化学反应方向和限度.ppt

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1、 第第7.2课课11.已知金刚石和石墨在氧气中完全燃烧的热化学方程式为：C(金刚石、s)+O2(g)CO2(g)H1=-395.41 kJ/molC(石墨、s)+O2(g)CO2(g)H2=-393.51 kJ/mol关于金刚石与石墨的转化，下列说法正确的是A.金刚石转化成石墨是自发进行的过程B.石墨转化成金刚石是自发进行的过程C.石墨比金刚石能量高D.金刚石比石墨能量低【解析】主要考查能量判据的应用。-得：C(金刚石，s)C(石墨，s)H=-1.9 kJ/mol。22.一定条件下，可逆反应X(g)+3Y(g)22Z(g)，若X、Y、Z起始浓度分别为c1、c2、c3(均不为0)，当达平衡时X、

2、Y、Z的浓度分别为0.1 mol/L，0.3 mol/L，0.08 mol/L，则下列判断不合理的是A.c1c2=13B.平衡时，Y和Z的生成速率之比为32C.X、Y的转化率不相等D.c1的取值范围为0c10.14 mol/L.3【解析】本题考查化学反应限度的理解。若该反应向正反应方向进行，设X在建立平衡过程中的变化浓度为a X(g)+3Y(g)2Z(g)起始量(mol/L)c1 c2 c3 变化量(mol/L)a 3a 2a 平衡量(mol/L)c1-a c2-3a c3+2a 0.1 0.3 0.08 达 到 平 衡 时 c(X)c(Y)=13，而 转 化 的 c(X)c(Y)=13，则c

3、1c2=13，A合理C不合理；平衡时Y、Z生成速率之比为其化学计量数之比，B合理；若起始时c3=0，则c1有极大值：c1=0.1 molL-1+0.08 molL-1/2=0.14 molL-1，0c10；前10 min的反应速率为：v(NO2)=(0.6-0.2)mol/L10 min=0.04 mol/(Lmin)。从图象变化可以判断：25 min时，NO2的浓度增大0.4 mol/L，即加入0.4 mol NO2；(3)新平衡比原平衡各物质的浓度都增大了，除了增加NO2外，也可以加入N2O4和缩小体积等方法；(4)K值 与 温 度 有 关，与 反 应 途 径 无 关。若 要 使 新 平

4、衡 时c(NO2)/c(N2O4)比值变小，即减小NO2平衡浓度、增大N2O4平衡浓度；恒温恒容的条件下，增大N2O4或NO2，根据等效平衡原理，相当于增大平衡压强，有利于平衡向缩小气体体积方向移动。94.合成氨工业在国民经济中占有重要的地位，请参与下列探究。(1)生产氢气：将水蒸气通过红热的炭，即产生水煤气。C(s)+H2O(g)H2(g)+CO(g)H=+131.3 kJ/mol，S=+133.7JK-1mol-1 该反应在常温下(298K)能否自发 否(填“能”或“否”)。(2)已知在400时，N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的K=0.5,2NH3(g)N2(g)+3H2(g)的K

5、=2(填数值)。400时，在0.5 L的反应容器中进行合成氨反应，一段时间后，测得N2、H2、NH3的物质的量分别为2 mol、1 mol、2 mol，则此时反应v(N2)正正 =v(N2)逆逆(填“”、“p1B.图可能是不同压强对反应的影响，且p1p2C.图可能是不同温度对反应的影响，且T1T2D.图可能是同温同压下不同催化剂对反应的影响，催化剂效果12D11【解析】体系自由能变化(符号为G，单位为kJ/mol)适合于所有过程的自发性判断。公式为G=H-TS(T指开尔文温度，单位K，T=273+t)；若G0，不能自发进行(注意单位)；(2)反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的K1=c

6、2(NH3)/c(N2)c3(H2)；而反应2NH3(g)N2(g)+3H2(g)的K2=c(N2)c3(H2)/c2(NH3)=1/K1=2；当N2、H2、NH3的物质的量分别为2 mol、1 mol、2 mol时，浓度分别为4 mol/L、2 mol/L、4 mol/L，则Qc=c2(NH3)/c(N2)c3(H2)=42423=1/2=K1；恰好处于平衡状态；同一物质的正、逆反应速率相等；12【解析】体系自由能变化(符号为G，单位为kJ/mol)适合于所有过程的自发性判断。(3)合成氨的正反应是气体体积减小的放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动；增大压强，平衡向正反应方向移动；催化剂

