平衡河南省教师原创 新课标高考化学总复习讲义：第7章 第3节化学平衡的移动和化学反应的方向(含答案解析

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第三节 化学平衡的移动和化学反应的方向

[考纲定位] 1.理解外界条件(浓度、 温度、 压强、 催化剂等)对化学平衡的影响,认识其一般规律。 2.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。

知识点一 影响化学平衡的因素

在一定条件下, aA(g)+bB(g)mC(g)+nD(g) ΔH<0达到了平衡状态,若其它条件不变,改变下列条件对平衡的影响如下:

方向移规律——勒夏特列原理

如果改变影响平衡的条件之一(如浓度、 压强或温度),平衡就向着能够减弱这种改变的方向移动。

小提醒:,某一可逆反应,一定条件下达到平衡状态,若化学反应速率改变了,化学平衡不一定发生移动,如加入催化剂;但若平衡发生移动,化学反应速率一定改变。

巩固练习:

1.一定条件下C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) ΔH>0,其它条件不变,改变下列条件:

(1)增大压强,正反应速率 、 逆反应速率 ,平衡 移动;

(2)升高温度,正反应速率 、 逆反应速率 ,平衡 移动;

(3)充入水蒸气,反应速率 ,平衡 移动;

(4)加入碳,反应速率 ,平衡 移动;

(5)加入催化剂,反应速率 ,平衡 移动。

答案:(1)增大 增大 逆反应方向

(2)增大 增大 正反应方向

(3)增大 正反应方向

(4)不变,不 (5)增大 不

2.对于反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g), 向密闭容器中充入2 mol SO2和1 mol O2,一定温度下达到平衡, c(SO2)=a mol/L,c(SO3)=b mol/L,若将容器缩小为原来的mol/L。 (填”>””<”或”=”)。

答案:< < >

知识点二 化学反应进行的方向

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:①体系趋向于从高能量状态转变为低能量状态(体系对外部做功或释放能量);

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②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.熵

(1)熵是量度体系混乱度程度的物理量,符号为S。

(2)当物质由固体变为液体或气体时,体系的混乱度增大,即ΔS>0,当物质由液体变为气体时,体系的混乱度增大,即ΔS>0。反之,ΔS<0。

3.化学反应的方向的判据

小提醒:对于ΔH>0,ΔS>0的吸热反应,高温下反应可自发进行;对于ΔH<0,ΔS<0的放热反应,低温下,反应可自发进行;对于ΔH<0,ΔS>0的反应,任何温度均可自发进行;对于ΔH>0,ΔS<0的反应,任何温度均不能自发。

巩固练习:

3.下列说法是否正确?(填”√”或”×”)

(1)化学反应总是伴随着能量变化

(2)能够自发进行的反应不一定都是放热反应

(3)只有放热反应才能够自发进行

(4)能够自发进行的反应就一定能够发生并完成

(5)若一个反应的ΔH>0,ΔS<0,该反应一定不能自发进行

(6)同一物质:固体→液体→气体变化是焓增和熵增的过程

答案:(1)√ (2)√ (3)× (4)× (5)√ (6)√

4.下列说法正确的是

A.ΔH<0、 ΔS>0的反应在温度低时不能自发进行

B.NH4HCO3(s)=NH3(g)+H2O(g)+CO2(g) ΔH=+185.57 kJ/mol能自发进行,原因是体系有自发地向混乱度增加的方向转变的倾向

C.因为焓变和熵变都与反应的自发性有关,因此焓变或熵变均能够单独作为反应自发性的判据

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D.在其它外界条件不变的情况下,使用催化剂,能够改变化学反应进行的方向

答案:B

解析:ΔH<0、 ΔS>0,则ΔG<0,任何温度下反应都能自发进行,A错误,B正确;用焓变和熵变判断反应的自发性,都有例外,故都不能单独作为反应自发性的判据,而应用复合判据, C错误;使用催化剂只能降低反应的活化能,不能改变反应的方向,D错误。

一

考点 [047] 化学平衡移动

一、 化学平衡移动的分析思路

二、 平衡移动的几种特殊情况

1.当反应混合物中存在与其它物质不相混溶的固体或纯液体物质时, 由于其”浓度”是恒定的,不随其量的增减而变化,故改变这些固体或纯液体的量,对平衡无影响。

2.反应实例2NO2 N2O4

三、 ”无关气体”对化学平衡的影响

1.恒温、 恒容条件

原平衡体系――――充―入―无―关―气―体―――→体系总压强增大→体系中各反应成分的浓度不变→平衡不移动。

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2.恒温、 恒压条件:

原平衡体系――充―入―无―关―气―体―→容器容积增大

体系中各组分的浓度同倍数减小(等效于减压)→

3.同等程度地改变反应混合物中各物质的浓度时,应视为压强的改变。如恒温恒容条件下,N2+3 H2 2NH3达到平衡时,n(N2):n(H2):n(NH3)=1:2:3,若再向该容器充入1 mol N2、 2 mol H2和3 mol NH3时平衡向正方向移动。

四、 勒夏特列原理的理解

1.原理的适用范围是只有一个条件变化的情况(温度或压强或一种物质的浓度),当多个条件同时发生变化时,情况比较复杂。

2.这种”减弱”并不能抵消外界条件的变化,更不会”超越”这种变化。如原平衡体系的压强为p,若其它条件不变,将体系压强增大到2p,平衡将向气体体积减小的方向移动,达到新平衡时的体系压强将介于p2p之间。

——————[1个示范例]——————

( ·南京市模拟)将水蒸气经过红热的碳即可产生水煤气,反应为C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) ΔH=+131.5kJ·mo l-1

(1)下列措施中,能提高碳的转化率的是 (填字母序号)。a.容器的容积不变,增加水蒸气的物质的量B.缩小容器的容积,增大压强

C.扩大容器的容积,减小压强D.其它条件不变,升高温度 e.压强不变,充入He气 f.及时将水煤气从容器中移走 g.加入催化剂 h.采取措施使化学平衡常数K增大

(2)当改变条件使化学平衡向正反应方向移动时,下列叙述正确的是 (填字母序号)。a.CO的质量分数一定增加B.CO的产量一定增加c.反应物的转化率一定增大D.反应物的浓度一定降低 e.生成CO的速率一定大于生成H2O的速率 f.正反应速率一定增大 g.逆反应速率一定减小 h.能够增加碳的质量,使平衡向正反应方向移动 i.c(H2O)/c(CO)的值一定减小 j.化学平衡常数K一定增大

解析:(1)依据转化率α=

均能使平衡右移,碳起始的物质的量不变,碳转化的物质的量增大,符合;b平衡向左移动,使碳转化的物质的量减小,不符合;e相当于减压,使平衡右移,碳转化的物质的量增大,符合; g平衡不移动,不符合, h化学平衡常数K只随温度变化,因此采取的措施一定是升高温度,符合。 (2)加入水蒸气平衡右移,水的转化率降低、水蒸气浓度增大,化学平衡常数不变,因此c、 d、 j均错,CO质量分数,减小CO的浓度,平衡右移,CO的质量、 气体的总质量均减小,但CO的质量减小的多,因此a错误;加入水蒸气平衡右移, c(H2O)、 c(CO)均增大,但c(H2O)增大的多, i错误;平衡右移生成物的产量一定增大,b正确;平衡向正反应方向移动, 因此v(正)>v(逆),e正确, 由减压,平衡向正反应方向移动,正逆反应速率均降低,f错误; 由升高温度可知g错误;碳是固体,可知h错误。

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答案:(1)a、 c、 d、 e、 f、 h (2)b、 e

——————[2个预测练]——————

考向预测1 判断平衡移动的方向

1.( ·上海高考节选)工业上用化学气相沉积法制备氮化硅,其反应如下:

3 SiCl4(g)+2N2(g)+6H2(g)

完成下列填空:

(1)上述反应达到平衡后,下列说法正确的是 。a.其它条件不变,压强增大,平衡常数K减小b.其它条件不变,温度升高,平衡常数K减小c.其它条件不变,增大S i3 N4物质的量平衡向左移动d.其它条件不变,增大HCl物质的量平衡向左移动

(2)若平衡时H2和HCl的物质的量之比为mn,保持其它条件不变,降低温度后达到新的平衡时,H2和HCl的物质的量之比填”>”、 ”=”或”<”)。

解析:(1)因反应为放热反应,故反应达到平衡后,升高温度,平衡逆向移动,平衡常数K减小,b正确;温度不变,加压或改变反应物的浓度等平衡常数不变, a错误;其它条件不变,增加固体S i3 N4平衡不移动, c错误;其它条件不变,增大HCl的物质的量,平衡向消耗HCl的逆反应方向移动,d正确。

