資源簡介

(共43張PPT)
第35講 化學平衡狀態及平衡移動
【課標指引】
1.能運用濃度、壓強、溫度對化學平衡的影響規律,推測平衡移動方向及濃度、轉化率等相關物理量的變化。
2.通過實驗探究,了解濃度、壓強、溫度對化學平衡狀態的影響。
考點一　化學平衡狀態及判斷
考點二　化學平衡的移動
目錄索引
素養發展進階
考點一　化學平衡狀態及判斷
必備知識 梳理
1.可逆反應
正反應
逆反應
同時
小于
2.化學平衡狀態
(1)概念
一定條件下的可逆反應中,當正反應速率與逆反應速率________時,反應物和生成物的濃度均保持________,即體系的組成不隨時間而改變的狀態。
(2)建立　
正向開始、逆向開始、雙向同時開始, 均可建立平衡
相等
不變
(3)特點
可逆
=
濃度或百分含量
3.化學平衡狀態的判斷方法
(1)判斷化學平衡狀態的方法——“正、逆相等,變量不變”
(2)常見的“變量”
①各物質的質量、物質的量或濃度不變。
②各物質的百分含量(物質的量分數、質量分數等)不變。
③溫度、轉化率或顏色(某組分有顏色)不變。
④壓強、總物質的量(化學方程式兩邊氣體體積不相等)不變。
關鍵能力 提升
考向1 可逆反應及特點
例1在密閉容器中進行反應:X2(g)+Y2(g) 2Z(g),已知X2、Y2、Z的起始濃度分別為0.1 mol·L-1、0.3 mol·L-1、0.2 mol·L-1,在一定條件下,當反應達到平衡時,各物質的濃度有可能是(　　)
A.Z為0.3 mol·L-1 B.Y2為0.4 mol·L-1
C.X2為0.2 mol·L-1 D.Z為0.4 mol·L-1
A
解析 當Z完全轉化為X2、Y2時,X2、Y2分別為0.2 mol·L-1、0.4 mol·L-1;當0.1 mol·L-1 X2完全轉化為Z時,Y2為0.2 mol·L-1,Z為0.4 mol·L-1,則0考向2 化學平衡狀態的判斷
例2在一定溫度下的恒容容器中,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。
①③④⑦
⑤⑦
①③④⑤⑦
①②③④⑦
①②③
②④⑦
[對點訓練] 若上述[例2]中的(1)~(4)改成一定溫度下的恒壓密閉容器,結果又如何
(1) ________________________________________________。
(2) ________________________________________________。
(3) ________________________________________________。
(4) ________________________________________________。
②③④⑦　
⑤⑦　
②③④⑤⑦　
②③④⑦
考點二　化學平衡的移動
必備知識 梳理
1.化學平衡的移動
情境思考已知反應:2NO2(紅棕色) N2O4(無色)　ΔH<0。如圖所示,三個燒瓶中分別充滿NO2氣體并分別放置在盛有下列物質的燒杯(燒杯內有水)中:在(1)中加入CaO,在(2)中不加其他任何物質,在(3)中加入NH4Cl晶體,則發現(1)中紅棕色________,說明平衡________移動;(3)中紅棕色_______,說明平衡________移動。
變深
逆向
變淺
正向
2.化學平衡移動的過程
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,化學平衡才會發生移動。
(2)化學平衡發生移動,化學反應速率一定改變。
3.化學平衡移動方向與化學反應速率的關系
(1)v(正)>v(逆):平衡向________方向移動。
(2)v(正)=v(逆):反應達到平衡狀態,________平衡移動。
