201X201x版高中化学第2章化学反应的方向限度与速率第2节化学反应的限度第3课时学案鲁科版选修Word下载.docx
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实验步骤
实验现象
热水中混合气体颜色加深;
冰水中混合气体颜色变浅
实验结论
混合气体受热颜色加深,说明NO2浓度增大,即平衡向逆反应方向移动;
混合气体被冷却时颜色变浅,说明NO2浓度减小,即平衡向正反应方向移动
2.理论分析
根据下表中的数据,分析平衡常数大小与温度变化的关系,将其结论填入表中:
化学反应
2NO2(g)N2O4(g) ΔH=-57.2kJ·
温度
298K
333K
平衡常数
6.8mol-1·
L
0.601mol-1·
结论
升高温度,化学平衡常数减小,平衡向吸热方向移动;
降低温度,化学平衡常数
增大,化学平衡向放热方向移动
(1)温度对化学平衡移动的影响规律
其他条件不变时,温度升高,平衡向吸热反应方向移动;
温度降低,平衡向放热反应方向移动。
(2)温度对化学平衡影响的解释
反应
类型
变化
K值变化
Q与K关系
平衡移动方向
放热反应
升温
减小
Q>
K
逆向移动
降温
增大
Q<
正向移动
吸热反应
例2
在某温度下,反应ClF(g)+F2(g)ClF3(g) ΔH=268kJ·
mol-1,在密闭容器中达到平衡,下列说法中正确的是( )
A.升高温度,平衡常数不变,平衡向正反应方向移动
B.升高温度,平衡常数减小
C.升高温度,平衡向正反应方向移动,F2的转化率增大
D.降低温度,ClF3的产率增大
解析 因为ΔH>
0,升高温度,平衡常数增大,平衡向正反应方向移动,降低温度平衡向逆反应方向移动。
考点 温度变化对化学平衡移动的影响
题点 温度影响对化学平衡移动的规律
方法总结 改变温度平衡向右移动,反应物转化率一定增大,化学平衡常数一定增大。
例3
在体积一定的密闭容器中,反应Fe(s)+CO2(g)FeO(s)+CO(g)达平衡。
该反应的平衡常数K与温度的关系如下表所示:
温度/℃
500
700
900
1.00
1.47
2.40
(1)该反应的化学平衡常数表达式是____________。
(2)该反应是________(填“吸热”或“放热”)反应。
(3)若升高温度,CO2转化率的变化是________(填“增大”“减小”或“不变”)。
答案
(1)K=
(2)吸热 (3)增大
解析 由表格中数据可知,温度升高,K值增大,推知温度升高平衡向正反应方向移动,故此反应的正反应为吸热反应。
考点 温度对化学平衡移动的影响
题点 化学平衡常数的影响因素及其应用
1.在一定条件下,可逆反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)达到化学平衡的标志是( )
A.NH3的生成速率与NH3的分解速率相等
B.单位时间内生成amolN2同时生成3amolH2
C.单位时间内生成amolN2同时消耗amolH2
D.单位时间内有1molN≡N键断裂同时有3molH—H键断裂
答案 A
解析 化学平衡的标志是v正=v逆,故v(生成NH3)=v(分解NH3),A项正确;
生成amolN2与生成3amolH2都表示逆反应,不论是否达到平衡,单位时间内生成amolN2总是同时生成3amolH2,B项错误;
生成amolN2表示逆反应,消耗amolH2表示正反应,但是N2、H2的化学计量数之比为1∶3,C项错误;
1molN≡N键断裂表示正反应,3molH—H键断裂表示正反应,D项错误。
考点 化学平衡状态及其判断
题点 由化学反应速率判断平衡状态
2.在一恒温、恒容的密闭容器中发生反应A(s)+2B(g)C(g)+D(g),当下列物理量不再变化时,能够表明该反应已达平衡状态的是( )
