资源简介

(共66张PPT)
第二章　化学反应速率与化学平衡
第二节　化学平衡
第4课时　温度、催化剂对化学平衡的影响　勒夏特列原理
目
录
知识点二　勒夏特列原理
课时作业
知识点一　温度、催化剂对化学平衡的影响
即时演练
1.变化观念与平衡思想:从变化的角度认识化学平衡的移动,即可逆反应达到平衡后,随温度等外界条件的改变,平衡将会发生移动。2.证据推理与模型认知:通过实验论证温度、催化剂的改变对化学平衡移动的影响,构建分析判断化学平衡移动方向的思维模型(勒夏特列原理)。
核心素养发展目标
一
知识点一　温度、催化剂对化学平衡的影响
1.温度对化学平衡的影响
(1)实验探究
实验 原理 2NO2(g) N2O4(g)
(红棕色)　　(无色)　
ΔH=-56.9 kJ·mol-1
实验 步骤
现象 与解释 混合气体受热,颜色____,说明NO2浓度____,即平衡向______方向移动;混合气体被冷却时颜色____,说明NO2浓度____,即平衡向______方向移动
加深
增大
逆反应
变浅
减小
正反应
(2)温度对化学平衡的影响规律
当其他条件不变时,升高温度,会使化学平衡向________的方向移动;降低温度,会使化学平衡向________的方向移动。
2.催化剂对化学平衡的影响
(1)催化剂对化学平衡的影响规律
催化剂能够________地改变正反应速率和逆反应速率,因此,它对化学平衡的移动________。也就是说,催化剂不能改变达到化学平衡状态的反应混合物的组成,但是,使用催化剂能改变反应达到平衡所需的时间。
吸热反应
放热反应
同等程度
没有影响
(2)用v-t图像分析催化剂对化学平衡的影响
t1时刻,加入催化剂,v'正、v'逆同等倍数增大,则v'正=v'逆,平衡不移动。
已知反应:mA(g)+nB(g) pC(g)　ΔH<0,当反应达到平衡后,若温度改变,其反应速率的变化曲线如图所示。
由图分析可知,t1时刻,升高温度,v'正、v'逆均增大,但吸热反应方向的v'逆增大幅度大,则v'逆>v'正,平衡逆向移动。
问题探究
(1)若t1时刻降低温度,化学反应速率如何变化 化学平衡怎样移动 请画出对应的反应速率变化图像。
t1时刻,降低温度,v'正、v'逆均减小,但吸热反应方向的v'逆减小幅度大,则v'正>v'逆,平衡正向移动。反应速率图像如图所示。
(2)对于一个达到平衡状态的化学反应,改变温度,该平衡是否一定发生移动 为什么
一定发生移动。因为任何化学反应都伴随着能量的变化(放热或吸热),所以任意可逆反应的化学平衡状态都受温度的影响。
利用v-t图像分析温度对化学平衡移动的影响
归纳提升
aA+bB cC+dD ΔH<0 aA+bB cC+dD ΔH>0
1.反应A(g)+3B(g) 2C(g)　ΔH<0达到平衡后,将反应体系的温度降低,下列叙述正确的是(　 　)
A.正反应速率增大,逆反应速率减小,平衡向右移动
B.正反应速率减小,逆反应速率增大,平衡向左移动
C.正反应速率和逆反应速率都减小,平衡向右移动
D.正反应速率和逆反应速率都减小,平衡向左移动
解析:降低温度,正反应速率、逆反应速率都减小,化学平衡向放热反应方向移动,即向右移动。
C
2.已知接触法制备硫酸中涉及可逆反应2SO2+O2 2SO3,工业上往往采用催化剂V2O5。下列关于催化剂V2O5的说法中,正确的是 (　 　)
A.使用催化剂可以降低反应所需的活化能,从而增大反应速率和SO2的平衡转化率
B.使用催化剂可以促进平衡向正反应方向移动
C.使用催化剂可以缩短达到平衡所需的时间,但不影响SO2的平衡转化率
D.使用催化剂会改变该反应的焓变
C
解析:催化剂可以降低反应所需的活化能,从而增大反应速率,但不影响SO2的平衡转化率,A项错误;催化剂的使用不影响化学平衡,但能缩短反应达到平衡所需的时间,B项错误,C项正确;对于给定条件的反应而言,焓变与催化剂无关,D项错误。
3.某密闭容器中发生反应:2NH3(g)+CO2(g) CO(NH2)2(s)+H2O(g),某一过程中反应速率与时间的关系如图所示,O~t1为化学平衡状态,改变物质的浓度、压强、温度或催化剂等外界条件,平衡常数K一定变化的时间段是(　 　)
A.t1~t2
B.t3~t4
C.t4~t5
D.t1~t2和t4~t5
A
解析:O~t1为化学平衡状态。t1~t2,正、逆反应速率均增大,且逆反应速率大于正反应速率,平衡逆向移动,若是增大压强,则平衡正移,不符合;若是增加浓度,则速率没有断点,不符合;则改变的条件是升高温度,升高温度平衡逆移,该反应为放热反应。t3~t4的反应速率比t2~t3大,但平衡不移动,则改变的条件是加入催化剂。t4~t5,有断点,反应速率减小,平衡逆移,则改变的条件是减小压强。由分析可知,t1~t2时间段改变的条件是升高温度,且反应是放热反应,故平衡常数减小,A符合题意;由分析可知,t3~t4时间段改变的条件是加入催化剂,平衡不移动,故平衡常数不变,B不符合题意;由分析可知,t4~t5时间段改变的条件是减小压强,平衡常数只与温度有关,K不变,C不符合题意;由选项C可知,t4~t5时间段K不变,D不符合题意。
二
知识点二　勒夏特列原理
1.含义
如果改变影响平衡的一个因素(如温度、压强及参加反应的物质的浓度),平衡就向着能够____这种改变的方向移动。
2.适用范围及注意事项
(1)勒夏特列原理只能解决与平衡移动有关的问题,适用于已达到平衡的反应体系,不可逆过程或未达到平衡的可逆过程均不能使用该原理。
减弱
(2)化学平衡移动的目的是“减弱”外界条件的改变,而不是“抵消”外界条件的改变,改变是不可逆转的。
(3)勒夏特列原理是一个经验规律,应用中会遇到一些特例,如CaCO3
CaO+CO2达到平衡时,缩小容器体积,再次平衡后,CO2的浓度和分压均不变。
人体中的血红蛋白分子(Hb)与氧气结合,形成氧合血红蛋白分子——Hb·O2,这一过程可以表示为Hb+O2 Hb·O2。煤气中的一氧化碳也能与血红蛋白分子结合,即Hb+CO Hb·CO。一氧化碳与血红蛋白结合的能力比氧气分子强。人待在一氧化碳浓度高的地方会中毒。如何利用勒夏特列原理设计合理的方法救治一氧化碳中毒的病人 简述你的理由。
如果有人一氧化碳中毒,应立即切断一氧化碳来源并将中毒者移至空气流通处,必要时可以将其放到高压氧舱中,增大氧气浓度,使Hb+O2
Hb·O2正向移动,给人体运输更多的氧气。
问题探究
