第九章 學案43 化學平衡移動

高考總復習同步訓練學案43化學平衡移動 考綱要求1.了解化學平衡建立的過程，理解化學平衡常數的含義，能夠利用化學平衡常數進行簡單的計算。2.理解外界條件(濃度、溫度、壓強、催化劑等)對化學平衡的影響，認識其一般規(guī)律。3.了解化學平衡的調控在生活、生產和科學研究領域中的重要作用。知識點一化學平衡的移動1概念達到平衡狀態(tài)的反應在條件改變后，平衡狀態(tài)被破壞的過程。2過程3平衡移動方向與反應速率的關系(1)v正_v逆，平衡向正反應方向移動。(2)v正_v逆，平衡不移動。(3)v正_v逆，平衡向逆反應方向移動。4平衡移動會伴隨著哪些變化(1)反應速率的變化(引起平衡移動的本質，但反應速率變化也可能平衡不移動)，主要看v正與v逆是否相等，如果v正v逆，則平衡必然要發(fā)生移動，如果v正、v逆同時改變，但始終保持相等，則平衡不移動。(2)濃度的變化，平衡移動會使?jié)舛劝l(fā)生變化，但是濃度的變化不一定使平衡移動。(3)各組分百分含量的變化。(4)平均相對分子質量的變化。(5)顏色的變化(顏色變化，平衡不一定發(fā)生移動)。(6)混合氣體密度的變化。(7)轉化率的變化。(8)溫度的變化。問題思考1化學平衡移動的實質是什么？2某一可逆反應，一定條件下達到了平衡，若化學反應速率改變，平衡一定發(fā)生移動嗎？若平衡發(fā)生移動，化學反應速率一定改變嗎？3惰性氣體是否影響化學平衡的移動？4改變條件，平衡向正反應方向移動，原料的轉化率一定提高嗎？知識點二外界條件對化學平衡的影響1外界條件對化學平衡的影響在一定條件下，aA(g)bB(g)mC(g)H<0達到了平衡狀態(tài)，若其他條件不變，改變下列條件對平衡的影響如下：(1)濃度增大A的濃度或減小C的濃度，平衡向_方向移動；增大C的濃度或減小A的濃度，平衡向_方向移動。(2)壓強若abm增大壓強，平衡向_的方向移動；減小壓強，平衡向_的方向移動；若abm改變壓強，平衡_移動。(3)溫度升高溫度，平衡向_方向移動；降低溫度，平衡向_方向移動。(4)催化劑使用催化劑，因其能同等倍數地改變正、逆反應速率，平衡_移動。2勒夏特列原理(1)內容如果改變影響平衡的條件之一(如_、_或_)，平衡將向著能夠_的方向移動。(2)適用該原理適用于化學平衡、溶解平衡、電離平衡、水解平衡等動態(tài)平衡。這種減弱并不能消除外界條件的變化。問題思考5改變外界條件引起平衡移動，平衡移動對條件的改變有什么影響？一、化學平衡移動原理的應用1調控反應：根據影響化學反應速率和平衡的條件以及化學平衡移動原理，可調控工業(yè)反應使之效益最大化。如合成氨工業(yè)中加入催化劑提高反應速率，溫度控制在500 左右，既考慮了反應速率又兼顧了催化劑的活性的最佳溫度，充入過量N2以提高H2的轉化率等。2判狀態(tài)：由壓強的改變，根據平衡移動的方向，可以判斷反應物或生成物的狀態(tài)。3判系數：由壓強的改變，根據平衡移動的方向，可以判斷方程式中某氣體物質的計量數或反應物和生成物之間的計量數的大小關系。4判H：由溫度的改變，根據化學平衡移動的方向，可以判斷正反應或逆反應是吸熱反應還是放熱反應。典例導悟1(2009·四川理綜，13)在一體積可變的密閉容器中，加入一定量的X、Y，發(fā)生反應mX(g)nY(g)HQ kJ·mol1。