人教版高考化学一轮总复习第8章第2节第1课时化学平衡状态和平衡移动课时学案

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第二节　化学平衡　化学反应的方向
第1课时　化学平衡状态和平衡移动
考试评价解读
核心素养达成
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。
变化观念
与
平衡思想
明确化学平衡移动的概念，会根据速率变化判断化学平衡的移动方向。理解外界条件(浓度、温度、压强等)对化学平衡的影响。
科学态度
与
社会责任
了解催化剂在生活、生产和科学领域中的重要作用，了解化学平衡的调控在化工生产中的重要作用。


化学平衡状态
[以练带忆]
1．可逆反应N2＋3H22NH3，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 B．0.2 mol/L
C．0.05 mol/L D．0.15 mol/L
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浓度为0.2 mol/L，但由于反应是可逆反应，H2不能完全反应，所以NH3浓度达不到0.2 mol/L。
2．在一恒温、恒容的密闭容器中发生反应A(s)＋2B(g)C(g)＋D(g)，当下列物理量不再变化时，能够表明该反应已达平衡状态的是(　　)
A．混合气体的压强
B．混合气体的平均相对分子质量
C．A的物质的量浓度
D．气体的总物质的量
B　解析：因反应前后气体分子数不变，故无论反应是否达平衡，混合气体的压强和气体的总物质的量都不改变，A、D错误；A为固态，其物质的量浓度为常数，C错误；若反应正向移动，混合气体的质量增加，则混合气体的平均相对分子质量变大，反之变小，故混合气体的平均相对分子质量不变时能够说明反应达到平衡状态，B正确。
3．一定温度下，可逆反应H2(g)＋I2(g)2HI(g)达到化学平衡状态的标志是(　　)
A．混合气体的压强不再变化
B．混合气体的颜色不再变化
C．反应速率v(H2)＝v(HI)
D．c(H2)∶c(I2)∶c(HI)＝1∶1∶2
B　解析：该反应是一个反应前后气体总体积不变的反应，无论是否达到平衡，只要温度不变，其混合气体的压强就不会改变，A错误；由于三种气体中只有I2是有颜色的，颜色不变说明I2的质量分数不变，已达到了平衡，B正确；C项没有给出表示的化学反应速率是正反应速率还是逆反应速率，不能确定是否达到平衡，C错误；浓度具体比值还与投入起始量有关，不能作为平衡状态的标志，D错误。
[练后梳理]
1．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

(3)表示
在化学方程式中用“”表示。
2．化学平衡状态
(1)概念
一定条件下的可逆反应中，正反应速率与逆反应速率相等，反应体系中所有参加反应的物质的质量或浓度保持不变的状态。
(2)建立
　
(3)平衡特点


化学平衡移动
[以练带忆]
1．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，将容器容积缩小为原来的一半，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．ac＋d，c(D)增大。
2．可逆反应：2A(s)＋3B(g)C(g)＋2D(g)　ΔHv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
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错误；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，④正确；加入催化剂，平衡不移动，B的转化率不变，⑤错误。
3．在密闭容器中，一定条件下进行如下反应：NO(g)＋CO(g)N2(g)＋CO2(g)　ΔH＝－373.2 kJ·mol－1，达到平衡后，为提高NO的转化率和该反应的速率，可采取的措施正确的是(　　)
A．加催化剂同时升高温度
B．加催化剂同时增大压强
C．升高温度同时充入N2
D．降低温度同时增大压强
B　解析：催化剂能加快反应速率，正反应放热，升高温度平衡向逆反应方向移动，NO的转化率降低，A错误；催化剂能加快反应速率，正反应为体积减小的反应，增大压强平衡向正反应方向移动，NO的转化率增大，B正确；正反应放热，升高温度同时充入N2，平衡向逆反应方向移动，NO的转化率降低，C错误；降低温度同时增大压强，平衡向正反应方向移动，但反应速率不一定增大，D错误。
[练后梳理]
1．化学平衡移动的过程

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，平衡不移动。
(3)v正＜v逆：平衡向逆反应方向移动。
3．影响化学平衡的因素
(1)若其他条件不变，改变下列条件对化学平衡的影响如下：
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反应产物浓度
向正反应方向移动
减小反应物浓度或增大反应产物浓度
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
(2)勒·夏特列原理
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物质的浓度)，平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动。

