高考化学一轮复习 专题7 化学反应速率和化学平衡 第三单元 化学平衡的移动加试学案 苏教版.docx
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高考化学一轮复习 专题7 化学反应速率和化学平衡 第三单元 化学平衡的移动加试学案 苏教版.docx
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高考化学一轮复习专题7化学反应速率和化学平衡第三单元化学平衡的移动加试学案苏教版
2019-2020年高考化学一轮复习专题7化学反应速率和化学平衡第三单元化学平衡的移动(加试)学案苏教版
[考试标准]
知识条目
必考要求
加试要求
1.化学平衡移动的概念
a
2.影响化学平衡移动的因素及平衡移动方向的判断
b
3.用化学平衡移动原理选择和确定合适的生产条件
c
1.概念
可逆反应达到平衡状态以后,若反应条件(如温度、压强、浓度等)发生了变化,平衡混合物中各组分的浓度也会随之改变,从而在一段时间后达到新的平衡状态。
这种由原平衡状态向新平衡状态的变化过程,叫做化学平衡的移动。
2.过程
3.化学平衡移动与化学反应速率的关系
(1)v正>v逆:
平衡向正反应方向移动。
(2)v正=v逆:
反应达到平衡状态,平衡不移动。
(3)v正 平衡向逆反应方向移动。 4.借助图像,分析影响化学平衡的因素 (1)影响化学平衡的因素 若其他条件不变,改变下列条件对化学平衡的影响如下: 平衡体系 条件变化 速率变化 平衡变化 速率变化曲线 任一平衡体系 增大反应物的浓度 v正、v逆均增大,且v正′>v逆′ 正向移动 减小反应物的浓度 v正、v逆均减小,且v逆′>v正′ 逆向移动 任一平衡体系 增大生成物的浓度 v正、v逆均增大,且v逆′>v正′ 逆向移动 减小生成物的浓度 v正、v逆均减小,且v正′>v逆′ 正向移动 正反 应方 向为 气体 体积 增大 的放 热反 应 增大压强或升高温度 v正、v逆均增大,且v逆′>v正′ 逆向移动 减小压强或降低温度 v正、v逆均减小,且v正′>v逆′ 正向移动 任意 平衡 或反 应前 后气 体化 学计 量数 和相 等的 平衡 正催化剂或增大压强 v正、v逆同等倍数增大 平衡不移动 负催化剂或减小压强 v正、v逆同等倍数减小 (2)勒夏特列原理(化学平衡移动原理) 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),平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动。 5.几种特殊情况 (1)当反应混合物中存在与其他物质不相混溶的固体或液体物质时,由于其“浓度”是恒定的,不随其量的增减而变化,故改变这些固体或液体的量,对化学平衡没影响。 (2)对于反应前后气态物质的化学计量数相等的反应,压强的变化对正、逆反应速率的影响程度是等同的,故平衡不移动。 (3)“惰性气体”对化学平衡的影响 ①恒温、恒容条件 原平衡体系 体系总压强增大―→体系中各组分的浓度不变―→平衡不移动。 ②恒温、恒压条件 (4)同等程度地改变反应混合物中各物质的浓度时,应视为压强的影响。 题组一 选取措施使化学平衡定向移动 1.COCl2(g)CO(g)+Cl2(g) ΔH>0,当反应达到平衡时,下列措施: ①升温 ②恒容通入惰性气体 ③增加CO浓度 ④减压 ⑤加催化剂 ⑥恒压通入惰性气体,能提高COCl2转化率的是( ) A.①②④B.①④⑥ C.②③⑤D.③⑤⑥ 答案 B 解析 该反应为体积增大的吸热反应,所以升温和减压均可以促使反应正向移动。 恒压通入惰性气体,相当于减压。 恒容通入惰性气体与加催化剂均对平衡无影响。 增加CO的浓度,将导致平衡逆向移动。 2.某温度下,反应2A(g)B(g) ΔH>0在密闭容器中达到平衡,平衡后 =a,若改变某一条件,足够时间后反应再次达到平衡状态,此时 =b,下列叙述正确的是( ) A.在该温度下,保持容积固定不变,向容器内补充了B气体,则a B.若a=b,则容器中一定使用了催化剂 C.若其他条件不变,升高温度,则a D.若保持温度、压强不变,充入惰性气体,则a>b 答案 B 解析 A项,充入B气体相当于增大压强,B的体积分数增大,故a>b;B项,只有使用催化剂,平衡不移动,a=b;C项,升高温度,平衡正向移动,a>b;D项,相当于扩大体积,减小压强,平衡逆向移动,a 题组二 条件改变时化学平衡移动结果的判断 3.