2020届高考化学一轮复习化学平衡学案
化学平衡
考纲要求 1.了解化学反应的可逆性及化学平衡的建立。
2.理解外界条件(浓度、温度、压强、催化剂等)对化学平衡的影响,能用相关理论解释其一般规律。
3.了解化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。
考点一 可逆反应与化学平衡状态
一、可逆反应
1.定义:在 下既可以向 方向进行,同时又可以向 方向进行的化学反应。
2.特点:反应物与生成物同时存在;任一组分的转化率都 (填“大于”或“小于”)100%。
3.表示:在方程式中用“ ”表示。
二、化学平衡状态
1.概念
一定条件下的 反应中,当正、逆反应速率 ,反应体系中各成分的 保持不变的状态。
2.化学平衡的建立
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:
反应开始时-反应物浓度最大,v正 ,生成物浓度为0,v逆为零
反应进行时-反应物浓度逐渐减小v正 。生成物浓度由零逐渐增大v逆从零
达到平衡时-v正 v逆,反应混合物中各组分的浓度
同理,若在相同的条件下,把同一可逆反应的生成物加入相同容器内(即反应从逆反应方向开始),也可以建立平衡状态。以上过程可用如图7-26-1表示:
图7-26-1
3.平衡特点
对点自测
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)CaO+CO2=CaCO3和CaCO3CaO+CO2↑互为可逆反应 ( )
(2)化学反应达到平衡状态时,各组分的浓度、百分含量保持不变,但它们的物质的量之比不一定与方程式对应化学计量数之比相等 ( )
(3)对反应A(g)+B(g) ⇌C(g)+D(g),压强不随时间而变,说明反应已达到平衡状态 ( )
(4)在一恒温恒容的密闭容器中充入2 mol SO2、1 mol O2,一定条件下发生反应,在相同的容器中充入2 mol SO3,在相同条件下发生反应。二者最终达到的平衡各组分的百分含量对应相同 ( )
(5)可逆反应都具有一定的限度,化学反应的限度可以通过改变反应条件而改变 ( )
(6)在恒温恒压条件下,对于反应A(g)+B(g) ⇌2C(g)+D(g),当密度保持不变时,反应达到化学平衡状态 ( )
(7)在2 L密闭容器内,800 ℃时反应2NO(g)+O2(g) ⇌2NO2(g)体系中,当该容器内颜色保持不变时能说明该反应已达到平衡状态 ( )
2.将一定量NO 、O2混合于一恒容密闭容器中,发生可逆反应2NO(g)+O2(g) ⇌2NO2(g)。
(1)现向此恒容密闭容器中加入含18O的氧气,达到平衡后,18O存在于 中;达到平衡的过程中,正反应速率逐渐 (填“增大”“减小”或“不变”,下同),逆反应速率逐渐 。
(2)能说明该反应已达到平衡状态的是 。
a.v(NO2)=2v(O2)
b.容器内气体总物质的量保持不变
c.v逆(NO)=2v正(O2)
d.容器内气体的密度保持不变
题组一 可逆反应
1.为了探究FeCl3溶液和KI溶液的反应是否存在一定的限度,取5 mL 0.5 mol·L-1 KI
溶液,滴加0.1 mol·L-1 FeCl3溶液5~6滴,充分反应。下列实验操作能验证该反应是否存在限度的是 ( )
A.再滴加AgNO3溶液,观察是否有黄色沉淀产生
B.再加入CCl4振荡后,观察下层液体颜色是否变为紫红色
C.再加入CCl4振荡后,取上层清液,滴加AgNO3溶液,观察是否有白色沉淀产生
D.再加入CCl4振荡后,取上层清液,滴加KSCN溶液,观察溶液是否变成红色
2.在一个密闭容器中发生反应2SO2(g)+O2(g) ⇌2SO3(g),反应过程中某一时刻测得SO2、O2、SO3的浓度分别为0.2 mol·L-1、0.2 mol·L-1、0.2 mol·L-1,当反应达到平衡时,可能出现的数据是( )
A.c(SO3)=0.4 mol·L-1
B.c(SO2)=c(SO3)=0.15 mol·L-1
C.c(SO2)=0.25 mol·L-1
D.c(SO2)+c(SO3)=0.5 mol·L-1
规律小结 用极端假设法确定各物质浓度范围
先假设反应正向或逆向进行到底,求出各物质浓度的最大值和最小值(开区间),从而确定它们的浓度范围。
假设反应正向进行到底:
X2(g) + Y2(g) ⇌ 2Z(g)
起始浓度/(mol·L-1) 0.1 0.3 0.2
