2019版高考化學大一輪復習 專題7 化學反應速率和化學平衡 第3講 化學平衡狀態(tài)及其移動課件 蘇教版.ppt

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第3講化學平衡狀態(tài)及其移動 2019 備考 最新考綱 1 了解化學反應的可逆性 2 了解化學平衡建立的過程 掌握化學平衡的概念 3 理解外界條件 濃度 溫度 壓強 催化劑等 對化學平衡的影響 認識并能用相關理論解釋其一般規(guī)律 4 了解化學平衡的調(diào)控在生活 生產(chǎn)和科學研究領域中的重要作用 考點一可逆反應與化學平衡狀態(tài) 頻數(shù) 難度 相等 不變 2 建立過程在一定條件下 把某一可逆反應的反應物加入固定容積的密閉容器中 反應過程如下 以上過程可用下圖表示 3 平衡特點 可逆 v 正 v 逆 濃度或百分含量 答案 1 2 3 4 答案B 答案 3 探源 本考題源于教材SJ選修4P46 化學平衡狀態(tài) 對化學平衡狀態(tài)的特征及其判斷依據(jù)進行了考查 解析A項 可逆反應則反應物不可能完全轉(zhuǎn)化為生成物 B項 達平衡時 v 正 v 逆 相等但不為零 C項 從正向開始的反應 正反應速率隨反應物濃度降低而減小 逆反應速率隨生成物濃度升高而增大 達平衡時 v 正 v 逆 D項 工業(yè)生產(chǎn)上既要提高原料的轉(zhuǎn)化率 又要提高生產(chǎn)效率 應同時考慮反應的限度和化學反應速率兩方面的問題 答案B 2 在密閉容器中進行反應 X2 g Y2 g 2Z g 已知X2 Y2 Z的起始濃度分別為0 1mol L 1 0 3mol L 1 0 2mol L 1 在一定條件下 當反應達到平衡時 各物質(zhì)的濃度可能是 A Z為0 3mol L 1B Y2為0 4mol L 1C X2為0 2mol L 1D Z為0 4mol L 1解析若X2完全轉(zhuǎn)化為Z 則X2 Y2 Z的濃度分別是0mol L 1 0 2mol L 1 0 4mol L 1 若Z完全轉(zhuǎn)化為X2 Y2 則X2 Y2 Z的濃度分別是0 2mol L 1 0 4mol L 1 0mol L 1 反應為可逆反應 反應物不能完全轉(zhuǎn)化 所以 0 c X2 0 2mol L 1 0 2mol L 1 c Y2 0 4mol L 1 0 c Z 0 4mol L 1 答案A 練后歸納 極端假設法確定各物質(zhì)濃度范圍 上述題目2可根據(jù)極端假設法判斷 假設反應正向或逆向進行到底 求出各物質(zhì)濃度的最大值和最小值 從而確定它們的濃度范圍 平衡體系中各物質(zhì)的濃度范圍為X2 0 0 2 Y2 0 2 0 4 Z 0 0 4 解析生成CO的物質(zhì)的量等于生成CO2的物質(zhì)的量 但是時間不一定相等 故CO正 逆反應速率不一定相等 A項錯誤 氣體總質(zhì)量由小到大 當保持不變時達到平衡 B項正確 氣體總物質(zhì)的量始終不變 故氣體壓強始終不變 C項錯誤 氧化銅為固態(tài) 其濃度始終不變 D項錯誤 答案B 4 2018 湖北宜昌模擬 苯乙烯是現(xiàn)代石油化工產(chǎn)品中最重要的單體之一 在工業(yè)上 苯乙烯可由乙苯和CO2催化脫氫制得 在溫度為T1時 此反應的平衡常數(shù)K 0 5 在2L密閉容器中加入乙苯 g 與CO2 反應到某時刻測得混合物中各組分的物質(zhì)的量均為1 0mol 請回答下列問題 1 該時刻的化學反應 填 已達到 或 未達到 平衡狀態(tài) 2 下列能說明乙苯與CO2在該條件下反應已達到平衡狀態(tài)的是 