3、化解知識難點 化學平衡中的難點不少,應講究方法,分類突破。比如
①演繹法:用v-t圖象來完整地演繹平衡建立與移動的過程,理解反應速率和化學平衡的內(nèi)在聯(lián)系,即平衡移動的根本原因是v(正)≠v(逆),平衡建立的必要條件是v(正)=v(逆),等則平,不等則變;如濃度變化的v-t圖象:
②“定一議二”和“先拐先平”法:分析平衡圖象時確定一個因素而討論另外二個因素之間的關系和先出現(xiàn)拐點即先達到平衡的曲線溫度高或壓強大或使用了催化劑,如06江蘇第16題;
③巧妙轉化法:只有一種反應物或生成物的平衡,又加入該物質時,分析平衡移動方向依據(jù)濃度變化,比較轉化率時將濃度的變化轉化為壓強的變化能使思路清晰,如下表。aA(g)bB(g)型反應濃度變化時平衡移動與轉化率變化分析表
|
特點 |
示例 |
改變 |
變化 |
移動方向 |
平衡比較 |
(1) |
△n>0 |
PCl5(g) PCl3(g)+Cl2(g) |
又充入PCl5 |
c(PCl5)增大,平衡右移,p增大,平衡左移 |
右移 |
α(PCl5)減小,φ(PCl5)增大 |
(2) |
△n=0 |
2HI(g) H2(g)+I2(g) |
又充入HI |
c(HI)增大,平衡右移,p增大,平衡不移動 |
右移 |
α(HI)不變,φ(HI)不變 |
(3) |
△n<0 |
2NO2(g)
N2O4(g) |
又充入NO2 |
c(NO2)增大,平衡右移,p增大,平衡右移 |
右移 |
α(NO2)增大,φ(NO2)減小 |
④平衡計算的行之有效的“列三行”(起始、變化、平衡或始、變、末)法;
⑤等效平衡中的“一邊倒”、 “極限法”、“投料量相同”、“投料比相同”等等。
講到位、講透徹是突破難點的方法,難點的突破能增強學生的學習信心。
2、理出知識清單
(1) 比如“化學反應速率”的知識清單有:化學反應速率的概念、定性比較與定量描述,反應速率之比與化學計量數(shù)之比和化學方程式之間的關系,濃度、壓強、溫度、催化劑、接觸面積、光照、原電池等條件對反應速率的影響及速率隨時間變化的曲線;“化學平衡”的知識清單有:化學平衡的建立、特征、標志,濃度、溫度、壓強、催化劑及加入稀有氣體對正、逆反應速率的影響和平衡移動方向,舊平衡的建立、移動和新平衡的建立過程中條件的變化、速率的變化、移動的方向以及新平衡與舊平衡中各物質的物質的量、含量、濃度、轉化率、氣體的密度、壓強、相對分子質量、反應熱等各種量的比較、各種量的計算及相關的變化圖象,定溫定壓和定溫定容條件下等效平衡的建立和比較、計算;合成氨的知識清單有:合成氨反應的特點,適宜條件的選擇,工業(yè)生產(chǎn)流程,與接觸法制硫酸、侯氏制堿法的的聯(lián)系等。知識清單能讓學生對主干知識心中有數(shù),又是學生自評掌握情況的依據(jù)。復習時要注意“概念求準”--如v正、v逆、活化分子、平衡特征、平衡標志等概念理解準確;理論求透--如勒夏特列原理,通過實驗回顧、速率分析、模型建立來理解,最后巧用比喻“對著干”來小結
1、認真分析高考,確定復習標高
化學平衡內(nèi)容理論性強,難度伸縮性大,在平時的考試中一般都考的較難,但近年高考各地差距較大,理綜題都并不難,江蘇、廣東的試題較難。建議分層次,以教材習題和理綜高考題為低目標,以單學科高考題為高目標。以單科卷的要求來面對綜合卷,足矣。
(四)創(chuàng)新題
20、對于一定條件下的可逆反應,無論從正反應開始,還是從逆反應開始,都可以達到相同的平衡狀態(tài)。一定溫度下,碳與水蒸氣在容積不變的密閉容器中發(fā)生反應并建立平衡:
C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g); △H >0,試問:
(1)平衡混合氣的平均相對分子質量M1的取值范圍為 <M1< 。
(2)將平衡混合氣體升高溫度,混合氣體平均相對分子質量 (填增大、減小或不變,下同),密度將 。
(3)若使用等物質的量的CO和H2從逆反應方向在相同條件下建立平衡,則混合氣體的平均相對分子質量M2的取值范圍為 <M2< ;若使用不等物質的量的CO和H2從逆反應方向在相同條件下建立平衡,則混合氣體的平均相對分子質量M3的取值范圍為
<M3< 。
(4)若起始投料C(s)1mol,H2O(g)1mol,在相同條件下反應達到平衡,混合氣體平均相對分子質量為M,下列四組投料在在相同條件下反應達到平衡后合氣體的平均相對分子質量 不可能為M的是(填寫代號) .
A.C(s)2mol,H2O(g)1mol B.CO(g)1mol,H2(g)1mol
C.C(s)0.5mol,H2O(g)0.4mol,CO(g)0.6mol,H2(g)0.6mol
D.C(s)0.9mol,H2O(g)0.9mol,CO(g)0.1mol
21、合成氨工業(yè)中,原料氣(N2,H2及少量的CO,NH3的混合氣)在進入合成塔前常用乙酸二氨合銅(Ⅰ)溶液來吸收原料氣中CO,其反應為:[Cu(NH3)2Ac]+CO+NH3 [Cu(NH3)3]Ac·CO;△H<0
(1)必須除去原料氣中CO的原因是什么?
(2)吸收CO的生產(chǎn)適宜條件是什么?
(3)吸收CO后的乙酸銅氨液經(jīng)過適當處理后又可再生,恢復其吸收CO的能力以供循環(huán)使用,再生的適宜條件是什么?
