2020届一轮复习人教版化学平衡移动学案

2020届一轮复习人教版化学平衡移动学案

化学平衡移动 ‎【考纲要求】‎ ‎1．了解化学平衡移动的概念、条件、结果。‎ ‎2．理解外界条件（浓度、压强、催化剂等）对反应速率和化学平衡的影响，认识其一般规律并能用相关理论解释其一般规律。‎ ‎3．理解勒夏特列原理，掌握平衡移动的相关判断，解释生产、生活中的化学反应原理。‎ ‎【考点梳理】‎ 考点一、化学平衡移动的概念：‎ ‎1、概念：可逆反应达到平衡状态后，反应条件（如浓度、压强、温度）改变，使v正和v逆不再相等，原平衡被破坏，一段时间后，在新的条件下，正、逆反应速率又重新相等，即v正'=v逆'，此时达到了新的平衡状态，称为化学平衡的移动。应注意此时v正'≠v正，v逆'≠v逆。‎ ‎ 2、平衡发生移动的根本原因：V正、V逆发生改变，导致V正≠V逆。 3、平衡发生移动的标志：新平衡与原平衡各物质的百分含量发生了变化。 要点诠释：‎ ‎① 新平衡时：V′正=V′逆，但与原平衡速率不等。 　　② 新平衡时：各成分的百分含量不变，但与原平衡不同。 　　③ 通过比较速率，可判断平衡移动方向： 　　　　当V正＞V逆时，平衡向正反应方向移动； 　　　　当V正＜V逆时，平衡向逆反应方向移动； 　　　　当V正＝V逆时，平衡不发生移动。‎ 考点二、化学平衡移动原理（勒夏特列原理）：‎ ‎1、内容：如果改变影响平衡的条件之一（如：温度、浓度、压强），平衡就将向着能够“减弱”这种改变的方向移动。‎ 要点诠释：‎ ‎①原理的适用范围是只有一个条件变化的情况（温度或压强或一种物质的浓度），当多个条件同时发生变化时，情况比较复杂。‎ ‎②注意理解“减弱”的含义：‎ 定性的角度，平衡移动的方向就是能够减弱外界条件改变的方向。平衡移动的结果能减弱外界条件的变化，如升高温度时，平衡向着吸热反应方向移动；增加反应物，平衡向反应物减少的方向移动；增大压强，平衡向体积减少的方向移动等。‎ 定量的角度，平衡结果只是减弱了外界条件的变化而不能完全抵消外界条件的变化量。‎ ‎③这种“减弱”并不能抵消外界条件的变化，更不会“超越”这种变化。如：原平衡体系的压强为p，若其他条件不变，将体系压强增大到2p，平衡将向气体体积减小的方向移动，达到新平衡时的体系压强将介于p～2p之间。又如：若某化学平衡体系原温度为50℃，现升温到100℃（其他条件不变），则平衡向吸热方向移动，达到新平衡时体系温度变为50℃~100℃。‎ ‎2、适用范围：已达平衡状态的可逆反应 　　3、推广：该原理适用于很多平衡体系：如化学平衡、溶解平衡、电离平衡、水解平衡、络合平衡等。 　　‎ 考点三、影响化学平衡的外界条件：‎ 主要有：浓度、压强、温度等 ‎1、浓度：其它条件不变时，增大反应物浓度或减小生成物浓度，平衡向正反应方向移动；增大生成物浓度或减小反应物浓度，平衡向逆反应方向移动。‎ 要点诠释：‎ 由于纯固体或纯液体的浓度为常数，所以改变纯固体或纯液体的量，不影响化学反应速率，因此平衡不发生移动。所以浓度改变仅适用于溶液或气体物质。‎ ‎2、压强：其它条件不变时，对于有气体参加的可逆反应：‎ 要点诠释：‎ ‎①若反应前、后气体的物质的量（或气体体积数）之和不相等：达到平衡后，增大压强，平衡向气体体积数减小的方向移动；减小压强，平衡向气体体积数增大的方向移动；‎ ‎②若反应前、后气体的物质的量（或气体体积数）相等：达到平衡后，改变压强，平衡不移动。