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2019-2020年高中化學(xué)第二章化學(xué)反應(yīng)的方向限度與速率章末復(fù)習(xí)學(xué)案魯科版
在一定條件下的可逆反應(yīng)里,正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率相等,反應(yīng)混合物中各組分的濃度保持不變的狀態(tài),稱為化學(xué)平衡狀態(tài),簡稱化學(xué)平衡。
“一定條件”“可逆反應(yīng)”是前提,“相等”是實(shí)質(zhì),“保持不變”是標(biāo)志。
1.化學(xué)平衡狀態(tài)具有的“五大特征”
(1)逆:指化學(xué)平衡狀態(tài)只適用于可逆反應(yīng),同一可逆反應(yīng),在同一條件下,無論反應(yīng)從正反應(yīng)方向開始還是從逆反應(yīng)方向開始,或同時從正、逆反應(yīng)方向開始,以一定的配比投入反應(yīng)物或生成物,則可以達(dá)到相同的平衡狀態(tài)。
(2)動:指動態(tài)平衡,即化學(xué)反應(yīng)處于平衡狀態(tài)時,正、逆反應(yīng)并未停止,仍在進(jìn)行,只是正、逆反應(yīng)速率相等。
(3)等:指“v正=v逆≠0”。即某一物質(zhì)在單位時間內(nèi)消耗的物質(zhì)的量濃度和生成的物質(zhì)的量濃度相等,也可以用不同物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)速率表示該反應(yīng)的正、逆反應(yīng)速率相等。
(4)定:指參加反應(yīng)的各組分的含量保持不變,即各組分的濃度、質(zhì)量分?jǐn)?shù)、體積分?jǐn)?shù)(有氣體參加的可逆反應(yīng))、反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率等均保持不變。
(5)變:指平衡移動。可逆反應(yīng)的平衡狀態(tài)是相對的、暫時的,當(dāng)外界某一條件改變時,原平衡被破壞,化學(xué)平衡向著減弱這種改變的方向移動,在新的條件下達(dá)到新的平衡狀態(tài)。
典例1 一定溫度下,向某容積恒定的密閉容器中充入1molN2、3molH2,經(jīng)充分反應(yīng)后達(dá)到如下平衡:N2+3H22NH3,下列有關(guān)說法中正確的是( )
A.達(dá)平衡后再加入一定量的N2,體系內(nèi)各物質(zhì)含量不變
B.N2、H2、NH3的濃度一定相等
C.反應(yīng)沒有達(dá)到平衡時,NH3會不斷地分解,達(dá)到平衡時則不會再分解
D.平衡時,N2、H2物質(zhì)的量之比為1∶3
2.化學(xué)平衡狀態(tài)判斷的“四大依據(jù)”
(1)對于普通可逆反應(yīng),以2SO2+O22SO3為例:
若各組分的物質(zhì)的量、濃度不發(fā)生變化,則反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)。若用反應(yīng)速率關(guān)系表示化學(xué)平衡狀態(tài),式中既要有正反應(yīng)速率,又要有逆反應(yīng)速率,且兩者之比等于化學(xué)系數(shù)之比,就達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)。
(2)對于有有色氣體存在的反應(yīng)體系,如2NO2(g) N2O4(g)等,若體系的顏色不再發(fā)生改變,則反應(yīng)已達(dá)平衡狀態(tài)。
(3)對于有氣體存在且反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量發(fā)生改變的反應(yīng),如N2+3H22NH3,若反應(yīng)體系的壓強(qiáng)不再發(fā)生變化、平均相對分子質(zhì)量不再變化,則說明反應(yīng)已達(dá)平衡狀態(tài)。
對有氣體存在且反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量不發(fā)生改變的反應(yīng),反應(yīng)過程中的任何時刻,體系的壓強(qiáng)、氣體的總物質(zhì)的量、平均相對分子質(zhì)量都不變,故壓強(qiáng)、氣體的總物質(zhì)的量、平均相對分子質(zhì)量不變均不能說明反應(yīng)已達(dá)平衡狀態(tài)。