改变浓度/(mol·L-1) 0.1 0.1 0.2
终态浓度/(mol·L-1) 0 0.2 0.4
假设反应逆向进行到底:
X2(g) + Y2(g) ⇌ 2Z(g)
起始浓度/(mol·L-1) 0.1 0.3 0.2
改变浓度/(mol·L-1) 0.1 0.1 0.2
终态浓度/(mol·L-1) 0.2 0.4 0
平衡体系中各物质的浓度数值范围为0
v逆,平衡向 移动;
v正=v逆,平衡 移动;
v正v逆'
移动
减小反应物的浓度
v正、v逆均 ,且v逆'>v正'
移动
增大生成物的浓度
v正、v逆均 ,且v逆'>v正'
移动
减小生成物的浓度
v正、v逆均 ,且v正'>v逆'
移动
正反应方向为气体体积增大的放热反应
增大压强或升高温度
v正、v逆均 ,且v逆'>v正'
移动
减小压强或降低温度
v正、v逆均 ,且v正'>v逆'
移动
反应前后气体化学计量数之和相等的反应
增大压强
v正、v逆同等倍数
移动
减小压强
v正、v逆同等倍数
5.化学平衡中的特殊情况
(1)当反应混合物中存在与其他物质不相混溶的固体或液体物质时,由于其“浓度”是恒定的,不随其量的增减而变化,故改变这些固体或液体的量,对化学平衡没影响。
(2)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。
(3)充入惰性气体与平衡移动的关系
①恒温、恒容条件
原平衡体系体系总压强增大→体系中参加反应的各组分的浓度不变→平衡不移动
②恒温、恒压条件
原平衡体系容器容积增大,各反应气体的分压减小体系中参加反应的各组分的浓度同倍数减小(等效于减压)—
6.勒夏特列原理及运用
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,以及参加反应的物质的浓度),平衡将向着能够减弱(只减弱不抵消)这种改变的方向移动。该原理也称为平衡移动原理。
化学平衡移动的目的是“减弱”外界条件的改变,而不是“消除”外界条件的改变,即“减弱而不抵消”。
对点自测
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)化学平衡向右移动,正反应速率和生成物的百分含量都一定增大 ( )
(2)合成氨反应需使用催化剂,说明催化剂可以促进该平衡向生成氨的方向移动 ( )
(3)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 ( )
(4)化学平衡正向移动,反应物的转化率不一定增大( )
(5)往平衡体系FeCl3+3KSCN⇌Fe(SCN)3+3KCl中加入KCl固体,平衡将向逆反应方向移动,溶液颜色将变浅 ( )
(6)对于2NO2(g) ⇌N2O4(g)的平衡体系,压缩体积,压强增大,平衡正向移动,
混合气体的颜色变浅 ( )
(7)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 ( )
(8)对于恒容的密闭容器中的合成氨的反应,达到化学平衡后,通入氦气,压强增大,化学平衡向正反应方向移动 ( )
2.(1)可逆反应2SO2(g)+O2(g) ⇌2SO3(g) ΔH<0在一定条件下达到平衡后,改变某条件,填写下表:
条件变化
平衡移动
转化率变化
百分含量变化
增大O2
浓度
SO2的转化率增大,O2的转化率
—
增大SO3浓度
SO2、O2的转化率都
—
升高温度
SO2、O2的转化率都
SO2%
SO3%
增大压强
SO2、O2的转化率都
SO2%
SO3%
(2)可逆反应I2(g)+H2(g) ⇌2HI(g)在一定条件下达到平衡后,改变某条件,填写下表:
条件变化
平衡移动
转化率变化
百分含量变化
增大
H2的浓度
H2的转化率减小,I2的转化率
—
增大压强
转化率
I2%
H2%
题组一 外界条件对化学平衡的影响
1.[2018·郑州一中高三质检] COCl2(g) ⇌CO(g)+Cl2(g) ΔH>0,当反应达到平衡时,下列措施能提高COCl2转化率的是 ( )
①升温 ②恒容通入惰性气体 ③增加CO浓度 ④减压 ⑤加催化剂 ⑥恒压通入惰性气体
A.①②④ B.①④⑥ C.②③⑤ D.③⑤⑥
2.[2018·南宁检测] 将NO2装入带有活塞的密闭容器中,当反应2NO2(g) ⇌N2O4(g)达到平衡后,改变某个条件,下列叙述正确的是 ( )
A.升高温度,气体颜色加深,则正反应为吸热反应
B.慢慢压缩气体体积,平衡向正反应方向移动,混合气体的颜色变浅
