《化学反应中的平衡》导学案2

《化学平衡》导学案知能定位1.了解化学平衡移动的概念和影响平衡移动的因素。2.理解温度、浓度、压强的改变对化学平衡移动的影响。3.应用化学平衡移动原理和化学反应速率相关知识选择合成氨的条件。专题小结知识脉络一、化学反应速率及影响化学反应速率的因素1化学反应速率2外界条件对化学反应速率影响的规律3化学平衡的移动专题归纳应用一、根据化学平衡移动方向进行有关判断勒夏特列原理指出，改变影响平衡的一个条件，平衡就向减弱这种改变的方向移动。反之如果知道了化学平衡移动的方向，也可以推测使化学平衡移动的条件。1.根据化学平衡移动方向，判断物质的聚集状态如可逆反应：2A(g)+nB2C(g)达到化学平衡后，若只增大压强，平衡向正反应方向移动，由此可判断B为气体；若增大压强，平衡并不移动，由此可判断B为固体或液体。2.根据化学平衡移动方向，判断化学方程式中气体反应物和气体生成物系数的相对大小如可逆反应aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)在反应过程中A的百分含量［w(A)］随压强(P)变化的曲线如图1所示。由图示可知：增大压强，A的百分含量逐渐变小，即平衡向正反应方向移动。又因增大压强，平衡向气体体积缩小的方向移动，故a+b>c+d。根据化学平衡移动方向还可以判断方程式中某气体物质的系数。如可逆反应：A(g)+nB(g)3C(g），在恒温下，反应物B的转化率与压强的关系如图2所示。由图示可知：增大压强，B的转化率不变，即平衡不移动，则1+n=3,n=2。3.根据化学平衡移动方向，判断化学反应的能量变化如可逆反应:A(g)+B(g)2C(g)达到平衡后，升高温度，C的体积分数增大，由此可判断正反应为吸热反应。4.根据化学平衡移动方向，判断混合气体的平均相对分子质量混合气体的平均相对分子质量为Mr＝,对于反应物和生成物都是气体的可逆反应，当外界条件改变时，不管平衡怎样移动，混合气体的质量始终不变，故混合气体的平均相对分子质量与混合气体物质的量成反比，若平衡向气体物质的量缩小的方向移动，混合气体的平均相对分子质量将变大，反之，平均相对分子质量将变小。考例1在密闭容器中，一定条件下进行反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)，若增大压强或升高温度，重新达到平衡，速率随时间变化过程如图所示，则对该反应叙述正确的是()A.正反应是放热反应，m+n<p+qB.逆反应是放热反应，m+n>p+qC.正反应是放热反应，m+n>p+qD.逆反应是放热反应，m+n<p+q解析：由图象可知，平衡向逆反应方向移动，若是增大压强引起的，由压强对平衡的影响可知：m+n<p+q若是升高温度引起的，可知逆反应是一个吸热反应，则正反应是放热反应，故选A。答案:A考例2(2011·杭州高二检测)高温下，某反应达到平衡，平衡常数K=。恒容时，温度升高，H2浓度减小。下列说法正确的是()A.该反应的焓变为正值B.恒温恒容下，增大压强，H2浓度一定减小C.升高温度，逆反应速率减小D.该反应的化学方程式为CO+H2OCO2+H2解析：由平衡常数表达式可知该反应为CO2+H2CO+H2O，所以D错误。升温时，H2浓度减小即平衡向右移动，正向是吸热反应ΔH>0，A正确，恒温恒容时，充入H2可使压强增大，H2浓度不一定减小，B错，升高温度，正、逆反应速率均增大，C错，故选A。答案：A二、化学反应速率和化学平衡图像分析1.物质的量浓度与时间图像由这类图像可判断化学反应方程式。由此可知：2C2A+3B2.转化率或百分含量与时间、压强、温度图像对于化学反应mA(g)+nB(g)qC(g)+pD(g)由①可知，T1温度先达平衡，故T1>T2，升温C%增大，ΔH>0。由②可知，T2温度先达平衡，故T1<T2,升温C%减小，ΔH<0。由③可知，P1先达平衡，P1>P2,加压，C%增加，m+n>p+q。由④可知，P2先达平衡，P1<P2,加压，C%减小，m+n<p+q。由⑤可知，P1>P2,m+n=p+q或条件为加入了催化剂。在⑥中，由(Ⅰ)、（Ⅱ）两线可知，P1<P2,m+n<p+q。由(Ⅱ)、（Ⅲ）两线可知，T1<T2,ΔH<0。