高考化学一轮复习第七章化学反应速率和化学平衡第二讲化学平衡状态和平衡移动学案

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考点一 可逆反应与化学平衡状态(命题指数★★★)
1．可逆反应：
(1)概念：在同一条件下，既能向正反应方向进行同时又能向逆反应方向进行的反应。
(2)表示方法：用“”连接，把从左向右进行的反应称为正反应，把从右向左进行的反应称为逆反应。
(3)可逆反应的特点：
2．化学平衡状态：
(1)概念：在一定条件下，当正、逆两个方向的反应速率相等时，反应体系中所有参加反应的物质的质量或浓度可以保持不变，这种状态称为化学平衡状态。
(2)化学平衡状态的特征：
1．判断下列说法是否正确，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)NH3和HCl生成NH4Cl与NH4Cl分解生成NH3和HCl互为可逆反应。( )
提示：×。反应条件不同，不互为可逆反应。
(2)化学反应的限度就是一个可逆反应达到的平衡状态，可逆反应的转化率不能达到100%。( )
提示：√。可逆反应在一定条件下达到平衡状态时，就是该反应的限度，可逆反应不能进行完全，转化率低于100%。
(3)在一恒容密闭容器进行NH2COONH4(s)2NH3(g)＋CO2(g)，当CO2体积分数不变时，该反应达到平衡状态。( )
提示：×。在该可逆反应进行中，CO2体积分数始终不变。所以CO2体积分数不变不能作为判断平衡状态的依据。
(4)对于可逆反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，当密度保持不变时，在恒温恒容和恒温恒压条件下，均不能作为平衡状态的标志。( )
提示：×。恒温恒压条件下，由于反应过程中气体体积增大，气体密度减小，密度不变即为平衡状态。
(5)恒温恒压条件下，对于反应H2(g)＋I2(g)2HI(g)，当容器中气体颜色保持不变时，该反应已经达到平衡状态。( )
提示：√。该反应为气体物质的量不变的反应，容器内颜色不变即为I2浓度不变，故反应达到平衡状态。
2.在某一容积为5 L的密闭容器内，加入0.2 ml的CO和0.2 ml的H2O，在催化剂存在的条件下加热至高温，发生如下反应：CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g) ΔH>0。反应中CO2的浓度随时间变化情况如图：
(1)根据如图数据，反应开始至达到平衡时，CO的化学反应速率为________；反应达到平衡时；c(H2)＝___________________________________________。
(2)判断该反应达到平衡的依据是__________。
①CO减少的化学反应速率和CO2减少的化学反应速率相等
②CO、H2O、CO2、H2的浓度都相等
③CO、H2O、CO2、H2的浓度都不再发生变化
④正、逆反应速率都为零
【解析】(1)由图可知10 min时达到平衡，v(CO)＝v(CO2)＝0.03 ml·L－1÷10 min＝0.003 ml·L－1·min－1。由化学方程式得c(H2)＝c(CO2)＝0.03 ml·L－1。(2)达到平衡的标志是各物质的百分组成不变，浓度不变，正、逆反应速率相等且不为零。CO减少的化学反应速率是正反应速率，CO2减少的化学反应速率是逆反应速率。所以①③可作为判断反应达到平衡的依据。
答案：(1)0.003 ml·L－1·min－1 0.03 ml·L－1 (2)①③
命题角度1：可逆反应与化学平衡状态的建立
【典例1】(2021·宁德模拟)往10 mL 0.2 ml·L－1NaI溶液中滴加4～5滴
0.1 ml·L－1FeCl3溶液后，再进行下列实验，可证明FeCl3溶液和NaI溶液的反应为可逆反应的是( )
A．再滴加AgNO3溶液，观察是否有AgI沉淀产生
B．加入CCl4振荡后，观察下层液体颜色
C．加入CCl4振荡后，取上层清液，滴加AgNO3溶液，观察是否有AgCl沉淀产生
D．加入CCl4振荡后，取上层清液，滴加KSCN溶液，观察是否出现红色
