高考化学一轮总复习 第七单元 第3讲 化学平衡移动 化学反应进行的方向课件.ppt

第3节 化学平衡移动 化学反应进行的方向 1 理解外界条件 浓度 温度 压强 催化剂等 对化学平 衡的影响 认识其一般规律 2 了解化学平衡的调控在生活 生产和科学研究领域中的 重要作用 回归教材 一 化学平衡移动 改变 新平衡状态 旧平衡状态 新平衡状态 1 概念 可逆反应达到平衡状态以后 若反应条件 如温度 浓度 压强等 发生了变化 平衡混合物中各组分的浓度也会随之 从而在一段时间后达到 这种由 向 的变化过程 叫做化学平衡的移动 2 实质 化学平衡移动的根本原因就是外界条件改变 使v正 v逆才发生移动 v正 v逆 平衡向正反应方向移动 v正 v逆 平衡不移动 v正 v逆 平衡 向逆反应方向移动 不移动 变化 3 变化 反应速率的变化主要看v正与v逆是否相等 如果v正 v逆 则化学平衡必然要发生移动 如果v正 v逆同时改变 但始终保持相等 则平衡 平衡移动会使浓度 平均相对分子质量 颜色 混合气体密度 转化率等发生 但是浓度的变化不一定使平衡移动 颜色变化 平衡也不一定发生移动 二 外界条件对化学平衡的影响 在一定条件下 aa g bb g mc g h 0达到了平 衡状态 若其他条件不变 改变下列条件对平衡的影响如下 1 浓度 增大a的浓度或减小c的浓度 平衡向 方向移动 增大c的浓度或减小a的浓度 平衡向 方向移动 正反应 逆反应 2 压强 气体体积减小 气体体积增大 不 若a b m 增大压强 平衡向 的方向移动 减小压强 平衡向 的方向移动 若a b m 改变压强 平衡 移动 恒温 恒容时 通入稀有气体 压强增大 但由于原混合物各成分的浓度均没有发生 故化学平衡 移动 恒温 恒压时 通入稀有气体 压强不变 但由于原混合物各成分的浓度均 相当于 了体系的压强 故化学平衡向着气体分子数 的方向移 动 变化 不 减小 减小 增大 3 温度 吸热反应 放热反应 不 升高温度 平衡向 方向移动 降低温度 平衡向 方向移动 4 催化剂 使用催化剂 因其能同等倍数地改变正 逆反应速率 平衡 移动 温度 压强 浓度 减弱这种改变 三 勒夏特列原理1 内容 如果改变影响平衡的条件之一 如 或 平衡将向着能够 的方向 移动 动态 2 适用 该原理适用于化学平衡 溶解平衡 电离平衡 水解平衡等 平衡 原理的适用范围是只有一个条件变化的情况 温度或压强或一种物质的浓度 当多个条件同时发生变化时 情况比较复杂 减弱 减弱 抵消 超越 3 平衡移动的结果只能 外界条件的变化 如升高温度时 平衡向着吸热反应方向移动 增加反应物浓度 平衡向反应物浓度减小的方向移动 增大压强 平衡向气体体积减小的方向移动等 这种 并不能 外界条件的变化 更不会 这种变化 不需要 高能 低能 有序 无序 四 化学反应进行的方向1 自发过程 1 含义 在一定条件下 借助外力作用就能自动进行的过程 2 特点 体系趋向于从 状态转变为 状态 体系对外部做功或释放热量 在密闭条件下 体系有从 转变为 的倾向性 无序体系更加稳定 2 化学反应方向的判据 学平衡移动的关系叙述错误的是 自主测评 1 2014年上海卷 只改变一个影响因素 平衡常数k与化 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 解析 k值代表化学平衡常数 平衡常数只与温度有关系 k值不变只能说明温度不改变 但是其他条件也可能发生改变 平衡也可能发生移动 a项正确 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项正确 平衡移动 温度可能不变 因此k值可能不变 c项正确 平衡移动 温度可能不变 因此k值不一定变化 d项错误 答案 d 2 2013年山东卷 对于反应co g h2o g co2 g h2 g h 0 在其他条件不变的情况下 a 加入催化剂 改变了反应的途径 反应的 h也随之改变b 改变压强 平衡不发生移动 反应放出的热量不变c 升高温度 反应速率加快 