2021版新高考化学一轮复习 第6章 化学反应的速率、限度与方向 第2节 化学反应的限度 工业合成氨

1第2节化学反应的限度工业合成氨课标解读要点网络1.了解化学反应的可逆性及化学平衡的建立。2.掌握化学平衡的特征。3.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。4.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。可逆反应与化学平衡状态1．可逆反应[示例]2molSO2和2molO2在一定条件下的密闭容器中发生2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，平衡时的O2物质的量范围为1_moln(O2)2_mol。2．化学平衡状态(1)概念一定条件下可逆反应进行到一定程度时，反应物和生成物的浓度不再随时间的延长而发生变化，正反应速率与逆反应速率相等，这种状态称为化学平衡状态。(2)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02反应进行时反应物浓度逐渐减小―→v(正)逐渐减小；生成物浓度逐渐增大―→v(逆)逐渐增大，v(正)＞v(逆)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以上过程可用如图表示：；若开始加入生成物，从逆反应建立平衡，则vt图为。由此，化学平衡状态的建立可以从正反应建立，也可以从逆反应方向建立，也可以从正、逆两反应方向同时建立，即平衡建立与反应途径无关。(3)特征3．判断化学平衡状态的两种方法(1)动态标志：v正＝v逆≠0①同种物质：同一物质的生成速率等于消耗速率。②不同物质：必须标明是“异向”的反应速率关系。如aA＋bBcC＋dD，v正(A)v逆(B)＝ab时，反应达到平衡状态。(2)静态标志：各种“量”不变①各物质的质量、物质的量或浓度不变。②各物质的百分含量(物质的量分数、质量分数等)不变。③温度、压强(化学反应方程式两边气体体积不相等)或颜色(某组分有颜色)不变。[基础判断](1)工业上合成氨的反应、SO2的催化氧化反应、Cl2溶于水的反应、二次电池的反应均为可逆反应。()(2)在化学平衡的建立过程中，v正一定大于v逆。()(3)对于N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)反应，当v正(N2)＝v逆(NH3)时反应达到平衡状态。()(4)在相同温度下，相同容器(恒容)发生2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)反应，当分别向容3器中充入2molSO2、1molO2与2molSO3平衡时，c(SO2)相同。()(5)在恒温恒容条件下，对于C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)和2NO2(g)N2O4(g)两反应，当密度不变时，两反应均达平衡状态。()(6)一个可逆反应达到的平衡状态就是这个反应在该条件下所能达到的限度。()[答案](1)×(2)×(3)×(4)√(5)×(6)√[知识应用]1．通过图像判断反应是否达到平衡是高考命题新方向：判断：一定温度下，反应N2O4(g)2NO2(g)的焓变为ΔH。现将1molN2O4充入一恒压密闭容器中，下列示意图正确且能说明反应达到平衡状态的是________。[答案]①④2．在密闭容器中进行反应：X2(g)＋Y2(g)2Z(g)，已知X2、Y2、Z的起始浓度分别为0.1mol·L－1、0.3mol·L－1、0.2mol·L－1，在一定条件下，当反应达到平衡时，X2、Y2、Z的浓度范围分别为____________、__________、__________。[答案]0c(X2)0.2mol·L－10.2mol·L－1c(Y2)0.4mol·L－10c(Z)0.4mol·L－1命题点1极值转化法分析可逆反应各时刻的量1．