解析答案
1、D 2、B 3、C 4、BD 5、解析:本題考查了等效平衡問題。在等溫等壓條件下,把加入的物質按照反應方程式的計量數(shù)轉化為反應物或生成物,物質的量之比保持一致即為等效平衡。選項A、B中三者比例為2∶1∶2 ,與題中比例一致,為等效平衡,平衡不移動。C可設想為兩步加入,第一次加入1 mol A、0.5 mol B、1 mol C,此時平衡不移動,第二次再加0.5 mol B(此法與一次性各加入1 mol等效),提高反應物濃度,平衡向右移動。D中均減少1 mol,也可以設想為兩步進行:先將A減少1 mol,B減少0.5 mol,C減少1 mol,此時平衡不移動,再將B減少0.5 mol,降低反應物濃度,平衡向右移動。
答案:C
6、解析:本題考查的是學生對影響速率各因素的理解和掌握情況。使用催化劑能同等程度地改變正逆反應速率;此反應為一氣體反應,壓強增大,反應速率也增大,壓強減小,反應速率也減小;升高溫度,給反應體系中施加了能量,分子碰撞機會增多,正、逆反應速率都增大。答案:C
7、解析:該題的關鍵是HBr由第一個反應生成后,又有一部分在第二個反應中分解,只有求出HBr的總濃度,才能與NH3聯(lián)系起來。
c(HBr)總=4 mol·L-1+2×0.5 mol·L-1=5 mol·L-1
又c(NH3)=c(HBr)總則有:
v(NH3)===2.5 mol·L-1·min-1。答案:B
8、解析:本題考查的是影響平衡的因素對化學平衡的影響。
A選項,因SO2與H2S作用,使H2S濃度下降,平衡正向移動;B選項,因NH4HS是固體,對平衡不影響,平衡不移動;C選項,因定容條件下,充入N2時,對體系各物質的濃度并沒有產(chǎn)生影響,故平衡不移動;D選項,因恒壓條件,充入N2時容器的體積必擴大,反應體系各物質的濃度都減小,相當于減壓,平衡正向移動。答案:BC
9、解析:本題所給的平衡體,系是一反應前后體積不變的可逆反應,不受壓強影響。其思維過程如下圖:
我們設開始時有一容器A′,容積是A和B的2倍,并向A′中充入2 mol的HI氣體,B中充入1 mol的HI氣體。控制A′與B的溫度都為427 K,這樣A′與B中將建立同一化學平衡狀態(tài),此時A′與B兩個容器中各自的平衡濃度、各組分的百分含量為定值,且平衡時相等。我們再對A′加壓使之變成A的容積,因壓強增大,反應速率變大,可見如果一開始把2 mol HI充入A時,速率要比B中大,對B而言A相當于加大了壓強,平衡時間A中較B中短,但加壓平衡并不發(fā)生移動,因而各反應物的轉化率均不變,各組分的體積分數(shù)都不變,但因物質的量有加和性。故c(I2)A=2c(I2)B。答案:D
10、解析:根據(jù)題意,我們可以設開始充入的3 L X氣體中含X的物質的量為3a mol,則2 L Y氣體中含Y的物質的量為2a mol,因為反應在6 L的恒容容器中進行,所以當X的濃度減小時,其物質的量必減小,則X減小a mol,故有:
4X(g)+ 3Y(g) 2Q(g)+ nR(g) ?Δn
4 mol 3 mol 2 mol n mol (n-5)mol
a mol mol
由壓強增加百分比等于物質的量增加百分比可得:/5a=5%解得:n=6。
巧解:依題意壓強較反應前增大,這就意味著反應向生成氣體物質的量增大的方向進行了。則有:n+2>4+3 n>5! 答案:D
11、解析:由圖(Ⅰ)可知:當溫度相同時,p2時達平衡較p1時到平衡所需時間短,則p2>p1,又知p2時C%較p1時的C%大,從而可知x只能為1,再從T2p2、T1p2兩圖線可知:當壓強相同時,T1條件下反應達平衡時間較T2短,則推知T1>T2,且T1時C%較T2時小,推知正反應為放熱反應,則Q>0,由以上分析可知:升高溫度或降低壓強都可以使平衡向逆向移動。
A選項,升高溫度時,A的轉化率減小,當溫度不變時,壓強增大,A的轉化率也增大,故A選項正確。
B選項,升高溫度時,B的百分含量增大,所以B選項不正確。
C選項,因反應在恒容條件下進行,又因為氣體的總質量不變,故氣體的密度也不變,故C選項不正確。
D選項,升高溫度平衡逆向移動,氣體的物質的量增加,平均摩爾質量減小,同溫下,壓強越大氣體的物質的量越小,平均摩爾質量變大,所以D選項正確。
規(guī)律:化學反應平衡圖象問題
①弄清橫、縱坐標軸及曲線三者之間的關系及涵義 ②弄清曲線中特殊點、拐點、交點、起點和終點的化學意義。如反應:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)+Q中N2
的轉化率與溫度T,壓強p,時間t的關系圖中“先拐先平”,“先拐”即先出現(xiàn)拐點,按速率理論,說明溫度高或壓強大!跋绕健奔聪冗_到平衡。再根據(jù)勒沙特列原理,采取“定議二”的辦法,即定溫度,討論縱軸與壓強的關系,或定壓強,討論溫度與縱軸的關系。(例如:圖中如果定溫度為T2時,可以看出壓強p2的圖線較壓強p1的曲線先達到平衡,時間t1<t3,也不難看出,p2對應的平衡線較p1對應的平衡線的水平部分高,也即壓強大時N2的轉化率高。同理,我們也可以定壓強p1,討論T1與T2的高低,因為平衡時間t2<t3,推知T1>T2,升高溫度平衡逆向移動,也不難看出溫度高時,N2對應的轉化率平衡線水平部分是低的)答案:AD
12、解析:(方法一)設新平衡時生成HI氣體的物質的量為x mol,則有:
H2(g) + I2(g) 2HI(g)
1 mol 1 mol 2 mol
轉化量 mol mol x mol
平衡時 (2.5-)mol (2.5-)mol x mol
因為反應器的容積為1 L,則依題意有:
整理得:x=4 mol。
