1、第2节化学反应的限度工业合成氨考纲定位要点网络1.了解化学反应的可逆性及化学平衡的建立。2.掌握化学平衡的特征。3.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。4.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。可逆反应与化学平衡状态知识梳理1可逆反应 辨易错(1)2H2O22H2O为可逆反应。()(2)PbPbO22H2SO42PbSO42H2O为可逆反应。()(3)2 mol SO2和2 mol O2在一定条件下的密闭容器中发生2SO2(g)O2(g)2SO3(g)，平衡时的O2物质的物质的量为1 mol。()答案(1)(2)(3)2化
2、学平衡状态(1)概念在一定条件下可逆反应进行到一定程度时，反应物和生成物的浓度不再随时间的延长而发生变化，正反应速率和逆反应速率相等，这种状态称为化学平衡状态。(2)建立在一定条件下，把某一可逆反应的反应物加入固定容积的密闭容器中。反应过程如下：以上过程可用如图表示：；若开始加入生成物，从逆反应建立平衡，则vt图像为。因此，化学平衡状态的建立可以从正反应建立，也可以从逆反应方向建立，也可以从正、逆两反应方向同时建立，即平衡建立与反应途径无关。(3)特征注意：化学平衡状态的两种标志辨易错(1)可逆反应达到平衡时，各组分浓度不变，反应停止。()(2)从正反应建立平衡的过程中，平衡前v正大于v逆。(
3、)(3)对于N2(g)3H2(g)2NH3(g)反应，当v正 (N2)v逆(NH3)时反应达到平衡状态。()(4)在相同温度下，相同容器(恒容)发生2SO2(g)O2(g)2SO3(g)反应，当分别向容器中充入2 mol SO2、1 mol O2与2 mol SO3平衡时，c(SO2)相同。()(5)一个可逆反应达到的平衡状态就是这个反应在该条件下所能达到的限度。()答案(1)(2)(3)(4)(5)知识应用在一个体积固定的真空密闭容器中充入等物质的量的CO2和NH3，在恒定温度下使其发生反应2NH3(g)CO2(g)CO(NH2)2(s)H2O(g)并达到平衡，混合气体中氨气的体积分数随时间
4、的变化如图所示：(1)A点的v正(CO2)_(填“”“”“(2)由图像知，A点未达平衡，B点已达平衡，A点v正(CO2)B点v正(CO2)B点v逆(CO2)B点v逆(H2O)，故A点v正(CO2)B点v逆(H2O)(3)v正(CO2)v逆(NH3)(4)v逆(CO2)v正(CO2)(5)是命题点1极值转化法分析可逆反应各时刻的量极值转化法确定范围的思维模板说明：可逆反应的平衡物理量一定在最大值和最小值之间，但起始物理量可以为最大值或最小值。1在一个密闭容器中发生反应2SO2(g)O2(g)2SO3(g)，反应过程中某一时刻测得SO2、O2、SO3的浓度分别为0.2 molL1、0.2 molL
5、1、0.2 molL1，当反应达到平衡时，可能出现的数据是()Ac(SO3)0.4 molL1Bc(SO2)c(SO3)0.15 molL1Cc(SO2)0.25 molL1Dc(SO2)c(SO3)0.5 molL1C当c(SO3)0.4 molL1时，c(SO2)0，不合理，A错误；c(SO2)、c(SO3)不可能均为0.15 molL1，只能一种物质增大，另一种物质减小，B错误；c(SO2)c(SO3)应等于0.4 molL1，D错误。2在密闭容器中进行反应：X(g)Y(g)2Z(g)，已知X、Y、Z的起始浓度分别为0.1 molL1、0.3 molL1、0.2 molL1，在一定条件下
