湖南省永州市2019年高考化學(xué)二輪復(fù)習(xí) 課時(shí)17 化學(xué)平衡常數(shù) 化學(xué)平衡相關(guān)計(jì)算與圖像分析學(xué)案.docx

化學(xué)平衡常數(shù) 化學(xué)平衡相關(guān)計(jì)算與圖像分析【明確考綱】了解化學(xué)平衡常數(shù)(K)的含義，能利用化學(xué)平衡常數(shù)進(jìn)行相關(guān)計(jì)算?！菊n前真題】1.（2016年四川卷，6T）一定條件下，CH4與H2O(g)發(fā)生反應(yīng)：CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)，設(shè)起始m(H2O)/m(CH4)=Z，在恒壓下，平衡時(shí)(CH4)的體積分?jǐn)?shù)與Z和T（溫度）的關(guān)系如圖所示。下列說(shuō)法正確的是（）A該反應(yīng)的焓變H>0B圖中Z的大小為a>3>bC圖中X點(diǎn)對(duì)應(yīng)的平衡混合物中m(H2O)/m(CH4) =3D溫度不變時(shí)，圖中X點(diǎn)對(duì)應(yīng)的平衡在加壓后(CH4)減小【解析】選A；A、從圖分析，隨著溫度升高甲烷的體積分?jǐn)?shù)逐漸減小，說(shuō)明升溫平衡正向移動(dòng)，則正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，故正確；B、m(H2O)/m(CH4)的比值越大，則甲烷的體積分?jǐn)?shù)越小，故a<3<b，故錯(cuò)誤；C、起始加入量的比值為3，但隨著反應(yīng)的進(jìn)行甲烷和水是按等物質(zhì)的量反應(yīng)，所以到平衡時(shí)比值不是3，故錯(cuò)誤；D、溫度不變時(shí)，加壓，平衡逆向移動(dòng)，甲烷的體積分?jǐn)?shù)增大，故錯(cuò)誤。2.(2015年安徽高考)汽車尾氣中NO產(chǎn)生的反應(yīng)為N2(g)O2(g) 2NO(g)。一定條件下，等物質(zhì)的量的N2(g)和O2(g)在恒容密閉容器中反應(yīng)，如圖曲線a表示該反應(yīng)在溫度T下N2的濃度隨時(shí)間的變化，曲線b表示該反應(yīng)在某一起始反應(yīng)條件改變時(shí)N2的濃度隨時(shí)間的變化。下列敘述正確的是()A溫度T下，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K4(c0-c1)2/c12B溫度T下，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，混合氣體的密度減小C曲線b對(duì)應(yīng)的條件改變可能是加入了催化劑D若曲線b對(duì)應(yīng)的條件改變是溫度，可判斷該反應(yīng)的H0【解析】選A；A項(xiàng)，由曲線a可知，達(dá)到平衡時(shí)c(N2)c1 molL1，則生成的c(NO)2(c0c1)molL1，故Kc(NO)2/(c(N2)c(O2)4(c0-c1)2/c12。B項(xiàng)，反應(yīng)物和產(chǎn)物都是氣體，當(dāng)容器保持恒容時(shí)，混合氣體的密度始終保持不變。C項(xiàng)，催化劑的加入只能改變反應(yīng)速率而不可能使平衡發(fā)生移動(dòng)，故加入催化劑后達(dá)到平衡時(shí)，c(N2)仍為 c1 molL1。D項(xiàng)，若曲線b改變的是溫度，根據(jù)達(dá)到平衡時(shí)曲線b對(duì)應(yīng)的時(shí)間短，則對(duì)應(yīng)溫度高，升高溫度時(shí)c(N2)減小，平衡正向移動(dòng)，正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，H>0。3.