C.慢慢压缩气体体积,若体积减小一半,压强增大,但小于原来压强的两倍
D.恒温恒容时,充入惰性气体,压强增大,平衡向正反应方向移动,混合气体的颜色变浅
规律小结 分析化学平衡移动的一般思路
改变条件速率不变:如容积不变,充入惰性气体,平衡不移动速率改变程度相同v正=v逆使用催化剂改变压强(反应前后气体体积无变化的反应)平衡不移动程度不同,v正≠v逆改变浓度改变压强改变温度平衡移动
题组二 化学平衡移动图像分析
1.[2018·河南洛阳统考] 对于可逆反应A(g)+2B(g)2C(g) ΔH>0,下列图像中正确的是 ( )
A B
C D
图7-26-2
2.密闭容器中进行的可逆反应aA(g)+bB(g) ⇌cC(g)在不同温度(T1和T2)及压强(p1和p2)下,混合气体中B的质量分数w(B)与反应时间(t)的关系如图7-26-3所示。下列判断正确的是 ( )
图7-26-3
A.T1c,正反应为吸热反应
B.T1>T2,p1p2,a+bT2,p1>p2,a+b>c,正反应为放热反应
规律小结 化学平衡图像题的解题思路
看图像
一看面,即纵坐标与横坐标的意义
二看线,即线的走向和变化趋势
三看点,即起点、折点、交点、终点
四看辅助线,如等温线、等压线等
五看变化,如浓度变化、转化率变化等
想规律
联想外界条件的改变对化学反应速率和化学平衡的影响规律
作判断
根据图像中呈现的关系与所学规律相对比,作出符合题目要求的判断
考点三 等效平衡
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,不管是从正反应开始,还是从逆反应开始,还是正、逆反应同时投料,达到化学平衡状态时,若任何相同组分的百分含量(质量分数、物质的量分数、体积分数等)均相同,则为等效平衡。
2.等效平衡的定义
在同温下,由于可逆反应的反应物和生成物可以相互转化,所以不论起始如何投料,只要通过极限转换,相当于各物质起始浓度相同,则最终建立的平衡必然等效,即各组分的百分含量对应相同。
3.等效平衡的建立条件与特点
对于可逆反应aA(g)+bB(g) ⇌cC(g)+dD(g)
反应特点
a+b≠c+d
a+b=c+d
反应条件
等温等容
等温等压
等温等容
等温等压
起始投料
的条件
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”比例相同
换算为化学方程式同一边物质,其“量”比例相同
平衡
特点
物质的量(n)
相同
成比例
成比例
成比例
百分含量(w%)
相同
相同
相同
相同
浓度
相同
相同
成比例
相同
对点自测
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)同一个可逆反应,在不同的条件下达到等效平衡时,同种物质的物质的量不一定相等,浓度一定相等 ( )
(2)对于反应3A(g)+B(g) ⇌2C(g)+D(g),现有两个相同的恒温恒容密闭容器,一个容器中加入 3 mol A和 1 mol B,另一容器中加入 1.5 mol A、0.5 mol B、1 mol C和0.5 mol D,当达到平衡时两容器中同种物质的浓度相等 ( )
(3)A、B两体积相同的恒温恒容密闭容器,在A中充入SO2和O2各32 g,在B中充入SO2和O2各64 g,在其他条件相同时达到平衡。A中SO2的转化率大于B中SO2的转化率 ( )
(4)一定温度和压强下,在两个容积可变的密闭容器中,一个充入1 mol O2和2 mol SO2,另一个充入8 mol SO3。发生反应并达到平衡后,各物质对应的浓度相等 ( )
(5)一定温度下,容积不变的密闭容器中充入1.0 mol N2和 3.0 mol H2,反应达到平衡时测得NH3的物质的量为0.6 mol。若在开始时充入 2.0 mol N2和 6.0 mol H2,则平衡时NH3的物质的量为1.2 mol ( )
2.在等温等容条件下,有可逆反应2A(g)+B(g) ⇌3C(g)+D(g) ΔH=-Q1 kJ·mol-1(Q1>0),起始物质的量如下表所示:
序号
A
B
C
D
①
2 mol
1 mol
0
0
②
4 mol
2 mol
0
0
③
1 mol
0.5 mol
1.5 mol
0.5 mol
④
0
1 mol
3 mol
1 mol
⑤
0
0
3 mol
1 mol
(1)上述反应达到平衡时,互为等效平衡的是哪几组?达到平衡后,哪些量相同?
