山東專用2022版高考化學一輪復習第7章化學反應的速率限度與方向第2節(jié)化學反應的限度工業(yè)合成氨學案魯科版

1、第2節(jié)化學反應的限度工業(yè)合成氨課標解讀1.了解化學反應的可逆性及化學平衡的建立。2.掌握化學平衡的特征。3.理解外界條件(濃度、溫度、壓強、催化劑等)對化學平衡的影響，能用相關理論解釋其一般規(guī)律。4.了解化學平衡的調控在生活、生產(chǎn)和科學研究領域中的重要作用?？赡娣磻c化學平衡狀態(tài)知識梳理1可逆反應辨易錯(1)2H2O22H2O為可逆反應。()(2)PbPbO22H2SO42PbSO42H2O為可逆反應。()(3)2 mol SO2和2 mol O2在一定條件下的密閉容器中發(fā)生2SO2(g)O2(g) 2SO3(g)，平衡時的O2物質的物質的量為1 mol。()答案(1)(2)(3)2化學平衡狀

2、態(tài)(1)概念在一定條件下可逆反應進行到一定程度時，反應物和生成物的濃度不再隨時間的延長而發(fā)生變化，正反應速率和逆反應速率相等，這種狀態(tài)稱為化學平衡狀態(tài)。(2)建立在一定條件下，把某一可逆反應的反應物加入固定容積的密閉容器中。反應過程如下：以上過程可用如圖表示：；若開始加入生成物，從逆反應建立平衡，則vt圖像為。因此，化學平衡狀態(tài)的建立可以從正反應建立，也可以從逆反應方向建立，也可以從正、逆兩反應方向同時建立，即平衡建立與反應途徑無關。(3)特征注意：化學平衡狀態(tài)的兩種標志辨易錯(1)可逆反應達到平衡時，各組分濃度不變，反應停止。()(2)從正反應建立平衡的過程中，平衡前v正大于v逆。()(3)

3、對于N2(g)3H2(g)2NH3(g)反應，當v正 (N2)v逆(NH3)時反應達到平衡狀態(tài)。()(4)在相同溫度下，相同容器(恒容)發(fā)生2SO2(g)O2(g)2SO3(g)反應，當分別向容器中充入2 mol SO2、1 mol O2與2 mol SO3平衡時，c(SO2)相同。()(5)一個可逆反應達到的平衡狀態(tài)就是這個反應在該條件下所能達到的限度。()答案(1)(2)(3)(4)(5)知識應用在一個體積固定的真空密閉容器中充入等物質的量的CO2和NH3，在恒定溫度下使其發(fā)生反應2NH3(g)CO2(g)CO(NH2)2(s)H2O(g)并達到平衡，混合氣體中氨氣的體積分數(shù)隨時間的變化如

4、圖所示：(1)A點的v正(CO2)_(填“”“”“(2)由圖像知，A點未達平衡，B點已達平衡，A點v正(CO2)B點v正(CO2)B點v逆(CO2)B點v逆(H2O)，故A點v正(CO2)B點v逆(H2O)(3)v正(CO2)v逆(NH3)(4)v逆(CO2)v正(CO2)(5)是命題點1極值轉化法分析可逆反應各時刻的量極值轉化法確定范圍的思維模板范圍說明：可逆反應的平衡物理量一定在最大值和最小值之間，但起始物理量可以為最大值或最小值。1在一個密閉容器中發(fā)生反應2SO2(g)O2(g)2SO3(g)，反應過程中某一時刻測得SO2、O2、SO3的濃度分別為0.2 molL1、0.2 molL1、

5、0.2 molL1，當反應達到平衡時，可能出現(xiàn)的數(shù)據(jù)是()Ac(SO3)0.4 molL1Bc(SO2)c(SO3)0.15 molL1Cc(SO2)0.25 molL1Dc(SO2)c(SO3)0.5 molL1C當c(SO3)0.4 molL1時，c(SO2)0，不合理，A錯誤；c(SO2)、c(SO3)不可能均為0.15 molL1，只能一種物質增大，另一種物質減小，B錯誤；c(SO2)c(SO3)應等于0.4 molL1，D錯誤。2在密閉容器中進行反應：X(g)Y(g)2Z(g)，已知X、Y、Z的起始濃度分別為0.1 molL1、0.3 molL1、0.2 molL1，在一定條件下，當

