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文档介绍
2020版高考化学大一轮复习专题8化学反应速率和化学平衡第二单元化学平衡状态学案
第二单元 化学平衡状态 [考试标准] 知识条目 必考要求 加试要求 知识条目 必考要求 加试要求 1.化学反应的方向和限度 ①化学反应的限度 ②化学平衡的概念 ③化学平衡状态的特征 ④自发反应的概念 ⑤熵变的概念 ⑥用熵变、焓变判断化学反应的方向 ⑦化学平衡常数 a a a b b b a a c b ⑧反应物的转化率 ⑨化学平衡常数与反应限度、转化率的关系 2.化学平衡的移动 ①化学平衡移动的概念 ②影响化学平衡移动的因素及平衡移动方向的判断 ③用化学平衡移动原理选择和确定合适的生产条件 b c a b c 考点一 化学平衡状态与化学反应进行的方向 (一)化学平衡状态 1．可逆反应 在同一条件下既可以向正反应方向进行，同时又可以向逆反应方向进行的化学反应。 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相等，反应体系中所有参加反应的物质的质量或浓度保持不变的状态。 (2)化学平衡的建立 - 27 - (3)平衡特点 (二)化学反应进行的方向(加试) 1．自发过程 (1)含义 在一定温度和压强下，不需要借助外力作用就能自发进行的过程。 (2)特点 ①体系趋向于从高能状态转变为低能状态(体系对外部做功或释放热量)。 ②在密闭条件下，体系有从有序转变为无序的倾向性(无序体系更加稳定)。 2．自发反应 在一定温度和压强下无需外界帮助就能自发进行的反应称为自发反应。 3．判断化学反应方向的依据 (1)焓变与反应方向 研究表明，对于化学反应而言，绝大多数放热反应都能自发进行，且反应放出的热量越多，体系能量降低得也越多，反应越完全。可见，反应的焓变是制约化学反应能否自发进行的因素之一。 (2)熵变与反应方向 ①研究表明，除了热效应外，决定化学反应能否自发进行的另一个因素是体系的混乱度。大多数自发反应有趋向于体系混乱度增大的倾向。 ②熵和熵变的含义 a．熵的含义 熵是衡量一个体系混乱度的物理量。用符号S表示。 同一条件下，不同物质有不同的熵值，同一物质在不同状态下熵值也不同，一般规律是S(g)>S(l)>S(s)。 b．熵变的含义 熵变是反应前后体系熵的变化，用ΔS表示，化学反应的ΔS越大，越有利于反应自发进行。 (3)综合判断反应方向的依据 ①ΔH－TΔS＜0，反应能自发进行。 ②ΔH－TΔS＝0，反应达到平衡状态。 - 27 - ③ΔH－TΔS>0，反应不能自发进行。 1．(2017·浙江11月选考，16)已知N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol－1，起始反应物为N2和H2，物质的量之比为1∶3，且总物质的量不变，在不同压强和温度下，反应达到平衡时，体系中NH3的物质的量分数如下表： 温度 物质的量分数 压强 400 ℃ 450 ℃ 500 ℃ 600 ℃ 20 MPa 0.387 0.274 0.189 0.088 30 MPa 0.478 0.359 0.260 0.129 下列说法正确的是( ) A．体系中NH3的物质的量分数越大，则正反应速率越大 B．反应达到平衡时，N2和H2的转化率之比均为1 C．反应达到平衡时，放出的热量均为92.4 kJ D．600 ℃、30 MPa下反应达到平衡时，生成NH3的物质的量最多 答案 B 解析 正反应速率与反应物的浓度有关，且反应物浓度越大反应速率越快，而NH3是产物，故A错误；N2和H2的物质的量之比为1∶3，反应消耗也是1∶3，故N2和H2的转化率相同，故B正确；当1 mol N2参与反应时放出的热量为92.4 kJ，而题目中没有确定反应的量，故C错误；由表格可知600 ℃、30 MPa下反应达到平衡时，NH3的物质的量分数相对于500 ℃、30 MPa时减小，故D错误。 2．(2017·浙江11月选考，21)在催化剂作用下，用乙醇制乙烯，乙醇转化率和乙烯选择性(生成乙烯的物质的量与乙醇转化的物质的量的比值)随温度、乙醇进料量(单位：mL·min－1)的关系如图所示(保持其他条件相同)。 在410～440 ℃温度范围内，下列说法不正确的是( ) A．当乙醇进料量一定，随乙醇转化率增大，乙烯选择性升高 - 27 - B．当乙醇进料量一定，随温度的升高，乙烯选择性不一定增大 C．当温度一定，随乙醇进料量增大，乙醇转化率减小 D．当温度一定，随乙醇进料量增大，乙烯选择性增大 答案 A 解析 由图像可知，当乙醇进料量一定，随乙醇转化率增大，乙烯选择性先升高后减小，故A选项错误；由图像可知，当乙醇进料量一定，随温度的升高，乙烯选择性先升高后减小，故B选项正确；由图像可知，当温度一定，随乙醇进料量增大，乙醇转化率减小，故C选项正确；由图像可知，当温度一定，随乙醇进料量增大，乙烯选择性增大，故D选项正确。 3．(2017·浙江4月选考，12)已知：X(g)＋2Y(g)3Z(g) ΔH＝－a kJ·mol－1(a>0)，下列说法不正确的是( ) A．