填字母 a v正 CO2 v逆 CO2 b c CO2 c CO 0 5mol Lc 混合氣體的密度不變d CO2的體積分數(shù)保持不變 3 若將反應改為恒壓絕熱條件下進行 達到平衡狀態(tài)時 則乙苯的物質(zhì)的量濃度 填字母 a 大于0 5mol Lb 小于0 5mol Lc 等于0 5mol Ld 無法確定 答案 1 已達到 2 ad 3 d 方法總結(jié) 判斷化學平衡狀態(tài)的兩方法和兩標志1 兩方法 逆向相等 變量不變 1 逆向相等 反應速率必須一個是正反應的速率 一個是逆反應的速率 且經(jīng)過換算后同一種物質(zhì)的減少速率和生成速率相等 2 變量不變 如果一個量是隨反應進行而改變的 當不變時為平衡狀態(tài) 一個隨反應的進行保持不變的量 不能作為是否是平衡狀態(tài)的判斷依據(jù) 2 兩標志 本質(zhì)標志 等價標志 考點二化學平衡移動與等效平衡 頻數(shù) 難度 1 化學平衡的移動 平衡移動就是由一個 平衡狀態(tài) 不平衡狀態(tài) 新平衡狀態(tài) 的過程 一定條件下的平衡體系 條件改變后 平衡可能發(fā)生移動 如下所示 2 化學平衡移動與化學反應速率的關系 v正 v逆 平衡向 移動 v正 v逆 反應達到平衡狀態(tài) 平衡移動 v正 v逆 平衡向 移動 正反應方向 不發(fā)生 逆反應方向 3 外界因素對化學平衡移動的影響 正 逆 減小 增大 不移動 吸熱 放熱 不能 4 勒夏特列原理 如果改變影響化學平衡的條件之一 如溫度 壓強 以及參加反應的化學物質(zhì)的濃度 平衡將向著能夠 的方向移動 化學平衡移動的目的是 減弱 外界條件的改變 而不是 抵消 外界條件的改變 改變是不可逆轉(zhuǎn)的 新平衡時此物理量更靠近于改變的方向 5 等效平衡 定義 在一定條件下 恒溫恒容或恒溫恒壓 下 同一可逆反應體系 不管是從正反應開始 還是從逆反應開始 還是正 逆反應同時投料 達到化學平衡狀態(tài)時 任何相同組分的百分含量 質(zhì)量分數(shù) 物質(zhì)的量分數(shù) 體積分數(shù)等 均相同 減弱這種改變 等效平衡分類及規(guī)律 1 教材基礎知識判斷 1 化學平衡發(fā)生移動 化學反應速率一定改變 化學反應速率改變 化學平衡也一定發(fā)生移動 2 升高溫度 平衡向吸熱反應方向移動 此時v放減小 v吸增大 3 合成氨反應需要使用催化劑 說明催化劑可以促進該平衡向生成氨的方向移動 所以也可以用勒夏特列原理解釋使用催化劑的原因 答案 1 2 3 4 5 解析反應達平衡后 保持溫度不變 將容器體積增加一倍 最終測得A的物質(zhì)的量的濃度變?yōu)樵瓉淼囊话?說明減小壓強 平衡沒有發(fā)生移動 即a b c 由于平衡不發(fā)生移動 故物質(zhì)B的質(zhì)量分數(shù)不變 D項符合題意 答案D 解析升高溫度 氣體顏色加深 則平衡向逆反應方向移動 故正反應為放熱反應 A錯誤 首先假設平衡不移動 增大壓強 氣體顏色加深 但平衡向正反應方向移動 使混合氣體的顏色在加深后的基礎上變淺 但一定比原平衡的顏色深 B錯誤 同理C項 首先假設平衡不移動 若體積減小一半 則壓強變?yōu)樵瓉淼膬杀?