20202021年高考化学一轮复习讲解化学平衡pdf

2020-2021年新高三化学一轮复习讲解《化学平衡》【知识梳理】一、化学平衡状态1．化学平衡状态：化学平衡状态：在一定条件下，正反应速率和逆反应速率相等，反应混合物中各组成成分浓度、含量保持保持一定而不变的状态，叫做化学平衡状态。2．化学平衡的特点：（1）动：化学平衡是一种动态平衡，即υ正＝υ逆≠0）。υ正＝υ逆≠0是可逆反应达到平衡状态的本质。（2）定：条件不变时，反应物与生成物浓度、百分组成保持不变（或反应物与生成物的含量保持一定）。这是判断体系是否处于化学平衡状态的重要特征。（3）变：任何化学平衡状态均是暂时的、相对的、有条件的。影响平衡的外界条件改变，平衡状态即被破坏，发生平衡移动。温馨提示：①可逆反应不能进行到底，即反应过程中反应物、生成物，不能全部转化为生成物(反应物)。②化学平衡的建立与反应的途径无关：对于可逆反应，不管从正反应开始(只投入反应物)，还是从逆反应开始(只投入生成物)，或从正逆反应开始(同时投入反应物和生成物)，在一定条件下都能达到v(正)＝v(逆)状态。3.化学平衡的标志(1)一个可逆反应达到平衡状态的最根本标志是υ(正)＝υ(逆)。运用速率标志要注意:正逆反应速率相等是指用同一种物质表示的反应速率.若一个可逆反应的正逆反应速率是分别用两种不同物质表示时,则当这两者的速率之比应等于这两种物质的化学计量数之比时才标志着化学平衡了。(2)υ(正)＝υ(逆)其必然结果是反应混合物各组分的含量保持不变，所以，各组分的浓度或含量不再随时间而改变也一定标志着化学平衡了。（3）如果一个可逆反应达到平衡状态，则整个反应体系的物理参数，如总压强、总体积、总物质的量以及气体的平均分子量和密度等肯定都要保持定值，不会再随时间而改变。但反过来，在一定条件下，这些物理参数若保持不变的可逆反应，不一定就达到了化学平衡，要作具体分析。如：aA(g)+bB(g)Cc(g)+dD(g)，若a+b＝c+d,由于反应前后气体分子数始终不发生改变,使反应体系的总压、平均分子量等参量在任何时刻都保持不变,这种情况下这些物理参量不能作为化学平衡态的标志。例题1、下列说法正确的是。①可逆反应2NO2(g)2NO(g)＋O2(g)，在容积固定的密闭容器中，单位时间内生成nmolO2的同时生成2nmolNO2，能说明该反应已达到平衡状态②可逆反应2NO2(g)2NO(g)＋O2(g)，在容积固定的密闭容器中，单位时间内生成nmolO2的同时生成2nmolNO，能说明该反应已达到平衡状态③可逆反应2NO2(g)2NO(g)＋O2(g)，在容积固定的密闭容器中，用NO2、NO、O2表示的反应速率之比为2∶2∶1的状态，能说明该反应已达到平衡状态④可逆反应2NO2(g)2NO(g)＋O2(g)，在容积固定的密闭容器中，混合气体的颜色、密度、压强、平均相对分子质量不再改变，能说明该反应已达到平衡状态⑤一定温度下在容积恒定的密闭容器中，进行如下可逆反应：A(s)＋2B(g)C(g)＋D(g)，混合气体的密度、压强、总物质的量、B的物质的量浓度、混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态，能表明该反应已达到平衡状态⑥如下图示能说明反应N2O4(g)2NO2(g)达到平衡状态⑦反应SO2(g)＋2CO(g)2CO2(g)＋S(l)ΔH0在恒容的密闭容器中进行，平衡前，随着反应的进行，容器内压强始终不变⑧反应2NH3(g)＋NO(g)＋NO2(g)2N2(g)＋3H2O(g)ΔH0在恒容密闭容器中进行，单位时间内消耗NO和N2的物质的量之比为1∶2时，反应达到平衡⑨密闭容器中混合气体的密度不变，说明分解反应NH2COONH4(s)2NH3(g)＋CO2(g)已经达到化学平衡⑩2v正(H2)＝3v逆(NH3)能说明反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)已达到平衡状态⑪在恒温恒容的密闭容器中，某储氢反应：MHx(s)＋yH2(g)MHx＋2y(s)ΔH＜0达到化学平衡，容器内气体压强保持不变⑫由可逆反应X2＋3Y22Z在反应过程中的反应速率(v)与时间(t)的关系曲线可知，t1时，只有正方向反应二、化学平衡常数1.定义：在一定温度下，当一个可逆反应达到平衡时，生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值是一个常数，该常数就是该反应的化学平衡常数。对于可逆反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，化学平衡常数K＝cpC·cqDcmA·cnB。2．影响因素：K的大小与物质的浓度、压强等无关，只随温度的变化而变化。3.意义：一定温度下，平衡常数K越大，表示反应进行的程度越大，反应物的转化率越大；平衡常数K越小，表示反应进行的程度越小，反应物的转化率越小。一般认为，K105时，反应进行得就基本完全了。4.应用：(1)在某温度下，某时刻反应是否达平衡，可用该时刻产物的浓度商Qc与Kc比较大小来判断。当Qckc，υ(正)υ(逆),未达平衡，反应逆向进行；当Qckc，υ(正)υ(逆),未达平衡，反应正向进行；当Qc=kc，υ(正)=υ(逆),达到平衡，平衡不移动。（2）利用化学平衡常数随温度的变化判断反应的热效应，若升高温度，K值增大，则正反应为吸热反应；若升高温度，K值减小，则正反应为放热反应。（3）如果某个反应可以表示为两个或多个反应的总和，则总反应的平衡常数等于各分步反应平衡常数之积。如已知：2H2O(g)2H2(g)+O2(g)K1，2CO2(g)2CO(g)+O2K2，则CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)123k/kK例题2、下列有关说法正确的是。