2020版高考化学苏教版大一轮复习讲义:专题7 第21讲 化学反应的方向和限度 .docx
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1、第21讲化学反应的方向和限度考纲要求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.了解化学平衡常数(K)的含义,能利用化学平衡常数进行相关计算。4.能正确计算化学反应的转化率()。考点一可逆反应与化学平衡建立1可逆反应(1)定义在同一条件下,既可以向正反应方向进行,同时又可以向逆反应方向进行的化学反应。(2)特点二同:a.相同条件下;b.正、逆反应同时进行。一小:反应物与生成物同时存在;任一组分的转化率都小于(填“大于”或“小于”)100%。(3)表示在方程式中用“”表示。2化学平衡状态(1)概念一定条件下的可逆反应中,正反应速率与逆反应速率相等,反应体系中所有参加反应
2、的物质的质量或浓度保持不变的状态。(2)建立(3)平衡特点3判断化学平衡状态的两种方法(1)动态标志:v正v逆0同种物质:同一物质的生成速率等于消耗速率。不同物质:必须标明是“异向”的反应速率关系。如aAbBcCdD,时,反应达到平衡状态。(2)静态标志:各种“量”不变各物质的质量、物质的量或浓度不变。各物质的百分含量(物质的量分数、质量分数等)不变。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。总之,若物理量由变量变成了不变量,则表明该可逆反应达到平衡状态;若物理量为“不变量”,则不能作为平衡标志。(1)二次电池的充、放电为可逆反应()(2)在化学平衡建立过程中,
3、v正一定大于v逆()(3)恒温恒容下进行的可逆反应:2SO2(g)O2(g)2SO3(g),当SO3的生成速率与SO2的消耗速率相等时,反应达到平衡状态()(4)在一定条件下,向密闭容器中充入1 mol N2和3 mol H2充分反应,生成2 mol NH3()1向含有2 mol SO2的容器中通入过量O2发生2SO2(g)O2(g)2SO3(g)HQ kJmol1(Q0),充分反应后生成SO3的物质的量_(填“”“”或“”,下同)2 mol,SO2的物质的量_0 mol,转化率_100%,反应放出的热量_ Q kJ。答案2总压强不变在什么情况下不能作为反应达到平衡的标志?答案恒温恒容条件下,
4、对于反应前后气体化学计量数相等的反应,总压强不变不能作为判断平衡的标志;恒温恒压条件下,对于一切反应,总压强不变均不能作为判断平衡的标志。3混合气体的密度不变在什么情况下不能作为反应达到平衡的标志?答案恒温恒容条件下,反应物、生成物都是气体的化学反应,混合气体的密度不变不能作为判断反应达到平衡的标志。题组一“极端转化”确定各物质的量1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0.1 molL1、0.3 molL1、0.2 molL1,在一定条件下,当反应达到平衡时,各物质的浓度有可能是()AZ为0.3 molL1 BY2为0.4 molL1CX2为
5、0.2 molL1 DZ为0.4 molL1答案A2(2018长沙一中月考)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0.1 molL1、0.3 molL1、0.08 molL1,则下列判断正确的是()Ac1c231B平衡时,Y和Z的生成速率之比为23CX、Y的转化率不相等Dc1的取值范围为0c10.14 molL1答案D解析平衡浓度之比为13,转化浓度亦为13,故c1c213,A、C不正确;平衡时Y生成表示逆反应速率,Z生成表示正反应速率且v生成(Y)v生成(Z)应为32,B不正确;由可逆
6、反应的特点可知0c10.14 molL1。极端假设法确定各物质浓度范围上述题目1可根据极端假设法判断,假设反应正向或逆向进行到底,求出各物质浓度的最大值和最小值,从而确定它们的浓度范围。假设反应正向进行到底:X2(g)Y2(g)2Z(g)起始浓度(molL1) 0.1 0.3 0.2改变浓度(molL1) 0.1 0.1 0.2终态浓度(molL1) 0 0.2 0.4假设反应逆向进行到底:X2(g)Y2(g)2Z(g)起始浓度(molL1) 0.1 0.3 0.2改变浓度(molL1) 0.1 0.1 0.2终态浓度(molL1) 0.2 0.4 0平衡体系中各物质的浓度范围为X2(0,0.
