2023届新高考化学一轮复习(多选)鲁科版第七章第3课时　化学平衡的移动学案.docx

第3课时化学平衡的移动1.通过实验探究,了解浓度、压强、温度对化学平衡状态的影响。2.能运用浓度、压强、温度对化学平衡的影响规律,推测化学平衡移动方向及浓度、转化率等相关物理量的变化。影响化学平衡移动的因素1.化学平衡移动的理解(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,叫作化学平衡的移动。(2)过程图示(3)化学平衡移动方向与化学反应速率的关系v正>v逆:平衡向正反应方向移动。v正=v逆:反应达到平衡状态,平衡不发生移动。v正<v逆:平衡向逆反应方向移动。2.影响化学平衡的因素(1)改变外界条件对化学平衡的影响改变的条件(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正反应方向移动减小反应物浓度或增大生成物浓度向逆反应方向移动压强(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减小的方向移动减小压强向气体分子总数增大的方向移动反应前后气体体积不变改变压强平衡不移动温度升高温度向吸热反应方向移动降低温度向放热反应方向移动催化剂同等程度改变v正、v逆,平衡不移动(2)温度不变时,浓度因素的“决定性作用”分析“惰性气体(不参加反应的气体)”对化学平衡的影响。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恒温恒压条件原平衡体系容器容积增大体系中各组分的浓度同倍数减小(等效于减压)3.勒夏特列原理对于一个已经达到平衡的体系,如果改变影响化学平衡的一个条件 (如浓度、温度、压强),平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动。理解辨析1.判一判(正确的打“”,错误的打“×”)(1)其他条件不变,使用高效催化剂,可使反应物的转化率增大。()(2)增大某一反应物A的浓度,平衡正向移动时,反应物的浓度一定小于原来的浓度,生成物的浓度一定大于原来的浓度。()(3)对于2NO2(g)N2O4(g)的平衡体系,压缩体积,增大压强,平衡正向移动,混合气体的颜色变浅。()(4)对于反应H2(g)+I2(g)2HI(g) ,恒温恒容,充入H2,v(正)增大,平衡右移。()解析:(1)催化剂改变反应速率不改变化学平衡,反应物的转化率不变。(2)增大某一反应物A的浓度,平衡虽然正向移动时,但A的浓度比原来的浓度要大。(3)因为压缩体积,平衡右移,但c(NO2)仍大于原来的浓度,所以混合气体的颜色变深。答案:(1)×(2)×(3)×(4)2.想一想(1)化学平衡正向移动,正反应速率和反应物的转化率一定增大吗?提示:不一定。化学平衡正向移动,说明v正>v逆,但正反应速率可能增大,也可能减小,如温度影响;化学平衡正向移动,反应物的转化率不一定增大,如A(g)+B(g)C(g),增大A的浓度,平衡右移,但A的转化率减小。(2)对于反应A(s)B(g)+ C(g) ,在其他条件不变时,缩小反应容器体积, B的浓度如何变化?提示:该反应的平衡常数表达式为K=c(B)·c(C),缩小容器体积,但温度不变,则平衡常数不变,即c(B)·c(C)不变,而缩小反应容器体积时c(B)、c(C)变化趋势一致,所以再次达到平衡时c(B)、c(C)与原平衡相等。3.做一做(1)汽车尾气净化中的一个反应如下:NO(g)+CO(g)12N2(g)+CO2(g)H=-373.4 kJ·mol-1在恒容的密闭容器中,反应达平衡后,改变某一条件,填写下列空白:(1)升温时,平衡(填“正向”“逆向”或“不”)移动;NO的转化率(填“增大”或“减小”)。 (2)加压(通入惰性气体)时,平衡(填“正向”“逆向”或“不”)移动;CO的转化率(填“增大”“不变”或“减小”)。 (3)加入催化剂时,平衡(填“正向”“逆向”或“不”)移动;CO的转化率(填“增大”“减小”或“不变”)。 答案:(1)逆向减小(2)不不变(3)不不变 外界条件改变对确定反应平衡移动结果的判断1.(2021·辽宁新高考适应性考试,7)某温度下,在一恒容密闭容器中进行如下两个反应并达到平衡:2X(g)+Y(g)Z(s)+2Q(g)H1<0M(g)+N(g)R(g)+Q(g)H2>0下列叙述错误的是(B)A.加入适量Z,和平衡均不移动B.通入稀有气体Ar,平衡正向移动C.降温时无法判断Q浓度的增减D.