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第28课　化学平衡的移动与计算
第八章　化学反应速率与化学平衡
课标要求:
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.能利用化学平衡常数进行相关计算,能正确计算化学反应的转化率(α)。
3.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。
真题特征导引
知动态 熟真题 明确与熟知课时命题特征
真题特征导引
1.[2025·甘肃真题] CO2加氢转化成甲烷,是综合利用CO2实现“碳中和”和“碳达峰”的重要方式。525 ℃,101 kPa下,CO2(g)+4H2(g) ===CH4(g)+2H2O(g)　ΔH=-185 kJ/mol。反应达到平衡时,能使平衡向正反应方向移动的是(　　)
A.减小体系压强 B.升高温度
C.增大H2浓度 D.恒容下充入惰性气体
C
真题特征导引
【解析】 该反应前后气体总分子数减小,减小压强会使平衡向气体体积增大的方向(逆反应方向)移动,A不符合题意;该反应为放热反应,升高温度会使平衡向吸热的逆反应方向移动,B不符合题意;增大反应物H2的浓度,根据勒夏特列原理,平衡向正反应方向移动以消耗增加的H2,C符合题意;恒容下充入惰性气体不改变反应体系中各物质的浓度,对平衡无影响,D不符合题意。
真题特征导引
真题特征导引
真题特征导引
真题特征导引
3.[2025·安徽真题] Ⅰ.通过甲酸分解可获得超高纯度的CO。甲酸有两种可能的分解反应:
①HCOOH(g) ===CO(g)+H2O(g)
ΔH1=+26.3 kJ·mol-1
②HCOOH(g) ===CO2(g)+H2(g)
ΔH2=-14.9 kJ·mol-1
(1)反应CO(g)+H2O(g) ===CO2(g)+H2(g)的ΔH=__________kJ·mol-1。
　-41.2　
真题特征导引
(2)一定温度下,向恒容密闭容器中通入一定量的HCOOH(g),发生上述两个分解反应,下列说法中能表明反应达到平衡状态的是_______ (填标号)。
a.气体密度不变
b.气体总压强不变
c.H2O(g)的浓度不变
d.CO和CO2的物质的量相等
　bc　
真题特征导引
(3)一定温度下,使用某催化剂时反应历程如图1所示,反应①的选择性接近100%,原因是
_______________________________________________________;升高温度,反应历程不变,反应①的选择性下降,可能的原因是
_________________________________________________________。
　反应①的活化能低,反应②的活化能高,反应②进行的速率小　
　催化剂在升温时活性降低或升温时催化剂对反应②更有利　
真题特征导引
　b　
真题特征导引
(5)恒温恒压密闭容器中,投入不同物质的量之比的CH4/CO2/Ar混合气,投料组成与CH4和CO2的平衡转化率之间的关系如图2所示。
ⅰ.投料组成中Ar含量下降,平衡体系中
n(CO)∶n(H2)的值将________ (填“增大”
“减小”或“不变”)。
ⅱ.若平衡时Ar的分压为p kPa,根据a、b两点计算反应⑤的平衡常数Kp=_________ (kPa)2(用含p的代数式表示,Kp是用分压代替浓度计算的平衡常数,分压=总压×物质的量分数)。
　增大　
　0.675p2　
真题特征导引
【解析】 (1)由盖斯定律,②-①可以得到目标反应,则ΔH=ΔH2-ΔH1=-14.9 kJ/mol-26.3 kJ/mol=-41.2 kJ/mol。
(2)气体总质量不变,容器容积不变,密度始终不变,气体密度不变,不能说明达到平衡状态,a不符合题意;两个反应均为气体体积增大的反应,随着反应进行,压强变大,则压强不变时反应达到平衡状态,b符合题意;气体浓度不变是平衡状态的标志,则H2O(g)浓度不变时反应达到平衡状态,c符合题意;CO和CO2物质的量相等,不能说明其浓度不变,不能说明反应达到平衡状态,d不符合题意。
真题特征导引
