第二单元 化学反应的方向与限度
第1课时 化学反应的方向
基础过关练
题组一 ΔH与反应的方向
1.下列关于焓变与反应方向的叙述中,正确的是 ( )
A.化学反应的焓变与反应的方向无关
B.化学反应的焓变直接决定了反应的方向
C.反应焓变为正值时不利于反应自发进行
D.焓变为负值的反应都能自发进行
2.以下反应均为自发反应,其中不能用焓判据解释的是( )
A.2Na(s)+Cl2(g) 2NaCl(s) ΔH<0
B.C3H8(g)+5O2(g) 3CO2(g)+4H2O(l) ΔH<0
C.2NH4Cl(s)+Ca(OH)2(s) 2NH3(g)+CaCl2(s)+2H2O(l) ΔH>0
D.2Mg(s)+O2(g) 2MgO(s) ΔH<0
题组二 ΔS与反应的方向
3.下列变化过程中,ΔS<0的是( )
A.液氨汽化
B.硫酸钾溶于水
C.SO2(g)和O2(g)反应生成SO3(g)
D.NH4HCO3(s)分解生成NH3(g)、H2O(g)和CO2(g)
4.奥地利物理学家Boltzmann首次将熵与混乱度定量地联系起来,即S=klnΩ[k为Boltzmann常数;Ω为混乱度(即微观状态数),也粗略地看作空间排列的可能性数目]。在常温常压下,下列反应是熵增反应的是( )
A.NH4HC2O4(s) NH3(g)+CO(g)+CO2(g)+H2O(g)
B.3F2(g)+8NH3(g) 6NH4F(s)+N2(g)
C.SO2(g)+CaO2(s) CaSO4(s)
D.C(CH3)4(g) CH3CH2CH(CH3)2(l)
题组三 化学反应方向的判断
5.下列关于化学反应方向的说法正确的是( )
A.反应2A(g)+B(g) 3C(s)+D(g)在一定条件下能自发进行,说明该反应的ΔH>0
B.常温下反应2Na2SO3(s)+O2(g) 2Na2SO4(s)能自发进行,则ΔH<0
C.一定温度下,反应2Mg(s)+CO2(g) C(s)+2MgO(s)能自发进行,则该反应的ΔH>0
D.一定温度下,反应2NaCl(s) 2Na(s)+Cl2(g)能自发进行,则该反应的ΔH<0,ΔS>0
6.下列说法正确的是( )
A.能自发进行的反应一定能迅速发生
B.NH4Cl(s) NH3(g)+HCl(g)室温下不能自发进行,说明该反应的ΔH<0
C.NH4HCO3(s) NH3(g)+H2O(g)+CO2(g) ΔH>0,该反应在高温下能自发进行
D.加入合适的催化剂能改变反应的焓变,使非自发反应转化为自发 反应
7.已知2CO(g) CO2(g)+C(s),T=980 K时,ΔH-TΔS=0。
(1)当体系温度低于980 K时,ΔH-TΔS (填“大于”“小于”或“等于”,下同)0;当体系温度高于980 K时,ΔH-TΔS 0。
(2)在冶金工业中,以C为还原剂,温度高于980 K时的氧化产物是以 为主;温度低于980 K时的氧化产物是以 为主。
能力提升练
题组一 ΔH、ΔS与反应的方向
1.下列反应在任何温度下都不能自发进行的是( )
A.2O3(g) 3O2(g) ΔH<0
B.2CO(g) 2C(s)+O2(g) ΔH>0
C.N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH<0
D.CaCO3(s) CaO(s)+CO2(g) ΔH>0
2.250 ℃和1.01×105 Pa时,反应2N2O5(g) 4NO2(g)+O2(g) ΔH=+56.76 kJ/mol,自发进行的原因是( )
A.是吸热反应
B.是放热反应
C.是熵减小的反应
D.熵增大效应大于焓增大的效应
3.研究化学反应的方向具有重要意义。下列说法正确的是 ( )
A.电解水的反应属于自发反应
B.能自发进行的反应一定能迅速发生
C.自发反应的熵一定增大,非自发反应的熵一定减小
D.2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g)在常温下能自发进行,则该反应的ΔH<0
4.下列有关化学反应方向及判据的说法中不正确的是 ( )
A.ΔH>0、ΔS<0的反应在任何温度下都不能自发进行
B.2NaHCO3(s) Na2CO3(s)+H2O(g)+CO2(g) ΔH>0,该反应在高温条件下能自发进行,原因是反应的ΔS>0
C.焓变和熵变都与反应的自发性有关,但焓变和熵变都不可以单独作为反应自发性的判据
D.自发反应就是能较快进行的反应,非自发反应就是无法进行的反应
题组二 化学反应方向的综合判断
5.在图1中A、B两容器里,分别收集着一种理想气体(二者不反应,气体压强相等)。若将中间活塞打开,两种气体分子立即都分布在两个容器中(如图2所示)。这是一个不伴随能量变化的自发过程。关于此过程的下列说法不正确的是 ( )
图1 图2
A.此过程为自发过程,而且没有热量的吸收或放出
B.此过程从有序到无序,混乱度增大
C.此过程是自发可逆的
D.此过程是向混乱程度增大的方向变化的过程,即熵增加的过程
6.灰锡结构松散,不能制造器皿,而白锡结构坚固,可以制造器皿。现把白锡制成的器皿放在0 ℃、100 kPa条件下,它会不会变成灰锡而不能再继续使用(已知:在0 ℃、100 kPa下白锡转化为灰锡的反应的焓变和熵变分别为ΔH= -2.18 kJ·mol-1、ΔS=-6.61 J·mol-1·K-1)( )
A.会变成灰锡
B.无法确定
C.只有继续降低温度才会变成灰锡
D.只有继续升高温度才会变成灰锡
答案与分层梯度式解析
第二单元 化学反应的方向与限度
第1课时 化学反应的方向
基础过关练
1.C 可逆反应的正、逆两个反应,其焓变的绝对值相等,但是符号相反,A项错误;焓变对反应方向有影响,但不能决定反应进行的方向,B项错误;焓变为正值时,反应吸收热量,体系能量升高,不利于反应自发进行,C项正确;焓变只能表示反应的热效应,不能用来独立判断反应的自发性,D项错误。
2.C C项反应的ΔH>0,由焓判据判断反应不能自发进行,而题给条件是能自发进行,所以C项中的反应不能用焓判据解释。
3.C 液氨汽化,由液态变为气态,混乱度增大,ΔS>0,A错误;硫酸钾溶于水,混乱度增大,ΔS>0,B错误;SO2(g)和O2(g)反应生成SO3(g),化学方程式为2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g),反应后气体分子数减小,混乱度减小,ΔS<0,C正确;NH4HCO3(s)分解生成NH3(g)、H2O(g)和CO2(g),对应的化学方程式为NH4HCO3(s) NH3(g)+H2O(g)+CO2(g),反应后气体分子数增大,混乱度增大,ΔS>0,D错误。
4.A ①物质由固态到液态、由液态到气态和由固态到气态的过程都是熵增大的过程;②气体体积增大的反应是熵增大的反应。故选A。
5.B A、B、C项中反应的ΔS均小于0,在一定条件下能自发进行,ΔH-T·ΔS<0时,反应可自发进行破题关键可知,ΔH<0,B正确,A、C错误;反应的ΔS>0,该反应为吸热反应,反应的ΔH>0,D错误。
6.C 反应的自发性与反应的快慢没有必然联系,能自发进行的反应不一定能迅速发生,A错误;该反应ΔS>0,由于在室温下不能自发进行,则该反应的ΔH>0,B错误;NH4HCO3(s) NH3(g)+H2O(g)+CO2(g)的ΔH>0,ΔS>0,根据ΔH-TΔS<0反应能自发进行可知,该反应在高温下能自发进行,C正确;催化剂通过降低反应活化能加快反应速率,但不能改变反应的焓变,D错误。
