高考化学一轮复习 第8章 化学反应速率和化学平衡 第1节 化学反应速率及其影响因素课件.docx
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高考化学一轮复习第8章化学反应速率和化学平衡第1节化学反应速率及其影响因素课件
化学平衡常数 化学反应进行的方向
明考纲
1.了解化学平衡常数的含义,能利用化学平衡常数进行相关计算。
2.了解利用焓变、熵变判断化学反应进行的方向。
析考情
本节在高考中的考点主要有两个:
一是化学平衡常数的计算及利用化学平衡常数进行化学平衡移动方向的判断和反应是放热还是吸热等;二是焓变、熵变与化学反应方向的关系。
考点
化学平衡常数及其应用
1.化学平衡常数
(1)概念
在一定温度下,一个可逆反应达到化学平衡时,生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值是一个常数,用符号K表示。
(2)表达式
对于一般的可逆反应:
mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),在一定温度下达到平衡时:
K=
。
(固体和纯液体的浓度视为常数,通常不计入平衡常数表达式中)。
(3)意义
①K值越大,反应物的转化率越高,正反应进行的程度越大。
②K只受温度影响,与反应物或生成物的浓度变化无关,与压强变化无关。
③化学平衡常数是指某一具体反应方程式的平衡常数。
若反应方向改变,则平衡常数改变。
若方程式中各物质的计量数等倍扩大或缩小,尽管是同一反应,平衡常数也会改变,但意义不变。
2.平衡转化率
平衡转化率是指平衡时已转化了的某反应物的量与转化前该反应物的量之比,用来表示反应限度。
对于反应:
aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g),反应物A的转化率可以表示为:
α(A)=
×100%
易错警示
(1)同一个反应中,反应物可以有多种,但不同反应物的转化率可能不同。
(2)增大一种反应物的浓度,可以提高其他反应物的转化率,工业生产中常常提高廉价原料的比例,从而增大昂贵原料的转化率,如工业合成氨中增大氮气的浓度,从而提高氢气的转化率。
判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。
(1)C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)的平衡常数表达式为K=
。
( )
(2)对于N2(g)+3H2(g)2NH3(g)达到平衡,在温度不变、容积不变的密闭容器中充入N2,化学平衡常数不变。
( )
(3)对某一可逆反应,升高温度则化学平衡常数一定变大。
( )
(4)平衡常数发生变化,化学平衡必定发生移动达到新的平衡。
( )
(5)改变条件,使反应物的平衡转化率都增大,该可逆反应的平衡常数一定增大。
( )
(6)催化剂能改变平衡常数的大小。
( )
(7)改变条件,平衡右移,则反应物的转化率一定增大。
( )
(8)其他条件不变,当增加一种反应物的用量时,自身的平衡转化率降低,而其他反应物的转化率升高。
( )
提示
(1)×
(2)√ (3)× (4)√ (5)× (6)× (7)× (8)×
题组一化学平衡常数及其影响因素
1.某温度下,密闭容器中X、Y、Z、W四种气体的初始浓度和平衡浓度如表所示,下列说法错误的是( )
物质
X
Y
Z
W
初始浓度/mol·L-1
0.5
0.6
0
0
平衡浓度/mol·L-1
0.1
0.1
0.4
0.6
A.反应达到平衡时,X的转化率为80%
B.该反应的平衡常数表达式为K=
C.增大压强其平衡常数不变,但使平衡向生成Z的方向移动
D.改变温度可以改变此反应的平衡常数
答案 C
解析 平衡时X的转化率=
×100%=
×100%=80%,A项正确;B项,从表中数据可推出其反应比例为0.4∶0.5∶0.4∶0.6=4∶5∶4∶6,则化学方程式计量数之比为4∶5∶4∶6,B项正确;C项,增大压强其平衡常数不变,但该反应为气体体积增大的反应,所以增大压强时平衡向逆反应方向移动,C项错误;平衡常数只与温度有关,D项正确。
2.已知反应①:
CO(g)+CuO(s)CO2(g)+Cu(s)和反应②:
H2(g)+CuO(s)Cu(s)+H2O(g),在相同的某温度下的平衡常数分别为K1和K2,该温度下反应③:
CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)的平衡常数为K。
则下列说法正确的是( )
