化学 全国通用版 化学平衡教案1最新修正版.docx
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化学全国通用版化学平衡教案1最新修正版
2019年高考一轮复习化学平衡
教材版本
全国通用
课时说明(建议)
2课时
知识点
化学平衡、化学平衡的影响因素、化学平衡的判断
复习目标
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(温度、浓度、压强)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。
复习重点
化学平衡的判断、外界条件(温度、浓度、压强)对化学平衡的影响
复习难点
化学平衡的判断、外界条件(温度、浓度、压强)对化学平衡的影响
一、自我诊断知己知彼
1、(2017年高考全国Ⅰ卷28题节选)H2S与CO2在高温下发生反应:
H2S(g)+CO2(g)
COS(g)+H2O(g)。
向反应器中再分别充入下列气体,能使H2S转化率增大的是__________(填标号)。
A.H2SB.CO2C.COSD.N2
2、(2017年高考全国Ⅱ卷27题节选)丁烯是一种重要的化工原料,可由丁烷催化脱氢制备。
回答下列问题:
正丁烷(C4H10)脱氢制1-丁烯(C4H8)的热化学方程式如下:
①C4H10(g)=C4H8(g)+H2(g)ΔH1==+123kJ·mol-1
(1)欲使丁烯的平衡产率提高,应采取的措施是__________(填标号)。
A.升高温度B.降低温度C.增大压强D.降低压强
(2)丁烷和氢气的混合气体以一定流速通过填充有催化剂的反应器(氢气的作用是活化催化剂),出口气中含有丁烯、丁烷、氢气等。
图(b)为丁烯产率与进料气中n(氢气)/n(丁烷)的关系。
图中曲线呈现先升高后降低的变化趋势,其降低的原因是__________________________________________。
(3)图(c)为反应产率和反应温度的关系曲线,副产物主要是高温裂解生成的短碳链烃类化合物。
丁烯产率在590℃之前随温度升高而增大的原因可能是____________________、____________________;590℃之后,丁烯产率快速降低的主要原因可能是____________________________________________。
3、(2017年高考全国Ⅲ卷28题节选)298K时,将20mL3xmol·L-1Na3AsO3、20mL3xmol·L-1I2和20mLNaOH溶液混合,发生反应:
AsO
(aq)+I2(aq)+2OH-
AsO
(aq)+2I-(aq)+H2O(l)。
溶液中c(AsO
)与反应时间(t)的关系如图所示。
①下列可判断反应达到平衡的是__________(填标号)。
a.溶液的pH不再变化b.v(I−)=2v(AsO
)
c.c(AsO
)/c(AsO
)不再变化d.c(I−)=ymol·L-1
②tm时,v正_____v逆(填“大于”“小于”或“等于”)。
③tm时v逆_____tn时v逆(填“大于”“小于”或“等于”),理由是__________________________________。
4、(2017年高考北京卷26题节选)氯化过程中CO和CO2可以相互转化,根据如图判断:
CO2生成CO反应的ΔH_____0(填“>”“<”或“=”),判断依据:
____________________________________。
5、(2016年高考全国Ⅰ卷27题节选)CrO
和Cr2O
在溶液中可相互转化。
室温下,初始浓度为1.0mol·L−1的Na2CrO4溶液中c(Cr2O
)随c(H+)的变化如图所示。
已知:
2CrO
+2H+
Cr2O
+2H2O