(2)降低温度,化学平衡向放热反应方向移动,即正向移动,n(H2)减小,n(HCl)增大,小。

答案:(1)bd (2)<

考向预测2 勒夏特列原理的含义

2.下列措施或操作不能用勒夏特列原理解释的是

A.工业合成氨加入高效催化剂提高经济效益

B.工业合成SO3:2SO2+O2的浓度

C.对于2NO2(g) N2O4(g)反应,压缩体积提高NO2的转化率

D.对于2SO2(g)+O2(g) 2SO3 ΔH<0,升高温度,SO2的转化率减小

解析:加催化剂,只改变反应速率不改变平衡状态。

答案:A

考点二[048] 化学平衡的综合图象分析

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一、 常见平衡图象的类型

1.含量时间温度(压强)图:常见形式有如下几种。

(C%指产物的质量分数;B%指某反应物的质量分数)

(T2>T1,正反应为吸热反应)

(p1>p2,正反应为气体体积减小的反应)

2.恒压(温)线:该类图的纵坐标为物质的平衡浓度(c)或反应物的转化率(α),横坐标为温度(T)或压强(p),常见类型有

3.其它

(1)如右图,对于化学反应mA(g)+nB(g) ≒ qC(g)+pD(g),M点前,表示从反应物开始,则v(正)>v(逆);M点为刚好达到平衡点。M点后为平衡受温度的影响情况,即升温,A%增加,平衡左移,ΔH<0。

(2)如右图,对于化学反应mA(g)+nB(g) qC(g+)pD(g), l线上所有的点都是平衡点。在上方(E点),A%大于此压强时平衡体系中的A%,因此,E点v(正)>v(逆);在下方(F点),A%小于此压强时平衡体系中的A%,则v(正)<v(逆)。

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(3)如下图,对于aA(g)+bB(g) ≒ cC(g)反应,n(A)、 n(B)是A、 B的物质的量,交点n(A):n(B)=a:b。

二、 分析图象的4种方法策略

1.看图像:一看轴,即纵、 横坐标的意义;二看点:即起点、 拐点、 交点、 终点;三看线,即线的走向和变化趋势; 四看辅助线,即等温线、 等压线、 平衡线等;五看量的变化,如浓度变化、 温度变化、 转化率变化、 物质的量的变化等。

2.依据图像信息,利用平衡移动原理,分析可逆反应的特征:吸热还是放热,气体的化学计量数增大、 减小还是不变,有无固体或纯液体参加或生成等。

3.先拐先平:在化学平衡图像中,先出现拐点的反应先达到平衡,可能是该反应的温度高、 浓度大、 压强大或使用了催化剂。

4.定一议二:勒夏特列原理只适用于一个条件的改变,因此图像中有三个变量,先固定一个量,再讨论另外两个量的关系。

——————[1个示范例]——————

( ·安徽高考)一定条件下,经过下列反应能够制备特种陶瓷的原料Mg O:

MgSO4(s)+CO(g) MgO(s+)CO2(g)+SO2(g) ΔH>0

该反应在恒容的密闭容器中达到平衡后,若仅改变图中横坐标x的值,重新达到平衡后,纵坐标y随x变化趋势合理的是

解析:经过题给条件,判断平衡移动的方向,分析平衡移动后各量的变化规律,再结合图像进行判断。 ,考向预测1 根据图像确定反应特点

3.一定条件下,下列反应中水蒸气含量随反应时间的变化趋势符合下图的是

A.CO2(g)+2NH3(g) CO(NH2)2(s)+H2O(g) ΔH<0

B.CO2(g)+H2(g) COg()+H2O(g) ΔH>0

C.CH3 C H2O H(g) CH2=C H2(g)+H2O(g) ΔH>0

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D.2C6H5CH2CH3(g)+O2(g) 2C6H5CH=CH2(g)+2H2O(g) ΔH<0

解析:观察图象可知,达到平衡用的时间短反应速率快,T2>T1、 p1>p2。升高温度水蒸气的百分含量降低,说明平衡逆向移动,正反应放热, ΔH<0;增大压强水蒸气的百分含量增大,说明平衡正向移动,正反应气体分子数减少,综合分析A选项中反应符合要求。

答案:A

A.该反应的正反应是吸热反应,当升高温度时,平衡向正反应方向移动,生成气体的质量增加, 由于容器的容积不变,因此容器内混合气体的密度增大,A项正确。 B.方法一:增大CO的物质的量,平衡向正反应方向移动,生成CO2的量虽然增多,但平衡时CO增加的量要比CO2增加的量要多,因此CO2与CO的物质的量之比减小。方法二:因为容器的容积不变,增加CO的物质的量,相当于增加了CO的浓度, 由于反应物中只有CO为气体,根据”等效平衡”原理,增加CO的物质的量的过程能够看作是增大压强的过程,即平衡向逆反应方向移动,因此CO2与CO的物质的量之比应该减小。