对于一定条件下的可逆反应 甲: A(g)+B(g)C(g) ΔH<0 乙: A(s)+B(g)C(g) ΔH<0 丙: A(g)+B(g)2C(g) ΔH>0 达到化学平衡后,改变条件,按要求回答下列问题: (1)升温,平衡移动方向分别为(填“向左”、“向右”或“不移动”) 甲________;乙________;丙________。 此时反应体系的温度均比原来____(填“高”或“低”)。 混合气体的平均相对分子质量变化分别为(填“增大”、“减小”或“不变”) 甲________;乙________;丙________。 答案 向左 向左 向右 高 减小 减小 不变 (2)加压,使体系体积缩小为原来的 ①平衡移动方向(填“向左”、“向右”或“不移动”) 甲________;乙________;丙________。 ②设压缩之前压强分别为p甲、p乙、p丙,压缩后压强分别为p 、p 、p ,则p甲与p ,p乙与p ,p丙与p 的关系分别为 甲________;乙________;丙________。 ③混合气体的平均相对分子质量变化分别为(填“增大”、“减小”或“不变”) 甲________;乙________;丙________。 答案 ①向右 不移动 不移动 ②p甲<p <2p甲 p =2p乙 p =2p丙 ③增大 不变 不变 4.在一体积可变的密闭容器中加入一定量的X、Y,发生反应mX(g)nY(g) ΔH=QkJ·mol-1。 反应达到平衡时,Y的物质的量浓度与温度、气体体积的关系如下表所示: 气体体积/L c(Y)/mol·L-1 温度/℃ 1 2 4 100 1.00 0.75 0.53 200 1.20 0.90 0.63 300 1.30 1.00 0.70 下列说法正确的是( ) A.m>n B.Q<0 C.温度不变,压强增大,Y的质量分数减少 D.体积不变,温度升高,平衡向逆反应方向移动 答案 C 解析 温度不变时(假设100℃条件下),体积是1L时,Y的物质的量为1mol,体积为2L时,Y的物质的量为0.75mol·L-1×2L=1.5mol,体积为4L时,Y的物质的量为0.53mol·L-1×4L=2.12mol,说明体积越小,压强越大,Y的物质的量越小,Y的质量分数越小,平衡向生成X的方向进行,m 1.判断转化率的变化时,不要把平衡正向移动与反应物转化率提高等同起来,要视具体情况而定。 2.压强的影响实质是浓度的影响,所以只有当这些“改变”造成浓度改变时,平衡才有可能移动。 3.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。 如①增大反应物A的浓度,平衡右移,A的浓度在增大的基础上减小,但达到新平衡时,A的浓度一定比原平衡大;②若将体系温度从50℃升高到80℃,则化学平衡向吸热反应方向移动,达到新的平衡状态时50℃ 考点二 等效平衡 1.含义 在一定条件下(等温等容或等温等压),对同一可逆反应体系,起始时加入物质的物质的量不同,而达到化学平衡时,同种物质的百分含量相同。 2.原理 同一可逆反应,当外界条件一定时,反应无论从正反应开始,还是从逆反应开始,最后都能达到平衡状态。 其中平衡混合物中各物质的含量相同。 由于化学平衡状态与条件有关,而与建立平衡的途径无关。 因而,同一可逆反应,从不同的状态开始,只要达到平衡时条件(温度、浓度、压强等)完全相同,则可形成等效平衡。 3.规律 等效类型 ① ② ③ 条件 恒温、恒容 恒温、恒容 恒温、恒压 反应的特点 任何可逆反应 反应前后气体分子数相等 任何可逆反应 起始投料 换算为化学方程式同一边物质,其“量”相同 换算为化学方程式同一边物质,其“量”符合同一比例 换算为化学方程式同一边物质,其“量”符合同一比例 平衡 特 点 质量分数(w%) 相同 相同 相同 浓度(c) 相同 成比例 相同(气体) 物质的量(n) 相同 成比例 成比例 题组一 恒温、恒容条件下等效平衡的应用 1.对于以下三个反应,从正反应开始进行达到平衡后,保持温度、体积不变,按要求回答下列问题。 (1)PCl5(g)PCl3(g)+Cl2(g) 再充入PCl5(g)平衡向________方向移动,达到平衡后,PCl5(g)的转化率________,PCl5(g)的百分含量______。 答案 正反应 减小 增大 (2)2HI(g)I2(g)+H2(g) 再充入HI(g)平衡向________方向移动,达到平衡后,HI的分解率________,HI的百分含量________。 