1、第3节 化学平衡的移动 化学反应进行的方向,-2-,考纲要求:1.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。 2.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。,-3-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,化学平衡移动 1.化学平衡移动的过程,2.化学平衡移动与化学反应速率的关系 (1)v(正)v(逆):平衡向正反应方向移动。 (2)v(正)=v(逆):反应处于平衡状态,平衡不发生移动。 (3)v(正)v(逆):平衡向逆反应方向移动。,-4-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,3.外界因素对化学平衡的影响,-5-,考点
2、一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,4.化学平衡移动原理勒夏特列原理 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),平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动。 特别提醒(1)“减弱这种改变”升温平衡向着吸热反应方向移动;增加反应物浓度平衡向反应物浓度减小的方向移动;增大压强平衡向气体物质的量减小的方向移动。 (2)化学平衡移动的结果只是减弱了外界条件的改变,而不能完全抵消外界条件的改变,更不能超过外界条件的变化。,-6-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,自主巩固 (1)在密闭容器中进行下列反应CO2(g)+C(s) 2CO(g) H0,达到平衡后,改变
3、下列条件,则指定物质的浓度及平衡如何变化: 增加C,平衡不移动,c(CO)不变。 减小密闭容器容积,保持温度不变,则平衡向逆反应方向移动, c1(CO2)与原平衡时c(CO2)的关系是c1(CO2)c(CO2),c1(CO)与原平衡时c(CO)的关系是c(CO)c1(CO)。 通入N2,保持密闭容器体积和温度不变,则平衡不移动,c(CO2)不变。 保持密闭容器体积不变,升高温度,则平衡向正反应方向移动, c(CO)增大。,-7-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,(2)已知一定条件下合成氨反应:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) H=-92.4 kJmol-1,在反应过程中,反
4、应速率的变化如图所示,请根据速率的变化回答采取的措施。t1增大c(N2)或c(H2);t2加入催化剂; t3降低温度;t4增大压强。,-8-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,-9-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,2.构建“过渡态”判断两个平衡状态的联系 (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。,-10-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,-11-,考点一,考
5、点二,基础梳理,考点突破,考点三,例1(2018全国)CH4-CO2催化重整不仅可以得到合成气(CO和H2),还对温室气体的减排具有重要意义。回答下列问题:,该催化重整反应的H= kJmol-1,有利于提高CH4平衡转化率的条件是 (填标号)。 A.高温低压 B.低温高压 C.高温高压 D.低温低压 某温度下,在容积为2 L的容器中加入2 mol CH4、1 mol CO2以及催化剂进行重整反应,达到平衡时CO2的转化率是50%,其平衡常数为 。,-12-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,(2)反应中催化剂活性会因积碳反应而降低,同时存在的消碳反应则使积碳量减少,相关数据如下表:,
6、-13-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,由上表判断,催化剂X (填“优于”或“劣于”)Y,理由是 。在反应进料气组成、压强及反应时间相同的情况下,某催化剂表面的积碳量随温度的变化关系如上图所示,升高温度时,下列关于积碳反应、消碳反应的平衡常数(K)和速率(v)的叙述正确的是 (填标号)。 A.K积、K消均增加 B.v积减小、v消增加 C.K积减小、K消增加 D.v消增加的倍数比v积增加的倍数大,-14-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,在一定温度下,测得某催化剂上沉积碳的生成速率方程为v=kp(CH4)p(CO2)-0.5(k为速率常数),在p(CH4)一定时,不同p
