内容正文:
第八章 化学反应速率与化学平衡
第二节 化学平衡 化学反应的方向
第1课时 化学平衡状态和平衡移动
·考试要求·
1.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,运用化学平衡原理解决实际问题。
2.通过分析、推理等方法认识化学平衡和其特征以及影响因素,建立分析平衡的一般模型。能运用模型灵活解答各类问题。
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一、化学平衡状态
1.可逆反应
正反应
逆反应
同时
小于
⥫⥬
第1课时 化学平衡状态和平衡移动
3
2.化学平衡状态
(1)概念
在一定条件下的可逆反应,正反应和逆反应的速率相等,反应混合物中各组分的_____保持不变的状态。
浓度
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第1课时 化学平衡状态和平衡移动
(2)建立
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:
最大
逐渐减小
逐渐增大
=
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第1课时 化学平衡状态和平衡移动
(3)化学平衡的特点
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第1课时 化学平衡状态和平衡移动
二、化学平衡移动
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
(1)v正>v逆:平衡向____________移动。
(2)v正=v逆:反应达到平衡状态,平衡不移动。
(3)v正<v逆:平衡向____________移动。
正反应方向
逆反应方向
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第1课时 化学平衡状态和平衡移动
3.影响化学平衡的因素
(1)若其他条件不变,改变下列条件对化学平衡的影响如下:
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_______方向移动
减小反应物浓度或增大生成物浓度 向_______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_____的方向移动
减小压强 向气体分子总数_____的方向移动
反应前后气体体积不变 改变压强 平衡___移动
温度 升高温度 向_____反应方向移动
降低温度 向_____反应方向移动
催化剂 同等程度改变v正、v逆,平衡不移动
正反应
逆反应
减小
增大
不
吸热
放热
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第1课时 化学平衡状态和平衡移动
(2)勒夏特列原理
如果改变影响平衡的一个因素(如温度、压强及参加反应的物质的浓度),平衡就向着能够_____________的方向移动。
4.影响化学平衡的几种特殊情况
(1)改变固体或纯液体的量,对化学平衡没影响。
(2)稀有气体对化学平衡的影响
①恒温、恒容条件:
原平衡体系体系总压强增大→体系中各组分的浓度不变→平衡不移动。
减弱这种改变
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第1课时 化学平衡状态和平衡移动
②恒温、恒压条件:
(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。
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第1课时 化学平衡状态和平衡移动
(1)对于2SO2+O2⥫⥬2SO3 ΔH<0的反应,当SO2和SO3的浓度相等时,反应达到化学平衡状态。 ( )
× 解析:化学平衡的标志是各物质的浓度保持不变,正、逆反应速率相等。当SO2和SO3的浓度相等时,不能说明达到化学平衡状态。
(2)平衡正向移动时,反应物的转化率一定提高。 ( )
× 解析:若反应物有两种aA(g)+bB(g)⥫⥬cC(g),只增加反应物A的量,平衡向正反应方向移动,反应物B的转化率增大,但A的转化率减小。
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第1课时 化学平衡状态和平衡移动
(3)平衡发生移动时,若正反应进行的程度增大,正反应速率一定比原平衡正反应速率大。 ( )
× 解析:正反应进行的程度增大,只能说明平衡向正反应方向移动,即v(正)>v(逆),而正反应速率可能比原平衡大,也可能比原平衡小(如减小生成物的浓度)。
(4)在其他条件不变时,增大压强一定会破坏气体反应的平衡状态。 ( )
× 解析:在其他条件不变时,压强只对有气体参加的且反应前后气体体积发生改变的反应有影响。
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第1课时 化学平衡状态和平衡移动
(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。 ( )
× 解析:KCl没有参与离子反应,加入适量KCl固体,平衡不移动。
(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。 ( )
× 解析:压缩体积,增大压强,平衡正向移动,达到新平衡时c(NO2)比原平衡大,混合气体的颜色变深。
(7)只要v正增大,平衡一定正向移动。 ( )
× 解析:若正、逆反应速率增大相同的倍数,平衡不移动。
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第1课时 化学平衡状态和平衡移动
不能作为化学平衡状态“标志”的几种情况
(1)反应组分的物质的量(或速率)之比等于化学方程式中相应物质的化学计量数之比。
(2)反应物与生成物的浓度相等,如2SO3(g)⥫⥬2SO2(g)+O2(g),c(SO2)=c(SO3)。
(3)全是气体参加的反应,恒容条件下体系的密度保持不变。
(4)全是气体参加的气体体积不变的反应,体系的平均相对分子质量不再随时间而变化。
(5)恒温恒容下气体体积不变的反应,体系的压强或总物质的量不再随时间而变化。
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第1课时 化学平衡状态和平衡移动
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化学平衡状态的判定
考向1| 化学平衡状态的特征
1.已知:K3[Fe(CN)6]溶液是检验Fe2+的试剂,若溶液中存在Fe2+,将产生蓝色沉淀。将0.2 mol·L-1的KI溶液和0.05 mol·L-1的Fe2(SO4)3溶液等体积混合后,取混合液分别完成下列实验,能说明下列溶液中存在化学平衡“2Fe3++
2I-⥫⥬2Fe2++I2”的是( )
第1课时 化学平衡状态和平衡移动
A 解析:0.2 mol·L-1的KI溶液和0.05 mol·L-1的Fe2(SO4)3溶液等体积混合后,I-过量,若不是可逆反应,Fe3+全部转化为Fe2+,则溶液中无Fe3+,只要证明有Fe3+存在,即可证明此反应是可逆反应。向混合溶液中滴入KSCN溶液,溶液变红,说明含有Fe3+,A正确。
编号 实验操作 实验现象
A 滴入KSCN溶液 溶液变红色
B 滴入AgNO3溶液 有黄色沉淀生成
C 滴入K3[Fe(CN)6]溶液 有蓝色沉淀生成
D 滴入淀粉溶液 溶液变蓝色
√
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第1课时 化学平衡状态和平衡移动
2.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 mol·L-1、0.3 mol·L-1、0.2 mol·L-1,在一定条件下,当反应达到平衡时,各物质的浓度有可能是( )
A.Z为0.3 mol·L-1 B.Y2为0.4 mol·L-1
C.X2为0.2 mol·L-1 D.Z为0.4 mol·L-1
A 解析:假设 0.1 mol·L-1 X2(g)和Y2(g)反应全部转化为Z(g),生成的Z最大浓度为0.4 mol·L-1,因是可逆反应,所以达到平衡时c(Z)<0.4 mol·L-1,同理可求出,0<c(X2)<0.2 mol·L-1,0.2 mol·L-1<c(Y2)<0.4 mol·L-1,故A正确。
√
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第1课时 化学平衡状态和平衡移动
方法规律
运用极端假设法确定各物质的浓度范围
可逆反应中各物质浓度范围可根据极端假设法判断,假设反应正向或逆向进行到底,求出各物质浓度的最大值和最小值,从而确定它们的浓度范围。
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第1课时 化学平衡状态和平衡移动