①由图可知,溶液酸性增大,CrO
的平衡转化率__________(填“增大“减小”或“不变”)。
②升高温度,溶液中CrO
的平衡转化率减小,则该反应的ΔH_________(填“大于”“小于”或“等于”)。
【参考答案】1、B2、
(1)AD
(2)H2是产物之一,氢气增大,会使反应①平衡逆向移动,所以丁烯转
化率下降(3)590℃前升高温度,反应①平衡正向移动;升高温度时,有利于反应速率加快,向吸热方向进
行;更高温度则有更多的C4H10裂解导致产率降低3、①ac;②大于;③小于;4、>温度越高,CO的
物质的量越多(或CO2的物质的量越少),说明CO2生成CO的反应是吸热反应,所以△H>0。
5、①增大②小
于
【解析】1、A.增大H2S的浓度,平衡正向移动,但加入量远远大于平衡移动转化消耗量,所以H2S转化率降低,错误;B.增大CO2的浓度,平衡正向移动,使更多的H2S反应,所以H2S转化率增大,正确;
C.COS是生成物,增大生成物的浓度,平衡逆向移动,H2S转化率降低,错误;
D.N2是与反应体系无关的气体,充入N2,不能使化学平衡发生移动,所以对H2S转化率无影响,错误。
2、
(1)由于反应①为吸热反应,所以温度升高时,平衡正向移动,丁烯的平衡产率增大,因此A正确、B错误。
反应①正向进行时体积增大,加压时平衡逆向移动,丁烯的平衡产率减小,因此C错误,D正确。
(2)H2作为活化催化剂,也作为反应①的产物,增大H2的量会使平衡向逆向移动,从而减少平衡体系中的丁烯的含量。
(3)590℃之前,温度升高时反应速率加快,同时由于反应①是吸热反应,升高温度平衡正向移动,丁烯产量增多。
而温度超过590℃时,由于丁烷高温会裂解生成短链烃类,所以参加反应①的丁烷也就相应减少。
3、①a溶液pH不变,c(OH-)不变,反应处于平衡状态;b根据速率关系,
v(I-)=v(AsO
),则b的等式始终成立,反应不一定处于平衡状态;c随反应进行,c(AsO
)不断增大,c(AsO
)不断减小,当二者比值不变时,说明二者浓度不再改变,则反应达到平衡;dc(I-)=ymol/L时,从图中可以看出,平衡时c(AsO
)=ymol/L,所以c(I-)=2ymol/L时才是平衡状态。
②反应从正反应开始进行,tm时反应继续正向进行,v正大于v逆
③浓度越大反应速率越快,tm到tn时刻,正向进行,c(AsO
)浓度在增大,故逆反应速率在增大。
4、同答案
5、①从图上可以看出,酸性增强,c(Cr2O
)增大。
即酸性增强,促使反应正向进行
②升高温度,溶液中CrO
平衡转化率减小,说明反应逆向移动,故该反应为放热反应,ΔH<0。
二、温故知新夯实基础
1、化学平衡状态
1.可逆反应
2.化学平衡状态
3.化学平衡的判定
一般首先假设平衡移动,看所给的物理量是否变化,如果变化则能判断,反之则不能判断。
此处的逻辑:
如果平衡移动,某个参数改变;如果平衡不移动,此参数不变,可以得到结论,当参数不变的时候,则已平衡。
如果平衡移动,某个参数不变;如果平衡不移动,此参数不变,可以得到结论,当参数不变的时候,则无法判断是否平衡。
以密闭容器中的反应mA(g)+nB(g)
pC(g)+qD(g)为例。
气体计量数改变量Δn=(p+q)-(m+n)
(1)物质的量、物质的量分数、物质的量浓度、质量、反应物的转化率、生成物的产率
假设平衡移动,则各物质的物质的量、物质的量分数、物质的量浓度、质量、反应物的转化率、生成物的产率等参数变化,则当各物质的物质的量、物质的量分数、物质的量浓度、质量、反应物的转化率、生成物的产率等不再变化,一定达到平衡。
(2)恒容时压强、恒压时体积
已知恒容时,气体压强之比等于气体总物质的量之比。
对于Δn=0且恒容下的反应,假设平衡移动,气体总物质的量不变化,即压强不变化。
则压强不再变化无法说明已达平衡。
