专题4 平衡移动原理

专题4
平衡移动原理
［高考导向］ ◆ 学科内重点热点分析◆
所有的动态平衡在本质上都是一致的，都是在正向变化速率与逆向变化速率相等时，正逆变化处于相对的平衡状态，当外界条件发生变化时，这种平衡的条件被打破，平衡将发生移动，再在新的条件下建立起新的平衡。

平衡移动原理不仅适用于化学平衡体系（包括化学反应平衡、弱电解质的电离平衡、盐类的水解平衡、难溶物的溶解平衡等），它更是自然界中一条普遍规律，对所有的动态平衡它都是适用的，也适用于物理平衡，如水的三态变化：升高温度，平衡向吸热方向移动，有利于水蒸发为气态；降低温度，平衡向放热方向移动，有利于水凝固成冰。

但有一点必须注意：这个原理只能应用于平衡体系，不适用于非平衡体系。

本专题的重点热点内容是：
（1）外界条件对反应速率的影响
（2）平衡的特征与标志
（3）速率与平衡的关系
（4）平衡移动方向的判断与应用
（5）图象的识别与应用
◆ 跨学科重点热点分析◆
（1）应用平衡运动原理解释呼吸作用和光合作用中的某些现象
（2）应用平衡移动原理解释某些日常生活、生产中的事实和现象
［学科内综合能力测试例释］
【例1】将等物质的量的A 、B 、C 、D 四种物质混合后，发生如下反应：
aA ＋bB
cC(s)＋dD ，当反应进行一定时间后，测得A 减少了n mol ，B 减少了mol 2n ，C 增加了mol 2
n 3，D 增加了n mol ，此时达到平衡。

（1）该化学方程式中各物质的系数为：a= ，b= ，c= ，d= 。

（2）若只改变压强，反应速率发生变化，但平衡不发生移动，该反应中各物质的聚集状态分别是：A ，B ，D 。

（3）若只升高温度，反应一段时间后，测得四种物质其物质的量又达到相等，则该反应为 反应（吸热、放热）
【解析】（1）反应方程式中各物质的系数之比等于各物质的物质的量的变化之比，因此有下列关系：a ︰b ︰c ︰d ＝n ︰2n ︰2
n 3︰n ＝2︰1︰3︰2，所以a ＝2，b ＝1，c ＝3，d ＝2 （2）由于压强改变，反应速率发生变化，但是，平衡并不发生移动，说明此可逆反应中有气体参加且反应物中和生成物中的气体物质的量相等，结合方程式的系数我们可以得出：A 和D 为气态，B 为固态或液态（最好不要填非气态，因为物质的状态除了气态、液态、固态外还有等离子体等其它状态）。

（3）由（1）可知：在上述温度下，等物质的量的四种物质反应时，平衡向正反应方向移动，A 和B 的物质的量在减少，而C 和D 的物质的量在增加，汉温度升高后，四种物质的物质的量又重新相等，说明升高温度该平衡向逆反应方向移动，因此正反应是一个放热反应。

【答案】（1）2，1，3，2 （2）A 和D 为气态，B 为固态或液态 （3）放热
【例2】二氧化氮在加热条件下能够分解成一氧化氮和氧气。

该反应进行到45秒时，达到平衡（NO 2浓度约为0.0125mol·L －1）。

右图中的曲线表示二氧化氮分解反应在前25秒内的反应进程。

（1）请计算前20秒内氧气的平均 生成速率 。

（2）若反应延续至70秒，请在图中用实线画出25秒至70秒的反应进程曲线。

（3）若在反应开始时加入催化剂（其他条件都不变），请在图上用虚线画出加催化剂后的反应进程曲线。

【解析】理科综合提供的原始材料很多都是以数据、图形、图表、图像的方式呈现的，这就要求学生具备分析处理数据，观察图形、图像发掘其中的隐含信息，并按内在联系，抽象归纳逻辑地统摄出规律的能力，学会将数据、图像信息转换为文字信息或将文字、数据信息转换成图像信息，以具备较强的信息转换能力。

（1）根据图中曲线可知前20s 内NO 2的反应速率为113s L mol 101.120018.0040.0---⋅⋅⨯=-=v ，再根据化学方程式2NO 2
2NO ＋O 2推知O 2的反应速率为NO 2的一半，即1142s L mol 105.5)O (---⋅⋅⨯=v
（2）由题中信息可知，此反应在45s 时达到平衡，因此在45s 前NO 2的浓度在逐渐减小，
至0.0125mol·L －1，在45s 后浓度不变，其曲线是一条平行于时间轴的直线。

