專題05化學平衡移動原理及應用

【知識梳理】

【歸納總結】

一、化學平衡的移動

1.概念

在一定條件下，當可逆反應達到平衡狀態以后，若反應條件(如溫度、壓強、濃度等)發生了變化，平衡混合

物中各組分的濃度也會隨之改變，從而在一段時間后達到新的平衡狀態。這種由原平衡狀態向新平衡狀態

的變化過程，叫做化學平衡的移動。

2.化學平衡移動的過程

3.化學平衡移動與化學反應速率的關系

(l)vi>v?：平衡向正反應方向移動。

(2)丫正=丫逆：反應達到平衡狀態，平衡不發生移動。

(3)vi<vi￡：平衡向逆反應方向移動。

4.影響化學平衡的外界因素

若其他條件不變，改變下列條件對化學平衡的影響如下:

改變的條件(其他條件不變)化學平衡移動的方向

增大反應物濃度或減小生成物濃度向正反應方向移動

濃度

減小反應物濃度或增大生成物濃度向逆反應方向移動

壓強(對于有增大壓強向氣體分子總數減小的方向移動

反應前后氣體體積改變

氣體參加的可減小壓強向氣體分子總數增大的方向移動

逆反應)反應前后氣體體積不變改變壓強平衡丕移動

升高溫度向吸熱反應方向移動

溫度

降低溫度向放熱反應方向移動

催化劑同等程度地改變V正、V逆，平衡不移動

5.化學平衡中的特殊情況

(1)當反應混合物中存在與其他物質不相混溶的固體或液體物質時，由于其“濃度”是恒定的，不隨其量的增

減而變化，故改變這些固體或液體的量，對化學平衡沒影響。

(2)同等程度地改變反應混合物中各物質的濃度時，應視為壓強的影響。

（3）充入惰性氣體與平衡移動的關系

①恒溫、恒容條件

原平衡體系-"人情性'可＞體系總壓強增大―＞體系中各組分的濃度不變一＞平衡不移動

②恒溫、恒壓條件

原平衡體系充入恪性氣體,容器容積增大,各反應氣體的分壓減小一＞體系中各組分的濃度同倍數減小（等效

于減壓）

氣體體積不變的反應,平衡不移動

?-氣體體積變化的反應平衡向氣體體積增大的方向

移動

二、勒夏特列原理及應用

而|如果改變影響平衡的一個因素（如溫度、壓

:一強以及參加反應的物質的濃度），平衡就向

早著能夠減弱這種改變的方向移動_________

」|可以更加科學、有效地調控和利用化學反

常一應，盡可能的止化學反應按照人們的需要

0|進行______________

平衡移動過程中的量變分析

向一密閉容器中通入1molNz、3m0IH2，發生反應N2（g）+3H2（g）2NH3（g）A//＜0,一段時間后達到平

衡，當其他條件不變時，改變下列條件后，請填寫下列內容：

①若增大N2的濃度，平衡移動的方向是向右移動;達新平衡前，氮氣濃度的變化趨勢是減小，但新平衡時

的濃度大壬原平衡時的濃度。

②若升高溫度，平衡移動的方向是向左移動;達新平衡前，體系溫度的變化趨勢是隆低，但新平衡時的溫

度高于原平衡時的溫度。

③若增大壓強，平衡移動的方向是向右移動;達新平衡前，壓強的變化趨勢是減小,但新平衡時的壓強大

王原平衡時的壓強。

（2）原理歸納：如果改變影響平衡的條件之一（如濃度、壓強或溫度），平衡將向著能夠減弱這種改變的方向移

動。

（3）注意事項

①適用范圍：適用于任何動態平衡體系（如在第三章將學到的溶解平衡、電離平衡等），非平衡狀態不能用此

來分析。

②平衡移動的結果只能是"減弱”外界條件的改變，但不能完全"消除”這種改變。可概括為“外變大于內變

【點撥】

平衡移動的結果是“減弱”外界條件的影響，而不是“消除”外界條件的影響，更不是“扭轉”外界條件的影響。

三、化學反應的調控

