考点5 勒夏特列原理(平衡移动原理)-讲义-2022~2023学年高二化学(人教版2019选择性必修1)(Word含解析)

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名称 考点5 勒夏特列原理(平衡移动原理)-讲义-2022~2023学年高二化学(人教版2019选择性必修1)(Word含解析)
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资源类型 试卷
版本资源 人教版(2019)
科目 化学
更新时间 2023-01-03 21:01:17

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考点5 勒夏特列原理(平衡移动原理)
1.定义
如果改变影响平衡的条件之一(如温度、浓度、压强等),平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动。
简单记忆:改变―→减弱这种改变。
2.适用范围
(1)勒夏特列原理仅适用于已达到平衡的反应体系,不可逆过程或未达到平衡的可逆过程均不能使用该原理。此外,勒夏特列原理对所有的动态平衡(如溶解平衡、电离平衡和水解平衡等)都适用。
(2)勒夏特列原理只适用于判断“改变影响平衡的一个条件”时平衡移动的方向。若同时改变影响平衡移动的几个条件,则不能简单地根据勒夏特列原理来判断平衡移动的方向,只有在改变的条件对平衡移动的方向影响一致时,才能根据勒夏特列原理进行判断。
3. 理解勒夏特列原理应注意的问题
勒夏特列原理的使用条件:
一要存在在动态于衡,二要因为某些条件的变化伙动态平衡发生了移动。
(1).如果不存在动态平衡或平衡未发生移动,则不能用勒夏特列原理解释。
如H(g)+Br (g)2HBr(g)体系加压时颜色加深是由于c(Br2)增大(平衡未移动)。
(2).平衡移动原理中的“减弱”的含义:
①从定性角度看,平街移动的方向为抵抗外界条件的方向。如增大反应物浓度,平衡就向减弱这种改变即反应物浓度减小的正反应句移动;增大压强,平衡就向气体体积减小即气体的物质的量减少、压强减小的方向移动;高温度,平衡就向吸热反应即向使温度降低的方向移动。这种移动可以理解为与条件改变“对着干”。
②从定量角度看,平衡移边的结果只是减弱了外界条件的变化,一般不能完全抵消外界条件的变化的变化量。
但必须注意特殊情况。如只有一种气体的可逆反应BaO (s)2BaO(s)+O2(g).如果在温度不变的情况下增大压强(缩小体积),平衡向气体体积减小的方向移动,但由于平衡常数Kc=c(O )或Kp=p(O )不变,所以必然是变化到O2等于原浓度、压强时又达到半衡。
5.外界条件的变化对速率的影响和平衡移动方向的判断
在一定条件下,浓度、压强、温度、催化剂等外界因素会影响可逆反应的速率,但平衡不一定发生移动,只有当v正≠v逆时,平衡才会发生移动。对于反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),分析如下:
条件改变的时刻 v正的变化 v逆的变化 v正与v逆的比较 平衡移动方向
浓度 增大反应物的浓度 增大 不变 v正>v逆 向正反应方向移动
减小反应物的浓度 减小 不变 v正<v逆 向逆反应方向移动
增大生成物的浓度 不变 增大 v正<v逆 向逆反应方向移动
减小生成物的浓度 不变 减小 v正>v逆? 向正反应方向移动
压强(通过改变体积使压强变化) m+n>p+q 增大压强 增大 增大 v正>v逆 向正反应方向移动
减小压强 减小 减小 v正<v逆 向逆反应方向移动
m+n减小压强 减小 减小 v正>v逆 向正反应方向移动
m+n=p+q 增大压强 增大 增大 v正=v逆 平衡不移动
减小 压强 减小 减小 v正=v逆 平衡不移动
容积不变充入He 不变 不变 v正=v逆 平衡不移动
压强不变充入He m+n>p+q 减小 减小 v正<v逆 向逆反应方向移动