答案 正反应 不变 不变 (3)2NO2(g)N2O4(g) 再充入NO2(g),平衡向________方向移动,达到平衡后,NO2(g)的转化率________,NO2(g)的百分含量________。 答案 正反应 增大 减小 题组二 恒温、恒压条件下等效平衡的应用 2.恒温恒压下,在一个容积可变的密闭容器中发生反应: A(g)+B(g)C(g),若开始时通入1molA和1molB,达到平衡时生成amolC。 则下列说法错误的是( ) A.若开始时通入3molA和3molB,达到平衡时,生成的C的物质的量为3amol B.若开始时通入4molA、4molB和2molC,达到平衡时,B的物质的量一定大于4mol C.若开始时通入2molA、2molB和1molC,达到平衡时,再通入3molC,则再次达到平衡后,C的物质的量分数为 D.若在原平衡体系中,再通入1molA和1molB,混合气体的平均相对分子质量不变 答案 B 解析 选项A,开始时通入3molA和3molB,由于容器体积膨胀,保持恒压,相当于将三个原容器叠加,各物质的含量与原平衡中的相同,C的物质的量为3amol;选项B,无法确定平衡移动的方向,不能确定平衡时B的物质的量一定大于4mol;选项C,此平衡等效为开始通入6molA、6molB,与开始时通入1molA、1molB为等效平衡,平衡时C的物质的量分数为 ;选项D,题给条件下混合气体的平均相对分子质量不变。 题组三 恒温恒容和恒温恒压条件下等效平衡的比较应用 3.有甲、乙两容器,甲容器容积固定,乙容器容积可变。 一定温度下,在甲中加入2molN2、3molH2,反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)达到平衡时生成NH3的物质的量为mmol。 (1)相同温度下,在乙中加入4molN2、6molH2,若乙的压强始终与甲的压强相等,乙中反应达到平衡时,生成NH3的物质的量为________mol(从下列各项中选择,只填字母,下同);若乙的容积与甲的容积始终相等,乙中反应达到平衡时,生成NH3的物质的量为________mol。 A.小于mB.等于m C.在m~2m之间D.等于2m E.大于2m (2)相同温度下,保持乙的容积为甲的一半,并加入1molNH3,要使乙中反应达到平衡时,各物质的体积分数与上述甲容器中达到平衡时相同,则起始时应加入______molN2和________molH2。 答案 (1)D E (2)0.5 0 解析 (1)由于甲容器定容,而乙容器定压,它们的压强相等,达到平衡时,乙的容积应该为甲的两倍,生成的NH3的物质的量应该等于2mmol。 当甲、乙两容器的容积相等时,相当于将建立等效平衡后的乙容器压缩,故乙中NH3的物质的量大于2mmol。 (2)乙的容积为甲的一半时,要建立与甲一样的平衡,只有乙中的投入量是甲的一半才行,故乙中应该投入N2为(1-0.5)mol=0.5mol,H2为(1.5-1.5)mol=0mol。 1.“中间态”法构建等效平衡 (1)构建恒温恒容平衡思维模式 新平衡状态可认为是两个原平衡状态简单的叠加并压缩而成,相当于增大压强。 (2)构建恒温恒压平衡思维模式(以气体物质的量增加的反应为例,见图示) 新平衡状态可以认为是两个原平衡状态简单的叠加,压强不变,平衡不移动。 2.用“等效平衡”观点分析平衡转化率变化 反应类型 条件的改变 反应物转化率的变化 有多种反应物的可逆反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g) 恒容时只增加反应物A的用量 反应物A的转化率减小,反应物B的转化率增大 同等倍数地增大反应物A、B的量 恒温恒压条件下 反应物转化率不变 恒温恒容条件下 m+n>p+q 反应物A和B的转化率均增大 m+n 反应物A和B的转化率均减小 m+n=p+q 反应物A和B的转化率均不变 只有一种反应物的可逆反应mA(g)nB(g)+pC(g) 增加反应物A的用量 恒温恒压条件下 反应物转化率不变 恒温恒容条件下 m>n+p 反应物A的转化率增大 m 反应物A的转化率减小 m=n+p 反应物A的转化率不变 1.(xx·四川理综,7)一定量的CO2与足量的碳在体积可变的恒压密闭容器中反应: C(s)+CO2(g)2CO(g),平衡时,体系中气体体积分数与温度的关系如下图所示: 已知: 气体分压(p分)=气体总压(p总)×体积分数。 