第2課時點點突破平衡狀態(tài)與平衡移動考點一化學平衡狀態(tài)1化學平衡研究的對象可逆反應(yīng)2化學平衡狀態(tài) (1)概念一定條件下的可逆反應(yīng)，當反應(yīng)進行到一定程度時，正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)物的濃度和生成物的濃度不再改變，我們稱為“化學平衡狀態(tài)”，簡稱化學平衡。(2)建立過程在一定條件下，把某一可逆反應(yīng)的反應(yīng)物加入固定容積的密閉容器中。反應(yīng)過程如下：以上過程可用如圖表示： (3)平衡特點3化學平衡狀態(tài)的判斷化學反應(yīng)mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)是否平衡混合物體各物質(zhì)的物質(zhì)的量或物質(zhì)的量分數(shù)一定平衡系中各成分的含量各物質(zhì)的質(zhì)量或質(zhì)量分數(shù)一定平衡各氣體的體積或體積分數(shù)一定平衡總體積、總壓強、總物質(zhì)的量一定不一定平衡正、逆反應(yīng)速率之間的關(guān)系單位時間內(nèi)消耗了m mol A，同時也生成了m mol A平衡單位時間內(nèi)消耗了n mol B，同時也消耗了p mol C平衡v(A)v(B)v(C)v(D)mnpq不一定平衡單位時間內(nèi)生成了n mol B，同時也消耗了q mol D不一定平衡壓強其他條件一定、總壓強一定，且mnpq平衡其他條件一定、總壓強一定，且mnpq不一定平衡混合氣體的平均相對分子質(zhì)量平均相對分子質(zhì)量一定，且mnpq平衡平均相對分子質(zhì)量一定，且mnpq不一定平衡溫度任何化學反應(yīng)都伴隨著能量變化，當體系溫度一定時平衡氣體密度()只有氣體參加的反應(yīng)，密度保持不變(恒容密閉容器中)不一定平衡mnpq時，密度保持不變(恒壓容器中)平衡mnpq時，密度保持不變(恒壓容器中)不一定平衡顏色反應(yīng)體系內(nèi)有色物質(zhì)的顏色穩(wěn)定不變(其他條件不變)平衡考法精析考法一化學平衡狀態(tài)的判斷1一定溫度下在一容積不變的密閉容器中發(fā)生可逆反應(yīng)2X(g)Y(g)Z(s)，以下不能說明該反應(yīng)達到化學平衡狀態(tài)的是()A混合氣體的密度不再變化B反應(yīng)容器中Y的質(zhì)量分數(shù)不變CX的分解速率與Y的消耗速率相等D單位時間內(nèi)生成1 mol Y的同時生成2 mol X解析：選CX的分解速率與Y的消耗速率之比為21時，才能說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，故C項說明反應(yīng)未達到平衡狀態(tài)。2一定溫度下，反應(yīng)N2O4(g)2NO2(g)的焓變?yōu)镠。現(xiàn)將1 mol N2O4充入一恒壓密閉容器中，下列示意圖正確且能說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)的是()ABC D解析：選D因反應(yīng)容器保持恒壓，所以容器體積隨反應(yīng)進行而不斷變化，結(jié)合氣可知，氣體密度不再變化，說明容器體積不再變化，即氣體的物質(zhì)的量不再變化，反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，符合題意；無論是否平衡，反應(yīng)的H都不變，不符合題意；反應(yīng)開始時，加入1 mol N2O4，隨著反應(yīng)的進行，N2O4的濃度逐漸變小，故v正(N2O4)逐漸變小，直至達到平衡，不符合題意；N2O4的轉(zhuǎn)化率不再變化，說明N2O4的濃度不再變化，反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，符合題意。