文档内容
第 19 讲 化学平衡
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。
【核心素养分析】
变化观念与平衡思想：知道化学变化需要一定的条件，并遵循一定规律；认识化学变化有一定限度，
是可以调控的。能多角度、动态地分析化学反应，运用化学反应原理解决实际问题。
证据推理与模型认知：建立观点、结论和证据之间的逻辑关系；知道可以通过分析、推理等方法认识
化学平衡的特征及其影响因素，建立模型。能运用模型解释化学现象，揭示现象的本质和规律。
知识点一 化学平衡状态
1．化学平衡研究的对象——可逆反应
2．化学平衡状态
(1)概念
一定条件下的可逆反应，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
生成物的浓度不再改变，我们称为“化学平衡状态”，简称化学平衡。
(2)建立过程
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：
(3)平衡特点
3．化学平衡状态的判断
化学反应 mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g) 是否平衡
①各物质的物质的量或物质的量分数一定 平衡
混合物 ②各物质的质量或质量分数一定 平衡
体系中各成
分的含量 ③各气体的体积或体积分数一定 平衡
④总体积、总压强、总物质的量一定 不一定平衡
①单位时间内消耗了m mol A，同时也生成了m mol
平衡
A
正、逆反
②单位时间内消耗了n mol B，同时也消耗了p mol C 平衡
应速率之
间的关系 ③v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝m∶n∶p∶q 不一定平衡
④单位时间内生成了n mol B，同时也消耗了q mol D 不一定平衡
①其他条件一定、总压强一定，且m＋n≠p＋q 平衡
压强
②其他条件一定、总压强一定，且m＋n＝p＋q 不一定平衡
①平均相对分子质量一定，且m＋n≠p＋q 平衡
混合气
体的平均相
对分子质量 ②平均相对分子质量一定，且m＋n＝p＋q 不一定平衡温度 任何化学反应都伴随着能量变化，当体系温度一定时 平衡
①只有气体参加的反应，密度保持不变(恒容密闭容器中) 不一定平衡
气体密度(ρ) ②m＋n≠p＋q时，密度保持不变(恒压容器中) 平衡
③m＋n＝p＋q时，密度保持不变(恒压容器中) 不一定平衡
颜色 反应体系内有色物质的颜色稳定不变(其他条件不变) 平衡
知识点二 化学平衡移动
1．化学平衡移动的过程
原化学平衡状态
由上图可推知：
(1)化学反应条件改变，使正、逆反应速率不再相等，化学平衡才会发生移动。
(2)化学平衡发生移动，化学反应速率一定改变。
2．影响化学平衡的因素
(1)若其他条件不变，改变下列条件对化学平衡的影响
改变的条件(其他条件不变) 化学平衡移动的方向
增大反应物浓度或减小
向正反应方向移动，如图甲
生成物浓度
浓度
减小反应物浓度或增大
向逆反应方向移动，如图乙
生成物浓度增大压强 向气体分子总数减小的方向移动，如图丙
反应前后气
压强(对有
体体积改变
减小压强 向气体分子总数增大的方向移动，如图丁
气体参加
的反应) 反应前后气
改变压强 平衡不移动，如图戊
体体积不变
温度 升高温度 向吸热反应方向移动，如图己
降低温度 向放热反应方向移动，如图庚
催化剂 同等程度改变v 、v ，平衡不移动，如图辛
正 逆
【特别提醒】
压强对化学平衡的影响主要看改变压强能否引起反应物和生成物的浓度变化，只有引起物质的浓度变
化才会造成平衡移动，否则压强对平衡无影响。
(2)浓度的“决定性”作用
①恒温、恒容条件
原平衡体系――→体系总压强增大―→体系中各组分的浓度不变―→平衡不移动。
②恒温、恒压条件
原平衡体系――→容器容积增大，各反应气体的
3．化学平衡移动与化学反应速率的关系
v >v 平衡向正反应方向移动
正 逆
v ＝v 反应达到平衡状态，不发生平衡移动
正 逆
v ＜v 平衡向逆反应方向移动
正 逆
4．勒夏特列原理
如果改变影响化学平衡的条件之一(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。
【特别提醒】
①由“化学平衡”可知：勒夏特列原理的适用对象是可逆过程。
②由“减弱”可知：只能减弱改变，而不能消除改变。