(1)化学平衡发生移动的实质是正、逆反应速率不相等。正、逆反应速率发生变化，平衡不一定移动。例如，使用催化剂，正、逆反应速率均增加，但是增加后的速率仍然相等，所以平衡不发生移动。
(2)温度改变对任何可逆反应均发生平衡移动，但压强改变只对有气体参与且反应前后气体化学计量数不相等的反应才发生平衡移动。
(3)由“化学平衡”可知，勒·夏特列原理的适用对象是可逆过程。
(4)由“减弱”可知，只能减弱改变，而不能消除改变。



考点1　化学平衡状态的判定
[抓本质·悟考法]
在一个不传热的固定容积的密闭容器中，可逆反应mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)，当m、n、p、q为任意整数时，下列说法一定能说明反应已达到平衡的是(　　)
①体系的压强不再改变；②体系的温度不再改变；③各组分的浓度不再改变；④各组分的质量分数不再改变；⑤反应速率v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝m∶n∶p∶q；⑥单位时间内m mol A发生断键反应，同时p mol C也发生断键反应。
A．③④⑤⑥　　　　　　 B．②③④⑥
C．①③④⑤ D．①③④⑥

【解题关键点】　本题考查了化学平衡状态的判断，反应达到平衡状态时，正、逆反应速率相等，各物质的浓度、百分含量不变，由此衍生出来的各种量不变。要抓住变化的量不变可作平衡的标志，如果该物理量始终是一个定值，就不能作为判断是否达到平衡的标志。
【易错失分点】　选择判断的物理量随着反应的进行发生变化，当该物理量由变量变为定值时，说明可逆反应达到平衡状态。若不清楚，则有可能存在m＋n＝p＋q，体系压强始终不变，则易错选①，若不清楚反应速率之比始终存在
v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝m∶n∶p∶q，与是否达到平衡状态无关，则易错选⑤。
[自主解答]
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B　解析：①如果该反应是一个反应前后气体体积不变的可逆反应，则体系的压强始终不变，所以不能根据压强判断反应是否达到平衡状态，故错误；②若反应没有达到平衡，反应会放热或吸热，由于容器不传热，则体系的温度升高或降低，体系的温度不再改变，所以能据此判断该反应达到平衡状态，故正确；③各组分的浓度不再改变，该反应达到平衡状态，故正确；④当该反应达到平衡状态时，各组分的质量分数不再改变，故正确；⑤反应速率v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝m∶n∶p∶q始终不变，不能据此判断该反应是否达到平衡状态，故错误；⑥单位时间内m mol A发生断键反应等效于p mol C形成，同时p mol C也发生断键反应，故正确；故选B。
[多角度·突破练]
⊳角度1　从“逆向相等”角度判断平衡状态
1．一定温度下某容积不变的密闭容器中，可逆反应C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)可建立平衡状态。下列状态中不能确定该反应已达到平衡状态的是(　　)
A．体系的压强不再发生变化
B．v正(CO)＝v逆(H2O)
C．生成n mol CO的同时生成n mol H2
D．1 mol H—H断裂的同时断裂2 mol H—O
C　解析：生成CO和H2，均为正反应方向，不能确定v正＝v逆。
2．一定条件下，可逆反应2A(g)B(g)＋3C(g)，在下列四种状态中处于平衡状态的是 (　　)
选项
正反应速率
逆反应速率
A
v(A)＝2 mol/(L·min)
v(B)＝2 mol/(L·min)
B
v(A)＝2 mol/(L·min)
v(C)＝2 mol/(L·min)
C
v(A)＝1 mol/(L·min)
v(B)＝2 mol/(L·min)
D
v(A)＝1 mol/(L·min)
v(C)＝1.5 mol/(L·min)
D　解析：根据平衡状态的判断依据v(正)＝v(逆)知，v(A)∶v(B)∶v(C)＝2∶1∶3，即D项中的反应达到平衡状态。