6、，当反应达到平衡时，X、Y、Z的浓度范围分别为_、_、_。答案0c(X)0.2 molL10.2 molL1c(Y)0.4 molL10c(Z)0.4 molL1命题点2化学平衡的特征与标志3一定条件下，在密闭恒容的容器中，发生反应：3SiCl4(g)2N2(g)6H2(g)Si3N4(s)12HCl(g)H0，不能表示该反应达到平衡状态的是()Av逆(N2)3v正(H2)B混合气体的平均相对分子质量不变C若容器绝热，温度不变D容器中的压强不变答案A4在一定温度下，向2 L固定容积的密闭容器中通入1 mol CO2、3 mol H2，发生反应CO2(g)3H2(g)CH3OH(g)H2O(g)
7、Hv逆，平衡向正反应方向移动；v正v逆，反应达到平衡状态，不发生平衡移动；v正v逆，平衡向逆反应方向移动。即哪方向速率大平衡就向哪方向移动。辨易错(1)改变条件，v正增大，平衡正向移动。()(2)当平衡向正向移动的过程中，v正逐渐增大。()(3)升高温度，v正、v逆均增大，平衡一定移动。()答案(1)(2)(3)2影响化学平衡的外界因素(1)实验探究实验：已知在K2Cr2O7的溶液中存在平衡：取两支试管各加入5 mL 0.1 molL1的K2Cr2O7溶液。a向1号试管中加入几滴浓硫酸，橙色变深，说明平衡向逆反应方向移动。b向2号试管中加入几滴浓NaOH溶液，橙色变黄色，说明平衡向正反应方向移
8、动。实验：某溶液中存在平衡：Fe33SCN。将上述溶液分别置于、号两试管中。a向1号试管中加34滴饱和FeCl3溶液，红色变深，说明平衡向正反应方向移动。b向2号试管中加34滴NaOH溶液，红色变浅，说明平衡向逆反应方向移动。实验：NO2球中存在以下平衡：2NO2(g)N2O4(g)H56.9 kJ/mol把该球放入热水中，颜色变化：红棕色变深，说明平衡向逆反应方向移动；放入冰水中，颜色变化：红棕色变浅，说明平衡向正反应方向移动。(2)影响化学平衡的外界因素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(对有气体参加的反应)反应前后气体体积
9、改变增大压强向气体分子总数减小的方向移动减小压强向气体分子总数增大的方向移动反应前后气体体积不变改变压强平衡不移动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注意：催化剂同等程度改变v正与v逆，平衡不移动。温度改变对任何可逆反应均有平衡移动，但压强改变只对有气体参与且反应前后气体系数不相等的反应有平衡移动。恒温恒容条件通“惰性气体”，各组分浓度不变，v正、v逆不变，平衡不移动；恒温恒压通“惰性气体”各组分浓度同倍数减小(相当于减压)，平衡向气体体积增大的方向移动。(3)通过vt图像分析影响化学平衡移动的因素某温度下，在密闭容器中SO2、O2、SO3三种气态物质建立化学平衡后，改变条
10、件对反应2SO2(g)O2(g)2SO3(g)H0的正、逆反应速率的影响如图所示：ABCD加催化剂对反应速率影响的图像是C(填字母，下同)，平衡不移动。升高温度对反应速率影响的图像是A，平衡向逆反应方向移动。增大反应容器体积对反应速率影响的图像是D，平衡向逆反应方向移动。增大O2的浓度对反应速率影响的图像是B，平衡向正反应方向移动。(4)勒夏特列原理在封闭体系中，如果仅改变平衡体系的一个条件(如温度、压强，以及参加反应的化学物质的浓度)，平衡将向着减弱这个改变的方向移动。如N2(g)3H2(g)2NH3(g)反应在一定温度下达到平衡时c(N2)a molL1，压强为p，在恒温下，将容器容积缩小
11、一半，达到平衡时，c(N2)2a molL1，p2p。辨易错(1)对于C(s)H2O(g)CO(g)H2(g)，增加C的量，平衡向正反应方向移动。()(2)若平衡向正反应方向移动，平衡转化率一定增大。()(3)对于反应N2(g)3H2(g)2NH3(g)，若断裂 2 mol HH键，同时形成1 mol NN键，则平衡正向移动。()(4)对于反应2A(g)B(g)2C(g)，当v正(A)3v逆(B)时，平衡正向移动。()(5)用排饱和食盐水法收集Cl2，体现了勒夏特列原理。()(6)在恒温恒压条件下，向N2(g)3H2(g)2NH3(g)的平衡体系中通入Ne气体，平衡不移动。()答案(1)(2)
