2.2 化学平衡-【新课程能力培养】2024-2025学年高中化学选择性必修1学习手册（人教版）

学 第二章 化学反应速率与化学平衡 学 习 目 标 1. 认识化学平衡状态， 知道化学平衡常数的 含义， 会计算， 会应用。 2. 通过实验探究， 理解化学平衡状态的影响 因素， 进一步构建 “化学反应是有条件 的” 这一学科观念。 3. 理解勒夏特列原理， 能依据原理分析平 衡移动的方向， 体会理论对实践的指导 作用。 知 识 梳 理 一、 化学平衡状态 知识点 1 对可逆反应的理解 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 ） 表示方法： 采用 “ ” 连接， 把从左向 右进行的反应称为正反应， 把从右向左 进行的反应称为逆反应。 （ 3 ） 特征 ① 双向性： 可逆反应分为方向相反的两个反 应， 即正反应和逆反应。 ② 两同： 正、 逆反应在相同条件下是同时进 行的。 ③ 共存性： 反应物和生成物共存于同一体系 中， 反应物的转化率小于 100% ， 即可逆 反应在一定条件下不能进行到底。 ④ 能量转化类型相反： 若正反应放热， 则逆 反应吸热。 ⑤ 若条件不同， 虽然反应既能向正反应方向 进行也能向逆反应方向进行， 但不能称为 可逆反应。 （ 4 ） 实例 ①N 2 ＋3H 2 催化剂 高温、 高压 2NH 3 ②2SO 2 ＋O 2 催化剂 △ 2SO 3 ③Cl 2 ＋H 2 O HCl＋HClO 2. 不可逆反应 有些反应的逆反应进行程度太小因而忽 略， 把这类几乎进行完全的反应叫不可逆反 应， 用 “ ” 连接。 知识点 2 对化学平衡状态的理解 1. 化学平衡状态的建立 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： 第二节 化学平衡 温馨提示 （ 1 ） 无论一种物质投入量有多大， 其他 反应物都不能完全反应。 （ 2 ） 可逆反应的判断遵循 “两同” 原则， 即同一条件下、 同时发生， 则二次 电池的充、 放电反应不是可逆反应。 温馨提示 可逆是绝对的， 不可逆是相对的。 29 学 高中化学选择性必修 1 （人教版） （ 1 ） 反应开始时， 反应物浓度最大， v （正） 最大； 生成物浓度为 0 ， v （逆）为 0 。 （ 2 ） 反应过程中： 反应物浓度逐渐减小 → v （正）逐渐变小； 生成物浓度由 0 逐渐 增大 →v （逆）从 0 开始逐渐增大。 （ 3 ） 反应到某一时刻， 必然出现 v （正） ＝v （逆）， 反应混合物中各组分的浓度不再发生变 化的状态， 此时， 我们称之为化学平衡 状态。 以上过程可用下图表示： 2. 化学平衡状态的含义 （ 1 ） 概念： 在一定条件下的可逆体系里， 当 正、 逆反应速率相等时， 反应物和生成 物的浓度均保持不变， 即体系的组成不 随时间而改变， 反应中物质的转化达到 了 “限度”， 这种状态称之为化学平衡 状态。 （ 2 ） 适用范围： 可逆反应。 （ 3 ） 内在本质： v （正） ＝v （逆）， 但不为 0 。 （ 4 ） 外在标志： 反应体系中所有参加反应的 物质的物质的量或浓度保持恒定。 3. 化学平衡状态的特征 二、 化学平衡常数 知识点 3 对化学平衡常数含义的理解 1. 定义 在一定温度下， 当一个可逆反应达到化 学平衡时， 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， 这个常数就是该 反应的化学平衡常数 （简称平衡常数）， 用 符号 K 表示。 2. 表达式 对于可逆反应： mA （ g ） +nB （ g ） pC （ g ） +qD （ g ） K= c p （ C ）· c q （ D ） c m （ A ）· c n （ B ） 3. 意义 化学平衡常数的大小反映了一个化学反 应可能进行的程度 （即反应限度）。 v O t v （正） v （逆） v （正） =v （逆） 化学平衡 温馨提示 以上是从反应物开始建立的平衡图 像， 还可以从生成物开始建立平衡， 当然 也可以既加反应物又加生成物， 从中间状 态建立平衡。 平衡的建立只与反应的条件 有关， 与建立的途径无关。 温馨提示 （ 1 ） 任何化学平衡状态均是暂时的、 相 对的、 有条件的。 （ 2 ） 达到平衡时， 各组分的含量保持不 变。 各组分包括物质的量、 物质的 量浓度、 质量分数、 体积分数等。 研究对象必须是可逆反应。逆 化学平衡是动态平衡， 即当反应达到 平衡时， 正反应和逆反应都仍在继续 进行。 动 正反应速率和逆反应速率相等， 即同 一物质的消耗速率和生成速率相等。 等 在平衡体系中 ， 各组分的含量保持 不变。 定 改变影响平衡的条件 ， 平衡会发生 移动， 达到新的平衡。 变 30 学 第二章 化学反应速率与化学平衡 4. 特点 （ 1 ） K 只受温度影响， 与反应物或生成物的 浓度无关。 只要温度不变， 不管反应物 的起始浓度如何变化， 平衡如何移动， K 均不变。 （ 2 ） 反应物或生成物中有固体或纯液体存在 时， 由于其浓度可看作 “ 1 ” 而不代入 表达式。 （ 3 ） K 值与化学方程式的书写有关。 ① 若反应方向改变， 则平衡常数改变。 ② 若化学方程式中各物质的化学计量数等倍 扩大或缩小， 尽管是同一反应， 平衡常数 也会改变。 如： N 2 ＋3H 2 2NH 3 ， K＝ c 2 （ NH 3 ） c （ N 2 ）· c 3 （ H 2 ） 2NH 3 N 2 ＋3H 2 ， K′＝ c （ N 2 ）· c 3 （ H 2 ） c 2 （ NH 3 ） ＝ 1 K 1 2 N 2 ＋ 3 2 H 2 NH 3 ， K″＝ c （ NH 3 ） c 1 2 （ N 2 ）· c 3 2 （ H 2 ） ＝ K 1 2 5. 