高考化学总复习第七章化学反应速率和化学平衡课时2化学平衡状态及其移动练习新人教版.docx

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高考化学总复习第七章化学反应速率和化学平衡课时2化学平衡状态及其移动练习新人教版.docx

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高考化学总复习第七章化学反应速率和化学平衡课时2化学平衡状态及其移动练习新人教版

课时2　化学平衡状态及其移动

[2018备考·最新考纲]

1．了解化学反应的可逆性。

2.了解化学平衡建立的过程，掌握化学平衡的概念。

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，认识并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。

考点一　可逆反应与化学平衡状态

（考点层次A→自学、识记、辨析）

1．可逆反应

2．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相等，反应物的浓度和生成物的浓度不变，我们称为“化学平衡状态”，简称化学平衡。

（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：

以上过程可用下图表示：

（3）平衡特点

提醒：

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，若用不同物质表示时，反应速率不一定相等。

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。

教材

高考

1．（RJ必修2·P51“思考与交流”改编）向含有2mol的SO2的容器中通入过量氧气发生2SO2＋O2

2SO3，充分反应后生成SO3的物质的量<2mol（填“<”、“>”或“＝”，下同），SO2的物质的量>0mol，转化率<100%。

2．（RJ选修4·P325改编）一定温度下，对可逆反应A（g）＋2B（g）3C（g）的下列叙述中，能说明反应已达到平衡的是（　　）

A．单位时间内消耗amolA，同时生成3amolC

B．容器内B的浓度不再变化

C．混合气体的物质的量不再变化

D．A的消耗速率等于C的生成速率的

倍

答案　B

3．（溯源题）（海南高考）可逆反应A（g）＋B（g）C（g）＋D（g）。

下列依据能判断该反应已达到平衡的是③。

①压强不随时间改变

②气体的密度不随时间改变

③c（A）不随时间改变

④单位时间里生成C和D的物质的量相等

探源：

本考题源于教材RJ选修4P26“化学平衡状态”，对化学平衡状态的特征及其判断依据进行了考查。

[诊断性题组]

1．基础知识判断，正确的划“√”，错误的划“×”

（1）2H2O

2H2↑＋O2↑为可逆反应（×）

（2）二次电池的充、放电为可逆反应（×）

（3）可逆反应不等同于可逆过程。

可逆过程包括物理变化和化学变化，而可逆反应属于化学变化（√）

（4）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，若用不同物质表示时，反应速率不一定相等（√）

（5）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（√）

（6）化学反应的限度可以通过改变反应条件而改变（√）

（7）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（×）

（8）对于反应A（g）＋B（g）2C（g）＋D（g），当密度保持不变，在恒温恒容或恒压条件下，均不能作为达到化学平衡状态的标志（×）

（9）恒温恒容下进行的可逆反应：

2SO2（g）＋O2（g）2SO3（g），当SO3的生成速率与SO2的消耗速率相等时，反应达到平衡（×）

（10）在2L密闭容器内，800℃时反应2NO（g）＋O2（g）2NO2（g）体系中，当该容器内颜色保持不变时能说明该反应已达到平衡状态（√）

2．将一定量纯净的氨基甲酸铵置于密闭真空恒容容器中（固体试样体积忽略不计），在恒定温度下使其达到分解平衡：

NH2COONH4（s）2NH3（g）＋CO2（g）。

判断该分解反应已经达到化学平衡的是（　　）

A．2v（NH3）＝v（CO2）

B．密闭容器中c（NH3）∶c（CO2）＝2∶1

C．密闭容器中混合气体的密度不变

D．密闭容器中氨气的体积分数不变

解析　该反应是有固体参与的非等体反应，且容器体积不变，所以压强、密度不变均可作为平衡的标志，该题应特别注意D项，因为该反应为固体的分解反应，所以NH3、CO2的体积分数始终为定值

