化学新教材课教学设计化学平衡与化学反应的方向

第二讲化学平衡与化学反应的方向

【课标要求】1.通过实验探究，了解浓度、压强、温度对化学平衡状态的影响。

2.能运用浓度、压强、温度对化学平衡的影响规律，推测平衡移动方向及浓度转

化率等相关物理量的变化。

3.知道化学反应是有方向的，知道化学反应的方向与反应的焙变和嫡变有关。

夯二必备知识

一、化学平衡状态

1.可逆反应

（1）定义

在同一条件下，既可以向正反应方向进行,同时又能向逆反应方向进行的化学反

应。

⑵特点

双向性指可逆反应分为方向相反的两个反应：正反应和逆反应

双同性指正、逆反应是在同一条件下，同时进行

共存性指反应物的转化率000%,反应物与生成物共存

（3）表示方法：在化学方程式中用“—”表示。

2.化学平衡状态

（1）概念：在一定条件下的可逆反应中，当反应进行到一定程度时，正反应速率和

逆反应速率相等,反应物的浓度和生成物的浓度保持丕变的状态。

⑵建立：

①过程对于只加入反应物从正向建立的平衡：

反应反应物浓度最大，。（正）最大.生成物

开始时浓度为0,7“逆）为零

0反应物浓度逐渐减小一就（正）逐渐减

反应

小。生成物浓度由零逐渐增大一M逆）

进行时

从零逐渐增大

0

达到，（正）="逆），反应混合物中各组分的

平衡时浓度保持不变

②图示

建立过程可以用速率一时间图像表示如下

平街状今并不

美任庄用JL了

从正反应开始建立

【诊断1】判断下列叙述的正误(正确的划“J”，错误的划“X”)。

(1)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最大限度

(V)

(2)恒温恒容条件下反应C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g),当密度不变时，反应达

到平衡状态(J)

(3)恒温恒容下进行的可逆反应：2SO2(g)+O2(g)2so3(g),当SO3的生成速率

与S02的消耗速率相等时，反应达到平衡状态(义)

⑷在一定条件下，向密闭容器中充入1molN2和3molH2充分反应，当

〃(N2):n(H2)：n(NH3)=l：3：2时,反应达到平衡(X)

二、影响化学平衡的因素

1.化学平衡的移动

(1)定义：在一定条件下，当可逆反应达到化学平衡状态后，如果改变外界条件，

平衡状态被破坏，平衡体系的物质组成也会随着改变，直到达到新的平衡状态。

这种由原有的平衡状态达到新的平衡状态的过程叫做化学平衡的移动。

化学平衡发生移动

一定条件下条件非平衡状态一段时新条件下

的化学平衡改变(平衡破坏)的新平衡

"正="逆■。正人逆吸=，逆

各组分浓度各组分浓度各组分浓度

保持不变不断变化又保持不变

⑵化学平衡移动方向的判断

［若。正=0逆，平衡不移动；

条件改变｛若。正＞0逆，平衡向正反应方向移动;

［若0正逆，平衡向逆反应方向移动。

2.影响化学平衡的因素

改变的条件(其他条件不变)化学平衡移动的方向

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

反应前后气增大压强向气体体积减小的方向移动

压强(对有气

体分子数改变减小压强向气体体积增大的方向移动

体参加的反

反应前后气

应)改变压强平衡丕移动

体分子数不变

升高温度向吸热反应方向移动

温度

降低温度向放热反应方向移动

催化剂使用催化剂平衡不移动

3.勒夏特列原理

(1)内容：如果改变影响平衡的条件之一(如温度、压强以及参加反应的化学物质的

浓度)，平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动。

(2)适用范围：适用于任何动态平衡(如溶解平衡、电离平衡等)，非平衡状态不能

用此来分析。

⑶平衡移动的结果是“减弱”外界条件的影响，而不是“消除”外界条件的影

响，更不是“扭转”外界条件的影响。

【诊断2］判断下列叙述的正误(正确的划“J”，错误的划“X”)。

(1)催化剂改变反应历程，既可以加快反应速率，也可以使平衡移动(X)

(2)向合成氨的恒容密闭体系中加入稀有气体增大压强，平衡正向移动(X)

