1、第22讲 化学平衡状态,【考纲要求】 1.了解化学反应的可逆性及化学平衡的建立。2.掌握化学平衡的特征。3.能正确计算化学反应的转化率()。4.理解外界条件(浓度、温度、压强、催化剂等)对化学平衡的影响,能用相关理论解释其一般规律。5.了解化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。,考点1 可逆反应与化学平衡状态,知识梳理,1.可逆反应,正反应,逆,反应,小于,2.化学平衡状态 (1)概念 在一定条件下的可逆反应中,正反应速率与逆反应速率 ,反应体系中所有参加反应的物质的质量或浓度保持 的状态。,相等,不变,(2)建立过程 在一定条件下,把某一可逆反应的反应物加入固定容积的密闭容器
2、中。反应过程如下:,最大,逐渐减小,逐渐增大,以上过程可用如图表示:,(3)化学平衡特征,可逆,v(正)=v(逆),浓度或百分含量,3.平衡转化率,【多维思考】,判断下列说法是否正确,正确的打“”,错误的打“”。,提示:(1) (2) (3) (4) (5),提示:(6) (7) (8),考点演练,考向一 可逆反应中物质浓度的判断 1.(2017湖南五市十校联考)在一密闭容器中进行反应:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)。已知反应过程中某一时刻SO2、O2、SO3的浓度分别为0.4 mol/L、0.2 mol/L、0.4 mol/L。当反应达到平衡时,可能存在的数据是( ) A.SO2
3、为0.8 mol/L,O2为0.4 mol/L B.SO2为0.5 mol/L C.SO3为0.8 mol/L D.SO2、SO3均为0.3 mol/L,B,解析:所给反应为可逆反应。假设SO2(g)和O2(g)全部转化为SO3(g)2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g) 初始(mol/L) 0.4 0.2 0.4 变化(mol/L) 0.4 0.2 0.4 平衡(mol/L) 0 0 0.8,假设SO3(g)全部转化为SO2(g)和O2(g)2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g) 初始(mol/L) 0.4 0.2 0.4 变化(mol/L) 0.4 0.2 0.4 平衡(m
4、ol/L) 0.8 0.4 0 由以上分析可知达到平衡时:0c(SO2)0.8 mol/L;0c(O2)0.4 mol/L; 0c(SO3)0.8 mol/L。 SO2为0.8 mol/L,O2为0.4 mol/L不在范围内,A不可能;SO2范围0c(SO2) 0.8 mol/L,B可能;SO3浓度不在范围0c(SO3)0.8 mol/L内,C不可能;据元素守恒,c(SO2)与c(SO3)和始终为0.8 mol/L,D不可能。,2.一定条件下,对于可逆反应X(g)+3Y(g) 2Z(g),若X、Y、Z的起始浓度分别为c1、c2、c3(均不为零),达到平衡时,X、Y、Z的浓度分别为 0.1 mo
5、lL-1、0.3 molL-1、0.08 molL-1,则下列判断正确的是( ) A.c1c2=31 B.平衡时,Y和Z的生成速率之比为23 C.X、Y的转化率不相等 D.c1的取值范围为0c10.14 molL-1,D,解析:平衡浓度之比为13,转化浓度亦为13,故c1c2=13且X、Y的转化率相等,A、C不正确;平衡时Y生成表示逆反应,Z生成表示正反应,若达平衡vY(生成)vZ(生成)应为32,B不正确;由可逆反应的特点可知0c10.14 molL-1, D正确。,方法规律 极端假设法确定物质的浓度范围 1.原理:可逆反应不可能进行完全,反应体系各物质同时共存。 2.方法:假设反应正向或逆
6、向进行到底,求出各物质浓度的最大值和最小值,从而确定它们的浓度范围。,考向二 化学平衡状态的判定 3.导学号 96656139 可逆反应:2NO2 2NO+O2在体积固定的密闭容器中,达到平衡状态的标志是:单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO2 用NO2、NO、O2的物质的量浓度变化表示的反应速率比为221的状态 混合气体的颜色不再改变的状态 混合气体的密度不再改变的状态 混合气体的平均摩尔质量不再改变的状态 混合气体的压强不再改变的状态( ) A. B. C. D.全部,C,解析:单位时间内生成n mol O2等效于消耗2n mol NO2同时生成2n mol NO2,
