高考化学突破大二轮浙江专用讲义专题十 第2课时 化学平衡.docx
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高考化学突破大二轮浙江专用讲义专题十第2课时化学平衡
第2课时 化学平衡
命题调研（2016～2019四年大数据）
2016～2019四年考向分布
核心素养与考情预测
核心素养：
变化守恒思想、模型建构、推理论据
考情解码：
本部分内容主要包括化学平衡状态的判定，影响化学平衡的因素以及化学平衡常数三个知识点，由选择和填空两个题型组成。
难点是化学平衡状态实质的理解，勒夏特列原理的应用，图像的解读和画图像。
其中画图像是选考中常考考点，也是难度最大的考点，解题关键是找到图像的起点，趋势和终点。
预测2020年选考中仍需着重关注以上考点。
真题重现
1.（2019·浙江4月选考，17）下列说法正确的是（ ）
A.H2（g）＋I2（g）2HI（g），其他条件不变，缩小反应容器体积，正逆反应速率不变
B.C（s）＋H2O（g）H2（g）＋CO（g），碳的质量不再改变说明反应已达平衡
C.若压强不再随时间变化能说明反应2A（？
）＋B（g）2C（？
）已达平衡，则A、C不能同时是气体
D.1molN2和3molH2反应达到平衡时H2转化率为10%，放出热量Q1；在相同温度和压强下，当2molNH3分解为N2和H2的转化率为10%时，吸收热量Q2，Q2不等于Q1
解+析 对于反应H2（g）＋I2（g）2HI（g），反应前后气体分子数相等，缩小反应容器体积，平衡不移动，正逆反应速率增大相同的倍数，A项错误；碳的质量不变，说明正、逆反应速率相等，反应已达平衡状态，B项正确；恒温恒容条件下，若A、C同时为气体，当压强不变时，也能说明反应达到平衡状态，C项错误；设N2（g）＋3H2（g）2NH3（g） ΔH＝－a（a＞0）kJ·mol－1，1molN2和3molH2反应达到平衡时H2转化率为10%，放出热量Q1＝0.1akJ，当2molNH3分解为N2和H2的转化率为10%时，吸收热量Q2＝0.1akJ，故Q1＝Q2，D项错误，故选B。
答案 B
2.（2019·浙江1月学考）一定温度下，在体积恒定的密闭容器中发生反应：
N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）。
反应过程中的部分数据如下表所示：
c/（mol·L－1）
t/min
c（N2）
c（H2）
c（NH3）
0
1.0
3.0
0
3
0.25
6
2.4
9
0.8
反应刚好达到平衡状态时（ ）
A.t＝6min
B.c（NH3）＝0.4mol·L－1
C.容器内的气体分子数N（N2）∶N（H2）∶N（NH3）＝1∶3∶2
D.H2的正反应速率等于N2的逆反应速率
解+析 由题给数据，依据化学方程式可得下列表格：
c（N2）
c（H2）
c（NH3）
0
1.0
3.0
0
3
0.875
2.625
0.25
6
0.8
2.4
0.4
9
0.8
2.4
0.4
由表格数据可知6min和9min时，各物质浓度保持不变，说明已达到平衡状态。
A项、6min时反应已达到平衡状态，但不能判断6min时反应刚好达到平衡状态，故A错误；B项、达到平衡状态时，各物质浓度保持不变，则反应刚好达到平衡状态时c（NH3）＝0.4mol·L－1，故B正确；C项、容器内的气体分子数N（N2）∶N（H2）∶N（NH3）＝0.8V∶2.4V∶0.4V＝2∶6∶1，故C错误；D项、反应刚好达到平衡状态时，H2的正反应速率等于N2的逆反应速率的三倍，故D错误。
故选B。
答案 B
3.（2018·浙江11月选考）已知X（g）＋3Y（g）2W（g）＋M（g） ΔH＝－akJ·mol－1（a>0）。