(4)從微觀的角度分析,如反應(yīng)N2+3H22NH3,下列各項(xiàng)均可說明該反應(yīng)達(dá)到了平衡狀態(tài)。
①斷裂1molN≡N鍵的同時生成1molN≡N鍵。
②斷裂1molN≡N鍵的同時生成3molH—H鍵。
③斷裂1molN≡N鍵的同時斷裂6molN—H鍵。
④生成1molN≡N鍵的同時生成6molN—H鍵。
[特別提示] (1)從反應(yīng)速率的角度來判斷反應(yīng)是否達(dá)到平衡時,速率必須是一正一逆(不能同是v正或v逆),且反應(yīng)速率之比等于化學(xué)系數(shù)之比。
(2)在可逆反應(yīng)過程中,能發(fā)生變化的物理量(如各組分的濃度、反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率、混合氣體密度、顏色、平均摩爾質(zhì)量等),若保持不變,說明可逆反應(yīng)達(dá)到了平衡狀態(tài)。
典例2 在一定溫度下的定容容器中,當(dāng)下列哪些物理量不再發(fā)生變化時,表明反應(yīng)A(g)+2B(g)C(g)+D(g)已達(dá)到平衡狀態(tài)的是( )
①混合氣體的壓強(qiáng) ②混合氣體的密度?、跙的物質(zhì)的量濃度 ④混合氣體的總物質(zhì)的量?、莼旌蠚怏w的平均相對分子質(zhì)量?、辷(C)與v(D)的比值 ⑦混合氣體的總質(zhì)量?、嗷旌蠚怏w的總體積?、酑、D的分子數(shù)之比為1∶1
A.①②③④⑤⑥⑦⑧ B.①③④⑤
C.①②③④⑤⑦ D.①③④⑤⑧⑨
1.化學(xué)平衡移動的分析判斷方法
應(yīng)用上述規(guī)律分析問題時應(yīng)注意:
(1)不要把v正增大與平衡向正反應(yīng)方向移動等同,只有v正>v逆時,才使平衡向正反應(yīng)方向移動。
(2)不要把平衡向正反應(yīng)方向移動與原料轉(zhuǎn)化率的提高等同,當(dāng)反應(yīng)物總量不變時,平衡向正反應(yīng)方向移動,反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率才提高。當(dāng)增大一種反應(yīng)物的濃度,使平衡向正反應(yīng)方向移動,會使另一種反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率提高。
2.化學(xué)平衡移動原理(移動方向的判斷方法)
外界條件對化學(xué)平衡的影響可概括為勒夏特列原理:如果改變影響平衡的一個條件(如濃度、壓強(qiáng)或溫度等),平衡就向能夠減弱這種改變的方向移動。
(1)對原理中“減弱這種改變”的正確理解應(yīng)當(dāng)是升高溫度時,平衡向吸熱反應(yīng)方向移動;增加反應(yīng)物,平衡向反應(yīng)物減少的方向移動;增大壓強(qiáng),平衡向壓強(qiáng)減小的方向移動。
(2)移動的結(jié)果只是減弱了外界條件的變化,而不能完全抵消外界條件的變化,達(dá)到新平衡時此物理量更靠近改變的方向。如增大反應(yīng)物A的濃度,平衡正移,但達(dá)到新平衡時,A的濃度仍比原平衡時大;同理,若改變溫度、壓強(qiáng)等,其變化也相似。
3.實(shí)例分析(正移指右移,逆移指左移)
反應(yīng)實(shí)例
條件變化與平衡移動方向
達(dá)到新平衡時轉(zhuǎn)化率變化情況
2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)
ΔH<0
增大O2濃度,平衡正移
SO2的轉(zhuǎn)化率增大,O2的轉(zhuǎn)化率減小
增大SO3濃度,平衡逆移
從逆反應(yīng)角度看,SO3的轉(zhuǎn)化率減小
升高溫度,平衡逆移
SO2、O2的轉(zhuǎn)化率都減小
增大壓強(qiáng),平衡正移
SO2、O2的轉(zhuǎn)化率都增大
2NO2(g) N2O4(g)
體積不變時,充入NO2,平衡正移
NO2的轉(zhuǎn)化率增大
體積不變時,充入N2O4,平衡逆移
從逆反應(yīng)角度看,N2O4的轉(zhuǎn)化率減小
2HI(g) H2(g)+I(xiàn)2(g)
增大H2的濃度,平衡逆移
從逆反應(yīng)角度看,H2的轉(zhuǎn)化率減小,I2的轉(zhuǎn)化率增大
