精品新高考化学第一轮复习第七章第3讲化学平衡常数化学反应进行的方向优质课教案.docx
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精品新高考化学第一轮复习第七章第3讲化学平衡常数化学反应进行的方向优质课教案
第3讲 平衡常、反应进行的方向
[考纲要求] 1解平衡常的含义并能进行简单计算。
2了解反应的方向与反应的焓变与熵变的关系。
3掌握反应在一定条件下能否自发进行的判断依据,能够利用反应的焓变和熵变判断反应的方向。
考点一 平衡常
1.概念
在一定温度下,当一个可逆反应达到平衡时,生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值是一个常,用符号表示。
2.表达式
对于反应A(g)+B(g)p(g)+qD(g),
=(固体和纯液体的浓度视为常,通常不计入平衡常表达式中)。
3.意义
(1)值越大,反应物的转率越大,正反应进行的程度越大。
(2)只受温度影响,与反应物或生成物的浓度变无关。
(3)平衡常是指某一具体反应的平衡常。
深度思考
1.对于N2+3H22NH3 1
2NH3N2+3H2 2
试分别写出平衡常表达式,并判断其关系
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 1=
2=
1=
2.试写出下面可逆反应的平衡常表达式:
()+H2O(g)O(g)+H2(g)
=________________________________________________________________________。
答案 =
3.平衡常只受温度的影响,温度升高,平衡常是增大还是减小?
答案 温度升高平衡常的变要视反应而定,若正反应是吸热反应,则温度升高值增大,反之则减小。
4.对于一个可逆反应,计量扩大或缩小,平衡常表达式是否改变?
是什么关系?
转率是否相同?
试举例说明。
答案 对于一个可逆反应,计量不一样,平衡常表达式也就不一样,但对应物质的转率相同。
例如:
(1)A(g)+bB(g)c(g) 1=
(2)A(g)+bB(g)c(g)
2==或1=
无论
(1)还是
(2),A或B的转率是相同的。
5.判断正误,正确的划“√”,错误的划“×”
(1)平衡常表达式中,可以是物质的任一浓度( )
(2)催剂能改变反应速率,也能改变平衡常( )
(3)平衡常发生变,平衡不一定发生移动( )
(4)平衡发生移动,平衡常不一定发生变( )
答案
(1)×
(2)× (3)× (4)√
题组一 平衡常及其影响因素
1.温度为T℃时,在体积为10L的真空容器中通入100氢气和100碘蒸气,20后,反应达到平衡,此时测得碘蒸气的浓度为0020·L-1。
涉及的反应可以用下面的两个方程式表示:
①H2(g)+I2(g)2HI(g)
②2H2(g)+2I2(g)4HI(g)
下列说法正确的是( )
A.反应速率用HI表示时,v(HI)=0008·L-1·-1
B.两个方程式的意义相同,但其平衡常表达式不同,不过计算所得值相同
.氢气在两个反应方程式中的转率不同
D.第二个反应中,增大压强平衡向生成HI的方向移动
答案 A
解析 H2(g)+I2(g)2HI(g)
初始浓度
(·L-1)010001000
平衡浓度
(·L-1)002000200160
转浓度
(·L-1)008000800160
所以,v(HI)=0160·L-1÷20=0008·L-1·-1,A正确;①==64,而②===642=4096,故选项B错;两个方程式表示的是一个反应,反应达到平衡时,氢气的浓度相同,故其转率相同,错;两个反应相同,只是表达形式不同,压强的改变对平衡的移动没有影响,D错。
2.已知反应①:
O(g)+O()O2(g)+()和反应②:
H2(g)+O()()+H2O(g)在相同的某温度下的平衡常分别为1和2,该温度下反应③:
O(g)+H2O(g)O2(g)+H2(g)的平衡常为。
则下列说法正确的是( )
A.反应①的平衡常1=
B.反应③的平衡常=
.对于反应③,恒容时,温度升高,H2浓度减小,则该反应的焓变为正值
D.对于反应③,恒温恒容下,增大压强,H2浓度一定减小
答案 B
解析 在书写平衡常表达式时,纯固体不能表示在平衡常表达式中,A错误;由于反应③=反应①-反应②,因此平衡常=,B正确;反应③中,温度升高,H2浓度减小,则平衡左移,即逆反应为吸热反应,正反应为放热反应,因此ΔH<0,错误;对于反应③,在恒温恒容下,增大压强,如充入惰性气体,则平衡不移动,H2的浓度不变,D错误。
题组二 平衡常及其应用
3.在体积为1L的密闭容器中,进行如下反应:
O2(g)+H2(g)O(g)+H2O(g),平衡常与温度T的关系如下表:
T/℃
700
800
850
1000
1200
06
09
10
17