⑶当NH4Hs(s)NH3(g)+H2s(g)达到平衡后，移走一部分NH4Hs固体，平衡

向右移动(X)

(4)C0Ch(g)CO(g)+Cl2(g),当反应达到平衡时恒压通入惰性气体，提高了

COCL转化率(J)

三、化学反应的方向

1.自发过程

含义在一定条件下，不需要借助光、电等外力作用就能自动进行的过程

放热过程可能自发进行

特点

混乱度小转变为混乱度大的过程可能自发进行

2.炳和病变

(1)燧是量度体系飒程度的物理量，符号为S。

(2)影响燧大小的因素：

①相同条件下，物质不同焙不同。

②同一物质:5(g)>S(l)>S(s)o

(3)燧变(△>=生成物的总燧一反应物的总燧。

|提醒

熠增反应(AS〉。)的判断

❶固态反应物生成液态或气态生成物的反应：

C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)o

❷液态反应物生成气态生成物的反应：

如：2Na+2H2O=2NaOH+H2to

❸化学计量数(气体)增大的反应：2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g)o

3.化学反应方向的判断

(1)焙变(△")《)，有自发进行的倾向，但有些△论0的反应也可自发进行。

如：Ba(OH)2.8H2O晶体与NH4cl反应是吸热反应，但能自发进行，NaHCO3(s)

与盐酸的反应是吸热反应，也能自发进行。因此，仅用焰变判断反应进行的方向

是不全面的。

(2)婚变(AAX),有自发进行的倾向，但有些ASvO的反应也可自发进行。

如：乙烯聚合为聚乙烯的反应是端减的过程，但能自发进行，NO与CO反应生

成N2和CO2的反应是埔减的过程，也能自发进行，故仅用端变判断反应进行的

方向是不全面的。

为开氏温度，0℃即为273K

(3)自由能(AG/O,AG=AH-TAS,AGgO的反应可自发进行；AG=0,反应处于

平衡状态；AG^O,反应不能自发进行。

(4)判断方法：

①△”<(),AS〉。的反应在任何温度下能自发进行。

②△”>(),△§<()的反应在任何温度下丕能自发进行。

③△“<(),ASO的反应，低温下能自发进行。

④△”>(),AS〉。的反应，高温下能自发进行。

【诊断3】判断下列叙述的正误(正确的划“J”，错误的划“X”)。

(1)自发反应一定能发生，非自发反应一定不能发生(X)

(2)Na与H20的反应是爆增的放热反应，该反应能自发进行(J)

(3)吸热反应不可以自发进行(X)

(4)4Fe(OH)2(s)+02(g)+2H2(D(g)=4Fe(OH)3⑸是燧减的反应，故该反应在常温下

不能自发进行(X)

提二关键能力

考点一化学平衡状态的判断

【题组训练】

1.在一定温度下，向2L固定容积的密闭容器中通入1molCO2、3molH2,发生

反应：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)AW<0o能说明该反应已达到平衡

状态的是()

A.混合气体的平均相对分子质量不变

B•体系中小然=2,且保持不变

n(H273

C.混合气体的密度不随时间变化

D.单位时间内有〃molH—H键断裂，同时有nmolO—H键生成

答案A

解析因反应前后的气体体积不同，混合气体的平均相对分子质量不变，反应已

达平衡，A正确；一是不变量,不能说明反应是否达平衡，B错误；0是

nCH2)

不变量，不能说明反应是否达平衡，c错误；二者均表示。正，不能说明反应是否

达平衡，D错误。

2.在一定温度下的恒容容器中，当下列物理量不再发生变化时：①混合气体的压

强；②混合气体的密度；③混合气体的总物质的量；④混合气体的平均相对分子

质量；⑤混合气体的颜色；⑥各反应物或生成物的浓度之比等于化学计量数之比;