反应放出的热量不变d 若在原电池中进行 反应放出的热量不变 解析 反应的 h大小只取决于反应物 生成物的状态与反应条件 而和反应是否使用催化剂 反应途径无关 a错误 该反应在反应前后气体的总体积不变 因此改变压强 平衡不移动 反应放出的热量不变 b正确 升高温度 平衡逆向进行 反应放出热量减小 c错误 在原电池中 能量转化形式是化学能转化为电能 而不再是化学能转化为热能 d错误 答案 b 分数不变 下列叙述不正确的是 3 2015年天津卷 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 a m 2b 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 1d 第二次平衡时 z的浓度为0 4mol l 1 时n z 0 4mol 因此c z 0 4mol 2l 0 2mol l 1 解析 根据题意 在此平衡系中加入1molz g 再次达到平衡后 x y z的体积分数不变 反应又是在恒温恒容条件下进行的 说明此平衡为等效平衡 根据恒温恒容条件下等效平衡的原理 反应前后气体的化学计量数应相等 因此m 2 平衡常数的变化只与温度的变化有关 此反应是在恒温条件下进行的 故两次平衡的平衡常数相同 平衡转化率等于变化量跟起始量之比 根据三段式原理 x与y的变化量是1 2关系 而题目中给定的x与y起始量也是1 2关系 因此x与y的平衡转化率之比为1 1 第二次加入1molz 相当于起始只加入4molz然后达到化学平衡 根据体积分数可得出平衡 答案 d 4 2015年四川雅安中学检测 某温度下 在一容积可变的 恒压密闭容器里 反应3a g b g 3c g 达到平衡时 a b和c的物质的量分别为6mol 2mol 6mol 在保持温度和 压强不变的情况下 下列说法正确的是 a 将a b c各减少1mol c的百分含量减少b 充入a b c各2mol 平衡将向正反应方向移动c 充入1mola c的体积分数增加d 充入1mol氦 he与容器中气体不反应 平衡将向正反应方向移动 解析 该反应是一个体积增大的反应 在恒温恒压条件下 根据平衡状态时物质的量之比与化学计量数的关系 将a b c各减少1mol b物质减少的比例更多 平衡正向移动 c的百分含量增加 同理 充入a b c各2mol b物质加入的比例更多 平衡将向逆反应方向移动 该反应的反应物只有一种物质 在恒温恒压条件下 可达到等效平衡 所以充入1mola c的体积分数不变 恒温恒压条件下 充入1mol氦 相当于体积增加压强减小 平衡将向正反应方向移 答案 d 5 2015年新课标卷 碘及其化合物在合成杀菌剂 药物等方面具有广泛用途 回答下列问题 1 大量的碘富集在海藻中 用水浸取后浓缩 再向浓缩液中加mno2和h2so4 即可得到i2 该反应的还原产物为 3 已知反应2hi g h2 g i2 g 的 h 11kj mol 1 1molh2 g 1moli2 g 分子中化学键断裂时分别需要吸收436kj 151kj的能量 则1molhi g 分子中化学键断裂时需吸收的能量为 kj 4 bodensteins研究了下列反应 2hi g h2 g i2 g 在716k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 以k和k正表示 若k正 0 0027min 1 在t 40min 根据上述实验结果 该反应的平衡常数k的计算式为 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 时 v 正 min 1 由上述实验数据计算得到v 正 x hi 和v 逆 x h2 的 关系可用下图表示 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 答案 1 mnso4 2 4 7 10 7 3 299 4 0 108 0 1080 7842 k正k 1 95 10 3 ae 考点一考向1 