增大HI的濃度,平衡正移
HI的轉(zhuǎn)化率不變
增大壓強(qiáng),平衡不移動
轉(zhuǎn)化率不變
典例3 一定條件下,向一帶活塞的密閉容器中充入2molSO2和1molO2,發(fā)生下列反應(yīng):2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)達(dá)到平衡后改變下述條件,SO3(g)平衡濃度不改變的是( )
A.保持溫度和容器體積不變,充入1molSO3(g)
B.保持溫度和容器內(nèi)壓強(qiáng)不變,充入1molSO3(g)
C.保持溫度和容器內(nèi)壓強(qiáng)不變,充入1molO2(g)
D.保持溫度和容器內(nèi)壓強(qiáng)不變,充入1molAr(g)
典例4 COCl2(g) CO(g)+Cl2(g) ΔH>0,當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時,下列措施:①升溫?、诤闳萃ㄈ攵栊詺怏w?、墼黾覥O濃度 ④減壓?、菁哟呋瘎、藓銐和ㄈ攵栊詺怏w,能提高COCl2轉(zhuǎn)化率的是( )
A.①②④B.①④⑥C.②③⑤D.③⑤⑥
三 解讀化學(xué)平衡常數(shù)學(xué)習(xí)的“三個”基本要求
化學(xué)平衡常數(shù)是在一定溫度下,可逆反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡時,生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比值。常用符號K表示。
1.正確書寫化學(xué)平衡常數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式
對于反應(yīng):mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)
K=
(1)不要把反應(yīng)體系中純固體、純液體以及稀水溶液中水的濃度寫進(jìn)平衡常數(shù)表達(dá)式,但非水溶液中,若有水參加或生成,則此時水的濃度不可視為常數(shù),應(yīng)寫進(jìn)平衡常數(shù)表達(dá)式中。
(2)同一化學(xué)反應(yīng),化學(xué)反應(yīng)方程式寫法不同,其平衡常數(shù)表達(dá)式及數(shù)值亦不同。因此書寫平衡常數(shù)表達(dá)式及數(shù)值時,要與化學(xué)反應(yīng)方程式相對應(yīng),否則就沒有意義。
2.正確理解化學(xué)平衡常數(shù)的意義
(1)化學(xué)平衡常數(shù)可表示反應(yīng)進(jìn)行的程度。K越大,反應(yīng)進(jìn)行的程度越大,反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率越大。K>105時,可以認(rèn)為該反應(yīng)已經(jīng)進(jìn)行完全。
(2)K的大小只與溫度有關(guān),與反應(yīng)物或生成物的起始濃度的大小無關(guān)。溫度一定時,濃度的變化、壓強(qiáng)的變化、固體顆粒大小(接觸面積)的變化、催化劑的使用等均不改變化學(xué)平衡常數(shù)。
3.熟練掌握化學(xué)平衡常數(shù)的應(yīng)用
(1)判斷可逆反應(yīng)的狀態(tài):任意狀態(tài)的濃度冪之積的比值,稱為濃度商,用Q表示,若其與K比較,當(dāng)
(2)判斷反應(yīng)的熱效應(yīng),若升高溫度,K值增大,則正反應(yīng)為吸熱反應(yīng);反之,K值減小,則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)。
(3)用于計(jì)算平衡濃度、物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)、轉(zhuǎn)化率等。
典例5 已知某化學(xué)反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為K=,在不同的溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)如下表所示:
t/℃
700
800
830
1000
1200
K
1.67
1.11
1.00
0.60
0.38
下列有關(guān)敘述不正確的是( )
