1、高 考 总高 考 总 复 习 优 化 设 计复 习 优 化 设 计 GAO KAO ZONG FU XI YOU HUA SHE JIGAO KAO ZONG FU XI YOU HUA SHE JI 第第3 3节化学平衡常数节化学平衡常数 化学反应化学反应的方向及工业合成氨的方向及工业合成氨 第七单元第七单元 2022 备考要点素养要求 1.知道化学反应是有方向的,知道化 学反应的方向与反应的焓变和熵变 有关。 2.认识化学平衡常数是表征反应限度 的物理量,知道化学平衡常数的含义。 3.了解浓度商和化学平衡常数的相对 大小与反应方向间的联系。 4.认识化学反应速率和化学平衡的综 合调控在生产
2、、生活和科学研究中 的重要作用。 1.平衡思想:从化学平衡常数的角 度认识化学平衡的定量关系,并用 化学平衡常数解决问题。 2.证据推理:领会用有关浓度进行 平衡常数的计算及利用平衡常数 计算转化率等。 3.模型认知:利用Q与K的关系进行 平衡移动的定量判断,同时会利用 焓变、熵变判断反应进行的方向。 考点一考点二考点三 考点一考点一化学平衡常数化学平衡常数 必备必备知识知识 自主自主预诊预诊 知识梳理 1.定义 在一定温度下,一个可逆反应达到化学平衡时,生成物与反应 物的比值是一个常数,用符号表示。 2.表达式 对于一般的可逆反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),在一定温度下达到
3、平 衡时: 平衡常数K=(固体和纯液体的浓度视为常数)。 浓度幂之积 浓度幂之积K 考点一考点二考点三 3.意义 (1)K的大小反映了化学反应进行的程度。K越大,反应物的转化率越 ,正反应进行的程度越。当K105时,该反应就进行得基本完全 了。 (2)K的大小只能预示某可逆反应向某方向进行的最大限度,不能预示反应 达到平衡所需要的时间。 (3)K只受影响,与反应物或生成物的浓度变化无关,与压强变 化无关。 高大 温度 考点一考点二考点三 4.应用 (1)利用化学平衡常数,可判断反应是否达到平衡或反应进行的方向。 对于化学反应aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)的任意状态,浓度商 Q=。
4、 QK,反应向反应方向进行。 正 平衡 逆 考点一考点二考点三 (2)利用K可判断反应的热效应:若升高温度,K增大,则正反应为热 反应;若升高温度,K减小,则正反应为热反应。 (3)计算转化率:利用平衡常数计算转化率的主要途径是利用温度不变时平 衡常数不变,可列方程求解。 (4)计算相关反应的平衡常数。若只是反应方向改变,则平衡常数变为其倒 数;若只是方程式中各物质的化学计量数等倍扩大(变为原来n倍)或缩小程 吸 放 考点一考点二考点三 自我诊断 1.判断正误,正确的打“”,错误的打“”。 (1)平衡常数发生变化,化学平衡必定发生移动。() (2)平衡常数和转化率都能体现可逆反应进行的程度。(
5、) (3)其他条件不变,使用不同催化剂,反应的平衡常数不变。() (4)对某一可逆反应,升高温度则化学平衡常数一定变大。() (5)改变条件,使反应物的平衡转化率都增大,该可逆反应的平衡常数一定 增大。() (6)反应A(g)+3B(g)2C(g)达平衡后,温度不变,增大压强,平衡正向移动, 平衡常数K增大。() 考点一考点二考点三 答案 (1)(2)(3)(4)(5)(6) 考点一考点二考点三 2.在一定温度下,已知以下三个反应的平衡常数: 反应:CO(g)+CuO(s)CO2(g)+Cu(s)K1 反应:H2(g)+CuO(s)Cu(s)+H2O(g)K2 反应:CO(g)+H2O(g)C
6、O2(g)+H2(g)K3 (1)反应的平衡常数表达式为。 (2)反应的K3与K1、K2的关系是K3= 。 考点一考点二考点三 考点一考点二考点三 关键关键能力能力 考考向突破向突破 考向考向1化学平衡常数表达式及其影响因素化学平衡常数表达式及其影响因素 【典例1】 (2020陕西西安铁一中学质检)O3是一种很好的消毒剂,具有高 效、洁净、方便、经济等优点。O3可溶于水,在水中易分解,产生的O为 游离氧原子,有很强的杀菌消毒能力。常温常压下发生的反应如下: 考点一考点二考点三 下列叙述正确的是() A.降低温度,总反应K减小 B.K=K1+K2 C.适当升温,可提高消毒效率 D.压强增大,K2
