2018届一轮复习人教版化学平衡状态学案(1)
第七单元 化学反应速率与化学平衡
第二课时 化学平衡状态
考纲解读：
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．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。
考点一 可逆反应与化学平衡状态
自主梳理：
1．可逆反应：
2．化学平衡状态
(1)概念：一定条件下的可逆反应中，正反应速率与逆反应速率相等，反应体系中所有参加反应的物质的浓度保持不变的状态。
(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中。反应过程如下：
以上过程可用如图表示：
(3)特征：
【深度思考】在两个恒容的密闭容器中进行下列两个可逆反应
(甲)2NO2(g) 2NO(g)＋O2(g)
(乙)H2(g)＋I2(g) 2HI(g)
现有下列状态：
①反应物的消耗速率与生成物的生成速率之比等于化学计量数之比
②反应物的消耗速率与生成物的消耗速率之比等于化学计量数之比
③速率之比等于化学计量数之比的状态
④浓度之比等于化学计量数之比的状态
⑤百分含量之比等于化学计量数之比的状态
⑥混合气体的颜色不再改变的状态
⑦混合气体的密度不再改变的状态
⑧混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态
⑨体系温度不再改变的状态
⑩压强不再改变的状态
⑪反应物的浓度不再改变的状态
⑫反应物或生成物的百分含量不再改变的状态
其中能表明(甲)达到化学平衡状态的是__________；
能表明(乙)达到化学平衡状态的是__________；
能表明(甲)、(乙)都达到化学平衡状态的是__________。
【答案】②⑥⑧⑨⑩⑪⑫ ②⑥⑨⑪⑫ ②⑥⑨⑪⑫
例1、在密闭容器中进行反应：X2(g)＋Y2(g) 2Z(g)，已知X2、Y2、Z的起始浓度分别为0.1 mol·L－1、0.3 mol·L－1、0.2 mol·L－1，在一定条件下，当反应达到平衡时，各物质的浓度有可能是( )
A．Z为0.3 mol·L－1 B．Y2为0.4 mol·L－1
C．X2为0.2 mol·L－1 D．Z为0.4 mol·L－1
【答案】A
【解析】假设反应正向进行到底：X2(g)＋Y2(g) 2Z(g)
起始浓度(mol·L－1) 0.1 0.3 0.2
改变浓度(mol·L－1) 0.1 0.1 0.2
终态浓度(mol·L－1) 0 0.2 0.4
假设反应逆向进行到底：X2(g)＋Y2(g) 2Z(g)
起始浓度(mol·L－1) 0.1 0.3 0.2
改变浓度(mol·L－1) 0.1 0.1 0.2
终态浓度(mol·L－1) 0.2 0.4 0
平衡体系中各物质的浓度范围为0
v逆，平衡向正反应方向移动；
v正＝v逆，反应达到平衡状态，平衡不发生移动；
v正v放，原平衡被破坏，平衡向吸热反应的方向移动，直至建立新的平衡。降温则相反。
2．对于一定条件下的可逆反应
甲：A(g)＋B(g) C(g) ΔH＜0
乙：A(s)＋B(g) C(g) ΔH＜0
丙：A(g)＋B(g) 2C(g) ΔH＞0
达到化学平衡后，改变条件，按要求回答下列问题：
(1)升温，平衡移动方向分别为(填“向左”、“向右”或“不移动”，下同)
甲________；乙________；丙________。
混合气体的平均相对分子质量变化分别为(填“增大”、“减小”或“不变”，下同)
甲________；乙________；丙________。
(2)加压，平衡移动方向分别为
甲________；乙________；丙________。
混合气体的平均相对分子质量变化分别为
甲________；乙________；丙________。
【答案】(1)向左 向左 向右 减小 减小 不变
(2)向右 不移动 不移动 增大 不变 不变
例3、在某密闭容器中充入等物质的量的气体A和B，一定温度下发生反应：A(g)＋xB(g) 2C(g)，达到平衡后，只改变反应的一个条件，测得容器中物质的浓度、反应速率随时间变化如下图所示。下列说法中正确的是( )
