L－1)
1.00
1.56
4.00
1.56

(注：1 mmol·L－1＝10－3 mol·L－1)
【答案】C
【解析】题目中缺少c(H2)，无法计算K，则不能通过Q与K的关系判断平衡的移动方向，但可比较4个选项中Q的大小关系，Q越大，则可能逆向移动。
Q(A)＝＝1，Q(B)＝≈50.28，Q(C)＝≈82.64，Q(D)＝≈50.28，Q(C)的值最大，C正确。
2、(2020浙江7月选考)5 mL 0.1 mol·L－1 KI溶液与1 mL 0.1 mol·L－1 FeCl3溶液发生反应：2Fe3＋(aq)＋2I－(aq)2Fe2＋(aq)＋I2(aq)，达到平衡。下列说法不正确的是(　　)
A．加入苯，振荡，平衡正向移动
B．经苯2次萃取分离后，在水溶液中加入KSCN，溶液呈红色，表明该化学反应存在限度
C．加入FeSO4固体，平衡逆向移动
D．该反应的平衡常数K＝
【答案】D
【解析】碘易溶于苯，加入苯，碘进入苯中，使水溶液中碘的浓度减小，平衡正向移动，A项正确；如果反应能进行到底，则经过苯两次萃取后溶液中不会有Fe3＋，加入KSCN，溶液不会呈红色，溶液呈红色说明此反应是可逆反应，有反应限度，B项正确；加入FeSO4固体，二价铁离子浓度增大，平衡逆向移动，C项正确；该反应的平衡常数K＝，D项错误。
3、[2017·全国卷Ⅲ，28(4)]298 K时，将20mL3xmol·L－1Na3AsO3、20mL 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______(填字母)。
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
②tm时，v正______v逆(填“大于”“小于”或“等于”)。
③tm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________。
【答案】①ac　②大于　③小于　tm时生成物浓度较低　④
4、(2021·辽宁1月适应性测试，7)某温度下，在一恒容密闭容器中进行如下两个反应并达到平衡：
①2X(g)＋Y(g)Z(s)＋2Q(g)　ΔH10
下列叙述错误的是(　　)
A．加入适量Z，①和②平衡均不移动
B．通入稀有气体Ar，①平衡正向移动
C．降温时无法判断Q浓度的增减
D．通入Y，则N的浓度增大
【答案】B
【解析】Z为固体，加入适量Z不影响反应①的平衡移动，而反应②与Z无关，故加入Z也不影响反应②的平衡移动，A正确；通入稀有气体Ar，由于容器体积不变，故气体浓度不发生改变，反应①的平衡不移动，B错误；温度降低，反应①正向进行，反应②逆向进行，但两个反应中反应物的起始浓度未知，故无法判断Q浓度的增减，C正确；通入气体Y，反应①平衡正向移动，Q的浓度增大，导致反应②平衡逆向移动，则N的浓度增大，D正确。
5、(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
【答案】D
【解析】测定NO2的相对分子质量时，要使平衡逆向移动，且逆向移动的程度越大，测定结果的误差越小。该反应的正反应是气体分子数减少的放热反应，因此温度越高、压强越小时，平衡逆向移动的程度越大，故选D。
6、[2021·湖南，16(1)(2)]氨气中氢含量高，是一种优良的小分子储氢载体，且安全、易储运，可通过下面两种方法由氨气得到氢气。
方法Ⅰ.氨热分解法制氢气

相关化学键的键能数据
化学键
N≡N
H—H
N—H
键能E/(kJ·mol－1)
946
436.0
390.8

在一定温度下，利用催化剂将NH3分解为N2和H2。回答下列问题：
(1)反应2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)　ΔH＝________ kJ·mol－1。
(2)已知该反应的ΔS＝198.9 J·mol－1·K－1，在下列哪些温度下反应能自发进行？__(填字母)。
A．25 ℃ B．125 ℃ C．225 ℃ D．325 ℃
【答案】(1)＋90.8 (2)CD
【解析】(1) 根据反应热＝反应物的总键能－生成物的总键能，2NH3(g)N2(g)＋3H2(g) ΔH＝390.8 kJ·mol－1×3×2－(946 kJ·mol－1＋436.0 kJ·mol－1×3)＝＋90.8kJ·mol－1。
(2)若反应自发进行，则需ΔH－TΔS＝≈456.5K，即温度应高于(456.5－273)℃＝183.5℃。
7、[2019·全国卷Ⅰ，28(1)(2)]水煤气变换[CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)]是重要的化工过程，主要用于合成氨、制氢以及合成气加工等工业领域中。回答下列问题：
(1)Shibata曾做过下列实验：①使纯H2缓慢地通过处于721 ℃下的过量氧化钴 CoO(s)，氧化钴部分被还原为金属钴Co(s)，平衡后气体中H2的物质的量分数为0.025 0。
②在同一温度下用CO还原CoO(s)，平衡后气体中CO的物质的量分数为0.019 2。
根据上述实验结果判断，还原CoO(s)为Co(s)的倾向是CO_____H2(填“大于”或“小于”)。
(2)721 ℃时，在密闭容器中将等物质的量的CO(g)和H2O(g)混合，采用适当的催化剂进行反应，则平衡时体系中H2的物质的量分数为___________________(填字母)。
A．0.50
【答案】(1)大于　(2)C
【解析】(1)由题给信息①可知，H2(g)＋CoO(s)Co(s)＋H2O(g)(i)　K1＝＝＝39；由题给信息②可知，CO(g)＋CoO(s)Co(s)＋CO2(g)(ii)　K2＝＝≈51.08。相同温度下，平衡常数越大，反应倾向越大，故CO还原氧化钴的倾向大于H2。
(2)第(1)问和第(2)问的温度相同，且K10)，下列说法不正确的是
A. 容器中压强不变，表明反应达到平衡状态
B. 反应过程中A、B的转化率始终相同
C. 增加A的浓度，平衡时B的体积分数减少
D. 容器中气体的密度不变，表明反应达到平衡状态
【答案】AB
【解析】D是固体，反应前后气体分子数目不变，压强始终不变，所以不能用压强不变来衡量反应是否达到平衡，A错误；只有当A、B的投入量按反应方程式系数比投入时，反应物的转化率才相同，B错误；增加A浓度，平衡正向移动，B的物质的量减少，平衡时B的体积分数减少，C正确；混合气体的密度 ，体积不变，反应前后气体质量发生改变，所以反应前后气体密度发生改变，当气体的密度不变，表明反应达到平衡状态，D正确。
14、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)　ΔH