2023统考版高考化学一轮第七章化学反应速率和化学平衡第2讲化学平衡状态化学平衡移动课件

第2讲　化学平衡状态　化学平衡移动\n考点一考点二真题演练·素养通关\n考纲要求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。\n考点一\n考点一　可逆反应与化学平衡状态基础梳理·自我排查1.可逆反应(1)定义在________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①二同：a.相同条件下；b.正、逆反应同时进行。②一小：反应物与生成物同时存在；任一组分的________都小于100%。(3)表示在化学方程式中用“______”表示。同一条件转化率⇌\n[思考]对于可逆反应2SO2＋O2⇌2SO3ΔH<0，在混合气体中充入一定量的18O2，经足够长的时间后：(1)18O存在于哪些分子中？(2)二氧化硫分子的相对分子质量可能为________。由于2SO2＋O2⇌2SO3为可逆反应，18O存在于O2、SO3、SO2三种物质的分子中SO2的相对分子质量可能为64或66或68\n2．化学平衡状态(1)概念一定条件下的可逆反应，当反应进行到一定程度时，正反应速率和逆反应速率________，反应物的浓度和生成物的浓度________，我们称为“化学平衡状态”，简称化学平衡。相等一定\n(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：如图所示：最大逐渐减小逐渐增大\n(3)化学平衡的特点\n[思考]向含有2molSO2的容器中通入过量O2发生2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)ΔH＝－QkJ·mol－1(Q>0)，充分反应后生成SO3的物质的量___(填“<”“>”或“＝”，下同)2mol，SO2的物质的量____0mol，转化率________100%，反应放出的热量________QkJ。<><<\n[判断](正确的打“√”，错误的打“×”)(1)2H2O电解点燃2H2↑＋O2↑为可逆反应()(2)二次电池的充、放电为可逆反应()(3)一个可逆反应达到的平衡状态就是这个反应在该条件下所能达到的限度()(4)对反应A(g)＋B(g)⇌C(g)＋D(g)，压强不随时间而变，说明反应已达平衡状态()(5)对NO2(g)＋SO2(g)⇌SO3(g)＋NO(g)反应，当每消耗1molSO3的同时生成1molNO2时，说明反应达到平衡状态()(6)对于反应A(g)＋B(g)⇌2C(g)＋D(g)，当密度保持不变，在恒温恒容或恒温恒压条件下，均不能作为达到化学平衡状态的标志()××√×××\n微点拨1．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。2．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。3．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。\n考点专练·层级突破练点一化学平衡状态的判断1．一定温度下在一容积不变的密闭容器中发生可逆反应2X(g)⇌Y(g)＋Z(s)，以下不能说明该反应达到化学平衡状态的是()A．混合气体的密度不再变化B．反应容器中Y的质量分数不变C．X的分解速率与Y的消耗速率相等D．单位时间内生成1molY的同时生成2molX解析：X的分解速率与Y的消耗速率之比为2∶1时，才能说明反应达到平衡状态，C项说明反应未达到平衡状态。答案：C\n2．汽车尾气净化的主要原理为2NO(g)＋2CO(g)催化剂2CO2(g)＋N2(g)ΔH<0。若该反应在绝热、恒容的密闭体系中进行，下列示意图正确且能说明反应在进行到t1时刻达到平衡状态的是________(填序号)。