第2讲化学平衡状态步高无答案.docx
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第2讲化学平衡状态步高无答案
化学平衡状态
考点一 可逆反应与化学平衡状态
1.可逆反应
(1)定义
在同一条件下既可以向正反应方向进行,同时又可以向逆反应方向进行的化学反应。
(2)特点
①二同:
a.相同条件下;b.正、逆反应同时进行。
②一小:
反应物与生成物同时存在;任一组分的转化率都小于(填“大于”或“小于”)100%。
(3)表示
在方程式中用“
”表示。
2.化学平衡状态
(1)概念
一定条件下的可逆反应中,正反应速率与逆反应速率相等,反应体系中所有参加反应的物质的质量或浓度保持不变的状态。
(2)化学平衡的建立
(3)平衡特点
深度思考
1.判断正误,正确的划“√”,错误的划“×”
(1)2H2O
2H2↑+O2↑为可逆反应()
(2)二次电池的充、放电为可逆反应()
(3)可逆反应不等同于可逆过程。
可逆过程包括物理变化和化学变化,而可逆反应属于化学变化(√)
(4)化学反应达到化学平衡状态的正逆反应速率相等,是指同一物质的消耗速率和生成速率相等,若用不同物质表示时,反应速率不一定相等。
()
(5)一个可逆反应达到的平衡状态就是这个反应在该条件下所能达到的限度()
(6)化学反应的限度可以通过改变反应条件而改变()
2.向含有2mol的SO2的容器中通入过量氧气发生2SO2(g)+O2(g)
2SO3(g) ΔH=-QkJ·mol-1(Q>0),充分反应后生成SO3的物质的量______2mol(填“<”、“>”或“=”,下同),SO2的物质的量______0mol,转化率______100%,反应放出的热量________QkJ。
题组一 极端假设,界定范围,突破判断
1.一定条件下,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 2.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 极端假设法确定各物质浓度范围 上述题目2可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)0 0.20.4 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)。 题组二 审准题干,关注特点,判断标志 3.在两个恒容的密闭容器中进行下列两个可逆反应 (甲)2NO2(g) 2NO(g)+O2(g) (乙)H2(g)+I2(g) 2HI(g) 现有下列状态: ①反应物的消耗速率与生成物的生成速率之比等于系数之比 ②反应物的消耗速率与生成物的消耗速率之比等于系数之比 ③速率之比等于系数之比的状态 ④浓度之比等于系数之比的状态 ⑤百分含量之比等于系数之比的状态 ⑥混合气体的颜色不再改变的状态 ⑦混合气体的密度不再改变的状态 ⑧混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态 ⑨体系温度不再改变的状态 ⑩压强不再改变的状态 ⑪反应物的浓度不再改变的状态 ⑫反应物或生成物的百分含量不再改变的状态 其中能表明(甲)达到化学平衡状态的是__________; 能表明(乙)达到化学平衡状态的是__________; 能表明(甲)、(乙)都达到化学平衡状态的是__________。 4.在两个恒温、恒容的密闭容器中进行下列两个可逆反应: (甲)2X(g) Y(g)+Z(s) (乙)A(s)+2B(g) C(g)+D(g),当下列物理量不再发生变化时 ①混合气体的密度 ②反应容器中生成物的百分含量 ③反应物的消耗速率与生成物的消耗速率之比等于系数之比 ④混合气体的压强 ⑤混合气体的平均相对分子质量 ⑥混合气体的总物质的量 其中能表明(甲)达到化学平衡状态是________; 能表明(乙)达到化学平衡状态是________。 5.在一定温度下的某容积可变的密闭容器中,建立下列化学平衡: C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g)。 不能确定上述可逆反应在一定条件下已达到化学平衡状态的是( ) A.体系的体积不再发生变化B.v正(CO)=v逆(H2O) C.生成nmolCO的同时生成nmolH2D.1molH—H键断裂的同时断裂2molH—O键 规避“2”个易失分点 .不能作为“标志”的四种情况 (1)反应组分的物质的量之比等于化学方程式中相应物质的化学计量数之比。 (2)恒温恒容下的体积不变的反应,体系的压强或总物质的量不再随时间而变化,如2HI(g) H2(g)+I2(g)。 (3)全是气体参加体积不变的反应,体系的平均相对分子质量不再随时间而变化,如2HI(g) H2(g)+I2(g)。 (4)全是气体参加的反应,恒容条件下体系的密度保持不变。 