上海高一化学同步讲义 第06讲 反应物如何尽可能转变成生成物.docx
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上海高一化学同步讲义第06讲反应物如何尽可能转变成生成物
第06讲反应物如何尽可能转变成生成物
一、知识梳理:
工业上合成氨的化学反应方程式为N2+3H2
2NH3,怎样才能使N2、H2尽可能多地转变成生成物?
(一)可逆反应中的化学平衡:
1.可逆反应:
当一个化学反应发生后,它的生成物在同一条件下又能重新生成原来的反应物,这种化学反应称为可逆反应。
【注意】可逆反应的特点是反应不能进行到底,常用符号“
”表示。
2.化学平衡:
(1)化学平衡的建立:
①如果把某一可逆反应的反应物装入密闭容器,其反应情况如下:
a.反应开始时:
v(正)最大,v(逆)为零。
b.反应进行时:
反应物浓度减小→v(正)逐渐变小。
生成物由无到有逐渐增多→v(逆)从零开始逐渐增大。
c.反应达到平衡时,v(正)=v(逆),反应混合物各组分的浓度不再发生变化。
以上过程可用下图表示:
②如果把某一可逆反应的生成物装入密闭容器,其化学平衡的建立过程如图所示:
(2)化学平衡状态的定义:
如果外界条件不发生变化,任何可逆反应进行到一定程度的时候,正反应和逆反应的反应速率相等。
反应物和生成物的含量不变,这时反应物和生成物的混合物(简称反应混合物)就处于化学平衡状态。
(3)化学平衡的特征:
①逆:
研究的对象是可逆反应
②动:
是指动态平衡,反应达到平衡状态时,反应没有停止
③等:
平衡时正反应速率等于逆反应速率,但不等于零
④定:
反应混合物中各组分的百分含量保持一个定值
⑤变:
外界条件改变、原平衡破坏,建立新的平衡
(4)化学平衡的实质:
v(正)=v(逆)。
(5)平衡的标志:
各组分的浓度保持不变。
(二)影响化学平衡的因素:
1.化学平衡的移动:
化学平衡状态是一定条件下的化学平衡,当外界条件发生变化后,平衡状态也将被破坏。
平衡发生移动的原因是外界条件的改变,使得正、逆反应速率发生变化,因而,v(正)≠v(逆)是化学平衡移动的根本原因,而平衡移动的结果是平衡混合物中各成分的浓度、各组分的组成发生了变化,移动过程可表示如下:
2.影响化学平衡的外界因素:
(1)浓度对化学平衡的影响:
操作:
现象:
加入少量1mol/LFeCl3溶液的试管和加入少量1mol/LKSCN溶液的试管中溶液颜色都比原来深。
原理:
FeCl3与KSCN反应生成红色的Fe(SCN)3和KCl:
FeCl3+3KSCN
Fe(SCN)3+3KCl。
结论:
增大任何一种反应物浓度的瞬间,v(正)增大,v(逆)不变,化学平衡向正反应方向移动。
规律:
其他条件不变的情况下,增大反应物的浓度或减小生成物的浓度,都可以使平衡向正反应方向移动;增大生成物的浓度或减小反应物的浓度,都可以使平衡向逆反应方向移动。
(2)压强对化学平衡的影响:
反应类型
平衡移动方向
压强改变
无气体参与的化学平衡
增大压强
向气体体积减小的方向移动
不移动
不移动
减小压强
向气体体积增大的方向移动
不移动
不移动
(3)温度对化学平衡的影响:
操作:
现象:
烧瓶中的气体颜色在热水中比常温时深,在冷水中比常温时浅。
原理:
2NO2(g)
N2O4(g)(正反应为放热反应)
(红棕色)(无色)
结论:
升高温度,NO2浓度变大,说明平衡向逆反应方向即吸热反应方向移动;降低温度,NO2浓度变小,说明平衡向正反应方向即放热反应方向移动。
规律:
在其他条件不变的情况下,升高温度,会使化学平衡向着吸热的方向移动;降低温度,会使化学平衡向着放热的方向移动。
3.勒夏特列原理:
如果改变影响平衡的一个条件(如浓度、压强或温度),平衡就向能够减弱这种改变的方向移动。
【注意】
(1)对勒夏特列原理中“减弱这种改变”的正确理解应当是:
从定性角度看,升高温度时,平衡向吸热反应方向移动;增加反应物时,平衡向反应物减少的方向移动;增大压强时,平衡向体积缩小的方向移动。
从定量角度看,平衡移动的结果只能适当降低条件改变的变化,而不能完全抵消外界条件变化的能量。
例如:
压强由2.02×105Pa增加到4.04×105Pa,平衡移动后,压强为2.02×105Pa至4.04×105Pa之间。
(2)勒夏特列原理又称平衡移动原理,它不仅适用于化学平衡的体系,也适用于溶解平衡等动态平衡体系。
(三)广泛存在的化学平衡:
1.酸碱指示剂中存在的化学平衡:
酸碱指示剂石蕊试液的颜色变化中就存在着化学平衡。
如果用HZ表示石蕊分子,它存在着以下平衡:
HZ
H++Z-
(红色)(蓝色)
在接近中性的溶液中:
