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第2讲　化学平衡
【复习目标】
1.了解化学反应的可逆性特点。
2.了解化学平衡的建立过程及特征,理解外界条件(浓度、温度、压强、催化剂等)对化学平衡的影响。
3.了解平衡常数的概念及意义,掌握化学平衡常数及平衡转化率的计算。
考点一　可逆反应与化学平衡的建立
1.可逆反应
2.化学平衡状态
(1)概念。
在一定条件下的可逆反应体系中,当正反应速率与逆反应速率　　　　时,反应物和生成物的浓度均保持　　　　,即体系的组成不随时间而改变,这表明该反应中物质的转化达到了“限度”,这时的状态称为化学平衡状态,简称化学平衡。
(2)建立。
正向开始、逆向开始、双向同时开始,均可建立平衡。
(3)特点。
3.化学平衡状态的确定原则
(1)v(正)=v(逆)。
①用同一种物质表示的正反应速率(消耗速率)与逆反应速率(生成速率)相等。
②不同物质表示的正反应速率(消耗速率)与逆反应速率(生成速率)之比等于化学计量数之比。
(2)变量不变。
必须是随反应进行而发生变化的量。当该变化的量不变时,意味着建立化学平衡。
(3)常见的判断依据。
①平衡体系中各物质的质量、物质的量或浓度不变。
②各物质的百分含量(物质的量分数、质量分数等)、气体的体积分数不变。
③温度、压强(反应前后气体的物质的量不相等)或体系的颜色(某组分有颜色)不变。
[理解·辨析] 判断正误
(1)铅酸蓄电池的充电过程与放电过程为可逆反应。(　　)
(2)化学反应达到平衡后,反应物和生成物的浓度或百分含量相等。(　　)
(3)恒温恒容下进行的可逆反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),当SO3的生成速率与SO2的消耗速率相等时,反应达到平衡状态。(　　)
(4)在1 L的密闭容器中发生反应:2NO(g)+O2(g)2NO2(g),当容器中气体的颜色保持不变时,说明反应已达到平衡状态。(　　)
(5)恒温恒容下,对于反应A(g)+B(g)C(s)+D(g),压强不再变化,说明反应已达到平衡状态。(　　)
(6)绝热体系中,对于反应4HCl(g)+O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g),正反应为放热反应,若反应体系的温度不变,说明反应已达到平衡状态。(　　)
一、多视角认识化学平衡
1.某温度下,往密闭容器中加入一定量的A和B,发生反应2A(g)+B(g)C(g)。C的浓度随反应时间(t)的变化如下表。下列说法中不正确的是(　　)
t/s 2 4 6 8 10 12
C的浓度/(mol·L-1) 0.22 0.36 0.42 0.46 0.46 0.46
[A] 在0～6 s内,平均反应速率v(A)=0.14 mol·L-1·s-1
[B] 0～8 s内,正反应速率大于逆反应速率
[C] 8 s后反应物消耗完,反应停止
[D] 8～12 s内,该反应处于化学平衡状态
2.(1)反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)达到平衡后,再向反应容器中充入含氧的同位素O的氧气,经过一段时间后O存在于　　　　　　中。
(2)在一个定容的密闭容器中进行如下反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)。已知反应过程中的某一时刻SO2、O2和SO3的浓度分别为0.1 mol/L、0.05 mol/L和0.3 mol/L。当反应达平衡时不可能存在的数据是　　　　(填字母)。
A.c(SO2)=0.25 mol/L
B.c(O2)=0.12 mol/L
C.c(SO2)+c(SO3)=0.15 mol/L
D.c(SO3)+c(O2)=0.3 mol/L
二、宏微结合确定平衡状态
3.(2025·福建泉州五校期中)在恒温恒容下发生反应H2(g)+CO2(g)H2O(g)+CO(g)　ΔH=+41.2 kJ·mol-1,反应速率随时间变化如图,则下列判断正确的是(　　)
[A] 若容器内压强不再变化,则表明反应达到平衡状态
[B] 若气体密度不变,则表明反应达到平衡状态
[C] t1时改变的条件可能为增大H2浓度并减少CO浓度
[D] t2时CO2(g)与H2O(g)的浓度相等,则一定表明此时反应达到平衡状态
4.在两个恒容密闭容器中进行下列两个可逆反应:
(甲)C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g);
(乙)CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)。
现有下列状态:
①混合气体平均相对分子质量不再改变
②恒温时,气体压强不再改变
③各气体组分浓度相等
④断裂氢氧键的速率为断裂氢氢键速率的2倍
⑤混合气体的密度不变
⑥单位时间内,消耗水蒸气的质量与生成氢气的质量比为9∶1
⑦同一时间内,水蒸气消耗的物质的量等于氢气消耗的物质的量
其中能表明(甲)、(乙)容器中反应都达到平衡状态的是　　　　(填序号)。
化学平衡状态判定的两个关键点
①有气体参加且反应前后气体体积不等的反应,气体的总压强、总体积、总物质的量不变时,反应达到平衡状态。
②气体的密度、气体的平均相对分子质量不变时,要具体分析各表达式中的分子或分母变化情况,判断反应是否达到平衡状态(若体系中各组分均为气体,气体质量守恒;若体系中不全是气体,要注意气体质量变化)。
考点二　化学平衡常数、转化率及相关计算
一、化学平衡常数
1.概念
