内容正文:
第二章 化学反应的方向、限度与速率
第二节 化学反应的限度
第2课时 反应条件对化学平衡的影响
1.理解外界条件对化学平衡的影响,认识其一般规律。
2.能运用化学平衡移动的原理解释相关化学问题。
3.能识别有关化学平衡图像。
重点:化学平衡的移动的影响因素。
难点:化学平衡图像的分析。
一、可逆反应
1、概念
在同一条件下,既可以向正反应方向进行,同时又能向逆反应方向进行的化学反应。
2、特点
双向性
可逆反应分为方向相反的两个反应:正反应和逆反应
双同性
正、逆反应是在同一条件下,同时进行
共存性
反应物的转化率小于100%,反应物与生成物共存
二、化学平衡状态的特征
三、化学平衡的标志
1.速率标志(本质标志):v正=v逆
(1)同一组分的生成速率和消耗速率相等
(2)不同物质的正逆反应速率比等于化学计量数之比
2.宏观标志:某些量开始变化,后来不变
(1)一定达到平衡的情况
①某组分的质量、物质的量、浓度、颜色不再变化
②反应物的转化率不再变化
(2)特殊情形
①绝热容器:容器的温度不变时,一定达到平衡状态
②可逆电池:电流或电压等于零时,一定达到平衡状态
(3)判断化学平衡状态的常用公式
①混合气体的密度:ρ==;
②混合气体的平均摩尔质量:==;
③气体状态方程:PV=nRT。
四、化学平衡移动概念
1.内容:由于温度、压强、浓度的变化而使可逆反应由一个平衡状态变为另一个平衡状态的过程。
2.图示
3.平衡移动方向的判断
(1)根据速率判断
①若v(正)>v(逆),则平衡正向移动。
②若v(正)=v(逆),则平衡不移动。
③若v(正)<v(逆),则平衡逆向移动。
(2)根据结果判断
①如果平衡移动的结果使反应产物浓度更大,则称平衡正向移动或向右移动;
②如果平衡移动的结果使反应产物浓度更小,则称平衡逆向移动或向左移动。
【特别提醒】反应速率改变时平衡不一定移动,但平衡移动时反应速率一定改变。
五、外界条件对化学平衡移动的影响
1、温度对化学平衡的影响
(1)实验
2NO2(g)N2O4(g) ΔH=-57.2kJ·mol-1
红棕色 无色
实验内容
实验现象
实验结论
将充有NO2的烧瓶放入热水中
红棕色明显加深(填“加深”或“变浅”,下同)
升高温度,平衡向左移动
将充有NO2的烧瓶放入冷水中
红棕色明显变浅
降低温度,平衡向右移动
②结论:研究发现,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。
③原因:温度改变使平衡常数改变。
2、浓度对化学平衡的影响
(1)研究发现,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,都可以使化学平衡向正反应方向移动;增大生成物浓度或减小反应物浓度,都可以使化学平衡向逆反应方向移动。
(2)原因:浓度的改变导致浓度商的改变,但K不变,使Q≠K,从而导致平衡移动。但浓度的改变不一定会使化学平衡发生移动。
3、压强对化学平衡的影响
(1)研究发现
①Δνg=0,改变压强,化学平衡状态不变;
②Δνg≠0,增大压强,化学平衡向气态物质系数减小的方向移动。
(2)原因
压强改变导致浓度改变,浓度的改变导致浓度商(Q)的改变,使Q≠K,从而导致平衡移动。
【特别提醒】压强的改变只影响有气体参加或生成的可逆反应,增大压强时各气体组分的浓度变大,减小压强时各气体组分的浓度减小。
(1)向容器中通入无关气体
①恒容容器:压强增大,浓度不变,速率不变,平衡不移动
②恒压容器:体积增大,浓度减小,速率减慢,平衡向气体体积增大的方向移动
(2)同倍数改变反应物和生成物浓度
①恒温恒容:相当于改变压强
②恒温恒压:瞬间各组分的浓度不变,平衡不移动
4、勒夏特列原理及其应用
(1)原理:改变影响平衡移动的一个条件,平衡向减弱该条件方向移动
(2)前提:必须存在可逆过程(存在平衡)
(3)必须有平衡移动,且实际移动方向符合理论移动方向
①催化剂不能使平衡移动,无法用勒夏特列原理解释。
②等体反应改变压强,平衡不移动,无法用勒夏特列原理解释。
1.请判断下列说法的正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)温度改变,平衡一定发生移动。 ( )
(2)平衡正向移动,反应物的转化率一定增大。 ( )
(3)改变压强时,平衡一定发生移动。 ( )
(4)改变外界条件使平衡正向移动的原因是v正增大,v逆减小。 ( )
(5)对于2NO2(g)N2O4(g)达到平衡时,若缩小反应容器的体积,则c(NO2)减小。 ( )
(6)反应2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O、Na2CO3+CO2+H2O===2NaHCO3互为可逆反应( )
(7)化学反应达到平衡后,反应物和生成物的浓度或百分含量相等( )
(8)在一定条件下,向密闭容器中充入1molN2和3molH2充分反应,生成2molNH3( )
(9)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( )
(10)化学平衡正向移动,反应物的转化率一定增大( )
【答案】(1)√(2) × (3)× (4)×(5)×(6)×(7) ×(8)×(9)×(10)×
2.工业制硫酸中涉及反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),若该反应在密闭容器中进行,下列有关说法正确的是
A.使用催化剂,SO2能100%转化为SO3
B.达到平衡状态时,体系中各物质的浓度不再改变
C.达到平衡状态时,正反应速率等于逆反应速率且等于零
D.当SO2、O2、SO3的物质的量之比为2:1:2时,一定达到平衡状态
【答案】B
【解析】该反应为可逆反应,反应物不能100%转化,A项错误;体系中各物质的浓度不再改变,说明反应达到平衡状态,B项正确;达到平衡时,正逆反应速率相等,但不等于零,C项错误;反应平衡时各物质的浓度比值取决于起始时各物质的量的关系和转化的程度,不能作为判断是否达到平衡的依据,D项错误。
3.温度一定时,在密闭容器中发生可逆反应mA(g)+nB(g)pC(g),达到平衡后,若将混合气体的体积压缩到原来的,当再次达到平衡时,C的浓度是原平衡时的1.9倍,试判断:
(1)压缩体积时平衡向________(填“正反应”或“逆反应”)方向移动;
(2)反应再次达到平衡后,C气体的体积分数______(填“增大”“减小”或“不变”);
(3)反应再次达到平衡后,A气体的转化率________(填“增大”“减小”或“不变”);
(4)m+n________p(填“>”“<”或“=”)。
【答案】(1)逆反应 (2)减小 (3)减小 (4)<
【解析】将混合气体的体积压缩到原来的,则压强变为原来的2倍,若平衡不移动,则C的浓度为原平衡时的2倍,但实际上C的浓度是原平衡时的1.9倍,说明压缩体积(增大压强)平衡向逆反应方向移动,则m+n<p;平衡向逆反应方向移动,则C气体的体积分数减小,A气体的转化率减小。
►问题一 可逆反应
【典例1】(2024辽宁省沈阳市第二十八中学高一下学期6月份质量监测)在一密闭容器中进行反应:,已知反应过程中某一时刻、、的浓度分别为、、。当达到平衡时,可能存在的数据是
A.为
B.、均为
C.为
D.为,为
【答案】D
【解析】化学平衡的建立,既可以从正反应开始,也可以从逆反应开始,或者从正逆反应开始,不论从哪个方向开始,物质都不能完全反应,利用极限法假设完全反应,计算出相应物质的浓度变化量,实际变化量小于极限值。
平衡时的值应在两种极端情况之间,不能等于极值;应该小于,不会等于,A项错误;由题干数据可知,若SO2为0.1mol/L,则O2为0.05mol/L,B项错误;应该小于,不会等于,C项错误;为,为,都在极值之间,且符合S元素守恒,D项正确。
【解题必备】可逆反应不能进行到底,转化率不能是100%。
【变式1-1】(2024上海市崇明区堡镇中学高二下学期期中)在一定条件下,可逆反应2SO2+O22SO3达到平衡后,充入18O2,则18O将存在于
A.O2 B.O2、SO3 C.SO2、SO3 D.SO2、O2、SO3
【答案】D
【解析】该反应为可逆反应,在混合气体中充入一定量的18O2,SO2和18O2反应生成的SO3中含有18O,同时SO3分解生成SO2和O2,则SO2、O2中也含有18O原子,故18O原子在O2、SO2和SO3中都有可能存在,D项正确。
【变式1-2】(2024云南省迪庆州香格里拉市藏文中学高二下学期期中)下列反应体系中,不属于可逆反应的是
A.溶解于水
B.氨气溶解于水
C.工业合成三氧化硫
D.和
【答案】D
【解析】Cl2溶于水存在反应:Cl2+H2O⇌HCl+HClO,属于可逆反应,A项错误;NH3溶于水存在反应:NH3+H2O⇌NH3·H2O,属于可逆反应,B项错误;工业合成三氧化硫,2SO2+O2⇌2SO3,属于可逆反应,C项错误;两反应的条件不同,不是可逆反应,D项正确。
►问题二 化学平衡状态的判断
【典例2】(2025陕西省汉中市汉台中学高二上学期开学收心检测)一定温度下,某恒容密闭容器中发生反应:,下列情况能说明该可逆反应已经达到平衡状态的是
A.混合气体的压强不再发生变化
B.逆反应速率为0
C.NO、、的浓度比为
D.混合气体的密度保持不变
【答案】A
【解析】该反应反应前后气体分子数发生改变,压强不变说明正逆反应速率相等,各组分浓度不变,A项正确;可逆反应达到平衡时正逆反应速率相等,动态平衡,速率不为0,B项错误;NO、、的浓度比为不能说明各组分含量不变,则不能说明反应达到平衡状态,C项错误;恒容容器,反应物生成物都是气体,气体总质量不变,体积不变,所以密度始终不变,不能说明反应达到平衡状态,D项错误。
【解题必备】不能作为化学平衡状态“标志”的四种情况:
(1)反应组分的物质的量之比等于化学方程式中相应物质的化学计量数之比。
(2)恒温恒容下的体积不变的反应,体系的压强或总物质的量不再随时间而变化,如2HI(g)H2(g)+I2(g)。
(3)全是气体参加的体积不变的反应,体系的平均相对分子质量不再随时间而变化,如2HI(g)H2(g)+I2(g)。
(4)全是气体参加的反应,恒容条件下体系的密度保持不变。
【变式2-1】(2024浙江省台州市高二上学期期末)某温度下,在容积不变的密闭容器中发生反应:。下列不能说明反应达到平衡状态的是
A.气体的密度不再变化 B.的体积分数不再变化
C.气体的平均相对分子质量不再变化 D.气体的压强不再变化
【答案】A
【解析】气体总质量不变,容器为恒容,气体总体积保持不变,根据密度的定义,混合气体密度始终保持不变,即恒容恒温下,气体混合气体密度不变,不能说明反应达到平衡,A符合题意;的体积分数不再变化,说明平衡不再移动,反应达到平衡,B不符合题意;反应混合物都是气体,气体的质量不变;反应是气体物质的量发生变化的反应,若气体平均摩尔质量不随时间变化,则气体的物质的量不变,反应达到了平衡状态,C不符合题意;反应为气体分子数改变的反应,当压强不变,说明平衡不再移动,达到平衡状态,D不符合题意。
【变式2-2】在绝热的某刚性容器中置入1mol和3mol,发生反应:。下列说法中能够判断该反应一定处于平衡状态的有
A.容器中温度恒定不变
B.与速率之比恒定不变
C.混合物中Cl元素质量分数恒定不变
D.断裂1molF-F键,同时生成3molF-Cl键
【答案】A
【解析】容器绝热,温度是变量,当温度不变时反应达到平衡,A符合题意;无论是否平衡,同一方向与速率之比恒等于计量数之比,B不符合题意;根据元素守恒可知,无论是否平衡,混合物中Cl元素质量分数都不变,C不符合题意;断裂1molF—F键,同时生成3molF—Cl键,表示的都是正反应,无论是否平衡都满足此关系,D不符合题意。
►问题三 外界因素对化学平衡移动的影响
【典例3】(2025湖北省孝感市新高考联考协作体高二上学期开学考试)下列事实能用勒夏特列原理解释的是
A.开启啤酒瓶后,瓶中立刻泛起大量泡沫
B.钢铁在潮湿的空气中更容易生锈
C.在合成氨的反应中,升温有利于氨的合成
D.H2、I2、HI三者的平衡混合气,加压(缩小容器体积)后颜色变深
【答案】A
【解析】啤酒中存在,开启啤酒瓶后,减小压强,平衡逆向移动,故瓶中立刻泛起大量泡沫,能用勒夏特列原理解释,A符合题意;钢铁生锈的过程中不存在化学平衡,属于吸氧腐蚀,故不能用勒夏特列原理解释,B不合题意;合成氨的正反应是一个放热反应,故在合成氨的反应中,升温不利于氨的合成,之所以提高温度来合成氨是为了加快反应速率提高生产效率,C不合题意;、、HI三者的平衡混合气,由于反应前后气体的体积不变,加压(缩小容器体积)后平衡不移动,颜色变深是由于蒸汽的浓度增大造成的,故不能用勒夏特列原理解释,D不合题意。
【解题必备】
1、温度对化学平衡的影响
反应类型
温度变化
K值变化
Q与K关系
平衡移动方向
放热反应
升温
减小
Q>K
逆向移动
降温
增大
Q<K
正向移动
吸热反应
升温
增大
Q<K
正向移动
降温
减小
Q>K
逆向移动
2.浓度对化学平衡的影响
浓度变化
Q值变化
Q与K关系
平衡移动方向
反应物浓度增大
减小
Q<K
正向移动
生成物浓度减小
反应物浓度减小
增大
Q>K
逆向移动
生成物浓度增大
3.压强对化学平衡的影响
对于反应体系中有气体参与的反应
方程式中气态
物质系数变化
压强
变化
Q值
变化
Q与K关系
平衡移
动方向
增大
增大
增大
Q>K
逆向移动
减小
减小
Q<K
正向移动
减小
增大
减小
Q<K
正向移动
减小
增大
Q>K
逆向移动
不变
增大
不变
Q=K
不移动
4.“惰性”气体对化学平衡的影响
(1)对于反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH<0:
①若体系内的压强保持恒定(容器体积是可变的)时,充入氦气,由于体系内压强恒定,体积必增大,使c(N2)、c(H2)、c(NH3)减小,平衡向左移动(相当于减压)。
②在恒温、恒容下,充入氦气时,平衡不发生移动。这种条件下充入“惰性”气体,虽平衡体系内的总压强增加,但因容器的体积不变,c(N2)、c(H2)、c(NH3)不变,所以平衡不发生移动。
(2)对于反应H2(g)+I2(g)2HI(g) ΔH<0:充入“惰性”气体,虽然压强或浓度发生变化,但平衡不移动。
【变式3-1】(2024天津市弘毅中学高三上学期期中)二氧化硫催化氧化反应为: ,下列措施既能加快反应速率又能提高平衡转化率的是
A.升高温度 B.增大压强 C.分离出 D.使用催化剂
【答案】B
【解析】升高温度,反应速率加快,但该反应是放热反应,升温平衡逆向移动,平衡转化率降低,A不符合题意;增大压强,反应速率加快,该反应正反应方向是气体分子总数减少的反应,加压平衡正向移动,平衡转化率增大,B符合题意;分离出SO3,平衡尽管正向移动,平衡转化率增大,但c(SO3)减小,反应速率减慢,C不符合题意;使用催化剂只能加快反应速率,不会使平衡移动,平衡转化率不变,D不符合题意。
【变式3-2】(2024福建省漳州市高二上学期期末)一定温度下,在恒容密闭容器中,反应 达到平衡状态,下列说法正确的是
A.再通入,可提高的平衡转化率
B.再通入稀有气体,化学反应速率增大
C.再通入适量化学平衡常数K增大
D.降低温度,增大,减小,化学平衡正向移动
【答案】A
【解析】反应中充入O2,可提高SO2的转化率,氧气转化率减小,A项正确;恒温恒容条件下,通入稀有气体,反应混合物各组分的浓度不变,正、逆反应速率都不变,B项错误;通入SO2,平衡向正反应方向移动,O2的转化率增大,平衡常数只受温度影响,与浓度无关,平衡常数不变,C项错误;降低温度,平衡向正反应方向移动,但正、逆反应速率都降低,D项错误。
►问题四 化学平衡移动图像的分析
【典例4】(2025湖南省益阳市高三上学期9月第一次教学质量检测)三元催化转换器可除去汽车尾气中以上的污染物。在一恒容密闭容器中加入和一定量的NO,发生反应,按不同投料比时,CO的平衡转化率随温度的变化曲线如图所示。下列说法正确的是
A.
B.该反应
C.a、b、c对应平衡常数
D.反应温度为时,向平衡体系充入适量NO,可实现由b到c的转化
【答案】C
【解析】相同温度下,越大,越大,CO的平衡转化率越小,则,A错误;
由图示可知,温度升高,CO的平衡转化率降低,即升高温度,平衡逆向进行,则该反应为放热反应,,B错误;升高温度,CO的平衡转化率减小,平衡逆移,则K减小,K只与温度有关,则,C正确;反应温度为时,向平衡体系充入适量NO,平衡正向移动,CO的平衡转化率增大,故不能实现由b到c的转化,D错误。
【解题必备】
1.化学平衡图像题的解题“三步骤”
(1)看图像:一看面(即纵坐标与横坐标的意义),二看线(即线的走向和变化趋势),三看点(即起点、折点、交点、终点),四看辅助线(如等温线、等压线、平衡线等),五看量的变化(如浓度变化、温度变化等)。
(2)想规律:联想外界条件的改变对化学反应速率和化学平衡的影响规律。
(3)作判断:根据图像中表现的关系与所学规律相对比,作出符合题目要求的判断。
2.化学平衡图像题的解答“两原则”
原则
图像
分析
(1)“定一议二”原则
反应2A(g)+B(g)2C(g)达到平衡,A的平衡转化率与压强和温度的关系如图。
①定压看温度变化,升温,曲线走势降低,说明A的转化率降低,平衡向左移动,正反应是放热反应。
②定温看压强变化,因为此反应是反应前后气体体积减小的反应,压强增大,平衡向右移动,A的转化率增大,故p2>p1。
(2)“先拐先平,数值大”原则
甲 乙
对于同一化学反应在化学平衡图像中,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(如下图甲所示,表示反应物的转化率)或表示的压强较大[如下图乙所示,φ(A)表示反应物的体积分数]。
①甲表示:T2>T1;正反应放热。
②乙表示:p1<p2;正反应为气体总体积缩小的反应。
【变式4-1】(双选)(2025山东省烟台市招远市第二中学高二上学期开学考试)
一定条件下,等物质的量的N2(g)和O2(g)在恒容密闭容器中反应N2(g)+O2(g) 2NO(g),下图曲线a表示该反应在温度T下N2的浓度随时间的变化,曲线b表示该反应在某一起始条件改变时N2的浓度随时间的变化。下列叙述正确的是
A.温度T下,该反应的平衡常数K=
B.温度T下,随着反应的进行,混合气体的密度不变
C.曲线b对应的条件改变可能是充入氩气
D.若曲线b对应的条件改变是温度,可判断该反应的ΔH>0
【答案】BD
【解析】温度T下,氮气的反应量为(c0-c2)mol/L,平衡时c(NO)=2(c0-c2)mol/L,则该反应的平衡常数为K=,A项错误;反应前后气体总质量不变,容器容积不变,故混合气体的密度不变,B项正确;充入氩气,容器容积不变,反应物的浓度不变,平衡不移动,平衡时氮气的浓度不变,与图像不符,C项错误;若曲线b对应的条件是改变温度,b达到平衡的时间缩短,反应速率快,温度高,故温度b>a,升高温度,氮气的浓度减小,平衡正向移动,ΔH>0,D项正确。
【变式4-2】(2025广西名校高三上学期9月联合调研测试)汽车尾气中含有、等污染物,在一恒容密闭容器中通入1molCO和一定量的NO,模拟除去汽车尾气污染,反应为:,按不同投料比时,CO的平衡转化率随温度的变化曲线如图所示。下列说法错误的是
A. B.该反应
C.平衡时的体积分数 D.平衡常数
【答案】C
【解析】在恒温恒容的化学平衡体系中,增大一种反应物的浓度会使另一种反应物的转化率升高,而自身的转化率降低,投料比越大,则CO转化率越低,A项正确;随温度升高,CO转化率降低,说明平衡逆移,正反应为放热反应,B项正确;投料比等于计量数比时,生成物的体积分数最大,故投料比大不一定生成物百分含量大或小,二者没有必然关系,C项错误;平衡常数只与温度有关,故c、d温度相同,平衡常数相等,a温度高,平衡逆移,平衡常数减小,D项正确。
►问题五 化学平衡的计算
【典例5】(2024浙江省台州市高二上学期期末)在2L密闭容器中充入气体A和B,发生反应 ,所得实验数据如下表。下列说法正确的是
实验编号
温度/℃
起始时物质的量/mol
平衡时物质的量/mol
①
300
0.40
0.10
0.09
②
500
0.40
0.10
0.08
③
500
0.20
0.05
a
A.升高温度,平衡向正反应方向移动
B.500℃该反应的平衡常数
C.③中达到平衡时,A的转化率小于20%
D.②中平衡后继续充入A和C各0.1mol,平衡正移
【答案】B
【解析】实验①②比较,可知升高温度,C的平衡物质的量减少,则平衡向逆向移动,A项错误;根据实验②,
500℃该反应的平衡常数,B项正确;实验②中A的转化率为20%。实验②③比较,③中投料为②的一半,相当于减压,减压平衡正向移动,达到平衡时,A的转化率大于20%,C项错误;②中平衡后继续充入A和C各0.1mol,Q=,平衡逆向移动,D项错误。
【解题必备】计算模式——“三段式”
(1)确定反应物或生成物的起始加入量。
(2)确定反应过程的变化量。
(3)确定平衡量。
(4)依据题干中的条件,建立等量关系进行计算。
反应
aA(g)
+
bB(g)
cC(g)
+
dD(g)
起始量/mol
m
n
0
0
转化量/mol
ax
bx
cx
dx
平衡量/mol
m-ax
n-bx
cx
dx
①反应速率:v(A)=(时间为tmin);
②反应物转化率:(B)=×100%;
③C的体积分数:φ(C)=_×100%;
④反应前后气体的压强比:==(恒温恒容);
⑤反应前后气体的体积比:==(恒温恒压);
⑥反应前后气体的密度比:===(恒温恒压)。
【变式5-1】(2025四川省大数据精准教学联盟高三上学期第一次监测)已知: 。不同温度下,向恒容密闭容器中按不同进料比充入和,测得体系达平衡时的(,为体系初始时气体混合物的总物质的量,为体系平衡时气体混合物的总物质的量)随的变化关系如图所示。下列说法正确的是
A.
B.b、c点,的转化率相等
C.时,若,则平衡常数
D.a、b点,a点对应的的物质的量分数更大
【答案】D
【解析】,反应放热,且方程式计量数减少,当温度降低,平衡正移,变大,故,A项错误;b、c点温度不同,对应的转化率不相等,B项错误;
时,若,依据图中c点,,建立三段式
求解得平衡常数,C错误;在a、b点中,a点按照投入,和刚好依据计量数反应,对应的的物质的量分数最大,D项正确。
【变式5-2】(2024辽宁省锦州市锦州中学高三六模)
反应X=2Z经历两步,X、Y、Z三种物质的浓度随时间的变化曲线如下图所示。下列说法错误的是
A.第一步反应的方程式为: B.t1时,
C.t2时,Y的消耗速率大于生成速率 D.t3后,
【答案】A
【解析】由题干图像可知,一开始X的浓度在减小,Y的浓度先增大,而后出现Z的浓度增大,故反应X═2Z经历两步,但无法确定X、Y的系数,即①X→Y;②Y→2Z,根据图中的c0减小,则a曲线为X的浓度曲线,逐渐增大的为Z的浓度,先增大后减小的曲线为Y的浓度曲线,据此分析解答。
由分析可知,一开始X的浓度在减小,Y的浓度先增大,而后出现Z的浓度增大,但无法确定X、Y的系数,故无法确定第一步反应的方程式,A项错误;在纵坐标为浓度的图中看出,在t1时刻,三条线相交于一点,则c(X)=c(Y)=c(Z),B项正确;t2时,由曲线Y的浓度逐渐减小,说明Y的消耗速率大于生成速率,C项正确;
根据反应 ,由图可知,t3后c(X)=0,则c0=c(Y)+,则c(Z)=2c0-2c(Y),D项正确。
1.(2024山西省大同市浑源七中高二下学期第二次月考)引起化学平衡移动的根本原因是
A.浓度的改变 B.压强的改变 C.反应历程的改变 D.正、逆反应速率相对大小的改变
【答案】D
【解析】浓度改变,可改变反应速率,但不一定使平衡发生移动,A项错误;压强改变,反应物和生成物的浓度不一定改变,速率不一定改变,平衡不一定发生移动,B项错误;使用了催化剂,可同等程度改变反应速率,平衡不受影响,C项错误;改变条件时,引起正、逆反应速率关系改变,从而使平衡发生移动,D项正确。
2.下列关于化学反应限度的说法中不正确的是
A.当一个可逆反应达到平衡状态时,就是这个反应在该条件下所能达到的限度
B.当一个可逆反应进行到平衡状态时,那么各物质的浓度保持不变
C.平衡状态是一种静止的状态,所以正逆反应速率都为零
D.化学反应的限度可以通过改变条件而发生改变
【答案】C
【解析】当一个可逆反应达到平衡状态时,正逆反应速率相等,这个反应在该条件下反应物的转化率最大,所以就是这个反应在该条件下所能达到的限度,A项正确;反应达到平衡状态时,正逆反应速率相等,平衡时各种物质浓度等不再发生变化,B项正确;平衡状态是一种动态平衡,平衡状态时正逆反应速率相等且不等于0,C项错误;当化学反应在一定条件下达到限度时,正、逆反应速率相等,当外界条件改变导致正逆反应速率不等,限度发生改变,D项正确。
3.(2024广东省大湾区高二上学期期末普通高中联合考试)
下列事实不能用勒夏特列原理解释的是
A.唾液可以使淀粉水解速率加快
B.打开碳酸饮料瓶盖时产生气泡
C.CO中毒的病人进入高压氧舱中接受治疗
D.氯水中加入粉末以提高氯水中的浓度
【答案】A
【解析】唾液里含有唾液淀粉酶,它在常温下能很快使淀粉分解为葡萄糖,相当于加入催化剂使反应速率加快,不涉及平衡移动,不能用勒夏特列原理来解释,A项正确;碳酸饮料中存在二氧化碳的溶解平衡,打开碳酸饮料,压强减小,二氧化碳逸出,能用勒夏特列原理解释,B项错误;CO中毒血液中存在化学平衡CO(g)+Hb(O2)⇌O2(g)+Hb(CO),将一氧化碳中毒者放入高压氧舱,增大氧气浓度,会使平衡逆向移动,让CO失去和血红蛋白结合的机会,能用勒夏特列原理解释,C项错误;氯气溶于水的反应是一个可逆反应:Cl2+H2O⇌HClO+H++Cl-,加入碳酸钙后,碳酸钙和稀盐酸反应生成氯化钙而减小c(H+),平衡正向移动,则c(HClO)增大,能用勒夏特列原理解释,D项错误。
4.(2024四川省成都市石室中学高一下学期竞赛班4月月考)在恒温、恒容条件下发生下列反应:2X2O5(g)⇌4XO2(g)+O2(g) △H>0,T温度下的部分实验数据见表格。下列说法错误的是
t/s
0
50
100
150
c(X2O5)/(mol/L)
4.00
2.50
2.00
2.00
A.T温度下的平衡数为K=64mol3·L-3,100s时转化率为50%
B.反应开始50s内XO2平均生成速率为0.06mol/(L•s)
C.T1温度下的平衡常数为K1,T2温度下的平衡常数为K2,若T1>T2,则Kl>K2
D.若将恒容改为恒压,其它条件都不变,则平衡时X2O5的转化率和平衡常数都不变
【答案】D
【解析】由表中数据可知,100s时处于平衡状态,平衡时c(X2O5)=2mol/L,则列三段式: ,T温度下平衡常数K==64,100s时转化率为50%,A项正确;50s内X2O5浓度变化量为(4-2.5)mol/L=1.5mol/L,50s内X2O5分解速率v(X2O5)==0.03mol/(L·s),反应速率之比等于系数比,则反应开始50s内XO2平均生成速率为v(XO2)=2v(X2O5)=0.06mol/(L•s),B项正确;△H>0,正反应为吸热反应,若温度T1>T2,升高温度平衡正向移动,平衡常数增大,则K1>K2,C项正确;恒容条件下,随反应进行容器内压强增大,若只将恒容改为恒压,其它条件都不变,等效为在原平衡基础上减小压强,平衡正向移动,平衡时X2O5的转化率增大,平衡常数只受温度影响,温度不变,平衡常数不变,D项错误。
5.(2024河南省新乡市高二上学期1月期末)将一定量纯净的氨基甲酸铵固体置于某恒容密闭容器中,发生反应NH2COONH4(s)2NH3(g)+CO2(g) △H,该反应的平衡常数的负对数(-lgK)随温度(T)变化的曲线如图所示,下列说法错误的是
A.平衡常数:Ka<Kb<Kc
B.该反应的反应物的总键能大于生成物的总键能
C.压强:pa<pb<pc
D.若△H的值不再随时间变化而改变,则该反应达到平衡
【答案】D
【解析】该反应的平衡常数的负对数(-lgK)随温度(T)的升高在减小,即温度升高,K增大,故平衡常数:Ka<Kb<Kc,A项正确;该反应的平衡常数随温度的升高增大,故该反应为吸热反应,反应物的总键能大于生成物的总键能,B项正确;该反应体系恒容,温度越高,该反应正向进行的程度越大,生成的气体的物质的量越大,体系压强越大,故压强:pa<pb<pc,C项正确;反应的△H的值为一个恒量,不能用来判断反应是否达到平衡,D项错误。
6.(2024四川省凉山州西昌市高二上学期期末)下列描述中,一定是化学平衡状态的是
A.恒温恒容下,体系中气体的物质的量保持不变
B.恒温恒容下,体系中气体的颜色保持不变
C.恒温恒容下,体系中气体的压强保持不变
D.恒温恒容下,体系中气体的密度保持不变
【答案】B
【解析】为等体积反应,体系中气体的物质的量保持不变不能判断达到平衡状态,A项错误;碘蒸气有颜色,体系中气体的颜色保持不变,可以判断达到平衡状态,B项正确;为等体积反应,体系中气体的压强保持不变不能判断达到平衡状态,C项错误;恒温恒容下,根据,气体密度为定值,气体的密度保持不变不能判断达到平衡状态,D项错误。
7.(2025山西省运城市康杰中学高三上学期一模)向一恒容密闭容器中充入1molCH4和一定量的H2O,发生反应:。CH4的平衡转化率按不同投料比随温度的变化曲线如图所示。下列说法正确的是
A.该反应的正反应放热
B.投料比x:x1>x2
C.b、c两点反应开始时的正反应速率:vb>vc
D.a、c两点的平衡常数:Ka>Kc
【答案】C
【解析】由图可知,投料比x相同时,随温度升高,CH4的平衡转化率增大,说明该反应为吸热反应;n(H2O)越大,投料比越小,温度相同时,CH4的平衡转化率越大,则。由图可知,随着温度增大,的转化率增大,平衡正向移动,故该反应正反应吸热,A项错误;相同温度下,越大,相当于增大CH4的物质的量,甲烷的平衡转化率越小,故,B项错误;b点和c点温度相同,的起始物质的量都为1mol,b点值小于c点,则b点加水多,反应物浓度大,则开始时正反应速率:,C项正确;a、c两点的温度不同,且c点温度高,该反应为吸热反应,故平衡常数:,D项错误。
8.(2025上海财经大学附属北郊高级中学高三开学考)合成气(CO、H2)合成二甲醚的反应为:。向固定容积的密闭容器中加入一定量CO和H2发生反应。平衡常数的值与温度和压强的关系如表所示:
平衡常数K
压强/MPa
2
5
温度/℃
200
a
300
b
c
400
d
(1)一定条件下,能判断上述反应达到平衡状态的依据是_______。
A.反应物不再转化为生成物 B.气体密度保持不变
C. D.
(2)表中a~d四组数据相对大小关系为 。(用“>”“<”或“=”进行连接)
(3)生产中,欲提高CO平衡转化率,可以采取的措施有_______。
A.减小容器的体积 B.使用高效催化剂
C.增大CO的浓度 D.及时分离二甲醚
(4)据研究,合成气合成二甲醚的反应历程可分为三步。其中第三步为:。写出其余两步的化学方程式。
第一步 。
第二步 。
【答案】(1)AC (2)a>b=c>d (3)AD
(4)
【解析】(1)反应物不再转化为生成物,说明正反应速率和逆反应速率相等,反应达到平衡,A项正确;容器是恒容的,气体的密度始终不变,故不能说明达到平衡,B项错误;,正反应和逆反应的速率之比等于计量数之比,即正逆反应的速率相等,说明达到平衡,C项正确;,不知道浓度是否保持不变,不能说明是否达到平衡,D项错误。
(3)该反应是放热反应,温度越高,平衡常数越小,而压强对平衡常数无影响,故a~d四组数据相对大小关系为a>b=c>d;
(4)减小容器的体积,压强增大,平衡正向移动,能提高CO平衡转化率,A选;使用高效催化剂,能加快反应速率,但是平衡不移动,不能提高CO平衡转化率,B不选;增大CO的浓度,平衡正向移动,但是CO本身的转化率降低,C不选;及时分离二甲醚,衡正向移动,能提高CO平衡转化率,D项正确。
1.(2024新疆博湖县高级中学高一下学期期中)反应O2(g)+2SO2(g)2SO3(g)△H<0,若在恒容密闭容器中发生,下列选项表明该反应一定已达平衡状态的是
A.容器内气体的密度不再变化 B.容器内气体的反应速率v正(O2)=2v逆(SO2)
C.反应消耗1molO2同时生成2molSO2 D.容器内气体的浓度c(O2):c(SO2):c(SO3)=1:2:2
【答案】C
【解析】因容器的体积不变,气体的总质量不变,则无论是否达到平衡状态,容器内气体的密度都不改变,不能用来判断是否达到平衡状态,A项错误;达到平衡时,正逆反应速率相等,2V正(O2)=V逆(SO3),说明达到平衡状态,B项错误;反应消耗1molO2同时生成2molSO2,正逆反应速率相等,说明达到平衡状态,C项正确;容器内气体的浓度c(O2):c(SO2):c(SO3)=1:2:2,三者的物质的量之比等于化学计量数之比,并不能说明浓度保持不变,不能作为判断是否达到平衡状态的依据,D项错误。
2.(2024广东省大湾区高二上学期期末普通高中联合考试)2023-2024学年化学试题
反应是工业上制备高纯硅的重要中间过程。一定压强下,起始投入原料、温度与的平衡产率的变化关系如图所示。下列说法正确的是
A.该反应为吸热反应
B.、点的逆反应速率:
C.提高投料比,可提高的平衡转化率
D.温度下,时,的平衡产率为
【答案】B
【解析】由图可知,其它条件一定时,升高温度,的平衡产率减小,平衡逆向移动,该反应为放热反应,A错误;由图可知,N点温度高于M点,故逆反应速率:,B项正确;压强一定,提高投料比,平衡不移动,HCl的平衡转化率不变,C项错误;温度下,时,平衡不移动,HCl的平衡转化率不变仍为a,D项错误。
3.(2024湖南省衡阳市衡阳县高二上学期1月期末)下列装置所示的过程与勒夏特列原理无关的是
A.加入时产生气泡速率加快
B.加入时乙烧瓶中气体颜色加深
C.光照时试管中黄绿色变浅
D.加入铁粉时溶液颜色变浅
A.A B.B C.C D.D
【答案】A
【解析】作催化剂,加入时产生气泡速率加快,与勒夏特列原理无关,A项符合题意;,加入时,乙烧瓶中温度升高,平衡逆向移动,乙烧瓶中气体颜色加深,与勒夏特列原理有关,B项不符合题意;,光照使氯气与水反应的平衡正向移动,与勒夏特列原理有关,C项不符合题意;,,铁粉使铁离子与硫氰酸根离子反应的平衡逆向移动,与勒夏特列原理有关,D项不符合题意。
4.(2024贵州省遵义市高二上学期1月期末质量监测)氨基甲酸铵(NH2COONH4)是合成磷化铝的一种中间体,向恒容密闭容器中加一定量的NH2COONH4,发生反应:,下列说法正确的是
A.该反应在任何条件下均可自发进行
B.混合气体的平均摩尔质量保持不变时反应达到平衡
C.加入少量NH2COONH4(s),平衡不移动
D.降温,正反应速率减小,逆反应速率增大,平衡逆向移动
【答案】C
【解析】该反应为气体分子数增大的吸热反应,则在高温条件下可自发进行,低温条件下不能自发进行,A项错误;只有产物中存在气体,且NH3、CO2的物质的量之比始终为2:1,则不管反应是否达到平衡,混合气体的平均摩尔质量始终保持不变,所以混合气体的平均摩尔质量不变时,反应不一定达到平衡,B项错误;加入少量NH2COONH4(s),气体的浓度不变,正、逆反应速率不变,所以平衡不移动,C项正确;降温,正反应速率减小,逆反应速率减小,但正反应速率减小更多,所以平衡逆向移动,D项错误。
5.(2024贵州省遵义市高二上学期1月期末质量监测)向恒容密闭容器中通入和发生反应:,测得相同时间内的转化率与温度变化的关系如图所示,下列说法正确的是
A.温度升高,反应平衡常数增大
B.增大压强,的转化率增大
C.实际生产时反应温度应控制在之间
D.d点时延长反应时间,的产率增加
【答案】C
【解析】由图可知,一定时间内,反应未达平衡之前,温度升高,反应速率增大,A转化率增大,平衡之后,温度升高,平衡逆向移动,A转化率减小,说明反应为放热反应。随着温度的升高,A的转化率降低,则说明该反应是放热反应;对于放热反应而言,温度越高,平衡常数K越小,A项错误;由于该反应是气体体积不变的反应,增大压强可以使平衡不移动,即A的转化率不发生改变,B项错误;根据图可知,温度在210~240℃的范围内,A的转化率最高,超过该温度范围,随着温度的升高,A的转化率降低,说明反应的最适温度在210~240℃之间,故生产时反应温度控制在210~240℃为宜,C项正确;d条件下反应已经达到平衡状态,延长反应时间,A的转化率不变,C(g)的产率不变,D项错误。
6.(2024河南省郑州市高二上学期期末)历史上曾用“地康法”制氯气,相关反应为。某刚性容器中,进料浓度比分别等于1∶1、1∶4、1∶7时,HCl平衡转化率随温度变化的关系如下图。下列说法正确的是
A.平衡常数:K(200℃)<K(300℃)
B.及时分离出(g)可以提高氯化氢的转化率
C.曲线①对应的等于1∶7
D.若HCl的初始浓度为c ,进料浓度比为1∶1时,
【答案】B
【解析】升高温度时,HCl平衡转化率降低,说明升高温度时平衡逆向移动,平衡常数减小,故K(200℃)>K(300℃),A项错误;及时分离出H2O(g)时,平衡正向移动,可以提高氯化氢的转化率,B项正确;温度相同时,O2的浓度一定时,增大HCl的量,转化率降低,故①对应的c(O2):c(HCl)等于1∶1;C项错误;400℃进料浓度比为1∶1时,HCl的转化率为曲线①,此时HCl转化率为84%,
,D项错误。
7.(2024湖南省衡阳市衡阳县高二上学期1月期末)向三个体积均为的恒容绝热密闭容器中按不同方式投入反应物,起始温度为时发生反应:,测得达到平衡时的有关数据如下表。下列说法错误的是
容器
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
反应物的投入量
平衡时正反应速率
平衡常数
平衡时的物质的量
反应物的转化率
A. B. C. D.
【答案】D
【解析】容器I中、反应时会放热,容器Ⅲ中、反应时会吸热,温度降低,平衡时容器I中温度大于容器Ⅲ中温度,所以,A项正确;、反应时吸热比、反应时吸热少,平衡时容器Ⅱ中的温度比容器Ⅲ中的高,升高温度,该反应向逆向进行,平衡常数减小,所以平衡常数,B项正确;容器I中、反应时放热,温度升高平衡逆向移动,容器Ⅲ中、反应时逆向进行会吸热,温度降低,平衡正向移动,所以容器Ⅲ中的物质的量小,即,C项正确;若I和Ⅲ均保持温度不变,则,容器I中温度升高,平衡正向进行的程度小,容器Ⅲ中温度降低,平衡逆向进行的程度小,所以,D项错误。
8.(2025辽宁省部分高中高二上学期开学期初联合考试)CO与反应可合成可再生能源甲醇,反应为。回答下列问题。
I.已知:反应①
反应②
(1)则的 (用、表示)。
II.在一个容积可变的密闭容器中充有5molCO和,在催化剂作用下发生反应。CO的平衡转化率()与温度(T)、压强(p)的关系如图所示。
(2)图中压强 (填“>”或“<”,下同)。温度为,压强时,D点反应速率: 。
(3)A、B、C三点平衡常数、、的大小关系为 。
(4)A点的正反应速率 (填“>”或“<”)C点的逆反应速率。
(5)恒温恒压条件下,下列能说明反应达到平衡状态的是 (填标号)。
a.
b.容器内混合气体的密度不再改变
c.CO和的物质的量之比不再改变
d.混合气体的平均相对分子质量不再改变
(6)若达到平衡状态A时,容器的容积为5L,则在平衡状态B时容器的容积为 L。
(7)C点时,若再充入5mol的,保持恒温恒压再次平衡时CO的物质的量分数 (填“增大”“减小”或“不变”)。
【答案】(1) (2)< < (3)
(4)< (5)bd (6)1 (7)不变
【解析】(1)根据盖斯定律,该反应可由反应得到,根据平衡常数表达式可知,;
(2)①温度不变增压时,平衡右移,CO的平衡转化率增大,则;
②温度为,压强为时,点未达到平衡,CO的转化率高于平衡时的转化率,反应逆向进行,则;
(3)、两点的温度相同,平衡常数,由图像可知同压升温CO的平衡转化率降低,所以升温平衡常数减小,、、的大小关系为;
(4)C点温度高,压强大,所以反应速率快;
(5)时不能说明正、逆反应速率相等,不能说明反应达到平衡状态,a错误;该反应过程中气体的总质量不变,总体积减小,混合气体的密度增大,当容器内混合气体的密度不再改变时说明反应达到平衡,b正确;CO和按照物质的量之比反应,CO和按照物质的量之比投料,二者的比值是定值,CO和的物质的量之比不再改变不能说明反应达到平衡状态,c错误;反应前后都是气体,反应后气体的物质的量减小,所以混合气体的平均相对分子质量保持不变时,反应达到平衡状态,d正确。
(6)点CO的平衡转化率为0.5,列三段式:
若达到平衡状态时,容器的容积为,,点CO的平衡转化率为0.8,列三段式:
,设点时容器的容积为,,解得。
(7)C点时,若再充入5mol的,在恒温恒压下再次平衡时建立等效平衡,CO的物质的量分数不变。
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第二章 化学反应的方向、限度与速率
第二节 化学反应的限度
第2课时 反应条件对化学平衡的影响
1.理解外界条件对化学平衡的影响,认识其一般规律。
2.能运用化学平衡移动的原理解释相关化学问题。
3.能识别有关化学平衡图像。
重点:化学平衡的移动的影响因素。
难点:化学平衡图像的分析。
一、可逆反应
1、概念
在同一条件下,既可以向 进行,同时又能向 进行的化学反应。
2、特点
双向性
可逆反应分为方向相反的两个反应:正反应和逆反应
双同性
正、逆反应是在同一条件下,同时进行
共存性
反应物的转化率 100%,反应物与生成物共存
二、化学平衡状态的特征
三、化学平衡的标志
1.速率标志(本质标志):v正=v逆
(1)同一组分的 和 相等
(2)不同物质的正逆反应速率比等于 之比
2.宏观标志:某些量开始 ,后来
(1)一定达到平衡的情况
①某组分的质量、物质的量、浓度、颜色不再变化
②反应物的转化率不再变化
(2)特殊情形
①绝热容器:容器的 不变时,一定达到平衡状态
②可逆电池:电流或电压等于 时,一定达到平衡状态
(3)判断化学平衡状态的常用公式
①混合气体的密度:ρ==;
②混合气体的平均摩尔质量:==;
③气体状态方程:PV=nRT。
四、化学平衡移动概念
1.内容:由于温度、压强、浓度的变化而使可逆反应由一个 变为另一个 的过程。
2.图示
3.平衡移动方向的判断
(1)根据速率判断
①若v(正) v(逆),则平衡正向移动。
②若v(正) v(逆),则平衡不移动。
③若v(正) v(逆),则平衡逆向移动。
(2)根据结果判断
①如果平衡移动的结果使反应产物浓度更大,则称平衡 移动或 移动;
②如果平衡移动的结果使反应产物浓度更小,则称平衡 移动或 移动。
【特别提醒】反应速率改变时平衡不一定移动,但平衡移动时反应速率一定改变。
五、外界条件对化学平衡移动的影响
1、温度对化学平衡的影响
(1)实验
2NO2(g)N2O4(g) ΔH=-57.2kJ·mol-1
红棕色 无色
实验内容
实验现象
实验结论
将充有NO2的烧瓶放入热水中
红棕色明显 (填“加深”或“变浅”,下同)
升高温度,平衡向 移动
将充有NO2的烧瓶放入冷水中
红棕色明显
降低温度,平衡向 移动
②结论:研究发现,升高温度,化学平衡向 方向移动;降低温度,化学平衡向 方向移动。
③原因:温度改变使 改变。
2、浓度对化学平衡的影响
(1)研究发现,在其他条件不变的情况下,增大 或减小 ,都可以使化学平衡向正反应方向移动;增大 或减小 ,都可以使化学平衡向逆反应方向移动。
(2)原因:浓度的改变导致 的改变,但K ,使Q K,从而导致平衡移动。但浓度的改变不一定会使化学平衡发生移动。
3、压强对化学平衡的影响
(1)研究发现
①Δνg=0,改变压强,化学平衡状态 ;
②Δνg≠0,增大压强,化学平衡向气态物质系数 的方向移动。
(2)原因
压强改变导致 改变, 的改变导致浓度商(Q)的改变,使Q K,从而导致平衡移动。
【特别提醒】压强的改变只影响有气体参加或生成的可逆反应,增大压强时各气体组分的浓度变大,减小压强时各气体组分的浓度减小。
(1)向容器中通入无关气体
①恒容容器:压强增大,浓度不变,速率不变,平衡不移动
②恒压容器:体积增大,浓度减小,速率减慢,平衡向气体体积增大的方向移动
(2)同倍数改变反应物和生成物浓度
①恒温恒容:相当于改变压强
②恒温恒压:瞬间各组分的浓度不变,平衡不移动
4、勒夏特列原理及其应用
(1)原理:改变影响平衡移动的一个条件,平衡向 该条件方向移动
(2)前提:必须存在可逆过程(存在平衡)
(3)必须有平衡移动,且实际移动方向 理论移动方向
①催化剂不能使平衡移动,无法用勒夏特列原理解释。
②等体反应改变压强,平衡不移动,无法用勒夏特列原理解释。
1.请判断下列说法的正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)温度改变,平衡一定发生移动。 ( )
(2)平衡正向移动,反应物的转化率一定增大。 ( )
(3)改变压强时,平衡一定发生移动。 ( )
(4)改变外界条件使平衡正向移动的原因是v正增大,v逆减小。 ( )
(5)对于2NO2(g)N2O4(g)达到平衡时,若缩小反应容器的体积,则c(NO2)减小。 ( )
(6)反应2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O、Na2CO3+CO2+H2O===2NaHCO3互为可逆反应( )
(7)化学反应达到平衡后,反应物和生成物的浓度或百分含量相等( )
(8)在一定条件下,向密闭容器中充入1molN2和3molH2充分反应,生成2molNH3( )
(9)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( )
(10)化学平衡正向移动,反应物的转化率一定增大( )
2.工业制硫酸中涉及反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),若该反应在密闭容器中进行,下列有关说法正确的是
A.使用催化剂,SO2能100%转化为SO3
B.达到平衡状态时,体系中各物质的浓度不再改变
C.达到平衡状态时,正反应速率等于逆反应速率且等于零
D.当SO2、O2、SO3的物质的量之比为2:1:2时,一定达到平衡状态
3.温度一定时,在密闭容器中发生可逆反应mA(g)+nB(g)pC(g),达到平衡后,若将混合气体的体积压缩到原来的,当再次达到平衡时,C的浓度是原平衡时的1.9倍,试判断:
(1)压缩体积时平衡向________(填“正反应”或“逆反应”)方向移动;
(2)反应再次达到平衡后,C气体的体积分数______(填“增大”“减小”或“不变”);
(3)反应再次达到平衡后,A气体的转化率________(填“增大”“减小”或“不变”);
(4)m+n________p(填“>”“<”或“=”)。
►问题一 可逆反应
【典例1】(2024辽宁省沈阳市第二十八中学高一下学期6月份质量监测)在一密闭容器中进行反应:,已知反应过程中某一时刻、、的浓度分别为、、。当达到平衡时,可能存在的数据是
A.为
B.、均为
C.为
D.为,为
【解题必备】可逆反应不能进行到底,转化率不能是100%。
【变式1-1】(2024上海市崇明区堡镇中学高二下学期期中)在一定条件下,可逆反应2SO2+O22SO3达到平衡后,充入18O2,则18O将存在于
A.O2 B.O2、SO3 C.SO2、SO3 D.SO2、O2、SO3
【变式1-2】(2024云南省迪庆州香格里拉市藏文中学高二下学期期中)下列反应体系中,不属于可逆反应的是
A.溶解于水
B.氨气溶解于水
C.工业合成三氧化硫
D.和
►问题二 化学平衡状态的判断
【典例2】(2025陕西省汉中市汉台中学高二上学期开学收心检测)一定温度下,某恒容密闭容器中发生反应:,下列情况能说明该可逆反应已经达到平衡状态的是
A.混合气体的压强不再发生变化
B.逆反应速率为0
C.NO、、的浓度比为
D.混合气体的密度保持不变
【解题必备】不能作为化学平衡状态“标志”的四种情况:
(1)反应组分的物质的量之比等于化学方程式中相应物质的化学计量数之比。
(2)恒温恒容下的体积不变的反应,体系的压强或总物质的量不再随时间而变化,如2HI(g)H2(g)+I2(g)。
(3)全是气体参加的体积不变的反应,体系的平均相对分子质量不再随时间而变化,如2HI(g)H2(g)+I2(g)。
(4)全是气体参加的反应,恒容条件下体系的密度保持不变。
【变式2-1】(2024浙江省台州市高二上学期期末)某温度下,在容积不变的密闭容器中发生反应:。下列不能说明反应达到平衡状态的是
A.气体的密度不再变化 B.的体积分数不再变化
C.气体的平均相对分子质量不再变化 D.气体的压强不再变化
【变式2-2】在绝热的某刚性容器中置入1mol和3mol,发生反应:。下列说法中能够判断该反应一定处于平衡状态的有
A.容器中温度恒定不变
B.与速率之比恒定不变
C.混合物中Cl元素质量分数恒定不变
D.断裂1molF-F键,同时生成3molF-Cl键
►问题三 外界因素对化学平衡移动的影响
【典例3】(2025湖北省孝感市新高考联考协作体高二上学期开学考试)下列事实能用勒夏特列原理解释的是
A.开启啤酒瓶后,瓶中立刻泛起大量泡沫
B.钢铁在潮湿的空气中更容易生锈
C.在合成氨的反应中,升温有利于氨的合成
D.H2、I2、HI三者的平衡混合气,加压(缩小容器体积)后颜色变深
【解题必备】
1、温度对化学平衡的影响
反应类型
温度变化
K值变化
Q与K关系
平衡移动方向
放热反应
升温
减小
Q>K
逆向移动
降温
增大
Q<K
正向移动
吸热反应
升温
增大
Q<K
正向移动
降温
减小
Q>K
逆向移动
2.浓度对化学平衡的影响
浓度变化
Q值变化
Q与K关系
平衡移动方向
反应物浓度增大
减小
Q<K
正向移动
生成物浓度减小
反应物浓度减小
增大
Q>K
逆向移动
生成物浓度增大
3.压强对化学平衡的影响
对于反应体系中有气体参与的反应
方程式中气态
物质系数变化
压强
变化
Q值
变化
Q与K关系
平衡移
动方向
增大
增大
增大
Q>K
逆向移动
减小
减小
Q<K
正向移动
减小
增大
减小
Q<K
正向移动
减小
增大
Q>K
逆向移动
不变
增大
不变
Q=K
不移动
4.“惰性”气体对化学平衡的影响
(1)对于反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH<0:
①若体系内的压强保持恒定(容器体积是可变的)时,充入氦气,由于体系内压强恒定,体积必增大,使c(N2)、c(H2)、c(NH3)减小,平衡向左移动(相当于减压)。
②在恒温、恒容下,充入氦气时,平衡不发生移动。这种条件下充入“惰性”气体,虽平衡体系内的总压强增加,但因容器的体积不变,c(N2)、c(H2)、c(NH3)不变,所以平衡不发生移动。
(2)对于反应H2(g)+I2(g)2HI(g) ΔH<0:充入“惰性”气体,虽然压强或浓度发生变化,但平衡不移动。
【变式3-1】(2024天津市弘毅中学高三上学期期中)二氧化硫催化氧化反应为: ,下列措施既能加快反应速率又能提高平衡转化率的是
A.升高温度 B.增大压强 C.分离出 D.使用催化剂
【变式3-2】(2024福建省漳州市高二上学期期末)一定温度下,在恒容密闭容器中,反应 达到平衡状态,下列说法正确的是
A.再通入,可提高的平衡转化率
B.再通入稀有气体,化学反应速率增大
C.再通入适量化学平衡常数K增大
D.降低温度,增大,减小,化学平衡正向移动
►问题四 化学平衡移动图像的分析
【典例4】(2025湖南省益阳市高三上学期9月第一次教学质量检测)三元催化转换器可除去汽车尾气中以上的污染物。在一恒容密闭容器中加入和一定量的NO,发生反应,按不同投料比时,CO的平衡转化率随温度的变化曲线如图所示。下列说法正确的是
A.
B.该反应
C.a、b、c对应平衡常数
D.反应温度为时,向平衡体系充入适量NO,可实现由b到c的转化
【解题必备】
1.化学平衡图像题的解题“三步骤”
(1)看图像:一看面(即纵坐标与横坐标的意义),二看线(即线的走向和变化趋势),三看点(即起点、折点、交点、终点),四看辅助线(如等温线、等压线、平衡线等),五看量的变化(如浓度变化、温度变化等)。
(2)想规律:联想外界条件的改变对化学反应速率和化学平衡的影响规律。
(3)作判断:根据图像中表现的关系与所学规律相对比,作出符合题目要求的判断。
2.化学平衡图像题的解答“两原则”
原则
图像
分析
(1)“定一议二”原则
反应2A(g)+B(g)2C(g)达到平衡,A的平衡转化率与压强和温度的关系如图。
①定压看温度变化,升温,曲线走势降低,说明A的转化率降低,平衡向左移动,正反应是放热反应。
②定温看压强变化,因为此反应是反应前后气体体积减小的反应,压强增大,平衡向右移动,A的转化率增大,故p2>p1。
(2)“先拐先平,数值大”原则
甲 乙
对于同一化学反应在化学平衡图像中,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(如下图甲所示,表示反应物的转化率)或表示的压强较大[如下图乙所示,φ(A)表示反应物的体积分数]。
①甲表示:T2>T1;正反应放热。
②乙表示:p1<p2;正反应为气体总体积缩小的反应。
【变式4-1】(双选)(2025山东省烟台市招远市第二中学高二上学期开学考试)
一定条件下,等物质的量的N2(g)和O2(g)在恒容密闭容器中反应N2(g)+O2(g) 2NO(g),下图曲线a表示该反应在温度T下N2的浓度随时间的变化,曲线b表示该反应在某一起始条件改变时N2的浓度随时间的变化。下列叙述正确的是
A.温度T下,该反应的平衡常数K=
B.温度T下,随着反应的进行,混合气体的密度不变
C.曲线b对应的条件改变可能是充入氩气
D.若曲线b对应的条件改变是温度,可判断该反应的ΔH>0
【变式4-2】(2025广西名校高三上学期9月联合调研测试)汽车尾气中含有、等污染物,在一恒容密闭容器中通入1molCO和一定量的NO,模拟除去汽车尾气污染,反应为:,按不同投料比时,CO的平衡转化率随温度的变化曲线如图所示。下列说法错误的是
A. B.该反应
C.平衡时的体积分数 D.平衡常数
►问题五 化学平衡的计算
【典例5】(2024浙江省台州市高二上学期期末)在2L密闭容器中充入气体A和B,发生反应 ,所得实验数据如下表。下列说法正确的是
实验编号
温度/℃
起始时物质的量/mol
平衡时物质的量/mol
①
300
0.40
0.10
0.09
②
500
0.40
0.10
0.08
③
500
0.20
0.05
a
A.升高温度,平衡向正反应方向移动
B.500℃该反应的平衡常数
C.③中达到平衡时,A的转化率小于20%
D.②中平衡后继续充入A和C各0.1mol,平衡正移
【解题必备】计算模式——“三段式”
(1)确定反应物或生成物的起始加入量。
(2)确定反应过程的变化量。
(3)确定平衡量。
(4)依据题干中的条件,建立等量关系进行计算。
反应
aA(g)
+
bB(g)
cC(g)
+
dD(g)
起始量/mol
m
n
0
0
转化量/mol
ax
bx
cx
dx
平衡量/mol
m-ax
n-bx
cx
dx
①反应速率:v(A)=(时间为tmin);
②反应物转化率:(B)=×100%;
③C的体积分数:φ(C)=_×100%;
④反应前后气体的压强比:==(恒温恒容);
⑤反应前后气体的体积比:==(恒温恒压);
⑥反应前后气体的密度比:===(恒温恒压)。
【变式5-1】(2025四川省大数据精准教学联盟高三上学期第一次监测)已知: 。不同温度下,向恒容密闭容器中按不同进料比充入和,测得体系达平衡时的(,为体系初始时气体混合物的总物质的量,为体系平衡时气体混合物的总物质的量)随的变化关系如图所示。下列说法正确的是
A.
