2020版高考化学大一轮复习 高考经典必考题创新突破7课件

高考经典必考题创新突破(七)化学平衡题的题型结构及解题策略高考总复习·化学题型特点考情分析命题趋势2018，全国卷Ⅱ，27T2016，全国卷甲，28T2016，全国卷丙，13T2016，北京卷，13T化学平衡是化学反应原理的重要组成部分，也是高考重点考查的主干知识。近年高考试题中的化学平衡题呈现出了如下三个特点：(1)体现化学学科思想；(2)注重对图像、图表和数据的分析和判断；(3)注重平衡移动理论在日常生活、科学研究领域等方面的迁移应用。分值：6～10分化学平衡中包含很广阔的创新空间。预计2020年高考化学平衡会在情境、取材上创新，化学平衡中实验分析、设计、化工生产中选择适宜温度、酸碱性环境等将是热点考查内容。[解题思维]化学平衡题的3种解题思想：1．极值思想判断混合物的组成或判断平衡混合物中各组分含量的范围时，将问题合理假设成某种“极值状态”，从而进行极端分析。先假设反应正向能够进行到底，求出生成物浓度的最大值和反应物浓度最小值，再假设逆向能够进行到底，求出反应物浓度的最大值和生成物浓度的最小值，从而确定各物质的范围。2．虚拟思想分析或解决问题时，根据需要和可能，虚拟出能方便解题的对象，并以此为中介，实现由条件向结论转化的思维方法。即把一种状态与另一种状态平衡时的情况(如转化率、物质的量浓度及含量等)可以假设一个中间转化过程进行比较，思维模型为：(1)构建等温等容平衡思维模式：新平衡状态可认为是两个原平衡状态简单的叠加并压缩而成，相当于增大压强。(2)构建等温等压平衡思维模式(以气体物质的量增加的反应为例，见图示)：新平衡状态可以认为是两个原平衡状态简单的叠加，压强不变，相当于“平衡不移动”。3．等效平衡(1)对于任何可逆反应在等温、等压(T、p)条件下，以及反应前后气体物质的量不变的可逆反应在等温、等容(T、V)条件下，将起始投料换算为化学方程式同一边物质，“量”相同或成比例，平衡时各成分转化率(α)、百分含量(φ)相同，物质的量(n)、浓度(ci)也相同或成比例，反应程度相同，称之为等效。(2)对于反应前后气体物质的量不相等的可逆反应在等温、等容(T、V)条件下，将起始投料换算为化学方程式同一边物质，“量”相同，平衡时各成分转化率(α)、物质的量(n)、百分含量(φ)，浓度(ci)均完全相同等效。[真题剖析]1．(2018·全国卷Ⅱ)CH4－CO2催化重整不仅可以得到合成气(CO和H2)，还对温室气体的减排具有重要意义。回答下列问题：(1)CH4－CO2催化重整反应为：CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)ΔH＝＋247kJ·mol－1有利于提高CH4平衡转化率的条件是________(填标号)。A．高温低压B．低温高压C．高温高压D．低温低压(2)反应中催化剂活性会因积碳反应而降低，同时存在的消碳反应则使积碳量减少。相关数据如下表：积碳反应CH4(g)＝C(s)＋2H2(g)消碳反应CO2(g)＋C(s)＝2CO(g)ΔH/(kJ·mol－1)75172催化剂X3391活化能/(kJ·mol－1)催化剂Y4372①由上表判断，催化剂X_________Y(填“优于”或“劣于”)，理由是______________________。在反应进料气组成、压强及反应时间相同的情况下，某催化剂表面的积碳量随温度的变化关系如图所示。升高温度时，下列关于积碳反应、消碳反应的平衡常数(K)和速率(v)的叙述正确的是________填标号)。A．K积、K消均增加B．v积减小，v消增加C．K积减小，K消增加D．v消增加的倍数比v积增加的倍数大②在一定温度下，测得某催化剂上沉积碳的生成速率方程为v＝k·p(CH4)·[p(CO2)]－0.5(k为速率常数)。在p(CH4)一定时，不同p(CO2)下积碳量随时间的变化趋势如图所示，则pa(CO2)、pb(CO2)、pc(CO2)从大到小的顺序为_____________。解析(1)由于该反应为吸热且气体体积增大的反应，要提高CH4的平衡转化率，需在高温低压下进行。