1、必备知识 整合 关键能力 突破 第第2 2讲化学平衡状态和平衡移动讲化学平衡状态和平衡移动 必备知识 整合 关键能力 突破 一、可逆反应与化学平衡状态一、可逆反应与化学平衡状态 必备知识 整合 1.可逆反应可逆反应 必备知识 整合 关键能力 突破 2.化学平衡状态化学平衡状态 (1)概念:在一定条件下的可逆反应里,正反应和逆反应的速率相等,反应体系 中所有参加反应的物质的质量或浓度保持恒定的状态。 (2)化学平衡的建立 必备知识 整合 关键能力 突破 (3)平衡特点 必备知识 整合 关键能力 突破 3.判断化学平衡状态的两种方法判断化学平衡状态的两种方法 (1)动态标志:v正=v逆0。 a.同
2、种物质:同一物质的生成速率等于其消耗速率。 b.不同物质:必须标明是“异向”的反应速率关系。 如aA+bBcC+dD时,=时,反应达到平衡状态。 ( ) ( ) vA vB 正 逆 a b 必备知识 整合 关键能力 突破 (2)静态标志:各种“量”不变。 a.各物质的质量、物质的量或浓度不变。 b.各物质的百分含量(物质的量分数、质量分数等)不变。 c.温度、压强(化学反应方程式两边气体体积不相等)或颜色(某组分有颜色) 不变。 总之,若物理量由“变量”变成了“不变量”,则表明该可逆反应达到平衡状 态;若物理量始终为“不变量”,则不能作为平衡标志。 必备知识 整合 关键能力 突破 二、化学平衡
3、移动二、化学平衡移动 1.化学平衡移动的过程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。 必备知识 整合 关键能力 突破 3.影响化学平衡的外界因素影响化学平衡的外界因素 (1)影响化学平衡的外界因素 条件的改变(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(对有 气体参与 的反应) 反应前后气体分子数改变 增大压强向气体体积减
4、小的方向移动 减小压强向气体体积增大的方向移动 反应前后气体分子数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 催化剂使用催化剂平衡不移动 必备知识 整合 关键能力 突破 (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、浓度),平衡将向着能够 减弱这种改变的方向移动。 注意a.改变固体或纯液体的量,对化学平衡无影响。 必备知识 整合 关键能力 突破 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 恒温恒压 条件 原平衡体系容器容积增大,各反应气体的分压减小 b.“惰性气体”对化学平衡的影响。 必备知识 整
5、合 关键能力 突破 1.易错易混辨析(正确的画“”,错误的画“”)。 (1)2H2O2H2+O2为可逆反应() (2)标准状况下,22.4LNO与足量O2反应可生成NA个NO2分子() (3)对于反应A(g)+B(g)C(g)+D(g),压强不随时间而变,则说明反应已达平 衡状态() (4)对于反应NO2(g)+SO2(g)SO3(g)+NO(g),当每消耗1molSO3的同时生 成1molNO2时,说明反应达到平衡状态() 必备知识 整合 关键能力 突破 (5)在2L密闭容器内,800时反应2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的体系中,当该 容器内颜色保持不变时能说明该反应已达到平衡状态(
6、) (6)其他条件不变,升高温度,化学平衡一定发生移动() (7)反应2NH3(g)+NO(g)+NO2(g)2N2(g)+3H2O(g)H0,其他条件不变, 使用高效催化剂,氮氧化物的转化率增大() (8)对于反应H2(g)+I2(g)2HI(g),无论恒温恒容,还是恒温恒压,充入稀有气 体,平衡均不移动() (9)只要v正增大,平衡一定正向移动() (10)平衡正向移动时,反应物浓度一定减小() 必备知识 整合 关键能力 突破 2.对于一定条件下的可逆反应: 甲:A(g)+B(g)C(g)H0 乙:A(s)+B(g)C(g)H0 达到化学平衡后,改变条件,按要求回答下列问题: (1)升温,
