名称 | 人教版高中化学选择性必修1第2章化学反应速率与化学平衡第2节第2课时影响化学平衡的因素课件+练习含答案(共86张PPT) | | |
格式 | zip | ||
文件大小 | 3.6MB | ||
资源类型 | 试卷 | ||
版本资源 | 人教版(2019) | ||
科目 | 化学 | ||
更新时间 | 2025-04-16 08:54:36 |
(1)浓度。 D.T1>T2,p1 T2,p1
①增大反应物A或B的浓度,v正增大的瞬间,
v逆保持不变,v'正>v'逆,平衡向正反应方向移
动,直至建立新的平衡。新平衡时,v'正、v'逆
均变大。如图1所示。
图1
②减小生成物C的浓度,v逆减小的瞬间,v正保持不变,v'正>v'逆,平衡向正反应方向移动,直至建立新的平衡。新平衡时,v'正、v'逆均变小。如图2所示。
图2
③减小反应物A或B的浓度,v正减小的瞬间,v逆保持不变,
v'逆>v'正,平衡向逆反应方向移动,直至建立新的平衡。新平衡时,v'正、v'逆均变小。如图3所示。
图3
④增大生成物C的浓度,v逆增大的瞬间,v正保持不变,v'逆>v'正,平衡向逆反应方向移动,直至建立新的平衡。新平衡时,v'正、v'逆均变大。如图4所示。
图4
(2)压强和温度。
①增大压强(减小容器的容积)或升高温度,v正、v逆均瞬间变大,且v'逆(即v'减、v'吸)大于v'正(即v'增、v'放),平衡向逆反应方向移动,直至建立新的平衡。新平衡时,v'正、v'逆均变大。如图5所示。
图5
②减小压强(增大容器的容积)或降低温度,v正、v逆均瞬间变小,且v'逆(即v'减、v'吸)小于v'正(即v'增、v'放),平衡向正反应方向移动,直至建立新的平衡。新平衡时,v'正、v'逆均变小。如图6所示。
图6
③对于反应mA(g)+nB(g) pC(g) 若m+n=p,当反应达到平衡后,其他条件不变,在t1时刻改变压强,图像如图7所示。
(3)使用催化剂(通常指正催化剂),v正、v逆均瞬间变大,且v'正=v'逆,平衡不移动。如图8所示。
图8
2.识别化学平衡图像的方法。
(1)看图像:一看面,即横坐标和纵坐标的含义;二看线,即线的斜率或者趋势;三看点,即曲线上的特殊点,如起点、拐点、交点、终点;四看辅助线,根据需要添加等温线、等压线、平衡线等。如图9所示。
图9
(2)想规律、作判断:联想外界条件的改变对化学反应速率和化学平衡的影响规律,根据图像中表达的关系与规律相对比,作出符合题目要求的判断。
3.解答化学平衡图像题的常用原则。
以可逆反应aA(g)+bB(g) cC(g)为例说明。
(1)“定一议二”原则。
在化学平衡图像中,包括横坐标、纵坐标和曲线所表示的三个量,确定横坐标所表示的量后,讨论纵坐标与曲线的关系;确定纵坐标所表示的量,讨论横坐标与曲线的关系。
(2)“先拐先平,数值大”原则。
在化学平衡图像中,先出现拐点的反应则先达到平衡,先出现拐点的曲线表示的温度较高(图10)或表示的压强较大(图11)。
图10
图11
图10表示T2>T1。升高温度,平衡时C的质量分数减小,故平衡向逆反应方向移动,正反应是放热反应。
图11表示p1
典例剖析
【例1】已知:①N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH<0;
②2NH3(g) N2(g)+3H2(g) ΔH>0。
其中v-t图像为
(1)对于反应①,
t1时刻改变的条件为 ;
t2时刻改变的条件为 。
(2)对于反应②,
t1时刻改变的条件为 ;
t2时刻改变的条件为 。
答案:(1)增大压强 降低温度 (2)升高温度 减小压强
解析:t1时刻反应速率增大,说明是升高温度或增大压强;而t2时刻反应速率减小,说明是降低温度或减小压强。
【拓展延伸】 根据上题,对于反应①,以上条件的改变对反应物转化率有什么影响
答案:对于反应①,增大压强或降低温度,平衡正向移动,反应物转化率增大;升高温度或减小压强,平衡逆向移动,反应物转化率减小。
学以致用
1.在容积不变的密闭容器中存在如下反应:
2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ΔH<0。某研究小组研究了其他条件不变时,改变某一条件对上述反应的影响,
下列分析正确的是( )。
A.图Ⅰ表示的是t1时刻增大O2的浓度对反应速率的影响
B.图Ⅱ表示的是t1时刻加入催化剂对反应速率的影响
C.图Ⅲ表示的是催化剂对平衡的影响,且甲的催化剂的催化效率比乙的高
D.图Ⅲ表示的是压强对化学平衡的影响,且乙的压强较高
答案:B
解析:A项,图Ⅰ改变的条件应是增大压强;B项,由于同等程度地增大正、逆反应速率,所以应是加入了催化剂;C项,由于平衡发生了移动,所以改变的条件不是加入催化剂;D项,改变的应是温度,且乙的温度高。
2.已知某可逆反应mA(g)+nB(g) pC(g)在密闭容器中进行,如图表示在不同反应时间t时,温度T和压强p与反应物B在混合气体中的体积分数[φ(B)]的关系曲线,由曲线分析,下列判断正确的是( )。
A.T1
B.T1>T2,p1
C.T1
