2022高考化学一轮专题复习 第22讲　化学平衡状态　化学平衡的移动

这是一份2022高考化学一轮专题复习 第22讲　化学平衡状态　化学平衡的移动，共23页。学案主要包含了等效平衡原理，等效平衡的分类及判断方法，等效平衡的应用等内容，欢迎下载使用。


考点1 可逆反应与化学平衡建立
授课提示：对应学生用书第151页
1．可逆反应
(1)概念：在相同条件下，既能向正反应方向进行，同时又能向逆反应方向进行的反应。
(2)特点：
①相同条件下，正、逆反应同时进行。
②任何时刻，反应物和生成物必定处于同一反应体系中。
③任意组分的转化率都小于(填“大于”或“小于”)100%。
(3)表示方法：在化学方程式中必须用“”表示。
2．化学平衡状态
(1)概念
一定条件下的可逆反应中，正、逆两个方向的反应速率相等时，反应体系中所有参加反应的物质的质量或浓度保持恒定的状态。
(2)化学平衡的建立
(3)平衡特点
向含有2 ml的SO2的容器中通入过量氧气发生反应：2SO2(g)＋O2(g)eq \(,\s\up7(催化剂),\s\d5(加热))2SO3(g) ΔH＝－Q kJ·ml－1(Q>0)，充分反应后生成SO3的物质的量____ 2 ml(填“<”“>”或“＝”，下同)，SO2的物质的量____ 0 ml，转化率____100%，反应放出的热量____Q kJ。


提示：< > < <
(1)二次电池的充、放电为可逆反应。(×)
(2)在化学平衡建立过程中，v正一定大于v逆。(×)
(3)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，反应达到平衡状态。(×)
(4)在一定条件下，向密闭容器中充入1 ml N2和3 ml H2充分反应，生成2 ml NH3。(×)
模型构建：判断化学平衡状态的方法——“正逆相等，变量不变”
题组一 从定性、定量两个角度理解可逆反应的特点
1．对于可逆反应2SO2＋O22SO3 ΔH＜0，在混合气体中充入一定量的18O2，经足够长的时间后：
(1)18O存在于哪些分子中？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
(2)二氧化硫分子的相对分子质量可能为________。
答案：(1)由于2SO2＋O22SO3为可逆反应，18O存在于O2、SO3、SO2三种物质的分子中。
(2)SO2的相对分子质量可能为64或66或68
2．(1)在密闭容器中进行反应：X2(g)＋Y2(g)2Z(g)，已知X2、Y2、Z的起始浓度分别为0.1 ml·L－1、0.3 ml·L－1、0.2 ml·L－1，在一定条件下，当反应达到平衡时，Y2浓度的取值范围为____________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)一定条件下，对于可逆反应X(g)＋3Y(g)2Z(g)，若达到平衡时X、Y、Z的浓度分别为0.1 ml·L－1、0.3 ml·L－1、0.08 ml·L－1，则物质Z的起始浓度取值范围为__________。
答案：(1)0.2 ml·L－1(2)0≤c(Z)≤0.28 ml·L－1
题组二 化学平衡状态的判定
3．可逆反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)的正、逆反应速率可用各反应物或生成物浓度的变化来表示。下列各关系中能说明反应已达到平衡状态的是( )
A．3v正(N2)＝v正(H2)B．v正(N2)＝v逆(NH3)
C．2v正(H2)＝3v逆(NH3)D．v正(N2)＝3v逆(H2)
解析：A项，无逆反应速率；B项，eq \f(v正N2,1)＝eq \f(v逆NH3,2)时，反应达到平衡状态；C项，eq \f(v正H2,3)＝eq \f(v逆NH3,2)，即2v正(H2)＝3v逆(NH3)时反应达到平衡状态；D项，eq \f(v正N2,1)＝eq \f(v逆H2,3)，即3v正(N2)＝v逆(H2)时反应达到平衡状态。
答案：C
4．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________________(填序号，下同)。
(2)能说明I2(g)＋H2(g)2HI(g)达到平衡状态的是________________。
(3)能说明2NO2(g)N2O4(g)达到平衡状态的是________________。
(4)能说明C(s)＋CO2(g)2CO(g)达到平衡状态的是________________。
(5)能说明NH2COONH4(s)2NH3(g)＋CO2(g)达到平衡状态的是________________。
(6)能说明5CO(g)＋I2O5(s)5CO2(g)＋I2(s)达到平衡状态的是________________。
答案：(1)①③④⑦ (2)⑤⑦ (3)①③④⑤⑦
(4)①②③④⑦ (5)①②③ (6)②④⑦
5．若第4题中的(1)～(4)改成一定温度下的恒压密闭容器，结果又如何？
(1)________________；(2)________________；
(3)________________；(4)________________。
答案：(1)②③④⑦ (2)⑤⑦ (3)②③④⑤⑦ (4)②③④⑦
题组三 v正与v逆相对大小与化学反应进行方向的关系
6．298 K时，将20 mL 3x ml·L－1Na3AsO3、20 mL 3x ml·L－1I2和20 mL NaOH溶液混合，发生反应：AsOeq \\al(3－,3)(aq)＋I2(aq)＋2OH－(aq)AsOeq \\al(3－,4)(aq)＋2I－(aq)＋H2O(l)。溶液中c(AsOeq \\al(3－,4))与反应时间(t)的关系如图所示。