（3）在其它都不变的情况下，加入催化剂只能加快反应速率，缩短达到平衡的时间，但不能平衡的状态，即达到平衡时的各物质的浓度
保持不变。

表现在图象上应与上一条曲线在点（45,0.0125）处相交。

【答案】（1）114s L mol 105.5---⋅⋅⨯ （2）图中实线 （3）图中虚线
【例3】（1）在实验室中作小型实验：把物质
A 、
B 按一定比例充入一个表面积为300cm 2的圆柱形容器中，使压强为P ，然后将整个体积用加热器加热到280℃时，发生如下反应：
kJ 180)g (D 2)g (C 2C 280 )g (B )g (A 3o +++
浓度（mol/L)时间（s ）二氧化氮的浓度与时间的关系浓度（mol/L)时间（s ）二氧化氮的浓度与时间的关系
若平均每分钟生成0.5mol 的C ，容器表面向外散热速率平均为400J ·min －1·cm －
2，为了维持恒温280℃，平均每分钟需用加热器向容器提供多少kJ 的热量。

答 。

（2）若针对（1）的小型实验扩大为工业生产：将反应器的底面半径和高度都扩大到原容器的10倍，做成“相似体”，并向其中将A 、B 按原比例充入，使压强仍为P ，然后加热到280℃，反应开始后，应继续加热还是冷却？（设容器表面散热速率不变）平均每分钟用加热器提供或者用冷却器吸收多少kJ 的热量。

答 。

（3）在恒温、恒压下，向（2）的“相似体”的平衡体系中，再将A 、B 按原比例充入，重新达到平衡时，C 物质的体积分数 （填：增大、减小、不变）
【解析】本题是一道模拟实验室实验和工业生产之间关系的学科内综合试题，了解实验室实验和工业生产之间的差异性。

（1）每分钟内生成0.5mol 的C 物质时，产生的热量为45kJ ，而容器散发的热量为kJ 12013004.0=⨯⨯，因此每分钟应向反应体系提供的热量为120kJ －45kJ ＝75kJ 。

（2）由圆柱形表面积公式：πrh πr S 222+=可知，当底面半径和高都增加10倍时，圆柱的表面积将增加100倍，而容器的容积将增加1000倍，则平均每分钟生成的C 物质为500mol ，放出的热量为45000kJ ，而容器散发的热量为12000kJ ，故需用冷却器冷却，由冷却器每分钟吸收掉的热量为：45000－12000＝33000kJ 。

（3）由于反应前后气体的体积相等，压强对平衡不产生影响（再向容器内充入原比例的A 、B ，就相当于增大体系压强），因此，新平衡体系与旧平衡体系中各物质的分数保持不变。

【答案】（1）75kJ （2）用冷却器吸收33000kJ 的热量 （3）不变
［跨学科综合能力测试例释］
【例题】已知：氢氧化钙在水中存在下列溶解平衡：
Ca(OH)2 (固体) Ca 2＋＋2OH －
在火力发电厂燃烧煤的废气中往往含有SO 2、O 2、N 2、CO 2等，为了除去有害气体SO 2并变废为宝，常常用粉未状的碳酸钙或熟石灰的悬浊液洗涤废气，反应产物为石膏。

（1）写出上述反应的两个化学方程式：
①SO 2与碳酸钙悬浊液反应： ， ②SO 2与熟石灰的悬浊液反应： ；
（2）试说明用熟石灰的悬浊液，而不用澄清石灰水洗涤废气的理由： 。

（3）火力发电厂附近大气中的的含量较高， 为了减轻对环境的污染。

最适宜种植的树种是
A ．柠檬和圆柏
B ．杨树和柳树
C ．银杏和柳杉
D ．山毛榉和梧桐
（4）在英国进行的一个研究表明：高烟囱可以有效地降低地面SO 2浓度。

在20世纪60年代～70年代的10年间，由发电厂排放出的SO 2增加了35%，但由于建造地面SO 2浓度降低了30%之多。

请你从全球环境保护的角度，分析这种方法是否可取？简述其理由。

答： 。

【解析】这是一道从环境污染及保护切入，用化学、生物学科知识去解决自然环境治理的综合测试题。

侧重考查学生运用知识解决实际问题的能力。

由于H 2SO 3的酸性比H 2CO 3强，故可以H 2SO 3和CaCO 3发生得分解反应生成CaSO 3和CO 2，而CaSO 3易被空气中的O 2氧化成CaSO 4（石膏），至于SO 2与Ca(OH)2的反应可由熟知的CO 2与Ca(OH)2反应类推。

