2021届高考化学一轮复习化学平衡状态和平衡移动学案
第二节 化学平衡状态和平衡移动
考纲定位 要点网络
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。
可逆反应与化学平衡状态
1．可逆反应
[示例] 2 mol SO2 和 2 mol O2 在一定条件下的密闭容器中发生 2SO2(g)＋
O2(g) 2SO3(g)，平衡时的 O2 物质的量范围为 1_mol
”“<”或“＝”)A 点 v 逆(CO2)。
(2)A 点的 v 正(CO2)________(填“>”“<”或“＝”)B 点的 v 逆(H2O)，原因是
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________。
(3)B 点 v 正(CO2)与 v 逆(NH3)的定量关系式为_______________。
(4)A 点 v 逆(CO2)与 B 点 v 正(CO2)的大小关系为________。
[答案] (1)>
(2)> 由图像知，A 点未达平衡，B 点已达平衡，A 点 v正(CO2)>B 点 v 正(CO2)
＝B 点 v 逆(CO2)＝B 点 v 逆(H2O)，故 A 点 v 正(CO2)>B 点 v 逆(H2O)
(3)v 正(CO2)＝1
2v 逆(NH3) (4)v 逆(CO2)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，不发生平衡移动；
(3)v 正0
达到化学平衡后，改变条件，按要求回答下列问题：
(1)升温，平衡移动的方向分别为(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________。
(2)加压，使体系体积缩小为原来的1
2
①平衡移动方向分别为(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)恒温恒压充入氖气，平衡移动方向分别为(填“向左”“向右”或“不移动”)：
甲________；乙________；丙________。
[答案] (1)向左 向左 向右 高 减小 减小 不变
(2)①向右 不移动 不移动 ②p 甲0，一段时间后达到平衡，测得各物质的浓度。
(1)若体积不变，仅增加 c(A)，A 的转化率将________(填“增大”“减小”
或“不变”，下同)，B 的转化率将________，达到新平衡时，c(A)将________，c(C)
将________。
(2)体积不变，再充入 a mol A 和 b mol B，则平衡______移动，达到新平衡时，
c(A)将________，c(C)将________。
①若 a＋b＝c＋d，则 A 的转化率将________；
②若 a＋b>c＋d，则 A 的转化率将________；
③若 a＋bb＋c 时，α(A)
增大，φ(A)减小；av 逆时，才使
平衡向正反应方向移动。
(3)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。
(4)对于缩小体积增大压强，不管是否移动，各成分的浓度均增大，但增大的
倍数可能不同也可能相同。
(5)不要把化学平衡向正反应方向移动与反应物转化率的提高等同，当反应物
总量不变时，化学平衡向正反应方向移动，反应物的转化率提高；当增大一种反
应物的浓度，使化学平衡向正反应方向移动时，会使另一种反应物的转化率提高，
而本身的转化率降低。
化学平衡的调控在化工生产中的应用
——科学精神与社会责任
“学以致用”是学习化学知识的一个重要使命。对于化学平衡中条件控制在
生产、生活中应用广泛，近三年命题的频率为 100%，预测 2021 年命题将会加强。
此类试题充分体现了科学精神和社会责任的化学核心素养。
1．化工生产适宜条件选择的一般原则
条件 原则
从化学反应速率分析 既不能过快，又不能太慢
从化学平衡移动分析
既要注意外界条件对速率和平衡影响的一致
性，又要注意二者影响的矛盾性
从原料的利用率分析
①增加易得廉价原料，提高难得高价原料的利
用率，从而降低生产成本
②循环操作
从实际生产能力分析 如设备承受高温、高压能力等
从催化剂的使用活性分析 注意催化剂的活性对温度的限制
2.工业合成氨的原理与条件选择
(1)反应原理
N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol－1
反应特点：①反应为可逆反应；②正反应为放热反应；③反应物、生成物均
为气体，且正反应为气体物质的量减小的反应。
(2)条件选择
①压强：10 MPa～30 MPa 的压强。压强越高，转化率越大，但对材料设备
