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化学平衡及化学反应进行的方向汇总

化学平衡及化学反应进行的方向

2、化学平衡的特征以及判断依据

  

(1)化学平衡状态具有“等”、“定”、“动”、“变”四个基本特征。

  

(2)判断可逆反应达到平衡状态的根本依据是:

    ①正反应速率等于逆反应速率。

    ②各组分的的浓度保持不变。

  (3)化学平衡的移动

  ①概念:

可逆反应中,旧化学平衡被破坏,新化学平衡建立的过程叫做化学平衡的移动。

化学平衡移动的实质是外界因素改变了反应速率,使正、逆反应速率不再相等,通过反应,在新的条件下达到正、逆反应速率相等。

可用下图表示:

       

 

   平衡移动的方向与v(正)、v(逆)的相对大小有关,化学平衡向着反应速率大的方向移动。

  ②外界条件与化学平衡移动的关系

  ●浓度:

在其它条件不变的情况下,增大反应物的浓度或减小生成物的浓度,平衡向正反应方向移动;增大生成物的浓度或减小反应物的浓度,平衡向逆反应方向移动。

  ●压强:

在其它条件不变的情况下,增大压强,会使化学平衡向着气体体积缩小的方向移动;减小压强,会使化学平衡向着气体体积增大的方向移动。

  ●温度:

在其它条件不变的情况下,温度升高,会使化学平衡向着吸热反应方向移动;温度降低,会使化学平衡向着放热反应方向移动。

  注意:

  A、固体及纯液体物质的浓度是一定值,反应速率不因其量的改变而改变,所以增加或减少固体及纯液体物质的量,不影响化学平衡。

  B、改变压强是通过改变容器体积,进而改变气态物质浓度,进而改变反应速率影响化学平衡的。

所以,压强对化学平衡的影响实质是浓度对化学平衡的影响。

下列情况改变压强平衡不移动:

  (a).平衡体系中没有气体物质,改变压强不会改变浓度,平衡不移动。

  (b).反应前后气体体积不变(即气态反应物和生成物的化学计量数之和相等)的可逆反应。

如:

   H2(g)+I2(g)

2HI(g)

    改变压强同等程度改变反应速率,平衡不移动。

  (c).向固定容积的容器中充入不参加反应的气体(如惰性气体He、Ar),压强虽然增大了,但气态物质的浓度不变,平衡不移动。

  C、只要是升高温度,平衡一定移动,且新平衡状态的速率一定大于原平衡状态的速率。

  D、催化剂能同等程度地改变正反应和逆反应的速率,改变后正、逆反应速率仍相等,所以它对化学平衡的移动没有影响。

但它能改变达到平衡所需的时间。

  ③勒夏特列原理

  浓度、压强、温度对化学平衡的影响可以概括为平衡移动原理,又称勒夏特列原理:

如果改变影响平衡的一个条件(浓度、压强或温度等),平衡就向能够减弱这种改变的方向移动。

知识点三:

化学平衡常数与转化率

1、化学平衡常数:

  

(1)化学平衡常数的表示方法

  对于一般的可逆反应:

mA+nB

pC+qD。

其中m、n、p、q分别表示化学方程式中个反应物和生成物的化学计量数。

当在一定温度下达到化学平衡时,这个反应的平衡常数可以表示为:

    K=

  在一定温度下,可逆反应达到化学平衡时,生成物的浓度,反应物的浓度的关系依上述规律,其常数(用K表示)叫该反应的化学平衡常数

  

(2)化学平衡常数的意义

  ①平衡常数的大小不随反应物或生成物的改变而改变,只随温度的改变而改变。

  ②可以推断反应进行的程度。

        K很大,反应进行的程度很大,转化率大

   K的意义 K居中,典型的可逆反应,改变条件反应的方向变化。

        K很小,反应进行的程度小,转化率小

2、转化率:

  可逆反应到达平衡时,某反应物的转化浓度(等于某反应物的起始浓度和平衡浓度的差)与该反应物的起始浓度比值的百分比。

可用以表示可逆反应进行的程度。

    

知识点四:

化学反应进行的方向                 

1、焓变和熵变的不同:

  焓变(△H)指的是内能的变化值,常以热的形式表现出来。

  熵变(△S)指的是体系的混乱程度。

 S(g)>S(l)>S(s)

2、自发反应与否的判断依据

  △H-T△S<0 正反应自发反应

  △H-T△S>0 逆反应自发反应

【规律方法指导】

1、判断反应达到平衡状态的方法

可逆反应

mA(g)+nB(g)

 pC(g)+qD(g)

是否平衡状态

混合物体系中各成分的量

①各物质的物质的量或各物质的物质的量的分数一定

②各物质的质量或各物质质量分数一定

③各气体的体积或体积分数一定

④总体积、总压力、总物质的量一定

不一定

正反应速率与逆反应速率的关系

①在单位时间内消耗了mmolA同时生成mmolA,即V正=V逆

②在单位时间内消耗了nmolB同时消耗了pmolC。

则V正=V逆

③VA:

VB:

VC:

VD=m:

n:

p:

q,V正不一定等于V逆

不一定

④在单位时间内生成nmolB,同时消耗qmolD

不一定

压强

①m+n≠p+q时,总压力一定(其他条件不变)

②若m+n=p+q,总压力一定(其他条件不变)

不一定

混合气体相对平均分子质量(M)

一定,m+n≠p+q

一定,m+n=p+q

不一定

温度

任何化学反应都伴随着能量变化.当体系温度一定时(其他条件不变)

体系的密度(p)

密度一定

不一定

2、外因对反应速率和化学平衡的影响的比较:

 

外因的变化

备注

对反应速率的影响

对化学平衡的影响

浓度

增大反应物的浓度

固体物质除外

v正、v逆均增大,且v正>v逆

向正反应方向移动

减小生成物的浓度

v正、v逆均减小,且v正>v逆

减小反应物的浓度

v正、v逆均减小,且v正

向逆反应方向移动

增大生成物的浓度

v正、v逆均增大,且v正

向逆反应方向移动

压强

增压引起浓度改变

固体和液体、恒容时充入不反应气体情况除外

v正、v逆均增大,只是增大的倍数不同

向气体体积减小的方向移动

减压引起浓度改变

v正、v逆均减小,只是减小的倍数不同

向气体体积增大的方向移动

温度

升温

注意催化剂的活性温度

v正、v逆均增大,只是增大的倍数不同

向吸热反应方向移动

降温

v正、v逆均减小,只是减小的倍数不同

向放热反应方向移动

催化剂

使用

未指明一般为正催化剂

同等程度地改变反应速率

平衡不移动

说明:

上表对相关知识进行了对比分析,但在解题时还须灵活应用。

如观察上表,还可以得出以下规律:

  ①改变一个影响因素,v正、v逆的变化不可能是一个增大,另一个减小的,二者的变化趋势是相同的,只是变化大小不一样(催化剂情况除外);

  ②平衡向正反应方向移动并非v正增大,v逆减小,等等。

【经典例题透析】

类型一:

化学平衡状态的判断

  

1对于可逆反应2HI(g)

I2(g)+H2(g)。

下列叙述能够说明已达平衡状态的是( )

  A.各物质的物质的量浓度比为2∶1∶1

  B.压强保持不变的状态

  C.断裂2molH-I键的同时生成1molI-I键

  D.混合气体的颜色不再变化时

  解析:

可逆反应在一定条件下达到平衡状态的标志是v正=v逆。

从速度的角度看,可逆反应是否已达平衡状态,则必须给出正、逆两个速度或与其相关的条件。

  A.项是错的,平衡状态各物质的百分含量保持不变,是v正=v逆的结果,并非含量相等,更不是浓度比与系数比相等的状态。

同理可知D.项是正确的。

对选项C.描述的均为正反应,非平衡状态

  C.也不正确,而将C.项改为断裂2molH-I键的同时断裂1molI-I键才是平衡状态的标志。

  选项B.对该反应讲,不管是否达平衡状态,只要温度和体积不变,压强均不变,这是由于该反应属气体体积不变的反应。

对于合成氨反应N2+3H2

2NH3,选项D.才是平衡状态的标志。

  答案:

D

  变式练习1:

在一定温度下的定容密闭容器中,发生反应:

A(s)+2B(g)

C(g)+D(g)

  当下列物理量不再变化时,表明反应已达平衡的是(  )

  A.混合气体的压强

  B.混合气体的密度

  C.混合气体的平均相对分子质量

  D.气体总物质的量

  解析:

该可逆反应的反应物和生成物的气体分子数相等。

也就是说,无论反应是否达到平衡,气体的总物质的量始终不变。

在温度和体积一定时,混合气体的压强与气体总物质的量成正比,所以混合气体的压强也始终不变。

  反应物A是固体,其它物质都是气体。

根据质量守恒定律,反应体系中固体和气体的总质量是不变的。

若混合气体的质量不变,则固体A的质量也不变,可说明反应已达平衡。

根据混合气体的密度公式:

,混合气体的平均相对分子质量的公式:

,因为v、n都是定值,所以它们不变就是混合气体的质量不变。

  答案:

BC

  强调:

分析反应的特点,熟悉各种物理量的计算关系是解题的关键。

类型二:

化学平衡的有关计算

  

2在500℃1.01×105Pa条件下,将SO2与O2按2∶1体积比充入一密闭容器中,达平衡时SO3的体积百分含量为91%。

求:

  

(1)平衡时SO2和O2的体积百分含量;

  

(2)若温度和容器的体积不变,求平衡时压强;

  (3)平衡时SO2的转化率。

  解析:

设开始时有2molSO2、1molO2,平衡时有SO32x

    

  

     

(2)在容积、温度不变时

      

     (3)SO2%(转化率)=(2x/2)×100%=93.8%

  答案:

6%;7×104Pa;93.8%

  变式练习2:

(广东高考题)在5L的密闭容器中充入2molA气体和1molB气体,在一定条件下发生反应:

  2A(g)+B(g)

2C(g)达平衡时,在相同条件下测得容器内混合气体的压强是反应前的5/6,则A的转化率为( )

  A.67%   B.50%   C.25%   D.5%

  解析:

根据阿伏加德罗定律的推论,同温同体积时,气体压强之比等于物质的量之比,平衡时气体的物质的量为

×(2+1)mol=2.5mol。

     设达平衡时,B反应了xmol,根据

    

     则(2-2x)+(1-x)+2x=2.5,x=0.5

      α(A)=

×100%=50%

  答案:

B

  强调:

将题给条件中的压强关系转化成气体物质的量关系是解题的基础;本题利用了“三段式”(起始量、变化量、平衡量)的化学平衡计算的基本模式。

  3(2007山东高考)二氧化硫和氮的氧化物是常用的化工原料,但也是大气的主要污染物。

综合治理其污染是环境化学当前的重要研究内容之一。

  硫酸生产中,SO2催化氧化生成SO3:

  2SO2(g)+O2(g)

2SO3(g)

  某温度下,SO2的平衡转化率(a)与体系总压强(p)的关系如右图所示。

  根据图示回答下列问题:

  ①将2.0molSO2和1.0molO2置于10L密闭容器中,反应达平衡后,

   体系总压强为0.10MPa。

该反应的平衡常数等于_____。

  ②平衡状态由A变到B时.平衡常数K(A)______K(B)(填“>”、“<”或“=”)。

  解析:

化学平衡常数是重要考点。

用来表示化学平衡时,生成物的浓度,反应物的浓度的关系。

注意化学平衡常数的大小只与温度有关。

  答案:

①800L·mol-1 ②=

类型三:

外界条件变化与平衡移动的关系

  

4(上海高考题)可逆反应:

3A(气)

3B(?

