高三化学一轮复习讲义 46　第一篇　第四部分　专题7　第34讲　化学平衡移动　化学反应方向(基础课)

第34讲化学平衡移动化学反应方向(基础课)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，能用相关理论解释其一般规律。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。3．了解化学反应的方向判断。化学平衡移动1．化学平衡移动的过程2．化学平衡移动与化学反应速率的关系(1)v正>v逆：平衡向__________移动。(2)v正＝v逆：反应达到平衡状态，平衡__________移动。(3)v正<v逆：平衡向__________移动。说明：哪方向速率大，平衡就向哪方向移动。3．影响化学平衡的外界因素(1)浓度对平衡的影响①其他条件不变时，增大反应物浓度，平衡向__________方向移动；同理，减小反应物浓度，平衡向__________方向移动。②根据浓度商(Q)和平衡常数判断平衡移动a．当Q＝K时，反应处于平衡状态；b．当Q>K时，平衡向__________方向移动；c．当Q<K时，平衡向__________方向移动。③应用：工业生产中，适当增大廉价反应物的浓度，使平衡向正反应方向移动，提高价格较高原料的转化率，从而降低成本。(2)压强对平衡的影响其他条件不变时，增大压强，会使平衡向气体体积__________的方向移动；减小压强，会使平衡向气体体积__________的方向移动。①改变压强，对于反应前后气体体积不变的反应，平衡不移动，v正、v逆同倍数改变。②平衡体系中都是固体或液体时，改变压强，平衡不移动。③恒温恒容条件通“惰性气体”，各组分浓度不变，v正、v逆不变，平衡不移动；恒温恒压通“惰性气体”，各组分浓度同倍数减小(相当于减压)，平衡向气体体积增大的方向移动。(3)温度对平衡的影响其他条件不变时，升高温度，平衡向__________方向移动；降低温度，平衡向__________方向移动。①任何可逆反应均有能量变化，改变温度一定发生平衡移动。②催化剂能改变正、逆反应的活化能，同倍数改变v正、v逆，对平衡移动无影响，只能改变到达平衡的时间。4．勒夏特列原理如果改变影响化学平衡的一个因素(如温度、压强及参加反应的物质的浓度)，平衡就向着能够__________的方向移动。如反应N2(g)＋3H2(g)⥬2NH3(g)在一定温度下达到平衡时c(N2)＝amol·L-1，压强为p，在恒温下，将容器容积缩小一半，达到平衡时，c′(N2)__________2amol·L-1，p′__________2p。①勒夏特列原理适用于判断平衡移动方向，不适用于改变条件平衡不发生移动的情况。②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。5．影响化学平衡移动因素的v-t图像分析某温度下，在密闭容器中SO2、O2、SO3三种气态物质建立化学平衡后，改变条件对反应2SO2(g)＋O2(g)⥬2SO3(g)ΔH<0的正、逆反应速率的影响如图所示：ABCD(1)加催化剂对反应速率影响的图像是__________(填字母，下同)，平衡__________移动。(2)升高温度对反应速率影响的图像是__________，平衡向__________方向移动。(3)增大反应容器体积对反应速率影响的图像是__________，平衡向__________方向移动。(4)增大O2的浓度对反应速率影响的图像是__________，平衡向__________方向移动。1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)改变条件，v正、v逆均变化时平衡一定移动。 ()(2)在密闭容器加入任一反应物，平衡一定移动。 ()(3)升高温度，平衡向正反应方向移动，v正增大，v逆减小。 ()(4)平衡向正反应方向移动，生成物的浓度一定增大。 ()(5)平衡向正反应方向移动，反应物的转化率一定增大。 ()2．在一定温度下，容积不变的容器中发生C(s)＋H2O(g)⥬CO(g)＋H2(g)，改变一个条件，填表改变条件平衡移动方向v正、v逆变化平衡转化率α(H2O)①加入C(s)②通入H2O(g)③增大压强④使用催化剂⑤充入Ne气——化学平衡移动与转化率的判断1．下列事实不能用勒夏特列原理解释的是()A．将盛有NO2的集气瓶放入冰水中颜色变浅B．加催化剂，使N2和H2在一定条件下转化为NH3C．生产硫酸中使用过量的空气来提高SO2的转化率D．增大压强，有利于SO2与O2反应生成SO32．CH4和CO2联合重整能减少温室气体的排放。其主要反应为：①CH4(g)＋CO2(g)⥬2H2(g)＋2CO(g)②H2(g)＋CO2(g)⥬H2O(g)＋CO(g)其他条件相同时，投料比n(CH4)∶n(CO2)为1∶1.3，不同温度下反应的结果如图。