第2讲 化学平衡状态 化学平衡移动 (2022版 步步高 大一轮 化学复习 人教版全国Ⅲ(桂贵云川藏)).doc
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1、第第 2 讲讲化学平衡状态化学平衡状态化学平衡移动化学平衡移动 【2021备考】 最新考纲命题统计 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。 素养落地: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;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,并能通过运用模型解释化学现象,揭 示现象的本质和规律。 考点一可逆反应与化学平衡状态
2、知识梳理 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,同时又可以向逆反应方向进行的化学反 应。 (2)特点 二同:a.相同条件下;b.正、逆反应同时进行。 一小:反应物与生成物同时存在;任一组分的转化率都小于 100%。 (3)表示 在化学方程式中用“”表示。 名师提示你 可逆反应不等同于可逆过程。可逆过程包括物理变化和化学变化,而可逆反应属 于化学变化。 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
3、反应的反应物加入固定容积的密闭容器中。反应过程 如下: 以上过程可用下图表示: (3)平衡特点 3.判断化学平衡状态的两种方法 (1)动态标志:v正v逆0 同种物质:同一物质的生成速率等于消耗速率。 不同物质:必须标明是“异向”的反应速率关系。如 aAbBcCdD, v正(A) v逆(B) a b时,反应达到平衡状态。 (2)静态标志:各种“量”不变 各物质的质量、物质的量或浓度不变。 各物质的百分含量(物质的量分数、质量分数等)不变。 温度、压强(化学反应方程式两边气体体积不相等)或颜色(某组分有颜色)不变。 名师提示你 这些判据不要死记硬背,在判定时要灵活运用“变量不变原则”:若物理量由变
4、 量变成了不变量,则表明该可逆反应达到平衡状态;若物理量为“不变量”,则 不能作为平衡标志。 考向突破 考向一从定性、定量两个角度考查可逆反应的特点 可逆反应定性判断 题目设计 1.对于可逆反应 2SO2O22SO3H0,在混合气体中充入一定量的 18O2, 经足够长的时间后: (1)18O 存在于哪些分子中? (2)二氧化硫分子的相对分子质量可能为_。 提示(1)由于 2SO2O22SO3为可逆反应,18O 存在于 O2、SO3、SO2三种物 质的分子中。 (2)SO2的相对分子质量可能为 64 或 66 或 68 极端假设法确定物质的浓度范围 命题素材 1.原理:可逆反应不可能进行完全,反
5、应体系各物质同时共存。 2.假设反应正向或逆向进行到底,求出各物质浓度的最大值和最小值,从而确定 它们的浓度介于最大值和最小值之间。 题目设计 2.在密闭容器中进行反应:X2(g)Y2(g)2Z(g),已知 X2、Y2、Z 的起始浓度 分别为 0.1 molL 1、0.3 molL1、0.2 molL1,在一定条件下,当反应达到平衡 时,判断各物质的浓度可能值: 分析: 假设反应正向进行到底:X2(g)Y2(g)2Z(g) 起始浓度(molL 1) 0.10.30.2改变浓度(molL 1) 0.1 0.10.2终态浓度(molL 1) 00.20.4 假设反应逆向进行到底:X2(g)Y2(g
6、)2Z(g) 起始浓度(molL 1) 0.10.30.2改变浓度(molL 1) 0.1 0.10.2终态浓度(molL 1) 0.20.40 平衡体系中各物质的浓度范围为 X2_,Y2_,Z_。 提示(0,0.2)(0.2,0.4)(0,0.4) 3.一定条件下,对于可逆反应 X(g)3Y(g)2Z(g),若 X、Y、Z 的起始浓度分 别为 c1、c2、c3(均不为零),达到平衡时,X、Y、Z 的浓度分别为 0.1 molL 1、 0.3 molL 1、0.08 molL1,则: (1)c1c2_; (2)平衡时,Y 和 Z 的生成速率之比为_; (3)X、Y 的转化率之比_; (4)c1
