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第7讲化学反应速率与化学平衡,考点一,考点二,真题示例,核心建模,对点演练,考点三,考点一化学平衡及其影响因素 1.(2018天津理综,5)室温下,向圆底烧瓶中加入1 mol C2H5OH和含1 mol HBr的氢溴酸,溶液中发生反应:C2H5OH+HBr C2H5Br+H2O,充分反应后达到平衡。已知常压下,C2H5Br和C2H5OH的沸点分别为38.4 和78.5 。下列有关叙述错误的是() A.加入NaOH,可增大乙醇的物质的量 B.增大HBr浓度,有利于生成C2H5Br C.若反应物均增大至2 mol,则两种反应物平衡转化率之比不变 D.若起始温度提高至60 ,可缩短反应达到平衡的时间,答案,解析,考点一,考点二,真题示例,核心建模,对点演练,考点三,2.(2017课标全国,28节选)近期发现,H2S是继NO、CO之后的第三个生命体系气体信号分子,它具有参与调节神经信号传递、舒张血管减轻高血压的功能。回答下列问题: H2S与CO2在高温下发生反应:H2S(g)+CO2(g) COS(g)+H2O(g)。在610 K时,将0.10 mol CO2与0.40 mol H2S充入2.5 L的空钢瓶中,反应平衡后水的物质的量分数为0.02,此时H2S的转化率为1。 (1)在620 K重复实验,平衡后水的物质的量分数为0.03,H2S的转化率21,该反应的H0(填“”“”或“=”)。 (2)向反应器中再分别充入下列气体,能使H2S转化率增大的是 (填标号)。 A.H2SB.CO2C.COSD.N2,答案,解析,考点一,考点二,真题示例,核心建模,对点演练,考点三,3.(2017课标全国,28节选)砷(As)是第四周期A族元素,可以形成As2S3、As2O5、H3AsO3、H3AsO4等化合物,有着广泛的用途。回答下列问题:,考点一,考点二,真题示例,核心建模,对点演练,考点三,AC,考点一,考点二,真题示例,核心建模,对点演练,考点三,4.(2016海南高考改编,11)由反应物X转化为Y和Z的能量变化如图所示。 下列说法正确的是() A.由XY反应的H=E5-E2 B.由XZ反应的H0 C.增大压强有利于提高Y的产率 D.升高温度有利于提高Z的产率,B,解析:由XY反应的H=E3-E2,A错误。依图知,由XZ反应中的反应物的总能量大于生成物的总能量,反应放热,H0,B正确。根据反应:2X(g) 3Y(g),增大压强,平衡向左移动,不利于提高Y的产率,C错误。由B分析知,XZ的反应放热,升高温度,平衡向左移动,不利于提高Z的产率,D错误。,考点一,考点二,真题示例,核心建模,对点演练,考点三,5.(2016课标全国,27节选)煤燃烧排放的烟气含有SO2和NOx,形成酸雨、污染大气,采用NaClO2溶液作为吸收剂可同时对烟气进行脱硫、脱硝。回答下列问题: (1)在鼓泡反应器中通入含有SO2和NO的烟气,反应温度323 K,NaClO2溶液浓度为510-3 molL-1。反应一段时间后溶液中离子浓度的分析结果如下表。,增加压强,NO的转化率(填“提高”“不变”或“降低”)。 由实验结果可知,脱硫反应速率脱硝反应速率(填“大于”或“小于”)。原因是除了SO2和NO在烟气中的初始浓度不同,还可能是。,考点一,考点二,真题示例,核心建模,对点演练,考点三,(2)在不同温度下,NaClO2溶液脱硫、脱硝的反应中SO2和NO的平衡分压pc如图所示。,由图分析可知,反应温度升高,脱硫、脱硝反应的平衡常数均_(填“增大”“不变”或“减小”)。,考点一,考点二,真题示例,核心建模,对点演练,考点三,(3)如果采用NaClO、Ca(ClO)2替代NaClO2,也能得到较好的烟气脱硫效果。 从化学平衡原理分析,Ca(ClO)2相比NaClO具有的优点是。,答案:(1)提高 大于NO溶解度较低或脱硝反应活化能较高 (2)减小,(3)形成CaSO4沉淀,使平衡向产物方向移动,SO2转化率提高,考点一,考点二,真题示例,核心建模,对点演练,考点三,考点一,考点二,真题示例,核心建模,对点演练,考点三,考点一,考点二,真题示例,核心建模,对点演练,考点三,方法指导解答化学平衡移动问题的步骤,考点一,考点二,真题示例,核心建模,对点演练,考点三,1.