（2016年全國(guó)卷II 27T）丙烯腈（CH2=CHCN）是一種重要的化工原料，工業(yè)上可用“丙烯氨氧化法”生產(chǎn)，主要副產(chǎn)物有丙烯醛（CH2=CHCHO）和乙腈（CH3CN）等?；卮鹣铝袉?wèn)題：（1）以丙烯、氨、氧氣為原料，在催化劑存在下生成丙烯腈（C3H3N）和副產(chǎn)物丙烯醛（C3H4O）的熱化學(xué)方程式如下：C3H6（g）NH3（g）1.5 O2（g）= C3H3N（g）3H2O（g）H515 kJmol1C3H6（g）O2（g）= C3H4O（g）H2O（g） H353 kJmol1兩個(gè)反應(yīng)在熱力學(xué)上趨勢(shì)均很大，其原因是_；有利于提高丙烯腈平衡產(chǎn)率的反應(yīng)條件；提高丙烯腈反應(yīng)選擇性的關(guān)鍵因素是_。（2）圖（a）為丙烯腈產(chǎn)率與反應(yīng)溫度的關(guān)系曲線，最高產(chǎn)率對(duì)應(yīng)的溫度為460 ，低于460 時(shí)，丙烯腈的產(chǎn)率（填“是”或“不是”）對(duì)應(yīng)溫度下的平衡產(chǎn)率，判斷理由是_；高于460 時(shí)，丙烯腈產(chǎn)率降低的可能原因是（雙選，填標(biāo)號(hào)）。A.催化劑活性降低 B.平衡常數(shù)變大 C.副反應(yīng)增多 D.反應(yīng)活化能增大（3）丙烯腈和丙烯醛的產(chǎn)率與n（氨）/n（丙烯）的關(guān)系如圖（b）所示。由圖可知，最佳n（氨）/n（丙烯）約為，理由是_，進(jìn)料氣氨、空氣、丙烯的理論體積比約為 ?！敬鸢浮浚海?）兩個(gè)反應(yīng)均為放熱量大的反應(yīng) 降低溫度降低壓強(qiáng) 催化劑（2）不是該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，平衡產(chǎn)率應(yīng)隨溫度升高而降低AC（3）1該比例下丙烯腈產(chǎn)率最高，而副產(chǎn)物丙烯醛產(chǎn)率最低1:7.5:1【解析】：（1）因?yàn)閮蓚€(gè)反應(yīng)均為放熱量大的反應(yīng)，所以在熱力學(xué)上趨勢(shì)均很大；該反應(yīng)為氣體分子數(shù)增大的放熱反應(yīng)，所以降低溫度、降低壓強(qiáng)有利于提高丙烯腈平衡產(chǎn)率；提高丙烯腈反應(yīng)選擇性的關(guān)鍵因素是催化劑。（2）因?yàn)樵摲磻?yīng)為放熱反應(yīng)，平衡產(chǎn)率應(yīng)隨溫度升高而降低，反應(yīng)該開(kāi)始進(jìn)行，尚未達(dá)到平衡狀態(tài)，460以前是建立平衡的過(guò)程，所以低于460時(shí)，丙烯腈產(chǎn)率不是對(duì)應(yīng)溫度下的平衡產(chǎn)率；高于460時(shí)，丙烯腈產(chǎn)率降低。A催化劑在一定溫度范圍內(nèi)活性較高，若溫度過(guò)高，活性降低，正確。B平衡常數(shù)變大，對(duì)產(chǎn)率的影響是提高產(chǎn)率才對(duì)，錯(cuò)誤。C根據(jù)題意，副產(chǎn)物有丙烯醛，副反應(yīng)增多導(dǎo)致產(chǎn)率下降，正確。D反應(yīng)活化能的大小不影響平衡，錯(cuò)誤。（3）根據(jù)圖像可知，當(dāng)n（氨）/n（丙烯）約為1時(shí)，該比例下丙烯腈產(chǎn)率最高，而副產(chǎn)物丙烯醛產(chǎn)率最低；根據(jù)化學(xué)反應(yīng)C3H6(g)+NH3(g)+1.5 O2(g)=C3H3N(g)+3H2O(g)，氨氣、氧氣、丙烯按1:1.5:1的體積比加入反應(yīng)達(dá)到最佳狀態(tài)，而空氣中氧氣約占20%，所以進(jìn)料氣氨、空氣、丙烯的理論體積比約為1:7.5:14.