课件24张PPT。目标导航预习导引目标导航预习导引一二三一、反应焓变与反应方向
1.焓变是一个与反应能否自发进行有关的因素。自发进行的化学反应多数ΔH<0,是放热反应。
2.有些吸热反应在室温下也能自发进行,如:NH4HCO3与CH3COOH的反应,其反应的化学方程式为NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq) CO2(g)+CH3COONH4(aq)+H2O(l)。
3.有些吸热反应在室温下不能自发进行,但在较高温度下能自发进行,如CaCO3高温下分解。说明焓变不是决定反应能否自发进行的唯一因素。目标导航预习导引一二三二、反应熵变与反应方向
1.固体硝酸铵的溶解是吸热过程,氢氧化钠的溶解是放热过程,而氯化钠和蔗糖溶解过程的焓变微乎其微,这些过程都是自发进行的。显然,热效应或焓变不是这些过程自发进行的决定因素。
2.固体溶解过程的一个共同特点是固体中整齐排列的离子(如氯化钠晶体中的Na+和Cl-)或分子(如蔗糖固体中的蔗糖分子)进入到溶液体系中,整个体系由有序变为无序,即体系的有序程度降低,或者说体系的混乱度增大。
对于一个由大量粒子组成的体系,人们定义一个物理量——熵来描述体系的混乱度,符号为S。熵值越大,体系混乱度越大。在同一条件下不同的物质有不同的熵值,而同一物质的熵值与其聚集状态有关。对同一物质来说,S(g)>S(l)>S(s)。目标导航预习导引一二三3.化学反应存在着熵变。反应的熵变ΔS为反应产物总熵与反应物总熵之差。对于确定的化学反应,在一定条件下具有确定的熵变。产生气体的反应以及气体的物质的量增大的反应,熵变通常都是正值,为熵增加反应。ΔS>0,表示发生变化后体系混乱度增大;ΔS<0,表示发生变化后体系混乱度减小。
4.许多熵增加的反应在常温常压下可自发进行,有些熵增加的反应不能在常温常压下自发进行,但在较高温度下能自发进行;熵减小的反应,在一定条件下也能自发进行,如铝热反应。这说明熵变是与反应能否自发进行有关的又一个因素,但也不是唯一的因素。目标导航预习导引一二三三、焓变与熵变对反应方向的共同影响
1.在温度、压强一定的条件下,化学反应的方向是反应的焓变和熵变共同影响的结果,反应方向的判据为ΔH-TΔS:
ΔH-TΔS<0 反应能自发进行
ΔH-TΔS=0 反应达到平衡状态
ΔH-TΔS>0 反应不能自发进行
这个判据用文字表述为:在温度、压强一定的条件下,自发反应总是向ΔH-TΔS<0的方向进行,直至达到平衡状态。目标导航预习导引一二三2.在温度、压强一定的条件下,焓因素和熵因素共同决定一个化学反应的方向。放热反应的焓变小于零,熵增加反应的熵变大于零,都对ΔH-TΔS<0作出贡献,因此放热和熵增加有利于反应自发进行。显然,吸热的熵减小的反应,一定不能自发进行。当焓变和熵变的影响相反时,如果两者大小相差悬殊,某一个因素可能占主导地位。常温下的放热反应,焓变对反应方向起主导作用,ΔH-TΔS<0,常温常压下能自发进行;而常温下的吸热反应,熵变对反应方向起决定作用,ΔH-TΔS<0时,反应能自发进行。如果焓变和熵变的影响相反且相差不大时,温度有可能对反应的方向起决定性作用。问题导学即时检测一二三一、反应焓变与反应方向
活动与探究
在烧杯中放入氢氧化钡晶体〔Ba(OH)2·8H2O〕和氯化铵晶体。在木板上滴少量水,放在烧杯下面,一段时间后,发现杯内固体变成液体,杯壁变冷,小木板上因少量水冻结,而被烧杯粘住并有氨味气体放出。
(1)请你写出反应的化学方程式。
(2)这说明反应吸放热与反应能否自发进行有怎样的关系?答案:(1)Ba(OH)2·8H2O+2NH4Cl BaCl2+2NH3↑+10H2O
(2)放热反应有利于自发进行,但反应焓变不是决定化学反应能否自发进行的唯一因素,有不少吸热反应,也可以自发进行。问题导学即时检测一二三以上四个反应在一定条件下都能自发进行,试分析焓变与反应能否自发进行有什么关系?
答案:反应焓变是与反应能否自发进行有关的一个因素,但不是唯一因素,多数放热反应可以自发进行,但有些吸热反应也能自发进行。问题导学即时检测一二三①多数放热反应(ΔH<0)能自发进行。如在常温常压下,氢氧化亚铁被氧化为氢氧化铁的反应为自发的放热反应。
②有不少吸热反应(ΔH>0)也能自发进行。如NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq) CH3COONH4(aq)+CO2(g)+H2O(l) ΔH(298 K)=+37.30 kJ·mol-1
③有些吸热反应在常温下不能自发进行,但在较高温度下能自发进行。如碳酸钙在常温下不能分解,但高温下可以分解,高温下Fe2O3可被碳还原等。问题导学即时检测一二三二、熵变与反应方向
活动与探究
什么是熵?熵值的大小与哪些因素有关?什么是熵变?熵变与反应能否自发进行有什么关系?
答案:熵是描述一个由大量粒子组成的体系的混乱度的物理量。
影响熵值的因素:(1)熵值越大,体系的混乱度越大,反之,体系的混乱度越小。(2)在同一条件下,不同物质的熵值不同。(3)同一物质的熵值与其聚集状态及外界条件有关,对同一物质来说S(g)>S(l)>S(s)。
反应产物总熵与反应物总熵之差,称为该反应的熵变。
熵增加有利于反应的自发进行,许多熵增加的反应在常温常压下可以自发进行;但有些熵减小的反应在一定条件下也可以自发进行。问题导学即时检测一二三迁移与应用
例2下列判断不正确的是( )
A.少量的食盐溶解于水中:ΔS>0
B.碳和氧气反应生成CO(g):ΔS>0
C.气态水变成液态水:ΔS>0
D.CaCO3(s)受热分解为CaO(s)和CO2(g):ΔS>0
解析:食盐溶于水是典型的熵增加过程;2C(s)+O2(g) 2CO(g),气体的物质的量增大,为熵增加的反应;气态水变成液态水是体系混乱度减小的过程,为熵减小的过程;CaCO3(s)的分解产生了气体,为熵增加反应。
答案:C问题导学即时检测一二三①对于确定的化学反应,在一定条件下具有确定的熵变。
②产生气体的反应和气体物质的量增大的反应,为熵增加的反应,熵变都是正值。
③熵变是与反应能否自发进行有关的另一因素,但不是唯一因素。问题导学即时检测一二三三、熵变和焓变对反应的共同影响
活动与探究
在一定的温度、压强下,反应的焓变和熵变是怎样共同影响化学反应方向的?
答案:在温度、压强一定的条件下,自发反应总是向ΔH-TΔS<0的方向进行,直至达到化学平衡状态,此时ΔH-TΔS=0;当ΔH-TΔS>0时反应不能自发进行。问题导学即时检测一二三?问题导学即时检测一二三?问题导学即时检测一二三迁移训练已知:Fe2O3(s)+3H2(g) 2Fe(s)+3H2O(g) ΔH=+98 kJ·mol-1,ΔS=0.144 2 kJ·mol-1·K-1。试判断用H2还原Fe2O3是否可以实现?为何在工业生产中不采用此种方法?
答案:据ΔH-TΔS<0可知高温下反应可以自发实现。H2为气体,化学性质活泼且易燃、易爆,另外生产成本较高,因此工业生产不采用此法。问题导学即时检测一二三涉及焓变、熵变与化学反应方向的有关计算时,可依判据ΔH-TΔS=0时反应达平衡状态,ΔH-TΔS<0时反应能自发进行,ΔH-TΔS>0时反应不能自发进行,根据题给条件计算相应数据(如反应自发进行的温度条件、反应中的ΔH或ΔS数值),从而得出结论。问题导学即时检测12345问题导学即时检测123452.已知某反应2C(g) A(g)+2B(g) ΔH<0,下列说法正确的是( )
A.仅常温下反应可以自发进行
B.仅高温下反应可以自发进行
C.任何温度下反应均可以自发进行
D.任何温度下反应均难以自发进行
解析:由热化学方程式可知该反应是气体物质的量增加的反应,即该反应为熵增加的反应,其ΔS>0。又知该反应的ΔH<0,故ΔH-TΔS<0,所以该反应在任何温度下均能自发进行。
答案:C问题导学即时检测123453.某化学反应其ΔH=-122 kJ· mol-1,ΔS=-231 J· mol-1·K-1,则此反应在下列哪种情况下可自发进行( )
A.在任何温度下都能自发进行
B.在任何温度下都不能自发进行
C.仅在高温下自发进行
D.仅在低温下自发进行
解析:若使反应自发进行,则ΔH-TΔS<0。由于该化学反应的ΔH=-122 kJ· mol-1,ΔS=-231 J· mol-1·K-1,高温下会使ΔH-TΔS>0而不能自发进行。
答案:D问题导学即时检测123454.试根据熵的定义判断下列过程中体系的熵变大于零还是小于零:
①水蒸气冷凝成水;②CaCO3(s) CaO(s)+CO2(g);③乙烯聚合成聚乙烯;④气体在催化剂上吸附;⑤碳水化合物在生物体内分解。
解析:对于同一种物质,熵的大小顺序为S(g)>S(l)>S(s)。对于化学反应而言:气体物质的量增加,熵值增加;气体物质的量减少,熵值减小。当物质从比较有序的状态过渡到比较无序的状态时,熵值增加。
答案:①ΔS<0 ②ΔS>0 ③ΔS<0 ④ΔS<0 ⑤ΔS>0问题导学即时检测123455.有A、B、C、D四个反应:
则在任何温度下都能自发进行的反应是 ;任何温度下都不能自发进行的反应是 ;另两个反应中,在温度高于 ℃时可自发进行的反应是 ;在温度低于 ℃时可自发进行的反应是 。?
解析:放热的熵增加反应在任何温度下都能自发进行,吸热的熵减小反应在任何温度下都不能自发进行。放热的熵减小反应在低温下能自发进行,吸热的熵增加反应在高温下可以自发进行,具体温度可以根据ΔH-TΔS=0计算出来。
答案:C B 77 A -161.6 D课件29张PPT。目标导航预习导引目标导航预习导引一二?目标导航预习导引一二2.平衡常数表达式与化学方程式的书写方式有关。对于同一化学反应,由于书写方式不同,各反应物、生成物的系数不同,平衡常数的表达式就不同。对于给定的化学反应,正、逆反应的平衡常数互为倒数。平衡常数的单位也与化学方程式的表示形式一一对应。
3.借助平衡常数,可以判断一个化学反应是否达到化学平衡状态。人们可以通过实测数据计算出反应在某一时刻的浓度商(Q),将其与平衡常数(K)进行比较,如果二者相等,则说明该反应已经达到平衡状态。目标导航预习导引一二?目标导航预习导引一二预习交流
化学平衡状态与化学平衡常数有何关系?
答案:化学平衡状态与化学平衡常数的关系:一个反应在同一温度下可有不同的化学平衡状态,但其平衡常数只有一个。问题导学即时检测一二问题导学即时检测一二?问题导学即时检测一二问题导学即时检测一二?问题导学即时检测一二?问题导学即时检测一二思考与交流
对于化学反应aA+bB cC+dD在温度一定的条件下达到化学平衡状态时,其化学平衡常数如何表示?化学平衡常数有怎样的物理意义?用它怎样判断化学平衡的移动??问题导学即时检测一二?问题导学即时检测一二?问题导学即时检测一二?问题导学即时检测一二①平衡常数的表达式与化学方程式的书写方式有关。对于给定的化学反应方程式,正、逆反应的平衡常数互为倒数。
②对于反应中的纯固体或溶剂,它们的浓度不列入平衡常数的表达式中。
③由于平衡常数的表达式与化学方程式的书写方式有关,因此不能笼统地说一个化学反应的平衡常数的数值是多少。
④平衡常数的单位与化学方程式的表示形式一一对应。
⑤对于一个给定的化学反应,其平衡常数的数值只与温度有关,而与反应物和生成物的浓度无关。问题导学即时检测一二?问题导学即时检测一二问题导学即时检测一二?问题导学即时检测一二①对于一个已标明化学方程式的化学反应,在温度一定时虽然只有一个化学平衡常数,但不同反应物的平衡转化率可能不同。
②提高一种反应物在原料气中的比例,可以提高另一种反应物的转化率。例如其他条件不变,增大A的浓度,A的转化率降低而B的转化率增大。问题导学即时检测1234?问题导学即时检测1234?问题导学即时检测12342.关于化学平衡常数K,下列说法不正确的是( )
A.K只随温度的改变而改变
B.K>Q(Q为浓度商)反应正向进行
C.正、逆反应的平衡常数数值相同,符号相反
D.K值变化平衡一定发生移动
解析:K与化学方程式相对应,只受温度影响。K>Q时反应正向进行,K=Q时反应处于平衡状态,K
答案:C问题导学即时检测12343.在一定体积的密闭容器中,进行如下化学反应:CO2(g)+H2(g) H2O(g)+CO(g),其化学平衡常数K和温度t的关系如下表:
完成下列问题:
(1)该反应的化学平衡常数表达式为K= 。?
(2)该反应为 反应(填“吸热”或“放热”)。?
(3)能判断该反应是否达到化学平衡状态的依据是 。?
A.容器中压强不变
B.混合气体中c(CO)不变
C. v正(H2)=v逆(H2O)
D.[CO2]=[CO]
(4)某温度下,平衡浓度符合下式:[CO2][H2]=[CO][H2O],试判断此时的温度为 ℃。?问题导学即时检测1234?问题导学即时检测12344.在密闭容器中,将NO2加热到某温度时,可进行如下反应:
2NO2 2NO+O2,在平衡时各物质的浓度分别是[NO2]=0.06 mol·L-1,[NO]=0.24 mol·L-1,[O2]=0.12 mol·L-1。
试求:(1)该温度下反应的平衡常数。(2)开始时NO2的浓度。(3)NO2的转化率。问题导学即时检测1234?问题导学即时检测1234答案:(1)1.92 mol·L-1
(2)0.30 mol·L-1
(3)80%课件34张PPT。目标导航预习导引目标导航预习导引12341.温度对化学平衡的影响
研究发现,升高温度,化学平衡向吸热方向移动;降低温度,化学平衡向放热方向移动。温度对平衡移动的影响是通过改变平衡常数实现的。目标导航预习导引12342.浓度对化学平衡的影响
(1)温度一定时,反应的平衡常数是一个定值。对于一个已达化学平衡状态的可逆反应,反应物浓度增大或生成物浓度减小时,QK,化学平衡向消耗生成物的方向移动,即平衡左移才能达到新的平衡状态。
(2)在化工生产中,常常通过增加某一价廉、易得的反应物的浓度来提高另一昂贵、稀缺的反应物的转化率,从而降低生产成本。为了提高产率,生产过程中常常将反应产物及时从体系中移走,使反应所建立的化学平衡不断地向右移动。目标导航预习导引12343.压强对化学平衡的影响
(1)Δνg=0 改变压强,化学平衡状态不变;
Δνg>0 增大压强,化学平衡向气体分子数减小的方向移动,即平衡向左移动;
Δνg<0 增大压强,化学平衡向气体分子数减小的方向移动,即平衡向右移动。
(2)压强的改变只影响有气体参加或生成的可逆反应。特别注意,对于只涉及固体或液体的反应,压强的影响极其微弱,可以不予考虑。目标导航预习导引12344.化学平衡移动规律
升高温度,有利于平衡向吸热方向移动;
增大反应物的浓度或减小生成物的浓度,平衡正向移动,减小反应物的浓度或增大生成物的浓度,平衡逆向移动;
若反应前后为气体总物质的量改变的反应,增大压强,平衡向体积减小的方向移动,减小压强,平衡向体积增大的方向移动。
总之,如果改变平衡体系的条件之一,平衡将向减弱这个改变的方向移动。后人将这一经验规律称为“勒·夏特列原理”。问题导学即时检测一二一、化学平衡的移动
活动与探究
v(正)和v(逆)的相对变化会引起化学平衡发生怎样的移动?
答案:①若外界条件改变,引起v(正)>v(逆),此时正反应占优势,化学平衡向正反应方向(右)移动。
②若外界条件改变,引起v(正)③若外界条件改变,引起v(正)和v(逆)都发生变化,如果v(正)和v(逆)仍保持相等,化学平衡就没有发生移动。问题导学即时检测一二④化学平衡移动的过程:
v(正)=v(逆) v(正)≠v(逆) v'(正)=v'(逆)
Q=K Q≠K Q=K
各组分含量 各组分含量 各组分含量
保持一定 发生变化 又保持一定问题导学即时检测一二例1对可逆反应:A(g)+B(g) C(s)+2D(g) ΔH>0,如图所示为正逆反应速率(v)与时间(t)的关系,如果在t1时刻改变以下条件:
①加入A ②加入催化剂 ③加压 ④升温 ⑤移走C,符合图示变化是( )
A.②③ B.①② C.③④ D.④⑤
解析:使用催化剂只同倍增加正逆反应速率,对化学平衡无影响;对于有气体参加且气体体积不发生变化的反应,改变压强平衡不移动。
答案:A问题导学即时检测一二?答案:A 问题导学即时检测一二化学平衡移动的根本原因是外界条件的改变引起v(正)和v(逆)发生变化,使v(正)和v(逆)不再相等,从而使平衡发生移动。问题导学即时检测一二二、外界条件改变对化学平衡移动的影响
(1)温度对化学平衡的影响
活动与探究
二氧化氮在密闭的烧瓶中会发生反应:问题导学即时检测一二这个反应经过一段时间后可以达到化学平衡状态。分别将两只充有二氧化氮的密闭烧瓶浸入盛有冷水和热水的烧杯中,持续一段时间直到颜色不再发生变化为止,观察并记录实验现象,并说出你的实验结论。问题导学即时检测一二答案:降低 变浅 变小 平衡向生成N2O4的方向移动
升高 变深 变大 平衡向生成NO2的方向移动
从实验事实可以看出,降低温度,平衡向生成N2O4的方向即放热的方向移动;升高温度,平衡向生成NO2的方向即吸热的方向移动。
思考与交流
在其他条件不变时,温度的变化,会引起化学平衡发生怎样的移动?
