第2课时 反应条件对化学平衡的影响
基础过关练
题组一 温度、浓度对化学平衡的影响
1.已知:Fe3++3SCN- Fe(SCN)3(红色)。FeCl3溶液与KSCN溶液反应的实验如图所示,下列分析不正确的是 ( )
A.溶液中c(Fe3+)减小
B.加入KSCN溶液后,Q>K,平衡向正反应方向移动
C.若加入少量KOH溶液,平衡向逆反应方向移动
D.若加入少量KOH溶液,则会产生红褐色沉淀
2.已知:存在反应[Cu(H2O)4]2+(蓝)+4Cl- [CuCl4]2-(黄)+4H2O ΔH>0。为探究影响平衡移动的因素,取等体积相同浓度的CuCl2溶液,分别进行下列实验,对实验现象的分析不正确的是 ( )
A.观察溶液为绿色,是因为[Cu(H2O)4]2+和[CuCl4]2-同时存在
B.升高温度,溶液变为黄绿色,说明平衡正向移动,[CuCl4]2-的浓度增大
C.加几滴AgNO3溶液,静置,上层清液为蓝色,说明平衡逆向移动,[CuCl4]2-的浓度减小
D.加少量锌片,静置,上层清液为浅黄绿色,说明平衡正移,[CuCl4]2-的浓度增大
3.可逆反应2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)达到平衡状态后,保持温度、容器容积不变,向容器中充入一定量的O2,下列说法正确的是(K为平衡常数,Q为浓度商) ( )
A.Q不变,K变大,O2的转化率增大
B.Q不变,K变大,SO2的转化率减小
C.Q减小,K不变,O2的转化率减小
D.Q增大,K不变,SO2的转化率增大
4.(经典题)已知反应:2NO2(g) N2O4(g),把NO2、N2O4的混合气体盛装在两个连通的烧瓶里,然后用弹簧夹夹住橡皮管,把A烧瓶放入热水里,把B烧瓶放入冰水里,如图所示(省略夹持装置)。与常温时烧瓶内气体的颜色进行对比,发现A烧瓶内气体颜色变深,B烧瓶内气体颜色变浅。下列说法错误的是 ( )
A.两烧瓶内的平衡均发生了移动
B.上述过程中,B烧瓶内c(NO2)减小,c(N2O4)增大
C.上述过程中,A、B烧瓶内气体密度均保持不变
D.2NO2(g) N2O4(g)的逆反应为放热反应
题组二 压强对化学平衡的影响
5.(易错题)在一定温度下,向恒压密闭容器中加入足量的Fe3O4,充入1 mol C3H8和一定量N2(N2不参与反应),发生反应10Fe3O4(s)+C3H8(g) 30FeO(s)+3CO2(g)+4H2O(g)并达到平衡状态。下列叙述正确的是 ( )
A.在建立平衡的过程中,混合气体的平均摩尔质量不变
B.该过程中加入一定量N2,可增大C3H8的平衡转化率
C.再加入一定量的Fe3O4,平衡正向移动
D.在恒温恒容条件下,再通入一定量Ar,总压强增大,平衡逆向移动
6.(经典题)某温度下,在密闭容器中发生反应aA(g)+bB(g) dD(g)+eE(s),反应达到平衡后,将容器体积压缩到原来的一半,再次达到平衡时,D的浓度为原平衡时的1.5倍。下列说法正确的是 ( )
A.化学平衡逆向移动
B.A的平衡转化率增大
C.平衡常数变大
D.a+b>d+e
7.一定温度下,将1 mol X、1 mol Y和1 mol W充入2 L恒容密闭容器中,发生反应:X(g)+Y(g) mZ(g)+W(s),t1 min时达到平衡。在t2 min、t3 min时分别改变影响反应的一个条件,测得容器中气体Z的浓度随时间变化如图所示。下列说法正确的是 ( )
A.方程式中的m=1
B.t2 min时改变的条件是加入了催化剂或加压
C.t3 min时改变的条件是移除少量物质W
D.t3 min时改变的条件可能是增加了X的物质的量
题组三 平衡移动原理的应用
8.(教材习题改编)钠的金属性比钾弱,工业上却可通过熔融状态下的反应Na+KCl K↑+NaCl来制取金属钾,反应温度通常为850 ℃左右。相关数据如表所示,下列说法错误的是 ( )
物质 熔点/℃ 沸点/℃
Na 97.8 883
K 63.7 774
NaCl 801.0 1 413
KCl 770 1 500
A.制备金属钾利用了平衡移动原理
B.850 ℃时,该反应的ΔS>0
C.该反应的温度可低于774 ℃
D.850 ℃时,制备金属钾的反应满足ΔH-TΔS<0
9.下列事实不能用勒·夏特列原理解释的是 ( )
A.对于反应2NO2(g) N2O4(g),达到平衡后加压(缩小容器体积),混合气体颜色先变深后变浅
B.对于反应2HI(g) H2(g)+I2(g),达到平衡后加压(缩小容器体积),体系颜色变深
C.开启汽水瓶后,瓶中马上泛起大量泡沫
D.2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g),高压比常压有利于合成SO3
10.(经典题)现有反应:mA(g)+nB(g) pC(g),达到平衡后,若升高温度,B的转化率增大;若减小压强,混合体系中C的质量分数减小。则:
(1)该反应的逆反应是 (填“吸”或“放”)热反应,且m+n (填“>”“=”或“<”)p。
(2)减压时,A的质量分数 (填“增大”“减小”或“不变”)。
(3)若升高温度,平衡时将 (填“增大”“减小”或“不变”)。
(4)若加入催化剂,平衡时气体混合物的总物质的量 (填“增大”“减小”或“不变”)。
(5)若该反应在恒容容器中进行,B是有色物质,A、C均无色,则平衡后加入一定量C后,混合物颜色 (填“变深”“变浅”或“不变”)。
能力提升练
题组一 借助图像分析化学平衡的移动
1.恒容密闭容器中发生反应4A(g)+5B(g) 4C(g)+6D(g),在不同时间下改变反应条件,各物质物质的量的变化如图所示,已知在t2时刻是升高温度所引起的物质的量改变,下列说法错误的是 ( )
A.该反应ΔH<0
B.在t4时刻改变的条件可能是减小压强
C.加入催化剂平衡正向移动
D.若使A的转化率增大,可以加入一定量的B物质
2.(教材深研拓展)汽车尾气中的NO(g)和CO(g)在一定温度和催化剂条件下可发生反应2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g) ΔH=-746.5 kJ·mol-1。将NO和CO以一定的流速通过两种不同的催化剂进行反应,相同时间内测量逸出气体中的NO含量,从而确定尾气脱氮率(脱氮率即NO的转化率),结果如图所示,下列说法错误的是 ( )
A.温度低于200 ℃,脱氮率随温度升高而变化不大的主要原因是催化剂活性偏低
B.图中a点是反应的平衡点
C.催化剂Ⅰ的最适温度为250 ℃
D.温度高于450 ℃,脱氮率下降的原因可能是反应已达到平衡,升高温度平衡逆移
3.已知HF分子在一定条件下会发生二聚反应:2HF(g) (HF)2(g)。经实验测得,不同压强下,体系的平均相对分子质量()随温度(T)的变化曲线如图所示,下列说法正确的是 ( )
A.该反应的ΔH>0
B.气体的压强:p(a)>p(b)=p(c)
C.平衡常数:K(a)=K(b)
D.测定HF的相对分子质量要在低压、高温条件下
4.小组同学探究盐溶液对反应Fe3++SCN- [Fe(SCN)]2+(血红色)的影响。将2 mL 0.01 mol·L-1的FeCl3溶液与2 mL 0.02 mol·L-1的KSCN溶液混合,分别加入等量的试剂①~④,测得平衡后体系的透光率如图所示。
已知:ⅰ.溶液血红色越深,透光率越小,其他颜色对透光率的影响可忽略
ⅱ.Fe3++4Cl- [FeCl4]-(黄色)
ⅲ.NH4Cl溶液显酸性
ⅳ.N对实验无影响
下列说法不正确的是 ( )
A.仅注入试剂①后溶液透光率增大,便可证明Fe3++SCN- [Fe(SCN)]2+逆向移动
B.透光率③比②高,可能是阳离子种类或溶液pH导致的
