2025届高中化学一轮复习:第十一章 第48讲 影响化学平衡的因素(课件 练习 学案)

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2025届高中化学一轮复习:第十一章 第48讲 影响化学平衡的因素(课件 练习 学案)

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第48讲
影响化学平衡的因素
1.掌握外界条件改变对化学平衡的影响。
2.掌握并会运用勒夏特列原理分析平衡的移动。
3.掌握平衡移动与转化率的关系。








考点一  化学平衡的移动
考点二  平衡移动与平衡转化率的关系
练真题  明考向
课时精练
化学平衡的移动
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考点一
1.化学平衡移动的根本原因
(1)平衡移动的过程
(2)平衡移动与速率的关系
①v正 v逆,化学平衡向正
反应方向移动;
②v正 v逆,化学平衡向逆反应方向移动;
③v正 v逆,化学平衡不发生移动。



2.化学平衡移动的重要实验再现
(1)探究浓度对化学平衡的影响
实验一:Fe3++3SCN-  Fe(SCN)3(红色),加入较浓的FeCl3溶液或KSCN溶液、少量铁粉、KCl固体,通过观察溶液红色的变化,分析平衡移动。
提示 ①加入较浓的FeCl3溶液或KSCN溶液,红色加深,平衡正向移动。
②加入少量Fe粉,红色变浅,平衡逆向移动。
③加入少量KCl固体,红色几乎不变,平衡不移动。
实验二:   (橙色)+H2O      (黄色)+2H+,滴加NaOH溶液或硫酸溶液,通过观察溶液颜色的变化,分析平衡移动。
提示 ①滴加NaOH溶液,溶液由橙色变为黄色,平衡正向移动。
②滴加H2SO4溶液,溶液橙色加深,平衡逆向移动。
(2)探究压强对化学平衡的影响
实验三:2NO2(红棕色)  N2O4(无色)
通过压缩体积观察颜色变化,分析平衡移动。
提示 气体的颜色先变深后变浅,最终还是比最初的颜色深。增大压强,平衡向生成N2O4的方向(气体体积减小的方向)移动。
(3)探究温度对化学平衡的影响
实验四:[Cu(H2O)4]2+(蓝色)+4Cl-  [CuCl4]2-(黄色)+4H2O ΔH>0。
将分别盛有2 mL 0.5 mol·L-1 CuCl2溶液的两支试管,一支试管先加热,然后置于冷水中,与另一支试管进行对比。
实验步骤 实验现象 结论
加热试管 __________ _____________________________
将上述试管置于冷水中 _______ _____________________________
溶液由蓝色变为绿色
在其他条件不变时,升高温度,平衡向正反应(吸热)方向移动
溶液恢复蓝色
在其他条件不变时,降低温度,平衡向逆反应(放热)方向移动
思考 在对CuCl2溶液加热时,为何未看到溶液变为黄色?
答案 因为加热时,平衡正向移动,[Cu(H2O)4]2+有部分转化为[CuCl4]2-,[Cu(H2O)4]2+显蓝色,[CuCl4]2-显黄色,而二者的混合色为绿色,故看不到黄色。
3.化学平衡移动原理——勒夏特列原理
如果改变影响平衡的一个因素(如浓度、压强或温度),平衡就向着能够 这种改变的方向移动,这就是勒夏特列原理,也称化学平衡移动原理。
减弱
1.外界条件对化学平衡的影响是通过改变正、逆反应速率来实现的,其移动方向取决于改变条件的瞬间v正和v逆的相对大小。试完成下表(说明:表中的压强的变化是指通过改变气体的体积实现的)。
一、外因对正逆反应速率与化学平衡移动的影响
条件的改变(假设其他条件不变) 改变条件的瞬间反应速率的变化 化学平衡的移动
v正 v逆
(1)浓度 ①增大反应物浓度
②减小反应物浓度
③增大生成物浓度
④减小生成物浓度
增大
不变
正向移动
减小
不变
逆向移动
不变
增大
逆向移动
不变
减小
正向移动
条件的改变(假设其他条件不变) 改变条件的瞬间反应速率的变化 化学平衡的移动
v正 v逆
(2)压强 ①增大压强
②减小压强
(3)温度 ①升高温度
②降低温度
(4)催化剂 使用催化剂
增大
增大
向气体体积减小的方向移动
减小
减小
向气体体积增大的方向移动
增大
增大
向吸热反应方向移动
减小
减小
向放热反应方向移动
增大
增大
不移动
2.将NO2装入带活塞的密闭容器中,当反应2NO2(g)  N2O4(g)达到平衡后,改变下列一个条件,其中叙述正确的是
A.升高温度,气体颜色加深,则此反应为吸热反应
B.慢慢压缩气体体积,平衡向右移动,混合气体颜色变浅
C.慢慢压缩气体体积,若体积减小一半,压强增大,但小于原来的两倍
D.恒温恒压时,充入惰性气体,平衡向左移动,混合气体的颜色变深

升高温度,气体颜色加深,则平衡向左移动,该反应为放热反应,A错误;
体积减小一半,根据勒夏特列原理,混合气体的颜色比原平衡深,压强小于原平衡的两倍,B错误,C正确;
恒温恒压,充入惰性气体,容器体积扩大,平衡向气体分子数增大的方向(即生成NO2的方向)移动,但NO2气体的浓度最终变小,混合气体的颜色变浅,D错误。
惰性气体对化学平衡的影响
3.一定条件下,在密闭容器中发生如下反应:2SO2(g)+O2(g)  2SO3(g) ΔH=-198 kJ·mol-1。
(1)若在t0时刻只增大压强(缩小容器的体积),请在图1中作出v正、v逆的变化图像。
二、通过图像理解化学平衡移动
答案
(2)请在图2中作出不同温度下(T2>T1)SO2的转化率随时间变化的示意图。
答案
4.(2021·湖南,11改编)已知:A(g)+2B(g)  3C(g) ΔH<0,向一恒温恒容的密闭容器中充入_______________发生反应,t1时达到平衡状态Ⅰ,在t2时改变某一条件,t3时重新达到平衡状态Ⅱ,正反应速率随时间的变化如图所示。t2时改变的条件:________________。
一定量的A和B
向容器中加入C
反应从正反应开始,所以为充入一定量的A和B。t2时v正瞬间不变,后不断增大,
v逆是突变后不断减小,故改变的条件是加入C。
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平衡移动与平衡转化率的关系
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考点二
一、新旧平衡转化率的比较
1.对于以下反应,从反应开始进行到达到平衡后,保持温度、体积不变,按要求回答下列问题。
(1)PCl5(g)  PCl3(g)+Cl2(g)
再充入PCl5(g),平衡向________方向移动,达到平衡后,PCl5(g)的转化率________,PCl5(g)的百分含量______。
(2)2HI(g)  I2(g)+H2(g)
再充入HI(g),平衡向________方向移动,达到平衡后,HI(g)的分解率______,HI(g)的百分含量________。
正反应
减小
增大
正反应
不变
不变
(3)2NO2(g)  N2O4(g)
再充入NO2(g),平衡向________方向移动,达到平衡后,NO2(g)的转化率________,NO2(g)的百分含量______。
(4)mA(g)+nB(g)  pC(g)
同等倍数的加入A(g)和B(g),平衡_______移动,达到平衡后,①m+n>p,A、B的转化率都_______,体积分数都_______;②m+n=p,A、B的转化率、体积分数都________;③m+n正反应
增大
减小
正向
增大
减小
不变
减小
增大
2.将等物质的量的N2、H2充入某密闭容器中,在一定条件下,发生如下反应并达到平衡:N2(g)+3H2(g)  2NH3(g) ΔH<0。当改变某个条件并维持新条件直至新的平衡时,下表中关于新平衡与原平衡的比较正确的是
选项 改变条件 新平衡与原平衡比较
A 增大压强 N2的浓度一定变小
B 升高温度 N2的转化率变小
C 充入一定量H2 H2的转化率不变,N2的转化率变大
D 使用适当催化剂 NH3的体积分数增大

A项,正反应是气体体积减小的反应,依据勒夏特列原理可知增大压强平衡向正反应方向移动,但氮气的浓度仍然比原平衡大,不正确;
B项,正反应是放热反应,则升高温度平衡向逆反应方向移动,氮气的转化率变小,正确;
C项,充入一定量的氢气,平衡向正反应方向移动,氮气的转化率增大,而氢气的转化率变小,不正确;
D项,催化剂只能改变反应速率而不能改变平衡状态,不正确。
3.一定条件下存在反应:2SO2(g)+O2(g)  2SO3(g),其正反应放热。图1、图2表示起始时容器甲、丙体积都是V,容器乙、丁体积都是 ;向甲、丙内都充入2a mol SO2和a mol O2并保持恒温;向乙、丁内都充入a mol SO2和0.5a mol O2并保持绝热(即与外界无热量交换),在一定温度时开始反应。
下列说法正确的是
A.图1达平衡时,c(SO2):甲=乙
B.图1达平衡时,平衡常数K:甲<乙
C.图2达平衡时,所需时间t:丙<丁
D.图2达平衡时,体积分数φ(SO3):丙>丁

甲和乙若都是恒温恒压,则两者等效,但乙为绝热恒压,该反应正反应为放热反应,则温度:甲<乙,温度升高平衡向逆反应方向移动,c(SO2):甲<乙,平衡常数K:甲>乙,A、B项错误;
丙和丁若都是恒温恒容,则两者等效,但丁为绝热恒容,则温度:丙<丁,温度越高,反应速率越快,达到平衡的时间越短,所用的时间:丙>丁,C项错误;
温度升高平衡向逆反应方向移动,体积分数φ(SO3):丙>丁,D项正确。
方法指导
(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)
新平衡状态可认为是两个原平衡状态简单的叠加,压强不变,平衡不移动。
二、外因对多重平衡的影响
4.[2022·河北,16(2)①]工业上常用甲烷、水蒸气重整制备氢气,体系中发生如下反应。
Ⅰ.CH4(g)+H2O(g)  CO(g)+3H2(g)
Ⅱ.CO(g)+H2O(g)  CO2(g)+H2(g)
下列操作中,能提高CH4(g)平衡转化率的是______(填字母)。
A.增加CH4(g)用量
B.恒温恒压下通入惰性气体
C.移除CO(g)
D.加入催化剂
BC
增加CH4(g)用量可以提高H2O(g)的转化率,但是CH4(g)平衡转化率减小,A不符合题意;
恒温恒压下通入惰性气体,相当于减小体系压强,反应混合物中各组分的浓度减小,反应Ⅰ的化学平衡正向移动,能提高CH4(g)平衡转化率,B符合题意;
移除CO(g),减小了反应混合物中CO(g)的浓度,反应Ⅰ的化学平衡正向移动,能提高CH4(g)平衡转化率,C符合题意;
加入催化剂不能改变平衡状态,故不能提高CH4(g)平衡转化率,D不符合题意。
5.[2022·湖南,16(1)①]在一定温度下,向体积固定的密闭容器中加入足量的C(s)和
1 mol H2O(g),起始压强为0.2 MPa时,发生下列反应生成水煤气:
Ⅰ.C(s)+H2O(g)  CO(g)+H2(g) ΔH1=+131.4 kJ·mol-1
Ⅱ.CO(g)+H2O(g)  CO2(g)+H2(g) ΔH2=-41.1 kJ·mol-1
下列说法正确的是______。
A.平衡时向容器中充入惰性气体,反应Ⅰ的平衡逆向移动
B.混合气体的密度保持不变时,说明反应体系已达到平衡
C.平衡时H2的体积分数可能大于
D.将炭块粉碎,可加快反应速率
BD
在恒温恒容条件下,平衡时向容器中充入惰性气体不能改变各组分的浓度,因此反应Ⅰ的平衡不移动,A说法不正确;
在反应中固体C转化为气体,气体的质量增加,而容器的体积不变,因此气体的密度在反应过程中不断增大,当混合气体的密度保持不变时,说明反应体系已达到平衡,B说法正确;
将炭块粉碎可以增大其与H2O(g)的接触面积,因此可加快反应速率,D说法正确。
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练真题 明考向
1.(2023·北京,4)下列事实能用平衡移动原理解释的是
A.H2O2溶液中加入少量MnO2固体,促进H2O2分解
B.密闭烧瓶内的NO2和N2O4的混合气体,受热后颜色加深
C.铁钢放入浓HNO3中,待不再变化后,加热能产生大量红棕色气体
D.锌片与稀H2SO4反应过程中,加入少量CuSO4固体,促进H2的产生