(2)达到平衡后,①放出的热量为Q2 kJ,⑤吸收的热量为Q3 kJ,则Q1、Q2、Q3的定量关系为 。
题组一 恒温恒容条件下的等效平衡
1.恒温恒容条件下发生反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),充入 2 mol SO2、1 mol O2反应达到平衡。则下列三种配比达到平衡时与上述平衡各组分百分含量一定对应相同的是 , 若起始充入a mol SO2、b mol O2、c mol SO3,达到平衡时各组分的百分含量也对应相同,则a、b、c三者的关系应满足: 。
①2 mol SO3 ②0.5 mol SO2、0.25 mol O2、1.5 mol SO3 ③2 mol SO2、1 mol O2、2 mol SO3
2.Ⅰ.恒温、恒压下,在一可变容积的容器中发生如下反应:A(g)+B(g) ⇌C(g)。
(1)若开始时放入1 mol A和1 mol B,达到平衡后,生成a mol C,这时A的物质的量为
mol。
(2)若开始时放入3 mol A和3 mol B,达到平衡后,生成C的物质的量为 mol。
(3)若开始时放入x mol A、2 mol B和1 mol C,达到平衡后,A和C的物质的量分别是y mol和3a mol,则x= mol,y= mol。平衡时,B的物质的量
(选填一个编号)。
A.大于2 mol
B.等于2 mol
C.小于2 mol
D.可能大于、等于或小于2 mol
作出此判断的理由是 。
(4)若在(3)的平衡混合物中再加入3 mol C,待再次达到平衡后,C的物质的量分数是 。
Ⅱ.若维持温度不变,在一个与(1)反应前起始体积相同且容积固定的容器中发生上述反应。
(5)开始时放入1 mol A和1 mol B达到平衡后生成b mol C,将b与(1)小题中的a进行比较: (选填一个编号)。
甲.ab 丙.a=b 丁.不能比较
作出此判断的理由是 。
方法技巧 构建恒温恒容平衡思维模式
新平衡状态可认为是两个原平衡状态简单的叠加并压缩而成,相当于增大压强。由增大压强平衡移动方向分析物质的转化率、百分含量、物质的量浓度、放出或吸收热量的变化情况。
题组二 恒温恒压条件下的等效平衡
1.[2018·衡水二中模拟] 在相同温度和压强下,对反应CO2(g)+H2(g) ⇌CO(g)+H2O(g)进行甲、乙、丙、丁四组实验,实验起始时放入容器内各组分的物质的量见下表:
物质物质的量实验
CO2
H2
CO
H2O
甲
a mol
a mol
0 mol
0 mol
乙
2a mol
a mol
0 mol
0 mol
丙
0 mol
0 mol
a mol
a mol
丁
a mol
0 mol
a mol
a mol
上述四种情况达到平衡后,n(CO)的大小顺序是 ( )
A.乙=丁>甲=丙 B.甲>乙>丙>丁 C.乙=甲>丁=丙 D.丁>丙>乙>甲
2.恒温恒压下,在一个容积可变的密闭容器中,发生反应A(g)+B(g)C(g),若开始时通入1 mol A和1 mol B,达到平衡时生成a mol C。则下列说法错误的是 ( )
A.若开始时通入3 mol A和3 mol B,达到平衡时生成3a mol C
B.若开始时通入4 mol A和4 mol B、2 mol C,达到平衡时B的物质的量一定大于4 mol
C.若开始时通入2 mol A、2 mol B和1 mol C,达到平衡时,再通入3 mol C,则再次达到平衡后,C的物质的量分数为a2-a
D.若在原平衡体系中,再通入1 mol A和1 mol B,混合气体的平均相对分子质量不变
方法技巧 恒温恒容与恒温恒压条件平衡比较模式(起始量相同)
1.[2017·海南卷改编] 已知反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH<0。在一定温度和压强下于密闭容器中,反应达到平衡。下列叙述正确的是 ( )
