内容正文:
第2章 化学反应速率与化学平衡
第二节 化学平衡
思维导图
用图表整理章节逻辑,帮助建立系统化认知。
课程学习目标
掌握本节核心知识,为后续学习打好基础。
新知学习
通过预习内容初步理解新知识,培养独立思考能力。
拓展培优
结合例题解析高频考点,掌握易错点,提升能力。
课堂检测
基础训练:确保核心知识掌握,建立信心。
能力提升:提升应用能力,提升综合能力。
知识思维导图
第2课时 影响化学平衡的因素
课程学习目标
1.明确化学平衡移动的含义,会根据反应速率的变化判断化学平衡的移动方向。
2.通过实验探究,认识外界条件(浓度、温度、压强等)对化学平衡的影响规律。
3.了解催化剂在生活、生产和科学领域中的重要作用。
【新知学习】
知识点01对化学平衡移动的理解
1.概念理解
(1)含义:当一个可逆反应达到平衡后,如果 、 、温度等反应条件改变,原来的平衡状态被破坏,化学平衡会移动,在一段时间后会达到 。
(2)实质:改变条件后,①v正≠v逆,②各组分的百分含量发生 。
2.过程分析
3.方向判断
(1)v正>v逆:平衡向 方向移动。
(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 方向移动。
知识点02浓度对化学平衡的影响
1.实验探究浓度对化学平衡的影响
原理
Fe3++3SCN-Fe(SCN)3
浅黄色 无色 红色
实验
步骤
现象
a试管中溶液呈红色,b试管溶液红色 ,c试管中溶液红色
实验
结论
增大c(Fe3+)或c(SCN-)后,化学平衡均向 方向移动,Fe(SCN)3的浓度 ,溶液红色加深;滴加少量铁粉,由于Fe+2Fe3+===3Fe2+,使Fe3+的浓度 ,化学平衡向 方向移动,Fe(SCN)3的浓度 ,溶液红色变浅。
2.从vt图像认识浓度对平衡的影响
化学
平衡
aA+bBcC+dD
(A、B、C、D为非固体)
体系浓
度变化
增大反应
物浓度
增大生成
物浓度
减小生成
物浓度
减小反应
物浓度
速率
变化
v正瞬间增大,v逆瞬间不变,v′正>v′逆
v逆瞬间增大,v正瞬间不变,v′逆>v′正
v逆瞬间减小,v正瞬间不变,v′正>v′逆
v正瞬间减小,v逆瞬间不变,v′逆>v′正
平衡移
动方向
vt
图象
规律
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 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 方向移动。
知识点03压强对化学平衡的影响
1.实验探究压强对化学平衡的影响
实验
原理
N2O4(g)2NO2(g)(红棕色) Δνg>0
实验
操作
用三支相同的50 mL注射器均抽入20 mL NO2和N2O4混合气体,将细管端用橡胶塞封闭
将第二支针筒活塞迅速推至10 mL处(体积减小,压强增大)
将第三支针筒活塞迅速拉至 40 mL处(体积增大,压强减小)
实验
现象
气体颜色先变 ,后变 ,最终比原来
气体颜色先变 ,后变 ,最终比原来
实验
结论
压强增大,体积减小时,c(NO2) ,平衡向 移动
压强减小,体积增大时,c(NO2) ,平衡向 移动
2.从vt图像认识压强对化学平衡的影响
化学平衡
aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)
计量关系
a+b>c+d
a+b<c+d
压强
变化
增压
减压
增压
减压
速率
变化
v正、v逆同时增大,v′正>v′逆
v正、v逆同时减小,v′逆>v′正
v正、v逆同时增大,v′逆>v′正
v正、v逆同时减小,v′正>v′逆
平衡移
动方向
速率与
时间的
图象
规律
在其他条件不变的情况下,增大压强,平衡向气体 的方向移动;减小压强,平衡向气体 的方向移动
【易错提醒】
压强改变只影响有气体参加或生成的可逆反应,对于只涉及固体或液体的反应,压强的影响不予考虑。
知识点04温度对化学平衡的影响
1.实验探究温度对化学平衡的影响
实验原理
2NO2(g)N2O4(g) ΔH=-56.9 kJ·mol-1
红棕色 无色
实验
步骤
实验现象
热水中混合气体颜色 ;冰水中混合气体颜色
实验
结论
混合气体受热颜色 ,说明NO2 ,即平衡向 方向移动;混合气体被冷却时颜色 ,说明 ,即平衡向 方向移动
2.从vt图像认识温度对化学平衡的影响
化学平衡
aA+bBcC+dD ΔH>0
温度改变
升温
降温
速率变化
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
移动方向
正向移动
逆向移动
速率与时
间的图像
规律
在其他条件不变的情况下,升高温度,平衡向 的方向移动;降低温度,平衡向 的方向移动
知识点05催化剂
使用正催化剂,正、逆反应速率增大的倍数相同,化学平衡 。其图像如下:
【易错提醒】
若某可逆反应在反应前后气体的总体积不发生变化,则增大该体系的压强(压缩容器体积)时,也可用上述图像表示。
【思考与讨论】
催化剂对化学平衡有没有影响?工业生产往往使用催化剂,其目的是什么?
知识点06勒夏特列原理
如果改变影响平衡的一个条件(如温度、压强及参加反应的物质的浓度),平衡就向着能够减弱这种改变的方向移动,该结论就是勒夏特列原理。
(1)平衡移动过程中的量变分析
向一密闭容器中通入1 mol N2、3 mol H2,发生反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH<0,一段时间后达到平衡,当其他条件不变时,改变下列条件后,请填写下列内容:
①若增大N2的浓度,平衡移动的方向是 ;达新平衡前,氮气浓度的变化趋势是 ,但新平衡时的浓度 原平衡时的浓度。
②若升高温度,平衡移动的方向是 ;达新平衡前,体系温度的变化趋势是 ,但新平衡时的温度 原平衡时的温度。
③若增大压强,平衡移动的方向是 ;达新平衡前,压强的变化趋势是 ,但新平衡时的压强大于原平衡时的压强。
(2)原理归纳:如果改变影响平衡的条件之一(如浓度、压强或温度),平衡将向着能够 这种改变的方向移动。
(3)注意事项
①适用范围:适用于任何动态 体系(如在第三章将学到的溶解平衡、电离平衡等),非平衡状态不能用此来分析。
②平衡移动的结果只能是“减弱”外界条件的改变,但不能完全“消除”这种改变。可概括为“外变大于内变”。
【易错提醒】
平衡移动的结果是“减弱”外界条件的影响,而不是“消除”外界条件的影响,更不是“扭转”外界条件的影响。
知识点07等效平衡
1、定义:在一定条件下(恒温恒容或恒温恒压)下,同一可逆反应体系,不管是从正反应开始,还是从逆反应开始,还是正、逆反应同时投料,达到化学平衡状态时,任何相同组分的百分含量(质量分数、物质的量分数、体积分数等)均 。
2、等效平衡分类及规律
对于可逆反应aA(g)+bB(g) ⇌cC(g)+dD(g)
反应特点
a+b≠c+d
a+b=c+d
反应条件
等温等容
等温等压
等温等容
等温等压
起始投料
的条件
换算为化学方程式同一边物质,其“量”相同
换算为化学方程式同一边物质,其“量”比例相同
换算为化学方程式同一边物质,其“量”比例相同
平衡
特点
物质的量(n)
相同
成比例
成比例
成比例
百分含量(w%)
相同
相同
相同
相同
浓度
相同
相同
成比例
相同
3、解题模板:等效平衡判断“四步曲”
:观察可逆反应特点(物质状态、气体分子数),判断反应是反应前后气体体积不变的可逆反应还是反应前后气体体积改变的可逆反应;
:挖掘反应条件,是恒温恒容还是恒温恒压,注意密闭容器不等于恒容容器;
:采用一边倒法,将起始物质按可逆反应化学计量数之比转化成同一边的物质;
:联系等效平衡判断依据,结合题目条件判断是否达到等效平衡。
【拓展培优】
【问题探究】
“惰性气体”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。
(2)恒温恒压条件
原平衡体系容器容积增大,各反应气体的分压减小―→体系中各组分的浓度同倍数减小(等效于减压)