⑦某种气体的百分含量

⑴能说明2so2(g)+O2(g)2s03(g)达到平衡状态的是o

(2)能说明I2(g)+H2(g)2Hl(g)达到平衡状态的是o

(3)能说明2NO2(g)N2O4(g)达到平衡状态的是-

(4)能说明C(s)+CO2(g)2co(g)达到平衡状态的是o

(5)能说明NH2coONHm)2NH3(g)+CO2(g)达到平衡状态的是。

(6)能说明5CO(g)+bO5(s)5co2(g)+b(s)达到平衡状态的是o

答案(1)①③④⑦(2)⑤⑦(3)①③④⑤⑦(4)①②③④⑦(5)①②③

⑹②④⑦

|规律方法，

化学平衡状态的判断方法

❶判断化学平衡状态的方法——“正、逆相等，变量不变”

n~不速率,城亮二”走反应速聚.二H反

正£

-«一应速率，且经过换算后用同一物质表示；

相等

的消耗速率和生成速率相等

如果一不亶尾幡着反应强行而眼变…的：

蓑川_当不变时为平衡状态；一个随反应的进

□J」一行保持不变的量,不能作为是否达到平

衡状态的判断依据

❷常见的“变量”

①各物质的质量、物质的量或浓度不变。

②各物质的百分含量(物质的量分数、质量分数等)不变。

③温度、转化率或颜色(某组分有颜色)不变。

④压强、总物质的量(化学反应方程式两边气体体积不相等)

考点二外界条件对化学平衡移动的影响

【典例】已知某密闭容器中发生反应：X(g)+Y(g)mZ(g)AW<Oo反应过

程中，X、Y、Z的物质的量随时间的变化如图所示，则人时刻改变的条件可能是

)

f1//min

A.升高温度

B.加入更高效的催化剂

C.增大压强

D.加入一定量的Z

答案A

解析正反应是放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，Z的物质的量减

少，X或丫的物质的量增大，符合图像，A正确；使用催化剂不影响化学平衡的

移动，不符合图像，B错误；由题图知，反应达到平衡时，A〃(X或丫)=amol,

An(Z)=2«mol,参与反应的各物质的物质的量变化之比等于化学计量数之比，即

m=2,反应前后气体物质的化学计量数之和相等，增大压强，化学平衡不移动，

不符合图像，C错误；加入一定量的Z,力时，Z的物质的量应增大，不符合图像,

D错误。

|思维建模--------

判断化学平衡移动方向的思维流程

题组一勒夏特列原理的应用

1.下列事实不能用勒夏特列原理解释的是()

A膜水中有下列平衡：Br2+H2OHBr+HBrO,当加入少量AgNCh溶液后，

溶液的颜色变浅

B.对于反应：2HI(g)H2(g)+I2(g),缩小容器的容积可使平衡体系的颜色变深

C.反应：CO(g)+NO2(g)CO2(g)+NO(g)AH<0,升高温度可使平衡向逆反应

方向移动

D.对于合成NH3的反应，为提高N%的产率，理论上应采取低温措施

答案B

解析溟水中存在平衡：Bn+fhOHBr+HBrO,加入少量AgNCh溶液，HBr

与AgNCh反应生成AgBr沉淀，c(HBr)减小，平衡正向移动，溶液的颜色变浅，

A可以用勒夏特列原理解释；2HI(g)H2(g)+L(g)是反应前后气体总分子数不

变的反应，缩小容器的容积，压强增大，平衡不移动，但C(b)增大，导致平衡体

系的颜色变深，由于平衡不移动，故B不能用勒夏特列原理解释；反应CO(g)+

NO2(g)CO2(g)+NO(g)的△“<(),升高温度，平衡逆向移动，C可以用勒夏特

列原理解释；合成氨的反应是放热反应，降低温度，平衡正向移动，有利于生成

NH3,D可以用勒夏特列原理解释。

2.在一定温度下的密闭容器中发生反应：xA(g)+yB(g)zC(g),平衡时测得A

的浓度为OSOmoLL」。保持温度不变，将容器的容积扩大到原来的两倍，再达平

衡时，测得A的浓度为0.30mo卜L」。下列有关判断正确的是()