7、的取值范围为_ molL 1。 提示(1)13(2)32(3)11(4)0c10.14 考向二化学平衡状态的判断 判断化学平衡状态的一般方法“正 逆相等,变量不变” 命题素材 题目设计 4.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:混合气体的压 强;混合气体的密度;混合气体的总物质的量;混合气体的平均相对分子 质量; 混合气体的颜色; 各反应物或生成物的浓度之比等于化学计量数之比; 某种气体的百分含量 .(1)能说明 2SO2(g)O2(g)2SO3(g)达到平衡状态的是_。 (2)能说明 I2(g)H2(g)2HI(g)达到平衡状态的是_。 (3)能说明 2NO2(g)N2O4(
8、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_。 (5)能说明 NH2COONH4(s)2NH3(g)CO2(g)达到平衡状态的是_。 (6)能说明 5CO(g)I2O5(s)5CO2(g)I2(s)达到平衡状态的是_。 .若上述题目中的(1)(4)改成一定温度下的恒压密闭容器,结果又如何? 提示.(1)(2)(3) (4)(5)(6) .(1)(2)(3) (4) 通过图像判断化学平衡状态 题目设计 5.一定温度下,反应 N2O4(g)2NO2(g)的焓变为H。现将 1 mol N2O4充入一恒 压密闭容器中,下列示意图正确且能说明反应达到平衡状态
9、的是_。 提示 6.298 K 时,将 20 mL 3x molL 1 Na3AsO3、20 mL 3x molL 1 I2和 20 mL NaOH 溶 液混合,发生反应:AsO3 3(aq)I2(aq)2OH (aq) AsO3 4(aq)2I (aq) H2O(l)。溶液中 c(AsO3 4)与反应时间(t)的关系如图所示。 下列可判断反应达到平衡的是_。 a.溶液的 pH 不再变化 b.v(I )2v(AsO3 3) c.c(AsO3 4)/c(AsO3 3)不再变化 d.c(I )y molL1 提示ac 考点二化学平衡移动 知识梳理 1.化学平衡的移动 (1)过程 (2)结果 v正v
10、逆,平衡向正反应方向移动; v正v逆,反应达到平衡状态,不发生平衡移动 ; v正v逆,平衡向逆反应方向移动。 (3)图示 2.外界因素对化学平衡移动的影响 (1)一般影响因素分析 (2)“惰性气体”对化学平衡的影响 恒温、恒容条件 原平衡体系 充入惰性气体体系总压强增大体系中各组分的浓度不变平衡 不移动。 恒温、恒压条件 原平衡体系 充入惰性气体容器容积增大,各反应气体的分压减小体系中各组 分的浓度同倍数减小 3.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。 名师提示你 化学平衡移动的目的是“减弱”外界条件的
11、改变,而不是“抵消”外界条件的改 变,改变是不可逆转的。建立新平衡时此物理量更靠近于改变的方向。 考向突破 考向一化学平衡移动分析与判断 基础知识判断 题目设计 1.判断正误(正确的打“”,错误的打“”) (1)化学平衡正向移动,说明正反应速率一定增大() (2)增大反应物的量平衡一定会正向移动() (3)增大某一反应物 A 的浓度,平衡正向移动时,反应物的浓度一定小于原来的浓 度,生成物的浓度一定大于原来的浓度() (4)增大压强平衡正向移动,反应物的浓度会减小,生成物的浓度会增大() (5)恒容条件下,增加气体反应物的量,平衡正向移动,反应物的转化率一定增大 () (6)升高温度,化学平衡