解析:分析图像,可以分两个层次考虑。从①②曲线可知,当压强相同(同为p2)时,②先达平衡,说明T1>T2 ;又因为T2小时φ(B)大,即降低温度,平衡逆向移动,说明反应逆向放热,正向吸热。从②③曲线可知,当温度相同(同为T1)时,②先达平衡,说明p2>p1;又因为p2大时φ(B)大,即增大压强,平衡逆向移动,说明逆反应方向为气体体积减小的方向,m+n
问题探究
生命过程与化学平衡移动密切相关。例如,在人体内血红蛋白与氧气的结合过程中就涉及化学平衡的移动。人体中的血红蛋白分子(Hb)与氧气结合,形成氧合血红蛋白分子——Hb(O2),这一过程可以表示为Hb+O2 Hb(O2)。煤气中的CO也能与血红蛋白分子结合,即Hb+CO Hb(CO)。一氧化碳与血红蛋白结合的能力比氧气分子强。
1.阅读材料并解释为什么空气中一氧化碳浓度增大时人体会发生一氧化碳中毒
提示:空气中一氧化碳浓度增大,更多的Hb(CO)取代Hb(O2),造成人体缺氧,导致一氧化碳中毒。
2.思考并讨论如何利用平衡移动原理设计合理的方法救治一氧化碳中毒的病人 简述你的理由。
提示:如果有人一氧化碳中毒,应立即切断一氧化碳来源并将中毒者移至空气流通处,必要时可以将其放到高压氧舱中,增大氧气浓度。
3.对于反应:①2SO3(g) 2SO2(g)+O2(g)
②2NO2(g) N2O4(g)
③2HI(g) H2(g)+I2(g)建立平衡后,保持温度不变,增大反应物浓度,转化率如何变化
提示:①减小,②增大,③不变。
归纳总结
1.勒夏特列原理的理解及应用。
(1)适用范围:适用于任何动态平衡体系,非平衡状态不能用此来分析。
(2)平衡移动的结果是“减弱”外界条件的影响,而不是“消除”外界条件的影响,更不是“扭转”外界条件的影响。
①从定性角度看,平衡移动的方向为减弱外界条件变化的方向,如增大反应物浓度,平衡就向减弱这种改变即反应物浓度减小的方向移动;增大压强,平衡就向气体体积缩小即气体的物质的量减小、压强减小的方向移动;升高温度,平衡就向吸热反应即使温度降低的方向移动。这种移动可以理解为与条件改变“对着干”。
②从定量角度看,平衡移动的结果只是减弱了外界条件的变化,而不能完全抵消外界条件的变化。如向平衡体系N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)(平衡时,N2、H2、NH3的物质的量分别为a mol、b mol、c mol)中又充入d mol N2,则达到新平衡时,n(N2)的取值范围为a mol
(1)对两种或两种以上的反应物,增大一种反应物的浓度,平衡向正反应方向移动,该反应物的转化率降低,其他反应物的转化率增大。
(2)若改变温度或压强,使平衡向正反应方向移动,反应物的转化率增大。
(3)对于可逆反应aA(g)b B(g)+cC(g),A分解建立平衡后,增大A的浓度,平衡正向移动。当a=b+c时,α(A)不变,φ(A)不变;a>b+c时,α(A)增大,φ(A)减小;a(4)若反应物不只一种物质,如aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g),在恒温恒容条件下,若按原比例(或投料比)同倍数增加A和B,平衡正向移动,但反应物(A或B)的转化率等效为压强对平衡的影响。
气体计量数关系 A(或B)的转化率
a+b=c+d 不变
a+b>c+d 增大
a+b
【例2】 将等物质的量的X、Y气体充入某密闭容器中,在一定条件下,发生反应并达到平衡:X(g)+3Y(g) 2Z(g) ΔH<0。当改变某个条件并维持新条件直至新的平衡时,表中关于新平衡与原平衡的比较正确的是( )。
选项 改变条件 新平衡与原平衡比较
A 升高温度 X的转化率变小
B 增大压强(减小容器的容积) X的浓度变小
C 恒容条件下,充入一定量Y Y的转化率增大
D 使用适当催化剂 X的体积分数变小
A
解析:升高温度,平衡逆向移动,X的转化率变小,A项正确;增大压强,平衡正向移动,但容器的容积减小,X的浓度增大,B项错误;充入一定量Y,X的转化率增大,而Y的转化率减小,C项错误;使用适当催化剂,只能增大反应速率,不能使平衡发生移动,X的体积分数不变,D项错误。
【拓展延伸】 对于反应X(g)+3Y(g) 2Z(g) ΔH<0,建立平衡后增大X的转化率的方法有哪些
答案:增大Y的浓度、增大压强、降低温度等。
方法归纳 应用勒夏特列原理需要注意的问题。 (1)确定条件的改变是否影响化学平衡,即确定是不是改变了影响化学平衡的条件。 ①改变化学平衡体系中固体或纯液体的物质的量,并未改变影响化学平衡的条件。 ②即使是有气体存在的化学平衡体系,在恒容、恒温条件下充入稀有气体,也未改变影响化学平衡的条件。
(2)可逆反应是否存在能够减弱某项条件改变的反应方向。例如aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g),当a+b=c+d时,即使改变压强,化学平衡也不移动。
学以致用
3.下列不能用勒夏特列原理解释的事实是( )。
A.增大压强(减小容器的容积),NO2与N2O4混合气体的颜色先变深后变浅
B.增大压强(减小容器的容积),氢气、碘蒸气、碘化氢气体组成的平衡体系颜色变深
C.黄绿色的氯水光照后颜色变浅
D.向含有Fe(SCN)3的红色溶液中加铁粉,振荡,溶液红色变浅或褪去