A.該反應(yīng)的化學(xué)方程式是CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)
B.上述反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)
C.如果在一定體積的密閉容器中加入CO2和H2各1mol,5min后溫度升高到830℃,此時測得CO2為0.4mol時,該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)
D.某溫度下,如果平衡濃度符合下列關(guān)系式:=,判斷此時的溫度是1000℃
典例6 高爐煉鐵過程中發(fā)生的主要反應(yīng)為Fe2O3(s)+CO(g)Fe(s)+CO2(g)。已知該反應(yīng)在不同溫度下的平衡常數(shù)如下:
溫度/℃
1000
1150
1300
平衡常數(shù)
4.0
3.7
3.5
請回答下列問題:
(1)該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式K=____________________________________________,
ΔH________(填“>”“<”或“=”)0。
(2)在一個容積為10L的密閉容器中,1000℃時加入Fe、Fe2O3、CO、CO2各1.0mol,反應(yīng)經(jīng)過10min后達(dá)到平衡。求該時間范圍內(nèi)反應(yīng)的平均反應(yīng)速率v(CO2)=____________,CO的平衡轉(zhuǎn)化率=________。
(3)欲提高(2)中CO的平衡轉(zhuǎn)化率,可采取的措施是
____________(填字母)。
A.減少Fe的量 B.增加Fe2O3的量
C.移出部分CO2 D.提高反應(yīng)溫度
E.減小容器的容積 F.加入合適的催化劑
四 化學(xué)平衡計(jì)算模式與公式
化學(xué)平衡的計(jì)算一般涉及各組分的物質(zhì)的量、濃度、轉(zhuǎn)化率、百分含量、氣體混合物的密度、平均摩爾質(zhì)量、壓強(qiáng)、平衡常數(shù)等。其計(jì)算方法、模式如下:
1.計(jì)算模式
化學(xué)平衡計(jì)算的最基本的方法模式是“三段式法”。具體步驟是在化學(xué)方程式下寫出有關(guān)物質(zhì)起始時的物質(zhì)的量、發(fā)生轉(zhuǎn)化的物質(zhì)的量、平衡時的物質(zhì)的量(也可以是物質(zhì)的量濃度或同溫同壓下氣體的體積),再根據(jù)題意列式求解。
mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g)
n(起始)(mol) ab00
n(轉(zhuǎn)化)(mol) mxnxpxqx
n(平衡)(mol) a-mxb-nxpxqx
起始、轉(zhuǎn)化、平衡是化學(xué)平衡計(jì)算的“三步曲”。
2.計(jì)算公式
(1)v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)=m∶n∶p∶q(未達(dá)到平衡時,用于確定化學(xué)方程式中未知的系數(shù))。
(2)K==
(Q>K,v正
v逆)。
(3)c(A)平==。
(4)α(A)=100%=100%。
(5)φ(A)=100%。
(6)平衡時與起始時的壓強(qiáng)比==(同T、V時),混合氣體的密度比=(同T、p時),=(同質(zhì)量的氣體時)等。
(7)混合氣體的密度(混)==(gL-1)(T、V不變時,不變)。
(8)平衡時混合氣體的平均摩爾質(zhì)量
==(gmol-1)。
典例7 已知可逆反應(yīng):M(g)+N(g) P(g)+Q(g) ΔH>0,請回答下列問題:
(1)某溫度下,反應(yīng)物的起始濃度分別為c(M)=1molL-1,c(N)=2.4molL-1;達(dá)到平衡后,M的轉(zhuǎn)化率為60%,此時N的轉(zhuǎn)化率為________。
(2)若反應(yīng)溫度不變,反應(yīng)物的起始濃度分別為c(M)=4molL-1,c(N)=amolL-1;達(dá)到平衡后,c(P)=2molL-1,a=________。
(3)若反應(yīng)溫度不變,反應(yīng)物的起始濃度為c(M)=c(N)=bmolL-1,達(dá)到平衡后,M的轉(zhuǎn)化率為________。
