2019版高考化學大一輪復習 第7章 化學反應的方向、限度與速率 第2講 化學平衡狀態(tài)及其移動課件 魯科版.ppt

第2講化學平衡狀態(tài)及其移動 2019 備考 最新考綱 1 了解化學反應的可逆性 2 了解化學平衡建立的過程 掌握化學平衡的概念 3 理解外界條件 濃度 溫度 壓強 催化劑等 對化學平衡的影響 認識并能用相關理論解釋其一般規(guī)律 4 了解化學平衡的調控在生活 生產和科學研究領域中的重要作用 考點一可逆反應與化學平衡狀態(tài) 頻數(shù) 難度 1 可逆反應 2 化學平衡狀態(tài) 1 概念一定條件下的可逆反應 當反應進行到一定程度時 正反應速率和逆反應速率 反應物的濃度和生成物的濃度 我們稱為 化學平衡狀態(tài) 簡稱化學平衡 相等 不變 2 建立過程在一定條件下 把某一可逆反應的反應物加入固定容積的密閉容器中 反應過程如下 以上過程可用下圖表示 3 平衡特點 可逆 v 正 v 逆 濃度或百分含量 1 教材基礎判斷 答案 1 2 3 4 答案 1 壓強不隨時間改變 2 氣體的密度不隨時間改變 3 A 不隨時間改變 4 單位時間內生成C和D的物質的量相等答案 3 探源 本考題源于教材LK選修4P44 化學平衡 對化學平衡狀態(tài)的特征及其判斷依據(jù)進行了考查 題組一可逆反應進行程度的理解 A 該反應為可逆反應 故在一定條件下二氧化硫和氧氣不可能全部轉化為三氧化硫B 達到平衡后 反應就停止了 故此時正 逆反應速率相等且均為零C 一定條件下 向某密閉容器中加入2molSO2和1molO2 則從反應開始到達到平衡的過程中 正反應速率不斷減小 逆反應速率不斷增大 某一時刻 正 逆反應速率相等D 在利用上述反應生產三氧化硫時 要同時考慮反應所能達到的限度和化學反應速率兩方面的問題 解析A項 可逆反應則反應物不可能完全轉化為生成物 B項 達平衡時 v 正 v 逆 相等但不為零 C項 從正向開始的反應 正反應速率隨反應物濃度降低而減小 逆反應速率隨生成物濃度升高而增大 達平衡時 v 正 v 逆 D項 工業(yè)生產上既要提高原料的轉化率 又要提高生產效率 應同時考慮反應的限度和化學反應速率兩方面的問題 答案B A Z為0 3mol L 1B Y2為0 4mol L 1C X2為0 2mol L 1D Z為0 4mol L 1解析若X2完全轉化為Z 則X2 Y2 Z的濃度分別是0mol L 1 0 2mol L 1 0 4mol L 1 若Z完全轉化為X2 Y2 則X2 Y2 Z的濃度分別是0 2mol L 1 0 4mol L 1 0mol L 1 反應為可逆反應 反應物不能完全轉化 所以 0 X2 0 2mol L 1 0 2mol L 1 Y2 0 4mol L 1 0 Z 0 4mol L 1 答案A 練后歸納 極端假設法確定各物質濃度范圍 上述題目2可根據(jù)極端假設法判斷 假設反應正向或逆向進行到底 求出各物質濃度的最大值和最小值 從而確定它們的濃度范圍 假設反應正向進行到底 X2 g Y2 g 2Z g 起始濃度 mol L 1 0 10 30 2改變濃度 mol L 1 0 10 10 2終態(tài)濃度 mol L 1 00 20 4 假設反應逆向進行到底 X2 g Y2 g 2Z g 起始濃度 mol L 1 0 10 30 2改變濃度 mol L 1 0 10 10 2終態(tài)濃度 mol L 1 0 20 40平衡體系中各物質的濃度范圍為X2 0 0 2 Y2 0 2 0 4 Z 0 0 4 題組二平衡狀態(tài)的判斷3 在一定溫度下的恒容密閉容器中 投入一定量CuO s 和CO g 發(fā)生可逆反應2CuO s CO g Cu2O s CO2 g 下列情況能說明反應達到平衡狀態(tài)的是 A 生成CO的物質的量等于生成CO2的物質的量B 容器內混合氣體密度保持不變C 容器內混合氣體總壓強保持不變D 