通入Y,则N的浓度增大解析:Z为固体,加入适量Z不影响反应的平衡移动,而反应与Z无关,故加入Z也不影响反应的平衡移动,A正确;通入稀有气体Ar,由于容器体积不变,故气体浓度不发生改变,反应的平衡不移动,B错误;温度降低,反应正向进行,反应逆向进行,但两个反应中反应物的起始浓度未知,故无法判断Q浓度的增减,C正确;通入气体Y,反应平衡正向移动,Q的浓度增大,导致反应平衡逆向移动,则N的浓度增大,D正确。2.(2021·江苏苏州模拟)NO2与N2O4能相互转化,热化学方程式为N2O4(g)2NO2(g)H=57 kJ·mol-1,下列有关说法正确的是(A)A.升高体系温度正反应速率增大,逆反应速率也增大B.若容器体积不变,气体密度不变时说明该反应建立化学平衡C.其他条件不变,向平衡后的容器中再加入少量N2O4,c2(NO2)c(N2O4)的值变大D.增大体系的压强能提高N2O4的反应速率和转化率解析:升高体系温度正、逆反应速率均增大,选项A正确;反应N2O4(g)2NO2(g)所有反应物均为气体,若容器体积不变,气体密度始终不变,故气体密度不变时不能说明该反应建立化学平衡,选项B错误;K=c2(NO2)c(N2O4),平衡常数只与温度有关,故其他条件不变,向平衡后的容器中再加入少量N2O4,c2(NO2)c(N2O4)的值不变,选项C错误;若恒容条件下加入惰性气体,虽然能增大体系的总压强但反应物所具有的总压不变,平衡不移动,浓度不变反应速率不变,选项D错误。 结合图像分析外界反应对平衡的影响及反应特点3.(2022·广东汕头测试)I2在KI溶液中存在下列平衡:I2(aq)+I-(aq)I3-(aq),某I2、KI混合溶液中,I3-的物质的量浓度c(I3-)与温度T的关系如图所示(曲线上任何一点都表示平衡状态)。下列说法不正确的是(D)A.温度为T1时,向该平衡体系中加入KI固体,平衡正向移动B.I2(aq)+I-(aq)I3-(aq)的H<0C.若T1时,反应进行到状态d时,一定有v正>v逆D.状态a与状态b相比,状态b时I2的转化率更高解析:温度T1时,加入KI固体,I-浓度增大,平衡向正反应方向移动,故A正确;由图像曲线的变化趋势可知,当温度升高时,I3-的物质的量浓度减小,说明该反应的正反应为放热反应,反应I2(aq)+I-(aq)I3-(aq)的H<0,故B正确;若反应进行到状态d时,反应未达到平衡状态,若反应趋向于平衡,则反应向生成的I3-方向移动,则v正>v逆,故C正确;状态a与状态b均为平衡状态,状态b的I3-的物质的量浓度明显小于状态a的I3-的物质的量浓度,说明由状态a转化为状态b时,平衡逆向移动,则I2的转化率降低,故D不正确。4.(2021·天津实验中学一模)正戊烷异构化为异戊烷是油品升级的一项重要技术。在合适催化剂和一定压强下,正戊烷的平衡转化率()随温度变化如图所示。名称熔点/沸点/燃烧热H/(kJ·mol-1)正戊烷-13036-3 506.1异戊烷-159.427.8-3 504.1下列说法不正确的是(C)A.正戊烷异构化为异戊烷反应的H<0B.2836 时,随温度升高,正戊烷的平衡转化率增大,原因是异戊烷汽化离开体系,产物浓度降低,平衡正向移动C.寻找更好的催化剂可使正戊烷异构化为异戊烷的转化率大大提升D.150 时,体系压强从100 kPa升高到500 kPa,正戊烷的平衡转化率基本不变解析:根据正戊烷和异戊烷的燃烧热,CH3CH2CH2CH2CH3(l)+8O2(g)5CO2(g)+6H2O(l)H=-3 506.1 kJ·mol-1 ,(CH3)2CHCH2CH3(l)+8O2(g)5CO2(g)+6H2O(l)H=-3 504.1 kJ·mol-1,根据盖斯定律-得正戊烷异构化为异戊烷的反应CH3CH2CH2CH2CH3(l)(CH3)2CHCH2CH3(l)H=(-3 506.1+3 504.1)kJ·mol-1=-2.0 kJ·mol-1,故A正确;根据表中沸点数值,在2836 时,随温度升高,异戊烷汽化离开体系,产物浓度降低,导致平衡正向移动,正戊烷的平衡转化率增大,故B正确;催化剂不影响平衡,不能提高平衡转化率,故C不正确; 150 时,正戊烷和异戊烷都是气态,此时反应前后气体体积不变,增大压强,平衡不移动,正戊烷的平衡转化率不变,故D正确。 判断化学平衡移动方向的思维流程“等效平衡”在判断平衡移动结果中的应用1.定义:在一定条件下(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。2.等效平衡分类及规律等效类型条件恒温、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”符合同一比例平衡特点质量分数(w%)相同相同相同浓度(c)相同成比例相同(气体)物质的量(n)相同成比例成比例3.