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2021高三全国统考化学(经典版)一轮学案:第7章第2节化学平衡状态 化学平衡的移动
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第2节 化学平衡状态 化学平衡的移动
[考试说明] 1.了解化学反应的可逆性。2.了解化学平衡建立的过程;掌握化学平衡的特征。3.理解外界条件(浓度、温度、压强、催化剂等)对化学平衡的影响,能用相关理论解释其一般规律。4.了解化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。
[命题规律] 本节内容是高考的重点与热点,主要考点有两个:一是化学平衡状态的判断;二是化学平衡移动原理,它往往以化学图像为载体,结合化学反应速率的变化、化学平衡常数一起进行考查,同时考查图表分析、数据处理能力。
考点1 可逆反应和化学平衡状态
知识梳理
1.化学平衡研究的对象——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
①三同:a.相同条件下;b.正逆反应同时进行;c.反应物与生成物同时存在。
②一小:任一组分的转化率都小于100%。
(3)表示方法:在化学方程式中用“”表示。
2.化学平衡状态
(1)概念:在一定条件下的可逆反应中,正反应速率和逆反应速率相等,反应体系中所有参加反应的物质的浓度或质量保持不变的状态。
(2)建立过程
在一定条件下,把某一可逆反应的反应物加入固定容积的密闭容器中。反应过程如下:
以上过程可用如图表示:
(3)化学平衡状态特征
(1)可逆反应不等同于可逆过程,可逆过程包括物理变化和化学变化,而可逆反应属于化学变化。
(2)可逆反应体系中,生成物不能全部转化为反应物,反应物也不能完全转化为生成物。
(3)化学反应的平衡状态可以从正反应方向建立,也可以从逆反应方向建立,或者同时从正、逆方向建立。
(4)化学反应达到化学平衡状态的正逆反应速率相等,是指同一物质的消耗速率和生成速率相等,若用不同物质表示时,反应速率不一定相等。
(5)化学反应达平衡状态时,各组分的浓度、百分含量保持不变,但不一定相等。
1.判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”,错误的指明错因。
(1)2H2O2H2↑+O2↑为可逆反应。(×)
错因:可逆反应是在同一条件下,既可以正向进行又可以逆向进行的反应。
(2)对于反应2A(g)+B(g)3C(g),在恒温恒容密闭容器中反应,当混合气体的密度保持不变时说明反应已达平衡状态。(×)
错因:反应前后质量不变、体积不变,故密度始终不变。
(3)由2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH=-196.6 kJ·mol-1知,2 mol SO2与1 mol O2在恒压密闭容器中充分反应,可放出196.6 kJ的热量。(×)
错因:热化学方程式表示2 mol SO2气体与1 mol O2完全反应生成2 mol SO3气体时,放出热量为196.6 kJ,故2 mol SO2与1 mol O2在容器中反应达到平衡,放热小于196.6 kJ。
(4)对NO2(g)+SO2(g)SO3(g)+NO(g)反应,当每消耗1 mol SO3的同时生成1 mol NO2时,说明反应达平衡状态。(×)
错因:消耗1 mol SO3的同时生成1 mol NO2均表示逆反应方向,故无法判断反应是否达到平衡状态。
(5)对反应A(s)+3B(g)2C(g)+D(g),在恒温恒容密闭容器中反应,当压强不随时间而改变,说明反应已达平衡。(×)
错因:此反应为反应前后气体体积不变的反应,故压强始终不发生改变,因此压强不变时,无法说明反应已达平衡。
2.用Cl2生产某些含氯有机物时会生成副产物HCl,利用下列反应可实现氯的循环利用:4HCl(g)+O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g) ΔH=-115.6 kJ·mol-1。恒温恒容的密闭容器中,充入一定量的反应物发生上述反应,能充分说明该反应达到化学平衡状态的是( )
A.气体的质量不再改变
B.氯化氢的转化率不再改变
C.断开4 mol H—Cl键的同时生成4 mol H—O键
D.n(HCl)∶n(O2)∶n(Cl2)∶n(H2O)=4∶1∶2∶2
答案 B
解析 反应物和生成物均为气体,气体的总质量始终不变,A错误;反应正向进行时,HCl的转化率升高;反应逆向进行时,HCl的转化率降低,当HCl的转化率不再改变时,可以说明可逆反应达到平衡状态,B正确;断开4 mol H—Cl键和生成4 mol H—O键均表示正反应方向的反应速率,不能据此判断反应是否达到平衡状态,C错误;反应达到平衡状态时,各反应物和生成物的物质的量保持不变,但各物质的物质的量之比等于对应的化学计量数之比不能判断反应是否达到平衡状态,D错误。
题组训练
题组一 可逆反应及其特点
1.硫酸是一种重要的化工产品,硫酸的消耗量常被视为一个国家工业发展水平的一种标志。目前的重要生产方法是“接触法”,有关接触氧化反应2SO2+O22SO3的说法不正确的是( )
A.该反应为可逆反应,故在一定条件下二氧化硫和氧气不可能全部转化为三氧化硫
B.达到平衡后,反应就停止了,故此时正、逆反应速率相等且均为零
C.一定条件下,向某密闭容器中加入2 mol SO2和1 mol O2,则从反应开始到达到平衡的过程中,正反应速率不断减小,逆反应速率不断增大,某一时刻,正、逆反应速率相等