典例8 在2L的密閉容器中,放入0.4molA和0.6molB,在一定溫度下,壓強(qiáng)為p,加入催化劑(體積忽略),發(fā)生反應(yīng):2A(g)+3B(g)xC(g)+2D(g),保持溫度不變,在amin后反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài),容器中c(D)=0.1molL-1,容器內(nèi)壓強(qiáng)變?yōu)?.9p,則:
(1)物質(zhì)B的轉(zhuǎn)化率是________。
(2)化學(xué)反應(yīng)速率v(C)是________________。
(3)x為________。
五 全面解讀外界條件對化學(xué)反應(yīng)速率的影響規(guī)律
影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素包括內(nèi)因和外因。內(nèi)因是指反應(yīng)物本身的性質(zhì);外因包括濃度、溫度、壓強(qiáng)、催化劑、反應(yīng)物顆粒大小等。這些外界條件對化學(xué)反應(yīng)速率影響的規(guī)律和原理如下:
1.濃度
(1)濃度增大,單位體積內(nèi)活化分子數(shù)增多(活化分子百分?jǐn)?shù)不變),有效碰撞的幾率增加,化學(xué)反應(yīng)速率增大。
(2)濃度改變,可使氣體間或溶液中的化學(xué)反應(yīng)速率發(fā)生改變。固體或純液體的濃度可視為常數(shù),它們的物質(zhì)的量的變化不會引起反應(yīng)速率的變化,但固體顆粒的大小會導(dǎo)致接觸面積的變化,故影響化學(xué)反應(yīng)速率。
2.壓強(qiáng)
改變壓強(qiáng),對化學(xué)反應(yīng)速率產(chǎn)生影響的根本原因是引起濃度的改變。對于有氣體參加的反應(yīng)體系,有以下幾種情況:
(1)恒溫時:
增大壓強(qiáng)體積縮小濃度增大反應(yīng)速率增大。
(2)恒容時:
①充入氣體反應(yīng)物反應(yīng)物濃度增大總壓增大反應(yīng)速率增大。
②充入“稀有氣體”總壓增大,但各物質(zhì)的濃度不變,反應(yīng)速率不變。
(3)恒壓時:
充入“稀有氣體”體積增大各物質(zhì)濃度減小反應(yīng)速率減小。
3.溫度
(1)溫度升高,活化分子百分?jǐn)?shù)提高,分子間的碰撞頻率提高,化學(xué)反應(yīng)速率增大。
(2)溫度升高,吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)的速率都增大。實(shí)驗(yàn)測得,溫度每升高10℃,化學(xué)反應(yīng)速率通常增大為原來的2~4倍。
4.催化劑
(1)催化劑對反應(yīng)過程的影響通常可用圖表示(加入催化劑,B點(diǎn)降低)。催化劑能改變反應(yīng)路徑、降低活化能、增大活化分子百分?jǐn)?shù)、加快反應(yīng)速率,但不影響反應(yīng)的ΔH。
(2)催化劑只有在適宜的溫度下活性最大,反應(yīng)速率才達(dá)到最大。
(3)對于可逆反應(yīng),催化劑能夠同等程度地改變正、逆反應(yīng)速率,對化學(xué)平衡狀態(tài)無影響,生產(chǎn)過程中使用催化劑主要是為了提高生產(chǎn)效率。
[特別提示] 在分析多個因素(如濃度、溫度、反應(yīng)物顆粒大小、催化劑、壓強(qiáng)等)對反應(yīng)速率的影響規(guī)律時,逐一改變一個因素而保證其他因素相同,通過實(shí)驗(yàn)分析得出該因素影響反應(yīng)速率的結(jié)論,這種方法叫控制變量法。
典例9 某探究小組用HNO3與大理石反應(yīng)過程中質(zhì)量減小的方法,研究影響反應(yīng)速率的因素,所用HNO3濃度為1.00molL-1、2.00molL-1,大理石有細(xì)顆粒與粗顆粒兩種規(guī)格,實(shí)驗(yàn)溫度為298K、308K。
請完成以下實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)表,并在實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊粰谥刑畛鰧?yīng)的實(shí)驗(yàn)編號:
實(shí)驗(yàn)編號
T/K
大理石規(guī)格
HNO3濃度/molL-1
實(shí)驗(yàn)?zāi)康?