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MnO2会催化 H2O2分解,与平衡移动无关,A项不符合题意;
NO2转化为N2O4 是放热的可逆反应,升温平衡逆向移动,NO2浓度增大,混合气体颜色加深,B项符合题意;
常温下铁在浓硝酸中钝化,加热会使表面的氧化膜溶解,铁与浓硝酸反应生成大量红棕色气体,与平衡移动无关,C项不符合题意;
加入少量硫酸铜后,锌置换出铜,构成原电池,从而使反应速率加快,与平衡移动无关,D项不符合题意。
2.(2022·海南,8)某温度下,反应CH2==CH2(g)+H2O(g)  CH3CH2OH(g)在密闭容器中达到平衡,下列说法正确的是
A.增大压强,v正>v逆,平衡常数增大
B.加入催化剂,平衡时CH3CH2OH(g)的浓度增大
C.恒容下,充入一定量的H2O(g),平衡向正反应方向移动
D.恒容下,充入一定量的CH2==CH2(g),CH2==CH2(g)的平衡转化率增大

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该反应是一个气体分子数减小的反应,增大压强可以加快化学反应速率,正反应速率增大的幅度大于逆反应,故v正>v逆,平衡向正反应方向移动,但是因为温度不变,故平衡常数不变,A不正确;
催化剂不影响化学平衡状态,因此,加入催化剂不影响平衡时CH3CH2OH(g)的浓度,B不正确;
恒容下,充入一定量的H2O(g),H2O(g)的浓度增大,平衡向正反应方向移动,C正确;
恒容下,充入一定量的CH2==CH2(g),平衡向正反应方向移动,但是CH2==CH2(g)的平衡转化率减小,D不正确。
3.[2023·新课标卷,29(4)]在不同压强下,以两种不同组成进料,反应达平衡时氨的摩尔分数与温度的计算结果如图所示。其中一种进料组成为  =0.75、  =0.25,另一种为  =0.675、 =0.225、xAr=0.10。(物质i的摩尔分数:xi= )
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①图中压强由小到大的顺序为_____________,判断的依据是_____________________
__________________________________________________。
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p1<p2<p3
合成氨的反应为气体分子数减少的反应,压强越大平衡时氨的摩尔分数越大
合成氨的反应中,压强越大平衡时氨的摩尔分数越大。由图中信息可知,在相同温度下,反应达平衡时氨的摩尔分数:p1<p2<p3,因此,图中压强由小到大的顺序为p1<p2<p3。
②进料组成中含有惰性气体Ar的图是_______。
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该反应为气体分子数减小的反应,在相同温度和相同压强下,惰性气体Ar不利于合成氨,进料组成中含有惰性气体Ar的图是图2。
图2
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33.33%
③图1中,当p2=20 MPa、  =0.20时,氮气的转化率α=__________。该温度时,反应 N2(g)+ H2(g)
NH3(g)的平衡常数Kp=_______ (MPa)-1(化为最简式)。
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图1中,进料组成为 =0.75、 =0.25,两者物质的量之比为3∶1。假设进料中氢气和氮气的物质的量分别为3 mol和1 mol,达到平衡时氮气的变化量为
x mol,则有:
N2(g)+3H2(g)  2NH3(g)
始/mol  1   3    0
变/mol  x   3x    2x
平/mol  1-x  3-3x  2x
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课时精练
1.下列不能用勒夏特列原理解释的事实是
A.红棕色的NO2加压后颜色先变深后变浅
B.氢气、碘蒸气、碘化氢气体组成的平衡体系加压后颜色变深
C.黄绿色的氯水光照后颜色变浅
D.向含有[Fe(SCN)]2+的红色溶液中加铁粉,振荡,溶液红色变浅或褪去

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A项,涉及二氧化氮与四氧化二氮的平衡转化,故可以用勒夏特列原理解释;
C项,光照后,次氯酸见光分解,使氯气与水反应的平衡向右移动,故可以用勒夏特列原理解释;
D项,在该溶液中存在平衡:Fe3++SCN-  [Fe(SCN)]2+,向溶液中加入铁粉,Fe3+会和Fe发生反应生成Fe2+,导致Fe3+浓度降低,平衡向逆反应方向移动,使[Fe(SCN)]2+(红色)的浓度降低,故可以用勒夏特列原理解释。
2.反应NH4HS(s)  NH3(g)+H2S(g)在某温度下达到平衡,下列各种情况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

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A项,2H2S+SO2===3S+2H2O,通入SO2气体使平衡正向移动;
C项,NH3(g)+HCl(g)===NH4Cl(s),充入HCl气体使平衡正向移动;
D项,保持压强不变,充入氮气,平衡向正反应方向移动。
3.(2020·浙江7月选考,20)一定条件下:2NO2(g)  N2O4(g) ΔH<0。在测定NO2的相对分子质量时,下列条件中,测定结果误差最小的是
A.温度0 ℃、压强50 kPa
B.温度130 ℃、压强300 kPa
C.温度25 ℃、压强100 kPa
D.温度130 ℃、压强50 kPa

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测定NO2的相对分子质量时,要使平衡逆向移动,且逆向移动的程度越大,测定结果的误差越小。该反应的正反应是气体分子数减少的放热反应,因此温度越高、压强越小时,平衡逆向移动的程度越大,故选D。
A.向该溶液中加入过量浓NaOH溶液后,溶液呈橙色
B.该反应是氧化还原反应
C.向该溶液中滴加适量的浓硫酸,平衡向逆反应方向移动,再次达到平衡后,氢离
 子浓度比原溶液大
D.向体系中加入少量水,平衡逆向移动

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向该溶液中加入过量浓NaOH溶液后,消耗氢离子,氢离子浓度减小,平衡正向移动,溶液呈黄色,A错误;
反应前后元素的化合价均不发生变化,该反应不是氧化还原反应,B错误;
向该溶液中滴加适量的浓硫酸,氢离子浓度增大,平衡向逆反应方向移动,由于只能是减弱这种改变,所以再次达到平衡后,氢离子浓度比原溶液大,C正确;
向体系中加入少量水,相当于稀释,平衡正向移动,D错误。
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5.(2023·广州实验中学模拟)常压下羰基化法精炼镍的原理为Ni(s)+4CO(g)
Ni(CO)4(g)。230 ℃时,该反应的平衡常数K=2×10-5。已知:Ni(CO)4的沸点为42.2 ℃,固体杂质不参与反应。
第一阶段:将粗镍与CO反应转化成气态Ni(CO)4;第二阶段:将第一阶段反应后的气体分离出来,加热至230 ℃制得高纯镍。
下列判断正确的是
A.升高温度,该反应的平衡常数减小
B.该反应达到平衡时,v生成[Ni(CO)4]=4v生成(CO)
C.第一阶段,在30 ℃和50 ℃两者之间选择反应温度应选30 ℃
D.第二阶段,Ni(CO)4分解率较低

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反应Ni(s)+4CO(g)  Ni(CO)4(g)正反应是一个熵减的自发反应,故可判断该反应是放热反应,所以升高温度,该反应的平衡常数减小,A正确;
该反应达到平衡时,正、逆反应速率相等,4v生成[Ni(CO)4]=v生成(CO),B错误;
Ni(CO)4的沸点为42.2 ℃,将粗镍与CO反应转化成气态Ni(CO)4,反应温度应选50 ℃,C错误;
6.对于反应N2O4(g)  2NO2(g) ΔH=+57 kJ·mol-1,下列有关说法正确的是
A.升高体系温度正反应速率增大,逆反应速率减小
B.若容器体积不变,密度不变时说明该反应达到化学平衡状态
C.其他条件不变,向平衡后的容器中再加入少量N2O4,新平衡后    的值不变
D.增大体系的压强能提高N2O4的反应速率和平衡转化率

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升高体系温度,正、逆反应速率都增大,故A错误;
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增大体系的压强,平衡逆移,N2O4的平衡转化率降低,故D错误。
A.在该温度下,保持容积固定不变,向容器内补充了B气体,则a<b
B.若a=b,则该反应中可能使用了催化剂
C.若其他条件不变,升高温度,则a<b
D.若保持温度、压强不变,充入惰性气体,则a>b

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A项,充入B气体相当于增大压强,B的体积分数增大,故a>b;
B项,使用催化剂,平衡不移动,a=b;
C项,升高温度,平衡正向移动,a>b;
D项,相当于扩大容器容积,减小压强,平衡逆向移动,a<b。
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8.在恒温恒压下,某一体积可变的密闭容器中发生反应:A(g)+B(g)  2C(g) ΔH<0,t1时达到平衡后,在t2时改变某一条件,其反应过程如图所示。下列说法正确的是
A.Ⅰ、Ⅱ两过程达到平衡时,A的体积分数:Ⅰ>Ⅱ
B.t2时改变的条件是向密闭容器中加入物质C
C.0~t2时,v正>v逆
D.Ⅰ、Ⅱ两过程达到平衡时,平衡常数:K(Ⅰ)<K(Ⅱ)

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反应速率与其物质的量浓度成正比,Ⅰ、Ⅱ达到平衡状态时逆反应速率相等,说明Ⅰ、Ⅱ达到平衡状态时各物质的物质的量浓度不变,则A的体积分数:Ⅰ=Ⅱ,故A错误;
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向密闭容器中加物质C,逆反应速率瞬间增大,再次建立的平衡和原平衡相同,符合图像,故B正确;
由题图可知,0~t1时,逆反应速率增大,说明平衡正向移动,即v正>v逆,t1~t2时,逆反应速率不变,说明处于平衡状态,即v正=v逆,故C错误;
化学平衡常数只与温度有关,Ⅰ、Ⅱ温度相同,则其平衡常数相同,故D错误。
9.(2023·河北沧州高三联考)T ℃下,在恒压密闭容器中发生反应:S2Cl2(l,浅黄色)+Cl2(g)  2SCl2(l,红棕色) ΔH<0。已知S2Cl2分子中各原子均满足8电子稳定结构,下列说法正确的是
A.当单位时间内断裂n mol S—S,同时有n mol Cl2被还原时,说明反应达到平衡状态
B.平衡后,升高温度,容器体积减小
C.平衡后,压缩容器体积,容器中黄绿色先变深后变浅,最终气体颜色和原来一样
D.平衡后,增加S2Cl2 (l)的物质的量,平衡向正反应方向移动

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单位时间内断裂n mol S—S和n mol Cl2被还原都在描述正反应速率,不能作为平衡判据,A项错误;
因该反应在恒压密闭容器中进行且ΔH<0,平衡后,升高温度,平衡逆向移动,生成Cl2,容器体积增大,B项错误;
平衡常数K=   ,温度不变,平衡常数不变,即c(Cl2)不变,增大压强后
c(Cl2)先增大后减小,最终与原来一样,C项正确;
增加S2Cl2 (l)的物质的量,平衡不移动,D项错误。
10.Deacon催化氧化法将HCl转化为Cl2的反应为4HCl(g)+O2(g)  2Cl2(g)+2H2O(g) ΔH,研究发现CuCl2(s)催化反应的过程如下:
反应ⅰ:2CuCl2(s)  2CuCl(s)+Cl2(g)
反应ⅱ:2CuCl(s)+O2(g)  2CuO(s)+Cl2(g)
反应ⅲ:……
下列关于Deacon催化氧化法制Cl2的说法正确的是
A.反应ⅰ增大压强,达到新平衡后Cl2浓度减小
B.反应4HCl(g)+O2(g)  2Cl2(g)+2H2O(g)的ΔH>0
C.由反应过程可知催化剂参与反应,通过改变反应路径提高平衡转化率
D.推断反应ⅲ应为CuO(s)+2HCl(g)  CuCl2(s)+H2O(g)