D.在利用上述反应生产三氧化硫时,要同时考虑反应所能达到的限度和化学反应速率两方面的问题
答案 B
解析 可逆反应达到平衡状态时,正、逆反应仍在进行,即v正=v逆≠0,故B错误。
2.在一个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
答案 C
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
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;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;由于反应为可逆反应,SO2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;根据元素守恒,c(SO2)+c(SO3)=0.4 mol·L-1,故D错误。
题组二 化学平衡状态的标志
3.恒温恒容条件下,某密闭容器中发生如下反应:H2(g)+I2(g)2HI(g),说明该反应已达到平衡状态的是( )
A.容器内总压强不随时间改变
B.气体的密度不随时间改变
C.单位时间内生成2 mol HI的同时消耗1 mol H2
D.H2的体积分数不随时间改变
答案 D
解析 该反应前后气体总分子数不变,则恒温恒容条件下,容器内气体总压强始终不变,故不能根据总压强的不变判断反应达到平衡状态,A错误;反应物和生成物均为气体,则气体总质量不变,又知该反应在恒温恒容条件下进行,则气体的密度始终不变,故不能根据密度不变判断反应达到平衡状态,B错误;生成2 mol HI和消耗1 mol H2均表示正反应方向,故不能判断反应达到平衡状态,C错误;该反应正向进行时,H2的体积分数减小,而逆向进行时,H2的体积分数增大,当H2的体积分数不随时间改变,即v正(H2)=v逆(H2),则该反应达到平衡状态,D正确。
4.(1)在一定条件下,可逆反应达到平衡状态的本质特征是__________________________。下列关系中能说明反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)已经达到平衡状态的是________。
A.3v正(N2)=v正(H2) B.v正(N2)=v逆(NH3)
C.2v正(H2)=3v逆(NH3) D.v正(N2)=3v逆(H2)
(2)在一定温度下的恒容密闭容器中,可逆反应达到平衡状态时,一些宏观物理量恒定不变:a.反应容器中生成物的浓度不变;b.反应物的生成速率与生成物的消耗速率之比等于化学计量数之比;c.混合气体的压强不变;d.混合气体的密度不变;e.混合气体的平均相对分子质量不变;f.混合气体的总物质的量不变;g.混合气体的颜色不变;h.各反应物和生成物的浓度之比等于化学计量数之比;i.某种气体的质量分数不变。
①能说明反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)达到平衡状态的有________;
②能说明反应2NO2(g)N2O4(g)达到平衡状态的有________。
答案 (1)正反应速率与逆反应速率相等 C
(2)①acefi ②acefgi
可逆反应达平衡状态的判断方法
准确地判断题目提供的物理量,反应过程中是变量还是定量,若变量不变,则可逆反应达到平衡状态。
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在单位时间内消耗了m mol A,同时生成m mol A
平衡
②在单位时间内消耗了n mol B,同时生成p mol C
不一定
③v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)=m∶n∶p∶q
不一定
④在单位时间内生成n mol B,同时消耗q mol D
不一定
恒温恒容时,
压强不再变化
①m+n≠p+q
平衡
②m+n=p+q
不一定
平均相对分子质量(r)
①m+n≠p+q时
平衡
②m+n=p+q时
不一定
气体密度
不再变化
恒温恒压
m+n=p+q
不一定
m+n≠p+q
平衡
恒温恒容
m+n=p+q
不一定
m+n≠p+q
温度不再变化
绝热容器
平衡
颜色不再变化
说明有色物质的浓度一定
平衡
考点2 化学平衡的移动
知识梳理
1.化学平衡移动的过程
2.化学平衡移动方向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。
(3)v正0),达到平衡时,要使正反应速率降低,A的浓度增大,应采取的措施是( )
A.缩小体积加压 B.扩大体积减压
C.增加E的浓度 D.降温
答案 D
解析 缩小体积加压,平衡逆向移动,A的浓度增大,但正反应速率也增大,A错误;扩大体积减压,平衡正向移动,正反应速率减小,但A的浓度也减小,B错误;增加E的浓度,平衡逆向移动,A的浓度增大,正反应速率也增大,C错误;降温,正反应速率降低,且平衡逆向移动,A的浓度增大,D正确。
2.一定量的混合气体在密闭容器中发生反应:mA(g)+nB(g)pC(g)达到平衡时,维持温度不变,将气体体积缩小到原来的,当达到新的平衡时,气体C的浓度变为原平衡时的1.9倍,则下列说法正确的是( )
A.m+n>p B.m+nb
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
答案 A
解析 根据图像可知,温度升高,φ(CH4)减小,说明平衡右移,则正反应是吸热反应,该反应的焓变ΔH>0,A正确;温度一定时,Z增大,φ(CH4)减小,则a