7、故正确;只要反应发生,就有用NO2、NO、O2的物质的量浓度变化表示的反应速率比为221的状态,故错误;混合气体的颜色不再改变的状态,说明二氧化氮的浓度不变,反应达平衡状态,故正确;混合气体的密度一直不改变,故错误;混合气体的平均摩尔质量不再改变的状态,说明气体的物质的量不变,反应达平衡状态,故正确;混合气体的压强不再改变的状态,说明气体的物质的量不变,反应达平衡状态,故正确。,4.一定温度下在容积恒定的密闭容器中,进行如下可逆反应:A(s)+2B(g) C(g)+D(g),下列叙述能表明该反应已达到平衡状态的是( ) 混合气体的密度不再变化时 容器内气体的压强不再变化时 混合气体的总物质的量
8、不再变化时 B的物质的量浓度不再变化时 混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态 当v正(B)=2v逆(C) A. B. C. D.只有,A,解析:A为固态,反应正向进行时气体质量增大,逆向进行时气体质量减小,所以,密度不变时平衡,正确;该反应前后气体体积不变,所以压强不变时不一定平衡,错误;该反应前后气体物质的量相等,所以混合气体的总物质的量不变不一定平衡,错误;B的浓度不变,说明反应达到平衡,正确;混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态,说明气体的质量不变,正、逆反应速率相等,反应达到平衡,正确;v正(B)=2v逆(C)时,说明正、逆反应速率相等,反应达到平衡,正确。,判断化学平衡状态的
9、方法“正逆相等,变量不变”,方法规律,注意以下几种情况不能作为可逆反应达到化学平衡状态的标志: 1.某一时刻,各物质的浓度(或物质的量或分子数)之比等于化学计量数之比的状态。,2.恒温、恒容条件下气体体积不变的反应,混合气体的压强或气体的总物质的量不随时间而变化,如2HI(g) I2(g)+H2(g)。 3.全部是气体参加的体积不变的反应,体系的平均相对分子质量不随时间而变化,如2HI(g) I2(g)+H2(g)。 4.全部是气体参加的反应,恒容条件下体系的密度保持不变。,考点2 化学平衡的移动,知识梳理,1.化学平衡移动的过程,2.影响化学平衡的外界因素 (1)影响化学平衡的因素,正,逆,
10、减小,增大,不移动,吸热,放热,不能,(2)几种特殊情况说明 改变固体或纯液体的量,对化学平衡没影响。,同等程度地改变反应混合物中各物质的浓度时,应视为压强的影响。 3.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),平衡向能够 这种改变的方向移动。,减弱,【多维思考】,1.判断下列说法是否正确,正确的打“”,错误的打“”。 (1)化学平衡发生移动,速率一定改变。速率改变,化学平衡一定发生移动。( ) (2) 升高温度,化学平衡一定发生移动。( ),提示:(1) (2) (3) (4) (5),提示:(6) (7) (8) (9),(6)CO(g)+H
11、2O(g) CO2(g)+H2(g) H0,在其他条件不变的情况下改变压强,平衡不发生移动,反应放出的热量不变。( ) (7)增大反应物的量,化学反应速率加快,化学平衡正向移动。( ) (8)合成氨反应需使用催化剂,说明催化剂可以促进该平衡向生成氨的方向移动。( ) (9)恒温恒容条件下,反应2NO2(g) N2O4(g)达到平衡后,再向容器中通入一定量的N2O4(g)重新达到平衡后,NO2的体积分数增大。( ),提示:(1)不一定。当反应物总量不变时,平衡向正反应方向移动,反应物的转化率增大,若有多种反应物的反应,当增大某一反应物的浓度,化学平衡向正反应方向移动,只会使另一种反应物的转化率增
12、大,但该物质的转化率反而减小。,2.思考下列问题,作出你的解释。 (1)当平衡向正反应方向发生移动,反应物的转化率一定增大吗? (2)对于有气体参与的化学平衡体系,充入稀有气体。化学平衡会发生怎样的变化?,(2)要看反应的具体特点: 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,考点演练,B,考向一 外界条件对化学平衡的影响 1.导学号 96656285 COCl2(g) CO(g)+Cl2(g) H0,当反应达到平衡时,下列措施:升温 恒容通入惰性气体 增加CO浓度 减压 加催化剂 恒压通入惰性气体,能提高COCl2转化率的是( ) A. B. C. D.,解析
13、: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,可以。恒压通入惰性气体,相当于减压,平衡正向移动,可以。恒容通入惰性气体与加催化剂均对平衡无影响,不可以。增加CO的浓度,将导致平衡逆向移动,不可以。,2.(2017辽宁大连模拟)反应NH4HS(s) NH3(g)+H2S(g) 在某温度下达到平衡,下列各种情况中,不会使平衡发生移动的是( ) A.温度、容积不变时,通入SO2气体 B.移走一部分NH4HS固体 C.容器体积不变,充入HCl气体 D.保持压强不变,充入氮气,B,1.解析化学平衡移动题目的一般思路,方法规律,2.压强的影响实质是浓度的影响,所以只有当这些“改变
