高三化學總復習 專題攻略 之化學反應速率和化學平衡（上）六、 化學平衡移動重難突破（含解析）
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化學平衡移動重難突破 一. 平衡移動 1．定義：化學平衡研究的對象是可逆反應，化學平衡是有條件的動態(tài)平衡，在一定條件下才能保持平衡狀態(tài)，當影響化學平衡的條件（濃度、壓強、溫度）改變時，原平衡就會被破壞，反應混合物里各組分的含量會隨之改變，引起v正≠v逆，然后在新條件下重新建立平衡。 2．原因： 化學平衡移動的原因是反應條件的改變，移動的結果是正、逆反應速率發(fā)生變化，平衡混合物中各組分的含量發(fā)生相應的變化。 3．標志： （1）從反應速率來看：如有v正=v逆，到v正≠v逆，再到v正＇=v逆＇，有這樣的過程表明化學平衡發(fā)生了移動。 （2）從混合物組成來看：各組分的含量從保持一定到條件改變時含量發(fā)生變化，最后在新條件下各組分的含量保持新的一定，同樣表明化學平衡發(fā)生了移動。 4．方向。 平衡移動的方向由v（正）、v（逆）的相對大小來決定： （1）若外界條件的改變引起v（正）＞v（逆），則化學平衡將向正反應方向（或向右）移動。 （2）若外界條件的改變引起v（正）＜v（逆），則化學平衡將向逆反應方向（或向左）移動。 （3）若外界條件的改變雖引起v（正）和v（逆）的變化，但v（正）和v（逆）仍保持相等，則稱化學平衡不發(fā)生移動（或沒有被破壞）。 要點詮釋：平衡移動過程可表示為： 一定條件下的化學平衡平衡被破壞新條件下的新化學平衡 v（正）=v（逆） v（正）≠v（逆） v＇（正）=v＇（逆） 二. 外界條件對化學平衡的影響 1．濃度對化學平衡的影響 （1）規(guī)律：其他條件不變的情況下，增大反應物的濃度或減小生成物的濃度都可以使化學平衡向著正反應的方向移動；增大生成物的濃度或減小反應物的濃度，都可以使化學平衡向著逆反應的方向移動。 （2）解釋：由濃度對化學反應速率的影響可知，增大反應物濃度使v（正）增大，減小生成物濃度使v（逆）減小，這兩種變化均導致v（正）＞v（逆），因此平衡向正反應方向移動；同理，減小反應物濃度使v（正）減小，增大生成物濃度使v（逆）增大，這兩種變化均導致v（正）＜v（逆），因此平衡向逆反應方向移動。 要點詮釋：也可用平衡常數(shù)（Kc）和濃度商（Qc）的相對大小解釋。 溫度一定時，反應的平衡常數(shù)是一個定值。對于一個已達到化學平衡狀態(tài)的反應，反應物濃度增大或生成物濃度減小時，Qc＜Kc平衡狀態(tài)被破壞，此時，只有增大生成物的濃度或減小反應物的濃度，平衡向消耗反應物的方向移動，即平衡右移才能使Qc=Kc，使反應達到新的平衡狀態(tài)；反之，減小反應物濃度或增大生成物濃度，則Qc＞Kc，化學平衡向消耗生成物的方向移動，即平衡左移才能使反應達到新的平衡狀態(tài)。溫度一定時，增大反應物的濃度或減小生成物的濃度，都可以使平衡向右移動；增大生成物的濃度或減小反應物的濃度，都可以使平衡向左移動。 （3）圖像分析（v-t圖像）。 濃度對化學平衡的影響，可用如圖所示的v-t圖像予以說明。 2．壓強對化學平衡的影響。 （1）規(guī)律：在其他條件不變的情況下，增大壓強，會使化學平衡向著氣體體積縮小的方向移動；減小壓強，會使化學平衡向著氣體體積增大的方向移動。 （2）解釋： 反應特點 （正向氣體體積變化） A：減小 B：增大 C：增大 D：減小 平衡移動原因 加壓 加壓 減壓 減壓 速率變化 v正、v逆同時增大，但v正＇＞v逆＇ v正、v逆同時增大，但v逆＇＞v正＇ v正、v逆同時減小，但v正＇＞v逆＇ v正、v逆同時減小，但v逆＇＞v正＇ 平衡移動方向 正向移動 逆向移動 正向移動 逆向移動 （3）圖像分析： 要點詮釋：① 無氣態(tài)物質存在的化學平衡，由于改變壓強不能改變化學反應速率，所以改變壓強不能使無氣態(tài)物質存在的化學平衡發(fā)生移動。 ② 如2HI (g)H2 (g)+I2 (g)，3Fe (s)+4H2O (g)4H2 (g)+Fe3O4 (s)等可逆反應，由于反應前后氣體體積不變，改變壓強后，正、逆反應速率同時、同程度地改變，因此增大或減小壓強不能使其化學平衡發(fā)生移動。 ③ 在容積不變的密閉容器中，氣體反應已達到平衡，若向該容器中充入一種不參與該化學反應的氣體，化學平衡不移動，原因是氣態(tài)反應物、生成物的濃度未變化。例如可逆反應2SO2 (g)+O2 (g)2SO3 (g)，達到平衡后，在溫度和氣體體積不變的條件下充入Ar，因c (SO2)、c (O2)、c (SO3)均未發(fā)生變化，故化學平衡不移動。 ④ 在容積可變的恒壓容器中，充入一種不參與反應的氣體，此時雖然總壓強不變，但各氣態(tài)物質的濃度發(fā)生改變。則化學平衡發(fā)生移動。 典例1. 在一密閉容器中，反應mA (g)+nB (g)pC (g)，達到平衡時，測得c (A)為0.5 molL－1；在溫度 不變的條件下，將容器體積擴大一倍，當達到平衡時，測得c＇(A)為0.3 molL－1。則下列判斷正確的是( ) A．化學計量數(shù)：m+n＞p B．平衡向正反應方向移動了 C．物質B的轉化率減小了 D．物質C的質量分數(shù)增加了 【答案】AC 3．溫度對平衡的影響。 （1）規(guī)律：在其他條件不變的情況下，升高溫度，會使化學平衡向著吸熱反應的方向移動；降低溫度，會使化學平衡向著放熱反應的方向移動。 （2）解釋： 升高溫度，正、逆反應速率均增大，但吸熱反應的速率增大的程度更大，使v（吸）＞v（放），因此平衡向吸熱反應方向移動；降低溫度，正、逆反應速率均減小，但吸熱反應的速率減小的程度更大，使v（吸）＜v（放），因此平衡向放熱反應方向移動。 （3）圖像分析： 要點詮釋：（1）任何化學反應都伴隨著能量變化，因此，溫度變化時任何化學平衡都會發(fā)生移動。 （2）一個反應的正反應是放熱反應，則其逆反應一定是吸熱反應，且放出或吸收的熱量相同，但符號相反。 （3）在v-t圖像中，速率曲線都是突變的，t2時刻反應速率因為溫度的變化而突然增大或減小。 （4）在分析溫度對化學平衡的影響時，首先應分析反應的特點，看正（逆）反應是放熱反應還是吸熱反應。 4．催化劑對化學平衡的影響。 使用催化劑不影響化學平衡的移動。由于使用催化劑對正反應速率與逆反應速率影響的程度是等同的，所以平衡不移動。但應注意，雖然催化劑不使化學平衡移動，但使用催化劑可影響可逆反應達到平衡的時間。下圖是使用催化劑對反應aA (g)+bB (g)cC (g)+dD (g) ΔH＜0的影響的圖像。 5．勒夏特列原理。 濃度、壓強和溫度對化學平衡的影響可以概括為平衡移動原理（也叫勒夏特列原理）：如果改變影響平衡的一個條件（如濃度、壓強或溫度等），平衡就會向著能夠減弱這種改變的方向移動。 要點詮釋：（1）對“減弱這種改變”的正確理解。 ①定性角度：用于判斷平衡移動的方向。 ②定量角度：“減弱”不等于“消除”，更不是“扭轉”，具體有如下理解。 a．若將體系溫度從50℃升高到80℃，則化學平衡向吸熱方向移動，則體系的溫度降低，達到新的平衡狀態(tài)時50℃＜t＜80℃。 b．若對體系N2 (g)+3H2 (g)2NH3 (g)加壓，例如從30 MPa加壓到60 MPa，化學平衡向氣體體積減小的方向移動，移動的結果使體系的壓強減小，達到新的平衡時30 MPa＜p＜60 MPa。 c．