6、反應達到平衡時，X、Y、Z的濃度范圍分別為_、_、_。答案0c(X)0.2 molL10.2 molL1c(Y)0.4 molL10c(Z)0.4 molL1命題點2化學平衡的特征與標志3一定條件下，在密閉恒容的容器中，發(fā)生反應：3SiCl4(g)2N2(g)6H2(g)Si3N4(s)12HCl(g)H0，不能表示該反應達到平衡狀態(tài)的是()Av逆(N2)3v正(H2)B混合氣體的平均相對分子質量不變C若容器絕熱，溫度不變D容器中的壓強不變答案A4在一定溫度下，向2 L固定容積的密閉容器中通入1 mol CO2、3 mol H2，發(fā)生反應CO2(g)3H2(g)CH3OH(g)H2O(g)Hv

7、逆，平衡向正反應方向移動；v正v逆，反應達到平衡狀態(tài)，不發(fā)生平衡移動；v正v逆，平衡向逆反應方向移動。即哪方向速率大平衡就向哪方向移動。辨易錯(1)改變條件，v正增大，平衡正向移動。()(2)當平衡向正向移動的過程中，v正逐漸增大。()(3)升高溫度，v正、v逆均增大，平衡一定移動。()答案(1)(2)(3)2影響化學平衡的外界因素(1)實驗探究實驗：已知在K2Cr2O7的溶液中存在平衡：取兩支試管各加入5 mL 0.1 molL1的K2Cr2O7溶液。a向1號試管中加入幾滴濃硫酸，橙色變深，說明平衡向逆反應方向移動。b向2號試管中加入幾滴濃NaOH溶液，橙色變黃色，說明平衡向正反應方向移動。

8、實驗：某溶液中存在平衡：Fe33SCN。將上述溶液分別置于、號兩試管中。a向1號試管中加34滴飽和FeCl3溶液，紅色變深，說明平衡向正反應方向移動。b向2號試管中加34滴NaOH溶液，紅色變淺，說明平衡向逆反應方向移動。實驗：NO2球中存在以下平衡：2NO2(g)N2O4(g)H56.9 kJ/mol把該球放入熱水中，顏色變化：紅棕色變深，說明平衡向逆反應方向移動；放入冰水中，顏色變化：紅棕色變淺，說明平衡向正反應方向移動。(2)影響化學平衡的外界因素濃度增大反應物濃度或減小生成物濃度向正反應方向移動減小反應物濃度或增大生成物濃度向逆反應方向移動壓強(對有氣體參加的反應)反應前后氣體體積改變

9、增大壓強向氣體分子總數(shù)減小的方向移動減小壓強向氣體分子總數(shù)增大的方向移動反應前后氣體體積不變改變壓強平衡不移動溫度升高溫度向吸熱反應方向移動降低溫度向放熱反應方向移動注意：催化劑同等程度改變v正與v逆，平衡不移動。溫度改變對任何可逆反應均有平衡移動，但壓強改變只對有氣體參與且反應前后氣體系數(shù)不相等的反應有平衡移動。恒溫恒容條件通“惰性氣體”，各組分濃度不變，v正、v逆不變，平衡不移動；恒溫恒壓通“惰性氣體”各組分濃度同倍數(shù)減小(相當于減壓)，平衡向氣體體積增大的方向移動。(3)通過vt圖像分析影響化學平衡移動的因素某溫度下，在密閉容器中SO2、O2、SO3三種氣態(tài)物質建立化學平衡后，改變條件對

10、反應2SO2(g)O2(g)2SO3(g)H0的正、逆反應速率的影響如圖所示：A B CD加催化劑對反應速率影響的圖像是C(填字母，下同)，平衡不移動。升高溫度對反應速率影響的圖像是A，平衡向逆反應方向移動。增大反應容器體積對反應速率影響的圖像是D，平衡向逆反應方向移動。增大O2的濃度對反應速率影響的圖像是B，平衡向正反應方向移動。(4)勒夏特列原理在封閉體系中，如果僅改變平衡體系的一個條件(如溫度、壓強，以及參加反應的化學物質的濃度)，平衡將向著減弱這個改變的方向移動。如N2(g)3H2(g) 2NH3(g)反應在一定溫度下達到平衡時c(N2)a molL1，壓強為p，在恒溫下，將容器容積縮