26
回答下列问题:
(1)升高温度,平衡向________(填“正反应”或“逆反应”)方向移动。
(2)能判断该反应达到平衡状态的依据是________。
A.c(O2)=c(O) B.不变
.容器中的压强不变 D.v正(H2)=v正(O2)
E.c(H2)保持不变
(3)若某温度下,平衡浓度符合下列关系:
c(O2)·c(H2)=c(O)·c(H2O),此时的温度为__________;在此温度下,若该容器中含有1O2、12H2、075O、15H2O,则此时反应所处的状态为__________(填“向正反应方向进行中”、“向逆反应方向进行中”或“平衡状态”)。
答案
(1)正反应
(2)E
(3)850℃ 向正反应方向进行中
解析
(1)由表格据可得,随着温度升高,平衡常增大,说明平衡向正反应方向移动;
(2)A项,达到平衡时c(O2)不一定等于c(O),反之相等时也不一定处于平衡状态;B项,温度不变不变,不正确;项,此反应不论是否平衡,压强均不改变,故不正确;D项,v正(O2)与v正(H2)表示的反应方向一致,故不能判断是否达到平衡;E项,达到平衡时,各种反应物、生成物的浓度保持不变。
(3)由c(O2)·c(H2)=c(O)·c(H2O),则计算出=10,即此时温度为850℃,此温度下==094<10,故反应向正反应方向进行中。
借助平衡常可以判断一个
反应是否达到平衡状态
对于可逆反应A(g)+bB(g)c(g)+dD(g),在一定温度下的任意时刻,反应物与生成物浓度有如下关系:
=Q,称为浓度商。
Q
考点二 有关平衡的计算
1.分析三个量:
即起始量、变量、平衡量。
2.明确三个关系:
(1)对于同一反应物,起始量-变量=平衡量。
(2)对于同一生成物,起始量+变量=平衡量。
(3)各转量之比等于各反应物的计量之比。
3.计算方法:
三段式法
平衡计算模式:
对以下反应:
A(g)+B(g)p(g)+qD(g),令A、B起始物质的量()分别为、b,达到平衡后,A的消耗量为,容器容积为VL。
A(g) + B(g)p(g)+qD(g)
起始()b00
变()pq
平衡()-b-pq
则有:
(1)=
(2)c平(A)=(·L-1)。
(3)α(A)平=×100%,α(A)∶α(B)=∶=。
(4)φ(A)=×100%。
(5)=。
(6)(混)=(g·L-1)。
(7)=(g·-1)。
题组一 有关转率的计算及判断
1.已知可逆反应:
M(g)+N(g)P(g)+Q(g) ΔH>0,请回答下列问题:
(1)在某温度下,反应物的起始浓度分别为c(M)=1·L-1,c(N)=24·L-1;达到平衡后,M的转率为60%,此时N的转率为________;
(2)若反应温度升高,M的转率________(填“增大”、“减小”或“不变”);
(3)若反应温度不变,反应物的起始浓度分别为c(M)=4·L-1,c(N)=·L-1;达到平衡后,c(P)=2·L-1,=________;
(4)若反应温度不变,反应物的起始浓度为c(M)=c(N)=b·L-1,达到平衡后,M的转率为________。
答案
(1)25%
(2)增大 (3)6 (4)41%
解析
(1) M(g) + N(g) P(g)+ Q(g)
始态·L-112400
变量·L-11×60%1×60%
因此N的转率为×100%=25%。
(2)由于该反应的ΔH>0,即该反应为吸热反应,因此升高温度,平衡右移,M的转率增大。
(3)根据
(1)可求出各平衡浓度:
c(M)=04·L-1 c(N)=18·L-1
c(P)=06·L-1 c(Q)=06·L-1
因此平衡常===
由于温度不变,因此不变,新状态达到平衡后
c(P)=2·L-1 c(Q)=2·L-1
c(M)=2·L-1 c(N)=(-2)·L-1
===
解得=6。
(4)设M的转率为,则达到平衡后各物质的平衡浓度分别为
c(M)=b(1-)·L-1 c(N)=b(1-)·L-1
c(P)=b·L-1 c(Q)=b·L-1
===
解得≈41%。
题组二 综合应用
2.苯乙烷(8H10)可生产塑料单体苯乙烯(8H8),其反应原是
8H10(g)8H8(g)+H2(g) ΔH=+125J·-1
Ⅰ某温度下,将040苯乙烷,充入2L真空密闭容器中发生反应,测定不同时间该容器内物质的量,得到据如下表:
时间/
0
10
20
30
40
(8H10)/
040
030
026
2
3
(8H8)/
000
010
1
016
016
(1)当反应进行到20时,该段时间内H2的平均反应速率是________。
(2)该温度下,该反应的平衡常是________________。
(3)若保持其他条件不变,用040H2(g)和0408H8(g)合成8H10(g),当有30J热量放出时,该反应中H2的转率是________________。
此时,该反应是否达到了平衡状态?
