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第41讲　化学平衡
1.认识化学反应的可逆性,理解化学平衡建立的过程。2.理解外界条件对化学平衡的影响,能通过实验及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
1.可逆反应
下列反应不属于可逆反应的有②③④(填序号)。
①2SO2+O22SO3
②6CO2+6H2OC6H12O6+3O2
③2H2O2H2↑+O2↑
④PbO2+Pb+2H2SO42PbSO4+2H2O
2.化学平衡状态
(1)概念:在一定条件下的可逆反应体系中,当正、逆反应速率相等时,反应物和生成物的浓度均保持不变,即体系的组成不随时间而改变,表明该反应中物质的转化达到了“限度”,这时的状态称之为化学平衡状态,简称化学平衡。
(2)建立过程
绘制“反应速率-时间”图像,表示从正反应开始建立化学平衡状态的过程。
(3)平衡特征
判断正误。
(1)在化学平衡建立过程中,v正一定大于v逆。(　×　)
(2)化学反应达到平衡后,反应物和生成物的浓度或百分含量相等。(　×　)
(3)在1 L密闭容器中发生反应:2NO(g)+O2(g) 2NO2(g),当容器中气体的颜色保持不变时,说明反应已达到平衡状态。(　√　)
(4)对于反应NO2(g)+SO2(g) SO3(g)+NO(g),当每消耗1 mol SO3的同时生成1 mol NO2时,说明反应达到平衡状态。(　×　)
1.(2025·浙江杭州模拟)在一密闭容器中进行反应:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g),已知反应过程中某一时刻SO2、O2、SO3的浓度分别为0.2 mol·L-1、0.1 mol·L-1、0.2 mol·L-1,当反应达到平衡时,可能存在的数据是(　B　)
A.SO2为0.4 mol·L-1,O2为0.2 mol·L-1 B.SO2为0.25 mol·L-1
C.SO3为0.4 mol·L-1 D.SO2、SO3均为0.15 mol·L-1
解析:SO2和O2的浓度增大,说明反应向逆反应方向进行建立平衡,SO2和O2的浓度变化分别为0.2 mol·L-1、0.1 mol·L-1,需要消耗三氧化硫的浓度为0.2 mol·L-1,由于该反应为可逆反应,实际浓度变化应小于三氧化硫的原有浓度(0.2 mol·L-1),所以达到平衡时SO2的浓度小于0.4 mol·L-1,O2的浓度小于0.2 mol·L-1,故A不符合题意;SO2的浓度增大,说明反应向逆反应方向进行建立平衡,若SO3完全反应,则SO2的浓度变化为0.2 mol·L-1,实际变化为0.05 mol·L-1,故B符合题意;SO3的浓度增大,说明该反应向正反应方向进行建立平衡,若二氧化硫和氧气完全反应,SO3的浓度变化为0.2 mol·L-1,实际变化应小于该值,故C不符合题意;反应物、生成物的浓度不可能同时减小,故D不符合题意。
2.在两个恒容密闭容器中进行下列两个可逆反应:(甲)C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g);(乙)CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)。现有下列状态:
①混合气体平均相对分子质量不再改变
②恒温时,气体压强不再改变
③各气体组分浓度相等
④断裂氢氧键的速率为断裂氢氢键速率的2倍
⑤混合气体的密度不变
⑥单位时间内,消耗水蒸气的质量与生成氢气的质量比为9︰1
⑦同一时间内,水蒸气消耗的物质的量等于氢气消耗的物质的量
其中能表明(甲)、(乙)容器中反应都达到平衡状态的是④⑦(填序号)。
解析:①由于(乙)反应两边气体分子数相等,混合气体平均相对分子质量始终不变,故①不能表明(乙)容器中反应达到平衡状态;②恒温时,(乙)容器中气体压强始终不变,故②不能表明(乙)容器中反应达到平衡状态;③各气体组分浓度相等与平衡状态之间没有一定关系,故③不能表明(甲)、(乙)容器中反应都达到平衡状态;④一个水分子中含有两个氢氧键,一个氢分子中含有一个氢氢键,断裂氢氧键的速率为断裂氢氢键速率的2倍,说明水的消耗速率等于氢气的消耗速率,正反应速率等于逆反应速率,故④能表明(甲)、(乙)容器中反应都达到平衡状态;⑤(乙)容器中气体的质量、体积不变,混合气体的密度始终不变,故⑤不能表明(乙)容器中反应达到平衡状态;⑥单位时间内,消耗水蒸气与生成氢气都是正反应方向,故⑥不能表明(甲)、(乙)容器中反应都达到平衡状态;⑦同一时间内,水蒸气消耗的物质的量等于氢气消耗的物质的量,正反应速率等于逆反应速率,故⑦能表明(甲)、(乙)容器中反应都达到平衡状态。
3.汽车尾气净化的主要原理为2NO(g)+2CO(g) 2CO2(g)+N2(g)　ΔH<0。若该反应在绝热、恒容的密闭容器中进行,下列示意图正确且能说明反应在进行到t1时刻达到平衡状态的是②④⑤(填序号)。
解析:①达到平衡时,v正应保持不变,不符合题意;②由于该反应是放热反应,又是绝热容器,体系温度升高,K减小,达到平衡时,温度不变,K不变,符合题意;③图中达到平衡时,CO、CO2的物质的量的变化量之比应为1︰1,不符合题意;④w(NO)逐渐减小,达到平衡时保持不变,符合题意;⑤因正反应放热,容器绝热,故反应开始后体系温度升高,达到平衡状态时,体系温度不再发生变化,符合题意;⑥ΔH是一个定值,不能用于判断可逆反应是否达到平衡状态,不符合题意。
判断化学平衡状态的两种标志
(1)动态标志:v正=v逆≠0
①同种物质:同种物质的生成速率等于消耗速率。
②不同物质:必须标明是“异向”的反应速率关系。
如aA+bB cC+dD,时,反应达到平衡状态。
(2)静态标志:“变量”不变
在未达到平衡时不断变化的各种物理量(如各物质的质量、物质的量或浓度、百分含量、压强、密度或颜色等)不再发生变化,反应达到平衡状态。可简单总结为“正、逆相等,变量不变”。
考点二　化学平衡的移动
1.化学平衡的移动
(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③v正=v逆,化学平衡不发生移动。
化学反应速率改变,化学平衡一定发生移动吗
不一定,如加入催化剂,正反应速率、逆反应速率同等程度增大,仍然相等,平衡不移动。
2.外界条件对化学平衡移动的影响
在一定条件下,aA(g)+bB(g) pC(g)+qD(g)达到平衡后,若其他条件不变,改变下列条件,对平衡的影响如表所示:
改变的条件(其他条件不变) 对化学平衡的影响
温度 升高温度 向吸热反应方向移动
降低温度 向放热反应方向移动
浓度 增大反应物浓度或减小生成物浓度 向正反应方向移动
减小反应物浓度或增大生成物浓度 向逆反应方向移动
压强 a+b≠ p+q 增大压强 向气体分子数减小的方向移动
减小压强 向气体分子数增大的方向移动
a+b=p+q 改变压强 平衡不移动
催化剂 同等程度地改变v正、v逆,平衡不移动
(1)Fe3++3SCN- Fe(SCN)3(红色),加入少量KCl固体,溶液颜色如何变化 平衡如何移动
加入少量KCl固体,溶液的红色几乎不变,平衡不移动。
(2)Cr2(橙色)+H2O 2Cr(黄色)+2H+,滴加少量NaOH溶液,溶液颜色如何变化 平衡如何移动
滴加少量NaOH溶液,溶液由橙色变为黄色,平衡正向移动。
(3)2NO2(红棕色) N2O4(无色),压缩容器容积,气体颜色如何变化 平衡如何移动
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.化学平衡移动的几种特殊情况
(1)改变固体或纯液体的量,对化学平衡没有影响。
(2)同等程度地改变气态反应混合物中各物质的浓度时,应视为压强的影响。
(3)“惰性气体”对化学平衡的影响
①恒温、恒容条件
原平衡体系体系总压强增大→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→体系中各组分的浓度同倍数减小(等效于减压)
4.勒夏特列原理
(1)含义: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。
(2)注意:①勒夏特列原理的适用对象是可逆过程;②化学平衡移动的目的是“减弱”外界条件的改变,而不是“抵消”外界条件的改变,改变是不可逆转的。
一、化学平衡移动的影响因素
1.COCl2(g) CO(g)+Cl2(g)　ΔH>0,当反应达到平衡时,下列措施:①升温,②恒压通入惰性气体,③增加CO的浓度,④减压,⑤加催化剂,⑥恒容通入惰性气体。能提高COCl2转化率的是(　A　)
A.①②④ B.①④⑥
C.②③⑥ D.③⑤⑥