7.答案 (1)小于 大于 (2)CO CO2
解析 反应2CO(g) CO2(g)+C(s)的ΔS<0,由题意T=980 K时, ΔH-TΔS=0,推出ΔH<0,即该反应是放热反应。当T>980 K时,ΔH-TΔS>0,逆反应能够自发进行,主要氧化产物是一氧化碳;当T<980 K时,ΔH-TΔS<0,正反应能够自发进行,主要氧化产物是二氧化碳。
能力提升练
1.B A项,ΔH<0,ΔS>0,任何温度下都能自发进行,错误;B项,ΔH>0, ΔS<0,任何温度下都不能自发进行,正确;C项,ΔH<0, ΔS<0,低温下能自发进行,错误;D项,ΔH>0,ΔS>0,高温下能自发进行,错误。
2.D 2N2O5(g) 4NO2(g)+O2(g) ΔH=+56.76 kJ/mol,该反应为吸热反应,ΔH>0,反应能够自发进行,说明ΔH-TΔS<0,所以ΔS>0,熵增大效应大于焓增大的效应。
3.D 电解水的反应属于非自发反应,A项错误;反应是否自发进行与反应速率无关,B项错误;反应是否自发进行应判断ΔH-TΔS是否小于0,不应只考虑ΔS的大小,C项错误;该反应反应前后气体分子数减小,熵减小,在常温下能自发进行,则ΔH-TΔS<0,ΔH<0高频考点,D项正确。
4.D
焓变和熵变都不可以单独作为反应自发性的判据,C正确;反应能否自发进行与反应速率的大小无关,D错误。
5.C 这是一个不伴随能量变化的自发过程,没有热量的吸收或放出,A项正确;该过程为由有序到无序的过程,属于熵增过程,B、D项正确;该过程中,ΔH=0、ΔS>0,所以ΔH-TΔS<0,可知该过程为自发过程,其逆过程不能自发进行,C项错误。
6.A 在0 ℃、100 kPa条件下,ΔH-TΔS=-2 180 J·mol-1-273 K× (-6.61 J·mol-1·K-1)=-375.47 J·mol-1<0,因此在该条件下白锡会变为灰锡,故选A。
1(共29张PPT)
1.自发反应是在一定条件下能自动进行的反应。
2.在恒压下,大多数能自发进行的反应是放热反应(ΔH<0),也有些能自发进行的化学反应是
吸热反应(ΔH>0)。
第二单元 化学反应的方向与限度
必备知识 清单破
知识点 1 反应焓变与反应方向(详见定点1)
1.熵
(1)概念:衡量体系混乱度的物理量,其符号为S,单位为J·mol-1·K-1。
(2)特点:混乱度越大,体系越无序,体系的熵值就越大。
2.熵变与反应方向
(1)熵变:反应产物总熵与反应物总熵之差,即ΔS=S(反应产物)-S(反应物),如果发生变化后体
系的混乱度增大,那么该过程的ΔS>0;反之,ΔS<0。物质由固态到液态、由液态到气态和由固
态到气态的过程,是熵增大的过程,ΔS>0;气体体积增大的反应,是熵增大的反应,ΔS>0;气体体
积减小的反应,是熵减小的反应,ΔS<0。
(2)一些能自发进行的反应混乱度增大,即体系的熵增大,但也有些能自发进行的反应是熵减
小的(ΔS<0)。
知识点 2 反应熵变与反应方向(详见定点1)
1.可逆反应的特征
知识点 3 化学平衡状态
物浓度由零逐渐增大 v(逆)从零开始逐渐增大;反应达到平衡时:v(正)=v(逆),反应混合物
中各组分的浓度不再发生变化。
3.化学平衡状态与平衡特征
(1)化学平衡状态:当外界条件不变时,可逆反应进行到一定程度,反应物和生成物浓度不再随
时间而发生变化,这种状态称为化学平衡状态。
2.化学平衡的建立(恒温条件)
反应开始时:v(正)最大,v(逆)为零;反应进行时:反应物浓度减小 v(正)逐渐变小,生成
(2)特点——“五大特征”
1.化学平衡常数
(1)对于一般的可逆反应aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g),平衡常数的表达式为K= 。
(2)平衡常数K的大小能说明反应进行的程度(也叫反应的限度)。K值越大,表示反应进行得
越完全;K值越小,表示反应进行得越不完全。
(3)化学平衡常数与反应物或生成物的浓度无关;平衡常数随反应温度的变化而变化,在使用
平衡常数时应注明温度。固体、纯液体、水溶液中水的浓度可视为定值,其浓度不列入平衡
常数表达式中。
知识点 4 化学平衡常数、平衡转化率、产率
衡转化率一般是相同条件下的最大转化率,反应过程中的转化率一般是没有达到平衡时的转
化率。对于反应aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g),反应物A的平衡转化率为α(A)= ×
100%,式中c0(A)和c(A)分别表示A的初始浓度和A的平衡浓度。
3.产率= ×100%。
归纳提升 平衡转化率与平衡常数均能定量表示化学反应进行的程度,但平衡常数不直观,
平衡转化率能更直观地表示化学反应进行的程度。
2.平衡转化率
(1)转化率:反应至某时刻时,某反应物的转化量与该物质起始总量的比值。
(2)平衡转化率:反应达平衡后,某反应物在反应中已转化的量与该物质起始总量的比值。平
知识辨析
1.自发过程就是自发反应。这种说法对吗
2.常温、常压下,熵增大的反应一定能自发进行,熵减小的反应一定不能自发进行。这种说法
对吗
3.吸热且熵增大的反应,温度越低反应越可能自发进行。这种说法对吗
4.恒温恒容条件下,足量的A(s)发生反应:A(s) B(g)+2C(g),若c(B)∶c(C)不再变化,该反应
一定达到平衡状态。这种说法对吗
一语破的
1.不对。自发过程是指在一定条件下,不用借助外力就可以自动进行的过程;自发反应是指在
一定条件下,可以自发进行到显著程度的化学反应。自发过程可以是物理过程,不一定是自
发反应;而自发反应一定是自发过程。
2.不对。有些熵增大的反应,需要高温才能自发进行。有些熵减小的反应,在一定条件下也可
以自发进行。
3.不对。吸热且熵增大的反应,温度越高反应越可能自发进行。
4.不对。该可逆反应中,c(B)∶c(C)一直为1∶2,所以不能依据c(B)∶c(C)不再变化判断反应
是否达到平衡。
1.焓判据
(1)体系总是趋向于从高能状态转化为低能状态(这时体系往往会对外部做功或释放能量),该
判据又称能量判据。
(2)应用:由焓判据知,放热过程(ΔH<0)常常是容易自发进行的。
(3)焓判据的局限性:有些吸热反应也可以自发进行,因此焓变是影响反应自发进行的因素,但
不是唯一因素。
2.熵判据
(1)在与外界隔离的体系中,体系趋向于由有序转变为无序,导致体系的熵增大,这一经验规律
叫做熵增原理。在用来判断过程的方向时,就称为熵判据。
关键能力 定点破
定点 1 反应自发性的判据
(2)应用:熵增(ΔS>0)的过程常常是容易自发进行的。
(3)熵判据的局限性:少数熵减小的过程,在一定条件下也可以自发进行,熵变是影响反应自发
进行的又一个因素,但也不是唯一因素。
归纳提升
化学反应方向与焓变、熵变的关系
a.从焓变(能量)角度:ΔH<0,有利于反应自发进行。
b.从熵变角度:ΔS>0,有利于反应自发进行。
c.在实际的化学反应中,当ΔH与ΔS同时大于0或同时小于0时,二者对化学反应自发性的影响
出现矛盾,因此,在分析一个具体化学反应能否自发进行时,不能单独使用焓判据或熵判据来
分析,否则可能会得出错误的结论。
3.复合判据
