第2節化學反應的限度化學平衡的移動第七單元2022考點一可逆反應與化學平衡狀態必備知識自主預診知識梳理一、可逆反應1.定義:在

下,既可以向

方向進行,同時又可以向

方向進行的化學反應。

2.特點(1)二同:a.相同條件下;b.正、逆反應可同時進行。(2)一小:反應物與生成物同時存在;任一組分的轉化率都

(填“大于”或“小于”)100%。

3.表示:在方程式中用“

”表示。

同一條件

正反應逆反應小于二、化學平衡狀態1.定義一定條件下的可逆反應中,當正、逆反應的速率相等時,反應混合物中各組分的濃度保持不變的狀態。2.化學平衡的建立在一定條件下,把某一可逆反應的反應物加入固定容積的密閉容器中。反應過程如下:反應開始時反應物濃度最大,v(正)最大,生成物濃度為0,v(逆)為零↓反應進行時反應物濃度逐漸減小→v(正)逐漸減小。生成物濃度由零逐漸增大→v(逆)從零逐漸增大↓達到平衡時v(正)=v(逆),反應混合物中各組分的濃度保持不變3.平衡特點

微點撥

(1)可逆反應體系中,反應物不能全部轉化為生成物,生成物也不能完全轉化為反應物。(2)化學反應達到平衡狀態時,各組分的濃度、百分含量保持不變,但不一定相等。自我診斷1.判斷正誤,正確的打“√”,錯誤的打“×”。(1)2H2O2H2↑+O2↑為可逆反應。(

)(2)二次電池的充、放電過程為可逆反應。(

)(3)對反應A(g)+B(g)C(g)+D(g),壓強不隨時間而變,說明反應已達平衡狀態。(

)(4)恒溫恒容下進行的可逆反應:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),當SO3的生成速率與SO2的消耗速率相等時,反應達到平衡狀態。(

)(5)在2L密閉容器內,800℃時反應2NO(g)+O2(g)2NO2(g)體系中,當該容器內顏色保持不變時能說明該反應已達到平衡狀態。(

)(6)對于反應NO2(g)+SO2(g)SO3(g)+NO(g),當每消耗1molSO3的同時生成1molNO2時,說明反應達到平衡狀態。(

)(7)化學平衡狀態指的是反應靜止了,不再發生反應了。(

)(8)對于反應A(g)+B(g)2C(g)+D(g),當密度保持不變,在恒溫恒容或恒溫恒壓條件下,均不能作為達到化學平衡狀態的標志。(

)答案

(1)×

(2)×

(3)×

(4)×

(5)√

(6)×(7)×

(8)×2.向含有2molSO2的容器中通入過量O2發生反應2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)

ΔH=-QkJ·mol-1(Q>0),充分反應后生成SO3的物質的量

(填“<”“>”或“=”,下同)2mol,SO2的物質的量

0,轉化率

100%,反應放出的熱量

QkJ。

答案

<

>

<

<關鍵能力考向突破考向1

“極端轉化”確定各物質的“量”【典例1】

一定條件下,對于可逆反應X(g)+3Y(g)2Z(g),若X、Y、Z的起始濃度分別為c1、c2、c3(均不為0),達到平衡時,X、Y、Z的濃度分別為0.1mol·L-1、0.3mol·L-1、0.08mol·L-1,則下列判斷正確的是(

)A.c1∶c2=3∶1B.平衡時,Y和Z的生成速率之比為2∶3C.X、Y的轉化率不相等D.c1的取值范圍為0<c1<0.14mol·L-1答案D

解析

X、Y的平衡濃度之比為1∶3,轉化濃度也為1∶3,則c1∶c2=1∶3,且X、Y的轉化率相等,A、C不正確;平衡時Y生成表示逆反應,Z生成表示正反應,且v(Y)生成∶v(Z)生成=3∶2,B不正確;由可逆反應的特點可知0<c1<0.14

mol·L-1,D正確。對點演練1在一個密閉容器中發生反應2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),反應過程中某一時刻測得SO2、O2、SO3的濃度分別為0.2mol·L-1、0.2mol·L-1、0.2mol·L-1,當反應達到平衡時,可能出現的數據是(