C.增加SO2的浓度,虽然平衡向逆反应方向移动,但由于温度没有改变,因此平衡常数K不变。 D.MgSO4是固体,虽然它的质量增加了,但平衡并不发生移动,因此CO的转化率不会因为MgSO4质量的增加而增大。

答案:A

——————[2个预测练]——————

考向预测2 综合图像考查

4.( ·马鞍山模拟)有一反应:2A+B 2C,其中A、 B、 C均为气体,如图中的曲线是该反应在不同温度下的平衡曲线,x轴表示温度,y轴表示B的转化率,图中有a、 b、 c三点,则下列描述正确的是

A.该反应是放热反应

B.b点时混合气体的平均摩尔质量不再变化

C.T1温度下若由a点达到平衡,能够采取增大压强的方法

D.c点v(正)<v(逆)

解析:由于温度升高,B的转化率增大,说明平衡正向移动,推知该反应是吸热反应,A错。在T1温度下, 由a点达到平衡时,B的转化率不断减小,若采取加压措施,结合化学方程式可知B的转化率会不断增大,故C错。在T2温度下,c点会达到平衡状态,此过程中B的转化率不断增大,说明该过程v(正)>v(逆),D错。

答案:B

平衡转化率的变化分析方法

1.当改变温度或压强时平衡向正反应方向移动,平衡转化率一定增大。

2.当两种或两种以上的可逆反应,增加一种反应物的浓度,平衡向正向移动,其它反应物的转化率增大而本身转化率降低。

3.当只改变生成物的浓度,平衡向正向移动,平衡转化率一定增大。

4.对于aA(g) ≒bB(g)+cC(g)反应,加入一定的A建立平衡体系

(1)如果在恒温恒容下再加入A物质,达到新平衡时A的转化率有下列三种情况

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①a=b+c,A的转化率不变

②a>b+c,A的转化率增大

③a<b+c,A的转化率减小

(2)如果在恒温恒压下再加入A物质,达到新平衡时A的转化率不变。

5.对于aA(g)+bB(g) cC(g反)应,加入amolA和b mol B建立平衡体系。如在恒温恒容下按n(A):n(B)=a:b的量加入A、B,A、 B转化率有下列三种情况 ①a+b=c,A、 B转化率不变 ②a+b>c,A、 B转化率增大 ③a+b<c,A、 B转化率减小。

6.如果某一反应达到平衡,在恒温恒容下再按原平衡各组分的物质的比加入各组分,反应物的转化率变化按增大压强分析。

在恒温恒容条件下,将2 mol SO2和1 mol O2充入密闭容器中,发生反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH<0,充分反应达到平衡,改变下列条件达到平衡时SO2的转化率如何改变?(增大或减小或不变)

(1)在相同条件下,再充入1 mol O2气体 。

(2)在相同条件下,再充入1 mol SO2和0.5 mol O2 。

(3)升高温度 。

(4)在相同条件,充入He气 。

答案:(1)增大 (2)增大 (3)减小 (4)不变

解析:(1)再充入1 mol O2,平衡右移,SO2转化率增大。

(2)再充入1 mol SO2和0.5 mol O2。加入的量比没有改变,平衡时压强增大,正反应方向程度大,SO2的转化率增大。

(3)升温,平衡向吸热方向移动即逆向移动,SO2的转化率减小。

(4)恒温恒容充入惰气He,平衡不移动,SO2的转化率不变。

1.(选修4P32T6改编)在密闭容器中的一定量混合气体发生反应:xA(g)+yB(g)zC(g)。平衡时测得A的浓度为0.50 mol·L-1 ,保持温度不变,将容器的容积扩大到原来的两倍,再达平衡时,测得A的浓度降低为0.30 mol·L-1 。下列有关判断正确的是

A.x+y<z B.平衡向正反应方向移动

C.B的转化率增大 D.C的体积分数下降

答案:D

解析:假设平衡不移动逆向是气体体积增大的方向,即x+y>z。

2.(选修4P32T8)2.0 mol PCl3和 1.0 mol Cl2充入体积不变的密闭容器中,在一定条件下发生下述反应:PCl3(g)+Cl2(g) PC5l(g)。达平衡时,PCl5为0.40 mol,如果此时移走1.0 mol PCl3和0.50 mol Cl2,在相同温度下再达平衡时PCl5的物质的量是

A.0.40mol B.0.20mol C.小于0.20mol D.大于0.20mol,小于0.40mol

答案:C