对于Δn≠0的且恒容下的反应,假设平衡移动,气体总物质的量变化,即压强变化。
则压强不再变化可以说明已达平衡。
已知恒压时,气体体积之比等于气体总物质的量之比。
对于Δn=0的且恒压下的反应,假设平衡移动,气体总物质的量不变化,即体积不变化。
则体积不再变化无法说明已达平衡。
对于Δn≠0的且恒压下的反应,假设平衡移动,气体总物质的量变化,即体积变化。
则体积不再变化可以说明已达平衡。
(3)密度、相对分子质量/平均摩尔质量
一般密度均指气体密度,即用气体总质量比气体总体积(容器体积,固液体积忽略不计),即ρ=
对于上述在恒容下的反应,假设平衡移动,气体总质量不变,总体积不变,即ρ不变。
则ρ不变时,无法说明已达平衡。
对于上述在恒容下若A为固体的反应,假设平衡移动,气体总质量改变,总体积不变,即ρ变化。
则ρ不变时,可以说明已达平衡。
对于在恒压下Δn=0的反应,假设平衡移动,气体总质量不变,总体积不变化,即ρ不变。
则ρ不变时,无法说明已达平衡。
对于在恒压下Δn≠0的反应,假设平衡移动,气体总质量不变,总体积变化,即ρ变化。
则ρ不变时,可以说明已达平衡。
相对分子质量与摩尔质量的数值相等,一般指气体的平均摩尔质量,即——M=
对于上述Δn=0的反应,假设平衡移动,气体总质量不变(质量守恒定律),总物质的量改变,即——M不变。
则——M不变时,无法说明已达平衡。
对于上述Δn≠0的反应,假设平衡移动,气体总质量不变(质量守恒定律),总物质的量改变,即——M改变。
则——M不变时,说明已达平衡。
(4)速率、断键
利用速率判断时,需要两个用作比较的速率,其一表示正向速率,另一个表示逆向速率。
上述反应,无论反应是否平衡,A与B的正向速率之比都是m:
n。
即v正(A):
v正(B)=m:
n,则无法说明反应已达平衡。
若v正(A)=v逆(B)=m:
n,等效于nv正(A)=mv逆(B),则可以说明反应达到平衡。
在单位时间内消耗mmolA同时生成mmolA,则可以说明反应达到平衡。
在单位时间内消耗mmolA同时消耗pmolC,则可以说明反应达到平衡。
断键以N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)为例。
与速率同理,需两个断键描述分别表示为正向和逆向速率
无论反应是否平衡,断裂1个氮氮三键时,一定形成6个氮氢键。
即断裂1个氮氮三键时,形成6个氮氢键,无法说明已达平衡。
若断裂1个氮氮三键时,断裂6个氮氢键,说明已达平衡。
(5)颜色的变化、绝热体系的平衡常数
对于有色物质参加或生成的可逆反应体系,颜色变化,等效为浓度变化,依据浓度是否变化判断颜色是否变化。
恒容时,可简记作颜色不变即平衡。
对于绝热体系,即不与外界热交换的体系,若平衡移动,一定伴随能量变化,即温度会持续改变,则K值会变化。
K值不再变化即表明温度不再变化,则说明已达平衡。
(6)物质的量或物质的量浓度之比
对于上述反应,反应的改变量之比为m:
n,若投料比(即加入的A与B的物质的量之比)等于计量数之比(即m:
n),那无论是否平衡,A与B的物质的量或浓度之比都是m:
n。
即此时浓度之比不再变化时,无法说明反应已达平衡。
对于上述反应,反应的改变量之比为m:
n,若投料比不等于计量数之比,假设平衡移动,那A与B的物质的量或浓度之比时刻在变化。
即此时浓度之比不再变化时,可以说明反应已达平衡。
2、外界条件对化学平衡移动的影响
三、典例剖析思维拓展
考点一化学平衡状态的判定
【例1】(2018届抚顺高三3月模拟节选)将燃煤废气中的CO2转化为二甲醚的反应原理为2CO2(g)+6H2(g)
CH3OCH3(g)+3H2O(l),某温度下,向体积一定的密闭容器中通入CO2(g)与H2(g)发生上述反应,当下列物理量不再发生变化时,能证明上述可逆反应达到平衡的量是__________。