1.工業合成氨的適宜條件

⑴壓強

①原理分析：壓強越大越好。

②選用條件：目前，我國合成氨廠一般采用的壓強為10?30MPa。

③合成氨時不采用更高壓強的理由：壓強越大，對材料的強度和設備的制造要求也越高，需要的動力也越

大，這將會大大增加生產投資，并可能降低綜合經濟效益。

(2)溫度

①原理分析：低溫有利于提高原料的平衡轉化率。

②選用條件：目前，在實際生產中一般采用的溫度為400?500

③不采用低溫的理由：溫度降低會使化學反應速率減小，達到平衡所需時間變長，這在工業生產中是很不

經濟的。

合成氨反應一般選擇400-500℃進行的乂一重要原因為鐵觸媒在500C左右時的活性最大。

(3)催化劑

①原理分析：在高溫、高壓下，N?和H?的反應速率仍然很慢。

②選用條件：通常采用加入以鐵為主體的多成分催化劑,又稱鐵觸媒。

③選擇催化劑的理由：改變反應歷程，降低反應的活化能，使反應物在較低溫度時能較快地進行反應。

另外，為了防止混有的雜質使催化劑“中毒”，原料氣必須經過凈化。

(4)濃度

①原理分析：在500°C和30MPa時，平衡混合物中NH3的體積分數及平衡時N2和H2的轉化率仍較低。

②采取的措施：采取迅速冷卻的方法,使氣態氨變成液氨后及時從平衡混合物中分離出去；應將N%分離

后的原料氣循環使用,并及時補充N2和H2,使反應物保持一定的濃度。

③采取該措施的理由：分離出NM以促使平衡向生成N%的方向移動,此外原料氣的循環使用并及時補充

原料氣，既提高了原料的利用率,又提高了反應速率,有利于合成氨反應。

(5)工業合成氨的適宜條件

外部條件工業合成氨的適宜條件

壓強10?30MPa

溫度400―500℃

催化劑使用鐵觸媒作催化劑

濃度氫及時從混合氣中分離出去，剩余氣體循環使用;及時補充N2和H2

(6)合成氨的工藝流程

液態NH,NHl+N2+H2

點撥：選擇工業合成適宜條件的原則

(1)考慮參加反應的物質組成、結構和性質等本身因素。

(2)考慮影響化學反應速率和平衡的溫度、壓強、濃度、催化劑等反應條件。

(3)選擇適宜的生產條件還要考慮設備條件、安全操作、經濟成本等情況。

(4)選擇適宜的生產條件還要考慮環境保護及社會效益等方面的規定和要求。

根據工業生產的實際情況、經濟效益及環保要求等最終確定適宜的條件。

2._工業生產生適宜生產條件的選擇思路

影響有利于加快反應

有利于平衡移動條件的控制綜合分析結果

因素速率的控制

濃度增大反應物濃度增大反應物濃度、減小生成物濃度不斷補充反應物、及時分離出生成物

AV<0高壓設備條件允許的前提下,盡量采取高壓

壓強高壓(有氣體參加)

AV>0低壓兼顧速率和平衡、選取適宜的壓強

兼顧速率和平衡、考慮催化劑的適宜溫

AH<0低溫

度

溫度高溫

在設備條件允許的前提下，盡量采取高

AH>0高溫

溫并選取合適催化劑

加合適的催化劑，

催化劑加合適的催化劑無影響

考慮催化劑活性與溫度關系

【方法探究】

構建模型

(1)構建恒溫恒容平衡思維模式

新平衡狀態可認為是兩個原平衡狀態簡單的疊加并壓縮而成，相當于增大壓強。

起始平衡

新平衡

0“叼疊力口

041b

(2)構建恒溫恒壓平衡思維模式(以氣體物質的量增加的反應為例，見圖示)

新平衡狀態可以認為是兩個原平衡狀態簡單的疊加，壓強不變，平衡不移動。

警臺尊新平衡

0^[ZlHLL

【專題過關】

1.反應NH4Hs(s)UNH3(g)+H2s(g)在某溫度下達到平衡，下列各種情況不會使平衡發生移動的是()

