高中化学等效平衡9.docx
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高中化学等效平衡9.docx
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高中化学等效平衡9
化学等效平衡解题技巧
一、概念
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,在达到化学平衡状态时,任何相同组分的含量(体积分数、物质的量分数等)均相同,这样的化学平衡互称等效平衡(包括“相同的平衡状态”)。
概念的理解:
(1)外界条件相同:
通常可以是①恒温、恒容,②恒温、恒压。
(2)“等效平衡”与“完全相同的平衡状态”不同:
“完全相同的平衡状态”是指在达到平衡状态时,任何组分的物质的量分数(或体积分数)对应相等,并且反应的速率等也相同,但各组分的物质的量、浓度可能不同。
而“等效平衡”只要求平衡混合物中各组分的物质的量分数(或体积分数)对应相同,反应的速率、压强等可以不同。
(3)平衡状态只与始态有关,而与途径无关,(如:
①无论反应从正反应方向开始,还是从逆反应方向开始②投料是一次还是分成几次③反应容器经过扩大—缩小或缩小—扩大的过程,)只要起始浓度相当,就达到相同的平衡状态。
二、等效平衡的分类
在等效平衡中比较常见并且重要的类型主要有以下三种:
I类:
恒温恒容下对于反应前后气体体积发生变化的反应来说(即△V≠0的体系):
等价转化后,对应各物质起始投料的物质的量与原平衡起始态相同。
II类:
恒温恒容下对于反应前后气体体积没有变化的反应来说(即△V=0的体系):
等价转化后,只要反应物(或生成物)的物质的量的比例与原平衡起始态相同,两平衡等效。
III类:
恒温恒压下对于气体体系等效转化后,只要反应物(或生成物)的物质的量的比例与原平衡起始态相同,两平衡等效。
解题的关键,读题时注意勾画出这些条件,分清类别,用相应的方法求解。
我们常采用“等价转换”的方法,分析和解决等效平衡问题
三、例题解析
I类:
在恒温恒容下,对于化学反应前后气体体积发生变化的可逆反应,只改变起始加入物质的物质的量,如果通过可逆反应的化学计量数之比换算成化学方程式的同一边物质的物质的量与原平衡相同,则两平衡等效。
例1:
在一定温度下,把2molSO2和1molO2通入一定容积的密闭容器中,发生如下反应,
,当此反应进行到一定程度时反应混合物就处于化学平衡状态。
现在该容器中维持温度不变,令a、b、c分别代表初始时加入的
的物质的量(mol),如果a、b、c取不同的数值,它们必须满足一定的相互关系,才能保证达到平衡状态时,反应混合物中三种气体的百分含量仍跟上述平衡完全相同。
请填空:
(1)若a=0,b=0,则c=___________。
(2)若a=0.5,则b=___________,c=___________。
(3)a、b、c的取值必须满足的一般条件是___________,___________。
(请用两个方程式表示,其中一个只含a和c,另一个只含b和c)
II类:
在恒温恒容下,对于反应前后气体体积不变的可逆反应,只要反应物(或生成物)的物质的量之比与原平衡相同,则两平衡等效。
例2:
在一个固定容积的密闭容器中,保持一定的温度进行以下反应:
已知加入1molH2和2molBr2时,达到平衡后生成amolHBr(见下表已知项),在相同条件下,且保持平衡时各组分的体积分数不变,对下列编号①~③的状态,填写下表中的空白。
III类:
在恒温恒压下,改变起始时加入物质的物质的量,只要按化学计量数之比换算成化学方程式的同一边物质的物质的量之比与原平衡相同,达到平衡状态后与原平衡等效。
例3:
如图所示,在一定温度下,把2体积N2和6体积H2通入一个带有活塞的容积可变的容器中,活塞的一端与大气相通,容器中发生以下反应:
(正反应放热),若反应达到平衡后,测得混合气体的体积为7体积。
据此回答下列问题:
(1)保持上述反应温度不变,设a、b、c分别代表初始加入的N2、H2和NH3的体积,如果反应达到平衡后混合气体中各气体的体积分数仍与上述平衡相同,那么:
①若a=1,c=2,则b=_________。
在此情况下,反应起始时将向_________(填“正”或“逆”)反应方向进行。
②若需规定起始时反应向逆反应方向进行,则c的取值范围是_________。
(2)在上述装置中,若需控制平衡后混合气体为6.5体积,则可采取的措施是_________,原因是_________。
例4:
(一)恒温、恒压下,在一个容积可变的容器中发生如下反应:
(1)若开始时放入1molA和1molB,达到平衡后,生成amolC,这时A的物质的量为________mol。
(2)若开始时放入3molA和3molB,达到平衡后,生成C的物质的量为_________mol。
(3)若开始时放入xmolA、2molB和1molC,达到平衡后,A和C的物质的量分别为ymol和3amol,则x=________,y=________。
平衡时,B的物质的量________(填编号)。
(甲)大于2mol (乙)等于2mol (丙)小于2mol (丁)可能大于、等于或小于2mol
(4)若在(3)的平衡混合物中再加入3molC,待再次达到平衡后,C的物质的量分数是___________。
(二)若维持温度不变,在一个与
(一)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1molA和1molB到达平衡后生成bmolC。
将b与
(1)小题中的a进行比较__________(填编号)。
(甲)a>b(乙)a
作出此判断的理由是____________。
5.在一定条件下,反应A2(g)+B2(g)⇌2AB(g)达到平衡状态的标志是( )
A.单位时间内生成nmolA2的同时,生成nmol的AB
B.容器内的总压强不随时间而变化
C.单位时间内生成2nmolAB的同时,生成nmol的B2
D.单位时间内,生成nmolA2的同时,生成nmol的B2
6可以证明可逆反应N2+3H2⇌2NH3已达到平衡状态的是( )
①一个N≡N断裂的同时,有3个H-H键断裂;
②一个N≡N键断裂的同时,有6个N-H键断裂;
③其它条件不变时,混合气体平均相对分子质量不再改变;
④保持其它条件不变时,体系压强不再改变;
⑤NH3、N2、H2的体积分数都不再改变;
⑥恒温恒容时,混合气体的密度保持不变;
⑦正反应速率v(H2)=0.6mol/(L•min),逆反应速率v(NH3)=0.4mol/(L•min)
A.全部
B.①③④⑤
C.②③④⑤⑦D.③⑤⑥⑦
D.③⑤⑥⑦
7.在容积相同的A、B两个密闭容器中,分别充入2molSO2和1molO2,使它们在相同温度下发生反应2SO2+O2⇌2SO3,并达到平衡,在反应过程中,若A容器保持体积不变,B容器保持压强不变,当A中的SO2的转化率为25%时,则B容器中SO2的转化率应是( )
A.等于25%
B.大于25%
C.小于25%
D.等于12.5%
8.某温度下的定容密闭容器中,进行可逆反应:
A(s)+2B(g)⇌C(g)+D(g),当下列物理量不发生变化时:
①混合气体的密度
②容器内气体的压强
③混合气体的平均相对分子质量
④B的物质的量浓度
则能表明该反应一定已达到平衡状态的是( )
A.只有④
B.②③
C.②③④
D.①③④
9.在密闭容器中进行X2(g)+4Y2(g)⇌2Z2(g)+3Q2(g)的反应,其中X2、Y2、Z2、Q2的起始浓度分别为0.1mol/L、0.4mol/L、0.2mol/L、0.3mol/L,反应达到平衡,各物质的浓度不可能为( )
A.c(X2)=0.15mol/L
B.c(Y2)=0.7mol/L
C.c(Z2)=0.3mol/L
D.c(Q2)=0.6mol/L
10.某密闭容器中充入1molCO和2molH2O(g),当反应:
CO+H2O(g)⇌CO2+H2达到平衡时,CO的体积分数为X.若维持容器的体积和温度不变,起始物质按下列四种配比充入该容器中,达到平衡时CO的体积分数大于X的是( )
A.1molCO+3molH2O(g)
B.1molCO+1molH2O
C.2molCO+4molH2O(g)
D.1molH2O(g)+1molCO2+1molH2
11.反应N2+3H2⇌2NH3在恒温恒容密闭容器中进行,如果起始时c(N2)=4mol/L,C(H2)=8mol/L,经过5min反应达到平衡时有10%的N2转化,求:
(1)5min内NH3的平均反应速率是多少?
(2)平衡时NH3占总体积百分数是多少?
(3)平衡时和起始时的压强比为多少?
13.可用右侧示意图表示的是( )
反应
纵坐标
甲
乙
A
等质量钾、钠分别与水反应
H2质量
钠
钾
B
相同质量氨,在同一容器中2NH3⇌N2+3H2
氨气的转化率
400℃
500℃
C
体积比1:
1的CO、H2O,在恒压容器中,CO+H2O⇌CO2+H2
CO2的浓度
活性高的催化剂
活性一般的催化剂
D
2molO2与1molO2,在相同温度下
2SO2+O2⇌2SO3
SO3的物质的量
105Pa
2×105Pa
A.A
B.B
C.C
D.D
D.①③
14.已知4NH3+5O2═4NO+6H2O,反应速率分别用υ(NH3)、υ(O2)、υ(NO)υ(H2O)表示,下列关系正确的是( )
A.4
5
υ(O2)=υ(NO)
B.5
6
υ(O2)=υ(H2O)
C.2
3
υ(NH3)=υ(H2O)
D.4
5
υ(NH3)=υ(O2)
15.已知反应2CH3OH(g)⇌CH3OCH3(g)+H2O(g)某温度下的平衡常数为400.此温度下,在体积恒定的密闭容器中加入一定量的CH3OH,反应到某时刻测得各组分的浓度如下:
物质
CH3OH
CH3OCH3
H2O
浓度/mol•L-1
0.44
0.6
0.6
下列叙述中正确的是( )
A.该反应的平衡常数表达式为K=[c(CH3OCH3)×c(H2O)]/c(CH3OH)
B.此时正、逆反应速率的大小:
v正<v逆
C.若经10min后反应达到平衡,此时c(CH3OH)=0.04mol/L
D.0~10min内平均反应速率v(CH3OH)=1.6mol/(L•min)
16.在一固定容积的密闭容器中,保持一定温度,在一定条件下进行以下反应:
A(g)+2B(g)⇌3C(g),已知加入1molA和3molB且达到平衡后,生成了amolC.
(1)达到平衡时,C在反应混合气中的体积分数%(用含字母a的代数式表示).
(2)在相同实验条件下,若在同一容器中改为加入2molA和6molB,达到平衡后,C的物质的量为
mol(用含字母a的代数式表示),此时C在反应混合气中的体积分数与原平衡相比
(选填“增大”“减小”或“不变”).
(3)在相同实验条件下,若在同一容器中改为加入2molA和8molB,若要求平衡后C在反应混合气中体积分数仍与原平衡相同,则还应加入C
mol.
17.所有化学平衡都是一种动态平衡,下列说法中不正确的是( )
A.在合成氨的平衡体系中,一定存在N2、H2、NH3三种物质
B.BaSO4的沉淀溶解平衡中,不存在溶解的BaSO4分子
C.在醋酸溶液中,一定存在H+、OH-、CH3COO-、CH3COOH分子、H2O分子
D.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
18.工业上制备纯硅反应的热化学方程式如下:
SiCl4(g)+2H2(g)=Si(s)+4HCl(g);△H=+QkJ/mol(Q>0)某温度、压强下,将一定量反应物通入密闭容器进行以上反应(此条件下为可逆反应),下列叙述正确的是( )
A.反应过程中,若增大压强能提高SiCl4的转化率
B.若反应开始时SiCl4为1mol,则达平衡时,吸收热量为QkJ
C.反应至4min时,若HCl浓度为0.12mol/L,则H2的反应速率为0.03mol/(L•min)
D.当反应吸收热量为0.025QkJ时,生成的HCl通入100mL1mol/L的NaOH溶液恰好反应
课后练习
1.反应4NH3(g)+5O2(g)⇌4NO(g)+6H2O(g)在体积10L的密闭容器中进行,半分钟后,水蒸气的物质的量增加了0.45mol,则此反应的平均速率v(x)(反应物的消耗速率或产物的生成速率)可表示为( )
A.v(NH3)=0.010mol•L-1•s-1
B.v(O2)=0.0010mol•L-1•s-1
C.v(NO)=0.0010mol•L-1•s-1
D.v(H2O)=0.045mol•L-1•s-1
2.在固定体积的密闭容器中进行如下反应:
2SO2(g)+O2(g)⇌2SO3(g).已知反应过程某一时刻SO2,O2,SO3浓度(mol/L)分别为0.2,0.1,0.2,达到平衡时,浓度可能正确的是( )
A.SO2为0.4mol/L
B.SO2为0.25mol/L
C.O2为0.2mol/L
D.O2为0mol/L
3.将2molSO2和2molSO3气体混合于固定体积的密闭容器中,在一定条件下发生反应:
2SO2(g)+O2(g)⇌2SO3(g),平衡时,SO3为nmol,相同温度下,分别按下列配比在相同容积的密闭容器中放入起始物质,平衡时,SO3的物质的量大于nmol的是( )
A.2molSO2和1molO2
B.4molSO2和1moO2
C.2molSO2、1molO2和2molSO3
D.2molSO3
4.
(1)一定温度下,在2L的密闭容器中,发生反应:
2SO2(g)+O2(g)⇌2SO3(g)△H<0,n(O2)随时间的变化如下表:
时间/min
0
1
2
3
4
5
n(O2)/mol
0.20
0.16
0.13
0.11
0.10
0.10
①用SO2表示0~4min内该反应的平均速率为
②若升高温度,平衡常数K值
(填“变大”、“变小”或“不变”).
③下列有关反应的说法正确的是
(填序号)
A.反应在第4分钟时已达到平衡状态
B.保持容器体积不变,当混合气体的密度不变时,说明反应已达平衡状态
C.达平衡状态后,缩小容器的体积,正反应速率增大,逆反应速率变小
D.通入过量O2,SO2的转化率将增大
(2)在亚硫酸氢钠溶液中,既存在HSO3-的电离平衡:
HSO3-⇌H++SO32-,也存在HSO3-的水解平衡,
①其水解离子方程式为
②已知在0.1mol•L-1的NaHSO3溶液中有关微粒浓度由大到小的顺序为:
c(Na+)>c(HSO3-)>c(SO32-)>c(H2SO3).则该溶液中c(H+)
c(OH-)(填“<”“>”“=”)..
5.一定条件下反应2AB(g)⇌A2(g)+B2(g)达到平衡状态的标志是( )
A.单位时间内生成nmolA2,同时消耗2nmolAB
B.容器内,3种气体AB、A2、B2物质的量相等
C.在恒容容器中,容器内压强不再变化
D.容器中各组分的体积分数不随时间变化
6.在密闭容器中进行反应:
X2(g)+3Y2(g)⇌2Z2(g),若X2、Y2、Z2的初始浓度分别为0.1mol•L-1、0.3mol•L-1、0.2mol•L-1,当反应达到平衡后,各物质的浓度有可能是( )
①X2为0.2mol•L-1 ②Y2为0.1mol•L-1
③Z2为0.3mol•L-1 ④Y2为0.6mol•L-1.
A.①②
B.②③
C.③④
D.①④
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- 高中化学 等效 平衡