B
解析:A项,涉及二氧化氮与四氧化二氮的平衡转化,故可以用勒夏特列原理解释;B项,增大压强后平衡不移动,但容器的容积缩小,碘蒸气浓度增大使体系颜色变深,故不能用勒夏特列原理解释;C项,光照后,次氯酸见光分解,使氯气与水反应的平衡正向移动,故可以用勒夏特列原理解释;D项,在该溶液中存在平衡:Fe3++3SCN- Fe(SCN)3,向溶液中加入铁粉,Fe3+会与Fe发生反应生成Fe2+,导致Fe3+浓度降低,平衡向能够减弱这种改变的方向移动,即向逆反应方向移动,使Fe(SCN)3的浓度降低,所以溶液红色变浅或褪去,故可以用勒夏特列原理解释。
4.反应X(g)+Y(g) 2Z(g) ΔH<0,在密闭容器中充入0.1 mol X和0.1 mol Y,达到平衡时,下列说法不正确的是( )。
A.减小容器容积,平衡不移动,X的转化率不变
B.增大c(X),X的转化率减小
C.保持容器容积不变,同时充入0.1 mol X和0.2 mol Y,X的转化率增大
D.加入催化剂,正反应速率增大,Z的产率增大
答案:D
解析:A项,该反应为反应前后气体物质的量不变的反应,平衡不受压强影响,减小容器容积,平衡不移动,X的转化率不变,正确;B项,增大c(X),平衡正向移动,Y的转化率增大,X的转化率减小,正确;C项,相当于只增加Y的浓度,X的转化率会增大,正确;D项,催化剂不能使平衡移动,不改变产物的产率,错误。
5.在2 L恒容密闭容器中充入2 mol X和
1 mol Y,发生反应: 2X(g)+Y(g) 3Z(g),
反应过程中持续升高温度,测得X的体
积分数与温度的关系如图所示。下列
推断正确的是( )。
A.Q点时,Y的转化率最大
B.升高温度,平衡常数增大
C.W点X的正反应速率等于M点X的正反应速率
D.平衡时,再充入Y,达到平衡时Z的体积分数一定增大
A
解析:从反应开始到Q点是正向建立平衡的过程,Y的转化率逐渐增大,从Q点到M点升高温度,平衡逆向移动,Y的转化率降低,即Q点时Y的转化率最大,A项正确;分析图像,X的体积分数先减小到最低,这是化学平衡的建立过程,后增大,这是平衡的移动过程,升高温度,X的体积分数增大,说明升高温度平衡逆向移动,平衡常数减小,B项错误;M点温度高,反应速率大,C项错误;平衡时再充入Y,平衡正向移动,n(Z)增大但n(Y)也增大,故Z的体积分数不一定增大,D项错误。
1.反应2A(g) 2B(g)+E(g) ΔH>0达到平衡时,要使正反应速率减小,A的浓度增大,应采取的措施是( )。
A.增大压强
B.减小压强
C.减少E的浓度
D.降低温度
答案:D
解析:正反应速率减小,可能是减小压强或降低温度,A的浓度增大,说明平衡向逆反应方向移动,只能是降低温度。
2.在一定温度下,发生反应:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ΔH<0。改变起始时n(SO2)对反应的影响如图所示。下列说法正确的是( )。
A.SO2的起始量越大,平衡时混合气体中
SO3的体积分数越大
B.a、b、c三点中,a点时SO2的转化率最高
C.a、b、c三点的平衡常数:Kb>Kc>Ka
D.b、c点均为化学平衡点,a点未达到平衡且反应正向进行
答案:B
解析:由题图可知,O2的量一定,SO2的量越少,其转化率越高,故a点时SO2的转化率最高,B正确。
3.NO与CO是燃油汽车尾气中的两种有害气体,常温常压下它们之间发生反应:CO(g)+NO(g) CO2(g)+ N2(g) ΔH=
-374.3 kJ·mol-1;K=2.5×1060。有关该反应的说法不正确的是
( )。
A.因为K很大,所以反应速率很大,NO与CO排入大气之前就已经反应完全
B.升高温度,反应速率增大,K减小
C.增大压强,平衡向右移动,K不变
D.选用适宜催化剂可使其达到尾气排放标准
A
解析:K只能反映化学反应正向进行的程度,不能反映化学反应进行的快慢,K>105认为完全反应,但是不知道速率大小不能判断NO与CO排入大气之前就已经反应完全,A项错误;升高温度,速率增大,正反应为放热反应,升高温度平衡逆向移动,K减小,B项正确;正反应是气体分子数减小的反应,增大压强,平衡向右移动,但是温度不变,K不变,C项正确;选用适宜催化剂可以增大反应速率,可使其达到尾气排放标准,D项正确。
4.某恒容密闭容器中充入一定量SO2和O2进行反应:
2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ΔH<0,反应速率(v)与温度(T)、SO2的体积分数[V(SO2)%]与压强(p)的关系分别如图甲、乙所示。
下列说法不正确的是( )。
A.图甲中,曲线1表示逆反应速率与温度的关系
B.图甲中,d点表示温度为T0时,反应已经达到平衡
C.图乙中,温度恒定时,a、b两点对应的反应速率:va>vb
D.图乙中,温度恒定时,c点的反应向逆反应方向进行
答案:C
解析:d点正、逆反应速率相等,反应处于平衡状态,平衡后温度升高,平衡向逆反应方向移动,故v逆>v正,曲线1表示逆反应速率,A、B项正确;图乙中,b点时压强大,反应速率大,C项不正确; p1下达到平衡时,SO2的体积分数大于c点时SO2的体积分数,所以c点的反应向生成SO2的方向进行,D项正确。
