(共37张PPT)
第2课时 反应条件对化学平衡的影响
知识铺垫
必备知识
正误判断
平衡常数可作为讨论平衡问题的总线索。依据平衡常数分析平衡移动,建立浓度商的概念,利用Q与K的相对大小可判断平衡移动的方向。
正反应
平衡状态
逆反应
知识铺垫
必备知识
正误判断
一、化学平衡移动
1.定义
由于温度、压强或浓度的变化而使可逆反应由
的过程。?
2.化学平衡移动的原因
反应条件的改变,使正、逆反应速率发生 ,平衡混合物中各组分的含量发生相应的 。?
3.化学平衡移动图示分析
一个平衡状态变为另一个平衡状态
改变
改变
知识铺垫
必备知识
正误判断
二、反应条件对化学平衡的影响
1.温度的影响
(1)
(2)原因:温度改变使化学平衡常数改变。
2.浓度的影响
(1)
(2)原因:浓度的改变导致 的改变。?
吸热
放热
正向
逆向
浓度商Q
知识铺垫
必备知识
正误判断
3.压强的影响
(1)
(2)原因:压强的改变导致体系中各成分 的变化,从而使平衡发生移动。?
【微思考1】可逆反应达平衡,改变条件平衡向正方向移动,反应物转化率一定增大吗?
气态物质系数减小
气态物质系数增大
浓度
提示:不一定。若有两种反应物,增大其中一种反应物的浓度,另一种反应物转化率增大,浓度增大的反应物的转化率减小。
知识铺垫
必备知识
正误判断
三、平衡移动原理(勒·夏特列原理)
1.内容
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),平衡就将向 这个改变的方向移动。?
2.对平衡移动原理的理解
减弱
知识铺垫
必备知识
正误判断
【微思考2】催化剂会影响化学平衡吗?
提示:催化剂能够同等程度地改变正、逆反应速率,因此它对化学平衡移动无影响。
知识铺垫
必备知识
正误判断
判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)化学平衡发生移动,化学反应速率一定改变;化学反应速率改变,化学平衡也一定发生移动。( )
(2)升高温度,平衡向吸热反应方向移动,此时v(放)减小,v(吸)增大。( )
(3)对于C(s)+CO2(g)
2CO(g) ΔH>0,其他条件不变时,升高温度,反应速率v(CO2)和CO2的平衡转化率均增大。( )
(4)化学平衡正向移动,反应物的转化率不一定增大。( )
(5)向平衡体系FeCl3+3KSCN
Fe(SCN)3+3KCl中加入适量KCl固体,平衡逆向移动,溶液的颜色变浅。( )
(6)对于2NO2(g)
N2O4(g)的平衡体系,压缩体积,增大压强,平衡正向移动,混合气体的颜色变浅。( )
×
×
√
√
×
×
探究一
探究二
探究三
素养脉络
随堂检测
温度对化学平衡的影响
问题探究
将装有相同量的NO2和N2O4混合气体的两个球状容器分别浸入热水和冷水中,分析容器中气体颜色的变化,并解释原因。
?
?
?
提示:热水中的球状容器颜色变深,冷水中的球状容器颜色变浅;温度改变了化学平衡常数,导致平衡发生移动,出现颜色的变化。
探究一
探究二
探究三
素养脉络
随堂检测
深化拓展
1.温度对化学平衡影响的实验探究
探究一
探究二
探究三
素养脉络
随堂检测
2.温度对化学平衡影响的解释
从化学平衡的影响因素和Q与K的关系角度分析,填写下表:
探究一
探究二
探究三
素养脉络
随堂检测
素能应用
典例1在某温度下,有反应ClF(g)+F2(g)
ClF3(g) ΔH=+268
kJ·mol-1,在密闭容器中达到平衡,下列说法中正确的是( )
A.升高温度,K值不变,平衡向正反应方向移动
B.升高温度,平衡常数变小
C.升高温度,平衡向正反应方向移动,F2的转化率提高
D.降低温度,ClF3的产率提高
答案:C
解析:题给反应为吸热反应,升高温度时K值增大,平衡向右移动,F2的转化率提高,降低温度,平衡向左移动,ClF3的产率降低。
探究一
探究二
探究三
素养脉络
随堂检测
规律方法
解答化学平衡移动类判断题的思维过程
探究一
探究二
探究三
素养脉络
随堂检测
变式训练1下图所示的直形石英玻璃封管中充有CO气体。左端放置不纯的镍(Ni)粉。在一定条件下,Ni可以与CO(g)发生如下反应:
Ni(s)+4CO(g)
Ni(CO)4(g) ΔH<0,但Ni粉中的杂质不与CO(g)发生反应,玻璃管内左右两端的温度分别稳定在350
K和470
K,经过足够长的时间后,右端的主要物质是( )
A.纯Ni(s)和Ni(CO)4(g)
B.纯Ni(s)和CO(g)
C.不纯Ni(s)和CO(g)
D.不纯Ni(s)和Ni(CO)4(g)
答案:B
解析:温度升高,平衡左移,生成Ni和CO,由于右端温度稳定在470
K,所以右端主要物质是纯Ni(s)和CO(g)。
探究一
探究二
探究三
素养脉络
随堂检测
浓度对化学平衡影响的实验探究
问题探究
在19世纪后期,人们发现炼铁高炉所排出的高炉气中含有相当数量的一氧化碳。有的工程师认为,这是由于一氧化碳和铁矿石的接触时间不够长造成的,于是英国耗费了大量资金建造了一个高大的炼铁高炉,以增加一氧化碳和铁矿石的接触时间。可是后来发现,用这个高炉炼铁,所排出的高炉气中的一氧化碳并没有减少,其原因是什么?如果继续增大铁矿石的量能减少一氧化碳的含量吗?
提示:高炉炼铁的原理是利用CO还原氧化铁,此反应为可逆反应,当反应达到平衡时,增加反应时间不能改变各种物质的百分含量;增加铁矿石的量不能减少一氧化碳的含量。
探究一
探究二
探究三
素养脉络
随堂检测
深化拓展
1.浓度对化学平衡影响的定量解释
在一定条件下,反应aA+bB
cC+dD达到平衡状态,温度一定,平衡常数K为一定值。
探究一
探究二
探究三
素养脉络
随堂检测
2.若其他条件不变,一次性改变浓度对化学平衡的影响
探究一
探究二
探究三
素养脉络
随堂检测
素能应用
典例2反应NH4HS(s)
NH3(g)+H2S(g)在某温度下达到平衡,下列各种情况下,不会使平衡发生移动的是( )
A.温度、容积不变,通入SO2气体
B.温度、容积不变,通入HCl气体
C.移走一部分NH4HS固体
D.容器体积不变,通入NH3
答案:C
解析:A项,SO2+2H2S
===
3S+2H2O,c平(H2S)减小,平衡右移;B项,HCl+NH3
===
NH4Cl,c平(NH3)减小,平衡右移;C项,NH4HS为固体,浓度视为常数,移走后平衡不移动;D项,通入NH3,c平(NH3)增大,平衡左移。
探究一
探究二
探究三
素养脉络
随堂检测
易错警示化学平衡移动中浓度的“决定性”作用
(1)恒温、恒容条件: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:
探究一
探究二
探究三
素养脉络
随堂检测
变式训练2据报道,在300
℃、70
MPa下由二氧化碳和氢气合成乙醇[2CO2(g)+6H2(g)
CH3CH2OH(g)+3H2O(g)]已成为现实。下列叙述错误的是( )
A.使用催化剂可大大提高生产效率
B.反应需在300
℃下进行可推测该反应是吸热反应
C.充入大量CO2气体可提高H2的转化率
D.从平衡混合气体中分离出CH3CH2OH和H2O可提高CO2和H2的利用率
答案:B
解析:催化剂能提高化学反应速率,A项正确;判断吸热反应和放热反应是根据体系能量的变化,B项错误;充入大量CO2气体,平衡正向移动,H2的转化率提高,C项正确;减小产物的量,平衡正向移动,可提高CO2和H2的利用率,D项正确。
探究一
探究二
探究三
素养脉络
随堂检测
压强对化学平衡移动的影响
问题探究
NO2-N2O4体系体积变化过程中透光率的变化
