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1、第三單元化學平衡的移動,一 影響化學平衡的外界條件,二 平衡移動原理(勒夏特列原理),教材研讀,突破一 平衡原理在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用,突破二化學平衡計算“三段式法”,重難突破,一、影響化學平衡的外界條件 1.濃度,教材研讀,圖14中t1為第一次達到平衡所需的時間,t2為濃度改變而引起速率變化的時刻,t3-t2為第二次達到平衡所需的時間。 在其他條件不變時:,增大反應(yīng)物濃度,平衡向正反應(yīng)方向移動(圖1);減小生成物濃度,平衡向正反應(yīng)方向移動(圖2);增大生成物濃度,平衡向逆反應(yīng)方向移動 (圖3);減小反應(yīng)物濃度,平衡向逆反應(yīng)方向移動(圖4)。 應(yīng)用:生產(chǎn)中常適當增大廉價反應(yīng)物的濃度,以提高價格高的
2、反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率。,2.壓強 壓強對化學平衡的影響,可以從濃度的角度來理解。 無氣體參與和生成的反應(yīng),壓強對化學平衡沒有影響。,3.溫度 (1)規(guī)律 升溫,平衡向吸熱方向移動;降溫,平衡向放熱方向移動。 (2)實驗 2NO2(紅棕色) N2O4(無色)H=-56.9 kJmol-1 將充滿NO2的球(球內(nèi)反應(yīng)達到平衡)浸泡在冰水中,紅棕色變淺,原因是降溫使平衡向放熱反應(yīng)方向(向右)移動。 將充滿NO2的球(球內(nèi)反應(yīng)達到平衡)浸泡在熱水中,紅棕色變深,,原因是升溫使平衡向吸熱反應(yīng)方向(向左)移動。,4.催化劑 催化劑可大大提高反應(yīng)速率,但正、逆反應(yīng)速率增大的倍數(shù)相同,所以平衡不移動,只縮短達到平衡
3、所需的時間。 二、平衡移動原理(勒夏特列原理),1.內(nèi)容:改變影響化學平衡的一個因素,平衡將向著能夠減弱這種改變的方向移動。,2.說明:(1)研究對象一定是處于平衡狀態(tài)的可逆反應(yīng)。 (2)只適用于改變影響化學平衡的一個因素。 (3)平衡的移動結(jié)果只能“減弱”而不能“消除”這種改變。,3.應(yīng)用:工業(yè)合成氨條件的選擇 (1)反應(yīng)速率 (2)產(chǎn)率 合成氨的產(chǎn)率,1.對于已經(jīng)達到平衡的可逆反應(yīng),下列物理量的變化可以確定可逆反應(yīng)平衡發(fā)生了移動的是(D) A.濃度變化B.壓強變化 C.體積變化D.轉(zhuǎn)化率變化,,2.下列措施或事實能用勒夏特列原理解釋的是( A ) A.新制的氯水在光照下顏色逐漸變淺 B.H
4、2、I2、HI的混合氣體縮小體積加壓后顏色變深 C.工業(yè)上生產(chǎn)硫酸的過程中,SO2在催化氧化時的條件控制為常壓,而不是高壓 D.工業(yè)上合成氨氣時溫度選擇450 左右,而不是常溫,,3.將BaO2放入密閉的真空容器中,反應(yīng)2BaO2(s)2BaO(s)+O2(g)達到 平衡。保持溫度不變,縮小容器容積,體系重新達到平衡,下列說法正確的是(C) A.平衡常數(shù)減小B.BaO的量不變 C.氧氣濃度不變 D.平衡向正反應(yīng)方向移動,,4.在反應(yīng)2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)中,有a mol SO2和b mol O2參加反應(yīng), 達到化學平衡狀態(tài)時有c mol SO3生成,則SO2在平衡混合物中的體