5.对于可逆反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH<0,下列研究目的和示意图相符的是( )。
答案:C
解析:A项错误,压强越大,反应越快,到达平衡的时间应越短。B项错误,正反应的ΔH<0,温度升高平衡逆向移动,N2的转化率降低。C项正确,注意刚改变条件时的速率图像与原速率图像有连接点。D项错误,有催化剂时到达平衡的时间应短一些。
6.已知反应COCl2(g) CO(g)+Cl2(g) ΔH>0,当反应达到平衡时,下列措施能提高COCl2转化率的是( )。
①升温 ②恒容通入惰性气体 ③增加CO浓度 ④减压 ⑤加催化剂 ⑥恒压通入惰性气体
A.①②④ B.①④⑥ C.②③⑤ D.③⑤⑥
答案:B
解析:该反应的正反应是气体体积增大的吸热反应,所以升温和减压均可以促使反应正向移动。恒压通入惰性气体,相当于减压,使平衡正向移动。恒容通入惰性气体与加催化剂均对平衡无影响。增加CO的浓度,将导致平衡逆向移动。
7.已知:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ΔH=-197.8 kJ·mol-1。起始反应物为SO2和O2(物质的量之比为2∶1,且总物质的量不变)。SO2的平衡转化率(%)随温度和压强的变化如下表:
温度/K 压强/(×105Pa)
1.01 5.07 10.1 25.3 50.7
673 99.2 99.6 99.7 99.8 99.9
723 97.5 98.9 99.2 99.5 99.6
773 93.5 96.9 97.8 98.6 99.0
下列说法不正确的是( )。
A.一定压强下降低温度,SO2的转化率增大
B.在不同温度、压强下,转化相同物质的量的SO2所需要的时间相等
C.使用催化剂可以缩短反应达到平衡所需的时间
D.工业生产通常不采取加压措施,是因为常压下SO2的转化率已相当高
答案:B
解析:A项,根据表格信息,压强一定时,温度越低,SO2的转化率越大,正确;B项,不同的温度、压强下,反应速率不确定,故转化相同的SO2所需时间无法确定,错误;C项,使用催化剂降低反应的活化能,增大反应速率,可以缩短达到平衡所需的时间,正确;D项,根据表格数据可以看出,常压下SO2的转化率已相当高,正确。
8.在一定条件下,可逆反应A+B mC变化如图所示。已知纵坐标表示在不同温度和压强下生成物C在混合物中的质量分数,p为反应在T2温度下达到平衡后容器内加压的变化情况,请回答下列问题:
(1)温度T1 (填“大于”“等于”或“小于”)T2,正反应是
(填“吸热”或“放热”)反应。
(2)如果A、B、C均为气体,则m (填“大于”“等于”或“小于”)2。
(3)当温度和容积不变时,如向平衡体系中加入一定量的某稀有气体,则体系的压强 (填“增大”“减小”或“不变”),平衡 (填“向正反应方向”“向逆反应方向”或“不”,下同)移动;当温度和压强不变时,如向平衡体系中加入一定量的某稀有气体,平衡 移动。
答案:(1)大于 放热 (2)大于 (3)增大 不 向正反应方向
解析:(1)由图像可知,T1>T2,温度升高,w(C)降低,所以升温,平衡左移,正反应为放热反应。
(2)增大压强,w(C)降低,平衡左移,正反应为气体体积增大的反应,m>2。
(3)当温度、容积不变时,充入稀有气体,由于各反应物、生成物的浓度不变,所以平衡不移动。当温度、压强不变时,充入稀有气体,体积增大,根据m>2,平衡向正反应方向移动。第2课时 影响化学平衡的因素
课后·训练提升
基础巩固
1.有甲、乙、丙三支试管,分别加入下列物质后,观察这三支试管的颜色,其中颜色最浅的是( )。
甲:10 mL 0.01 mol·L-1的FeCl3溶液和10 mL 0.01 mol·L-1的KSCN溶液
乙:5 mL水、10 mL 0.01 mol·L-1的FeCl3溶液和5 mL 0.01 mol·L-1的KSCN溶液
丙:10 mL 0.1 mol·L-1的FeCl3溶液和10 mL 0.1 mol·L-1的KSCN溶液
A.甲试管 B.乙试管
C.丙试管 D.无法判断
答案:B
解析:三支试管中存在如下平衡体系:Fe3++3SCN-Fe(SCN)3(红色),由于丙试管中Fe3+和SCN-的浓度最大,故其颜色最深;甲与乙相比,甲中SCN-的浓度大于乙,平衡正向移动,颜色加深,故乙中颜色最浅。
2.恒温下,反应:aX(g)bY(g)+cZ(g)达到平衡后,把容器容积压缩到原来的一半且达到新平衡时,X的物质的量浓度由0.1 mol·L-1增大到0.19 mol·L-1,下列判断正确的是( )。
A.a>b+c B.aC.a=b+c D.a=b=c
答案:A
解析:由于容积减小一半,而X的浓度增大不到原来的2倍,说明增大压强,平衡向正反应方向移动,正反应气体体积缩小,所以a>b+c。
3.可逆反应2NO2(g)N2O4(g) ΔH=-56.9 kJ·mol-1在平衡移动时的颜色变化可以用来指示放热过程和吸热过程。某同学的部分实验报告如下。
