高考化学：大数据建模化学平衡方向

【高考化学·考试大纲】(1)了解化学反应的可逆性及化学平衡的建立。(2)掌握化学平衡的特征。

【课程标准·学业要求】(1)能从化学反应限度的角度解释生产、生活中简单的化学现象。(2)能描述化学平衡状态,判断化学反应是否达到平衡。

1.[17 全国Ⅲ,28][双选]298K时,将20mL3xmol·L-1Na3AsO3、20mL3xmol·L-1I2和20mLNaOH溶液混合,发生反应:AsO3-3(aq)+I2(aq)+2OH-AsO3-4(aq)+2I-(aq)+H2O(l)。溶液中c(AsO3-4)与反应时间(t)的关系如图所示。下列可判断反应达到平衡的是(　)

A.溶液的pH不再变化

B.v(I-)==2v(AsO3-3)

C.c(AsO3-4)/c(AsO3-3)不再变化

D.c(I-)=ymol·L-1

2.[16 全国Ⅱ,28]某班同学取10mL0.1mol/L KI溶液,加入6mL0.1mol/LFeCl3溶液混合。分别取2mL此溶液于3支试管中进行如下实验:①第一支试管中加入1mLCCl4充分振荡、静置,CCl4层呈紫色;②第二支试管中加入1滴K3[Fe(CN)6]溶液,生成蓝色沉淀;③第三支试管中加入1滴KSCN溶液,溶液变红。

实验②检验的离子是_____(填离子符号);实验①和③说明:在I-过量的情况下,溶液中仍含有______(填离子符号),由此可以证明该氧化还原反应为_________。

一、化学平衡

1.可逆反应

在____条件下,既能向______方向进行,同时又能向_______方向进行的反应。

2.化学平衡的概念

化学平衡状态是指在______条件下的______反应,当v(___)与v(____)相等时,反应混合物中各组分的_________保持不变的状态,叫做化学平衡状态,简称化学平衡。

3.化学平衡的建立

以CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)反应为例。在一定条件下,将0.01molCO(g)和0.01molH2O(g)通入1L密闭容器中,开始反应(如图):

4.化学平衡的特点

(1)逆:只有_______反应才存在化学平衡。

(2)等:v(正)=v(逆)≠0。这是平衡状态的速率标志。

(3)定:当一定条件下达到平衡状态时,混合物中各组成成分的含量(物质的量、物质的量浓度、质量分数、体积分数等)不随时间_____,这是平衡状态的含量标志。可逆反应不能进行到底,化学平衡是反应物转化率的最大______。

(4)动:平衡状态时,反应并没有______,化学平衡是一个_______平衡。

(5)变:化学平衡状态是暂时的、相对的、有条件的。当_____条件(浓度、压强、温度等)改变时,化学平衡被_____,向新的______转化。

二、*化学反应进行的方向

1.自发过程

(1)体系趋向于从高能量状态转变为______状态。

(2)在密闭条件下,体系趋向于从有序状态转变为_________。

2.焓变与反应方向

多数能自发进行的化学反应是_____反应(ΔH<0)。对于吸热反应(ΔH>0),温度越高,越容易进行;对于放热反应(ΔH<0),温度越低,越容易进行。

3.熵变与反应方向

(1)熵:描述大量粒子混乱度的物理量,符号为S,熵值越大,体系的混乱度越大。

(2)反应熵变(ΔS)与反应方向

多数熵______(ΔS>0)的反应在常温常压下均可自发进行,熵增加的几种情况:①物质的状态：S(s)<S(l)<S(g);②生成物质的量增加的反应。

4.自由能

简单地只用其中一个判据去判断同一个反应,可能会出现相反的判断结果,所以需要两个判据兼顾。

ΔG=ΔH−TΔS;当ΔG<0时反应是自发进行的,ΔG>0时反应非自发进行。

【考型1】化学平衡状态的标志判断

1.[18.4浙江,学14]反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH<0,若在恒压绝热容器中发生,下列选项表明反应一定已达平衡状态的是(　)