(3)v(正)正反應
不發生
逆反應
4.影響化學平衡的因素
若其他條件不變,改變下列條件對化學平衡的影響如下:
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________方向移動
減小反應物濃度或增大生成物濃度 向________方向移動
壓強(有氣體參加的可逆反應) 反應前后氣體體積改變 增大壓強 向氣體分子總數______的方向移動
減小壓強 向氣體分子總數______的方向移動
反應前后氣體體積不變 改變壓強 平衡______移動
溫度 升高溫度 向______反應方向移動
降低溫度 向______反應方向移動
催化劑 同等程度改變v(正)、v(逆),平衡不移動 正反應
逆反應
減小
增大
不
吸熱
放熱
5.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________________的方向移動。
減弱這種改變
【應用示例】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的濃度、④減壓、⑤加催化劑、⑥恒壓通入惰性氣體,能提高COCl2轉化率的是______________ (填序號)。
①④⑥
解析 該反應為氣體體積增大的吸熱反應,所以升溫和減壓均可以促使平衡正向移動。恒壓通入惰性氣體,相當于減壓;恒容通入惰性氣體與加催化劑均對平衡無影響;增加CO的濃度,將導致平衡逆向移動。
關鍵能力 提升
考向1 外界條件對化學平衡的影響
例1(2023·廣東廣州一模)恒容密閉容器中,以硫(S8)與CH4為原料制備CS2, S8受熱分解成氣態S2,發生反應2S2(g)+CH4(g) CS2(g)+2H2S(g)　ΔH。CH4的平衡轉化率、S2的體積分數隨溫度的變化曲線如圖所示。下列說法正確的是(　　)
B
A.ΔH>0
B.溫度升高,S8分解率增大,S2體積分數增大
C.向平衡體系中充入稀有氣體,平衡向右移動
D.其他條件相同,S2體積分數越大,CH4平衡轉化率越小
解析 溫度升高,CH4的平衡轉化率降低,S2的體積分數升高,說明升高溫度,平衡逆向移動,則該反應的正反應是放熱反應,即ΔH<0,A錯誤;S8分解成S2需要吸收熱量,S8(g) 4S2(g)　ΔH>0,升高溫度,該平衡正向移動,S8分解率增大,則S2體積分數增大,B正確;恒溫恒容體系中,通入稀有氣體,原平衡體系中各氣體濃度均未變化,則平衡不移動,C錯誤;其他條件不變時,S2體積分數增大,即c(S2)越大,則平衡正向進行的程度越大,CH4的平衡轉化率越大,D錯誤。
[對點訓練1] 對于以下三個反應,從反應開始進行到達到平衡后,保持容器溫度、容積不變,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_______。
正反應
減小
增大
正反應
不變
不變
正反應
增大
減小
思維建模
(1)構建恒溫恒容平衡思維模式 新平衡狀態可認為是兩個原平衡狀態簡單的疊加并 壓縮而成,相當于增大壓強。
(2)構建恒溫恒壓平衡思維模式(以氣體物質的量增加的反應為例,見圖示)
新平衡狀態可認為是兩個原平衡狀態簡單的疊加,壓強不變,平衡不移動。
考向2 化學平衡中物質轉化率或氣體體積分數的變化
B.a點對應的平衡常數比c點的大
C.b點對應的NH3的體積分數為26%
D.不改變投料比,增加n(N2)時,NH3體積分數增大
D
[對點訓練2] 將等物質的量的X、Y氣體充入某密閉容器中,在一定條件下,發生反應并達到平衡:X(g)+3Y(g) 2Z(g)　ΔH<0。當改變某個條件并維持新條件直至新的平衡時,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 升高溫度 X的轉化率變小
