第39讲　化学平衡移动　化学反应方向(基础课)（共78张PPT）-2024届高考化学一轮复习

(共78张PPT)
第39讲　化学平衡移动　化学反应方向(基础课)
第四部分　化学反应原理
第七章　化学反应速率与化学平衡
　　　　　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。　3.了解化学反应的方向判断。
知识点一　化学平衡移动
必备知识梳理
关键能力训练
01
1．化学平衡移动的过程
2．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，________平衡移动。
(3)v正即：哪方向速率大，平衡就向哪方向移动。
正反应方向
不发生
逆反应方向
3．影响化学平衡的外界因素
(1)浓度对平衡的影响
①其他条件不变时，增大反应物浓度，平衡向________方向移动；同理，减小反应物浓度，平衡向________方向移动。
②根据浓度商(Q)和平衡常数判断平衡移动
a．当Q＝K时，反应处于平衡状态；
b．当Q>K时，平衡向________方向移动；
c．当Q正反应
逆反应
逆反应
正反应
③应用：工业生产中，适当增大廉价反应物的浓度，使平衡向正反应方向移动，提高价格较高原料的转化率，从而降低成本。
(2)压强对平衡的影响
其他条件不变时，增大压强，会使平衡向气体体积______的方向移动；减小压强，会使平衡向气体体积______的方向移动。
减小
增大
　　　　　①改变压强，对于反应前后气体体积不变的反应，平衡不移动，v正、v逆同倍数改变。
②平衡混合物中都是固体或液体时，改变压强，平衡不移动。
③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)温度对平衡的影响
其他条件不变时，升高温度，平衡向______方向移动；降低温度，平衡向______方向移动。
吸热
放热
　　　　　①任何可逆反应均有能量变化，改变温度一定发生平衡移动。
②催化剂能改变正、逆反应的活化能，同倍数改变v正、v逆，对平衡移动无影响，只能改变到达平衡的时间。
4．勒夏特列原理
如果改变影响化学平衡的一个因素(如温度、压强及参加反应的物质的浓度)，平衡就向着能够______________的方向移动。如反应N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)在一定温度下达到平衡时c(N2)＝a mol·L－1，压强为p，在恒温下，将容器容积缩小一半，达到平衡时，c′(N2)____2a mol·L－1，p′____2p。
减弱这种改变
＜
＜
　　　　　①勒夏特列原理仅适用于判断平衡移动方向，不适用于改变条件平衡不发生移动的情况。
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。
5．影响化学平衡移动因素的v t图像分析
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，改变条件对反应2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)　ΔH<0的正、逆反应速率的影响如图所示：
(1)加催化剂对反应速率影响的图像是____(填字母，下同)，平衡____移动。
(2)升高温度对反应速率影响的图像是____，平衡向________方向移动。
(3)增大反应容器体积对反应速率影响的图像是____，平衡向________方向移动。
(4)增大O2的浓度对反应速率影响的图像是____，平衡向________方向移动。
C
不
A
逆反应
D
逆反应
B
正反应
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)改变条件，v正、v逆均变化时平衡一定移动。(　　)
(2)在密闭容器加入任一反应物，平衡一定移动。(　　)
(3)升高温度，平衡向正反应方向移动，v正增大，v逆减小。(　　)
(4)平衡向正反应方向移动，生成物的浓度一定增大。(　　)
(5)平衡向正反应方向移动，反应物的转化率一定增大。(　　)
[答案]　(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×
2．在一定温度下，容积不变的容器中发生C(s)＋H2O(g) CO(g)＋H2(g)，改变一个条件，填表
改变条件 平衡移 动方向 v正、v逆 变化 平衡转化率
α(H2O)
①加入C(s)
