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2017年高考化学一轮复习精品导学案:专题7.3 化学平衡移动(解析版)

资料类别: 化学/学案

所属版本: 通用

所属地区: 全国

上传时间:2016/10/21

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1.理解外界条件(浓度、温度、压强、催化剂等)对化学平衡的影响,认识并能用相关理论解释其一般规律。
2.了解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.概念
可逆反应达到平衡状态以后,若反应条件(如温度、压强、浓度等)发生了变化,平衡混合物中各组分的浓度也会随之改变,从而在一段时间后达到新的平衡状态。这种由原平衡状态向新平衡状态的变化过程,叫做化学平衡的移动。
2.化学平衡移动与化学反应速率的关系
(1)v正>v逆:平衡向正反应方向移动。
(2)v正=v逆:反应达到平衡状态,不发生平衡移动。
(3)v正”或“<”)。
(3)500℃时测得反应③在某时刻H2(g)、CO2(g)、CH3OH(g)、H2O(g)的浓度(mol·L-1)分别为0.8、0.1、0.3、0.15,则此时v正________v逆(填“>”、“=”或“<”)。
 (1)K1·K2 (2)< (3)>
 (1)K1=,
K2=,
K3=,
K3=K1·K2。
(2)根据K3=K1·K2,500℃、800℃时,反应③的平衡常数分别为2.5,0.375;升温,K减小,平衡左移,正反应为放热反应,所以ΔH<0。Q=<2.5。所以v正>v逆。
在一个体积为2L的真空密闭容器中加入0.5molCaCO3,发生反应CaCO3(s)CaO (s)+CO2(g),测得二氧化碳的物质的量浓度随温度的变化关系如下图所示,图中A表示CO2的平衡浓度与温度的关系曲线,B表示不同温度下反应经过相同时间时CO2的物质的量浓度的变化曲线。请按要求回答下列问题:

(1)该反应正反应为______热反应(填“吸”或“放”),温度为T5℃时,该反应耗时40s达到平衡,则T5℃时,该反应的平衡常数数值为________。
(2)如果该反应的平衡常数K值变大,该反应________(选填编号)。
a.一定向逆反应方向移动
b.在平衡移动时正反应速率先增大后减小
c.一定向正反应方向移动
d.在平衡移动时逆反应速率先减小后增大
(3)请说明随温度的升高,曲线B向曲线A逼近的原因:
________________________________________________________________________。
(4)保持温度,体积不变,充入CO2气体,则CaCO3的质量________,CaO的质量________,CO2的浓度________(填“增大”,“减小”或“不变”)。
(5)在T5℃下,维持温度和容器体积不变,向上述平衡体系中再充入0.5molN2,则最后平衡时容器中的CaCO3的质量为________g。
 (1)吸 0.2 (2)bc (3)随着温度升高,反应速率加快,达到平衡所需要的时间变短 (4)增大 减小 不变 (5)10
 (1)T5℃时,c(CO2)=0.20mol·L-1,
K=c(CO2)=0.20。 有关转化率的计算及判断
.已知可逆反应:M(g)+N(g)P(g)+Q(g) ΔH>0,请回答下列问题:
(1)在某温度下,反应物的起始浓度分别为c(M)=1mol·L-1,c(N)=2.4mol·L-1;达到平衡后,M的转化率为60%,此时N的转化率为________。
(2)若反应温度升高,M的转化率________(填“增大”、“减小”或“不变”)。
(3)若反应温度不变,反应物的起始浓度分别为c(M)=4mol·L-1,c(N)=amol·L-1;达到平衡后,c(P)=2mol·L-1,a=________。
(4)若反应温度不变,反应物的起始浓度为c(M)=c(N)=bmol·L-1,达到平衡后, M的转化率为________。
 (1)25% (2)增大 (3)6 (4)41%
 (1) M(g)  +  N(g)P(g)+ Q(g)
始态mol·L-112.400
变化量mol·L-11×60%1×60%
因此N的转化率为×100%=25%。
(2)由于该反应的ΔH>0,即该反应为吸热反应,因此升高温度,平衡右移,M的转化率增大。
(3)根据(1)可求出各平衡浓度:
c(M)=0.4mol·L-1 c(N)=1.8mol·L-1
c(P)=0.6mol·L-1 c(Q)=0.6mol·L-1
因此化学平衡常数K===
由于温度不变,因此K不变,新状态达到平衡后
c(P)=2mol·L-1 c(Q)=2mol·L-1
c(M)=2mol·L-1 c(N)=(a-2) mol·L-1
K===
 化学平衡常数、转化率的相互换算
.SO2常用于制硫酸,其中一步重要的反应为2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH<0。若向一个2L的密闭容器中充入0.4molSO2、0.2molO2和0.4molSO3,发生上述反应。
请回答下列问题:
(1)当反应达到平衡时,各物质的浓度可能是________(填字母)。
A.c(SO2)=0.3mol·L-1、c(O2)=0.15mol·L-1
B.c(SO3)=0.4mol·L-1
C.c(O2)=0.2mol·L-1、c(SO2)=0.4mol·L-1
D.c(SO3)=0.3mol·L-1
(2)任选上述一种可能的情况,计算达到平衡时的平衡常数为________。
(3)某温度时,将4molSO2和2molO2通入2L密闭容器中,10min时反应达到平衡,SO2的转化率为80%,则0~10min内的平均反应速率v(O2)=________,该温度下反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)的平衡常数K=________。
 (1)AD (2)(或180) (3)0.08mol·L-1·min-1 80
 (1)    2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)
起始浓度
(mol·L-1)0.20.10.2
正向进行
到底mol·L-1000.4
逆向进行
到底mol·L-10.40.20
由此可知,A、D项可能。