1.向左侧烧杯中加入NH4NO3晶体,甲瓶的红棕色变浅。 2.向右侧烧杯中加入CaO固体,乙瓶的红棕色变深。
下列说法不正确的是( )。
A.甲瓶的红棕色变浅,说明平衡2NO2(g)N2O4(g)向正反应方向移动
B.可根据现象判断NH4NO3晶体溶于水吸热,CaO固体溶于水放热
C.甲瓶中反应的化学平衡常数(K)增大
D.乙瓶中由于反应的化学平衡常数(K)改变,使Q
解析:甲瓶的红棕色变浅,说明NO2浓度减小,平衡2NO2(g)N2O4(g)向正反应方向移动,A项正确;左侧烧杯中加入NH4NO3晶体,甲瓶的红棕色变浅,说明左侧平衡正向移动,向右侧烧杯中加入CaO固体,乙瓶的红棕色变深,说明右侧平衡逆向移动,2NO2(g)N2O4(g)正反应放热,根据现象可判断NH4NO3晶体溶于水吸热,CaO固体溶于水放热,B项正确;甲瓶的红棕色变浅,说明NO2浓度减小,平衡2NO2(g)N2O4(g)向正反应方向移动,甲瓶中反应的化学平衡常数(K)增大,C项正确;乙瓶的红棕色变深,说明右侧平衡逆向移动,反应的化学平衡常数(K)减小,Q>K,D项错误。
4.已知反应2NO(g)+O2(g)2NO2(g) ΔH<0,如图所示的曲线是其他条件一定时,NO的平衡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
答案:C
解析:坐标系的纵轴表示NO的平衡转化率,横轴表示温度,曲线上的任意一点表示在该温度下达到平衡状态时对应的NO的转化率。C点时NO的平衡转化率比对应温度下的NO的平衡转化率小,因此需要转化更多的NO,即C点未达到平衡状态,且v正>v逆。A点表示未达到平衡状态,但A点时NO的平衡转化率比对应温度下的NO的平衡转化率大,v正
A.①中溶液橙色加深,③中溶液变黄
B.②中Cr2被C2H5OH还原
C.对比②和④可知酸性条件下K2Cr2O7氧化性强
D.若向④中加入70%硫酸至过量,溶液变为橙色
答案:D
解析:在平衡体系中加入酸,平衡逆向移动,重铬酸根离子浓度增大,橙色加深,加入碱,平衡正向移动,溶液变黄,A不符合题意;②中溶液变成绿色,重铬酸钾被还原,B不符合题意;②是酸性条件,④是碱性条件,酸性条件下K2Cr2O7可氧化乙醇,而碱性条件下不能,说明酸性条件下K2Cr2O7氧化性强,C不符合题意;若向④溶液中加入70%硫酸至过量,溶液为酸性,可以氧化乙醇,溶液变绿色,D符合题意。
6.一定条件下,水蒸气含量随反应时间的变化趋势符合下图的是( )。
温度的影响
压强的影响
A.CO2(g)+2NH3(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g) ΔH<0
B.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH>0
C.CH3CH2OH(g)CH2CH2(g)+H2O(g) ΔH>0
D.2C6H5CH2CH3(g)+O2(g)2C6H5CHCH2(g)+2H2O(g) ΔH<0
答案:A
解析:由温度的影响图像知,T2>T1,且升高温度,水蒸气含量减少,即平衡逆向移动,正反应为放热反应,B、C两项错误;由压强的影响图像知,p1>p2,且增大压强,水蒸气含量增加,平衡正向移动,正反应是气体分子数减小的反应,A项正确,D项错误。
7.对于可逆反应A2(g)+3B2(g)2AB3(g) ΔH<0,下列图像正确的是( )。
答案:C
解析:升高温度,正、逆反应速率都增大,平衡向逆反应方向移动,交叉点后,逆反应速率应该大于正反应速率,A项错误;该反应是气体体积减小的可逆反应,增大压强,平衡向正反应方向移动,所以生成物的含量增大而不是减小,B项错误;该反应是放热反应,升高温度,平衡向逆反应方向移动,则生成物的含量减小,一定温度下,增大压强,平衡向正反应方向移动,则生成物的含量增大,C项正确;温度越高,反应速率越大,则达到平衡所需时间越短,升高温度,平衡向逆反应方向移动,反应物的含量增大,D项错误。
8.二甲醚(CH3OCH3)是制冷剂、局部麻醉药和燃料。工业上可利用CO2催化加氢合成二甲醚,其过程中主要发生下列反应。
反应Ⅰ:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH1>0
反应Ⅱ:2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g) ΔH2<0
一定条件下,在密闭容器中投入一定量CO2和H2发生上述反应。下列说法正确的是( )。
A.其他条件不变,升高温度,CO2的平衡转化率一定降低
B.其他条件不变,给体系加压,反应Ⅰ平衡不移动
C.其他条件不变,增大H2投入量,一定能提高CH3OCH3平衡产率
D.其他条件不变,使用不同催化剂对CH3OCH3的平衡产率不产生影响
答案:D
解析:反应Ⅰ为吸热反应,反应Ⅱ为放热反应,其他条件不变,升高温度,反应Ⅰ向正反应方向移动,二氧化碳的转化率增大,反应Ⅱ向逆反应方向移动,二氧化碳的转化率减小,A项错误;反应Ⅰ和反应Ⅱ两步反应同时进行,给体系加压,对反应Ⅱ的平衡产生影响,反应Ⅰ也随之移动,B项错误;其他条件不变,增大反应物氢气的投入量,反应Ⅰ和反应Ⅱ均向正反应方向移动,生成物的浓度均会增大,所以二甲醚的产率不一定会增大,C项错误;其他条件不变,使用不同催化剂均可改变化学反应速率,但不会对CH3OCH3的平衡产率产生影响,D项正确。