知识点三 化学图像
1．含量—时间—温度(压强)图像
常见图像形式有如下几种。其中C%指生成物的百分含量，B%指反应物的百分含量。①
②
③
④
⑤
表示不同条件下，反应达到平衡的时间快慢、反应速率的快慢以及平衡混合物中某物质的百分含量的
关系。解题方法是“先拐先平，数值大”。即曲线先出现拐点的首先达到平衡，反应速率快，以此判断温
度或压强的高低。再依据外界条件对平衡的影响分析判断反应的热效应及反应前后气体体积的变化。
2．转化率(或质量分数)与压强—温度图像
(1)恒压线图像表示两个外界条件同时变化时，反应物A的转化率变化情况，解决这类图像一般采用“定一议二”的
方法，即把自变量(温度、压强)之一设为恒量，讨论另外两个变量的关系。如：图1中，当压强相等(任意
一条等压线)时，升高温度，A的转化率增大，说明升高温度平衡正向移动，即正反应为吸热反应。当温度
相等时，在图1中作直线，与三条等压线交于三点，这三点自下而上为增大压强，A的转化率增大，说明
增大压强平衡正向移动，即正反应为气体体积减小的反应。
(2)恒温线图像
图3中，当温度相等(任意一条等温线)时，增大压强，A的转化率增大，说明增大压强平衡正向移动，
即正反应是气体体积减小的反应。当压强相等时，在图3中作直线，与两条等温线交于两点，这两点自下
而上为降低温度，A的转化率增大，说明降低温度平衡正向移动，即正反应为放热反应。
3．化学平衡中的特殊图像
(1)对于化学反应：mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)，M点前，表示从反应开始，v(正) >v(逆)；M点
为刚达到平衡点；M点后为平衡受温度的影响情况，即升温，A的百分含量增加或C的百分含量减少，平
衡左移，故ΔH<0。
(2)对于化学反应：mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)，L线上所有的点都是平衡点。L线的上方(E点)，
A的百分含量大于此压强时平衡体系中A的百分含量，所以E点满足v(正)>v(逆)；同理L线的下方(F点)满
足v(正) v ，平衡向正反应方向移动，但是因为温度不变，故平衡常数不变，A不正
正 逆
确；催化剂不影响化学平衡状态，因此，加入催化剂不影响平衡时CHCHOH(g)的浓度，B不正确；恒容
3 2
下，充入一定量的HO(g)，HO(g)的浓度增大，平衡向正反应方向移动，C正确；恒容下，充入一定量的
2 2
CH=CH (g)，平衡向正反应方向移动，但是CH=CH (g)的平衡转化率减小，D不正确；综上所述，本题
2 2 2 2
选C。
【变式探究】 (2022·北京卷)某 的多孔材料刚好可将 “固定”，实现了 与 分离
并制备 ，如图所示：
己知：
下列说法不正确的是
A. 气体温度升高后，不利于 的固定
B. 被固定后，平衡正移，有利于 的去除C. 制备 的原理为：
D. 每制备 ，转移电子数约为
【答案】D
【解析】二氧化氮转化为四氧化二氮的反应为放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，四氧化
二氮的浓度减小，所以气体温度升高后，不利于四氧化二氮的固定，故A正确；四氧化二氮被固定后，四
氧化二氮的浓度减小，二氧化氮转化为四氧化二氮的平衡向正反应方向移动，二氧化氮的浓度减小，所以
四氧化二氮被固定后，有利于二氧化氮的去除，故B正确；由题意可知，被固定后的四氧化二氮与氧气和
水反应生成硝酸，反应的化学方程式为 ，故C正确；四氧化二氮转化为硝
酸时，生成1mol硝酸，反应转移1mol电子，则每制备0.4mol硝酸，转移电子数约为
0.4mol×6.02×1023=2.408×1023，故D错误；故选D。
【变式探究】（2022·浙江卷）关于反应 ，达
到平衡后，下列说法不正确的是
A.升高温度，氯水中的 减小
B.氯水中加入少量醋酸钠固体，上述平衡正向移动， 增大
C.取氯水稀释， 增大
D.取两份氯水，分别滴加 溶液和淀粉KI溶液，若前者有白色沉淀，后者溶液变蓝色，可以证
在
明上述反应存 限度
【答案】D
【解析】HClO受热易分解，升高温度，HClO分解，平衡正向移动，c(HClO)减小，A正确；氯水中
加入少量醋酸钠固体，醋酸根离子和氢离子结合生成醋酸分子，氢离子浓度减小，平衡正向移动，
c(HClO)增大，B正确；氯水稀释，平衡正向移动，而c(HClO)和c(Cl-)均减小，但HClO本身也存在电离平