【答案】（1）①2SO 2＋O 2＋2CaCO 3＝2CaSO 4＋2CO 2
或 2SO 2＋O 2＋2CaCO 3+4H 2O ＝2[CaSO 4·2H 2O]＋2CO 2
②2SO 2＋O 2＋2Ca(OH)2＝2CaSO 4＋2H 2O
或2SO 2＋O 2＋2Ca(OH)2＝2[CaSO 4·2H 2O]
（2）Ca(OH)2微溶于水，石灰水中的Ca(OH)2的浓度小，吸收SO 2的量少且速率较慢。

（3）C
（4）不可取，因为SO 2的排放总量并没有减少，所以由此产生的酸雨仍会造成对全球环境的危害。

［专题综合能力测试］
一、选择题（每小是4分，共60分）
1．X 、Y 、Z 为三种气体，把amolX 和bmolY 充入一密闭容器中，发生如下反应：X ＋2Y 2Z ，达到平衡时，若它们的物质的量满足：n(X)＋n(Y)＝n(Z)，则Y 的转化率为（ ） A ．%1005b a ⨯+ B ．%100b 5)b a (2⨯+ C ．%1005
)b a (2⨯+ D ．%100a 5b a ⨯+ 2．反应4NH 3(g)＋5O 2(g)
4NO(g)＋6H 2O(g)在10L 密闭容器中进行，半分钟后，水蒸气的物质的量增加了0.45mol ，则此反应的平均速率)X (v （此反应物的消耗速率或产物的生成速率）可表示为（ ）
A ．113s L mol 010.0)NH (--⋅⋅=v
B ．112s L mol 0010.0)O (--⋅⋅=v
C ．11s L mol 0010.0)NO (--⋅⋅=v
D ．112s L mol 045.0)O H (--⋅⋅=v
3．PH ＝5的NH 4Cl 溶液由水电离出来的[H ＋]为a ，pH ＝5的HCOOH 溶液中由水电离出来
的[H ＋]为b ，下列a 和b 的关系正确的是（ ）
A ．a ＝b
B ．a ＝104b
C ．a ＝10－4b
D ．b ＝10－4a
4．在一定条件下，将3molN 2和3molH 2充入一个密闭容积恒定的容器中，发生如下反应：N 2(g)＋3H 2(g) 2NH 3(g)，当反应达到平衡时，NH 3为nmol ，现将N 2、H 2、NH 3分别按下表中的四种组合充入该容器中，在同样条件下达到平衡时NH 3不为nmol 的是（ ）
5．对于可逆反应N 2＋O 2 2NO 在密闭容器中进行。

下列条件中哪些能加快反应的反应速率（假定温度不变）（ ）
A ．缩小体积使压强增大
B ．体积不变充入N 2使压强增大
C ．减小压强使体积增大
D ．体积不变充入He 气使压强增大
6．下列哪种说法可以证明反应N 2(g)＋3H 2(g) 2NH 3(g)已达到平衡状态（ ）
A ． 1个N ≡N 键断裂的同时，有3个H －H 键形成
B ． 1个N ≡N 键断裂的同时，有3个H －H 键断裂
C ． 1个N ≡N 键断裂的同时，有6个N －H 键断裂
D ． 1个N ≡N 键断裂的同时，有6个N －H 键形成 7．反应X ＋2Y 2Z ＋热量，在不同温度（T 1和T 2）及压强（P 1和P 2）下产物Z 的物质的量（n Z ）与反应时间（t ）的关系如图所示。

下列判断正确的是（ ） A ．T 1＜T 2， P 1＜P 2 B ．T 1＜T 2， P 1＞P 2
C ．T 1＞T 2， P 1＞P 2
D ．T 1＞T 2， P 1＜P 2
8．在一定体积的密闭容器中放入3L 气体R 和5L 气体Q ，在一定条件下发生反应：
2R(g)＋5Q(g) 4X(g)＋nY(g)
反应完全后，容器温度不变，混合气体的压强是原来的87.5%，则化学方程式中的n 值是（ ）
A ．2
B ．3
C ．4
D ．5
9．常温下，将pH ＝a 的醋酸与pH ＝b 的NaOH 溶液等体积混合，恰好完全反应，则醋酸的电离度是（ ）
A ．%10a b -
B ．%102a b +-
C ．%10a b 16--
D ．%10a b 12--
10．亚硫酸钠和硫粉在水溶液中加热可以发生反应生成硫代硫酸钠，但在实际操作时，加入的硫粉通常要用少许乙醇润湿后（以便硫能被水浸润），再加入到反应体系中。

