专题7 第22讲化学平衡的移动.docx
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专题7第22讲化学平衡的移动
第22讲 化学平衡的移动
考纲要求
1.理解化学平衡的含义。
2.理解浓度、温度、压强、催化剂等对化学平衡影响的一般规律。
考点一 化学平衡移动
1.化学平衡移动的过程
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<v逆:
平衡向逆反应方向移动。
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:
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)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),平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动。
(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
―→
(1)化学平衡发生移动,化学反应速率一定改变;化学反应速率改变,化学平衡也一定发生移动(×)
(2)升高温度,平衡向吸热反应方向移动,此时v放减小,v吸增大(×)
(3)合成氨反应需要使用催化剂,说明催化剂可以促进该平衡向生成氨的方向移动,所以也可以用勒夏特列原理解释使用催化剂的原因(×)
(4)平衡时,其他条件不变,分离出固体生成物,v正减小(×)
(5)C(s)+CO2(g)
2CO(g) ΔH>0,其他条件不变时,升高温度,反应速率v(CO2)和CO2的平衡转化率均增大(√)
(6)化学平衡正向移动,反应物的转化率不一定增大(√)
(7)往平衡体系FeCl3+3KSCN
Fe(SCN)3+3KCl中加入适量KCl固体,平衡逆向移动,溶液的颜色变浅(×)
(8)对于2NO2(g)
N2O4(g)的平衡体系,压缩体积,增大加强,平衡正向移动,混合气体的颜色变浅(×)
根据化学平衡原理解答下列问题:
在体积不变的密闭容器中发生N2(g)+3H2(g)
2NH3(g) ΔH=-92.4kJ·mol-1,只改变一种外界条件,完成下表:
改变条件
平衡移动方向
氢气的转化率(增大、减小或不变)
氨气的体积分数(增大、减小或不变)
增大氮气的浓度
增大氨气的浓度
升温
充入适量氩气
答案 正向 增大 逆向 减小 增大 逆向 减小 减小 不移动 不变 不变
题组一 选取措施使化学平衡定向移动
1.(2017·淮安高三质检)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.①②④B.①④⑥
C.②③⑤D.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·宿迁高三检测)将NO2装入带有活塞的密闭容器中,当反应2NO2(g)
N2O4(g)达到平衡后,改变某个条件,下列叙述正确的是( )
A.升高温度,气体颜色加深,则正反应为吸热反应
B.慢慢压缩气体体积,平衡向正反应方向移动,混合气体的颜色变浅
C.慢慢压缩气体体积,若体积减小一半,压强增大,但小于原来压强的两倍
D.恒温恒容时,充入惰性气体,压强增大,平衡向正反应方向移动,混合气体的颜色变浅
答案 C
解析 升高温度,气体颜色加深,则平衡向逆反应方向移动,故正反应为放热反应,A错误;首先假设平衡不移动,压缩体积,气体颜色加深,但平衡向正反应方向移动,使混合气体的颜色在加深后的基础上变浅,但一定比原平衡的颜色深,B错误;同理C项,首先假设平衡不移动,若体积减小一半,则压强变为原来的两倍,但平衡向正反应方向移动,使压强在原平衡两倍的基础上减小,正确;体积不变,反应物及生成物浓度不变,所以正、逆反应速率均不变,平衡不移动,颜色无变化,D错误。
3.在压强为0.1MPa、温度为300℃条件下,amolCO与3amolH2的混合气体在催化剂作用下发生反应生成甲醇:
CO(g)+2H2(g)
CH3OH(g) ΔH<0。
(1)平衡后将容器的容积压缩到原来的一半,其他条件不变,对平衡体系产生的影响是________(填字母)。
A.c(H2)减小
B.正反应速率加快,逆反应速率减慢
C.反应物转化率增大
D.重新平衡
减小
(2)若容器容积不变,下列措施可增大甲醇产率的是________(填字母)。
A.升高温度
B.将CH3OH从体系中分离
C.充入He,使体系总压强增大
答案
(1)CD
(2)B
解析
(1)该反应为正向气体分子数减小的可逆反应,缩小体积,平衡正向移动,c(H2)增大,正、逆反应速率均增大,因而A、B均不正确。
(2)由于该反应正向是放热反应,升高温度平衡逆向移动,CH3OH的产率降低,体积不变,充入He,平衡不移动。
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30MPa加压到60MPa,化学平衡向气体分子数减小的方向移动,达到新的平衡时30MPa<p<60MPa。
题组二 条件改变时对化学平衡移动结果的判断
4.将等物质的量的N2、H2气体充入某密闭容器中,在一定条件下,发生如下反应并达到平衡:
N2(g)+3H2(g)
2NH3(g) ΔH<0。
当改变某个条件并维持新条件直至新的平衡时,下表中关于新平衡与原平衡的比较正确的是( )
选项
改变条件
新平衡与原平衡比较
A
增大压强
N2的浓度一定变小
B
升高温度
N2的转化率变小
C
充入一定量H2
H2的转化率不变,N2的转化率变大
D
使用适当催化剂
NH3的体积分数增大
答案 B
解析 A项,正反应是气体体积减小的反应,依据勒夏特列原理可知增大压强平衡向正反应方向移动,但氮气的浓度仍然比原平衡大,不正确;B项,正反应是放热反应,则升高温度平衡向逆反应方向移动,氮气的转化率降低,正确;C项,充入一定量的氢气,平衡向正反应方向移动,氮气的转化率增大,而氢气的转化率降低,不正确;D项,催化剂只能改变反应速率而不能改变平衡状态,不正确,答案选B。
5.(2017·扬州质检)用O2将HCl转化为Cl2,可提高效益,减少污染。
新型RuO2催化剂对上述HCl转化为Cl2的总反应具有更好的催化活性。
(1)实验测得在一定压强下,总反应的HCl平衡转化率随温度变化的αHCl~T曲线如下图:
则总反应的ΔH________(填“>”“=”或“<”)0。
(2)在上述实验中若压缩体积使压强增大,请在上图画出相应αHCl~T曲线的示意图,并简要说明理由:
________________________________________________。
(3)下列措施中,有利于提高αHCl的有________。
A.增大n(HCl)B.增大n(O2)
C.使用更好的催化剂D.移去H2O
答案
(1)<
(2)见下图
温度相同的条件下,增大压强,平衡右移,αHCl增大,因此曲线应在原曲线上方 (3)BD
解析
(1)结合题中αHCl~T图像可知,随着温度升高,αHCl降低,说明升高温度平衡逆向移动,得出正反应方向为放热反应,即ΔH<0。
(2)结合可逆反应2HCl(g)+
O2(g)
H2O(g)+Cl2(g)的特点,增大压强平衡向右移动,αHCl增大,则相同温度下,HCl的平衡转化率比增压前的大,曲线如答案中图示所示。
(3)有利于提高αHCl,则采取措施应使平衡2HCl(g)+
O2(g)
H2O(g)+Cl2(g)正向移动。
A项,增大n(HCl),则c(HCl)增大,虽平衡正向移动,但αHCl减小,错误;B项,增大n(O2)即增大反应物的浓度,D项,移去H2O即减小生成物的浓度,均能使平衡正向移动,两项都正确;C项,使用更好的催化剂,只能加快反应速率,不能使平衡移动,错误。
6.(2018·镇江质检)乙苯催化脱氢制苯乙烯反应:
工业上,通常在乙苯蒸气中掺混水蒸气(原料气中乙苯和水蒸气的物质的量之比为1∶9),控制反应温度600℃,并保持体系总压为常压的条件下进行反应。
在不同反应温度下,乙苯的平衡转化率和某催化剂作用下苯乙烯的选择性(指除了H2以外的产物中苯乙烯的物质的量分数)示意图如下:
(1)掺入水蒸气能提高乙苯的平衡转化率,解释说明该事实:
_________________________。
(2)控制反应温度为600℃的理由是___________________。
答案
(1)正反应方向气体分子数增加,加入水蒸气稀释,相当于起减压的效果
(2)600℃,乙苯的转化率和苯乙烯的选择性均较高。
温度过低,反应速率慢,转化率低;温度过高,选择性下降。
高温还可能使催化剂失活,且能耗大
解化学平衡移动的思维过程
关注特点—
―→分析条件(浓度、温度、压强等)
―→想原理(平衡移动原理)―→综合判断得结论。
题组三 平衡移动方向与结果的判断
7.对于以下三个反应,从反应开始进行到达到平衡后,保持温度、体积不变,按要求回答下列问题。
(1)PCl5(g)
PCl3(g)+Cl2(g)
再充入PCl5(g),平衡向________方向移动,达到平衡后,PCl5(g)的转化率________,PCl5(g)的百分含量______。
答案 正反应 减小 增大
(2)2HI(g)
I2(g)+H2(g)
再充入HI(g),平衡向________方向移动,达到平衡后,HI的分解率________,HI的百分含量________。
答案 正反应 不变 不变
(3)2NO2(g)
N2O4(g)
再充入NO2(g),平衡向________方向移动,达到平衡后,NO2(g)的转化率________,NO2(g)的百分含量________。
答案 正反应 增大 减小
1.恒容状态下的化学平衡分析
在恒容容器中,当改变其中一种气态物质的浓度时,必然会引起压强的改变,但判断平衡移动的方向时,仍以浓度的影响来考虑。
如反应2NO2
N2O4,达到平衡后,若向容器中再通入反应物NO2,则c(NO2)增大,平衡向正反应方向移动;若向容器中通入生成物N2O4,则c(N2O4)增大,平衡向逆反应方向移动。
但由于两种情况下,容器内的压强都增大,故对最终平衡状态的影响是一致的,则两种情况下,达到新的平衡时,NO2的百分含量都比原平衡时要小。
2.平衡转化率的分析与判断方法
(1)反应aA(g)+bB(g)
cC(g)+dD(g)的转化率分析
①若反应物起始物质的量之比等于化学计量数之比,达到平衡后,它们的转化率相等。
②若只增加A的量,平衡正向移动,B的转化率提高,A的转化率降低。
③若按原比例同倍数地增加(或降低)A、B的浓度,等效于压缩(或扩大)容器体积,气体反应物的转化率与化学计量数有关。
同倍增大c(A)和c(B)
(2)反应mA(g)
nB(g)+qC(g)的转化率分析
在T、V不变时,增加A的量,等效于压缩容器体积,A的转化率与化学计量数有关。
增大c(A)
考点二 应用“等效平衡”判断平衡移动的结果
1.等效平衡的含义
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.等效平衡的判断方法
(1)恒温、恒容条件下反应前后体积改变的反应
判断方法:
极值等量即等效。
例如:
2SO2(g)+O2(g)
2SO3(g)
①2mol1mol0
②002mol
③0.5mol0.25mol1.5mol
④amolbmolcmol
上述①②③三种配比,按化学方程式的化学计量关系均转化为反应物,则SO2均为2mol,O2均为1mol,三者建立的平衡状态完全相同。
④中a、b、c三者的关系满足:
c+a=2,
+b=1,即与上述平衡等效。
(2)恒温、恒压条件下反应前后体积改变的反应
判断方法:
极值等比即等效。
例如:
2SO2(g)+O2(g)
2SO3(g)
①2mol3mol0
②1mol3.5mol2mol
③amolbmolcmol
按化学方程式的化学计量关系均转化为反应物,则①②中
=
,故互为等效平衡。
③中a、b、c三者关系满足:
=
,即与①②平衡等效。
(3)恒温条件下反应前后体积不变的反应
判断方法:
无论是恒温、恒容,还是恒温、恒压,只要极值等比即等效,因为压强改变对该类反应的化学平衡无影响。
例如:
H2(g)+I2(g)
2HI(g)
①1mol1mol0