若增大平衡體系Fe3++3SCN－Fe(SCN)3中Fe3+的濃度，例如由0.01 molL－1增加到0.02molL－1，則在新平衡狀態(tài)下，0.01 molL－1＜c (Fe3+)＜0.02 molL－1。 （2）勒夏特列原理只適用于判斷“改變一個條件”時，平衡移動的方向。若同時改變影響平衡移動的幾個條件，不能簡單地根據(jù)移動原理來判斷平衡移動的方向，只有在改變的條件對平衡移動的方向影響一致時，才能根據(jù)平衡移動原理進行判斷。 （3）勒夏特列原理僅適用于已達到平衡的反應體系，對不可逆反應或未達到平衡的可逆反應均不能使用勒夏特列原理。此外勒夏特列原理對所有的動態(tài)平衡（如溶解平衡、電離平衡、水解平衡等）都適用。 三. 化學平衡中的幾種處理方法 1．“極限思維法”在平衡中的應用。 任何可逆反應均可以看成完全不反應和完全反應的中間狀態(tài)。我們在求某一物質在平衡狀態(tài)的濃度取值范圍時，常采用極限思維法，讓正反應（或逆反應）完全進行，可以求得其取值范圍。 2．“虛擬法”在平衡中的應用。 任何一個可逆反應體系，在相同條件下從不同的狀態(tài)開始，只要達到平衡時的條件（溫度、壓強、濃度）完全相同，就可以形成等效平衡。我們在解題中若遇到將兩個狀態(tài)進行比較這類問題時，可以“虛擬”一個中間過程，如一個容器、一個隔板等，然后再進行比較。 3．守恒思維法。 在任何反應中，均存在某些守恒關系，在化學平衡中有時運用這些守恒關系能夠很快得出正確答案。 典例2. 在一體積可變的密閉容器中，加入一定量的X、Y，發(fā)生反應mX (g)nY (g) ΔH=Q kJ／mol。反應達到平衡時，Y的物質的量濃度與溫度、氣體體積的關系如下表所示： 下列說法正確的是（ ）。 A．m＞n B．Q＜0 C．溫度不變，壓強增大，Y的質量分數(shù)減少 D．體積不變，溫度升高，平衡向逆反應方向移動 【答案】C 典例3.（2015 四川高考）一定量的CO2與足量的碳在體積可變的恒壓密閉容器中反應：C(s)+CO2(g) 2CO(g)。平衡時，體系中氣體體積分數(shù)與溫度的關系如下圖所示： 已知：氣體分壓（P分）=氣體總壓（P總）體積分數(shù)。下列說法正確的是（ ） A．550℃時，若充入惰性氣體，?正、?逆 均減小，平衡不移動 B．650℃時，反應達平衡后CO2的轉化率為25.0% C．T℃時，若充入等體積的CO2和CO，平衡向逆反應方向移動 D．925℃時，用平衡分壓代替平衡濃度表示的化學平衡常數(shù)KP=24.0P總 【答案】B 【解析】A、可變的恒壓密閉容器中反應，550℃時充入惰性氣體相當于減小壓強，則?正、?逆 均減小，該反應是氣體體積增大的反應，則平衡正向移動，故A錯誤； B、由圖可知，650℃時反應達到平衡后CO的體積分數(shù)為40%，設開始加入的CO2為1mol，轉化了xmol，則有 所以，解得x=0.25mol，則CO2的轉化率為，故B正確； C、T℃時，反應達到平衡后CO和CO2的體積分數(shù)都為50%，所以Kp==1，則T℃時，若充入等體積的CO和CO2，則Qc=1=K，所以平衡不移動，故C錯誤； D、925℃時，CO的體積分數(shù)為96%，則CO2的體積分數(shù)為4%，所以用平衡分壓代替平衡濃度表示的化學平衡常數(shù)Kp===23.04P，故D錯誤。 【總結升華】惰性氣體對化學平衡、轉化率的影響： （1）恒容容器通入惰性氣體：反應體系中各物質的濃度不變；各物質的反應速率不變；平衡不受影響；反應物的轉化率不變。 （2）恒壓容器中通入惰性氣體：反應體系中各物質的濃度減小，反應速率減??；平衡向氣體體積增大的方向移動。 ①若正反應為氣體體積增大的反應，則反應物的轉化率增大。 ②若正反應為氣體體積減小的反應，則反應物的轉化率減小。 小試牛刀 1. 