2022年高考化学二轮复习专题《多重平衡体系》课件

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1、2022年高考化学二轮复习专题多重平衡体系知识回顾1.概念：一个化学反应体系中，往往存在着多个化学反应。一种物质既可能是某个反应的产物，同时也可能是其它反应的反应物，在一定的条件下，这些反应都可以达到平衡状态。这种现象称作为多重平衡现象，该体系称作为多重平衡体系。2.类型：定性-改变反应条件对平衡体系的影响定量-计算改变反应物质的量引起的平衡常数、转化率等的计算【例【例1】二甲醚二甲醚(CH(CH3 3OCHOCH3 3)是无色气体，可作为一种新型能源。由合成气是无色气体，可作为一种新型能源。由合成气(组成为组成为H H2 2、COCO和少和少量的量的COCO2 2)直接制备二甲醚，其中的主要

2、过程包括以下四个反应：直接制备二甲醚，其中的主要过程包括以下四个反应：甲醇合成反应：甲醇合成反应：(i)CO(g)+2H(i)CO(g)+2H2 2(g)=CH(g)=CH3 3OH(g)HOH(g)H1 1=90.1kJ90.1kJmolmol1 1 (ii)CO(ii)CO2 2(g)+3H(g)+3H2 2(g)=CH(g)=CH3 3OH(g)+HOH(g)+H2 2O(g)H=O(g)H=49.0kJ49.0kJmolmol1 1 水煤气变换反应：水煤气变换反应：(iii)CO(g)+H(iii)CO(g)+H2 2O(g)=COO(g)=CO2 2(g)+H(g)+H2 2(g)H

3、=(g)H=41.1kJ41.1kJmolmol1 1 二甲醚合成反应：二甲醚合成反应：(iv)2CH(iv)2CH3 3OH(g)=CHOH(g)=CH3 3OCHOCH3 3(g)+H(g)+H2 2O(g)H=O(g)H=24.5kJ24.5kJmolmol1 1 回答下列问题：回答下列问题：(2)(2)分析二甲醚合成反应分析二甲醚合成反应(iv)(iv)对于对于COCO转化率的影响转化率的影响_。一、定性分析【例题【例题2 2甲醇既是重要的化工原料，又可作为燃料。利用合成气（主要成分为甲醇既是重要的化工原料，又可作为燃料。利用合成气（主要成分为COCO、COCO2 2和和H H2 2）

4、在催化剂作用下）在催化剂作用下合成甲醇，发生的主要反应如下：合成甲醇，发生的主要反应如下：COCO（g g）+2H+2H2 2（g g）CHCH3 3OHOH（g）H1=-99 kj-99 kjmolmol-1-1COCO2 2（g g）+3H+3H2 2（g g）CHCH3 3OHOH（g g）+H+H2 2O O（g g）H H2 2=-58kJ-58kJmol-1COCO2 2（g g）+H+H2 2（g g）COCO（g g）+H+H2 2O O（g g）H H3 3=41 kJkJmolmol-1-1 回答下列问题：回答下列问题：（3 3）合成气组成）合成气组成n n（H H2 2）

5、/n/n（CO+COCO+CO2 2）=2.60=2.60时，体系中的时，体系中的COCO平衡转化率（平衡转化率（a a）与温度和压强的关系如图）与温度和压强的关系如图2 2所所示，示，a a（COCO）值随温度升高而）值随温度升高而_（填（填“增大增大”或或“减小减小”），其原因是），其原因是_；图；图2 2中的压强中的压强由大到小为由大到小为 ，其判断理由是，其判断理由是_。（3）减减小小 升升高高温温度度时时，反反应应为为放放热热反反应应，平平衡衡向向左左移移动动，使使得得体体系系中中CO的的量量增增大大；反反应应为为吸吸热热反反应应，平平衡衡向向右右移移动动，又又使使产产生生CO的的量

6、增大；总结果，随温度升高，使量增大；总结果，随温度升高，使CO的转化率降低的转化率降低 p p3 3p2p1相同温度下，由于反应相同温度下，由于反应为气体分数减小的反应，加压有为气体分数减小的反应，加压有利于提升利于提升CO的转化率；而反应的转化率；而反应为气体分子数不变的反应，产生为气体分子数不变的反应，产生CO的的量不受压强影响。故增大压强时，有利于量不受压强影响。故增大压强时，有利于CO的转化率升高的转化率升高【例题【例题3】丙烯腈（丙烯腈（CH2=CHCN）是一种重要的化工原料，工业上可用）是一种重要的化工原料，工业上可用“丙烯氨氧化法丙烯氨氧化法”生产，主要副产物有丙烯醛生产，主要副