①
298
粗顆粒
2.00
(Ⅰ)實(shí)驗(yàn)①和②探究HNO3濃度對該反應(yīng)速率的影響
(Ⅱ)實(shí)驗(yàn)①和________探究溫度對該反應(yīng)速率的影響(Ⅲ)實(shí)驗(yàn)①和________探究大理石規(guī)格(粗、細(xì))對該反應(yīng)速率的影響
②
③
粗顆粒
④
典例10 等質(zhì)量的鐵與過量的鹽酸在不同的實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)行反應(yīng),測定在不同時間t產(chǎn)生氣體體積V的數(shù)據(jù),根據(jù)數(shù)據(jù)繪制得到下圖,則曲線a、b、c、d所對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)組別是( )
組別
c(HCl)/molL-1
溫度/℃
狀態(tài)
1
2.0
25
塊狀
2
2.5
30
塊狀
3
2.5
50
塊狀
4
2.5
50
粉末狀
A.4-3-2-1 B.1-2-3-4
C.3-4-2-1 D.1-2-4-3
六 化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡圖像題目類型及其分析方法
化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡圖像題是化學(xué)試題中的一種特殊題型,其特點(diǎn)是圖像是題目的主要組成部分,把所要考查的化學(xué)知識寓于圖中曲線上,具有簡明、直觀、形象的特點(diǎn)?;瘜W(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡圖像題目類型及其分析方法如下:
1.主要題型
(1)分析條件對化學(xué)反應(yīng)速率及平衡的影響。
(2)由反應(yīng)判斷圖像的正誤。
(3)由圖像判斷反應(yīng)特征(確定反應(yīng)中各物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)、判斷熱效應(yīng)或氣體物質(zhì)化學(xué)計(jì)量數(shù)間的關(guān)系)。
(4)由反應(yīng)和圖像判斷圖像或曲線的物理意義。
(5)由圖像判斷指定意義的化學(xué)反應(yīng)。
(6)由反應(yīng)和圖像判斷符合圖像變化的外界條件等。
化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡圖像,若按其圖像特點(diǎn)、縱坐標(biāo)與橫坐標(biāo)表示的意義可分為
①濃度—時間圖:此類圖像能說明平衡體系中各組分在反應(yīng)過程中的濃度變化情況。如A+BAB反應(yīng)情況如圖1所示,解該類圖像題要注意各物質(zhì)曲線出現(xiàn)折點(diǎn)(達(dá)到平衡)的時刻相同,各物質(zhì)濃度變化的內(nèi)在聯(lián)系及比例符合化學(xué)方程式中的化學(xué)系數(shù)關(guān)系。
圖1 圖2
②速率—時間圖:如Zn與足量鹽酸的反應(yīng),反應(yīng)速率隨時間的變化出現(xiàn)如圖2所示的情況,解釋原因:AB段(v漸增),因反應(yīng)為放熱反應(yīng),隨反應(yīng)的進(jìn)行,溫度漸高,導(dǎo)致反應(yīng)速率增大;BC段(v漸小),主要原因是隨反應(yīng)的進(jìn)行,溶液中c(H+)逐漸減小,導(dǎo)致反應(yīng)速率減小。故分析時要抓住各階段的主要矛盾,認(rèn)真分析。
③含量—時間—溫度(壓強(qiáng))圖:常見形式有如下幾種。(C%指生成物的質(zhì)量分?jǐn)?shù);B%指某反應(yīng)物的質(zhì)量分?jǐn)?shù))
④恒壓(溫)線:該類圖的縱坐標(biāo)為物質(zhì)的平衡濃度(c)或反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率(α),橫坐標(biāo)為溫度(T)或壓強(qiáng)(p),常見類型如下所示:
⑤百分含量—溫度圖
對于反應(yīng)mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g) ΔH<0,M點(diǎn)前,表示化學(xué)反應(yīng)從反應(yīng)物開始,則v正>v逆;M點(diǎn)為平衡點(diǎn),M點(diǎn)后為平衡受溫度的影響情況。
