（浙江选考）2020版高考化学一轮复习 专题七 第三单元 化学平衡的移动课件.ppt

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1、第三单元化学平衡的移动,一 影响化学平衡的外界条件,二 平衡移动原理(勒夏特列原理),教材研读,突破一 平衡原理在化工生产中的应用,突破二化学平衡计算“三段式法”,重难突破,一、影响化学平衡的外界条件 1.浓度,教材研读,图14中t1为第一次达到平衡所需的时间,t2为浓度改变而引起速率变化的时刻,t3-t2为第二次达到平衡所需的时间。 在其他条件不变时:,增大反应物浓度,平衡向正反应方向移动(图1);减小生成物浓度,平衡向正反应方向移动(图2);增大生成物浓度,平衡向逆反应方向移动 (图3);减小反应物浓度,平衡向逆反应方向移动(图4)。 应用:生产中常适当增大廉价反应物的浓度,以提高价格高的

2、反应物的转化率。,2.压强 压强对化学平衡的影响,可以从浓度的角度来理解。 无气体参与和生成的反应,压强对化学平衡没有影响。,3.温度 (1)规律 升温,平衡向吸热方向移动;降温,平衡向放热方向移动。 (2)实验 2NO2(红棕色) N2O4(无色)H=-56.9 kJmol-1 将充满NO2的球(球内反应达到平衡)浸泡在冰水中,红棕色变浅,原因是降温使平衡向放热反应方向(向右)移动。 将充满NO2的球(球内反应达到平衡)浸泡在热水中,红棕色变深,原因是升温使平衡向吸热反应方向(向左)移动。,4.催化剂 催化剂可大大提高反应速率,但正、逆反应速率增大的倍数相同,所以平衡不移动,只缩短达到平衡所

3、需的时间。 二、平衡移动原理(勒夏特列原理),1.内容:改变影响化学平衡的一个因素,平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动。,2.说明:(1)研究对象一定是处于平衡状态的可逆反应。 (2)只适用于改变影响化学平衡的一个因素。 (3)平衡的移动结果只能“减弱”而不能“消除”这种改变。,3.应用:工业合成氨条件的选择 (1)反应速率 (2)产率 合成氨的产率,1.对于已经达到平衡的可逆反应,下列物理量的变化可以确定可逆反应平衡发生了移动的是(D) A.浓度变化B.压强变化 C.体积变化D.转化率变化,2.下列措施或事实能用勒夏特列原理解释的是( A ) A.新制的氯水在光照下颜色逐渐变浅 B.H2、

4、I2、HI的混合气体缩小体积加压后颜色变深 C.工业上生产硫酸的过程中,SO2在催化氧化时的条件控制为常压,而不是高压 D.工业上合成氨气时温度选择450 左右,而不是常温,3.将BaO2放入密闭的真空容器中,反应2BaO2(s)2BaO(s)+O2(g)达到 平衡。保持温度不变,缩小容器容积,体系重新达到平衡,下列说法正确的是(C) A.平衡常数减小B.BaO的量不变 C.氧气浓度不变 D.平衡向正反应方向移动,4.在反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)中,有a mol SO2和b mol O2参加反应, 达到化学平衡状态时有c mol SO3生成,则SO2在平衡混合物中的体积分数为

5、( D ) A.% B.% C.% D.%,突破一平衡原理在化工生产中的应用,重难突破,1.总体原则 (1)化工生产适宜条件选择的一般原则,(2)平衡类问题需考虑的几个方面 原料的来源、除杂,尤其考虑杂质对平衡的影响。 原料的循环利用。 产物的污染处理。 产物的酸碱性对反应的影响。 气体产物的压强对平衡造成的影响。 改变外界条件对多平衡体系的影响。,2.反应条件的控制合成氨 (1)原理 N2+3H22NH3 该反应的特点:可逆反应;正反应为气体分子数减小的反应;正反应为放热反应;使用催化剂。 (2)适宜条件的选择 浓度:n(N2)n(H2)略大于13,以提高H2的利用率。 压强:2050 MP