。

答案　C

3．（2017·湖北宜昌模拟）苯乙烯是现代石油化工产品中最重要的单体之一。

在工业上，苯乙烯可由乙苯和CO2催化脱氢制得：

（g）＋CO2（g）

（g）＋CO（g）＋H2O（g）　ΔH。

在温度为T1时，此反应的平衡常数K＝0.5。

在2L密闭容器中加入乙苯（g）与CO2，反应到某时刻测得混合物中各组分的物质的量均为1.0mol，请回答下列问题：

（1）该时刻的化学反应________（填“已达到”或“未达到”）平衡状态。

（2）下列能说明乙苯与CO2在该条件下反应已达到平衡状态的是________（填字母）。

a．v正（CO2）＝v逆（CO2）

b．c（CO2）＝c（CO）＝0.5mol/L

c．混合气体的密度不变

d．CO2的体积分数保持不变

（3）若将反应改为恒压绝热条件下进行，达到平衡状态时，则乙苯的物质的量浓度________（填字母）。

a．大于0.5mol/Lb．小于0.5mol/L

c．等于0.5mol/Ld．无法确定

解析　

（1）各组分的浓度均为

＝0.5mol/L，Q＝

＝0.5＝K，则该时刻反应达到平衡状态。

（2）a项，对同一物质来说，正、逆反应速率相等，说明反应已达到平衡状态；b项，结合

（1）可知是平衡状态；c项，在恒容容器中，混合气体的总质量在反应过程中始终没有变化，即密度始终没有变化，与是否达到平衡状态无关；d项，随着反应进行，CO2的体积分数逐渐减小，当CO2的体积分数保持不变时，即达到平衡状态。

（3）该反应为正向吸热、气体分子数增大的反应，若维持恒压绝热，相当于在原平衡的基础上降温，同时增大容器的容积，二者对乙苯浓度的影响无法确定。

答案　

（1）已达到　

（2）abd　（3）d

【方法总结】

判断化学平衡状态的两方法和两标志

1．两方法——逆向相等、变量不变

（1）“逆向相等”：

反应速率必须一个是正反应的速率，一个是逆反应的速率，且经过换算后同一种物质的减少速率和生成速率相等。

（2）“变量不变”：

如果一个量是随反应进行而改变的，当不变时为平衡状态；一个随反应的进行保持不变的量，不能作为是否是平衡状态的判断依据。

2．两标志——本质标志、等价标志

（1）本质标志：

v（正）＝v（逆）≠0。

对于某一可逆反应来说，正反应消耗掉某反应物的速率等于逆反应生成该反应物的速率。

（2）等价标志

①全部是气体参加的非等体积反应，体系的压强、平均相对分子质量不再随时间而变化。

例如，N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）。

②体系中各组分的物质的量浓度、体积分数、物质的量（或质量）分数保持不变。

③对同一物质而言，断裂的化学键的物质的量与形成的化学键的物质的量相等。

④对于有色物质参加或生成的可逆反应，体系的颜色不再随时间而变化。

例如，2NO2（g）N2O4（g）。

⑤体系中某反应物的转化率或某生成物的产率达到最大值且不再随时间而变化。

⑥绝热体系的温度不变，说明反应处于平衡状态。

拓展

在一定温度下的定容容器中，当下列物理量不再发生变化时：

①混合气体的压强，②混合气体的密度，③混合气体的总物质的量，④混合气体的平均相对分子质量，⑤混合气体的颜色，⑥各反应物或生成物的浓度之比等于化学计量数之比，⑦某种气体的百分含量