(方法二)因為反應是一不受壓強影響的反應,我們可以設想有一個4 L的容器,向其中充入2 mol H2和2 mol I2蒸氣,平均每升中各占0.5 mol H2和I2,可見當它建立平衡狀態(tài)時,每升中平均有0.8 mol的HI氣體,然后我們再用某種方法把這4 L氣體壓入原容器中,因平衡不受壓強影響,故得出HI的總物質的量為
×0.8 mol=4 mol。答案:B
13、BC 14、BD 15、B
16、解析:(1)VA=0.8mol·L-1-0.67mol·L-1/10min =0.013 mol·(L·min)-1。
(2)對比實驗1與實驗2可知,從10min到20min,實驗1的A的濃度相同,說明是同一平衡狀態(tài),即c2= 1.0 mol·L-1,又因實際反應的速率快,達到平衡所需時間短,說明反應中使用了催化劑。
(3)對比實驗3與實驗1可知,從10min到20min,實驗1的A的濃度變化值為0.13 mol·L-1,而實驗3的A濃度變化值為0.17 mol·L-1,這就說明了υ3>υ1。又知從0min到10minA的濃度變化值應大于0.17 mol·L-1,即c3>(0.92+0.17)mol·L-1 =1.09 mol·L-1。
(4)對比實驗4與實驗1可知,兩實驗的起始濃度相同,反應溫度不同,達平衡時實驗4的A的濃度小,說明了實驗4A進行的程度大,即溫度越高,A的轉化率越大,說明正反應為吸熱反應。 [答案] (1)0.013(2)1.0;催化劑(3)>;>(4)吸熱;溫度升高時,平衡向右移動
17、(1)(1-a);(2)3a;(3)2、(3-3a)、丁。若3a大于1,B的物質的量小于2mol、若3a=1,B的物質的量等于2mol、若3a小于1,B的物質的量大于2mol;(4)a/(2-a);(5)乙。因為(5)小題中容器容積不變,而(1)小題中容器的容積縮小,所以(5)小題的容器中的壓強小于(1)小題容器中的壓強,有利于逆向反應,幫反應達到平衡后a大于b。
18、 (1) 0.03 (2) ①平衡 大于 ② d a
19、(1)a=16 (2)8mol (3)5:4 (4)2:3 (5)1:2 (6)3:3:2
20、(1)15,18 (2)減小,增大 (3)15,18;2,28 (4)D
21、[解析] 合成氨工業(yè)中要使用催化劑,某些物質會使催化劑的活性降低甚至消失,從而發(fā)生催化劑中毒。故必須除去原料氣中CO。根據(jù)吸收原料氣中CO的反應方程式:[Cu(NH3)2Ac]+CO+NH3 [Cu(NH3)3]Ac·CO;△H<0可知,加壓和采取較低的溫度可使平衡向正反應方向移動,有利于CO的吸收。要使吸收CO后的乙酸銅氨液經(jīng)過適當處理后又可再生,恢復其吸收CO的能力以供循環(huán)使用,只要使平衡向逆反應方向移動即可。
[答案](1)防止催化劑中毒;(2)低溫、高壓;(3)高溫、低壓。
(三)解答題
19、 恒溫下,將amolN2與bmolH2的混合氣體通入一個固定容積的密閉容器中,發(fā)生如N2(g)+3H2(g)2NH3(g)
(1)若反應進行到某時刻t時,nt(N2)=13mol,nt(NH3)=6mol,計算a的值。
(2)反應達平衡時,混合氣體的體積為716.8L(標準狀況下),其中NH3的含量(體積分數(shù))為25%。計算平衡時NH3的物質的量。
(3)原混合氣體與平衡混合氣體的總物質的量之比(寫出最簡整數(shù)比,下同),n(始)∶n(平)= 。
(4)原混合氣體中,a∶b= 。
(5)達到平衡時,N2和H2的轉化率之比,α(N2)∶α(H2)= 。
(6)平衡混合氣體中,n(N2)∶n(H2)∶n(NH3)=
(二)、填充題
16、某化學反應2A B+D在四種不同條件下進行,B、D起始濃度為0,反應物A的濃度(mol·L-1)隨反應時間(min)的變化情況如下表:
根據(jù)上述數(shù)據(jù),完成下列填空:
⑴在實驗1,反應在10至20min時間內(nèi)平均速率為 mol·(L·min)-1。
⑵在實驗2,A的初始濃度c2= mol·L-1,反應經(jīng)20min就達到平衡,可推測實驗2中還隱含的條件是 。
⑶設實驗3的反應速率為υ3,實驗1的反應速率為υ1,則υ3 υ1(填“>”“=”“<”),且c3 1.0mol·L-1(填“>”“=”“<”)。
⑷比較實驗4和實驗1,可推測該反應是 反應(選填“吸熱”“放熱”)。理由是 。
17、Ⅰ.恒溫恒壓下,在一個可變?nèi)莘e的容器中發(fā)生如下反應:
A(氣)+B(氣)C(氣)
(1)若開始時放入1molA和1molB,達到平衡后,生成amolC,這時A的物質的量為_________mol。
(2)若開始時放入3molA和3molB,達到平衡后,生成C的物質的量為_________mol。
(3)若開始時放入xmolA和2molB和1molC,達到平衡后,A和C的物質的量分別是ymol和3amol,則x= mol,y= mol。
平衡時,B的物質的量 (選填一個編號)。
(甲)大于2mol (乙)等于2mol
(丙)小于2mol (丁)可能大于、等于或小于2mol。
(4)若在(3)的平衡混合物中再加入3molC,待再次到達平衡后,C的物質的量分數(shù)為 。
Ⅱ.若維持溫度不變,在一個與(1)反應前起始體積相同、且容積固定的容器中發(fā)生上述反應
(5)開始時放入1molA和1molB到達平衡后生成bmolC。將b與(1)小題中的a進行比較 (選填一個編號)。
(甲)a<b (乙)a>b (丙)a=b (丁)不能比較a和b的大小
作出此判斷的理由是 。
18、 (1)在一體積為10L的容器中,通人一定量的CO和H2O,在850℃時發(fā)生如下反應:
CO(g)十H2O(g) CO2(g)十H2 (g)十Q(Q>0)