1.下列事实不能用勒夏特列原理解释的是 (　 　)
A.工业上生产硫酸时,充入过量的空气以提高SO2的转化率
B.红棕色的NO2加压后颜色先变深后变浅
C.浓氨水应密闭保存于低温处
D.氢气、碘蒸气、碘化氢气体组成的平衡体系加压后颜色变深
D
解析:工业上充入过量空气,增加O2浓度使2SO2+O2 2SO3平衡右移,提高SO2转化率,符合勒夏特列原理,故A正确;NO2加压时,2NO2
N2O4平衡右移,颜色先深后浅,符合勒夏特列原理,故B正确;浓氨水低温密闭保存,减少NH3挥发(NH3+H2O NH3·H2O为放热),低温使平衡右移,符合勒夏特列原理,故C正确;H2+I2 2HI反应前后气体分子数相等,加压仅增大浓度导致颜色加深,但平衡未移动,无法用勒夏特列原理解释,故D错误。
2.已知反应:2CO(g)+2NO(g) 2CO2(g)+N2(g) ΔH=-748.6 kJ·mol-1。在一定条件下,该反应达到平衡状态,下列说法正确的是 (　 　)
A.此时反应不再发生
B.降温,可提高反应物的转化率
C.使用催化剂,可以使反应速率增大,平衡向正反应方向移动
D.保持容器内压强不变,向容器中通入氩气,平衡不发生移动
B
解析:达到平衡时,正、逆反应速率相等,但反应仍在进行(动态平衡),并非不再发生,A错误;降温使平衡向放热反应方向移动,该反应的正反应为放热反应(ΔH<0),故平衡正向移动,反应物转化率提高,B正确;使用催化剂能同等程度增大正、逆反应速率,缩短达到平衡的时间,但不影响平衡移动,故平衡不向正反应方向移动,C错误;保持容器内压强不变,向容器中通入氩气,为维持压强不变,容器容积必然增大,导致体系中各组分的分压减小,平衡向气体分子数增大的方向(即逆反应方向)移动,因此平衡发生移动,D错误。
建立化学平衡移动的思维模型
思维建模
3.现有反应:mA(g)+nB(g) pC(g),达到平衡后,当升高温度时,B的转化率变大;当减小压强时,混合体系中C的质量分数减小,回答下列问题:
(1)该反应的逆反应为____(填“吸热”或“放热”)反应,且m+n__(填“>”“=”或“<”)p。
(2)减压使容器容积增大时,A的质量分数____(填“增大”“减小”或“不变”,下同)。
(3)若容积不变加入B,则A的转化率____,B的转化率____。
(4)若升高温度,则平衡时B、C的浓度之比将____。
(5)若加入催化剂,平衡时气体混合物的总物质的量____。
放热
>
增大
增大
减小
减小
不变
解析:反应mA(g)+nB(g) pC(g)达到平衡后,升高温度时,B的转化率变大,说明升高温度平衡向正反应方向移动,正反应为吸热反应;减小压强时,混合体系中C的质量分数减小,说明减小压强平衡向逆反应方向移动,即m+n>p,A的质量分数增大;恒容时,加入B,平衡向正反应方向移动,A的转化率增大,B的转化率减小;升高温度时,平衡向正反应方向移动,c(C)增大,c(B)减小,即减小;加入催化剂,平衡不移动,混合物的总物质的量不变。
平衡转化率的分析与判断方法
(1)分析转化率的问题,首先应明确所分析的转化率是平衡转化率还是非平衡转化率,平衡转化率的变化与平衡移动有关,而非平衡转化率与速率有关。
(2)当可逆反应达到平衡后,反应物的初始浓度不变,只改变体系的温度、压强或减小反应产物的量使平衡正向移动,这时反应物的转化率一定增大。
方法规律
(3)反应物用量的改变对转化率的影响
①若反应物只有一种气体,如aA(g) bB(g)+cC(g),在恒温恒容条件下,增大A的浓度,平衡正向移动,但A的转化率变化等效为增大压强对平衡的影响。
气体化学计量数关系 A的转化率
a=b+c 不变
a>b+c 增大
a②若反应物不止有一种气体,如aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g),在恒温恒容条件下,若按原比例(或投料比)同倍数增加A和B,平衡正向移动,但反应物(A或B)的转化率变化等效为增大压强对平衡的影响。
气体化学计量数关系 A(或B)的转化率
a+b=c+d 不变
a+b>c+d 增大
a+b三
即时演练
C
1.下列事实不能用勒夏特列原理解释的是 (　 　)
A.合成氨时,将氨液化分离,可提高原料利用率
B.实验室可用排饱和食盐水的方法收集氯气
C.向H2O2溶液中加入MnO2,有利于氧气的生成
D.打开汽水瓶时,有大量气泡逸出
解析:合成氨时,将氨液化分离,生成物浓度减小,反应的化学平衡正向移动,可提高原料利用率,能用勒夏特列原理解释,A不符合题意;Cl2+H2O
H++Cl-+HClO,饱和食盐水中Cl-浓度较大,促使该反应的化学平衡逆向移动,氯气不易溶于饱和食盐水,因此实验室用排饱和食盐水的方法收集氯气,能用勒夏特列原理解释,B不符合题意;MnO2是催化剂,仅加快H2O2分解速率,不改变平衡状态,氧气生成加快与平衡移动无关,不能用勒夏特列原理解释,C符合题意;H2CO3 H2O+CO2,打开汽水瓶时,压强减小,化学平衡向右移动,逸出大量二氧化碳气体,能用勒夏特列原理解释,D不符合题意。
B
2.已知:4HCl(g)+O2(g) 2Cl2(g)+2H2O(g)　ΔH<0,下列措施中既能增大反应速率又能增大HCl平衡转化率的是 (　 　)
A.升高温度
B.增大氧气的浓度
C.使用合适的催化剂
D.移出H2O(g)
解析:该反应为放热反应,升高温度,化学反应速率增大,但平衡向逆反应方向移动,HCl的转化率减小,故A不符合题意;增大反应物氧气的浓度,反应速率增大,平衡向正反应方向移动,HCl的转化率增大,故B符合题意;使用合适的催化剂能增大反应速率,但化学平衡不移动,HCl的转化率不变,故C不符合题意;移出生成物H2O(g),H2O(g)的浓度减小,平衡向正反应方向移动,HCl的转化率增大,但反应速率减小,故D不符合题意。
3.有可逆反应A(g)+3B(g) 2C(g)　ΔH<0。该反应的速率与时间的关系如图所示:
A
如果t2、t4、t6、t8时都只改变了一个反应条件,则对应t2、t4、t6、t8时改变的条件正确的是(　 　)
A.升高温度、减小压强、增大反应物浓度、使用了催化剂
B.增大反应物浓度、使用了催化剂、减小压强、升高温度
C.使用了催化剂、增大压强、减小反应物浓度、降低温度
D.升高温度、减小压强、减小反应物浓度、使用了催化剂
