专题62 化学平衡 化学平衡移动 原卷版.docx
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专题62化学平衡化学平衡移动原卷版
专题2化学平衡化学平衡移动
【名师预测】
本专题为高考的常考内容之一,主要考查化学平衡状态的判断,化学平衡移动中相关量变化分析,以图像形式综合考查化学反应速率与化学平衡移动的关系,结合工农业生产、环保等社会热点问题考查化学平衡理论的应用。
【知识精讲】
一、体系构建
二、可逆反应与化学平衡建立
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
①二同:
a.相同条件下;b.正、逆反应同时进行。
②一小:
反应物与生成物同时存在;任一组分的转化率都小于(填“大于”或“小于”)100%。
(3)表示
在方程式中用“
”表示。
2.化学平衡状态
(1)概念
一定条件下的可逆反应中,正反应速率与逆反应速率相等,反应体系中所有参加反应的物质的质量或浓度保持不变的状态。
(2)建立
(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
①同种物质:
同一物质的生成速率等于消耗速率。
②不同物质:
必须标明是“异向”的反应速率关系。
如aA+bB
cC+dD,
=
时,反应达到平衡状态。
(2)静态标志:
各种“量”不变
①各物质的质量、物质的量或浓度不变。
②各物质的百分含量(物质的量分数、质量分数等)不变。
③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。
总之,若物理量由变量变成了不变量,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。
三、化学平衡移动
1.化学平衡移动的过程
2.化学平衡移动与化学反应速率的关系
(1)v正>v逆:
平衡向正反应方向移动。
(2)v正=v逆:
反应达到平衡状态,不发生平衡移动。
(3)v正<v逆:
平衡向逆反应方向移动。
3.影响化学平衡的因素
(1)若其他条件不变,改变下列条件对化学平衡的影响如下:
改变的条件(其他条件不变)
化学平衡移动的方向
浓度
增大反应物浓度或减小生成物浓度
向正反应方向移动
减小反应物浓度或增大生成物浓度
向逆反应方向移动
压强(对有气体参加的反应)
反应前后气体体积改变
增大压强
向气体分子总数减小的方向移动
减小压强
向气体分子总数增大的方向移动
反应前后气体体积不变
改变压强
平衡不移动
温度
升高温度
向吸热反应方向移动
降低温度
向放热反应方向移动
催化剂
同等程度改变v正、v逆,平衡不移动
(2)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物质的浓度),平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动。
(3)“惰性气体”对化学平衡的影响
①恒温恒容条件
原平衡体系
体系总压强增大―→体系中各组分的浓度不变―→平衡不移动。
②恒温恒压条件
原平衡体系
容器容积增大,各反应气体的分压减小―→
四、等效平衡
1.等效平衡的含义
在一定条件下(恒温恒容或恒温恒压)下,同一可逆反应体系,不管是从正反应开始,还是从逆反应开始,还是正、逆反应同时投料,达到化学平衡状态时,任何相同组分的百分含量(质量分数、物质的量分数、体积分数等)均相同。
2.等效平衡的判断方法
(1)恒温恒容条件下反应前后体积改变的反应
判断方法:
极值等量即等效。
例如:
2SO2(g)+O2(g)
2SO3(g)
①2mol1mol0
②0 0 2mol
③0.5mol 0.25mol 1.5mol
④amolbmolcmol
上述①②③三种配比,按化学方程式的化学计量关系均转化为反应物,则SO2均为2mol,O2均为1mol,三者建立的平衡状态完全相同。
④中a、b、c三者的关系满足:
c+a=2,
+b=1,即与上述平衡等效。
(2)恒温恒压条件下反应前后体积改变的反应
判断方法:
极值等比即等效。
例如:
2SO2(g)+O2(g)
2SO3(g)
①2mol3mol0
②1mol3.5mol 2mol
③amolbmolcmol
按化学方程式的化学计量关系均转化为反应物,则①②中