7、产物有丙烯醛（CH2=CHCHO）和乙腈）和乙腈CH3CN等，回答下列问题：等，回答下列问题：（1）以丙烯、氨、氧气为原料，在催化剂存在下生成丙烯腈（）以丙烯、氨、氧气为原料，在催化剂存在下生成丙烯腈（C3H3N）和副产物丙烯醛（）和副产物丙烯醛（C3H4O）的热化学方程式）的热化学方程式如下：如下：C3H6(g)+NH3(g)+O O2 2(g)=C(g)=C3 3H H3 3N(g)+3HN(g)+3H2 2O(g)O(g)H=-515kJ/molH=-515kJ/mol C C3 3H H6 6(g)+O(g)+O2 2(g)=C(g)=C3 3H H4 4O(g)+HO(g)+H2 2

8、O(g)O(g)H=-353kJ/molH=-353kJ/mol(1)两个反应在热力学上趋势均很大，其原因是两个反应在热力学上趋势均很大，其原因是 ；有利于提高丙烯腈平衡产率的反应条件是；有利于提高丙烯腈平衡产率的反应条件是 ；提高丙烯腈；提高丙烯腈反应选择性的关键因素是反应选择性的关键因素是 。（2）图（）图（a）为丙烯腈产率与反应温度的关系曲线，最高产率对应温度为）为丙烯腈产率与反应温度的关系曲线，最高产率对应温度为460OC低于低于460OC时，丙烯腈的产率时，丙烯腈的产率 （填（填“是是”或者或者“不是不是”）对应温度下的平衡产率，判断理由是）对应温度下的平衡产率，判断理由是 ；高于；

9、高于460OC时，丙烯腈产率降低的可能原因是时，丙烯腈产率降低的可能原因是 （双（双选，填标号）选，填标号）A A催化剂活性降低催化剂活性降低 B平衡常数变大平衡常数变大 C副反应增多副反应增多 D反应活化能增大反应活化能增大（1）因为两个反应均为放热量大的反应，所以热力学趋）因为两个反应均为放热量大的反应，所以热力学趋势大；该反应为气体体积增大的放热反应，所以降低温度、势大；该反应为气体体积增大的放热反应，所以降低温度、降低压强有利于提高丙烯腈的平衡产率；由图降低压强有利于提高丙烯腈的平衡产率；由图a可知，提可知，提高丙烯腈反应选择性的关键因素是催化剂。高丙烯腈反应选择性的关键因素是催化剂。

10、【例题【例题3】丙烯腈（丙烯腈（CH2=CHCN）是一种重要的化工原料，工业上可用）是一种重要的化工原料，工业上可用“丙烯氨氧化法丙烯氨氧化法”生产，主要副产物有丙烯醛生产，主要副产物有丙烯醛（CH2=CHCHO）和乙腈）和乙腈CH3CN等，回答下列问题：等，回答下列问题：（1）以丙烯、氨、氧气为原料，在催化剂存在下生成丙烯腈（）以丙烯、氨、氧气为原料，在催化剂存在下生成丙烯腈（C3H3N）和副产物丙烯醛（）和副产物丙烯醛（C3H4O）的热化学方程式）的热化学方程式如下：如下：C3H6(g)+NH3(g)+O O2 2(g)=C(g)=C3 3H H3 3N(g)+3HN(g)+3H2 2O(

11、g)O(g)H=-515kJ/molH=-515kJ/mol C C3 3H H6 6(g)+O(g)+O2 2(g)=C(g)=C3 3H H4 4O(g)+HO(g)+H2 2O(g)O(g)H=-353kJ/molH=-353kJ/mol(1)两个反应在热力学上趋势均很大，其原因是两个反应在热力学上趋势均很大，其原因是 ；有利于提高丙烯腈平衡产率的反应条件是；有利于提高丙烯腈平衡产率的反应条件是 ；提高丙烯腈；提高丙烯腈反应选择性的关键因素是反应选择性的关键因素是 。（2）图（）图（a）为丙烯腈产率与反应温度的关系曲线，最高产率对应温度为）为丙烯腈产率与反应温度的关系曲线，最高产率对应温

12、度为460OC低于低于460OC时，丙烯腈的产率时，丙烯腈的产率 （填（填“是是”或者或者“不是不是”）对应温度下的平衡产率，判断理由是）对应温度下的平衡产率，判断理由是 ；高于；高于460OC时，丙烯腈产率降低的可能原因是时，丙烯腈产率降低的可能原因是 （双（双选，填标号）选，填标号）A A催化剂活性降低催化剂活性降低 B平衡常数变大平衡常数变大 C副反应增多副反应增多 D反应活化能增大反应活化能增大D 反应活化能的大小不影响平衡，错误 答案AC【小结小结】：定性分析：定性分析1.找准目标物质及所在反应找准目标物质及所在反应2.根据原理（勒沙特列原理以及影响速率的因素等），根据原理（勒沙特列