5、積分數(shù)為( D ) A.% B.% C.% D.%,,突破一平衡原理在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用,重難突破,1.總體原則 (1)化工生產(chǎn)適宜條件選擇的一般原則,(2)平衡類問題需考慮的幾個方面 原料的來源、除雜,尤其考慮雜質(zhì)對平衡的影響。 原料的循環(huán)利用。 產(chǎn)物的污染處理。 產(chǎn)物的酸堿性對反應(yīng)的影響。 氣體產(chǎn)物的壓強對平衡造成的影響。 改變外界條件對多平衡體系的影響。,2.反應(yīng)條件的控制合成氨 (1)原理 N2+3H22NH3 該反應(yīng)的特點:可逆反應(yīng);正反應(yīng)為氣體分子數(shù)減小的反應(yīng);正反應(yīng)為放熱反應(yīng);使用催化劑。 (2)適宜條件的選擇 濃度:n(N2)n(H2)略大于13,以提高H2的利用率。 壓強:20
6、50 MPa。,解釋:從平衡移動的角度考慮,壓強越大越有利于氨氣的合成,但考慮到壓強增大后對設(shè)備的要求也提高,故采用2050 MPa。 溫度:500 左右。 解釋:從平衡移動的角度考慮,溫度越高越不利于氨氣的合成,但考慮到反應(yīng)的速率和催化劑的活性,采用500 左右的溫度。 催化劑:鐵觸媒。,3.反應(yīng)條件的控制接觸法制硫酸 (1)原理 2SO2+O22SO3 該反應(yīng)的特點:可逆反應(yīng);正反應(yīng)為氣體分子數(shù)減小的反應(yīng);正反應(yīng)為放熱反應(yīng);使用催化劑。 (2)適宜條件的選擇 壓強:常壓;溫度:400500 ;催化劑:V2O5。 注意化工生產(chǎn)中可逆反應(yīng)適宜條件選擇的理論依據(jù):,a.加快反應(yīng)速率;b.利于平衡
7、正向進行。,典例1(2017課標,27,14分)丁烯是一種重要的化工原料,可由丁烷催化脫氫制備?；卮鹣铝袉栴}: (1)正丁烷(C4H10)脫氫制1-丁烯(C4H8)的熱化學方程式如下:,反應(yīng)的H1為kJmol-1。圖(a)是反應(yīng)平衡轉(zhuǎn)化率與反應(yīng)溫度及壓強的關(guān)系圖,x0.1(填“大于”或“小于”);欲使丁烯的平衡產(chǎn)率提高,應(yīng)采取的措施是(填標號)。 A.升高溫度B.降低溫度 C.增大壓強D.降低壓強,(2)丁烷和氫氣的混合氣體以一定流速通過填充有催化劑的反應(yīng)器(氫氣的作用是活化催化劑),出口氣中含有丁烯、丁烷、氫氣等。圖(b)為丁烯產(chǎn)率與進料氣中n(氫氣)/n(丁烷)的關(guān)系。圖中曲線呈現(xiàn)先升高
8、后,降低的變化趨勢,其降低的原因是。 (3)圖(c)為反應(yīng)產(chǎn)率和反應(yīng)溫度的關(guān)系曲線,副產(chǎn)物主要是高溫裂解生成的短碳鏈烴類化合物。丁烯產(chǎn)率在590 之前隨溫度升高而增大的原因可能是、;590 之后,丁烯產(chǎn)率快速降低的主要原因可能是。,答案(1)123小于AD (2)氫氣是產(chǎn)物之一,隨著n(氫氣)/n(丁烷)增大,逆反應(yīng)速率增大 (3)升高溫度有利于反應(yīng)向吸熱方向進行溫度升高反應(yīng)速率加快丁烯高溫裂解生成短鏈烴類 解析本題考查反應(yīng)熱的計算及影響化學平衡的因素。(1)結(jié)合已知信息運用蓋斯定律,由-可得,故 H1=-119-(-242) kJmol-1=123 kJmol-1;由圖(a)可知溫度一定時壓
9、強由0.1 MPa變成x MPa,平衡轉(zhuǎn)化率增大,對反應(yīng)而言,減小壓強平衡正向移動,平衡轉(zhuǎn)化率增大,故x小于0.1;升高溫度或減小壓強可使反應(yīng)的平衡正向移動,丁烯的平衡產(chǎn)率提高,故選擇A、D。,,溫馨提示解答平衡移動問題的基本思路,1-1(2018課標,28,15分)采用N2O5為硝化劑是一種新型的綠色硝化技術(shù),在含能材料、醫(yī)藥等工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用?；卮鹣铝袉栴}: (1)1840年Devil用干燥的氯氣通過干燥的硝酸銀,得到N2O5。該反應(yīng)的氧化產(chǎn)物是一種氣體,其分子式為。 (2)F.Daniels等曾利用測壓法在剛性反應(yīng)器中研究了25 時N2O5(g)分解反應(yīng): 2N2O5(g) 4NO2(