7、2),Y2(0.2,0.4),Z(0,0.4)。题组二化学平衡状态的判断3(2018石家庄高三模拟)对于CO23H2CH3OHH2O,下列说法能判断该反应达到平衡状态的是()Av(CO2)v(H2)B3v逆(H2)v正(H2O)Cv正(H2)3v逆(CO2)D断裂3 mol HH键的同时,形成2 mol OH键答案C4一定温度下,反应N2O4(g)2NO2(g)的焓变为H。现将1 mol N2O4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()A B C D答案D解析H是恒量,不能作为判断平衡状态的标志;该反应是充入1 mol N2O4,正反应速率应是逐渐减小直至不变,曲线
8、趋势不正确。5在一定温度下的恒容容器中,当下列物理量不再发生变化时:混合气体的压强;混合气体的密度;混合气体的总物质的量;混合气体的平均相对分子质量;混合气体的颜色;各反应物或生成物的浓度之比等于化学计量数之比;某种气体的百分含量(1)能说明2SO2(g)O2(g)2SO3(g)达到平衡状态的是_。(2)能说明I2(g)H2(g)2HI(g)达到平衡状态的是_。(3)能说明2NO2(g)N2O4(g)达到平衡状态的是_。(4)能说明C(s)CO2(g)2CO(g)达到平衡状态的是_。(5)能说明NH2COONH4(s)2NH3(g)CO2(g)达到平衡状态的是_。(6)能说明5CO(g)I2O
9、5(s)5CO2(g)I2(s)达到平衡状态的是_。答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)6若上述题目中的(1)(4)改成一定温度下的恒压密闭容器,结果又如何?答案(1)(2)(3)(4)规避“2”个易失分点(1)化学平衡状态判断“三关注”关注反应条件,是恒温恒容,恒温恒压,还是绝热恒容容器;关注反应特点,是等体积反应,还是非等体积反应;关注特殊情况,是否有固体参加或生成,或固体的分解反应。(2)不能作为“标志”的四种情况反应组分的物质的量之比等于化学方程式中相应物质的化学计量数之比。恒温恒容下的体积不变的反应,体系的压强或总物质的量不再随时间而变化,如2HI(g)H2(g)I2(g)。全是
10、气体参加的体积不变的反应,体系的平均相对分子质量不再随时间而变化,如2HI(g)H2(g)I2(g)。全是气体参加的反应,恒容条件下体系的密度保持不变。考点二化学平衡常数的概念及应用1概念在一定温度下,当一个可逆反应达到化学平衡时,生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值是一个常数,用符号K表示。2表达式对于反应mA(g)nB(g)pC(g)qD(g),K(固体和纯液体的浓度视为常数,通常不计入平衡常数表达式中)。如(1)C(s)H2O(g)CO(g)H2(g)的平衡常数表达式K。(2)Fe3(aq)3H2O(l)Fe(OH)3(s)3H(aq)的平衡常数表达式K。3意义及影响因素(1)K值越
11、大,反应物的转化率越大,正反应进行的程度越大。(2)K只受温度影响,与反应物或生成物的浓度变化无关。(3)化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。4应用(1)判断可逆反应进行的程度。(2)判断反应是否达到平衡或向何方向进行。对于化学反应aA(g)bB(g)cC(g)dD(g)的任意状态,浓度商:Q。QK,反应向正反应方向进行;QK,反应处于平衡状态;QK,反应向逆反应方向进行。(3)判断反应的热效应:若升高温度,K值增大,则正反应为吸热反应;若升高温度,K值减小,则正反应为放热反应。(1)平衡常数表达式中,可以是物质的任一浓度()(2)催化剂既能改变速率常数,也能改变化学平衡常数()(3)对于