A.升高温度,K增大 B.减小压强,n(CO2)增加
C.更换高效催化剂,α(CO)增大 D.充入一定量的氮气,n(H2)不变
2.[2017·江苏卷改编] 温度为T1时,在三个容积均为1 L的恒容密闭容器中仅发生反应
2NO2(g) ⇌2NO(g)+O2(g)(正反应吸热)。实验测得:v正=v(NO2)消耗=k正c2(NO2),v逆=v(NO)消耗=2v(O2)消耗=k逆c2(NO)·c(O2),k正、k逆为速率常数,受温度影响。下列说法正确的是( )
容器
编号
物质的起始浓度(mol·L-1)
物质的平衡浓度(mol·L-1)
c(NO2)
c(NO)
c(O2)
c(O2)
Ⅰ
0.6
0
0
0.2
Ⅱ
0.3
0.5
0.2
Ⅲ
0
0.5
0.35
A.达平衡时,容器Ⅰ与容器Ⅱ中的总压强之比为4∶5
B.达平衡时,容器Ⅱ中c(O2)c(NO2)比容器Ⅰ中的大
C.达平衡时,容器Ⅲ中NO的体积分数大于50%
D.当温度改变为T2时,若k正=k逆,则T2>T1
3.[2016·江苏卷改编] 一定温度下,在3个体积均为1.0 L的恒容密闭容器中反应2H2(g)+CO(g) ⇌CH3OH(g)达到平衡,下列说法正确的是 ( )
容器
温度/K
物质的起始浓度/(mol·L-1)
物质的平衡浓度/(mol·L-1)
c(H2)
c(CO)
c(CH3OH)
c(CH3OH)
Ⅰ
400
0.20
0.10
0
0.080
Ⅱ
400
0.40
0.20
0
Ⅲ
500
0
0
0.10
0.025
A.该反应的逆反应放热
B.达到平衡时,容器Ⅰ中反应物转化率比容器Ⅱ中的大
C.达到平衡时,容器Ⅱ中c(H2)大于容器Ⅲ中c(H2)的两倍
D.达到平衡时,容器Ⅲ中的反应速率比容器Ⅰ中的大
【考点互动探究】
考点一
•知识梳理
一、1.同一条件 正反应 逆反应
2.小于 3.
二、1.可逆 相等 物质的量(浓度或百分含量)
2.最大 逐渐减小 逐渐增大 = 保持不变 正反应 逆反应
3.正反应速率 逆反应速率 质量或浓度
对点自测
1.(1)× (2)√ (3)× (4)√ (5)√ (6)√ (7)√
[解析] (1)正、逆反应不是在同一条件下进行的,错误。
(2)方程式的化学计量数之比等于对应物质的物质的量的变化量之比,所以平衡时各物质的物质的量之比不一定等于化学计量数之比。正确。
(3)对反应A(g)+B(g)C(g)+D(g),由于反应前后气体的量不变,所以压强一直不随时间而变,错误。
(4)根据等效平衡的建立条件,二者属于恒温恒容等量投料,建立的平衡等效。正确。
(5)可逆反应的反应物不能都转化为生成物,所以具有一定的限度。一个可逆反应达到的平衡状态就是这个反应在该条件下所能达到的限度,条件改变平衡会发生移动,其限度发生变化。正确。
(6) 此反应是所有物质均为气体且正反应气体物质的量增大的反应,由于恒压,所以未达到平衡前体系的体积会随反应进行而变化,只有平
衡时体系内气体物质的量保持不变了,体系的体积才不再变化,密度才不再变化,所以正确。
(7)颜色不变时也就是NO2浓度不变了,可以说明该反应已达到平衡状态,正确。
2.(1)NO、O2、NO2 减小 增大 (2)bc
•题组训练
题组一
1.D [解析] 发生反应的化学方程式为2FeCl3+2KI2FeCl2+2KCl+I2,由于KI过量,主要检验是否存在Fe3+。
2.C [解析]
2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g)
c(某时刻) 0.2 mol·L-1 0.2 mol·L-1 0.2 mol·L-1
c(向右进
行完全) 0 0.1 mol·L-1 0.4 mol·L-1
c(向左进
行完全) 0.4 mol·L-1 0.3 mol·L-1 0