6、a。,解释:从平衡移动的角度考虑,压强越大越有利于氨气的合成,但考虑到压强增大后对设备的要求也提高,故采用2050 MPa。 温度:500 左右。 解释:从平衡移动的角度考虑,温度越高越不利于氨气的合成,但考虑到反应的速率和催化剂的活性,采用500 左右的温度。 催化剂:铁触媒。,3.反应条件的控制接触法制硫酸 (1)原理 2SO2+O22SO3 该反应的特点:可逆反应;正反应为气体分子数减小的反应;正反应为放热反应;使用催化剂。 (2)适宜条件的选择 压强:常压;温度:400500 ;催化剂:V2O5。 注意化工生产中可逆反应适宜条件选择的理论依据:,a.加快反应速率;b.利于平衡正向进行。

7、,典例1(2017课标,27,14分)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: (1)正丁烷(C4H10)脱氢制1-丁烯(C4H8)的热化学方程式如下:,反应的H1为kJmol-1。图(a)是反应平衡转化率与反应温度及压强的关系图,x0.1(填“大于”或“小于”);欲使丁烯的平衡产率提高,应采取的措施是(填标号)。 A.升高温度B.降低温度 C.增大压强D.降低压强,(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

8、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。,答案(1)123小于AD (2)氢气是产物之一,随着n(氢气)/n(丁烷)增大,逆反应速率增大 (3)升高温度有利于反应向吸热方向进行温度升高反应速率加快丁烯高温裂解生成短链烃类 解析本题考查反应热的计算及影响化学平衡的因素。(1)结合已知信息运用盖斯定律,由-可得,故 H1=-119-(-242) kJmol-1=123 kJmol-1;由图(a)可知温度一定时压强由0.1

9、MPa变成x MPa,平衡转化率增大,对反应而言,减小压强平衡正向移动,平衡转化率增大,故x小于0.1;升高温度或减小压强可使反应的平衡正向移动,丁烯的平衡产率提高,故选择A、D。,温馨提示解答平衡移动问题的基本思路,1-1(2018课标,28,15分)采用N2O5为硝化剂是一种新型的绿色硝化技术,在含能材料、医药等工业中得到广泛应用。回答下列问题: (1)1840年Devil用干燥的氯气通过干燥的硝酸银,得到N2O5。该反应的氧化产物是一种气体,其分子式为。 (2)F.Daniels等曾利用测压法在刚性反应器中研究了25 时N2O5(g)分解反应: 2N2O5(g) 4NO2(g)+O2(g

10、) 2N2O4(g),其中NO2二聚为N2O4的反应可以迅速达到平衡。体系的总压强p随时间t的变化如下表所示t=时,N2O5(g)完全分解:,已知:2N2O5(g) 2N2O4(g)+O2(g)H1=-4.4 kJmol-1 2NO2(g) N2O4(g)H2=-55.3 kJmol-1 则反应N2O5(g) 2NO2(g)+O2(g)的H=kJmol-1。 研究表明,N2O5(g)分解的反应速率v=210-3(kPamin-1)。t=62 min时,测得体系中=2.9 kPa,则此时的=kPa,v=kPa min-1。 若提高反应温度至35 ,则N2O5(g)完全分解后体系压强p(35 )6

11、3.1 kPa(填“大于”“等于”或“小于”),原因是,25 时N2O4(g) 2NO2(g)反应的平衡常数Kp=kPa(Kp为以分 压表示的平衡常数,计算结果保留1位小数)。 (3)对于反应2N2O5(g) 4NO2(g)+O2(g),R.A.Ogg提出如下反应历程: 第一步N2O5 NO2+NO3快速平衡 第二步NO2+NO3 NO+NO2+O2 慢反应 第三步NO+NO3 2NO2 快反应,其中可近似认为第二步反应不影响第一步的平衡。下列表述正确的是(填标号)。 A.v(第一步的逆反应)v(第二步反应) B.反应的中间产物只有NO3 C.第二步中NO2与NO3的碰撞仅部分有效 D.第三步