考点二 借助速率—时间图像,判断化学平衡移动 1.概念 可逆反应达到平衡状态以后,若反应条件(如温度、压强、浓度等)发生了变化,平衡混合物中各组分的浓度也会随之改变,从而在一段时间后达到新的平衡状态。 这种由原平衡状态向新平衡状态的变化过程,叫做化学平衡的移动。 2.过程 3.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 平衡向逆反应方向移动。 4.借助图像,分析影响化学平衡的因素 (1)影响化学平衡的因素 若其他条件不变,改变下列条件对化学平衡的影响如下: 平衡体系 条件变化 速率变化 平衡变化 速率变化曲线 任一平衡体系 增大反应物的浓度 v正、v逆均增大,且v正′>v逆′ 正向移动 减小反应物的浓度 v正、v逆均减小,且v逆′>v正′ 逆向移动 任一平衡体系 增大生成物的浓度 v正、v逆均增大,且v逆′>v正′ 逆向移动 减小生成物的浓度 v正、v逆均减小,且v正′>v逆′ 正向移动 正反应方向为气体体积增大的放热反应 增大压强或升高温度 v正、v逆均增大,且v逆′>v正′ 逆向移动 减小压强或降低温度 v正、v逆均减小,且v正′>v逆′ 正向移动 任意平衡或反应前后气体化 学计量数和相等的平衡 正催化剂或增大压强 v正、v逆同等倍数增大 平衡不移动 负催化剂或减小压强 v正、v逆同等倍数减小 (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、以及参加反应的化学物质的浓度),平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动。 5.几种特殊情况 (1)当反应混合物中存在与其他物质不相混溶的固体或液体物质时,由于其“浓度”是恒定的,不随其量的增减而变化,故改变这些固体或液体的量,对化学平衡没影响。 (2)对于反应前后气态物质的化学计量数相等的反应,压强的变化对正、逆反应速率的影响程度是等同的,故平衡不移动。 (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―→ 体系中各组分的浓度同倍数减小 (等效于减压) (4)同等程度地改变反应混合物中各物质的浓度时,应视为压强的影响。 深度思考 1.判断正误,正确的划“√”,错误的划“×” (1)化学平衡发生移动,化学反应速率一定改变;化学反应速率改变,化学平衡也一定发生移动() (2)升高温度,平衡向吸热反应方向移动,此时v放减小,v吸增大() 2.对于一定条件下的可逆反应 甲: A(g)+B(g) C(g) ΔH<0 乙: A(s)+B(g) C(g) ΔH<0 丙: A(g)+B(g) 2C(g) ΔH>0 达到化学平衡后,改变条件,按要求回答下列问题: (1)升温,平衡移动方向分别为(填“向左”、“向右”或“不移动”) 甲________;乙________;丙________。 此时反应体系的温度均比原来____(填“大”或“小”) 混合气体的平均相对分子质量变化分别为(填“增大”、“减小”或“不变”) 甲________;乙________;丙________。 (2)加压,使体系体积缩小为原来的 ①平衡移动方向(填“向左”、“向右”或“不移动”) 甲________;乙________;丙________。 ②设压缩之前压强分别为p甲、p乙、p丙,压缩后压强分别为p 、p 、p ,则p甲与p ,p乙与p ,p丙与p 的关系分别为 甲________;乙________;丙________。 ③混合气体的平均相对分子质量变化分别为(填“增大”、“减小”或“不变”) 甲________;乙________;丙________。 3.已知一定条件下合成氨反应: N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH=-92.4kJ·mol-1,在反应过程中,反应速率的变化如图所示,请根据速率的变化回答采取的措施。 t1____________;t2______________;t3______________;t4____________。 题组一 选取措施使化学平衡定向移动 1.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 2.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),ΔH<0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影响的图像是__________,平衡向________方向移动。 (3)增大反应容器体积对反应速率影响的图像是________,平衡向________方向移动。 (4)增大O2的浓度对反应速率影响的图像是__________,平衡向________方向移动。 