第二章 第2讲 化学平衡 知识清单-2025-2026学年高二上学期化学人教版选择性必修1

第二讲 化学平衡 一、化学平衡状态 1、可逆反应 (1)定义 ①正反应：向生成物方向进行的反应 ②逆反应：向反应物方向进行的反应 ③可逆反应：在同一条件下，既能向正反应方向进行，同时又能向逆反应方向进行的化学反应。 (2)特征 ①条件相同，正、逆反应同时进行 ②反应物与生成物始终同时存在，任意一个组分的转化率始终小于100%，反应不能进行到底 【例题1】已知。向某恒容密闭容器中充入和，该反应达到平衡状态时，放出的热量 小于 。 【例题2】※设计实验证明是可逆反应。 试管1 试管2 反应一段时间后， 滴加“指示剂” 硫氰化钾() 淀粉或铁氰化钾() 现象 试管中物质变为血红色 试管中物质变为蓝色 设计思路 ①使反应物一个少量，另一个过量 ②充分反应达到平衡状态后，验证产物和少量的反应物仍然同时存在 ③将容易检验的反应物确定为少量 (3)表示方法：用连接化学方程式 注：①以下两个化学方程式不是可逆反应点燃 放电 电解 充电 ②※任何化学反应都有一定可逆成程度，都不是正向进行到底的； 我们将化学平衡常数的反应看作能正向进行到底，不写“” 【例题3】※常见的可逆反应 ①黄绿色 无色 ② ③ 催化剂 ④无色 紫色 无色 ⑤血红色 浅黄色 ⑥无色 红棕色 ⑦ 注：翡翠中含有和橙色 黄色 ⑧已知无水固体和无水固体均为棕黄色，怎样设计实验来鉴别？ 若溶液呈黄色，则该固体是无水 若溶液呈蓝绿色，则该固体是无水 提示：向分别两种棕黄色固体中加入少量蒸馏水 【补充】※ (1)配离子呈亮黄色，只有在高浓度条件下稳定；配离子呈浅紫色 (2)配离子呈黄色；配离子呈天蓝色；配离子呈深蓝色 将无水固体溶于水，配制成溶液，存在以下平衡： ※蓝色 黄色 (3)颜料三原色与叠加 (4)了解以下物质的颜色 无水固体 无水：棕黄色 无水：白色 无水：棕黄色 结晶水合物 ：橘黄色 ：蓝色 ：绿色 水溶液 ：黄色 ：蓝色 ：蓝绿色 2、化学平衡状态的建立 (1)从“蔗糖溶解”这一物理过程的实例分析 过程分析 图像描述 (2)与可逆反应相结合分析 过程分析 图像描述 从正反应方向开始建立 从逆反应方向开始建立 (3)从“一定条件下，绝热恒容的密闭容器中，进行工业合成氨的反应”这一化学反应实例分析 过程分析 图像描述 从正反应方向开始建立 向容器中充入和随着反应的进行，其浓度逐渐减小，逐渐减小，而逐渐增大，逐渐增大，时刻起，它们的浓度不再改变，，反应达到平衡。 正反应速率的描述： 从逆反应方向开始建立 向容器中充入，随着的分解，其浓度逐渐减小，逐渐减小，而逐渐增大，逐渐增大，时刻起，它们的浓度不再改变，，反应达到平衡。 逆反应速率的描述： 3、化学平衡状态 (1)概念 在一定条件(温度、浓度、压强等)下，当可逆反应进行到一定程度时，正反应速率与逆反应速率相等，反应物的浓度和生成物的浓度都不再改变，即体系的组成不随时间而改变，该反应中物质的转化达到了“最大限度”，形成一种表面静止的状态，称为化学平衡状态，简称化学平衡。 (2)特征 特征 解释 ①“逆” 化学平衡状态的研究对象是“可逆反应” ②“等” 化学反应达到平衡状态时，(微观本质) ③“动” 化学反应达到平衡状态时，化学反应仍在不断进行，是一种动态平衡 ④“定” 化学反应达到平衡状态时，反应体系中各组分的浓度(百分含量)保持恒定 (宏观特征) ⑤“变” 外界条件改变时，原来的化学平衡状态被破坏，并在新条件下建立新的化学平衡，即发生化学平衡的移动 ⑥“度” 化学反应达到平衡状态时，这个可逆反应达到最大限度，各个反应物的转化率达到最大，若想得到更多的生成物，必须使化学平衡正向移动 【思考】※怎样用实验验证某反应达到化学平衡状态时，反应仍未停止，而是 ？ 提示：将单晶冰糖切下一小块，全都放入饱和的冰糖水溶液中，一段时间后，切下的一小块冰糖会逐渐溶解，缺角的冰糖会“长回去”。( 晶体有“自范性”) 4、※判断化学反应达到平衡状态的标志 (核心：① ②原来变的，现在不变了) (1)前提与外界有及时的热量交换 ①明确容器特点：. 恒温容器 还是 绝热容器(与外界没有热量交换) . 恒容容器 还是 恒压容器(容器内压强始终等于标准大气压) ②明确反应特点：. 全都是气体参与 还是 有固体或液体或溶液参与 . 等体积反应 还是 非等体积反应 (2)直接标志 ：※利用“正、逆反应速率相等”判断 ①同种物质： (该物质的生成速率等于消耗速率) 在化学方程式同侧的不同物质：消耗、生成成比例(消耗与生成速率之比等于化学计量数之比) 在化学方程式两侧的不同物质：同消耗、同生成成比例(消耗或生成速率之比等于化学计量数之比) 【例题4】对于可逆反应，达到平衡状态的标志是 ：※利用“变量不变”判断 ①各组分的质量分数、物质的量分数、分子数、气体体积分数、物质的量浓度均保持不变。 ②各组成成分的质量分数、物质的量分数、气体的体积分数均保持不变。 ③反应物的转化率、产物的产率保持不变。 ※注意：小心特殊投料比 (3)间接标志 以为例 类型 判断依据 是否为 平衡状态 颜色 反应体系内有色物质的颜色一定 平衡 化学键 对同一物质而言，断裂化学键的物质的量与形成化学键的物质的量相等 平衡 热化学 任何反应都伴随着能量变化，绝热密闭容器内，当体系温度一定时 平衡 电化学 原电池中，电流表或灵敏检流计的指针不再偏转时 平衡 混合物 体系中 各成分 的含量 ①各物质的物质的量或各物质的物质的量的分数一定 平衡 ②各物质的质量或各物质质量分数一定 平衡 ③各气体的体积或体积分数一定 平衡 ④总体积、总压强、总物质的量一定 不一定 正、逆 反应速率 的关系 ①在单位时间内消耗了同时生成，即 平衡 ②在单位时间内消耗了同时消耗了，即 平衡 ③在单位时间内生成，同时消耗了(均指) 不一定 ④，不一定等于 不一定 压强 ①时，总压强一定(其他条件一定) 平衡 ②时，总压强一定(其他条件一定) 不一定 混合气体 平均相对 分子质量 ①一定，当时 平衡 ②一定，当时 不一定 体系 的密度 恒温恒容时，密度一定 不一定 恒温恒压时，若，密度一定 平衡 恒温恒压时，若，密度一定 不一定 【补充】 (1)※利用克拉伯龙方程判断的反应在两种容器中达到平衡的标志 ， 2种容器 分析正向进行： 逆向进行： 正向进行： 逆向进行： 平衡状态的标志 恒温恒容 容器内混合气体的压强不再变化 恒温恒压 容器内混合气体的体积不再变化 (2)※利用气体的平均密度()、平均摩尔质量() 判断反应达到平衡的标志 【例题5】向恒温恒容容器内充入对应反应物，并发生下列反应，判断、 能否作为化学反应达到平衡状态的标志。 化学反应永远只有一种纯气体 【例题6】※对于反应，达到平衡状态的标志为： √①发生反应，的体积百分含量不再发生变化 ×②发生反应，的体积百分含量不再发生变化 √③发生反应，的体积百分含量不再发生变化 √④在相同时间内，每断裂的同时，生成键 √⑤在相同时间内，每断裂的同时，断裂键 (4)以下4种情况不能作为化学反应达到平衡状态的标志 ①反应各组分的物质的量之比等于化学方程式中相应化学计量数之比。 ②恒温恒容下的气体体积不变的反应，体系的压强或总物质的量不随时间而变化， 如。 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随时间而变化。 ④全是气体参加的反应，恒容条件下体系的密度保持不变。 二、化学平衡常数的计算与应用 1、概念 (1)化学平衡常数：在一定温度下，当一个可逆反应达到化学平衡状态时，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(简称平衡常数)。 (2)浓度熵：在一定温度下，可逆反应在任意时刻，生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值。 2、表达式：下列各反应达到平衡状态，写出平衡常数表达式。 【例题1】 【例题2】， 【例题3】 ①将化学方程式改写为离子方程式： 【例题4】※ ①将化学方程式改写为离子方程式： 浓 【例题5】※ 唯一一个的化学反应，水与其他三个物质互为溶质互为溶剂。 使用分水器将水及时移出，使平衡正向移动，可以获得更多的乙酸乙酯 【补充】 ①计算平衡常数时，各物质的浓度必须是平衡时的浓度。 ②有纯固体、纯液体作为溶剂大量存在时，纯固体或纯液体的浓度始终为定值，不能带入公式计算。 ③将化学方程式改写为离子方程式，再写 ④化学平衡常数与化学方程式的关系：(假设两反应的平衡常数分别为) ：若两反应互为可逆反应，则平衡常数互为倒数： ：两反应相加所得反应的平衡常数： ：两反应相减所得反应的平衡常数： ：若第个反应式乘以某个系数得到第个反应式，则平衡常数变为原来的次方： ⑤正、逆反应的速率常数与平衡常数的关系 已知基元反应，，则平衡常数，反应达到平衡时，故。 ⑥本身有单位，是浓度的次方，不同反应的单位不同(次方不同)，但高中阶段不考虑的单位 3、含义：描述化学反应进行程度的物理量：反应基本进行完全(不可逆反应) ：反应几乎没发生(没反应) ：是可逆反应，越接近反应可逆性越大 一般情况下 4、影响化学平衡常数的因素 (1)内因：反应物本身的性质 (2)外因： ①同一化学反应，平衡常数与浓度、压强、投料方向、投料比例无关，只与温度有关 ②加入催化剂，不改变K 图像 5、化学平衡常数的应用 (1)判断或计算反应进行的程度：反应基本进行完全(不可逆反应) ：反应几乎没发生(没反应) ：是可逆反应，越接近1可逆程度越大 一般情况下 (2)判断反应是否达到平衡或反应进行的方向：比较改变条件的瞬间，的关系 若，反应向正反应方向进行，； 若，反应向逆反应方向进行，； 若，反应处于平衡状态，。 6、物质的量分数平衡常数 7、压强平衡常数 【补充】常考计算 1、列三段式 可逆反应：，在容积为的恒容密闭容器中，反应物的初始加入量分别为，达到化学平衡时，设物质转化的物质的量为。则： 起始量 转化量 平衡量 对于反应物：， 对于生成物：。 2、计算关系 【补充练习】化学平衡常数 1、(2019天津，第7题节选) 已知氮、磷、砷、锑、铋、镆为元素周期表中原子序数依次增大的同族元素。在1L真空密闭容器中加入固体，时发生如下反应： 达平衡时，体系中，，，则时反应①的平衡常数值为 (用字母表示)。 三、影响化学平衡移动的因素 1、化学平衡移动的基本概念 (1)定义：从原有的平衡状态达到新的平衡状态的过程 (2)已经达到平衡状态的可逆反应，化学平衡发生移动的原因：改变外界条件的瞬间，。 (3)化学平衡移动与化学反应速率的关系 ①：平衡向正反应方向移动 ②：反应达到平衡状态，不发生平衡移动 ③：平衡向逆反应方向移动 2、勒夏特列原理(平衡移动原理) (1)内容：一般情况下，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)，平衡向着减弱这种改变的方向移动。 (2)对原理中“减弱这种改变”的理解 勒夏特列原理中的“减弱”不等于“消除”，更不是“扭转”。如，对于反应的平衡体系，若缩小体积增大压强，混合气体颜色先加深，后变浅，达到新的平衡后混合体系颜色比原平衡时颜色深。 (3)适用范围 ①适用于已达到平衡的反应体系，不可逆过程或未达到平衡的可逆过程均不能使用该原理。 ②※勒夏特列原理是经验规律，不具有普适性，存在特例无法用勒夏特列原理解释。 ③※恒温条件下，当方程式一侧没有纯气体和溶液，且体积变化时，问一定无法用勒夏特列原理解释，必须用和解决 【例题1】※在恒温、容积可变的容器中，可逆反应达到平衡状态，随后扩容，再次达到平衡时，填写下列表格。 操作 容器总压强 二氧化碳的浓度 二氧化碳的密度 扩容 不变 不变 不变 注：该种情景无法使用勒夏特列原理。 ①不变，则不变 3、影响化学平衡移动的因素 ：温度对化学平衡状态的影响 (1)实验 实验一：常温下，反应达到平衡，按图示装置进行实验并观察现象。 项目 热水中 冰水中 猜测 现象 气体受热，体积膨胀，浓度降低， 颜色变浅 气体遇冷，体积收缩，浓度增大， 颜色加深 实验 现象 混合气体颜色加深 混合气体颜色变浅 实验 结论 温度升高，浓度增大，平衡向逆反应方向移动，即升高温度，平衡向吸热反应的方向移动 温度降低，浓度减小，平衡向正反应方向移动，即降低温度，平衡向放热反应的方向移动 实验二：已知在溶液中存在如下平衡：黄色 蓝色 取两支试管，分别加入溶液，将其中的一支试管先加热，然后置于冷水中，观察并记录实验现象，与另一支试管进行对比。完成下表。 实验步骤 实验现象 结论 (1)加热试管 溶液由绿色变为黄绿色 升高温度，平衡向吸热方向移动 (2)将上述试管置于冷水中 溶液由黄绿色变为蓝绿色 降低温度，平衡向放热方向移动 【思考】在对溶液加热时，能否观察到的黄色？原因是？ 不能。无法排除蓝色对观察黄色的干扰。 (2)温度对化学平衡的影响规律 ①任何化学反应都有热效应，改变温度，任意可逆反应的化学平衡一定会发生移动。 ②升高温度的瞬间，正、逆反应速率都增大，但增大程度不同 ③当其他条件不变时： 升高温度，化学平衡向吸热反应的方向移动 降低温度，化学平衡向放热反应的方向移动 (3)从图像认识温度对平衡的影响 对于可逆反应： 反应热 操作 图像 平衡移动方向 升温 正向移动 降温 逆向移动 升温 逆向移动 降温 正向移动 (4)绝热容器中，化学平衡移动的分析方法 (在绝热条件下，反应体系与外界不进行热交换) 若反应放热，体系内温度升高(反应放出的热量用来加热自己)，平衡向吸热反应方向移动 若反应吸热，体系内温度降低(吸收自己的热量用来维持反应)，平衡向放热反应方向移动 【补充】利用温度使化学平衡移动的实例 (1)鉴别和两种红棕色气体 红棕色 红棕色 分子极性 极性分子 非极性分子 水(极性分子) 无色溶液 有色溶液 (非极性分子) 不溶解，形成溶液(无色) 溶解，形成的溶液(红棕色) 溶液 无色溶液 产生(淡黄色沉淀) 平衡球实验 热深，冷浅 热浅，冷深 (2)碘钨灯 碘钨灯比普通钨丝灯亮度高、使用寿命长，其原理是：工作时，灯丝中的金属钨()在高温下发生缓慢升华，因灯泡壁与灯丝相比温度较低，金属钨会沉积在灯泡壁上。