11、小一半，達到平衡時，c(N2)2a molL1，p2p。辨易錯(1)對于C(s)H2O(g)CO(g)H2(g)，增加C的量，平衡向正反應方向移動。()(2)若平衡向正反應方向移動，平衡轉化率一定增大。()(3)對于反應N2(g)3H2(g)2NH3(g)，若斷裂 2 mol HH鍵，同時形成1 mol NN鍵，則平衡正向移動。()(4)對于反應2A(g)B(g)2C(g)，當v正(A)3v逆(B)時，平衡正向移動。()(5)用排飽和食鹽水法收集Cl2，體現(xiàn)了勒夏特列原理。()(6)在恒溫恒壓條件下，向N2(g)3H2(g)2NH3(g)的平衡體系中通入Ne氣體，平衡不移動。()答案(1)(2

12、)(3)(4)(5)(6)知識應用1在密閉容器中，一定條件下進行如下反應：NO(g)CO(g)N2(g)CO2(g)H373.2 kJmol1，達到平衡后，為提高NO的轉化率和該反應的速率，可采取的措施是_。加催化劑同時升高溫度加催化劑同時增大壓強升高溫度同時充入N2降低溫度同時增大壓強增大CO的濃度答案2勒夏特列原理又稱平衡移動原理，可以解決平衡移動問題，回答下列問題。對于N2(g)3H2(g)2NH3(g)H0，達平衡后，改變條件，請回答：(1)升溫，平衡向_移動，新平衡的溫度比原來的_。(2)縮小容器體積至原體積的，平衡向_移動，新平衡的壓強p與原平衡的壓強p0的關系為_，新平衡時c(N

13、2)與原平衡的c(N2)的關系為_。答案(1)逆反應方向高(2)正反應方向p0p2p0c(N2)c(N2)0，一段時間后達到平衡，測得各物質的濃度。(1)若體積不變，僅增加c(A)，A的轉化率將_(填“增大”“減小”或“不變”，下同)，B的轉化率將_，達到新平衡時，c(A)將_，c(C)將_。(2)體積不變，再充入a mol A和b mol B，則平衡_移動，達到新平衡時，c(A)將_，c(C)將_。若abcd，則A的轉化率將_；若abcd，則A的轉化率將_；若abbc時，(A)增大，(A)減?。籥bc時，(A)減小，(A)增大。(A)表示A的轉化率，(A)表示A的百分含量。命題點2化學平衡移

14、動與結果的分析3將等物質的量的N2、H2充入某密閉容器中，在一定條件下，發(fā)生如下反應并達到平衡：N2(g)3H2(g)2NH3(g)H0。當改變某個條件并維持新條件直至達到新的平衡時，下表中關于新平衡與原平衡的比較正確的是()選項改變條件新平衡與原平衡比較A增大壓強N2的濃度一定減小B升高溫度N2的轉化率減小C充入一定量H2H2的轉化率不變，N2的轉化率增大D充入1 mol N2和1 mol H2NH3的體積分數(shù)不變B壓縮體積，增大壓強，N2的濃度增大，A錯誤；充入H2，H2的轉化率減小，N2的轉化率增大，C錯誤；再充入1 mol N2和1 mol H2，壓強變大，正向進行的程度大，NH3的含

15、量增多，體積分數(shù)變大，D錯誤。4在一密閉容器中，反應aA(g)bB(s)cC(g)dD(g)達到平衡后，保持溫度不變，將容器縮小為原來的一半，當達到新的平衡時，A的濃度是原來的1.6倍，則下列說法正確的是 ()A平衡向逆反應方向移動BacdC物質A的轉化率增大 D物質D的濃度減小C容器縮小為原來的一半，若平衡不移動，則A的濃度應變?yōu)樵瓉淼?倍，說明平衡正向移動，A的轉化率增大。5T 時，在恒容密閉容器中充入一定量的H2和CO，在催化劑作用下發(fā)生反應：CO(g)2H2(g)CH3OH(g)Hv逆時，才使平衡向正反應方向移動。(3)同等程度地改變反應混合物中各物質的濃度時，應視為壓強的影響。(4)