答案:在其他条件不变的情况下:温度升高,会使化学平衡向着吸热反应的方向移动;温度降低,会使化学平衡向着放热反应的方向移动。问题导学即时检测一二①若某反应的正反应为放(吸)热反应,则逆反应必为吸(放)热反应。吸收的热量与放出的热量数值相等,符号相反。
②对同一化学反应,升高温度,使v(正)和v(逆)都增加,但吸热反应增大的倍数更大,所以平衡向吸热反应方向移动。反之,降低温度使v(正)和v(逆)都减小,但放热反应减小的倍数小,所以平衡向放热反应方向移动。问题导学即时检测一二(2)浓度对化学平衡的影响
活动与探究
请根据提供的试剂和仪器,进行以下实验并记录实验现象。
试剂:0.01 mol·L-1FeCl3溶液、0.03 mol·L-1KSCN溶液、1 mol·L-1FeCl3溶液、1 mol·L-1KSCN溶液
仪器:胶头滴管、试管
①将0.01 mol·L-1FeCl3溶液与0.03 mol·L-1KSCN溶液等体积混合,观察溶液颜色,然后再向其中加入少量1 mol·L-1KSCN溶液,观察溶液颜色的变化。问题导学即时检测一二②将0.01 mol·L-1FeCl3溶液与0.03 mol·L-1KSCN溶液等体积混合,观察溶液颜色,然后再向其中加入少量1 mol·L-1FeCl3溶液,观察溶液颜色的变化。答案:①将0.01 mol·L-1FeCl3溶液与0.03 mol·L-1KSCN溶液等体积混合,溶液变成血红色,然后再向其中加入少量1 mol·L-1KSCN溶液,溶液血红色加深;增大反应物KSCN溶液浓度,平衡向正反应方向移动。
②将0.01 mol·L-1FeCl3溶液与0.03 mol·L-1KSCN溶液等体积混合,溶液变成血红色,然后再向其中加入少量1 mol·L-1FeCl3溶液,溶液血红色加深;增大反应物FeCl3溶液浓度,平衡向正反应方向移动。问题导学即时检测一二思考与交流
请根据反应Fe3++3SCN- Fe(SCN)3的化学平衡常数K与浓度商Q的关系,讨论增大FeCl3溶液或KSCN溶液浓度对化学平衡的影响,并说出你的实验结论。?问题导学即时检测一二①在其他条件不变时,增大反应物浓度或减小生成物的浓度,化学平衡向正反应方向移动;减小反应物浓度或增大生成物的浓度化学平衡向逆反应方向移动。
②由于固体或纯液体的浓度是常数,改变固体或纯液体的量并不影响v(正)、v(逆)的大小,所以化学平衡不移动。
③在生产中适量增大廉价的反应物的浓度,使化学平衡向正反应方向移动,可提高价格较高原料的转化率,以降低生产成本。问题导学即时检测一二(3)压强对化学平衡的影响
活动与探究
如图所示,用注射器吸入少量NO2和N2O4的混合气体,然后将注射器针头插入橡皮塞中以封口,将注射器活塞反复往里推和往外拉,说出并解释你观察到的现象。问题导学即时检测一二答案:2NO2(g) N2O4(g)
(红棕色) (无色)
当活塞往外拉时,混合气体的颜色先变浅又逐渐变深。这是因为针筒内体积增大,使气体的压强减小,浓度也减小,颜色变浅。后来颜色逐渐变深,这是由于化学平衡向着生成NO2反应的方向即气体体积增大的方向(每1体积N2O4分解生成2体积NO2)移动了;当活塞往里推时,混合气体的颜色先变深又逐渐变浅。这是因为针筒内体积减小,气体的压强增大,浓度也增大,颜色变深。后来颜色逐渐变浅,这是由于化学平衡向着生成N2O4的方向即气体体积缩小的方向移动,因此混合气体的颜色又逐渐变浅了。问题导学即时检测一二思考与交流
在其他条件不变时,压强的变化,会引起化学平衡发生怎样的移动?
答案:对于反应前后气体体积有变化的可逆反应在其他条件不变的情况下:增大压强,会使化学平衡向着气体体积缩小的方向移动;减小压强,会使化学平衡向着气体体积增大的方向移动。问题导学即时检测一二①无气态物质存在的化学平衡,由于改变压强不能改变化学反应速率,所以改变压强不能使平衡发生移动。
②对同一有气体参加的化学反应,增大压强(或减小压强),v(正)和v(逆)都增加(或都减小)。对于反应前后气体体积有变化的可逆反应,v(正)和v(逆)增大(或减小)程度不一样,因此平衡会发生移动。但对于反应前后气体体积相等的可逆反应,增大压强(或减小压强),v(正)和v(逆)增大(或减小)的程度一样,因此平衡不移动。
③在容积不变的密闭容器中,气体反应已达到平衡,若向该容器中充入一种不能发生反应的气体,虽然总压强增大,但化学平衡不移动,原因是气态反应物、生成物的浓度未变化。
④在容积可变的恒压容器中,充入一种惰性气体,此时虽然总压强不变,但各气态物质的浓度改变,则应考虑平衡发生移动的问题。问题导学即时检测一二(4)勒·夏特列原理
活动与探究
勒·夏特列原理内容:如果改变影响平衡的一个条件(如浓度、温度或压强等),平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动。请说一说你对“减弱这种改变”的理解。
答案:增加反应物的浓度时,平衡将向反应物浓度减小的方向移动;增大压强时,平衡将向气体体积缩小的方向移动;升高温度时,平衡将向吸热反应的方向移动。问题导学即时检测一二迁移与应用
例2下列叙述中,不能用平衡移动原理解释的是( )
A.红棕色的NO2,加压后颜色先变深后变浅
B.高压比常压有利于SO3的合成
C.由H2、I2(g)、HI(g)气体组成的平衡体系加压后颜色变深
D.黄绿色的氯水光照后颜色变浅
解析:对于反应前后气体体积改变的化学反应,只要是改变压强,平衡肯定移动。A中加压后颜色先变深后变浅,是由于加压体积变小,二氧化氮的浓度突然增大,而后平衡向生成四氧化二氮的方向移动,使得二氧化氮的浓度又降低;B中因为生成SO3的反应是一个气体体积缩小的反应,高压使平衡向生成SO3的方向移动;D中由于HClO的分解导致氯水中Cl2的溶解平衡发生移动,使溶液中Cl2浓度降低;C中H2(g)+I2(g) 2HI(g)是一个前后气体体积不变的反应,加压各物质浓度都变大,所以体系颜色变深,但平衡不移动。
答案:C问题导学即时检测一二迁移训练2合成氨所需的氢气可用煤和水作原料经多步反应制得,其中的一步反应为:
CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) ΔH<0
反应达到平衡后,为提高CO的转化率,下列措施中正确的是( )
A.增加压强
B.降低温度
C.增大CO的浓度
D.更换催化剂
答案:B问题导学即时检测一二迁移训练3下列事实中,不能用平衡移动原理解释的是( )
A.开启啤酒瓶后,瓶中马上泛起大量泡沫
B.工业上合成氨时,为了提高氢气的转化率采用高温的条件
C.实验室中常用排饱和食盐水的方法收集氯气
D.工业上生产硫酸的过程中使用过量的空气以提高二氧化硫的利用率
答案:B问题导学即时检测一二①勒·夏特列原理仅适用于已达平衡的反应体系,对不可逆过程或未达到平衡的可逆过程均不能使用勒·夏特列原理。
②勒·夏特列原理对所有的动态平衡(如溶解平衡、电离平衡、水解平衡等)都适用。问题导学即时检测123451.确认能发生化学平衡移动的是( )
A.化学反应速率发生了改变
B.有气态物质参加的可逆反应达到平衡后,改变了压强
C.由于某一条件的改变,使平衡混合物中各组分的浓度发生了不同程度的改变
D.可逆反应达到平衡后,使用催化剂
解析:对反应前后气体体积不变的可逆反应,若达到平衡后改变压强,正、逆反应速率和各组分的浓度都会改变,但平衡不移动(等效平衡),故A、B仍为平衡状态,但对气体体积改变的反应平衡发生移动。使用催化剂可等倍数改变正、逆反应速率,平衡也不移动。而C项是各组分的浓度发生了不同程度的改变,不是同倍改变,故A、B、D不能确认为是平衡发生移动的标志。
答案:C问题导学即时检测123452.已知:C(s)+CO2(g) 2CO(g) ΔH>0。该反应达到平衡后,下列条件有利于反应向正方向进行的是( )
A.升高温度和减小压强
B.降低温度和减小压强
C.降低温度和增大压强
D.升高温度和增大压强
解析:在已达平衡的可逆反应中,若增大某物质浓度而其他条件不变,则平衡向减少这种物质浓度的方向移动;若增大平衡体系的压强,而其他条件不变(温度不变),则平衡向压强减小的方向(气体总体积减小的方向)移动;若升高平衡体系的温度,而其他条件不变,则平衡向吸收热量的方向移动。C和CO2反应生成CO,气体体积增大,ΔH>0,反应吸热。所以减小压强、升高温度有利于反应向正方向进行。
答案:A问题导学即时检测123453.已知工业真空冶炼铷的原理如下:2RbCl+Mg MgCl2+2Rb(g),对此反应的进行能给予正确解释的是 ( )
A.铷的金属活动性比镁弱
B.铷的沸点比镁低,把铷蒸气抽出,上述平衡向右移动
C. MgCl2的热稳定性不如RbCl强
D.铷单质比化合态更稳定
解析:虽然镁的失电子能力不如铷,但由于镁的沸点比铷高,将铷蒸气抽出时,降低了铷在平衡体系中的浓度,导致上述平衡右移,使该反应得以进行。
答案:B问题导学即时检测123454.向一体积为2 L的恒容密闭容器里充入1 mol N2和4 mol H2,在一定温度下发生反应:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH<0。10秒时达到平衡,[NH3]为0.4 mol·L-1。下列说法正确的是( )
A.该反应达平衡时H2的转化率为40%
B.降低温度能使混合气体的密度增大
C.向该容器中充入N2,平衡正向移动
D.研发高效催化剂可大大提高N2的转化率
解析:A项,根据题中数据可知,NH3的生成量为0.8 mol,则H2的减少量为1.2 mol,α(H2)=1.2÷4×100%=30%;B项,降温平衡正向移动,但气体总质量不变,容器体积不变,则密度不变;C项,体积不变,充入N2,c(N2)增大,平衡正向移动;D项,催化剂不能使平衡发生移动,因此各物质的转化率不变。
答案:C问题导学即时检测123455.将等物质的量的A、B、C、D四种物质混合,发生如下反应:aA+bBc C(s)+dD,当反应进行一段时间后,测得A减少了n mol,B减少了n/2 mol,C增加了3n/2 mol,D增加了n mol,此时达到化学平衡。
(1)该化学方程式中各物质的化学计量数为a= 、b= 、c= 、d= 。?
(2)若只改变压强,反应速率发生变化但平衡不发生移动,该反应中各物质的聚集状态:A 、B 、D 。?
(3)若只升高温度,反应一段时间后,测知四种物质的物质的量相等,则该反应的正反应方向为 反应(填“放热”或“吸热”)。?问题导学即时检测12345解析:(1)由化学方程式中化学计量数之比,等于反应中各物质的物质的量的变化之比可知,a∶b∶c∶d=n∶n/2∶3n/2∶n=2∶1∶3∶2。(2)改变压强,反应速率发生变化,说明反应体系中有气态物质;而平衡不移动,说明反应前后气态物质的体积相同;又因为C为固体,则B为固体或液体,A、D均为气体。(3)升高温度后,各物质的物质的量相等,则平衡向逆反应方向移动即逆反应是吸热反应,正反应是放热反应。
答案:(1)2 1 3 2
(2)气体 固体或液体 气体
(3)放热课件32张PPT。目标导航预习导引目标导航预习导引一二三四一、化学反应速率
1.化学反应速率通常用单位时间内反应物浓度(常用物质的量浓度)的减少或者生成物浓度的增加来表示。化学反应速率的表达式是v(A)=Δc(A)/Δt,反应物(或生成物)的浓度可以用mol·L-1表示,反应时间可以用s、min、h等表示。所以化学反应速率的单位是mol·L-1·s-1或mol·L-1·min-1。
2.化学反应速率的特点
(1)同一反应选用不同物质浓度的改变量表示速率,数值可能不同,但表示的意义相同。
(2)用各物质表示的速率之比等于该化学方程式中的各物质的计量数之比。目标导航预习导引一二三四二、浓度对化学反应速率的影响
1.必须指明的是,一个反应的化学反应速率与参与反应的物质的浓度的关系式是实验测定的结果,不能随意根据反应的化学方程式直接写出。
2.对于有气态参与的反应,在温度、体积一定的条件下,压强与浓度成正比,因此压强的改变也会对化学反应速率产生影响。对于只涉及液体和固体的反应,压强的改变对化学反应速率几乎没有影响。目标导航预习导引一二三四?目标导航预习导引一二三四四、催化剂对化学反应速率的影响
1.催化剂是能加快化学反应速率而在反应前后本身的质量和化学性质不变的物质。由于催化剂的质量及化学性质在反应前后不变,反应历程中必定既包括有催化剂参与的反应,又包括使催化剂再生成的反应。可见,催化剂通过参与反应改变反应历程,从而降低反应的活化能来提高化学反应速率。需要注意的是,催化剂不能改变化学反应的平衡常数,不能改变平衡转化率。
2.催化剂还具有选择性,某催化剂对某一反应可能是活性很强的催化剂,但对其他反应不一定有催化作用。
3.催化剂可以较大幅度地降低反应的活化能,从而有效地提高化学反应速率。问题导学即时检测一二三四一、化学反应速率
活动与探究
下表数据是在某高温下,金属镁和镍分别在氧气中进行氧化反应时,在金属表面生成氧化物薄膜的实验记录
(a与b均为与温度有关的常数)
(1)金属高温氧化腐蚀速率可以用金属氧化膜的生长速率来表示,其理由是 。?
(2)Mg与Ni比较,哪一种金属具有良好的耐氧化腐蚀性?为什么?问题导学即时检测一二三四?问题导学即时检测一二三四思考与交流
反应2CuO+C 2Cu+CO2↑的化学反应速率如何表示?
解析:固体或纯液体的浓度可视为常数,该反应只能用CO2的浓度变化表示化学反应速率。
答案:该反应可以用单位时间内CO2的浓度变化表示化学反应速率。问题导学即时检测一二三四迁移与应用
例1一定温度下,向容积为2 L的密闭容器中通入两种气体发生化学反应,反应中各物质的物质的量变化如图所示,对该反应的推断合理的是( )A.该反应的化学方程式为3B+4D 6A+2C
B.反应进行到1 s时,v(A)=v(D)
C.反应进行到6 s时,B的平均反应速率为0.05 mol·L-1·s-1
D.反应进行到6 s时,各物质的反应速率相等问题导学即时检测一二三四解析:在6 s时反应达到平衡,A、B、C、D的物质的量变化分别为1.2 mol、0.6 mol、0.8 mol、0.4 mol。根据化学计量数之比等于变化的物质的量之比可知A、B、C、D的化学计量数之比为6∶3∶4∶2,所以化学方程式为3B+4C 6A+2D,A错;反应过程中和反应达到平衡时各物质的反应速率之比等于化学计量数之比,B、D错;反应进行到6 s时,B的平均反应速率为0.6 mol/(2 L×6 s)=0.05 mol·L-1·s-1,C对。
答案:C问题导学即时检测一二三四迁移训练1某探究小组利用丙酮的溴代反应(CH3COCH3+Br2 CH3COCH3Br+HBr)研究反应物浓度与反应速率的关系。反应速率v(Br2)通过测定溴的颜色消失所需的时间来确定。在一定温度下,获得如下实验数据:分析实验数据所得出的结论,不正确的是( )
A.增大c(CH3COCH3),v(Br2)增大
B.实验②和③的v(Br2)相等
C.增大c(HCl),v(Br2)增大
D.增大c(Br2),v(Br2)增大问题导学即时检测一二三四解析:A项,由实验①和②对比可知增大c(CH3COCH3),反应时间变小,v(Br2)增大。B项,实验②和③反应时间相同,起始Br2浓度相同,则v(Br2)相等。C项,比较实验①和③可知,增大c(HCl)时,反应时间减小,v(Br2)增大。D项,比较实验①和④可知,增大c(Br2)时,v(Br2)减小,故选D。
答案:D问题导学即时检测一二三四迁移训练2将等物质的量的A、B混合于2 L的恒容密闭容器中,发生如下反应:3A(g)+B(g) xC(g)+2D(g),经5 min 后,测得D的量为1 mol,C的平均反应速率是0.1 mol·L-1·min-1。则x的值为( )
A.1 B.2
C.3 D.4
答案:B问题导学即时检测一二三四①化学反应速率是平均速率而不是瞬时速率且均为正值。
②对某一个具体的化学反应来说,用不同物质表示化学反应速率时,所得数值不一定相同,但表示的意义却是相同的。
③用各物质表示的化学反应速率之比等于化学方程式中各物质的化学计量数之比。
④比较同一反应的化学反应速率时,应通过反应速率和化学方程式中各物质的化学计量数的关系,将各物质表示的反应速率转化为同一种物质表示的反应速率,再进行比较,数值大的反应快。同时,还应注意化学反应速率单位的一致性。
⑤固体或纯液体的浓度可视为常数,因此不能用固体或纯液体的浓度变化表示反应速率。问题导学即时检测一二三四二、浓度对化学反应速率的影响
活动与探究
298 K时,实验测得H2O2+2HI 2H2O+I2在不同浓度时的化学反应速率见下表:请找出化学反应速率与c(HI)、c(H2O2)之间的关系,写出其数学表达式。
答案:v=kc(HI)·c(H2O2)问题导学即时检测一二三四①对于一个可逆反应,若增大浓度导致正反应速率增大,那么逆反应速率也增大。
②固体物质的反应速率与接触面积有关,固体颗粒越细,表面积越大,反应速率越快,故块状固体可以通过研细来增大表面积以加快反应速率。
③对于固体或纯液体,其浓度可视为常数,它们量的改变不影响化学反应速率。
④压强对反应速率的影响是通过改变浓度而影响反应速率的。我们在分析压强对反应速率的影响时,应最终落实到浓度上,将压强问题转化为浓度问题。问题导学即时检测一二三四三、温度对化学反应速率的影响
活动与探究
温度通过影响化学反应速率常数,进而影响化学反应速率。下表给出了几个反应在298 K和308 K时的化学反应速率常数之比:?问题导学即时检测一二三四思考与交流
当其他条件不变时,升高或降低温度,反应速率如何变化?