‎ ‎3、温度：其它条件不变时，升高温度，平衡向吸热反应（△H＞0）方向移动；降低温度，平衡向放热反应（△H＜0）方向移动。‎ 要点诠释：‎ 对于可逆反应，催化剂同等程度地改变正、逆反应速率，所以使用催化剂化学平衡不移动。‎ 小结：外界条件对化学平衡的影响结果 外界条件对化学平衡的影响 ‎“仅”改变影响平衡的一个条件 化学平衡的移动方向 化学平衡移动的结果 增大反应物浓度 向正反应方向移动 反应物浓度减小，但比原来大 减小反应物浓度 向逆反应方向移动 反应物浓度增大，但比原来小 增大生成物浓度 向逆反应方向移动 生成物浓度减小，但比原来大 减小生成物浓度 向正反应方向移动 生成物浓度增大，但比原来小 增大体系压强 向气体体积减小的方向移动 体系压强减小，但比原来大 减小体系压强 向气体体积增大的方向移动 体积压强增大，但比原来小 升高温度 向吸热方向移动 体系温度降低，但比原来高 降低温度 向放热方向移动 体系温度升高，但比原来低 考点四、外因对反应速率和化学平衡的影响的比较：‎ ‎1、对于可逆反应N2＋3H22NH3 ；△H<0， 已一定条件下达到平衡，进行如下分析：‎ V正 V逆 二者关系 移动方向 N2 转化率 缩小容积（即加压）‎ ‎↑‎ ‎↑‎ V正＞V逆 ‎→‎ ‎↑‎ 升温 ‎↑‎ ‎↑‎ V正＜V逆 ‎←‎ ‎↓‎ 定V充入N2（N2浓度增大）‎ ‎↑‎ ‎↑‎ V正＞V逆 ‎→‎ ‎↓‎ 定V充入惰性气体（浓度均不变）‎ ‎—‎ ‎—‎ V正=V逆 ‎—‎ ‎—‎ 定压充入惰性气体（相当于扩大容积减压）‎ ‎↓‎ ‎↓‎ V正＜V逆 ‎←‎ ‎↓‎ 分离出NH3（降低NH3浓度）‎ ‎↓‎ ‎↓‎ V正＞V逆 ‎→‎ ‎↑‎ 使用（正）催化剂 ‎↑‎ ‎↑‎ V正=V逆 ‎—‎ ‎—‎ 注：“↑”表示增大，“↓”表示降低，“—”表示不变 ‎2、对于可逆反应H2(g)＋ I2(g)2H I(g) △H<0 已一定条件下达到平衡,进行如下分析:‎ V正 V逆 二者关系 移动方向 H2 转化率 缩小容积（即加压）‎ ‎↑‎ ‎↑‎ V正=V逆 ‎—‎ ‎—‎ 升温 ‎↑‎ ‎↑‎ V正＜V逆 ‎←‎ ‎↓‎ 定V充入H2（H2浓度增大）‎ ‎↑‎ ‎↑‎ V正＞V逆 ‎→‎ ‎↓‎ 定V充入惰性气体（浓度均不变）‎ ‎—‎ ‎—‎ V正=V逆 ‎—‎ ‎—‎ 定压充入惰性气体（相当于扩大容积减压）‎ ‎↓‎ ‎↓‎ V正=V逆 ‎—‎ ‎—‎ 分离出H I(g)（降低H I浓度）‎ ‎↓‎ ‎↓‎ V正＞V逆 ‎→‎ ‎↑‎ 注：“↑”表示增大，“↓”表示降低，“—”表示不变 要点诠释：上表对相关知识进行了对比分析，但在解题时还须灵活应用。如观察上表，还可以得出以下规律： 　　①改变一个影响因素，v正、v逆的变化不可能是一个增大，另一个减小的，二者的变化趋势是相同的，只是变化大小不一样（催化剂情况除外）； 　　②平衡向正反应方向移动并非v正增大，v逆减小。‎ 考点五、分析化学平衡移动问题的一般思路 要点诠释：‎ ‎⑴不要把v正增大与平衡向正反应方向移动等同；‎ ‎⑵不要把平衡向正反应方向移动与原料转化率的提高等同。‎ ‎（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—→体系中各反应成分的浓度不变—→平衡不移动 ‎②恒温、恒压条件：‎ 体积不变的反应 平衡不移动。