)+C(?

)(正反应吸热),随着温度升高,气体平均相对分子质量有变小趋势,则下列判断正确的是( )

  A.B和C可能都是固体

  B.B和C一定都是气体

  C.若C为固体,则B一定是气体

  D.B和C可能都是气体

  解析:

由于正反应吸热,升高温度平衡向正反应方向移动。

若B和C都不是气体,则反应体系中只有气体A,相对分子质量不变。

  根据

 分别讨论:

  若B、C都气体,根据质量守恒定律,气体总质量m(g)不变,而正反应使气体体积增大,即气体总物质的量n(g)增大,所以气体平均相对分子质量

将减小。

  若C为固体,B为气体,则反应前后气体物质的量n(g)不变,气体总质量m(g)因为生成固体C而减少,

也将减小。

所以C、D选项正确。

  答案:

CD

  

5:

(全国高考题)在一密闭容器中,反应aA(g)

bB(g)达平衡后,保持温度不变,将容器体积增加一倍,当达到新的平衡时,B的浓度是原来的60%,则( )

  A.平衡向正反应方向移动了

  B.物质A的转化率减少了

  C.物质B的质量分数增加了

  D.a>b

  解析:

平衡后将容器体积增加一倍,即压强减小到原来的一半,A、B的浓度都变为原来的50%,达到新平衡后,B的浓度是原来的60%,说明减压使平衡向正反应方向移动,B的质量、质量分数、物质的量、物质的量分数都增大了。

正反应是气体体积增加的反应,所以b>a,应选A、C。

  答案:

AC

  强调:

将压强对B的浓度的影响理解为两部分:

①减压的一瞬间,体积变为原来的一倍,浓度变为原来的50%,这时不考虑平衡移动。

  ②平衡移动使B的浓度从原来的50%增加到原来的60%,并据此分析压强对平衡的影响。

  变式练习3:

(08广东卷)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)△H<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>b    B.a=b     C.a<b     D.无法确定

  解析:

正反应为放热反应,前者恒温,后者相对前者,温度升高。

使平衡向左移动,从而使Br2的转化率降低。

所以b

  答案:

A

类型四:

平衡移动中图像的应用

  

6:

已知某可逆反应mA(g)+nB(g)

pC(g)在密闭容器中进行,下图表示在不同反应时间t时,温度T和

压强P与生成物C在混合物中的体积百分含量的关系曲线。

  由曲线分析,下列判断正确的是( )

  A.T1<T2,P1>P2,m+n>p,正反应放热

  B.T1>T2,P1<P2,m+n>p,正反应放热

  C.T1<T2,P1>P2,m+n<p,正反应放热

  D.T1>T2,P1<P2,m+n<p,正反应吸热

  解析:

分析图像可知,每条曲线的起点到拐点表示C随时间不断增加,是建立平衡的过程;拐点后的水平线表示C的体积分数不随时间变化而变化,说明从拐点处巳达到平衡。

用建立平衡所需时间长短判断T1、T2和P1、P2的大小,再根据T1、T2和P1、P2的大小及不同条件下平衡时C的体积分数,用勒夏特列原理判断反应前后化学计量数的关系及反应的热效应。

  分析T1、P2和T2、P2两条曲线,在压强相同时,T1温度下反应速率快,先达到平衡,所以T1>T2。

根据平衡后T2温度下生成物C的体积分数比T1温度下大,判断升温平衡正向移动,说明正反应放热。

  同理,由T1、P1和T1、P2两条曲线可得P1<P2,m+n>p。

  答案:

B

  强调:

本题是不同温度、压强下,生成物的体积分数随时间变化的图像问题,这种图像能反映反应速率、化学平衡与温度、压强的关系。

在分析时,既要独立分析温度、压强对反应速率和化学平衡的影响,又要注意两者的内在联系。

  变式练习4:

(08全国Ⅰ卷)已知:

4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2(g).△H=-1025kJ/mol该反应是一个可逆反应。

若反应物起始物质的量相同,下列关于该反应的示意图不正确的是( )

     

  解析:

此题结合化学平衡图像考查外界条件对化学平衡的影响。

根据“先拐先平数值大”的原则,选项A、B正确;根据升高温度,平衡向吸热反应方向移动(即逆反应方向移动),可确定A、B正确;根据使用催化剂只能改变化学反应速率,缩短达到平衡的时间,但对化学平衡的移动无影响,所以选项D正确。

  答案:

C。

【学习成果测评】

【基础达标】

1、可逆反应N2+3H2

2NH3的正、逆反应速率可用各反应物或生成物浓度的变化来表示。

下列各关系中能说明反应已达到平衡状态的是:

( )

  A.3v正(N2)=v正(H2)     B.v正(N2)=v逆(NH3)

  C.2v正(H2)=3v逆(NH3)    D.v正(N2)=3v逆(H2)

2、(2000全国13)在一密闭容器中,反应 aA(g)

bB(g)达平衡后,保持温度不变,将容器体积增加一倍,当达到新的平衡时,B的浓度是原来的60%,则( )

  A.平衡向正反应方向移动了

  B.物质A的转化率减少了

  C.物质B的质量分数增加了

  D.a>b

3.(2000试测题7)某容积可变的密闭容器中放入一定量的A和B的混合气体,在一定条件下发生反应:

A(g)+2B(g)

2C(g)。

若维持温度和压强不变,当达到平衡时,容器的体积为V,此时C气体的体积占40%,则下列推断正确的是( )

  A.原混合气体的体积为1.1V        B.原混合气体体积为1.2V

  C.反应达到平衡时,气体A消耗了0.2V   D.反应达到平衡时,气体B消耗了0.2V

4(2000广东20)同温同压下,当反应物分解了8%时,总体积也增加8%的是( )

  A.2NH3(g)

N2(g)+3H2(g)     

  B.2NO(g)

N2(g)+O2(g)

  C.2NO3(g)

4NO2(g)+O2(g)

  D.2NO2(g)

2NO(g)+O2(g)

5.下列事实中,不能用勒夏特列原理来解释的是 ( )

  A.加入催化剂有利于氨的氧化反应       B.氢硫酸中加碱有利于S2-离子的增多

  C.在100℃左右比在室温更有利于FeCl3的水解  D.高压条件更有利于合成氨反应

6.在一密闭容器中进行下列反应:

2SO2(g)+O2(g)

2SO3(g),已知反应过程中某一时刻SO2、O2、SO3的浓度分别为0.2mol/L,0.1mol/L,0.2mol/L,当反应达到平衡时,可能存在的数据是

  A.SO2为0.4mol/L,O2为0.2mol/L    B.SO2为0.25mol/L

  C.SO2,SO3均为0.15mol/L       D.SO3为0.4mol/L

7.(08宁夏卷)将固体NH4I置于密闭容器中,在一定温度下发生下列反应:

  ①NH4I(s)

NH3(g)+HI(g);②2HI(g)

H2(g)+I2(g)。

  达到平衡时,c(H2)=0.5mol·L-1,c(HI)=4mol·L-1,则此温度下反应①的平衡常数为( )

  A.9    B.16    C.20    D.25

8.在密闭容器中进行下列反应:

M(g)+N(g)