虚拟“中间态”法构建等效平衡(1)构建恒温恒容平衡思维模式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)构建恒温恒压平衡思维模式(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。理解辨析1.想一想对于反应aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g),若按原比例同倍数地增加(或降低)A、B的浓度,其转化率如何变化?提示:若按原比例同倍数地增加A、B的浓度,等效于压缩容器体积,气体反应物的转化率与化学计量数有关。a+b=c+dA、B的转化率不变a+b>c+dA、B的转化率增大a+b<c+dA、B的转化率减小2.做一做恒温、恒压下,在一可变容积的容器中发生如下反应:A(g)+B(g)C(g)。(1)若开始时放入1 mol A和1 mol B,达到平衡后,生成a mol C,这时A的物质的量为mol。 (2)若开始时放入3 mol A和3 mol B,达到平衡后,生成C的物质的量为mol。 (3)若开始时放入x mol A、2 mol B和1 mol C,达到平衡后,A和C的物质的量分别是y mol和3a mol,则x=mol,y=mol。 答案:(1)(1-a)(2)3a(3)2(3-3a) “虚拟法”分析平衡移动1.一定条件下存在反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),其正反应放热。图1、图2表示起始时容器甲、丙体积都是V,容器乙、丁体积都是V2;向甲、丙内都充入2a mol SO2和a mol O2并保持恒温;向乙、丁内都充入a mol SO2和0.5a mol O2并保持绝热(即与外界无热量交换),在一定温度时开始反应。下列说法正确的是(D)A.图1达平衡时,浓度c(SO2):甲=乙B.图1达平衡时,平衡常数K:甲<乙C.图2达平衡时,所需时间t:丙<丁D.图2达平衡时,体积分数(SO3):丙>丁解析:甲和乙若都是恒温恒压,则两者等效,但乙为绝热恒压,又该反应正反应为放热反应,则温度甲<乙,温度升高平衡向逆反应方向移动,浓度c(SO2)甲<乙,平衡常数K甲>乙,故A、B项错误;丙和丁若都是恒温恒容,则两者等效,但丁为绝热恒容,则温度丙<丁,温度越高,反应速率越快,到达平衡的时间越短,所用的时间t丙>丁,C项错误;温度升高平衡向逆反应方向移动,体积分数(SO3)丙>丁,D项正确。2.一定温度下,向容积为2 L的恒容密闭容器中充入6 mol CO2和 8 mol H2,发生反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)H=-49.0 kJ·mol-1,测得n(H2)随时间的变化如曲线所示。下列说法正确的是(B)A.该反应在08 min内CO2的平均反应速率是 0.375 mol·L-1· min-1B.保持温度不变,若起始时向上述容器中充入4 mol CO2、2 mol H2、2 mol CH3OH(g)和1 mol H2O(g),则此时反应向正反应方向进行C.保持温度不变,若起始时向上述容器中充入3 mol CO2和4 mol H2,则平衡时H2的体积分数等于20%D.改变条件得到曲线、,则曲线、改变的条件分别是升高温度、充入氦气解析:A项,由图中曲线可知,该反应在08 min内氢气的变化量为6 mol,则二氧化碳的变化量为2 mol,该反应在08 min内CO2的平均反应速率是2mol8min×2 L=0.125 mol·L-1·min-1,错误;B项,由图中曲线可知,该反应在8 min达到平衡,反应混合物中有4 mol CO2、2 mol H2、2 mol CH3OH(g)和2 mol H2O(g),保持温度不变,若起始时向上述容器中充入4 mol CO2、2 mol H2、2 mol CH3OH(g)和1 mol H2O(g),相当于在原平衡状态减少1 mol H2O(g),则此时反应向正反应方向进行,正确;C项,原平衡混合物中H2的体积分数等于20%,保持温度不变,若起始时向上述容器中充入3 mol CO2和4 mol H2,相当于对原平衡减压,平衡向逆反应方向移动,则平衡时H2的体积分数大于20%,错误;D项,该反应为放热反应,改变条件后,化学反应速率都加快了,但是的平衡向左移动、的平衡向右移动,故曲线改变的条件是升高温度、曲线改变的条件是充入CO2,错误。 “等效平衡”的多维应用3.(双选)相同温度下,分别在起始体积均为1 L的两个密闭容器中发生反应:X2(g)+3Y2(g)2XY3(g)H=-a kJ/mol ,实验测得反应的有关数据如下表。容器反应条件起始物质的量/mol达到平衡所用时间/min达到平衡过程中的能量变化X2Y2XY3恒容13010放热0.1a kJ恒压130t放热b kJ下列叙述正确的是(AD)A.