化学选择性必修1第1节 化学反应的方向教学演示课件ppt

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答案①温度　②正向　③逆向　④右　⑤左
利用勒·夏特列原理解释平衡移动方向和转化率高低是高考的重点内容。
【典例1】(2021河北化学,13)室温下,某溶液初始时仅溶有M和N且浓度相等,同时发生以下两个反应:①M+N==X+Y;②M+N==X+Z。反应①的速率可表示为v1=k1c2(M),反应②的速率可表示为v2=k2c2(M)(k1、k2为速率常数)。反应体系中组分M、Z的浓度随时间变化情况如图。下列说法错误的是(　　)
A.0~30 min时间段内,Y的平均反应速率为6.67×10-3 ml·L-1·min-1B.反应开始后,体系中Y和Z的浓度之比保持不变C.如果反应能进行到底,反应结束时62.5%的M转化为ZD.反应①的活化能比反应②的活化能大
解析 考查化学反应速率的计算、转化率的计算、化学反应速率与活化能的关系等。反应①和②为竞争反应,由速率方程式可知,两个反应差异在速率常数的大小。图中显示,0~30 min内Δc(Z)=0.125 ml·L-1,Δc(M)=0.5 ml·L-1-0.3 ml·L-1=0.2 ml·L-1,Δc2(M)=Δc(Z)=0.125 ml·L-1,Δc(Y)=Δc1(M)=0.2 ml·L-1-0.125 ml·L-1=0.075 ml·L-1,v(Y)=0.075 ml·L-1÷30 min=0.002 5 ml·L-1·min-1,A项错误;由速率方程可知, ,说明反应②的活化能较小,且浓度比保持不变,若反应进行到底,反应结束时,M转化为Z的比例为 ×100%=62.5%,B、C、D项正确。
规律方法 1.化学平衡移动的判断方法(1)依据勒·夏特列原理判断。通过比较改变条件瞬时的正、逆反应速率的相对大小来判断平衡移动的方向。①若外界条件改变,引起v(正)>v(逆),则化学平衡向正反应方向(或向右)移动;②若外界条件改变,引起v(正)(2)依据浓度商(Q)规则判断。
2.转化率大小变化分析判断反应物转化率的变化时,不要把平衡正向移动与反应物转化率提高等同起来,要视具体情况具体分析。常见有以下几种情形:
变式训练1-1CH4-CO2催化重整反应为CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g)　ΔH=+247 kJ·ml-1。有利于提高CH4平衡转化率的条件是(　　)A.高温低压B.低温高压C.高温高压D.低温低压
答案A解析由于题给反应为吸热且气体体积增大的反应,要提高CH4的平衡转化率,需在高温低压下进行。
变式训练1-2(2021广东化学,14)反应X==2Z经历两步:①X→Y;②Y→2Z。反应体系中X、Y、Z的浓度c随时间t的变化曲线如图所示。下列说法不正确的是(　　)
A.a为c(X)随t的变化曲线B.t1时,c(X)=c(Y)=c(Z)C.t2时,Y的消耗速率大于生成速率D.t3后,c(Z)=2c0-c(Y)
解析 本题考查化学反应速率与化学平衡。从①②步反应中X、Y、Z的量的关系可知,a表示X的浓度变化,A项正确;t1时,X、Y、Z浓度交于同一点,B项正确;t2时反应未达到平衡,Y的浓度处于下降趋势,C项正确;t3时X已完全反应,则c(Y)+ =c0,则c(Z)=2[c0-c(Y)],D项错误。
化学平衡常数(K)及转化率(α)的计算是高考的重点、热点和难点,主要涉及温度一定时浓度平衡常数和压强平衡常数的计算。
【典例2】(2021全国乙卷,28节选)氯铂酸钡(BaPtCl6)固体加热时部分分解为BaCl2、Pt和Cl2,376.8 ℃时平衡常数Kp'=1.0×104 Pa2。在一硬质玻璃烧瓶中加入过量BaPtCl6,抽真空后,通过一支管通入碘蒸气(然后将支管封闭)。在376.8 ℃,碘蒸气初始压强为20.0 kPa。376.8 ℃平衡时,测得烧瓶中压强为32.5 kPa,则pICl=　　　　 kPa,反应2ICl(g) ==Cl2(g)+I2(g)的平衡常数K=　　　　(列出计算式即可)。 
规律方法 1.化学平衡常数
(2)依据化学方程式计算平衡常数。①同一可逆反应中,K正·K逆=1;②同一反应方程式中的化学计量数扩大n倍或缩小到原来的 ,则新平衡常数K'与原平衡常数K间的关系是K'=Kn或K'= 。③几个可逆反应方程式相加,得总反应方程式,则总反应的平衡常数等于分步反应的平衡常数之积。
2.转化率、产率及分压的计算
3.压强平衡常数计算的一般步骤
变式训练2-1在300 mL的密闭容器中,放入镍粉并充入一定量的CO气体,一定条件下发生反应:Ni(s)+4CO(g) Ni(CO)4(g),已知该反应平衡常数与温度的关系如下表。