平衡常数的单位 单位可统一表示为 ［ mol · L -1 ］ 生成物系数和 - 反应物系数和 ， 固体或纯液体不计算在内。 差值若为 0 ， 则 单位为 “ 1 ” 即可省略； 其他情况按数学方 法进行适当处理， 如： 若差值为 2 ， 则写为 mol 2 · L -2 ， 若差值为 -2 ， 则写为 L 2 · mol -2 。 6. 化学平衡常数的应用 （ 1 ） 判断反应进行的程度 K 值越大， 说明平衡体系中生成物所占 的比例越大， 正向反应进行的程度越大， 即 该反应进行得越完全， 反应物的转化率越 大； 反之， 反应进行得越不完全， 反应物的 转化率就越小。 一般地说， 当 K>10 5 时， 该 反应进行得就基本完全了， 这样的反应一般 认为是不可逆反应。 （ 2 ） 判断平衡移动方向 对于可逆反应： mA （ g ） +nB （ g ） pC （ g ） +qD （ g ）， 在一定温度下的任意时刻， 反应物 的浓度和生成物的浓度有如下关系： Q c （浓度熵） ＝ c p （ C ）· c q （ D ） c m （ A ）· c n （ B ） 。 则： 当 Q c ＝K 时， 反应达平衡状态， v 正 =v 逆 ； 当 Q c <K 时， 反应向正反应方向进行， 温馨提示 （ 1 ） 化学平衡常数表达式中各物质的浓 度必须是平衡状态下的浓度， 不能 用任一时刻的浓度值， 指数为该物 质的化学计量数。 （ 2 ） 化学平衡常数通常可以用浓度平衡 常数 （ K c ） 和压强平衡常数 （ K p ） 来 表示， 以上介绍的知识点均是浓度 平衡常数的表达。 下面介绍一下压 强平衡常数的表达。 对于一般的可逆反应： mA （ g ） +nB （ g ） pC （ g ） +qD （ g ）， 当 在一定温度下达到平衡时， 其压强平衡 常数 K p 可表示为 K p = p p （ C ） p q （ D ） p m （ A ） p n （ B ） 。 其中 p （ C ）、 p （ D ）、 p （ A ）、 p （ B ） 表 示生成物和反应物的分压。 平衡分压也 可以这样计算 ， 分压 = 总压 × 物质的量 分数。 p 平 总 =p A +p B +p C +p D ； p （ A ） p （ B ） = n （ A ） n （ B ） = c （ A ） c （ B ） 31 学 高中化学选择性必修 1 （人教版） v 正 >v 逆 ； 当 Q c >K 时， 反应向逆反应方向进行， v 正 <v 逆 。 （ 3 ） 判断反应的热效应 若升温 （降温） 时， Ｋ 值增大 （减小）， 则正反应为吸热反应； 若升温 （降温） 时， Ｋ 值减小 （增大）， 则正反应为放热反应。 知识点 4 化学平衡常数与转化率 某指定反应物的转化率为 Δn n 始 ×100%＝ Δc c 始 ×100% 。 三、 影响化学平衡的外界因素 知识点 5 影响化学平衡的外界因素 1. 浓度对化学平衡的影响 （ 1 ） 实验探究 实验 1 实验 2 （ 2 ） 浓度对化学平衡的影响规律 温馨提示 平衡转化率与平衡常数均能表示化学 反应进行的程度， 但平衡常数不直观， 转 化率能更直观地表示化学反应进行的程度。 原理 Cr 2 O 2- 7 ＋H 2 O 2CrO 2- 4 ＋2H ＋ （橙色） （黄色） 实验 步骤 实验 现象 橙黄色变为橙色 橙黄色变为黄色 结论 c （ H ＋ ） 增大， 平衡向 逆反应方向移动 NaOH 溶液使 c （ H ＋ ） 变小， 平衡向正反应 方向移动 浓硫酸 0.1 mol · L -1 K 2 Cr 2 O 7 溶液 0.1 mol · L -1 K 2 Cr 2 O 7 溶液 6 mol · L -1 NaOH 溶液 原理 Fe 3＋ ＋3SCN － Fe （ SCN ） 3 （红色） 实验 （ 1 ） 步骤 现象 溶液颜色变深 溶液颜色变深 实验 （ 2 ） 步骤 向试管 ① 中滴加 0.01 mol · L －1 NaOH 溶液 向试管 ② 中滴加 0.01 mol · L －1 NaOH 溶液 现象 溶液颜色变浅 溶液颜色变浅 结论 对可逆反应 Fe 3＋ ＋3SCN － Fe （ SCN ） 3 ， 分 别增大 c （ Fe 3＋ ） 和 c （ SCN － ） 后， Fe （ SCN ） 3 的浓度均增大， 即化学平衡均向正反应 方 向 移 动 ； 滴 加 NaOH 溶 液 ， 由 于 3OH － ＋Fe 3＋ Fe （ OH ） 3 ↓ ， 减小了 Fe 3＋ 的 浓度， Fe （ SCN ） 3 的浓度也减小， 即化学 平衡向逆反应方向移动 饱和 FeCl 3 溶液 5 mL 0.005 mol · L -1 FeCl 3 溶液 1 mol · L -1 KSCN 溶液 5 mL 0.01 mol · L -1 KSCN 溶液 ②① 化学 平衡 aA+bB cC+dD （ A 、 B 、 C 、 D 均不是固体和纯液体） 浓度的 变化 增大反应 物浓度 减小反应 物浓度 增大生成 物浓度 减小生成 物浓度 反应速 率变化 v 正 先 增 大， v 逆 后 增大 v 正 先 减 小， v 逆 后 减小 v 逆 先 增 大， v 正 后 增大 v 逆 先 减 小， v 正 后 减小 平衡移 动方向 正反应 方向 逆反应 方向 逆反应 方向 正反应 方向 v-t 图像 规律 总结 在其他条件不变的情况下， 增大反应物的 浓度或减小生成物的浓度， 都可以使平衡 向正反应方向移动； 增大生成物的浓度或 减小反应物的浓度， 都可以使平衡向逆反 应方向移动 v O tt 1 v O tt 1 v′ 正 v 正 v 逆 v′ 逆 v O tt 1 v 正 v′ 正 v 逆 v′ 逆 v O tt 1 v′ 正 v 正 v 逆 v′ 逆 v 正 v′ 正 v 逆 v′ 逆 32 学 第二章 化学反应速率与化学平衡 2. 