0.1 mol X和0.2 mol Y充分反应生成Z的物质的量一定小于0.3 mol B．达到化学平衡状态时，X、Y、Z的浓度不再发生变化 C．达到化学平衡状态时，反应放出的总热量可达a kJ D．升高反应温度，逆反应速率增大，正反应速率减小 答案 D 解析 该反应属于可逆反应，0.1 mol X和0.2 mol Y充分反应生成Z的物质的量一定小于0.3 mol，A正确；达到化学平衡状态时正、逆反应速率相等，X、Y、Z的浓度不再发生变化，B正确；虽然属于可逆反应，达到化学平衡状态时，如果消耗1 mol X，则反应放出的总热量等于a kJ，C正确；升高反应温度，正、逆反应速率均增大，D错误。 备考导向 (1)可逆反应达到平衡状态的判断(关键是看给定的条件能否推出参与反应的任一物质的物质的量不再发生变化)。(2)达到平衡状态时，可逆反应表现的特征(正、逆反应速率相等，反应混合物中各组成成分的百分含量保持不变，反应不能进行到底等)。 题组一 正确理解概念 1．下列说法错误的是( ) A．可逆反应不等同于可逆过程。可逆过程包括物理变化和化学变化，而可逆反应属于化学变化 B．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，反应速率一定不相等 C．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 D．化学反应的限度可以通过改变反应条件而改变 答案 B - 27 - 2．向含有2 mol SO2的容器中通入过量氧气发生反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH＝－Q kJ·mol－1(Q＞0)，充分反应后生成SO3的物质的量________(填“＜”“>”或“＝”，下同)2 mol，SO2的物质的量________0，转化率________100%，反应放出的热量________Q kJ。 答案 ＜ > ＜ ＜ 题组二 极端假设，界定范围，突破判断 3．一定条件下，对于可逆反应X(g)＋3Y(g)2Z(g)，若X、Y、Z的起始浓度分别为c1、c2、c3(均不为零)，达到平衡时，X、Y、Z的浓度分别为0.1 mol·L－1、0.3 mol·L－1、0.08 mol·L－1，则下列判断正确的是( ) A．c1∶c2＝3∶1 B．平衡时，Y和Z的生成速率之比为2∶3 C．X、Y的转化率不相等 D．c1的取值范围为0＜c1＜0.14 mol·L－1 答案 D 解析 平衡浓度之比为1∶3，转化浓度亦为1∶3，故c1∶c2＝1∶3，A、C不正确；平衡时Y生成表示逆反应，Z生成表示正反应，v生成(Y)∶v生成(Z)应为3∶2，B不正确；由可逆反应的特点可知，c1的取值范围为0＜c1＜0.14 mol·L－1。 4．(2017·慈溪市高三月考)在一定的条件下，将2 mol SO2和1 mol O2充入恒容密闭容器中，发生下列反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH＝－197 kJ·mol－1，当达到平衡状态时，下列说法中正确是( ) A．生成2 mol SO3 B．放出热量197 kJ C．SO2和SO3 共有2 mol D．含有氧原子共有3 mol 答案 C 解析 此反应是可逆反应，不能进行到底，SO3的物质的量小于2 mol，放出热量小于197 kJ，A、B错误；根据S元素守恒，n(SO2)＋n(SO3)＝2 mol，C正确；根据氧元素守恒，氧原子的物质的量共(2×2＋1×2) mol＝6 mol，D错误。 极端假设法确定各物质浓度范围 上述题目4可根据极端假设法判断，假设反应正向或逆向进行到底，求出各物质浓度的最大值和最小值，从而确定它们的浓度范围。 假设反应正向进行到底： X2(g)＋Y2(g)2Z(g) 起始浓度/mol·L－1 0.1 0.3 0.2 改变浓度/mol·L－1 0.1 0.1 0.2 终态浓度/mol·L－1 0 0.2 0.4 - 27 - 假设反应逆向进行到底： X2(g)＋Y2(g)2Z(g) 起始浓度/mol·L－1 0.1 0.3 0.2 改变浓度/mol·L－1 0.1 0.1 0.2 终态浓度/mol·L－1 0.2 0.4 0 平衡体系中各物质的浓度范围为X2∈(0,0.2)，Y2∈(0.2,0.4)，Z∈(0,0.4)。 题组三 审准题干，关注特点，判断标志 5．(2017·浙江 “超级全能生”选考科目8月联考)与外界隔热、容积不变的密闭容器中发生反应：2X(g) ＋ Y(g)3Z(g)＋M(s) ΔH＝－a kJ·mol－1，下列说法不正确的是( ) A．容器的温度不再升高，表明反应达到平衡状态 B．容器压强不变，表明反应达到平衡状态 C．达到化学平衡时，反应放出的总热量可能为a kJ D．反应过程中，气体的密度始终保持不变 答案 D 解析 因为此容器是隔热容器，当温度不再改变，说明反应达到平衡，且此反应是放热反应，随着反应进行，温度升高，压强增大，因此当压强不再改变，说明反应达到平衡，A、B正确；当消耗2 mol X和1 mol Y时反应达到平衡，放出的热量为a kJ，C正确；因为M为固体，向正反应方向进行，气体质量减少，容器为恒容状态，密度减小，D错误。 