全国卷高考化学复习专题突破《化学反应速率与化学平衡》知识点总结以及习题练习真题练习无答案.docx
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全国卷高考化学复习专题突破《化学反应速率与化学平衡》知识点总结以及习题练习真题练习无答案
2018年全国卷高考化学复习专题突破《化学反应速率与化学平衡》
一、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。
二、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:
三、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=
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.化学平衡相关计算中的2种思维路径 1.化学平衡的计算解题思维路径 2.化学平衡常数解题思维路径 5.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%. 补充: 化学反应速率和化学平衡图像题解法思路 1.两个原则 (1)先拐先平.例如,在转化率—时间图像上,先出现拐点的曲线先达到平衡,此时逆向推理可得该曲线对应的温度高、浓度大或压强大。 (2)定一议二.当图像中有三个量时,先确定一个量不变再讨论另外两个量的关系。 2.三个步骤 真题练习 1.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 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________。 2.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 3.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). 4.在1.0L密闭容器中放入0.10molA(g),在一定温度进行如下反应: A(g)⇋B(g)+C(g) ΔH=+85.1kJ·mol-1 反应时间(t)与容器内气体总压强(p)的数据见下表: 时间t/h 0 1 2 4 8 16 20 25 30 4.91 5.58 6.32 7.31 8.54 9.50 9.52 9.53 9.53 回答下列问题: (1)欲提高A的平衡转化率,应采取的措施为__________________. (2)由总压强p和起始压强p0计算反应物A的转化率α(A)的表达式为________,平衡时A的转化率为________,列式并计算反应的平衡常数K________________. (3)①由总压强p和起始压强p0表示反应体系的总物质的量n总和反应物A的物质的量n(A),n总=________mol,n(A)=________mol。 ②下表为反应物A浓度与反应时间的数据,计算: a=________. 反应时间t/h 0 4 8 16 c(A)/(mol·L-1) 0.10 a 0.026 0.0065 分析该反应中反应物的浓度c(A)变化与时间间隔(Δt)的规律,得出的结论是_____________,由此规律推出反应在12h时反应物的浓度c(A)为_______________mol·L-1. 考点1: 化学平衡状态的判断 1.可以证明可逆反应N2+3H2⇋2NH3已达到平衡状态的是( ) ①1个N≡N键断裂的同时,有3个H—H键断裂;②1个N≡N键断裂的同时,有6个N—H键断裂;③其他条件不变时,混合气体平均相对分子质量不再改变;④恒温恒容时,体系压强不再改变;⑤NH3、N2、H2的体积分数都不再改变;⑥恒温恒容时,混合气体的密度保持不变;⑦正反应速率v(H2)=0.6mol/(L·min),逆反应速率v(NH3)=0.4mol/(L·min) A.全部 B.①③④⑤ C.②③④⑤⑦D.③⑤⑥⑦ 2.可逆反应: 2NO2(g)⇋2NO(g)+O2(g)在体积固定的密闭容器中进行,达到平衡状态的标志是( ) ①单位时间内生成nmolO2的同时生成2nmolNO2 ②单位时间内生成nmolO2的同时生成2nmolNO ③用NO2、NO、O2表示的反应速率之比为2∶2∶1的状态 ④混合气体的颜色不再改变的状态 ⑤混合气体的密度不再改变的状态 ⑥混合气体的压强不再改变的状态 ⑦混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态 A.①④⑥⑦B.②③⑤⑦C.①③④⑤D.全部 3.向某绝热密闭容器中加入一定量CO2(g)和H2(g),发生反应: CO2(g)+3H2(g)⇋CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=-49kJ·mol-1.下列图像中能表明此容器中的反应已处于平衡状态的是( ) 4.1100℃时,在恒容密闭容器中,发生可逆反应: Na2SO4(s)+4H2(g)⇋Na2S(s)+4H2O(g).能判断反应达到平衡状态的是( ) A.混合气体的压强不变 B.混合气体的密度不变 C.混合气体的总物质的量不变 D.各气体的浓度相等 考点2: 化学反应速率与化学平衡图像 1.(2016·河北衡水中学一调)以二氧化碳和氢气为原料制取乙醇的反应为2CO2(g)+6H2(g)⇋CH3CH2OH(g)+3H2O(g) ΔH<0。 某压强下的密闭容器中,按CO2和H2的物质的量比为1∶3投料,不同温度下平衡体系中各物质的物质的量百分数(y%)随温度变化如图所示.