专题17化学反应的方向和限度.docx
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专题17化学反应的方向和限度
专题17化学反应的方向和限度
1.了解可逆反应的定义。
2.理解化学平衡的定义。
3.理解影响化学平衡的因素。
1.化学平衡状态的建立、特征和标志
(1)可逆反应:
在相同条件下同时向正、反两个方向进行的反应称为可逆反应。
在可逆反应中使用“
”。
(2)化学平衡的建立
在一定条件下可逆反应进行到一定程度时,正反应速率和逆反应速率相等,反应物和生成物的浓度不再发生变化,这种状态称为化学平衡状态,简称化学平衡。
(3)化学平衡的特征
①逆:
化学平衡研究的对象是可逆反应。
②等:
V(正)==V(逆)≠0
③动:
化学平衡是动态平衡。
虽然V(正)==V(逆),但正、
逆反应仍在进行。
④定:
反应物和生成物的浓度保持一定。
⑤变:
外界条件改变,平衡也随之改变。
(4)化学平衡的标志-判断可逆反应达到平衡状态的方法和依据
可逆反应达到平衡时,V正=V逆,即单位时间内任一物质生成多少,就消耗多少。
表现在外部的特点是:
各物质的物质的量不变,总物质的量也不变,每一种物质的物质的量的百分含量也不变,混合气体的平均相对分子质量也不变,每种物质的浓度也不变,如温度、体积固定,反应容器内的总压,也不随时间的变化而变化。
(但对反应前后气体物质分子数相等的可逆反应,就不能用总压、平均分子质量是否随时间变化来判断是否达到了平衡。
)
Ⅰ.直接(特征)标志:
①V正=V逆:
指反应体系中的用同一种物质来表示的正反应速率和逆反应速率相等,但对不同物质而言,速率不一定相等。
现以N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)为例,在单位时间、单位体积内:
a.若有1molN2消耗(代表V正),同时有1molN2生成(代表V逆)。
同种物质只需考虑量是否相同,所以有1molN2消耗必然同时有1molN2生成,即V正(N2)=V逆(N2)。
b.若有1molN2消耗(代表V正),同时有3molH2生成(代表V逆)。
不同种物质要考虑化学计量数,由化学方程式知N2和H2化学计量数之比为1:
3,所以有1molN2消耗必然同时有3molH2生成,即V逆(H2)=3V正(N2),由此可见两者数值不相等。
c.同理可得以下关系:
若有1molN2消耗(代表V正),同时有2molNH3消耗(代表V逆);若有nmolN2消耗(代表V正),同时有2nmolNH3消耗(代表V逆)……
d.同时还可以推出:
若有1molN≡N键断裂,则有6molN-H键断裂。
②各物质的百分含量保持不变。
Ⅱ.间接(等价)标志:
①混合气体的总压强、总体积、总物质的量不随时间的改变而改变。
(注:
m+n≠p)对于反应前后的气体物质的分子总数不相等的可逆反应(如2SO2+O2
2SO3)来说,可利用混合气体的总压、总体积、总物质的量是否随着时间的改变而改变来判断是否达到平衡。
对于反应前后气体物质的分子数相等的可逆反应:
(如H2+I2(g)
2HI),不能用此标志判断平衡是否到达,因为在此反应过程中,气体的总压、总体积、总物质的量都不随时间的改变而改变。
②各物质的浓度不随时间的改变而改变。
③各物质的物质的量不随时间的改变而改变。
④各气体的体积、各气体的分压不随时间的改变而改变。
小结:
判断可逆反应达到平衡状态的方法和依据
例举反应
mA(g)+nB(g)
pC(g)+qD(g)
混合物体系中各成分的浓度
(1)各物质的物质的量或各物质的物质的量的分数一定
平衡
(2)各物质的质量或各物质的质量分数一定
平衡
(3)各气体的体积或体积分数一定
平衡
(4)总体积、总压力、总物质的量一定。
(如反应前后气体体积不变的反应)
不一定平衡
正逆反应速率的关系
(1)单位时间内消耗了mmolA同时生成mmolA,则v正=v逆(对于同一物质而言)
平衡
(2)在单位时间内消耗了nmolB同时消耗了pmolC,则v正=v逆
平衡
(3)v(A):
v(B):
v(C):
v(D)=m:
n:
p:
q(v正不一定等于v逆)
不一定平衡
(4)在单位时间内生成了nmolB,同时消耗了qmolD(因均指v逆)
不一定平衡
压强
(1)若m+n
p+q时,总压力一定(其它条件一定)
平衡
(2)若m+n=p+q时,总压力一定(其它条件一定)
不一定平衡
混合气体的平均相对分子质量Mr
(1)当m+n
p+q时Mr=m(气)/n(总)
平衡