12、(3)(4)(5)(6)知识应用1在密闭容器中，一定条件下进行如下反应：NO(g)CO(g)N2(g)CO2(g)H373.2 kJmol1，达到平衡后，为提高NO的转化率和该反应的速率，可采取的措施是_。加催化剂同时升高温度加催化剂同时增大压强升高温度同时充入N2降低温度同时增大压强增大CO的浓度答案2勒夏特列原理又称平衡移动原理，可以解决平衡移动问题，回答下列问题。对于N2(g)3H2(g)2NH3(g)H0，达平衡后，改变条件，请回答：(1)升温，平衡向_移动，新平衡的温度比原来的_。(2)缩小容器体积至原体积的，平衡向_移动，新平衡的压强p与原平衡的压强p0的关系为_，新平衡时c(N2
13、)与原平衡的c(N2)的关系为_。答案(1)逆反应方向高(2)正反应方向p0p2p0c(N2)c(N2)0，一段时间后达到平衡，测得各物质的浓度。(1)若体积不变，仅增加c(A)，A的转化率将_(填“增大”“减小”或“不变”，下同)，B的转化率将_，达到新平衡时，c(A)将_，c(C)将_。(2)体积不变，再充入a mol A和b mol B，则平衡_移动，达到新平衡时，c(A)将_，c(C)将_。若abcd，则A的转化率将_；若abcd，则A的转化率将_；若abbc时，(A)增大，(A)减小；abc时，(A)减小，(A)增大。(A)表示A的转化率，(A)表示A的百分含量。命题点2化学平衡移动
14、与结果的分析3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)H0。当改变某个条件并维持新条件直至达到新的平衡时，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的浓度一定减小B升高温度N2的转化率减小C充入一定量H2H2的转化率不变，N2的转化率增大D充入1 mol N2和1 mol H2NH3的体积分数不变B压缩体积，增大压强，N2的浓度增大，A错误；充入H2，H2的转化率减小，N2的转化率增大，C错误；再充入1 mol N2和1 mol H2，压强变大，正向进行的程度大，NH3的含量
15、增多，体积分数变大，D错误。4在一密闭容器中，反应aA(g)bB(s)cC(g)dD(g)达到平衡后，保持温度不变，将容器缩小为原来的一半，当达到新的平衡时，A的浓度是原来的1.6倍，则下列说法正确的是 ()A平衡向逆反应方向移动BacdC物质A的转化率增大D物质D的浓度减小C容器缩小为原来的一半，若平衡不移动，则A的浓度应变为原来的2倍，说明平衡正向移动，A的转化率增大。5T 时，在恒容密闭容器中充入一定量的H2和CO，在催化剂作用下发生反应：CO(g)2H2(g)CH3OH(g)Hv逆时，才使平衡向正反应方向移动。(3)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。(4)对于
16、缩小体积增大压强，不管是否移动，各成分的浓度均增大，但增大的倍数可能不同也可能相同。(5)不要把化学平衡向正反应方向移动与反应物转化率的提高等同，当反应物总量不变时，化学平衡向正反应方向移动，反应物的转化率提高；当增大一种反应物的浓度，使化学平衡向正反应方向移动时，会使另一种反应物的转化率提高，而本身的转化率降低。化学平衡的调控在化工生产中的应用“学以致用”是学习化学知识的一个重要使命。对于化学平衡中条件控制在生产、生活中应用广泛，近三年命题的频率为100%，预测2021年命题将会加强。此类试题充分体现了科学精神和社会责任的化学核心素养。1化工生产适宜条件选择的一般原则条件原则从化学反应速率分
