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高考化学总复习专题十化学反应速率和化学平衡完美课件PPT
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这是一份高考化学总复习专题十化学反应速率和化学平衡完美课件PPT，共60页。PPT课件主要包含了考点35，考点36，考点37，考点38，试做真题，高手必备，萃取高招，对点精练，化学反应速率，透析真题等内容，欢迎下载使用。
这一专题是化学动力学与化学热力学的核心内容,其重要性不言而喻。
根据我的复习体验,复习时应注意:(1)注重对原理的理解,特别是浓度、压强对化学反应速率及化学平衡的影响,要理解规律的实质,总结反常情况;(2)要理清概念,理清速率的变化与化学平衡移动的关系、理清转化率的变化与化学平衡移动的关系;(3)解答问题时,首先要把握化学反应的特点,利用化学反应速率的相关理论、平衡移动原理、化学平衡常数、等效平衡规律、图像分析技巧等,通过细致的分析,作出正确的判断;(4)注意相关题型的演练,特别是化学平衡常数、化学平衡图像的题型,要尽可能多地练习各种题型,熟悉常见考查方式,对各种题型的解决方法,做到心中有数;(5)注重方法的总结,例如利用三段式解题模板解决化学平衡的有关计算,根据“先拐先平速率大”的原理分析解决化学平衡图像的问题等。
化学反应速率及其影响因素1.(2017江苏,10)H2O2分解速率受多种因素影响。实验测得70 ℃时不同条件下H2O2浓度随时间的变化如图所示。下列说法正确的是( )
甲 乙
丙 丁A.图甲表明,其他条件相同时,H2O2浓度越小,其分解速率越快B.图乙表明,其他条件相同时,溶液pH越小,H2O2分解速率越快C.图丙表明,少量Mn2+存在时,溶液碱性越强,H2O2分解速率越快D.图丙和图丁表明,碱性溶液中,Mn2+对H2O2分解速率的影响大
【答案】 D A项,从图甲看,其他条件相同时,起始时H2O2的浓度越小,对应曲线的斜率越小,则反应速率越慢,错误;B项,从图乙看,其他条件相同时,溶液中OH-的浓度越大,pH越大,对应曲线的斜率越大,则H2O2分解得越快,错误;C项,从图丙看,相同时间内,0.1 ml·L-1 NaOH条件下,H2O2分解速率最快,0 ml·L-1 NaOH的条件下,H2O2分解速率最慢,而1.0 ml·L-1 NaOH的条件下,H2O2分解速率处于二者之间,错误。
2.(2015福建,12)在不同浓度(c)、温度(T)条件下,蔗糖水解的瞬时速率(v)如下表。下列判断不正确的是( )A.a=6.00B.同时改变反应温度和蔗糖的浓度,v可能不变C.b<318.2D.不同温度时,蔗糖浓度减少一半所需的时间相同
【答案】 D 分析表中数据知,在318.2 K时,蔗糖的浓度越大,水解的速率越大,蔗糖浓度每减小0.100 ml·L-1,反应瞬时速率降低0.60 mml·L-1·min-1。在温度为328.2 K时,蔗糖浓度由0.600 ml·L-1降低为0.500 ml·L-1时,瞬时速率减小了1.50 mml·L-1·min-1,故当浓度再减小0.100 ml·L-1时,瞬时速率也应减小1.50 mml·L-1·min-1,A项正确;由表中数据变化趋势知,当温度升高(或降低)与浓度减小(或增大)对反应速率的影响程度相当时,反应速率可能会保持不变,B项正确;因温度升高反应速率增大,2.16 mml·L-1·min-1<3.60 mml·L-1·min-1,故b<318.2,C项正确;蔗糖浓度相同时,不同温度下反应速率
3.(2014课标全国Ⅰ,9)已知分解1 ml H2O2放出热量98 kJ。在含少量I-的溶液中,H2O2分解的机理为:
下列有关该反应的说法正确的是( )A.反应速率与I-浓度有关B.IO-也是该反应的催化剂C.反应活化能等于98 kJ·ml-1D.v(H2O2)=v(H2O)=v(O2)
【答案】 A H2O2的分解反应速率主要由慢反应决定,且I-浓度越大反应速率越大,A项正确;合并题中两反应,可知I-为催化剂,而IO-为中间产物,B项错误;1 ml H2O2分解时的反应热为-98 kJ·ml-1,98 kJ·ml-1并不是活化能,C项错误;根据化学计量数关系可确定v(H2O2)=v(H2O)=2v(O2),D项错误。
4.(2014重庆,7)在恒容密闭容器中通入X并发生反应:2X(g)Y(g),温度T1、T2下X的物质的量浓度c(X)随时间t变化的曲线如图所示,下列叙述正确的是( )A.该反应进行到M点放出的热量大于进行到W点放出的热量
C.M点的正反应速率v(正)大于N点的逆反应速率v(逆)D.M点时再加入一定量X,平衡后X的转化率减小
【答案】 C 根据图像可知,T2
3.反应速率的理论解释——有效碰撞理论(1)有效碰撞:活化分子之间能够引发化学反应的碰撞。(2)活化分子:能够发生有效碰撞的分子。(3)活化能:如图图中E1为正反应的活化能,使用催化剂时的活化能为E3,反应热为E1-E2。(注:E2为逆反应的活化能)
(4)根据有效碰撞理论,可得下表:
【疑难辨析】 (1)化学反应速率一般指的是单位时间内物质浓度的变化而不是物质的量的变化。(2)化学反应速率不能用固体和纯液体表示,因为其浓度为一常数。(3)化学反应快慢一定,但用不同物质表示的速率值可能不同。(4)对于有气体参加和生成的可逆反应,增大压强(体积缩小),v(正)、v(逆)均增大,且气体物质的量减小的反应速率增大的程度大。(5)对于任意可逆反应,升高温度,v(正)、v(逆)均增大,且吸热反应速率增大的程度大。(6)使用正催化剂,可增大正、逆反应的速率,且增大的倍数相同。(7)对于可逆反应,反应进行的净速率是正、逆反应速率之差,当达到平衡时,净速率为零。
典例导引(2017湖南师大附中模拟)以煤为原料合成天然气是煤气化的一种重要方法,其工艺核心是合成过程中的甲烷化,涉及的主要反应:
现在300 ℃、容积为2 L的密闭容器中进行有关合成天然气的实验,相关数据记录如下:
下列有关说法错误的是( )A.a=30,b=,d=4.5C.前30 min内,反应①的平均反应速率v(CH4)=0.05 ml·L-1·min-1D.后40 min内,反应②的平均反应速率v(H2)=0.025 ml·L-1·min-1
【解析】 反应至30 min时,反应①消耗2 ml CO,则消耗H2物质的量为6 ml,反应②消耗CO2的物质的量为1 ml,则消耗氢气的物质的量为4 ml,共消耗氢气的物质的量为10 ml,a=(40-10) ml=30 ml;反应至70 min时,反应①消耗CO的物质的量为3 ml,生成水的物质的量为3 ml,因此反应②中产生H2O的物质的量为(6-3) ml=3 ml,则消耗CO2的物质的量为1.5 ml,因此b=1.5 ml,A项说法正确。
根据选项A分析,反应至70 min时,反应①消耗H2的物质的量为9 ml,产生3 ml甲烷,反应②消耗氢气的物质的量为6 ml,产生甲烷的物质的量为1.5 ml,故c=25 ml,d=4.5 ml,B项说法正确。
D项说法正确。【答案】 C
高招妙解化学反应速率的计算与大小比较(1)计算化学反应速率的常用方法:
②比例式法:根据“化学反应速率之比等于化学计量数之比”进行计算。③三段式法:具体步骤如下。a.写出有关反应的化学方程式;b.找出各物质的起始量、转化量、某时刻量;c.根据已知条件列方程式计算。
例如,反应 mA+nB pCt0s时刻/(ml·L-1) a b 0
(2)化学反应速率的比较方法:①看单位是否相同,若不相同,换算成相同的单位。②归一法:换算成同一物质相同单位的速率,再比较数值的大小。③比值法:用各物质表示的反应速率除以对应各物质的化学计量数,然后再对求出的数值进行大小排序,数值大的反应速率大。
1.(2017湖南长沙模拟)反应A(g)+3B(g) 2C(g)+2D(g)在四种不同情况下的反应速率分别为①v(A)=0.45 ml·L-1·s-1 ②v(B)=0.6 ml·L-1·s-1 ③v(C)=0.4 ml·L-1·s-1 ④v(D)=0.45 ml·L-1·s-1。下列有关反应速率的比较中正确的是( )A.④>③=②>①B.①>④>②=③C.①>②>③>④D.④>③>②>①
0.225 ml·L-1·s-1,故①>④>②=③,B项正确。
2.(2017湖南衡阳统考)一定条件下,在容积为2 L的密闭容器中,3 ml X和3 ml Y发生反应:3X(g)+Y(g) 2Z(g) ΔH>0,经60 s反应达到平衡,生成0.4 ml Z。下列说法正确的是( )A.60 s内反应速率为v(X)=0.05 ml·(L·s)-1B.其他条件不变,升高温度,正反应速率增大,逆反应速率减小C.其他条件不变,若初始投入2 ml X和2 ml Y,则物质Y的转化率减小D.其他条件不变,将容器容积变为4 L,Z的平衡浓度变为原来的
【答案】 C 反应经60 s达到平衡,生成0.4 ml Z,则
误;其他条件不变,升高温度,正、逆反应速率均增大,B错误;其他条件不变,若初始投入2 ml X和2 ml Y,对比初始投入3 ml X和3 ml Y,相当于降低了体系的压强,故平衡左移,Y的转化率减小,C正确;其他条件不变,将容器容积变为4 L,由于压强减小,平衡左移,导致Z的浓度在容积加倍的基础上继续降低,故Z的浓度将小于原来的 ,D错误。
化学平衡状态及其影响因素1.(2017课标全国Ⅱ,27)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①的ΔH1为 kJ·ml-1。图(a)是反应①平衡转化率与反应温度及压强的关系图,x 0.1(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 kJ·ml-1 小于 AD(2)原料中过量H2会使反应①平衡逆向移动,所以丁烯转化率下降(3)590 ℃前升高温度,反应①平衡正向移动 升高温度时,反应速率加快,单位时间产生丁烯更多 更高温度导致C4H10裂解生成更多的短碳链烃,故丁烯产率快速降低
【解析】 (1)根据盖斯定律,②式-③式可得①式,因此ΔH1=ΔH2-ΔH3=-119 kJ·ml-1+242 kJ·ml-1=+123 kJ·ml-1。由图(a)可以看出,温度相同时,由0.1 MPa 变化到x MPa,丁烷的转化率增大,即平衡正向移动,由于反应①是气体物质的量增大的反应,压强越小平衡转化率越大,所以x的压强更小,x<0.1。由于反应①为吸热反应,所以温度升高时,平衡正向移动,丁烯的平衡产率增大,因此A正确,B错误。由于反应①是气体物质的量增大的反应,加压时平衡逆向移动,丁烯的平衡产率减小,因此C错误,D正确。(2)H2是反应①的产物,增大 会促使平衡逆向移动,从而降低丁烯的产率。(3)590 ℃之前,随温度升高,反应速率增大,反应①是吸热反应,升高温度平衡正向移动,生成的丁烯会更多。温度超过590 ℃,更多的丁烷裂解生成短链烃类,导致丁烯产率快速降低。