解析:t2时,改变某一条件,v(正)、v(逆)都增大,但v(逆)增大的倍数更多,应为升高温度;t4时,改变某一条件,v(正)、v(逆)都减小,但v(正)减小的倍数更多,应为减小压强;t6时,改变某一条件,v(正)瞬间增大、v(逆)瞬间不变,平衡正向移动,应为增大反应物的浓度;t8时,改变某一条件,v(正)、v(逆)同等程度增大,但平衡不移动,应为使用了催化剂。综合以上分析,A符合题意。
4.在密闭容器中进行如下反应:CO2(g)+C(s) 2CO(g)　ΔH>0,达到平衡后,若改变下列条件,则指定物质的浓度及平衡如何变化。
(1)增加C(s),则平衡______(填“逆向移动”“正向移动”或“不移动”,下同),c(CO2)____(填“增大”“减小”或“不变”,下同)。
解析:C为固体,增加C(s)的量,各物质的浓度不变,平衡不移动,c(CO2)不变。
(2)保持温度不变,增大反应容器的容积,则平衡________, c(CO)____,n(CO)____。
解析:增大反应容器的容积,即减小压强,平衡向气体体积增大的方向移动,c(CO)减小,但n(CO)增大。
不移动
不变
正向移动
减小
增大
(3)保持反应容器的容积和温度不变,通入He,则平衡______, c(CO2)____。
解析:通入He,但容积和温度不变,平衡不移动,c(CO2)不变。
(4)保持反应容器的容积不变,升高温度,则平衡________,c(CO)____。
解析:容积不变,升高温度,平衡向吸热反应方向移动,即正向移动,c(CO)增大。
不移动
不变
正向移动
增大
四
课时作业10
C
1.(3分)1884年勒夏特列提出了“平衡移动原理”,下列事实中不能用该原理解释的是(　 　)
A.溴水中有化学平衡Br2+H2O HBr+HBrO,当加入AgNO3溶液后,溶液颜色变浅
B.反应CO(g)+NO2(g) CO2(g)+NO(g)(正反应放热),平衡后,升高温度体系颜色变深
C.实验室制备氢气时,选择纯度不高的粗锌与稀硫酸反应
D.向含有Fe(SCN)3的红色溶液中加入铁粉,振荡,溶液颜色变浅
解析:加入的AgNO3与HBr反应,减少生成物HBr的浓度,平衡正向移动,溶液颜色变浅,可用勒夏特列原理解释;升温使平衡逆向移动,NO2浓度增大导致颜色加深,可用勒夏特列原理解释;粗锌因含杂质形成原电池,加快反应速率,但反应不可逆,无平衡移动,不能用勒夏特列原理解释;铁粉消耗Fe3+,导致平衡Fe3++3SCN- Fe(SCN)3逆向移动,Fe(SCN)3浓度变小,颜色变浅,可用勒夏特列原理解释。
B
2.(3分)关节炎是因为在关节滑液中形成尿酸钠晶体,尤其是在寒冷季节易诱发关节疼痛,其化学机理如下:
①HUr(aq)+H2O(l) Ur-(aq)+H3O+(aq),
　 尿酸　　　　　　 尿酸根离子
②Ur-(aq)+Na+(aq) NaUr(s)。
下列对反应②的叙述正确的是 (　 　)
A.正反应为吸热反应
B.正反应为放热反应
C.升高温度,平衡向正反应方向移动
D.降低温度,平衡向逆反应方向移动
解析:题意中明确指出“尤其是在寒冷季节易诱发关节疼痛”,说明温度降低,反应②Ur-(aq)+Na+(aq) NaUr(s)的平衡向正反应方向移动,可知其正反应为放热反应。
3.(3分)已知:2NO2(g) N2O4(g)　ΔH<0。下列说法正确的是 (　 　)
A.正反应的活化能小于逆反应的活化能
B.升高温度,v正增大,v逆减小
C.恒温时,缩小容积,气体颜色变深是平衡正向移动导致的
D.恒温恒压充入NO2(g),达到新平衡后,NO2(g)的转化率增大
解析:升高温度,v正增大,v逆增大,故B错误;恒温时,缩小容积,浓度增大,则气体颜色变深,故C错误;恒温恒压充入NO2(g),压强不变,达到新平衡后NO2(g)的转化率不变,故D错误。
A
C
4.(3分)如图所示曲线a表示放热反应X(g)+Y(g) Z(g)+M(g)+N(g)进行过程中X的转化率随时间变化的关系。若要改变起始条件,使反应过程按曲线b进行,可采取的措施是 (　 　)
A.升高温度 B.加大X的投入量
C.加入催化剂 D.增大压强
解析:升高温度,反应速率增大,但平衡逆向移动,X的转化率降低,不选A;加大X的投入量,虽然平衡正向移动,但X的转化率降低,不选B;加入催化剂,反应速率增大,平衡不移动,X的转化率不变,选C;增大压强,反应速率增大,且该反应是气体分子数增大的反应,平衡逆向移动,X的转化率降低,不选D。
5.(3分)一定温度下,在一固定容积的密闭容器中,充入4 mol XY(g)和1 mol Z2(g),发生反应4XY(g)+Z2(g) 2Y2(g)+2X2Z(g) ΔH=-a kJ·mol-1 (a>0)。下列说法正确的是 (　 　)
A.若采取最佳的反应条件,充分反应后放出的热量为a kJ
B.采用不同的催化剂,化学平衡常数也会不同
C.升高温度时,v正减小,v逆增大
D.平衡后向容器中再充入1 mol XY(g)和1 mol Z2(g),达到新平衡后,XY(g)的转化率增大
D
解析:该反应为可逆反应,不管怎么改变反应条件,该反应不能百分之百转化,放出的热量不能为a kJ,A错误;平衡常数只受温度影响,采用不同的催化剂,化学平衡常数不变,B错误;升高温度时,v正、v逆均增大,C错误;平衡后向容器中再充入1 mol XY(g)和1 mol Z2(g),平衡正向移动,达到新平衡后,XY(g)的转化率增大,D正确。
B
6.(3分)羰基硫(COS)是一种粮食熏蒸剂,能防止某些害虫和真菌的危害。在容积不变的密闭容器中,使CO与H2S发生如下反应并达到平衡:CO(g)+H2S(g) COS(g)+H2(g)　ΔH。在不同温度下达到化学平衡时,H2S的转化率如图所示。下列说法正确的是 (　 　)
A.平衡常数:K(a)B.正反应速率:v(a)C.若将容器容积缩小至原来的一半,H2S的转化率增大
D.反应温度为200 ℃时,当容器内压强不变时,反应达到平衡状态
解析:a点温度为200 ℃,c点温度为250 ℃,由题中图像可知,温度升高,H2S的转化率降低,说明平衡逆向移动,正反应为放热反应,平衡常数K随温度升高而减小,则K(a)>K(c),A错误;b点H2S的转化率小于平衡转化率,说明此时反应还没有达到平衡,则正反应速率:v(a)7.(3分)将等物质的量的X、Y气体充入某密闭容器中,一定条件下,发生如下反应并达到平衡:X(g)+3Y(g) 2Z(g)　ΔH<0。改变某个条件并维持新条件直至达到新的平衡,下表中关于新平衡与原平衡的比较正确的是 (　 　)