3(2018浙江4月選考)反應(yīng)N2(g)3H2(g)2NH3(g)H<0，若在恒壓絕熱容器中發(fā)生，下列選項表明反應(yīng)一定已達平衡狀態(tài)的是()A容器內(nèi)的溫度不再變化B容器內(nèi)的壓強不再變化C相同時間內(nèi)，斷開HH鍵的數(shù)目和生成NH鍵的數(shù)目相等D容器內(nèi)氣體的濃度c(N2)c(H2)c(NH3)132解析：選A已知反應(yīng)為放熱反應(yīng)，當容器內(nèi)的溫度不變時，平衡不再移動，達到平衡狀態(tài)，A項符合題意；反應(yīng)在恒壓條件下進行，反應(yīng)前后壓強均不變，不能判斷是否達到平衡狀態(tài)，B項不符合題意；斷開HH鍵和生成NH鍵均指正反應(yīng)方向，不能判斷是否達到平衡狀態(tài)，C項不符合題意；當濃度為132時，無法證明正逆反應(yīng)速率相等，即無法判定是否達到平衡狀態(tài)，D項不符合題意。4用Cl2生產(chǎn)某些含氯有機物時會生成副產(chǎn)物HCl，利用下列反應(yīng)可實現(xiàn)氯的循環(huán)利用：4HCl(g)O2(g)2Cl2(g)2H2O(g)H115.6 kJmol1。恒溫恒容的密閉容器中，充入一定量的反應(yīng)物發(fā)生上述反應(yīng)，能充分說明該反應(yīng)達到化學平衡狀態(tài)的是()A氣體的質(zhì)量不再改變B氯化氫的轉(zhuǎn)化率不再改變C斷開4 mol HCl鍵的同時生成4 mol HO鍵Dn(HCl)n(O2)n(Cl2)n(H2O)4122解析：選B反應(yīng)物和生成物均為氣體，氣體的總質(zhì)量始終不變，A錯誤；反應(yīng)正向進行時，HCl的轉(zhuǎn)化率升高；反應(yīng)逆向進行時，HCl的轉(zhuǎn)化率降低，當HCl的轉(zhuǎn)化率不再改變時，可以說明可逆反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，B正確；斷開4 mol HCl鍵和生成4 mol HO鍵均表示正反應(yīng)方向的反應(yīng)速率，不能據(jù)此判斷反應(yīng)是否達到平衡狀態(tài)，C錯誤；反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時，各反應(yīng)物和生成物的物質(zhì)的量保持不變，但各物質(zhì)的物質(zhì)的量之比等于對應(yīng)的化學計量數(shù)之比，不能判斷反應(yīng)是否達到平衡狀態(tài)，D錯誤。備考方略判斷化學平衡狀態(tài)的方法“正逆相等，變量不變”考法二考查“極值”思想在化學平衡計算中的應(yīng)用5可逆反應(yīng)N23H22NH3，在容積為10 L的密閉容器中進行，開始時加入2 mol N2和3 mol H2，達平衡時，NH3的濃度不可能達到()A0.1 molL1 B0.2 molL1C0.05 molL1 D0.15 molL1解析：選B2 mol N2和3 mol H2反應(yīng)，假設(shè)反應(yīng)能夠進行到底，則3 mol H2完全反應(yīng)，生成2 mol NH3，此時NH3濃度為0.2 molL1，但由于反應(yīng)是可逆反應(yīng)，H2不能完全反應(yīng)，所以NH3濃度達不到0.2 molL1。6一定條件下，對于可逆反應(yīng)X(g)3Y(g)2Z(g)，若X、Y、Z的起始濃度分別為c1、c2、c3(均不為零)，達到平衡時，X、Y、Z的濃度分別為0.1 molL1、0.3 molL1、0.08 molL1，則下列判斷正確的是()Ac1c231B平衡時，Y和Z的生成速率之比為23CX、Y的轉(zhuǎn)化率不相等Dc1的取值范圍為0<c1<0.14 molL1解析：選D由于X、Y的平衡濃度之比為13，轉(zhuǎn)化濃度亦為13，故c1c213，A、C不正確；平衡時Y生成表示逆反應(yīng)，Z生成表示正反應(yīng)，且vY(生成)vZ(生成)應(yīng)為32，B不正確；由可逆反應(yīng)的特點可知0<c1<0.14 molL1，D正確。考點二化學平衡移動及化學反應(yīng)進行的方向1化學平衡移動的過程原化學平衡狀態(tài)由上圖可推知：(1)化學反應(yīng)條件改變，使正、逆反應(yīng)速率不再相等，化學平衡才會發(fā)生移動。(2)化學平衡發(fā)生移動，化學反應(yīng)速率一定改變。