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温度不变,平衡常数不变,K=c(Cl2),因此反应ⅰ增大压强,达到新平衡后Cl2浓度不变,A错误;
反应4HCl(g)+O2(g)  2Cl2(g)+2H2O(g)是放热反应,B错误;
依据盖斯定律,用[总反应-(反应ⅰ+反应ⅱ)]× 得反应ⅲ:CuO(s)+2HCl(g)
  CuCl2(s)+H2O(g),D正确;
由反应ⅰ、ⅱ、ⅲ知,催化剂CuCl2参加反应,通过改变反应历程,从而提高反应速率,但不影响平衡,改变不了平衡转化率,C错误。
11.如图所示,左室容积为右室的两倍,温度相同,现分别按照如图所示的量充入气体,同时加入少量固体催化剂使两室内气体充分反应达到平衡,打开活塞,继续反应再次达到平衡。下列说法不正确的是
A.第一次平衡时,SO2的物质的量左室更多
B.气体未反应前,左室压强和右室一样大
C.第一次平衡时,左室内压强一定小于右室
D.第二次平衡时,SO2的总物质的量比第一次平衡时左室SO2的物质的量的2倍多

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两室中发生反应2SO2(g)+O2(g)    
2SO3(g),若右室的容积与左室相等,左
室和右室在相同条件下达到的平衡状态相同,含有的SO2物质的量相等,右室在此平衡状态时将体积缩小为原来的 ,压强增大,平衡向生成SO3的方向移动,SO2物质的量减少,则第一次平衡时,SO2的物质的量左室更多,A项正确;
通入气体未反应前,左室气体总物质的量为4 mol,右室气体总物质的量为2 mol,左室容积为右室的两倍,温度相同,则左室压强和右室一样大,B项正确;
左室从正反应开始建立平衡,左室平衡时压强小于左室起始压强,右室从逆反应开始建立平衡,右室平衡时压强大于右室起始压强,左室与右室起始压强相等,则第一次平衡时左室内压强一定小于右室,C项正确;
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若在容积为2倍左室容积的容器中起始
充4 mol SO2、2 mol O2,相同条件下
达到平衡时SO2的物质的量为左室SO2物质的量的2倍,打开活塞相当于在容积为1.5倍左室容积的容器中起始充入2 mol SO2、1 mol O2、2 mol SO3(g)、1 mol Ar,相当于在容积为1.5倍左室容积的容器中起始充入4 mol SO2、2 mol O2、1 mol Ar,相对于2倍左室容积的容器缩小了体积,压强增大,平衡向正反应方向移动,SO2物质的量减小,即第二次平衡时,SO2的总物质的量比第一次平衡时左室SO2物质的量的2倍要少,D项错误。
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12.(2023·安徽蚌埠统考模拟)能源的合理开发和利用、低碳减排是人类正在努力解决的大问题。
(1)在固相催化剂作用下CO2加氢合成甲烷过程中发生以下两个反应:
主反应:CO2(g)+4H2(g)  CH4(g)+2H2O(g) ΔH1=-156.9 kJ·mol-1
副反应:CO2(g)+H2(g)  CO(g)+H2O(g) ΔH2=+41.1 kJ·mol-1
工业合成甲烷通常控制温度为500 ℃左右,其主要原因为_______________________
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温度低于500 ℃,反应速率小;温度高于500 ℃,对副反应影响较大,化学平衡向生成CO的方向移动程度增大,不利于甲烷的生成
①能表示此反应已经达到平衡的是____(填字母)。
A.气体总体积保持不变
B.混合气体的平均相对分子质量保持不变
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该反应前后气体计量数不变,故气体体积也始终不变,混合气体的平均相对分子质量保持不变,不能证明反应达到平衡,A、B错误;
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由图示信息可知,在   =1、T2 K下,NO的平衡转化率为40%,根据三段式分析可知,
     CH4(g)+4NO(g)  2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)
起始/mol a    a     0    0    0
转化/mol 0.1a  0.4a    0.2a  0.1a   0.2a
平衡/mol 0.9a  0.6a    0.2a  0.1a   0.2a
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①表示    =1∶2的曲线是______(填“Ⅰ”
“Ⅱ”“Ⅲ”或“Ⅳ”)。