下列说法正确的是( ) A.a点的平衡常数小于b点 B.b点,v正(CO2)=v逆(H2O) C.a点,H2和H2O物质的量相等 D.其他条件恒定,充入更多H2,v(CO2)不变 2.已知: A(g)+3B(g)⇋M(g)+N(g)ΔH=-49.0kJ·mol-1.一定条件下,向体积为2L的密闭容器中充入2molA和6molB,测得A和M的浓度随时间的变化曲线如图所示.下列叙述中正确的是( ) A.充分反应后,该反应放出98kJ的热量 B.10min后,升高温度能使 增大 C.3min时B的生成速率是M生成速率的3倍 D.反应达到平衡时B的转化率为75% 3.(2016·山东省实验中学质检)一定温度下,将1molA和2molB置于2L密闭容器中,发生反应: A(g)+B(g)⇋C(g)+D(g)并达到平衡.C的体积分数随时间变化如图Ⅰ所示,反应过程中的能量变化如图Ⅱ所示。 下列说法不正确的是( ) 图Ⅰ 图Ⅱ A.达到平衡后,其他条件不变,降低温度,v正、v逆均减小,C的体积分数增大 B.该温度下,反应的平衡常数数值约为7.36 C.一段时间后,若气体的密度不变,则可以判断该反应已达化学平衡状态 D.在上述反应体系中加入催化剂,化学反应速率增大,E1和E2均减小 4.(2016·四川高考)一定条件下,CH4与H2O(g)发生反应: CH4(g)+H2O(g)⇋CO(g)+3H2(g).设起始 =Z,在恒压下,平衡时CH4的体积分数φ(CH4)与Z和T(温度)的关系如图所示.下列说法正确的是( ) A.该反应的焓变ΔH>0 B.图中Z的大小为a>3>b C.图中X点对应的平衡混合物中 =3 D.温度不变时,图中X点对应的平衡在加压后φ(CH4)减小 5.工业上用下列反应合成甲醇: CO2(g)+3H2(g)⇋CH3OH(g)+H2O(g)。 在固定容积为2L的密闭容器中,由CO2和H2合成甲醇,在其他条件不变的情况下,研究温度对反应的影响,实验结果如图所示(注: T1、T2均大于300℃)。 下列说法正确的是( ) A.温度为T1时,从反应开始到平衡,生成甲醇的平均速率为v(CH3OH)= mol·L-1·min-1 B.该反应在温度为T1时的平衡常数比温度为T2时的小 C.该反应的正反应为放热反应 D.处于A点的反应体系从T1变到T2,达到平衡时 减小 考点3: 化学反应速率与化学平衡的计算 1.(2016·合肥一中期末)在一个容积为2L的密闭容器中,加入0.8molA2气体和0.6molB2气体,一定条件下发生反应: A2(g)+B2(g)⇋2AB(g) ΔH<0,反应中各物质的浓度随时间的变化情况如图所示,下列说法不正确的是( ) A.图中a点的值为0.15 B.该反应的平衡常数K=0.03 C.温度升高,平衡常数K值减小 D.平衡时A2的转化率为62.5% 2.(2016·西工大附中质检)PCl3和PCl5都是重要的化工原料。 将PCl3(g)和Cl2(g)充入体积不变的2L密闭容器中,在一定条件下发生反应PCl3(g)+Cl2(g)⇋PCl5(g),并于10min时达到平衡。 有关数据如下: PCl3(g) Cl2(g) PCl5(g) 初始浓度(mol/L) 2.0 1.0 0 平衡浓度(mol/L) c1 c2 0.4 下列判断不正确的是( ) A.10min内,v(Cl2)=0.04mol/(L·min) B.升高温度(T1 <1 C.当容器中Cl2为1.2mol时,反应达到平衡 D.平衡后移走2.0molPCl3和1.0molCl2,相同条件下再达平衡时,c(PCl5)<0.2mol/L 3.(2016·宜春联考)已知温度为T0℃时,可逆反应X(g)+Y(g)―→Z(g)(未配平),在容积固定的容器中发生反应,各物质的浓度随时间变化的关系如图a所示。 其他条件相同,温度分别为T1、T2时发生反应,Z的浓度随时间变化的关系如图b所示.下列叙述正确的是( ) 图a图b A.发生反应时,各物质的反应速率大小关系为v(X)=v(Y)=2v(Z) B.图a中反应达到平衡时,Y的转化率为37.5% C.T0℃时,该反应的平衡常数为33.3 D.该反应正反应的反应热ΔH<0 4.合成尿素工业生产过程中涉及的物质转化过程如下图所示。 (1)天然气在高温、催化剂作用下与水蒸气反应生成H2和CO的化学方程式为______________________________________________________________。 (2)在合成氨生产中,将生成的氨及时从反应后的气体中分离出来。 运用化学平衡的知识分析这样做是否有利于氨的合成,说明理由: ______________。 (3)如图为合成氨反应在不同温度和压强、使用相同催化剂条件下,初始时氮气、氢气的体积比为1∶3时,平衡混合物中氨的体积分数。 ①若分别用vA(NH3)和vB(NH3)表示从反应开始至达平衡状态A、B时的化学反应速率,则vA(NH3)________vB(NH3)(填“>”“<”或“=”). ②在相同温度、当压强由p1变为p3时,合成氨反应的化学平衡常数_____(填“变大”“变小”或“不变”). ③在250℃、1.0×104kPa下,H2的转化率为________%(计算结果保留小数点后1位). 5.将4molCO(g)和amolH2(g)混合于容积为4L的恒容密闭容器中,发生反应: CO(g)+2H2(g)⇋CH3OH(g),10min后反应达到平衡状态,测得H2为0.5mol·L-1.经测定v(H2)=0.1mol·L-1·min-1.下列说法正确的是( ) A.平衡常数K=2 B.H2起始投入量为a=6 C.CO的平衡转化率为66.7% D.平衡时c(CH3OH)=0.4mol·L-1
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