高考化学经典复习5.3化学平衡移动化学反应进行的方向完美

第3节 化学平衡移动 化学反应进行的方向 考纲点击：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。 回归教材 一、化学平衡移动 1.化学平衡移动的过程 [特别提醒]化学平衡移动是旧平衡的破坏和新平衡的建立 过程，只有平衡破坏或平衡建立都不属于平衡移动。 > ＝ < 3.影响化学平衡的因素 若其他条件不变，改变下列条件对平衡的影响如下： 正 逆 减小 增大 不 吸热 放热 不能 4.化学平衡移动原理——勒夏特列原理的理解 如果改变影响化学平衡的条件之一(如______、______以及 参加反应的化学物质的浓度)，平衡将向着能够______这种改变 的方向移动。 温度 压强 减弱 [特别提醒](1)移动方向：“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)移动结果：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。 二、化学反应进行的方向 1.自发过程 (1)含义：在一定条件下，不需要借助外力作用就能自发进 行的过程。 (2)特点 高能 低能 有序 无序 ①体系趋向于从______状态转变为______状态(体系对外 部做功或放出热量)。 ②在密闭条件下，体系有从______转变为______的倾向性 (无序体系更加稳定)。 2.熵、熵变 混乱或无序 S > > (1) 熵是量度体系______________ 程度的物理量，符号为 ________。 (2)影响熵大小的因素 ①相同条件下，物质不同，熵不同。 ②同一物质：S(g)____S(l)____S(s)。 (3)熵变(ΔS)＝生成物的总熵－反应物的总熵。 3.化学反应方向的判据 ΔH0 ΔS>0 ΔS ＝ < 基础测评 1.判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。 (2)Na 与 H2O 的反应是熵增的放热反应，该反应能自发进 行( )。 (3)某吸热反应能自发进行，因此该反应是熵增反应( )。 答案：(1)√ (2)√ (3)√ (4)√ (5)√　 (6)× (7)√ 　　(4)2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)在常温下能自发进行，则该反应的 ΔH0 B.A2(g)＋3B2(g) 2AB3(g) ΔH0 D.2A(g)＋B(g) C(g)＋D(s) ΔHv′正 逆向移动 减小生成 物的浓度 v正、v逆均减小， 且 v′正>v′逆 正向移动 (续表) 平衡体系 条件变化 速率变化 平衡变化 速率变化曲线 正反应方 向为气体 体积增大 的放热反 应 增大压强 或升高温 度 v正、v逆均增 大，且v′逆 >v′正 逆向移动 减小压强 或降低温 度 v正、v逆均减 小，且v′正 >v′逆 正向移动 (续表) 平衡体系 条件变化 速率变化 平衡变化 速率变化曲线 任意平衡 或反应前 后气体化 学计量数 和相等的 平衡 正催化剂或 增大压强 v正 、 v逆 同等倍数 增大 平衡 不移动 负催化剂 或减小压强 v正 、 v逆 同等倍数 减小 (续表) 原平衡体系―――――――→容器容积增大，各反应气体的分 2.“惰性气体”对化学平衡的影响 (1)恒温、恒容条件 原平衡体系体充入惰性气体系总压强增大―→体系中各组 分的浓度(或分压)不变―→平衡不移动。 (2)恒温、恒压条件 充入惰性气体 压减小―→体系中各组分的浓度同倍数减小 (等效于减压) 应的一个条件，下列说法不正确的是( 考向2 化学平衡移动原理的应用 [典例2](2018 年山东日照检测)一氧化碳和氢气反应可生成 甲醛：CO(g)＋H2(g) HCHO(g) ΔH＜0，一定温度下，向 恒容密闭容器中充入等物质的量的 H2、CO 和 HCHO 三种气体， 测得 CO 的净反应速率(即正反应速率减去逆反应速率)随时间 的变化曲线如图所示，其中第 5 min 和第 7 min 时分别改变了反 )。. . . A.前 4 min 阴影部分的值为 CO 的物质的量浓度的变化量 B.前 4 min 反应向逆反应方向进行 C.第 5 min 时改变的条件可能为加入催化剂 D.第 7 min 时改变的条件可能为升高反应温度 解析：由净反应速率定义分析可知，前 4 min 时 CO 的净 反应速率为负值，所以反应向逆反应方向进行，故前 4 min 时 阴影部分的值为CO的浓度增加量，A、B 正确；第 5 min 时改 变条件平衡不移动，故可能为加入催化剂，C 正确；第 7 min 时改变条件，CO的净反应速率为正值，反应向正反应方向进行， 又该反应为放热反应，所以改变的条件可能为降低温度，D 不 正确。 