12、反应活化能较高,答案(1)O2(2)53.130.06.010-2大于温度提高,体积不变,总压强提高;NO2二聚为放热反应,温度提高,平衡左移,体系物质的量增加,总压强提高13.4(3)AC,解析本题考查氧化还原反应、反应热的计算、化学反应速率、化学平衡及化学平衡常数的计算。 (1)氯气具有强氧化性,氮元素化合价不变,Ag应以AgCl形式存在,则被氧化的是氧元素,对应的氧化产物为O2,反应的化学方程式为4AgNO3+2Cl2 4AgCl+2N2O5+O2。 (2)2N2O5(g) 2N2O4(g)+O2(g)H1=-4.4 kJmol-1a 2NO2(g) N2O4(g)H2=-55.3 kJ

13、mol-1b 根据盖斯定律,由-b可得:N2O5(g) 2NO2(g)+O2(g)H=53.1 kJmol-1。,由2N2O5(g)O2(g)可知,=2.9 kPa时N2O5分压减小5.8 kPa,此时= (35.8-5.8)kPa=30.0 kPa。v=210-3(kPamin-1)=210-330(kPamin-1) =6.010-2 kPamin-1。 t=时,N2O5完全分解。 2N2O52N2O4+O2 2 2 1 35.8 kPa,=35.8 kPa=17.9 kPa 设达平衡时,N2O4分压减小了x kPa。 N2O42NO2 开始分压(kPa) 35.8 0 变化分压(kPa)

14、 x 2x 平衡分压(kPa) 35.8-x 2x (35.8-x)kPa+2x kPa+17.9 kPa=63.1 kPa,解得x=9.4,则平衡时=26.4 kPa,=18.8 kPa,K=kPa13.4 kPa。,(3)第一步反应为快反应,其逆反应的速率也比第二步反应的速率快,A正确;从反应方程式看,中间产物有NO3、NO,B错误;由于第二步反应是慢反应,说明NO2与NO3的碰撞仅部分有效,C正确;第三步是快反应,故其活化能应较低,D错误。,1-2(2018课标,27,14分)CH4-CO2催化重整不仅可以得到合成气(CO和H2),还对温室气体的减排具有重要意义。回答下列问题: (1)C

15、H4-CO2催化重整反应为:CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g)。 已知:C(s)+2H2(g) CH4(g)H=-75 kJmol-1 C(s)+O2(g) CO2(g)H=-394 kJmol-1 C(s)+O2(g) CO(g)H=-111 kJmol-1 该催化重整反应的H=kJmol-1。有利于提高CH4平衡转化率的条件是(填标号)。,A.高温低压B.低温高压 C.高温高压D.低温低压 某温度下,在体积为2 L的容器中加入2 mol CH4、1 mol CO2以及催化剂进行重整反应,达到平衡时CO2的转化率是50%,其平衡常数为mol2L-2。 (2)反应中催化剂活

16、性会因积碳反应而降低,同时存在的消碳反应则使积碳量减少。相关数据如下表:,由上表判断,催化剂XY(填“优于”或“劣于”),理由是。在反应进料气组成、压强及反应时间相同的情况下,某催化剂表面的积碳量随温度的变化关系如下图所示。升高温度时,下列关于积碳反应、消碳反应的平衡常数(K)和速率(v)的叙述正确的是(填标号)。,A.K积、K消均增加 B.v积减小、v消增加 C.K积减小、K消增加,D.v消增加的倍数比v积增加的倍数大,在一定温度下,测得某催化剂上沉积碳的生成速率方程为v=kp(CH4)p(CO2)-0.5(k为速率常数)。在p(CH4)一定时,不同p(CO2)下积碳量随时间的变化趋势如下图