判断化学平衡状态的两方法
两标志——本质标志、等价标志
(1)本质标志：v(正)＝v(逆)≠0。对于某一可逆反应来说，正反应消耗掉某反应物的速率等于逆反应生成该反应物的速率。
(2)等价标志
以mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)为例：
类型
判断依据
平衡状态
混合物体系中各成分的含量
①各物质的物质的量或各物质的物质的量分数一定
平衡
②各物质的质量或各物质的质量分数一定
平衡
③各气体的体积或体积分数一定
平衡
正、逆反应速率的关系
①在单位时间内消耗m mol A，同时生成m mol A，即v(正)＝v(逆)
平衡
②在单位时间内消耗n mol B，同时生成p mol C，则v(正)不一定等于v(逆)
不一定
③v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝m∶n∶p∶q，v(正)不一定等于v(逆)
不一定
④在单位时间内生成n mol B，同时消耗q mol D，二者变化均表示v(逆)
不一定
⊳角度2　从“变量不变”角度判断平衡状态
3．在一定温度下，氧化铁可以与一氧化碳在恒容密闭容器中发生下列反应：Fe2O3(s)＋3CO(g)2Fe(s)＋3CO2(g)，不可用上述反应中某种物理量来说明该反应已达到平衡状态的是(　　)
A．CO的生成速率与CO2的生成速率相等
B．气体密度不再变化
C．CO的质量不变
D．体系的压强不再发生变化
D　解析：A项，CO的生成速率为逆反应速率，CO2的生成速率为正反应速率，且CO、CO2的化学计量数相等，则v正(CO2)＝v逆(CO)，达到化学平衡；B项，ρ＝，当m(气体)不变时，反应即达到平衡；C项，m(CO)不变，则n(CO)不变，反应达到平衡；D项，该反应是气体体积不变的反应，反应任意时刻，体系的压强均相同，所以压强不变不能作为达到平衡的标志。
4．将一定量纯净的氨基甲酸铵置于密闭真空容器中(假设容器体积不变，固体试样体积忽略不计)，在恒定温度下使其达到分解平衡H2NCOONH4(s) 2NH3(g)＋CO2(g)。
能判断该反应已经达到化学平衡的是(　　)
①2v(NH3)＝v(CO2)　②密闭容器中总压强不变
③密闭容器中混合气体的密度不变　④密闭容器中氨气的体积分数不变　⑤密闭容器中c(NH3)不变
A．②③⑤　　B．②③④　　C．①④⑤　　D．全部
A　解析：①没说明正反应速率和逆反应速率，故不能作为依据；②密闭容器中总压强与气体物质的量成正比，只有平衡时n(气)不变，故压强可以作为依据；③ρ＝，m(气)可变，故可以作为依据；④n(NH3)∶n(CO2)＝2∶1，故氨气的体积分数为恒值，不能作为依据；⑤c(NH3)不变，即单位时间内消耗和生成的NH3相等，达到平衡。
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________(填标号)。

答案：①④

规避“2”个易失分点
(1)化学平衡状态判断“三关注”
①关注反应条件，是恒温恒容，恒温恒压，还是绝热恒容容器。
②关注反应特点，是等体积反应，还是非等体积反应。
③关注特殊情况，是否有固体参加或生成，或固体的分解反应。
(2)不能作为“标志”的四种情况
①反应组分的物质的量之比等于化学方程式中相应物质的化学计量数之比。
②恒温恒容下的体积不变的反应，体系的压强或总物质的量不再随时间而变化，如2HI(g)H2(g)＋I2(g)。
③全是气体参加的体积不变的反应，体系的平均相对分子质量不再随时间而变化，如2HI(g)H2(g)＋I2(g)。
④全是气体参加的反应，恒容条件下体系的密度保持不变。
考点2　化学平衡移动与平衡转化率
[抓本质·悟考法]
(2020·山东高考)探究CH3OH合成反应化学平衡的影响因素，有利于提高CH3OH的产率。以CO2、H2为原料合成CH3OH涉及的主要反应如下：
Ⅰ.CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)
ΔH1＝－49.5 kJ/mol
Ⅱ.CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)
ΔH2＝－90.4 kJ/mol
Ⅲ.CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)　ΔH3
回答下列问题：
(1)ΔH3＝________kJ/mol。
(2)一定条件下，向体积为V L的恒容密闭容器中通入1 mol CO2和3 mol H2发生上述反应，达到平衡时，容器中CH3OH(g)为ɑ mol，CO为b mol，此时H2O(g)的浓度为________mol/L(用含a、b、V的代数式表示，下同)，反应Ⅲ的平衡常数为____________。
(3)不同压强下，按照n(CO2)∶n(H2)＝1∶3投料，实验测定CO2的平衡转化率和CH3OH的平衡产率随温度的变化关系如下图所示。