在温度、压力一定的条件下,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。
典例 下列反应中,一定不能自发进行的是( )
A.2KClO3(s) 2KCl(s)+3O2(g) ΔH=-78.03 kJ·mol-1 ΔS=111 0 J·mol-1·K-1
B.CO(g) C(石墨,s)+ O2(g) ΔH=110.5 kJ·mol-1 ΔS=-89.36 J·mol-1·K-1
C.4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g) 4Fe(OH)3(s) ΔH=-444.3 kJ·mol-1 ΔS=-280.1 J·mol-1·K-1
D.NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq) CO2(g)+CH3COONH4(aq)+H2O(l) ΔH=37.301 kJ·mol-1
ΔS=184.05 J·mol-1·K-1
B
思路点拨： (1)在利用ΔH-TΔS作为判据判断反应方向时,给出ΔH的单位通常为kJ·mol-1,ΔS的单位通常是J·mol-1·K-1,进行计算时需注意。
(2)利用ΔH、ΔS的符号和ΔH-TΔS进行推理,可以避开计算。
解析：A项为放热、熵增大的反应,在任何温度下都有ΔH-TΔS<0,因此该反应一定能自发进
行,A项不符合题意;B项为吸热、熵减小的反应,在任何温度下都有ΔH-TΔS>0,故该反应一定
不能自发进行,B项符合题意;C项为放热、熵减小的反应,在低温时可能有ΔH-TΔS<0,因此该
反应在低温下能自发进行,C项不符合题意;D项为吸热、熵增大的反应,在高温时可能有ΔH-
TΔS<0,因此该反应在高温下能自发进行,D项不符合题意。
对于恒容密闭容器中的反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g),分析如下:
定点 2 化学平衡状态的判断
可能的情况举例 是否已达平衡
体系中各成分的含量 各物质的物质的量或物质的
量分数、质量或质量分数、
各气体的体积或体积分数一
定 平衡
总体积、总物质的量一定 不一定平衡
正、逆反应速率的关系 在单位时间内消耗了m mol
A,同时生成m mol A,即v(正)=
v(逆) 平衡
在单位时间内消耗了n mol
B,同时生成p mol C 不一定平衡
v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)=
m∶n∶p∶q 不一定平衡
压强 压强不再变化,当m+n≠p+q 平衡
压强不再变化,当m+n=p+q 不一定平衡
混合气体的平均相对分子质
量 平均相对分子质量一定,当 m+n≠p+q 平衡
平均相对分子质量一定,当 m+n=p+q 不一定平衡
温度 绝热条件,体系温度一定 平衡
气体的密度 密度一定 不一定平衡
颜色 体系(含有色物质)的颜色不
变,即有色物质的浓度不变 平衡
1.直接标志
(1)速率标志:指“等”,即v正=v逆。有两层含义:对于同一物质而言,该物质的生成速率等于它
的消耗速率;对于不同的物质而言,反应速率之比等于化学方程式中的化学计量数之比,但必
须是不同方向的反应速率。
(2)含量标志:指“定”,即反应混合物中各组分的含量保持不变,必须是所有组分均不变,不能
只其中一种不变。
2.间接标志
(1)反应物或生成物中含有色物质的可逆反应,颜色不再变化即表明反应达到平衡状态。
(2)对于反应前后气体体积变化的反应,气体的总物质的量、平均相对分子质量保持不变,以
及恒压下体积不再改变,恒容下压强不再改变,都可以成为判断平衡状态的标志。
典例 在恒温恒容的密闭容器中分别进行下列两个可逆反应:
反应1:2NO2(g) 2NO(g)+O2(g),其中NO2是红棕色气体。
反应2:H2(g)+I2(g) 2HI(g),其中I2(g)是紫色的。
以上两个反应过程中,有下列情况:
①同一物质正反应速率等于逆反应速率。②混合气体的颜色不再改变。③混合气体的密度
不再改变。④混合气体的压强不再改变。⑤混合气体的平均相对分子质量不再改变。⑥对
于反应1,单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO2。⑦对于反应2,用H2、I2和HI表示
的反应速率之比为1∶1∶2。
(1)上述情况中能作为反应1达到平衡状态标志的是 。
(2)上述情况中能作为反应2达到平衡状态标志的是 。
①②④⑤⑥
①②
思路点拨：判断可逆反应是否达到平衡状态的根本依据是正、逆反应速率是否相等。基本
的判断方法是看反应中某依据是否是变量,若是变量,一旦不变即可作为平衡标志,若为不变
量则不能作为平衡标志。
解析 ： (1)对于反应2NO2(g) 2NO(g)+O2(g),当同一物质的正、逆反应速率相等时,反应处
于平衡状态,①正确;混合气体的颜色不再改变时,说明c(NO2)不变,反应处于平衡状态,②正
确;气体的密度ρ= ,气体的质量和容器的容积是定值,气体的密度不变不能作为反应达到平
衡状态的标志,③错误;由于该反应为反应前后气体体积变化的反应,恒容容器中的压强不变,
表明反应处于平衡状态,④正确;混合气体的平均相对分子质量 = ,该反应中气体的质量
始终不变,而气体的物质的量为变量,则混合气体的平均相对分子质量保持不变时,表明反应
处于平衡状态,⑤正确;单位时间内生成O2和生成NO2的反应方向相反,且二者生成的物质的
量之比为1∶2,反应处于平衡状态,⑥正确。(2)对于反应:H2(g)+I2(g) 2HI(g),当同一物质
的正、逆反应速率相等时,反应处于平衡状态,①正确;混合气体的颜色不再改变时,说明c(I2)
不变,反应处于平衡状态,②正确;由于气体的质量和容器的容积是定值,气体的密度不变不能
作为反应达到平衡状态的标志,③错误;由于该反应为反应前后气体体积不变的反应,容器中
气体的物质的量始终不变,则容器中的压强始终不变,故混合气体的压强不变不能作为反应
达到平衡状态的标志,④错误;由于该反应气体的质量、气体的总物质的量是定值,气体的平
均相对分子质量不变,不能判断反应是否处于平衡状态,⑤错误;没有说明反应的方向,若表示
同一方向的反应速率之比,则不能表明反应达到平衡,⑦错误。
在容积为V L的密闭容器中充入a mol A和b mol B,发生反应mA(g)+nB(g) pC(g)+
qD(g),达到平衡时A的转化量为mx mol,列三段式如下:
mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g)
起/mol a b 0 0
转/mol mx nx px qx
平/mol a-mx b-nx px qx
定点 3 化学平衡的有关计算——三段式法
②平衡时c(A)= mol·L-1;
③A的平衡转化率α(A)= ×100%;
④A的百分含量φ(A)= ×100%。
对于反应物,平衡量=起始量-转化量;对于生成物,平衡量=起始量+转化量,则有:
①K= ;
典例 工业合成氨的反应为N2(g)+3H2(g) 2NH3(g),设在容积为2.0 L的密闭容器中充入
0.60 mol N2(g)和1.60 mol H2(g),反应在一定条件下达到平衡时,NH3的物质的量分数(NH3的物质的量与反应体系中总的物质的量之比)为 。试计算:
(1)该条件下N2的平衡转化率为 。
(2)该条件下反应2NH3(g) N2(g)+3H2(g)的平衡常数为 。
66.7%
0.005
思路点拨：平衡转化率应用三段式法解题,(2)中反应的平衡常数是题给反应平衡常数的倒数。
解析：设N2转化的物质的量浓度为x mol·L-1,
N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)
起(mol·L-1) 0.3 0.8 0
转(mol·L-1) x 3x 2x
平(mol·L-1) 0.3-x 0.8-3x 2x
所以 = ,解得x=0.2。
(1)N2的平衡转化率为 ×100%≈66.7%。
(2)反应2NH3(g) N2(g)+3H2(g)的平衡常数K= = =0.005。
1.压强平衡常数(Kp)的含义
对于有气体参加的反应,用各气体的平衡分压代替平衡浓度计算的平衡常数。如反应
aA(g)+bB(g) cC(g) +dD(g),Kp= 。
定点 4 压强平衡常数(Kp)的计算
2.四步骤计算压强平衡常数
典例 天然气的主要成分为CH4,一般还含有C2H6等烃类,是重要的燃料和化工原料。乙烷在一
定条件可发生如下反应:C2H6(g) C2H4(g)+H2(g) ΔH1,容器中通入等物质的量的乙烷和氢
气,在等压下(p)发生上述反应,乙烷的平衡转化率为α。反应的平衡常数Kp=
(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。
×p
思路点拨：掌握气体分压的计算方法,利用“三段式”法计算出各气体的平衡分压,代入平
衡常数表达式。
解析：假设起始时n(C2H6)为1 mol,则C2H6的转化量为1 mol×α=α mol。根据题意,列三段式:
C2H6(g) C2H4(g)+H2(g)
起始量 1 mol 0 1 mol
转化量 α mol α mol α mol
平衡量 (1-α)mol α mol (1+α)mol
平衡时气体总物质的量n总=(2+α)mol,故p(C2H6)= ×p,p(C2H4)= ×p,p(H2)= ×p,则
Kp= = = ×p。第2课时 化学平衡状态
基础过关练
题组一 可逆反应
1.下列反应不属于可逆反应的是( )
A.SO2+H2O H2SO3与H2SO3 SO2+H2O
B.H2+I2 2HI与2HI H2+I2
C.2SO2+O2 2SO3与2SO3 2SO2+O2
D.2H2O 2H2↑+O2↑与2H2+O2 2H2O
2.往10 mL 0.2 mol·L-1 NaI溶液中滴加4~5滴0.1 mol·L-1 FeCl3溶液后,再进行下列实验,可证明FeCl3溶液和NaI溶液的反应为可逆反应的是( )
A.再滴加AgNO3溶液,观察是否有AgI沉淀产生
B.加入CCl4振荡后,观察下层液体颜色
C.加入CCl4振荡后,取上层清液,滴加AgNO3溶液,观察是否有AgCl沉淀产生
D.加入CCl4振荡后,取上层清液,滴加KSCN溶液,观察是否出现红色
题组二 化学平衡的建立与特征
3.下列有关可逆反应的说法不正确的是( )
A.可逆反应是指在同一条件下能同时向正、逆两个方向进行的反应
B.可逆反应的速率越大,进行的限度也就越大
C.可逆反应达到平衡时,反应并未停止,但是用反应物或生成物表示的平均反应速率为0
D.存在平衡的不一定是可逆反应
4.一定温度下,在某恒容密闭容器中加入NH3和O2,发生反应4NH3(g)+5O2(g) 4NO(g)+6H2O(g) ΔH<0,在建立平衡的过程中,下列说法正确的是( )
A.正反应速率增大,逆反应速率减小
B.达到平衡前,混合气体的熵逐渐增大
C.达到平衡前,混合气体的密度始终在不断增大
D.反应过程中,有非极性键和极性键的断裂和形成
5.在一个密闭容器中发生如下反应:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g),反应过程中某一时刻测得SO2、O2、SO3的浓度分别为0.2 mol·L-1、0.1 mol·L-1、0.2 mol·L-1,当反应达到平衡时,可出现的数据是( )
A.c(SO3)=0.4 mol·L-1
B.c(SO3)=0.15 mol·L-1,c(SO2)=0.15 mol·L-1
C.c(O2)=0.3 mol·L-1
D.c(SO3)+c(SO2)=0.4 mol·L-1
6.锡、铅均为第ⅣA族元素,在含Pb2+的溶液中投入Sn会发生置换反应生成Sn2+,反应过程中金属离子(R2+)的物质的量浓度随时间的变化情况如图所示。下列说法错误的是( )
A.0~10 s内,v(Sn2+)=0.044 mol·L-1·s-1
B.反应的离子方程式为Pb2++Sn Pb+Sn2+
C.5 s时,正、逆反应速率相等,反应达到平衡状态
D.12 s时,5c(Sn2+)=11c(Pb2+)
7.某温度下,体积恒定的密闭容器中发生反应CO(g)+NO2(g)CO2(g)+NO(g) ΔH,不能说明此可逆反应已达到平衡状态的是( )
A.混合气体的压强不再变化
B.CO的物质的量浓度不再变化
C.混合气体的颜色不再变化
D.NO2的转化率不再变化
题组三 化学平衡状态的判断
8.在一定温度下,体积一定的密闭容器中可逆反应3Fe(s)+4H2O(g) Fe3O4(s)+4H2(g)达到平衡的标志是( )
A.容器内混合气体的密度不再变化
B.断裂2 mol O—H键的同时形成1 mol H—H键
C.容器内混合气体的压强不再变化
D.消耗3 mol Fe的同时生成1 mol Fe3O4
9.在一定温度下的恒容密闭容器中发生反应C2H4(g)+H2(g) C2H6(g) ΔH<0,下列叙述中,不能表明反应达到平衡状态的是( )
A.混合气体的密度不再发生变化
B.混合气体总物质的量不再发生变化
C.单位时间内消耗H2与消耗C2H6的物质的量之比为1∶1
D.容器中各物质的物质的量分数不再发生变化
10.工业合成氨的反应为N2(g)+3H2(g) 2NH3(g),在恒温恒容的密闭容器中,可作为合成氨平衡标志的是( )
A.混合气体的总物质的量不再变化
B.混合气体的密度保持不变
C.单位时间内生成3 mol H2同时消耗2 mol NH3
D.c(N2)∶c(H2)∶(NH3)=1∶3∶2
11.在一个不传热的固定容积的密闭容器中发生可逆反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g),当m、n、p、q为任意整数时,达到平衡的标志是( )
①体系的压强不再改变
②体系的温度不再改变
③各组分的浓度不再改变
④各组分的质量分数不再改变
⑤反应速率v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)=m∶n∶p∶q
⑥单位时间内m mol A断键反应,同时p mol C也断键反应
A.③④⑤⑥ B.②③④⑥
C.①③④⑤ D.①③④⑥
12.O3脱硝还可发生反应2NO2(g)+ O3(g)N2O5(g)+O2(g) ΔH<0。T ℃时,向2.0 L恒容密闭容器中充入2.0 mol NO2和1.0 mol O3,反应过程中测定的部分数据见下表:
t/s 0 3 6 12 24
