考點(diǎn)05 化學(xué)反應(yīng)的限度-2022-2023學(xué)年上海市高二化學(xué)同步考點(diǎn)歸納與測試（滬科版2020選擇性必修1）（原卷版）

考點(diǎn)05化學(xué)反應(yīng)的限度【核心考點(diǎn)梳理】有些化學(xué)反應(yīng)不能進(jìn)行到底，如合成氨反應(yīng)在密閉體系中進(jìn)行到一定的程度，正、逆反應(yīng)速率相等時(shí)，達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)。此時(shí)，究竟有多少反應(yīng)物轉(zhuǎn)化為生成物？能否提高轉(zhuǎn)化的程度？這對工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究具有重要的指導(dǎo)作用。本節(jié)我們將從定量的角度進(jìn)一步認(rèn)識(shí)化學(xué)平衡狀態(tài)。一、化學(xué)平衡常數(shù)化學(xué)平衡狀態(tài)是一定條件下可逆反應(yīng)可進(jìn)行的最大限度。在生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，人們常常需要知道，當(dāng)一個(gè)可逆反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)時(shí)，有多少反應(yīng)物轉(zhuǎn)化成了生成物，反應(yīng)物和生成物之間又有怎樣的定量關(guān)系。下面以可逆反應(yīng)：H2(g)+I2(g)?2HI(g)為例，來了解平衡狀態(tài)時(shí)各物質(zhì)平衡濃度之間的定量關(guān)系。分別在五個(gè)1L密閉容器里通入不同物質(zhì)的量的H2、I2和HI。將五個(gè)密閉容器都加熱到457.6℃，經(jīng)過足夠的時(shí)間使它們的反應(yīng)都達(dá)到平衡狀態(tài)，并測得各物質(zhì)的平衡濃度，數(shù)據(jù)如表所示。H2(g)+I2(g)?2HI(g)反應(yīng)中起始和平衡狀態(tài)時(shí)各物質(zhì)的濃度(457.6℃)1、化學(xué)平衡常數(shù)結(jié)果表明，達(dá)到平衡時(shí)，［HI］2/［H2］［I2］的數(shù)值接近一個(gè)常數(shù)。在一定溫度下，可逆反應(yīng)無論從正反應(yīng)方向開始，還是從逆反應(yīng)方向開始，也無論反應(yīng)開始時(shí)反應(yīng)物和生成物的濃度大小，當(dāng)達(dá)到平衡時(shí)，生成物濃度冪的乘積除以反應(yīng)物濃度冪的乘積的比值是個(gè)常數(shù)，這個(gè)常數(shù)叫做該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)，簡稱平衡常數(shù)，用符號(hào)K表示。2、化學(xué)平衡常數(shù)的表示化學(xué)平衡常數(shù)是定量描述化學(xué)反應(yīng)限度的物理量。對于一般的可逆反應(yīng)：aA+bB?cC+dD，一定溫度下的平衡常數(shù)可表示為：K=［C］c［D］d/[A］a［B］b平衡常數(shù)的表達(dá)式必須與化學(xué)方程式相對應(yīng)。在稀溶液中進(jìn)行的反應(yīng)，如果反應(yīng)中有水參加，水的濃度不必寫在平衡常數(shù)的表達(dá)式中，因?yàn)樗臐舛缺灰暈槌?shù)。當(dāng)有固體和純液體參與反應(yīng)時(shí)，固體和純液體的濃度也不寫入平衡常數(shù)的表達(dá)式中。3、書寫表達(dá)：寫出下列反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式。(1)CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)K=[CH3OH]/[CO][H2]2(2)3Fe(s)+4H2O(g)?Fe3O4(s)+4H2(g)K=[H2]/[H2O]44、K值與反應(yīng)的程度根據(jù)K的大小，可以推斷反應(yīng)進(jìn)行的程度，K越大，表示正向反應(yīng)進(jìn)行的程度越大，反之越小。一般來說，如果一個(gè)反應(yīng)的平衡常數(shù)大于105，通常認(rèn)為該反應(yīng)可以進(jìn)行得較完全；相反，如果一個(gè)反應(yīng)的平衡常數(shù)小于10—5，則認(rèn)為這個(gè)反應(yīng)進(jìn)行的程度非常小。平衡常數(shù)與溫度有關(guān)，溫度發(fā)生變化，平衡常數(shù)也隨之變化，所以使用時(shí)一定要注明反應(yīng)溫度。5、可逆反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率除平衡常數(shù)外，一定溫度下，化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的程度還可以用反應(yīng)物的平衡轉(zhuǎn)化率(α)表示：α=(反應(yīng)物的起始濃度-反應(yīng)物的起始濃度)/反應(yīng)物的平衡濃度×100%二、化學(xué)平衡的移動(dòng)化學(xué)平衡是一定條件下的動(dòng)態(tài)平衡，當(dāng)反應(yīng)物的濃度、溫度等條件發(fā)生變化時(shí)，原有化學(xué)平衡會(huì)被破壞，化學(xué)平衡發(fā)生移動(dòng)，直至建立起新的化學(xué)平衡。借助平衡常數(shù)可用來判斷化學(xué)反應(yīng)是否達(dá)到平衡以及平衡移動(dòng)的方向。