碘钨灯中封存的碘蒸气与灯泡壁上沉积的金属钨发生以下反应：，利用工作时灯泡壁与灯丝的温度差将沉积在灯泡壁上的钨“搬运”回灯丝上，进而延长使用寿命。 (3)平衡法精炼镍 (核心思想：用将低温区的粗镍搬运到高温区，高温区获得高纯镍) 常压下羰基化法精炼的原理为：，时，该反应的平衡常数。已知：四羰基合镍的沸点为，固体杂质不参与反应。 第一阶段：将粗镍与反应转化成气态； 第二阶段：将第一阶段反应后的气体分离出来，加热至制得高纯镍。 浓度对化学平衡状态的影响 (1)实验 实验一： 实验原理 (浅黄色) (无色) (红色) 实验操作 向盛有溶液的试管中加入溶液，溶液显红色；将上述溶液平均分装在三支试管中，向试管中加入少量铁粉，向试管中滴加滴溶液，观察试管中溶液颜色变化，并均与试管对比。 实验现象 试管溶液颜色变浅，减小 试管溶液颜色变深，增大 实验结论 减小浓度，平衡逆向移动 增加浓度，平衡正向移动 实验二：已知在溶液中存在如下平衡：。取一支试管，加入溶液，然后按下表中的步骤进行实验，观察溶液颜色的变化，判断平衡是否发生移动及移动的方向。完成下表。橙色 黄色 实验步骤 实验现象 结论 (1)向试管中滴加滴 溶液 溶液由橙色变为黄色 降低生成物的浓度，平衡正向移动 (2)向试管中继续滴加滴 溶液 溶液由黄色变为橙色 增加生成物的浓度，平衡逆向移动 (2)浓度对化学平衡的影响规律 对于有气体或溶液参加的可逆反应，当化学反应达到平衡状态、其他条件不变时： 增大反应物浓度或减小生成物浓度，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，平衡向逆反应方向移动 (3)从图像认识浓度对平衡的影响：一点连续，另一点突变 操作 图像 平衡移动方向 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 (4)从浓度熵与化学平衡常数的关系分析化学平衡的移动 ① 当时，可逆反应处于平衡状态， ② 减小，则，平衡向正反应方向移动，，直至达到新的平衡状态 ③ 增大，则，平衡向逆反应方向移动，，直至达到新的平衡状态 (5)启示 在工业生产中，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，可提高价格较高的原料的转化率，从而降低生产成本。 【例题2】某温度下，烧杯中的可逆反应蓝色 黄色 达到平衡状态，对烧杯中的溶液进行以下操作(忽略体积变化)，判断该化学反应平衡移动的方向。 操作 平衡移动的方向 ① 加热 正向移动，变为深黄绿色 ② 加水 逆向移动，变为天蓝色 ③ 加入 正向移动，变为深黄绿色 【例题3】恒温恒容条件下，可逆反应达到平衡，充入下列气体，判断该化学反应平衡移动的方向。 充入的气体 平衡移动的方向 ① 正向 ② 正向 ③ 逆向 ④ 不移动 ⑤ 正向 ⑥ 正向 分析： 【例题4】恒温条件下，反应达到平衡，向溶液中加入下列物质(忽略体积变化)，判断该化学反应平衡移动的方向。 加入的物质 平衡移动的方向 ① 不移动 ② 逆向 ③ 逆向 ④ 正向 ⑤ · 水 ※ 逆向 ⑥ ※ ※ 逆向 注： ①溶液中的反应要改写为离子方程式，排除没用的离子，以免干扰分析 ②向溶液中加水稀释，整个体系的粒子浓度降低，平衡向粒子浓度增加的方向移动 ③，使反应物浓度降低，平衡逆向移动 【例题5】※ 恒温恒压条件下，可逆反应达到平衡，充入下列气体，判断该反应平衡移动的方向。 充入的气体 平衡移动的方向 ① 逆向 ② 逆向 ③ 正向 ④ 无法确定移动方向 分析： ①恒温恒压条件下，充入哪种气体(与反应有关)，哪种气体的浓度就增大，其他气体的浓度都减小 ②恒温恒压条件下，充入与反应无关的惰性气体，相当于整体稀释(等同于不充任何物质，外拉活塞，减小压强)，反应体系总浓度都减小，要向反应体系总浓度增大的方向移动。 ③恒温恒压条件下，充入(与反应相关的气体)，增大，其他气体的浓度都减小，则减小，但到底怎样移动？用的关系判断。 ④恒温恒压条件下，充入(与反应相关的气体)，增大，其他气体的浓度都减小，则减小，但到底怎样移动？用的关系判断。 【例题6】恒容绝热容器内，有以下两个反应 ①； ②； 都达到平衡状态，向容器中充入下列物质，分别判断2个化学平衡移动的方向。 