C.透光率④比③高,可能发生了反应[Fe(SCN)]2++4Cl- [FeCl4]-+SCN-
D.若要证明试剂③中Cl-对平衡体系有影响,还应使用等量的0.04 mol·L-1的KNO3溶液进行实验
5.二甲醚催化制备乙醇主要涉及以下两个反应:
反应Ⅰ:CO(g)+CH3OCH3(g) CH3COOCH3(g) ΔH1=a kJ·mol-1
反应Ⅱ:CH3COOCH3(g)+2H2(g) CH3CH2OH(g)+CH3OH(g) ΔH2=b kJ·mol-1
反应Ⅰ、Ⅱ的平衡常数的对数lgK1、lgK2与温度的关系如图1所示;固定CO、CH3OCH3、H2的原料比、体系压强不变的条件下,同时发生反应Ⅰ、Ⅱ,平衡时各物质的物质的量分数随温度的变化如图2所示。下列说法正确的是 ( )
A.a>0
B.若测得X点CH3CH2OH的物质的量分数是10%,则X点反应Ⅱ有:v正C.由CH3COOCH3的曲线知,600 K后升高温度对反应Ⅰ的影响程度小于对反应Ⅱ的影响程度
D.曲线A表示H2的物质的量分数随温度的变化
题组二 等效平衡
6.温度、容积相同的3个密闭容器中,按不同方式投入反应物,保持恒温、恒容条件,已知N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH=-92 kJ·mol-1,测得反应达到平衡时的有关数据如表:
容器1 容器2 容器3
反应物投入量 1 mol N2、3 mol H2 2 mol NH3 4 mol NH3
NH3的浓度/(mol·L-1) c1 c2 c3
反应的能量变化/kJ 放出a 吸收b 吸收c
体系的压强/Pa p1 p2 p3
反应物的转化率α α1 α2 α3
下列说法正确的是 ( )
A.a+b=92 B.2c1>c3
C.2p17.(经典题)一定条件下存在反应:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ΔH<0。图1、图2中起始时容器甲、丙体积都是V,容器乙、丁体积都是;向甲、丙内都充入2a mol SO2和a mol O2并保持恒温;向乙、丁内都充入a mol SO2和0.5a mol O2并保持绝热(即与外界无热量交换),在一定温度下开始反应。
图1 恒压状态
图2 恒容状态
下列说法正确的是 ( )
A.图1达平衡时,c(SO2):甲=乙
B.图1达平衡时,平衡常数K:甲<乙
C.图2达平衡时,所需时间:丙<丁
D.图2达平衡时,SO3的体积分数:丙>丁
答案与分层梯度式解析
基础过关练
1.B 2.D 3.C 4.D 5.B 6.A 7.D 8.C
9.B
1.B Fe3++3SCN- Fe(SCN)3,向反应后的溶液中滴加浓度较大的KSCN溶液,溶液中c(SCN-)增大,Q2.D [Cu(H2O)4]2+呈现蓝色,[CuCl4]2-呈现黄色,溶液为绿色是因为[Cu(H2O)4]2+和[CuCl4]2-同时存在,A正确;升高温度,平衡向吸热反应方向移动,故该平衡向正反应方向移动,[CuCl4]2-的浓度增大,溶液变为黄绿色,B正确;加几滴AgNO3溶液,因Ag++Cl- AgCl↓,c(Cl-)减小,所以平衡向逆反应方向移动,[CuCl4]2-的浓度减小,[Cu(H2O)4]2+的浓度增大,上层清液为蓝色,C正确;在CuCl2溶液中加入少量锌片,Zn与[Cu(H2O)4]2+会发生反应,题述平衡逆向移动,则[Cu(H2O)4]2+、[CuCl4]2-的浓度均减小,D错误。
3.C 当可逆反应达到平衡状态后,温度不变,平衡常数不变。容器容积不变,向容器中充入一定量的O2,氧气的浓度增大,使浓度商Q=4.D B烧瓶内气体颜色变浅,说明平衡向生成N2O4的方向移动,B烧瓶内c(NO2)减小,c(N2O4)增大,B项正确;容器的容积不变,混合气体的质量不变,A、B烧瓶内气体密度均保持不变,C项正确;放在热水中的A烧瓶内气体颜色变深,放在冰水中的B烧瓶内气体颜色变浅,说明升高温度平衡向生成NO2的方向移动,降低温度平衡向生成N2O4的方向移动,故2NO2(g)N2O4(g)的逆反应为吸热反应,A项正确、D项错误。
5.B 反应前C3H8的摩尔质量为44 g·mol-1,反应后生成H2O(18 g·mol-1)和CO2(44 g·mol-1),在建立平衡的过程中,混合气体的平均摩尔质量减小,A错误;在恒温恒压条件下,加入N2相当于减压,减压平衡向气体体积增大的方向移动,该平衡正向移动,使C3H8的平衡转化率增大,B正确;Fe3O4是固体,再加入一定量Fe3O4,平衡不移动,C错误;在恒温恒容条件下,再通入一定量Ar,容器内的总压强增大,但反应体系中各物质的浓度不变,平衡不移动,D错误。
易错分析
本题B、D项是易错选项。恒温恒压条件下充入与反应无关的气体,相当于减压,平衡向气体体积增大的方向移动;恒温恒容条件下充入与反应无关的气体,总压强增大,但容器的体积不变,反应体系中各物质的浓度不变,平衡不移动。
6.A 反应达到平衡后,将容器体积压缩到原来的一半,若平衡不移动,D的浓度应变为原来的2倍,但是再次达到平衡时,D的浓度为原平衡时的1.5倍,说明平衡逆向移动,A的平衡转化率减小,加压平衡向气体体积减小的方向移动,则a+b7.D 由题图可知,t2 min时Z的浓度突然增大,但平衡没有移动,改变的条件不可能是加入Z,所以该反应是气体体积不变的反应,m=2,A错误;t2 min时Z的浓度突然增大,改变的条件不可能是加入催化剂,只能是加压,B错误;由题图可知,t3 min时改变条件后平衡发生了移动,但W是固体,移除少量W,平衡不移动,C错误;t3 min时,若增大X的物质的量,则平衡正向移动,Z的浓度逐渐增大至不变,D正确。
名师点睛
本题是浓度~时间图像,t2 min时加压或增加Z的量,都能使Z的浓度突然增大,但增加Z的量,平衡向逆反应方向移动,Z的浓度会逐渐减小,而本题t2~t3 min平衡没有移动,所以只能是加压引起的变化。
8.C 850 ℃时,钾变为钾蒸气脱离反应体系,促进该反应的平衡正向移动,从而制取金属钾,A正确;根据表格数据,反应温度为850 ℃时,Na、NaCl、KCl均为液态,而K为气态,题述反应的ΔS>0,B正确;该反应制取金属K利用了平衡移动原理,反应温度应该高于金属K的沸点,即高于774 ℃,C错误;850 ℃时,反应可自发进行,满足ΔG=ΔH-TΔS<0,D正确。
9.B 对于反应2NO2(g) N2O4(g),缩小容器体积,c(NO2)增大,导致混合气体颜色加深,但增大压强平衡正向移动,混合气体颜色又变浅,能用勒·夏特列原理解释,A不符合题意;对于反应2HI(g) H2(g)+I2(g),加压(缩小容器体积),c(I2)增大而使体系颜色变深,但平衡不移动,不能用勒·夏特列原理解释,B符合题意;汽水中存在平衡CO2(g)+H2O(l) H2CO3(aq),开启汽水瓶后,压强减小,CO2逸出,能用勒·夏特列原理解释,C不符合题意;对于反应2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g),加压,平衡正向移动,故高压比常压有利于合成SO3,能用勒·夏特列原理解释,D不符合题意。
10.答案 (1)放 > (2)增大 (3)减小 (4)不变
(5)变深
解析 (1)根据升高温度,B的平衡转化率增大,可知升温平衡正向移动,即正反应为吸热反应,则逆反应为放热反应;减小压强,C的质量分数减小,平衡逆向移动,则该反应的逆反应是气体体积增大的反应,即m+n>p。
(2)减压时平衡逆向移动,A的质量分数增大。
(3)升高温度,平衡正向移动,体系中c(B)减小,c(C)增大,则减小。
(4)加入催化剂,平衡不移动,平衡时气体混合物的总物质的量不变。
(5)B是有色物质,A、C均无色,加入一定量C后,平衡逆向移动,c(B)增大,混合物颜色变深。