7、只改变反应速率，平衡不移动，只有D正确。13【例例1】在一个密闭容器中充入1 mol CO2和3 mol H2，在850时，气体混合物达到下式所示平衡：CO2+H2CO+H2O。已知达到平衡时生成0.75 mol CO。那么当H2改为9 mol，在上述条件下平衡时生成CO和H2O的物质的量之和可能为（）A.1.2 mol B.1.5 mol C.1.8 mol D.2.5 mol典例精析典例精析典例精析典例精析C14典例精析典例精析【评注】对于可逆反应，不论在什么情况下，一定是反应物与生成物共存的状态，即任何物质的物质的量均大于零。【解析】本题考查化学反应限度的认识。CO2+H2CO+H2O

8、起始 1 3 0 0 转化 x x x x 平衡 0.25 2.25 0.75 0.75 在此基础上，当增加H2的量，平衡右移，CO2的转化率增大，CO、H2O的物质的量均增大。设平衡移动后，CO、H2O的物质的量为a，则a0.75+0.75=1.5。但CO2不能完全转化，(若CO2完全转化，则a=2)，故a2。因而a的取值范围：1.5a2。15典例精析典例精析变式变式变式变式1 1已知：SiO2(s)+4HF(g)=SiF4(g)+2H2O(g)H（298.15K）-94.0 kJ moL-1 S（298.15K）75.8 J moL-1K-1,设H和S不随温度而变化，试求此反应自发进行的温

9、度条件。温度小于1240K或小于967【解析】本题考查化学反应方向的判断。根据判据：G=H-TS0时，反应自发进行时，反应自发进行即(-94.0 kJmol-1)103 J/kJ-T(-75.8 Jmol-1K-1)0，则T1240K或T967(t=1240-273=967)。16【例例2】将不同量的H2O(气)和CO气体分别通入到一体积为1 L的恒容密闭容器中进行反应：H2O(g)+CO(g)催化剂加热CO2(g)+H2(g)得到以下三组数据，据此回答下列问题：(1)由以上数据，实验1中以v(CO2)表示的反应速率为典例精析典例精析典例精析典例精析实验组 温度 起始量 平衡量 达到平衡所需时

10、间 H2O CO H2 CO 1650 1 mol 2 mol 0.8 mol 1.2 mol 5 min 22900 0.5 mol 1 mol 0.2 mol 0.8 mol 3min 33900 abcdt0.16 molL-1min-117【例例2】将不同量的H2O(气)和CO气体分别通入到一体积为1 L的恒容密闭容器中进行反应：H2O(g)+CO(g)催化剂加热CO2(g)+H2(g)得到以下三组数据，据此回答下列问题：(1)该反应在650时平衡常数数值为 8/3，该反应的逆反应为(填“吸”或“放”)放热热反应。典例精析典例精析典例精析典例精析实验组 温度 起始量 平衡量 达到平衡所

11、需时间 H2O CO H2 CO 1650 1 mol 2 mol 0.8 mol 1.2 mol 5 min 22900 0.5 mol 1 mol 0.2 mol 0.8 mol 3min 33900 abcdt 8/3 吸吸18【例例2】将不同量的H2O(气)和CO气体分别通入到一体积为1 L的恒容密闭容器中进行反应：H2O(g)+CO(g)催化剂加热CO2(g)+H2(g)得到以下三组数据，据此回答下列问题：(1)若实验3要达到与实验2相同的平衡状态(即各物质的质量分数分别相等)，且t1 。典例精析典例精析典例精析典例精析实验组 温度 起始量 平衡量 达到平衡所需时间 H2O CO H

12、2 CO 1650 1 mol 2 mol 0.8 mol 1.2 mol 5 min 22900 0.5 mol 1 mol 0.2 mol 0.8 mol 3min 33900 abcdt2a=b119【例例2】(2)下图1、2表示上述反应在时刻t1达到平衡，在时刻t2因改变某个条而发生变化的情况：图1中时刻t2发生改变的条件可能是增大压强(写一条即可，下 同)。图2中时刻t2发生改变的条件可能是降低温度。典例精析典例精析典例精析典例精析增大压强降低温度20【例例2】(3)在850时，其平衡常数K=1，850时在该容器中同时充入1.0 moI CO，3.0 mol H2O，1.0 mol

13、CO2，5.0 mol H2，此时反应向 逆反应(填“正反应”或“逆反应”)方向进行，平衡时CO2的物质的量为 0.8 mol。典例精析典例精析典例精析典例精析逆反应逆反应 0.8 mol21典例精析典例精析【解析】(1)根据速率概念：v(CO2)=2-1.2 mol/L5 min=0.16 mol/(Lmin)；650时平衡常数K=c(CO2)c(H2)/c(H2O)c(CO)=0.80.8/0.21.2=8/3；900时平衡常数为1/68/3；即温度升高，平衡向逆反应方向移动，则正反应为放热反应。t1；即2a=b1。(2)速率加快而平衡不移动，可能的条件是增大压强或使用催化剂；使平衡向逆反