B 增大壓強 X的濃度變小
C 充入一定量Y Y的轉化率增大
D 使用適當的催化劑 X的體積分數變小
A
解析 升高溫度,平衡逆向移動,X的轉化率變小,A項正確;增大壓強,平衡正向移動,但容器的容積減小,X的濃度變大,B項錯誤;充入一定量Y,X的轉化率增大,而Y的轉化率減小,C項錯誤;使用適當的催化劑,只能加快反應速率,不能改變平衡,X的體積分數不變,D項錯誤。
歸納總結
平衡轉化率和氣體體積分數的分析
素養發展進階
進階1 練易錯·避陷阱
1.(2023·廣東廣州檢測)在一定溫度下的定容容器中,當下列哪些物理量不再發生變化時,表明反應A(g)+2B(g) C(g)+D(g)已達到平衡狀態的是
(　　)
①混合氣體的壓強　②混合氣體的密度　③B的物質的量濃度　
④混合氣體總物質的量　⑤混合氣體的平均相對分子質量　
⑥v(C)與v(D)的比值為1∶1 ⑦混合氣體總質量　⑧混合氣體總體積　
⑨單位時間內生成a mol A的同時生成a mol C
A.⑤⑥⑦⑧ B.①③④⑤⑨
C.②④⑦ D.①③⑧⑨
B
解析 該反應是分子數變化的反應,壓強始終在變化,混合氣體的壓強不變,說明氣體的物質的量不變,證明達到了平衡狀態,故①正確;該容器的容積保持不變,根據質量守恒定律知,反應前后混合氣體的質量不變,所以容器內氣體的密度始終不發生變化,故②錯誤;反應達到平衡狀態時,正、逆反應速率相等,平衡時各種物質的物質的量、濃度等不再發生變化,所以B的濃度不再變化時,該反應達到平衡狀態,故③正確;該反應是反應前后氣體體積變化的反應,所以氣體總物質的量不變,能表明反應達到平衡狀態,故④正確;容器中的氣體平均相對分子質量 ,反應前后混合氣體的質量不變化,當 不再發生變化時,物質的量不變,表明已經平衡,故⑤正確;C、D反應速率的比值始終等于化學方程式的計量數之比,故⑥錯誤;混合氣體的總質量一直不變,故⑦錯誤;在定容容器中混合氣體總體積始終不變,不能表明達到化學平衡狀態,故⑧錯誤;單位時間內生成a mol A是逆向反應的速率,同時生成a mol C表示正向反應的速率,正反應速率等于逆反應速率,說明反應達到平衡,故⑨正確。
2.一定條件下存在反應:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g),其正反應放熱。圖1、圖2表示起始時容器甲、丙容積都是V,容器乙、丁容積都是 ;向甲、丙內都充入2a mol SO2和a mol O2并保持恒溫;向乙、丁內都充入a mol SO2和0.5a mol O2并保持絕熱(即與外界無熱量交換),在一定溫度時開始反應。下列說法正確的是(　　)
A.圖1達平衡時,c(SO2):甲=乙
B.圖1達平衡時,平衡常數K:甲<乙
C.圖2達平衡時,所需時間t:丙<丁
D.圖2達平衡時,體積分數φ(SO3):丙>丁
D
解析 甲和乙若都是恒溫恒壓,則兩者等效,但乙為絕熱恒壓,又該反應正反應為放熱反應,則溫度:甲<乙,溫度升高平衡向逆反應方向移動,c(SO2):甲<乙,平衡常數K:甲>乙,A、B項錯誤;丙和丁若都是恒溫恒容,則兩者等效,但丁為絕熱恒容,則溫度:丙<丁,溫度越高,反應速率越快,達到平衡的時間越短,所用的時間:丙>丁,C項錯誤;溫度升高平衡向逆反應方向移動,體積分數φ(SO3):丙>丁,D項正確。
進階2 練熱點·提素能
3.(2023·廣東惠州第一次調研)在容積為1 L的恒容密閉容器中充入1 mol CO2和3 mol H2,一定條件下反應:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g),測得CO2和H2的濃度隨時間變化如圖所示。下列說法正確的是(　　)