能力提升练
1.C 2.B 3.D 4.A 5.D 6.A 7.D
1.C 由题图可知,在t2时刻升高温度,平衡逆向移动,则ΔH<0,A正确;该反应反应前后气体物质的量增大,减小压强平衡正向移动,则在t4时刻改变的条件可能是减小压强,B正确;催化剂对平衡无影响,C错误;加入一定量的B物质,可以增大A物质的转化率,D正确。
2.B 温度低于200 ℃,脱氮率随温度升高而变化不大的主要原因是催化剂活性偏低,反应速率较小,A正确;正反应放热,升高温度,NO的平衡转化率降低,根据题图曲线Ⅱ可知,温度低于450 ℃时,NO的平衡转化率应大于40%,所以图中a点不是平衡点,B错误;催化剂Ⅰ在250 ℃时催化效率最高,此时的催化剂Ⅰ的催化活性最大,所以最适温度为250 ℃,C正确;正反应放热,温度高于450 ℃,脱氮率下降的原因可能是反应已达到平衡,升高温度平衡逆移,D正确。
3.D 压强不变时,温度升高减小,即升温气体的物质的量增大,平衡逆向移动,故正反应是放热反应,ΔH<0,A错误;b、c点的压强均为p1,温度不变时,增大压强,平衡正向移动,气体物质的量减小,增大,由图像可知p1>p2,故气体的压强:p(a)K(c)>K(b),C错误;测定HF的相对分子质量时,应使平衡尽可能向逆向移动,在低压、高温条件下有利于平衡逆向移动,D正确。
4.A 注入试剂①是稀释溶液的过程,[Fe(SCN)]2+浓度减小,溶液透光率升高,A错误;③KCl溶液为含有钾离子的中性溶液,②NH4Cl溶液为含有铵根离子的酸性溶液,透光率③比②高,可能是阳离子种类或溶液pH导致的,B正确;③为0.04 mol·L-1的KCl溶液,④为4 mol·L-1的KCl溶液,透光率④比③高,说明KCl溶液的浓度越大,溶液的血红色越浅,发生了反应[Fe(SCN)]2++4Cl- [FeCl4]-+SCN-,C正确;若要证明试剂③中Cl-对平衡体系有影响,需排除钾离子的干扰,即K+浓度保持不变,做对照实验,已知N对实验无影响,故能使用等量的0.04 mol·L-1的KNO3溶液进行实验,D正确。
5.D 由图1可知,升高温度时,lgK1、lgK2均减小,即K1、K2均减小,反应Ⅰ、Ⅱ均为放热反应,其焓变均小于0,则a<0,A错误;X点对应温度为400 K,由图2可知,X点乙醇物质的量分数小于平衡时乙醇的物质的量分数,说明该反应未达到平衡状态,反应应正向进行,即v正>v逆,B错误;升高温度,两个平衡均逆向移动,由图2可知,600 K后升高温度CH3COOCH3的物质的量分数减小,即反应Ⅰ平衡逆移引起的CH3COOCH3减少的量大于反应Ⅱ平衡逆移引起的CH3COOCH3增加的量,故600 K后升高温度对反应Ⅰ的影响程度大于对反应Ⅱ的影响程度,C错误;由图2可知,温度低于550 K时,随温度升高,CH3COOCH3的物质的量分数增大,反应Ⅱ平衡左移的程度大于反应Ⅰ,H2的量增加,故H2的物质的量分数增大,所以曲线A表示H2的物质的量分数随温度的变化,D正确。
6.A 容器1投入1 mol N2和3 mol H2,容器2投入2 mol NH3,待达平衡状态,两个容器中各物质浓度完全相同,根据盖斯定律,两个容器中的能量变化量之和为92 kJ,即a+b=92,A正确;容器1和容器2达平衡状态等效,所以c1=c2,容器3充入4 mol NH3,是容器2中NH3物质的量的2倍,相当于增大压强,平衡向气体体积减小的方向移动,所以容器3中的氨气的浓度大于容器2中氨气浓度的2倍,即2c1p3,C错误;由以上分析知α1+α2=1,α2≠α3,则α1+α3≠1,D错误。
7.D 甲和乙若都保持恒温恒压,则两者互为等效平衡,但乙为绝热恒压,该反应正反应为放热反应,则温度:甲<乙,温度升高平衡向逆反应方向移动,c(SO2):甲<乙,平衡常数K:甲>乙,A、B项错误;丙和丁若都保持恒温恒容,则两者互为等效平衡,但丁为绝热恒容,则温度:丙<丁,温度越高,反应速率越大,达到平衡所需的时间越短,则达平衡所用的时间:丙>丁,C项错误;温度升高,该平衡向逆反应方向移动,则SO3的体积分数:丙>丁,D项正确。
17(共34张PPT)
1.化学平衡常数表达式
对于一般的可逆反应aA+bB cC+dD,当在一定温度下达到平衡时,K= ,
单位:(mol·L-1)(c+d)-(a+b)。例如:可逆反应CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)的化学平衡常数K=
。
特别提醒 对于有纯固体或纯液体参与的反应,纯固体或纯液体不列入平衡常数的表达式中。
第2节 化学反应的热效应
知识点 1 化学平衡常数及平衡转化率
必备知识 清单破
2.意义及影响因素
(1)意义:平衡常数的大小反映了化学反应可能进行的程度(即反应限度)。平衡常数的数值越
大,说明反应可以进行得越完全。
(2)影响因素:对于一个确定的化学反应,化学平衡常数只与温度有关。
3.应用
(1)一般来说,如果一个反应的平衡常数数值大于105(或106),通常认为该反应可以进行得较完
全;相反,如果一个反应的平衡常数数值小于10-5(或10-6),则认为该反应很难进行。
(2)对化学反应aA+bB cC+dD的任意状态有浓度商Q= 。在某温度下,用浓度
商Q与K比较大小来判断反应状态:
Q=K 反应达到平衡状态
QQ>K 反应逆向进行
名师点拨 化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。若反应方向改变,则平衡常数改
变;若化学方程式中各物质的化学计量数等倍扩大或缩小,尽管是同一反应,平衡常数也会改
变。如下表:
化学方程式 平衡常数 关系式
N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) K1= K2= ;
K3=
N2(g)+ H2(g) NH3(g) K2= 2NH3(g) N2(g)+3H2(g) K3= 4.平衡转化率(α)
对于化学反应aA+bB cC+dD,反应物A的平衡转化率可以表示为α(A)=
×100%。
1.化学平衡的移动
(1)图示表示
知识点 2 反应条件对化学平衡的影响
(2)平衡移动方向的判断
若v(正)>v(逆),则平衡正向移动。
若v(正)=v(逆),则平衡不移动。
若v(正)2.外界条件对化学平衡的影响
(1)探究温度对化学平衡的影响
①温度与化学平衡常数的关系:温度改变时,化学平衡常数会发生变化,变化关系如表:
温度变化 反应焓变ΔH 平衡常数K
升高 >0 增大
<0 减小
降低 >0 减小
<0 增大
②以反应2NO2(g) N2O4(g) ΔH=-57.2 kJ·mol-1为例探究温度对化学平衡的影响。
反应原理 ΔH=-57.2 kJ·mol-1
操作
现象 热水中混合气体的颜色加深;冷水中混合气体的颜色变浅
解释 升高温度,红棕色加深,说明NO2浓度增大,化学平衡向逆反应(吸热)方向移动;降低温度,红棕色变浅,说明NO2浓度减小,化学平衡向正反应(放热)方向移动
结论 在其他条件不变的情况下,升高温度,平衡向吸热反应方向移动,降低温度,平衡向放热反应方向移动
(2)探究浓度对化学平衡的影响
以FeCl3(aq)与KSCN(aq)反应为例探究浓度对化学平衡的影响。
实验步骤 将0.01 mol·L-1FeCl3溶液与0.03 mol·L-1 KSCN溶液等体积混合,平衡后观察溶液的颜色;将上述溶液均分成三份加入a、b、c试管中,向a试管中加入少量1 mol·L-1 KSCN溶液,向b试管中加入等量蒸馏水,向c试管中加入等量1 mol·L-1 FeCl3溶液;再向a、c试管中各加入少量铁粉,观察现象
现象 分别加入KSCN溶液、FeCl3溶液的a、c试管中溶液颜色都加深,分别加入铁粉后,a、c试
管中溶液颜色都变浅