7、减小 考点一考点二考点三 答案C 考点一考点二考点三 对点演练1(2020湖南长沙八校联考)将一定量的SO2(g)和O2(g)分别通入体 积为2L的恒容密闭容器中,在不同温度下进行反应,得到如下表中的两组 数据: 实验 编号 平衡 常数 起始量/mol平衡量/mol 达到平衡 SO2O2SO2O2 1T1K142x0.86 2T2K2420.4yt 考点一考点二考点三 下列说法中不正确的是() A.x=2.4 B.T1、T2的关系:T1T2 C.K1、K2的关系:K2K1 D.实验1在前6min的反应速率v(SO2)=0.2molL-1min-1 考点一考点二考点三 答案A 解析 根据题中信息
8、可列“三段式”: 2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) n(起始)/mol42 n(转化)/mol4-x 2-0.8 n(平衡)/mol x0.8 (4-x) (2-0.8)=2 1 解得:x=1.6 同理,解得y=0.2 考点一考点二考点三 由于2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)是放热反应,温度越高,反应正向进行的程 度越小,根据x、y可以判断出T1T2,K1v(逆) 考点一考点二考点三 答案D 考点一考点二考点三 考点一考点二考点三 对点演练2(1)某温度下,反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)中SO2的平衡转化 率()与体系总压强(p)的关系如图所示。将2.0molSO
9、2和1.0molO2置于10 L密闭容器中,反应达平衡后,体系总压强为0.10MPa。平衡状态由A变到B 时,平衡常数K(A)(填“”“”或“=”)K(B),B点的化学平衡常数是 。 考点一考点二考点三 (2)在一个固定容积为5L的密闭容器中充入0.20molSO2和0.10molO2,t1 时刻达到平衡,测得容器中含SO30.18mol。 t1时刻达到平衡后,改变一个条件使化学反应速率发生如图所示的变化, 则改变的条件是。 A.体积不变,向容器中通入少量O2 B.体积不变,向容器中通入少量SO2 C.缩小容器体积 D.升高温度 E.体积不变,向容器中通入少量氮气 考点一考点二考点三 若继续通
10、入0.20molSO2和0.10molO2,则平衡(填“向 正反应方向”“向逆反应方向”或“不”)移动,再次达到平衡后,mol n(SO3)mol。 考点一考点二考点三 答案 (1)=800(2)C向正反应方向0.360.4 解析 (1)平衡常数只受温度的影响,温度不变,平衡常数不变,所以K(A)= K(B);由图像知,体系总压强为0.10MPa时SO2的平衡转化率为0.8,则二氧化 硫转化的物质的量为2.0mol0.8=1.6mol。根据“三段式”分析如下: 2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) 起始: 2.0mol1.0mol0 转化: 1.6mol0.8mol1.6mol 平衡: 0
11、.4mol0.2mol1.6mol 则平衡时SO2=0.04molL-1,O2=0.02molL-1,SO3=0.16molL-1。 考点一考点二考点三 (2)体积不变,向容器中通入少量O2,此时刻正反应速率增大,逆反应速率 不变,A错误;体积不变,向容器中通入少量SO2,此时刻正反应速率增大,逆反 应速率不变,B错误;缩小容器体积,压强增大,正、逆反应速率增大,正反应 是气体体积减小的反应,所以平衡正向移动,图像变化符合要求,C正确;正 反应是放热反应,升高温度,平衡逆向移动,正、逆反应速率都增大,逆反应 速率大于正反应速率,D错误;体积不变,向容器中通入少量氮气,总压增大, 各气体分压不变
