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2讲化学平衡状态及其移动课件鲁科版.ppt

第2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 1 可逆反应 2 化学平衡状态 1 概念一定条件下的可逆反应 当反应进行到一定程度时 正反应速率和逆反应速率 反应物的浓度和生成物的浓度 我们称为 化学平衡状态 简称化学平衡 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 1 教材基础判断 答案 1 2 3 4 答案 1 压强不随时间改变 2 气体的密度不随时间改变 3 A 不随时间改变 4 单位时间内生成C和D的物质的量相等答案 3 探源 本考题源于教材LK选修4P44 化学平衡 对化学平衡状态的特征及其判断依据进行了考查 题组一可逆反应进行程度的理解 A 该反应为可逆反应 故在一定条件下二氧化硫和氧气不可能全部转化为三氧化硫B 达到平衡后 反应就停止了 故此时正 逆反应速率相等且均为零C 一定条件下 向某密闭容器中加入2molSO2和1molO2 则从反应开始到达到平衡的过程中 正反应速率不断减小 逆反应速率不断增大 某一时刻 正 逆反应速率相等D 在利用上述反应生产三氧化硫时 要同时考虑反应所能达到的限度和化学反应速率两方面的问题 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 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 X2 0 2mol L 1 0 2mol L 1 Y2 0 4mol L 1 0 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 假设反应正向进行到底 X2 g Y2 g 2Z g 起始浓度 mol L 1 0 10 30 2改变浓度 mol L 1 0 10 10 2终态浓度 mol L 1 00 20 4 假设反应逆向进行到底 X2 g Y2 g 2Z g 起始浓度 mol L 1 0 10 30 2改变浓度 mol L 1 0 10 10 2终态浓度 mol L 1 0 20 40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 题组二平衡状态的判断3 在一定温度下的恒容密闭容器中 投入一定量CuO s 和CO g 发生可逆反应2CuO s CO g Cu2O s CO2 g 下列情况能说明反应达到平衡状态的是 A 生成CO的物质的量等于生成CO2的物质的量B 容器内混合气体密度保持不变C 容器内混合气体总压强保持不变D 容器内的CuO浓度保持不变 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 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 CO2 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 1 本质标志 v 正 v 逆 0 对于某一可逆反应来说 正反应消耗掉某反应物的速率等于逆反应生成该反应物的速率 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 减弱这种改变 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 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 4 平衡时 其他条件不变 分离出固体生成物 v正减慢 5 C s CO2 g 2CO g H 0 其他条件不变时 升高温度 反应速率v CO2 和CO2的平衡转化率均增大 答案 1 2 3 4 5 2 教材实验探究与考题印证 题组一外界条件对化学平衡的影响 A 升高温度 气体颜色加深 则此反应为吸热反应B 慢慢压缩气体体积 平衡向正反应方向移动 混合气体的颜色变浅C 慢慢压缩气体体积 若体积减小一半 压强增大 但小于原来的两倍D 恒温恒容时 充入稀有气体 压强增大 平衡向正反应方向移动 混合气体的颜色变浅 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 A 两个平衡状态的平衡常数的关系 K K B H2的百分含量相同C N2的转化率 平衡 平衡 D 反应放出的热量 Q Q 92 3kJ 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 归纳总结 等效平衡判断 四步曲 题组三化学平衡移动原理对工农业生产的理论指导6 化学反应原理在科研和生产中有广泛应用 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 审读说明 题目类型 类型一 从表格信息总结规律类型二 从图中信息总结规律类型三 从题中信息总结规律并作图类型四 从题中信息总结规律并分析原因 分析方法 1 提取什么 审清题 明确目标 并做好标注 2 怎么提取 分析变化趋势和斜率变化 3 答题模板 其他条件不变 随着自变量 横坐标 变化 增大或减少 XX因变量 纵坐标 逐渐 增大 减少 或者就横坐标 自变量分区作答 非单调曲线 写规律时的原则 先整体后局部 分析原因型分析方法 作图策略 答题模板 什么因素的改变使什么平衡向什么方向移动 结果是什么 分析图表信息 确定横竖坐标 做好 三点一变化 起点 终点 转折点和变化趋势 模型解题 案例1 用CaSO4代替O2与燃料CO反应 既可提高燃烧效率 又能得到高纯CO2 是一种高效 清洁 经济的新型燃烧技术 反应 为主反应 反应 和 为副反应 反应 的平衡常数的对数lgK随反应温度T的变化曲线见下图 结合各反应的 H 归纳lgK T曲线变化规律 a b 审读指导1 审题 图 时目标是什么 2 K的含义 lgK的含义 哪些量与K变化趋势一致 以反应 为例 3 该反应的自变量 因变量 4 变化趋势和斜率变化如何 受什么因素影响 答案a 放热反应的lgK随温度升高而下降b 放出或吸收热量越大的反应 其lgK受温度影响越大 案例2 研究表明 在使用等质量催化剂时 增大催化剂比表面积可提高化学反应速率 2 请在给出的坐标图中 画出上表 实验中NO2浓度随时间变化的趋势曲线图 并标明实验编号 审读指导 1 探究温度 催化剂比表面积对化学反应速率的影响时 根据控制单一变量原则 三组实验中NH3 NO2的初始浓度应相同 结合 中温度不同 中催化剂比表面积不同 则 应温度相同 2 中的催化剂比表面积比 中的小 达到平衡的时间比 长 中的催化剂比表面积相同 的反应温度较低 则达到平衡用时最长 又由题意知 该反应为放热反应 降低温度会使平衡正向移动 故平衡时 中的 NO2 要比 中的 NO2 小 答案 1 2 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 1 2013 大纲全国卷 7 反应X g Y g 2Z g H 0 达到平衡时 下列说法正确的是 A 减小容器体积 平衡向右移动B 加入催化剂 Z的产率增大C 增大 X X的转化率增大D 降低温度 Y的转化率增大 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 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 2 2016 天津理综 10 3 改编 在恒温恒容的密闭容器中 某储氢反应 MHx s yH2 g MHx 2y s H 0达到化学平衡 下列有关叙述正确的是 A 容器内气体压强增大B 吸收ymolH2只需1molMHxC 若降温 该反应的平衡常数增大D 若向容器内通入少量氢气 则v 放氢 v 吸氢 解析MHx s yH2 g MHx 2y s H 0 该反应属于气体的物质的量减小的反应 A项 平衡时气体的物质的量不变 压强不变 错误 B项 该反应为可逆反应 吸收ymolH2需要大于1molMHx 错误 C项 因为该反应正反应方向为放热反应 降温时该反应将向正反应方向移动 反应的平衡常数将增大 正确 D项 向容器内通入少量氢气 相当于增大压强 平衡正向移动 v 放氢 v 吸氢 错误 答案C 3 2017 课标全国 27 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 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