(2)从表格中数据可看出相对于催化剂X，用催化剂Y催化时积碳反应的活化能大，则积碳反应的反应速率小，而消碳反应活化能相对小，则消碳反应的反应速率大，再根据题干信息“反应中催化剂活性会因积碳反应而降低”可知催化剂X劣于催化剂Y。结合图示可知500～600℃随温度升高积碳量增加，而600～700℃随温度升高积碳量减少，故随温度升高，K积和K消均增加，且消碳反应速率增加的倍数比积碳反应的大，故A、D项正确。②由该图像可知在反应时间和p(CH4)相同时，图像中速率关系va＞vb＞vc，结合沉积碳的生成速率方程v＝k·p(CH4)·[p(CO2)]－0.5，在p(CH4)相同时，随着p(CO2)增大，反应速率逐渐减慢，即可判断pc(CO2)＞pb(CO2)＞pa(CO2)。答案(1)A(2)①劣于相对于催化剂X，催化剂Y积碳反应的活化能大，积碳反应的速率小；而消碳反应活化能相对小，消碳的反应速率大AD②pc(CO2)、pb(CO2)、pa(CO2)2．(经典全国卷)Bodensteins研究了下列反应：2HI(g)H2(g)＋I2(g)在716K时，气体混合物中碘化氢的物质的量分数x(HI)与反应时间t的关系如下表：t/min020406080120x(HI)10.910.850.8150.7950.784x(HI)00.600.730.7730.7800.784(1)根据上述实验结果，该反应的平衡常数K的计算式为____________________。(2)上述反应中，正反应速率为v正＝k正x2(HI)，逆反应速率为v逆＝k逆x(H2)x(I2)，其中k正、k逆为速率常数，则k逆为________(以K和k正表示)。若k正＝0.0027min－1，在t＝40min时，v正＝________min－1。解析(1)设开始加入的HI为xmol，达平衡时转化的HI为amol，则有：2HI(g)H2(g)＋I2(g)开始/molx00转化/molaa2a2平衡/molx－aa2a2所以x－ax＝0.784，得a＝0.216x，K＝a2×a2x－a2＝0.108×0.1080.7842。(2)达平衡时，v正＝v逆，k正x2(HI)＝k逆x(H2)x(I2)，k逆＝k正x2HIxH2xI2＝k正/K。v正＝k正x2(HI)，在40min时，x(HI)＝0.85，所以v正＝0.0027min－1×0.85×0.85≈1.95×10－3min－1。答案(1)0.108×0.1080.7842(2)k正/K1.95×10－3归纳总结(1)化学平衡状态判断有8个“铁”标志，3个“条件”标志判断化学平衡状态的方法——“正逆相等，变量不变”①ci②ni③ωi④φi⑤αi⑥mi⑦颜色⑧v正＝v逆⑨反应前后气体物质的量不同的p总不变⑩反应前后气体物质的量不同的M(或Mr)不变⑪有非气体参加反应时气体的ρ不变(2)化学平衡移动原理在化工生产中的应用化工生产适宜条件原则从化学反应速率分析既不能过快，又不能太慢从化学平衡移动分析既要注意外界条件对速率和平衡影响的一致性，又要注意二者影响的矛盾性从原料的利用率分析增加易得廉价原料，提高难得高价原料的利用率，从而降低生产成本从实际生产能力分析如设备承受高温、高压能力等从催化剂的使用活性分析注意催化剂的活性对温度的限制[模拟预测]1．(2019·吕梁质检)工业燃烧煤、石油等化石燃料释放出大量氮氧化物(NOx)、CO2、SO2等气体，严重污染空气。对废气进行脱硝、脱碳和脱硫处理可实现绿色环保、废物利用。Ⅰ.脱硝：Ⅱ.脱碳：(1)向2L密闭容器中加入2molCO2和6molH2，在适当催化剂作用下，发生反应：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(l)＋H2O(l)。下列叙述能说明此反应达到平衡状态的是______(填字母)。a．v(CO2)正＝3v(H2)逆b．H2和CH3OH的质量之比不再变化c．混合气体的密度保持不变d．CO2气体体积分数保持不变(2)改变温度，使反应CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH0中的所有物质都为气态。