CO和H2O濃度變化如下圖,則 0-4min的平均反應速率v(CO)=______ mol/(L·min)
(2)t℃(高于850℃)時,在相同容器中發(fā)生上述反應,容器內(nèi)各物質的濃度變化如上表。
①表中3min-4min之間反應處于_________狀態(tài); C1數(shù)值_________0.08 mol/L (填大于、小于或等于)。
②反應在4min-5min問,平衡向逆方向移動,可能的原因是________(單選),表中5min-6min之間數(shù)值發(fā)生變化,可能的原因是__________(單選)。
a.增加水蒸氣 b.降低溫度
c.使用催化劑 d.增加氫氣濃度
(一) 選擇題
1、反應E+F=G在溫度T1下進行,反應M+N=K在溫度T2下進行,已知T1>T2,且E和F的濃度均大于M和N的濃度(其它條件均相同),則兩者的反應速率 ( )
A.前者大 B.后者大 C.一樣大 D.無法判斷
2、 將下列四種X溶液,分別加入四個盛有10mL3 mol/L的稀硫酸的燒
杯中,加水稀釋到100mL,此時,X和鹽酸緩慢反應,其中反應最快的是 ( )
A.10℃ 20mL 3mol/L的X溶液 B.20℃ 30mL 2mol/L的X溶液
C.20℃ 10mL 4mol/L的X溶液 D.10℃ 10mL 2mol/L的X溶液
3、可逆反應:A+3B2C+2D在四種不同的情況下,反應速率分別為①VA=0.15mol/(L·S)②VB=0.6mol/(L·S)③VC=0.4mol/(L·S)④VD=0.45mol/(L·S)則以上四種情況下反應速率由小到大排列正確的是 ( )
A.②>④>③>① B.②>③=④>①
C.④>②=③>① D.④>③>②>①
4、對于可逆反應N2 (g) + 3 H2(g) 2NH3(g)達到平衡狀態(tài),下列關系式正確的是
( )
A.v(H2)正=3v(N2)正 B.v(H2)正=3v(N2)逆
C.2v(NH3)逆=v(N2)正 D.2v(H2)正=3v(NH3)逆
5、某溫度下,在一容積可變的容器中,反應2A(g)+B(g) 2C(g)達到平衡時,A、B和C的物質的量分別為4 mol、2 mol和4 mol。保持溫度和壓強不變,對平衡混合物中三者的物質的量做如下調(diào)整,可使平衡右移的是 ( )
A.均減半 B.均加倍 C.均增加1 mol D.均減少1 mol
6、NO和CO都是汽車尾氣中的有害物質,它們緩慢起反應生成氮氣和二氧化碳,即:
2NO+2CO2CO2+N2,對此反應下列敘述正確的是 ( )
A.使用催化劑不改變反應速率 B.降低壓強,逆反應速率增大
C.升高溫度能加快反應速率 D.壓強對該反應無影響
|
A.0.5 mol·L-1·min-1 B.2.5 mol·L-1·min-1
C.2 mol·L-1·min-1 D.5 mol·L-1·min-1
8、反應NH4HS(s)NH3(g)+H2S(g)在某溫度下達到平衡,下列各種情況中,平衡不能發(fā)生移動的是 ( )
A.其他條件不變時,通入SO2氣體 B.移走一部分NH4HS固體
C.恒容條件下,充入一定量的氮氣D.壓強不變時,充入一定量的氮氣
9、在體積相等的密閉容器A、B中,保持溫度為427 K,同時向A、B中分別加入a mol和b mol的HI氣體(a>b),待反應2HI(g) H2(g)+I2(g)達到平衡后,下列說法中正確的是 ( )
A.從反應開始至平衡所需時間tA>tB B.平衡時I2的濃度c(I2)A=c(I2)B
C.平衡時I2蒸氣的體積分數(shù)A%>B% D.HI的平衡分解率αA=αB
10、在一個6 L的密閉容器中放入3 L X氣體和2 L Y氣體,在一定條件下發(fā)生下列反應:4X(g)+3Y(g) 2Q(g)+nR(g)當反應達平衡后,容器內(nèi)溫度不變,混合氣體的壓強比原來增大5%,X的濃度減小,則該反應式中n的值為 ( )
A.3 B.4 C.5 D.6
11、在某容積一定的密閉容器中,可逆反應A(g)+B(g)xC(g)+Q符合圖(Ⅰ)所示的關系,則由此推斷圖象(Ⅱ)的正確說法是 ( )
A.p3>p4 y軸表示A的轉化率 B.p3<p4 y軸表示B的百分含量
C.p3>p4 y軸表示混合氣體的密度 D.p3>p4 y軸表示混合氣體的平均摩爾質量
12、已知可逆反應:H2(g)+I2(g)2HI(g)在一定溫度下達到平衡,平衡時各平衡濃度間存在為一常數(shù),若某溫度時,1 L密閉容器中充入H2和I2的物質的量各0.5 mol,平衡時生成的HI為0.8 mol,如果其他條件不變,再充入2 mol H2和2 mol I2蒸氣,則達到新平衡時生成HI的物質的量為 ( )
A.0.8 mol B.4 mol C.3.2 mol D.2.4 mol
13、(06江蘇)某化學科研小組研究在其他條件不變時,改變某一條件對化學平衡的影響,得到如下變化規(guī)律(圖中P表示壓強,T表示溫度,n表示物質的量):
根據(jù)以上規(guī)律判斷,下列結論正確的是
A.反應Ⅰ:△H>0,P2>P1
B.反應Ⅱ:△H<0,T1>T2
C.反應Ⅲ:△H>0,T2>T1;或△H<0,T2<T1
D.反應Ⅳ:△H<0,T2>T1
14、(07江蘇)一定溫度下可逆反應:A(s)+2B(g)2C(g)+D(g);△H<0,F(xiàn)將1mol A和2molB加入甲容器中,
將4 molC和2 mol D加入乙容器中,此時控制活塞P,使乙的容積為甲的2倍,t1時兩容器內(nèi)均達
到平衡狀態(tài)(如圖1所示,隔板K不能移動)。下列說法正確的是
A.保持溫度和活塞位置不變,在甲中再加入1molA和2molB,達到新的平衡后,甲中C的濃度
是乙中C的濃度的2倍
