模块3 主题2 第3讲 化学平衡的移动 课件 2025高考化学一轮复习
展开1. 理解化学平衡移动与可逆反应正、逆反应速率之间的内在联系。2. 理解浓度、温度、压强、催化剂等对化学平衡影响的一般规律。3. 认识化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。
1. 根据勒夏特列原理,回答下列有关化学平衡移动的问题。ΔH<0。将盛有二氧化氮气体的烧瓶置于热水中,有什么现象?【答案】 气体颜色加深。(2) 汽车尾气处理的反应原理为2NO(g)+2CO(g)===N2(g)+2CO2(g),使用催化剂对平衡常数有什么影响?【答案】 无影响,K值不变。
活动一 外界条件对化学平衡的影响
【答案】 逆向移动。不移动。正向移动。正向移动。
【答案】 减小容器体积、升高温度、加入I2(g)等。
【答案】 高温、高压。
2. 勒夏特列原理适用于很多可逆过程,如沉淀平衡、溶解平衡、电离平衡、水解平衡和一些特殊平衡等。试回答下列问题。(1) 为减小氯气在水中的溶解度,常采用什么溶液替代水收集氯气?为增加二氧化碳在水中的溶解度,可以采取哪些措施?【答案】 饱和氯化钠溶液。加压、降温。(2) 给滴有酚酞的氨水溶液微热,有何现象?给滴有酚酞的碳酸钠溶液加热,又有何现象?【答案】 红色变浅。红色加深。(3) 向氯化银浊液中加入硫化钠溶液,白色沉淀转化为黑色沉淀,试比较氯化银与硫化银溶解度的大小。【答案】 溶解度:Ag2S
1. 外界条件对化学平衡的影响是通过改变正、逆反应速率来实现的,其移动方向取决于改变条件的瞬间v (正)和v(逆)的相对大小。试完成下表(说明:表中的压强的变化是指通过改变气体的体积实现的)。
活动二 正、逆反应速率的改变与化学平衡移动
向气体体积减小的方向移动
向气体体积增大的方向移动
(1) 你认为图Ⅰ中t0时变化的条件是什么?【答案】 增大SO2或O2的浓度。(2) 有同学认为图Ⅱ中的变化是由于t0时向密闭容器中通入氦气来实现的,你认为是否正确?原因是什么?若不是通入氦气实现的,那采取的是什么条件?【答案】 不正确。在恒容容器中通入氦气不可能引起速率变化。应该是使用了催化剂引起的变化。(3) 图Ⅲ研究的是温度的改变对SO2的转化率的影响,甲、乙的温度哪一个高?合成SO3的反应中,ΔH是大于0还是小于0?【答案】 乙的温度较高。ΔH<0。
(4) ①若在t0时刻增大压强(缩小容器的体积),请在图甲中作出v正、v逆的变化图像。②请在图乙中作出不同压强下SO2的转化率随时间变化的示意图。
该反应的平衡常数可表示为K=c(K),各物质的沸点与压强的关系如下表所示。
活动三 运用速率、平衡原理选择工业生产的适宜条件
(1) 在常压下金属钾转变为气态从反应混合物中分离的最低温度约为________,而反应的最高温度应低于________。(2) 制取钾的过程中,为了提高原料的转化率,可以采取的措施是____________________________________。(3) 常压下,当反应温度升高到900 ℃时,该反应的平衡常数可表示为____________。
减小压强、移去钾蒸气、适当升高温度
表一:工业生产硫酸的原料气成分(体积分数)为SO2:7%,O2:11%,N2:82%。压强及温度对SO2转化率的影响如下:
表二:不同温度和压强下,平衡混合物中NH3含量的变化情况如下:[合成氨达到平衡时NH3的体积分数投料V(N2)∶V(H2)=1∶3]
(1) 两个反应的正反应均为放热反应,低温有利于提高反应物的转化率,但实际工业生产中选定实际温度分别是400~500 ℃和500 ℃,工业上如此选择的原因是什么? 【答案】 提高反应速率,催化剂活性较大。(2) 两个反应均为体积减小的反应,实际生产中合成氨采取高压,而硫酸工业采取常压,你认为硫酸工业采取常压的原因是什么?【答案】 常压下,SO2的转化率已经很高。
(3) 即使在500 ℃和30 MPa时,平衡时氨的体积分数也只有26.4%,在不改变生产条件的前提下,你认为如何能提高转化率、产率?【答案】 工业上将NH3液化后,从平衡混合气中分离出去,并将氮气、氢气混合气循环利用。(4) 生产硫酸的原料气成分(体积分数)为SO2:7%,O2:11%,N2:82%,工业上,原料气的组成采用这样的配比,你认为其化学原理是什么?【答案】 可通过增大某些廉价反应物浓度的方法来提高其他物质的转化率。