的要求越高，成本越高。
②温度：400～500 ℃的温度。温度要适宜，既要考虑速率又要考虑反应程度，
同时还要考虑催化剂的活性温度。
③催化剂：使用催化剂可提高反应速率，同时不同的催化剂有不同的活性和
选择性。
④循环操作：提高原料利用率。
[典例导航]
(2016·全国卷Ⅱ，节选)丙烯腈(CH 2===CHCN)是一种重要的化工原料，工业
上可用“丙烯氨氧化法”生产，主要副产物有丙烯醛(CH 2===CHCHO)和乙腈
(CH3CN)等。
回答下列问题：
(1)以丙烯、氨、氧气为原料，在催化剂存在下生成丙烯腈(C3H3N)和副产物
丙烯醛(C3H4O)的热化学方程式如下：
①C3H6(g)＋NH3(g)＋3
2O2(g)===C3H3N(g)＋3H2O(g) ΔH＝－515 kJ·mol－1
②C3H6(g)＋O2(g)===C3H4O(g)＋H2O(g)
ΔH＝－353 kJ·mol－1
有利于提高丙烯腈平衡产率的反应条件是__________；提高丙烯腈反应选择
性的关键因素是________。
(2)图(a)为丙烯腈产率与反应温度的关系曲线，最高产率对应的温度为 460 ℃。
低于 460 ℃时，丙烯腈的产率________(填“是”或“不是”)对应温度下的平衡
产率，判断理由是________________________________________________
__________________________________________________________________；
高于 460 ℃时，丙烯腈产率降低的可能原因是________(双选，填标号)。
A．催化剂活性降低 B．平衡常数变大
C．副反应增多 D．反应活化能增大
图(a) 图(b)
(3)丙烯腈和丙烯醛的产率与 n(氨)/n(丙烯)的关系如图(b)所示。由图可知，最
佳 n(氨)/n(丙烯)约为________，理由是________________________________
___________________________________________________________________。
进料气氨、空气、丙烯的理论体积比约为________。
[思路点拨]
n(氨)
n(丙烯)＝1.0→丙烯腈的产率最高，根据反应①n(氨)∶n(O 2)＝1∶1.5，故
n(氨)∶n(空气)＝1∶(1.5×5)＝1∶7.5。
[答案] (1)降低温度、降低压强 催化剂
(2)不是 该反应为放热反应，平衡产率应随温度升高而降低 AC
(3)1 该比例下丙烯腈产率最高，而副产物丙烯醛产率最低 1∶7.5∶1
1．(2019·陕西名校联考)在一定条件下，利用 CO2 合成 CH3OH 的反应为
CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH1，研究发现，反应过程中会发生副
反应为 CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g) ΔH2，温度对 CH3OH、CO 的产率影
响如图所示。下列说法中不正确的是( )
A．ΔH1<0，ΔH2>0
B．增大压强有利于加快合成反应的速率
C．生产过程中，温度越高越有利于提高 CH3OH 的产率
D．选用合适的催化剂可以减弱副反应的发生
C [根据图像可以看出，温度越高，CO 的产率越高，CH 3OH 的产率越
低。]
2．某工业生产中发生反应：2A(g)＋B(g) 2M(g) ΔH<0。下列有关该工
业生产的说法中正确的是 ( )
A．这是一个放热的熵减反应，在低温条件下该反应一定可自发进行
B．若物质 B 价廉易得，工业上一般采用加入过量的 B，以提高 A 的转化率
C．工业上一般采用较高温度合成 M，因温度越高，反应物的转化率越高
D．工业生产中常采用催化剂，因为使用催化剂可提高反应物的转化率
[答案] B
3．(2019·湘东六校联考)“丁烯裂解法”是一种重要的丙烯生产方法，但生产
过程中会有生成乙烯的副反应发生。
主反应：3C4H8
催化剂
4C3H6；
副反应：C4H8
催化剂
2C2H4。
测得上述两反应的平衡体系中，各组分的质量分数(w)随温度(t)和压强(p)变化
的趋势分别如图 1 和图 2 所示。
图 1 图 2
(1)平衡体系中的丙烯和乙烯的质量比是工业生产丙烯时选择反应条件的重
要指标之一，从产物的纯度考虑，该数值越高越好，从图 1 和图 2 中表现的趋势
来看，下列反应条件最适宜的是________(填字母序号)。
A．300 ℃ 0.1 MPa B．700 ℃ 0.1 MPa