13、原理以及影响速率的因素等），推断条件改变的影响推断条件改变的影响3.综合判断综合判断1.化学平衡常数 是 的物理量。2.表达式 对于一般的可逆反应，mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)，平衡常数的表达式为：K 。定量描述化学反应限度注注意意化学平衡常数表达式中各物质的浓度必须是平衡时的浓度，且固体、纯液体不写入平衡常数表达式，视为1。二、化学平衡常数知识回顾3.压强平衡常数某气体的分压气体总压强该气体的体积分数(或物质的量分数)。例如：N2(g)3H2(g)2NH3(g)，压强平衡常数表达式为Kp【答案】【答案】C 三、多重平衡的定量分析与计算三、连续型多重平衡的分析与计算【例5】19天津

14、）在在1L真空密闭容器中，加入真空密闭容器中，加入 a mol PH4I，t 时发生如下反应时发生如下反应 PH4I(s)PH3(g)+HI(g)4PH3(g)P4(g)+6H2(g)2HI(g)H2(g)+I2(g)达到平衡时，体系中达到平衡时，体系中n(HI)=b mol，n(I2)=c mol，n(H2)=d mol，则，则 t 时，时，反应反应的平衡常数的平衡常数 K 值为值为 。K=c(PH3)c(HI)step1：写出平衡常数表达式 PH4I PH3 HI P4 H2 H2 I2c c d-c 消耗消耗 2c b+2c b+2c step3：流程分析=(d-c)23b+2c-b消耗

15、消耗 (d-c)23任何物质只有一个平衡浓度！step2：连续型多重平衡三、连续型多重平衡的分析与计算 PH4I(s)PH3(g)+HI(g)4PH3(g)P4(g)+6H2(g)2HI(g)H2(g)+I2(g)step1step2平衡时平衡时xx开始开始反应反应平衡平衡xx0000cbccc2cx=2c+bd-cd-c (d-c)23 (d-c)23b+2c-再次平衡 (d-c)23b+2c-b“三段式”是平衡计算的核心方法方法二三、三、竞争型多重平衡的分析与计算竞争型多重平衡的分析与计算三、竞争型多重平衡的分析与计算【例6】（2020山东高考）以以 CO2、H2 为原料合成为原料合成 C

16、H3OH。反应反应 CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)H1-49.5 kJmol-1反应反应 CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)H2-90.4 kJmol-1反应反应 CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)H3+40.9 kJmol-1 一定条件下，向体积为一定条件下，向体积为 V L的恒容密闭容器中通入的恒容密闭容器中通入 1 mol CO2 和和 3 mol 的的 H2，发，发生上述反应，达到平衡时，容器中生上述反应，达到平衡时，容器中CH3OH(g)为为 a mol，CO为为 b mol。此时此时H H2 2O(g)O(g)的浓的浓度为度为_molm

17、olL L-1-1(用含用含a a、b b、V V的代数式表示，下同的代数式表示，下同)，反应反应的的平衡常数平衡常数为为 (用用a、b、V表示表示)。K=step1：写出平衡常数表达式c(CO)c(H2O)c(CO2)c(H2)三、竞争型多重平衡的分析与计算 一定条件下，向体积为一定条件下，向体积为 V L的恒容密闭容器中通入的恒容密闭容器中通入 1 mol CO2 和和 3 mol 的的 H2，发生上述反应，达到平衡时，容器中，发生上述反应，达到平衡时，容器中CH3OH(g)为为 a mol，CO为为 b mol。反应反应的的平衡常数平衡常数为为 (用用a、b、V表示表示)。step2：竞

18、争型多重平衡 ABC生成目标产物的为主反应生成目标产物的为主反应其余反应为副反应其余反应为副反应思考：哪哪一步一步反应是主反应反应是主反应？【例6】（20山东）以以 CO2、H2 为原料合成为原料合成 CH3OH。反应反应 CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)H1-49.5 kJmol-1反应反应 CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)H2-90.4 kJmol-1反应反应 CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)H3+40.9 kJmol-1三、竞争型多重平衡的分析与计算【例6】（2020山东高考）反应反应 CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g

19、)反应反应 CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)反应反应 CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)主反应副反应盖斯定律分析可知=+V L；开始开始时时 1 mol CO2 和和 3 mol H2；平衡时，；平衡时，CH3OH(g)a mol，CO b mol。K？CO由由CO2反应而来反应而来CH3OH由由CO2反应而来（反应而来（、可知可知CO是生产是生产CH3OH过程的中间产物）过程的中间产物）利用反应、计算step2：竞争型多重平衡step3：“三段式”计算三、竞争型多重平衡的分析与计算 CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)CO(g