一定温度下，在体积恒定的密闭容器中，加入1molX（g）与1molY（g），下列说法正确的是（ ）
A.充分反应后，放出热量为akJ
B.当反应达到平衡状态时，X与W的物质的量浓度之比一定为1∶2
C.当X的物质的量分数不再改变，表明该反应已达平衡
D.若增大Y的浓度，正反应速率增大，逆反应速率减小
解+析 A.该反应为可逆反应，不会完全进行，投入原料1mol并未完全反应，故放出的热量小于akJ，选项A不正确；B.X和W分别为反应物和生成物，化学计量数只表示反应过程的转化比例，并不能说明达到平衡后的浓度之比，选项B不正确；C.当X的物质的量分数不再变化时，反应达到平衡，选项C正确；D.若增大反应物浓度，正逆反应速率均会增加，选项D不正确。
答案选C。
答案 C
4.（2018·浙江11月选考节选）合成氨工艺（流程如图所示）是人工固氮最重要的途径。
2018年是合成氨工业先驱哈伯（F·Haber）获得诺贝尔奖100周年。
N2和H2生成NH3的反应为：
N2（g）＋
H2（g）NH3（g） ΔH（298K）＝－46.2kJ·mol－1
在Fe催化剂作用下的反应历程为（*表示吸附态）
化学吸附：
N2（g）→2N*；H2（g）→2H*；
表面反应：
N*＋H*NH*；NH*＋H*NH
；NH
＋H*NH
脱附：
NH
NH3（g）
其中，N2的吸附分解反应活化能高、速率慢，决定了合成氨的整体反应速率。
请回答：
（1）利于提高合成氨平衡产率的条件有________（填字母）。
A.低温 B.高温 C.低压 D.高压 E.催化剂
（2）标准平衡常数Kθ＝
，其中pθ为标准压强（1×105Pa），p（NH3）、p（N2）和p（H2）为各组分的平衡分压，如p（NH3）＝x（NH3）p，p为平衡总压，x（NH3）为平衡系统中NH3的物质的量分数。
①N2和H2起始物质的量之比为1∶3，反应在恒定温度和标准压强下进行，NH3的平衡产率为w，则
Kθ＝____________________（用含w的最简式表示）。
②下图中可以示意标准平衡常数Kθ随温度T变化趋势的是________。
解+析
（1）合成氨反应是气体分子数减小的放热反应，所以低温、高压有利于提高合成氨的平衡产率，A、D正确。
（2）①Kθ＝
＝
＝
根据题意得：
＝w
Kθ＝
＝
＝
＝
＝
＝
＝
。
②温度升高，平衡左移，标准平衡常数减小，应选A。
答案
（1）AD
（2）①
②A
考向一 化学平衡状态的判定
1.一定条件下，物质的量均为0.3mol的X（g）与Y（g）在容积固定的密闭容器中发生反应：
X（g）＋3Y（g）2Z（g），ΔH＝－akJ/mol，下列说法正确的是（ ）
A.反应一段时间后，X与Y的物质的量之比仍为1∶1
B.达到平衡时，反应放出0.1akJ的热量
C.达到平衡后，若向平衡体系中充入稀有气体，压强增大，Z的正反应速率增大
D.X的体积分数保持不变，说明反应已达到平衡
解+析 A.X、Y以1∶3转化，则反应一段时间后X、Y的物质的量之比一定不是1∶1，故A错误；B.物质的量与热量成正比，且参加反应的X的物质的量未知，不能计算达到平衡时放出的热量，故B错误；C.容积固定的密闭容器，充入稀有气体，X、Y、Z的浓度不变，则反应速率不变，平衡不移动，C错误；D.该反应为气体体积减小的反应，体积分数不变，说明反应已达到平衡，故D正确；故选D。
答案 D
备考策略
判断平衡状态的方法——“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速率，一个是逆反应速率，且经过换算后同一种物质的消耗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，不能作为是否平衡状态的判断依据。