答案:其他条件不变时,升高温度反应速率加快,降低温度反应速率减慢。①升温时不论吸热反应还是放热反应,化学反应速率都增大。
②一般地,温度对化学反应速率的影响比浓度、压强对化学反应速率的影响都要大,也更易于控制,是实验室最常用的增大化学反应速率的方法。问题导学即时检测一二三四四、催化剂对化学反应速率的影响
活动与探究
催化剂为什么能够改变反应速率?
答案:使用催化剂→降低化学反应所需要的活化能→更多的反应物分子成为活化分子→单位体积活化分子百分数增加→成倍地增加化学反应速率。问题导学即时检测一二三四迁移与应用
例2一定温度下,在2 L密闭容器中加入纳米级Cu2O并通入0.1 mol H2O(g),发生反应:2H2O(g) 2H2(g)+O2(g) ΔH=+484 kJ·mol-1,不同时间产生O2的物质的量见下表:下列说法不正确的是( )
A.前20 min内的平均反应速率v(H2O)=5.0×10-5 mol·L-1·min-1
B.达到平衡时,至少需要从外界吸收能量0.968 kJ
C.增大c(H2O),可以提高水的分解率
D.催化效果与Cu2O颗粒的大小有关问题导学即时检测一二三四?问题导学即时检测一二三四迁移训练3下列说法中正确的是( )
A.工业生产中,只有提高转化率才会提高生产效益,与反应速率无关
B.使用催化剂一定会增大化学反应速率
C.增大反应物浓度有时会影响化学反应速率,有时不会
D.化学实验中并非反应速率越大越好
答案:D
迁移训练4下列有关化学反应速率的说法,不正确的是( )
A.化学反应达到最大限度时,正逆反应速率也达到最大且相等
B.催化剂能降低化学反应的活化能,加快反应速率,提高生产效率
C.用锌和稀硫酸反应制取H2时,滴加几滴硫酸铜溶液能增大反应速率
D.用铁片和稀硫酸反应制H2比用98%的浓硫酸产生H2的速率大
答案:A问题导学即时检测一二三四①催化剂能加快化学反应速率而在反应前后本身的质量和化学性质不变。
②使用催化剂能同等程度地改变(加快或减慢)化学反应速率。
③约85%的化学反应需要使用催化剂,在使用催化剂时应防止催化剂中毒。问题导学即时检测12345?问题导学即时检测123452.反应C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g)在一可变容积的密闭容器中进行,下列条件的改变对其反应速率几乎无影响的是( )
A.增加C的量
B.将容器的体积缩小一半
C.保持体积不变,充入H2O(g)使体系压强增大
D.保持压强不变,充入N2使容器体积增大
解析:A选项中C为固态反应物,增加固体的量对反应速率无影响;B选项将容器的体积缩小一半,压强增大,反应速率加快;C选项中充入H2O使体系中压强增大,即增大了反应物H2O(g)的浓度,故反应速率增大;D选项中保持恒压,充入N2使容器体积增大,参加反应的各种气体浓度减小,反应速率减小。
答案:A问题导学即时检测123453.一定温度下反应4A(s)+3B(g) 2C(g)+D(g)经2 min B的浓度减少0.6 mol·L-1,对此反应速率的表示正确的是( )
A.用A表示的反应速率为0.4 mol·L-1·min-1
B.分别用B、C、D表示反应的速率,其比值是1∶2∶3
C.2 min末的反应速率v(B)=0.3 mol·L-1·min-1
D.在这2 min内用B和C表示的反应速率值都是逐渐减小
解析:A是固体,不能用浓度的变化来表示其反应速率;2 min内,v(B)=0.3 mol·L-1·min-1,在2 min末的速率为瞬时速率,应小于0.3 mol·L-1·min-1;在反应过程中B的浓度逐渐减小,故A、B反应生成C、D的速率逐渐减小。
答案:D问题导学即时检测123454.一定温度下,在2 L的密闭容器中,X、Y、Z三种气体的物质的量随时间变化的曲线如图所示:
下列描述正确的是( )
A.反应开始到10 s,用Z表示的反应速率为0.158 mol·L-1·s-1
B.反应开始到10 s,X的物质的量浓度减少了0.79 mol·L-1
C.反应开始到10 s时,Y的转化率为79.0%
D.反应的化学方程式为X(g)+Y(g) Z(g)问题导学即时检测12345?问题导学即时检测123455.[2015理综全国Ⅰ,28(4)]Bodensteins研究了下列反应:
2HI(g) H2(g)+I2(g)
在716 K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: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=0.002 7 min-1,在t=40 min时,v正= min-1。?问题导学即时检测12345③由上述实验数据计算得到v正~x(HI)和v逆~x(H2)的关系可用下图表示。当升高到某一温度时,反应重新达到平衡,相应的点分别为 (填字母)。?问题导学即时检测12345?课件22张PPT。目标导航预习导引目标导航预习导引12341.合成氨反应是一个能自发进行的放热反应,同时也是气体的物质的量减小的熵减反应。因此,降低温度、增大压强将有利于化学平衡向生成氨的方向移动。在一定温度、压强下,反应物氮气、氢气的体积比为1∶3时,平衡混合物中氨的含量最高。目标导航预习导引12342.依据平衡移动的原理可知,合成氨反应在高压和低温的条件下进行时,才能得到较高的产率。但是,高压条件对设备提出了苛刻的要求,而反应温度的降低势必延长达到化学平衡的时间,致使生产效率降低,失去工业化生产的意义。目标导航预习导引12343.由反应速率与参与反应的物质的浓度的关系式可知,合成氨反应的速率与氮气浓度的1次方成正比,与氢气浓度的1.5次方成正比,与氨气浓度的1次方成反比。在反应过程中,随着氨的浓度的增大,反应速率会逐渐降低,因此为了保持足够高的反应速率,应适时将氨从混合气中分离出来。在其他条件相同的情况下,使用催化剂可以使合成氨反应的速率提高上万亿倍。温度对合成氨反应的速率也有显著影响:温度越高,反应进行得越快。目标导航预习导引12344.选择合成氨的条件时,既不能片面地追求高转化率,也不能只追求高反应速率,而应该寻找以较高的反应速率获得适当平衡转化率的反应条件。此外,还应该考虑原料的价格、未转化合成气(氮气和氢气)的循环使用、反应热的综合利用等问题。
目前,合成氨生产中一般选择铁作为催化剂;控制反应温度在700 K左右;根据反应器可使用的钢材质量及综合指标来选择压强;通常采用氮气与氢气的物质的量之比为1∶2.8的投料比。?目标导航预习导引1234预习交流
合成氨反应一般选择在700 K左右的温度下进行,是综合考虑了哪些因素后做出的选择?
答案:当压强一定时,温度升高,虽然能增大合成氨的反应速率,但由于合成氨反应是放热反应,温度升高会降低平衡混合物中NH3的含量,因此,从反应的理想条件来看,氨的合成反应在较低的温度下有利。但是如果温度太低,需要经过很长时间才能达到平衡状态,这在工业中是很不经济的。所以综合考虑平衡和速率的因素,在实际生产中,合成氨反应一般选择在700 K左右的温度下进行,另外合成氨反应的催化剂在700 K左右活性最高也是选择该温度的重要原因。问题导学即时检测一二一、合成氨适宜化工生产条件的选择
活动与探究
已知:化学反应N2+3H2 2NH3
ΔH=-92.4 kJ·mol-1请完成以下表格。问题导学即时检测一二问题导学即时检测一二思考与交流
根据合成氨反应的特点,合成氨的适宜条件为700 K、铁触媒、2×107~5×107 Pa,我们为什么选择这样的生产条件?
答案:合成氨的速率和产量都要求压强越大越好,考虑到对于设备、动力系统、经济性的要求,压强以选择2×107~5×107 Pa为宜;合成氨的速率要求温度越高越好,合成氨的产量要求温度越低越好,考虑到铁触媒催化剂的最佳催化温度,以选择700 K为宜;选择铁触媒催化剂虽不能提高合成氨的产量,但却能加快合成氨的反应速率,缩短达平衡的时间。问题导学即时检测一二选择适宜生产条件的原则:
①既要注意外界条件对反应速率和产量影响的一致性,又要注意对二者影响的矛盾性。
②既要注意温度、催化剂对速率影响的一致性,又要注意催化剂的活性对温度的限制。
③既要注意理论上的需要,又要注意实际可能性。问题导学即时检测一二二、合成氨工业简述
活动与探究
请同学们自己设计以空气、水和煤为原料来获得N2和H2的方法。思考与交流
请你写出由水和煤制取氢气的有关化学方程式。问题导学即时检测一二迁移与应用
例题合成氨工业对化学工业和国防工业具有重要意义。工业合成氨生产示意图如图所示。问题导学即时检测一二(1)X的化学式为 。?
(2)图中条件选定的主要原因是 (填字母编号)。?
A.温度、压强对化学平衡的影响
B.铁触媒在该温度时活性大
C.工业生产受动力、材料、设备等条件的限制
(3)改变反应条件,会使平衡发生移动。
如图表示随条件改变,氨气的百分含量的变化趋势。当横坐标为压强时,变化趋势正确的是 ,当横坐标为温度时,变化趋势正确的是 。(填字母编号)?问题导学即时检测一二解析:(1)原料气N2和H2经一定条件下的反应,生成的NH3(X)冷却后从设备中分离出来,同时尾气中含有的N2和H2(Y)进行循环利用。(2)中A温度选择在500 ℃并不是从化学平衡的影响分析的,而是因为催化剂在此温度时活性大,而且还可以适当提高化学反应速率,压强选择20~50 MPa是从化学平衡理论分析的,压强增大,平衡向生成NH3的方向移动,但不能过大,因为压强过大,对设备、材料的要求高,投资大,这样就不经济。(3)中考查压强、温度对化学平衡的影响。
答案:(1)NH3 (2)BC (3)c a问题导学即时检测一二迁移训练有平衡体系:CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)
ΔH<0,为了增加甲醇的产量,应采用的正确措施是( )
A.高温、高压
B.适宜温度、高压、催化剂
C.低温、低压
D.高温、高压、催化剂
答案:B问题导学即时检测一二选取适宜的化工生产条件时,要运用反应速率和化学平衡移动原理,同时考虑化工生产中的动力、材料、设备、催化剂等因素的影响,综合选取适宜条件。问题导学即时检测123451.合成氨时采用500 ℃左右的温度进行,主要是因为在该温度时( )
A.合成氨的化学反应速率最大
B.N2的转化率最高
C.催化剂的活性最大
D.NH3在平衡混合气体中的体积分数最大
解析:当压强一定、温度升高时,虽然能增大合成氨的反应速率,但由于合成氨反应是放热反应,升高温度会降低平衡混合物中NH3的含量。因此,从反应的理想条件来看,氨的合成反应在较低温度下进行有利,但是温度过低,反应速率很小,需要很长的时间才能达到平衡状态,这在工业生产上是很不经济的。铁触媒在500 ℃左右时的活性最大,这是合成氨反应一般选择在500 ℃左右进行的重要原因之一。
答案:C问题导学即时检测123452.在一定温度下,合成氨反应N2+3H2 2NH3达到平衡状态时的标志是( )
A.NH3生成的速率与NH3分解的速率相等
B.v(N2)∶v(H2)=1∶3
C.单位时间内,生成n mol N2,同时生成3n mol H2
D.N2、H2、NH3的分子数之比为1∶3∶2
解析:在一定温度下,判断某可逆反应达到平衡的标志:(1)v(正)=v(逆);(2)各物质的物质的量不变;(3)每一种物质的浓度不变等。B项未指明是正反应速率还是逆反应速率,B错误;C选项“生成n mol N2,同时生成3n mol H2”是同一方向的反应,C不正确;分子数之比与平衡状态无必然联系,D不正确。
答案:A问题导学即时检测123453.1913年德国化学家哈伯发明了以低成本制造大量氨的方法,从而大大满足了当时日益增长的人口对粮食的需求。下列是哈伯法的流程图,其中为提高原料转化率而采取的措施是( )
A.①②③ B.②④⑤
C.①③⑤ D.②③④
解析:合成氨反应为N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH<0,加压、降温、减小NH3的浓度均有利于平衡向正反应方向移动,②④正确;将原料气循环利用也可提高原料的转化率,⑤正确。
答案:B问题导学即时检测123454.某工业生产中发生反应:2A(g)+B(g) 2M(g) ΔH<0。下列有关该工业生产的说法正确的是( )
A.工业上合成M时,一定采用高压条件,因为高压有利于M的生成
B.若物质B价廉易得,工业上一般采用加入过量的B以提高A和B的转化率
C.工业上一般采用较高温度合成M,因温度越高,反应物的转化率越高
D.工业生产中常采用催化剂,因为生产中使用催化剂可提高M的日产量
解析:工业上合成M可能采用常压,如硫酸工业中SO3的生成;加入过量B只能提高A的转化率,B的转化率降低;温度越高,平衡逆向移动,反应物的转化率降低;使用催化剂可降低反应的活化能,提高反应速率。
答案:D问题导学即时检测12345?课件26张PPT。一二三四?一二三四例1可逆反应H2(g)+I2(g) 2HI(g)在体积固定的密闭容器中,达到平衡状态的标志是( )
①单位时间内生成n mol H2的同时生成n mol I2
②单位时间内生成n mol H2的同时生成n mol HI
③用HI、H2、I2表示的反应速率的比为2∶1∶1时的状态
④混合气体的颜色不再改变的状态
⑤混合气体的密度不再改变的状态
⑥混合气体的压强不再改变的状态
⑦混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态
A.①④⑥⑦
B.②③⑤⑦
C.①③④⑤
D.④一二三四解析:本题不仅考查了化学平衡的直接标志,也要求对化学平衡的间接标志进行分析判断,需要对化学平衡的特征与化学平衡的关系进行全面分析才能顺利解答。单位时间内生成n mol H2的同时必生成n mol I2,必消耗2n mol HI。①不能说明达到平衡,②不能说明;③中,属于化学反应速率与化学方程式中化学计量数的一般关系,无论达到平衡与否,都符合化学计量数之比,③不能说明;④中,有色气体的颜色不变,则表示物质的浓度不再变化,能说明反应达到平衡;⑤中,体积固定,气体质量前后守恒,无论反应是否达到平衡,密度总不变,所以密度不变不能说明达到平衡;⑥中,由于反应前后气体分子数相同,反应是否达到平衡压强都不会变化,故压强不变不能作为平衡的标志;⑦中,由于气体总质量不变,反应前后气体的分子数不变,气体的平均相对分子质量在反应前后不会发生变化,不能说明反应已达平衡。
答案:D一二三四迁移训练1一定条件下可逆反应:2NO2(g) 2NO(g)+O2(g),在体积固定的密闭容器中,达到平衡状态的标志是( )
①单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO2
②单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO
③用NO2、NO、O2表示的反应速率的比为2∶2∶1的状态
④混合气体的颜色不再改变的状态
⑤混合气体的密度不再改变的状态
⑥混合气体的压强不再改变的状态
⑦混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态
A.①④⑥⑦ B.②③⑤⑦
C.①③④⑤ D.①②③④⑤⑥⑦
答案:A一二三四专题二 平衡速率图像
图像是外界条件对化学反应速率和化学平衡移动的影响的形象表示。解题时要注意解题思路和分析方法。
(1)看图像:一看轴(即纵坐标与横坐标的意义),二看点(即起点、拐点、交点、终点),三看线(即线的走向和变化趋势),四看辅助线(如等温线、等压线、平衡线等),五看量的变化(如浓度变化、温度变化等)。
(2)想规律:看清图像后联想外界条件对化学反应速率和化学平衡的影响规律。
(3)定一议二:勒·夏特列原理只适用于一种条件的改变对化学平衡的影响,所以图像中有两种或两种以上变量时,如浓度(c)、温度(T)、压强(p)等,要先固定一种变量,再讨论另外一种或两种变量的关系。
(4)作判断:通过对比分析,作出正确判断。一二三四例2T ℃时在2 L的密闭容器中X(g)与Y(g)发生反应生成Z(g)。反应过程中X、Y、Z的物质的量变化如图1所示;若保持其他条件不变,反应温度分别为T1和T2时,Y的体积分数与时间的关系如图2所示。一二三四下列结论正确的是( )