A项,由于反应为可逆反应,SO3的浓度一定小于0.4 mol·L-1,故A错误;B项,SO2与SO3浓度不会均为0.15 mol·L-1,故B错误;C项,由于反应为可逆反应,SO2的浓度一定小于0.4 mol·L-1、大于0,则可能为0.25 mol·L-1,故C正确;D项,根据硫原子守恒,c(SO2)+c(SO3)=0.4 mol·L-1,故D错误。
题组二
1.B [解析] c(N2)∶c(H2)∶c(NH3)=1∶3∶2不能说明各物质的浓度不变,不一定为平衡状态,A项错误;一个N≡N键断裂的同时,有3个H—H键生成,说明正、逆反应速率相等,反应达到了平衡状态,B项正确;混合气体的密度ρ=mV,质量在反应前后是守恒的,容器体积不变,密度始终不变,所以密度不变的状态不一定是平衡状态,C项错误;v正(N2)=2v逆(NH3)时,正、逆反应速率不相等,未达到平衡状态,D项错误。
2.Ⅰ.(1)①③④⑦ (2)⑤⑦ (3)①③④⑤⑦
(4)①②③④⑦ (5)②④⑦ (6)①②③ (7)②④⑦
Ⅱ.(1)②③④⑦ (2)⑤⑦ (3)②③④⑤⑦
(4)②③④⑦ (5)②④⑦ (6)②③ (7)②④⑦
考点二
•知识梳理
1.温度 压强 浓度 浓度 平衡状态 平衡状态
3.正反应方向 不发生 逆反应方向
4.速率变化:增大 减小 增大 减小 增大 减小 增大 减小 增大 减小
平衡变化:正向 逆向 逆向 正向 逆向 正向 不 不
对点自测
1.(1)× (2)× (3)× (4)√ (5)× (6)× (7)√ (8)×
2.(1)(从左到右,从上到下)
正向移动 减小
逆向移动 减小
逆向移动 减小 增大 减小
正向移动 增大 减小 增大
(2)(从左到右,从上到下)
正向移动 增大
不移动 不变 不变 不变
•题组训练
题组一
1.B [解析] 该反应为气体体积增大的吸热反应,所以升温和减压均可以促使反应正向移动。恒压通入惰性气体,相当于减压。恒容通入惰性气体与加催化剂均对平衡无影响。增加CO的浓度,将导致平衡逆向移动。
2.C [解析] 升高温度,气体颜色加深,则平衡向逆反应方向移动,故正反应为放热反应,A错误;首先假设平衡不移动,压缩体积,气体颜色加深,但平衡向正反应方向移动,使混合气体的颜色在加深后的基础上变浅,但一定比原平衡的颜色深,B错误;同理C项,首先假设平衡不移动,若体积减小一半,则压强变为原来的两倍,但平衡向正反应方向移动,使压强在原平衡两倍的基础上减小,正确;体积不变,反应物及生成物浓度不变,所以正、逆反应速率均不变,平衡不移动,颜色无变化,D错误。
题组二
1.A [解析] 升高温度,化学反应速率增大,达到平衡的时间缩短,因正反应为吸热反应,故平衡正向移动,A的转化率增大,平衡时A的百分含量减小,A项正确,C项错误;升高温度,正、逆反应速率都增大,因为
正反应为吸热反应,所以正反应速率增大的程度大于逆反应速率增大的程度,B项错误;该反应的正反应为气体分子数减小的反应,增大压强平衡正向移动,v正>v逆,D项错误。
2.B [解析] 由(T1,p1)和(T1,p2)两条曲线可以看出:①温度(T1)相同,但压强为p2时先出现“拐点”,达到平衡所需的时间短,即反应速率大,所以p2>p1;②压强较大(即压强为p2)时对应的w(B)较大,说明增大压强平衡逆向移动,则a+bT2;②温度较高(即温度为T1)时对应的w(B)较小,说明升高温度平衡正向移动,故正反应为吸热反应。
考点三
•知识梳理
对点自测
1.(1)× (2)√ (3)× (4)√ (5)×
[解析] (1)等效平衡是各组分百分含量一定对应相同。
(2)此为恒温恒容容器,经极限转换,属于等量投料,故平衡等效,属于浓度对应相同的情况。
(3)反应方程式为2SO2+O22SO3,由于A、B容积完全相同,A中充入SO2和O2各 32 g,B中充入SO2和O2各 64 g,且温度相同,因此B对A来说相当于加大1倍的压强,增大压强平衡向右移动,SO2的转化率增大。