17、析既不能过快，又不能太慢从化学平衡移动分析既要注意外界条件对速率和平衡影响的一致性，又要注意二者影响的矛盾性从原料的利用率分析增加易得廉价原料，提高难得高价原料的利用率，从而降低生产成本循环操作从实际生产能力分析如设备承受高温、高压能力等从催化剂的使用活性分析注意催化剂的活性对温度的要求2.工业合成氨的原理与条件选择(1)反应原理N2(g)3H2(g)2NH3(g)H92.4 kJmol1反应特点：反应为可逆反应；正反应为放热反应；反应物、生成物均为气体，且正反应为气体物质的量减小的反应。(2)条件选择压强：1030 MPa的压强。压强越高，转化率越大，但对材料设备的要求越高，成本越高。温度：
18、400500 的温度。温度要适宜，既要考虑速率又要考虑反应程度，同时还要考虑催化剂的活性温度。催化剂：使用催化剂可提高反应速率，同时不同的催化剂有不同的活性和选择性。循环操作：提高原料利用率。1据报道，在300 、70 MPa下由二氧化碳和氢气合成乙醇(CH3CH2OH)已成为现实：2CO2(g)6H2(g)CH3CH2OH(g)3H2O(g)下列叙述错误的是 ()A使用CuZnFe催化剂可大大提高生产效率B升高温度，该反应平衡常数K一定增大C充入大量CO2气体可提高H2的转化率D从平衡混合气体中分离出CH3CH2OH和H2O，可提高CO2和H2的利用率B不能确定焓变H的正、负，升温，平衡移动
19、方向不确定，该反应平衡常数K不一定增大，B错误。2丙烯腈(CH2=CHCN)是一种重要的化工原料，工业上可用“丙烯氨氧化法”生产，主要副产物有丙烯醛(CH2=CHCHO)和乙腈(CH3CN)等。回答下列问题：(1)以丙烯、氨、氧气为原料，在催化剂存在下生成丙烯腈(C3H3N)和副产物丙烯醛(C3H4O)的热化学方程式如下：C3H6(g)NH3(g)O2(g)=C3H3N(g)3H2O(g)H515 kJmol1C3H6(g)O2(g)=C3H4O(g)H2O(g)H353 kJmol1有利于提高丙烯腈平衡产率的反应条件是_；提高丙烯腈反应选择性的关键因素是_。(2)图(a)为丙烯腈产率与反应温
20、度的关系曲线，最高产率对应的温度为460 。低于460 时，丙烯腈的产率_(填“是”或“不是”)对应温度下的平衡产率，判断理由是_；高于460 时，丙烯腈产率降低的可能原因是_(双选，填标号)。A催化剂活性降低B平衡常数变大C副反应增多D反应活化能增大图(a)图(b)(3)丙烯腈和丙烯醛的产率与n(氨)/n(丙烯)的关系如图(b)所示。由图可知，最佳n(氨)/n(丙烯)约为_，理由是_。进料气氨、空气、丙烯的理论体积比约为_。解析 (2)图(a)的特点(3)图(b)的特点1.0丙烯腈的产率最高，根据反应n(氨)n(O2)11.5，故n(氨)n(空气)1(1.55)17.5。答案(1)降低温度、
21、降低压强催化剂(2)不是该反应为放热反应，平衡产率应随温度升高而降低AC(3)1该比例下丙烯腈产率最高，而副产物丙烯醛产率最低17.51“假设等效”思想突破平衡状态比较“平衡状态比较”在近几年的高考中时常出现，难度较大，不易分析。如果运用“假设等效”思想去领悟，就容易理解了。本部分也充分体现了“证据推理与模型认知”的化学核心素养。1等效平衡(1)等效平衡的概念在相同条件下(恒温、恒容或恒温、恒压)，同一可逆反应体系，不管是从正反应方向开始，还是从逆反应方向开始，在达到化学平衡状态时，任何相同组分的百分含量(体积分数、物质的量分数等)均相同，这样的化学平衡互称为等效平衡。(2)等效平衡的分类及特