②④⑤\n解析：①达到平衡时，v正应保持不变。②由于是放热反应，又是绝热容器，体系温度升高，平衡左移，K减小，当K不变时，温度不变，达到平衡状态。③图中达到平衡时，CO、CO2的改变量不是1∶1。④ω(NO)逐渐减小，达到平衡时保持不变。⑤因正反应放热，容器绝热，故反应开始后体系温度升高，达到平衡状态时，体系温度不再发生变化。⑥ΔH是一个定值，不能用于判断可逆反应是否达到平衡状态。\n练点二可逆反应与平衡观3．反应2SO2＋O2⇌2SO3达到平衡后，再向反应容器中充入含氧的同位素的氧气，经过一段时间后原子存在于()A．O2B．SO2C．O2和SO2D．O2、SO2和SO3解析：可逆反应达到平衡状态，正、逆反应并没有停止，所以氧气中的18O可通过正反应进入SO3中，SO3中的18O又可通过逆反应而进入SO2中。答案：D\n4．一定条件下，对于可逆反应X(g)＋3Y(g)⇌2Z(g)，若X，Y，Z的起始浓度分别为c1、c2、c3(均不为零)，达到平衡时，X，Y，Z的浓度分别为0.1mol·L－1、0.3mol·L－1、0.08mol·L－1，则下列判断正确的是()A．c1∶c2＝3∶1B．平衡时，Y和Z的生成速率之比为2∶3C．X、Y的转化率不相等D．c1的取值范围为0<c1<0.14mol·L－1解析：平衡浓度之比为1∶3，转化浓度亦为1∶3，故c1∶c2＝1∶3，A、C不正确；平衡时Y生成表示逆反应速率，Z生成表示正反应速率且v生成(Y)∶v生成(Z)应为3∶2，B不正确；由可逆反应的特点可知0<c1<0.14mol·L－1。答案：D\n方法总结判断化学平衡状态的两种方法1．动态标志：v正＝v逆≠0(1)同种物质：同一物质的生成速率等于消耗速率。(2)不同物质：必须标明是“异向”的反应速率关系。如aA＋bB⇌cC＋dD，＝时，反应达到平衡状态。2．静态标志：各种“量”不变(1)各物质的质量、物质的量或浓度不变。(2)各物质的百分含量(物质的量分数、质量分数等)不变。(3)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；若物理量为“不变量”，则不能作为平衡标志。\n考点二\n考点二　化学平衡移动基础梳理·自我排查1.化学平衡的移动(1)过程(2)图示\n2．外界因素对化学平衡的影响正逆减小增大不吸热反应放热反应不能\n3．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、以及参加反应的化学物质的浓度)，平衡将向着能够____________的方向移动。减弱这种改变\n[思考]根据化学平衡原理解答下列问题：在体积不变的密闭容器中发生N2(g)＋3H2(g)⇌2NH3(g)ΔH＝－92.4kJ·mol－1，只改变一种外界条件，完成下表：改变条件平衡移动方向氢气的转化率(增大、减小或不变)氨气的体积分数(增大、减小或不变)增大氮气的浓度________________增大氨气的浓度________________________升温________________________充入适量氩气________________________正向增大逆向减小增大逆向减小减小不移动不变不变\n[判断](正确的打“√”，错误的打“×”)(1)化学平衡发生移动，速率一定改变。速率改变，化学平衡一定发生移动()(2)往平衡体系FeCl3＋3KSCN⇌Fe(SCN)3＋3KCl中加入KCl固体，平衡将向逆反应方向移动，溶液颜色将变浅()(3)二氧化氮与四氧化二氮的平衡体系，加压后颜色加深()(4)C(s)＋CO2(g)⇌2CO(g)ΔH>0，其他条件不变时升高温度，反应速率v(CO2)和CO2的平衡转化率均增大()(5)CO(g)＋H2O(g)⇌CO2(g)＋H2(g)ΔH<0，在其他条件不变的情况下改变压强，平衡不发生移动，反应放出的热量不变()(6)合成氨反应需使用催化剂，说明催化剂可以促进该平衡向生成氨的方向移动()××√√√×\n微点播\n考点专练·层级突破练点一影响化学平衡移动的条件1．