=
,故互为等效平衡。
③中a、b、c三者关系满足:
=
,即与①②平衡等效。
(3)恒温条件下反应前后体积不变的反应
判断方法:
无论是恒温恒容,还是恒温恒压,只要极值等比即等效,因为压强改变对该类反应的化学平衡无影响。
例如:
H2(g)+I2(g)
2HI(g)
①1mol1mol0
②2mol2mol1mol
③amolbmolcmol
①②两种情况下,n(H2)∶n(I2)=1∶1,故互为等效平衡。
③中a、b、c三者关系满足
∶
=1∶1或a∶b=1∶1,c≥0,即与①②平衡等效。
3.虚拟“中间态”法构建等效平衡
(1)构建恒温恒容平衡思维模式
新平衡状态可认为是两个原平衡状态简单的叠加并压缩而成,相当于增大压强。
(2)构建恒温恒压平衡思维模式(以气体物质的量增加的反应为例,见图示)
新平衡状态可以认为是两个原平衡状态简单的叠加,压强不变,平衡不移动。
【典题精练】
考点1、考查可逆反应的特点
6.一定条件下,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0.1mol·L-1、0.3mol·L-1、0.08mol·L-1,则下列判断正确的是( )
A.c1:
c2=3:
1
B.平衡时,Y和Z的生成速率之比为2:
3
C.X、Y的转化率相等
D.c1的取值范围为0 练后归纳: 极端假设法确定各物质浓度范围 上述题目1可根据极端假设法判断,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范围。 假设反应正向进行到底: X2(g)+Y2(g) 2Z(g) 起始浓度(mol·L-1) 0.1 0.3 0.2 改变浓度(mol·L-1) 0.1 0.1 0.2 终态浓度(mol·L-1) 0 0.2 0.4 假设反应逆向进行到底: X2(g)+Y2(g) 2Z(g) 起始浓度(mol·L-1) 0.1 0.3 0.2 改变浓度(mol·L-1) 0.1 0.1 0.2 终态浓度(mol·L-1) 0.2 0.4 0 平衡体系中各物质的浓度范围为X2∈(0,0.2),Y2∈(0.2,0.4),Z∈(0,0.4)。 考点2、考查化学平衡的判断 例2.一定温度下某容积固定的密闭容器中,对可逆反应A(g)+B(g) 2C(g),下列叙述能说明反应已达到平衡的是( ) A.容器内的压强不再变化 B.混合气体的密度不再变化 C.消耗B的速率是生成C的速率的 D.单位时间内生成amolB,同时生成2amolC 练后归纳: 判断平衡状态的方法——“逆向相等,变量不变” (1)“逆向相等”: 反应速率必须一个是正反应的速率,一个是逆反应的速率,且经过换算后同一种物质的正反应速率和逆反应速率相等。 特别注意: 同一反应方向的反应速率不能判断反应是否达到平衡状态。 (2)“变量不变”: 如果一个量是随反应进行而改变的,当不变时为平衡状态;一个随反应的进行保持不变的量,不能作为是否是平衡状态的判断依据。 考点3、考查化学平衡的移动方向的判断 1.已建立平衡的某可逆反应,当改变条件使化学平衡向正反应方向移动时,下列叙述正确的是( ) ①生成物的体积分数一定增加 ②生成物的产量一定增加 ③反应物的转化率一定增大 ④反应物浓度一定降低 ⑤正反应速率一定大于逆反应速率 ⑥加入催化剂可以达到以上目的 A.①②B.②⑤C.③⑤D.④⑥ 思维建模: 判断化学平衡移动方向的思维模型 考点4、考查等效平衡的应用 例4.一定温度下,在3个容积均为1.0L的恒容密闭容器中反应2H2(g)+CO(g) CH3OH(g)达到平衡,下列说法正确的是( ) 容器 温度/K 物质的起始浓度/mol·L-1 物质的平衡浓度/mol·L-1 c(H2) c(CO) c(CH3OH) c(CH3OH) Ⅰ 400 0.20 0.10 0 0.080 Ⅱ 400 0.40 0.20 0 Ⅲ 500 0 0 0.10 0.025 A.该反应的正反应吸热 B.达到平衡时,容器Ⅰ中反应物的转化率比容器Ⅱ中的大 C.达到平衡时,容器Ⅱ中c(H2)大于容器Ⅲ中c(H2)的两倍 D.达到平衡时,容器Ⅲ中的正反应速率比容器Ⅰ中的大 练后归纳: 两平衡状态间要互为等效应满足四点: ①同一条件;②同一可逆反应;③仅仅由于初始投料不同(即建立平衡的方向可以不同);④平衡时相应物质在各自平衡体系中的体积分数(或物质的量分数)相同。 