上图是反应2NO2(g)
N2O4(g)平衡体系的压强、透光率与时间关系的图像,你能用平衡移动的原理解释原因吗?(已知透光率与气体颜色有关,气体颜色越深,透光率越小)
探究一
探究二
探究三
素养脉络
随堂检测
提示:压缩针筒时体系内压强增大,体积减小,气体颜色加深,透光率减小,但平衡会向正反应方向移动,所以透光率又会有所增大;拉伸针筒时体系压强又减小,气体颜色变浅,透光率增大,但平衡又会向逆反应方向移动,所以透光率又会有所减小。
探究一
探究二
探究三
素养脉络
随堂检测
深化拓展
1.压强对化学平衡影响的定量解释
在一定条件下,反应aA+bB
cC+dD达到平衡状态,温度一定,平衡常数K为一定值[Δvg=(化学方程式中气态反应产物化学式前系数之和)-(化学方程式中气态反应物化学式前系数之和)]。
结论:Δvg=0,改变压强,化学平衡状态不变;
Δvg≠0,增大压强,化学平衡向气态物质系数减小的方向移动。
探究一
探究二
探究三
素养脉络
随堂检测
2.以可逆反应aA(g)+bB(g)
cC(g)+dD(g)为例,分析压强的变化对平衡移动的影响
探究一
探究二
探究三
素养脉络
随堂检测
3.勒·夏特列原理
如果改变影响化学平衡的条件之一(如温度、压强、以及参加反应的化学物质的浓度),平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动,但不会抵消改变。
【微点拨】分析化学平衡移动问题的注意事项
(1)平衡移动的结果只是减弱了外界条件的变化,而不能消除外界条件的变化。
(2)不要把v(正)增大与平衡向正反应方向移动等同起来,只有v(正)>v(逆)时,才使平衡向正反应方向移动。
(3)同等程度地改变反应混合物中各物质的浓度时,应视为压强的影响。
(4)对于缩小体积增大压强,不管平衡是否移动,体系中各成分的浓度均增大。
探究一
探究二
探究三
素养脉络
随堂检测
素能应用
典例3对于密闭容器中的可逆反应:mX(g)+nY(s)
pZ(g) ΔH<0,达化学平衡后,改变条件,下列表达不正确的是( )
A.增大压强,化学平衡不一定发生移动
B.通入氦气,化学平衡不一定发生移动
C.增加X或Y的物质的量,化学平衡一定发生移动
D.其他条件不变,升高温度,化学平衡一定发生移动
答案:C
解析:由于该反应前后气体体积变化不明确,故改变压强不能确定化学平衡是否移动,A项正确;恒容条件下充入氦气,没有改变平衡体系中各物质的浓度,平衡不移动,恒压条件下充入氦气,相当于减小压强,平衡向气体体积增大的方向移动,B项正确;由于Y为固体,改变其用量不影响化学平衡,C项不正确;该反应的正反应是放热反应,升高温度,化学平衡向逆反应方向移动,D项正确。
探究一
探究二
探究三
素养脉络
随堂检测
变式训练3在一密闭容器中,反应aA(g)+bB(s)
cC(g)+dD(g)达到平衡后,保持温度不变,将容器容积缩小为原来的一半,当达到新的平衡时,A的浓度是原来的1.6倍,则下列说法正确的是( )
A.平衡向逆反应方向移动
B.a
C.物质A的转化率增大
D.物质D的浓度减小
答案:C
解析:容器容积缩小为原来的一半,若平衡不移动,则A的浓度应变为原来的2倍,达到新的平衡时A的浓度是原来的1.6倍,说明平衡正向移动,A的转化率增大,A错误,C正确;加压平衡正向移动,说明a>c+d,物质D的浓度增大,B、D错误。
探究一
探究二
探究三
素养脉络
随堂检测
探究一
探究二
探究三
素养脉络
随堂检测
1.反应X(g)+Y(g)
2Z(g) ΔH<0,达到平衡状态时,下列说法正确的是( )
A.减小容器容积,平衡向右移动
B.加入催化剂,Z的产率增大
C.增大X的浓度,X的转化率增大
D.降低温度,Y的转化率增大
答案:D
解析:因为该反应为反应前后气态物质物质的量不变的反应,故减小容器容积,化学平衡不发生移动,A项错误;加入催化剂可同等程度地改变正、逆反应速率,故化学平衡不会发生移动,B项错误;增大X的浓度,化学平衡向右移动,但X的转化率减小,C项错误;该反应的正反应放热,降低温度,化学平衡向右移动,Y的转化率增大,D项正确。
探究一
探究二
探究三
素养脉络
随堂检测
2.已经反应COCl2(g)
CO(g)+Cl2(g) ΔH>0。当反应达到平衡时,下列措施:①升温、②恒容通入惰性气体、③增加CO浓度、④减压、⑤加入催化剂、⑥恒压通入惰性气体,能提高COCl2转化率的是( )
A.①②④
B.①④⑥
C.②③⑤
D.③⑤⑥
探究一
探究二
探究三
素养脉络
随堂检测
答案:B
解析:该反应正向为吸热反应,升温时平衡正向移动,反应物转化率提高,①符合题意;恒容时,通入惰性气体,反应物与生成物浓度不变,平衡不移动,②不符合题意;增加CO浓度,平衡逆向移动,反应物转化率降低,③不符合题意;该反应正向为气体分子总数增大的反应,减压时平衡正向移动,反应物转化率提高,④符合题意;催化剂只能改变反应速率,不能提高反应物的转化率,⑤不符合题意;恒压时,通入惰性气体,容器体积增大,反应物与生成物的浓度均降低,平衡向气体分子数增加的方向移动,即平衡正向移动,反应物转化率提高,⑥符合题意。
探究一
探究二
探究三
素养脉络
随堂检测
3.(2020湖南长沙一中、湖南师大附中高二期末)在密闭容器中发生如下反应:aA(g)+bB(g)
cC(g)。其他条件不变时,分析改变某一条件对上述反应的影响,得到下列图像(图中p表示压强,T表示温度,n表示物质的量,a表示平衡转化率)。下列分析正确的是( )
A.如图1反应:若p1>p2,则该反应只能在高温下自发进行
B.如图2反应:此反应的ΔH<0,且T1>T2
C.如图3反应:表示t1时刻可能是使用催化剂对反应速率的影响
D.如图3反应:表示t1时刻增大B的浓度对反应速率的影响
探究一
探究二
探究三
素养脉络
随堂检测
答案:C
解析:由图1可知,压强不变时,升高温度,A的平衡转化率降低,因此该反应为放热反应,ΔH<0,图1中若p1>p2,则表示压强增大时A的平衡转化率增大,即有a+b>c,气体物质的分子数减少,表示该反应为熵减的过程,即ΔS<0,高温不利于反应正向自发进行,故A错误。由图2可知,T2比T1先达到平衡,所以T2>T1,B错误。由图3可知,t1时刻改变的某一条件使正、逆反应速率都增大,且平衡不移动,可能使用了催化剂,故C正确。图3中t1时刻若是增大B的浓度则该瞬间只增大正反应速率,逆反应速率不变,之后逆反应速率逐渐增大,故D错误。
探究一
探究二
探究三
素养脉络
随堂检测
4.反应X(g)+Y(g)
2Z(g) ΔH<0,在t1时达到平衡,t2时由于体系条件的改变,平衡受到破坏,到t3时再次达到平衡。如图所示为物质的浓度与时间的关系,则t2时刻使化学平衡发生移动的原因是( )
A.增大X或Y的浓度
B.增大压强
C.降低温度
D.升高温度
答案:D
解析:此反应的特点是反应前后气体物质的量不变。从图中可知t2到t3一段时间内Z的浓度降低了,X、Y的浓度增大了,说明平衡逆向移动。又因为加压时平衡不会移动,升温平衡逆向移动,降温平衡正向移动,增加X或Y的浓度,平衡均会正向移动,故t2时刻改变的条件为升高温度。
探究一
探究二
探究三
素养脉络
随堂检测
5.在密闭容器中进行下列反应CO2(g)+C(s)
2CO(g)
ΔH>0,达到平衡后,改变下列条件,则指定物质的浓度及平衡如何变化:
(1)增加C的量,平衡 ,c平(CO) 。?
(2)减小密闭容器体积,保持温度不变,则平衡 ,c平(CO2) 。?
(3)通入N2,保持密闭容器体积和温度不变,则平衡 ,c平(CO2) 。?
(4)保持密闭容器体积不变,升高温度,则平衡 ,c平(CO) 。?