R(g)+2L此反应符合右面图像,下列叙述是正确的是

  A.正反应吸热,L是气体

  B.正反应吸热,L是固体

  C.正反应放热,L是气体

  D.正反应放热,L是固体或液体

8题

9题

9.mA(s)+nB(g)

qC(g)(正反应为吸热反应)的可逆反应中,在恒温条件下,B的体积分数(B%)与压强(p)的关系如图6所示,有关叙述正确的是(  )

  A.n<q 

  B.n>q

  C.X点,v正>v逆;Y点,v正<v逆

  D.X点比Y点反应速率快

10.(08江苏卷)将一定量的SO2和含0.7mol氧气的空气(忽略CO2)放入一定体积的密闭容器中,550℃时,在催化剂作用下发生反应:

2SO2+O2

 2SO3(正反应放热)。

反应达到平衡后,将容器中的混合气体通过过量NaOH溶液,气体体积减少了21.28L;再将剩余气体通过焦性没食子酸的碱性溶液吸收O2,气体的体积又减少了5.6L(以上气体体积均为标准状况下的体积)。

(计算结果保留一位小数)

  请回答下列问题:

  

(1)判断该反应达到平衡状态的标志是_____________。

(填字母)

    a.SO2和SO3浓度相等     b.SO2百分含量保持不变

    c.容器中气体的压强不变   d.SO3的生成速率与SO2的消耗速率相等

    e.容器中混合气体的密度保持不变

  

(2)欲提高SO2的转化率,下列措施可行的是 _____________ 。

(填字母)  

    a.向装置中再充入N2     b.向装置中再充入O2

    c.改变反应的催化剂     d.升高温度

  (3)求该反应达到平衡时SO2的转化率(用百分数表示)。

  (4)若将平衡混合气体的5%通入过量的BaCl2溶液,生成沉淀多少克?

  11.一定条件下,在体积为3L的密闭容器中,一氧化碳与氢气反应生成甲醇(催化剂为Cu2O/ZnO):

  CO(g)+2H2(g)

CH3OH(g)根据题意完成下列各题:

(1)反应达到平衡时,平衡常数表达式K=__________,升高温度,K值________(填“增大”、“减小”或“不变”)。

(2)在500℃,从反应开始到平衡,氢气的平均反应速率v(H2)=_____________

(3)在其他条件不变的情况下,对处于E点的体系体积压缩到原来的1/2,下列有关该体系的说法正确的是   

a.氢气的浓度减少  b.正反应速率加快,逆反应速率也加快

c.甲醇的物质的量增加 d.重新平衡时n(H2)/n(CH3OH)增大

  (4)据研究,反应过程中起催化作用的为Cu2O,反应体系中含少量CO2有利于维持催化剂Cu2O的量不变,原因是:

_________(用化学方程式表示)。

  

【能力提升】

1.在一定温度下,向aL密闭容器中加入1molX气体和2molY气体,发生如下反应:

X(g)+2Y(g)

2Z(g)此反应达到平衡的标志是:

( )

  A.容器内压强不随时间变化

  B.容器内各物质的浓度不随时间变化

  C.容器内X、Y、Z的浓度之比为1︰2︰2

  D.单位时间消耗0.1molX同时生成0.2molZ

2.将4molA气体和2molB气体在2L的容器中混合并在一定条件下发生如下反应

   2A(g)+B(g)=2C(g)若经2s(秒)后测得C的浓度为0.6mol·L-1,现有下列几种说法:

  ①用物质A表示的反应的平均速率为0.3mol·L-1·s-1

  ②用物质B表示的反应的平均速率为0.6mol·L-1·s-1

  ③2s时物质A的转化率为70%

  ④2s时物质B的浓度为0.7mol·L-1

  其中正确的是( )

  A.①③   B.①④   C.②③   D.③④

3.当2SO2+O2

2SO3达到平衡后,通入18O2一定时间后,18O存在于( )

  A.SO3、O2  B.SO2、SO3  C.SO2、SO3、O2  D.SO2、O2

4.在一定条件下,在容积为2L的密闭容器中,将2mol

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