m+n=p+q 减小 减小 v正=v逆 平衡不移动
m+n<p+q 减小 减小 v正>v逆 向正反应方向移动
温度 ΔH<0 升高温度 增大 增大 v正<v逆 向逆反应方向移动
降低温度 减小 减小 v正>v逆 向正反应方向移动
ΔH>0 升高温度 增大 增大 v正>v逆 向正反应方向移动
降低 温度 减小 减小 v正<v逆 向逆反应方向移动
催化剂 使用正催化剂 增大 增大 v正=v逆 平衡不移动
使用负催化剂 减小 减小 v正=v逆 平衡不移动
5.浓度、压强和温度对平衡移动影响的几种特殊情况
(1)改变固体或纯液体的量,对平衡无影响。
(2)当反应混合物中不存在气态物质时,压强的改变对平衡无影响。
(3)对于反应前后气体体积无变化的反应,如H2(g)+I2(g)2HI(g),压强的改变对平衡无影响。但增大(或减小)压强会使各物质的浓度增大(或减小),混合气体的颜色变深(或浅)。
(4)恒容时,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,增大(减小)浓度相当于增大(减小)压强。
(5)在恒容容器中,当改变其中一种气态物质的浓度时,必然会引起压强的改变,在判断平衡移动的方向和物质的转化率、体积分数变化时,应灵活分析浓度和压强对化学平衡的影响。若用α表示物质的转化率,φ表示气体的体积分数,则:
①对于A(g)+B(g)C(g)类反应,达到平衡后,保持温度、容积不变,加入一定量的A,则平衡向正反应方向移动,α(B)增大而α(A)减小,φ(B)减小而φ(A)增大。
②对于aA(g)bB(g)或aA(g)bB(g)+cC(g)类反应,达到平衡后,保持温度、容积不变,加入一定量的A,平衡移动的方向、A的转化率变化,可分以下三种情况进行分析:
特点 示例 改变 分析 移动方向 移动结果
Ⅰ Δn>0 PCl5(g)PCl3(g)+Cl2(g) 充入PCl5 c(PCl5)增大,v正>v逆,但压强增大不利于PCl5的分解 正反应方向 α(PCl5)减小,φ(PCl5)增大
Ⅱ Δn=0 2HI(g)H2(g)+I2(g) 充入HI c(HI)增大,v正>v逆,压强增大,对v正、v逆的影响相同 α(HI)、φ(HI)不变
Ⅲ Δn<0 2NO2(g)N2O4(g) 充入NO2 c(NO2)增大,v正>v逆,同时压强增大更有利于NO2的转化 α(NO2)增大,φ(NO2)减小
1.(2021春 徐州期末)研究表明,在催化剂a(或催化剂b)存在下,CO2和H2能同时发生两个平行反应,反应的热化学方程式如下:
①CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)△H1=﹣53.7kJ mol﹣1
②CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)△H2=+41.2kJ mol﹣1
某实验小组控制CO2和H2初始投料比为1:2.2。在相同压强下,经过相同反应时间测得的实验数据如下(甲醇选择性指转化的CO2中生成甲醇的百分比):
实验编号 T(K) 催化剂 CO2转化率(%) 甲醇选择性(%)
1 543 催化剂a 12.3 42.3
2 543 催化剂b 10.9 72.7
3 553 催化剂a 15.3 39.1
4 553 催化剂b 12.0 71.6
下列说法正确的是(  )
A.相同温度下,催化剂a对CO2转化成CH3OH有较高的选择性
B.其他条件不变,升高温度反应①中CO2转化为CH3OH平衡转化率增大
C.其他条件不变,增大反应体系压强反应②中平衡常数增大
D.反应①在无催化剂、催化剂a和催化剂b三种情况下能量示意图如图所示
答案:D。
【解答】解:A.由实验1、2可知,2中甲醇选择性高,则相同温度下,在该时刻催化剂b对CO2转化成CH3OH有较高的选择性,故A错误;
B.反应①为放热反应,升高温度平衡逆向移动,则升高温度反应①中CO2转化为CH3OH平衡转化率减小,故B错误;