衡HClO⇌H++ClO-，稀释促进了HClO的电离，使c(HClO)减少更多，因此 增大，C正确；氯水中
加硝酸银产生白色沉淀，证明溶液中有氯离子，氯水中加淀粉碘化钾溶液，溶液变蓝，证明生成了碘单质，溶液中有强氧化性的物质，而氯气和次氯酸都有强氧化性，不能证明反应物和生成物共存，即不能证
明上述反应存在限度，D错误；故选D。
【方法技巧】化学平衡移动题的解题流程
【变式探究】（2021·湖南卷）已知：A(g)＋2B(g ) 3C(g) ΔH<0，向一恒温恒容的密闭容器中充
入1 mol A和3 mol B发生反应，t 时达到平衡状态Ⅰ，在t 时改变某一条件，t 时重新达到平衡状态Ⅱ，
1 2 3
正反应速率随时间的变化如图所示。下列说法正确的是( )
A．容器内压强不变，表明反应达到平衡
B．t 时改变的条件：向容器中加入C
2
C．平衡时A的体积分数φ：φ(Ⅱ)<φ(Ⅰ)
D．平衡常数K：K(Ⅱ)φ(Ⅰ)，C错误；化学平衡常数只与温度
有关，温度不变，平衡常数不变，即K(Ⅱ)＝K(Ⅰ)，D错误。
高频考点四 化学平衡移动原理在化工生产中的应用
【例4】5．(2020·全国Ⅰ卷·节选)硫酸是一种重要的基本化工产品。接触法制硫酸生产中的关键工序
是SO 的催化氧化：SO (g)＋O(g)――→SO (g) ΔH＝－98 kJ·mol－1。
2 2 2 3
回答下列问题：(1)当SO (g)、O(g)和N(g)起始的物质的量分数分别为7.5%、10.5%和82%时，在0.5 MPa、2.5 MPa
2 2 2
和 5.0 MPa 压强下，SO 平衡转化率 α 随温度的变化如图(a)所示。反应在 5.0 MPa、550 ℃时的 α＝
2
__________，判断的依据是____________________。影响α的因素有______________________________。
(2)将组成(物质的量分数)为2m% SO(g)、m% O (g)和q% N (g)的气体通入反应器，在温度t、压强p条
2 2 2
件下进行反应。平衡时，若SO 转化率为α，则SO 压强为________，平衡常数K ＝________(以分压表示，
2 3 p
分压＝总压×物质的量分数)。
(3)研究表明，SO 催化氧化的反应速率方程为v＝k(1－nα′)式中：k为反应速率常数，随温度t升高而
2
增大；α为SO 平衡转化率，α′为某时刻SO 转化率，n为常数。在α′＝0.90时，将一系列温度下的k、α值
2 2
代入上述速率方程，得到v～t曲线，如图(b)所示。
曲线上v最大值所对应温度称为该α′下反应的最适宜温度t 。t＜t 时，v逐渐提高；t＞t 后，v逐渐下
m m m
降。原因是________________________________________________。
【解析】(1)由题给反应式知，该反应为气体分子数减少的反应，其他条件一定时，增大压强，SO 平
2
衡转化率增大，故p ＝5.0 MPa。结合题图(a)知5.0 MPa、550 ℃时对应的SO 平衡转化率为0.975。影响平
1 2
衡转化率的因素有温度、压强、反应物的起始浓度等。(2)设通入的SO 、O 和N 共100 mol，利用三段式
2 2 2
法进行计算：
SO (g)＋O(g)――→SO (g)
2 2 3
起始量/mol 2m m 0
转化量/mol 2mα mα 2mα
平衡量/mol 2m－2mα m－m 2mα
平衡时气体的总物质的量为(3m＋q－mα)mol，则p(SO )＝p×，p(O )＝p×，p(SO )＝p×，因3m＋q＝
2 2 3100，K ＝，代入计算得K ＝。(3)升高温度，反应速率常数k增大，反应速率v提高，但α降低使反应速率
p p
逐渐下降。t＜t 时，k增大对v的提高大于α引起的降低；t＞t 后，k增大对v的提高小于α引起的降低。
m m
【答案】(1)0.975 该反应气体分子数减少，增大压强，α提高。5.0 MPa＞2.5 MPa＝p ，所以p ＝5.0
2 1
MPa 温度、压强和反应物的起始浓度(组成)
(2)p
(3)升高温度，k增大使v逐渐提高，但α降低使v逐渐下降。t＜t 时，k增大对v的提高大于α引起的
m
降低；t＞t 后，k增大对v的提高小于α引起的降低
m
【变式探究】(2020·天津卷节选)用H 还原CO 可以在一定条件下合成CHOH(不考虑副反应)
2 2 3