A.混合气体的压强
B.混合气体的平均相对分子质量
C.A的物质的量浓度
D.气体的总物质的量
答案 B
解析 因反应前后气体分子数不变,故无论反应是否平衡,混合气体的压强和气体的总物质的量都不改变,故A、D项错误;
A为固态,其物质的量浓度为常数,故C项错误;
若反应正向移动,混合气体的质量增加,则混合气体的平均相对分子质量变大,反之变小,故混合气体的平均相对分子质量不变时说明反应达到平衡状态,故B项正确。
题点 由“变量”到“恒量”判断化学平衡状态
3.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+H2O
CO2+H2
解析 由平衡常数K=
,可知反应为CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g),D项错误;
温度升高时H2浓度减小,说明在恒容时平衡正向移动,ΔH>
0,A项正确;
恒温恒容时,若采取通入H2增大压强,则H2的浓度增大,B项错误;
升高温度,v正和v逆都增大,C项错误。
题点 温度影响化学平衡移动的规律
4.在一定条件下,发生反应CO(g)+NO2(g)CO2(g)+NO(g),达到化学平衡后,降低温度,混合物的颜色变浅,下列有关该反应的说法中正确的是( )
A.正反应为吸热反应
B.正反应为放热反应
C.降温后CO的浓度增大
D.降温后各物质的浓度不变
解析 降低温度,混合物颜色变浅,说明NO2浓度减小,平衡向右移动,正反应为放热反应,CO浓度减小。
题点 由温度变化与移动方向推断焓变
5.将H2(g)和Br2(g)充入恒容密闭容器,恒温下发生反应H2(g)+Br2(g)2HBr(g) ΔH<
0,平衡时Br2(g)的转化率为a;
若初始条件相同,绝热下进行上述反应,平衡时Br2(g)的转化率为b。
a与b的关系是( )
A.a>
bB.a=b
C.a<
bD.无法确定
解析 该反应为放热反应,绝热下进行反应,温度升高,所以绝热平衡时的转化率低于恒温平衡时的转化率,即a>
b。
题点 恒容绝热容器中平衡的移动
6.在一固定容积的密闭容器中,充入2molCO2和1molH2发生如下化学反应:
CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g),其化学平衡常数与温度(T)的关系如下表:
T/℃
800
830
1000
1200
0.6
0.9
1.0
1.7
2.6
回答下列问题:
(1)若反应在830℃下达到平衡,则CO2气体的转化率为________。
(2)若绝热时(容器内外没有热量交换),平衡发生移动的结果是使容器内CO的浓度增大,则容器内气体温度________(填“升高”“降低”或“不能确定”)。
(3)能判断该反应是否达到化学平衡状态的依据是_____________________________________
_______________________________________(填字母)。
A.容器内压强不变
B.混合气体中[CO]不变
C.v正(H2)=v逆(H2O)
D.c(CO2)=c(CO)
E.c(CO2)·
c(H2)=c(CO)·
c(H2O)
答案
(1)33.3%
(2)降低 (3)BC
解析
(1)利用“三段式法”,结合化学平衡常数的表达式可以求出反应在830℃下达到平衡时CO2气体的物质的量,进而求出CO2气体的转化率为33.3%。
(2)利用表中数据:
升温,K值增大,说明反应是吸热反应,若在绝热条件下,平衡发生移动的结果是使容器内CO的浓度增大,则平衡正向移动,吸收热量,故容器内气体温度降低。
(3)因该反应反应前后气体物质的量不变,故压强不能作为判断是否达到平衡状态的标志,由平衡状态特征及本质可知选项B、C可作为判断反应达到化学平衡状态的依据,选项D、E与平衡状态无直接关系。