解释 FeCl3与KSCN溶液混合后溶液呈血红色,是因为存在平衡:Fe3++nSCN- [Fe(SCN)n]3-n
(n=1~6),分别增大c(Fe3+)、c(SCN-),溶液颜色都加深,平衡都正向移动;加入铁粉后,由于发
生反应:Fe+2Fe3+ 3Fe2+,c(Fe3+)减小,平衡都逆向移动,颜色都变浅
结论 在其他条件不变的情况下,增大反应物浓度或减小生成物浓度,平衡正向移动;增大生成
物浓度或减小反应物浓度,平衡逆向移动
(3)探究压强对化学平衡的影响
以反应2NO2(g) N2O4(g)为例探究压强对化学平衡的影响。
反应原理
实验步骤
现象 a.将活塞迅速向里推时,混合气体的颜色先变深又逐渐变浅;
b.将活塞迅速向外拉时,混合气体的颜色先变浅又逐渐变深
解释 向里推活塞,气体的压强增大,浓度也增大,颜色变深,但平衡向生成N2O4的方向即气体分子数减小的方向移动,颜色又逐渐变浅;向外拉活塞,气体的压强减小,浓度也减小,颜色变浅,但平衡向生成NO2的方向即气体分子数增大的方向移动,颜色又逐渐变深
结论 对于反应前后气体分子数发生变化的可逆反应,在其他条件不变的情况下,增大压强,会使化学平衡向气体分子数减小的方向移动;减小压强,会使化学平衡向气体分子数增大的方向移动
规律总结 (1)改变浓度,若Q>K,平衡逆向移动;若Q(2)加入催化剂,能改变化学反应速率,但不影响化学平衡移动。
(3)化学平衡移动,平衡常数不一定改变;平衡常数改变,平衡一定移动。
(4)与反应无关的气体对化学平衡的影响:
①恒温、恒容条件下,原平衡体系 体系总压强增大 体系中各组
分的浓度不变 平衡不移动。
②恒温、恒压条件下,原平衡体系 容器容积增大,各反应气体的分压
减小 体系中各组分的浓度同等程度减小(等效于减压)
3.平衡移动原理
在封闭体系中,如果仅改变影响平衡体系的一个条件(如浓度、温度、压强),平衡将向减
弱这个改变的方向移动。利用化学平衡移动规律,人们可以在反应限度允许的前提下尽可能
地让化学反应向人们需要的方向进行,以更科学、有效地利用化学反应。
1.对于某一可逆反应,升高温度,平衡常数一定增大。这种说法正确吗 ( )
若该反应是放热反应,升高温度,平衡向吸热反应方向移动,平衡常数减小。
2.在恒容的密闭容器中进行的可逆反应2NO2(g) 2NO(g)+O2(g),若混合气体的颜色不再
改变,则该反应达到平衡状态。这种说法正确吗 ( )
混合气体的颜色不再改变,说明NO2浓度不再变化,表明反应达到平衡状态。
3.反应NH4HS(s) NH3(g)+H2S(g)在某温度下达到平衡,移走一部分NH4HS固体,平衡逆向
移动。这种说法正确吗 ( )
NH4HS为固体,固体的浓度视为常数,增加或减少固体的量,平衡不移动。
4.外界条件的改变引起浓度商或化学平衡常数改变,则平衡一定发生移动。这种说法正确吗 ( )
若浓度商改变,与平衡常数不再相等,则平衡一定发生移动;化学平衡常数改变,则一定
是体系的温度发生变化,化学平衡一定发生移动。
知识辨析 判断正误，正确的画“ √” ，错误的画“ ” 。
提示
提示
提示
√
提示
√
原则:正逆相等、变量不变
1.动态标志:v正=v逆≠0
(1)同种物质:同一物质的生成速率等于消耗速率。
(2)不同物质:必须标明是“异向”的反应速率关系。如对于反应aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g), = 时,反应达到平衡状态。
关键能力 定点破
定点 1 化学平衡状态的判断方法
2.静态标志:各种“变量”不变
(1)各物质的质量、物质的量或浓度不变。
(2)各物质的百分含量(物质的量分数、质量分数、体积分数等)不变。
(3)温度(绝热容器)、压强(恒温恒容,反应前后气体体积不相等)或颜色(某组分有颜色)不变。
(4)反应前后气体的密度不变[恒温恒容,有固体(或液体)和气体参加的反应]。
总之,若物理量由“变量”变成了“不变量”,则表明该可逆反应达到平衡状态;若物理
量为“不变量”,则不能作为平衡标志。
典例 在一个绝热的、容积固定的密闭容器中,发生可逆反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g)
(m、n、p、q为任意正整数)。下列能说明该可逆反应达到平衡状态的是 ( )
①混合气体的密度不再发生变化
②体系的温度不再发生变化
③A的转化率不再改变
④各组分的百分含量不再改变
⑤反应速率v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)=m∶n∶p∶q
⑥qv正(A)=mv逆(D)
A.②③④⑥ B.①③⑥
C.①③④⑥ D.①②③④⑤
A
思路点拨： 明确可逆反应体系所处的条件(绝热恒容)→分析各依据是否符合“正逆相等、
变量不变”→综合判断作答。
解析： 混合气体的密度一直不变,不能判断是否达到平衡状态,①错误;绝热恒容,体系的温度
不再改变,说明正、逆反应速率相等,反应达到平衡状态,②正确;A的转化率不再改变,说明A
的消耗速率与生成速率相等,反应达到平衡状态,③正确;各组分的百分含量不再改变,说明反
应达到平衡状态,④正确;只要反应发生,就满足v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)=m∶n∶p∶q,不能判
断是否达到平衡状态,⑤错误;当qv正(A)=mv逆(D)时,正、逆反应速率相等,说明反应达到平衡
状态,⑥正确。结合上述分析可知,②③④⑥均能说明反应达到平衡状态。
1.分析三个量(物质的量或浓度):起始量、变化量、平衡量。
2.明确三个关系
(1)对于同一反应物,起始量-变化量=平衡量。
(2)对于同一生成物,起始量+变化量=平衡量。
(3)各物质变化量之比等于对应物质的化学计量数之比。
定点 2 “三段式”法突破平衡常数(K)、转化率等的相关计算
3.计算模式
对于反应:mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g),令A、B起始物质的量分别为a mol、b mol,达
到平衡时,A的消耗量为mx mol,容器容积为V L。
mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g)
起始/mol a b 0 0
变化/mol mx nx px qx
平衡/mol a-mx b-nx px qx
①K= 。②c平(A)= mol·L-1。③平衡时A的转化率= ×
100%。④平衡时C的物质的量分数= ×100%。⑤平衡时和开始时的压强
之比: = 。⑥混合气体的密度:ρ= g·L-1。⑦平衡时混
合气体的平均摩尔质量: = g·mol-1。
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= 。
2.四步骤计算压强平衡常数
定点 3 压强平衡常数(Kp)的计算
典例 在恒容密闭容器中,加入足量的MoS2和O2,仅发生反应:2MoS2(s)+7O2(g) 2MoO3(s)
+4SO2(g) ΔH。
测得氧气的平衡转化率与起始压强、温度的关系如图所示:
(1)p1、p2、p3的大小: 。
(2)若初始时通入7.0 mol O2,p2为7.0 kPa,则A点平衡常数Kp= (用气体平衡分压代替气
体平衡浓度计算,分压=总压×气体的物质的量分数,写出计算式即可)。
思路点拨： 明确图像的含义→作等温线,讨论压强对O2平衡转化率的影响→利用A点数据计
算分压和压强平衡常数。
解析： (1)该反应的正反应是一个反应前后气体体积减小的可逆反应,增大压强平衡正向移
动,O2平衡转化率增大,所以p1>p2>p3。(2)若初始时通入7.0 mol O2,p2为7.0 kPa,A点氧气转化率