6．在一定温度下的某容积可变的密闭容器中，建立下列化学平衡：C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)。不能确定上述可逆反应在一定条件下已达到化学平衡状态的是( ) A．体系的体积不再发生变化 B．v正(CO)＝v逆(H2O) C．生成n mol CO的同时生成n mol H2 D．1 mol H—H键断裂的同时断裂2 mol H—O键 答案 C 解析 不论反应是否达到平衡状态，生成n mol CO的同时都会生成n mol H2。 7．在容积固定且绝热的密闭容器内发生化学反应：2HI(g)===H2(g)＋I2(g)，下列各项事实都是在其他条件一定的前提下形成的，其中能表明化学反应达到平衡状态的是________(填序号)。 ①混合气体的颜色保持不变 ②容器内的温度保持不变 ③容器内的压强保持不变 ④各物质的总浓度保持不变 ⑤单位时间内形成n mol H—H键的同时也断裂2n mol H—I键 ⑥混合气体的平均摩尔质量保持不变 ⑦Q＝K ⑧ΔH保持不变 ⑨生成a mol H2(g)的同时消耗a mol I2(g) ⑩v逆(H2)＝v正(HI) - 27 - 答案 ①②③⑦⑧⑨⑩ 解析 ①容器中有颜色的物质是I2，混合气体的颜色保持不变表明c(I2)不变；②容器绝热，化学反应必然伴随着能量的变化，容器内的温度保持不变表明v正＝v逆；③容器绝热、温度可变，依据pV＝nRT压强也可变，当温度不变时，压强也不变化，是化学平衡的标志；④容器容积不变，化学反应前后气体物质的量不变，各物质的总浓度不变不能说明v正＝v逆；⑤形成n mol H—H键和断裂2n mol H—I键描述的都是正向的反应，不能说明v正＝v逆；⑥反应前后气体的质量和物质的量一直都保持不变，故混合气体的平均摩尔质量始终保持不变；⑦K为平衡常数，当Q＝K时，反应一定达到化学平衡状态；⑧化学反应的ΔH的大小与温度有关，容器绝热，化学反应必然伴随着能量的变化，ΔH保持不变，表明v正＝v逆；⑨生成a mol H2(g)的同时消耗a mol I2(g)，表明v正＝v逆；⑩逆反应消耗H2的速率是正反应消耗HI的速率的一半，也表明v正＝v逆。 规避“2”个易失分点 (1)注意两审 一审题干条件，是恒温恒容还是恒温恒压；二审反应特点：①全部是气体参与的等体积反应还是非等体积反应；②是有固体参与的等体积反应还是非等体积反应。 (2)不能作为“标志”的四种情况 ①反应组分的物质的量之比等于化学方程式中相应物质的化学计量数之比。 ②恒温恒容下气体体积不变的反应，体系的压强或总物质的量不再随时间而变化。 ③全是气体参加体积不变的反应，体系的平均相对分子质量不再随时间而变化。 ④全是气体参加的反应，恒容条件下体系的密度保持不变。 题组四 化学反应方向的判定(加试) 8．实验证明，多数能自发进行的反应都是放热反应。对此说法的理解正确的是( ) A．所有的放热反应都是自发进行的 B．所有的自发反应都是放热的 C．焓变是影响反应是否具有自发性的一种重要因素 D．焓变是决定反应是否具有自发性的唯一判据 答案 C 9．分析下列反应在任何温度下均能自发进行的是( ) A．2N2(g)＋O2(g)===2N2O(g) ΔH＝163 kJ·mol－1 B．Ag(s)＋Cl2(g)===AgCl(s) ΔH＝－127 kJ·mol－1 C．HgO(s)===Hg(l)＋O2(g) ΔH＝91 kJ·mol－1 - 27 - D．H2O2(l)===O2(g)＋H2O(l) ΔH＝－98 kJ·mol－1 答案 D 解析 A项，反应是气体体积减小的吸热反应，在低温下非自发进行，在高温下可自发进行，错误；B项，反应是气体体积减小的放热反应，在低温下自发进行，在高温下非自发进行，错误；C项，反应是气体体积增大的吸热反应，在低温下非自发进行，在高温下可自发进行，错误；D项，反应是气体体积增大的放热反应，在任何温度下都可自发进行，D正确。 10．在特制的密闭真空容器中加入一定量纯净的氨基甲酸铵固体(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：NH2COONH4(s)2NH3(g)＋CO2(g) ΔH>0。下列说法中正确的是( ) A．密闭容器中气体的平均相对分子质量不变则该反应达到平衡状态 B．该反应在任何条件下都能自发进行 C．再加入一定量氨基甲酸铵，可加快反应速率 D．保持温度不变，压缩体积，达到新的平衡时，NH3的浓度不变 答案 D 解析 反应NH2COONH4(s)2NH3(g)＋CO2(g)，生成的气体的物质的量之比始终是2∶1，所以气体的平均相对分子质量始终不变，故不能作为平衡状态的判断依据，A错误；此反应的ΔS＞0，ΔH＞0，根据ΔG＝ΔH－TΔS，只有在高温下ΔG＜0，此时反应才能自发进行，B错误；固体物质的多少对化学反应速率没有影响，C错误；恒温下压缩体积，平衡逆向移动，当氨气的浓度不变时达到新的平衡状态，D正确。 11．