‎ 体积改变的反应 平衡向气体体积增大的方向移动。‎ 原平衡体系容器容积增大，体系的分压减小—→各组分的浓度同等倍数减小 ‎【典型例题】‎ 类型一：运用勒夏特列原理解释一些生产、生活、实验现象 例1．下列各组物质的颜色变化，可用勒夏特列原理解释的是（ ）‎ A．新制的氯水在光照条件下颜色变浅 B．H2、I2、HI平衡混合气加压后颜色变深 C．氯化铁溶液加铁粉振荡后颜色变浅 D．加入催化剂有利于氨的催化氧化 ‎【答案】A ‎【解析】勒夏特列原理即平衡移动原理。A项存在平衡：Cl2+H2OHCl+HClO，光照发生：，可使平衡向正反应方向移动，Cl2浓度减小，颜色变浅，符合上述原理。B项存在平衡：H2+I2(g)2HI，加压平衡不移动，不能用平衡移动原理解释，加压颜色变深是由于I2的浓度增大。C项，2FeCl3+Fe=3FeCl2，不是可逆反应，不存在平衡。D项催化剂不能使平衡移动，加入催化剂有利于反应是为了加快反应速率。‎ ‎【总结升华】只有存在平衡的移动问题才能用化学平衡移动原理解释。‎ 举一反三：‎ ‎【变式1】下列事实不能用化学平衡移动原理解释的是（ ）‎ A．强碱存在的条件下，酯的水解程度增大 B．加催化剂，使N2和H2在一定条件下转化为氨气 C．可用浓氨水和氢氧化钠固体制取氨气 D．加压条件下有利于SO2和O2反应生成SO3‎ ‎【答案】B ‎ ‎【解析】A中酯的水解反应是可逆反应：酯+水酸+醇，在强碱存在的条件下，碱可以中和水解生成的酸，使水解平衡向右移动。催化剂只能等倍的改变正、逆反应速率，而不能使平衡发生移动。氨水中存在平衡：NH3+H2ONH3·H2ONH4++OH―，所以加入氢氧化钠后平衡左移，有利于产生氨气。SO2和O2反应生成SO3的反应是体积减小的反应，所以加压条件下右移，有利于SO3生成。‎ ‎【变式2】下列事实能应用勒夏特列原理来解释的是（ ）‎ A．工业上生产硫酸，SO2的催化氧化采用常压而不是高压 B．加入催化剂有利于氨的氧化反应 C．高压对合成氨有利 D．500℃左右比室温更有利于合成氨的反应 ‎【答案】C ‎【变式3】下列实验事实不能用平衡移动原理解释的是（ ）‎ A． ‎ B．‎ C． ‎ D．‎ ‎【答案】C。‎ ‎【解析】2NO2(g)N2O4(g)　ΔH＜0，升高温度，平衡向逆反应方向移动，A项正确；H2OH＋＋OH－(ΔH＞0)，升高温度，平衡正向移动，KW＝c(H＋)·c(OH－)增大，B项正确；二氧化锰是双氧水分解的催化剂，催化剂不会引起化学平衡的移动，C项不能用平衡移动原理解释；在氨水中存在电离平衡NH3·H2ONH4＋＋OH－，稀释时平衡正向移动，所以，浓度变化10倍，pH变化小于1，D项正确。‎ 类型二：改变外界条件对化学平衡移动的影响 例2．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】该反应为吸热反应，升温则平衡正向移动，反应物转化率提高，①正确；恒容时，通入惰性气体，反应物与生成物浓度不变，平衡不移动，②错；增加CO浓度，平衡逆向移动，反应物转化率降低，③错；该反应正反应为气体分子数增大的反应，减压时平衡向正反应方向移动，反应物转化率提高，④正确；催化剂只能改变反应速率，不能改变平衡状态，⑤错；恒压时，通入惰性气体，容器体积增大，反应物与生成物浓度降低，平衡向气体体积增加的方向移动，即向正反应方向移动，反应物转化率提高，⑥正确。