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②T3____(填“>”或“<”)T4,原因________
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该反应是放热反应,C3H8与O2起始物质的量比相同时,升高温度,平衡逆向移动,C3H8体积分数增大,故横坐标向左是升高温度,所以T3③M点时,O2的转化率是_________(保留三位有效数字)。
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由图可知, M点时,起始     =1∶1,平衡时丙烷的体积分数为20%,设丙烷和氧气的起始物质的量都为1 mol,平衡时生成a mol丙烯,由题意可建立如下三段式:
    C3H8(g)+ O2(g)  C3H6(g)+H2O(g)
始/mol  1   1     0    0
变/mol  a   0.5a    a    a
平/mol  1-a  1-0.5a  a    a
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(2)在HZSM-5催化下用甲醇可制取丙烯,反应为3CH3OH(g)  C3H6(g)+3H2O(g) ΔH,一定温度下,向2 L恒容密闭容器中通入3 mol CH3OH(g),平衡时,n(C3H6)=0.6 mol,下列说法正确的是____(填字母)。
A.HZSM-5能提高该反应的平衡转化率
B.达到平衡时,再向容器中通入1.5 mol CH3OH(g),重新达到平衡时C3H6的浓度增大
C.达到平衡后,再通入物质的量均为0.6 mol的CH3OH(g)、C3H6(g)、H2O(g),此时平衡逆向移动
D.若起始时向2 L绝热恒容密闭容器中通入3 mol CH3OH(g),平衡时,n(H2O)=
 1.6 mol,则ΔH<0
BC
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14.(2023·湖南张家界模拟)油气开采、石油化工、煤化工等行业废气普遍含有的硫化氢,需要回收处理并加以利用。回答下列问题:
(1)已知下列反应的热化学方程式:
①2H2S(g)  S2(g)+2H2(g) ΔH1=+180 kJ·mol-1
②CS2(g)+2H2(g)  CH4(g)+S2(g) ΔH2=-81 kJ·mol-1
则反应③CH4(g)+2H2S(g)  CS2(g)+4H2(g)的ΔH3=________kJ·mol-1;下列叙述能说明反应③达到平衡状态的是______(填字母)。
A.断裂2 mol C—H的同时生成1 mol C==S
B.恒容条件下,体系压强不再变化
C.恒容条件下,气体的密度不再变化
D.v正(H2S)=2v逆(CS2)
+261
BD
反应③等于反应①减去反应②,ΔH3=+180 kJ·mol-1-(-81 kJ·mol-1)=+261 kJ·
mol-1;A项中都表示正反应,故A不符合题意;
该反应是气体分子数变化的反应,恒容条件下压强不变即达到平衡,故B符合题意;
恒容条件又都是气体参与反应,故密度始终保持不变,故C不符合题意。
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(2)在不同温度、反应压强为100 kPa,进料H2S的摩尔分数(可看成体积分数)为0.1%~20%(其余为N2)的条件下,对于反应①,H2S分解平衡转化率的结果如图1所示。则T1、T2和T3由大到小的顺序为________;H2S的摩尔分数越大,H2S分解平衡转化率越小的原因是______________
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T1>T2>T3
恒压条件下,H2S的摩尔分数增大,平衡正向移动,最终H2S的转化率降低
反应①是吸热反应,温度升高,平衡正向移动,则H2S的转化率增大,故T1>T2>T3。
(3)反应①和③的ΔG随温度的变化如图2所示,已知ΔG=-RTln K(R为常数,T为温度,K为平衡常数),则在1 000 K时,反应的自发趋势①____(填“>”“<”或“=”)③。在1 000 K、100 kPa反应条件下,将n(H2S)∶n(CH4)∶n(N2)
=3∶2∶15的混合气进行反应,达到平衡时n(CS2)∶n(H2)约为1∶4,n(S2)微乎其微,其原因是_________________
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在1 000 K,反应①ΔG>0,反应趋势小,反应③ΔG<0,反应趋势大,占主导
在1 000 K,反应①ΔG>0,不易自发,反应③ΔG<0,容易自发,故反应自发趋势①<③。
(4)在1 000 K、100 kPa反应条件下,将n(H2S)∶n(CH4)∶n(N2)=3∶3∶2的混合气体进行反应③,达到平衡时,CS2分压与H2S的分压相同。则反应③的Kp=________(不用写单位)。
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设n(H2S)=3 mol,列三段式
CH4(g)+2H2S(g)  CS2(g)+4H2(g)
初始/mol  3    3     0    0
转化/mol  x    2x    x    4x
平衡/mol  3-x   3-2x   x    4x
达到平衡时,CS2分压与H2S的分压相同即有3-2x=x,解得x=1,平衡后气体的总物质的量为2 mol+1 mol+1 mol+4 mol+2 mol=10 mol,
返回1.下列不能用勒夏特列原理解释的事实是(  )
A.红棕色的NO2加压后颜色先变深后变浅
B.氢气、碘蒸气、碘化氢气体组成的平衡体系加压后颜色变深
C.黄绿色的氯水光照后颜色变浅
D.向含有[Fe(SCN)]2+的红色溶液中加铁粉,振荡,溶液红色变浅或褪去
2.反应NH4HS(s) NH3(g)+H2S(g)在某温度下达到平衡,下列各种情况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
3.(2020·浙江7月选考,20)一定条件下:2NO2(g) N2O4(g) ΔH<0。在测定NO2的相对分子质量时,下列条件中,测定结果误差最小的是(  )
A.温度0 ℃、压强50 kPa
B.温度130 ℃、压强300 kPa
C.温度25 ℃、压强100 kPa
D.温度130 ℃、压强50 kPa
4.在水溶液中,CrO呈黄色,Cr2O呈橙色,重铬酸钾(K2Cr2O7)在水溶液中存在以下平衡:Cr2O+H2O??2CrO+2H+,下列说法正确的是(  )
A.向该溶液中加入过量浓NaOH溶液后,溶液呈橙色
B.该反应是氧化还原反应
C.向该溶液中滴加适量的浓硫酸,平衡向逆反应方向移动,再次达到平衡后,氢离子浓度比原溶液大
D.向体系中加入少量水,平衡逆向移动
5.(2023·广州实验中学模拟)常压下羰基化法精炼镍的原理为Ni(s)+4CO(g) Ni(CO)4(g)。230 ℃时,该反应的平衡常数K=2×10-5。已知:Ni(CO)4的沸点为42.2 ℃,固体杂质不参与反应。
第一阶段:将粗镍与CO反应转化成气态Ni(CO)4;第二阶段:将第一阶段反应后的气体分离出来,加热至230 ℃制得高纯镍。
下列判断正确的是(  )
A.升高温度,该反应的平衡常数减小
B.该反应达到平衡时,v生成[Ni(CO)4]=4v生成(CO)
C.第一阶段,在30 ℃和50 ℃两者之间选择反应温度应选30 ℃
D.第二阶段,Ni(CO)4分解率较低
6.对于反应N2O4(g) ??2NO2(g) ΔH=+57 kJ·mol-1,下列有关说法正确的是(  )
A.升高体系温度正反应速率增大,逆反应速率减小
B.若容器体积不变,密度不变时说明该反应达到化学平衡状态
C.其他条件不变,向平衡后的容器中再加入少量N2O4,新平衡后的值不变
D.增大体系的压强能提高N2O4的反应速率和平衡转化率
7.某温度下,反应2A(g) B(g) ΔH>0,在密闭容器中达到平衡,平衡后=a,若改变某一条件,足够时间后反应再次达到平衡状态,此时=b,下列叙述正确的是(  )
A.在该温度下,保持容积固定不变,向容器内补充了B气体,则a<b
B.若a=b,则该反应中可能使用了催化剂
C.若其他条件不变,升高温度,则a<b
D.若保持温度、压强不变,充入惰性气体,则a>b
8.在恒温恒压下,某一体积可变的密闭容器中发生反应:A(g)+B(g) 2C(g) ΔH<0,t1时达到平衡后,在t2时改变某一条件,其反应过程如图所示。下列说法正确的是(  )
A.Ⅰ、Ⅱ两过程达到平衡时,A的体积分数:Ⅰ>Ⅱ
B.t2时改变的条件是向密闭容器中加入物质C
C.0~t2时,v正>v逆
D.Ⅰ、Ⅱ两过程达到平衡时,平衡常数:K(Ⅰ)<K(Ⅱ)
9.(2023·河北沧州高三联考)T ℃下,在恒压密闭容器中发生反应:S2Cl2 (l,浅黄色)+Cl2(g) 2SCl2 (l,红棕色) ΔH<0。已知S2Cl2分子中各原子均满足8电子稳定结构,下列说法正确的是(  )
A.当单位时间内断裂n mol S—S,同时有n mol Cl2被还原时,说明反应达到平衡状态
B.平衡后,升高温度,容器体积减小
C.平衡后,压缩容器体积,容器中黄绿色先变深后变浅,最终气体颜色和原来一样
D.平衡后,增加S2Cl2 (l)的物质的量,平衡向正反应方向移动
10.Deacon催化氧化法将HCl转化为Cl2的反应为4HCl(g)+O2(g) 2Cl2(g)+2H2O(g) ΔH,研究发现CuCl2(s)催化反应的过程如下:
反应ⅰ:2CuCl2(s)??2CuCl(s)+Cl2(g)
反应ⅱ:2CuCl(s)+O2(g)??2CuO(s)+Cl2(g)
反应ⅲ:……
下列关于Deacon催化氧化法制Cl2的说法正确的是(  )
A.反应 ⅰ 增大压强,达到新平衡后Cl2浓度减小
B.反应4HCl(g)+O2(g) 2Cl2(g)+2H2O(g)的ΔH>0
C.由反应过程可知催化剂参与反应,通过改变反应路径提高平衡转化率
D.推断反应 ⅲ 应为CuO(s)+2HCl(g) CuCl2(s)+H2O(g)
11.如图所示,左室容积为右室的两倍,温度相同,现分别按照如图所示的量充入气体,同时加入少量固体催化剂使两室内气体充分反应达到平衡,打开活塞,继续反应再次达到平衡。下列说法不正确的是(  )
A.第一次平衡时,SO2的物质的量左室更多
B.气体未反应前,左室压强和右室一样大
C.第一次平衡时,左室内压强一定小于右室
D.第二次平衡时,SO2的总物质的量比第一次平衡时左室SO2的物质的量的2倍多
12.(2023·安徽蚌埠统考模拟)能源的合理开发和利用、低碳减排是人类正在努力解决的大问题。
(1)在固相催化剂作用下CO2加氢合成甲烷过程中发生以下两个反应:
主反应:CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g) ΔH1=-156.9 kJ·mol-1
副反应:CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH2=+41.1 kJ·mol-1
工业合成甲烷通常控制温度为500 ℃左右,其主要原因为____________________________
_____________________________________________________________________________。
(2)向密闭容器中充入一定量的CH4(g)和NO(g),保持总压为100 kPa发生反应:CH4(g)+4NO(g)??2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH<0。当=1时NO的平衡转化率~、T3 K下NO的平衡转化率~的关系分别如图:
①能表示此反应已经达到平衡的是________________________________________(填字母)。
A.气体总体积保持不变
B.混合气体的平均相对分子质量保持不变
C.不再变化
②表示T3 K时NO的平衡转化率~的关系曲线是______(填“Ⅰ”或“Ⅱ”),T1______(填“>”或“<”)T2。
③在=1、T2 K时,CH4的平衡分压为______________。
13.(2024·郑州模拟)(1)丙烷氧化脱氢制备丙烯的反应为C3H8(g)+O2(g) C3H6(g)+H2O(g) ΔH<0。一定条件下,恒压密闭容器中C3H8与O2起始物质的量比分别为2∶1、1∶1、1∶2、1∶3,平衡时C3H8的体积分数[φ(C3H8)]随温度、的变化关系如图所示。
①表示=1∶2的曲线是__________(填“Ⅰ”“Ⅱ”“Ⅲ”或“Ⅳ”)。
②T3____________(填“>”或“<”)T4,原因是_____________________________________
______________________________________________________________________________。
③M点时,O2的转化率是____________(保留三位有效数字)。
(2)在HZSM-5催化下用甲醇可制取丙烯,反应为3CH3OH(g) C3H6(g)+3H2O(g) ΔH,一定温度下,向2 L恒容密闭容器中通入3 mol CH3OH(g),平衡时,n(C3H6)=0.6 mol,下列说法正确的是____________(填字母)。
A.HZSM-5能提高该反应的平衡转化率
B.达到平衡时,再向容器中通入1.5 mol CH3OH(g),重新达到平衡时C3H6的浓度增大
C.达到平衡后,再通入物质的量均为0.6 mol的CH3OH(g)、C3H6(g)、H2O(g),此时平衡逆向移动
D.若起始时向2 L绝热恒容密闭容器中通入3 mol CH3OH(g),平衡时,n(H2O)=1.6 mol,则ΔH<0
14.(2023·湖南张家界模拟)油气开采、石油化工、煤化工等行业废气普遍含有的硫化氢,需要回收处理并加以利用。回答下列问题:
(1)已知下列反应的热化学方程式:
①2H2S(g) S2(g)+2H2(g) ΔH1=+180 kJ·mol-1
②CS2(g)+2H2(g) CH4(g)+S2(g) ΔH2=-81 kJ·mol-1
则反应③CH4(g)+2H2S(g) CS2(g)+4H2(g)的ΔH3=________kJ·mol-1;下列叙述能说明反应③达到平衡状态的是______(填字母)。
A.断裂2 mol C—H的同时生成1 mol C==S
B.恒容条件下,体系压强不再变化
C.恒容条件下,气体的密度不再变化
D.v正(H2S)=2v逆(CS2)
