2019版高考化学大一轮复习 专题7 化学反应速率和化学平衡 第3讲 化学平衡状态及其移动课件 苏教版.ppt

第3讲化学平衡状态及其移动 2019 备考 最新考纲 1 了解化学反应的可逆性 2 了解化学平衡建立的过程 掌握化学平衡的概念 3 理解外界条件 浓度 温度 压强 催化剂等 对化学平衡的影响 认识并能用相关理论解释其一般规律 4 了解化学平衡的调控在生活 生产和科学研究领域中的重要作用 考点一可逆反应与化学平衡状态 频数 难度 相等 不变 2 建立过程在一定条件下 把某一可逆反应的反应物加入固定容积的密闭容器中 反应过程如下 以上过程可用下图表示 3 平衡特点 可逆 v 正 v 逆 浓度或百分含量 答案 1 2 3 4 答案B 答案 3 探源 本考题源于教材SJ选修4P46 化学平衡状态 对化学平衡状态的特征及其判断依据进行了考查 解析A项 可逆反应则反应物不可能完全转化为生成物 B项 达平衡时 v 正 v 逆 相等但不为零 C项 从正向开始的反应 正反应速率随反应物浓度降低而减小 逆反应速率随生成物浓度升高而增大 达平衡时 v 正 v 逆 D项 工业生产上既要提高原料的转化率 又要提高生产效率 应同时考虑反应的限度和化学反应速率两方面的问题 答案B 2 在密闭容器中进行反应 X2 g Y2 g 2Z g 已知X2 Y2 Z的起始浓度分别为0 1mol L 1 0 3mol L 1 0 2mol L 1 在一定条件下 当反应达到平衡时 各物质的浓度可能是 A Z为0 3mol L 1B Y2为0 4mol L 1C X2为0 2mol L 1D Z为0 4mol L 1解析若X2完全转化为Z 则X2 Y2 Z的浓度分别是0mol L 1 0 2mol L 1 0 4mol L 1 若Z完全转化为X2 Y2 则X2 Y2 Z的浓度分别是0 2mol L 1 0 4mol L 1 0mol L 1 反应为可逆反应 反应物不能完全转化 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 练后归纳 极端假设法确定各物质浓度范围 上述题目2可根据极端假设法判断 假设反应正向或逆向进行到底 求出各物质浓度的最大值和最小值 从而确定它们的浓度范围 平衡体系中各物质的浓度范围为X2 0 0 2 Y2 0 2 0 4 Z 0 0 4 解析生成CO的物质的量等于生成CO2的物质的量 但是时间不一定相等 故CO正 逆反应速率不一定相等 A项错误 气体总质量由小到大 当保持不变时达到平衡 B项正确 气体总物质的量始终不变 故气体压强始终不变 C项错误 氧化铜为固态 其浓度始终不变 D项错误 答案B 4 2018 湖北宜昌模拟 苯乙烯是现代石油化工产品中最重要的单体之一 在工业上 苯乙烯可由乙苯和CO2催化脱氢制得 在温度为T1时 此反应的平衡常数K 0 5 在2L密闭容器中加入乙苯 g 与CO2 反应到某时刻测得混合物中各组分的物质的量均为1 0mol 请回答下列问题 1 该时刻的化学反应 填 已达到 或 未达到 平衡状态 2 下列能说明乙苯与CO2在该条件下反应已达到平衡状态的是 填字母 a v正 CO2 v逆 CO2 b c CO2 c CO 0 5mol Lc 混合气体的密度不变d CO2的体积分数保持不变 3 若将反应改为恒压绝热条件下进行 达到平衡状态时 则乙苯的物质的量浓度 填字母 a 大于0 5mol Lb 小于0 5mol Lc 等于0 5mol Ld 无法确定 答案 1 已达到 2 ad 3 d 方法总结 判断化学平衡状态的两方法和两标志1 两方法 逆向相等 变量不变 1 逆向相等 反应速率必须一个是正反应的速率 一个是逆反应的速率 