容器內的CuO濃度保持不變 解析生成CO的物質的量等于生成CO2的物質的量 但是時間不一定相等 故CO正 逆反應速率不一定相等 A項錯誤 氣體總質量由小到大 當保持不變時達到平衡 B項正確 氣體總物質的量始終不變 故氣體壓強始終不變 C項錯誤 氧化銅為固態(tài) 其濃度始終不變 D項錯誤 答案B 4 2018 湖北宜昌模擬 苯乙烯是現(xiàn)代石油化工產品中最重要的單體之一 在工業(yè)上 苯乙烯可由乙苯和CO2催化脫氫制得 2 下列能說明乙苯與CO2在該條件下反應已達到平衡狀態(tài)的是 填字母 a v正 CO2 v逆 CO2 b CO2 CO 0 5mol Lc 混合氣體的密度不變d CO2的體積分數(shù)保持不變 3 若將反應改為恒壓絕熱條件下進行 達到平衡狀態(tài)時 則乙苯的物質的量濃度 填字母 a 大于0 5mol LB 小于0 5mol Lc 等于0 5mol LD 無法確定 答案 1 已達到 2 ad 3 d 方法總結 判斷化學平衡狀態(tài)的兩方法和兩標志1 兩方法 逆向相等 變量不變 1 逆向相等 反應速率必須一個是正反應的速率 一個是逆反應的速率 且經(jīng)過換算后同一種物質的減少速率和生成速率相等 2 變量不變 如果一個量是隨反應進行而改變的 當不變時為平衡狀態(tài) 一個隨反應的進行保持不變的量 不能作為是否是平衡狀態(tài)的判斷依據(jù) 2 兩標志 本質標志 等價標志 1 本質標志 v 正 v 逆 0 對于某一可逆反應來說 正反應消耗掉某反應物的速率等于逆反應生成該反應物的速率 考點二化學平衡移動與等效平衡 頻數(shù) 難度 1 化學平衡的移動 平衡移動就是由一個 平衡狀態(tài) 不平衡狀態(tài) 新平衡狀態(tài) 的過程 一定條件下的平衡體系 條件改變后 平衡可能發(fā)生移動 如下所示 2 化學平衡移動與化學反應速率的關系 v正 v逆 平衡向移動 v正 v逆 反應達到平衡狀態(tài) 平衡移動 v正 v逆 平衡向移動 正反應方向 不發(fā)生 逆反應方向 3 外界因素對化學平衡移動的影響 正 逆 減小 增大 不移動 吸熱 放熱 不能 4 勒夏特列原理 如果改變影響化學平衡的條件之一 如溫度 壓強 以及參加反應的化學物質的濃度 平衡將向著能夠的方向移動 減弱這種改變 化學平衡移動的目的是 減弱 外界條件的改變 而不是 抵消 外界條件的改變 改變是不可逆轉的 新平衡時此物理量更靠近于改變的方向 5 等效平衡 定義 在一定條件下 恒溫恒容或恒溫恒壓 下 同一可逆反應體系 不管是從正反應開始 還是從逆反應開始 還是正 逆反應同時投料 達到化學平衡狀態(tài)時 任何相同組分的百分含量 質量分數(shù) 物質的量分數(shù) 體積分數(shù)等 均相同 等效平衡分類及規(guī)律 1 教材基礎知識判斷 1 化學平衡發(fā)生移動 化學反應速率一定改變 化學反應速率改變 化學平衡也一定發(fā)生移動 2 升高溫度 平衡向吸熱反應方向移動 此時v放減小 v吸增大 3 合成氨反應需要使用催化劑 說明催化劑可以促進該平衡向生成氨的方向移動 所以也可以用勒夏特列原理解釋使用催化劑的原因 4 平衡時 其他條件不變 分離出固體生成物 v正減慢 5 C s CO2 g 2CO g H 0 其他條件不變時 升高溫度 反應速率v CO2 和CO2的平衡轉化率均增大 答案 1 2 3 4 5 2 教材實驗探究與考題印證 題組一外界條件對化學平衡的影響 A 升高溫度 氣體顏色加深 則此反應為吸熱反應B 慢慢壓縮氣體體積 平衡向正反應方向移動 混合氣體的顏色變淺C 慢慢壓縮氣體體積 若體積減小一半 壓強增大 但小于原來的兩倍D 恒溫恒容時 充入稀有氣體 壓強增大 平衡向正反應方向移動 混合氣體的顏色變淺 解析升高溫度 氣體顏色加深 則平衡向逆反應方向移動 故正反應為放熱反應 A錯誤 首先假設平衡不移動 增大壓強 氣體顏色加深 但平衡向正反應方向移動 使混合氣體的顏色在加深后的基礎上變淺 但一定比原平衡的顏色深 B錯誤 同理C項 首先假設平衡不移動 若體積減小一半 則壓強變?yōu)樵瓉淼膬杀?