12、一定发生移动() 条件改变时化学平衡移动结果的判断 命题素材 平衡移动就是由一个“平衡状态不平衡状态新平衡状态”的过程。 题目设计 2.汽车尾气净化中的一个反应如下: NO(g)CO(g) 1 2N 2(g)CO2(g)H373.4 kJmol 1 在恒容的密闭容器中,反应达平衡后,改变某一条件,填写下列空白: (1)升温时,平衡_(填“正向”“逆向”或“不”)移动;NO 的转化率 _(填“增大”或“减小”)。 (2)加压(通入惰性气体)时,平衡_(填“正向” “逆向”或“不”)移动;CO 的转化率_(填“增大”“不变”或“减小”)。 (3)加入催化剂时, 平衡_(填“正向”“逆向”或“不”)
13、移动; CO 的转化 率_(填“增大”“减小”或“不变”)。 提示(1)逆向减小(2)不不变(3)不不变 选择控制化学平衡移动方向的措施 题目设计 3.在密闭容器中,一定条件下进行如下反应:NO(g)CO(g) 1 2N 2(g)CO2(g) H373.2 kJmol 1,达到平衡后,为提高 NO 的转化率和该反应的速率,可采 取的措施是_。 加催化剂同时升高温度加催化剂同时增大压强 升高温度同时充入 N2降低温度同时增大压强 增大 CO 的浓度 提示 考向二化学平衡移动图像分析 题目设计 4.某温度下,在密闭容器中 SO2、O2、SO3三种气态物质建立化学平衡后,改变条 件对反应 2SO2(
14、g)O2(g)2SO3(g)H0 的正、逆反应速率的影响如图所示: (1)加催化剂对反应速率影响的图像是_(填标号),平衡_移动。 (2)升高温度对反应速率影响的图像是_(填标号),平衡向_方向移 动。 (3)增大反应容器体积对反应速率影响的图像是_(填标号),平衡向 _方向移动。 (4)增大 O2的浓度对反应速率影响的图像是_(填标号),平衡向_ 方向移动。 提示(1)C不(2)A逆反应(3)D逆反应 (4)B正反应 5.用 O2将 HCl 转化为 Cl2,可提高效益,减少污染。新型 RuO2催化剂对上述 HCl 转化为 Cl2的总反应具有更好的催化活性。 实验测得在一定压强下,总反应的 H
15、Cl 平衡转化率随温度变化的HClT 曲线如 下图: (1)则总反应的H_0(填“”“”或“”);A、B 两点的平衡常数 K(A)与 K(B)中较大的是_。 (2)在上述实验中若压缩体积使压强增大,请在上图画出相应HClT 曲线的示意 图, 并简要说明理由: _ _。 (3)下列措施中,有利于提高HCl的有_。 A.增大 n(HCl)B.增大 n(O2) C.使用更好的催化剂D.移去 H2O 提示(1)K(A)(2)见下图 温度相同的条件下,增大压强,平衡右移,HCl增大,因此曲线应在原曲线上方 (3)BD 22 1 核心素养:化学平衡移动原理在化工生产中的广泛应用 素养说明:化学平衡在化工生
16、产中有非常重要的应用,尤其是控制合适的反应条 件使平衡向着希望的方向移动, 是近几年高频考点, 充分体现了学以致用的原则。 1.总体原则 (1)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 从化学平衡移动分析 既要注意外界条件对速率和平衡影响的一致性, 又 要注意二者影响的矛盾性 从原料的利用率分析 增加易得廉价原料,提高难得高价原料的利用率, 从而降低生产成本 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 (2)平衡类问题需考虑的几个方面 原料的来源、除杂,尤其考虑杂质对平衡的影响。 原料的循环利用。
17、产物的污染处理。 产物的酸碱性对反应的影响。 气体产物的压强对平衡造成的影响。 改变外界条件对多平衡体系的影响。 2.典型实例工业合成氨 (1)反应原理 N2(g)3H2(g)2NH3(g)H92.4 kJmol 1 (2)反应特点:反应为可逆反应;正反应为放热反应;反应物、生成物均为 气体,且正反应为气体物质的量减小的反应。 (3)反应条件的选择 反应 条件 对化学反应 速率的影响 对平衡混合物中 氨含量的影响 合成氨条件的选择 增大 压强 增大反 应速率 平衡正向移动, 提高 平衡混合物中氨的 含量 压强增大, 有利于氨 的合成, 但需要动力 大,对材料、设备的 要求高。 故采用 10 3