A.反应①的平衡常数K1=
B.反应③的平衡常数K=
C.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 纯固体不能出现在平衡常数表达式中,A错误;由于反应③=反应①-反应②,因此平衡常数K=
,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,C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。
★总结提升
(1)不要把反应体系中纯固体、纯液体以及稀溶液中水的浓度写进平衡常数的表达式中。
如:
CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g),K=c(CO2)
Cr2O
(aq)+H2O(l)2CrO
(aq)+2H+(aq),
K=c2(CrO
)·c2(H+)/c(Cr2O
)
但非水溶液中发生的反应,若有水参加或生成,则此时水的浓度不可视为常数,应写进平衡常数的表达式中。
如:
C2H5OH+CH3COOHCH3COOC2H5+H2O,
K=
。
(2)同一化学反应,化学方程式写法不同,其平衡常数表达式及数值亦不同。
如:
N2O4(g)2NO2(g) K=
=0.36
1/2N2O4(g)NO2(g) K′=
=
=0.60
2NO2(g)N2O4(g) K″=
=
≈2.8
因此书写化学平衡常数表达式及数值,要与化学反应方程式相对应,否则意义就不明确。
题组二化学平衡常数的应用
3.[2014·上海高考]只改变一个影响因素,平衡常数K与化学平衡移动的关系叙述错误的是( )
A.K值不变,平衡可能移动
B.K值变化,平衡一定移动
C.平衡移动,K值可能不变
D.平衡移动,K值一定变化
答案 D
解析 平衡常数只与温度有关系,温度不变平衡也可能发生移动,则K值不变,平衡可能移动,A正确;K值变化,说明反应的温度一定发生了变化,因此平衡一定移动,B正确;平衡移动,温度可能不变,因此K值可能不变,C正确;平衡移动,温度可能不变,因此K值不一定变化,D错误。
4.[2016·金版原创]甲醇是重要的化工原料和清洁液体燃料。
工业上可利用CO或CO2来生产甲醇。
甲醇制备的相关信息如下表:
化学反应及平衡常数
平衡常数数值
500℃
800℃
①2H2(g)+CO(g)CH3OH(g)
K1
2.5
0.15
②H2(g)+CO2(g)H2O(g)+CO(g)
K2
1.0
2.50
③3H2(g)+CO2(g)CH3OH(g)+H2O(g)
K3
2.5
0.375
(1)反应②的化学平衡表达式为K=________,该反应是________反应(填“吸热”或“放热”)。
某温度下,各物质的平衡浓度符合下式:
5c(CO2)·c(H2)=2c(CO)·c(H2O)试判断此时温度为________。
(2)500℃时,向容器中充入1molCO、5molH2O,发生反应②,达到平衡后,其化学平衡常数K________1.0(填“大于”“小于”或“等于”),在其他条件不变的情况下,扩大容器容积,平衡________移动(填“向正反应方向”“向逆反应方向”或“不”),化学平衡常数K2________(填“变大”“变小”或“不变”)。
(3)据上表信息推导出K1、K2与K3之间的关系,K3=________(用K1、K2表示)。
500℃时测得反应③在某时刻,H2(g)、CO2(g)、CH3OH(g)、H2O(g)的浓度(mol·L-1)分别为0.8、0.1、0.3、0.15,此时v正________v逆(填“>”“<”或“=”)。
(4)若某温度下反应①从开始到平衡CO和CH3OH的浓度变化如图1所示,则用H2浓度变化表示此段时间内该反应的平均速率v(H2)=________。
若某温度下反应①中H2的平衡转化率(α)与体系总压强(p)的关系如图2所示,则平衡状态由A变到B时,平衡常数KA________KB(填“>”“<”或“=”)。
(5)一定温度下,在体积固定的密闭容器中发生反应②,可判断该反应已经达到平衡的是________(用相应字母表示)。
A.容器中总压强不变
B.混合气体的平均摩尔质量不变
C.混合气体的密度不变
D.CO2(g)或CO(g)的浓度不变
答案
(1)
吸热 800℃
(2)等于 不 不变
(3)K1·K2 >
(4)0.15mol·(L·min)-1 = (5)D
解析
(1)根据反应②H2(g)+CO2(g)H2O(g)+CO(g)可知,该反应平衡常数的表达式为K=
,随温度升高,平衡常数增大,说明正反应为吸热反应。