A
选项 改变的条件 新平衡与原平衡比较
A 升高温度 X的转化率变小
B 增大压强(压缩容积) X的浓度变小
C 充入一定量Y Y的转化率增大
D 使用适当催化剂 X的体积分数变小
解析:升高温度,平衡向吸热反应的方向移动,即逆向移动,X的转化率变小,A项正确;增大压强,平衡向气体分子数减小的方向移动,即正向移动,X的物质的量减小,但由于容器容积减小,各组分的浓度均比原平衡时的大,B项错误;增大一种反应物的浓度,能够提高另一种反应物的转化率,而其本身的转化率降低,C项错误;催化剂只能改变反应速率,不能影响平衡状态,故达到平衡时,各物质的体积分数不变,D项错误。
A
8.(3分)某温度下,在一恒容密闭容器中进行如下两个反应并达到平衡:
①CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH1=-49.5 kJ·mol-1;
②CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)　ΔH2=+40.9 kJ·mol-1。
下列叙述错误的是 (　 　)
A.压缩容器的容积,反应②平衡不发生移动
B.低温条件有利于合成CH3OH
C.通入稍过量的H2可提高CO2的转化率
D.升温时,无法判断CO2浓度的变化
解析:反应①为气体分子数减小的放热反应,反应②为气体分子数保持不变的吸热反应,在一恒容密闭容器中进行反应①和反应②,增大压强,反应①平衡正向移动,反应放热使温度升高,导致反应②平衡也正向移动,A项错误;反应①放热,降温平衡正向移动,反应②正反应吸热,降温平衡逆向移动,故低温条件有利于合成甲醇,B项正确;两个反应中,H2都是反应物,通入H2即增大反应物浓度,平衡正移,CO2的转化率升高,C项正确;两个反应在升温时,反应方向相反,故无法判断CO2浓度的变化,D项正确。
9.(3分)向恒容的密闭容器中充入一定量A和B,发生如下反应: xA(g)+2B(s) yC(g)　ΔH<0。在一定条件下,容器中A、C的物质的量浓度随时间变化的曲线如图所示。下列有关说法错误的是(　 　)
A.x︰y=1︰2
B.0~10 min内v(A)=0.02 mol·L-1· min-1
C.若平衡Ⅰ的平衡常数为K1,平衡Ⅱ的平衡常数为
K2,则K1D.第10、16 min改变的条件都可能是升温
C
解析:根据图像可知,0~10 min内A的物质的量浓度减少量为0.2 mol·L-1,C的物质的量浓度增加量为0.4 mol·L-1,x、y之比等于A、C的浓度的变化量之比,故x︰y=1︰2,A正确;0~10 min内,v(A)==0.02 mol·L-1·min-1,B正确;12~16 min,反应处于平衡状态,16 min时改变条件后,A、C的浓度瞬时不变,且随后A的浓度逐渐增大,C的浓度逐渐减小,说明平衡逆向移动,故改变的条件是升温,升高温度,平衡逆向移动,平衡常数减小,则K1>K2,C错误;第10 min时末达到平衡,突然改变条件加快反应速率,第16 min改变条件使平衡逆向移动,则第10 min和第16 min改变的条件都可能是升温,D正确。
10.(18分)CH4-CO2催化重整是实现“双碳”经济的有效途径之一,相关的主要反应如下:
Ⅰ.CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g)　ΔH1=+247 kJ·mol-1　K1
Ⅱ.CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)　ΔH2=+41 kJ·mol-1　K2
(1)有利于提高CO2平衡转化率的条件为__(填字母)。
a.高温高压 b.高温低压
c.低温高压 d.低温低压
解析:由热化学方程式可知,反应Ⅰ是正反应为吸热且气体体积增大的反应,反应Ⅱ是正反应为吸热且气体体积前后相等的反应,要提高CO2的平衡转化率,需在高温低压下进行,故选b。
b
(2)反应CH4(g)+3CO2(g) 4CO(g)+2H2O(g)的ΔH=______ kJ·mol-1, K=________(用K1、K2表示)。
解析:根据盖斯定律,反应Ⅰ+2×反应Ⅱ可得反应CH4(g)+3CO2(g)
4CO(g)+2H2O(g),所以ΔH=ΔH1+2ΔH2=+247 kJ·mol-1+2×41 kJ·mol-1=+329 kJ·mol-1,K=K1·。
+329
K1·
(3)T ℃时,将6 mol CH4(g)和8 mol CO2(g)充入2 L的恒容密闭容器中发生反应Ⅰ和Ⅱ。
①不能证明上述反应达到平衡状态的是__(填字母)。
a.容器内压强不再改变
b.容器内混合气体的平均密度不再改变
c.容器内混合气体的平均相对分子质量不再改变
d.n(CH4)︰n(CO)不再改变
b
解析:a.反应Ⅰ是气体体积增大的反应,当压强不变时,反应处于平衡状态;b.容积不变,气体总质量不变,所以密度不变不能证明反应达到平衡状态;c.平均相对分子质量不变,说明气体的总物质的量不再变化,反应处于平衡状态;d.反应物和生成物的物质的量之比恒定,表明反应处于平衡状态。
②若达到平衡时,H2(g)和H2O(g)的物质的量均为2 mol,则该温度下反应Ⅰ的平衡常数K1=________。
解析:已知通入6 mol CH4和8 mol CO2,反应平衡时,H2为2 mol,H2O为2 mol,设平衡时CH4为x mol、CO2为y mol、CO为z mol,根据原子守恒有碳原子为x+y+z=14,氢原子为4x+4+4=24,氧原子为2y+z+2=16,可解得x=4,y=4,z=6,所以反应Ⅰ的平衡常数K1==2.25。
2.25
(4)在高温下,CH4-CO2催化重整过程中还存在积碳反应Ⅲ和Ⅳ。
Ⅲ.2CO(g) CO2(g)+C(s)　ΔH=-172 kJ·mol-1
Ⅳ.CH4(g) C(s)+2H2(g)　ΔH=+75 kJ·mol-1
①实验表明,在重整反应中,低温、高压时会有显著积碳产生。由此可推断,对于该重整反应而言,其积碳主要由反应__(填“Ⅲ”或“Ⅳ”)产生。
解析:①实验表明,在重整反应中,低温、高压时会有显著积碳产生,低温高压更有利于反应Ⅲ进行,所以其积碳主要由反应Ⅲ产生。
Ⅲ