一定温度下,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,称为化学平衡常数,用符号 　　　　表示。
2.表达式
(1)对于可逆反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),当在一定温度下达到平衡时,K=(纯固体和纯液体的浓度视为常数,通常不计入化学平衡常数表达式中)。
(2)对同一个可逆反应,当化学方程式书写方式不同时,其平衡常数表达式不同。
3.影响因素
(1)K值的大小由　　　　　　　　决定。
(2)对于给定的化学反应,K只受　　　　影响。
4.平衡常数的意义及应用
(1)判断可逆反应进行的程度。
K <10-5 10-5～105 >105
反应程度 正反应几乎 不发生 反应可逆 正反应可 接近完全
(2)判断反应是否达到平衡或进行的方向。
对于化学反应aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)的任意状态,浓度商Q=。
QQ=K,反应处于　　　　状态;
Q>K,反应向　　　　反应方向进行。
(3)判断可逆反应的热效应。
二、平衡转化率
[理解·辨析] 判断正误
(1)化学平衡常数表达式中,可以是物质的任一浓度。(　　)
(2)增大反应物的浓度,平衡正向移动,化学平衡常数增大。(　　)
(3)可逆反应C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)的平衡常数表达式可写作K=。(　　)
(4)由化学平衡常数K可以推断一个可逆反应进行的程度。(　　)
(5)化学平衡常数较大的反应,其反应物的平衡转化率也一定很高。(　　)
(6)对可逆反应来说,正反应的化学平衡常数与逆反应的化学平衡常数一定不相等。(　　)
一、化学平衡常数与化学方程式书写方式的关系
1.已知在相同条件下的下列反应:
①NO(g)+O3(g)NO2(g)+O2(g)　K1;
②NO(g)+O2(g)NO2(g)　K2;
③3NO(g)+O3(g)3NO2(g)　K3。
K3=　　　　(用K1、K2表示)。
2.(2023·全国甲卷,28节选)甲烷选择性氧化制备甲醇是一种原子利用率高的方法。已知下列反应的热化学方程式:
①3O2(g)2O3(g)　K1　ΔH1=+285 kJ/mol
②2CH4(g)+O2(g)2CH3OH(l)　K2　ΔH2=-329 kJ/mol
反应③CH4(g)+O3(g)CH3OH(l)+O2(g)的ΔH3=　　　　kJ/mol,平衡常数K3=　　　　(用K1、K2表示)。
平衡常数与化学方程式书写方式的关系
(1)正、逆反应的化学平衡常数互为倒数。
(2)若化学方程式中各物质的化学计量数都变成n倍,则化学平衡常数变为原来的n次幂。
(3)两化学方程式相加得到新的化学方程式,其化学平衡常数是两反应平衡常数的乘积。
二、化学平衡常数的应用
3.(2024·广西南宁月考)在一定容积的密闭容器中,进行如下化学反应:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)。该反应的化学平衡常数(K)和温度(T)的关系见下表。
T/ ℃ 700 800 830 1 000 1 200
K 0.6 0.9 1.0 1.7 2.6
(1)该反应的化学平衡常数表达式为K=　　　　　　　　　。
(2)该反应为　　　　(填“吸热”或“放热”)反应。
(3)某温度下,各物质的平衡浓度符合关系式:3c(CO2)·c(H2)=5c(CO)·c(H2O),试判断此时的温度为　　　　。
(4)若830 ℃时,向容器中充入1 mol CO、5 mol H2O,反应达到平衡后,化学平衡常数K　　　　(填“大于”“小于”或“等于”)1.0。
(5)830 ℃时,容器中的反应已达到平衡。在其他条件不变的情况下,扩大容器的容积,平衡
　　　　　　(填“向正反应方向”“向逆反应方向”或“不”)移动。
(6)若1 200 ℃时,在某时刻反应体系中CO2、H2、CO、H2O的浓度分别为2 mol/L、2 mol/L、4 mol/L、4 mol/L,则此时反应　　　　　　　　(填“向正反应方向进行”“向逆反应方向进行”或“处于平衡状态”)。
三、化学平衡常数与平衡转化率的相关计算
4.已知在密闭容器中发生可逆反应:M(g)+N(g)P(g)+Q(g)　ΔH>0。某温度下,反应物的起始浓度分别为c(M)=1 mol/L,c(N)=2.4 mol/L。回答下列问题。
(1)若达到平衡后,M的转化率为60%,则N的平衡浓度是　　　　　　,平衡常数K为　　　　。
(2)若反应温度不变,反应物的起始浓度分别为c(M)=4 mol/L,c(N)=a mol/L,达到平衡后,c(P)=2 mol/L,则M的转化率为　　　　,N的起始浓度为　　　　　　。 　　　　　　 　　　　　 　　　　　
5.H2S与CO2在高温下发生反应:H2S(g)+CO2(g)COS(g)+H2O(g)。在610 K时,将0.10 mol CO2与0.40 mol H2S充入容积为2.5 L的空钢瓶中,反应达到平衡后水的物质的量分数为0.02。
(1)H2S的平衡转化率α1=　　　　%,反应的平衡常数K=　　　　　　。
(2)在620 K重复实验,平衡后水的物质的量分数为0.03,H2S的转化率α2　　　　(填“>”“<”或“=”,下同)α1,该反应的ΔH　　　　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　　　　(填字母)。
A.H2S B.CO2 C.COS D.N2　　　　　　 　　　　　 　　　　　
四、考查速率常数与平衡常数关系在计算中的应用
