突破05 温度、压强对平衡的影响-备战2021年高考化学《化学反应原理》逐空突破系列

化学平衡图像说理题(一) ——温度、压强对平衡的影响 【知识点归纳】 一、影响化学平衡移动的因素 1、浓度对化学平衡的影响 (1)结论：当其他条件不变时，增大反应物浓度或减小生成物浓度，化学平衡向正反应方向移动 增大生成物浓度或减小反应物浓度，化学平衡向逆反应方向移动 (2)微点拨： ①由于纯固体或纯液体的浓度为常数，改变纯固体或纯液体的量并不会影响 v 正 、v 逆 的大小，所以化学平衡 不移动。例：反应 C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g)增加或移去一部分炭固体，化学平衡不移动 ②在溶液中进行，如果稀释溶液(加水)，反应物浓度减小，生成物浓度也减小，v 正 减小，v 逆 也减小，但减小 的程度不同，总的结果是使化学平衡向反应方程式有关化学计量系数之和大的方向移动 2、压强对化学平衡的影响 (1)结论：当其他条件不变时，增大压强，化学平衡向气体体积减小的方向移动； 减小压强，化学平衡向气体体积增大的方向移动，体积相等的气体反应，压强改变，化学平衡不移动 (2)微点拨：固态物质或液态物质的体积，受压强的影响很小，可以忽略不计。因此，如果平衡混合物都是固体 或液体 ，改变压强不能使化学平衡移动 3、温度对化学平衡的影响 (1)结论：当其他条件不变时，升高温度化学平衡向吸热反应的方向移动；降低温度化学平衡向放热反应的方向 移动 (2)微点拨：任意可逆的化学平衡状态，都能受温度的影响而使化学平衡发生移动 4、催化剂对化学平衡的影响 (1)结论：催化剂能同等程度地增加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。即：催化剂 不能使化学平衡发生移动；不能改变反应混合物含量；但可以改变达到平衡的时间 5、“惰性气体”对化学平衡移动的影响 (1)恒温、恒容下，加“惰气”，各反应物、生成物的浓度均未改变，V 正、V 逆均不变，故化学平衡不发生移动 (2)恒温、恒压下加入“惰气”，容器体积增大，V 正、V 逆均减小，等效于降压，故化学平衡向气体总体积增大的方 向移动 二、掌握三类平衡移动图像：反应 mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)，m＋n＞p＋q，且ΔH＞0 1、速率—时间图——注意断点 t1 时增大反应物的浓度，正反应速率瞬间增大，然后逐渐减小，而逆反应速率逐渐增大；t2 时升高温度，对任 何反应，正反应和逆反应速率均增大，吸热反应的正反应速率增大较快；t3 时减小压强，容器容积增大，浓度 变小，正反应速率和逆反应速率均减小；t4 时使用催化剂，正反应速率和逆反应速率均瞬间增大 2、转化率(或含量)—时间图——先拐先平 甲表示压强对反应物转化率的影响，对于气体反应物化学计量数之和大于气体生成物化学计量数之和的反应， 压强越大，反应物的转化率越大；乙表示温度对反应物转化率的影响，对于吸热反应，温度越高，反应物的转 化率越大；丙表示催化剂对反应物转化率的影响，催化剂只能改变化学反应速率，不能改变反应物的转化率 3、恒压(温)线——定一议二 分析时可沿横轴作一条平行于纵轴的虚线，即：为等压线或等温线，然后分析另一条件变化对该反应的影响 【答题模板及剖析】 恒压线(恒温线) 答题策略 叙特点(反应特点或容器特点)→变条件→定方向→得结论(或结果) 答题模板 该反应的正反应是气体分子数减小(或增大)的反应，当温度一定时，增大压强，平衡正向移动， 因此×××(得结论) 经典例题 乙烯气相水合反应的热化学方程式为 C2H4(g)＋H2O(g)===C2H5OH(g) ΔH＝－45.5 kJ·mol－1，下图 是乙烯气相水合法制乙醇中乙烯的平衡转化率与温度、压强的关系[其中 n(H2O)∶n(C2H4)＝ 1∶1]。图中压强(p1、p2、p3、p4)的大小顺序为__________，理由是__________________________ 标注答案 p1＜p2＜p3＜p4，反应正方向是分子数减少的反应，相同温度下，压强升高乙烯转化率提高 【真题感悟】 1、[2018·全国卷Ⅰ·节选] F. Daniels 等曾利用测压法在刚性反应器中研究了 25℃时 N2O5(g)分解反应： 其中 NO2 二聚为 N2O4 的反应可以迅速达到平衡，体系的总压强 p 随时间 t 的变化如下表所示(t=∞时，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 已知：N2O5(g)=2NO2(g)+ 1 2 O2(g) ΔH =53.1kJ·mol−1 若提高反应温度至 35℃，则 N2O5(g)完全分解后体系压强 p∞(35℃)____63.1 kPa(填“大于”“等于”或“小于”)，原 因是__________________________________________________________ 2、[2018·北京卷·节选] 对反应：3SO2(g)+2H2O (g)===2H2SO4 (l)+S(s) ΔH2=−254 kJ·mol−1，在某一投料比时，两 种压强下，H2SO4 在平衡体系中物质的量分数随温度的变化关系如图所示。