答案：D [方法技巧] 化学平衡移动原理的应用 (1)调控反应：根据影响化学反应速率和平衡的条件以及化 学平衡移动原理，可调控工业反应使之效益最大化。如合成氨 工业中加入催化剂提高反应速率，温度控制在500 ℃左右，既 考虑了反应速率又兼顾了催化剂活性的最佳温度，充入过量N2 以提高H2 的转化率等。 (2)判断物质状态：由压强的改变，根据平衡移动的方向， 可以判断反应物或生成物的状态。 (3)判断反应的化学计量数：由压强的改变，根据平衡移动 的方向，可以判断化学方程式中某气体物质的计量数或反应物 和生成物之间的计量数的大小关系。 (4)判断ΔH：由温度的改变，根据化学平衡移动的方向，可 以判断正反应或逆反应是吸热反应还是放热反应。 考向3 绝热体系的平衡移动 [典例3]向绝热恒容密闭容器中通入 SO2 和 NO2，一定条件 下使反应 SO2(g)＋NO2(g) SO3(g)＋NO(g)达到平衡，正反应 速率随时间变化的示意图如图所示。由图可得出的正确结论是 ( )。 A.反应在 c 点达到平衡状态 B.反应物浓度：a 点小于 b 点 C.升高温度该平衡正向移动 D.Δt1＝Δt2 时，SO2 的转化率：a～b 段小于 b～c 段 解析：只有正反应速率等于逆反应速率且为定值时，可逆 反应才达到平衡状态，图中曲线在 c 点处没有出现水平线，A 错误；随着正反应的进行，未达到平衡状态时反应物的浓度随 时间的延长而减小，因此反应物浓度：a 点大于 b 点，B 错误； 分析曲线 a～c 段，从浓度方面考虑 v正应减小，而 v正是增大的， 说明该反应是放热的，升高温度该平衡逆向移动，C 错误；若 Δt1＝Δt2，分析图中曲线可知：a～b 段的正反应速率的平均值 小于 b～c 段，所以 b～c 段转化的 SO2 的量比 a～b 段转化的 SO2 的量多，而 a 点浓度比 b 点大，所以 SO2 的转化率：b～c 段大于 a～b 段，D 正确。 答案：D [思维建模] 解答化学平衡移动问题的步骤 【拓展演练】 1.(2018 年新课标Ⅲ卷)三氯氢硅(SiHCl3)是制备硅烷、多 晶硅的重要原料。回答下列问题： (1)SiHCl3 在常温常压下为易挥发的无色透明液体，遇潮气 时发烟生成(HSiO)2O 等，写出该反应的化学方程式： _________________________________________________。 (2)SiHCl3 在催化剂作用下发生反应： 2SiHCl3(g)===SiH2Cl2(g)＋SiCl4(g)　ΔH1＝48 kJ·mol－1 3SiH2Cl2(g)===SiH4(g)＋2SiHCl3(g)　ΔH2＝－30 kJ·mol－1 则反应 4SiHCl3(g)===SiH4(g)＋3SiCl4(g)的ΔH＝_________ kJ·mol－1。 (3)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。 x为物质的量分数，计算a处 ①343 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 ______________________、____________________。 ③ 比 较 a 、 b 处 反 应速率大小 ： va________vb( 填 “ 大 于”“小于”或“等于”)。反应速率 v＝v正－v逆＝k正·x2SiHCl3 －k逆·xSiH2Cl2·xSiCl4，k正、k逆分别为正、逆向反应速率常数， v正 v逆 ＝__________(保留 1 位小数)。 解析：(1) 根据题目表达，三氯氢硅和水蒸气反应得到 (HSiO)2O，方程式为：2SiHCl3＋3H2O===(HSiO)2O＋6HCl。 (2)将第一个方程式扩大 3 倍，再与第二个方程式相加就可以得 到平衡用的时间就越少，所以上面曲线代表 343 K 的反应。从 图中读出，平衡以后反应物的转化率为 22%。设初始加入的三 kJ·mol－1)＝114 kJ·mol－1。(3)①由图示，温度越高反应越快，达 氯氢硅的浓度为1 mol·L－1，得到： 到第三个反应的焓变，所以焓变为48 kJ·mol－1×3＋(－30 2SiHCl3 SiH2Cl2＋SiCl4 起始： 反应： 平衡： 1 0.22 0.78 0 0.11 0.11 0 0.11(转化率为 22%) 0.11 所以平衡常数 K＝0.112÷0.782＝0.02。 ②温度不变，提高三氯氢硅转化率的方法可以是将产物从 体系分离(两边物质的量相等，压强不影响平衡)。缩短达到平 衡的时间，就是加快反应速率，所以可以采取的措施是增大压 强(增大反应物浓度)、加入更高效的催化剂(改进催化剂)。 答案：(1)2SiHCl3＋3H2O===(HSiO)2O＋6HCl (2)114 (3)①22 0.02 ②及时移去产物 改进催化剂 提高反应物压强(浓度) ③大于 1.3 2.(2018 年北京卷)近年来，研究人员提出利用含硫物质热 化学循环实现太阳能的转化与存储。过程如下： (1)反应Ⅰ：2H2SO4(l)===2SO2(g)＋2H2O(g)＋O2(g)　 ΔH1＝＋551 kJ·mol－1 反应Ⅲ：S(s)＋O2(g)===SO2(g)　ΔH3＝－297 kJ·mol－1　 反应Ⅱ的热化学方程式：___________________________。 (2)对反应Ⅱ，在某一投料比时，两种压强下，H2SO4 在平 衡体系中物质的量分数随温度的变化关系如图所示。 p2______p1( 填“＞”或“＜”) ，得出该结论的理由是 _____________________________________________________。 　　(3)I－可以作为水溶液中SO2歧化反应的催化剂，可能的催化过程如下。将ⅱ 补充完整。 　　ⅰ.SO2＋4I－＋4H＋===S↓＋2I2＋2H2O 　　ⅱ.I2＋2H2O＋________===__________＋______＋2I－ 　　(4)探究ⅰ、ⅱ反应速率与SO2歧化反应速率的关系，实验如下：分别将18 mL SO2饱和溶液加入到2 mL下列试剂中，密闭放置观察现象。(已知：I2易溶解 在KI溶液中) ①B 是 A 的对比实验，则 a＝__________。 ②比较 A、B、C，可得出的结论是______________________ __________________________________________________。 ③实验表明，SO2 的歧化反应速率 D＞A，结合ⅰ、ⅱ反应 速率解释原因：____________________________。 序号 A B C D 试剂 组成 0.4 mol· L－1KI　 a mol·L－1KI 0.2 mol· L－1H2SO4　 0.2 mol· L－1H2SO4　 0.2 mol·L－1KI　 0.0002 mol I2 实验 现象 溶液变黄， 一段时间 后出现浑 浊 溶液变黄，出 现浑浊较A快 无明显现 象 溶液由棕褐色 很快褪色，变 成黄色，出现 浑浊较A快 　　解析：(1)根据过程，反应Ⅱ为SO2催化歧化生成H2SO4和S，反应为3SO2＋ 2H2O===2H2SO4＋S。应用盖斯定律，反应Ⅰ＋ 反应Ⅲ得2H2SO4(l)＋S(s)===3SO2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝ΔH1 ＋ΔH3＝(＋551 kJ·mol－1)＋(－297 kJ·mol－1)＝＋254 kJ·mol， 反应Ⅱ的热化学方程式为3SO2(g)＋2H2O(g)===2H2SO4(l)＋S(s)　ΔH＝－254 kJ·mol－1。 (2)在横坐标上任取一点，作纵坐标的平行线，可见温度相同时，p2时H2SO4物质的量 分数大于p1时； 反应Ⅱ是气体分子数减小的反应，增大压强平衡向正反应方向 移动，H2SO4物质的量增加，体系总物质的量减小，H2SO4物 质的量分数增大；则p2>p1。(3)反应Ⅱ的总反应为3SO2＋2H2O ===2H2SO4＋S，I－可以作为水溶液中SO2歧化反应的催化剂，催化剂在反应前后 质量和化学性质不变，(总反应－反应ⅰ)÷2得反应ⅱ的离子方程式为I2＋2H2O＋ SO2===4H＋＋SO ＋2I－。(4)①B是A的对比实验，采用控制变量法，B比A多加了0.2 mol·L－1 H2SO4， A与B中KI浓度应相等，则a＝0.4。②对比A与B，加入H＋可以加快SO2歧化反应的 速率；对比B与C，单独H＋不能催化SO2的歧化反应。比较A、B、C，可得出的结 论是：I－是SO2歧化反应的催化剂，H＋单独存在时不具有催化作用，但H＋可以加 快歧化反应速率。③对比D和A，D中加入KI的浓度小于A，D中多加了I2，反应ⅰ 消耗H＋和I－， 反应ⅱ中消耗I2，D中“溶液由棕褐色很快褪色，变成黄色，出现浑浊较A快”， 反应速率D>A，由此可见，反应ⅱ比反应ⅰ速率快，反应ⅱ产生H＋使c(H＋)增大， 从而反应ⅰ加快。 考点二 化学反应进行的方向 解析：反应能自发进行的前提条件是反应的ΔH－TΔS0， ΔS0，即任何温度下，反应 都不能自发进行；对于 B 项，ΔH