起始温度、体积相同(T1℃、2L密闭容器)。反应过程中部分数据如表：反应时间CO2(mol)H2(mol)CH3OH(mol)H2O(mol)0min1300反应Ⅰ：恒温恒容20min0.5反应Ⅱ：绝热恒容0min1300①达到平衡时，反应Ⅰ、Ⅱ对比：平衡常数K(Ⅰ)______(填“”“”或“＝”，下同)K(Ⅱ)；平衡时气体的密度ρ(Ⅰ)______ρ(Ⅱ)。②对反应Ⅰ，前20min内的平均反应速率v(CH3OH)＝______mol·L－1·min－1。解析(1)反应达到平衡状态时，3v(CO2)正＝v(H2)逆，a项错误；达到平衡状态时各组分浓度保持不变，由于容器体积不变，故达到平衡状态时，H2和CH3OH的质量之比不再发生变化，b项正确；容器容积不变，随反应的进行，混合气体质量逐渐减小，则混合气体的密度保持不变时，反应达到平衡状态，c项正确；反应前加入的CO2和H2的物质的量之比为1∶3，反应中消耗的CO2和H2的物质的量之比也为1∶3，故CO2的体积分数始终保持不变，不能由此判断反应是否达到平衡状态，d项错误；(2)①反应Ⅰ在恒温恒容条件下进行，反应Ⅱ中温度高于反应Ⅰ中的温度，升高温度平衡向逆反应方向移动，则平衡常数减小，故平衡常数K(Ⅰ)＞K(Ⅱ)。由于容器体积相等，且混合气体的质量也相等并保持不变，故达到平衡时，反应Ⅰ、反应Ⅱ中混合气体的密度相等。②根据表格中数据可知前20min内消耗的CO2的物质的量为0.5mol，则v(CO2)＝0.5mol2L×20min＝0.0125mol·L－1·min－1，该反应中CO2、CH3OH的化学计量数相同，则v(CH3OH)＝v(CO2)＝0.0125mol·L－1·min－1。答案(1)bc(2)①＞＝②0.01252．(2019·荆州质检)(1)在0.1MPa、Ru/TiO2催化下，将H2和CO2按投料比n(H2)∶n(CO2)＝4∶1置于恒压密闭容器中发生反应：反应ⅠCO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g)ΔH1反应ⅡCO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)ΔH2测得CO2转化率、CH4和CO选择性随温度变化情况分别如图1和图2所示。(选择性：转化的CO2中生成CH4或CO的百分比)①反应Ⅰ的ΔH1______(填“”“”或“＝”)0；理由是____________________________。②温度过低或过高均不利于反应Ⅰ的进行，原因是________________________________。③350℃时，反应Ⅰ的平衡常数Kp＝______________(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)。④为减少CO在产物中的比率，可采取的措施有______________________________(列举一条)。(2)为探究反应Ⅰ的反应速率与浓度的关系，向恒容密闭容器中通入浓度均为1.0mol·L－1的H2与CO2。根据相关数据绘制出反应速率与浓度的关系曲线：v正～c(CO2)和v逆～c(H2O)。则曲线v正～c(CO2)对应的是图3中的曲线______(填“甲”或“乙”)；该反应达到平衡后，某一时刻降低温度，反应重新达到平衡，则此时曲线甲对应的平衡点可能为_____(填字母，下同)，曲线乙对应的平衡点可能为_______。解析(1)由题图2可知，温度≤400℃时，容器中只发生反应Ⅰ，结合题图1可知，反应Ⅰ在350℃达到平衡状态后，随温度升高CO2的平衡转化率降低，说明该反应为放热反应。②温度过低，反应速率慢；温度过高，反应Ⅰ向逆反应方向进行且CH4的选择性减小，故温度过低或过高均不利于反应Ⅰ的进行。③设CO2的起始投料量为xmol，则CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g)起始/molx4x00转化/mo