9.在密闭容器中进行如下反应:CO2(g)+C(s)2CO(g) ΔH>0,达到平衡后,若改变下列条件,则指定物质的浓度及平衡如何变化。每小问中,第一个空填“正向移动”“逆向移动”或“不移动”;第二个空填“增大”“减小”或“不变”。
(1)增加C(s),则平衡 ,c(CO2) 。
(2)保持温度不变,缩小反应容器的容积,则平衡 ,c(CO2) 。
(3)保持反应容器的容积和温度不变,通入N2,则平衡 ,c(CO2) 。
(4)保持反应容器的容积不变,升高温度,则平衡 ,c(CO) 。
答案:(1)不移动 不变 (2)逆向移动 增大 (3)不移动 不变 (4)正向移动 增大
解析:(1)C为固体,增加C的量,其浓度不变,平衡不移动,c(CO2)不变。
(2)缩小反应容器的容积,即增大压强,平衡向气体体积减小的方向移动,c(CO2)增大。
(3)通入N2,但容积和温度不变,平衡不会发生移动,c(CO2)不变。
(4)容积不变,升高温度,平衡向吸热方向移动,c(CO)增大。
10.(1)工业上利用H2与CO2合成二甲醚的反应为6H2(g)+2CO2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g) ΔH<0;温度升高,反应达到新的平衡后,CH3OCH3的产率将 (填“变大”“变小”或“不变”,下同),混合气体的平均相对分子质量将 。
(2)某科研小组欲研究在其他条件不变的情况下,改变起始氧气的物质的量对反应4NO2(g)+O2(g)2N2O5(g) ΔH<0的影响。
①图像中T1和T2的关系是T1 (填“>”“<”或“=”)T2。
②比较A、B、C三点所处的平衡状态中,反应物NO2的转化率最大的是 。
答案:(1)变小 变小 (2)①> ②C
解析:(1)正反应放热,升高温度,平衡向逆反应方向移动,二甲醚的产率变小。气体的质量不变,物质的量增大,因此混合气体的平均相对分子质量将变小。
(2)①正反应是放热反应,升高温度,平衡向逆反应方向移动,生成物含量降低,所以温度是T1>T2。
②增加氧气的浓度,能增大NO2的转化率,所以反应物NO2的转化率最大的是C点。
能力提升
1.在某容积一定的密闭容器中,发生反应:A(g)+B(g)xC(g),根据图Ⅰ所示的反应曲线,判断下列有关图Ⅱ的说法正确的是(T表示温度,p表示压强,C%表示C的体积分数)( )。
图Ⅰ
图Ⅱ
A.x=1,ΔH<0,p3
D.x=1,ΔH>0,p3>p4,y轴表示B的体积分数
答案:C
解析:根据图Ⅰ分析可得T1>T2,p1
2.已知T ℃下:
①2NH3(g)+CO2(g)NH2COONH4(s) ΔH=-159.5 kJ·mol-1
②NH2COONH4(s)CO(NH2)2(s)+H2O(g) ΔH=+116.5 kJ·mol-1
在该温度下,向刚性容器中投入足量NH2COONH4(s),达平衡后测得容器内的总压为p kPa,且CO2(g)的分压等于H2O(g)的分压,下列说法正确的是( )。
A.反应②的Kp为p kPa
B.若温度不变,缩小容器的容积达新平衡后,NH3的分压减小
C.若升高温度,H2O(g)的体积分数减小
D.若保持温度不变,再通入NH3(g),H2O(g)的分压增大
答案:C
解析:CO2(g)的分压等于H2O(g)的分压,而NH3(g)是H2O(g)分压的2倍,故反应②的Kp为p kPa,A项错误;若温度不变,反应①平衡常数不变,故缩小容器的容积达新平衡后,NH3(g)的分压不变,B项错误;反应①和反应②相加可知,2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g) ΔH<0,若升高温度,平衡逆向移动,H2O(g)的体积分数减小,C项正确;若保持温度不变,再通入NH3,反应②平衡常数不变,H2O(g)的分压不变,D项错误。
3.可逆反应mA(g)+nB(g)pC(g)+gD(g)的v-t图像如图甲所示,若其他条件都不变,只是在反应前加入合适的正催化剂,则其v-t图像如图乙所示。
①a1=a2 ②a1
以上所述正确的组合为( )。
图甲
图乙
A.②④⑤⑦ B.②④⑥⑧
C.②③⑤⑦ D.①③⑥⑧
答案:A
解析:加入正催化剂能同等程度地降低正、逆反应的活化能,同等程度增大正、逆反应速率,但不改变反应物和生成物的总能量,不改变反应的焓变,不改变化学平衡状态。由此可得:a1
4.工业上利用CO和H2制CH3OH的反应为CO(g)+2H2(g)CH3OH(g),实验测得在两种不同压强下,CO的平衡转化率与温度(T)的关系如图所示。下列说法正确的是( )。
A.反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)的ΔH>0
B.图中曲线X所对应的压强大于曲线Y所对应的压强
C.T1 ℃,若c起始(H2)=2c起始(CO)=2 mol·L-1,则平衡常数K>10
D.图中P点所示条件下,延长反应的时间能提高CO转化率
答案:C