若加入的硫粉不用乙醇润湿，对反应的影响是（ ）
A ．会降低反应速率
B ．需要提高反应温度
C ．将增大反应体系的pH 值
D ．会减少产量
11．在373℃时，把0.5molN 2O 4气体通入体积为5L 的真空密闭容器中，立即出现红棕色，
反应到2s 时，NO 2浓度为0.02mol ·L －1，在60s 时，体系达到平衡，此时容器内压强为起
始时1.6倍。

下列说法正确的是（ ）
A ． 前2s ，以N 2O 4浓度的变化表示的平均反应速率为0.01mol ·L －1·s －1
B ． 在2s 时体系内的压强为开始时的1.1倍
C ． 在平衡体系中N 2O 4的浓度为0.04mol ·L －1
D ． 平衡时，如果压缩容器的体积，则容器内气体的颜色将变浅
n Z
t
12．将除去表面氧化膜的镁条投入一定浓度的稀硫酸中，
测得其反应速率如图所示，则t 0～t 1时间内反应速率变化
的原因是（ ）
A ．硫酸的浓度
B ．镁条的表面积
C ．溶液的温度
D ．发生了原电池反应
13．在300K 时将一定量的丁烷气充入一固定容积的密闭容器中，测得此时容器内的压强为P 1，现升高温度至1200K ，丁烷开始裂解，当反应达到平衡时，测得容器内的压强为7.2P 1，则此条件下丁烷气的分解率为（ ）
A ．18%
B ．60%
C ．72%
D ．80%
14．如图所示，左右两气缸均为透热性能非常好的容
器，其中左气缸中盛有2molH 2和1molO 2，右气缸中
盛有N 2、H 2的反应平衡混合气体，中间的连体活塞
可以无摩擦的自由移动，开始时两气缸中气体的体积
相等且温度均为500K 。

现用电火花点燃左气缸内的
气体，使其充分反应（假设在反应期间气缸内的温度不发生变化），下列叙述正确的是
A ． 当活塞静止不动时，左右气缸内的压强仍相等
B ． 当活塞静止不动时，右气缸内气体的体积是左气缸内气体体积的1.5倍
C ． 当活塞静止不动时，左右气缸内气体体积之和小于原气体体积之和
D ． 当活塞静止不动时，左气缸内气体密度变大，右气缸内气体密度变小
15．如图所示，表示在容积固定的2L 密闭容器中进行的
某一可逆反应：X(g)＋2Y(g) 2Z(g)，用Y 物质的
量的浓度表示的反应速率v 正、v 逆与时间的关系图。

已知v 的单位为11s L mol --⋅⋅，则图中阴影部分的面积可表示 A ． X 的物质的量浓度的减少 B ． Y 的物质的量浓度的减少
C ． Z 的物质的量增加
D ． Y 的物质的量增加
二、综合题（共90分）
16．（16分）在一定温度下，冰醋酸加水稀释过程中，溶液的导电能力如图所示，试回答： （1）O 点导电能力为0的原因是 。

（2）a 、b 、c 三点溶液pH 由大到小的顺序为。

（3）a 、b 、c 三点电离度由小到大的顺序为。

（4）取c 点处的溶液加入少量的NaOH 固体，则溶液的导电能力 （填写：增强、减弱、不变）
17．（14分）已知25℃时，0.1mol ·L －1的醋酸溶液的pH 约为3。

向其中加入少量的醋酸钠
晶体，待晶体溶解后发现溶液的pH 增大。

对上述现象有两种不同的解释：甲同学认为醋酸v t t 0t 1v t v 0v /s Y 正
逆
钠水解呈碱性，增大了［OH －］，因而溶液的pH 增大；乙同学认为醋酸钠溶于水电离出大
量的醋酸根离子，抑制了醋酸分子的电离，使［H ＋］减小，因此溶液的pH 增大。