A.溫度、容積不變時，通入SO2氣體

B.移走一部分NH4Hs固體

C.容器體積不變，充入HC1氣體

D.保持壓強不變，充入氮氣

【答案】B

【解析】A項，2H2S+SO2=3S+2H2。，通入SO?氣體使反應正向移動；B項，增減固體的量不影響平衡；

C項，NHMg)+HCl(g)==NH4CKs),充入HC1氣體使反應正向移動；D項，保持壓強不變，充入氮氣，平

衡向正反應方向移動。

c(CO).c(H,O)

2.高溫下，某反應達到平衡，平衡常數恒容時，溫度升高，比濃度減小。下列說法

C(CO2).C(H2)

正確的是

A.該反應的化學方程式為CO+H2OUCO2+H2

B.恒溫恒容下，增大H2濃度平衡常數K減小

C.平衡移動時，K值一定變化

D.該反應的正反應是吸熱反應

【答案】D

c(CO).c(H,O)

【解析】A.根據該反應的平衡常數表達式可知該反應的化學方程式為CO2+H2匚C0+

C(CO2).C(H2)

H2O(g),A錯誤；

B.平衡常數僅僅是溫度的函數，溫度不變，平衡常數不變，B錯誤；

C.平衡常數僅僅是溫度的函數，溫度不變，平衡常數不變，故只有改變溫度引起的平衡移動，K值一定變

化，其余條件引起的平衡移動，K值不變，C錯誤；

D.由題干信息可知，恒容時，溫度升高，H?濃度減小，即CO2+H2.?CO+H2O(g)平衡正向移動，故該反

應的正反應是吸熱反應，D正確:

故答案為：D。

3.（2022?河北武強中學高二期中）2NO（g）+O2（g）U2NO2（g）體系中能使該反應的反應速率增大，且平衡向正

反應方向移動的是

A.及時分離出NO2氣體B.擴大容器體積

C.增大02的濃度D.選擇高效催化劑

【答案】C

【解析】A.及時分離出NO2氣體，平衡向生成二氧化氮的方向移動，正向移動；但是反應物濃度減小，反

應速率減小，A錯誤；

B.反應為氣體分子數減小的反應，擴大容器體積，平衡逆向移動，且物質的濃度均減小，反應速率減慢,

B錯誤；

C.增大02的濃度，平衡正向移動，反應物濃度變大，反應速率變大，c正確；

D.選擇高效催化劑可加快反應速率，但不改變平衡移動，D錯誤；

故選C?