(1)tm时，v正 ________v逆(填“大于”“小于”或“等于”)。
(2)tm时v逆________tn时v逆(填“大于”“小于”或“等于”)，理由是______________。
解析：(1)tm时，反应尚未达到平衡，且反应正向进行，故v正>v逆。
(2)随着反应正向进行，生成物浓度逐渐增大，故v逆逐渐增大，则tm时v逆小于tn时v逆。
答案：(1)大于 (2)小于 tm时生成物浓度更小，逆反应速率更小
考点2 化学平衡移动
授课提示：对应学生用书第153页
1．化学平衡移动的过程
2．化学平衡移动与化学反应速率的关系
v正>v逆，平衡正向移动；
v正＝v逆，反应达到平衡状态，不发生平衡移动；
v正3．影响化学平衡的因素
若其他条件不变，改变下列条件对化学平衡的影响如下：
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。
1．根据勒夏特列原理，思考并回答下列问题：
(1)勒夏特列原理适用对象是什么？
(2)如何理解“减弱”一词？


提示：(1)勒夏特列原理的适用对象是可逆过程。
(2)“减弱”：只能减弱改变，而不能消除改变。
2．对于一定条件下的可逆反应
甲：A(g)＋B(g) C(g) ΔH<0
乙：A(s)＋B(g) C(g) ΔH<0
丙：A(g)＋B(g) 2C(g) ΔH>0
达到平衡后加压，使体系体积缩小为原来的eq \f(1,2)，达到新平衡。
设压缩之前压强分别为p甲、p乙、p丙，压缩平衡后压强分别为p′甲、p′乙、p′丙，则p甲与p′甲，p乙与p′乙，p丙与p′丙的关系分别为甲___________；乙___________；丙___________。
答案：p甲(1)化学平衡发生移动，化学反应速率一定改变；化学反应速率改变，化学平衡也一定发生移动。(×)
(2)升高温度，平衡向吸热反应方向移动，此时v放减小，v吸增大。(×)
(3)C(s)＋CO2(g)2CO(g) ΔH＞0，其他条件不变时，升高温度，反应速率v(CO2)和CO2的平衡转化率均增大。(√)
(4)化学平衡正向移动，反应物的转化率不一定增大。(√)
(5)向平衡体系FeCl3＋3KSCNFe(SCN)3＋3KCl中加入适量KCl固体，平衡逆向移动，溶液的颜色变浅。(×)
(6)对于2NO2(g)N2O4(g)的平衡体系，压缩体积，增大压强，平衡正向移动，混合气体的颜色变浅。(×)
1．科学思维：外界条件与化学平衡移动关系的归纳与整合
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。
2．模型构建：“惰性气体”对化学平衡影响的认知模型
(1)恒温、恒容条件
原平衡体系eq \(――――――→,\s\up7(充入惰性气体))体系总压强增大―→体系中各组分的浓度不变―→平衡不移动。
(2)恒温、恒压条件
原平衡体系eq \(――――――→,\s\up7(充入惰性气体))容器容积增大，各参加反应的气体的
(3)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。
3．模型构建：解答化学平衡移动类判断题的思维过程
题组一 改变外界条件控制化学平衡定向移动
1．在密闭容器中，一定条件下进行如下反应：NO(g)＋CO(g)eq \f(1,2)N2(g)＋CO2(g) ΔH＝－373.2 kJ·ml－1，达到平衡后，为提高NO的转化率和该反应的速率，可采取的措施是________(填序号)。
①加催化剂同时升高温度 ②加催化剂同时增大压强
③升高温度同时充入N2 ④降低温度同时增大压强
⑤增大CO的浓度
答案：②⑤
2．在压强为0.1 MPa、温度为300 ℃条件下，a ml CO与3a ml H2的混合气体在催化剂作用下发生反应生成甲醇：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH＜0。
(1)平衡后将容器的容积压缩到原来的一半，其他条件不变，对平衡体系产生的影响是________(填字母)。
A．c(H2)减小
B．正反应速率加快，逆反应速率减慢
C．反应物转化率增大
D．重新平衡eq \f(cH2,cCH3OH)减小
(2)若容器容积不变，下列措施可增大甲醇产率的是________(填字母)。
A．升高温度
B．将CH3OH从体系中分离
C．充入He，使体系总压强增大
解析：(1)该反应为正向气体分子数减小的可逆反应，缩小体积，平衡正向移动，c(H2)增大，正、逆反应速率均增大，因而A、B均不正确。(2)由于该反应正向是放热反应，升高温度平衡逆向移动，CH3OH的产率降低；体积不变，充入He，平衡不移动。
答案：(1)CD (2)B
题组二 新、旧化学平衡的比较
3．将等物质的量的N2、H2气体充入某密闭容器中，在一定条件下，发生如下反应并达到平衡：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH<0。当改变某个条件并维持新条件直至新的平衡时，下表中关于新平衡与原平衡的比较正确的是( )
解析：正反应是气体体积减小的反应，依据勒夏特列原理可知增大压强平衡向正反应方向移动，但氮气的浓度仍然比原平衡大，A不正确；正反应是放热反应，则升高温度平衡向逆反应方向移动，氮气的转化率变小，B正确；充入一定量的氢气，平衡向正反应方向移动，氮气的转化率增大，而氢气的转化率变小，C不正确；催化剂只能改变反应速率而不能改变平衡状态，D不正确，答案选B。
答案：B
4．甲胺(CH3NH2)是合成太阳能敏化剂的原料。工业合成甲胺原理如下：
CH3OH(g)＋NH3(g)CH3NH2(g)＋H2O(g) ΔH＝－12 kJ·ml－1