B.保持活塞位置不變,升高溫度,達到新的平衡后,甲、乙中B的體積分數(shù)均增人
C.保持溫度不變,移動活塞P,使乙的容積和甲相等,達到新的平衡后,乙中C的體積分數(shù)
是甲中C的體積分數(shù)的2倍
D.保持溫度和乙中的壓強不變,t2時分別向甲、乙中加入等質量的氦氣后,甲、乙中反應速
率變化情況分別如圖2和圖3所示(t1前的反應速率變化已省略)
15、(07福建理綜)下圖是在恒溫密閉容器中進行的某化學反應的反應速率隨時間變化的示意圖。下列敘述與示意圖不相不符的是
A、反應達平衡時,正反應速率和逆反應速率相等
B、該反應達到平衡態(tài)I后,增大反應物的濃度,平衡發(fā)生移動,達到平衡態(tài)II
C、該反應達到平衡態(tài)I以后,減小反應物濃度,平衡發(fā)生移動,達到平衡態(tài)II
D、同一種反應物在平衡態(tài)I和平衡態(tài)II時濃度不相等。
(二)2008年高考預測
化學反應速率理論上是解決快出產(chǎn)品的問題,化學平衡理論主要是解決多出產(chǎn)品的。這兩個問題無論對理論研究還是化工生產(chǎn)都具有重大意義。預測在2007年高考選擇題中多以考查化學平衡的基本概念和影響平衡移動的條件為主,對化學平衡的計算的考查主要是基礎計算,而在第Ⅱ卷中,常出現(xiàn)高思維強度的題目,以考查學生的思維判斷能力,例如等效平衡的比較判斷,應用數(shù)學方法對化學平衡原理進行定量分析等。
1、穩(wěn)定 高考命題的指導思想一直是穩(wěn)中有變,2008年高考對化學平衡的考查也會在題型、題量、賦分、取材、命題風格上保持相對穩(wěn)定。鑒于05、06、07年的綜合題中化學平衡幾乎都占1/16, 08年試卷中出一道選擇題的可能性仍是最大的。同時,近年綜合卷中難覓大題蹤影,因此,以大型填空題或填空、實驗、計算相融合的綜合題來考查化學平衡的可能性也是存在的。
2、 創(chuàng)新 創(chuàng)新是試題的靈魂和魅力所在;瘜W平衡中包含很廣闊的創(chuàng)新空間,如化學
反應速率和化學平衡的實驗分析和設計、靈活多變的化學平衡圖象、小巧新穎的速率和平衡計算等,特別是在情景、取材上創(chuàng)新,在圖象上創(chuàng)新,化學平衡的思想和勒夏特列原理在其它平衡體系中的應用等值得關注。
3、綜合 學科內(nèi)綜合性體現(xiàn)好的試題是“亮點”,顯得新穎而體現(xiàn)選拔功能。這方面江蘇的考題走在前面, 往往4個選項的角度不同或4個圖象的類型不同,這種綜合方式還可能出現(xiàn)在今后的高考中并會不斷創(chuàng)新。
4、 遷移 這里所說的遷移主要是指各種不同類型的高考試卷之間的借鑒遷移。如全國卷與京津卷、綜合卷與單科卷、舊課程卷與新課程卷等,F(xiàn)行新教材中補充了化學反應速率的定量測定和曲線繪制(舊教材中側重于定性比較)、活化能、平衡常數(shù)、沉淀溶解平衡、溶度積等大量知識,是否會以信息的形式引入即將進入新課程的省區(qū)的高考試題中是一個值得考慮的問題。
(一)方法總結
1、外界條件的變化對v(正)、v(逆)的影響
升溫,v(正)、v(逆)一般均加快,吸熱反應增加的倍數(shù)大于放熱反應增加的倍數(shù);降溫,v(正)、v(逆)一般均減小,吸熱反應減小的倍數(shù)大于放熱反應減小的倍數(shù)。加壓對有氣體參加的反應,v(正)、v(逆)均增大,氣體體積之和大的一側增加倍數(shù)大于氣體體積之和小的一側增加的倍數(shù);降壓,v(正)、v(逆)均減小,氣體體積之和大的一側減小的倍數(shù)大于氣體體積之和小的一側減小的倍數(shù)。增加反應物的濃度,v(正)急劇增大,v(逆)逐漸增大。加催化劑可同倍地改變v(正)、v(逆)。
稀有氣體或其他非反應氣體,充入反應容器中,分以下兩種情況討論:①若容器恒溫、恒容,則充入的稀有氣體或其他不反應氣體雖改變了容器內(nèi)氣體壓強,但卻沒有改變反應氣體產(chǎn)生的分壓,即并沒有改變反應物的濃度,不影響化學反應速率。②若容器恒溫、恒壓,則充入的稀有氣體或其他不反應氣體,就會使容器容積擴大,雖未減少容器內(nèi)氣體壓強,但卻減小了反應氣體產(chǎn)生的分壓,即降低了反應的濃度,故能使反應速率降低。
2、分析化學平衡移動的一般思路
應用上述規(guī)律分析問題時應注意:
(1)不要把v(正)增大與平衡向正反應方向移動等同起來,只有v(正)>v(逆)時,才使平衡向正反應方向移動。
(2)不要把平衡向正反應方向移動與原料轉化率的提高等同起來,當反應物總量不變時,平衡向正反應方向移動,反應物轉化率提高,當增大一種反應物的濃度,使平衡向正反應方向移動時,只會使另一種反應物的轉化率提高。
3、判斷可逆反應達到平衡狀態(tài)的方法和依據(jù)(標志)
4、等效平衡原理及規(guī)律
(1)等效平衡原理
相同條件下,同一可逆反應體系,不管從正反應開始,還是從逆反應開始,只要按反應方程式中的化學計量數(shù)之比投入反應物或生成物,建立起的平衡狀態(tài)都是相同的,這就是所謂等效平衡原理。
由于化學平衡狀態(tài)與條件有關,而與建立平衡的途徑無關。因而,同一可逆反應,從不同的狀態(tài)開始,只要達到平衡時條件(溫度、濃度、壓強等)完全相同,則可形成等效平衡。
如:常溫常壓下,可逆反應:
2SO2 + O2 2SO3
①2 mol 1 mol 0 mol
②0 mol 0 mol 2 mol
③0.5 mol 0.25 mol 1.5 mol
①從正反應開始,②從逆反應開始,③正逆反應同時開始,由于①②③三種情況如果按方程式的計量關系折算成同一方向的反應物,對應各組分的物質的量均相等(如將②③折算為①)。
(2)等效平衡規(guī)律