(4)符合恒温恒压下建立等效平衡的条件,平衡时对应物质的物质的量
不同,但浓度和百分含量相同。
(5)容积不变,则后者相当于是在前者的基础上增大压强,平衡向正反应方向移动,氨的物质的量大于 1.2 mol。
2.(1)①③⑤互为等效平衡。达到平衡后各物质的物质的量、质量、体积、物质的量浓度、组分百分含量(物质的量分数、质量分数、体积分数)相同
(2)Q2+Q3=Q1
•题组训练
题组一
1.①② c+a=2,c2+b=1
[解析] ①②中的配比,按化学方程式的化学计量关系均转化为反应物,则SO2均为2 mol,O2均为1 mol,③则是SO2为4 mol,O2为2 mol,前二者建立的平衡状态与题述完全相同。a、b、c三者的关系满足:c+a=2,c2+b=1,与上述平衡等效。
2.(1)(1-a) (2)3a
(3)2 (3-3a) D 若3a>1,B的物质的量小于2 mol;若3a=1,B的物质的量等于2 mol;若3a<1,B的物质的量大于2 mol (4)a(2-a)
(5)乙 因为(5)小题中容器的容积不变,而(1)小题中容器的容积缩小,所以随着反应进行,(5)小题的容器中的压强小于(1)小题容器中的压强,有利于平衡逆向移动,故反应达到平衡后a>b
[解析] (1)由反应A(g)+B(g)C(g)可知,生成a mol C必消耗a mol A,则n(A)=(1-a) mol。(2)因(2)与(1)为恒温恒压条件下的等效平衡,且(2)
开始时A和B的物质的量为(1)开始时A和B物质的量的3倍,则达到平衡后,(2)生成C的物质的量为(1)生成C的物质的量的3倍,故生成C的物质的量为3a mol。(3)因(3)与(2)为恒温恒压条件下的等效平衡,若1 mol C全部生成A和B,则可得到1 mol A和1 mol B;则x mol+1 mol=3 mol,解得x=2。
A(g)+B(g)C(g)
开始物质的量(mol) 2 2 1
转化物质的量(mol) 3a-1 3a-1 3a-1
平衡物质的量(mol) 3-3a 3-3a 3a
从而可得y=3-3a,n(B)平=(3-3a) mol。
由此可知,若3a>1,则B的物质的量小于2 mol;若3a=1,则B的物质的量等于2 mol;若3a<1,则B的物质的量大于2 mol。(4)因(4)与(1)和(2)均为等效平衡,则(4)与(1)和(2)C的物质的量分数均相等,故C的物质的量分数为amol(1-a)mol+(1-a)mol+amol=a(2-a)或3amol(3-3a)mol+(3-3a)mol+3amol=a(2-a)。(5)因为(5)小题中容器的容积不变,而(1)小题中容器的容积缩小,所以随着反应进行,(5)小题的容器中的压强小于(1)小题容器中的压强,有利于平衡逆向移动,故反应达到平衡后a>b。
题组二
1.A [解析] 将四种情况的生成物通过极限转换法转换为反应物进行比较:
物质物质的量实验
CO2
H2
CO
H2O
甲
a mol
a mol
0 mol
0 mol
乙
2a mol
a mol
0 mol
0 mol
丙
a mol
a mol
0 mol
0 mol
丁
2a mol
a mol
0 mol
0 mol
所以乙和丁相当于增大了反应物CO2的初始量,平衡向正反应方向移动,相对于甲和丙n(CO)增大,故有乙=丁>甲=丙。
2.B [解析] 恒温恒压下,开始时通入3 mol A和3 mol B与开始时通入1 mol A和1 mol B,A与B的物质的量之比都是1∶1,为等效平衡,反应物的转化率相同,故达到平衡时,生成的C的物质的量为3a mol,故A正确;开始时通入4 mol A、4 mol B和2 mol C,可能处于平衡状态,可能向正反应方向进行,可能向逆反应方向进行,故达到平衡时,B的物质的量可能等于、小于或大于4 mol,故B错误;若开始时通入2 mol A、2 mol B和1 mol C,达到平衡时,再通入3 mol C,等效为开始通入6 mol A、6 mol B,与开始时通入1 mol A和1 mol B为等效平衡,平衡时C的百分含量不变,由A(g)+B(g)C(g)可知,生成6a mol C,混合气体总物质的量为(12-6a) mol,故C的物质的量分数为a2-a,C正确;若在原平衡体系中,再通入1 mol A和1 mol B,等效为开始时通入2 mol A、2 mol B,与原平衡为等效平衡,平衡时各组分的百分含量不变,混合气体的平均相对分子质量不变,故D正确。
