（通用版）2022高考化學一輪復習 第七章 化學反應速率與化學平衡 7.3 關注2大解題關鍵 平衡狀態(tài)與平衡移動學案（含解析）

（通用版）2022高考化學一輪復習 第七章 化學反應速率與化學平衡 7.3 關注2大解題關鍵 平衡狀態(tài)與平衡移動學案（含解析）1化學平衡研究的對象可逆反應2化學平衡狀態(tài) (1)概念一定條件下的可逆反應，當反應進行到一定程度時，正反應速率和逆反應速率相等，反應物的濃度和生成物的濃度不再改變，我們稱為“化學平衡狀態(tài)”，簡稱化學平衡。(2)建立過程在一定條件下，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：以上過程可用如圖表示： (3)平衡特點3化學平衡狀態(tài)的判斷化學反應mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)是否平衡混合物體系中各成分的含量各物質的物質的量或物質的量分數(shù)一定平衡各物質的質量或質量分數(shù)一定平衡各氣體的體積或體積分數(shù)一定平衡總體積、總壓強、總物質的量一定不一定平衡正、逆反應速率之間的關系單位時間內消耗了m mol A，同時也生成了m mol A平衡單位時間內消耗了n mol B，同時也消耗了p mol C平衡v(A)v(B)v(C)v(D)mnpq不一定平衡單位時間內生成了n mol B，同時也消耗了q mol D不一定平衡壓強其他條件一定、總壓強一定，且mnpq平衡其他條件一定、總壓強一定，且mnpq不一定平衡混合氣體的平均相對分子質量平均相對分子質量一定，且mnpq平衡平均相對分子質量一定，且mnpq不一定平衡溫度任何化學反應都伴隨著能量變化，當體系溫度一定時平衡氣體密度()只有氣體參加的反應，密度保持不變(恒容密閉容器中)不一定平衡mnpq時，密度保持不變(恒壓容器中)平衡mnpq時，密度保持不變(恒壓容器中)不一定平衡顏色反應體系內有色物質的顏色穩(wěn)定不變(其他條件不變)平衡考法精析考法一化學平衡狀態(tài)的判斷1一定溫度下在一容積不變的密閉容器中發(fā)生可逆反應2X(g)Y(g)Z(s)，以下不能說明該反應達到化學平衡狀態(tài)的是()A混合氣體的密度不再變化B反應容器中Y的質量分數(shù)不變CX的分解速率與Y的消耗速率相等D單位時間內生成1 mol Y的同時生成2 mol X解析：選CX的分解速率與Y的消耗速率之比為21時，才能說明反應達到平衡狀態(tài)，故C項說明反應未達到平衡狀態(tài)。2一定溫度下，反應N2O4(g)2NO2(g)的焓變?yōu)镠?，F(xiàn)將1 mol N2O4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(tài)的是()ABC D解析：選D因反應容器保持恒壓，所以容器體積隨反應進行而不斷變化，結合氣可知，氣體密度不再變化，說明容器體積不再變化，即氣體的物質的量不再變化，反應達到平衡狀態(tài)，符合題意；無論是否平衡，反應的H都不變，不符合題意；反應開始時，加入1 mol N2O4，隨著反應的進行，N2O4的濃度逐漸變小，故v正(N2O4)逐漸變小，直至達到平衡，不符合題意；N2O4的轉化率不再變化，說明N2O4的濃度不再變化，反應達到平衡狀態(tài)，符合題意。3在一定條件下，可逆反應N2(g)3H2(g)2NH3(g)H92.4 kJ·mol1，達到化學平衡狀態(tài)時，下列說法正確的是()A降低溫度，可提高反應速率B反應物和生成物的濃度都不再發(fā)生變化CN2的正反應速率等于NH3的逆反應速率D加入合適的催化劑，可提高N2的轉化率解析：選B降低溫度，反應速率減慢，A項錯誤；反應達到平衡時，反應物和生成物的濃度都不變，B項正確；反應達到平衡時，N2的正反應速率等于NH3的逆反應速率的，C項錯誤；加入合適的催化劑，反應速率加快，但平衡不移動，N2的轉化率不變，D項錯誤。4用Cl2生產(chǎn)某些含氯有機物時會生成副產(chǎn)物HCl，利用下列反應可實現(xiàn)氯的循環(huán)利用：4HCl(g)O2(g)2Cl2(g)2H2O(g)H115.6 kJ·mol1。