解析:①正反应吸热,升温,平衡正向移动,能提高COCl2的转化率;②正反应是气体分子数增大的反应,恒压通入惰性气体,体积增大,相当于减压,平衡正向移动,能提高COCl2的转化率;③增加CO的浓度,平衡逆向移动,COCl2的转化率减小;④正反应是气体分子数增大的反应,减压,平衡正向移动,能提高COCl2的转化率;⑤加催化剂,平衡不移动,COCl2的转化率不变;⑥恒容通入惰性气体,各组分的浓度不变,平衡不移动,COCl2的转化率不变。综上所述,能提高COCl2转化率的是①②④。
2.(2025·江西南昌模拟)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(　B　)
A.温度、容积不变时,通入SO2气体
B.移走一部分NH4HS固体
C.容器容积不变,充入HCl气体
D.保持压强不变,充入氮气
解析:A项,2H2S+SO2===3S+2H2O,通入SO2气体使平衡正向移动;C项,NH3+HCl===NH4Cl,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。
二、化学平衡移动的分析判断
3.对于以下四个反应,从反应开始进行至达到平衡后,保持温度、容积不变,按要求回答下列问题。
(1)PCl5(g) PCl3(g)+Cl2(g)
再充入PCl5(g),平衡向正反应方向移动,达到平衡后,PCl5(g)的转化率减小,PCl5(g)的百分含量增大。
(2)2HI(g) I2(g)+H2(g)
再充入HI(g),平衡向正反应方向移动,达到平衡后,HI的分解率不变,HI的百分含量不变。
(3)2NO2(g) N2O4(g)
再充入NO2(g),平衡向正反应方向移动,达到平衡后,NO2(g)的转化率增大,NO2(g)的百分含量减小。
(4)mA(g)+nB(g) pC(g)
同等倍数的加入A(g)和B(g),平衡正向移动,达到平衡后,①m+n>p,A、B的转化率都增大,体积分数都减小;②m+n=p,A、B的转化率、体积分数都不变;③m+n4.(2025·河南驻马店联考)一定条件下存在反应:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g),其正反应放热。图1、2表示起始时容器甲、丙的容积都是V,容器乙、丁的容积都是;向容器甲、丙内都充入2a mol SO2和a mol O2并保持恒温;向容器乙、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(　C　)
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
解析:甲和乙若都是恒温恒压,则二者等效,但乙为绝热恒压,又因为该反应的正反应为放热反应,则平衡时体系温度: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,则二者等效,但丁为绝热恒容,则平衡时体系温度:丙<丁,温度越高,反应速率越大,达到平衡的时间越短,则达平衡时所需时间:丙>丁,C项正确;温度升高,平衡向逆反应方向移动,体积分数φ(SO3):丙>丁,D项错误。
“虚拟路径法”判断化学平衡的移动
(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。
1.(2025·云南卷节选)对于反应C2H5OH(g)+H2O(g) 2H2(g)+CH3COOH(g)。一定温度下,下列叙述能说明恒容密闭容器中反应达到平衡状态的是AC(填字母)。
A.容器内的压强不再变化
B.混合气体的密度不再变化
C.CH3COOH的体积分数不再变化
D.单位时间内生成1 mol H2O,同时消耗2 mol H2
解析:该反应是气体总物质的量增大的反应,容器内的压强不再变化,说明气体总物质的量不再改变,说明反应达到平衡状态,A符合题意;容积自始至终不变,气体总质量自始至终不变,则气体密度不是变量,混合气体的密度不再变化,不能说明反应达到平衡状态,B不符合题意;CH3COOH的体积分数不再变化,说明其物质的量不再改变,反应已达平衡状态,C符合题意;单位时间内生成1 mol H2O,同时消耗2 mol H2均是逆反应速率,不能说明反应达到平衡状态,D不符合题意。
2.(2025·安徽卷节选)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
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bc(填字母)。
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
解析:a项,气体总质量是定值,容器容积是固定的,则气体的密度始终不变,气体密度不变不能说明反应达到平衡状态;b项,两个反应均为气体体积增大的反应,则随着反应进行,压强变大,压强不变说明反应达到平衡状态;c项,气体浓度不变是平衡状态的标志,则H2O(g)浓度不变,说明反应达到平衡状态;d项,CO和CO2的物质的量相等,不能说明其浓度不变,不能判断反应达到平衡状态。
3.(2025·甘肃卷)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(　C　)
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
解析:该反应是气体体积减小的反应,减小压强会使平衡向气体体积增大的方向(逆反应)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H2浓度即增大反应物浓度,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各物质浓度,对平衡无影响,D不符合题意。
4.(2024·江西卷)温度T下,向1 L真空刚性容器中加入1 mol (CH3)2CHOH,反应达到平衡时,c(Y)=0.4 mol/L,
(CH3)2CHOH(g) (CH3)2CO(g)+H2(g)
　　　X　　　　　　　Y　　　 　Z
下列说法正确的是(　A　)
A.再充入1 mol X和1 mol Y,此时v正B.再充入1 mol X,平衡时c(Y)=0.8 mol/L
C.再充入1 mol N2,平衡向右移动
D.若温度升高,X的转化率增加,则上述反应ΔH<0
解析:由题意可知,平衡时Y的浓度为0.4 mol/L,由反应方程式可知,X的浓度为1 mol/L-0.4 mol/L=0.6 mol/L,Z的浓度为0.4 mol/L,则反应的平衡常数K=≈0.27。向真空刚性容器中再充入1 mol X和1 mol Y时,反应的浓度商Q==0.35>K,则反应向逆反应方向进行,正反应速率小于逆反应速率,故A正确;向真空刚性容器中再充入1 mol X相当于增大压强,该反应是气体体积增大的反应,增大压强,平衡向气体体积减小即逆反应方向移动,则平衡时,Y的浓度小于0.8 mol/L,故B错误;向真空刚性容器中再充入不参与反应的1 mol氮气,反应体系中各物质浓度不变,平衡不移动,故C错误;温度升高,X的转化率增加,说明平衡向正反应方向移动,该反应为焓变大于0的吸热反应,故D错误。
5.(2024·浙江6月选考)为探究化学平衡移动的影响因素,设计方案并进行实验,观察到相关现象。其中方案设计和结论都正确的是(　C　)
选项 影响因素 方案设计 现象 结论
A 浓度 向1 mL 0.1 mol·L-1 K2CrO4溶液中加入1 mL 1.0 mol·L-1 HBr溶液 黄色溶液变橙色 增大反应物浓度,平衡向正反应方向移动
B 压强 向恒温恒容密闭玻璃容器中充入100 mL HI气体,分解达到平衡后再充入100 mL Ar 气体颜色不变 对于反应前后气体总体积不变的可逆反应,改变压强平衡不移动
C 温度 将封装有NO2和N2O4混合气体的烧瓶浸泡在热水中 气体颜色变深 升高温度,平衡向吸热反应方向移动
D 催化 剂 向1 mL乙酸乙酯中加入1 mL 0.3 mol·L-1 H2SO4溶液,水浴加热 上层液体逐渐减少 使用合适的催化剂可使平衡向正反应方向移动
解析:2Cr(黄色)+2H+ Cr2(橙色)+H2O,向1 mL 0.1 mol·L-1 K2CrO4溶液中加入1 mL 1.0 mol·L-1 HBr溶液,H+浓度增大,平衡正向移动,同时此混合溶液中会发生氧化还原反应生成Br2,干扰溶液颜色的观察,A错误;反应2HI H2+I2为反应前后气体总体积不变的可逆反应,向恒温恒容密闭玻璃容器中充入100 mL HI气体,分解达到平衡后再充入100 mL Ar,平衡不发生移动,气体颜色不变,应得到的结论是对于反应前后气体总体积不变的可逆反应,恒温恒容时,通入无关气体改变压强平衡不移动,B错误;反应2NO2 N2O4为放热反应,升高温度,气体颜色变深,说明平衡逆向移动,即向吸热反应方向移动,C正确;催化剂只会改变化学反应速率,不影响平衡移动,D错误。