探究一
探究二
探究三
素养脉络
随堂检测
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,平衡不发生移动。
(2)减小容器体积,相当于增大压强,平衡向气态物质系数减小的方向移动。
(3)通入的N2不参加反应,并且密闭容器体积和温度不变时,各物质的浓度也不变,平衡不发生移动。
(4)其他条件相同,升高温度,平衡向吸热的方向移动。(共47张PPT)
第1课时 化学平衡常数 平衡转化率
知识铺垫
必备知识
正误判断
1.化学平衡研究的对象——可逆反应
2.化学平衡状态
(1)定义:一定条件下的可逆反应,当反应进行到一定程度时,正反应速率和逆反应速率 ,反应物的浓度和生成物的浓度 ,我们称为化学平衡状态,简称化学平衡。?
正反应
逆反应
同时
小于
相等
不再改变
知识铺垫
必备知识
正误判断
(2)建立过程:在一定条件下,把某一可逆反应的反应物加入固定容积的密闭容器中。反应过程如下:
以上过程可用下图表示:
最大
逐渐减小
逐渐增大
=
知识铺垫
必备知识
正误判断
(3)平衡特点:
可逆
=
浓度或百分含量
知识铺垫
必备知识
正误判断
一、化学平衡常数
1.定义:在一定温度下,当一个可逆反应达到 时,生成物 与反应物 的比值是一个常数,这个常数就是该反应的化学平衡常数(简称平衡常数),用 表示。?
2.表达式
对反应:aA(g)+bB(g)
cC(g)+dD(g),平衡常数K=
。
例如,一定温度下反应H2(g)+I2(g)
2HI(g)的化学平衡常数
K= 。?
3.意义:K值越大,表示反应进行的程度 ,反应物转化率 。一般地,K>105(或106)时,认为该反应进行得较完全了。
4.影响因素:平衡常数K只受 影响,与反应物和生成物的浓度无关。?
平衡状态
浓度幂之积
浓度幂之积
K
越大
越大
温度
知识铺垫
必备知识
正误判断
二、平衡转化率
1.定义:平衡转化率是指平衡时已转化了的某反应物的物质的量与转化前该反应物的物质的量之比。
2.表达式:对于反应aA(g)+bB(g)
cC(g)+dD(g),反应物A的平衡转化率可以表示为
知识铺垫
必备知识
正误判断
判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)平衡常数表达式中,可以是物质的任一浓度。( )
(2)催化剂既能改变速率常数,也能改变化学平衡常数。( )
(3)对于同一可逆反应,升高温度,则化学平衡常数增大。( )
(4)增大反应物的浓度,平衡正向移动,化学平衡常数增大。( )
(5)可逆反应中反应物的转化率不能达到100%。( )
×
×
×
×
√
探究一
探究二
探究三
素养脉络
随堂检测
化学平衡状态的判断标志
问题探究
1.化学反应达到平衡时,反应是否停止了?
?
?
2.若反应体系的总压强不变,该可逆反应一定达平衡了吗?
?
?
?3.若某可逆反应体系的气体密度不变,该可逆反应达平衡了吗?
?
?
提示:化学平衡是动态平衡,化学反应达到平衡时反应仍在进行,此时正、逆反应速率相等,但是不等于零。
提示:不一定。对反应前后气体体积相等的反应,压强不变不能作为反应达到平衡的判据。
提示:不一定。若该可逆反应体系中的物质都是气体,且容器体积不变,则密度始终不变,因此密度不变不能作为反应达到平衡的判据。
探究一
探究二
探究三
素养脉络
随堂检测
深化拓展
化学平衡状态的判断
探究一
探究二
探究三
素养脉络
随堂检测
探究一
探究二
探究三
素养脉络
随堂检测
探究一
探究二
探究三
素养脉络
随堂检测
素能应用
典例1可逆反应2NO2(g)
2NO(g)+O2(g)在恒容的密闭容器中进行,该反应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表示的反应速率之比为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.全部
探究一
探究二
探究三
素养脉络
随堂检测
答案:A
解析:依据v(正)=v(逆)≠0判断:①单位时间内生成n
mol
O2的同时必消耗2n
mol
NO2,则同时生成2n
mol
NO2能说明反应已达到平衡;②描述的均是正反应速率,无法判断;③无法说明反应达到平衡;④NO2(红棕色)为有颜色的气体,颜色不变能说明反应体系中NO2的浓度不变,说明反应已达到平衡;⑤根据ρ=
,反应前后的m、V均不变,则ρ也不变,因此密度不变不能说明反应达到平衡;题给反应是一个反应前后气体分子数发生改变的反应,则压强不变、相对分子质量不变均能说明反应已达平衡。
探究一
探究二
探究三
素养脉络
随堂检测
规律方法
判断化学平衡状态的方法——“正逆相等,变量不变”
探究一
探究二
探究三
素养脉络
随堂检测
变式训练1下列说法可以证明反应H2(g)+I2(g)
2HI(g)已达平衡状态的是 (填序号)。?
①单位时间内生成n
mol
H2的同时,生成n
mol
HI ②一个H—H键断裂的同时有两个H—I键断裂 ③百分含量w(HI)=w(I2) ④反应速率v(H2)=v(I2)=
v(HI) ⑤c(HI)∶c(H2)∶c(I2)=2∶1∶1 ⑥体积一定时,某一生成物浓度不再变化 ⑦温度和体积一定时,容器内压强不再变化 ⑧条件一定,混合气体的平均相对分子质量不再变化 ⑨温度和体积一定时,混合气体颜色不再变化 ⑩压强一定时,混合气体的密度不再变化
答案:②⑥⑨
解析:对于反应前后气体分子总数相等的可逆反应,可从化学反应速率、化学键断裂、物质的量浓度、转化率、颜色、温度等方面判断反应是否达到平衡状态。
探究一
探究二
探究三
素养脉络
随堂检测
化学平衡常数表达式的书写与应用
问题探究
化学平衡常数与化学方程式书写形式有什么关系?
?
?
?
?
提示:(1)正、逆反应的平衡常数互为倒数。
(2)若化学方程式中各物质的化学式前的系数都扩大至原来的n倍,则化学平衡常数变为原来的n次幂。
(3)两个化学方程式相加得到新的化学方程式,新化学方程式对应反应的化学平衡常数是原来两个化学方程式对应反应平衡常数的乘积。
探究一
探究二
探究三
素养脉络
随堂检测
深化拓展
1.化学平衡常数表达式的书写及注意事项
探究一
探究二
探究三
素养脉络
随堂检测
(2)化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数,化学反应方向改变或化学式前的系数改变,化学平衡常数均发生改变。举例如下:
(3)注意事项。
①K值越大,反应物的转化率越高,正反应进行的程度越大。
②K只受温度影响,与反应物或生成物的浓度变化无关。
③催化剂能加快化学反应速率,但对化学平衡常数无影响。
探究一
探究二
探究三
素养脉络
随堂检测
2.化学平衡常数的应用
(1)判断可逆反应进行的程度。
K值大,说明反应进行的程度大,反应物的转化率高;K值小,说明反应进行的程度小,反应物的转化率低。
(2)判断化学反应进行的方向。
探究一
探究二
探究三
素养脉络
随堂检测
(3)判断可逆反应的热效应。
探究一
探究二
探究三
素养脉络
随堂检测
素能应用
典例2在一定温度下,在1
L的密闭容器中发生反应:C(s)+H2O(g)
CO(g)+H2(g),平衡时测得C、H2O、CO、H2的物质的量都为0.1
mol。
(1)该反应的平衡常数K= 。?
(2)若升高平衡体系的温度,该反应的平衡常数会增大,则该反应的ΔH (填“>”或“<”)0。?
(3)相同条件下,向该密闭容器中充入各物质的起始量如下:①均为0.2
mol ②C(s)、H2O均为0.2
mol,CO、H2均为0.1
mol,判断该反应进行的方向:① ,② 。?
探究一
探究二
探究三
素养脉络
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答案:(1)0.1
mol·L-1 (2)> (3)①向逆反应方向进行 ②向正反应方向进行
探究一
探究二
探究三
素养脉络
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变式训练2在一定体积的密闭容器中,进行如下化学反应:CO2(g)+H2(g)
CO(g)+H2O(g),其化学平衡常数K和温度T的关系如表所示:
回答下列问题:
(1)该反应的化学平衡常数表达式为K= 。?
(2)该反应为 (填“吸热”或“放热”)反应。?
