2019-2020年高考化學一輪復習 專題8.3 化學平衡移動講案（含解析）.doc

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2019-2020年高考化學一輪復習 專題8.3 化學平衡移動講案（含解析） 復習目標： 1、 理解化學平衡常數(shù)的定義并能進行簡單計算。 2、 了解化學反應的方向與化學反應的焓變與熵變的關系。 3、 掌握化學反應在一定條件下能否自發(fā)進行的判斷依據(jù)，能夠利用化學反應的焓變和熵變判斷化學反應的方向。 基礎知識回顧： 一、化學反應進行的方向 1、焓判據(jù) （1）多數(shù)能自發(fā)進行的化學反應是放熱反應。如氫氧化亞鐵的水溶液在空氣中被氧化為氫氧化鐵的反應是自發(fā)的，其△H（298K）=－444.3kJmol—1 （2）部分吸熱反應也能自發(fā)進行。 如NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)=CH3COONH4(aq)+CO2(g)+H2O(l)，其△H（298K）= +37.30kJmol—1。 （3）有一些吸熱反應在常溫下不能自發(fā)進行，在較高溫度下則能自發(fā)進行。如碳酸鈣的分解。 研究表明，對于化學反應而言，絕大多數(shù)放熱反應都能自發(fā)進行，且反應放出的熱量越多，體系能量降低得也越多，反應越進行得越完全?？梢?， 反應的焓變是制約化學反應能否自發(fā)進行的因素之一。但是，反應焓變不是決定反應能否自發(fā)進行的唯一依據(jù)。 2、熵判據(jù) （1）熵：描述大量粒子混亂度的物理量，符號為S，單位Jmol—1K—1，熵值越大，體系的混亂度越大。S(g)>S(l)>S(s)。 （2）化學反應的熵變（△S）：反應產物的總熵與反應物總熵之差。 （3）反應熵變與反應方向的關系 ①多數(shù)熵增加的反應在常溫常壓下均可自發(fā)進行。產生氣體的反應、氣體物質的量增加的反應，熵變都是正值，為熵增加反應。 ②有些熵增加的反應在常溫下不能自發(fā)進行，但在較高溫度下則可自發(fā)進行。如碳酸鈣的分解。 ③個別熵減少的反應，在一定條件下也可自發(fā)進行。如鋁熱反應的△S== —133.8 Jmol—1K—1，在點燃的條件下即可自發(fā)進行。 化學反應的ΔS越大，越有利于反應自發(fā)進行。但不是唯一判據(jù)。 3、綜合判據(jù)——吉布斯自由能判據(jù) 在溫度、壓強一定的條件下，化學反應的方向的判據(jù)為： △G=△H—T△S＜0　反應能自發(fā)進行 △G=△H—T△S==0反應達到平衡狀態(tài) △G=△H—T△S＞0反應不能自發(fā)進行 “四象限法”判斷化學反應的方向。 在二維平面內建立坐標系，第Ⅰ象限的符號為“＋、＋”，第Ⅱ象限的符號為“＋、—”，第Ⅲ象限的符號為“—、—”，第Ⅳ象限的符號為“—、＋”。借肋于數(shù)學坐標系四個象限的符號，聯(lián)系焓變與熵變對反應方向的共同影響，可以從熱力學的角度快速判斷化學反應的方向。反應放熱和熵增加都有利于反應自發(fā)進行。該判據(jù)指出的是化學反應自發(fā)進行的趨勢。 △S＜0 △H＞0 所有溫度下反應均不能自發(fā)進行 △S＞0 △H＜0 所有溫度下均可自發(fā)進行 △S＞0 △H＞0 高溫下反應自發(fā)進行　 △S＜0 △H＜0 低溫下反應自發(fā)進行 y x —、＋ —、— ＋、＋ ＋、— Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 4、應用 （1）第Ⅰ象限符號為“＋、＋”（△S＞0、△H＞0）時化學反應的方向——高溫下反應自發(fā)進行 【典型例題1】石灰石的分解反應為：CaCO3(s)==CaO(s) +CO2(g) 其△H（298K）==178.2kJmol—１，△S（298K）==169.6Jmol—1K—1 試根據(jù)以上數(shù)據(jù)判斷該反應在常溫下是否自發(fā)進行？