为50%,则A点n(O2)=7.0 mol×(1-50%)=3.5 mol,生成n(SO2)= ×4=2 mol,恒温恒容条
件下气体压强之比等于物质的量之比,所以A点压强为 ×7.0 kPa=5.5 kPa,p平(O2)=
×5.5 kPa=3.5 kPa,p平(SO2)=(5.5-3.5) kPa=2 kPa,则A点平衡常数Kp= = (kPa)-3=
(kPa)-3。
答案： (1)p1>p2>p3 (2) (kPa)-3
1.百分含量(或转化率)—时间—温度(或压强)图像
定点 4 与化学平衡有关的图像
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(如图Ⅰ中T2>T1)、压强较大(如图Ⅱ中p2>p1)或使用了催化剂(如图Ⅲ中a可能使用了催化
剂),即“先拐先平数值大”。
图Ⅰ:表示T2>T1,正反应是放热反应,升高温度,平衡逆向移动。
图Ⅱ:表示p2>p1,增大压强,A的转化率减小,说明正反应是气体分子数增大的反应,增大压强,
平衡逆向移动。
图Ⅲ:生成物C的百分含量不变,说明平衡不发生移动,但反应速率a>b,故a可能使用了催化剂;
也可能该反应是反应前后气体体积不变的可逆反应,a增大了压强(减小容器的容积)。
2.百分含量—压强—温度图像
化学平衡图像中,包括纵坐标、横坐标和曲线所表示的三个变量,分析方法是确定其中
一个变量,讨论另外两个变量之间的关系,即“定一议二”。如图Ⅰ中确定压强为105 Pa或
107 Pa,则生成物C的百分含量随温度T的升高而逐渐减小,说明正反应是放热反应;若确定温
度T不变,作横坐标的垂线,与两个压强曲线出现交点,分析生成物C的百分含量随压强p的变
化可以发现,增大压强,生成物C的百分含量增大,说明正反应是气体分子数减小的反应。
同理,可分析图Ⅱ。
3.其他特殊图像
(1)同一时间段内,不同温度(或压强)图像
对于化学反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g) ΔH<0,下图中M点为在此温度下,反应一
段时间后达到平衡的状态。在M点之前,由于温度较低,反应速率较慢,反应未达到平衡状态;
在M点之后,由于正反应为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,且反应速率较快,A的百分含量
增大(C的百分含量减小)。
(2)平衡曲线以外的点的意义
对于化学反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g),图中L曲线上所有的点都是平衡点。E点
处A的百分含量大于此压强下平衡体系中A的百分含量,必须向正反应方向进行才能达到平
衡状态;同理,F点必须向逆反应方向进行才能达到平衡状态。
1.等效平衡的含义
在一定条件(恒温恒容或恒温恒压)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,达到化学平衡状态时,同种物质的百分含量(质量分数、物质的量分数、体积分数)
相同,这样的化学平衡互称为等效平衡。
2.等效平衡的类型和规律
定点 5 等效平衡
等效平衡类型 全等效平衡 相似等效平衡 条件 恒温、恒容 恒温、恒容 恒温、恒压
反应的特点 任何可逆反应 反应前后气体
分子数相等 任何可逆反应
起始投料 换算为化学方程式同一边物质,其“量”相同 换算为化学方程式同一边物质,其“量”符合同一比例 换算为化学方程式同一边物质,其“量”符合同一比例
平衡特点 质量分数 相同 相同 相同
浓度 相同 成比例 相同(气体)
物质的量 相同 成比例 成比例
思维建模 不同条件下等效平衡的思维模式
(1)构建恒温、恒容平衡思维模式
新平衡状态可看作两个原平衡状态简单的叠加并压缩而成,相当于增大压强,如图所示:
(2)构建恒温、恒压平衡思维模式(以气体物质的量增加的反应为例)
新平衡状态可看作两个原平衡状态简单的叠加,压强不变,平衡不移动,如图所示:第2节 化学反应的限度
第1课时 化学平衡常数 平衡转化率
基础过关练
题组一 化学平衡状态的特征及判定
1.一定条件下,某恒容密闭容器中,N2、H2、NH3的起始浓度分别为0.2 mol·L-1、0.3 mol·L-1、0.5 mol·L-1,发生反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g),反应达到平衡时,下列数据合理的是 ( )
A.c(N2)+c(H2)=0.1 mol·L-1
B.c(NH3)=0.66 mol·L-1
C.c(NH3)+c(H2)=1.06 mol·L-1
D.c(N2)+c(H2)+c(NH3)=1.5 mol·L-1
2.下列可逆反应,在给定的条件下一定达到化学平衡状态的是 ( )
A.N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)(在混合气体中氨气的体积分数为33.3%)
B.CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)(在恒温恒容容器中,容器内压强不再改变)
C.2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)(在恒压条件下,气体总质量不再改变)
D.2NO2(g) 2NO(g)+O2(g)(在恒容条件下,气体颜色不再改变)
3.(经典题)将一定量纯净的NH4HS固体置于密闭真空容器中(假设容器容积不变,固体试样体积忽略不计),在恒定温度下使其达到平衡:NH4HS(s) NH3(g)+H2S(g)。能判断该反应已经达到化学平衡状态的是 ( )
①v正(NH3)=v逆(H2S)
②密闭容器中总压强不变
③密闭容器中混合气体的密度不变
④密闭容器中混合气体的平均相对分子质量不变
⑤密闭容器中混合气体的总物质的量不变
⑥密闭容器中NH3的体积分数不变
⑦混合气体总质量不变
A.①②③④⑤⑦ B.①③⑤⑥
C.①②③⑤⑦ D.全部
题组二 化学平衡常数的表达式及影响因素
4.一定条件下,某可逆反应的平衡常数表达式K=,则该反应的化学方程式为 ( )
A.M(g)+3N(g) 2Q(g)+R(g)
B.2Q(g)+R(g) M(g)+3N(g)
C.Q(g)+R(g) M(g)+N(g)
D.M(g)+N(g) Q(g)+R(g)
5.已知:反应①CO(g)+CuO(s) CO2(g)+Cu(s)和反应②H2(g)+CuO(s) Cu(s)+H2O(g)在相同的某温度下的平衡常数分别为K1和K2,该温度下反应③CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)的平衡常数为K3。则下列说法正确的是 ( )
A.反应①的平衡常数K1=
B.反应③的平衡常数K3=
C.对于反应③,温度升高,K3不变
D.对于反应②,增大压强,K2减小
题组三 与化学平衡常数、平衡转化率相关的计算
6.已知:有3个反应,且若有S参加,为固态。①2CO2(g) 2CO(g)+O2(g) ΔH1=+566.0 kJ·mol-1;②S(s)+O2(g) SO2(g) ΔH2=-296.0 kJ·mol-1;反应③的平衡常数K=。反应③的反应焓变ΔH3等于 ( )
A.-540.0 kJ·mol-1 B.+540.0 kJ·mol-1
C.-270.0 kJ·mol-1 D.+270.0 kJ·mol-1
7.温度为T1时,向容积为2 L的密闭容器甲、乙中分别充入一定量的CO(g)和H2O(g),发生反应:CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) ΔH=-41 kJ·mol-1。数据如下,下列说法不正确的是 ( )