對可逆反應2A(s)＋3B(g)C(g)＋2D(g)ΔH<0。在一定條件下達到平衡，下列有關敘述正確的是( ) ①增加A的量，平衡向正反應方向移動 ②升高溫度，平衡向逆反應方向移動，v(正)減小?、蹓簭娫龃笠槐?，平衡不移動，v(正)、v(逆)不變 ④增大B的濃度，v(正)>v(逆)?、菁尤氪呋瘎?，B的轉化率提高 A．①② B．④ C．③ D．④⑤ 2．密閉容器中mA(g)＋nB(g)pC(g)，反應達到平衡狀態(tài)，經測定增大壓強p時，A的轉化率隨p而變化的曲線如圖所示： 則：(1) 增大壓強，A的轉化率________（填“增大”、 “降低”），平衡________移動（填“正向”、“不”、“逆向”），達到平衡狀態(tài)后，混合物中C的質量分數(shù)_____________（填“增大”、“降低”）。 (2) 上述化學方程式中的系數(shù)m、n、p的正確關系是____________，再加入B，則平衡_______移動（填“正向”、“不”、“逆向”）。 (3) 當降低溫度時，C的質量分數(shù)增大，則A的轉化率________（填“增大”、“降低”），正反應是____熱反應。 3. 某溫度下，反應2A(g)B(g) ΔH>0在密閉容器中達到平衡，平衡后 ＝a，若改變某一條件，足夠時間后反應再次達到平衡狀態(tài)，此時＝b，下列敘述正確的是（ ?。? A．在該溫度下，保持容積固定不變，向容器內補充了B氣體，則ab 4. 一定溫度下，在一固定容積的密閉容器中發(fā)生反應：2NO2 (g)N2O4 (g)，達到平衡時，再向容器內通人一定量的NO2，重新達到平衡后，與第一次平衡相比，NO2的體積分數(shù)（ ）。 A．不變 B．增大 C．減小 D．無法判斷 5. 完全相同的兩個密閉容器A、B，已知A中裝有SO2和O2各l g，B中裝有SO2和O2各2 g。在同溫下反應達到平衡，A中SO2轉化率為a％，B中SO2轉化率為b％，則A、B兩個容器中SO2的轉化率關系為（ ）。 A．a％＞b％ B．a％＜b％ C．a％=b％ D．無法確定 6. 一定條件下，在體積為3 L的密閉容器中，一氧化碳與氫氣反應生成甲醇（催化劑為CuO／ZnO）： CO (g)+2H2 (g)CH3OH (g) 根據(jù)題意完成下列各題： （1）反應達到平衡時，平衡常數(shù)表達式K=________，升高溫度，K值________（填“增大”“減小”或“不變”）。 （2）在500℃，從反應開始到平衡，氫氣的平均反應速率v (H2)=________。 （3）在其他條件不變的情況下，對處于E點的體系體積壓縮到原來的，下列有關該體系的說法正確的是________。 a．氫氣的濃度減少 b．正反應速率加快，逆反應速率也加快 c．甲醇的物質的量增加 d．重新平衡時n (H2)／n (CH3OH)增大 （4）據(jù)研究，反應過程中起催化作用的為Cu2O，反應體系中含少量CO2有利于維持催化劑Cu2O的量不變，原因是________________（用化學方程式表示）。 7. 在一定條件下，二氧化硫和氧氣發(fā)生如下反應： 2SO2 (g)+O2 (g)2SO3 (g) ΔH＜0 （1）寫出該反應的化學平衡常數(shù)表達式K=________。 （2）降低溫度，該反應K值________，二氧化硫轉化率________，化學反應速率________（以上均填“增大”“減小”或“不變”）。 （3）600℃時，在一密閉容器中，將二氧化硫和氧氣混合，反應過程中SO2、O2、SO3物質的量變化如圖，反應處于平衡狀態(tài)的時間是________。 （4）據(jù)圖判斷，反應進行至20 min時，曲線發(fā)生變化的原因是________（用文字表達）。