(2018河北保定三中模拟)在密闭容器中,一定条件下进行如下反应: H=-373.2 kJmol-1,达到平衡后,为提高该反应的速率和NO的转化率,采取的正确措施是() A.加催化剂同时升高温度 B.加催化剂同时增大压强 C.升高温度同时充入N2 D.降低温度同时增大压强,答案,解析,考点一,考点二,真题示例,核心建模,对点演练,考点三,答案,解析,考点一,考点二,真题示例,核心建模,对点演练,考点三,3. 可逆反应L(s)+aG(g) bR(g)H达到平衡时,温度和压强对该反应的影响如图所示:x轴表示温度,y轴表示平衡混合气中G的体积分数,压强p1p2。下列判断正确的是() A.1+ab D.增加L的物质的量,可提高G的转化率,C,解析:由图像曲线的变化特点可知,升高温度,G的体积分数减小,说明升高温度平衡向正反应方向移动,则该反应的正方向为吸热反应;增大压强,G的体积分数减小,则平衡向减少G的方向移动,由于L为固体,说明ab,增加L的物质的量,平衡不移动,G的转化率不变。,真题示例,核心建模,对点演练,考点一,考点二,考点三,考点二化学平衡常数及其转化率 1.(2018全国,28)采用N2O5为硝化剂是一种新型的绿色硝化技术,在含能材料、医药等工业中得到广泛应用。回答下列问题: (1)1840年Devil用干燥的氯气通过干燥的硝酸银,得到N2O5。该反应的氧化产物是一种气体,其分子式为。 (2)F.Daniels等曾利用测压法在刚性反应器中研究了25 时N2O5(g)分解反应: 其中NO2二聚为N2O4的反应可以迅速达到平衡。体系的总压强p随时间t的变化如下表所示t=时,N2O5(g)完全分解:,真题示例,核心建模,对点演练,考点一,考点二,考点三,真题示例,核心建模,对点演练,考点一,考点二,考点三,(3)对于反应2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g),R.A.Ogg提出如下反应历程: 其中可近似认为第二步反应不影响第一步的平衡。下列表述正确的是(填标号)。 A.v(第一步的逆反应)v(第二步反应) B.反应的中间产物只有NO3 C.第二步中NO2与NO3的碰撞仅部分有效 D.第三步反应活化能较高,真题示例,核心建模,对点演练,考点一,考点二,考点三,答案: (1)O2(2)53.130.06.010-2大于温度提高,体积不变,总压强提高;NO2二聚为放热反应,温度提高,平衡左移,体系物质的量增加,总压强提高13.4(3)AC 解析: (1)干燥的氯气与干燥的AgNO3之间发生氧化还原反应时,氯气作氧化剂,而AgNO3中Ag、N元素都处于最高价,所以被氧化的只能为氧元素,则得到的气体为氧气。 (2)由盖斯定律可知,(第一个已知反应2)-(第二个已知反应)可得反应: ,则该反应的H=-4.4 kJmol-12-(-55.3 kJmol-1)=+53.1 kJmol-1。,真题示例,核心建模,对点演练,考点一,考点二,考点三,真题示例,核心建模,对点演练,考点一,考点二,考点三,真题示例,核心建模,对点演练,考点一,考点二,考点三,2.(2017课标全国,28节选)近期发现,H2S是继NO、CO之后的第三个生命体系气体信号分子,它具有参与调节神经信号传递、舒张血管减轻高血压的功能。回答下列问题: H2S与CO2在高温下发生反应:H2S(g)+CO2(g) COS(g)+H2O(g)。在610 K时,将0.10 mol CO2与0.40 mol H2S充入2.5 L的空钢瓶中,反应平衡后水的物质的量分数为0.02。 H2S的平衡转化率1=%,反应平衡常数K=。,答案,解析,真题示例,核心建模,对点演练,考点一,考点二,考点三,真题示例,核心建模,对点演练,考点一,考点二,考点三,真题示例,核心建模,对点演练,考点一,考点二,考点三,真题示例,核心建模,对点演练,考点一,考点二,考点三,答案:(1)增大1.01014(2)小于,真题示例,核心建模,对点演练,考点一,考点二,考点三,真题示例,核心建模,对点演练,考点一,考点二,考点三,真题示例,核心建模,对点演练,考点一,考点二,考点三,真题示例,核心建模,对点演练,考点一,考点二,考点三,真题示例,核心建模,对点演练,考点一,考点二,考点三,真题示例,核心建模,对点演练,考点一,考点二,考点三,方法技巧1.化学平衡的计算解题思维路径,真题示例,核心建模,对点演练,考点一,考点二,考点三,2.