②通入H2O(g)
③增大压强
④使用催化剂
⑤充入Ne气
[答案]　①不移动　不变　不变　②正向　v正增大，v逆逐渐增大　减小　③逆向　均增大　减小　④不移动　均增大　不变　⑤不移动　不变　不变
　　　　　　化学平衡移动与转化率的判断
1．在恒容密闭容器中，反应2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)　ΔH<0达到平衡后，采用下列措施，既能增大逆反应速率又能使平衡向正反应方向移动的是(　　)
A．通入一定量O2 B．增大容器容积
C．移去部分SO3(g) D．降低体系的温度
[答案]　A
2．在一个密闭容器中充入a mol A和b mol B，发生反应aA(g)＋bB(g)
cC(g)＋dD(g)　ΔH>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________。
①若a＋b＝c＋d，则A的转化率将________；
②若a＋b>c＋d，则A的转化率将________；
③若a＋b(3)升高温度，平衡________移动，达到新平衡时，c(A)将________，c(C)将________，A的转化率将________。
[答案]　(1)减小　增大　增大　增大　(2)正向　增大　增大　①不变　②增大　③减小　(3)正向　减小　增大　增大
3．一定温度下，1 L密闭容器中发生A(g)＋2B(g) C(g)，平衡时A、B、C的浓度分别为1 mol/L、2 mol/L和1.5 mol/L，在温度不变的条件下，再充入1 mol A、1 mol B和1 mol C，此时平衡移动方向为________(填“向右”“向左”或“不移动”)。
[答案]　向右
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
B．aC．物质A的转化率增大
D．物质A和C的浓度都增大，且增大的倍数相同
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；因达到新的平衡时，A的浓度是原来的1.6倍，说明平衡正向移动，C的浓度比原来的2倍还多，A的转化率增大。]
平衡转化率变化的判断方法
(1)改变温度或压强，若平衡正向移动，转化率增大。
(2)两种或多种反应物的反应，增大某一反应物的浓度，其他反应物的转化率增大，而自身的转化率减小。
(3)恒温恒容条件下，对于可逆的分解反应aA(g) bB(g)＋cC(g)，A分解反应建立平衡后，增大A的浓度，平衡正向移动。当a＝b＋c时，α(A)不变，φ(A)不变；a>b＋c时，α(A)增大，φ(A)减小；a　　　　　　根据平衡移动比较平衡状态
5．将等物质的量的X、Y气体充入某密闭容器中，在一定条件下，发生如下反应并达到平衡：X(g)＋3Y(g) 2Z(g)　ΔH<0。改变某个条件并维持新条件直至达到平衡状态，下表中关于新平衡与原平衡的比较正确的是(　　)
选项 改变的条件 新平衡与原平衡比较
A 升高温度 X的转化率变小
B 增大压强 X的浓度变小
C 充入一定量Y Y的转化率增大
D 使用适当催化剂 X的体积分数变小
[答案]　A
6．一定条件下存在反应：2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)，其正反应放热。图1、图2表示起始时容器甲、丙的体积都是V，容器乙、丁的体积都是 ；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。
请完成下列问题：
(1)图1达平衡，α(SO2)：甲________(填“>”“<”或“＝”，下同)乙，K：K甲________K乙。
(2)图2达平衡，α(SO2)：丙________丁，c(SO2)：丙________丁。
(3)甲、丙达平衡，α(SO2)：甲________丙，SO2体积分数：甲________丙。
[解析]　(1)甲、乙相比，平衡时，乙中温度高，正向程度小，乙中α(SO2)较小。(2)丙、丁相比，平衡时，丁中温度高，正向程度小，丁中α(SO2)较小，c(SO2)较大。(3)甲、丙相比，平衡时甲中压强大，甲中α(SO2)较大。
[答案]　(1)>　>　(2)>　<　(3)>　<
(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)
新平衡状态可以认为是两个原平衡状态简单的叠加，压强不变，平衡不移动。
知识点二　工业合成氨与反应条件的调控
02
必备知识梳理
关键能力训练
