全国版2021高考化学一轮复习第21讲化学平衡状态及其移动课件

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化学反应速率和化学平衡 第七章 第 21 讲　化学平衡状态及其移动 1. 了解化学反应的可逆性及化学平衡的建立。　 2. 掌握化学平衡的特征。　 3. 理解外界条件 ( 浓度、温度、压强、催化剂等 ) 对化学平衡的影响，能用相关理论解释其一般规律。　 4. 了解化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。 栏 目 导 航 考点一　可逆反应与化学平衡状态 　 考点二　化学平衡移动 探究高考 · 明确考向 考点一　可逆反应与化学平衡状态 相同 　 正 　 逆 　 同时 　 小于 　 ＜ 　 ＞ 　 ＜ 　 ＜ 　 2 ． 化学平衡状态 (1) 概念 一定条件下的可逆反应中，正反应速率与逆反应速率 __________ ，反应体系中所有参加反应的物质的 _______________________________ 保持不变的状态。 (2) 建立过程 相等 　 质量、浓度或百分含量 　 (3) 平衡特点： 点拨： ①化学反应达到化学平衡状态的正逆反应速率相等，是指同一物质的消耗速率和生成速率相等，若用不同物质表示时，反应速率不一定相等。 ②一个可逆反应达到的平衡状态就是这个反应在该条件下所能达到的限度。 (2) 静态标志：各种 “ 量 ” 不变 ① 各物质的质量、物质的量或浓度不变。 ② 各物质的百分含量 ( 物质的量分数、质量分数、气体体积分数等 ) 不变。 ③ 温度、压强 ( 化学反应方程式两边气体体积不相等 ) 或颜色 ( 某组分有颜色 ) 不变。 总之，对于化学平衡建立过程中的某一物理量由 “ 变量 ” 变成了 “ 不变量 ” ，则表明该可逆反应达到平衡状态；若化学平衡建立过程中的某一物理量为 “ 不变量 ” ，则该物理量不能作为平衡标志。 D 　 解析 2SO 2 (g) ＋ O 2 (g)  2SO 3 (g) ， 某时刻　　　 0.2 mol/L 0.1 mol/L 　 0.2 mol/L 极限转化　　 0.4 mol/L 0.2 mol/L 0 极限转化　　 0 　　　　 0 　　　 0.4 mol/L A ． SO 2 和 O 2 的浓度增大，说明反应向逆反应方向进行建立平衡，若 SO 3 完全反应，则 SO 2 和 O 2 的浓度分别为 0.4 mol/L 、 0.2 mol/L ，三氧化硫不可能完全转化，故 A 错误； B.SO 3 为 0.4 mol/L ， SO 3 的浓度增大，说明该反应向正反应方向进行建立平衡，若二氧化硫和氧气完全反应， SO 3 的浓度为 0.4 mol/L ，达到平衡的实际浓度应该小于 0.4 mol/L ，故 B 错误； C. 反应物、生产物的浓度不可能同时减小，只能一个减小，另一个增大，故 C 错误； D.SO 2 为 0.25 mol/L ， SO 2 的浓度增大，说明反应向逆反应方向进行建立平衡，若 SO 3 完全反应，则 SO 2 的浓度为 0.4 mol/L ，实际浓度为 0.25 mol/L ，小于 0.4 mol/L ，故 D 正确。 A 　 解析 假设反应向正反应方向进行，由于 Y 2 (g) 过量，则完全转化时， Z(g) 的浓度为 0.4 mol · L － 1 ；假设反应向逆反应方向进行，则完全转化时， X 2 (g) 、 Y 2 (g) 的浓度分别为 0.2 mol · L － 1 、 0.4 mol · L － 1 。由题意知，该反应为可逆反应，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，故 A 正确， B 、 C 均错误；又该反应前后气态物质体积不变，反应达到平衡时，不论 X 2 、 Y 2 、 Z 怎么变化、总物质的量不会改变，物质的总浓度也不会改变，即 c (X 2 ) ＋ c (Y 2 ) ＋ c (Z) ＝ 0.6 mol · L － 1 ， D 错误。 答案　 (1) ①③④⑦ 　 (2) ⑤⑦ 　 (3) ①③④⑤⑦ (4) ①②③④⑦ 　 (5) ①②③ 　 (6) ②④⑦ Ⅱ . 若上述题目改成一定温度下的恒压密闭容器，结果又如何？ 答案　 (1) ②③④⑦ 　 (2) ⑤⑦ 　 (3) ②③④⑤⑦ (4) ②③④⑦ 　 (5) ②③ 　 (6) ②④⑦ 1 ． 化学平衡移动的过程 考点二　化学平衡移动 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， __________ 平衡移动。 (3) v 正 ＜ v 逆 ：平衡向 _______________ 移动。 正反应方向 　 不发生 　 逆反应方向 　 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： 正反应 　 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 逆反应 　 减小 　 增大 　 不 　 吸热 　 放热 　 (2) 勒夏特列原理 如果改变影响化学平衡的条件之一 ( 如温度、压强、以及参加反应的化学物质的浓度 ) ，平衡将向着能够 ____________________ 的方向移动。 减弱这种改变 　 D 　 解析 A. 增大容器的体积， NO 2 浓度减小，则混合气体颜色变浅，故 A 错误； B. 温度压强不变，充入 N 2 O 4 (g) ，新平衡与原平衡相比不移动， NO 2 浓度不变，则混合气体颜色不变，故 B 错误； C. 温度压强不变，充入 NO 2 ，新平衡与原平衡相比不移动， NO 2 浓度不变，则混合气体颜色不变，故 C 错误； D. 容器容积不变，升高温度，平衡向逆反应方向移动， NO 2 浓度增大，则混合气体颜色加深，故 D 正确。 B 　 解析 该反应为气体体积增大的吸热反应，所以升温和减压均可以促使反应正向移动。恒压通入惰性气体，相当于减压。恒容通入惰性气体与加催化剂均对平衡无影响。增加 CO 的浓度，将导致平衡逆向移动。 解化学平衡移动的思维过程 A 　 解析 A. 再通入 A 气体，平衡正向移动， B 的转化率增大，符合，故 A 正确； B. 加入催化剂，平衡不移动，所以 A 的体积分数不变，不符合，故 B 错误； C. 增大压强，平衡正向移动，混合气体的总物质的量减小，不符合，故 C 错误； D. 该反应是吸热反应，温度升高时化学平衡正向移动，混合气体的总物质的量减小，不符合，故 D 错误。 D 　 解析 A. 恒温下向乙中通入 z 气体，平衡逆向进行， y 的物质的量浓度增大，故 A 正确； B. 恒温下向甲中通入惰性气体，甲中平衡不移动，乙中平衡因压缩而正向移动，故 X 、 Y 的转化率增大，故 B 正确； C. 绝热下向乙中通入 z 气体，平衡逆向进行，逆向是放热反应，反应器中温度升高，故 C 正确； D. 绝热下向甲中通入惰性气体，乙中反应应正向移动，吸热，中间隔板是导热的，导致甲中反应也会移动， c 的物质的量会改变，故 D 错误。 正反应 减小 增大 正反应 不变 不变 正反应 增大 减小 1 ． 等效平衡的含义 在一定条件 ( 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。 应用“等效平衡”判断平衡移动结果 C 　 解析 相同温度下 ， 相同容积的定容密封容器甲和乙 ， 甲中加入 H 2 和 I 2 各 0.1 mol ， 乙中加入 HI 0.2 mol ， 此时二者建立的平衡是等效的。 A. 甲、乙提高相同温度，平衡均逆向移动， HI 的平衡浓度均减小，故 A 错误； B. 甲中加入 0.1 mol He ，在定容密封容器中，平衡不会移动，故 B 错误； C. 甲降低温度，平衡正向移动，甲中 HI 的平衡浓度增大，乙增大压强平衡不变， HI 平衡时的百分含量不变，故 C 正确； D. 甲中增加 0.1 mol H 2 ，乙增加 0.1 mol I 2 ，结果还是等效的，故 D 错误。 D 　 解析 对比容器 Ⅰ 和 Ⅲ 可知两者投料量相当，若温度相同，最终建立等效平衡，但 Ⅲ 温度高，平衡时 c (CH 3 OH) 小，说明平衡向逆反应方向移动，即逆反应为吸热反应，正反应为放热反应， A 错误； Ⅱ 相对于 Ⅰ 成比例增加投料量，相当于加压，平衡正向移动，转化率提高，所以 Ⅱ 中转化率高， B 错误；不考虑温度， Ⅱ 中投料量是 Ⅲ 的两倍，相当于加压，平衡正向移动，所以 Ⅱ 中 c (H 2 ) 小于 Ⅲ 中 c (H 2 ) 的两倍，且 Ⅲ 的温度比 Ⅱ 高，相对于 Ⅱ ，平衡向逆反应方向移动， c (H 2 ) 增大， C 错误；对比 Ⅰ 和 Ⅲ ，若温度相同，两者建立等效平衡，两容器中速率相等，但 Ⅲ 温度高，速率更快， D 正确。 