2.分析方法
分析解答化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡圖像題目的方法技巧可概括為
9字步驟:看圖像,想規(guī)律,作判斷;
8字技巧:定一議二,先拐先平。
(1)看圖像
一看“面”(即看清橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo));二看“線”(即看線的走向、變化的趨勢);三看“點(diǎn)”(即起點(diǎn)、終點(diǎn)、轉(zhuǎn)折點(diǎn)、拐點(diǎn)、交叉點(diǎn));四看輔助線(如等溫線、等壓線、平衡線等);五看定量圖像中有關(guān)量的多少。
(2)想規(guī)律
即聯(lián)想外界條件的改變對化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的影響規(guī)律。
(3)作判斷
依題意仔細(xì)分析,作出正確判斷。特別值得注意的是
①圖像中有三個量時,應(yīng)確定一個量不變,再討論另兩個量的關(guān)系,即“定一議二”。
②曲線中先出現(xiàn)拐點(diǎn)的,該曲線在所示條件下先出現(xiàn)平衡,該曲線所示的溫度較高或壓強(qiáng)較大或使用了催化劑,即“先拐先平”。
③如果曲線反映達(dá)到平衡的時間不同但平衡狀態(tài)相同,則可能是加入催化劑或?qū)怏w體積不變的反應(yīng)改變壓強(qiáng)使其速率發(fā)生變化但平衡不移動,或是幾種等效平衡的曲線。
④化學(xué)反應(yīng)速率在平衡圖像中往往隱含出現(xiàn),曲線斜率大的表示反應(yīng)速率快,相應(yīng)的條件可能是溫度較高或壓強(qiáng)較大或使用了催化劑。
典例11 反應(yīng):2H2SO4(l)===2SO2(g)+O2(g)+2H2O(g)
ΔH=550kJmol-1,它由兩步組成:
Ⅰ.H2SO4(l)===SO3(g)+H2O(g) ΔH=177kJmol-1;
Ⅱ.SO3(g)分解。
L(L1、L2)、X可分別代表壓強(qiáng)或溫度。如圖,表示L一定時,Ⅱ中SO3(g)的平衡轉(zhuǎn)化率隨X的變化關(guān)系。
(1)X代表的物理量是________。
(2)判斷L1、L2的大小關(guān)系,并簡述理由:___________________________________
________________________________________________________________________。
七 運(yùn)用“化歸思想”理解等效平衡原理
1.用“化歸思想”理解不同條件下等效平衡原理
(1)恒溫恒容條件
①恒溫恒容時,對一般可逆反應(yīng),不同的投料方式如果根據(jù)化學(xué)方程式中化學(xué)系數(shù)之比換算到同一邊時,反應(yīng)物(或生成物)中同一組分的物質(zhì)的量完全相同,即互為等效平衡。
②恒溫恒容時,對于反應(yīng)前后氣體分子數(shù)不變的可逆反應(yīng),不同的投料方式如果根據(jù)化學(xué)方程式中化學(xué)系數(shù)的比例換算到同一邊時,只要反應(yīng)物(或生成物)中各組分的物質(zhì)的量的比例相同,即互為等效平衡。
(2)恒溫恒壓條件
在恒溫恒壓時,可逆反應(yīng)以不同的投料方式進(jìn)行反應(yīng),如果根據(jù)化學(xué)方程式中化學(xué)系數(shù)比換算到同一邊時,只要反應(yīng)物(或生成物)中各組分的物質(zhì)的量的比例相同,即互為等效平衡。此時計(jì)算的關(guān)鍵是換算到一邊后只需比例相同即可。
條件
等效條件
結(jié)果
恒溫恒容:反應(yīng)前后氣體分子數(shù)不等的可逆反應(yīng)
投料換算成相同物質(zhì)表示的物質(zhì)的量相同
兩次平衡時各組分百分含量、n、c均相同
恒溫恒容:反應(yīng)前后等氣體分子數(shù)的可逆反應(yīng)
投料換算成相同物質(zhì)表示的物質(zhì)的量等比例
兩次平衡時各組分百分含量相同,n、c同比例變化
恒溫恒壓:所有可逆反應(yīng)
投料換算成相同物質(zhì)表示的物質(zhì)的量等比例
兩次平衡時各組分百分含量相同,n、c同比例變化