1．工业合成氨的条件控制
(1)反应原理：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ·mol－1
(2)根据反应特点可选择的条件
①增大合成氨反应速率的措施有：__________、__________、____________________和____________。
②提高平衡混合气中NH3含量的措施有：__________、__________和____________________。
升高温度
增大压强
增大N2、H2的浓度
使用催化剂
降低温度
增大压强
增大N2、H2的浓度
(3)反应条件的控制
①压强：10～30 MPa。压强越大，转化率越大，但对____________的要求高，需要的______也越大。
②温度：400～500 ℃。温度要适宜，既要保证反应有较快的速率，又要使反应物的转化率不能太低，并且该反应的催化剂在该温度下______最大。
材料、设备
动力
活性
③催化剂：使用催化剂可提高反应的速率。
④浓度：迅速冷却使_______液化，降低c(NH3)，平衡向____移动。
⑤循环操作：将分离出NH3的原料气循环使用，提高原料的利用率。
NH3
右
2．化学反应调控的一般原则
条件 原则
从化学反应 速率分析 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
条件 原则
从原料的利 用率分析 ①增大易得廉价原料浓度，提高难得高价原料的利用率，从而降低生产成本
②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
1．在合成氨工业中，原料气(N2、H2及少量CO、NH3的混合气)在进入合成塔前需经过铜氨液处理，目的是除去其中的CO，其反应为[Cu(NH3)2]＋＋CO＋NH3 [Cu(NH3)3CO]＋　ΔH<0。
(1)铜氨液吸收CO适宜的生产条件是____________。　
(2)吸收CO后的铜氨液经过适当处理又可再生，恢复其吸收CO的能力，可供循环使用。铜氨液再生适宜的生产条件是______________。
[答案]　(1)低温、高压　(2)高温、低压
2．CO可用于合成甲醇，化学方程式为CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g)。CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图所示。该反应ΔH______0(填“>”或“<”)。实际生产条件控制在250 ℃、1.3×104 kPa左右，选择此压强的理由是_______________________________。
[答案]　<　在1.3×104 kPa下，CO的转化率较高，再增大压强CO转化率提高不大，同时生产成本增加，得不偿失
3．“丁烯裂解法”是一种重要的丙烯生产法，在生产过程中会有生成乙烯的副反应发生。反应如下：
测得上述两反应的平衡体系中，各组分的质量分数(w)随温度(T)和压强(p)变化的趋势分别如图甲和图乙所示：
(1)平衡体系中的C3H6(g)和C2H4(g)的质量比是工业生产C3H6(g)时选择反应条件的重要依据之一，从产物的纯度考虑，该数值越高越好，据图甲和图乙判断，反应条件应选择______(填序号)。
A．300 ℃、0.1 Mpa B．700 ℃、0.1 MPa
C．300 ℃、0.5 MPa D．700 ℃、0.5 MPa
(2)有研究者结合图甲数据并综合考虑各种因素，认为450 ℃的反应温度比300 ℃或700 ℃更合适，从反应原理角度分析其理由可能是___________________________________________________________________________________________________________。
[解析]　(1)由图甲可知，300 ℃时C2H4(g)的质量分数接近于0，而温度升高，C2H4(g)的质量分数增大，故选择300 ℃；由图乙可知，压强增大，C2H4(g)的质量分数减小，C3H6(g)的质量分数增大，故选0.5 MPa，因此控制反应条件为300 ℃、0.5 MPa。(2)温度越低，反应速率越慢，由图甲可知，300 ℃时反应速率慢；温度升高，C2H4(g)的质量分数增大，700 ℃的副反应的转化率大于丁烯转化成丙烯的转化率。而450 ℃时，C3H6(g)的质量分数达最大值，且C2H4(g)的质量分数在10%左右，产物中C3H6(g)的含量较高，故450 ℃更合适。
