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專題37 化學(xué)平衡的移動(dòng) 一、高考題再現(xiàn) 1．（2018課標(biāo)Ⅰ）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?wèn)題 （1）1840年 Devil用干燥的氯氣通過(guò)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_(kāi)__________。 （2）F. Daniels等曾利用測(cè)壓法在剛性反應(yīng)器中研究了25℃時(shí)N2O5(g)分解反應(yīng)： 其中NO2二聚為N2O4的反應(yīng)可以迅速達(dá)到平衡。體系的總壓強(qiáng)p隨時(shí)間t的變化如下表所示（t=∞時(shí)，N2O4(g)完全分解）： t/min 0 40 80 160 260 1300 1700 ∞ p/kPa 35.8 40.3 42.5. 45.9 49.2 61.2 62.3 63. 1 ①已知：2N2O5(g)＝2N2O5(g)+O2(g) ΔH1=?4.4 kJmol?1 2NO2(g)＝N2O4(g) ΔH 2=?55.3 kJmol?1 則反應(yīng)N2O5(g)＝2NO2(g)+12O2(g)的ΔH =_______ kJmol?1。 ②研究表明，N2O5(g)分解的反應(yīng)速率υ=210-3pN2O5(kPamin-1)。t=62 min時(shí)，測(cè)得體系中pO2pO2=2.9 kPa，則此時(shí)的pN2O5=________ kPa，v=_______kPamin?1。 ③若提高反應(yīng)溫度至35℃，則N2O5(g)完全分解后體系壓強(qiáng)p∞(35℃)____63.1 kPa（填“大于”“等于”或“小于”），原因是________。 ④25℃時(shí)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(jì)算結(jié)果保留1位小數(shù)）。 （3）對(duì)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 N2O5NO2+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(rèn)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(biāo)號(hào))。 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NO3的碰撞僅部分有效 D．第三步反應(yīng)活化能較高 【答案】O2 53.1 30.0 6.010－2 大于 溫度提高，體積不變，總壓強(qiáng)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(qiáng)提高 13.4 AC ③由于溫度升高，容器容積不變，總壓強(qiáng)提高，且二氧化氮二聚為放熱反應(yīng)，溫度提高，平衡左移，體系物質(zhì)的量增加，總壓強(qiáng)提高，所以若提高反應(yīng)溫度至35℃，則N2O5(g)完全分解后體系壓強(qiáng)p∞(35℃)大于63.1 kPa。 ④根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知五氧化二氮完全分解時(shí)的壓強(qiáng)是63.1kPa，根據(jù)方程式可知完全分解時(shí)最初生成的二氧化氮的壓強(qiáng)是35.8kPa2＝71.6 kPa，氧氣是35.8kPa2＝17.9 kPa，總壓強(qiáng)應(yīng)該是71.6 kPa+17.9 kPa＝89.5 kPa，平衡后壓強(qiáng)減少了89.5 kPa－63.1kPa＝26.4kPa，所以根據(jù)方程式2NO2(g)N2O4(g)可知平衡時(shí)四氧化二氮對(duì)應(yīng)的壓強(qiáng)是26.4kPa，二氧化氮對(duì)應(yīng)的壓強(qiáng)是71.6 kPa－26.4kPa2＝18.8kPa，則反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp=18.8226.4kPa≈13.4kPa。 （3）A、第一步反應(yīng)快，所以第一步的逆反應(yīng)速率大于第二步的逆反應(yīng)速率，A正確； B、根據(jù)第二步和第三步可知中間產(chǎn)物還有NO，B錯(cuò)誤； C、根據(jù)第二步反應(yīng)生成物中有NO2可知NO2與NO3的碰撞僅部分有效，C正確； D、第三步反應(yīng)快，所以第三步反應(yīng)的活化能較低，D錯(cuò)誤。答案選AC。 1．（2018課標(biāo)Ⅱ）CH4-CO2催化重整不僅可以得到合成氣（CO和H2），還對(duì)溫室氣體的減排具有重要意義?