但平衡向正反應方向移動 使壓強在原平衡兩倍的基礎上減小 正確 體積不變 反應物及生成物濃度不變 正 逆反應速率均不變 平衡不移動 顏色不變化 D錯誤 答案C 解析升溫 平衡向吸熱反應的方向移動 即逆向移動 X的轉(zhuǎn)化率變小 A項正確 增大壓強 平衡向氣體分子數(shù)減小的方向移動 即正向移動 X的物質(zhì)的量減小 但由于容器體積減小 各組分的濃度均比原平衡的大 故B項錯誤 增大一種反應物的濃度 能夠提高另一種反應物的轉(zhuǎn)化率 而其本身的轉(zhuǎn)化率降低 故C項錯誤 催化劑只能改變反應速率 不影響平衡狀態(tài) 故各物質(zhì)的體積分數(shù)不變 D項錯誤 答案A 3 用O2將HCl轉(zhuǎn)化為Cl2 可提高效益 減少污染 新型RuO2催化劑對上述HCl轉(zhuǎn)化為Cl2的總反應具有更好的催化活性 實驗測得在一定壓強下 總反應的HCl平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度變化的 HCl T曲線如下圖 1 則總反應的 H 0 填 或 A B兩點的平衡常數(shù)K A 與K B 中較大的是 2 在上述實驗中若壓縮體積使壓強增大 請在上圖畫出相應 HCl T曲線的示意圖 并簡要說明理由 3 下列措施中 有利于提高 HCl的有 A 增大n HCl B 增大n O2 C 使用更好的催化劑D 移去H2O 答案 1 K A 2 見下圖溫度相同的條件下 增大壓強 平衡右移 HCl增大 因此曲線應在原曲線上方 3 BD 方法總結(jié) 解答化學平衡移動類試題的一般思路 上述四種情況達到平衡后 n CO 的大小順序是 A 乙 丁 甲 丙B 甲 乙 丙 丁C 乙 甲 丁 丙D 丁 丙 乙 甲 解析四種情況的反應物起始量可折合成下表情況 所以乙和丁相當于提高了反應物 CO2 的初始量 平衡向正反應方向移動 n CO 相對于甲和丙提高 故有乙 丁 甲 丙 答案A 解析兩平衡的溫度相同 故平衡常數(shù)K K 兩容器中的反應物都可以轉(zhuǎn)化為1molN2和3molH2 故兩個平衡是等效平衡 且兩平衡中H2的百分含量相同 但反應是可逆反應不能進行徹底 平衡 中已經(jīng)有一部分NH3 反應放出的熱量 Q Q 且都小于92 3kJ N2的轉(zhuǎn)化率 平衡 平衡 答案B 試題分析 兩個反應在熱力學上趨勢均很大 其原因是 有利于提高丙烯腈平衡產(chǎn)率的反應條件是 提高丙烯腈反應選擇性的關鍵因素是 2 圖 a 為丙烯腈產(chǎn)率與反應溫度的關系曲線 最高產(chǎn)率對應的溫度為460 低于460 時 丙烯腈的產(chǎn)率 填 是 或 不是 對應溫度下的平衡產(chǎn)率 判斷理由是 高于460 時 丙烯腈產(chǎn)率降低的可能原因是 雙選 填標號 A 催化劑活性降低B 平衡常數(shù)變大C 副反應增多D 反應活化能增大 考查意圖 本題以 丙烯氨氧化法 生產(chǎn)一種重要的有機化工原料 丙烯腈為背景 綜合考查了化學反應方向的判斷 反應條件的控制 影響化學平衡的因素 平衡常數(shù)K與溫度T的關系 活化能與溫度的關系 簡單物質(zhì)的量的計算等知識點 題目應用物質(zhì)的性質(zhì) 反應原理和規(guī)律 從 物質(zhì)變化是有條件的 角度來分析化學反應條件的控制以及物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化 通過對圖像的觀察 從 模型 分類與比較 定性與定量 化學與社會和諧發(fā)展 的角度考查考生結(jié)合已有知識進行圖文轉(zhuǎn)換 加工信息和正確表達思維歷程及結(jié)論的能力 試題以實際生產(chǎn)為背景 體現(xiàn)了新課程標準化學與生產(chǎn) 生活密切聯(lián)系的要求 體現(xiàn)了化學的學科價值和社會價值 考查了 綠色應用 的化學核心素養(yǎng) 試題以多種方式呈現(xiàn)信息 有利于不同思維習慣的考生快速攝取關鍵信息 試題設問靈活 有利于考生多元化思維的發(fā)揮 題目要求考生具有思維的深刻性 