18、0 MPa 的高压 升高 温度 增大反 应速率 平衡逆向移动, 降低 平衡混合物中氨的 含量 温度要适宜, 既要保 证反应有较快的速 率, 又要使反应物的 转化率不能太低。 故 采用 400500 左 右的温度, 并且在该 温度下催化剂的活 性最大 使用 催化剂 增大反 应速率 没有影响 工业上一般选用铁 触媒作催化剂 (4)原料气的充分利用 合成氨反应的转化率较低,从原料充分利用的角度分析,工业生产中可采用循环 操作的方法以提高原料的利用率。 【典例】(天津卷)合成氨是人类科学技术上的一项重大突破,其反应原理为: N2(g)3H2(g)2NH3(g)H92.4 kJmol 1 一种工业合成氨
19、的简易流程图如下: (1)天然气中的 H2S 杂质常用氨水吸收,产物为 NH4HS。一定条件下向 NH4HS 溶 液中通入空气,得到单质硫并使吸收液再生,写出再生反应的化学方程式: _ _。 (2)步骤中制氢气原理如下: CH4(g)H2O(g)CO(g)3H2(g)H206.4 kJmol 1 CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)H41.2 kJ mol 1 对于反应, 一定可以提高平衡体系中 H2百分含量, 又能加快反应速率的措施是 _。 A.升高温度B.增大水蒸气浓度 C.加入催化剂D.降低压强 利用反应,将 CO 进一步转化,可提高 H2产量。若 1 mol CO 和 H2的混
20、合气体 (CO 的体积分数为 20%)与 H2O 反应,得到 1.18 mol CO、CO2和 H2的混合气体, 则 CO 转化率为_。 (3)图 1 表示 500 、 60.0 MPa 条件下, 原料气投料比与平衡时 NH3体积分数的关 系。根据图中 a 点数据计算 N2的平衡体积分数:_。 (4)依据温度对合成氨反应的影响,在图 2 坐标系中,画出一定条件下的密闭容器 内,从通入原料气开始,随温度不断升高,NH3物质的量变化的曲线示意图。 (5)上述流程图中,使合成氨放出的能量得到充分利用的主要步骤是(填序 号 )_ 。 简 述 本 流 程 中 提 高 合 成 氨 原 料 总 转 化 率
21、的 方 法 : _。 解析(1)依据题意,NH4HS 被空气中氧气氧化,将2 价 S 元素氧化成 S,同时 生成一水合氨,其反应的化学方程式为 2NH4HSO2= 一定条件2NH 3H2O2S。 (2)结合反应特点,正反应方向是气体物质的量增大的吸热反应,若要加快反应速 率又增加 H2的百分含量,可升高温度,A 项正确;增加水蒸气浓度,能加快反应 速率,使平衡正向移动,但 H2增加的量没有水蒸气增加的量多,H2的百分含量 减少,B 项错误;加入催化剂平衡不移动,H2的百分含量不变,C 项错误;降低 压强反应速率减慢,D 项错误。根据“三段式”法有: CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)
22、开始(mol) 0.200.8转化(mol)xxx一定时间(mol) 0.2xx0.8x 则0.2xx0.8x1.18, 解得x0.18, 故CO转化率为0.18 mol 0.2 mol 100%90%。 (3)根据“三段式”法有 N23H22NH3开始(mol) 130转化(mol)x3x 2x平衡(mol)1x33x2x 2x 42x100%42%,解之,x 42 71, 所以 N2的平衡体积分数 142 71 4242 71 100%14.5%。 (4)由于 N2(g)3H2(g)2NH3(g)H0 B.图中 X 点所示条件下,延长反应时间能提高 NO 转化率 C.图中 Y 点所示条件下
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