7、(CO2)下积碳量随时间的变化趋势如图所示,则pa(CO2)、pb(CO2)、pc(CO2)从大到小的顺序为 。,-15-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,答案 (1)247 A (2)劣于 相对于催化剂X,催化剂Y积碳反应的活化能大,积碳反应的速率小;而消碳反应活化能相对较小,消碳反应速率大 AD pc(CO2)pb(CO2)pa(CO2),-16-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,解析 (1)将已知热化学方程式依次编号为,根据盖斯定律,2-,得到CH4-CO2催化重整反应的H=+247 kJmol-1。由于该反应是正反应气体体积增大的吸热反应,所以有利于提高CH4平
8、衡转化率的条件是高温低压,A项正确。某温度下,在容积为2 L的容器中加入2 mol CH4,1 mol CO2,达到平衡时CO2的转化率是50%,则平衡时各物质的物质的量浓度分别为c(CH4)=0.75 molL-1、c(CO2)=0.25 molL-1、c(CO)=0.5 molL-1、c(H2)=0.5 molL-1,根据,-17-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,(2)根据表格中活化能数据分析,催化剂X劣于催化剂Y。因为相对于催化剂X,催化剂Y积碳反应的活化能大,积碳反应的速率小,而消碳反应活化能相对较小,消碳反应速率大。由于积碳反应和消碳反应均为吸热反应,所以升高温度平衡正
9、向移动,K积、K消均增加;温度高于600 时,积碳量随温度的升高而下降,说明v消增加的倍数比v积增加的倍数大,A、D两项正确。 根据v=kp(CH4)p(CO2)-0.5,当p(CH4)一定时,积碳量随p(CO2)的增大而减小,故pc(CO2)pb(CO2)pa(CO2)。,-18-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,答题模板判断化学平衡移动方向的思维模型,-19-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,跟踪训练 1.一定温度下,在三个体积均为1.0 L恒容密闭容器中发生反应:,-20-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,下列说法正确的是( ) A.该反应的正反应为放
10、热反应 B.达到平衡时,容器中的H2体积分数比容器中的小 C.容器 中反应达到平衡所需的时间比容器中的长,答案,解析,-21-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,2.(2017全国)砷(As)是第四周期A族元素,可以形成As2S3、As2O5、H3AsO3、H3AsO4等化合物,有着广泛的用途。回答下列问题: (1)画出砷的原子结构示意图 。 (2)工业上常将含砷废渣(主要成分为As2S3)制成浆状,通入O2氧化,生成H3AsO4和单质硫。写出发生反应的化学方程式 。该反应需要在加压下进行,原因是 。,-22-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,-23-,考点一,考点二,基
11、础梳理,考点突破,考点三,-24-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,答案 (1) (2)2As2S3+5O2+6H2O=4H3AsO4+6S 增加反应物O2的浓度,提高As2S3的转化速率 (3)2H1-3H2-H3 (4)a、c 大于 小于 tM时生成物浓度较低,-25-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,-26-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,-27-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,化学平衡图像 以可逆反应aA(g)+bB(g) cC(g) H=Q kJmol-1为例 (1)含量时间温度(或压强)图(结合图像完成下列填空)。(曲线m用催化剂