12、,平衡不移动,E错误。继续通入0.20molSO2和0.10mol O2,等效于增大压强,平衡向正反应方向移动;用极限法求出n(SO3)的范围, 假设平衡不移动,此时n(SO3)=0.18mol2=0.36mol;假设0.40molSO2完全 反应生成SO3,根据反应方程式2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)可知,完全反应时 n(SO3)=0.4mol,所以再次达到平衡时,0.36moln(SO3)0.40mol。 考点一考点二考点三 规律小结借助平衡常数判断反应状态及反应热规律 考点一考点二考点三 考点一考点二考点三 考向考向3化学平衡常数、转化率的有关计算化学平衡常数、转化率的有关计算
13、 【典例3】 已知反应X(g)+Y(g)R(g)+Q(g)的平衡常数与温度的关系如 下表所示。830时,向一个2L的密闭容器中充入0.2molX和0.8molY,反 应初始4s内v(X)=0.005molL-1s-1。下列说法正确的是() 温度/70080083010001200 平衡常数1.71.11.00.60.4 A.4s时容器内c(Y)=0.76molL-1 B.830达平衡时,X的转化率为80% C.反应达平衡后,升高温度,平衡正向移动 D.1200时反应R(g)+Q(g)X(g)+Y(g)的平衡常数K=0.4 考点一考点二考点三 答案B 解析 反应初始4s内X的平均反应速率v(X)
14、=0.005molL-1s-1,根据反应速率 之比等于化学计量数之比可知,v(Y)=v(X)=0.005molL-1s-1,则4s内 c(Y)=0.005molL-1s-14s=0.02molL-1,Y的起始浓度为=0.4 molL-1,故4s时c(Y)=0.4molL-1-0.02molL-1=0.38molL-1,A错误。设平衡 时X的浓度变化量为xmolL-1,则: X(g)+Y(g)R(g)+Q(g) 开始/(molL-1):0.1 0.4 00 变化/(molL-1):xxxx 平衡/(molL-1):0.1-x0.4-xxx 考点一考点二考点三 考点一考点二考点三 对点演练3在一个
15、容积为2L的密闭容器中,加入0.8molA2气体和0.6mol B2气体,一定条件下发生反应A2(g)+B2(g)2AB(g)HT1,升高温度,A降低,平衡逆向移动,则正反应为放热反应。 图乙中,p1p2,增大压强,A升高,平衡正向移动,则正反应为气体体积减小 的反应。 图丙中,a表示使用了催化剂或增大压强(反应前后气体分子数相等的可 逆反应)。 注意:若纵坐标表示A的百分含量,则甲中正反应为吸热反应,乙中正反应为 气体体积增大的反应。 考点一考点二考点三 2.恒温线(或恒压线)图像 已知不同温度下的转化率-压强图像或不同压强下的转化率-温度图像,推 断反应的热效应或反应前后气体物质间化学计量
16、数的关系。以反应 A(g)+B(g)C(g)中反应物A的转化率(A)为例说明。 考点一考点二考点三 解答这类图像题时应注意以下两点: (1)“定一议一”原则:可通过分析相同温度下不同压强时反应物A的转化率 大小来判断平衡移动的方向,从而确定反应方程式中反应物与生成物气体 物质间的化学计量数的大小关系。如图甲中任取一条温度曲线研究可知, 压强增大,A增大,平衡正向移动,正反应为气体体积减小的反应;乙中任取 横坐标一点作横坐标垂直线,也能得出相应的结论。 考点一考点二考点三 (2)通过分析相同压强下不同温度时反应物A的转化率的大小来判断平衡 移动的方向,从而确定反应的热效应。如在甲图中作横坐标的垂
17、直线可看 出,温度越高,A越小,则平衡逆向移动,正反应为放热反应;乙中任取一条压 强曲线,也能分析出正反应为放热反应。 考点一考点二考点三 3.几种特殊图像 (1)对于化学反应mA(g)+nB(g)p C(g)+qD(g),下图中M点前,表示化学反 应从反应物开始,则v(正)v(逆);M点为刚达到的平衡点。M点后为平衡受 温度的影响情况,即升温时A%增大(C%减小),平衡逆向移动,H0。 p1,正反应为气体体积增大的反应。() (2)图表示随温度升高,吸热反应的平衡常数变化。() (3)若图中p2p1,则对应可逆反应的正反应为吸热、气体体积减小的反应。 () 答案 (1)(2)(3) 考点一考
