（新課改省份專版）2020高考化學一輪復習 6.2 點點突破 平衡狀態(tài)與平衡移動學案（含解析）.doc

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第2課時　點點突破——平衡狀態(tài)與平衡移動 考點一　化學平衡狀態(tài) 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 ①各物質的物質的量或物質的量分數(shù)一定 平衡 系中各成 分的含量 ②各物質的質量或質量分數(shù)一定 平衡 ③各氣體的體積或體積分數(shù)一定 平衡 ④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 ①單位時間內消耗了m mol A，同時也生成了m mol A 平衡 ②單位時間內消耗了n mol B，同時也消耗了p mol C 平衡 ③v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝m∶n∶p∶q 不一定平衡 ④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 ①其他條件一定、總壓強一定，且m＋n≠p＋q 平衡 ②其他條件一定、總壓強一定，且m＋n＝p＋q 不一定平衡 混合氣體 的平均相對分子質量 ①平均相對分子質量一定，且m＋n≠p＋q 平衡 ②平均相對分子質量一定，且m＋n＝p＋q 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(ρ) ①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 ②m＋n≠p＋q時，密度保持不變(恒壓容器中) 平衡 ③m＋n＝p＋q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 C．X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C　X的分解速率與Y的消耗速率之比為2∶1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)棣。現(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(　　) A．①②　　　　　　　 B．②④ C．③④ D．①④ 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ρ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)，①符合題意；無論是否平衡，反應的ΔH都不變，②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，③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)，④符合題意。 3．(2018浙江4月選考)反應N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH<0，若在恒壓絕熱容器中發(fā)生，下列選項表明反應一定已達平衡狀態(tài)的是(　　) A．容器內的溫度不再變化 B．容器內的壓強不再變化 C．相同時間內，斷開H—H鍵的數(shù)目和生成N—H鍵的數(shù)目相等 D．容器內氣體的濃度c(N2)∶c(H2)∶c(NH3)＝1∶3∶2 解析：選A　已知反應為放熱反應，當容器內的溫度不變時，平衡不再移動，達到平衡狀態(tài)，A項符合題意；反應在恒壓條件下進行，反應前后壓強均不變，不能判斷是否達到平衡狀態(tài)，B項不符合題意；斷開H—H鍵和生成N—H鍵均指正反應方向，不能判斷是否達到平衡狀態(tài)，C項不符合題意；當濃度為1∶3∶2時，無法證明正逆反應速率相等，即無法判定是否達到平衡狀態(tài)，D項不符合題意。 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)　ΔH＝－115.6 kJmol－1。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 H—Cl鍵的同時生成4 mol H—O鍵 D．n(HCl)∶n(O2)∶n(Cl2)∶n(H2O)＝4∶1∶2∶2 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 H—Cl鍵和生成4 mol H—O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N2＋3H22NH3，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(　　) A．0.1 molL－1 B．0.2 molL－1 C．0.05 molL－1 D．0.15 molL－1 解析：選B　2 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 molL－1，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 molL－1。 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 molL－1、0.3 molL－1、0.08 molL－1，則下列判斷正確的是(　　) A．c1∶c2＝3∶1 B．平衡時，Y和Z的生成速率之比為2∶3 C．X、Y的轉化率不相等 D．c1的取值范圍為0v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]?、儆伞盎瘜W平衡”可知：勒夏特列原理的適用對象是可逆過程。 ②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 ①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)。 ②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 ΔS＝S(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 ①ΔH_＜__0，ΔS_＞__0的反應任何溫度下都能自發(fā)進行； ②ΔH_＞__0，ΔS_＜__0的反應任何溫度下都不能自發(fā)進行； ③ΔH和ΔS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ΔH＜0，ΔS＜0時，低溫下反應能自發(fā)進行；當ΔH＞0，ΔS＞0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。 [考法精析] 考法一　外界條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)　ΔH＜0。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H2 H2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1]　COCl2(g)CO(g)＋Cl2(g)　ΔH>0。當反應達到平衡時，下列措施：①升溫、②恒容通入惰性氣體、③增加CO濃度、④減壓、⑤加入催化劑、⑥恒壓通入惰性氣體， 能提高COCl2轉化率的是(　　) A．①②④　　　　　　　 B．①④⑥ C．②③⑤ D．③⑤⑥ 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，①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，②錯誤；增加CO濃度，平衡逆向移動，反應物轉化率降低，③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，④正確；催化劑只能改變反應速率，不能提高反應物的轉化率，⑤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，⑥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)　ΔH<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>T1 B．a(chǎn)、b兩點的反應速率：b>a C．為了提高Br2(g)的轉化率，可采取增加Br2(g)通入量的方法 D．a(chǎn)點比b點體系的顏色深 解析：選B　A項，根據(jù)反應：H2(g)＋Br2(g)2HBr(g)　ΔH<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Ⅱ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： ①C3H6(g)＋NH3(g)＋O2(g)===C3H3N(g)＋3H2O(g)ΔH＝－515 kJmol－1 ②C3H6(g)＋O2(g)===C3H4O(g)＋H2O(g)ΔH＝－353 kJmol－1 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①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①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①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)　ΔH＞0；CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　ΔH＜0；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(　　) ①第一步產(chǎn)生的混合氣直接作為第二步的反應物 ②第二步生產(chǎn)應采用適當?shù)臏囟群痛呋瘎? ③第一、二步生產(chǎn)中均充入足量水蒸氣 ④第二步應在低溫下進行 ⑤第二步生產(chǎn)采用高壓 ⑥第二步生產(chǎn)中增大CO的濃度 A．①③⑤ B．②④⑥ C．②③⑤ D．①④⑤⑥ 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，①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盛谡_、④錯誤；增大廉價易得的水蒸氣濃度可提高焦炭的利用率，③正確；壓強對第二步反應無影響，不必采取高壓，⑤錯誤；增大CO濃度并未提高主要原材料焦炭的利用率，⑥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)　ΔH＞0?、? 如圖所示，反應Ⅰ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ΔH________0(填“＞”或“＜”)。實際生產(chǎn)條件控制在250 ℃、1.3104 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：①TaS2＋2I2TaI4＋S2，②TaI4＋S2TaS2＋2I2，即反應Ⅰ先在溫度T2端正向進行，后在溫度T1端逆向進行，反應Ⅰ的ΔH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ΔH＜0，綜合溫度、壓強對CO轉化率的影響來看，在1.3104 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1.3104 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