2.(2017课标全国Ⅲ,28)砷(As)是第四周期ⅤA族元素,可以形成As2S3、As2O5、H3AsO3、H3AsO4等化合物,有着广泛的用途。回答下列问题:(1)画出砷的原子结构示意图 。 (2)工业上常将含砷废渣(主要成分为As2S3)制成浆状,通入O2氧化,生成H3AsO4和单质硫。写出发生反应的化学方程式 。该反应需要在加压下进行,原因是 。 (3)已知:
(4)298 K时,将20 mL 3x ml·L-1 Na3AsO3、20 mL 3x ml·L-1 I2和
①下列可判断反应达到平衡的是 (填标号)。 a.溶液的pH不再变化
d.c(I-)=y ml·L-1②tm时,v正 v逆(填“大于”“小于”或“等于”)。 ③tm时v逆 tn时v逆(填“大于”“小于”或“等于”),理由是 。 ④若平衡时溶液的pH=14,则该反应的平衡常数K为 。
增加反应物O2的浓度,提高As2S3的转化速率(3)2ΔH1-3ΔH2-ΔH3(4)①a、c ②大于③小于 tm时生成物浓度较低
【解析】 (1)As为33号元素,位于第四周期第ⅤA族,所以其原子最外层为5个电子,故As的原子结构示意图为 。(2)由题中信息知,As2S3被O2氧化生成H3AsO4和S,根据As、S和O的得失电子守恒可配平该反应的化学方程式。加压条件下进行反应,相当于增加了O2的浓度,可以提高反应物As2S3的转化速率。(3)将题给热化学方程式依次编号为①、②、③,根据盖斯定律,①×2-②×3-③可得目标热化学方程式,则ΔH=2ΔH1-3ΔH2-ΔH3。(4)①a项,反应中
消耗OH-,若pH不变,则说明反应已达平衡,正确;b项,反应中I-与
)=2y ml·L-1,则c(I-)=y ml·L-1时,不能说明反应达到平衡,错误。②在tm时,反应未达到平衡,故v正>v逆。③生成物浓度越大,逆反应速率越大,tn时生成物浓度大,则tn时的v逆大。④三种溶液混合
3.(2016课标全国Ⅲ,27)煤燃烧排放的烟气含有SO2和NOx,形成酸雨,污染大气,采用NaClO2溶液作为吸收剂可同时对烟气进行脱硫、脱硝。回答下列问题:(1)NaClO2的化学名称为 。 (2)在鼓泡反应器中通入含有SO2和NO的烟气,反应温度为323 K,NaClO2溶液浓度为5×10-3 ml·L-1。反应一段时间后溶液中离子浓度的分析结果如下表:
①写出NaClO2溶液脱硝过程中主要反应的离子方程式 。 增加压强,NO的转化率 (填“提高”“不变”或“降低”)。 ②随着吸收反应的进行,吸收剂溶液的pH逐渐 (填“增大”“不变”或“减小”)。 ③由实验结果可知,脱硫反应速率 脱硝反应速率(填“大于”或“小于”)。原因是除了SO2和NO在烟气中的初始浓度不同,还可能是 。
(3)在不同温度下,NaClO2溶液脱硫、脱硝的反应中SO2和NO的平衡分压pc如图所示。
①由图分析可知,反应温度升高,脱硫、脱硝反应的平衡常数均 (填“增大”“不变”或“减小”)。
(4)如果采用NaClO、Ca(ClO)2替代NaClO2,也能得到较好的烟气脱硫效果。①从化学平衡原理分析,Ca(ClO)2相比NaClO具有的优点是 。 ②已知下列反应:
【答案】 (1)亚氯酸钠
③大于 NO溶解度较低或脱硝反应活化能较高(3)①减小
(4)①形成CaSO4沉淀,使平衡向产物方向移动,SO2转化率提高②ΔH1+ΔH2-ΔH3
可能的原因有SO2、NO在烟气中的初始浓度不同;SO2、NO在水中溶解度不同;NO、SO2还原性强弱不同;反应的活化能越大,反应速率越慢,故还可能是脱硝反应活化能较高等。
(3)①由图示可知,温度升高,SO2和NO的平衡分压增大,说明升温,平衡逆向移动,因此,升高温度,反应的平衡常数减小。
小,平衡正向移动,SO2转化率提高。②按题中反应方程式先后顺序,编序号为①②③,根据盖斯定律,将反应①+②-③即可得目标反应,故ΔH=ΔH1+ΔH2-ΔH3。
(2014课标全国Ⅱ,26)在容积为1.00 L的容器中,通入一定量的N2O4,发生反应N2O4(g) 2NO2(g),随温度升高,混合气体的颜色变深。
回答下列问题:(1)反应的ΔH 0(填“大于”或“小于”);100 ℃时,体系中各物质浓度随时间变化如图所示。在0~60 s时段,反应速率v(N2O4)为 ml·L-1·s-1;反应的平衡常数K1为 。 (2)100 ℃时达到平衡后,改变反应温度为T,c(N2O4)以0.002 0 ml·L-1·s-1的平均速率降低,经10 s又达到平衡。①T 100 ℃(填“大于”或“小于”),判断理由是 。 ②列式计算温度T时反应的平衡常数K2 。 (3)温度T时反应达平衡后,将反应容器的容积减小一半。平衡向 (填“正反应”或“逆反应”)方向移动,判断理由是 。
【解析】 (1)温度升高,混合气体的颜色加深,说明平衡向生成NO2的方向移动,即正反应是吸热反应;0~60 s时段,N2O4的物质的量浓
(2)①改变反应温度为T后,c(N2O4)降低,平衡正向移动,而正反应是吸热反应,故为升高温度,即T大于100 ℃;②根据题意可知,再次达到平衡后N2O4的浓度减小,Δc=v·Δt=0.002 0 ml·L-1·s-1×10 s=0.020 ml·L-1,则NO2的浓度增加0.040 ml·L-1,即达到新平衡时N2O4的
(3)温度为T时,反应达到平衡,将反应容器的容积减小一半,即增大压强,当其他条件不变时,增大压强,平衡向气体分子数减小的方向移动,即平衡向逆反应方向移动。【答案】 (1)大于 0.001 0 0.36(2)①大于 c(N2O4)降低说明平衡向正反应方向移动,而正反应为吸热反应,故温度升高②平衡时,c(NO2)=0.120 ml·L-1+0.002 0 ml·L-1·s-1×10 s×2=0.160 ml·L-1c(N2O4)=0.040 ml·L-1-0.002 0 ml·L-1·s-1×10 s=0.020 ml·L-1
(3)逆反应 对气体分子数增大的反应,增大压强,平衡向逆反应方向移动
1.化学平衡的建立在一定条件下,把某一可逆反应的反应物加入固定容积的密闭容器中。反应过程如下:反应开始时—反应物浓度最大,v(正)最大,生成物浓度为0,v(逆)为零
达到平衡时—v(正)=v(逆),反应混合物中各组分的浓度保持不变同理,若在相同的条件下,把同一可逆反应的生成物加入(即反应从逆向开始),也可以建立相同的平衡状态。以上过程可用下图表示:
从正反应开始建立平衡 从逆反应开始建立平衡(1)定义:一定条件下的可逆反应中,当正、逆两个方向的反应速率相等时,反应体系中所有参加反应的物质的质量或浓度保持恒定,达到一种表面静止的状态。
2.外界条件对化学平衡的影响(1)化学平衡移动的过程
(2)影响化学平衡的外界因素(只改变一个条件)
(3)勒夏特列原理: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物质的浓度),平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动。
典例导引(2017江西新余一模)将一定量纯净的氨基甲酸铵置于特制的密闭真空容器中(假设容器容积不变,固体试样体积忽略不计),在恒定温度下使其达到分解平衡:NH2COONH4(s) 2NH3(g)+CO2(g),不能说明该分解反应已经达到化学平衡的是( )A.v(NH3)正=2v(CO2)逆B.密闭容器中总压强不变C.密闭容器中氨气的体积分数不变D.密闭容器中混合气体的密度不变
【解析】 A项,根据反应可得出v(NH3)正=2v(CO2)正,故当v(NH3)正=2v(CO2)逆时反应达到平衡状态;B项,随着反应的进行,体系压强逐渐增大,容器内压强保持不变说明反应已达平衡状态;C项,氨气与二氧化碳的物质的量之比为2∶1,该比值不会随反应方向变化而变化,与平衡无关,故C项不能说明该分解反应已经达到化学平衡;D项,当体系达到平衡状态时,混合气体的总质量不变,而容器的容积不变,故密闭容器中混合气体的密度不变,D项可以说明反应已达到平衡状态。故选C。【答案】 C
高招1判断反应达到化学平衡状态的两方法和反应已达平衡状态的两标志1.两方法——正逆相等、变量不变(1)“正逆相等”:反应速率必须一个是正反应的速率,一个是逆反应的速率,且经过换算后为同一种物质的减小速率和生成速率相等。(2)“变量不变”:如果一个量是随反应进行而改变的,当该量不变时反应达到平衡状态;一个随反应的进行保持不变的量,不能作为是否反应达到平衡状态的判断依据。2.两标志——本质标志、等价标志(1)本质标志:v(正)=v(逆)≠0。对于某一可逆反应来说,正反应消耗掉某反应物的速率等于逆反应生成该反应物的速率。
典例导引(2017广东湛江大考)对可逆反应A(s)+3B(g) C(g)+2D(g) ΔH<0,在一定条件下达到平衡,下列有关叙述正确的是( )①增加A的量,平衡向正反应方向移动②升高温度,平衡向逆反应方向移动,v(正)减小③压强增大一倍,平衡不移动,v(正)、v(逆)不变④增大B的浓度,v(正)>v(逆)⑤加入催化剂,B的转化率提高A.①②B.④C.③D.④⑤
【解析】 ①A是固体,增大A的量对平衡无影响,故①错误;②升高温度,v(正)、v(逆)均增大,但v(逆)增大的程度大,平衡向逆反应方向移动,故②错误;③压强增大平衡不移动,但v(正)、v(逆)都增大,故③错误;④增大B的浓度,直接导致正反应速率增大,平衡向正反应方向移动,v(正)>v(逆),故④正确;⑤催化剂同等程度增大正、逆反应速率,化学平衡不发生移动,B的转化率不变,故⑤错误。选B。【答案】 B
高招2解答化学平衡移动类试题的一般思路
1.(2017湖南浏阳两校联考)下列说法中,可以说明恒容密闭容器中的反应P(g)+Q(g) R(g)+S(g)在恒温下已达平衡状态的是( )A.反应容器内压强不随时间变化B.P和S的生成速率相等C.容器内P、Q、R、S的物质的量浓度之比为1∶1∶1∶1D.容器内总物质的量不随时间而变化【答案】 B 该反应是气体物质的量不变的反应,容器中的压强始终不变,A错误;P和S在热化学方程式中的化学计量数相同,且一个为反应物,一个为生成物,当二者生成速率相等时说明正、逆反应速率相等,B正确;容器内P、Q、R、S的物质的量浓度之比为1∶1∶1∶1时各物质浓度不一定不变,所以不一定达到化学平衡,C错误;反应是气体物质的量不变的反应,容器内总物质的量一直不随时间而变化,D错误。
2.(经典考题)合成氨所需的氢气可用煤和水作原料经多步反应制得,其中的一步反应为:
反应达到平衡后,为提高CO的转化率,下列措施中正确的是( )A.增加压强B.降低温度C.增大CO的浓度D.更换催化剂【答案】 B A项,该反应为反应前后气体分子数不变的反应,压强对CO的转化率无影响;B项,该反应为放热反应,降低温度有利于化学平衡正向移动,提高CO的转化率;增大CO的浓度可以提高H2O(g)的转化率,但会降低CO的转化率;D项,更换催化剂不能使化