课时作业41(总分:60分)
1.(3分)(2025·安徽A10联盟联考)下列过程与可逆反应无关的是(　C　)
A.高炉炼铁排放的尾气,随高炉的高度增加,CO的比例不变
B.氯气溶于水,溶液中既存在Cl-也存在Cl2
C.铜和浓硫酸在加热条件下能反应,不加热不能反应
D.SO2和O2在接触室中反应生成SO3
2.(3分)(2023·北京卷)下列事实能用平衡移动原理解释的是(　B　)
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.铁钉放入浓硝酸中,待不再变化后,加热能产生大量红棕色气体
D.锌片与稀硫酸反应过程中,加入少量CuSO4固体,促进H2的产生
解析:A项,MnO2会催化H2O2分解,与平衡移动无关;B项,2NO2(g) N2O4(g)　ΔH<0,升高温度,平衡逆向移动,NO2浓度增大,混合气体颜色加深;C项,铁的表面会被浓硝酸氧化,生成一层致密的薄膜,加热会使表面的薄膜溶解,铁与浓硝酸反应生成大量红棕色气体,与平衡移动无关;D项,加入硫酸铜后,锌置换出铜,构成Cu-Zn原电池,从而使反应速率增大,与平衡移动无关。
3.(3分)(2025·山东枣庄模拟)恒温恒压密闭装置中投入一定量的反应物进行反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),下列情况不能确定该反应达到化学平衡状态的是(　C　)
A.SO3的浓度不再发生变化
B.容器内混合气体密度不再发生变化
C.SO2与O2的物质的量之比不再发生变化
D.混合气体平均摩尔质量不再发生变化
解析:SO3的浓度不再变化,说明正、逆反应速率相等,达到平衡状态,A不符合题意;恒温恒压下,总质量不变,但气体体积随反应变化,密度=,当密度不变时表明气体体积不再变化,即反应达到平衡,B不符合题意;若初始投料中SO2与O2的物质的量之比为2︰1,反应中该比值始终为2︰1,则SO2与O2的物质的量之比不再发生变化无法判断反应是否达到平衡,若初始比例不等于2︰1,比值变化到平衡时固定,但题目未明确初始投料比例,C符合题意;总质量固定,平均摩尔质量=,总物质的量变化时平均摩尔质量变化,当平均摩尔质量不变时表明反应达到平衡,D不符合题意。
4.(3分)在容积不变、绝热的密闭容器中,发生反应2X(g)+Y(g) 3Z(g)+M(s)　ΔH=
-a kJ·mol-1,下列说法不正确的是(　D　)
A.容器的温度不再升高,表明反应达到平衡状态
B.容器内压强不变,表明反应达到平衡状态
C.达到化学平衡时,反应放出的总热量可能为a kJ
D.反应过程中,气体的密度始终保持不变
解析:因为此容器是绝热容器,且此反应是放热反应,随着反应进行,温度升高,压强增大,因此当容器内温度、压强不再改变时,说明反应达到平衡,A、B正确;当生成3 mol Z(g)和1 mol M(s)时,放出的热量为a kJ,C正确;因为M为固体,反应正向进行时,气体质量减小,容器为恒容状态,密度减小,D错误。
5.(3分)(2026·海南省直辖县级单位开学考)CO2转化为高附加值的产品是应对气候变化和能源高速消耗的有效措施,反应2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)　ΔH<0可实现CO2的资源化利用,下列说法正确的是(　D　)
A.温度升高,v逆增大,v正减小
B.加入催化剂,反应速率加快,可提高CH3OCH3平衡产率
C.恒温恒容,增大压强,CO2转化率增大,平衡常数增大
D.当密闭容器中二氧化碳的体积分数不变时说明该反应达到化学平衡状态
解析:升高温度,正、逆反应速率均增大,故A错误;加入催化剂,能降低反应的活化能,加快反应速率,但化学平衡不移动,CH3OCH3的平衡产率不变,故B错误;平衡常数与温度有关,温度不变,平衡常数不变,则恒温恒容,增大压强,平衡常数不变,故C错误;当密闭容器中二氧化碳的体积分数不变时说明正、逆反应速率相等,反应达到化学平衡状态,故D正确。
6.(3分)一定量混合气体在一容积可变的密闭容器中发生反应:xA(g)+yB(g) zC(g)。该反应达到平衡后,测得A气体的浓度为0.5 mol·L-1。在恒温下将密闭容器的容积扩大到原来的2倍,再次达到平衡后,测得A的浓度为0.3 mol·L-1,则下列叙述正确的是(　D　)
A.平衡向正反应方向移动
B.x+yC.B的转化率升高
D.C的体积分数降低
解析:恒温下将密闭容器的容积扩大到2倍,如平衡不移动,A的浓度为0.25 mol/L,而再达到平衡后,测得A的浓度为0.3 mol/L,说明平衡向逆反应方向移动。由上述分析可知,平衡向逆反应方向移动,A错误;增大容器容积,压强减小,平衡向逆反应方向移动,压强减小平衡向气体物质的量增大的方向移动,即x+y>z,B错误;平衡向逆反应方向移动,B的转化率降低,C错误;平衡向逆反应方向移动,C的体积分数降低,D正确。
7.(3分)(2025·江苏盐城一模)某温度下,在一恒容密闭容器中进行如下两个反应并达到平衡:
①2X(g)+Y(g) Z(s)+2Q(g)　ΔH1<0
②M(g)+N(g) R(g)+Q(g)　ΔH2>0
下列叙述错误的是(　B　)
A.加入适量Z,①和②平衡均不移动
B.通入稀有气体Ar,①平衡正向移动
C.降温时无法判断Q浓度的增减
D.通入Y,则N的浓度增大
解析:Z为固体,加入适量Z不影响反应①的平衡移动,而反应②与Z无关,故加入Z也不影响反应②的平衡移动,A正确;通入稀有气体Ar,由于容器容积不变,故气体浓度不发生改变,反应①的平衡不移动,B错误;温度降低,反应①正向进行,反应②逆向进行,故无法判断Q浓度的增减,C正确;通入气体Y,反应①平衡正向移动,Q的浓度增大,导致反应②平衡逆向进行,则N的浓度增大,D正确。
8.(3分)一定温度下,在3个容积均为1.0 L的恒容密闭容器中反应2H2(g)+CO(g) CH3OH(g)达到平衡,下列说法正确的是(　D　)
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
A.该反应的正反应吸热
B.达到平衡时,容器Ⅰ中反应物转化率比容器Ⅱ中的大
C.达到平衡时,容器Ⅱ中c(H2)大于容器Ⅲ中c(H2)的两倍
D.达到平衡时,容器Ⅲ中的正反应速率比容器Ⅰ中的大
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)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,转化率增大,所以容器Ⅱ中反应物转化率大,B错误;若不考虑温度,容器Ⅱ中投料量是容器Ⅲ的两倍,相当于加压,平衡正向移动,所以达到平衡时容器Ⅱ中c(H2)小于容器Ⅲ中c(H2)的两倍,而容器Ⅱ中温度低于容器Ⅲ,平衡正向移动,故容器Ⅱ中c(H2)仍小于容器Ⅲ中c(H2)的两倍,C错误;对比容器Ⅰ和Ⅲ,若温度相同,两者等效,两容器中速率相等,但容器Ⅲ温度高,速率更大,D正确。
9.(3分)甲、乙、丙三个容器中起始物质及其物质的量如图所示,三个容器最初的容积、温度相同,反应中甲、丙的容积不变,乙中的压强不变,在一定温度下反应达到平衡。下列说法正确的是(　B　)
A.平衡时各容器内c(NO2)的大小顺序为乙>甲>丙
B.平衡时N2O4的百分含量:乙>甲=丙
C.平衡时甲与丙中放出的热量相同
D.其他条件不变,向平衡后的丙容器中再加入少量N2O4,新平衡后的值变大
解析:甲、乙存在平衡2NO2(g) N2O4(g),该反应为气体分子数减少的反应,故甲中压强减小,乙中压强不变,乙中达到的平衡相当于在甲平衡的基础上增大压强,丙中存在平衡N2O4(g) 2NO2(g),相当于开始加入0.2 mol NO2,与甲为完全相同的等效平衡,据此分析。甲与丙为完全相同的等效平衡,平衡时NO2的浓度相等,乙中达到的平衡相当于在甲平衡的基础上增大压强,增大压强,尽管平衡向正反应移动,根据勒夏特列原理平衡移动的结果是NO2浓度增大,故平衡时容器内c(NO2)的大小顺序为乙>甲=丙,故A错误;甲与丙为完全相同的等效平衡,平衡时N2O4的百分含量相等,乙中达到的平衡相当于在甲平衡的基础上增大压强,增大压强平衡向正反应方向移动,平衡时N2O4的百分含量增大,故平衡时N2O4的百分含量:乙>甲=丙,故B正确;甲与丙为完全相同的等效平衡,平衡时甲、丙中N2O4的物质的量相等,但甲从正反应方向开始,丙从逆反应方向开始,一个吸热,一个放热,故C错误;即平衡常数K,K只与温度有关,温度不变,K不变,故D错误。