【考例考法直击】
1.D [解析] A.因为反应放热,升温K减小,错;B.该平衡不受压强影响,
减压n(CO2)不变,错;C.催化剂不影响平衡,错;D.温度压强不变,充入氮气,该反应气体分子数不变,平衡不受影响,n(H2)不变。正确。
2.D [解析] 容器Ⅰ根据三段式计算可得:
2NO22NO + O2
起始浓度(mol·L-1): 0.6 0 0
转化浓度(mol·L-1): 0.4 0.4 0.2
平衡浓度(mol·L-1): 0.2 0.4 0.2
容器Ⅰ平衡后气体总物质的量为0.8 mol,该温度下化学平衡常数K=0.2×0.420.22=0.8,容器Ⅱ中初始状态浓度商Qc=0.2×0.520.32≈0.560.8,则容器Ⅱ中反应逆向进行,c(O2)c(NO2)<1,B项错误;容器Ⅰ中到达平衡状态时,NO的体积分数为50%,容器Ⅲ的起始状态若改变为0.6 mol·L-1 NO、0.3 mol·L-1 O2,则可达到与容器Ⅰ完全相同的平衡状态,实际NO浓度为0.5 mol·L-1、O2浓度为0.35 mol·L-1,相当于NO浓度减少了0.1
mol·L-1,O2浓度增加了0.05 mol·L-1,此变动将会造成NO的体积分数减小,小于50%,C错误;平衡时,v正=v逆,即k正c2(NO2)=k逆c2(NO)·c(O2),k正=k逆,所以c2(NO2)=c2(NO)·c(O2),即T2时,化学平衡常数为1,T1时K=0.8,则T1T2时,平衡正向移动,根据该反应为吸热反应,所以T2>T1,D项正确。
3.D [解析] 反应Ⅰ和Ⅲ的投料比是等效的,平衡时,500 ℃时CH3OH浓度比400 ℃的小,说明反应升温后,平衡逆向移动,故逆反应为吸热反应,A项错误;反应Ⅱ相当于两份反应Ⅰ加压,加压时,该反应平衡正向移动,故容器Ⅱ中反应物的转化率大,B项错误;由表中数据知,达平衡时,求得Ⅰ中c(H2)=0.04 mol·L-1,可推知Ⅱ中,c(H2)<0.08 mol·L-1,计算出Ⅲ中c(H2)=0.15 mol·L-1,C项错误;容器Ⅰ、Ⅲ中物质的浓度等效,但是Ⅲ中的温度高,所以Ⅲ中无论是正反应速率还是逆反应速率均增大,D项正确。
1.一定条件下,对于可逆反应X(g)+3Y(g)2Z(g),若X、Y、Z的起始浓度分别为c1、c2、c3(均不为零),达到平衡时,X、Y、Z的浓度分别为0.1 mol·L-1、0.3 mol·L-1、0.08 mol·L-1,则下列判断正确的是 ( )
A.c1∶c2=3∶1
B.平衡时,Y和Z的生成速率之比为2∶3
C.X、Y的转化率不相等
D.c1的取值范围为02b;e>2f C.a>d;e>h D.c+98.3e>196.6
[解析] B 根据投料,甲、丙是等效平衡,甲容器起始时从正反应方向建立平衡,放出热量a kJ,丙容器从逆反应方向建立平衡,吸收热量c kJ,a+c=196.6,因转化率不确定,二者不一定相等,A错误;若将甲容器扩大为原来的2倍,则达到平衡时甲与乙内各物质的浓度相等,但放出的热量是乙的2倍,现将甲恢复为原来的体积,平衡向正反应方向移动,又会放出热量,故a>2b,同理e>2f,B正确;丁可看作是在甲达到平衡后再充入1 mol O2,则平衡正向移动,放出热量增多,即有a
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