v
【典例1】(实验探究影响化学平衡的因素)(24-25高二上·天津河西·期中)研究浓度对反应 化学平衡的影响,实验操作及现象如下图所示:
已知:试管与试管相比,温度略有升高,溶液颜色变深,呈橙色。
下列说法正确的是
A.当试管中溶液颜色不再改变时,表明已全部反应
B.由上述②信息,说明影响试管中反应化学平衡的主要因素是温度
C.对比试管、溶液颜色变化,可得结论:减小,平衡正向移动
D.试管中溶液颜色变浅是由于体系中各离子浓度变小,但平衡不移动
(变式训练1-1)(24-25高二上·山西太原·期中)下列表格中依据实验操作和实验现象所得结论或解释错误的是选项
选项
实验操作
实验现象
结论或解释
A
将装有和混合气体的注射器由20mL压缩至10 mL
压缩后,混合气体的颜色先变深后逐渐变浅
平衡向左移动
B
向含有的红色溶液中加入少量铁粉,振荡、静置
溶液的红色变浅
平衡向左移动
C
加热2mL 0.5mol/L 溶液
溶液变为黄绿色
的
D
向2mL 0.1mol/L 溶液中滴加5~10滴6mol/L NaOH溶液
溶液变为黄色
平衡向右移动
A.A B.B C.C D.D
(变式训练1-2)(24-25高二上·山东聊城·期中)下列实验方案设计、现象和结论都正确的是
方案设计
现象
结论
A
向恒温恒容密闭玻璃容器中充入气体,分解达到平衡后再充入
气体颜色不变
对于反应前后气体分子数不变的可逆反应,改变压强平衡不移动
B
将一支盛有溶液的试管水浴加热片刻,取出置于冷水中
溶液颜色由蓝变黄绿后再变蓝
C
向盛有和混合溶液的试管中加入少量固体
溶液颜色变浅
平衡向左移动
D
分别向两支盛有水溶液的试管中滴3滴的溶液和溶液
滴加溶液的试管产生气泡快
对分解反应,的催化能力优于
A.A B.B C.C D.D
【典例2】(勒夏特列原理的应用)(25-26高二上·甘肃张掖·阶段练习)下列事实不能用勒夏特列原理解释的是
A.在制备乙酸乙酯中,加入过量的乙醇
B.夏天,打开冰镇啤酒瓶盖产生大量泡沫
C.Fe(SCN)3溶液中加入铁粉后溶液颜色变浅
D.工业合成氨反应中采用400~500℃的高温
(变式训练2-1)(24-25高二上·浙江丽水·期末)下列事实不能用勒夏特列原理解释的是
A.实验室制备乙酸乙酯时,加入稍过量的乙醇
B.工业上SO2的催化氧化在常压下进行
C.实验室收集氯气时,常用排饱和食盐水的方法
D.工业上在10MPa-30MPa条件下合成氨
(变式训练2-2)(24-25高二上·山东威海·期末)下列事实中能用化学平衡移动原理解释的是
A.实验室利用制取使用加快反应速率
B.反应达平衡后,加压使混合气体颜色变深
C.锌片与稀反应过程中,加入少量固体,促进的产生
D.实验室配制溶液时滴加几滴溶液
【典例3】(化学平衡的移动)(24-25高三上·天津南开·期末)低温脱硝技术可用于处理废气中的氮氧化物,发生的化学反应为在恒容的密闭容器中,下列有关说法正确的是
A.平衡时,其他条件不变,升高温度可使该反应的平衡常数增大
B.平衡时,其他条件不变,增加的浓度,的转化率增大
C.单位时间内消耗和的物质的量之比为时,反应达到平衡状态
D.其他条件不变,使用高效催化剂,会缩短反应时间提高废气中氮氧化物的转化率
(变式训练3-1)(24-25高二上·浙江嘉兴·期中)已知反应: 。在一定条件下,该反应达到平衡状态,下列说法正确的是
A.降温,可提高反应物的转化率
B.升温,增大逆反应速率,降低正反应速率
C.使用催化剂,可以使反应速率增大,平衡向正反应方向移动
D.保持容器内压强不变,向容器中通入氦气,平衡不发生移动
(变式训练3-2)(24-25高二上·广东河源·阶段练习)某温度下,在密闭反应器中充入足量Ag2О粉末,发生反应:2Ag2О(s)⇌4Ag(s)+O2(g)。达到平衡状态1时测得p(O2)=akPa;保持温度不变,将体积扩大至原来的2倍并保持不变,达到平衡状态2时测得p(O2)=bkPa.下列叙述正确的是
A.上述变化中,平衡状态1逆向移动达到平衡状态2
B.其他条件不变,增大Ag2O的质量,正反应速率一定增大
C.上述平衡状态时压强:b=a
D.其他条件不变,增大c(O2),平衡常数增大
【典例4】(等效平衡)(2024高三·全国·专题练习)一定温度下,在3个容积均为的恒容密闭容器中反应达到平衡,下列说法正确的是
容器
温度/K
起始浓度
平衡浓度
I
400
0.20
0.10
0
0.080
II
400
0.40
0.20
0
III
500
0
0
0.10
0.025
A.该反应的正反应吸热
B.达到平衡时,容器I中反应物转化率比容器II中的小
C.达到平衡时,容器II中大于容器III中的两倍
D.达到平衡时,容器III中的正反应速率比容器I中的小
(变式训练4-1)(24-25高二下·吉林通化·开学考试)相同温度下,分别在起始体积均为1 L的两个密闭容器中发生反应: 。实验测得反应的有关数据如下表:
容器
反应条件
起始物质的量/mol
达到平衡所用时间
达到平衡过程中的能量变化
SO2
O2
SO3
①
恒容
2
1
0
10
放热
②
恒压
2
1
0
放热b kJ
下列叙述错误的是
A.②中:;
B.②中:从开始至内的平均反应速率v(O2)=0.01 mol·L−1·min−1
C.①中:反应达到平衡时,平衡常数K=
D.①中:平衡后再加入和,反应向逆反应方向移动
(变式训练4-2)(24-25高二上·天津蓟州·期中)在一定温度下,向容积均为2L的两个密闭容器中通入一定量的一氧化碳和水蒸气,保持温度恒定,发生反应: ,数据如下表。下列说法正确的是
容器编号
起始时各物质的物质的量/mol
达到平衡的时间/min
达到平衡时体系放出的能量/kJ
CO
①
1
4
0
0
②
2
8
0
0
A.平衡时:①<② B.平衡常数:①<②
C.达到平衡的时间: D.达到平衡时能量的变化:
【课堂检测】
【基础训练】
1.(24-25高二上·福建福州·期中)已知 。下列说法正确的是
A.恒温恒容条件下加入适量,可增大活化分子百分数,加快反应速率
B.使用高效催化剂,可降低反应的活化能,增大活化分子百分数
C.升高温度,增大,减小,平衡逆向移动
D.恒温条件下增大压强,平衡正向移动,该反应的平衡常数增大
2.(24-25高二上·山东济南·阶段练习)某温度下,恒容密闭容器中进行可逆反应: ,下列说法正确的是
A.平衡后加入少量W,速率-时间图像如上图
B.平衡后升高温度,平衡正向移动,不变
C.平衡后加入Y,平衡正向移动,X、Y的转化率均增大
D.当容器中气体的压强不再变化时,反应达到平衡状态
3.(23-24高二上·天津静海·阶段练习)在恒容密闭容器中反应: ΔH=-373.4 kJ·mol-1达到平衡状态,以下说法不正确的是
A.及时分离出CO2,使Q减小,Q<K,因此平衡正向移动
B.及时分离出N2,使Q减小,Q<K,因此平衡正向移动
C.加入催化剂反应速率增大,∆H增大
D.增加NO浓度,使Q减小,Q<K,因此平衡正向移动
4.(23-24高二下·安徽亳州·期中)250℃时,将一定量的碳酸氢钠固体置于真空容器中分解,达平衡时,测得体系内总压强为p。则下列叙述正确的是
A.当体系内二氧化碳的物质的量分数不变时,反应达到平衡状态
B.平衡后,继续添加碳酸氢钠,平衡右移,K增大
C.向平衡体系中加入等量的、,平衡左移,K不变
D.250℃时,该反应的化学平衡常数为
5.(24-25高二上·黑龙江哈尔滨·期中)下列事实不能用勒夏特列原理解释的是
A.多平衡体系中,选择合适的催化剂能提高目标产物的选择性
B.氯水中存在平衡:,当加入少量溶液后,溶液颜色变浅
C.血浆中存在平衡:,碱中毒患者可服用精氨酸进行治疗
D.反应达到平衡时。将容器体积减小为原来的一半,再次达到平衡时
6.(24-25高二上·北京昌平·期中)密闭高炉中发生反应: ,若其他条件不变,下列措施能使平衡逆向移动的是
A.增大Fe的投加量 B.升高温度 C.及时排出CO2 D.加入催化剂
7.(24-25高二上·河北张家口·阶段练习)用下列实验装置(部分夹持装置略去)进行相应的实验,能达到实验目的的是