18、点二考点三 关键关键能力能力 考考向突破向突破 考向考向1有有“断点断点”的图像的图像 【典例1】 对于达到平衡的可逆反应X+YW+Z(已配平),在t时刻增大 压强(其他条件不变),正、逆反应速率(v)变化的情况如图所示。下列对X、 Y、W、Z四种物质状态的描述正确的是() A.W、Z均为气体,X、Y中只有一种为气体 B.X、Y均为气体,W、Z中只有一种为气体 C.X、Y或W、Z中均只有一种为气体 D.X、Y均为气体,W、Z均为液体或固体 考点一考点二考点三 答案B 解析 由图像可知,增大压强,正、逆反应速率都增大,且平衡正向移动,而增 大压强时平衡向气体分子数减小的方向移动,B正确。 考点一
19、考点二考点三 对点演练1在密闭容器中进行反应X(g)+3Y(g)2Z(g),有关图像的说法 不正确的是() 考点一考点二考点三 A.依据图a可判断该反应的正反应为放热反应 B.在图b中,虚线可表示使用了催化剂 C.若正反应的H0 考点一考点二考点三 答案D 解析 由图a可以看出,升高温度时逆反应速率比正反应速率增大得快,平衡 逆向移动,所以正反应为放热反应,A正确;催化剂只能改变反应速率,不能 改变反应限度,即催化剂可缩短达到平衡的时间,而不能改变反应物的平衡 转化率,B正确;由图c可以看出,改变条件后,正、逆反应速率均增大且逆反 应速率增大的幅度大,平衡逆向移动,若正反应的H0,则升高温度平
20、衡逆 向移动,C正确;由图d可以看出,升高温度时气体的平均相对分子质量减小, 则说明平衡逆向移动,则正反应为放热反应,即H0,D错误。 考点一考点二考点三 规律小结分析速率图像中改变的条件 改变条件后速率图像中有一个速率出现连续性,则改变的条件一定是浓度; 对于一个反应前后气体体积发生变化的反应来说,如果正、逆反应速率变 化程度相等,改变的条件一定是催化剂;对于一个反应前后气体体积不变的 反应来说,如果正、逆反应速率变化程度相等,改变的条件可能是压强,也 可能是催化剂。若“断点”后的速率增大,且正、逆反应速率增大程度不同, 则可能是升高温度或增大压强;若“断点”后的速率减小,且正、逆反应速率
21、减小程度不同,则可能是降低温度或减小压强;再利用平衡移动方向作出具 体的判断。 考点一考点二考点三 考向考向2有有“拐点拐点”的图像的图像 【典例2】 (2020山东青岛胶南模拟)汽车尾气中NO产生的反应的化学方 程式为N2(g)+O2(g)2NO(g)。一定条件下,等物质的量的N2(g)和 O2(g)在恒容密闭容器中反应,图中曲线a表示该反应在温度T时N2的浓度随 时间的变化,曲线b表示该反应在某一起始反应条件改变时N2的浓度随时 间的变化。下列叙述正确的是() 考点一考点二考点三 B.温度T时,随着反应的进行,混合气体的密度减小 C.曲线b对应改变的条件可能是加入了催化剂 D.若曲线b对应
22、改变的条件是温度,可判断该反应的Hp1),C的百分含量增大,说明 增大压强平衡向正反应方向移动,则有a+bx;在相同压强下,升高温度 (T1T2),C的百分含量降低,说明升高温度平衡逆向移动,该反应的正反应为 放热反应。增大压强平衡向正反应方向移动,A的百分含量减小,与图像不 符,A错误。增大压强平衡向正反应方向移动,B的百分含量减小,与图像不 符,B错误。由于反应容器的容积不变,气体的质量不变,则温度变化,平衡 混合气的密度不变,C错误。升高温度,平衡向逆反应方向移动,混合气体的 物质的量增多,质量不变,平衡混合气的平均摩尔质量减小,增大压强,平衡 向正反应方向移动,平衡混合气的平均摩尔质量
23、增大,与图像符合,D正确。 考点一考点二考点三 规律方法 有关“拐点”图像的分析方法 同一可逆反应,若反应条件不同,达到平衡所用的时间也可能不同,反映到 图像出现“拐点”的时间也就有差异。图像中先出现“拐点”的反应先达到 平衡,即反应所处的外界条件(温度、压强、浓度)相对要高一些,或者是加 入了催化剂。 考点一考点二考点三 考向考向3由平滑曲线组成的图像由平滑曲线组成的图像 【典例3】 T时,在一固定容积的密闭容器中发生反应A(g)+B(g)C(s) H0,按照不同配比充入A、B,达到平衡时容器中A、B浓度变化如图中 曲线(实线)所示,下列判断正确的是() A.T时,该反应的平衡常数的值为4