2影響化學平衡的因素(1)若其他條件不變，改變下列條件對化學平衡的影響改變的條件(其他條件不變)化學平衡移動的方向濃度增大反應(yīng)物濃度或減小生成物濃度向正反應(yīng)方向移動，如圖甲減小反應(yīng)物濃度或增大生成物濃度向逆反應(yīng)方向移動，如圖乙壓強(對有氣體參加的反應(yīng))增大壓強向氣體分子總數(shù)減小的方向移動，如圖丙反應(yīng)前后氣體體積改變減小壓強向氣體分子總數(shù)增大的方向移動，如圖丁反應(yīng)前后氣體體積不變改變壓強平衡_不_移動，如圖戊溫度升高溫度向吸熱反應(yīng)方向移動，如圖己降低溫度向放熱反應(yīng)方向移動，如圖庚催化劑同等程度改變v正、v逆，平衡不移動，如圖辛提醒壓強對化學平衡的影響主要看改變壓強能否引起反應(yīng)物和生成物的濃度變化，只有引起物質(zhì)的濃度變化才會造成平衡移動，否則壓強對平衡無影響。(2)濃度的“決定性”作用3化學平衡移動與化學反應(yīng)速率的關(guān)系v正>v逆平衡向正反應(yīng)方向移動v正v逆反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，不發(fā)生平衡移動v正v逆平衡向逆反應(yīng)方向移動4勒夏特列原理如果改變影響化學平衡的條件之一(如溫度、壓強、以及參加反應(yīng)的化學物質(zhì)的濃度)，平衡將向著能夠減弱這種改變的方向移動。提醒由“化學平衡”可知：勒夏特列原理的適用對象是可逆過程。由“減弱”可知：只能減弱改變，而不能消除改變。1自發(fā)過程(1)含義不用借助外力就可以自動進行的過程。(2)特點體系趨向于從高能狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈湍軤顟B(tài)(體系對外部做功或放出熱量)。在密閉條件下，體系有從有序轉(zhuǎn)變?yōu)闊o序的傾向性(無序體系更加穩(wěn)定)。2熵與熵變(1)熵描述體系混亂程度的物理量，符號為S。熵值越大，體系混亂度越大。(2)熵變SS(反應(yīng)產(chǎn)物)S(反應(yīng)物)。3反應(yīng)進行的方向(1)判據(jù)(2)規(guī)律H_0，S_0的反應(yīng)任何溫度下都能自發(fā)進行；H_0，S_0的反應(yīng)任何溫度下都不能自發(fā)進行；H和S的作用相反，且相差不大時，溫度對反應(yīng)的方向起決定性作用。當H0，S0時，低溫下反應(yīng)能自發(fā)進行；當H0，S0時，高溫下反應(yīng)能自發(fā)進行。提醒對于一個特定的氣相反應(yīng)，熵變的大小取決于反應(yīng)前后的氣體物質(zhì)的化學計量數(shù)大小?？挤ň隹挤ㄒ煌饨鐥l件對化學平衡的影響典例1將等物質(zhì)的量的N2、H2氣體充入某密閉容器中，在一定條件下，發(fā)生如下反應(yīng)并達到平衡：N2(g)3H2(g)2NH3(g)H0。當改變某個條件并維持新條件直至新的平衡時，下表中關(guān)于新平衡與原平衡的比較正確的是()選項改變條件新平衡與原平衡比較A增大壓強N2的濃度一定變小B升高溫度N2的轉(zhuǎn)化率變小C充入一定量H2H2的轉(zhuǎn)化率不變，N2的轉(zhuǎn)化率變大D使用適當催化劑NH3的體積分數(shù)增大解析A項，正反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，依據(jù)勒夏特列原理可知增大壓強平衡向正反應(yīng)方向移動，但N2的濃度仍然比原平衡大，不正確；B項，正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，則升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動，N2的轉(zhuǎn)化率降低，正確；C項，充入一定量的H2，平衡向正反應(yīng)方向移動，N2的轉(zhuǎn)化率增大，而H2的轉(zhuǎn)化率降低，不正確；D項，催化劑只能改變反應(yīng)速率而不能使平衡移動，不正確。答案B備考方略化學平衡移動題的解題流程對點練1COCl2(g)CO(g)Cl2(g)H>0。