反應達到平衡時，Y的物質的量濃度與溫度、氣體體積的關系如下表所示：1241001.000.750.532001.200.900.633001.301.000.70下列說法正確的是()Am>nBQ<0C溫度不變，壓強增大，Y的質量分數減少D體積不變，溫度升高，平衡向逆反應方向移動聽課記錄：二、化學平衡的計算模板1化學反應中的各物質的平衡量、起始量及轉化量之間的關系是什么？轉化量與化學方程式中的化學計量數有無關系？2什么是轉化率？3有關化學平衡計算的一般步驟和解題模式各是什么？典例導悟2(2011·深圳模擬)反應2A(g)B(g)3C(g)，起始時按52的體積比將A、B兩氣體混合后，充入一體積不變的密閉容器中，在恒定溫度下使其反應，達到平衡時混合氣體中C的體積分數為60%。求：(1)A、B的轉化率分別為：A_，B_。(2)平衡混合氣體的平均相對分子質量(設A的相對分子質量為MA，B的相對分子質量為MB)：_。(3)平衡時壓強與起始相比，有何變化？_(填“增大”、“不變”或“減小”)。三、由化學平衡常數判斷化學平衡移動的方向1借助平衡常數，可以判斷一個化學反應是否達到化學平衡狀態(tài)對于可逆反應aA(g)bB(g)cC(g)dD(g)，在一定溫度下的任意時刻，反應物與生成物濃度有如下關系：Q2利用K可判斷反應的熱效應若升高溫度，K值增大，則正反應為_反應；若升高溫度，K值減小，則正反應為_反應。典例導悟3(2008·寧夏理綜，25)已知可逆反應：M(g)N(g)P(g)Q(g)H>0，請回答下列問題：(1)在某溫度下，反應物的起始濃度分別為：c(M)1 mol·L1，c(N)2.4 mol·L1；達到平衡后，M的轉化率為60%，此時N的轉化率為_；(2)若反應溫度升高，M的轉化率_(填“增大”、“減小”或“不變”)；(3)若反應溫度不變，反應物的起始濃度分別為：c(M)4 mol·L1，c(N)a mol·L1；達到平衡后，c(P)2 mol·L1，a_；(4)若反應溫度不變，反應物的起始濃度為：c(M)c(N)b mol·L1，達到平衡后，M的轉化率為_。變式演練2010·天津理綜10(4)已知反應2CH3OH(g)CH3OCH3(g)H2O(g)某溫度下的平衡常數為400。此溫度下，在密閉容器中加入CH3OH，反應到某時刻時測得各組分的濃度如下：物質CH3OHCH3OCH3H2O濃度/(mol·L1)0.440.60.6(1)比較此時正、逆反應速率的大?。簐正_v逆(填“>”、“<”或“”)。(2)若加入CH3OH后，經10 min反應達到平衡，此時c(CH3OH)_；該時間內反應速率v(CH3OH)_。題組一化學平衡移動1判斷正誤(1)一定條件下，使用催化劑能加快反應速率并提高反應物的平衡轉化率()(2010·江蘇8C)(2)“NO2球”浸泡在冷水中，顏色變淺，(原因是)2NO2(g)N2O4(g)H<0(紅棕色) (無色)()(2010·北京理綜10B)(3)右圖中曲線表示反應2SO2(g)O2(g)2SO3(g)H<0正、逆反應的平衡常數K隨溫度的變化()(2010·天津理綜6B)2(2011·福建理綜，12)25 時，在含有Pb2、Sn2的某溶液中，加入過量金屬錫(Sn)，發(fā)生反應：Sn(s)Pb2(aq)Sn2(aq)Pb(s)，體系中c(Pb2)和c(Sn2)變化關系如圖所示。