但平衡向正反應方向移動 使壓強在原平衡兩倍的基礎上減小 正確 體積不變 反應物及生成物濃度不變 正 逆反應速率均不變 平衡不移動 顏色不變化 D錯誤 答案C 解析升溫 平衡向吸熱反應的方向移動 即逆向移動 X的轉化率變小 A項正確 增大壓強 平衡向氣體分子數(shù)減小的方向移動 即正向移動 X的物質的量減小 但由于容器體積減小 各組分的濃度均比原平衡的大 故B項錯誤 增大一種反應物的濃度 能夠提高另一種反應物的轉化率 而其本身的轉化率降低 故C項錯誤 催化劑只能改變反應速率 不影響平衡狀態(tài) 故各物質的體積分數(shù)不變 D項錯誤 答案A 3 用O2將HCl轉化為Cl2 可提高效益 減少污染 新型RuO2催化劑對上述HCl轉化為Cl2的總反應具有更好的催化活性 實驗測得在一定壓強下 總反應的HCl平衡轉化率隨溫度變化的 HCl T曲線如下圖 1 則總反應的 H 0 填 或 A B兩點的平衡常數(shù)K A 與K B 中較大的是 2 在上述實驗中若壓縮體積使壓強增大 請在上圖畫出相應 HCl T曲線的示意圖 并簡要說明理由 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 使用更好的催化劑D 移去H2O 答案 1 K A 2 見下圖溫度相同的條件下 增大壓強 平衡右移 HCl增大 因此曲線應在原曲線上方 3 BD 方法總結 解答化學平衡移動類試題的一般思路 上述四種情況達到平衡后 n CO 的大小順序是 A 乙 丁 甲 丙B 甲 乙 丙 丁C 乙 甲 丁 丙D 丁 丙 乙 甲 解析四種情況的反應物起始量可折合成下表情況所以乙和丁相當于提高了反應物 CO2 的初始量 平衡向正反應方向移動 n CO 相對于甲和丙提高 故有乙 丁 甲 丙 答案A A 兩個平衡狀態(tài)的平衡常數(shù)的關系 K K B H2的百分含量相同C N2的轉化率 平衡 平衡 D 反應放出的熱量 Q Q 92 3kJ 解析兩平衡的溫度相同 故平衡常數(shù)K K 兩容器中的反應物都可以轉化為1molN2和3molH2 故兩個平衡是等效平衡 且兩平衡中H2的百分含量相同 但反應是可逆反應不能進行徹底 平衡 中已經(jīng)有一部分NH3 反應放出的熱量 Q Q 且都小于92 3kJ N2的轉化率 平衡 平衡 答案B 歸納總結 等效平衡判斷 四步曲 題組三化學平衡移動原理對工農業(yè)生產的理論指導6 化學反應原理在科研和生產中有廣泛應用 解析 1 由題意可知 未提純的TaS2粉末變成純凈TaS2晶體 要經(jīng)過兩步轉化 TaS2 2I2 TaI4 S2 TaI4 S2 TaS2 2I2 即反應 先在溫度T2端正向進行 后在溫度T1端逆向進行 反應 的 H大于0 因此溫度T1小于T2 該過程中循環(huán)使用的物質是I2 2 從圖像來看 隨著溫度的升高 CO的轉化率變小 故 H 0 綜合溫度 壓強對CO轉化率的影響來看 在題給壓強下 CO的轉化率已經(jīng)很大 不必再增大壓強 答案 1 I2 2 在1 3 104kPa下 CO的轉化率已較高 再增大壓強CO轉化率提高不大 同時生產成本增加 得不償失 審讀說明 題目類型 類型一 從表格信息總結規(guī)律類型二 從圖中信息總結規(guī)律類型三 從題中信息總結規(guī)律并作圖類型四 從題中信息總結規(guī)律并分析原因 分析方法 1 提取什么 審清題 明確目標 并做好標注 2 怎么提取 分析變化趨勢和斜率變化 3 答題模板 其他條件不變 隨著自變量 橫坐標 變化 增大或減少 XX因變量 縱坐標 逐漸 增大 減少 或者就橫坐標 自變量分區(qū)作答 非單調曲線 寫規(guī)律時的原則 先整體后局部 分析原因型分析方法 作圖策略 答題模板 