【解析】选D。可逆反应的特点是不能进行彻底，FeCl3和过量的碘化钾反应，若仍有三价铁离子存在，则说明该反应为可逆反应，所以向充分反应后的溶液加硫氰化钾，溶液变血红色，证明有三价铁离子存在，说明该反应为可逆反应。
【备选例题】
(2021·开封模拟)在密闭容器中进行反应X＋3Y2Z，已知反应中X、Y、Z的起始浓度分别为0.1 ml·L－1、0.4 ml·L－1、0.2 ml·L－1，在一定条件下，当反应达到化学平衡时，各物质的浓度可能是( )
A．X为0.2 ml·L－1 B．Y为0.45 ml·L－1
C．Z为0.5 ml·L－1 D．Y为0.1 ml·L－1
【解析】选B。若反应向正反应进行到达平衡，X、Y的浓度最小，Z的浓度最大，假定完全反应，则：Ｋ
X ＋ 3Y2Z
开始(ml·L－1): 0.1 0.4 0.2
变化(ml·L－1): 0.1 0.3 0.2
平衡(ml·L－1): 0 0.1 0.4
若反应向逆反应进行达到平衡，将产物Z转化为反应物X和Y，X、Y的浓度最大，Z的浓度最小，假定完全反应，则：
X ＋ 3Y2Z
开始(ml·L－1): 0.1 0.4 0.2
变化(ml·L－1): 0.1 0.3 0.2
平衡(ml·L－1): 0.2 0.7 0
由于为可逆反应，物质不能完全转化，所以平衡时浓度范围为0 ml·L－1＜c(X)＜0.2 ml·L－1，0.1 ml·L－1＜c(Y)＜0.7 ml·L－1，
0 ml·L－1＜c(Z)＜0.4 ml·L－1，综合以上分析可知B正确。
命题角度2：化学平衡状态的判断
【典例2】(2021·温州模拟)反应X(s)＋2Y(g)2W(g) ΔH＝－a kJ·ml－1(a＞0)，一定温度下，在恒压的密闭容器中，加入1 ml X和2 ml Y发生反应，下列说法正确的是( )
A．充分反应时，放出的热量为a kJ
B．当Y与W的物质的量浓度之比为1∶1时，表明该反应一定已达到平衡
C．当容器内气体的密度不再改变时，表明该反应一定已到达平衡
D．当达到平衡状态时，X和Y的转化率之比为1∶2
【解析】选C。可逆反应反应物不能完全转化，则充分反应时，放出的热量小于a kJ，故A错误；平衡常数未知，不能确定平衡时Y与W的物质的量浓度之比，故B错误；X为固体，当反应达到平衡状态时，气体的质量不变，则容器内气体的密度不变，故C正确；加入1 ml X和2 ml Y，且按1∶2参加反应，则无论是否达到平衡状态，X和Y的转化率之比都为1∶1，不能用于判断是否达到平衡，故D错误。
1．反应物与生成物取值范围的界定：
采用极端假设(“一边倒”)的方法，可以界定反应物与生成物的取值范围。
如在恒温恒容密闭容器中发生可逆反应X2(g)＋Y2(g)2Z(g)，X2、Y2、Z的初始浓度分别为0.2 ml·L－1、0.1 ml·L－1和0.2 ml·L－1，若反应向正反应进行到达平衡，X2、Y2的浓度最小，Z的浓度最大，假定完全反应，则：
X2(g)＋Y2(g)2Z(g)，
开始(ml·L－1): 0.2 0.1 0.2
变化(ml·L－1): 0.1 0.1 0.2
平衡(ml·L－1): 0.1 0 0.4
若反应向逆反应进行到达平衡，将产物Z转化为反应物X2和Y2，X2、Y2的浓度最大，Z的浓度最小，假定完全反应，则：
X2(g)＋Y2(g)2Z(g)，
开始(ml·L－1): 0.2 0.1 0.2
变化(ml·L－1): 0.1 0.1 0.2
平衡(ml·L－1): 0.3 0.2 0
由于物质不能完全转化所以平衡时浓度范围为0.1 ml·L－1＜c(X2)＜0.3 ml·L－1，0 ml·L－1＜c(Y2)＜0.2 ml·L－1，0 ml·L－1＜c(Z)＜0.4 ml·L－1。此方法可称为“一边倒”。
2．判断可逆反应是否达到平衡状态的方法：
可逆反应达到化学平衡状态时有两个主要的特征：一是正反应速率和逆反应速率相等；二是反应混合物中各组分的百分含量保持不变。这两个特征就是判断可逆反应是否达到化学平衡状态的核心依据。
(1)根本标志：v正＝v逆≠0。
①对于同一物质而言，该物质的生成速率等于它的消耗速率；
②对于不同的物质而言，速率之比等于方程式中的化学计量数之比，但必须是不同方向的速率。
(2)直接标志：“定”，即反应混合物中各组分的含量保持不变。