解析:由图可知,温度升高CO的平衡转化率减小,说明升温平衡逆向移动,正反应为放热反应,反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)的ΔH<0,故A错误;CO(g)+2H2(g)CH3OH(g),反应是气体体积减小的反应,增大压强平衡正向移动,CO转化率增大,相同温度下曲线Y对应的压强下CO转化率大,则说明图中曲线X所对应的压强小于曲线Y所对应的压强,故B错误;T1 ℃,若c起始(H2)=2c起始(CO)=2 mol·L-1,达到平衡状态CO转化率为0.8,结合三段式计算
CO(g)+ 2H2(g) CH3OH(g)
起始/(mol·L-1) 1 2 0
转化/(mol·L-1) 0.8 1.6 0.8
平衡/(mol·L-1) 0.2 0.4 0.8
K==25>10,故C正确;图中P点已达所示条件下的反应限度,延长反应的时间,不能提高CO转化率,故D错误。
5.(1)CH4氧化器中发生的主反应:
i.CH4(g)+Fe3O4(s)CO(g)+2H2(g)+3FeO(s)
ii.CH4(g)+4Fe3O4(s)CO2(g)+2H2O(g)+12FeO(s)
850 ℃时,压强和部分气体体积分数、固相各组分质量分数的关系如图。
①随着压强的增大,反应i的化学平衡常数的值 (填“增大”“减小”或“不变”)。
②结合图像,分析H2O的体积分数变化的原因 (用化学方程式表示)。
(2)将一定量的FeO和CO2置于CO2还原器(容积不变的密闭容器)中,发生的主反应:
CO2(g)+3FeO(s)Fe3O4(s)+CO(g) ΔH2,保持其他条件不变,测得不同温度下最终反应体系中CO、CO2体积分数如下表。
温度t/℃ 100 170 200 300 400 500
CO2体积分数 0.67 0.67 0.75 0.82 0.9 0.92
CO体积分数 0.33 0.33 0.25 0.18 0.1 0.08
①ΔH2 (填“>”或“<”)0。
②若在150 ℃时进行上述转化,理论转化率α(FeO)= 。
③根据化学反应原理,分析CO2还原器温度设置在170 ℃的原因 。
答案:(1)①不变 ②Fe3O4+H23FeO+H2O
(2)①< ②100% ③温度过高,CO2的转化率较低;温度过低,反应的速率较小
解析:(1)化学平衡常数只与温度有关,温度不变,化学平衡常数不变,故改变压强,化学平衡常数的值不变。由题给图像可知,H2O的体积分数变大的同时H2的体积分数在减小,Fe3O4与H2在高温下反应生成FeO和H2O,反应的化学方程式是Fe3O4+H23FeO+H2O。(2)①根据表中数据,温度升高,CO2的体积分数变大,CO的体积分数变小,说明平衡逆向移动,逆向是吸热的,ΔH2<0。②从100 ℃上升到170 ℃,CO2和CO的体积分数都没变,说明这个区域内虽然温度变化,但是平衡没有移动,理论上已经全部转化了,所以理论值是100%。③温度选择170 ℃的原因是温度过高,CO2的转化率会变低,而从速率的角度分析,温度过低又会使反应速率变小,则应选择一个合适的温度。
6.氨是一种重要的化工原料,请回答下列各题:
已知合成氨的反应为N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·mol-1。图1表示在2 L的密闭容器中反应时N2的物质的量随时间的变化曲线。图2表示在其他条件不变的情况下,改变初始氢气的物质的量对此反应平衡的影响。
图1
图2
(1)图1中反应开始至10 min内该反应的平均反应速率v(H2)= ;11 min时,在其他条件不变的情况下,压缩容器的容积为1 L,则n(N2)的变化曲线为
(填“a”“b”“c”或“d”)。
(2)图2中,E、F、R三点对应的平衡状态中,N2的转化率最高的是 点。
(3)图2中,T1和T2表示温度,对应温度下的平衡常数为K1、K2,则T1 (填“>”“=”或“<”,下同)T2,K1 K2。
(4)若开始时向容器中加入1 mol N2和3 mol H2,充分反应后,放出的热量 (填“<”“>”或“=”)92.4 kJ,理由是 。
(5)为有效提高氢气的转化率,实际生产中宜采取的措施有 。
A.降低温度
B.不断补充氮气
C.恒容时,充入氦气
D.升高温度
E.原料气不断循环
F.及时移出氨
答案:(1)0.045 mol·L-1·min-1 d
(2)R
(3)< >
(4)< 该反应为可逆反应,反应物不能全部变为生成物,故放出的热量小于92.4 kJ
(5)BEF
解析:(1)v(N2)=-=0.015 mol·L-1·min-1,所以v(H2)=0.045 mol·L-1·min-1。压缩容器的容积即为增大体系压强,平衡正向移动,n(N2)减小,压缩的瞬间,n(N2)不变,与压缩前曲线有连接点,曲线d符合。(2)由于其他条件未发生变化,所以氢气的浓度越大,氮气的转化率越高,即E
7.利用CO和H2在催化剂的作用下合成甲醇,发生如下反应:CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)。在容积一定的密闭容器中按物质的量之比1∶2充入CO和H2,测得平衡混合物中CH3OH的体积分数在不同压强下随温度的变化情况如图1所示。现有两个容积相同的恒容密闭容器甲和乙,向甲中加入1 mol CO和2 mol H2,向乙中加入2 mol CO和4 mol H2,测得不同温度下CO的平衡转化率如图2所示。
