第16讲 化学平衡高考化学一轮复习名师精讲练.docx
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第16讲化学平衡高考化学一轮复习名师精讲练
第16讲化学平衡
【知识梳理】
一、化学平衡状态
1．化学平衡状态：
化学平衡状态：
在一定条件下，正反应速率和逆反应速率相等，反应混合物中各组成成分浓度、含量保持保持一定而不变的状态，叫做化学平衡状态。
2．化学平衡的特点：
（1）动：
化学平衡是一种动态平衡，即υ正＝υ逆≠0）。
υ正＝υ逆≠0是可逆反应达到平衡状态的本质。
（2）定：
条件不变时，反应物与生成物浓度、百分组成保持不变（或反应物与生成物的含量保持一定）。
这是判断体系是否处于化学平衡状态的重要特征。
（3）变：
任何化学平衡状态均是暂时的、相对的、有条件的。
影响平衡的外界条件改变，平衡状态即被破坏，发生平衡移动。
温馨提示：
①可逆反应不能进行到底，即反应过程中反应物、生成物，不能全部转化为生成物（反应物）。
②化学平衡的建立与反应的途径无关：
对于可逆反应，不管从正反应开始（只投入反应物），还是从逆反应开始（只投入生成物），或从正逆反应开始（同时投入反应物和生成物），在一定条件下都能达到v（正）＝v（逆）状态。
3.化学平衡的标志
（1）一个可逆反应达到平衡状态的最根本标志是υ（正）＝υ（逆）。
运用速率标志要注意:
正逆反应速率相等是指用同一种物质表示的反应速率.若一个可逆反应的正逆反应速率是分别用两种不同物质表示时,则当这两者的速率之比应等于这两种物质的化学计量数之比时才标志着化学平衡了。
（2）υ（正）＝υ（逆）其必然结果是反应混合物各组分的含量保持不变，所以，各组分的浓度或含量不再随时间而改变也一定标志着化学平衡了。
（3）如果一个可逆反应达到平衡状态，则整个反应体系的物理参数，如总压强、总体积、总物质的量以及气体的平均分子量和密度等肯定都要保持定值，不会再随时间而改变。
但反过来，在一定条件下，这些物理参数若保持不变的可逆反应，不一定就达到了化学平衡，要作具体分析。
如：
aA（g）+bB（g）
Cc（g）+dD（g），若a+b＝c+d,由于反应前后气体分子数始终不发生改变,使反应体系的总压、平均分子量等参量在任何时刻都保持不变,这种情况下这些物理参量不能作为化学平衡态的标志。
例题1、下列说法正确的是。
①可逆反应2NO2（g）
2NO（g）＋O2（g），在容积固定的密闭容器中，单位时间内生成nmolO2的同时生成2nmolNO2，能说明该反应已达到平衡状态
②可逆反应2NO2（g）
2NO（g）＋O2（g），在容积固定的密闭容器中，单位时间内生成nmolO2的同时生成2nmolNO，能说明该反应已达到平衡状态
③可逆反应2NO2（g）
2NO（g）＋O2（g），在容积固定的密闭容器中，用NO2、NO、O2表示的反应速率之比为2∶2∶1的状态，能说明该反应已达到平衡状态
④可逆反应2NO2（g）
2NO（g）＋O2（g），在容积固定的密闭容器中，混合气体的颜色、密度、压强、平均相对分子质量不再改变，能说明该反应已达到平衡状态
⑤一定温度下在容积恒定的密闭容器中，进行如下可逆反应：
A（s）＋2B（g）
C（g）＋D（g），混合气体的密度、压强、总物质的量、B的物质的量浓度、混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态，能表明该反应已达到平衡状态