将等物质的量的N2、H2气体充入某密闭容器中，在一定条件下，发生如下反应并达到平衡：N2(g)＋3H2(g)⇌2NH3(g)ΔH＜0。当改变某个条件并维持新条件直至新的平衡时，下表中关于新平衡与原平衡的比较正确的是()选项改变条件新平衡与原平衡比较A增大压强N2的浓度一定变小B升高温度N2的转化率变小C充入一定量H2H2的转化率不变，N2的转化率变大D使用适当催化剂NH3的体积分数增大答案：B\n解析：A项，正反应是体积减小的反应，依据勒夏特列原理可知增大压强平衡向正反应方向移动，但氮气的浓度仍然比原平衡大，A不正确；B项，正反应是放热反应，则升高温度平衡向逆反应方向移动，氮气的转化率降低，B正确；C项，充入一定量的氢气，平衡向正反应方向移动，氮气的转化率增大，而氢气的转化率降低，C不正确；D项，催化剂只能改变反应速率而不能改变平衡状态，D不正确，答案选B。\n2．在一体积可变的密闭容器中，加入一定量的X、Y，发生反应mX(g)⇌nY(g)ΔH＝QkJ·mol－1。反应达到平衡时，Y的物质的量浓度与温度、气体体积的关系如下表所示：下列说法正确的是()A．m>nB．Q<0C．温度不变，压强增大，Y的质量分数减少D．体积不变，温度升高，平衡向逆反应方向移动答案：C\n解析：温度不变时(假设100℃条件下)，体积是1L时，Y的物质的量为1mol，体积为2L时，Y的物质的量为0.75mol·L－1×2L＝1.5mol，体积为4L时，Y的物质的量为0.53mol·L－1×4L＝2.12mol，说明体积越小，压强越大，Y的物质的量越小，Y的质量分数越小，平衡向生成X的方向进行，m<n，A项错误，C项正确；体积不变时，温度越高，Y的物质的量浓度越大，说明升高温度，平衡向生成Y的方向移动，则Q>0，B、D项错误。\n3．已知某密闭容器中发生反应：X(g)＋Y(g)⇌mZ(g)ΔH<0。反应过程中，X、Y、Z的物质的量随时间的变化如图所示，则t1时刻改变的条件可能是()A．升高温度B．加入更高效的催化剂C．增大压强D．加入一定量的Z答案：A\n解析：正反应是放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，Z的物质的量减少，X或Y的物质的量增大，符合图像，A正确；使用催化剂不影响化学平衡的移动，不符合图像，B错误；由题图知，反应达到平衡时，Δn(X或Y)＝amol，Δn(Z)＝2amol，参与反应的各物质的物质的量变化之比等于化学计量数之比，即m＝2，反应前后气体物质的化学计量数之和相等，增大压强，化学平衡不移动，不符合图像，C错误；加入一定量的Z，t1时，Z的物质量应增大，不符合图像，D错误。\n练点二等效平衡4．恒温恒压下，在一个容积可变的密闭容器中发生反应：A(g)＋B(g)⇌C(g)，若开始时通入1molA和1molB，达到平衡时生成amolC。则下列说法错误的是()A．若开始时通入3molA和3molB，达到平衡时，生成的C的物质的量为3amolB．若开始时通入4molA、4molB和2molC，达到平衡时，C的物质的量一定大于4molC．若开始时通入2molA、2molB和1molC，达到平衡时，再通入3molC，则再次达到平衡后，C的物质的量分数为D．若在原平衡体系中，再通入1molA和1molB，混合气体的平均相对分子质量不变答案：B\n解析：选项A，开始时通入3molA和3molB，由于容器体积膨胀，保持恒压，相当于将三个原容器叠加，各物质的含量与原平衡中的相同，C的物质的量为3amol，正确；选项B，无法确定平衡移动的方向，不能确定平衡时B的物质的量一定大于4mol，错误；选项C，根据题给数据可算出达到平衡时C的物质的量分数为，正确；选项D，这种条件下混合气体的平均相对分子质量不变。\n5．