資源簡介

第2講　化學平衡
【復習目標】
1.了解化學反應的可逆性特點。
2.了解化學平衡的建立過程及特征,理解外界條件(濃度、溫度、壓強、催化劑等)對化學平衡的影響。
3.了解平衡常數的概念及意義,掌握化學平衡常數及平衡轉化率的計算。
考點一　可逆反應與化學平衡的建立
1.可逆反應
2.化學平衡狀態
(1)概念。
在一定條件下的可逆反應體系中,當正反應速率與逆反應速率　　　　時,反應物和生成物的濃度均保持　　　　,即體系的組成不隨時間而改變,這表明該反應中物質的轉化達到了“限度”,這時的狀態稱為化學平衡狀態,簡稱化學平衡。
(2)建立。
正向開始、逆向開始、雙向同時開始,均可建立平衡。
(3)特點。
3.化學平衡狀態的確定原則
(1)v(正)=v(逆)。
①用同一種物質表示的正反應速率(消耗速率)與逆反應速率(生成速率)相等。
②不同物質表示的正反應速率(消耗速率)與逆反應速率(生成速率)之比等于化學計量數之比。
(2)變量不變。
必須是隨反應進行而發生變化的量。當該變化的量不變時,意味著建立化學平衡。
(3)常見的判斷依據。
①平衡體系中各物質的質量、物質的量或濃度不變。
②各物質的百分含量(物質的量分數、質量分數等)、氣體的體積分數不變。
③溫度、壓強(反應前后氣體的物質的量不相等)或體系的顏色(某組分有顏色)不變。
[理解·辨析] 判斷正誤
(1)鉛酸蓄電池的充電過程與放電過程為可逆反應。(　　)
(2)化學反應達到平衡后,反應物和生成物的濃度或百分含量相等。(　　)
(3)恒溫恒容下進行的可逆反應:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),當SO3的生成速率與SO2的消耗速率相等時,反應達到平衡狀態。(　　)
(4)在1 L的密閉容器中發生反應:2NO(g)+O2(g)2NO2(g),當容器中氣體的顏色保持不變時,說明反應已達到平衡狀態。(　　)
(5)恒溫恒容下,對于反應A(g)+B(g)C(s)+D(g),壓強不再變化,說明反應已達到平衡狀態。(　　)
(6)絕熱體系中,對于反應4HCl(g)+O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g),正反應為放熱反應,若反應體系的溫度不變,說明反應已達到平衡狀態。(　　)
一、多視角認識化學平衡
1.某溫度下,往密閉容器中加入一定量的A和B,發生反應2A(g)+B(g)C(g)。C的濃度隨反應時間(t)的變化如下表。下列說法中不正確的是(　　)
t/s 2 4 6 8 10 12
C的濃度/(mol·L-1) 0.22 0.36 0.42 0.46 0.46 0.46
[A] 在0～6 s內,平均反應速率v(A)=0.14 mol·L-1·s-1
[B] 0～8 s內,正反應速率大于逆反應速率
[C] 8 s后反應物消耗完,反應停止
[D] 8～12 s內,該反應處于化學平衡狀態
2.(1)反應2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)達到平衡后,再向反應容器中充入含氧的同位素O的氧氣,經過一段時間后O存在于　　　　　　中。
(2)在一個定容的密閉容器中進行如下反應:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)。已知反應過程中的某一時刻SO2、O2和SO3的濃度分別為0.1 mol/L、0.05 mol/L和0.3 mol/L。當反應達平衡時不可能存在的數據是　　　　(填字母)。
A.c(SO2)=0.25 mol/L
B.c(O2)=0.12 mol/L
C.c(SO2)+c(SO3)=0.15 mol/L
D.c(SO3)+c(O2)=0.3 mol/L
二、宏微結合確定平衡狀態
3.(2025·福建泉州五校期中)在恒溫恒容下發生反應H2(g)+CO2(g)H2O(g)+CO(g)　ΔH=+41.2 kJ·mol-1,反應速率隨時間變化如圖,則下列判斷正確的是(　　)
[A] 若容器內壓強不再變化,則表明反應達到平衡狀態
[B] 若氣體密度不變,則表明反應達到平衡狀態
[C] t1時改變的條件可能為增大H2濃度并減少CO濃度
[D] t2時CO2(g)與H2O(g)的濃度相等,則一定表明此時反應達到平衡狀態
4.在兩個恒容密閉容器中進行下列兩個可逆反應:
(甲)C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g);
(乙)CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)。
現有下列狀態:
①混合氣體平均相對分子質量不再改變
②恒溫時,氣體壓強不再改變
③各氣體組分濃度相等
④斷裂氫氧鍵的速率為斷裂氫氫鍵速率的2倍
⑤混合氣體的密度不變
⑥單位時間內,消耗水蒸氣的質量與生成氫氣的質量比為9∶1
⑦同一時間內,水蒸氣消耗的物質的量等于氫氣消耗的物質的量
其中能表明(甲)、(乙)容器中反應都達到平衡狀態的是　　　　(填序號)。
化學平衡狀態判定的兩個關鍵點
①有氣體參加且反應前后氣體體積不等的反應,氣體的總壓強、總體積、總物質的量不變時,反應達到平衡狀態。
②氣體的密度、氣體的平均相對分子質量不變時,要具體分析各表達式中的分子或分母變化情況,判斷反應是否達到平衡狀態(若體系中各組分均為氣體,氣體質量守恒;若體系中不全是氣體,要注意氣體質量變化)。
考點二　化學平衡常數、轉化率及相關計算
一、化學平衡常數
1.概念
一定溫度下,一個可逆反應達到化學平衡時,生成物濃度冪之積與反應物濃度冪之積的比值是一個常數,稱為化學平衡常數,用符號 　　　　表示。
2.表達式
(1)對于可逆反應mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),當在一定溫度下達到平衡時,K=(純固體和純液體的濃度視為常數,通常不計入化學平衡常數表達式中)。
(2)對同一個可逆反應,當化學方程式書寫方式不同時,其平衡常數表達式不同。
3.影響因素
(1)K值的大小由　　　　　　　　決定。
(2)對于給定的化學反應,K只受　　　　影響。
4.平衡常數的意義及應用
(1)判斷可逆反應進行的程度。
K <10-5 10-5～105 >105
反應程度 正反應幾乎 不發生 反應可逆 正反應可 接近完全
(2)判斷反應是否達到平衡或進行的方向。
對于化學反應aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)的任意狀態,濃度商Q=。
QQ=K,反應處于　　　　狀態;
Q>K,反應向　　　　反應方向進行。
(3)判斷可逆反應的熱效應。
二、平衡轉化率
[理解·辨析] 判斷正誤
(1)化學平衡常數表達式中,可以是物質的任一濃度。(　　)
(2)增大反應物的濃度,平衡正向移動,化學平衡常數增大。(　　)
(3)可逆反應C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)的平衡常數表達式可寫作K=。(　　)
(4)由化學平衡常數K可以推斷一個可逆反應進行的程度。(　　)
(5)化學平衡常數較大的反應,其反應物的平衡轉化率也一定很高。(　　)
(6)對可逆反應來說,正反應的化學平衡常數與逆反應的化學平衡常數一定不相等。(　　)
一、化學平衡常數與化學方程式書寫方式的關系
1.已知在相同條件下的下列反應:
①NO(g)+O3(g)NO2(g)+O2(g)　K1;
②NO(g)+O2(g)NO2(g)　K2;
③3NO(g)+O3(g)3NO2(g)　K3。
K3=　　　　(用K1、K2表示)。
2.(2023·全國甲卷,28節選)甲烷選擇性氧化制備甲醇是一種原子利用率高的方法。已知下列反應的熱化學方程式:
①3O2(g)2O3(g)　K1　ΔH1=+285 kJ/mol
②2CH4(g)+O2(g)2CH3OH(l)　K2　ΔH2=-329 kJ/mol
反應③CH4(g)+O3(g)CH3OH(l)+O2(g)的ΔH3=　　　　kJ/mol,平衡常數K3=　　　　(用K1、K2表示)。
平衡常數與化學方程式書寫方式的關系
(1)正、逆反應的化學平衡常數互為倒數。
(2)若化學方程式中各物質的化學計量數都變成n倍,則化學平衡常數變為原來的n次冪。
(3)兩化學方程式相加得到新的化學方程式,其化學平衡常數是兩反應平衡常數的乘積。
二、化學平衡常數的應用
3.(2024·廣西南寧月考)在一定容積的密閉容器中,進行如下化學反應:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)。該反應的化學平衡常數(K)和溫度(T)的關系見下表。
T/ ℃ 700 800 830 1 000 1 200
K 0.6 0.9 1.0 1.7 2.6
(1)該反應的化學平衡常數表達式為K=　　　　　　　　　。
(2)該反應為　　　　(填“吸熱”或“放熱”)反應。
(3)某溫度下,各物質的平衡濃度符合關系式:3c(CO2)·c(H2)=5c(CO)·c(H2O),試判斷此時的溫度為　　　　。
(4)若830 ℃時,向容器中充入1 mol CO、5 mol H2O,反應達到平衡后,化學平衡常數K　　　　(填“大于”“小于”或“等于”)1.0。
(5)830 ℃時,容器中的反應已達到平衡。在其他條件不變的情況下,擴大容器的容積,平衡
　　　　　　(填“向正反應方向”“向逆反應方向”或“不”)移動。
(6)若1 200 ℃時,在某時刻反應體系中CO2、H2、CO、H2O的濃度分別為2 mol/L、2 mol/L、4 mol/L、4 mol/L,則此時反應　　　　　　　　(填“向正反應方向進行”“向逆反應方向進行”或“處于平衡狀態”)。
三、化學平衡常數與平衡轉化率的相關計算
4.已知在密閉容器中發生可逆反應:M(g)+N(g)P(g)+Q(g)　ΔH>0。某溫度下,反應物的起始濃度分別為c(M)=1 mol/L,c(N)=2.4 mol/L。回答下列問題。
(1)若達到平衡后,M的轉化率為60%,則N的平衡濃度是　　　　　　,平衡常數K為　　　　。
(2)若反應溫度不變,反應物的起始濃度分別為c(M)=4 mol/L,c(N)=a mol/L,達到平衡后,c(P)=2 mol/L,則M的轉化率為　　　　,N的起始濃度為　　　　　　。 　　　　　　 　　　　　 　　　　　
5.H2S與CO2在高溫下發生反應:H2S(g)+CO2(g)COS(g)+H2O(g)。在610 K時,將0.10 mol CO2與0.40 mol H2S充入容積為2.5 L的空鋼瓶中,反應達到平衡后水的物質的量分數為0.02。
(1)H2S的平衡轉化率α1=　　　　%,反應的平衡常數K=　　　　　　。
(2)在620 K重復實驗,平衡后水的物質的量分數為0.03,H2S的轉化率α2　　　　(填“>”“<”或“=”,下同)α1,該反應的ΔH　　　　0。
(3)向反應器中再分別充入下列氣體,能使H2S轉化率增大的是　　　　(填字母)。
A.H2S B.CO2 C.COS D.N2　　　　　　 　　　　　 　　　　　
四、考查速率常數與平衡常數關系在計算中的應用
6.(2024·江蘇南京模擬)2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的反應歷程如下:
反應Ⅰ:2NO(g)N2O2(g)(快)　ΔH1<0,
v1(正)=k1(正)·c2(NO),v1(逆)=k1(逆)·c(N2O2);
反應Ⅱ:N2O2(g)+O2(g)2NO2(g)(慢)　ΔH2<0,v2(正)=k2(正)·c(N2O2)·c(O2),v2(逆)=k2(逆)·c2(NO2)。
(1)一定條件下,反應2NO(g)+O2(g)2NO2(g)達到平衡狀態,平衡常數K=　　　　　　　　[用含k1(正)、k1(逆)、k2(正)、k2(逆)的代數式表示]。反應Ⅰ的活化能EⅠ　　　　(填“>”“<”或“=”)反應Ⅱ的活化能EⅡ。
(2)已知反應速率常數k隨溫度的升高而增大,則升高溫度后k2(正)增大的倍數　　　　(填“大于”“小于”或“等于”)k2(逆)增大的倍數。
7.肌肉中的肌紅蛋白(Mb)與O2結合生成MbO2,其反應原理可表示為Mb(aq)+O2(g)MbO2(aq),該反應的平衡常數可表示為K=。在37 ℃條件下達到平衡時,測得肌紅蛋白的結合度(α)與p(O2)的關系如圖所示[α=×100%]。研究表明正反應速率v正=k正·c(Mb)·p(O2),逆反應速率v逆=k逆·c(MbO2)(其中k正和k逆分別表示正反應和逆反應的速率常數)。
(1)平衡常數K與速率常數k正、k逆之間的關系式為K=　　　　　　　　(用含有k正、
k逆的式子表示)。
(2)試求出圖中c點時,上述反應的平衡常數K=　　　　kPa-1。已知k逆=60 s-1,則速率常數k正=　　　　s-1·kPa-1。
正、逆反應的速率常數與平衡常數的關系
對于基元反應aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g),v正=k正·ca(A)·cb(B),v逆=k逆·cc(C)·cd(D),平衡常數K==,反應達到平衡時v正=v逆,故K=。
考點三　壓強平衡常數　　　　　　 　　　　　 　　　　　
1.表達式
以aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)為例,Kp=[p(X):X在平衡體系中物質的量分數(或體積分數)×總壓強]。
2.計算方法
(1)根據“三段式”法計算平衡體系中各物質的物質的量或物質的量濃度。
(2)計算各氣體組分的物質的量分數或體積分數。
(3)根據分壓計算公式求出各氣體物質的分壓,某氣體的分壓=氣體總壓強×該氣體的體積分數(或物質的量分數)。
(4)根據平衡常數計算公式代入計算。
[示例] 一定溫度和催化劑條件下,將1 mol N2和3 mol H2充入壓強為p0的恒壓容器中,測得平衡時N2的轉化率為50%,計算該溫度下的壓強平衡常數Kp=　　　　。 　　　　　　 　　　　　 　　　　　
一、壓強平衡常數的計算
1.將E和F加入密閉容器中,在一定條件下發生反應:E(g)+F(s)2G(g)。忽略固體體積,平衡時G的體積分數(%)隨溫度和壓強的變化如下表所示,已知Kp是用平衡分壓代替平衡濃度計算,分壓=總壓×物質的量分數。下列說法正確的是(　　)
溫度/℃ 壓強/MPa
1.0 2.0 3.0
810 54.0 a b
915 c 75.0 d
1 000 e f 83.0
[A] b>f
[B] 平衡常數K(1 000 ℃)[C] 915 ℃、2.0 MPa時該反應的平衡常數為Kp=4.5 MPa
[D] 1 000 ℃、3.0 MPa時E的轉化率為83.0%
2.(2023·湖北卷,19節選)1 200 K時,假定體系內只有反應C40H12(g)C40H10(g)+H2(g)發生,反應過程中壓強恒定為p0(即C40H12的初始壓強),平衡轉化率為α,該反應的平衡常數Kp為　　　　　　(用平衡分壓代替平衡濃度計算,分壓=總壓×物質的量分數)。
二、含不反應氣體的平衡體系中Kp的計算
3.(2023·湖南卷,16節選)在某溫度、100 kPa下,向反應器中充入1 mol氣態乙苯發生反應C6H5C2H5(g)C6H5CHCH2(g)+H2(g),其平衡轉化率為50%,欲將平衡轉化率提高至75%,需要向反應器中充入　　　　mol水蒸氣作為稀釋氣(計算時忽略副反應)。
4.(2022·全國乙卷,28節選)油氣開采、石油化工、煤化工等行業廢氣普遍含有的硫化氫,需要回收處理并加以利用。回答下列問題。
(1)在1 470 K、100 kPa反應條件下,將n(H2S)∶n(Ar)=1∶4的混合氣進行H2S熱分解反應:2H2S(g)S2(g)+2H2(g)。平衡時混合氣中H2S與H2的分壓相等,H2S平衡轉化率為　　　　,平衡常數Kp=　　　　kPa。
(2)在1 373 K、100 kPa反應條件下,對于n(H2S)∶n(Ar)分別為4∶1、1∶1、1∶4、1∶9、1∶19的 H2SAr 混合氣,熱分解反應過程中H2S轉化率隨時間的變化如圖所示。
①n(H2S)∶n(Ar)越小,H2S平衡轉化率　　　,理由是　 　。
②n(H2S)∶n(Ar)=1∶9對應圖中曲線　　　　,計算其在0～0.1 s之間,H2S分壓的平均變化率為　　　　kPa·s-1。
1.核心:把握不反應氣體的“兩不(三段式中不增減,平衡常數不代入)”“兩要(平衡總n要計算、平衡總壓要納入)”。
2.目的:平衡體系中加入不參與反應的氣體,改變平衡轉化率或平衡產率,如恒溫恒壓條件下加入稀有氣體,可視為反應物壓強減小,平衡向氣體化學計量數和變大的方向移動(口訣:小壓大移)。
3.對比:恒溫恒容條件下加入不參與反應的氣體(如稀有氣體),參與反應的各物質的n、濃度、分壓皆不變,平衡不移動,不改變平衡轉化率或平衡產率。
考點四　影響化學平衡的因素　　　　　　 　　　　　 　　　　　
一、化學平衡的移動
1.化學平衡移動的含義
在一定條件下,當可逆反應達到平衡狀態后,如果改變反應條件,平衡狀態被破壞,平衡體系的物質組成也會隨著改變,直至達到新的平衡狀態。這種由原有的平衡狀態達到新的平衡狀態的過程叫做化學平衡的移動。
2.化學平衡移動的實質
3.化學平衡移動與化學反應速率的關系
(1)v正>v逆:平衡向　　　　方向移動。
(2)v正=v逆:反應達到平衡狀態,平衡不發生移動。
(3)v正二、影響化學平衡的因素
1.影響化學平衡的外界因素
若其他條件不變,改變下列條件對化學平衡的影響如下表:
改變的條件(其他條件不變) 化學平衡移動的方向
濃度 增大反應物濃度或減小生成物濃度 向　　　　方向移動
減小反應物濃度或增大生成物濃度 向　　　　方向移動
壓強 (對有 氣體 參加的 反應, 改變容 器容 積) 反應前后氣體物質的量改變 增大 壓強 向　　　　　　　　的方向移動
減小 壓強 向　　　　　　　　的方向移動
反應前后氣體物質的量不變 改變 壓強 平衡不移動
溫度 升高溫度 向　　　　方向移動
降低溫度 向　　　　方向移動
催化劑 同等程度改變v正、v逆,平衡不移動
2.勒夏特列原理
(1)如果改變影響平衡的一個因素(如溫度、壓強及參加反應的物質的濃度),平衡就向著　　　　　　　　的方向移動。
(2)平衡的移動只能“減弱”外界條件的改變,不能完全“消除”。
[理解·辨析] 判斷正誤
(1)只要v正增大,平衡一定正向移動。(　　)
(2)化學平衡發生移動,化學反應速率一定改變,但化學反應速率改變,化學平衡不一定發生移動。(　　)
(3)升高溫度,平衡向吸熱反應方向移動,此時放熱反應方向速率減小,吸熱反應方向速率增大。(　　)
(4)對于2NO2(g)N2O4(g)的平衡體系,壓縮體積,增大壓強,平衡正向移動,混合氣體的顏色變淺。(　　)
(5)化學平衡正向移動,反應物的轉化率不一定增大。(　　)
一、實驗探究化學平衡移動
1.某興趣小組以重鉻酸鉀(K2Cr2O7)溶液為研究對象,結合所學反應原理的知識改變條件使其發生“色彩變幻”。
已知:①K2Cr2O7溶液中存在平衡Cr2+H2O2Cr+2H+。
②含鉻元素的離子在溶液中的顏色:Cr2(橙色)、Cr(黃色)、Cr3+(綠色)。
(1)ⅰ可證明反應Cr2+H2O2Cr+2H+的正反應是　　 　　(填“吸熱”或“放熱”)反應。
(2)ⅱ是驗證“只降低生成物的濃度,該平衡正向移動”,試劑a是　　　　(填化學式)。
(3)ⅲ的目的是驗證“增大生成物的濃度,該平衡逆向移動”,此實驗能否達到預期目的 　　　　(填“能”或“不能”),理由是　 　。
(4)根據實驗Ⅱ中不同現象,可以得出的結論是 　。
(5)繼續實驗。
①解釋溶液變黃的主要原因: 　。
②溶液變綠色,該反應的離子方程式是 　。
二、化學平衡移動方向及結果分析
2.(2024·江西高考適應性考試)我國科學家成功利用CO還原NO,從源頭上減少煤粉燃燒產生的大氣污染。一定溫度下,在1 L的恒容密閉容器中,充入 1 mol CO和1 mol NO,反應2CO(g)+2NO(g)N2(g)+2CO2(g)平衡時,測得 c(N2)=0.2 mol/L,下列說法正確的是(　　)
[A] 升高溫度,正、逆反應速率以相同倍數增大
[B] 加入催化劑使正反應速率增大,逆反應活化能增大
[C] 若往容器中再通入1 mol NO和1 mol CO2,則此時v正>v逆
[D] 若往容器中再通入2 mol CO和1 mol N2,則此時v正>v逆
3.(2024·河北承德模擬)某溫度下,在恒容密閉容器中加入一定量X,發生反應2X(s)Y(s)+Z(g),一段時間后達到平衡。下列說法錯誤的是(　　)
[A] 升高溫度,若c(Z)增大,則ΔH>0
[B] 加入一定量Z,達新平衡后,m(Y)減小
[C] 加入等物質的量的Y和Z,達新平衡后,c(Z) 增大
[D] 加入一定量氬氣,平衡不移動
4.(2024·湖南岳陽二模)在一定溫度下的密閉容器中發生反應:xA(g)+yB(g)zC(g),平衡時測得A的濃度為0.50 mol/L。保持溫度不變,將容器的容積擴大到原來的兩倍,再達平衡時,測得A的濃度為0.30 mol/L。下列有關判斷正確的是(　　)
[A] x+y[B] 平衡向正反應方向移動
[C] B的轉化率增大
[D] C的體積分數減小
判斷化學平衡移動方向的思維模型
三、平衡轉化率模型分析
5.(2024·山東日照高三月考)對于以下三個反應,從反應開始進行至達到平衡后,保持溫度、容積不變,按要求回答下列問題。
(1)PCl5(g)PCl3(g)+Cl2(g)
再充入PCl5(g),平衡向　　　　方向移動,達到平衡后,PCl5(g)的轉化率　　　　,PCl5(g)的百分含量　　　　。
(2)2HI(g)I2(g)+H2(g)
再充入HI(g),平衡向　　　　方向移動,達到平衡后,HI(g)的分解率　　　　,HI(g)的百分含量　　　　。
(3)2NO2(g)N2O4(g)
再充入NO2(g),平衡向　　　　方向移動,達到平衡后,NO2(g)的轉化率　　　　,NO2(g)的百分含量　　　　。
6.(2024·重慶模擬)T ℃時,向容積不等的恒容密閉容器中加入足量活性炭和1 mol NO2,發生反應 2C(s)+2NO2(g)N2(g)+2CO2(g)。反應相同時間,測得各容器中NO2的轉化率與容器容積的關系如圖所示,下列說法正確的是(　　)
[A] A點對應容器中,反應未達到平衡狀態
[B] 向B點對應容器中再充入一定量NO2,達到新平衡時,NO2的轉化率增大
[C] 縮小C點對應容器的容積,增大壓強,v(正)[D] V1∶V2=1∶72
平衡轉化率的分析與判斷方法
反應aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)的轉化率分析:
①若反應物起始物質的量之比等于化學計量數之比,達到平衡后,它們的轉化率相等。
②若只增加A的量,平衡正向移動,B的轉化率增大,A的轉化率減小。
③若按原比例同倍數地增加(或降低)A、B的濃度,等效于壓縮(或擴大)容器容積,氣體反應物的轉化率與化學計量數有關。具體如下:
1.(2024·浙江6月選考,16)為探究化學平衡移動的影響因素,設計方案并進行實驗,觀察到相關現象。其中方案設計和結論都正確的是(　　)
選 項 影響 因素 方案設計 現象 結論
[A] 濃度 向1 mL 0.1 mol/L K2CrO4溶液中加入1 mL 1.0 mol/L HBr溶液 黃色溶 液變 橙色 增大反應物濃度,平衡向正反應方向移動
[B] 壓強 向恒溫恒容密閉玻璃容器中充入100 mL HI氣體,分解達到平衡后再充入100 mL Ar 氣體顏 色不變 對于反應前后氣體總體積不變的可逆反應,改變壓強平衡不移動
[C] 溫度 將封裝有NO2和N2O4混合氣體的燒瓶浸泡在熱水中 氣體顏 色變深 升高溫度,平衡向吸熱反應方向移動
[D] 催化 劑 向1 mL乙酸乙酯中加入1 mL 0.3 mol/L H2SO4溶液,水浴加熱 上層液 體逐漸 減少 使用合適的催化劑可使平衡向正反應方向移動
2.(2024·安徽卷,17節選)一定溫度和壓強下,
反應ⅰ　C2H6(g)C2H4(g)+H2(g)　Kx1
反應ⅱ　C2H6(g)+H2(g)2CH4(g)　Kx2(Kx2遠大于Kx1)
(Kx是以平衡物質的量分數代替平衡濃度計算的平衡常數)
(1)僅發生反應ⅰ時,C2H6的平衡轉化率為25.0%,計算Kx1=　　　　。
(2)同時發生反應ⅰ和ⅱ時,與僅發生反應ⅰ相比,C2H4的平衡產率　　　　(填“增大”“減小”或“不變”)。 　　　　　　 　　　　　 　　　　　
3.(2024·湖北卷,17節選)用BaCO3和焦炭為原料,經反應Ⅰ、Ⅱ得到BaC2,再制備乙炔是我國科研人員提出的綠色環保新路線。
反應Ⅰ:BaCO3(s)+C(s)BaO(s)+2CO(g)
反應Ⅱ:BaO(s)+3C(s)BaC2(s)+CO(g)
回答下列問題。
(1)寫出BaC2與水反應的化學方程式: 　。
(2)已知Kp=(pCO)n、K=()n(n是CO的化學計量系數)。反應Ⅰ、Ⅱ的lg K與溫度的關系曲線如圖。
①反應BaCO3(s)+4C(s)BaC2(s)+3CO(g)在1 585 K的Kp=　　　　Pa3。
②保持1 320 K不變,假定恒容容器中只發生反應Ⅰ,達到平衡時pCO=　　　　Pa,若將容器容積壓縮到原來的,重新建立平衡后pCO=　　　　Pa。
4.(2024·貴州卷,17節選)973 K、100 kPa下,在某密閉容器中按n(C6H6)∶n(CH4)=1∶5充入氣體,發生反應C6H6(g)+CH4(g)C7H8(g)+H2(g),平衡時C6H6與C7H8的分壓比為4∶1,則C6H6的平衡轉化率為　　　　　,平衡常數Kp=　　　　　　　　　　　　　　　　(用平衡分壓代替平衡濃度計算,分壓=總壓×物質的量分數,列出計算式即可)。
5.(2023·全國乙卷,28節選)硫酸亞鐵在工農業生產中有許多用途,如可用作農藥防治小麥黑穗病,制造磁性氧化鐵、鐵催化劑等。回答下列問題。
(1)將FeSO4置入抽空的剛性容器中,升高溫度發生分解反應:2FeSO4(s)Fe2O3(s)+
SO2(g)+SO3(g)(Ⅰ)。平衡時T的關系如圖所示。660 K時,該反應的平衡總壓p總=　　　　 kPa、平衡常數Kp(Ⅰ)=　　　　(kPa)2。Kp(Ⅰ)隨反應溫度升高而　　　　　(填“增大”“減小”或“不變”)。
(2)提高溫度,上述容器中進一步發生反應2SO3(g)2SO2(g)+O2(g)(Ⅱ),平衡時=　　　　　　　　(用、表示)。在929 K時,p總=84.6 kPa、=35.7 kPa,則=　　　　kPa,Kp(Ⅱ)=　　　　　　　　kPa(列出計算式)。
第2講　化學平衡
考點一　可逆反應與化學平衡的建立
必備知識整合
1.小于
2.(1)相等　不變　(3)可逆反應　動態平衡　=　≠　質量或濃度
[理解·辨析] (1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)√　(6)√
【提示】 (1)鉛酸蓄電池的充電過程需要直流電源,與放電過程條件不同,不屬于可逆反應。
(2)化學反應達到平衡后,各物質的量保持不變,各反應物和生成物的濃度或百分含量不再變化,但不一定相等。
(3)SO3的生成速率與SO2的消耗速率都代表正反應速率,不能說明正反應速率與逆反應速率相等。
(4)只有二氧化氮有顏色,當氣體顏色保持不變時,說明二氧化氮濃度不變,反應達到平衡狀態。
(5)正反應為氣體體積減小的反應,恒溫恒容下,壓強不再變化,說明反應已達到平衡狀態。
(6)該反應為放熱反應,絕熱體系中,體系的溫度為變量,當體系的溫度保持不變時,表明正、逆反應速率相等,該反應達到平衡狀態。
關鍵能力提升
1.C　0～6 s內,C的濃度變化是 0.42 mol·L-1,則此段時間內,用生成物C表示的平均反應速率是=0.07 mol·L-1·s-1,根據反應速率之比等于其化學計量數之比,則v(A)=2v(C)=0.14 mol·L-1·s-1,A正確;根據表中數據可知,8 s后反應達平衡,8 s前反應正向進行,正反應速率大于逆反應速率,B正確;8 s后反應達平衡,化學平衡是動態平衡,反應沒有停止,反應物也沒有消耗完,C不正確;8～12 s內,該反應中各組分濃度保持不變,處于化學平衡狀態,D正確。
2.【答案】 (1)O2、SO2和SO3　(2)C
【解析】 (1)充入含O的氧氣后,反應向右進行,O進入SO3中,由于反應是可逆反應,生成的SO3也會分解為SO2和O2,所以最終O2、SO2和SO3中都含有O。
(2)該反應是一個可逆反應,無論向正反應方向進行還是向逆反應方向進行,實際不可能100%轉化。則03.C　題中反應的反應前后氣體分子數不變,所以隨著反應的進行,混合氣體的總壓強始終保持不變,所以混合氣體的總壓強不變,不能說明反應達到平衡狀態,A錯誤;氣體質量、容器容積、氣體密度均始終不變,故混合氣體的密度不變不能說明反應達到平衡狀態,B錯誤;t1時改變的條件使正反應速率增大,重新達到平衡狀態時,正、逆反應速率相等且小于原平衡時的反應速率,則該條件同時使逆反應速率減小,可能為增大H2濃度并減少CO濃度,C正確;CO2(g)與H2O(g)的濃度相等不能確定此時各成分的濃度是否不再變化,故不一定表明此時反應達到平衡狀態,D錯誤。
4.【答案】 ④⑦
【解析】 由于(乙)反應前后氣體分子數相等,混合氣體平均相對分子質量始終不變,故①不能表明(乙)容器中反應達到平衡狀態;恒溫時,(乙)容器中氣體壓強始終不變,故②不能表明(乙)容器中反應達到平衡狀態;各氣體組分濃度相等與平衡狀態之間沒有一定關系,故③不能表明(甲)、(乙)容器中反應都達到平衡狀態;水分子中含有兩個氫氧鍵,氫分子中含有一個氫氫鍵,斷裂氫氧鍵的速率為斷裂氫氫鍵速率的2倍,說明水的消耗速率等于氫氣的消耗速率,正反應速率等于逆反應速率,故④能表明(甲)、(乙)容器中反應都達到平衡狀態;(乙)容器中氣體的質量、體積不變,混合氣體的密度始終不變,故⑤不能表明(乙)容器中反應達到平衡狀態;單位時間內,消耗水蒸氣與生成氫氣都是正反應方向,故⑥不能表明(甲)、(乙)容器中反應都達到平衡狀態;同一時間內,水蒸氣消耗的物質的量等于氫氣消耗的物質的量,正反應速率等于逆反應速率,故⑦能表明(甲)、(乙)容器中反應都達到平衡狀態。
考點二　化學平衡常數、轉化率及相關計算
必備知識整合
一、1.K　
3.(1)化學反應的本身　(2)溫度　
4.(2)正　平衡　逆　(3)吸熱　放熱　放熱　吸熱
[理解·辨析] (1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)×　(6)×
【提示】 (1)平衡常數表達式中,必須是各物質的平衡濃度。
(2)平衡常數只與溫度有關。
(4)化學平衡常數K越大,正向進行的趨勢越大,可以由化學平衡常數K推斷一個可逆反應進行的程度。
(5)平衡轉化率是一個相對值,還與起始加入的反應物的量有關,平衡常數很大,反應物的轉化率不一定高。
(6)對于一定溫度下的同一個反應,其正反應和逆反應的化學平衡常數的乘積等于1,如果正反應的平衡常數為1,則逆反應的平衡常數也為1,兩者相等。
關鍵能力提升
1.【答案】 K1·
【解析】 反應①的平衡常數K1=,反應②的平衡常數K2=,即2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的平衡常數K==,反應③的平衡常數K3=,根據蓋斯定律可知,反應③=反應①+反應②×2,則K3=×=K1·。
2.【答案】 -307　()(或)
【解析】 根據蓋斯定律可知,反應③=×(②-①),所以對應ΔH3=(ΔH2-ΔH1)=×(-329 kJ/mol-285 kJ/mol)=-307 kJ/mol;根據平衡常數表達式與熱化學方程式之間的關系可知,對應平衡常數K3=()或。
3.(1)　(2)吸熱　(3)700 ℃　(4)等于　
(5)不　(6)向逆反應方向進行
4.【答案】 (1)1.8 mol/L　　(2)50%　6 mol/L
【解析】 (1)根據題意,列三段式
　　　　　　　M(g)+N(g)P(g) + Q(g)
起始/(mol/L) 1 2.4 0 0
轉化/(mol/L) 0.6 0.6 0.6 0.6
平衡/(mol/L) 0.4 1.8 0.6 0.6
N的平衡濃度為1.8 mol/L,平衡常數K==。
(2)根據題意,列三段式
　　　　　　　M(g)+N(g)P(g)+Q(g)
起始/(mol/L) 4 a 0 0
轉化/(mol/L) 2 2 2 2
平衡/(mol/L) 2 a-2 2 2
α(M)=×100%=50%,溫度不變,平衡常數不變,K==,解得a=6,即反應物N的起始濃度為6 mol/L。
5.【答案】 (1)2.5　2.85×10-3　(2)>　>　(3)B
【解析】 (1)設建立平衡后,反應消耗的H2S的物質的量為 x mol,建立三段式
　　　　　 H2S(g) + CO2(g)COS(g)+H2O(g)
起始/mol 0.40 0.10 0 0
轉化/mol x x x x
平衡/mol 0.40-x 0.10-x x x
==0.02,解得x=0.01,所以H2S的轉化率α1=×100%=2.5%;由于該反應是反應前后氣體體積相等的反應,所以在該條件下反應達到平衡時化學平衡常數K==≈2.85×10-3。(2)溫度升高,平衡時水的物質的量分數增大,則反應正向移動,該反應的ΔH>0,平衡時H2S的轉化率增大,即α2>α1。(3)對于化學方程式左邊氣體不唯一的反應,增大一種反應物濃度,該反應物轉化率減小,另一種反應物轉化率增大,A不符合題意,B符合題意;增大生成物濃度,平衡逆向移動,C不符合題意;恒容容器充入N2,參與反應的各氣體的濃度不變,不影響平衡移動,D不符合題意。
6.【答案】 (1)　<　(2)小于
【解析】 (1)反應達平衡狀態時,v1(正)=v1(逆)、v2(正)=v2(逆),
所以v1(正)·v2(正)=v1(逆)·v2(逆),
即 k1(正)·c2(NO)·k2(正)·c(N2O2)·c(O2)=k1(逆)·c(N2O2)·k2(逆)·c2(NO2),則K==;因為決定2NO(g)+O2(g)2NO2(g)速率的是反應Ⅱ,所以反應Ⅰ的活化能EⅠ小于反應Ⅱ的活化能EⅡ。
7.【答案】 (1)　
(2)2　120
【解析】 (1)可逆反應達到平衡狀態時,v正=v逆,所以k正·c(Mb)·p(O2)=k逆·c(MbO2),
=,則平衡常數K==。(2)c點時,p(O2)=4.50 kPa,肌紅蛋白的結合度α=90.0%,代入平衡常數表達式中可得 K== kPa-1=2 kPa-1;K=,則k正=K·k逆=2 kPa-1×60 s-1=120 s-1·kPa-1。
考點三　壓強平衡常數
必備知識整合
2.[示例]
　　　　　　N2(g) + 3H2(g)2NH3(g)
起始/mol 1 3 0
變化/mol 0.5 1.5 1
平衡/mol 0.5 1.5 1
平衡時p(N2)=p0、p(H2)=p0、p(NH3)=p0,Kp===。
關鍵能力提升
1.C　正反應是氣體體積增大的反應,溫度相同時,增大壓強平衡逆向移動,G的體積分數減小,所以在810 ℃時,隨著壓強的增大G的體積分數逐漸減小,即54.0>a>b,壓強為 2.0 MPa 時,溫度升高,G的體積分數增大,正反應是吸熱反應,則f>a,故bK(810 ℃),B錯誤;915 ℃、2.0 MPa 時G的體積分數為75.0%,設E起始的物質的量為a mol,反應
b mol,則有
　　　　　E(g)+F(s)2G(g)
n起始/mol a 0
n變化/mol b 2b
n平衡/mol a-b 2b
則×100%=75.0%,解得b=0.6a,所以平衡常數Kp==4.5 MPa,C正確;
1 000 ℃、3.0 MPa時,設E起始的物質的量為 n mol,反應了x mol,則有
　　　　　E(g)+F(s)2G(g)
n起始/mol n 0
n變化/mol x 2x
n平衡/mol n-x 2x
×100%=83.0%,x≈0.709n,所以E的轉化率約為70.9%,D錯誤。
2.【答案】
【解析】 1 200 K時,假定體系內只有反應C40H12(g)C40H10(g)+H2(g)發生,反應過程中壓強恒定為p0(即C40H12的初始壓強),平衡轉化率為α,設起始量為1 mol,則根據信息列出三段式為
　　　　　　　C40H12(g)C40H10(g)+H2(g)
起始/mol 1 0 0
變化/mol α α α
平衡/mol 1-α α α
則p(C40H12)=p0×,p(C40H10)=p0×,p(H2)=p0×,該反應的平衡常數Kp==。
3.【答案】 5
【解析】 設充入H2O(g)物質的量為x mol,在某溫度、100 kPa下,向反應器中充入1 mol氣態乙苯發生題述反應,乙苯的平衡轉化率為50%,可列三段式
　　　 C6H5C2H5(g)C6H5CHCH2(g)+H2(g)
起始/mol 1 0 0
轉化/mol 0.5 0.5 0.5
平衡/mol 0.5 0.5 0.5
此時平衡時混合氣體總物質的量為1.5 mol,此時容器的容積為V L,當乙苯的平衡轉化率為75%,可列三段式
　　　 C6H5C2H5(g)C6H5CHCH2(g)+H2(g)
起始/mol 1 0 0
轉化/mol 0.75 0.75 0.75
平衡/mol 0.25 0.75 0.75
此時乙苯、苯乙烯、H2物質的量之和為1.75 mol,混合氣的總物質的量為(1.75+x)mol,在恒溫、恒壓時,體積之比等于物質的量之比,此時容器的容積為V L,兩次平衡溫度相同,則平衡常數相等,則=,解得x=5,即充入H2O(g)物質的量為5 mol。
4.【答案】 (1)50%　4.76　(2)①越高　等溫等壓下加入惰性氣體,平衡向氣體分子數增加的方向移動　②d　-24.9
【解析】 (1)在1 470 K、100 kPa反應條件下,設硫化氫和氬的起始投料的物質的量分別為1 mol和 4 mol,列三段式
　　　　　2H2S(g)S2(g)+2H2(g)
起始/mol 1 0 0
變化/mol x 0.5x x
平衡/mol 1-x 0.5x x
平衡時混合氣中H2S和H2的分壓相等,則兩者的物質的量相等,即1-x=x,解得x=0.5,所以H2S的平衡轉化率為×100%=50%,
平衡常數Kp==≈4.76 kPa。
(2)在1 373 K、100 kPa反應條件下,對于H2SAr混合氣,由題圖可知,熱分解反應過程中H2S平衡轉化率按曲線a、b、c、d、e的順序依次升高。
①n(H2S)∶n(Ar)越小,表示反應初始硫化氫分壓越小,惰性氣體分壓越大。硫化氫熱分解反應為氣體分子數增加的反應,故等溫等壓下加入惰性氣體,平衡會向氣體分子數增加的方向移動,以達到新的平衡,即H2S平衡轉化率會提高。
②n(H2S)∶n(Ar)越小,H2S平衡轉化率越高,所以 n(H2S)∶n(Ar)=1∶9對應的曲線是d;根據圖像可知n(H2S)∶n(Ar)=1∶9、反應進行到 0.1 s 時H2S轉化率為24%,在1 373 K、100 kPa反應條件下,設硫化氫和氬的起始投料的物質的量分別為1 mol和9 mol,列三
段式
　　　　　 2H2S(g)S2(g)+2H2(g)
起始/mol 1 0 0
變化/mol 0.24 0.12 0.24
平衡/mol 0.76 0.12 0.24
此時H2S的分壓為×100 kPa≈7.51 kPa,H2S的起始分壓為10 kPa,所以H2S分壓的平均變化率為=-24.9 kPa·s-1。
考點四　影響化學平衡的因素
必備知識整合
一、3.(1)正反應　(3)逆反應
二、1.正反應　逆反應　氣體分子總數減小　氣體分子總數增大　吸熱反應　放熱反應
2.(1)能夠減弱這種改變
[理解·辨析] (1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)√
【提示】 (1)不知v逆如何改變,且無法判斷改變后v正與v逆的大小,無法判斷平衡是否發生移動。
(2)若化學反應速率改變后正、逆反應速率仍然相等,化學平衡不發生移動。
(3)升高溫度,正、逆反應速率均增大,平衡向吸熱反應方向移動。
(4)壓縮體積,體積變小,再達平衡時,NO2濃度變大,混合氣體的顏色變深。
(5)增大反應物濃度可使平衡正向移動,加入的反應物的轉化率減小,另一種反應物的轉化率增大,則平衡正向移動,反應物的轉化率不一定增大。
關鍵能力提升
1.【答案】 (1)放熱　(2)KOH(合理即可)
(3)不能　濃硫酸溶于水放出大量的熱,平衡會逆向移動,所以溶液橙色加深,不能說明是由于氫離子濃度的增大使平衡逆向移動引起的
(4)在酸性條件下,K2Cr2O7的氧化性更強
(5)①K2Cr2O7溶液中存在平衡Cr2+H2O2Cr+2H+,亞硫酸根離子可以和氫離子結合,降低氫離子濃度,使平衡正向移動,溶液變為黃色
②Cr2+8H++3S2Cr3++3S+4H2O
【解析】 (1)升高溫度,平衡Cr2+H2O2Cr+2H+向著吸熱反應方向移動,實驗中加熱溶液,溶液橙色加深,根據題意Cr2在溶液中顯橙色,平衡逆向移動,所以反應Cr2+H2O2Cr+2H+的正反應是放熱反應。
(2)為了驗證“只降低生成物的濃度,該平衡正向移動”,則需要加入的試劑a必須是可以和產物離子如氫離子反應的物質,可以是氫氧化鉀或碳酸鉀等。
(3)加入濃硫酸,不僅要考慮增加氫離子濃度使平衡逆向移動的情況,同時應考慮濃硫酸溶于水放出大量的熱,平衡也會逆向移動。
(5)①亞硫酸根離子可以和氫離子結合,降低氫離子濃度,引起平衡Cr2+H2O2Cr+2H+正向移動,溶液變為黃色。
②溶液變綠色,則出現的是Cr3+(綠色),重鉻酸根離子和亞硫酸根離子之間發生氧化還原反應,Cr2+8H++3S2Cr3++3S+4H2O。
2.D　一定溫度下,在1 L的恒容密閉容器中,充入1 mol CO和1 mol NO,反應2CO(g)+2NO(g)N2(g)+2CO2(g)平衡時,測得c(N2)=0.2 mol/L,則可建立如下三段式,
　　　　 2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)
1.0 1.0 0 0
0.4 0.4 0.2 0.4
0.6 0.6 0.2 0.4
K=≈0.25。升高溫度,平衡一定發生移動,則正、逆反應速率不同,增大的倍數不同,A不正確;加入催化劑,正、逆反應活化能均減小,B不正確;若往容器中再通入1 mol NO和1 mol CO2,濃度商Q=≈0.43>0.25,則此時平衡逆向移動,v正
v逆,D正確。
3.C　升高溫度,化學平衡向吸熱反應方向移動,若c(Z)增大,說明平衡正向移動,則ΔH>0,A正確;加入一定量Z,Z的濃度增大,平衡逆向移動,故達新平衡后,m(Y)減小,B正確;加入等物質的量的Y和Z,Z的濃度增大,平衡逆向移動,由于X、Y均為固體,故K=c(Z),達新平衡后,c(Z)不變,C錯誤;在恒容密閉容器中,加入一定量氬氣,Z的濃度保持不變,正、逆反應速率不變,故平衡不移動,D正確。
4.D　容器的容積擴大到原來的兩倍,若平衡不移動,則 c(A)=0.25 mol/L,但達平衡時c(A)=0.30 mol/L>0.25 mol/L,說明減小壓強,平衡向逆反應方向移動,故x+y>z,B轉化率減小,C的體積分數減小,D項正確。
5.(1)正反應　減小　增大　(2)正反應　不變　不變　(3)正反應　增大　減小
6.D　圖中B點NO2的轉化率最高,則溫度為 T ℃ 時,B點恰好達到平衡狀態,由于AB曲線上對應容器的容積逐漸增大,NO2的起始濃度逐漸減小,但濃度均大于B點,NO2的濃度越大,反應速率越大,達到平衡的時間越短,所以AB曲線上反應均達到平衡狀態,正反應是氣體體積增大的反應,隨著容器容積的增大,NO2的轉化率逐漸增大,B點達到最大;B點以后,隨著容器容積的增大,NO2的起始濃度減小,反應速率減小,達到平衡的時間延長,所以BC曲線上反應均未達到平衡狀態,反應正向進行。根據分析可知,A點對應容器中,反應達到了平衡狀態,A錯誤;向B點對應容器中再充入一定量NO2,反應物濃度增大,等效于壓縮容器容積,達到新平衡時,NO2的轉化率減小,B錯誤;縮小C點對應容器的容積,增大壓強,若為BC曲線上任何一點對應容積,反應均正向進行,v(正)>v(逆),C錯誤;A點時反應達到平衡,NO2轉化率為40%,則可列出三段式,
　　　 2C(s)+ 2NO2(g)N2(g)+2CO2(g)
1 0 0
0.4 0.2 0.4
0.6 0.2 0.4
T ℃時,該反應的化學平衡常數為K===,B點時反應的三段式為
　　　　2C(s)+2NO2(g)N2(g)+2CO2(g)
1 0 0
0.8 0.4 0.8
0.2 0.4 0.8
則T ℃時,該反應的化學平衡常數為K===,得=,
則有V1∶V2=1∶72,D正確。
真題驗收
1.C　在K2CrO4溶液中存在平衡2Cr(黃色)+2H+Cr2(橙色)+H2O,且該溶液具有氧化性,HBr具有還原性,向1 mL 0.1 mol/L K2CrO4溶液中加入1 mL 1.0 mol/L HBr溶液,可發生氧化還原反應生成Br2使溶液變為橙色,干擾探究濃度對化學平衡移動的影響,A錯誤;反應2HI(g)H2(g)+I2(g)為反應前后氣體總體積不變的可逆反應,向恒溫恒容密閉玻璃容器中充入100 mL HI氣體,分解達到平衡后再充入100 mL Ar,平衡不發生移動,氣體顏色不變,應得到的結論是對于反應前后氣體總體積不變的可逆反應,恒溫恒容時,改變壓強平衡不移動,B錯誤;反應 2NO2(g)N2O4(g)為放熱反應,升高溫度,氣體顏色變深,說明平衡逆向移動,即向吸熱反應方向移動,C正確;催化劑只會改變化學反應速率,不影響平衡移動,D錯誤。
2.【答案】 (1)　(2)增大
【解析】 (1)僅發生反應ⅰ,設初始時C2H6的物質的量為 1 mol,平衡時C2H6轉化率為25.0%,列三段式,
　　　　　　C2H6(g)C2H4(g)+H2(g)
起始量/mol 1 0 0
轉化量/mol 0.25 0.25 0.25
平衡量/mol 0.75 0.25 0.25
則平衡時C2H6、C2H4、H2的物質的量分數分別為0.6、0.2、0.2,Kx1==。
(2)同時發生反應ⅰ和ⅱ,可看作反應ⅰ平衡之后,再開始反應ⅱ,最終兩者均達到平衡。反應ⅱ按 1∶1 消耗了反應ⅰ的反應物C2H6、產物H2,設最終消耗量均為m mol(m>0),則C2H6、H2分別剩余(0.75-m)mol、(0.25-m)mol。由于反應ⅱ是一個反應前后氣體分子數不變的反應,平衡時總物質的量仍為1.25 mol,則C2H6、H2的物質的量分數分別為、。假設平衡時C2H4仍為0.25 mol,則其物質的量分數仍為。將三者的物質的量分數代入濃度商表達式得Qxⅰ=。由于==1-<1-=,因此 Qxⅰ=<=Kxⅰ,則反應ⅰ的平衡正向移動,生成更多的C2H4,因此C2H4的平衡產率會增大。
3.【答案】 (1)BaC2+2H2OBa(OH)2+HC≡CH↑
(2)①1016　②105　105
【解析】 (1)Ba、Ca同主族,所以BaC2與水的反應和CaC2與水的反應相似,其反應的化學方程式為BaC2+2H2OBa(OH)2+HC≡CH↑。
(2)①反應Ⅰ+反應Ⅱ得BaCO3(s)+4C(s)BaC2(s)+3CO(g),所以其平衡常數K=KⅠ×KⅡ=()3,由圖可知,1 585 K時KⅠ=102.5,KⅡ=10-1.5,即()3=102.5×10-1.5=10,所以 =10×(105 Pa)3=1016 Pa3,則Kp==1016 Pa3。
②由圖可知,1 320 K時KⅠ=100=1,即KⅠ=()2=1,所以=(105 Pa)2,即pCO=105 Pa。若將容器容積壓縮到原來的,由于溫度不變,平衡常數不變,重新建立平衡后pCO應不變,即pCO=105 Pa。
4.【答案】 20%　(或)
【解析】 973 K、100 kPa下,在某密閉容器中按n(C6H6)∶n(CH4)=1∶5充入氣體,發生反應C6H6(g)+CH4(g)C7H8(g)+H2(g),平衡時C6H6與C7H8的分壓比為4∶1,設起始時C6H6的物質的量為1 mol,CH4的物質的量為 5 mol,參加反應的C6H6的物質的量為x mol,則可建立如下三段式,
　　　　　　C6H6(g)+CH4(g)C7H8(g)+H2(g)
起始量/mol 1 5 0 0
變化量/mol x x x x
平衡量/mol 1-x 5-x x x
依題意,=,解得x=0.2,平衡時,n(C6H6)=0.8 mol,n(CH4)=4.8 mol,
n(C7H8)=0.2 mol,n(H2)=0.2 mol,則C6H6的平衡轉化率為×100%=20%,平衡常數Kp=或。
5.【答案】 (1)3　2.25　增大
(2)　46.26　
【解析】 (1)將FeSO4置入抽空的剛性容器中,升高溫度發生分解反應2FeSO4(s)Fe2O3(s)+SO2(g)+SO3(g)(Ⅰ)。由平衡時T的關系圖可知,660 K時,=1.5 kPa,則=1.5 kPa,因此,該反應的平衡總壓p總=3 kPa,平衡常數Kp(Ⅰ)=1.5 kPa×1.5 kPa=
2.25(kPa)2。由圖中信息可知,隨著溫度升高而增大,因此,Kp(Ⅰ)隨反應溫度升高而增大。
(2)提高溫度,題述容器中進一步發生反應2SO3(g)2SO2(g)+O2(g)(Ⅱ),在同溫、同壓下,不同氣體的物質的量之比等于其分壓之比,由于僅發生反應(Ⅰ)時=,則+2=-2,因此,平衡時=。在929 K時,p總=84.6 kPa、=35.7 kPa,則++=p總、+2=-2,聯立兩式可得3+5=4p總,代入相關數據可求出=46.26 kPa,則=2.64 kPa,Kp(Ⅱ)==kPa。
(
第
17
頁
)(共215張PPT)
化學平衡
第2講
1.了解化學反應的可逆性特點。
2.了解化學平衡的建立過程及特征,理解外界條件(濃度、溫度、壓強、催化劑等)對化學平衡的影響。
3.了解平衡常數的概念及意義,掌握化學平衡常數及平衡轉化率的計算。
1.可逆反應
小于
2.化學平衡狀態
(1)概念。
在一定條件下的可逆反應體系中,當正反應速率與逆反應速率 時,反應物和生成物的濃度均保持 ,即體系的組成不隨時間而改變,這表明該反應中物質的轉化達到了“限度”,這時的狀態稱為化學平衡狀態,簡稱化學平衡。
相等
不變
必備知識整合
(2)建立。
正向開始、逆向開始、雙向同時開始,均可建立平衡。
(3)特點。
可逆反應
動態平衡
=
≠
質量或濃度
3.化學平衡狀態的確定原則
(1)v(正)=v(逆)。
①用同一種物質表示的正反應速率(消耗速率)與逆反應速率(生成速率)相等。
②不同物質表示的正反應速率(消耗速率)與逆反應速率(生成速率)之比等于化學計量數之比。
(2)變量不變。
必須是隨反應進行而發生變化的量。當該變化的量不變時,意味著建立化學平衡。
(3)常見的判斷依據。
①平衡體系中各物質的質量、物質的量或濃度不變。
②各物質的百分含量(物質的量分數、質量分數等)、氣體的體積分數不變。
③溫度、壓強(反應前后氣體的物質的量不相等)或體系的顏色(某組分有顏色)不變。
[理解·辨析] 判斷正誤
(1)鉛酸蓄電池的充電過程與放電過程為可逆反應。(　 　)
×
【提示】 (1)鉛酸蓄電池的充電過程需要直流電源,與放電過程條件不同,不屬于可逆反應。
(2)化學反應達到平衡后,反應物和生成物的濃度或百分含量相等。(　　)
×
【提示】 (2)化學反應達到平衡后,各物質的量保持不變,各反應物和生成物的濃度或百分含量不再變化,但不一定相等。
×
√
【提示】 (3)SO3的生成速率與SO2的消耗速率都代表正反應速率,不能說明正反應速率與逆反應速率相等。
【提示】 (4)只有二氧化氮有顏色,當氣體顏色保持不變時,說明二氧化氮濃度不變,反應達到平衡狀態。
√
【提示】 (5)正反應為氣體體積減小的反應,恒溫恒容下,壓強不再變化,說明反應已達到平衡狀態。
√
【提示】 (6)該反應為放熱反應,絕熱體系中,體系的溫度為變量,當體系的溫度保持不變時,表明正、逆反應速率相等,該反應達到平衡狀態。
一、多視角認識化學平衡
[A] 在0～6 s內,平均反應速率v(A)=0.14 mol·L-1·s-1
[B] 0～8 s內,正反應速率大于逆反應速率
[C] 8 s后反應物消耗完,反應停止
[D] 8～12 s內,該反應處于化學平衡狀態
C
t/s 2 4 6 8 10 12
C的濃度/(mol·L-1) 0.22 0.36 0.42 0.46 0.46 0.46
O2、SO2和SO3
A.c(SO2)=0.25 mol/L
B.c(O2)=0.12 mol/L
C.c(SO2)+c(SO3)=0.15 mol/L
D.c(SO3)+c(O2)=0.3 mol/L
C
【解析】(2)該反應是一個可逆反應,無論向正反應方向進行還是向逆反應方向進行,實際不可能100%轉化。
則0根據元素守恒,c(SO2)+c(SO3)=0.4 mol/L,故選C。
二、宏微結合確定平衡狀態
C
[A] 若容器內壓強不再變化,則表明反應達到平衡狀態
[B] 若氣體密度不變,則表明反應達到平衡狀態
[C] t1時改變的條件可能為增大H2濃度并減少CO濃度
[D] t2時CO2(g)與H2O(g)的濃度相等,則一定表明此時反應達到平衡狀態
【解析】 題中反應的反應前后氣體分子數不變,所以隨著反應的進行,混合氣體的總壓強始終保持不變,所以混合氣體的總壓強不變,不能說明反應達到平衡狀態,A錯誤;氣體質量、容器容積、氣體密度均始終不變,故混合氣體的密度不變不能說明反應達到平衡狀態,B錯誤;t1時改變的條件使正反應速率增大,重新達到平衡狀態時,正、逆反應速率相等且小于原平衡時的反應速率,則該條件同時使逆反應速率減小,可能為增大H2濃度并減少CO濃度,
C正確;CO2(g)與H2O(g)的濃度相等不能確定此時各成分的濃度是否不再變化,故不一定表明此時反應達到平衡狀態,D錯誤。
4.在兩個恒容密閉容器中進行下列兩個可逆反應:
現有下列狀態:
①混合氣體平均相對分子質量不再改變
②恒溫時,氣體壓強不再改變
③各氣體組分濃度相等
④斷裂氫氧鍵的速率為斷裂氫氫鍵速率的2倍
⑤混合氣體的密度不變
⑥單位時間內,消耗水蒸氣的質量與生成氫氣的質量比為9∶1
⑦同一時間內,水蒸氣消耗的物質的量等于氫氣消耗的物質的量
其中能表明(甲)、(乙)容器中反應都達到平衡狀態的是　　　　(填序號)。
④⑦
【解析】 由于(乙)反應前后氣體分子數相等,混合氣體平均相對分子質量始終不變,故①不能表明(乙)容器中反應達到平衡狀態;恒溫時,(乙)容器中氣體壓強始終不變,故②不能表明(乙)容器中反應達到平衡狀態;各氣體組分濃度相等與平衡狀態之間沒有一定關系,故③不能表明(甲)、(乙)容器中反應都達到平衡狀態;水分子中含有兩個氫氧鍵,氫分子中含有一個氫氫鍵,斷裂氫氧鍵的速率為斷裂氫氫鍵速率的2倍,說明水的消耗速率等于氫氣的消耗速率,正反應速率等于逆反應速率,故④能表明(甲)、(乙)容器中反應都達到平衡狀態;(乙)容器中氣體的質量、體積不變,混合氣體的密度始終不變,故⑤不能表明(乙)容器中反應達到平衡狀態;單位時間內,消耗水蒸氣與生成氫氣都是正反應方向,故⑥不能表明(甲)、(乙)容器中反應都達到平衡狀態;同一時間內,水蒸氣消耗的物質的量等于氫氣消耗的物質的量,正反應速率等于逆反應速率,故⑦能表明(甲)、(乙)容器中反應都達到平衡狀態。
歸納拓展
化學平衡狀態判定的兩個關鍵點
①有氣體參加且反應前后氣體體積不等的反應,氣體的總壓強、總體積、總物質的量不變時,反應達到平衡狀態。
②氣體的密度、氣體的平均相對分子質量不變時,要具體分析各表達式中的分子或分母變化情況,判斷反應是否達到平衡狀態(若體系中各組分均為氣體,氣體質量守恒;若體系中不全是氣體,要注意氣體質量變化)。
一、化學平衡常數
1.概念
一定溫度下,一個可逆反應達到化學平衡時,生成物濃度冪之積與反應物濃度冪之積的比值是一個常數,稱為化學平衡常數,用符號 表示。
K
2.表達式
(2)對同一個可逆反應,當化學方程式書寫方式不同時,其平衡常數表達式不同。
3.影響因素
(1)K值的大小由 決定。
(2)對于給定的化學反應,K只受 影響。
化學反應的本身
溫度
4.平衡常數的意義及應用
(1)判斷可逆反應進行的程度。
K <10-5 10-5～105 >105
反應程度 正反應幾乎 不發生 反應可逆 正反應可
接近完全
(2)判斷反應是否達到平衡或進行的方向。
QQ=K,反應處于 狀態;
Q>K,反應向 反應方向進行。
正
平衡
逆
吸熱
(3)判斷可逆反應的熱效應。
放熱
放熱
吸熱
二、平衡轉化率
[理解·辨析] 判斷正誤
(1)化學平衡常數表達式中,可以是物質的任一濃度。(　 　)
×
【提示】 (1)平衡常數表達式中,必須是各物質的平衡濃度。
(2)增大反應物的濃度,平衡正向移動,化學平衡常數增大。(　 　)
×
【提示】 (2)平衡常數只與溫度有關。
×
【提示】 (4)化學平衡常數K越大,正向進行的趨勢越大,可以由化學平衡常數K推斷一個可逆反應進行的程度。
(4)由化學平衡常數K可以推斷一個可逆反應進行的程度。(　 　)
√
(5)化學平衡常數較大的反應,其反應物的平衡轉化率也一定很高。(　 　)
×
【提示】 (5)平衡轉化率是一個相對值,還與起始加入的反應物的量有關,平衡常數很大,反應物的轉化率不一定高。
×
(6)對可逆反應來說,正反應的化學平衡常數與逆反應的化學平衡常數一定不相等。(　 　)
【提示】 (6)對于一定溫度下的同一個反應,其正反應和逆反應的化學平衡常數的乘積等于1,如果正反應的平衡常數為1,則逆反應的平衡常數也為1,兩者相等。
一、化學平衡常數與化學方程式書寫方式的關系
1.已知在相同條件下的下列反應:
K3=　　　　(用K1、K2表示)。
2.(2023·全國甲卷,28節選)甲烷選擇性氧化制備甲醇是一種原子利用率高的方法。已知下列反應的熱化學方程式:
-307
歸納總結
平衡常數與化學方程式書寫方式的關系
(1)正、逆反應的化學平衡常數互為倒數。
(2)若化學方程式中各物質的化學計量數都變成n倍,則化學平衡常數變為原來的n次冪。
(3)兩化學方程式相加得到新的化學方程式,其化學平衡常數是兩反應平衡常數的乘積。
二、化學平衡常數的應用
T/ ℃ 700 800 830 1 000 1 200
K 0.6 0.9 1.0 1.7 2.6
(1)該反應的化學平衡常數表達式為K=　　　　　　　　　。
(2)該反應為　　　　(填“吸熱”或“放熱”)反應。
吸熱
(3)某溫度下,各物質的平衡濃度符合關系式:3c(CO2)·c(H2)=
5c(CO)·c(H2O),試判斷此時的溫度為　　 　　。
700 ℃
(4)若830 ℃時,向容器中充入1 mol CO、5 mol H2O,反應達到平衡后,化學平衡常數K　　　 　(填“大于”“小于”或“等于”)1.0。
等于
(5)830 ℃時,容器中的反應已達到平衡。在其他條件不變的情況下,擴大容器的容積,平衡　 　(填“向正反應方向”“向逆反應方向”或“不”)移動。
(6)若1 200 ℃時,在某時刻反應體系中CO2、H2、CO、H2O的濃度分別為
2 mol/L、2 mol/L、4 mol/L、4 mol/L,則此時反應　 　 　　(填“向正反應方向進行”“向逆反應方向進行”或“處于平衡狀態”)。
不
向逆反應方向進行
三、化學平衡常數與平衡轉化率的相關計算
(1)若達到平衡后,M的轉化率為60%,則N的平衡濃度是　　　　　　,平衡常
數K為　　　　。
1.8 mol/L
(2)若反應溫度不變,反應物的起始濃度分別為c(M)=4 mol/L,c(N)=a mol/L,達到平衡后,c(P)=2 mol/L,則M的轉化率為　　 　　,N的起始濃度為
　　　　　　。
50%
6 mol/L
(1)H2S的平衡轉化率α1=　　　　%,反應的平衡常數K=　　　　　　。
2.5
2.85×10-3
(2)在620 K重復實驗,平衡后水的物質的量分數為0.03,H2S的轉化率α2
　　　　(填“>”“<”或“=”,下同)α1,該反應的ΔH　　　 　0。
>
>
【解析】(2)溫度升高,平衡時水的物質的量分數增大,則反應正向移動,該反應的ΔH>0,平衡時H2S的轉化率增大,即α2>α1。
(3)向反應器中再分別充入下列氣體,能使H2S轉化率增大的是　 　(填字母)。
A.H2S B.CO2 C.COS D.N2
B
【解析】(3)對于化學方程式左邊氣體不唯一的反應,增大一種反應物濃度,該反應物轉化率減小,另一種反應物轉化率增大,A不符合題意,B符合題意;增大生成物濃度,平衡逆向移動,C不符合題意;恒容容器充入N2,參與反應的各氣體的濃度不變,不影響平衡移動,D不符合題意。
四、考查速率常數與平衡常數關系在計算中的應用
<
(2)已知反應速率常數k隨溫度的升高而增大,則升高溫度后k2(正)增大的倍數
　　　　(填“大于”“小于”或“等于”)k2(逆)增大的倍數。
小于
(1)平衡常數K與速率常數k正、k逆之間的關系式為K=　　 　　(用含有k正、k逆的式子表示)。
(2)試求出圖中c點時,上述反應的平衡常數K=　　 　kPa-1。已知k逆=60 s-1,則速率常數k正=　　　　s-1·kPa-1。
2
120
思維建模
正、逆反應的速率常數與平衡常數的關系
1.表達式
2.計算方法
(1)根據“三段式”法計算平衡體系中各物質的物質的量或物質的量濃度。
(2)計算各氣體組分的物質的量分數或體積分數。
(3)根據分壓計算公式求出各氣體物質的分壓,某氣體的分壓=氣體總壓強×該氣體的體積分數(或物質的量分數)。
(4)根據平衡常數計算公式代入計算。
[示例] 一定溫度和催化劑條件下,將1 mol N2和3 mol H2充入壓強為p0的恒壓容器中,測得平衡時N2的轉化率為50%,計算該溫度下的壓強平衡常數
Kp=　　　 　。
一、壓強平衡常數的計算
溫度/℃ 壓強/MPa
1.0 2.0 3.0
810 54.0 a b
915 c 75.0 d
1 000 e f 83.0
下列說法正確的是(　　)
[A] b>f
[B] 平衡常數K(1 000 ℃)[C] 915 ℃、2.0 MPa時該反應的平衡常數為Kp=4.5 MPa
[D] 1 000 ℃、3.0 MPa時E的轉化率為83.0%
C
【解析】 正反應是氣體體積增大的反應,溫度相同時,增大壓強平衡逆向移動,G的體積分數減小,所以在810 ℃時,隨著壓強的增大G的體積分數逐漸減小,即54.0>a>b,壓強為2.0 MPa時,溫度升高,G的體積分數增大,正反應是吸熱反應,則f>a,故bK(810 ℃),B錯誤;
915 ℃、2.0 MPa 時G的體積分數為75.0%,設E起始的物質的量為a mol,反應了b mol,則有
二、含不反應氣體的平衡體系中Kp的計算
5
【解析】 設充入H2O(g)物質的量為x mol,在某溫度、100 kPa下,向反應器中充入1 mol氣態乙苯發生題述反應,乙苯的平衡轉化率為50%,可列三段式
此時平衡時混合氣體總物質的量為1.5 mol,此時容器的容積為V L,
當乙苯的平衡轉化率為75%,可列三段式
50%
4.(2022·全國乙卷,28節選)油氣開采、石油化工、煤化工等行業廢氣普遍含有的硫化氫,需要回收處理并加以利用。回答下列問題。
4.76
【解析】 (1)在1 470 K、100 kPa反應條件下,設硫化氫和氬的起始投料的物質的量分別為1 mol和 4 mol,列三段式
　。
(2)在1 373 K、100 kPa反應條件下,對于n(H2S)∶n(Ar)分別為4∶1、1∶1、1∶4、1∶9、1∶19的 H2S-Ar 混合氣,熱分解反應過程中H2S轉化率隨時間的變化如圖所示。
①n(H2S)∶n(Ar)越小,H2S平衡轉化率
　　　,理由是
越高
等溫等壓下加入惰性氣體,平衡向氣體分子數增加的方向
移動
【解析】 (2)在1 373 K、100 kPa反應條件下,對于H2S-Ar混合氣,由題圖可知,熱分解反應過程中H2S平衡轉化率按曲線a、b、c、d、e的順序依次升高。
①n(H2S)∶n(Ar)越小,表示反應初始硫化氫分壓越小,惰性氣體分壓越大。硫化氫熱分解反應為氣體分子數增加的反應,故等溫等壓下加入惰性氣體,平衡會向氣體分子數增加的方向移動,
以達到新的平衡,即H2S平衡轉化率
會提高。
②n(H2S)∶n(Ar)=1∶9對應圖中曲線　　　　,計算其在0～0.1 s之間,H2S分壓的平均變化率為　　　　kPa·s-1。
d
-24.9
【解析】 ②n(H2S)∶n(Ar)越小,H2S平衡轉化率越高,所以n(H2S)∶n(Ar)=
1∶9對應的曲線是d;根據圖像可知n(H2S)∶n(Ar)=1∶9、反應進行到 0.1 s 時H2S轉化率為24%,在1 373 K、100 kPa反應條件下,設硫化氫和氬的起始投料的物質的量分別為1 mol和9 mol,列三段式
歸納拓展
1.核心:把握不反應氣體的“兩不(三段式中不增減,平衡常數不代入)”“兩要
(平衡總n要計算、平衡總壓要納入)”。
2.目的:平衡體系中加入不參與反應的氣體,改變平衡轉化率或平衡產率,如恒溫恒壓條件下加入稀有氣體,可視為反應物壓強減小,平衡向氣體化學計量數和變大的方向移動(口訣:小壓大移)。
歸納拓展
3.對比:恒溫恒容條件下加入不參與反應的氣體(如稀有氣體),參與反應的各物質的n、濃度、分壓皆不變,平衡不移動,不改變平衡轉化率或平衡產率。
一、化學平衡的移動
1.化學平衡移動的含義
在一定條件下,當可逆反應達到平衡狀態后,如果改變反應條件,平衡狀態被破壞,平衡體系的物質組成也會隨著改變,直至達到新的平衡狀態。這種由原有的平衡狀態達到新的平衡狀態的過程叫做化學平衡的移動。
2.化學平衡移動的實質
3.化學平衡移動與化學反應速率的關系
(1)v正>v逆:平衡向 方向移動。
(2)v正=v逆:反應達到平衡狀態,平衡不發生移動。
(3)v正正反應
逆反應
二、影響化學平衡的因素
1.影響化學平衡的外界因素
若其他條件不變,改變下列條件對化學平衡的影響如下表:
改變的條件(其他條件不變) 化學平衡移動的方向
濃度 增大反應物濃度或減小生成物濃度 向 方向移動
減小反應物濃度或增大生成物濃度 向 方向移動
正反應
逆反應
壓強(對有 氣體參加的反應,改變容器 容積) 反應前后氣體物質的量改變 增大壓強 向 的方向移動
減小壓強 向 的方向移動
反應前后氣體物質的量不變 改變壓強 平衡不移動
溫度 升高溫度 向 方向移動
降低溫度 向 方向移動
催化劑 同等程度改變v正、v逆,平衡不移動
氣體分子總數減小
氣體分子總數增大
吸熱反應
放熱反應
2.勒夏特列原理
(1)如果改變影響平衡的一個因素(如溫度、壓強及參加反應的物質的濃度),平衡就向著 的方向移動。
(2)平衡的移動只能“減弱”外界條件的改變,不能完全“消除”。
能夠減弱這種改變
[理解·辨析] 判斷正誤
(1)只要v正增大,平衡一定正向移動。(　 　)
【提示】 (1)不知v逆如何改變,且無法判斷改變后v正與v逆的大小,無法判斷平衡是否發生移動。
(2)化學平衡發生移動,化學反應速率一定改變,但化學反應速率改變,化學平衡不一定發生移動。(　 　)
×
√
【提示】 (2)若化學反應速率改變后正、逆反應速率仍然相等,化學平衡不發生移動。
(3)升高溫度,平衡向吸熱反應方向移動,此時放熱反應方向速率減小,吸熱反應方向速率增大。(　 　)
×
【提示】 (3)升高溫度,正、逆反應速率均增大,平衡向吸熱反應方向移動。
【提示】 (4)壓縮體積,體積變小,再達平衡時,NO2濃度變大,混合氣體的顏色變深。
×
√
(5)化學平衡正向移動,反應物的轉化率不一定增大。(　 　)
【提示】 (5)增大反應物濃度可使平衡正向移動,加入的反應物的轉化率減小,另一種反應物的轉化率增大,則平衡正向移動,反應物的轉化率不一定增大。
一、實驗探究化學平衡移動
1.某興趣小組以重鉻酸鉀(K2Cr2O7)溶液為研究對象,結合所學反應原理的知識改變條件使其發生“色彩變幻”。
放熱
(2)ⅱ是驗證“只降低生成物的濃度,該平衡正向移動”,試劑a是
　　　 　(填化學式)。
KOH(合理即可)
【解析】(2)為了驗證“只降低生成物的濃度,該平衡正向移動”,則需要加入的試劑a必須是可以和產物離子如氫離子反應的物質,可以是氫氧化鉀或碳酸鉀等。
(3)ⅲ的目的是驗證“增大生成物的濃度,該平衡逆向移動”,此實驗能否達到預期目的 　　　　(填“能”或“不能”),理由是
不能
【解析】 (3)加入濃硫酸,不僅要考慮增加氫離子濃度使平衡逆向移動的情況,同時應考慮濃硫酸溶于水放出大量的熱,平衡也會逆向移動。
濃硫酸溶于水放出大量的熱,平衡會逆向移動,所以溶液橙色加深,不能說明是由于氫離子濃度的增大使平衡逆向移動引起的
　 　。
(4)根據實驗Ⅱ中不同現象,可以得出的結論是
　 。
K2Cr2O7的氧化性更強
在酸性條件下,
(5)繼續實驗。
①解釋溶液變黃的主要原因:
　 。
②溶液變綠色,該反應的離子方程式是
　。
二、化學平衡移動方向及結果分析
[A] 升高溫度,正、逆反應速率以相同倍數增大
[B] 加入催化劑使正反應速率增大,逆反應活化能增大
[C] 若往容器中再通入1 mol NO和1 mol CO2,則此時v正>v逆
[D] 若往容器中再通入2 mol CO和1 mol N2,則此時v正>v逆
D
[A] 升高溫度,若c(Z)增大,則ΔH>0
[B] 加入一定量Z,達新平衡后,m(Y)減小
[C] 加入等物質的量的Y和Z,達新平衡后,c(Z) 增大
[D] 加入一定量氬氣,平衡不移動
C
【解析】 升高溫度,化學平衡向吸熱反應方向移動,若c(Z)增大,說明平衡正向移動,則ΔH>0,A正確;加入一定量Z,Z的濃度增大,平衡逆向移動,故達新平衡后,m(Y)減小,B正確;加入等物質的量的Y和Z,Z的濃度增大,平衡逆向移動,由于X、Y均為固體,故K=c(Z),達新平衡后,c(Z)不變,C錯誤;在恒容密閉容器中,加入一定量氬氣,Z的濃度保持不變,正、逆反應速率不變,故平衡不移
動,D正確。
[A] x+y[B] 平衡向正反應方向移動
[C] B的轉化率增大
[D] C的體積分數減小
D
【解析】 容器的容積擴大到原來的兩倍,若平衡不移動,則c(A)=0.25 mol/L,但達平衡時c(A)=0.30 mol/L>0.25 mol/L,說明減小壓強,平衡向逆反應方向移動,故x+y>z,B轉化率減小,C的體積分數減小,D項正確。
思維建模
判斷化學平衡移動方向的思維模型
三、平衡轉化率模型分析
5.(2024·山東日照高三月考)對于以下三個反應,從反應開始進行至達到平衡后,保持溫度、容積不變,按要求回答下列問題。
再充入PCl5(g),平衡向　　 　　方向移動,達到平衡后,PCl5(g)的轉化率
　　　　,PCl5(g)的百分含量　　　　。
正反應
減小
增大
再充入HI(g),平衡向　 　　　方向移動,達到平衡后,HI(g)的分解率
　　　　,HI(g)的百分含量　　　　。
正反應
不變
不變
再充入NO2(g),平衡向　　　 　方向移動,達到平衡后,NO2(g)的轉化率
　　　　,NO2(g)的百分含量　　　　。
正反應
增大
減小
下列說法正確的是(　　)
[A] A點對應容器中,反應未達到平衡狀態
[B] 向B點對應容器中再充入一定量NO2,達到新平衡時,NO2的轉化率增大
[C] 縮小C點對應容器的容積,增大壓強,v(正)[D] V1∶V2=1∶72
D
【解析】 圖中B點NO2的轉化率最高,則溫度為 T ℃ 時,B點恰好達到平衡狀態,由于AB曲線上對應容器的容積逐漸增大,NO2的起始濃度逐漸減小,但濃度均大于B點,NO2的濃度越大,反應速率越大,達到平衡的時間越短,所以AB曲線上反應均達到平衡狀態,正反應是氣體體積增大的反應,隨著容器容積的增大,NO2的轉化率逐漸增大,B點達到最大;
B點以后,隨著容器容積的增大,NO2的起始濃度減小,
反應速率減小,達到平衡的時間延長,所以BC曲線上
反應均未達到平衡狀態,反應正向進行。
根據分析可知,A點對應容器中,反應達到了平衡狀態,A錯誤;向B點對應容器中再充入一定量NO2,反應物濃度增大,等效于壓縮容器容積,達到新平衡時,NO2的轉化率減小,B錯誤;縮小C點對應容器的容積,增大壓強,若為BC曲線上任何一點對應容積,反應均正向進行,v(正)>v(逆),C錯誤;A點時反應達到平衡,NO2轉化率為40%,則可列出三段式,
思維建模
平衡轉化率的分析與判斷方法
①若反應物起始物質的量之比等于化學計量數之比,達到平衡后,它們的轉化率相等。
②若只增加A的量,平衡正向移動,B的轉化率增大,A的轉化率減小。
思維建模
③若按原比例同倍數地增加(或降低)A、B的濃度,等效于壓縮(或擴大)容器容積,氣體反應物的轉化率與化學計量數有關。具體如下:
1.(2024·浙江6月選考,16)為探究化學平衡移動的影響因素,設計方案并進行實驗,觀察到相關現象。其中方案設計和結論都正確的是(　　)
選項 影響因素 方案設計 現象 結論
[A] 濃度 向1 mL 0.1 mol/L K2CrO4溶液中加入1 mL 1.0 mol/L HBr溶液 黃色溶 液變橙色 增大反應物濃度,平衡向正反應方向移動
[B] 壓強 向恒溫恒容密閉玻璃容器中充入100 mL HI氣體,分解達到平衡后再充入100 mL Ar 氣體顏色不變 對于反應前后氣體總體積不變的可逆反應,改變壓強平衡不移動
[C] 溫度 將封裝有NO2和N2O4混合氣體的燒瓶浸泡在熱水中 氣體顏色變深 升高溫度,平衡向吸熱反應方向移動
[D] 催化劑 向1 mL乙酸乙酯中加入1 mL 0.3 mol/L H2SO4溶液,水浴加熱 上層液體 逐漸減少 使用合適的催化劑可使平衡向正反應方向移動
C
2.(2024·安徽卷,17節選)一定溫度和壓強下,
(Kx是以平衡物質的量分數代替平衡濃度計算的平衡常數)
(1)僅發生反應ⅰ時,C2H6的平衡轉化率為25.0%,計算Kx1=　　　　。
【解析】 (1)僅發生反應ⅰ,設初始時C2H6的物質的量為 1 mol,平衡時C2H6轉化率為25.0%,列三段式,
(2)同時發生反應ⅰ和ⅱ時,與僅發生反應ⅰ相比,C2H4的平衡產率　　　(填“增大”“減小”或“不變”)。
增大
3.(2024·湖北卷,17節選)用BaCO3和焦炭為原料,經反應Ⅰ、Ⅱ得到BaC2,再制備乙炔是我國科研人員提出的綠色環保新路線。
回答下列問題。
(1)寫出BaC2與水反應的化學方程式:
　。
1016
105
105
20%
5.(2023·全國乙卷,28節選)硫酸亞鐵在工農業生產中有許多用途,如可用作農藥防治小麥黑穗病,制造磁性氧化鐵、鐵催化劑等。回答下列問題。
3
2.25
增大
46.26
課時作業32　化學平衡狀態與平衡常數
(時間:30分鐘　滿分:90分)
一、選擇題(共11小題,每小題6分,共66分)
1.下列說法中正確的是(　　)
B
【解析】 反應達到平衡時,應為2v正(H2)=3v逆(NH3),A錯誤;該化學反應進行時,始終存在2v正(O2)=v正(SO3),所以當2v正(O2)=v逆(SO3)時,意味著v正(SO3)=
v逆(SO3),反應達到化學平衡,B正確;反應達到平衡時是正、逆反應速率相等,而不是濃度之比等于化學計量數之比,C錯誤;物質轉化的程度未知,不能確定壓強關系,D錯誤。
[A] 達到平衡狀態時,正、逆反應速率相等
[B] 達到平衡狀態時,SO2和O2的濃度都為0
[C] 若起始時加入2 mol SO2和1 mol O2,則達平衡時放出的熱量為196.6 kJ
[D] 若反應達到平衡狀態后2 min時體系中n(SO3)=a mol,則4 min時n(SO3)=2a mol
A
【解析】 該反應為可逆反應,達到平衡狀態時,反應物不能完全轉化為生成物,所以SO2和O2的濃度不等于0,B錯誤;因為是可逆反應,所以消耗的SO2的物質的量小于2 mol、消耗O2的物質的量小于1 mol,放出的熱量小于
196.6 kJ,C錯誤;反應達到平衡狀態時,各物質的物質的量不變,2～4 min SO3的物質的量不變,為a mol,D錯誤。
[A] F2(g)與ClF(g)體積之比恒定不變
[B] F2(g)與ClF3(g)速率之比恒定不變
[C] 混合物中氯元素質量分數恒定不變
[D] 斷裂1 mol F—F,同時生成3 mol F—Cl
A
【解析】 初始投料為1 mol F2(g)和3 mol ClF3(g),根據化學方程式可知F2(g)與ClF(g)按照1∶1進行反應,所以未平衡時F2(g)與ClF(g)體積之比會變,當其不變時反應達到平衡,A符合題意;無論是否平衡,同一反應方向 F2(g)與ClF3(g)速率之比恒等于化學計量數之比,B不符合題意;根據元素守恒可知,無論是否平衡,混合物中氯元素質量分數都不變,C不符合題意;斷裂1 mol F—F,同時生成 3 mol F—Cl,表示的都是正反應,無論是否平衡都滿足此關
系,D不符合題意。
[A] Q變小,K不變,O2轉化率減小
[B] Q不變,K變大,SO2轉化率減小
[C] Q增大,K不變,SO2轉化率增大
[D] Q不變,K變大,O2轉化率增大
A
[A] 此時刻反應未達到平衡狀態
[B] 容器內壓強不變時,說明反應達到平衡狀態
[C] 平衡時,再加入與起始等量的CH3OH,達到新平衡后CH3OH體積分數減小
[D] 平衡時,反應混合物的總能量減少40 kJ
物質 CH3OH CH3OCH3 H2O
c/(mol/L) 0.08 1.6 1.6
D
反應混合物減少的能量等于反應放出的熱量,由表中數據可知,平衡時 c(CH3OCH3)=1.6 mol/L,則平衡時 n(CH3OCH3)=1.6 mol/L×1 L=1.6 mol,由熱化學方程式可知反應放出的熱量為25 kJ/mol×1.6 mol=40 kJ,即平衡時反應混合物的總能量減少40 kJ,故D正確。
溫度為T ℃時,該反應的平衡常數為K。下列說法正確的是(　　)
[A] K越大,說明反應速率、CO2的平衡轉化率越大
[B] 增大壓強,平衡向逆反應方向移動,K減小
[C] 升高溫度,反應速率和平衡常數K都增大
[D] 加入催化劑,能提高合成氣的平衡產率
C
【解析】 K越大,說明反應進行得越完全,CO2的平衡轉化率越大,但反應速率受外界因素影響,反應速率不一定越大,A錯誤;K只受溫度影響,溫度不變,則K不變,B錯誤;升高溫度,活化分子百分數增大,反應速率增大,該反應ΔH>0,為吸熱反應,則平衡常數K增大,C正確;加入催化劑,只能改變反應速率,平衡不移動,則不能提高合成氣的平衡產率,D錯誤。
7.O3是一種很好的消毒劑,具有高效、潔凈、方便、經濟等優點。O3可溶于水,在水中易分解,產生的[O]為游離氧原子,有很強的殺菌消毒能力。常溫常壓下發生的反應如下:
下列敘述正確的是(　　)
[A] 降低溫度,總反應K減小
[B] K=K1+K2
[C] 適當升溫,可提高消毒效率
[D] 壓強增大,K2減小
C
溫度 T1 T2 T3 T4
轉化率 10% 70% 70% 60%
下列說法正確的是(　　)
[A] 該反應是吸熱反應
[B] T溫度時(T2[C] T3溫度下,在15 min后繼續進行反應,A的轉化率變大
[D] T4溫度反應15 min后,若c(B)=0.5 mol/L,則T4溫度時的平衡常數是4.5
D
【解析】 15 min后A在四種不同溫度下的轉化率為單位時間內的轉化率,該轉化率與反應速率有關,根據表格數據可知,隨著溫度升高,反應速率增大,
T1、T2溫度下15 min時未達平衡,T3、T4溫度下15 min時反應已經達到平衡,為平衡轉化率,平衡轉化率隨溫度升高而減小,故該反應為放熱反應,A錯誤;由A項分析和表格數據可知,T溫度時(T2T4溫度反應15 min后已達到該條件下的平衡狀態,若c(B)=0.5 mol/L,設A、B的起始濃度分別為2c mol/L、c mol/L,A的轉化率為60%,列三段式,
[A] T1溫度下該反應的平衡常數為2.56
[B] 平衡時再充入一定量的X,平衡正向移動,X的轉化率增大
[C] 若T2>T1,T2溫度時K=1.52,則該反應的 ΔH>0
[D] 若其他條件不變,T3溫度下,K=1.96,則Y的平衡轉化率約為41.3%
D
T3溫度下,K=1.96,設消耗的Y的物質的量濃度為x mol/L,列出三段式,
[A] 該反應的速率常數k為15
[B] 隨著H2起始濃度增大,該反應平衡常數增大
[C] 達到平衡后,H2和NO的濃度均增加一倍,則NO轉化率減小
[D] H2起始濃度為0.2 mol/L,某時刻NO的濃度為0.4 mol/L,則N2的瞬時生成速率為0.24 mol/L
A
反應一定,平衡常數只與溫度有關,溫度不變,平衡常數不變,B錯誤;達到平衡后,H2和NO的濃度均增加一倍,新平衡與原平衡相比,相當于加壓,平衡正向移動,則NO轉化率增大,C錯誤;速率單位錯誤,D錯誤。
[A] 在580 ℃達到平衡時,CH4的轉化率為70%
[B] 該反應660 ℃的平衡常數Kc=0.25
[C] 上述反應的正反應為吸熱反應
[D] 起始充入1 mol CS2和2 mol H2S,620 ℃平衡時w(S)=0.420
溫度/℃ 560 580 600 620 640 660
w(S) 0.286 0.333 0.378 0.420 0.462 0.500
C
由題表數據可知,隨著溫度的升高硫蒸氣的體積分數增大,說明升高溫度,平衡逆向移動,故正反應為放熱反應,C項錯誤;恒溫恒容條件下,在容積為
2 L的容器中充入1 mol CS2和2 mol H2S等效于充入1 mol CH4和4 mol S,
D項正確。
二、非選擇題(共1小題,共24分)
12.(24分,每空3分)試運用所學知識,研究CO等氣體的性質,請回答下列問題。
生產水煤氣過程中有以下反應:
(1)反應③的平衡常數表達式為K=　　　　　;上述反應中ΔH1、ΔH2、ΔH3之間的關系為 ΔH3=　　　　　　　。
ΔH1+ΔH2
(2)在一定容積的密閉容器中,進行反應②,能判斷該反應達到化學平衡狀態的依據是　 　　(填字母)。
A.容器中壓強不變
B.混合氣體中c(CO)不變
C.v正(H2)=v逆(H2O)
D.c(CO2)=c(CO)
BC
【解析】(2)反應前后氣體分子數不變,說明壓強始終保持不變,不能判斷反應是否達到平衡狀態,故A不符合題意;反應過程中CO不斷減少,當c(CO)不變時,說明反應達到平衡狀態,故B符合題意;v正(H2)=v逆(H2O),說明正、逆反應速率相等,反應達到平衡狀態,故C符合題意;反應進行中某時刻c(CO2)可能恰好等于c(CO),不能說明反應達到平衡狀態,故D不符合題意。
(3)不同溫度下反應②的平衡常數如下表所示,ΔH2　　　(填“>”或“<”)0。
溫度/℃ 400 500 800
平衡常數K 9.94 9 1
在500 ℃時,把等物質的量濃度的CO和H2O(g)充入反應容器,達到平衡時c(CO)=0.005 mol/L、c(H2)=0.015 mol/L,則CO的平衡轉化率為　　　　。
<
75%
<
正
>
【解析】 (4)該反應的正反應是放熱反應,相同壓強下,由C點到A點,N2O4的體積分數增大,平衡正向移動,故T1C。
課時作業33　影響化學反應平衡移動的因素
(時間:30分鐘　滿分:70分)
一、選擇題(共12小題,每小題5分,共60分)
1.下列事實,不能用勒夏特列原理解釋的是(　　)
D
[A] 給該反應升溫,v正減小,v逆增大
[B] t2時刻改變的條件是向密閉容器中充入NO
[C] t1時刻的v逆大于t2時刻的v正
[D] 若氣體的密度不變,則不能說明該反應達到平衡
B
【解析】 升高溫度,v正、v逆均增大,A錯誤;由題圖可知,t2時刻改變條件后,逆反應速率瞬間減小,達到新平衡時,與原平衡反應速率相同,故改變的條件是向密閉容器中充入NO,B正確;t2時刻改變的條件是向密閉容器中充入NO,正反應速率增大,逆反應速率減小,故t1時刻的
v逆小于t2時刻的v正,C錯誤;該反應前后氣體的物
質的量不變,即恒溫下容器的容積保持不變,反應
正向進行,氣體質量增加,若氣體的密度不變,則
氣體質量不變,說明該反應達到平衡,D錯誤。
[A] 正、逆反應速率都增大
[B] 平衡向正反應方向移動
[C] SO2的轉化率減小
[D] 化學平衡常數不變
C
【解析】 縮小容器容積,各物質的物質的量濃度變大,正、逆反應速率均增大,A正確;該反應為氣體分子數減少的反應,縮小容器容積相當于增大壓強,平衡向正反應方向移動,B正確;平衡正向移動,二氧化硫轉化率增大,C不正確;化學平衡常數只受溫度影響,縮小容器容積,化學平衡常數不變,D正確。
B
[A] 達到平衡后,升高溫度,c(SO3)增大
[B] 使用催化劑能縮短該反應達到平衡的時間
[C] 1 mol NO2(g)與1 mol SO2(g)混合后,充分反應會放出41.8 kJ熱量
[D] 在恒溫恒容條件下,當反應容器內總壓強不變時,說明該反應已達到平衡
【解析】 該反應為放熱反應,達到平衡后,升高溫度,平衡逆向移動,c(SO3)減小,故A錯誤;催化劑能增大反應速率,所以使用催化劑能縮短該反應達到平衡的時間,故B正確;該反應是可逆反應,故 1 mol NO2(g)與1 mol SO2(g)混合后,反應物不能完全反應,放出的熱量小于41.8 kJ,故C錯誤;在恒溫恒容條件下,對于反應前后氣體分子數相等的可逆反應,總壓強一直不變,所以壓強不變,不能說明該反應達到平衡狀態,故D錯誤。
5.(2024·江蘇鹽城一模)某溫度下,在一恒容密閉容器中進行如下兩個反應并達到平衡:
下列敘述錯誤的是(　　)
[A] 加入適量Z,①和②平衡均不移動
[B] 通入稀有氣體Ar,①平衡正向移動
[C] 降溫時無法判斷Q濃度的增減
[D] 通入Y,則N的濃度增大
B
【解析】 Z為固體,加入適量Z不影響反應①的平衡移動,而反應②與Z無關,故加入Z也不影響反應②的平衡移動,A正確;通入稀有氣體Ar,由于容器容積不變,故氣體濃度不發生改變,反應①的平衡不移動,B錯誤;溫度降低,反應①平衡正向移動,反應②平衡逆向移動,但兩個反應中反應物的起始濃度未知,故無法判斷Q濃度的增減,C正確;通入氣體Y,反應①平衡正向移動,Q的濃度增大,導致反應②平衡逆向移動,則N的濃度增大,D正確。
[A] Z不可能為氣體
[B] 達到平衡時容器內有1.8 mol Z
[C] 壓縮容積,再次達到平衡,X的濃度不變
[D] Y的體積分數不變說明反應達到平衡狀態
D
則列三段式得
[B] 加入FeSO4固體,平衡逆向移動
[C] 加入苯,振蕩,平衡正向移動
[D] 經苯兩次萃取分離后,在水溶液中加入KSCN溶液,溶液呈紅色,則該化學反應存在限度
D
KI的物質的量為0.1 mol/L×0.001 L=0.000 1 mol,FeCl3的物質的量為
0.1 mol/L×0.005 L=0.000 5 mol,故FeCl3過量,即使將I2分離,I-完全反應,
FeCl3依然剩余,故加入KSCN溶液一定呈紅色,無法證明該化學反應存在限度,故D錯誤。
8.(2022·重慶卷,14)兩種酸式碳酸鹽的分解反應如下。某溫度平衡時總壓強分別為p1和p2。
該溫度下,剛性密閉容器中放入NH4HCO3和Na2CO3固體,平衡后以上3種固體均大量存在。下列說法錯誤的是(　　)
[A] 反應2的平衡常數為4×106 Pa2
[B] 通入NH3,再次平衡后,總壓強增大
[C] 平衡后總壓強為4.36×105 Pa
[D] 縮小容積,再次平衡后總壓強不變
B
[A] t1 s時的正反應速率大于t2 s時的逆反應速率
[C] t3 s時增大c(H+),該平衡左移,平衡常數減小
[D] t3 s時離子交換反應停止
A
[A] 曲線X代表起始投料比為1∶1
[B] 當2v正(H2)=v逆(CH3OH)時,該反應達到平衡狀態
[C] 若其他條件不變,升高溫度會使對應的曲線上移
[D] m點對應的H2的平衡轉化率為60%
D
【解析】 相同溫度下,氫氣投料增多,平衡正向移動,CO的平衡轉化率增大,故曲線X代表起始投料比為1∶3,A項錯誤;該反應達到平衡時,)=2v逆(CH3OH),
B項錯誤;該反應是放熱反應,其他條件不變,升高溫度,平衡逆向移動,CO的平衡轉化率降低,平衡曲線均下移,C項錯誤;曲線Y代表起始投料比為1∶2,即起始按化學計量數之比投料,CO、H2的平衡轉化率相等,即m點對應的CO、H2的平衡轉化率均為60%,D項正確。
在室溫、100 kPa條件下,往針筒中充入一定體積的NO2氣體后密封并保持活塞位置不變。分別在t1 s、t2 s時迅速移動活塞并保持活塞位置不變,測得針筒內氣體壓強變化如圖所示。下列說法正確的是(　　)
[A] B點處NO2的轉化率為3%
[B] E點到H點的過程中,NO2的物質的量先增大后減小
[C] E、H兩點對應的正反應速率大小為vH>vE
[D] B、E兩點氣體的平均相對分子質量大小為
MB壓強隨時間變化的曲線
C
【解析】 由圖可知B點處壓強為97 kPa,設起始二氧化氮為1 mol,轉化率為α,由題意建立如下三段式,
壓強隨時間變化的曲線
壓強隨時間變化的曲線
對于有氣體參加的反應,壓強越大,反應速率越大,由圖可知,H點壓強大于E點,則反應速率vH>vE,故C正確;由圖可知,B到E的過程為壓強減小的過程,減小壓強,平衡向生成二氧化氮的方向移動,氣體的物質的量增大,由質量守恒定律可知氣體質量不變,則混合氣體的
平均相對分子質量減小,即MB>ME,
故D錯誤。
壓強隨時間變化的曲線
在固定的溫度和壓強下充分反應后,各部分的體積分別為V甲、V乙、V丙。此時若抽走隔板1,不會引起其他活塞移動。下列說法錯誤的是(　　)
[A] 若乙中氣體密度不再改變,
說明乙中已經達到平衡狀態
[B] 若x=1,V甲=V乙
[C] 若將3個隔板全部固定,與未固定相比,丙中放熱量減少
[D] 若將該容器逆時針旋轉90°豎立在桌面上,重新平衡時,乙中C的體積分數減小
D
【解析】 乙中氣體總質量恒定,隨反應進行氣體分子數減小,因為恒壓條件下,容器體積減小,則氣體密度逐漸增大,當密度不再改變,說明乙中已經達到平衡狀態,故A正確;抽走隔板1后,未造成其他隔板移動,說明甲、乙兩部分混合后仍處于化學平衡狀態,根據等效平衡原理,若將甲中的C全部轉化為
A、B,則n(A)∶n(B)=2∶3,
隔板固定后,隨著反應正向進行,壓強逐漸減小,相比于之前正向進行程度更小,放熱量減少,故C正確;將容器豎立后,隔板的質量造成各部分壓強增大,體積減小,因此乙中平衡正移,C的體積分數增大,故D錯誤。
二、非選擇題(共1小題,共10分)
(1)實驗測得在一定壓強下,HCl平衡轉化率
隨溫度變化的αHCl-T曲線如圖:
則該反應的ΔH　　 　　(填“>”“<”或“=”)0;A、B兩點的平衡常數K(A)與K(B)中較大的是　　　　。
<
K(A)
【解析】 (1)根據題圖可知,升高溫度,HCl平衡轉化率降低,說明平衡逆向移動,逆向反應是吸熱反應,正向反應是放熱反應,則該反應的ΔH<0;溫度升高,平衡逆向移動,平衡常數減小,因此A、B兩點的平衡常數K(A)與K(B)中較大的是 K(A)。
(2)在上述實驗中若壓縮體積使壓強增大,則在上圖中畫出相應αHCl-T曲線的示意圖,并簡要說明理由:
　 。
增大壓強,平衡正向移動,αHCl增大,相同溫度下,HCl的平衡轉化率比之前的大
【答案】(2)
【解析】 (2)若壓縮體積使壓強增大,平衡向體積減小的方向移動即正向移動,HCl平衡轉化率增大,因此相應αHCl-T曲線的示意圖如圖所示,
其原因是增大壓強,平衡正向移動,αHCl增大,相同溫度下,HCl的平衡轉化率比之前的大。
(3)下列措施中,有利于提高αHCl的措施有　　　　(填字母)。
A.增大n(HCl)
B.增大n(O2)
C.使用更高效的催化劑
D.移去H2O
BD
【解析】 (3)增大n(HCl),平衡正向移動,HCl平衡轉化率減小,故A不符合題意;增大n(O2),平衡正向移動,HCl平衡轉化率增大,故B符合題意;使用更高效的催化劑,平衡不移動,HCl平衡轉化率不變,故C不符合題意;移去H2O,生成物濃度減小,平衡正向移動,HCl平衡轉化率增大,故D符合題意。課時作業32　化學平衡狀態與平衡常數
(時間:30分鐘　滿分:90分)
一、選擇題(共11小題,每小題6分,共66分)
1.下列說法中正確的是(　　)
[A] 一定條件下合成氨反應N2(g)+3H2(g)2NH3(g)達到平衡時,3v正(H2)=2v逆(NH3)
[B] 一定條件下反應2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)達到平衡時,2v正(O2)=v逆(SO3)
[C] 充有N2O4的密閉容器中存在N2O4(g)2NO2(g),當c(N2O4)∶c(NO2)=1∶2時,該可逆反應達到平衡
[D] 一定條件下,2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)達到平衡時,密閉容器內壓強為起始壓強的
2.一定溫度下,向一容積不變的密閉容器中加入一定量的SO2和O2,發生反應:2SO2(g)+
O2(g)2SO3(g)　ΔH=-196.6 kJ·mol-1。下列有關該反應的敘述正確的是(　　)
[A] 達到平衡狀態時,正、逆反應速率相等
[B] 達到平衡狀態時,SO2和O2的濃度都為0
[C] 若起始時加入2 mol SO2和1 mol O2,則達平衡時放出的熱量為196.6 kJ
[D] 若反應達到平衡狀態后2 min時體系中 n(SO3)=a mol,則4 min時n(SO3)=2a mol
3.在絕熱的某剛性容器中通入1 mol F2(g)和3 mol ClF3(g),發生反應F2(g)+ClF(g)ClF3(g)。下列說法中能夠判斷該反應一定處于平衡狀態的有(　　)
[A] F2(g)與ClF(g)體積之比恒定不變
[B] F2(g)與ClF3(g)速率之比恒定不變
[C] 混合物中氯元素質量分數恒定不變
[D] 斷裂1 mol F—F,同時生成3 mol F—Cl
4.可逆反應2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)達到平衡狀態時,保持恒溫恒容向容器中加入一定量的O2,設K為平衡常數,Q為濃度商,下列說法正確的是(　　)
[A] Q變小,K不變,O2轉化率減小
[B] Q不變,K變大,SO2轉化率減小
[C] Q增大,K不變,SO2轉化率增大
[D] Q不變,K變大,O2轉化率增大
5.已知:2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)　ΔH=-25 kJ/mol,某溫度下的平衡常數為400。此溫度下,在容積為1 L的恒容密閉容器中加入CH3OH,某時刻測得各組分的物質的量濃度如下表。下列說法中正確的是(　　)
物質 CH3OH CH3OCH3 H2O
c/(mol/L) 0.08 1.6 1.6
[A] 此時刻反應未達到平衡狀態
[B] 容器內壓強不變時,說明反應達到平衡狀態
[C] 平衡時,再加入與起始等量的CH3OH,達到新平衡后CH3OH體積分數減小
[D] 平衡時,反應混合物的總能量減少40 kJ
6.利用CO2和CH4反應制備合成氣(CO、H2)的原理是CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)　ΔH>0。溫度為T ℃時,該反應的平衡常數為K。下列說法正確的是(　　)
[A] K越大,說明反應速率、CO2的平衡轉化率越大
[B] 增大壓強,平衡向逆反應方向移動,K減小
[C] 升高溫度,反應速率和平衡常數K都增大
[D] 加入催化劑,能提高合成氣的平衡產率
7.O3是一種很好的消毒劑,具有高效、潔凈、方便、經濟等優點。O3可溶于水,在水中易分解,產生的[O]為游離氧原子,有很強的殺菌消毒能力。常溫常壓下發生的反應如下:
反應①　O3O2+[O]　ΔH>0　平衡常數為K1;
反應②　[O]+O32O2　ΔH<0　平衡常數為K2;
總反應:2O33O2　ΔH<0　平衡常數為K。
下列敘述正確的是(　　)
[A] 降低溫度,總反應K減小
[B] K=K1+K2
[C] 適當升溫,可提高消毒效率
[D] 壓強增大,K2減小
8.(2024·上海模擬)在密閉容器中發生反應 2A(g)+B(g)2C(g),往密閉容器中以 n(A)∶n(B)=2∶1的比例通入兩種反應物,15 min后A在四種不同溫度下的轉化率見下表,且 T1溫度 T1 T2 T3 T4
轉化率 10% 70% 70% 60%
[A] 該反應是吸熱反應
[B] T溫度時(T2[C] T3溫度下,在15 min后繼續進行反應,A的轉化率變大
[D] T4溫度反應15 min后,若c(B)=0.5 mol/L,則T4溫度時的平衡常數是4.5
9.已知T1溫度下在容積為10 L的密閉容器中發生可逆反應X(g)+Y(g)2Z(g)+2W(s)　ΔH,起始時充入15 mol X與15 mol Y,10 min時反應達到平衡狀態,測得平均速率v(Z)=0.12 mol/(L·min)。下列有關說法正確的是(　　)
[A] T1溫度下該反應的平衡常數為2.56
[B] 平衡時再充入一定量的X,平衡正向移動,X的轉化率增大
[C] 若T2>T1,T2溫度時K=1.52,則該反應的 ΔH>0
[D] 若其他條件不變,T3溫度下,K=1.96,則Y的平衡轉化率約為41.3%
10.(2024·遼寧沈陽一中月考)在恒溫恒容密閉容器中發生反應2H2(g)+2NO(g)2H2O(g)+N2(g),N2的瞬時生成速率v=k·cm(H2)·c2(NO)。控制NO起始濃度為0.5 mol/L,N2的瞬時生成速率和H2起始濃度的關系如圖所示,下列說法正確的是(　　)
[A] 該反應的速率常數k為15
[B] 隨著H2起始濃度增大,該反應平衡常數增大
[C] 達到平衡后,H2和NO的濃度均增加一倍,則NO轉化率減小
[D] H2起始濃度為0.2 mol/L,某時刻NO的濃度為0.4 mol/L,則N2的瞬時生成速率為
0.24 mol/L
11.工業上以硫(S)與CH4為原料制備CS2,在500 ℃以上發生反應:4S(g)+CH4(g)CS2(g)+2H2S(g)　ΔH。在容積為2 L的密閉容器中充入1 mol CH4(g)和4 mol S(g),發生上述反應,測得平衡體系中硫蒸氣的體積分數和溫度的關系見下表。下列說法錯誤的是(　　)
溫度/℃ 560 580 600 620 640 660
w(S) 0.286 0.333 0.378 0.420 0.462 0.500
[A] 在580 ℃達到平衡時,CH4的轉化率為70%
[B] 該反應660 ℃的平衡常數Kc=0.25
[C] 上述反應的正反應為吸熱反應
[D] 起始充入1 mol CS2和2 mol H2S,620 ℃平衡時w(S)=0.420
二、非選擇題(共1小題,共24分)
12.(24分,每空3分)試運用所學知識,研究CO等氣體的性質,請回答下列問題。
生產水煤氣過程中有以下反應:
①C(s)+CO2(g)2CO(g)　ΔH1;
②CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)　ΔH2;
③C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)　ΔH3。
(1)反應③的平衡常數表達式為K=　　　　　　　　;上述反應中ΔH1、ΔH2、ΔH3之間的關系為 ΔH3=　　　　　　　。
(2)在一定容積的密閉容器中,進行反應②,能判斷該反應達到化學平衡狀態的依據是　　　(填字母)。
A.容器中壓強不變
B.混合氣體中c(CO)不變
C.v正(H2)=v逆(H2O)
D.c(CO2)=c(CO)
(3)不同溫度下反應②的平衡常數如下表所示,ΔH2　　　(填“>”或“<”)0。
溫度/℃ 400 500 800
平衡常數K 9.94 9 1
在500 ℃時,把等物質的量濃度的CO和H2O(g)充入反應容器,達到平衡時c(CO)=
0.005 mol/L、c(H2)=0.015 mol/L,則CO的平衡轉化率為　　　　。
(4)對于反應2NO2(g)N2O4(g)　ΔH<0,當溫度為T1、T2時,平衡體系中N2O4的體積分數隨壓強變化曲線如圖所示。則T1　　　(填“>”或“<”)T2;增大壓強,平衡　　　　(填“正”或“逆”)向移動;B、C兩點的平衡常數B　　　(填“>”或“<”)C。
課時作業32　化學平衡狀態與平衡常數
1.B　反應達到平衡時,應為2v正(H2)=3v逆(NH3),A錯誤;該化學反應進行時,始終存在2v正(O2)=v正(SO3),所以當2v正(O2)=v逆(SO3)時,意味著v正(SO3)=v逆(SO3),反應達到化學平衡,B正確;反應達到平衡時是正、逆反應速率相等,而不是濃度之比等于化學計量數之比,C錯誤;物質轉化的程度未知,不能確定壓強關系,D錯誤。
2.A　該反應為可逆反應,達到平衡狀態時,反應物不能完全轉化為生成物,所以SO2和O2的濃度不等于0,B錯誤;因為是可逆反應,所以消耗的SO2的物質的量小于2 mol、消耗O2的物質的量小于1 mol,放出的熱量小于196.6 kJ,C錯誤;反應達到平衡狀態時,各物質的物質的量不變,2~4 min SO3的物質的量不變,為a mol,D錯誤。
3.A　初始投料為1 mol F2(g)和3 mol ClF3(g),根據化學方程式可知F2(g)與ClF(g)按照1∶1進行反應,所以未平衡時F2(g)與ClF(g)體積之比會變,當其不變時反應達到平衡,A符合題意;無論是否平衡,同一反應方向 F2(g)與 ClF3(g)速率之比恒等于化學計量數之比,B不符合題意;根據元素守恒可知,無論是否平衡,混合物中氯元素質量分數都不變,C不符合題意;斷裂1 mol F—F,同時生成 3 mol F—Cl,表示的都是正反應,無論是否平衡都滿足此關系,D不符合題意。
4.A　濃度商Q=,容器容積不變,向容器中加入一定量的O2,c(O2)增大,所以濃度商Q變小;當可逆反應2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)達到平衡狀態后,保持溫度不變,則平衡常數K不變;加入一定量的O2,平衡正向移動,促進了SO2的轉化,但是氧氣自身的轉化率降低,A正確。
5.D　濃度商Q===400=K,說明反應達到平衡狀態,故A錯誤;該反應是氣體體積不變的反應,在恒容時壓強始終不變,則容器內壓強不變時,不能說明反應達到平衡狀態,故B錯誤;平衡時再加入與起始等量的CH3OH,兩次平衡為等效平衡,達到新平衡后,CH3OH體積分數不變,故C錯誤;反應混合物減少的能量等于反應放出的熱量,由表中數據可知,平衡時 c(CH3OCH3)=1.6 mol/L,則平衡時 n(CH3OCH3)=1.6 mol/L×1 L=
1.6 mol,由熱化學方程式可知反應放出的熱量為25 kJ/mol×1.6 mol=40 kJ,即平衡時反應混合物的總能量減少40 kJ,故D正確。
6.C　K越大,說明反應進行得越完全,CO2的平衡轉化率越大,但反應速率受外界因素影響,反應速率不一定越大,A錯誤;K只受溫度影響,溫度不變,則K不變,B錯誤;升高溫度,活化分子百分數增大,反應速率增大,該反應ΔH>0,為吸熱反應,則平衡常數K增大,C正確;加入催化劑,只能改變反應速率,平衡不移動,則不能提高合成氣的平衡產率,D錯誤。
7.C　降低溫度,總反應平衡向右移動,K增大,A項錯誤;K1=、K2=、K==K1·K2,B項錯誤;升高溫度,反應①平衡正向移動,反應②平衡逆向移動,c([O])增大,可提高消毒效率,C項正確;對于給定的反應,平衡常數只與溫度有關,D項錯誤。
8.D　15 min后A在四種不同溫度下的轉化率為單位時間內的轉化率,該轉化率與反應速率有關,根據表格數據可知,隨著溫度升高,反應速率增大,T1、T2溫度下15 min時未達平衡,T3、T4溫度下15 min時反應已經達到平衡,為平衡轉化率,平衡轉化率隨溫度升高而減小,故該反應為放熱反應,A錯誤;由A項分析和表格數據可知,T溫度時(T2　　　　　　　　　 2A(g)+B(g)2C(g)
起始濃度/(mol/L) 2c c 0
變化濃度/(mol/L) 1.2c 0.6c 1.2c
平衡濃度/(mol/L) 0.8c 0.4c 1.2c
由題意知0.4c=0.5,解得c=,K===4.5,D正確。
9.D　根據Z的平均速率可知,平衡時c(Z)=1.2 mol/L,c(X)=0.9 mol/L,c(Y)=0.9 mol/L,平衡常數K==≈1.78,A項錯誤;平衡時再充入一定量的X,平衡正向移動,但X的轉化率減小,Y的轉化率增大,B項錯誤;升高溫度,平衡常數減小,平衡逆向移動,正反應為放熱反應,ΔH<0,C項錯誤;T3溫度下,K=1.96,設消耗的Y的物質的量濃度為x mol/L,列出三段式,
　　　　　　　X(g) + Y(g)2Z(g)+2W(s)
起始/(mol/L) 1.5 1.5 0
轉化/(mol/L) x x 2x
平衡/(mol/L) 1.5-x 1.5-x 2x
平衡常數K==1.96,解得x≈0.62,Y的平衡轉化率為×100%≈41.3%,D項正確。
10.A　NO起始濃度為0.5 mol/L,由圖像可知,N2的瞬時生成速率與H2起始濃度呈直線關系,則m=1,將數據(0.2,0.75)代入v=k·c(H2)·c2(NO),該反應的速率常數k===15,A正確;反應一定,平衡常數只與溫度有關,溫度不變,平衡常數不變,B錯誤;達到平衡后,H2和NO的濃度均增加一倍,新平衡與原平衡相比,相當于加壓,平衡正向移動,則NO轉化率增大,C錯誤;速率單位錯誤,D錯誤。
11.C　根據反應列三段式,
　　　　　4S(g)+CH4(g)CS2(g)+2H2S(g)
4 1 0 0
4x x x 2x
4-4x 1-x x 2x
由表中數據可知,580 ℃時w(S)==0.333,解得 x≈0.7,α(CH4)=×100%=70%,A項正確;660 ℃ 時,w(S)==0.500,解得x=0.5,平衡時 n(S)=2 mol、n(CH4)=0.5 mol、n(CS2)=0.5 mol、n(H2S)=1.0 mol,c(S)=1 mol/L、c(CH4)=0.25 mol/L、c(CS2)=0.25 mol/L、c(H2S)=0.5 mol/L,故 Kc===0.25,B項正確;由題表數據可知,隨著溫度的升高硫蒸氣的體積分數增大,說明升高溫度,平衡逆向移動,故正反應為放熱反應,C項錯誤;恒溫恒容條件下,在容積為2 L的容器中充入1 mol CS2和 2 mol H2S等效于充入1 mol CH4和4 mol S,D項正確。
12.【答案】 (1)　ΔH1+ΔH2　(2)BC
(3)<　75%　(4)<　正　>
【解析】 (1)反應③的平衡常數表達式為K=;根據蓋斯定律,反應③=反應①+反應②,ΔH3=ΔH1+ΔH2。
(2)反應前后氣體分子數不變,說明壓強始終保持不變,不能判斷反應是否達到平衡狀態,故A不符合題意;反應過程中CO不斷減少,當c(CO)不變時,說明反應達到平衡狀態,故B符合題意;v正(H2)=v逆(H2O),說明正、逆反應速率相等,反應達到平衡狀態,故C符合題意;反應進行中某時刻c(CO2)可能恰好等于c(CO),不能說明反應達到平衡狀態,故D不符合題意。
(3)升高溫度,化學平衡常數減小,說明平衡逆向移動,ΔH2<0;達到平衡時c(CO)=0.005 mol/L、c(H2)=0.015 mol/L,參與反應的CO與生成的H2的物質的量相等,故CO的平衡轉化率為×100%=75%。
(4)該反應的正反應是放熱反應,相同壓強下,由C點到A點,N2O4的體積分數增大,平衡正向移動,故T1C。
(
第
5
頁
)

展開更多......

收起↑