A.探究温度对化学平衡的影响
B.探究浓度对化学反应速率的影响
C.测定锌和一定浓度稀硫酸的反应速率
D.验证对分解的催化作用
A.A B.B C.C D.D
8.(24-25高二上·甘肃张掖·阶段练习)硫化氢不稳定易分解。T℃时,在一恒容密闭容器中通入0.2 mol ,发生反应:;。下列说法正确的是
A.通入,压强增大,正、逆反应速率均增大
B.该反应的正反应的活化能小于逆反应的活化能
C.达到平衡后,升高温度,正反应速率增大,逆反应速率减小,平衡正向移动
D.达到平衡后,保持其他条件不变,再通入0.1 mol ,重新达到平衡后,大于上一次平衡时
9.(22-23高二上·四川遂宁·期末)甲为恒温恒容容器,乙为绝热恒容容器。在甲、乙两体积相同的密闭容器中均充入2mol 和6mol ,发生反应:N2(g) +3H2(g)2NH3(g) ,一段时间后均达到平衡。下列说法正确的是
A.平衡时,化学反应速率:甲=乙
B.平衡时,的物质的量分数:甲>乙
C.平衡时,升高甲的温度,可达到与乙一样的平衡状态
D.向甲容器中充入一定量的氦气,平衡向正反应方向移动
10.(24-25高二上·新疆喀什·期中)在一定温度下,向体积为1L的密闭容器中通入1molX气体和0.5molY气体,各物质的物质的量随时间变化如图所示:
(1)该反应是 (填“可逆反应”或“非可逆反应”),化学反应方程式为 。
(2)在2min内,用X表示的平均反应速率 。
(3)2min时,气体Y的转化率为 。
(4)计算该温度下的平衡常数 。(写成分数形式)。
(5)在其他条件不变的情况下,增大压强(减小体积),正反应速率 ,逆反应速率 (填“增大”、“减小”、“不变”),平衡 移动(填“正向”,“逆向”,“不”),平衡常数 (填“增大”、“减小”、“不变”)。
【能力提升】
1.(24-25高二上·山西太原·期中)下列事实能用平衡移动原理解释的是
A.溶液中加入少量溶液,产生大量气泡
B.氯水久置后,黄绿色消失
C.、、HI三者的平衡混合气,加压(缩小容器容积)后颜色变深
D.溶液与稀反应过程中,适当加热后,出现浑浊的速率加快
2.(24-25高二上·陕西西安·阶段练习)苯乙烯与溴苯在一定条件下发生Heck反应
溴苯用量(mmol)
100
100
100
100
100
100
100
催化剂用量(mmol)
2
2
2
2
2
2
2
反应温度(℃)
100
100
100
100
120
140
160
反应时间(h)
10
12
14
16
14
14
14
产率/%
81.2
84.4
86.6
86.2
93.5
96.6
89.0
根据上表数据,下列说法正确的是
A.最佳反应温度为100 ℃
B.最佳反应时间为16 h
C.温度过高时催化剂活性可能降低
D.使用催化剂能提高产物的产率
3.(24-25高二上·浙江丽水·期末)下列说法不正确的是
A.向内推动装有NO2(g)的注射器[2NO2(g)N2O4(g)],气体颜色先变深后变浅
B.向0.5 mol·L-1绿色的CuCl2溶液中加少量水,[Cu(H2O)4]2+(蓝色)+4Cl−[CuCl4]2− (黄色)+4H2O,溶液颜色变为蓝绿色
C.某可逆反应加入催化剂后反应速率加快,ΔH不改变
D.向0.1 mol·L-1NH4Cl溶液中滴加0.1 mol·L-1HCl溶液时,溶液中随HCl溶液体积增大而减小
4.(25-26高二上·山东菏泽·开学考试)温度T下,向1 L真空刚性容器中加入1 mol CHOH,反应达到平衡时,c(Y)=0.4 mol·L-1,
下列说法正确的是
A.再充入1 mol X和1 mol Y,此时v正<v逆
B.再充入1 mol X,平衡时c(Y)=0.8 mol·L-1
C.再充入1 mol N2,平衡向右移动
D.若温度升高,X的转化率增加,则上述反应ΔH<0
5.(25-26高二上·北京·开学考试)在不同温度下,向2L密闭容器中加入1molNO和1mol活性炭,发生反应:,达到平衡时的数据如下:
温度℃
(活性炭)
0.70
0.25
下列说法不正确的是
A.上述信息可推知:
B.时,该反应的平衡常数
C.时,若反应达平衡后再缩小容器的体积,不变
D.平衡时,混合气体的平均摩尔质量
6.(24-25高二上·山东威海·期末)将和混合于2L密闭容器中,发生反应:,反应达到平衡,测得C的浓度为,以D表示的平均反应速率。下列说法正确的是
A.
B.A的转化率为50%
C.向容器中再添加,会使反应速率加快
D.其他条件不变,将容器体积变为1L,C的体积分数变大
7.(24-25高二上·黑龙江佳木斯·阶段练习)已知:H2(g)+I2(g)2HI(g);ΔH= -14.9kJ·mol-1。某温度下在甲、乙两个恒容密闭容器中充入反应物,其起始浓度如下表所示。甲中反应达到平衡时,测得c(H2)=0.008mol·L-1。下列判断正确的
起始浓度
c(H2)/(mol·L-1)
c(I2)/(mol·L-1)
c(HI)(mol·L-1)
甲
0.01
0.01
0
乙
0.02
0.02
0
A.平衡时,乙中H2的转化率是甲中的2倍
B.平衡时,甲中混合物的颜色比乙中深
C.该温度下,反应的平衡常数K=0.25
D.平衡时,甲、乙放出热量相等
8.(25-26高二上·甘肃张掖·阶段练习)几种物质燃烧热如下表所示。
可燃物
H2(g)
CO(g)
CH3OH(l)
CH4(g)
燃烧热()/kJ·mol⁻¹
-285.8
-283.0
-726.5
-890.3
回答下列问题:
(1)写出表示CH4(g)燃烧热的热化学方程式 。
(2) 。
(3)H2(g)+O2(g)=H2O(g) (填“>”、“<”或“=”)。
(4)某水煤气含CO、H2、N2和CO2,其中N2、CO2体积分数分别为15%、5%。
1 mol这种水煤气完全燃烧生成液态水和二氧化碳时放出热量为227.52 kJ,该水煤气中CO、H2的物质的量分别为 mol、 mol。
(5)在下图坐标系中画出CO燃烧反应的能量变化图示 。
(6)以CO2催化氢化制的能量变化如图所示。
①该过程中决定总反应速率的反应式为 。
②下列叙述正确的是 (填字母)。
A.升高温度,总反应平衡常数增大 B.选择催化剂降低TS2的能量
C.总反应分六个基元反应
1
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第2章 化学反应速率与化学平衡
第二节 化学平衡
思维导图
用图表整理章节逻辑,帮助建立系统化认知。
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通过预习内容初步理解新知识,培养独立思考能力。
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能力提升:提升应用能力,提升综合能力。
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第2课时 影响化学平衡的因素
课程学习目标
1.明确化学平衡移动的含义,会根据反应速率的变化判断化学平衡的移动方向。
2.通过实验探究,认识外界条件(浓度、温度、压强等)对化学平衡的影响规律。
3.了解催化剂在生活、生产和科学领域中的重要作用。
【新知学习】
知识点01对化学平衡移动的理解
1.概念理解
(1)含义:当一个可逆反应达到平衡后,如果浓度、压强、温度等反应条件改变,原来的平衡状态被破坏,化学平衡会移动,在一段时间后会达到新的化学平衡状态。
(2)实质:改变条件后,①v正≠v逆,②各组分的百分含量发生改变。
2.过程分析
3.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,平衡不移动。
(3)v正<v逆:平衡向逆反应方向移动。
知识点02浓度对化学平衡的影响
1.实验探究浓度对化学平衡的影响
原理
Fe3++3SCN-Fe(SCN)3
浅黄色 无色 红色
实验
步骤
现象
