第2节化学平衡及化学反应进行的方向习题.docx
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第2节化学平衡及化学反应进行的方向习题
2013化学复习知识点深度剖析专题七第二节化学平衡及化学反应进行的方向
考纲解读
考纲内容
要求
名师解读
1.了解化学反应的可逆性.
Ⅰ
1.化学平衡状态的特征及其标志与判断的考查.
2.对化学平衡常数的理解及简单计算的考查.
3.等效平衡的考查.
4.有关化学平衡的图象分析,如速率—时间图象,浓度—时间图象,百分含量—时间图象等的考查.
5.利用焓变(ΔH)、熵变ΔS判断化学反应进行的方向的考查.
6.结合化学反应速率,运用化学平衡理论来分析工农业生产、日常生活及科学研究等实际问题的考查.
2.了解化学平衡建立的过程.理解化学平衡常数的含义,能够利用化学平衡常数进行简单计算.
Ⅱ
3.理解外界条件(浓度、温度、压强、催化剂等)对化学平衡的影响,认识其一般规律.
Ⅱ
4.了解化学反应速率和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.
Ⅱ
实验探究
拓展实验:
燃烧的冰块
【原理】火柴点燃后放出的热量,使洞口局部的冰融为液态的水,这些水在遇到电石的霎那,立即发生CaC2+2H2O→Ca(OH)2+C2H2↑,反应产生的乙炔随即被点燃2C2H2+5O2→4CO2+2H2O。
冰块就是这样“燃烧”起来的。
【准备】取约4cm见方的冰块(为增强观瞻的效果,可把它雕琢成火炬、火山、火箭、火凤凰等造型,并搀涂您喜欢的颜色),预先在冰块上挖一个深而狭的小洞儿,洞内放一定量颗粒状电石(为增强效果并以安全计,颗粒用薄餐巾纸包装)。
【操作】用火柴从洞口处“点燃”冰块,就会立即出现一团火焰,最成功时还能看到火舌呢。
练一练:
1.下列说法中正确的是()
A.乙烯和乙炔都能使溴水褪色,但与乙炔完全反应时消耗的溴要比等物质的量的乙烯反应消耗的多
B.乙炔有特殊难闻的气味
C.乙炔可用电石与水反应而制得,故实验里最好选用启普发生器为气体的发生装置
D.乙炔含碳量比乙烯含碳量高,等物质的量的乙炔和乙烯燃烧时,乙炔所耗氧气多
2.质量相等的下列烃,在相同条件下完全燃烧,耗氧量最多的是()
A.C2H6B.C3H6C.C4H6D.C7H8
3.区别甲烷、乙烯和乙炔的最简易的方法是()
A.分别通入溴水B.分别通入酸性高锰酸钾溶液
C.分别在空气中燃烧D.分别通入盛碱石灰的干燥管
4.CaC2和ZnC2、Al4C3、Mg2C3、Li2C2等都同属于离子型碳化物。
请通过CaC2制C2H2的反应进行思考,从中得到必要的启示,判断下列反应产物正确的是
A.ZnC2水解生成乙烷(C2H6)B.Al4C3水解生成丙炔(C3H4)
C.Mg2C3水解生成丙炔(C3H4)D.Li2C2水解生成乙烯(C2H4)
参考答案:
1.A2.A3.C4.C
重点突破
一.直击考点
考点一化学平衡状态的判断
化学平衡状态的本质特征是正反应速率和逆反应速率相等,这是判断化学平衡状态的根本标志。
由于v(正)=v(逆),可使平衡体系中各组分的百分含量保持不变,所以一般情况下平衡体系的压强、气体密度、浓度等多种宏观性质也保持不变,这些宏观的特征有时也可作为判断化学平衡状态的标志。
【例1】可逆反应2NO2
2NO+O2在体积固定的密闭容器中,达到平衡状态的标志是()
①单位时间内生成nmolO2的同时生成2nmolNO2
②单位时间内生成nmolO2的同时生成nmolNO
③用NO2、NO、O2表示的反应速率的比为2:
2:
1时的状态
④混合气体的颜色不再改变的状态
⑤混合气体的密度不再改变的状态