下列判斷正確的是()A往平衡體系中加入金屬鉛后，c(Pb2)增大B往平衡體系中加入少量Sn(NO3)2固體后，c(Pb2)變小C升高溫度，平衡體系中c(Pb2)增大，說明該反應H>0D25 時，該反應的平衡常數K2.2題組二化學平衡的圖象3(2011·安徽理綜，9)電鍍廢液中Cr2O可通過下列反應轉化成鉻黃(PbCrO4)：Cr2O(aq)2Pb2(aq)H2O(l)2PbCrO4(s)2H(aq)H<0該反應達平衡后，改變橫坐標表示的反應條件，下列示意圖正確的是()4(2011·江蘇，10)下列圖示與對應的敘述相符的是()A圖1表示某吸熱反應分別在有、無催化劑的情況下反應過程中的能量變化B圖2表示0.100 0 mol·L1 NaOH溶液滴定20.00 mL 0.100 0 mol·L1 CH3COOH溶液所得到的滴定曲線C圖3表示KNO3的溶解度曲線，圖中a點表示的溶液是80 時KNO3的不飽和溶液D圖4表示某可逆反應生成物的量隨反應時間變化的曲線，由圖知t時反應物轉化率最大題組一化學平衡的移動1(2011·北京崇文模擬)將1 mol H2(g)和2 mol I2(g)置于2 L密閉容器中，在一定溫度下發(fā)生反應：H2(g)I2(g)2HI(g)H<0，并達到平衡，HI的體積分數w(HI)隨時間變化如圖()所示。若改變反應條件，w(HI)的變化曲線如圖()所示，則改變的條件可能是()A恒溫恒容條件下，加入適當催化劑B恒溫恒壓條件下，充入1 mol N2C恒容條件下，升高溫度D恒溫恒容條件下，再充入1 mol H2(g)和2 mol I2(g)2(2011·揚州調研)在密閉容器中發(fā)生下列反應：aA(g)cC(g)dD(g)，反應達到平衡后，將氣體體積壓縮到原來的一半，當再次達到平衡時，D的濃度為原平衡的1.8倍，下列敘述正確的是()AA的轉化率變小 B平衡向正反應方向移動CD的體積分數變大 Da>cd3(2011·陜西四校聯(lián)考)在一密閉容器中有如下反應：L(s)aG(g)=bR(g)。溫度和壓強對該反應的影響如右圖所示，其中壓強p1<p2，由此可判斷()A正反應為放熱反應B化學方程式中的計量數a>bCG的轉化率隨溫度升高而減小D增大壓強，容器內氣體質量不變4向某密閉容器中加入0.15 mol·L1 A、0.05 mol·L1 C和一定量的B三種氣體。一定條件下發(fā)生反應，各物質濃度隨時間變化如圖甲所示t0時c(B)未畫出，t1時增大到0.05 mol·L1。圖乙為t2時刻后改變反應條件，平衡體系中正、逆反應速率隨時間變化的情況。(1)若t4時改變的條件為減小壓強，則B的起始物質的量濃度為_mol·L1。(2)若t5時改變的條件是升溫，此時v正>v逆，若A的物質的量減少0.03 mol時，容器與外界的熱交換總量為a kJ，寫出該反應的熱化學方程式_。(3)若t115 s，則t0t1階段以C的濃度變化表示的平均反應速率為v(C)_ mol·L1·s1，A的轉化率為_。(4)t3時改變的某一反應條件可能是_(選填序號)。A使用催化劑 B增大壓強C增大反應物濃度題組二化學平衡的計算5(2011·鄭州月考)將等物質的量的F2和ClF混合，在密閉容器中發(fā)生反應： F2(g)ClF(g)ClF3(g)H<0。下列敘述中正確的是()A恒溫恒容時，當ClF 轉化40% 時，容器內的壓強為初始時的0.8 倍B若c(F2)c(ClF)c(ClF3) 111, 則反應一定達到平衡狀態(tài)C達到平衡后，若增大容器體積，則正反應速率減小，逆反應速率增大，平衡左移D平衡后再降低溫度，保持恒容，達到新的平衡，則混合氣體的平均摩爾質量減小6相同溫度下，體積均為0.25 L的兩個恒容密閉容器中發(fā)生可逆反應：N2(g)3H2(g)2NH3(g)H92.6 kJ·mol1。