（3）巧记“变量不变”判断法
①由“变”到“不变”，不变时达到平衡。
②由“不变”到“不变”，不变时无法判断。
考向二 化学平衡的移动
2.在体积可变的密闭容器中，反应mA（g）＋nB（s）pC（g）达到平衡后，压缩容器的体积，发现A的转化率随之降低。
下列说法中，正确的是（ ）
A.m必定小于pB.（m＋n）必定大于p
C.（m＋n）必定小于pD.m必定大于p
解+析 压缩体积压强增大，A的转化率降低，说明平衡向逆反应移动，增大压强平衡向气体体积减小的方向移动，由于B为固体，所以m＜p。
答案 A
备考策略
1.影响化学平衡移动的因素
（1）温度：
在其他条件不变的情况下，升高温度，化学平衡向吸热反应方向移动；降低温度，化学平衡向放热反应方向移动。
（2）浓度：
在其他条件不变的情况下，增大反应物浓度或减小生成物浓度，化学平衡向正反应方向移动；减小反应物浓度或增大生成物浓度，化学平衡向逆反应方向移动。
（3）压强：
对于反应前后总体积发生变化的化学反应，在其他条件不变的情况下，增大压强，化学平衡向气体体积减小的方向移动；减小压强，化学平衡向气体体积增大的方向移动。
（4）催化剂：
由于催化剂能同时同等程度地增大或减小正反应速率和逆反应速率，故其对化学平衡的移动无影响。
2.解答化学平衡移动问题的步骤
3.浓度、压强和温度对平衡移动影响的几种特殊情况
（1）改变固体或纯液体的量，对平衡无影响。
（2）当反应混合物中不存在气态物质时，压强的改变对平衡无影响。
（3）对于反应前后气体体积无变化的反应，如H2（g）＋I2（g）2HI（g），压强的改变对平衡无影响。
但增大（或减小）压强会使各物质的浓度增大（或减小），混合气体的颜色变深（或浅）。
（4）恒容时，同等程度地改变反应混合物中各物质的浓度时，应视为压强的影响，增大（减小）浓度相当于增大（减小）压强。
（5）在恒容容器中，当改变其中一种气态物质的浓度时，必然会引起压强的改变，在判断平衡移动的方向和物质的转化率、体积分数变化时，应灵活分析浓度和压强对化学平衡的影响。
若用α表示物质的转化率，φ表示气体的体积分数，则：
①对于A（g）＋B（g）C（g）类反应，达到平衡后，保持温度、容积不变，加入一定量的A，则平衡向正反应方向移动，α（B）增大而α（A）减小，φ（B）减小而φ（A）增大。
②对于aA（g）bB（g）或aA（g）bB（g）＋cC（g）类反应，达到平衡后，保持温度、容积不变，加入一定量的A，平衡移动的方向、A的转化率变化，可分以下三种情况进行分析：
特点
示例
改变
分析
移动方向
移动结果
Ⅰ
Δn>0
PCl5（g）PCl3（g）＋Cl2（g）
充入PCl5
c（PCl5）增大，v正>v逆，但压强增大不利于PCl5的分解
正反应方向
α（PCl5）减小，φ（PCl5）增大
Ⅱ
Δn＝0
2HI（g）H2（g）＋I2（g）
充入HI
c（HI）增大，v正>v逆，压强增大，对v正、v逆的影响相同
α（HI）、φ（HI）不变
Ⅲ
Δn<0
2NO2（g）N2O4（g）
充入NO2
c（NO2）增大，v正>v逆，同时压强增大更有利于NO2的转化
α（NO2）增大，φ（NO2）减小
考向三 有关化学平衡的计算
3.汽车尾气净化原理为：
2NO（g）＋2CO（g）N2（g）＋2CO2（g），如果在一定温度下，体积为2L的密闭容器中发生该化学反应，0～4min各物质物质的量的变化如下表所示：
时间
物质（mol）
NO
CO
N2
CO2
起始
0.40
1.0
2min末
2.0
0.80
1.6
4min末
1.6
（1）0～2min内用CO来表示的平均反应速率v（CO）＝________。