24、B.c点没有达到平衡,此时反应向逆反应方向进行 C.若c点为平衡点,则此时容器内的温度高于T D.T时,直线cd上的点均为平衡状态 考点一考点二考点三 答案C 解析 a点时K=,A项错误;依据图像分析可知,c点浓度商 Qba B.若T2T1,则正反应一定是放热反应 C.达到平衡时A2的转化率大小为bac D.若T2T1,达到平衡时b、d点的反应速率为vdvb 考点一考点二考点三 答案A 解析 在温度和n(A2)起始不变时,只增大n(B2)起始,相当于平衡向正反应方向 移动,AB3的物质的量会增大,则AB3的物质的量大小为cba,故A正确;由 图像可知,在n(A2)起始和n(B2)起始保持不变时
25、,T2时AB3的平衡体积分数比T1 时的大,若T2T1说明升温使平衡向正反应方向移动,则正反应一定是吸热 反应,故B错误;相同温度下,增大一种反应物的浓度会使其他反应物的转化 率增大,增大B2的量,A2的转化率增大,则达到平衡时A2的转化率大小为 cba,故C错误;温度越高,反应速率越大,若T2T1,达到平衡时b、d点的反 应速率为vbvd,故D错误。 考点一考点二考点三 考点三考点三化学反应的方向及工业合成氨化学反应的方向及工业合成氨 必备必备知识知识 自主自主预诊预诊 知识梳理 1.自发反应 (1)含义:在温度和压强一定的条件下无需借助外力就能自发进行的反应称 为自发反应。 (2)特点:
26、体系趋向于从高能状态转变为低能状态(体系对外部做功或释放热量)。 在密闭条件下,体系有从有序转变为无序的倾向性(无序体系更加稳定)。 考点一考点二考点三 2.判断化学反应方向的依据 考点一考点二考点三 3.合成氨反应条件的原理分析 (1)反应原理:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)H=-92.2kJmol-1。 (2)反应特点: 合成氨反应可逆性:反应为可逆反应 体积变化:正反应是气体体积减小的反应 焓变:H0 考点一考点二考点三 (3)影响因素: 增大合成氨反应速率的措施:升高温度、增大压强、增大反应物浓度、 使用催化剂等。 提高平衡混合气体中氨含量的措施:降低温度、增大压强、增大反应物
27、 浓度等。 考点一考点二考点三 4.工业合成氨 (1)反应特点: N2(g)+3H2(g)2NH3(g)H0S0 (2)合成氨适宜条件的选择: 降低温度,有利于合成氨反应正向移动,但温度越低,反应速率, 且催化剂的活性有一个适宜的温度。工业合成氨选用温度以左 右为宜; 越慢 700K 考点一考点二考点三 增大压强,有利于合成氨反应正向移动,但压强越大,对设备的要求越高, 成本越大。工业合成氨的压强大致可分为(1107Pa)、 (21073107Pa)和(8.51071108Pa)三种类型; 使用催化剂,能大幅度提高反应速率,工业合成氨用做催化剂; 按N2与H2的物质的量之比为投料并及时分离出。
28、 低压 中压高压 铁 1 2.8NH3 考点一考点二考点三 自我诊断 1.判断正误,正确的打“”,错误的打“”。 (1)凡是放热反应都是自发的,吸热反应都是非自发的。() (2)某吸热反应能自发进行,因此该反应是熵增反应。() (3)通过判断过程的自发性能够确定过程是否一定发生和确定过程发生的 速率。() (4)H0的反应,一定是自发反应。() (5)吸热且熵增加的反应,当温度升高时,反应一定能自发进行。() 考点一考点二考点三 (6)反应的自发性不仅能够用于判断过程的方向,还能确定过程是否一定能 发生。() (7)合成氨反应中,压强越大越利于增大反应速率和平衡正向移动。() (8)使用催化剂
29、能提高合成氨反应物的平衡转化率。() 答案 (1)(2)(3)(4)(5)(6) (7)(8) 考点一考点二考点三 2.(1)H和S的作用相反,且相差不大时,对反应的方向起决定性 作用。当H0,S0,S0时, 下反应能自发进行。 (2)反应NH3(g)+HCl(g)=NH4Cl(s)在室温下可自发进行的理由是 ,CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)在高温下可自发进行的理由是 。 答案 (1)温度低温高温(2)H0 考点一考点二考点三 关键关键能力能力 考考向突破向突破 考向考向1化学反应的方向化学反应的方向 【典例1】 下列说法不正确的是() A.焓变是反应能否自发进行相关的因素之一,