)A.[SO3]=0.4mol·L-1B.[SO2]=[SO3]=0.15mol·L-1C.[SO2]=0.25mol·L-1D.[SO2]+[SO3]=0.5mol·L-1答案C

解析

2SO2(g)+

O2(g)

2SO3(g)c(某時刻)

0.2

mol·L-1

0.2

mol·L-1

0.2

mol·L-1c(向右進行完全)

0

0.1

mol·L-1

0.4

mol·L-1c(向左進行完全)

0.4

mol·L-1

0.3

mol·L-1

0由于該反應為可逆反應,SO3的濃度一定小于0.4

mol·L-1,故A錯誤;SO2與SO3濃度不會均為0.15

mol·L-1,故B項錯誤;由于反應為可逆反應,SO2的濃度一定小于0.4

mol·L-1,則可能為0.25

mol·L-1,故C項正確;根據硫元素守恒,c(SO2)+c(SO3)=0.4

mol·L-1,故D項錯誤。規律小結

用極端假設法確定各物質的濃度范圍先假設反應正向或逆向進行到底,求出各物質濃度的最大值和最小值,從而確定它們的濃度范圍。假設反應正向進行到底:

X2(g)+Y2(g)2Z(g)起始濃度/(mol·L-1)

0.1

0.3

0.2改變濃度/(mol·L-1)

0.1

0.1

0.2終態濃度/(mol·L-1)

0

0.2

0.4假設反應逆向進行到底:

X2(g)+

Y2(g)2Z(g)起始濃度/(mol·L-1)

0.1

0.3

0.2改變濃度/(mol·L-1)

0.1

0.1

0.2終態濃度/(mol·L-1)

0.2

0.4

0平衡體系中各物質的濃度數值范圍為0<c(X2)<0.2

mol·L-1,0.2

mol·L-1<c(Y2)<0.4

mol·L-1,0<c(Z)<0.4

mol·L-1,同時不能忽略元素守恒。考向2

化學平衡狀態的判斷【典例2】

一定溫度下,反應N2O4(g)2NO2(g)的焓變為ΔH。現將1molN2O4充入一恒壓密閉容器中,下列示意圖正確且能說明反應達到平衡狀態的是(

)A.①②

B.②④ C.③④

D.①④

答案D

解析

ΔH是恒量,不能作為判斷平衡狀態的標志;該反應是充入1

mol

N2O4,正反應速率應是逐漸減小直至不變,③不正確。對點演練2Ⅰ.在一定溫度下的定容容器中,當下列物理量不再發生變化時:①混合氣體的壓強;②混合氣體的密度;③混合氣體的總物質的量;④混合氣體的平均相對分子質量;⑤混合氣體的顏色;⑥各反應物或生成物的濃度之比等于化學計量數之比;⑦某種氣體的百分含量。(1)能說明2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)達到平衡狀態的是

(填序號,下同)。

(2)能說明I2(g)+H2(g)2HI(g)達到平衡狀態的是

。

(3)能說明2NO2(g)N2O4(g)達到平衡狀態的是

。

(4)能說明C(s)+CO2(g)2CO(g)達到平衡狀態的是

。

(5)能說明A(s)+2B(g)C(g)+D(g)達到平衡狀態的是

。

(6)能說明NH2COONH4(s)2NH3(g)+CO2(g)達到平衡狀態的是

。

(7)能說明5CO(g)+I2O5(s)5CO2(g)+I2(s)達到平衡狀態的是

。

Ⅱ.若上述題目改成一定溫度下的恒壓密閉容器,結果又如何?(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