C.平衡常数与温度有关,则其他条件不变,增大反应体系压强反应②中平衡常数不变,故C错误;
D.催化剂可降低反应的活化能,不影响始终态,且催化剂b对应的活化能最小,图象合理,故D正确;
【点评】本题考查化学平衡,为高频考点,把握表中数据的分析、催化剂的选择性为解答的关键,侧重分析与应用能力的考查,注意选项D为解答的难点,题目难度不大。
2.(2021春 淮安期末)对于反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)△H<0,下列有关说法错误的是(  )
A.提高的值可增大N2的转化率
B.使用催化剂可缩短达到平衡的时间
C.降低温度有利于提高N2的平衡转化率
D.增大压强能提高N2的反应速率和转化率
答案:A。
【解答】解:A.增大氮气的量可促进氢气的转化,则提高的值可增大H2的转化率,而N2的转化率减小,故A错误;
B.催化剂可加快反应速率,可缩短达到平衡的时间,故B正确;
C.焓变为负,为放热反应,降低温度平衡正向移动,可提高N2的平衡转化率,故C正确;
D.N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)为气体体积减小的反应,增大压强可加快反应速率,且平衡正向移动,可提高N2的平衡转化率,故D正确;
【点评】本题考查化学平衡,题目难度中等,明确温度、浓度和压强对平衡移动的影响为解答的关键,侧重分析与应用能力的考查,注意选项A为解答的易错点。
3.(2021春 赤峰期末)氢气于烟气的脱氮、脱硫的反应为4H2(g)+2NO(g)+SO2(g) N2(g)+S(l)+4H2O(g) ΔH<0。下列有关说法正确的是(  )
A.化学平衡常数表达式为
B.升高温度,正反应速率减小,逆反应速率增大,化学平衡逆向移动
C.使用高效催化剂可提高NO的平衡转化率
D.当v(H2)=v(H2O)时,达到平衡
答案: A。
【解析】解:A.4H2(g)+2NO(g)+SO2(g) N2(g)+S(l)+4H2O(g)的化学平衡常数表达式为:,故A正确;
B.升高温度,正反应速率和逆反应速率都增大,该反应为放热反应,化学平衡逆向移动,故B错误;
C.高效催化剂可提高反应速率,但不影响反应限度,NO的平衡转化率不变,故C错误;
D.当v(H2)=v(H2O)时,没有指出正、逆反应速率,也不符合化学计量数关系,无法判断平衡状态,故D错误;
【点评】本题考查化学平衡的影响因素,为高频考点,明确题干反应特点、化学平衡常数表达式为解答关键,注意掌握化学平衡的影响因素,C为易错点,题目难度不大。
4.(2021春 瑶海区月考)可逆反应aA(g)+cC(g) bB(s)+dD(g)△H,其他条件不变,C的物质的量分数和温度(T)或压强(P)关系如图,其中不正确的是(  )
A.升高温度、增大压强,平衡都向正反应方向移动
B.使用催化剂,C的物质的量分数不变
C.化学方程式系数a+c>b+d
D.△H>0,升高温度平衡常数K值增大
答案: C。
【解析】解:A.由图可知,T2>T1,升高温度C的物质的量小,则升高温度平衡正向移动;P2>P1,增大压强C的物质的量小,则增大压强平衡正向移动,则升高温度、增大压强,平衡都向正反应方向移动,故A正确;
B.催化剂不影响平衡移动,则C的物质的量分数不变,故B正确;
C.增大压强平衡向气体体积减小的方向移动,平衡正向移动,可知化学方程式系数a+c>d,故C错误;
D.K与温度有关,由选项A可知为吸热反应,则△H>0,升高温度使平衡正向移动,平衡常数K值增大,故D正确;
【点评】本题考查化学平衡,为高频考点,把握温度、压强对平衡移动的影响为解答的关键,侧重分析与应用能力的考查,注意图中先拐先平数值大,题目难度不大。
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考点5 勒夏特列原理(平衡移动原理)
1.定义
如果改变影响平衡的条件之一(如温度、浓度、压强等),平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动。