________(填“是”或“否”)。
Ⅱ工业上以高温水蒸气作为反应体系的稀释剂(不参与反应),8H10(g)的平衡转率与水蒸气的用量、体系的温度、压强的关系如图Ⅰ、图Ⅱ所示。
(4)由图Ⅰ可知,T1________T2(填“大于”、“小于”或“等于”)。
(5)由图Ⅱ可知,当其他条件不变时,水蒸气的用量越大,8H10的平衡转率将________(填“越大”、“越小”或“不变”),原因是________________________________________________________________________。
答案
(1)00035·L-1·-1
(2)4/75或0053
(3)60% 是 (4)大于
(5)越大 随着水蒸气的加入,扩大了容器的体积,相当于对反应体系减小压强(或使得浓度商Q<)平衡右移,转率增大
解析
(1)v(H2)=v(8H10)==00035·L-1·-1
(2) 8H10(g)8H8(g)+H2(g)
起始/·L-102000
平衡/·L-1012008008
==
(3) 8H8(g)+H2(g)8H10(g)
起始/0400400
某时刻/040-040-
125J·-1×=30J
=024
α(H2)=×100%=60%
Q===,所以处于平衡状态。
(4)升温,平衡右移,8H10的平衡转率增大,所以T1大于T2。
(5)随着水蒸气的加入,扩大了容器的体积,相当于对反应体系减小压强,平衡右移,转率增大。
考点三 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体系趋向于从高能状态转变为低能状态(体系对外部做功或释放热量)。
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.自发反应
在一定条件下无需外界帮助就能自发进行的反应称为自发反应。
3.判断反应方向的依据
(1)焓变与反应方向
研究表明,对于反应而言,绝大多放热反应都能自发进行,且反应放出的热量越多,体系能量降低得也越多,反应越完全。
可见,反应的焓变是制约反应能否自发进行的因素之一。
(2)熵变与反应方向
①研究表明,除了热效应外,决定反应能否自发进行的另一个因素是体系的混乱度。
大多自发反应有趋向于体系混乱度增大的倾向。
②熵和熵变的含义
.熵的含义
熵是衡量一个体系混乱度的物量。
用符号S表示。
同一条件下,不同物质有不同的熵值,同一物质在不同状态下熵值也不同,一般规律是S(g)>S()>S()。
b.熵变的含义
熵变是反应前后体系熵的变,用ΔS表示,反应的ΔS越大,越有利于反应自发进行。
(3)综合判断反应方向的依据
①ΔH-TΔS<0,反应能自发进行。
②ΔH-TΔS=0,反应达到平衡状态。
③ΔH-TΔS>0,反应不能自发进行。
深度思考
1.能自发进行的反应一定能实际发生吗?