實驗測得起始、平衡時的有關數據如表所示：容器編號起始時各物質的物質的量/mol達到平衡時體系能量的變化N2H2NH3 130放出能量：2315 kJ0.92.70.2放出熱量：Q下列敘述錯誤的是()A容器、中反應的平衡常數相等B平衡時，兩個容器中NH3的體積分數均為C容器中達到平衡時放出的熱量Q23.15 kJD若容器體積為0.5 L，則平衡時放出的熱量<23.15 kJ題號12356答案7.現往1 L的容器中通入CO2、H2各2 mol。在一定條件下讓其發(fā)生反應：CO2H2COH2O，回答下列問題：(1)在830 條件下，反應達到平衡時CO2的濃度為1 mol·L1。該條件下平衡常數K1_。(2)在(1)基礎上，把體系的溫度降至800 。已知該條件下的平衡常數K20.81，可以推知平衡時c(H2O)_(保留2位有效數字)。(3)該可逆反應的正反應為_反應(填“吸熱”或“放熱”)。(4)在(1)基礎上，壓縮容器體積至0.5 L。該條件下的平衡常數為K3。則K3_(填“大于”、“等于”或“小于”)K1，理由是_。題組三綜合探究8N2O5是一種新型硝化劑，其性質和制備受到人們的關注。(1)N2O5與苯發(fā)生硝化反應生成的硝基苯的結構簡式是_。(2)一定溫度下，在恒容密閉容器中N2O5可發(fā)生下列反應：2N2O5(g)4NO2(g)O2(g)H>0反應達到平衡后，若再通入一定量氮氣，則N2O5的轉化率將_(填“增大”、“減小”或“不變”)。下表為反應在T1溫度下的部分實驗數據：t/s05001 000c(N2O5)/mol·L15.003.522.48則500 s內N2O5的分解速率為_。在T2溫度下，反應1 000 s時測得NO2的濃度為4.98 mol·L1，則T2_T1。(3)如圖所示裝置可用于制備N2O5，則N2O5在電解池的_區(qū)生成，其電極反應式為_。學案43化學平衡移動【課前準備區(qū)】知識點一3(1)>(2)(3)<知識點二1(1)正反應逆反應(2)氣體體積減小氣體體積增大不(3)吸熱反應放熱反應(4)不2(1)溫度壓強濃度減弱這種改變問題思考1外界條件影響了反應速率，使得v正v逆，平衡將發(fā)生移動。2(1)不一定，如反應前后氣體體積不變的反應，增大壓強或使用催化劑，速率發(fā)生變化，但平衡不移動。一定，化學平衡移動的根本原因就是外界條件改變，使v正v逆才發(fā)生移動的。3“惰性”氣體對化學平衡的影響恒溫、恒容條件原平衡體系體系總壓強增大，但各反應氣體的分壓不變體系中各反應成分的濃度不變平衡不移動。恒溫、恒壓條件原平衡體系容器容積增大，各反應氣體的分壓減小體系中各反應成分的濃度同倍數減小(等效于減壓)4不要把平衡向正反應方向移動與原料轉化率的提高等同起來，當反應物總量不變時，平衡向正反應方向移動，反應物轉化率提高；當增大一種反應物的濃度，使平衡向正反應方向移動時，只會使其他的反應物的轉化率提高。5(1)平衡移動的結果只能減弱(不可能抵消)外界條件的變化，如升高溫度時，平衡向著吸熱反應方向移動；增加反應物濃度，平衡向反應物濃度減小的方向移動；增大壓強，平衡向氣體體積減小的方向移動等。(2)這種“減弱”并不能抵消外界條件的變化，更不會“超越”這種變化。如：若將體系溫度從50 升高到80 ，則化學平衡向吸熱反應方向移動，達到新的平衡狀態(tài)時50 <T<80 ；若對體系N2(g)3H2(g)2NH3(g)加壓，例如從30 MPa加壓到60 MPa，化學平衡向氣態(tài)物質數減小的方向移動，達到新的平衡時30 MPa<p<60 MPa；若增大平衡體系Fe33SCNFe(SCN)3中Fe3的濃度，例如由0.01 mol·L1增至0.02 mol·L1，則在新平衡狀態(tài)下，0.01 mol·L1<c(Fe3)<0.02 mol·L1?！