①活化分子间的碰撞一定能发生化学反应②普通分子有时也能发生有效碰撞③升高温度会加快反应速率,原因是增加了活化分子的有效碰撞次数④增大反应物浓度会加快反应速率的原因是单位体积内有效碰撞的次数增多⑤使用催化剂能提高反应速率,原因是提高了分子的能量,使有效碰撞频率增大⑥化学反应实质是活化分子有合适取向时的有效碰撞⑦浓度为1mol·L-1的盐酸与过量的锌粉反应,若加入适量的CuSO4溶液,能减慢反应速率但又不影响氢气生成量⑧一定温度下,在2L的密闭容器中,X、Y、Z三种气体的物质的量随时间变化的曲线如下图，则反应的化学方程式为X(g)+Y(g)Z(g)⑨已知4NH3＋5O2===4NO＋6H2O，若反应速率分别用v(NH3)、v(O2)、v(NO)、v(H2O)(mol·L－1·min－1)表示，则.56v(O2)＝v(H2O)⑩分解水制氢气的工业制法之一是“硫­碘循环法”，主要涉及下列反应：①SO2＋2H2O＋I2===H2SO4＋2HI②2HIH2＋I2③2H2SO4===2SO2＋O2＋2H2O，循环过程中产生1molO2的同时产生1molH2⑪某温度下，在容积一定的密闭容器中进行如下反应：2X(g)＋Y(g)Z(g)＋W(s)ΔH＞0，则升高温度，正反应速率增大，逆反应速率减小⑫一定温度下，反应N2(g)＋O2(g)2NO(g)在密闭容器中进行，恒压，充入He不改变化学反应速率三、化学平衡的移动1．定义：可逆反应达到平衡状态以后，若反应条件(如温度、压强、浓度等)发生了变化，平衡混合物中各组分的浓度也会随之改变，从而在一段时间后达到新的平衡状态。这种由原平衡状态向新平衡状态的变化过程，叫做化学平衡的移动。2.化学平衡移动实质：化学平衡移动是由于浓度、温度、压强的变化使可逆反应从一种平衡状态变为另一平衡状态的过程。平衡移动的实质因为条件的变化打破了正反应、逆反应速率相等的关系。υ(正)＞υ(逆)，正向移动；υ(正)υ(逆)，平衡逆向移动。3．勒夏特列原理（化学平衡移动原理）：如果改变影响化学平衡的条件之一(如温度、压强、以及参加反应的化学物质的浓度)，平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动。对可逆反应：mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)4．勒夏特列原理（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）判化学计量数：由压强的改变，根据平衡移动的方向，可以判断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ΔH符号：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。5.合成氨适宜条件的选择（1）选择依据：从提高反应速率的角度分析，提高反应温度、使用催化剂、适当提高氮氢比；从平衡移动的角度分析，降低温度、提高压强和适时分离反应产物氨；从实际生产的角度分析，温度和压强要与生产实际相适应。（2）选择原则：能加快反应速率；提高原料的利用率；提高单位时间内的产量；对设备条件要求不能太高。（3）合成氨的适宜条件：使用催化剂；适宜的压强：2×107～5×107Pa；适宜的温度：500℃左右；及时分离出氨和及时补充氮气和氢气。例题3、(1)用O2将HCl转化为Cl2，可提高效益，减少污染。新型RuO2催化剂对上述HCl转化为Cl2的总反应[2HCl(g)＋12O2H2O(g)＋Cl2(g)ΔH]具有更好的催化活性，①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αHCl～T曲线如下图：则总反应的ΔH________0(填“＞”、“＝”或“＜”)；A、B两点的平衡常数K(A)与K(B)中较大的是________。②在上述实验中若压缩体积使压强增大，画出相应αHCl～T曲线的示意图，并简要说明理由_________。③下列措施中，有利于提高αHCl的有________。A．增大n(HCl)B．增大n(O2)C．使用更好的催化剂D．移去H2O（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CO、CO2和H2)在催化剂作用下合成甲醇，发生的主要反应如下：①CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)ΔH1②CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH2③CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)ΔH3，回答下列问题：①反应①的化学平衡常数K表达式为________；图中能正确反映平衡常数K随温度变化关系的曲线为________(填曲线标记字母)，其判断理由是________。②合成气组成n(H2)/n(CO＋CO2)＝2.60时，体系中的CO平衡转化率(α)与温度和压强的关系如图所示。α(CO)值随温度升高而________(填“增大”或“减小”)，其原因是________________________________；图中的压强由大到小为________，其判断理由是________________。（3）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：①C4H10(g)=C4H8(g)+H2(g)ΔH1，已知：②C4H10(g)+12O2(g)=C4H8(g)+H2O(g)ΔH2=-119kJ·mol-1③H2(g)+12O2(g)=H2O(g)ΔH3-242kJ·mol-1，反应①的ΔH1为________kJ·mol-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