A
A.平衡時CO2的轉化率為75%
B.平衡后充入惰性氣體,平衡正向移動
C.該條件下,第9 min時v逆(CH3OH)大于第3 min時v正(CH3OH)
D.混合氣體的密度不隨時間的變化而變化,則說明上述反應達到平衡狀態
解析 利用CO2初始濃度和平衡濃度可得平衡時CO2的轉化率為×100%=75%,A正確;恒容容器充入惰性氣體,與反應有關的各物質濃度不變,平衡不移動,B錯誤;平衡之前始終有v逆(CH3OH)4.(2024·廣西北海模擬)乙醇水蒸氣重整釋氫過程中主要反應的熱化學方程式為:
反應Ⅰ:C2H5OH(g)+3H2O(g)═2CO2(g)+6H2(g)　ΔH=+173.5 kJ·mol-1
反應Ⅱ:C2H5OH(g)═CH4(g)+CO(g)+H2(g)　ΔH=+49.7 kJ·mol-1
反應Ⅲ:CO2(g)+H2(g)═CO(g)+H2O(g)　 ΔH=+41.4 kJ·mol-1
以H2O和C2H5OH為原料氣,通過裝有催化劑的反應器,反應相同時間,乙醇轉化率、CH4、CO、CO2選擇性隨溫度變化的曲線如圖所示。下列說法不正確的是(　　)
A.向乙醇水蒸氣重整反應體系中通入適量O2,可以為重整反應提供熱量
B.其他條件不變,升高溫度乙醇的平衡轉化率增大
C.300~450 ℃時,隨溫度升高,H2的產率增大
D.增加原料氣中水的比例,可以增大CO的選擇性
D
解析 向乙醇水蒸氣重整反應體系中通入適量O2,乙醇可以和氧氣反應放出熱量,從而為重整反應提供熱量,A正確;根據題給信息可知,乙醇水蒸氣重整釋氫過程中涉及的反應為吸熱反應,故升溫后平衡正向移動,平衡轉化率增大,B正確;由圖可知,300~450 ℃時,隨溫度升高一氧化碳和甲烷的選擇性降低,此時主要發生反應Ⅰ,H2的產率增大,C正確;增加原料氣中水的比例,則反應Ⅰ進行得較多,不利于生成一氧化碳,D錯誤。
進階3 研真題·明考向
5.(2023·廣東卷)催化劑Ⅰ和Ⅱ均能催化反應R(g) P(g)。反應歷程(下圖)中,M為中間產物。其他條件相同時,下列說法不正確的是(　　)
A.使用Ⅰ和Ⅱ,反應歷程都分4步進行
B.反應達平衡時,升高溫度,R的濃度增大
C.使用Ⅱ時,反應體系更快達到平衡
D.使用Ⅰ時,反應過程中M所能達到的最高濃度更大
C
解析 由圖可知,使用催化劑Ⅰ和Ⅱ,均存在四個能壘,故反應歷程都分為4步進行,A正確;由圖可知,該反應是放熱反應,平衡后升高溫度,平衡逆向移動, R的濃度增大,B正確;使用Ⅱ時,R→M轉化的活化能更大,反應速率比使用Ⅰ更慢,故反應體系達到平衡所需時間更長,C錯誤;使用Ⅰ時,中間產物M轉化為P的活化能更大,反應比使用Ⅱ慢,故反應過程中M所能達到的最高濃度更大,D正確。
6.(2022·廣東卷,13)恒容密閉容器中,BaSO4(s)+4H2(g) BaS(s)+4H2O(g)在不同溫度下達平衡時,各組分的物質的量(n)如圖所示。下列說法正確的是(　　)
A.該反應的ΔH<0
B.a為n(H2O)隨溫度的變化曲線
C.向平衡體系中充入惰性氣體,平衡不移動
D.向平衡體系中加入BaSO4,H2的平衡轉化率增大
C
解析 由題圖可知,隨溫度升高,氫氣的物質的量減少,說明溫度升高,平衡向正反應方向移動,該反應的ΔH>0,A項錯誤;因為正反應ΔH>0,隨溫度的升高n(H2O)應呈現增大趨勢,由題圖a走勢可知,B項錯誤;向恒容密閉容器中充入惰性氣體,由于容器容積不變,各組分的濃度不發生變化,平衡常數不變,平衡不發生移動,C項正確;BaSO4為固體,向平衡體系中加入固體,平衡不發生移動,氫氣的平衡轉化率不變,D項錯誤。

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