7、平衡移动方向分别为甲向左(填“向左”“向右”或“不移 动”,下同);乙向左;丙向右。混合气体的平均相对分子质量变化分 别为甲减小(填“增大”“减小”或“不变”,下同);乙减小; 丙不变。 必备知识 整合 关键能力 突破 (2)加压,平衡移动方向分别为甲向右(填“向左”“向右”或“不移 动”,下同);乙不移动;丙不移动。混合气体的平均相对分子质量变 化分别为甲增大(填“增大”“减小”或“不变”,下同);乙不变; 丙不变。 必备知识 整合 关键能力 突破 3.借助图像理解影响反应速率的因素。 平衡体系条件变化速率变化平衡变化速率变化曲线 任一平衡 体系 增大反应物的浓度v正、v逆均增大,且v正v逆
8、正向移动 减小反应物的浓度v正、v逆均减小,且v逆v正逆向移动 增大生成物的浓度v正、v逆均增大,且v逆v正逆向移动 减小生成物的浓度v正、v逆均减小,且v正v逆正向移动 必备知识 整合 关键能力 突破 正反应方向为气体 体积增大的放热反 应A(g)+B(g) 3C(g)Hv正 逆向移动 减小压强或 降低温度 v正、v逆均减小, 且v正v逆 正向移动 反应前后气体化学 计量数之和相等的 反应A(g)+B(g) 2C(g) 增大压强 v正、v逆同等 倍数增大 不移动 减小压强 v正、v逆同等 倍数减小 必备知识 整合 关键能力 突破 考点一可逆反应与化学平衡状态 典例探究典例探究 例例在一密闭容
9、器中进行反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),已知反应过程中 某一时刻SO2、O2、SO3的浓度分别为0.2molL-1、0.1molL-1、0.2molL-1,当 反应达到平衡时,可能存在的数据是() A.SO2为0.4molL-1,O2为0.2molL-1B.SO2为0.25molL-1 C.SO3为0.4molL-1D.SO2、SO3均为0.15molL-1 B 关键能力 突破 必备知识 整合 关键能力 突破 解析解析若该反应正向进行到底,则最终SO3的浓度为0.4molL-1,SO2和O2的浓 度均为0;若该反应逆向进行到底,则最终SO2和O2的浓度分别为0.4molL-1和
10、 0.2molL-1,SO3的浓度为0。但该反应为可逆反应,平衡时各物质的浓度不可 能为0,故A、C错误;反应物、生成物的浓度不可能同时减小,故D错误。 必备知识 整合 关键能力 突破 用极端假设法确定各物质浓度范围 可逆反应中各物质浓度范围可根据极端假设法判断,假设反应正向或逆向进 行到底,求出各物质浓度的最大值和最小值,从而确定它们的浓度范围。 例如:可逆反应A(g)+3B(g) 2C(g),各物质的起始浓度分别为c(A)=0.1mol L-1,c(B)=0.3 molL-1,c(C)=0.2 molL-1。 假设反应正向进行到底:A(g)+3B(g) 2C(g) 起始浓度/( molL-
11、1) 0.10.3 0.2 改变浓度/( molL-1)0.10.3 0.2 名师点拨名师点拨 终态浓度/( molL-1)00 0.4 必备知识 整合 关键能力 突破 假设反应逆向进行到底:A(g)+3B(g) 2C(g) 起始浓度/( molL-1)0.10.3 0.2 改变浓度/( molL-1)0.10.3 0.2 终态浓度/( molL-1)0.20.6 0 平衡体系中各物质的浓度(molL-1)范围为c(A)(0,0.2),c(B)(0,0.6), c(C)(0,0.4)。 必备知识 整合 关键能力 突破 题组训练题组训练 题组一题组一“极端假设法极端假设法”在可逆反应中的应用在可
12、逆反应中的应用 1.(2020黑龙江哈尔滨月考)在密闭容器中进行如下反应:X2(g)+Y2(g)2Z(g), 已知X2、Y2、Z的起始浓度分别为0.1mol/L、0.3mol/L、0.2mol/L,在一定条件 下,当反应达到平衡时,各物质的浓度有可能是() A.Z为0.3mol/LB.Y2为0.4mol/L C.X2为0.2mol/LD.Z为0.4mol/L A 必备知识 整合 关键能力 突破 解析解析假设反应正向进行到底,列出“三段式”: X2(g)+Y2(g)2Z(g) 开始(mol/L)0.10.30.2 变化(mol/L)0.10.10.2 终态(mol/L)00.20.4 假设反应逆
13、向进行到底,列出“三段式”: X2(g)+Y2(g)2Z(g) 开始(mol/L)0.10.30.2 变化(mol/L)0.10.10.2 终态(mol/L)0.20.40 必备知识 整合 关键能力 突破 由于为可逆反应,物质不能完全转化,所以平衡时浓度(mol/L)范围为0c(X2) 0.2,0.2c(Y2)0.4,0c(Z)0.4,故A项正确。 必备知识 整合 关键能力 突破 2.(2020陕西西安模拟节选)向体积为2L的固定密闭容器中通入3molX气体, 在一定温度下发生如下反应:2X(g)Y(g)+3Z(g)。 (1)经5min后反应达到平衡,此时测得容器内的压强为起始时的1.2倍,则