⑥混合气体的压强不再改变的状态
⑦混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态
A.①④⑥⑦B.②③⑤⑦C.①③④⑤D.全部
考点二化学平衡的移动
化学平衡移动就是一个“平衡状态→不平衡状态→新的平衡状态”的过程。
一定条件下的平衡体系,改变外界条件后,平衡可能发生移动。
可总结如下:
【例2】在其他条件不变时,改变某一条件对A2(g)+3B2(g)=2AB3(g)化
学平衡状态的影响,得到如右图所示的变化规律(图中T表示温度)。
下列结论正确的是()
A.a、c两点A2的转化率相等
B.正反应一定是吸热反应,且T2>T1
C.b点时,平衡体系中A、B原子数之比为1:
3
D.向a点的平衡体系中加入A2,可达到b点的平衡状态
考点三勒沙持列原理:
如果改变影响平衡的一个条件(如浓度、压强和温度等),平衡就向着能够减弱这种改变的方向移动。
理解该原理需注意:
①影响平衡的因素只有浓度、压强、温度三种;②勒夏特列原理适用于一切平衡体系,用于解释平衡移动的方向和程度。
理解此原理的关键是平衡移动的结果——减弱这种改变,不能抵消,更不可能逆转。
这也是勒夏特列原理的灵魂。
【例3】取五等份NO2,分别加入温度不同、容积相同的恒容密闭容器中,发生反应:
2NO2(g)
N2O4(g);ΔH<0,反应相同时间后,分别测定体系中NO2的百分量(NO2%),并作出其随反应温度(T)变化的关系图。
下列示意图中,可能与实验结果相符的是()
考点四、化学平衡图像
1.平衡识图解答步骤
看图像:
一看面(即纵坐标与横坐标的意义),二看线(即线的走向和变化趋势),三看点(即起点、拐点、交点、终点),四看要不要作辅助线(如等温线、等压线、平衡线等)。
想规律:
联想外界条件的改变对化学反应速率和化学平衡的影响规律。
作判断:
根据图像中表现的关系与所学规律相对比,作出符合题目要求的判断。
2.化学平衡图像题的解答原则
(1)“先拐先平”原则:
考察速率影响因素。
先出现拐点的反应则先达到平衡,说明反应速率快。
(2)“定一议二”原则:
平衡图像一般包括三个量的关系,确定横坐标所示的量后,讨论纵坐标与曲线的关系,或确定纵坐标所示的量后,讨论横坐标与曲线的关系。
【例4】对于可逆反应:
A2(g)+3B2(g)
2AB3(g);ΔH<0,下列图象中正确的是()
考点五、化学平衡常数
在一定温度下,当一个可逆反应达到平衡状态时,生成物的平衡浓度用化学方程式中的化学计量数作为指数的乘积与反应物的平衡浓度用化学方程式中的化学计量数作为指数的乘积的比值是一个常数,这个常数叫做化学平衡常数,简称平衡常数。
用符号K表示。
【例5】将CoCl2溶解于盐酸中可以形成CoCl
,在溶液中存在下面的化学平衡:
Co2++4Cl-
CoCl42-;ΔH>0
粉红色 蓝色
下列说法正确的是( )
A.升高温度,正反应速率增大,逆反应速率减小
B.该反应的平衡常数K=
C.将盛有CoCl2和盐酸混合液的试管置于热水中,试管内溶液为红色
D.增大Cl-浓度,平衡向正反应方向移动,Co2+、Cl-浓度都减小
【解析】升高温度,正、逆反应速率都增大,A错;该反应的正反应为吸热反应,所以在热水中平衡向正反应方向移动,溶液为蓝色,C错;增大Cl-浓度,平衡向正反应方向移动,Co2+浓度减小,而Cl-浓度增大,D错。
【答案】B
【点评】该题融合颜色变化考查了平衡移动方向和平衡常数,题目具有一定的代表性和导向性,属于近两年的热点题型。
考点六、化学反应的判据
为了更准确判断化学反应进行的方向,把能量判据和熵判据结合起来组成复合判断更适合于对所有过程的判断。