c(HZ)≈c(Z-),溶液呈紫色;
在酸性溶液中:
由于c(H+)增大,平衡向左移动,溶液呈红色;
在碱性溶液中:
由于OH-和H+生成水,平衡向右移动,溶液呈蓝色。
2.血液中的化学平衡:
血液中存在如下平衡:
CO2+H2O
H2CO3
H++HCO3-,当有酸性物质进入血液时,平衡向生成CO2的方向移动,通过加深呼吸排出CO2,减少的HCO3由肾脏调节补充;当碱性物质进入血液时,平衡向生成HCO3-的方向移动,过多的HCO3由肾脏调节吸收。
血液中HCO3-与H2CO3的物质的量之比维持在20:
1左右,其pH值保持稳定。
3.膳食与人体血液的平衡:
人们的生活离不开饮食。
对膳食要有如下基本认识:
(1)食品的酸碱度并不是指食品本身汁液的酸碱性。
例如,食醋里面含有醋酸,但它却是碱性食品;柑橘汁液的pH值小于7,可它也是碱性食品。
(2)食品的营养成分中,影响血液pH值的是食品中的矿物质。
(3)注意酸、碱性食品的平衡,不偏食才能身体健康。
二、例题分析:
【例1】下列反应属于可逆反应的是()(A)NH4Cl受热分解,在试管口又生成NH4Cl
(B)2H2+O2
2H2O,2H2O
2H2↑+O2↑
(C)2HI
H2+I2,H2+I2
2HI
(D)工业上用SO2制SO3的反应
【例2】在一定温度下,可逆反应A(g)+3B(g)
2C(g)达到平衡的标志是()
(A)C生成的速率与C分解的速率相等(B)单位时间生成nmolA,同时生成3nmolB
(C)A、B、C的浓度不再变化(D)A、B、C的分子数比为1:
3:
2
【例3】下列各组数据能反映可逆反应2A
B+3C处于平衡状态的是()
【例4】对于可逆反应2HI(g)
H2(g)+I2(g)的平衡体系,改变外界条件后,下列叙述中说明平衡一定发生了移动的是()
(A)混合体系的压强增大为原平衡体系的2倍
(B)混合体系气体颜色加深
(C)混合体系中H2的体积分数为原平衡体系中H2体积分数的80%
(D)混合气体的平均摩尔质量发生了改变
【例5】反应A(g)+2B(g)
2C(g)-Q达到平衡后,降低反应混合物的温度,下列叙述正确的
是()
(A)
增大,
减小,平衡向正反应方向移动(B)
减小,
增大,平衡向逆反应方向移动
(C)
和
都增大,平衡向正反应方向移动(D)
和
都减小r平衡向逆反应方向移动
【例6】反应2A(g)
2B(g)+E(g)-Q达到平衡时,要使正反应速率增大,A的浓度减小,应采取的措施是()
(A)加压(B)减压(C)增加E的浓度(D)升温
【例7】人体血液的pH保持在7.35—7.45,适量的CO2可维持这个pH变化范围,可用下面的化学方程式表示:
H2O+CO2
H2CO3
H++HCO3
又知人体呼出的气体中CO2体积分数为5%。
下列说法中正确的是()
(A)太快而太深的呼吸可以导致碱中毒(pH过高)
(B)太快而太深的呼吸可以导致酸中毒(pH过低)
(C)太慢而太浅的呼吸可以导致酸中毒(pH过低)
(D)太慢而太浅的呼吸可以导致碱中毒(pH过高)
三、课堂练习:
1、下列方法中可以证明2HI(g)
H2(g)+I2(g)已达平衡状态的是_________。
①单位时间内生成nmolH2的同时生成nmolHI
②一个H—H键断裂的同时有两个H—I键断裂
③c(HI)=c(I2)
④反应速率v(H2)=v(I2)=1/2·v(HI)
⑤c(HI):
c(H2):
c(I2)=2:
1:
1
⑥温度和体积一定时,某一生成物浓度不再变化
⑦温度和体积一定时.容器内压强不再变化
⑧条件一定,混合气体的平均相对分子质量不再变化
⑨温度和体积一定时,混合气体的颜色不再变化
⑩温度和压强一定时,混合气体的密度不再变化
2、下列事实不能用勒夏特列原理解释的是()
(A)可用排饱和食盐水的方法收集Cl2
(B)在强碱性条件下,氯水中的Cl-和ClO能大量共存
(C)煅烧硫铁矿制SO2时,将矿石粉碎
(D)为加快浓氨水挥发出氨气,可加入适量固体NaOH
3、在一密闭容器中,反应aA(g)
bB(g)达平衡后。
保持温度不变,将容器体积增加一倍,当达到新的平衡时,B的浓度是原来的60%,则()
(A)平衡向正反应方向移动了(B)物质A的转化率减小了
(C)物质B的质量分数增加了(D)a>b
4、工业上用一氧化碳与水蒸气反应得到氢气,反应达到半衡。
CO(g)+H2O(g)
CO2(g)+H2(g)+Q
(1)当使用催化剂时,平衡移动。
(2)通入过量水蒸气,平衡移动,其目的是__________________。
(3)增大体系的压强,平衡移动。
5、近年来,某些自来水厂在用液氯进行消毒处理时还加入少量液氨,其反应的化学方程式为:
NH3+HClO
H2O+NH2Cl(一氯氨).NH2Cl较HClO稳定,试分析加液氨能延长液氯杀菌时间的原因:
_____________________________________________。
6、有一批做过银镜反应实验的试管要洗涤,可用铁盐溶液来作洗涤剂,因为Fe3+与Ag+可发生可逆的氧化还原反应:
Fe3++Ag+
Fe2++Ag+。
实验室中可选的铁盐溶液有FeCl3、Fe2(SO4)3和Fe(NO3)3(三种溶液中[Fe3+]相等)。
甲同学认为三种溶液中FeCl3洗银效果最好,乙同学则认为Fe(NO3)。
效果最佳,两人都提出了各自合理的判断依据(结果如何当然还要看谁提出的理由在实际过程中占主导地位)。
(1)甲的判断依据是___________________________。
(2)乙的判断依据是。
7、有两个密闭容器A和B,A容器中有一个可移动的活塞能使容器内保持恒压,B容器能保持恒容。
起始时向这两个容器中分别充入等量的体积比为2:
1的SO2和O2的混合气体,并使A和B容积相等。
在保持400℃的条件下使之发生如下反应:
2SO2+O2
2SO3。
(1)达到平衡时所需的时间A容器比B容器(填“多”或“少”)。
(2)A容器中SO2的转化率比B容器中的(填“大”或“小”)。
8、在一个盛有催化剂、容积可变的密闭容器中,保持一定温度和压强,进行以下反应:
N2+3H2
2NH3(正反应为放热反应),已知加入1molN2和4molH2时,达到平衡后生成amolNH3(如下表)。
在相同温度、压强下,保持平衡时各组分的体积分数不变,对表中编号为①~③的状态,填写表中的空白。
已知
编号
起始状态物质的量/mol
平衡时NH3的物质的量/mol
N2
H2
NH3
1
4
0
a
①
1.5
6
0
②
1
0.5a
③
m
g(g≥4m)
9、脱除天然气中的硫化氢既能减少环境污染,又可回收硫资源。
(1)硫化氢与FeCl3溶液反应生成单质硫,其离子方程式为__________________。
(2)一定温度下,1molNH4HS固体在定容真空容器中可部分分解为硫化氢和氨气。
①当反应达平衡时
×
=a(Pa2),则容器中的总压为Pa;
②下图是上述反应过程中生成物浓度随时间变化的示意图。
若t2时增大氨气的浓度且在t3时反应再次达到平衡,请在图上画出t2时刻后氨气、硫化氢的浓度随时间的变化曲线。
10、“碘钟”实验中,3I-+S2O82-→I3-+2SO42-的反应速率可以用I3-与加入的淀粉溶液显蓝色的时间t来衡量,t越小,反应速率越大。
某探究性学习小组在20℃时进行实验,得到的数据如下表:
实验编号
①
②
③
④
⑤
c(l-)/(mol/L)
0.040
0.080
0.080
0.160
0.120
c(S2O82-)/(mol/L)
0.040
0.040
0.080
0.020
0.040
t/s
88.0
44.0
22.0
44.0
t1
回答下列问题:
(1)该实验的目的是_______________________________________________________。
(2)显色时间t1=_______。
(3)温度对该反应的反应速率的影响符合一般规律,若在40℃下进行编号③对应浓度的实验,显色时间如的范围为(填字母)。
(A)<22.0s(B)22.0~44.0s
(C)>44.0s(D)数据不足,无法判断
(4)通过分析比较上表数据,得到的结论是_______________________________________________。
11、a将一定量的SO2和含0.7mol氧气的空气(忽略CO2)放入一定体积的密闭容器中,550℃时,在催化剂作用下发生反应:
2SO2+O2
2SO3(正反应放热)。
反应达到平衡后,将容器中的混合气体通入过量NaOH溶液,气体体积减少了21.28L;再将剩余气体通过酸的碱性溶液吸收O2,气体的体积又减少了5.6L(以上气体体积均为标准状况下的体积)。
请回答下列问题:
(计算结果保留一位小数)
(1)判断该反应达到平衡状态的标志是。
(填字母)
(A)SO2和SO3浓度相等
(B)SO2百分含量保持不变
(C)容器中气体的压强不变
(D)SO3的生成速率与SO2的消耗速率相等
(E)容器中混合气体的密度保持不变
(2)欲提高SO2的转化率,下列措施可行的是____。
(填字母)
(A)向装置中再充入N2(B)向装置中再充入O2
(C)改变反应的催化剂(D)升高温度
(3)求该反应达到平衡时SO2的转化率(用百分数表示)。
(4)若将平衡混合气体的5%通入过量的BaCl2溶液,生成沉淀多少克?