14、”造成浓度改变时,平衡才有可能移动。,3.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。 新平衡时此物理量更靠近于改变的方向。如增大反应物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;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 T80 ;若对体系N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)加压,例如从 30 MPa加压到60 MPa,化学平衡向气体分子数减小的方向移动,达到新的平衡时30 MPap60 MPa。,考向二 化学平衡移动结果的分析与判断 3.(2017河南郑州模拟)下列说法
15、正确的是( ) A.改变反应条件使平衡向正反应方向移动,反应物的转化率一定增大 B.浓度变化引起平衡向正反应方向移动,反应物的转化率一定增大 C.温度或压强的变化引起平衡向正反应方向移动,反应物的转化率一定增大 D.催化剂可使化学反应速率加快,使反应物的转化率增大,C,解析:改变反应条件使平衡向正反应方向移动,反应物的转化率不一定增大,例如合成氨反应中通入氮气,氮气转化率降低,A错误;根据A中分析,反应物的转化率不一定增大,B错误;温度或压强的变化引起平衡向正反应方向移动,反应物的转化率一定增大,C正确;催化剂可使化学反应速率加快,但不能改变反应物的转化率,D错误。,4.导学号 9665628
16、6 将等物质的量的X、Y气体充入某密闭容器中,在一定条件下,发生反应并达到平衡:X(g)+3Y(g) 2Z(g) H0。当改变某个条件并维持新条件直至新的平衡时,表中关于新平衡与原平衡的比较正确的是( ),A,解析:升高温度,平衡逆向移动,X的转化率变小,A正确;增大压强,平衡正向移动,但容器的体积减小,X的浓度增大,B错误;充入一定量Y,X的转化率增大,而Y的转化率减小,C错误;使用适当催化剂,只能加快反应速率,不能改变平衡,X的体积分数不变,D错误。,5.在压强为0.1 MPa、温度为300 条件下,a mol CO与 3a mol H2的混合气体在催化剂作用下发生反应生成甲醇:CO(g)
17、+2H2(g) CH3OH(g) H0。 (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,解析:(1)缩小体积,各组分浓度均增大,正、逆反应速率均增大,A、B均不正确。,答案:(1)CD,(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,解析:(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。,答案:(2)B
18、,平衡转化率的分析与判断方法,方法规律,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)恒温恒容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。若为恒温恒压,A、B的转化率不变。,2.反应mA(g) nB(g)+qC(g)的转化率分析 恒温恒容时,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) 若为恒温恒压,A的转化率不变。,考向三 化学平衡移动原
19、理在化工生产中的应用 6.下列事实能用勒夏特列原理来解释的是( ),D,解析:A.加入催化剂有利于加快反应速率,但不会引起平衡移动,不能用勒夏特列原理解释;B.合成氨的正反应是放热反应,升高温度平衡逆向移动,500 左右的温度比室温更有利于合成氨反应,是从反应速率和催化剂的活性两方面考虑,不能用平衡移动原理解释;C.在H2(g)+I2(g) 2HI(g) 平衡中,增大压强,浓度增加,颜色加深,平衡不移动,不能用勒夏特列原理解释;D.氯气和水的反应是可逆反应,饱和氯化钠溶液中氯离子浓度大,化学平衡逆向进行,减小氯气溶解度,实验室可用排饱和食盐水的方法收集氯气,能用勒夏特列原理解释。,7.下列事实