A.二氧化碳的浓度B.容器中的压强
C.气体的密度D.CH3OCH3与H2O的物质的量之比
【答案】ABC
【解析】A.当c(CO2)不变时,说明反应已达平衡,则A正确;
B.已知密闭容器中,压强之比等于物质的量之比。
假设平衡移动,气体总物质的量会发生改变,即压强会改变,则当压强不变的时候,平衡不再移动,B正确;
C.已知ρ=
,体积一定的密闭容器,V不变。
假设平衡移动,因生成物含液态水,则气体总质量会发生改变,即ρ会改变,故当ρ不变时,则说明反应已达平衡,C正确。
D.未指明投料比,仅当投料比不等于系数比时,物质的量之比一定才能说明反应达平衡,故D错误。
【易错点】平衡移动参数不变,参数不变是否说明平衡,对此分不清楚
【方法点拨】深刻理解判断平衡移动的逻辑
【例2】(2017届福州三中一模节选)若在绝热、恒容的密闭体系中,投入一定量COS(g)和H2(g),发生氢解反应:
COS(g)+H2(g)
H2S(g)+CO(g)ΔH1=+7kJ/mol,下列示意图能说明t1时刻反应达到平衡状态的是______(填字母序号)。
(下图中υ正、K、n、m分别表示正反应速率、平衡常数、物质的量和质量)
【答案】bd
【解析】a,达到平衡状态时,速率应该不再变化,图中t1时速率还未停止改变,故a错误
b,绝热体系K不再改变说明温度不再改变,即说明吸热与放热(或正逆向速率)达到平衡状态,故b正确。
c,达到平衡状态时,组分的物质的量应该不再变化,图中t1时H2与H2S的物质的量还未停止改变,故c错误。
d,达到平衡状态时,组分的质量应该不再变化,图中t1时COS的质量已停止改变,故d正确。
【易错点】平衡移动参数不变,参数不变是否说明平衡,对此分不清楚
【方法点拨】深刻理解判断平衡移动的逻辑
【例3】(2018届沈阳东北育才三模节选)已知2CH3OH(l)
CH3OCH3(g)+H2O(l)△H<0,在一常温恒容的密闭容器中,放入一定量的甲醇建立平衡,以下说法正确并可以作为该反应达到平衡状态的判断依据为________。
(填序号)。
A.容器内气体相对分子质量保持不变B.容器内气体压强不变
C.相同时间内消耗甲醇的量是消耗二甲醚的两倍;D.甲醇和二甲醚物质的量相等
【答案】BC
【解析】A.容器内气体始终为CH3OCH3,平衡是否移动气体相对分子质量都不变,则气体相对分子质量保持不变的话,不能说明是否平衡。
A错误;
B.对于此反应,反应前后气体系数和Δn≠0,且为恒容下的反应,假设平衡移动,气体总物质的量变化,即压强变化。
则压强不再变化可以说明已达平衡。
B正确
C.消耗甲醇指正向速率,消耗二甲醚是逆向速率,速率比等于系数比,则反应达到平衡。
C正确
D.没有指明平衡常数与甲醇物质的量具体值,则物质的量是否相等与是否平衡无关。
D错误
【易错点】平衡移动参数不变,参数不变是否说明平衡,对此分不清楚
【方法点拨】深刻理解判断平衡移动的逻辑
考点二外界条件对化学平衡移动的影响
【例4】(2018届抚顺高三3月模拟节选)将燃煤废气中的CO2转化为二甲醚的反应原理为2CO2(g)+6H2(g)
CH3OCH3(g)+3H2O(l),已知在某压强下,该反应在不同温度、不同投料比时,CO2的转化率如图所示,该反应的∆H______0(填“>”或“<”)。
【答案】<
【解析】根据图像分析,温度越高,CO2的转化率越低,说明升高温度,平衡向左移动,则该反应为放热反应,即ΔH<0
【易错点】外界条件的改变是“因”,平衡移动是“果”,以混淆因果关系
【方法点拨】深刻理解外界条件对平衡的影响
【例5】(2018届哈尔滨三中一模节选)以甲醇为原料制取高纯H2是重要研究方向。
甲醇水蒸气重整制氢主要发生以下两个反应:
主反应:
CH3OH(g)+H2O(g)
CO2(g)+3H2(g)ΔH=+49kJ•mol-1
副反应:
H2(g)+CO2(g)