压强对化学平衡的影响 图示表示 温馨提示 （ 1 ） 改变固体或者纯液体的量， 速率不 改变， 平衡不移动。 （ 2 ） 工业生产上适当增大廉价的反应物的 浓度， 使化学平衡向正反应方向移 动， 可提高价格较高原料的转化率， 以降低生产成本。 （ 3 ） 在溶液中进行的反应， 如果稀释溶 液， 反应物浓度减小， 生成物浓度 也减小， 但减小的程度不同， 总的 结果是化学平衡向反应方程式中化 学计量数增大的方向移动。 （ 4 ） 平衡后增大反应物浓度， 正反应速 率突然增大， 然后逐渐减小直至达 到新的平衡状态， 新平衡状态时正 反应速率比原平衡状态时大； 逆反 应速率瞬间不变， 随后逐渐增大直 至达到新平衡状态， 新平衡状态时 逆反应速率比原平衡状态时大， 整 个过程平衡向正反应方向移动。 减 小反应物浓度或改变生成物浓度分 析过程类似， 图像中有生动的体现。 化学 平衡 aA （ g ） +bB （ g ） cC （ g ） +dD （ g ） a+b>c+d aA （ g ） +bB （ g ） cC （ g ） +dD （ g ） a+b<c+d aA （ g ） +bB （ g ） cC （ g ） +dD （ g ） a+b=c+d 体系 压强 的变 化 增大 压强 减小 压强 增大 压强 减小 压强 增大 压强 减小 压强 反应 速率 的变 化 v 正 、 v 逆 同 时 增大 ， 且 v′ 正 >v′ 逆 v 正 、 v 逆 同 时 减小 ， 且 v′ 逆 >v′ 正 v 正 、 v 逆 同 时 增大 ， 且 v′ 逆 >v′ 正 v 正 、 v 逆 同 时 减小 ， 且 v′ 正 >v′ 逆 v 正 、 v 逆 同 时 增大 ， 且 v′ 正 =v′ 逆 v 正 、 v 逆 同 时 减小 ， 且 v′ 正 =v′ 逆 平衡 移动 方向 正反 应方 向 逆反 应方 向 逆反 应方 向 正反 应方 向 不移 动 不移 动 v-t 图像 规律 总结 在其他条件不变的情况下， 增大压强， 平衡 向气态物质分子数减小的反应方向移动； 减 小压强， 平衡向气态物质分子数增大的反应 方向移动； 反应物与生成物的气体分子数相 等时， 改变压强平衡不移动 v 正 v O tt 1 v 逆 v′ 正 v′ 逆 v O tt 1 v 正 v 逆 v′ 逆 v′ 正 v 正 v O tt 1 v 逆 v′ 逆 v′ 正 v 正 v 逆 v O t t 1 v′ 正 =v′ 逆 v 正 v 逆 v O t t 1 v′ 正 =v′ 逆 v O tt 1 v 正 v 逆 v′ 正 v′ 逆 改 变 压 强 引 起 浓 度 改 变 引 起 反 应 速 率 改 变 反应前后 气态物质 分子数不 相等 ： v′ 正 ≠v′ 逆 反应前后 气态物质 分子数相 等 ： v′ 正 = v′ 逆 平衡 不移 动 平衡 移动 温馨提示 （ 1 ） 压强对化学平衡的影响， 实质上是对 浓度的影响， 只有当体系压强改变引 起浓度改变时， 平衡才能移动。 （ 2 ） 压强的研究对象是气体， 对于有气 体参加或生成的反应， 改变压强才 能影响平衡。 （ 3 ） 在容积不变的密闭容器中， 气体反 应已达到平衡， 若向该容器中充入 与反应体系无关的气体， 化学平衡 不移动， 原因是气态反应物、 生成 物的浓度未改变。 （ 4 ） 在容积可变的恒压容器中， 充入与 反应体系无关的气体， 此时虽然总 33 学 高中化学选择性必修 1 （人教版） 3. 温度对化学平衡的影响 （ 1 ） 实验探究 （ 2 ） 温度对化学平衡的影响规律 4. 催化剂与化学平衡 催化剂能同等程度地改 变 （一般为增大） 正、 逆反 应速率， 对化学平衡移动无 影响， 但能缩短反应达到平 衡所需要的时间。 化学平衡 体系温度 的变化 升高 温度 降低 温度 降低 温度 升高 温度 aA+bB cC+dD ΔH>0 aA+bB cC+dD ΔH<0 反应速率 的变化 v 正 、 v 逆 同 时 增 大 ， 且 v′ 正 >v′ 逆 v 正 、 v 逆 同 时 减 小 ， 且 v′ 正 <v′ 逆 v 正 、 v 逆 同 时 减 小 ， 且 v′ 正 >v′ 逆 v 正 、 v 逆 同 时 增 大 ， 且 v′ 正 <v′ 逆 平衡移动 的方向 正反应 方向 逆反应 方向 正反应 方向 逆反应 方向 v-t 图像 规律总结 在其他条件不变的情况下， 升高温度， 平衡向吸热反应方向移动； 降低温度， 平衡向放热反应方向移动 压强不变， 但各气态物质的浓度减 小 （相当于减压）， 平衡向气体体积 增大的方向移动。 （ 5 ） 反应物有两种或两种以上时， 增加 某一种物质的量， 该物质本身的转 化率减小， 其他反应物的转化率增 大。 若反应物只有一种， 如 2Z （ g ） 2X （ g ） ＋Y （ g ）， 恒容时增加 Z 的 物质的量 ， 反应向正反应方向进 行， 但 Z 的转化率减小； 恒压时增 加 Z 的物质的量 ， 反应向正反应 方向进行， 但 Z 的转化率不变。 即 反应物只有一种时， 改变该种物质 的量分析转化率时 ， 压强起主导 作用。 原理 2NO 2 （ g ） N 2 O 4 （ g ） ΔH＝－56.9 kJ/mol 红棕色 无色 实验步骤 实验现象 混合气体在热水中颜色加深， 在冰水中 颜色变浅 实验结论 混合气体受热颜色加深， 说明 NO 2 浓度增 大， 即平衡向逆反应方向移动； 混合气体 被冷却时颜色变浅， 说明 NO 2 浓度减小， 即平衡向正反应方向移动 常温 NO 2 与 N 2 O 4 的混合气体 冰水热水 温馨提示 对同一化学反应， 若正反应为吸热 反应 ， 升高温度 ， v 正 、 v 逆 都增大 ， 但 v 正 增大的倍数更大， 即 v′ 正 >v′ 逆 ， 平衡向 吸热反应方向移动。 