對于一般的可逆反應(yīng)：aA+bB=cC+dD，一定溫度下，生成物濃度冪的乘積與反應(yīng)物濃度冪的乘積的比值稱為濃度商，用符號(hào)Q表示，即：Q=cc(C)cd(D)/ca(A)cb(B)。1、化學(xué)平衡常數(shù)與濃度商比較與化學(xué)平衡可以用一定溫度下某一時(shí)刻反應(yīng)的濃度商Q與平衡常數(shù)K進(jìn)行比較，來確定反應(yīng)是否達(dá)到平衡。如果Q=K，說明反應(yīng)已達(dá)到平衡；如果Q<K，說明反應(yīng)朝正反應(yīng)方向進(jìn)行，直到Q=K；如果Q>K，說明反應(yīng)朝逆反應(yīng)方向進(jìn)行，直到Q=K。增加反應(yīng)物濃度或降低生成物濃度，可以使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)；降低反應(yīng)物濃度或增加生成物濃度，可以使平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)。例如，合成氨的反應(yīng)：N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，N2、H2、NH3的平衡濃度依次為［N2］、［H2］和［NH3］，平衡常數(shù)和反應(yīng)物、生成物的平衡濃度之間的關(guān)系為：K=(NH3)2/(N2)(H2)3如果此時(shí)在反應(yīng)體系內(nèi)再增加氮?dú)?，使其濃度達(dá)到平衡時(shí)的2倍，即c(N2)=2［N2］，其他物質(zhì)的濃度保持不變，于是Q=1/2K，所以Q<K，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)。對于合成氨的反應(yīng)，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，將生成的氨及時(shí)分離，平衡會(huì)怎樣移動(dòng)？用Q與K說明與歸納濃度對化學(xué)平衡移動(dòng)的影響。2、化學(xué)平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系平衡常數(shù)與溫度有關(guān)。溫度對化學(xué)平衡的影響改變了平衡常數(shù)。溫度升高，會(huì)使化學(xué)平衡向著吸熱反應(yīng)的方向移動(dòng)直至體系達(dá)到新的平衡狀態(tài)；溫度降低，會(huì)使化學(xué)平衡向著放熱反應(yīng)的方向移動(dòng)直至體系達(dá)到新的平衡狀態(tài)。對于放熱反應(yīng)而言，溫度升高，平衡朝向反應(yīng)物方向移動(dòng)，此時(shí)平衡逆向移動(dòng)，K值減小，降低溫度，K值則增大；對于吸熱反應(yīng)而言，溫度升高，平衡朝向生成物方向移動(dòng)，此時(shí)平衡正向移動(dòng)，K值增大，降低溫度，K值則減小；那么，如果反應(yīng)體系的壓強(qiáng)發(fā)生變化，又會(huì)如何影響化學(xué)平衡呢？3、實(shí)驗(yàn)探究-壓強(qiáng)對化學(xué)平衡的影響(1)NO2和N2O4的氣體壓強(qiáng)實(shí)驗(yàn)在比色皿(45mm×12.5mm×12.5mm)中，充滿NO2和N2O4混合氣體，并用帶有專用閥的橡膠塞塞緊。在閥上連接同樣收集有NO2和N2O4混合氣體的注射器。將比色皿放入色度傳感器中，選擇410nm波長測吸光度。將注射器內(nèi)的氣體迅速推入比色皿后，關(guān)閉閥，測吸光度的變化。再將比色皿內(nèi)氣體迅速用注射器吸入并立即關(guān)閉閥，測量吸光度的變化。2NO2(g)?N2O4(g)(紅棕色)(無色)相應(yīng)波長吸收情況反映了氣體顏色的深淺，吸光度越大表示氣體的顏色越深。從曲線上看，迅速加壓后，氣體的顏色迅速加深，隨后變淺，重新平衡后的顏色較原顏色深；壓強(qiáng)降低后，氣體的顏色迅速變淺，隨后加深，重新平衡后的顏色較原顏色淺。色度傳感器測NO2和N2O4混合氣體吸光度壓強(qiáng)改變后混合氣體吸光度的變化問題：增大或減小壓強(qiáng)時(shí)，混合氣體的顏色為何會(huì)如此變化？(2)壓強(qiáng)與化學(xué)平衡移動(dòng)的方向由此可見，有氣體參與的可逆反應(yīng)，在其他條件不變的情況下，增大壓強(qiáng)會(huì)使化學(xué)平衡向著氣體分子數(shù)減小的方向移動(dòng)；減小壓強(qiáng)，會(huì)使化學(xué)平衡向著氣體分子數(shù)增大的方向移動(dòng)。若反應(yīng)前后氣體分子數(shù)沒有變化，增大或減小壓強(qiáng)就不能使化學(xué)平衡移動(dòng)。固態(tài)物質(zhì)或液態(tài)物質(zhì)的體積受壓強(qiáng)的影響很小，可以忽略。在一個(gè)已經(jīng)達(dá)到平衡的反應(yīng)中，如果改變影響平衡的條件之一，如溫度、壓強(qiáng)或參加反應(yīng)的物質(zhì)的濃度，平衡將向著能夠削弱這種改變的方向移動(dòng)，這就是平衡移動(dòng)原理，也稱勒夏特列原理。利用平衡移動(dòng)原理，在某些工業(yè)生產(chǎn)過程中，人們可以在條件允許的范圍內(nèi)使反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率達(dá)到或接近理論值，這體現(xiàn)了化學(xué)理論對科學(xué)研究和工業(yè)生產(chǎn)的指導(dǎo)作用。三、化學(xué)平衡常數(shù)的應(yīng)用對含有一氧化碳和水蒸氣的混合物的密閉容器加熱時(shí)，發(fā)生反應(yīng)：

CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g)。在800℃時(shí)，該反應(yīng)的平衡常

數(shù)K=1.0，若將2molCO、3molH2O、2molCO2和2molH2的

氣體混合物加熱到800℃，問此時(shí)該反應(yīng)向哪個(gè)方向進(jìn)行？反應(yīng)達(dá)

到平衡時(shí)，各物質(zhì)的物質(zhì)的量分別為多少？

●設(shè)密閉容器的體積為V，根據(jù)已知條件可得：因此Q<K，所以該反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行。

當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，各物質(zhì)的濃度關(guān)系應(yīng)該滿足平衡常數(shù)關(guān)系式，

必須首先列出平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度。

設(shè)平衡時(shí)CO轉(zhuǎn)化為CO2的物質(zhì)的量為xmol，則有

CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g)

平衡時(shí)物質(zhì)的量2—x3—x2+x2+x

將平衡濃度代入平衡常數(shù)表達(dá)式平衡時(shí)：CO的物質(zhì)的量為：(2—0.22)mol=1.78mol；H2O的物質(zhì)的量為：

(3—0.22)mol=2.78mol；CO2的物質(zhì)的量為：(2+0.22)mol=2.22mol；

H2的物質(zhì)的量為：(2+0.22)mol=2.22mol?！竞诵臍w納】一、化學(xué)平衡常數(shù)(1)概念在一定溫度下，當(dāng)一個(gè)可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，生成物濃度與反應(yīng)物濃度的比值是一個(gè)常數(shù)，這個(gè)常數(shù)就是該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)(簡稱平衡常數(shù))，用符號(hào)K表示。(2)表達(dá)式對于可逆反應(yīng)mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)在一定溫度條件下達(dá)到平衡時(shí)：K=(3)K的意義平衡常數(shù)是表明化學(xué)反應(yīng)在一定條件下進(jìn)行的最大程度(即反應(yīng)限度)的特征值，一般可認(rèn)為，K越大，表示化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)生成物濃度對反應(yīng)物濃度的比值越大，也就是反應(yīng)進(jìn)行的程度越大；反之，K越小，表示反應(yīng)進(jìn)行的程度越小。(4)影響K的因素：僅受溫度影響放熱反應(yīng),溫度升高,平衡常數(shù)減?。晃鼰岱磻?yīng),溫度升高,平衡常數(shù)增大(5)平衡常數(shù)K的應(yīng)用判斷可逆反應(yīng)進(jìn)行的限度判斷一個(gè)可逆反應(yīng)是否達(dá)到平衡若用起始時(shí)各物質(zhì)濃度冪之積的比值(用Q表示)與K比較，可判斷可逆反應(yīng)進(jìn)行的方向。當(dāng)Q=K時(shí)，可逆反應(yīng)處于平衡狀態(tài)；當(dāng)Q>K時(shí)，可逆反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行；當(dāng)Q<K時(shí)，可逆反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行。二、化工生產(chǎn)中的化學(xué)平衡(1)合成氨的反應(yīng)原理：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)＋Q合成氨工業(yè)條件：高溫——加快反應(yīng)速率，該溫度下催化劑活性最高。催化劑鐵觸媒——加快反應(yīng)速率高壓——使平衡向正反應(yīng)，同時(shí)加快反應(yīng)速率循環(huán)利用——減少成本及時(shí)分離氨氣——使平衡向正反應(yīng)，提高反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率(注意不能加快反應(yīng)速率)(2)SO3的反應(yīng)原理：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)△Q＝196.6kJ/mol硫酸工業(yè)條件：高溫——加快反應(yīng)速率，在該溫度下催化劑活性最高催化劑V2O5——加快反應(yīng)速率常壓——常壓下轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高了，高壓設(shè)備要求高，降低成本【必備知識(shí)基礎(chǔ)練】將一定量純凈的氨基甲酸銨(NH2COONH4)粉末置于特制的密閉真空容器中溫度(℃)15.020.025.030.035.0平衡總壓強(qiáng)(kPa)5.78.312.017.124.0平衡氣體總濃度(×2.43.44.86.89.4下列說法正確的是(