(2)在不同温度、反应压强为100 kPa,进料H2S的摩尔分数(可看成体积分数)为0.1%~20%(其余为N2)的条件下,对于反应①,H2S分解平衡转化率的结果如图1所示。则T1、T2和T3由大到小的顺序为____________________;H2S的摩尔分数越大,H2S分解平衡转化率越小的原因是_____________________________________________________________________
____________________________________________________________________________。
(3)反应①和③的ΔG随温度的变化如图2所示,已知ΔG=-RTln K(R为常数,T为温度,K为平衡常数),则在1 000 K时,反应的自发趋势①______(填“>”“<”或“=”)③。在1 000 K、100 kPa反应条件下,将n(H2S)∶n(CH4)∶n(N2)=3∶2∶15的混合气进行反应,达到平衡时n(CS2)∶n(H2)约为1∶4,n(S2)微乎其微,其原因是___________________________
_____________________________________________________________________________。
(4)在1 000 K、100 kPa反应条件下,将n(H2S)∶n(CH4)∶n(N2)=3∶3∶2的混合气体进行反应③,达到平衡时,CS2分压与H2S的分压相同。则反应③的Kp=________(不用写单位)。
1.B 2.B 3.D
4.C [向该溶液中加入过量浓NaOH溶液后,消耗氢离子,氢离子浓度减小,平衡正向移动,溶液呈黄色,A错误;反应前后元素的化合价均不发生变化,该反应不是氧化还原反应,B错误;向该溶液中滴加适量的浓硫酸,氢离子浓度增大,平衡向逆反应方向移动,由于只能是减弱这种改变,所以再次达到平衡后,氢离子浓度比原溶液大,C正确;向体系中加入少量水,相当于稀释,平衡正向移动,D错误。]
5.A
6.C [升高体系温度,正、逆反应速率都增大,故A错误;该反应气体总质量不变,容器体积不变,根据ρ=可知该反应的气体密度始终不变,故B错误;平衡常数K=,K只与温度有关,温度不变,K不变,故C正确;增大体系的压强,平衡逆移,N2O4的平衡转化率降低,故D错误。]
7.B [A项,充入B气体相当于增大压强,B的体积分数增大,故a>b;B项,使用催化剂,平衡不移动,a=b;C项,升高温度,平衡正向移动,a>b;D项,相当于扩大容器容积,减小压强,平衡逆向移动,a<b。]
8.B 9.C
10.D [温度不变,平衡常数不变,K=c(Cl2),因此反应 ⅰ 增大压强,达到新平衡后Cl2浓度不变,A错误;反应4HCl(g)+O2(g)??2Cl2(g)+2H2O(g)是放热反应,B错误;依据盖斯定律,用[总反应-(反应ⅰ+反应ⅱ)]×得反应ⅲ:CuO(s)+2HCl(g)??CuCl2(s)+H2O(g),D正确;由反应 ⅰ、ⅱ、ⅲ 知,催化剂CuCl2参加反应,通过改变反应历程,从而提高反应速率,但不影响平衡,改变不了平衡转化率,C错误。]
11.D [两室中发生反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),若右室的容积与左室相等,左室和右室在相同条件下达到的平衡状态相同,含有的SO2物质的量相等,右室在此平衡状态时将体积缩小为原来的,压强增大,平衡向生成SO3的方向移动,SO2物质的量减少,则第一次平衡时,SO2的物质的量左室更多,A项正确;通入气体未反应前,左室气体总物质的量为4 mol,右室气体总物质的量为2 mol,左室容积为右室的两倍,温度相同,则左室压强和右室一样大,B项正确;左室从正反应开始建立平衡,左室平衡时压强小于左室起始压强,右室从逆反应开始建立平衡,右室平衡时压强大于右室起始压强,左室与右室起始压强相等,则第一次平衡时左室内压强一定小于右室,C项正确;若在容积为2倍左室容积的容器中起始充4 mol SO2、2 mol O2,相同条件下达到平衡时SO2的物质的量为左室SO2物质的量的2倍,打开活塞相当于在容积为1.5倍左室容积的容器中起始充入2 mol SO2、1 mol O2、2 mol SO3(g)、1 mol Ar,相当于在容积为1.5倍左室容积的容器中起始充入4 mol SO2、2 mol O2、1 mol Ar,相对于2倍左室容积的容器缩小了体积,压强增大,平衡向正反应方向移动,SO2物质的量减小,即第二次平衡时,SO2的总物质的量比第一次平衡时左室SO2物质的量的2倍要少,D项错误。]
12.(1)温度低于500 ℃,反应速率小;温度高于500 ℃,对副反应影响较大,化学平衡向生成CO的方向移动程度增大,不利于甲烷的生成 (2)①C ②Ⅱ > ③45 kPa
13.(1)①Ⅱ ②< 该反应是放热反应,C3H8与O2起始物质的量比相同时,升高温度,平衡逆向移动,C3H8体积分数增大,故横坐标向左是升高温度,所以T3解析 (1)①减小相当于增大氧气的浓度,平衡向正反应方向移动,丙烷的转化率增大,体积分数减小,则表示=1∶2的曲线是Ⅱ。③由图可知, M点时,起始=1∶1,平衡时丙烷的体积分数为20%,设丙烷和氧气的起始物质的量都为1 mol,平衡时生成a mol丙烯,由题意可建立如下三段式:
    C3H8(g)+O2(g)??C3H6(g)+H2O(g)
始/mol 1 1 0 0
变/mol a 0.5a a a
平/mol 1-a 1-0.5a a a
×100%=20%,解得a=,则氧气的转化率为×100%≈27.3%。
14.(1)+261 BD (2)T1>T2>T3 恒压条件下,H2S的摩尔分数增大,平衡正向移动,最终H2S的转化率降低
(3)< 在1 000 K,反应①ΔG>0,反应趋势小,反应③ΔG<0,反应趋势大,占主导 (4)1.28×104
解析 (1)反应③等于反应①减去反应②,ΔH3=+180 kJ·mol-1-(-81 kJ·mol-1)=+261 kJ·
mol-1;A项中都表示正反应,故A不符合题意;该反应是气体分子数变化的反应,恒容条件下压强不变即达到平衡,故B符合题意;恒容条件又都是气体参与反应,故密度始终保持不变,故C不符合题意。(2)反应①是吸热反应,温度升高,平衡正向移动,则H2S的转化率增大,故T1>T2>T3。(3)在1 000 K,反应①ΔG>0,不易自发,反应③ΔG<0,容易自发,故反应自发趋势①<③。(4)设n(H2S)=3 mol,列三段式
CH4(g)+2H2S(g)??CS2(g)+4H2(g)
初始/mol 3    3     0   0
转化/mol x    2x    x   4x
平衡/mol 3-x  3-2x   x   4x
达到平衡时,CS2分压与H2S的分压相同即有3-2x=x,解得x=1,平衡后气体的总物质的量为2 mol+1 mol+1 mol+4 mol+2 mol=10 mol,则Kp==1.28×104。第48讲 影响化学平衡的因素
[复习目标] 1.掌握外界条件改变对化学平衡的影响。2.掌握并会运用勒夏特列原理分析平衡的移动。3.掌握平衡移动与转化率的关系。
考点一 化学平衡的移动
1.化学平衡移动的根本原因
(1)平衡移动的过程
(2)平衡移动与速率的关系
①v正>v逆,化学平衡向正反应方向移动;
②v正<v逆,化学平衡向逆反应方向移动;
③v正=v逆,化学平衡不发生移动。
2.化学平衡移动的重要实验再现
(1)探究浓度对化学平衡的影响
实验一:Fe3++3SCN-??Fe(SCN)3(红色),加入较浓的FeCl3溶液或KSCN溶液、少量铁粉、KCl固体,通过观察溶液红色的变化,分析平衡移动。
提示 ①加入较浓的FeCl3溶液或KSCN溶液,红色加深,平衡正向移动。②加入少量Fe粉,红色变浅,平衡逆向移动。③加入少量KCl固体,红色几乎不变,平衡不移动。
实验二:Cr2O(橙色)+H2O??2CrO (黄色)+2H+,滴加NaOH溶液或硫酸溶液,通过观察溶液颜色的变化,分析平衡移动。
提示 ①滴加NaOH溶液,溶液由橙色变为黄色,平衡正向移动。②滴加H2SO4溶液,溶液橙色加深,平衡逆向移动。
(2)探究压强对化学平衡的影响
实验三:2NO2(红棕色)??N2O4(无色)
通过压缩体积观察颜色变化,分析平衡移动。
提示 气体的颜色先变深后变浅,最终还是比最初的颜色深。增大压强,平衡向生成N2O4的方向(气体体积减小的方向)移动。
(3)探究温度对化学平衡的影响
实验四:[Cu(H2O)4]2+(蓝色)+4Cl-??[CuCl4]2-(黄色)+4H2O ΔH>0。
将分别盛有2 mL 0.5 mol·L-1 CuCl2溶液的两支试管,一支试管先加热,然后置于冷水中,与另一支试管进行对比。
实验步骤 实验现象 结论
加热试管 溶液由蓝色变为绿色 在其他条件不变时,升高温度,平衡向正反应(吸热)方向移动
将上述试管置于冷水中 溶液恢复蓝色 在其他条件不变时,降低温度,平衡向逆反应(放热)方向移动
思考 在对CuCl2溶液加热时,为何未看到溶液变为黄色?
答案 因为加热时,平衡正向移动,[Cu(H2O)4]2+有部分转化为[CuCl4]2-,[Cu(H2O)4]2+显蓝色,[CuCl4]2-显黄色,而二者的混合色为绿色,故看不到黄色。
3.化学平衡移动原理——勒夏特列原理
如果改变影响平衡的一个因素(如浓度、压强或温度),平衡就向着能够减弱这种改变的方向移动,这就是勒夏特列原理,也称化学平衡移动原理。
一、外因对正逆反应速率与化学平衡移动的影响
1.外界条件对化学平衡的影响是通过改变正、逆反应速率来实现的,其移动方向取决于改变条件的瞬间v正和v逆的相对大小。试完成下表(说明:表中的压强的变化是指通过改变气体的体积实现的)。
条件的改变(假设其他条件不变) 改变条件的瞬间反应速率的变化 化学平衡的移动
v正 v逆
(1)浓度 ①增大反应物浓度
②减小反应物浓度
③增大生成物浓度
④减小生成物浓度
(2)压强 ①增大压强
②减小压强
(3)温度 ①升高温度
②降低温度
(4)催化剂 使用催化剂
答案 (1)①增大 不变 正向移动 ②减小 不变 逆向移动 ③不变 增大 逆向移动 ④不变 减小 正向移动 (2)①增大 增大 向气体体积减小的方向移动 ②减小 减小 向气体体积增大的方向移动 (3)①增大 增大 向吸热反应方向移动 ②减小 减小 向放热反应方向移动 (4)增大 增大 不移动
2.将NO2装入带活塞的密闭容器中,当反应2NO2(g)??N2O4(g)达到平衡后,改变下列一个条件,其中叙述正确的是(  )
A.升高温度,气体颜色加深,则此反应为吸热反应
B.慢慢压缩气体体积,平衡向右移动,混合气体颜色变浅
C.慢慢压缩气体体积,若体积减小一半,压强增大,但小于原来的两倍
D.恒温恒压时,充入惰性气体,平衡向左移动,混合气体的颜色变深
答案 C
解析 升高温度,气体颜色加深,则平衡向左移动,该反应为放热反应,A错误;体积减小一半,根据勒夏特列原理,混合气体的颜色比原平衡深,压强小于原平衡的两倍,B错误,C正确;恒温恒压,充入惰性气体,容器体积扩大,平衡向气体分子数增大的方向(即生成NO2的方向)移动,但NO2气体的浓度最终变小,混合气体的颜色变浅,D错误。
惰性气体对化学平衡的影响
二、通过图像理解化学平衡移动
3.一定条件下,在密闭容器中发生如下反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH=-198 kJ·mol-1。
(1)若在t0时刻只增大压强(缩小容器的体积),请在图1中作出v正、v逆的变化图像。
答案 
(2)请在图2中作出不同温度下(T2>T1)SO2的转化率随时间变化的示意图。
答案 
4.(2021·湖南,11改编)已知:A(g)+2B(g)??3C(g) ΔH<0,向一恒温恒容的密闭容器中充入________发生反应,t1时达到平衡状态Ⅰ,在t2时改变某一条件,t3时重新达到平衡状态Ⅱ,正反应速率随时间的变化如图所示。t2时改变的条件:____________。
答案 一定量的A和B 向容器中加入C
解析 反应从正反应开始,所以为充入一定量的A和B。t2时v正瞬间不变,后不断增大,
v逆是突变后不断减小,故改变的条件是加入C。
考点二 平衡移动与平衡转化率的关系
一、新旧平衡转化率的比较
1.对于以下反应,从反应开始进行到达到平衡后,保持温度、体积不变,按要求回答下列问题。
(1)PCl5(g)??PCl3(g)+Cl2(g)
再充入PCl5(g),平衡向________方向移动,达到平衡后,PCl5(g)的转化率________,PCl5(g)的百分含量______。
(2)2HI(g)??I2(g)+H2(g)
再充入HI(g),平衡向________方向移动,达到平衡后,HI(g)的分解率__________,HI(g)的百分含量________。
(3)2NO2(g)??N2O4(g)
再充入NO2(g),平衡向________方向移动,达到平衡后,NO2(g)的转化率________,NO2(g)的百分含量________。
(4)mA(g)+nB(g)??pC(g)
同等倍数的加入A(g)和B(g),平衡________移动,达到平衡后,①m+n>p,A、B的转化率都________,体积分数都________;②m+n=p,A、B的转化率、体积分数都________;③m+n答案 (1)正反应 减小 增大
(2)正反应 不变 不变
(3)正反应 增大 减小
(4)正向 增大 减小 不变 减小 增大
2.将等物质的量的N2、H2充入某密闭容器中,在一定条件下,发生如下反应并达到平衡:N2(g)+3H2(g)??2NH3(g) ΔH<0。当改变某个条件并维持新条件直至新的平衡时,下表中关于新平衡与原平衡的比较正确的是(  )
选项 改变条件 新平衡与原平衡比较
A 增大压强 N2的浓度一定变小
B 升高温度 N2的转化率变小
C 充入一定量H2 H2的转化率不变,N2的转化率变大
D 使用适当催化剂 NH3的体积分数增大
答案 B
解析 A项,正反应是气体体积减小的反应,依据勒夏特列原理可知增大压强平衡向正反应方向移动,但氮气的浓度仍然比原平衡大,不正确;B项,正反应是放热反应,则升高温度平衡向逆反应方向移动,氮气的转化率变小,正确;C项,充入一定量的氢气,平衡向正反应方向移动,氮气的转化率增大,而氢气的转化率变小,不正确;D项,催化剂只能改变反应速率而不能改变平衡状态,不正确。
3.一定条件下存在反应:2SO2(g)+O2(g)??2SO3(g),其正反应放热。图1、图2表示起始时容器甲、丙体积都是V,容器乙、丁体积都是;向甲、丙内都充入2a mol SO2和a mol O2并保持恒温;向乙、丁内都充入a mol SO2和0.5a mol O2并保持绝热(即与外界无热量交换),在一定温度时开始反应。
下列说法正确的是(  )
A.图1达平衡时,c(SO2):甲=乙
B.图1达平衡时,平衡常数K:甲<乙
C.图2达平衡时,所需时间t:丙<丁
D.图2达平衡时,体积分数φ(SO3):丙>丁
答案 D