C．300 ℃ 0.5 MPa D．700 ℃ 0.5 MPa
(2)有研究者结合图 1 数据并综合考虑各种因素，认为 450 ℃的反应温度比
300 ℃或 700 ℃更合适，从反应原理角度分析其理由可能是______________
_________________________________________________________________。
(3)图 2 中，随压强增大平衡体系中丙烯的质量分数呈上升趋势，从平衡角度
解释其原因是___________________________________________________
_________________________________________________________________。
[解析] (1)由题图 1 可知，300 ℃时，乙烯的质量分数最低，虽然丙烯的质
量分数不是最高，但丙烯与乙烯的质量比最大。由题图 2 可知， 当压强为 0.5 MPa
时，乙烯的质量分数最低，丙烯的质量分数最高，则丙烯与乙烯的质量比最大。
故最适宜的条件为 300 ℃、0.5 MPa。
[答案] (1)C
(2)450 ℃比 300 ℃的反应速率快，比 700 ℃的副反应程度小；该温度下丁烯
转化成丙烯的转化率高；该温度下催化剂的选择性最高；该温度是催化剂的活性
温度(合理即可)
(3)压强增大，生成乙烯的副反应平衡逆向移动，丁烯浓度增大，导致主反应
的平衡正向移动，从而使丙烯含量增大
“假设—等效”思想突破平衡状态比较
——证据推理与模型认知
“平衡状态比较”在近几年的高考中时常出现，难度较大，不易分析。如果
运用“假设—等效”思想去领悟，就容易理解了。本部分也充分体现了“证据推
理与模型认知”的化学核心素养。
1．等效平衡
(1)等效平衡的概念
在相同条件下(恒温、恒容或恒温、恒压)，同一可逆反应体系，不管是从正
反应方向开始，还是从逆反应方向开始，在达到化学平衡状态时，任何相同组分
的百分含量(体积分数、物质的量分数等)均相同，这样的化学平衡互称为等效平
衡。
(2)等效平衡的分类及特点
等效类型 ① ② ③
条件 恒温、恒容 恒温、恒容 恒温、恒压
反应的特点
任何可
逆反应
反应前后气体
分子数相等
任何可逆反应
起始投料
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”符
合同一比例
换算为化学方程
式同一边物质，其
“量”符合同一比
例
质量分
数(w%)
相同 相同 相同
浓度(c) 相同 成比例 相同(气体)
平
衡
特
点 物质的量(n) 相同 成比例 成比例
2.“假设—等效”思想比较平衡状态
(1)构建恒温恒容等效平衡
新平衡状态可认为是两个原平衡状态简单的叠加并压缩而成，相当于增大压
强。
(2)构建恒温恒压等效平衡(以气体物质的量增加的反应为例，见图示)
新平衡状态可以认为是两个原平衡状态简单的叠加，压强不变，平衡不移动。
(3)恒温恒容与恒温恒压条件平衡比较模式(起始量相同)
[典例导航]
把晶体 N2O4 放入一固定容积的密闭容器中气化并建立 N2O4(g) 2NO2(g)
平衡后，保持温度不变，再通入与起始时等量的 N2O4 气体，反应再次达平衡，
则新平衡 N2O4 的转化率与原平衡比( )
A．变大 B．变小
C．不变 D．无法确定
[思路点拨] 设计过程图示如下：
[答案] B
若将“固定容积”改为“固定压强”，则答案应选________。
[答案] C
1．在相同温度下，分别将 1 mol SO2 和 0.5 mol O2 充入 a、b 两容器中发生反
应：2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g) ΔH<0，a 容器保持容积不变，b 容器保持压强
不变，分别达到平衡状态。下列在平衡状态的比较中正确的是( )
A．SO2 的转化率：a>b B．SO2 的体积分数：a>b
C．反应速率：a>b D．能量变化：a>b
B [a 容器平衡时的压强小于 b 容器平衡时的压强，a 中反应程度较小，转化
率较小。]
2．已知 H2(g)＋I2(g) 2HI(g) ΔH<0，有相同容积的定容密闭容器甲和乙，
甲中加入 H2 和 I2 各 0.1 mol，乙中加入 HI 0.2 mol，在相同温度下分别达到平衡。
现欲使甲中 HI 平衡时的百分含量大于乙中 HI 平衡时的百分含量，则应采取的措
施是( )
A．甲、乙提高相同温度
B．甲中加入 0.1 mol He，乙中不变
C．甲降低温度，乙增大压强
D．甲增加 0.1 mol H2，乙增加 0.1 mol I2
C [前提条件建立的甲、乙容器内的平衡是等效的。A 项，提高相同温度，