简单记忆:改变―→减弱这种改变。
2.适用范围
(1)勒夏特列原理仅适用于已达到平衡的反应体系,不可逆过程或未达到平衡的可逆过程均不能使用该原理。此外,勒夏特列原理对所有的动态平衡(如溶解平衡、电离平衡和水解平衡等)都适用。
(2)勒夏特列原理只适用于判断“改变影响平衡的一个条件”时平衡移动的方向。若同时改变影响平衡移动的几个条件,则不能简单地根据勒夏特列原理来判断平衡移动的方向,只有在改变的条件对平衡移动的方向影响一致时,才能根据勒夏特列原理进行判断。
3. 理解勒夏特列原理应注意的问题
勒夏特列原理的使用条件:
一要存在在动态于衡,二要因为某些条件的变化伙动态平衡发生了移动。
(1).如果不存在动态平衡或平衡未发生移动,则不能用勒夏特列原理解释。
如H(g)+Br (g) 2HBr(g)体系加压时颜色加深是由于c(Br2)增大(平衡未移动)。
(2).平衡移动原理中的“减弱”的含义:
①从定性角度看,平街移动的方向为抵抗外界条件的方向。如增大反应物浓度,平衡就向减弱这种改变即反应物浓度减小的正反应句移动;增大压强,平衡就向气体体积减小即气体的物质的量减少、压强减小的方向移动;高温度,平衡就向吸热反应即向使温度降低的方向移动。这种移动可以理解为与条件改变“对着干”。
②从定量角度看,平衡移边的结果只是减弱了外界条件的变化,一般不能完全抵消外界条件的变化的变化量。
但必须注意特殊情况。如只有一种气体的可逆反应BaO (s)2BaO(s)+O2(g).如果在温度不变的情况下增大压强(缩小体积),平衡向气体体积减小的方向移动,但由于平衡常数Kc=c(O )或Kp=p(O )不变,所以必然是变化到O2等于原浓度、压强时又达到半衡。
5.外界条件的变化对速率的影响和平衡移动方向的判断
在一定条件下,浓度、压强、温度、催化剂等外界因素会影响可逆反应的速率,但平衡不一定发生移动,只有当v正≠v逆时,平衡才会发生移动。对于反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),分析如下:
条件改变的时刻 v正的变化 v逆的变化 v正与v逆的比较 平衡移动方向
浓度 增大反应物的浓度 增大 不变 v正>v逆 向正反应方向移动
减小反应物的浓度 减小 不变 v正<v逆 向逆反应方向移动
增大生成物的浓度 不变 增大 v正<v逆 向逆反应方向移动
减小生成物的浓度 不变 减小 v正>v逆? 向正反应方向移动
压强(通过改变体积使压强变化) m+n>p+q 增大压强 增大 增大 v正>v逆 向正反应方向移动
减小压强 减小 减小 v正<v逆 向逆反应方向移动
m+n减小压强 减小 减小 v正>v逆 向正反应方向移动
m+n=p+q 增大压强 增大 增大 v正=v逆 平衡不移动
减小 压强 减小 减小 v正=v逆 平衡不移动
容积不变充入He 不变 不变 v正=v逆 平衡不移动
压强不变充入He m+n>p+q 减小 减小 v正<v逆 向逆反应方向移动
m+n=p+q 减小 减小 v正=v逆 平衡不移动
m+n<p+q 减小 减小 v正>v逆 向正反应方向移动
温度 ΔH<0 升高温度 增大 增大 v正<v逆 向逆反应方向移动
降低温度 减小 减小 v正>v逆 向正反应方向移动
ΔH>0 升高温度 增大 增大 v正>v逆 向正反应方向移动
降低 温度 减小 减小 v正<v逆 向逆反应方向移动
催化剂 使用正催化剂 增大 增大 v正=v逆 平衡不移动
使用负催化剂 减小 减小 v正=v逆 平衡不移动
5.浓度、压强和温度对平衡移动影响的几种特殊情况
(1)改变固体或纯液体的量,对平衡无影响。
(2)当反应混合物中不存在气态物质时,压强的改变对平衡无影响。
(3)对于反应前后气体体积无变化的反应,如H2(g)+I2(g)2HI(g),压强的改变对平衡无影响。但增大(或减小)压强会使各物质的浓度增大(或减小),混合气体的颜色变深(或浅)。