4.反應2so2（g）+O2（g）=2SO3（g）AHV0已達平衡，如果其他條件不變時，分別改變下列條件，對化學反

應速率和化學平衡產生影響，下列條件與圖像不相符的是（。?小口正=成逆；”時改變條件，B時重新建立平

衡）（）

【答案】C

【解析】增加02的濃度，八增大，v逆瞬間不變，A正確；增大壓強，心:、v.瞬間都增大,

V”增大的倍數大于口逆，B正確；升高溫度，I，而、丫道瞬間都增大，C錯誤；加入催化劑，

丫止、v&同時同倍數增大，D正確。

5.一定條件下，向兩個容積相同的密閉容器中分別充入一定量的N02（g）和NH3（g）,分別達到平衡2NO2峰

N2O4,2N%峰珍N2+3H2,均為氣態后，NCh和NH3的轉化率均為a%,保持溫度、容積不變，向兩個容器

中分別再充入ImolNzCU和ImolNHj,再次達到平衡時NO?和NH3的轉化率分別為b%和c%?則下列關系

中正確的是

A.b>a>cB.c>a>bC.a>b>cD.a=b=c

【答案】A

【解析】在兩個恒容容器中有平衡體系：①2NCh=N2O4,②2NH3UN2+3H2,平衡時NCh和NH.3的轉化率均

為a%,

若向容器中①再充入ImolNzOa,①向正反應方向移動，促進反應物的轉化，則再次達到平衡時NCh為b%

>a%；

②中再充入ImolNHs,②向逆反應方向移動，轉化率減小，則再次達到平衡時N%的轉化率為c%<a%,

故選：A。

6.據報道，在300℃、70MPa下由二氧化碳和氫氣合成乙醇已成為現實，其反應的化學方程式為

2CO2(g)+6H2(g)-CH3cH20H(g)+3H2O(g)。下列敘述正確的是

A.相同條件下，2moi氫原子所具有的能量大于Imol氫分子所具有的能量

B.當v(CO2)=2v(CH3cH20H)時，反應一定達到平衡狀態

C.移去水蒸氣，可增大正反應速率

D.恒壓，充入惰性氣體，化學反應速率增大

【答案】A

【解析】A.氫原子結合生成氫氣分子，氫原子之間形成化學鍵釋放能量，則2moi氫原子所具有的能量高

于1mol氫分子所具有的能量，A正確；

B.未指出反應速率的正、逆，因此不能判斷反應是否處于平衡狀態，B錯誤；

C.移去水蒸氣的瞬間，正反應速率不變，逆反應速率減小，由于正反應速率大于逆反應速率，化學平衡正

向移動，反應物濃度減小，正反應速率減小，C錯誤；

D.恒壓，充入惰性氣體，則容器體積增大，反應體系中各氣體物質的濃度減小，反應速率減慢，D錯誤;

答案選A。

7.下列操作或事實不能用勒夏特列原理解釋的是

A.2NO2(g).N2O4(g)A//<0,把NOz球浸泡在冰水中，氣體顏色變淺

B.用飽和食鹽水除去CL中的HC1,可減少Ch的損失

C.對H式g)、I?(g)和HI(g)組成的平衡體系加壓后顏色變深

D.向含有Fe(SCN%的紅色溶液中加入鐵粉，振蕩，溶液顏色變淺或褪去

【答案】C

【解析】A.2NO式g)N2O4(g)AH<0,放在冰水中，溫度降低，平衡向生成無色氣體的方向移動，所

以顏色變淺：

B.C4與反應存在化學平衡：a2+H2OuH++C/-+〃C/。，使用飽和食鹽水時，山于"C7在水中溶解度

很大，可以除去雜質HCI,同時由于溶液中的c(a)增大，化學平衡逆向移動，導致a?的溶解量、反應量

減小，因此可減少eg的損失；

c.體系顏色加深是因為壓縮體積，L的濃度增大，而加壓平衡并未移動;

D.鐵粉消耗溶液中的反3+,使莊3+離子濃度降低，使平衡Fe(SCN)31Pe3++3SCN-正向移動，溶液顏色

變淺或褪去，可以用勒夏特列原理解釋;

故選Co

8.在容積一定的密閉容器中發生可逆反應A(g)+B(g)=C(g)A//>0,平衡移動關系如圖所示。下列說法

正確的是()

選項壓強縱坐標

AP1(P2c的物質的量濃度

BP\>P2B的轉化率

CPl<P2混合氣體的平均摩爾質量

DP\>P2A的質量分數

【答案】B

【解析】Pl<P2,壓強增大，平衡正向移動，C的物質的量濃度增大，故A選項錯誤；PI>P2,隨壓強的增

大，平衡正向移動，B的轉化率增大，故B選項正確；Pl<p2,壓強增大，平衡正向移動，混合氣體平均摩

爾質量增大，故C選項錯誤；PI>P2,隨壓強的增大，平衡正向移動，A的質量分數減小，故D選項錯誤。

9.合成氨反應達到平衡時，NH3的體積分數與溫度、壓強的關系如圖所示。根據此圖分析合成氨工業最有

前途的研究方向是()