一定条件下，在体积相同的甲、乙、丙、丁四个容器中，起始投入物质如下：
达到平衡时，甲、乙、丙、丁容器中的CH3OH转化率由大到小的顺序为______________。
解析：以甲为参照，乙升高温度，反应逆向移动，CH3OH转化率减小；再以乙为参照，丙恒压时，由于反应前后气体体积不变，平衡不移动，CH3OH转化率丙与乙相等；以乙为参照，丁中CH3OH增加的倍数大于氨气，故转化率降低，因此转化率大小关系为甲>乙＝丙>丁。
答案：甲>乙＝丙>丁
5．某温度下，在密闭容器中SO2、O2、SO3三种气态物质建立化学平衡后， 改变条件对反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH＜0的正、逆反应速率的影响如图所示：
(1)加催化剂对反应速率影响的图像是________(填字母)，平衡________移动。
(2)升高温度对反应速率影响的图像是________(填字母)，平衡向________方向移动。
(3)增大反应容器体积对反应速率影响的图像是________(填字母)，平衡向________方向移动。
(4)增大O2的浓度对反应速率影响的图像是________(填字母)，平衡向________方向移动。
答案：(1)C 不 (2)A 逆反应 (3)D 逆反应 (4)B 正反应
等效平衡的应用
授课提示：对应学生用书第155页
一、等效平衡原理
对于同一个可逆反应，在相同的条件下(恒温恒容或恒温恒压)，不管是从正反应开始，还是从逆反应开始，或从正反应和逆反应同时开始，达到平衡时，反应混合物中同种物质的百分含量相同，这样的平衡称为等效平衡。
二、等效平衡的分类及判断方法
说明：
1．“一边倒”(完全转化)指的是把一边“归零”，通过可逆反应的化学计量数之比换算成另一边物质的物质的量(浓度)。
2．等效指的是达到平衡后同种组分百分含量(物质的量分数、质量分数、体积分数)相同。也有可能同种组分的物质的量、质量、体积、物质的量浓度也相同。
三、等效平衡的应用
1．解答加料问题
[典例1] 在一个固定体积的密闭容器中，加入2 ml A和1 ml B，发生反应2A(g)＋B(g)2C(g)，达到平衡时，C的物质的量浓度为k ml/L，若维持容器体积和温度不变，按下列配比作为起始物质：
①4 ml A＋2 ml B ②2 ml A＋1 ml B＋2 ml C
③2 ml C＋1 ml B ④2 ml C
⑤1 ml A＋0.5 ml B＋1 ml C
(1)达到平衡后，C的物质的量浓度仍是k ml/L的是________(填序号)。
(2)若令a、b、c分别代表初始加入的A、B、C的物质的量，如果a、b、c取不同的数值，它们必须满足一定的相互关系，才能保证达到平衡时，反应混合物中三种气体的百分含量仍跟上述平衡时完全相同，填写：
Ⅰ.若a＝0，b＝0，则c＝________。
Ⅱ.若a＝0.5，则b＝________，c＝________。
Ⅲ.a、b、c的取值必须满足的一般条件是________；________。(用两个方程式表示，一个只含a、c，另一个只含b、c)
[解析] (1)该反应m＋n≠p＋q且条件为恒温、恒容，所以要满足“等量等效”。将②③④⑤的加料方式全部进行“一边倒”转化为反应物A和B的量后，只有④⑤的加料方式与2 ml A和1 ml B的加料方式完全一致。(2)根据“一边倒”的方式进行转化，即a ml A＋b ml B＋c ml C等价转化为a ml A＋b ml B＋(c ml A＋c/2 ml B)。
[答案] (1)④⑤
(2)Ⅰ.2 Ⅱ 1.5 Ⅲ.a＋c＝2 b＋c/2＝1
2．解答平衡移动方向问题
[典例2] 某温度下，在一容积可变的容器中，反应2A(g)＋B(g)2C(g)达到平衡时，A、B和C的物质的量分别为4 ml、2 ml和4 ml。保持温度和压强不变，对平衡混合物中三者的物质的量做如下调整，可使平衡右移的是( )
A．均减半 B．均加倍
C．均增加1 mlD．均减少1 ml
[解析] 容积可变，说明是恒温、恒压条件，满足“等比等效”。“均减半”后A、B、C的物质的量分别为2 ml、1 ml和2 ml，满足“等比等效”，平衡不会移动，A不符合题意；“均加倍”后A、B、C的物质的量分别为8 ml、4 ml和8 ml，满足“等比等效”，平衡不会移动，B不符合题意；“均增加1 ml”后A、B、C的物质的量分别为5 ml、3 ml和5 ml，相当于在5 ml、2.5 ml和5 ml的基础上又增加了0.5 ml B，平衡向右移动，C符合题意；“均减小1 ml”后A、B、C的物质的量分别为3 ml、1 ml和3 ml，相当于在3 ml、1.5 ml和3 ml的基础上减少了0.5 ml B，平衡向左移动，D不符合题意。
[答案] C
3．解答方程式计量系数问题
[典例3] 在一固定容积的密闭容器中充入3 ml A和1 ml B，发生反应：3A(g)＋B(g)xC(g)，达到平衡后，C的体积分数为w%。若维持容器体积和温度不变，将0.9 ml A、0.3 ml B和2.1 ml C作为起始物质，达到平衡后，C的体积分数仍为w%，则x值可能为( )
A．1B．2
C．3D．任意值
[解析] 分两种情况分析：
(1)当反应前后气体体积不相等，则两种投料方式换算到同一边后各组分应完全相同(即恒温恒容时“等量等效”)：
3A(g) ＋ B(g)  xC(g)
起始量/ml 0.9 0.3 2.1
等效于/ml 0.9＋(6.3/x) 0.3＋(2.1/x) 0
即0.9＋(6.3/x)＝3, 0.3＋(2.1/x)＝1，
解得x＝3。
(2)当反应前后气体体积相等，则两种投料方式换算到同一边后，各组分物质的量的比应与原始投料比相同(即恒温恒压时“等比等效”)：
3A(g) ＋ B(g)  4C(g)