A.反应进行的前3 min内,用X表示的反应速率v(X)=0.3 mol·L-1·min-1
B.容器中发生的反应可表示为:3X(g)+Y(g) 2Z(g)
C.保持其他条件不变,升高温度,反应的化学平衡常数K减小
D.若改变反应条件,使反应进程如图3所示,则改变的条件是增大压强
解析:根据图1可得:v(X)=0.1 mol·L-1·min-1,A项错误;根据物质的物质的量变化之比等于其化学计量数之比,则n(X)∶n(Y)∶n(Z)=0.6∶0.2∶0.4=3∶1∶2,B项正确;由图2可知,根据“先拐先平”的原则,T2>T1,温度升高,Y的体积分数减小,平衡正向移动,平衡常数K增大,C项错误;由图1和图3可知,平衡没有发生移动,仅仅是加快了反应速率,而该反应是一个气体体积变化的反应,增大压强,平衡会发生移动,故在这里应该是使用了催化剂,D项错误。
答案:B一二三四迁移训练2某化学科研小组研究在其他条件不变时,改变某一条件对反应[可用aA(g)+bB(g) cC(g)表示]的化学平衡的影响,得到如下图像(图中p表示压强,T表示温度,n表示物质的量,α表示平衡转化率,φ表示体积分数)。根据图像,下列判断正确的是( )一二三四A.反应Ⅰ:若p1>p2,则此反应只能在高温下自发进行
B.反应Ⅱ:此反应的ΔH<0,且T1C.反应Ⅲ:ΔH>0且T2>T1或ΔH<0且T2D.反应Ⅳ:T1答案:B一二三四?一二三四说明:
1.对于同一条件下,同一时间内的可逆反应,参加反应的各物质的物质的量之比与方程式前面的化学计量数成正比,由于可逆反应是在一定的容器中进行的,因此,反应所消耗(或生成)的物质的浓度之比也等于方程式前面的化学计量数之比。但平衡时的物质的量或浓度与方程式前面的化学计量数没有关系。
2.平衡转化率是指达到平衡时反应物消耗的物质的量与原有总物质的量之间的比值,当反应物的起始物质的量之比等于方程式前面的化学计量数之比时,各物质的转化率也相同,否则不一样。
3.由于可逆反应一段时间后达到平衡状态,因此,可逆反应不能进行完全,任何一种物质的物质的量不可能为0,反应物也不可能完全转化。一二三四例3在某温度下,将H2和I2各0.10 mol的气态混合物充入10 L的密闭容器中,充分反应,达到平衡后,测得c(H2)=0.008 0 mol·L-1。
(1)求该反应的平衡常数。
(2)在上述温度下,该容器中若通入H2和I2(g)各0.20 mol,试求达到化学平衡状态时各物质的浓度。一二三四?一二三四?一二三四答案:(1)该反应的平衡常数为0.25。
(2)达平衡状态时,[H2]=0.016 mol·L-1 [I2]=0.016 mol·L-1 [HI]=0.008 0 mol·L-1。一二三四迁移训练3在773 K时,CO(g)+H2O(g) H2(g)+CO2(g)的平衡常数K=9,若CO、H2O的起始浓度均为0.020 mol·L-1,计算在这条件下,CO的转化率是( )
A.60% B.50% C.75% D.25%
答案:C一二三四专题四 等效平衡
1.等效平衡原理
相同条件下,同一可逆反应体系,不管从正反应开始,还是从逆反应开始,在达到化学平衡状态时,同种物质的物质的量分数(或体积分数)相同,这样的化学平衡互称为等效平衡。也就是所谓的等效平衡原理。
由于化学平衡状态与条件有关,而与建立平衡的途径无关。因而,同一可逆反应,从不同的状态开始,只要达到平衡时条件(温度、浓度、压强等)完全相同,则可形成等效平衡。一二三四如恒温、恒容下,可逆反应:
2SO2+O2 2SO3
(1)2 mol 1 mol 0 mol
(2)0 mol 0 mol 2 mol
(3)0.5 mol 0.25 mol 1.5 mol
(1)从正反应开始,(2)从逆反应开始,(3)正、逆反应同时开始,由于(1)(2)(3)三种情况如果按方程式的系数关系折算成同一方向的反应物,对应各组分的物质的量均相等[如将(2)(3)折算为(1)],因此三者为等效平衡。一二三四2.等效平衡规律
(1)在恒温、恒容条件下,对于反应前后气体体积总数不相等的可逆反应,只改变起始时加入物质的物质的量,可通过可逆反应的系数比换算成同一方向的物质的物质的量与原平衡相同,则达平衡后与原平衡等效。
(2)在恒温、恒容条件下,对于反应前后气体体积总数相等的可逆反应,改变起始加入情况,只要通过可逆反应的系数之比换算成平衡式左右两边同一边物质的物质的量之比与原平衡相同,则达平衡后与原平衡等效。
(3)在恒温、恒压条件下,改变起始时加入物质的物质的量,只要按系数换算成同一方向的物质的物质的量之比与原平衡相同,则达平衡后与原平衡等效。一二三四3.运用等效平衡原理解题的关键
(1)准确判断出两状态为等效平衡状态。
(2)分清是恒温、恒容条件下的等效平衡还是恒温、恒压条件下的等效平衡。
4.等效平衡的应用
对于有气体参加的可逆反应,在恒温条件下,涉及容积、压强及平衡移动方向判断的问题时,可设计一些等效平衡的中间状态来求解,利用这些等效的过渡平衡状态来分析,能降低思维难度,具有变难为易、变抽象为直观的作用。一二三四例4向某密闭容器中充入1 mol CO和2 mol H2O(g),发生反应:CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)。当反应达到平衡时,CO的体积分数为x。若维持容器的体积和温度不变,起始物质按下列四种配比充入该容器中,达到平衡时CO的体积分数大于x的是( )
A.0.5 mol CO+2 mol H2O(g)+1 mol CO2+1 mol H2
B.1 mol CO+1 mol H2O(g)+1 mol CO2+1 mol H2
C.0.5 mol CO+1.5 mol H2O(g)+0.4 mol CO2+0.4 mol H2
D.0.5 mol CO+1.5 mol H2O(g)+0.5 mol CO2+0.5 mol H2一二三四解析:这是一个气体体积不变的反应,加入CO和H2O的物质的量之比为1∶2时,即为等效平衡,CO的体积分数为x,由此可知A、D中CO的体积分数为x。B中相当于加入2 mol CO和2 mol H2O(g),即相当于在原平衡的基础上再加1 mol CO,所以CO体积分数大于x。C相当于加入0.9 mol CO和1.9 mol H2O(g),即相当于在0.9 mol CO和1.8 mol H2O(g)的基础上(与原平衡等效)再加入0.1 mol H2O(g),所以CO的体积分数小于x。
答案:B一二三四迁移训练4在一恒温、恒容的密闭容器中有平衡:H2(g)+I2(g) 2HI(g),已知H2和I2的起始浓度均是0.10 mol·L-1,达到平衡时HI的浓度为0.16 mol·L-1。若H2和I2的起始浓度均变为0.20 mol·L-1,则平衡时H2的浓度是( )
A.0.16 mol·L-1 B.0.08 mol·L-1
C.0.04 mol·L-1 D.0.02 mol·L-1
答案:C一二三四?课时训练10 化学反应的速率
1.决定化学反应速率的主要因素是( )
A.参加反应的物质本身的性质
B.催化剂
C.温度、压强以及反应物的接触面
D.反应物的浓度
解析:参加反应的物质本身的性质是决定化学反应速率的主要(决定性)因素。浓度、温度、压强、催化剂等是外因。
答案:A
2.对于化学反应3W(g)+2X(g)4Y(g)+3Z(g),下列反应速率关系中,正确的是( )
A.v(W)=3v(Z)
B.2v(X)=3v(Z)
C.2v(X)=v(Y)
D.3v(W)=2v(X)
解析:速率之比等于方程式中的化学计量数之比,A项,v(W)=v(Z);B项,3v(X)=2v(Z);C项,2v(X)=v(Y);D项,2v(W)=3v(X)。
答案:C
3.不足量的锌粉与100 mL 0.1 mol的稀硫酸反应,反应速率太小。为了增大此反应速率而不改变H2的产量,可以使用如下方法中的( )
①加H2O ②加NaOH固体 ③滴入几滴浓盐酸 ④加CH3COONa固体 ⑤加NaCl溶液 ⑥滴入几滴硫酸铜溶液 ⑦升高温度 ⑧改用10 mL 1 mol·L-1硫酸
A.①②⑥⑦ B.③⑤⑧
C.③⑦⑧ D.④⑤⑦⑧
解析:本题要求增大反应速率但不能改变H2的产量,即与稀硫酸反应的锌的量不能改变,故排除⑥,也就排除了选项A;从影响反应速率的外界因素考虑,升高温度和增大H+的浓度,都能增大该反应的速率,③⑦⑧正确,而①②④⑤均是减小硫酸的浓度,故只有选项C正确。
答案:C
4.100 mL浓度为2 mol·L-1的盐酸跟过量的锌片反应,为加快反应速率,又不影响生成氢气的总量,可采用的方法是( )
A.加入适量的6 mol·L-1的盐酸
B.加入数滴氯化铜溶液
C.加入适量蒸馏水
D.加入适量的氯化钠溶液
解析:向溶液中再加入盐酸,增加了H+的物质的量,也就增加了放出H2的量,故A错;因锌是过量的,放出H2的量取决于盐酸的量,加入CuCl2后,有少量铜析出,附在锌片上,形成了原电池反应,反应的速率加快,故B正确;向原溶液中加入水或氯化钠溶液都引起溶液中H+浓度的下降,反应速率变慢,故C、D都不对。
答案:B
5.已知:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=-49.0 kJ·mol-1。一定条件下,向体积为1 L的恒容密闭容器中充入1 mol CO2和3 mol H2,测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化曲线如图所示。下列叙述中正确的是( )
A.3 min时,用CO2的浓度表示的正反应速率等于用CH3OH的浓度表示的逆反应速率
B.从反应开始到平衡,H2的平均反应速率v(H2)=0.225 mol·L-1·min-1
C.13 min时,向容器中充入2 mol氦气,该反应的化学反应速率增加
D.13 min时,向容器中充入2 mol氦气,CO2的转化率增加
解析:A项,3 min时反应还没有平衡,错误。B项,v(H2)=3v(CO2)==0.225 mol·L-1·min-1,正确。C项,由于容器的体积没有变化,所以各成分的浓度没有变化,化学反应速率不变,错误。同理,平衡没有移动,D错误。
答案:B
6.在2 L密闭容器中进行如下反应:mX(g)+nY(g)pZ(g)+qQ(g),在2 s时间内用X表示的平均反应速率为mol·L-1·s-1,则2 s时间内,Q物质增加的物质的量为( )
A. mol B. mol
C. mol D. mol
解析:根据化学反应速率之比等于方程式前面的化学计量数之比,由题目条件在2 s时间内X表示的平均反应速率为mol·L-1·s-1,可得出Q的反应速率为 mol·L-1·s-1,所以Q增加的物质的量为 mol。
答案:A
7.(2015福建理综,12)在不同浓度(c)、温度(T)条件下,蔗糖水解的瞬时速率(v)如下表。下列判断不正确的是 ( )
c/(mol·L-1)
v/(mmol·L-1·min-1)
T/K
0.600
0.500
0.400
0.300
318.2
3.60
3.00
2.40
1.80
328.2
9.00
7.50
a
4.50
b
2.16
1.80
1.44
1.08
A.a=6.00
B.同时改变反应温度和蔗糖的浓度,v可能不变
C.b<318.2
D.不同温度时,蔗糖浓度减少一半所需的时间相同
解析:分析328.2 K的瞬时速率与浓度的关系知其成正比,则,a=6.00,A选项正确;从题给数据看,浓度越大、温度越高,反应速率越大,当增大浓度同时降低温度时,瞬时反应速率可能会不变,B选项正确;浓度不变时,b K下反应速率低于318.2 K下反应速率,故b<318.2 K,C选项正确;题给数据是瞬时速率,而不是平均速率,故不能作为判断反应所用时间的依据,D选项错误。
答案:D
8.反应4A(s)+3B(g)2C(g)+D(g),经2 min,B的浓度减小0.6 mol·L-1。下列叙述正确的是( )
A.用A表示的反应速率是0.4 mol·(L·min)-1
B.分别用B、C、D表示反应的速率,其比值是3∶2∶1
C.在2 min末的反应速率,用B表示是0.3 mol·(L·min)-1
D.在这2 min内B和C两物质的浓度都减小
解析:A为固体,一般不用固体表示化学反应速率,因为固体的浓度一般视为常数,A项错误;在同一反应中,不同物质表示的化学反应速率之比等于它们的系数之比,B项正确;v(B)=0.3 mol·(L·min)-1为平均值,并非2 min末的速率,C项错误;B为反应物,C为生成物,在这2 min内两者的浓度不可能同时减小,D项错误。
答案:B
9.下列四个数据都表示合成氨的反应速率,其中代表同一反应的是( )
①v(N2)=0.3 mol·(L·min)-1 ②v(NH3)=0.9 mol·(L·min)-1 ③v(H2)=0.6 mol·(L·min)-1 ④v(H2)=0.022 5 mol·(L·s)-1
A.①② B.①③ C.③④ D.②④
解析:将不同物质表示的反应速率转化为同一物质表示的反应速率,若数值相等,则代表同一反应。
若全转化为N2,②v(N2)∶v(NH3)=1∶2,则v(N2)=0.45 mol·(L·min)-1,③v(N2)∶v(H2)=1∶3,则v(N2)=0.2 mol·(L·min)-1,④v(N2)∶v(H2)=1∶3,则v(N2)=v(H2)=×0.022 5 mol·(L·s)-1×60 s·min-1=0.45 mol·(L·min)-1,故②④代表同一反应,选D项。
答案:D
10.对可逆反应A(g)+3B(s)2C(g)+2D(g),在不同条件下的化学反应速率如下,其中表示的反应速率最快的是( )
A.v(A)=0.5 mol·(L·min)-1
B.v(B)=1.2 mol·(L·s)-1
C.v(D)=0.4 mol·(L·min)-1
D.v(C)=0.1 mol·(L·s)-1
解析:首先B项排除,因为固体物质浓度为常数,不用其表示反应速率;将D项单位换算为 mol·(L·min)-1,其数值为:v(C)=6 mol·(L·min)-1,将A项、C项均换算为用C表示的速率其数值分别为:1 mol·(L·min)-1和0.4 mol·(L·min)-1,显然选D项。
答案:D
11.将0.1 mol MnO2粉末加入到50 mL过氧化氢溶液(H2O2,ρ=1.1 g·mL-1)中,在标准状况下放出气体的体积和时间的关系如图所示。
(1)实验时放出气体的总体积是 。?
(2)放出一半气体所需的时间为 。?
(3)反应放出体积气体所需的时间约为 。?
(4)A,B,C,D各点反应速率的快慢顺序为 。?
(5)解释反应速率变化的原因: 。?
(6)计算H2O2初始状态的浓度。
解析:(1)(2)(3)由图可知;(4)同一时间内产生O2越多,则反应速率越快,故D>C>B>A;
(6)2H2O22H2O+O2↑
2 mol 22.4 L
n(H2O2) 0.06 L
解得n(H2O2)≈0.005 4 mol。c(H2O2)=≈0.11 mol·L-1。
答案:(1)60 mL
(2)1 min
(3)2 min
(4)D>C>B>A
(5)随着反应的进行,H2O2的浓度减小,反应速率减慢
(6)0.11 mol·L-1
12.近年来,随着人们大量开发利用化石资源,不仅使得煤、石油、天然气的储量大大减少,而且造成严重的环境污染。如何实现化石燃料的综合利用,提高燃料的利用率,减少环境污染等逐渐被提上了日程。
为了提高煤的利用率,人们先把煤转化为CO和H2,再将它们转化为甲醇。某实验员在一定温度下的密闭容器中,充入一定量的H2和CO,发生反应:2H2(g)+CO(g)CH3OH(g)。测定的部分实验数据如下:
t/s
0
500
1 000
c(H2)/(mol·L-1)
5.00
3.52
2.48
c(CO)/(mol·L-1)
2.50
(1)在500 s内用H2表示的化学反应速率是 。?
(2)在1 000 s内用CO表示的化学反应速率是 ,1 000 s时CO的转化率是 。?
(3)在500 s时生成的甲醇的浓度是 mol·L-1。?
