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2019-2020年高考化學一輪復習專題7化學反應速率和化學平衡第三單元化學平衡的移動(加試)學案蘇教版
[考試標準]
知識條目
必考要求
加試要求
1.化學平衡移動的概念
a
2.影響化學平衡移動的因素及平衡移動方向的判斷
b
3.用化學平衡移動原理選擇和確定合適的生產(chǎn)條件
c
考點一 借助速率－時間圖像，判斷化學平衡移動
1．概念
可逆反應達到平衡狀態(tài)以后，若反應條件(如溫度、壓強、濃度等)發(fā)生了變化，平衡混合物中各組分的濃度也會隨之改變，從而在一段時間后達到新的平衡狀態(tài)。這種由原平衡狀態(tài)向新平衡狀態(tài)的變化過程，叫做化學平衡的移動。
2．過程
3．化學平衡移動與化學反應速率的關系
(1)v正>v逆：平衡向正反應方向移動。
(2)v正＝v逆：反應達到平衡狀態(tài)，平衡不移動。
(3)v正
v逆′
正向移動
減小反應物的濃度
v正、v逆均減小，且v逆′>v正′
逆向移動
任一平衡體系
增大生成物的濃度
v正、v逆均增大，且v逆′>v正′
逆向移動
減小生成物的濃度
v正、v逆均減小，且v正′>v逆′
正向移動
正反
應方
向為
氣體
體積
增大
的放
熱反
應
增大壓強或升高溫度
v正、v逆均增大，且v逆′>v正′
逆向移動
減小壓強或降低溫度
v正、v逆均減小，且v正′>v逆′
正向移動
任意
平衡
或反
應前
后氣
體化
學計
量數(shù)
和相
等的
平衡
正催化劑或增大壓強
v正、v逆同等倍數(shù)增大
平衡不移動
負催化劑或減小壓強
v正、v逆同等倍數(shù)減小
(2)勒夏特列原理(化學平衡移動原理)
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。
5．幾種特殊情況
(1)當反應混合物中存在與其他物質(zhì)不相混溶的固體或液體物質(zhì)時，由于其“濃度”是恒定的，不隨其量的增減而變化，故改變這些固體或液體的量，對化學平衡沒影響。
(2)對于反應前后氣態(tài)物質(zhì)的化學計量數(shù)相等的反應，壓強的變化對正、逆反應速率的影響程度是等同的，故平衡不移動。
(3)“惰性氣體”對化學平衡的影響
①恒溫、恒容條件
原平衡體系體系總壓強增大―→體系中各組分的濃度不變―→平衡不移動。
②恒溫、恒壓條件
(4)同等程度地改變反應混合物中各物質(zhì)的濃度時，應視為壓強的影響。
題組一 選取措施使化學平衡定向移動
1．COCl2(g)CO(g)＋Cl2(g) ΔH>0，當反應達到平衡時，下列措施：①升溫?、诤闳萃ㄈ攵栊詺怏w ③增加CO濃度?、軠p壓?、菁哟呋瘎、藓銐和ㄈ攵栊詺怏w，能提高COCl2轉(zhuǎn)化率的是( )
A．①②④ B．①④⑥
C．②③⑤ D．③⑤⑥
答案 B
解析 該反應為體積增大的吸熱反應，所以升溫和減壓均可以促使反應正向移動。恒壓通入惰性氣體，相當于減壓。恒容通入惰性氣體與加催化劑均對平衡無影響。增加CO的濃度，將導致平衡逆向移動。
2．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(nèi)補充了B氣體，則ab
答案 B
解析 A項，充入B氣體相當于增大壓強，B的體積分數(shù)增大，故a>b；B項，只有使用催化劑，平衡不移動，a＝b；C項，升高溫度，平衡正向移動，a>b；D項，相當于擴大體積，減小壓強，平衡逆向移動，an
B．Q<0
C．溫度不變，壓強增大，Y的質(zhì)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
解析 溫度不變時(假設100 ℃條件下)，體積是1 L時，Y的物質(zhì)的量為1 mol，體積為2 L時，Y的物質(zhì)的量為0.75 molL－12 L＝1.5 mol，體積為4 L時，Y的物質(zhì)的量為0.53 molL－14 L＝2.12 mol，說明體積越小，壓強越大，Y的物質(zhì)的量越小，Y的質(zhì)量分數(shù)越小，平衡向生成X的方向進行，m0，B、D項錯誤。
1．判斷轉(zhuǎn)化率的變化時，不要把平衡正向移動與反應物轉(zhuǎn)化率提高等同起來，要視具體情況而定。
2．壓強的影響實質(zhì)是濃度的影響，所以只有當這些“改變”造成濃度改變時，平衡才有可能移動。