某温度下,5c(CO2)·c(H2)=2c(CO)·c(H2O),则K=
=
=2.50,平衡常数只与温度有关,温度一定,平衡常数为定值,所以此时对应的温度为800℃。
(2)化学平衡常数只与温度有关,与反应物和生成物的浓度无关,所以只要在500℃,平衡常数的数值都是1.0,平衡常数只与温度有关,压强的改变不影响平衡常数,且反应②是反应前后气体分子数不变的可逆反应,压强的改变也不会影响平衡。
(3)根据三反应之间的关系,③=②+①,故K3=K1·K2;根据反应③在500℃时的浓度值,可知此时其Q=0.88,小于化学平衡常数值,说明反应在正向进行,故正反应速率大于逆反应速率。
(4)根据图1,10min时达到平衡,此段时间内用CO表示的化学反应速率为0.075mol·(L·min)-1,则用氢气表示反应速率为0.15mol·(L·min)-1;化学平衡常数只与温度有关,故在图2中温度不变时,平衡常数保持不变。
(5)反应②在反应前后的气体体积不变,故此容器中压强一直不变,排除A;混合气体的平均摩尔质量一直不变,排除B;容器容积不变,密度一直保持不变,排除C,选D。
★总结提升
化学平衡常数的应用
(1)利用K可以推测可逆反应进行的程度
K的大小表示可逆反应进行的程度,K越大说明反应进行程度越大,反应物的转化率越大。
K越小说明反应进行的程度越小,反应物的转化率越小。
(2)借助平衡常数,可以判断一个化学反应是否达到化学平衡状态
对于可逆反应aA(g)+bB(g)cC(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:
Qc=
Qc
(3)利用K可判断反应的热效应
若升高温度,K值增大,则正反应为吸热反应;
若升高温度,K值减小,则正反应为放热反应。
(4)计算平衡体系中的相关“量”
根据相同温度下,同一反应的平衡常数不变,计算反应物或生成物的浓度、转化率等。
考点
有关化学平衡的计算
“三段式法”是有效解答化学平衡计算题的“万能钥匙”。
解题时,要注意清楚条理地列出起始量、转化量、平衡量,按题目要求进行计算,同时还要注意单位的统一。
1.解题步骤
(1)写出涉及的可逆反应的化学方程式。
(2)找出起始量、转化量和平衡量中哪些是已知量,哪些是未知量,按“三段式”列出。
(3)根据问题建立相应的关系式进行计算。
2.具体方法
(1)分析三个量:
即起始量、转化量、平衡量。
(2)明确三个关系
①对于同一反应物,起始量-转化量=平衡量。
②对于同一生成物,起始量+转化量=平衡量。
③各变化量之比等于各物质的化学计量数之比。
(3)计算模式
对于反应:
mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),令A、B起始物质的量(mol)分别为a、b,达到平衡后,A的消耗量为mx,容器容积为VL。
mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)
起始(mol) a b 0 0
转化(mol) mx nx px qx
平衡(mol) a-mx b-nx px qx
则有:
①平衡常数:
K=
②A的平衡浓度:
c(A)平=
mol·L-1。
③A的转化率:
α(A)平=
×100%,α(A)∶α(B)=
∶
=
。
④A的体积分数:
φ(A)=
×100%。
⑤平衡与起始压强之比:
=
。
⑥混合气体的平均密度
=
g·L-1。
⑦混合气体的平均摩尔质量
=
g·mol-1。
题组一有关反应速率、转化率、平衡常数等的基本计算
1.[2015·日照模考]一定条件下,在密闭容器中发生如下反应:
CO(g)+2H2(g)CH3OH(g),若开始时只充入amolCH3OH蒸气,达到平衡时,混合物的压强比起始时增大了70%;若开始时充入amolCO和2amolH2的混合气体,达到平衡时H2的转化率为( )
A.30% B.35%
C.65%D.70%
答案 C
解析 化学平衡的建立与反应的途径无关,该题中前后两种情况下建立的平衡是等效平衡。
在前一情况下,设平衡时CO的物质的量为x,则(x+2x+a-x)/a=1.7,x=0.35a,这也是后一情况下平衡时CO的物质的量,所以此时CO的转化率为65%,H2的转化率与之相同。
2.[2015·衡阳期末]某温度下,向4.0L恒容密闭容器中充入2.0molPCl5,反应PCl5(g)PCl3(g)+Cl2(g)经一段时间后达到平衡。
反应过程中测定的部分数据见下表:
时间/s
0
50
150
250
350
n(PCl3)/mol
0
0.32
0.38
0.40
0.40
下列说法正确的是( )