10.(3分)(2025·吉林白山一模)工业上利用反应CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)　ΔH<0制取氢气。向两个容积为2 L的密闭容器中加入CO(g)和H2O(g)各1 mol,分别在不同温度和催化剂下进行反应,保持其他初始实验条件不变,经10 min测得两容器中CO(g)转化率如图所示。下列说法正确的是(　C　)
A.A点和B点均为反应的平衡状态
B.催化剂2比催化剂1的催化效率高
C.C点时,0~10 min反应的平均速率v(CO)=0.02 mol·L-1·min-1
D.温度为T2时,该反应平衡常数K<
解析:若A点达平衡,由于B点温度更高,且反应ΔH<0,为放热反应,温度升高平衡逆移,B点CO的转化率应该更小,而B点CO转化率比A点高,则在A点时,反应一定未达到平衡,A错误;催化剂的催化活性与温度有关,如在T1温度,催化剂2比催化剂1的效率低,B错误;C点时,两种催化剂催化CO在10 min内转化率都为40%,则两种催化剂下反应速率相同,当CO转化率为40%时,该反应的反应速率用CO表示为v==0.02 mol/(L·min),C正确;温度为T2时,CO转化率为40%,则此时CO为0.3 mol/L,H2O(g)为0.3 mol/L,CO2为0.2 mol/L,H2为0.2 mol/L,则此时浓度商为Q=,由A项可知此时反应还未达平衡,还在继续向正反应方向进行,则平衡常数K>Q=,D错误。
11.(14分)氨是一种重要的化工原料,在工农业生产中有广泛的应用。
(1)在一定温度下,在固定容积的密闭容器中进行可逆反应:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)。该可逆反应达到平衡的标志是C(填字母)。
A.3v正(H2)=2v逆(NH3)
B.单位时间生成m mol N2的同时生成3m mol H2
C.容器内的总压强不再随时间变化而变化
D.混合气体的密度不再随时间变化而变化
(2)工业上可用天然气为原料来制取合成氨的原料气氢气。某研究性学习小组的同学模拟工业制取氢气的原理,在一定温度下,容积为2 L的恒容密闭容器中测得如表所示数据。请回答下列问题:
时间/min CH4/mol H2O/mol CO/mol H2/mol
0 0.40 1.00 0 0
5 a 0.80 c 0.60
7 0.20 b 0.20 d
10 0.21 0.81 0.19 0.64
①分析表中数据,判断5 min时反应是否处于平衡状态 是(填“是”或“否”),前5 min反应的平均反应速率v(CH4)=0.02 mol·L-1·min-1。
②反应在7~10 min内,CO的物质的量减少的原因可能是D(填字母)。
A.减少CH4的物质的量
B.降低温度
C.升高温度
D.充入H2
(3)氨的催化氧化:4NH3(g)+5O2(g) 4NO(g)+6H2O(g)是工业制硝酸的重要反应。在1 L密闭容器中充入4 mol NH3(g)和5 mol O2(g),保持其他条件不变,测得c(NO)与温度的关系如图所示。该反应的ΔH<(填“>”“<”或“=”)0;T0 ℃下,NH3的转化率为75%。
解析:(1)3v逆(NH3)=2v正(H2)时反应达到平衡,A项错误;生成m mol N2,必生成3m mol H2,但反应不一定达到平衡,B项错误;此反应为反应前后气体分子数不相等的反应,总压强不变可以说明反应达到平衡状态,C项正确;混合气体总质量不变,容器容积不变,所以混合气体的密度始终不变,故混合气体的密度不变不能说明反应达到平衡状态,D项错误。(2)①根据反应CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g),结合表中数据5 min时H2为0.60 mol,可知CO为0.20 mol,即c=0.20,则a=0.20,7 min时,各物质的物质的量与5 min时相同,所以5 min时反应达到平衡;v(CH4)==0.02 mol·L-1·min-1。②10 min时,只有CO的物质的量减少,其他物质的物质的量都增加,所以原因只能是充入氢气,使平衡逆向移动,选D。(3)由图像可知,NO的浓度达到最大值后,随温度升高,NO的浓度又逐渐减小,所以该反应的ΔH<0;T0 ℃时,c(NO)=3.0 mol·L-1,则反应消耗的n(NH3)=3.0 mol,NH3的转化率为×100%=75%。
12.(16分)CO2和CH4是两种重要的温室气体,通过CH4和CO2反应制造具有更高价值的化学品是目前的研究目标。请回答下列问题:
Ⅰ.工业上可以利用CO2和H2合成CH3OH:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH<0。该反应在起始温度和容积均相同(T ℃、1 L)的两个密闭容器中分别进行,反应物起始物质的量见下表:
项目 n(CO2)/mol n(H2)/mol n(CH3OH)/mol n(H2O)/mol
反应a (恒温恒容) 1 3 0 0
反应b (绝热恒容) 0 0 1 1
(1)达到平衡时,反应a、b对比:CO2的体积分数φ(a)>(填“>”“<”或“=”)φ(b)。
(2)下列能说明反应a达到平衡状态的是BD(填字母)。
A.v正(CO2)=3v逆(H2)
B.混合气体的平均摩尔质量不再改变
C.c(CH3OH)=c(H2O)
D.容器内压强不再改变
Ⅱ.我国科学家研究了不同反应温度对含碳产物组成的影响。已知:
反应①　CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g)　ΔH<0;
反应②　CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH>0。
在密闭容器中通入3 mol H2和1 mol CO2,分别在1 MPa和10 MPa下进行反应。实验中对组成平衡体系的三种物质(CO2、CO、CH4)进行分析,其中温度对CO和CH4的影响如图所示。
(3)10 MPa时,表示CH4和CO的平衡组成随温度变化关系的曲线分别是a和d。M点平衡组成含量高于N点的原因是温度相同时,增大压强使反应①平衡正向移动,H2O的含量增大,从而使反应②平衡逆向移动,CO的含量减小。
(4)当CH4和CO的平衡组成均为40%时,若容器的容积为1 L,该温度下反应①的平衡常数K的值为2.88。
解析:Ⅰ.(1)反应a为恒温恒容,反应b为绝热恒容,反应a、b的初始量等效,正反应为放热反应,逆反应为吸热反应,反应b相当于反应a平衡后再降低温度,即平衡向正反应方向移动,CO2的体积分数:φ(a)>φ(b)。(2)当3v正(CO2)=v逆(H2)时,说明正、逆反应速率相等,反应a达到平衡状态,故A不选;该反应是气体体积减小的反应,反应过程中气体总质量不变,总物质的量减小,混合气体的平均摩尔质量增大,当混合气体的平均摩尔质量不再改变时,说明反应a达到平衡状态,故B选;c(CH3OH)=c(H2O)时,不能说明正、逆反应速率相等,不能说明反应a达到平衡状态,故C不选;该反应是气体体积减小的反应,反应过程中压强减小,当容器内压强不再改变时,说明反应a达到平衡状态,故D选。Ⅱ.(3)对于反应①来说,升高温度,平衡逆向移动,CH4的含量减小,对于反应②来说,升高温度,平衡正向移动,CO的含量增大,所以曲线a或b代表CH4的平衡组成随温度变化关系,曲线c或d代表CO的平衡组成随温度变化关系;增大压强,反应①的平衡正向移动,H2O的含量增大,使反应②的平衡逆向移动,导致CO含量减小。综上所述,温度相同时,压强越大,CH4的含量越大、CO的含量越小,故压强为10 MPa时,表示CH4和CO平衡组成随温度变化关系的曲线分别是a、d。(4)起始时n(CO2)=1 mol,n(H2)=3 mol,根据题图可知,当CH4和CO的平衡组成均为40%时,CO2的平衡组成为20%,根据C原子守恒有n(CO)=n(CH4)=1 mol×40%=0.4 mol,n(CO2)=1 mol×20%=0.2 mol,对于反应①:
　　　　　　　　CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g)
变化量/mol　　 　0.4　 　1.6　　　 　0.4　　0.8
对于反应②:
　　　　　　　CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)
变化量/mol　　0.4　　　0.4　　　0.4　　　0.4
平衡时:n(CO2)=1 mol-0.4 mol-0.4 mol=0.2 mol,n(H2O)=0.4 mol+0.8 mol=1.2 mol,n(H2)=3 mol-1.6 mol-0.4 mol=1 mol,n(CH4)=0.4 mol,已知该容器的容积为1 L,故反应①的平衡常数K==2.88。(共82张PPT)