容器 甲 乙
反应物 CO(g) H2O(g) CO(g) H2O(g)
起始时物质的量/mol 1.2 0.6 2.4 1.2
平衡时物质的量/mol 0.8 0.2 a b
A.甲容器中,平衡时,反应放出的热量为16.4 kJ
B.T1时,反应的平衡常数K甲=1
C.平衡时,乙中CO的浓度是甲中的2倍
D.乙容器中,平衡时CO的转化率约为75%
8.加热N2O5依次发生的分解反应为
①N2O5(g) N2O3(g)+O2(g);②N2O3(g) N2O(g)+O2(g)
在容积为2 L的密闭容器中充入8 mol N2O5,加热到T ℃,达到平衡状态后O2为9 mol,N2O3为3.4 mol。则T ℃时反应①的平衡常数K1为 ( )
A.8.5 mol·L-1 B.9.6 mol·L-1
C.10.2 mol·L-1 D.17.0 mol·L-1
9.一定温度下,在一个容积为1 L的密闭容器中,充入1 mol H2(g)和1 mol I2(g),发生反应H2(g)+I2(g) 2HI(g),经充分反应达到平衡后,生成的HI(g)占气体体积的50%,该温度下,在另一个容积为2 L的密闭容器中充入1 mol HI(g)发生反应HI(g) H2(g)+I2(g),则下列判断正确的是 ( )
A.前一反应的平衡常数为1
B.后一反应的平衡常数为0.5
C.后一反应达到平衡时,H2的平衡浓度为0.25 mol·L-1
D.后一反应达到平衡时,HI(g)的平衡浓度为0.5 mol·L-1
10.回答下列问题:
Ⅰ.在1 L恒容密闭容器中充入CO2和H2,所得实验数据如下表:
实验 编号 温度/ ℃ 起始时物质的量/mol 平衡时物质的量/mol
n(CO2) n(H2) n(CH3OH)
① 150 0.23 0.19 0.03
② 200 0.10 0.26 0.02
③ 200 0.17 a 0.01
实验①平衡常数K= 。实验②达到平衡时H2的转化率为 。实验③a= 。
Ⅱ.硫酸生产中,SO2催化氧化生成SO3:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ΔH<0。某温度下,SO2的平衡转化率(α)与体系总压强(p)的关系如图所示。
(1)将2.0 mol SO2和1.0 mol O2置于10 L密闭容器中,反应达平衡后,体系总压强为0.10 MPa。该反应的平衡常数为 。
(2)平衡状态由A变到B时,平衡常数K(A) K(B)(选填“>”“<”或“=”)。
能力提升练
题组一 化学平衡常数的应用
1.化学平衡常数K的数值大小可衡量化学反应进行程度,一定温度下的下列反应的平衡常数如下:
①2NO(g) N2(g)+O2(g) K1=1×1030
②2H2(g)+O2(g) 2H2O(g) K2=2×1081 L/mol
③2CO2(g) 2CO(g)+O2(g) K3=4×10-92mol/L
以下说法正确的是 ( )
A.反应①的平衡常数表达式为K1=
B.相同温度下,2H2O(g) 2H2(g)+O2(g)的平衡常数为5×10-80 mol/L
C.相同温度下,NO、H2O、CO2三种化合物分解放出O2的倾向由大到小的顺序为NO>H2O>CO2
D.该温度下,某时刻反应③中CO2(g)、CO(g)、O2(g)的浓度分别为2×10-5 mol/L、2×10-10 mol/L、10-10 mol/L,此时反应正向进行
2.(不定项)五氯化磷(PCl5)是有机合成中重要的氯化剂,可以由三氯化磷(PCl3)氯化得到:PCl3(g)+Cl2(g) PCl5(g) ΔH=-93.0 kJ·mol-1。某温度下,在2.0 L密闭容器中充入1.0 mol PCl3和0.5 mol Cl2,一段时间后反应达平衡状态,实验数据如下表所示,下列说法正确的是 ( )
t/s 0 50 150 250 350
n(PCl5)/mol 0 0.21 0.36 0.4 0.4
A.在此温度下,达到平衡时再充入1.0 mol PCl3和0.5 mol Cl2,平衡常数减小
B.反应至250 s,该反应放出的热量为37.2 kJ
C.该温度下,此反应的化学平衡常数为 L·mol-1
D.此温度下该密闭容器中若初始充入1.0 mol PCl3、1.0 mol Cl2、2.0 mol PCl5,反应向逆反应方向进行
3.在一固定容积的密闭容器中充入2 mol CO2和1 mol H2,发生反应:CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g),其化学平衡常数(K)与温度(T)的关系如下表:
T/℃ 700 800 830 1 000 1 200
K 0.6 0.9 1.0 1.7 2.6
下列说法正确的是 ( )
A.升高温度,该反应的平衡常数减小
B.在830 ℃反应达到平衡时,CO2的转化率约为33.3%
C.在830 ℃,若起始时c(CO)=1 mol·L-1,c(H2O)=2 mol·L-1,当c(H2)=0.5 mol·L-1时,此反应达到平衡状态
D.在1 000 ℃,当c(CO2)·c(H2)=c(CO)·c(H2O)时,该反应向逆反应方向进行
题组二 化学平衡常数与平衡转化率的综合考查
4.T ℃时,向某恒温恒容密闭容器中充入等物质的量的CH4(g)和CO2(g),发生反应:CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g),测得体系中CH4(g)和CO(g)的物质的量浓度随时间的变化如图所示,下列说法错误的是 ( )
A.点B的坐标为(5,)
B.反应进行到5 min时,反应达到平衡状态
C.CO2的平衡转化率约为33.3%
D.T ℃时,该反应的平衡常数为 mol2·L-2
5.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)。
题组三 压强平衡常数的计算
6.温度为T时,将NH4HS(s)置于抽成真空的容器中,当NH4HS(s) NH3(g)+H2S(g)达到平衡时,测得体系的总压强为6 kPa,则该反应的压强平衡常数Kp为 ( )
A.6(kPa)2 B.9(kPa)2
C.8(kPa)2 D.36(kPa)2
7.(经典题)T ℃时,向容积为2 L的刚性容器中充入1 mol CO2和一定量的H2发生反应:CO2(g)+2H2(g) HCHO(g)+H2O(g),达到平衡时,HCHO的分压(分压=总压×物质的量分数)与起始的关系如图所示。已知:初始加入2 mol H2时,容器内混合气体的总压强为1.2p kPa。下列说法正确的是 ( )
A.5 min时反应达到c点平衡状态,0~5 min内v(H2)=0.2 mol·L-1·min-1
B.随着增大,HCHO(g)的平衡分压不断增大
C.b点时反应的平衡常数Kp= kPa-1
D.由图像可得到:Kp(a)8.回答下列问题:
(1)在容积恒为2 L的密闭容器中充入2 mol CH3OH(g)和2 mol CO(g),在一定温度下发生反应:CH3OH(g)+CO(g) HCOOCH3(g),测得容器内的压强随时间的变化如表所示。
t/min 0 2 4 6 8 10 12 14
p/kPa p0 - 0.8p0 - - 0.7p0 0.7p0 0.7p0
在此条件下,该反应的平衡常数Kp= kPa-1(以分压表示,分压=总压×物质的量分数)。
(2)一定温度下,向恒容密闭容器中通入等物质的量的C2H6和H2,初始压强为100 kPa,发生反应C2H6(g) C2H4(g)+H2(g) ΔH>0,乙烷的平衡转化率为20%。平衡时体系的压强为 kPa,该反应的平衡常数Kp= kPa。