A.x+y<z

B.平衡向正反应方向移动

C.B的转化率增大

D.C的体积分数减小

答案D

解析容积扩大2倍，若不移动时c(A)=0.25moLLT,但达平衡为0.30molL

,>0.25mol-L-',说明减小压强，平衡向逆反应方向移动，故x+y>z,B转化率减

小，C的体积分数减小，D项正确。

|归纳总结

平衡移动判断的两种特殊情况分析

❶“惰性气体”对化学平衡的影响

①恒温、恒容条件

充△惰性|体系总压体系中各组分平衡不

S而|强增工的浓度不变移动

②恒温、恒压条件

❷同等程度地改变平衡反应混合物中各物质的浓度时，应视为压强的影响。

题组二用“平衡移动原理”分析“。一「图像”

3.反应2sO2(g)+O2(g)2so3(g)△"<()已达平衡，如果其他条件不变时，分

别改变下列条件，对化学反应速率和化学平衡产生影响，下列条件与图像不相符

的是(。〜力：。正=0逆；力时改变条件，12时重新建立平衡)()

A.增加氧气的浓度B.增大压强

C.升高温度D,加入催化剂

答案c

解析分析时要注意改变条件瞬间。正、。过的变化。增大02的浓度，。正增大，。

送瞬间不变，A正确；增大压强，。正、。速都增大，。正增大的倍数大于。如B正

确;升高温度，。正、。道都瞬间增大，C错误；加入合适催化剂，v,■£>o道同时同

倍数增大，D正确。

4.密闭容器中发生反应：A(g)+3B(g)2C(g)AH<0,根据图像，回答下

列问题：

⑴下列时刻所改变的外界条件是n;t3

,4o

⑵反应速率最快的时间段是

(3)下列措施能增大正反应速率的是o

A.通入A(g)B.分离出C(g)

C.降温D.增大容器容积

答案(1)升高温度加入催化剂减小压强(2*3〜以(3)A

解析(i)n时刻，改变条件，o'正、o'迎均增大，且%＞比正，平衡逆向移动，说明

改变的条件是升高温度。以时刻，改变条件，V"正、。%同等程度增大，且该反应

是反应前后气体物质的量不相等的反应，故改变的条件是加入催化剂。〃时刻，

改变条件，。正、。迎均减小，且。迪＞。正，平衡逆向移动，说明改变的条件

是减小压强。(2小〜以时间段内，反应使用催化剂，由图像可知该时间段内反应

速率最快。(3)降温、增大容器容积均会使正、逆反应速率减小；分离出C(g)时，

。正不变，0速减小，随着反应的进行。正会减小；通入A(g),反应物的浓度增大，

。正增大。

|规律方法，

常见含“断点”的速率变化图像分析方法

图像京

0L/OhtOtitO/|t

升高降低升高降低

温度

t\时刻正反应为放热反应正反应为吸热反应

所改变增大减小增大减小

的条件

压强正反应为气体物质的量增大的正反应为气体物质的量减小的

反应反应

微专题21化学平衡图像

一、“先拐先平”解答单一变量的平衡图像

【核心归纳】

已知不同温度或压强下，反应物的转化率a(或百分含量)与时间的关系曲线，推断

温度的高低及反应的热效应或压强的大小及气体物质间的化学计量数的关系。

［以〃伍(g)十〃B(g)pC(g)中反应物A的转化率aA为例说明］

(1)“先拐先平，数值大”原则

分析反应由开始(起始物质相同时)达到平衡所用时间的长短可推知反应条件的变

化。

①若为温度变化引起，温度较高时，反应达平衡所需时间短，如甲中72>71。

②若为压强变化引起，压强较大时，反应达平衡所需时间短，如乙中0“2。

③若为使用催化剂引起，使用适宜催化剂时，反应达平衡所需时间短。如图丙中

。使用催化剂。

(2)正确掌握图像中反应规律的判断方法

①图甲中，T2>T\,升高温度，aA降低，平衡逆向移动，正反应为放热反应。

②图乙中，PI>P2,增大压强，aA升高，平衡正向移动，则正反应为气体体积缩

小的反应

③若纵坐标表示A的百分含量，则甲中正反应为吸热反应，乙中正反应为气体体

积增大的反应。

【典例1】将1molM和2molN置于体积为2L的恒容密闭容器中，发生反应，

M(s)+2N(g)P(g)+Q(g)A/fo反应过程中测得P的体积分数在不同温度下随

时间的变化如图所示。下列说法正确的是()