①在定溫、定容條件下,對于反應前后氣體分子數(shù)不變的可逆反應只改變起始時加入物質的物質的量,如通過可逆反應的化學計量數(shù)比換算成同一半邊的物質的物質的量與原平衡相同,則兩平衡等效。
②在定溫、定容情況下,對于反應前后氣體分子數(shù)不變的可逆反應,只要反應物(或生成物)的物質的量的比值與原平衡相同,兩平衡等效。
③在定溫、定壓下,改變起始時加入物質的物質的量,只要按化學計量數(shù)換算成同一半邊的物質的物質的量之比與原平衡相同,則達平衡后與原平衡等效。
5.化學反應速率大小的變化與化學平衡移動的關系
根據(jù)化學平衡狀態(tài)的實質是v(正)=v(逆)可知,某可逆反應是否處于化學平衡狀態(tài)與v(正)、v(逆)的數(shù)值大小無關,只與v(正)、v(逆)的相對大小有關,即當外界條件改變引起v(正)、v(逆)的大小發(fā)生變化時,平衡狀態(tài)是否發(fā)生移動,取決于變化后的v(正)、v(逆)的相對大小?偨Y如下:不管v(正)、v(逆)的數(shù)值變大還是變小,只要變化后①v′(正)>
v′(逆),則平衡正向移動;②v′(正)<v′(逆),則平衡逆向移動;③v′(正)=v′(逆),則平衡不發(fā)生移動。
6.勒夏特列原理的適用范圍
勒夏特列原理適用于中學化學中一切關于平衡的問題,即它除適用于化學平衡外,還適用于溶解平衡、電離平衡、水解平衡、絡合平衡等有關平衡的問題。
7.稀有氣體與化學平衡
(1)在恒溫、恒容下:平衡不發(fā)生移動。因為恒容,各氣體組分的濃度不變?烧J為各氣體的“分壓”沒變,對平衡無影響。
(2)在恒溫、恒壓下:平衡一般發(fā)生移動。因為恒壓,充入稀有氣體,體積一定增大,各氣體組分的濃度減小,平衡向著使氣體體積增大的方向移動。但對于反應前后氣態(tài)物質的總體積不變的反應,平衡不移動。
8.解有關圖象題注意的問題
一般說來解圖象題的大致方法如下:
(1)一看面,即認準橫坐標、縱坐標各表示什么量。
(2)二看線,即看清曲線的起點位置及曲線的變化趨勢,確定函數(shù)曲線的增減性。弄清曲線斜率大小即曲線“平”與“陡”的意義。
(3)三看點,即準確把握各特殊點包含原點、曲線的拐點、最高點的含義。
(4)四看要不要作輔助線(如等溫線、等壓線),并看清定量圖象中有關量的多少。
(5)認準某些關鍵數(shù)據(jù)在解題中的特定作用。
(6)全面、準確地從圖中找出直接或隱含的化學相關知識。
例1、100 mL 6 mol·L-1的硫酸與過量的鋅粉反應,在一定溫度下,為了減緩反應速率,但又不影響生成氣體的總量,可向反應物中加入適量的 ( )
A.硫酸鈉(固體) B.水 C.硫酸鉀溶液 D.硫酸銨(固體)
答案:BC
[解析]A選項中Na2CO3固體雖然能減小c(H+),但使H+的物質的量減少,進而影響了氫氣的總量。D選項,硫酸銨固體不但不會減小c(H+),反而能使H+的量增大,影響氫氣的量。B、C兩個選項,實質都是用水把鹽酸稀釋了,但沒有影響氫氣的總量,因而正確選項為B、C。
[答案]B、C
[點評]本題主要考查濃度對化學反應速率的影響,主要分兩個層次:一是減緩反應速率,二是又不影響產(chǎn)生氣體的總量,從反應的離子方程式:Zn+2H+=Zn2++H2↑的實質上看,可采取的措施只能是減少c(H+)。
例2、反應4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(g)在兩升密閉容器中進行1分鐘后,NH3減少了0.12 mol,則平均每秒鐘濃度變化正確的是 ( )
A.NO:0.001 mol·L-1 B.H2O:0.002 mol·L-1
C.NH3:0.002 mol·L-1 D.O2:0.00125 mol·L-1
[解析]v(NH3)== =0.001 mol·L-1·s-1
又因:υ(NH3)∶υ(O2)∶υ(NO)∶υ(H2O)=4∶5∶4∶6不難得出:
v(O2)=v(NH3)=0.00125 mol·L-1·s-1
v(NO)=v(NH3)=0.001 mol·L-1·s-1
v(H2O)=v(NH3)=0.0015 mol·L-1·s-1
[答案]AD
[點評]本題是考查學生對化學反應速率概念的理解情況。本題讓求每秒鐘濃度變化,其實質就是求反應速率。
例3、 某溫度時,在2L容器中X、Y、Z三種物質的物質的量隨時間的變化關系曲線如圖所示。
(1)由圖中的數(shù)據(jù)分析,該反應的化學方程式為 ___________
(2)反應開始至2min、5minZ的平均反應速率為 、 ;
(3)5min后Z的生成速率比5min末Z的生成速率 (大、小、相等)。
[解析] 回答第一個問題,首先要根據(jù)X、Y的物質的量的減少,Z的物質的量增加,分析出X、Y是反應物,Z是生成物,再根據(jù)2分鐘內(nèi)或5分鐘內(nèi)物質的量的變化之比等于化學計量數(shù)之比,確定X、Y、Z的化學計量數(shù)。
第二個問題則先分別求出2min內(nèi)和5min內(nèi)Z的濃度變化,然后根據(jù)公式求出反應速率。
第三個問題要注意到從5min開始,反應達到平衡,反應速率不變。
(1)由X、Y的物質的量的減少,Z的物質的量增加,說明X、Y是反應物,Z是生成物, 5分鐘內(nèi)X、Y、Z物質的量的變化之比=化學計量數(shù)之比=0.6mol:0.2mol:0.4mol=3:1:2,所以,該反應的化學方程式為: 3X+Y 2Z
(2)反應開始至2min,△n(Z)=0.2mol,
△c(Z)=0.2mol/2L=0.1 mol·L-1,
v(Z)=0.1 mol·L-1/2min=0.05 mol/(L·min)
5min 時,△n(Z)=0.4mol,
△c(Z)=0.4mol/2L=0.2 mol/L
