2019版高考化学大一轮复习 第7章 化学反应的方向、限度与速率 第1讲 化学反应的方向与限度学案 鲁科版.doc

第1讲化学反应的方向与限度【2019备考】最新考纲：1.了解化学平衡常数的含义，能够利用化学平衡常数进行相关计算。2.能正确计算化学反应的转化率。考点一化学反应进行的方向(频数：难度：)1.自发过程(1)含义在一定条件下，不需要借助外力作用就能自动进行的过程。(2)特点体系趋向于从高能状态转变为低能状态(体系对外部做功或释放热量)。在密闭条件下，体系有从有序转变为无序的倾向性(无序体系更加稳定)。2.化学反应方向(1)判据(2)一般规律：H0的反应任何温度下都能自发进行；H0，S0的反应任何温度下都不能自发进行；H和S的作用相反，且相差不大时，温度对反应的方向起决定性作用。当H0，S0，S0时，高温下反应能自发进行。说明：对于一个特定的气相反应，熵变的大小取决于反应前后的气体物质的系数大小。基础判断正误(1)放热过程均可以自发进行，吸热过程均不能自发进行()(2)CaCO3CaOCO2是一个熵增的过程()(3)焓变是影响反应是否具有自发性的唯一因素()(4)H0、S0时，反应一定能自发进行()(5)吸热且熵增加的反应，当温度升高时，反应一定能自发进行()(6)10 的水结成冰，可用熵变的判据来解释反应的自发性()(7)(2015天津高考)Na与H2O的反应是熵增的放热反应，该反应能自发进行()(8)(2014天津高考)某吸热反应能自发进行，因此该反应是熵增反应()(9)(2014江苏高考)2NO(g)2CO(g)=N2(g)2CO2(g)在常温下能自发进行，则该反应的H0()(10)(2013江苏高考)反应NH3(g)HCl(g)=NH4Cl(s)在室温下可自发进行，则该反应的H0()(11)(2012江苏高考)CaCO3(s)=CaO(s)CO2(g)室温下不能自发进行，说明该反应的H0()(12)(2011江苏高考)一定温度下，反应MgCl2(l)=Mg(l)Cl2(g)的H0、S0()答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)(11)(12)题组焓变、熵变与化学反应方向的判断1.反应2AB(g)=C(g)3D(g)在高温时能自发进行，反应后体系中物质的总能量升高，则该反应的H、S应为()A.H0 B.H0，S0，S0 D.H0，S0。反应后体系中物质的总能量升高，说明正反应是吸热反应，H0。答案C2.下列说法中，正确的是()A.反应产物的总能量大于反应物的总能量时，H0B.已知反应H2(g)I2(g)2HI(g)平衡常数为K，则2H2(g)2I2(g)4HI(g)的平衡常数为2KC.H0、S0的反应在温度低时不能自发进行D.在其他外界条件不变的情况下，使用催化剂，不能改变化学反应进行的方向解析H生成物能量和反应物能量和，当反应产物的总能量大于反应物的总能量时，H0，A错误；因为相同温度下，系数变为原来的n倍，则化学平衡常数为原来的n次方，所以反应2H2(g)2I2(g)4HI(g)的平衡常数为K2，B错误；根据GHTS判断，对于H0、S0的反应在温度低时G0，反应能自发进行，C错误；催化剂只改变反应速率，不改变化学反应进行的方向，D正确。答案D3.(1)汽车燃油不完全燃烧时产生CO，有人设想按下列反应除去CO：2CO(g)=2C(s)O2(g)已知该反应的H0，简述该设想能否实现的依据：_。(2)超音速飞机在平流层飞行时，尾气中的NO会破坏臭氧层。科学家正在研究利用催化技术将尾气中的NO和CO转化成CO2和N2，化学方程式如下：2NO2CO2CO2N2。反应能够自发进行，则反应的H_0(填“”“0，不能实现。(2)该反应为熵减反应，能自发进行说明H0。答案(1)该反应是焓增、熵减的反应，任何温度下均不自发进行(2)”“(3)B探源：本考题源于教材LK选修4 P44“例1”及拓展，对化学平衡常数的理解及运用进行了考查。题组一化学平衡常数的理解及表示方法1.(2018邢台期末联考)只改变一个影响化学平衡的因素，平衡常数K与化学平衡移动的关系叙述不正确的是()A.K值不变，平衡可能移动B.平衡向右移动时，K值不一定变化C.K值有变化，平衡一定移动D.相同条件下，同一个反应的方程式的系数增大2倍，K值也增大两倍解析因改变压强或浓度引起化学平衡移动时，K值不变，A项和B项均正确；K值只与温度有关，K值发生了变化，说明体系的温度改变，则平衡一定移动，C项正确；相同条件下，同一个反应的方程式的系数增大2倍，K值应该变为K(原)2，D项错误。答案D2.(2018潍坊质检)某温度下，在一个2 L的密闭容器中，加入4 mol X和2 mol Y进行如下反应：3X(g)2Y(g)4Z(s)2W(g)，反应一段时间后达到平衡，测得生成1.6 mol Z，则下列说法正确的是()A.该反应的化学平衡常数表达式是KB.此时，Y的平衡转化率是40%C.