且经过换算后同一种物质的减少速率和生成速率相等 2 变量不变 如果一个量是随反应进行而改变的 当不变时为平衡状态 一个随反应的进行保持不变的量 不能作为是否是平衡状态的判断依据 2 两标志 本质标志 等价标志 考点二化学平衡移动与等效平衡 频数 难度 1 化学平衡的移动 平衡移动就是由一个 平衡状态 不平衡状态 新平衡状态 的过程 一定条件下的平衡体系 条件改变后 平衡可能发生移动 如下所示 2 化学平衡移动与化学反应速率的关系 v正 v逆 平衡向 移动 v正 v逆 反应达到平衡状态 平衡移动 v正 v逆 平衡向 移动 正反应方向 不发生 逆反应方向 3 外界因素对化学平衡移动的影响 正 逆 减小 增大 不移动 吸热 放热 不能 4 勒夏特列原理 如果改变影响化学平衡的条件之一 如温度 压强 以及参加反应的化学物质的浓度 平衡将向着能够 的方向移动 化学平衡移动的目的是 减弱 外界条件的改变 而不是 抵消 外界条件的改变 改变是不可逆转的 新平衡时此物理量更靠近于改变的方向 5 等效平衡 定义 在一定条件下 恒温恒容或恒温恒压 下 同一可逆反应体系 不管是从正反应开始 还是从逆反应开始 还是正 逆反应同时投料 达到化学平衡状态时 任何相同组分的百分含量 质量分数 物质的量分数 体积分数等 均相同 减弱这种改变 等效平衡分类及规律 1 教材基础知识判断 1 化学平衡发生移动 化学反应速率一定改变 化学反应速率改变 化学平衡也一定发生移动 2 升高温度 平衡向吸热反应方向移动 此时v放减小 v吸增大 3 合成氨反应需要使用催化剂 说明催化剂可以促进该平衡向生成氨的方向移动 所以也可以用勒夏特列原理解释使用催化剂的原因 答案 1 2 3 4 5 解析反应达平衡后 保持温度不变 将容器体积增加一倍 最终测得A的物质的量的浓度变为原来的一半 说明减小压强 平衡没有发生移动 即a b c 由于平衡不发生移动 故物质B的质量分数不变 D项符合题意 答案D 解析升高温度 气体颜色加深 则平衡向逆反应方向移动 故正反应为放热反应 A错误 首先假设平衡不移动 增大压强 气体颜色加深 但平衡向正反应方向移动 使混合气体的颜色在加深后的基础上变浅 但一定比原平衡的颜色深 B错误 同理C项 首先假设平衡不移动 若体积减小一半 则压强变为原来的两倍 但平衡向正反应方向移动 使压强在原平衡两倍的基础上减小 正确 体积不变 反应物及生成物浓度不变 正 逆反应速率均不变 平衡不移动 颜色不变化 D错误 答案C 解析升温 平衡向吸热反应的方向移动 即逆向移动 X的转化率变小 A项正确 增大压强 平衡向气体分子数减小的方向移动 即正向移动 X的物质的量减小 但由于容器体积减小 各组分的浓度均比原平衡的大 故B项错误 增大一种反应物的浓度 能够提高另一种反应物的转化率 而其本身的转化率降低 故C项错误 催化剂只能改变反应速率 不影响平衡状态 故各物质的体积分数不变 D项错误 答案A 3 用O2将HCl转化为Cl2 可提高效益 减少污染 新型RuO2催化剂对上述HCl转化为Cl2的总反应具有更好的催化活性 实验测得在一定压强下 总反应的HCl平衡转化率随温度变化的 HCl T曲线如下图 1 则总反应的 H 0 填 或 A B两点的平衡常数K A 与K B 中较大的是 2 在上述实验中若压缩体积使压强增大 请在上图画出相应 HCl T曲线的示意图 并简要说明理由 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 使用更好的催化剂D 移去H2O 答案 1 K A 2 见下图温度相同的条件下 增大压强 平衡右移 HCl增大 因此曲线应在原曲线上方 3 BD 方法总结 解答化学平衡移动类试题的一般思路 上述四种情况达到平衡后 