[对点训练]
题组1 化学平衡的判断
1.一定条件下,在密闭容器中,能表示反应X(g)+2Y(g)2Z(g)一定达到化学平衡状态的是
( )
①X、Y、Z的物质的量之比是1∶2∶2
②X、Y、Z的浓度不再发生变化
③容器中的压强不再发生变化
④单位时间内生成nmolZ,同时生成2nmolY
A.①②B.①④C.②③D.③④
解析 本题主要考查化学平衡状态的判断。
化学平衡状态的判定:
方法一,从化学平衡的本质入手,即v正=v逆,如有信息能说明v正=v逆,则说明化学平衡建立;
方法二,从化学平衡的外部特点及各组分的浓度不再改变,各组分的质量、含量不再改变来判断化学平衡的建立。
题点 化学平衡状态的综合判断
2.一定温度下,在一容积不变的密闭容器中发生可逆反应2X(g)Y(g)+Z(s),以下不能说明该反应达到化学平衡状态的是( )
A.混合气体的密度不再变化
B.反应容器中Y的质量分数不变
C.X的分解速率与Y的消耗速率相等
D.单位时间内生成1molY的同时生成2molX
解析 X的分解速率与Y的消耗速率之比为2∶1时,才能说明反应达到平衡状态,故C项说明反应未达到平衡状态。
题点 由“变量”到“恒量”判断平衡状态
3.工业上常用煤和水作为原料经过多步反应制得氢气,其中一步反应的原理为CO(g)+H2O(g)
CO2(g)+H2(g),下面选项的条件中可判断该反应达到平衡状态的是( )
A.单位时间内消耗2mol的CO同时生成2mol的CO2
B.两个H—O键断裂的同时有一个H—H键断裂
C.反应容器内的压强不再发生变化
D.混合气体的平均相对分子质量不发生变化
解析 A项描述的反应速率都是v正,无法判断是否达到平衡;
B项说明H2O的分解速率(v正)与H2的消耗速率(v逆)相等,即v正(H2O)=v逆(H2),能判断反应达到平衡;
C项,由于该反应前后气体的物质的量不变,故压强始终不变,不能说明可逆反应达到平衡;
D项,混合气体的质量不变,物质的量不变,反应前后混合气体的平均相对分子质量不变,故不能说明反应达到平衡状态。
4.能证明反应:
H2(g)+I2(g)2HI(g)已经达到平衡状态的是( )
①c(H2)∶c(I2)∶c(HI)=1∶1∶2
②单位时间内生成nmolH2的同时消耗nmolI2
③反应速率2v(H2)=2v(I2)=v(HI)
④温度和体积一定时,容器内的压强不再变化
⑤温度和压强一定时,混合气体的密度不再变化
⑥温度和体积一定时,混合气体的颜色不再变化
A.①③B.②⑥C.③⑥D.④⑤
解析 本题考查了化学平衡状态的判断,意在考查学生对化学平衡相关概念的理解与应用能力。
达到平衡时,各物质的浓度之比与反应开始时加入的物质的量有关,因此各物质的浓度之比不能作为反应达到平衡状态的标志,①错;
H2和I2均为反应物,且化学计量数相同,故②正确;
③中的速率关系在任何时刻都成立,与反应是否达到平衡无关;
该反应是反应前后气体分子数不变的反应,温度和体积一定时,容器内的压强始终不变,温度和压强一定时,容器内混合气体的密度始终不变,因此压强和混合气体的密度不能作为该反应达到平衡状态的标志,④和⑤错;
未达到平衡时,碘蒸气的多少决定了混合气体颜色的深浅,⑥正确。
题组2 化学平衡的移动
5.从下列叙述中,能判断某化学平衡肯定发生移动的是( )
A.混合物中各组分的浓度改变
B.混合体系中气体的密度发生变化
C.正、逆反应速率改变
D.反应物的转化率改变
答案 D
解析 反应前后气体分子数相等的反应,如I2(g)+H2(g)2HI(g),当改变体积时,各组分的浓度、混合气体的密度均将发生变化,同时正、逆反应速率也将同倍数的改变,但平衡不移动,故A、B、C项错误;
当反应物的转化率改变时,平衡一定发生了移动,故D项正确。
6.对处于化学平衡状态的体系,由化学平衡与化学反应速率的关系可知( )