12、同一可逆反应,升高温度,则化学平衡常数增大()(4)增大反应物的浓度,平衡正向移动,化学平衡常数增大()(5)Cl2H2OHClHClO的平衡常数表达式K()1在一定温度下,已知以下三个反应的平衡常数:反应:CO(g)CuO(s)CO2(g)Cu(s)K1反应:H2(g)CuO(s)Cu(s)H2O(g)K2反应:CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)K3(1)反应的平衡常数表达式为_。(2)反应的K3与K1、K2的关系是K3_。答案(1)K1(2)解析(2)K3,K2,结合K1,可知K3。2在某温度下,N23H22NH3的平衡常数为K1,则该温度下,NH3N2H2的平衡常数K3_。答案
13、化学平衡常数与化学方程式书写形式的关系(1)正、逆反应的平衡常数互为倒数。(2)若化学方程式中各物质的化学计量数都扩大或缩小至原来的n倍,则化学平衡常数变为原来的n次幂或次幂。(3)两方程式相加得到新的化学方程式,其化学平衡常数是两反应平衡常数的乘积。题组一化学平衡常数及影响因素1(2018西安市铁一中学质检)O3是一种很好的消毒剂,具有高效、洁净、方便、经济等优点。O3可溶于水,在水中易分解,产生的O为游离氧原子,有很强的杀菌消毒能力。常温常压下发生的反应如下:反应O3O2OH0平衡常数为K1;反应OO32O2H0平衡常数为K2;总反应:2O33O2H”或“”)0。(3)500 时测得反应在
14、某时刻H2(g)、CO2(g)、CH3OH(g)、H2O(g)的浓度(molL1)分别为0.8、0.1、0.3、0.15,则此时v正_(填“”“”或“”)v逆。答案(1)K1K2(2)(3)解析(1)K1,K2,K3,K3K1K2。(2)根据K3K1K2,500 、800 时,反应的平衡常数分别为2.5,0.375;升温,K减小,平衡左移,正反应为放热反应,所以H0。(3)500 时,K32.5Q0.88K3故反应正向进行,v正v逆。6(1)CO2和H2充入一定体积的密闭容器中,在两种温度下发生反应:CO2(g)3H2(g) CH3OH(g)H2O(g),测得CH3OH的物质的量随时间的变化如
15、图1。该反应的平衡常数表达式为_。曲线、对应的平衡常数大小关系为K_(填“”“”或“”)K。在某压强下,合成甲醇的反应在不同温度、不同投料比时,CO2的转化率如图2所示。KA、KB、KC三者之间的大小关系为_。(2)一氧化碳可将金属氧化物还原为金属单质和二氧化碳。四种金属氧化物(Cr2O3、SnO2、PbO2、Cu2O)被一氧化碳还原时,lg 与温度(T)的关系如图3。700 时,其中最难被还原的金属氧化物是_(填化学式)。700 时,一氧化碳还原该金属氧化物的化学方程式中化学计量数为最简整数比,该反应的平衡常数(K)数值等于_。答案(1)KKAKCKB(2)Cr2O310127在一个体积为2
16、 L的真空密闭容器中加入0.5 mol CaCO3,发生反应CaCO3(s)CaO (s)CO2(g),测得二氧化碳的物质的量浓度随温度的变化关系如下图所示,图中A表示CO2的平衡浓度与温度的关系曲线,B表示不同温度下反应经过相同时间时CO2的物质的量浓度的变化曲线。请按要求回答下列问题:(1)该反应正反应为_(填“吸”或“放”)热反应,温度为T5 时,该反应耗时40 s达到平衡,则T5时,该反应的平衡常数数值为_。(2)如果该反应的平衡常数K值变大,该反应_(选填字母)。a一定向逆反应方向移动b在平衡移动时正反应速率先增大后减小c一定向正反应方向移动d在平衡移动时逆反应速率先减小后增大(3)
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