(3)反应①的选择性接近100%,原因是反应①的活化能低,反应②的活化能高,反应②进行的速率小,所以反应①的选择性接近100%;反应①是吸热反应,升高温度平衡会正向移动,但反应①选择性下降,可能原因是催化剂在升温时活性降低或升温时催化剂对反应②更有利。
(4)增加原料中CH4的量,CH4自身转化率降低,a不符合题意;增加原料中CO2的量,CH4转化率增大,b符合题意;通入Ar,反应体系中各物质的浓度不变,平衡不移动,CH4转化率不变,c不符合题意。
(5)ⅰ.恒压容器中Ar含量下降,CH4、CO2的浓度增大,反应平衡正向移动,
真题特征导引
但CH4、CO2的平衡转化率降低,由图2可知,随Ar含量的下降,CH4平衡转化率下降的幅度更大,说明反应④平衡正向移动的程度比反应⑤大,n(CO)的增加量比n(H2)多,则n(CO)∶n(H2)增大。
ⅱ.设初始投料:n(CH4)=4 mol、n(CO2)=4 mol、n(Ar)=2 mol,平衡时,甲烷转化率为20%,二氧化碳的转化率为30%,则平衡时:
n(CH4)=4 mol-4 mol×20%=3.2 mol;
n(CO2)=4 mol-4 mol×30%=2.8 mol;
真题特征导引
根据碳元素守恒:n(CO)=8 mol-n(CH4)-n(CO2)=8 mol-3.2 mol-2.8 mol=2 mol;
根据氧元素守恒:n(H2O)=8 mol-n(CO)-2n(CO2)=8 mol-2 mol-2×2.8 mol=0.4 mol;
根据氢元素守恒:n(H2)=8 mol-2n(CH4)-n(H2O)=8 mol-2×3.2 mol-0.4 mol=1.2 mol;
平衡时,气体总物质的量为3.2 mol+2.8 mol+2 mol+0.4 mol+1.2 mol+2
真题特征导引
课标要点探究
明要点 知通法
具备学科优秀思维能力
课标要点一　化学平衡的移动
1.化学平衡移动的概念
在一定条件下,当可逆反应达到平衡状态后,若改变反应条件(如温度、压强、浓度等),平衡状态被破坏,平衡体系的物质组成也会随着改变,直至达到新的平衡状态。这种由原有的平衡状态达到新的平衡状态的过程叫化学平衡的移动。
课标要点一　化学平衡的移动
2.化学平衡移动的过程
课标要点一　化学平衡的移动
3.化学平衡移动与化学反应速率的关系
(1)v正>v逆:平衡向_______________移动。
(2)v正=v逆:反应达到平衡状态,不发生平衡移动。
(3)v正　正反应方向　
　逆反应方向　
课标要点一　化学平衡的移动
改变条件 平衡移动方向(填“正向”“逆向”或“不移动”) 氢气的转化率(填“增大”“减小”或“不变”) 氨气的体积分数(填“增大”“减小”或“不变”)
①增大氮
气的浓度 _________ __________ —
②增大氨
气的浓度 _________ __________ _________
③升温　 _________ ________ ________
　正向　
　增大　
　逆向　
　减小　
　增大　
　逆向　
　减小　
　减小　
课标要点一　化学平衡的移动
续表
改变条件 平衡移动方向(填“正向”“逆向”或“不移动”) 氢气的转化率(填“增大”“减小”或“不变”) 氨气的体积分数(填“增大”“减小”或“不变”)
④充入适
量氩气 __________ __________ ________
　不移动　
　不变　
　不变　
课标要点一　化学平衡的移动
5.化学平衡中的特殊情况
(1)当反应混合物中存在与其他物质不相混溶的固体或液体物质时,由于其“浓度”是恒定的,不随其量的增减而变化,故改变这些固体或液体的量,对化学平衡无影响。
(2)对于有气体参加的反应,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)对于有气体参加的反应,充入惰性气体与平衡移动的关系
①恒温、恒容条件
课标要点一　化学平衡的移动
原平衡体系 体系总压强增大→反应体系中各组分的浓度不变→平衡不移动
②恒温、恒压条件
原平衡体系 容器容积增大,反应体系中各反应气体的分压减小→反应体系中各组分的
浓度同倍数减小 (等效于减压)
课标要点一　化学平衡的移动
6.勒夏特列原理