6.(2024·江苏南京模拟)2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的反应历程如下:
反应Ⅰ:2NO(g)N2O2(g)(快)　ΔH1<0,
v1(正)=k1(正)·c2(NO),v1(逆)=k1(逆)·c(N2O2);
反应Ⅱ:N2O2(g)+O2(g)2NO2(g)(慢)　ΔH2<0,v2(正)=k2(正)·c(N2O2)·c(O2),v2(逆)=k2(逆)·c2(NO2)。
(1)一定条件下,反应2NO(g)+O2(g)2NO2(g)达到平衡状态,平衡常数K=　　　　　　　　[用含k1(正)、k1(逆)、k2(正)、k2(逆)的代数式表示]。反应Ⅰ的活化能EⅠ　　　　(填“>”“<”或“=”)反应Ⅱ的活化能EⅡ。
(2)已知反应速率常数k随温度的升高而增大,则升高温度后k2(正)增大的倍数　　　　(填“大于”“小于”或“等于”)k2(逆)增大的倍数。
7.肌肉中的肌红蛋白(Mb)与O2结合生成MbO2,其反应原理可表示为Mb(aq)+O2(g)MbO2(aq),该反应的平衡常数可表示为K=。在37 ℃条件下达到平衡时,测得肌红蛋白的结合度(α)与p(O2)的关系如图所示[α=×100%]。研究表明正反应速率v正=k正·c(Mb)·p(O2),逆反应速率v逆=k逆·c(MbO2)(其中k正和k逆分别表示正反应和逆反应的速率常数)。
(1)平衡常数K与速率常数k正、k逆之间的关系式为K=　　　　　　　　(用含有k正、
k逆的式子表示)。
(2)试求出图中c点时,上述反应的平衡常数K=　　　　kPa-1。已知k逆=60 s-1,则速率常数k正=　　　　s-1·kPa-1。
正、逆反应的速率常数与平衡常数的关系
对于基元反应aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g),v正=k正·ca(A)·cb(B),v逆=k逆·cc(C)·cd(D),平衡常数K==,反应达到平衡时v正=v逆,故K=。
考点三　压强平衡常数　　　　　　 　　　　　 　　　　　
1.表达式
以aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)为例,Kp=[p(X):X在平衡体系中物质的量分数(或体积分数)×总压强]。
2.计算方法
(1)根据“三段式”法计算平衡体系中各物质的物质的量或物质的量浓度。
(2)计算各气体组分的物质的量分数或体积分数。
(3)根据分压计算公式求出各气体物质的分压,某气体的分压=气体总压强×该气体的体积分数(或物质的量分数)。
(4)根据平衡常数计算公式代入计算。
[示例] 一定温度和催化剂条件下,将1 mol N2和3 mol H2充入压强为p0的恒压容器中,测得平衡时N2的转化率为50%,计算该温度下的压强平衡常数Kp=　　　　。 　　　　　　 　　　　　 　　　　　
一、压强平衡常数的计算
1.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,已知Kp是用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数。下列说法正确的是(　　)
温度/℃ 压强/MPa
1.0 2.0 3.0
810 54.0 a b
915 c 75.0 d
1 000 e f 83.0
[A] b>f
[B] 平衡常数K(1 000 ℃)[C] 915 ℃、2.0 MPa时该反应的平衡常数为Kp=4.5 MPa
[D] 1 000 ℃、3.0 MPa时E的转化率为83.0%
2.(2023·湖北卷,19节选)1 200 K时,假定体系内只有反应C40H12(g)C40H10(g)+H2(g)发生,反应过程中压强恒定为p0(即C40H12的初始压强),平衡转化率为α,该反应的平衡常数Kp为　　　　　　(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。
二、含不反应气体的平衡体系中Kp的计算
3.(2023·湖南卷,16节选)在某温度、100 kPa下,向反应器中充入1 mol气态乙苯发生反应C6H5C2H5(g)C6H5CHCH2(g)+H2(g),其平衡转化率为50%,欲将平衡转化率提高至75%,需要向反应器中充入　　　　mol水蒸气作为稀释气(计算时忽略副反应)。
4.(2022·全国乙卷,28节选)油气开采、石油化工、煤化工等行业废气普遍含有的硫化氢,需要回收处理并加以利用。回答下列问题。
(1)在1 470 K、100 kPa反应条件下,将n(H2S)∶n(Ar)=1∶4的混合气进行H2S热分解反应:2H2S(g)S2(g)+2H2(g)。平衡时混合气中H2S与H2的分压相等,H2S平衡转化率为　　　　,平衡常数Kp=　　　　kPa。
(2)在1 373 K、100 kPa反应条件下,对于n(H2S)∶n(Ar)分别为4∶1、1∶1、1∶4、1∶9、1∶19的 H2SAr 混合气,热分解反应过程中H2S转化率随时间的变化如图所示。
①n(H2S)∶n(Ar)越小,H2S平衡转化率　　　,理由是　 　。
②n(H2S)∶n(Ar)=1∶9对应图中曲线　　　　,计算其在0～0.1 s之间,H2S分压的平均变化率为　　　　kPa·s-1。
1.核心:把握不反应气体的“两不(三段式中不增减,平衡常数不代入)”“两要(平衡总n要计算、平衡总压要纳入)”。
2.目的:平衡体系中加入不参与反应的气体,改变平衡转化率或平衡产率,如恒温恒压条件下加入稀有气体,可视为反应物压强减小,平衡向气体化学计量数和变大的方向移动(口诀:小压大移)。
3.对比:恒温恒容条件下加入不参与反应的气体(如稀有气体),参与反应的各物质的n、浓度、分压皆不变,平衡不移动,不改变平衡转化率或平衡产率。