p2_______p 1(填“＞”或“＜”)，得出 该结论的理由是____________________ 3、[2015·全国卷 II·节选] 甲醇是重要的化工原料，又可称为燃料。利用合成气（主要成分为 CO、CO2 和 H2）在 催化剂的作用下合成甲醇，发生的主反应如下： ①CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) △H1 ②CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) △H2 ③CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) △H3 (1)图 1 中能正确反映平衡常数 K 随温度变化关系的曲线为 (填曲线标记字母)，其判断理由是 (2)合成气的组成 n（H2）/n（CO+CO2）＝2.60 时，体系中的 CO 平衡转化率（α）与温度和压强的关系如图 2 所 示。α(CO)值随温度升高而 (填“增大”或“减小”)，其原因是 ； 图 2 中的压强由大到小为__ ，其判断理由是_____ 4、[2015·北京卷·节选] 反应Ⅱ：2H2SO4(l)=2SO2(g)+O2(g)+2H2O(g) △H=+550kJ/mol 它由两步反应组成：i．H2SO4(l)=SO3(g) +H2O(g) △H=+177kJ/mol ii．SO3(g)分解 L(L1、L2)，X 可分别代表压强或温度。下图表示 L 一定时，ii 中 SO3(g)的平衡转化率随 X 的变化关系。 ①X 代表的物理量是 ②判断 L1、L2 的大小关系，并简述理由 5、[2015·浙江卷·节选] 乙苯催化脱氢制苯乙烯反应：   催化剂 ＋H2(g) ΔH＝＋124 kJ·mol－1，工业上，通常在乙苯蒸气中掺混水蒸气(原料气中乙苯和水蒸气的物质的量之比为 1∶9)， 控制反应温度 600 ℃，并保持体系总压为常压的条件下进行反应。在不同反应温度下，乙苯的平衡转化率和某 催化剂作用下苯乙烯的选择性(指除了 H2 以外的产物中苯乙烯的物质的量分数)变化如图： (1)掺入水蒸气能提高乙苯的平衡转化率，解释说明该事实_____________________________________ 【经典训练】 1、在密闭容器中充入一定量 H2S，发生反应 2H2S(g) 2H2(g)＋S2(g) ΔH＝＋169.8 kJ·mol－1。下图为 H2S 气体的 平衡转化率与温度、压强的关系。 (1)图中压强(p1、p2、p3)的大小顺序为________，理由是________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ (2)该反应平衡常数大小：K(T1)________(填“>”“T1 ②m1>m2>m3 保持 n(CO2)不变，增大 n(H2)，平衡正向移动，CO2 的平衡转化率增大，所以 m1＞m2＞m3 3、（1）①大于；反应正方向吸热，反应向吸热方向进行，故温度升高 （2）逆反应 对气体分子数增大的反应，增大压强平衡向逆反应方向移动 解析：（1）①根据题意知，改变反应温度为 T 后，c(N2O4)以 0.0020 mol·L-1·s-1 的平均速率降低，即平衡向正反 应方向移动，又反应正方向吸热，反应向吸热方向进行，故为温度升高，T 大于 1000C，答案为：大于；反应正 方向吸热，反应向吸热方向进行，故温度升高；（2）温度为 T 时，反应达平衡，将反应容器的体积减小一半， 即增大压强，当其他条件不变时，增大压强，平衡向气体物质平衡向气体物质系数减小的方向移动，即向逆反应 方向移动，答案为：逆反应 对气体分子数增大的反应，增大压强平衡向逆反应方向移动。 4、反应③消耗了反应②中的产物 ，使反应②的化学平衡向正反应方向移动，从而提高了 的产率 解析：新工艺中③的发生提高了 CH3OCH3 的产率，是因反应③能消耗反应②中的产物水，从而使反应②的平衡 右移，故能提高 CH3OCH3 的产率，故答案为：反应③消耗了反应②中的产物 H2O，使反应②的化学平衡向正反 方应向移动，从而提高了 CH3OCH3 的产率。 