增大该体系的压强，化学平衡常数增大D.增加Y，Y的平衡转化率增大解析化学平衡常数的表达式中不能出现固体或纯液体物质，而物质Z是固体，A错误；根据化学方程式可知，平衡时减少的Y的物质的量是1.6 mol0.8 mol，所以Y的转化率为100%40%，B正确；平衡常数只与温度有关，增大压强时平衡常数不变，C错误；增加Y后平衡右移，X的转化率增大，而Y的转化率减小，D错误。答案B3.无色气体N2O4是一种强氧化剂，为重要的火箭推进剂之一。N2O4与NO2转换的热化学方程式为：N2O4(g)2NO2(g)H24.4 kJ/mol。(1)平衡常数K可用反应体系中气体物质的分压表示，即K表达式中用平衡分压代替平衡浓度，分压总压物质的量分数例如：p(NO2)p总x(NO2)。写出上述反应平衡常数Kp的表达式_(用p总、各气体物质的量分数x表示)；影响Kp的因素为_。(2)上述反应中，正反应速率v正k正p(N2O4)，逆反应速率v逆k逆p2(NO2)，其中k正、k逆为速率常数，则Kp为_(以k正、k逆表示)。解析(1)Kp，与化学平衡常数K一样，影响Kp的因素为温度。(2)Kp，达到平衡时，v正v逆，即k正p(N2O4)k逆p2(NO2)，故Kp。答案(1)(其他合理答案亦可)温度(2)题组二化学平衡常数及转化率的求算4.(2018安徽省“江淮十校”高三第一次联考)300 时，将气体X和气体Y各0.16 mol充入10 L恒容密闭容器中，发生反应：X(g)Y(g)2Z(g)HKNC.生成乙烯的速率：v(N)一定大于v(M)D.当温度高于250 ，升高温度，催化剂的催化效率降低解析升高温度CO2的平衡转化率降低，说明平衡逆向移动，则逆反应为吸热反应，A正确；该反应的正反应是放热反应，升温平衡常数减小，B正确；化学反应速率随温度的升高而加快，催化剂在250 时催化活性最高，温度继续升高，其催化效率降低，所以v(N)有可能小于v(M)，C错误，D正确。答案C10.(2018山东潍坊统考)温度为T0时，在容积固定的密闭容器中发生反应：X(g)Y(g)Z(g)(未配平)，4 min时达到平衡，各物质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()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33.3D.该反应正反应的反应热H0解析根据题图a可知，04 min时，X、Y的浓度分别减少0.25 molL1、0.25 molL1，Z的浓度增加0.5 molL1，则化学方程式为X(g)Y(g)2Z(g)，同一反应中各物质的反应速率之比等于其系数之比，则v(X)v(Y)v(Z)，A项错误；题图a中，Y的起始浓度为0.4 molL1，平衡浓度为0.15 molL1，则Y的转化率为100%62.5%，B项错误；达到平衡时，X0.05 molL1，Y0.15 molL1，Z0.5 molL1，则平衡常数K33.3，C项正确；根据题图b可知，T1条件下反应先达到平衡，则T1T2，T2T1，温度升高，Z增大，则平衡向正反应方向移动，故正反应为吸热反应，H0，D项错误。答案C11.某温度下，反应H2(g)CO2(g)H2O(g)CO(g)的平衡常数K。该温度下，在甲、乙、丙三个恒容密闭容器中，投入H2(g)和CO2(g)，其起始浓度如表所示：起始浓度甲乙丙H2/(molL1)0.0100.0200.020CO2/(molL1)0.0100.0100.020下列判断不正确的是()A.平衡时，乙中CO2的转化率大于60%B.平衡时，甲中和丙中H2的转化率均是60%C.平衡时，丙中CO2是甲中的2倍，是0.008 molL1D.反应开始时，乙中的反应速率最快，甲中的反应速率最慢解析设甲容器中，平衡时氢气的变化浓度为x，则：K，解得x0.006 0 molL1，平衡时H2CO20.010x0.004 0 molL1，H2OCO0.006 0 molL1，(H2)100%60%。因乙中H2的起始浓度大于甲，故乙平衡相当于是甲平衡正向移动的结果，乙中CO2的转化率大于60%，A项正确；丙平衡可看作是2个甲平衡合并而成的，又因H2(g)CO2(g)H2O(g)CO(g)是平衡不受压强影响的反应，故丙平衡中物质的转化率不变，仅各物质的浓度是甲平衡中各物质浓度的2倍，所以B、C项正确；由于三组反应中丙中各物质的浓度最大，甲中各物质的浓度最小，所以丙反应速率最快，甲反应速率最慢，D项错误。答案D二、填空题12.汽车尾气已成为城市空气的主要污染源之一，其中的氮氧化物是重要污染物。(1)汽车内燃机工作时产生NO的原理如图1所示：该反应的热化学方程式为_。(2)治理尾气的方法之一是在排气管上安装催化转化器，发生如下反应：2NO(g)2CO(g)N2(g)2CO2(g)H0。若在一定温度下将2 mol NO、1 mol CO充入1 L固定容积的容器中，反应过程中各物质的浓度变化如图2所示。