“三段式”模式进行化学平衡计算 根据反应进行(或平衡移动)的方向,设某反应物消耗的量,然后列式求解。 例:mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g) 起始量:ab00 变化量:mxnxpxqx 平衡量:a-mxb-nxpxqx 注意:变化量与化学方程式中各物质的化学计量数成比例。 这里a、b可指:物质的量、物质的量浓度、气体体积等。 弄清起始量、平衡量、平衡转化率三者之间的互换关系。 在利用平衡常数时,要注意反应物或生成物的状态。,考点一,考点二,考点三,真题示例,核心建模,对点演练,1.(2018四川成都七中模拟)在2 L恒容密闭容器中充入2 mol X和1 mol Y,发生反应:2X(g)+Y(g) 3Z(g),反应过程持续升温,测得X体积分数与温度关系如图所示。下列推断正确的是() A.Q点时,Y的转化率最大 B.升高温度,平衡常数增大 C.W点X的正反应速率等于M点X的正反应速率 D.平衡时,再充入Y,达到平衡时Z的体积分数一定增大,答案,解析,考点一,考点二,考点三,真题示例,核心建模,对点演练,B,考点一,考点二,考点三,真题示例,核心建模,对点演练,考点一,考点二,考点三,真题示例,核心建模,对点演练,该反应的正反应是气体体积增大的放热反应,因此根据平衡移动原理,欲提高平衡体系中Y的含量,可降低体系温度或减少Z的量,C错误。其他条件不变,再充入0.1 mol气体X,由于压强增大的影响大于浓度增大的影响,增大压强,平衡向气体体积减小的逆反应方向移动,X的转化率降低,D错误。,考点一,考点二,考点三,真题示例,核心建模,对点演练,考点一,考点二,考点三,真题示例,核心建模,对点演练,(3)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。 下表为反应物A浓度与反应时间的数据,计算:a=。,分析该反应中反应物的浓度c(A)变化与时间间隔(t)的规律,得出的结论是 ,由此规律推出反应在12 h时反应物的浓度c(A)为 molL-1。,考点一,考点二,考点三,真题示例,核心建模,对点演练,考点一,考点二,考点三,真题示例,核心建模,对点演练,考点一,考点二,考点三,真题示例,核心建模,对点演练,真题示例,核心建模,对点演练,考点一,考点二,考点三,考点三有关化学反应速率和化学平衡的图像分析 1.(2018全国,27)CH4-CO2催化重整不仅可以得到合成气(CO和H2),还对温室气体的减排具有重要意义。回答下列问题: (1)CH4-CO2催化重整反应为:CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g)。 已知: 该催化重整反应的H= kJmol-1,有利于提高CH4平衡转化率的条件是(填字母)。 A.高温低压B.低温高压 C.高温高压D.低温低压,真题示例,核心建模,对点演练,考点一,考点二,考点三,某温度下,在体积为2 L的容器中加入2 mol CH4、1 mol CO2以及催化剂进行重整反应,达到平衡时CO2的转化率是50%,其平衡常数为 mol2L-2。 (2)反应中催化剂活性会因积碳反应而降低,同时存在的消碳反应则使积碳量减少,相关数据如下表:,真题示例,核心建模,对点演练,考点一,考点二,考点三,由上表判断,催化剂XY(填“优于”或“劣于”),理由是。 在反应进料气组成、压强及反应时间相同的情况下,某催化剂表面的积碳量随温度的变化关系如图所示,升高温度时,下列关于积碳反应、消碳反应的平衡常数(K)和速率(v)的叙述正确的是(填标号)。 A.K积、K消均增加 B.v积减小、v消增加 C.K积减小、K消增加 D.v消增加的倍数比v积增加的倍数大,真题示例,核心建模,对点演练,考点一,考点二,考点三,在一定温度下,测得某催化剂上沉积碳的生成速率方程为v=kp(CH4)p(CO2)-0.5(k为速率常数),在p(CH4)一定时,不同p(CO2)下积碳量随时间的变化趋势如下图所示,则pa(CO2)、pb(CO2)、pc(CO2)从大到小的顺序为。,真题示例,核心建模,对点演练,考点一,考点二,考点三,答案: (1)247A (2)劣于相对于催化剂X,催化剂Y积碳反应的活化能大,积碳反应的速率小;而消碳反应活化能相对较小,消碳反应速率大AD pc(CO2)、pb(CO2)、pa(CO2) 解析: (1)将已知热化学方程式依次编号为,根据盖斯定律,2-,得到CH4-CO2催化重整反应的H=+247 kJmol-1。