【例6】汽车尾气(含烃类、CO、NO与SO2等)是城市主要污染源之一,治理的办法之一是在汽车排气管上装催化转化器,它使NO与CO反应生成可参与大气生态循环的无毒气体,其反应原理是:
2NO(g)+2CO(g)==N2(g)+2CO2(g),在298K、100kPa下,△H=-113kJ·mol-l,△S=-145J·mol-l·K-l。
下列说法中错误的是()。
A.该反应中反应物的总能量高于生成物的总能量[来源:
学,科,网]
B.该反应常温下不能自发进行,因此需要高温和催化剂条件
C.该反应常温下能自发进行,高温和催化剂条件只是加快反应的速率
D.汽车尾气中的这两种气体会与血红蛋白结合而使人中毒
【解析】此反应是放热反应,A对;由△G=△H-T△S可知常温下,该反应可以自发进行,催化剂的使用只能加快反应速率,而不能改变反应的方向,B错、C对;NO、CO都可和血红蛋白结合而使人中毒。
【答案】B
【点评】在运用符合判据△G=△H-T△S时要注意△H和△S的单位的统一,否则很容易出现计算失误。
考点七、化学平衡的计算:
(1)有关化学平衡的基本计算:
可逆反应mA+nB
pC+qD达到平衡时:
用各物质表示的反应速率之比等于化学方程式中的化学计量数之比.
即:
vA∶vB∶vC∶vD.=m∶n∶p∶q
②各物质的变化量(变化浓度)之比等于化学方程式中相应化学计量数之比
③反应物的平衡量(或浓度)=起始量(或浓度)-消耗量(或浓度)
生成物的平衡量(或浓度)=起始量(或浓度)+增加量(或浓度)
⑥混合气体平均式量的计算(由A、B、C三种气体混合)
其中M(A)、M(B)、M(C)分别表示A、B、C的相对分子质量;a%、b%、c%分别表示这3种气体的体积(或质量)分数.
(2)化学平衡中的常用方法
①“始、转、平”三段分析法
mA(g)+nB(g)
pC(g)+qD(g
起始量ab00
变化量xnx/mpx/mqx/m
平衡量a-xb-nx/mpx/mqx/m
②差量法(△V、△n)
若定温、定容,已知平衡前后压强变化,由理想气体状态方程PV=nRT推知
P(始)/P(平)=n(始)/n(平),从而求出平衡前后物质的量的差量(△n)
若定温、定压,已知平衡前后密度变化,由理想气体状态方程PV=nRT推知气体的密度与摩尔质量成正比,由于前后气体总质量不变,即ρ(始)/ρ(平)=n(平)/n(始),从而求出平衡前后物质的量的差量(△n)。
【例7】把6molA气体和5molB气体混合放入4L密闭容器中,在一定条件下发生反应:
3A(气)+B(气)
2C(气)+
(气)经
达到平衡,此时生成C为
,测定D的平均反应速率为0.1mol/L•min,下列说法中错误的是()
A.x=2B.B的转化率为20%
C.平衡时A的浓度为0.8mol/LD.恒温达平衡时容器内压强为开始时的85%
,所以
。
【答案】C、D。
【点评】本题是一道有关化学平衡的基础计算题,解题的关键是弄清各量的含义。
二.走出误区:
误区一片面理解反应的自发性
【例1】下列说法中正确的是()
A.凡是放热反应都是自发的,吸热反应都是非自发的
B.自发反应一定是熵增大,非自发反应一定是熵减小或不变
C.自发反应在恰当条件下才能实现
D.自发反应在任何条件下都能实现
错解:
A或B
原因:
片面单一的使用焓判据和熵判据而选择,过程的自发性只能用于判断过程的方向,是否能实现还要看具体的条件。
一定要结合实际进行综合判断。
正解:
C。
原因:
放热反应常常是容易进行的过程,吸热反应有些也是自发反应;自发反应的熵不一定增大,可能减少,也可能不变。
误区二、忽略可逆反应的特征
【例2】在一定量的密闭容器中进行反应:
N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)。