考点5、考查勒夏特列原理的应用 例5.下列实验事实不能用平衡移动原理解释的是( ) A. 易错提醒: 1.对于溶液中的离子反应,向溶液中加入与实际反应无关的离子,平衡不移动。 2.溶液中的可逆反应,达平衡后加水稀释,平衡向溶质微粒数增多的方向移动。 3.改变固体或纯液体的量,对平衡无影响。 4.当反应混合物中不存在气态物质时,压强的改变对平衡无影响。 5.对于反应前后气体体积无变化的反应,如H2(g)+I2(g) 2HI(g),压强的改变对平衡无影响。 但增大(或减小)压强会使各物质的浓度增大(或减小),混合气体的颜色变深(或浅)。 6.“惰性气体”对化学平衡的影响 ①恒温、恒容条件 原平衡体系 体系总压强增大―→体系中各组分的浓度不变―→平衡不移动。 ②恒温、恒压条件 原平衡体系 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(等效于减压) 考点6、考查化学平衡图像分析 例6.根据下列有关图象,说法正确的是( ) A.由图甲知,反应在T1,T3处达到平衡,且该反应的ΔH<0 B.由图乙知,反应在t6时,NH3体积分数最大 C.由图乙知,t3时采取降低反应温度的措施 D.图丙在10L容器、850℃,反应到4min时,放出51.6kJ的热量 练后总结: 解答化学平衡图像题的思路、步骤与技巧 1.解题思路 2.解题步骤 3.解题技巧 (1)先拐先平数值大。 在含量—时间曲线中,先出现拐点的则先达到平衡,说明该曲线表示的温度较高或压强较大。 (2)定一议二。 图像中有三个量时,先确定一个量不变,再讨论另外两个量的关系。 即确定横坐标所表示的量后,讨论纵坐标与曲线的关系;或确定纵坐标所表示的量后(通常可画一垂线),讨论横坐标与曲线的关系。 (3)三步分析法。 一看反应速率是增大还是减小;二看v正、v逆的相对大小;三看化学平衡移动的方向。 考点7、考查化学平衡原理在工农业生产中的应用 例7.合成氨工业中,原料气(N2、H2及少量CO、NH3的混合气)在进入合成塔前常用醋酸二氨合铜(I)溶液来吸收原料气中的CO,其反应是Cu(NH3)2CH3COO+CO+NH3 Cu(NH3)3CH3COO·CO ΔH<0。 (1)必须除去原料气中CO的原因是_______________。 (2)醋酸二氨合铜(I)吸收CO的生产适宜条件应是________。 (3)吸收CO后的醋酸二氨合铜溶液经过适当处理又可再生,恢复其吸收CO的能力以供循环使用。 醋酸二氨合铜溶液再生的生产适宜条件应是________。 练后归纳: 工农业生产中平衡类问题需综合考虑的几个方面 (1)原料的来源、除杂,尤其考虑杂质对平衡的影响。 (2)原料的循环利用。 (3)产物的污染处理。 (4)产物的酸碱性对反应的影响。 (5)气体产物的压强对平衡造成的影响。 (6)改变外界条件对多平衡体系的影响。 【名校新题】 1.(2019·辉县市第一高级中学高考模拟)下面是某化学研究小组探究外界条件对化学反应速率和化学平衡影响的图像,其中图像和实验结论表达均正确的是 A.①是其他条件一定时,反应速率随温度变化的图像,正反应ΔH<0 B.②是在平衡体系的溶液中溶入少量KCl晶体后化学反应速率随时间变化的图像 C.③是在有无催化剂存在下建立的平衡过程图像,a是使用催化剂时的曲线 D.④是一定条件下,向含有一定量A的容器中逐渐加入B时的图像,压强p1>p2 2.(2019·山东师范大学附中高考模拟)下图所示为工业合成氨的流程图。 有关说法错误的是 A.步骤①中“净化”可以防止催化剂中毒 B.步骤②中“加压”既可以提高原料的转化率,又可以加快反应速率 C.步骤③、④、⑤均有利于提高原料平衡的转化率 D.产品液氨除可生产化肥外,还可用作制冷剂 3.(2019·山东高三期末)在一定条件下A2和B2可发生反应: A2(g)+3B2(g) 2AB3(g)。 图1表示在一定温度下此反应过程中的能量变化,图2表示在固定容积为2L的密闭容器中反应时A2的物质的量随时间变化的关系,图3表示在其他条件不变的情况下,改变反应物B2的起始物质的量对此反应平衡的影响。 下列说法错误的是 A.该反应在低于某一温度时能自发进行 B.10min内该反应的平均速率v(B2)=0.045mol/(L·min) C.11min时,其他条件不变,压缩容器容积至1L,n(A2)的变化趋势如图2中曲线d所示 D.