考点四　影响化学平衡的因素　　　　　　 　　　　　 　　　　　
一、化学平衡的移动
1.化学平衡移动的含义
在一定条件下,当可逆反应达到平衡状态后,如果改变反应条件,平衡状态被破坏,平衡体系的物质组成也会随着改变,直至达到新的平衡状态。这种由原有的平衡状态达到新的平衡状态的过程叫做化学平衡的移动。
2.化学平衡移动的实质
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　　　　方向移动。
(2)v正=v逆:反应达到平衡状态,平衡不发生移动。
(3)v正二、影响化学平衡的因素
1.影响化学平衡的外界因素
若其他条件不变,改变下列条件对化学平衡的影响如下表:
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　　　　方向移动
减小反应物浓度或增大生成物浓度 向　　　　方向移动
压强 (对有 气体 参加的 反应, 改变容 器容 积) 反应前后气体物质的量改变 增大 压强 向　　　　　　　　的方向移动
减小 压强 向　　　　　　　　的方向移动
反应前后气体物质的量不变 改变 压强 平衡不移动
温度 升高温度 向　　　　方向移动
降低温度 向　　　　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
(1)如果改变影响平衡的一个因素(如温度、压强及参加反应的物质的浓度),平衡就向着　　　　　　　　的方向移动。
(2)平衡的移动只能“减弱”外界条件的改变,不能完全“消除”。
[理解·辨析] 判断正误
(1)只要v正增大,平衡一定正向移动。(　　)
(2)化学平衡发生移动,化学反应速率一定改变,但化学反应速率改变,化学平衡不一定发生移动。(　　)
(3)升高温度,平衡向吸热反应方向移动,此时放热反应方向速率减小,吸热反应方向速率增大。(　　)
(4)对于2NO2(g)N2O4(g)的平衡体系,压缩体积,增大压强,平衡正向移动,混合气体的颜色变浅。(　　)
(5)化学平衡正向移动,反应物的转化率不一定增大。(　　)
一、实验探究化学平衡移动
1.某兴趣小组以重铬酸钾(K2Cr2O7)溶液为研究对象,结合所学反应原理的知识改变条件使其发生“色彩变幻”。
已知:①K2Cr2O7溶液中存在平衡Cr2+H2O2Cr+2H+。
②含铬元素的离子在溶液中的颜色:Cr2(橙色)、Cr(黄色)、Cr3+(绿色)。
(1)ⅰ可证明反应Cr2+H2O2Cr+2H+的正反应是　　 　　(填“吸热”或“放热”)反应。
(2)ⅱ是验证“只降低生成物的浓度,该平衡正向移动”,试剂a是　　　　(填化学式)。
(3)ⅲ的目的是验证“增大生成物的浓度,该平衡逆向移动”,此实验能否达到预期目的 　　　　(填“能”或“不能”),理由是　 　。
(4)根据实验Ⅱ中不同现象,可以得出的结论是 　。
(5)继续实验。
①解释溶液变黄的主要原因: 　。
②溶液变绿色,该反应的离子方程式是 　。
二、化学平衡移动方向及结果分析
2.(2024·江西高考适应性考试)我国科学家成功利用CO还原NO,从源头上减少煤粉燃烧产生的大气污染。一定温度下,在1 L的恒容密闭容器中,充入 1 mol CO和1 mol NO,反应2CO(g)+2NO(g)N2(g)+2CO2(g)平衡时,测得 c(N2)=0.2 mol/L,下列说法正确的是(　　)
[A] 升高温度,正、逆反应速率以相同倍数增大
[B] 加入催化剂使正反应速率增大,逆反应活化能增大
[C] 若往容器中再通入1 mol NO和1 mol CO2,则此时v正>v逆
[D] 若往容器中再通入2 mol CO和1 mol N2,则此时v正>v逆
3.(2024·河北承德模拟)某温度下,在恒容密闭容器中加入一定量X,发生反应2X(s)Y(s)+Z(g),一段时间后达到平衡。下列说法错误的是(　　)
[A] 升高温度,若c(Z)增大,则ΔH>0
[B] 加入一定量Z,达新平衡后,m(Y)减小
[C] 加入等物质的量的Y和Z,达新平衡后,c(Z) 增大
[D] 加入一定量氩气,平衡不移动
4.(2024·湖南岳阳二模)在一定温度下的密闭容器中发生反应:xA(g)+yB(g)zC(g),平衡时测得A的浓度为0.50 mol/L。保持温度不变,将容器的容积扩大到原来的两倍,再达平衡时,测得A的浓度为0.30 mol/L。下列有关判断正确的是(　　)
[A] x+y[B] 平衡向正反应方向移动
[C] B的转化率增大
[D] C的体积分数减小
判断化学平衡移动方向的思维模型
三、平衡转化率模型分析
5.(2024·山东日照高三月考)对于以下三个反应,从反应开始进行至达到平衡后,保持温度、容积不变,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(g)的分解率　　　　,HI(g)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　　　　。
6.(2024·重庆模拟)T ℃时,向容积不等的恒容密闭容器中加入足量活性炭和1 mol NO2,发生反应 2C(s)+2NO2(g)N2(g)+2CO2(g)。反应相同时间,测得各容器中NO2的转化率与容器容积的关系如图所示,下列说法正确的是(　　)
[A] A点对应容器中,反应未达到平衡状态
[B] 向B点对应容器中再充入一定量NO2,达到新平衡时,NO2的转化率增大
[C] 缩小C点对应容器的容积,增大压强,v(正)[D] V1∶V2=1∶72
平衡转化率的分析与判断方法
反应aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)的转化率分析:
①若反应物起始物质的量之比等于化学计量数之比,达到平衡后,它们的转化率相等。
②若只增加A的量,平衡正向移动,B的转化率增大,A的转化率减小。
③若按原比例同倍数地增加(或降低)A、B的浓度,等效于压缩(或扩大)容器容积,气体反应物的转化率与化学计量数有关。具体如下:
1.(2024·浙江6月选考,16)为探究化学平衡移动的影响因素,设计方案并进行实验,观察到相关现象。其中方案设计和结论都正确的是(　　)
选 项 影响 因素 方案设计 现象 结论
[A] 浓度 向1 mL 0.1 mol/L K2CrO4溶液中加入1 mL 1.0 mol/L HBr溶液 黄色溶 液变 橙色 增大反应物浓度,平衡向正反应方向移动
[B] 压强 向恒温恒容密闭玻璃容器中充入100 mL HI气体,分解达到平衡后再充入100 mL Ar 气体颜 色不变 对于反应前后气体总体积不变的可逆反应,改变压强平衡不移动
[C] 温度 将封装有NO2和N2O4混合气体的烧瓶浸泡在热水中 气体颜 色变深 升高温度,平衡向吸热反应方向移动
[D] 催化 剂 向1 mL乙酸乙酯中加入1 mL 0.3 mol/L H2SO4溶液,水浴加热 上层液 体逐渐 减少 使用合适的催化剂可使平衡向正反应方向移动
2.(2024·安徽卷,17节选)一定温度和压强下,
反应ⅰ　C2H6(g)C2H4(g)+H2(g)　Kx1
反应ⅱ　C2H6(g)+H2(g)2CH4(g)　Kx2(Kx2远大于Kx1)
(Kx是以平衡物质的量分数代替平衡浓度计算的平衡常数)
(1)仅发生反应ⅰ时,C2H6的平衡转化率为25.0%,计算Kx1=　　　　。
(2)同时发生反应ⅰ和ⅱ时,与仅发生反应ⅰ相比,C2H4的平衡产率　　　　(填“增大”“减小”或“不变”)。 　　　　　　 　　　　　 　　　　　
3.(2024·湖北卷,17节选)用BaCO3和焦炭为原料,经反应Ⅰ、Ⅱ得到BaC2,再制备乙炔是我国科研人员提出的绿色环保新路线。
反应Ⅰ:BaCO3(s)+C(s)BaO(s)+2CO(g)
反应Ⅱ:BaO(s)+3C(s)BaC2(s)+CO(g)
回答下列问题。
(1)写出BaC2与水反应的化学方程式: 　。
(2)已知Kp=(pCO)n、K=()n(n是CO的化学计量系数)。反应Ⅰ、Ⅱ的lg K与温度的关系曲线如图。
①反应BaCO3(s)+4C(s)BaC2(s)+3CO(g)在1 585 K的Kp=　　　　Pa3。
②保持1 320 K不变,假定恒容容器中只发生反应Ⅰ,达到平衡时pCO=　　　　Pa,若将容器容积压缩到原来的,重新建立平衡后pCO=　　　　Pa。
4.(2024·贵州卷,17节选)973 K、100 kPa下,在某密闭容器中按n(C6H6)∶n(CH4)=1∶5充入气体,发生反应C6H6(g)+CH4(g)C7H8(g)+H2(g),平衡时C6H6与C7H8的分压比为4∶1,则C6H6的平衡转化率为　　　　　,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,列出计算式即可)。
5.(2023·全国乙卷,28节选)硫酸亚铁在工农业生产中有许多用途,如可用作农药防治小麦黑穗病,制造磁性氧化铁、铁催化剂等。回答下列问题。
(1)将FeSO4置入抽空的刚性容器中,升高温度发生分解反应:2FeSO4(s)Fe2O3(s)+
SO2(g)+SO3(g)(Ⅰ)。平衡时T的关系如图所示。660 K时,该反应的平衡总压p总=　　　　 kPa、平衡常数Kp(Ⅰ)=　　　　(kPa)2。Kp(Ⅰ)随反应温度升高而　　　　　(填“增大”“减小”或“不变”)。
(2)提高温度,上述容器中进一步发生反应2SO3(g)2SO2(g)+O2(g)(Ⅱ),平衡时=　　　　　　　　(用、表示)。在929 K时,p总=84.6 kPa、=35.7 kPa,则=　　　　kPa,Kp(Ⅱ)=　　　　　　　　kPa(列出计算式)。
第2讲　化学平衡
考点一　可逆反应与化学平衡的建立
必备知识整合
1.小于
2.(1)相等　不变　(3)可逆反应　动态平衡　=　≠　质量或浓度
[理解·辨析] (1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)√　(6)√
【提示】 (1)铅酸蓄电池的充电过程需要直流电源,与放电过程条件不同,不属于可逆反应。
(2)化学反应达到平衡后,各物质的量保持不变,各反应物和生成物的浓度或百分含量不再变化,但不一定相等。
(3)SO3的生成速率与SO2的消耗速率都代表正反应速率,不能说明正反应速率与逆反应速率相等。
(4)只有二氧化氮有颜色,当气体颜色保持不变时,说明二氧化氮浓度不变,反应达到平衡状态。
(5)正反应为气体体积减小的反应,恒温恒容下,压强不再变化,说明反应已达到平衡状态。
(6)该反应为放热反应,绝热体系中,体系的温度为变量,当体系的温度保持不变时,表明正、逆反应速率相等,该反应达到平衡状态。
关键能力提升
1.C　0～6 s内,C的浓度变化是 0.42 mol·L-1,则此段时间内,用生成物C表示的平均反应速率是=0.07 mol·L-1·s-1,根据反应速率之比等于其化学计量数之比,则v(A)=2v(C)=0.14 mol·L-1·s-1,A正确;根据表中数据可知,8 s后反应达平衡,8 s前反应正向进行,正反应速率大于逆反应速率,B正确;8 s后反应达平衡,化学平衡是动态平衡,反应没有停止,反应物也没有消耗完,C不正确;8～12 s内,该反应中各组分浓度保持不变,处于化学平衡状态,D正确。
2.【答案】 (1)O2、SO2和SO3　(2)C