v(Z)=0.2 mol·L-1/5min=0.04 mol/(L·min)
(3)5min時,反應達到了平衡,各物質的反應速率不再改變,故5min后Z的生成速率與5min末Z的生成速率相等。
[答案](1)3X+Y 2Z (2)0.05 mol/(L·min),0.04 mol/(L·min) (3)相等
[點評]解圖象題時要注意挖掘隱藏在圖象中的條件。
例4、二氧化氮在加熱條件下能夠分解成一氧化氮和氧氣。該反應進行到45 s時,達到平衡(此時NO2的濃度約為0.0125 mol·L-1)。下圖中的曲線表示二氧化氮分解反應在前25 s內(nèi)的反應進程。
(1)請計算前20 s內(nèi)氧氣的平均生成速率;
(2)若反應延續(xù)到70 s,請在圖中用實線畫出25 s至70 s的反應進程曲線。
(3)若反應開始時加入催化劑(其他條件不變),請在圖上用虛線畫出加入催化劑后的反應進程曲線。
[解析](1)v(O2)=v(NO2)= ×=5.5×10-4mol·L-1·s-1
(2)因為45 s時達平衡,此時NO2的濃度為0.0125 mol·L-1,在圖中45 s處畫出縱坐標0.0125 mol·L-1,因平衡后各自的濃度將不再變化,在70 s處,再畫出縱坐標為0.0125 mol·L-1的點,把縱坐標為0.016 mol·L-1(20 s時)、0.0125 mol·L-1(45 s時)及0.0125 mol·L-1(70 s時)三個點相連即得如上圖所示的曲線。
(3)催化劑能同等程度地改變正逆反應速率縮短了化學反應達平衡的時間,但不會改變化學平衡狀態(tài),平衡時間前移,但NO2的平衡濃度仍保持0.0125 mol·L-1,從而得出如上圖虛線部分的曲線示意圖。
[答案](1)5.5×10-4mol·L-1·s-1
( 2)如下圖
(3)如下圖虛線部分
二氧化碳的濃度與時間的關系
[點評]本題考查了學生對化學反應速率的掌握以及平衡時速率特點和催化劑對反應速率的影響,同時也考查了學生識圖、繪圖的能力。
例5、一定溫度下,下列敘述不能作為可逆反應A(g)+3B(g) 2C (g) 達到平衡狀態(tài)標志的是 ( )
(1)C生成速率與C分解速率相等
(2)單位時間內(nèi)生成amolA,同時生成3amolB
(3)A、B、C的濃度不再變化
(4)A、B、C的壓強不再變化
(5)混合氣體的總壓不再變化
(6)混合氣體的物質的量不再變化
(7)單位時間內(nèi)消耗amoA,同時生成3amolB
(8)A、B、C的分子數(shù)之比為1:3:2。
A. (2) (8) B. (1) (6) C.(2) (4) D. (3) (8)
[解析]一個可逆反應達到化學平衡狀態(tài)的標志是:①v(正)=v(逆),但必須是同一物質;②反應混合物中各組分的百分含量保持不變,另外,還可以再演變出其它一些判斷依據(jù),由于該反應前后氣體的物質的量發(fā)生了變化,所以,只有平衡狀態(tài)時,氣體的總物質的量、總體積、總壓強、密度等不發(fā)生變化,這些方面也可以作為平衡狀態(tài)的標志。因此,(1)、(3)、(4)、(5)、(6)、(7)達到平衡,(2)、(8)不能確定,答案為A
[答案]A
[點評] 一個可逆反應達到化學平衡狀態(tài)時,v(正)=v(逆)是對同一物質或者是化學計量數(shù)相同的物質而言的,對化學計量數(shù)不同的物質就要換算成同一物質進行比較,看是否相等;對于反應前后氣體體積不等的反應,還可以根據(jù)氣體的總物質的量、總體積、總壓強、密度不變來判斷,但對于反應前后氣體體積相等的反應則不行。
例6、 可逆反應mA(固)+nB(氣) eC(氣)+fD(氣)反應過程中,當其他條件不變時,C的體積分數(shù)j(C)在不同溫度(T)和不同壓強(P)的條件下隨時間(t)的變化關系如圖所示。下列敘述正確的是 ( )
A.達到平衡后,若使用催化劑,C的體積分數(shù)將增大
B.當平衡后,若溫度升高,化學平衡向逆反應方向移動
C.化學方程式中,n>e+f
D.達到平衡后,增加A的質量有利于化學平衡向正反 應方向移動
[解析] 從(1)圖中應先判斷出T1與T2溫度的大小關系。在其他條件不變時,溫度升高,反應速率變大,達到平衡時間越短。由此可知,T2>T1。從圖(1)分析可知溫度較高時j(C)變小,說明升高溫度時,平衡向逆反應方向移動,所以該正反應是放熱反應。B選項是正確的。從(2)圖中,應先判斷出P1與P2大小關系。在其他條件不變情況下,壓強越大,達到平衡的時間就越短,由此可知P2>P1。從圖中可知,壓強增大時j(C)變小,說明增大壓強平衡向逆反應方向移動,逆反應方向是氣體體積減小方向,即n<e+f,C項錯誤。由于使用催化劑,并不影響化學平衡的移動,A項錯誤。在化學平衡中,增大或減小固體物質的質量不影響化學平衡的移動。因此D項錯誤。
[答案] B
[點評]本題是一道圖象題,考查了溫度、壓強、催化劑對平衡的影響。
例7、某溫度時,在一個定容器中放入3L的A和1L的B,充分反應后,建立如下平衡:3A(g)+B(g) xC(g)+yD(g) 平衡時測得混合氣體中D的質量分數(shù)為n%。如果現(xiàn)在把0.6L的A、0.2L的B、0.8L的C和wL(w≤1.6)的D氣體,在相同溫度下放入相同的容器中,當反應達平衡時,測得混合氣體中D的質量分數(shù)也是n%。
(1)請將x、y、w可能的組合數(shù)值填入下表(有幾組就填幾組)
組號 |
x |
y |
w |
① |
|
|
|
② |
|
|
|
、 |
|
|
|
④ |
|
|
|
、 |
|
|
|
、 |
|
|
|
(2) 若對(1)中某一平衡體系,在溫度不變的情況下,設法使容器體積逐漸減小(增大壓強),結果發(fā)現(xiàn),平衡先向正反應方向移動,后又向逆反應方向移動。則