n CO 的大小顺序是 A 乙 丁 甲 丙B 甲 乙 丙 丁C 乙 甲 丁 丙D 丁 丙 乙 甲 解析四种情况的反应物起始量可折合成下表情况 所以乙和丁相当于提高了反应物 CO2 的初始量 平衡向正反应方向移动 n CO 相对于甲和丙提高 故有乙 丁 甲 丙 答案A 解析两平衡的温度相同 故平衡常数K K 两容器中的反应物都可以转化为1molN2和3molH2 故两个平衡是等效平衡 且两平衡中H2的百分含量相同 但反应是可逆反应不能进行彻底 平衡 中已经有一部分NH3 反应放出的热量 Q Q 且都小于92 3kJ N2的转化率 平衡 平衡 答案B 试题分析 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 考查意图 本题以 丙烯氨氧化法 生产一种重要的有机化工原料 丙烯腈为背景 综合考查了化学反应方向的判断 反应条件的控制 影响化学平衡的因素 平衡常数K与温度T的关系 活化能与温度的关系 简单物质的量的计算等知识点 题目应用物质的性质 反应原理和规律 从 物质变化是有条件的 角度来分析化学反应条件的控制以及物质之间的转化 通过对图像的观察 从 模型 分类与比较 定性与定量 化学与社会和谐发展 的角度考查考生结合已有知识进行图文转换 加工信息和正确表达思维历程及结论的能力 试题以实际生产为背景 体现了新课程标准化学与生产 生活密切联系的要求 体现了化学的学科价值和社会价值 考查了 绿色应用 的化学核心素养 试题以多种方式呈现信息 有利于不同思维习惯的考生快速摄取关键信息 试题设问灵活 有利于考生多元化思维的发挥 题目要求考生具有思维的深刻性 敏捷性 批判性和独创性 具有接受 吸收和整合化学信息的能力以及分析和解答 解决 化学问题的能力 本题抽样统计难度为0 34 解题思路 化学反应的方向的判断也就是化学反应能否自发进行的问题 可以通过焓判据做出判断 因为两个反应均为放热量大的反应 故两个反应在热力学上趋势均很大 因为该反应为气体体积增大的放热反应 所以降低温度 降低压强有利于提高丙烯腈的平衡产率 由图 a 可知 提高丙烯腈反应选择性的关键因素是催化剂 由于反应 的 H 0 升高温度 K减小 而图 a 中的产率增大 因此图 a 中低于460 的产率 不是对应温度下的平衡产率 温度升高 K减少 活化能不变 故高于460 时 丙烯腈的产率降低可能是催化剂的活性降低和副反应增多造成的 根据图像 b 可知 当n 氨 n 丙烯 约为1时 该比例下丙烯腈产率最高 而副产物丙烯醛产率最低 根据化学反应C3H6 g NH3 g 3 2O2 g C3H3N g 3H2O g 氨气 氧气 丙烯按1 1 5 1的体积比加入反应达到最佳状态 而空气中氧气约占20 所以进料氨 空气 丙烯的理论体积约为1 7 5 1 教学中一定建构解题模型 积累解题方法 用化工生产的实际问题设计问题线索 进而组织教学 学生对 热力学 这一概念未必都能理解 正确答案 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1 7 5 1 真题演练 解析根据该反应的特点结合平衡移动原理逐项分析 A项该反应为反应前后气体物质的量不变的反应 平衡不受压强影响 减小容器体积 平衡不移动 B项催化剂不能使平衡移动 不改变产物的产率 C项增大c X 平衡正向移动 Y的转化率增大 X本身的转化率反而减小 D项该反应的正反应是放热反应 降低温度 平衡正向移动 Y的转化率增大 答案D 答案C 图 a 是反应 平衡转化率与反应温度及压强的关系图 x 0 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 