改变条件 题组二 条件改变时化学平衡移动结果的判断 3.对于以下三个反应,从正反开始进行达到平衡后,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________。 4.在一体积可变的密闭容器中,加入一定量的X、Y,发生反应mX(g) nY(g) ΔH=QkJ·mol-1。 反应达到平衡时,Y的物质的量浓度与温度、气体体积的关系如下表所示: c(Y)/mol·L-1温度/℃气体体积/L 1 2 4 100 1.00 0.75 0.53 200 1.20 0.90 0.63 300 1.30 1.00 0.70 下列说法正确的是( ) A.m>nB.Q<0C.温度不变,压强增大,Y的质量分数减少 D.体积不变,温度升高,平衡向逆反应方向移动 1.判断转化率的变化时,不要把平衡正向移动与反应物转化率提高等同起来,要视具体情况而定。 2.压强的影响实质是浓度的影响,所以只有当这些“改变”造成浓度改变时,平衡才有可能移动。 3.化学平衡移动的目的是“减弱”外界条件的改变,而不是“抵消”外界条件的改变,改变是不可逆转的。 新平衡时此物理量更靠近于改变的方向。 如①增大反应物A的浓度,平衡右移,A的浓度在增大的基础上减小,但达到新平衡时,A的浓度一定比原平衡大;②若将体系温度从50℃升高到80℃,则化学平衡向吸热反应方向移动,达到新的平衡状态时50℃ 4.我们在分析化学平衡移动对颜色、压强、浓度等变化时,有时我们可以给自己建立一个平台,“假设平衡不移动”,然后在此平台的基础上进行分析、比较,就容易得到正确答案。 考点三 等效平衡 1.含义 在一定条件下(等温等容或等温等压),对同一可逆反应体系,起始时加入物质的物质的量不同,而达到化学平衡时,同种物质的百分含量相同。 等效平衡的类型在一定条件下(恒温恒容或恒温恒压),对同一可逆反应,起始时加入物质的物质的量不同,达平衡时的状态规律如下表: 条件 等效条件 结果 恒温恒容 (△n(g)≠0) 投料换算成相同物质表示时量相同 两次平衡时各组分百分量、n、c均相同 恒温恒容 (△n(g)=0) 投料换算成相同物质表示时等比例 两次平衡时各组分百分量相同,n、c同比例变化 恒温恒压 投料换算成相同物质表示时等比例 两次平衡时各组分百分量、c相同,n同比例变化 深度思考 1.在等温等容条件下,可逆反应: 2A(g)+B(g) 3C(g)+D(g) ΔH=-Q1kJ·mol-1(Q1>0),起始物质的量如下表所示: 序号 A B C D ① 2mol 1mol 0 0 ② 4mol 2mol 0 0 ③ 1mol 0.5mol 1.5mol 0.5mol ④ 0 1mol 3mol 1mol ⑤ 0 0 3mol 1mol (1)上述反应达到平衡时,互为等效平衡的是哪几组? 达到平衡后,哪些量相同? (2)达到平衡后,①放出的热量为Q2kJ,⑤吸收的热量为Q3kJ,则Q1、Q2、Q3的定量关系为________________。 等温、等容条件下,对于左右气相物质的化学计量数不等的可逆反应,改变起始时加入物质的物质的量,若按可逆反应计量数之比换算成同一半边物质(一边倒),其物质的量对应相同,则它们互为等效平衡。 2.在等温等容条件下,可逆反应: 2A(g)+B(g) 3C(g)+D(s)起始物质的量如下表所示: 序号 A B C D ① 2mol 1mol 0 0 ② 4mol 2mol 0 0 ③ 1mol 0.5mol 1.5mol 0.5mol ④ 0 1mol 3mol 1mol ⑤ 0 0 3mol 1mol 上述反应达到平衡时,互为等效平衡的是哪几组? 达到平衡后,哪些量相同? 等温、等容条件下,对于左右气相物质的化学计量数相等的可逆反应,改变起始时加入物质的物质的量,若按可逆反应计量数之比换算成同一半边物质(一边倒),其物质的量对应成比例,则它们互为等效平衡。 3.在等温等压条件下,可逆反应2A(g)+B(g)3C(g)+D(g)起始物质的量如下表所示: 序号 A B C D ① 2mol 1mol 0 0 ② 4mol 2mol 0 0 ③ 1mol 0.5mol 1.5mol 0.5mol ④ 0 1mol 3mol 1mol ⑤ 0 0 3mol 1mol 上述反应达到平衡后,互为等效平衡的是哪几组? 达到平衡后,哪些量相同? 题组一 等温、等容条件下等效平衡的应用 1.将4.0molPCl3和2.0molCl2充入体积不变的密闭容器中,在一定条件下发生下述反应: PCl3(g)+Cl2(g) PCl5(g)。 达到平衡时,PCl5为0.80mol,如果此时移走2.0molPCl3和1.0molCl2,在相同温度下再达平衡时PCl5的物质的量是( ) A.0.8mol B.0.4mol C.小于0.4molD.大于0.4mol,小于0.8mol 题组二 等温、等压条件下等效平衡的应用 2.