恒溫恒容的密閉容器中，充入一定量的反應物發(fā)生上述反應，能充分說明該反應達到化學平衡狀態(tài)的是()A氣體的質量不再改變B氯化氫的轉化率不再改變C斷開4 mol HCl鍵的同時生成4 mol HO鍵Dn(HCl)n(O2)n(Cl2)n(H2O)4122解析：選B反應物和生成物均為氣體，氣體的總質量始終不變，A錯誤；反應正向進行時，HCl的轉化率升高；反應逆向進行時，HCl的轉化率降低，當HCl的轉化率不再改變時，可以說明可逆反應達到平衡狀態(tài)，B正確；斷開4 mol HCl鍵和生成4 mol HO鍵均表示正反應方向的反應速率，不能據(jù)此判斷反應是否達到平衡狀態(tài)，C錯誤；反應達到平衡狀態(tài)時，各反應物和生成物的物質的量保持不變，但各物質的物質的量之比等于對應的化學計量數(shù)之比，不能判斷反應是否達到平衡狀態(tài)，D錯誤。備考方略判斷化學平衡狀態(tài)的方法“正逆相等，變量不變”考法二考查“極值”思想在化學平衡計算中的應用5可逆反應N23H22NH3，在容積為10 L的密閉容器中進行，開始時加入2 mol N2和3 mol H2，達平衡時，NH3的濃度不可能達到()A0.1 mol·L1 B0.2 mol·L1C0.05 mol·L1 D0.15 mol·L1解析：選B2 mol N2和3 mol H2反應，假設反應能夠進行到底，則3 mol H2完全反應，生成2 mol NH3，此時NH3濃度為0.2 mol·L1，但由于反應是可逆反應，H2不能完全反應，所以NH3濃度達不到0.2 mol·L1。6一定條件下，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(均不為零)，達到平衡時，X、Y、Z的濃度分別為0.1 mol·L1、0.3 mol·L1、0.08 mol·L1，則下列判斷正確的是()Ac1c231B平衡時，Y和Z的生成速率之比為23CX、Y的轉化率不相等Dc1的取值范圍為0<c1<0.14 mol·L1解析：選D由于X、Y的平衡濃度之比為13，轉化濃度亦為13，故c1c213，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vY(生成)vZ(生成)應為32，B不正確；由可逆反應的特點可知0<c1<0.14 mol·L1，D正確?？键c二化學平衡移動及化學反應進行的方向1化學平衡移動的過程原化學平衡狀態(tài)由上圖可推知：(1)化學反應條件改變，使正、逆反應速率不再相等，化學平衡才會發(fā)生移動。(2)化學平衡發(fā)生移動，化學反應速率一定改變。2影響化學平衡的因素(1)若其他條件不變，改變下列條件對化學平衡的影響改變的條件(其他條件不變)化學平衡移動的方向濃度增大反應物濃度或減小生成物濃度向正反應方向移動，如圖甲減小反應物濃度或增大生成物濃度向逆反應方向移動，如圖乙壓強(對有氣體參加的反應)反應前后氣體體積改變增大壓強向氣體分子總數(shù)減小的方向移動，如圖丙減小壓強向氣體分子總數(shù)增大的方向移動，如圖丁反應前后氣體體積不變改變壓強平衡_不_移動，如圖戊溫度升高溫度向吸熱反應方向移動，如圖己降低溫度向放熱反應方向移動，如圖庚催化劑同等程度改變v正、v逆，平衡不移動，如圖辛提醒壓強對化學平衡的影響主要看改變壓強能否引起反應物和生成物的濃度變化，只有引起物質的濃度變化才會造成平衡移動，否則壓強對平衡無影響。(2)濃度的“決定性”作用恒溫、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。恒溫、恒壓條件原平衡體系容器容積增大，各反應氣體的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(tài)，不發(fā)生平衡移動v正v逆平衡向逆反應方向移動4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、以及參加反應的化學物質的濃度)，平衡將向著能夠減弱這種改變的方向移動。提醒由“化學平衡”可知：勒夏特列原理的適用對象是可逆過程。由“減弱”可知：只能減弱改變，而不能消除改變。1自發(fā)過程(1)含義不用借助外力就可以自動進行的過程。(2)特點體系趨向于從高能狀態(tài)轉變?yōu)榈湍軤顟B(tài)(體系對外部做功或放出熱量)。在密閉條件下，體系有從有序轉變?yōu)闊o序的傾向性(無序體系更加穩(wěn)定)。2熵與熵變(1)熵描述體系混亂程度的物理量，符號為S。