A.化学反应速率变化时,化学平衡一定发生移动
B.化学平衡发生移动时,化学反应速率一定变化
C.正反应进行的程度大,正反应速率一定大
D.改变压强,化学反应速率一定改变,平衡一定移动
解析 A项,如果正、逆反应速率改变幅度一样大,则平衡不移动,错误;
B项,化学平衡发生移动,则速率一定改变,正确;
C项,反应进行的程度与速率无关,错误;
D项,改变压强,化学反应速率不一定改变(如固液反应或容器体积不变的反应体系中充入“惰性”气体),平衡也不一定移动,错误。
题组3 温度对化学平衡的影响
7.某温度下气体反应达到化学平衡,平衡常数K=
,恒容时,若温度适当降低,F的浓度增大,下列说法中正确的是( )
A.增大c(A)、c(B),K增大
B.降低温度,正反应速率增大
C.该反应的焓变为负值
D.该反应的化学方程式为2E(g)+F(g)A(g)+2B(g)
解析 A项,平衡常数K只随温度变化,不随浓度变化,故不正确;
B项,降低温度,正、逆反应速率均减小,不正确;
C项,降温,F浓度增大,表明平衡逆向移动,正反应是吸热反应,则焓变为正值,不正确;
D项,根据化学平衡常数表达式可知A、B是生成物,E、F为反应物,且对应指数为其相应的化学计量数,正确。
题点 由温度变化和平衡移动方向推断焓变
8.对于反应A(g)+3B(g)2C(g) ΔH<
0,达到平衡后,将气体混合物的温度降低,下列叙述中正确的是( )
A.平衡向吸热反应方向移动
B.平衡移动使C的浓度减小
C.平衡逆向移动
D.化学平衡常数增大
解析 已知该反应是放热反应,降低温度,平衡正向移动,化学平衡常数增大。
9.测得某反应A(g)+B(g)2C(g)在不同温度下的平衡常数:
50℃
80℃
100
400
又测得温度T时,反应2C(g)A(g)+B(g)的平衡常数为0.06,可推知T的范围是( )
A.T<
50℃B.T>
C.50℃<
T<
80℃D.无法确定
解析 A(g)+B(g)2C(g)的平衡常数表达式为K=
由题给数据可知随温度的升高,K值增大,说明正反应为吸热反应,则反应2C(g)A(g)+B(g)的正反应为放热反应,其平衡常数表达式为K=
,则该反应在50℃、80℃的平衡常数值分别为
=0.01、
=0.0025。
随温度的升高,K值逐渐减小,而0.01<
0.06,故此时的温度T<
50℃。
10.下图所示的直形石英玻璃封管中充有CO气体。
左端放置不纯的镍(Ni)粉。
在一定条件下,Ni可以与CO(g)发生如下反应:
Ni(s)+4CO(g)
Ni(CO)4(g) ΔH<
0,但Ni粉中的杂质不与CO(g)发生反应,玻璃管内左右两端的温度分别稳定在350K和470K,经过足够长时间后,右端的主要物质是( )
A.纯Ni(s)和Ni(CO)4(g)
B.纯Ni(s)和CO(g)
C.不纯Ni(s)和CO(g)
D.不纯Ni(s)和Ni(CO)4(g)
解析 温度升高,平衡左移,生成Ni(s)和CO(g),由于右端温度稳定在470K,所以右端主要物质是纯Ni(s)和CO(g)。
[综合强化]
11.工业上可采用CO与H2合成甲醇,化学方程式为CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH<
0。
T1时,在容积为2L的两个密闭容器中充入CO、H2进行实验,反应过程中部分数据如下表所示:
序号
实验条件
反应时间
CO(g)/mol
H2(g)/mol
CH3OH(g)/mol
实验Ⅰ
恒温恒容
0min
2
4
10min
2.8
20min
1
实验Ⅱ
绝热恒容
(1)对于实验Ⅰ,20min时反应达平衡,其他条件不变,若向容器中再充入0.1molCO(g)和0.2molCH3OH(g),则平衡________(填“正向”“逆向”或“不”)移动。