下列说法正确的是( ) A.550℃时,若充入惰性气体,v正、v逆均减小,平衡不移动 B.650℃时,反应达平衡后CO2的转化率为25.0% C.T℃时,若充入等体积的CO2和CO,平衡向逆反应方向移动 D.925℃时,用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp=24.0p总 答案 B 解析 A项,C(s)+CO2(g)2CO(g)的正反应是气体物质的量增加的反应,由于反应容器为体积可变的恒压密闭容器,充入惰性气体容器体积扩大,对反应体系相当于减小压强,故v正、v逆均减小,平衡正向移动,错误;B项,由图可知,650℃时若设起始时CO2的体积为1L,平衡时CO2消耗的体积为x,则 C(s)+CO2(g)2CO(g) V始10 V变x2x V平1-x2x ×100%=40.0%,x=0.25L,CO2的转化率为25%,正确;C项,由图可知,T℃时平衡体系中CO和CO2的体积分数均为50%,故若恒压时充入等体积的CO2和CO两种气体,平衡不发生移动,错误;D项,925℃时,CO的平衡分压p(CO)=p总×96.0%,CO2的平衡分压p(CO2)=p总×4%,根据化学平衡常数的定义可知 Kp= = =23.04p总,错误。 2.(xx·天津理综,6)某温度下,在2L的密闭容器中,加入1molX(g)和2molY(g)发生反应: X(g)+mY(g)3Z(g),平衡时,X、Y、Z的体积分数分别为30%、60%、10%。 在此平衡体系中加入1molZ(g),再次达到平衡后,X、Y、Z的体积分数不变。 下列叙述不正确的是( ) A.m=2 B.两次平衡的平衡常数相同 C.X与Y的平衡转化率之比为1∶1 D.第二次平衡时,Z的浓度为0.4mol·L-1 答案 D 解析 A项,由题意可知两种条件下X、Y、Z的初始物质的量不同,而最终平衡状态相同,则两种条件下建立的平衡为温度、容积不变时的等效平衡,故满足反应前后气态物质计量数之和相等,则1+m=3,m=2,正确;B项,温度不变,平衡常数不变,正确;C项,X、Y的初始物质的量之比为1∶2,根据方程式可知参加反应的X、Y的物质的量之比也为1∶2,故X与Y的平衡转化率之比为1∶1,正确;D项,由方程式可知该反应中反应前后气体的物质的量不变,所以第二次平衡时气体的总物质的量为4mol,则Z的物质的量为4mol×10%=0.4mol,Z的浓度为0.4mol÷2L=0.2mol·L-1,错误。 3.(xx·江苏,15改编)在体积均为1.0L的两恒容密闭容器中加入足量的相同的碳粉,再分别加入0.1molCO2和0.2molCO2,在不同温度下反应CO2(g)+C(s)2CO(g)达到平衡,平衡时CO2的物质的量浓度c(CO2)随温度的变化如图所示(图中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ点均处于曲线上)。 下列说法不正确的是( ) A.反应CO2(g)+C(s)===2CO(g)的ΔS>0、ΔH>0 B.体系的总压强p总: p总(状态Ⅱ)>2p总(状态Ⅰ) C.体系中c(CO): c(CO,状态Ⅱ)<2c(CO,状态Ⅲ) D.逆反应速率v逆: v逆(状态Ⅰ)>v逆(状态Ⅲ) 答案 D 解析 A项,CO2(g)+C(s)===2CO(g)是气体的物质的量增加的反应,故ΔS>0,观察图像知,随着温度的升高,c(CO2)减小,平衡右移,则ΔH>0,正确;B项,Ⅰ所在曲线表示的是通入0.1molCO2的变化过程,此时 CO2(g)+C(s)2CO(g) n(始)/mol0.100 n(转)/mol0.02 0.04 n(平)/mol0.08 0.04 此时气体总的物质的量为0.12mol, Ⅱ所在曲线表示的是通入0.2molCO2的变化过程,此时 CO2(g)+C(s)2CO(g) n(始)/mol0.200 n(转)/mol0.12 0.24 n(平)/mol0.08 0.24 此时气体总的物质的量为0.32mol,此时Ⅱ中气体总物质的量大于Ⅰ中气体总物质的量的2倍,且Ⅱ的温度高,气体体积膨胀,压强又要增大,则p总(状态Ⅱ)>2p总(状态Ⅰ),正确;C项,状态Ⅱ和Ⅲ,温度相同,Ⅱ中CO2的投料量是Ⅲ中CO2投料量的2倍,若恒容时两平衡等效,则有c(CO,状态Ⅱ)=2c(CO,状态Ⅲ),但成比例增加投料量,相当于加压,平衡向逆反应方向移动,所以c(CO,状态Ⅱ)<2c(CO,状态Ⅲ),正确;D项,状态Ⅰ和Ⅲ相比,Ⅲ的温度高,反应速率快,所以v逆(状态Ⅲ)>v逆(状态Ⅰ),错误。 4.