解析 甲和乙若都是恒温恒压,则两者等效,但乙为绝热恒压,该反应正反应为放热反应,则温度:甲<乙,温度升高平衡向逆反应方向移动,c(SO2):甲<乙,平衡常数K:甲>乙,A、B项错误;丙和丁若都是恒温恒容,则两者等效,但丁为绝热恒容,则温度:丙<丁,温度越高,反应速率越快,达到平衡的时间越短,所用的时间:丙>丁,C项错误;温度升高平衡向逆反应方向移动,体积分数φ(SO3):丙>丁,D项正确。
(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)
新平衡状态可认为是两个原平衡状态简单的叠加,压强不变,平衡不移动。
二、外因对多重平衡的影响
4.[2022·河北,16(2)①]工业上常用甲烷、水蒸气重整制备氢气,体系中发生如下反应。
Ⅰ.CH4(g)+H2O(g)??CO(g)+3H2(g)
Ⅱ.CO(g)+H2O(g)??CO2(g)+H2(g)
下列操作中,能提高CH4(g)平衡转化率的是__________(填字母)。
A.增加CH4(g)用量
B.恒温恒压下通入惰性气体
C.移除CO(g)
D.加入催化剂
答案 BC
解析 增加CH4(g)用量可以提高H2O(g)的转化率,但是CH4(g)平衡转化率减小,A不符合题意;恒温恒压下通入惰性气体,相当于减小体系压强,反应混合物中各组分的浓度减小,反应Ⅰ的化学平衡正向移动,能提高CH4(g)平衡转化率,B符合题意;移除CO(g),减小了反应混合物中CO(g)的浓度,反应Ⅰ的化学平衡正向移动,能提高CH4(g)平衡转化率,C符合题意;加入催化剂不能改变平衡状态,故不能提高CH4(g)平衡转化率,D不符合题意。
5.[2022·湖南,16(1)①]在一定温度下,向体积固定的密闭容器中加入足量的C(s)和1 mol H2O(g),起始压强为0.2 MPa时,发生下列反应生成水煤气:
Ⅰ.C(s)+H2O(g)??CO(g)+H2(g) ΔH1=+131.4 kJ·mol-1
Ⅱ.CO(g)+H2O(g)??CO2(g)+H2(g) ΔH2=-41.1 kJ·mol-1
下列说法正确的是__________。
A.平衡时向容器中充入惰性气体,反应Ⅰ的平衡逆向移动
B.混合气体的密度保持不变时,说明反应体系已达到平衡
C.平衡时H2的体积分数可能大于
D.将炭块粉碎,可加快反应速率
答案 BD
解析 在恒温恒容条件下,平衡时向容器中充入惰性气体不能改变各组分的浓度,因此反应Ⅰ的平衡不移动,A说法不正确;在反应中固体C转化为气体,气体的质量增加,而容器的体积不变,因此气体的密度在反应过程中不断增大,当混合气体的密度保持不变时,说明反应体系已达到平衡,B说法正确;若C(s)和H2O(g)完全反应全部转化为CO2(g)和H2(g),由C(s)+2H2O(g)??CO2(g)+2H2(g)可知,H2的体积分数的极值为,由于可逆反应有一定的限度,因此,平衡时H2的体积分数不可能大于,C说法不正确;将炭块粉碎可以增大其与H2O(g)的接触面积,因此可加快反应速率,D说法正确。
1.(2023·北京,4)下列事实能用平衡移动原理解释的是(  )
A.H2O2溶液中加入少量MnO2固体,促进H2O2分解
B.密闭烧瓶内的NO2和N2O4的混合气体,受热后颜色加深
C.铁钢放入浓HNO3中,待不再变化后,加热能产生大量红棕色气体
D.锌片与稀H2SO4反应过程中,加入少量CuSO4固体,促进H2的产生
答案 B
解析 MnO2会催化 H2O2分解,与平衡移动无关,A项不符合题意;NO2转化为N2O4 是放热的可逆反应,升温平衡逆向移动,NO2浓度增大,混合气体颜色加深,B项符合题意;常温下铁在浓硝酸中钝化,加热会使表面的氧化膜溶解,铁与浓硝酸反应生成大量红棕色气体,与平衡移动无关,C项不符合题意;加入少量硫酸铜后,锌置换出铜,构成原电池,从而使反应速率加快,与平衡移动无关,D项不符合题意。
2.(2022·海南,8)某温度下,反应CH2==CH2(g)+H2O(g)??CH3CH2OH(g)在密闭容器中达到平衡,下列说法正确的是(  )
A.增大压强,v正>v逆,平衡常数增大
B.加入催化剂,平衡时CH3CH2OH(g)的浓度增大
C.恒容下,充入一定量的H2O(g),平衡向正反应方向移动
D.恒容下,充入一定量的CH2==CH2(g),CH2==CH2(g)的平衡转化率增大
答案 C
解析 该反应是一个气体分子数减小的反应,增大压强可以加快化学反应速率,正反应速率增大的幅度大于逆反应,故v正>v逆,平衡向正反应方向移动,但是因为温度不变,故平衡常数不变,A不正确;催化剂不影响化学平衡状态,因此,加入催化剂不影响平衡时CH3CH2OH(g)的浓度,B不正确;恒容下,充入一定量的H2O(g),H2O(g)的浓度增大,平衡向正反应方向移动,C正确;恒容下,充入一定量的CH2==CH2(g),平衡向正反应方向移动,但是CH2==CH2(g)的平衡转化率减小,D不正确。
3.[2023·新课标卷,29(4)]在不同压强下,以两种不同组成进料,反应达平衡时氨的摩尔分数与温度的计算结果如图所示。其中一种进料组成为=0.75、=0.25,另一种为=0.675、=0.225、xAr=0.10。(物质i的摩尔分数:xi=)
①图中压强由小到大的顺序为________________,判断的依据是________________。
②进料组成中含有惰性气体Ar的图是________________。
③图1中,当p2=20 MPa、=0.20时,氮气的转化率α=________________。该温度时,反应N2(g)+H2(g)??NH3(g)的平衡常数Kp=________________(MPa)-1(化为最简式)。
答案 ①p1<p2<p3 合成氨的反应为气体分子数减少的反应,压强越大平衡时氨的摩尔分数越大 ②图2 ③33.33% 
解析 ①合成氨的反应中,压强越大平衡时氨的摩尔分数越大。由图中信息可知,在相同温度下,反应达平衡时氨的摩尔分数:p1<p2<p3,因此,图中压强由小到大的顺序为p1<p2<p3。②该反应为气体分子数减小的反应,在相同温度和相同压强下,惰性气体Ar不利于合成氨,进料组成中含有惰性气体Ar的图是图2。③图1中,进料组成为=0.75、=0.25,两者物质的量之比为3∶1。假设进料中氢气和氮气的物质的量分别为3 mol和1 mol,达到平衡时氮气的变化量为x mol,则有:
N2(g)+3H2(g)??2NH3(g)
始/mol  1   3   0
变/mol  x   3x   2x
平/mol 1-x  3-3x  2x
当p2=20 MPa、=0.20时,==0.20,解得x=,则氮气的转化率α=≈33.33%,平衡时N2、H2、NH3的物质的量分别为 mol、2 mol、 mol,其物质的量分数分别为、、,则该温度下K′p==(MPa)-2,因此,该温度时反应N2(g)+H2(g)??NH3(g)的平衡常数Kp==(MPa)-1。
课时精练
1.下列不能用勒夏特列原理解释的事实是(  )
A.红棕色的NO2加压后颜色先变深后变浅
B.氢气、碘蒸气、碘化氢气体组成的平衡体系加压后颜色变深
C.黄绿色的氯水光照后颜色变浅
D.向含有[Fe(SCN)]2+的红色溶液中加铁粉,振荡,溶液红色变浅或褪去
答案 B
解析 A项,涉及二氧化氮与四氧化二氮的平衡转化,故可以用勒夏特列原理解释;C项,光照后,次氯酸见光分解,使氯气与水反应的平衡向右移动,故可以用勒夏特列原理解释;D项,在该溶液中存在平衡:Fe3++SCN-??[Fe(SCN)]2+,向溶液中加入铁粉,Fe3+会和Fe发生反应生成Fe2+,导致Fe3+浓度降低,平衡向逆反应方向移动,使[Fe(SCN)]2+(红色)的浓度降低,故可以用勒夏特列原理解释。
2.反应NH4HS(s)??NH3(g)+H2S(g)在某温度下达到平衡,下列各种情况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
答案 B
解析 A项,2H2S+SO2===3S+2H2O,通入SO2气体使平衡正向移动;C项,NH3(g)+HCl(g)===NH4Cl(s),充入HCl气体使平衡正向移动;D项,保持压强不变,充入氮气,平衡向正反应方向移动。
3.(2020·浙江7月选考,20)一定条件下:2NO2(g)??N2O4(g) ΔH<0。在测定NO2的相对分子质量时,下列条件中,测定结果误差最小的是(  )
A.温度0 ℃、压强50 kPa
B.温度130 ℃、压强300 kPa
C.温度25 ℃、压强100 kPa
D.温度130 ℃、压强50 kPa
答案 D
解析 测定NO2的相对分子质量时,要使平衡逆向移动,且逆向移动的程度越大,测定结果的误差越小。该反应的正反应是气体分子数减少的放热反应,因此温度越高、压强越小时,平衡逆向移动的程度越大,故选D。
4.在水溶液中,CrO呈黄色,Cr2O呈橙色,重铬酸钾(K2Cr2O7)在水溶液中存在以下平衡:Cr2O+H2O??2CrO+2H+,下列说法正确的是(  )
A.向该溶液中加入过量浓NaOH溶液后,溶液呈橙色
B.该反应是氧化还原反应
C.向该溶液中滴加适量的浓硫酸,平衡向逆反应方向移动,再次达到平衡后,氢离子浓度比原溶液大
D.向体系中加入少量水,平衡逆向移动
答案 C
解析 向该溶液中加入过量浓NaOH溶液后,消耗氢离子,氢离子浓度减小,平衡正向移动,溶液呈黄色,A错误;反应前后元素的化合价均不发生变化,该反应不是氧化还原反应,B错误;向该溶液中滴加适量的浓硫酸,氢离子浓度增大,平衡向逆反应方向移动,由于只能是减弱这种改变,所以再次达到平衡后,氢离子浓度比原溶液大,C正确;向体系中加入少量水,相当于稀释,平衡正向移动,D错误。
5.(2023·广州实验中学模拟)常压下羰基化法精炼镍的原理为Ni(s)+4CO(g)??Ni(CO)4(g)。230 ℃时,该反应的平衡常数K=2×10-5。已知:Ni(CO)4的沸点为42.2 ℃,固体杂质不参与反应。
第一阶段:将粗镍与CO反应转化成气态Ni(CO)4;第二阶段:将第一阶段反应后的气体分离出来,加热至230 ℃制得高纯镍。
下列判断正确的是(  )
A.升高温度,该反应的平衡常数减小
B.该反应达到平衡时,v生成[Ni(CO)4]=4v生成(CO)
C.第一阶段,在30 ℃和50 ℃两者之间选择反应温度应选30 ℃
D.第二阶段,Ni(CO)4分解率较低
答案 A
解析 反应Ni(s)+4CO(g)??Ni(CO)4(g)正反应是一个熵减的自发反应,故可判断该反应是放热反应,所以升高温度,该反应的平衡常数减小,A正确;该反应达到平衡时,正、逆反应速率相等,4v生成[Ni(CO)4]=v生成(CO),B错误;Ni(CO)4的沸点为42.2 ℃,将粗镍与CO反应转化成气态Ni(CO)4,反应温度应选50 ℃,C错误;Ni(s)+4CO(g)??Ni(CO)4(g)的平衡常数K==2×10-5,第二阶段反应为Ni(CO)4(g)??Ni(s)+4CO(g),平衡常数K===5×104,故Ni(CO)4分解率较高,D错误。
6.对于反应N2O4(g) ??2NO2(g) ΔH=+57 kJ·mol-1,下列有关说法正确的是(  )
A.升高体系温度正反应速率增大,逆反应速率减小
B.若容器体积不变,密度不变时说明该反应达到化学平衡状态
C.其他条件不变,向平衡后的容器中再加入少量N2O4,新平衡后的值不变
D.增大体系的压强能提高N2O4的反应速率和平衡转化率
答案 C
解析 升高体系温度,正、逆反应速率都增大,故A错误;该反应气体总质量不变,容器体积不变,根据ρ=可知该反应的气体密度始终不变,故B错误;平衡常数K=,K只与温度有关,温度不变,K不变,故C正确;增大体系的压强,平衡逆移,N2O4的平衡转化率降低,故D错误。
7.某温度下,反应2A(g)??B(g) ΔH>0,在密闭容器中达到平衡,平衡后=a,若改变某一条件,足够时间后反应再次达到平衡状态,此时=b,下列叙述正确的是(  )
A.在该温度下,保持容积固定不变,向容器内补充了B气体,则a<b
B.若a=b,则该反应中可能使用了催化剂
C.若其他条件不变,升高温度,则a<b
D.若保持温度、压强不变,充入惰性气体,则a>b
答案 B
解析 A项,充入B气体相当于增大压强,B的体积分数增大,故a>b;B项,使用催化剂,平衡不移动,a=b;C项,升高温度,平衡正向移动,a>b;D项,相当于扩大容器容积,减小压强,平衡逆向移动,a<b。
8.在恒温恒压下,某一体积可变的密闭容器中发生反应:A(g)+B(g)??2C(g) ΔH<0,t1时达到平衡后,在t2时改变某一条件,其反应过程如图所示。下列说法正确的是(  )
A.Ⅰ、Ⅱ两过程达到平衡时,A的体积分数:Ⅰ>Ⅱ
B.t2时改变的条件是向密闭容器中加入物质C
C.0~t2时,v正>v逆
D.Ⅰ、Ⅱ两过程达到平衡时,平衡常数:K(Ⅰ)<K(Ⅱ)
答案 B
解析 反应速率与其物质的量浓度成正比,Ⅰ、Ⅱ达到平衡状态时逆反应速率相等,说明Ⅰ、Ⅱ达到平衡状态时各物质的物质的量浓度不变,则A的体积分数:Ⅰ=Ⅱ,故A错误;向密闭容器中加物质C,逆反应速率瞬间增大,再次建立的平衡和原平衡相同,符合图像,故B正确;由题图可知,0~t1时,逆反应速率增大,说明平衡正向移动,即v正>v逆,t1~t2时,逆反应速率不变,说明处于平衡状态,即v正=v逆,故C错误;化学平衡常数只与温度有关,Ⅰ、Ⅱ温度相同,则其平衡常数相同,故D错误。
9.(2023·河北沧州高三联考)T ℃下,在恒压密闭容器中发生反应:S2Cl2(l,浅黄色)+Cl2(g)??2SCl2(l,红棕色) ΔH<0。已知S2Cl2分子中各原子均满足8电子稳定结构,下列说法正确的是(  )
A.当单位时间内断裂n mol S—S,同时有n mol Cl2被还原时,说明反应达到平衡状态
B.平衡后,升高温度,容器体积减小
C.平衡后,压缩容器体积,容器中黄绿色先变深后变浅,最终气体颜色和原来一样
D.平衡后,增加S2Cl2 (l)的物质的量,平衡向正反应方向移动
答案 C
解析 单位时间内断裂n mol S—S和n mol Cl2被还原都在描述正反应速率,不能作为平衡判据,A项错误;因该反应在恒压密闭容器中进行且ΔH<0,平衡后,升高温度,平衡逆向移动,生成Cl2,容器体积增大,B项错误;平衡常数K=,温度不变,平衡常数不变,即c(Cl2)不变,增大压强后c(Cl2)先增大后减小,最终与原来一样,C项正确;增加S2Cl2 (l)的物质的量,平衡不移动,D项错误。
10.Deacon催化氧化法将HCl转化为Cl2的反应为4HCl(g)+O2(g)??2Cl2(g)+2H2O(g) ΔH,研究发现CuCl2(s)催化反应的过程如下:
反应ⅰ:2CuCl2(s)??2CuCl(s)+Cl2(g)
反应ⅱ:2CuCl(s)+O2(g)??2CuO(s)+Cl2(g)
反应ⅲ:……
下列关于Deacon催化氧化法制Cl2的说法正确的是(  )
A.反应ⅰ增大压强,达到新平衡后Cl2浓度减小
B.反应4HCl(g)+O2(g)??2Cl2(g)+2H2O(g)的ΔH>0
C.由反应过程可知催化剂参与反应,通过改变反应路径提高平衡转化率
D.推断反应ⅲ应为CuO(s)+2HCl(g)??CuCl2(s)+H2O(g)
答案 D