（1）能说明2SO2（g）＋O2（g）2SO3（g）达到平衡状态的是①③④⑦。

（2）能说明I2（g）＋H2（g）2HI（g）达到平衡状态的是⑤⑦。

（3）能说明2NO（g）N2O4（g）达到平衡状态的是①③④⑤⑦。

（4）能说明C（s）＋CO2（g）2CO（g）达到平衡状态的是①②③④⑦。

（5）能说明A（s）＋2B（g）C（g）＋D（g）达到平衡状态的是②④⑦。

（6）能说明NH2COONH4（s）2NH3（g）＋CO2（g）达到平衡状态的是①②③。

（7）能说明5CO（g）＋I2O5（s）5CO2（g）＋I2（s）达到平衡状态的是②④⑦。

考点二　化学平衡移动

（考点层次B→共研、理解、整合）

1．化学平衡的移动

平衡移动就是由一个“平衡状态→不平衡状态→新平衡状态”的过程。

一定条件下的平衡体系，条件改变后，平衡可能发生移动，如下所示：

2．化学平衡移动与化学反应速率的关系

v正>v逆，平衡向正反应方向移动；

v正＝v逆，反应达到平衡状态，不发生平衡移动；

v正

3．外界因素对化学平衡移动的影响

4.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），平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动。

提醒：

①化学平衡发生移动的实质是正逆反应速率不相等。

正逆反应速率发生变化，平衡不一定移动。

例如使用催化剂，正逆反应速率均增加，但是同等程度地增加，正逆反应速率仍然相等，所以平衡不发生移动。

②不能认为平衡正向移动时反应物的浓度一定减小，生成物的浓度一定增大。

③v（正）增大或v（逆）减小，平衡不一定向正反应方向移动。

只有v（正）>v（逆）时，才使平衡向正反应方向移动。

④外界条件改变时，化学平衡发生移动，最终结果只能“减弱”条件的改变，但不能“消除”条件的改变。

教材

高考

1．（RJ选修4·P326改编）在一密闭容器中，反应aA（g）bB（g）＋cC（g）达到平衡后，保持温度不变，将容器体积增加一倍，最终测得A的物质的量的浓度为原来的50%，则（　　）

A．平衡向正反应方向移动

B．a>b＋c

C．物质B的质量分数增大

D．以上判断都错误

解析　反应达平衡后，保持温度不变，将容器体积增加一倍，最终测得A的物质的量的浓度变为原来的一半，说明减小压强，平衡没有发生移动，即a＝b＋c，由于平衡不发生移动，故物质B的质量分数不变，D项符合题意。

答案　D

2．（溯源题）[2016·天津理综，10（3）]在恒温恒容的密闭容器中，某储氢反应：

MHx（s）＋yH2（g）MHx＋2y（s）　ΔH<0达到化学平衡。

下列有关叙述正确的是________。

a．容器内气体压强保持不变

b．吸收ymolH2只需1molMHx

c．若降温，该反应的平衡常数增大

d．若向容器内通入少量氢气，则v（放氢）>v（吸氢）

答案　ac

探源：

本考题源于教材RJ选修4P27“思考与交流”对外界因素对平衡及速率的影响进行了考查。

[拓展性题组]

题组一　外界条件对化学平衡的影响

1．将等物质的量的X、Y气体充入某密闭容器中，一定条件下，发生如下反应并达到平衡：

X（g）＋3Y（g）2Z（g）　ΔH<0。

改变某个条件并维持新条件直至达到新的平衡，下表中关于新平衡与原平衡的比较正确的是（　　）

选项

改变的条件

新平衡与原平衡比较

升高温度

X的转化率变小

增大压强

X的浓度变小

充入一定量Y

Y的转化率增大

使用适当催化剂

X的体积分数变小

解析　升温，平衡向吸热反应的方向移动，即逆向移动，X的转化率变小，A项正确；增大压强，平衡向气体分子数减小的方向移动，即正向移动，X的物质的量减小，但由于容器体积减小，各组分的浓度均比原平衡的大，故B项错误；增大一种反应物的浓度，能够提高另一种反应物的转化率，而其本身的转化率降低，故C项错误；催化剂只能改变反应速率，不影响平衡状态，故各物质的体积分数不变，D项错误。