答案 不一定,反应方向的判据指出的仅仅是在一定条件下反应自发进行的趋势,并不能说明在该条件下反应一定能实际发生,还要考虑反应的快慢问题。
2.判断正误,正确的划“√”,错误的划“×”
(1)放热过程有自发进行的倾向性,但并不一定能自发进行,吸热过程没有自发进行的倾向性,但在一定条件下也可自发进行( )
(2)反应能否自发进行需综合考虑焓变和熵变对反应的影响( )
答案
(1)√
(2)√
题组一 焓变与自发反应
1.实验证明,多能自发进行的反应都是放热反应。
对此说法的解正确的是( )
A.所有的放热反应都是自发进行的
B.所有的自发反应都是放热的
.焓变是影响反应是否具有自发性的一种重要因素
D.焓变是决定反应是否具有自发性的唯一判据
答案
题组二 熵变与自发反应
2.下列过程属于熵增加的是( )
A.一定条件下,水由气态变成液态
B.高温高压条件下使石墨转变成金刚石
.4NO2(g)+O2(g)===2N2O5(g)
D.固态碘升华
答案 D
3.下列反应中,熵显著增加的反应是( )
A.O(g)+2H2(g)===H3OH(g)
B.O3+2H===2+H2O+O2↑
.()+O2(g)===O2(g)
D.2Hg()+O2(g)===2HgO()
答案 B
解析 反应中若生成气体或气体的量增加,都会使混乱度增大,熵增加。
题组三 复合判据的应用
4.已知:
(NH4)2O3()===NH4HO3()+NH3(g) ΔH=+749J·-1。
下列说法中正确的是( )
A.该反应中熵变小于0,焓变大于0
B.该反应是吸热反应,因此一定不能自发进行
.碳酸盐分解反应中熵增加,因此任何条件下所有碳酸盐分解一定自发进行
D.判断反应能否自发进行需要根据ΔH与ΔS综合考虑
答案 D
5.灰锡结构松散,不能用于制造器皿,而白锡结构坚固,可以制造器皿,现把白锡制成的器皿放在0℃、100P的室内存放,它会不会变成灰锡而不能再继续使用?
已知:
在0℃、100P条件下白锡转为灰锡的反应焓变和熵变分别为ΔH=-21809J·-1,ΔS=-661J·-1·-1。
答案 会自发变成灰锡,不能再继续使用。
解析 ΔH-TΔS=-21809J·-1×10-3-273×(-661J·-1·-1)×10-3≈-038J·-1<0,能自发进行。
焓变、熵变和温度对反应方向的影响
ΔH
ΔS
ΔH-TΔS
反应情况
-
+
永远是负值
在任何温度下过程均自发进行
+
-
永远是正值
在任何温度下过程均非自发进行
+
+
低温为正高温为负
低温时非自发,高温时自发
-
-
低温为负高温为正
低温时自发,高温时非自发
探究高考 明确考向
1.(2013·安徽综,11)一定条件下,通过下列反应可以制备特种陶瓷的原料MgO:
MgSO4()+O(g)MgO()+O2(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的值,重新达到平衡后,纵坐标y随变趋势合的是( )
选项
y
A
温度
容器内混合气体的密度
B
O的物质的量
O2与O的物质的量之比
SO2的浓度
平衡常
D
MgSO4的质量(忽略体积)
O的转率
答案 A
解析 由于此反应为吸热反应,升高温度,平衡正向移动,混合气体质量增加,密度增大,A正确;当增加O的物质的量时,相当于增大体系的压强,O的转率减小,O2与O的物质的量之比减小,B错误;平衡常只与温度有关,与SO2的浓度无关,错误;MgSO4为固体,增加其质量对平衡无影响,所以O的转率不变,D错误。
2.(2013·四川综,6)在一定温度下,将气体和气体Y各016充入10L恒容密闭容器中,发生反应(g)+Y(g)2(g) ΔH<0,一段时间后达到平衡。
反应过程中测定的据如下表:
/
2
4
7
9
(Y)/
012
011
010
010
下列说法正确的是( )
A.反应前2的平均速率v()=20×10-3·L-1·-1
B.其他条件不变,降低温度,反应达到新平衡前v(逆)>v(正)
.该温度下此反应的平衡常=144
D.其他条件不变,再充入02,平衡时的体积分增大
答案
解析 根据表格中的据,列出平衡三段式,逐项分析。
A项根据表中的据可求得在前2内生成为008,故v()==4×10-3·L-1·-1。