解析 温度不变,平衡常数不变,K=c(Cl2),因此反应ⅰ增大压强,达到新平衡后Cl2浓度不变,A错误;反应4HCl(g)+O2(g)??2Cl2(g)+2H2O(g)是放热反应,B错误;依据盖斯定律,用[总反应-(反应ⅰ+反应ⅱ)]×得反应ⅲ:CuO(s)+2HCl(g)??CuCl2(s)+H2O(g),D正确;由反应ⅰ、ⅱ、ⅲ知,催化剂CuCl2参加反应,通过改变反应历程,从而提高反应速率,但不影响平衡,改变不了平衡转化率,C错误。
11.如图所示,左室容积为右室的两倍,温度相同,现分别按照如图所示的量充入气体,同时加入少量固体催化剂使两室内气体充分反应达到平衡,打开活塞,继续反应再次达到平衡。下列说法不正确的是(  )
A.第一次平衡时,SO2的物质的量左室更多
B.气体未反应前,左室压强和右室一样大
C.第一次平衡时,左室内压强一定小于右室
D.第二次平衡时,SO2的总物质的量比第一次平衡时左室SO2的物质的量的2倍多
答案 D
解析 两室中发生反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),若右室的容积与左室相等,左室和右室在相同条件下达到的平衡状态相同,含有的SO2物质的量相等,右室在此平衡状态时将体积缩小为原来的,压强增大,平衡向生成SO3的方向移动,SO2物质的量减少,则第一次平衡时,SO2的物质的量左室更多,A项正确;通入气体未反应前,左室气体总物质的量为4 mol,右室气体总物质的量为2 mol,左室容积为右室的两倍,温度相同,则左室压强和右室一样大,B项正确;左室从正反应开始建立平衡,左室平衡时压强小于左室起始压强,右室从逆反应开始建立平衡,右室平衡时压强大于右室起始压强,左室与右室起始压强相等,则第一次平衡时左室内压强一定小于右室,C项正确;若在容积为2倍左室容积的容器中起始充4 mol SO2、2 mol O2,相同条件下达到平衡时SO2的物质的量为左室SO2物质的量的2倍,打开活塞相当于在容积为1.5倍左室容积的容器中起始充入2 mol SO2、1 mol O2、2 mol SO3(g)、1 mol Ar,相当于在容积为1.5倍左室容积的容器中起始充入4 mol SO2、2 mol O2、1 mol Ar,相对于2倍左室容积的容器缩小了体积,压强增大,平衡向正反应方向移动,SO2物质的量减小,即第二次平衡时,SO2的总物质的量比第一次平衡时左室SO2物质的量的2倍要少,D项错误。
12.(2023·安徽蚌埠统考模拟)能源的合理开发和利用、低碳减排是人类正在努力解决的大问题。
(1)在固相催化剂作用下CO2加氢合成甲烷过程中发生以下两个反应:
主反应:CO2(g)+4H2(g)??CH4(g)+2H2O(g) ΔH1=-156.9 kJ·mol-1
副反应:CO2(g)+H2(g)??CO(g)+H2O(g) ΔH2=+41.1 kJ·mol-1
工业合成甲烷通常控制温度为500 ℃左右,其主要原因为_____________________
________________________________________________________________________。
(2)向密闭容器中充入一定量的CH4(g)和NO(g),保持总压为100 kPa发生反应:CH4(g)+4NO(g)??2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH<0。当=1时NO的平衡转化率~、T3 K下NO的平衡转化率~的关系分别如图:
①能表示此反应已经达到平衡的是_________________________________________(填字母)。
A.气体总体积保持不变
B.混合气体的平均相对分子质量保持不变
C.不再变化
②表示T3 K时NO的平衡转化率~的关系曲线是______(填“Ⅰ”或“Ⅱ”),T1______(填“>”或“<”)T2。
③在=1、T2 K时,CH4的平衡分压为__________________。
答案 (1)温度低于500 ℃,反应速率小;温度高于500 ℃,对副反应影响较大,化学平衡向生成CO的方向移动程度增大,不利于甲烷的生成 (2)①C ②Ⅱ > ③45 kPa
解析 (2)①该反应前后气体计量数不变,故气体体积也始终不变,混合气体的平均相对分子质量保持不变,不能证明反应达到平衡,A、B错误;随着反应的进行一氧化氮的量减少,氮气的量增大,则一直在变化,故不再变化可以证明反应达到平衡,C正确。②由反应CH4(g)+4NO(g)??2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)可知,随着增大,即增大NO的投入量,平衡正向移动,CH4的转化率增大而NO的转化率减小,由图示信息可知,曲线Ⅱ表示T3 K时NO的平衡转化率~的关系;升高温度平衡逆向移动,则NO的平衡转化率减小,由图中曲线Ⅰ表示=1时NO的平衡转化率~关系,T越大,则越小,NO的平衡转化率越小,故T1>T2。③由图示信息可知,在=1、T2 K下,NO的平衡转化率为40%,根据三段式分析可知,
      CH4(g)+4NO(g)??2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)
起始/mol  a    a    0   0    0
转化/mol  0.1a  0.4a   0.2a  0.1a   0.2a
平衡/mol  0.9a  0.6a   0.2a  0.1a   0.2a
则此时CH4的平衡分压为p(CH4)=×100 kPa=45 kPa。
13.(2024·郑州模拟)(1)丙烷氧化脱氢制备丙烯的反应为C3H8(g)+O2(g)??C3H6(g)+H2O(g) ΔH<0。一定条件下,恒压密闭容器中C3H8与O2起始物质的量比分别为2∶1、1∶1、1∶2、1∶3,平衡时C3H8的体积分数[φ(C3H8)]随温度、的变化关系如图所示。
①表示=1∶2的曲线是__________(填“Ⅰ”“Ⅱ”“Ⅲ”或“Ⅳ”)。
②T3____________(填“>”或“<”)T4,原因是______________________________
________________________________________________________________________。
③M点时,O2的转化率是____________(保留三位有效数字)。
(2)在HZSM-5催化下用甲醇可制取丙烯,反应为3CH3OH(g)??C3H6(g)+3H2O(g) ΔH,一定温度下,向2 L恒容密闭容器中通入3 mol CH3OH(g),平衡时,n(C3H6)=0.6 mol,下列说法正确的是____________(填字母)。
A.HZSM-5能提高该反应的平衡转化率
B.达到平衡时,再向容器中通入1.5 mol CH3OH(g),重新达到平衡时C3H6的浓度增大
C.达到平衡后,再通入物质的量均为0.6 mol的CH3OH(g)、C3H6(g)、H2O(g),此时平衡逆向移动
D.若起始时向2 L绝热恒容密闭容器中通入3 mol CH3OH(g),平衡时,n(H2O)=1.6 mol,则ΔH<0
答案 (1)①Ⅱ ②< 该反应是放热反应,C3H8与O2起始物质的量比相同时,升高温度,平衡逆向移动,C3H8体积分数增大,故横坐标向左是升高温度,所以T3解析 (1)①减小相当于增大氧气的浓度,平衡向正反应方向移动,丙烷的转化率增大,体积分数减小,则表示=1∶2的曲线是Ⅱ。③由图可知, M点时,起始=1∶1,平衡时丙烷的体积分数为20%,设丙烷和氧气的起始物质的量都为1 mol,平衡时生成a mol丙烯,由题意可建立如下三段式:
     C3H8(g)+O2(g)??C3H6(g)+H2O(g)
始/mol   1   1    0    0
变/mol   a   0.5a   a    a
平/mol  1-a  1-0.5a  a    a
×100%=20%,解得a=,则氧气的转化率为×100%≈27.3%。
14.(2023·湖南张家界模拟)油气开采、石油化工、煤化工等行业废气普遍含有的硫化氢,需要回收处理并加以利用。回答下列问题:
(1)已知下列反应的热化学方程式:
①2H2S(g)??S2(g)+2H2(g) ΔH1=+180 kJ·mol-1
②CS2(g)+2H2(g)??CH4(g)+S2(g) ΔH2=-81 kJ·mol-1
则反应③CH4(g)+2H2S(g)??CS2(g)+4H2(g)的ΔH3=________kJ·mol-1;下列叙述能说明反应③达到平衡状态的是________(填字母)。
A.断裂2 mol C—H的同时生成1 mol C==S
B.恒容条件下,体系压强不再变化
C.恒容条件下,气体的密度不再变化
D.v正(H2S)=2v逆(CS2)
(2)在不同温度、反应压强为100 kPa,进料H2S的摩尔分数(可看成体积分数)为0.1%~20%(其余为N2)的条件下,对于反应①,H2S分解平衡转化率的结果如图1所示。则T1、T2和T3由大到小的顺序为________;H2S的摩尔分数越大,H2S分解平衡转化率越小的原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)反应①和③的ΔG随温度的变化如图2所示,已知ΔG=-RTln K(R为常数,T为温度,K为平衡常数),则在1 000 K时,反应的自发趋势①______(填“>”“<”或“=”)③。在1 000 K、100 kPa反应条件下,将n(H2S)∶n(CH4)∶n(N2)=3∶2∶15的混合气进行反应,达到平衡时n(CS2)∶n(H2)约为1∶4,n(S2)微乎其微,其原因是____________________
________________________________________________________________________。
(4)在1 000 K、100 kPa反应条件下,将n(H2S)∶n(CH4)∶n(N2)=3∶3∶2的混合气体进行反应③,达到平衡时,CS2分压与H2S的分压相同。则反应③的Kp=________(不用写单位)。
答案 (1)+261 BD (2)T1>T2>T3 恒压条件下,H2S的摩尔分数增大,平衡正向移动,最终H2S的转化率降低 (3)< 在1 000 K,反应①ΔG>0,反应趋势小,反应③ΔG<0,反应趋势大,占主导 (4)1.28×104
解析 (1)反应③等于反应①减去反应②,ΔH3=+180 kJ·mol-1-(-81 kJ·mol-1)=+261 kJ·mol-1;A项中都表示正反应,故A不符合题意;该反应是气体分子数变化的反应,恒容条件下压强不变即达到平衡,故B符合题意;恒容条件又都是气体参与反应,故密度始终保持不变,故C不符合题意。(2)反应①是吸热反应,温度升高,平衡正向移动,则H2S的转化率增大,故T1>T2>T3。(3)在1 000 K,反应①ΔG>0,不易自发,反应③ΔG<0,容易自发,故反应自发趋势①<③。(4)设n(H2S)=3 mol,列三段式
CH4(g)+2H2S(g)??CS2(g)+4H2(g)
初始/mol 3    3    0    0
转化/mol x    2x    x   4x
平衡/mol 3-x  3-2x   x   4x
达到平衡时,CS2分压与H2S的分压相同即有3-2x=x,解得x=1,平衡后气体的总物质的量为2 mol+1 mol+1 mol+4 mol+2 mol=10 mol,则Kp==1.28×104。第48讲 影响化学平衡的因素
[复习目标] 1.掌握外界条件改变对化学平衡的影响。2.掌握并会运用勒夏特列原理分析平衡的移动。3.掌握平衡移动与转化率的关系。
考点一 化学平衡的移动
1.化学平衡移动的根本原因
(1)平衡移动的过程
(2)平衡移动与速率的关系
①v正____v逆,化学平衡向正反应方向移动;
②v正____v逆,化学平衡向逆反应方向移动;
③v正____v逆,化学平衡不发生移动。
2.化学平衡移动的重要实验再现
(1)探究浓度对化学平衡的影响
实验一:Fe3++3SCN-??Fe(SCN)3(红色),加入较浓的FeCl3溶液或KSCN溶液、少量铁粉、KCl固体,通过观察溶液红色的变化,分析平衡移动。
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
实验二:Cr2O(橙色)+H2O??2CrO (黄色)+2H+,滴加NaOH溶液或硫酸溶液,通过观察溶液颜色的变化,分析平衡移动。
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
(2)探究压强对化学平衡的影响
实验三:2NO2(红棕色)??N2O4(无色)
通过压缩体积观察颜色变化,分析平衡移动。
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
(3)探究温度对化学平衡的影响
实验四:[Cu(H2O)4]2+(蓝色)+4Cl-??[CuCl4]2-(黄色)+4H2O ΔH>0。
将分别盛有2 mL 0.5 mol·L-1 CuCl2溶液的两支试管,一支试管先加热,然后置于冷水中,与另一支试管进行对比。
实验步骤 实验现象 结论
加热试管
将上述试管置于冷水中
思考 在对CuCl2溶液加热时,为何未看到溶液变为黄色?
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
3.化学平衡移动原理——勒夏特列原理
如果改变影响平衡的一个因素(如浓度、压强或温度),平衡就向着能够________这种改变的方向移动,这就是勒夏特列原理,也称化学平衡移动原理。
一、外因对正逆反应速率与化学平衡移动的影响
1.外界条件对化学平衡的影响是通过改变正、逆反应速率来实现的,其移动方向取决于改变条件的瞬间v正和v逆的相对大小。试完成下表(说明:表中的压强的变化是指通过改变气体的体积实现的)。
条件的改变(假设其他条件不变) 改变条件的瞬间反应速率的变化 化学平衡的移动
v正 v逆
(1)浓度 ①增大反应物浓度
②减小反应物浓度
③增大生成物浓度
④减小生成物浓度
(2)压强 ①增大压强
②减小压强
(3)温度 ①升高温度
②降低温度
(4)催化剂 使用催化剂
2.将NO2装入带活塞的密闭容器中,当反应2NO2(g)??N2O4(g)达到平衡后,改变下列一个条件,其中叙述正确的是(  )
A.升高温度,气体颜色加深,则此反应为吸热反应
B.慢慢压缩气体体积,平衡向右移动,混合气体颜色变浅
C.慢慢压缩气体体积,若体积减小一半,压强增大,但小于原来的两倍
D.恒温恒压时,充入惰性气体,平衡向左移动,混合气体的颜色变深
惰性气体对化学平衡的影响
二、通过图像理解化学平衡移动
3.一定条件下,在密闭容器中发生如下反应:2SO2(g)+O2(g)??2SO3(g)
ΔH=-198 kJ·mol-1。
(1)若在t0时刻只增大压强(缩小容器的体积),请在图1中作出v正、v逆的变化图像。
(2)请在图2中作出不同温度下(T2>T1)SO2的转化率随时间变化的示意图。
 