第八章　化学反应速率
与化学平衡
第41讲　化学平衡
目
录
考点二　化学平衡的移动
课时作业
考点一　可逆反应与化学平衡状态
真题演练 感悟高考
复习目标
1.认识化学反应的可逆性,理解化学平衡建立的过程。2.理解外界条件对化学平衡的影响,能通过实验及相关理论解释其一般规律。
一
考点一 可逆反应
与化学平衡状态
1.可逆反应
相同
正反应
逆反应
相同
同时存在
同时
小于

下列反应不属于可逆反应的有_______(填序号)。
①2SO2+O2 　　 　2SO3
②6CO2+6H2O 　　　C6H12O6+3O2
③2H2O 　　　2H2↑+O2↑
④PbO2+Pb+2H2SO4 　　　2PbSO4+2H2O
微点助学
②③④
2.化学平衡状态
(1)概念:在一定条件下的____反应体系中,当正、逆反应速率____时,反应物和生成物的浓度均保持不变,即体系的组成不随时间而改变,表明该反应中物质的转化达到了“限度”,这时的状态称之为化学平衡状态,简称化学平衡。
可逆
相等
(2)建立过程
绘制“反应速率-时间”图像,表示从正反应开始建立化学平衡状态的过程。
(3)平衡特征
可逆反应
动态平衡
v正
v逆
质量或浓度
判断正误。
(1)在化学平衡建立过程中,v正一定大于v逆。(　　)
(2)化学反应达到平衡后,反应物和生成物的浓度或百分含量相等。(　　)
(3)在1 L密闭容器中发生反应:2NO(g)+O2(g) 2NO2(g),当容器中气体的颜色保持不变时,说明反应已达到平衡状态。(　　)
(4)对于反应NO2(g)+SO2(g) SO3(g)+NO(g),当每消耗1 mol SO3的同时生成1 mol NO2时,说明反应达到平衡状态。(　　)
微点助学
×
×
√
×
1.(2025·浙江杭州模拟)在一密闭容器中进行反应:2SO2(g)+O2(g)
2SO3(g),已知反应过程中某一时刻SO2、O2、SO3的浓度分别为0.2 mol·L-1、0.1 mol·L-1、0.2 mol·L-1,当反应达到平衡时,可能存在的数据是(　　)
A.SO2为0.4 mol·L-1,O2为0.2 mol·L-1
B.SO2为0.25 mol·L-1
C.SO3为0.4 mol·L-1
D.SO2、SO3均为0.15 mol·L-1
B
解析:SO2和O2的浓度增大,说明反应向逆反应方向进行建立平衡,SO2和O2的浓度变化分别为0.2 mol·L-1、0.1 mol·L-1,需要消耗三氧化硫的浓度为0.2 mol·L-1,由于该反应为可逆反应,实际浓度变化应小于三氧化硫的原有浓度(0.2 mol·L-1),所以达到平衡时SO2的浓度小于0.4 mol·L-1,O2的浓度小于0.2 mol·L-1,故A不符合题意;SO2的浓度增大,说明反应向逆反应方向进行建立平衡,若SO3完全反应,则SO2的浓度变化为0.2 mol·L-1,实际变化为0.05 mol·L-1,故B符合题意;SO3的浓度增大,说明该反应向正反应方向进行建立平衡,若二氧化硫和氧气完全反应,SO3的浓度变化为0.2 mol·L-1,实际变化应小于该值,故C不符合题意;反应物、生成物的浓度不可能同时减小,故D不符合题意。
2.在两个恒容密闭容器中进行下列两个可逆反应:(甲)C(s)+H2O(g)
CO(g)+H2(g);(乙)CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)。现有下列状态:
①混合气体平均相对分子质量不再改变
②恒温时,气体压强不再改变
③各气体组分浓度相等
④断裂氢氧键的速率为断裂氢氢键速率的2倍
⑤混合气体的密度不变
⑥单位时间内,消耗水蒸气的质量与生成氢气的质量比为9︰1
⑦同一时间内,水蒸气消耗的物质的量等于氢气消耗的物质的量
其中能表明(甲)、(乙)容器中反应都达到平衡状态的是_____(填序号)。
④⑦
解析:①由于(乙)反应两边气体分子数相等,混合气体平均相对分子质量始终不变,故①不能表明(乙)容器中反应达到平衡状态;②恒温时,(乙)容器中气体压强始终不变,故②不能表明(乙)容器中反应达到平衡状态;③各气体组分浓度相等与平衡状态之间没有一定关系,故③不能表明(甲)、(乙)容器中反应都达到平衡状态;④一个水分子中含有两个氢氧键,一个氢分子中含有一个氢氢键,断裂氢氧键的速率为断裂氢氢键速率的2倍,说明水的消耗速率等于氢气的消耗速率,正反应速率等于逆反应速率,故④能表明(甲)、(乙)容器中反应都达到平衡状态;⑤(乙)容器中气体的质量、体积不变,混合气体的密度始终不变,故⑤不能表明(乙)容器中反应达到平衡状态;⑥单位时间内,消耗水蒸气与生成氢气都是正反应方向,故⑥不能表明(甲)、(乙)容器中反应都达到平衡状态;⑦同一时间内,水蒸气消耗的物质的量等于氢气消耗的物质的量,正反应速率等于逆反应速率,故⑦能表明(甲)、(乙)容器中反应都达到平衡状态。
3.汽车尾气净化的主要原理为2NO(g)
+2CO(g) 2CO2(g)+N2(g)　ΔH<0。若该反应在绝热、恒容的密闭容器中进行,下列示意图正确且能说明反应在进行到t1时刻达到平衡状态的是_______(填序号)。
②④⑤
解析:①达到平衡时,v正应保持不变,不符合题意;②由于该反应是放热反应,又是绝热容器,体系温度升高,K减小,达到平衡时,温度不变,K不变,符合题意;③图中达到平衡时,CO、CO2的物质的量的变化量之比应为1︰1,不符合题意;④w(NO)逐渐减小,达到平衡时保持不变,符合题意;⑤因正反应放热,容器绝热,故反应开始后体系温度升高,达到平衡状态时,体系温度不再发生变化,符合题意;⑥ΔH是一个定值,不能用于判断可逆反应是否达到平衡状态,不符合题意。
判断化学平衡状态的两种标志
(1)动态标志:v正=v逆≠0
①同种物质:同种物质的生成速率等于消耗速率。
②不同物质:必须标明是“异向”的反应速率关系。
如aA+bB cC+dD,时,反应达到平衡状态。
(2)静态标志:“变量”不变
在未达到平衡时不断变化的各种物理量(如各物质的质量、物质的量或浓度、百分含量、压强、密度或颜色等)不再发生变化,反应达到平衡状态。可简单总结为“正、逆相等,变量不变”。
归纳总结
二
考点二 化学平衡的移动
1.化学平衡的移动
(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。
>
<
=
化学反应速率改变,化学平衡一定发生移动吗
不一定,如加入催化剂,正反应速率、逆反应速率同等程度增大,仍然相等,平衡不移动。
微点助学
2.外界条件对化学平衡移动的影响
在一定条件下,aA(g)+bB(g) pC(g)+qD(g)达到平衡后,若其他条件不变,改变下列条件,对平衡的影响如表所示:
改变的条件(其他条件不变) 对化学平衡的影响
温度 升高温度 向_________方向移动
降低温度 向_________方向移动
浓度 增大反应物浓度或减小生成物浓度 向_______方向移动
减小反应物浓度或增大生成物浓度 向_______方向移动
吸热反应
放热反应
正反应
逆反应
改变的条件(其他条件不变) 对化学平衡的影响
压强 a+b≠ p+q 增大压强 向气体分子数_____的方向移动
减小压强 向气体分子数_____的方向移动
a+b=p+q 改变压强 平衡___移动
催化剂 同等程度地改变v正、v逆,平衡不移动
减小
增大
不
(1)Fe3++3SCN- Fe(SCN)3(红色),加入少量KCl固体,溶液颜色如何变化 平衡如何移动
加入少量KCl固体,溶液的红色几乎不变,平衡不移动。
(2)Cr2(橙色)+H2O 2Cr(黄色)+2H+,滴加少量NaOH溶液,溶液颜色如何变化 平衡如何移动
滴加少量NaOH溶液,溶液由橙色变为黄色,平衡正向移动。
(3)2NO2(红棕色) N2O4(无色),压缩容器容积,气体颜色如何变化 平衡如何移动
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。
微点助学
3.化学平衡移动的几种特殊情况
(1)改变固体或纯液体的量,对化学平衡没有影响。
(2)同等程度地改变气态反应混合物中各物质的浓度时,应视为压强的影响。
(3)“惰性气体”对化学平衡的影响
①恒温、恒容条件
原平衡体系 　　　　　　体系总压强增大→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____→体系中各组分的浓度同倍数
____(等效于____)
增大
减小
减压
4.勒夏特列原理
(1)含义: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____这种改变的方向移动。
(2)注意:①勒夏特列原理的适用对象是可逆过程;②化学平衡移动的目的是“减弱”外界条件的改变,而不是“抵消”外界条件的改变,改变是不可逆转的。