起始量/ml 0.9 0.3 2.1
等效于/ml 0.9＋(6.3/4) 0.3＋(2.1/4) 0
即0.9＋(6.3/4)＝2.475,0.3＋(2.1/4)＝0.825
2．475∶0.825＝3∶1，与起始量的投料比相同，故x＝4成立。
[答案] C
4．解答反应物转化率问题
[典例4] 在一个固定容积的密闭容器中充入2 ml NO2，一定温度下建立如下平衡：2NO2N2O4，此时NO2的转化率为x%，若再充入1 ml N2O4，在温度不变的情况下，达到新的平衡时，测得NO2的转化率为y%，则x和y的大小关系正确的是( )
A．x>y B．xC．x＝yD．不能确定
[解析] 先建立等效平衡模型，即假设原容器的体积可变，当再充入1 ml N2O4后重新建立起的平衡和原平衡等效，此时NO2的转化率依然为x%。当体积不发生变化时，在原平衡的基础上要缩小容器的体积，即增大了压强，该反应正反应方向为气体体积减小的方向，平衡向正反应方向移动，NO2的转化率增大，即x[答案] B
5．解答反应热的问题
[典例5] 在恒压密闭容器中发生：A(g)＋3B(g)2C(g)，若起始投料为0.2 ml A、0.6 ml B时反应放出Q1 kJ的热量；若起始投料为2 ml C时反应吸收Q2 kJ的热量。则该反应的热化学方程式为____________________________________________________________
________________________________________________________________________。
[解析] 该题的条件为恒温恒压，满足“等比等效”。当按照反应物的系数投料时，建立平衡后放出的热量为5Q1 kJ。按照“一边倒”可得当起始投料为2 ml C时吸收的热量(Q2＋5Q1)就是该条件下1 ml A和3 ml B全部转化为2 ml C时放出的热量。即热化学方程式为A(g)＋3B(g)2C(g) ΔH＝－(5Q1＋Q2)kJ·ml－1。
[答案] A(g)＋3B(g)2C(g) ΔH＝－(5Q1＋Q2)kJ·ml－1
6．解答容器体积大小问题
[典例6] 如图所示，A是由导热材料制成的密闭容器，B是一耐化学腐蚀且易于传热的透明气囊。关闭K2，将各1 ml NO2通过K1、K3分别充入A、B中，反应起始时A、B的体积相同，均为a L。若打开K2，平衡后B容器的体积缩至0.4a L，则打开K2之前，气囊B的体积为________ L。
[解析] 将NO2充入两个容器中发生反应2NO2N2O4，打开K2，相当于是在等温等压条件下建立平衡，此时建立起的平衡与未打开K2时B容器建立起的平衡等效。由于此时反应物的物质的量是B中的2倍，所以打开K2之前，气球B的体积为(a L＋0.4a L)÷2＝0.7a L。
[答案] 0.7a
[考能突破练]
1．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：
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
答案：A
2．一定温度下，在3个容积均为1.0 L的恒容密闭容器中反应2H2(g)＋CO(g)CH3OH(g)达到平衡，下列说法正确的是( )
A.该反应的正反应吸热
B．达到平衡时，容器Ⅰ中反应物的转化率比容器Ⅱ中的高
C．达到平衡时，容器Ⅱ中c(H2)大于容器Ⅲ中c(H2)的两倍
D．达到平衡时，容器Ⅲ中的正反应速率比容器Ⅰ中的大
解析：对比容器Ⅰ和Ⅲ可知两者投料量相当，若温度相同，最终建立等效平衡，但Ⅲ温度高，平衡时c(CH3OH)小，说明平衡向逆反应方向移动，即逆反应为吸热反应，正反应为放热反应，A错误；Ⅱ相对于Ⅰ成比例增加投料量，相当于加压，平衡正向移动，转化率提高，所以Ⅱ中转化率高，B错误；不考虑温度，Ⅱ中投料量是Ⅲ的两倍，相当于加压，平衡正向移动，所以Ⅱ中c(H2)小于Ⅲ中c(H2)的两倍，C错误；对比Ⅰ和Ⅲ，若温度相同，两者建立等效平衡，两容器中速率相等，但Ⅲ温度高，速率更快，D正确。
答案：D
3．有甲、乙两容器，甲容器容积固定，乙容器容积可变。一定温度下，在甲中加入2 ml N2、3 ml H2，反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)达到平衡时生成NH3的物质的量为m ml。
(1)相同温度下，在乙中加入4 ml N2、6 ml H2，若乙的压强始终与甲的压强相等，乙中反应达到平衡时，生成NH3的物质的量________(从下列各项中选择，只填字母，下同)；若乙的容积与甲的容积始终相等，乙中反应达到平衡时，生成NH3的物质的量________。
A．小于m ml
B．等于m ml
C．在m～2m ml之间
D．等于2m ml
E．大于2m ml
(2)相同温度下，保持乙的容积为甲的一半，并加入1 ml NH3，要使乙中反应达到平衡时，各物质的体积分数与上述甲容器中达到平衡时相同，则起始时应加入________ml N2和________ml H2。
解析：(1)由于甲容器定容，而乙容器定压，若它们的压强相等，达到平衡时，乙的容积应该为甲的两倍，生成的NH3的物质的量应该等于2m ml。当甲、乙两容器的容积相等时，相当于将建立等效平衡后的乙容器压缩，故乙中NH3的物质的量大于2m ml。(2)乙的容积为甲的一半时，要建立与甲一样的平衡，只有乙中的投入量是甲的一半才行，故乙中应该投入N2为(1－0.5)ml＝0.5 ml，H2为(1.5－1.5)ml＝0 ml。
答案：(1)D E (2)0.5 0
授课提示：对应学生用书第156页
1．(2020·高考全国卷Ⅲ节选)二氧化碳催化加氢合成乙烯是综合利用CO2的热点研究领域。回答下列问题：