下列说法不正确的是()A．550～600℃，升温更有利于反应①，反应①先达到平衡B．n(H2)∶n(CO)始终低于1.0，与反应②有关C．加压有利于增大CH4和CO2反应的速率，但不利于提高二者的平衡转化率D．若不考虑其他副反应，体系中存在：4[c(CH4)＋c(CO)＋c(CO2)]＝2.3[4c(CH4)＋2c(H2)＋2c(H2O)]3．在一个密闭容器中充入amolA和bmolB，发生反应aA(g)＋bB(g)⥬cC(g)＋dD(g)ΔH>0，一段时间后达到平衡，测得各物质的浓度。(1)若体积不变，仅增加c(A)，A的转化率将______(填“增大”“减小”或“不变”，下同)，B的转化率将__________，达到新平衡时，c(A)将________，c(C)将________。(2)体积不变，再充入amolA和bmolB，则平衡________移动，达到新平衡时，c(A)将________，c(C)将________。①若a＋b＝c＋d，则A的转化率将__________________________________________________________________________________________________________；②若a＋b>c＋d，则A的转化率将___________________________________________________________________________________________________________；③若a＋b<c＋d，则A的转化率将_________________________________________________________________________________________________________。(3)升高温度，平衡________移动，达到新平衡时，c(A)将________，c(C)将________，A的转化率将________。平衡转化率变化的判断方法(1)改变温度或压强，若平衡正向移动，转化率增大。(2)两种或多种反应物的反应，增大某一反应物的浓度，其他反应物的转化率增大，而自身的转化率减小。(3)恒温恒容条件下，对于可逆的分解反应aA(g)⥬bB(g)＋cC(g)，A分解反应建立平衡后，增大A的浓度，平衡正向移动。当a＝b＋c时，α(A)不变，φ(A)不变；a>b＋c时，α(A)增大，φ(A)减小；a<b＋c时，α(A)减小，φ(A)增大[α(A)表示A的转化率，φ(A)表示A的百分含量]。——根据平衡移动比较平衡状态4．(2024·南平模拟)以乙炔和1，2-二氯乙烷为原料生产氯乙烯包括如下反应：反应Ⅰ：ClCH2CH2Cl(g)→HCl(g)＋CH2CHCl(g)ΔH1＝69.7kJ·mol-1反应Ⅱ：HC≡CH(g)＋HCl(g)→CH2CHCl(g)ΔH2＝－98.8kJ·mol-11．0×105Pa下，分别用如表三种方式进行投料，不同温度下反应达到平衡时相关数据如图所示。方式气体投料平衡时相关数据甲ClCH2CH2ClClCH2CH2Cl转化率乙n(HC≡CH)∶n(HCl)＝1∶1HC≡CH转化率丙n(ClCH2CH2Cl)∶n(HC≡CH)＝1∶1CH2CHCl产率下列说法不正确的是()A．反应ClCH2CH2Cl(g)＋HC≡CH(g)→2CH2CHCl(g)的ΔH＝－29.1kJ·mol-1B．曲线①表示平衡时ClCH2CH2Cl转化率随温度的变化C．按方式丙投料，其他条件不变，移去部分CH2CHCl可能使CH2CHCl的产率从X点的值升至Y点的值D．在催化剂作用下按方式丙投料，反应达到平衡时CH2CHCl的产率(图中Z点)低于X点的原因可能是催化剂活性降低5．一定条件下存在反应：2SO2(g)＋O2(g)⥬2SO3(g)，其正反应放热。图1、图2表示起始时容器甲、丙的体积都是V，容器乙、丁的体积都是V2；向容器甲、丙内都充入2amolSO2和amolO2并保持恒温；向容器乙、丁内都充入amolSO2和0.5a图1恒压状态图2恒容状态请回答：(填“>”“<”或“＝”)(1)图1达平衡，α(SO2)：甲____________乙，K：K甲________K乙。(2)图2达平衡，α(SO2)：丙__________丁，c(SO2)：丙________丁。(3)甲、丙达平衡，α(SO2)：甲__________丙，SO2体积分数：甲________丙。(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。工业合成氨与反应条件的调控1．工业合成氨的条件控制(1)反应原理：N2(g)＋3H2(g)⥬2NH3(g)ΔH＝－92.4kJ·mol-1(2)根据反应特点可选择的条件①增大合成氨反应速率的措施有：__________、__________、__________和__________。