由于该反应是正反应气体体积增大的吸热反应,所以有利于提高CH4平衡转化率的条件是高温低压,A项正确。某温度下,在体积为2 L的容器中加入2 mol CH4、1 mol CO2,达到平衡时CO2的转化率是50%,则平衡时各物质的物质的量浓度分别为c(CH4)=0.75 molL-1、c(CO2)=0.25 molL-1、c(CO)=0.5 molL-1、c(H2)=0.5 molL-1,根据,真题示例,核心建模,对点演练,考点一,考点二,考点三,(2)根据表格中活化能数据分析,催化剂X劣于催化剂Y。因为相对于催化剂X,催化剂Y积碳反应的活化能大,积碳反应的速率小,而消碳反应活化能相对较小,消碳反应速率大。由于积碳反应和消碳反应均为吸热反应,所以升高温度平衡正向移动,K积、K消均增加;温度高于600 时,积碳量随温度的升高而下降,说明v消增加的倍数比v积增加的倍数大,A、D两项正确。 根据v=kp(CH4)p(CO2)-0.5,当p(CH4)一定时,积碳量随p(CO2)的增大而减小,故pc(CO2)pb(CO2)pa(CO2)。,真题示例,核心建模,对点演练,考点一,考点二,考点三,2.(2017课标全国,27节选)丁烯是一种重要的化工原料,可由丁烷催化脱氢制备。回答下列问题: (1)正丁烷(C4H10)脱氢制1-丁烯(C4H8)的热化学方程式如下:,图(a)是反应平衡转化率与反应温度及压强的关系图,x0.1(填“大于”或“小于”);欲使丁烯的平衡产率提高,应采取的措施是(填标号)。 A.升高温度B.降低温度 C.增大压强D.降低压强,真题示例,核心建模,对点演练,考点一,考点二,考点三,(2)丁烷和氢气的混合气体以一定流速通过填充有催化剂的反应器(氢气的作用是活化催化剂),出口气中含有丁烯、丁烷、氢气等。图(b)为丁烯产率与进料气中n(氢气)/n(丁烷)的关系。图中曲线呈现先升高后降低的变化趋势,其降低的原因是。 (3)图(c)为反应产率和反应温度的关系曲线,副产物主要是高温裂解生成的短碳链烃类化合物。丁烯产率在590 之前随温度升高而增大的原因可能是、;590 之后,丁烯产率快速降低的主要原因可能是。,真题示例,核心建模,对点演练,考点一,考点二,考点三,答案:(1)小于AD (2)原料中过量H2会使反应平衡逆向移动,所以丁烯转化率下降 (3)590 前升高温度,反应平衡正向移动升高温度时,反应速率加快,单位时间产生丁烯更多更高温度导致C4H10裂解生成更多的短碳链烃,故丁烯产率快速降低,真题示例,核心建模,对点演练,考点一,考点二,考点三,解析:(1)由图(a)可以看出,温度相同时,由0.1 MPa 变化到x MPa,丁烷的转化率增大,即平衡正向移动,由于反应是气体物质的量增大的反应,压强越小平衡转化率越大,所以x的压强更小,x0.1。由于反应为吸热反应,所以温度升高时,平衡正向移动,丁烯的平衡产率增大,因此A正确,B错误。由于反应是气体物质的量增大的反应,加压时平衡逆向移动,丁烯的平衡产率减小,因此C错误,D正确。 (2)H2是反应的产物,增大 会促使平衡逆向移动,从而降低丁烯的产率。 (3)590 之前,随温度升高,反应速率增大,反应是吸热反应,升高温度平衡正向移动,生成的丁烯会更多。温度超过590 ,更多的丁烷裂解生成短链烃类,导致丁烯产率快速降低。,真题示例,核心建模,对点演练,考点一,考点二,考点三,两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。,真题示例,核心建模,对点演练,考点一,考点二,考点三,(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,真题示例,核心建模,对点演练,考点一,考点二,考点三,(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。,答案:(1)两个反应均为放热量大的反应降低温度、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 17.51,真题示例,核心建模,对点演练,考点一,考点二,考点三,解析:(1)从反应的焓变可看出这两个反应都为放热反应,且“1 mol反应”放出的热量大,故两个反应在热力学上的趋势很大。