14、应方向移动，可以采用降低温度的方法实现；22典例精析典例精析【解析】(3)Qc=c(CO2)c(H2)/c(H2O)c(CO)=1.05.0/3.01.0=53K，所以反应向逆反应方向移动；根据平衡常数K=c(CO2)c(H2)/c(H2O)c(CO)=(1.0-x)(5.0-x)(3.0+x)(1.0+x)=1，解得x=0.2 mol/L，则c(CO2)平=0.8 mol/L。23典例精析典例精析变式变式变式变式2 2时间/min n(CO)/mol n(H2O)/mol n(CO2)/mol n(H2)/mol 0140040.253.250.750.756n1n2n3n48n1n2n3n

15、4t0.153.150.850.85【解析】前4 min时v(CO)=0.1875 mol/(Lmin)；Qc=(0.750.75)/(0.253.25)=9/131,而升高温度,平衡向逆反应方向移动,K1。、24典例精析典例精析【解析】前4 min时v(CO)=0.1875 mol/(Lmin)；Qc=(0.750.75)/(0.253.25)=9/131，而升高温度，平衡向逆反应方向移动，K1。、25【例例3】在一容积为2 L的密闭容器内加入0.2 mol的N2和0.6 mol的H2，在一定条件下发生如下反应：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)H0 ；反应中NH3的物质的量浓度的变化的

16、情况如下图：(1)根据上图，计算从反应开始到平衡时，平均反应速率v(NH3)为 0.025 mol/(Lmin)。典例精析典例精析0.025 mol/(Lmin)26【例例3】在一容积为2 L的密闭容器内加入0.2 mol的N2和0.6 mol的H2，在一定条件下发生如下反应：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)H0 ；反应中NH3的物质的量浓度的变化的情况如下图：(2)该反应的化学平衡常数表达式为K=c(NH3)2/c(N2)c(H2)3。典例精析典例精析K=c(NH3)2/c(N2)c(H2)327【例3】在一容积为2 L的密闭容器内加入0.2 mol的N2和0.6 mol的H2，在一定

17、条件下发生如下反应：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)H0 ；反应中NH3的物质的量浓度的变化的情况如下图：(3)反应达到平衡后，第5分钟末，保持其他条件不变，若改变反应温度，则NH3的物质的量浓度不可能为（）A.0.20 mol/L B.0.12 mol/L C.0.10 mol/L D.0.08 mol/L 典例精析典例精析AC28【例例3】在一容积为2 L的密闭容器内加入0.2 mol的N2和0.6 mol的H2，在一定条件下发生如下反应：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)H0 ；反应中NH3的物质的量浓度的变化的情况如下图：(4)反应达到平衡后，第5分钟末，保持其他条件不变，若

18、只把容器的体积缩小一半，平衡向正反应方向移动(填“向逆反应方向”、“向正反应方向”或“不”)，化学平衡常数K不变 (填“增大”、“减小”或“不变”)。典例精析典例精析向正反应方向移动不变29【例例3】在一容积为2 L的密闭容器内加入0.2 mol的N2和0.6 mol的H2，在一定条件下发生如下反应：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)H0 ；反应中NH3的物质的量浓度的变化的情况如下图：(5)在第5分钟末将容器的体积缩小一半后，若在第8分钟末达到新的平衡(此时NH3的浓度约为0.25 mol/L)，请在上图中画出第5分钟末到此平衡时NH3浓度的变化曲线。典例精析典例精析30典例精析典例精析

19、【解析】(1)v(NH3)=0.1 mol/L4 min=0.025 mol/(Lmin);(3)若改变温度，平衡可能向左或向右移动，但各物质的量不为0，若平衡向逆反应方向移动，则0c(NH3)0.1 mol/L；若平衡向正反应方向移动，则0.1 mol/Lc(NH3)0.2 mol/L；(4)体积减小，压强增大，有利于平衡向正反应方向移动，但温度不变，则平衡常数K不变。31方法指导方法指导1.化学平衡状态的判断方法：化学平衡状态的判断方法：举例反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)是否平衡 混合物体系中各成分的含量 各物质的物质的量或各物质的物质 的量分数一定 平衡 各物质的质量或

20、各物质的质量分数一定 平衡 各气体的体积或体积分数一定 平衡 总压强、总体积、总物质的量一定 不一定平衡 32方法指导方法指导1.化学平衡状态的判断方法：化学平衡状态的判断方法：举例反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)是否平衡 正、逆反应速率的关系 在单位时间内消耗了m mol A同时生成m mol A，即v正正=v逆逆平衡 在单位时间内消耗了n mol B同时生成p mol C，均指v正正不一定平衡vAvBvCvD=mnpq，v正不一定等于v逆逆不一定平衡在单位时间内生成了n mol B，同时消耗q mol D，均指v逆逆不一定平衡 33方法指导方法指导1.化学平衡状态的判断方法