（2018年全國(guó)卷I28 節(jié)選）（2）F. Daniels等曾利用測(cè)壓法在剛性反應(yīng)器中研究了25時(shí)N2O5(g)分解反應(yīng)：其中NO2二聚為N2O4的反應(yīng)可以迅速達(dá)到平衡，體系的總壓強(qiáng)p隨時(shí)間t的變化如下表所示（t=時(shí)，N2O5(g)完全分解）：t/min0408016026013001700p/kPa35.840.342.5.45.949.261.262.363.1已知：2N2O5(g)=N2O4(g)+O2(g) H1=4.4 kJmol1 2NO2(g) =N2O4(g) H 2=55.3 kJmol1則反應(yīng)N2O5(g)=2NO2(g)+O2(g)的H=_ kJmol1。研究表明，N2O5(g)分解的反應(yīng)速率v=2103(kPamin1)，t=62 min時(shí)，測(cè)得體系中=2.9 kPa，則此時(shí)的=_kPa，v=_ kPamin1。若提高反應(yīng)溫度至35，則N2O5(g)完全分解后體系壓強(qiáng)p(35)_63.1 kPa（填“大于”“等于”或“小于”），原因是_。25時(shí)N2O4(g)2NO2(g)反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp=_kPa（Kp為以分壓表示的平衡常數(shù)，計(jì)算結(jié)果保留1位小數(shù)）?！敬鸢浮?53.1 30.0 6.0102 大于 溫度提高，體積不變，總壓強(qiáng)提高；NO2二聚為放熱反應(yīng)，溫度提高，平衡左移，體系物質(zhì)的量增加，總壓強(qiáng)提高13.4【解析】根據(jù)方程式可知氧氣與消耗五氧化二氮的物質(zhì)的量之比是1:2，又因?yàn)閴簭?qiáng)之比是物質(zhì)的量之比，所以消耗五氧化二氮減少的壓強(qiáng)是2.9kPa25.8kPa，則此時(shí)五氧化二氮的壓強(qiáng)是35.8kPa5.8kPa30.0kPa，因此此時(shí)反應(yīng)速率v2.0103306.0102（kPamin1）；由于溫度升高，容器容積不變，總壓強(qiáng)提高，且二氧化氮二聚為放熱反應(yīng)，溫度提高，平衡左移，體系物質(zhì)的量增加，總壓強(qiáng)提高，所以若提高反應(yīng)溫度至35，則N2O5(g)完全分解后體系壓強(qiáng)p(35)大于63.1 kPa。根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知五氧化二氮完全分解時(shí)的壓強(qiáng)是63.1kPa，根據(jù)方程式可知完全分解時(shí)最初生成的二氧化氮的壓強(qiáng)是35.8kPa271.6 kPa，氧氣是35.8kPa217.9 kPa，總壓強(qiáng)應(yīng)該是71.6 kPa+17.9 kPa89.5 kPa，平衡后壓強(qiáng)減少了89.5 kPa63.1kPa26.4kPa，所以根據(jù)方程式2NO2(g)N2O4(g)可知平衡時(shí)四氧化二氮對(duì)應(yīng)的壓強(qiáng)是26.4kPa，二氧化氮對(duì)應(yīng)的壓強(qiáng)是71.6 kPa26.4kPa218.8kPa，則反應(yīng)的平衡常數(shù)。課堂精講【考點(diǎn)歸類】一、化學(xué)平衡常數(shù)：1概念在一定溫度下，當(dāng)一個(gè)可逆反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)，生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比值是一個(gè)常數(shù)，用符號(hào)K表示。2表達(dá)式對(duì)于反應(yīng)mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)，K(固體和純液體的濃度視為常數(shù)，通常不計(jì)入平衡常數(shù)表達(dá)式中)。