化學平衡原理的運用 復習目標 1 理解勒夏特列原理的涵義 掌握濃度 溫度 壓強等條件對化學平衡移動的影響 2 利用所學化學反應速率 化學平衡的原理來解釋生活 生產中的實際問題 判斷平衡移動方向 解釋有關實驗事實 化學平衡 電離平衡 水解平衡 配合平衡 溶解平衡 選擇反應適宜條件 應用范圍 一 合成氨條件的選擇 問題1 請同學們寫出合成氨的化學反應方程式 并說明這個反應有什么特點 N2 3H22NH3 特點 a 可逆反應b 正反應放熱c 正反應是氣體體積減小的反應 問題2 請同學們分析工業生產主要要考慮哪些問題 首要 經濟效益與社會效益 基本要求 a 單位時間內產量高b 原料利用率高 反應速率問題 化學平衡問題 問題3 根據以上要求 分別從化學反應速率和化學平衡兩個角度分析合成氨的合適條件 填表 高溫 高壓 使用 高壓 低溫 無影響 一 合成氨條件的選擇 使用催化劑 鐵 這樣可以大大加快化學反應速率 提高生產效率 也提高了經濟效益 選擇合適的溫度 500 左右 該溫度是合成氨催化劑的活性溫度 選擇合適的壓強 20MPa 50MPa 該壓強下進行生產 對動力 材料 設備等來說正合適 合成氨的適宜條件 實際生產中 還需及時分離出NH3 并不斷向體系中補充N2 H2以增加反應物濃度 使平衡向合成氨的方向進行 例 下列有關合成氨工業的敘述 可用勒沙特列原理來解釋的是 A 使用鐵觸媒 使N2和H2的混合氣體有利于合成氨B 高壓比常壓條件更有利于合成氨的反應C 500 左右比室溫更有利于合成氨的反應 D 合成氨時采用循環操作 可提高原料的利用率 B 思考3 有平衡體系CO g 2H2 g CH3OH g Q 為了增加甲醇的產量 工廠應采取的正確措施是 A 高溫高壓B 適宜溫度高壓催化劑C 低溫低壓D 低溫高壓催化劑 B 1 SO2的制取 2 SO2的催化氧化 3 SO3的吸收 SO3 H2O H2SO4 沸騰爐 吸收塔 二 硫酸工業生產的原理 硫酸工業生產流程自制動畫 硫酸的工業生產 沸騰爐 接觸室 吸收塔 凈化 冷卻 4 尾氣處理 尾氣的組成 SO2 O2 N2 少量SO3等 回收利用堿液吸收法 NH3 H2O2NH3 H2O SO2 NH4 2SO3 已知 N2 g 3H2 g 2NH3 g Q 2SO2 g O2 g 2SO3 g Q回答下列問題 1 從影響速率和平衡的因素分析 要有利于NH3和SO3的生成 理論上應采取的措施是 實際生產中采取的措施分別是中 2 在實際生產的合成氨過程中 要分離出氨氣 目的是 而合成SO3過程中 不需要分離出SO3 原因是 高溫高壓催化劑 合成氨 高溫 高壓 催化劑 合成SO3 高溫 常壓 催化劑 減少生成物濃度 使平衡向生成NH3方向移動 該反應向生成SO3的方向進行程度大 達到平衡后SO2余量較少 故不需要分離SO3 思考1 二 化學實驗中的應用 1 配制FeCl3 FeCl2溶液 加入HCl 2 將醋酸鈉溶液和酚酞混合溶液加熱 溶液顏色變化的原因 3 實驗室用排飽和食鹽水的方法吸收氯氣 2 實驗現象的解釋 1 溶液的配制 4 已知2CH3COOH CH3COOH 2 Q Q O 為了測定CH3COOH的相對分子質量應選擇什么樣的實驗條件 5 用熱濃的Na2CO3溶液除油污 6 ZnCl2溶液作焊藥 3 實驗條件的選擇 4 日常生活的應用 下列現象可利用勒夏特列原理解釋的有 CO2難溶于飽和的NaHCO3溶液由H2 I2 g HI組成的平衡體系 加壓后顏色加深實驗室常用飽和食鹽水除去Cl2中的HCl加壓可使CO2在水中溶解度增大在醋酸中加入足量NaOH 可使醋酸幾乎完全電離在氨水中加入MgCl2溶液有白色沉淀 在氨水和NH4Cl的混合溶液中加入MgCl2溶液無白色沉淀 答案 1 3 4 5 6 例 近年來 某些自來水廠在用液氯進行消毒處理時還加入少量液氨 其反應的化學方程式為NH3 HClO H2O NH2Cl 一氯氨 NH2Cl較HClO穩定 