（2）试计算该温度下的化学平衡常数K＝________。
解+析
（1）0～2min内N2的变化物质的量为：
1.0mol－0.80mol＝0.2mol，则CO的变化物质的量为0.4mol，用CO来表示的平均反应速率v（CO）＝0.4mol÷2L÷2min＝0.10mol·L－1·min－1；
（2）2～4min时CO2的物质的量没有发生变化，可知2min时反应达到平衡，此时：
2NO（g）＋2CO（g）N2（g）＋2CO2（g）
起始物质的量（mol）：
0.41.61.02.0
变化物质的量（mol）：
0.40.40.20.4
平衡物质的量（mol）：
0.82.00.81.6
平衡浓度为（mol·L－1）：
0.41.00.40.8
该温度下反应的化学平衡常数K＝（0.4×0.82）÷（0.42×1.02）＝1.6。
答案
（1）0.10mol·L－1·min－1
（2）1.6
备考策略
1.计算模式
化学平衡计算的最基本的方法模式是“平衡三段式法”。
具体步骤是在化学方程式下写出有关物质起始时的物质的量、发生转化的物质的量、平衡时的物质的量（也可以是物质的量浓度或同温同压下气体的体积），再根据题意列式求解。
mA（g）＋nB（g）pC（g）＋qD（g）
n（起始）/molab00
n（转化）/molmxnxpxqx
n（平衡）/mola－mxb－nxpxqx
起始、转化、平衡是化学平衡计算的“三步曲”。
2.计算公式
（1）v（A）∶v（B）∶v（C）∶v（D）＝m∶n∶p∶q（未达到平衡时，用于确定化学方程式中未知的化学计量数）。
（2）K＝
＝
若用任意状态的生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值称为浓度商，用Q表示。
则其与K比较，当Q>K，v正v逆。
（3）平衡转化率：
α（A）＝
×100%＝
×100%。
（4）平衡百分含量：
φ（A）＝
×100%。
（5）平衡时与起始时的压强比：
＝
＝
（同T、V时）。
（6）混合气体的平均摩尔质量：
M＝
＝
g·mol－1。
考向四 化学平衡常数
4.（2018·金华十校选考模拟）下列数据不一定随温度升高而增大的是（ ）
A.活化分子百分数
B.化学平衡常数
C.弱酸或弱碱的电离平衡常数
D.水的离子积常数
解+析 A.升高温度，反应的活化分子百分数增加，故A不选；B.化学反应的平衡常数与温度的关系和反应的吸放热之间有关系，只有吸热反应，升温，平衡常数增加，但是放热反应，升温，平衡常数减小，故B选；C.电离过程是吸热的，升温可以使电离平衡常数增加，故C不选；D.水的电离是吸热过程，水的离子积常数随温度升高而增大，故D不选；故选B。
答案 B
备考策略
理解化学平衡常数的三种关系
（1）与化学方程式书写形式的关系：
对于同一可逆反应，正反应的平衡常数等于逆反应的平衡常数的倒数，即：
K正＝
。
若化学方程式中的化学计量数等倍扩大或缩小，尽管是同一反应，平衡常数也会发生改变。
两反应加和，得到的新反应，其化学平衡常数是两反应平衡常数的乘积；两反应相减，得到的新反应，其化学平衡常数是两反应平衡常数相除得到的商。
（2）与反应热的关系：
（3）与物质状态的关系：
由于固体或纯液体的浓度视为常数，所以在平衡常数表达式中不再写出。
①在稀溶液中进行的反应，如有水参加，由于水的浓度视为常数而不必出现在表达式中。
②在非水溶液中进行的反应，若有水参加或生成，则应出现在表达式中。
如：
CH3COOH（l）＋CH3CH2OH（l）
CH3COOCH2CH3（l）＋H2O（l）
K＝
考向五 化学平衡与图像