(2)实验Ⅰ、Ⅱ均达到平衡时,平衡常数K1________(填“>
”“<
”或“=”)K2。
答案
(1)逆向
(2)>
解析
(1)
CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)
起始浓度mol·
L-1120
转化浓度mol·
L-10.510.5
平衡浓度mol·
L-10.510.5
化学平衡常数K=
=1mol-2·
L2,再充入0.1molCO(g)和0.2molCH3OH(g)后,Q=
=
mol-2·
L2>
K,平衡逆向移动。
(2)实验Ⅱ绝热,由于该反应为放热反应,所以温度升高,K减小,故K1>
K2。
考点 化学平衡及其移动的综合
题点 化学平衡常数及温度变化影响化学平衡移动的综合
12.CuBr2分解的热化学方程式为2CuBr2(s)===2CuBr(s)+Br2(g) ΔH=105.4kJ·
mol-1。
在密闭容器中将过量CuBr2于487K下加热分解,平衡时p(Br2)为4.66×
103Pa。
(1)如果反应体系的体积不变,提高反应温度,则p(Br2)将会__________(填“增大”“不变”或“减小”)。
(2)利用“化学蒸气转移法”制备TaS2晶体,发生如下反应
TaS2(s)+2I2(g)TaI4(g)+S2(g) ΔH>
①反应的平衡常数表达式K=__________________________________________________,
若K=1,向某恒容密闭容器中加入1molI2(g)和足量TaS2(s),I2(g)的平衡转化率为________。
②如下图所示,上述反应在石英真空管中进行,先在温度为T2的一端放入未提纯的TaS2粉末和少量I2(g),一段时间后,在温度为T1的一端得到了纯净的TaS2晶体,则温度T1________(填“>
”或“=”)T2。
上述反应体系中循环使用的物质是________。
答案
(1)增大
(2)①
66.7% ②<
I2
解析
(1)CuBr2的分解反应是吸热反应,升高温度平衡向右移动使n(Br2)增大,同时由于体积不变,温度升高,所以p(Br2)增大。
(2)①K=
,通过三段式法列出平衡浓度,带入K值可以得出转化率为66.7%。
②由所给方程式可知该反应为吸热反应,温度T2端利于反应正向进行,为高温,温度T1端利于反应向左进行,为低温,所以T1<
T2。
I2是可以循环使用的物质。
13.在容积为1.00L的容器中,通入一定量的N2O4,发生反应N2O4(g)2NO2(g),随温度升高,混合气体的颜色变深。
(1)反应的ΔH______(填“>
”或“<
”)0;
100℃时,体系中各物质浓度随时间变化如图所示。
反应的平衡常数K1为________。
(2)100℃时达平衡后,改变反应温度为T,c(N2O4)减小,经10s又达到平衡。
T________(填“大于”或“小于”)100℃,判断理由是____________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)现将1molN2O4充入一恒温恒压密闭容器中,下列示意图不能说明反应达到平衡状态的是________。
答案
(1)>
0.36mol·
L-1
(2)大于 正反应方向吸热,反应向吸热方向进行,故温度升高 (3)b
解析
(1)由题意及图示知,在1.00L的容器中,通入0.100mol的N2O4,发生反应:
N2O4(g)2NO2(g),随温度升高混合气体的颜色变深,说明反应向生成NO2的方向移动,即向正反应方向移动,所以正反应为吸热反应,即ΔH>
0;
求平衡常数可利用三段式:
N2O4(g)2NO2(g)
起始量(mol·
L-1)0.1000
转化量(mol·
L-1)0.0600.120
平衡量(mo