3．化學平衡移動的目的是“減弱”外界條件的改變，而不是“抵消”外界條件的改變，改變是不可逆轉(zhuǎn)的。新平衡時此物理量更靠近于改變的方向。如①增大反應物A的濃度，平衡右移，A的濃度在增大的基礎上減小，但達到新平衡時，A的濃度一定比原平衡大；②若將體系溫度從50 ℃升高到80 ℃，則化學平衡向吸熱反應方向移動，達到新的平衡狀態(tài)時50 ℃ p＋q
反應物A和B的轉(zhuǎn)化率均增大
m＋n< p＋q
反應物A和B的轉(zhuǎn)化率均減小
m＋n＝p＋q
反應物A和B的轉(zhuǎn)化率均不變
只有一種反應物的可逆反應mA(g)nB(g)＋pC(g)
增加反應物A的用量
恒溫恒壓條件下
反應物轉(zhuǎn)化率不變
恒溫恒容條件下
m>n＋p
反應物A的轉(zhuǎn)化率增大
m0
B．體系的總壓強p總：p總(狀態(tài)Ⅱ)＞2p總(狀態(tài)Ⅰ)
C．體系中c(CO)：c(CO，狀態(tài)Ⅱ)＜2c(CO，狀態(tài)Ⅲ)
D．逆反應速率v逆：v逆(狀態(tài)Ⅰ)＞v逆(狀態(tài)Ⅲ)
答案 D
解析 A項，CO2(g)＋C(s)===2CO(g)是氣體的物質(zhì)的量增加的反應，故ΔS>0，觀察圖像知，隨著溫度的升高，c(CO2)減小，平衡右移，則ΔH＞0，正確；B項，Ⅰ所在曲線表示的是通入0.1 mol CO2的變化過程，此時
CO2(g)＋C(s)2CO(g)
n(始)/mol 0.1 0 0
n(轉(zhuǎn))/mol 0.02 0.04
n(平)/mol 0.08 0.04
此時氣體總的物質(zhì)的量為0.12 mol，
Ⅱ所在曲線表示的是通入0.2 mol CO2的變化過程，此時
CO2(g)＋C(s)2CO(g)
n(始)/mol 0.2 0 0
n(轉(zhuǎn))/mol 0.12 0.24
n(平)/mol 0.08 0.24
此時氣體總的物質(zhì)的量為0.32 mol，此時Ⅱ中氣體總物質(zhì)的量大于Ⅰ中氣體總物質(zhì)的量的2倍，且Ⅱ的溫度高，氣體體積膨脹，壓強又要增大，則p總(狀態(tài)Ⅱ)>2p總(狀態(tài)Ⅰ)，正確；C項，狀態(tài)Ⅱ和Ⅲ，溫度相同，Ⅱ中CO2的投料量是Ⅲ中CO2投料量的2倍，若恒容時兩平衡等效，則有c(CO，狀態(tài)Ⅱ)＝2c(CO，狀態(tài)Ⅲ)，但成比例增加投料量，相當于加壓，平衡向逆反應方向移動，所以c(CO，狀態(tài)Ⅱ)<2c(CO，狀態(tài)Ⅲ)，正確；D項，狀態(tài)Ⅰ和Ⅲ相比，Ⅲ的溫度高，反應速率快，所以v逆(狀態(tài)Ⅲ)>v逆(狀態(tài)Ⅰ)，錯誤。
4．[xx江蘇，16(1)]以磷石膏(主要成分CaSO4，雜質(zhì)SiO2、Al2O3等)為原料可制備輕質(zhì)CaCO3。
勻速向漿料中通入CO2，漿料清液的pH和c(SO)隨時間變化如圖。清液pH＞11時CaSO4轉(zhuǎn)化的離子方程式為____________________________________________________；
能提高其轉(zhuǎn)化速率的措施有________(填序號)。
A．攪拌漿料 B．加熱漿料至100 ℃
C．增大氨水濃度 D．減小CO2通入速率
答案 CaSO4＋2NH3H2O＋CO2===CaCO3＋2NH＋SO＋H2O(或CaSO4＋CO===CaCO3＋SO) AC
解析 注意題目中的原料是磷石膏粉和氨水漿料。由圖所示當pH>11時，溶液中的c(SO)增大，說明有更多的SO生成，反應物為CaSO4、氨水、CO2，生成SO，還有CaCO3，相當于氨水和CO2反應生成(NH4)2CO3，(NH4)2CO3和CaSO4生成(NH4)2SO4和CaCO3。A項，攪拌漿料，增大反應物的接觸面積，加快反應速率，正確；B項，加熱到100 ℃，氨水揮發(fā)、CO2溶解度減小，則生成的(NH4)2CO3的量減少，無法實現(xiàn)CaSO4轉(zhuǎn)化為CaCO3，錯誤；C項，增大氨水濃度可以提高反應速率，正確；D項，減小CO2通入速率，則轉(zhuǎn)化速率降低，錯誤。
5．[xx北京理綜，26(3)]氫能是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉?，以太陽能為熱源，熱化學硫碘循環(huán)分解水是一種高效、無污染的制氫方法。其反應過程如下圖所示：
反應Ⅱ：
2H2SO4(l)===2SO2(g)＋O2(g)＋2H2O(g)
ΔH＝＋550 kJmol－1