二者仍等效；B 项，恒容充入 He，不移动；D 项，二者仍等效。]
3．将 4.0 mol PCl3 和 2.0 mol Cl2 充入体积不变的密闭容器中，在一定条件下
发生反应：PCl3(g)＋Cl2(g) PCl5(g)。达到平衡时，PCl5 为 0.8 mol，如果此时
移走 2.0 mol PCl3 和 1.0 mol Cl2，在相同温度下再达平衡时 PCl5 的物质的量是
( )
A．0.8 mol B．0.4 mol
C．小于 0.4 mol D．大于 0.4 mol，小于 0.8 mol
C [已知：
]
4．一定条件下存在反应：CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g) ΔH＝－Q
kJ·mol－1(Q>0)，现有三个相同的 2 L 恒容绝热(与外界没有热量交换)密闭容器Ⅰ、
Ⅱ、Ⅲ，在Ⅰ中充入 1 mol CO 和 1 mol H2O，在Ⅱ中充入 1 mol CO2 和 1 mol H2，
在Ⅲ中充入 2 mol CO 和 2mol H2O，均在 700 ℃条件下开始反应。达到平衡时，
上述三个过程对应的能量变化值分别为 Q1、Q2、Q3，下列说法正确的是
( )
A．2Q1＝2Q2Q3，无法比较 Q1、Q2 大小。]
1．(2019·全国卷Ⅲ)近年来，随着聚酯工业的快速发展，氯气的需求量和氯化
氢的产出量也随之迅速增长。因此，将氯化氢转化为氯气的技术成为科学研究的
热点。回答下列问题：
(1)Deacon 发明的直接氧化法为：4HCl(g)＋O2(g)===2Cl2(g)＋2H2O(g)。下图
为刚性容器中，进料浓度比 c(HCl)∶c(O2)分别等于 1∶1、4∶1、7∶1 时 HCl 平
衡转化率随温度变化的关系：
可知反应平衡常数 K(300 ℃)________K(400 ℃)(填“大于”或“小于”)。设
HCl 初始浓度为 c0，根据进料浓度比 c(HCl)∶c(O2)＝1∶1 的数据计算 K(400 ℃)
＝________________(列出计算式)。按化学计量比进料可以保持反应物高转化率，
同时降低产物分离的能耗。进料浓度比 c(HCl)∶c(O2)过低、过高的不利影响分别
是________________________________________________________。
(2) 在 一 定 温 度 的 条 件 下 ， 进 一 步 提 高 HCl 的 转 化 率 的 方 法 是
__________________________________________________________________
_________________________________________________________(写出 2 种)。
[解析] (1)由图像知，随着温度的升高，HCl 的平衡转化率降低，所以 4HCl(g)
＋O2(g)===2Cl2(g)＋2H2O(g)的 ΔH＜0，升高温度平衡左移，则 K(300 ℃)>K(400
℃)。在温度一定的条件下，c(HCl)和 c(O2)的进料比越大，HCl 的平衡转化率越低，
所以题图中自上而下三条曲线是 c(HCl)∶c(O2)(进料浓度比)为 1∶1、4∶1、7∶1
时的变化曲线。当 c(HCl)∶c(O2)＝1∶1 时，列三段式：
4HCl(g) ＋ O2(g) === 2Cl2(g)＋2H2O(g)
起始浓度 c0 c0 0 0
转化浓度 0.84c0 0.21c0 0.42c0 0.42c0
平衡浓度 (1－0.84)c0 (1－0.21)c0 0.42c0 0.42c0
K(400 ℃)＝
(0.42c0)2 × (0.42c0)2
(1－0.84)4c40 × (1－0.21)c0
＝ 0.422 × 0.422
(1－0.84)4 × (1－0.21)c0
。
c(HCl)∶c(O2)过高时，HCl 转化率较低；当 c(HCl)∶c(O2)过低时，过量的 O2
和 Cl2 分离时能耗较高。
(2)由平衡移动的条件可知，为提高 HCl 的转化率，在温度一定的条件下，可
以增大反应体系的压强，增加 O2 的量，或者及时除去产物。
[答案] (1)大于
(0.42)2 × (0.42)2
(1－0.84)4 × (1－0.21)c0
O2 和 Cl2 分离能耗较高、HCl 转
化率较低 (2)增加反应体系压强、及时除去产物
2．(2017·全国卷Ⅲ，T28(4))298 K 时，将 20 mL 3x mol·L－1 Na3AsO3、20 mL 3x
mol·L－1 I2 和 20 mL NaOH 溶液混合，发生反应：