4.(2021·湖南,11改编)已知:A(g)+2B(g)??3C(g) ΔH<0,向一恒温恒容的密闭容器中充入________发生反应,t1时达到平衡状态 Ⅰ,在t2时改变某一条件,t3时重新达到平衡状态Ⅱ,正反应速率随时间的变化如图所示。t2时改变的条件:___________________________________________________________________________。
考点二 平衡移动与平衡转化率的关系
一、新旧平衡转化率的比较
1.对于以下反应,从反应开始进行到达到平衡后,保持温度、体积不变,按要求回答下列问题。
(1)PCl5(g)??PCl3(g)+Cl2(g)
再充入PCl5(g),平衡向________方向移动,达到平衡后,PCl5(g)的转化率________,PCl5(g)的百分含量______。
(2)2HI(g)??I2(g)+H2(g)
再充入HI(g),平衡向________方向移动,达到平衡后,HI(g)的分解率__________,HI(g)的百分含量________。
(3)2NO2(g)??N2O4(g)
再充入NO2(g),平衡向________方向移动,达到平衡后,NO2(g)的转化率________,NO2(g)的百分含量________。
(4)mA(g)+nB(g)??pC(g)
同等倍数的加入A(g)和B(g),平衡________移动,达到平衡后,①m+n>p,A、B的转化率都_____________,体积分数都______________;②m+n=p,A、B的转化率、体积分数都______________________________________________________________________________;
③m+n2.将等物质的量的N2、H2充入某密闭容器中,在一定条件下,发生如下反应并达到平衡:N2(g)+3H2(g)??2NH3(g) ΔH<0。当改变某个条件并维持新条件直至新的平衡时,下表中关于新平衡与原平衡的比较正确的是(  )
选项 改变条件 新平衡与原平衡比较
A 增大压强 N2的浓度一定变小
B 升高温度 N2的转化率变小
C 充入一定量H2 H2的转化率不变,N2的转化率变大
D 使用适当催化剂 NH3的体积分数增大
3.一定条件下存在反应:2SO2(g)+O2(g)??2SO3(g),其正反应放热。图1、图2表示起始时容器甲、丙体积都是V,容器乙、丁体积都是;向甲、丙内都充入2a mol SO2和a mol O2并保持恒温;向乙、丁内都充入a mol SO2和0.5a mol O2并保持绝热(即与外界无热量交换),在一定温度时开始反应。
下列说法正确的是(  )
A.图1达平衡时,c(SO2):甲=乙
B.图1达平衡时,平衡常数K:甲<乙
C.图2达平衡时,所需时间t:丙<丁
D.图2达平衡时,体积分数φ(SO3):丙>丁
(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)
新平衡状态可认为是两个原平衡状态简单的叠加,压强不变,平衡不移动。
二、外因对多重平衡的影响
4.[2022·河北,16(2)①]工业上常用甲烷、水蒸气重整制备氢气,体系中发生如下反应。
Ⅰ.CH4(g)+H2O(g)??CO(g)+3H2(g)
Ⅱ.CO(g)+H2O(g)??CO2(g)+H2(g)
下列操作中,能提高CH4(g)平衡转化率的是__________(填字母)。
A.增加CH4(g)用量
B.恒温恒压下通入惰性气体
C.移除CO(g)
D.加入催化剂
5.[2022·湖南,16(1)①]在一定温度下,向体积固定的密闭容器中加入足量的C(s)和1 mol H2O(g),起始压强为0.2 MPa时,发生下列反应生成水煤气:
Ⅰ.C(s)+H2O(g)??CO(g)+H2(g) ΔH1=+131.4 kJ·mol-1
Ⅱ.CO(g)+H2O(g)??CO2(g)+H2(g) ΔH2=-41.1 kJ·mol-1
下列说法正确的是__________。
A.平衡时向容器中充入惰性气体,反应Ⅰ的平衡逆向移动
B.混合气体的密度保持不变时,说明反应体系已达到平衡
C.平衡时H2的体积分数可能大于
D.将炭块粉碎,可加快反应速率
1.(2023·北京,4)下列事实能用平衡移动原理解释的是(  )
A.H2O2溶液中加入少量MnO2固体,促进H2O2分解
B.密闭烧瓶内的NO2和N2O4的混合气体,受热后颜色加深
C.铁钢放入浓HNO3中,待不再变化后,加热能产生大量红棕色气体
D.锌片与稀H2SO4反应过程中,加入少量CuSO4固体,促进H2的产生
2.(2022·海南,8)某温度下,反应CH2===CH2(g)+H2O(g)??CH3CH2OH(g)在密闭容器中达到平衡,下列说法正确的是(  )
A.增大压强,v正>v逆,平衡常数增大
B.加入催化剂,平衡时CH3CH2OH(g)的浓度增大
C.恒容下,充入一定量的H2O(g),平衡向正反应方向移动
D.恒容下,充入一定量的CH2===CH2(g),CH2===CH2(g)的平衡转化率增大
3.[2023·新课标卷,29(4)]在不同压强下,以两种不同组成进料,反应达平衡时氨的摩尔分数与温度的计算结果如图所示。其中一种进料组成为=0.75、=0.25,另一种为=0.675、=0.225、xAr=0.10。(物质i的摩尔分数:xi=)
①图中压强由小到大的顺序为_____________________________________________________,
判断的依据是___________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
②进料组成中含有惰性气体Ar的图是______________________________________________。
③图1中,当p2=20 MPa、=0.20时,氮气的转化率α=________________。该温度时,反应N2(g)+H2(g)??NH3(g)的平衡常数Kp=__________________(MPa)-1(化为最简式)。

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