[答案]　(1)C　(2)300 ℃反应速率慢，700 ℃副反应的转化率大于丁烯转化成丙烯的转化率
知识点三　化学反应的方向
03
必备知识梳理
关键能力训练
1．自发过程(自发反应)
(1)定义：一定条件下不需要外界作用就能进行的过程(或反应)称为自发过程(或自发反应)。
(2)特点
①大多数______反应(ΔH____0)可以自发进行。
②大多数混乱度______的反应(熵变ΔS____0)可以自发进行。
放热
<
增大
>
　　　　　自发反应(过程)指的是在一定条件下有自发进行的倾向而不一定发生，如燃烧反应是自发反应，但在常温下不一定燃烧。
2．熵与熵变
(1)熵：描述体系__________的物理量，符号为S。熵值越大，体系________越大。
(2)熵变：ΔS＝S(生成物)－S(反应物)。
(3)常见的熵增过程
①同一种物质由固态到液态再到气态：S(s)②反应后气体物质的量______的反应。
③固体参加生成气体的反应，如C(s)＋H2O(g) CO(g)＋H2(g)。
混乱程度
混乱度
增加
3．化学反应方向的判定
(1)判定依据
<
>
>0
＝0
<0
(2)一般规律
①ΔH____0、ΔS____0，任何温度下都能自发进行。
②ΔH____0、ΔS____0，任何温度下都不能自发进行。
③ΔH和ΔS的作用相反，且相差不大时，______对反应的方向起决定性作用。当ΔH<0、ΔS<0时，______下反应能自发进行；当ΔH>0、ΔS>0时，______下反应能自发进行。
<
>
>
<
温度
低温
高温
1．已知：ΔG＝ΔH—TΔS，当ΔG<0，反应能自发进行，ΔG>0反应不能自发进行。下列说法中正确的是(　　)
A．非自发反应在任何条件下都不能发生
B．熵增加且放热的反应一定是自发反应
C．自发反应一定是熵增加的反应，非自发反应一定是熵减小或不变的反应
D．凡是放热反应都是能自发进行的反应，而吸热反应都是非自发进行的反应
B　[A.非自发反应在一定条件下也能发生，如碳酸钙的分解反应在常温下不能自发进行，在高温下就可以自发进行，错误；B.熵增加且放热的反应，ΔS>0、ΔH<0，则ΔG＝ΔH－TΔS<0，反应一定能自发进行，正确；C.反应能否自发进行，由熵变、焓变和反应温度共同决定，所以熵增加、熵减小或熵不变的反应都可能自发进行，错误；D.根据上述分析可知，反应能否自发进行，由熵变、焓变和反应温度共同决定，所以放热反应或吸热反应都可能自发进行，错误。]
2．回答下列问题：
(1)用钌的配合物作催化剂，一定条件下可直接光催化分解CO2，发生反应：2CO2(g)===2CO(g)＋O2(g)，该反应的ΔH________0，ΔS________0(填“>”“<”或“＝”)，在低温下，该反应________(填“能”或“不能”)自发进行。
(2)超声速飞机在平流层飞行时，尾气中的NO会破坏臭氧层。科学家正在研究利用催化技术将尾气中的NO和CO转变成CO2和N2，化学方程式为2NO＋2CO 2CO2＋N2。若反应在常温下能够自发进行，则反应的ΔH______(填“>”“<”或“＝”)0。
(3)已知在100 kPa、298 K时石灰石分解反应
CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)的ΔH>0，ΔS>0。
①常温下，该反应________(填“能”或“不能”)自发进行。
②据本题反应数据分析，温度________(填“能”或“不能”)成为反应进行方向的决定因素。
(4)已知CaSO4(s)＋CO(g) CaO(s)＋SO2(g)＋CO2(g)　ΔH＝＋218 kJ·mol－1，该反应能够自发进行的反应条件是________。
(5)某吸热反应能自发进行，则该反应的ΔS________(填“>”或“<”)0。
[解析]　(1)由于CO在O2中燃烧生成CO2为放热反应，则二氧化碳分解生成CO和O2的反应为吸热反应，ΔH>0，根据化学方程式可知，反应后气体的化学计量数之和增加，ΔS>0，故低温下ΔG＝ΔH－TΔS>0，反应不能自发进行。(2)ΔG＝ΔH－TΔS<0时反应自发进行，通过化学方程式可知常温下ΔS<0，常温下反应能够自发进行，则ΔH<0。(3)①根据ΔG＝ΔH－TΔS<0时反应自发进行，已知ΔH>0，ΔS>0，则常温下不能自发进行；②该反应的ΔH>0、ΔS>0，高温条件下能使ΔG＝ΔH－TΔS<0，而常温条件下ΔG＝ΔH－TΔS>0，则该反应中温度能成为决定反应进行方向的因素。(4)该反应的ΔS>0、ΔH>0，则高温时ΔG＝ΔH－TΔS<0，反应能自发进行。(5)已知某吸热反应能自发进行，即ΔG＝ΔH－TΔS<0，ΔH>0，则ΔS>0。