图像和v-P图像对于化学反应mA(g)+nB(g)qC(g)+pD(g)由⑦可知，ΔH>0；由⑧可知，ΔH<0；由⑨可知，m+n>p+q；由⑩可知，m+n<p+q；由11可知，m+n=p+q。4.百分含量或转化率与P或T的图像对于化学反应mA(g)+nB(g)qC(g)+pD(s)由12可知，加压，C%减小，m+n<q；由(a)线可知，升温C%增加，ΔH>0。由13可知，升温，C%减小，ΔH<0；由（a）线可知，加压,C%增加，m+n>q。由14可知，m+n=q；ΔH>0。考例3如图甲、乙、丙分别表示在不同条件下可逆反应A(g)+B(g)xC(g)的生成物C在反应混合物中的百分含量(C%)和反应时间(t）的关系。（1）若甲图中两条曲线分别表示有催化剂和无催化剂的情况，则曲线表示无催化剂时的情况，原因是。（2）若乙图表示反应达到平衡后分别在恒温恒压条件下和恒温恒容条件下向平衡混合气体中充入氦气后的情况，则曲线表示恒温恒容的情况，原因是。（3）根据丙图可以判断该可逆反应的正反应是热反应，系数x的值。（4）丁图表示在某固定容积的密闭容器中上述可逆反应达到平衡后某物理量随着温度(T)的变化情况，根据你的理解，丁图的纵坐标可以是，原因为。解析：（1）甲图中两条曲线分别代表有催化剂和无催化剂的情况，使用催化剂不能改变化学平衡，即C%不变，但可以缩短达到平衡所需的时间，故a曲线代表有催化剂的情况，b曲线代表无催化剂的情况，不使用催化剂，化学反应速率慢，达到平衡所需的时间长。（2）在恒温恒容的情况下，充入He,由于体积不变，原混合气体的浓度保持不变，故平衡不移动，即a曲线代表恒温恒容。（3）要判断反应是放热还是吸热，则取压强相同，温度不同时的情况下判断平衡移动的方向，即取×105Pa的压强，温度分别是100℃和200℃，若从100℃升温至200℃，则C%升高，即升温化学平衡向正反应方向移动，说明正反应是吸热反应；若在温度不变的情况下，改变压强，即压强从×105Pa升高到×105Pa,C%降低，说明加压化学平衡向逆反应方向移动，即正反应是一个体积增大的反应，即x>2。（4）丁图中表示随着温度的升高，纵坐标的值逐渐增大，由于正反应是一个吸热反应，故升温化学平衡向正反应方向移动，即生成物C的百分含量升高，或反应物的转化率升高，或代表容器内气体压强的增大等。答案：（1）bb达到平衡所用时间长，说明b曲线反应速率小于a曲线的(2)aa中充入氦气，C%不变，平衡不移动（3）吸大于2（>2）或大于等于3(≥3)（4）C%或转化率或产率或压强等温度升高，平衡向吸热方向即正反应方向移动考例4在容积固定的密闭容器中存在如下反应：A（g）+3B（g）2C（g）ΔH<0某研究小组研究了其他条件不变时，改变某一条件对上述反应的影响，并根据实验数据作出下列关系图，下列判断一定错误的是()A.图Ⅰ研究的是不同催化剂对反应的影响，且乙使用的催化剂效率较高B.图Ⅱ研究的是压强对反应的影响，且甲的压强较高C.图Ⅱ研究的是温度对反应的影响，且甲的温度较高D.图Ⅲ研究的是不同催化剂对反应的影响，且甲使用的催化剂效率较高解析：图Ⅰ中甲、乙的C浓度不同，而加入催化剂不能影响转化率。图Ⅱ若是压强对反应的影响，则压强越大，B的转化率也越大，与图示不符。所以A、B的判断有误。答案：AB考题探析考例（2011·海南卷，15）氯气在298K、100kPa时，在1L水中可溶解，实验测得溶于水的Cl2约有三分之一与水反应。请回答下列问题：（1）该反应的离子方程式为。（2）估算该反应的平衡常数（列式计算）；（3）在上述平衡体系中加入少量NaOH固体，平衡将向移动；（4）如果增大氯气的压强，氯气在水中的溶解度将（填“增大”、“减小”或“不变”），平衡将向移动。解析：本题考查了影响化学平衡的因素、化学平衡常数的计算、离子方程式的书写等。（1）Cl2溶于水生成盐酸和次氯酸，反应方程式为Cl2+H2OHCl+HClO。（2）反应的平衡常数的表达式为K===mol·L-1（3）加入NaOH固体后，两种酸都被中和掉，故平衡向溶解方向移动。（4）气体的溶解度随着压强的增大而增大，故平衡向溶解方向移动。答案：（1）Cl2+H2OH++Cl-+HClO（2）K===mol·L-1（3）向右（4）增大正向考例2(2011·全国大纲卷，28)反应aA（g）+bB（g）催化剂cC（g）（ΔH＜0）在等容条件下进行。