2.利用“一邊倒法”判斷等效平衡
判斷等效平衡四步曲:第一步,“看”:觀察可逆反應(yīng)特點(diǎn)(物質(zhì)狀態(tài)、氣體分子數(shù)),判斷反應(yīng)前后等氣體分子數(shù)的可逆反應(yīng)和反應(yīng)前后不等氣體分子數(shù)的可逆反應(yīng);第二步,“挖”:挖掘題目條件,區(qū)分恒溫恒容和恒溫恒壓,注意密閉容器不等于恒容容器;第三步,“倒”:采用一邊倒法,將起始物質(zhì)轉(zhuǎn)化成一邊的物質(zhì);第四步,“聯(lián)”:聯(lián)系等效平衡判斷依據(jù),結(jié)合題目條件判斷是否達(dá)到等效平衡。
3.“中間態(tài)”法構(gòu)建等效平衡
(1)構(gòu)建恒溫恒容平衡思維模式
新平衡狀態(tài)可以認(rèn)為是兩個原平衡狀態(tài)簡單的疊加并壓縮而成,相當(dāng)于增大壓強(qiáng)。
(2)構(gòu)建恒溫恒壓平衡思維模式
新平衡狀態(tài)可認(rèn)為是兩個原平衡狀態(tài)簡單的疊加,壓強(qiáng)不變,平衡不移動。
典例12 已知:t℃時,2H(g)+Y(g) 2I(g) ΔH=-196.6kJmol-1,此溫度下,在一壓強(qiáng)恒定的密閉容器中,加入4molH和2molY反應(yīng),達(dá)到平衡后,Y剩余0.2mol。若在上面的平衡體系中,再加入1mol氣態(tài)的I物質(zhì),t℃時達(dá)到新的平衡,此時H物質(zhì)的物質(zhì)的量n(H)為( )
A.0.8mol B.0.6mol
C.0.5mol D.0.2mol
答案精析
典例1 D
典例2 B [要理解化學(xué)平衡狀態(tài)的特點(diǎn)“等、動、定”的含義,在判斷化學(xué)平衡狀態(tài)時還要注意反應(yīng)前后氣體體積是否相等。題給反應(yīng)是一個反應(yīng)前后氣體體積不相等的反應(yīng),因此在定容容器中,若①混合氣體的壓強(qiáng)、③B的物質(zhì)的量濃度、④混合氣體的總物質(zhì)的量、⑤混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再變化,均能證明該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)。而②中ρ=始終不變化,⑥中沒指明反應(yīng)進(jìn)行的方向,⑦m(g)始終不變化,⑧在定容容器中,混合氣體的總體積不能作為判斷依據(jù),⑨反應(yīng)未達(dá)到平衡時,C、D氣體的分子數(shù)之比也為1∶1。]
典例3 B
典例4 B [該反應(yīng)為氣體體積增大的吸熱反應(yīng),所以升溫和減壓均可以促使反應(yīng)正向移動;恒壓通入惰性氣體,相當(dāng)于減壓;恒容通入惰性氣體與加催化劑均對平衡無影響;增加CO的濃度,將導(dǎo)致平衡逆向移動。]
典例5 C [平衡常數(shù)的表達(dá)式中,分子中的物質(zhì)是生成物,分母中的物質(zhì)是反應(yīng)物,A項(xiàng)正確;由表中數(shù)據(jù)可知該反應(yīng)的平衡常數(shù)隨著溫度的升高而降低,故該反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng),B項(xiàng)正確;利用化學(xué)反應(yīng)方程式確定各種物質(zhì)的物質(zhì)的量,代入平衡常數(shù)表達(dá)式可知該反應(yīng)沒有達(dá)到平衡,C項(xiàng)不正確;將所給關(guān)系式進(jìn)行變化,可知該條件下平衡常數(shù)為0.6,D項(xiàng)正確。]
典例6 (1) < (2)6.010-3molL-1min-1 60% (3)C
解析 (1)Fe2O3、Fe均為固體,其濃度看作常數(shù),不計(jì)入平衡常數(shù)表達(dá)式中。溫度升高,K值減小,說明平衡向左移動,逆反應(yīng)是吸熱反應(yīng)。
(2)起始時=1
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-
2019
2020
年高
化學(xué)
第二
化學(xué)反應(yīng)
方向
限度
速率
復(fù)習(xí)
學(xué)案魯科版
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