；卮鹣铝袉?wèn)題： （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) ΔH=-75 kJmol?1 C(s)+O2(g)=CO2(g) ΔH=-394 kJmol?1 C(s)+1/2O2(g)=CO(g) ΔH=-111 kJmol?1 該催化重整反應(yīng)的ΔH==______ kJmol?1。有利于提高CH4平衡轉(zhuǎn)化率的條件是____（填標(biāo)號(hào)）。 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(jìn)行重整反應(yīng)，達(dá)到平衡時(shí)CO2的轉(zhuǎn)化率是50%，其平衡常數(shù)為_(kāi)______mol2L?2。 （2）反應(yīng)中催化劑活性會(huì)因積碳反應(yīng)而降低，同時(shí)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： 積碳反應(yīng) CH4(g)=C(s)+2H2(g) 消碳反應(yīng) CO2(g)+C(s)=2CO(g) ΔH/(kJmol?1) 75 172 活化能/ (kJmol?1) 催化劑X 33 91 催化劑Y 43 72 ①由上表判斷，催化劑X____Y（填“優(yōu)于”或“劣于”），理由是_________________。在反應(yīng)進(jìn)料氣組成、壓強(qiáng)及反應(yīng)時(shí)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)系如圖所示。升高溫度時(shí)，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(biāo)號(hào)）。 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 ②在一定溫度下，測(cè)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(shí)，不同p(CO2)下積碳量隨時(shí)間的變化趨勢(shì)如圖所示，則pa(CO2)、pb(CO2)、pc(CO2)從大到小的順序?yàn)開(kāi)_______________。 【答案】247 A 13 劣于 相對(duì)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??；而消碳反應(yīng)活化能相對(duì)小，消碳反應(yīng)速率大 AD pc(CO2)、pb(CO2)、pa(CO2) 根據(jù)蓋斯定律可知③2－②－①即得到該催化重整反應(yīng)CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g)的 ΔH=＋247 kJmol?1。正反應(yīng)是體積增大的吸熱反應(yīng)，所以有利于提高CH4平衡轉(zhuǎn)化率的條件是高溫低壓，答案選A；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(jìn)行重整反應(yīng)，達(dá)到平衡時(shí)CO2的轉(zhuǎn)化率是50%，根據(jù)方程式可知 CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g) 起始濃度（mol/L） 1 0.5 0 0 轉(zhuǎn)化濃度（mol/L） 0.25 0.25 0.5 0.5 平衡濃度（mol/L） 0.75 0.25 0.5 0.5 所以其平衡常數(shù)為0.520.520.750.25=13mol2L?2。 （2）①根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知相對(duì)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(duì)小，消碳反應(yīng)速率大，所以催化劑X劣于Y。A．正反應(yīng)均是吸熱反應(yīng)，升高溫度平衡向正反應(yīng)方向進(jìn)行，因此K積、K消均增加，A正確；B．升高溫度反應(yīng)速率均增大，B錯(cuò)誤；C．根據(jù)A中分析可知選項(xiàng)C錯(cuò)誤；D．積碳量達(dá)到最大值以后再升高溫度積碳量降低，這說(shuō)明v消增加的倍數(shù)比v積增加的倍數(shù)大，D正確。答案選AD。 ②根據(jù)反應(yīng)速率方程式可知在p(CH4)一定時(shí)，生成速率隨p(CO2)的升高而降低，所以根據(jù)圖像可知pa(CO2)、pb(CO2)、pc(CO2)從大到小的順序?yàn)閜c(CO2)、pb(CO2)、pa(CO2)。 二、考點(diǎn)突破 化學(xué)平衡移動(dòng) 1．概念 (1) 原因：反應(yīng)條件改變引起V(正)≠V(逆)。 (2) 方向：若v(正)>v(逆)時(shí)，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)； 若v(正)＜v(逆)時(shí)，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)。 2．影響因素 在一定條件下，aA(g)＋bB(g)mC(g)　達(dá)到了平衡狀態(tài)，若其他條件不變，改變下列條件對(duì)平衡的影響如下： (1) 濃度 ① 增大A的濃度或減小C的濃度，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)； ② 增大C的濃度或減小A的濃度，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng) 增大反應(yīng)物濃度或減小生成物濃度 增大生成濃度或減小反應(yīng)物濃度： (2) 壓強(qiáng) ① 若a＋b≠m，增大壓強(qiáng)，平衡向氣體體積減小的方向移動(dòng)；減小壓強(qiáng)，平衡向體體積增大的方向移動(dòng)。如圖1。 圖1 圖2 ② 若a＋b＝m，改變壓強(qiáng)，平衡不移動(dòng)。如上圖2。 (3)溫度 升高溫度，平衡向吸熱方向移動(dòng)；降低溫度，平衡向放熱方向移動(dòng)。 (4)催化劑 使用催化劑，因其能同等程度地改變正、逆反應(yīng)速率，平衡不移動(dòng)。 3．勒夏特列原理 如果改變影響平衡的一個(gè)條件(如溫度、濃度、壓強(qiáng))，平衡將向減弱這個(gè)改變的方向移動(dòng)。 三、考查方向 ⑴濃度對(duì)化學(xué)平衡的影響 典例1（2018屆遼寧葫蘆島市普通高中高三上學(xué)期期末）某溫度下，在甲、乙、丙、丁四個(gè)恒容密閉容器中投入H2和I2，發(fā)生反應(yīng)：H2(g)+I2(g)2HI(g)。反應(yīng)體系中各物質(zhì)濃度的有關(guān)數(shù)據(jù)如下。 容器 起始濃度 平衡濃度 c(H2)/molL-1 c(I2)/molL-1 c(HI)/molL-1 甲 0.01 0.01 0.004 乙 0.01 0.02 a 丙 0.02 0.01 b 丁 0.02 0.02 —— 下列判斷正確的是 A. H2的平衡濃度：a=b>0.004 B. 平衡時(shí)，H2的轉(zhuǎn)化率：丁>甲 C. 平衡時(shí)，乙中H2的轉(zhuǎn)化率等于20% D. 丙中條件下，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=4 【答案】A D、甲容器達(dá)到平衡時(shí)，c(H2)=(0.01－0.002)molL－1=0.008molL－1，c(I2)=0.008molL－1，根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式，K= =0.25，因?yàn)榛瘜W(xué)平衡常數(shù)只受溫度的影響，因此丙條件下的K=0.25，故D錯(cuò)誤。 ⑵壓強(qiáng)對(duì)化學(xué)平衡的影響 典例2（2018屆內(nèi)蒙古杭錦后旗奮斗中學(xué)高三上學(xué)期第二次月考）已知298K時(shí)反應(yīng)2SO2（g）+O2（g）═2SO3（g）△H=-197kJ?mol-1，在相同溫度下向一密閉容器中加入2molSO2和1molO2，達(dá)化學(xué)平衡時(shí)放出熱量為a1kJ；向另一容積相同的密閉容器中通入1molSO2和0.5molO2，達(dá)化學(xué)平衡時(shí)放出熱量為a2kJ，則下列關(guān)系式中正確的是（　?。? A. 2a2＞a1＞197 B. 2a2＜a1＜197 C. 2a2=a1＞197 D. 2a2=a1=197 【答案】B 【解析】該反應(yīng)是可逆反應(yīng)，所以a1＜197，前一個(gè)容器對(duì)于后一個(gè)容器而言是加壓，平衡右移，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率增大，所以，2a2＜a1，總之，2a2＜a1＜197，故選B。 ⑶溫度對(duì)化學(xué)平衡的影響 典例3（2019屆全國(guó)大聯(lián)考高三入學(xué)調(diào)研考試卷四）在恒容密閉容器中，由CO合成甲醇：CO(g) + 2H2(g)CH3OH(g)，在其他條件不變的情況下，研究溫度對(duì)反應(yīng)的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖所示，下列說(shuō)法正確的是 A． 平衡常數(shù)K=c(CH3OH)c(CO)?c(H2) B． 該反應(yīng)在T1時(shí)的平衡常數(shù)比T2時(shí)的小 C． CO合成甲醇的反應(yīng)為吸熱反應(yīng) D． 處于A點(diǎn)的反應(yīng)體系從T1變到T2，達(dá)到平衡時(shí)c(H2)c(CH3OH)增大 【答案】D