3意義(1)K值越大，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率越大，正反應(yīng)進(jìn)行的程度越大。(2)K只受溫度影響，與反應(yīng)物或生成物的濃度變化無(wú)關(guān)。(3)化學(xué)平衡常數(shù)是指某一具體反應(yīng)的平衡常數(shù)。4應(yīng)用(1)判斷、比較可逆反應(yīng)進(jìn)行的程度一般來(lái)說(shuō)，一定溫度下的一個(gè)具體的可逆反應(yīng)：K值正反應(yīng)進(jìn)行的程度平衡時(shí)生成物濃度平衡時(shí)反應(yīng)物濃度反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率越大越大越大越小越高越小越小越小越大越低(2)判斷正在進(jìn)行的可逆反應(yīng)是否達(dá)到平衡或反應(yīng)進(jìn)行的方向?qū)τ诳赡娣磻?yīng)：mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)，濃度商Qc，則將濃度商和平衡常數(shù)作比較可判斷可逆反應(yīng)所處的狀態(tài)。(3)判斷可逆反應(yīng)的熱效應(yīng)，(4)計(jì)算平衡體系中的相關(guān)量根據(jù)相同溫度下，同一反應(yīng)的平衡常數(shù)不變，計(jì)算反應(yīng)物或生成物的濃度、轉(zhuǎn)化率等。二、化學(xué)平衡圖像分析：1題型分類(1)分析外界條件對(duì)反應(yīng)速率及化學(xué)平衡的影響；(2)由圖象判斷反應(yīng)特征(確定反應(yīng)中各物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)、判斷熱效應(yīng)或氣體物質(zhì)化學(xué)計(jì)量數(shù)的變化關(guān)系)；(3)由反應(yīng)和圖象判斷圖象中坐標(biāo)或曲線的物理意義；(4)由反應(yīng)和圖象判斷符合圖象變化的外界條件；(5)由反應(yīng)判斷圖象正誤等。2解題指導(dǎo)(1)看圖象：一看軸，即縱、橫坐標(biāo)的意義；二看點(diǎn)，即起點(diǎn)、拐點(diǎn)、交點(diǎn)、終點(diǎn)；三看線，即線的走向和變化趨勢(shì)；四看輔助線，即等溫線、等壓線、平衡線等；五看量的變化，如濃度變化、溫度變化、轉(zhuǎn)化率變化、物質(zhì)的量的變化等。(2)依據(jù)圖象信息，利用平衡移動(dòng)原理，分析可逆反應(yīng)的特征：吸熱還是放熱，氣體計(jì)量數(shù)增大、減小還是不變，有無(wú)固體或純液體參加或生成等。(3)先拐先平：在化學(xué)平衡圖象中，先出現(xiàn)拐點(diǎn)的反應(yīng)先達(dá)到平衡，可能是該反應(yīng)的溫度高、濃度大、壓強(qiáng)大或使用了催化劑。(4)定一議二：勒夏特列原理只適用于一個(gè)條件的改變，所以圖象中有三個(gè)變量時(shí)，先固定一個(gè)量，再討論另外兩個(gè)量的關(guān)系。【典例剖析】NO2氣體對(duì)環(huán)境有危害，應(yīng)特別注意對(duì)地表水、土壤、大氣和飲用水的污染。在一定溫度時(shí)，將0.80 mol的NO2氣體充入4 L真空的密閉容器中，每隔一段時(shí)間就對(duì)該容器內(nèi)的物質(zhì)進(jìn)行分析，得到數(shù)據(jù)如下表所示：時(shí)間(s)020406080n(NO2)/mol0.80n10.52n3n4n(N2O4)/mol0.000.10n20.160.16(1)在上述條件下，反應(yīng)從20 s至40 s這一時(shí)間段內(nèi)，NO2的平均反應(yīng)速率為molL-1s-1。