充入的气体 反应①平衡移动的方向 反应②平衡移动的方向 正向 正向 【例题7】※ 已知水是极弱电解质，具有极其微弱的导电能力，电离方程式如下： 对盛有蒸馏水的烧杯进行表中所示操作，判断电离平衡移动的方向。 操作 平衡移动的方向 ① 加入 逆向 ② 加入 逆向 ③ 加入 ※正向 (本质是降低) ④ 加热 正向 压强对化学平衡状态的影响 (1)实验 常温常压下，用注射器吸入和的混合气体(使注射器的活塞位于处)，将细管端用橡胶塞封闭，一段时间后，反应达到平衡。按表中实验操作步骤改变压强，观察实验现象，将有关实验现象及其结论填入表中：红棕色 无色 原理 实验操作 ①猛然间快速压缩注射器容积， 增大气体压强 ②猛然间快速扩大注射器容积， 减小气体压强 实验现象 混合气体的颜色先变深，后又逐渐变浅 (最终仍比初始颜色深) 混合气体的颜色先变浅，后又逐渐变深 (最终仍比初始颜色浅) 实验结论 增大气体的压强，平衡向正反应方向移动，即向气体体积减小的方向移动 减小气体的压强，平衡向逆反应方向移动，即向气体体积增大的方向移动 (2)压强对化学平衡的影响规律 对于有气体参加的可逆反应，当化学反应达到平衡状态、其他条件不变时： ①增大压强(减小容器的容积)，化学平衡向气体体积缩小的方向移动。 ②减小压强(增大容器的容积)，化学平衡向气体体积增大的方向移动。 ③对于反应后气体的总体积不变的可逆反应，改变压强，平衡不移动。 【注】与反应无关的“惰性气体”对化学平衡的影响 2 学科网（北京）股份有限公司 ①恒温、恒容条件 ②恒温、恒压条件 (3)从图像认识压强对平衡的影响 (两点间断，同增同减) 以为例 (通过改变容积的方式改变压强) ①若 ②若 ③若 【例题8】※ 下列2个反应在时刻达到平衡状态，若在时刻增大容器压强，画出平衡移动的图像 反应 图像 平衡移动方向 不移动 逆向移动 【例题9】※ 在恒温、容积可变的容器中，可逆反应达到平衡状态，随后扩容，再次达到平衡时，填写下列表格。 操作 二氧化碳的浓度 容器总压强 二氧化碳的密度 扩容 不变 不变 不变 注：该种情景无法使用勒夏特列原理。 ①不变，则不变 【例题10】※ 在恒温、容积可变的容器中，有以下两个反应 ①； ②； 都达到平衡状态，压缩体积以增大压强，分别判断2个化学平衡移动的方向。 容器总压强 反应①平衡移动的方向 反应②平衡移动的方向 增大 正向 正向 催化剂对化学平衡状态的影响(默认是正催化剂) (1)催化剂对化学平衡的影响规律 ①催化剂能同等程度地加快正、逆反应速率，不能使化学平衡发生移动。 ②当其他条件不变时，催化剂不能改变达到化学平衡状态时反应混合物的组成，催化剂能缩短化学反应达到平衡状态所需的时间。 (2)从图像认识催化剂对平衡的影响 从时刻加入催化剂 从时刻加入催化剂 (3)从图像认识催化剂对平衡的影响 【总结】外因对化学平衡的影响 条件的改变(其他条件不变) 化学平衡的移动 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(有气体参加的反应) 反应前后气体分子数改变 增大压强 向气体分子数目减小的方向移动 减小压强 向气体分子数目增大的方向移动 反应前后气体分子数不变 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 使用催化剂 平衡不移动 【补充练习】※ 平衡移动的分析 1、某温度下，在一容积可变的容器中，反应达到平衡时，的物质的量分别为，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( C ) A. 均减半 B. 均加倍 C. 均增加 D. 均减少 2、恒温条件下，带可移动活塞的容器中发生合成氨的反应，达到平衡后测得有氮气、氢气、氨气，此时容器容积为，若保持恒温恒压，向上述体系中加入氮气，平衡将向 逆反应方向 移动。 3、在一个带活塞的密闭容器中充入和，发生如下反应：，达平衡后，下列操作一定可以使在平衡体系中物质的量分数发生变化的是( A ) A. 保持容积和温度不变，向容器中充入 B. 保持温度不变，缩小容器容积 C. 保持容积不变，升高温度 D. 保持容积和温度不变，再向容器中充入和 四、※ 等效平衡思想：解决转化率 四类问题 1、等效平衡的含义：在相同外界条件下(恒温恒容或恒温恒压)，对相同的可逆反应体系，从不同的方向开始投料(只从正反应投料、只从逆反应投料、从正逆反应同时投料)，达到化学平衡状态时，各组分的百分含量相同。