x= y= ;后來平衡向逆反應方向移動的原因是 。
[解析]本題是涉及到阿佛加德羅定律、等效平衡的綜合性較強的化學平衡題。屬較難題。
題(1):根據(jù)阿佛加德羅定律,同溫同壓下兩種氣體的體積比等于它們的物質的量比,題目中原起始加入的3LA和1LB的體積比為3∶1,其物質的量比也應為3∶1。因此,為了討論方便,我們就可以將題中的所有體積單位L用mol來代替。
首先分析在什么情況下平衡時D的質量分數(shù)不變。
①當C和D的物質的量比恰好等于x∶y,且C和D恰好完全轉化為 A和B,此時若A的總物質的量為3mol,B的總物質的量為1mol,則與原起始加入的3molA和1molB等效。反應達平衡時D的質量分數(shù)都應為n%.即等效平衡。
②當可逆反應3A(g)+B(g) xC(g)+yD(g) 兩邊氣態(tài)物質前計量數(shù)之和相等時,也就是
3 + 1 = x + y 。對原起始加入3molA和1molB的平衡體系,設法增大容器體積或減小容器體積(改變壓強),顯然平衡是不移動的。D的質量分數(shù)仍為為n%.若起始加入6molA和2molB當反應達平衡時D的質量分數(shù)為多少?同樣道理,平衡時D的質量分數(shù)還是n%。這就是說,若起始只加入A、B且物質的量之比等于3∶1,達平衡時D的質量分數(shù)定是n%。
因此,只要起始加入A、B的物質的量之比等于3∶1,C、D的物質的量之比等于x∶y,反應達平衡時D的質量分數(shù)定為n%。
解答本題現(xiàn)在可歸結為二種情況:
① 當x + y ≠ 4 時(由等效平衡討論)
3A(g) + B(g) xC(g) + yD(g)
3 1 x y
3-0.6 1-0.2 0.8 w
3/2.4= x/0.8 x=1 1/0.8= y/w w=0.8 y
由w=0.8 y討論:
當 x=1 y=1 時 w=0.8
當 x=1 y=2 時 w=1.6
當 x=1 y≥3 時 w≥2.4>1.6(不合題意)
② 當x + y = 4 時
3A(g) + B(g) xC(g) + yD(g)
x y
0.8 w
x/0.8= y/w w=0.8 y/ x
討論:
當 x=1 y=3 時 w≥2.4>1.6(不合題意)
當 x=2 y=2 時 w=0.8
當 x=3 y=1 時 w=0.27
綜上所述,題(1)的答案應為四組:
組號 |
x |
y |
w |
、 |
1 |
1 |
0.8 |
、 |
1 |
2 |
1.6 |
、 |
2 |
2 |
0.8 |
、 |
3 |
1 |
0.27 |
、 |
|
|
|
⑥ |
|
|
|
題(2):增大壓強平衡先向正反應方向移動,說明只有題(1)答案中的組號①②符合題意。即 x=1 y=1和2。后來平衡向逆反應方向移動的原因是:由于壓強的不斷增大A或A和B液化(可以有如下五種情況:①A液化而B、C、D沒有液化 ②A、C液化而B、D沒有液化 ③A、B液化而C、D沒有液化 ④A、B、D液化而C沒有液化 ⑤A、B、C液化而D沒有液化)。
[答案](1)
組號 |
x |
y |
w |
① |
1 |
1 |
0.8 |
、 |
1 |
2 |
1.6 |
、 |
2 |
2 |
0.8 |
④ |
3 |
1 |
0.27 |
、 |
|
|
|
、 |
|
|
|
(2)x=1 y=1和2 由于壓強的不斷增大A或A和B液化
[點評]通過以上一道平衡題的解析,我們應該認識到,要使平衡混合氣體中某物質的質量分數(shù)保持不變,除了要考慮到等效平衡外,還要注意到平衡不發(fā)生移動的等效因素。另外,還要能用辯證的觀點去分析事物的變化,不可犯教條主義的錯誤。
例8、在一個容積固定的反應器中,有一個可左右移動的密閉隔板,兩側分別進行如圖所示的可逆反應。
各物質的起始加入量如下:A、B和C均為4.0 mol,D為6.5 mol,F(xiàn)為2.0 mol,設E為x mol,當x在一定范圍內(nèi)變化時,均可通過調(diào)節(jié)反應器溫度,使兩側反應都達平衡,并且隔板恰好處于反應器的正中位置。請?zhí)顚懴铝锌瞻祝?/p>
(1)x=4.5,則右側反應在起始時向 (填“正反應”或“逆反應”)方向進行。欲使起始反應維持向該方向進行,則x的最大取值應小于 。
(2)若x分別為4.5和5.0,則在這兩種情況下,當反應達平衡時,A的物質的量是否相等? (填“相等”“不相等”或“不能確定”),其理由是 。
[解析]由題意可知,隔板處于中間,它反映了左右兩室有一個等量關系,即物質的量相等,而左室中的反應是一個反應前后氣體的物質的量不變的反應,其物質的量之和總保持12 mol不變。這就要求右室達到化學平衡時,其物質的量總和也必為12 mol,才能保證隔板處于中間位置,再根據(jù)反應的可逆特點確定x的取值范圍。
(1)當x=4.5時,右室中總的物質的量為:4.5+6.5+2=13>12,要想使隔板處于中間,平衡需向正反應方向進行。
設x的最大值為a mol,D的轉化量為y mol,則有:
D+ 2E 2F
平衡時 6.5-y?a-2y? ? 2+2y
依題意有:
?(6.5-y)+(a-2y)+(2+2y)=12 ①(根據(jù)隔板處于中間,左右兩室物質的量相等)
?a-2y>0 ②(根據(jù)化學平衡特點,不可極限轉化)
聯(lián)立①②解得:a<7.0,即x的最大值應小于7.0。
[答案]1)正反應 7.0 (2)不相等 因為這兩種情況是在兩個不同的溫度下達到化學平衡的,平衡狀態(tài)不同,所以物質的量也不同
[點評]此題難度較大,解此類題常用方法為極端假設法和不為0原則。
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