16、對于縮小體積增大壓強，不管是否移動，各成分的濃度均增大，但增大的倍數(shù)可能不同也可能相同。(5)不要把化學平衡向正反應方向移動與反應物轉化率的提高等同，當反應物總量不變時，化學平衡向正反應方向移動，反應物的轉化率提高；當增大一種反應物的濃度，使化學平衡向正反應方向移動時，會使另一種反應物的轉化率提高，而本身的轉化率降低?；瘜W平衡的調控在化工生產(chǎn)中的應用“學以致用”是學習化學知識的一個重要使命。對于化學平衡中條件控制在生產(chǎn)、生活中應用廣泛，近三年命題的頻率為100%，預測2021年命題將會加強。此類試題充分體現(xiàn)了科學精神和社會責任的化學核心素養(yǎng)。1化工生產(chǎn)適宜條件選擇的一般原則條件原則從化學反應速

17、率分析既不能過快，又不能太慢從化學平衡移動分析既要注意外界條件對速率和平衡影響的一致性，又要注意二者影響的矛盾性從原料的利用率分析增加易得廉價原料，提高難得高價原料的利用率，從而降低生產(chǎn)成本循環(huán)操作從實際生產(chǎn)能力分析如設備承受高溫、高壓能力等從催化劑的使用活性分析注意催化劑的活性對溫度的要求2工業(yè)合成氨的原理與條件選擇(1)反應原理N2(g)3H2(g)2NH3(g)H92.4 kJmol1反應特點：反應為可逆反應；正反應為放熱反應；反應物、生成物均為氣體，且正反應為氣體物質的量減小的反應。(2)條件選擇壓強：1030 MPa的壓強。壓強越高，轉化率越大，但對材料設備的要求越高，成本越高。溫度

18、：400500 的溫度。溫度要適宜，既要考慮速率又要考慮反應程度，同時還要考慮催化劑的活性溫度。催化劑：使用催化劑可提高反應速率，同時不同的催化劑有不同的活性和選擇性。循環(huán)操作：提高原料利用率。1據(jù)報道，在300 、70 MPa下由二氧化碳和氫氣合成乙醇(CH3CH2OH)已成為現(xiàn)實：2CO2(g)6H2(g)CH3CH2OH(g)3H2O(g)下列敘述錯誤的是 ()A使用CuZnFe催化劑可大大提高生產(chǎn)效率B升高溫度，該反應平衡常數(shù)K一定增大C充入大量CO2氣體可提高H2的轉化率D從平衡混合氣體中分離出CH3CH2OH和H2O，可提高CO2和H2的利用率B不能確定焓變H的正、負，升溫，平衡移

19、動方向不確定，該反應平衡常數(shù)K不一定增大，B錯誤。2丙烯腈(CH2=CHCN)是一種重要的化工原料，工業(yè)上可用“丙烯氨氧化法”生產(chǎn)，主要副產(chǎn)物有丙烯醛(CH2=CHCHO)和乙腈(CH3CN)等。回答下列問題：(1)以丙烯、氨、氧氣為原料，在催化劑存在下生成丙烯腈(C3H3N)和副產(chǎn)物丙烯醛(C3H4O)的熱化學方程式如下：C3H6(g)NH3(g)O2(g)=C3H3N(g)3H2O(g)H515 kJmol1C3H6(g)O2(g)=C3H4O(g)H2O(g)H353 kJmol1有利于提高丙烯腈平衡產(chǎn)率的反應條件是_；提高丙烯腈反應選擇性的關鍵因素是_。(2)圖(a)為丙烯腈產(chǎn)率與反應