答案　A

2．COCl2（g）CO（g）＋Cl2（g）　ΔH>0。

当反应达到平衡时，下列措施：

①升温；②恒容通入惰性气体；③增加CO浓度；④减压；⑤加催化剂；⑥恒压通入惰性气体，能提高COCl2转化率的是（　　）

A．①②④　　B．①④⑥　　

C．②③⑤　　D．③⑤⑥

解析　化学反应COCl2（g）CO（g）＋Cl2（g）　ΔH>0，正反应是气体体积增大的吸热反应，①升温平衡向正反应移动，COCl2转化率增大；②恒容通入惰性气体，总压增大，反应混合物各组分的浓度不变，平衡不移动，COCl2转化率不变；③增加CO的浓度，平衡向逆反应方向移动，COCl2转化率减小；④减压平衡向正反应方向移动，COCl2转化率增大；⑤加催化剂，改变速率不改变平衡，COCl2转化率不变；⑥恒压通入惰性气体，压强增大，为保持恒压，体积增大，平衡正向进行，COCl2转化率增大。

答案　B

3．（2017·无锡模拟）处于平衡状态的反应2H2S（g）2H2（g）＋S2（g）　ΔH>0，不改变其他条件的情况下合理的说法是（　　）

A．加入催化剂，反应途径将发生改变，ΔH也将随之改变

B．升高温度，正逆反应速率都增大，H2S分解率也增大

C．增大压强，平衡向逆反应方向移动，将引起体系温度降低

D．若体系恒容，注入一些H2后达新平衡，H2浓度将减小

解析　焓变是一个状态函数，与反应发生的途径无关，A项错误；温度升高，正逆反应速率均增大，因该反应是吸热反应，故平衡正向移动，分解率增大，B项正确；该反应是气体体积增大的反应，增大压强平衡逆向移动，逆向反应是放热反应，会使体系温度升高，C项错误；体系中注入H2，体系将向H2浓度降低方向移动，但最终H2的浓度增大，D项错误。

答案　B

【思维建模】

解答化学平衡移动类试题的一般思路

题组二　“等效平衡”理论的应用

4．在相同温度和压强下，对反应CO2（g）＋H2（g）CO（g）＋H2O（g）进行甲、乙、丙、丁四组实验，实验起始时放入容器内各组分的物质的量见下表

物质

物质的量

实验

CO2

H2O

甲

amol

0mol

乙

2amol

amol

0mol

丙

0mol

amol

丁

amol

0mol

amol

上述四种情况达到平衡后，n（CO）的大小顺序是（　　）

A．乙＝丁>甲＝丙B．甲>乙>丙>丁

C．乙＝甲>丁＝丙D．丁>丙>乙>甲

解析　四种情况的反应物起始量可折合成下表情况

物质

物质的量

实验

CO2

H2O

甲

amol

0mol

乙

2amol

amol

0mol

丙

amol

0mol

丁

2amol

amol

0mol

所以乙和丁相当于提高了反应物（CO2）的初始量，平衡向正反应方向移动，n（CO）相对于甲和丙提高，故有乙＝丁>甲＝丙。

答案　A

【练后归纳】

等效平衡分类及规律

等效类型

①

②

③

条件

恒温、恒容

恒温、恒压

反应的特点

任何可逆反应

反应前后气体分子数相等

任何可逆反应

起始投料

换算为化学方程式同一边物质，其“量”相同

换算为化学方程式一边物质，其“量”符合同一比例

换算为化学方程式同一边物质，其“量”符合同一比例

平衡

特点

质量分数（w%）

相同

浓度（c）

相同

成比例

相同（气体）

物质的量（n）

相同

成比例

5．（根据江苏高考题改编）在温度、容积相同的3个密闭容器中，按不同方式投入反应物，保持恒温、恒容，测得反应达到平衡时的有关数据如下[已知N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）　ΔH＝－92.4kJ·mol－1]