②提高平衡混合气中NH3含量的措施有：__________、__________和__________。(3)反应条件的控制①压强：13～30MPa。压强越大，转化率越大，但对__________的要求高，需要的__________也越大。②温度：400～500℃。温度要适宜，既要保证反应有较快的速率，又要使反应物的转化率不能太低，并且该反应的催化剂在该温度下__________最大。③催化剂：使用催化剂可提高反应的速率。④浓度：迅速冷却使__________液化，降低c(NH3)，平衡向__________移动。⑤循环操作：将分离出NH3的原料气循环使用，提高原料的利用率。2．化学反应调控的一般原则条件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①增大易得廉价原料浓度，提高难得高价原料的利用率，从而降低生产成本②循环操作从实际生产能力分析如设备承受高温、高压能力等从催化剂的使用活性分析注意催化剂的活性对温度的要求1．用草酸二甲酯(H3COOCCOOCH3)和氢气为原料制备乙二醇的反应原理如下：H3COOCCOOCH3(g)＋2H2⥬H3COOCCH2OH(g)＋CH3OH(g)ΔH＝－16.3kJ·mol-1H3COOCCH2OH(g)＋2H2(g)⥬HOH2CCH2OH(g)＋CH3OH(g)ΔH＝－14.8kJ·mol-1在2MPa条件下，将氢气和草酸二甲酯体积比(氢酯比)为80∶1的混合气体以一定流速通过装有催化剂的反应管，草酸二甲酯的转化率、产物的选择性与温度的关系如图所示。产物的选择性＝n下列说法正确的是()A．曲线Ⅰ表示乙二醇的选择性随温度的变化B．其他条件不变，增大压强或升高温度，草酸二甲酯的平衡转化率均增大C．其他条件不变，在190～195℃温度范围，随着温度升高，出口处乙醇酸甲酯的量不断减小D．其他条件不变，在190～210℃温度范围，随着温度升高，出口处甲醇和乙二醇的物质的量之比nC2．CO可用于合成甲醇，化学方程式为CO(g)＋2H2(g)⥬CH3OH(g)。CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图所示。该反应ΔH______0(填“>”或“<”)。实际生产条件控制在250℃、1.3×104kPa左右，选择此压强的理由是________________________________________________________________________________________________________________________________________。3．脱除沼气中的H2S具有重要意义，脱除H2S有多种方法。(1)受热分解法。将H2S和CH4混合气导入热解器，反应分两步进行。反应Ⅰ：2H2S(g)=2H2(g)＋S2(g)ΔH1＝169.8kJ反应Ⅱ：CH4(g)＋S2(g)=CS2(g)＋2H2(g)ΔH2＝63.7kJ·mol-1现将硫化氢和甲烷按照2∶1体积比投料，并用N2稀释。在常压和不同温度下，反应相同时间后，H2、S2和CS2的体积分数随温度的变化关系如图所示。①2H2S(g)＋CH4(g)=CS2(g)＋4H2(g)ΔH3＝________。②1050℃时，H2的体积分数为________。③在950～1150℃范围内，其他条件不变，随着温度的升高，S2(g)的体积分数先增大而后减小，其原因可能是_____________________________________________________________________________________________________________。(2)光电催化法。某光电催化法脱除H2S的原理如图所示。①光电催化法脱除H2S的离子方程式为______________________________________________________________________________________________________。②与受热分解法相比，光电催化法的优点是___________________________________________________________________________________________________。(3)催化重整法。Fe2O3可以用作脱除H2S的催化剂，脱除过程如图所示。①Fe2O3脱除H2S时需先进行吸附。利用图乙吸附方式进行吸附，比图甲吸附方式吸附能力强的原因是_____________________________________________________________________________________________________________________。