减弱
一、化学平衡移动的影响因素
1.COCl2(g) CO(g)+Cl2(g)　ΔH>0,当反应达到平衡时,下列措施:①升温,②恒压通入惰性气体,③增加CO的浓度,④减压,⑤加催化剂,⑥恒容通入惰性气体。能提高COCl2转化率的是(　　)
A.①②④ B.①④⑥
C.②③⑥ D.③⑤⑥
A
解析:①正反应吸热,升温,平衡正向移动,能提高COCl2的转化率;②正反应是气体分子数增大的反应,恒压通入惰性气体,体积增大,相当于减压,平衡正向移动,能提高COCl2的转化率;③增加CO的浓度,平衡逆向移动,COCl2的转化率减小;④正反应是气体分子数增大的反应,减压,平衡正向移动,能提高COCl2的转化率;⑤加催化剂,平衡不移动,COCl2的转化率不变;⑥恒容通入惰性气体,各组分的浓度不变,平衡不移动,COCl2的转化率不变。综上所述,能提高COCl2转化率的是①②④。
2.(2025·江西南昌模拟)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.容器容积不变,充入HCl气体
D.保持压强不变,充入氮气
解析:A项,2H2S+SO2===3S+2H2O,通入SO2气体使平衡正向移动;C项,NH3+HCl===NH4Cl,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。
B
二、化学平衡移动的分析判断
3.对于以下四个反应,从反应开始进行至达到平衡后,保持温度、容积不变,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的分解率____,HI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
4.(2025·河南驻马店联考)一定条件下存在反应:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g),其正反应放热。图1、2表示起始时容器甲、丙的容积都是V,容器乙、丁的容积都是;向容器甲、丙内都充入2a mol SO2和a mol O2并保持恒温;向容器乙、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
C
解析:甲和乙若都是恒温恒压,则二者等效,但乙为绝热恒压,又因为该反应的正反应为放热反应,则平衡时体系温度: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,则二者等效,但丁为绝热恒容,则平衡时体系温度:丙<丁,温度越高,反应速率越大,达到平衡的时间越短,则达平衡时所需时间:丙>丁,C项正确;温度升高,平衡向逆反应方向移动,体积分数φ(SO3):丙>丁,D项错误。
“虚拟路径法”判断化学平衡的移动
(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。
思维建模
(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。
思维建模
三
真题演练 感悟高考
1.(2025·云南卷节选)对于反应C2H5OH(g)+H2O(g) 2H2(g)+
CH3COOH(g)。一定温度下,下列叙述能说明恒容密闭容器中反应达到平衡状态的是____(填字母)。
A.容器内的压强不再变化
B.混合气体的密度不再变化
C.CH3COOH的体积分数不再变化
D.单位时间内生成1 mol H2O,同时消耗2 mol H2
AC
解析:该反应是气体总物质的量增大的反应,容器内的压强不再变化,说明气体总物质的量不再改变,说明反应达到平衡状态,A符合题意;容积自始至终不变,气体总质量自始至终不变,则气体密度不是变量,混合气体的密度不再变化,不能说明反应达到平衡状态,B不符合题意;CH3COOH的体积分数不再变化,说明其物质的量不再改变,反应已达平衡状态,C符合题意;单位时间内生成1 mol H2O,同时消耗2 mol H2均是逆反应速率,不能说明反应达到平衡状态,D不符合题意。
2.(2025·安徽卷节选)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
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____(填字母)。
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
解析:a项,气体总质量是定值,容器容积是固定的,则气体的密度始终不变,气体密度不变不能说明反应达到平衡状态;b项,两个反应均为气体体积增大的反应,则随着反应进行,压强变大,压强不变说明反应达到平衡状态;c项,气体浓度不变是平衡状态的标志,则H2O(g)浓度不变,说明反应达到平衡状态;d项,CO和CO2的物质的量相等,不能说明其浓度不变,不能判断反应达到平衡状态。
3.(2025·甘肃卷)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
解析:该反应是气体体积减小的反应,减小压强会使平衡向气体体积增大的方向(逆反应)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H2浓度即增大反应物浓度,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各物质浓度,对平衡无影响,D不符合题意。
4.(2024·江西卷)温度T下,向1 L真空刚性容器中加入1 mol (CH3)2CHOH,反应达到平衡时,c(Y)=0.4 mol/L,
下列说法正确的是(　　)
A.再充入1 mol X和1 mol Y,此时v正B.再充入1 mol X,平衡时c(Y)=0.8 mol/L
C.再充入1 mol N2,平衡向右移动
D.若温度升高,X的转化率增加,则上述反应ΔH<0
A
解析:由题意可知,平衡时Y的浓度为0.4 mol/L,由反应方程式可知,X的浓度为1 mol/L-0.4 mol/L=0.6 mol/L,Z的浓度为0.4 mol/L,则反应的平衡常数K=≈0.27。向真空刚性容器中再充入1 mol X和1 mol Y时,反应的浓度商Q==0.35>K,则反应向逆反应方向进行,正反应速率小于逆反应速率,故A正确;向真空刚性容器中再充入1 mol X相当于增大压强,该反应是气体体积增大的反应,增大压强,平衡向气体体积减小即逆反应方向移动,则平衡时,Y的浓度小于0.8 mol/L,故B错误;向真空刚性容器中再充入不参与反应的1 mol氮气,反应体系中各物质浓度不变,平衡不移动,故C错误;温度升高,X的转化率增加,说明平衡向正反应方向移动,该反应为焓变大于0的吸热反应,故D错误。
5.(2024·浙江6月选考)为探究化学平衡移动的影响因素,设计方案并进行实验,观察到相关现象。其中方案设计和结论都正确的是(　　)
选项 影响因素 方案设计 现象 结论
A 浓度 向1 mL 0.1 mol·L-1 K2CrO4溶液中加入1 mL 1.0 mol·L-1 HBr溶液 黄色溶液变橙色 增大反应物浓度,平衡向正反应方向移动
B 压强 向恒温恒容密闭玻璃容器中充入100 mL HI气体,分解达到平衡后再充入100 mL Ar 气体颜色不变 对于反应前后气体总体积不变的可逆反应,改变压强平衡不移动
C 温度 将封装有NO2和N2O4混合气体的烧瓶浸泡在热水中 气体颜色变深 升高温度,平衡向吸热反应方向移动
D 催化 剂 向1 mL乙酸乙酯中加入1 mL 0.3 mol·L-1 H2SO4溶液,水浴加热 上层液体逐渐减少 使用合适的催化剂可使平衡向正反应方向移动
C
解析:2Cr(黄色)+2H+ Cr2(橙色)+H2O,向1 mL 0.1 mol·L-1 K2CrO4溶液中加入1 mL 1.0 mol·L-1 HBr溶液,H+浓度增大,平衡正向移动,同时此混合溶液中会发生氧化还原反应生成Br2,干扰溶液颜色的观察,A错误;反应2HI H2+I2为反应前后气体总体积不变的可逆反应,向恒温恒容密闭玻璃容器中充入100 mL HI气体,分解达到平衡后再充入100 mL Ar,平衡不发生移动,气体颜色不变,应得到的结论是对于反应前后气体总体积不变的可逆反应,恒温恒容时,通入无关气体改变压强平衡不移动,B错误;反应2NO2 N2O4为放热反应,升高温度,气体颜色变深,说明平衡逆向移动,即向吸热反应方向移动,C正确;催化剂只会改变化学反应速率,不影响平衡移动,D错误。
四
课时作业41
1.(3分)(2025·安徽A10联盟联考)下列过程与可逆反应无关的是(　　)
A.高炉炼铁排放的尾气,随高炉的高度增加,CO的比例不变
B.氯气溶于水,溶液中既存在Cl-也存在Cl2