瞬

W

送

檢

S

-

H

N

。

溫度/七

A.提高分離技術

B.研制耐高壓的合成塔

C.研制低溫催化劑

D.探索不用N2和H2合成氨的新途徑

【答案】C

【解析】由題圖可知，NH3的體積分數隨著溫度的升高而顯著下降，故要提高NH3的體積分數，必須降低

溫度，但目前所用催化劑鐵觸媒的活性最高時的溫度為500℃,故最有前途的研究方向為研制低溫催化劑。

10.某溫度下，在一恒容密閉容器中進行如下兩個反應并達到平衡：

①2X(g)+Y(g)=Z(s)+2Q(g)AH!<0

②M(g)+N(g)=R(g)+Q(g)A//2>0

下列敘述錯誤的是()

A.加入適量Z,①和②平衡均不移動

B.通入稀有氣體Ar,①平衡正向移動

C.降溫時無法判斷Q濃度的增減

D.通入Y,則N的濃度增大

【答案】B

【解析】Z為固體，加入適量Z不影響反應①的平衡移動，而反應②與Z無關，故加入Z也不影響反應②

的平衡移動，A正確：通入稀有氣體Ar,由于容器體積不變，故氣體濃度不發生改變，反應①的平衡不移

動，B錯誤；溫度降低，反應①正向進行，反應②逆向進行，但兩個反應中反應物的起始濃度未知，故無法

判斷Q濃度的增減，C正確；通入氣體Y,反應①平衡正向移動，Q的濃度增大，導致反應②平衡逆向移

動，則N的濃度增大，D正確。

11.已知反應A(g)+B(g)y(g)+D(g)的平衡常數K值與溫度的關系如表所示。830℃時，向一個2L的密

閉容器中充入0.20molA和0.20molB,10s末達平衡。下列說法不氐碰的是

溫度/℃7008301200

K值1.71.00.4

A.達到平衡后，B的轉化率為50%

B.該反應為吸熱反應，升高溫度，平衡正向移動

C.反應初始至平衡，A的平均反應速率v(A)=0.005mol-L'-s-1

D.容器體積減小為原來的一半，平衡不移動，正、逆反應速率均增大

【答案】B

A(g)+B(g)C(g)+D(g)

,人開始(mol)0.200.2000

【解析】A.設平衡時參加反應的B的物質的量為xmol,亦小,則

變化(mol)XXXX

平衡(mol)0.20-x0.20-x?XX

=1,解得：x=0.1

(0.2-x)?(0.2-x)

所以平衡時B的轉化率為：誓EX100%=50%,A正確；

0.2mol

B.由題干表中數據可知，升高溫度，平衡常數減小，說明升高溫度平衡逆向移動，說明該反應為放熱反應，

升高溫度，平衡逆向移動，B錯誤；

0.1mol/

C.反應初始至平衡，A的平均反應速率v(A)=/2L=0.()05moLL-、s」,C正確：

10s

D.該反應前后氣體的物質的量之和不變，故容器體積減小為原來的一半，平衡不移動，反應物、生成物的

濃度增大，即正、逆反應速率均增大，D正確；

故答案為：Bo

12.已知某密閉容器中發生反應：X(g)+Y(g)UmZ(g)A//<0o反應過程中，X、Y、Z的物質的量隨時間

的變化如圖所示，則8時刻改變的條件可能是()

A.升高溫度B.加入更高效的催化劑

C.增大壓強D.加入一定量的Z

【答案】A

【解析】正反應是放熱反應，升高溫度，平衡向逆反應方向移動，Z的物質的量減少，X或Y的物質的量

增大，符合圖像，A正確；使用催化劑不影響化學平衡的移動，不符合圖像，B錯誤；由題圖知，反應達到

平衡時，A〃(X或Y)=amol,An(Z)=2amol,即〃z=2,反應前后氣體物質的化學計量數之和相等，增大壓

強，化學平衡不移動，不符合圖像，C錯誤；加入一定量的Z,九時，Z的物質的量應增大，不符合圖像，

D錯誤。

13.(2020.海南)NO與CO是燃油汽車尾氣中的兩種有害氣體，常溫常壓下它們之間的反應：CO(g)+NO(g)

^CO2(g)+1N2(g)△//=-374.3kJ-mofiK=2.5xl()60,反應速率較小。有關該反應的說法正確的是()