(1)已知：H2和CH2 ===CH2的标准燃烧热分别是－285.8 kJ·mol－1和－1 411.0 kJ·mol－1，且H2O(g)H2O(l) ΔH ＝－44.0 kJ·mol－1，而2CO2(g)＋6H2(g)CH2==CH2(g)＋4H2O(g) ΔH＝a，则a＝________kJ·mol－1；上述由CO2合成CH2 ===CH2的反应在________(填“高温”或“低温”)下自发进行，理由是___________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)N2O是一种强大的温室气体，在一定条件下，其分解的化学方程式为2N2O(g)===2N2(g)＋O2(g) ΔH<0，你认为该反应的逆反应是否自发进行，请判断并说明理由： ______________________。 答案 (1)－127.8 低温 根据ΔG＝ΔH－TΔS，ΔH＜0，ΔS＜0，要使反应自发进行即ΔG＜0，需低温下进行 (2)一定不能，因为该逆反应的ΔS<0、ΔH>0，故该逆反应不能自发 解析 (1)已知H2(g)、C2H4(g)的标准燃烧热分别是－285.8 kJ·mol－1、－1 411.0 kJ·mol－1，则有： - 27 - ①H2(g)＋O2(g)===H2O(l) ΔH＝－285.8 kJ·mol－1； ②C2H4(g)＋3O2(g)===2H2O(l)＋2CO2(g) ΔH＝－1 411.0 kJ·mol－1；③H2O(g)H2O(l) ΔH ＝－44.0 kJ·mol－1，根据盖斯定律 ①×6－②－③×4可得：2CO2(g)＋6H2(g)CH2 ==CH2(g) ＋4H2O(g) ΔH＝(－285.8 kJ·mol－1)×6－(－1 411.0 kJ·mol－1)－(－44.0 kJ·mol－1)×4＝－127.8 kJ·mol－1；该反应的ΔH＜0，ΔS＜0，根据ΔG＝ΔH－TΔS，低温下反应才能自发进行。(2)根据方程式可知该逆反应的ΔS<0、ΔH>0，所以根据ΔG＝ΔH－TΔS可知该逆反应一定不能自发进行。 焓变、熵变和温度对化学反应方向的影响 ΔH ΔS ΔH－TΔS 反应情况 － ＋ 永远是负值 在任何温度下均自发进行 ＋ － 永远是正值 在任何温度下均非自发进行 ＋ ＋ 低温为正，高温为负 低温时非自发，高温时自发 － － 低温为负，高温为正 低温时自发，高温时非自发 考点二 化学平衡的移动(加试) 1．概念 可逆反应达到平衡状态以后，若反应条件(如温度、压强、浓度等)发生了变化，平衡混合物中各组分的浓度也会随之改变，从而在一段时间后达到新的平衡状态。这种由原平衡状态向新平衡状态的变化过程，叫做化学平衡的移动。 2．过程 3．化学平衡移动与化学反应速率的关系 (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。 4．借助图像，分析影响化学平衡的因素 - 27 - (1)影响化学平衡的因素 若其他条件不变，改变下列条件对化学平衡的影响如下： 平衡体系 条件变化 速率变化 平衡变化 速率变化曲线 任一平衡体系 增大反应物的浓度 v正、v逆均增大，且v′正> v′逆 正向移动 减小反应物的浓度 v正、v逆均减小，且v′逆> v′正 逆向移动 任一平衡体系 增大生成物的浓度 v正、v逆均增大，且v′逆> v′正 逆向移动 减小生成物的浓度 v正、v逆均减小，且v′正> v′逆 正向移动 正反应方向为气体体积增大的放热反应 增大压强或升高温度 v正、v逆均增大，且v′逆> v′正 逆向移动 减小压强或降低温度 v正、v逆均减小，且v′正> v′逆 正向移动 任意平衡或反应前后气体化学计量数之和相等的平衡 正催化剂或增大压强 v正、v逆同等倍数增大 平衡不移动 负催化剂或减小压强 v正、v逆同等倍数减小 (2)勒夏特列原理(化学平衡移动原理) 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)，平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动。 5．几种特殊情况 - 27 - (1)当反应混合物中存在与其他物质不相混溶的固体或液体物质时，由于其“浓度”是恒定的，不随其量的增减而变化，故改变这些固体或液体的量，对化学平衡没影响。 (2)对于反应前后气态物质的化学计量数相等的反应，压强的变化对正、逆反应速率的影响程度是等同的，故平衡不移动。 (3)“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) (4)恒温、恒容条件下，同等程度地改变反应混合物中各物质的浓度时，应视为压强的影响。 题组一 选取措施使化学平衡定向移动 1．COCl2(g)CO(g)＋Cl2(g) ΔH>0，当反应达到平衡时，下列措施：①升温 ②恒容通入惰性气体 ③增加CO浓度 ④减压 ⑤加催化剂 ⑥恒压通入惰性气体，能提高COCl2转化率的是( ) A．①②④ B．①④⑥ C．②③⑤ D．③⑤⑥ 答案 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。 2．(2017·温州高三第二次选考模拟)在某密闭恒容容器中发生反应：X(g)Y(g)＋nZ(g) ΔH＝Q kJ·mol－1(Q>0)。