12、可逆反应N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)的正、逆反应速率可用各种反应物或生成物浓度的变化来表示,下列各关系中能说明反应已达到平衡状态的是()
(A)3
(N2)=
(H2)(B)
(N2)=
(NH3)(C)2
(H2)=3
(NH3)(D)
(N2)=3
(H2)
13、某可逆反应达到平衡后,若发生下列变化,可判断平衡一定发生移动的是()
(A)正、逆反应速率发生变化(B)反应物、生成物浓度发生变化
(C)反应物、生成物质量分数发生变化(D)压强改变
四、回家作业:
1、在一定条件下,对反应P(g)+Q(g)
R(g)+2S(g),下列说法可以说明其已经达到平衡状态的是()
(A)反应容器中,P、Q、R、S四者共存(B)P和S的生成速率相等
(C)反应容器内,气体压强不随时间变化而变化(D)S的生成速率是R的生成速率的2倍
2、对于下列各平衡体系,改变条件,平衡向逆反应方向移动的是()
(A)C+CO2
2CO-Q(加入C)(B)N2+3H2
2NH3+Q(用铁作催化剂)
(C)CO+H2O
CO2+H2-Q(加压)(D)2SO2+O2
2SO3+Q(升高温度)
3、压强变化不会使下列化学反应的平衡发生移动的是()
(A)H2(g)+I2(g)
2HI(g)(B)3H2(g)+N2(g)
2NH3(g)
(C)2SO(g)+O2(g)
2SO3(g)(D)C(s)+CO2(g)
2CO(g)
4、反应CO(g)+NO2(g)
CO2(g)+NO(g),达平衡后将容器容积扩大10倍,此时()
(A)混合气体颜色变浅(B)平衡向正反应方向移动
(C)容器内颜色变深(D)化学反应速率不变
5、化合物HIn在水溶液中因存在以下电离平衡,故可用作酸碱指示剂:
HIn(溶液红色)
H++In-(溶液黄色)
浓度为0.02mol/L的下列各溶液中能使指示剂由黄色变为红色的是()
(A)盐酸(B)石灰水(C)食盐溶液(D)氨水
6、已知某可逆反应在密闭容器中进行:
A(g)+2B(g)
3C(g)+D(s)(正反应为放热反应)。
右图中曲线a代表一定条件下该反应的过程,若使a曲线变成b曲线,可采取的措施是()
(A)增大A的浓度(B)缩小容器的体积
(C)加入催化剂(D)升高温度
7.如右图所示,用实验验证压强对化学平衡的影响:
我们除在1号注射器内吸入一定体积的NO2和N2O4的平衡混合气体,还用2号注射器吸入溴蒸气,这是为了进行。
实验过程中,这种方法必须在控制条件下进行:
①开始时两注射器要吸入气体;②注射器内气体颜色;③活塞压缩注射器的体积要。
最后观察到的现象是____________,从而得出的结论是。
8.牙齿表面由一层字的、组成为Ca5(PO4)3OH的物质保护着,在唾液中存在下列平衡:
Ca5(PO4)3OH(s)
5Ca2++3PO43-+OH-
(1)进食后,细菌和酶作用于食物,产生有机酸,这时牙齿就会受到腐蚀,原因是
。
(2)已知:
Ca5(PO4)3F(s)的溶解度比上面的矿化产物更小,质地更坚固,用离子方程式表示牙膏中配有氟化物添加剂后能防止龋齿的原因。
(3)根据以上原理,请你提出一种其他促进矿化的方法。
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