容器

甲

乙

丙

反应物投入量

1molN2、3molH2

2molNH3

4molNH3

反应的能量变化

放出akJ

吸收bkJ

吸收ckJ

体系压强（Pa）

反应物转化率

α1

α2

α3

下列说法正确的是（　　）

A．2c1＞c3B．a＋b＝92.4

C．2p2＜p3D．α1＋α3＝1

解析　甲、乙达到的平衡是等效平衡，所以a＋b＝92.4，α1＋α2＝1，α3＜α2，故α1＋α3＜1，丙可以看作是2个乙分别达到化学平衡后又加压形成的，由于加压后平衡向气体体积减小的方向移动，所以2c1＜c3,2p2>p3，A、C、D错误。

答案　B

【思维建模】

等效平衡判断“四步曲”

：

观察可逆反应特点（物质状态、气体分子数），判断反应是反应前后气体体积不变的可逆反应还是反应前后气体体积改变的可逆反应；

：

挖掘反应条件，是恒温恒容还是恒温恒压，注意密闭容器不等于恒容容器；

：

采用一边倒法，将起始物质按可逆反应化学计量数之比转化成同一边的物质；

：

联系等效平衡判断依据，结合题目条件判断是否达到等效平衡。

微专题九　化学平衡原理在工农业生产中的应用

　物质制备适宜条件的选择

1．有平衡体系：

CO（g）＋2H2（g）CH3OH（g）　ΔH<0，为了提高甲醇的产量，工厂应采取的措施是（　　）

A．高温、高压、催化剂

B．高温、低压和催化剂

C．低温、低压和催化剂

D．低温、高压、催化剂

解析　本反应为气体体积缩小的放热反应，应选择有利于平衡正移、提高速率的外界条件。

答案　D

2．某工业生产中发生反应：

2A（g）＋B（g）2M（g）　ΔH＜0。

下列有关该工业生产的说法中正确的是（　　）

A．这是一个放热的熵减反应，在低温条件下该反应一定可自发进行

B．若物质B价廉易得，工业上一般采用加入过量的B，以提高A的转化率

C．工业上一般采用较高温度合成M，因温度越高，反应物的转化率越高

D．工业生产中常采用催化剂，因为使用催化剂可提高反应物的转化率

解析　这是一个放热的熵减反应，只有当ΔH－TΔS＜0时，该反应才能自发进行，A错误；加入过量的B，可以提高A的转化率，B正确；升高温度，平衡逆向移动，反应物的转化率降低，C错误；使用催化剂只能改变反应速率，不能使平衡发生移动，不能提高反应物的转化率，D错误。

答案　B

3．工业上利用焦炭与水蒸气生产H2的反应原理为：

C（s）＋H2O（g）

CO（g）＋H2（g）；ΔH>0，CO（g）＋H2O（g）

CO2（g）＋H2（g）；ΔH<0第二步生产的原料CO来源于第一步的产物。

为提高原料的利用率及H2的日产量，下列措施中不可取的是（　　）

①第一步产生的混合气直接作为第二步的反应物

②第二步生产应采用适当的温度和催化剂

③第一、二步生产中均充入足量水蒸气

④第二步应在低温下进行

⑤第二步生产采用高压

⑥第二步生产中增大CO的浓度

A．①③⑤　　B．②④⑥　　

C．②③⑤　　D．①④⑤⑥

解析　第一步产生的H2使第二步的平衡逆移，故应先进行分离；第二步反应为放热反应，温度过低，反应速率太小而影响产量，温度过高则对平衡不利，且要考虑催化剂的活性，故应选择适当的温度和催化剂，故②正确④错；增大廉价易得的水蒸气浓度可提高转化率，③正确；压强对第二步反应无影响，不必采取高压，⑤错；增大CO浓度并未提高主要原材料C的利用率，⑥错。