C.铜和浓硫酸在加热条件下能反应,不加热不能反应
D.SO2和O2在接触室中反应生成SO3
C
2.(3分)(2023·北京卷)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.铁钉放入浓硝酸中,待不再变化后,加热能产生大量红棕色气体
D.锌片与稀硫酸反应过程中,加入少量CuSO4固体,促进H2的产生
B
解析:A项,MnO2会催化H2O2分解,与平衡移动无关;B项,2NO2(g) N2O4(g)　ΔH<0,升高温度,平衡逆向移动,NO2浓度增大,混合气体颜色加深;C项,铁的表面会被浓硝酸氧化,生成一层致密的薄膜,加热会使表面的薄膜溶解,铁与浓硝酸反应生成大量红棕色气体,与平衡移动无关;D项,加入硫酸铜后,锌置换出铜,构成Cu-Zn原电池,从而使反应速率增大,与平衡移动无关。
3.(3分)(2025·山东枣庄模拟)恒温恒压密闭装置中投入一定量的反应物进行反应:2SO2(g)+O2(g) 　　　　2SO3(g),下列情况不能确定该反应达到化学平衡状态的是(　　)
A.SO3的浓度不再发生变化
B.容器内混合气体密度不再发生变化
C.SO2与O2的物质的量之比不再发生变化
D.混合气体平均摩尔质量不再发生变化
C
解析:SO3的浓度不再变化,说明正、逆反应速率相等,达到平衡状态,A不符合题意;恒温恒压下,总质量不变,但气体体积随反应变化,密度=,当密度不变时表明气体体积不再变化,即反应达到平衡,B不符合题意;若初始投料中SO2与O2的物质的量之比为2︰1,反应中该比值始终为2︰1,则SO2与O2的物质的量之比不再发生变化无法判断反应是否达到平衡,若初始比例不等于2︰1,比值变化到平衡时固定,但题目未明确初始投料比例,C符合题意;总质量固定,平均摩尔质量=,总物质的量变化时平均摩尔质量变化,当平均摩尔质量不变时表明反应达到平衡,D不符合题意。
4.(3分)在容积不变、绝热的密闭容器中,发生反应2X(g)+Y(g) 3Z(g)+
M(s)　ΔH=-a kJ·mol-1,下列说法不正确的是(　　)
A.容器的温度不再升高,表明反应达到平衡状态
B.容器内压强不变,表明反应达到平衡状态
C.达到化学平衡时,反应放出的总热量可能为a kJ
D.反应过程中,气体的密度始终保持不变
D
解析:因为此容器是绝热容器,且此反应是放热反应,随着反应进行,温度升高,压强增大,因此当容器内温度、压强不再改变时,说明反应达到平衡,A、B正确;当生成3 mol Z(g)和1 mol M(s)时,放出的热量为a kJ,C正确;因为M为固体,反应正向进行时,气体质量减小,容器为恒容状态,密度减小,D错误。
5.(3分)(2026·海南省直辖县级单位开学考)CO2转化为高附加值的产品是应对气候变化和能源高速消耗的有效措施,反应2CO2(g)+6H2(g) 　　　
CH3OCH3(g)+3H2O(g)　ΔH<0可实现CO2的资源化利用,下列说法正确的是(　　)
A.温度升高,v逆增大,v正减小
B.加入催化剂,反应速率加快,可提高CH3OCH3平衡产率
C.恒温恒容,增大压强,CO2转化率增大,平衡常数增大
D.当密闭容器中二氧化碳的体积分数不变时说明该反应达到化学平衡状态
D
解析:升高温度,正、逆反应速率均增大,故A错误;加入催化剂,能降低反应的活化能,加快反应速率,但化学平衡不移动,CH3OCH3的平衡产率不变,故B错误;平衡常数与温度有关,温度不变,平衡常数不变,则恒温恒容,增大压强,平衡常数不变,故C错误;当密闭容器中二氧化碳的体积分数不变时说明正、逆反应速率相等,反应达到化学平衡状态,故D正确。
6.(3分)一定量混合气体在一容积可变的密闭容器中发生反应:xA(g)+yB(g) zC(g)。该反应达到平衡后,测得A气体的浓度为0.5 mol·L-1。在恒温下将密闭容器的容积扩大到原来的2倍,再次达到平衡后,测得A的浓度为0.3 mol·L-1,则下列叙述正确的是(　　)
A.平衡向正反应方向移动
B.x+yC.B的转化率升高
D.C的体积分数降低
D
解析:恒温下将密闭容器的容积扩大到2倍,如平衡不移动,A的浓度为0.25 mol/L,而再达到平衡后,测得A的浓度为0.3 mol/L,说明平衡向逆反应方向移动。由上述分析可知,平衡向逆反应方向移动,A错误;增大容器容积,压强减小,平衡向逆反应方向移动,压强减小平衡向气体物质的量增大的方向移动,即x+y>z,B错误;平衡向逆反应方向移动,B的转化率降低,C错误;平衡向逆反应方向移动,C的体积分数降低,D正确。
7.(3分)(2025·江苏盐城一模)某温度下,在一恒容密闭容器中进行如下两个反应并达到平衡:
①2X(g)+Y(g) Z(s)+2Q(g)　ΔH1<0
②M(g)+N(g) R(g)+Q(g)　ΔH2>0
下列叙述错误的是(　　)
A.加入适量Z,①和②平衡均不移动
B.通入稀有气体Ar,①平衡正向移动
C.降温时无法判断Q浓度的增减
D.通入Y,则N的浓度增大
B
解析:Z为固体,加入适量Z不影响反应①的平衡移动,而反应②与Z无关,故加入Z也不影响反应②的平衡移动,A正确;通入稀有气体Ar,由于容器容积不变,故气体浓度不发生改变,反应①的平衡不移动,B错误;温度降低,反应①正向进行,反应②逆向进行,故无法判断Q浓度的增减,C正确;通入气体Y,反应①平衡正向移动,Q的浓度增大,导致反应②平衡逆向进行,则N的浓度增大,D正确。
8.(3分)一定温度下,在3个容积均为1.0 L的恒容密闭容器中反应2H2(g)+
CO(g) CH3OH(g)达到平衡,下列说法正确的是(　　)
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
A.该反应的正反应吸热
B.达到平衡时,容器Ⅰ中反应物转化率比容器Ⅱ中的大
C.达到平衡时,容器Ⅱ中c(H2)大于容器Ⅲ中c(H2)的两倍
D.达到平衡时,容器Ⅲ中的正反应速率比容器Ⅰ中的大
D
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)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,转化率增大,所以容器Ⅱ中反应物转化率大,B错误;若不考虑温度,容器Ⅱ中投料量是容器Ⅲ的两倍,相当于加压,平衡正向移动,所以达到平衡时容器Ⅱ中c(H2)小于容器Ⅲ中c(H2)的两倍,而容器Ⅱ中温度低于容器Ⅲ,平衡正向移动,故容器Ⅱ中c(H2)仍小于容器Ⅲ中c(H2)的两倍,C错误;对比容器Ⅰ和Ⅲ,若温度相同,两者等效,两容器中速率相等,但容器Ⅲ温度高,速率更大,D正确。
9.(3分)甲、乙、丙三个容器中起始物质及其物质的量如图所示,三个容器最初的容积、温度相同,反应中甲、丙的容积不变,乙中的压强不变,在一定温度下反应达到平衡。下列说法正确的是(　　)
A.平衡时各容器内c(NO2)的大小顺序为乙>甲>丙
B.平衡时N2O4的百分含量:乙>甲=丙
C.平衡时甲与丙中放出的热量相同
D.其他条件不变,向平衡后的丙容器中再加入少量N2O4,新平衡后的值变大
B
解析:甲、乙存在平衡2NO2(g) N2O4(g),该反应为气体分子数减少的反应,故甲中压强减小,乙中压强不变,乙中达到的平衡相当于在甲平衡的基础上增大压强,丙中存在平衡N2O4(g) 2NO2(g),相当于开始加入0.2 mol NO2,与甲为完全相同的等效平衡,据此分析。甲与丙为完全相同的等效平衡,平衡时NO2的浓度相等,乙中达到的平衡相当于在甲平衡的基础上增大压强,增大压强,尽管平衡向正反应移动,根据勒夏特列原理平衡移动的结果是NO2浓度增大,故平衡时容器内c(NO2)的大小顺序为乙>甲=丙,故A错误;甲与丙为完全相同的等效平衡,平衡时N2O4的百分含量相等,乙中达到的平衡相当于在甲平衡的基础上增大压强,增大压强平衡向正反应方向移动,平衡时N2O4的百分含量增大,故平衡时N2O4的百分含量:乙>甲=丙,故B正确;甲与丙为完全相同的等效平衡,平衡时甲、丙中N2O4的物质的量相等,但甲从正反应方向开始,丙从逆反应方向开始,一个吸热,一个放热,故C错误;即平衡常数K,K只与温度有关,温度不变,K不变,故D错误。
10.(3分)(2025·吉林白山一模)工业上利用反应CO(g)+H2O(g) CO2(g)+
H2(g)　ΔH<0制取氢气。向两个容积为2 L的密闭容器中加入CO(g)和H2O(g)各1 mol,分别在不同温度和催化剂下进行反应,保持其他初始实验条件不变,经10 min测得两容器中CO(g)转化率如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.A点和B点均为反应的平衡状态
B.催化剂2比催化剂1的催化效率高
C.C点时,0~10 min反应的平均速率
v(CO)=0.02 mol·L-1·min-1
D.温度为T2时,该反应平衡常数K<
