2023年高考化学总复习第一部分考点指导第四章化学反应的方向、限度与速率 第3讲化学平衡常数及转化率的计算、化工生产适宜条件的选择.pdf
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1、第3讲 化学平衡常数及转化率的计算化工生产适宜条件的选择【课标要求】1 .能书写平衡常数表达式,能进行平衡常数、转化率的简单计算,能利用平衡常数和浓度商的关系判断化学反应是否达到平衡及平衡移动的方向。2.针对典型案例,能从限度、速率等角度对化学反应和化工生产条件进行综合分析。【学科素养】1 .变化观念与平衡思想:能从化学平衡常数的角度分析化学反应,运用化学平衡常数解决问题。能多角度、动态地分析化学反应中有关物质的转化率,运用化学反应原理解决实际问题。2.证据推理与模型认知:知道可以通过分析、推理等方法认识研究对象的本质特征、构成要素及其相互关系,建立模型。能运用模型(以与的关系)解释化学平衡的
2、移动,解释现象的本质和规律。3.科学态度与社会责任:具有可持续发展意识和绿色化学观念,能运用化学平衡原理对与化学有关的社会热点问题做出正确的价值判断。教师独具o_ 一 知识相群 建构体系为教师各课、校课提供4富教学青源始判据:般 飒 反应可以自发进行触 腮:般嫡增的反应可以自发进行复合判据:A/z-r-Asc(B)内因:反应物的性质一I 决定因外因:只与温度有关判断、比较可逆反应进行的程度操作安全简单、经济效益好判断可逆 4=四寸,处于平衡状态反应进行-的方向 0c 长时,逆向进行0cK时,正向进行判断反应的热温度升高,K值增大,反应吸热应用温度升高,K值减小,反应放热【考情播报】考点考点一:
3、化学平衡常数2 0 2 1全国甲卷第2 8题命题分析2 0 2 1全国乙卷第2 8题2 0 2 1广东选择考第1 9题考点二:化学平衡的有关计算2 0 2 1河北选择考第1 6题2 0 2 1山东等级考第2 0题2 0 2 0全 国I卷 第2 8题2 0 2 1山东等级考第1 8题考点三:化工生产适宜条件的选择2 0 2 1浙 江6月选考第1 7题2 0 2 1湖南选择考第1 6题2 0 2 0江苏高考第1 5题2 0 1 9全 国 卷I I I第2 8题分析近五年高考试题,高考命题在本讲有以下规律:1 .从考查题型和内容上看,高考命题以选择题和非选择题呈现,主要考查化学平衡常数、转化率的计算
4、、化学反应的熠变及反应进行的方向、化工生产中条件的选择等。2 .从命题思路上看,侧重以化工生产为背景,考查反应转化率、平衡常数的计算,压强平衡常数及速率常数的相关计算;结合反应速率及焙变考查化工生产条件的选择。(1)选择题考查化学平衡的表达式、反应进行的方向,结合化学平衡图像、图表考查化学平衡相关浓度、转化率等的计算。(2)非选择题常常与基本理论、工业生产相联系,通过图像或表格提供信息,考查转化率、浓度平衡常数、压强平衡常数、速率常数等相关的判断和计算;从反应时间、投料比值、催化剂的选择、转化率等角度考查生产条件的选择。3.从考查学科素养的角度看,注重考查变化观念与平衡思想、证据推理与模型认知
5、、科学态度与社会责任的学科素养。备考策略根据高考命题特点和规律,复习时要注意以下几个方面:(1)对化学平衡常数的理解;(2)利用三段式对化学平衡进行相关计算;(3)平衡原理在化工生产中的综合应用。考点一:化学平衡常数(基础性考点)必备知识 夯实(一)从宏观角度认识化学平衡常数1 .概念在一定温度下,当一个可逆反应达到化学平衡时,生成物浓度累之积与反应物浓度事之积的比值是一个常数,用符号4表示。2 .表达式(1)对于反应曲(g)+B(g)、区(g)+q D (g),K=cP(CW(D)cm(A).cn(B)如:C (s)+H20 (g)(g)+H2(g)的平衡常数表达式C(CQ)-C(H2)-C
6、(H2O)J.微点拨固体和纯液体物质的浓度视为常数,通常不写入平衡常数表达式中,但水蒸气需写入。计算时,代入平衡常数表达式的浓度是平衡浓度。化学平衡常数是指某一个具体反应的平衡常数,当化学反应方向改变或化学计量数改变时,化学平衡常数也发生改变,例如:2 N H,3(g)N K g)+3 H z(g)N2(g)+3 H2(g)2 N H,(g)e2(NH3)2 C(N2).C3(H2)-1 37 N2(g)+-H2(g)NH:,(g)乙 乙C2(N2).C2(H2)&=一(用及表示,下同);K=遍 。匕3.意义与影响因素(1)值越大,反应物的转化率越高,正反应进行的程度越大。(2)只受温度影响,