②2mol2mol1mol
③amolbmolcmol
①②两种情况下,n(H2)∶n(I2)=1∶1,故互为等效平衡。
③中a、b、c三者关系满足
∶
=1∶1或a∶b=1∶1,c≥0,即与①②平衡等效。
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。
1.(2018·常州模拟)在相同温度和压强下,对反应CO2(g)+H2(g)
CO(g)+H2O(g)进行甲、乙、丙、丁四组实验,实验起始时放入容器内各组分的物质的量见下表
物质
物质的量
实验
CO2
H2
CO
H2O
甲
amol
amol
0mol
0mol
乙
2amol
amol
0mol
0mol
丙
0mol
0mol
amol
amol
丁
amol
0mol
amol
amol
上述四种情况达到平衡后,n(CO)的大小顺序是( )
A.乙=丁>甲=丙
B.甲>乙>丙>丁
C.乙=甲>丁=丙
D.丁>丙>乙>甲
答案 A
解析 四种情况均“一边倒”为反应物,进行比较:
物质
物质的量
实验
CO2
H2
CO
H2O
甲
amol
amol
0mol
0mol
乙
2amol
amol
0mol
0mol
丙
amol
amol
0mol
0mol
丁
2amol
amol
0mol
0mol
所以乙和丁相当于增大了反应物(CO2)的初始量,平衡向正反应方向移动,相对于甲和丙n(CO)增大,故有乙=丁>甲=丙。
2.一定温度下,在3个容积均为1.0L的恒容密闭容器中反应2H2(g)+CO(g)
CH3OH(g)达到平衡,下列说法正确的是( )
容器
温度/K
物质的起始浓度/mol·L-1
物质的平衡浓度/mol·L-1
c(H2)
c(CO)
c(CH3OH)
c(CH3OH)
Ⅰ
400
0.20
0.10
0
0.080
Ⅱ
400
0.40
0.20
0
Ⅲ
500
0
0
0.10
0.025
A.该反应的正反应放热
B.达到平衡时,容器Ⅰ中反应物转化率比容器Ⅱ中的大
C.达到平衡时,容器Ⅱ中c(H2)大于容器Ⅲ中c(H2)的两倍
D.达到平衡时,容器Ⅲ中的正反应速率比容器Ⅰ中的大
答案 AD
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(CH3OH)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正确;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(H2)小于Ⅲ中c(H2)的两倍,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。
1.(2016·江苏,15)一定温度下,在3个体积均为1.0L的恒容密闭容器中反应2H2(g)+CO(g)
CH3OH(g)达到平衡,下列说法正确的是( )
容器
温度/K
物质的起始浓度/mol·L-1
物质的平衡浓度/mol·L-1
c(H2)
c(CO)
c(CH3OH)
c(CH3OH)
Ⅰ
400
0.20
0.10
0
0.080
Ⅱ
400
0.40
0.20
0
Ⅲ
500
0
0
0.10
0.025
A.该反应的正反应放热
B.达到平衡时,容器Ⅰ中反应物转化率比容器Ⅱ中的大
C.达到平衡时,容器Ⅱ中c(H2)大于容器Ⅲ中c(H2)的两倍
D.达到平衡时,容器Ⅲ中的正反应速率比容器Ⅰ中的大
答案 AD
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(CH3OH)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正确;Ⅱ相对于Ⅰ投料量成比例增加,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(H2)小于Ⅲ中c(H2)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(H2)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。