[xx·江苏,16 (1)]以磷石膏(主要成分CaSO4,杂质SiO2、Al2O3等)为原料可制备轻质CaCO3。 匀速向浆料中通入CO2,浆料清液的pH和c(SO )随时间变化如图。 清液pH>11时CaSO4转化的离子方程式为____________________________________________________; 能提高其转化速率的措施有________(填序号)。 A.搅拌浆料B.加热浆料至100℃ C.增大氨水浓度D.减小CO2通入速率 答案 CaSO4+2NH3·H2O+CO2===CaCO3+2NH +SO +H2O(或CaSO4+CO ===CaCO3+SO ) AC 解析 注意题目中的原料是磷石膏粉和氨水浆料。 由图所示当pH>11时,溶液中的c(SO )增大,说明有更多的SO 生成,反应物为CaSO4、氨水、CO2,生成SO ,还有CaCO3,相当于氨水和CO2反应生成(NH4)2CO3,(NH4)2CO3和CaSO4生成(NH4)2SO4和CaCO3。 A项,搅拌浆料,增大反应物的接触面积,加快反应速率,正确;B项,加热到100℃,氨水挥发、CO2溶解度减小,则生成的(NH4)2CO3的量减少,无法实现CaSO4转化为CaCO3,错误;C项,增大氨水浓度可以提高反应速率,正确;D项,减小CO2通入速率,则转化速率降低,错误。 5.[xx·北京理综,26(3)]氢能是一种极具发展潜力的清洁能源,以太阳能为热源,热化学硫碘循环分解水是一种高效、无污染的制氢方法。 其反应过程如下图所示: 反应Ⅱ: 2H2SO4(l)===2SO2(g)+O2(g)+2H2O(g) ΔH=+550kJ·mol-1 它由两步反应组成: ⅰ.H2SO4(l)===SO3(g)+H2O(g) ΔH=+177kJ·mol-1 ⅱSO3(g)分解。 L(L1,L2),X可分别代表压强或温度,下图表示L一定时,ⅱ中SO3(g)的平衡转化率随X的变化关系。 ①X代表的物理量是________。 ②判断L1,L2的大小关系,并简述理由: ______________________________________ ________________________________________________________________________。 答案 ①压强 ②L1<L2,SO3(g)分解的热化学方程式为2SO3(g)2SO2(g)+O2(g) ΔH=+196kJ·mol-1,当压强一定时,温度升高,平衡转化率增大 解析 首先根据反应Ⅱ和反应ⅰ确定反应ⅱ为2SO3(g)2SO2(g)+O2(g) ΔH=+196kJ·mol-1。 ①根据反应ⅱ的特点: 正反应方向为气体体积增大、吸热反应,增大压强SO3(g)的转化率减小,故X代表压强。 ②在等压条件下,升高温度,反应ⅱ的平衡向正向移动,SO3(g)的转化率增大,故L2代表高温曲线,即L1<L2。 6.(xx·山东理综,30)合金贮氢材料具有优异的吸放氢性能,在配合氢能的开发中起着重要作用。 (1)一定温度下,某贮氢合金(M)的贮氢过程如图所示,纵轴为平衡时氢气的压强(p),横轴表示固相中氢原子与金属原子的个数比(H/M)。 在OA段,氢溶解于M中形成固溶体MHx,随着氢气压强的增大,H/M逐渐增大;在AB段,MHx与氢气发生氢化反应生成氢化物MHy,氢化反应方程式为zMHx(s)+H2(g)zMHy(s) ΔH1(Ⅰ);在B点,氢化反应结束,进一步增大氢气压强,H/M几乎不变。 反应(Ⅰ)中z=________(用含x和y的代数式表示)。 温度为T1时,2g某合金4min内吸收氢气240mL,吸氢速率v=________mL·g-1·min-1。 反应Ⅰ的焓变ΔH1________0(填“>”“<”或“=”)。 (2)η表示单位质量贮氢合金在氢化反应阶段的最大吸氢量占其总吸氢量的比例,则温度为T1、T2时,η(T1)________η(T2)(填“>”“<”或“=”)。 当反应(Ⅰ)处于图中a点时,保持温度不变,向恒容体系中通入少量氢气,达到平衡后反应(Ⅰ)可能处于图中的________点(填“b”“c”或“d”),该贮氢合金可通过________或________的方式释放氢气。 (3)贮氢合金ThNi5可催化由CO、H2合成CH4的反应,温度为T时,该反应的热化学方程式为________________。 已知温度为T时
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