答案　D

【练后归纳】

化工生产适宜条件选择的一般原则

（1）从化学反应速率分析，既不能过快，又不能太慢。

（2）从化学平衡移动分析，既要注意外界条件对速率和平衡影响的一致性，又要注意二者影响的矛盾性。

（3）从原料的利用率分析，增加易得廉价原料，提高难得高价原料的利用率，从而降低生产成本。

（4）从实际生产能力分析，如设备承受高温、高压能力等。

（5）注意催化剂的活性对温度的限制。

　平衡原理对工农业生产的理论指导

4．在一定条件下探究二甲醚的制备反应为2CO（g）＋4H2（g）CH3OCH3（g）＋H2O（g）　ΔH，测定结果如图所示。

下列判断错误的是（　　）

A．该反应的ΔH<0

B．该反应伴随有副反应的发生

C．工业选择的较适宜温度为280～290℃

D．加入催化剂可以提高CH3OCH3的产率

解析　由题图知，随着温度升高，CO的转化率降低，所以升高温度，平衡逆向移动，则该反应是放热反应，ΔH<0，A项说法正确；从图中可知，CO的转化率降低的同时，CH3OCH3的产率在不同温度下差别大，即说明该反应伴随有副反应的发生，B项说法正确；在280～290℃间，CH3OCH3的产率很高，工业选择的较适宜温度为280～290℃，C项说法正确；加入催化剂可以改变反应达到平衡的时间，但不能提高CH3OCH3的产率，D项说法错误。

答案　D

5．化学反应原理在科研和生产中有广泛应用。

（1）利用“化学蒸气转移法”制备TaS2晶体，发生如下反应：

TaS2（s）＋2I2（g）TaI4（g）＋S2（g）　ΔH>0　（Ⅰ）

如图所示，反应（Ⅰ）在石英真空管中进行，先在温度为T2的一端放入未提纯的TaS2粉末和少量I2（g），一段时间后，在温度为T1的一端得到了纯净TaS2晶体，则温度T1________T2（填“>”、“<”或“＝”）。

上述反应体系中循环使用的物质是________。

（2）CO可用于合成甲醇，反应方程式为CO（g）＋2H2（g）CH3OH（g）。

CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如下图所示。

该反应ΔH________0（填“＞”或“＜”）。

实际生产条件控制在250℃、1.3×104kPa左右，选择此压强的理由是__________________________________________________________。

解析　

（1）由题意可知，未提纯的TaS2粉末变成纯净TaS2晶体，要经过两步转化：

①TaS2＋2I2===TaI4＋S2，②TaI4＋S2===TaS2＋2I2，即反应（Ⅰ）先在温度T2端正向进行，后在温度T1端逆向进行，反应（Ⅰ）的ΔH大于0，因此温度T1小于T2，该过程中循环使用的物质是I2。

（2）从图像来看，随着温度的升高，CO的转化率变小，故ΔH＜0，综合温度、压强对CO转化率的影响来看，在题给压强下，CO的转化率已经很大，不必再增大压强。

答案　

（1）<　I2

（2）<　在1.3×104kPa下，CO的转化率已较高，再增大压强CO转化率提高不大，同时生产成本增加，得不偿失

【练后归纳】

平衡类问题需综合考虑的几个方面

（1）原料的来源、除杂，尤其考虑杂质对平衡的影响。

（2）原料的循环利用。

（3）产物的污染处理。

（4）产物的酸碱性对反应的影响。

（5）气体产物的压强对平衡造成的影响。

（6）改变外界条件对多平衡体系的影响。

　外界条件对平衡移动的影响

1．（2013·大纲全国卷，7）反应X（g）＋Y（g）2Z（g）　ΔH<0，达到平衡时，下列说法正确的是（　　）

A．减小容器体积，平衡向右移动

B．加入催化剂，Z的产率增大

C．增大c（X），X的转化率增大

D．降低温度，Y的转化率增大

解析　根据该反应的特点结合平衡移动原理逐项分析。

A项该反应为反应前后气体物质的量不变的反应，平衡不受压强影响，减小容器体积，平衡不移动；B项催化剂不能使平衡移动，不改变产物的产率；C项增大c（X），平衡正向移动，Y的转化率增大，X本身的转化率反而减小；D项该反应的正反应是放热反应，降低温度，平衡正向移动，Y的转化率增大。

答案　D

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