对于上述反应,、中反应的平衡常数K的数值相同B.中:从开始至10 min内的平均反应速率v(X2)=0.1 mol/(L· min)C.中:X2的平衡转化率小于10%D.b>0.1a解析:、中反应温度相同,平衡常数K的数值相同,A项正确;中反应放热0.1a kJ,说明10 min内X2反应了0.1 mol,物质的量浓度改变量为0.1 mol/L,所以其平均反应速率为v(X2)=0.01 mol/(L· min),B项错误;据容器中数据,可算出X2的平衡转化率为10%,容器中是恒温恒压,容器是恒温恒容,容器相当于在容器的基础上加压,加压平衡右移,所以X2的转化率大于10%,C项错误;据C项分析,容器相当于在容器的基础上加压,平衡右移,所以放出的热量比容器多,D项正确。4.在某温度下,向三个初始体积均为1 L的密闭容器中按下表所示投料,发生反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)H<0。下列说法不正确的是(C)容器编号容器类型起始物质的量/mol平衡时SO3的物质的量/molSO2O2SO3恒温恒容2101.8绝热恒容002a恒温恒压210bA.容器中SO2的转化率小于容器中SO2的转化率B.容器平衡体系中保持容器压强不变,充入0.100 mol SO3(g),新平衡后SO3浓度未变C.平衡时SO3的物质的量:a>1.8、b<1.8D.若容器中有0.10 mol SO2(g)、0.20 mol O2(g)和0.100 mol SO3(g),则此时v正>v逆解析:恒温恒压时,反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)为气体体积减小的反应,与容器平衡相比相当于压强增大,平衡向生成SO3的方向移动,所以容器中SO2的转化率小于容器中SO2的转化率,故A正确;容器平衡体系中保持容器压强不变,再充入0.100 molSO3(g),和原平衡等效,所以新平衡后SO3浓度不变,故B正确;绝热恒容时,SO3为反应物,发生2SO3(g)2SO2(g)+O2(g)H>0反应,正反应为吸热反应,温度降低,平衡向生成SO3方向移动,a>1.8,恒温恒压时,反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)为气体体积减小的反应,与容器平衡相比相当于压强增大,平衡向生成SO3方向移动,b>1.8,故C不正确;容器中反应达到平衡状态时,c(SO3)=1.8 mol/L,c(SO2)=2-1.81 mol/L=0.2 mol/L,c(O2)=1-0.91 mol/L=0.1 mol/L,化学平衡常数K=c2(SO3)c2(SO2)·c(O2)=8 100,若起始时向容器中充入0.10 molSO2(g)、0.20 mol O2(g)和0.10 molSO3(g),浓度商Qc=c2(SO3)c2(SO2)·c(O2)=5<8 100,则该反应向正反应方向移动,则此时v正>v逆,故D正确。 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。1.(双选)(2021·湖南卷,11)已知:A(g)+2B(g)3C(g)H<0,向一恒温恒容的密闭容器中充入1 mol A和3 mol B发生反应,t1时达到平衡状态,在t2时改变某一条件,t3时重新达到平衡状态,正反应速率随时间的变化如图所示。下列说法正确的是(BC)A.容器内压强不变,表明反应达到平衡B.t2时改变的条件:向容器中加入CC.平衡时A的体积分数:()>()D.平衡常数K:K()<K()解析:容器内发生的反应为A(g)+2B(g)3C(g),该反应是气体分子数不变的可逆反应,所以在恒温恒容条件下,气体的压强始终保持不变,则容器内压强不变,不能说明反应达到平衡状态,A错误;根据图像变化曲线可知,t2t3过程中,t2时v正瞬间不变,平衡过程中不断增大,则说明反应向逆反应方向移动,且不是“突变”图像,属于“渐变”过程,所以排除温度与催化剂等影响因素,改变的条件为向容器中加入C,B正确;最初加入体系中的A和B的物质的量的比值为13,当向体系中加入C时,平衡逆向移动,最终A和B各自物质的量增加的比例为12,因此平衡时A的体积分数()>(),C正确;平衡常数K与温度有关,因该反应在恒温条件下进行,所以K保持不变,D错误。2.(2020·浙江7月选考,18)5 mL 0.1 mol·L-1 KI溶液与1 mL 0.1 mol·L-1 FeCl3溶液发生反应:2Fe3+(aq)+2I-(aq)2Fe2+(aq)+I2(aq),达到平衡。下列说法不正确的是(D)A.加入苯,振荡,平衡正向移动B.