30、放热反应具有自发进行的倾 向 B.在不同条件下同一物质有不同的熵值,其体系的混乱程度越大,熵值越大 C.自发反应是指不需要条件就能发生的反应 D.一个反应能否自发进行是焓变和熵变共同影响的结果 考点一考点二考点三 答案C 解析 根据H-TS0时反应能自发进行可知,一个反应能否自发进行是焓 变和熵变共同影响的结果,焓变是影响反应能否自发进行的因素之一,放热 反应具有自发进行的倾向,但不一定能自发,A、D正确;根据熵增原理,体系 的混乱程度越大,熵值越大,B正确;自发反应是指在温度和压强一定的条件 下,不借助光、电等外部力量就能自动进行的反应,需要一定的温度和压 强,C错误。 考点一考点二考点三
31、对点演练1下列反应在任何温度下均能自发进行的是() A.2N2(g)+O2(g)=2N2O(g)H=+163kJmol-1 考点一考点二考点三 答案D 解析 反应自发进行的前提条件是反应的H-TS0,S0,即任何温度下反应都不能自 发进行;对于B项,H0,S0,在较低温度下H-TS0,S0,若使反应自发进行,即要求H-TS0,必须提高温 度,即反应只有在较高温度时能自发进行;对于D项,H0,在任何温 度下都有H-TS0,即在任何温度下反应均能自发进行。 考点一考点二考点三 规律小结焓变、熵变和温度对化学反应方向的影响 HSH-TS反应情况 -+0 在任何温度下反应均不能自发 进行 +高温时为负
32、低温时非自发,高温时自发 -低温时为负低温时自发,高温时非自发 考点一考点二考点三 考向考向2化学反应的调控化学反应的调控 【典例2】 (2020山东泰安一中月考)有关合成氨工业的说法正确的是( ) A.增大H2的浓度,可提高H2的转化率 B.由于氨易液化,N2、H2在实际生产中可循环使用,所以总体来说氨的产率 很高 C.合成氨工业的反应温度控制在700K,目的是使化学平衡向正反应方向 移动 D.合成氨厂采用的压强是1030MPa,因为该压强下铁的活性最大 考点一考点二考点三 答案B 解析 A项,增大H2的浓度,H2的转化率减小;C项,温度控制在700K主要是为 了兼顾速率与平衡,且500时催
33、化剂活性最大;D项,压强采用1030MPa 主要是考虑对设备材料的要求。 考点一考点二考点三 对点演练2有平衡体系:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)H0。为了增加甲 醇(CH3OH)的产量,应 采取的正确措施是() A.高温,高压B.适宜温度,高压,催化剂 C.低温,低压D.高温,高压,催化剂 答案B 解析 该反应是一个气体体积减小的放热反应,为增加甲醇的产量,需使平 衡正向移动,理论上可采用低温、高压的方式,但在实际生产中还需考虑反 应速率、设备承受的压力及催化剂的活性等因素的影响,因此可采取适宜 温度、高压和使用催化剂的条件。 考点一考点二考点三 拓展升华化学反应的调控思路 外界
34、条件 有利于加快反应 速率的条件控制 有利于平衡正向移动的 条件控制 综合分析结果 浓度 增大反应物的浓 度 增大反应物的浓度、减 小生成物的浓度 不断地补充反应 物、及时地分离 出生成物 催化剂 加合适的催化剂不需要加合适的催化剂 考点一考点二考点三 温度 高温 H0高温 在设备条件允许的前提下,尽 量采取高温,并考虑催化剂的 活性 压强 高压(有 气体参 加) 反应后气体体 积减小的反应 高压 在设备条件允许的前提下,尽 量采取高压 反应后气体体 积增大的反应 低压 兼顾速率和平衡,选取适宜的 压强 考点一考点二考点三 网络构建 1.化学平衡常数 考点一考点二考点三 网络构建 2.化学反应
35、的方向 考点一考点二考点三 网络构建 3.工业合成氨 考点一考点二考点三 核心速记 1.化学平衡常数的3个应用 (1)判断反应进行的程度。 (2)由Q与K的大小判断某时刻反应进行的方向。 (3)计算平衡浓度和转化率。 2.判断化学反应的方向 考点一考点二考点三 核心速记 3.合成氨工业中选择的生产条件 (1)压强:低压(1107Pa)、中压(21073107Pa)、高压(8.51071108 Pa) (2)温度:700K (3)催化剂:铁 学科素养提升学科素养提升 运用变化观念与平衡思想解决图像表格类运用变化观念与平衡思想解决图像表格类试题试题 素养解读 图像表格类试题是以图像、图形和表格为试