n(O2)/mol 0 0.36 0.60 0.80 0.80
(1)反应在0~3 s内的平均速率v(NO2)= 。
(2)下列描述中能说明上述反应已达平衡的是 。(填字母)
a.混合气体密度不再变化
b.单位时间内消耗2 mol NO2的同时生成1 mol O2
c.v正(NO2)=2v逆(N2O5)
d.混合气体压强不再变化
能力提升练
题组一 化学平衡的建立
1.在2 L的密闭容器中进行反应2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ΔH<0,起始时SO2、O2、SO3的物质的量分别为0.2 mol、0.1 mol、0.6 mol。下列说法正确的是 ( )
A.该反应一定是正向建立平衡
B.平衡时,SO3的浓度范围为0C.该反应在高温下自发进行
D.当SO2和O2的物质的量之比不再变化时,化学反应达到了平衡
2.下列有关化学反应限度的说法正确的是( )
A.可逆反应达到平衡状态时,各反应物、生成物的浓度相等
B.在一定条件下,一个可逆反应达到的平衡状态就是该反应所能达到的最大限度
C.化学反应在一定条件下建立平衡状态后,化学反应就会停止
D.1 mol N2和3 mol H2在一定条件下可生成2 mol NH3
题组二 化学平衡状态的判断
3.用Cl2生产某些含氯有机物时会生成副产物HCl,利用下列反应可实现氯的循环利用:4HCl(g)+O2(g) 2Cl2(g)+2H2O(g) ΔH<0。在恒温恒容的密闭容器中,充入4 mol HCl、1 mol O2发生上述反应,下列示意图正确且能说明反应最终达到平衡状态的是( )
A.①②③ B.②③ C.③ D.④
4. 在两个绝热恒容的密闭容器中进行下列两个可逆反应:
甲:C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g)
乙:CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)
现有下列状态:①混合气体平均相对分子质量不再改变 ②恒温时,气体压强不再改变 ③各气体组分浓度相等 ④反应体系中温度保持不变 ⑤断裂氢氧键速率是断裂氢氢键速率的2倍 ⑥混合气体密度不变 ⑦单位时间内,消耗水蒸气质量与生成氢气质量比为9∶1
其中能表明甲、乙容器中反应都达到平衡状态的是( )
A.①②⑤ B.③④⑥
C.⑥⑦ D.④⑤
5.在容积可变的真空密闭容器中投入一定量草酸锰(MnC2O4),发生反应:MnC2O4(s) MnO(s)+CO(g)+CO2(g)。在一定温度下达到平衡,测得混合气体总浓度为0.8 mol·L-1。若保持温度不变,将容器容积扩大至原来的2倍,达到新平衡时测得c(CO2)=x mol·L-1。下列说法正确的是 ( )
A.当CO体积分数保持不变时表明反应达到平衡状态
B.当气体平均摩尔质量保持不变时表明反应达到平衡状态
C.达到新平衡时c(CO2)=c(CO)=0.4 mol·L-1
D.达到新平衡时,平衡常数减小
题组三 化学平衡的简单计算
6.一定温度下,在3 L的恒容密闭容器中发生反应:X(g)+2Y(g) 3Z(g)。反应过程中的部分数据如表所示:
t/min n(X)/mol n(Y)/mol n(Z)/mol
0 1.0 1.2 0
5 0.6
10 0.7
15 0.6
下列说法正确的是( )
A.5~10 min用Y表示的平均反应速率为0.04 mol·L-1·min-1
B.10~15 min反应没有达到平衡
C.达到平衡状态时,c(Z)=0.2 mol·L-1
D.X的平衡转化率为30%
7.某温度下,在容积为2 L的密闭容器中投入一定量的A、B发生反应3A(g)+bB(g) cC(g) ΔH=-Q kJ·mol-1(Q>0),12 s时反应达到平衡,生成C的物质的量为0.8 mol,反应过程中A、B的物质的量浓度随时间的变化关系如图所示。下列说法正确的是( )
A.前12 s内,A的平均反应速率为0.025 mol·L-1·s-1
B.12 s后,A的消耗速率等于B的生成速率
C.化学计量数之比b∶c=1∶2
D.12 s内,A和B反应放出的热量为0.2Q kJ
8.(经典题)一定条件下,向2 L恒容密闭容器中加入3 mol A和 1 mol B,发生反应3A(g)+B(g) xC(g)+2D(s)。2 min末该反应达到平衡状态,生成0.8 mol D,并测得C的浓度为0.4 mol·L-1。下列判断错误的是( )
A.x=2
B.0~2 min内,A的平均反应速率为0.3 mol·L-1·min-1
C.B平衡时的物质的量为0.4 mol
D.混合气体的密度不再变化时,该反应达到了平衡状态
9.某温度时,在一个容积为2 L的密闭容器中,X、Y、Z三种物质的物质的量随时间的变化曲线如图所示:
(1)反应开始至2 min,气体Z的反应速率为 。
(2)在2 L的另一个密闭容器中,放入0.2 mol A和0.3 mol B,在一定温度下,压强为p,放入催化剂(体积忽略),发生反应2A(g)+3B(g) xC(g)+2D(g),在a min后,容器中c(A)=0.05 mol·L-1,若温度不变,压强变为0.9p,则v(C)= 。
10.某恒定温度下,在一个2 L的密闭容器中充入气体A、气体B,其浓度分别为2 mol·L-1、1 mol·L-1,且发生如下反应:3A(g)+2B(g) 4C( )+2D( )。反应一段时间后达到平衡状态,测得生成 1.6 mol C,且反应前后气体的压强之比为5∶4。回答下列问题:
(1)C和D的聚集状态分别为 、 (填“气体”或“非气体”)。
(2)B的转化率为 。
(3)增加C的量,A、B的转化率 (填“变大”“变小”或“不变”)。
答案与分层梯度式解析
第2课时 化学平衡状态
基础过关练
1.D 反应条件相同,且正、逆反应同时进行,为可逆反应,A、B、C不符合题意;反应条件不同,不属于可逆反应,D符合题意。
2.D I-有剩余,Ag+可跟剩余的I-反应生成AgI沉淀,跟反应是否可逆无关,A项错误;无论该反应是否可逆,溶液中一定有碘单质,下层一定会呈紫红色,B项错误;上层清液一定含Cl-,一定会产生白色AgCl,与本反应是否可逆无关,C项错误;加KSCN溶液,若溶液变红,证明溶液中还有Fe3+,该反应为可逆反应,若溶液不变红,证明溶液中Fe3+已经全部转化为Fe2+,该反应不可逆,D项正确。
3.B 可逆反应是指在同一条件下能同时向正、逆两个方向进行的反应,A项正确;化学反应速率与反应快慢相关,限度大小与转化程度相关,可逆反应的速率大小与限度没有必然联系,B项错误;可逆反应达到平衡时,反应并未停止,各成分的浓度不再变化,故用反应物或生成物的浓度变化表示的平均反应速率为0,C项正确;晶体投入其饱和溶液中就存在溶解与结晶的平衡,故存在平衡的不一定是可逆反应易错点,D项正确。
4.B 在建立平衡的过程中,正反应速率减小,逆反应速率增大,A错误;该反应的ΔS>0,故达到平衡前混合气体的熵逐渐增大,B正确;反应前后该混合气体的质量保持不变,在恒容的条件下,该混合气体的密度始终不变,C错误;反应过程中,没有非极性键的形成,D错误。