22、点等效类型条件恒温、恒容恒温、恒容恒温、恒压反应的特点任何可逆反应反应前后气体分子数相等任何可逆反应起始投料换算为化学方程式同一边物质， 其“量”相同换算为化学方程式同一边物质，其“量”符合同一比例换算为化学方程式同一边物质，其“量”符合同一比例平衡特点质量分数(w%)相同相同相同浓度(c)相同成比例相同(气体)物质的量(n)相同成比例成比例2.“假设等效”思想比较平衡状态(1)构建恒温恒容等效平衡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)构建恒温恒压等效平衡(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
23、移动。 (3)恒温恒容与恒温恒压条件平衡比较模式(起始量相同) 典例导航把晶体N2O4放入一固定容积的密闭容器中气化并建立N2O4(g)2NO2(g)平衡后，保持温度不变，再通入与起始时等量的N2O4气体，反应再次达平衡，则新平衡N2O4的转化率与原平衡比()A变大B变小C不变D无法确定思路点拨设计过程图示如下：答案B若将“固定容积”改为“固定压强”，则答案应选_。答案C1在相同温度下，分别将1 mol SO2和0.5 mol O2充入a、b两容器中发生反应：2SO2(g)O2(g)2SO3(g)HbBSO2的体积分数：abC反应速率：abD能量变化：abBa容器平衡时的压强小于b容器平衡时的
24、压强，a中反应程度较小，转化率较小。2在相同温度和压强下，对反应CO2(g)H2(g)CO(g)H2O(g)进行甲、乙、丙、丁四组实验，实验起始时放入容器内各组分的物质的量见下表上述四种情况达到平衡后，n(CO)的大小顺序是()A乙丁甲丙B甲乙丙丁C乙甲丁丙D丁丙乙甲A先利用极端转化为一边的物质，乙与丁，甲与丙的量相等，平衡时乙与丁中的CO2比甲与丙的多，正向程度大，n(CO)变多，故n(CO)的大小为乙丁甲丙。3将4.0 mol PCl3和2.0 mol Cl2充入体积不变的密闭容器中，在一定条件下发生反应：PCl3(g)Cl2(g)PCl5(g)。达到平衡时，PCl5为0.8 mol，如果
25、此时移走2.0 mol PCl3和1.0 mol Cl2，在相同温度下再达平衡时PCl5的物质的量是()A0.8 molB0.4 molC小于0.4 molD大于0.4 mol，小于0.8 molC已知： 4一定条件下存在反应：CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)HQ kJmol1(Q0)，现有三个相同的2 L 恒容绝热(与外界没有热量交换)密闭容器、，在中充入1 mol CO和1 mol H2O，在中充入1 mol CO2和1 mol H2，在中充入2 mol CO和2 mol H2O，均在700 条件下开始反应。达到平衡时，上述三个过程对应的能量变化值分别为Q1、Q2、Q3，下列说
26、法正确的是 ()A2Q12Q2Q3，无法比较Q1、Q2大小。真题验收1(20207月浙江选考，T18)5 mL 0.1 molL1 KI溶液与1 mL 0.1 molL1 FeCl3溶液发生反应：2Fe3(aq)2I(aq)2Fe2(aq)I2(aq)，达到平衡。下列说法不正确的是()A加入苯，振荡，平衡正向移动B经苯2次萃取分离后，在水溶液中加入KSCN，溶液呈血红色，表明该化学反应存在限度C加入FeSO4固体，平衡逆向移动D该反应的平衡常数KD碘易溶于苯，加入苯，碘进入到苯中，使水溶液中碘的浓度减小，平衡正向移动，A项正确；如果反应能进行到底，则经过苯两次萃取分离后溶液中不会有Fe3，加入
27、KSCN，溶液不会呈血红色，溶液呈血红色说明此反应是可逆反应，有反应限度，B项正确；加入FeSO4，二价铁离子浓度增大，平衡逆向移动，C项正确；该反应的平衡常数K，D项错误。2(2017全国卷，T27)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：C4H10(g)=C4H8(g)H2(g)H1已知：C4H10(g)O2(g)=C4H8(g)H2O(g)H2119 kJmol1H2(g)O2(g)=H2O(g)H3242 kJmol1反应的H1_kJmol1。图(a)是反应平衡转化率与反应温度及压强的关系图，x
