化学平衡移动K反应方向 解析.docx
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化学平衡移动K反应方向解析
考点二 化学平衡移动
1.化学平衡移动的过程
2.化学平衡移动与化学反应速率的关系
(1)v正>v逆:
平衡向正反应方向移动。
(2)v正=v逆:
反应达到平衡状态,不发生平衡移动。
(3)v正<v逆:
平衡向逆反应方向移动。
3.影响化学平衡的因素
(1)若其他条件不变,改变下列条件对化学平衡的影响如下:
改变的条件(其他条件不变)
化学平衡移动的方向
浓度
增大反应物浓度或减小生成物浓度
向正反应方向移动
减小反应物浓度或增大生成物浓度
向逆反应方向移动
压强(对有气体参加的反应)
反应前后气体体积改变
增大压强
向气体分子总数减小的方向移动
减小压强
向气体分子总数增大的方向移动
反应前后气体体积不变
改变压强
平衡不移动
温度
升高温度
向吸热反应方向移动
降低温度
向放热反应方向移动
催化剂
同等程度改变v正、v逆,平衡不移动
(2)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这种改变的方向移动。
(3)“惰性气体”对化学平衡的影响
①恒温恒容条件
原平衡体系
体系总压强增大―→体系中各组分的浓度不变―→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―→
1.(2019·桂林高三质检)COCl2(g)
CO(g)+Cl2(g) ΔH>0,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
3.在压强为0.1MPa、温度为300℃条件下,amolCO与3amolH2的混合气体在催化剂作用下发生反应生成甲醇:
CO(g)+2H2(g)
CH3OH(g) ΔH<0。
(1)平衡后将容器的容积压缩到原来的一半,其他条件不变,对平衡体系产生的影响是____(填字母)。
A.c(H2)减小B.正反应速率加快,逆反应速率减慢
C.反应物转化率增大D.重新平衡
减小
(2)若容器容积不变,下列措施可增大甲醇产率的是________(填字母)。
A.升高温度B.将CH3OH从体系中分离C.充入He,使体系总压强增大
4.在一密闭容器中,反应aA(g)+bB(s)
cC(g)+dD(g)达到平衡后,保持温度不变,将容器缩小为原来的一半,当达到新的平衡时,A的浓度是原来的1.6倍,则下列说法正确的是( )
A.平衡向逆反应方向移动B.a<c+d
C.物质A的转化率增大D.物质D的浓度减小
考点三 应用“等效平衡”判断平衡移动的结果
1.等效平衡的含义
在一定条件下(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,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。
2.等效平衡的判断方法
(1)恒温恒容条件下反应前后体积改变的反应:
极值等量即等效。
例如:
2SO2(g)+O2(g)
2SO3(g)
①2mol1mol0
②0 0 2mol
③0.5mol 0.25mol 1.5mol
④amolbmolcmol
上述①②③三种配比,按化学方程式的化学计量关系均转化为反应物,则SO2均为2mol,O2均为1mol,三者建立的平衡状态完全相同。
④中a、b、c三者的关系满足:
c+a=2,
+b=1,即与上述平衡等效。
(2)恒温恒压条件下反应前后体积改变的反应:
极值等比即等效。
例如:
2SO2(g)+O2(g)
2SO3(g)
①2mol3mol0
②1mol3.5mol 2mol
③amolbmolcmol
按化学方程式的化学计量关系均转化为反应物,则①②中
=
,故互为等效平衡。
③中a、b、c三者关系满足:
=
,即与①②平衡等效。
(3)恒温条件下反应前后体积不变的反应
判断方法:
无论是恒温恒容,还是恒温恒压,只要极值等比即等效,因为压强改变对该类反应的化学平衡无影响。
例如:
H2(g)+I2(g)
2HI(g)
①1mol1mol0
②2mol2mol1mol
③amolbmolcmol
①②两种情况下,n(H2)∶n(I2)=1∶1,故互为等效平衡。
③中a、b、c三者关系满足
∶
=1∶1或a∶b=1∶1,c≥0,即与①②平衡等效。
对于以下三个反应,从反应开始进行到达到平衡后,保持温度、体积不变,按要求回答下列问题。
(1)PCl5(g)
PCl3(g)+Cl2(g),再充入PCl5(g),平衡向________方向移动,达到平衡后,PCl5(g)的转化率________,PCl5(g)的百分含量______。
(2)2HI(g)
I2(g)+H2(g),再充入HI(g),平衡向________方向移动,达到平衡后,HI的分解率________,HI的百分含量________。
(3)2NO2(g)
N2O4(g),再充入NO2(g),平衡向________方向移动,达到平衡后,NO2(g)的转化率________,NO2(g)的百分含量________。
(1)正反应 减小 增大
(2)正反应 不变 不变(3)正反应 增大 减小
1.向一固定体积的密闭容器中通入amolN2O4气体,在密闭容器内发生反应:
N2O4(g)
2NO2(g),达到平衡时再通入amolN2O4气体,再次达到平衡时,与第一次达平衡时相比,N2O4的转化率( )
A.不变B.增大C.减小D.无法判断
2.已知H2(g)+I2(g)
2HI(g) ΔH<0,有相同容积的定容密闭容器甲和乙,甲中加入H2和I2各0.1mol,乙中加入HI0.2mol,在相同温度下分别达到平衡。
现欲使甲中HI平衡时的百分含量大于乙中HI平衡时的百分含量,则应采取的措施是( )
A.甲、乙提高相同温度B.甲中加入0.1molHe,乙中不变
C.甲降低温度,乙增大压强D.甲增加0.1molH2,乙增加0.1molH2
3.一定条件下存在反应:
CO(g)+H2O(g)
CO2(g)+H2(g)ΔH=-QkJ·mol-1(Q>0),现有三个相同的2L恒容绝热(与外界没有热量交换)密闭容器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ,在Ⅰ中充入1molCO和1molH2O,在Ⅱ中充入1molCO2和1molH2,在Ⅲ中充入2molCO和2molH2O,均在700℃条件下开始反应。
达到平衡时,上述三个过程对应的能量变化值分别为Q1、Q2、Q3,下列说法正确的是( )
A.2Q1=2Q2<Q3
B.容器Ⅰ中CO的百分含量比容器Ⅲ中CO的百分含量高
C.容器Ⅰ中反应的平衡常数比容器Ⅱ中反应的平衡常数小
D.容器Ⅰ中CO的转化率与容器Ⅱ中CO2的转化率之和等于1
考点一 化学平衡常数的概念及应用
1.概念
在一定温度下,当一个可逆反应达到化学平衡时,生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值是一个常数,用符号K表示。
2.表达式
对于反应mA(g)+nB(g)
pC(g)+qD(g),
K=
(固体和纯液体的浓度视为常数,通常不计入平衡常数表达式中)。
如
(1)C(s)+H2O(g)
CO(g)+H2(g)的平衡常数表达式K=
。
(2)Fe3+(aq)+3H2O(l)
Fe(OH)3(s)+3H+(aq)的平衡常数表达式K=
。
3.意义及影响因素
(1)K值越大,反应物的转化率越大,正反应进行的程度越大。
(2)K只受温度影响,与反应物或生成物的浓度变化无关。
(3)化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。
4.应用
(1)判断可逆反应进行的程度。
(2)判断反应是否达到平衡或向何方向进行。
对于化学反应aA(g)+bB(g)
cC(g)+dD(g)的任意状态,浓度商:
Q=
。
Q<K,反应向正反应方向进行Q=K,反应处于平衡状态;Q>K,反应向逆反应方向进行。
(3)判断反应的热效应:
若升高温度,K值增大,则正反应为吸热反应;若升高温度,K值减小,则正反应为放热反应。
1.在一定温度下,已知以下三个反应的平衡常数:
反应①:
CO(g)+CuO(s)
CO2(g)+Cu(s) K1
反应②:
H2(g)+CuO(s)
Cu(s)+H2O(g) K2
反应③:
CO(g)+H2O(g)
CO2(g)+H2(g) K3
(1)反应①的平衡常数表达式为____________。
(2)反应③的K3与K1、K2的关系是K3=_______________________________________。
2.在某温度下,N2+3H2
2NH3的平衡常数为K1,则该温度下,NH3
N2+
H2的平衡常数K3=____________________________________________________。
1.(2018·湖北黄冈调研)已知反应:
CH2==CHCH3(g)+Cl2(g)CH2==CHCH2Cl(g)+HCl(g)。
在一定压强下,按w=
向密闭容器中充入氯气与丙烯。
图甲表示平衡时,丙烯的体积分数(φ)与温度(T)、w的关系,图乙表示可逆反应的平衡常数与温度的关系。
则下列说法中错误的是( )
A.图甲中w2>1
B.图乙中,A线表示逆反应的平衡常数
C.温度为T1、w=2时,Cl2的转化率为50%
D.若在恒容绝热装置中进行上述反应,达到平衡时,装置内的气体压强增大
2.(2018·南宁二中质检)在容积为1.00L的容器中,通入一定量的N2O4,发生反应
N2O4(g)2NO2(g),随温度升高,混合气体的颜色变深。
回答下列问题:
(1)反应的ΔH________(填“大于”或“小于”)0;100℃时,体系中各物质浓度随时间变化如上图所示。
反应的平衡常数K1为________。
(2)100℃时达平衡后,改变反应温度为T,c(N2O4)以0.0020mol·L-1·s-1的平均速率降低,经10s又达到平衡。
T_______(填“大于”或“小于”)100℃,判断理由是_________________________。
3.将固体NH4I置于密闭容器中,在一定温度下发生下列反应:
①NH4I(s)NH3(g)+HI(g),②2HI(g)H2(g)+I2(g)。
达到平衡时:
c(H2)=0.5mol·L-1,c(HI)=4mol·L-1,则此温度下反应①的平衡常数为_____________________________________。
4.氢气是一种清洁能源。
可由CO和水蒸气反应制备,其能量变化如下图所示。
(1)该反应为可逆反应。
在800℃时,若CO的起始浓度为2.0mol·L-1,水蒸气的起始浓度为3.0mol·L-1,达到化学平衡状态后,测得CO2的浓度为1.2mol·L-1,则此反应的平衡常数为________,随着温度升高,该反应的化学平衡常数的变化趋势是________。
(2)某温度下,该反应的平衡常数为K=
。
该温度下在甲、乙、丙三个恒容密闭容器中投入H2O(g)和CO(g),其起始浓度如下表所示。
下列判断不正确的是________(填字母)。
起始浓度
甲
乙
丙
c(H2O)/mol·L-1
0.010
0.020
0.020
c(CO)/mol·L-1
0.010
0.010
0.020
A.反应开始时,丙中的反应速率最快,甲中的反应速率最慢
B.平衡时,甲中和丙中H2O的转化率均是25%
C.平衡时,丙中c(CO2)是甲中的2倍,是0.015mol·L-1
D.平衡时,乙中H2O的转化率大于25%
5.一定量的CO2与足量的C在恒压密闭容器中发生反应:
C(s)+CO2(g)2CO(g) ΔH=+173kJ·mol-1,若压强为pkPa,平衡时体系中气体体积分数与温度的关系如图所示,回答下列问题:
(1)650℃时CO2的平衡转化率为________。
(2)t1℃时平衡常数Kp=________(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数);该温度下达平衡后若再充入等物质的量的CO和CO2气体,则平衡________(填“正向”“逆向”或“不”)移动,原因是_________________________________________。
1c2答案
(1)大于 0.36
(2)大于 正反应吸热,反应向吸热方向进行,故温度升高
3.答案 204.答案
(1)1 减小
(2)CD5.
(1)25%
(2)0.5p 不 Qp=Kp
1.(2017·海南,11,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.(2016·四川理综,6)一定条件下,CH4与H2O(g)发生反应:
CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)。
设起始
=Z,在恒压下,平衡时CH4的体积分数φ(CH4)与Z和T(温度)的关系如图所示。
下列说法正确的是( )
A.该反应的焓变ΔH>0
B.图中Z的大小为a>3>b
C.图中X点对应的平衡混合物中
=3
D.温度不变时,图中X点对应的平衡在加压后φ(CH4)减小
3.[2017·全国卷Ⅲ,28(4)]298K时,将20mL3xmol·L-1Na3AsO3、20mL3xmol·L-1I2和20mLNaOH溶液混合,发生反应:
AsO
(aq)+I2(aq)+2OH-(aq)AsO
(aq)+2I-(aq)+H2O(l)。
溶液中c(AsO
)与反应时间(t)的关系如图所示。
①下列可判断反应达到平衡的是________(填标号)。
a.溶液的pH不再变化
b.v(I-)=2v(AsO
)
c.c(AsO
)/c(AsO
)不再变化
d.c(I-)=ymol·L-1
②tm时,v正________(填“大于”“小于”或“等于”)v逆。
③tm时v逆________(填“大于”“小于”或“等于”)tn时v逆,理由是____________。
④若平衡时溶液的pH=14,则该反应的平衡常数K为________。
4.[2017·全国卷Ⅰ,28(3)]H2S与CO2在高温下发生反应:
H2S(g)+CO2(g)
COS(g)+H2O(g)。
在610K时,将0.10molCO2与0.40molH2S充入2.5L的空钢瓶中,反应平衡后水的物质的量分数为0.02。
①H2S的平衡转化率α1=________%,反应平衡常数K=________。
②在620K重复实验,平衡后水的物质的量分数为0.03,H2S的转化率α2________α1,该反应的ΔH__________(填“>”“<”或“=”)0。
③向反应器中再分别充入下列气体,能使H2S转化率增大的是________(填标号)。
A.H2SB.CO2C.COSD.N2
5.[2018·全国卷Ⅰ,28
(2)(3)]采用N2O5为硝化剂是一种新型的绿色硝化技术,在含能材料、医药等工业中得到广泛应用。
回答下列问题:
(2)F.Daniels等曾利用测压法在刚性反应器中研究了25℃时N2O5(g)分解反应:
2N2O5(g)―→4NO2(g)+O2(g)
2N2O4(g)
其中NO2二聚为N2O4的反应可以迅速达到平衡。
体系的总压强p随时间t的变化如下表所示[t=∞时,N2O5(g)完全分解]:
t/min
0
40
80
160
260
1300
1700
∞
p/kPa
35.8
40.3
42.5
45.9
49.2
61.2
62.3
63.1
①已知:
2N2O5(g)===2N2O4(g)+O2(g) ΔH1=-4.4kJ·mol-1
2NO2(g)===N2O4(g) ΔH2=-55.3kJ·mol-1
则反应N2O5(g)===2NO2(g)+
O2(g)的ΔH=________kJ·mol-1。
②研究表明,N2O5(g)分解的反应速率v=2×10-3×
kPa·min-1。
t=62min时,测得体系中
=2.9kPa,则此时
=______kPa,v=______kPa·min-1。
③若提高反应温度至35℃,则N2O5(g)完全分解后体系压强p∞(35℃)________63.1kPa(填“大于”“等于”或“小于”),原因是________________________。
④25℃时N2O4(g)2NO2(g)反应的平衡常数Kp=________(Kp为以分压表示的平衡常数,计算结果保留1位小数)。
(3)对于反应2N2O5(g)―→4NO2(g)+O2(g),R.A.Ogg提出如下反应历程:
第一步 N2O5NO2+NO3 快速平衡
第二步 NO2+NO3―→NO+NO2+O2 慢反应
第三步 NO+NO3―→2NO2 快反应
其中可近似认为第二步反应不影响第一步的平衡。
下列表述正确的是______(填标号)。
A.v(第一步的逆反应)>v(第二步反应)B.反应的中间产物只有NO3
C.第二步中NO2与NO3的碰撞仅部分有效D.第三步反应活化能较高
1.D2.A3. ①ac ②大于 ③小于 tm时生成物浓度较低 ④
4. ①2.5 2.8×10-3 ②> > ③B
5.
(2)①+53.1 ②30.0 6.0×10-2 ③大于 温度升高,体积不变,总压强升高;NO2二聚为放热反应,温度升高,平衡左移,体系物质的量增加,总压强升高 ④13.4 (3)AC
考点三|化学反应进行的方向
1.自发过程
(1)含义:
在一定条件下,不需要借助于外力作用就能进行的过程。
(2)特点
(3)自发反应
在给定的条件下,无须外界帮助,一经引发即能自动进行的反应。
2.化学反应方向的判据
1.实验证明,多数能自发进行的反应都是放热反应。
对此说法理解正确的是( )
A.所有的放热反应都是自发进行的
B.所有的自发反应都是放热的
C.焓变是影响反应是否具有自发性的一种重要因素
D.焓变是决定反应是否具有自发性的唯一判据
2.下列过程属于熵增加的是( )
A.一定条件下,水由气态变成液态
B.高温、高压条件下使石墨转变成金刚石
C.将散落的火柴放入火柴盒
D.固态碘升华
3.已知:
(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)+NH3(g) ΔH=+74.9kJ·mol-1。
下列说法正确的是( )
A.该反应中熵变小于0,焓变大于0
B.该反应是吸热反应,因此一定不能自发进行
C.碳酸盐分解反应中熵增加,因此任何条件下所有碳酸盐分解一定自发进行
D.判断反应能否自发进行需要根据ΔH与ΔS综合考虑
4.灰锡结构松散,不能用于制造器皿,而白锡结构坚固,可以制造器皿。
现把白锡制成的器皿放在0℃、100kPa的室内存放,它会不会变成灰锡而不能再继续使用(已知在0℃、100kPa条件下白锡转化为灰锡反应的焓变和熵变分别为ΔH=-2.1809kJ·mol-1,ΔS=-6.6J·mol-1·K-1,当ΔH-TΔS<0时能自发反应)( )
A.会变 B.不会变
C.不能确定D.升高温度才会变
5.(2019课标Ⅰ,28,14分)水煤气变换[CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)]是重要的化工过程,主要用于合成氨、制氢以及合成气加工等工业领域中。
回答下列问题:
(1)Shibata曾做过下列实验:
①使纯H2缓慢地通过处于721℃下的过量氧化钴CoO(s),氧化钴部分被还原为金属钴Co(s),平衡后气体中H2的物质的量分数为0.0250。
②在同一温度下用CO还原CoO(s),平衡后气体中CO的物质的量分数为0.0192。
根据上述实验结果判断,还原CoO(s)为Co(s)的倾向是CO_________H2(填“大于”或“小于”)。
(2)721℃时,在密闭容器中将等物质的量的CO(g)和H2O(g)混合,采用适当的催化剂进行反应,则平衡时体系中H2的物质的量分数为_________(填标号)。
A.<0.25B.0.25C.0.25~0.50D.0.50E.>0.50
(3)我国学者结合实验与计算机模拟结果,研究了在金催化剂表面上水煤气变换的反应历程,如图所示,其中吸附在金催化剂表面上的物种用❉标注。
可知水煤气变换的ΔH________0(填“大于”“等于”或“小于”),该历程中最大能垒(活化能)E正=_________eV,写出该步骤的化学方程式_______________________。
(4)Shoichi研究了467℃、489℃时水煤气变换中CO和H2分压随时间变化关系(如下图所示),催化剂为氧化铁,实验初始时体系中的
和
相等、
和
相等。
计算曲线a的反应在30~90min内的平均速率
(a)=___________kPa·min−1。
467℃时
和
随时间变化关系的曲线分别是___________、___________。
489℃时
和
随时间变化关系的曲线分别是___________、___________。
(1)大于
(2)C
(3)小于 2.02 COOH*+H*+H2O* COOH*+2H*+OH*(或H2O* H*+OH*)
(4)0.0047 b c a d
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