考向2| 化学平衡状态的判定
3.将固体NH4I置于恒容密闭容器中,在一定温度下只发生下列反应:NH4I(s)⥫⥬NH3(g)+HI(g)。下列能表示反应达到平衡的是( )
A.NH3的体积分数保持不变
B.气体平均相对分子质量保持不变
C.容器内压强保持不变
D.NH3与HI的物质的量之比为1∶1
√
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第1课时 化学平衡状态和平衡移动
C 解析:该反应初始时只有固体NH4I作反应物,随着反应的进行,生成的NH3和HI的物质的量之比始终为1∶1,则无论是否达到平衡,NH3的体积分数始终不变,A错误;该反应中生成的NH3和HI的物质的量之比始终为1∶1,则无论是否达到平衡,气体平均相对分子质量始终不变,B、D错误;该反应在恒容密闭容器中进行且为气体体积增大的反应,随着反应进行,容器内的压强逐渐增大,容器内压强保持不变说明反应达到平衡,C正确。
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第1课时 化学平衡状态和平衡移动
4.下列反应中的各量,能说明该反应达到平衡状态判断的是( )
A.反应(aq)+I2(aq)+(aq)+2I-(aq)+
不再变化时
B.2SO2(g)+O2(g)⥫⥬2SO3(g),该反应的ΔH不变时
C.反应2NO(g)+2CO(g)⥫⥬N2(g)+2CO2(g),当v(NO)=v(CO2)时
D.将SiO2(s)和HF(g)放在体积不变的密闭容器中发生反应SiO2(s)+4HF(g)⥫⥬SiF4(g)+2H2O(g),SiF4(g)和H2O(g)的体积比保持不变时
√
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第1课时 化学平衡状态和平衡移动
A 解析:达到平衡时各物质的浓度保持不变,即不再变化,A正确;只要参加反应物质的物质的量一定,不论化学反应是否达到平衡状态,给定反应的ΔH永不变,B错误;反应必须是向两个方向进行,且符合反应速率之比等于物质的化学计量数之比,才标志反应达到平衡,C错误;因SiO2(s)和HF(g)放在体积不变的密闭容器中发生反应,而SiF4(g)和H2O(g)都是生成物,在任何情况下二者的体积比总是满足1∶2,D错误。
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第1课时 化学平衡状态和平衡移动
5.在某恒压密闭容器中充入1 mol CO和2 mol H2,发生反应:CO(g)+2H2(g)⥫⥬CH3OH(g)。下列说法能够判断该反应一定处于平衡状态的是( )
A.单位时间内生成1 mol CH3OH的同时消耗2 mol H2
B.容器中CO与H2的分压之比恒定不变
C.容器中CO与CH3OH的物质的量之比为1∶1
D.容器中混合气体的密度不随时间变化
√
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第1课时 化学平衡状态和平衡移动
D 解析:单位时间内生成1 mol CH3OH的同时消耗2 mol H2,反应进行的方向相同,不一定达平衡状态,A错误;反应前,容器中充入1 mol CO和2 mol H2,其物质的量之比等于化学计量数之比,不管反应进行到何种程度,CO与H2的物质的量之比等于分压之比,始终为1∶2,B错误;容器中CO与CH3OH的物质的量之比为1∶1,可能是反应进行过程中的某个阶段,不一定是平衡状态,C错误;反应在恒压条件下进行,反应前后气体的分子数不等,则反应过程中气体的体积在不断发生改变,而混合气体的总质量不变,所以平衡前混合气体的密度不断发生改变,当气体的密度不随时间变化时,反应达平衡状态,D正确。
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第1课时 化学平衡状态和平衡移动
方法规律
判断化学平衡状态的方法——“正逆相等,变量不变”
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第1课时 化学平衡状态和平衡移动
化学平衡移动的综合分析
考向1| 外界条件对化学平衡移动的影响
1.以[Cu(H2O)4]2+(蓝)+4Cl-⥫⥬[CuCl4]2-(黄)+4H2O ΔH>0为例,探究影响平衡移动的因素。取相同浓度的CuCl2溶液,分别进行下列实验,对实验现象的分析不正确的是( )
A.观察溶液为绿色,是因[Cu(H2O)4]2+和[CuCl4]2-同时存在