⑥如下图示能说明反应N2O4（g）
2NO2（g）达到平衡状态
⑦反应SO2（g）＋2CO（g）
2CO2（g）＋S（l）ΔH<0在恒容的密闭容器中进行，平衡前，随着反应的进行，容器内压强始终不变
⑧反应2NH3（g）＋NO（g）＋NO2（g）
2N2（g）＋3H2O（g）ΔH<0在恒容密闭容器中进行，单位时间内消耗NO和N2的物质的量之比为1∶2时，反应达到平衡
⑨密闭容器中混合气体的密度不变，说明分解反应NH2COONH4（s）
2NH3（g）＋CO2（g）已经达到化学平衡
⑩2v正（H2）＝3v逆（NH3）能说明反应N2（g）＋3H2（g）
2NH3（g）已达到平衡状态
⑪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，容器内气体压强保持不变
⑫由可逆反应X2＋3Y2
2Z在反应过程中的反应速率（v）与时间（t）的关系曲线可知，t1时，只有正方向反应
二、化学平衡常数
1.定义：
在一定温度下，当一个可逆反应达到平衡时，生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值是一个常数，该常数就是该反应的化学平衡常数。
对于可逆反应mA（g）＋nB（g）
pC（g）＋qD（g），化学平衡常数K＝
。
2．影响因素：
K的大小与物质的浓度、压强等无关，只随温度的变化而变化。
3.意义：
一定温度下，平衡常数K越大，表示反应进行的程度越大，反应物的转化率越大；平衡常数K越小，表示反应进行的程度越小，反应物的转化率越小。
一般认为，K>105时，反应进行得就基本完全了。
4.应用：
（1）在某温度下，某时刻反应是否达平衡，可用该时刻产物的浓度商Qc与Kc比较大小来判断。
当Qc>kc，υ（正）<υ（逆）,未达平衡，反应逆向进行；当Qcυ（逆）,未达平衡，反应正向进行；当Qc=kc，υ（正）=υ（逆）,达到平衡，平衡不移动。
（2）利用化学平衡常数随温度的变化判断反应的热效应，若升高温度，K值增大，则正反应为吸热反应；若升高温度，K值减小，则正反应为放热反应。
（3）如果某个反应可以表示为两个或多个反应的总和，则总反应的平衡常数等于各分步反应平衡常数之积。
如已知：
2H2O（g）
2H2（g）+O2（g）K1，2CO2（g）
2CO（g）+O2K2，则CO2（g）+H2（g）
CO（g）+H2O（g）
例题2、下列有关说法正确的是。
①活化分子间的碰撞一定能发生化学反应
②普通分子有时也能发生有效碰撞
③升高温度会加快反应速率,原因是增加了活化分子的有效碰撞次数
④增大反应物浓度会加快反应速率的原因是单位体积内有效碰撞的次数增多
⑤使用催化剂能提高反应速率,原因是提高了分子的能量,使有效碰撞频率增大
⑥化学反应实质是活化分子有合适取向时的有效碰撞
⑦浓度为1mol·L-1的盐酸与过量的锌粉反应,若加入适量的CuSO4溶液,能减慢反应速率但又不影响氢气生成量
⑧一定温度下,在2L的密闭容器中,X、Y、Z三种气体的物质的量随时间变化的曲线如下图，则反应的化学方程式为X（g）+Y（g）
Z（g）
⑨已知4NH3＋5O2===4NO＋6H2O，若反应速率分别用v（NH3）、v（O2）、v（NO）、v（H2O）（mol·L－1·min－1）表示，则.