20、,不能用勒夏特列原理解释的是( ),D,解析:(1)由于反应是一个气体分子数增加的放热反应,降温、减压均有利于提高丙烯腈的平衡产率。有机反应中要提高某反应的选择性,关键是选择合适的催化剂。,答案:(1)降低温度、降低压强 催化剂,(2)图(a)为丙烯腈产率与反应温度的关系曲线,最高产率对应的温度为460 。低于460 时,丙烯腈的产率 (填“是”或“不是”)对应温度下的平衡产率,判断理由是 ; 高于460 时,丙烯腈产率降低的可能原因是 (双选,填标号)。 A.催化剂活性降低 B.平衡常数变大 C.副反应增多 D.反应活化能增大,解析:(2)因生产丙烯腈的反应为放热反应,随反应温度的升高,丙烯
21、腈产率应随之降低,故低于460 时,丙烯腈的产率不是对应温度下的平衡产率;高于460 时,丙烯腈产率降低有可能是催化剂活性降低,也有可能是副反应增多造成的;随着温度的升高,平衡左移,平衡常数应减小;反应活化能的高低与生成物产率无关。,答案:(2)不是 该反应为放热反应,平衡产率应随温度升高而降低 AC,(3)丙烯腈和丙烯醛的产率与n(氨)/n(丙烯)的关系如图(b)所示。由图可知,最佳n(氨)/n(丙烯)约为 ,理由是 。 进料气氨、空气、丙烯的理论体积比约为 。,解析:(3)在n(氨)/n(丙烯)约为1时,丙烯腈的产率最高,副产物丙烯醛的产率最低,故该比例应是最佳比例。理论上设 n(氨)=n
22、(丙烯)=1 mol时,此时需要的氧气为 1.5 mol,又空气中氧气的量约占20%,故进料气氨、空气、丙烯的理论体积比约为17.51。,答案:(3)1 该比例下丙烯腈产率最高,而副产物丙烯醛产率最低 17.51,1.化工生产适宜条件选择的一般原则,练后反思,2.平衡类问题需考虑的几个方面 (1)原料的来源、除杂,尤其考虑杂质对平衡的影响。 (2)原料的循环利用。 (3)产物的污染处理。 (4)产物的酸碱性对反应的影响。 (5)气体产物的压强对平衡造成的影响。 (6)改变外界条件对平衡体系的影响。,微点突破22 等效平衡原理及应用,一、等效平衡的含义 1.化学平衡状态与建立平衡的条件有关,与建
23、立平衡的途径无关。 2.对于同一可逆反应,在一定条件(恒温恒容或恒温恒压)下,无论是从正反应(反应物)、逆反应(生成物)或从中间状态(既有反应物、也有生成物)开始,只要建立平衡后,平衡混合物中各组分的比例相同,或各组分在混合物中的百分含量相等,这样的化学平衡互称为等效平衡。 3.注意只是组分的百分含量相同,包括体积百分含量、物质的量百分含量或质量百分含量,而各组分的浓度不一定相等。,二、等效平衡分类及规律,【题组巩固】 题组一 恒温恒容条件下等效平衡的应用 1.(2017哈尔滨师大附中高三测试)在一个1 L的密闭容器中,加入2 mol A和1 mol B,发生反应:2A(g)+B(g) 3C(
24、g)+D(s),达到平衡时,C的浓度为1.2 mol/L,维持容器的体积和温度不变,按下列配比作为起始物质,达到平衡后,C的浓度还是1.2 mol/L的是( ) A.1 mol A+0.5 mol B+1.5 mol C+0.1 mol D B.3 mol C+0.5 mol D C.2 mol A+1 mol B+1 mol D D.0.5 mol A+0.25 mol B+2.25 mol C,C,解析:反应2A(g)+B(g) 3C(g)+D(s),D为固体,D的量不影响平衡移动;在恒温恒容下,不同途径达到平衡后,C的浓度仍为1.2 mol/L,说明与原平衡互为等效平衡,按化学计量数转化
25、到方程式的左边,只要满足n(A)=2 mol,n(B)=1 mol即可。A项,由于D的物质的量为0.1 mol,按方程式的化学计量数转化到左边可得1.2 mol A、0.6 mol B,剩余 1.2 mol C,与原平衡不互为等效平衡,错误;B项,若开始加入 3 mol C+0.5 mol D,将3 mol C、0.5 mol D按化学计量数转化到左边可得1 mol A、0.5 mol B,剩余1.5 mol C,与原平衡不是等效平衡,错误; C项,由于D为固体,不影响化学平衡,所以反应后与原平衡互为等效平衡,正确;D项,没有加入D物质,无法建立等效平衡,错误。,2.导学号 96656287
26、在一固定容积的密闭容器中,保持一定温度,在一定条件下进行反应A(g)+2B(g) 3C(g),已知加入1 mol A和 3 mol B,且达到平衡后,生成a mol C。 (1)达到平衡时,C在混合气体中的体积分数是 (用字母a表示)。,(2)在相同的实验条件下,若加入2 mol A和6 mol B,达到平衡后,C的物质的量为 mol(用字母a表示),此时C在反应混合气体中的质量分数 (填“增大”“减小”或“不变”)。 (3)在相同实验条件下,若改为加入2 mol A和8 mol B,若要求平衡后C在反应混合气体中的质量分数不变,则还应加入C mol。,解析:(2)物质按比例增多,相当于对体系