解析:(1)在500 s内,v(H2)==2.96×10-3 mol·(L·s)-1。
(2)在1 000 s内,H2的浓度减小了5.00 mol·L-1-2.48 mol·L-1=2.52 mol·L-1,则CO的浓度减少了×2.52 mol·L-1=1.26 mol·L-1,用CO表示的化学反应速率为v(CO)==1.26×10-3 mol·(L·s)-1,CO的转化率为×100%=50.4%。
(3)在500 s内,H2的浓度为减少了1.48 mol·L-1,则生成的CH3OH的浓度为×1.48 mol·L-1=0.74 mol·L-1。
答案:(1)2.96×10-3 mol·(L·s)-1
(2)1.26×10-3 mol·(L·s)-1 50.4%
(3)0.74
13.某中学化学实验小组查阅资料发现金属氧化物A也能催化氯酸钾的分解,且A和二氧化锰的最佳催化温度都是500 ℃左右。于是对A和二氧化锰的催化性能进行了定量对照实验。实验时均以收满500 mL氧气为准(其他可能影响的因素均已忽略)。
表一 用二氧化锰作催化剂
实验序号
KClO3
质量/g
MnO2
质量/g
反应
温度/℃
待测
数据
1
8.00
2.00
500
2
8.00
2.00
500
表二 用A作催化剂
实验序号
KClO3
质量/g
A质
量/g
反应温
度/℃
待测
数据
1
8.00
2.00
500
2
8.00
2.00
500
(1)完成实验中的待测数据应该是 。?
(2)完成此研究后,他们准备发表一篇研究报告,请你替他们拟一个报告题目 。?
解析:催化剂是参与化学反应,但反应前后的质量与化学性质保持不变的物质。对A和二氧化锰的催化性能进行比较,必须进行定量对照实验,测得相同条件下收集满500 mL氧气所需时间的多少,从而判断两者的催化性能。
答案:(1)收集满500 mL氧气所需时间
(2)催化效果的对比研究(合理即可)
14.某酸性工业废水中含有K2Cr2O7。光照下,草酸(H2C2O4)能将其中的Cr2转化为Cr3+。某课题组研究发现,少量铁明矾[Al2Fe(SO4)4·24H2O]即可对该反应起催化作用。为进一步研究有关因素对该反应速率的影响,探究如下:
(1)在25 ℃下,控制光照强度、废水样品初始浓度和催化剂用量相同,调节不同的初始pH和一定浓度草酸溶液用量,做对比实验,完成以下实验设计表(表中不要留空格)。
实验编号
初始pH
废水样品体积/mL
草酸溶液体积/mL
蒸馏水体积/mL
①
4
60
10
30
②
5
60
10
30
③
5
60
测得实验①和②溶液中的Cr2浓度随时间变化关系如图所示。
(2)上述反应后草酸被氧化为 (填化学式)。?
(3)实验①和②的结果表明 ;实验①中0~t1时间段反应速率v(Cr3+)= mol·L-1·min-1(用代数式表示)。?
解析:(1)实验①②中初始pH不同,为探究pH对反应速率的影响,则实验②③为探究一定浓度草酸溶液用量对反应速率的影响,则实验②③中试剂总用量应相同。(2)草酸中C为+3价,则其被氧化为CO2。(3)实验①和②表明pH越小,则Cr2转化为Cr3+的反应速率越大;v(Cr3+)=2v(Cr2)=×2=(mol·L-1·min-1)。
答案:(1)20 20(或其他合理答案)
(2)CO2
(3)溶液pH对该反应的速率有影响或溶液pH越小,反应速率越大
15.某反应A+BC在任一时刻的正、逆反应速率都可用“v(正)、v(逆)”表示:v(正)=k1[A][B],v(逆)=k2[C],其中k1、k2在一定温度下恒为常数,[A]、[B]、[C]分别代表某时刻三种物质的物质的量浓度。
(1)上述反应达到平衡时,三种物质的物质的量浓度关系可表示为 。?
(2)在300 K时,开始反应的A、B浓度均为0.1 mol·L-1,达平衡时B的转化率为50%,则k1、k2之间的关系是 。?
(3)升高温度,k1、k2的变化是 ,增大,说明正反应是 (填“吸”或“放”)热反应。?
解析:(1)达到化学平衡时,v(正)=v(逆),即k1[A][B]=k2[C]。
(2)平衡时A、B、C的浓度均为0.05 mol·L-1,代入(1)中的关系式即可求得。
(3)k与T的关系可由k的表达式k=A作出判断。升高温度,增大,说明升温更有利于正反应。
答案:(1)
(2)=20
(3)均变大 吸
课时训练11 化学反应条件的优化——工业合成氨
1.下面是合成氨的简要流程示意图:
沿x路线回去的物质是( )
A.N2和H2 B.催化剂
C.NH3 D.H2
解析:反应混合气经过合成塔发生反应:N2+3H22NH3,成分变为N2、H2、NH3的混合气体,经冷凝,NH3液化,N2、H2沸点很低,未液化,故再送入压缩机,循环使用,提高原料利用率。
答案:A
2.下列说法能够用勒·夏特列原理来解释的是( )
A.加入催化剂可以提高单位时间氨的产量
B.高压有利于氨的合成反应
C.500 ℃高温比室温更有利于合成氨的反应
D.恒温恒容下,在合成氨平衡体系中充入He,使压强增大,则平衡正向移动,NH3增多
解析:A项中加入催化剂只能增大反应速率,缩短到达平衡的时间,提高“单位时间”的产量,不能使化学平衡发生移动。B项中合成氨是一个气体体积减小的反应,所以增大压强,使平衡正方向移动,有利于合成氨,符合勒·夏特列原理。C项中因为合成氨是一个放热反应,所以从化学平衡移动角度分析,应采用较低温度。500 ℃高温较室温不利于平衡向合成氨方向移动。采用500 ℃既考虑到温度对速率的影响,更主要的是500 ℃左右催化剂活性最大。D项中恒温恒容下充He,惰性气体He不与N2、H2、NH3反应。虽总压强增大了,实际上平衡体系各成分浓度不变(即分压不变),所以平衡不移动,NH3的产量不变。
答案:B
3.有关合成氨工业的说法中,正确的是( )
A.从合成塔出来的混合气体,其中氨只占15%,所以生产氨的工厂的效率都很低
B.由于氨易液化,氮气和氢气在实际生产中循环使用,所以总体来说氨的产率很高
C.合成氨工业的反应温度控制在500 ℃,目的是使化学平衡向正反应方向移动
D.我国的合成氨厂采用的压强是2×107~5×107 Pa,因为该压强下铁触媒的活性最大
解析:虽然从合成塔出来的混合气体中氨只占15%,但由于原料氮气和氢气循环使用和不断分离出液氨,所以合成氨的工厂的生产效率还是很高的,因此A选项不正确。控制反应温度在500 ℃,一是为了使反应速率不至于很低,二是因为催化剂在此温度下的活性最大,因此C选项不正确。我国的合成氨厂采用的压强是2×107~5×107 Pa,并不是因为该压强下铁触媒的活性最大,而是从压强对反应速率和化学平衡的影响来考虑的,因此D选项不正确。
答案:B
4.反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)刚开始时,N2的浓度为3 mol·L-1,H2的浓度为5 mol·L-1,3 min后测得NH3浓度为0.6 mol·L-1,则此时间内,下列反应速率表示正确的是( )
A.v(NH3)=0.2 mol·L-1·s-1
B.v(N2)=1.0 mol·L-1·min-1
C.v(H2)=1.67 mol·L-1·min-1
D.v(H2)=0.3 mol·L-1·min-1
解析:由化学反应速率定义,得v(NH3)==0.2 mol·L-1·min-1。又由v(NH3)∶v(H2)∶v(N2)=2∶3∶1,得v(H2)=v(NH3)=0.3 mol·L-1·min-1,v(N2)=v(NH3)=0.1 mol·L-1·min-1,故D正确。
答案:D
5.合成氨反应通常控制在20~50 MPa的压强和500 ℃左右的温度,且进入合成塔的氮气和氢气的体积比为1∶3,经科学测定,在相应条件下氮气和氢气反应所得氨的平衡浓度(体积分数)如下表所示:
20 MPa
60 MPa
500 ℃
19.1
42.2
而实际从合成塔出来的混合气体中含有氨约为15%,这表明( )
A.表中所测数据有明显误差
B.生产条件控制不当
C.氨的分解速率大于预测值
D.合成塔中的反应并未达到平衡
解析:表中数据为通过科学实验所得,不可能有明显误差;合成氨连续操作,不可能对生产条件控制不当;平衡浓度问题与速率的大小没有直接关系,因此答案选D。这说明合成氨工业考虑单位时间的产量问题,并未让合成氨反应达到平衡,因为让反应达到平衡需要一定的时间,时间太长得不偿失。
答案:D
6.硫酸是一种重要的化工产品,目前主要采用“接触法”进行生产。有关接触氧化反应2SO2+O22SO3的说法中正确的是( )
A.只要选择适宜的条件,SO2和O2就能全部转化为SO3
B.该反应达到平衡后,反应就完全停止了,即正、逆反应速率均为零
C.在达到平衡的体系中,充入由18O原子组成的O2后,SO2中18O含量减少,SO3中18O含量增多
D.在工业合成SO3时,要同时考虑反应速率和反应能达到的限度两方面的问题
解析:反应为可逆反应,SO2和O2不能全部转化为SO3,A错;达到平衡后反应不停止,正、逆反应速率相等,B错;达到平衡后充入由18O原子组成的O2,平衡向正方向移动,SO3中18O含量增多,因为反应可逆,SO2中18O含量也增多,C错;D正确。
答案:D
7.对于合成氨的反应来说,使用催化剂和施以高压,下列叙述正确的是( )
A.都能提高反应速率,都对化学平衡状态无影响
B.都对化学平衡状态有影响,都不影响达到平衡状态所用的时间
C.都能缩短达到平衡状态所用的时间,只有压强对化学平衡状态有影响
D.催化剂能缩短反应达到平衡状态所用的时间,而压强无此作用
解析:对化学反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g),催化剂和高压均能缩短达到平衡的时间,但只有高压可使平衡向生成NH3的方向移动,催化剂不影响化学平衡。
答案:C
8.一定温度下,向一个容积为2 L的事先装入催化剂的真空密闭容器中通入1 mol N2和3 mol H2,3 min后测得容器压强是起始压强的0.9倍,在此时间内,用H2的量的变化来表示该反应的平均反应速率v(H2)是( )
A.0.2 mol·L-1·min-1 B.0.6 mol·L-1·min-1
C.0.1 mol·L-1·min-1 D.0.3 mol·L-1·min-1
解析: N2 + 3H22NH3
初始/mol 1 3 0
转化/mol x 3x 2x
平衡/mol 1-x 3-3x 2x
=0.9 x=0.2 mol
v(H2)==0.1 mol·L-1·min-1
答案:C
9.某温度下,对于反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·mol-1。N2的平衡转化率(α)与体系总压强(p)的关系如图所示。下列说法正确的是( )
A.将1.0 mol氮气、3.0 mol氢气,置于1 L密闭容器中发生反应,放出的热量为92.4 kJ
B.平衡状态由A变到B时,平衡常数K(A)C.上述反应在达到平衡后,增大压强,H2的转化率提高
D.升高温度,平衡向逆反应方向移动,说明逆反应速率增大,正反应速率减小
解析:A项此反应为可逆反应,1.0 mol氮气、3.0 mol氢气在实际过程中不能完全转化,故放出的热量小于92.4 kJ,A项错。B项温度不变,改变压强,平衡常数不变,B项错。C项由图知,增大压强,平衡向正反应方向移动,H2的转化率提高,C项正确。D项升高温度,逆反应速率、正反应速率都增大,D项错。
答案:C
10.工业上有一种用CO2生产甲醇燃料的方法:
CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=-49.0 kJ·mol-1
某实验中将6 mol CO2和8 mol H2充入2 L的密闭容器中,测得H2的物质的量随时间变化如下图曲线(甲)所示。请完成下列问题:
(1)a点正反应速率 逆反应速率(填“>”“<”或“=”)。?
(2)若仅改变某一实验条件再进行一次实验,测得H2的物质的量随时间变化如图中虚线(乙)所示,曲线(乙)对应改变的实验条件可以是 (填序号)。?
a.加催化剂 b.增大压强
c.升高温度 d.增大CO2浓度
解析:(1)a点时,H2量减小,反应向正反应方向进行,v正>v逆。
(2)由图像知曲线乙中H2的反应速率变大,结合化学方程式可知,增大压强或增大CO2浓度均可以加快H2的消耗速率,且达平衡时H2的物质的量小于甲;使用催化剂尽管可以增大反应速率,但平衡状态应与甲相同;升高温度可增大反应速率,但平衡时H2的量应多于甲,故b、d项符合题意。
答案:(1)> (2)bd
11.合成氨工业中,原料气(N2、H2及少量CO、NH3的混合气)在进入合成塔前常用醋酸二氨合铜(Ⅰ)溶液来吸收原料气中的CO,其反应是
[Cu(NH3)2Ac]+CO+NH3[Cu(NH3)3]Ac·CO ΔH<0
(1)必须除去原料气中CO的原因是?
。?
(2)醋酸二氨合铜(Ⅰ)吸收CO的生产适宜条件应是?
。?
(3)吸收CO后的醋酸铜氨溶液经过适当处理又可再生,恢复其吸收CO的能力以供循环使用。醋酸铜氨溶液再生的生产适宜条件应是 。?
解析:分析吸收CO反应的特点:正反应是气体体积缩小的放热反应,对于这样一个可逆反应,用化学平衡原理及有关合成氨适宜条件的选择知识即可作答。
答案:(1)防止合成塔中的催化剂中毒 (2)低温、高压 (3)高温、低压
12.某温度下,把1 mol N2和3 mol H2通入一个容积可变的密闭容器里,发生反应:
N2(g)+3H2(g)2NH3(g),
反应达到平衡状态,测得NH3为s mol。若保持温度和压强不变,用m、n、p代表初始加入N2、H2、NH3的物质的量,只改变m、n数值,达到平衡各组分的质量分数不变,请填写表中编号为(1)~(3)各状态空格内的数据。
编号
初始状态/ mol
平衡状态NH3的
物质的量/ mol
N2
H2
NH3
已知
1
3
0
s
(1)
0
0
4
(2)
0
3s
(3)
0.1
0.25s
解析:根据等效平衡规律,需要加入的物质(换算成N2、H2)的物质的量比值应符合n(N2)∶n(H2)=1∶3,且与已知的n(N2)、n(H2)成正比。
N2(g) + 3H2(g)2NH3(g)
起始 m n p
换算 m+0.5p n+1.5p 0
(1)m=0、n=0、p=4,得m+0.5p=2,n+1.5p=6,即实验(1)相当于n(N2)、n(H2)的起始物质的量为原反应的2倍,平衡时,n(NH3)=2s mol。
(2)平衡时,n(NH3)=3s mol,即实验(2)相当于n(N2)、n(H2)的起始物质的量为原反应的3倍,故有
m+0.5p=3,n+1.5p=9,p=0代入得m=3,n=9。
(3)平衡时,n(NH3)=0.25s mol,n(N2)、n(H2)为已知的0.25倍,有m+0.5p=0.25,n+1.5p=0.75。m=0.1代入得p=0.3,n=0.3。
答案:(1)2s
(2)3 9
(3)0.3 0.3
13.合成氨工业对化学工业和国防工业具有重要意义,对我国实现农业现代化起着重要作用。根据已学知识回答下列问题:已知N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·mol-1
(1)合成氨工业采取的下列措施不可用平衡移动原理解释的是 (填序号)。?
A.采用较高压强(20~50 MPa)
B.采用500 ℃的高温
C.用铁触媒作催化剂
D.将生成的氨液化并及时从体系中分离出来
(2)合成氨工业中采用了较高压强(20~50 MPa),而没有采用100 MPa或者更大压强,试解释没有这么做的理由 。?
(3)在容积均为2 L(容器体积不可变)的甲、乙两个容器中,分别加入2 mol N2、6 mol H2和1 mol N2、3 mol H2,在相同温度、催化剂下使其反应。最终达到平衡后,两容器N2转化率分别为α甲、α乙,则甲容器中平衡常数为 (用含α甲的代数式表示),此时α甲 α乙(填“>”“<”或“=”)。?