熵值越大，體系混亂度越大。(2)熵變SS(反應產(chǎn)物)S(反應物)。3反應進行的方向(1)判據(jù)(2)規(guī)律H_0，S_0的反應任何溫度下都能自發(fā)進行；H_0，S_0的反應任何溫度下都不能自發(fā)進行；H和S的作用相反，且相差不大時，溫度對反應的方向起決定性作用。當H0，S0時，低溫下反應能自發(fā)進行；當H0，S0時，高溫下反應能自發(fā)進行。提醒對于一個特定的氣相反應，熵變的大小取決于反應前后的氣體物質的化學計量數(shù)大小?？挤ň隹挤ㄒ煌饨鐥l件對化學平衡的影響典例1將等物質的量的N2、H2氣體充入某密閉容器中，在一定條件下，發(fā)生如下反應并達到平衡：N2(g)3H2(g)2NH3(g)H0。當改變某個條件并維持新條件直至新的平衡時，下表中關于新平衡與原平衡的比較正確的是()選項改變條件新平衡與原平衡比較A增大壓強N2的濃度一定變小B升高溫度N2的轉化率變小C充入一定量H2H2的轉化率不變，N2的轉化率變大D使用適當催化劑NH3的體積分數(shù)增大解析A項，正反應是氣體體積減小的反應，依據(jù)勒夏特列原理可知增大壓強平衡向正反應方向移動，但N2的濃度仍然比原平衡大，不正確；B項，正反應是放熱反應，則升高溫度平衡向逆反應方向移動，N2的轉化率降低，正確；C項，充入一定量的H2，平衡向正反應方向移動，N2的轉化率增大，而H2的轉化率降低，不正確；D項，催化劑只能改變反應速率而不能使平衡移動，不正確。答案B備考方略化學平衡移動題的解題流程對點練1COCl2(g)CO(g)Cl2(g)H>0。當反應達到平衡時，下列措施：升溫、恒容通入惰性氣體、增加CO濃度、減壓、加入催化劑、恒壓通入惰性氣體， 能提高COCl2轉化率的是()ABC D解析：選B該反應為吸熱反應，升溫則平衡正向移動，反應物轉化率提高，正確；恒容時，通入惰性氣體，反應物與生成物濃度不變，平衡不移動，錯誤；增加CO濃度，平衡逆向移動，反應物轉化率降低，錯誤；該反應正反應為氣體分子總數(shù)增大的反應，減壓時平衡正向移動，反應物轉化率提高，正確；催化劑只能改變反應速率，不能提高反應物的轉化率，錯誤；恒壓時，通入惰性氣體，容器體積增大，反應物與生成物的濃度均降低，平衡向氣體分子數(shù)增加的方向移動，即平衡正向移動，反應物轉化率提高，正確。對點練2在體積為V L的恒容密閉容器中盛有一定量H2，通入Br2(g)發(fā)生反應：H2(g)Br2(g)2HBr(g)H<0。當溫度分別為T1、T2平衡時，H2的體積分數(shù)與Br2(g)的物質的量的變化關系如圖所示。下列說法正確的是()A由圖可知：T2>T1Ba、b兩點的反應速率：b>aC為了提高Br2(g)的轉化率，可采取增加Br2(g)通入量的方法Da點比b點體系的顏色深解析：選BA項，根據(jù)反應：H2(g)Br2(g)2HBr(g)H<0，升溫，平衡向逆反應方向移動，H2的體積分數(shù)增大，根據(jù)圖示變化，可知T1>T2，錯誤；B項，b點Br2的濃度比a點Br2的濃度大，反應速率也大，正確；C項，增加Br2(g)的通入量，Br2(g)的轉化率減小，錯誤；D項，b點對a點來說，是向a點體系中加入Br2使平衡向正反應方向移動，盡管Br2的量在新基礎上會減小，但是Br2的濃度比原來會增加，導致Br2的濃度增加，顏色變深，即b點比a點體系的顏色深，錯誤。考法二化學平衡移動原理在化工生產(chǎn)中的應用典例2(2016·全國卷節(jié)選)丙烯腈(CH2=CHCN)是一種重要的化工原料，工業(yè)上可用“丙烯氨氧化法”生產(chǎn)，主要副產(chǎn)物有丙烯醛(CH2=CHCHO)和乙腈(CH3CN)等?；卮鹣铝袉栴}：(1)以丙烯、氨、氧氣為原料，在催化劑存在下生成丙烯腈(C3H3N)和副產(chǎn)物丙烯醛(C3H4O)的熱化學方程式如下：C3H6(g)NH3(g)O2(g)=C3H3N(g)3H2O(g)H515 kJ·mol1C3H6(g)O2(g)=C3H4O(g)H2O(g)H353 kJ·mol1有利于提高丙烯腈平衡產(chǎn)率的反應條件是_；提高丙烯腈反應選擇性的關鍵因素是_。(2)圖(a)為丙烯腈產(chǎn)率與反應溫度的關系曲線，最高產(chǎn)率對應的溫度為460 。低于460 時，丙烯腈的產(chǎn)率_(填“是”或“不是”)對應溫度下的平衡產(chǎn)率，判斷理由是_；高于460 時，丙烯腈產(chǎn)率降低的可能原因是_(雙選，填標號)。