通用版届高三化学二轮复习 第1部分 专题2 化学基本理论 突破点8 化学反应速率与化学平衡.docx
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通用版届高三化学二轮复习第1部分专题2化学基本理论突破点8化学反应速率与化学平衡
突破点8 化学反应速率与化学平衡
提炼1 判断化学平衡状态的标志
1.绝对标志
2.相对标志
3.一个角度
从微观的角度分析,如反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g),下列各项均可说明该反应达到了平衡状态:
(1)断裂1molN≡N键的同时生成1molN≡N键;
(2)断裂1molN≡N键的同时生成3molH—H键;
(3)断裂1molN≡N键的同时断裂6molN—H键;
(4)生成1molN≡N键的同时生成6molN—H键。
4.定量依据:
若Qc=K,反应处于平衡状态。
提炼2 影响化学反应速率和化学平衡的因素
1.影响化学反应速率的“4大因素”(外因)
2.浓度、温度、压强改变对平衡的影响
对平衡状态的影响
备注
其他条件不变
升高温度
化学平衡向吸热方向移动
v正、v逆均增大(程度不同)
增大压强
化学平衡向气体分子数目减少的方向移动
压强变化是通过容器容积的变化实现的
浓度
增大反应物浓度或降低生成物浓度,平衡向正反应方向移动
固体、纯液体的浓度视为常数
恒容时加入“惰性”气体
对平衡状态无影响(对反应速率也无影响)
原来体系中各物质的浓度没有发生变化
恒压时加入“惰性”气体
相当于减小压强(对反应速率的影响也相当于减小压强)
加入的气体会分担一部分压强
总的来说:
外界条件改变反应速率化学平衡,
可归纳为:
提炼3 化学平衡常数的应用
1.化学平衡常数表达式
对反应:
mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)
K=
四个注意:
(1)固体或纯液体的浓度是常数,表达式中不能出现固体或纯液体。
(2)化学平衡常数只与温度有关,与反应物或生成物的浓度无关。
(3)化学平衡常数表示反应进行的程度,不表示反应的快慢,即化学反应速率快,K值不一定大。
(4)平衡常数表达式与方程式的书写形式有关,对于同一个反应,当方程式的化学计量数发生变化时,平衡常数的数值及单位均发生变化,当方程式逆写时,此时平衡常数为原平衡常数的倒数。
2.“三段式法”计算化学平衡常数
(1)明确三个量:
起始量、变化量、平衡量
如mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),令A、B起始物质的量浓度分别为amol·L-1、bmol·L-1,达到平衡后消耗A的物质的量浓度为mxmol·L-1。
mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)
起始/mol·L-1 a b 0 0
变化/mol·L-1mxnxpxqx
平衡/mol·L-1a-mxb-nxpxqx
K=
说明:
①对于反应物:
c(平)=c(始)-c(变);
对于生成物:
c(平)=c(始)+c(变)。
②各物质的转化浓度之比等于化学方程式中化学计量数之比。
3.化学平衡常数的应用
(1)判断反应进行的程度
化学平衡常数的大小是可逆反应进行程度的标志。
K值越大,说明正向反应进行的程度越大,反应物转化率也越大。
(2)判断反应进行的方向
对于可逆反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),在一定温度下的任意时刻,浓度商(Qc)表达式为:
Qc=。
若Qc
若Qc=K,v(正)=v(逆),反应处于平衡状态。
若Qc>K,v(正) (3)判断反应的热效应 若升高温度,K值增大,则正反应为吸热反应;若升高温度,K值减小,则正反应为放热反应。 (4)用于计算反应物的转化率 4.掌握三个“百分数” (1)转化率=×100%=×100%。 (2)生成物的产率: 实际产量占理论产量的百分数。 一般来说,转化率越高,原料利用率越高,产率越高。 产率=×100%。 (3)混合物中某组分的百分含量=×100%。 回访1 (2016·全国甲卷)丙烯腈(CH2===CHCN)是一种重要的化工原料,工业上可用“丙烯氨氧化法”生产,主要副产物有丙烯醛(CH2===CHCHO)和乙腈(CH3CN)等。 回答下列问题: 【导学号: 14942036】 (1)以丙烯、氨、氧气为原料,在催化剂存在下生成丙烯腈(C3H3N)和副产物丙烯醛(C3H4O)的热化学方程式如下: ①C3H6(g)+NH3(g)+O2(g)===C3H3N(g)+3H2O(g) ΔH=-515kJ·mol-1 ②C3H6(g)+O2(g)===C3H4O(g)+H2O(g)ΔH=-353kJ·mol-1 两个反应在热力学上趋势均很大,其原因是____________________; 有利于提高丙烯腈平衡产率的反应条件是______________________; 提高丙烯腈反应选择性的关键因素是__________________________。 (2)图(a)为丙烯腈产率与反应温度的关系曲线,最高产率对应的温度为460℃。 低于460℃时,丙烯腈的产率________(填“是”或“不是”)对应温度下的平衡产率,判断理由是_________________________________________; 高于460℃时,丙烯腈产率降低的可能原因是________(双选,填标号)。 A.催化剂活性降低B.平衡常数变大 C.副反应增多D.反应活化能增大 图(a) 图(b) (3)丙烯腈和丙烯醛的产率与n(氨)/n(丙烯)的关系如图(b)所示。 由图可知,最佳n(氨)/n(丙烯)约为________,理由是_____________________。 进料气氨、空气、丙烯的理论体积比约为________。 [解析] (1)由热化学方程式可知,反应①气体分子数增加,是一个熵增的放热反应,反应②气体分子数不变,是一个熵变化不大的放热量较大的反应,在热力学上都属于自发进行的反应。 由于反应①是一个气体分子数增加的放热反应,降温、减压均有利于提高丙烯腈的平衡产率。 有机反应中要提高某反应的选择性,关键是选择合适的催化剂。 (2)由于反应①是放热反应,温度降低,平衡右移,丙烯腈的平衡产率应增大,因此图(a)中460℃以下的产率不是对应温度下的平衡产率。 反应①的平衡常数随温度的升高而变小,反应的活化能不受温度的影响,故当温度高于460℃时,丙烯腈的产率降低的可能原因是催化剂活性降低和副反应增多。 (3)由图(b)可知,当n(氨)/n(丙烯)=1时,丙烯腈的产率最高,而丙烯醛的产率已趋近于0,如果n(氨)/n(丙烯)再增大,丙烯腈的产率反而降低,故最佳n(氨)/n(丙烯)约为1。 空气中O2的体积分数约为,结合反应①方程式及最佳n(氨)/n(丙烯)约为1可知,进料气氨、空气、丙烯的理论体积比应为1∶∶1=1∶7.5∶1。 [答案] (1)两个反应均为放热量大的反应 降低温度降低压强 催化剂 (2)不是 该反应为放热反应,平衡产率应随温度升高而降低 AC (3)1 该比例下丙烯腈产率最高,而副产物丙烯醛产率最低 1∶7.5∶1 回访2 (2015·全国卷Ⅱ节选)甲醇既是重要的化工原料,又可作为燃料,利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)在催化剂作用下合成甲醇。 发生的主要反应如下: ①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH1 ②CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH2 ③CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH3 回答下列问题: (1)反应①的化学平衡常数K表达式为______________________________; 图1中能正确反映平衡常数K随温度变化关系的曲线为________(填曲线标记字母),其判断理由是____________________________。 图1 (2)合成气组成n(H2)/n(CO+CO2)=2.60时,体系中的CO平衡转化率(α)与温度和压强的关系如图2所示。 α(CO)值随温度升高而________(填“增大”或“减小”),其原因是_______________________; 图2中的压强由大到小为________,其判断理由是___________。 图2 [解析] (1)根据化学平衡常数的书写要求可知,反应①的化学平衡常数为K=c(CH3OH)/[c(CO)·c2(H2)]。 反应①为放热反应,温度升高,平衡逆向移动,平衡常数K减小,故曲线a符合要求。 (2)由图2可知,压强一定时,CO的平衡转化率随温度的升高而减小,其原因是反应①为放热反应,温度升高,平衡逆向移动,反应③为吸热反应,温度升高,平衡正向移动,又使产生CO的量增大,而总结果是随温度升高,CO的转化率减小。 反应①的正反应为气体总分子数减小的反应,温度一定时,增大压强,平衡正向移动,CO的平衡转化率增大,而反应③为气体总分子数不变的反应,产生CO的量不受压强的影响,因此增大压强时,CO的转化率提高,故压强p1、p2、p3的关系为p1<p2<p3。 [答案] (1)K=[或Kp=] a 反应①为放热反应,平衡常数数值随温度升高变小 (2)减小 升高温度时,反应①为放热反应,平衡向左移动,使得体系中CO的量增大;反应③为吸热反应,平衡向右移动,又使产生CO的量增大;总结果,随温度升高,使CO的转化率降低 p3>p2>p1 相同温度下,由于反应①为气体总分子数减小的反应,加压有利于提升CO的转化率;而反应③为气体分子数不变的反应,产生CO的量不受压强影响。 故增大压强时,有利于CO的转化率升高 回访3 (2015·全国卷Ⅰ节选)Bodensteins研究了下列反应: 2HI(g)H2(g)+I2(g) 在716K时,气体混合物中碘化氢的物质的量分数x(HI)与反应时间t的关系如下表: t/min 0 20 40 60 80 120 x(HI) 1 0.91 0.85 0.815 0.795 0.784 x(HI) 0 0.60 0.73 0.773 0.780 0.784 (1)根据上述实验结果,该反应的平衡常数K的计算式为________。 (2)上述反应中,正反应速率为v正=k正·x2(HI),逆反应速率为v逆=k逆x(H2)x(I2),其中k正、k逆为速率常数,则k逆为________(以K和k正表示)。 若k正=0.0027min-1,在t=40min时,v正=________min-1。 (3)由上述实验数据计算得到v正~x(HI)和v逆~x(H2)的关系可用下图表示。 当升高到某一温度时,反应重新达到平衡,相应的点分别为______(填字母)。 [解析] (1)由表中数据可知,无论是从正反应方向开始,还是从逆反应方向开始,最终x(HI)均为0.784,说明此时已达到了平衡状态。 设HI的初始浓度为1mol·L-1,则: 2HI(g)H2(g)+I2(g) 初始浓度/mol·L-11 0 0 转化浓度/mol·L-10.2160.1080.108 平衡浓度/mol·L-10.7840.1080.108 K==。 (2)建立平衡时,v正=v逆,即k正x2(HI)=k逆x(H2)·x(I2),k逆=k正。 由于该反应前后气体分子数不变,故k逆=k正=k正=。 在40min时,x(HI)=0.85,则v正=0.0027min-1×0.852≈1.95×10-3min-1。 (3)因2HI(g)H2(g)+I2(g) ΔH>0,升高温度,v正、v逆均增大,且平衡向正反应方向移动,HI的
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