(3)在一定温度下,向体积固定的密闭容器中加入足量的C(s)和1 mol H2O(g),起始压强为0.2 MPa时,发生下列反应生成水煤气:
Ⅰ.C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g) ΔH1=+131.4 kJ·mol-1
Ⅱ.CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) ΔH2=-41.1 kJ·mol-1
反应平衡时,H2O(g)的转化率为50%,CO的物质的量为0.1 mol。此时,整个体系 (填“吸收”或“放出”)热量 kJ,反应Ⅰ的平衡常数Kp= 。
答案与分层梯度式解析
基础过关练
1.B 2.D 3.C 4.C 5.B 6.C 7.D 8.A
9.B
1.B 采用极值法,若反应正向进行,假定完全反应,则:
N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)
起始(mol·L-1) 0.2 0.3 0.5
变化(mol·L-1) 0.1 0.3 0.2
完全反应(mol·L-1) 0.1 0 0.7
若反应逆向进行,假定完全反应,则:
N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)
起始(mol·L-1) 0.2 0.3 0.5
变化(mol·L-1) 0.25 0.75 0.5
完全反应(mol·L-1) 0.45 1.05 0
该反应为可逆反应,物质不能完全转化,则平衡时c(N2)+c(H2)>0.1 mol·L-1,c(NH3)+c(H2)<1.05 mol·L-1,c(N2)+c(H2)+c(NH3)<(1.05 mol·L-1+0.45 mol·L-1)=1.5 mol·L-1,A、C、D错误;02.D NH3的体积分数为33.3%不能说明NH3的浓度不再改变,故不能说明反应达到平衡状态,A错误;恒温恒容条件下,对于反应前后气体物质的量不变的反应,p总始终不变,B错误;该反应中气体总质量始终不变,气体总质量不变不能作为判断反应达到平衡状态的依据,C错误;该体系中NO2为红棕色气体,体系颜色不再改变说明NO2浓度不再改变,反应达到平衡状态,D正确。
3.C ①v正(NH3)=v逆(H2S),正、逆反应速率相等,反应达到平衡状态;②正反应为混合气体物质的量增大的反应,当密闭容器中总压强不变时,反应达到平衡状态;③在反应过程中容器容积始终是不变的,但是气体的质量是变化的,所以当密闭容器中混合气体的密度不变时,反应达到平衡状态;④由于体系中只有两种气体,且NH3和H2S的物质的量之比始终满足1∶1,所以密闭容器中混合气体的平均相对分子质量始终不变,故混合气体的平均相对分子质量不变不能说明反应达到平衡状态;⑤正反应气体的物质的量增大,当密闭容器中混合气体的总物质的量不变时,反应达到平衡状态;⑥由于体系中只有两种气体,NH3和H2S的物质的量之比始终满足1∶1,所以密闭容器中NH3的体积分数始终不变,故NH3的体积分数不变不能说明反应达到平衡状态;⑦由于反应物是固体,所以混合气体总质量不变时,反应达到平衡状态;故选C。
名师点睛
一个可逆反应是否处于化学平衡状态可从两方面判断:一是看正反应速率是否等于逆反应速率(两个速率必须能代表正、逆两个反应方向,它们的数值之比还得等于化学计量数之比);二是判断物理量是否为“变量”,“变量”不变达平衡。
4.C 平衡常数K=,一定条件下,该可逆反应的平衡常数表达式为K=,M、N为生成物,Q、R为反应物,则化学方程式为:Q(g)+R(g) M(g)+N(g)。
5.B 纯固体不能出现在平衡常数表达式中,A错误;由于反应③=反应①-反应②,则K3=,B正确;对于反应③,温度改变,K3改变,对于反应②,增大压强,K2不变,C、D错误。
名师点睛
化学平衡常数与反应方程式的关系
(1)在相同温度下,对于给定的化学反应,正、逆反应的平衡常数互为倒数。
(2)有三个反应①②③,对应平衡常数分别为K1、K2、K3,若反应①-反应②=反应③,则K3=;若反应①+反应②=反应③,则K3=K1×K2。
6.C 根据反应③的平衡常数K=和参加反应的S为固态可知反应③的热化学方程式为2CO(g)+SO2(g) 2CO2(g)+S(s) ΔH3,根据盖斯定律,反应③=-(反应①+反应②)知ΔH3=-(ΔH1+ΔH2)=-(566.0 kJ·mol-1-296.0 kJ·mol-1)=-270.0 kJ·mol-1。
7.D 甲容器中达平衡时,消耗的CO的物质的量为1.2 mol-0.8 mol=0.4 mol,根据反应的热化学方程式可知,平衡时放出热量为41 kJ·mol-1×0.4 mol=16.4 kJ,故A正确;根据数据列三段式:
CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)
起始/mol 1.2 0.6 0 0
转化/mol 0.4 0.4 0.4 0.4
平衡/mol 0.8 0.2 0.4 0.4
在T1达到平衡状态时甲容器中,c(CO)=0.4 mol·L-1,c(H2O)=0.1 mol·L-1,c(CO2)=0.2 mol·L-1,c(H2)=0.2 mol·L-1,则该温度下反应的平衡常数K甲==1,故B正确;该反应为反应前后气体分子数不变的反应,压强不影响化学平衡,所以甲、乙互为等效平衡,达到平衡时反应物转化率相等,即,解得a=1.6,故C正确;a=1.6,乙容器中,平衡时CO的转化率为×100%≈33%,故D不正确。
8.A
根据题目信息,达到平衡状态后O2为9 mol,N2O3为3.4 mol,列出方程式:x+y=,解得x=3.1,y=1.4。所以反应①的平衡常数K1==8.5 mol·L-1。
9.B 该反应反应前后气体的分子数不变,容积为1 L的密闭容器中,充入1 mol H2(g)和1 mol I2(g),生成的HI(g)占气体体积的50%,即生成c(HI)=(1+1) mol·L-1×50%=1 mol·L-1,根据三段式分析:
H2(g)+I2(g) 2HI(g)
c始/mol·L-1 1 1 0
Δc/mol·L-1 0.5 0.5 1
c平/mol·L-1 0.5 0.5 1
则平衡常数K1==4,后一反应的平衡常数K2==0.5,A错误,B正确;设后一反应达平衡时c(H2)=x mol·L-1,根据三段式分析:
HI(g) H2(g)+I2(g)
c始/mol·L-1 0.5 0 0
Δc/mol·L-1 2x x x
c平/mol·L-1 0.5-2x x x
则K2==0.5,解得x=0.125,故平衡时c(HI)=0.25 mol·L-1,C、D错误。
10.答案 Ⅰ.4.5 (mol·L-1)-2 23.1% 0.13
Ⅱ.(1)800 (mol·L)-1 (2)=
解析 Ⅰ.在1 L恒容密闭容器中充入CO2和H2,对实验①列出三段式:
CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)
c(起始)/(mol·L-1) 0.23 0.19 0 0
c(转化)/(mol·L-1) 0.03 0.09 0.03 0.03
c(平衡)/(mol·L-1) 0.2 0.1 0.03 0.03
实验①平衡常数K= (mol·L-1)-2=4.5 (mol·L-1)-2。实验②达到平衡时H2转化率为×100%≈23.1%。实验②和实验③的温度相同,平衡常数相同,则 (mol·L-1)-2= (mol·L-1)-2,解得a=0.13。
Ⅱ.(1)由题图可知,0.10 MPa时,SO2的平衡转化率是80%,则参加反应的n(SO2)=2 mol×80%=1.6 mol。列三段式:
2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)
初始浓度/(mol·L-1) 0.2 0.1 0
转化浓度/(mol·L-1) 0.16 0.08 0.16
平衡浓度/(mol·L-1) 0.04 0.02 0.16
K==800 (mol·L-1)-1
(2)由A到B,温度不变,只增大体系压强,K不变。
能力提升练
1.C 2.BC 3.B 4.B 6.B 7.C
1.C 反应①的平衡常数表达式为K1=,A错误;反应2H2(g)+O2(g) 2H2O(g)的平衡常数K2=2×1081 L/mol,则反应2H2O(g) 2H2(g)+O2(g)的平衡常数为K= mol/L=5×10-82 mol/L,B错误;由于相同温度下,K1>K>K3,故NO、H2O、CO2三种化合物分解放出O2的倾向由大到小的顺序为NO>H2O>CO2,C正确;该温度下,该时刻反应③的Q==10-20 mol/L>4×10-92 mol/L,反应逆向进行,D错误。
2.BC 温度不变,平衡常数不变,A错误;反应至250 s,生成0.4 mol PCl5,该反应放出的热量为93.0 kJ·mol-1×0.4 mol=37.2 kJ,B正确;利用三段式求K:
PCl3(g)+Cl2(g) PCl5(g)
起始/mol 1.0 0.5 0
转化/mol 0.4 0.4 0.4
平衡/mol 0.6 0.1 0.4
则K= L·mol-1,C正确;在此温度下,该密闭容器中若初始充入1.0 mol PCl3、1.0 mol Cl2、2.0 mol PCl5,Q= L·mol-1,反应向正反应方向进行,D错误。
3.B 由表中数据知,升高温度,该反应的平衡常数增大,A错误;设830 ℃反应达平衡时CO2转化了x mol,容器的体积为V L,由三段式分析:
CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)
起始/mol 2 1 0 0
转化/mol x x x x
平衡/mol 2-x 1-x x x
在830 ℃时K=1.0,故=1.0,解得x=,故CO2的转化率为×100%≈33.3%,B正确;在830 ℃若起始时c(CO)=1 mol·L-1,c(H2O)=2 mol·L-1,某时刻c(H2)=0.5 mol·L-1,列三段式分析:
CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)
起始/mol·L-1 0 0 1 2
转化/mol·L-1 0.5 0.5 0.5 0.5
该时刻/mol·L-1 0.5 0.5 0.5 1.5
Q==3≠K,反应未达到平衡状态,C错误;在1 000 ℃时,K=1.7,当c(CO2)·c(H2)=c(CO)·c(H2O)时,即=1.0名师点睛
利用浓度商、化学平衡常数判断反应方向
QQ=K,反应处于平衡状态;
Q>K,反应向逆反应方向进行。
4.B 在0~5 min时间段,CH4的浓度减少(1-) mol·L-1= mol·L-1,反应生成CO的浓度为 mol·L-1,则B点的坐标为(5,),A正确;由题图知反应进行到5 min时,反应未达到平衡状态,B错误;开始时充入等物质的量的CH4和CO2,且二者按物质的量之比为1∶1反应,则平衡时CH4的浓度与CO2的浓度相等,为 mol·L-1,开始时CO2的浓度为1.00 mol·L-1,故CO2的平衡转化率为×100%≈33.3%,C正确;T ℃时,反应达平衡状态,c(CH4)=c(CO2)=c(CO)=c(H2)= mol·L-1,则反应的平衡常数K= mol2·L-2,D正确。
5.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=,a=6。
(3)温度不变,平衡常数不变,设M的转化率为x,则K=,则,x≈41.4%。
6.B 总压强为6 kPa,所以p(NH3)=p(H2S)=3 kPa。Kp=3 kPa×3 kPa=9(kPa)2。
7.C 设平衡时反应的CO2的物质的量为x mol,根据c点列出三段式:
CO2(g)+2H2(g) HCHO(g)+H2O(g)
起始(mol) 1 2 0 0
转化(mol) x 2x x x
平衡(mol) 1-x 2-2x x x
平衡时气体的总压强为p平=×1.2p kPa,则平衡时HCHO的分压为×p平=××1.2p kPa=0.2p kPa,解得x=0.5,故p平=p kPa。5 min时达到c点平衡状态,则0~ 5 min内v(H2)==0.1 mol·L-1·min-1,A错误;0<<2时,随着增大,HCHO的平衡分压增大,>2时,随着增大,H2的平衡分压会越来越大,HCHO的平衡分压将减小,B错误;b、c点温度相同,其Kp相同,由以上分析可知c点时p(CO2)=×p kPa=0.2p kPa,同理p(H2)=0.4p kPa,p(HCHO)=p(H2O)=0.2p kPa,即Kp= kPa-1,C正确;温度相同,Kp(a)=Kp(b)=Kp(c),D错误。
8.答案 (1) (2)110 15 (3)吸收 31.2 0.02 MPa
解析 (1)设平衡时CH3OH反应了x mol,列出三段式:
CH3OH(g)+CO(g) HCOOCH3(g)
起始/mol 2 2 0
转化/mol x x x
平衡/mol 2-x 2-x x
反应后总物质的量为(4-x) mol,T、V一定时,n和p成正比,所以,解得x=1.2,则反应后总物质的量为2.8 mol,CH3OH、CO的物质的量分数相同,为,HCOOCH3的物质的量分数为,则Kp= kPa-1。
(2)一定温度下,向恒容密闭容器中通入等物质的量的C2H6和H2,初始压强为100 kPa,发生题述反应,假设C2H6和H2的起始物质的量均为1 mol,乙烷的平衡转化率为20%,列三段式:
C2H6(g) C2H4(g)+H2(g) n总
起始/mol 1 0 1 2
转化/mol 0.2 0.2 0.2
平衡/mol 0.8 0.2 1.2 2.2
,解得x=110 kPa,即平衡时体系的总压强为110 kPa,该反应的平衡常数Kp==15 kPa。
(3)设H2O转化x mol,CO转化y mol,反应达平衡时,H2O(g)的转化率为50%,则n平[H2O(g)]=0.5 mol,根据氢原子守恒得n平(H2)=0.5 mol,则有:
Ⅰ C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g)
起始/mol 1 0 0
转化/mol x x x
平衡/mol 1-x x x
Ⅱ CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)
起始/mol x 1-x 0 x
转化/mol y y y y
平衡/mol x-y 1-x-y y x+y
代入数据得:x-y=0.1,1-x-y=0.5,计算可得x=0.3,y=0.2。生成0.3 mol CO吸收热量0.3 mol×131.4 kJ·mol-1=39.42 kJ,生成0.2 mol CO2要放出热量0.2 mol×41.1 kJ·mol-1=8.22 kJ,则整个体系吸收39.42 kJ-8.22 kJ=31.2 kJ能量,平衡后体系中气体的物质的量为0.5 mol+0.1 mol+0.2 mol+0.5 mol=1.3 mol,平衡时体系的总压p总=0.2 MPa×1.3=0.26 MPa。反应Ⅰ的平衡常数Kp=×0.26 MPa=0.02 MPa。
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