高中化学17平衡移动和图像问题.docx
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高中化学17平衡移动和图像问题
一、运用勒夏特列原理解释实际问题
1.勒夏特列原理
如果改变影响平衡的一个条件(如浓度、温度或压强等)时,平衡就能向减弱这种改变的方向移动。
2.几个问题:
(1)气体在水中的溶解度随着温度的升高而降低,压强的增大而增大,为什么?
(2)为什么用饱和食盐水除去氯气中的HCl气体?
【答案】
(1)存在溶解平衡,例:
CO2(g)
CO2(aq)+Q,升高温度,平衡向生成气体二氧化碳的方向移动,所以升高温度,气体的溶解度减小;增大压强,平衡向溶解的方向移动,所以加压,气体的溶解度变大。
(2)氯气溶于水,存在可逆反应Cl2+H2O
HCl+HClO,利用饱和食盐水,首先HCl极易溶于水,而在饱和食盐水中,氯离子的含量较大,使得上述平衡逆向移动,减少了氯气的损失。
【练一练】
1.下列事实不能用勒夏特列原理解释的是()
A.饱和食盐水法收集Cl2
B.温度控制在500℃有利于合成氨反应
C.加入催化剂有利于氨的合成
D.工业制取金属钾Na(l)+KCl(l)
NaCl(l)+K(g)选取适宜的温度,使K成蒸气从反应混合物中分离出来
【答案】C
2.下列有关合成氨工业的叙述,可用勒沙特列原理来解释的是()
A.使用铁触媒,使N2和H2的混合气体有利于合成氨
B.高压比常压条件更有利于合成氨的反应
C.500℃左右比室温更有利于合成氨的反应
D.合成氨时采用循环操作,可提高原料的利用率
【答案】B
二、应用勒沙特列原理讨论平衡移动影响因素及方向
1.浓度
其他条件不变的条件下,增大反应物的浓度或减小生成物的浓度,平衡向__________方向移动。
反之依然。
注意点:
增加或减少固态物质(或液态纯物质)不能使平衡发生移动。
2.温度
升高温度,平衡向__________方向移动;降低温度,平衡向___________方向移动
注意点:
对任何一个平衡体系,温度改变都会使平衡发生移动。
3.压强
在含有气态物质的平衡体系里,增大压强,平衡向着__________的反应方向移动;
降低压强,平衡向着__________的反应方向移动。
注意点:
①因压强的影响实质是浓度的影响,所以只有当这些“改变”能造成浓度改变时,平衡才有可能移动。
②对反应前后气体体积不变的平衡体系,压强改变________使平衡态发生移动。
③恒温恒容下,向容器中充入惰性气体,平衡______________。
因压强虽增加,但各反应物和生成物的浓度都不改变。
④恒温恒压下,向容器中充入惰性气体,平衡会向_______________的反应方向移动。
因容器体积要增加,各反应物和生成物的浓度都降低引起平衡移动。
4.催化剂
可以极大程度地改变反应的速率,缩短(或延缓)到达平衡所需的时间,因催化剂能同等程度改变正逆反应速率,故对平衡状态不影响,即使用催化剂不能改变可逆反应所能达到的最大限度,不能提高反应转化率,不能改变原有平衡的各组份含量。
答案正反应吸热反应放热反应气体体积缩小气体体积增大不会不发生移动气体体积增大
三、常见的几种平衡图像反应mA(气)+nB(气)
pC(气)+qD(气)+Q
1.速率-时间图
①增大反应物浓度②升高温度
③增大压强(m+n<p+q)④加催化剂
2.转化率-时间图
3.含量-时间图
4.转化率-温度-压强图
5.含量-温度-压强图
【练一练】
1.同压、不同温度下的反应:
A(g)+B(g)
C(g);A的含量和温度的关系如图3所示,下列结论正确的是()
A.T1>T2,Q<0B.T1<T2,Q<0
C.T1>T2,Q>0D.T1<T2,Q>0
【答案】C
2.现有可逆反应A(g)+2B(g)
nC(g);Q>0,在相同温度、不同压强时,A的转化率跟反应时间(t)的关系如图4,其中结论正确的是()
A.p1>p2,n>3B.p1<p2,n>3
C.p1<p2,n<3D.p1>p2,n=3
【答案】B
例题解析
知识点1:
极端假设
【例1】(双选)在密闭容器中进行X(g)+3Y(g)
2Z(g)的反应,其中X、Y、Z的起始浓度分别是0.1mol/L、0.3mol/L和0.2mol/L,当反应达到平衡后,各物质的浓度可能是()
A.[X]=0.2mol/L,[Y]=0.6mol/LB.[Y]=0.5mol/L
C.[X]=0.2mol/L,[Z]=0.4mol/LD.[Z]=0.4mol/L
【难度】★★
【答案】AB
变式1:
在密闭容器中进行反应:
X2(g)+Y2(g)
2Z(g),已知X2、Y2、Z的起始浓度分别为0.1mol·L-1、0.3mol·L-1、0.2mol·L-1,在一定条件下,当反应达到平衡时,各物质的浓度有可能是()
A.Z为0.3mol·L-1B.Y2为0.4mol·L-1
C.X2为0.2mol·L-1D.Z为0.4mol·L-1
【难度】★★【答案】A
变式2:
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0.1mol·L-1、0.3mol·L-1、0.08mol·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0mol·L-1 【难度】★★【答案】D 【方法提炼】极端假设法确定各物质浓度范围 根据极端假设法判断,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,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)0.10.30.2 改变浓度(mol·L-1)0.10.10.2 终态浓度(mol·L-1)00.20.4 假设反应逆向进行到底: X2(g)+Y2(g) 2Z(g) 起始浓度(mol·L-1)0.10.30.2 改变浓度(mol·L-1)0.10.10.2 终态浓度(mol·L-1)0.20.40 平衡体系中各物质的浓度范围为X2∈(0,0.2),Y2∈(0.2,0.4),Z∈(0,0.4)。 知识点2: 平衡移动问题 【例2】可逆反应: 3A(气) 3B(? )+C(? );开始向容器中冲入A,随着反应的进行,气体平均相对分子质量变小,则下列判断正确的是() A.B和C可能都是固体B.B和C一定都是气体 C.B和C不可能都是气体D.若C为固体,则B一定是气体 【难度】★★★ 【答案】D 变式1: 在一定条件下,合成氨反应到达平衡状态,此时,再进行如下操作,平衡不发生移动的是() A.恒温、恒压时,充入NH3B.恒温、恒容时,充入N2 C.恒温、恒压时,充入HeD.恒温、恒容时,充入He 【难度】★★【答案】D 变式2: 在带活塞的圆筒内装入NO2气体,慢慢压缩,下列叙述正确的是() A.体积减半,压强为原来的2倍 B.体积减半,压强比原来大2倍 C.体积减半,压强增大,但小于原来的2倍 D.体积减半,达到平衡后,则有一半NO2 【难度】★★【答案】C 【方法提炼】解析化学平衡移动题目的一般思路 知识点3: 图像问题 【例1】A(g)+3B(g) 2C(g)+Q(Q>0)达到平衡,改变下列条件,正反应速率始终增大,直达到新平衡的是() A.升温B.加压C.增大c(A) D.降低c(C)E.降低c(A) 【难度】★★【答案】A 变式1: 对达到平衡状态的可逆反应X+Y Z+W,在其他条件不变的情况下,增大压强,反应速率变化图象如图1所示,则图象中关于X、Y、Z、W四种物质的聚集状态为() A.Z、W均为气体,X、Y中有一种是气体 B.Z、W中有一种是气体,X、Y皆非气体 C.X、Y、Z、W皆非气体 D.X、Y均为气体,Z、W中有一种为气体 【难度】★★★ 【答案】A 变式2: (双选)对于反应2A(g)+B(g) 2C(g);Q>0,下列图象正确的是() 【难度】★★★【答案】AD 【方法提炼】解图像题之前一定要摸清楚图像所给的横纵坐标。 解题之前一定要理解平衡移动的本质。 知识点4: 综合题 【例1】1200℃时可用反应2BBr3(g)+3H2(g) 2B(s)+6HBr(g)来制取晶体硼。 完成下列填空: (1)下列说法能说明该反应达到平衡的是______(选填序号,下同)。 a.v正(BBr3)=3v逆(HBr)b.2c(H2)=c(HBr) c.密闭容器内压强不再变化d.容器内气体平均摩尔质量不再变化 (2)若密闭容器体积不变,升高温度,晶体硼的质量增加,下列说法正确的是_________。 a.在平衡移动时正反应速率先增大后减小b.在平衡移动时逆反应速率始终增大 c.正反应为放热反应d.达到新平衡后反应物不再转化为生成物 0 起始时n(H2)/mol 平衡时 HBr% a b c (3)若上述反应在10L的密闭容器内反应, 5min后,气体总质量减少1.1g,则该时间段内氢气的平均反应速率为__________________。 (4)往容器中充入0.2molBBr3和一定量H2,充分反应达到平衡后,混合气体中HBr百分含量与起始通入H2的物质的量有如图关系。 在a、b、c三点中,H2的转化率最高的是_______(选填字母)。 b点达到平衡后,再充入H2使平衡到达c点,此过程中平衡移动的方向为__________(填“正向”、“逆向”或“不移动”)。 【难度】★★★ 【答案】 (1)cd (2)ab(3)0.003mol/(L·min)(4)a,正向 变式1: 工业上高纯硅可以通过下列反应制取: SiCl4(g)+2H2(g) Si(s)+4HCl(g)-236kJ 完成下列填空: (1)在一定温度下进行上述反应,若反应容器的容积为2L,H2的平均反应速率为 0.1mol/(L·min),3min后达到平衡,此时获得固体的质量___________g。 (2)该反应的平衡常数表达式K=__________________。 可以通过_______使K增大。 (3)一定条件下,在密闭恒容容器中,能表示上述反应一定达到化学平衡状态的是___________。 a. 2v逆(SiCl4)=v正(H2) b.断开4molSi-Cl键的同时,生成4molH-Cl键 c.混合气体密度保持不变 d.c(SiCl4): c(H2): c(HCl )=1: 2: 4 (4)若反应过程如右图所示,纵坐标表示氢气、氯化氢的物质的量(mol),横坐标表示时间(min),若整个反应过程没有加入或提取各物质,则第1.5分钟改变的条件是______,第3分钟改变的条件是_______________,各平衡态中氢气转化率最小的时间段是_____________。 【难度】★★★【答案】 (1)8.4 (2)K=c(HCl)4/c(SiCl4)·c(H2)2,升温。 (3)ac (4)减压,升温(且加催化剂),1——1.5分钟 变式2: 已知反应: 3I-(aq)+S2O82-(aq) I3-(aq)+2SO42-(aq)+Q (1)写出反应的平衡常数表达式: K=______________。 (2)右图表示反应过程中有关物质的能量, 则反应过程中的Q_______0(填>、<、=); (I)、(II)两曲线中,使用催化剂的是______曲线。 (3)反应的速率可以用I3-与加入的淀粉溶液反应显 蓝色的时间t来度量,t越小,反应速率越大。 下表是在20℃进行实验时所记录的数据 实验编号 ① ② ③ ④ ⑤ c(I-)/mol·L-1 0.040 0.080 0.080 0 .160 0.160 c(S2O82-)/mol·L-1 0.040 0.040 0.080 0.080 0.040 t/s 88 44 22 11 t1 从表中数据分析,该实验的目的是________________________________________________; 表中显色时间t1=________s;最终得出的结论是____________________________________。 【难度】★★★ 【答案】 (1) (2)>;(II) (3)研究I-、S2O82-浓度对反应速率的影响;22 反应速率与反应物浓度乘积成正比 【方法提炼】此类题较综合,涉及到的化学反应速率和化学平衡各方面的知识。 这方面的知识重在理解才能以不变应万变。 1.下列实验不能用勒沙特列原理解释的是() A.工业生产硫酸的过程中使用过量氧气,以提高SO2的转化率 B.合成氨工厂通常采用20MPa-50MPa压强,以提高原料的利用率 C.实验室用排饱和食盐水的方法收集氯气 D.在铁和硫酸反应液中加入少量硫酸铜溶液,反应明显加快 【难度】★【答案】B 2.对于是CO2(g)+C(s) 2CO(g)+Q,下列各条件变化时两项均能使平衡向右移动的() A.加压升温B.加压降温C.减压降温D.减压升温 【难度】★★【答案】C 3.(双选)一定温度下,在一恒容的密闭容器中,可逆反应有2NO2(g) N2O4(正反应为放热)达到平衡时,升高温度,发生的平衡移动对容器中混合气体的正确影响是() A.混合气体的压强增大B.混合气体颜变浅的 C.混合气体的密度变小D.混合气体的总质量不变 【难度】★★★ 【答案】AD 4.下列反应达到平衡后,增大压强或升高温度,平衡都向正反应方向移动的是() A.2NO2 N2O4(正反应放热反应) B.3O2 2O3(正反应为吸热反应) C.H2(g)+I2(g) 2HI(g)(正反应为放热反应) D.NH4HCO3(s) NH3+H2O+CO2(正反应为吸热反应) 【难度】★★【答案】B 5.某温度下,反应S2Cl2(液)+Cl2(气)→2SCl2(液),该反应放热,在密闭容器中达到平衡, (橙黄色)(鲜红色) 下列说法错误的是() A.温度不变,增大容器的体积,S2Cl2的转化率降低 B.温度不变,缩小容器的体积,液体颜色加深 C.压强不变,升高温度,液体的颜色变浅 D.体积不变,降低温度,氯气的转化率降低 【难度】★★【答案】D 6.压强变化不会使下列化学反应的平衡发生移动的是() A.H2(g)+I2(g) 2HI(g) B.3H2(g)+N2(g) 2NH3(g) C.2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)D.C(s)+CO2(g) 2CO(g) 【难度】★【答案】A 7.改变化学平衡体系中的一个条件后,某一生成物的浓度增大,则该平衡() A.一定没有移动B.一定向正方向移动 C.一定向逆方向移动D.无法确定 【难度】★★【答案】D 8.对已建立化学平衡的某可逆反应,当改变条件使化学平衡向正反应方向移动时,下列有关叙述正确的是() ①生成物的百分含量一定增加②生成物的产量一定增加 ③反应物的转化率一定增大④反应物的浓度一定降低 ⑤正反应速率一定大于逆反应速率⑥使用了适宜的催化剂 A.②⑤B.①②C.③⑤D.④⑥ 【难度】★★【答案】A 9.合成氨所需的氢气可用煤和水作原料经多步反应制得,其中的一步反应为 CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)+Q 反应达到平衡后,为提高CO的转化率,下列措施中正确的是() A.增加压强B.降低温度 C.增大CO的浓度D.使用催化剂 【难度】★★【答案】B 10.COCl2(g) CO(g)+Cl2(g)-Q,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加催化剂⑥恒压通入惰性气体,能提高COCl2转化率的是() A.①②④B.①④⑥C.②③⑤D.③⑤⑥ 【难度】★★【答案】B 11.反应速率v和反应物浓度的关系是用实验方法测定的。 化学反应H2+Cl2→2HCl的反应速率v可表示为v=k[c(H2)]m[c(Cl2)]n,式中k为常数,m、n值可用下表中数据确定之。 c(H2)(mol/L) c(Cl2)(mol/L) v[mol/(L·s)] 1.0 1.0 1.0k 2.0 1.0 2.0k 2.0 4.0 4.0k 由此可推得,m、n值正确的是() A.m=1、n=1B.m= 、n= C.m= 、n=1D.m=1、n= 【难度】★★★【答案】D 【解析】分析表格中数据,当c(Cl2)不变时,c(H2)增大2倍,v也增大2倍,m=1;当c(H2)不变时,c(Cl2)增大4倍,v只增大2倍,n= 对于可逆反应: A2(g)+3B2(g) 2AB3(g)Q>0,下列图象中正确的是() 【难度】★★【答案】A 12. (双选)反应: L(固)+aG(气) bR(气)达到平衡时,温度和压强对该反应的影响图所示: 图中: 压强p1>p2,x轴表示温度,y轴表示平衡混合气中G的体积分数。 据此可判断() A.上述反应是放热反应B.上述反应是吸热反应 C.a>bD.a<b 【难度】★★★【答案】BD 13.在一定温度不同压强(P1<P2)下,可逆反应2X(g) 2Y(g)+Z(g)中,生成物Z在反应混合物中的体积分数(ψ)与反应时间(t)的关系有以下图示,正确的是() 【难度】★★【答案】B 14. 在 反应中,达到平衡后,的质量分数D%随温度、压强的变化曲线如下图所示正确的结论是() A.正反应放热,且 B.正反应放热,且 C.正反应吸热,且 D.正反应吸热,且 【难度】★★【答案】B 15.将3molO2加入到V升的反应器中,在高温下放电,经t1s建立了平衡体系: 3O2 2O3,此时测知O2的转化率为30%,下列图象能正确表示气体的物质的量浓度(m)跟时间(t)的关系的是() 【难度】★★【答案】C 16.一定条件下的密闭容器中有如下反应: 4NH3(g)+5O2(g) 4NO(g)+6H2O(g)+905.9kJ·mol-1,下列叙述正确的是() A.4molNH3和5molO2反应,达到平衡时放出热量为905.9kJ B.平衡时v正(O2)= v逆(NO) C.平衡后减小压强,混合气体平均摩尔质量增大 D.平衡后升高温度,混合气体中NO含量降低 【难度】★★★【答案】D 【解析】A项,由于该反应是可逆反应,故达到平衡时反应物不能全部转化为生成物,放出热量小于905.9kJ,不正确;B项,反应速率之比等于反应方程式前的计量数之比,所以平衡时的正逆反应速率关系应为v正(O2)= v逆(NO),故不正确;C项,减小压强,化学平衡向正反应方向移动,气体总质量不变,而气体总的物质的量增大,则平均摩尔质量减小,不正确;D项,正反应是放热反应,升温,化学平衡逆向移动,NO含量降低,正确。 17. 反应N2O4(g) 2NO2(g)-57kJ·mol-1,在温度为T1、T2时,平衡体系中NO2的体积分数随压强的变化曲线如图所示。 下列说法正确的是() A.a、c两点的反应速率: a>c B.a、c两点气体的颜色: a深,c浅 C.由状态b到状态a,可以用加热的方法 D.a、c两点气体的平均相对分子质量: a>c 【难度】★★★【答案】C 【解析】c点压强大于a点压强,故反应速率a 18.某温度下,在一个2L的密闭容器中加入4molA和2molB进行如下反应: 3A(g)+2B(g) 4C(s)+D(g),反应2min后达到平衡,测得生成1.6molC,下列说法正确的是 () A.前2minD的平均反应速率为0.2mol·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,平衡不移动,化学平衡常数不变 D.增加B,平衡向右移动,B的平衡转化率增大 【难度】★★★【答案】B 19.在相同温度下,将H2和N2两种气体按不同比例通入相同的恒容密闭容器中,发生反应: 3H2+N2 2NH3。 表示起始时H2和N2的物质的量之比,且起始时H2和N2的物质的量之和相等。 下列图像正确的是() 【难度】★★★【答案】D 【解析】A中,随着 的增大,氢气含量增多,氢气的平衡转化率降低,A错误;随着 的增大,氢气含量增多,混合气体的质量减小,B错误;随着 的增大,氢气含量增多,氮气的平衡转化率增大,C错误;随着 的增大,氢气含量增多,混合气体的质量减小,则混合气体的密度减小,D正确。 20. 图2表示800℃时A、B、C三种气体物质的浓度随时间的变化情况,t1是到达平衡状态的时间.试回答: (1)该反应的反应物是______; (2)反应物的转化率是______; (3)该反应的化学方程式为_______________________________. 【难度】★ 【答案】 (1)A (2)40%(3)2A B+3C 21.对于A+2B(g) nC(g),在一定条件下达到平衡后,改变下列条件,请回答: (1)A量的增减,平衡不移动,则A为__________态。 (2)增压,平衡不移动,当n=2时,A为________态;当n=3时,A为________态。 (3)若A为固态,增大压强,C的组分含量增大,n=________。 (4)升温,平衡向右移动,则该反应的逆反应为___________热反应。 【难度】★★【答案】固固或液气1放 22.某温度下,在密闭容器中SO2、O2、SO3三种气态物质建立化学平衡后,改变条件对反应[2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)+Q]的正、逆反应速率的影响如图所示: (1)加催化剂对反应速率影响的图像是________(填序号,下同),平衡________移动。 (2)升高温度对反应速率
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