化学平衡移动外界条件对化学平衡移动的影响 例1 对可逆反应2a s 3b g c g 2d g h 0 在一定条件下达到平衡 下列有关叙述正确的是 增加a的量 平衡向正反应方向移动 升高温度 平衡向逆反应方向移动 v 正 减小 压强增大一倍 平衡不移动 v 正 v 逆 不变 增大b的浓度 v 正 v 逆 加入催化剂 b的转化率提高 a b c d 解析 a是固体 其量的变化对平衡无影响 增大b的浓度 正反应速率增大 平衡向正反应方向移动 v 正 v 逆 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 此反应为反应前后气体分子数不变的反应 故增大压强 平衡不移动 但v 正 v 逆 都增大 催化剂不能使化学平衡发生移动 b的转化率不变 答案 b 方法技巧 解答平衡移动过程分析题的思维模型 分析反应特点 分析反应容器 分析平衡移动原理 综合分析判断 是否有气体参加是否有固体或纯液体参加 vg是否为零 h变化情况 恒温恒容恒温恒压 温度的影响压强的影响浓度的影响 平衡正向移动平衡逆向移动平衡不移动 考向2 化学平衡移动原理的应用 例2 下列有关合成氨工业的叙述 可用勒夏特列原理来解 释的是 a 使用铁作催化剂 可提高合成氨的转化率b 高压比常压条件更有利于合成氨的反应c 500 比室温更有利于合成氨的反应d 合成氨时采用循环操作 可提高原料的利用率 解析 催化剂只能改变反应途径 不能影响平衡的移动 高压有利于合成氨反应的平衡右移 采用高温会使合成氨反应的平衡左移 但此温度下催化剂的活性较高 只是为了加快反应的速率 不能用勒夏特列原理来解释 循环操作与平衡移动没有直接关系 答案 b 方法技巧 化学平衡移动原理的应用 1 调控反应 根据影响化学反应速率和平衡的条件以及化学平衡移动原理 可调控工业反应使之效益最大化 如合成氨工业中加入催化剂提高反应速率 温度控制在500 左右 既考虑了反应速率又兼顾了催化剂的活性的最佳温度 充入过量n2以提高h2的转化率等 2 判断物质状态 由压强的改变 根据平衡移动的方向 可以判断反应物或生成物的状态 3 判断反应的化学计量数 由压强的改变 根据平衡移动的方向 可以判断化学方程式中某气体物质的计量数或反应物和生成物之间的计量数的大小关系 4 判断 h 由温度的改变 根据化学平衡移动的方向 可 以判断正反应或逆反应是吸热反应还是放热反应 考点练透 1 在恒容密闭容器中 反应co2 g 3h2 g ch3oh g h2o g h 0达到平衡后 改变某一条件 下列说法正确的 是 a 升高温度 正反应速率减小 逆反应速率增加 平衡逆向移动b 升高温度 可提高co2转化率c 增加h2的浓度 可提高co2转化率d 改用高效催化剂 可增大反应的平衡常数 解析 升高温度 正 逆反应速率都增大 平衡逆向移动 降低co2转化率 改用高效催化剂 可增大反应速率 但平衡常数不变 答案 c 2 向绝热恒容密闭容器中通入so2和no2 一定条件下使 反应so2 g no2 g so3 g no g 达到平衡 正反应速率 随时间变化的示意图如下图所示 由图可得出的正确结论是 a 反应在c点达到平衡状态b 反应物浓度 a点小于b点c 反应物的总能量低于生成物的总能量d t1 t2时 so2的转化率 a b段小于b c段 解析 c点v 正 最大 但不一定达到平衡 a点反应物的浓度大于b点的反应物浓度 反应初始阶段 随着反应的不断进行 反应速率逐渐加快 说明体系温度逐渐升高 该反应为放热反应 即反应物的总能量大于生成物的总能量 由于b c段v 正 大于a b段 故b c段so2的转化率大于a b段 答案 d i3 aq 该反应的平衡常数与温度 的关系如下图 下列说法错误的是 3 碘单质难溶于水却易溶于ki溶液 碘水中加入ki溶液 发生反应 i2 aq i aq a 上述正反应为放热反应b 上述体系中加入苯 平衡不移动c 可运用该反应原理除去硫粉中少量的碘单质d 实验室配制碘水时 为增大碘单质的溶解度可加入适量ki溶液 解析 根据图可知 升高温度 