v（O2）＝v（H2O）
⑩分解水制氢气的工业制法之一是“硫碘循环法”，主要涉及下列反应：
①SO2＋2H2O＋I2===H2SO4＋2HI ②2HI
H2＋I2 ③2H2SO4===2SO2＋O2＋2H2O，循环过程中产生1molO2的同时产生1molH2
⑪某温度下，在容积一定的密闭容器中进行如下反应：
2X（g）＋Y（g）
Z（g）＋W（s） ΔH＞0，则升高温度，正反应速率增大，逆反应速率减小
⑫一定温度下，反应N2（g）＋O2（g）
2NO（g）在密闭容器中进行，恒压，充入He不改变化学反应速率
三、化学平衡的移动
1．定义：
可逆反应达到平衡状态以后，若反应条件（如温度、压强、浓度等）发生了变化，平衡混合物中各组分的浓度也会随之改变，从而在一段时间后达到新的平衡状态。
这种由原平衡状态向新平衡状态的变化过程，叫做化学平衡的移动。
2.化学平衡移动实质：
化学平衡移动是由于浓度、温度、压强的变化使可逆反应从一种平衡状态变为另一平衡状态的过程。
平衡移动的实质因为条件的变化打破了正反应、逆反应速率相等的关系。
υ（正）＞υ（逆），正向移动；υ（正）<υ（逆），平衡逆向移动。
3．勒夏特列原理（化学平衡移动原理）：
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。
对可逆反应：
mA（g）+nB（g）
pC（g）+qD（g）
4．勒夏特列原理（化学平衡移动原理）的应用：
（1）调控反应：
根据影响化学反应速率和平衡的条件以及化学平衡移动原理，可调控工业反应使之效益最大化。
如合成氨工业中加入催化剂提高反应速率，温度控制在500℃左右，既考虑了反应速率又兼顾了催化剂的活性的最佳温度，充入过量N2以提高H2的转化率等。
（2）判物质状态：
由压强的改变，根据平衡移动的方向，可以判断反应物或生成物的状态。
（3）判化学计量数：
由压强的改变，根据平衡移动的方向，可以判断方程式中某气体物质的计量数或反应物和生成物之间的计量数的大小关系。
（4）判ΔH符号：
由温度的改变，根据化学平衡移动的方向，可以判断正反应或逆反应是吸热反应还是放热反应。
5.合成氨适宜条件的选择
（1）选择依据：
从提高反应速率的角度分析，提高反应温度、使用催化剂、适当提高氮氢比；从平衡移动的角度分析，降低温度、提高压强和适时分离反应产物氨；从实际生产的角度分析，温度和压强要与生产实际相适应。
（2）选择原则：
能加快反应速率；提高原料的利用率；提高单位时间内的产量；对设备条件要求不能太高。
（3）合成氨的适宜条件：
使用催化剂；适宜的压强：
2×107～5×107Pa；适宜的温度：
500℃左右；及时分离出氨和及时补充氮气和氢气。
例题3、
（1）用O2将HCl转化为Cl2，可提高效益，减少污染。
新型RuO2催化剂对上述HCl转化为Cl2的总反应[2HCl（g）＋
O2
H2O（g）＋Cl2（g） ΔH]具有更好的催化活性，
①实验测得在一定压强下，总反应的HCl平衡转化率随温度变化的αHCl～T曲线如下图：
则总反应的ΔH________0（填“＞”、“＝”或“＜”）；A、B两点的平衡常数K（A）与K（B）中较大的是________。
②在上述实验中若压缩体积使压强增大，画出相应αHCl～T曲线的示意图，并简要说明理由_________。
③下列措施中，有利于提高αHCl的有________。
A．增大n（HCl）B．增大n（O2）C．使用更好的催化剂D．移去H2O
（2）甲醇既是重要的化工原料，又可作为燃料，利用合成气（主要成分为CO、CO2和H2）在催化剂作用下合成甲醇，发生的主要反应如下：
①CO（g）＋2H2（g）
CH3OH（g）ΔH1②CO2（g）＋3H2（g）
CH3OH（g）＋H2O（g）ΔH2③CO2（g）＋H2（g）
CO（g）＋H2O（g）ΔH3，回答下列问题：
①反应①的化学平衡常数K表达式为________；图中能正确反映平衡常数K随温度变化关系的曲线为________（填曲线标记字母），其判断理由是________。