解析:(1)N2(g)+3H2(g)2NH3(g)中的化学系数1+3>2,压强增大,平衡正向移动;500 ℃高温较室温不利于平衡向合成氨方向移动;采用500 ℃既考虑到温度对速率的影响,更主要的是500 ℃左右催化剂活性最大。催化剂只改变反应速率,不改变平衡移动;生成氨液化并分离出来,减少体系中氨的浓度,平衡正向移动。(2)采用更大压强,需要使用承受更大压强的设备,增加了生产成本,不经济。(3)在甲容器中,反应的N2为2 mol×α甲,则有
N2(g)+3H2(g)2NH3(g)
起始(mol·L-1) 1 3 0
转化(mol·L-1) α甲 3α甲 2α甲
平衡(mol·L-1) 1-α甲 3-3α甲 2α甲
K=
甲与乙相比,相当于在乙平衡的基础上增大压强,平衡正向移动,即甲容器中的平衡正向移动程度更大,所以α甲>α乙。
答案:(1)BC
(2)采用更大压强会要求使用能耐更大压强的设备,从而增加生产成本(其他合理答案也可)
(3) >
课时训练7 化学反应的方向
1.下列过程是非自发的是( )
A.水由高处向低处流
B.天然气的燃烧
C.铁在潮湿空气中生锈
D.室温下水结成冰
解析:自然界中水由高处向低处流、天然气的燃烧、铁在潮湿空气中生锈、室温下冰的融化,都是自发过程,其逆向都是非自发的。
答案:D
2.下列说法完全正确的是( )
A.放热反应均是自发反应
B.ΔS为正值的反应均是自发反应
C.物质的量增加的反应,ΔS为正值
D.如果ΔH和ΔS均为正值,当温度升高时,反应可能自发进行
解析:焓判据、熵判据均不是反应能否自发进行的唯一判据,因此A、B说法均不正确;C应该是“气体物质的量增加的反应,ΔS为正值”;如果ΔH和ΔS均为正值,当温度升高时,ΔH-TΔS有可能小于零,因此反应可能自发进行是正确的。
答案:D
3.下列说法不正确的是( )
A.体系有序性越高,熵值就越低
B.自发过程可能导致体系的熵增大
C.吸热反应不可以自发进行
D.同种物质气态时熵值最大
答案:C
4.下列说法正确的是( )
A.凡是放热反应都是自发的,凡是吸热反应都是非自发的
B.自发反应一定是熵增大,非自发反应一定是熵减小或不变
C.自发反应在恰当条件下才能实现
D.自发反应在任何条件下都能实现
解析:放热反应常常是自发反应,吸热反应有些也是自发反应;自发反应的熵不一定增大,可能减小,也可能不变;过程的自发性只能用于判断过程的方向,是否能实现还要看具体的条件。
答案:C
5.汽车尾气(含烃类、CO、NO与SO2等)是城市主要污染源之一,治理的办法之一是在汽车排气管上装催化转化器,它使NO与CO反应生成可参与大气生态循环的无毒气体,其反应原理是2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g),在298 K、100 kPa下,ΔH=-113 kJ· mol-1,ΔS=-145 J· mol-1·K-1。下列说法中错误的是( )
A.该反应中反应物的总能量高于生成物的总能量
B.该反应常温下不能自发进行,因此需要高温和催化剂条件
C.该反应常温下能自发进行,高温和催化剂条件只是加快反应的速率
D.汽车尾气中的这两种气体会与血红蛋白结合而使人中毒
解析:此反应是放热反应,所以A正确;常温下,若ΔH-TΔS<0,反应可以自发进行,高温和催化剂条件能加快反应速率,所以B不正确,C正确;NO、CO都可和血红蛋白结合而使人中毒,D正确。
答案:B
6.对于化学反应方向的确定,下列说法正确的是( )
A.反应熵变是决定反应能否自发的唯一因素
B.温度、压强一定时,放热的熵增加反应一定能自发进行
C.反应焓变是决定反应能否自发进行的唯一因素
D.固体的溶解过程与焓变有关
解析:ΔH-TΔS<0常温、常压下反应能自发进行,所以焓变和熵变是一定温度、压强下化学反应能否自发进行的复合判据,所以A、C不正确。放热反应的焓变小于零,熵增加反应熵变大于零,都对ΔH-TΔS<0作出贡献。显然,放热的熵增加反应一定能自发进行,所以B正确。固体的溶解过程,体系的混乱度增大,它是熵增加的过程,所以D不正确。
答案:B
7.灰锡结构松散,不能用于制造器皿,而白锡结构坚固,可以制造器皿。现把白锡制造的器皿放在0 ℃、100 kPa的室内存放,它会不会变成灰锡而不能继续使用(已知在0 ℃、100 kPa条件下白锡转化为灰锡的反应,焓变和熵变分别为ΔH=-2 180.9 J·mol-1;ΔS=-6.61 J·mol-1·K-1) ( )
A.会变
B.不会变
C.不能确定
D.升高温度才会变
解析:在等温、等压条件下,自发反应总是向着ΔH-TΔS<0的方向进行,直至达到平衡状态。因此,在0 ℃、100 kPa条件下,白锡会不会变为灰锡的问题就转化为求算反应白锡→灰锡的ΔH-TΔS的问题。ΔH-TΔS=-2 180.9 J·mol-1-273 K×(-6.61 J·mol-1·K-1)=-376.37 J·mol-1<0,因此在该条件下白锡会变为灰锡。
答案:A
8.下列关于化学反应的熵变的叙述中正确的是( )
A.化学反应的熵变与反应的方向无关
B.熵值增大的反应都是混乱度增大的反应
C.化学反应的熵变直接决定了反应的方向
D.熵值增大的反应都能自发进行
解析:熵变是影响化学反应方向的一个重要因素,A项错误;熵值的大小衡量的就是混乱度的大小,B项正确;熵变和焓变共同决定化学反应的方向,C、D项错误。
答案:B
9.下列有关说法不正确的是( )
A.一定温度下,反应MgCl2(l)Mg(l)+Cl2(g) ΔH>0 ΔS>0
B.镀铜铁制品镀层受损后,铁制品比受损前更容易生锈
C.CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)室温下不能自发进行,说明该反应的ΔH<0
D.铅蓄电池放电时的负极和充电时的阳极均发生氧化反应
解析:分解反应一般为吸热、熵增的反应,A选项正确;B选项,易形成原电池,Fe做负极,正确;C选项,该反应气体分子数增大,为熵增的反应ΔS>0,反应不能自发进行可知ΔH-TΔS>0,所以ΔH>0,错误。
答案:C
10.下列反应的自发性,能用熵判据来解释的是( )
A.4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)4Fe(OH)3(s)
B.NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)CO2(g)+CH3COONH4(aq)+H2O(l)
C.CaO(s)+CO2(g)CaCO3(s)
D.2H2(g)+O2(g)2H2O(l)
解析:A、C、D均是熵减的反应,均不能用熵判据来解释,只有B选项是熵增反应。
答案:B
11.下列关于化学反应方向的说法中错误的是( )
A.寻求一种客观的判据,判断一个反应能否发生
B.预期一个新反应能否发生
C.化学反应能否发生无需判据,只需实验检验即可
D.仅用实验方法探索反应能否发生,可能要付出极大代价
答案:C
12.下列3个反应:①S(s)+O2(g)SO2(g) ②H2(g)+O2(g)H2O2(l) ③C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)按ΔS增加的顺序排列正确的是( )
A.②①③
B.③②①
C.②③①
D.①③②
解析:由气体分子数判断三个反应的ΔS分别是约为0、小于0、大于0。
答案:A
13.汽车燃油不完全燃烧时产生CO,有人设想按下列反应除去CO:2CO(g)2C(s)+O2(g)已知该反应的ΔH>0,简述该设想能否实现的依据: 。?
解析:由化学方程式可知反应物和生成物气体的系数之和分别为2、1,为熵减的反应。则ΔH-TΔS一定大于0,任何温度下均不自发进行。
答案:该反应是焓增、熵减的反应,任何温度下均不自发进行
14.氨基甲酸铵分解反应NH2COONH4(s)2NH3(g)+CO2(g)的焓变ΔH 0,熵变ΔS 0(填“>”“<”或“=”)。?
解析:该反应为分解反应一般为吸热反应,焓变ΔH>0;氨基甲酸铵固体分解为气体,体系混乱度增大,熵变ΔS>0。
答案:> >
15.随着环境污染的日趋严重,我国加大了对氮氧化物排放的控制力度。目前,消除氮氧化物污染有多种方法。
用CH4催化还原氮氧化物可以消除氮氧化物的污染。已知:
①CH4(g)+4NO2(g)4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)
ΔH=-574 kJ·mol-1
②CH4(g)+4NO(g)2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-1 160 kJ·mol-1
③H2O(g)H2O(l) ΔH=-44.0 kJ·mol-1
写出CH4(g)与NO2(g)反应生成N2(g)、CO2(g)和H2O(l)的热化学方程式 ,?
该反应的熵变ΔS 0(填“>”“<”或“=”)。?
解析:首先写出该反应的化学方程式:CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(l),然后比较所求方程式与已知方程式中的物质位置,因为①、②中均有CH4(g),比较NO2(g)、N2(g)、H2O(l)可知在“”前后位置均相同,①式×+②式×+③式×2得所求方程式,所以ΔH=(-574 kJ·mol-1)×+(-1 160 kJ·mol-1)×+(-44.0 kJ·mol-1)×2=-955 kJ·mol-1;该反应是气体分子数减小的反应,故该过程ΔS<0。
答案:CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-955 kJ·mol-1 <
16.由铁矿石生产金属铁有两种可能的途径:
①Fe2O3(s)+C(s)2Fe(s)+CO2(g)
ΔH=231.93 kJ·mol-1 ΔS=276.32 J·mol-1·K-1
②Fe2O3(s)+3H2(g)2Fe(s)+3H2O(g)
ΔH=96.71 kJ·mol-1 ΔS=138.79 kJ·mol-1·K-1
(1)试判断这两个反应在高温还是低温下自发进行 。?
(2)上述反应中的 (填序号)可以在较低温度下进行。?
解析:(1)这两个反应均是吸热、熵增的反应,所以在高温下自发进行;(2)T1==839 K;T2==697 K。所以第②种途径可以在较低温度下进行。
答案:(1)高温
(2)②
17.已知下列数据:CaO(s)+SO3(g)CaSO4(s) ΔH=-401.9 kJ·mol-1
CaSO4(s)
CaO(s)
SO3(g)
S/(J·mol-1·K-1)
107.0
39.75
256.65
试通过计算说明能否用CaO(s)吸收高炉废气中的SO3气体以防止SO3污染环境。
解析:根据已知数据求得ΔS=107.0 J·mol-1·K-1-39.75 J·mol-1·K-1-256.65 J·mol-1·K-1=-189.4 J·mol-1·K-1,ΔH-TΔS=-401.9 kJ·mol-1-298 K×(-189.4×10-3 kJ·mol-1·K-1)=-345.46 kJ·mol-1,所以反应在常温下能自发进行。令ΔH-TΔS=0,可求得T=2 122 K,即反应的转折温度较高,因此用CaO(s)吸收高炉废气中的SO3气体以防止SO3污染环境是可行的。
答案:反应在常温下能自发进行,同时反应的转折温度较高,约2 122 K,因此是可行的。
18.在冶金工业中,以C作为还原剂,温度高于980 K时的氧化产物是以CO为主,低于980 K时以CO2为主。已知2CO(g)CO2(g)+C(s),T=980 K时,ΔH-TΔS=0。当体系温度低于980 K时,估计ΔH-TΔS的正负符号为 ;当体系温度高于980 K时,ΔH-TΔS的正负符号为 。?
解析:温度高于980 K时C的氧化产物是以CO为主,说明反应2CO(g)CO2(g)+C(s)逆向进行,因此,当体系温度高于980 K时,ΔH-TΔS的值为正;温度低于980 K时C的氧化产物是以CO2为主,说明反应2CO(g)CO2(g)+C(s)正向进行,因此,当体系温度低于980 K时,ΔH-TΔS的值为负。
答案:负 正
19.已知NH4NO3N(aq)+N(aq) ΔH(298 K)=+25.7 kJ·mol-1,即该反应为吸热反应,一定不能自发进行。这种说法对不对,为什么?
解析:ΔH对化学反应能否自发进行是有影响的,ΔH<0(即放热反应)有利于反应自发进行。但某些反应的ΔH>0,却可以自发进行,这说明焓变并不是反应能否自发进行的唯一决定因素,仅仅是其中的一个影响性因素。
答案:不对。焓变并不是反应能否自发进行的唯一决定因素,仅仅是其中的一个影响性因素。
20.已知甲烷隔绝空气在不同温度下有可能发生如下两个裂解反应:①CH4(g)C(s)+2H2(g),②2CH4(g)C2H2(g)+3H2(g)。某同学为了得到用天然气制取炭黑的允许温度范围和最佳温度,在图书馆查到了如下热力学数据:
①的ΔH(298 K)=+74.848 kJ·mol-1,ΔS(298 K)=+80.674 J·mol-1·K-1
②的ΔH(298 K)=+376.426 kJ·mol-1,ΔS(298 K)=+220.211 J·mol-1·K-1
已知焓变和熵变随温度变化很小。请帮助这位同学考虑如下问题:
(1)判断该反应高温自发还是低温自发: (填“高温”或“低温”)。?
(2)通过计算判断此反应在常温下能否自发进行 。?
(3)求算制取炭黑的允许温度范围 。?
(4)为了提高甲烷的碳化程度,你认为下面四个温度中最合适的是 。?
A.905.2 K
B.927 K
C.1 273 K
D.2 000 K
解析:(2)ΔH-TΔS=74.848 kJ·mol-1-80.674×10-3 kJ·mol-1·K-1×298 K=50.807 kJ·mol-1>0,所以该反应常温下不自发进行。
(3)裂解为炭黑和H2时,ΔH-TΔS=74.848 kJ·mol-1-80.674×10-3kJ·mol-1·K-1×T<0,得T>927.8 K,即裂解为炭黑的最低温度为927.8 K。裂解为乙炔时,ΔH-TΔS=376.426 kJ·mol-1-220.211×10-3kJ·mol-1·K-1×T<0,得T>1 709.4 K,即温度高于1 709.4 K自发裂解为乙炔和氢气。所以要制取炭黑,温度须控制在927.8~1 709.4 K。
答案:(1)高温
(2)不能自发进行
(3)927.8~1 709.4 K
(4)C
课时训练8 化学平衡常数 平衡转化率
1.下列叙述中,不正确的是( )
A.某特定反应的平衡常数仅是温度的函数
B.焓变小于0而熵变大于0的反应肯定是自发的
C.平衡常数发生变化,化学平衡必定发生移动,达到新的平衡
D.化学平衡发生移动,平衡常数必发生变化
解析:化学平衡常数只跟温度有关,与浓度无关,A正确;焓变小于0而熵变大于0的反应,必有ΔH-TΔS<0,肯定是自发的,B正确;只要平衡常数发生变化,说明温度必定发生变化,化学平衡必定发生移动,达到新的平衡,C正确;化学平衡发生移动的原因很多,但只要温度不变,平衡常数就不会发生变化,D错误。
答案:D
2.在相同的温度下,已知反应:①N2(g)+O2(g)2NO(g)的平衡常数为3.84×10-11;②2SO2+O22SO3的平衡常数为3.10×1026( mol·L-1)-1。则在该温度下,两个化学反应的反应程度之间的关系为( )
A.①>② B.①<②
C.①=② D.不能确定
解析:平衡常数的大小能表示化学反应可能进行的程度(即反应限度),平衡常数越大,表示反应进行得越彻底。各个化学反应的平衡常数的大小相差很大,如本题中给出的两个化学反应:反应①进行的程度很小,而反应②进行的程度很大。因此,B选项是正确的。
答案:B
3.已知下列反应的平衡常数:①H2(g)+S(s)H2S(g)
K1;②S(s)+O2(g)SO2(g) K2,则反应③H2(g)+SO2(g)O2(g)+H2S(g)的平衡常数是( )
A.K1+K2
B.K1-K2
C.K1×K2
D.