答案

Ⅰ.(1)①③④⑦

(2)⑤⑦

(3)①③④⑤⑦

(4)①②③④⑦

(5)②④⑦

(6)①②③

(7)②④⑦Ⅱ.(1)②③④⑦

(2)⑤⑦

(3)②③④⑤⑦

(4)②③④⑦

(5)②④⑦

(6)②③

(7)②④⑦深度指津

判斷化學平衡狀態的兩方法和兩標志(1)兩方法——逆向相等、變量不變。①“逆向相等”:反應速率必須一個是正反應的速率,一個是逆反應的速率,且經過換算后同一種物質的正反應速率和逆反應速率相等。②“變量不變”:如果一個量是隨反應進行而改變,當這個量不變時為平衡狀態;一個隨反應的進行保持不變的量,不能作為平衡狀態的判斷依據。(2)兩標志——本質標志、等價標志。①本質標志:v(正)=v(逆)≠0。對于某一可逆反應來說,正反應消耗掉某物質的速率等于逆反應生成該物質的速率。②等價標志:a.對于全部是氣體參加的反應,并且反應后氣體物質的量發生改變,體系的壓強(恒溫恒容)、平均相對分子質量不隨時間而變化。例如N2(g)+3H2(g)2NH3(g)。b.體系中各組分的物質的量濃度、體積分數、物質的量(或質量)分數保持不變。c.對同一物質而言,斷裂化學鍵的物質的量與形成化學鍵的物質的量相等。d.對于有有色物質參加或生成的可逆反應,體系的顏色不再隨時間而變化。例如2NO2(g)N2O4(g)。e.體系中某反應物的轉化率或某生成物的產率達到最大值且不再隨時間而變化。f.絕熱體系的溫度不變。考點二化學平衡的移動必備知識自主預診知識梳理1.定義在一定條件下,當可逆反應達到平衡狀態以后,如果改變反應條件(如①溫度、②壓強、③濃度等),平衡狀態被破壞,平衡體系中各組分的濃度也會隨之改變,直至達到新的平衡狀態。這種由原有的平衡狀態達到新的平衡狀態的過程,叫做化學平衡的移動。2.平衡移動過程

3.化學平衡移動與化學反應速率的關系v(正)>v(逆),平衡向正反應方向移動;v(正)=v(逆),反應達到平衡狀態,平衡不發生移動;v(正)<v(逆),平衡向逆反應方向移動。4.影響化學平衡的外界因素若其他條件不變,只改變下列某種條件對化學平衡的影響如下:正反應

逆反應減小增大不吸熱放熱5.勒夏特列原理及運用勒夏特列原理:如果改變影響化學平衡的條件之一(如溫度、壓強及參加反應的化學物質的濃度),平衡就向著能夠

這種改變的方向移動。本原理也稱化學平衡移動原理。

化學平衡移動的目的是“減弱”外界條件的改變,而不是“消除”外界條件的改變,即“減弱而不抵消”。減弱

6.化學平衡中的特殊情況(1)當反應混合物中存在與其他物質不相混溶的固體或液體物質時,由于其“濃度”是恒定的,不隨其量的增減而變化,故改變這些固體或液體的量,對化學平衡沒影響。(2)同等程度地改變反應混合物中各物質的濃度時,應視為壓強的影響。(3)充入惰性氣體(不參與反應的氣體)與平衡移動的關系:①恒溫、恒容條件。原平衡體系

體系總壓強增大→體系中各組分的濃度不變→平衡不移動②恒溫、恒壓條件。自我診斷1.判斷正誤,正確的打“√”,錯誤的打“×”。(1)平衡時,其他條件不變,分離出固體生成物,v(正)加快。(

)(2)化學平衡發生移動,速率一定改變。速率改變,化學平衡一定發生移動。(

)(3)化學平衡正向移動,反應物的轉化率不一定增大。(

)(4)合成氨反應需使用催化劑,說明催化劑可以促進該平衡向生成氨的方向移動。(

)(5)二氧化氮與四氧化二氮的平衡體系,加壓后顏色加深。(

)(6)往平衡體系FeCl3+3KSCNFe(SCN)3+3KCl中加入KCl固體,平衡將向逆反應方向移動,溶液顏色將變淺。(

)(7)對于密閉容器中的可逆反應mX(g)+nY(s)pZ(g)

ΔH<0,達到化學平衡后,通入氦氣,化學平衡一定發生移動。(

)(8)C(s)+CO2(g)2CO(g)