(百分含量包括：物质的量分数、体积分数、物质的量浓度、质量分数) 2、等效平衡结论 (1)因为化学平衡常数是状态量，是浓度的表达式，只与最终温度有关，所以一旦确定好起始的投料状态、平衡时体系所处的温度(决定值)、平衡时的体积或压强(用于计算浓度)，不管化学平衡的建立是一步完成还是分几步完成，最终的平衡状态就己经确定好了。也就是说，化学平衡状态的建立与反应途径无关，只与始末状态有关。 (2)恒温恒容条件下，起始投料方式不同，如果一种投料方式“一边倒”后(按照化学计量数完全换算成同一边物质)和另一种投料方式“一边倒”后完全一样，那么这两种投料方式最终达到的平衡状态完全相同(即两种投料方式是等效平衡) (3)恒温恒容条件下，某反应体系达到平衡后，再加入或移走一定量的与反应相关的某物质与起始就加入或移走同样的该物质，最后达到的平衡状态完全一样。 3、等效平衡的两种情况 ※ (1)恒温恒容条件的等效平衡 新平衡状态可认为是两个原平衡状态简单的叠加并压缩体积而成，相当于增大压强。 (2)恒温恒压条件的等效平衡(以气体物质的量增加的反应为例) 新平衡状态可认为是两个原平衡状态简单的叠加，压强不变但体积增加，平衡不移动。 4、等效平衡总结 等效类型 条件 恒温、恒容 恒温、恒容 恒温、恒压 对反应的要求 或 起始投料 投料量完全相同 投料量成比例 投料量成比例 平 衡 特 点 物质的量分数 不变 不变 不变 物质的量浓度 不变 成比例 不变 物质的量 不变 成比例 成比例 【示例1】 (1)已知某温度条件下，容积为的密闭容器中，有可逆反应，向容器中充入和，达到平衡状态时，的转化率为，计算该温度下的化学平衡常数。 (2)在与(1)相同的条件下，向容器中同时充入 ，①判断平衡移动的方向，②计算该种投料方式下，达到新平衡时，各物质的物质的量。 解：由于各物质的化学计量数相同，设达到平衡时各物质的转化量均为 由于温度不变，该种投料方式达到平衡时，化学平衡常数仍为，则有： 按照(2)的方式投料达到平衡状态时，与按照(1)的方式投料达到平衡状态时，效果完全一样 【示例2】已知温度条件下，容积为的密闭容器中有可逆反应，按表中方式进行三次投料，达到平衡状态时，容器内各物质浓度的有关数据如下 反应 次数 起始浓度() 平衡浓度() ① 1 1 0 0.21 0.21 1.58 ② 0 0 2 0.21 0.21 1.58 ③ 0.5 0.5 1 0.21 0.21 1.58 【示例3】已知某温度条件下，容积为的密闭容器中，有可逆反应，按表中两种方式投料，证明：转化率；反应热。 投料方式 投料方式① 投料方式② 反应 转化率 反应热 分析： 由于投料方式①和投料方式②是平衡效果相当的投料，则平衡时的体积分数相同，即： 转化率： 反应热： 【示例4】已知某温度条件下，容积为的密闭容器中，有可逆反应，按照表中两种方式投料，完成表格 投料方式 投料方式① 投料方式② 反应 转化率 平衡时容器内压强 (填或) 【示例5】已知某温度条件下，容积为的密闭容器中，有可逆反应，按照表中两种方式投料，完成表格 投料方式 投料方式① 投料方式② 反应 转化率 平衡时容器内压强 (填或) 【总结】 由【示例4】和【示例5】可知，恒温恒容条件下，反应物按相同倍数加减，相当于加减压；反应物同倍数增加相当于加压，反应物同倍数减少相当于减压；用虚拟状态法(拉压盒子)分步操作，判断平衡是否移动。对于的反应，平衡发生移动；对于的反应，平衡不发生移动。 【示例6】※ 某温度条件下，容积为的密闭容器中，有可逆反应，已知充入和时，达到平衡后测得容器内有(见表)。在相同条件下，按表中方式投料，保持平衡时各组分的百分含量不变，完成表格： 已知 投 料 方 式 ① 百分含量 投 料 方 式 ② 百分含量 解：由“平衡时各组分百分含量不变”可知，投料方式②与投料方式①是等效平衡 假设将生成物“一边倒”，则有： ； 由此可知投料方式②为： 投料方式②的瞬间，，平衡逆向移动； 因此平衡时 ： 【结论】 恒温恒容条件下，若，将新投料方式“一边倒”后，投料量必须完全相同才能达到等效平衡，平衡时两体系的完全相同，属于等效平衡中的全等平衡。 【示例7】※ 某温度条件下，容积为的密闭容器中，有可逆反应，已知充入和时，达到平衡后测得容器内有(见表)。在相同条件下，按表中方式投料，保持平衡时各组分的百分含量不变，完成表格： 已知 投 料 方 式 ① 百分含量 投 料 方 式 ② 百分含量 解：由“平衡时各组分百分含量不变”可知，投料方式②与投料方式①是等效平衡 假设将生成物“一边倒”，则有： 由此可知投料方式②为： 投料方式②的瞬间，，平衡正向移动； 因此平衡时 ： 【结论】 恒温恒容条件下，若，将新投料方式“一边倒”后，投料方式只需成比例就能达到等效平衡，平衡时两体系的相同，成比例，属于等效平衡中的相似平衡。 