化学平衡常数与化学反应进行的方向1.(2017课标全国Ⅰ,28)近期发现,H2S是继NO、CO之后的第三个生命体系气体信号分子,它具有参与调节神经信号传递、舒张血管减轻高血压的功能。回答下列问题:(1)下列事实中,不能比较氢硫酸与亚硫酸的酸性强弱的是 (填标号)。 A.氢硫酸不能与碳酸氢钠溶液反应,而亚硫酸可以B.氢硫酸的导电能力低于相同浓度的亚硫酸 ml·L-1的氢硫酸和亚硫酸的pH分别为4.5和2.1D.氢硫酸的还原性强于亚硫酸
(2)下图是通过热化学循环在较低温度下由水或硫化氢分解制备氢气的反应系统原理。
通过计算,可知系统(Ⅰ)和系统(Ⅱ)制氢的热化学方程式分别为 、 , 制得等量H2所需能量较少的是 。
(3)H2S与CO2在高温下发生反应:H2S(g)+CO2(g) COS(g)+H2O(g)。在610 K时,将0.10 ml CO2与0.40 ml 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。①H2S的平衡转化率α1= %,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α2 α1,该反应的ΔH 0(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
系统(Ⅱ)(3)①2.5 2.8×10-3 ②> > ③B
【解析】 (1)酸性强弱与酸的电离程度有关。A项利用强酸制弱酸反应原理,可知H2SO3的酸性强于H2CO3,而H2CO3的酸性强于H2S,A项可以比较氢硫酸和亚硫酸的酸性强弱;由B项可知同浓度的H2SO3的电离程度大于H2S的,B项可以比较氢硫酸和亚硫酸的酸性强弱;由C项可知同浓度的亚硫酸和氢硫酸中,前者的c(H+)大于后者的c(H+),C项可以比较氢硫酸和亚硫酸的酸性强弱;而酸性强弱与酸的还原性无关,故D项不可以比较氢硫酸和亚硫酸的酸性强弱。(2)热化学方程式的书写应注意标明各物质的聚集状态和ΔH的单位。将题中热化学方程式依次编号为①②③④,依据盖斯定律,①+②+③可得:
由两个热化学方程式比较可知,制得等量H2系统(Ⅱ)所需热量较少。
(3)①考查转化率和平衡常数,依据“三段式”解决。设H2S转化了x ml
起始/ml0.40.1转化/ml x x x x平衡/ml (0.4-x)(0.1-x) x x由题意可知,平衡后水的物质的量分数为0.02,
②升高温度,平衡后水的物质的量分数增大,即平衡正向移动,则H2S的转化率增大。升高温度,平衡向吸热反应方向移动,则正反应为吸热反应,ΔH>0。③增大反应物中一种物质的百分含量,其自身的转化率降低,而另外一种反应物的转化率增大,因此选B。加入COS时,平衡逆向移动,H2S的转化率减小;加入N2,平衡不移动,H2S的转化率不变。
2.[2015课标全国Ⅰ,28(4)]Bdensteins研究了下列反应:2HI(g) H2(g)+I2(g) ΔH=+11 kJ·ml-1,在716 K时,气体混合物中碘化氢的物质的量分数x(HI)与反应时间t的关系如下表:
(1)根据上述实验结果,该反应的平衡常数K的计算式为 。 (2)上述反应中,正反应速率为v(正)=k正x2(HI),逆反应速率为v(逆)=k逆x(H2)x(I2),其中k正、k逆为速率常数,则k逆为 (以K和k正表示)。若k正=0.002 7 min-1,在t=40 min时,v(正)= min-1。
(3)由上述实验数据计算得到v(正)~x(HI)和v(逆)~x(H2)的关系可用如图表示。当升高到某一温度时,反应重新达到平衡,相应的点分别为 (填字母)。
【解析】 (1)设HI的起始物质的量浓度为1 ml·L-1,120 min分解反应达到平衡状态,平衡时HI的物质的量浓度为0.784 ml·L-1,具体分析如下:
c0/(ml·L-1)1 0 0Δc/(ml·L-1)0.216 0.108 0.108c平/(ml·L-1)0.784 0.108 0.108
1×0.852=1.95×10-3 min-1。(3)该反应是吸热反应,升高温度,正、逆反应速率均增大且平衡正向移动,HI的物质的量分数降低,H2的物质的量分数升高,故平衡时v(正)和v(逆)分别对应A点、E点。
3.(2014课标全国Ⅰ,28节选)乙烯气相直接水合反应原理为C2H4(g)+H2O (g)C2H5OH(g) ΔH<0。下图所示为气相直接水合法中乙烯的平衡转化率与温度、压强的关系[其中n(H2O)∶n(C2H4)=1∶1]。
(1)列式计算乙烯水合制乙醇反应在图中A点的平衡常数Kp= (用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。(2)图中压强(p1、p2、p3、p4)的大小顺序为 ,理由是 。 (3)气相直接水合法常采用的工艺条件为:磷酸/硅藻土为催化剂,反应温度290 ℃,压强6.9 MPa。n(H2O)∶n(C2H4)=0.6∶1。乙烯的转化率为5%。若要进一步提高乙烯转化率,除了可以适当改变反应温度和压强外,还可以采取的措施有 、 。
(2)p1
(2)增大压强,平衡将正向移动,能提高C2H4的转化率,即压强:p1
(2)影响因素化学平衡常数与反应物和生成物的浓度无关,只与温度有关。(3)意义K值越大,正反应进行的程度越大,反应物的转化率越大。
2.化学反应进行的方向(1)自发反应①定义在温度和压强一定的条件下无需借助外力就能自发进行的反应称为自发反应。②特点a.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)。b.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)判断化学反应方向的依据
典例导引(2017辽宁大连模拟)一定条件下,可逆反应的平衡常数可以用平衡浓度计算,也可以用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数。在恒温恒压条件下,总压不变,用平衡分压计算平衡常数更方便。下列说法不正确的是( )
D.对于一定条件下的某一可逆反应,用平衡浓度表示的平衡常数和用平衡分压表示的平衡常数,其数值不同,但意义相同,都只与温度有关
在容积可变的情况下,平衡混合物中A、B、C物质的量“均减半”或“均加倍”时,相当于A、B、C三物质的浓度都没有改变,原平衡时A、B和C的物质的量之比为2∶1∶2,“均减少1 ml”时等效于在A、C物质的量不变的基础上减少了B,平衡逆向移动,C正确;平衡常数只随温度变化,根据平衡浓度计算和根据平衡分压计算意义相同,对于一定条件下的可逆反应,用平衡浓度计算的平衡常数与用平衡分压计算的平衡常数,其数值不同,但意义相同,D正确。【答案】 B
高招1夯实化学平衡常数的应用(1)判断正在进行的可逆反应是否达到平衡或反应进行的方向
(2)判断可逆反应的反应热升高温度,若K值增大,则正反应为吸热反应;若K值减小,则正反应为放热反应。(3)利用化学平衡常数表达式进行有关计算,特别是对反应物转化率的计算。
典例导引(2017河北衡水模拟)N2O5是一种新型硝化剂,在一定温度下可发生以下反应:
T1 ℃时,向密闭容器中通入N2O5,部分实验数据见下表:
下列说法中不正确的是( )A.500 s内N2O5分解速率为2.96×10-3 ml·L-1·s-1B.T1 ℃下的平衡常数K1=125,平衡时N2O5的转化率为50%C.T1℃下的平衡常数为K1,T2温度下的平衡常数为K2,若T1>T2,则K15.00 ml·L-1
【解析】 500 s内N2O5的分解速率为
高招2应用三段式法解决化学平衡相关计算“三段式法”是有效解决化学平衡计算题的“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根据已知条件和待求量建立相应的数学方程进行计算。
(2)特别提醒①对于同一反应物,起始量-变化量=平衡量。②对于同一生成物,起始量+变化量=平衡量。③各转化量之比等于化学方程式中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的起始物质的量分别为a ml、b ml,达到平衡后,消耗A的物质的量为mx ml,容器容积为V L。
起始/mlab00变化/mlmxnxpxqx平衡/mla-mxb-nxpxqx则有
1.(2017江西南昌联考)T ℃时,在一固定容积的密闭容器中发生反应:A(g)+B(g) C(s) ΔH<0,按照不同配比充入A、B,达到平衡时容器中A、B浓度变化如图中曲线(实线)所示,下列判断正确的是( )A.T ℃时,该反应的平衡常数值为4B.C点没有达到平衡,此时反应逆向进行C.若C点为平衡点,则此时容器内的温度高于T ℃D.T ℃时,直线CD上的点均为平衡状态
【答案】 C 平衡常数等于生成物平衡浓度幂次方乘积除以反应物平衡浓度幂次方乘积,固体和纯液体不写入平衡常数表达式,
分析可知,C点浓度商Q
(1)写出该反应的化学方程式: 。 (2)T ℃下该反应的平衡常数为 。 (3)已知:K(300 ℃)>K(350 ℃),该反应是 热反应。 (4)0~4 min时,A的平均反应速率为 。 (5)到达平衡时B的转化率为 。 (6)恒容条件下,下列措施中能使 降低的有 。 A.充入氦气B.使用催化剂C.再充入2.4 ml A和1.6 ml BD.降低温度
(2)0.52 (3)放(4)0.05 ml·L-1·min-1(5)25% (6)CD
【解析】 据图可知t1时刻反应达到平衡,这段时间内A、B、C的物质的量变化值分别为0.8 ml、0.4 ml、0.4 ml,故反应的化学方程式为2A(g)+B(g) C(g)。因平衡时A、B、C的物质的量浓度为
3.(2017安徽黄山二模)冬季是雾霾高发季节,其中汽车尾气和燃煤是造成雾霾的原因之一。(1)工业上利用甲烷催化还原NOx,可减少氮氧化物的排放。已知:
ΔH2=-1 160 kJ·ml-1甲烷直接将NO2还原为N2的热化学方程式为 。
(2)将CO2转化为甲醇可以实现废物利用,达到节能减排的目的,反应原理可表示为:
在一恒温恒容密闭容器中充入1 ml CO2和3 ml H2进行上述反应。测得CO2和CH3OH(g)浓度随时间变化如图1所示。请回答:0~3 min内氢气的平均反应速率为 ml·L-1·min-1;反应的平衡常数K= 。 第10 min后,保持温度不变,向该密闭容器中再充入1 ml CO2(g)和3 ml H2(g),则达到平衡时CH3OH的体积分数 (填“增大”“减小”或“不变”)。
(3)二甲醚也是清洁能源,用合成气在催化剂存在下制备二甲醚的反应原理为:
①a、b、c按由大到小的顺序排序为 ;ΔH' 0(填“>”“<”或“=”)。 ②对于气相反应,用某组分(B)的平衡压强(pB)代替物质的量浓度(cB)也可以表示平衡常数(记作Kp),则该反应平衡常数的表达式Kp= 。 ③在恒容密闭容器里按体积比为1∶2充入一氧化碳和氢气,一定条件下反应达到平衡状态。当改变反应的某一个条件后,下列变化能说明平衡一定向逆反应方向移动的是 。 A.逆反应速率先增大后减小B.混合气体的密度增大C.化学平衡常数K值减小D.氢气的转化率减小