A.容器内的温度不再变化

B.容器内的压强不再变化

C.相同时间内,断开H-H键的数目和生成N-H键的数目相等

D.容器内气体的浓度c(N2):c(H2):c(NH3)=1∶3∶2

【考型2】化学平衡的移动与验证

2.[15 北京,28]为探讨化学平衡移动原理与氧化还原反应规律的联系,某同学通过改变浓度研究“2Fe3++2I-2Fe2++I2”反应中Fe3+和Fe2+的相互转化。实验如下:(www.xing528.com)

(1)待实验Ⅰ溶液颜色不再改变时,再进行实验Ⅱ,目的是使实验Ⅰ的反应达到______________。

(2)ⅲ是ⅱ的对比实验,目的是排除ⅱ中____________________________造成的影响。

(3)ⅰ和ⅱ的颜色变化表明平衡逆向移动,Fe2+向Fe3+转化。用化学平衡移动原理解释原因:。

(4)根据氧化还原反应的规律,该同学推测ⅰ中Fe2+向Fe3+转化的原因:外加Ag+使c(I-)降低,导致I-的还原性弱于Fe2+,用右上图装置(a、b均为石墨电极)进行实验验证。

①K闭合时,指针向右偏转,b作______极。

②当指针归零(反应达到平衡)后,向U形管左管中滴加0.01mol·L-1AgNO3溶液,产生的现象证实了其推测,该现象是_________________________________________________。

(5)按照(4)的原理,该同学用上图装置进行实验,证实了ⅱ中Fe2+向Fe3+转化的原因。

①转化原因是___________________________________________________________________。

②与(4)实验对比,不同的操作是___________________________________________________。

(6)实验Ⅰ中,还原性:I->Fe2+;而实验Ⅱ中,还原性:Fe2+>I-。将(3)和(4)、(5)作对比,得出的结论是_____________________________________________________________________________。

【考型3】反应进行的方向

3-1.[14 浙江,27]反应CaSO4(s)+CO(g)CaO(s)+SO2(g)+CO2(g) ΔH=+218.4kJ·mol-1,能够自发进行的反应条件是____________。

3-2.[16 天津,10]氢气可用于制备H2O2。

已知:H2(g)+A(l)==B(l) ΔH1

O2(g)+B(l)==A(l)+H2O2(l) ΔH2

其中A、B为有机物,两反应均为自发反应,则H2(g)+O2(g)==H2O2(l)的ΔH____0(填“>”、“<”或“=”)。

一、化学平衡状态的标志与判断

试题中用“”表示的反应是考查用化学平衡原理解题的标志,大多数反应存在一定的可逆性。

对化学平衡特征的判断,有两种方法:

1.由物质的“速率”判断:“一表正一表逆,并且速率相等”。

用不同物质表示的正逆反应速率之比等于方程式计量系数之比时为平衡状态。区别陷阱:物质的量之比等于化学方程式中相应物质的化学计量数之比,或某两种物质的量相等,均不能作为平衡的标志。

2.由物质的“量”判断:“变量不变才平衡”原则。

当平衡移动时,某“量”伴随变化,当该“量”稳定不变时,则表示达到平衡。这里的“量”主要为以下几种:

(1)分量:物质的浓度、物质的量、温度、颜色(混合气体的颜色与显色物质的浓度成正比)。

(2)总量:总物质的量、气体的体积、压强;密度、平均相对分子质量等。

要特别强调的是,通常表示总量的第(2)组在下列条件下,不能作为判断平衡的依据：

综上所述:判断化学平衡,题叙述“相等”常是从速率分析;题叙述“不再变”常是从“量”角度分析。

二、化学平衡的验证

1.反应不能进行到底。

2.反应物和生成物同时存在。

3.条件改变化学平衡移动。

三、*化学反应进行的方向

1.焓判据:放热过程,ΔH<0,有利于正反应的自发进行

2.熵判据:熵增加,ΔS>0,有利于正反应的自发进行

3.复合判据自由能:ΔG=ΔH−TΔS,ΔG<0时反应正向自发进行,有下列几种情况:

(1) ΔH<0,ΔS>0,均能进行。

(2) ΔH>0,ΔS<0,均不能进行。

有条件的进行:

(3) ΔH>0,ΔS>0,在高温条件下进行。

(4) ΔH<0,ΔS<0,在低温条件下进行。

ΔH越小,放热越多,热力学趋势越大。