A．20～30 min时温度、压强不变，40 min时温度不变，增大压强
B．8 min前A的平均反应速率为0.08 mol·(L·s)－1
C．反应方程式中的x＝1，正反应为吸热反应
D．20～40 min时该反应的环境温度不变
【答案】D
【解析】第30 min浓度突然减小，说明此时应为增大容器体积，减小压强；第40 min正逆反应速率同时增大且平衡向左移动，说明此时反应温度升高，A错误；8 min前A的平均反应速率为＝0.001 33 mol·(L·s)－1，B错误；由A、B、C三种物质单位时间的物质的量浓度变化可知反应方程式中的x＝1，而第40 min时平衡逆向移动说明正反应放热，C错误；20～40 min
时该平衡没有移动，故反应温度没有改变，D正确。
【发散类比3】反应X(g)＋Y(g) 2Z(g) ΔH<0，达到平衡时，下列说法正确的是( )。
A．减小容器体积，平衡向右移动
B．加入催化剂，Z的产率增大
C．增大c(X)，X的转化率增大
D．降低温度，Y的转化率增大
【答案】D
【归纳总结】分析化学平衡移动问题的注意事项
(1)平衡移动的结果只是减弱了外界条件的变化，而不能消除外界条件的变化。
(2)不要把v(正)增大与平衡向正反应方向移动等同起来，只有v(正)>v(逆)时，才使平衡向正反应方向移动。
(3)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。
(4)对于缩小体积增大压强，不管是否移动，各成分的浓度均增大，但增大的倍数可能不同也可能相同。
例4、工业上采取下列方法消除NO2污染：CH4(g)＋2NO2(g) N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－867 kJ/mol，下列说法正确的是( )
A．冷却使水液化可提高NO2的平衡转化率
B．提高反应温度，平衡常数增大
C．缩小容器的体积，逆反应速率增大的程度比正反应速率增大的程度小
D．加入合适的催化剂可提高NO2的平衡转化率
【答案】A
【解析】选项A，减小生成物浓度，平衡向正反应方向移动，NO2的平衡转化率增大，正确；选项B，升温平衡向逆反应方向移动，平衡常数减小，错误；选项C，缩小容器体积相当于加压，平衡向逆反应方向移动，逆反应速率增大的程度更大，错误；选项D，使用催化剂对平衡的移动无影响，错误。
【发散类比4】丙烯腈(CH2===CHCN)是一种重要的化工原料，工业上可用“丙烯氨氧化法”生产，主要副产物有丙烯醛(CH2===CHCHO)和乙腈(CH3CN)等。回答下列问题：
(1)以丙烯、氨、氧气为原料，在催化剂存在下生成丙烯腈(C3H3N)和副产物丙烯醛(C3H4O)的热化学方程式如下：
①C3H6(g)＋NH3(g)＋O2(g)===C3H3N(g)＋3H2O(g) ΔH＝－515 kJ·mol－1
②C3H6(g)＋O2(g)===C3H4O(g)＋H2O(g) ΔH＝－353 kJ·mol－1
有利于提高丙烯腈平衡产率的反应条件是__________；提高丙烯腈反应选择性的关键因素是________。
(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，填字母)。
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
图(a) 图(b)
(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________。
【答案】(1)降低温度，降低压强 催化剂
(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)1 该比例下丙烯腈产率最高，而副产物丙烯醛产率最低 1∶7.5∶1