17、所示,则pa(CO2)、pb(CO2)、pc(CO2)从大到小的顺序为。,答案(1)247A (2)劣于相对于催化剂X,催化剂Y积碳反应的活化能大,积碳反应的速率小;而消碳反应活化能相对小,消碳反应速率大AD pc(CO2)、pb(CO2)、pa(CO2),解析本题考查盖斯定律的应用,化学反应速率与化学平衡常数。 (1)C(s)+2H2(g)CH4(g)H=-75 kJmol-1 C(s)+O2(g)CO2(g)H=-394 kJmol-1 C(s)+O2(g)CO(g)H=-111 kJmol-1 运用盖斯定律,2-可得CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g)H =(-1112

18、)-(-75)-(-394) kJmol-1=247 kJmol-1。正反应为气体体积增大的吸热反应,故升温、减压有利于平衡正向移动,提高CH4的平衡转化率,A正确。列三段式:,CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) 始 2 mol 1 mol 0 mol0 mol 转 0.5 mol 0.5 mol1 mol1 mol 平 1.5 mol 0.5 mol1 mol1 mol K= mol2L-2。,(2)积碳反应与消碳反应均为吸热反应,升高温度时,K积、K消均增加;由图像可知600 以后积碳量减小,说明升高温度,v消增加的倍数比v积增加 的倍数大,故A、D正确。 由图像可知,时

19、间相同时积碳量abc,说明积碳速率abc,由v=kp(CH4)p(CO2)-0.5可知,p(CH4)一定时,积碳速率与p(CO2)成反比,故pa(CO2)pb(CO2)pc(CO2)。,1.计算模式 反应:mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g),令A、B起始的物质的量分别为a mol、b mol,达到平衡后,A的消耗量为mx mol,容器容积为V L。 mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g) 起始(mol)a b 0 0 变化(mol)mx nx px qx 平衡(mol)a-mx b-nx px qx,突破二化学平衡计算“三段式法”,则有:(1)平衡常数K=。 (2)反应物:

20、n(平)=n(始)-n(变)。 生成物:n(平)=n(始)+n(变)。 (3)A平衡时的浓度:c平(A)= molL-1。 (4)A的转化率:平(A)=100%,A、B的转化率之比为。 (5)平衡时A的体积分数:(A)=100%。,(6)平衡时和开始时的压强比:=。 (7)混合气体的密度:(混)= gL-1。 (8)混合气体的平均摩尔质量:= gmol-1。,2.基本步骤 (1)确定反应物或生成物的起始加入量。 (2)确定反应过程的变化量。 (3)确定平衡量。 (4)列比例式求解。,典例2(2017课标,28节选)H2S与CO2在高温下发生反应:H2S(g)+CO2(g) COS(g)+H2O

21、(g)。在610 K时,将0.10 mol CO2与0.40 mol H2S充 入2.5 L的空钢瓶中,反应平衡后水的物质的量分数为0.02。 (1)H2S的平衡转化率1=%,反应平衡常数K=。 (2)在620 K重复实验,平衡后水的物质的量分数为0.03,H2S的转化率21,该反应的H0。(填“”“”或“=”) (3)向反应器中再分别充入下列气体,能使H2S转化率增大的是(填标号)。,A.H2SB.CO2C.COSD.N2,解析(1)反应前后气体体积不变,则平衡后水的物质的量为(0.10 mol+0.40 mol)0.02=0.01 mol,利用三段式: H2S(g)+CO2(g) COS(

22、g)+H2O(g) 起始0.40 mol0.10 mol 0 0 转化0.01 mol0.01 mol 0.01 mol 0.01 mol 平衡0.39 mol0.09 mol 0.01 mol 0.01 mol 则H2S的平衡转化率1=100%=2.5%。,答案(1)2.52.810-3(2)(3)B,平衡常数K=2.810-3。 (2)由610 K到620 K,水的物质的量分数增大,说明平衡正向移动,则H2S的转化率增大,正反应吸热,H0。 (3)A项,再充入H2S,H2S转化率会减小,错误;B项,再充入CO2,平衡正向移动,H2S转化率增大,正确;C项,充入COS,平衡逆向移动,H2S转