20、溫度的關系曲線，最高產(chǎn)率對應的溫度為460 。低于460 時，丙烯腈的產(chǎn)率_(填“是”或“不是”)對應溫度下的平衡產(chǎn)率，判斷理由是_；高于460 時，丙烯腈產(chǎn)率降低的可能原因是_(雙選，填標號)。A催化劑活性降低B平衡常數(shù)變大C副反應增多 D反應活化能增大圖(a)圖(b)(3)丙烯腈和丙烯醛的產(chǎn)率與n(氨)/n(丙烯)的關系如圖(b)所示。由圖可知，最佳n(氨)/n(丙烯)約為_，理由是_。進料氣氨、空氣、丙烯的理論體積比約為_。解析1.0丙烯腈的產(chǎn)率最高，根據(jù)反應n(氨)n(O2)11.5，故n(氨)n(空氣)1(1.55)17.5。答案(1)降低溫度、降低壓強催化劑(2)不是該反應為放熱反

21、應，平衡產(chǎn)率應隨溫度升高而降低AC(3)1該比例下丙烯腈產(chǎn)率最高，而副產(chǎn)物丙烯醛產(chǎn)率最低17.51“假設等效”思想突破平衡狀態(tài)比較“平衡狀態(tài)比較”在近幾年的高考中時常出現(xiàn)，難度較大，不易分析。如果運用“假設等效”思想去領悟，就容易理解了。本部分也充分體現(xiàn)了“證據(jù)推理與模型認知”的化學核心素養(yǎng)。1等效平衡(1)等效平衡的概念在相同條件下(恒溫、恒容或恒溫、恒壓)，同一可逆反應體系，不管是從正反應方向開始，還是從逆反應方向開始，在達到化學平衡狀態(tài)時，任何相同組分的百分含量(體積分數(shù)、物質的量分數(shù)等)均相同，這樣的化學平衡互稱為等效平衡。(2)等效平衡的分類及特點等效類型條件恒溫、恒容恒溫、恒容恒溫

22、、恒壓反應的特點任何可逆反應反應前后氣體分子數(shù)相等任何可逆反應起始投料換算為化學方程式同一邊物質， 其“量”相同換算為化學方程式同一邊物質，其“量”符合同一比例換算為化學方程式同一邊物質，其“量”符合同一比例平衡特點質量分數(shù)(w%)相同相同相同濃度(c)相同成比例相同(氣體)物質的量(n)相同成比例成比例2.“假設等效”思想比較平衡狀態(tài)(1)構建恒溫恒容等效平衡新平衡狀態(tài)可認為是兩個原平衡狀態(tài)簡單的疊加并壓縮而成，相當于增大壓強。(2)構建恒溫恒壓等效平衡(以氣體物質的量增加的反應為例，見圖示)新平衡狀態(tài)可以認為是兩個原平衡狀態(tài)簡單的疊加，壓強不變，平衡不移動。 (3)恒溫恒容與恒溫恒壓條件平

23、衡比較模式(起始量相同)典例導航把晶體N2O4放入一固定容積的密閉容器中氣化并建立N2O4(g)2NO2(g)平衡后，保持溫度不變，再通入與起始時等量的N2O4氣體，反應再次達平衡，則新平衡N2O4的轉化率與原平衡比()A變大B變小C不變D無法確定思路點撥設計過程圖示如下：答案B若將“固定容積”改為“固定壓強”，則答案應選_。答案C1在相同溫度下，分別將1 mol SO2和0.5 mol O2充入a、b兩容器中發(fā)生反應：2SO2(g)O2(g)2SO3(g)HbBSO2的體積分數(shù)：abC反應速率：abD能量變化：abBa容器平衡時的壓強小于b容器平衡時的壓強，a中反應程度較小，轉化率較小。2在

24、相同溫度和壓強下，對反應CO2(g)H2(g)CO(g)H2O(g)進行甲、乙、丙、丁四組實驗，實驗起始時放入容器內各組分的物質的量見下表物質物質的量實驗CO2H2COH2O甲a mola mol0 mol0 mol乙2a mola mol0 mol0 mol丙0 mol0 mola mola mol丁a mol0 mola mola mol上述四種情況達到平衡后，n(CO)的大小順序是()A乙丁甲丙 B甲乙丙丁C乙甲丁丙 D丁丙乙甲A先利用極端轉化為一邊的物質，乙與丁，甲與丙的量相等，平衡時乙與丁中的CO2比甲與丙的多，正向程度大，n(CO)變多，故n(CO)的大小為乙丁甲丙。3將4.0 m