A.反应在前50s的平均反应速率为v(PCl3)=0.0064mol/(L·s)
B.若保持其他条件不变,升高温度,平衡时c(PCl3)=0.11mol/L,则反应的ΔH<0
C.相同温度下,起始时向该容器中充入4.0molPCl3、4.0molCl2,达到平衡时,PCl3的转化率小于80%
D.相同温度下,起始时向该容器中充入2.0molPCl5、0.40molPCl3和0.40molCl2,达到平衡前v(正)>v(逆)
答案 D
解析 由表中数据可得反应在前50s的平均反应速率为v(PCl3)=
=0.0016mol/(L·s),故A项错误;升高温度,平衡时c(PCl3)=0.11mol/L,大于题表中PCl3的平衡浓度:
=0.1mol/L,说明升温平衡正向移动,正反应为吸热反应,ΔH>0,故B项错误;由表中信息可知原平衡时PCl3的物质的量为0.40mol,根据“三段式”得
PCl5(g)PCl3(g)+Cl2(g)
起始浓度(mol/L) 0.5 0 0
转化浓度(mol/L) 0.1 0.1 0.1
平衡浓度(mol/L) 0.4 0.1 0.1
平衡常数K=
=0.025,则逆反应的平衡常数K′=40。
相同温度下,起始时向容器中充入4.0molPCl3、4.0molCl2,设达到平衡时消耗PCl3的物质的量浓度为xmol/L,根据“三段式”得
PCl3(g)+Cl2(g)PCl5(g)
起始浓度(mol/L) 1 1 0
转化浓度(mol/L) x x x
平衡浓度(mol/L) 1-x 1-x x
K′=
=40,x≈0.85mol/L,PCl3的转化率约为85%,故C项错误;相同温度下,起始时向该容器中充入2.0molPCl5、0.40molPCl3和0.40molCl2,PCl5、PCl3、Cl2的起始浓度分别为0.5mol/L,0.1mol/L,0.1mol/L,浓度商Q=
=0.02
题组二化学平衡的综合计算
3.[2014·四川高考]在10L恒容密闭容器中充入X(g)和Y(g),发生反应X(g)+Y(g)M(g)+N(g),所得实验数据如下表:
实验编号
温度/℃
起始时物质的量/mol
平衡时物质的量/mol
n(X)
n(Y)
n(M)
①
700
0.40
0.10
0.090
②
800
0.10
0.40
0.080
③
800
0.20
0.30
a
④
900
0.10
0.15
b
下列说法正确的是( )
A.实验①中,若5min时测得n(M)=0.050mol,则0至5min时间内,用N表示的平均反应速率v(N)=1.0×10-2mol·L-1·min-1
B.实验②中,该反应的平衡常数K=2.0
C.实验③中,达到平衡时,X的转化率为60%
D.实验④中,达到平衡时,b>0.060
答案 C
解析 实验①中,若5min时测得n(M)=0.050mol,浓度是0.0050mol·L-1,则根据反应的化学方程式可知,同时生成N的浓度也是0.0050mol·L-1,因此0至5min时间内,用N表示的平均反应速率为v(N)=1.0×10-3mol·L-1·min-1,A错误;实验②中,平衡时M和N的浓度都是0.0080mol·L-1,消耗X与Y的浓度均是0.0080mol·L-1,平衡时X和Y的浓度分别为0.002mol·L-1和0.032mol·L-1,该反应的平衡常数K=1,B错误;根据化学反应方程式可知,如果X的转化率为60%,则
X(g)+Y(g)M(g) + N(g)
起始浓度(mol·L-1)0.0200.030 0 0
转化浓度(mol·L-1)0.0120.012 0.012 0.012
平衡浓度(mol·L-1)0.0080.018 0.012 0.012
温度不变,平衡常数不变,则K=
=1,即达到平衡状态,因此最终平衡时X的转化率为60%,C正确;
由实验①②中数据可知该反应为放热反应,900℃时的平衡常数应小于800℃时的平衡常数,假设实验④中K=1,则
=1
b=0.060
综上所述,900℃达到平衡时b<0.060,D错误。
4.[2014·山东高考]研究氮氧化物与悬浮在大气中海盐粒子的相互作用时,涉及如下反应:
2NO2(g)+NaCl(s)NaNO3(s)+ClNO(g) K1
ΔH1<0 (Ⅰ)
2NO(g)+Cl2(g)2ClNO(g) K2 ΔH2<0 (Ⅱ)
(1)4NO2(g)+2NaCl(s)2NaNO3(s)+2NO(g)+Cl2(g)的平衡常数K=________(用K1、K2表示)。
(2)为研究不同条件对反应(Ⅱ)的影响,在恒温条件下,向2L恒容密闭容器中加入0.2molNO和0.1molCl2,10min时反应(Ⅱ)达到平衡。