36、题的信息来源,以化学中的基 本概念、基本理论、元素化合物和化学实验等知识为载体,精心设计问题 的一种信息处理和分析题。主要考查学生实验设计能力,数据读取、分析 与处理能力,图像的识别与分析能力。化学核心素养要求学生能依据新发 现、新信息,分析、评价已有的认识模型,能指出存在的问题,提出改进、 优化模型的意见。通过对图像、表格类试题信息的规范审读,进一步提高 学生获取信息的能力。 案例探究 情境:以下是接触法制硫酸工艺的主要设备和主要生产流程: 生产阶段 SO2的制取和净化 SO2氧化成SO3吸收SO3生成硫酸 主要原料 黄铁矿(或硫黄)、 空气 98.3%浓硫酸 主要化 学反应 4FeS2+1
37、1O2 2Fe2O3+8SO2 2SO2+O22SO3SO3+H2O=H2SO4 主要设备 沸腾炉接触室吸收塔 工艺要求 矿石粉碎,炉气净 化 用两层催化剂 用热交换器 用98.3%的浓硫酸 吸收SO3 主要排放 矿渣、矿尘、洗 涤液 尾气 (1)当SO2(g)、O2(g)和N2(g)起始的物质的量分数分别为7.5%、10.5%和 82%时,在0.5MPa、2.5MPa和5.0MPa压强下,SO2平衡转化率随温度的变 化如图所示。反应在5.0MPa、550时的=,判断的依据是 。影响的因素有。 (2)将组成(物质的量分数)为2m%SO2(g)、m%O2(g)和q%N2(g)的气体通 入反应器,
38、在温度t、压强p条件下进行反应。平衡时,若SO2转化率为,则 SO3压强为,平衡常数Kp=(以分压表示,分压=总压物质 的量分数)。 (3)研究表明,SO2催化氧化的反应速率方程为: 式中:k为反应速率常数,随温度t升高而增大;为SO2平衡转化率,为某时刻 SO2转化率,n为常数。在=0.90时,将一系列温度下的k、值代入上述速率 方程,得到v-t曲线,如图所示。 曲线上v最大值所对应温度称为该下反应的最适宜温度tm。ttm后,v逐渐下降。原因是。 解析(1)要分析反应在5.0MPa、550时的,首先必须判断此时图像中压 强对应p1、p2、p3中哪一个。在其他条件相同时,正反应是气体分子数减
39、少的反应,压强越大SO2平衡转化率越大,可确定此时对应压强为p1,SO2平 衡转化率=0.975。 (2)应用“三段式”进行计算可得: 起始量/mol2mm0 变化量/mol2mm2m 平衡量/mol2m(1-)m(1-) 2m (3)由题目已知信息知,SO2催化氧化反应为放热反应,温度升高后降低。 因为反应速率方程v=k(-1)0.8(1-n),升高温度,k增大使v逐渐提高,但降 低使v逐渐下降。当ttm时,k增 大对v的提高小于引起的降低。 答案(1)0.975该反应气体分子数减少,增大压强,提高。5.0MPa2.5 MPa=p2,所以p1=5.0MPa温度、压强和反应物的起始浓度(组成)
40、 (3)升高温度,k增大使v逐渐提高,但降低使v逐渐下降。ttm时,k增大对v的提高小于引起的降低 方法规律 1.解决图像题的基本思路 (1)会识图:一看面、二看线、三看点(看清横坐标、纵坐标表示的意义,弄 清起点、拐点、终点的意义,看清曲线的变化趋势)。 (2)妙解题:分析图像中隐含的信息,将其加工成化学语言,同时与化学概念、 化学原理相结合,从而快速解题。 2.图表信息试题的解题策略 (1)应用分析归纳的方法,得出表格数据中蕴含的具有本质性的规律。 (2)应用观察方法,准确理解图示中纵横轴代表的含义,并能结合化学知识 分析判断曲线的走向趋势及起点、拐点、水平线的含义。 (3)注意信息的情境
41、化,理解所给信息的作用。注意信息与基础知识间的联 系。 素养提升 1.(2020山东化学,14改编)1,3-丁二烯与HBr发生加成反应分两步:第一步H+ 进攻1,3-丁二烯生成碳正离子();第二步Br-进攻碳正离子完成 1,2-加成或1,4-加成。反应进程中的能量变化如下图所示。已知在0和 40时,1,2-加成产物与1,4-加成产物的比例分别为70 30和15 85。下 列说法正确的是() A.1,2-加成产物比1,4-加成产物稳定 B.与0相比,40时1,3-丁二烯的转化率增大 C.从0升至40,1,2-加成正反应速率增大,1,4-加成正反应速率减小 D.从0升至40,1,2-加成正反应速率