12、,n不用催化剂,或化学计量数a+b=c时曲线m的压强大于n的压强),-28-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,-29-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,(2)恒压(温)线(如图所示):该类图像的纵坐标为反应物的转化率()或生成物的平衡浓度(c),横坐标为温度(T)或压强(p),常见类型如下图所示:,-30-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,(3)其他。如图所示曲线,是其他条件不变时,某反应物的最大转化率()与温度(T)的关系曲线,图中标出的A、B、C、D四个点中v(正)v(逆)的点是C,v(正)v(逆)的点是A,B、D点v(正)=v(逆)。,-31-,考点一
13、,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,自主巩固 已知不同温度或压强下,反应物的转化率(或百分含量)与时间的关系曲线,可推断温度的高低与反应的热效应或压强的大小与气体物质间的化学计量数的关系。以反应aA(g)+bB(g) cC(g)中反应物的转化率A为例说明,-32-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,(1)根据A、B、C图像回答下列问题: A图中T2T1;B图中p1p2;C图中若有催化剂引起的变化,则a(填“a”或“b”)使用了催化剂。 该反应为放热反应;化学方程式中的计量数a+bc。 (2)根据D、E图像回答下列问题: 根据D图判断该反应是放热反应;反应中的化学计量数存在如下关系:
14、a+bc。 根据E图判断该反应是放热反应;反应中的化学计量数存在如下关系:a+bc。 (3)若图A、B纵坐标表示A的百分含量,则该反应为吸热反应;反应中的化学计量数存在如下关系:a+bc。 若图D、E纵坐标表示A的百分含量,判断该反应是吸热反应;反应中的化学计量数存在如下关系:a+bc。,-33-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,化学平衡图像解题技巧 (1)先拐先平。 在含量(转化率)时间曲线中,先出现拐点的先达到平衡,说明该曲线表示的反应速率大,表示温度较高、有催化剂、压强较大等。 (2)定一议二。 当图像中有三个量时,先确定一个量不变,再讨论另外两个量的关系,有时还需要作辅助线
15、。 (3)三步分析法。 一看反应速率是增大还是减小;二看v(正)、v(逆)的相对大小;三看化学平衡移动的方向。,-34-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,例2已知:4NH3(g)+5O2(g) 4NO(g)+6H2O(g) H=-1 025 kJmol-1,该反应是一个可逆反应。若反应起始物质的量相同,下列关于该反应的示意图不正确的是( ),答案,解析,-35-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,答题模板化学平衡图像题解题思路,-36-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,跟踪训练 3.某化学科研小组研究在其他条件不变时,改变某一条件对化学平衡的影响,得到如下变化
16、规律(图中p表示压强,T表示温度,n表示物质的量):,-37-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,根据以上规律判断,下列结论正确的是( ) A.反应:H0,p2p1 B.反应:H0,T1T2 C.反应:H0,T2T1或HT1,答案,解析,-38-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,考点三,4.在一定条件下,某可逆反应aA(g)+bB(s) cC(g)达到平衡后,A的转化率(A)与温度(T)、压强(p)的关系如图所示,根据图像分析下列判断正确的是( ) A.a+bT1,则该反应在高温下易自发进行 C.H0 D.若T2T1,则该反应不能自发进行,答案,解析,-39-,考点三,考点一,考
17、点二,基础梳理,考点突破,化学反应进行的方向 1.自发过程 (1)定义:在一定条件下,不需要借助光、电等外力作用就能自动进行的过程。 (2)特点:体系趋向于从高能量状态转变为低能量状态(体系对外部做功或放出能量);在密闭条件下,体系有从有序转变为无序的倾向性(无序体系更加稳定)。 2.熵、熵变 (1)熵是量度体系混乱程度的物理量,符号为S。 (2)影响熵大小的因素: 相同条件下,物质不同熵不同。同一物质的熵:气态(g)液态(l)固态(s)。 (3)熵变=反应产物的总熵-反应物的总熵,符号为S。,-40-,考点三,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,3.化学反应方向的判据,-41-,考点三,考点