ΔH=-867 kJ·ml-1(2)0.50 5.33 增大(3)①a>b>c <
N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-867 kJ·ml-1。(2)由图可知,0~3 min内二氧化碳的浓度变化为
容器中再充入1 ml CO2(g)和3 ml H2(g),相当于在原基础上增大压强,则平衡正向移动,平衡时CH3OH的体积分数增大。
③逆反应速率先增大后减小,说明平衡逆向移动,A正确;若容器的体积减小,则压强增大,混合气体的密度增大,但平衡正向移动,B错误;对于放热反应,升高温度,化学平衡常数K减小,平衡逆向移动,C正确;氢气的转化率减小,不一定是平衡逆向移动,如充入了氢气,平衡正向移动,但H2转化率减小,D错误;答案为AC。
4.(2017吉林长春二模)2016年9月,“乔歌里1号”中国首台静默移动发电站MFC30正式问世,MFC30是基于甲醇重整制氢燃料电池发电技术而研制成功的。(1)甲醇制氢方式主要有以下三种。反应Ⅰ甲醇水蒸气重整制氢:
氧化重整制氢同时生成二氧化碳和氢气。①已知CO的燃烧热为283.0 kJ·ml-1,则反应Ⅲ的热化学方程式为 。 ②该三种制氢方式中,等量的甲醇产生氢气最多的是反应 。(填“Ⅰ”“Ⅱ”“Ⅲ”)
(2)实验室模拟反应Ⅰ甲醇水蒸气重整制氢,合成气组成n(CH3OH)∶n(H2O)=1∶1时,体系中甲醇的平衡转化率与温度和压强的关系如下图所示。
①该反应的平衡常数表达式为 。 ②当温度为250 ℃、压强为p2时,反应达平衡时H2的体积分数为 。 ③图中的压强由小到大的顺序是 。 (3)MFC30燃料电池是以氢气为燃料,Li2CO3与K2CO3混合碳酸盐为电解质的高温型燃料电池,其负极的电极反应式为 ,正极上通入的气体为 。
起始/ml1100反应/ml0.820.820.823×0.82平衡/ml0.180.180.822.46反应达平衡时H2的体积分数为
度时,减小压强,平衡正向移动,CH3OH转化率增大。由图像可以看出,温度一定,从p3到p1,CH3OH转化率增大,故压强由小到大的顺序是p1
化学反应速率与化学平衡图像1.(2015安徽,11)汽车尾气中NO产生的反应为N2(g)+O2(g) 2NO(g)。一定条件下,等物质的量的N2(g)和O2(g)在恒容密闭容器中反应,图中曲线a表示该反应在温度T下N2的浓度随时间的变化,曲线b表示该反应在某一起始反应条件改变时N2的浓度随时间的变化。下列叙述正确的是( )
B.温度T下,随着反应的进行,混合气体的密度减小C.曲线b对应的条件改变可能是加入了催化剂D.若曲线b对应的条件改变是温度,可判断该反应的ΔH<0
【答案】 A 由化学方程式可写出该反应的平衡常数表达式
于气体的质量和体系的体积都不变,故密度不变,B项错误;加入催化剂只能改变反应速率,不能改变化学反应限度和反应物的平衡转化率,C项错误;由图像知开始阶段曲线b斜率大于曲线a,说明曲线b对应的条件改变是升温,又因为平衡时氮气的浓度比曲线a的低,说明升温使平衡正向移动,则正反应是吸热反应,即ΔH>0,D项错误。
2.(2016课标全国Ⅱ,27)丙烯腈(CH2 CHCN)是一种重要的化工原料,工业上可用“丙烯氨氧化法”生产,主要副产物有丙烯醛(CH2 CHCHO)和乙腈(CH3CN)等。回答下列问题:(1)以丙烯、氨气、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(C3H4O)的热化学方程式如下:
ΔH=-353 kJ·ml-1两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 ;提高丙烯腈反应选择性的关键因素是 。
(2)图(a)为丙烯腈产率与反应温度的关系曲线,最高产率对应的温度为460 ℃。低于460 ℃时,丙烯腈的产率 (填“是”或“不是”)对应温度下的平衡产率,判断理由是 ;高于460 ℃时,丙烯腈产率降低的可能原因是 (双选,填标号)。
图(a)A.催化剂活性降低B.平衡常数变大C.副反应增多D.反应活化能增大
【答案】 (1)两个反应均为放热量大的反应 降低温度、降低压强 催化剂(2)不是 该反应为放热反应,平衡产率应随温度升高而降低 AC(3)1.0 该比例下丙烯腈产率最高,而副产物丙烯醛产率最低 1∶7.5∶1【解析】 (1)从反应的焓变可看出这两个反应都为放热反应,且“1 ml反应”放出的热量大,故两个反应在热力学上的趋势很大。由于生成丙烯腈的反应为气体体积增大的放热反应,故要提高丙烯腈的产率可采取的措施为降温、降压。提高丙烯腈反应选择性的关键因素是使用合适的催化剂。
(2)图(a)中,低于460 ℃时的曲线不表示丙烯腈的平衡产率,因为合成丙烯腈的反应为放热反应,温度降低时,丙烯腈的产率应增大,而非减小。高于460 ℃时,丙烯腈产率降低的原因分析:催化剂活性降低,合成丙烯腈的反应速率减小,可能发生副反应,A项符合题意;平衡常数增大,丙烯腈的平衡产率增大,B项不符合题意;副反应增多,可能导致丙烯腈产率降低,C项符合题意;反应活化能增大,并不影响平衡的移动,不会导致丙烯腈平衡产率的变化,D项不符合题意。
副产物丙烯醛的产率达到最小值。由反应①知,V(NH3)∶V(O2)∶V(C3H6)=2∶3∶2,而V(O2)∶V(空气)≈1∶5,则进料气的理论体积比约为V(NH3)∶V(空气)∶V(C3H6)=2∶15∶2,即1∶7.5∶1。
1.物质的量(或浓度)—时间图像此类图像能说明平衡体系中各组分(或某一成分)在反应过程中的变化情况,解题时要注意各物质曲线的折点(达到平衡时刻),各物质的物质的量(或浓度)变化量的内在联系,即其变化量之比符合化学方程式中化学计量数之比等情况。
2.反应速率—时间图像此类图像定性地揭示了v(正)、v(逆)随时间(含条件改变对反应速率的影响)而变化的规律,体现了平衡的“动、等、定、变”的基本特征,以及平衡移动的方向。如N2+3H2 2NH3 ΔH<0,建立平衡后,升高温度对反应速率的影响如图。
3.全程速率—时间图如Zn与足量盐酸的反应,反应速率随时间的变化情况如下图所示,解释原因:AB段(v渐增),因反应为放热反应,随反应的进行,温度升高,导致反应速率增大;BC段(v渐小),则主要因为随反应的进行,溶液中c(H+)减小,导致反应速率的减小。故分析时要抓住各阶段的主要矛盾,全面分析。
4.含量—时间—温度(压强、催化剂)图常见形式有如图所示的几种(C%指某产物的百分含量,B%指某反应物的百分含量)。在其他条件不变时,改变任一条件,如使用催化剂或升高温度或增大压强(气体反应),都能缩短到达平衡的时间。这种图像的折点表示达到平衡的时间,折点出现时间的早晚反映了反应速率的大小,据此可以确定T(或p)的高低(或大小),据水平线高低可以分析出平衡移动的方向,可总结为“先拐先平速率大”。明确温度或压强大小后,再结合具体化学反应和纵轴所示量的大小进行综合判断。
5.恒压(温)线该类图的纵坐标为物质的平衡浓度(c)或反应物的转化率(α),横坐标为温度(T)或压强(p),常见类型如图所示:图2所示曲线是其他条件不变时,某反应物的最大转化率(α)与温度(T)的关系曲线,图中标出的1、2、3、4四个点,表示v(正)>v(逆)的点是3,表示v(正)
A、B、D物质的量浓度随时间的变化如图所示:据此图可以分析出x的大小,某一段时间内的反应速率v(A)、v(B)或v(D),可以求出该温度下反应的平衡常数,可以分析出15 min时的条件变化等。
典例导引(2017贵州铜仁模拟)可逆反应mA(s)+nB(g) pC(g)+qD(g)反应过程中其他条件不变时C的百分含量C%与温度(T)和压强(p)的关系如图所示,下列叙述中正确的是( )
图1 图2A.达到平衡后,使用催化剂,C%将增大B.达到平衡后,若升高温度,化学平衡向逆反应方向移动C.方程式中n>p+qD.达到平衡后,增加A的量有利于化学平衡向正反应方向移动
【解析】 当其他条件一定时,温度越高,反应速率越大,可逆反应达到平衡所用的时间越短。由图1可知T1>T2,温度越高,平衡时C的百分含量越小,故此反应的正反应为放热反应,B项正确;对于气体反应,当其他条件一定时,压强越高,反应速率越大,达到平衡所用的时间越短。由图2可知p2>p1,压强越大,平衡时C的百分含量越小,说明正反应为气体物质的量增大的反应,即n
2.速率、平衡图像题的解题方法
(1)“定一议二”原则。在化学平衡图像中,包括纵坐标、横坐标和曲线所表示的意义三个量,确定横坐标所表示的量后讨论纵坐标与曲线的关系,或确定纵坐标所表示的量后讨论横坐标与曲线的关系。如图:
这类图像的分析方法是“定一议二”,当有多条曲线及两个以上条件时,要固定其中一个条件,分析其他条件之间的关系,必要时通过作辅助线进行分析。
(2)“先拐先平速率大”原则。在化学平衡图像中,先出现拐点的反应先达到平衡,先出现拐点的曲线表示的温度较高(如图A,表示T2>T1,正反应是放热反应)或表示的压强较大(如图B,表示p1c)。
(3)三步分析原则。一看反应速率是增大还是减小;二看v(正)、v(逆)的相对大小;三看化学平衡移动的方向。
1.(2017福建四地六校模拟)已知反应2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ΔH<0,向某容积恒定的密闭容器中按体积比2∶1充入SO2和O2,在一定条件下发生反应。右图是某物理量(Y)随时间(t)变化的示意图(图中T表示温度),Y可以是( )A.O2的体积分数B.SO2的转化率C.密闭容器内的压强D.混合气体的密度【答案】 B 根据“先拐先平速率大”可知T2>T1;2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ΔH<0,升高温度平衡逆向移动,O2的体积分数增大,SO2的转化率减小,密闭容器内的压强增大,A、C两项错误,B项正确;根据
2.(2017黑龙江大庆模拟)根据下列有关图像,下列法正确的是( )
图3A.由图1知,反应在T1、T3处达到平衡,且该反应的ΔH<0B.由图2知,各平衡状态在t6时,NH3的体积分数最小C.由图2知,t3时采取的措施是降低反应体系的温度D.图3反应在10 L容器中850 ℃时进行,到4 min时,反应放出5.16 kJ的热量
【答案】 B 由图1知,反应在T1、T3处X和Z的体积分数相等但反应不一定达到平衡;T2~T3升高温度,反应物X体积分数增大,生成物Z体积分数减小,平衡向逆反应方向移动,所以正反应是放热反应,ΔH<0,A项错误。由图2知,t2时刻正、逆反应速率都增大且增大程度相等,改变的条件是加入催化剂,平衡不移动;t3时刻正、逆反应速率都减小,且逆反应速率大于正反应速率,改变的条件是减小压强,平衡向逆反应方向移动;t5时刻正、逆反应速率都增大,且逆反应速率大于正反应速率,改变的条件是升高温度,平衡向逆反应方向移动,所以反应在t1时,NH3体积分数最大,t6时NH3体积分数最小,B项正确,C项错误。由图3知,该反应是一个放热反应,1 ml CO完全反应时放出43 kJ能量,当反应(0.30-0.18) ml·L-1×10 L=1.2 ml时,放出1.2 ml×43 kJ·ml-1=51.6 kJ的热量,D项错误。
