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化学平衡限度

化学平衡限度

[要点精析]

一、化学平衡状态的特征。

1.在一定温度的密闭容器中,可逆反应进行一段时间后,会达到平衡状态。

此时正反应速率和逆反应速率相等,反应体系的组成不再随时间的延续而变化,化学反应达到一定的限度。

化学平衡是动态平衡。

外界条件的变化会导致平衡发生移动。

2.化学平衡状态与化学平衡常数的关系:

一个反应在同一温度下,可有不同的化学平状态,但平衡常数只有一个,即平衡时各物质的浓度关系只有一个。

  

3.等效平衡:

可逆反应可从左自右达到平衡状态,也可从右向左达到平衡状态,甚至从某一中间过渡状态达到同一平衡状态。

条件是对反应前后气体体积变化的反应①同一温度下、体积不变时,反应混合物的组成经过转换实质上是相同的。

②同一温度下、压强不变时,反应混合物经过转换在组成比例上是相同的。

③对反应前后气体体积不变的反应,恒温恒容或恒温恒容条件下,只要反应混合物组成比例上相同的,平衡均可达到等效。

例1.在一定条件下,在固定容积的密闭容器中,能表示反应X(气)+2Y(气)

2Z(气)一定达到化学平衡状态的是()

A.容器内压强不随时间改变B.

C.正反应生成Z的速率与逆反应生成Y的速率相等

D.容器内混合气体的密度不随时间改变

E.X、Y、Z的物质的量之比1:

2:

2

F.一定温度下

为一常数

解析:

化化学平衡的特征是①平衡混合物各性质(如颜色、浓度、密度)不再改变,②正反应速率和逆反应速率相等,但反应继续进行,为动态平衡。

③生成物平衡浓度的方次之积与反应物平衡浓度的方次之积的比值为一常数。

答案为A、C、F。

二、外界条件(浓度、温度、压强等)对化学平衡的影响

1.化学平衡移动实质:

化学平衡移动是由于浓度、温度、压强的变化使可逆反应从一种平衡状态变为另一平衡状态的过程。

平衡移动的实质因为条件的变化打破了正反应、逆反应速率相等的关系。

υ(正)>υ(逆),正向移动;υ(正)<υ(逆),平衡逆向移动。

对可逆反应:

mA(g)+nB(g)

pC(g)+qD(g)

条件变化

反应特点

υ(正)

υ(逆)

υ正υ逆

移动方向

说明

反应物浓度增大

不变

υ正>υ逆

向右

固体或纯液体浓度视为固定不变的

生成物浓度减小

不变

反应物浓度减小

不变

υ正<υ逆

向左

生成物浓度增大

不变

升高温度

正反应吸热

υ正>υ逆

向右

升高或降低温度,υ正υ逆增加或减小程度不同

正反应放热

υ正<υ逆

向左

降低温度

正反应吸热

υ正<υ逆

向左

正反应放热

υ正>υ逆

向右

压缩体积

增大压强

m+n>p+q

υ正>υ逆

向右

反应物产物都是固体或液体,压强对平衡无影响。

m+n=p+q

υ正=υ逆

不移动

m+n<p+q

υ正<υ逆

向左

容积不变,充入He

不变

不变

υ正=υ逆

不移动

分压不变

压强不变

充入He

m+n>p+q

υ正<υ逆

向左

相当于减压

m+n=p+q

υ正=υ逆

不移动

m+n<p+q

υ正>υ逆

向右

例2.T℃时,将一定量的混合气体在密闭容器中发生反应aA(g)+bB(g)

cC(g)+dD(g),平衡后测得B气体的浓度为0.6mol/L,恒温下,将密闭容器的容积扩大1倍,重新达到平衡后,测得B气体浓度为0.4mol/L,下列叙述正确的是()

A.重新达到平衡时,D的体积分数减小B.a+b

C.平衡向右移动D.重新达到平衡时,A气体浓度增大

解析:

若平衡不移动,容积扩大1倍,B浓度应为0.3mol/L,说明平衡逆向移动。

答案为A。

2.用K判断平衡移动的方向:

可运用浓度商(或压强商)与浓度平衡常数(或压强平衡常数)的大小比较判断:

Q<k平衡向右移动;Q>k平衡向左移动。

对可逆反应:

mA(g)+nB(g)

pC(g)+qD(g)

条件变化

反应特点

Q

k

Q与k

移动方向

说明

反应物浓度增大

生成物浓度减小

QC变小

kC不变

QC<kC

向右

固体或纯液体参加反应,其浓度视为固定不变的。

生成物浓度增大

反应物浓度减小

QC变大

kC不变

QC>kC

向左

升高温度

正反应吸热

不变

变大

Q<k

向右

吸热反应K随温度升高增大。

放热反应K随温度升高减小。

正反应放热

不变

变小

Q>k

向左

降低温度

正反应吸热

不变

变小

Q>k

向左

正反应放热

不变

变大

Q<k

向右

压缩体积

增大压强

m+n>p+q

变小

不变

Q<k

向右

反应物产物都是固体或液体,压强对平衡无影响。

m+n=p+q

不变

不变

Q=k

不移动

m+n<p+q

变大

不变

Q>k

向左

容积不变,充入He

不变

不变

Q=k

不移动

分压不变

压强不变

充入He

m+n>p+q

变大

不变

Q>k

向左

相当于减压

m+n=p+q

不变

不变

Q=k

不移动

m+n<p+q

变小

不变

Q<k

向右

例3.在下列的平衡系中,所用措施,可使反应向右移动达到新平衡的是()

A.I-3(aq)

I2+I-(aq)(加入四氯化碳)

B.H2O(l)

H2O(g)(加入蔗糖)

C.Ag+(aq)+Cl-(aq)

AgCl(s)(加入固体AgNO3)

D.Fe(SCN)2+(aq)

Fe3+(aq)+SCN-(aq)(加入固体NaSCN)

E.BaSO4(s)

Ba2+(aq)+SO42-(aq)(加入水)

解析:

勒沙特列原理是一个经验性的平衡移动原理,适用于封闭体系,当改变平衡系统的一个条件时,平衡将向减弱这种改变的方向移动。

不仅适用于一般的化学平衡,也适用于沉淀溶解平衡、配合平衡、电离平衡、水解平衡等。

答案为A、C、E。

例4:

T℃时,A气体与B气体反应生成C气体。

反应过程中A、B、C浓度变化如图(Ⅰ)所示,若保持其他条件不变,温度分别为T1和T2时,B的体积分数与时间的关系如图(Ⅱ)所示,则下列结论正确的是

A.在(t1+10)min时,其他条件不变,增大压强,平衡向逆反应方向移动

B.(t1+10)min时,保持容器总压强不变,通入稀有气体,平衡向左方向移动

C.T℃时,在相同容器中,若由0.3mol·L-1A、0.1mol·L-1B和0.4mol·L-1C反应,达到平衡后,C的浓度仍为0.4mol·L-1

D.其他条件不变,升高温度,正、逆反应速率均增大,且A的转化率增大

解析:

化学平衡图象题:

①一看坐标:

一般纵坐标为v、n、c、α、p、φ(百分含量)等,横坐标为t、p、T等;②二看线(线的变化趋势、斜率大小):

横坐标为t时图象会出现平台,反映了建立平衡及平衡移动的大致动态变化过程;横坐标为p、T,实际上在考查p、T对化学平衡的影;③三看点(起点、折点、交点、终点)。

图Ⅰ是c-t图,根据A、B浓度分别减少0.2mol·L-1、0.6mol·L-1,C的浓度增大0.4mol·L-1,则反应方程式为A+3B

2C,得出A、D不对。

答案为B、C。

三、平衡转化率

对于可逆反应:

mA(g)+nB(g)

pC(g)+qD(g)。

反应物A的平衡转化率(该条件最大转化率)可表示:

例5:

等容积的三个密闭容器中,在一定条件下,甲、乙、丙三容器中分别进行可逆反应:

2A(g)+B(g)

3C(g)+2D(g),起始时三个容器中反应物的物质的量(mol)分别如下表所示,在相同条件下,反应物A、B的转化率大小关系为

反应物

A

2

1

1

B

1

2

1

A.A的转化率甲<丙<乙B.A的转化率甲<乙<丙

C.B的转化率甲>丙>乙D.B的转化率甲<乙<丙

解答:

对于aA(g)+bB(g)

cC(g)+dD(g)的反应,增大反应物A(g)的浓度,A的转化率减少,B的转化率增大;减少反应物A(g)的浓度,A的转化率增大,B的转化率减少。

答案为A、C。

四、化学平衡常数K(Kc和Kp)

 

在一定温度下,达到平衡的可逆反应,其平衡常数用生成物平衡浓度(气体平衡分压)的方次之积与反应物平衡浓度(气体平衡分压)的方次之积的比值来表示,这时的平衡常数称为浓度平衡常数(压强平衡常数),用Kc(Kp)表示。

对:

aA(g)+bB(g)

cC(g)+dD(g),

1.书写平衡常数关系式的规则

①同一化学反应,可以用不同的化学反应式来表示,每个化学方程式都有自己的平衡常数关系式及相应的平衡常数。

平衡常数及单位必须与反应方程式的表示一一对应。

 

②如果反应中有固体或纯液体参加,它们的浓度不应写在平衡关系式中,因为它们的浓度是固定不变的,化学平衡关系式中只包括气态物质和溶液中各溶质的浓度。

③稀溶液中进行的反应,如有水参加,水的浓度也不必写在平衡关系式中。

如:

下列可逆反应的浓度平衡常数的数学表达式

CaCO3(s)

CaO(s)+CO2(g)Kc=[CO2]

CO2(g)+H2(g)

CO(g)+H2O(g)Kc=[CO][H2O]/([CO2][H2]

Cr2O72-+H2O

2CrO42-+2H+Kc=[CrO42-]2[H+]2/[Cr2O72-]

2.平衡常数K的性质和意义

①.平衡常数K与温度有关,与浓度和压强无关。

②.平衡常数K的大小,可推断反应进行的程度。

K越大,表示反应进行的程度越大,反应物的转化率越大;K越小,表示反应进行的程度越小,反应物的转化率越小。

一般来说,反应的平衡常数K≥105认为正反应进行得较完全;K≤10-5认为这个反应的正反应很难进行(逆反应较完全)

③.平衡常数表达式表明在一定温度条件下达成平衡的条件。

在某温度下,某时刻反应是否达平衡,可用该时刻产物的浓度商Qc与Kc比较大小来判断。

当Qc>kc,υ(正)<υ(逆),未达平衡,反应逆向进行;

当Qcυ(逆),未达平衡,反应正向进行;

当Qc=kc,υ(正)=υ(逆),达到平衡,平衡不移动。

④平衡常数数值的大小,只能大致告诉我们一个可逆反应的正向反应所进行的最大程度,并不能预示反应达到平衡所需要的时间。

如2SO2(g)+O2

2SO3(g)298K时Kp=3.6×1024很大,但由于速度太慢,常温时,几乎不发生反应。

例5:

已知可逆反应CO+H2O(g)

CO2+H2,达到平衡时。

(1)830K时,若起始时:

c(CO)=2mol/L,c(H2O)=3mol/L,平衡时CO的转化率为60%,水蒸气的转化率为________;K值为________。

(2)830K,若只将起始时c(H2O)改为6mol/L,则水蒸气的转化率为______。

(3)若830K时,起始浓度c(CO)=amol/L,c(H2O)=bmol/L,H2的平衡浓度

c(H2)=cmol/L,①a、b、c之间的关系式是____________________;

②当a=b时,a=_____c。

解析

(1)CO+H2O(g)

CO2+H2

起始浓度(单位均为mol/L)2300

转化浓度1.21.21.21.2

平衡浓度0.81.81.21.2

K=

(2)设CO的转化浓度为xCO+H2O(g)

CO2+H2

起始浓度(单位均为mol/L)2600

转化浓度xxxx

平衡浓度2–x6–xxx

K=

,x=1.5mol/L

(3)CO+H2O(g)

CO2+H2

起始浓度(单位均为mol/L)ab00

转化浓度cccc

平衡浓度a–cb–ccc

,②a=b,则a=2c

3.根据平衡常数进行的有关计算

3.平衡常数的组合(多重平衡规则):

如果某个反应可以表示为两个或多个反应的总和,则总反应的平衡常数等于各分步反应平衡常数之积。

例6:

已知

(1)2H2O(g)

2H2(g)+O2(g)K1,

(2)2CO2(g)

2CO(g)+O2K2

试求:

(3)CO2(g)+H2(g)

CO(g)+H2O(g)K3

(4)CO(g)+H2O(g)

CO2(g)+H2(g)K4的平衡常数K3和K4

解析:

规律如下:

“方程式倒写,K倒数;方程式相加,K相乘;方程式×n倍,K则n次方”。

答案为

4.Kc与Kp的关系

对于反应:

mA(g)+nB(g)

pC(g)+qD(g)若(p+q)-(m+n)=△n

 

五、化学反应条件的优化(合成氨工业)

条件

提高平衡

转化率

提高化学反应速率

其它因素

适宜条件

温度

低温有利

高温有利

催化剂活性

反应温度在700K左右

压强

加压有利

加压有利

反应器材质要求

一般为20MPa~50MPa

浓度

原料气压缩并循环使用

及时将氨气移走

N2:

H2的分压为1:

2.8投料比,循环使用N2H2,迅速冷却,氨气液化移走

催化剂

防止催化剂中毒

研制优良的催化剂

催化剂对H2的吸附能力强于N2

以铁为主体的多成分催化剂

 

 

高三化学一轮复习:

化学速率和平衡图像强化专练一

1.可逆反应2SO2(g)+O2(g)

2SO3(g);△H<0在一定条件下达到平衡状态,时间为t1时改变条件。

化学反应速率与反应时间关系如图。

下列说法正确的是

A.维持温度、反应体系体积不变,t1时充入SO3(g)

B.维持压强不变,t1时升高反应体系温度

C.维持温度不变,t1时扩大反应体系体积

D.维持温度、压强不变,t1时充入SO3(g)

2.已知可逆反应:

aA+bB

cC,物质的质量分数A%和C%随温度的变化曲线如右下图所示,下列说法正确的是

A.该反应在T1、T3温度时达到化学平衡

B.该反应在T2温度时达到化学平衡

C.该反应的逆反应是吸热反应

D.升高温度,平衡向正反应方向移动

3.等质量的铁与过量的盐酸在不同的试验条件下进行反应,测定在不同时间t产生氢气体积v的数据,根据数据绘制得到图1,则曲线a、b、c、d所对应的试验组别可能是

组别

c(HCl)(mol·L-1)

温度(℃)

状态

1

2.0

25

块状

2

2.5

30

块状

3

2.5

50

块状

4

2.5

30

粉末状

A.4-3-2-1B.1-2-3-4C.3-4-2-1D.1-2-4-3

4、在容积不变的密闭容器中存在如下反应:

2SO2(g)+O2(g)

2SO3(g);△H=-QkJ/mol(Q>0),

某研究小组研究了其他条件不变时,改变某一条件对上述反应的影响,下列分析正确的是

IIIIII

A.图I研究的是t0时刻增大O2的浓度对反应速率的影响

B.图II研究的是t0时刻加入催化剂后对反应速率的影响

C.图III研究的是催化剂对平衡的影响,且甲的催化效率比乙高

D.图III研究的是温度对化学平衡的影响,且乙的温度较低

5、在如图所示的三个容积相同的容器①②③中进行如下反应:

3A(g)+B(g)

2C(g)ΔH<0若起始温度相同,分别向三个容器中通入3molA和1molB,则达到平衡时各容器中C物质的体积分数由大到小的顺序为()

A.③②①B.③①②C.①②③D.②①③

6、如图所示,甲、乙之间的隔板K可以左右移动,甲中充入2molA和1molB,乙中充入2molC和1molHe,此时K停在0处。

在一定条件下发生可逆反应:

2A(g)+B(g)

2C(g),反应达到平衡后,恢复到反应发生前时的温度。

下列有关说法不正确的是()

 

A.根据隔板K滑动与否可判断左右两边的反应是否达到平衡

B.达到平衡后,隔板K最终停留在左侧刻度0~2之间

C.到达平衡时,甲容器中C的物质的量大于乙容器中C的物质的量

D.若平衡时K停留在左侧1处,则活塞仍停留在右侧6处

7、下图表示反应A(气)+B(气)

nC(气);△H

下列有关叙述正确的是

A.反应由逆反应开始

B.a表示有催化剂,b表示无催化剂

C.若n=2,其它条件相同,a比b的压强大

D.若其它条件相同,a比b的温度高

8、向一容积为1L的密闭容器中加入一定量的X、Y,发生化学反应aX(g)+2Y(s)

bZ(g);△H<0。

右图是容器中X、Z的物质的量浓度随时间变化的曲线。

下列说法正确的是(  )

A.用X表示0~10min内反应平均速率为0.025mol/(L·min)

B.根据上图可求得方程式中a:

b=2:

1

C.0~10min容器内气体的压强逐渐增大

D.第13min时曲线变化的原因可能是增加了Z的量

9.已知:

4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(g)△H=-1025kJ/mol该反应是一个可逆反应。

若反应物起始物质的量相同,下列关于该反应的示意图不正确的是

10.右图是M、N两种物质的溶解度曲线,在t2℃时往盛有100g水的烧杯中先后加入

gM和

gN(两种物质溶解时互不影响,且溶质仍是M、N),充分搅拌,将混合物的温度降低到t1℃,下列说法正确的是

A.t1℃时,M、N的溶解度相等,得到M、N的饱和溶液

B.t2℃时,得到M的饱和溶液、N的不饱和溶液

C.t2℃时,M、N的物质的量浓度一定相等

D.t1℃时,M、N的溶质质量分数一定相等

11.在恒压密闭容器M(如图Ⅰ)和恒容密闭容器N(如图Ⅱ)中,分别加入amolA和amolB,起始时两容器体积均为VL,发生如下反应并达到化学平衡状态:

2A(?

)+B(?

)xC(g)ΔH<0

平衡时M中A、B、C的物质的量之比为1∶3∶4。

下列判断正确的是

A.x=4B.若N中气体的密度如图Ⅲ所示,则A、B有一种是气态

C.若A为气体,B为非气体,则平衡时M、N中C的物质的量相等

D.若A、B均为气体,平衡时M中A的转化率小于N中A的转化率

12.(四川卷)在密闭容器中进行如下反应:

H2(g)+I2(g)2HI(g),在温度T1和T2时,产物的量与反应时间的关系如下图所示.符合图示的正确判断是

A.T1>T2,ΔH>0B.T1>T2,ΔH<0

C.T1<T2,ΔH>0D.T1<T2,ΔH<0

 

13.(共5分)

在密闭容器中投入一定量的A和B发生反应:

mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)。

(1)若开始时加入A物质mmol,欲使A与B的转化率相等,则加入B物质_______mol。

(2)相同的压强下,充入一定量的A、B后,在不同温度下C的百分

含量与时间的关系如图3所示。

则T1(填“>”、“<”或“=”)________T2,

该反应的正反应的△H(填“>”、“<”或“=”)_________0。

(3)一定条件下,从正反应开始达到化学平衡过程中,混合气体的平均

相对分子质量随时间的变化如图4所示,测得达到平衡时A、B、C、

D的物质的量均为1mol。

①若在恒温恒容的条件下,向该平衡体系中再通入A、B、C、D

1mol,则体系中气体的平均相对分子质量(填“增大”、“减小”、

“不变”或“无法确定”)。

②若恒温恒压的条件下,向原平衡体系中再通入A、B、C、D各1mol,

则体系中气体的密度(填“增大”、“减小”、“不变”或“无法确定”)。

1.D2.BC3.AC4、B5、A6、D7、D8、AC9.C10.D11.BC12.D

13.(共5分,每空1分)

(1)n

(2)>>(3)①增大②不变

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