②脱除一段时间后，催化剂的活性降低，原因是__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。化学反应的方向1．自发过程(自发反应)(1)定义：一定条件下不需要外界作用就能自动进行的过程(或反应)称为自发过程(或自发反应)。(2)特点①大多数__________反应(ΔH__________0)可以自发进行。②大多数混乱度__________的反应(熵变ΔS__________0)可以自发进行。自发反应(过程)指的是在一定条件下有自发进行的倾向而不一定发生，如燃烧反应是自发反应，但在常温下不一定燃烧。2．熵与熵变(1)熵：描述体系__________的物理量，符号为S。熵值越大，体系__________越大。(2)熵变：ΔS＝S(生成物)－S(反应物)。(3)常见的熵增过程①同一种物质由固态到液态再到气态：S(s)<S(l)<S(g)。②反应后气体物质的量__________的反应。③固体参加生成气体的反应，如C(s)＋H2O(g)⥬CO(g)＋H2(g)。3．化学反应方向的判定(1)判定依据(2)一般规律①ΔH<0、ΔS>0，任何温度下都能自发进行。②ΔH>0、ΔS<0，任何温度下都不能自发进行。③ΔH和ΔS的作用相反，且相差不大时，__________对反应的方向起决定性作用。当ΔH<0、ΔS<0时，__________下反应能自发进行；当ΔH>0、ΔS>0时，__________下反应能自发进行。1．(2024·江苏苏锡常镇四市教学情况调研一)对于反应2SO2(g)＋O2(g)⥬2SO3(g)，下列有关说法正确的是()A．该反应的ΔS>0B．该反应平衡常数的表达式为K＝cC．反应中每消耗22.4LO2(标准状况)，转移电子数约为2×6.02×1023D．温度不变，提高c起始(O2)或增大反应压强，均能提高反应速率和SO2的转化率2．回答下列问题：(1)用钌的配合物作催化剂，一定条件下可直接光催化分解CO2，发生反应：2CO2(g)=2CO(g)＋O2(g)，该反应的ΔH________0，ΔS______0(填“>”“<”或“＝”)，在低温下，该反应______(填“能”或“不能”)自发进行。(2)超声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，化学方程式为2NO＋2CO⥬2CO2＋N2。反应在常温下能够自发进行，则反应的ΔH______(填“>”“<”或“＝”)0。(3)已知在100kPa、298K时石灰石分解反应CaCO3(s)=CaO(s)＋CO2(g)的ΔH>0，ΔS>0。①常温下，该反应________(填“能”或“不能”)自发进行。②据本题反应数据分析，温度________(填“能”或“不能”)成为反应进行方向的决定因素。(4)已知CaSO4(s)＋CO(g)⥬CaO(s)＋SO2(g)＋CO2(g)ΔH＝218kJ·mol-1，该反应能够自发进行的反应条件是__________________________________________________________________________________________________________。(5)某吸热反应能自发进行，则该反应的ΔS________(填“>”或“<”)0。1．(2022·江苏卷，T10)用尿素水解生成的NH3催化还原NO，是柴油机车辆尾气净化的主要方法。反应为4NH3(g)＋O2(g)＋4NO(g)⥬4N2(g)＋6H2O(g)，下列说法正确的是()A．上述反应ΔS<0B．上述反应平衡常数K＝cC．上述反应中消耗1molNH3，转移电子的数目为2×6.02×1023D．实际应用中，加入尿素的量越多，柴油机车辆排放的尾气对空气污染程度越小2．(2021·江苏卷，T8)N2是合成氨工业的重要原料，NH3不仅可制造化肥，还能通过催化氧化生产HNO3；HNO3能溶解Cu、Ag等金属，也能与许多有机化合物发生反应；在高温或放电条件下，N2与O2反应生成NO，NO进一步氧化生成NO2。2NO(g)＋O2(g)⥬2NO2(g)ΔH＝－116.4kJ·mol-1。大气中过量的NOx和水体中过量的NH4+、NO3-均是污染物。通过催化还原的方法，可将烟气和机动车尾气中的NO转化为N2，也可将水体中的NO3-转化为N2。对于反应2NO(g)＋OA．该反应的ΔH<0，ΔS<0B．反应的平衡常数可表示为K＝cC．使用高效催化剂能降低反应的焓变D．其他条件相同，增大nO2n3．(2023·江苏卷)二氧化碳加氢制甲烷过程中的主要反应为CO2(g)＋4H2(g)⥬CH4(g)＋2H2O(g)ΔH＝－164.7kJ·mol-1CO2(g)＋H2(g)⥬CO(g)