(3)某温度下,平衡浓度符合下式:c平(CO2)·c平(H2)=c平(CO)·c平(H2O),试判断此时的温度为 ℃。?
(4)在800
℃时,发生上述反应,某一时刻测得容器内各物质的浓度分别为c(CO2)=2
mol·L-1,c(H2)=1.5
mol·L-1,c(CO)=1
mol·L-1,c(H2O)=3
mol·L-1,则正、逆反应速率的比较为v(正) (填“>”“<”或“=”)v(逆)。?
探究一
探究二
探究三
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?解析:(2)由题给数据可得,温度越高,K值越大,说明升温时平衡正向移动,则正向反应为吸热反应。
(3)由题意可得该温度下的平衡常数K=1,根据表中数据可知该温度为830
℃。
探究一
探究二
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“三段式”突破平衡常数(K)、转化率的相关计算
问题探究
已知在密闭容器中发生可逆反应:M(g)+N(g)
P(g)+Q(g) ΔH>0。某温度下,反应物的初始浓度分别为:c始(M)=2
mol·L-1,c始(N)=4.8
mol·L-1。
1.若达到平衡后,M的转化率为60%,此时N的转化率为多少?该反应的平衡常数为多少?
?
?
?
?
探究一
探究二
探究三
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2.若升高反应温度,该反应的平衡移动吗?M的转化率变化吗?若在温度不变时加入一定量的N,M的转化率变化吗?K如何变化?
?
?
提示:该反应为吸热反应,升高温度,化学平衡向正反应方向移动,M的转化率增大;若加入一定量的N,化学平衡向正反应方向移动,M的转化率增大,K不变。
探究一
探究二
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深化拓展
1.常用解题模式——“三段式”
如反应aA(g)+bB(g)
cC(g)+dD(g),若A、B起始物质的量浓度分别为a
mol·L-1、b
mol·L-1,达到平衡后消耗A的物质的量浓度为ax
mol·L-1。
aA(g)+bB(g)
cC(g)+dD(g)
初始浓度/(mol·L-1)
a
b
0
0
转化浓度/(mol·L-1)
ax
bx
cx
dx
平衡浓度/(mol·L-1)
a-ax
b-bx
cx
dx
探究一
探究二
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2.明确三个量的关系
(1)三个量:起始量、变化量、平衡量。
(2)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各物质的转化量之比等于化学方程式中各物质的化学式前面的系数之比。
探究一
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3.掌握四个公式
探究一
探究二
探究三
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素能应用
典例3氢气是一种清洁能源。可由CO和水蒸气反应制备,其能量变化如下图所示。
(1)上述反应为可逆反应。在800
℃时,若CO的起始浓度为2.0
mol·L-1,水蒸气的起始浓度为3.0
mol·L-1,达到化学平衡状态后,测得CO2的浓度为1.2
mol·L-1,则此反应的平衡常数为 ,随着温度升高,该反应的化学平衡常数的变化趋势是 。?
探究一
探究二
探究三
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(2)某温度下,上述反应的平衡常数为K=
。该温度下在甲、乙、丙三个恒容密闭容器中投入H2O(g)和CO(g),其起始浓度如下表所示。下列判断不正确的是 (填字母)。?
A.反应开始时,丙中的反应速率最快,甲中的反应速率最慢
B.平衡时,甲中和丙中H2O的转化率均是25%
C.平衡时,丙中c平(CO2)是甲中的2倍,是0.015
mol·L-1
D.平衡时,乙中H2O的转化率大于25%
探究一
探究二
探究三
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答案:(1)1 减小 (2)CD
解析:(1)根据“三段式”分析:
由于该反应为放热反应,升高温度时平衡常数减小。
探究一
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(2)甲容器中反应物的浓度最小,丙容器中反应物的浓度最大,A正确;设平衡时甲中H2O的转化率为x,
丙相当于甲中压强增大一倍,平衡不移动,因而丙中H2O的转化率仍为25%,B正确;丙中c平(CO2)=0.01
mol·L-1×25%×2=0.005
mol·L-1,C错误;乙相当于在甲的基础上增大水蒸气的浓度,平衡正向移动,CO的转化率增大,但H2O的转化率减小,因而其转化率小于25%,D错误。
探究一
探究二
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规律方法
有关平衡常数(K)、转化率的解题思路
(1)巧设未知数:具体题目要具体分析,灵活设立,一般设某物质的转化量为x。
(2)确定三个量:列出各物质的起始量、转化量及平衡量。
(3)解决各问题:明确了“始”“变”“平”三个量的具体数值,再根据相应关系求平衡时某成分的浓度、反应物的转化率等。
探究一
探究二
探究三
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变式训练3H2S与CO2在高温下发生反应:H2S(g)+CO2(g)
COS(g)+H2O(g)。在610
K时,将0.10
mol
CO2与0.40
mol
H2S充入2.5
L的空钢瓶中,反应达到平衡后水的物质的量分数为0.02。
(1)H2S的平衡转化率α1= %,该反应平衡常数K= 。?
(2)在620
K重复实验,平衡后水的物质的量分数为0.03,H2S的转化率α2 α1,该反应的ΔH (填“>”“<”或“=”)0。?
(3)向反应器中再分别充入下列气体,能使H2S转化率增大的是 (填标号)。?
A.H2S
B.CO2
C.COS
D.N2
探究一
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答案:(1)2.5 2.8×10-3 (2)> >
(3)B
解析:(1)设平衡时转化的H2S的物质的量为x,根据“三段式”分析:
探究一
探究二
探究三
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(2)升高温度后水的物质的量分数增大,H2S的转化率增大,平衡右移,则题给反应是吸热反应,ΔH>0。
(3)两种反应物,增大一种反应物浓度,平衡右移,自身转化率减小,另一反应物转化率增大。
探究一
探究二
探究三
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探究一
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1.下列关于某一化学反应的平衡常数的说法中,正确的是
( )
A.与该反应的压强有关
B.与反应的温度有关,还与反应本身有关
C.与化学反应本身和温度有关,并且会受到起始浓度的影响
D.只与化学反应本身有关,与其他条件都无关
答案:B
解析:平衡常数与反应温度、方程式的书写等有关,但与起始浓度、压强无关。
探究一
探究二
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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+O2
2SO3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
答案:B
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。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项正确。
探究一
探究二
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3.在一个6
L的密闭容器中放入3
mol
X和2
mol
Y,在一定条件下发生反应4X(g)+3Y(g)
2Q(g)+nR(g),达到平衡后,容器内的压强比原来增加5%,X浓度减小
,则该反应化学方程式中的n值是( )
A.3
B.4
C.5
D.6
答案:D
解析:平衡体系存在于一个恒容的容器中,根据阿伏加德罗定律可知气体的物质的量之比等于压强之比。压强比原来增加5%,说明物质的量比原来增加5%,初始时有3
mol
X和2
mol
Y,X浓度减小
,说明反应中消耗X的物质的量为1
mol,根据方程式由差量法可知,当消耗4
mol
X时,气体物质的量增加(2
mol+n
mol)-(4
mol+3
mol)=(n-5)mol,所以
=(2+3)×5%,解得n=6。
探究一
探究二
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4.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
。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 。?
答案:(1)66.7% (2)0.005
mol2·L-2
探究一
探究二
探究三
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解析:设平衡时N2转化的物质的量浓度为x
mol·L-1,根据“三段式”分析:
探究一
探究二
探究三
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5.已知反应SO2(g)+NO2(g)
SO3(g)+NO(g),若在一定温度下,将物质的量浓度均为2
mol·L-1的SO2(g)和NO2(g)注入一密闭容器中,当反应达到平衡状态时,测得容器中SO2(g)的转化率为50%,试求:
(1)在上述温度下该反应的平衡常数。
(2)在上述温度下,若SO2(g)的初始浓度增大到3
mol·L-1,NO2(g)的初始浓度仍为2
mol·L-1,试求达到新化学平衡时各物质的浓度。
探究一
探究二
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答案:(1)1 (2)c平(SO3)=c平(NO)=1.2
mol·L-1,c平(SO2)=1.8
mol·L-1,c平(NO2)=0.8
mol·L-1
解析:(1)设平衡时SO2的浓度为x
mol·L-1,则:
探究一
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(2)设达新平衡时NO的浓度为y
mol·L-1,则:
平衡时各物质的浓度:c平(SO2)=3
mol·L-1-1.2
mol·L-1=1.8
mol·L-1,c平(NO2)=2
mol·L-1-1.2
mol·L-1=0.8
mol·L-1,c平(SO3)=c平(NO)=1.2
mol·L-1。第2课时 反应条件对化学平衡的影响
夯实基础轻松达标
1.能引起化学平衡移动的是( )
A.化学反应速率发生了变化
B.有气态物质参加的反应达到平衡后,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变化
D.改变了反应物浓度
2.对处于化学平衡的体系,由化学平衡与化学反应速率的关系可知( )
A.化学反应速率变化时,化学平衡一定发生移动
B.化学平衡发生移动时,化学反应速率一定变化
C.正反应进行的程度大,正反应速率一定大
D.改变压强,化学反应速率一定改变,平衡一定发生移动
3.