(2)Mr一定时,但m+n=p+q时
不一定平衡
温度
任何化学反应都伴随着能量变化,当体系温度一定时(其他不变)
平衡
体系的密度(
)
密度一定
(固定容积不变)
不一定平衡
其他
如体系颜色不再变化时等
平衡
【典型例题1】一定温度下在一容积不变的密闭容器中发生可逆反应2X(g)
Y(g)+Z(s),以下不能说明该反应达到化学平衡状态的是
A.混合气体的密度不再变化
B.反应容器中Y的质量分数不变
C.X的分解速率与Y的消耗速率相等
D.单位时间内生成1molY的同时生成2molX
【答案】C
【迁移训练1】一定条件下反应2AB(g)
A2(g)+B2(g)达到平衡状态的标志是
A.单位时间内生成nmolA2,同时消耗2nmolAB
B.容器内三种气体AB、A2、B2共存
C.AB的消耗速率等于A2的消耗速率
D.容器中各组分的体积分数不随时间变化
【答案】D
c.全部是气体参加的反应,恒容条件下体系的密度保持不变。
【典型例题2】下列说法可以证明H2(g)+I2(g)
2HI(g)已达平衡状态的是____________(填序号)。
①单位时间内生成nmolH2的同时,生成nmolHI
②一个H—H键断裂的同时有两个H—I键断裂
③百分含量w(HI)=w(I2)
④反应速率v(H2)=v(I2)=
v(HI)
⑤c(HI)∶c(H2)∶c(I2)=2∶1∶1
⑥温度和体积一定时,某一生成物浓度不再变化
⑦温度和体积一定时,容器内压强不再变化
⑧条件一定,混合气体的平均相对分子质量不再变化
⑨温度和体积一定时,
混合气体颜色不再变化
⑩温度和压强一定时,混合气体的密度不再变化
【答案】②⑥⑨
【迁移训练2】在一定温度下可逆反应N2+3H2
2NH3已达到平衡,下列有关说法正确的
①1个N≡N键断裂的同时,有3个H—H键形成②反应混合物中各组分的体积分数保持不变
③恒温恒容时,容器内的压强不再改变④1个N≡N键断裂的同时,有3个N—H键形成
⑤NH3生成的速率与NH3分解的速率相等⑥单位时间生成nmolN2,同时生成2nmolNH3
⑦气体的平均相对分子质量不再改变⑧N2H2NH3的分子数一定为1∶3∶2
⑨恒温恒容时,气体的总物质的量不再改变⑩恒温恒压时,容器内的密度不再改变
A.①②③④⑤⑥⑦⑨B.①②③⑤⑥⑩C.③④⑤⑥⑦⑧D.①②③⑤⑥⑦⑨⑩
【答案】D
2.化学平衡的移动
(1)定义:
可逆反应中旧的化学平衡被破坏、新的化学平衡建立的过程就是化学平衡的移动。
化学平衡移动的根本原因是正反应速率不等于逆反应速率。
移动的结果是正、逆反应速率又达到相等。
(2)条件变化、速率变化与移动方向
Ⅰ.平衡移动方向与反应速率的关系
1v正>v逆,平衡向正反应方向移动。
2v正=v逆,平衡不移动。
3v正 Ⅱ.平衡移动会伴随着哪些变化 ①反应速率的变化(引起平衡移动的本质,但速率变化也可能平衡不移动),主要看v正与v逆是否相等,如果v正≠v逆,则平衡必然要发生移动,如v正、v逆同时改变相同倍数,则平衡不移动。 ②浓度的变化,平衡移动会使浓度变化,但是浓度的变化不一定使平衡移动。 ③各组分百分含量的变化。 ④平均相对分子质量的变化。 ⑤颜色的变化(颜色变化,平衡不一定发生移动)。 ⑥混合气体密度的变化。 ⑦转化率的变化。 温度变化 (3)影响因素 影响化学平衡的因素,若其他条件不变,改变下列条件对化学平衡的影响如下: 条件的改变(其他条件不变) 化学平衡的移动 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(对有气体存在的反应) 反应前后气体分子数改变 增大压强 向气体体积减小的方向移动 减小压强 向气体体积增大的方向移动 反应前后气体分子数不变 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 使用催化剂 平衡不移动 【典型例题3】COCl2(g) CO(g)+Cl2(g) ΔH>0,当反应达到平衡时,下列措施: ①升温 ②恒容通入惰性气体 ③增加CO浓度 ④减压 ⑤加催化剂 ⑥恒压通入惰性气体,能提高COCl2转化率的是A.①② ④B.①④⑥C.②③⑤D.③⑤⑥ 【答案】B 【迁移训练3】一定条件下,通过下列反应可实现燃煤烟气中硫的回收: SO2(g)+2CO(g) 2CO2(g)+S(l) ΔH<0若反应在恒容的密闭容器中进行,下列有关说法正确的是 A.平衡前,随着反应的进行,容器内压强始终不变 B.平衡时,其他条件不变,分离出硫,正反应速率加快 C.平衡时,其他条件不变,升高温度可提高SO2的转化率 D.