5.（2018·浙江宁波高三适应性测试）甲醇水蒸气重整制氢（SRM）是用于驱动电动汽车的质子交换膜燃料电池的理想氢源，当前研究主要集中在提高催化剂活性和降低尾气中CO含量，以免使燃料电池Pt电极中毒。
重整过程发生的反应如下：
反应Ⅰ CH3OH（g）＋H2O（g）CO2（g）＋3H2（g） ΔH1
反应Ⅱ CH3OH（g）CO（g）＋2H2（g） ΔH2
反应Ⅲ CO（g）＋H2O（g）CO2（g）＋H2（g） ΔH3
其对应的平衡常数分别为K1、K2、K3，其中K2、K3随温度变化如下表所示：
125℃
225℃
325℃
K2
0.5535
185.8
9939.5
K3
1577
137.5
28.14
请回答：
（1）反应Ⅱ能够自发进行的条件________（填“低温”、“高温”或“任何温度”），ΔH1________ΔH3（填“>”、“<”或“＝”）。
（2）相同条件下，甲醇水蒸气重整制氢较甲醇直接分解制氢（反应Ⅱ）的先进之处在于________________________________________________________________。
（3）在常压、CaO催化下，CH3OH和H2O混合气体（体积比1∶1.2，总物质的量2.2mol）进行反应，t1时刻测得CH3OH转化率及CO、CO2选择性随温度变化情况分别如图所示（CO、CO2的选择性：
转化的CH3OH中生成CO、CO2的百分比）。
注：
曲线a表示CH3OH的转化率，曲线b表示CO的选择性，曲线c表示CO2的选择性
①下列说法不正确的是________。
A.反应适宜温度为300℃
B.工业生产通常在负压条件下进行甲醇水蒸气重整
C.已知CaO催化剂具有更高催化活性，可提高甲醇平衡转化率
D.添加CaO的复合催化剂可提高氢气产率
②260℃时H2物质的量随时间的变化曲线如图所示。
画出300℃时至t1时刻H2物质的量随时间的变化曲线。
解+析
（1）由表中数据可得，随温度升高，K2增大，即反应Ⅱ向右移动，说明反应Ⅱ是吸热反应，ΔH2>0，由反应方程式可得ΔS2>0，已知反应能够自发进行的条件是ΔH2－TΔS2<0，推知反应Ⅱ需要在高温下才能自发进行；由于K3随温度升高而减小，即反应Ⅲ向左移动，说明反应Ⅲ是放热反应，ΔH3<0，根据盖斯定律，ΔH1＝ΔH2＋ΔH3，则ΔH1>ΔH3；
（2）由反应Ⅰ和反应Ⅱ的方程式比较可知，反应物甲醇转化率高，产物中氢气含量高，且几乎没有CO；
（3）①A.由图像可知CH3OH的转化率在高于260℃时较高，但在300℃时，CO的选择性最高，而CO2的选择性最低，所以300℃不是反应适宜的温度，最好在260℃时，故A不正确；B.根据反应方程式可知，减小压强会降低反应速率，不适合工业生产，所以B不正确；C.催化剂能够加快反应速率，但不能改变反应物的转化率，所以C不正确；D.催化剂能加快反应速率，提高单位时间内生成氢气的量，即提高了氢气的产率，即D正确；②根据甲醇的转化率、CO和CO2选择性图像可知，温度从260℃升高到300℃，反应速率加快，但CO2的选择性减小，使H2的物质的量也减小，所以曲线斜率增大，但水平线低于260℃时的，具体为：
反应Ⅰ中生成n（H2）＝3n（CO2）＝0.95×1mol×3＝2.85mol，反应Ⅱ中生成n（H2）＝2n（CO）＝0.05×1mol×2＝0.10mol，所以生成H2的总物质的量为2.95mol。
答案
（1）高温 >
（2）甲醇转化率高；产物中氢气含量高，一氧化碳含量低 （3）①ABC
②
备考策略
化学平衡图像类试题是高考的热点题型，该类试题经常涉及到的图像类型有物质的量（浓度）、速率—时间图像，含量—时间—温度（压强）图像，恒温、恒压曲线等，图像中蕴含着丰富的信息量，具有简明、直观、形象的特点，命题形式灵活，难度不大，解题的关键是根据反应特点，明确反应条件，认真分析图象充分挖掘蕴含的信息，紧扣化学原理，找准切入点解决问题。