经苯2次萃取分离后,在水溶液中加入KSCN,溶液呈红色,表明该化学反应存在限度C.加入FeSO4固体,平衡逆向移动D.该反应的平衡常数K=c2(Fe2+)c2(Fe3+)×c2(I-)解析:加入苯,振荡,苯萃取了I2,水溶液中的c(I2)减小,平衡正向移动,A正确;反应开始时n(KI)>n(FeCl3),反应中KI过量;经苯两次萃取分离后,水溶液中c(I2)很小,加入KSCN,溶液呈红色,说明水溶液中仍含有Fe3+,证明该反应是可逆反应,存在一定限度,B正确;加入FeSO4固体,c(Fe2+)增大,平衡逆向移动,C正确;该反应在溶液中进行,平衡常数K=c2(Fe2+)·c(I2)c2(Fe3+)·c2(I-),D不正确。3.(双选)(2021·广东卷,19改编) 我国力争于2030年前做到碳达峰,2060年前实现碳中和。CH4与CO2重整是CO2利用的研究热点之一。该重整反应体系主要涉及以下反应:a)CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) b)CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) c)CH4(g)C(s)+2H2(g) d)2CO(g)CO2(g)+C(s) e)CO(g)+H2(g)H2O(g)+C(s) 上述反应体系在一定条件下建立平衡后,下列说法正确的有(AD)A.增大CO2与CH4的浓度,反应a、b、c的正反应速率都增大B.移去部分C(s),反应c、d、e的平衡均向右移动C.加入反应a的催化剂,可提高CH4的平衡转化率D.降低反应温度,反应ae的正、逆反应速率都减小解析:增大CO2和CH4的浓度,对于反应a、b、c来说,均增大了反应物的浓度,反应的正反应速率增大,A正确;移去部分C(s),没有改变反应体系中的压强,反应的正、逆反应速率均不变,平衡不移动,B错误;催化剂可以同等条件下增大正、逆反应速率,只能加快反应进程,不改变反应的平衡状态,平衡转化率不变,C错误;降低温度,体系的总能量降低,正、逆反应速率均减小,D正确。4.(2020·山东卷,18改编)探究CH3OH合成反应化学平衡的影响因素,有利于提高CH3OH的产率。以CO2、H2为原料合成CH3OH涉及的主要反应如下:.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)H1=-49.5 kJ·mol-1.CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)H2=-90.4 kJ·mol-1.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)H3=+40.9 kJ·mol-1回答下列问题: (1)不同压强下,按照n(CO2):n(H2)=1:3投料,实验测定CO2平衡转化率和CH3OH的平衡产率随温度的变化关系如图所示。已知:CO2的平衡转化率=n(CO2)初始-n(CO2)平衡n(CO2)初始×100%CH3OH的平衡产率=n(CH3OH)平衡n(CO2)初始×100%其中纵坐标表示CO2平衡转化率的是图(填“甲”或“乙”);压强p1、p2、p3由大到小的顺序为;图乙中T1温度时,三条曲线几乎交于一点的原因是 。 (2)为同时提高CO2的平衡转化率和CH3OH的平衡产率,应选择的反应条件为(填标号)。 A.低温、高压B.高温、低压C.低温、低压D.高温、高压解析: (1)反应和为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,则CH3OH的平衡产率减少,所以图甲表示CH3OH的平衡产率,图乙中,开始升高温度,由于反应和为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,CO2的平衡转化率降低,反应为吸热反应,升高温度,反应向正反应方向移动,升高一定温度后以反应为主,CO2的平衡转化率又升高,所以图乙表示CO2的平衡转化率;压强增大,反应和是气体体积减小的反应,反应和平衡正向移动,反应气体体积不变化,平衡不移动,故压强增大CH3OH的平衡产率增大,根据图所示压强关系为p1>p2>p3;温度升高,反应和平衡逆向移动,反应向正反应方向移动,所以T1温度时,三条曲线交与一点的原因为T1时以反应为主,反应前后气体分子数相等,压强改变对平衡没有影响。(2)根据图示可知,温度越低,CO2的平衡转化率越大,CH3OH的平衡产率越大,压强越大,CO2的平衡转化率越大,CH3OH的平衡产率越大,所以选择低温和高压。答案:(1)乙p1、p2、p3T1时以反应为主,反应前后气体分子数相等,压强改变对平衡没有影响(2)A