已知反应过程中某一时刻N2、H2、NH3的浓度分别为0.1mol·L-1、0.3mol·L-1、0.2mol·L-1.当反应达到平衡时,可能存在的数据是()。
A.N2为0.2mol·L-1,H2为0.6mol·L-1
B.N2为0.15mol·L-1
C.N2、H2均为0.18mol·L-1
D.NH3为0.4mol·L-1
错解:
A或D
原因:
忽略了可逆反应不能进行到底而选择。
对于本题,若反应从题给某一时刻开始向正反应方向进行并达到平衡,此时NH3的浓度应小于0.4mol·L-1;若反应从题给某一时刻开始向逆反应方向进行并达到平衡,此时N2的浓度应小于0.2mol·L-1,H2的浓度应小于0.6mol·L-1;从题给量的关系知无论反应进行到什么程度,N2与H2的浓度比始终为1:
3,不可能均为0.18mol·L-1。
正解:
B
原因:
本题考查对可逆反应的特征的理解。
解答时应注意两点:
(1)可逆反应既可以向正反应方向进行,同时又可向逆反应方向进行;
(2)可逆反应不能进行到底,只能反应到一定程度达到平衡状态,平衡时各物质的物质的量都大于零。
误区三、审题粗心大意,忽略方程式特点
【例3】一定温度下的定容密闭容器中,当下列物理量不再改变时,不能说明可逆反应A(s)+3B(g)
2C(g)+D(g)已经达平衡状态的是()
A.容器内压强B.容器内气体密度
C.B物质的浓度D.混和气的平均相对分子质量
错解:
B或D
原因:
忽视了A物质的状态,误认为该反应前后气体体积有变化而错选。
正解:
A
原因:
该反应在反应前后气体的体积变化为零,故压强始终为定值,故压强不能作为平衡的判据。
该反应气体的质量不是定值,故气体密度、混和气的平均相对分子质量均可作为平衡状态的标志。
误区四、不能充分领悟图像,忽视细节
【例4】一定温度下,向容积为2L的密闭容器通入两种气体中发生化学反应,反应中各物质的物质的量变化如右图所示,对该反应的推断合理的是()
A.该反应的化学方程式为3B+4D=6A+2C
B.反应进行到1s钟时,v(A)=v(D)
C.反应进行到6s钟时,B的平均反应速率为 0.05 mol·(L·s)-1
D.反应进行到6s钟时,反应停止了
错解:
A或D
原因:
忽视了可逆反应的符号和图像中曲线的变化趋势而错选。
正解:
C
原因:
A、C的物质的量增加,B、D的物质的量减小因此A、C为生成物,B、D为反应物,△n(B):
△n(D:
△n(A):
△n(C)=3:
4:
6:
2,化学方程式系数之比等各物质的物质的量之比,但是由于反应未进行完全,说明反应是可逆反应,A错误;由于A与D的系数为6:
4,因此无论在平衡状态还是非平衡状态:
v(A):
v(D)=3:
2,B错误;v(B)=0.6/2÷6=0.05 mol·(L·s)-1,C正确;反应进行到6s钟时,各物质的物质的量保持不变,达到平衡状态,而不是停止了,D错误。
巩固复习
1.将固体NH4I置于密闭容器中,在一定温度下发生下列反应:
①NH4I(s)
NH3(g)+HI(g)②2HI(g)
H2(g)+I2(g)
达到平衡时,c(H2)=0.5mol/L,c(HI)=4mol/L,则此温度下反应①的平衡常数为( )
A.9 B.16
C.20 D.25
1.C解析:
根据题意
2HI(g)
H2(g)+I2(g)
平衡浓度:
4mol/L 0.5mol/L
起始浓度:
c(HI)=平衡量+变化量
=4mol/L+0.5mol/L×2=5mol/L
则c(NH3)=c(HI)起始浓度=5mol/L
根据平衡常数定义:
K=c(NH3)·c(HI)
=5mol/L×4mol/L=20(mol/L)2,故C项正确.