a试管中溶液呈红色,b试管溶液红色变浅,c试管中溶液红色变深
实验
结论
增大c(Fe3+)或c(SCN-)后,化学平衡均向正反应方向移动,Fe(SCN)3的浓度均增大,溶液红色加深;滴加少量铁粉,由于Fe+2Fe3+===3Fe2+,使Fe3+的浓度减小,化学平衡向逆反应方向移动,Fe(SCN)3的浓度减小,溶液红色变浅。
2.从vt图像认识浓度对平衡的影响
化学
平衡
aA+bBcC+dD
(A、B、C、D为非固体)
体系浓
度变化
增大反应
物浓度
增大生成
物浓度
减小生成
物浓度
减小反应
物浓度
速率
变化
v正瞬间增大,v逆瞬间不变,v′正>v′逆
v逆瞬间增大,v正瞬间不变,v′逆>v′正
v逆瞬间减小,v正瞬间不变,v′正>v′逆
v正瞬间减小,v逆瞬间不变,v′逆>v′正
平衡移
动方向
正向移动
逆向移动
正向移动
逆向移动
vt
图象
规律
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。
知识点03压强对化学平衡的影响
1.实验探究压强对化学平衡的影响
实验
原理
N2O4(g)2NO2(g)(红棕色) Δνg>0
实验
操作
用三支相同的50 mL注射器均抽入20 mL NO2和N2O4混合气体,将细管端用橡胶塞封闭
将第二支针筒活塞迅速推至10 mL处(体积减小,压强增大)
将第三支针筒活塞迅速拉至 40 mL处(体积增大,压强减小)
实验
现象
气体颜色先变深,后变浅,最终比原来深
气体颜色先变浅,后变深,最终比原来浅
实验
结论
压强增大,体积减小时,c(NO2)变大后又减小,平衡向左移动
压强减小,体积增大时,c(NO2)减小后又增大,平衡向右移动
2.从vt图像认识压强对化学平衡的影响
化学平衡
aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)
计量关系
a+b>c+d
a+b<c+d
压强
变化
增压
减压
增压
减压
速率
变化
v正、v逆同时增大,v′正>v′逆
v正、v逆同时减小,v′逆>v′正
v正、v逆同时增大,v′逆>v′正
v正、v逆同时减小,v′正>v′逆
平衡移
动方向
正向移动
逆向移动
逆向移动
正向移动
速率与
时间的
图象
规律
在其他条件不变的情况下,增大压强,平衡向气体物质的量减小的方向移动;减小压强,平衡向气体物质的量增大的方向移动
【易错提醒】
压强改变只影响有气体参加或生成的可逆反应,对于只涉及固体或液体的反应,压强的影响不予考虑。
知识点04温度对化学平衡的影响
1.实验探究温度对化学平衡的影响
实验原理
2NO2(g)N2O4(g) ΔH=-56.9 kJ·mol-1
红棕色 无色
实验
步骤
实验现象
热水中混合气体颜色加深;冰水中混合气体颜色变浅
实验
结论
混合气体受热颜色加深,说明NO2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NO2浓度减小,即平衡向正反应方向移动
2.从vt图像认识温度对化学平衡的影响
化学平衡
aA+bBcC+dD ΔH>0
温度改变
升温
降温
速率变化
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
移动方向
正向移动
逆向移动
速率与时
间的图像
规律
在其他条件不变的情况下,升高温度,平衡向吸热反应的方向移动;降低温度,平衡向放热反应的方向移动
知识点05催化剂
使用正催化剂,正、逆反应速率增大的倍数相同,化学平衡不移动。其图像如下:
【易错提醒】
若某可逆反应在反应前后气体的总体积不发生变化,则增大该体系的压强(压缩容器体积)时,也可用上述图像表示。
【思考与讨论】
催化剂对化学平衡有没有影响?工业生产往往使用催化剂,其目的是什么?
催化剂能够同等程度改变正、逆反应的速率,所以使用催化剂不能使平衡发生移动,但是可以改变达到平衡所需要的时间。工业生产往往使用催化剂,其目的是加快化学反应的速率,提高单位时间内的产量。
知识点06勒夏特列原理
如果改变影响平衡的一个条件(如温度、压强及参加反应的物质的浓度),平衡就向着能够减弱这种改变的方向移动,该结论就是勒夏特列原理。
(1)平衡移动过程中的量变分析
向一密闭容器中通入1 mol N2、3 mol H2,发生反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH<0,一段时间后达到平衡,当其他条件不变时,改变下列条件后,请填写下列内容:
①若增大N2的浓度,平衡移动的方向是向右移动;达新平衡前,氮气浓度的变化趋势是减小,但新平衡时的浓度大于原平衡时的浓度。
②若升高温度,平衡移动的方向是向左移动;达新平衡前,体系温度的变化趋势是降低,但新平衡时的温度高于原平衡时的温度。
③若增大压强,平衡移动的方向是向右移动;达新平衡前,压强的变化趋势是减小,但新平衡时的压强大于原平衡时的压强。
(2)原理归纳:如果改变影响平衡的条件之一(如浓度、压强或温度),平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动。
(3)注意事项
①适用范围:适用于任何动态平衡体系(如在第三章将学到的溶解平衡、电离平衡等),非平衡状态不能用此来分析。
②平衡移动的结果只能是“减弱”外界条件的改变,但不能完全“消除”这种改变。可概括为“外变大于内变”。
【易错提醒】
平衡移动的结果是“减弱”外界条件的影响,而不是“消除”外界条件的影响,更不是“扭转”外界条件的影响。
知识点07等效平衡
1、定义:在一定条件下(恒温恒容或恒温恒压)下,同一可逆反应体系,不管是从正反应开始,还是从逆反应开始,还是正、逆反应同时投料,达到化学平衡状态时,任何相同组分的百分含量(质量分数、物质的量分数、体积分数等)均相同。
2、等效平衡分类及规律
对于可逆反应aA(g)+bB(g) ⇌cC(g)+dD(g)
反应特点
a+b≠c+d
a+b=c+d
反应条件
等温等容
等温等压
等温等容
等温等压
起始投料
的条件
换算为化学方程式同一边物质,其“量”相同
换算为化学方程式同一边物质,其“量”比例相同
换算为化学方程式同一边物质,其“量”比例相同
平衡
特点
物质的量(n)
相同
成比例
成比例
成比例
百分含量(w%)
相同
相同
相同
相同
浓度
相同
相同
成比例
相同
3、解题模板:等效平衡判断“四步曲”
:观察可逆反应特点(物质状态、气体分子数),判断反应是反应前后气体体积不变的可逆反应还是反应前后气体体积改变的可逆反应;
:挖掘反应条件,是恒温恒容还是恒温恒压,注意密闭容器不等于恒容容器;
:采用一边倒法,将起始物质按可逆反应化学计量数之比转化成同一边的物质;
:联系等效平衡判断依据,结合题目条件判断是否达到等效平衡。
【拓展培优】
【问题探究】
“惰性气体”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。
(2)恒温恒压条件
原平衡体系容器容积增大,各反应气体的分压减小―→体系中各组分的浓度同倍数减小(等效于减压)
v
【典例1】(实验探究影响化学平衡的因素)(24-25高二上·天津河西·期中)研究浓度对反应 化学平衡的影响,实验操作及现象如下图所示:
已知:试管与试管相比,温度略有升高,溶液颜色变深,呈橙色。
下列说法正确的是
A.当试管中溶液颜色不再改变时,表明已全部反应
B.由上述②信息,说明影响试管中反应化学平衡的主要因素是温度
C.对比试管、溶液颜色变化,可得结论:减小,平衡正向移动
D.试管中溶液颜色变浅是由于体系中各离子浓度变小,但平衡不移动
【答案】C
【分析】反应 ,试管中加入氢氧化钠溶液,增大氢氧根离子浓度,使平衡正向移动,试管c加入浓硫酸,浓硫酸放热使温度升高,同时增大氢离子浓度,使平衡逆向移动,温度升高只是副作用;试管d,加入蒸馏水,平衡正向移动,据此答题。
【详解】A.颜色不再改变表示体系达到动态平衡,并非已全部反应,A错误;
B.试管 c 加了浓硫酸,显著增大引起溶液变橙色,升温只是副作用,不是主要影响因素,B错误;