A.若X、y两点的平衡常数分别为K|、K1,则KI<K2

B.温度为5时，N的平衡转化率为80%,平衡常数K=4

C.无论温度为不还是72,当容器中气体密度或压强不变时，反应达平衡状态

D.降低温度、增大压强、及时分离出产物均有利于提高反应物的平衡转化率

答案B

解析由图可知，八〈乃，升高温度，P的体积分数减小，平衡逆向移动，K减小,

则KI>K2,A错误；该反应前后气体体积不变，压强始终不变，改变压强平衡不

移动，C、D错误；平衡时P的体积分数为40%,则生成P为2molX40%=0.8mol,

竺X”

消耗N为1.6mol,N的转化率为If：?*100%=80%,平衡常数K="弁?•=

(方)

4,B正确。

【对点训练1]一定条件下，等物质的量的N2(g)和02(g)在恒容密闭容器中反

应N2(g)+02(g)2N0(g),下图曲线a表示该反应在温度T下N2的浓度随时间

的变化，曲线b表示该反应在某一起始条件改变时N2的浓度随时间的变化。下列

叙述正确的是()

T

q

・

c

E

)

A

N

)

n

4(Co-C\)2

A.温度T下，该反应的平衡常数K=­1彳

B.温度T下，随着反应的进行，混合气体的密度不变

C.曲线b对应的条件改变可能是充入息气

D.若曲线b对应的条件改变是温度，可判断该反应的△“<()

答案B

解析A项，温度T下，各气体的平衡浓度：NO：2(CO-C2);N2：C2,O2：C2,

故长=一1J,错误；B项，因为"=歹，m,V均不变，.不变，正确；C

项，恒容充氮气，不影响平衡状态和速率，错误；D项，b曲线先平衡，说明对

应温度高于7,平衡时c(N2)变小，说明正向程度大，AH>0,错误。

二、“定一议二”解答多变量的平衡图像

【核心归纳】

以反应A(g)+B(g)C(g)AHvO为例

(1)“定一议二”原则；可通过分析相同温度下不同压强时反应物A的转化率大小

来判断平衡移动的方向，从而确定反应方程式中反应物与产物气体物质间的化学

计量数的大小关系。如乙中任取两条压强曲线研究，压强增大，增大，平衡正

向移动，正反应为气体体积减小的反应，甲中任取一曲线，也能得出结论。

(2)正确掌握图像中反应规律的判断方法

通过分析相同压强下不同温度时反应物A的转化率的大小来判断平衡移动的方

向，从而确定反应的热效应。如利用上述分析方法，在甲中作垂直线，乙中任取

一曲线，即能分析出正反应为放热反应。

【典例2］在两个容积均为1L的密闭容器中以不同的氢碳比［〃(H2)/〃(CO2)］充入

H2和CO2,在一定条件下发生反应：2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g)AHo

CO2的平衡转化率a(CO2)与温度的关系如图所示。

0.9()

().8()

0.70

0.60

0.50X

n(H)/w(CO)

0.40222.()

X

0.3()2.0：

().2()

393453513573633693753T/K

⑴此反应的平衡常数表达式K=

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________O

⑵该反应的0(填或"=")，判断的理由是

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________O

⑶氢碳比：X2.0(填“〈”或“=”)。

(4)在氢碳比为2.0时，Q点讥逆)P点的次逆)(填“>”“<，域"=”)。

c(C2H4)-c4(H2O)

口案(1)C?(CO2)芯(也)

(2)<随温度的升高，a(C02)减小，说明平衡逆向移动，即逆反应为吸热反应，

正反应为放热反应

(3)>(4)<

解析(2)随温度升高，a(C02)减小，说明为放热反应，△"<()；(3)在相同温度下,

X越大，〃(H2)相对越多，ag)越大,故X>2.0；(4)。点为非平衡点，该温度下,

。点到P点时a(C02)增大，反应正向进行，。点的。正>0逑，。点到P点的过程

中0正减小，o逆增大，故Q点的。迪<P点的o迎。

I规律方法

平衡图像中非平衡点的。正、。逆分析

对于化学反应〃?A(g)+〃B(g)〃C(g)+</D(g),L线上所有的点都是平衡点。

左上方(E点)，A%大于此压强或温度时平衡体系中的A%,E点必须向正反应方

向移动才能达到平衡状态，所以,E点0正通;则右下方(F点)0正速。

【对点训练2】用CO和H2在催化剂的作用下合成甲醇，发生的反应如下:CO(g)