2.硝酸生产工艺中,在吸收塔里发生如下反应:
3NO2+H2O
2HNO3+NO(正反应为放热反应),为提高NO2的转化率,理论上应该采取的措施是( )
A.减压 B.增压
C.升温D.加催化剂
2.B解析:
该反应为气体体积减小的反应,且放热,为提高NO2的转化率,可采用增大压强或降低温度的方法.
3.高温下,某反应达到平衡,平衡常数K=
.恒容时,温度升高,H2浓度减小.下列说法正确的是( )
A.该反应的焓变为正值
B.恒温恒容下,增大压强,H2浓度一定减小
C.升高温度,逆反应速率减小
D.该反应的化学方程式为CO+H2O
CO2+H2
3.A
4.下列关于判断过程的方向的说法正确的是( )
A.所有自发进行的化学反应都是放热反应
B.高温高压下可以使石墨转化为金刚石是自发的化学反应
C.由能量判据和熵判据组合而成的复合判据,将更适合于所有的过程
D.同一物质的固、液、气三种状态的熵值相同
4.C
解析:
自发进行只能用来判断过程的方向,而不能判断反应的热效应,A项错;高温高压的条件下,低能量的石墨转化为高能量的金刚石,是一个非自发的化学反应,B项错;同一物质的固、液、气三种状态中,气态的混乱度最大,熵值最大,D项错.
5.将H2(g)和Br2(g)充入恒容密闭容器,恒温下发生反应H2(g)+Br2(g)
2HBr(g) ΔH<0,平衡时Br2(g)的转化率为a;若初始条件相同,绝热下进行上述反应,平衡时Br2(g)的转化率为b.a与b的关系是( )
A.a>bB.a=b
C.a 5.A 解析: 该反应为放热反应,所以在绝热条件下,随着反应的进行,体系温度升高,与恒温下的平衡相比,因为绝热条件下的温度高,平衡左移,因此a>b. 6.反应aA(g)+bB(g) cC(g) ΔH=QkJ/mol,生成物C的质量分数与压强p和温度的关系如下图,方程式中的化学计量数和Q值符合图象的是( ) A.a+b C.a+b 6.C 7.在体积恒定的密闭容器中,充入3molA和1molB发生反应: 3A(g)+B(g) xC(g),达到平衡后,C在平衡混合气体中的体积分数为φ.若维持温度不变,按1.2molA、0.4molB、0.6molC为起始物质,达到平衡后压强不变,C的体积分数仍为φ,则x值是( ) A.2B.1 C.3D.4 8.在一恒容密闭容器中发生某化学反应2A(g) B(g)+C(g),在三种不同条件下进行,其中实验Ⅰ、Ⅱ都在800℃,实验Ⅲ在850℃,B、C的初始浓度都为0,反应物A的浓度(mol·L-1)随时间(min)的变化如图所示: 试回答下列问题: (1)在800℃时该反应的化学平衡常数K=________。 (2)在实验Ⅰ中,反应在20min至40min内A的化学反应速率为________。 (3)实验Ⅱ和实验Ⅰ相比,可能隐含的反应条件是_______。 (4)根据实验Ⅲ和实验Ⅰ的比较,可推测该反应降低温度,平衡向________(填“正”或“逆”)反应方向移动,该正反应是________(填“放热”或“吸热”)反应。 (5)与实验Ⅰ相比,若实验Ⅰ中的A的初始浓度改为0.8mol·L-1,其他条件不变,则达到平衡时所需用的时间________实验Ⅰ(填“等于”、“大于”或“小于”)。 8. (1)0.25 (2)0.0075mol·L-1·min-1 (3)加入了催化剂或增大压强 (4)逆 吸热 (5)大于 化学反应速率减慢,达到平衡时所需用的时间增长。 提高训练 1.在一定温度下、一定体积的密闭容器中有如下平衡: H2(g)+I2(g) 2HI(g)。 已知H2和I2的起始浓度均为0.1mol/L,达平衡时HI的浓度为0.16mol/L,若H2和I2的起始浓度均为0.20mol/L,则平衡时H2的浓度(mol/L)是( ) A.0.16 B.0.08 C.0.04D.0.02 2.