反应体系2 min时达到平衡后，各物质的浓度在不同条件下的变化如下图所示。(第10 min到16 min的X浓度变化曲线未标出)，下列说法不正确的是( ) - 27 - A．反应方程式中n＝1 B．12～14 min内，用Y表示的平均速率为0.005 mol·L－1·min－1 C．在6～10 min内，反应吸收的热量为0.015Q kJ D．第12 min时，Z曲线发生变化的原因是移走一部分Z 答案 C 解析 根据图像可知6～12 min时X减少了0.055 mol·L－1－0.040 mol·L－1＝0.015 mol·L－1，Z增加了0.085 mol·L－1－0.070 mol·L－1＝0.015 mol·L－1，因此反应方程式中n＝1，A正确；12～14 min内，用Y表示的平均速率＝＝0.005 mol·L－1·min－1，B正确；在6～10 min内X减少了0.055 mol·L－1－0.040 mol·L－1＝0.015 mol·L－1，但容器容积未知，因此不能计算反应吸收的热量，C错误；第12 min时Z的浓度瞬间减小，随后逐渐增大，这说明Z曲线发生变化的原因是移走一部分Z，D正确。 题组二 条件改变时化学平衡移动结果的判断 3．对于一定条件下的可逆反应 甲：A(g)＋B(g)C(g) ΔH＜0 乙：A(s)＋B(g)C(g) ΔH＜0 丙：A(g)＋B(g)2C(g) ΔH＞0 达到化学平衡后，改变条件，按要求回答下列问题： (1)升温，平衡移动方向分别为(填“向左”“向右”或“不移动”)甲________；乙________；丙________。 此时反应体系的温度均比原来________(填“高”或“低”)。 混合气体的平均相对分子质量变化分别为(填“增大”“减小”或“不变”) 甲________；乙________；丙________。 答案 向左 向左 向右 高 减小 减小 不变 (2)加压，使体系体积缩小为原来的 - 27 - ①平衡移动方向(填“向左”“向右”或“不移动”) 甲________；乙________；丙________。 ②设压缩之前压强分别为p甲、p乙、p丙，压缩后压强分别为p′甲、p′乙、p′丙，则p甲与p′甲，p乙与p′乙，p丙与p′丙的关系分别为 甲________；乙________；丙________。 ③混合气体的平均相对分子质量变化分别为(填“增大”“减小”或“不变”) 甲________；乙________；丙________。 答案 ①向右 不移动 不移动 ②p甲＜p′甲＜2p甲 p′乙＝2p乙 p′丙＝2p丙 ③增大 不变 不变 4．在一体积可变的密闭容器中加入一定量的X、Y，发生反应mX(g)nY(g) ΔH＝Q kJ·mol－1。反应达到平衡时，Y的物质的量浓度与温度、气体体积的关系如下表所示： - 27 - 气体体积/L c(Y)/mol·L－1 温度/℃ 1 2 4 100 1.00 0.75 0.53 200 1.20 0.90 0.63 300 1.30 1.00 0.70 下列说法正确的是( ) A．m>n B．Q＜0 C．温度不变，压强增大，Y的质量分数减少 D．体积不变，温度升高，平衡向逆反应方向移动 答案 C 解析 温度不变时(假设100 ℃条件下)，体积是1 L时，Y的物质的量为1 mol，体积为2 L时，Y的物质的量为0.75 mol·L－1×2 L＝1.5 mol，体积为4 L时，Y的物质的量为0.53 mol·L－1×4 L＝2.12 mol，说明体积越小，压强越大，Y的物质的量越小，Y的质量分数越小，平衡向生成X的方向进行，m＜n，A项错误、C项正确；体积不变时，温度越高，Y的物质的量浓度越大，说明升高温度，平衡向生成Y的方向移动，则Q>0，B、D项错误。 1．判断转化率的变化时，不要把平衡正向移动与反应物转化率提高等同起来，要视具体情况而定。 - 27 - 2．压强的影响实质是浓度的影响，所以只有当压强“改变”造成浓度改变时，平衡才有可能移动。 3．化学平衡移动的目的是“减弱”外界条件的改变，而不是“抵消”外界条件的改变，改变是不可逆转的。新平衡时此物理量更靠近于改变的方向。如①增大反应物A的浓度，平衡右移，A的浓度在增大的基础上减小，但达到新平衡时，A的浓度一定比原平衡大；②若将体系温度从50 ℃升高到80 ℃，则化学平衡向吸热反应方向移动，达到新的平衡状态时50 ℃＜T＜80 ℃；③若对体系N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)加压，例如从30 MPa加压到60 MPa，化学平衡向气体分子数减小的方向移动，达到新的平衡时 30 MPa＜p＜60 MPa。 考点三 化学平衡常数与化学平衡的计算(加试) (一)化学平衡常数 1．概念 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，用符号K表示。 2．表达式 对于反应aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)， K＝(固体和纯液体的浓度视为常数，通常不计入平衡常数表达式中)。 