23、化率减小,错误;D项,充入N2,平衡不移动,H2S转化率不变,错误。,2-1运用化学反应原理知识研究如何利用CO、SO2等污染物有重要意义。 (1)用CO可以合成甲醇。已知: CH3OH(g)+3/2O2(g) CO2(g)+2H2O(l) H=-764.5 kJmol-1 CO(g)+1/2O2(g) CO2(g)H=-283.0 kJmol-1 H2(g)+1/2O2(g) H2O(l)H=-285.8 kJmol-1 则CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)H=kJmol-1。,(2)下列措施中能够增大上述合成甲醇反应速率的是(填写序号)。 a.使用高效催化剂 b.降低反应温度 c.

24、增大体系压强 d.不断将CH3OH从反应混合物中分离出来 (3)在一定压强下,容积为V L的容器中充入a mol CO与2a mol H2,在催化剂作用下反应生成甲醇,CO的平衡转化率与温度、压强的关系如图所示。,p1p2(填“大于”“小于”或“等于”); 100 时,该反应的化学平衡常数K=; 在其他条件不变的情况下,再增加a mol CO和2a mol H2,达到新平衡时,CO的转化率(填“增大”“减小”或“不变”)。,解析(1)将已知的三个热化学方程式从上至下依次标记为,根据盖斯定律,+2-得CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)H=(-283.0-2 85.82+764.5)kJm

25、ol-1=-90.1 kJmol-1。 (3)增大压强,平衡向气体体积减小的方向移动,CO的转化率增大,所以p1小于p2;,答案(1)-90.1 (2)ac (3)小于(V/a)2增大,CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) 起始(molL-1)a/V2a/V 0 转化(molL-1)a/2Va/V a/2V 平衡(molL-1)a/2Va/V a/2V 100 时,该反应的化学平衡常数K=(V/a)2; 在其他条件不变的情况下,再增加a mol CO和2a mol H2,相当于加压,平衡正向移动,达到新平衡时,CO的转化率增大。,2-2化工生产中原料转化与利用非常重要,现有反应:CCl4

26、+H2 CHCl3+HCl,查阅资料可知沸点:CCl4为77 ,CHCl3为61.2 。在密闭容器中,该反应达到平衡后,测得下表数据。,(1)在100 时,此反应的化学平衡常数表达式为;在110 时的平衡常数为。 (2)在实验2中,若1小时后反应达到平衡,则H2的平均反应速率为。在此平衡体系中再加入0.5 mol CCl4和1.0 mol HCl,平衡将向方向移动。 (3)实验1中,CCl4的转化率a50%(填“”“=”或“”)。实验3中,b的值(填字母序号)。 A.等于50%B.大于50%,C.小于50%D.由本题所给资料无法判断,答案(1)K=1 (2)0.5 molL-1h-1逆反应 (

27、3)D,解析本题主要考查平衡常数的计算与转化率大小的判断,意在考查考生根据化学平衡常数表达式进行计算的能力。(1)根据题给各物质的沸点及反应温度可知100 时所有物质均为气态,该反应的平衡常数表达式K=;由实验2可知,CCl4的转化率为50%,则平衡时c(CCl4)=c(H2)=c(CHCl3)=c(HCl)=0.5 molL-1,代入平衡常数表达式可得K=1。,(2)达到平衡后H2的转化浓度为0.5 molL-1,则H2的平均反应速率为0.5 molL-1h-1;由于加入HCl的物质的量大于加入的CCl4的物质的量,使QK,则平衡向逆反应方向移动。(3)实验1中,设CCl4转化浓度为x molL-1,K=,解得x=0.48,则CCl4的转化率为100%=60%50%; 由于不知道该反应是放热反应还是吸热反应,故无法判断b的大小。,