‎ 举一反三：‎ ‎【变式1】在一定温度和压强下，合成氨反应达到平衡时，下列操作不会使平衡发生移动的是（ ）‎ A．恒温恒压时充入氨气 B．恒温恒容时充入氮气 C．恒温恒容时充入氦气 D．恒温恒压时充入氦气 ‎【答案】C ‎【解析】A项，恒温恒压时充入氨气平衡左移； B项，恒温恒容时充入氮气，氮气浓度增大，故平衡右移；C项，恒温恒容时充入氦气，各成分浓度不变平衡不移；D项，恒温恒压时充入氦气，则容积扩大相当于减压，平衡左移。‎ ‎【变式2】在某温度时，反应 H2(g) + I2(g)2HI(g) △H<0，在一带有活塞的密闭容器中达到平衡，下列说法不正确的是（ ）‎ A．恒温、压缩体积，平衡不移动，颜色加深 B．恒压、充入HI(g)，开始时正反应速率减小 C．恒容、充入HI(g)，正反应速率减小 D．恒容、充入H2，I2的浓度降低 ‎【答案】C ‎【解析】A项，平衡不移动，压缩，I2浓度变大，颜色加深；B项，充入气体，恒压，体积变大，前两物质的浓度变小，速率变小；C项，恒容、充入HI(g)，正反应速率逐渐增大；D项，恒容、充入H2，平衡右移，I2的浓度降低。‎ ‎【变式3】已建立化学平衡的某可逆反应，当改变条件使化学平衡向正向移动时，下列有关叙述正确的是（ ）‎ ‎①生成物的百分含量一定增加；②生成物的产量一定增加；③反应物的转化率一定增大；④反应物的浓度一定降低；⑤正反应速率一定大于逆反应速率；⑥使用合适的催化剂 A．①② B．②⑤ C．②③⑤ D．②③④⑤‎ ‎【答案】B ‎【解析】使化学平衡向正方向移动的方法有多种方法，若加入某种反应物，反应物变多，反应物转化率不一定增加，故③、④错，生成物的百分含量也不一定增加，故①错。催化剂不能改变化学平衡方向，只能改变反应速率，⑥错。‎ 类型三：化工生产适宜生产条件的选择 例3．已知2SO2 (g)+O2 (g)3SO3 (g)为放热反应，其实验数据如下：‎ 压强 转化率 温度 不同条件下SO2的转化率 ‎0.1 MPa ‎0.5 MPa ‎1 MPa ‎5 MPa ‎10 MPa ‎450℃‎ ‎97.5‎ ‎98.9‎ ‎99.2‎ ‎99.6‎ ‎99.7‎ ‎550℃‎ ‎85.6‎ ‎94.9‎ ‎94.9‎ ‎97.7‎ ‎98.3‎ ‎ （1）应选用的温度是________。其理由是________________。‎ ‎（2）应选用的压强是________。其理由是________________。‎ ‎【答案】（1）450℃ 温度低，SO2转化率高 ‎（2）0.1 MPa 0.1 MPa时SO2的转化率已很高，加压转化率相差不大，选择常压节省动力，简化设备 ‎【解析】本题型是高考试题中常见的一类数据分析题，要通过对一些数据比较分析，寻找规律，进而给予解答。‎ 从表中数据可以发现，同温下SO2的转化率随压强的增大而增大。但增加的幅度不大，同压下，温度高，SO2转化率低。‎ ‎【总结升华】依据化学反应速率、化学平衡理论，结合工业生产实际选择合适生产条件。‎ 举一反三：‎ ‎【变式1】据报道，在300℃、70 MPa下由二氧化碳和氢气合成乙醇已成为现实：2CO2 (g)+6H2 (g)CH3CH2OH (g)+3H2O (g)，下列叙述错误的是（ ）‎ A．使用Cu-Zn-Fe催化剂可大大提高生产效率 B．反应需在300℃进行可推测该反应是吸热反应 C．充入大量CO2气体可提高H2的转化率 D．