CO(g)+H2O(g)ΔH=+41kJ•mol-1
既能加快反应速率又能提高CH3OH平衡转化率的一种措施是_____________________。
【答案】<
【解析】加快反应速率且影响转化率的方法为加热、加压、增加反应物浓度;能提高CH3OH转化率的方法为减压、升温、减小生成物浓度。
那既能加快反应速率又能提高CH3OH平衡转化率为升温
【易错点】需注意,增加H2O(g)浓度,会使副反应平衡左移,而副反应的反应物对主反应的抑制程度较大,故增加H2O(g)浓度最终会降低CH3OH平衡转化率。
【方法点拨】深刻理解外界条件对平衡的影响
【例6】(2018届沈阳东北育才三模节选)已知2CO(g)+H2O(l)
CO2(g)+H2(g)△H<0,在三个体积相同的密闭容器A、B、C中加入相同物质的量的CO和H2O在不同温度下发生如上反应,经过相同时间后测得容器中的CO物质的量与温度的关系如下图:
请解释曲线中CO的物质的量先减小后增大的原因____________________________________
【答案】最低点左侧,反应未达平衡,随温度升高,反应速率快,在相同时间内消耗掉CO多;最低点右侧,反应达平衡,随温度升高,反应达到平衡后随温度上升平衡逆向移动,CO的量增大
【解析】同答案
【易错点】无法判断ABC三点是否处于平衡状态
【方法点拨】深刻理解外界条件对反应未达到平衡与达到平衡的不同影响
四、举一反三成果巩固
考点一化学平衡状态的判定
1.(2018届巴蜀中学第六次月考节选)已知反应2NH3(g)+CO2(g)
NH2COONH4(s)ΔH=-159.5kJ·mol−1。
一定温度条件下在体积为VL的密闭容器中进行上述反应,下列选项一定能说明达到平衡状态的是____________(填序号)。
A.容器中混合气体的密度不再变化B.容器中气体总压强不再变化
C.混合气体的平均相对分子质量不再变化D.2v逆(NH3)=v正(CO2)
E.NH2COONH4(s)的质量不再改变
【答案】ABE
【解析】A.根据ρ=
,体积恒定,则V不变,假设平衡移动,气体质量会改变,则ρ会改变。
则ρ不变时,可以说明已达平衡,A正确
B.已知恒温恒容时,压强之比等于物质的量之比,此反应前后气体系数和Δn≠0。
假设平衡移动,气体总物质的量变化,即压强变化。
则压强不再变化可以说明已达平衡。
B正确
C.对于只有一侧有气体的反应,混合气体的比例等于系数比,即平均分子量一定,假设平衡移动,平均分子量也不改变。
平均分子量一定时,无法说明是否达到平衡。
C错误
D.对于速率来说,正逆速率之比等于系数比时,可说明达到平衡。
当2v逆(NH3)=v正(CO2)时,表示v逆(NH3):
v正(CO2)=1:
2。
D错误
E.假设平衡移动,NH2COONH4(s)的质量会改变,则NH2COONH4(s)的质量不再改变,说明已达平衡。
E正确
2.(2018届成都七中高三二诊节选)碳的化合物的转换在生产、生活中具有重要的应用,如航天员呼吸产生的CO2用Sabatier反应处理,实现空间站中O2的循环利用。
Sabatier反应:
CO2(g)+4H2(g)
CH4(g)+2H2O(g);
在密闭恒温(高于100℃)恒容装置中进行该反应,下列能说明达到平衡状态的是_____。
A.混合气体密度不再改变B.混合气体压强不再改变
C.混合气体平均摩尔质量不再改变D.n(CO2):
n(H2)=1:
2
【答案】BC
【解析】A.根据质量守恒定律,反应前后总气体质量不改变,又在恒容装置中进行,故ρ=
中的m和V都不变,即平衡移动时,ρ不变,则当ρ不变时,无法说明已达平衡。
A错误
B.根据恒温恒容时,物质的量之比为压强之比,假设平衡移动,气体总物质的量发生改变,则总物质的量不再改变,可以说明已达平衡。
B正确
C.根据——M=