在一个密闭容器中发生反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，反应过程中某一时刻测得SO2、O2、SO3的浓度分别为0.2mol·L－1、0.2mol·L－1、0.2mol·L－1，当反应达到平衡时，可能出现的数据是()A．c(SO3)＝0.4mol·L－1B．c(SO2)＝c(SO3)＝0.15mol·L－1C．c(SO2)＝0.25mol·L－1D．c(SO2)＋c(SO3)＝0.5mol·L－1C[当c(SO3)＝0.4mol·L－1时，c(SO2)＝0，不合理，A错误；c(SO2)、c(SO3)不可能均为0.15mol·L－1，只能一种物质增大，另一种物质减小，B错误；c(SO2)＋c(SO3)应等于0.4mol·L－1，D错误。]2．(双选)一定条件下，对于可逆反应X(g)＋3Y(g)2Z(g)，若X、Y、Z的起始浓度分别为c1、c2、c3(均不为零)，达到平衡时，X、Y、Z的浓度分别为0.1mol·L－1、0.3mol·L4－1、0.08mol·L－1，则下列判断正确的是()A．c1∶c2＝1∶3B．平衡时，Y和Z的生成速率之比为2∶3C．X、Y的转化率不相等D．c1的取值范围为0c10.14mol·L－1AD[平衡浓度之比为1∶3，转化浓度之比亦为1∶3，故c1∶c2＝1∶3，A正确，C不正确；平衡时Y的生成表示的是逆反应速率，Z的生成表示的是正反应速率，且vY(生成)∶vZ(生成)＝3∶2，B不正确；由可逆反应的特点可知0c10.14mol·L－1，D正确。]极值转化法确定范围的思维模板正向进行完全⇒反应物最小值，生成物最大值逆向进行完全⇒反应物最大值，生成物最小值⇒范围说明：可逆反应的平衡物理量一定在最大值和最小值之间，但起始物理量可以为最大值或最小值。命题点2化学平衡状态的判定标志3．(2019·长春模拟)在一定温度下，向2L固定容积的密闭容器中通入1molCO2、3molH2，发生反应CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH0。能说明该反应已达到平衡状态的是()A．混合气体的平均相对分子质量不变B．体系中n(CO2)n(H2)＝13，且保持不变C．混合气体的密度不随时间变化D．单位时间内有nmolH—H键断裂，同时有nmolO—H键生成A[A项，M是变量，当M不变，可以说明反应已达平衡；B项，n(CO2)n(H2)是不变量13，不能说明反应是否达平衡；C项，ρ是不变量，不能说明反应是否达平衡；D项，二者均表示v正，不能说明反应是否达平衡。]4．苯乙烯是现代石油化工产品中最重要的单体之一。在工业上，苯乙烯可由乙苯和CO2催化脱氢制得：(g)＋CO2(g)(g)＋CO(g)＋H2O(g)ΔH0。在温度为T1时，此反应的平衡常数K＝0.5。在2L密闭容器中加入乙苯(g)与CO2，反应到某时刻测得混合物中各组分的物质的量均为1.0mol，请回答下列问题：(1)该时刻的化学反应________(填“已达到”或“未达到”)平衡状态。5(2)下列能说明乙苯与CO2在该条件下反应已达到平衡状态的是________(填字母)。a．v正(CO2)＝v逆(CO2)b．混合气体的密度不变c．CO2的体积分数保持不变[解析](1)各组分的浓度均为1.0mol2L＝0.5mol·L－1，Q＝0.5×0.5×0.50.5×0.5mol·L－1＝0.5＝K，则该时刻反应达到平衡状态。(2)a项，对同一物质来说，正、逆反应速率相等，说明反应已达到平衡状态；b项，在恒容容器中，混合气体的总质量在反应过程中始终没有变化，即密度始终没有变化，与是否达到平衡状态无关；c项，随着反应进行，CO2的体积分数逐渐减小，当CO2的体积分数保持不变时，即达到平衡状态。[答案](1)已达到(2)ac5．在一定温度下的定容容器中，当下列物理量不再发生变化时：①混合气体的压强，②混合气体的密度，③混合气体的总物质的量，④混合气体的平均相对分子质量，⑤混合气体的颜色，⑥各反应物或生成物的浓度之比等于系数之比，⑦某种气体的百分含量(1)能说明I2(g)＋H2(g)2HI(g)达到平衡状态的是________。