【解析】 (1)充入含O的氧气后,反应向右进行,O进入SO3中,由于反应是可逆反应,生成的SO3也会分解为SO2和O2,所以最终O2、SO2和SO3中都含有O。
(2)该反应是一个可逆反应,无论向正反应方向进行还是向逆反应方向进行,实际不可能100%转化。则03.C　题中反应的反应前后气体分子数不变,所以随着反应的进行,混合气体的总压强始终保持不变,所以混合气体的总压强不变,不能说明反应达到平衡状态,A错误;气体质量、容器容积、气体密度均始终不变,故混合气体的密度不变不能说明反应达到平衡状态,B错误;t1时改变的条件使正反应速率增大,重新达到平衡状态时,正、逆反应速率相等且小于原平衡时的反应速率,则该条件同时使逆反应速率减小,可能为增大H2浓度并减少CO浓度,C正确;CO2(g)与H2O(g)的浓度相等不能确定此时各成分的浓度是否不再变化,故不一定表明此时反应达到平衡状态,D错误。
4.【答案】 ④⑦
【解析】 由于(乙)反应前后气体分子数相等,混合气体平均相对分子质量始终不变,故①不能表明(乙)容器中反应达到平衡状态;恒温时,(乙)容器中气体压强始终不变,故②不能表明(乙)容器中反应达到平衡状态;各气体组分浓度相等与平衡状态之间没有一定关系,故③不能表明(甲)、(乙)容器中反应都达到平衡状态;水分子中含有两个氢氧键,氢分子中含有一个氢氢键,断裂氢氧键的速率为断裂氢氢键速率的2倍,说明水的消耗速率等于氢气的消耗速率,正反应速率等于逆反应速率,故④能表明(甲)、(乙)容器中反应都达到平衡状态;(乙)容器中气体的质量、体积不变,混合气体的密度始终不变,故⑤不能表明(乙)容器中反应达到平衡状态;单位时间内,消耗水蒸气与生成氢气都是正反应方向,故⑥不能表明(甲)、(乙)容器中反应都达到平衡状态;同一时间内,水蒸气消耗的物质的量等于氢气消耗的物质的量,正反应速率等于逆反应速率,故⑦能表明(甲)、(乙)容器中反应都达到平衡状态。
考点二　化学平衡常数、转化率及相关计算
必备知识整合
一、1.K　
3.(1)化学反应的本身　(2)温度　
4.(2)正　平衡　逆　(3)吸热　放热　放热　吸热
[理解·辨析] (1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)×　(6)×
【提示】 (1)平衡常数表达式中,必须是各物质的平衡浓度。
(2)平衡常数只与温度有关。
(4)化学平衡常数K越大,正向进行的趋势越大,可以由化学平衡常数K推断一个可逆反应进行的程度。
(5)平衡转化率是一个相对值,还与起始加入的反应物的量有关,平衡常数很大,反应物的转化率不一定高。
(6)对于一定温度下的同一个反应,其正反应和逆反应的化学平衡常数的乘积等于1,如果正反应的平衡常数为1,则逆反应的平衡常数也为1,两者相等。
关键能力提升
1.【答案】 K1·
【解析】 反应①的平衡常数K1=,反应②的平衡常数K2=,即2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的平衡常数K==,反应③的平衡常数K3=,根据盖斯定律可知,反应③=反应①+反应②×2,则K3=×=K1·。
2.【答案】 -307　()(或)
【解析】 根据盖斯定律可知,反应③=×(②-①),所以对应ΔH3=(ΔH2-ΔH1)=×(-329 kJ/mol-285 kJ/mol)=-307 kJ/mol;根据平衡常数表达式与热化学方程式之间的关系可知,对应平衡常数K3=()或。
3.(1)　(2)吸热　(3)700 ℃　(4)等于　
(5)不　(6)向逆反应方向进行
4.【答案】 (1)1.8 mol/L　　(2)50%　6 mol/L
【解析】 (1)根据题意,列三段式
　　　　　　　M(g)+N(g)P(g) + Q(g)
起始/(mol/L) 1 2.4 0 0
转化/(mol/L) 0.6 0.6 0.6 0.6
平衡/(mol/L) 0.4 1.8 0.6 0.6
N的平衡浓度为1.8 mol/L,平衡常数K==。
(2)根据题意,列三段式
　　　　　　　M(g)+N(g)P(g)+Q(g)
起始/(mol/L) 4 a 0 0
转化/(mol/L) 2 2 2 2
平衡/(mol/L) 2 a-2 2 2
α(M)=×100%=50%,温度不变,平衡常数不变,K==,解得a=6,即反应物N的起始浓度为6 mol/L。
5.【答案】 (1)2.5　2.85×10-3　(2)>　>　(3)B
【解析】 (1)设建立平衡后,反应消耗的H2S的物质的量为 x mol,建立三段式
　　　　　 H2S(g) + CO2(g)COS(g)+H2O(g)
起始/mol 0.40 0.10 0 0
转化/mol x x x x
平衡/mol 0.40-x 0.10-x x x
==0.02,解得x=0.01,所以H2S的转化率α1=×100%=2.5%;由于该反应是反应前后气体体积相等的反应,所以在该条件下反应达到平衡时化学平衡常数K==≈2.85×10-3。(2)温度升高,平衡时水的物质的量分数增大,则反应正向移动,该反应的ΔH>0,平衡时H2S的转化率增大,即α2>α1。(3)对于化学方程式左边气体不唯一的反应,增大一种反应物浓度,该反应物转化率减小,另一种反应物转化率增大,A不符合题意,B符合题意;增大生成物浓度,平衡逆向移动,C不符合题意;恒容容器充入N2,参与反应的各气体的浓度不变,不影响平衡移动,D不符合题意。
6.【答案】 (1)　<　(2)小于
【解析】 (1)反应达平衡状态时,v1(正)=v1(逆)、v2(正)=v2(逆),
所以v1(正)·v2(正)=v1(逆)·v2(逆),