27、加压,又反应前后气体分子数不变,所以平衡不移动,故质量分数不变。,答案:(2)2a 不变 (3)6,等效平衡判断“四步曲”,思维建模,3.恒温恒压下,在一个容积可变的密闭容器中发生反应:A(g)+B(g) C(g),若开始时通入1 mol A和1 mol B,达到平衡时生成a mol C。则下列说法错误的是( ) A.若开始时通入3 mol A和3 mol B,达到平衡时,生成的C的物质的量为3a mol B.若开始时通入4 mol A、4 mol B和2 mol C,达到平衡时,B的物质的量一定大于4 mol C.若开始时通入2 mol A、2 mol B和1 mol C,达到平衡时,再通入
28、3 mol C,则再次达到平衡后,C的物质的量分数为 D.若在原平衡体系中,再通入1 mol A和1 mol B,混合气体的平均相对分子质量不变,B,解析:选项A,开始时通入3 mol A和3 mol B,恒压条件下,相当于将三个原容器叠加,各物质的含量与原平衡中的相同,C的物质的量为3a mol;选项B,无法确定平衡移动的方向,不能确定平衡时B的物质的量一定大于4 mol;选项C,根据题给数据可算出达到平衡时C的物质的量分数为 ;选项D,相当于将两个原容器叠加,平均相对分子质量不变。,题组二 恒温恒压条件下等效平衡的应用,4.导学号 96656141 如图所示,甲容器容积固定不变,乙容器有可
29、移动的活塞。甲中充入2 mol SO2和1 mol O2,乙中充入4 mol SO3和 1 mol He,在恒定温度和相同的催化剂条件下,发生如下反应:2SO3(g) 2SO2(g)+O2(g)。下列有关说法正确的是( ),A.若活塞固定在6处不动,达平衡时甲、乙两容器中的压强:p乙=p甲 B.若活塞固定在3处不动,达平衡时甲、乙两容器中SO3的浓度:c(SO3)乙2c(SO3)甲 C.若活塞固定在3处不动,达平衡时甲、乙两容器中SO2的体积分数: (SO2)乙 2(SO2)甲 D.若活塞固定在7处不动,达平衡时两容器中SO3的物质的量分数相等,B,构建“虚拟的第三平衡”法解决平衡间的联系,方
30、法规律,在解题时若遇到比较条件改变后的新、旧平衡间某量的关系有困难时,可以考虑构建一个与旧平衡等效的“虚拟的第三平衡”,然后通过压缩或扩大体积等手段,再与新平衡形成新的联系,以形成有利于问题解决的新模式,促使条件向结论转化,例如: (1)构建等温等容平衡思维模式: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)构建等温等压平衡思维模式(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。,真题体验 感悟考法明确考向,考向一 化学平衡状态的判断,答案:a、c,考向二 外界条件对平衡移动的影响 2.(双选题)(2
31、016海南卷,11)由反应物X转化为Y和Z的能量变化如图所示。下列说法正确的是( ) A.由XY反应的H=E5-E2 B.由XZ反应的H0 C.降低压强有利于提高Y的产率 D.升高温度有利于提高Z的产率,BC,3.(2014全国卷,28节选)乙醇是重要的有机化工原料,可由乙烯气相直接水合法或间接水合法生产。回答下列问题:,(1)图中压强(p1、p2、p3、p4)的大小顺序是 , 理由是 。,解析:(1)C2H4(g)+H2O(g) C2H5OH是一个气体体积减小的反应,相同温度下,增大压强,平衡向正反应方向移动,C2H4的转化率提高,所以p4p3p2p1。,答案:(1)p4p3p2p1 正反应
32、为气体分子数减小的反应,相同温度下,压强增大,乙烯转化率提高,(2)气相直接水合法常采用的工艺条件为:磷酸/硅藻土为催化剂,反应温度290 、压强6.9 MPa, =0.61。乙烯的转化率为5%,若要进一步提高乙烯转化率,除了可以适当改变反应温度和压强外,还可以采取的措施有 、 。,考向三 等效平衡 4.(双选题)(2016江苏卷,15)一定温度下,在3个体积均为 1.0 L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( ),A.该反应的正反应放热 B.达到平衡时,容器中反应物转化率比容器中的大 C.达到平衡时,容器中c(H2)大于容器中c(H2)的两倍 D.达到平衡时,容器中的正反应速率比容器中的大,AD,解析:分析、中数据知反应开始时中加入的H2、CO与中加入甲醇的物质的量相当,平衡时甲醇的浓度:,温度:,当其他条件不变时,升高温度反应速率加快,故达到平衡时,容器中的正反应速率比容器中的大,D正确。,