它由兩步反應組成：
ⅰ.H2SO4(l)===SO3(g)＋H2O(g)
ΔH＝＋177 kJmol－1
ⅱSO3(g)分解。
L(L1，L2)，X可分別代表壓強或溫度，下圖表示L一定時，ⅱ中SO3(g)的平衡轉(zhuǎn)化率隨X的變化關系。
①X代表的物理量是________。
②判斷L1，L2的大小關系，并簡述理由： ______________________________________
________________________________________________________________________。
答案?、賶簭姟、贚1＜L2，SO3(g)分解的熱化學方程式為2SO3(g)2SO2(g)＋O2(g) ΔH＝＋196 kJmol－1，當壓強一定時，溫度升高，平衡轉(zhuǎn)化率增大
解析 首先根據(jù)反應Ⅱ和反應ⅰ確定反應ⅱ為2SO3(g)2SO2(g)＋O2(g) ΔH＝＋196 kJmol－1。①根據(jù)反應ⅱ的特點：正反應方向為氣體體積增大、吸熱反應，增大壓強SO3(g)的轉(zhuǎn)化率減小，故X代表壓強。②在等壓條件下，升高溫度，反應ⅱ的平衡向正向移動，SO3(g)的轉(zhuǎn)化率增大，故L2代表高溫曲線，即L1＜L2。
6．(xx山東理綜，30)合金貯氫材料具有優(yōu)異的吸放氫性能，在配合氫能的開發(fā)中起著重要作用。
(1)一定溫度下，某貯氫合金(M)的貯氫過程如圖所示，縱軸為平衡時氫氣的壓強(p)，橫軸表示固相中氫原子與金屬原子的個數(shù)比(H/M)。
在OA段，氫溶解于M中形成固溶體MHx，隨著氫氣壓強的增大，H/M逐漸增大；在AB段，MHx與氫氣發(fā)生氫化反應生成氫化物MHy，氫化反應方程式為zMHx(s)＋H2(g)zMHy(s) ΔH1(Ⅰ)；在B點，氫化反應結(jié)束，進一步增大氫氣壓強，H/M幾乎不變。反應(Ⅰ)中z＝________(用含x和y的代數(shù)式表示)。溫度為T1時，2 g某合金4 min內(nèi)吸收氫氣240 mL，吸氫速率v＝________ mLg－1min－1。反應Ⅰ的焓變ΔH1________0(填“>”“<”或“＝”)。
(2)η表示單位質(zhì)量貯氫合金在氫化反應階段的最大吸氫量占其總吸氫量的比例，則溫度為T1、T2時，η(T1)________η(T2)(填“>”“<”或“＝”)。當反應(Ⅰ)處于圖中a點時，保持溫度不變，向恒容體系中通入少量氫氣，達到平衡后反應(Ⅰ)可能處于圖中的________點(填“b”“c”或“d”)，該貯氫合金可通過________或________的方式釋放氫氣。
(3)貯氫合金ThNi5可催化由CO、H2合成CH4的反應，溫度為T時，該反應的熱化學方程式為________________。已知溫度為T時：CH4(g)＋2H2O(g)===CO2(g)＋4H2(g) ΔH＝＋165 kJmol－1
CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g) ΔH＝－41 kJmol－1
答案 (1) 30 <
(2)> c 加熱 減壓
(3)CO(g)＋3H2(g)===CH4(g)＋H2O(g) ΔH＝－206 kJmol－1
解析 (1)根據(jù)H原子守恒得zx＋2＝zy，則z＝。由題中所給數(shù)據(jù)可知吸氫速率v＝240 mL2 g4 min＝30 mLg－1min－1。由圖像可知，T1 η(T2)。處于圖中a點時，保持溫度不變，向恒容體系中通入少量氫氣，H2 濃度增大，平衡正向移動，一段時間后再次達到平衡，此時H/M增大，故可能處于圖中的c點。由氫化反應方程式及圖像可知，這是一個放熱的氣體體積減小的反應，根據(jù)平衡移動原理，要使平衡向左移動釋放H2 ，可改變的條件是升溫或減壓。(3)CO、H2合成CH4的反應為CO(g)＋3H2(g)===CH4(g)＋H2O(g) ΔH，將已知的兩個熱化學方程式依次編號為①、②，②－①即得所求的反應，根據(jù)蓋斯定律有：ΔH＝－41 kJmol－1－(＋165 kJmol－1)＝－206 kJmol－1。
練出高分(加試要求)
1．運用化學反應原理研究部分單質(zhì)及其化合物的反應有重要意義。
(1)氨是氮循環(huán)過程中的重要物質(zhì)，是氮肥工業(yè)的重要原料。氨的合成是目前普遍使用的人工固氮方法：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)。請回答：