敏捷性 批判性和獨創(chuàng)性 具有接受 吸收和整合化學信息的能力以及分析和解答 解決 化學問題的能力 本題抽樣統(tǒng)計難度為0 34 解題思路 化學反應的方向的判斷也就是化學反應能否自發(fā)進行的問題 可以通過焓判據(jù)做出判斷 因為兩個反應均為放熱量大的反應 故兩個反應在熱力學上趨勢均很大 因為該反應為氣體體積增大的放熱反應 所以降低溫度 降低壓強有利于提高丙烯腈的平衡產(chǎn)率 由圖 a 可知 提高丙烯腈反應選擇性的關鍵因素是催化劑 由于反應 的 H 0 升高溫度 K減小 而圖 a 中的產(chǎn)率增大 因此圖 a 中低于460 的產(chǎn)率 不是對應溫度下的平衡產(chǎn)率 溫度升高 K減少 活化能不變 故高于460 時 丙烯腈的產(chǎn)率降低可能是催化劑的活性降低和副反應增多造成的 根據(jù)圖像 b 可知 當n 氨 n 丙烯 約為1時 該比例下丙烯腈產(chǎn)率最高 而副產(chǎn)物丙烯醛產(chǎn)率最低 根據(jù)化學反應C3H6 g NH3 g 3 2O2 g C3H3N g 3H2O g 氨氣 氧氣 丙烯按1 1 5 1的體積比加入反應達到最佳狀態(tài) 而空氣中氧氣約占20 所以進料氨 空氣 丙烯的理論體積約為1 7 5 1 教學中一定建構(gòu)解題模型 積累解題方法 用化工生產(chǎn)的實際問題設計問題線索 進而組織教學 學生對 熱力學 這一概念未必都能理解 正確答案 1 兩個反應均為放熱量大的反應降低溫度 降低壓強催化劑 2 不是該反應為放熱反應 平衡產(chǎn)率應隨溫度升高而降低AC 3 1該比例下丙烯腈產(chǎn)率最高 而副產(chǎn)物丙烯醛產(chǎn)率最低1 7 5 1 真題演練 解析根據(jù)該反應的特點結(jié)合平衡移動原理逐項分析 A項該反應為反應前后氣體物質(zhì)的量不變的反應 平衡不受壓強影響 減小容器體積 平衡不移動 B項催化劑不能使平衡移動 不改變產(chǎn)物的產(chǎn)率 C項增大c X 平衡正向移動 Y的轉(zhuǎn)化率增大 X本身的轉(zhuǎn)化率反而減小 D項該反應的正反應是放熱反應 降低溫度 平衡正向移動 Y的轉(zhuǎn)化率增大 答案D 答案C 圖 a 是反應 平衡轉(zhuǎn)化率與反應溫度及壓強的關系圖 x 0 1 填 大于 或 小于 欲使丁烯的平衡產(chǎn)率提高 應采取的措施是 填標號 A 升高溫度B 降低溫度C 增大壓強D 降低壓強 2 丁烷和氫氣的混合氣體以一定流速通過填充有催化劑的反應器 氫氣的作用是活化催化劑 出口氣中含有丁烯 丁烷 氫氣等 圖 b 為丁烯產(chǎn)率與進料氣中n 氫氣 n 丁烷 的關系 圖中曲線呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢 其降低的原因是 3 圖 c 為反應產(chǎn)率和反應溫度的關系曲線 副產(chǎn)物主要是高溫裂解生成的短碳鏈烴類化合物 丁烯產(chǎn)率在590 之前隨溫度升高而增大的原因可能是 590 之后 丁烯產(chǎn)率快速降低的主要原因可能是 解析 1 由a圖可以看出 溫度相同時 由0 1MPa變化到xMPa 丁烷的轉(zhuǎn)化率增大 即平衡正向移動 所以x的壓強更小 x 0 1 由于反應 為吸熱反應 所以溫度升高時 平衡正向移動 丁烯的平衡產(chǎn)率增大 因此A正確 B錯誤 反應 正向進行時體積增大 加壓時平衡逆向移動 丁烯的平衡產(chǎn)率減小 因此C錯誤 D正確 2 反應初期 H2可以活化催化劑 進料氣中n 氫氣 n 丁烷 較小 丁烷濃度大 反應向正反應方向進行的程度大 