平衡常数逐渐减小 说明平衡向逆反应方向移动 则正反应是放热反应 碘单质在水中的溶解度不大易溶于苯 苯能从水溶液中萃取出i2 上述体系中加入苯 水层中碘的浓度减小 平衡逆向移动 根据信息知 碘单质易溶于碘化钾溶液而硫单质不溶于碘化钾溶液 可运用该反应原理除去硫粉中少量的碘单质 实验室配制碘水时 加 i3 aq 入适量ki溶液 增大了碘离子浓度 i2 aq i aq 的平衡右移 碘单质的溶解度增大 答案 b 考点二 化学平衡原理在物质制备中的应用 例3 2014年新课标卷 节选 乙醇是重要的有机化工原料 可由乙烯气相直接水合法或间接水合法生产 1 已知 甲醇脱水反应 2ch3oh g ch3och3 g h2o g h1 23 9kj mol 1 h2 甲醇制烯烃反应 2ch3oh g c2h4 g 2h2o g 29 1kj mol 1 h3 乙醇异构化反应 c2h5oh g ch3och3 g 50 7kj mol 1 则乙烯气相直接水合反应c2h4 g h2o g c2h5oh g 的 h kj mol 1 与间接水合法相比 气相直接水合法的优点是 2 下图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 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 图中压强 p1 p2 p3 p4 的大小顺序为 理由是 气相直接水合法常用的工艺条件为磷酸 硅藻土为催化剂 反应温度290 压强6 9mpa 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 的量共为2n 20 n 则平衡时乙醇的分压为 kp 解析 1 根据盖斯定律 用 即得所求的热化学方程式 由此可得到 h 45 5kj mol 1 2 a点时 乙烯的平衡转化率为20 设开始时乙烯 水的物质的量均为n 平衡时总压为p 由图象知p 7 85mpa 平衡时乙醇的物质的量为20 n 乙烯 水的物质的量均为80 n 混合气体的物质 20 np2n 20 n 乙烯 水的分压均为 80 np2n 20 n p c2h5oh p c2h4 p h2o 代入有关数据 后可求得kp 0 07 该反应是一个气体分子数减小的反应 相同温度下 增大压强平衡向右移动 乙烯的转化率增大 对照题图可以得出p1 p2 p3 p4 及时将产物乙醇分离出来 提高原料气中水的含量等 可提高乙烯的转化率 答案 1 45 5 2 0 07 p4 p3 p2 p1 污染小 腐蚀性小等该反应为气体分子数减小的反应 相同温 度下 压强升高乙烯转化率提高 将产物乙醇液化移去 增加n h2o n c2h4 方法技巧 1 化工生产适宜条件选择的一般原则 从化学反应速率分析 既不能过快 又不能太慢 从化学平衡移动分析 既要注意外界条件对速率和平衡 影响的一致性 又要注意二者影响的矛盾性 从原料的利用率分析 增加易得廉价原料 提高难得高 价原料的利用率 从而降低生产成本 从实际生产能力分析 如设备承受高温 高压能力等 注意催化剂的活性对温度的限制 2 平衡类问题需综合考虑的几个方面 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 考点练透 4 2015年广东卷 节选 用o2将hcl转化为cl2 可提高效益 减少污染 传统上该转化通过如下图所示的催化循环实现 1 新型ruo2催化剂对上述hcl转化为cl2的总反应具有更好的催化活性 实验测得在一定压强下 总反应的hcl平衡转化率随温度变化的 hcl t曲线如下图 则总反应的 h 0 填 或 a b两点的平衡常数k a 与k b 中较大的是 在上述实验中若压缩体积使压强增大 画出相应 hcl t曲线的示意图 并简要说明理由 下列措施中 有利于提高 hcl的有 填字母序号 a 增大n hcl c 使用更好的催化剂 b 增大n o2 d 移去h2o 2 一定条件下测得反应过程中n cl2 的数据如下 计算2 0 6 