其他条件不变,使用不同催化剂,该反应的平衡常数不变 【答案】D 3.平衡移动原理 (1)原理: 平衡移动原理(勒夏特列原理): 如果改变影响 平衡的条件之一(如温度、浓度或压强),平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动。 (2)分析化学平衡移动的一般思路 (3)应用 ①判状态: 由压强的改变,根据平衡移动的方向,可以判断反应物或生成物的状态。 ②判系数: 由压强的改变,根据平衡移动的方向,可以判断方程式中某气体物质的计量数或反应物和生成物之间的计量数的大小关系。 ③判ΔH: 由温度的改变,根据化学平衡移动的方向,可以判断正反应或逆反应是吸热反 应或放热反应。 ④判转化率: 根据条件改变对化学平衡的影响,可以判断达到新平衡时某反应物转化率的提高或降低以及平衡体系中某组分百分含量的变化。 ⑤调控反应: 根据影响化学反应速率和平衡的条件以及化学平衡移动原理,可调控工业反应使之效益最大化。 (4)应用平衡移动原理分析问题时应注意 ①是否真的改变了影响化学平衡的条件。 例如: A.改变化学平衡体系中固体或纯液体的物质的量时,并未改变影响化学平衡的条件; B.即使有气体存在的化学平衡体系,恒温、恒容下充入惰性气体,也未改变影响化学平衡的条件。 ②可逆反应是否存在能够减弱某项条件改变的反应方向,例如对mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g),m+n=p+q型的可逆反应,它无气体体积扩大或缩小的反应方向,即使是改变压强,化学平衡也不移动。 【典型例题4】下列变化不能用勒夏特列原理解释的是 A.新制氯水久置后,颜色变浅 B.H2、I2、HI混合气体加压后,颜色变深 C.合成氨时将氨液化分离,可提高原料的利用率 D.向H2S水溶液中加入NaOH,有利于S2-增多[ 【答案】B 【迁移训练4】在一体积可变的密闭容器中,加入一定量的X、Y,发生反应mX(g) nY(g) ΔH=QkJ·mol-1。 反应达到平衡时,Y的物质的量浓度与温度、气体体积的关系如下表所示: c(Y)/mol·L-1 温度/℃ 气体体积/L 1 2 4 100 1.00 0.75 0.53 200 1.20 0.90 0.63 300 1.30 1.00 0.70 下列说法正确的是 A.m>n B.Q<0 C.温度不变,压强增大,Y的质量分数减少 D.体积不变,温度升高,平衡向逆反应方向移动 【答案】C 4.化学平衡移动几种特殊情况 (1)当反应混合物中存在与其他物质不相混溶的固体或液体物质时,由于其“浓度”是恒定的,不随其量的增减而变化,故改变这些固体或液体的量,对化学平衡没影响。 (2)对于反应前后气态物质的化学计量数相等的反应,压强的变化对正、逆反应速率的影响程度是等同的,故平衡不移动。 反应实例I2(g)+H2(g) 2HI(g): 条件变化 平衡移动 转化率变化 增大H2的浓度 正移 H2的转化率减小,I2的转化率增大 增大压强 不移动 转化率不变 (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 (4)同等程度地改变反应混合物中各物质的浓度时,应视为压强的影响。 【典型例题5】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(g)+O2(g) 2SO3(g),ΔH<0]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________(填序号,下同),平衡________移动。 (2)升高温度对反应速率影响的图像是________,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________,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__________,平衡向________方向移动。 【答案】 (1)C不 (2)A逆反应(3)D逆反应(4)B正反应 【迁移训练5】反应aM(g)+bN(g) cP(g)+dQ(g)达到平衡时。 M的体积分数y(M)与反应条件的关系如图所示。 其中: Z表示反应开始时N的物质的量与M的物质的量之比。 下列说法正确的是 A.同温同压Z时,加入催化剂,平衡时Q的体积分数增加 B.同压同Z时,升高温度,平衡时Q的体积分数增加 C.同温同Z时,增加压强,平衡时Q的体积分数增加 D.