丁烯轉(zhuǎn)化率升高 然后進料氣中n 氫氣 n 丁烷 增大 原料中過量的H2會使反應 平衡逆向移動 所以丁烯產(chǎn)率下降 3 590 之前 溫度升高時反應速率加快 生成的丁烯會更多 同時由于反應 是吸熱反應 升高溫度平衡正向移動 平衡體系中會含有更多的丁烯 而溫度超過590 時 由于丁烷高溫會裂解生成短鏈烴類 所以參加反應 的丁烷也就相應減少 答案 1 小于AD 2 原料中過量H2會使反應 平衡逆向移動 所以丁烯產(chǎn)率下降 3 590 前升高溫度 反應 平衡正向移動升高溫度時 反應速率加快 單位時間產(chǎn)生丁烯更多溫度高于590 時有更多的C4H10裂解導致產(chǎn)率降低 熱點說明 化學平衡在化工生產(chǎn)中有非常重要的應用 尤其是控制合適的反應條件使平衡向著理想的方向移動 近幾年來涉及面非常廣 如2017 全國 卷T27 2016 全國 卷T27 2016 四川卷T11 2016 海南卷T16 2016 天津卷T10 2015 全國卷 T27 2015 浙江卷T28 2015 北京卷T26 2014 天津卷T10 2014 全國卷 T28等均對化學反應速率 化學平衡理論進行了考查 1 總體原則 1 化工生產(chǎn)適宜條件選擇的一般原則 2 平衡類問題需考慮的幾個方面 原料的來源 除雜 尤其考慮雜質(zhì)對平衡的影響 原料的循環(huán)利用 產(chǎn)物的污染處理 產(chǎn)物的酸堿性對反應的影響 氣體產(chǎn)物的壓強對平衡造成的影響 改變外界條件對多平衡體系的影響 3 反應條件的選擇 4 原料氣的充分利用合成氨反應的轉(zhuǎn)化率較低 從原料充分利用的角度分析 工業(yè)生產(chǎn)中可采用循環(huán)操作的方法可提高原料的利用率 物質(zhì)制備適宜條件的選擇 模型解題 解析這是一個放熱的熵減反應 只有當 H T S 0時 該反應才能自發(fā)進行 A錯誤 加入過量的B 可以提高A的轉(zhuǎn)化率 B正確 升高溫度 平衡逆向移動 反應物的轉(zhuǎn)化率降低 C錯誤 使用催化劑只能改變反應速率 不能使平衡發(fā)生移動 不能提高反應物的轉(zhuǎn)化率 D錯誤 答案B 解析第一步產(chǎn)生的H2使第二步的平衡逆移 故應先進行分離 第二步反應為放熱反應 溫度過低 反應速率太小而影響產(chǎn)量 溫度過高則對平衡不利 且要考慮催化劑的活性 故應選擇適當?shù)臏囟群痛呋瘎?故 正確 錯 增大廉價易得的水蒸氣濃度可提高轉(zhuǎn)化率 正確 壓強對第二步反應無影響 不必采取高壓 錯 增大CO濃度并未提高主要原材料C的利用率 錯 答案D 平衡原理對工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的理論指導 解析 1 由題意可知 未提純的TaS2粉末變成純凈TaS2晶體 要經(jīng)過兩步轉(zhuǎn)化 TaS2 2I2 TaI4 S2 TaI4 S2 TaS2 2I2 即反應 先在溫度T2端正向進行 后在溫度T1端逆向進行 反應 的 H大于0 因此溫度T1小于T2 該過程中循環(huán)使用的物質(zhì)是I2 2 從圖像來看 隨著溫度的升高 CO的轉(zhuǎn)化率變小 故 H 0 綜合溫度 壓強對CO轉(zhuǎn)化率的影響來看 在題給壓強下 CO的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很大 不必再增大壓強 答案 1 I2 2 在1 3 104kPa下 CO的轉(zhuǎn)化率已較高 再增大壓強CO轉(zhuǎn)化率提高不大 同時生產(chǎn)成本增加 得不償失