C.与试管 b、d 的现象相比较可知,减少都使平衡向右(黄色)方向移动,符合实验事实,C正确;
D.稀释时各离子浓度虽都降低,但根据平衡常数表达式,可判定体系将向生成更多离子的方向移动,平衡发生移动,D错误;
故选C。
(变式训练1-1)(24-25高二上·山西太原·期中)下列表格中依据实验操作和实验现象所得结论或解释错误的是选项
选项
实验操作
实验现象
结论或解释
A
将装有和混合气体的注射器由20mL压缩至10 mL
压缩后,混合气体的颜色先变深后逐渐变浅
平衡向左移动
B
向含有的红色溶液中加入少量铁粉,振荡、静置
溶液的红色变浅
平衡向左移动
C
加热2mL 0.5mol/L 溶液
溶液变为黄绿色
的
D
向2mL 0.1mol/L 溶液中滴加5~10滴6mol/L NaOH溶液
溶液变为黄色
平衡向右移动
A.A B.B C.C D.D
【答案】A
【详解】A.将装有和混合气体的注射器由20mL压缩至10 mL,压强增大,平衡向右移动,故A错误;
B.向含有的红色溶液中加入少量铁粉,振荡、静置,发生反应Fe+2Fe3+=3Fe2+,Fe3+浓度减小,平衡向左移动,所以溶液的红色变浅,故B正确;
C.加热2mL 0.5mol/L 溶液,溶液变为黄绿色,说明正向移动,则,故C正确;
D.向2mL 0.1mol/L 溶液中滴加5~10滴6mol/L NaOH溶液,氢离子浓度降低,平衡向右移动,所以溶液变为黄色,故D正确;
选A。
(变式训练1-2)(24-25高二上·山东聊城·期中)下列实验方案设计、现象和结论都正确的是
方案设计
现象
结论
A
向恒温恒容密闭玻璃容器中充入气体,分解达到平衡后再充入
气体颜色不变
对于反应前后气体分子数不变的可逆反应,改变压强平衡不移动
B
将一支盛有溶液的试管水浴加热片刻,取出置于冷水中
溶液颜色由蓝变黄绿后再变蓝
C
向盛有和混合溶液的试管中加入少量固体
溶液颜色变浅
平衡向左移动
D
分别向两支盛有水溶液的试管中滴3滴的溶液和溶液
滴加溶液的试管产生气泡快
对分解反应,的催化能力优于
A.A B.B C.C D.D
【答案】B
【详解】A.HI的分解反应为气体总物质的量不变的反应,恒温恒容密闭玻璃容器中充入Ar,反应体系中各物质的浓度不变,则平衡不移动,不能探究压强对化学平衡的影响,故A错误;
B.加热溶液颜色由蓝变黄绿,冷却后再变蓝,可知降低温度[Cu(H2O)4]2++4Cl-[CuCl4]2-+4H2O逆向移动,则Cu(H2O)4]2++4Cl-[CuCl4]2-+4H2O ΔH>0,故B正确;
C.KCl不影响该反应的平衡移动,所以加入KCl固体后溶液颜色不变,故C错误;
D.硫酸铜、硝酸银中阴离子不同,不能证明Ag+的催化能力优于Cu2+,故D错误;
答案选B。
【典例2】(勒夏特列原理的应用)(25-26高二上·甘肃张掖·阶段练习)下列事实不能用勒夏特列原理解释的是
A.在制备乙酸乙酯中,加入过量的乙醇
B.夏天,打开冰镇啤酒瓶盖产生大量泡沫
C.Fe(SCN)3溶液中加入铁粉后溶液颜色变浅
D.工业合成氨反应中采用400~500℃的高温
【答案】D
【详解】A.制备乙酸乙酯时加入过量乙醇,通过增加反应物浓度使平衡正向移动,符合勒夏特列原理,A正确;
B.啤酒开瓶后压强降低,CO2溶解平衡逆向移动释放气体,符合勒夏特列原理,B正确;
C.铁粉消耗Fe3+,导致平衡逆向移动,Fe(SCN)3浓度降低,符合勒夏特列原理,C正确;
D.合成氨是放热反应,升温平衡逆向移动,合成氨采用高温是为了提高反应速率,不能用勒夏特列原理解释,D错误;
故选D。
(变式训练2-1)(24-25高二上·浙江丽水·期末)下列事实不能用勒夏特列原理解释的是
A.实验室制备乙酸乙酯时,加入稍过量的乙醇
B.工业上SO2的催化氧化在常压下进行
C.实验室收集氯气时,常用排饱和食盐水的方法
D.工业上在10MPa-30MPa条件下合成氨
【答案】B
【详解】A.制备乙酸乙酯时,加入稍过量的乙醇,增加反应物浓度促进反应,平衡正向移动,能用勒夏特列原理解释,A错误;
B.工业上SO2的催化氧化在常压下进行,常压的选择是实际生产中的经济性考量(高压成本高),而非平衡移动的结果,不能用勒夏特列原理解释,B正确;
C.收集氯气时,常用排饱和食盐水的方法,用高Cl-浓度抑制Cl2溶解,属于浓度对平衡的影响,能用勒夏特列原理解释,C错误;
D.工业上在10MPa-30MPa条件下合成氨,增大压强,平衡正向移动,能用勒夏特列原理解释,D错误;
故选B。
(变式训练2-2)(24-25高二上·山东威海·期末)下列事实中能用化学平衡移动原理解释的是
A.实验室利用制取使用加快反应速率
B.反应达平衡后,加压使混合气体颜色变深
C.锌片与稀反应过程中,加入少量固体,促进的产生
D.实验室配制溶液时滴加几滴溶液
【答案】D
【详解】A.催化剂MnO2仅加快H2O2分解的速率,不改变平衡状态,不能用化学平衡移动原理解释,A不符合题意;
B.反应CO + NO2 CO2 + NO的气体分子数相等,加压不引起平衡移动,颜色变深是浓度变化的结果,B不符合题意;
C.加入CuSO4导致Zn置换出Cu,形成微电池加快反应速率,不能用化学平衡移动原理解释,C不符合题意;
D.加入NaOH抑制S2-的水解(S2-+ H2O HS- + OH-),通过增加OH-浓度使平衡左移,能用化学平衡移动原理解释,D符合题意;
故选D。
【典例3】(化学平衡的移动)(24-25高三上·天津南开·期末)低温脱硝技术可用于处理废气中的氮氧化物,发生的化学反应为在恒容的密闭容器中,下列有关说法正确的是
A.平衡时,其他条件不变,升高温度可使该反应的平衡常数增大
B.平衡时,其他条件不变,增加的浓度,的转化率增大
C.单位时间内消耗和的物质的量之比为时,反应达到平衡状态
D.其他条件不变,使用高效催化剂,会缩短反应时间提高废气中氮氧化物的转化率
【答案】C
【详解】A.该反应为放热反应,升高温度平衡逆向移动,平衡常数减小,A错误;
B.平衡时,其他条件不变,增加的浓度,增加的部分转化,转化率减小,B错误;
C.单位时间内消耗和的物质的量之比为时,说明正逆反应速率相等,反应达到平衡状态,C正确;
D.催化剂不能影响平衡移动,不影响物质转化率,D错误;
答案选C。
(变式训练3-1)(24-25高二上·浙江嘉兴·期中)已知反应: 。在一定条件下,该反应达到平衡状态,下列说法正确的是
A.降温,可提高反应物的转化率
B.升温,增大逆反应速率,降低正反应速率
C.使用催化剂,可以使反应速率增大,平衡向正反应方向移动
D.保持容器内压强不变,向容器中通入氦气,平衡不发生移动
【答案】A
【详解】A.降温,平衡向放热反应方向移动,该反应的正反应为放热反应,所以平衡正向移动,则可提高反应物的转化率,故A正确;
B.升温,正、逆反应速率均增大,只是逆反应速率增大的程度比正反应速率增大的程度大,平衡逆向移动,故B错误;
C.使用催化剂,可以同等程度增大正逆反应速率,平衡不移动,故C错误;
D.保持容器内压强不变,向容器中通入氦气,此时容器体积增大,相当于减压,平衡逆向移动,故D错误;
故选A。
(变式训练3-2)(24-25高二上·广东河源·阶段练习)某温度下,在密闭反应器中充入足量Ag2О粉末,发生反应:2Ag2О(s)⇌4Ag(s)+O2(g)。达到平衡状态1时测得p(O2)=akPa;保持温度不变,将体积扩大至原来的2倍并保持不变,达到平衡状态2时测得p(O2)=bkPa.下列叙述正确的是
A.上述变化中,平衡状态1逆向移动达到平衡状态2
B.其他条件不变,增大Ag2O的质量,正反应速率一定增大
C.上述平衡状态时压强:b=a
D.其他条件不变,增大c(O2),平衡常数增大
【答案】C
【详解】A.上述反应的正反应是气体分子数增大的反应,减压,平衡正向移动,A错误;
B.氧化银是固体,反应速率与固体接触面有关,增大固体质量,速率不一定增大,B错误;
C.温度不变,平衡常数不变,上述反应平衡常数:Kp=p(O2),则a=b,C正确;