同温同压时,增加Z,平衡时Q的体积分数增加。 【答案】B 5.等效平衡原理及规律 (1)等效平衡原理 在相同条件下(定温、定容或定温、定压) ,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,只要按化学计量数之比投入反应物或生成物,在达到化学平衡状态时,所建立起来的化学平衡状态都是相同的,这样的化学平衡互称为等效平衡。 (2)等效平衡的标志 我们所说的“等效平衡”与“完全相同的平衡状态”不同;“完全相同的平衡状态”在达到平衡状态时,任何组分的物质的量分数(或体积分数)对应相等,并且反应的速率等也相同;而“等效平衡”只要求平衡混合物中各组分的物质的量分数(或体积分数)对应相同,反应的速率、压强等可以不同。 (3)等效平衡的分类 在等效平衡中比较常见并且重要的类型主要有以下几种: Ⅰ.定温、定容条件下的等效平衡: ①化学反应前后气体分子数改变的等效平衡。 ②化学反应前后气体分子数不变的等效平衡。 Ⅱ.定温、定压条件下的等效平衡。 (4)等效平衡的解题思路 我们常采用“等价转换”的方法,分析和解决等效平衡问题。 ①在定温、定容条件下,对于化学 反应前后气体分子数改变的可逆反应,只改变起始加入物质的物质的量,如果通过可逆反应的化学计量数之比换算成化学方程式的同一边物质的物质的量与原平衡相同,则两平衡等效。 ②在定温、定容条件下,对于反应前后气体分子数不变的可逆反应,只要反应物(或生成物)的物质的量之比与原平衡相同,则两平衡等效。 ③在定温、定压条件下,改变起始时加入物质的物质的量,只要按化学计量数之比换算成化学方程式的同一边物质的物质的量之比与原平衡相同,达到平衡状态后与原平衡等效。 题型1: 等温等容条件下等效平衡的应用 【典型例题6】一定温度时,向容积为2L的密闭容器中充入一定量的SO2和O2,发生反应2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)∆H=−196kJ·moL−1,一段时间后达平衡,反应过程中测定的部分数据见下表: 反应时间/min n(SO2)/mol n(O2)/mol 0 2 1 5 1.2 10 0.4 15 0.8 下列说法不正确的是 A.反应在前5min的平均速率为v(SO2)=0.08mol·L−1min−1 B.保持温度不变,向平衡后的容器中再充入1molSO2和0.5molO2时,v(正)>v(逆) C.保持其他条件不变,若起始时向容器中充入2molSO3,达平衡时吸收78.4kJ的热量 D.相同温度下,起始时向容器中充入1.5molSO3,达平衡时SO3的转化率为40% 【答案】D 题型2: 等温等压条件下等效平衡的应用 【典型例题7】已知: t℃时,2H(g)+Y(g) I(g) ΔH=-196.6kJ·mol-1,t℃时,在一压强恒定的密闭容器中,加入4molH和2molY反应,达到平衡后,Y剩余0.2mol。 若在上面的平衡体系中,再加入1mol气态的I物 质,t℃时达到新的平衡,此时H物质的物质的量n(H)为 A.0.8molB.0.6molC.0.5molD.0.2mol 【答案】C 考点基础练习 1.易误诊断(正确的打“√”,错误的打“×”)。 (1)2H2+O2 2H2O和2H2O 2H2↑+O2↑是可逆反应( ) (2)化学反应进行的限度只与化学反应本身有关,与外界条件无关( ) (3)当某反应达到限度时,反应物和生成物的浓度一定相等( ) (4)在相同温度下,在相同容积的密闭容器中分别充入1molN2、3molH2和2molNH3,当反应达平衡时,两平衡状态相同( ) (5)只要v(正)增大,平衡一定正向移动( ) (6)不论恒温恒容,还是恒温恒压容器,加入稀有气体,平衡皆发生移动( ) (7)起始加入原料的物质的量相等,则各种原料的转化率一定相等( ) (8)通过改变一个条件使某反应向正反应方向移动,转化率一定增大( ) (9)若平衡发生移动,则v正和v逆一定改变,同理v正、v逆改变,平衡一定移动( ) (10)对于气体参与的可逆反应,改变体系内的压强,平衡不一定移动( ) 【答案】 (1)× (2)× (3)× (4)√ (5)× (6)× (7)× (8)× (9)× (10)√ 2.对于可逆反应M+2N Q达到平衡时,下列叙述中正确的是______。 A.M、N、Q三种物质的浓度一定相等 B.反应已经停止 C.M、N全部生成Q D.反应混合物中各组分的浓度不再变化 E.v正(M)=v逆(N) F.v正(M)=v逆(Q) 【答案】 DF 3.