这一专题是化学动力学与化学热力学的核心内容,其重要性不言而喻。
根据我的复习体验,复习时应注意:(1)注重对原理的理解,特别是浓度、压强对化学反应速率及化学平衡的影响,要理解规律的实质,总结反常情况;(2)要理清概念,理清速率的变化与化学平衡移动的关系、理清转化率的变化与化学平衡移动的关系;(3)解答问题时,首先要把握化学反应的特点,利用化学反应速率的相关理论、平衡移动原理、化学平衡常数、等效平衡规律、图像分析技巧等,通过细致的分析,作出正确的判断;(4)注意相关题型的演练,特别是化学平衡常数、化学平衡图像的题型,要尽可能多地练习各种题型,熟悉常见考查方式,对各种题型的解决方法,做到心中有数;(5)注重方法的总结,例如利用三段式解题模板解决化学平衡的有关计算,根据“先拐先平速率大”的原理分析解决化学平衡图像的问题等。
化学反应速率及其影响因素1.(2017江苏,10)H2O2分解速率受多种因素影响。实验测得70 ℃时不同条件下H2O2浓度随时间的变化如图所示。下列说法正确的是( )
甲 乙
丙 丁A.图甲表明,其他条件相同时,H2O2浓度越小,其分解速率越快B.图乙表明,其他条件相同时,溶液pH越小,H2O2分解速率越快C.图丙表明,少量Mn2+存在时,溶液碱性越强,H2O2分解速率越快D.图丙和图丁表明,碱性溶液中,Mn2+对H2O2分解速率的影响大
【答案】 D A项,从图甲看,其他条件相同时,起始时H2O2的浓度越小,对应曲线的斜率越小,则反应速率越慢,错误;B项,从图乙看,其他条件相同时,溶液中OH-的浓度越大,pH越大,对应曲线的斜率越大,则H2O2分解得越快,错误;C项,从图丙看,相同时间内,0.1 ml·L-1 NaOH条件下,H2O2分解速率最快,0 ml·L-1 NaOH的条件下,H2O2分解速率最慢,而1.0 ml·L-1 NaOH的条件下,H2O2分解速率处于二者之间,错误。
2.(2015福建,12)在不同浓度(c)、温度(T)条件下,蔗糖水解的瞬时速率(v)如下表。下列判断不正确的是( )A.a=6.00B.同时改变反应温度和蔗糖的浓度,v可能不变C.b<318.2D.不同温度时,蔗糖浓度减少一半所需的时间相同
【答案】 D 分析表中数据知,在318.2 K时,蔗糖的浓度越大,水解的速率越大,蔗糖浓度每减小0.100 ml·L-1,反应瞬时速率降低0.60 mml·L-1·min-1。在温度为328.2 K时,蔗糖浓度由0.600 ml·L-1降低为0.500 ml·L-1时,瞬时速率减小了1.50 mml·L-1·min-1,故当浓度再减小0.100 ml·L-1时,瞬时速率也应减小1.50 mml·L-1·min-1,A项正确;由表中数据变化趋势知,当温度升高(或降低)与浓度减小(或增大)对反应速率的影响程度相当时,反应速率可能会保持不变,B项正确;因温度升高反应速率增大,2.16 mml·L-1·min-1<3.60 mml·L-1·min-1,故b<318.2,C项正确;蔗糖浓度相同时,不同温度下反应速率
3.(2014课标全国Ⅰ,9)已知分解1 ml H2O2放出热量98 kJ。在含少量I-的溶液中,H2O2分解的机理为:
下列有关该反应的说法正确的是( )A.反应速率与I-浓度有关B.IO-也是该反应的催化剂C.反应活化能等于98 kJ·ml-1D.v(H2O2)=v(H2O)=v(O2)
【答案】 A H2O2的分解反应速率主要由慢反应决定,且I-浓度越大反应速率越大,A项正确;合并题中两反应,可知I-为催化剂,而IO-为中间产物,B项错误;1 ml H2O2分解时的反应热为-98 kJ·ml-1,98 kJ·ml-1并不是活化能,C项错误;根据化学计量数关系可确定v(H2O2)=v(H2O)=2v(O2),D项错误。
4.(2014重庆,7)在恒容密闭容器中通入X并发生反应:2X(g)Y(g),温度T1、T2下X的物质的量浓度c(X)随时间t变化的曲线如图所示,下列叙述正确的是( )A.该反应进行到M点放出的热量大于进行到W点放出的热量
C.M点的正反应速率v(正)大于N点的逆反应速率v(逆)D.M点时再加入一定量X,平衡后X的转化率减小
【答案】 C 根据图像可知,T2
3.反应速率的理论解释——有效碰撞理论(1)有效碰撞:活化分子之间能够引发化学反应的碰撞。(2)活化分子:能够发生有效碰撞的分子。(3)活化能:如图图中E1为正反应的活化能,使用催化剂时的活化能为E3,反应热为E1-E2。(注:E2为逆反应的活化能)
(4)根据有效碰撞理论,可得下表:
【疑难辨析】 (1)化学反应速率一般指的是单位时间内物质浓度的变化而不是物质的量的变化。(2)化学反应速率不能用固体和纯液体表示,因为其浓度为一常数。(3)化学反应快慢一定,但用不同物质表示的速率值可能不同。(4)对于有气体参加和生成的可逆反应,增大压强(体积缩小),v(正)、v(逆)均增大,且气体物质的量减小的反应速率增大的程度大。(5)对于任意可逆反应,升高温度,v(正)、v(逆)均增大,且吸热反应速率增大的程度大。(6)使用正催化剂,可增大正、逆反应的速率,且增大的倍数相同。(7)对于可逆反应,反应进行的净速率是正、逆反应速率之差,当达到平衡时,净速率为零。
典例导引(2017湖南师大附中模拟)以煤为原料合成天然气是煤气化的一种重要方法,其工艺核心是合成过程中的甲烷化,涉及的主要反应:
现在300 ℃、容积为2 L的密闭容器中进行有关合成天然气的实验,相关数据记录如下:
下列有关说法错误的是( )A.a=30,b=,d=4.5C.前30 min内,反应①的平均反应速率v(CH4)=0.05 ml·L-1·min-1D.后40 min内,反应②的平均反应速率v(H2)=0.025 ml·L-1·min-1
【解析】 反应至30 min时,反应①消耗2 ml CO,则消耗H2物质的量为6 ml,反应②消耗CO2的物质的量为1 ml,则消耗氢气的物质的量为4 ml,共消耗氢气的物质的量为10 ml,a=(40-10) ml=30 ml;反应至70 min时,反应①消耗CO的物质的量为3 ml,生成水的物质的量为3 ml,因此反应②中产生H2O的物质的量为(6-3) ml=3 ml,则消耗CO2的物质的量为1.5 ml,因此b=1.5 ml,A项说法正确。
根据选项A分析,反应至70 min时,反应①消耗H2的物质的量为9 ml,产生3 ml甲烷,反应②消耗氢气的物质的量为6 ml,产生甲烷的物质的量为1.5 ml,故c=25 ml,d=4.5 ml,B项说法正确。
D项说法正确。【答案】 C
高招妙解化学反应速率的计算与大小比较(1)计算化学反应速率的常用方法:
②比例式法:根据“化学反应速率之比等于化学计量数之比”进行计算。③三段式法:具体步骤如下。a.写出有关反应的化学方程式;b.找出各物质的起始量、转化量、某时刻量;c.根据已知条件列方程式计算。
例如,反应 mA+nB pCt0s时刻/(ml·L-1) a b 0
(2)化学反应速率的比较方法:①看单位是否相同,若不相同,换算成相同的单位。②归一法:换算成同一物质相同单位的速率,再比较数值的大小。③比值法:用各物质表示的反应速率除以对应各物质的化学计量数,然后再对求出的数值进行大小排序,数值大的反应速率大。
1.(2017湖南长沙模拟)反应A(g)+3B(g) 2C(g)+2D(g)在四种不同情况下的反应速率分别为①v(A)=0.45 ml·L-1·s-1 ②v(B)=0.6 ml·L-1·s-1 ③v(C)=0.4 ml·L-1·s-1 ④v(D)=0.45 ml·L-1·s-1。下列有关反应速率的比较中正确的是( )A.④>③=②>①B.①>④>②=③C.①>②>③>④D.④>③>②>①
0.225 ml·L-1·s-1,故①>④>②=③,B项正确。
2.(2017湖南衡阳统考)一定条件下,在容积为2 L的密闭容器中,3 ml X和3 ml Y发生反应:3X(g)+Y(g) 2Z(g) ΔH>0,经60 s反应达到平衡,生成0.4 ml Z。下列说法正确的是( )A.60 s内反应速率为v(X)=0.05 ml·(L·s)-1B.其他条件不变,升高温度,正反应速率增大,逆反应速率减小C.其他条件不变,若初始投入2 ml X和2 ml Y,则物质Y的转化率减小D.其他条件不变,将容器容积变为4 L,Z的平衡浓度变为原来的
【答案】 C 反应经60 s达到平衡,生成0.4 ml Z,则
误;其他条件不变,升高温度,正、逆反应速率均增大,B错误;其他条件不变,若初始投入2 ml X和2 ml Y,对比初始投入3 ml X和3 ml Y,相当于降低了体系的压强,故平衡左移,Y的转化率减小,C正确;其他条件不变,将容器容积变为4 L,由于压强减小,平衡左移,导致Z的浓度在容积加倍的基础上继续降低,故Z的浓度将小于原来的 ,D错误。
化学平衡状态及其影响因素1.(2017课标全国Ⅱ,27)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①的ΔH1为 kJ·ml-1。图(a)是反应①平衡转化率与反应温度及压强的关系图,x 0.1(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 kJ·ml-1 小于 AD(2)原料中过量H2会使反应①平衡逆向移动,所以丁烯转化率下降(3)590 ℃前升高温度,反应①平衡正向移动 升高温度时,反应速率加快,单位时间产生丁烯更多 更高温度导致C4H10裂解生成更多的短碳链烃,故丁烯产率快速降低
【解析】 (1)根据盖斯定律,②式-③式可得①式,因此ΔH1=ΔH2-ΔH3=-119 kJ·ml-1+242 kJ·ml-1=+123 kJ·ml-1。由图(a)可以看出,温度相同时,由0.1 MPa 变化到x MPa,丁烷的转化率增大,即平衡正向移动,由于反应①是气体物质的量增大的反应,压强越小平衡转化率越大,所以x的压强更小,x<0.1。由于反应①为吸热反应,所以温度升高时,平衡正向移动,丁烯的平衡产率增大,因此A正确,B错误。由于反应①是气体物质的量增大的反应,加压时平衡逆向移动,丁烯的平衡产率减小,因此C错误,D正确。(2)H2是反应①的产物,增大 会促使平衡逆向移动,从而降低丁烯的产率。(3)590 ℃之前,随温度升高,反应速率增大,反应①是吸热反应,升高温度平衡正向移动,生成的丁烯会更多。温度超过590 ℃,更多的丁烷裂解生成短链烃类,导致丁烯产率快速降低。
2.(2017课标全国Ⅲ,28)砷(As)是第四周期ⅤA族元素,可以形成As2S3、As2O5、H3AsO3、H3AsO4等化合物,有着广泛的用途。回答下列问题:(1)画出砷的原子结构示意图 。 (2)工业上常将含砷废渣(主要成分为As2S3)制成浆状,通入O2氧化,生成H3AsO4和单质硫。写出发生反应的化学方程式 。该反应需要在加压下进行,原因是 。 (3)已知:
(4)298 K时,将20 mL 3x ml·L-1 Na3AsO3、20 mL 3x ml·L-1 I2和
①下列可判断反应达到平衡的是 (填标号)。 a.溶液的pH不再变化
d.c(I-)=y ml·L-1②tm时,v正 v逆(填“大于”“小于”或“等于”)。 ③tm时v逆 tn时v逆(填“大于”“小于”或“等于”),理由是 。 ④若平衡时溶液的pH=14,则该反应的平衡常数K为 。
增加反应物O2的浓度,提高As2S3的转化速率(3)2ΔH1-3ΔH2-ΔH3(4)①a、c ②大于③小于 tm时生成物浓度较低
【解析】 (1)As为33号元素,位于第四周期第ⅤA族,所以其原子最外层为5个电子,故As的原子结构示意图为 。(2)由题中信息知,As2S3被O2氧化生成H3AsO4和S,根据As、S和O的得失电子守恒可配平该反应的化学方程式。加压条件下进行反应,相当于增加了O2的浓度,可以提高反应物As2S3的转化速率。(3)将题给热化学方程式依次编号为①、②、③,根据盖斯定律,①×2-②×3-③可得目标热化学方程式,则ΔH=2ΔH1-3ΔH2-ΔH3。(4)①a项,反应中
消耗OH-,若pH不变,则说明反应已达平衡,正确;b项,反应中I-与
)=2y ml·L-1,则c(I-)=y ml·L-1时,不能说明反应达到平衡,错误。②在tm时,反应未达到平衡,故v正>v逆。③生成物浓度越大,逆反应速率越大,tn时生成物浓度大,则tn时的v逆大。④三种溶液混合
3.(2016课标全国Ⅲ,27)煤燃烧排放的烟气含有SO2和NOx,形成酸雨,污染大气,采用NaClO2溶液作为吸收剂可同时对烟气进行脱硫、脱硝。回答下列问题:(1)NaClO2的化学名称为 。 (2)在鼓泡反应器中通入含有SO2和NO的烟气,反应温度为323 K,NaClO2溶液浓度为5×10-3 ml·L-1。反应一段时间后溶液中离子浓度的分析结果如下表:
①写出NaClO2溶液脱硝过程中主要反应的离子方程式 。 增加压强,NO的转化率 (填“提高”“不变”或“降低”)。 ②随着吸收反应的进行,吸收剂溶液的pH逐渐 (填“增大”“不变”或“减小”)。 ③由实验结果可知,脱硫反应速率 脱硝反应速率(填“大于”或“小于”)。原因是除了SO2和NO在烟气中的初始浓度不同,还可能是 。
(3)在不同温度下,NaClO2溶液脱硫、脱硝的反应中SO2和NO的平衡分压pc如图所示。
①由图分析可知,反应温度升高,脱硫、脱硝反应的平衡常数均 (填“增大”“不变”或“减小”)。
(4)如果采用NaClO、Ca(ClO)2替代NaClO2,也能得到较好的烟气脱硫效果。①从化学平衡原理分析,Ca(ClO)2相比NaClO具有的优点是 。 ②已知下列反应:
【答案】 (1)亚氯酸钠
③大于 NO溶解度较低或脱硝反应活化能较高(3)①减小
(4)①形成CaSO4沉淀,使平衡向产物方向移动,SO2转化率提高②ΔH1+ΔH2-ΔH3
可能的原因有SO2、NO在烟气中的初始浓度不同;SO2、NO在水中溶解度不同;NO、SO2还原性强弱不同;反应的活化能越大,反应速率越慢,故还可能是脱硝反应活化能较高等。
(3)①由图示可知,温度升高,SO2和NO的平衡分压增大,说明升温,平衡逆向移动,因此,升高温度,反应的平衡常数减小。
小,平衡正向移动,SO2转化率提高。②按题中反应方程式先后顺序,编序号为①②③,根据盖斯定律,将反应①+②-③即可得目标反应,故ΔH=ΔH1+ΔH2-ΔH3。
(2014课标全国Ⅱ,26)在容积为1.00 L的容器中,通入一定量的N2O4,发生反应N2O4(g) 2NO2(g),随温度升高,混合气体的颜色变深。
回答下列问题:(1)反应的ΔH 0(填“大于”或“小于”);100 ℃时,体系中各物质浓度随时间变化如图所示。在0~60 s时段,反应速率v(N2O4)为 ml·L-1·s-1;反应的平衡常数K1为 。 (2)100 ℃时达到平衡后,改变反应温度为T,c(N2O4)以0.002 0 ml·L-1·s-1的平均速率降低,经10 s又达到平衡。①T 100 ℃(填“大于”或“小于”),判断理由是 。 ②列式计算温度T时反应的平衡常数K2 。 (3)温度T时反应达平衡后,将反应容器的容积减小一半。平衡向 (填“正反应”或“逆反应”)方向移动,判断理由是 。
【解析】 (1)温度升高,混合气体的颜色加深,说明平衡向生成NO2的方向移动,即正反应是吸热反应;0~60 s时段,N2O4的物质的量浓
(2)①改变反应温度为T后,c(N2O4)降低,平衡正向移动,而正反应是吸热反应,故为升高温度,即T大于100 ℃;②根据题意可知,再次达到平衡后N2O4的浓度减小,Δc=v·Δt=0.002 0 ml·L-1·s-1×10 s=0.020 ml·L-1,则NO2的浓度增加0.040 ml·L-1,即达到新平衡时N2O4的
(3)温度为T时,反应达到平衡,将反应容器的容积减小一半,即增大压强,当其他条件不变时,增大压强,平衡向气体分子数减小的方向移动,即平衡向逆反应方向移动。【答案】 (1)大于 0.001 0 0.36(2)①大于 c(N2O4)降低说明平衡向正反应方向移动,而正反应为吸热反应,故温度升高②平衡时,c(NO2)=0.120 ml·L-1+0.002 0 ml·L-1·s-1×10 s×2=0.160 ml·L-1c(N2O4)=0.040 ml·L-1-0.002 0 ml·L-1·s-1×10 s=0.020 ml·L-1
(3)逆反应 对气体分子数增大的反应,增大压强,平衡向逆反应方向移动
1.化学平衡的建立在一定条件下,把某一可逆反应的反应物加入固定容积的密闭容器中。反应过程如下:反应开始时—反应物浓度最大,v(正)最大,生成物浓度为0,v(逆)为零
达到平衡时—v(正)=v(逆),反应混合物中各组分的浓度保持不变同理,若在相同的条件下,把同一可逆反应的生成物加入(即反应从逆向开始),也可以建立相同的平衡状态。以上过程可用下图表示:
从正反应开始建立平衡 从逆反应开始建立平衡(1)定义:一定条件下的可逆反应中,当正、逆两个方向的反应速率相等时,反应体系中所有参加反应的物质的质量或浓度保持恒定,达到一种表面静止的状态。
2.外界条件对化学平衡的影响(1)化学平衡移动的过程
(2)影响化学平衡的外界因素(只改变一个条件)
(3)勒夏特列原理: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物质的浓度),平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动。
典例导引(2017江西新余一模)将一定量纯净的氨基甲酸铵置于特制的密闭真空容器中(假设容器容积不变,固体试样体积忽略不计),在恒定温度下使其达到分解平衡:NH2COONH4(s) 2NH3(g)+CO2(g),不能说明该分解反应已经达到化学平衡的是( )A.v(NH3)正=2v(CO2)逆B.密闭容器中总压强不变C.密闭容器中氨气的体积分数不变D.密闭容器中混合气体的密度不变
【解析】 A项,根据反应可得出v(NH3)正=2v(CO2)正,故当v(NH3)正=2v(CO2)逆时反应达到平衡状态;B项,随着反应的进行,体系压强逐渐增大,容器内压强保持不变说明反应已达平衡状态;C项,氨气与二氧化碳的物质的量之比为2∶1,该比值不会随反应方向变化而变化,与平衡无关,故C项不能说明该分解反应已经达到化学平衡;D项,当体系达到平衡状态时,混合气体的总质量不变,而容器的容积不变,故密闭容器中混合气体的密度不变,D项可以说明反应已达到平衡状态。故选C。【答案】 C
高招1判断反应达到化学平衡状态的两方法和反应已达平衡状态的两标志1.两方法——正逆相等、变量不变(1)“正逆相等”:反应速率必须一个是正反应的速率,一个是逆反应的速率,且经过换算后为同一种物质的减小速率和生成速率相等。(2)“变量不变”:如果一个量是随反应进行而改变的,当该量不变时反应达到平衡状态;一个随反应的进行保持不变的量,不能作为是否反应达到平衡状态的判断依据。2.两标志——本质标志、等价标志(1)本质标志:v(正)=v(逆)≠0。对于某一可逆反应来说,正反应消耗掉某反应物的速率等于逆反应生成该反应物的速率。
典例导引(2017广东湛江大考)对可逆反应A(s)+3B(g) C(g)+2D(g) ΔH<0,在一定条件下达到平衡,下列有关叙述正确的是( )①增加A的量,平衡向正反应方向移动②升高温度,平衡向逆反应方向移动,v(正)减小③压强增大一倍,平衡不移动,v(正)、v(逆)不变④增大B的浓度,v(正)>v(逆)⑤加入催化剂,B的转化率提高A.①②B.④C.③D.④⑤
【解析】 ①A是固体,增大A的量对平衡无影响,故①错误;②升高温度,v(正)、v(逆)均增大,但v(逆)增大的程度大,平衡向逆反应方向移动,故②错误;③压强增大平衡不移动,但v(正)、v(逆)都增大,故③错误;④增大B的浓度,直接导致正反应速率增大,平衡向正反应方向移动,v(正)>v(逆),故④正确;⑤催化剂同等程度增大正、逆反应速率,化学平衡不发生移动,B的转化率不变,故⑤错误。选B。【答案】 B
高招2解答化学平衡移动类试题的一般思路
1.(2017湖南浏阳两校联考)下列说法中,可以说明恒容密闭容器中的反应P(g)+Q(g) R(g)+S(g)在恒温下已达平衡状态的是( )A.反应容器内压强不随时间变化B.P和S的生成速率相等C.容器内P、Q、R、S的物质的量浓度之比为1∶1∶1∶1D.容器内总物质的量不随时间而变化【答案】 B 该反应是气体物质的量不变的反应,容器中的压强始终不变,A错误;P和S在热化学方程式中的化学计量数相同,且一个为反应物,一个为生成物,当二者生成速率相等时说明正、逆反应速率相等,B正确;容器内P、Q、R、S的物质的量浓度之比为1∶1∶1∶1时各物质浓度不一定不变,所以不一定达到化学平衡,C错误;反应是气体物质的量不变的反应,容器内总物质的量一直不随时间而变化,D错误。
2.(经典考题)合成氨所需的氢气可用煤和水作原料经多步反应制得,其中的一步反应为:
反应达到平衡后,为提高CO的转化率,下列措施中正确的是( )A.增加压强B.降低温度C.增大CO的浓度D.更换催化剂【答案】 B A项,该反应为反应前后气体分子数不变的反应,压强对CO的转化率无影响;B项,该反应为放热反应,降低温度有利于化学平衡正向移动,提高CO的转化率;增大CO的浓度可以提高H2O(g)的转化率,但会降低CO的转化率;D项,更换催化剂不能使化
化学平衡常数与化学反应进行的方向1.(2017课标全国Ⅰ,28)近期发现,H2S是继NO、CO之后的第三个生命体系气体信号分子,它具有参与调节神经信号传递、舒张血管减轻高血压的功能。回答下列问题:(1)下列事实中,不能比较氢硫酸与亚硫酸的酸性强弱的是 (填标号)。 A.氢硫酸不能与碳酸氢钠溶液反应,而亚硫酸可以B.氢硫酸的导电能力低于相同浓度的亚硫酸 ml·L-1的氢硫酸和亚硫酸的pH分别为4.5和2.1D.氢硫酸的还原性强于亚硫酸