C 　 解析 A 　 解析 等效平衡判断 “ 四步曲 ” 第一步， “ 看 ” ：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； 第二步， “ 挖 ” ：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； 第三步， “ 倒 ” ：采用一边倒法，将起始物质按可逆反应化学计量系数之比转化成同一边的物质； 第四步， “ 联 ” ：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。 探究高考 · 明确考向 D 　 解析 D 错：温度提高至 60 ℃ ，化学反应速率虽然加快，但溴乙烷的沸点较低，会挥发出大量的溴乙烷，导致反应不断向正反应方向进行，因此不能缩短反应达到平衡的时间。 A 对：加入 NaOH ，消耗 HBr ，平衡左移，乙醇的物质的量增大。 B 对：增大 HBr 浓度，平衡右移，有利于生成溴乙烷。 C 对：原反应物按物质的量之比 1∶1 加入，又按物质的量之比 1∶1 反应，两者的平衡转化率之比为 1∶1 ，若将反应物均增大至 2 mol ，其平衡转化率之比仍为 1∶1 。 CD 　 解析 由题中表格信息可知，容器 2 建立的平衡相当于容器 1 建立平衡后再将容器的容积缩小为原来的 1/2( 相当于压强增大为原来的 2 倍 ) 后平衡移动的结果。由于加压，化学反应速率加快，则 v 1 ＜ v 2 ；题给平衡右移，则 α 1 (SO 2 ) ＜ α 2 (SO 2 ) ，根据勒夏特列原理可得 c 2 ＞ 2 c 1 ， p 1 ＜ p 2 ＜ 2 p 1 。容器 3 中建立的平衡相当于容器 1 建立的平衡升温后平衡移动的结果。升高温度，化学反应速率加快，则 v 1 ＜ v 3 ；题给平衡左移，则 α 1 (SO 2 ) ＞ α 3 (SO 2 ) ， c 1 ＞ c 3 。由于温度升高，气体物质的量增加，故 p 3 ＞ p 1 。对于特定反应，平衡常数仅与温度有关，温度升高，题给平衡左移，平衡常数减小，则 K 1 ＝ K 2 ＞ K 3 。 C 对：由以上分析可得结论 v 1 ＜ v 3 ， α 1 (SO 2 ) ＞ α 3 (SO 2 ) 。 D 对：因为 c 2 ＞ 2 c 1 ， c 1 ＞ c 3 ，则 c 2 ＞ 2 c 3 。 若容器 2 的容积是容器 1 的 2 倍，则两者建立的平衡完全相同，根据平衡特点，此时应存在 α 1 (SO 2 ) ＋ α 2 (SO 3 ) ＝ 1 ，由于容器 2 的平衡相当于容器 1 的平衡加压，故 α 2 (SO 3 ) 将减小，则 α 1 (SO 2 ) ＋ α 2 (SO 3 ) ＜ 1 ，结合 α 1 (SO 2 ) ＞ α 3 (SO 2 ) ，则 α 2 (SO 3 ) ＋ α 3 (SO 2 ) ＜ 1 。 A 错：由以上分析可知 c 2 ＞ 2 c 1 。 B 错：由以上分析可知 p 1 ＜ p 2 ＜ 2 p 1 ， p 1 ＜ p 3 ，则 p 2 ＜ 2 p 3 。 A (2) 反应中催化剂活性会因积碳反应而降低，同时存在的消碳反应则使积碳量减少。相关数据如下表： 由上表判断，催化剂 X________Y( 填 “ 优于 ” 或 “ 劣于 ” ) ，理由是 ________________________________________________________________________________________________________ 。 劣于　 相对于催化剂 X ，催化剂 Y 积碳反应的活化能大，积碳反应的速率小；而消碳反应 活化能相对小，消碳反应速率大　 在反应进料气组成、压强及反应时间相同的情况下，某催化剂表面的积碳量随温度的变化关系如下图所示。升高温度时，下列关于积碳反应、消碳反应的平衡常数 ( K ) 和速率 ( v ) 的叙述正确的是 ________( 填标号 ) 。 A ． K 积 、 K 消 均增加 B ． v 积 减小、 v 消 增加 C ． K 积 减小、 K 消 增加 D ． v 消 增加的倍数比 v 积 增加的倍数大 AD 　 解析　 (1) 根据平衡移动的影响因素，该反应的正反应是一个吸热、气体体积增大的反应，所以高温低压有利于反应正向移动。 (2) 积碳反应中，由于催化剂 X 的活化能比催化剂 Y 的活化能要小，所以催化剂 X 更有利于积碳反应的进行；而消碳反应中，催化剂 X 的活化能大于催化剂 Y ，所以催化剂 Y 更有利于消碳反应的进行；综合分析，催化剂 X 劣于催化剂 Y 。 由表格可知积碳反应、消碳反应都是吸热反应，温度升高，平衡右移， K 积 、 K 消 均增加，温度升高，反应速率均增大，从图像上可知，随着温度的升高，催化剂表面的积碳量是减小的，所以 v 消 增加的倍数要比 v 积 增加的倍数大。