7、与反应物或生成物的浓度变化无关。辨易错(1)增大反应物的浓度,平衡正向移动,化学平衡常数增大(X)提示:平衡常数只与温度有关。(2)对某一可逆反应,升高温度则化学平衡常数一定变大(X)提示:升温,对于吸热反应,平衡常数增大,对于放热反应,平衡常数减小。(3)一个可逆反应的正反应 正与逆反应/逆相等(X)提示:它们互为倒数关系。(4)平衡常数发生变化,化学平衡一定发生移动(J)提示:平衡常数发生改变,温度一定改变,所以化学平衡一定发生移动。(二)从应用角度认识化学平衡常数1 .判断可逆反应进行的程度K 1 05反应程度很难进行反应可逆反应可接近完全2 .判断化学反应进行的方向对于化学反应aA(g
8、)+加(g)ucC(g)+(g)的任意状态,浓度商0=c(C)-(D)d(A)d(B)Q K,反应向逆反应方向进行。3.判断可逆反应的热效应r-K 值增大f 正反应为吸热反应升高温度_ _一 一 值减小一正反应为放热反应 K 值增大-正反应为放热反应降低温度一值减小一正反应为吸热反应关键能力进阶7能力点一:化学平衡常数的理解与应用1 .平衡常数只与温度有关升高温度一 值增大一正反应为吸热反应 值减小正反应为放热反应降低温度一(值增大一正反应为放热反应值减小正反应为吸热反应2 .未知方程式(及)与已知方程式(4)和(项的关系2若=2*,则及=4 ;若=3*,则 及=布;若=一,则芯=1/%;若二
9、十,则及=用*及;若=一,则%=%/及。迁移应用命题角度一:平衡常数及影响因素1 .在某温度下,可逆反应:血(或+疝(或 二 (或+和(或的平衡常数为4,下列说法正确的是()A.越大,达到平衡时,反应正向进行的程度越大B.越小,达到平衡时,反应物的转化率越大C.4随反应物浓度的改变而改变D.4随温度和压强的改变而改变【解析】选 A。(越大,表示反应达到平衡时,反应正向进行的程度越大,反应物的转化率越大,反之,反应物的转化率越小,只与温度有关,与浓度、压强无关。2.2 0 0 0 K时,反 应 C O(g)+1 的平衡常数为K,则相同温度下反应2 C()2(g)k 2 co(g)+(g)的 平
10、衡 常 数 为()1 ,1 1A.B.片 C.9 D.-A *K2【解析】选 Co 平衡常数与化学方程式的写法有关,对于题干中的两个反应,K=c(CO2)_ d(C O).e g)_1i K-1 (C O,)所 以 一片。c(CO)郎 2(0,)教师专用【加固训练】已知下列反应在某温度下的平衡常数:H2(g)+S(s)=H2S(g)瓜S(s)+02(g)=S 02(g)K2则在该温度下反应H2(g)+S 02(g)(g)+H 2 s(g)的平衡常数为()A.KX+K2B.K-K2C.K、X 及D.KJ%【解析】选 Do 由平衡常数的定义可知,K、=c(H2S)c(H2),K 1 =c(S 02
11、)厂1 /c(0 ),反应 H?(g)+S 0 2(g)=0 g)+H 2 s(g)的平衡常数仁;常:;摞,即 仁 X/&命题角度二:平衡常数的应用3.1 0 0 0 K 时,已知反应 N i(s)+H 2 0(g);?=N i 0(s)+H 2(g)的平衡常数仁0.0 0 5 9。当水蒸气和氢气的物质的量浓度相等时,下列说法正确的是()A.该反应已达到平衡状态B.该反应未达到平衡状态,反应正向进行C.该反应未达到平衡状态,反应逆向进行D.无法确定该反应是否达到平衡状态【解析】选 C。当水蒸气和氢气的物质的量浓度相等时,=1 水则该反应未达c(H20)到平衡状态,反应逆向进行,C正确。4.(2
12、 0 2 2 梅州模拟)以下是关于合成氨的有关问题,请回答:(1)若在一容积为2 L的密闭容器中加入0.2 m ol 的 1和0.6 m ol 的比在一定条件下发生反应:N Mg)+3 H 2(g)-2 N H 3(g)A 水0,若在5 分钟时反应达到平衡,此时测得N L 的物质的量为0.2 m o l e 则平衡时c(Nj=o平 衡 时 乩 的 转 化 率 为%0(2)平衡后,若提高H?的转化率,可以采取的措施有 0A.加了催化剂 B.增大容器体积C.降低反应体系的温度 D.加入一定量N2(3)若在0.5 L的密闭容器中,一定量的氮气和氢气进行如下反应:N?(g)+3 H 2(g)T N H
13、 3(g)正0,其化学平衡常数4 与温度7 的关系如表所示:T/2 003 004 00K&K20.5请完成下列问题:写出化学平衡常数的表达式。试比较及、左的大小,4 4(填或“=);4 00 时,反应2 N H:f(g)=N?(g)+3 乩(g)的化学平衡常数为。当测得N H:,、N2和乩物质的量分别为3 m o l、2 m o i 和 1 m o l 时,则该反应的r(N2)_*2逆(填“”“心 或“=”)。【解析】(1)若在5 分钟时反应达到平衡,此时测得N L 的物质的量为0.2 m o l,因此消耗氢气的物质的量是0.2 m o l X-3 =0.3 m o l,氢气的转化率0为 3