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 解析 1 由a图可以看出 温度相同时 由0 1MPa变化到xMPa 丁烷的转化率增大 即平衡正向移动 所以x的压强更小 x 0 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 反应 正向进行时体积增大 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 反应初期 H2可以活化催化剂 进料气中n 氢气 n 丁烷 较小 丁烷浓度大 反应向正反应方向进行的程度大 丁烯转化率升高 然后进料气中n 氢气 n 丁烷 增大 原料中过量的H2会使反应 平衡逆向移动 所以丁烯产率下降 3 590 之前 温度升高时反应速率加快 生成的丁烯会更多 同时由于反应 是吸热反应 升高温度平衡正向移动 平衡体系中会含有更多的丁烯 而温度超过590 时 由于丁烷高温会裂解生成短链烃类 所以参加反应 的丁烷也就相应减少 答案 1 小于AD 2 原料中过量H2会使反应 平衡逆向移动 所以丁烯产率下降 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温度高于590 时有更多的C4H10裂解导致产率降低 热点说明 化学平衡在化工生产中有非常重要的应用 尤其是控制合适的反应条件使平衡向着理想的方向移动 近几年来涉及面非常广 如2017 全国 卷T27 2016 全国 卷T27 2016 四川卷T11 2016 海南卷T16 2016 天津卷T10 2015 全国卷 T27 2015 浙江卷T28 2015 北京卷T26 2014 天津卷T10 2014 全国卷 T28等均对化学反应速率 化学平衡理论进行了考查 1 总体原则 1 化工生产适宜条件选择的一般原则 2 平衡类问题需考虑的几个方面 原料的来源 除杂 尤其考虑杂质对平衡的影响 原料的循环利用 产物的污染处理 产物的酸碱性对反应的影响 气体产物的压强对平衡造成的影响 改变外界条件对多平衡体系的影响 3 反应条件的选择 4 原料气的充分利用合成氨反应的转化率较低 从原料充分利用的角度分析 工业生产中可采用循环操作的方法可提高原料的利用率 物质制备适宜条件的选择 模型解题 解析这是一个放热的熵减反应 只有当 H T S 0时 该反应才能自发进行 A错误 加入过量的B 可以提高A的转化率 B正确 升高温度 平衡逆向移动 反应物的转化率降低 C错误 使用催化剂只能改变反应速率 不能使平衡发生移动 不能提高反应物的转化率 D错误 答案B 解析第一步产生的H2使第二步的平衡逆移 故应先进行分离 第二步反应为放热反应 温度过低 反应速率太小而影响产量 温度过高则对平衡不利 且要考虑催化剂的活性 故应选择适当的温度和催化剂 故 正确 错 增大廉价易得的水蒸气浓度可提高转化率 正确 压强对第二步反应无影响 不必采取高压 错 增大CO浓度并未提高主要原材料C的利用率 错 答案D 平衡原理对工农业生产的理论指导 解析 1 由题意可知 未提纯的TaS2粉末变成纯净TaS2晶体 要经过两步转化 TaS2 2I2 TaI4 S2 TaI4 S2 TaS2 2I2 即反应 先在温度T2端正向进行 后在温度T1端逆向进行 反应 的 H大于0 因此温度T1小于T2 该过程中循环使用的物质是I2 2 从图像来看 随着温度的升高 CO的转化率变小 故 H 0 综合温度 压强对CO转化率的影响来看 在题给压强下 CO的转化率已经很大 不必再增大压强 答案 1 I2 2 在1 3 104kPa下 CO的转化率已较高 再增大压强CO转化率提高不大 同时生产成本增加 得不偿失