若在恒溫、恒壓條件下向上述平衡體系中通入氦氣，平衡______移動(填“向左”、“向右”或“不”); 氨氣的平衡濃度隨溫度變化如下圖所示，當合成氨平衡體系溫度由T1變化到T2時， KA ________(填“>”、“<”或“＝”)KB。
(2)硫酸生產(chǎn)中，SO2催化氧化生成SO3∶SO2(g)＋O2(g)SO3(g) ΔH<0，是工業(yè)上生產(chǎn)硫酸的關鍵步驟。
①在某溫度時，該反應的平衡常數(shù)K＝0.75，若在此溫度下，向100 L的恒容密閉容器中，充入3 mol SO2、4 mol O2和4 mol SO3，則反應開始時正反應速率______(填“＜”、“＞”或“＝”)逆反應速率。
②在①中的反應達到平衡后，改變下列條件，能使SO2(g)平衡濃度比原來減小的是________。
a．保持溫度和容器體積不變，充入1.0 mol O2
b．保持溫度和容器內(nèi)壓強不變，充入2.0 mol He
c．降低溫度
d．在其他條件不變時，減小容器的容積
答案 (1)向左 > (2)①< ②abc
解析 (1)恒溫、恒壓下通入氦氣，相當于減小壓強，平衡左移升溫，平衡左移，K減小，所以KA>KB。
(2)①Q(mào)＝＝>K，所以v正”、“<”或“＝”)c2；a＝________。
(2)科學家成功研制出一種新型催化劑，能將CO2轉(zhuǎn)變?yōu)榧淄?。在常壓?00 ℃條件下，CO2與H2按體積之比1∶4反應，CO2轉(zhuǎn)化率可達90%。一定條件下，某興趣小組在容積為V L的密閉容器中發(fā)生此反應達到化學平衡狀態(tài)。
①該反應的平衡常數(shù)表達式為_____________________________________________。
②由圖1可知該反應的ΔH________(填“>”、“<”或“＝”)0；300 ℃時，從反應開始直至平衡，以H2的濃度變化表示的化學反應速率是_____________(用nA、tA、V表示)。
答案 (1)＝ 19.6
(2)①K＝ ②< molL－1min－1
解析 (1)甲容器與乙容器中所達到的平衡完全等效，平衡時，兩容器中各物質(zhì)濃度相同；甲容器中反應物的轉(zhuǎn)化率為29.4 kJ49.0 kJ＝0.6，乙容器中反應是從逆反應開始的，轉(zhuǎn)化率為1－0.6＝0.4，反應吸收的熱量為49.0 kJ0.4＝19.6 kJ。
(2)①根據(jù)CO2與H2按體積之比為1∶4反應可知，發(fā)生反應的化學方程式是CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g)，所以平衡常數(shù)表達式為K＝。②從圖1可知隨著溫度升高，平衡時n(CH4)減小，說明平衡逆向移動，所以正反應是放熱反應；300 ℃時，從反應開始直至平衡，n(CH4)變化了nA mol，根據(jù)化學方程式可知n(H2)變化了4nA mol。v(H2)＝4nA molV LtA min＝ molL－1min－1。
4．運用化學反應原理研究合成氨反應有重要意義，請完成下列探究。
(1)生產(chǎn)氫氣：將水蒸氣通過紅熱的炭即產(chǎn)生水煤氣。C(s)＋H2O(g)H2(g)＋CO(g) ΔH＝131.3 kJmol－1，ΔS＝133.7 Jmol－1K－1，該反應在低溫下________(填“能”或“不能”)自發(fā)進行。
(2)已知在400 ℃時，N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)的K＝0.5。
①在400 ℃時，2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)的K′＝____________(填數(shù)值)。
②400 ℃時，在0.5 L的反應容器中進行合成氨反應，一段時間后，測得N2、H2、NH3的物質(zhì)的量分別為2 mol、1 mol、2 mol，則此時反應v(N2)正______(填“>”、“<”、“＝”或“不確定”)v(N2)逆。
③若在恒溫、恒壓條件下向平衡體系中通入氬氣，則合成氨反應的平衡________(填“向左”、“向右”或“不”)移動；使用催化劑________(填“增大”、“減小”或“不改變”)反應的ΔH。
答案 (1)不能
(2)①2?、冢健、巯蜃蟆〔桓淖?