D.平衡常数只与温度有关,与浓度无关,增大c(O2),平衡常数不变,D错误;
故选C。
【典例4】(等效平衡)(2024高三·全国·专题练习)一定温度下,在3个容积均为的恒容密闭容器中反应达到平衡,下列说法正确的是
容器
温度/K
起始浓度
平衡浓度
I
400
0.20
0.10
0
0.080
II
400
0.40
0.20
0
III
500
0
0
0.10
0.025
A.该反应的正反应吸热
B.达到平衡时,容器I中反应物转化率比容器II中的小
C.达到平衡时,容器II中大于容器III中的两倍
D.达到平衡时,容器III中的正反应速率比容器I中的小
【答案】B
【分析】对比Ⅰ、Ⅲ,如温度相同,0.1mol/L的CH3OH相当于0.20mol/L的H2和0.1mol/L的CO,为等效平衡,但Ⅲ温度较高,平衡时CH3OH较低,说明升高温度平衡逆向移动,正反应为放热反应,对比Ⅰ、Ⅱ,在相同温度下反应,但Ⅱ浓度较大,由方程式可知,增大浓度,平衡正向移动,以此解答该题。
【详解】A.对比Ⅰ、Ⅲ,如温度相同,0.1mol/L的CH3OH相当于0.20mol/L的H2和0.1mol/L的CO,为等效平衡,但Ⅲ温度较高,平衡时CH3OH较低,说明升高温度平衡逆向移动,正反应为放热反应,故A错误;
B.对比Ⅰ、Ⅱ,在相同温度下反应,但Ⅱ浓度较大,由方程式2可知,增大浓度,平衡正向移动,该反应正向为体积减小的反应,增大浓度转化率会增大,则容器Ⅰ中反应物转化率比容器Ⅱ中的小,故B正确;
C.Ⅱ浓度较大,Ⅲ温度较高,增大浓度平衡正向移动,升高温度平衡逆向移动,Ⅲ的转化率降低,Ⅲ中相当于起始c(H2)为Ⅱ的一半,平衡时Ⅱ中c(H2)小于Ⅲ中的两倍,故C错误;
D.对比Ⅰ、Ⅲ,Ⅲ温度较高,浓度相当,升高温度,正逆反应速率增大,则容器Ⅲ中的反应速率比容器Ⅰ中的大,故D错误;
故选:B。
(变式训练4-1)(24-25高二下·吉林通化·开学考试)相同温度下,分别在起始体积均为1 L的两个密闭容器中发生反应: 。实验测得反应的有关数据如下表:
容器
反应条件
起始物质的量/mol
达到平衡所用时间
达到平衡过程中的能量变化
SO2
O2
SO3
①
恒容
2
1
0
10
放热
②
恒压
2
1
0
放热b kJ
下列叙述错误的是
A.②中:;
B.②中:从开始至内的平均反应速率v(O2)=0.01 mol·L−1·min−1
C.①中:反应达到平衡时,平衡常数K=
D.①中:平衡后再加入和,反应向逆反应方向移动
【答案】B
【分析】正反应气体系数和减小,恒容容器中气体压强减小,恒压容器中气体压强不变,所以容器①中压强小于容器②。容器①达到平衡放热0.1akJ,根据 可知,反应生成0.2molSO3。
【详解】A. 容器①中压强小于容器②,增大压强,反应速率加快,平衡正向移动,所以容器②中:;,故A正确;
B. ②中:时反应达到平衡状态,容器②的压强大于容器①,容器②平衡正向移动,生成SO3的物质的量大于0.2mol,消耗O2的物质的量大于0.1mol,从开始至内的平均反应速率v(O2)>0.01 mol·L−1·min−1,故B错误;
C. ①中反应达到平衡状态生成0.2molSO3,则消耗0.2molSO2、0.1molO2;反应达到平衡时,平衡常数K=,故C正确;
D. ①中:平衡后再加入和,Q=,所以反应向逆反应方向移动,故D正确;
选B。
(变式训练4-2)(24-25高二上·天津蓟州·期中)在一定温度下,向容积均为2L的两个密闭容器中通入一定量的一氧化碳和水蒸气,保持温度恒定,发生反应: ,数据如下表。下列说法正确的是
容器编号
起始时各物质的物质的量/mol
达到平衡的时间/min
达到平衡时体系放出的能量/kJ
CO
①
1
4
0
0
②
2
8
0
0
A.平衡时:①<② B.平衡常数:①<②
C.达到平衡的时间: D.达到平衡时能量的变化:
【答案】A
【分析】已知容器体积恒定,成倍增大反应物的量,相当于加压;而该反应是气体体积不变的反应,加压平衡不移动,两容体系是等效平衡。
【详解】A.两个体系是等效平衡,达到平衡时容器②中各物质的浓度是容器①中的2倍,A正确;
B.温度相同,平衡常数相等,B错误;
C.起始时,容器②中反应物的浓度较之容器①加倍,故反应速率快,达到平衡时间更短,C错误;
D.两个体系是等效平衡,达到平衡时容器②中反应物消耗量是①的2倍,故能量变化为,D错误。
故答案选A。
【课堂检测】
【基础训练】
1.(24-25高二上·福建福州·期中)已知 。下列说法正确的是
A.恒温恒容条件下加入适量,可增大活化分子百分数,加快反应速率
B.使用高效催化剂,可降低反应的活化能,增大活化分子百分数
C.升高温度,增大,减小,平衡逆向移动
D.恒温条件下增大压强,平衡正向移动,该反应的平衡常数增大
【答案】B
【详解】A.增加氧气的浓度,不能改变活化分子百分数,能增大单位体积内的活化分子数,增加反应速率,A错误;
B.使用高效催化剂,可降低反应的活化能,增大活化分子百分数,从而加快反应速率,B正确;
C.升高温度,增大,也增大,C错误;
D.该反应的正反应是气体分子数减小的反应,因此增大压强,平衡向正向进行,但平衡常数K不变,平衡常数K只与温度有关,D错误;
故选B 。
2.(24-25高二上·山东济南·阶段练习)某温度下,恒容密闭容器中进行可逆反应: ,下列说法正确的是
A.平衡后加入少量W,速率-时间图像如上图
B.平衡后升高温度,平衡正向移动,不变
C.平衡后加入Y,平衡正向移动,X、Y的转化率均增大
D.当容器中气体的压强不再变化时,反应达到平衡状态
【答案】B
【详解】A.W是固体,不影响化学反应速率,所以平衡后加入少量W,逆反应速率不变,A错误;
B.反应为吸热反应,升高温度,平衡正向移动,但是不变,B正确;
C.平衡后加入Y,平衡正向移动,促进X转化,但是Y本身的转化率降低,C错误;
D.反应为气体分子数不变的反应,压强不是变量,容器中气体的压强不再变化时,不能说明反应达到平衡状态,D错误;
故选B。
3.(23-24高二上·天津静海·阶段练习)在恒容密闭容器中反应: ΔH=-373.4 kJ·mol-1达到平衡状态,以下说法不正确的是
A.及时分离出CO2,使Q减小,Q<K,因此平衡正向移动
B.及时分离出N2,使Q减小,Q<K,因此平衡正向移动
C.加入催化剂反应速率增大,∆H增大
D.增加NO浓度,使Q减小,Q<K,因此平衡正向移动
【答案】C
【详解】A.及时分离出CO2,使生成物CO2浓度减小,N2、反应物的浓度都不变,则Q减小,Q<K,平衡正向移动,故A项正确;
B.及时分离出N2,使c(N2)减小,而其它物质的浓度不变,则Q减小,Q<K,平衡正向移动,故B项正确;
C.加入催化剂,可增大反应速率,但不影响∆H,故C项错误;
D.增加NO浓度,反应物浓度增加,而其它物质的浓度不变,使Q减小,Q<K,因此平衡正向移动,故D项正确;
答案选C。
4.(23-24高二下·安徽亳州·期中)250℃时,将一定量的碳酸氢钠固体置于真空容器中分解,达平衡时,测得体系内总压强为p。则下列叙述正确的是
A.当体系内二氧化碳的物质的量分数不变时,反应达到平衡状态
B.平衡后,继续添加碳酸氢钠,平衡右移,K增大
C.向平衡体系中加入等量的、,平衡左移,K不变
D.250℃时,该反应的化学平衡常数为
【答案】C
【分析】分解方程式为。
【详解】A.该反应属于固体分解反应,混合气体中的体积分数恒为50%,故混合气体中的体积分数不变,不能说明反应达到平衡状态,A错误;
B.碳酸氢钠是固体,且根据化学平衡常数,温度不变常数不变,B错误;
C.向平衡体系中加入等量的、,生成物浓度增大平衡左移,但温度不变K不变,C正确;
D.反应达平衡时体系的总压强为p,则,故该温度下化学平衡常数为,D错误;
故选C。
5.(24-25高二上·黑龙江哈尔滨·期中)下列事实不能用勒夏特列原理解释的是
A.多平衡体系中,选择合适的催化剂能提高目标产物的选择性
B.氯水中存在平衡:,当加入少量溶液后,溶液颜色变浅
C.血浆中存在平衡:,碱中毒患者可服用精氨酸进行治疗