右图是恒温条件下某化学反应的反应速率随反应时间变化的示意图。下列叙述与示意图不相符合的是( )
A.反应达到平衡时,正反应速率和逆反应速率相等
B.该反应达到平衡状态Ⅰ后,增大反应物浓度,平衡发生移动,达到平衡状态Ⅱ
C.该反应达到平衡状态Ⅰ后,减小反应物浓度,平衡发生移动,达到平衡状态Ⅱ
D.同一种反应物在平衡状态Ⅰ和平衡状态Ⅱ时浓度不相等
4.如图所示,三个烧瓶中分别充满NO2气体并分别放置在盛有下列物质的烧杯(烧杯内有水)中:在(1)中加入CaO,在(2)中不加其他任何物质,在(3)中加入NH4Cl晶体,发现(1)中红棕色变深,(3)中红棕色变浅,下列叙述正确的是( )
A.2NO2N2O4是放热反应
B.NH4Cl溶于水时放出热量
C.烧瓶(1)中平衡混合气的平均相对分子质量增大
D.烧瓶(3)中气体的压强增大
5.在一密闭烧瓶中,在25
℃时存在着平衡:2NO2N2O4(正反应放热)。把烧瓶置于100
℃的水中,则下列几项性质中不会改变的是( )
①颜色 ②平均相对分子质量 ③质量 ④压强 ⑤密度
A.①和③ B.②和④
C.④和⑤
D.③和⑤
6.在体积一定的恒温密闭容器中加入等物质的量的X、Y,进行如下可逆反应:X(g)+Y(g)Z(g)+W(s) ΔH>0下列叙述正确的是( )
A.若继续充入X,平衡向正反应方向移动,Y的转化率增大
B.若继续充入Z,平衡逆向移动,Z的体积分数减小
C.若移走部分W,平衡正向移动
D.平衡后移走X,上述反应的ΔH减小
7.对于反应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
8.向盛有5
mL
0.05
mol·L-1
FeCl3溶液的试管中加入5
mL
0.01
mol·L-1KSCN溶液,充分混匀,溶液颜色深浅不再变化后建立化学平衡FeCl3+3KSCNFe(SCN)3+3KCl。下列叙述中,不正确的是( )
A.加水至溶液的体积加倍,溶液红色变浅,但化学平衡不移动
B.再滴加少量0.1
mol·L-1
KSCN溶液,溶液血红色变深,化学平衡右移
C.再滴加少量0.1
mol·L-1
NaOH溶液,会有红褐色沉淀产生,上部溶液血红色变浅,化学平衡左移
D.再滴加少量0.1
mol·L-1
FeCl3溶液,溶液血红色变深,化学平衡右移
9.铁在高温下可以与CO2或水蒸气反应,化学方程式及对应的平衡常数如下:
①Fe(s)+CO2(g)FeO(s)+CO(g) K'
②Fe(s)+H2O(g)FeO(s)+H2(g) K″
请回答下列各题:
(1)反应①的平衡常数K'的表达式为 。?
(2)在不同温度下,K'和K″的值如下表所示:
T/K
K'
K″
973
1.47
2.36
1
173
2.15
1.67
a.反应①的正反应是 (填“吸热”或“放热”,下同)反应,反应②的正反应是 反应。?
b.现有可逆反应③:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g),其正反应的焓变ΔH (填“>”或“<”)0。?
(3)要使反应③在一定条件下建立的平衡正向移动,可采取的措施为 (填字母)。?
A.缩小容器体积
B.降低温度
C.升高温度
D.使用合适的催化剂
提升能力跨越等级
1.在一容积可变的密闭容器中,加入一定量的X、Y,发生反应mX(g)nY(g) ΔH=Q
kJ·mol-1。反应达到平衡时,Y的物质的量浓度与温度、容器容积的关系如下表所示:
c(Y)/(mol·L-1) 容器容积/L
温度/℃
1
2
3
100
1.00
0.75
0.53
200
1.20
0.90
0.63
300
1.30
1.00
0.70
下列说法正确的是( )
A.m>n
B.Q<0
C.温度不变,压强增大,Y的质量分数减小
D.容积不变,温度升高,平衡逆向移动
2.工业上利用Ga与NH3在高温条件下合成半导体材料氮化镓(GaN)固体,同时有氢气生成。反应中,每生成3
mol
H2时放出30.8
kJ的热量。在恒温恒容密闭体系内进行上述反应,下列有关表达正确的是( )
A.Ⅰ图像中如果纵坐标为正反应速率,则t时刻改变的条件可以为升温或加压
B.Ⅱ图像中纵坐标可以表示镓的转化率
C.Ⅲ图像中纵坐标可以表示化学反应速率
D.Ⅳ图像中纵坐标可以表示体系内混合气体平均相对分子质量
3.(2020湖南长沙一中、湖南师大附中高二期末)已知重铬酸钾(K2Cr2O7)具有强氧化性,其还原产物Cr3+在水溶液中呈绿色或蓝绿色。在K2Cr2O7溶液中存在下列平衡:Cr2(橙色)+H2O2Cr(黄色)+2H+。用K2Cr2O7溶液进行下列实验:
结合实验,下列说法正确的是( )
A.①中溶液橙色加深,③中溶液变黄
B.②中Cr2被C2H5OH氧化
C.对比②和④可知K2Cr2O7碱性溶液氧化性强
D.若向④中加入70%H2SO4溶液至过量,溶液变为橙色
4.在一个不导热的密闭反应器中,只发生两个反应:
a(g)+b(g)2c(g) ΔH1<0 x(g)+3y(g)2z(g) ΔH2>0
进行相关操作且达到平衡后(忽略体积改变所做的功),下列叙述错误的是( )
A.等压时,通入稀有气体,c的物质的量不变
B.等压时,通入z气体,反应器中温度升高
C.等容时,通入稀有气体,各反应速率不变
D.等容时,通入z气体,y的物质的量浓度增大
5.将等物质的量的N2、H2充入某密闭容器中,在一定条件下,发生如下反应并达到平衡:N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH<0。当改变某个条件并维持新条件直至达到新的平衡时,下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
增大压强
N2的浓度一定减小
B
升高温度
N2的转化率减小
C
充入一定量H2
H2的转化率不变,N2的转化率增大
D
使用适当催化剂
NH3的体积分数增大
6.
(2019湖北武汉质检)(双选)一定温度下,密闭容器中进行反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH<0。测得v正(SO2)随反应时间(t)的变化如图所示。下列有关说法正确的是( )
A.t2时改变的条件:只加入一定量的SO2
B.在t1时平衡常数K1等于t3时平衡常数K3
C.t1时平衡混合气的平均相对分子质量大于t3时的平均相对分子质量
D.t1时平衡混合气中SO3的体积分数等于t3时平衡混合气中SO3的体积分数
7.(2020山东德州高二上学期期末)(双选)某温度下,在一个2
L的密闭容器中,加入4
mol
A和2
mol
B进行如下反应:2A(g)+B(g)C(s)+3D(g),反应2
min后达到平衡,测得生成1.6
mol
C,下列说法不正确的是( )
A.前2
min
D的平均反应速率为1.2
mol·L-1·min-1
B.此时B的平衡转化率是40%
C.增大该体系的压强,平衡向逆方向移动
D.该温度下平衡常数K=432
8.在水溶液中橙红色的Cr2与黄色的Cr有下列平衡关系:
Cr2+H2O2Cr+2H+。把重铬酸钾(K2Cr2O7)溶于水配成的稀溶液是橙色的。
(1)向上述溶液中加入NaOH溶液,溶液呈 色,因为 。?
(2)向已加入NaOH溶液的(1)溶液中再加入过量稀硫酸,则溶液呈 色,因为 。?
(3)向原溶液中加入Ba(NO3)2溶液(已知BaCrO4为黄色沉淀),则平衡 (填“向左移动”或“向右移动”),溶液颜色将 。?
贴近生活拓展创新
煤化工中常需研究不同温度下平衡常数、投料比及热值等问题。已知:CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)平衡常数随温度的变化如下表。
温度/℃
400
500
800
平衡常数K
9.94
9
1
试回答下列问题。
(1)上述正向反应是 (填“放热”或“吸热”)反应。?
(2)在800
℃发生上述反应,按下表中的物质的量投入恒容反应器,其中反应向正反应方向进行的有 (选填A、B、C、D、E)。?
n(CO)
n(H2O)
n(H2)
n(CO2)
A
1
5
2
3
B
2
2
1
1
C
3
3
0
0
D
0.5
2
1
1
E
3
1
2
1
(3)已知在一定温度下,下列反应的平衡常数:
C(s)+CO2(g)2CO(g) K;
C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) K1;
CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g) K2。
则K、K1、K2之间的关系是 。?
(4)若反应在500
℃时进行,设起始时CO和H2O的浓度均为0.02
mol·L-1,求该条件下CO的平衡转化率。
(5)已知下列反应:
CO(g)+O2(g)CO2(g) ΔH=-283
kJ·mol-1
H2(g)+O2(g)H2O(l) ΔH=-286
kJ·mol-1
在V
L密闭容器中通入10
mol
CO和10
mol水蒸气,在T
℃达到平衡,然后急速通过碱石灰,将所得混合气体燃烧,测得放出的热量为2
842
kJ,则T
℃平衡常数K= 。?
参考答案
第2课时 反应条件对化学平衡的影响
夯实基础·轻松达标
1.C 对于反应前后气体物质的量不变的反应,体积改变时,压强、反应速率、浓度均发生变化,但平衡不移动。
2.B 如果正、逆反应速率改变幅度一样大,则平衡不移动,A错误;化学平衡发生移动,则速率一定改变,B正确;反应进行的程度与反应速率无关,C错误;改变压强,化学反应速率不一定改变(如固液反应或容器体积不变的反应体系中充入“惰性”气体),平衡也不一定发生移动。
3.C 化学反应达到平衡时正、逆反应的速率必定相等,A正确;在平衡状态Ⅰ的基础上瞬时增大了反应物浓度,生成物浓度在瞬时不变,此时正反应速率瞬时增大,逆反应速率瞬时不变,随后又在新的条件下达到平衡,B正确;对于平衡状态Ⅰ减小反应物的浓度,正反应速率必然减小,显然与所给图示不符,C不正确;对同一种反应物而言只要平衡移动,该物质的量一定会发生变化,D正确。
4.A 已知反应2NO2N2O4,NO2为红棕色气体,N2O4为无色气体。(1)中红棕色变深说明平衡左移,平均相对分子质量减小,而CaO和水反应放热,则该反应正反应方向为放热反应,A正确,C错误;(3)中红棕色变浅,说明平衡右移,而正反应为放热反应,则证明NH4Cl溶于水要吸收热量,平衡右移时,气体的物质的量减小,压强减小,B、D均错误。
5.D 升高温度,化学平衡向着吸热方向移动,对于化学平衡2NO2N2O4,平衡向逆反应方向移动;①二氧化氮的浓度增大,颜色加深;②混合气体总的物质的量增大,其质量不变,根据M=可知,混合气体的平均相对分子质量减小;③反应混合物都是气体,根据质量守恒定律,混合气体总的质量不变;④升高温度,化学平衡向左移动,混合气体总的物质的量增大,容器内压强增大;⑤反应混合物都是气体,混合气体总的质量不变,容器的容积不变,混合气体的密度不变。
6.A B项,通入Z,平衡逆向移动,Z的体积分数增大;C项,W为固体,改变其用量,平衡不移动;D项,ΔH只和方程式中的化学计量数及状态有关,与反应物的量无关。
7.A 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。
8.A 在溶液中反应的离子方程式为Fe3++3SCN-Fe(SCN)3,加水稀释,Q变大,K不变,即Q>K,平衡向左移动;加入SCN-或Fe3+,Q变小,使QK,平衡向左移动。
9.答案
(1)K'= (2)a.吸热 放热 b.>
(3)C
解析
由表中数据知:反应①随温度升高,K'值增大,说明反应①为吸热反应;同理可知反应②为放热反应。即有
①Fe(s)+CO2(g)FeO(s)+CO(g) ΔH'>0
②Fe(s)+H2O(g)FeO(s)+H2(g) ΔH″<0
用①式减去②式整理得反应③:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH=ΔH'-ΔH″>0。
提升能力·跨越等级
1.C 当温度不变时,随着容器容积的扩大,Y物质的浓度不断减小,若平衡不发生移动,在某温度时,容器容积为2
L时Y的浓度应为1
L时的,但由图表可知事实上容器容积为2
L时Y的浓度大于1
L时的,即随着容器容积的扩大,压强的减小,平衡正向移动,故m0,故B、D错误。
2.A 由题意可知,反应的热化学方程式为2Ga(s)+2NH3(g)2GaN(s)+3H2(g) ΔH=-30.8
kJ·mol-1,Ⅰ图像中如果纵坐标为正反应速率,升高温度或增大压强,反应速率增大,图像符合题意,A项正确;反应容器恒容,增大压强时平衡可能不移动,即镓的转化率不一定增大,B项错误;Ga是固体,其质量不影响反应速率,C项错误;压强不变,升高温度,平衡逆向移动,平均相对分子质量增大;温度不变,增大压强,平衡逆向移动,平均相对分子质量增大,D项错误。
3.A 对于可逆反应:Cr2(橙色)+H2O2Cr(黄色)+2H+,加入硫酸,会使平衡逆向移动,溶液橙色加深,加入氢氧化钠溶液,平衡正向移动,溶液变黄,A正确。重铬酸钾氧化乙醇时被还原,B错误。重铬酸钾在碱性溶液中氧化性弱,乙醇不能使其变色,C错误。加入过量70%硫酸会使④的溶液酸性增强,直至与②的溶液类似,溶液会变为绿色,主要成分为硫酸铬,绿色为Cr3+在水溶液中的颜色,D错误。
4.A 等压时,通入稀有气体后,第二个反应平衡向逆反应方向移动,反应器内温度升高,第一个反应平衡向逆反应方向移动,c的物质的量减小,A错误;等压时,通入z气体,第二个反应平衡向逆反应方向(放热反应方向)移动,所以体系温度升高,B正确;由于容器体积不变,通入稀有气体不影响各种物质的浓度,所以各反应速率不变,C正确;等容时,通入z气体,第二个反应平衡向逆反应方向移动,y的物质的量浓度增大,D正确。
5.B 正反应是气体体积减小的反应,依据勒·夏特列原理可知增大压强平衡向正反应方向移动,但氮气的浓度仍然比原平衡大,A项不正确;正反应是放热反应,则升高温度平衡向逆反应方向移动,氮气的转化率减小,B项正确;充入一定量的氢气,平衡向正反应方向移动,氮气的转化率增大,而氢气的转化率减小,C项不正确;催化剂只能改变反应速率而不能改变平衡状态,D项不正确。
6.BD t2时,v正(SO2)突然增大,且达到平衡后速率恢复至原来的速率,如果只加入一定量的SO2,达到新的平衡后,反应速率会大于原来的速率,A错误;平衡常数只与温度有关,一定温度下,K值不变,B正确;平衡状态相同,各物质的百分含量相同,平均摩尔质量相同,故C错误、D正确。
7.BC 在2
L的密闭容器中,加入4
mol
A和2
mol
B进行反应:2A(g)+B(g)C(s)+3D(g),反应一段时间后达到平衡,测得生成1.6
mol
C,则:
2A(g)+B(g)C(s)+3D(g)
开始/mol
4
2
0
0
转化/mol
3.2
1.6
1.6
4.8
平衡/mol
0.8
0.4
1.6
4.8
v(D)==1.2
mol·L-1·min-1,故A正确;达到平衡时,参加反应的B的物质的量为1.6
mol×2=3.2
mol,故B的转化率为×100%=80%,故B错误;该反应为气体体积不变的反应,增大压强平衡不移动,故C错误;该温度下平衡常数K==432,故D正确。
8.答案
(1)黄 OH-与H+结合生成水,使平衡向右移动,Cr浓度增大,溶液由橙色变为黄色
(2)橙 H+的浓度增大,平衡向左移动,Cr2的浓度增大,溶液又由黄色变为橙色
(3)向右移动 逐渐变浅,直至无色
解析
加碱中和溶液中的H+,平衡右移,溶液中Cr的浓度增大;加酸使平衡左移,溶液中Cr2的浓度增大;加Ba(NO3)2溶液发生的反应为Ba2++CrBaCrO4(黄色)↓,平衡向右移动,溶液颜色将由橙色逐渐变浅,直至无色。
贴近生活·拓展创新
答案
(1)放热
(2)BCE
(3)K=
(4)75%
(5)0.44(或)
解析
(1)由表中数据知,化学平衡常数随温度的升高而减小,说明正反应为放热反应。
(2)当Q(3)由反应C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)减去反应CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)即可得反应:C(s)+CO2(g)2CO(g),则K=。
(4)设平衡时CO转化了x
mol·L-1,则:
CO(g)+ H2O(g)H2(g)+CO2(g)
0.02
0.02
0
0
x
x
x
x
0.02-x
0.02-x
x
x
K=
==9
解得x=0.015
CO的平衡转化率=×100%=75%。
(5)设平衡时CO转化了y
mol,则:
CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)
初始物质的量/mol
10
10
0
0
转化物质的量/mol
y
y
y
y
平衡物质的量/mol
10-y
10-y
y
y
由题意得:(10-y)×283
kJ+286
kJ·y=2
842
kJ,解得y=4
则平衡时CO、H2O、H2、CO2的物质的量分别为6
mol、6
mol、4
mol、4
mol,则
K=≈0.44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
夯实基础轻松达标
1.关于化学平衡常数的叙述正确的是( )
A.温度一定,一个化学反应的平衡常数不是一个常数
B.两种物质反应,不管怎样书写化学方程式,平衡常数不变
C.温度一定时,对于给定的化学反应,正、逆反应的平衡常数互为倒数
D.生成物浓度幂的乘积与反应物浓度幂的乘积的比值小于K时,v(正)2.某温度下,可逆反应mA(g)+nB(g)pC(g)的平衡常数为K,下列对K的说法正确的是( )
A.K值越大,表明该反应越有利于C的生成,反应物的转化率越大
B.若缩小反应器的容积,能使平衡正向移动,则K增大
C.温度越高,K一定越大
D.如果m+n=p,则K=1
3.某温度下,反应2A(g)+B(g)2C(g)的平衡常数K1=50,在同一温度下,反应2C(g)2A(g)+B(g)的平衡常数K2为( )
A.2
500 B.50 C.0.02 D.0.002
4.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平(H2)=0.5
mol·L-1,c平(HI)=4
mol·L-1,则此温度下反应①的平衡常数为( )
A.9
mol2·L-2
B.16
mol2·L-2
C.20
mol2·L-2
D.25
mol2·L-2
5.在一定温度下,将100
mol
N2、H2的混合气体充入密闭的恒压容器中反应,达到平衡时,测得反应后混合气体的密度是反应前混合气体密度的1.25倍,且反应后混合气体的平均式量为15.5,则平衡时N2转化率为( )
A.20%
B.25%
C.30%
D.40%
6.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:
编号
起始浓度/(
mol·L-1)
平衡浓度/(
mol·L-1)
c始(H2)
c始(CO2)
c始(H2O)
c始(CO)
c平(H2)
c平(CO2)
c平(H2O)
c平(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在986
℃时该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
7.在298
K时,密闭容器中X、Y、Z三种气体的初始浓度和平衡浓度如下表:
物质
X
Y
Z
初始浓度/(mol·L-1)
0.1
0.2
0
平衡浓度/(mol·L-1)
0.05
0.05
0.1
下列说法错误的是( )
A.反应达到平衡时,X的转化率为50%
B.反应可表示为X+3Y2Z,其平衡常数为1
600
mol-2·L2
C.增大压强,平衡常数增大
D.改变温度可以改变此反应的平衡常数
8.某温度下,向容积为2
L的密闭反应器中充入0.10
mol
SO3,当反应器中的气体压强不再变化时测得SO3的转化率为20%,则该温度下反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)的平衡常数为( )
A.3.2×103(mol·L-1)-1
B.1.6×103(mol·L-1)-1
C.8.0×102(mol·L-1)-1
D.4.0×102(mol·L-1)-1
9.可逆反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)在密闭容器中建立了平衡。当温度为749
K时,K=,则:
(1)当CO和H2O的起始浓度均为2
mol·L-1时,达到平衡后CO的转化率为 。?
(2)当CO的起始浓度仍为2
mol·L-1,H2O的起始浓度为6
mol·L-1时,达到平衡后CO的转化率为 。?
提升能力跨越等级
1.298
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(mol·L-1)-1
③2CO2(g)2CO(g)+O2(g) K=4×10-92mol·L-1
则常温下,NO、H2O、CO2三种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
2.
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点平衡到N点平衡过程中,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点到平衡N点过程中B的转化率是( )
A.24%
B.30%
C.60%
D.48%
3.(双选)已知反应①CO(g)+CuO(s)CO2(g)+Cu(s)和反应②H2(g)+CuO(s)Cu(s)+H2O(g)在某相同的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K。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K=
C.对于反应③,恒容时温度升高,若H2的浓度减小,则该反应的焓变为正值
D.对于反应③,恒温恒容下增大压强,H2浓度一定减小
4.一定温度下,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.后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0.5
mol·L-1
5.某温度下,将2
mol
A和3
mol
B充入一密闭容器中,发生反应:aA(g)+B(g)C(g)+D(g),5
min后达到平衡。已知该温度下反应的平衡常数K=1,若温度不变时将容器的体积扩大为原来的10倍,A的转化率不发生变化,则( )
A.a=3
B.a=2
C.B的转化率为40%
D.B的转化率为60%
6.CO常用于工业冶炼金属。在不同温度下CO还原四种金属氧化物达平衡后气体中lg与温度(t)的关系曲线如图。下列说法正确的是( )
A.通过升高反应炉的高度,延长矿石和CO接触的时间,能减少尾气中CO的含量
B.CO不适宜用于工业冶炼金属Cr
C.CO还原PbO2的反应ΔH>0
D.工业冶炼金属Cu时,高温有利于提高CO的转化率
7.
(双选)一定条件下发生反应2NH3(g)N2(g)+3H2(g) ΔH>0,达到平衡时N2的体积分数与温度、压强的关系如图所示。下列说法正确的是( )
A.压强:p1>p2
B.b、c两点对应的平衡常数:Kc>Kb
C.a点:2v正(NH3)=3v逆(H2)
D.a点:NH3的转化率为
8.已知:MgCO3(s)MgO(s)+CO2(g) ΔH>0,在密闭容器中投入过量碳酸镁在温度T时反应达到平衡,p(CO2)=4
MPa。
(1)该平衡常数表达式K= 。?
(2)若反应体系的体积不变,升高温度,则p(CO2)将 (填“增大”“减小”或“不变”)。?
(3)若反应温度T不变,将反应体系的体积缩小至原来的一半,则此过程中p(CO2)的变化范围为 。?
贴近生活拓展创新
为了缓解温室效应,科学家提出了多种回收和利用CO2的方案。其中一种方案是利用CO2制备CH4。300
℃时,向2
L恒容密闭容器中充入2
mol
CO2和8
mol
H2,发生反应CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g) ΔH,混合气体中CH4的浓度与反应时间的关系如图所示。
(1)①从反应开始到恰好达到平衡时,H2的平均反应速率v(H2)= 。?
②300
℃时,反应的平衡常数K= 。?
③保持温度不变,向平衡后的容器中再充入2
mol
CO2和8
mol
H2,重新达到平衡时CH4的浓度 (填字母)。?
A.等于0.8
mol·L-1
B.等于1.6
mol·L-1
C.0.8
mol·L-1mol·L-1
D.大于1.6
mol·L-1
(2)300
℃时,如果该容器中有1.6
mol
CO2、2.0
mol
H2、5.6
mol
CH4、4.0
mol
H2O(g),则v(正) (填“>”“<”或“=”)v(逆)。?
(3)已知200
℃时,该反应的平衡常数K=61.8
L2·
mol-2。则ΔH (填“>”“<”或“=”)0。?
参考答案
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
夯实基础·轻松达标
1.C 平衡常数K是温度的函数,A错误;平衡常数的表达式与化学方程式的书写方式有关。正、逆反应的平衡常数互为倒数,如反应H2(g)+I2(g)2HI(g),K(正)=,K(逆)=,所以K(正)=,B错误、C正确;生成物浓度幂的乘积与反应物浓度幂的乘积的比值小于K,说明反应未达到化学平衡状态,此时v(正)>v(逆),D错误。
2.A K值越大,该反应正向进行的程度越大,反应物的转化率越大,A正确;对于一个确定的化学反应,K值只是温度的函数,温度一定,K值一定,与压强无关,B错误;因该反应的热效应不确定,C错误;K=,由m+n=p,无法判断K的大小,D错误。
3.C 反应2A(g)+B(g)2C(g)的平衡常数K1与同一温度下反应2C(g)2A(g)+B(g)的平衡常数K2互为倒数,即K2==0.02,C项正确。
4.C 根据反应②2HI(g)H2(g)+I2(g)可知,消耗的c(HI)=2c平(H2)=1
mol·L-1,再结合反应①NH4I(s)NH3(g)+HI(g)可知,c平(NH3)=c始(HI)=1
mol·L-1+4
mol·L-1=5
mol·L-1。因此该温度下,反应①的平衡常数K=c平(NH3)·c平(HI)=5
mol·L-1×4
mol·L-1=20
mol2·L-2。
5.B 设起始时N2物质的量为a,H2物质的量为b,反应掉N2物质的量为x,依题意可得:
N2+ 3H22NH3
起始:
a
b
0
转化:
x
3x
2x
平衡:
a-x
b-3x
2x
解得: α(N2)=×100%=25%。
6.C 由题中数据可得,在298
K时该反应的平衡常数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起始浓度,CO2转化率降低,③错误;反应体系中均为气态物质,且容积不变,故从始至终密度不变,④正确。
7.C 首先根据表中数据(0.1-0.05)∶(0.2-0.05)∶(0.1-0)=1∶3∶2推导出可逆反应:X+3Y2Z。设平衡时转化的X的物质的量浓度为x
mol·L-1,依题意可得:
X(g)+3Y(g)2Z(g)
起始浓度/(mol·L-1)
0.1
0.2
0
转化浓度/(mol·L-1)
x
3x
2x
平衡浓度/(mol·L-1)
0.05
0.05
0.1
则x=0.05,显然X的转化率为50%,A正确。
反应X(g)+3Y(g)2Z(g)的平衡常数K=,代入数据K=1
600
mol-2·L2,B正确;增大压强不可能使平衡常数增大,C错误;K只与温度有关,因此改变温度可以改变此反应的平衡常数,D正确。
8.A 2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)
起始浓度/(mol·L-1)
0
0
0.05
转化浓度/(mol·L-1)
0.01
0.005
0.01
平衡浓度/(mol·L-1)
0.01
0.005
0.04
则平衡常数K=,代入数据可得K=3.2×103(mol·L-1)-1,A正确。
9.答案
(1)60% (2)85%
解析
(1)设平衡时CO转化了x
mol·L-1,根据“三段式”分析:
CO+H2OCO2+H2
初始浓度/(mol·L-1)
2
2
0
0
转化浓度/(mol·L-1)
x
x
x
x
平衡浓度/(mol·L-1)
2-x
2-x
x
x
K=,解得x=1.2;则平衡时CO的转化率为×100%=60%。
(2)设平衡时CO转化了y
mol·L-1,根据“三段式”分析:
CO+H2OCO2+H2
初始浓度/(mol·L-1)
2
2
0
0
转化浓度/(mol·L-1)
y
y
y
y
平衡浓度/(mol·L-1)
2-y
6-y
y
y
平衡常数K=,解得:y≈1.7,则平衡时CO的转化率为×100%=85%。
提升能力·跨越等级
1.A 要判断NO、H2O、CO2这三种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=5×10-82,③2CO2(g)2CO(g)+O2(g) K=4×10-92。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。
2.A 由图像知Δn(A)=Δn(B)=1.5
mol-0.3
mol=1.2
mol,所以Δn(B)=1.2
mol,α(B)=×100%=×100%=24%,故A正确。
3.AB 在书写平衡常数表达式时,纯固体物质不能出现在平衡常数表达式中,A正确;由于反应③=反应①-反应②,因此反应③的平衡常数K=,B正确;对于反应③,温度升高,H2浓度减小,则平衡左移,即逆反应为吸热反应,正反应为放热反应,因此ΔH<0,C错误;对于反应③,在恒温恒容下增大压强,如充入惰性气体,则平衡不移动,H2的浓度不变,D错误。
4.B 前一反应达平衡时c平(H2)=c平(I2)=0.5
mol·L-1,c平(HI)=1
mol·L-1,则平衡常数K1==4,而后一反应的平衡常数K2==0.5,A项错误,B项正确;设后一反应达平衡时c平(H2)=x
mol·L-1,则平衡时c平(I2)=x
mol·L-1,c平(HI)=(0.5-2x)
mol·L-1,K2==0.5,代入相关数据解得x=0.125,故平衡时c平(HI)=0.25
mol·L-1,C、D项错误。
5.C 温度不变,扩大容器体积(相当于减小压强)时,A的转化率不变,说明反应前后气体的体积不变,即a=1,A、B两项均错误;假设达到平衡时,B的转化量为x
mol,则A、B、C、D平衡时的物质的量分别为(2-x)
mol、(3-x)
mol、x
mol、x
mol,设容器体积为1
L,则平衡常数K==1,解得x=1.2,B的转化率为×100%=40%,所以C项正确、D项错误。
6.B 根据图示信息可知,升高反应炉的高度,不是都能减少尾气中CO的含量,增大CO与矿石的接触时间,不能影响平衡移动,不能减少尾气中CO的含量,A项错误;由图像可知用CO冶炼金属铬时,lg值较大,说明CO转化率很低,因此不适宜用CO还原Cr2O3冶炼金属Cr,B项正确;由图像可知用CO还原PbO2的温度越高,lg越大,说明CO转化率越低,则平衡逆向移动,故ΔH<0,C项错误;由图像可知用CO冶炼金属铜时,温度越高,lg值越大,故CO转化率越低,错误。
7.BD 该反应正向为气体分子数增大的反应,恒温时,压强越大,N2的体积分数越小,则p1Kb,故B正确;反应速率之比等于化学式前的系数之比,平衡时应是3v正(NH3)=2v逆(H2),故C错误;对于反应2NH3(g)N2(g)+3H2(g),假设反应前氨的物质的量为1
mol,a点时反应的氨的物质的量为x
mol,则=0.1,解得x=,因此氨的转化率为,故D正确。
8.答案
(1)c平(CO2) (2)增大 (3)4
MPa≤p(CO2)<8
MPa
解析
(1)题给反应中只有CO2是气体,其他物质为固体,固体不列入平衡常数表达式。
(2)碳酸镁分解反应是吸热反应,升高温度,平衡向右移动,p(CO2)增大。
(3)反应体系体积缩小至原来的,若平衡不移动,则气体压强为原来的2倍,p(CO2)=8
MPa。压强增大,平衡向左移动,气体压强又逐渐减小,由于温度不变,平衡常数K=c平(CO2)不变,则达到新平衡时p(CO2)=4
MPa。
贴近生活·拓展创新
答案
(1)①0.32
mol·L-1·min-1 ②25
L2·mol-2 ③D (2)> (3)<
解析
(1)①从反应开始到恰好达到平衡时,H2的平均反应速率v(H2)=4v(CH4)=×4=0.32
mol·L-1·min-1。
② CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)
1
4
0
0
0.8
3.2
0.8
1.6
0.2
0.8
0.8
1.6
300
℃时,反应的平衡常数K=
L2·mol-2=25
L2·mol-2。
③保持温度不变,向平衡后的容器中再充入2
mol
CO2和8
mol
H2,相当于增大压强,平衡正向移动,则重新达到平衡时CH4的浓度大于1.6
mol·L-1。
(2)Q=
L2·mol-2=14
L2·mol-2L2·mol-2,反应正向进行,v(正)>v(逆)。
(3)200
℃时,该反应的平衡常数K=61.8
L2·mol-2,说明降低温度,平衡常数增大,降温时平衡正向移动,则正反应为放热反应,ΔH<0。