(3)间接标志：指所表述的内容并非直接而是间接反映“等”和“定”的意义。
①反应物的转化率保持不变。
②产物的产率保持不变。
③平衡体系的颜色保持不变。
④绝热的恒容反应体系中的温度保持不变。
⑤某化学键的破坏速率和生成速率相等。
(4)“特殊”标志：指所表述的内容并不能适用于所有反应，只是适用于某些反应达到化学平衡状态。
①体系中气体物质的总质量保持不变。
②体系中气体物质的总物质的量(或体积或分子个数)保持不变。
③体系中气体物质的平均相对分子质量保持不变。
④气体的总压强不再发生改变。
⑤体系中气体的密度不再发生改变。
命题点1：可逆反应与化学平衡状态的建立(基础性考点)
1．(2021·淮北模拟)已知反应：NO2(g)＋SO2(g)SO3(g)＋NO(g)，起始时向某密闭容器中通入1 ml NO2、2 ml S18O2，反应达到平衡后，下列有关说法正确的是( )
A．NO2中不可能含18O
B．有1 ml N18O生成
C．S18O2的物质的量不可能为0.8 ml
D．SO2、SO3、NO、NO2均含18O时，说明该反应达到平衡
【解析】选C。反应：NO2(g)＋SO2(g)SO3(g)＋NO(g)为可逆反应，则通入1 ml NO2、2 ml S18O2，反应达到平衡后，SO2、SO3、NO、NO2均含18O，故A错误；反应：NO2(g)＋SO2(g)SO3(g)＋NO(g)为可逆反应，反应物不可能完全消耗，所以通入1 ml NO2、2 ml S18O2，不可能有1 ml N18O生成，故B错误；反应：NO2(g)＋SO2(g)SO3(g)＋NO(g)为可逆反应，反应物不可能完全消耗，所以通入1 ml NO2、2 ml S18O2，则NO2、S18O2消耗都小于1 ml，所以S18O2的物质的量不可能为0.8 ml，故C正确；反应：NO2(g)＋SO2(g)SO3(g)＋NO(g)为可逆反应，SO2、SO3、NO、NO2均含18O时，不能说明该反应达到平衡，故D错误。
命题点2：化学平衡状态的判断(综合性考点)
2．(2021·钦州模拟)在体积固定的密闭容器中发生反应：2CO(g)＋4H2(g)CH3CH2OH(g)＋H2O(g)。下列叙述中不能说明上述反应已达到化学平衡状态的是( )
A．体系的压强不变
B．反应体系中乙醇的物质的量浓度不再变化
C．混合气体的密度不变
D．混合气体的平均相对分子质量不变
【解析】选C。该反应为气体体积缩小的可逆反应，压强为变量，当体系的压强不变时，表明正逆反应速率相等，达到平衡状态，故A不符合题意；反应体系中乙醇的物质的量浓度不再变化时，表明正逆反应速率相等，该反应达到平衡状态，故B不符合题意；该反应中混合气体总质量、容器容积为定值，则混合气体的密度始终不变，不能根据混合气体的密度判断平衡状态，故C符合题意；混合气体总质量为定值，混合气体的物质的量为变量，则混合气体的平均相对分子质量为变量，当混合气体的平均相对分子质量不变时，表明达到平衡状态，故D不符合题意。
3．(2021·莆田模拟)一定温度下，反应N2O4(g)2NO2(g)的焓变为ΔH。现将1 ml 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
【解析】选D。因反应容器保持恒压，所以容器体积随反应进行而不断变化，结合ρ气＝m/V可知，气体密度不再变化，说明容器体积不再变化，即气体的物质的量不再变化，反应达到平衡状态，①符合题意；无论是否平衡，反应的ΔH都不变，②不符合题意；反应开始时，加入1 ml N2O4，随着反应的进行，N2O4的浓度逐渐变小，故v正(N2O4)逐渐变小，直至达到平衡，③不符合题意；N2O4的转化率不再变化，说明N2O4的浓度不再变化，反应达到平衡状态，④符合题意，故选D。
【加固训练—拔高】
1．(2021·商丘模拟)在一个恒容密闭容器中发生反应：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1.0 ml·L－1、1.0 ml·L－1、0.5 ml·L－1，当反应达到最大限度时，可能出现的数据是( )
A．c(SO3)＝1.5 ml·L－1
B．c(O2)＝c(SO3)＝0.75 ml·L－1