試分析加液氨能延長液氯殺菌時間的原因 解析 液氨與次氯酸反應生成較HClO穩定的NH2Cl后 不影響HClO的殺菌效率 且由于反應可逆 隨HClO消耗 平衡逆向移動 從而延長HClO殺菌時間 痛風是以關節炎反復發作及產生腎結石為特征的一類疾病 關節炎的原因歸結于在關節滑液中形成了尿酸鈉晶體 反應式如下 Ur Na NaUr s Ur 指尿酸根離子 第一次關節炎發作大都在腳趾和手指的關節處 這說明該反應是放熱的 還是吸熱的 為什么 判斷平衡移動方向 腳趾和手指的關節處離心臟較遠 一般溫度較低 溫度較低的部位易于患病 即形成了尿酸鈉晶體 這說明溫度降低時 平衡向結晶方向移動 說明該反應是放熱的 鉀是 種活潑的金屬 工業上通常用 Na l KCl l NaCl l K g Q 0來制取鉀 各物質的沸點與壓強的關系見表 1 在常壓下金屬鉀轉變為氣態從反應混合物中分離的最低溫度約為 而反應的最高溫度應低于 2 在制取鉀的過程中 為了提高原料的轉化率可以采取的措施是 770 890 降低壓強或移去鉀蒸氣適當升高溫度 思考 工業生產硫酸時 反應SO2 O22SO3 Q的生成條件 400 500 常壓 V2O5催化劑 試解釋之 三 化學平衡計算類型 1 求反應物起始濃度 反應物和生成物的平衡濃度 2 求反應物的轉化率 生成物的產率 3 求平衡混合物各組分的百分含量 4 求平衡后壓強的變化和體積的變化 5 混合氣體平均分子量的計算 6 平衡移動后密度的計算 相對分子質量 化學式中各原子的相對原子質量的總和 由氣體的密度或相對密度求氣體相對分子質量 1 密度 g L 計算表達式 標準狀況下氣體 M 22 4L mol 2 相對密度 相對密度是在同溫同壓下兩種氣體的密度之比 混合氣體的平均分子量的有關計算 基本計算關系 變換計算關系 阿伏加德羅定律及其有關推論 1 阿伏加德羅定律 溫度和壓強相同時 相同體積的任何氣體都含有相同數目的分子 2 阿伏加德羅定律的推論 同溫同壓時 氣體物質的體積與物質的量成正比 同溫同壓時 氣體物質的摩爾質量與密度成正比 同溫同壓時 質量相同的氣體物質的體積與摩爾質量成反比 1 合成氨的反應在一定條件下達到平衡 測得體系中NH3為4mol 起始與平衡時的壓強之比為13 8 且 H2 始 H2 平 4 1 求N2和H2的轉化率 解 設N2 H2的起始物質的量分別為x yN2 3H2 2NH3總量始xy0 x y變264平x 2y 64x y 4 N2的轉化率 100 83 3 H2的轉化率 2 1體積SO2和3體積空氣混合后在450 以上通過V2O5催化劑發生反應 若同溫同壓下測得反應前后混合氣體的密度比為0 9 1 求SO2的轉化率 混合氣體的相對分子質量 相對氫氣的密度 分析 體積與密度為反比關系 反應前后氣體的密度比為0 9 1 則前后體積比為1 0 9 即氣體總體積減少了10 0 4體積 這樣就將已知的密度比轉換成了氣體體積差量 利用差量法進行計算 2SO2 O2 2SO3 V21x0 4X 0 8 即SO2的轉化率為80 計算技巧 1 差量法 例1 在一個固定體積的密閉容器中 放入2molX和3molY 在一定條件下反應 4X 氣 3Y 氣 2Q 氣 nR 氣 達到平衡后 容器內溫度不變 容器內壓強比原來增加5 X的濃度減小1 3 則反應方程中的n值為 A 5B 3C 6D 2練習1 將氣體A放入密閉容器中 在一定溫度時反應 2A 氣 B 氣 nC 氣 達到平衡時 壓強增大m 測得A的轉化率也為m 則n的值為 A 1B 2C 3D 4 C C 守恒法 例2 將1molA 2molB的混合物132g在密閉容器中反應 A 氣 2B 氣 2C 氣 2D 氣 達到平衡后 測得A的轉化率為30 則平衡時混合氣體的平均分子量為 A 44B 48C 40D 52 C 練習2 在體積為20L的真空密閉容器中 充入0 1molH2和0 2molI2 氣 T1溫度下發生反應 H2 g