,反应前后气体总质量不发生改变,反应前后气体物质的量的改变量Δn≠0的反应,假设平衡移动,气体总物质的量发生改变,即——M改变,则当——M不再改变,可说明已达平衡。
C正确
D.没有指明平衡常数与组分物质的量具体值,则物质的量是否相等与是否平衡无关。
D错误
3.(2018届吉林实验中学高三第五次月考节选)说明4NH3(g)+5O2(g)
4NO(g)+6H2O(g)达到平衡状态的是__________(填序号)。
A.单位时间内生成nmolNO的同时生成nmolNH3
B.百分含量w(NH3)=w(NO)
C.反应速率v(NH3):
v(O2):
v(NO):
v(H2O)=4:
5:
4:
6
D.在恒温恒容的容器中,混合气体的平均相对分子质量不再变化
【答案】AD
【解析】A.正逆速率之比等于系数比时,可说明反应已达平衡。
A正确
B.没有指明平衡常数与组分物质的量具体值,则物质的量或物质的量分数是否相等与是否平衡无关。
B错误
C.正逆速率之比等于系数比时,可说明反应已达平衡。
未指明是正逆速率之比还是仅都是正向速率之比或仅都是逆向速率之比。
C错误
D.已知——M=
,反应前后气体总物质的量会改变,总质量不变,即假设平衡移动,则——M会改变,则当——M不再改变,可说明反应已达平衡。
考点二外界条件对化学平衡移动的影响
4.(2018届梅河口五中一模节选)将0.20molNO和0.10molCO充入一个容积为1L的密闭容器中,反应过程中物质浓度变化如图所示。
:
2NO(g)+2CO(g)
N2(g)+2CO2(g)的△H=-746.5kJ·mol-1
第12min时改变的反应条件可能为_____________。
A.升高温度B.加入NOC.加催化剂D.降低温度
【答案】D
【解析】首先,12min时瞬间三者浓度未改变,则改变条件不能是增加或减少组分浓度,不能是改变压强或容器体积。
又因之前已达平衡,现在平衡移动了,则不能是催化剂,考虑到此反应为放热反应,且12min时,平衡在向右移动,故反应条件可能是降低温度。
5.(2018届天水中学一模节选)已知2NO(g)+O2(g)
2NO2(g)ΔH<0,该反应在一定条件下为可逆反应,当该反应处于平衡状态时,下列措施中有利于提高NO的平衡转化率的是_________(填字母)。
A.升高温度B.降低温度C.增大压强
D.减小压强E.加入催化剂F.增加NO的量
【答案】BC
【解析】A.升温,平衡向吸热方向移动,平衡向左移动,会降低NO其转化率,故A错误,B正确
C.加压,平衡向气体分子数减小的方向移动,平衡向右移动,平衡转化率升高,故C正确,D错误
E.催化剂不会影响平衡移动,故E错误
F.增加NO会降低NO转化率
6.(2018届吉林实验中学高三第五次月考节选)NH3作为重要化工原料,被大量应用于工业生产,与其有关性质反应的催化剂研究曾被列入国家863计划。
氨的催化氧化反应:
4NH3(g)+5O2(g)
4NO(g)+6H2O(g)△H<0,是制硝酸的基础反应,在容积固定的密闭容器中发生上述反应,容器内部分物质的物质的量浓度如下表:
浓度
时间
C(NH3)mol/L
C(O2)mol/L
C(NO)mol/L
第0min
0.8
1.6
0
第1min
a
1.35
0.2
第2min
0.3
0.975
0.5
第3min
0.3
0.975
0.5
第4min
0.7[
1.475
0.1
反应在第3min时改变了条件,改变的条件可能是_____________(填序号)。
A.使用催化剂B.减小压强C.升高温度D.增加O2的浓度
【答案】C
【解析】第2min至第3min时,物质的量不再改变,说明已达平衡,在第3min之后物质的量又改变,则
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