反之， 降低温度 ， v 正 、 v 逆 都减小， 但 v 正 减小的倍数更大， 即 v′ 正 <v′ 逆 ， 平衡向放热反应方向移动。 v O t 0 t v 正 v 逆 v O t t 1 v 正 v 逆 v′ 逆 v′ 正 v O t t 1 v 正 v 逆 v′ 正 v′ 逆 v 正 v O t t 1 v 逆 v′ 正 v′ 逆 v O t v′ 正 v′ 逆 v 正 t 1 v 逆 34 学 第二章 化学反应速率与化学平衡 知识点 6 对化学平衡移动含义的理解 1. 概念： 在一定条件下， 可逆反应达到化学 平衡状态， 如果改变影响平衡的条件 （如 浓度、 温度、 压强等）， 化学平衡状态就 会被破坏 （正、 逆反应速率不再相等）， 一段时间后， 又会出现正、 逆反应速率再 次相等， 达到新的平衡。 这个由原有的平 衡状态达到新的平衡状态的过程叫做化学 平衡的移动， 简称平衡移动。 2. 图示表示 3. 化学平衡移动的根本原因： 条件改变， v 正 ≠v 逆 。 4. 化学平衡移动的方向判断 （ 1 ） v 正 >v 逆 ： 平衡向正反应方向移动。 （ 2 ） v 正 =v 逆 ： 反应达到平衡状态， 不发生平 衡移动。 （ 3 ） v 正 <v 逆 ： 平衡向逆反应方向移动。 知识点 7 勒夏特列原理 （也称化学平衡 移动原理） 1. 内容： 如果改变影响平衡的条件之一 （如 浓度、 压强、 温度等）， 平衡将向着能够 减弱这种改变的方向移动。 2. 对勒夏特列原理中 “减弱” 的正确理解 （ 1 ） 在已达平衡的可逆反应中， 其他条件 不变， 若增大某物质的浓度 ， 则平衡 向减弱该物质的浓度的方向移动， 但 结果是该物质的浓度比原平衡中的浓 度大。 （ 2 ） 在已达平衡的可逆反应中， 其他条件不 变 （温度不变）， 若增大平衡体系的压 强， 则平衡向减小压强的方向 （气体分 子数减小的方向） 移动， 但结果是新平 衡体系的压强比原平衡的压强大。 （ 3 ） 对已达平衡的可逆反应， 其他条件不 变， 若升高平衡体系的温度， 则平衡向 降低温度的方向移动， 但结果是新平衡 体系的温度比原平衡体系的温度高。 温馨提示 （ 1 ） 催化剂能改变活化能但不改变反应 热； 催化剂能改变速率但不改变平 衡移动。 （ 2 ） 上面图像， 还可能是反应前后气体物 质的量不变的反应 ［如 H 2 （ g ） ＋I 2 （ g ） 2HI （ g ）］ 增大压强的图像。 原化学平 衡状态 v 正 =v 逆 条件 改变 平衡被破 坏 v′ 正 ≠ v′ 逆 一段 时间后 建立新化 学平衡状 态 v″ 正 =v″ 逆 化学平衡移动 温馨提示 （ 1 ） 新平衡与原平衡相比， 平衡混合物 中各组分的浓度 （或质量或百分含 量或反应物的转化率） 一定会发生 相应的变化。 （ 2 ） 正、 逆反应速率改变， 平衡不一定发 生移动。 （ 3 ） 化学平衡移动的方向， 要看 v 正 、 v 逆 的相对大小。 35 学 高中化学选择性必修 1 （人教版） 四、 化学平衡图像分析 1. 化学平衡图像题的解题方法 （ 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、 拐点、 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 ） 用技巧 ① 先拐先平： 在转化率—时间曲线中， 先出 现拐点的曲线先达到平衡， 这表示反应的 温度高或压强大。 ② 定一议二： 图像中有三个量时， 先确定一 个量不变， 再讨论另外两个量的关系。 （ 4 ） 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。 （ 5 ） 浓度对速率、 平衡影响的图形是 “一断 一连， 一突变一渐变”； 压强对速率、 平衡的影响是都突变， 但程度可能相同 也可能不同； 温度对速率、 平衡的影响 是都突变， 但程度一定不同； 催化剂对 速率、 平衡的影响是都突变， 且程度一 定相同。 2. 速率—时间图像 （ v-t 图像） （ 1 ） 正反应速率突变 ， 逆反应速率渐变 ， v′ 正 >v′ 逆 ， 说明是增大了反应物的浓度， 使正反应速率突变， 且平衡正向移动。 （ 2 ） v′ 正 、 v′ 逆 都突然减小， v′ 正 >v′ 逆 ， 平衡正向 移动， 说明该反应的正反应可能是放热 反应或气体总体积增大的反应。 （ 3 ） v′ 正 、 v′ 逆 都是突然增大的， 并且 v′ 正 、 v′ 逆 增大程度相同， 说明该化学平衡没有发 生移动， 可能是使用了催化剂， 也可能 是对反应前后气体总体积不发生变化的 反应增大压强 （压缩体积） 所致。 温馨提示 （ 1 ） 勒夏特列原理仅适用于已达平衡的 反应体系， 不可逆过程或者未达到 平衡的可逆反应均不能使用该理论。 此外， 勒夏特列原理对所有的动态 平衡 （如溶解平衡、 电离平衡、 水 解平衡等， 第三章会学到） 都适用。 （ 2 ） 勒夏特列原理中的 “减弱” 不等于 “消除”， 更不是 “扭转”， 即平衡移 动不能将外界影响完全消除， 而只 能减弱。 如平衡体系的压强为 p ， 若 其他条件不变， 将体系的压强增大 到 2p ， 平衡将向气体分子数减小的 方向移动， 达到新平衡时体系的压 强介于 p~2p 之间。 （ 3 ） 应用勒夏特列原理时， 应弄清是否 真的改变了影响化学平衡的条件 。 