I2 g 2HI g 熱量測得平衡時H2的轉化率為50 再升溫到T2 平衡發生移動并達到新的平衡 測得HI的平衡濃度為T1時的一半 整個過程體積不變 則T2時平衡混合物的密度為 g LA 2 12B 2 55C 3 06D 3 18 B 3 極限法 例3 在一定溫度下的密閉容器中加入CO和H2O 氣 各1mol當反應CO H2O 氣 CO2 H2達到平衡時生成0 5mol的CO2 若其它條件不變 再充入8molH2O 氣 重新達到平衡時CO2的物質的量為 A 0 5molB 0 93molC 1molD 1 5mol練習3 在一密閉容器中 用等物質的量的A和B發生如下反應 A 氣 2B 氣 2C 氣 反應達到平衡時 若混合氣體中A和B的物質的量之和與C的物質的量相等 則這時A的轉化率為 A 40 B 50 C 60 D 70 B A 判斷正反應是吸熱還是放熱 吸熱 1 正反應熱 2 ab 吸 A B Q 0 C D 例 在容積固定的密閉容器中 充入2L氣體A和1L氣體B 在一定條件下發生反應 3A g B g nC g 2D g 達到平衡時 A的物質的量濃度減小1 2 混合氣體的平均式量增大1 8 則式中n的值為 A 2B 1C 4D 3 用于解釋常見的化學變化 對氨水加熱 溶液的pH值如何變化變化 為什么Al OH 3既溶于強酸 又溶于強堿 應用1 電離平衡原理的應用 弱電解質的電離平衡是指在一定條件 如溫度 濃度 下 當電解質分子電離成離子的速率和離子重新結合成分子的速率相等時 電離過程就達到了平衡狀態 這叫做電離平衡 2 電離平衡 例3 BiCl3水解生成BiOCl BiOCl難溶于水 1 BiCl3水解的反應方程式為 2 醫藥上把BiOCl叫做次氯酸鉍 分析這種名稱是否合理 3 把適量BiCl3溶于濃NaCl溶液中或溶于含有少量鹽酸的水中能得到澄清溶液 試用平衡移動原理分析可能的原因 BiCl3 H2O BiOCl 2HCl 不合理 因為BiOCl中 Cl的化合價為 1價 濃NaCl溶液中 Cl 抑制BiCl3的溶解 使Bi3 的濃度減少 鹽酸抑制Bi3 的水解 例 PH相同 體積相同的鹽酸與醋酸溶液 分別與過量的鋅粉反應 則正確的描述是 A 開始時產生氫氣的速率 v HCl v HAc B 開始時產生氫氣的速率 v HCl v HAc C ts后產生氫氣的速率 v HCl v HAc D 最終產生H2的物質的量 n HCl n HAc 例 25 時 在物質的量濃度為1mol L的 NH4 2SO4 NH4 2CO3 NH4 2Fe SO4 2的溶液中 測得其 NH4 分別為a b c 下列判斷中正確的是 A a b cB a b cC a c bD c a b D 三 化學平衡的種類 1 溶解平衡 2 電離平衡 AgCl s Ag Cl 3 鹽類水解平衡 與你有關的平衡問題 1 怎樣保護牙齒 2 煤氣中毒怎么辦 3 治療胃病用了什么藥劑 4 人的血液的pH值為什么穩定在7 35 7 45 1 在一定溫度 壓強和有催化劑存在條件下 將N2和H2按1 3的體積比混合 當反應達平衡時 混合氣中含有mmol的NH3 且NH3的體積分數量為a 求起始時N2 H2的物質的量 設起始狀態N2為xmol 則H2為3xmolN2 3H2 2NH3起始物質的量 mol x3x0轉化物質的量 mol m 23m 2m平衡物質的量 mol m由題給條件知a 例1 氯化銅溶液為淡藍色 當加入濃鹽酸后 溶液就會變成黃綠色 這種顏色變化是由下列可逆反應引起的 Cu H2O 4 2 4Cl CuCl4 2 4H2O下列方法能使溶液變成淡藍色的是 A 加蒸餾水B 加AgNO3溶液C 加NaCl溶液D 加鹽酸 AB 例2 在氯化鐵溶液中加入難溶于水的碳酸鈣粉末 觀察到碳酸鈣逐漸溶解 產生無色氣體和紅褐色沉淀 試解釋觀察到的現象 解析 FeCl3在溶液中能發生水解 Fe3 3H2O Fe OH 3 3H 建立