(1)CO2催化加氢生成乙烯和水的反应中，产物的物质的量之比n(C2H4)∶n(H2O)＝________。当反应达到平衡时，若增大压强，则n(C2H4)________(填“变大”“变小”或“不变”)。
(2)理论计算表明，原料初始组成n(CO2)∶n(H2)＝1∶3，在体系压强为0.1 MPa，反应达到平衡时，四种组分的物质的量分数x随温度T的变化如图所示。
图中，表示C2H4、CO2变化的曲线分别是________、________。CO2催化加氢合成C2H4反应的ΔH________(填“大于”或“小于”)0。
(3)二氧化碳催化加氢合成乙烯反应往往伴随副反应，生成C3H6、C3H8、C4H8等低碳烃。一定温度和压强条件下，为了提高反应速率和乙烯选择性，应当_____________________。
解析：(1)CO2催化加氢生成乙烯和水的反应方程式为2CO2(g)＋6H2(g)eq \(,\s\up7(催化剂))C2H4(g)＋4H2O(g)，产物的物质的量之比n(C2H4)∶n(H2O)＝1∶4，该反应是气体体积减小的反应，增大压强平衡右移，则n(C2H4)变大。
(2)由平衡图像知，390 K时四种组分的物质的量分数之比满足1∶3的是c曲线和a曲线，物质的量分数之比满足1∶4的是d曲线和b曲线，结合反应方程式2CO2(g)＋6H2(g)eq \(,\s\up7(催化剂))C2H4(g)＋4H2O(g)和原始投料n(CO2)∶n(H2)＝1∶3可得，曲线c表示CO2，曲线a表示H2，曲线d表示C2H4，曲线b表示H2O；由图像的变化趋势可知，升高温度，曲线a、c增大，曲线b、d减小，说明平衡左移，所以正反应放热，ΔH<0。
(3)在一定温度和压强下，为了提高反应速率和乙烯的选择性，减少副反应的发生，应当选择合适催化剂等。
答案：(1)1∶4 变大 (2)d c 小于 (3)选择合适催化剂等
2．(2019·高考全国卷Ⅰ)Shichi研究了467 ℃、489 ℃时水煤气变换中CO和H2分压随时间变化关系(如图所示)，催化剂为氧化铁，实验初始时体系中的和pCO相等、和相等。[水煤气变换反应：CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g) ΔH＜0]
467 ℃时和pCO随时间变化关系的曲线分别是__________、__________。489 ℃时和pCO随时间变化关系的曲线分别是__________、__________。
解析：水煤气变换中CO是反应物，H2是产物，又该反应为放热反应，故升高温度，平衡逆向移动，CO分压增加，H2分压降低，故467 ℃时和pCO随时间变化关系的曲线分别是b、c,489 ℃时和pCO随时间变化关系的曲线分别是a、d。
答案：b c a d
3．(2018·高考全国卷Ⅱ)CH4­CO2催化重整反应为
CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g) ΔH＝＋247 kJ·ml－1。
(1)有利于提高CH4平衡转化率的条件是________(填标号)。
A．高温低压 B．低温高压
C．高温高压D．低温低压
(2)反应中催化剂活性会因积碳反应而降低，同时存在的消碳反应则使积碳量减少。相关数据如下表：
由上表判断，催化剂X________Y(填“优于”或“劣于”)，理由是_____________
________________________________________________________________________。
在反应进料气组成、压强及反应时间相同的情况下，某催化剂表面的积碳量随温度的变化关系如图所示。升高温度时，下列关于积碳反应、消碳反应的平衡常数(K)和速率(v)的叙述正确的是__________(填标号)。
A．K积、K消均增加
B．v积减小、v消增加
C．K积减小、K消增加
D．v消增加的倍数比v积增加的倍数大
解析：(1)根据平衡移动的影响因素，该反应的正反应是一个吸热、气体体积增大的反应，所以高温低压有利于反应正向移动。
(2)积碳反应中，由于催化剂X的活化能比催化剂Y的活化能要小，所以催化剂X更有利于积碳反应的进行；而消碳反应中，催化剂X的活化能大于催化剂Y，所以催化剂Y更有利于消碳反应的进行；综合分析，催化剂X劣于催化剂Y。
由表格可知积碳反应、消碳反应都是吸热反应，温度升高，平衡右移，K积、K消均增加，温度升高，反应速率均增大，从图像上可知，随着温度的升高，催化剂表面的积碳量是减小的，所以v消增加的倍数要比v积增加的倍数大。
答案：(1)A (2)劣于 相对于催化剂X，催化剂Y积碳反应的活化能大，积碳反应的速率小；而消碳反应活化能相对小，消碳反应速率大 AD
课时作业 单独成册 对应学生用书第347页
[A组 基础题组]
1．勒夏特列原理是自然界一条重要的基本原理。下列事实能用勒夏特列原理解释的是( )
A．NO2气体受压缩后，颜色先变深后变浅
B．对2HI(g)H2(g)＋I2(g)平衡体系加压，颜色迅速变深
C．合成氨工业采用高温、高压工艺提高氨的产率
D．配制硫酸亚铁溶液时，常加入少量铁屑以防止Fe2＋被氧化
解析：2NO2(g)N2O4(g)的反应体系中，加压时平衡向正反应方向移动，但加压的瞬间c(NO2)浓度增大，颜色变深，然后浓度再逐渐减小，颜色先变深后变浅，可以用勒夏特列原理解释，故A正确；反应2HI(g)H2(g)＋I2(g)是气体体积不变的反应，加压时平衡不移动，但因体积减小，c(I2)增大，颜色加深，不能用勒夏特列原理来解释，故B错误；N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH<0，加压有利于反应正向进行，但升温却抑制反应的正向进行，不能用勒夏特列原理解释，故C错误；配制硫酸亚铁溶液时，常加入少量铁屑来防止Fe2＋的氧化，发生的反应是不可逆过程，故D错误。