在固定容积的密闭容器中进行如下反应: 2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g),已知反应过程某一时刻SO2、O2、SO3浓度分别为0.2mol/L、0.1mol/L、0.2mol/L,达到平衡时浓度可能正确的是( ) A.SO2、O2分别为0.4mol/L、0.2mol/L B.SO2为0.25mol/L C.SO2、SO3均为0.15mol/L D.SO2为0.24mol/L,SO3为0.14mol/L 3.(2011年黄冈模拟)在一定温度下的定容容器中,当下列哪些物理量不再发生变化时,表明反应A(g)+2B(g)===C(g)+D(g)已达到平衡状态的是( ) ①混合气体的压强②混合气体的密度 ③B的物质的量浓度④混合气体总物质的量 ⑤混合气体的平均相对分子质量 ⑥v(C)与v(D)的比值⑦混合气体总质量 ⑧混合气体总体积 A.①②③④⑤⑥⑦⑧B.①③④⑤ C.①②③④⑤⑦D.①③④⑤⑧ 3.B解析: 该反应是在定容容器中的计量数减小的反应,则①正确,②ρ= 不变,错误;③④是符合平衡的特征,故正确;⑤平均相对分子质量 r= ,故可作平衡标志,⑥⑦⑧始终是常数不变,故都不正确。 4.低温脱硝技术可用于处理废气中的氮氧化物,发生的化学反应为: 2NH3(g)+NO(g)+NO2(g) 2N2(g)+3H2O(g) ΔH<0 在恒容的密闭容器中,下列有关说法正确的是( ) A.平衡时,其他条件不变,升高温度可使该反应的平衡常数增大 B.平衡时,其他条件不变,增加NH3的浓度,废气中氮氧化物的转化率减小 C.单位时间内消耗NO和N2的物质的量比为1∶2时,反应达到平衡 D.其他条件不变,使用高效催化剂,废气中氮氧化物的转化率增大 4.C 5.高温下,某反应达平衡,平衡常数K= 。 恒容时,温度升高,H2浓度减小。 下列说法正确的是( ) A.该反应的焓变为正值 B.恒温恒容下,增大压强,H2浓度一定减小 C.升高温度,逆反应速率减小 D.该反应化学方程式为CO+H2O CO2+H2 6.I2在KI溶液中存在下列平衡: I2(aq)+I-(aq) I (aq) 某I2、KI混合溶液中,I 的物质的量浓度c(I )与温度T的关系如图所示(曲线上任何一点都表示平衡状态)。 下列说法不正确的是( ) A.反应I2(aq)+I-(aq)===I (aq)的ΔH<0 B.若温度为T1、T2,反应的平衡常数分别为K1、K2,则K1>K2 C.若反应进行到状态D时,一定有v(正)>v(逆) D.状态A与状态B相比,状态A的c(I2)大 6.D解析: A项,根据图像可知c(I )随温度升高而减小,故升温平衡左移,根据升温 7.X、Y、Z三种气体,取X和Y按2∶1的物质的量之比混合,放入固定体积的密闭容器中发生如下反应: X+2Y 2Z,达到平衡后,X的转化率不可能为( ) A.25%B.20%C.15%D.10% 7.A解析: 本题考查可逆反应不可能进行完全,若Y完全消耗1mol时,则X消耗0.5mol,所以X的转化率一定小于25%。 8.(2011年金华模拟)H2和CO2在高温下发生反应: CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)。 下表是986℃时,在容积不变的密闭容器中进行反应的四组数据: 下列叙述中正确的是( ) ①该温度下反应的平衡常数约为1.62; ②该反应的平衡常数与反应的起始浓度无关; ③增大CO2的起始浓度,可使CO2的转化率增大; ④从反应开始至达到平衡状态,混合气体的密度没有发生改变。 A.②③B.①②③ C.①②④D.①③ 9.在
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