下列说法正确的是(　　)A.上述生成Ni(CO)4(g)的反应为吸热反应B.25 ℃时反应Ni(CO)4(g) Ni(s)+4CO(g)的平衡常数为0.5 ml3·L-3C.在某条件下达到平衡,测得Ni(CO)4、CO的浓度均为0.5 ml·L-1,则此时温度高于80 ℃D.80 ℃时,在相同容器中充入0.3 ml CO和0.3 ml Ni(CO)4,同时加入足量Ni,此时v(正)>v(逆)
变式训练2-2(1)活性炭还原NO2的反应为2NO2(g)+2C(s) N2(g)+2CO2(g),在恒温条件下,1 ml NO2和足量活性炭发生该反应,测得平衡时NO2和CO2的物质的量浓度与平衡总压的关系如图1所示,C点时该反应的平衡常数Kp=　　　　MPa (Kp为以分压表示的平衡常数,分压=总压×物质的量分数)。 
(2)以CO作为还原剂与磷石膏(主要成分为CaSO4·2H2O)反应,不同反应温度下可得到不同的产物。向盛有CaSO4的真空恒容密闭容器中充入CO,反应体系起始总压强为0.1a MPa,不同温度下反应后所得固态物质的物质的量如图2所示。在低于800 ℃时主要反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　;1 150 ℃下,反应CaSO4+CO CaO+CO2+SO2达到平衡时,c平(SO2)=8.0×10-5 ml·L-1,CO的转化率为80%,则c始(CO)=　　　　　 ml·L-1,该反应的压强平衡常数Kp=　 　　 Mpa(用含a的代数式表示;用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数;忽略副反应)。 
答案(1)4　(2)CaSO4+4CO CaS+4CO2　1.0×10-4　0.32a
解析(1)Kp的表达式为Kp= ,先计算平衡时,混合气体中各组分的物质的量分数,设平衡时NO2的变化量为x ml,则　　　 2NO2(g)+2C(s) N2(g)+2CO2(g)起始/ml1 0 0变化/mlx 0.5xx平衡/ml1-x 0.5xx平衡时物质 的量分数
由于C点时c(NO2)=c(CO2),即1-x=x,解得x=0.5。把x=0.5代入上述物质的量分数算式中,得到NO2、N2、CO2的物质的量分数分别为0.4、0.2、0.4,由于NO2与CO2的物质的量分数相等,故p(CO2)=p(NO2),
(2)在低于800 ℃时,固体产物为CaS,所以此时反应的化学方程式为CaSO4+4CO CaS+4CO2;根据1 150 ℃时反应的化学方程式CaSO4+CO CaO+CO2+SO2及平衡时c平(SO2)=8.0×10-5 ml·L-1可知,
1.速率—时间图像反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g),m+n>p+q,且ΔH>0
(1)t1时增大反应物的浓度,正反应速率瞬间增大,然后逐渐减小,而逆反应速率逐渐增大;(2)t2时升高温度,正反应和逆反应速率均增大,吸热反应的反应速率增大得快;(3)t3时减小压强,容器容积增大,浓度变小,正反应速率和逆反应速率均减小,正反应的反应速率减小得多;(4)t4时使用催化剂,正反应速率和逆反应速率均瞬间增大但仍相等。
2.转化率(或含量)—时间图像反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g),m+n>p+q,且ΔH>0
(1)图甲表示压强对反应物转化率的影响,对于气体反应物系数之和大于气体反应产物系数之和的反应,压强越大,反应物的转化率越大;(2)图乙表示温度对反应物转化率的影响,对于吸热反应,温度越高,反应物的转化率越大;(3)图丙表示催化剂对反应物转化率的影响,催化剂只能改变化学反应速率,不能改变反应物的转化率。
3.恒压(温)线反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g),m+n>p+q,且ΔH>0
分析时可沿横轴作一条平行于纵轴的虚线,即为等压线或等温线,然后分析另一条件变化对该反应的影响。
4.特殊类型图像(1)对于化学反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g),如下图所示,M点前,表示从反应物开始,v(正)>v(逆);M点为刚达到平衡点;M点后为平衡受温度的影响情况,即升温,A的百分含量增加或C的百分含量减少,平衡左移,故正反应ΔH<0。
(2)对于化学反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g),如下图所示,L线上所有的点都是平衡点。L线的左上方(E点),A的百分含量大于此压强时平衡体系的A的百分含量,所以E点v(正)>v(逆);则L线的右下方(F点),v(正)【典例3】(2021湖南卷,16节选)某兴趣小组对该反应进行了实验探究。在一定温度和催化剂的条件下,将0.1 ml NH3通入3 L 的密闭容器中进行反应(此时容器内总压为200 kPa),各物质的分压随时间的变化曲线如图所示。