CO(g)＋3H(g ) CHOH(g)＋HO(g) ΔH＜0
2 2 3 2
恒压下，CO 和H 的起始物质的量比为1∶3时，该反应在无分子筛膜时甲醇的平衡产率和有分子筛
2 2
膜时甲醇的产率随温度的变化如图所示，其中分子筛膜能选择性分离出HO。
2
(1)甲醇平衡产率随温度升高而降低的原因为________________________________。
(2)P点甲醇产率高于T点的原因为________________________________。
(3)根据上图，在此条件下采用该分子筛膜时的最佳反应温度为________℃。
【解析】(1)该反应是放热反应，温度升高有利于平衡逆向移动(或平衡常数减小)，甲醇的平衡产率随
温度升高而降低。(2)P点对应反应有分子筛膜，分子筛膜能选择性分离出水，有利于反应正向进行，故 P
点甲醇产率高于T点甲醇产率。(3)由题图知，当温度为210 ℃时，甲醇的产率最高，因此最佳反应温度为
210 ℃。
【答案】(1)该反应为放热反应，温度升高，平衡逆向移动(或平衡常数减小) (2)分子筛膜从反应体系
中不断分离出HO，有利于反应正向进行，甲醇产率升高 (3)210
2
【方法技巧】化工生产适宜条件选择的一般原则
条件 原则
从化学反应速率分析 既不能过快，又不能太慢
既要注意外界条件对速率和平衡影响的一致性，又要
从化学平衡移动分析
注意二者影响的矛盾性
增加易得廉价原料，提高难得高价原料的利用率，从
从原料的利用率分析
而降低生产成本
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限制
【变式探究】（2019·新课标Ⅱ节选）环戊二烯（ ）是重要的有机化工原料，广泛用于农药、橡
胶、塑料等生产。回答下列问题：
（1）已知： (g) (g)+H(g) ΔH=100.3 kJ·mol −1 ①
2 1
H(g)+ I (g) 2HI(g) ΔH=−11.0 kJ·mol −1 ②
2 2 2
对于反应： (g)+ I (g) (g)+2HI(g) ③ ΔH=___________kJ·mol −1。
2 3
（2）某温度下，等物质的量的碘和环戊烯（ ）在刚性容器内发生反应③，起始总压为105Pa，平
衡时总压增加了20%，环戊烯的转化率为_________，该反应的平衡常数K =_________Pa。达到平衡后，
p
欲增加环戊烯的平衡转化率，可采取的措施有__________（填标号）。
A．通入惰性气体 B．提高温度
C．增加环戊烯浓度 D．增加碘浓度
（3）环戊二烯容易发生聚合生成二聚体，该反应为可逆反应。不同温度下，溶液中环戊二烯浓度与反
应时间的关系如图所示，下列说法正确的是__________（填标号）。
A．T＞T
1 2
B．a点的反应速率小于c点的反应速率
C．a点的正反应速率大于b点的逆反应速率
D．b点时二聚体的浓度为0.45 mol·L−1
【答案】（1）89.3
（2）40％ 3.56×104 BD
（3）CD
【解析】（1）根据盖斯定律①-②，可得反应③的ΔH=89.3kJ/mol；
（2）假设反应前碘单质与环戊烯均为nmol，平衡时环戊烯反应了xmol，根据题意可知；
（g）+I （g）= （g）+2HI（g） 增加的物质的量
2
1mol 1mol 1mol 2mol 1mol
xmol 2n×20%
得x=0.4nmol，转化率为0.4n/n×100%=40%；
（g） + I （g）= （g）+ 2HI（g）
2
P（初） 0.5×105 0.5×105 0 0
ΔP 0.5×105×40% 0.5×105×40% 0.5×105×40% 1×105×40%
P（平） 0.3×105 0.3×105 0.2×105 0.4×105
K= =3.56×104；
p
T、V一定，通入惰性气体，由于对反应物和生成物浓度无影响，速率不变，平衡不移动，故A错误；
升高温度，平衡向吸热方向移动，环戊烯转化率升高，故B正确；增加环戊烯的浓度平衡正向移动，但环
戊烯转化率降低，故C错误；增加I 的浓度，平衡正向移动，环戊烯转化率升高，故D正确；
2
（3）温度越高化学反应速率越快，单位时间内反应物浓度减少越多，则Tv(逆)，a点反应物浓度大于b点，故a点正反应速率大于b点，故C正确；b点时环戊二烯浓度由
1.5mol/L减小到0.6mol/L，减少了0.9mol/L，因此生成二聚体0.45mol/L，故D正确。