菊n堂活動區(qū)】二、1.反應物：n(平)n(始)n(變)；生成物：n(平)n(始)n(變)。各物質的轉化量之比等于化學方程式中化學計量數之比。2轉化率×100%。3(1)一般步驟寫出有關化學平衡的反應方程式。確定各物質的起始量、轉化量、平衡量。根據已知條件建立等式關系進行解答。(2)模式如mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)，令A、B起始物質的量分別為a mol、b mol，達到平衡后消耗A的物質的量為mx mol。mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)起始/mol a b 0 0變化/mol mx nx px qx平衡/mol amx bnx px qx三、1.正>化學平衡狀態(tài)逆<2吸熱放熱典例導悟1C溫度不變時(假設100 條件下)，體積是1 L時，Y的物質的量為1 mol，體積為2 L時，Y的物質的量為0.75 mol·L1×2 L1.5 mol，體積為4 L時，Y的物質的量為0.53 mol·L1×4 L2.12 mol，說明體積越小，壓強越大，Y的物質的量越小，Y的質量分數越小，平衡向生成X的方向進行，m<n，A項錯誤，C項正確；體積不變時，溫度越高，Y的物質的量濃度越大，說明升高溫度，平衡向生成Y的方向移動，則Q>0，B、D項錯誤。2(1)56%70%(2)(3)不變解析(1)2A(g)B(g)3C(g)起始量 5 2 0變化量 2x x 3x平衡量 52x 2x 3x由已知得×100%60%x1.4所以A×100%56%B×100%70%(2)總質量、總體積保持不變，則恒溫下，平衡后的混合氣體平均相對分子質量即為A、B兩氣體混合時的平均相對分子質量。(3)反應2A(g)B(g)3C(g)中兩邊氣體總系數相等，反應前后氣體的總的物質的量不變，則在恒溫恒容條件下，壓強不變。 (2)由于該反應的H>0，即該反應為吸熱反應，因此升高溫度，平衡右移，M的轉化率增大。(3)根據(1)可求出各平衡濃度：c(M)0.4 mol·L1c(N)1.8 mol·L1c(P)0.6 mol·L1c(Q)0.6 mol·L1因此化學平衡常數K由于溫度不變，因此K不變，達到平衡后c(P)2 mol·L1c(Q)2 mol·L1c(M)2 mol·L1c(N)(a2)mol·L1K解得a6(4)設M的轉化率為x，則達到平衡后各物質的平衡濃度分別為：c(M)b(1x)mol·L1c(N)b(1x)mol·L1c(P)bx mol·L1c(Q)bx mol·L1K解得x41%變式演練(1)>(2)0.04 mol·L10.16 mol·L1·min1【課后練習區(qū)】高考集訓1(1)×(2)(3)解析(1)催化劑能加快反應速率，但不能影響平衡移動，故不能提高反應物的平衡轉化率。2D體系中有過量的錫且金屬活潑性：Sn>Pb，向平衡體系中加入鉛后，c(Pb2)不變，A錯誤；加入少量Sn(NO3)2固體，c(Sn2)增大，平衡逆向移動，c(Pb2)增大，B錯誤；升溫使c(Pb2)增大，說明平衡逆向移動，H<0，正反應為放熱反應，C錯誤；由化學方程式和圖中數據得平衡常數K2.2，D正確。3A該反應的正反應為放熱反應，溫度升高，平衡逆向移動，平衡常數減小，A正確；pH增大，H濃度減小，平衡正向移動，Cr2O的轉化率升高，B錯誤；溫度升高，正反應速率增大，C錯誤；增大Pb2的物質的量濃度，平衡正向移動，Cr2O的物質的量減小，D錯誤。