其分解溫度是多少？ （2）第Ⅱ象限符號為“＋、—”（△S＞0、△H＜0）時化學反應的方向——所有溫度下反應均能自發(fā)進行 【典型例題2】已知雙氧水、水在298Ｋ、100kPa時的標準摩爾生成焓的數(shù)據(jù)如下： 物 質 △fH/kJmol—１ H2O(l) -258.8 H2O2(l) -191.2 O2（g） 0 （1）試由以上數(shù)據(jù)計算雙氧水發(fā)生分解反應的熱效應。 （2）若雙氧水發(fā)生分解反應生成液態(tài)水和氧氣時，其△S=57.16Jmol—1K—1 試判斷該反應在常溫下能否自發(fā)進行。若溫度達到xxＫ時，反應能否自發(fā)進行。 【解析】 （1）根據(jù)△H =H（產）-H（反）得，△H =2（-258.8kJmol-1）+0—2（-191.2kJmol-1）=-135.2kJmol-1。 （2）在298Ｋ時，△H—Ｔ△S＝-135.2kJmol—１－(298K10—357.16kJmol—1K-1) =-152.23 kJmol-1 ＜0 ∴該反應在常溫下可自發(fā)進行。 溫度達到xxＫ，且假定焓變和熵變不隨溫度變化而變化，△H—Ｔ△S＝-135.2kJmol—１－(xxK10—357.16kJmol—1K—1)= -2495.2kJmol—１＜0 故△S＞0、△H＜0時，僅從符號上進行分析，無論溫度如何變化，恒有△H—Ｔ△S＜0，故化學反應的方向——所有溫度下反應均能自發(fā)進行。 （3）第Ⅲ象限符號為“—、—”（△S＜0、△H＜0）時化學反應的方向——低溫下反應可以自發(fā)進行 【典型例題3】常溫下氫氧化亞鐵與空氣中的氧氣及水有可能發(fā)生反應，即： 4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)==4Fe(OH)3(s)，已知該反應在298K時的△H=-444.3 kJmol—１，△S=-280.1 Jmol—1K—1 試問該反應在常溫下是否自發(fā)進行？ （4）第Ⅳ象限符號為“—、＋”（△S＜0、△H＞0）時化學反應的方向——所有溫度下反應均不能自發(fā)進行 【典型例題4】CO(g)＝C(s，石墨)＋O2(g)，其△H＝110.5 kJmol—１△S=-89.36Jmol—1K—1，試判斷該反應在298Ｋ和xxＫ時反應是否自發(fā)進行？ 事實上，△S＜0、△H＞0時，僅從符號上進行分析，無論溫度如何變化，恒有△H—Ｔ△S＞０，故化 學反應的方向——所有溫度下反應均不能自發(fā)進行。 從以上四個象限的情況來看，交叉象限的情況相反相成，第Ⅰ象限（高溫下反應自發(fā)進行）和第Ⅲ象限（低溫下反應自發(fā)進行）相反相成，第Ⅱ象限（所有溫度下均可自發(fā)進行）和第Ⅳ象限（所有溫度下反應均不能自發(fā)進行）相反相成。分析化學反應的方向的熱力學判據(jù)是△H—T△S＜0，而這個判據(jù)是溫度、壓強一定的條件下反應自發(fā)進行的趨勢，并不能說明反應能否實際發(fā)生，因為反應能否實際發(fā)生還涉及動力學問題。 二、化學平衡常數(shù) 1、概念 在一定溫度下，當一個可逆反應達到化學平衡時，生成物濃度冪之積與反應物濃度冪之積的比值是一個常數(shù)，用符號K表示。 2、表達式 對于反應mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)， K＝(固體和純液體的濃度視為常數(shù)，通常不計入平衡常數(shù)表達式中)。 3、意義 （1）K值越大，反應物的轉化率越大，正反應進行的程度越大。 （2）K只受溫度影響，與反應物或生成物的濃度變化無關。 （3）化學平衡常數(shù)是指某一具體反應的平衡常數(shù)。 