如果改变影响平衡的一个因素(如温度、压强及参加反应的物质的浓度),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,也称为化学平衡移动原理。
课标要点一　化学平衡的移动
×
×
×
×
课标要点一　化学平衡的移动
×
课标要点一　化学平衡的移动
条件变化 平衡变化(填“正向”
“逆向”或“不”) 转化率变化(填“增大”“减小”或“不变”) 百分含量变化(填“增大”“减小”或
“不变”)
①增大
O2浓度 _________移动 SO2的转化率________,O2的转化率________ —
②增大
SO3浓度 _________移动 SO2、O2的转化率都________ —
③升高
温度 _________移动 SO2、O2的转化率都_________ SO2:_________
SO3:_________
④增大
压强 _________移动 SO2、O2的转化率都________ SO2:_________
SO3:________
　正向　
　增大　
　减小　
　逆向　
　减小　
　逆向　
　减小　
　正向　
　增大　
　增大　
　减小　
　减小　
　增大　
课标要点一　化学平衡的移动
条件变化 平衡变化(填“正向”“逆向”
或“不”) 转化率变化(填“增大”“减小”或“不变”) 百分含量变化(填“增大”“减小”或“不变”)
①增大H2
的浓度 ________移动 H2的转化率________,I2的转化率_________ —
②增大　
压强 _______移动 I2、H2的转化率_______ I2:__________
H2:_________
　正向　
　减小　
　增大　
　不　
　不变　
　不变　
　不变　
课标要点一　化学平衡的移动
C
课标要点一　化学平衡的移动
【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;气体体积减小一半,根据勒夏特列原理,混合气体的颜色比原平衡状态气体的颜色深,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,容器容积增大,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。
课标要点一　化学平衡的移动
B
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
课标要点一　化学平衡的移动
【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,达到平衡后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。
课标要点一　化学平衡的移动
D
课标要点一　化学平衡的移动
【解析】若改变的条件是加入A,平衡正向移动,但气体总物质的量增大,且D的状态未知,D的百分含量不一定增大,故A错误;若升高温度,A的浓度增大,说明逆反应是吸热反应,故B错误;若增大压强,平衡不移动,如果B、D均为气体,则说明(m+n)一定等于(p+q),如果B、D均不为气体,则m=p,故C错误;固体和液体的用量不影响平衡,若增加B的量,混合体系颜色加深,可知平衡发生移动,说明B一定是气体,故D正确。
课标要点一　化学平衡的移动
容
器 温度
/K 起始浓度/(mol·L-1) 平衡浓度/(mol·L-1)
c(H2) c(CO) c(CH3OH) c(CH3OH)
Ⅰ 400 0.20 0.10 0 0.080
Ⅱ 400 0.40 0.20 0
Ⅲ 500 0 0 0.10 0.025
D
课标要点一　化学平衡的移动
【解析】对比容器Ⅰ和Ⅲ可知两者投料量相当,若温度相同,最终两者等效,但容器Ⅲ温度高,平衡时c(CH3OH)比容器Ⅰ中的小,说明平衡向逆反应方向移动,即逆反应为吸热反应,正反应为放热反应,A错误;容器Ⅱ相对于容器Ⅰ成比例增加投料量,相当于加压,平衡正向移动,反应物转化率增大,所以容器Ⅱ中反应物转化率大,B错误;由B项分析知,平衡时,容器Ⅱ中的c(H2)小于容器Ⅰ中c(H2)的二倍,由A项分析知该反应的正反应为放热反应,则升高温度,平衡逆向移动,平衡时,容器Ⅲ中c(H2)大于容器Ⅰ中c(H2),所以容器Ⅱ中c(H2)小于容器Ⅲ中c(H2)的两倍,C错误;对比容器Ⅰ