②合成气组成n（H2）/n（CO＋CO2）＝2.60时，体系中的CO平衡转化率（α）与温度和压强的关系如图所示。
α（CO）值随温度升高而________（填“增大”或“减小”），其原因是________________________________；图中的压强由大到小为________，其判断理由是________________。
（3）丁烯是一种重要的化工原料，可由丁烷催化脱氢制备。
回答下列问题：
①正丁烷（C4H10）脱氢制1-丁烯（C4H8）的热化学方程式如下：
①C4H10（g）=C4H8（g）+H2（g）ΔH1，已知：
②C4H10（g）+
O2（g）=C4H8（g）+H2O（g）ΔH2=-119kJ·mol-1③H2（g）+
O2（g）=H2O（g）ΔH3-242kJ·mol-1，反应①的ΔH1为________kJ·mol-1。
图（a）是反应①平衡转化率与反应温度及压强的关系图，x_____________0.1（填“大于”或“小于”）；欲使丁烯的平衡产率提高，应采取的措施是__________（填标号）。
A．升高温度B．降低温度C．增大压强D．降低压强
②丁烷和氢气的混合气体以一定流速通过填充有催化剂的反应器（氢气的作用是活化催化剂），出口气中含有丁烯、丁烷、氢气等。
图（b）为丁烯产率与进料气中n（氢气）/n（丁烷）的关系。
图中曲线呈现先升高后降低的变化趋势，其降低的原因是___________。
③图（c）为反应产率和反应温度的关系曲线，副产物主要是高温裂解生成的短碳链烃类化合物。
丁烯产率在590 ℃之前随温度升高而增大的原因可能是___________、____________；590℃之后，丁烯产率快速降低的主要原因可能是_____________。
【课时练习】
1．硫酸工业的重要反应之一：
2SO2（g）+O2（g）
2SO3（g）下列叙述不正确的是（）
A．其他条件不变，升高温度可增大SO3的生成速率
B．使用合适的催化剂，是为了增大化学反应速率
C．该反应达到化学平衡状态时，SO2可100%转化为SO3
D．该反应达到化学平衡状态时，SO3的浓度不再改变
2．可逆反应：
2NO2（g）⇌2NO（g）+O2（g）在体积固定的密闭容器中进行，达到平衡状态的标志是（）
①单位时间内生成2nmolNO2的同时生成2nmolNO；②单位时间内生成nmolO2的同时生成2nmolNO2；③用NO2，NO，O2表示的反应速率的比为2：
2：
1的状态；④混合气体的压强不再改变的状态；⑤混合气体的密度不再改变的状态；⑥混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态；⑦混合气体的颜色不再改变的状态
A．①②④⑤⑥⑦
B．①②③④⑤⑦
C．①②④⑥⑦
D．全部
3．下列事实不能用勒夏特列原理解释的是
A．打开汽水瓶有气泡从溶液中冒出
B．黄绿色的氯水光照后颜色变浅
C．FeCl3＋3KSCN
Fe（SCN）3＋3KCl平衡体系中加入少量铁粉，溶液颜色变浅
D．2NO2（g）
N2O4（g）平衡体系中，加压缩小体积后颜色加深
4．下图所示为工业合成氨的流程图。
有关说法错误的是
A．步骤①中“净化”可以防止催化剂中毒
B．步骤②中“加压”既可以提高原料的转化率，又可以加快反应速率
C．步骤③、④、⑤均有利于提高原料平衡的转化率
D．产品液氨除可生产化肥外，还可用作制冷剂
5．K2Cr2O7溶液中存在平衡：
（橙色）+H2O⇌2
（黄色）+2H+，用K2Cr2O7溶液进行下列实验：
下列说法正确的是
A．①中溶液变黄，③中溶液橙色加深
B．②中
被C2H5OH氧化
C．若向④中加入70％H2SO4溶液至过量，溶液变为绿色
D．K2Cr2O7在碱性条件下的氧化性比酸性条件更强
6．一定压强下，向10L密闭容器中充入1molS2Cl2和1molCl2，发生反应S2Cl2（g）＋Cl2（g）
2SCl2（g）。
Cl2与SCl2的消耗速率（v）与温度（T）的关系如图所示，以下说法中不正确的是（）
A．正反应的活化能大于逆反应的活化能
B．达到平衡后再加热，平衡向逆反应方向移动