4、化學平衡常數(shù)與平衡移動方向 對于可逆反應aA(g)＋bB(g) cC(g)＋dD(g)，在一定溫度下的任意時刻，反應物與生成物濃度有如下關系： ＝Qc，稱為濃度商。 Qc 【典型例題5】溫度為t ℃時，在體積為10 L的真空容器中通入1.00 mol氫氣和1.00 mol碘蒸氣，20 min后，反應達到平衡，此時測得碘蒸氣的濃度為0.020 molL－1。涉及的反應可以用下面的兩個化學方程式表示： ①H2(g)＋I2(g) 2HI(g) ②2H2(g)＋2I2(g) 4HI(g) 下列說法正確的是 (　　) A．反應速率用HI表示時，v(HI)＝0.008 molL－1min－1 B．兩個化學方程式的意義相同，但其平衡常數(shù)表達式不同，不過計算所得數(shù)值相同 C．氫氣在兩個反應方程式中的轉化率不同 D．第二個反應中，增大壓強平衡向生成HI的方向移動 【遷移訓練5】【貴州省遵義市省級示范高中xx屆高三第二次聯(lián)考】高溫下，某反應達平衡，平衡常數(shù) 恒容時，溫度升高，H2濃度減小。下列說法正確的是 A．該反應的焓變?yōu)檎? B．恒溫恒容下，增大壓強，H2濃度一定減小 C．升高溫度，逆反應速率減小 D．該反應的化學方程式為CO+ H2O CO2+H2 考點詳析： 考點一：化學平衡相關的計算 1、分析三個量：即起始量、變化量、平衡量。 2、明確三個關系： （1）對于同一反應物，起始量－變化量＝平衡量。 （2）對于同一生成物，起始量＋變化量＝平衡量。 （3）各轉化量之比等于各反應物的化學計量數(shù)之比。 3、計算方法：三段式法 化學平衡計算模式：對以下反應：mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)，令A、B起始物質的量(mol)分別為a、b，達到平衡后，A的消耗量為mx，容器容積為V L。 　　　　 mA(g)?。B(g)pC(g)＋qD(g) 起始(mol) a b 0 0 變化(mol) mx nx px qx 平衡(mol) a－mx b－nx px qx 則有：（1）K＝ （2）c平(A)＝ (molL－1)。 （3）α(A)平＝100%，α(A)∶α(B)＝∶＝。 （4）φ(A)＝100%。 （5）＝。 （6）(混)＝(gL－1)。 （7）＝(gmol－1)。 【典型例題6】某溫度下，H2(g)＋CO2(g)H2O(g)＋CO(g)的平衡常數(shù)K＝9/4，該溫度下在甲、乙、丙三 個恒容密閉容器中，投入H2(g)和CO2(g)，其起始濃度如表所示： 起始濃度 甲 乙 丙 c(H2)/molL－1 0.010 0.020 0.020 c(CO2)/molL－1 0.010 0.010 0.020 下列判斷不正確的是 (　　) A．平衡時，乙中CO2的轉化率大于60% B．平衡時，甲中和丙中H2的轉化率均是60% C．平衡時，丙中c(CO2)是甲中的2倍，是0.012 molL－1 D．反應開始時，丙中的反應速率最快，甲中的反應速率最慢 【遷移訓練6】【寧夏省銀川一中xx屆高三第五次月考】一定條件下，將3molA和1molB兩種氣體混合 于固定容積為2L的密閉容器中，發(fā)生如下反應：3A(g)+B(g) xC(g)+2D(s)。2min末該反應達到平衡， 生成0.8molD，并測得C的濃度為0.2mol/L。下列判斷正確的是 A．該條件下此反應的化學平衡常數(shù)約為0.91 B．A的平均反應速率為0.3mol/(Ls) C．B的轉化率為60% D．若混合氣體的密度不再改變時，該反應不一定達到平衡狀態(tài) 【答案】A 【解析】 考點二：化學平衡圖像問題 一、基本分析方法 （1）認清坐標系，搞清縱、橫坐標所代表的意義，并與勒夏特列原理掛鉤。 （2）緊扣可逆反應的特征，看清正反應方向是吸熱還是放熱、體積增大還是減小、不變、有無固體、純液體物質參加或生成等。 （3）看清速率的變化及變化量的大小，在條件與變化之間搭橋。 （4）看清起點、拐點、終點，看清曲線的變化趨勢。 （5）先拐先平。例如，在轉化率一時間圖上，先出現(xiàn)拐點的曲線先達到平衡，此時逆向推理可得該變化的溫度高、濃度大、壓強高。 （6）定一議二。當圖象中有三個量時，先確定一個量不變再討論另外兩個量的關系。 二、常見圖像分析 1、以v-t圖像描述化學平衡移動的本質 【典型例題7】已知合成氨的反應為：N2+3H22NH3+92.4KJ在一定條件下達到化學平衡，現(xiàn)升高溫度 使平衡發(fā)生移動，下列圖像中能正確描述正、逆反應速率(v)變化的是（ ） 2、以物質的量（濃度）－時間（n(c)-t）圖像描述可逆反應達平衡的過程 【典型例題8】【甘肅省河西五市普通高中xx屆高三第一次聯(lián)考】一定溫度下，在2L的密閉容器中，X、Y、Z三種氣體的物質的量隨時間變化的曲線如下圖所示，下列描述正確的是（ ） A．反應的化學方程式為：X（g）+Y(g) Z(g) B．反應開始到10s時，Y的轉化率為79.0% C．反應開始到10s，X的物質的量濃度減少了 0.79mol/L D．反應開始到10s，用Z表示的反應速率為0.158mol/(Ls) 3、以c-t圖像描述等效平衡過程 【典型例題9】 在425℃時，1L密閉容器中進行反應：H2(g)+I2(g) 2HI(g)，以不同的方式加入反應 物或生成物均達到平衡（如下圖） （1）將圖示3種情況的反應物、生成物的初始濃度和平衡濃度填入表格。 （2）以上3種情況達到化學平衡是否為同一平衡狀態(tài)？由圖中的事實可以說明化學平衡具有哪些特征？ （3）等溫、等容情況下，等效平衡的條件是什么？ 4、以物質的量（轉化率）－時間（n(R)-t）圖像描述溫度或壓強對平衡移動的影響 【典型例題10】【福建省漳州市七校xx屆高三第二次聯(lián)考化學試題】可逆反應aA(g) + bB(g) cC(g) + dD(g)，反應過程中，當其它條件不變時，C的百分含量（C%）與溫度（T）和壓強（P）的關系如圖下列敘述正確的是 A．達平衡后，若升溫，平衡左移 B．達平衡后，加入催化劑則C%增大 C．化學方程式中a+b＞c+d D．達平衡后，減少A的量有利于平衡向右移動 【答案】A 5、 以轉化率（體積分數(shù)）－壓強、溫度（R（φ）－p、T）圖像判斷平衡狀態(tài) 【典型例題11】 如圖，條件一定時，反應2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)+Q（正反應為放熱）中NO的Rmax與T變化關系曲線圖，圖中有a、b、c、d4個點，其中表示未達到平衡狀態(tài)，且ν正<ν逆的點是（ ） A．a B．b C．c D．d 6、根據(jù)R（質量分數(shù)ω、體積分數(shù)φ）－p、T圖像判斷反應特征 【典型例題12】已知反應mA(g)+nB(g) xC(g)+yD(g)，A的轉化率RA與p、T的關系如圖，根據(jù)圖示可以得出的正確結論是（ ） A．正反應吸熱，m+n>x+y B．正反應吸熱，m+nx+y D．正反應放熱，m+n0）隨T（℃）變化氣體平均相對分子質量的變化如圖所示，則下列敘述中正確的是（ ） A．A和B可能都是固體 B．A和B一定都是氣體 C．A和B可能都是氣體 D．若B為固體，則A一定為氣體 9、由體積分數(shù)—溫度（φ-T）圖像判斷平衡進程 【典型例題15】在容積相同的不同密閉容器內，分別充入同量的N2和3H2，在不同溫度，任其發(fā)生反應N2+3H22NH3，在第7秒時分別測定其中NH3的體積分數(shù)φ(NH3)，并繪成下圖曲線。 （1）A、B、C、D、E中，尚未達到化學平衡狀態(tài)的點是________。 （2）此反應的正反應是______熱反應。 （3）AC段曲線是增函數(shù)曲線，CE段曲線是減函數(shù)曲線，試從化學反應速率和化學平衡角度說明理由為____________________________________________________。 （4）T1到T2變化時，υ正 υ逆；T3到T4變化時，υ正 υ逆。 考點三：化學平衡理論的綜合應用 將化學反應速率、化學平衡狀態(tài)建立、移動、等效平衡、化學平衡圖像等問題綜合考查。 【典型例題16】【湖北武穴中學xx年12月月考】已知：2M(g)N(g)；△H <0?，F(xiàn)將M和N的混和氣體 通入體積為1L的恒溫密閉容器中，反應體系中物質濃度隨時間變化關系如右圖所示。下列說法正確的是（ ） A．a、b、c、d四個點中處于平衡狀態(tài)的點是a、b B．反應進行至25min時，曲線發(fā)生變化的原因是加入了 0.4molN C．若調節(jié)溫度使35min時體系內N的百分含量與15min時相等，應升高溫度 D．若40min后出現(xiàn)如圖所示變化，則可能是加入了某種催化劑 【遷移應用16】（1）恒溫，容積為1 L恒容條件下，硫可以發(fā)生如下轉化，其反應過程和能量關系如圖1 所示(已知：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH＝－196.6 kJmol－1)，請回答下列問題： ①寫出能表示硫的燃燒熱的熱化學方程式：________________________________ ______________________________________________________________________。 ②ΔH2＝__________kJmol－1。 ③在相同條件下，充入1 mol SO3和0.5 mol的O2，則達到平衡時SO3的轉化率為______________；此時該反應________(填“放出”或“吸收”)________kJ的能量。 （2）中國政府承諾，到2020年，單位GDP二氧化碳排放比xx年下降40%～50%。 ①有效“減碳”的手段之一是節(jié)能，下列制氫方法最節(jié)能的是________(填序號)。 A．電解水制氫：2H2O2H2↑＋O2↑ B．高溫使水分解制氫：2H2O(g)2H2＋O2 C．太陽光催化分解水制氫：2H2O2H2↑＋O2↑ D．天然氣制氫：CH4＋H2O(g)CO＋3H2 ②CO2可轉化成有機物實現(xiàn)碳循環(huán)。在體積為1 L的密閉容器中，充入1 mol CO2和3 mol H2，一定條件下反應：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH＝－49.0 kJmol－1，測得CO2和CH3OH(g)濃度隨時間變化如圖2所示。 從3 min到9 min，v(H2)＝________molL－1min－1。 ③能說明上述反應達到平衡狀態(tài)的是________(填編號)。 A．反應中CO2與CH3OH的物質的量濃度之比為1∶1(即 圖中交叉點) B．混合氣體的密度不隨時間的變化而變化 C．單位時間內消耗3 mol H2，同時生成1 mol H2O D．CO2的體積分數(shù)在混合氣體中保持不變 （3）工業(yè)上，CH3OH也可由CO和H2合成。參考合成反應CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)的平衡常數(shù)。下列說法正確的是________。 溫度/℃ 0 100 200 300 400 平衡常數(shù) 667 13 1.910－2 2.410－4 110－5 A.該反應正反應是放熱反應 B．該反應在低溫下不能自發(fā)進行，高溫下可自發(fā)進行，說明該反應ΔS<0 C．在T ℃時，1 L密閉容器中，投入0.1 mol CO和0.2 mol H2，達到平衡時，CO轉化率為50%，則此時的平衡常數(shù)為100 D. 工業(yè)上采用稍高的壓強(5 MPa)和250 ℃，是因為此條件下，原料氣轉化率最高 和250 ℃，一是考慮速率問題，二是考慮設備問題。