3. 复杂反应平衡体系的分析。在二氧化碳加氢制甲烷的反应体系中,主要发生反应的热化学方程式如下:反应Ⅰ:CO2(g)+4H2(g)===CH4(g)+2H2O(g)ΔH= -164.7 kJ·ml-1反应Ⅱ:CO2(g)+H2(g)===CO(g)+H2O(g)ΔH=+41.2 kJ·ml-1反应Ⅲ:2CO(g)+2H2(g)===CO2(g)+CH4(g)ΔH= -247.1 kJ·ml-1
向恒压、密闭容器中通入1 ml CO2和4 ml H2,平衡时CH4、CO、CO2的物质的量随温度的变化如图所示。试回答下列问题。
(1) 反应Ⅰ的平衡常数可表示为______________________________,CH4(g)+H2O(g)===CO(g)+3H2(g)的ΔH为____________________。(2) 图中曲线A表示________的物质的量随温度的变化,理由是___________________________________________________________________________________________________。(3) 根据图中信息,我们可以通过__________________________提高 CO2转化为CH4的转化率。
+205.9 kJ·ml-1
平衡时升高温度,反应Ⅰ、Ⅲ逆向进行,反应Ⅱ正向进行,在平衡后升高温度,二氧化碳的量一直在减小
研发在低温区高效的催化剂
1 (2023江苏卷)二氧化碳加氢制甲烷过程中的主要反应为CO2(g)+4H2(g)===CH4(g)+2H2O(g) ΔH=-164.7 kJ·ml-1CO2(g)+H2(g)===CO(g)+H2O(g) ΔH=+41.2 kJ·ml-1在密闭容器中,1.01×105 Pa、n起始(CO2)∶n起始(H2)=1∶4时,CO2平衡转化率、在催化剂作用下反应相同时间所测得的CO2实际转化率随
A. 反应2CO(g)+2H2(g)===CO2(g)+CH4(g)的焓变ΔH=-205.9 kJ·ml-1B. CH4的平衡选择性随着温度的升高而增加C. 用该催化剂催化二氧化碳反应的最佳温度范围约为480~530 ℃
A. 升高温度,氯水中的c(HClO)减小B. 氯水中加入少量醋酸钠固体,上述平衡正向移动,c(HClO)增大D. 取两份氯水,分别滴加AgNO3溶液和淀粉-KI溶液,若前者有白色沉淀,后者溶液变蓝色,可以证明上述反应存在限度【答案】 D
3 CO2-H2催化重整可获得CH3OH。其主要反应为反应Ⅰ:CO2(g)+3H2(g)===CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=-53.7 kJ·ml-1;反应Ⅱ:CO2(g)+H2(g)===CO(g)+H2O(g)ΔH2=+41 kJ·ml-1。若仅考虑上述反应,在5.0 MPa、n始(CO2)∶n始(H2)=1∶3时,原料按一定流速通过反应器,CO2的转化率和CH3OH的选择性随温度变化如图所示。
下列说法正确的是( )A. 其他条件不变,升高温度, CO2的平衡转化率增大B. 其他条件不变,温度高于236 ℃时,曲线下降的可能原因是反应Ⅰ正反应程度减弱C. 一定温度下,增大n始(CO2)∶n始(H2)可提高CO2平衡转化率D. 研发高温高效催化剂可提高平衡时CH3OH的选择性
【解析】 由图可知,236 ℃左右两边曲线变化趋势不一致,可推出温度<236 ℃,反应未达到平衡状态,温度>236 ℃,反应已达到平衡状态,平衡后,随着温度升高,CO2的平衡转化率减小,A错误;反应Ⅰ为放热反应,反应Ⅱ为吸热反应,温度>236 ℃,随着温度升高,反应Ⅰ平衡逆向移动,反应Ⅱ平衡正向移动,若要使CH3OH的选择性和CO2的平衡转化率都减小,则一定是以反应Ⅰ为主,且正反应程度减弱,B正确;增大n始(CO2)∶n始(H2),相当于增大CO2的浓度,则CO2平衡转化率降低,C错误;反应Ⅰ为放热反应,研发低温高效催化剂可以提高平衡时CH3OH的选择性,D错误。
4 (江苏卷)乙醇-水催化重整可获得H2。其主要反应为C2H5OH(g)+3H2O(g)===2CO2(g)+6H2(g) ΔH=+173.3 kJ·ml-1,CO2(g)+H2(g)===CO(g)+H2O(g) ΔH=+41.2 kJ·ml-1,在1.0×105 Pa、n始(C2H5OH)∶n始(H2O)=1∶3时,若仅考虑上述反应,平衡时CO2和CO的选择性及H2的产率随温度的变化如图所示。
A. 图中曲线①表示平衡时H2产率随温度的变化B. 升高温度,平衡时CO的选择性增大D. 一定温度下,加入CaO(s)或选用高效催化剂,均能提高平衡时H2产率【答案】 B