18、一,考点二,基础梳理,考点突破,自主巩固 (1)汽车燃油不完全燃烧时产生CO,有人设想按下列反应除去CO:2CO(g)=2C(s)+O2(g)。已知该反应的H0,简述该设想能否实现的依据: 该反应是吸热、熵减的反应,任何温度下均不能自发进行。 (2)超音速飞机在平流层飞行时,尾气中的NO会破坏臭氧层。科学家正在研究利用催化技术将尾气中的NO和CO转变成CO2和N2,化学方程式如下:2NO+2CO 2CO2+N2。反应能够自发进行,则反应的H”“”或“=”) 0。,-42-,考点三,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,焓变、熵变和温度对化学反应方向的影响,-43-,考点三,考点一,考点二,基础梳
19、理,考点突破,例3已知反应FeO(s)+C(s)=CO(g)+Fe(s)的H0(假设H、S不随温度变化而变化),下列叙述中正确的是( ) A.低温下为自发过程,高温下为非自发过程 B.高温下为自发过程,低温下为非自发过程 C.任何温度下均为非自发过程 D.任何温度下均为自发过程,解析:已知H0,固固反应生成气体的反应S0,化学反应能自发进行的判据是H-TSH,因此此反应只能是高温自发,B正确。,B,-44-,考点三,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,易错警示(1)反应能否自发进行需综合考虑焓变和熵变对反应的影响。 (2)化学反应方向的判据指出的仅仅是在一定条件下化学反应自发进行的趋势,并不能
20、说明在该条件下反应一定能实际发生,还要考虑化学反应的快慢问题。,-45-,考点三,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,跟踪训练 5.已知:(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g) H=+74.9 kJmol-1。下列说法中正确的是( ) A.该反应中熵变小于0,焓变大于0 B.该反应是吸热反应,因此一定不能自发进行 C.碳酸盐分解反应中熵增加,因此任何条件下所有碳酸盐分解一定自发进行 D.判断反应能否自发进行需要根据H与S综合考虑,D,解析:该反应正向有气体生成,S0,A项错误;吸热的熵增反应可能自发进行,B项错误;熵增加的反应不一定都能自发进行,C项错误;判断一个化学反应
21、能否自发进行应根据H与S综合分析,D项正确。,-46-,考点三,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,6.目前工业上可利用CO或CO2来生产燃料甲醇,某研究小组对下列有关甲醇制取的三条化学反应原理进行探究。已知在不同温度下的化学反应平衡常数(K1、K2、K3)如表所示:,-47-,考点三,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,请回答下列问题: (1)反应是 (填“吸热”或“放热”)反应。 (2)根据反应与可推导出K1、K2与K3之间的关系,则K3= (用K1、K2表示);根据反应判断S (填“”“=”或“”“=”或“”)v(逆)。,答案 (1)吸热 (2)K1K2 ,-48-,考点三,考点一,考点
22、二,基础梳理,考点突破,解析 (1)由表中数据可得,温度升高,反应平衡常数增大,所以该反应是吸热反应。 (2)根据盖斯定律,反应+得到反应,所以平衡常数K3=K1K2;反应是气体分子数减小的反应,故Sv(逆)。,-49-,外界条件对化学平衡的影响,-50-,-51-,-52-,例题为探讨化学平衡移动原理与氧化还原反应规律的联系,某同学通过改变浓度研究“2Fe3+2I- 2Fe2+I2”反应中Fe3+和Fe2+的相互转化。实验如下:,-53-,(1)待实验溶液颜色不再改变时,再进行实验,目的是使实验的反应达到 。 (2)是的对比实验,目的是排除中 造成的影响。 (3)和的颜色变化表明平衡逆向移动
23、,Fe2+向Fe3+转化。用化学平衡移动原理解释原因: 。,-54-,答案:(1)化学平衡状态 (2)溶液稀释对颜色变化 (3)加入Ag+发生反应:Ag+I-=AgI,c(I-)降低;或增大c(Fe2+),平衡均逆向移动 解析:(1)只有达到化学平衡状态,各种离子浓度不再发生变化,才能在实验进行有效对比,因此待实验溶液颜色不再改变时,再进行实验的目的是使实验的反应达到平衡状态。 (2)由于加入硫酸亚铁溶液的同时,相当于溶液稀释,所以的目的是排除中溶液稀释造成的影响。 (3)根据勒夏特列原理可知减小I-浓度或增大Fe2+浓度,平衡逆向移动。,-55-,答案,解析,-56-,2.下列实验事实不能用