3．意义 (1)K值越大，反应物的转化率越大，正反应进行的程度越大。 (2)K只受温度影响，与反应物或生成物的浓度变化无关。 (3)化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。 4．借助平衡常数可以判断一个化学反应是否达到化学平衡状态 对于可逆反应aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)，在一定温度下的任意时刻，反应物与生成物浓度有如下关系： ＝Q，称为浓度商。 Q (二)化学平衡的计算 1．分析三个量 即起始量、变化量、平衡量。 - 27 - 2．明确三个关系 (1)对于同一反应物，起始量－变化量＝平衡量。 (2)对于同一生成物，起始量＋变化量＝平衡量。 (3)各转化量之比等于各反应物的化学计量数之比。 3．计算方法 三段式法 化学平衡计算模式：对以下反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，令A、B起始物质的量(mol)分别为a、b，达到平衡后，A的消耗量为mx mol，容器容积为V L。 mA(g) ＋ nB(g)pC(g)＋qD(g) 起始/mol a b 0 0 变化/mol mx nx px qx 平衡/mol a－mx b－nx px qx 则有：(1)K＝ (2)c平(A)＝ mol·L－1。 (3)α(A)平＝×100%，α(A)∶α(B)＝∶＝。 (4)φ(A)＝×100%。 (5)＝。 (6)(混)＝ g·L－1。 (7)＝ g·mol－1。 正误辨析 正误判断，正确的打“√”，错误的打“×” (1)平衡常数表达式中，可以是物质的任一浓度( ) (2)催化剂能改变化学反应速率，也能改变平衡常数( ) (3)平衡常数发生变化，化学平衡一定发生移动( ) (4)化学平衡发生移动，平衡常数不一定发生变化( ) (5)也可以用平衡时气体物质的分压表示化学平衡常数( ) (6)温度升高，化学平衡常数可能增大也可能减小( ) 答案 (1)× (2)× (3)√ (4)√ (5)√ (6)√ - 27 - [2017·浙江11月选考，30(一)(1)(2)(3)①②]十氢萘是具有高储氢密度的氢能载体，经历“十氢萘(C10H18)→四氢萘(C10H12)→萘(C10H8)”的脱氢过程释放氢气。已知： C10H18(l)C10H12(l)＋3H2(g) ΔH1 C10H12(l)C10H8(l)＋2H2(g) ΔH2 ΔH1＞ΔH2＞0，C10H18→C10H12的活化能为Ea1，C10H12→C10H8的活化能为Ea2，十氢萘的常压沸点为192 ℃；在192 ℃，液态十氢萘脱氢反应的平衡转化率约为9%。 请回答： (1)有利于提高上述反应平衡转化率的条件是_______________________________________。 A．高温高压 B．低温低压 C．高温低压 D．低温高压 (2)研究表明，将适量十氢萘置于恒容密闭反应器中，升高温度带来高压，该条件下也可显著释氢，理由是____________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)温度335 ℃，在恒容密闭反应器中进行高压液态十氢萘(1.00 mol)催化脱氢实验，测得C10H12和C10H8的产率x1和x2(以物质的量分数计)随时间的变化关系，如图1所示。 ①在8 h时，反应体系内氢气的量为________ mol(忽略其他副反应)。 ②x1显著低于x2的原因是_________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案 (一)(1)C (2)温度升高加快反应速率；反应吸热，平衡正向移动，温度升高使平衡正向移动的作用大于压强增大使平衡逆向移动的作用 (3)①1.951 ②反应2的活化能比反应1的小，催化剂显著降低了反应2的活化能，反应生成的C10H12很快转变成C10H8，故x1显著低于x2 - 27 - 备考导向 在选考加试题中，对化学反应速率、化学平衡的考查较为复杂，难度较大。它常常以物质制备为背景，考查化工生产适宜条件的选择、图像图表的分析及应用等，充分考查考生综合运用知识的能力。备考时，应熟练掌握基础知识，仔细研究高考试题，体会命题特点，规范模拟训练，达到学以致用的目的。 题组一 化学平衡常数及其影响因素 1．温度为T ℃时，在体积为10 L的真空容器中通入1.00 mol氢气和1.00 mol碘蒸气，20 min后，反应达到平衡，此时测得碘蒸气的浓度为0.020 mol·L－1。涉及的反应可以用下面的两个化学方程式表示： ①H2(g)＋I2(g)2HI(g) ②2H2(g)＋2I2(g)4HI(g) 下列说法正确的是( ) A．反应速率用HI表示时，v(HI)＝0.008 mol·L－1·min－1 B．两个化学方程式的意义相同，但其平衡常数表达式不同，不过计算所得数值相同 C．氢气在两个反应方程式中的转化率不同 D．