5.D 反应过程中的某一时刻测得SO2、O2和SO3的浓度分别为 0.2 mol·L-1、0.1 mol·L-1和0.2 mol·L-1,若完全转化,则SO2、O2和SO3的浓度分别为0.4 mol·L-1、0.2 mol·L-1和0 mol·L-1或 0 mol·L-1、0 mol·L-1和0.4 mol·L-1。根据分析可知平衡时,0< c(SO2)<0.4 mol·L-1,A错误;SO3的浓度减小,则SO2的浓度应增大,B错误;根据分析可知平衡时,06.C 0~10 s内Sn2+的浓度从0变为0.44 mol·L-1,所以v(Sn2+)= =0.044 mol·L-1·s-1,A项正确;Sn的还原性比较强,在含Pb2+的溶液中投入Sn会发生置换反应生成Sn2+,由题图可知该反应为可逆反应,反应的离子方程式为Pb2++Sn Pb+Sn2+,B项正确;由题图可知5 s时Pb2+和Sn2+的浓度相等,反应还在向正反应方向进行,正、逆反应速率不相等,反应没有达到平衡状态,C项错误;由题图可知 12 s时,c(Sn2+)=0.44 mol·L-1,c(Pb2+)=0.2 mol·L-1,= =,即5c(Sn2+)=11c(Pb2+),D项正确。
7.A 题给反应是气体分子总数不变的反应,一定温度、一定体积下,压强始终不变,混合气体的压强不再变化不能说明此可逆反应已达到平衡状态,A符合题意;CO的物质的量浓度不再变化,符合平衡特征,B不符合题意;混合气体的颜色不再变化,则NO2的物质的量浓度不再变化,符合平衡特征,C不符合题意;NO2的转化率不再变化,则各成分的物质的量浓度不再变化,符合平衡特征,D不符合题意。
8.A 题给反应是气体质量减小的反应,反应过程中体积不变,则密度一直减小,当容器内混合气体的密度不再变化时,反应达到平衡状态,A项正确;断裂2 mol O—H键、形成1 mol H—H键都表示的是正反应速率,不能说明反应达到平衡状态,B项错误;该反应是气体体积不变的反应,反应过程中压强一直不变,容器内混合气体的压强不再变化不能说明反应达到平衡状态,C项错误;消耗3 mol Fe、生成1 mol Fe3O4都表示的是正反应速率,不能说明反应达到平衡状态,D项错误。
9.A 题给反应在恒容密闭容器中进行,反应物和产物均为气体,反应体系中气体的质量不变,所以密度也不变,无法根据密度不变判断反应是否达到平衡状态,A符合题意;反应前后气体总物质的量不相等,所以混合气体总物质的量不再发生变化,说明反应达到平衡状态,B不符合题意;单位时间内消耗1 mol C2H6的同时生成1 mol H2,单位时间内消耗H2与生成H2的物质的量之比为1∶1,可说明反应达到平衡状态,C不符合题意;容器中各物质的物质的量分数不再发生变化,说明反应达到平衡状态,D不符合题意。
10.A 反应前后气体体积不等,气体总物质的量是变量,混合气体的总物质的量不再变化,说明反应达到平衡状态,A正确;气体总质量不变,容器容积不变,密度是恒量,混合气体的密度保持不变,反应不一定平衡,B错误;单位时间内生成3 mol H2同时消耗2 mol NH3,均表示正反应,不能判断正、逆反应速率是否相等,反应不一定平衡,C错误;c(N2)∶c(H2)∶(NH3)=1∶3∶2,不能判断各物质浓度是否还发生改变,反应不一定平衡,D错误。
11.B ①如果该反应是一个反应前后气体体积不变的可逆反应,则体系的压强始终不变,所以不能根据压强不再改变判断反应是否达到平衡状态,不选;②体系的温度不再改变,正、逆反应速率相等,所以能据此判断该反应达到平衡状态,选;③各组分的浓度不再改变,该反应达到平衡状态,选;④当该反应达到平衡状态,各组分的质量分数不再改变,选;⑤反应过程中同一反应方向一直有v(A)∶v(B)∶v(C)∶ v(D)=m∶n∶p∶q,不能据此判断该反应是否达到平衡状态,不选;⑥单位时间内m mol A断键反应等效于p mol C成键,同时p mol C也断键反应,则反应达到平衡状态,选;故选B。
12.答案 (1)0.12 mol·L-1·s-1 (2)cd
解析 (1)0~3 s内,Δn(O2)=0.36 mol,则Δn(NO2)=0.36 mol×2= 0.72 mol,v(NO2)==0.12 mol·L-1·s-1。(2)根据质量守恒,混合气体的质量始终不变,容器容积不变,则混合气体的密度始终不变,混合气体的密度不再改变,不能说明反应达到平衡状态,a错误;单位时间内消耗2 mol NO2的同时生成1 mol O2,只指明正反应速率,不能说明反应达到平衡状态,b错误;v正(NO2)=2v逆(N2O5)=v逆(NO2),说明反应达到平衡状态,c正确;该反应是气体体积减小的反应,随着反应进行,混合气体压强减小,当混合气体压强不再变化,说明反应达到平衡状态,d正确。
能力提升练
1.B 无法确定该反应进行的方向,A错误;根据S原子守恒可知,SO2和SO3的物质的量之和是0.8 mol,由于反应是可逆反应,反应物的转化率达不到100%,所以当反应达平衡时,02.B 反应达到平衡状态时各反应物、生成物的浓度不再改变,并不一定相等,A错误;在一定条件下,一个可逆反应达到的平衡状态就是反应所能达到的最大限度,B正确;化学反应在一定条件下建立平衡状态后,化学反应仍然在进行,只是正、逆反应速率相等,C错误;N2和H2的反应属于可逆反应,所以1 mol N2和3 mol H2在一定条件下达到平衡时生成NH3的量小于2 mol,D错误。
3.D 在恒容密闭容器中发生题述反应,反应物与生成物都是气体,密度在反应过程中始终不变,图①不正确;ΔH与反应时间无关,图②不能说明反应最终达到平衡状态;容器中开始未充入生成物,逆反应的初始速率为0,图③不正确。图④示意图正确且能说明反应最终达到平衡状态,D项符合题意。
4.D ①平均相对分子质量是混合气体的质量和混合气体的总的物质的量的比值,乙反应中混合气体质量、物质的量都不变,则反应中平均相对分子质量一直不变,混合气体平均相对分子质量不再改变不能说明反应达到平衡,不正确;②同样乙中压强不再发生变化时,也不能说明反应达到平衡,不正确;③达到化学平衡时各组分的浓度不再发生变化,但各组分的浓度不一定相等,不正确;④正确;⑤反应速率的方向相反,且满足速率之比等于相应物质的化学计量数之比,正确;⑥密度是混合气体的质量和容器容积的比值,在反应过程中,乙中混合气体质量和容器容积始终不变,不正确;⑦反应方向是相同的,不正确。
知识归纳 反应达到平衡状态时正反应速率等于逆反应速率,体系组成不再变化,其他关联量也不再变化。
5.C 由反应方程式可知,CO、CO2是气体产物,且二者的物质的量相等,其他物质都呈固态,则反应过程中,CO的体积分数和CO2的体积分数始终相等,均为50%,所以混合气体中CO的体积分数保持不变时不能说明反应达到平衡状态,A项错误;CO、CO2是气体产物,且二者的物质的量相等,设生成CO、CO2的物质的量都是y mol,气体平均摩尔质量始终为 g·mol-1=36 g·mol-1,当气体平均摩尔质量保持不变时不能说明反应达到平衡状态,B项错误;在一定温度下达到平衡,测得混合气体总浓度为0.8 mol·L-1,由A可知,CO的体积分数和CO2的体积分数始终相等,均为50%,达到新平衡时,气体浓度不变,c(CO2)=c(CO)=0.4 mol·L-1,C项正确;温度不变,平衡常数不变,D项错误。
6.D 当反应进行至第10 min时,X消耗0.3 mol,则Y消耗0.6 mol,剩余0.6 mol,15 min时Y的物质的量仍然是0.6 mol,说明反应进行至第10 min时已达平衡状态,列三段式有:
X(g)+2Y(g) 3Z(g)
初始/mol 1 1.2 0
转化/mol 0.3 0.6 0.9
平衡/mol 0.7 0.6 0.9
5~10 min内,Y的物质的量的变化量为0.2 mol,其反应速率v(Y)= ≈0.013 mol·L-1·min-1,A错误;反应进行至第10 min时,已达平衡状态,B错误;达到平衡状态时,Z物质的量为0.9 mol,则其浓度为0.3 mol·L-1,C错误;X的平衡转化率为×100%=30%,D正确。
7.C 分析图像可知12 s内A的浓度变化为(0.8-0.2)mol·L-1= 0.6 mol·L-1,反应速率v(A)==0.05 mol·L-1·s-1,A项错误;分析可知,前12 s内,Δc(A)∶Δc(B)∶Δc(C)=0.6 mol·L-1∶ 0.2 mol·L-1∶0.4 mol·L-1=3∶1∶2,则A、B、C的化学计量数之比为3∶1∶2,A、B的化学计量数不同,12 s后达到平衡状态,A的消耗速率不等于B的生成速率,B项错误,C项正确;消耗3 mol A放热 Q kJ,12 s内消耗A的物质的量为0.6 mol·L-1×2 L=1.2 mol,消耗1.2 mol A放出的热量为0.4Q kJ,D项错误。
8.C 平衡时生成的C的物质的量为0.4 mol·L-1×2 L=0.8 mol,生成物的物质的量之比等于化学计量数之比解题技法,故0.8 mol∶ 0.8 mol=x∶2,解得x=2,A项正确;2 min内生成0.8 mol C,故 2 min内C的反应速率v(C)==0.2 mol·L-1·min-1,反应速率之比等于化学计量数之比,故v(A)=v(C)=×0.2 mol·L-1·min-1= 0.3 mol·L-1·min-1,B项正确;由分析知达到平衡时n(B)=1 mol-×0.8 mol=0.6 mol,C项错误;容器的容积不变,反应体系中有固体,则混合气体的质量可变,密度可变,故混合气体的密度不再变化,可以说明该反应达到了平衡状态,D项正确。
9.答案 (1)0.05 mol·L-1·min-1
(2) mol·L-1·min-1
解析 (1)2 min时,Z的物质的量为0.2 mol,则反应开始至2 min,气体Z的反应速率为=0.05 mol·L-1·min-1。(2)由a min后,A的浓度为0.05 mol·L-1可知,反应消耗A的物质的量为0.2 mol-0.05 mol·L-1×2 L=0.1 mol,容器中A、B、C、D的物质的量分别为0.1 mol、0.3 mol-0.1 mol×=0.15 mol、0.1 mol×=0.05x mol、0.1 mol,由同温、同体积下反应前后混合气体的物质的量之比等于气体压强之比可得:=,解得x=2,则v(C)== mol·L-1·min-1。
10.答案 (1)非气体 气体 (2)40% (3)不变
解析 (1)根据题意列“三段式”:
3A(g)+2B(g) 4C( )+2D( )
起始量/mol 4 2 0 0
变化量/mol 1.2 0.8 1.6 0.8
平衡量/mol 2.8 1.2 1.6 0.8
反应前后压强之比等于5∶4,恒温恒容时,压强之比等于气体物质的量之比,即反应前后气体物质的量之比为5∶4,则D为气体,C为固体或纯液体。(2)B的转化率为×100%=40%。(3)C是固体或纯液体,因此增加C的量,A、B的转化率不变。
2第3课时 化学平衡常数
基础过关练
题组一 化学平衡常数的定义及其影响因素
1.下列关于平衡常数的说法正确的是( )
A.在平衡常数表达式中,反应物浓度用起始浓度,生成物浓度用平衡浓度
B.在任何条件下,化学平衡常数都是一个定值
C.确定反应的平衡常数的大小只与温度有关,而与浓度、压强、催化剂等无关
D.从平衡常数的大小可以推断一个反应进行的快慢
2.O3是一种很好的消毒剂,具有高效、洁净、方便、经济等优点。O3可溶于水,在水中易分解,产生的[O]为游离氧原子,有很强的杀菌消毒能力。常温常压下发生的反应如下:
反应①O3(g) O2(g)+[O](g) ΔH>0 平衡常数为K1;
反应②[O](g)+O3(g) 2O2(g) ΔH<0 平衡常数为K2;
总反应:2O3(g) 3O2(g) ΔH<0 平衡常数为K。
下列叙述正确的是( )
A.降低温度,总反应K减小
B.K=K1+K2
C.适当升温,可提高消毒效率
D.压强增大,K2减小
3.当把晶体N2O4放入密闭容器中使其变为气体,并建立了N2O4(g) 2NO2(g)平衡后,保持温度不变,再通入若干N2O4气体,待反应达到新的平衡时,则新平衡与旧平衡相比,的值( )
A.不变 B.变大
C.变小 D.无法确定
题组二 化学平衡常数的计算
4.已知合成氨反应可逆且为放热反应,在一定温度和压强下,以下推论不正确的是( )
A.N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH1、2NH3(g) N2(g)+3H2(g) ΔH2,则ΔH1+ΔH2=0
B.N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) K1、2NH3(g) N2(g)+3H2(g) K2,则K1·K2=1
C.N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH1、2NH3(l) N2(g)+3H2(g) ΔH2,则ΔH1+ΔH2<0
D.N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) K1、NH3(g) N2(g)+H2(g) K2,则K1·=1
5.将4 mol SO2与2 mol O2放入容积为4 L的恒容密闭容器中,在一定条件下反应达到平衡:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g),测得平衡时SO3的浓度为0.5 mol·L-1,则此条件下的平衡常数K为( )
A.4 B.0.4
C.0.25 D.0.2
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,c(H2)=0.5 mol/L,c(HI)=4 mol/L,则此温度下反应①的平衡常数为( )
A.9 B.16
C.20 D.25
能力提升练
题组一 化学平衡常数的应用
1.已知NO和O2转化为NO2的反应机理如下:
①2NO(g) N2O2(g)(快) ΔH1<0,平衡常数K1
②N2O2(g)+O2(g) 2NO2(慢) ΔH2<0,平衡常数K2
下列说法正确的是( )
A.2NO(g)+O2(g) 2NO2(g) ΔH=ΔH1+ΔH2
B.2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)的平衡常数K=
C.反应①的速率大小决定2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)的反应速率
D.反应过程中的能量变化如图所示
2.在恒温条件下,向盛有食盐的2 L恒容密闭容器中加入0.2 mol NO2、0.2 mol NO和0.1 mol Cl2,发生如下两个反应:
①2NO2(g)+NaCl(s) NaNO3(s)+ClNO(g) ΔH1<0,平衡常数K1
②2NO(g)+Cl2(g) 2ClNO(g) ΔH2<0,平衡常数K2
10 min时反应达到平衡状态,测得容器内体系的压强减小20%,这 10 min内用ClNO(g)表示的平均反应速率v(ClNO)=7.5×10-3 mol/ (L·min)。下列说法不正确的是( )
A.反应4NO2(g)+2NaCl(s) 2NaNO3(s)+2NO(g)+Cl2(g)的平衡常数为
B.平衡后c(Cl2)=2.5×10-2 mol/L
C.其他条件保持不变,反应在恒压条件下进行,则平衡常数K2增大
D.若升高温度,则平衡常数K1减小
题组二 平衡转化率的计算
3.某温度下,在2 L的恒容密闭容器中充入气体A和气体B发生反应生成气体C,反应过程中各组分的物质的量随反应时间的变化如图所示。下列说法正确的是( )
A.t1 min时反应达到平衡状态
B.B的平衡转化率为10%
C.该反应的化学方程式可表示为A+3B 2C
D.该温度下,反应的平衡常数为300
4.已知可逆反应:M(g)+N(g) P(g)+Q(g) ΔH>0。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%。请回答下列问题:
(1)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 (已知≈1.414)。
答案与分层梯度式解析
第3课时 化学平衡常数
基础过关练
1.C 在平衡常数表达式中,反应物浓度和生成物浓度均为平衡浓度,A错误;确定反应的平衡常数只与温度有关,温度发生变化,化学平衡常数也会发生变化,B错误;确定反应的平衡常数的大小只与温度有关,而与浓度、压强、催化剂等无关,C正确;从平衡常数的大小可以推断一个反应的限度,不能推断反应快慢,D错误。
2.C 由2O3(g) 3O2(g) ΔH<0可知,正反应为放热反应,则降低温度平衡常数增大,A项错误;由K==×=K1×K2,B项错误;适当升温,反应①的平衡正向移动,有利于生成[O],反应②的平衡逆向移动,[O]的量增多,则可提高消毒效率C项正确,;平衡常数只受温度的影响,温度不变,平衡常数不变,D项错误。
3.A 反应N2O4(g) 2NO2(g)平衡常数为K=,温度不变平衡常数不变,则的值不变,故选A。
4.C 放热反应的逆反应为吸热反应,两者焓变相加等于0,A正确;反应方程式颠倒,则平衡常数互为倒数,两者平衡常数相乘等于1,B正确;同种物质液态能量比气态能量低,N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH1是放热反应,2NH3(l) N2(g)+3H2(g) ΔH2是吸热反应,吸收的热量比前面放出的热量更多,因此ΔH1+ΔH2>0,C错误;K1=,则K1·=1,D正确。
5.A 平衡时SO3的浓度为0.5 mol·L-1,列三段式:
2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)
起始/(mol·L-1) 1 0.5 0
变化/(mol·L-1) 0.5 0.25 0.5
平衡/(mol·L-1) 0.5 0.25 0.5
平衡常数K===4,A项正确。
6.C 由H2和HI平衡时的浓度可推算出反应①生成的HI和NH3的浓度都为0.5 mol/L×2+4 mol/L=5 mol/L,由于NH3没有转化,其平衡浓度仍为5 mol/L,而HI的平衡浓度为4 mol/L,则反应①的平衡常数为K=c(NH3)·c(HI)=5×4=20,C项正确。
能力提升练
1.A 联立两热化学方程式将①+②可得2NO(g)+O2(g) 2NO2(g) ΔH=ΔH1+ΔH2,K=K1·K2,A项正确,B项错误;反应①为快反应,反应②为慢反应,则反应②的速率大小决定2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)的反应速率,C项错误;由题干知反应①②都为放热反应,即两步反应的反应物的总能量均大于生成物的总能量,与图像不符,D项错误。
2.C K1=,K2=,反应4NO2(g)+2NaCl(s) 2NaNO3(s)+2NO(g)+Cl2(g)的平衡常数K==,A正确; 10 min时反应达到平衡状态,测得容器内体系的压强减少20%,则平衡时混合气体总物质的量为(0.2+0.2+0.1) mol×(1-20%)=0.4 mol,这10 min内用ClNO(g)表示的平均反应速率v(ClNO)=7.5× 10-3 mol/(L·min),则平衡时n(ClNO)=7.5×10-3 mol/(L·min)× 10 min×2 L=0.15 mol,设①中反应的NO2为x mol,②中反应的Cl2为y mol,则:
2NO2(g)+NaCl(s) NaNO3(s)+ClNO(g)
x mol 0.5x mol
2NO(g)+Cl2(g) 2ClNO(g)
2y mol y mol 2y mol
则0.5x+2y=0.15,(0.2-x+0.2-2y+0.1-y)+0.5x+2y=0.4,联立方程式,解得x=0.1、y=0.05,故平衡后c(Cl2)==2.5×10-2 mol/L, B正确;平衡常数只受温度影响高频考点,其他条件保持不变,反应在恒压条件下进行,则平衡常数K2不变,C错误;ΔH1<0,若升高温度,反应①的平衡逆向移动,则K1=减小,D正确。
3.C t1 min时三种物质的物质的量相等,但由于t1 min后各种物质的物质的量继续变化,故该时刻反应未达到平衡状态易错点,A项错误;反应开始时n(B)=2.0 mol,平衡时n(B)=0.2 mol,所以B的平衡转化率为×100%=90%,B项错误;根据图示可知A、B的物质的量在减少,C的物质的量在增加,说明A、B是反应物,C是生成物,在前10 min内三种物质的物质的量变化量之比Δn(A)∶Δn(B)∶ Δn(C)=0.6 mol∶1.8 mol∶1.2 mol=1∶3∶2,10 min后三种物质都存在,且物质的量不再发生变化,说明该反应为可逆反应,三种物质的物质的量变化量之比等于化学方程式中化学计量数之比,故该反应的化学方程式为A+3B 2C,C项正确;根据图示可知平衡时n(A)= 0.6 mol,n(B)=0.2 mol,n(C)=1.2 mol,由于容器的容积是2 L,故平衡时c(A)=0.3 mol/L,c(B)=0.1 mol/L,c(C)=0.6 mol/L,故该温度下的化学平衡常数K==1 200,D项错误。
4.答案 (1)25% (2)6 (3)41.4%
解析 (1)根据已知条件列出“三段式”:
M(g)+N(g) P(g)+Q(g)
起始/(mol·L-1) 1 2.4 0 0
转化/(mol·L-1) 0.6 0.6 0.6 0.6
平衡/(mol·L-1) 0.4 1.8 0.6 0.6
N的转化率为×100%=25%。
(2)温度不变,平衡常数不变,K===,解得a=6。
(3)温度不变,平衡常数不变,设M的转化率为x,则K= =,则=,解得x≈41.4%。
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