25、ol PCl3和2.0 mol Cl2充入體積不變的密閉容器中，在一定條件下發(fā)生反應：PCl3(g)Cl2(g)PCl5(g)。達到平衡時，PCl5為0.8 mol，如果此時移走2.0 mol PCl3和1.0 mol Cl2，在相同溫度下再達平衡時PCl5的物質的量是()A0.8 molB0.4 molC小于0.4 mol D大于0.4 mol，小于0.8 molC已知：4一定條件下存在反應：CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)HQ kJmol1(Q0)，現(xiàn)有三個相同的2 L 恒容絕熱(與外界沒有熱量交換)密閉容器、，在中充入1 mol CO和1 mol H2O，在中充入1 mol

26、CO2和1 mol H2，在中充入2 mol CO和2 mol H2O，均在700 條件下開始反應。達到平衡時，上述三個過程對應的能量變化值分別為Q1、Q2、Q3，下列說法正確的是 ()A2Q12Q2Q3，無法比較Q1、Q2大小。真題驗收1(20207月浙江選考，T18)5 mL 0.1 molL1 KI溶液與1 mL 0.1 molL1 FeCl3溶液發(fā)生反應：2Fe3(aq)2I(aq)2Fe2(aq)I2(aq)，達到平衡。下列說法不正確的是()A加入苯，振蕩，平衡正向移動B經(jīng)苯2次萃取分離后，在水溶液中加入KSCN，溶液呈血紅色，表明該化學反應存在限度C加入FeSO4固體，平衡逆向移動

27、D該反應的平衡常數(shù)KD碘易溶于苯，加入苯，碘進入到苯中，使水溶液中碘的濃度減小，平衡正向移動，A項正確；如果反應能進行到底，則經(jīng)過苯兩次萃取分離后溶液中不會有Fe3，加入KSCN，溶液不會呈血紅色，溶液呈血紅色說明此反應是可逆反應，有反應限度，B項正確；加入FeSO4，二價鐵離子濃度增大，平衡逆向移動，C項正確；該反應的平衡常數(shù)K，D項錯誤。2(2017全國卷，T27)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：C4H10(g)=C4H8(g)H2(g)H1已知：C4H10(g)O2(g)=C4H8(g)H

28、2O(g)H2119 kJmol1H2(g)O2(g)=H2O(g)H3242 kJmol1反應的H1_kJmol1。圖(a)是反應平衡轉化率與反應溫度及壓強的關系圖，x_0.1(填“大于”或“小于”)；欲使丁烯的平衡產(chǎn)率提高，應采取的措施是_(填標號)。A升高溫度B降低溫度C增大壓強D降低壓強圖(a)圖(b)圖(c)(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)的關系。圖中曲線呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢，其降低的原因是_。(3)圖(c)為反應產(chǎn)率和反應溫度的關系曲線，副

29、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_。解析(1)由蓋斯定律可知，式式式，即H1H2H3119 kJmol1(242 kJmol1)123 kJmol1。由圖(a)可知，同溫下，x MPa時丁烯的平衡產(chǎn)率高于0.1 MPa時的，根據(jù)壓強減小，平衡向右移動可知，x小于0.1。欲提高丁烯的平衡產(chǎn)率，應使平衡向右移動，該反應的正反應為吸熱反應，因此可以通過升高溫度的方法使平衡向右移動；該反應為氣體體積增大的反應，因此可以通過降低壓強的方法使平衡向右移動，所以A、D選項正確。(2)由于氫氣是產(chǎn)物之一，隨著n(氫氣)/n(丁烷)增大，逆反應速率增大，所以丁烯產(chǎn)率降低。(3)該反應的正反應為吸熱反應，因此升高溫度可以使平衡向右移動，使丁烯的產(chǎn)率增大，另外，反應速率也隨溫度的升高而增大。由題意知，丁烯在高溫條件下能夠發(fā)生裂解