2016年高考上海卷】(本题共12分)
随着科学技术的发展和环保要求的不断提高,CO2的捕集利用技术成为研究的重点。
完成下列填空:
(1)目前国际空间站处理CO2的一个重要方法是将CO2还原,所涉及的反应方程式为:
CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)
已知H2的体积分数随温度的升高而增加。
若温度从300℃升至400℃,重新达到平衡,判断下列表格中各物理量的变化。(选填“增大”、“减小”或“不变”)
v正	v逆	平衡常数K	转化率α							(2)相同温度时,上述反应在不同起始浓度下分别达到平衡,各物质的平衡浓度如下表:
	[CO2]/mol·L-1	[H2]/mol·L-1	[CH4]/mol·L-1	[H2O]/mol·L-1		平衡Ⅰ	a	b	c	d		平衡Ⅱ	m	n	x	y		a、b、c、d与m、n、x、y之间的关系式为_________。
(3)碳酸:H2CO3,Ki1=4.3×10-7,Ki2=5.6×10-11
草酸:H2C2O4,Ki1=5.9×10-2,Ki2=6.4×10-5
0.1 mol/L Na2CO3溶液的pH____________0.1 mol/L Na2C2O4溶液的pH。(选填“大于”“小于”或“等于”)
等浓度广东草酸溶液和碳酸溶液中,氢离子浓度较大的是___________。
若将等浓度的草酸溶液和碳酸溶液等体积混合,溶液中各种离子浓度大小的顺序正确的是_____。(选填编号)
A.[H+]>[HC2O4-]>[HCO3-]>[CO32-]       b.[HCO3-]>[HC2O4-]>[C2O42-]>[CO32-]
c.[H+]>[HC2O4-]>[C2O42-]>[CO32-]       d.[H2CO3] >[HCO3-]>[HC2O4-]>[CO32-]
(4)人体血液中的碳酸和碳酸氢盐存在平衡:H++ HCO3- H2CO3,当有少量酸性或碱性物质进入血液中时,血液的pH变化不大,用平衡移动原理解释上述现象。
________________________________
【答案】(1)
v正	v逆	平衡常数K	转化率α		增大	增大	减小	减小		(2)   
(3)大于;草酸;ac   
(4)当少量酸性物质进入血液中,平衡向右移动,使H+浓度变化较小,血液中的pH基本不变;当少量碱性物质进入血液中,平衡向左移动,使H+浓度变化较小,血液的pH基本不变。(合理即给分)
 【解析】2.【2016年高考新课标Ⅰ卷】 (15分)
元素铬(Cr)在溶液中主要以Cr3+(蓝紫色)、Cr(OH)4−(绿色)、Cr2O72−(橙红色)、CrO42−(黄色)等形式存在,Cr(OH)3为难溶于水的灰蓝色固体,回答下列问题:
(2)CrO42−和Cr2O72−在溶液中可相互转化。室温下,初始浓度为1.0 mol·L−1的Na2CrO4溶液中c(Cr2O72−)随c(H+)的变化如图所示。