10、g)+O2(g) 2N2O4(g),其中NO2二聚為N2O4的反應(yīng)可以迅速達到平衡。體系的總壓強p隨時間t的變化如下表所示t=時,N2O5(g)完全分解:,已知:2N2O5(g) 2N2O4(g)+O2(g)H1=-4.4 kJmol-1 2NO2(g) N2O4(g)H2=-55.3 kJmol-1 則反應(yīng)N2O5(g) 2NO2(g)+O2(g)的H=kJmol-1。 研究表明,N2O5(g)分解的反應(yīng)速率v=210-3(kPamin-1)。t=62 min時,測得體系中=2.9 kPa,則此時的=kPa,v=kPa min-1。 若提高反應(yīng)溫度至35 ,則N2O5(g)完全分解后體
11、系壓強p(35 )63.1 kPa(填“大于”“等于”或“小于”),原因是,25 時N2O4(g) 2NO2(g)反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp=kPa(Kp為以分 壓表示的平衡常數(shù),計算結(jié)果保留1位小數(shù))。 (3)對于反應(yīng)2N2O5(g) 4NO2(g)+O2(g),R.A.Ogg提出如下反應(yīng)歷程: 第一步N2O5 NO2+NO3快速平衡 第二步NO2+NO3 NO+NO2+O2 慢反應(yīng) 第三步NO+NO3 2NO2 快反應(yīng),其中可近似認為第二步反應(yīng)不影響第一步的平衡。下列表述正確的是(填標號)。 A.v(第一步的逆反應(yīng))v(第二步反應(yīng)) B.反應(yīng)的中間產(chǎn)物只有NO3 C.第二步中NO2與NO
12、3的碰撞僅部分有效 D.第三步反應(yīng)活化能較高,答案(1)O2(2)53.130.06.010-2大于溫度提高,體積不變,總壓強提高;NO2二聚為放熱反應(yīng),溫度提高,平衡左移,體系物質(zhì)的量增加,總壓強提高13.4(3)AC,解析本題考查氧化還原反應(yīng)、反應(yīng)熱的計算、化學反應(yīng)速率、化學平衡及化學平衡常數(shù)的計算。 (1)氯氣具有強氧化性,氮元素化合價不變,Ag應(yīng)以AgCl形式存在,則被氧化的是氧元素,對應(yīng)的氧化產(chǎn)物為O2,反應(yīng)的化學方程式為4AgNO3+2Cl2 4AgCl+2N2O5+O2。 (2)2N2O5(g) 2N2O4(g)+O2(g)H1=-4.4 kJmol-1a 2NO2(g) N2O
13、4(g)H2=-55.3 kJmol-1b 根據(jù)蓋斯定律,由-b可得:N2O5(g) 2NO2(g)+O2(g)H=53.1 kJmol-1。,由2N2O5(g)O2(g)可知,=2.9 kPa時N2O5分壓減小5.8 kPa,此時= (35.8-5.8)kPa=30.0 kPa。v=210-3(kPamin-1)=210-330(kPamin-1) =6.010-2 kPamin-1。 t=時,N2O5完全分解。 2N2O52N2O4+O2 2 2 1 35.8 kPa,=35.8 kPa=17.9 kPa 設(shè)達平衡時,N2O4分壓減小了x kPa。 N2O42NO2 開始分壓(kPa)