从平衡混合气体中分离出CH3CH2OH和H2O可提高CO2和H2的利用率 ‎【答案】B ‎【变式2】氨在工农业生产中应用广泛。在压强为30 MPa时，合成氨平衡混合气体中NH3的体积分数如下：‎ 温度／℃‎ ‎200‎ ‎300‎ ‎400‎ ‎500‎ ‎600‎ NH3的体积分数／%‎ ‎89.9‎ ‎71.0‎ ‎47.0‎ ‎26.4‎ ‎13.8‎ 请回答：‎ ‎（1）根据表中数据，结合化学平衡移动原理，说明合成氨反应是放热反应的原因________________。‎ ‎（2）根据下图，合成氨反应的热化学方程式是________________。‎ ‎（3）在一定温度下，将2 mol N2和6 mol H2通入到体积为1 L的密闭容器中，发生反应N2+3H2NH3，2 min后达到平衡状态时，H2的转化率是50%，则用H2表示该反应的平均反应速率v (H2)=________；该温度下的平衡常数K=________（用分数表示）；欲使K增大，可以采取的措施是________________。‎ ‎（4）从化学平衡移动的角度分析，欲提高H2的转化率可以采取的措施是________（选填字母）。‎ a．及时分离出NH3 b．升高温度 c．增大压强 d．使用催化剂 ‎【答案】（1）温度升高，氨在混合气体中的体积分数减小，平衡向逆反应方向移动，温度升高平衡向着吸热反应方向移动，故正反应是放热反应。‎ ‎（2）N2 (g)+3H2 (g)2NH3 (g) ΔH=―92.2 kJ·mol―1‎ ‎（3）1.5 mol·L―1·min―1 降低温度 （4）a、c ‎【解析】根据表中数据可知，随着温度的升高，氨的体积分数减小，说明正反应是一个放热反应；（2）由题图知，生成1 mol NH3 ΔH=―46.1 kJ·mol―1，则反应的热化学方程式为：N2 (g)+3H2 (g)2NH3 (g) ΔH=―92.2 kJ·mol―1；（3）H2的转化率是50%，即转化3 mol H2，则用H2表示该反应的平均反应速率；转化的N2为1 mol，体积为1 L，则平衡时c (N2)为1 mol / L，c (H2)为3 mol / L，c (NH3)为2 mol / L，‎ ‎；因为正反应是一个放热反应，欲使K增大，可以采用降温的方法；（4）a．及时分离出NH3可使化学平衡向正反应方向移动，可以提高H2的转化率，正确；b．正反应为放热反应，升温，平衡逆向移动，H2的转化率减小，不符合题意；c．增大压强，平衡向体积缩小的方向即正反应方向移动，则H2的转化率增大，正确；d．催化剂不影响化学平衡移动，故不符合题意。‎ 类型四：综合应用 例4．高炉炼铁过程中发生的主要反应为：Fe2O3 (s)+CO (g)Fe (s)+CO2 (g)。‎ 已知该反应在不同温度下的平衡常数如下：‎ 温度／℃‎ ‎1000‎ ‎1150‎ ‎1300‎ 平衡常数 ‎4.0‎ ‎3.7‎ ‎3.5‎ 请回答下列问题：‎ ‎ （1）该反应的平衡常数表达式K=________，ΔH________0（填“＞”“＜”或“＝”）；‎ ‎（2）在一个容积为10 L的密闭容器中，1000℃时加入Fe、Fe2O3、CO、CO2各1.0 mol，反应经过10 min后达到平衡。求该时间范围内反应的平均反应速率v (CO2)=________，CO的平衡转化率=________；‎ ‎（3）欲提高（2）中CO的平衡转化率，可采取的措施是________。