D.反应达到平衡时。将容器体积减小为原来的一半,再次达到平衡时
【答案】A
【详解】A.多平衡体系,催化剂只能选择催化某个反应提高该反应的速率,但催化剂不能使平衡移动,故不能用勒夏特列原理解释,故A符合题意;
B.当加入溶液,Ag+和Cl-生成沉淀,Cl-浓度减小,促使反应正向移动,Cl2的物质的量分数减小,颜色变浅,可以用勒夏特列原理解释,故B不符合题意;
C.碱中毒后,精氨酸进入人体后可产生氨气,氨气与氢离子反应,平衡发生移动,可以用勒夏特列原理解释,故C不符合题意;
D.容器体积减小为原来的一半,NO2浓度瞬间增大为2c0mol/L,平衡正向进行,NO2的浓度逐渐减小,再次达到平衡时,c(NO2)<2c0mol/L,可以用勒夏特列原理解释,故D不符合题意;
故答案为:A。
6.(24-25高二上·北京昌平·期中)密闭高炉中发生反应: ,若其他条件不变,下列措施能使平衡逆向移动的是
A.增大Fe的投加量 B.升高温度 C.及时排出CO2 D.加入催化剂
【答案】B
【详解】A. 由于Fe为固体,增大Fe的投加量,不影响反应速率,平衡不移动,故A不符合题意;
B. 该反应为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,故B符合题意;
C. 及时排出CO2,减小生成物浓度,平衡正向移动,故C不符合题意;
D. 加催化剂,不影响平衡移动,故D不符合题意;
故答案选B。
7.(24-25高二上·河北张家口·阶段练习)用下列实验装置(部分夹持装置略去)进行相应的实验,能达到实验目的的是
A.探究温度对化学平衡的影响
B.探究浓度对化学反应速率的影响
C.测定锌和一定浓度稀硫酸的反应速率
D.验证对分解的催化作用
A.A B.B C.C D.D
【答案】A
【详解】A.两个圆底烧瓶中的反应相同,但是温度不同,平衡后两个烧瓶中气体颜色不同,可以验证温度对平衡的影响,故A正确;
B.过氧化氢具有强氧化性,可以将亚硫酸氢根离子氧化成硫酸根离子,其自身被还原成 H2O,此反应无明显现象,且存在溶液总体积、浓度两个变量,无法比较浓度对化学反应速率的影响,故B错误;
C.生成的氢气直接从长颈漏斗溢出,无法准确测量生成氢气的体积,不能测定化学反应速率,故C错误;
D.该实验既有温度的影响又有氯化铁的影响,影响因素不唯一,故D错误;
故选A。
8.(24-25高二上·甘肃张掖·阶段练习)硫化氢不稳定易分解。T℃时,在一恒容密闭容器中通入0.2 mol ,发生反应:;。下列说法正确的是
A.通入,压强增大,正、逆反应速率均增大
B.该反应的正反应的活化能小于逆反应的活化能
C.达到平衡后,升高温度,正反应速率增大,逆反应速率减小,平衡正向移动
D.达到平衡后,保持其他条件不变,再通入0.1 mol ,重新达到平衡后,大于上一次平衡时
【答案】D
【详解】A.通入He(g),压强增大,但是反应物和生成物的浓度不变,正、逆反应速率均不变,A错误;
B.该反应为吸热反应,则正反应的活化能大于逆反应的活化能,B错误;
C.达到平衡后,升高温度,正反应速率增大,逆反应速率也增大,平衡正向移动,C错误;
D.达到平衡后,保持其他条件不变,再通入0.1molH2(g),H2(g)浓度增大,平衡逆向移动,重新达到平衡后,c(H2)大于上一个平衡,D正确;
故选D。
9.(22-23高二上·四川遂宁·期末)甲为恒温恒容容器,乙为绝热恒容容器。在甲、乙两体积相同的密闭容器中均充入2mol 和6mol ,发生反应:N2(g) +3H2(g)2NH3(g) ,一段时间后均达到平衡。下列说法正确的是
A.平衡时,化学反应速率:甲=乙
B.平衡时,的物质的量分数:甲>乙
C.平衡时,升高甲的温度,可达到与乙一样的平衡状态
D.向甲容器中充入一定量的氦气,平衡向正反应方向移动
【答案】C
【详解】A.甲乙溶液的条件不同,乙为绝热容器,随着反应进行,放出热量,温度升高,使平衡逆向移动,故平衡时两容器中的物质的浓度不同,反应速率不同,A错误;
B.乙容器中的温度高,故平衡逆向移动,则氮气的物质的量分数乙大于甲,B错误;
C.平衡时,乙容器中的温度高,故升高甲中的温度,可以到乙中的平衡,C正确;
D.向甲容器中充入一定量的氦气,平衡不移动,D错误;
故选C。
10.(24-25高二上·新疆喀什·期中)在一定温度下,向体积为1L的密闭容器中通入1molX气体和0.5molY气体,各物质的物质的量随时间变化如图所示:
(1)该反应是 (填“可逆反应”或“非可逆反应”),化学反应方程式为 。
(2)在2min内,用X表示的平均反应速率 。
(3)2min时,气体Y的转化率为 。
(4)计算该温度下的平衡常数 。(写成分数形式)。
(5)在其他条件不变的情况下,增大压强(减小体积),正反应速率 ,逆反应速率 (填“增大”、“减小”、“不变”),平衡 移动(填“正向”,“逆向”,“不”),平衡常数 (填“增大”、“减小”、“不变”)。
【答案】(1) 可逆反应 2X+Y⇌Z
(2)
(3)40%
(4)
(5) 增大 增大 正向 不变
【详解】(1)根据图象可知,X、Y为反应物,Z为生成物,反应未进行到底,存在反应限度,因此该反应是可逆反应,达到平衡时,X、Y、Z转化的物质的量分别为0.4mol、0.2mol、0.2mol,因此反应的化学计量数之比为2:1:1,则反应的化学方程式为2X+Y⇌Z;
(2)根据图示,2min内X转化的物质的量为1.0mol-0.6mol=0.4mol,容器体积为1L,则平均反应速率v(X)=;
(3)2min时,气体Y的变化量为0.2mol,则转化率为;
(4)该温度下的平衡常数=;
(5)在其他条件不变的情况下,增大压强(减小体积),各物质浓度变大,正反应速率变大,逆反应速率变大,增大压强,平衡向气体体积减小的方向移动,即平衡正向移动,平衡常数只和温度有关,温度不变,平衡常数不变。
【能力提升】
1.(24-25高二上·山西太原·期中)下列事实能用平衡移动原理解释的是
A.溶液中加入少量溶液,产生大量气泡
B.氯水久置后,黄绿色消失
C.、、HI三者的平衡混合气,加压(缩小容器容积)后颜色变深
D.溶液与稀反应过程中,适当加热后,出现浑浊的速率加快
【答案】B
【详解】A.溶液中加入少量溶液,催化分解,与平衡移动原理无关,A错误;
B.,氯水久置分解导致平衡右移,黄绿色消失,可用平衡移动原理解释,B正确;
C.平衡后缩小容器体积,浓度增大,颜色加深,但平衡不移动,不能用勒夏特列原理解释气体颜色变深,C错误;
D.溶液与稀反应过程中,适当加热,加快该反应速率,溶液迅速变浑浊,不能用勒夏特列原理解释,D错误;
答案选B。
2.(24-25高二上·陕西西安·阶段练习)苯乙烯与溴苯在一定条件下发生Heck反应
溴苯用量(mmol)
100
100
100
100
100
100
100
催化剂用量(mmol)
2
2
2
2
2
2
2
反应温度(℃)
100
100
100
100
120
140
160
反应时间(h)
10
12
14
16
14
14
14
产率/%
81.2
84.4
86.6
86.2
93.5
96.6
89.0
根据上表数据,下列说法正确的是
A.最佳反应温度为100 ℃
B.最佳反应时间为16 h
C.温度过高时催化剂活性可能降低
D.使用催化剂能提高产物的产率
【答案】C
【详解】A.根据表格信息,当反应温度为140℃,反应时间为14h时,生成物的产率最大,因此最佳反应温度为140℃,A错误;
B.由A的分析可知,最佳反应时间为14h,B错误;
C.根据表格数据,温度超过140℃时,生成物的产率降低,可能是温度过高导致了催化剂活性降低,C正确;
D.使用催化剂降低反应活化能,加快反应速率,但是不改变平衡移动,不能提高产物的平衡产率,D错误;
故选C。
3.(24-25高二上·浙江丽水·期末)下列说法不正确的是
A.向内推动装有NO2(g)的注射器[2NO2(g)N2O4(g)],气体颜色先变深后变浅
B.向0.5 mol·L-1绿色的CuCl2溶液中加少量水,[Cu(H2O)4]2+(蓝色)+4Cl−[CuCl4]2− (黄色)+4H2O,溶液颜色变为蓝绿色