24、平衡移动原理解释的是( ),答案,解析,-57-,1.影响化学平衡移动的3个外界因素 (1)浓度;(2)压强;(3)温度。 2.判断化学平衡移动的依据是勒夏特列原理。 3.解平衡图像题的2个策略 (1)“先拐先平数值大”原则:先出现拐点的反应则先达到平衡,其代表的温度越高或压强越大。 (2)“定一议二”原则:先确定横坐标(或纵坐标)所表示的数值,再讨论纵坐标(或横坐标)与曲线的关系。 4.判断化学反应进行的方向,-58-,-59-,2,1,3,4,6,5,1.下列过程的熵变的判断不正确的是( ) A.把少量食盐溶解在水中,S0 B.纯碳与氧气反应生成CO(g),S0 C.H2O(g)变成液态水
25、,S0 D.CaCO3(s)在煅烧时分解为CaO(s)和CO2(g),S0,C,-60-,2,1,3,4,6,5,2.向一体积为2 L的恒容密闭容器里充入1 mol N2和4 mol H2,在一定温度下发生反应:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) H0。10 s时达到平衡,c(NH3)为0.4 molL-1。下列说法正确的是( ) A.该反应达到平衡时H2的转化率为40% B.降低温度能使混合气体的密度增大 C.向该容器中充入N2,平衡正向移动 D.研发高效催化剂可大大提高NH3的产率,C,解析:根据题中数据可知,NH3的生成量为0.8 mol,则H2的减少量为1.2 mol,(H2)=
26、1.24100%=30%,A项错误;降温时平衡正向移动,但气体总质量不变,容器容积不变,则密度不变,B项错误;体积不变,充入N2,c(N2)增大,平衡正向移动,C项正确;催化剂不能使平衡发生移动,因此各物质的转化率不变、产率不变,D项错误。,-61-,4,3,1,2,6,5,3.(2018辽宁六校协作体联考)在特制的密闭真空容器中加入一定量纯净的氨基甲酸铵固体(假设容器容积不变,固体试样体积忽略不计),在恒定温度下使其达到分解平衡:NH2COONH4(s) 2NH3(g)+CO2(g) H0。下列说法正确的是( ) A.密闭容器中气体的平均相对分子质量不变则该反应达到平衡状态 B.该反应在任何
27、条件下都能自发进行 C.再加入一定量氨基甲酸铵,可增大反应速率 D.保持温度不变,压缩体积,达到新的平衡时,NH3的体积分数不变,答案,解析,-62-,4,3,1,2,6,5,4.下列图示与对应的叙述相符的是( ),-63-,4,3,1,2,6,5,答案,解析,-64-,6,5,3,1,2,4,-65-,6,5,3,1,2,4,D.对于一定条件下的某一可逆反应,用平衡浓度表示的平衡常数和用平衡分压表示的平衡常数,其数值不同,但意义相同,都只与温度有关,答案,-66-,6,5,3,1,2,4,-67-,6,5,3,1,2,4,平衡常数只随温度变化,根据平衡浓度计算和根据平衡分压计算意义相同,对于
28、一定条件下的可逆反应,用平衡浓度计算的平衡常数与用平衡分压计算的平衡常数,其数值不同,但意义相同,D正确。,-68-,6,5,3,1,2,4,6.(2017全国)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:,反应的H1为 kJmol-1。图(a)是反应平衡转化率与反应温度及压强的关系图,x (填“大于”或“小于”)0.1;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,-69-,6,5,3,1,2,4,-70-,6,5,3,1,2,4,(2)
29、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 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 。,答案 (1)+123 小于 AD (2)原料中过量H2会使反应平衡逆向移动,所以丁烯转化率下降 (3)590 前升高温度,反应平衡正向移动 升高温度时,反应速率加快,单位时间产生丁烯更多 更高
30、温度导致C4H10裂解生成更多的短碳链烃,故丁烯产率快速降低,-71-,6,5,3,1,2,4,解析 (1)根据盖斯定律,式-式可得式,因此H1=H2-H3=-119 kJmol-1+242 kJmol-1=+123 kJmol-1。由图(a)可以看出,温度相同时,由0.1 MPa 变化到x MPa,丁烷的转化率增大,即平衡正向移动,由于反应是气体物质的量增大的反应,压强越小平衡转化率越大,所以x的压强更小,x0.1。由于反应为吸热反应,所以温度升高时,平衡正向移动,丁烯的平衡产率增大,因此A正确,B错误。由于反应是气体物质的量增大的反应,加压时平衡逆向移动,丁烯的平衡产率减小,因此C错误,D正确。 (2)H2是反应的产物,增大 会促使平衡逆向移动,从而降低丁烯的产率。 (3)590 之前,随温度升高,反应速率增大,反应是吸热反应,升高温度平衡正向移动,生成的丁烯会更多。温度超过590 ,更多的丁烷裂解生成短链烃类,导致丁烯产率快速降低。,