0min内以hcl的物质的量变化表示的反应速率 以mol min 1为单位 写出计算过程 3 cl2用途广泛 写出用cl2制备漂白粉的化学方程式 答案 1 k a 见下图 增大压强 平衡右移 hcl增大 相同温度下 hcl的平 衡转化率比之前实验的大 bd 5 2015年浙江卷 节选 乙苯催化脱氢制苯乙烯反应 1 工业上 通常在乙苯蒸气中掺混水蒸气 原料气中乙苯和水蒸气的物质的量之比为1 9 控制反应温度600 并保持体系总压为常压的条件下进行反应 在不同反应温度下 乙苯的平衡转化率和某催化剂作用下苯乙烯的选择性 指除了h2以外的产物中苯乙烯的物质的量分数 示意图如下 掺入水蒸气能提高乙苯的平衡转化率 解释说明该事实 控制反应温度为600 的理由是 2 某研究机构用co2代替水蒸气开发了绿色化学合成工艺 乙苯 二氧化碳耦合催化脱氢制苯乙烯 保持常压和原料气比例不变 与掺水蒸气工艺相比 在相同的生产效率下 可降低操作温度 该工艺中还能够发生反应 co2 h2 co h2o co2 c 2co 新工艺的特点有 填序号 co2与h2反应 使乙苯脱氢反应的化学平衡右移 不用高温水蒸气 可降低能量消耗 有利于减少积炭 有利于co2资源利用 答案 1 正反应方向气体分子数增加 加入水蒸气稀释 相当于起减压的效果 600 时 乙苯的转化率和苯乙烯的选择性均较高 温度过低 反应速率慢 转化率低 温度过高 选择性下降 高温还可能使催化剂失活 且能耗大 2 考点三 化学反应进行的方向 例4 2015年湖南常德检测 熵变 焓变可作为反应过程进 行方向的判据 下列反应一定有自发倾向的是 a h 0 s 0 b h 0 s 0 c h 0 s 0 d h 0 s 0 s 0时 g h t s 0 反应一 解析 当 h 0定有自发进行的倾向 答案 a 方法技巧 化学反应方向的判据 1 焓判据 放热过程中体系能量降低 h 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 体系的混乱度增大 s 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 g h t s 0时 反应能够自发进行当 g h t s 0时 反应达到平衡状态 0时 反应不能自发进行 6 下列有关说法不正确的是 考点练透 a 反应nh3 g hcl g nh4cl s 在室温下可自发进行 则该反应的 h0 s 0d 常温下 反应c s co2 g 2co g 不能自发进行 则该反应的 h 0 解析 a项 根据该反应中各物质的聚集状态可知 该反应的 s0 该反应 s 0 h 0 c项 该反应吸热 h 0 反应物为液体 有气态物质生成 所以 s 0 d项 该反应常温下不能自发进行 则 h t s 0 又因为反应熵增即 s 0 则可判断 h 0 答案 b 7 1 2013年天津卷节选 汽车燃油不完全燃烧时产生co 有人设想按下列反应除去co 2co g 2c s o2 g 已知该反应的 h 0 简述该设想能否实现的依据 2 超音速飞机在平流层飞行时 尾气中的no会破坏臭氧层 科学家正在研究利用催化技术将尾气中的no和co转变 成co2和n2 化学方程式如下 2no 2co 2co2 n2 反应能够自发进行 则反应的 h 0 填 或 解析 1 2co g 2c s o2 g 该反应是焓增 熵减的反应 根据 g h t s g 0 不能实现 2 该反应为熵减反应 能自发进行说明 h 0 答案 1 该反应是焓增 熵减的反应 任何温度下均不自 发进行 2 合成氨条件的选择 1 化工生产选择适宜条件的原则 1 对于任一可逆反应 增大反应物浓度 能提高反应速率和转化率 故生产中常使廉价易得的原料适当过量 以提高另一原料的利用率 如氮气与氢气的配比为1 07 3 2 对于气体分子数减少的反应 增大总压使平衡向增大生成物的方向移动 但压强太大 动力消耗 设备要求 成本增高 故必须综合考虑 3 对于放热反应 升温提高反应速率 但转化率降低 若温度太低 反应速率又太慢