21、：化学平衡状态的判断方法：举例反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)是否平衡 压强 m+np+q时，总压力一定(其他条件一定)平衡m+n=p+q时，总压力一定(其他条件一定)不一定平衡混合气体的平均分子量(Mr)Mr一定时，且m+np+q时平衡 Mr一定，但m+n=p+q时不一定平衡 34方法指导方法指导1.化学平衡状态的判断方法：化学平衡状态的判断方法：举例反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)是否平衡 温度 任何化学反应都伴随着能量变化，在绝热容器中进行反应，当体系温度不再改变时平衡体系的密度密度一定不一定平衡35方法指导方法指导1.化学平衡状态的判断方法：化学平衡状态

22、的判断方法：注意：注意：(1)化学平衡状态是可逆反应进行到最大限度的结果，可逆反应有达到化学平衡状态的可能，但可逆反应在未进行到最大限度之前还不是化学平衡状态，一经建立了化学平衡状态，就不会因时间的改变而变化。(2)化学平衡状态的判断，要抓住正、逆反应速率相等，注意压强对气体等体积变化的影响。掌握常见化学平衡的判断方法。(3)正逆反应速率相等是化学平衡的本质，各组分的浓度不变是现象。36方法指导方法指导2.改变压强的实质改变压强的实质 改改变变压压强强的的实实质质是是使使体体系系中中各各种种气气体体的的物物质质的的量量浓浓度度同同时时改改变变相相同同倍倍数数；凡凡是是能能使使反反应应混混合合物

23、物中中各各种种气气体体的的浓浓度度同同时时改改变变相相同同倍倍数数的的方方法法均均可可以以看看成成是是压压强强发发生生改改变变；反反之之，都都不不能能认认为是压强改变的影响。为是压强改变的影响。37高考回放高考回放1.(2007上海)一定条件下，在体积为3 L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)：2.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值减小(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)=2nB/3tB mol(Lmin)-1。c

24、(CH3OH)/c(CO)c2(H2)减小v(H2)=2nB/3tB mol(Lmin)-138高考回放高考回放1.(2007上海)一定条件下，在体积为3 L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)：2.CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)根据题意完成下列各题：(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(bc)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 bc39高考回放高考回放1.(2007上海)一定条件下，在体积为3 L的密闭

25、容器中，一氧化碳与氢气反应生成甲醇(催化剂为Cu2O/ZnO)：2.CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)根据题意完成下列各题：(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Cu2O+CO2Cu+CO2(用化学方程式表示)。Cu2O+CO2Cu+CO240高考回放高考回放【解析】图中看出温度越高，平衡时甲醇的量越小，说明正反应是放热的。(1)平衡常数K只与温度有关，升高温度，平衡向逆方向移动，K减小；(2)根据反应速率之比等于化学计量数比，v(H2)=2v(CH3OH)=2nB/3tB mol(Lmin)-1。(3)体积缩小，浓

26、度增大，速率加快，平衡向正反应方向移动，所以bc正确；(4)从反应Cu2O+CO2Cu+CO2分析，保持一定量CO2有利于维持催化剂Cu2O的量不变。41高考回放高考回放2.(2007宁夏)氮化硅是一种新型陶瓷材料，它可由石英与焦炭在高温的氮气流中，通过以下反应制得：3 SiO2+6 C+2 N2 高温 1 Si3N4+6 CO(1)配平上述反应的化学方程式(将化学计量数填在横线上)。(2)该反应中的氧化剂是 N2，其还原产物是Si3N4。(3)该反应的平衡常数表达式为K=c6(CO)c2(N2)。(4)若上述反应为放热反应，则其反应热H小于零(填“大于”、“小于”或“等于”)；升高温度，其平

27、衡常数值减小(填“增大”、“减小”或“不变”)。(5)若使压强增大，则上述平衡向逆反应方向移动(填“正”或“逆”)。(6)若已知CO生成速率为v(CO)=18 mol/(Lmin)，则N2消耗速率为v(N2)=6 mol/(Lmin)。36216N2Si3N4c6(CO)/c2(N2)小于减小逆642高考回放高考回放【解析】本题以新材料为载体，考查化学反应速率与限度有关知识的应用能力。根据化合价的升降变化，判断氧化剂和还原产物，注意在Si3N4中，N为-3价；正反应为放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，K减小；增大压强，平衡向气体体积缩小的方向(逆方向)；根据反应速率之比等于化学计量数之比，可以求出N2的消耗速率。43