C．A、B、C、D四点对应状态下，达到平衡状态的为B、D
D．一定温度下，在恒容密闭容器中，达到平衡后缩小容器体积，重新达到平衡后，Cl2的平衡转化率不变
7．臭氧是理想的烟气脱硝试剂，其脱硝反应为：
2NO2（g）+O3（g）
N2O5（g）+O2（g）△H<0，若反应在恒容密闭容器中进行，如表由该反应相关图象作出的判断正确的是（）
A．甲图中改变的反应条件为升温
B．乙图中温度T2>T1，纵坐标可代表NO2的百分含量
C．丙图为充入稀有气体时速率变化
D．丁图中a、b、c三点只有b点已经达到平衡状态
8．T℃时，在一固定容积的密闭容器中发生反应：
A（g）＋B（g）
C（s） ΔH<0，按照不同配比充入A、B，达到平衡时容器中A、B浓度变化如图中曲线（实线）所示，下列判断正确的是（ ）
A．T℃时，该反应的平衡常数值为4
B．c点没有达到平衡，此时反应向逆向进行
C．若c点为平衡点，则此时容器内的温度高于T℃
D．T℃时，直线cd上的点均为平衡状态
9．向绝热恒容密闭容器中通入SO2和NO2，一定条件下使反应SO2（g）＋NO2（g）
SO3（g）＋NO（g）达到平衡，正反应速率随时间变化的示意图如图所示。
由图可得出的正确结论是（ ）
A．反应在c点达到平衡状态
B．反应物浓度：
a点小于b点
C．反应物的总能量低于生成物的总能量
D．Δt1＝Δt2时，SO2的转化率：
a～b段小于b～c段
10．利用天然气水蒸气重整制备H2的反应为
每次只改变一种条件（X），其它条件不变，CH4的平衡转化率
随X的变化趋势如图所示。
下列说法正确的是
A．某条件下，若CH4（g）、H2O（g）初始浓度均为0.2mol/L，
=25%，则K=3
B．X为投料比
时，
的变化趋势为曲线N
C．X为压强时，
的变化趋势为曲线M
D．X为温度时，
的变化趋势为曲线N
11．在恒压、NO和O2的起始浓度一定的条件下，催化反应相同时间，测得不同温度下NO转化为NO2的转化率如图中实线所示（图中虚线表示相同条件下NO的平衡转化率随温度的变化）。
下列说法不正确的是（）
A．反应2NO（g）+O2（g）=2NO2（g）的ΔH<0
B．图中X点所示条件下，延长反应时间能提高NO转化率
C．图中Y点所示条件下，增加O2的浓度不能提高NO转化率
D．380℃下，c起始（O2）=5.0×10−4mol·L−1，NO平衡转化率为50%，则平衡常数K＞2000
12．一定条件下，将NO（g）和O2（g）按物质的量之比2∶1充入反应容器，发生反应：
2NO（g）+O2（g）
2NO2（g）。
其他条件相同时，分别测得NO的平衡转化率在不同压强（p1、p2）下随温度变化的曲线如下图所示。
下列说法正确的是
A．p1B．其他条件不变，温度升高，该反应的反应限度增大
C．400℃、p1条件下，O2的平衡转化率为20%
D．400℃时，该反应的化学平衡常数的数值为10/9
13．氮的氧化物是造成大气污染的主要物质。
（1）用活性炭还原NO的有关反应为：
C（s）＋2NO（g）
N2（g）＋CO2（g）。
向恒容密闭容器中加入一定量的活性炭和NO，T℃时，各物质起始浓度及10min和20min各物质平衡浓度如表所示：
浓度mol/L
时间min
NO
N2
CO2
0
10
0
0
10
5
2.5
2.5
20
2
4
0.25
①在10min时，若只改变某一条件使平衡发生移动，20min时重新达到平衡，则改变的条件是____。
②在20min时，保持温度和容器体积不变再充入NO和N2，使二者的浓度均增加至原来的两倍，此时反应v正___v逆（填“＞”“＜”或“＝”）。
（2）工业上由N2、H2来制备NH3。
不同温度下，向三个相同的容器中投入相同的反应物进行反应，测得不同温度时平衡混合物中NH3的物质的量分数随压强增大而变化如图所示。
①M点的v正_______Q点的v正（填“＞”“＜”或“＝”）。
②图中三条曲线对应的温度分别为T1、T2、T3，其中温度最高的是____。
③恒温恒容条件下，能说明反应N2（g）＋3H2（g）