解析:反应①的平衡常数K1=,反应②的平衡常数K2=,反应③的平衡常数K=。
答案:D
4.1 000 K时反应C(s)+2H2(g)CH4(g)的平衡常数K=8.28×107(mol·L-1)-1,当各气体物质的量浓度分别为H2:0.7 mol·L-1,CH4:0.2 mol·L-1时,上述反应 ( )
A.正向进行 B.逆向进行
C.达到平衡 D.不一定
解析:Q==0.41(mol·L-1)-1答案:A
5.已知450 ℃时,反应H2(g)+I2(g)2HI(g)的平衡常数K=50,由此推测在450 ℃时,反应2HI(g)H2(g)+I2(g)的化学平衡常数为( )
A.50 B.0.02
C.100 D.无法确定
解析:对于反应H2(g)+I2(g)2HI(g)来说,K==50,而反应2HI(g)H2(g)+I2(g)的化学平衡常数为K1==0.02。做题目时还要注意这两个反应是不是在同一个温度下,如果不是的话就无法确定。
答案:B
6.将固体NH4I置于密闭容器中,在一定温度下发生下列反应:①NH4I(s)NH3(g)+HI(g);②2HI(g)H2(g)+I2(g)。达到平衡时,[H2]=0.5 mol·L-1,[HI]=4 mol·L-1,则此温度下反应①的平衡常数为 ( )(mol·L-1)2
A.9 B.16
C.20 D.25
解析:根据三步法的计算可知:
2HI(g) H2(g)+I2(g)
起始浓度: a 0
转化浓度: 1 mol·L-1 0.5 mol·L-1
平衡浓度: 4 mol·L-1 0.5 mol·L-1
a=4 mol·L-1+1 mol·L-1=5 mol·L-1,则[NH3]=[HI]起始浓度=5 mol·L-1,根据平衡常数定义:K=[NH3][HI]=5 mol·L-1×4 mol·L-1=20(mol·L-1)2,故C选项正确。
答案:C
7.H2和CO2在高温下发生反应:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)。下表是986 ℃时,在容积不变的密闭容器中进行反应的四组数据:
起始浓度/(mol·L-1)
平衡浓度/(mol·L-1)
c0(H2)
c0(CO2)
c0(H2O)
c0(CO)
[H2]
[CO2]
[H2O]
[CO]
1
1.0
1.0
0
0
0.44
0.44
0.56
0.56
2
1.0
2.0
0
0
0.27
1.27
0.73
0.73
3
0
0
2.0
2.0
0.88
0.88
1.12
1.12
4
0.2
0.4
0.6
0.8
0.344
0.544
0.456
0.656
下列叙述中正确的是( )
①该温度下反应的平衡常数约为1.62
②该反应的平衡常数与反应的起始浓度无关
③增大CO2的起始浓度,可使CO2的转化率增大
④从反应开始至达到平衡状态,混合气体的密度没有发生改变
A.②③ B.①②③
C.①②④ D.①③
解析:此温度下K==1.62,平衡常数K只是温度的函数,与起始浓度无关,故①②正确;增大CO2的起始浓度,CO2转化率降低,③错误;反应体系均为气相体系,且容积不变,故从始至终密度不变,④正确。
答案:C
8.298 K时,各反应的平衡常数如下:
①N2(g)+O2(g)2NO(g) K=1×10-30;
②2H2(g)+O2(g)2H2O(g) K=2×1081 L·mol-1;
③2CO2(g)2CO(g)+O2(g) K=4×10-92 mol·L-1;
则常温下,NO、H2O、CO2这三个化合物分解放氧的倾向最大的是( )
A.① B.②
C.③ D.无法判断
解析:要判断NO、H2O、CO2这三个化合物分解放氧的倾向,则必须求出各个分解放氧反应的平衡常数,然后比较大小。由计算可知:
①2NO(g)N2(g)+O2(g) K=1×1030
②2H2O(g)2H2(g)+O2(g) K=5×10-82mol·L-1
③2CO2(g)2CO(g)+O2(g) K=4×10-92mol·L-1
平衡常数越大,表示反应进行得越彻底,因此反应①即NO分解放氧的倾向最大。
答案:A
9.在1 000 K时,已知反应Ni(s)+H2O(g)NiO(s)+H2(g)的平衡常数K=0.005 9。当水蒸气和氢气的物质的量浓度相等时,此反应( )
A.已达平衡状态
B.未达平衡状态,反应正向进行
C.未达平衡状态,反应逆向进行
D.无法确定
解析:Q==1>0.005 9 Q>K,未达平衡状态且反应逆向进行。
答案:C
10.一定条件下,将一定量的A、B的混合气体充入密闭容器中发生下列反应:2A(g)+2B(g)C(g)+D(g) ΔH>0。当由M平衡到N平衡过程中,温度与对应变化及M、N平衡混合气中某些气体的物质的量如图所示。则平衡M到平衡N过程中B的转化率是( )
A.24% B.30%
C.60% D.48%
解析:由图像知Δn(A)=Δn(B)=1.5 mol-0.3 mol=1.2 mol
α(B)=×100%=×100%=24%。
答案:A
11.在5 L的密闭容器中充入2 mol A气体和1 mol B气体,在一定条件下发生反应:2A(g)+B(g)2C(g),达到平衡时,在相同温度下测得容器内混合气体的压强是反应前的,则A的转化率为( )
A.67% B.50%
C.25% D.5%
解析:由“三段式法”求解如下:
设平衡时消耗B的物质的量为x,则消耗A和生成C的物质的量均为2x
2A+B2C
n0/mol 2 1 0
Δn/mol 2x x 2x
n(平衡)/mol 2-2x 1-x 2x
根据题意存在:(2 mol-2x)+(1 mol-x)+2x=×(2+1) mol
解得:x=0.5 mol
α(A)=×100%=50%。
答案:B
12.在一定温度下可逆反应H2(g)+I2(g)2HI(g)达到平衡的标志是( )
A.有1 mol H—H键断裂,同时有2 mol H—I键断裂
B.容器内压强不再随时间变化而变化
C.单位时间内反应掉n mol I2同时生成2n mol HI
D.H2、I2、HI的浓度之比为1∶1∶2
解析:A项,v逆(HI)=2v正(H2),即v正=v逆,反应已达平衡;B项,已知反应为前后气体系数不变的反应,反应过程中,容器内压强始终不发生变化;C项,反应始终存在v正(I2)=v正(HI),D项,反应过程可能存在c(H2)∶c(I2)∶c(HI)=1∶1∶2,但不能说明反应处于平衡状态,答案为A项。
答案:A
13.在一定条件下,在一个容积为2 L的密闭容器中加入0.8 mol A2气体和0.6 mol B2气体反应达到平衡生成1 mol AB气体并释放出能量,反应中各物质的浓度随时间变化情况如图所示。下列说法不正确的是( )
A.图中a点的值为0.15
B.该反应的平衡常数K=0.03
C.平衡时B2的物质的量为0.1 mol
D.平衡时A2转化率为62.5%
解析:由图知Δn(A2)=Δn(B2)=0.5 mol,a=0.4 mol·L-1-0.25 mol·L-1=0.15 mol·L-1,A项正确;[B2]=0.3 mol·L-1-0.25 mol·L-1=0.05 mol·L-1,反应的热化学方程式为:A2(g)+B2(g)2AB(g) ΔH<0,K=≈33,B项错;平衡时B2的物质的量为0.1 mol,C项正确;平衡时A2的转化率为×100%=62.5%,D项正确。
答案:B
14.温度为T ℃时,向某恒容密闭容器中充入一定量的CO和H2O(g),发生反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH=-41.2 kJ·mol-1,反应过程中测定的部分数据见下表(表中t1反应时间/min
n(CO)/mol
n(H2O)/mol
0
1.20
0.60
t1
0.80
n1
t2
n2
0.20
(1)n1= ,n2= 。?
(2)温度为T ℃时,该反应的平衡常数K= 。?
(3)若起始时通入的CO和H2O(g)均为0.80 mol,则平衡时CO的物质的量是 mol。?
解析:(1) CO(g)+ H2O(g)CO2(g)+H2(g)
起始 1.20 mol 0.6 mol 0 0
转化 0.40 mol 0.40 mol 0.40 mol 0.40 mol
t1或t2 0.80 mol 0.20 mol 0.40 mol 0.40 mol
由此可知:n1=0.20 mol n2=0.80 mol
(2)平衡常数K==
=1。
(3)设转化的CO的物质的量为x
CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)
起始 0.80 mol 0.80 mol 0 0
转化 x x x x
平衡(0.80 mol-x) (0.80 mol-x) x x
据温度不变平衡常数K不变可知
=1,解得x=0.40 mol。
故平衡时CO的物质的量为0.80 mol-0.40 mol=0.40 mol。
答案:(1)0.20 0.80
(2)1
(3)0.40
15.PCl5的热分解反应如下:
PCl5(g)PCl3(g)+Cl2(g)
(1)写出反应的平衡常数表达式;
(2)已知某温度下,在容积为10.0 L的密闭容器中充入2.00 mol PCl5,达到平衡后,测得容器内PCl3的浓度为0.150 mol·L-1。计算该温度下的平衡常数。
解析: PCl5(g)PCl3(g)+Cl2(g)
起始(mol·L-1)=0.200 0 0
变化(mol·L-1) 0.150 0.150 0.150
平衡(mol·L-1) 0.050 0.150 0.150
所以平衡常数K=
==0.45 mol·L-1。
答案:(1)K=
(2)0.45 mol·L-1
16.在密闭容器中,将2.0 mol CO与10 mol H2O混合加热到800 ℃,达到下列平衡:
CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) K=1.0
求CO转化为CO2的转化率。
解析:设x为达到平衡时CO转化为CO2的物质的量,V为容器容积。
CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)
起始浓度 (mol·L-1) 0 0
平衡浓度 (mol·L-1)
K==1.0
x2=(2.0-x)(10-x)
x2=20-12x+x2
x=20/12≈1.67 mol
CO转化为CO2的转化率为×100%=83.5%。
答案:CO转化为CO2的转化率为83.5%。
17.已知可逆反应:M(g)+N(g)P(g)+Q(g),ΔH>0,请回答下列问题:
(1)在某温度下,反应物的起始浓度分别为c(M)=1 mol·L-1,c(N)=2.4 mol·L-1,达到平衡后,M的转化率为60%,此时N的转化率为 。?
(2)若反应温度不变,反应物的起始浓度分别为c(M)=4 mol·L-1,c(N)=a mol·L-1,达到平衡后,c(P)=2 mol·L-1,a= 。?
(3)若反应温度不变,反应物的起始浓度为c(M)=c(N)=b mol·L-1,达到平衡后,M的转化率为 。?
解析:(1)M的转化率为60%,则参加反应的M为0.6 mol·L-1,同时消耗N 0.6 mol·L-1,因此N的转化率为×100%=25%。
(2)根据反应方程式:
M(g)+N(g)P(g)+Q(g)
起始浓度(mol·L-1) 1 2.4 0 0
转化浓度(mol·L-1) 0.6 0.6 0.6 0.6
平衡浓度(mol·L-1) 0.4 1.8 0.6 0.6
则K=。
由于温度不变,K不变,因此:
M(g)+N(g)P(g)+Q(g)
起始浓度(mol·L-1) 4 a 0 0
平衡浓度(mol·L-1) 4-2 a-2 2 2
则有K==
解得:a=6。
(3)设反应达到平衡后M的转化率为x,因此有:
K=
解得x=41%。
答案:(1)25%
(2)6
(3)41%
课时训练9 反应条件对化学平衡的影响
1.对平衡CO2(g)CO2(aq) ΔH=-19.75 kJ·mol-1,为增大二氧化碳气体在水中的溶解度,应采用的方法是 ( )
A.升温增压 B.降温减压
C.升温减压 D.降温增压
解析:气体在水中的溶解度随着温度的升高而降低,所以要使CO2在水中的溶解度增大,可以降低温度,同时还可增大压强。
答案:D
2.(2015天津理综,6)某温度下,在2 L的密闭容器中,加入1 mol X(g)和2 mol Y(g)发生反应:
X(g)+mY(g)3Z(g)
平衡时,X、Y、Z的体积分数分别为30%、60%、10%。在此平衡体系中加入1 mol Z(g),再次达到平衡后,X、Y、Z的体积分数不变。下列叙述不正确的是( )
A.m=2
B.两次平衡的平衡常数相同
C.X与Y的平衡转化率之比为1∶1
D.第二次平衡时,Z的浓度为0.4 mol·L-1
解析:运用三段式求算m。设转化的X的物质的量为n。
X(g)+mY(g)3Z(g)
起始(mol) 1 2 0
转化(mol) n mn 3n
平衡(mol) (1-n) (2-mn) 3n
据:(1-n)∶(2-mn)∶3n=30%∶60%∶10%
求得:n=0.1,m=2。
由m=2知,A项正确;由第二次平衡时,X、Y、Z的体积分数不变可知两次平衡所处温度相同,则B项正确;由m和n的数值及起始量可计算出X、Y二者的平衡转化率都为10%,C项正确;第二次平衡时,c(Z)==0.2 mol·L-1,D项错误。
答案:D
3.将H2(g)和Br2(g)充入恒容密闭容器,恒温下发生反应H2(g)+Br2(g)2HBr(g) ΔH<0,平衡时Br2(g)的转化率为a;若初始条件相同,绝热下进行上述反应,平衡时Br2(g)的转化率为b。a与b的关系是( )
A.a>b B.a=b
C.a解析:正反应为放热反应,前者恒温,后者相对前者温度升高。使平衡向左移动,从而使Br2的转化率降低,所以b答案:A
4.下列可逆反应中,正反应是吸热反应的是( )
A.2NO(g)+O2(g)2NO2(g):降温,颜色加深
B.NO2+SO2NO+SO3:降温,SO3的体积分数增加
C.CS2+2H2OCO2+2H2S:升温,CO2的平衡浓度增大
D.PCl3+Cl2PCl5:降温,PCl3的转化率增大
解析:正反应是吸热反应,升温,K增大,平衡向正反应方向移动,降温,平衡向逆反应方向移动。降温时A、B、D均向正反应方向移动,正反应为放热反应。
答案:C
5.对于X+Y(s)Z的平衡体系,若增大压强,Y的平衡转化率增大,则X和Z可能的状态是( )
A.X为气态,Z为固态
B.X为固态,Z为气态
C.X为气态,Z为气态
D.X为固态,Z为固态
解析:增大压强,Y的平衡转化率增大,说明平衡向右移动,正反应方向是气体体积减小的方向,因此X为气态,Z为非气体。
答案:A
6.可逆反应mA(气)+nBpC(气)+qD(其中A和C都是无色气体),当达到平衡时,下列叙述正确的是( )
A.增大压强,平衡不移动,说明(m+n)一定等于(p+q)
B.升高温度,A的转化率减小,说明正反应是吸热反应
C.若增加B的量,平衡体系颜色加深,说明B必是气体物质
D.若B是气体,增加A的量,A、B转化率都一定增大
解析:A项是错误的,压强改变平衡不移动只能说明反应前后气体分子数没有变化,而反应物和生成物不一定都是气体,所以这个关系式不正确。B项根据平衡移动原理,升高温度,平衡左移只能说明正反应是放热的。D项若增加A的量,A的转化率减小而不是增大。所以C项是正确的。
答案:C
7.在一定温度下将1 mol CO和1 mol水蒸气放在密闭容器中反应:CO+H2OCO2+H2,达平衡后测得CO2为0.6 mol,再通入4 mol水蒸气,达新平衡后CO2的物质的量可能是( )
A.0.6 mol B.1 mol
C.0.8 mol D.1.2 mol
解析:加入H2O(g)平衡右移,n(CO2)>0.6 mol但不可能任意增大,根据“不为零”原则,1 mol CO即使完全反应也只可能生成1 mol CO2,所以0.6 mol答案:C
8.一定条件下,通过下列反应可以制备特种陶瓷的原料MgO:
MgSO4(s)+CO(g)MgO(s)+CO2(g)+SO2(g) ΔH>0
该反应在恒容的密闭容器中达到平衡后,若仅改变图中横坐标x的值,重新达到平衡后,纵坐标y随x变化趋势合理的是( )
选项
x
y
A
温度
容器内混合
气体的密度
B
CO的物质的量
CO2与CO的物
质的量之比
C
SO2的浓度
平衡常数K
D
MgSO4的质量
(忽略体积)
CO的转化率
解析:随温度升高,平衡正向移动、混合气体的总质量增大,恒容条件下,混合气体的密度增大,A正确;增大CO的物质的量,平衡正向移动,但CO2与CO的物质的量之比减小,B错;平衡常数只与温度有关,C错;MgSO4为固态,改变固体物质的质量(忽略体积),平衡不受影响,CO的转化率不变。
答案:A
9.反应NH4HS(s)NH3(g)+H2S(g)在某温度下达到平衡,下列各种情况中,不会使平衡发生移动的是( )
A.温度、容积不变时,通入SO2气体
B.移走一部分NH4HS固体
C.容积不变,充入氨气
D.保持压强不变,充入氮气
解析:A项,通入的SO2与H2S发生反应,使H2S浓度减小,平衡右移;B项,加入NH4HS固体的浓度为常数,减小其用量平衡不发生移动;C项,生成物NH3的浓度增大,平衡左移;D项,恒压条件下,充入与反应无关的气体N2,相当于减压,平衡右移。答案为B项。
答案:B
10.下列反应达到平衡后,增大压强或升高温度,平衡都向正反应方向移动的是( )
A.2NO2(g)N2O4(g)(正反应为放热反应)
B.H2(g)+I2(g)2HI(g)(正反应为放热反应)
C.3O2(g)2O3(g)(正反应为吸热反应)
D.NH4HCO3(s)NH3(g)+H2O(g)+CO2(g)(正反应为吸热反应)
解析:正反应为吸热反应且正反应为气体系数减小的反应,增大压强或升高温度平衡都向正反应方向移动的为C项。
答案:C
11.将等物质的量的X、Y气体充入一个密闭容器中,在一定条件下发生如下反应并达到平衡:X(g)+Y(g)2Z(g) ΔH<0。当改变某个条件并维持新条件直至达到新平衡,下表中关于新平衡与原平衡的比较正确的是 ( )
改变的条件
新平衡和原平衡比较
A
升高温度
X的体积分数变大
B
增大压强
Z的浓度不变
C
减小压强
Y的体积分数变大
D
充入一定量Z
X的体积分数变大
解析:ΔH<0,升高温度,平衡左移,X的体积分数变大,A项正确;反应前后气体系数相等,改变压强,平衡不移动,Y的体积分数不变,但Z的浓度变大,B项、C项均错误;充入一定量Z,平衡左移,X的体积分数不变,D项错误。
答案:A
12.下列对化学平衡移动的分析中,不正确的是( )
①已达平衡的反应C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g),当增加反应物物质的量时,平衡一定向正反应方向移动
②已达到平衡的反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g),当增大N2的浓度时,平衡向正反应方向移动,N2的转化率一定升高 ③有气体参加的反应达到平衡时,若减小反应器容积时,平衡一定向气体体积增大的方向移动 ④有气体参加的反应达到平衡时,在恒压反应器中充入稀有气体,平衡一定不移动
A.①④ B.①②③
C.②③④ D.①②③④
解析:C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g),当增加碳的物质的量时,平衡不移动,①不对;当增大N2的浓度时,平衡向正反应方向移动,N2的转化率降低,②不对;③如果同时改变其他条件,平衡不一定向气体体积减小的方向移动;有气体参加的反应达平衡时,在恒压反应器中充入稀有气体,容器内各物质的分压减小,平衡可能发生移动,④错误。
答案:D
13.如图所示的曲线是其他条件一定时,2NO+O22NO2(该反应放热)反应中NO的转化率与温度的关系曲线,图中标有A、B、C、D四点,其中表示未达到平衡状态,且v正>v逆的点是( )
A.A点 B.B点
C.C点 D.D点
解析:此坐标系的纵轴表示的是NO的转化率,横轴表示温度,曲线上的任意一点都表示在某温度下达到平衡状态时对应的NO的转化率,过C点作纵轴的平行线与曲线交于一点,这表示若想达到C点对应温度的平衡状态,需要转化更多的NO,表示C点未达到平衡状态,且v正>v逆(平衡向正反应方向移动)。
答案:C
14.在N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的平衡体系中,其他条件不变,增加氮气的浓度,下列判断正确的是( )
A.氮气的转化率增大
B.氢气的转化率增大
C.氨气在平衡混合气体中的百分含量一定增大
D.氨气的分解速率大于氨气的生成速率
解析:增加反应物N2的浓度,平衡向正反应方向移动,生成物NH3的浓度增大,但百分含量不一定增大,反应物H2的转化率增大,N2的转化率减小;氨气的生成速率大于其分解速率,只有B项正确。
答案:B
15.关节炎是因为在关节滑液中形成了尿酸钠晶体,尤其是在寒冷季节易诱发关节疼痛,其化学机理如下:
①HUr+H2OUr-+H3O+,
尿酸 尿酸根离子
②Ur-(aq)+Na+(aq)NaUr(s)。
下列对反应②的叙述正确的是( )
A.正反应为吸热反应
B.正反应为放热反应
C.升高温度,平衡向正反应方向移动
D.降低温度,平衡向逆反应方向移动
解析:题意中明确指出“尤其是在寒冷季节易诱发关节疼痛”,说明温度降低,反应②Ur-(aq)+Na+(aq)NaUr(s)的平衡向正反应方向移动,可知其正反应为放热反应。
答案:B
16.如图所示,在烧杯A、B中均盛有20 ℃的50 mL水,C与D相通,其中充有红棕色气体,存在平衡:2NO2N2O4(正反应放热)。若向A中加入10 g NaOH固体使其溶解,向B中加入50 g硝酸铵固体也使其溶解,则:
(1)A、B两烧杯中,A烧杯中溶液温度 ,B烧杯中溶液温度 。(填“升高”“降低”或“不变”)?