图3中T1 4.(2019·山东新泰市第一中学高三月考)下列说法不能够用勒夏特勒原理来解释的是 A.实验室用排饱和食盐水的方法收集氯气 B.溴水中有下列平衡Br2+H2O HBr+HBrO,当加入硝酸银溶液后(AgBr是淡黄色沉淀),溶液颜色变浅 C.SO2催化氧化制SO3的过程中使用过量的氧气,以提高二氧化硫的转化率 D.恒温、恒压条件下,在2NO2 N2O4平衡体系中充入He后,体系颜色变浅 5.(2019·山东新泰市第一中学高三月考)下列图示与对应的叙述正确的是 A.图甲表示有无催化剂的反应,加催化剂可以改变反应的焓变 B.图乙表示等浓度等体积的NaCl、NaBr及NaI溶液分别用AgNO3溶液滴定曲线,a为Cl- C.图丙表示等浓度等体积的盐酸和醋酸分别用NaOH溶液的滴定曲线,指示剂都可用酚酞 D.图丁表示反应2CO(g)+2NO(g) N2(g)+2CO2(g),在其他条件不变时,改变起始CO的物质的量,平衡时N2的体积分数变化,由图可知NO的转化率b>c>a 6.(2019·四川省宜宾市叙州区第一中学高三月考)室温下,向圆底烧瓶中加入1molC2H5OH和含1molHBr的氢溴酸,溶液中发生反应;C2H5OH+HBr C2H5Br+H2O,充分反应后达到平衡。 已知常压下,C2H5Br和C2H5OH的沸点分别为38.4℃和78.5℃。 下列有关叙述错误的是 A.加入NaOH,可增大乙醇的物质的量 B.增大HBr浓度,有利于生成C2H5Br C.若反应物增大至2mol,则两种反应物平衡转化率之比不变 D.若起始温度提高至60℃,可缩短反应达到平衡的时间 7.(2019·山东济南外国语学校高考模拟)常压下羰基化法精炼镍的原理为: Ni(s)+4CO(g) Ni(CO)4(g)。 230℃时,该反应的平衡常数K=2×10−5。 已知: Ni(CO)4的沸点为42.2℃,固体杂质不参与反应。 第一阶段: 将粗镍与CO反应转化成气态Ni(CO)4;第二阶段: 将第一阶段反应后的气体分离出来,加热至230℃制得高纯镍。 下列判断不正确的是() A.该反应达到平衡时,v分解[Ni(CO)4]=4v消耗(CO) B.第一阶段应选择稍高于42.2℃的反应温度 C.第二阶段,230℃时Ni(CO)4分解率较高 D.其他条件不变,增加c(CO),平衡向正向移动,反应的平衡常数不变 8.(2019·山东高三期末)在一密闭烧瓶中注入NO2,在25℃时建立下列平衡: 2NO2 N2O4(正反应为放热反应),若把烧瓶置于100℃的沸水中,下列情况: ①颜色,②平均相对分子质量,③质量,④压强,⑤密度。 其中不变的是 A.②④B.③④C.③⑤D.①③ 9.(2019·浙江高考模拟)可逆反应①X(g)+2Y(g) 2Z(g)、②2M(g) Ng)+P(g)分别在密闭容器的两个反应室中进行,反应室之间有无摩擦、可滑动的密封隔板。 反应开始和达到平衡状态时有关物理量的变化如图所示,下列判断不正确的是 A.反应①的正反应是放热反应 B.达平衡(I)时体系的压强与反应开始时体系的压强之比为10: 11 C.达平衡(I)时,X的转化率为20% D.在平衡(I)和平衡(II)中,M的体积分数不相等 10.(2019·天津市新华中学高考模拟)Bodensteins研究反应H2(g)+I2(g) 2HI(g)△H<0,温度为T时,在两个体积均为1L的密闭容器中进行实验,测得气体混合物中碘化氢的物质的量分数w (HI)与反应时间t的关系如下表: 容器编号 起始物质 t/min 0 20 40 60 80 100 Ⅰ 0.5mol I2、0.5mol H2 w(HI)/% 0 50 68 76 80 80 Ⅱ x mol HI w(HI)/% 100 91 84 81 80 80 研究发现上述反应中: v正=ka•w(H2)•w(I2),v逆=kb•w2(HI),其中ka、kb为常数。 下列说法不正确的是( ) A.温度为T时,该反应 =64 B.容器I中在前20 min的平均速率v(HI)=0.025 mol•L-1•min-1 C.若起始时,向容器I中加入物质的量均为0.1 mol的H2、I2、HI,反应逆向进行 D.无论x为何值,两容器中达平衡时w(HI)%均相同 11.