(2)下图是通过热化学循环在较低温度下由水或硫化氢分解制备氢气的反应系统原理。
通过计算,可知系统(Ⅰ)和系统(Ⅱ)制氢的热化学方程式分别为 、 , 制得等量H2所需能量较少的是 。
(3)H2S与CO2在高温下发生反应:H2S(g)+CO2(g) COS(g)+H2O(g)。在610 K时,将0.10 ml CO2与0.40 ml 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。①H2S的平衡转化率α1= %,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α2 α1,该反应的ΔH 0(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
系统(Ⅱ)(3)①2.5 2.8×10-3 ②> > ③B
【解析】 (1)酸性强弱与酸的电离程度有关。A项利用强酸制弱酸反应原理,可知H2SO3的酸性强于H2CO3,而H2CO3的酸性强于H2S,A项可以比较氢硫酸和亚硫酸的酸性强弱;由B项可知同浓度的H2SO3的电离程度大于H2S的,B项可以比较氢硫酸和亚硫酸的酸性强弱;由C项可知同浓度的亚硫酸和氢硫酸中,前者的c(H+)大于后者的c(H+),C项可以比较氢硫酸和亚硫酸的酸性强弱;而酸性强弱与酸的还原性无关,故D项不可以比较氢硫酸和亚硫酸的酸性强弱。(2)热化学方程式的书写应注意标明各物质的聚集状态和ΔH的单位。将题中热化学方程式依次编号为①②③④,依据盖斯定律,①+②+③可得:
由两个热化学方程式比较可知,制得等量H2系统(Ⅱ)所需热量较少。
(3)①考查转化率和平衡常数,依据“三段式”解决。设H2S转化了x ml
起始/ml0.40.1转化/ml x x x x平衡/ml (0.4-x)(0.1-x) x x由题意可知,平衡后水的物质的量分数为0.02,
②升高温度,平衡后水的物质的量分数增大,即平衡正向移动,则H2S的转化率增大。升高温度,平衡向吸热反应方向移动,则正反应为吸热反应,ΔH>0。③增大反应物中一种物质的百分含量,其自身的转化率降低,而另外一种反应物的转化率增大,因此选B。加入COS时,平衡逆向移动,H2S的转化率减小;加入N2,平衡不移动,H2S的转化率不变。
2.[2015课标全国Ⅰ,28(4)]Bdensteins研究了下列反应:2HI(g) H2(g)+I2(g) ΔH=+11 kJ·ml-1,在716 K时,气体混合物中碘化氢的物质的量分数x(HI)与反应时间t的关系如下表:
(1)根据上述实验结果,该反应的平衡常数K的计算式为 。 (2)上述反应中,正反应速率为v(正)=k正x2(HI),逆反应速率为v(逆)=k逆x(H2)x(I2),其中k正、k逆为速率常数,则k逆为 (以K和k正表示)。若k正=0.002 7 min-1,在t=40 min时,v(正)= min-1。
(3)由上述实验数据计算得到v(正)~x(HI)和v(逆)~x(H2)的关系可用如图表示。当升高到某一温度时,反应重新达到平衡,相应的点分别为 (填字母)。
【解析】 (1)设HI的起始物质的量浓度为1 ml·L-1,120 min分解反应达到平衡状态,平衡时HI的物质的量浓度为0.784 ml·L-1,具体分析如下:
c0/(ml·L-1)1 0 0Δc/(ml·L-1)0.216 0.108 0.108c平/(ml·L-1)0.784 0.108 0.108
1×0.852=1.95×10-3 min-1。(3)该反应是吸热反应,升高温度,正、逆反应速率均增大且平衡正向移动,HI的物质的量分数降低,H2的物质的量分数升高,故平衡时v(正)和v(逆)分别对应A点、E点。
3.(2014课标全国Ⅰ,28节选)乙烯气相直接水合反应原理为C2H4(g)+H2O (g)C2H5OH(g) ΔH<0。下图所示为气相直接水合法中乙烯的平衡转化率与温度、压强的关系[其中n(H2O)∶n(C2H4)=1∶1]。
(1)列式计算乙烯水合制乙醇反应在图中A点的平衡常数Kp= (用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。(2)图中压强(p1、p2、p3、p4)的大小顺序为 ,理由是 。 (3)气相直接水合法常采用的工艺条件为:磷酸/硅藻土为催化剂,反应温度290 ℃,压强6.9 MPa。n(H2O)∶n(C2H4)=0.6∶1。乙烯的转化率为5%。若要进一步提高乙烯转化率,除了可以适当改变反应温度和压强外,还可以采取的措施有 、 。
(2)p1
(2)增大压强,平衡将正向移动,能提高C2H4的转化率,即压强:p1
(2)影响因素化学平衡常数与反应物和生成物的浓度无关,只与温度有关。(3)意义K值越大,正反应进行的程度越大,反应物的转化率越大。
2.化学反应进行的方向(1)自发反应①定义在温度和压强一定的条件下无需借助外力就能自发进行的反应称为自发反应。②特点a.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)。b.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)判断化学反应方向的依据
典例导引(2017辽宁大连模拟)一定条件下,可逆反应的平衡常数可以用平衡浓度计算,也可以用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数。在恒温恒压条件下,总压不变,用平衡分压计算平衡常数更方便。下列说法不正确的是( )
D.对于一定条件下的某一可逆反应,用平衡浓度表示的平衡常数和用平衡分压表示的平衡常数,其数值不同,但意义相同,都只与温度有关
在容积可变的情况下,平衡混合物中A、B、C物质的量“均减半”或“均加倍”时,相当于A、B、C三物质的浓度都没有改变,原平衡时A、B和C的物质的量之比为2∶1∶2,“均减少1 ml”时等效于在A、C物质的量不变的基础上减少了B,平衡逆向移动,C正确;平衡常数只随温度变化,根据平衡浓度计算和根据平衡分压计算意义相同,对于一定条件下的可逆反应,用平衡浓度计算的平衡常数与用平衡分压计算的平衡常数,其数值不同,但意义相同,D正确。【答案】 B
高招1夯实化学平衡常数的应用(1)判断正在进行的可逆反应是否达到平衡或反应进行的方向
(2)判断可逆反应的反应热升高温度,若K值增大,则正反应为吸热反应;若K值减小,则正反应为放热反应。(3)利用化学平衡常数表达式进行有关计算,特别是对反应物转化率的计算。
典例导引(2017河北衡水模拟)N2O5是一种新型硝化剂,在一定温度下可发生以下反应:
T1 ℃时,向密闭容器中通入N2O5,部分实验数据见下表:
下列说法中不正确的是( )A.500 s内N2O5分解速率为2.96×10-3 ml·L-1·s-1B.T1 ℃下的平衡常数K1=125,平衡时N2O5的转化率为50%C.T1℃下的平衡常数为K1,T2温度下的平衡常数为K2,若T1>T2,则K1
【解析】 500 s内N2O5的分解速率为
高招2应用三段式法解决化学平衡相关计算“三段式法”是有效解决化学平衡计算题的“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根据已知条件和待求量建立相应的数学方程进行计算。
(2)特别提醒①对于同一反应物,起始量-变化量=平衡量。②对于同一生成物,起始量+变化量=平衡量。③各转化量之比等于化学方程式中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的起始物质的量分别为a ml、b ml,达到平衡后,消耗A的物质的量为mx ml,容器容积为V L。
起始/mlab00变化/mlmxnxpxqx平衡/mla-mxb-nxpxqx则有
1.(2017江西南昌联考)T ℃时,在一固定容积的密闭容器中发生反应:A(g)+B(g) C(s) ΔH<0,按照不同配比充入A、B,达到平衡时容器中A、B浓度变化如图中曲线(实线)所示,下列判断正确的是( )A.T ℃时,该反应的平衡常数值为4B.C点没有达到平衡,此时反应逆向进行C.若C点为平衡点,则此时容器内的温度高于T ℃D.T ℃时,直线CD上的点均为平衡状态
【答案】 C 平衡常数等于生成物平衡浓度幂次方乘积除以反应物平衡浓度幂次方乘积,固体和纯液体不写入平衡常数表达式,
分析可知,C点浓度商Q
(1)写出该反应的化学方程式: 。 (2)T ℃下该反应的平衡常数为 。 (3)已知:K(300 ℃)>K(350 ℃),该反应是 热反应。 (4)0~4 min时,A的平均反应速率为 。 (5)到达平衡时B的转化率为 。 (6)恒容条件下,下列措施中能使 降低的有 。 A.充入氦气B.使用催化剂C.再充入2.4 ml A和1.6 ml BD.降低温度
(2)0.52 (3)放(4)0.05 ml·L-1·min-1(5)25% (6)CD
【解析】 据图可知t1时刻反应达到平衡,这段时间内A、B、C的物质的量变化值分别为0.8 ml、0.4 ml、0.4 ml,故反应的化学方程式为2A(g)+B(g) C(g)。因平衡时A、B、C的物质的量浓度为
3.(2017安徽黄山二模)冬季是雾霾高发季节,其中汽车尾气和燃煤是造成雾霾的原因之一。(1)工业上利用甲烷催化还原NOx,可减少氮氧化物的排放。已知:
ΔH2=-1 160 kJ·ml-1甲烷直接将NO2还原为N2的热化学方程式为 。
(2)将CO2转化为甲醇可以实现废物利用,达到节能减排的目的,反应原理可表示为:
在一恒温恒容密闭容器中充入1 ml CO2和3 ml H2进行上述反应。测得CO2和CH3OH(g)浓度随时间变化如图1所示。请回答:0~3 min内氢气的平均反应速率为 ml·L-1·min-1;反应的平衡常数K= 。 第10 min后,保持温度不变,向该密闭容器中再充入1 ml CO2(g)和3 ml H2(g),则达到平衡时CH3OH的体积分数 (填“增大”“减小”或“不变”)。
(3)二甲醚也是清洁能源,用合成气在催化剂存在下制备二甲醚的反应原理为:
①a、b、c按由大到小的顺序排序为 ;ΔH' 0(填“>”“<”或“=”)。 ②对于气相反应,用某组分(B)的平衡压强(pB)代替物质的量浓度(cB)也可以表示平衡常数(记作Kp),则该反应平衡常数的表达式Kp= 。 ③在恒容密闭容器里按体积比为1∶2充入一氧化碳和氢气,一定条件下反应达到平衡状态。当改变反应的某一个条件后,下列变化能说明平衡一定向逆反应方向移动的是 。 A.逆反应速率先增大后减小B.混合气体的密度增大C.化学平衡常数K值减小D.氢气的转化率减小
ΔH=-867 kJ·ml-1(2)0.50 5.33 增大(3)①a>b>c <
N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-867 kJ·ml-1。(2)由图可知,0~3 min内二氧化碳的浓度变化为