28、_0.1(填“大于”或“小于”)；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降低压强图(a)图(b)图(c)(2)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n(氢气)/n(丁烷)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_。解析(1)由盖斯定律
29、可知，式式式，即H1H2H3119 kJmol1(242 kJmol1)123 kJmol1。由图(a)可知，同温下，x MPa时丁烯的平衡产率高于0.1 MPa时的，根据压强减小，平衡向右移动可知，x小于0.1。欲提高丁烯的平衡产率，应使平衡向右移动，该反应的正反应为吸热反应，因此可以通过升高温度的方法使平衡向右移动；该反应为气体体积增大的反应，因此可以通过降低压强的方法使平衡向右移动，所以A、D选项正确。(2)由于氢气是产物之一，随着n(氢气)/n(丁烷)增大，逆反应速率增大，所以丁烯产率降低。(3)该反应的正反应为吸热反应，因此升高温度可以使平衡向右移动，使丁烯的产率增大，另外，反应速率
30、也随温度的升高而增大。由题意知，丁烯在高温条件下能够发生裂解，因此当温度超过590 时，参与裂解反应的丁烯增多，而使产率降低。答案(1)123小于AD(2)氢气是产物之一，随着n(氢气)/n(丁烷)增大，逆反应速率增大(3)升高温度有利于反应向吸热方向进行温度升高反应速率加快丁烯高温裂解生成短链烃类新题预测1一定条件下合成乙烯：6H2(g)2CO2(g)CH2=CH2(g)4H2O(g)。已知温度对CO2的平衡转化率及催化剂催化效率的影响如图所示。下列说法正确的是()AM点的正反应速率v正大于N点的逆反应速率v逆B若投料比n(H2)n(CO2)41，则图中M点乙烯的体积分数约为5.88%C25
31、0 ，催化剂对CO2平衡转化率的影响最大D当温度高于250 ，升高温度，平衡逆向移动导致催化剂的催化效率降低B由于N点的温度高，催化剂的催化效率低，而M点的温度低，催化剂的催化效率高，M点的正反应速率v正不一定大于N点的逆反应速率v逆，A错误；M点CO2的平衡转化率为50%，根据三段式计算：6H2(g)2CO2(g)CH2=CH2(g)4H2O(g)4 10 0 1.5 0.5 0.25 1 2.5 0.5 0.25 1M点乙烯的体积分数(CH2=CH2)100%5.88%，B正确；催化剂只影响反应速率，不影响平衡移动和反应物的平衡转化率，C错误；该反应的催化剂在250 左右活性最高，当温度高
32、于250 时，催化效率降低，与平衡的移动无关，D错误。2在773 K时，分别将2.00 mol N2和6.00 mol H2充入一个固定容积为1 L的密闭容器中发生反应生成NH3，气体混合物中c(N2)、c(H2)、c(NH3)与反应时间(t)的关系如图所示。(1)下列能说明反应达到平衡状态的是_(选填字母)。av正(N2)3v逆(H2)b体系压强不变c气体平均相对分子质量不变 d气体密度不变(2)在此温度下，若起始充入4.00 mol N2和12.00 mol H2，则反应刚达到平衡时，表示c(H2)t的曲线上相应的点为_(选填字母)。解析(2)起始充入4.00 mol N2和12.00 mol H2，相当于将充入2.00 mol和6.00 mol的两容器压入一个容器，若不移动c(H2)6 molL1。但加压平衡右移c(H2)减小，c(H2)6 molL1，可以选B点。答案(1)bc(2)B