5、减小 若温度降低，体积不变，根据阿伏伽德罗定律，总压强减小；同时，降低温度，由于反应放热，所以 平衡朝正方向移动，容器内分子数减少，总压强也减小 解析：降低温度，分子运动速率减慢，对容器的碰撞次数减小，压强降低；同时该反应的正反应为放热反应，降 低温度，平衡正向移动，导致体系内气体分子数减小，所以总压强也会减小。 6、将分离出的 H2 重新通入容器中，平衡正向移动，Se 的转化率提高 解析：将平衡混合气通入气体液化分离器气体 H2Se 转化为液体 H2Se，并将分离出的 H2 重新通入反应容器，会 增大反应物中 H2 的浓度，平衡正向移动，Se 的转化率提高，故答案为：将分离出的 H2 重新通入容器中，平衡 正向移动，Se 的转化率提高。 7、该反应是放热反应，升高温度反应更有利于向逆反应方向进行 解析：应用反应是放热反应，升高温度反应更有利于向逆反应方向进行，所以 NO 的分解率降低。 8、小于 温度降低，体积不变，总压强降低，NO2 二聚为放热反应，温度降低，平衡右移，体系中气体物质 的量减少，总压强降低 解析：若降低反应温度至 T2℃，则 NO(g)与 O2(g)完全反应后体系压强 p∞(T2℃)小于 26.9kPa，原因是温度降低， 体积不变，总压强降低，NO2 二聚为放热反应，温度降低，平衡右移，体系中气体物质的量减少，总压强降低。 9、(1)CaS CaS＋3CaSO4 高温,4CaO＋4SO2↑ (2)作催化剂 两种情况下反应均达到平衡状态，催化剂 CaCl2 不改变平衡状态 (3)CO2 高温下与过量 C 反应生成 CO，使气体总体积增大(或部分转化为其他含 S 物质) 解析：(1)由图示可知，在低于 800 ℃时，还原的主要产物为 CaS，在高于 800 ℃ 时，得到的主要产物为 CaO， 则此时是 CaS 与 CaSO4 反应生成 CaO。(2)由图 2 可看出，在高于 1 200 ℃时，加入 CaCl2 与不加入 CaCl2 时 CaSO4 的转化率相同，但较低温度下加入 CaCl2 时转化率高，故 CaCl2 的作用为催化剂。(3)当 C/S 值大于 0.7 时，原料 中的还原剂 C 的含量增加，则高温下过量的 C 与 CO2 发生反应 CO2＋C 高温,2CO，从而使得气体总体积增大。 10、温度升高到 710K 时，反应达到平衡状态，由于该反应是放热反应，升高温度，平衡逆向移动，氮氧化物转 化率降低 11、(1)0.25 如图所示 (2)①在 200 ℃时，乙烷的生成速率比乙烯的快 ②在 600 ℃后，乙烯开始分解为碳和氢气 解析：(1)设平衡时转化的 CH4 的物质的量为 2x mol，根据三段式法进行计算： 2CH4(g) C2H4(g)＋2H2(g) 起始/mol 1 0 0 转化/mol 2x x 2x 平衡/mol 1－2x x 2x 则 x 1－2x＋x＋2x×100%＝20.0%，解得 x＝0.25，则平衡时 CH4、C2H4、H2 的物质的量浓度分别为 0.50 mol·L－1、 0.25 mol·L－1 和 0.50 mol·L－1，则 K＝0.25×0.502 0.502 ＝0.25。该反应为吸热反应，升高温度，CH4 的平衡转化率增大； 该反应为气体分子数增大的反应，温度相同时增大压强，CH4 的平衡转化率降低，据此画出图像。(2)①题图中 200 ℃时乙烷的量比乙烯多，这是因为该条件下乙烷的生成速率比乙烯的快。②在 600 ℃后，乙烯的体积分数减 少，主要是因为乙烯发生了分解反应。 12、不是 温度越高化学反应速率越快；升高温度，反应ⅰ逆向移动、催化剂活性降低 解析：温度为 470 K 时，图中 P 点不是处于平衡状态。在 490 K 之前，甲醇产率随着温度升高而增大的原因是温 度越高化学反应速率越快；490 K 之后，甲醇产率下降的原因是升高温度，反应ⅰ逆向移动、催化剂活性降低 13、＜，由图可知，随着温度升高，K2 增大，则ΔH2＞0，根据盖斯定律又得ΔH3＝ΔH1＋ΔH2，所以ΔH1＜ΔH3。 14、0～3 s 内温度升高对速率的影响大于浓度降低的影响 15、1 050 kPa 前反应未达平衡状态，随着压强增大，反应速率加快，NO2 转化率提高 50% 解析：根据示意图，1 050 kPa 前，反应未达到平衡，随着压强增大，反应速率增大，NO2 的转化率加快；假设 通入 1 mol NO2， 2C(s)＋2NO2(g) N2(g)＋2CO2(g) 起始/mol 1 0 0 变化/mol 0.4 0.2 0.4 平衡/mol 0.6 0.2 0.4 1 100 kPa 时，NO2 的体积分数为 0.6 mol 0.6＋0.2＋0.4 mol ×100%＝50%。