B.升高温度,溶液变为黄绿色,说明平衡右移,[CuCl4]2-的浓度增大
C.加几滴AgNO3溶液,静置,上层清液为蓝色,说明平衡左移,[CuCl4]2-的浓度减小
D.加少量锌片,静置,上层清液为浅黄绿色,则平衡右移,[CuCl4]2-的浓度增大
√
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第1课时 化学平衡状态和平衡移动
D 解析:[Cu(H2O)4]2+呈蓝色,[CuCl4]2-呈黄色,由黄色和蓝色混合可得绿色,观察溶液为绿色是因为[Cu(H2O)4]2+和[CuCl4]2-同时存在,A正确;题给反应是一个吸热反应,升高温度,平衡右移,[CuCl4]2-的浓度增大,溶液变为黄绿色,B正确;加几滴AgNO3溶液,Cl-与Ag+反应,即Ag++Cl-=== AgCl↓,Cl-浓度减小,平衡左移,[CuCl4]2-的浓度减小,上层清液为蓝色,C正确;在CuCl2溶液中加入少量锌片,会发生锌置换出铜的反应,即Cu2++Zn===Zn2++Cu,Cu2+浓度减小,则[Cu(H2O)4]2+、[CuCl4]2-浓度均减小,上层清液为浅黄绿色,D错误。
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第1课时 化学平衡状态和平衡移动
2.氨基甲酸铵(H2NCOONH4)能用作磷化铝中间体,也能用于医药。在T ℃时,将足量的H2NCOONH4固体置于真空恒容容器中,发生如下反应:H2NCOONH4(s)⥫⥬2NH3(g)+CO2(g),经t min达到平衡状态,平衡时体系总浓度为c0 mol·L-1。下列说法正确的是( )
A.当混合气体平均摩尔质量不变时,说明反应达到平衡状态
B.向平衡体系中加入适量H2NCOONH4,c(CO2)增大
C.0~t min内,平均反应速率v(H2NCOONH4)为 mol·L-1·min-1
D.向平衡体系中充入适量的CO2,逆反应速率增大
√
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第1课时 化学平衡状态和平衡移动
D 解析:由于反应物只有一种固体,故气体中NH3、CO2的物质的量之比恒等于2∶1,则混合气体的平均摩尔质量始终不变,A错误;向平衡体系中加入适量H2NCOONH4,平衡不移动,c(CO2)不变,B错误;H2NCOONH4为固体,不能用其浓度表示速率,C错误;向平衡体系中充入适量的CO2,生成物浓度增大,逆反应速率增大,D正确。
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第1课时 化学平衡状态和平衡移动
方法规律
解答化学平衡移动类题目的一般思路
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第1课时 化学平衡状态和平衡移动
考向2| 化学平衡图像分析
3.已知在一恒容密闭容器中,加入一定量的R(g)和足量的W(s),发生反应W(s)+2R(g)⥫⥬M(g)+Q(g),平衡状态时M(g)的物质的量浓度与温度T的关系如图所示。下列说法正确的是( )
A.该反应的ΔH<0
B.混合气体的密度:状态a<状态b<状态c
C.向c点体系中再充入一定量的R(g),W的质量不变
D.若该反应在T1℃、T2℃时的平衡压强分别为pa、pb,则pa>pb
√
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第1课时 化学平衡状态和平衡移动
A 解析:由图可知,升高温度,生成物M的平衡浓度减小,说明平衡向逆反应方向移动,该反应为放热反应,反应的ΔH<0,A正确;该反应是气体质量增大的放热反应,升高温度,平衡向逆反应方向移动,气体的质量减小,恒容密闭容器中气体的密度减小,则混合气体的密度大小顺序为状态a>状态b>状态c,B错误;充入R(g),R(g)的浓度增大,平衡向正反应方向移动,W的质量减小,C错误;该反应是气体体积不变的反应,容器的温度越高,气体的压强越大,反应温度T1小于T2,则压强pa小于pb,D错误。
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第1课时 化学平衡状态和平衡移动
4.(2024·临沂模拟)已知反应:2CH3COCH3(l) CH3COCH2
COH(CH3)2(l)。取等量CH3COCH3,分别在0 ℃和20 ℃下发生反应,测得CH3COCH3的转化率随时间变化的关系曲线(αt曲线)如图所示。下列说法错误的是( )