20、)+H2O(g)开始开始反应反应平衡平衡aaaa3a任何物质只有一个平衡浓度！bbbbbc(CO2)平衡平衡=1-a-bVmol/Lc(H2)平衡平衡=3-3a-bVmol/Lc(H2O)平衡平衡=a+bVmol/LK=c(CO)c(H2O)c(CO2)c(H2)找准消耗量是关键！三、竞争型多重平衡的分析与计算 CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)V L；开始开始时时 1 mol CO2 和和 3 mol H2；平衡时，；平衡时，CH3OH(g)a mol，CO b mol。“守恒法”计算C守恒：n(CO2)消耗消耗 =n(C

21、H3OH)+n(CO)=(a+b)molO守恒：n(CH3OH)平衡平衡 =n(H2O)n(CO)平衡平衡 =n(H2O)n(H2O)平衡平衡 =(a+b)moln(CO2)平衡平衡 =(1-a-b)molH守恒：n(H2)消耗消耗=2n(CH3OH)+n(H2O)=(2a+a+b)moln(H2)平衡平衡 =(3-3a-b)mol三、三、竞争型多重平衡的分析与计算竞争型多重平衡的分析与计算【提升训练】【提升训练提升训练】答案 77.78%3906.2577.78%3906.25【提升训练提升训练】【体验应用体验应用】2121山东高考山东高考【例例1010】（2019全国卷改编）Shibata

22、曾做过下列实验：曾做过下列实验：使纯使纯 H2 缓慢地通过处于缓慢地通过处于 721 下的过量氧化钴下的过量氧化钴 CoO(s)，氧化钴部分被还原，氧化钴部分被还原为金属钴为金属钴(Co)，平衡后气体中，平衡后气体中 H2 的物质的量分数为的物质的量分数为 0.0250。在同一温度下用在同一温度下用 CO 还原还原 CoO(s)，平衡后气体中，平衡后气体中CO的物质的量分数为的物质的量分数为0.0192。计算计算CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)的压强平衡常数的压强平衡常数（用平衡分压代替平衡（用平衡分压代替平衡浓度，分压浓度，分压=总压总压物质的量分数）物质的量分数）step1

23、：写出平衡常数表达式 K=c(CO2)c(H2)c(CO)c(H2O)【拓展训练】（2019全国卷改编）Shibata曾做过下列实验：曾做过下列实验：使纯使纯 H2 缓慢地通过处于缓慢地通过处于 721 下的过量氧化钴下的过量氧化钴 CoO(s)，氧化钴部分被还原为，氧化钴部分被还原为金属钴金属钴(Co)，平衡后气体中，平衡后气体中 H2 的物质的量分数为的物质的量分数为 0.0250。在同一温度下用在同一温度下用 CO 还原还原 CoO(s)，平衡后气体中，平衡后气体中CO的物质的量分数为的物质的量分数为0.0192。计算计算CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)的压强平衡常数的压

24、强平衡常数（用平衡分压代替平衡浓度，（用平衡分压代替平衡浓度，分压分压=总压总压物质的量分数）物质的量分数）H2(g)+CoO(s)Co(s)+H2O(g)CO(g)+CoO(s)Co(s)+CO2(g)step2：竞争型多重平衡K1 K2 K=K2 K1【例例1010】【拓展训练】H2(g)+CoO(s)Co(s)+H2O(g)CO(g)+CoO(s)Co(s)+CO2(g)step3：计算K1、K2数据：平衡后气体中平衡后气体中 H2 的物的物质的量分数为质的量分数为 0.0250数据：平衡后气体中平衡后气体中 CO 的物的物质的量分数为质的量分数为 0.0192Kp=(1-0.0250)p总总0.0250p总总=39 Kp=(1-0.0192)p总总0.0192p总总=51.1K=K2 K1=51.139 思考：还原还原CoO的倾向是的倾向是CO H2（填大于或小于）（填大于或小于）大于大于【例例1010】【拓展训练】【思维建模】掌握多重平衡计算步骤：写出平衡常数表达式1.根据已知方程式根据已知方程式2.运用运用盖斯定律盖斯定律判断多重平衡类型连续型竞争型流程分析或“三段式”Key：找准反应的消耗量找准反应的消耗量分清主反应和副反应Key：两个方程式运用两个方程式运用 三段式三段式或或元素元素守恒守恒课后总结归纳方法总结归纳方法step1：step2：