课标要点一　化学平衡的移动
和容器Ⅲ,若温度相同,容器Ⅰ和容器Ⅲ中平衡等效,两容器中速率相等,但容器Ⅲ温度高,速率更大,D正确。
课标要点二　化学平衡常数的计算
课标要点二　化学平衡常数的计算
课标要点二　化学平衡常数的计算
2.平衡常数的计算步骤
(1)写出有关可逆反应的化学方程式,写出平衡常数表达式。
(2)利用“三段式”确定各物质的起始浓度、转化浓度、平衡浓度。
(3)将平衡浓度代入平衡常数表达式。
(4)注意单位的统一。
课标要点二　化学平衡常数的计算
课标要点二　化学平衡常数的计算
课前诊断
1.已知下列反应的热化学方程式:
①3O2(g) ===2O3(g)　K1 ΔH1=+285 kJ·mol-1
②2CH4(g)+O2(g) ===2CH3OH(l)　K2　 ΔH2=-329 kJ·mol-1
反应③CH4(g)+O3(g) ===CH3OH(l)+O2(g)的ΔH3=________kJ·mol-1,平衡
常数K3=___________________ (用K1、K2表示)。
　-307　
课标要点二　化学平衡常数的计算
课标要点二　化学平衡常数的计算
　B　
课标要点二　化学平衡常数的计算
　0.025 mol·L-1·min-1　
　0.75　
课标要点二　化学平衡常数的计算
课标要点二　化学平衡常数的计算
命题探究
角度1　平衡常数与转化率的相关计算
例1 [2024·安徽真题节选] 乙烯是一种用途广泛的有机化工原料。由乙烷制乙烯的研究备受关注。回答下列问题:
(2)C2H6直接脱氢反应为C2H6(g) ===C2H4(g)+H2(g)　ΔH4,C2H6的平衡转化率与温度和压强的关系如图所示,则ΔH4—————— (填“>”“<”或“=”)0。结合下图,下列条件中,达到平衡时转化率最接近40%的是____ (填标号)。
　>　
　b　
课标要点二　化学平衡常数的计算
课标要点二　化学平衡常数的计算

　增大　
课标要点二　化学平衡常数的计算
课标要点二　化学平衡常数的计算
角度2　平衡常数与速率常数的关系
例2 [2024·全国卷节选] Ni(CO)4(四羰合镍,沸点43 ℃)可用于制备高纯镍,也是有机化合物羰基化反应的催化剂。回答下列问题。
(3)在总压分别为0.10、0.50、1.0、2.0 MPa下,Ni(s) 和CO(g)反应达平衡时,Ni(CO)4体积分数x与温度的关系如图所示。反应Ni(s)+4CO(g) ===Ni(CO)4(g)的ΔH______ (填“大于”或“小于”)0。从热力学角度考虑,______________ (写出两点)有利于Ni(CO)4的生成。p3、100 ℃时CO的平衡转化率α=________,该温度下平衡常数Kp=_________ (MPa)-3。
　小于　
　低温、高压　
　97.3%　
　9 000　
课标要点二　化学平衡常数的计算

课标要点二　化学平衡常数的计算
【解析】 (3)由图可知,一定压强下,随着温度升高,平衡时Ni(CO)4的体积分数减小,说明温度升高平衡逆向移动,因此该反应的 ΔH<0;该反应是反应前后气体总分子数减小的放热反应,因此低温和高压均有利于Ni(CO)4的生成;由上述分析知,温度相同时,增大压强平衡正向移动,对应的平衡体系中Ni(CO)4的体积分数增大,则压强:p4>p3>p2>p1,即p3对应的压强是1.0 MPa。由题图可知,p3、100 ℃ 条件下达到平衡时,CO和Ni(CO)4的体积分数分别为 0.1、0.9,设初始投入的CO为4 mol,反应生成的Ni(CO)4为x mol,可得三段式:
课标要点二　化学平衡常数的计算
课标要点二　化学平衡常数的计算
课标要点二　化学平衡常数的计算
课标要点二　化学平衡常数的计算
课标要点二　化学平衡常数的计算
(2)若反应温度不变,反应物的起始浓度分别为c(M)=4 mol·L-1,c(N)=a mol·L-1,达到平衡后,c(P)=2 mol·L-1,则M的转化率为_________,N的起始
浓度为______________。
　6 mol·L-1　
　50%　
课标要点二　化学平衡常数的计算

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