(2)n3_n4(填“”、“”或“”)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)為(保留小數(shù)點(diǎn)后一位)。(3)達(dá)到平衡后，如向該密閉容器中再充入0.64 mol氦氣，并把容器體積擴(kuò)大為8 L，則平衡將(選填“向正反應(yīng)方向移動(dòng)”、 “向逆反應(yīng)方向移動(dòng)”或“不移動(dòng)”)，其理由是。(4)若在相同情況下，最初向該容器中充入的是N2O4氣體，要達(dá)到上述同樣的平衡狀態(tài)，起始充入N2O4的物質(zhì)的量是mol，假設(shè)在80 s時(shí)達(dá)到平衡，請(qǐng)?jiān)趫D中畫(huà)出并標(biāo)明該條件下此反應(yīng)中N2O4和NO2的濃度隨時(shí)間變化的曲線。(5)取五等份NO2，分別加入溫度不同、容積相同的恒容密閉容器中，反應(yīng)相同時(shí)間后，分別測(cè)定體系中NO2的百分量(NO2%)，并作出其隨反應(yīng)溫度(T)變化的關(guān)系圖。下列示意圖中，可能與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符的是?！敬鸢浮浚?1)0.001 (2)=；2.8(3)向逆反應(yīng)方向移動(dòng)；氦氣是稀有氣體，不參與反應(yīng)；擴(kuò)大體積的瞬間，c(NO2)和c(N2O4)均降低為原來(lái)一半，使c(N2O4)/c2(NO2)增大，并大于該溫度下的平衡常數(shù)，平衡左移。(4)0.40(5)BD【技巧點(diǎn)撥】1.三段式求解反應(yīng)速率及平衡計(jì)算題關(guān)鍵： mA(g)nB(g) pC(g) qD(g)轉(zhuǎn)化(molL1)x2.一定溫度下，判斷正在進(jìn)行的可逆反應(yīng)是否達(dá)到平衡或反應(yīng)進(jìn)行的方向：比較濃度商Qc與平衡常數(shù)K大小.3.在該時(shí)間點(diǎn)，此題分三種情況：1 五種溫度下均已平衡：反應(yīng)放熱，溫度升高，平衡左移，NO2量增多；選B。2 五種溫度下均未平衡：溫度越高，速率越快，NO2量越少。3 溫度處于較低范圍內(nèi)未平衡，溫度越高，速率越快，NO2量越少； 溫度處于較高范圍內(nèi)已平衡，反應(yīng)放熱，溫度升高，平衡左移，NO2量增多；選D【變式訓(xùn)練】“C1化學(xué)”是指以碳單質(zhì)或分子中含1個(gè)碳原子的物質(zhì)（如CO、CO2、CH4、CH3OH等）為原料合成工業(yè)產(chǎn)品的化學(xué)工藝，對(duì)開(kāi)發(fā)新能源和控制環(huán)境污染有重要意義（1）一定溫度下，在容積為2L的密閉容器中，發(fā)生反應(yīng)：CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）H=-49.0kJ/mol相關(guān)數(shù)據(jù)如下：反應(yīng)物投入量1molCO2（g）和3molH2（g）平衡時(shí)c（CH3OH）c1平衡時(shí)能量變化放出29.4kJ若甲中反應(yīng)10s時(shí)達(dá)到平衡，則用CO2來(lái)表示甲中反應(yīng)從開(kāi)始到平衡過(guò)程中的平均反應(yīng)速率是mol/（Ls）（2）壓強(qiáng)為p1時(shí)，向體積為1L的密閉容器中充入bmolCO和2bmolH2，發(fā)生反應(yīng)CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如圖所示請(qǐng)回答：該反應(yīng)屬于（填“吸”或“放”）熱反應(yīng)；p1p2（填“”、“”或“=”）100時(shí)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=（用含b的代數(shù)式表示）（3）治理汽車尾氣的反應(yīng)是2NO（g）+2CO（g） 2CO2（g）+N2（g）H0在恒溫恒容的密閉容器中通入n（NO）：n（CO）=1：2的混合氣體，發(fā)生上述反應(yīng)下圖正確且能說(shuō)明反應(yīng)在進(jìn)行到t1時(shí)刻一定達(dá)到平衡狀態(tài)的是（選填字母）【答案】（1）0.03；（2）放；K=1/b2（3）c d【課后鞏固】1.