一定温度下，在3个体积均为1.0L的恒容密闭容器中反应2H2(g)＋CO(g)⇌CH3OH(g)达到平衡。下列说法正确的是()A.该反应的正反应吸热B．达到平衡时，容器Ⅰ中反应物转化率比容器Ⅱ中的大C．达到平衡时，容器Ⅱ中c(H2)大于容器Ⅲ中c(H2)的两倍D.达到平衡时，容器Ⅲ中的正反应速率比容器Ⅰ中的大容器温度/K物质的起始浓度/mol·L－1物质的平衡浓度/mol·L－1c(H2)c(CO)c(CH3OH)c(CH3OH)Ⅰ4000.200.1000.080Ⅱ4000.400.200Ⅲ500000.100.025答案：D\n解析：对比容器Ⅰ和Ⅲ可知两者投料量相当，若温度相同，最终建立等效平衡，但Ⅲ温度高，平衡时c(CH3OH)小，说明平衡向逆反应方向移动，即逆反应为吸热反应，正反应为放热反应，A错误；Ⅱ相对于Ⅰ成比例增加投料量，相当于加压，平衡正向移动，转化率提高，所以Ⅱ中转化率高，B错误；不考虑温度，Ⅱ中投料量是Ⅲ的两倍，相当于加压，平衡正向移动，所以Ⅱ中c(H2)小于Ⅲ中c(H2)的两倍，且Ⅲ的温度比Ⅱ高，相对于Ⅱ，平衡向逆反应方向移动，c(H2)增大，C错误；对比Ⅰ和Ⅲ，温度相同，两者建立等效平衡两容器中速率相等，但Ⅲ温度高，速率加快，D正确。\n6．在一固定容积的密闭容器中，保持一定温度，在一定条件下进行反应：A(g)＋2B(g)⇌3C(g)，已知加入1molA和3molB且达到平衡后生成amolC，请填写下列空白：(1)平衡时C在混合气体中的体积分数是________(用字母a表示)。(2)在相同实验条件下，若在同一容器中改为加入2molA和6molB，达到平衡后，C的物质的量为________mol(用字母a表示)。此时C在反应混合气体中的体积分数________(填“增大”“减少”或“不变”)。(3)在相同实验条件下，若在同一容器中改为加入2molA和8molB，若要求平衡后C在混合气体中的体积分数不变，则还应加入C__mol。(4)在同一容器中加入nmolA和3nmolB，达到平衡时C的物质的量为mmol，若改变实验条件，可以使C的物质的量在m～2mmol之间变化，那么n与m的关系应是________(用字母“m”“n”表示)。2a不变6n>\n\n方法总结虚拟“中间态法”构建等效平衡的两种思维模式(1)构建恒温恒容平衡新平衡状态可认为是两个原平衡状态简单的叠加并压缩而成，相当于增大压强。\n(2)构建恒温恒压平衡(以气体物质的量增加的反应为例，见图示)新平衡状态可以认为是两个原平衡状态简单的叠加，压强不变，平衡不移动。\n真题演练·素养通关\n真题演练·素养通关1.[2021·湖南卷，11](双选)已知：A(g)＋2B(g)⇌3C(g)ΔH<0，向一恒温恒容的密闭容器中充入1molA和3molB发生反应，t1时达到平衡状态Ⅰ，在t2时改变某一条件，t3时重新达到平衡状态Ⅱ，正反应速率随时间的变化如图所示。下列说法正确的是()A．容器内压强不变，表明反应达到平衡B．t2时改变的条件：向容器中加入CC．平衡时A的体积分数φ：φ(Ⅱ)>φ(Ⅰ)D．平衡常数K：K(Ⅱ)<K(Ⅰ)答案：BC\n解析：该反应是反应前后气体分子数不变的反应，随着反应的进行，气体的总物质的量始终不变，总压强始终不变，A错误；t2时，设向容器中加入3molC，正反应速率逐渐增大，达到新的平衡后保持不变，变化情况与图像相符，B正确；t2时，设向容器中加入3molC，相当于加入1molA和2molB，则状态Ⅱ相当于起始投料为2molA和5molB，若是投料为2molA和6molB与状态Ⅰ等效，即状态Ⅱ相当于减少了B的投料，平衡逆向移动，A的体积分数变大，即φ(Ⅱ)>φ(Ⅰ)，C正确；化学平衡常数只与温度有关，温度不变，平衡常数不变，即K(Ⅱ)＝K(Ⅰ)，D错误。\n2．[2020·浙江1月，21]一定温度下，在2L的恒容密闭容器中发生反应A(g)＋2B(g)⇌3C(g)。反应过程中的部分数据如下表所示：下列说法正确的是()A．