[答案]　(1)>　>　不能　(2)<　(3)①不能　②能　(4)高温　(5)>
真题感悟·明确考向
04
1．(2022·河北选择性考试，节选)工业上常用甲烷水蒸气重整制备氢气，体系中发生如下反应。
1
3
2
4
下列操作中，能提高CH4(g)平衡转化率的是________(填标号)。
A．增加CH4(g)用量
B．恒温恒压下通入惰性气体
C．移除CO(g)
D．加入催化剂
1
3
2
4
[解析]　A项，增加CH4(g)用量，α(CH4)减小，错误；B项，恒温恒压通入惰性气体，相当于减压，反应Ⅰ正向移动，α(CH4)增大，正确；C项，移除CO(g)，反应Ⅰ正向移动，α(CH4)增大，正确；D项，加入催化剂，不影响平衡，α(CH4)不变，错误。
[答案]　BC
1
3
2
4
2．(2022·全国甲卷，T28节选)TiO2转化为TiCl4有直接氯化法和碳氯化法。在1 000 ℃时反应的热化学方程式及其平衡常数如下：
(ⅰ)直接氯化：
TiO2(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(g)＋O2(g)
ΔH1＝172 kJ·mol－1，Kp1＝1.0×10－2
(ⅱ)碳氯化：
TiO2(s)＋2Cl2(g)＋2C(s)===TiCl4(g)＋2CO(g)
ΔH2＝－51 kJ·mol－1，Kp2＝1.2×1012Pa
1
3
2
4
(1)反应2C(s)＋O2(g)===2CO(g)的ΔH为________kJ·mol－1，Kp＝________Pa。
(2)碳氯化的反应趋势远大于直接氯化，其原因是__________________。
(3)对于碳氯化反应：增大压强，平衡________移动(填“向左”“向右”或“不”)；温度升高，平衡转化率________(填“变大”“变小”或“不变”) 。
1
3
2
4
1
3
2
4
[答案]　(1)－223　1.2×1014　(2)碳氯化反应气体分子数增加，ΔH小于0，是熵增、放热的反应，熵判据与焓判据均是自发过程，而直接氯化的体系气体分子数不变且是吸热过程　(3)向左　变小
1
3
2
4
3．(2022·辽宁选择性考试，节选)已知合成氨反应为：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ·mol－1，ΔS＝－200 J·K－1·mol－1。
(1)合成氨反应在常温下________(填“能”或“不能”)自发。
(2)________温(填“高”或“低”，下同)有利于提高反应速率，________温有利于提高平衡转化率，综合考虑催化剂(铁触媒)活性等因素，工业常采用400～500 ℃。
1
3
2
4
[解析]　(1)ΔG＝ΔH－TΔS＝－92.4 kJ·mol－1－298 K×(－200 J·K－1·mol－1)×10－3 kJ·J－1＝－32.8 kJ·mol－1<0。
[答案]　(1)能　(2)高　低
1
3
2
4
2
3
4
1
4．(2021·广东选择性考试，T19节选)我国力争于2030年前做到碳达峰，2060年前实现碳中和。CH4与CO2重整是CO2利用的研究热点之一。该重整反应体系主要涉及以下反应：
2
3
4
1
(1)根据盖斯定律，反应a的ΔH1＝______________(写出一个代数式即可)。
(2)上述反应体系在一定条件下建立平衡后，下列说法正确的有________。
A．增大CO2与CH4的浓度，反应a、b、c的正反应速率都增加
B．移去部分C(s)，反应c、d、e的平衡均向右移动
C．加入反应a的催化剂，可提高CH4的平衡转化率
D．降低反应温度，反应a～e的正、逆反应速率都减小
2
3
4
1
[解析]　(1)由题给反应方程式可知，反应a可由反应c－d或反应b＋c－e得到，故根据盖斯定律，ΔH1＝ΔH3－ΔH4或ΔH1＝ΔH2＋ΔH3－ΔH5。(2)增大CO2的浓度，反应a、b的正反应速率增加；增大CH4的浓度，反应a、c的正反应速率增加，A正确。由于C(s)是固体，移去部分C(s)，平衡不移动，B错误。催化剂只能改变反应速率，不影响化学平衡移动，则不能提高CH4的平衡转化率，C错误。降低反应温度，正、逆反应速率均减小，D正确。
[答案]　(1)ΔH3－ΔH4(或ΔH2＋ΔH3－ΔH5)　(2)AD
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