14、用Y 表示的反应速率为0.03molL-1min-1。 (2)若保持温度和体积不变,起始时加入X、Y、Z物质的量分别为amol、 bmol、cmol,达到平衡时仍与(1)的平衡等效,且起始时维持化学反应向逆反应 方向进行,则c的取值范围应该为0.90,当反应达到平衡时,下列措施:升 温、恒容通入惰性气体、增加CO浓度、减压、加催化剂、恒压 通入惰性气体,能提高COCl2转化率的是() A.B. C.D. B 必备知识 整合 关键能力 突破 解析解析题给反应正向为气体体积增大的吸热反应,所以升温和减压均可以促 使平衡正向移动,故、正确;恒压通入惰性气体,相当于减压,故正确;恒 容通入惰性气体与加
15、催化剂均对平衡无影响,故、错误;增加CO的浓度, 将导致平衡逆向移动,故错误。 必备知识 整合 关键能力 突破 名师点拨名师点拨 提高反应物转化率的措施 (1)对于吸热反应,升温能提高转化率;对于放热反应,降温能提高转化率。 (2)对于气体体积减小的反应,增大压强(各物质浓度发生变化)能提高反应物 的转化率;对于气体体积增大的反应,减小压强(各物质浓度发生变化)能提高 反应物的转化率。 (3)对于反应A(g)+B(g) 2C(g),增大c(A)能提高B的转化率。 必备知识 整合 关键能力 突破 题组训练题组训练 题组一化学平衡移动的方向题组一化学平衡移动的方向 1.大气中的污染物氮氧化物主要来
16、源于机动车尾气,低温脱硝技术可用于处 理废气中的氮氧化物,发生的化学反应为2NH3(g)+NO(g)+NO2(g)2N2(g)+ 3H2O(g)H0,在某一时间 段内反应速率v与反应时间t的关系曲线如图所示,下列说法正确的是() A.CO的体积分数最高的一段时间为t5t6 B.t2t3和t3t4时间段H2的体积分数相等 C.t1时刻改变的条件是降低温度 D.t4t5时间段平衡向正反应方向移动 B 必备知识 整合 关键能力 突破 解析解析由题图可知,t3时平衡不移动,t1、t4时改变条件反应均逆向移动,CO的 含量减少,则CO的体积分数最高的一段时间为t0t1,A项错误;t2t3时间段达到 化学
17、平衡状态,体积分数不变,t3t4时间段化学平衡不移动,所以H2的体积分数 相等,B项正确;t1时正、逆反应速率均增大,且逆反应速率大于正反应速率,平 衡逆向移动,改变条件为增大压强,而降低温度会使正、逆反应速率均减小, C项错误;t4t5时间段,逆反应速率大于正反应速率,则化学平衡向逆反应方向 移动,D项错误。 必备知识 整合 关键能力 突破 4.已知一定条件下发生反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)H0,在反应过程 中,正反应速率随时间的变化如图所示,请根据速率的变化回答采取的措施 (改变的条件)。 t1:加压或增大反应物浓度(充入SO2或O2); t2:加入催化剂; t3:减压或
18、减小反应物浓度(分离移除SO2或O2); t4:减小生成物浓度(分离移除SO3)。 必备知识 整合 关键能力 突破 解析解析由题图可知,t1时刻,v正瞬时增大,后逐渐减小,对于反应:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)H0,升高温度,化学平衡正向移动,SiHCl3的转化率增大,故a点所在曲线表 示343K时SiHCl3的转化率,观察题图知,343K时反应的平衡转化率为22%;设 起始时SiHCl3的物质的量浓度为c,列出“三段式”: 2SiHCl3(g)SiH2Cl2(g)+SiCl4(g) 起始c00 变化0.22c0.11c0.11c 平衡0.78c0.11c0.11c 故K343K
19、=0.02。 422 2 3 (SiCl )(SiHl ) (l ) ccC cSiHC 2 0.110.11 (0.78 ) cc c 必备知识 整合 关键能力 突破 已知2SiHCl3(g)SiH2Cl2(g)+SiCl4(g) H=48kJmol-1,该反应的正反应是气体体积不变的吸热反应,故要在温度不 变的情况下提高SiHCl3转化率,可采取的措施是及时移去产物;要缩短反应达 到平衡的时间,可采取的措施有提高反应物压强(浓度)和改进催化剂等。 a、b处SiHCl3的转化率相等,但a处温度比b处高,故va大于vb;依据题意知v正= k正,v逆=k逆,由平衡时v正=v逆知,=0.02,对于