14、35.8 0 變化分壓(kPa) x 2x 平衡分壓(kPa) 35.8-x 2x (35.8-x)kPa+2x kPa+17.9 kPa=63.1 kPa,解得x=9.4,則平衡時=26.4 kPa,=18.8 kPa,K=kPa13.4 kPa。,(3)第一步反應(yīng)為快反應(yīng),其逆反應(yīng)的速率也比第二步反應(yīng)的速率快,A正確;從反應(yīng)方程式看,中間產(chǎn)物有NO3、NO,B錯誤;由于第二步反應(yīng)是慢反應(yīng),說明NO2與NO3的碰撞僅部分有效,C正確;第三步是快反應(yīng),故其活化能應(yīng)較低,D錯誤。,1-2(2018課標,27,14分)CH4-CO2催化重整不僅可以得到合成氣(CO和H2),還對溫室氣體
15、的減排具有重要意義?；卮鹣铝袉栴}: (1)CH4-CO2催化重整反應(yīng)為:CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g)。 已知:C(s)+2H2(g) CH4(g)H=-75 kJmol-1 C(s)+O2(g) CO2(g)H=-394 kJmol-1 C(s)+O2(g) CO(g)H=-111 kJmol-1 該催化重整反應(yīng)的H=kJmol-1。有利于提高CH4平衡轉(zhuǎn)化率的條件是(填標號)。,A.高溫低壓B.低溫高壓 C.高溫高壓D.低溫低壓 某溫度下,在體積為2 L的容器中加入2 mol CH4、1 mol CO2以及催化劑進行重整反應(yīng),達到平衡時CO2的轉(zhuǎn)化率是50%,其平衡
16、常數(shù)為mol2L-2。 (2)反應(yīng)中催化劑活性會因積碳反應(yīng)而降低,同時存在的消碳反應(yīng)則使積碳量減少。相關(guān)數(shù)據(jù)如下表:,由上表判斷,催化劑XY(填“優(yōu)于”或“劣于”),理由是。在反應(yīng)進料氣組成、壓強及反應(yīng)時間相同的情況下,某催化劑表面的積碳量隨溫度的變化關(guān)系如下圖所示。升高溫度時,下列關(guān)于積碳反應(yīng)、消碳反應(yīng)的平衡常數(shù)(K)和速率(v)的敘述正確的是(填標號)。,A.K積、K消均增加 B.v積減小、v消增加 C.K積減小、K消增加,D.v消增加的倍數(shù)比v積增加的倍數(shù)大,,在一定溫度下,測得某催化劑上沉積碳的生成速率方程為v=kp(CH4)p(CO2)-0.5(k為速率常數(shù))。在p(CH4)一定時,
17、不同p(CO2)下積碳量隨時間的變化趨勢如下圖所示,則pa(CO2)、pb(CO2)、pc(CO2)從大到小的順序為。,答案(1)247A (2)劣于相對于催化劑X,催化劑Y積碳反應(yīng)的活化能大,積碳反應(yīng)的速率小;而消碳反應(yīng)活化能相對小,消碳反應(yīng)速率大AD pc(CO2)、pb(CO2)、pa(CO2),解析本題考查蓋斯定律的應(yīng)用,化學反應(yīng)速率與化學平衡常數(shù)。 (1)C(s)+2H2(g)CH4(g)H=-75 kJmol-1 C(s)+O2(g)CO2(g)H=-394 kJmol-1 C(s)+O2(g)CO(g)H=-111 kJmol-1 運用蓋斯定律,2--可得CH4(g)+CO2(g
18、) 2CO(g)+2H2(g)H =(-1112)-(-75)-(-394) kJmol-1=247 kJmol-1。正反應(yīng)為氣體體積增大的吸熱反應(yīng),故升溫、減壓有利于平衡正向移動,提高CH4的平衡轉(zhuǎn)化率,A正確。列三段式:,CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) 始 2 mol 1 mol 0 mol0 mol 轉(zhuǎn) 0.5 mol 0.5 mol1 mol1 mol 平 1.5 mol 0.5 mol1 mol1 mol K=== mol2L-2。,(2)積碳反應(yīng)與消碳反應(yīng)均為吸熱反應(yīng),升高溫度時,K積、K消均增加;由圖像可知600 以后積碳量減小,說明升高溫度,v消增加的倍數(shù)