②其他条件相同时,积碳量与温度的关系如图所示。T0 ℃之后,温度升高积碳量减小的主要原因为_________________________________________ __________________。
解析:温度升高,反应Ⅲ逆向移动,T0 ℃之后C(s)+CO2(g) 2CO(g)消碳的速率大于CH4裂解积碳的速率,从而使得积碳量减小。
C(s)+CO2(g) 2CO(g)消碳的速率大于
CH4裂解积碳的速率
Thank you
本课结束第4课时　温度、催化剂对化学平衡的影响　勒夏特列原理
1.变化观念与平衡思想:从变化的角度认识化学平衡的移动,即可逆反应达到平衡后,随温度等外界条件的改变,平衡将会发生移动。2.证据推理与模型认知:通过实验论证温度、催化剂的改变对化学平衡移动的影响,构建分析判断化学平衡移动方向的思维模型(勒夏特列原理)。
知识点一　温度、催化剂对化学平衡的影响
1.温度对化学平衡的影响
(1)实验探究
实验 原理 2NO2(g)N2O4(g) (红棕色)　　(无色)　 ΔH=-56.9 kJ·mol-1
实验 步骤
现象 与解释 混合气体受热,颜色加深,说明NO2浓度增大,即平衡向逆反应方向移动;混合气体被冷却时颜色变浅,说明NO2浓度减小,即平衡向正反应方向移动
(2)温度对化学平衡的影响规律
当其他条件不变时,升高温度,会使化学平衡向吸热反应的方向移动;降低温度,会使化学平衡向放热反应的方向移动。
2.催化剂对化学平衡的影响
(1)催化剂对化学平衡的影响规律
催化剂能够同等程度地改变正反应速率和逆反应速率,因此,它对化学平衡的移动没有影响。也就是说,催化剂不能改变达到化学平衡状态的反应混合物的组成,但是,使用催化剂能改变反应达到平衡所需的时间。
(2)用v-t图像分析催化剂对化学平衡的影响
t1时刻,加入催化剂,v'正、v'逆同等倍数增大,则v'正=v'逆,平衡不移动。
已知反应:mA(g)+nB(g)pC(g)　ΔH<0,当反应达到平衡后,若温度改变,其反应速率的变化曲线如图所示。
由图分析可知,t1时刻,升高温度,v'正、v'逆均增大,但吸热反应方向的v'逆增大幅度大,则v'逆>
v'正,平衡逆向移动。
(1)若t1时刻降低温度,化学反应速率如何变化 化学平衡怎样移动 请画出对应的反应速率变化图像。
t1时刻,降低温度,v'正、v'逆均减小,但吸热反应方向的v'逆减小幅度大,则v'正>v'逆,平衡正向移动。反应速率图像如图所示。
(2)对于一个达到平衡状态的化学反应,改变温度,该平衡是否一定发生移动 为什么
一定发生移动。因为任何化学反应都伴随着能量的变化(放热或吸热),所以任意可逆反应的化学平衡状态都受温度的影响。
利用v-t图像分析温度对化学平衡移动的影响
aA+bBcC+dD ΔH<0 aA+bBcC+dD ΔH>0
1.反应A(g)+3B(g)2C(g)　ΔH<0达到平衡后,将反应体系的温度降低,下列叙述正确的是(　C　)
A.正反应速率增大,逆反应速率减小,平衡向右移动
B.正反应速率减小,逆反应速率增大,平衡向左移动
C.正反应速率和逆反应速率都减小,平衡向右移动
D.正反应速率和逆反应速率都减小,平衡向左移动
解析:降低温度,正反应速率、逆反应速率都减小,化学平衡向放热反应方向移动,即向右移动。
2.已知接触法制备硫酸中涉及可逆反应2SO2+O22SO3,工业上往往采用催化剂V2O5。下列关于催化剂V2O5的说法中,正确的是 (　C　)
A.使用催化剂可以降低反应所需的活化能,从而增大反应速率和SO2的平衡转化率
B.使用催化剂可以促进平衡向正反应方向移动
C.使用催化剂可以缩短达到平衡所需的时间,但不影响SO2的平衡转化率
D.使用催化剂会改变该反应的焓变
解析:催化剂可以降低反应所需的活化能,从而增大反应速率,但不影响SO2的平衡转化率,A项错误;催化剂的使用不影响化学平衡,但能缩短反应达到平衡所需的时间,B项错误,C项正确;对于给定条件的反应而言,焓变与催化剂无关,D项错误。
3.某密闭容器中发生反应:2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g),某一过程中反应速率与时间的关系如图所示,O~t1为化学平衡状态,改变物质的浓度、压强、温度或催化剂等外界条件,平衡常数K一定变化的时间段是(　A　)
A.t1~t2
B.t3~t4
C.t4~t5
D.t1~t2和t4~t5
解析:O~t1为化学平衡状态。t1~t2,正、逆反应速率均增大,且逆反应速率大于正反应速率,平衡逆向移动,若是增大压强,则平衡正移,不符合;若是增加浓度,则速率没有断点,不符合;则改变的条件是升高温度,升高温度平衡逆移,该反应为放热反应。t3~t4的反应速率比t2~t3大,但平衡不移动,则改变的条件是加入催化剂。t4~t5,有断点,反应速率减小,平衡逆移,则改变的条件是减小压强。由分析可知,t1~t2时间段改变的条件是升高温度,且反应是放热反应,故平衡常数减小,A符合题意;由分析可知,t3~t4时间段改变的条件是加入催化剂,平衡不移动,故平衡常数不变,B不符合题意;由分析可知,t4~t5时间段改变的条件是减小压强,平衡常数只与温度有关,K不变,C不符合题意;由选项C可知,t4~t5时间段K不变,D不符合题意。
知识点二　勒夏特列原理
1.含义
如果改变影响平衡的一个因素(如温度、压强及参加反应的物质的浓度),平衡就向着能够减弱这种改变的方向移动。
2.适用范围及注意事项
(1)勒夏特列原理只能解决与平衡移动有关的问题,适用于已达到平衡的反应体系,不可逆过程或未达到平衡的可逆过程均不能使用该原理。
(2)化学平衡移动的目的是“减弱”外界条件的改变,而不是“抵消”外界条件的改变,改变是不可逆转的。
(3)勒夏特列原理是一个经验规律,应用中会遇到一些特例,如CaCO3CaO+CO2达到平衡时,缩小容器体积,再次平衡后,CO2的浓度和分压均不变。
　人体中的血红蛋白分子(Hb)与氧气结合,形成氧合血红蛋白分子——Hb·O2,这一过程可以表示为Hb+O2Hb·O2。煤气中的一氧化碳也能与血红蛋白分子结合,即Hb+COHb·CO。一氧化碳与血红蛋白结合的能力比氧气分子强。人待在一氧化碳浓度高的地方会中毒。如何利用勒夏特列原理设计合理的方法救治一氧化碳中毒的病人 简述你的理由。
如果有人一氧化碳中毒,应立即切断一氧化碳来源并将中毒者移至空气流通处,必要时可以将其放到高压氧舱中,增大氧气浓度,使Hb+O2Hb·O2正向移动,给人体运输更多的氧气。