【解析】(1)由于反应①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。(2)由于反应①是放热反应，温度降低，平衡右移，丙烯腈的平衡产率应增大，因此图(a)中460 ℃以下的产率不是对应温度下的平衡产率。反应①的平衡常数随温度的升高而变小，反应的活化能不受温度的影响，故当温度高于460 ℃时，丙烯腈的产率降低的可能原因是催化剂活性降低和副反应增多。(3)由图(b)可知，当n(氨)/n(丙烯)＝1时，丙烯腈的产率最高，而丙烯醛的产率已趋近于0，如果n(氨)/n(丙烯)再增大，丙烯腈的产率反而降低，故最佳n(氨)/n(丙烯)约为1。空气中O2的体积分数约为，结合反应①方程式及最佳n(氨)/n(丙烯)约为1可知，进料气氨、空气、丙烯的理论体积比应为1∶∶1＝1∶7.5∶1。
【归纳总结】平衡移动与转化率的关系
判断转化率的变化时，不要把平衡正向移动与反应物转化率提高等同起来，要视具体情况而定。若有多种反应物，增大某一反应物的浓度，则另外的反应物的转化率增大而自身的减小。
若只有一种反应物时(恒温恒容)
反应实例
反应物的浓度
平衡移动
转化率变化
产物百分含量
2SO3(g)2SO2(g)＋O2(g)
增大
正向
减小
减小
2NO2(g)N2O4(g)
增大
正向
增大
增大
2HI(g)I2(g)＋H2(g)
增大
正向
不变
不变
考点三 “等效平衡”在平衡状态比较中的应用
【自主梳理】
1．等效平衡的概念：在相同条件下(恒温、恒容或恒温、恒压)，同一可逆反应体系，不管是从正反应方向开始，还是从逆反应方向开始，只要按化学方程式中各物质的化学计量数之比投入反应物或生成物，在达到化学平衡状态时，任何相同组分的百分含量(体积分数、物质的量分数等)均相同，这样的化学平衡互称为等效平衡。
2．等效平衡的类型
等效类型
①
②
③
条件
恒温、恒容
恒温、恒容
恒温、恒压
反应
的特点
任何可逆反应
反应前后气体分子数相等
任何可逆反应
起始
投料
换算为化学方程式同一边物质，其“量”相同
换算为化学方程式同一边物质，其“量”符合同一比例
换算为化学方程式同一边物质，其“量”符合同一比例
平
衡
特
点
质量分
数(w%)
相同
相同
相同
浓度(c)
相同
成比例
相同(气体)
物质的量(n)
相同
成比例
成比例
【深度思考】在恒温恒容条件下，可逆反应：2A(g)＋B(g) 3C(g)＋D(g) ΔH＝－Q1 kJ·mol－1(Q1>0)，起始物质的量如表所示：
序号
A
B
C
D
①
2 mol
1 mol
0
0
②
4 mol
2 mol
0
0
③
1 mol
0.5 mol
1.5 mol
0.5 mol
④
0
1 mol
3 mol
1 mol
⑤
0
0
3 mol
1 mol
(1)上述反应达到平衡时，互为等效平衡的是哪几组？________。
(2)达到平衡后，①放出的热量为Q2 kJ，⑤吸收的热量为Q3 kJ，则Q1、Q2、Q3的定量关系为________。
(3)其他条件不变，当D为固体时，上述反应达到平衡时，互为等效平衡的是哪几组？________。
(4)将“恒温恒容”改为“恒温恒压”，a.上述反应达到平衡时，互为等效平衡的是哪几组？________。b.达平衡后①②放出的热量分别为Q1和Q2，则Q1与Q2的关系________。
【答案】(1)①③⑤ (2)Q2＋Q3＝Q1 (3)①②③⑤ (4)①②③⑤ Q2＝2Q1
例5、同温度下，体积均为1 L的两个恒容密闭容器中发生可逆反应：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH＝－92.6 kJ/mol。测得数据如表：
下列叙述不正确的是( )
A．容器①、②中反应达平衡时压强相等
B．容器②中反应开始时v(正)>v(逆)
C．容器②中反应达平衡时，吸收的热量Q为9.26 kJ
D．若条件为“绝热恒容”，容器①中反应达平衡时n(NH3)<0.6 mol
【答案】B
【解析】根据容器①中反应达到平衡时能量的变化可知，该反应中转化的N2为＝0.3 mol，因此根据三段式法可得
N2(g)＋ 3H2(g)2NH3(g)
起始(mol) 2 3 0
转化(mol) 0.3 0.9 0.6
平衡(mol) 1.7 2.1 0.6
故平衡常数K＝≈0.023<≈0.069，因此容器②中反应向逆反应方向进行，v(正)
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