【示例8】※ 某温度条件下，恒压为、容积的带活塞容器中，有可逆反应，已知充入和时，达到平衡后测得容器内有，且容积缩小为(见表)。在相同温度和压强条件下，向容积的带活塞容器中，按表中方式②投料，保持平衡时各组分的百分含量不变，完成表格： 容积 已知 投 料 方 式 ① 平衡时 分压 百分含量 容积 投 料 方 式 ② 平衡时 分压 百分含量 解：由“平衡时各组分百分含量不变”可知，投料方式②与投料方式①是等效平衡。 【结论】 恒温恒压条件下，不论，将新投料方式“一边倒”后，投料方式只需成比例就能达到等效平衡，平衡时两体系的相同，成比例。 五、平衡移动与反应物转化率的关系 1、由于人为改变温度或改变容器体积(进而改变容器内压强)，导致的平衡正向移动，将使反应物的转化率增大 2、对于反应，若反应物起始物质的量之比等于化学计量数之比，任何时刻(包括平衡时刻)各反应物的转化率相等；且各反应物的物质的量、物质的量浓度、体积分数之比等于化学计量数之比 (按化学计量数之比投料，反应物的转化率相同) 3、对于反应，达到平衡状态后 (1)恒容时只增加反应物的量：平衡正向移动，减小，增大。 (投谁谁的转化率减小；其他物质转化率增加) (2)按原投料比同等倍数增大反应物的量： 恒温恒压 和均不变 恒温恒容 和均增大 和均减小 和均不变 4、对于反应，增加反应物的量，用等效平衡分析 恒温恒压 不变 恒温恒容 增大 减小 不变 【补充练习】※ 等效平衡、平衡移动、转化率 1、(2012天津，第6题) 已知。向同温、同体积的三个密闭容器中分别充入气体：(甲) 和；(乙) 和；(丙)。恒温、恒容下反应达平衡时，下列关系一定正确的是( B ) A. 容器内压强： B. 的质量： C. 与之比： D. 反应放出或吸收热量的数值： 2、(2015天津，第6题) 某温度下，在的密闭容器中，加入和发生反应：，平衡时，的体积分数分别为。在此平衡体系中加入，再次达到平衡后，的体积分数不变。下列叙述不正确的是( D ) A. B. 两次平衡的平衡常数相同 C. 与的平衡转化率之比为 D. 第二次平衡时， 的浓度为 3、(2016天津，第10题节选) 氢能是发展中的新能源，它的利用包括氢的制备、保存和应用三个环节。在恒温恒容的密闭容器中，某储氢反应：达到化学平衡状态。下列有关叙述正确的是 (多选)。 容器内气体压强保持不变 吸收只需 若降温，该反应的平衡常数增大 若向容器内通入少量氢气，则 4、(2018天津，第5题) 室温下，向圆底烧瓶中加入和含的氢溴酸，溶液中发生反应：，充分反应后达到平衡。已知常压下，和的沸点分别为和。下列有关叙述错误的是( D ) A. 加入 ，可增大乙醇的物质的量 B. 增大浓度，有利于生成 C. 若反应物增大至，则两种反应物平衡转化率之比不变 D. 若起始温度提高至，可缩短反应达到平衡的时间 5、(2024天津，第11题) 在恒温密闭容器中，反应达到平衡。下列说法正确的是( A ) A. 达平衡后，和的浓度保持不变 B. 减小容积，达新平衡时的浓度降低 C. 维持恒容，加入一定量的达新平衡时的浓度降低 D. 维持恒压，加入一定量的氩气，达新平衡时的转化率减小 6、(2022天津，第6题) 向恒温恒容密闭容器中通入和，反应达到平衡后，再通入一定量，达到新平衡时，下列有关判断错误的是( B ) A．的平衡浓度增大 B．反应平衡常数增大 C．正向反应速率增大 D．的转化总量增大 7、(2020天津，第12题节选) 已知呈粉红色，呈蓝色，为无色。现将溶于水，加入浓盐酸后，溶液由粉红色变为蓝色，存在以下平衡：，用该溶液做实验，溶液的颜色变化如下： 判断下列说法正误： ①( ) 由实验①可推知反应 的 ②( ) 实验②是由于增大，导致平衡逆向移动 8、(2020天津，第16题节选) 利用太阳能光解水，制备的用于还原合成有机物，可实现资源的再利用。回答下列问题： 半导体光催化剂浸入水或电解质溶液中，光照时可在其表面得到产物。 下图为该催化剂在水中发生光催化反应的原理示意图。光解水能量转化形式为 。 若将该催化剂置于溶液中，产物之一为，另一产物为 。若将该催化剂置于溶液中，产物之一为，写出生成另一产物的离子反应式 。 用还原可以在一定条下合成(不考虑副反应)： 某温度下，恒容密闭容器中，和的起始浓度分别为和，反应平衡时，的产率为，该温度下反应平衡常数的值为 。 恒压下，和的起始物质的量比为时，该反应在无分子筛膜时甲醇的平衡产率和有分子筛膜时甲醇的产率随温度的变化如图所示，其中分子筛膜能选择性分离出。 ①甲醇平衡产率随温度升高而降低的原因为 。 ②点甲醇产率高于点的原因为 。 ③根据上图，在此条件下采用该分子筛膜时的最佳反应温度为 。 9、(2021天津，第13题节选改编) 铁、钴、镍三种元素位于元素周期表第四周期、第族，具有相似的化学性质，又称为铁系元素。铁单质及其化合物的应用非常广泛。可与等配体形成多种配离子，如，其水溶液的对应颜色如下表： 配离子 () 水溶液颜色 浅紫色 黄色 红色 无色 黄色 为探究影响配合物形成的因素，某同学按如下步骤完成实验： 已知： ①向的溶液中加入溶液形成蓝色的配离子 ②不能与形成配离子 (1)为浅紫色，但溶液却呈黄色，其原因是(结合离子方程式解释) ，为了能观察到溶液中的浅紫色，可采取的方法是 (填字母)。 向溶液中加入向溶液中加入 向溶液中加入向溶液中加入 (2)已知与的反应在溶液中存在以下平衡：(无色) (红色) ； 向溶液中加入后，溶液颜色由红色转变为无色。若该反应是可逆反应，其离子方程式为 ，平衡常数为 (用和表示)。 (3)由上图所示实验可知，配体的配位能力由大到小的顺序为(用连接) (4)证实样品的水溶液中含有的实验方法是：取样品的水溶液于试管中， 10、(2021天津，第16题节选) 是一种重要的化工原料。工业上可以利用硫与为原料制备，受热分解成气态，发生反应，回答下列问题： (1)的电子式为 。 (2)某温度下，若完全分解成气态，在恒温密闭容器中，与物质的量比为时开始反应。 ①当的体积分数为时，的转化率为 。 ②当以下数值不变时，能说明该反应达到平衡的是 (填序号)。 气体密度 气体总压 与体积比 的体积分数 (3)一定条件下，与反应中的平衡转化率、分解产生的体积分数随温度的变化曲线如图所示。据图分析，生成的反应为 (填“放热”或“吸热”)反应。工业上通常采用在的条件下进行此反应，不采用低于的原因是 。 (4)用燃煤废气(含等)使尾气中的转化为单质硫，可实现废物利用，保护环境，写出其中一个反应的化学方程式 11、(2023天津，第16题) 工业上以硫黄为原料制备硫酸的原理示意图如下，其过程包括三个阶段。 硫液化后与空气中的氧反应生成。 (1)硫磺的晶体类型是 。 (2)硫的燃烧应控制适宜温度，硫粉首先液化并与氧气共热生成二氧化硫。若进料温度超过硫粉沸点，部分硫粉会转化为硫蒸气，与生成的一同进入到下一阶段，会导致 。(填字母) 硫粉消耗量增大 产率降低 生成较多 (3)若每生成放出能量，写出该反应的热化学方程式 ；随着反应温度升高，则的平衡转化率 (填“升高”或“降低”)。 (4)从能量角度分析，钒催化剂在反应中的作用为 。 一定条件下，钒催化剂的活性温度范围是。为了兼顾转化率和反应速率，可采用四段转化工艺：预热后的和通过第一段的钒催化剂层进行催化氧化，气体温度会迅速接近，此时立即将气体通过热交换器，将热量传递给需要预热的 和，完成第一段转化。降温后的气体依次进行后三段转化，温度逐段降低，总转化率逐段提高，接近平衡转化率。最终反应在左右时，转化率达到。 (5)气体经过每段的钒催化剂层，温度都会升高，其原因是 ；升高温度后的气体都需要降温，其目的是 。 (6)采用四段转化工艺可以实现 (填字母)。 控制适宜的温度，尽量加快反应速率，尽可能提高转化率 使反应达到平衡状态 节约能源 工业上用浓硫酸吸收。若用水吸收会产生酸雾，导致吸收效率降低。 (7)的吸收率与所用硫酸的浓度、温度的关系如右图所示。据图分析，最适合的吸收条件为：硫酸的浓度 ，温度 。 (8)用吨含的硫磺为原料生成硫酸，假设硫在燃烧过程中损失，生成的转化率是，吸收的损失忽略不计，最多可以生产的硫酸 吨。 12、(2024天津，第16题) 是常用的还原剂，可选择合适的催化剂实现其可控水解制。 的结构 (1)已知 由和组成，的电子式为 的水解 的水解反应方程式为：，该反应放热。 (2)无催化剂时，在酸性溶液中水解迅速，在碱性溶液中水解缓慢，在纯水中水解反应速率会随反应进行快速下降。在纯水中反应速率快速下降的原因是 。 (3)相同条件下，三种试制的催化剂和在碱性溶液中催化水解产的体积随反应时间的变化如右图。下列相关结论正确的是 (填序号) 反应至 时，使用产生 的体积是使用的倍 与相比，降低反应的活化能更多 无催化活性 (4)在起始温度不同、其他条件相同的情况下进行水解反应的对比实验，的生成速率与浓度的关系如图所示。在反应过程中，体系温度随反应进行逐渐升高，催化剂活性保持不变。 ①图中起始温度较高的实验对应的曲线是 (填或) ②曲线中，点之前的生成速率提高，主要原因是 ；点之后的生成速率降低，主要原因是 。 的再生 (5)用惰性电极电解碱性溶液，在阳极生成，在阴极生成和，实现的再生。总反应为。阴极的电极反应式为 。电解 $$