①离子方程式表示Na2CrO4溶液中的转化反应____________。
②由图可知,溶液酸性增大,CrO42−的平衡转化率__________(填“增大“减小”或“不变”)。根据A点数据,计算出该转化反应的平衡常数为__________。
③升高温度,溶液中CrO42−的平衡转化率减小,则该反应的ΔH_________(填“大于”“小于”或“等于”)。
【答案】
(2)①2CrO42-+2H+Cr2O72-+H2O; ② 增大;1.0×1014 ;③小于;
 【解析】(2)①随着H+浓度的增大,CrO42-与溶液中的H+发生反应,反应转化为Cr2O72-的离子反应式为:2CrO42-+2H+Cr2O72-+H2O。②根据化学平衡移动原理,溶液酸性增大,c(H+)增大,化学平衡2CrO42-+2H+Cr2O72-+H2O向正反应方向进行,导致Cr2O72-)=0.25 mol/L,由于开始时c()=1.0 mol/L,根据Cr元素守恒可知A点的溶液中CrO42-的浓度c()=0.5 mol/L;3.【2016年高考浙江卷】(15分)催化还原CO2是解决温室效应及能源问题的重要手段之一。研究表明,在Cu/ZnO催化剂存在下,CO2和H2可发生两个平衡反应,分别生成CH3OH和CO。反应的热化学方程式如下:
CO2(g)+3 H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)ΔH1=-53.7kJ·mol-1   I
CO2(g)+ H2(g) CO(g)+H2O(g)ΔH2   II
某实验室控制CO2和H2初始投料比为1:2.2,经过相同反应时间测得如下实验数据:

【备注】Cat.1:Cu/ZnO纳米棒;Cat.2:Cu/ZnO纳米片;甲醇选择性:转化的CO2中生成甲醛的百分比
已知:①CO和H2的标准燃烧热分别为-283.0kJ·mol-1和-285.8kJ·mol-1
②H2O(l) H2O(g)  ΔH3=44.0kJ·mol-1
请回答(不考虑温度对ΔH的影响):
(1)反应I的平衡常数表达式K=             ;反应II的ΔH2=              kJ·mol-1。
(2)有利于提高CO2转化为CH3OH平衡转化率的措施有              。
A.使用催化剂Cat.1    B.使用催化剂Cat.2   C.降低反应温度  
D.投料比不变,增加反应物的浓度   E.增大CO2和H2的初始投料比
(3)表中实验数据表明,在相同温度下不同的催化剂对CO2转化成CH3OH的选择性有显著的影响,其原因是             。

【答案】(1) +41.2
(2)CD
(3)表中数据表明此时反应未达到平衡,不同的催化剂对反应Ⅰ的催化能力不同,因而在该时刻下对甲醇选择性有影响。
【解析】1.[2015·浙江理综,28(2)(3)(4)]乙苯催化脱氢制苯乙烯反应:

(2)维持体系总压p恒定,在温度T时,物质的量为n、体积为V的乙苯蒸气发生催化脱氢反应。已知乙苯的平衡转化率为α,则在该温度下反应的平衡常数K=________(用α等符号表示)。
(3)工业上,通常在乙苯蒸气中掺混水蒸气(原料气中乙苯和水蒸气的物质的量之比为1∶9),控制反应温度600℃,并保持体系总压为常压的条件下进行反应。在不同反应温度下,乙苯的平衡转化率和某催化剂作用下苯乙烯的选择性(指除了H2以外的产物中苯乙烯的物质的量分数)示意图如下:

①掺入水蒸气能提高乙苯的平衡转化率,解释说明该事实______________。
②控制反应温度为600℃的理由是________。
(4)某研究机构用CO2代替水蒸气开发了绿色化学合成工艺——乙苯­二氧化碳耦合催化脱氢制苯乙烯。保持常压和原料气比例不变,与掺水蒸气工艺相比,在相同的生产效率下,可降低操作温度;该工艺中还能够发生反应:CO2+H2===CO+H2O,CO2+C===2CO。新工艺的特点有________(填编号)。
①CO2与H2反应,使乙苯脱氢反应的化学平衡右移
②不用高温水蒸气,可降低能量消耗
③有利于减少积炭
④有利于CO2资源利用
 (2) p或 (3)①正反应方向气体分子数增加,加入水蒸气稀释,相当于起减压的效果
②600℃,乙苯的转化率和苯乙烯的选择性均较高。温度过低,反应速率慢,转化率低;温度过高,选择性下降。高温还可能使催化剂失活,且能耗大
(4)①②③④
 (2)根据反应:

起始物质的量 n        0      0
改变物质的量 nαnα           nα
平衡物质的量 (1-α)nnα            nα
平衡时体积为(1+α)V
平衡常数K= =
另外利用分压也可以计算出:Kp=p5.[2015·全国卷Ⅰ,28(4)]Bodensteins研究了下列反应:
2HI(g) H2(g)+I2(g)
在716K时,气体混合物中碘化氢的物质的量分数x(HI)与反应时间t的关系如下表:
t/min	0	20	40	60	80	120		x(HI)	1	0.91	0.85	0.815	0.795	0.784		x(HI)	0	0.60	0.73	0.773	0.780	0.784		①根据上述实验结果,该反应的平衡常数K的计算式为
_____________________________________________。
②上述反应中,正反应速率为v正=k正x2(HI),逆反应速率为v逆=k逆x(H2)x(I2),其中k正、k逆为速率常数,则k逆为________(以K和k正表示)。若k正=0.0027min-1,在t=40min时,v正=________min-1。
③由上述实验数据计算得到v正~x(HI)和v逆~x(H2)的关系可用下图表示。当升高到某一温度时,反应重新达到平衡,相应的点分别为______________(填字母)。

 ① ②k正/K 1.95×10-3 ③A点、E点
 6.(2015·全国卷Ⅱ,27)甲醇既是重要的化工原料,又可作为燃料,利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)在催化剂作用下合成甲醇,发生的主要反应如下:
①CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) ΔH1
②CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH2
③CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH3
回答下列问题:
(1)已知反应①中相关的化学键键能数据如下:
化学键	H—H	C—O	C≡O	H—O	C—H		E/kJ·mol-1	436	343	1076	465	413		由此计算ΔH1=________kJ·mol-1;已知ΔH2=-58kJ·mol-1,则ΔH3=________kJ·mol-1。
(2)反应①的化学平衡常数K表达式为________;图1中能正确反映平衡常数K随温度变化关系的曲线为______(填曲线标记字母),其判断理由是___________________________________
________________________________________________________________________。

图1

图2
(3)合成气组成n(H2)/n(CO+CO2)=2.60时,体系中的CO平衡转化率(α)与温度和压强的关系如图2所示。α(CO)值随温度升高而________(填“增大”或“减小”),其原因是_________________________________;
图2中的压强由大到小为________,其判断理由是________________。
 (1)-99 +41
(2)K= a 反应①为放热反应,平衡常数数值应随温度升高变小
(3)减小 升高温度时,反应①为放热反应,平衡向左移动,使得体系中CO的量增大;反应③为吸热反应,平衡向右移动,又使产生CO的量增大;总结果,随温度升高,使CO的转化率降低 p3>p2>p1 相同温度下,由于反应①为气体分数减小的反应,加压有利于提高CO的转化率;而反应③为气体分子数不变的反应,产生CO的量不受压强影响。故增大压强时,有利于CO的转化率升高
 (2)根据化学平衡常数的书写要求可知,反应①的化学平衡常数为K=。
反应①为放热反应,温度升高,平衡逆向移动,平衡常数K减小,故曲线a符合要求。
(3)由图2可知,压强一定时,CO的平衡转化率随温度的升高而减小,其原因是反应①为放热反应,温度升高,平衡逆向移动,反应③为吸热反应,温度升高,平衡正向移动,又使产生CO的量增大,而总结果是随温度升高,CO的转化率减小。
反应①的正反应为气体总分子数减小的反应,温度一定时,增大压强,平衡正向移动,CO的平衡转化率增大,而反应③为气体总分子数不变的反应,产生CO的量不受压强的影响,因此增大压强时,CO的转化率提高,故压强p1、p2、p3的关系为p1甲>丙
B.平衡时N2O4的百分含量:乙>甲=丙
C.平衡时甲中NO2与丙中N2O4的转化率不可能相同
D.平衡时混合物的平均相对分子质量:甲>乙>丙
 B 9.在恒温恒压下,向密闭容器中充入4 mol SO2和2 mol O2,发生如下反应:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ΔH<0。2 min后,反应达到平衡,生成SO3为1.4 mol,同时放出热量Q kJ。则下列分析正确的是(  )。
A.在该条件下,反应前后的压强之比为6∶5.3
B.若反应开始时容器体积为2 L,则v(SO3)=0.35 mol/(L·min)
C.若把“恒温恒压下”改为“恒压绝热条件下”反应,平衡后n(SO3)<1.4 mol
D.若把“恒温恒压下”改为“恒温恒容下”反应,达平衡时放出热量大于Q kJ
 C 10.425 ℃时,在1 L密闭容器中充入下列气体物质进行反应达到平衡,分析下面示意图,从下列选项中选出不能从示意图中读出的相关信息是(  )。