AsO3－3 (aq)＋I2(aq)＋2OH－(aq) AsO3－4 (aq)＋2I－(aq)＋H2O(l)。溶液中
c(AsO3－4 )与反应时间(t)的关系如图所示。
(1)下列可判断反应达到平衡的是________(填标号)。
a．溶液的 pH 不再变化
b．v(I－)＝2v(AsO3－3 )
c．c(AsO3－4 )/c(AsO3－3 )不再变化
d．c(I－)＝y mol·L－1
(2)tm 时，v 正________v 逆(填“大于”“小于”或“等于”)。
(3)tm 时 v 逆________tn 时 v 逆(填“大于”“小于”或“等于”)，理由是
________________________。
(4)若平衡时溶液的 pH＝14，则该反应的平衡常数 K 为________。
[解析] (4)反应前，三种溶液混合后，c (Na3AsO3)＝
3x mol·L－1× 20 mL
20 mL＋20 mL＋20 mL
＝x mol·L －1，同理，c(I2)＝x mol·L －1，反应
情况如下：
AsO3－3 (aq)＋I2(aq)＋2OH－(aq) AsO3－4 (aq)＋2I－(aq)＋H2O(l)
起始浓度
/(mol·L－1) x x 0 0
平衡浓度
/(mol·L－1) x－y x－y 1 y 2y
K＝ y·(2y)2
(x－y)·(x－y) × 12 (mol·L－1)－1＝ 4y3
(x－y)2(mol·L－1)－1。
[答案] (1)ac (2)大于 (3)小于 tm 时生成物浓度较低
(4) 4y3
(x－y)2 (mol·L－1)－1
3．(2017·全国卷Ⅱ，T 27)丁烯是一种重要的化工原料，可由丁烷催化脱氢制
备。回答下列问题：
(1)正丁烷(C4H10)脱氢制 1丁烯(C4H8)的热化学方程式如下：
①C4H10(g)===C4H8(g)＋H2(g) ΔH1
已知：②C4H10(g)＋1
2O2(g)===C4H8(g)＋H2O(g) ΔH2＝－119 kJ·mol－1
③H2(g)＋1
2O2(g)===H2O(g)
ΔH3＝－242 kJ·mol－1
反应①的 ΔH1＝________kJ·mol－1。图(a)是反应①平衡转化率与反应温度及
压强的关系图，x________0.1(填“大于”或“小于”)；欲使丁烯的平衡产率提高，
应采取的措施是________(填标号)。
A．升高温度 B．降低温度
C．增大压强 D．降低压强
图(a) 图(b)
图(c)
(2)丁烷和氢气的混合气体以一定流速通过填充有催化剂的反应器(氢气的作
用是活化催化剂)，出口气中含有丁烯、丁烷、氢气等。图(b)为丁烯产率与进料气
中 n(氢气)/n(丁烷)的关系。图中曲线呈现先升高后降低的变化趋势，其降低的原
因是____________________________________________________________
___________________________________________________________________。
(3)图(c)为反应产率和反应温度的关系曲线，副产物主要是高温裂解生成的短
碳链烃类化合物。丁烯产率在 590 ℃之前随温度升高而增大的原因可能是
__________、________；590 ℃之后，丁烯产率快速降低的主要原因可能是
__________________________________________________________________。
[解析] (1)由盖斯定律可知，①式＝②式－③式，即 ΔH1＝ΔH2－ΔH3＝－119
kJ·mol－1－(－242 kJ·mol－1)＝＋123 kJ·mol－1。由图(a)可知，同温下，x MPa 时丁
烯的平衡产率高于 0.1 MPa 时的，根据压强减小，平衡向右移动可知，x 小于
0.1。欲提高丁烯的平衡产率，应使平衡向右移动，该反应的正反应为吸热反应，
因此可以通过升高温度的方法使平衡向右移动；该反应为气体体积增大的反应，
因此可以通过降低压强的方法使平衡向右移动，所以 A、D 选项正确。
(2)由于氢气是产物之一，随着 n(氢气)/n(丁烷)增大，逆反应速率增大，所以
丁烯产率降低。
(3)该反应的正反应为吸热反应，因此升高温度可以使平衡向右移动，使丁烯
的产率增大，另外，反应速率也随温度的升高而增大。由题意知，丁烯在高温条
件下能够发生裂解，因此当温度超过 590 ℃时，参与裂解反应的丁烯增多，而使
产率降低。
[答案] (1)＋123 小于 AD
(2)氢气是产物之一，随着 n(氢气)/n(丁烷)增大，逆反应速率增大
(3)升高温度有利于反应向吸热方向进行 温度升高反应速率加快 丁烯高
温裂解生成短链烃类