5 苯乙烯是合成橡胶和塑料的重要原料,可由乙苯为原料制得。(1) 利用“乙苯脱氢反应”可制备苯乙烯。ΔH=a kJ·ml-1保持气体总压不变,原料气按以下A、B、C三种投料方式进行。A. 乙苯B. n(乙苯)∶n(N2)=1∶10C. n(乙苯)∶n(CO2)=1∶10
①a________(填“>”“<”或“不能确定”)0。②相同温度下,投料方式B乙苯的平衡转化率比投料方式A的高,其原因是_______________________________________________________ _________________________________________________________________________________________。③相同温度下,投料方式C乙苯的平衡转化率比投料方式B的高,其可能原因是__________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________。
④工业上利用“乙苯脱氢反应”生产苯乙烯时,会产生少量积碳。使用相同条件下的水蒸气代替N2,可较长时间内保持催化剂的催化活性,其原因是_________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________。
(2) CO2用于制备苯乙烯有助于实现“碳中和”。①在催化剂X作用下,CO2参与反应的机理如图乙所示(α、β表示乙苯分子中C或H原子的位置;A、B为催化剂的活性位点,其中A位点带部分正电荷,B1、B2位点带部分负电荷)。根据元素电负性的变化规律,图乙所示的反应机理中步骤Ⅰ和步骤Ⅱ可描述为__________ ____________________________________________________________________________________________________________________________。
【解析】 (1) ①根据图甲投料A对应的曲线可知,随着温度升高,乙苯转化为苯乙烯的转化率逐渐增大,平衡正向移动,因此该反应为吸热反应,a>0。②相同温度和压强下,投料方式B相当于在投料方式A中通入N2,使反应物和生成物的浓度同时减小,导致Qc小于平衡常数Kc,反应平衡正向移动,乙苯平衡转化率增大。③相同的温度和压强下,投料方式C相当于将反应体系B中的N2换成等量CO2,反应物和生成物的浓度减少的同时,由于发生反应CO2+H2===CO+H2O,使H2的浓度减少的程度相对于反应体系B更大,故平衡正向移动的程度更大,乙苯的平衡转化率也更大。④催化剂表面积碳会降低催化剂的活性,使用相同
条件下的水蒸气代替N2,水蒸气会与积碳在加热和催化剂的作用下发生反应C(s)+H2O(g)===CO(g)+H2(g)而消除积碳,从而可在较长时间内保持催化剂的活性。(2) ① 由于C的电负性强于H,乙苯苯环上的C带部分负电荷,被催化剂X上带部分正电荷的活性位点A吸引并吸附,α-H带部分正电荷,离苯环上的C比较近,被靠近活性位点A并带部分负电荷的活性位点B1吸引,形成H+被吸附在B1位点上;CO2中O的电负性强于C,因此O带部分负电荷,C带部分正电荷,C被催化剂X上带部分负电荷的活性位点B2吸引并吸附。CO2中带部分负电荷的O吸引活性
【答案】 (1) ①> ②加入一定量N2使“乙苯脱氢反应”的Qc<Kc(或Qp<Kp),反应平衡时正向进行程度更大 ③CO2与C6H5C2H5反应生成C6H5CH===CH2;CO2与H2反应[H2(g)+CO2(g)===CO(g)+H2O(g)]使H2浓度减小,“乙苯脱氢反应”平衡时正向进行程度更大
模块2 主题2 第3讲 氮及其化合物 课件 2025高考化学一轮复习: 这是一份模块2 主题2 第3讲 氮及其化合物 课件 2025高考化学一轮复习,共43页。PPT课件主要包含了学习目标,活动方案,答案略,答案反应①③,答案取代反应,答案显色反应,链接真题,答案B,答案C,倒置的烧瓶内等内容,欢迎下载使用。
模块2 主题1 第3讲 铁及其化合物 课件 2025高考化学一轮复习: 这是一份模块2 主题1 第3讲 铁及其化合物 课件 2025高考化学一轮复习,共32页。PPT课件主要包含了学习目标,活动方案,链接真题等内容,欢迎下载使用。
模块1 主题3 第3讲 利用守恒法的计算 课件 2025高考化学一轮复习: 这是一份模块1 主题3 第3讲 利用守恒法的计算 课件 2025高考化学一轮复习,共32页。PPT课件主要包含了学习目标,活动方案,链接真题等内容,欢迎下载使用。