A.同温同压下,只要物质比例适当,从正、逆方向都可以建立同一平衡状态
B.图甲表示的反应为H2(g)+I2(g)2HI(g)
C.图甲中H2的转化率+图乙中HI的转化率=100%
D.相同条件下,分别从正、逆方向建立等同的平衡状态,所需时间相同
 D 比较图甲和图乙可知,两平衡状态的c(HI)、c(H2)、c(I2)相同;图甲中化学反应方程式为H2(g)+I2(g) 2HI(g),图乙中化学反应方程式为2HI(g) H2(g)+I2(g);图甲中H2的转化率为×100%=79%,图乙中HI的转化率为×100%=21%,故A、B、C正确。
11.工业上正在研究利用CO2来生产甲醇燃料的方法,该方法的化学方程式是:
CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)  ΔH=-49.0 kJ/mol
现将6 mol CO2和8 mol H2充入一容积为2 L的密闭容器中,测得H2的物质的量随时间变化如图中实线所示(图中字母后括号内的数对表示对应的坐标):

回答下列问题:
(1)由图分析,在下列时间段内反应速率最快的是______(填序号)。
a.0~1 min 	B.1~3 min
c.3~8 min 	D.8~11 min
(2)仅改变某一条件再进行实验,测得H2的物质的量随时间的变化如图中虚线所示。与实线相比,曲线Ⅰ改变的条件可能是________________,曲线Ⅱ改变的条件可能是________________。
(3)下列表述能表示该反应已达平衡的是________(填序号)。
a.容器内压强不再改变
b.容器内气体的密度不再改变
c.容器内气体的平均摩尔质量不再改变
d.容器内各物质的物质的量相等
 (1)a (2)升高温度 增大压强 (3)ac 12.向一容积不变的密闭容器中充入一定量A和B,发生如下反应:
xA(g)+2B(s) yC(g) ΔH<0
在一定条件下,容器中A、C的物质的量浓度随时间变化的曲线如图所示。请回答下列问题:
(1)用A的浓度变化表示该反应0~10 min内的平均反应速率v(A)=______________________。
(2)根据图示可确定x∶y=________。
(3)0~10 min容器内压强________(填“变大”、“不变”或“变小”)。
(4)推测第10 min引起曲线变化的反应条件可能是________;第16 min引起曲线变化的反应条件可能是________。
①减压 ②增大A的浓度 ③增大C的量 ④升温 ⑤降温 ⑥加催化剂
(5)若平衡Ⅰ的平衡常数为K1,平衡Ⅱ平衡常数为K2,则K1________K2(填“>”、“=”或“<”)。
 (1)0.02 mol·L-1·min-1 (2)1∶2 (3)变大 (4)④⑥ ④ (5)>13.某合成气的主要成分是一氧化碳和氢气,可用于合成甲醚等清洁燃料。由天然气获得该合成气过程中可能发生的反应有:
①CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)  ΔH1=+206.1 kJ·mol-1
②CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g)  ΔH2=+247.3 kJ·mol-1
③CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) ΔH3
请回答下列问题:
(1)在一密闭容器中进行反应①,测得CH4的物质的量浓度随反应时间的变化如图1所示。

图1
反应进行的前5 min内,v(H2)=________;10 min时,改变的外界条件可能是________________________________________________________________________。
(2)如图2所示,在甲、乙两容器中分别充入等物质的量的CH4和CO2,使甲、乙两容器初始容积相等。在相同温度下发生反应②,并维持反应过程中温度不变。已知甲容器中CH4的转化率随时间的变化如图3所示,请在图3中画出乙容器中CH4的转化率随时间变化的图像。

(3)反应③中ΔH3=________。800 ℃时,反应③的平衡常数K=1,测得该温度下密闭容器中某时刻各物质的物质的量见下表:
CO	H2O	CO2	H2		0.5 mol	8.5 mol	2.0 mol	2.0 mol		此时反应③中正、逆反应速率的关系式是________(填代号)。
a.v正>v逆 	B.v正
        
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