如改变平衡体系中固体或者纯液体 的量； 对于有气体存在的化学平衡 体系， 在恒温恒容条件下充入惰性 气体， 均未改变影响化学平衡的条 件， 平衡不移动。 36 学 第二章 化学反应速率与化学平衡 3. 百分含量 （或转化率） —时间—温度 （或 压强） 图像 解题原则——“先拐先平， 数值大”。 （ 1 ） T 2 >T 1 ， 温度升高， 平衡逆向移动， 正反 应是放热反应。 （ 2 ） p 2 >p 1 ， 压强增大， A （反应物） 的转化 率减小， 说明正反应是气体总体积增大 的反应。 （ 3 ） 生成物 C 的百分含量不变， 说明平衡不 发生移动， 但反应速率 a>b ， 故 a 可能 使用了催化剂； 若该反应是反应前后气 体总体积不变的可逆反应， a 也可能增 大了压强 （压缩体积）。 4. 百分含量 （或转化率） —压强—温度图像 解题原则——“定一议二”。 如图 Ⅰ 中确定压强为 10 5 Pa 或 10 7 Pa ， 则生成物 C 的百分含量随温度 T 的升高而 逐渐减小， 说明正反应是放热反应； 再确定 温度 T 不变， 作横轴的垂线， 与压强线出现 两个交点， 分析生成物 C 的百分含量随压强 p 的变化可以发现， 压强增大， 生成物 C 的 百分含量增大， 说明正反应是气体总体积减 小的反应。 同理可知图 Ⅱ 正反应是气体总体 积增大的放热反应。 要 点 精 析 要点 1 可逆反应的特征 典例 1 在一定量的密闭容器中进行反应： N 2 （ g ） ＋3H 2 （ g ） 2NH 3 （ g ）。 已知反应过程 中某一时刻 N 2 、 H 2 、 NH 3 的浓度分别为 0.1 mol/L 、 0.3 mol/L 、 0.2 mol/L 。 当反应达 到平衡时， 可能存在的数据是 （ ） A. N 2 为 0.2 mol/L ， H 2 为 0.6 mol/L B. N 2 为 0.15 mol/L C. N 2 、 H 2 均为 0.18 mol/L D. NH 3 为 0.4 mol/L 解析： 假设反应由正反应方向开始进行， 则 完全转化时 ， N 2 、 H 2 、 NH 3 的浓度分别为 0 mol/L 、 0 mol/L 、 0.4 mol/L ； 假设反应由 逆反应方向开始进行， 则完全转化时， N 2 、 H 2 、 NH 3 的浓度分别为 0.2 mol/L 、 0.6 mol/L 、 0 mol/L 。 由题意知 ， 该反应为可逆反应 ， 可逆反应存在限度， 不能进行到底， 即反应 物不可能完全转化为生成物， 生成物也不可 能完全转化为反应物， 则 N 2 、 H 2 、 NH 3 的浓 度应取以上两种情况中间的数值， 故 A 、 C 、 D 三项错误， B 项正确。 答案： B 变式训练 1 一定条件下， 对于反应 X （ g ） +3Y （ g ） 2Z （ g ）， 若起始时 X 、 Y 、 Z 的浓度分别为 c 1 mol · L -1 、 c 2 mol · L -1 、 c 3 mol · L -1 （均不为 0 ）， 达到平衡时， X 、 Y 、 Z 的浓度分别为 0.2 mol · L -1 、 0.6 mol · L -1 和 0.16 mol · L -1 。 则 下列判断正确的是 （ ） C% （生成物） T 1 T 2 t t A （反应物）的转化率 p 1 p 2 ⅢⅡⅠ a b t C% （生成物） OOO C% （生成物） T 10 7 Pa 10 5 Pa C% （生成物） p 400 ℃ 500 ℃ ⅡⅠ OO 37 学 高中化学选择性必修 1 （人教版） A． c 1 ∶ c 2 =3 ∶ 1 B． 平衡时， Y 和 Z 的生成速率之比为 2 ∶ 3 C． 平衡时， 消耗 X 和 Z 的物质的量之比为 2 ∶ 1 D． c 1 的取值范围为 0＜c 1 ＜0.28 要点 2 化学平衡标志的判断 典例 2 在一定温度下， 可逆反应 2NO 2 （ g ） 2NO （ g ） +O 2 （ g ） 在体积固定的密闭容器 中进行， 反应达到平衡状态的标志是 （ ） ① 单位时间内生成 n mol O 2 ， 同时生成 2n mol NO 2 ② 单位时间内生成 n mol O 2 ， 同时生成 2n mol NO ③ 用 NO 2 、 NO 、 O 2 的物质的量浓度变化表示的反应速率之比为 2 ∶ 2 ∶ 1 ④ 混合气体的密度不再改变 ⑤ 混 合气体的颜色不再改变 ⑥ 混合气体的平均 相对分子质量保持不变 A． ①⑤⑥ B． ①③⑤ C． ②④⑤ D． 以上全部 解析： ① 单位时间内生成 n mol O 2 ， 同时生 成 2n mol NO 2 ， 说明正、 逆反应速率相等， 反应达到平衡 ； ② 单位时间内生成 n mol O 2 ， 同时生成 2n mol NO ， 描述的都是正反 应， 不能说明反应已达平衡； ③ 化学反应速 率之比 = 计量数之比， 用 NO 2 、 NO 、 O 2 的物 质的量浓度变化表示的反应速率之比始终为 2 ∶ 2 ∶ 1 ， 不能说明反应已达平衡； ④ 容器体 积和气体质量始终不变， 则混合气体的密度 始终不变， 因此不能说明反应已达平衡； ⑤ 混合气体的颜色不再改变， 说明 NO 2 浓度不 变， 反应已达平衡； ⑥ 反应前后气体的化学 计量数之和不相等， 当达到平衡时， 气体的 物质的量不变， 则混合气体的平均相对分子 质量不再改变。 综上所述， 可作为平衡标志 的有 ①⑤⑥ ， A 正确。 答案： A 变式训练 2 将一定量纯净的氨基甲酸铵置于密闭真 空容器中 （假设容器体积不变， 固体试样体 积忽略不计）， 在恒定温度下使其达到分解 平衡： H 2 NCOONH 4 （ s ） 2NH 3 （ g ） +CO 2 （ g ）。 