改变其他反应条件，在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ阶段体系中各物质浓度随时间变化的曲线如下图所示：回答问题：（1）反应的化学方程式中，a:b:c为；（2）A的平均反应速率vⅠ（A）、vⅡ（A）、vⅢ（A）从大到小排列次序为；(3)B的平衡转化率αⅠ（B）、αⅡ（B）、αⅢ（B）中最小的是，其值是；（4）由第一次平衡到第二次平衡，平衡移动的方向是，采取的措施是；（5）比较第Ⅱ阶段反应温度（T2）和第Ⅲ阶段反应温度（T3）的高低：T2T3（填“＞、＝、＜”），判断的理由是；（6）达到第三次平衡后，将容器的体积扩大一倍，假定10min后达到新的平衡，请在下图中用曲线表示第IV阶段体系中各物质的浓度随时间变化的趋势（曲线上必须标出A、B、C）。解析：本题考查了化学平衡的定量计算、定性分析。(1)化学方程式中各物质的化学计量数之比，等于反应中各物质的浓度改变之比，a:b:c=（）:（）:（）=1:3:2。(2)根据平均速率表达式，求得vⅠ(A)=mol·L-1·min-1；vⅡ(A)=·L-1·min-1；vⅢ(A)=·L-1·min-1。所以三者从大到小排列次序为vⅠ(A)＞vⅡ(A)＞vⅢ(A)。(3)根据物质转化率算式，求得αⅠ(B)=50%；αⅡ(B)=38%；αⅢ(B)=19%，所以最小的是αⅢ(B)=19%。(4)由第一次平衡到第二次平衡，由于反应物A、B浓度同时减小，所以平衡向右移动了。采取的措施可能是降温或者抽走一部分C气。(5)由第Ⅱ阶段到第Ⅲ阶段，平衡右移了，由题意断定是由于降温所致，故T2＞T3。(6)第三次平衡后，将容器的体积扩大一倍，即对反应体系进行减压（此时，A、B、C的瞬时浓度分别是L、L、L），那么平衡一定向左移动。但根据极限原则，最终平衡后A、B的瞬时浓度分别不超过L、L，C的浓度一定小于L。（最好通过确定温度下的平衡常数求得最终平衡时的各物质的浓度）答案：（1）1:3:2（2）vⅠ（A）>vⅡ（A）>vⅢ（A）（3）αⅢ（B）（19%）（4）向正反应方向从反应体系中移出产物C（5）>此反应为放热反应，降低温度，平衡向正反应方向移动（6）临场练兵1.(2011·福建卷，12)25℃时，在含有Pb2+、Sn2+的某溶液中，加入过量金属锡（Sn)，发生反应：Sn（s）+Pb2+（aq）Sn2+（aq）+Pb（s），体系中c（Pb2+）和c（Sn2+）变化关系如下图所示。下列判断正确的是()A.往平衡体系中加入金属铅后，c（Pb2+）增大B.往平衡体系中加入少量Sn（NO3）2固体后，c（Pb2+）变小C.升高温度，平衡体系中c（Pb2+）增大，说明该反应ΔH>0D.25℃答案：D解析：本题考查了平衡移动的影响因素、平衡常数的计算等知识点。金属活泼性Sn＞Pb向平衡体系中加入铅后，c(Pb2+)不变，A错误；加入少量Sn(NO3)2固体，c(Sn2+)增大，平衡逆移，c(Pb2+)增大，B项错误；升温c(Pb2+)增大，说明平衡逆移，正反应放热，C项错误；由方程式和图示数据得平衡常数K===，D项正确。2.（2011·广东卷，31）利用光能和光催化剂，可将CO2和H2O(g)转化为CH4和O2。紫外光照射时，在不同催化剂（Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ）作用下，CH4产量随光照时间的变化如下图所示。（1）在0~30小时内，CH4的平均生成速率vⅠ、vⅡ和vⅢ从大到小的顺序为；反应开始后的12小时内，在第种催化剂的作用下，收集的CH4最多。（2）将所得CH4与H2O(g)通入聚焦太阳能反应器，发生反应：CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g),该反应ΔH=+206kJ·mol-1①画出反应过程中体系的能量变化图（进行必要的标注）②将等物质的量的CH4和H2O(g)充入1L恒容密闭容器，某温度下反应达平衡，平衡常数K=27，此时测得CO的物质的量为，求CH4的平衡转化率（计算结果保留两位有效数字）。（3）已知：CH4(g)＋2O2(g)==CO2(g)＋2H2O(g)ΔH=－802kJ·mol-1写出由CO2生成CO的热化学方程式。