4CA錯，因為圖中所示的反應物能量高于生成物能量，應該是放熱反應；B錯，因為醋酸屬于弱酸，曲線的起點對應的pH數值應在1和2之間；C對，因為從圖中容易讀出該溫度下的溶質還沒有達到飽和溶液所需要的量；D錯，因為“生成物的最大量”和“反應物的最大轉化率”屬于兩個概念、兩個表示法?？键c集訓1C催化劑只能加快反應速率，而不會使平衡發(fā)生移動，A項錯；恒壓條件下充入N2，體積增大，反應物濃度減小，反應速率降低，B項錯；原反應是放熱反應，溫度升高，反應速率加快，平衡向逆反應方向移動，C項正確；按原比例充入H2和I2，反應速率加快，但平衡轉化率不變，D項錯。2A若平衡不發(fā)生移動，改變體積后D的濃度應變?yōu)樵瓉淼?倍，現在變?yōu)?.8倍說明平衡向左移動，故A的轉化率變小，D的體積分數減小，a<cd。3B溫度升高，G的體積分數減小，轉化率增大，平衡向正反應方向移動，說明正反應為吸熱反應，A、C項錯；壓強增大，G的體積分數減小，平衡向正反應方向移動，說明a>b，B項正確；L是固體，平衡移動將引起氣體質量的改變，D項錯。4(1)0.02(2)3A(g)2C(g)B(g)H100a kJ·mol1(3)0.00460%(4)AB解析(1)t4時，減小壓強，v正、v逆以同等倍數下降，說明反應前后化學計量數之和相等，由A、C濃度變化曲線知，到t1時，A、C的濃度變化量分別為c(A)0.150.060.09 mol·L1，c(C)0.110.050.06 mol·L1，即A、C的化學計量數之比為0.090.0632，故反應式為3A(g)2C(g)B(g)，則B的起始濃度為0.050.030.02 mol·L1。(2)因升溫，v正>v逆，平衡正向進行，故此反應為吸熱反應，其熱化學反應式為3A(g)2C(g)B(g)H100a kJ·mol1。(3)v(C)0.004 mol·L1·s1(A)×100%60%。(4)乙圖中t3時刻v正、v逆以同等倍數增大，故應是增大壓強或加入催化劑。5A設F2和ClF的物質的量均為1 mol，F2(g)ClF(g)ClF3(g)開始(mol) 1 1 0反應(mol) 0.4 0.4 0.4平衡(mol) 0.6 0.6 0.40.8，A項正確；不同條件下的平衡，轉化率不同，反應物與產物的比例不同，故B項錯；增大體積，正、逆反應速率都減小，C項錯；降溫，平衡向正反應方向移動，D項錯。6C7(1)1(2)0.95 mol·L1(3)吸熱(4)等于平衡常數只與溫度有關8(1) (2)不變0.002 96 mol·L1·s1<(或小于)(3)陽極N2O42HNO32e=2N2O52H解析本題綜合考查硝化、化學平衡、化學反應速率的計算、電解等化學基本原理。(1)硝基苯是硝基取代苯環(huán)上的氫原子得到的產物，結構簡式為(2)恒容密閉容器中N2O5分解達到平衡后，再通入氮氣，各物質的濃度均不變，所以平衡不移動。T1溫度下500 s內N2O5的分解速率(53.52) mol·L1/500 s0.002 96 mol·L1·s1，1 000 s內N2O5的分解速率(52.48)/1 0000.002 52 mol·L1·s1。在T2溫度下NO2的濃度為4.98 mol·L1，N2O5的分解速率(4.98÷2)/1 0000.002 49 mol·L1·s1，速率減小，所以T2小于T1。(3)用電解法制備N2O5，N2O4失電子被氧化生成N2O5，所以N2O5在電解池的陽極區(qū)生成。電極方程式書寫有些難度，N2O4轉化為N2O5時增加了O原子，只能由硝酸提供。