答案：A
2．一定温度下，反应：N2O4(g)2NO2(g)的焓变为ΔH。现将1 ml N2O4充入一恒压密闭容器中，下列示意图正确且能说明反应达到平衡状态的是( )
A．①② B．②④
C．③④D．①④
解析：因反应容器保持恒压，所以容器体积随反应进行而不断变化，结合ρ气＝eq \f(m,V)可知，气体密度不再变化，说明容器体积不再变化，即气体的物质的量不再变化，反应达到平衡状态，①符合题意；无论是否平衡，若温度不变，则反应的ΔH都不变，②不符合题意；反应开始时，加入1 ml N2O4，随着反应的进行，N2O4的浓度逐渐变小，故v正逐渐变小，直至达到平衡，③不符合题意；N2O4的转化率不再变化，说明N2O4的浓度不再变化，反应达到平衡状态，④符合题意，故选D。
答案：D
3．一定温度下，在恒容的密闭容器中建立下列平衡：C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)。不能确定上述可逆反应在一定条件下已达到化学平衡状态的是( )
A．混合气体的平均密度不再发生变化
B．v正(CO)＝v逆(H2O)
C．生成n ml CO的同时生成n ml H2
D．1 ml H—H键断裂的同时断裂2 ml H—O键
解析：A项，碳是固体，混合气体的平均密度＝总质量/体积，体积一定，气体的总质量可变，密度可变，所以混合气体的平均密度不再发生变化，能说明已达到化学平衡状态；B项，根据反应可知，v正(CO)＝v正(H2O)，若v正(CO)＝v逆(H2O)，则v正(H2O)＝v逆(H2O)，说明反应达到平衡状态；C项，生成n ml CO的同时生成n ml H2，不能说明反应达到平衡状态，故选C；D项，1 ml H—H键断裂的同时断裂2 ml H—O键，断裂2 ml H—O键同时生成1 ml H—H键，说明反应达到平衡状态。
答案：C
4．合成氨所需的氢气可用煤和水做原料经多步反应制得，其中的一步反应为CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) ΔH<0，反应达到平衡后，为提高CO的转化率，下列措施中正确的是( )
A．增大压强 B．降低温度
C．增大CO的浓度D．更换催化剂
解析：该反应为反应前后气体分子数相等的反应，压强对CO的转化率无影响，A错误；该反应为放热反应，降低温度有利于化学平衡向正反应方向移动，提高CO的转化率，B正确；增大CO的浓度会降低CO的转化率，C错误；更换催化剂不能使化学平衡发生移动，D错误。
答案：B
5.如图是关于反应：A2(g)＋3B2(g)2C(g) ΔH<0的平衡移动图像，影响平衡移动的原因是( )
A．升高温度，同时加压
B．降低温度，同时减压
C．增大反应物浓度，同时使用催化剂
D．增大反应物浓度，同时减小生成物浓度
解析：升高温度，同时加压，正、逆反应速率都增大，逆反应速率应在原速率的上方，故A错误；降低温度，同时减压，正、逆反应速率都降低，正反应速率应在原速率的下方，故B错误；增大反应物浓度，同时使用催化剂，正、逆反应速率都增大，逆反应速率应在原速率的上方，但正反应速率增大更多，平衡向正反应方向移动，故C错误；增大反应物浓度，同时减小生成物浓度，瞬间正反应速率增大，逆反应速率减小，平衡向正反应方向移动，图像符合，故D正确。
答案：D
6．在密闭容器中的一定量的混合气体发生反应：xA(g)＋yB(g)zC(g)，平衡时测得C的浓度为1 ml·L－1，保持温度不变，将容器的容积扩大到原来的2倍，再达到平衡时，测得C的浓度为0.6 ml·L－1，下列有关判断正确的是( )
A．x＋y>z
B．平衡向逆反应方向移动
C．B的转化率降低
D．A的体积分数减小
解析：新平衡时C的浓度大于原来的0.5倍，说明平衡向正反应方向移动，所以x＋y答案：D
7．在密闭容器中，反应X2(g)＋Y2(g)2XY(g) ΔH>0，达到甲平衡。在仅改变某一条件后，达到乙平衡，对此过程的分析正确的是( )
A．图Ⅰ是升高温度的变化情况
B．图Ⅱ是扩大容器体积的变化情况
C．图Ⅲ是增大压强的变化情况
D．图Ⅲ是升高温度的变化情况
解析：升高温度，正、逆反应速率均增大，从平衡右移可知，正反应速率更大，A项正确；扩大容器体积，即减小体系压强，正、逆反应速率均减小，因是气体分子数不变的反应，故平衡不移动，B项错误；增大压强，反应速率加快，达到平衡的时间缩短，但平衡不移动，C项错误；升高温度，反应速率加快，达到平衡的时间缩短，平衡右移，新平衡时XY%应增大，D项错误。
答案：A
8.I2在KI溶液中存在平衡I2(aq)＋I－(aq)Ieq \\al(－,3)(aq)，某I2、KI混合溶液中，c(Ieq \\al(－,3))与温度T的关系如图所示(曲线上任何一点都表示平衡状态)，下列说法不正确的是( )
A．反应I2(aq)＋I－(aq)Ieq \\al(－,3)(aq) ΔH<0
B．状态a与状态b相比，状态b时I2的转化率更高
C．若T1 ℃时，反应进行到状态d时，一定有v正>v逆
D．温度为T1 ℃时，向该平衡体系中加入KI固体，平衡正向移动
解析：根据图示，温度升高，c(Ieq \\al(－,3))减小，平衡左移，说明正反应为放热反应，A正确；由于升温平衡左移，状态b比状态a的I2的转化率低，B错误；T1 ℃时d状态未达到平衡，向a状态转变时，c(Ieq \\al(－,3))增大，说明平衡正向移动，即v正>v逆，C正确；增大c(I－)，平衡正向移动，D正确。
答案：B
9．向一容积不变的密闭容器中充入1 ml N2O4，建立了平衡：N2O4(g)2NO2(g)，测知N2O4的转化率为a%，在其他条件不变时再通入1 ml N2O4，待重新建立新平衡时N2O4的转化率为b%。a与b的大小关系为( )