一定条件下C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g) ΔH>0,其他条件不变,改变下列条件: (1)增大压强,正反应速率________、逆反应速率________,平衡________移动; (2)升高温度,正反应速率________、逆反应速率________,平衡________移动; (3)充入水蒸气,反应速率________,平衡________移动; (4)加入碳,反应速率________,平衡________移动; (5)加入催化剂,反应速率________,平衡________移动。 【答案】 (1)增大 增大 逆反应方向 (2)增大 增大 正反应方向 (3)增大 正反应方向 (4)不变 不 (5)增大 不 习题训练 1.对于化学反应限度的叙述,错误的是 A.任何可逆反应都有一定的限度 B.化学反应达到限度时,正、逆反应速率相等 C.化学反应的限度与时间的长短无关 D.化学反应的限度是不可改变的 【答案】D 2.下列事实与平衡移动无关的是 A.实验室排饱和盐水收集氧气B.打开汽水瓶后,瓶中马上泛起大量气泡 C.热纯碱溶液去油污能力更强D.NH4Cl(s) NH3(g)+HCl(g) 【答案】D 3.CO、H2在一定条件下合成乙醇: 2CO(g)+4H2(g) CH3CH2OH(g)+H2O(g)是一个放热反应。 下列说法错误的是 A.反应物的总能量大于生成物的总能量 B.增大H2浓度可以使CO转化率达到100% C.使用合适的催化剂、升高温度均可加大反应速率 D.反应达到平衡时,正反应和逆反应的化学反应速率相等且不为零 【答案】B 4.一定条件下的密闭容器中,可逆反应2A(g) B(g)+3C(g)在下列四种状态中处于平衡状态的是 反应速率 A B C D v(正)/mol·(L·min)-1 v(A)=2 v(A)=1 v(A)=1 v(A)=2 v(逆)/mol·(L·min)-1 v (B)=2 v(B)=1.5 v(C)=1.5 v(C)=2 【答案】C 5.在一定温度下,容器内某一反应中,M、N的物质的量随反应时间变化的曲线如下图,下列表述正确的是 A.反应的化学方程式为2M N B.t2时,正、逆反应速率相等,达到平衡 C.t3时,正反应速率大于逆反应速率 D.t1时,N的浓度是M浓度的2倍 【答案】D 6.在373K时,密闭容器中充入一定量的NO2和SO2,发生如下反应: NO2+SO2 NO+SO3,平衡时,下列叙述正确的是 ①NO和SO3的物质的量一定相等 ②NO2和SO2的物质的量一定相等 ③体系中的总物质的量一定等于反应开始时总物质的量 ④SO2、NO2、NO、SO3的物质的量一定相等 A.①和 ②B.②和③ C.①和③D.③和④ 【答案】C 7.在一定条件下,将1mol的CO和水蒸气通入容器中发生下述反应: CO+H2O(g) CO2+H2,达到平衡后,测得CO2为0.6mol,再通入4mol水蒸气,又达到平衡后,CO2的物质的量为 A.等于0.6molB.等于1mol C.大于0.6mol小于1molD.大于1mol 【答案】C 8.在一定温度下的某容积可变的密闭容器中,建立下列化学平衡: C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g)不能确定上述可逆反应在一定条件下已达到化学平衡状态的是 A.体系的压强不再发生变化 B.v正(CO)=v逆(H2O) C.生成nmolCO的同时生成nmolH2 D.1molH—H键断裂的同时断裂2molH—O键 【答案】C 9.在密闭容器中发生反应: aX(g)+bY(g) cZ(g)+dW(g)反应达到平衡后,将气体体积压缩到原来的一半,当再次达到平衡时,W的浓度为原平衡状态的1.8倍。 下列叙述正确的是 A.平衡向正反应方向移动B.(a+b)>(c+d) C.Z的体积分数变大D.X的转化率变小 【答案】D 10.处于平衡状态的反应2H2S(g) 2H2(g)+S2(g) H>0,不改变其他条件的情况下合理的说法是 A.加入催化剂,反应途径将发生改变, H也将随之改变 B.升高温度,正逆反应速率都增大,H2S分解率也增大 C.增大压强,平衡向逆反应方向移动,将引起体系温度降低 D.若体系恒容,注人一些H2后达新平衡,H2浓度将减小 【答案】B 11.反应N2O4(g) 2NO2(g)
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