19、比v積增加 的倍數(shù)大,故A、D正確。 由圖像可知,時間相同時積碳量abc,說明積碳速率abc,由v=kp(CH4)p(CO2)-0.5可知,p(CH4)一定時,積碳速率與p(CO2)成反比,故pa(CO2)
20、px qx,突破二化學平衡計算“三段式法”,則有:(1)平衡常數(shù)K=。 (2)反應(yīng)物:n(平)=n(始)-n(變)。 生成物:n(平)=n(始)+n(變)。 (3)A平衡時的濃度:c平(A)= molL-1。 (4)A的轉(zhuǎn)化率:平(A)=100%,A、B的轉(zhuǎn)化率之比為。 (5)平衡時A的體積分數(shù):(A)=100%。,(6)平衡時和開始時的壓強比:=。 (7)混合氣體的密度:(混)= gL-1。 (8)混合氣體的平均摩爾質(zhì)量:= gmol-1。,2.基本步驟 (1)確定反應(yīng)物或生成物的起始加入量。 (2)確定反應(yīng)過程的變化量。 (3)確定平衡量。 (4)列比例式求解。,典例2(2017課標,2
21、8節(jié)選)H2S與CO2在高溫下發(fā)生反應(yīng):H2S(g)+CO2(g) COS(g)+H2O(g)。在610 K時,將0.10 mol CO2與0.40 mol H2S充 入2.5 L的空鋼瓶中,反應(yīng)平衡后水的物質(zhì)的量分數(shù)為0.02。 (1)H2S的平衡轉(zhuǎn)化率1=%,反應(yīng)平衡常數(shù)K=。 (2)在620 K重復實驗,平衡后水的物質(zhì)的量分數(shù)為0.03,H2S的轉(zhuǎn)化率21,該反應(yīng)的H0。(填“”“<”或“=”) (3)向反應(yīng)器中再分別充入下列氣體,能使H2S轉(zhuǎn)化率增大的是(填標號)。,A.H2SB.CO2C.COSD.N2,解析(1)反應(yīng)前后氣體體積不變,則平衡后水的物質(zhì)的量為(0.10 mol+0.4
22、0 mol)0.02=0.01 mol,利用三段式: H2S(g)+CO2(g) COS(g)+H2O(g) 起始0.40 mol0.10 mol 0 0 轉(zhuǎn)化0.01 mol0.01 mol 0.01 mol 0.01 mol 平衡0.39 mol0.09 mol 0.01 mol 0.01 mol 則H2S的平衡轉(zhuǎn)化率1=100%=2.5%。,答案(1)2.52.810-3(2)(3)B,平衡常數(shù)K=2.810-3。 (2)由610 K到620 K,水的物質(zhì)的量分數(shù)增大,說明平衡正向移動,則H2S的轉(zhuǎn)化率增大,正反應(yīng)吸熱,H0。 (3)A項,再充入H2S,H2S轉(zhuǎn)化率會減小,錯誤;
23、B項,再充入CO2,平衡正向移動,H2S轉(zhuǎn)化率增大,正確;C項,充入COS,平衡逆向移動,H2S轉(zhuǎn)化率減小,錯誤;D項,充入N2,平衡不移動,H2S轉(zhuǎn)化率不變,錯誤。,2-1運用化學反應(yīng)原理知識研究如何利用CO、SO2等污染物有重要意義。 (1)用CO可以合成甲醇。已知: CH3OH(g)+3/2O2(g) CO2(g)+2H2O(l) H=-764.5 kJmol-1 CO(g)+1/2O2(g) CO2(g)H=-283.0 kJmol-1 H2(g)+1/2O2(g) H2O(l)H=-285.8 kJmol-1 則CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)H=kJmol-1。,(2)下