图1
图2
(1)该反应的ΔH (填“>”“<”或“=”,下同)0,p1 p2。
(2)达到平衡时,反应速率:A点 (填“>”“<”或“=”,下同)B点,平衡常数:C点
D点。
(3)在C点时,CO的转化率为 。
(4)L、M两点容器内压强:p(M) (填“>”“<”或“=”)2p(L)。
(5)在T1时,向容积为2 L的恒容容器中充入物质的量之和为3 mol的CO和H2,发生反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g),反应达到平衡时CH3OH(g)的体积分数(φ)与的关系如图3所示。
图3
①当=2时,经过5 min达到平衡,CO的转化率为0.6,则该反应的化学平衡常数K= (保留一位小数)。若此刻再向容器中加入CO(g)和CH3OH(g)各0.4 mol,达到新平衡时H2的转化率将 (填“增大”“减小”或“不变”)。
②当=3.5时,达到平衡后,CH3OH的体积分数可能是图像中的 (填“D”“E”或“F”)点。
答案:(1)< >
(2)< =
(3)75%
(4)>
(5)①9.4 增大 ②F
解析:(1)从图示可以看出,随温度升高,平衡混合物中CH3OH的体积分数不断减小,说明该反应为放热反应,ΔH<0;因为该反应是气体体积缩小的反应,图示中从C点到B点,平衡混合物中CH3OH的体积分数增大,平衡向正反应方向移动,所以p1>p2。(2)A点与B点相比较,B点压强大、温度高,反应速率大;C点与D点相比较,虽然压强不同,但温度相同,所以平衡常数相同。(3)假设CO的转化率为x,CO、H2的起始物质的量分别为1 mol、2 mol,
CO(g) + 2H2(g) CH3OH(g)
起始物质的量: 1 mol 2 mol 0
变化物质的量: x mol 2x mol x mol
平衡物质的量: (1-x)mol (2-2x) mol x mol
根据题意:×100%=50%,解得x=0.75。
(4)由图2可知,M点和L点对应CO的平衡转化率相等,则容器乙中气体总物质的量是容器甲中气体总物质的量的两倍,若温度相同,则p(M)=2p(L),但现在容器乙温度高,根据阿伏加德罗定律,p(M)>2p(L)。(5)①H2和CO物质的量之和为3 mol,且起始=2,可知H2为2 mol、CO为1 mol,5 min达到平衡时CO的转化率为0.6,则:
CO(g)+ 2H2(g) CH3OH(g)
起始/mol 1 2 0
变化/mol 0.6 1.2 0.6
平衡/mol 0.4 0.8 0.6
容器的容积为2 L,该温度下平衡常数K=≈9.4,若此刻再向容器中加入CO(g)和CH3OH(g)各0.4 mol,此时浓度商Q=≈7.8
①达平衡时混合气体的体积为 ,SO2的转化率为 。
②若起始时加入a mol SO2、b mol O2,且a∶b=2∶1,在同样温度和压强下,反应达到平衡时,测得混合气体的容积为120 L。则a、b的值分别为a= ,b= 。
(2)600 ℃时,在一密闭容器中,将二氧化硫和氧气混合,反应过程中SO2、O2、SO3物质的量变化如图所示,反应处于平衡状态的时间是 。
(3)据上图判断,反应进行至20 min时,曲线发生变化的原因是 (用文字表述);10 min到15 min的曲线变化的原因可能是 (填字母)。
A.加了催化剂
B.缩小容器容积
C.降低温度
D.增加SO3的物质的量
答案:(1)①80 L 60% ②2.4 1.2
(2)15~20 min和25~30 min
(3)增加了O2的量 AB
解析:(1)①设达到平衡时SO2转化的物质的量为x mol,则有
2SO2+ O2 2SO3
起始量/mol 1.6 0.8 0
转化量/mol x x
平衡量/mol 1.6-x 0.8- x
ρ=,即1.6 g·L-1=
解得:V=80 L。再根据题意知:,解得x=0.96,
SO2的转化率为×100%=60%。
②温度不变,SO2的转化率不变。
2SO2+ O2 2SO3
起始量/mol 2b b 0
转化量/mol 1.2b 0.6b 1.2b
平衡量/mol 0.8b 0.4b 1.2b
由①知平衡时体积为80 L时,气体总物质的量为1.92 mol,
则:,解得:b=1.2,则a=2×1.2=2.4。
(2)反应处于平衡状态时,各组分的物质的量保持不变,由图知:15~20 min和25~30 min这两个时间段内,反应处于平衡状态。
(3)由图知,20 min时,O2的物质的量突然增大,SO2和SO3的物质的量此时没有改变,随后O2和SO2物质的量减少,SO3的物质的量增加,反应正向进行,说明20 min时曲线发生变化的原因为增加了O2的量。由图知10~15 min,反应仍继续向正方向进行,但反应速率明显增大,故A、B均符合图像变化。
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