向某密閉容器中加入0.3mol A、0.1mol C和一定量的B三種氣體，一定條件下發(fā)生反應(yīng)，各物質(zhì)濃度隨時(shí)間變化如下甲圖所示。下乙圖為平衡體系中速率隨時(shí)間變化的情況，且四個(gè)階段都各改變一種條件，所用條件均不同。若t4時(shí)刻改變條件是壓強(qiáng)，則下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是甲 乙A. 若t1=15s，則前15s的平均反應(yīng)速率v（C）=0.004mol/(Ls)B. 該反應(yīng)的化學(xué)方程式是3A(g)B(g) 2C(g)C. t2 、t3 、t5時(shí)刻改變的條件分別是升高溫度、加入催化劑、增大反應(yīng)物濃度D. B的起始物質(zhì)的量為0.04molc答案：C 2. 在一定條件下，對(duì)于反應(yīng)aA(g)bB(g)cC(g)dD(g)，C的百分含量（C%）與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如圖所示，下列反應(yīng)的H和S判斷正確的是（ ）AH<0S>0BH>0S<0CH>0S>0DH<0S<0答案：A 3. 將E和F加入密閉容器中，在一定條件下發(fā)生反應(yīng)：E(g)F(s)2G(g)。忽略固體體積，平衡時(shí)G的體積分?jǐn)?shù)(%)隨溫度和壓強(qiáng)的變化如下表所示：壓強(qiáng)/MPa 體積分?jǐn)?shù)/ (%)溫度1.02.03.081054.0ab915c75.0d1000ef83.0 bf 915、2.0 MPa時(shí)E的轉(zhuǎn)化率為60% 增大壓強(qiáng)，平衡左移 K(1 000)K(810) 上述中正確的有()A4個(gè) B3個(gè)C2個(gè)D1個(gè)答案：A 4. 在某容積一定的密閉容器中，可逆反應(yīng)A（g）B（g）xC（g）根據(jù)圖I（T表示溫度、p表示壓強(qiáng)、C%表示C的體積分?jǐn)?shù)）所示的關(guān)系曲線，試判斷下列對(duì)圖II的說(shuō)法正確的是（）A. p3<p4,y軸表示A的轉(zhuǎn)化率B. p3>p4,y軸表示B的轉(zhuǎn)化率C. p3<p4,y軸表示混合氣體的密度D. p3>p4,y軸表示混合氣體中A的濃度答案：D 5(2014山東高考節(jié)選)研究氮氧化物與懸浮在大氣中海鹽粒子的相互作用時(shí)，涉及如下反應(yīng)：2NO2(g)NaCl(s) NaNO3(s)ClNO(g)K1H1<0 ()2NO(g)Cl2(g) 2ClNO(g)K2H2<0 ()(1)4NO2(g)2NaCl(s)2NaNO3(s)2NO(g)Cl2(g)的平衡常數(shù)K_(用K1、K2表示)。(2)為研究不同條件對(duì)反應(yīng)()的影響，在恒溫條件下，向2 L 恒容密閉容器中加入0.2 mol NO和0.1 mol Cl2，10 min 時(shí)反應(yīng)()達(dá)到平衡。測(cè)得10 min內(nèi)v(ClNO)7.5103molL1min1，則平衡后n(Cl2)_mol，NO的轉(zhuǎn)化率1_。其他條件保持不變，反應(yīng)()在恒壓條件下進(jìn)行，平衡時(shí)NO的轉(zhuǎn)化率2_1(填“>”、“<”或“”)，平衡常數(shù)K2_(填“增大”、“減小”或“不變”)。若要使K2減小，可采取的措施是_?！敬鸢浮浚?1)(2)2.510275%不變升高溫度