ΔH>0,其他條件不變時升高溫度,反應速率v(CO2)和CO2的平衡轉化率均增大。(

)答案

(1)×

(2)×

(3)√

(4)×

(5)√

(6)×

(7)×

(8)√2.在一個密閉容器中充入amolA和bmolB,發生反應aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)

ΔH>0,一段時間后達到平衡,測得各物質的濃度。(1)若體積不變,僅增加c(A),A的轉化率將

(填“增大”“減小”或“不變”,下同),B的轉化率將

,達到新平衡時,[A]將

,[B]將

,[C]將

,[D]將

。

(2)體積不變,再充入amolA和bmolB,則平衡

移動,達到新平衡時,[A]將

,[B]將

,[C]將

,[D]將

。

①若a+b=c+d,則A的轉化率將

;

②若a+b>c+d,則A的轉化率將

;

③若a+b<c+d,則A的轉化率將

。

(3)升高溫度,平衡

移動,達到新平衡時,[A]將

,[B]將

,[C]將

,[D]將

,A的轉化率將

。

答案

(1)減小增大增大減小增大增大(2)正向增大增大增大增大①不變②增大③減小(3)正向減小減小增大增大增大關鍵能力考向突破考向1

外界條件對化學平衡的影響【典例1】

(2020江蘇無錫模擬)將等物質的量的X、Y氣體充入某密閉容器中,一定條件下,發生如下反應并達到平衡X(g)+3Y(g)2Z(g)

ΔH<0。改變某個條件并維持新條件直至達到新的平衡,下表中關于新平衡與原平衡的比較正確的是(

)答案C

解析

升溫,平衡向吸熱反應的方向移動,即逆向移動,X的體積分數變大,A項錯誤;增大壓強,容器體積減小,由勒夏特列原理可知,各組分的濃度均比原平衡的大,故B項錯誤;增大一種反應物的濃度,能夠提高另一種反應物的轉化率,而其本身的轉化率降低,C項正確;催化劑只能改變反應速率,不影響平衡狀態,故各物質的體積分數不變,D項錯誤。對點演練1處于平衡狀態的反應2H2S(g)2H2(g)+S2(g)

ΔH>0,在不改變其他條件的情況下,下列合理的說法是(

)A.加入催化劑,反應途徑將發生改變,ΔH也將隨之改變B.升高溫度,正、逆反應速率都增大,H2S分解率也增大C.增大壓強,平衡向逆反應方向移動,將引起體系溫度降低D.若體系恒容,注入一些H2后達新平衡,與原平衡相比H2濃度將減小答案B

解析

反應的焓變與反應發生的途徑無關,A項錯誤;溫度升高,正、逆反應速率均增大,因正反應是吸熱反應,故平衡正向移動,H2S分解率增大,B項正確;正反應是氣體體積增大的反應,增大壓強平衡逆向移動,逆向反應是放熱反應,會使體系溫度升高,C項錯誤;向體系中注入H2,體系將向H2濃度降低的方向移動,但最終H2的濃度較原平衡時增大,D項錯誤。對點演練2對于一定條件下的可逆反應甲:A(g)+B(g)C(g)

ΔH<0乙:A(s)+B(g)C(g)

ΔH<0丙:A(g)+B(g)2C(g)