第二个反应中，增大压强平衡向生成HI的方向移动 答案 A 解析 H2(g)＋I2(g)2HI(g) 初始浓度/mol·L－1 0.100 0.100 0 转化浓度/mol·L－1 0.080 0.080 0.160 平衡浓度/mol·L－1 0.020 0.020 0.160 所以，v(HI)＝0.160 mol·L－1÷20 min＝0.008 mol·L－1·min－1，A正确；K①＝＝64，而K②＝＝＝642＝4 096，B错；两个化学方程式表示的是同一个反应，反应达到平衡时，氢气的浓度相同，故其转化率相同，C错；两个反应相同，只是表达形式不同，压强的改变对平衡的移动没有影响，D错。 2．已知反应①：CO(g)＋CuO(s)CO2(g)＋Cu(s)和反应②：H2(g)＋CuO(s)Cu(s)＋H2O(g)在相同的某温度下的平衡常数分别为K1和K2，该温度下反应③：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)的平衡常数为K。则下列说法正确的是( ) A．反应①的平衡常数K1＝ B．反应③的平衡常数K＝ - 27 - C．对于反应③，恒容时，温度升高，H2浓度减小，则该反应的焓变为正值 D．对于反应③，恒温恒容下，增大压强，K一定减小 答案 B 解析 在书写平衡常数表达式时，纯固体不能写在平衡常数表达式中，A错误；由于反应③＝反应①－反应②，因此平衡常数K＝，B正确；反应③中，温度升高，H2浓度减小，则平衡左移，即逆反应为吸热反应，正反应为放热反应，因此ΔH<0，C错误；K只与温度有关，温度不变，K不变，D错误。 题组二 化学平衡常数及其应用 3．(2017·杭州质检)(1)已知：①CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH1＝ －91 kJ·mol－1 ②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g) ΔH2＝－24 kJ·mol－1 ③CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) ΔH3＝－41 kJ·mol－l 且三个反应的平衡常数依次为K1、K2、K3 则反应 3CO(g)＋3H2(g)CH3OCH3(g)＋CO2(g) ΔH＝____________，化学平衡常数K＝____________(用含K1、K2、K3的代数式表示)。 (2)写出反应②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)平衡常数的表达式：K2＝________。 若在某温度下的平衡常数K2＝400。此温度下，在密闭容器中加入CH3OH，反应到某时刻测得各组分的浓度如下： 物质 CH3OH CH3OCH3 H2O c/mol·L－1 0.44 0.60 0.60 此时，v正________(填“＞”“＜”或“＝”)v逆。 答案 (1)－247 kJ·mol－1 K·K2·K3 (2) ＞ 解析 (1)根据盖斯定律得3CO(g)＋3H2(g)CH3OCH3(g)＋CO2(g) ΔH＝①×2＋②＋③＝ΔH1×2＋ΔH2＋ΔH3＝－247 kJ·mol－1，平衡常数K＝K·K2·K3。 (2)结合平衡常数的定义，反应②平衡常数的表达式K2＝。 结合表中数据：＝≈1.86＜400，说明反应尚未达到平衡，此时反应向正反应方向进行，也就是v正＞v逆。 - 27 - 4．甲醇是重要的化学工业基础原料和清洁液体燃料。工业上可利用CO或CO2来生产燃料甲醇。已知制备甲醇的有关化学反应以及在不同温度下的化学反应平衡常数如下表所示： 化学反应 平衡常数 温度/℃ 500 800 ①2H2(g)＋CO(g)CH3OH(g) K1 2.5 0.15 ②H2(g)＋CO2(g)H2O(g)＋CO(g) K2 1.0 2.50 ③3H2(g)＋CO2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) K3 (1)据反应①与②可推导出K1、K2与K3之间的关系，则K3＝____________________(用K1、K2表示)。 (2)500 ℃时测得反应③在某时刻H2(g)、CO2(g)、CH3OH(g)、H2O(g)的浓度(mol·L－1)分别为0.8、0.1、0.3、0.15，则此时v正________(填“>”“＝”或“<”)v逆。 答案 (1)K1·K2 (2)> 解析 (1)K1＝，K2＝，K3＝，K3＝K1·K2。(2)500 ℃时，Q＝<2.5，所以v正>v逆。 题组三 有关化学平衡的计算 5．已知可逆反应：M(g)＋N(g)P(g)＋Q(g) ΔH>0，请回答下列问题： (1)在某温度下，反应物的起始浓度分别为c(M)＝1 mol·L－1，c(N)＝2.4 mol·L－1；达到平衡后，M的转化率为60%，此时N的转化率为________________。 (2)若反应温度升高，M的转化率________(填“增大”“减小”或“不变”)。 (3)若反应温度不变，反应物的起始浓度分别为c(M)＝4 mol·L－1，c(N)＝a mol·L－1；达到平衡后，c(P)＝2 mol·L－1，a＝________。 (4)若反应温度不变，反应物的起始浓度为c(M)＝c(N)＝b mol·L－1，达到平衡后，M的转化率为________(保留一位小数)。 答案 (1)25% (2)增大 (3)6 (4)41.4% 解析 (1) M(g) ＋ N(g)P(g)＋Q(g) 起始量/mol·L－1 1 2.4 0 0 变化量/mol·L－1 1×60% 1×60% 因此N的转化率为×100%＝25%。 (2)由于该反应的ΔH>0，即该反应为吸热反应，因此升高温度，平衡右移，M的转化率增大。 (3)根据(1)可求出各平衡浓度： - 27 - c(M)＝0.4 mol·L－1 c(N)＝1.8 mol·L－1 c(P)＝0.6 mol·L－1 c(Q)＝0.6 mol·L－1 因此化学平衡常数K＝＝＝ 由于温度不变，因此K不变，新状态达到平衡后 c(P)＝2 mol·L－1 c(Q)＝2 mol·L－1 c(M)＝2 mol·L－1 c(N)＝(a－2) mol·L－1 K＝＝＝ 解得a＝6。 (4)设M的转化率为α，则达到平衡后各物质的平衡浓度分别为 c(M)＝b(1－α) mol·L－1 c(N)＝b(1－α) mol·L－1 c(P)＝bα mol·L－1 c(Q)＝bα mol·L－1 K＝＝＝ 解得α≈41.4%。 课时训练 1．(2017·杭州学军中学高三选考模拟)一定条件下的可逆反应2NO2 (红棕色)2NO (无色)＋O2 (无色)，在恒压密闭容器充入NO2，达到化学平衡状态的标志是( ) A．反应停止了 B．NO的正反应速率与O2的逆反应速率相等 C．c(NO)∶c(O2)＝2∶1 D．气体的颜色不再变化 答案 D 解析 反应达到平衡时，正、逆反应速率相等，但反应并没有停止，A错误；NO的正反应速率与O2的逆反应速率之比为2∶1时才能确定反应达到平衡状态，B错误；c(NO)∶c(O2)始终是2∶1，不能作为判断反应是否达到平衡的依据，C错误；混合气体的颜色不再改变，说明NO2气体的浓度不变，达到平衡状态，D正确。 2．(2017·浙江稽阳联谊学校高三8月联考)某温度下，将一定量碳酸氢铵固体置于容积不变密闭容器中，发生反应：NH4HCO3(s)NH3(g)＋H2O(g)＋CO2(g) ΔH＝Q kJ·mol－1(Q>0)。下列有关说法不正确的是( ) A．若容器内混合气体的密度不变，则说明反应达到平衡状态 B．若CO2体积分数不再发生变化，则说明反应达到平衡状态 - 27 - C．若升高体系温度，则正、逆反应速率均增大 D．若反应过程中吸收Q kJ热量，则刚好有1 mol NH4HCO3发生分解 答案 B 解析 在反应过程中质量是变化的，容积始终是不变的，若容器内混合气体的密度不变，则说明反应达到平衡状态，A正确；只有生成物是气体，因此CO2体积分数始终不变，B错误；根据热化学方程式可知若反应过程中吸收Q kJ热量，则刚好有1 mol NH4HCO3发生分解，D正确。 3．(2017·温州中学高三3月高考模拟)在一个体积固定的密闭容器中进行可逆反应A(s)＋3B(g)3C(g) 。下列叙述中表明该可逆反应一定达到平衡状态的是( ) ①C的生成速率与C的分解速率相等 ②单位时间内生成a mol A，同时生成3a mol B ③B的浓度不再变化 ④混合气体总的物质的量不再发生变化 ⑤A、B、C的物质的量之比为1∶3∶3 ⑥混合气体的密度不再变化 A．①③⑥ B．①③④⑥ C．①②③ D．①③④⑤ 答案 A 解析 在一定条件下，当可逆反应的正反应速率和逆反应速率相等时(但不为0)，反应体系中各种物质的浓度或含量不再发生变化的状态，称为化学平衡状态，①③正确；②中反应速率的方向是相同的，速率之比是相应的化学计量数之比，因此②中的关系始终是成立的，不能说明；该反应混合气体的物质的量始终是不变的，④不能说明；平衡时各种物质的浓度不再发生变化，但各种物质的浓度之间不一定满足化学计量数关系，⑤不能说明；密度是混合气的质量和容器容积的比值，在反应过程中容积始终是不变的，但气体的质量是变化的，⑥可以说明。 4．(2017·宁波新高考适应性考试)已知反应：2A(l)B(l) ΔH＝－Q kJ·mol－1，取等量A分别在0 ℃和20 ℃下反应，测得其转化率Y随时间t变化的关系曲线(Y－t)如图所示。下列说法正确的是( ) A．a代表20 ℃下A的Y－t曲线 B．反应到66 min时，0 ℃和20 ℃下反应放出的热量相等 C．0 ℃和20 ℃下达到平衡时，反应都放出Q kJ热量 - 27 - D．反应都达到平衡后，正反应速率a>b 答案 B 解析 温度越高，化学反应速率越快，反应就先达到平衡，即曲线先出现拐点，故b代表20 ℃下A的Y－t曲线，A项错误；反应到66 min时，0 ℃和20 ℃下的转化率相同，因二者的起始量相同，故此时放出的热量相等，B项正确； 2A(l)B(l) ΔH＝－Q kJ·mol－1表示2 mol A(l)完全反应生成1 mol B(l)放出Q kJ热量，因无法知道具体有多少A已经反应，故放出热量也无法计算，C项错误；b是代表20 ℃下的Y－t曲线，a是代表0 ℃下的Y－t曲线，升高温度，化学反应速率加快，故反应都达到平衡后，正反应速率a查看更多