什么因素的改變使什么平衡向什么方向移動 結果是什么 分析圖表信息 確定橫豎坐標 做好 三點一變化 起點 終點 轉折點和變化趨勢 模型解題 案例1 用CaSO4代替O2與燃料CO反應 既可提高燃燒效率 又能得到高純CO2 是一種高效 清潔 經(jīng)濟的新型燃燒技術 反應 為主反應 反應 和 為副反應 反應 的平衡常數(shù)的對數(shù)lgK隨反應溫度T的變化曲線見下圖 結合各反應的 H 歸納lgK T曲線變化規(guī)律 a b 審讀指導1 審題 圖 時目標是什么 2 K的含義 lgK的含義 哪些量與K變化趨勢一致 以反應 為例 3 該反應的自變量 因變量 4 變化趨勢和斜率變化如何 受什么因素影響 答案a 放熱反應的lgK隨溫度升高而下降b 放出或吸收熱量越大的反應 其lgK受溫度影響越大 案例2 研究表明 在使用等質量催化劑時 增大催化劑比表面積可提高化學反應速率 2 請在給出的坐標圖中 畫出上表 實驗中NO2濃度隨時間變化的趨勢曲線圖 并標明實驗編號 審讀指導 1 探究溫度 催化劑比表面積對化學反應速率的影響時 根據(jù)控制單一變量原則 三組實驗中NH3 NO2的初始濃度應相同 結合 中溫度不同 中催化劑比表面積不同 則 應溫度相同 2 中的催化劑比表面積比 中的小 達到平衡的時間比 長 中的催化劑比表面積相同 的反應溫度較低 則達到平衡用時最長 又由題意知 該反應為放熱反應 降低溫度會使平衡正向移動 故平衡時 中的 NO2 要比 中的 NO2 小 答案 1 2 試題分析 兩個反應在熱力學上趨勢均很大 其原因是 有利于提高丙烯腈平衡產率的反應條件是 提高丙烯腈反應選擇性的關鍵因素是 2 圖 a 為丙烯腈產率與反應溫度的關系曲線 最高產率對應的溫度為460 低于460 時 丙烯腈的產率 填 是 或 不是 對應溫度下的平衡產率 判斷理由是 高于460 時 丙烯腈產率降低的可能原因是 雙選 填標號 A 催化劑活性降低B 平衡常數(shù)變大C 副反應增多D 反應活化能增大 考查意圖 本題以 丙烯氨氧化法 生產一種重要的有機化工原料 丙烯腈為背景 綜合考查了化學反應方向的判斷 反應條件的控制 影響化學平衡的因素 平衡常數(shù)K與溫度T的關系 活化能與溫度的關系 簡單物質的量的計算等知識點 題目應用物質的性質 反應原理和規(guī)律 從 物質變化是有條件的 角度來分析化學反應條件的控制以及物質之間的轉化 通過對圖像的觀察 從 模型 分類與比較 定性與定量 化學與社會和諧發(fā)展 的角度考查考生結合已有知識進行圖文轉換 加工信息和正確表達思維歷程及結論的能力 試題以實際生產為背景 體現(xiàn)了新課程標準化學與生產 生活密切聯(lián)系的要求 體現(xiàn)了化學的學科價值和社會價值 考查了 綠色應用 的化學核心素養(yǎng) 試題以多種方式呈現(xiàn)信息 有利于不同思維習慣的考生快速攝取關鍵信息 試題設問靈活 有利于考生多元化思維的發(fā)揮 題目要求考生具有思維的深刻性 敏捷性 批判性和獨創(chuàng)性 具有接受 吸收和整合化學信息的能力以及分析和解答 解決 化學問題的能力 本題抽樣統(tǒng)計難度為0 34 解題思路 化學反應的方向的判斷也就是化學反應能否自發(fā)進行的問題 可以通過焓判據(jù)做出判斷 因為兩個反應均為放熱量大的反應 故兩個反應在熱力學上趨勢均很大 因為該反應為氣體體積增大的放熱反應 所以降低溫度 降低壓強有利于提高丙烯腈的平衡產率 由圖 a 可知 提高丙烯腈反應選擇性的關鍵因素是催化劑 由于反應 的 H 0 升高溫度 K減小 而圖 a 中的產率增大 因此圖 a 中低于460 的產率 不是對應溫度下的平衡產率 溫度升高 K減少 活化能不變 故高于460 時 丙烯腈的產率降低可能是催化劑的活性降低和副反應增多造成的 根據(jù)圖像 b 可知 當n 氨 n 丙烯 約為1時 該比例下丙烯腈產率最高 而副產物丙烯醛產率最低 根據(jù)化學反應C3H6 