(2)C中气体颜色 ,D中气体颜色 。(填“变深”“变浅”或“不变”)?
(3)在测定NO2的相对分子质量时,较为适宜的条件是 (填“较高温度”或“较低温度”)。?
解析:(1)NaOH固体溶于水放热,而硝酸铵固体溶于水吸热,所以A烧杯中溶液温度升高,而B烧杯中溶液温度降低。
(2)正反应放热,所以C中平衡左移,颜色变深;D中平衡右移,颜色变浅。
(3)测定NO2的相对分子质量时,应使平衡尽可能左移,因此应选择较高温度。
答案:(1)升高 降低 (2)变深 变浅 (3)较高温度
17.在一定条件下,体积为3 L的密闭容器中,一氧化碳与氢气反应生成甲醇(催化剂为Cu2O/ZnO):CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)。
根据题意完成下列各题:
(1)反应达到平衡时,平衡常数表达式K= ,升高温度,K值 (填“增大”“减小”或“不变”)。?
(2)在其他条件不变的情况下,对处于E点的体系体积压缩到原来的1/2,下列有关该体系的说法正确的是 。?
a.氢气的浓度减少
b.正反应速率加快,逆反应速率也加快
c.甲醇的物质的量增加
d.重新平衡时n(H2)/n(CH3OH)增大
(3)据研究,反应过程中起催化作用的为Cu2O,反应体系中含少量CO2有利于维持催化剂Cu2O的量不变,原因是 (用化学方程式表示)。?
解析:从图像可知温度升高时平衡体系中甲醇含量减少,可以推出CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)反应放热,因此温度升高后,K值减小;加压时,反应物和生成物浓度均增大,正、逆反应速率都增大,由勒·夏特列原理可知,加压时平衡右移,因此答案为bc;在加热条件下CO能还原Cu2O,使其减少,因此反应体系中含有少量二氧化碳有利于维持Cu2O的量不变。
答案:(1) 减小
(2)bc
(3)Cu2O+CO2Cu+CO2
第2章过关检测
(时间:60分钟 满分:100分)
一、选择题(本题共7小题,每小题6分,共42分。每小题只有一个选项符合题意)
1.对于可逆反应H2(g)+I2(g)2HI(g),在温度一定下由H2(g)和I2(g)开始反应,下列说法正确的是( )
A.H2(g)的消耗速率与HI(g)的生成速率之比为2∶1
B.v(H2)=v(I2)时表明反应已达平衡
C.正、逆反应速率的比值是恒定的
D.达到平衡时,正、逆反应速率相等
解析:在可逆反应中,化学反应速率之比等于各种物质的化学计量数之比,所以H2(g)的消耗速率与HI(g)的生成速率比为1∶2,A项错误;未指明正、逆反应速率情况,若都表示v(正),二者任意时刻都相等,B项错误;正、逆反应速率随反应进行不断变化,平衡时相等,故C项错误;达到平衡时,正、逆反应速率相等,D项正确。
答案:D
2.对于反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),能增大正反应速率的措施是( )
A.通入大量O2 B.增大容器容积
C.移去部分SO3 D.降低体系温度
解析:增大反应物O2的浓度,正反应速率加快。增大容器容积、移去部分SO3、降低体系温度都会使正反应速率减慢。
答案:A
3.在一定温度不同压强(p1解析:本题考查化学平衡图像问题,由于正反应是气体分子数增大的反应,所以增大压强,平衡将逆向移动,从而导致生成物的体积分数减小;增大压强,对于有气体参与的化学反应其速率增大,所以压强越大,达到平衡时,所需要的时间越短。
答案:B
4.高温下,某反应达到平衡,平衡常数K=。恒容时,温度升高,H2浓度减小。下列说法正确的是 ( )
A.该反应的焓变为正值
B.恒温恒容下,增大压强,H2浓度一定减小
C.升高温度,逆反应速率减小
D.该反应化学方程式为CO+H2OCO2+H2
解析:A中温度升高,反应物氢气浓度减小,平衡正向移动,说明正反应吸热,其焓变为正值,正确;B中由于反应前后气体体积不发生变化,因此,压强改变,平衡不发生移动,错误;C中温度升高,正、逆反应的速率都增大,错误;D中根据平衡常数表达式可以确定反应式应为CO2+H2CO+H2O,错误。
答案:A
5.无水氯化铝是一种重要的催化剂,工业上由Al2O3制备无水氯化铝的反应为2Al2O3(s)+6Cl2(g)4AlCl3(g)+3O2(g) ΔH>0。下列分析错误的是( )
A.增大反应体系的压强,反应速率增大
B.加入碳粉,平衡向右移动,原因是碳与O2反应,降低了生成物的浓度且放出热量
C.电解熔融的Al2O3和AlCl3均能得到单质铝
D.升高温度,反应的平衡常数将增大
解析:该反应有气体参加和生成,增大压强,反应速率增大,A项正确;加入的碳消耗了反应生成的氧气且放热,使平衡右移,B项正确;熔融的AlCl3不导电,因此不能通过电解熔融的AlCl3来冶炼金属铝,C项错误;正反应吸热,升温平衡正向移动,K增大,D项正确。
答案:C
6.可逆反应2A(g)+B(g)2C(g),根据下表中的数据判断下列图像错误的是( )
A的转化率/% 压强/MPa
温度/℃
p1
p2
400
99.6
99.7
500
96.9
97.8
解析:分析表中数据知,压强不变,升高温度,A的转化率降低,说明正反应是放热反应,即ΔH<0;当温度不变时,增大压强,平衡向正方向移动,即A的转化率增大,所以,p2>p1。A项,降低温度,平衡向正反应方向移动,A的转化率增大,A项正确;B项,压强一定时升高温度,平衡向逆反应方向移动,φ(C)减小;温度一定时增大压强,平衡向正反应方向移动,φ(C)增大,B项正确;C项,达到化学平衡后,升高温度,逆反应速率的增大程度大于正反应速率的增大程度,平衡向逆反应方向移动,C项正确;D项,达到化学平衡后,增大压强,正反应速率的增大程度大于逆反应速率的增大程度,D项错误。
答案:D
7.一定条件下,体积为10 L的密闭容器中,1 mol X和1 mol Y进行反应:2X(g)+Y(g)Z(g),经60 s达到平衡,生成0.3 mol Z。下列说法正确的是( )
A.以X浓度变化表示的反应速率为0.001 mol·L-1·s-1
B.将容器体积变为20 L,Z的平衡浓度变为原来的
C.若增大压强,则物质Y的转化率减小
D.若升高温度,X的体积分数增大,则该反应的ΔH>0
解析:根据题目的含义可以列出:
2X(g)+Y(g)Z(g)
c起始/(mol·L-1) 0.1 0.1 0
c转化/(mol·L-1) 0.06 0.03 0.03
c平衡/(mol·L-1) 0.04 0.07 0.03
所以v==0.001 mol·L-1·s-1,故A选项正确;若将容器的体积变为20 L,各物质的浓度均减半,根据平衡移动原理,此平衡应向逆反应方向移动,所以Z的平衡浓度比原来的要小,故B选项错误;由于此反应的正反应是气体体积减小的反应,因此增大压强,此平衡向右移动,反应物X和Y的转化率均增大,故C选项错误;X的体积分数增大,说明平衡向逆反应方向移动,而升高温度平衡应向吸热反应方向移动,因此此反应的正反应应为放热反应,即ΔH<0,所以D选项错误。
答案:A
二、非选择题(本题共4小题,共58分)
8.[2015课标全国Ⅱ,27(2)(3)](12分)甲醇既是重要的化工原料,又可作为燃料。利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)在催化剂作用下合成甲醇,发生的主要反应如下:
①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH1
②CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH2
③CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH3
回答下列问题:
(1)反应①的化学平衡常数K表达式为 ;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 。?
图1
图2
(2)合成气组成=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 ?
?
?
。?
解析:(1)反应①的K表达式为。
因反应①为放热反应,所以平衡常数应随温度升高而变小,所以选a。
(2)升高温度,反应①平衡向左移动,使体系中n(CO)增大;反应③为吸热反应,平衡向右移动,又使产生n(CO)增大;总结果是随温度升高,CO的转化率降低。
因为相同温度下,由于反应①为气体分子数减小的反应,加压有利于增大CO的转化率;反应③为气体分子数不变的反应,压强改变对平衡不产生影响。所以压强增大,CO转化率升高,在图2中,同一温度下,CO转化率高的对应压强大,则p3>p2>p1。
答案:(1)K=[或Kp=]
a 反应①为放热反应,平衡常数数值应随温度升高变小
(2)减小 升高温度时,反应①为放热反应,平衡向左移动,使得体系中CO的量增大;反应③为吸热反应,平衡向右移动,又使产生CO的量增大;总结果,随温度升高,使CO的转化率降低
p3>p2>p1 相同温度下,由于反应①为气体分子数减小的反应,加压有利于提升CO的转化率;而反应③为气体分子数不变的反应,产生CO的量不受压强影响。故增大压强时,有利于CO的转化率升高
9.(16分)大气中的部分碘源于O3对海水中I-的氧化。将O3持续通入NaI溶液中进行模拟研究。
(1)O3将I-氧化成I2的过程由3步反应组成:
①I-(aq)+O3(g)IO-(aq)+O2(g) ΔH1
②IO-(aq)+H+(aq)HOI(aq) ΔH2
③HOI(aq)+I-(aq)+H+(aq)I2(aq)+H2O(l) ΔH3
总反应的化学方程式为 ,其反应热ΔH= 。?
(2)在溶液中存在化学平衡:I2(aq)+I-(aq)(aq),其平衡常数表达式为 。?
(3)为探究Fe2+对O3氧化I-反应的影响(反应体系如图甲),某研究小组测定两组实验中浓度和体系pH,结果见图乙和下表。
甲
乙
编号
反应物
反应前pH
反应后pH
第1组
O3+I-
5.2
11.0
第2组
O3+I-+Fe2+
5.2
4.1
①第1组实验中,导致反应后pH升高的原因是?
。?
②图甲中的A为 ,由Fe3+生成A的过程能显著提高I-的转化率,原因是 。?
③第2组实验进行18 s后,浓度下降。导致下降的直接原因有(双选) 。?
A.c(H+)减小
B.c(I-)减小
C.I2(g)不断生成
D.c(Fe3+)增加
(4)据图乙,计算3~18 s内第2组实验中生成的平均反应速率(写出计算过程,结果保留两位有效数字)。
解析:(1)根据题给信息可知,总反应是O3氧化I-生成I2,那么3步反应中的IO-、HOI应为中间产物,则三式直接相加即可得到总反应及其反应热,即O3(g)+2I-(aq)+2H+(aq)O2(g)+I2(aq)+H2O(l)
ΔH=ΔH1+ΔH2+ΔH3。(2)根据化学反应平衡常数表达式的书写方法可以直接写出K=。(3)①根据总化学方程式可以看出,反应需要消耗H+,所以c(H+)逐渐减小,溶液的pH升高;②根据题干中的图可以看出,Fe2+→Fe3+→A应为Fe2+、Fe3+之间的转化且Fe3+→A,A应为Fe3+氧化I-后的产物,所以A应为Fe2+;③根据题图可以看出随着反应的进行,c(I-)逐渐减小,且存在着I2(aq)I2(g)过程,I2(g)不断生成,促使I2(aq)+I-(aq)(aq),平衡向左移动,导致浓度下降,因此选B、C;(4)根据v()=计算得v()==5.5×10-4 mol·L-1·s-1。
答案:(1)O3(g)+2I-(aq)+2H+(aq)O2(g)+I2(aq)+H2O(l) ΔH1+ΔH2+ΔH3
(2)K=
(3)①H+被消耗,其浓度降低 ②Fe2+ Fe3+氧化I-生成I2,转化率增大 ③BC
(4) v()==5.5×10-4 mol·L-1·s-1
10.[2015山东理综,30(1)(2)](16分)合金贮氢材料具有优异的吸放氢性能,在配合氢能的开发中起着重要作用。
(1)一定温度下,某贮氢合金(M)的贮氢过程如图所示,纵轴为平衡时氢气的压强(p),横轴表示固相中氢原子与金属原子的个数比(H/M)。
在OA段,氢溶解于M中形成固溶体MHx,随着氢气压强的增大,H/M逐渐增大;在AB段,MHx与氢气发生氢化反应生成氢化物MHy,氢化反应方程式为:zMHx(s)+H2(g)zMHy(s) ΔH1(Ⅰ);在B点,氢化反应结束,进一步增大氢气压强,H/M几乎不变。反应(Ⅰ)中z= (用含x和y的代数式表示)。温度为T1时,2 g某合金4 min内吸收氢气240 mL,吸氢速率v= mL·g-1·min-1。反应(Ⅰ)的焓变ΔH1 (填“>”“=”或“<”)0。?
(2)η表示单位质量贮氢合金在氢化反应阶段的最大吸氢量占其总吸氢量的比例,则温度为T1、T2时,η(T1) (填“>”“=”或“<”)η(T2)。当反应(Ⅰ)处于图中a点时,保持温度不变,向恒容体系中通入少量氢气,达平衡后反应(Ⅰ)可能处于图中的 (填“b”“c”或“d”)点,该贮氢合金可通过 或 的方式释放氢气。?
解析:(1)根据反应zMHx(s)+H2(g)zMHy(s),由氢原子守恒可得zx+2=zy,则z(y-x)=2,故z=。根据吸氢速率的单位可知v==30 mL·g-1·min-1。相同的H/M条件下,升高温度,平衡时氢气的压强增大,平衡向逆反应方向移动,故该反应为放热反应,即ΔH1<0。
(2)图中T1温度下,AB段长,说明最大吸氢量占总吸氢量的比例高,即η(T1)>η(T2);因为AB段内,H/M逐渐增大的过程中,平衡时氢气的压强始终保持不变,当反应(Ⅰ)处于a点时,向恒容体系中通入H2,H/M增大,但平衡时氢气的压强不变,平衡向正反应方向移动,平衡后反应处于图中c点。该合金可以通过减压或加热的方式,使其释放氢气。
答案:(1) 30 <
(2)> c 加热 减压
11.(14分)汽车尾气净化的主要原理为2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g)。在密闭容器中发生该反应时,c(CO2)随温度(T)、催化剂的表面积(S)和时间(t)的变化曲线如图所示。
据此判断:
(1)该反应的ΔH (填“>”或“<”)0。?
(2)在T2温度下,0~2 s内的平均反应速率v(N2)= 。?
(3)当固体催化剂的质量一定时,增大其表面积可提高化学反应速率。若催化剂的表面积S1>S2,在上图中画出c(CO2)在T1、S2条件下达到平衡过程中的变化曲线。
(4)若该反应在绝热、恒容的密闭体系中进行,下列示意图正确且能说明反应在进行到t1时刻达到平衡状态的是 (填代号)。?
解析:(1)由图中曲线可以看出,在催化剂表面积相同的情况下,T1温度时先达到平衡,则T1>T2,但温度高时CO2的浓度小,说明升高温度平衡逆向移动,该反应的正反应为放热反应,即ΔH<0。(2)v(N2)=v(CO2)==0.025 mol·L-1·s-1。(3)温度相同,质量相同的催化剂,表面积越小反应速率越慢。(4)a项,只能说明t1时正反应速率最大,但不一定处于平衡状态;c项,t1时,只能说明n(NO)=n(CO2),不能说明正、逆反应速率相等,不是平衡状态。
答案:(1)<
(2)0.025 mol·L-1·s-1
(3)如图
(4)bd