B.b、c点,的转化率相等
C.时,若,则平衡常数
D.a、b点,a点对应的的物质的量分数更大
【变式5-2】(2024辽宁省锦州市锦州中学高三六模)
反应X=2Z经历两步,X、Y、Z三种物质的浓度随时间的变化曲线如下图所示。下列说法错误的是
A.第一步反应的方程式为: B.t1时,
C.t2时,Y的消耗速率大于生成速率 D.t3后,
1.(2024山西省大同市浑源七中高二下学期第二次月考)引起化学平衡移动的根本原因是
A.浓度的改变 B.压强的改变 C.反应历程的改变 D.正、逆反应速率相对大小的改变
2.下列关于化学反应限度的说法中不正确的是
A.当一个可逆反应达到平衡状态时,就是这个反应在该条件下所能达到的限度
B.当一个可逆反应进行到平衡状态时,那么各物质的浓度保持不变
C.平衡状态是一种静止的状态,所以正逆反应速率都为零
D.化学反应的限度可以通过改变条件而发生改变
3.(2024广东省大湾区高二上学期期末普通高中联合考试)
下列事实不能用勒夏特列原理解释的是
A.唾液可以使淀粉水解速率加快
B.打开碳酸饮料瓶盖时产生气泡
C.CO中毒的病人进入高压氧舱中接受治疗
D.氯水中加入粉末以提高氯水中的浓度
4.(2024四川省成都市石室中学高一下学期竞赛班4月月考)在恒温、恒容条件下发生下列反应:2X2O5(g)⇌4XO2(g)+O2(g) △H>0,T温度下的部分实验数据见表格。下列说法错误的是
t/s
0
50
100
150
c(X2O5)/(mol/L)
4.00
2.50
2.00
2.00
A.T温度下的平衡数为K=64mol3·L-3,100s时转化率为50%
B.反应开始50s内XO2平均生成速率为0.06mol/(L•s)
C.T1温度下的平衡常数为K1,T2温度下的平衡常数为K2,若T1>T2,则Kl>K2
D.若将恒容改为恒压,其它条件都不变,则平衡时X2O5的转化率和平衡常数都不变
5.(2024河南省新乡市高二上学期1月期末)将一定量纯净的氨基甲酸铵固体置于某恒容密闭容器中,发生反应NH2COONH4(s)2NH3(g)+CO2(g) △H,该反应的平衡常数的负对数(-lgK)随温度(T)变化的曲线如图所示,下列说法错误的是
A.平衡常数:Ka<Kb<Kc
B.该反应的反应物的总键能大于生成物的总键能
C.压强:pa<pb<pc
D.若△H的值不再随时间变化而改变,则该反应达到平衡
6.(2024四川省凉山州西昌市高二上学期期末)下列描述中,一定是化学平衡状态的是
A.恒温恒容下,体系中气体的物质的量保持不变
B.恒温恒容下,体系中气体的颜色保持不变
C.恒温恒容下,体系中气体的压强保持不变
D.恒温恒容下,体系中气体的密度保持不变
7.(2025山西省运城市康杰中学高三上学期一模)向一恒容密闭容器中充入1molCH4和一定量的H2O,发生反应:。CH4的平衡转化率按不同投料比随温度的变化曲线如图所示。下列说法正确的是
A.该反应的正反应放热
B.投料比x:x1>x2
C.b、c两点反应开始时的正反应速率:vb>vc
D.a、c两点的平衡常数:Ka>Kc
8.(2025上海财经大学附属北郊高级中学高三开学考)合成气(CO、H2)合成二甲醚的反应为:。向固定容积的密闭容器中加入一定量CO和H2发生反应。平衡常数的值与温度和压强的关系如表所示:
平衡常数K
压强/MPa
2
5
温度/℃
200
a
300
b
c
400
d
(1)一定条件下,能判断上述反应达到平衡状态的依据是_______。
A.反应物不再转化为生成物 B.气体密度保持不变
C. D.
(2)表中a~d四组数据相对大小关系为 。(用“>”“<”或“=”进行连接)
(3)生产中,欲提高CO平衡转化率,可以采取的措施有_______。
A.减小容器的体积 B.使用高效催化剂
C.增大CO的浓度 D.及时分离二甲醚
(4)据研究,合成气合成二甲醚的反应历程可分为三步。其中第三步为:。写出其余两步的化学方程式。
第一步 。
第二步 。
1.(2024新疆博湖县高级中学高一下学期期中)反应O2(g)+2SO2(g)2SO3(g)△H<0,若在恒容密闭容器中发生,下列选项表明该反应一定已达平衡状态的是
A.容器内气体的密度不再变化 B.容器内气体的反应速率v正(O2)=2v逆(SO2)
C.反应消耗1molO2同时生成2molSO2 D.容器内气体的浓度c(O2):c(SO2):c(SO3)=1:2:2
2.(2024广东省大湾区高二上学期期末普通高中联合考试)2023-2024学年化学试题
反应是工业上制备高纯硅的重要中间过程。一定压强下,起始投入原料、温度与的平衡产率的变化关系如图所示。下列说法正确的是
A.该反应为吸热反应
B.、点的逆反应速率:
C.提高投料比,可提高的平衡转化率
D.温度下,时,的平衡产率为
3.(2024湖南省衡阳市衡阳县高二上学期1月期末)下列装置所示的过程与勒夏特列原理无关的是
A.加入时产生气泡速率加快
B.加入时乙烧瓶中气体颜色加深
C.光照时试管中黄绿色变浅
D.加入铁粉时溶液颜色变浅
A.A B.B C.C D.D
4.(2024贵州省遵义市高二上学期1月期末质量监测)氨基甲酸铵(NH2COONH4)是合成磷化铝的一种中间体,向恒容密闭容器中加一定量的NH2COONH4,发生反应:,下列说法正确的是
A.该反应在任何条件下均可自发进行
B.混合气体的平均摩尔质量保持不变时反应达到平衡
C.加入少量NH2COONH4(s),平衡不移动
D.降温,正反应速率减小,逆反应速率增大,平衡逆向移动
5.(2024贵州省遵义市高二上学期1月期末质量监测)向恒容密闭容器中通入和发生反应:,测得相同时间内的转化率与温度变化的关系如图所示,下列说法正确的是
A.温度升高,反应平衡常数增大
B.增大压强,的转化率增大
C.实际生产时反应温度应控制在之间
D.d点时延长反应时间,的产率增加
6.(2024河南省郑州市高二上学期期末)历史上曾用“地康法”制氯气,相关反应为。某刚性容器中,进料浓度比分别等于1∶1、1∶4、1∶7时,HCl平衡转化率随温度变化的关系如下图。下列说法正确的是
A.平衡常数:K(200℃)<K(300℃)
B.及时分离出(g)可以提高氯化氢的转化率
C.曲线①对应的等于1∶7
D.若HCl的初始浓度为c ,进料浓度比为1∶1时,
7.(2024湖南省衡阳市衡阳县高二上学期1月期末)向三个体积均为的恒容绝热密闭容器中按不同方式投入反应物,起始温度为时发生反应:,测得达到平衡时的有关数据如下表。下列说法错误的是
容器
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
反应物的投入量
平衡时正反应速率
平衡常数
平衡时的物质的量
反应物的转化率
A. B. C. D.
8.(2025辽宁省部分高中高二上学期开学期初联合考试)CO与反应可合成可再生能源甲醇,反应为。回答下列问题。
I.已知:反应①
反应②
(1)则的 (用、表示)。
II.在一个容积可变的密闭容器中充有5molCO和,在催化剂作用下发生反应。CO的平衡转化率()与温度(T)、压强(p)的关系如图所示。
(2)图中压强 (填“>”或“<”,下同)。温度为,压强时,D点反应速率: 。
(3)A、B、C三点平衡常数、、的大小关系为 。
(4)A点的正反应速率 (填“>”或“<”)C点的逆反应速率。
(5)恒温恒压条件下,下列能说明反应达到平衡状态的是 (填标号)。
a.
b.容器内混合气体的密度不再改变
c.CO和的物质的量之比不再改变
d.混合气体的平均相对分子质量不再改变
(6)若达到平衡状态A时,容器的容积为5L,则在平衡状态B时容器的容积为 L。
(7)C点时,若再充入5mol的,保持恒温恒压再次平衡时CO的物质的量分数 (填“增大”“减小”或“不变”)。
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