高三化学一轮复习 专题7 第3单元 化学平衡的移动教师用书 苏教版.docx
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高三化学一轮复习专题7第3单元化学平衡的移动教师用书苏教版
第三单元 化学平衡的移动
考纲定位
考情播报
1.理解外界条件(浓度、温度、压强、催化剂等)对化学平衡的影响,认识并能用相关理论解释其一般规律。
2.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。
3.掌握化学反应速率和平衡的综合计算。
2016·全国甲卷T27/全国乙卷T27
(2)/全国丙卷T27(4)
2015·全国卷ⅠT28(4)/全国卷ⅡT27
(2)(3)
2014·全国卷ⅠT28(3)/全国卷ⅡT26
(2)(3)
2013·全国ⅠT28
(2)(3)(4)/全国卷ⅡT28
(1)
2012·全国卷T27(4)
考点1|化学平衡移动
[基础知识自查]
1.化学平衡的移动
一定条件下的平衡体系,条件改变后,平衡可能发生移动,如下所示:
2.化学平衡移动与化学反应速率的关系
v正>v逆,平衡向正反应方向移动;
v正=v逆,反应达到平衡状态,平衡不发生移动;
v正 3.影响化学平衡的因素 若其他条件不变,改变下列条件对平衡的影响如下: 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 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化学物质的浓度),平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动。 4.充入惰性气体与平衡移动的关系 (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 [应用体验] 1.已知在K2Cr2O7的溶液中存在平衡 取两试管各加入5mL0.1mol/L的K2Cr2O7溶液。 (1)向1号试管中加入几滴浓H2SO4,橙色________,说明平衡向________方向移动。 (2)向2号试管中加入几滴浓NaOH溶液,橙色________,说明平衡向________方向移动。 [提示] (1)变深 逆反应 (2)变为黄色 正反应 2.将充入NO2的球放入热水,颜色变化为________,放入冰水中颜色变化为________,说明2NO2(g)N2O4(g)的ΔH________0。 [提示] 红棕色变深 红棕色变浅 < [考点多维探究] 角度1 化学平衡移动的判断 1.对于一定条件下的可逆反应 甲: A(g)+B(g)C(g) ΔH<0 乙: A(s)+B(g)C(g) ΔH<0 丙: A(g)+B(g)2C(g) ΔH>0 达到化学平衡后,改变条件,按要求回答下列问题: (1)升温,平衡移动方向分别为(填“向左”“向右”或“不移动”) 甲________;乙________;丙________。 此时反应体系的温度均比原来________(填“高”或“低”)。 混合气体的平均相对分子质量变化分别为(填“增大”“减小”或“不变”) 甲________;乙________;丙________。 (2)加压,使体系体积缩小为原来的 ①平衡移动方向(填“向左”“向右”或“不移动”) 甲________;乙________;丙________。 ②设压缩之前压强分别为p甲、p乙、p丙,压缩后压强分别为p′甲、p′乙、p′丙,则p甲与p′甲,p乙与p′乙,p丙与p′丙的关系分别为 甲________;乙________;丙________。 (3)恒温恒压充入氖气,平衡移动方向(填“向左”“向右”或“不移动”) 甲________;乙________;丙________。 [答案] (1)向左 向左 向右 高 减小 减小 不变 (2)①向右 不移动 不移动 ②p甲 (3)向左 不移动 不移动 2.(2017·武汉模拟)在某密闭容器中充入等物质的量的气体A和B,一定温度下发生反应: A(g)+xB(g)2C(g),达到平衡后,只改变反应的一个条件,测得容器中物质的浓度、反应速率随时间变化如下图所示。 下列说法中正确的是( ) 【导学号: 37742199】 A.20~30min时温度、压强不变,40min时温度不变,增大压强 B.8min前A的平均反应速率为0.08mol·(L·s)-1 C.反应方程式中的x=1,正反应为吸热反应 D.20~40min时该反应的环境温度不变 D [第30min浓度突然减小,说明此时应为增大容器体积,减小压强;第40min正逆反应速率同时增大且平衡向左移动,说明此时反应温度升高,A错误;8min前A的平均反应速率为 =0.00133mol·(L·s)-1,B错误;由A、B、C三种物质单位时间的物质的量浓度变化可知反应方程式中的x=1,而第40min时平衡逆向移动说明正反应放热,C错误;20~40min时该平衡没有移动,故反应温度没有改变,D正确。 ] 分析化学平衡移动问题的注意事项 (1)平衡移动的结果只是减弱了外界条件的变化,而不能消除外界条件的变化。 (2)不要把v(正)增大与平衡向正反应方向移动等同起来,只有v(正)>v(逆)时,才使平衡向正反应方向移动。 (3)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。 (4)对于缩小体积增大压强,不管是否移动,各成分的浓度均增大,但增大的倍数可能不同也可能相同。 角度2 外界条件对转化率或产率的影响 3.(2017·成都模拟)工业上采取下列方法消除NO2污染: CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-867kJ/mol,下列说法正确的是( ) A.冷却使水液化可提高NO2的平衡转化率 B.提高反应温度,平衡常数增大 C.缩小容器的体积,逆反应速率增大的程度比正反应速率增大的程度小 D.加入合适的催化剂可提高NO2的平衡转化率 A [选项A,减小生成物浓度,平衡向正反应方向移动,NO2的平衡转化率增大,正确;选项B,升温平衡向逆反应方向移动,平衡常数减小,错误;选项C,缩小容器体积相当于加压,平衡向逆反应方向移动,逆反应速率增大的程度更大,错误;选项D,使用催化剂对平衡的移动无影响,错误。 ] 4.(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<0 ②CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH2 ③CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH3>0 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,平衡常数数值应随温度升高而变小 (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 5.(2016·全国甲卷节选)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: (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 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,填字母)。 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)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 平衡移动与转化率的关系 判断转化率的变化时,不要把平衡正向移动与反应物转化率提高等同起来,要视具体情况而定。 若有多种反应物,增大某一反应物的浓度,则另外的反应物的转化率增大而自身的减小。 若只有一种反应物时(恒温恒容) 反应实例 反应物的浓度 平衡移动 转化率变化 产物百分含量 2SO3(g)2SO2(g)+O2(g) 增大 正向 减小 减小 2NO2(g)N2O4(g) 增大 正向 增大 增大 2HI(g)I2(g)+H2(g) 增大 正向 不变 不变 角度3 化学反应速率与化学平衡的综合应用 6.(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: 【导学号: 37742200】 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-1 1 0 0 0.2160.1080.108 0.7840.1080.108 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的物质的量分数减小,H2、I2的物质的量分数增大。 因此,反应重新达到平衡后,相应的点分别应为A点和E点。 [答案] (1) (2)k正/K 1.95×10-3(3)A、E 考点2|“等效平衡”在平衡状态比较中的应用 [基础知识自查] 1.等效平衡的概念 在相同条件下(恒温、恒容或恒温、恒压),同一可逆反应体系,不管是从正反应方向开始,还是从逆反应方向开始,只要按化学方程式中各物质的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,任何相同组分的百分含量(体积分数、物质的量分数等)均相同,这样的化学平衡互称为等效平衡。 2.等效平衡的类型 等效类型 ① ② ③ 条件 恒温、恒容 恒温、恒容 恒温、恒压 反应的特点 任何可逆反应 反应前后气体分子数相等 任何可逆反应 起始投料 换算为化学方程式同一边物质,其“量”相同 换算为化学方程式同一边物质,其“量”符合同一比例 换算为化学方程式同一边物质,其“量”符合同一比例 平衡特点 质量分数(w%) 相同 相同 相同 浓度(c) 相同 成比例 相同(气体) 物质的量(n) 相同 成比例 成比例 [应用体验] 在恒温恒容条件下,可逆反应: 2A(g)+B(g)3C(g)+D(g) ΔH=-Q1kJ·mol-1(Q1>0),起始物质的量如表所示: 序号 A B C D ① 2mol 1mol 0 0 ② 4mol 2mol 0 0 ③ 1mol 0.5mol 1.5mol 0.5mol ④ 0 1mol 3mol 1mol ⑤ 0 0 3mol 1mol (1)上述反应达到平衡时,互为等效平衡的是哪几组? ________。 (2)达到平衡后,①放出的热量为Q2kJ,⑤吸收的热量为Q3kJ,则Q1、Q2、Q3的定量关系为________________________________________________。 (3)其他条件不变,当D为固体时,上述反应达到平衡时,互为等效平衡的是哪几组? ________。 (4)将“恒温恒容”改为“恒温恒压”,a.上述反应达到平衡时,互为等效平衡的是哪几组? ________。 b.达平衡后①②放出的热量分别为Q1和Q2,则Q1与Q2的关系________。 [提示] (1)①③⑤ (2)Q2+Q3=Q1 (3)①②③⑤ (4)①②③⑤ Q2=2Q1 [考点多维探究] 角度1 同温同容条件下等效平衡的应用 1.(2017·石家庄模拟)同温度下,体积均为1L的两个恒容密闭容器中发生可逆反应: N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.6kJ/mol。 测得数据如表: 容器编号 起始时各物质的物质的量/mol 达到平衡时体系能量的变化 N2 H2 NH3 ① 2 3 0 27.78kJ ② 1.6 1.8 0.8 Q 下列叙述不正确的是( ) 【导学号: 37742201】 A.容器①、②中反应达平衡时压强相等 B.容器②中反应开始时v(正)>v(逆) C.容器②中反应达平衡时,吸收的热量Q为9.26kJ D.若条件为“绝热恒容”,容器①中反应达平衡时n(NH3)<0.6mol B [根据容器①中反应达到平衡时能量的变化可知,该反应中转化的N2为 =0.3mol,因此根据三段式法可得 N2(g)+ 3H2(g)2NH3(g) 起始(mol)230 转化(mol)0.30.90.6 平衡(mol)1.72.10.6 故平衡常数K= ≈0.023< ≈0.069,因此容器②中反应向逆反应方向进行,v(正) ] 2.在体积恒定的密闭容器中,充入3molA和1molB发生反应3A(g)+B(g)xC(g),达到平衡后,C在平衡混合气体中的体积分数为φ。 若维持温度不变,按1.2molA、0.4molB、0.6molC为起始物质。 (1)若达到平衡后C的体积分数仍为φ,则x的值是________。 (填字母,下同) A.1 B.2 C.3D.4 (2)若达到平衡后压强不变,C的体积分数仍为φ,则x的值是________。 A.1B.2 C.3D.4 [解析] 第 (1)题只要满足φ相等,属于等效平衡,满足题中条件应用回归定比法,x可等于1也可等于4。 第 (2)题不仅要满足平衡时φ相等,且压强不变,即物质的量不变,属于等效平衡,必须用回归定值法,即1.2mol+ =3mol,0.4mol+ =1mol,解得x=1。 [答案] (1)AD (2)A 角度2 同温同压条件下等效平衡的应用 3.恒温恒压下,在一个容积可变的密闭容器中发生反应: A(g)+B(g)C(g),若开始时通入1molA和1molB,达到平衡时生成amolC。 则下列说法错误的是( ) 【导学号: 37742202】 A.若开始时通入3molA和3molB,达到平衡时,生成的C的物质的量为3amol B.若开始时通入4molA、4molB和2molC,达到平衡时,B的物质的量一定大于4mol C.若开始时通入2molA、2molB和1molC,达到平衡时,再通入3molC,则再次达到平衡后,C的物质的量分数为 D.若在原平衡体系中,再通入1molA和1molB,混合气体的平均相对分子质量不变 B [选项A,开始时通入3molA和3molB,由于容器体积膨胀,保持恒压,相当于将三个原容器叠加,各物质的含量与原平衡中的相同,C的物质的量为3amol;选项B,无法确定平衡移动的方向,不能确定平衡时B的物质的量一定大于4mol;选项C,根据题给数据可算出达到平衡时C的物质的量分数为 ;选项D,这种条件下混合气体的平均相对分子质量不变。 ] 角度3 恒温恒压与恒温恒容条件下的状态比较 4.有甲、乙两容器,甲容器容积固定,乙容器容积可变。 一定温度下,在甲中加入2molN2、3molH2,反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)达到平衡时生成NH3的物质的量为mmol。 (1)相同温度下,在乙中加入4molN2、6molH2,若乙的压强始终与甲的压强相等,乙中反应达到平衡时,生成NH3的物质的量为________mol(从下列各项中选择,只填字母,下同);若乙的容积与甲的容积始终相等,乙中反应达到平衡时,生成NH3的物质的量为________mol。 A.小于mB.等于m C.在m~2m之间 D.等于2m E.大于2m (2)若开始时甲、乙两容器的容积相同,甲保持恒温恒容达到平衡,乙保持恒温恒压通入2molN2和3molH2达到平衡,两容器平衡时,转化率α(N2),甲________乙(填“>”“<”或“=”)。 [解析] (1)由于甲容器定容,而乙容器定压,当它们的压强相
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