A催化劑活性降低B平衡常數(shù)變大 C副反應增多 D反應活化能增大解析(1)由題給生成丙烯腈的熱化學方程式可知其反應的特點：正反應為放熱反應，正反應方向是氣體物質的量增加的反應；故降低溫度或降低壓強，平衡均向正反應方向移動，有利于提高丙烯腈的平衡產(chǎn)率。在化工生產(chǎn)中由于此反應會伴隨副反應發(fā)生，為提高丙烯腈反應的選擇性，使用合適催化劑十分重要。(2)由圖(a)可知，低于460 時丙烯腈的產(chǎn)率隨溫度的升高而增大，高于460 時丙烯腈的產(chǎn)率隨溫度的升高而降低，當460 時丙烯腈的產(chǎn)率最高，而根據(jù)反應可知反應放熱，其丙烯腈的產(chǎn)率理應隨著溫度的升高而降低。圖(a)展示的產(chǎn)率變化與反應應該呈現(xiàn)的產(chǎn)率變化相矛盾的原因是低于460 時，圖(a)中呈現(xiàn)的產(chǎn)率變化是未達到平衡時的產(chǎn)率變化，當460 時達到平衡，高于460 時呈現(xiàn)的產(chǎn)率變化才是平衡產(chǎn)率。答案(1)降低溫度、降低壓強催化劑(2)不是該反應為放熱反應，平衡產(chǎn)率應隨溫度升高而降低AC備考方略化工生產(chǎn)適宜條件選擇的一般原則條件原則從化學反應速率分析既不能過快，又不能太慢從化學平衡移動分析既要注意外界條件對速率和平衡影響的一致性，又要注意二者影響的矛盾性從原料的利用率分析增加易得廉價原料，提高難得高價原料的利用率，從而降低生產(chǎn)成本從實際生產(chǎn)能力分析如設備承受高溫、高壓能力等從催化劑的使用活性分析注意催化劑的活性對溫度的限制對點練3工業(yè)上利用焦炭與水蒸氣生產(chǎn)H2的反應原理為C(s)H2O(g)CO(g)H2(g)H0；CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)H0；第二步生產(chǎn)的原料CO來源于第一步的產(chǎn)物。為提高原料的利用率及H2的日產(chǎn)量，下列措施中不可取的是()第一步產(chǎn)生的混合氣直接作為第二步的反應物第二步生產(chǎn)應采用適當?shù)臏囟群痛呋瘎┑谝?、二步生產(chǎn)中均充入足量水蒸氣第二步應在低溫下進行第二步生產(chǎn)采用高壓第二步生產(chǎn)中增大CO的濃度A BC D解析：選D第一步產(chǎn)生的H2使第二步的平衡逆向移動，故應先進行分離，錯誤；第二步反應為放熱反應，溫度過低，反應速率太小而影響H2的日產(chǎn)量，溫度過高則平衡逆向移動，且要考慮催化劑的活性，故應選擇適當?shù)臏囟群痛呋瘎?，故正確、錯誤；增大廉價易得的水蒸氣濃度可提高焦炭的利用率，正確；壓強對第二步反應無影響，不必采取高壓，錯誤；增大CO濃度并未提高主要原材料焦炭的利用率，錯誤。對點練4化學反應原理在科研和生產(chǎn)中有廣泛應用。(1)利用“化學蒸氣轉移法”制備TaS2晶體，發(fā)生如下反應：TaS2(s)2I2(g)TaI4(g)S2(g)H0如圖所示，反應在石英真空管中進行，先在溫度為T2的一端放入未提純的TaS2粉末和少量I2(g)，一段時間后，在溫度為T1的一端得到了純凈TaS2晶體，則溫度T1_T2(填“”“”或“”)。上述反應體系中循環(huán)使用的物質是_。(2)CO可用于合成甲醇，反應方程式為CO(g)2H2(g)CH3OH(g)。CO在不同溫度下的平衡轉化率與壓強的關系如圖所示。該反應H_0(填“”或“”)。實際生產(chǎn)條件控制在250 、1.3×104 kPa左右，選擇此壓強的理由是_。解析：(1)由題意可知，未提純的TaS2粉末變成純凈TaS2晶體，要經(jīng)過兩步轉化：TaS22I2TaI4S2，TaI4S2TaS22I2，即反應先在溫度T2端正向進行，后在溫度T1端逆向進行，反應的H大于0，因此溫度T1小于T2，該過程中循環(huán)使用的物質是I2。(2)從圖像來看，隨著溫度的升高，CO的轉化率變小，故H0，綜合溫度、壓強對CO轉化率的影響來看，在1.3×104 kPa下，CO的轉化率已經(jīng)很大，不必再增大壓強。答案：(1)I2(2)在1.3×104 kPa下，CO的轉化率已較高，再增大壓強CO轉化率提高不大，同時生產(chǎn)成本增加，得不償失