则从开始到达到平衡状态的过程中，平均反应速率v(CO2)_，该温度下反应的平衡常数K_。(结果保留两位有效数字)20 min时改变的条件可能是_。A.增大压强B.降低温度C.减小CO2浓度且改用更高效的催化剂D.在恒温恒容条件下，充入He气体若保持温度不变，20 min时向容器中充入CO、N2各0.6 mol，平衡将_(填“正向”“逆向”或“不”)移动，原因是_。(3)用焦炭还原NO2的反应为2NO2(g)2C(s)N2(g)2CO2(g)，在恒温条件下，向1 L密闭容器中加入不同物质的量的NO2和足量C发生该反应，测得平衡时NO2和CO2的物质的量浓度与平衡总压强的关系如图3所示，计算C点时该反应的平衡常数Kp(C)_(Kp是用平衡分压代替平衡浓度计算，分压总压物质的量分数)。解析(1)由题图1可知，破坏旧化学键吸收的能量为946 kJmol1498 kJmol11 444 kJmol1，形成新化学键所释放的能量为2632 kJmol1。故该反应的H1 444 kJmol12632 kJmol1180 kJmol1。(2)v(CO2)v(CO)0.027 molL1min1，K0.035 (Lmol1)。由题图2可知20 min25 min，N2逐渐增大，平衡向正反应方向移动且反应速率比015 min快，故选择C。(3)由题图3可知C点时NO2、CO2的浓度相等，设加入的NO2的物质的量为a mol，由三段式计算可得NO2、N2、CO2的平衡浓度分别为0.5a molL1、0.25a molL1、0.5a molL1。Kp(C)p(N2)10 MPa2 MPa。答案(1)N2(g)O2(g)=2NO(g)H180 kJmol1(2)0.027 molL1min10.035 Lmol1C不此时的Qc0.035 (Lmol1)，QcK，故平衡不移动(3)2 MPa13.(2018石家庄二检)乙苯是一种用途广泛的有机原料，可制备多种化工产品。(一)制备苯乙烯(原理如反应所示)：. (g) (g)H2(g)H1124 kJmol1(1)部分化学键的键能如表所示：化学键CHCCC=CHH键能/(kJmol1)412348x436根据反应的能量变化，计算x_。(2)工业上，在恒压设备中进行反应时，常在乙苯蒸气中通入一定量的水蒸气。用化学平衡理论解释通入水蒸气的原因为_。(3)从体系自由能变化的角度分析，反应在_(填“高温”或“低温”)下有利于其自发进行。(二)制备氯乙基苯(原理如反应所示)：. (g)Cl2(g) (g)HCl(g)H20(4)T 时，向10 L恒容密闭容器中充入2 mol乙苯(g)和2 mol Cl2(g)发生反应，5 min时达到平衡，乙苯和Cl2、氯乙基苯和HCl的物质的量浓度(c)随时间(t)变化的曲线如图1所示。图105 min内，以HCl表示的该反应速率v(HCl)_。T 时，该反应的平衡常数K_。6 min时，改变的外界条件为_。10 min时，保持其他条件不变，再向容器中充入1 mol乙苯、1 mol Cl2、1 mol 氯乙基苯和1 mol HCl，12 min时达到新平衡。在图2中画出1012 min Cl2和HCl的浓度变化曲线(曲线上标明Cl2和HCl)；05 min和012 min时间段，Cl2的转化率分别用1、2表示，则1_2。(填“”、“”或“”)图2解析(1)由题给条件可知该反应为吸热反应，即化学键断裂吸收的总能量高于形成化学键放出的总能量，不考虑苯环中化学键的变化可得：(4125348)(4123x436)124，解得x612。(2)该反应的正反应为气体分子数增大的反应，恒压设备中，通入水蒸气需增大容器容积，则平衡体系压强减小，平衡正向移动，反应物的转化率增大。(3)由GHTS，H0，S0可知该反应在高温下有利于其自发进行。(4)05 min内，v(HCl)0.032 molL1min1。由题中图1知，T 平衡时，HCl和氯乙基苯的浓度均为0.16 molL1，乙苯和氯气的浓度均为0.04 molL1，则K16。6 min后，反应物浓度逐渐减小，生成物浓度逐渐增大，平衡正向移动，则改变的条件为升高温度。画图时应注意，HCl的浓度应从0.28 molL1开始，Cl2的浓度应从0.12 molL1开始，10 min时平衡常数为81，12 min时温度与10 min时相同，平衡常数不变，根据三段式法求出12 min时各物质的浓度，12 min达到平衡时，HCl和氯乙基苯的浓度均为0.36 molL1，乙苯和氯气的浓度均为0.04 molL1。05 min Cl2的转化率1为100%80%，012 min Cl2的转化率2为100%86.7%，所以1小于2。答案(1)612(2)该反应的正反应为气体分子数增大的反应保持压强不变，通入水蒸气需增大容器容积，则平衡体系压强减小，平衡正向移动，反应物的转化率增大(3)高温(4)0.032 molL1min116升高温度如图所示