为了验证
上述哪种解释正确，需继续做如下实验：向0.1mol ·L －1的醋酸溶液中加入下列少量物质 （填编号），然后测定溶液的pH 。

A ．固体CH 3COOK
B ．固体CH 3COONH 4
C ．气体NH 3
D ．固体NaHCO 3 若甲同学的解释正确，则溶液的pH 应 （填：增大、减小、不变）
若乙同学的解释正确，则溶液的pH 应 （填：增大、减小、不变）
（已知：25℃时，0.1mol ·L －1氨水的电离度为1.3%，0.1mol ·L －1醋酸的电离度为1.3%）
18．（16分）对于反应aA ＋
cC ＋dD ，反应达平衡时，有下列关系式成立： b a d
c ]B []A []D []C [K ⋅⋅=（K 称为平衡常数），现有+3Fe 和-I 在水溶液中发生如下反应：
223I Fe 2Fe 2I 2+=+++-
（1）该反应的平衡常数K 的表达式为K ＝ ，当反应达到平衡后，加入CCl 4充分振荡后，且温度保持不变，则上述平衡向 移动（向左、向右、不）。

（2）上述反应的正反应速率和-I 、+3Fe 的浓度关系为：)Fe ()I (K 3n m +-⋅=c c v （K 为常通过所给的数据计算得知：在)Fe ()I (K 3n 2m +⋅=c c v 中m 、n 值分别是
A ．m=1 n=1
B ．m=1 n=2
C ．m=2 n=1
D ．m=2 n=2
-I 浓度对反应速率的影响 +3Fe 浓度对反应速率的影响（选填：＞、＜、＝）
19．（24分）某温度时，在一个2L 的密闭容器中，X 、Y 、Z 三种物质的物质的量随时间的变化曲线如图所示。

根据图中数据，试填写下列空格： （1）该反应的化学方程式为 ， （2）反应开始到2min 末，气体Z 的平均反应速率为 ， （3）若X 、Y 、Z 均为气体，反应达平衡时，
①此时体系的压强是开始时的 倍，
②若此时只将容器的体积扩大为原来的2倍，达新平衡时，容器内温度降低（容器不与外界进行热交换），则该反应为 反应（填编号）；
A ．放热
B ．吸热
C ．无法判断
达到新的平衡时，容器内混合气体的平均分子量比原平衡 （填编号） 物质的量/mol 时间/min 1.00.80.6
0.40.2
012340.20.70.9
A ．增大
B ．减小
C ．不变
（4）此反应达平衡后，若只加大体系压强，Z 的物质的量减少，若Y 为气体，则X 的聚集态为 ，Z 的聚集态为 。

20．（20分）汽油不完全燃烧的化学方程式为：
O H 18CO 4CO 12O 23H C 2222188++→+
人体吸进含有CO 的空气后，CO 、O 2与人体的血红蛋白建立平衡：
CO ＋HemO 2 O 2＋HemCO （Hem 为血红蛋白）
此平衡存在如下关系： 210)
HemO (c )CO (c )HemCO (c )O (c 22=⋅⋅ 当HemCO 浓度为HemO 2浓度的2%时，人的智力将受到严重损伤。

某40万人口的中等城市，能有效利用标准状况下的空气为2.24×106m 3（O 2约占空气体积的21%），以每辆汽车满负荷行驶每天约有28.5g 汽油不完全燃烧。

此城市如达到中等发达国家水平，平均每10人有1辆汽车，试回答：
（1）血红蛋白中含有的金属元素是 ，红细胞的主要功能是 。

（2）空气中含有氧气 mol 。

（3）若要使人的智力不受到损伤，应该使①c(CO)︰c(O 2)≤ ；②汽车最大使用率不得超过 。

（4）由上述可逆反应的角度看，抢救CO 中毒患者的最好方法是 。

【参考答案】
一、选择题
1．B 2．C 3．BD 4．D
5．AB 6．AC 7．C 8．D 9．D 10．AD 11．BC 12．C
13．D 14．AD 15．B
二、综合题 16．（1）冰醋酸是分子晶体，在没有水的情况下，醋酸中无任何离子存在，所以其导电能力为0
（2）a ＞c ＞b （3）a ＜b ＜c （4）增强
17．B 不变 增大 18．（1）232222]Fe []I []
I []Fe [K +-+⋅⋅= 向右 （2）C ，＞
19．（1）3X ＋Y 2Z （2）0.05mol ·L －1·min －1 （3）①0.9 ②C 、B
（4）液体或固体 气体
20．（1）Fe 运输O 2 （2）2.1×107 （3）1︰10500 10%
（4）输氧或通过高压氧舱抢救。