能判断该反应已经达到化学平衡的是 （ ） ①v （ NH 3 ） 正 =2v （ CO 2 ） 逆 ② 密闭容器中总压 强不变 ③ 密闭容器中混合气体的密度不变 ④ 密闭容器中混合气体的平均相对分子质 量不变 ⑤ 密闭容器中混合气体的总物质的 量不变 ⑥ 密闭容器中 CO 2 的体积分数不变 ⑦ 混合气体总质量不变 A． ①②⑤⑦ B． ①②③⑤⑦ C． ①②③⑤⑥ D． 全部 归纳总结 （ 1 ） 判断可逆反应是否达到平衡状态的 方法 可逆反应达到化学平衡状态时有两 个主要的特征： 一是正、 逆反应速率相 等； 二是反应混合物中各组分的百分含 量保持不变。 这两个特征就是判断可逆 反应是否达到化学平衡状态的核心依据。 （ 2 ） 根本标志： v 正 =v 逆 ≠0 有两层含义： ① 对于同一物质而言， 该物质的生成速率等于它的消耗速率； ② 对于不同的物质而言， 不同物质表示 的速率方向必须相反， 反应速率数值之 比必须等于方程式中的化学计量数之比。 38 学 第二章 化学反应速率与化学平衡 要点 3 对化学平衡常数表达式的理解 典例 3 2000 K 时， 反应 CO （ g ） ＋ 1 2 O 2 （ g ） CO 2 （ g ） 的平衡常数为 K ， 则该温度下反应 2CO 2 （ g ） 2CO （ g ） ＋O 2 （ g ） 的平衡常数 K′ 为 （ ） A. K B. 1 K C. K 2 D. 1 K 2 解析： 由 CO （ g ） ＋ 1 2 O 2 （ g ） CO 2 （ g ） 的平衡 常数为 K ， 可知 CO 2 （ g ） CO （ g ） ＋ 1 2 O 2 （ g ） 的 平 衡 常 数 为 1 K 。 由 表 达 式 得 1 K = c （ CO ）· c 1 2 （ O 2 ） c （ CO 2 ） ① ， K′= c 2 （ CO ）· c （ O 2 ） c 2 （ CO 2 ） ② ， 将 ① 式进行平方即得 ② 式， 则 K′= 1 K 2 。 答案： D 变式训练 3 850 K 时， 在一密闭反应器中充入一定 量的 SO 2 和 O 2 ， 当反应达到平衡后测得 SO 2 、 O 2 、 SO 3 的浓度分别为 0.0020 mol · L -1 、 0.0025 mol · L -1 、 0.0020 mol · L -1 ， 则该温度 下反应 2SO 2 +O 2 2SO 3 的平衡常数为 （ ） A． 25 B． 0.0025 C． 40 D． 400 要点 4 化学平衡常数的应用 典例 4 在体积为 1 L 的密闭容器中， 进行 如下化学反应 ： CO 2 （ g ） ＋H 2 （ g ） CO （ g ） ＋ H 2 O （ g ）， 化学平衡常数 K 与温度 T 的关系 如表： 温馨提示 （ 1 ） 平衡时， v 正 =v 逆 ≠0 ， v 净 =0 。 v 正 一般 是从左到右的速率 ， 消耗反应物 、 生成生成物的速率； v 逆 一般是从右 到左的速率， 消耗生成物、 生成反 应物的速率； v 净 是正、 逆反应速率 的差值。 （ 2 ） 直接标志： “定”， 即反应混合物中 各组分的含量保持不变。 （ 3 ） 间接标志： ① 反应物的转化率保持不变。 ② 产物的产率保持不变。 ③ 平衡体系的颜色保持不变 （前后气体 颜色不同的反应）。 ④ 绝热的恒容反应体系中的温度保持不 变。 ⑤ 某化学键的破坏速率和生成速率相等。 （ 4 ） “特殊” 标志： 指所表述的内容并 不能适用所有反应， 只是适用于判 断某些反应是否达到化学平衡状态。 ① 体系中气体物质的总质量保持不变。 ② 体系中气体物质的总物质的量 （或体 积或分子个数） 保持不变。 ③ 体系中气体物质的平均相对分子质量 保持不变。 ④ 气体的总压强不再发生改变。 ⑤ 体系中气体的密度不再发生改变。 以上五项中， 对于 ΔV≠0 且全部是 气体的可逆反应， 除 ① 外均是判断平衡 的标志； 但对于 ΔV=0 且全部是气体的 可逆反应， 此五项均不能作为判断平衡 的标志。 39 学 高中化学选择性必修 1 （人教版） 回答下列问题： （ 1 ） 升高温度， 化学平衡向 （填 “正反应” 或 “逆反应”） 方向移动。 （ 2 ） 能判断该反应达到化学平衡状态的依据 是 （填字母序号）。 A. c （ CO 2 ） =c （ CO ） B. K 不变 C. 容器中的压强不变 D. v 正 （ H 2 ） =v 正 （ CO 2 ） E. c （ H 2 ）保持不变 （ 3 ） 若某温度下， 平衡浓度符合下列关系： c （ CO 2 ）· c （ H 2 ） =c （ CO ）· c （ H 2 O ）， 此时的 温度为 ； 在此温度下， 若该容 器 中 含 有 1 mol CO 2 、 1.2 mol H 2 、 0.75 mol CO 、 1.5 mol H 2 O ， 则此时反 应所处的状态为 （填 “向正反应方向进行中” “向逆反 应方向进行中” 或 “平衡状态”）。 解析： （ 1 ） 温度升高， 化学平衡常数增大， 说明正反应方向吸热。 （ 2 ） 依据平衡标志进行判断， 可知 E 正确。 （ 3 ） 由题可知， K=1 ， 则温度为 850 ℃ ； 在 此温度下， 可知 Q=0.9375 ， Q<K 时， 反应 向正反应方向进行。 答案： （ 1 ） 正反应 （ 2 ） E （ 3 ） 850 ℃ 向正反应方向进行中 要点 5 关于化学平衡常数的计算 典例 5 把 7 mol A 气体和 5 mol B 气体混 合放入 2 L 密闭容器中， 在一定条件下发生 反应： 3A （ g ） +B （ g ） 2C （ s ） +xD （ g ）， 经 5 min 达到平衡， 此时生成 2 mol C ， 测得 D 的平 均反应速率为 0.2 mol ·（ L · min ） -1 ， 求： （ 1 ） B 的转化率： 。 （ 2 ） x 的值： 。 （ 3 ） 平衡时压强与初始时压强之比： 。 （ 4 ） 该温度下此反应的平衡常数： 。 解析： 根据题意列出三段式 （单位为 mol ）： T/℃ 700 800 850 1000 1200 K 0.6 0.9 1.0 1.7 2.6 归纳总结 （ 1 ） 判断反应是否达到平衡状态 对化学反应 aA （ g ） ＋bB （ g ） cC （ g ） ＋ dD （ g ） 的任意状态有浓 度 熵 ： Q = c c （ C ）· c d （ D ） c a （ A ）· c b （ B ） 。 当 Q=K 时， 反应达平衡状态， v 正 = v 逆 ； 当 Q<K 时， 反应向正反应方向进行， v 正 >v 逆 ； 当 Q>K 时， 反应向逆反应方向进行， v 正 <v 逆 。 （ 2 ） 判断反应的热效应 ① 升高温度 ② 降低温度 K 值增大， 正反应为吸热反应； K 值减小， 正反应为放热反应。 K 值增大， 正反应为放热反应； K 值减小， 正反应为吸热反应。 40 学 第二章 化学反应速率与化学平衡 3A （ g ） +B （ g ） 2C （ s ） +xD （ g ） 始 （ mol ） 7 5 0 0 变 （ mol ） 3 1 2 2 平 （ mol ） 4 4 2 2 （ 1 ） B 的转化率： 1 5 ×100%=20% 。 （ 2 ） 根据化学计量数之比等于各物质的物 质的量的变化量之比， 可知 x 的值为 2 。 （ 3 ） 恒温恒容时， 压强之比等于物质的量 之比， 则平衡时压强与初始时压强之比为 4+4+2 7+5 = 5 6 。 （ 4 ） 物质 C 为固体， 平衡时， A 、 B 、 D 的 浓度分别为 2 mol · L -1 、 2 mol · L -1 、 1 mol · L -1 ， 则该温度下此反应的平衡常数 K= 1 2 2 3 ×2 = １ １6 。 答案： （ 1 ） 20% （ 2 ） 2 （ 3 ） 5 6 （ 4 ） １ １6 要点 6 化学平衡移动 典例 6 下列叙述中一定能判断某化学平衡 发生移动的是 （ ） A. 混合物中各组分的浓度改变 B. 正、 逆反应速率改变 C. 混合物中各组分的含量改变 D. 混合体系的压强发生改变 解析： 对于反应前后气体分子数不变的反 应， 改变体积引起压强的变化， 由于各组分 的含量不变， 则平衡不发生移动， A 、 D 项 不符合题意； 使用合适的催化剂， 正、 逆反 应速率都改变， 但 v 正 =v 逆 ， 平衡不移动， B 项不符合题意； 混合物中各组分的百分含量 或转化率发生改变， 一定发生了平衡移动， C 项正确。 答案： C 变式训练 4 下列对化学平衡移动理解错误的是 （ ） A． 化学反应速率改变， 平衡一定发生移动 B． 化学平衡发生移动， 化学反应速率一定 改变 C． 若外界条件改变引起平衡中 v 正 ＞v 逆 ， 则平 衡正向移动 D． 化学平衡移动会导致反应物或生成物的 含量发生变化 要点 7 浓度对化学平衡的影响 典例 7 已知向氯化铁溶液中滴加硫氰化钾溶 液发生如下反应： FeCl 3 +3KSCN Fe （ SCN ） 3 + 3KCl ， 则向该平衡体系的溶液中加入少量的 KCl 晶体， 溶液的颜色会 （ ） A. 加深 B. 变浅 归纳总结 分析化学平衡移动的一般思路 速率不变 （如容积不变时 充入不参与反应的气体） 改变程度相 同： v （正） =v （逆） 改变程度不 同： v （正） ≠v （逆） 浓度变化 压强变化 温度变化 平衡 移动 气体体积不 变的反应改 变压强 使用催化剂 速 率 改 变 平衡 不移 动 改 变 条 件 41 学 高中化学选择性必修 1 （人教版） C. 无影响 D. 不确定 解析： 该反应的实质是 Fe 3＋ ＋3SCN － Fe （ SCN ） 3 ， K ＋ 和 Cl － 不参加化学反应， 所以， KCl 浓度 增大不影响化学平衡。 答案： C 要点 8 压强对化学平衡的影响 典例 8 对已达到化学平衡的反应： 2X （ g ） ＋ Y （ g ） 2Z （ g ）， 减小压强时， 对反应产生的影 响是 （ ） A. 逆反应速率增大， 正反应速率减小， 平 衡向逆反应方向移动 B. 逆反应速率减小， 正反应速率增大， 平 衡向正反应方向移动 C. 正、 逆反应速率都减小， 平衡向逆反应方 向移动 D. 正、 逆反应速率都增大， 平衡向正反应方 向移动 解析： 反应 2X （ g ） ＋Y （ g ） 2Z （ g ） 是反应前 后气体体积减小的反应， 减小压强时， 正、 逆反应速率都减小， 平衡向逆反应方向移 动， C 项正确。 答案： C 变式训练 5 一定量混合气体在密闭容器中发生如下 反应： xA （ g ） ＋yB （ g ） nC （ g ）， 达到平衡后， 测得 A 气体的浓度为 0.5 mol/L 。 保持温度 不变， 将容器的容积扩大一倍， 再达平衡 时， 测得 A 气体的浓度为 0.3 mol/L ， 则下 列叙述中正确的是 （ ） A. x＋y<n B. 该化学平衡向右移动 C. B 的转化率增大 D. C 的体积分数减小 要点 9 温度对化学平衡的影响 典例 9 已知反应 A 2 （ g ） ＋3B 2 （ g ） 2AB 3 （ g ） ΔH<0 ， 下列说法正确的是 （ ） A. 升高温度， 正向反应速率增加， 逆向反 应速率减小 B. 升高温度有利于反应速率增加， 从而缩 短达到平衡的时间 C. 达到平衡后， 升高温度或增大压强都有 利于该反应平衡正向移动 D. 