即 k1(正)·c2(NO)·k2(正)·c(N2O2)·c(O2)=k1(逆)·c(N2O2)·k2(逆)·c2(NO2),则K==;因为决定2NO(g)+O2(g)2NO2(g)速率的是反应Ⅱ,所以反应Ⅰ的活化能EⅠ小于反应Ⅱ的活化能EⅡ。
7.【答案】 (1)　
(2)2　120
【解析】 (1)可逆反应达到平衡状态时,v正=v逆,所以k正·c(Mb)·p(O2)=k逆·c(MbO2),
=,则平衡常数K==。(2)c点时,p(O2)=4.50 kPa,肌红蛋白的结合度α=90.0%,代入平衡常数表达式中可得 K== kPa-1=2 kPa-1;K=,则k正=K·k逆=2 kPa-1×60 s-1=120 s-1·kPa-1。
考点三　压强平衡常数
必备知识整合
2.[示例]
　　　　　　N2(g) + 3H2(g)2NH3(g)
起始/mol 1 3 0
变化/mol 0.5 1.5 1
平衡/mol 0.5 1.5 1
平衡时p(N2)=p0、p(H2)=p0、p(NH3)=p0,Kp===。
关键能力提升
1.C　正反应是气体体积增大的反应,温度相同时,增大压强平衡逆向移动,G的体积分数减小,所以在810 ℃时,随着压强的增大G的体积分数逐渐减小,即54.0>a>b,压强为 2.0 MPa 时,温度升高,G的体积分数增大,正反应是吸热反应,则f>a,故bK(810 ℃),B错误;915 ℃、2.0 MPa 时G的体积分数为75.0%,设E起始的物质的量为a mol,反应
b mol,则有
　　　　　E(g)+F(s)2G(g)
n起始/mol a 0
n变化/mol b 2b
n平衡/mol a-b 2b
则×100%=75.0%,解得b=0.6a,所以平衡常数Kp==4.5 MPa,C正确;
1 000 ℃、3.0 MPa时,设E起始的物质的量为 n mol,反应了x mol,则有
　　　　　E(g)+F(s)2G(g)
n起始/mol n 0
n变化/mol x 2x
n平衡/mol n-x 2x
×100%=83.0%,x≈0.709n,所以E的转化率约为70.9%,D错误。
2.【答案】
【解析】 1 200 K时,假定体系内只有反应C40H12(g)C40H10(g)+H2(g)发生,反应过程中压强恒定为p0(即C40H12的初始压强),平衡转化率为α,设起始量为1 mol,则根据信息列出三段式为
　　　　　　　C40H12(g)C40H10(g)+H2(g)
起始/mol 1 0 0
变化/mol α α α
平衡/mol 1-α α α
则p(C40H12)=p0×,p(C40H10)=p0×,p(H2)=p0×,该反应的平衡常数Kp==。
3.【答案】 5
【解析】 设充入H2O(g)物质的量为x mol,在某温度、100 kPa下,向反应器中充入1 mol气态乙苯发生题述反应,乙苯的平衡转化率为50%,可列三段式
　　　 C6H5C2H5(g)C6H5CHCH2(g)+H2(g)
起始/mol 1 0 0
转化/mol 0.5 0.5 0.5
平衡/mol 0.5 0.5 0.5
此时平衡时混合气体总物质的量为1.5 mol,此时容器的容积为V L,当乙苯的平衡转化率为75%,可列三段式
　　　 C6H5C2H5(g)C6H5CHCH2(g)+H2(g)
起始/mol 1 0 0
转化/mol 0.75 0.75 0.75
平衡/mol 0.25 0.75 0.75
此时乙苯、苯乙烯、H2物质的量之和为1.75 mol,混合气的总物质的量为(1.75+x)mol,在恒温、恒压时,体积之比等于物质的量之比,此时容器的容积为V L,两次平衡温度相同,则平衡常数相等,则=,解得x=5,即充入H2O(g)物质的量为5 mol。
4.【答案】 (1)50%　4.76　(2)①越高　等温等压下加入惰性气体,平衡向气体分子数增加的方向移动　②d　-24.9
【解析】 (1)在1 470 K、100 kPa反应条件下,设硫化氢和氩的起始投料的物质的量分别为1 mol和 4 mol,列三段式
　　　　　2H2S(g)S2(g)+2H2(g)
起始/mol 1 0 0
变化/mol x 0.5x x
平衡/mol 1-x 0.5x x
平衡时混合气中H2S和H2的分压相等,则两者的物质的量相等,即1-x=x,解得x=0.5,所以H2S的平衡转化率为×100%=50%,
平衡常数Kp==≈4.76 kPa。
(2)在1 373 K、100 kPa反应条件下,对于H2SAr混合气,由题图可知,热分解反应过程中H2S平衡转化率按曲线a、b、c、d、e的顺序依次升高。
①n(H2S)∶n(Ar)越小,表示反应初始硫化氢分压越小,惰性气体分压越大。硫化氢热分解反应为气体分子数增加的反应,故等温等压下加入惰性气体,平衡会向气体分子数增加的方向移动,以达到新的平衡,即H2S平衡转化率会提高。
②n(H2S)∶n(Ar)越小,H2S平衡转化率越高,所以 n(H2S)∶n(Ar)=1∶9对应的曲线是d;根据图像可知n(H2S)∶n(Ar)=1∶9、反应进行到 0.1 s 时H2S转化率为24%,在1 373 K、100 kPa反应条件下,设硫化氢和氩的起始投料的物质的量分别为1 mol和9 mol,列三
段式
　　　　　 2H2S(g)S2(g)+2H2(g)
起始/mol 1 0 0
变化/mol 0.24 0.12 0.24
平衡/mol 0.76 0.12 0.24
此时H2S的分压为×100 kPa≈7.51 kPa,H2S的起始分压为10 kPa,所以H2S分压的平均变化率为=-24.9 kPa·s-1。
考点四　影响化学平衡的因素
必备知识整合
一、3.(1)正反应　(3)逆反应
二、1.正反应　逆反应　气体分子总数减小　气体分子总数增大　吸热反应　放热反应
2.(1)能够减弱这种改变