测得10min内v(ClNO)=7.5×10-3mol·L-1·min-1,则平衡后n(Cl2)=________mol,NO的转化率α1=________。
其他条件保持不变,反应(Ⅱ)在恒压条件下进行,平衡时NO的转化率α2________α1(填“>”“<”或“=”),平衡常数K2________(填“增大”“减小”或“不变”)。
若要使K2减小,可采取的措施是________。
答案
(1)
(2)2.5×10-2 75% > 不变 升高温度
解析
(1)反应(Ⅰ)×2-反应(Ⅱ)即得所求反应,故该反应的平衡常数K=
。
(2)根据“三段式”有:
2NO(g)+Cl2(g)2ClNO(g)
起始(mol·L-1) 0.1 0.05 0
转化(mol·L-1) 0.1α1 0.05α1 0.1α1
平衡(mol·L-1) 0.1-0.1α10.05-0.05α1 0.1α1
由v(ClNO)=
=7.5×10-3mol·L-1·min-1,得α1=75%,平衡时n(Cl2)=(0.05-0.05×75%)mol·L-1×2L=0.025mol。
该反应为气体分子数减小的反应,恒压条件下相对于恒容条件下,压强增大,平衡右移,NO的转化率增大,即α2>α1;化学平衡常数只与温度有关,温度不变,平衡常数K2不变;该反应为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,可使平衡常数K2减小。
考点
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体系趋向于从高能状态转变为低能状态(体系对外部做功或放出热量)。
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.化学反应方向的判据
(1)焓判据
放热过程中体系能量降低,ΔH<0,具有自发进行的倾向,但有些吸热反应也可以自发进行,故只用焓变判断反应方向不全面。
(2)熵判据
①熵:
描述体系混乱程度的物理量,符号为S。
熵值越大,体系混乱度越大。
②常见的熵增过程
a.气体的扩散;
b.不同状态的同一种物质:
S(g)>S(l)>S(s);
c.反应前无气体,反应后有气体产生的过程;
d.反应前后都有气体,但气体的物质的量增加的反应。
③熵判据:
体系的混乱度增大,ΔS>0,反应有自发进行的倾向。
但有些熵减的过程也能自发进行,故只用熵变来判断反应方向也不全面。
(3)复合判据
在温度、压强一定的条件下,化学反应方向是反应的焓变和熵变共同影响的结果,反应方向的复合判据为ΔG=ΔH-TΔS。
当ΔG=ΔH-TΔS
判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。
(1)ΔH<0、ΔS>0的反应在温度低时不能自发进行。
( )
(2)NH4HCO3(g)===NH3(g)+H2O(g)+CO2(g)
ΔH=+185.57kJ·mol-1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。
( )
(3)一定温度下,反应MgCl2(l)Mg(l)+Cl2(g)的ΔH>0、ΔS>0。
( )
(4)反应NH3(g)+HCl(g)===NH4Cl(s)在室温下可自发进行,则该反应的ΔH<0。
( )
(5)因为焓变和熵变都与反应的自发性有关,因此焓变或熵变均可以单独作为反应自发性的判据。
( )
(6)在其他外界条件不变的情况下,使用催化剂,可以改变化学反应进行的方向。
( )
提示
(1)×
(2)√ (3)√ (4)√ (5)× (6)×
题组一焓判据、熵判据与自发反应
1.下列说法正确的是( )
A.凡是放热反应都是自发的,因为吸热反应都是非自发的
B.自发反应的熵一定增大,非自发反应的熵一定减小
C.常温下,反应C(s)+CO2(g)2CO(g)不能自发进行,则该反应的ΔH>0
D.反应2Mg(s)+CO2(g)===C(s)+2MgO(s)能自发进行,则该反应的ΔH>0
答案 C
解析 若ΔH<0,ΔS>0,则一定自发,若ΔH>0,ΔS<0,则一定不能自发,若ΔH<0,ΔS<0或ΔH>0,ΔS>0,反应能否自发,和温度有关,A、B错误;C项中
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- 高考化学一轮复习 第8章 化学反应速率和化学平衡 第1节 化学反应速率及其影响因素课件 高考 化学 一轮 复习 化学反应 速率 化学平衡 及其 影响 因素 课件