达到平衡后， 降低温度或减小压强都有 利于该反应平衡正向移动 解析 ： 升温 ， 正 、 逆反应速率均增加 ， A 错； 升温， 反应速率增加， 缩短达到平衡的 时间， B 对； 升温， 平衡逆向移动， C 错； 减小压强， 平衡向增大体积的方向移动， 即 向逆向移动， D 错。 答案： B 变式训练 6 一定条件下， 2NO 2 （ g ） N 2 O 4 （ g ） ΔH< 0 。 在测定 NO 2 的相对分子质量时， 下列条 件中测定结果误差最小的是 （ ） A. 温度 0 ℃ 、 压强 50 kPa B． 温度 130 ℃ 、 压强 300 kPa C． 温度 25 ℃ 、 压强 100 kPa 温馨提示 对于在溶液中进行的化学反应， 只 有实际参加反应的各离子浓度发生变化， 才会引起化学反应速率的改变。 42 学 第二章 化学反应速率与化学平衡 D． 温度 130 ℃ 、 压强 50 kPa 要点 10 化学平衡图像 典例 10 在一密闭容器中发生反应： N 2 ＋3H 2 2NH 3 ΔH<0 ， 达到平衡后， 只改变某一 个条件时， 反应速率与反应时间的关系如图 所示： 回答下列问题： （ 1 ） 处于平衡状态的时间段是 （填 字母序号， 下同）。 A. t 0 ～t 1 B. t 1 ～t 2 C. t 2 ～t 3 D. t 3 ～t 4 E. t 4 ～t 5 F. t 5 ～t 6 （ 2 ） t 1 、 t 3 、 t 4 时刻分别改变的一个条件是： t 1 时刻 ， t 3 时刻 ， t 4 时 刻 。 A. 增大压强 B. 减小压强 C. 升高温度 D. 降低温度 E. 加催化剂 F. 充入氮气 （ 3 ） 依据 （ 2 ） 中的结论， 下列时间段中， 氨的百分含量最高的是 。 A. t 0 ～t 1 B. t 2 ～t 3 C. t 3 ～t 4 D. t 5 ～t 6 解析： （ 1 ） 根据图示可知， t 0 ～t 1 、 t 2 ～t 3 、 t 3 ～t 4 、 t 5 ～t 6 时间段内， v （正）、 v （逆） 相等， 反应处 于平衡状态。 （ 2 ） t 1 时刻， v （正）、 v （逆） 同时增大， 且 v （逆） 增大得更快， 平衡向逆反应方向移 动， 所以 t 1 时刻改变的条件是升温 。 t 3 时 刻， v （正）、 v （逆） 同时增大且增大量相同， 平衡不移动， 所以 t 3 时改变的条件是加入催 化剂。 t 4 时刻， v （正）、 v （逆） 同时减小， 且 平衡向逆反应方向移动， 所以 t 4 时刻改变的 条件是减小压强。 （ 3 ） 根据图示可知， t 1 ～t 2 、 t 4 ～t 5 时间段内平 衡均向逆反应方向移动， NH 3 的含量均比 t 0 ～t 1 时间段内的低， 所以 t 0 ～t 1 时间段内 NH 3 的百分含量最大。 答案： （ 1 ） ACDF （ 2 ） C E B （ 3 ） A 变式训练 7 反应 2X （ g ） ＋Y （ g ） 2Z （ g ） 在不同温度 下 （ T 1 和 T 2 ） 产物 Z 的物质的量 n （ Z ） 与反 应时间 t 的关系如图所示。 下列判断正确的 是 （ ） A. T 1 <T 2 ， 正反应为放热反应 B. T 1 >T 2 ， 正反应为吸热反应 C. T 1 >T 2 ， 逆反应为吸热反应 D. T 1 <T 2 ， 逆反应为放热反应 典例 11 一定条件下可用 H 2 和 CO 2 合成乙 烯 ： 6H 2 （ g ） +2CO 2 （ g ） 催化剂 △ CH 2 CH 2 （ g ） + 4H 2 O （ g ）。 若投料比为 n （ H 2 ） ∶ n （ CO 2 ） =6 ∶ 1 ， 则温度对 CO 2 的平衡转化率和催化剂催化效 率的影响如图所示： 典例 10 图 v t 0 t 1 t 2 t 3 t 4 t 5 t 6 t 7 t v （逆） v （正） v （正） v （逆） 变式训练 7 图 T 2 T 1 t n （ Z ） O 43 学 高中化学选择性必修 1 （人教版） 下列说法正确的是 （ ） A． 温度越高， 催化效率越好 B． 增大压强， CO 2 的平衡转化率可能由 M 点变为 N 点 C． 升高温度， 化学平衡常数增大 D． M 点乙烯的体积分数为 4% 解析： 从图像中可以看出， 温度升高， 催化 效率开始增大， 250 ℃ 以后， 温度升高， 催 化效率降低， 故 A 错误； 该反应是气体体积 减小的反应 ， 增大压强 ， 平衡正向移动 ， CO 2 的平衡转化率增大， 不可能由 M 点变为 N 点， 故 B 错误； 从图像可以看出， 温度升 高， CO 2 的平衡转化率降低 ， 所以升高温 度， 平衡逆向移动， 化学平衡常数减小， 故 C 错误； M 点 CO 2 的平衡转化率为 50% ， 假 设开始投入的 H 2 为 6 mol ， 则 CO 2 为 1 mol ， 转化的 CO 2 为 0.5 mol ， 则转化的 H 2 为 1.5 mol ， 平衡时 H 2 为 6 mol-1.5 mol=4.5 mol ， CO 2 为 1 mol-0.5 mol=0.5 mol ， 生成的乙烯为 0.25 mol ， 水蒸气为 1 mol ， 则乙烯的体积分 数为 0.25 mol 4.5 mol+0.5 mol+0.25 mol+1 mol ×100%= 4% ， 故 D 正确。 答案： D 变式训练答案 1. D 2. B 3. D 4. A 5. D 6. D 7. C 典例 11 图 百分比 /% CO 2 平衡转化率 N M 100 150 200 250 300 350 温度 /℃ 50 （ 250 ， 50 ） 催化效率 70 60 50 40 30 20 44