解析 (1)根據(jù)ΔH－TΔS<0為自發(fā)反應知，現(xiàn)ΔH＝131.3 kJmol－1，ΔS＝133.7 Jmol－1K－1＝0.133 7 kJmol－1K－1，解得在T>≈982 K時該反應能自發(fā)進行，由此可知該反應在低溫下不能自發(fā)進行。
(2)①平衡常數(shù)的值與化學方程式的書寫有關，根據(jù)平衡常數(shù)的定義可得K′＝＝2。
②Q＝＝＝＝K，說明此時已達化學平衡狀態(tài)，即v(N2)正＝v(N2)逆。
③恒溫、恒壓條件下向平衡體系中通入氬氣，使總體積增大，原反應氣體分壓減小，平衡左移。使用催化劑只是改變了反應的途徑，沒有改變反應物與生成物的狀態(tài)，ΔH不變。
5．按要求回答下列問題。
(1)最新“人工固氮”的研究報道：常溫常壓、光照條件下，N2在催化劑表面與水發(fā)生反應：
2N2(g)＋6H2O(l)4NH3(g)＋3O2(g)常溫下，上述反應在恒壓密閉容器中達到平衡后，在其他條件不變時，通入2 mol N2，請在右圖中畫出正(v正)、逆(v逆)反應速率隨時間t變化的示意圖。
(2)碳單質(zhì)在工業(yè)上有多種用途。例如焦炭可用來制取水煤氣、冶煉金屬，活性炭可處理大氣污染物NO。
一定條件下，在2 L密閉容器中加入NO和活性炭(無雜質(zhì))反應生成氣體A和B。當溫度在T1 ℃時，測得各物質(zhì)平衡時物質(zhì)的量如下表：
活性炭/mol
NO/mol
A/mol
B/mol
初始
2.030
0.100
0
0
平衡
2.000
0.040
0.030
0.030
在T1 ℃時，達到平衡共耗時2分鐘，則NO的平均反應速率為________ molL－1min－1；當活性炭消耗0.015 mol 時，反應的時間________(填“大于”、“小于”或“等于”)1分鐘。
(3)固定和利用CO2，能有效地利用資源，并減少空氣中的溫室氣體。工業(yè)上正在研究利用CO2來生產(chǎn)甲醇燃料的方法，該方法的化學方程式是
CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH＜0
某科學實驗小組將6 mol CO2和8 mol H2充入一容積為 2 L 的密閉容器中(溫度保持不變)，測得H2的物質(zhì)的量隨時間變化如下圖中實線所示(圖中字母后的數(shù)字表示對應的坐標)?；卮鹣铝袉栴}：
僅改變某一條件再進行實驗，測得H2的物質(zhì)的量隨時間變化如圖中虛線所示。與實線相比，曲線 Ⅰ 改變的條件可能是________，曲線 Ⅱ 改變的條件可能是________。
答案 (1)
(2)0.015 小于
(3)升溫 加壓
解析 (1)恒壓時，充入N2，由于H2O為液體，平衡右移，但平衡后與原平衡速率一樣。
(2)由表中數(shù)據(jù)可得v(NO)＝＝0.015 molL－1min－1，此時消耗活性炭0.03 mol，當消耗 0.015 mol 活性炭時，由于前1分鐘的平均反應速率大于后1分鐘的平均反應速率，所以反應時間小于1分鐘。(3)升溫，平衡左移，n(H2)增大，達到平衡所用時間短；加壓，平衡右移 n(H2)減少，達到平衡所用時間短。
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