恒温恒压下,在一个容积可变的密闭容器中发生反应: A(g)+B(g) C(g),若开始时通入1molA和1molB,达到平衡时生成amolC。 则下列说法错误的是( ) A.若开始时通入3molA和3molB,达到平衡时,生成的C的物质的量为3amol B.若开始时通入4molA、4molB和2molC,达到平衡时,B的物质的量一定大于4mol C.若开始时通入2molA、2molB和1molC,达到平衡时,再通入3molC,则再次达到平衡后,C的物质的量分数为 D.若在原平衡体系中,再通入1molA和1molB,混合气体的平均相对分子质量不变 题组三 等温、等容,等温、等压条件下等效平衡的比较应用 3.有甲、乙两容器,甲容器容积固定,乙容器容积可变。 一定温度下,在甲中加入2molN2、3molH2,反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)达到平衡时生成NH3的物质的量为mmol。 (1)相同温度下,在乙中加入4molN2、6molH2,若乙的压强始终与甲的压强相等,乙中反应达到平衡时,生成NH3的物质的量为________mol(从下列各项中选择,只填字母,下同);若乙的容积与甲的容积始终相等,乙中反应达到平衡时,生成NH3的物质的量为________mol。 A.小于mB.等于m C.在m~2m之间D.等于2m E.大于2m (2)相同温度下,保持乙的容积为甲的一半,并加入1molNH3,要使乙中反应达到平衡时,各物质的体积分数与上述甲容器中达到平衡时相同,则起始时应加入______molN2和________molH2。 探究高考 明确考向 1.(2014·安徽理综,10)臭氧是理想的烟气脱硝试剂,其脱硝反应为2NO2(g)+O3(g) N2O5(g)+O2(g),若反应在恒容密闭容器中进行,下列由该反应相关图像作出的判断正确的是( ) A 升高温度,平衡常数减小 B 0~3s内,反应速率为v(NO2)= 0.2mol·L-1 C t1时仅加入催化剂,平衡正向移动 D 达平衡时,仅改变x,则x为c(O2) 2.(2014·重庆理综,7)在恒容密闭容器中通入X并发生反应: 2X(g) Y(g),温度T1、T2下X的物质的量浓度c(X)随时间t变化的曲线如图所示。 下列叙述正确的是( ) A.该反应进行到M点放出的热量大于进行到W点放出的热量 B.T2下,在0~t1时间内,v(Y)= mol·L-1·min-1 C.M点的正反应速率v正大于N点的逆反应速率v逆 D.M点时再加入一定量X,平衡后X的转化率减小 3.(2013·山东理综,12)对于反应CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) ΔH<0,在其他条件不变的情况下( ) A.加入催化剂,改变了反应的途径,反应的ΔH也随之改变 B.改变压强,平衡不发生移动,反应放出的热量不变 C.升高温度,反应速率加快,反应放出的热量不变 D.若在原电池中进行,反应放出的热量不变 4.(2013·北京理综,11)下列实验事实不能用平衡移动原理解释的是( ) 5.(2013·重庆理综,7)将E和F加入密闭容器中,在一定条件下发生反应: E(g)+F(s) 2G(g)。 忽略固体体积,平衡时G的体积分数(%)随温度和压强的变化如下表所示。 体积分数/%温度/℃压强/MPa 1.0 2.0 3.0 810 54.0 a b 915 c 75.0 d 1000 e f 83.0 ①b<f ②915℃,2.0MPa时E的转化率为60% ③该反应的ΔS>0 ④K(1000℃)>K(810℃) 上述①~④中正确的有( ) A.4个B.3个C.2个D.1个 6.(2013·大纲全国卷,7)反应X(g)+Y(g) 2Z(g) ΔH<0,达到平衡时,下列说法正确的是( ) A.减小容器体积,平衡向右移动 B.加入催化剂,Z的产率增大 C.增大c(X),X的转化率增大 D.降低温度,Y的转化率增大 7.[2014·广东理综,33 (2)]利用下图(a)和(b)中的信息,按图(c)装置(连接的A、B瓶中已充有NO2气体)进行实验。 可观察到B瓶中气体颜色比A瓶中的______(填“深”或“浅”),其原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 8. (1)[2013·山东理综,29 (2)]化学反应原理在科研和生产中有广泛应用。 利用“化学蒸气转移法”制备TaS2晶体,发生如下反应: TaS2(s)+2I2(g) TaI4(g)+S2(g) ΔH>0(Ⅰ)。 如图所示,反应(Ⅰ)在石英真空管中进行,先在温度为T2的一端放入未提纯的TaS2粉末和少量I2(g),一段时间
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