14、六 m产l-X 100%=5 0%,由方程式可知,消2 0.6 m o l耗氮气为0.1 m o l,平衡时氮气的浓度是,2 史。:一1 0/、。1 =0 05 m o l L ;(2)加了催化剂加快反应速率,不影响平衡移动,氢气转化率不变,选项A 错误;增大容器体积,压强减小,平衡向逆反应方向移动,氢气转化率减小,选项B 错误;正反应为放热反应,降低反应体系的温度,平衡正向移动,氢气转化率增大,选项C正确;加入一定量N2,平衡正向移动,氢气转化率增大,选项 D 正确;(3)由反应可知平衡常数的表达式为能 C H7:正反应为放热反应,升高温度平衡逆向移动,平衡常数减小,故 分4 00 时,反应
15、2 N H3(g)N2(g)+3 H2(g)的化学平衡常数与N2(g)+3 H2(g)2 N H:i(g)的平衡常数互为倒数,则4 00 时,反应1 4 X S2加3(8)=%(8)+3月1)的化学平衡常数a rm=2;此时浓度商Q=武2 q 於2,反应向正反u.o y应进行,则该反应的“(2 止”(2 逆。答案:(1)0.05 m o l L 5 0%(2)C D)c (弗)c;(压),2,能力点二:速率常数与平衡常数的关系对于基元反应 aA(g)+Z B(g)=c C(g)+o D(g),匕E=A正 c (A)c (B),/逆=k逆 c (C)c (D),平衡常数,反应达到平衡时 正=嗔,
16、C kA7 9 C ID 7 k迎.V正故仁 片ok逆典例精研【典例】B o d e n s t e i n s研究了下列反应:2 H I (g)=i f L(g)+l2(g)在7 16 K时,气体混合物中碘化氢的物质的量分数x(H I)与反应时间t的关系如下表:t/m i n02 04 0608 012 0 x(H I)10.9 10.8 50.8 150.7 9 50.7 8 4x(H I)00.600.7 30.7 7 30.7 8 00.7 8 4(1)根据上述实验结果,该反应的平衡常数的计算式为 O(2)上述反应中,正反应速率为/正=5正 步(H I),逆反应速率为/逆=4逆x(H:
17、)x(l 2),其中4正、A逆 为速率常数,则A逆为(以4和4正表示)。若 正=0.002 7 m in-1,在t=40 m in 时,/正=m in,【解析】(1)由表中数据可知,无论是从正反应方向开始,还是从逆反应方向开始,最终x(H I)均为0.78 4,说明此时已达到了平衡状态。设H I的初始浓度为1 m o l -L-1,则:2H I(g).士H?(g)+I z(g)初始/(m o l L )10 0转化/(m o l)0.2160.108 0.108平衡/(m o l )0.78 40.108 0.108Kc(H2)c(I2)0.108 X 0.108 c(H I)0.78 42o
18、(2)建 立 平 衡 时,正=人,即在正*5 1)=&X(H?)-),0=X(J)T)(L)k 正。由于 该 反 应 前 后 气 体 分 子 数 不 变,故37 THm丁于=;(75)7。在 40 在n 时,在H I)=0.8 5,则“=0.002 7 m in-,X 0.8 521.9 5X 10-3m in-1o依入 z x0.108 X 0.108答 案:0.78 4,(2)与 1.9 5X 10-3技法积累速 率 常 数 和 平 衡 常 数 有 何 区 别?请 从 常 数 表 示 的 含 义 和 影 响 因 素 两 方 面 进 行 归 纳。提 不:反 应 速 率 常 数 通 过 量 化
19、 化 学 反 应 速 率,来 表 示 反 应 的 快 慢;其影响因素包括温度和反应物性 质 等。平 衡 常 数 属 于 平 衡 程 度 的 标 志,表 示 反 应 进 行 的 最 大 限 度;平 衡 常 数 只 受 温 度 的 影 响,而与 反 应 物 的 浓 度 无 关。迁移应用1.在2 L密 闭 容 器 中 通 入3 m o l H?和1 m o l N2,测 得 不 同 温 度 下,M h的产率随时间变化如图所示。力温度时,已 知:瞬 时 速 率 表 达 式“正d(H jc(N2),!/逆=A逆/(N L)(A为 速 率 常 数,只与温度有关)。温 度 由7;调 到T2,活化分子百分率(
20、填“增 大”“减 小”或“不 变”),A止增大倍数(填“大 于”“小于”或“等 于)A逆增大倍数。7J C时,A正 逆A/7(H2)【解析】(1)7温度下,15 m i n时,NH:,的产率达50%,反应(=1.5 m o l,r(H2)=1.5 m o l2 L :=0.05 m o l L m in ;15 m in由图像可知,7;时的反应速率比E时反应速率小,所以温度由7;调到T2,活化分子百分率增大,增大倍数小于A逆增大倍数,7T C时,NH s的产率是5 0%,根据化学方程式可知:N2(g)+3H2(g)=i 2 N H;(g)初始/m o l 0.5 1.5 0转化/m o l L
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