(2)能说明2NO2(g)N2O4(g)达到平衡状态的是________。(3)一定能说明A(s)＋2B(g)C(g)＋D(g)达到平衡状态的是________。(4)能说明NH2COONH4(s)2NH3(g)＋CO2(g)达到平衡状态的是________。(5)能说明5CO(g)＋I2O5(s)5CO2(g)＋I2(s)达到平衡状态的是________。[答案](1)⑤⑦(2)①③④⑤⑦(3)②④⑦(4)①②③(5)②④⑦化学平衡状态判定思路第一步：审题干①一审“反应条件”：恒温恒容或恒温恒压②二审“反应特点”：等气体反应或非等气体反应或是否有固、液体参与等第二步：审标志①一审“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，且经过换算后同一种物质的减少速率和生成速率相等。②二审“变量不变”：如果一个量是随反应进行而改变的，当其不变时为平衡状态；一个随反应的进行而保持不变的量，不能作为是否达到平衡状态的判断依据。命题点3平衡建立过程中的v正、v逆的变化与比较6．(2019·菏泽一模)在一个体积固定的真空密闭容器中充入等物质的量的CO2和NH3，在恒定温度下使其发生反应2NH3(g)＋6CO2(g)CO(NH2)2(s)＋H2O(g)并达到平衡，混合气体中氨气的体积分数随时间的变化如图所示：(1)A点的v正(CO2)________(填“”“”或“＝”)A点v逆(CO2)。(2)A点的v正(CO2)________(填“”“”或“＝”)B点的v逆(H2O)，原因是_____________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)B点v正(CO2)与v逆(NH3)的定量关系式为______________。(4)A点v逆(CO2)与B点v正(CO2)的大小关系为________。[答案](1)(2)由图像知，A点未达平衡，B点已达平衡，A点v正(CO2)B点v正(CO2)＝B点v逆(CO2)＝B点v逆(H2O)，故A点v正(CO2)B点v逆(H2O)(3)v正(CO2)＝12v逆(NH3)(4)A点v逆(CO2)B点v正(CO2)平衡建立过程中v正、v逆的变化模板以N2(g)＋3H2(g)2HN3(g)为例化学平衡移动1．对平衡移动概念的理解一定条件下的化学平衡――→条件改变平衡破坏――→一定时间后新条件下的新平衡(v正＝v逆)各组分含量保持一定(v正≠v逆)各组分含量改变(v′正＝v′逆)各组分含量又保持新的一定即平衡移动就是由一个“平衡状态→不平衡状态→新平衡状态”的过程。一定条件下的平衡体系，条件改变后，平衡可能发生移动。2．化学平衡移动与化学反应速率的关系(1)v正v逆，平衡向正反应方向移动；(2)v正＝v逆，反应达到平衡状态，不发生平衡移动；(3)v正v逆，平衡向逆反应方向移动。7即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)实验探究①实验Ⅰ：已知在K2Cr2O7的溶液中存在平衡Cr2O2－7(橙色)＋H2O2CrO2－4(黄色)＋2H＋取两支试管各加入5mL0.1mol·L－1的K2Cr2O7溶液。a．向1号试管中加入几滴浓硫酸，橙色变深，说明平衡向逆反应方向移动。b．向2号试管中加入几滴浓NaOH溶液，橙色变黄色，说明平衡向正反应方向移动。②实验Ⅱ：将充入NO2的球放入热水，颜色变化为红棕色变深，放入冰水中颜色变化为红棕色变浅，说明2NO2(g)N2O4(g)ΔH＜0。(2)影响化学平衡的外界因素浓度增大反应物浓度或减小生成物浓度向正反应方向移动减小反应物浓度或增大生成物浓度向逆反应方向移动压强(对有气体参加的反应)反应前后气体体积改变增大压强向气体分子总数减小的方向移动减小压强向气体分子总数增大的方向移动反应前后气体体积不变改变压强平衡不移动温度升高温度向吸热反应方向移动降低温度向放热反应方向移动[补短板](1)催化剂同等程度改变v正与v逆，平衡不移动。(2