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第1课时 化学平衡状态和平衡移动
A.曲线a代表0 ℃下CH3COCH3的αt曲线
B.0~20 min内,CH3COCH3的平均反应速率<1
C.升高温度,可缩短反应达到平衡的时间,并能增大CH3COCH3的平衡转化率
D.从α=0到α=0.113,CH3COCH2COH(CH3)2的产量=1
√
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第1课时 化学平衡状态和平衡移动
C 解析:其他条件相同时,温度越高,反应速率越大,到达平衡的时间越短,由图像可看出曲线b首先到达平衡,所以曲线b代表20 ℃下CH3COCH3的α-t曲线,曲线a代表0 ℃下CH3COCH3的αt曲线,A正确;当反应进行到20 min时,从图像中可以看出曲线b对应的CH3COCH3转化率高于曲线a对应的转化率,说明 0~20 min内曲线b对应的平均反应速率较大,所以<1,B正确;由图像可知,温度越高,CH3COCH3的平衡转化率越低,则升高温度,可缩短反应达到平衡的时间,CH3COCH3的平衡转化率减小,C错误;根据图像可以看出,当反应进行到66 min时,曲线a、b对应的转化率相同,都是0.113,所以从α=0到α=0.113,CH3COCH2COH(CH3)2的产量=1,D正确。
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第1课时 化学平衡状态和平衡移动
5.CO2催化加氢制甲醇中发生的反应有:
①CO2(g)+3H2(g)⥫⥬CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1
②CO2(g)+H2(g)⥫⥬CO(g)+H2O(g) ΔH2>0
在恒温密闭容器中,维持压强和投料不变,将CO2和H2按一定流速通过反应器,相同时间后,CO2转化率和CH3OH选择性[x(CH3OH)=×
100%]随温度变化的关系如图所示。下列说法正确的是( )
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第1课时 化学平衡状态和平衡移动
A.某温度下,若是发生①反应,保持CO2和H2的投料比和压强不变,增大CO2和H2的通入量,平衡时CH3OH的体积分数增大
B.其他条件不变,若反应②的生成物为CO(g)和H2O(l),则ΔH2将变大
C.由图像可知,ΔH1一定小于0
D.236 ℃后的曲线变化趋势可能是由于反应①中催化剂失去活性而造成的
√
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第1课时 化学平衡状态和平衡移动
D 解析:维持体系温度和压强不变,当投料比不变的情况下,增大CO2和H2的通入量等同于等效平衡,对CH3OH 的平衡体积分数无影响,A错误;若反应②生成物变为CO(g)和H2O(l),H2O(g)→H2O(l)放热,该反应是吸热反应,反应热ΔH2会变小,B错误;从图像信息中,无法得出反应①的反应热大小情况,C错误;236 ℃后,CO2转化率、CH3OH选择性下降,可能是由于反应①中催化剂随温度升高失去活性,导致反应①的反应速率减小,在相同时间内,CO2转化率和CH3OH选择性都下降,D正确。
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第1课时 化学平衡状态和平衡移动
方法规律
(1)平衡转化率的定性分析
对于反应aA(g)+bB(g)⥫⥬cC(g)+dD(g)。
①增加反应物的量对转化率的影响(恒温恒容)
a.若增加A的量,则α(A)减小,α(B)增大。
b.若成比例增加A、B的量,平衡正向移动,但转化率出现以下三种变化(a、b其一可为0)。
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第1课时 化学平衡状态和平衡移动
②若将相同量的物质充入以下四容器(起始V相同),则转化率的比较如下:
a.无论a+b>c+d,还是a+b<c+d,转化率:乙>甲。
b.无论ΔH>0,还是ΔH<0,转化率:丙>丁。
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(2)“虚拟路径法”理解转化率
对于反应aA(g)+bB(g)⥫⥬cC(g)+dD(g):
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