(2019·安庆市第二中学高三开学考试)800℃时,在2L密闭容器中发生反应: 2NO(g)+O2(g) 2NO2(g),该反应体系中n(NO)随时间的变化如下表: 时间/s 0 1 2 3 4 5 n(NO)/mol 0.022 0.010 0.008 0.007 0.007 0.007 下列有关说法不正确的是 A.用氧气表示0~3s内该反应的平均速率ν(O2)=0.0025mol·L-1·s-1 B.容器内颜色保持不变时,说明该反应达到平衡状态 C.增大氧气的浓度,既加快反应速率,又使平衡正向移动 D.该反应达到平衡时,转移电子总数为0.03NA 12.(2019·黑龙江大庆实验中学高三开学考试)根据下列图示所得出的结论正确的是() 图1 图2 图3 图4 A.由图1可知反应②的第I步比第Ⅱ步反应速率快 B.若图2为1mLpH=2某一元酸溶液加水稀释时pH随溶液总体积的变化曲线,则说明该酸是强酸 C.由图3知反应3A(g)+2B(g)⇄2C(g)的ΔH>0,且a=1.5 D.若图4表示常温下用0.1000mo1/LNaOH溶液滴定25.00mLCH3COOH溶液的滴定曲线,则c(CH3COOH)=0.1000mo1/L 13.(2019·山东高考模拟)氮氧化物是空气的主要污染物之一,研究氮氧化物的性质对于防治空气污染有重要意义。 回答下列问题: (1)已知: NO(g)+O3(g)=NO2(g)+O2(g)△H=-200.9kJ·mol-1 NO(g)+1/2O2(g)=NO2(g)△H=-58.2kJ·mol-1 写出NO与臭氧(O3)反应生成NO2的热化学方程式______________________。 (2)温度为T1时,在三个容积均为1L的密闭容器中仅发生反应: 2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)△H<0 实验测得: v正=v(NO)消耗=2v(O2)消耗=k正c2(NO)·c(O2),v逆=v(NO2)消耗=k逆c2(NO2),k正、k逆为速率常数,受温度影响。 ①温度为T1时,k正/k逆=___________;当温度升高为T2时,k正、k逆分别增大m倍和n倍,则m___________n(填“>”、“<“或“=”)。 ②若容器Ⅱ中达到平衡时c(NO2)/c(NO)=1,则NO的转化率为___________,x=___________。 ③容器Ⅲ中起始时v正___________v逆(填“>”、“<”或“=”),理由是___________。 ④T1时,在1L密闭容器中按照一定比例充入NO(g)和O2(g),达到平衡时NO2(g)的体积分数Φ(NO2)随n(NO)/n(O2)的变化如图所示,则A、B、C三点中NO的转化率最大的是___________;当n(NO)/n(O2)=2.3时,达到平衡时Φ(NO2)可能是D、E、F三点中的___________。 14.(2019·北京高三期末)为探究不同条件下甘油(丙三醇)和辛酸酯化合成甘油二酯的最佳条件,科研工作者做了甘油二酯的酶法合成工艺研究。 实验1: 研究不同投料比对产率的影响 (1)理论分析合成甘油二酯所需辛酸与甘油的投料比(物质的量之比)为2∶1。 实验证明提高投料比,甘油二酯的产率会降低,其原因可能是_______。 实验2: 研究吸水剂对反应的影响 (2)硅胶易与羟基结合,故有较强的亲水性,易于吸附水分子。 但是在反应体系里加入硅胶后甘油二酯含量明显降低,说明合成甘油二酯的平衡发生了逆向移动,分析可能的原因是________。 实验3: 研究不同催化剂的催化效果 曲线 催化剂 纵坐标 ① 脂肪酶I号 辛酸转化率 ② 脂肪酶II号 辛酸转化率 ③ 脂肪酶I号 甘油二酯含量 ④ 脂肪酶II号 甘油二酯含量 (3)其他条件相同时,不同脂肪酶(I号、II号)催化合成甘油二酯的效果如图所示,选择此实验中催化效果相对最佳的反应条件是________(填字母序号)。 A.12h,I号B.24h,I号 C.12h,II号D.24h,II号 实验4: 研究温度对反应速率和产率的影响 (4)选定脂肪酶做催化剂,继续实验。 ①综合上图,选择6h时比较适宜的反应温度是________。 ②在6h之后,辛酸的转化率总趋势缓慢上升,30℃、40℃甘油二酯的含量上升,但是50℃的却有所降低,分析可能的原因是________。
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