C．c(O2)＝1.25 ml·L－1
D．c(SO2)＋c(SO3)＝1.5 ml·L－1
【解析】选D。为可逆反应，不能完全转化，则c(SO3)＜1.5 ml·L－1，故A错误；某一时刻测得SO2、O2、SO3的浓度分别为1.0 ml·L－1、1.0 ml·L－1、
0.5 ml·L－1，SO3的浓度增大0.25 ml·L－1变为0.75 ml·L－1，此时转化的氧气为0.125 ml·L－1，此时c(O2)＝1.0 ml·L－1－0.125 ml·L－1＝0.875 ml·L－1，故B错误；为可逆反应，不能完全转化，结合上述分析可知，c(O2)＜1.25 ml·L－1，故C错误；由S原子守恒可知，c(SO2)＋c(SO3)＝1.5 ml·L－1，故D正确。
2．(2021·抚顺模拟)一定温度下，恒容密闭容器中，反应2HI(g)H2(g)＋I2(g，紫色)，下列不能说明已达到平衡状态的是( )
A．各物质的浓度不再变化
B．混合体颜色不再变化
C．HI、H2、I2的物质的量浓度之比为2∶1∶1
D．HI的质量不再变化
【解析】选C。各物质的浓度不再变化，表明正逆反应速率相等，该反应达到平衡状态，故A不选；该体系中只有I2具有颜色，该反应在恒容容器中进行，当混合气体的颜色不再变化，说明I2浓度不再变化，能说明反应已达到平衡状态，故B不选；HI、H2、I2的物质的量浓度之比为2∶1∶1时，无法确定各组分的浓度是否继续变化，则无法判断平衡状态，故C选；HI的质量不再变化，表明正逆反应速率相等，该反应达到平衡状态，故D不选。
3．(2021·惠州模拟)在密闭容器中有如下反应：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(单位ml·L－1)可能是( )
A．X2为0.2 B．Y2为0.2
C．Z为0.3 D．Z为0.4
【解析】选C。若反应向正反应进行到达平衡，X2、Y2的浓度最小，Z的浓度最大，假定完全反应，则：
X2(g)＋Y2(g)2Z(g)
开始(ml·L－1): 0.1 0.3 0.2
变化(ml·L－1): 0.1 0.1 0.2
平衡(ml·L－1): 0 0.2 0.4
若反应逆向进行，将产物Z完全转化为反应物X2和Y2，X2、Y2的浓度最大，Z的浓度最小，假定完全反应，则：
X2(g)＋Y2(g)2Z(g)
开始(ml·L－1): 0.1 0.3 0.2
变化(ml·L－1): 0.1 0.1 0.2
平衡(ml·L－1): 0.2 0.4 0
由于为可逆反应，物质不能完全转化所以平衡时浓度范围为0 ml·L－1＜c(X2)＜0.2 ml·L－1，0.2 ml·L－1＜c(Y2)＜0.4 ml·L－1，0 ml·L－1＜c(Z)＜
0.4 ml·L－1，故A、B、D错误，C正确。
考点二 化学平衡移动(命题指数★★★★★)
1．化学平衡的移动：
(1)定义：在一定条件下，当可逆反应达到化学平衡状态后，如果改变外界条件，平衡状态被破坏，平衡体系的物质组成也会随着改变，直到达到新的平衡状态。这种由原有的平衡状态达到新的平衡状态的过程叫做化学平衡的移动。
(2)化学平衡移动方向的判断
条件改变 eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(若v正＝v逆，平衡不移动；,若v正＞v逆，平衡向正反应方向移动；,若v正＜v逆，平衡向逆反应方向移动。,))
2．影响化学平衡的因素：
(1)浓度。
①增大反应物浓度或减小生成物浓度，平衡向正反应方向移动。
②增大生成物浓度或减小反应物浓度，平衡向逆反应方向移动。
(2)压强。
①压强增大(减小容器体积)，化学平衡向气体体积缩小的方向移动。
②压强减小(增大容器体积)，化学平衡向气体体积增大的方向移动。
③对于反应前后气体物质的量不变的反应[如H2(g)＋I2(g)2HI(g)]，改变压强，化学平衡不发生移动。
(3)温度。
①温度升高，平衡向吸热反应方向移动。
②温度降低，平衡向放热反应方向移动。
3．勒夏特列原理：
(1)内容：如果改变影响平衡的条件之一(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)适用范围：适用于任何动态平衡(如溶解平衡、电离平衡等)，非平衡状态不能用此来分析。