0～5min用A表示的平均反应速率为0.09mol·L－1·min－1B．该反应在10min后才达到平衡C．平衡状态时，c(C)＝0.6mol·L－1D．物质B的平衡转化率为20%t/minn(A)/moln(B)/moln(C)/mol02.02.4050.9101.6151.6答案：C\n解析：本题考查化学反应速率和化学平衡的简单计算。根据化学方程式及题表中数据可知，达到平衡时消耗0.4molA，消耗0.8molB，生成1.2molC，则平衡时C的物质的量为1.2mol，其物质的量浓度为0.6mol·L－1，C正确；由反应的化学方程式及题表中数据可算出0～5min内，消耗0.3molA，用A表示的平均反应速率为0.03mol·L－1·min－1，A错误；根据题表中数据知，0～10min内消耗0.8molB，此时剩余1.6molB，则在10min时反应已经达到平衡，B错误；平衡时消耗0.8molB，则其平衡转化率为×100%≈33.3%，D错误。\n3．[2020·浙江7月，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50kPaB．温度130℃、压强300kPaC．温度25℃、压强100kPaD．温度130℃、压强50kPa解析：本题考查化学平衡知识，考查的化学核心素养是变化观念与平衡思想。测定NO2的相对分子质量时，N2O4越少越好，即使平衡逆向移动。正反应是气体分子数减小的放热反应，要使平衡逆向移动，需减小压强、升高温度，则选D项。答案：D\n4．[2019·浙江4月，17]下列说法正确的是()A．H2(g)＋I2(g)⇌2HI(g)，其他条件不变，缩小反应容器体积，正逆反应速率不变B．C(s)＋H2O(g)⇌H2(g)＋CO(g)，碳的质量不再改变说明反应已达平衡C．若压强不再随时间变化能说明反应2A(？)＋B(g)⇌2C(？)已达平衡，则A、C不能同时是气体D．1molN2和3molH2反应达到平衡时H2转化率为10%，放出热量Q1；在相同温度和压强下，当2molNH3分解为N2和H2的转化率为10%时，吸收热量Q2，Q2不等于Q1答案：B\n解析：对于反应H2(g)＋I2(g)⇌2HI(g)，反应前后气体分子数相等，缩小反应容器体积，平衡不移动，正逆反应速率增大相同的倍数，A项错误；碳的质量不变，说明正、逆反应速率相等，反应已达平衡状态，B项正确；恒温恒容条件下，若A、C同时为气体，当压强不变时，也能说明反应达到平衡状态，C项错误；设N2(g)＋3H2(g)⇌2NH3(g)ΔH＝－a(a>0)kJ·mol－1，1molN2和3molH2反应达到平衡时H2转化率为10%，放出热量Q1＝0.1akJ，当2molNH3分解为N2和H2的转化率为10%时，吸收热量Q2＝0.1akJ，故Q1＝Q2，D项错误，故选B。\n5．[天津卷，5]室温下，向圆底烧瓶中加入1molC2H5OH和含1molHBr的氢溴酸，溶液中发生反应：C2H5OH＋HBr⇌C2H5Br＋H2O，充分反应后达到平衡。已知常压下，C2H5Br和C2H5OH的沸点分别为38.4℃和78.5℃。下列有关叙述错误的是()A．加入NaOH，可增大乙醇的物质的量B．增大HBr浓度，有利于生成C2H5BrC．若反应物均增大至2mol，则两种反应物平衡转化率之比不变D．若起始温度提高至60℃，可缩短反应达到平衡的时间答案：D\n解析：加入NaOH，c(HBr)减小，平衡向逆反应方向移动，乙醇的物质的量增大，A项正确；增大HBr浓度，平衡向正反应方向移动，有利于生成C2H5Br，B项正确；若反应物按照化学计量数之比加入溶液中，则各物质的平衡转化率相等，故反应物均增大至2mol，两种反应物平衡转化率之比不变，C项正确；若起始温度提高至60℃，生成物C2H5Br为气态，能够从反应体系中逸出，导致反应不断向正反应方向进行，因此不能缩短反应达到平衡的时间，D项错误。\n6．