2021届一轮复习鲁科版化学平衡状态和平衡移动学案
第2节 化学平衡状态和平衡移动
考纲定位
核心素养
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。
4.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。
1.变化观念——从可逆的角度认识化学变化及其化学变化的特征和规律。
2.平衡思想——从动态平衡的观点考察、分析化学反应达到平衡的标志及条件改变平衡的移动方向。
3.模型认知——认知化学平衡的特征及影响因素建立思维模型，并解释一些现象和问题。同时关注“等效平衡”的建立模型。
4.社会责任——根据平衡移动规律认识合成氨等工业生产的条件选择问题，提高经济效益和原料利用率。
考点一| 可逆反应与化学平衡状态
1．可逆反应
[示例] 含有2 mol SO2和2 mol O2在一定条件下的密闭容器中发生2SO2(g)＋O2(g2SO3(g)，平衡时的O2物质的量范围为1_mol
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，平衡移动的方向分别为(填“向左”“向右”或“不移动”)：
甲________；乙________；丙________。
此时反应体系的温度均比原来________(填“高”或“低”)。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”)
甲________；乙________；丙________。
(2)加压，使体系体积缩小为原来的
①平衡移动方向分别为(填“向左”“向右”或“不移动”)：
甲________；乙________；丙________。
②设压缩之前压强分别为p甲、p乙、p丙，压缩后压强分别为p′甲、
p′乙、p′丙，则p甲与p′甲、p乙与p′乙、p丙与p′丙的关系分别为：
甲________；乙________；丙________。
(3)恒温恒压充入氖气，平衡移动方向分别为(填“向左”“向右”或“不移动”)：
甲________；乙________；丙________。
答案：(1)向左 向左 向右 高 减小 减小 不变
(2)①向右 不移动 不移动 ②p甲b＋c时，α(A)增大，φ(A)减小；a0)，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？
①③⑤。
(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Q2＋Q3＝Q1。
(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？①②③⑤。
(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？①②③⑤。b.达平衡后①②放出的热量分别为Q1和Q2，则Q1与Q2的关系Q2＝2Q1。
4．平衡状态比较的三种思维模板
(1)构建恒温恒容平衡思维模式
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)构建恒温恒压平衡思维模式(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。
(3)恒温恒容与恒温恒压条件平衡比较模式(起始量相同)
1．(2019·石家庄模拟)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－1。测得数据如表：
容器
起始时各物质的物质的量/mol
达到平衡时体系
编号
能量的变化
N2
H2
NH3
①
2
3
0
27.78 kJ
②
1.6
1.8
0.8
Q
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
B [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 (mol·L－1)－2<
(mol·L－1)－2≈0.069 (mol·L－1)－2，因此容器②中反应向逆反应方向进行，v(正)”“<”或“＝”)。
解析：(1)由于甲容器定容，而乙容器定压，当它们的压强相等达到平衡时，乙的容积应该为甲的两倍，生成的NH3的物质的量应该等于2m mol。当甲、乙两容器的体积相等时，相当于将建立等效平衡后的乙容器压缩，故乙中NH3的物质的量大于2m mol。(2)起始加入量相同，平衡时乙中的压强大，反应程度大，α(N2)大。
答案：(1)D E (2)<
课堂反馈 真题体验
1．对于反应2SiHCl3(g)===SiH2Cl2(g)＋SiCl4(g)，采用大孔弱碱性阴离子交换树脂催化剂，在323 K和343 K时SiHCl3的转化率随时间变化的结果如图所示。
(1)343 K时反应的平衡转化率α＝________%。平衡常数K343 K＝________(保留2位小数)。
(2)在343 K下：要提高SiHCl3转化率，可采取的措施是________；要缩短反应达到平衡的时间，可采取的措施有________、________。
解析：(1)温度越高，反应越先达到平衡，根据图示，左侧曲线对应的温度为343 K,343 K时反应的平衡转化率为22%。设开始时加入SiHCl3的浓度为a mol·L－1，根据化学方程式和SiHCl3的平衡转化率知，达平衡时，SiHCl3、SiH2Cl2、SiCl4的浓度分别为0.78a mol·L－1、0.11a mol·L－1、0.11a mol·L－1，化学平衡常数K＝≈0.02。(2)根据化学平衡移动原理并结合该反应特点，及时分离出生成物可提高反应物的转化率。缩短反应达到平衡的时间，实质就是提高反应速率，可采用加压的方式或选择更为高效的催化剂。
答案：(1)22 0.02 (2)及时移去产物 改进催化剂 提高反应物压强
2．丁烯是一种重要的化工原料，可由丁烷催化脱氢制备。回答下列问题：
(1)正丁烷(C4H10)脱氢制1丁烯(C4H8)的热化学方程式如下：
①C4H10(g)===C4H8(g)＋H2(g) ΔH1
已知：②C4H10(g)＋O2(g)===C4H8(g)＋H2O(g)
ΔH2＝－119 kJ·mol－1
③H2(g)＋O2(g)===H2O(g)
ΔH3＝－242 kJ·mol－1
反应①的ΔH1为________kJ·mol－1。图(a)是反应①平衡转化率与反应温度及压强的关系图，x________0.1(填“大于”或“小于”)；欲使丁烯的平衡产率提高，应采取的措施是________(填标号)。
A．升高温度 B．降低温度
C．增大压强 D．降低压强
图(a) 图(b)
图(c)
(2)丁烷和氢气的混合气体以一定流速通过填充有催化剂的反应器(氢气的作用是活化催化剂)，出口气中含有丁烯、丁烷、氢气等。图(b)为丁烯产率与进料气中n(氢气)/n(丁烷)的关系。图中曲线呈现先升高后降低的变化趋势，其降低的原因是_______________________________
___________________________________________________________。
(3)图(c)为反应产率和反应温度的关系曲线，副产物主要是高温裂解生成的短碳链烃类化合物。丁烯产率在590 ℃
之前随温度升高而增大的原因可能是__________、________；590 ℃之后，丁烯产率快速降低的主要原因可能是___________________________________________________。
解析：(1)由盖斯定律可知，①式＝②式－③式，即ΔH1＝ΔH2－ΔH3＝－119 kJ·mol－1－(－242 kJ·mol－1)＝＋123 kJ·mol－1。由图(a)可知，同温下，x MPa时丁烯的平衡产率高于0.1 MPa时的，根据压强减小，平衡向右移动可知，x小于0.1。欲提高丁烯的平衡产率，应使平衡向右移动，该反应的正反应为吸热反应，因此可以通过升高温度的方法使平衡向右移动；该反应为气体体积增大的反应，因此可以通过降低压强的方法使平衡向右移动，所以A、D选项正确。
(2)由于氢气是产物之一，随着n(氢气)/n(丁烷)增大，逆反应速率增大，所以丁烯产率降低。
(3)该反应的正反应为吸热反应，因此升高温度可以使平衡向右移动，使丁烯的产率增大，另外，反应速率也随温度的升高而增大。由题意知，丁烯在高温条件下能够发生裂解，因此当温度超过590 ℃时，参与裂解反应的丁烯增多，而使产率降低。
答案：(1)＋123 小于 AD
(2)氢气是产物之一，随着n(氢气)/n(丁烷)增大，逆反应速率增大
(3)升高温度有利于反应向吸热方向进行 温度升高反应速率加快 丁烯高温裂解生成短链烃类
