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范特霍夫方程在高考中的应用总结

来源:未知作者:化学自习室 点击: 次 所属专题: 范特霍夫方程

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范特霍夫方程在高考中的应用 范特霍夫方程是荷兰化学家雅各布斯 · 亨里克斯 · 范托夫 ( Van′tHoff equatio n ) 于 188 4年提 出的。 用于描述温度对化学反应平衡常数的影响。该方程可用来计算

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范特霍夫方程是荷兰化学家雅各布斯 ·亨里克斯 · 范托夫(Van′tHoff    equation)于1884年提 出的。用于描述温度对化学反应平衡常数的影响。该方程可用来计算化学反应在不同温度下的平衡常数,从而预测化学反应的热力学行为。

范特霍夫方程在高考中虽不作为核心考点考查,但它是化学平衡、热力学等板块的重要理论 基础,其核心思想和应用场景可能以隐含或变形的方式出现在高考题中,在备考过程中,如果 结合高中课程标准中要求的化学学科核心素养,对这个重要的理论进行梳理,学生就会在高考 中对此类问题得以轻松解决,顺利拿分到手。

一、 范特霍夫公式方程的解读:

范特霍夫方程有两种经典表述形式:

1.  基于平衡常数的形式: 

其中,K 为平衡常数,△H 为焓变,△S 为熵变,T  为热力学温度,R 为气体常数。 

【特别说明】 

①一般认为,△H、△S受温度的影响很小,可忽略。 

② 平衡常数K 只与温度有关。 

③平衡常数K 的增减方向由△H 的正负决定。 

△H为负值时(放热反应),升温K 减小(逆向移动); 

△H 为正值时(吸热反应),升温K 增大(正向移动)。 

④ 平衡常数K 的增减的大小由△H 的绝对值决定。

2. 基于吉布斯自由能的形式:△G=-RTlnK

其中,△G 为自由能,K 为平衡常数,T 为热力学温度,R 为气体常数。

【特别说明】 

△G=0为平衡状态,△G<0为正反应能自发进行 ,△G>0   为逆反应能自发进行。

二 . 范特霍夫方程的应用: 

1. 解释温度对平衡移动方向的影响 

假设温度为T₁ 时,化学平衡常数为K1;  温度为T₂ 时,化学平衡常数为K2,   且T₂ >T1。

 

根据① 

②  image.png

得: 

因为T₂>T1,     所以

 image.png

(1)当△H<0 时 ,T₁ 升温至T₂,  K₁>K₂,   平衡逆向移动,即平衡向吸热方向移动。 

(2)当△H>0时 ,T₁升温至T₂, ,K₁<K₂,     平衡正向移动,即平衡向吸热方向移动。 

2. 解释改变相同温度,焓变绝对值大小和平衡移动程度的关系 

 若改变相同温度( T₁变温至T₂),   即image.png为定值。 

(1)依image.png ,若image.png(即 T₁→T₂ 为升温) 

①当△H<0时,△H的绝对值越大, 越大,平衡逆向移动的程度越大。 

②当△H>0 时,△H 的值越大,越小,平衡正向移动的程度越大。 

 

(2)依image.png ,若image.png ( 即T₁→T₂为降温) 

 

 

①当△H<0 时,△H 的绝对值越大,越小,平衡正向移动的程度越大。 

 

②当△H>0 时,△H的值越大, 越大,平衡逆向移动的程度越大。 

综上所述,改变相同温度时,焓变的绝对值越大,平衡的移动程度越大。

3. 理解图像的含义 

image.png

根据范特霍夫方程可知,InK 和image.png在坐标系中为线性关系,斜率表示 image.png 在y 轴上的截距表示

 image.png

在 image.png图像中,可以判断反应的焓变和熵变。 

结合吉布斯自由能公式:△G=△H 一T△S 

①反应 I,    △H₁>0,△S₁>0;    高温可自发进行。 

②反应Ⅱ,△H₂ >0,△S₂>0;    高温可自发进行。 

③反应Ⅲ, △H₃<0,△S₃<0 。 低温可自发进行。 

【示例】已知合成氨工业的主要反应为:

根据,图像中斜率 为正值,所以△H<0, 为截距,熵变△S<0。

由此可知,温度升高,Kp减小,平衡逆向移动。在低温下更有利于自发进行。

image.png

三 . 高考题中的范特霍夫方程: 

1.【2025 高考-四川卷】乙二醇是一种应用广泛的化工原料。以甲醛和合成气(CO+H₂)  为原料 制备乙二醇,反应按如下反应进行: 

①HCHO(g)+CO(g)+H₂(g)HOCH₂CHO(I)  △H₁ 

② HOCH₂CHO(1)+H₂(g)HOCH₂CH₂OH(I) △H₂ 

③HCHO(g)+CO(g)+2H₂(g)HOCH₂CH₂OH(1)△H₃ 

④ HCHO(g)+H₂(g)CH₃OH(1) △H₄

平衡常数与温度之间满足关系image.png,反应②和④的InK与的关系如图所示, 则△H₂    △H₄,   ( 填“>”,“<”或“=”);欲抑制甲醇的生成,应适当      (填“升高”或 “降低”)反应温度,理由是                   

 image.png

 

【答案】 <      降低 

随着的增大,即温度降低,反应②的InK 增大的程度大于反应④的InK 增大程度 

【简析】图像中反应②和反应④的斜率均为正值,根据范特霍夫方程

 两反应的△H 均小于零,都是放热反应。斜率越大,△H 的绝对值越大。 

反应②的斜率大,△H₂、△H₄均为负值,所以△H₂<△H₄。

(责任编辑:化学自习室)
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