24、列措施中能夠增大上述合成甲醇反應(yīng)速率的是(填寫序號)。 a.使用高效催化劑 b.降低反應(yīng)溫度 c.增大體系壓強 d.不斷將CH3OH從反應(yīng)混合物中分離出來 (3)在一定壓強下,容積為V L的容器中充入a mol CO與2a mol H2,在催化劑作用下反應(yīng)生成甲醇,CO的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強的關(guān)系如圖所示。,p1p2(填“大于”“小于”或“等于”); 100 時,該反應(yīng)的化學平衡常數(shù)K=; 在其他條件不變的情況下,再增加a mol CO和2a mol H2,達到新平衡時,CO的轉(zhuǎn)化率(填“增大”“減小”或“不變”)。,解析(1)將已知的三個熱化學方程式從上至下依次標記為,根據(jù)蓋斯定律,+2-
25、得CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)H=(-283.0-2 85.82+764.5)kJmol-1=-90.1 kJmol-1。 (3)增大壓強,平衡向氣體體積減小的方向移動,CO的轉(zhuǎn)化率增大,所以p1小于p2;,答案(1)-90.1 (2)ac (3)小于(V/a)2增大,CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) 起始(molL-1)a/V2a/V 0 轉(zhuǎn)化(molL-1)a/2Va/V a/2V 平衡(molL-1)a/2Va/V a/2V 100 時,該反應(yīng)的化學平衡常數(shù)K==(V/a)2; 在其他條件不變的情況下,再增加a mol CO和2a mol H2,相當于加壓,平衡正
26、向移動,達到新平衡時,CO的轉(zhuǎn)化率增大。,2-2化工生產(chǎn)中原料轉(zhuǎn)化與利用非常重要,現(xiàn)有反應(yīng):CCl4+H2 CHCl3+HCl,查閱資料可知沸點:CCl4為77 ,CHCl3為61.2 。在密閉容器中,該反應(yīng)達到平衡后,測得下表數(shù)據(jù)。,(1)在100 時,此反應(yīng)的化學平衡常數(shù)表達式為;在110 時的平衡常數(shù)為。 (2)在實驗2中,若1小時后反應(yīng)達到平衡,則H2的平均反應(yīng)速率為。在此平衡體系中再加入0.5 mol CCl4和1.0 mol HCl,平衡將向方向移動。 (3)實驗1中,CCl4的轉(zhuǎn)化率a50%(填“”“=”或“<”)。實驗3中,b的值(填字母序號)。 A.等于50%B.大于50%,
27、C.小于50%D.由本題所給資料無法判斷,答案(1)K=1 (2)0.5 molL-1h-1逆反應(yīng) (3)D,解析本題主要考查平衡常數(shù)的計算與轉(zhuǎn)化率大小的判斷,意在考查考生根據(jù)化學平衡常數(shù)表達式進行計算的能力。(1)根據(jù)題給各物質(zhì)的沸點及反應(yīng)溫度可知100 時所有物質(zhì)均為氣態(tài),該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達式K=;由實驗2可知,CCl4的轉(zhuǎn)化率為50%,則平衡時c(CCl4)=c(H2)=c(CHCl3)=c(HCl)=0.5 molL-1,代入平衡常數(shù)表達式可得K=1。,(2)達到平衡后H2的轉(zhuǎn)化濃度為0.5 molL-1,則H2的平均反應(yīng)速率為0.5 molL-1h-1;由于加入HCl的物質(zhì)的量大于加入的CCl4的物質(zhì)的量,使QK,則平衡向逆反應(yīng)方向移動。(3)實驗1中,設(shè)CCl4轉(zhuǎn)化濃度為x molL-1,K=,,解得x=0.48,則CCl4的轉(zhuǎn)化率為100%=60%50%; 由于不知道該反應(yīng)是放熱反應(yīng)還是吸熱反應(yīng),故無法判斷b的大小。,
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