2.(2015·江苏,15)在体积均为1.0L的两恒容密闭容器中加入足量的相同的碳粉,再分别加入0.1molCO2和0.2molCO2,在不同温度下反应CO2(g)+C(s)
2CO(g)达到平衡,平衡时CO2的物质的量浓度c(CO2)随温度的变化如图所示(图中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ点均处于曲线上)。
下列说法正确的是( )
A.反应CO2(g)+C(s)
2CO(g)的ΔS>0、ΔH<0
B.体系的总压强p总:
p总(状态Ⅱ)>2p总(状态Ⅰ)
C.体系中c(CO):
c(CO,状态Ⅱ)<2c(CO,状态Ⅲ)
D.逆反应速率v逆:
v逆(状态Ⅰ)>v逆(状态Ⅲ)
答案 BC
解析 A项,C和CO2反应是吸热反应,ΔH>0,错误;B项,状态Ⅰ是通入0.1molCO2,状态Ⅱ是通入0.2molCO2,状态Ⅱ可以看作先通0.1molCO2,此时的压强相等,再通入0.1molCO2,假如平衡不移动,此时的压强等于2倍p总(状态Ⅰ),但要满足CO2的浓度相等,应对此体系加热使反应向正反应方向移动,气体物质的量增加,因此p总(状态Ⅱ)>2p总(状态Ⅰ),正确;C项,状态Ⅱ可以看作状态Ⅲ体积缩小一半后的状态,如果体积缩小一半,平衡不移动,则c(CO,状态Ⅱ)=2c(CO,状态Ⅲ),但体积压缩过程中,平衡向左移动,因此c(CO,状态Ⅱ)<2c(CO,状态Ⅲ),正确;D项,温度越高,反应速率越快,v逆(状态Ⅰ) 3.(2012·江苏,14)温度为T时,向2.0L恒容密闭容器中充入1.0molPCl5,反应PCl5(g) PCl3(g)+Cl2(g)经过一段时间后达到平衡。 反应过程中测定的部分数据见下表: t/s 0 50 150 250 350 n(PCl3)/mol 0 0.16 0.19 0.20 0.20 下列说法正确的是( ) A.反应在前50s的平均速率v(PCl3)=0.0032mol·L-1·s-1 B.保持其他条件不变,升高温度,平衡时c(PCl3)=0.11mol·L-1,则反应的ΔH<0 C.相同温度下,起始时向容器中充入1.0molPCl5、0.20molPCl3和0.20molCl2,反应达到平衡前v(正)>v(逆) D.相同温度下,起始时向容器中充入2.0molPCl3和2.0molCl2,达到平衡时,PCl3的转化率小于80% 答案 C 解析 A项,v(PCl3)= =0.0016mol·L-1·s-1,错误;B项,在温度为T时,平衡时c(PCl3)= =0.10mol·L-1,升高温度,平衡时c(PCl3)=0.11mol·L-1,说明升高温度,平衡右移,则该反应为吸热反应,ΔH>0,错误;C项,在温度T时,由初始加入1.0molPCl5可得: PCl5(g) PCl3(g)+Cl2(g) 初始物质的量: 1.0mol00 转化物质的量: 0.20mol0.20mol0.20mol 平衡时物质的量: 0.80mol0.20mol0.20mol 其平衡常数K= = =2.5×10-2,当充入1.0molPCl5、0.20molPCl3和0.20molCl2时, Q= = =2.0×10-2,Q PCl5(g) PCl3(g)+Cl2(g) 初始物质的量: 01.0mol1.0mol 转化物质的量: aaa 平衡时物质的量: 0.80mol0.20mol0.20mol a=0.80mol,PCl3的转化率为 ×100%=80%。 现在相同温度下充入2.0molPCl3和2.0molCl2,物质的量较原平衡加倍了,也相当于将原平衡体系的体积缩小到原来的一半,会使该平衡向生成PCl5的方向移动,故PCl3的转化率要升高,转化率大于80%,错误。 一、单项选择题 1.(2017·徐州调研
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- 专题7 第22讲 化学平衡的移动 专题 22 化学平衡 移动