ΔH>0達到化學平衡后,改變條件,按要求回答下列問題。(1)升溫。①平衡移動方向(填“向左”“向右”或“不移動”):甲

;乙

;丙

。

此時反應體系的溫度均比原來

(填“高”或“低”)。

②混合氣體的平均相對分子質量變化(填“增大”“減小”或“不變”):甲

;乙

;丙

。

(2)加壓,使體系體積縮小為原來的

。①平衡移動方向(填“向左”“向右”或“不移動”):甲

;乙

;丙

。

②設壓縮之前壓強分別為p甲、p乙、p丙,壓縮后壓強分別為p甲'、p乙'、p丙',則p甲與p甲',p乙與p乙',p丙與p丙'的關系:甲

;乙

;丙

。

(3)恒溫恒壓充入氖氣。平衡移動方向(填“向左”“向右”或“不移動”):甲

;乙

;丙

。

答案

(1)①向左向左向右高②減小減小不變(2)①向右不移動不移動②p甲<p甲'<2p甲

p乙'=2p乙p丙'=2p丙

(3)向左不移動不移動規律小結

分析化學平衡移動的一般思路

考向2

化學平衡移動圖像分析【典例2】

工業上利用Ga與NH3在高溫條件下合成半導體材料氮化稼(GaN)固體的同時有氫氣生成。反應中,每生成3molH2時放出30.8kJ的熱量。在恒溫恒容密閉體系內進行上述反應,下列有關表達正確的是(

)A.Ⅰ圖像中如果縱坐標為正反應速率,則t時刻改變的條件可以為升溫或加壓B.Ⅱ圖像中縱坐標可以為鎵的轉化率C.Ⅲ圖像中縱坐標可以為化學反應速率D.Ⅳ圖像中縱坐標可以為體系內混合氣體平均相對分子質量答案A

解析

根據題意分析可得,發生反應的化學方程式為2Ga(s)+2NH3(g)2GaN+3H2(g)

ΔH<0。Ⅰ圖像中如果縱坐標為正反應速率,升高溫度或增大壓強,反應速率增大,圖像符合題意,A項正確;由反應的化學方程式可知,增大壓強時平衡逆向移動,鎵的轉化率減小,B項錯誤;Ga是固體,其質量不影響反應速率,C項錯誤;根據反應的方程式可知,相同壓強下,升高溫度,平衡逆向移動,混合氣體的平均相對分子質量增大;相同溫度下,增大壓強,平衡逆向移動,混合氣體的平均相對分子質量增大,D項錯誤。對點演練3密閉容器中進行的可逆反應aA(g)+bB(g)cC(g)在不同溫度(T1和T2)及壓強(p1和p2)下,混合氣體中B的質量分數w(B)與反應時間(t)的關系如圖所示。下列判斷正確的是(

)A.T1<T2,p1<p2,a+b>c,正反應為吸熱反應B.T1>T2,p1<p2,a+b<c,正反應為吸熱反應C.T1<T2,p1>p2,a+b<c,正反應為吸熱反應D.T1>T2,p1>p2,a+b>c,正反應為放熱反應答案B

解析

由(T1,p1)和(T1,p2)兩條曲線可以看出,p2>p1;壓強較大(即壓強為p2)時對應的w(B)較大,說明增大壓強平衡逆向移動,則a+b<c。由(T1,p2)和(T2,p2)兩條曲線可以看出,T1>T2;溫度較高(即溫度為T1)時對應的w(B)較小,說明升高溫度平衡正向移動,故正反應為吸熱反應。所以B項正確。規律小結

化學平衡圖像題的解題思路

考點三等效平衡必備知識自主預診知識梳理1.含義在一定條件(恒溫恒容或恒溫恒壓)下,同一可逆反應體系,起始時加入物質的物質的量不同,達到化學平衡時,同種物質的百分含量

。

相同

2.原理同一可逆反應,在外界條件一定時,不管是從正反應開始,還是從逆反應開始,最后都能達到平衡狀態,其中平衡混合物中各成分的百分含量

。由于化學平衡狀態與

有關,而與建立平衡的

無關,因而同一可逆反應,從不同的狀態開始,只要達到平衡時的條件(溫度、濃度、壓強等)完全相同,即可形成等效平衡。相同

條件途徑3.規律對于可逆反應aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)自我診斷1.對于以下三個反應,從反應開始進行到達到平衡后,保持溫度、體積不變,按要求回答下列問題。(1)PCl5(g)PCl3(g)+Cl2(g):再充入PCl5(g),平衡向

方向移動,達到平衡后,PCl5(g)的轉化率

,PCl5(g)的百分含量

。

(2)2HI(g)I2(g)+H2(g)再充入HI(g),平衡向

方向移動,達到平衡后,HI的分解率

,HI的百分含量

。

(3)2NO2(g)N2O4(g)再充入NO2(g),平衡向

方向移動,達到平衡后,NO2(g)的轉化率

,NO2(g)的百分含量

。

答案

(1)正反應減小增大(2)正反應不變不變(3)正反應增大減小2.在等溫等容條件下,發生可逆反應2A(g)+B(g)3C(g)+D(g)