2NH3（g）达到平衡状态的是____（填选项字母）
A．2v（N2）＝v（NH3）B．c2（NH3）/[c（N2）c3（H2）]保持不变
C．反应器中的压强不再发生变化D．3molH－H键断裂的同时，有2molN－H键断裂
（3）NO2存在如下平衡：
2NO2（g）
N2O4（g）△H＜0，在一定条件下NO2与N2O4的消耗速率与各自的分压（分压＝总压×物质的量分数）有如下关系：
v（NO2）＝k1·p2（NO2），v（N2O4）＝k2·p（N2O4），相应的速率与其分压关系如图所示。
一定温度下，k1、k2与平衡常数Kp（压力平衡常数，用平衡分压代替平衡浓度计算）间的关系是k1＝____；在上图标出点中，指出能表示反应达到平衡状态的点是______。
14．含氮化合物对环境、生产和人类生命活动等具有很大的影响。
请按要求回答下列问题：
（1）利用某分子筛作催化剂，NH3可脱除工厂废气中的NO、NO2，反应机理如图所示。
A包含物质为H2O和________（填化学式）。
（2）已知：
4NH3（g）＋6NO（g）＝5N2（g）＋6H2O（g）ΔH1＝－akJ·mol－1
4NH3（g）＋5O2（g）＝4NO（g）＋6H2O（g）ΔH2＝－bkJ·mol－1
则反应4NH3（g）＋3O2（g）＝2N2（g）＋6H2O（g）的ΔH＝________kJ·mol－1。
（3）工业上利用氨气生产氢氰酸（HCN）的反应为CH4（g）＋NH3（g）
HCN（g）＋3H2（g） ΔH＞0。
①其他条件一定，达到平衡时NH3转化率随外界条件X变化的关系如图所示。
则X可以是________（填字母）。
a．温度 b．压强 c．催化剂 d．
②在一定温度下，向2L密闭容器中加入nmolCH4和2molNH3，平衡时NH3体积分数随n变化的关系如下图所示。
a点时，CH4的转化率为_______%；平衡常数：
K（a）____K（b）（填“＞”“＝”或“＜”）。
（4）肌肉中的肌红蛋白（Mb）与O2结合生成MbO2，其反应原理可表示为Mb（aq）＋O2（g）
MbO2（aq），该反应的平衡常数可表示为K＝
。
在37℃条件下达到平衡时，测得肌红蛋白的结合度（α）与p（O2）的关系如图所示。
[α＝
×100%]。
研究表明正反应速率v正＝k正·c（Mb）·p（O2），逆反应速率v逆＝k逆·c（MbO2）（其中k正和k逆分别表示正反应和逆反应的速率常数）。
试求出图中c点时，上述反应的平衡常数K=________。
已知k逆＝60s－1，则速率常数k正=________s－1。
15．以氯化氢为原料通过直接氧化法可以制取氯气，反应方程式为：
4HCl（g）＋O2（g）⇌2Cl2（g）＋2H2O（g）。
（1）该法可按下列催化过程进行：
CuCl2（s）⇌CuCl（s）＋
Cl2（g）ΔH1＝83kJ·mol-1
CuCl（s）＋
O2（g）⇌CuO（s）＋
Cl2（g）ΔH2＝－20kJ·mol-1
CuO（s）＋2HCl（g）=CuCl2（s）＋H2O（g）ΔH3＝－121kJ·mol-1
①总反应4HCl（g）＋O2（g）⇌2Cl2（g）＋2H2O（g）的ΔH＝____kJ·mol-1。
②有利于提高总反应平衡产率的条件有______。
A．低温B．高温C．低压D．高压E．催化剂
（2）恒温恒压下，可以说明总反应4HCl（g）＋O2（g）⇌2Cl2（g）＋2H2O（g）达到平衡的是___。
A．压强不变
B．氯气的体积分数保持不变
C．每生成2个H—O的同时，有4个H—Cl生成
D．反应速率v正（O2）∶v逆（H2O）＝1∶2
E．各组分的物质的量浓度都相等
（3）密闭容器中充入HCl和O2进行反应，c（HCl）随时间t的变化曲线如图1，保持其他条件不变，t2时升温，t3时重新达平衡，画出t2—t4时c（Cl2）随时间t的变化曲线____。
（4）在刚性容器中，进料浓度比c（HCl）∶c（O2）分别等于1∶1、4∶1、7∶1时，HCl平衡转化率随温度
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