B项由于该反应的正反应是放热反应,降低温度,平衡正向移动,v(逆) 项根据平衡常的表达式===144。 D项因该反应前后气体计量和相等,其他条件不变时,再充入02,达到平衡时,其作用效果相当于保持的物质的量不变,缩小容器的体积,的体积分不变。 3.(2013·江苏,15改编)一定条件下存在反应: O(g)+H2O(g)O2(g)+H2(g),其正反应放热。 现有三个相同的2L恒容绝热(与外界没有热量交换)密闭容器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ,在Ⅰ中充入1O和1H2O,在Ⅱ中充入1O2和1H2,在Ⅲ中充入2O和2H2O,700℃条件下开始反应。 达到平衡时,下列说法正确的是( ) A.容器Ⅰ、Ⅱ中正反应速率相同 B.容器Ⅰ、Ⅲ中反应的平衡常相同 .容器Ⅰ中O的物质的量比容器Ⅱ中的多 D.容器Ⅰ中O的转率与容器Ⅱ中O2的转率之和等于1 答案 解析 分析题给方程式的特点,应用平衡移动原分析、解决问题。 容器Ⅰ中反应正向进行,放出热量,容器Ⅱ中反应逆向进行,吸收热量,两个容器中反应温度不同,则Ⅰ、Ⅱ中正反应速率不相同,A错。 容器Ⅲ中加入反应物的量比容器Ⅰ中多,由于该反应为放热反应,Ⅲ中放出热量比Ⅰ多,Ⅲ中反应正向进行的程度比Ⅰ小,因此容器Ⅲ中反应的平衡常比Ⅰ小,B错。 Ⅰ中反应正向进行,放出热量,Ⅱ中反应逆向进行,吸收热量,由于容器均为绝热容器,Ⅰ和Ⅱ中反应进行的程度均较小,则正确D错误。 4.(2013·新课标全国卷Ⅱ,28)在10L密闭容器中放入010A(g),在一定温度进行如下反应: A(g)B(g)+(g) ΔH=+851J·-1 反应时间()与容器内气体总压强(p)的据见下表: 时间/ 0 1 2 4 8 16 20 25 30 总压强p/100P 491 558 632 731 854 950 952 953 953 回答下列问题: (1)欲提高A的平衡转率,应采取的措施为____________。 (2)由总压强p和起始压强p0计算反应物A的转率α(A)的表达式为______________。 平衡时A的转率为__________,列式并计算反应的平衡常__________。 (3)①由总压强p和起始压强p0表示反应体系的总物质的量总和反应物A的物质的量(A),(总)=______,(A)=________。 ②下表为反应物A浓度与反应时间的据,计算: =________。 反应时间/ 0 4 8 16 c(A)/(·L-1) 010 0026 00065 分析该反应中反应物的浓度c(A)变与时间间隔(Δ)的规律,得出的结论是________________,由此规律推出反应在12时反应物的浓度c(A)为__________·L-1。 答案 (1)升高温度、降低压强 (2)(-1)×100% 941% A(g) B(g) + (g) 起始浓度/·L-101000 平衡浓度/·L-1 010×(1-941%) 010×941% 010×941% =≈15 (3)①010× 010×(2-) ②0051 达到平衡前每间隔4,c(A)减少约一半 0013 解析 通过分析表格中据,根据压强之比等于物质的量之比入手解决相关问题。 (1)要提高A的转率,应通过改变条件使平衡正向移动,可以从浓度、温度、压强三个方面考虑,可从容器中分离出B、或扩大容器的体积(降低压强)或升高温度。 (2)相同条件下,在密闭容器中气体的压强之比等于物质的量之比,设反应后气体的总物质的量为,则有=,故=,而气体的物质的量的增加量等于消耗的A的物质的量,故A的转率为×100%=(-1)×100%,将表中的据代入公式中可得平衡时A的转率为(-1)×100%≈941%;根据方程式列出平衡三段式,注意三段式中使用的都是浓度,即可求得平衡常。 (3)结合 (2)的解析可知(A)=010-(-010)=010×(2-);根据表中的据,可知=010×(2-)·L-1≈0051·L-1,通过表中的据可知,在达到平衡前每间隔4,A的浓度减少约一半,故反应在12时,A的浓度为05×0026·L-1=0013·L-1。 5.(2013·广东综,31)大气中的部分碘于O3对海水中I-的氧,将O3持续通入NI溶液中进行模拟研究。 (1)O3将I-氧成I2的过程由3步反应组成: ①I-(q)+O3(g)===IO-(q)+O2(g)ΔH1 ②IO-(q)+H+(q)HOI(q)ΔH2 ③HOI(q)+I-(q)+H+(q)I2(q)+H2O()ΔH3 总反应的方程式为____________________,其反应热ΔH=__________。 (2)在溶液中存在平衡: I2(q)+I-(q)I(q),其平衡常表达式为______________。 (3)为探究F2+对O3氧I-反应的影响(反应体系如图1)
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