10 min～15 min的曲線變化的原因可能是________（填寫編號）。 a．加了催化劑 b．縮小容器體積 c．降低溫度 d．增加SO3的物質的量 8．二甲醚是一種重要的清潔燃料，可替代氟利昂作制冷劑，對臭氧層無破壞作用。工業(yè)上可利用煤的氣化產物(水煤氣)合成二甲醚。請回答下列問題： (1) 利用水煤氣合成二甲醚的總反應為：3H2(g)＋3CO(g) ===CH3OCH3(g)＋CO2(g) ΔH＝－246.4 kJmol－1。它可以分為兩步，反應分別如下： ① 4H2(g)＋2CO(g)===CH3OCH3(g)＋H2O(g) ΔH1＝－205.1 kJmol－1 ② CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g) ΔH2＝__________________。 (2) 在一定條件下的密閉容器中，該總反應達到平衡，只改變一個條件能同時提高反應速率和CO轉化率的是______________(填字母代號)。 a．降低溫度 b．加入催化劑 c．縮小容器體積 d．增加H2的濃度 e．增加CO的濃度 (3) 在一體積可變的密閉容器中充入3 mol H2、3 mol CO、1 mol CH3OCH3、1 mol CO2，在一定溫度和壓強下發(fā)生反應：3H2(g)＋3CO(g)CH3OCH3(g)＋CO2(g)，經一定時間達到平衡，并測得平衡時混合氣體密度是同溫同壓下起始時的1.6倍。 問：①反應開始時正、逆反應速率的大?。簐(正)______ v(逆) (填“＞”、“＜”或“＝”)。 ②平衡時n(CH3OCH3)＝________________，平衡時CO的轉化率＝___________。 9．用Cl2生產某些含氯有機物時會產生副產物HCl。利用反應A，可實現(xiàn)氯的循環(huán)利用。 反應A：4HCl＋O2 2Cl2＋2H2O (1) 已知： ⅰ．反應A中，4 mol HCl被氧化，放出115.6 kJ的熱量。 ⅱ. ① H2O的電子式是__________________。 ② 反應A的熱化學方程式是____________________________________________。 ③ 斷開1 mol H－O鍵與斷開1 mol H－Cl鍵所需能量相差約為________ kJ，H2O中H－O鍵比HCl中H－Cl鍵(填“強”或“弱”)_______________________。 (2) 對于反應A，下圖是在4種投料比【n(HCl)∶n(O2)，分別為1∶1、2∶1、4∶1、6∶1】下，反應溫度對HCl平衡轉化率影響的曲線。 ① 曲線b對應的投料比是_____________。 ② 當曲線b、c、d對應的投料比達到相同的HCl平衡轉化率時，對應的反應溫度與投料比的關系是__________________________________________________。 ③ 投料比為2∶1、溫度為400℃時，平衡混合氣中Cl2的物質的量分數(shù)是___________。 1. 【答案】 B 【解析】A是固體，其量的變化對平衡無影響；而增大B的濃度，正反應速率增大，平衡向正反應方向移動，v(正)>v(逆)；升溫，v(正)、v(逆)均應增大，但v(逆)增大的程度大，平衡向逆反應方向移動；壓強增大平衡不移動，但v(正)、v(逆)都增大；催化劑不能使化學平衡發(fā)生移動，B的轉化率不變。 2．【答案】 (1) 降低 逆向 降低 (2) m＋n＜p 正向移動 (3) 增大 放 【解析】由圖像可知，隨壓強增大，A的轉化率降低，說明平衡逆向移動，C的質量分數(shù)降低，結合勒夏特列原理有m + n
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