ΔH=-Q1kJ·mol-1(Q1>0),起始物質的量如下表所示:(1)上述反應達到平衡時,互為等效平衡的是

;相同的量有

。

(2)達到平衡后,①放出的熱量為Q2kJ,⑤吸收的熱量為Q3kJ,則Q1、Q2、Q3的定量關系為

。

答案

(1)①③⑤物質的量、質量、體積、物質的量濃度、組分百分含量(物質的量分數、質量分數、體積分數)

(2)Q2+Q3=Q1關鍵能力考向突破考向1

恒溫恒容條件下的等效平衡【典例1】

(2020湖南長郡中學月考)一定溫度下,在3個容積均為1.0L的恒容密閉容器中反應2H2(g)+CO(g)CH3OH(g)達到平衡,下列說法正確的是(

)A.該反應的正反應吸熱B.達到平衡時,容器Ⅰ中反應物的轉化率比容器Ⅱ中的大C.達到平衡時,容器Ⅱ中[H2]大于容器Ⅲ中[H2]的兩倍D.達到平衡時,容器Ⅲ中的正反應速率比容器Ⅰ中的大答案D

解析

對比容器Ⅰ和Ⅲ可知兩者投料量相當,若溫度相同,最終會建立等效平衡,但Ⅲ中溫度高,平衡時c[CH3OH]小,說明平衡向逆反應方向移動,即逆反應為吸熱反應,則正反應為放熱反應,A錯誤;Ⅱ相對于Ⅰ成比例增加投料量,相當于加壓,平衡正向移動,轉化率提高,所以平衡時Ⅱ中轉化率高,B錯誤;不考慮溫度,Ⅱ中投料量是Ⅲ的兩倍,相當于加壓,平衡正向移動,所以平衡時Ⅱ中c[H2]小于Ⅲ中c[H2]的兩倍,再考慮溫度,Ⅲ中c[H2]還會增大,C錯誤;對比Ⅰ和Ⅲ,若溫度相同,兩者會建立等效平衡,兩容器中反應速率相等,但Ⅲ溫度高,速率更快,D正確。對點演練1將4.0molPCl3和2.0molCl2充入體積不變的密閉容器中,在一定條件下發生下述反應:PCl3(g)+Cl2(g)PCl5(g)。達到平衡時,PCl5為0.80mol,如果此時移走2.0molPCl3和1.0molCl2,在相同溫度下再達平衡時PCl5的物質的量是(

)A.0.8molB.0.4molC.小于0.4molD.大于0.4mol,小于0.8mol答案C

解析

對點演練2在相同溫度下,體積均為1L的四個密閉容器中,保持溫度和容器容積不變,以下表中四種不同的投料方式進行反應。平衡時有關數據如下。[已知2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)

ΔH=-196.6kJ·mol-1]下列關系正確的是(

)A.a=c;e=g B.a<2b;e<2fC.a>d;e>h D.c+98.3e=196.6答案D

解析

根據投料,甲、丙是等效平衡,甲容器起始時從正反應方向建立平衡,放出熱量a,丙容器從逆反應方向建立平衡,吸收熱量c,a+c=196.6,因轉化率不確定,二者不一定相等,A錯誤;若將甲容器的容積擴大為原來的2倍,則達到平衡時甲與乙內各物質的濃度相等,但放出的熱量是乙的2倍,現將甲恢復為原來的體積,平衡向正反應方向移動,又會放出熱量,故a>2b,同理e>2f,B錯誤;丁中的O2可看作是在甲達到平衡后再充入1

mol

O2,則平衡正向移動,放出熱量增多,即有a<d,同時有e<h,C錯誤;由已知熱化學方程式可得a=98.3e,由選項A解析可知,a+c=196.6,即98.3e+c=196.6,D