1.下列事实不能用勒夏特列原理解释的是 (　D　)
A.工业上生产硫酸时,充入过量的空气以提高SO2的转化率
B.红棕色的NO2加压后颜色先变深后变浅
C.浓氨水应密闭保存于低温处
D.氢气、碘蒸气、碘化氢气体组成的平衡体系加压后颜色变深
解析:工业上充入过量空气,增加O2浓度使2SO2+O22SO3平衡右移,提高SO2转化率,符合勒夏特列原理,故A正确;NO2加压时,2NO2N2O4平衡右移,颜色先深后浅,符合勒夏特列原理,故B正确;浓氨水低温密闭保存,减少NH3挥发(NH3+H2ONH3·H2O为放热),低温使平衡右移,符合勒夏特列原理,故C正确;H2+I22HI反应前后气体分子数相等,加压仅增大浓度导致颜色加深,但平衡未移动,无法用勒夏特列原理解释,故D错误。
2.已知反应:2CO(g)+2NO(g)2CO2(g)+N2(g)　ΔH=-748.6 kJ·mol-1。在一定条件下,该反应达到平衡状态,下列说法正确的是 (　B　)
A.此时反应不再发生
B.降温,可提高反应物的转化率
C.使用催化剂,可以使反应速率增大,平衡向正反应方向移动
D.保持容器内压强不变,向容器中通入氩气,平衡不发生移动
解析:达到平衡时,正、逆反应速率相等,但反应仍在进行(动态平衡),并非不再发生,A错误;降温使平衡向放热反应方向移动,该反应的正反应为放热反应(ΔH<0),故平衡正向移动,反应物转化率提高,B正确;使用催化剂能同等程度增大正、逆反应速率,缩短达到平衡的时间,但不影响平衡移动,故平衡不向正反应方向移动,C错误;保持容器内压强不变,向容器中通入氩气,为维持压强不变,容器容积必然增大,导致体系中各组分的分压减小,平衡向气体分子数增大的方向(即逆反应方向)移动,因此平衡发生移动,D错误。
建立化学平衡移动的思维模型
3.现有反应:mA(g)+nB(g)pC(g),达到平衡后,当升高温度时,B的转化率变大;当减小压强时,混合体系中C的质量分数减小,回答下列问题:
(1)该反应的逆反应为放热(填“吸热”或“放热”)反应,且m+n>(填“>”“=”或“<”)p。
(2)减压使容器容积增大时,A的质量分数增大(填“增大”“减小”或“不变”,下同)。
(3)若容积不变加入B,则A的转化率增大,B的转化率减小。
(4)若升高温度,则平衡时B、C的浓度之比将减小。
(5)若加入催化剂,平衡时气体混合物的总物质的量不变。
解析:反应mA(g)+nB(g) pC(g)达到平衡后,升高温度时,B的转化率变大,说明升高温度平衡向正反应方向移动,正反应为吸热反应;减小压强时,混合体系中C的质量分数减小,说明减小压强平衡向逆反应方向移动,即m+n>p,A的质量分数增大;恒容时,加入B,平衡向正反应方向移动,A的转化率增大,B的转化率减小;升高温度时,平衡向正反应方向移动,c(C)增大,c(B)减小,即减小;加入催化剂,平衡不移动,混合物的总物质的量不变。
平衡转化率的分析与判断方法
(1)分析转化率的问题,首先应明确所分析的转化率是平衡转化率还是非平衡转化率,平衡转化率的变化与平衡移动有关,而非平衡转化率与速率有关。
(2)当可逆反应达到平衡后,反应物的初始浓度不变,只改变体系的温度、压强或减小反应产物的量使平衡正向移动,这时反应物的转化率一定增大。
(3)反应物用量的改变对转化率的影响
①若反应物只有一种气体,如aA(g)bB(g)+cC(g),在恒温恒容条件下,增大A的浓度,平衡正向移动,但A的转化率变化等效为增大压强对平衡的影响。
气体化学计量数关系 A的转化率
a=b+c 不变
a>b+c 增大
a②若反应物不止有一种气体,如aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g),在恒温恒容条件下,若按原比例(或投料比)同倍数增加A和B,平衡正向移动,但反应物(A或B)的转化率变化等效为增大压强对平衡的影响。
气体化学计量数关系 A(或B)的转化率
a+b=c+d 不变
a+b>c+d 增大
a+b1.下列事实不能用勒夏特列原理解释的是 (　C　)
A.合成氨时,将氨液化分离,可提高原料利用率
B.实验室可用排饱和食盐水的方法收集氯气
C.向H2O2溶液中加入MnO2,有利于氧气的生成
D.打开汽水瓶时,有大量气泡逸出
解析:合成氨时,将氨液化分离,生成物浓度减小,反应的化学平衡正向移动,可提高原料利用率,能用勒夏特列原理解释,A不符合题意;Cl2+H2OH++Cl-+HClO,饱和食盐水中Cl-浓度较大,促使该反应的化学平衡逆向移动,氯气不易溶于饱和食盐水,因此实验室用排饱和食盐水的方法收集氯气,能用勒夏特列原理解释,B不符合题意;MnO2是催化剂,仅加快H2O2分解速率,不改变平衡状态,氧气生成加快与平衡移动无关,不能用勒夏特列原理解释,C符合题意;H2CO3H2O+CO2,打开汽水瓶时,压强减小,化学平衡向右移动,逸出大量二氧化碳气体,能用勒夏特列原理解释,D不符合题意。
2.已知:4HCl(g)+O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g)　ΔH<0,下列措施中既能增大反应速率又能增大HCl平衡转化率的是 (　B　)
A.升高温度
B.增大氧气的浓度
C.使用合适的催化剂
D.移出H2O(g)
解析:该反应为放热反应,升高温度,化学反应速率增大,但平衡向逆反应方向移动,HCl的转化率减小,故A不符合题意;增大反应物氧气的浓度,反应速率增大,平衡向正反应方向移动,HCl的转化率增大,故B符合题意;使用合适的催化剂能增大反应速率,但化学平衡不移动,HCl的转化率不变,故C不符合题意;移出生成物H2O(g),H2O(g)的浓度减小,平衡向正反应方向移动,HCl的转化率增大,但反应速率减小,故D不符合题意。
3.有可逆反应A(g)+3B(g)2C(g)　ΔH<0。该反应的速率与时间的关系如图所示:
如果t2、t4、t6、t8时都只改变了一个反应条件,则对应t2、t4、t6、t8时改变的条件正确的是(　A　)
A.升高温度、减小压强、增大反应物浓度、使用了催化剂
B.增大反应物浓度、使用了催化剂、减小压强、升高温度
C.使用了催化剂、增大压强、减小反应物浓度、降低温度
D.升高温度、减小压强、减小反应物浓度、使用了催化剂