)A.該反應(yīng)的ΔH<0

B.該反應(yīng)在較低溫度下能自發(fā)進(jìn)行

C.25℃時(shí)平衡常數(shù)的值K≈1.6×10?8

D.再加入少量

將一定量的SO2(g)和O2(g)實(shí)驗(yàn)編號(hào)溫度/℃平衡常數(shù)/mo起始量/mol平衡量/mol達(dá)到平衡所需時(shí)間/minSOSO1TK42x0.862TK420.4yt下列說法不正確的是(

)A.實(shí)驗(yàn)1在前6min的平均反應(yīng)速率v(SO2)=0.2?mol·L?1·min?1

B.T1、T2的關(guān)系：T1>T2

將一定量純凈的X置于某10?L容積恒定的真空容器中(假設(shè)固體試樣體積忽略不計(jì))，在恒定溫度下使其達(dá)到分解平衡：X(s)?2Y(g)+Z(g)，實(shí)驗(yàn)測得不同溫度下的分解平衡常數(shù)如下表，下列說法不正確的是(

)溫度(℃)15.025.030.035.0K/(×0.2051.644.6810.8A.該反應(yīng)在高溫下可能自發(fā)

B.若氣體密度不再隨時(shí)間變化時(shí)表示反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài)

C.若在恒溫下，壓縮容器體積，再次達(dá)平衡后，n(X)比原平衡大

D.35℃時(shí)，達(dá)平衡時(shí)，X分解了0.02?mol反應(yīng)AX3g+X2g?AX5g在容積為10?LA.實(shí)驗(yàn)c，從反應(yīng)開始至達(dá)到平衡時(shí)v(AX3)=2.0×10?4mol?L?1?min

B.實(shí)驗(yàn)a，用濃度表示的平衡常數(shù)為100高溫下，可逆反應(yīng)達(dá)到平衡，其平衡常數(shù)K=c平(CO)·c平(A.該反應(yīng)的化學(xué)方程式為CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)

B.升高溫度【關(guān)鍵能力提升練】某溫度下，對于反應(yīng)N2(g)+3H2(g)2NH3(g)?ΔH=?92.4?kJ/mol。N2的平衡轉(zhuǎn)化率(α)與體系總壓強(qiáng)A.將1.0?mol氮?dú)狻?.0?mol氫氣，置于1L密閉容器中發(fā)生反應(yīng)，放出的熱量為92.4?kJ

B.平衡狀態(tài)由A變到B時(shí)，平衡常數(shù)K(A)<K(B)

C.上述反應(yīng)在達(dá)到平衡后，增大壓強(qiáng)H2的轉(zhuǎn)化率提高

D.有I～I(xiàn)V四個(gè)體積均為0.5L的恒容密閉容器，在I、II、III中按不同投料比(Z)充入HCl和O2(如表)，加入催化劑發(fā)生反應(yīng)：4HClg+O2g?2Cl2g容器起始時(shí)T/℃n(HCl)/molZI3000.25aII3000.25bIII3000.254A.△H<0，a>4>b

B.容器III某時(shí)刻處在R點(diǎn)，則R點(diǎn)的v?正>v?逆，壓強(qiáng)：p(R)>p(Q)

C.300℃該反應(yīng)的平衡常數(shù)的值為64

D.若起始時(shí)，在容器IV中充入0.25?mol?Cl在0.5?L容器Ⅳ中只充入0.25?mol?Cl2和0.25?mol?H2O(g)，等效于在0.5?L容器中充入0.5?mol?HCl和0.125