C.某可逆反应加入催化剂后反应速率加快,ΔH不改变
D.向0.1 mol·L-1NH4Cl溶液中滴加0.1 mol·L-1HCl溶液时,溶液中随HCl溶液体积增大而减小
【答案】D
【详解】A.压缩注射器时,NO2浓度增大颜色先变深,随后因压强增大平衡向生成N2O4方向移动,颜色变浅,A正确;
B.加水稀释CuCl2溶液,Cl⁻浓度降低,平衡左移,[Cu(H2O)4]2+(蓝色)占比增加,溶液颜色由绿色变为蓝绿色,B正确;
C.催化剂同等加快正逆反应速率,但ΔH由反应物和产物的焓差决定,与催化剂无关,C正确;
D.NH4Cl溶液中存在水解平衡:,加入HCl电离出H+抑制NH水解,c(H+)增大,但由于溶液体积增大,c(NH)减小,导致比值增大,D错误;
故选D。
4.(25-26高二上·山东菏泽·开学考试)温度T下,向1 L真空刚性容器中加入1 mol CHOH,反应达到平衡时,c(Y)=0.4 mol·L-1,
下列说法正确的是
A.再充入1 mol X和1 mol Y,此时v正<v逆
B.再充入1 mol X,平衡时c(Y)=0.8 mol·L-1
C.再充入1 mol N2,平衡向右移动
D.若温度升高,X的转化率增加,则上述反应ΔH<0
【答案】A
【分析】根据反应方程式可知,平衡时c(X)=、c(Y)=c(Z)=0.4mol/L;则K=。
【详解】A.再充入1 mol X和1 mol Y后,c(X)=(0.6+1) mol/L=1.6mol/L,c(Y)=(0.4+1)mol/L=1.4 mol/L,c(Z)=0.4mol/L,浓度商Q=;当Q>K时,平衡逆向移动,故有v正<v逆,A正确;
B.向真空刚性容器中再充入1mol X相当于增大压强,该反应是气体体积增大的反应,增大压强,平衡向逆反应方向移动,则平衡时,Y的浓度小于0.8mol/L,B错误;
C.刚性容器中充入惰性气体,各物质浓度不变,故Q=K,平衡不移动,C错误;
D.温度升高,X转化率增加,说明平衡正向移动,根据勒夏特列原理,升高温度平衡向吸热方向移动,故正反应,D错误;
故答案选A。
5.(25-26高二上·北京·开学考试)在不同温度下,向2L密闭容器中加入1molNO和1mol活性炭,发生反应:,达到平衡时的数据如下:
温度℃
(活性炭)
0.70
0.25
下列说法不正确的是
A.上述信息可推知:
B.时,该反应的平衡常数
C.时,若反应达平衡后再缩小容器的体积,不变
D.平衡时,混合气体的平均摩尔质量
【答案】D
【详解】A.根据时活性炭消耗0.3mol生成0.3mol ,时为0.25mol,该反应为放热反应,升温平衡逆向移动,故,A正确;
B.时,平衡时NO为0.4mol,和各0.3mol,,B正确;
C.该反应前后气体分子数相等,缩小容积不改变平衡,比值不变,C正确;
D.平均摩尔质量=总气体质量/总物质的量。时总质量33.6g(0.4mol NO、0.3mol 、0.3mol ),;时总质量33g(0.5mol NO、0.25mol 、0.25mol ),,故M()≠M(),D错误;
故选D。
6.(24-25高二上·山东威海·期末)将和混合于2L密闭容器中,发生反应:,反应达到平衡,测得C的浓度为,以D表示的平均反应速率。下列说法正确的是
A.
B.A的转化率为50%
C.向容器中再添加,会使反应速率加快
D.其他条件不变,将容器体积变为1L,C的体积分数变大
【答案】B
【详解】A.v(D)=0.05mol/(L·min),5min时D的浓度变化为0.25mol/L,C的浓度变化为0.5mol/L,根据化学计量数比等于浓度变化比,2:x=0.5:0.25,解得x=1,故A项错误;
B.A的初始物质的量为3mol,生成0.5mol/L C对应消耗0.75mol/L A,消耗A的物质的量为0.75mol/L×2L=1.5mol,A的转化率为,故B项正确;
C.B为固体,增加其用量不会改变浓度,反应速率不变,故C项错误;
D.反应前后气体分子数不变,将容器体积变为1L,即增大压强、平衡不移动,C的体积分数不变,故D错误;
故答案选B。
7.(24-25高二上·黑龙江佳木斯·阶段练习)已知:H2(g)+I2(g)2HI(g);ΔH= -14.9kJ·mol-1。某温度下在甲、乙两个恒容密闭容器中充入反应物,其起始浓度如下表所示。甲中反应达到平衡时,测得c(H2)=0.008mol·L-1。下列判断正确的
起始浓度
c(H2)/(mol·L-1)
c(I2)/(mol·L-1)
c(HI)(mol·L-1)
甲
0.01
0.01
0
乙
0.02
0.02
0
A.平衡时,乙中H2的转化率是甲中的2倍
B.平衡时,甲中混合物的颜色比乙中深
C.该温度下,反应的平衡常数K=0.25
D.平衡时,甲、乙放出热量相等
【答案】C
【分析】该反应的特点:反应前后气体分子数不变的反应;容器的特点:恒温恒容;乙中起始H2、I2(g)物质的量为甲中的两倍,则甲、乙达到平衡时为等效平衡,据此分析;
【详解】A.据分析,平衡时,甲、乙中H2的转化率相等,A错误;
B.平衡时,乙中有色物质I2(g)的物质的量浓度为甲中的两倍,则甲中混合物的颜色比乙中浅,B错误;
C.甲装置中平衡状态时的三段式为(单位:mol·L-1): ,K====0.25,C正确;
D.平衡时,乙中转化的物质的量为甲中两倍,则乙中放出的热量是甲中两倍,D错误;
故选C;
8.(25-26高二上·甘肃张掖·阶段练习)几种物质燃烧热如下表所示。
可燃物
H2(g)
CO(g)
CH3OH(l)
CH4(g)
燃烧热()/kJ·mol⁻¹
-285.8
-283.0
-726.5
-890.3
回答下列问题:
(1)写出表示CH4(g)燃烧热的热化学方程式 。
(2) 。
(3)H2(g)+O2(g)=H2O(g) (填“>”、“<”或“=”)。
(4)某水煤气含CO、H2、N2和CO2,其中N2、CO2体积分数分别为15%、5%。
1 mol这种水煤气完全燃烧生成液态水和二氧化碳时放出热量为227.52 kJ,该水煤气中CO、H2的物质的量分别为 mol、 mol。
(5)在下图坐标系中画出CO燃烧反应的能量变化图示 。
(6)以CO2催化氢化制的能量变化如图所示。
①该过程中决定总反应速率的反应式为 。
②下列叙述正确的是 (填字母)。
A.升高温度,总反应平衡常数增大 B.选择催化剂降低TS2的能量
C.总反应分六个基元反应
【答案】(1)
(2)-128.1
(3)>
(4) 0.4 0.4
(5)
(6) 或 BC
【详解】(1)表示CH4(g)燃烧热的热化学方程式为:
(2)氢气燃烧热的热化学方程式为:①;
一氧化碳燃烧热的热化学方程式:②;
甲醇燃烧热的热化学方程式:
③;由盖斯定律可以计算
2×①+②-③得到
(3)水蒸气液化时放出热量,反应放热,
>。
(4)某水煤气含CO、H2、N2和CO2,其中N2、CO2体积分数分别为15%、5%,则CO、H2的体积分数为80%,标准状况下,22.4 L中含有CO、H2的体积22.4 L×80%=17.92 L,物质的量=,水煤气中含有完全燃烧生成液态水和二氧化碳时放出227.52 kJ热量。设该水煤气中CO、H2的物质的量分为为x、y,则x+y=0.8,,计算得到x=0.4 mol,y=0.4 mol。
(5)
CO燃烧为放热反应,放热反应反应物总能量高与生成总能量,根据题干可知CO燃烧热,所以反应热为,CO燃烧反应的能量变化图示为:
(6)图中分析可知,能垒最大的是TS2,即③→④的反应决定总反应的反应速率,速控反应:或;
A.总反应为放热反应,升高温度,平衡逆向进行,总反应平衡常数减小,A错误;
B.催化剂能降低反应的活化能,加快反应速率,合适的催化剂可降低TS2的能量,B正确;
C.根据图像可得总反应分六个基元反应,C正确。
1
学科网(北京)股份有限公司
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