(1)若保持容器容积不变,t1时反应达到平衡,用H2的浓度变化表示0~t1时间内的反应速率v(H2)=　　　　 ml·L-1·min-1(用含t1的代数式表示); (2)t2时将容器容积迅速缩小至原来的一半并保持不变,图中能正确表示压缩后N2分压变化趋势的曲线是　　　　　(用图中a、b、c、d表示),理由是　　　　　　　　　　　　　; 
(3)在该温度下,反应的标准平衡常数Kθ=　　　　　 [已知:分压=总压×该组分物质的量分数,对于反应dD(g)+eE(g) gG(g)+hH(g)Kθ= ,其中pθ=100 kPa,pG、pH、pD、pE为各组分的平衡分压]
答案 (1) 　(2)b　t2时刻,将容器的容积迅速缩小为原来的一半,则所有气体的分压突然增大为原平衡时的2倍,则N2的分压突变为0.8×100 kPa,之后平衡逆向移动,氮气的分压减小　(3)0.48
解析 (1)根据题图可知,从反应达平衡时(即t1时),氨气和氢气的分压都为1.2×100 kPa,氮气的分压为0.4×100 kPa,列三段式为:　2NH3 N2+3H2　总压起始/ml0.100200 kPa转化/ml2nn3n平衡/ml0.1-2nn3n(1.2+1.2+0.4)×100 kPa
(2)t2时刻,将容器的容积迅速缩小为原来的一半,则所有气体的分压突然增大为原平衡时的2倍,则N2的分压突变为0.8×100 kPa,之后平衡逆向移动,氮气的分压减小,所以符合条件的曲线为b。
规律方法 解答化学平衡图像题的四步骤
变式训练3-1298 K时,将20 mL 3x ml·L-1 Na3AsO3溶液、20 mL 3x ml·L-1I2溶液和20 mL NaOH溶液混合,发生反应:
(1)下列可判断反应达到平衡的是　　　　　(填字母)。 
(2)tm时,v(正)　　　　　(填“大于”“小于”或“等于”)v(逆)。 (3)tm时v(逆)　　　　　(填“大于”“小于”或“等于”)tn时v(逆),理由是　 　 。 
答案(1)ac　(2)大于　(3)小于　tm时反应产物浓度较低,逆反应速率较小
(2)tm时反应未达到平衡状态,所以v(正)大于v(逆)。(3)从tm到tn,反应逐渐趋于平衡状态,反应物浓度逐渐减小而反应产物浓度逐渐增大,所以正反应速率逐渐减小,逆反应速率逐渐增大,故tm时v(逆)小于tn时v(逆)。
变式训练3-2探究CH3OH合成反应中化学平衡的影响因素,有利于提高CH3OH的产率。以CO2、H2为原料合成CH3OH涉及的主要反应如下:Ⅰ.CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH1=-49.5 kJ·ml-1Ⅱ.CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)　ΔH2=-90.4 kJ·ml-1Ⅲ.CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)　ΔH3
回答下列问题:(1)ΔH3=　　　　　 kJ·ml-1。 (2)一定条件下,向容积为V L的恒容密闭容器中通入1 ml CO2和3 ml H2发生上述反应,达到平衡时,容器中CH3OH(g)为a ml,CO为b ml,此时H2O(g)的浓度为　　　　　 ml·L-1(用含a、b、V的代数式表示,下同),反应Ⅲ的平衡常数为　　　　　　。 (3)不同压强下,按照n(CO2)∶n(H2)=1∶3投料,实验测定CO2的平衡转化率和CH3OH的平衡产率随温度的变化关系如下图所示。
其中纵坐标表示CO2平衡转化率的是图　　　　(填“甲”或“乙”);压强p1、p2、p3由大到小的顺序为　　　　;图乙中T1温度时,三条曲线几乎交于一点的原因是　　　　　　　　　　　　。 (4)为同时提高CO2的平衡转化率和CH3OH的平衡产率,应选择的反应条件为　　　　(填字母)。 A.低温、高压B.高温、低压C.低温、低压D.高温、高压
答案(1)+40.9
(3)乙　p1>p2>p3　T1时以反应Ⅲ为主,反应Ⅲ前后气体分子数相等,压强改变对平衡没有影响(4)A
解析本题利用科研文献中图像、曲线及数据设题,要求考生在陌生情景中进行热力学分析,有一定难度。(1)根据盖斯定律可得Ⅰ-Ⅱ=Ⅲ,则ΔH3=+40.9 kJ·ml-1。(2)反应Ⅰ:　
　　　　 CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)转化/mlx3xxx反应Ⅱ:　　CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)转化/mla-x2a-2xa-x反应Ⅲ:　　CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)转化/mlyyyyn(CO)=y ml-a ml+x ml=b ml,则x+y=a+b。