當反應(yīng)達到平衡時，下列措施：升溫、恒容通入惰性氣體、增加CO濃度、減壓、加入催化劑、恒壓通入惰性氣體， 能提高COCl2轉(zhuǎn)化率的是()ABC D解析：選B該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，升溫則平衡正向移動，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率提高，正確；恒容時，通入惰性氣體，反應(yīng)物與生成物濃度不變，平衡不移動，錯誤；增加CO濃度，平衡逆向移動，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率降低，錯誤；該反應(yīng)正反應(yīng)為氣體分子總數(shù)增大的反應(yīng)，減壓時平衡正向移動，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率提高，正確；催化劑只能改變反應(yīng)速率，不能提高反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，錯誤；恒壓時，通入惰性氣體，容器體積增大，反應(yīng)物與生成物的濃度均降低，平衡向氣體分子數(shù)增加的方向移動，即平衡正向移動，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率提高，正確。對點練2在體積為V L的恒容密閉容器中盛有一定量H2，通入Br2(g)發(fā)生反應(yīng)：H2(g)Br2(g)2HBr(g)H<0。當溫度分別為T1、T2平衡時，H2的體積分數(shù)與Br2(g)的物質(zhì)的量的變化關(guān)系如圖所示。下列說法正確的是()A由圖可知：T2>T1Ba、b兩點的反應(yīng)速率：b>aC為了提高Br2(g)的轉(zhuǎn)化率，可采取增加Br2(g)通入量的方法Da點比b點體系的顏色深解析：選BA項，根據(jù)反應(yīng)：H2(g)Br2(g)2HBr(g)H<0，升溫，平衡向逆反應(yīng)方向移動，H2的體積分數(shù)增大，根據(jù)圖示變化，可知T1>T2，錯誤；B項，b點Br2的濃度比a點Br2的濃度大，反應(yīng)速率也大，正確；C項，增加Br2(g)的通入量，Br2(g)的轉(zhuǎn)化率減小，錯誤；D項，b點對a點來說，是向a點體系中加入Br2使平衡向正反應(yīng)方向移動，盡管Br2的量在新基礎(chǔ)上會減小，但是Br2的濃度比原來會增加，導致Br2的濃度增加，顏色變深，即b點比a點體系的顏色深，錯誤?？挤ǘ瘜W平衡移動原理在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用典例2(2016全國卷節(jié)選)丙烯腈(CH2=CHCN)是一種重要的化工原料，工業(yè)上可用“丙烯氨氧化法”生產(chǎn)，主要副產(chǎn)物有丙烯醛(CH2=CHCHO)和乙腈(CH3CN)等?；卮鹣铝袉栴}：(1)以丙烯、氨、氧氣為原料，在催化劑存在下生成丙烯腈(C3H3N)和副產(chǎn)物丙烯醛(C3H4O)的熱化學方程式如下：C3H6(g)NH3(g)O2(g)=C3H3N(g)3H2O(g)H515 kJmol1C3H6(g)O2(g)=C3H4O(g)H2O(g)H353 kJmol1有利于提高丙烯腈平衡產(chǎn)率的反應(yīng)條件是_；提高丙烯腈反應(yīng)選擇性的關(guān)鍵因素是_。(2)圖(a)為丙烯腈產(chǎn)率與反應(yīng)溫度的關(guān)系曲線，最高產(chǎn)率對應(yīng)的溫度為460 。低于460 時，丙烯腈的產(chǎn)率_(填“是”或“不是”)對應(yīng)溫度下的平衡產(chǎn)率，判斷理由是_；高于460 時，丙烯腈產(chǎn)率降低的可能原因是_(雙選，填標號)。A催化劑活性降低B平衡常數(shù)變大 C副反應(yīng)增多 D反應(yīng)活化能增大解析(1)由題給生成丙烯腈的熱化學方程式可知其反應(yīng)的特點：正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，正反應(yīng)方向是氣體物質(zhì)的量增加的反應(yīng)；故降低溫度或降低壓強，平衡均向正反應(yīng)方向移動，有利于提高丙烯腈的平衡產(chǎn)率。在化工生產(chǎn)中由于此反應(yīng)會伴隨副反應(yīng)發(fā)生，為提高丙烯腈反應(yīng)的選擇性，使用合適催化劑十分重要。(2)由圖(a)可知，低于460 時丙烯腈的產(chǎn)率隨溫度的升高而增大，高于460 時丙烯腈的產(chǎn)率隨溫度的升高而降低，當460 時丙烯腈的產(chǎn)率最高，而根據(jù)反應(yīng)可知反應(yīng)放熱，其丙烯腈的產(chǎn)率理應(yīng)隨著溫度的升高而降低。