由于生成丙烯腈的反应为气体体积增大的放热反应,故要提高丙烯腈的产率可采取的措施为降温、降压。提高丙烯腈反应选择性的关键因素是使用合适的催化剂。 (2)图(a)中,低于460 时的曲线不表示丙烯腈的产率,因为合成丙烯腈的反应为放热反应,温度降低时,丙烯腈的产率应增大,而非减小。高于460 时,丙烯腈产率降低的原因分析:催化剂活性降低,合成丙烯腈的反应速率减小,而副反应可能更多地发生,A项符合题意;平衡常数增大,丙烯腈的产率增大,B项不符合题意;副反应增多,可能导致丙烯腈产率降低,C项符合题意;反应活化能增大,并不影响平衡的移动,不会导致丙烯腈的产率变化,D项不符合题意。,真题示例,核心建模,对点演练,考点一,考点二,考点三,(3)由图(b)可知,当n(氨)/n(丙烯)在1.0左右时丙烯腈的产率达最大值,而副产物丙烯醛的产率达最小值。由反应知,V(NH3) V(O2)V(C3H6)=232,而V(O2)V(空气)15,则进料气的理论体积比约为V(NH3)V(空气)V(C3H6)=2152,即17.51。,真题示例,核心建模,对点演练,考点一,考点二,考点三,真题示例,核心建模,对点演练,考点一,考点二,考点三,(2)速率时间图:如Zn与足量盐酸的反应,反应速率随时间的变化出现如图2所示的情况,解释原因:AB段(v渐增),因反应为放热反应,随着反应的进行,温度渐高,导致反应速率增大;BC段(v渐小),则主要原因是随反应的进行,溶液中c(H+)逐渐减小,导致反应速率减小。故分析时要抓住各阶段的主要矛盾,认真分析。 图2,真题示例,核心建模,对点演练,考点一,考点二,考点三,(3)含量时间温度(压强)图:常见形式有如下几种。(C%指生成物C的质量分数;B%指反应物B的质量分数),真题示例,核心建模,对点演练,考点一,考点二,考点三,真题示例,核心建模,对点演练,考点一,考点二,考点三,真题示例,核心建模,对点演练,考点一,考点二,考点三,(4)恒压(温)线(如图3所示):该类图的纵坐标为物质的平衡浓度(c)或反应物的转化率(),横坐标为温度(T)或压强(p),常见类型如下所示:,真题示例,核心建模,对点演练,考点一,考点二,考点三,2.特殊图像 如图4所示曲线是其他条件不变时,某反应物的最大转化率()与温度(T)的关系曲线,图中标出的1、2、3、4四个点,表示v(正)v(逆)的点是3,表示v(正)v(逆)的点是1,而2、4点表示v(正)=v(逆)。,真题示例,核心建模,对点演练,考点一,考点二,考点三,解题技巧化学平衡图像题的解题技巧 1.紧扣特征。弄清可逆反应的正反应是吸热还是放热,体积增大、减小还是不变,有无固体、纯液体物质参与反应等。 2.先拐先平。在含量(转化率)时间曲线中,先出现拐点的则先达到平衡,说明该曲线反应速率快,表示温度较高、有催化剂、压强较大等。 3.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,有时还需要作辅助线。 4.三步分析法。一看反应速率是增大还是减小;二看v(正)、v(逆)的相对大小;三看化学平衡移动的方向。,真题示例,核心建模,对点演练,考点一,考点二,考点三,1.(2018江西进贤二中模拟)在一定温度不同压强(p1p2)下,可逆反应2X(g) 2Y(g)+Z(g)体系中,生成物Z在反应混合物中的体积分数()与反应时间(t)的关系有以下图示,正确的是(),答案,解析,真题示例,核心建模,对点演练,考点一,考点二,考点三,答案,解析,2.向某密闭容器中充入1 mol X与2 mol Y发生反应:X(g)+2Y(g) aZ(g)HT1 C.A点的反应速率:v正(X)= v逆(Z) D.用Y表示A、B两点的反应速率:v(A)v(B),真题示例,核心建模,对点演练,考点一,考点二,考点三,3.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)H0。某压强下的密闭容器中,按CO2和H2的物质的量比为13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,答案,解析,
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