(4)恒容时,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,增大(减小)浓度相当于增大(减小)压强。
(5)在恒容容器中,当改变其中一种气态物质的浓度时,必然会引起压强的改变,在判断平衡移动的方向和物质的转化率、体积分数变化时,应灵活分析浓度和压强对化学平衡的影响。若用α表示物质的转化率,φ表示气体的体积分数,则:
①对于A(g)+B(g)C(g)类反应,达到平衡后,保持温度、容积不变,加入一定量的A,则平衡向正反应方向移动,α(B)增大而α(A)减小,φ(B)减小而φ(A)增大。
②对于aA(g)bB(g)或aA(g)bB(g)+cC(g)类反应,达到平衡后,保持温度、容积不变,加入一定量的A,平衡移动的方向、A的转化率变化,可分以下三种情况进行分析:
特点 示例 改变 分析 移动方向 移动结果
Ⅰ Δn>0 PCl5(g)PCl3(g)+Cl2(g) 充入PCl5 c(PCl5)增大,v正>v逆,但压强增大不利于PCl5的分解 正反应方向 α(PCl5)减小,φ(PCl5)增大
Ⅱ Δn=0 2HI(g)H2(g)+I2(g) 充入HI c(HI)增大,v正>v逆,压强增大,对v正、v逆的影响相同 α(HI)、φ(HI)不变
Ⅲ Δn<0 2NO2(g)N2O4(g) 充入NO2 c(NO2)增大,v正>v逆,同时压强增大更有利于NO2的转化 α(NO2)增大,φ(NO2)减小
1.(2021春 徐州期末)研究表明,在催化剂a(或催化剂b)存在下,CO2和H2能同时发生两个平行反应,反应的热化学方程式如下:
①CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)△H1=﹣53.7kJ mol﹣1
②CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)△H2=+41.2kJ mol﹣1
某实验小组控制CO2和H2初始投料比为1:2.2。在相同压强下,经过相同反应时间测得的实验数据如下(甲醇选择性指转化的CO2中生成甲醇的百分比):
实验编号 T(K) 催化剂 CO2转化率(%) 甲醇选择性(%)
1 543 催化剂a 12.3 42.3
2 543 催化剂b 10.9 72.7
3 553 催化剂a 15.3 39.1
4 553 催化剂b 12.0 71.6
下列说法正确的是(  )
A.相同温度下,催化剂a对CO2转化成CH3OH有较高的选择性
B.其他条件不变,升高温度反应①中CO2转化为CH3OH平衡转化率增大
C.其他条件不变,增大反应体系压强反应②中平衡常数增大
D.反应①在无催化剂、催化剂a和催化剂b三种情况下能量示意图如图所示
2.(2021春 淮安期末)对于反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)△H<0,下列有关说法错误的是(  )
A.提高的值可增大N2的转化率
B.使用催化剂可缩短达到平衡的时间
C.降低温度有利于提高N2的平衡转化率
D.增大压强能提高N2的反应速率和转化率
3.(2021春 赤峰期末)氢气于烟气的脱氮、脱硫的反应为4H2(g)+2NO(g)+SO2(g) N2(g)+S(l)+4H2O(g) ΔH<0。下列有关说法正确的是(  )
A.化学平衡常数表达式为
B.升高温度,正反应速率减小,逆反应速率增大,化学平衡逆向移动
C.使用高效催化剂可提高NO的平衡转化率
D.当v(H2)=v(H2O)时,达到平衡
4.(2021春 瑶海区月考)可逆反应aA(g)+cC(g) bB(s)+dD(g)△H,其他条件不变,C的物质的量分数和温度(T)或压强(P)关系如图,其中不正确的是(  )
A.升高温度、增大压强,平衡都向正反应方向移动
B.使用催化剂,C的物质的量分数不变
C.化学方程式系数a+c>b+d
D.△H>0,升高温度平衡常数K值增大
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