+2H2(g)CH30H(g)。在体积一定的密闭容器中按物质的量之比1:2充入CO

和H2,测得平衡混合物中CH30H的体积分数在不同压强下随温度的变化如图所

示。

2503()03504(X)450500550

温度/七

下列说法正确的是()

A.该反应的△“<(),且p\<p2

B.反应速率：。逆(状态M>v逆(状态B)

C.在C点时，CO转化率为75%

D.在恒温恒压条件下向密闭容器中充入不同量的CH3OH,达平衡时CH30H的体

积分数不同

答案C

解析由图可知，升高温度，CH30H的体积分数减小，平衡逆向移动，则该反应

的△“<(),300°C时，增大压强，平衡正向移动，CH30H的体积分数增大，所以

0>〃2,故A错误；B点对应的温度和压强均大于A点，温度升高、增大压强均

使该反应的化学反应速率加快，因此。虱状态A)<。式状态B),故B错误；设向

密闭容器中充入了1molCO和2mol氏，CO的转化率为九，则

co(g)+2H2(g)CH3OH(g)

起始/mol120

变化/molx2xX

平衡/mol1—x2—2尤X

Y

在C点时，CH3OH的体积分数一.,—0.5,解得x—0.75,故C正确;

由等效平衡可知，在恒温恒压条件下向密闭容器中充入不同量的CH3OH,达平衡

时CH30H的体积分数都相同，故D错误。

三、“点一线一面”三维度分析特殊平衡图像

【核心归纳】

对于化学反应〃?A(g)+〃B(g)〃C(g)+qD(g),在相同时间段内，M点前，表示

化学反应从反应物开始，则。正>。逆，未达平衡；M点为刚达到的平衡点；M点后

为平衡受温度的影响情况，即升温，A%增大(C%减小)，平衡逆向移动，

【典例3]⑴用辉铜矿冶炼Mo的反应为MoS2(g)+4H2(g)+2Na2co3(s)Mo(s)

4-2C0(g)+4H2O(g)+2Na2S(s)△从此的平衡转化率随温度和压强的变化如图1

所示。

w

3时

茸

港

g升

r

蛹

图1

该反应的（填“>”或“<"）0;pi、/、P3按从小到大的顺序为

（2）工业上利用氨生产氢鼠酸（HCN）的反应为CH4（g）+NH3（g）HCN（g）+3H2（g）

△”〉0,其他条件一定，达到平衡时NH3转化率随外界条件x变化的关系如图2

所示。则x可以是（填字母序号）。

a温度b•压强，催化剂出寡含

答案（1）>pi<p2<p3（2）bd

I思维建模》--------

化学平衡图像的一般思路

'一看面（纵、横坐标的意义）

二看线（线的走向和变化趋势）

看图像,三看点（起点、拐点、终点）

四看辅助线（如等温线、等压线、平衡线）

.五看量的变化（如浓度变化、温度变化）

,联想平衡移动原理，分析条件对反应

想规律|速率、化学平衡移动的影响

'利用原理.结合图像,分析图像中

作判断,代表反应速率变化或化学平衡的线，

.作出判断

【对点训练3】在恒压、NO和02的起始浓度一定的条件下，催化反应相同时

间。测得不同温度下NO转化为NO2的转化率如图中实线所示（图中虚线表示相同

条件下NO的平衡转化率随温度的变化）。下列说法不正确的是（）

本

买、

卫

汽

O

N

七

温度/

0

AH<

(g)的

NO2

2

02(g)

(g)+

应2N0

A.反

转化率

0的

提高N

间能

应时

长反

下，延

条件

点所示

中X

B.图

率

的转化

高NO

能提

度不

的浓

加0

，增

件下

示条

点所

中丫

C.图

2

-

数

平衡常