该类题型在选择题和简答题中都有涉及，能够很好地考查学生分析问题和解决问题的能力，在复习备考中应引起足够的重视。
1.常见的化学平衡图像
以可逆反应aA（g）＋bB（g）cC（g） ΔH＝QkJ·mol－1
（1）含量—时间—温度（或压强）图：
（曲线a用催化剂，b不用催化剂或化学计量数a＋b＝c时曲线a的压强大于b的压强）
（T2>T1，ΔH>0） （T1（p1>p2，a＋b>c） （p1>p2，a＋b（2）恒压（温）线（如图所示）：
该类图像的纵坐标为物质的平衡浓度（c）或反应物的转化率（α），横坐标为温度（T）或压强（p），常见类型如下所示：
（若a＋b>c，则p1>p2>p3，ΔH<0） （若T1>T2，则ΔH>0，a＋b>c）
（3）速率－时间图像
根据v－t图像，可以很快地判断出反应进行的方向，根据v正、v逆的变化情况，可以推断出外界条件的改变情况。
以合成氨反应为例：
N2（g）＋3H2（g）2NH3（g） ΔH<0。
条件
c（N2）增大
c（H2）减小
c（NH3）增大
v－t图像
平衡移动方向
正反应方向移动
逆反应方向移动
逆反应方向移动
条件
c（NH3）减小
增大压强
减小压强
v－t图像
平衡移动方向
正反应方向移动
正反应方向移动
逆反应方向移动
条件
升高温度
降低温度
使用催化剂
v－t
图像
平衡移动方向
逆反应方向移动
正反应方向移动
不移动
（4）其他
如下图所示曲线，是其他条件不变时，某反应物的最大转化率（α）与温度（T）的关系曲线，图中标出的1、2、3、4四个点，v（正）>v（逆）的点是3，v（正）2.化学平衡图像解答原则
（1）解题思路
（2）解题步骤
以可逆反应aA（g）＋bB（g）cC（g）为例：
①“定一议二”原则
在化学平衡图像中，包括纵坐标、横坐标和曲线所表示的意义三个量，确定横坐标所表示的量后，讨论纵坐标与曲线的关系或确定纵坐标所表示的量，讨论横坐标与曲线的关系。
如图：
这类图像的分析方法是“定一议二”，当有多条曲线及两个以上条件时，要固定其中一个条件，分析其他条件之间的关系，必要时，作一辅助线分析。
②“先拐先平，数值大”原则
在化学平衡图像中，先出现拐点的反应先达到平衡，先出现拐点的曲线表示的温度较高（如图A）或表示的压强较大（如图B）。
图A表示T2>T1，正反应是放热反应。
图B表示p1c。
1.（2018·浙江金丽衢高三上）恒温恒容密闭容器中发生反应：
X（g）＋3Y（g）2Z（g） ΔH＝－92kJ/mol，下列说法一定正确的是（ ）
A.混合气体的密度不随时间发生变化说明反应达到平衡状态
B.充入氩气使压强增大，v正、v逆均增大
C.反应达平衡时放出的热量小于92kJ
D.反应达平衡状态时：
2v正（X）＝v逆（Z）
解+析 A.反应混合物都是气体，容器的容积不变，因此任何情况下体系的密度都不会发生变化，故不能据此判断反应处于平衡状态，A错误；B.充入氩气使压强增大，由于没有改变反应混合物任何一组分的浓度，因此v正、v逆均不变，B错误；C.方程式表示是1molX完全反应时放出热量是92kJ，由于未指明反应物的物质的量多少，因此不能确定反应放出热量的多少，C错误；D.反应达平衡状态时：
v正（Z）＝v逆（Z），由于v正（Z）＝2v正（X），所以2v正（X）＝v逆（Z），D正确；故合理选项是D。
答案 D
2.（2019·金华十校联考）25℃时，在密闭容器中合成氨反应如下：
N2（g）＋3H2（g）
2NH3（g） ΔH＝－92.4kJ/mol
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