A.K很大，NO與CO在排入大氣之前就已反應完全

B.增大壓強，平衡將向右移動，K>2.5x1()6。

C.升高溫度，既增大反應速率又增大K

D.選用適宜催化劑可達到尾氣排放標準

【答案】D

【解析】平衡常數很大，表示該反應所能進行的程度大，由于NO與CO反應速率較小，在排入大氣之前沒

有反應完全，故A錯誤；平衡常數只與溫度有關，增大壓強，K不變，故B錯誤；正反應放熱，升高溫度，

速率加快，平衡逆向移動，K減小，故C錯誤；選用適宜催化劑可加快反應速率，使尾氣的排放值達到尾

氣排放標準，故D正確。

14.在恒容密閉容器中，由CO合成甲醇：CO(g)+2H2(g)=CH30H(g),在其他條件不變的情況下研究溫度

對反應的影響，實驗結果如圖所示，下列說法正確的是()

A.平衡常數2避量

B.該反應在4時的平衡常數比T2時的小

c.CO合成甲醇的反應為吸熱反應

D.處于A點的反應體系從，變到不，達到平衡時&霽而增大

CVrl3kJrl

【答案】D

【解析】A項，因該反應中氫氣前的系數為2,則該反應的平衡常數K=黑端，錯誤：B項，由圖像可

知，反應從心到不時，甲醇的物質的量增大，根據平衡常數的計算式可知力時的平衡常數比72時的大，

錯誤；C項，由圖像可知在心溫度下反應先達到平衡，反應速率較力快，則有乃>/，溫度降低，平衡向

正反應方向移動，則正反應為放熱反應，錯誤；D項，處于A點的反應體系從71變到“的過程中，平衡向

逆反應方向移動，則c(H?增大，而c(CH-QH)減小，達到平衡時就%j應該增大，正確。

cCrlsOrl

15.在一定溫度下，將2molA和2molB兩種氣體相混合于體積為2L的某密閉容器中(容積不變)，發生如下

反應：3A(g)+B(g)=xC(g)+2D(g),AH<0,2min末反應達到平衡狀態(溫度不變)，生成了0.8molD,并測得C

的濃度為0.4mol-LT,請填寫下列空白：

(l)x的值等于O

(2)該反應的化學平衡常數K=,升高溫度時K值將(選填"增大”、"減小”或"不變”).

(3)A物質的轉化率為。

(4)若維持溫度不變，在原平衡混合物的容器中再充入4moic和4moiD,欲使達到新的平衡時，各物質的物

質的量分數與原平衡相同，則至少應再充入B的物質的量為mol。達到新平衡時A的物質的量為

n(A)=mol

【答案】21減小60%32.6

2

【解析】(1)C的濃度為0.4molL”,因為容器體積是2L因此C為0.8mol,與D產量相同,故反應中的計

量數相同，X是2。

(2)列式求算:

3A(g)+B(g).-2c(g)+2D(g)

c初(mol/L)1100

Ac(mol/L)0.60.20.40.4

c末(mol/L)0.40.80.40.4

由平衡常數計算公式K=：(??￡)=。因為該反應AH<0,是放熱反應，故升高溫度反應逆

c(A)-c(B)0.4X0.82

向進行，K值減小。

Ac(A),0.6mol/L,

⑶A物質的轉化率=-T：x100%=.n./Tx100%=60%。

c初Aj1rnoi/L/

(4)與原平衡等效，則A與B的物質的量之比為1：1,將3molC和3molD完全轉化為A和B,得至U4.5molA

和1.5molB,加上原來的物質的量之后，A為6.5mol,B為3.5mol,要使A、B的物質的量相等，還需要加

入3moiB,達到新平衡后，A的物質的量分數與原來相同，為20%,新平衡時A的物質的量為

13molx20%=2.6mol。

16.燃煤會產生CO?、CO、SO2等大氣污染物。燃煤脫硫的相關反應的熱化學方程式如下：

1

I.CaSO4(s)+CO(g)^CaO(s)+SO2(g)+CO2(g)A//,=+281.4kJ-moP