[江苏卷，15](双选)温度为T1时，在三个容积均为1L的恒容密闭容器中仅发生反应：2NO2(g)⇌2NO(g)＋O2(g)(正反应吸热)。实验测得：v正＝v(NO2)消耗＝k正(NO2)，v逆＝v(NO)消耗＝2v(O2)消耗＝k逆c2(NO)·c(O2)，k正、k逆为速率常数，受温度影响。下列说法正确的是()A．达平衡时，容器Ⅰ与容器Ⅱ中的总压强之比为4∶5B．达平衡时，容器Ⅱ中比容器Ⅰ中的大C．达平衡时，容器Ⅲ中NO的体积分数小于50%D．当温度改变为T2时，若k正＝k逆，则T2>T1容器编号物质的起始浓度(mol·L－1)物质的平衡浓度(mol·L－1)c(NO2)c(NO)c(O2)c(O2)Ⅰ0.6000.2Ⅱ0.30.50.2Ⅲ00.50.35答案：CD\n\n\n\n7．[2021·全国甲卷，28]二氧化碳催化加氢制甲醇，有利于减少温室气体二氧化碳。回答下列问题：(1)二氧化碳加氢制甲醇的总反应可表示为：CO2(g)＋3H2(g)===CH3OH(g)＋H2O(g)该反应一般认为通过如下步骤来实现：①CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g)ΔH1＝＋41kJ·mol－1②CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(g)ΔH2＝－90kJ·mol－1总反应的ΔH＝________kJ·mol－1；若反应①为慢反应，下列示意图中能体现上述反应能量变化的是________(填标号)，判断的理由是____________________________。－49AΔH1为正值，ΔH2和ΔH为负值，反应①活化能大于反应②的\n(2)合成总反应在起始物＝3时，在不同条件下达到平衡，设体系中甲醇的物质的量分数为x(CH3OH)，在t＝250℃下的x(CH3OH)～p、在p＝5×105Pa下的x(CH3OH)～t如图所示。①用各物质的平衡分压表示总反应的平衡常数，表达式Kp＝________________；②图中对应等压过程的曲线是________，判断的理由是______________________________________________________________；③当x(CH3OH)＝0.10时，CO2的平衡转化率α＝________________，反应条件可能为________________或________________。b总反应ΔH<0，升高温度时平衡向逆反应方向移动，甲醇的物质的量分数变小33.3%5×105Pa，210℃9×105Pa，250℃\n解析：(1)根据盖斯定律可知总反应＝反应①＋反应②，则总反应的ΔH＝ΔH1＋ΔH2＝＋41kJ·mol－1＋(－90kJ·mol－1)＝－49kJ·mol－1。总反应是放热反应，即生成物的总能量比反应物的总能量低，则B项、D项错误；反应①为慢反应，则反应①的活化能较大，故A项正确。(2)①根据总反应的化学方程式可知，其压强平衡常数表达式Kp＝。②氢气和二氧化碳合成甲醇的总反应为放热反应，则升温平衡向逆反应方向移动，混合气体中甲醇的物质的量分数减小，故曲线b表示等压过程的曲线。③根据起始物n(H2)/n(CO2)＝3，设初始时H2为3mol，CO2为1mol，达到平衡时转化的CO2为amol，应用三段式法计算：\nCO2(g)＋3H2(g)===CH3OH(g)＋H2O(g)起始量/mol1300转化量/mola3aaa平衡量/mol1－a3－3aaa则＝0.10，计算得a＝，故CO2的平衡转化率为mol÷(1mol)×100%≈33.3%。结合上述分析知，曲线a、b分别对应t＝250℃下的x(CH3OH)～p的曲线、p＝5×105Pa下的x(CH3OH)～t的曲线，对照图像中的x(CH3OH)＝0.10可知，反应条件可能是5×105Pa，210℃或9×105Pa，250℃。