g NH3 g 3 2O2 g C3H3N g 3H2O g 氨氣 氧氣 丙烯按1 1 5 1的體積比加入反應達到最佳狀態(tài) 而空氣中氧氣約占20 所以進料氨 空氣 丙烯的理論體積約為1 7 5 1 教學中一定建構解題模型 積累解題方法 用化工生產的實際問題設計問題線索 進而組織教學 學生對 熱力學 這一概念未必都能理解 正確答案 1 兩個反應均為放熱量大的反應降低溫度 降低壓強催化劑 2 不是該反應為放熱反應 平衡產率應隨溫度升高而降低AC 3 1該比例下丙烯腈產率最高 而副產物丙烯醛產率最低1 7 5 1 真題演練 1 2013 大綱全國卷 7 反應X g Y g 2Z g H 0 達到平衡時 下列說法正確的是 A 減小容器體積 平衡向右移動B 加入催化劑 Z的產率增大C 增大 X X的轉化率增大D 降低溫度 Y的轉化率增大 解析根據(jù)該反應的特點結合平衡移動原理逐項分析 A項該反應為反應前后氣體物質的量不變的反應 平衡不受壓強影響 減小容器體積 平衡不移動 B項催化劑不能使平衡移動 不改變產物的產率 C項增大 X 平衡正向移動 Y的轉化率增大 X本身的轉化率反而減小 D項該反應的正反應是放熱反應 降低溫度 平衡正向移動 Y的轉化率增大 答案D 2 2016 天津理綜 10 3 改編 在恒溫恒容的密閉容器中 某儲氫反應 MHx s yH2 g MHx 2y s H 0達到化學平衡 下列有關敘述正確的是 A 容器內氣體壓強增大B 吸收ymolH2只需1molMHxC 若降溫 該反應的平衡常數(shù)增大D 若向容器內通入少量氫氣 則v 放氫 v 吸氫 解析MHx s yH2 g MHx 2y s H 0 該反應屬于氣體的物質的量減小的反應 A項 平衡時氣體的物質的量不變 壓強不變 錯誤 B項 該反應為可逆反應 吸收ymolH2需要大于1molMHx 錯誤 C項 因為該反應正反應方向為放熱反應 降溫時該反應將向正反應方向移動 反應的平衡常數(shù)將增大 正確 D項 向容器內通入少量氫氣 相當于增大壓強 平衡正向移動 v 放氫 v 吸氫 錯誤 答案C 3 2017 課標全國 27 丁烯是一種重要的化工原料 可由丁烷催化脫氫制備 回答下列問題 2 丁烷和氫氣的混合氣體以一定流速通過填充有催化劑的反應器 氫氣的作用是活化催化劑 出口氣中含有丁烯 丁烷 氫氣等 圖 b 為丁烯產率與進料氣中n 氫氣 n 丁烷 的關系 圖中曲線呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢 其降低的原因是 3 圖 c 為反應產率和反應溫度的關系曲線 副產物主要是高溫裂解生成的短碳鏈烴類化合物 丁烯產率在590 之前隨溫度升高而增大的原因可能是 590 之后 丁烯產率快速降低的主要原因可能是 解析 1 由a圖可以看出 溫度相同時 由0 1MPa變化到xMPa 丁烷的轉化率增大 即平衡正向移動 所以x的壓強更小 x 0 1 由于反應 為吸熱反應 所以溫度升高時 平衡正向移動 丁烯的平衡產率增大 因此A正確 B錯誤 反應 正向進行時體積增大 加壓時平衡逆向移動 丁烯的平衡產率減小 因此C錯誤 D正確 2 反應初期 H2可以活化催化劑 進料氣中n 氫氣 n 丁烷 較小 丁烷濃度大 反應向正反應方向進行的程度大 丁烯轉化率升高 然后進料氣中n 氫氣 n 丁烷 增大 原料中過量的H2會使反應 平衡逆向移動 所以丁烯產率下降 3 590 之前 溫度升高時反應速率加快 生成的丁烯會更多 同時由于反應 是吸熱反應 升高溫度平衡正向移動 平衡體系中會含有更多的丁烯 而溫度超過590 時 由于丁烷高溫會裂解生成短鏈烴類 所以參加反應 的丁烷也就相應減少 答案 1 小于AD 2 原料中過量H2會使反應 平衡逆向移動 所以丁烯產率下降 3 590 前升高溫度 反應 平衡正向移動升高溫度時 反應速率加快 單位時間產生丁烯更多溫度高于590 時有更多的C4H10裂解導致產率降低