容器中再充入1 ml CO2(g)和3 ml H2(g),相当于在原基础上增大压强,则平衡正向移动,平衡时CH3OH的体积分数增大。
③逆反应速率先增大后减小,说明平衡逆向移动,A正确;若容器的体积减小,则压强增大,混合气体的密度增大,但平衡正向移动,B错误;对于放热反应,升高温度,化学平衡常数K减小,平衡逆向移动,C正确;氢气的转化率减小,不一定是平衡逆向移动,如充入了氢气,平衡正向移动,但H2转化率减小,D错误;答案为AC。
4.(2017吉林长春二模)2016年9月,“乔歌里1号”中国首台静默移动发电站MFC30正式问世,MFC30是基于甲醇重整制氢燃料电池发电技术而研制成功的。(1)甲醇制氢方式主要有以下三种。反应Ⅰ甲醇水蒸气重整制氢:
氧化重整制氢同时生成二氧化碳和氢气。①已知CO的燃烧热为283.0 kJ·ml-1,则反应Ⅲ的热化学方程式为 。 ②该三种制氢方式中,等量的甲醇产生氢气最多的是反应 。(填“Ⅰ”“Ⅱ”“Ⅲ”)
(2)实验室模拟反应Ⅰ甲醇水蒸气重整制氢,合成气组成n(CH3OH)∶n(H2O)=1∶1时,体系中甲醇的平衡转化率与温度和压强的关系如下图所示。
①该反应的平衡常数表达式为 。 ②当温度为250 ℃、压强为p2时,反应达平衡时H2的体积分数为 。 ③图中的压强由小到大的顺序是 。 (3)MFC30燃料电池是以氢气为燃料,Li2CO3与K2CO3混合碳酸盐为电解质的高温型燃料电池,其负极的电极反应式为 ,正极上通入的气体为 。
起始/ml1100反应/ml0.820.820.823×0.82平衡/ml0.180.180.822.46反应达平衡时H2的体积分数为
度时,减小压强,平衡正向移动,CH3OH转化率增大。由图像可以看出,温度一定,从p3到p1,CH3OH转化率增大,故压强由小到大的顺序是p1
化学反应速率与化学平衡图像1.(2015安徽,11)汽车尾气中NO产生的反应为N2(g)+O2(g) 2NO(g)。一定条件下,等物质的量的N2(g)和O2(g)在恒容密闭容器中反应,图中曲线a表示该反应在温度T下N2的浓度随时间的变化,曲线b表示该反应在某一起始反应条件改变时N2的浓度随时间的变化。下列叙述正确的是( )
B.温度T下,随着反应的进行,混合气体的密度减小C.曲线b对应的条件改变可能是加入了催化剂D.若曲线b对应的条件改变是温度,可判断该反应的ΔH<0
【答案】 A 由化学方程式可写出该反应的平衡常数表达式
于气体的质量和体系的体积都不变,故密度不变,B项错误;加入催化剂只能改变反应速率,不能改变化学反应限度和反应物的平衡转化率,C项错误;由图像知开始阶段曲线b斜率大于曲线a,说明曲线b对应的条件改变是升温,又因为平衡时氮气的浓度比曲线a的低,说明升温使平衡正向移动,则正反应是吸热反应,即ΔH>0,D项错误。
2.(2016课标全国Ⅱ,27)丙烯腈(CH2 CHCN)是一种重要的化工原料,工业上可用“丙烯氨氧化法”生产,主要副产物有丙烯醛(CH2 CHCHO)和乙腈(CH3CN)等。回答下列问题:(1)以丙烯、氨气、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(C3H4O)的热化学方程式如下:
ΔH=-353 kJ·ml-1两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 ;提高丙烯腈反应选择性的关键因素是 。
(2)图(a)为丙烯腈产率与反应温度的关系曲线,最高产率对应的温度为460 ℃。低于460 ℃时,丙烯腈的产率 (填“是”或“不是”)对应温度下的平衡产率,判断理由是 ;高于460 ℃时,丙烯腈产率降低的可能原因是 (双选,填标号)。
图(a)A.催化剂活性降低B.平衡常数变大C.副反应增多D.反应活化能增大
【答案】 (1)两个反应均为放热量大的反应 降低温度、降低压强 催化剂(2)不是 该反应为放热反应,平衡产率应随温度升高而降低 AC(3)1.0 该比例下丙烯腈产率最高,而副产物丙烯醛产率最低 1∶7.5∶1【解析】 (1)从反应的焓变可看出这两个反应都为放热反应,且“1 ml反应”放出的热量大,故两个反应在热力学上的趋势很大。由于生成丙烯腈的反应为气体体积增大的放热反应,故要提高丙烯腈的产率可采取的措施为降温、降压。提高丙烯腈反应选择性的关键因素是使用合适的催化剂。
(2)图(a)中,低于460 ℃时的曲线不表示丙烯腈的平衡产率,因为合成丙烯腈的反应为放热反应,温度降低时,丙烯腈的产率应增大,而非减小。高于460 ℃时,丙烯腈产率降低的原因分析:催化剂活性降低,合成丙烯腈的反应速率减小,可能发生副反应,A项符合题意;平衡常数增大,丙烯腈的平衡产率增大,B项不符合题意;副反应增多,可能导致丙烯腈产率降低,C项符合题意;反应活化能增大,并不影响平衡的移动,不会导致丙烯腈平衡产率的变化,D项不符合题意。
副产物丙烯醛的产率达到最小值。由反应①知,V(NH3)∶V(O2)∶V(C3H6)=2∶3∶2,而V(O2)∶V(空气)≈1∶5,则进料气的理论体积比约为V(NH3)∶V(空气)∶V(C3H6)=2∶15∶2,即1∶7.5∶1。
1.物质的量(或浓度)—时间图像此类图像能说明平衡体系中各组分(或某一成分)在反应过程中的变化情况,解题时要注意各物质曲线的折点(达到平衡时刻),各物质的物质的量(或浓度)变化量的内在联系,即其变化量之比符合化学方程式中化学计量数之比等情况。
2.反应速率—时间图像此类图像定性地揭示了v(正)、v(逆)随时间(含条件改变对反应速率的影响)而变化的规律,体现了平衡的“动、等、定、变”的基本特征,以及平衡移动的方向。如N2+3H2 2NH3 ΔH<0,建立平衡后,升高温度对反应速率的影响如图。
3.全程速率—时间图如Zn与足量盐酸的反应,反应速率随时间的变化情况如下图所示,解释原因:AB段(v渐增),因反应为放热反应,随反应的进行,温度升高,导致反应速率增大;BC段(v渐小),则主要因为随反应的进行,溶液中c(H+)减小,导致反应速率的减小。故分析时要抓住各阶段的主要矛盾,全面分析。
4.含量—时间—温度(压强、催化剂)图常见形式有如图所示的几种(C%指某产物的百分含量,B%指某反应物的百分含量)。在其他条件不变时,改变任一条件,如使用催化剂或升高温度或增大压强(气体反应),都能缩短到达平衡的时间。这种图像的折点表示达到平衡的时间,折点出现时间的早晚反映了反应速率的大小,据此可以确定T(或p)的高低(或大小),据水平线高低可以分析出平衡移动的方向,可总结为“先拐先平速率大”。明确温度或压强大小后,再结合具体化学反应和纵轴所示量的大小进行综合判断。
5.恒压(温)线该类图的纵坐标为物质的平衡浓度(c)或反应物的转化率(α),横坐标为温度(T)或压强(p),常见类型如图所示:图2所示曲线是其他条件不变时,某反应物的最大转化率(α)与温度(T)的关系曲线,图中标出的1、2、3、4四个点,表示v(正)>v(逆)的点是3,表示v(正)
A、B、D物质的量浓度随时间的变化如图所示:据此图可以分析出x的大小,某一段时间内的反应速率v(A)、v(B)或v(D),可以求出该温度下反应的平衡常数,可以分析出15 min时的条件变化等。
典例导引(2017贵州铜仁模拟)可逆反应mA(s)+nB(g) pC(g)+qD(g)反应过程中其他条件不变时C的百分含量C%与温度(T)和压强(p)的关系如图所示,下列叙述中正确的是( )
图1 图2A.达到平衡后,使用催化剂,C%将增大B.达到平衡后,若升高温度,化学平衡向逆反应方向移动C.方程式中n>p+qD.达到平衡后,增加A的量有利于化学平衡向正反应方向移动
【解析】 当其他条件一定时,温度越高,反应速率越大,可逆反应达到平衡所用的时间越短。由图1可知T1>T2,温度越高,平衡时C的百分含量越小,故此反应的正反应为放热反应,B项正确;对于气体反应,当其他条件一定时,压强越高,反应速率越大,达到平衡所用的时间越短。由图2可知p2>p1,压强越大,平衡时C的百分含量越小,说明正反应为气体物质的量增大的反应,即n
2.速率、平衡图像题的解题方法
(1)“定一议二”原则。在化学平衡图像中,包括纵坐标、横坐标和曲线所表示的意义三个量,确定横坐标所表示的量后讨论纵坐标与曲线的关系,或确定纵坐标所表示的量后讨论横坐标与曲线的关系。如图:
这类图像的分析方法是“定一议二”,当有多条曲线及两个以上条件时,要固定其中一个条件,分析其他条件之间的关系,必要时通过作辅助线进行分析。
(2)“先拐先平速率大”原则。在化学平衡图像中,先出现拐点的反应先达到平衡,先出现拐点的曲线表示的温度较高(如图A,表示T2>T1,正反应是放热反应)或表示的压强较大(如图B,表示p1
(3)三步分析原则。一看反应速率是增大还是减小;二看v(正)、v(逆)的相对大小;三看化学平衡移动的方向。
1.(2017福建四地六校模拟)已知反应2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ΔH<0,向某容积恒定的密闭容器中按体积比2∶1充入SO2和O2,在一定条件下发生反应。右图是某物理量(Y)随时间(t)变化的示意图(图中T表示温度),Y可以是( )A.O2的体积分数B.SO2的转化率C.密闭容器内的压强D.混合气体的密度【答案】 B 根据“先拐先平速率大”可知T2>T1;2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ΔH<0,升高温度平衡逆向移动,O2的体积分数增大,SO2的转化率减小,密闭容器内的压强增大,A、C两项错误,B项正确;根据
2.(2017黑龙江大庆模拟)根据下列有关图像,下列法正确的是( )
图3A.由图1知,反应在T1、T3处达到平衡,且该反应的ΔH<0B.由图2知,各平衡状态在t6时,NH3的体积分数最小C.由图2知,t3时采取的措施是降低反应体系的温度D.图3反应在10 L容器中850 ℃时进行,到4 min时,反应放出5.16 kJ的热量
【答案】 B 由图1知,反应在T1、T3处X和Z的体积分数相等但反应不一定达到平衡;T2~T3升高温度,反应物X体积分数增大,生成物Z体积分数减小,平衡向逆反应方向移动,所以正反应是放热反应,ΔH<0,A项错误。由图2知,t2时刻正、逆反应速率都增大且增大程度相等,改变的条件是加入催化剂,平衡不移动;t3时刻正、逆反应速率都减小,且逆反应速率大于正反应速率,改变的条件是减小压强,平衡向逆反应方向移动;t5时刻正、逆反应速率都增大,且逆反应速率大于正反应速率,改变的条件是升高温度,平衡向逆反应方向移动,所以反应在t1时,NH3体积分数最大,t6时NH3体积分数最小,B项正确,C项错误。由图3知,该反应是一个放热反应,1 ml CO完全反应时放出43 kJ能量,当反应(0.30-0.18) ml·L-1×10 L=1.2 ml时,放出1.2 ml×43 kJ·ml-1=51.6 kJ的热量,D项错误。
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