已知：
CO2的平衡转化率＝×100%
CH3OH的平衡产率＝×100%
其中纵坐标表示CO2平衡转化率的是图_____________________________
(填“甲”或“乙”)；压强p1、p2、p3由大到小的顺序为____________；图乙中T1温度时，三条曲线几乎交于一点的原因是_____________________________。
(4)为同时提高CO2的平衡转化率和CH3OH的平衡产率，应选择的反应条件为________(填标号)。
A．低温、高压 B．高温、低压
C．低温、低压 D．高温、高压

【解题关键点】　解答本题需要分析温度、压强变化对平衡的影响。根据盖斯定律计算反应Ⅲ的反应热，判断反应Ⅲ为吸热反应；结合图形，根据勒·夏特列原理考虑平衡移动的方向，确定温度和压强变化时CO2的平衡转化率和CH3OH的平衡产率之间的关系。
【易错失分点】　不能根据信息判断出图甲表示CH3OH的平衡产率，图乙表示CO2的平衡转化率；不能提炼有效信息分析解答三条曲线交于一点的原因；不能根据反应Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ反应前后体积的变化确定平衡转化率或平衡产率的变化。
[自主解答]
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解析：(1)根据反应Ⅰ－Ⅱ＝Ⅲ，则ΔH3＝ΔH1－ΔH2＝－49.5 kJ/mol－(－90.4 kJ/mol)＝＋40.9 kJ/mol。(2)假设反应Ⅱ中，CO反应了x mol，则反应Ⅱ生成的CH3OH为x mol，反应Ⅰ生成的CH3OH为(a－x)mol，反应Ⅲ生成的CO为(b＋x) mol，根据反应Ⅰ：
CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)
a－x　3(a－x)　　　a－x　　　a－x
反应Ⅱ： CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)
　　　　　x　　　2x　　　　　x
反应Ⅲ：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)
b＋x　 b＋x　　b＋x 　 b＋x
所以平衡时H2O(g)的物质的量为(a－x) mol＋(b＋x) mol＝(a＋b) mol，浓度为＝ mol/L；平衡时CO2的物质的量为1 mol－(a－x) mol－(b＋x) mol＝(1－a－b) mol，H2的物质的量为3 mol－3(a－x) mol－2x－(b＋x) mol＝(3－3a－b) mol，CO的物质的量为b mol，H2O(g)的物质的量为(a＋b)mol，则反应Ⅲ的平衡常数为＝。(3)反应Ⅰ和Ⅱ为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，则CH3OH的平衡产率减小，所以图甲表示CH3OH的平衡产率，图乙中，开始升高温度，由于反应Ⅰ和Ⅱ为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，CO2的平衡转化率降低，反应Ⅲ为吸热反应，升高温度反应Ⅲ向正反应方向移动，升高一定温度后以反应Ⅲ为主，CO2的平衡转化率又升高，所以图乙表示CO2的平衡转化率；压强增大，反应Ⅰ和Ⅱ是气体体积减小的反应，反应Ⅰ和Ⅱ平衡正向移动，反应Ⅲ气体体积不变化，平衡不移动，故压强增大CH3OH的平衡产率增大，根据图可知压强关系为p1>p2>p3；温度升高，反应Ⅰ和Ⅱ平衡逆向移动，反应Ⅲ向正反应方向移动，所以T1温度时，三条曲线交于一点的原因为T1时以反应Ⅲ为主，反应Ⅲ前后分子数相等，压强改变对平衡没有影响。(4)根据图示可知，温度越低，CO2的平衡转化率越大，CH3OH的平衡产率越大，压强越大，CO2的平衡转化率越大，CH3OH的平衡产率越大，所以选择低温和高压，答案选A。
答案：(1)＋40.9　(2)　
(3)乙　p1>p2>p3　T1时以反应Ⅲ为主，反应Ⅲ前后气体分子数相等，压强改变对平衡没有影响
(4)A
[多角度·突破练]
⊳角度1　化学平衡移动的判断
1．(双选)一定温度下，将一定量的SO2与O2通入密闭容器中发生反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH