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化学平衡解题技巧.docx
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化学平衡解题技巧
化学平衡解题技巧
一、解答平衡图象题:
遵守两个原则。
1、先拐先平,数值大原则。
在含量一时间曲线中,先出现拐点的曲线先达到平衡,说明其对应的温度高或压强大。
2、定一议二原则。
当图象中有三个变量时,如含量一一T/p曲线,先确定一个量不变,再讨论另外两个量的关系(因平衡移动原理只适用于“单因素”的改变)。
即确定横坐标所示的量后,讨论纵坐标与曲线的关系或确定纵坐标所示的量后(通常可画一垂线),讨论横坐标与曲线的关系)。
例1、(08全国I卷)已知:
4NH3(g)+5O乂g)=4NO(g)+6H:
(g)AH=—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
解析:
根据“先拐先平,数值人”的原则,选项A、B正确:
根据升高温度,平衡向吸热反应方向移动(即逆反应方向移动),可确定A、B正确;根据使用催化剂只能改变化学反应速率,缩短达到平衡的时间,但对化学平衡的移动无影响,所以选项D正确。
答案:
C
例2、有一化学平衡mA(g)+nB(g)L』pC(g)+qD(g),如下图
所示是A的转化率同压强、温度的关系,分析图3可以得出的正确结论是()°
答案A
解需:
解决这类三变量图彖题,采用“定一论二”,即把自变量(温度、压强)之一定为恒量,讨论另外两个变量的关系。
2.、用等效思想解决化学平衡问题
1、设辅助容器法。
设辅助容器形成两个等效平衡,使量或量分数相等,再加(减)压,根据平衡移动结果判断量的变化情况。
例1、(2004年广东高考题)在恒温时,一固定容积的容器内发生如下反应:
2NO,(g)=20“(g)达平衡时,再向容器内通入一定量的NO:
(g),重新达到平衡后,与第一次平衡时相比,NO三的体积分数()
A.不变B增大C.减小D.无法判断
答案:
Co
解析:
设第一次通入的是lmolNCh(操作①),平衡后再通入lmolNOy这一操作过程等效于起始时在2倍体积的容器中充入2molN02(操作②),再加压至原体积的过程:
1、②达平衡时为等效平衡,NCh的体积分数相同,加压至原体枳,平衡右移,则
NCh的体积分数减小,故选C。
新平衡压理介于P和2P之间。
例2・已知一定温度下,2X(g)+Y(g)=mZ(g)AH=-akJ/mol(a>0),现有甲、乙两容积相等且固定不变的密闭容器,在保持该温度下,向密闭容器中通入2molX和lmolY,达到平衡状态时,放出热量bkJ,向密闭容器乙中通入lmolX和0.5molY,达到平
衡时,放出热ackJ,且bA2c,则a、b、m的值或关系正确的是()
答案:
D
解析:
由反应的可逆性可得bVsE、C错。
再设辅助容器建立等效平衡(左侧2V容器是与右下两个V容器的平衡等效)。
力口压
由于b>2c,则表明加压向正方向移动,即正方向为气体体积缩小的反应,则m<3,ni为正整数。
则D中m^2正确。
2、分步加(减)料法。
先第一次加料形成两个等效平衡,使量或量分数相等,再进行一次加(减)料,根据平衡移动结果判断量的变化情况。
例1、(2003全国理综卷及新课程卷)某温度卞,在一容积可变的容器中,反应2A(g)+B(g)=2C(g)达到平衡时,A、E和C的物质的量分别为4mol、2mol和4mol。
保持温度和压强不变,对平衡混合物中三者的物质的量做如卞调整,可使平衡右移的是()
A.均减半B.均加倍C.均增加1molD.均减少1mol
答案:
Co
解析:
容积可变,物质均加倍是等效平衡。
其实也可以依据气体定律,理解为容器体积必然相应加倍,各物质浓度不变,速率不变,平衡不移动。
均减半也一样。
均增加lmol,两步加料法分析:
先加I、0.5、1,达到等效,不移动:
再加0.5molB,平衡向正反应方向移动。
均减少1mol的处理办法类似。
例2.(05江苏化学.18)—定温度卞,在恒容密闭容器中发生如下反应:
2A(g)+E(g)=3C(g),若反应开始时充入2molA和2molE,达平衡后A的体积分数为a%。
其他条件不变时,若按卞列四种配比作为起始物质,平衡后A的体积分数大于a%的是()
A.2molC
C.1molB和1molC
答案:
ABo
B.2molA1molB和1molHe(不参加反应)D.2molA3molE和3molC
解析:
一边推(向左推)后,投料比A:
B等于1:
1时与原平衡等效。
A项,两步加料法分析:
投入2molC等效转化为投入4/3molA和2/3molB,先投入4/3molA和4/3molB,所得平衡与原平衡等效,平衡后A的体积分数为a%;再减少2/3molB,平衡左移,待平衡后A的体积分数大于a%。
A合题意。
E项:
恒容等分子数反应,所以加不加ImolH亡对平衡移动方向没影响。
只考虑投入2molA和lmolE,两步加料法分析:
先投入2molA和2molB»所得平衡与原平衡等效,平衡后A的体积分数为a%:
再减少1molB,平衡左移,待平衡后A的体积分数人于a%。
E合题意。
C项,相当于加入了2/3111O1A和4/3111O1B作为起始。
两步加料法分析:
先投入2/3molA和2/3molB,所得平衡与原平衡等效,平衡后A的体积分数为a%;再增加2/3molB,平衡右移,待平衡后A的体积分数小于a%。
C不合题意。
D项,投入2molA3molB和3molC等价于投入4molA和4molB,A1B等于1:
1,与原平衡等效,平衡后A的体积分数等于a%。
D不合题意。
三、恒温恒容,改变反应物用量对平衡转化率的影响规律:
以下规律可用等效平衡的方法分析。
1、反应物只有一种:
aA(g)bE(g)+cC(g),在不改变其他条件时,增加A的量平衡向正反应方向移动,但是A的转化率与气体物质的计量数有关:
。
(1)若a=b+c,A的转化率不变。
(2)若a>b+c,A的转化率增人。
(3)若a
)。
2、反应物不止一种:
aA(g)+bE(g)cC(g)+dD(g),
(1)在不改变其他条件时,只增加A的量,平衡向正反应方向移动,但是A的转化率减小,而E的转化率增人。
(2)若按原比例同倍数地增人反应物的浓度,平衡向正反应方向移动,但是反应物的转化率与气体物质的计量数有关:
如a+b=c+d,A.E的转化率都不变;如a+b>c+d,A、E的转化率都增人;如a+bvc+d,A、E的转化率都减小。
四、改变条件,平衡移动,平均相对分子质量如何变化
例1、(2001年浙江初赛题)反应:
2NH3(g)+CO2(g)===CO(NH2)2(s)+H:
O(g)己达平衡。
若增人压强,平衡移动,但混合气体的卒均相对分子质量不丟。
下列说法正确的是()
A、原混合气体的平均相对分子质量为30
E、原混合气体的平均相对分子质量为28
C、起始时,NHs与CO?
的体枳比为13:
14
D、起始时,NH$与COj的体积比为14:
15
答案:
A
解析:
由题意知:
假设2mol氨气反应完,则反应后气体的物质的量减少了2mol,质量减少了60g,但平均相对分子质量不变,即反应前后气体的平均摩尔质量始终等于30g/moL设起始时NH3的体枳分数为X,有17x+44(1-x)=30,解得x=14/27,NH3与CO,的体积比为x/(l-x)=14/13(或用十字交叉法求解,这里略)。
也可以由解答平衡题的模式(三行式)求解。
假设起始时NHs与CO,的物质的量分别为x、y,CO2转化了a。
2NH3(g)+CO2(g)^^CO(NH2)2(s)+H2O(g)
起始/molxy0
转化/mol2aaa
平衡/molx-2av-aa
由平衡时气体的平均相对分子质量等于30解得x:
y=14:
13o
五、解答化学平衡中取值范闱的计算题,常用两种方法:
极端假设法和等效转化法。
1、极端假设法
极端假设法就是先假设可逆反应单方向进行完全(若为几种物质之间的反应,使其中的一种消耗完),或完全没有反应,求出两个极端值。
然后根据可逆反应的特点(不能进行到底),得出实际量应介于两个极端值之间,从而确定有关量的取值范围。
2、等价转化法
等效平衡常用此法(一边推法)。
例1、在体积固定的密闭容器中通人各为lmol的A、C、D,xinolB发生反应:
A(g)+4E(g)m^2C(g)+D(g)。
当x在一定范|制内变化时,均可以通过调节反应器的温度,使反应达到平衡时保持容器中气体总物质的量为5mol。
(1)若欲使起始反应维持正向进范围是o
(2)若欲使起始反应维持逆向进行,则x的取值范围是。
解析:
(1)要维持起始时反应正向进行,考虑消耗量最多的物质E极限值有两点:
一是B完全消耗,二是B完全没有消耗。
假设B完全消耗,有(l-x/4)+(l+x/2)+(l+x/4)=5,x=4,这是最大极限值(因为正反应是气体物质的量减小的方向,如果x人于某个值之后,无论反应怎样向正反应方向进行,平衡时总物质的量都会人于5)。
假设B完全没有消耗,则有l+l+l+x=5,x=2,这是最小极限值(因为B若消耗,总量就会小于5),以上均为不可能达到的极端情况,故x的取值范围为2 (2)若要维持起始时反应逆方向进行,对于消耗量最多的C极限值有两点: 一是C完全消耗,二是C完全没有消耗。 假设C完全消耗,贝IJ有(l+0.5)+(x+2)+(l-0.5)=5,x=l,这是最小极限值。 假设C完全没有消耗,则有1+1+1+x=5,x=2,这是最人极限值,以上均为不可能达到的极端情况,故x的取值范围为: l 例2、在恒温恒压和使用催化剂的条件下,已知在容积可变的密闭容器中,充入1L含3molH: 和lmolN2的混合气体,反应达平衡时有amolNH3生成,N2的转化率为b%。 (1)若在恒温、恒压和使用催化剂的条件下,在体积可变的密闭容器中充入xmolH2 和ymolNj,反应达平衡时有3amolNH3生成,N2的转化率仍为b%,则x=,y=。 (2)在恒温、恒压和使用催化剂的条件卞,设在体积可变的密闭容器中充入xmolH2,ymolN2和zmolNHs,若达平衡时N? 的转化率仍为b%,则x、y的关系为_,z的取值范围为_。 (3)在恒温[与 (1)温度相同]和使用催化剂的条件下,在容积不可变的密闭容器 中,充入1L含3molH: 和1molN2的混合气体,反应达平衡时N? 的转化率为c%,则b、c的关系为o(用“>”“=”或y”表示)理由是o 答案: (1)9、3 (2)x=3y、z=0(3)b>c,原因减解析。 解析: (1)N? 的转化率不变,说明与原平衡为等效平衡,恒压时只须符合等比加料即可,所以x=9、y=3o (2)平衡与原平衡为等效平衡,在恒压下,只须x: y=3: l即可。 本小题与一般的等效平衡有所不同,即既要求恒压卞的等效,又要满足N? 的转化率相同,故Z的值只能为零,而不能为Z>0o显然若Z>0就不能同时满足N2的转化率为b%且等效。 (3)从N: 、H,开始反应到达到平衡,这是气体分子数减小的反应,对恒容而言,恒压相当于加压,有利于合成氨。 故平衡时转化率恒压比恒容的大,即b>c。 也可以这样思考: 从N? 、H,开始反应到达到平衡,这是气体分子数减小的反应,对恒压而言,恒容相当于减压,不利于合成氨。 故平衡时转化率恒容比恒压的小,即b>c。 针对训练 1、体积相同的甲、乙两个容器中,分别充有等物质的量的SO三和O"在相同温度下发生反应: 2SO2+O2=^2SO3并达到平衡。 在这过程中,甲容器保持体积不变,乙容器保持压强不变,若甲容器中SO<的转化率为p%,则乙容器中SO三的转化率为() A.等于p%E・大于p%C・小于p%D・无法判断 2、在相同温度下,有相同体积的甲、乙两容器,甲容器中充入lgN? 和lgH? 乙容器中充入2gN: 和2gHZo卞列叙述中,错误的是() A.化学反应速率: 乙〉甲E・平衡后N? 的浓度: 乙〉甲 C・H三的转化率: 乙〉甲D.平衡混合气中民的体积分数: 乙A甲 3、一容积固定真空密闭容器中,盛有1molPC15,加热到200r时发生反应: PCi5(g)=: PC以g)+C以g)反应达到平衡时,PC"所占体枳分数为a%,若在同一温度和同一容器中,最初投入的是2molPCh,反应平衡时,PC15所占体积分数为b%,贝Ija和b的关系是() A.a>bE・a 4、 (1)反应aA(g)-bB(g)+cC(g)在一容积不变的容器内进行,反应达到平衡(以卞 填“增大化“减小”或环变》 1若a=b+c,增犬A的浓度,A的转化率o 2若a>b+c,增犬A的浓度,A的转化率o (2)若反应aA(g)+bE(g)・cC(g)+dD(g),容器体枳固定不变,且起始时A与E的 物质的量之比为a: bo 1平衡时A与E的转化率之比是o 2若增大A的浓度,则A的转化率o 3若同时同等倍数地增人A、B的浓度,则a+b与c+d满足什么关系时,A与E的转化率同时增大? a+bc+d(填“=”或y。 5、可逆反应: 3A(g)=3B(? )+C(? )AH>0,随着温度升高,气体平均相对分子质量有变小趋势,则下列判断正确的是() A・E和C可能都是固体E・E和C一定都是气体 C・若C为固体,则E—定是气体D・E和C可能都是气体 6、在一定条件下,可逆反应2A(g)+B(g)"nC(s)+D(g)达平衡。 若维持温度不 变,增人压强,测得混合气体的平均相对分子质量不发生改变,则下列说法正确的是() A.其他条件不变,增大压强,平衡不发生移动 E.其他条件不变,增大压强,混合气体的总质量不变 C.该反应式中n值一定为2 D.原混合气体中A与E的物质的量之比为2: 1,且旳幻丁“(叽m(D)(其中M表示物质的摩尔质量) 7、(1996年全国•31)在一个容积固定的反应器中,有一个可左右滑动的密封隔板,两侧分别进行如卞图所示的可逆反应。 各物质起始加入的量如下: A、E和C均为4.0moLD为6.5mobF为2.0moh设E为xmol。 当x在一定范怜|内变化时,均可以通过调节反应器的温度,使两侧反应都达到平衡,并且隔板恰好处于正中位置。 请填写以下空白: A(g)+B(g)=2C(~)+2E(g)X^*2F(g) ]“逆 (1)若x=4.5,则右侧反应在起始时向正反应(填“正反应”或“逆反应”)方向进行。 欲使起始反应维持向该方向进行,则X的最人值应小于 ⑵若x分别为4.5和5.0,则在这两种情况下,当反应达到平衡时,A的物质的量是否相等? (填“相等”“不相等”或“不能确定”)。 其理由是: . 《化学平衡解题技巧针对训练》参考答案 1、答案: Bo 解析: 根据题意,甲、乙两容器可设为如图所示装置。 2SO2+O2==2SO3是一气体总物质的量减少的反应。 甲容器保持体积不变,压强变小;乙容器保持压强不变,体枳减小,达到平衡状态时转化为状态丙。 假设乙中的活塞不移动,由于甲、乙两个容器的体积、温度相同,达到平衡时甲、乙两容器中存在的平衡是等效平衡,其中so】的转化率也相等。 对于乙和丙两个状态,乙中压强小于丙中压强,因此丙中SCh转化率人于乙中so三转化率。 由此可以判断出丙中so<的转化率也人于甲中SO2的转化率。 所以正确答案为B, 2、答案: Do 解析: 因为乙的原料投入量正好是甲的两倍,假设开始时乙的容器体积也是甲的两倍(如图所示),则此时甲与乙是等效平衡。 再将乙容器体积压缩至与甲相等(如图中丙),加压,速率乙A甲,平衡: N2+3H2==^2NH3正向移动,则N“H? 的转化率增人、体积分数减小。 此时丙中N“H,NHs的浓度都比甲中人,但丙中NxHd的浓度要小于甲中的两倍,而丙中NH,的浓度要人于甲中的两倍,D错误。 3、答案B 解析(虚拟法)题目给出了状态1和状态2,为解决问题虎拟出状态3,状态3容器容积是状态1(或状态2)的2倍。 显然由状态3变到状态2只须将容器容积缩小到它的1/2即可。 该过程是一个加压过程,对于题给反应,加压平衡向逆反应方向移动,PC15物质的量及其百分含量都增大,故b%>a%。 4、答案: ⑴①不变②增大 (2)①1: 1②减小③〉 5、答案: CD 解析: 升高温度,平衡向吸热反应方向移动,即平衡向正反应方向移动,也就是说,正反应方向是气体平均相对分子质量变小的方向。 (1)若E、C都为气体,反应前后气体的质量不变.物质的量增人,则气体平均相对分子质量减小; (2)若C为固体,B为气体,则正反应方向是气体的质量减小、物质的量不变,其气体平均相对分子质量减小: 若E和C都是固体,则气体平均相对分子质量不变。 故C、D正确。 6、答案: D 解析: 7、 (1)正反应7.0 (2)不相等,两种情况是在两个不同温度下建立的化学平 •••• 衡,平衡状态不同,所以物质的量也不同。 待整理、分类的习题 关于化学平衡中转化率和平均相对分子质量问题的研究 浙江省舟山市第二中学刘建东浙江省舟山市定海四中车继华 在《化学反应速率和化学平衡》一章中,关于转化率和平均相对分子质量的问题一直是本章的最犬难点,本文就这一问题做具体的研究。 问题研究1: 增加反应物的量,转化率发生如何变化? 变人、变小还是不变? □研究的体系: 恒温恒容条件下 ——口研究的方法: 隔板容器(两个容器,中间有一隔板,可将隔板抽掉) 问题一: 在氨气生成氮气和氢气2NH3N2+3H2的平衡体系中,增加氨气的量,氨 气的转化率将发生怎样的改变? 解: 将原平衡体系放入一个容器中,将增加的氨气放入另一容器中,在同条件下进行反 应,那么两个容器是同条件下的等效平衡,转化率必然相等。 转化率为a 当把隔板抽掉,将另一部分气体压入,相当于对体系是加压,平衡向生成氨气的方向移动(左移),转化率降低。 问题二: 在氮气和氢气生成氨气N2+3H22NH$的平衡体系中,增加氮气和氢气的 量,氮气和氢气的转化率将发生怎样的改变? ■ '解: 同上述处理办法,平衡向生成氨气的方向移动(右移),氮气和氢气的转化率增大。 问 问题研究2: 改变平衡体系的条件(温度或压强)使化学平衡发生移动后,平均相对分子质量的变化情况。 研究的体系: 反应物或生成物的量的非直接改变 研究的方法: 数学推倒 问题一: 可逆反应2NH3(g)+CO2(g)=CO(NH力(s)+H9(g)达平衡后,增人压强,其平均相对分子质量怎样变化? 一定减小吗? 说明: 该问题被很多人认为是平均相对分子质量减小,处理方法如下: 采用极端假设法: 假设平衡被破坏,完全转化到左端: 可求出平均相对分子质量为: 17x2/3+44x1/3=26;若完全转化到右端: 为水的式量: 18。 现在是由26向18的转化趋势,所以不管其他情况如何变化,平均相对分子质量一定减小。 错误的原因: 极端假设法在这里不全面,因为NHs与CO? 是按照2: 1反应,但平均相对分子质量与剩下的NH$、CO? 以及转化的HQ有关。 正解: 设未增加压强以前NHs是amokCO? 是bmol、H】O是cmol, 混合气体的平均相对分子质量是: [17a+44b+18c]/[a+b+c] 设反应的CO? 是mmol,根据反应方程式: 达到平衡以后CO2: 是(b-m)1110LNH3: 是(a-2m)moLH? O是: (m+c)mol, 平衡时混合气体的平均相对分子质量是: [44(b-m)+17(a-2m)+l8(m+c)]/[a+b+c-2m]=[17a+44b+18c-60m]/[a+b+c-2m] 所以平均相对分子质量之差= [17a+44b+18c]/[a+b+c]-[l7a+44b+18c-60m]/[a+b+c-2m] 设17a+44b+18c=X a+b+c=Y 上式变为X/Y—(X—60m)/(Y—2m) (1)若X,Y—(X—60m)/(Y—2m)=0 则有X=30Y 将X、Y的等量关系代入可得: 13a+12c=14b满足此条件则平均相对分子质量不变。 (2)若X,Y—(X—60m)/(Y—2m)<0 同样可推出13a+12c<14b满足此条件则平均相对分子质量减小。 (3)若X,Y—(X—60m)/(Y—2m)>0 同样可推出13a+12c>14b满足此条件则平均相对分子质量增人。 最后结论: 在平衡移动的过程中,如果气体物质的物质的量和物质的质量发生了改变,则平均相对分子质量应有如下几种情况: 亡、若其中有一个量不发生改变,则可直接对平均相对分子质量进行判断。 问题二: 可逆反应qs)+H: 0(g)=CO(g)+Hj(g)达到平衡时,测得气体的总质量为mg,混合气体的总物质的量为nmol。 当改变条件使平衡向左移动达到新的平衡时,混合气体总物质的量的变化值为x,且m>12x』>x•回答卞列问题 (1)达到新的平衡时,混合气体的平均式量为 (2)达到新的平衡时,混合气体的平均式量变化值为 (3)若混合气体的平均式量呈下列变化趋势,请确定m和11的关系: a、混合气体的平均式量增大,则有 b、混合气体的平均式量不变,则有 C、混合气体的平均式量减小,则有 问题三: 反应: 2NH3(g)+CO2(g)=CO(NH2)2(s)+H2O(g)已达平衡。 若增人压强,平衡移动,但混合气体的平均相对分子质量不变。 下列说法正确的是() A、原混合气体的平均相对分子质量为30 B.原混合气体的平均相对分子质量为28 C.起始时,NH$与CO? 的体积比为13: 14 D、起始时,NHs与CO2的体积比为14: 15 请结合问题一对问题二和问题三做答。 问题二答案: (m-12x)/(n-x)、x(12n-m)/n(nx)、 m>12n、m=12n、m<12n问题三答案: A 来自: 中基网>>教学研究 有问题的习题 4、在一个固定容积的密闭容器中,向容器中充入2molA和1molB,发生下列反应,2A(g)+B(g)=^=3C(g)+D(s),反应达到平衡时C的浓度为1.2mol・I/。 (1)若使容器温度升高,平衡时混合气体的平均摩尔质量减小,则正反应为—(填“吸热”或“放热”)反应。 (2)若维持容器体积和温度不变,按下列方法加入起始物质达到平衡时C的浓度仍 为l・2mol•L"的是(用序号填空)。 ®4molA+2molB②3molC+lmolD+lmolB③3molC+2molD ④1.6molA+0.8molB+0.6molC⑤2molA+lmolB+lmolHe (3)某温度下,向容器中加入3molC和O.SmolD
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