‎ A．减少Fe的量 B．增加Fe2O3的量 C．移出部分CO2‎ D．提高反应温度 E．减小容器的容积 F．加入合适的催化剂 ‎【答案】（1） ＜ （2）0.006 mol·(L·min)－1 60% （3）C ‎【解析】（1）注意物质的状态，随着温度升高K逐渐减小，所以此反应是放热反应；‎ ‎（2）由： Fe2O3 (s)+CO (g)Fe (s)+CO2 (g)‎ 始态（mol·L―1） 0.1 0.1‎ 终态（mol·L―1） 0.1―x 0.1+x 反应（mol·L―1） x x 温度为1000℃，所以，所以x=0.06，‎ ‎=0.006 mol·(L·min)－1；‎ CO的平衡转化率。‎ ‎（3）Fe2O3、Fe均是固体，改变Fe、Fe2O3的量不影响反应速率和化学平衡，故A、B反应速率、化学平衡均不改变；C移出部分CO2，平衡右移，可以采取；D此反应为放热反应，升高温度，平衡左移，不能采取；E减小容器体积，相当于加压，平衡不移动，不能采取；F催化剂只影响化学反应速率，对平衡移动无影响，不能采取。‎ ‎【总结升华】（1）进行化学平衡常数的计算时要注意：浓度是指平衡时各物质的物质的量浓度，不是物质的量，也不是某一时刻（未达平衡）时的浓度。‎ ‎（2）计算时，根据题意恰当假设未知数，利用“三段式”找出相关量之间的关系，列方程求解。‎ ‎（3）化学平衡计算要善于用不同的计算方法，如守恒法、等效法、极端假设法、差量法等。‎ 举一反三：‎ ‎【变式1】某温度下，体积一定的密闭容器中发生如下可逆反应：X (g) + Y (g)Z (g) + W (s) ；△H＞0，下列叙述正确的是（ ）‎ A．加入少量W，逆反应速率增大 B．当容器中气体压强不变时，反应达到平衡 C．升高温度，平衡逆向移动 D．平衡后加入X，上述反应的△H增大 ‎【答案】B ‎【解析】A项，加入固体W，反应速率不变。B项，反应前后气体体积不等，故当容器中气体压强不变时，反应达到平衡。C项，升高温度，平衡正向（吸热方向）移动。D项，平衡后加入X，尽管吸热增多，但上述反应的△H不变（△H只与系数有关）‎ ‎【变式2】(2014 顺义期末)在1100℃，一定容积的密闭容器中发生反应：‎ FeO(s)+CO(g) Fe(s)+CO2(g) △H=a kJ/mol（a >0），该温度下K=0.263，下列有关该反应的说法正确的是（ ）‎ A．若生成1 mol Fe，则吸收的热量小于a kJ B．若升高温度，正反应速率加快，逆反应速率减慢，则化学平衡正向移动 C．若容器内压强不随时间变化，则可以判断该反应已达到化学平衡状态 D．达到化学平衡状态时，若c(CO)=0.100 mol/L，则c(CO2)=0.0263 mol/L ‎【答案】D ‎【变式3】已知反应mX (g) + nY (g)qZ (g) △H＜0，m＋n＞q，在恒容密闭容器中反应达到平衡时，下列说法正确的是（ ）‎ A．通入稀有气体使压强增大，平衡将正向移动 B．X的正反应速率是Y的逆反应速率的m/n倍 C．降低温度，混合气体的平均相对分子质量变小 D．增加X的物质的量，Y的转化率降低 ‎【答案】B ‎【解析】A项，通入稀有气体使压强增大，浓度均不变，平衡不移动。B项，相当于X的正、逆反应速率相等。C项，降低温度，平衡右移，因m＋n＞q，故混合气体的平均相对分子质量变大。D项，增加X的物质的量，Y的转化率增加。‎