A．ab
C．a＝bD．无法确定
解析：不少同学认为，增加反应物的量，能提高反应物的转化率，故选择A项导致错误。若在新、旧平衡之间设置一个中间过程，则有利于问题的分析与解决。
假设将状态Ⅰ的容器的容积扩大为原来的2倍，再加入1 ml N2O4，即构成其他条件不变时与之等效的中间状态Ⅲ，N2O4的转化率相同。将状态Ⅲ压缩到状态Ⅱ，平衡逆向移动，N2O4的转化率减小。
答案：B
10．对于以下三个反应，从反应开始进行到达到平衡后，保持温度、体积不变，按要求回答下列问题。
(1)PCl5(g)PCl3(g)＋Cl2(g)
再充入PCl5(g)，平衡向________方向移动，达到平衡后，PCl5(g)的转化率________，PCl5(g)的百分含量________。
(2)2HI(g)I2(g)＋H2(g)
再充入HI(g)，平衡向________方向移动，达到平衡后，HI的分解率________，HI的百分含量________。
(3)2NO2(g)N2O4(g)
再充入NO2(g)，平衡向________方向移动，达到平衡后，NO2(g)的转化率________，NO2(g)的百分含量________。
答案：(1)正反应 减小 增大
(2)正反应 不变 不变
(3)正反应 增大 减小
11．乙苯催化脱氢制苯乙烯反应：
工业上，通常在乙苯蒸气中掺混水蒸气(原料气中乙苯和水蒸气的物质的量之比为1∶9)，控制反应温度600 ℃，并保持体系总压为常压的条件下进行反应。在不同反应温度下，乙苯的平衡转化率和某催化剂作用下苯乙烯的选择性(指除了H2以外的产物中苯乙烯的物质的量分数)示意图如下：
(1)掺入水蒸气能提高乙苯的平衡转化率，解释说明该事实：___________________。
(2)控制反应温度为600 ℃的理由是_________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案：(1)正反应方向气体分子数增加，加入水蒸气稀释，相当于起减压的效果
(2)600 ℃，乙苯的转化率和苯乙烯的选择性均较高。温度过低，反应速率慢，转化率低；温度过高，选择性下降。高温还可能使催化剂失活，且能耗大
12．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，请在上图中画出相应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________。(填字母)
A．增大n(HCl)
B．增大n(O2)
C．使用更好的催化剂
D．移去H2O
解析：(1)结合题中αHCl～T图像可知，随着温度升高，αHCl降低，说明升高温度平衡逆向移动，得出正反应方向为放热反应，即ΔH<0；A、B两点A点温度低，平衡常数K(A)大。(2)结合可逆反应：2HCl(g)＋eq \f(1,2)O2(g)H2O(g)＋Cl2(g)的特点，增大压强平衡向右移动，αHCl增大，则相同温度下，HCl的平衡转化率比增压前的大，曲线如答案中图示所示。(3)有利于提高αHCl，则采取的措施应使平衡2HCl(g)＋eq \f(1,2)O2(g)H2O(g)＋Cl2(g)正向移动。增大n(HCl)，则c(HCl)增大，平衡虽正向移动，但αHCl减小，A错误；增大n(O2)即增大反应物的浓度，移去H2O即减小生成物的浓度，均能使平衡正向移动，B、D两项都正确；使用更好的催化剂，只能加快反应速率，不能使平衡移动，C错误。
答案：(1)< K(A)
(2)如图
温度相同的条件下，增大压强，平衡右移，α(HCl)增大，因此曲线应在原曲线上方
(3)BD
[B组 提升题组]
13．相同容积的甲、乙、丙、丁四个密闭容器中，进行同样的可逆反应：2A(g)＋B(g)3C(g)＋2D(g)，起始时四个容器中所装A、B的量分别见下表。一定温度下反应达到平衡后，下列说法正确的是( )
A.A的转化率为甲<丙<丁<乙
B．B的浓度为甲>丙>乙>丁
C．A的转化率为甲<乙<丙<丁
D．B的浓度为丁>丙>乙>甲
解析：以乙为基准，丙相当于增大压强，平衡逆向移动，A的转化率降低；丁相当于在乙的基础上增加B的浓度，平衡正向移动，A的转化率升高；甲相当于在丙的基础上降低B的浓度，平衡逆向移动，A的转化率降低。因此，A的转化率关系为甲<丙<乙<丁。体积相等时，B的浓度大小关系与物质的量大小关系一致。以乙为基准，甲相当于在乙的基础上增加A的浓度，平衡正向移动，B的物质的量减少；丙相当于在乙的基础上增大压强，平衡逆向移动，B的物质的量浓度增大；丁相当于在丙的基础上降低A的浓度，平衡逆向移动，B的浓度增大。因此，B的浓度大小关系为丁>丙>乙>甲。
答案：D
14．乙醇是重要的有机化工原料，可由乙烯气相直接水合法或间接水合法生产。
如图为气相直接水合法中乙烯的平衡转化率与温度、压强的关系(其中nH2O∶nC2H4＝1∶1)。
(1)图中压强(p1、p2、p3、p4)的大小顺序为__________________________________，理由是__________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)气相直接水合法常用的工艺条件是：以磷酸/硅藻土为催化剂，反应温度为290 ℃，压强为6.9 MPa，nH2O∶nC2H4＝0.6∶1，乙烯的转化率为5%，若要进一步提高乙烯转化率，除了可以适当改变反应温度和压强外，还可以采取的措施有________________________、