解析:t2时,改变某一条件,v(正)、v(逆)都增大,但v(逆)增大的倍数更多,应为升高温度;t4时,改变某一条件,v(正)、v(逆)都减小,但v(正)减小的倍数更多,应为减小压强;t6时,改变某一条件,v(正)瞬间增大、v(逆)瞬间不变,平衡正向移动,应为增大反应物的浓度;t8时,改变某一条件,v(正)、v(逆)同等程度增大,但平衡不移动,应为使用了催化剂。综合以上分析,A符合题意。
4.在密闭容器中进行如下反应:CO2(g)+C(s)2CO(g)　ΔH>0,达到平衡后,若改变下列条件,则指定物质的浓度及平衡如何变化。
(1)增加C(s),则平衡不移动(填“逆向移动”“正向移动”或“不移动”,下同),c(CO2)不变(填“增大”“减小”或“不变”,下同)。
(2)保持温度不变,增大反应容器的容积,则平衡正向移动,c(CO)减小,n(CO)增大。
(3)保持反应容器的容积和温度不变,通入He,则平衡不移动,c(CO2)不变。
(4)保持反应容器的容积不变,升高温度,则平衡正向移动,c(CO)增大。
解析:(1)C为固体,增加C(s)的量,各物质的浓度不变,平衡不移动,c(CO2)不变。(2)增大反应容器的容积,即减小压强,平衡向气体体积增大的方向移动,c(CO)减小,但n(CO)增大。(3)通入He,但容积和温度不变,平衡不移动,c(CO2)不变。(4)容积不变,升高温度,平衡向吸热反应方向移动,即正向移动,c(CO)增大。
(总分:45分)
1.(3分)1884年勒夏特列提出了“平衡移动原理”,下列事实中不能用该原理解释的是(　C　)
A.溴水中有化学平衡Br2+H2OHBr+HBrO,当加入AgNO3溶液后,溶液颜色变浅
B.反应CO(g)+NO2(g)CO2(g)+NO(g)(正反应放热),平衡后,升高温度体系颜色变深
C.实验室制备氢气时,选择纯度不高的粗锌与稀硫酸反应
D.向含有Fe(SCN)3的红色溶液中加入铁粉,振荡,溶液颜色变浅
解析:加入的AgNO3与HBr反应,减少生成物HBr的浓度,平衡正向移动,溶液颜色变浅,可用勒夏特列原理解释;升温使平衡逆向移动,NO2浓度增大导致颜色加深,可用勒夏特列原理解释;粗锌因含杂质形成原电池,加快反应速率,但反应不可逆,无平衡移动,不能用勒夏特列原理解释;铁粉消耗Fe3+,导致平衡Fe3++3SCN-Fe(SCN)3逆向移动,Fe(SCN)3浓度变小,颜色变浅,可用勒夏特列原理解释。
2.(3分)关节炎是因为在关节滑液中形成尿酸钠晶体,尤其是在寒冷季节易诱发关节疼痛,其化学机理如下:
①HUr(aq)+H2O(l)Ur-(aq)+H3O+(aq),
　 尿酸　　　　　　尿酸根离子
②Ur-(aq)+Na+(aq)NaUr(s)。
下列对反应②的叙述正确的是 (　B　)
A.正反应为吸热反应
B.正反应为放热反应
C.升高温度,平衡向正反应方向移动
D.降低温度,平衡向逆反应方向移动
解析:题意中明确指出“尤其是在寒冷季节易诱发关节疼痛”,说明温度降低,反应②Ur-(aq)+Na+(aq) NaUr(s)的平衡向正反应方向移动,可知其正反应为放热反应。
3.(3分)已知:2NO2(g)N2O4(g)　ΔH<0。下列说法正确的是 (　A　)
A.正反应的活化能小于逆反应的活化能
B.升高温度,v正增大,v逆减小
C.恒温时,缩小容积,气体颜色变深是平衡正向移动导致的
D.恒温恒压充入NO2(g),达到新平衡后,NO2(g)的转化率增大
解析:升高温度,v正增大,v逆增大,故B错误;恒温时,缩小容积,浓度增大,则气体颜色变深,故C错误;恒温恒压充入NO2(g),压强不变,达到新平衡后NO2(g)的转化率不变,故D错误。
4.(3分)如图所示曲线a表示放热反应X(g)+Y(g)Z(g)+M(g)+N(g)进行过程中X的转化率随时间变化的关系。若要改变起始条件,使反应过程按曲线b进行,可采取的措施是 (　C　)
A.升高温度 B.加大X的投入量
C.加入催化剂 D.增大压强
解析:升高温度,反应速率增大,但平衡逆向移动,X的转化率降低,不选A;加大X的投入量,虽然平衡正向移动,但X的转化率降低,不选B;加入催化剂,反应速率增大,平衡不移动,X的转化率不变,选C;增大压强,反应速率增大,且该反应是气体分子数增大的反应,平衡逆向移动,X的转化率降低,不选D。
5.(3分)一定温度下,在一固定容积的密闭容器中,充入4 mol XY(g)和1 mol Z2(g),发生反应4XY(g)+Z2(g)2Y2(g)+2X2Z(g)　ΔH=-a kJ·mol-1(a>0)。下列说法正确的是 (　D　)
A.若采取最佳的反应条件,充分反应后放出的热量为a kJ
B.采用不同的催化剂,化学平衡常数也会不同
C.升高温度时,v正减小,v逆增大
D.平衡后向容器中再充入1 mol XY(g)和1 mol Z2(g),达到新平衡后,XY(g)的转化率增大
解析:该反应为可逆反应,不管怎么改变反应条件,该反应不能百分之百转化,放出的热量不能为a kJ,A错误;平衡常数只受温度影响,采用不同的催化剂,化学平衡常数不变,B错误;升高温度时,v正、v逆均增大,C错误;平衡后向容器中再充入1 mol XY(g)和1 mol Z2(g),平衡正向移动,达到新平衡后,XY(g)的转化率增大,D正确。
6.(3分)羰基硫(COS)是一种粮食熏蒸剂,能防止某些害虫和真菌的危害。在容积不变的密闭容器中,使CO与H2S发生如下反应并达到平衡:CO(g)+H2S(g)COS(g)+H2(g)　ΔH。在不同温度下达到化学平衡时,H2S的转化率如图所示。下列说法正确的是 (　B　)
A.平衡常数:K(a)B.正反应速率:v(a)C.若将容器容积缩小至原来的一半,H2S的转化率增大
D.反应温度为200 ℃时,当容器内压强不变时,反应达到平衡状态
解析:a点温度为200 ℃,c点温度为250 ℃,由题中图像可知,温度升高,H2S的转化率降低,说明平衡逆向移动,正反应为放热反应,平衡常数K随温度升高而减小,则K(a)>K(c),A错误;b点H2S的转化率小于平衡转化率,说明此时反应还没有达到平衡,则正反应速率:v(a)7.(3分)将等物质的量的X、Y气体充入某密闭容器中,一定条件下,发生如下反应并达到平衡:X(g)+3Y(g)2Z(g)　ΔH<0。改变某个条件并维持新条件直至达到新的平衡,下表中关于新平衡与原平衡的比较正确的是 (　A　)
选项 改变的条件 新平衡与原平衡比较
A 升高温度 X的转化率变小