20、a处,列出 “三段式”计算知,=0.8,=0.1,=0.1,故a处= 1.3。 3 2 SiHCl x 22 SiHlC x 4 SiCl x k k 正 逆 224 3 SiHlSiCl 2 SiHCl C xx x 3 SiHCl x 22 SiHlC x 4 SiCl x v v 正 逆 3 224 2 SiHCl SiHlSiClC k x k xx 正 逆 2 0.02 0.8 0.1 0.1 必备知识 整合 关键能力 突破 1.(2020课标,28节选)硫酸是一种重要的基本化工产品。接触法制硫酸生 产中的关键工序是SO2的催化氧化:SO2(g)+O2(g)SO3(g)H=-98 k
21、Jmol-1。回答下列问题: (2)当SO2(g)、O2(g)和N2(g)起始的物质的量分数分别为7.5%、10.5%和82% 时,在0.5MPa、2.5MPa和5.0MPa压强下,SO2平衡转化率随温度的变化如 图所示。反应在5.0MPa、550时的=0.975,判断的依据是该反应 气体分子数减少,增大压强,提高,5.0MPa2.5MPa=p2,所以p1=5.0MPa。 影响的因素有温度、压强和反应物的起始浓度(组成)。 1 2 必备知识 整合 关键能力 突破 必备知识 整合 关键能力 突破 解析解析(2)该反应的正反应是气体分子数减小的反应,压强增大,平衡正向移 动,SO2的平衡转化率变大
22、,故在相同温度下,压强越大,SO2的平衡转化率越高, 则p1=5.0MPa,由题图可知在550、5.0MPa时,=0.975;由该反应的正反应 是气体分子数减少的放热反应可知,影响的因素有压强、温度和反应物的 起始浓度等。 必备知识 整合 关键能力 突破 2.(2020课标,28节选)天然气的主要成分为CH4,一般还含有C2H6等烃类,是 重要的燃料和化工原料。 (1)乙烷在一定条件可发生如下反应:C2H6(g)C2H4(g)+H2(g)H1,相关物 质的燃烧热数据如下表所示: 物质C2H6(g)C2H4(g)H2(g) 燃烧热H/(kJmol-1)-1560-1411-286 H1=137k
23、Jmol-1。 提高该反应平衡转化率的方法有升高温度、减小压强(增大体积)。 必备知识 整合 关键能力 突破 解析解析(1)根据题意可知: .C2H6(g)C2H4(g)+H2(g)H1 .C2H6(g)+O2(g)2CO2(g)+3H2O(l)DH2=-1560kJmol-1 .C2H4(g)+3O2(g)2CO2(g)+2H2O(l)DH3=-1411kJmol-1 .H2(g)+O2(g)H2O(l)DH4=-286kJmol-1 根据盖斯定律,反应=-,则DH1=DH2-DH3-DH4=137kJmol-1。 由及反应方程式知,该反应为气体分子数增大的吸热反应,温度升高,平 衡正向移动
24、,转化率增大;减小压强或增大体积,平衡正向移动,转化率增大。 7 2 1 2 必备知识 整合 关键能力 突破 3.(2020课标,28节选)二氧化碳催化加氢合成乙烯是综合利用CO2的热点研 究领域。回答下列问题: (1)CO2催化加氢生成乙烯和水的反应中,产物的物质的量之比n(C2H4) n(H2O)=1 4。当反应达到平衡时,若增大压强,则n(C2H4)变大 (填“变大”“变小”或“不变”)。 (2)理论计算表明,原料初始组成n(CO2) n(H2)=1 3,在体系压强为0.1MPa, 反应达到平衡时,四种组分的物质的量分数x随温度T的变化如图所示。 必备知识 整合 关键能力 突破 图中,表
25、示C2H4、CO2变化的曲线分别是d、c。CO2催化加氢合成C2 H4反应的H小于0(填“大于”或“小于”)。 必备知识 整合 关键能力 突破 解析解析(1)由题意可知,CO2催化加氢合成C2H4的化学方程式为2CO2(g)+6H2(g) C2H4(g)+4H2O(g),产物的物质的量之比n(C2H4) n(H2O)=1 4;反应达平 衡时,增大压强,平衡向右移动,n(C2H4)变大。(2)原料初始组成n(CO2) n(H2)= 1 3,符合化学计量数之比,故反应体系中x(CO2) x(H2)始终为1 3,x(C2H4) x(H2O)始终为1 4,结合题图中曲线起点的x值可知,曲线a、c分别对应H2、 CO2,曲线b、d分别对应H2O、C2H4;由曲线变化可知,升高温度,平衡向左移动, 故反应的H小于0。