答案：(1)vⅢ＞vⅡ＞vⅠⅡ(2)①②91%(3)CO2(g)＋3H2O(g)==CO(g)＋3H2(g)＋2O2(g)ΔH=＋1008kJ·mol－1解析：本题主要考查了化学反应速率的有关图像的分析、化学平衡的计算以及热化学方程式的书写等。(1)0～30小时内，由图可知，30小时内CH4的产量Ⅲ＞Ⅱ＞Ⅰ，即反应速率关系为Ⅲ＞Ⅱ＞Ⅰ；前12小时第Ⅱ种催化剂作用下，收集的CH4最多。(2)①该反应中，CH4的用量越多，放出的热量越多，成正比例关系。②假设CH4和H2O的起始量均为xmol，结合平衡时n(CO)=mol，有：CH4(g)＋H2O(g)==CO(g)＋3H2(g)起始浓度(mol·L－1)xx00变化量(mol·L－1)平衡浓度(mol·L－1)x－x－结合K===27，解得x=mol·L－1，CH4的转化率=×100%=91%。(3)由已知反应：①CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)ΔH=＋206kJ·mol－1②CH4(g)＋2O2(g)==2CO2(g)＋2H2O(g)ΔH=－802kJ·mol－1；①－②式得热化学反应方程式：CO2(g)＋3H2O(g)==2O2(g)＋CO(g)＋3H2(g)ΔH=＋1008kJ·mol－1。3.（2011·江苏卷，15）700℃时，向容积为2L的密闭容器中充入一定量的CO和H2O,发生反应：CO(g)+H2O(g)CO2（g）+H2(g)反应过程中测定的部分数据见下表（表中t2>t）:反应时间/minn(CO)/moln(H2O)/mol0t1t2下列说法正确的是()A.反应在t1min内的平均速率为v（H2）=mol·L-1·min-1B.保持其他条件不变，起始时向容器中充入CO和H2O，到达平衡时n（CO2）=C.保持其他条件不变，向平衡体系中再通入H2O，与原平衡相比，达到新平衡时CO转化率增大，H2O的体积分数增大D.温度升高至800℃，上述反应平衡常数为答案：BC解析：本题主要考查了外界条件对平衡的影响、平衡常数的计算和应用等。由于在t1min中内v（CO）=·min-1，根据速率之比等于方程式的系数之比可知A错；根据温度没变平衡常数不变，再结合反应方程式可知，B正确；增大反应物的浓度，平衡向右移动，自身的转化率减小，而另一种反应物的转化率增大，C正确；根据表中数据求得700℃的该反应的平衡常数为1,800℃的该反应的平衡常数为，说明升高温度平衡左移，因此该反应是放热反应。4.（2011·山东卷，28）研究NO2、SO2、CO等大气污染气体的处理具有重要意义。（1）NO2可用水吸收，相应的化学反应方程式为。利用反应6NO2＋8NH37N2＋12H2O也可处理NO2。当转移mol电子时，消耗的NO2在标准状况下是L。（2）已知：2SO2（g）+O2（g）2SO3（g）ΔH=kJ·mol-12NO（g）+O2（g）2NO2（g）ΔH=kJ·mol-1则反应NO2（g）+SO2（g）SO3（g）+NO（g）的ΔH=kJ·mol-1。一定条件下，将NO2与SO2以体积比1:2置于密闭容器中发生上述反应，下列能说明反应达到平衡状态的是。a．体系压强保持不变b．混合气体颜色保持不变c．SO3和NO的体积比保持不变d．每消耗1molSO3的同时生成1molNO2测得上述反应平衡时NO2与SO2体积比为1:6，则平衡常数K＝。（3）CO可用于合成甲醇，反应方程式为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下图所示。该反应ΔH0（填“>”或“<”）。实际生产条件控制在250℃、×104kPa左右，选择此压强的理由是。答案：(1)3NO2＋H2O==2HNO3＋NOL(2)b8/3(或(3)＜在该压强下，CO的转化率已经很高，若再增高压强CO的转化率提高不大，而生产成本增加，得不偿失解析：本题以实际工业生产，考查了热化学方程式的书写、盖斯定律、化学平衡移动、平衡常数的计算等知识点。分析题意，(1)NO2与水反应的方程式是3NO2＋H2O==2HNO3＋NO。在6NO2＋8NH37N2＋12H2O，当有6molNO发生反应时，转移电子为24mol，当转移mol电子时，消耗NO2的体积为L。(2)根据盖斯定律，计算该反应的ΔH=kJ/mol。分析NO2＋SO2==SO3＋NO方程式，为体积不变的放热反应，所以体系