________________________________________________________________________。
解析：(1)C2H4(g)＋H2O(g)C2H5OH(g)是一个气体体积减小的反应，相同温度下，增大压强，平衡向正反应方向移动，C2H4的转化率提高，所以p4>p3>p2>p1。
(2)依据反应特点及平衡移动原理，提高乙烯转化率还可以增大H2O与C2H4的比例，将乙醇及时分离出去等。
答案：(1)p4>p3>p2>p1 反应分子数减少，相同温度下，压强增大，乙烯转化率提高
(2)将产物乙醇液化移去 增大nH2O∶nC2H4的值
15．肼(N2H4)与N2O4是火箭发射中最常用的燃料与助燃剂。
(1)800 ℃时，某密闭容器中存在如下反应：2NO2(g)2NO(g)＋O2(g) ΔH>0，若开始向容器中加入1 ml·L－1的NO2，反应过程中NO的产率随时间的变化如图曲线Ⅰ所示。
①反应Ⅱ相对于反应Ⅰ而言，改变的条件可能是______________________________
________________________________________________________________________。
②请在图中绘制出其他条件与反应Ⅰ相同，反应在820 ℃时进行，NO的产率随时间的变化曲线。
(2)已知N2O4(g)2NO2(g) ΔH＝＋57.20 kJ·ml－1，开始时，将一定量的NO2、N2O4充入一个容器为2 L的恒容密闭容器中，浓度随时间变化关系如下表所示：
①c(X)代表________(填化学式)的浓度。
②前10 min内用NO2表示的反应速率为____________________________；20 min时改变的条件是________________________________________________________________；重新达到平衡时，NO2的百分含量_______(填字母)。
a．增大 B．减小 c．不变 d．无法判断
答案：(1)①使用催化剂
②如图
(2)①NO2 ②0.04 ml·L－1·min－1 向容器中加入0.8 ml NO2(其他合理答案也可) b
目标要求
核心素养
1.了解化学反应的可逆性及化学平衡的建立。
2.掌握化学平衡的特征。
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，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。
1.变化观念与平衡思想：知道化学变化需要一定的条件，并遵循一定规律；认识化学变化有一定限度，是可以调控的。能多角度、动态地分析化学反应，运用化学反应原理解决实际问题。
2.证据推理与模型认知：建立观点、结论和证据之间的逻辑关系；知道可以通过分析、推理等方法认识化学平衡的特征及其影响因素，建立模型。能运用模型解释化学现象，揭示现象的本质和规律。
改变的条件(其他条件不变)
化学平衡移动的方向
浓度
增大反应物浓度或减小生成物浓度
向正反应方向移动
减小反应物浓度或增大生成物浓度
向逆反应方向移动
压强(对有气体参加的反应)
反应前后气体体积改变
增大压强
向气体分子总数减小的方向移动
减小压强
向气体分子总数增大的方向移动
反应前后气体体积不变
改变压强
平衡不移动
温度
升高温度
向吸热反应方向移动
降低温度
向放热反应方向移动
催化剂
同等程度地改变v正、v逆，平衡不移动
改变条件
新平衡与原平衡比较
A
增大压强
N2的浓度一定变小
B
升高温度
N2的转化率变小
C
充入一定量H2
H2的转化率不变，N2的转化率变大
D
使用适当催化剂
NH3的体积分数增大
NH3(g)/ml
CH3OH(g)/ml
反应条件
甲
1
1
498 K，恒容
乙
1
1
598 K，恒容
丙
1
1
598 K，恒压
丁
2
3
598 K，恒容
对于反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)
条件
m＋n≠p＋q时
m＋n＝p＋q时
恒温、恒容
一边倒后数值完全相同才建立等效(等同)平衡，即“等量等效”
一边倒后数值成比例就建立等效平衡，即“等比等效”
恒温、恒压
一边倒后数值成比例就建立等效平衡，即“等比等效”
CO2
H2
CO
H2O
甲
a ml
a ml
0 ml
0 ml
乙
2a ml
a ml
0 ml
0 ml
丙
0 ml
0 ml
a ml
a ml
丁
a ml
0 ml
a ml
a ml
容器
温度/K
物质的起始浓度/(ml·L－1)
物质的平衡浓度/(ml·L－1)
c(H2)
c(CO)
c(CH3OH)
c(CH3OH)
Ⅰ
400
0.20
0.10
0
0.080
Ⅱ
400
0.40
0.20
0
Ⅲ
500
0
0
0.10
0.025
1.记住判断平衡状态的两个根本依据
(1)v(正)＝v(逆)＞0。
(2)反应体系各物质的质量或者浓度保持不变。
2.理解化学平衡的五个特征
逆、等、动、定、变
3.掌握一个原理：勒夏特列原理(化学平衡移动原理)
4.明确两个解题技巧
(1)判断反应是否平衡时的依据：应该变的不变了就平衡了。
(2)判断平衡移动的方向的依据：平衡向着削弱外界条件影响的方向移动。
5.学会利用“等效平衡”判断平衡移动的结果。
积碳反应CH4(g)=== C(s)＋2H2(g)
消碳反应CO2(g)＋C(s) ===2CO(g)
ΔH/(kJ·ml－1)
75
172
活化能/ (kJ·ml－1)
催化剂X
33
91
催化剂Y
43
72
甲
乙
丙
丁
A/ml
2
1
2
1
B/ml
1
1
2
2
时间/min
0
5
10
15
20
25
30
c(X)/(ml·L－1)
0.2
c
0.6
0.6
1.0
c1
c1
c(Y)/(ml·L－1)
0.6
c
0.4
0.4
0.4
c2
c2