(3)平衡移动的结果是“减弱”外界条件的影响，而不是“消除”外界条件的影响，更不是“扭转”外界条件的影响。
1．判断下列说法是否正确，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)催化剂改变反应历程，既可以加快反应速率，也可以使平衡移动。( )
提示：×。催化剂只能加快反应速率，对化学平衡没有影响。
(2)对于有气体参与或生成的可逆反应，增大压强，化学平衡一定发生移动。( )
提示：×。对于反应前后气体物质的量不变的反应，增大压强，平衡不发生移动。
(3)对于反应FeCl3＋3KSCNFe(SCN)3＋3KCl，向混合溶液中加入KCl固体，平衡逆向移动。( )
提示：×。KCl没有参加离子反应，不影响平衡移动。
(4)向合成氨的恒容密闭体系中加入稀有气体增大压强，平衡正向移动。( )
提示：×。若往恒容密闭容器中充入与反应无关的气体，尽管压强增大，但各组分的浓度不变，平衡并不发生移动。
(5)当NH4HS(s)NH3(g)＋H2S(g)达到平衡后，移走一部分NH4HS固体，平衡向右移动。( )
提示：×。因NH4HS是固体，不影响平衡移动。
(6)COCl2(g)CO(g)＋Cl2(g)，当反应达到平衡时恒压通入惰性气体，提高了COCl2转化率。( )
提示：√。恒压通入惰性气体，体积增大，相当于减压；平衡正向移动，COCl2转化率增大。
2．在水溶液中橙红色的Cr2O eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(7)) 与黄色的CrO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) 有下列平衡关系：Cr2O eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(7)) ＋H2O2CrO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ＋2H＋，把重铬酸钾(K2Cr2O7)溶于水配成的稀溶液是橙色的。
(1)向上述溶液中加入NaOH溶液，溶液呈________色。因为_____________。
(2)向已加入NaOH溶液的(1)溶液中再加入过量稀硫酸，则溶液呈________色，因为__________________________________________________。
(3)向原溶液中加入Ba(NO3)2溶液(已知BaCrO4为黄色沉淀)，则平衡________________(填“向左移动”或“向右移动”)，溶液颜色将__________________________________________________。
【解析】加碱中和溶液中的H＋，平衡右移，溶液中的c(CrO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) )增大；加酸使平衡左移，溶液中的c(Cr2O eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(7)) )增大。加Ba(NO3)2，发生的反应为Ba2＋＋CrO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ===BaCrO4↓(黄色)，平衡向右移动，溶液颜色将由橙色逐渐变浅，直至无色。
答案：(1)黄 OH－与H＋结合生成水，使平衡向右移动，CrO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) 浓度增大，溶液由橙色变为黄色 (2)橙 c(H＋)增大，平衡左移，Cr2O eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(7)) 浓度增大，溶液由黄色变为橙色 (3)向右移动 逐渐变浅，直至无色
命题角度1：影响化学平衡的因素
【典例1】(2020·浙江7月选考)一定条件下：2NO2(g)N2O4(g) ΔH