C
解析:若A点达平衡,由于B点温度更高,且反应ΔH<0,为放热反应,温度升高平衡逆移,B点CO的转化率应该更小,而B点CO转化率比A点高,则在A点时,反应一定未达到平衡,A错误;催化剂的催化活性与温度有关,如在T1温度,催化剂2比催化剂1的效率低,B错误;C点时,两种催化剂催化CO在10 min内转化率都为40%,则两种催化剂下反应速率相同,当CO转化率为40%时,该反应的反应速率用CO表示为v==0.02 mol/(L·min),C正确;温度为T2时,CO转化率为40%,则此时CO为0.3 mol/L,H2O(g)为0.3 mol/L,CO2为0.2 mol/L,H2为0.2 mol/L,则此时浓度商为Q=,由A项可知此时反应还未达平衡,还在继续向正反应方向进行,则平衡常数K>Q=,D错误。
11.(14分)氨是一种重要的化工原料,在工农业生产中有广泛的应用。
(1)在一定温度下,在固定容积的密闭容器中进行可逆反应:N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)。该可逆反应达到平衡的标志是____(填字母)。
A.3v正(H2)=2v逆(NH3)
B.单位时间生成m mol N2的同时生成3m mol H2
C.容器内的总压强不再随时间变化而变化
D.混合气体的密度不再随时间变化而变化
C
解析:3v逆(NH3)=2v正(H2)时反应达到平衡,A项错误;生成m mol N2,必生成3m mol H2,但反应不一定达到平衡,B项错误;此反应为反应前后气体分子数不相等的反应,总压强不变可以说明反应达到平衡状态,C项正确;混合气体总质量不变,容器容积不变,所以混合气体的密度始终不变,故混合气体的密度不变不能说明反应达到平衡状态,D项错误。
(2)工业上可用天然气为原料来制取合成氨的原料气氢气。某研究性学习小组的同学模拟工业制取氢气的原理,在一定温度下,容积为2 L的恒容密闭容器中测得如表所示数据。请回答下列问题:
时间/min CH4/mol H2O/mol CO/mol H2/mol
0 0.40 1.00 0 0
5 a 0.80 c 0.60
7 0.20 b 0.20 d
10 0.21 0.81 0.19 0.64
①分析表中数据,判断5 min时反应是否处于平衡状态 ___(填“是”或“否”),前5 min反应的平均反应速率v(CH4)=___________________。
②反应在7~10 min内,CO的物质的量减少的原因可能是___(填字母)。
A.减少CH4的物质的量
B.降低温度
C.升高温度
D.充入H2
是
0.02 mol·L-1·min-1
D
解析:①根据反应CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g),结合表中数据5 min时H2为0.60 mol,可知CO为0.20 mol,即c=0.20,则a=0.20,7 min时,各物质的物质的量与5 min时相同,所以5 min时反应达到平衡;v(CH4)==0.02 mol·L-1·min-1。②10 min时,只有CO的物质的量减少,其他物质的物质的量都增加,所以原因只能是充入氢气,使平衡逆向移动,选D。
(3)氨的催化氧化:4NH3(g)+5O2(g) 4NO(g)+6H2O(g)是工业制硝酸的重要反应。在1 L密闭容器中充入4 mol NH3(g)和5 mol O2(g),保持其他条件不变,测得c(NO)与温度的关系如图所示。该反应的ΔH___(填“>”“<”或“=”)0;T0 ℃下,NH3的转化率为______。
<
75%
解析:由图像可知,NO的浓度达到最大值后,随温度升高,NO的浓度又逐渐减小,所以该反应的ΔH<0;T0 ℃时,c(NO)=3.0 mol·L-1,则反应消耗的n(NH3)=3.0 mol,NH3的转化率为×100%=75%。
12.(16分)CO2和CH4是两种重要的温室气体,通过CH4和CO2反应制造具有更高价值的化学品是目前的研究目标。请回答下列问题:
Ⅰ.工业上可以利用CO2和H2合成CH3OH:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+
H2O(g)　ΔH<0。该反应在起始温度和容积均相同(T ℃、1 L)的两个密闭容器中分别进行,反应物起始物质的量见下表:
项目 n(CO2)/mol n(H2)/mol n(CH3OH)/mol n(H2O)/mol
反应a (恒温恒容) 1 3 0 0
反应b (绝热恒容) 0 0 1 1
(1)达到平衡时,反应a、b对比:CO2的体积分数φ(a)____(填“>”“<”或“=”)φ(b)。
解析:反应a为恒温恒容,反应b为绝热恒容,反应a、b的初始量等效,正反应为放热反应,逆反应为吸热反应,反应b相当于反应a平衡后再降低温度,即平衡向正反应方向移动,CO2的体积分数:φ(a)>φ(b)。
>
(2)下列能说明反应a达到平衡状态的是_____(填字母)。
A.v正(CO2)=3v逆(H2)
B.混合气体的平均摩尔质量不再改变
C.c(CH3OH)=c(H2O)
D.容器内压强不再改变
解析:当3v正(CO2)=v逆(H2)时,说明正、逆反应速率相等,反应a达到平衡状态,故A不选;该反应是气体体积减小的反应,反应过程中气体总质量不变,总物质的量减小,混合气体的平均摩尔质量增大,当混合气体的平均摩尔质量不再改变时,说明反应a达到平衡状态,故B选;c(CH3OH)=c(H2O)时,不能说明正、逆反应速率相等,不能说明反应a达到平衡状态,故C不选;该反应是气体体积减小的反应,反应过程中压强减小,当容器内压强不再改变时,说明反应a达到平衡状态,故D选。
BD
Ⅱ.我国科学家研究了不同反应温度对含碳产物组成的影响。已知:
反应①　CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g)　ΔH<0;
反应②　CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH>0。
在密闭容器中通入3 mol H2和1 mol CO2,分别在1 MPa和10 MPa下进行反应。实验中对组成平衡体系的三种物质(CO2、CO、CH4)进行分析,其中温度对CO和CH4的影响如图所示。
(3)10 MPa时,表示CH4和CO的平衡组成随温度变化关系的曲线分别是_____和_____。M点平衡组成含量高于N点的原因是__________________
_________________________________________________________________________________。
解析:对于反应①来说,升高温度,平衡逆向移动,CH4的含量减小,对于反应②来说,升高温度,平衡正向移动,CO的含量增大,所以曲线a或b代表CH4的平衡组成随温度变化关系,曲线c或d代表CO的平衡组成随温度变化关系;增大压强,反应①的平衡正向移动,H2O的含量增大,使反应②的平衡逆向移动,导致CO含量减小。综上所述,温度相同时,压强越大,CH4的含量越大、CO的含量越小,故压强为10 MPa时,表示CH4和CO平衡组成随温度变化关系的曲线分别是a、d。
a
d
温度相同时,增大压
强使反应①平衡正向移动,H2O的含量增大,从而使反应②平衡逆向移动,
CO的含量减小
(4)当CH4和CO的平衡组成均为40%时,若容器的容积为1 L,该温度下反应①的平衡常数K的值为_______。
2.88
解析:起始时n(CO2)=1 mol,n(H2)=3 mol,根据题图可知,当CH4和CO的平衡组成均为40%时,CO2的平衡组成为20%,根据C原子守恒有n(CO)=n(CH4)=1 mol×40%=0.4 mol,n(CO2)=1 mol×20%=0.2 mol,对于反应①:
　　　　　　　　CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g)
变化量/mol　　 　0.4　 1.6　　　 0.4　　 0.8
对于反应②:
　　　　　　　CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)
变化量/mol　　0.4　　　0.4　　　0.4　　　0.4
平衡时:n(CO2)=1 mol-0.4 mol-0.4 mol=0.2 mol,n(H2O)=0.4 mol+0.8 mol=1.2 mol,n(H2)=3 mol-1.6 mol-0.4 mol=1 mol,n(CH4)=0.4 mol,已知该容器的容积为1 L,故反应①的平衡常数K=
=2.88。
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