B 增大压强(压缩容积) X的浓度变小
C 充入一定量Y Y的转化率增大
D 使用适当催化剂 X的体积分数变小
解析:升高温度,平衡向吸热反应的方向移动,即逆向移动,X的转化率变小,A项正确;增大压强,平衡向气体分子数减小的方向移动,即正向移动,X的物质的量减小,但由于容器容积减小,各组分的浓度均比原平衡时的大,B项错误;增大一种反应物的浓度,能够提高另一种反应物的转化率,而其本身的转化率降低,C项错误;催化剂只能改变反应速率,不能影响平衡状态,故达到平衡时,各物质的体积分数不变,D项错误。
8.(3分)某温度下,在一恒容密闭容器中进行如下两个反应并达到平衡:
①CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH1=-49.5 kJ·mol-1;
②CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH2=+40.9 kJ·mol-1。
下列叙述错误的是 (　A　)
A.压缩容器的容积,反应②平衡不发生移动
B.低温条件有利于合成CH3OH
C.通入稍过量的H2可提高CO2的转化率
D.升温时,无法判断CO2浓度的变化
解析:反应①为气体分子数减小的放热反应,反应②为气体分子数保持不变的吸热反应,在一恒容密闭容器中进行反应①和反应②,增大压强,反应①平衡正向移动,反应放热使温度升高,导致反应②平衡也正向移动,A项错误;反应①放热,降温平衡正向移动,反应②正反应吸热,降温平衡逆向移动,故低温条件有利于合成甲醇,B项正确;两个反应中,H2都是反应物,通入H2即增大反应物浓度,平衡正移,CO2的转化率升高,C项正确;两个反应在升温时,反应方向相反,故无法判断CO2浓度的变化,D项正确。
9.(3分)向恒容的密闭容器中充入一定量A和B,发生如下反应:xA(g)+2B(s)yC(g)　ΔH<0。在一定条件下,容器中A、C的物质的量浓度随时间变化的曲线如图所示。下列有关说法错误的是(　C　)
A.x︰y=1︰2
B.0~10 min内v(A)=0.02 mol·L-1· min-1
C.若平衡Ⅰ的平衡常数为K1,平衡Ⅱ的平衡常数为K2,则K1D.第10、16 min改变的条件都可能是升温
解析:根据图像可知,0~10 min内A的物质的量浓度减少量为0.2 mol·L-1,C的物质的量浓度增加量为0.4 mol·L-1,x、y之比等于A、C的浓度的变化量之比,故x︰y=1︰2,A正确;0~10 min内,v(A)==0.02 mol·L-1·min-1,B正确;12~16 min,反应处于平衡状态,16 min时改变条件后,A、C的浓度瞬时不变,且随后A的浓度逐渐增大,C的浓度逐渐减小,说明平衡逆向移动,故改变的条件是升温,升高温度,平衡逆向移动,平衡常数减小,则K1>K2,C错误;第10 min时末达到平衡,突然改变条件加快反应速率,第16 min改变条件使平衡逆向移动,则第10 min和第16 min改变的条件都可能是升温,D正确。
10.(18分)CH4-CO2催化重整是实现“双碳”经济的有效途径之一,相关的主要反应如下:
Ⅰ.CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)　ΔH1=+247 kJ·mol-1　K1
Ⅱ.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH2=+41 kJ·mol-1　K2
(1)有利于提高CO2平衡转化率的条件为b(填字母)。
a.高温高压 b.高温低压
c.低温高压 d.低温低压
(2)反应CH4(g)+3CO2(g)4CO(g)+2H2O(g)的ΔH=+329 kJ·mol-1,K=K1·(用K1、K2表示)。
(3)T ℃时,将6 mol CH4(g)和8 mol CO2(g)充入2 L的恒容密闭容器中发生反应Ⅰ和Ⅱ。
①不能证明上述反应达到平衡状态的是b(填字母)。
a.容器内压强不再改变
b.容器内混合气体的平均密度不再改变
c.容器内混合气体的平均相对分子质量不再改变
d.n(CH4)︰n(CO)不再改变
②若达到平衡时,H2(g)和H2O(g)的物质的量均为2 mol,则该温度下反应Ⅰ的平衡常数K1=2.25。
(4)在高温下,CH4-CO2催化重整过程中还存在积碳反应Ⅲ和Ⅳ。
Ⅲ.2CO(g)CO2(g)+C(s)　ΔH=-172 kJ·mol-1
Ⅳ.CH4(g)C(s)+2H2(g)　ΔH=+75 kJ·mol-1
①实验表明,在重整反应中,低温、高压时会有显著积碳产生。由此可推断,对于该重整反应而言,其积碳主要由反应Ⅲ(填“Ⅲ”或“Ⅳ”)产生。
②其他条件相同时,积碳量与温度的关系如图所示。T0 ℃之后,温度升高积碳量减小的主要原因为C(s)+CO2(g) 2CO(g)消碳的速率大于CH4裂解积碳的速率。
解析:(1)由热化学方程式可知,反应Ⅰ是正反应为吸热且气体体积增大的反应,反应Ⅱ是正反应为吸热且气体体积前后相等的反应,要提高CO2的平衡转化率,需在高温低压下进行,故选b。(2)根据盖斯定律,反应Ⅰ+2×反应Ⅱ可得反应CH4(g)+3CO2(g) 4CO(g)+2H2O(g),所以ΔH=ΔH1+2ΔH2=+247 kJ·mol-1+2×41 kJ·mol-1=+329 kJ·mol-1,K=K1·。(3)①a.反应Ⅰ是气体体积增大的反应,当压强不变时,反应处于平衡状态;b.容积不变,气体总质量不变,所以密度不变不能证明反应达到平衡状态;c.平均相对分子质量不变,说明气体的总物质的量不再变化,反应处于平衡状态;d.反应物和生成物的物质的量之比恒定,表明反应处于平衡状态。②已知通入6 mol CH4和8 mol CO2,反应平衡时,H2为2 mol,H2O为2 mol,设平衡时CH4为x mol、CO2为y mol、CO为z mol,根据原子守恒有碳原子为x+y+z=14,氢原子为4x+4+4=24,氧原子为2y+z+2=16,可解得x=4,y=4,z=6,所以反应Ⅰ的平衡常数K1==2.25。(4)①实验表明,在重整反应中,低温、高压时会有显著积碳产生,低温高压更有利于反应Ⅲ进行,所以其积碳主要由反应Ⅲ产生。②温度升高,反应Ⅲ逆向移动,T0 ℃之后C(s)+CO2(g) 2CO(g)消碳的速率大于CH4裂解积碳的速率,从而使得积碳量减小。

展开更多......

收起↑