42、的增大程度小于其逆反应速率的 增大程度 答案D 解析 根据图像分析可知该加成反应为放热反应,且生成的1,4-加成产物比 1,2-加成产物的能量低,即1,4-加成产物比1,2-加成产物稳定,A项错误;该加 成反应不管生成1,4-加成产物还是1,2-加成产物,均为放热反应,则升高温 度,不利于1,3-丁二烯的转化,即在40时1,3-丁二烯的转化率会减小,B项 错误;从0升至40,正反应速率均增大,即1,4-加成和1,2-加成的正反应 速率均会增大,C项错误;从0升至40,对于1,2-加成反应来说,化学平衡 逆向移动,即1,2-加成正反应速率的增大程度小于其逆反应速率的增大程 度,D项正确。 2.(
43、2020江苏化学,15改编)CH4与CO2重整生成H2和CO的过程中主要发生下 列反应CH4(g)+CO2(g)=2H2(g)+2CO(g)H=247.1kJmol-1 H2(g)+CO2(g)=H2O(g)+CO(g)H=41.2kJmol-1。在恒压、反应物起始 物质的量比n(CH4) n(CO2)=1 1条件下,CH4和CO2的平衡转化率随温度 变化的曲线如图所示。下列有关说法正确的是() A.升高温度、增大压强均有利于提高CH4的平衡转化率 B.曲线A表示CH4的平衡转化率随温度的变化 C.相同条件下,改用高效催化剂能使曲线A和曲线B相重叠 D.恒压、800K、n(CH4) n(CO2
44、)=1 1条件下,反应至CH4转化率达到X点 的值,改变除温度外的特定条件继续反应,CH4转化率能达到Y点的值 答案D 解析 依次设反应为、,从图像看,温度升高,曲线A、B均上升,说明升 温,CH4的转化率提高,反应为体积增大的反应,在加压时,平衡将逆向移 动,CH4的转化率减小,A项错误;给出的两个反应均为吸热反应,升温时,两 反应均正向移动,所以CO2的转化率大于CH4的转化率,由图像知,曲线A表 示CO2的平衡转化率,曲线B表示CH4的平衡转化率,B项错误;曲线A和曲线 B均为平衡时物质的转化率,加入催化剂,仅改变反应速率,不会影响平衡时 物质的转化率,故使用催化剂不能使曲线A和曲线B重
45、合,C项错误;可以通 过移走H2或CO来提高CH4的平衡转化率,D项正确。 3.(2020山东化学,18)探究CH3OH合成反应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: .CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) H1=-49.5kJmol-1 .CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)H2=-90.4kJmol-1 .CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)H3 回答下列问题: (1)H3=kJmol-1。 (2)一定条件下,向容积为VL的恒容密闭容器中通入1molCO2和3molH2 发生上述反应,达到
46、平衡时,容器中CH3OH(g)为amol,CO为bmol,此时 H2O(g)的浓度为molL-1(用含a、b、V的代数式表示,下同),反 应的平衡常数为。 (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(填标号)。 A.低温、高压B.高温、低压 C.低温、低压D.高温、高压 (
47、3)乙p1、p2、p3T1时以反应为主,反应前后气体分子数相等,压强 改变对平衡没有影响 (4)A (3)从图乙中看到在T1时,p不同时三条曲线交于一点,说明压强的改变对平 衡无影响。而反应前后分子数不变,反应以为主,所以升高温度,平衡 向正方向移动,CO2的转化率升高。图乙纵坐标表示CO2的平衡转化率,图 甲纵坐标表示CH3OH的平衡产率,反应、都是体积减小的反应,增大 压强平衡向正反应方向移动,故p1p2p3。 (4)由反应的方程式可知,低温、高压可提高CO2的平衡转化率和CH3OH的 平衡产率。 更多精彩内容请登录志鸿优化网志鸿优化网 http:/www.zhyh.org/ 本本 课课 结结 束束