圖(a)展示的產(chǎn)率變化與反應(yīng)應(yīng)該呈現(xiàn)的產(chǎn)率變化相矛盾的原因是低于460 時，圖(a)中呈現(xiàn)的產(chǎn)率變化是未達到平衡時的產(chǎn)率變化，當460 時達到平衡，高于460 時呈現(xiàn)的產(chǎn)率變化才是平衡產(chǎn)率。答案(1)降低溫度、降低壓強催化劑(2)不是該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，平衡產(chǎn)率應(yīng)隨溫度升高而降低AC備考方略化工生產(chǎn)適宜條件選擇的一般原則條件原則從化學反應(yīng)速率分析既不能過快，又不能太慢從化學平衡移動分析既要注意外界條件對速率和平衡影響的一致性，又要注意二者影響的矛盾性從原料的利用率分析增加易得廉價原料，提高難得高價原料的利用率，從而降低生產(chǎn)成本從實際生產(chǎn)能力分析如設(shè)備承受高溫、高壓能力等從催化劑的使用活性分析注意催化劑的活性對溫度的限制對點練3工業(yè)上利用焦炭與水蒸氣生產(chǎn)H2的反應(yīng)原理為C(s)H2O(g)CO(g)H2(g)H0；CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)H0；第二步生產(chǎn)的原料CO來源于第一步的產(chǎn)物。為提高原料的利用率及H2的日產(chǎn)量，下列措施中不可取的是()第一步產(chǎn)生的混合氣直接作為第二步的反應(yīng)物第二步生產(chǎn)應(yīng)采用適當?shù)臏囟群痛呋瘎┑谝弧⒍缴a(chǎn)中均充入足量水蒸氣第二步應(yīng)在低溫下進行第二步生產(chǎn)采用高壓第二步生產(chǎn)中增大CO的濃度A BC D解析：選D第一步產(chǎn)生的H2使第二步的平衡逆向移動，故應(yīng)先進行分離，錯誤；第二步反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度過低，反應(yīng)速率太小而影響H2的日產(chǎn)量，溫度過高則平衡逆向移動，且要考慮催化劑的活性，故應(yīng)選擇適當?shù)臏囟群痛呋瘎?，故正確、錯誤；增大廉價易得的水蒸氣濃度可提高焦炭的利用率，正確；壓強對第二步反應(yīng)無影響，不必采取高壓，錯誤；增大CO濃度并未提高主要原材料焦炭的利用率，錯誤。對點練4化學反應(yīng)原理在科研和生產(chǎn)中有廣泛應(yīng)用。(1)利用“化學蒸氣轉(zhuǎn)移法”制備TaS2晶體，發(fā)生如下反應(yīng)：TaS2(s)2I2(g)TaI4(g)S2(g)H0如圖所示，反應(yīng)在石英真空管中進行，先在溫度為T2的一端放入未提純的TaS2粉末和少量I2(g)，一段時間后，在溫度為T1的一端得到了純凈TaS2晶體，則溫度T1_T2(填“”“”或“”)。上述反應(yīng)體系中循環(huán)使用的物質(zhì)是_。(2)CO可用于合成甲醇，反應(yīng)方程式為CO(g)2H2(g)CH3OH(g)。CO在不同溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率與壓強的關(guān)系如圖所示。該反應(yīng)H_0(填“”或“”)。實際生產(chǎn)條件控制在250 、1.3104 kPa左右，選擇此壓強的理由是_。解析：(1)由題意可知，未提純的TaS2粉末變成純凈TaS2晶體，要經(jīng)過兩步轉(zhuǎn)化：TaS22I2TaI4S2，TaI4S2TaS22I2，即反應(yīng)先在溫度T2端正向進行，后在溫度T1端逆向進行，反應(yīng)的H大于0，因此溫度T1小于T2，該過程中循環(huán)使用的物質(zhì)是I2。(2)從圖像來看，隨著溫度的升高，CO的轉(zhuǎn)化率變小，故H0，綜合溫度、壓強對CO轉(zhuǎn)化率的影響來看，在1.3104 kPa下，CO的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很大，不必再增大壓強。答案：(1)I2(2)在1.3104 kPa下，CO的轉(zhuǎn)化率已較高，再增大壓強CO轉(zhuǎn)化率提高不大，同時生產(chǎn)成本增加，得不償失