[理解·辨析] (1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)√
【提示】 (1)不知v逆如何改变,且无法判断改变后v正与v逆的大小,无法判断平衡是否发生移动。
(2)若化学反应速率改变后正、逆反应速率仍然相等,化学平衡不发生移动。
(3)升高温度,正、逆反应速率均增大,平衡向吸热反应方向移动。
(4)压缩体积,体积变小,再达平衡时,NO2浓度变大,混合气体的颜色变深。
(5)增大反应物浓度可使平衡正向移动,加入的反应物的转化率减小,另一种反应物的转化率增大,则平衡正向移动,反应物的转化率不一定增大。
关键能力提升
1.【答案】 (1)放热　(2)KOH(合理即可)
(3)不能　浓硫酸溶于水放出大量的热,平衡会逆向移动,所以溶液橙色加深,不能说明是由于氢离子浓度的增大使平衡逆向移动引起的
(4)在酸性条件下,K2Cr2O7的氧化性更强
(5)①K2Cr2O7溶液中存在平衡Cr2+H2O2Cr+2H+,亚硫酸根离子可以和氢离子结合,降低氢离子浓度,使平衡正向移动,溶液变为黄色
②Cr2+8H++3S2Cr3++3S+4H2O
【解析】 (1)升高温度,平衡Cr2+H2O2Cr+2H+向着吸热反应方向移动,实验中加热溶液,溶液橙色加深,根据题意Cr2在溶液中显橙色,平衡逆向移动,所以反应Cr2+H2O2Cr+2H+的正反应是放热反应。
(2)为了验证“只降低生成物的浓度,该平衡正向移动”,则需要加入的试剂a必须是可以和产物离子如氢离子反应的物质,可以是氢氧化钾或碳酸钾等。
(3)加入浓硫酸,不仅要考虑增加氢离子浓度使平衡逆向移动的情况,同时应考虑浓硫酸溶于水放出大量的热,平衡也会逆向移动。
(5)①亚硫酸根离子可以和氢离子结合,降低氢离子浓度,引起平衡Cr2+H2O2Cr+2H+正向移动,溶液变为黄色。
②溶液变绿色,则出现的是Cr3+(绿色),重铬酸根离子和亚硫酸根离子之间发生氧化还原反应,Cr2+8H++3S2Cr3++3S+4H2O。
2.D　一定温度下,在1 L的恒容密闭容器中,充入1 mol CO和1 mol NO,反应2CO(g)+2NO(g)N2(g)+2CO2(g)平衡时,测得c(N2)=0.2 mol/L,则可建立如下三段式,
　　　　 2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)
1.0 1.0 0 0
0.4 0.4 0.2 0.4
0.6 0.6 0.2 0.4
K=≈0.25。升高温度,平衡一定发生移动,则正、逆反应速率不同,增大的倍数不同,A不正确;加入催化剂,正、逆反应活化能均减小,B不正确;若往容器中再通入1 mol NO和1 mol CO2,浓度商Q=≈0.43>0.25,则此时平衡逆向移动,v正
v逆,D正确。
3.C　升高温度,化学平衡向吸热反应方向移动,若c(Z)增大,说明平衡正向移动,则ΔH>0,A正确;加入一定量Z,Z的浓度增大,平衡逆向移动,故达新平衡后,m(Y)减小,B正确;加入等物质的量的Y和Z,Z的浓度增大,平衡逆向移动,由于X、Y均为固体,故K=c(Z),达新平衡后,c(Z)不变,C错误;在恒容密闭容器中,加入一定量氩气,Z的浓度保持不变,正、逆反应速率不变,故平衡不移动,D正确。
4.D　容器的容积扩大到原来的两倍,若平衡不移动,则 c(A)=0.25 mol/L,但达平衡时c(A)=0.30 mol/L>0.25 mol/L,说明减小压强,平衡向逆反应方向移动,故x+y>z,B转化率减小,C的体积分数减小,D项正确。
5.(1)正反应　减小　增大　(2)正反应　不变　不变　(3)正反应　增大　减小
6.D　图中B点NO2的转化率最高,则温度为 T ℃ 时,B点恰好达到平衡状态,由于AB曲线上对应容器的容积逐渐增大,NO2的起始浓度逐渐减小,但浓度均大于B点,NO2的浓度越大,反应速率越大,达到平衡的时间越短,所以AB曲线上反应均达到平衡状态,正反应是气体体积增大的反应,随着容器容积的增大,NO2的转化率逐渐增大,B点达到最大;B点以后,随着容器容积的增大,NO2的起始浓度减小,反应速率减小,达到平衡的时间延长,所以BC曲线上反应均未达到平衡状态,反应正向进行。根据分析可知,A点对应容器中,反应达到了平衡状态,A错误;向B点对应容器中再充入一定量NO2,反应物浓度增大,等效于压缩容器容积,达到新平衡时,NO2的转化率减小,B错误;缩小C点对应容器的容积,增大压强,若为BC曲线上任何一点对应容积,反应均正向进行,v(正)>v(逆),C错误;A点时反应达到平衡,NO2转化率为40%,则可列出三段式,
　　　 2C(s)+ 2NO2(g)N2(g)+2CO2(g)
1 0 0
0.4 0.2 0.4
0.6 0.2 0.4
T ℃时,该反应的化学平衡常数为K===,B点时反应的三段式为
　　　　2C(s)+2NO2(g)N2(g)+2CO2(g)
1 0 0
0.8 0.4 0.8
0.2 0.4 0.8
则T ℃时,该反应的化学平衡常数为K===,得=,
则有V1∶V2=1∶72,D正确。
真题验收
1.C　在K2CrO4溶液中存在平衡2Cr(黄色)+2H+Cr2(橙色)+H2O,且该溶液具有氧化性,HBr具有还原性,向1 mL 0.1 mol/L K2CrO4溶液中加入1 mL 1.0 mol/L HBr溶液,可发生氧化还原反应生成Br2使溶液变为橙色,干扰探究浓度对化学平衡移动的影响,A错误;反应2HI(g)H2(g)+I2(g)为反应前后气体总体积不变的可逆反应,向恒温恒容密闭玻璃容器中充入100 mL HI气体,分解达到平衡后再充入100 mL Ar,平衡不发生移动,气体颜色不变,应得到的结论是对于反应前后气体总体积不变的可逆反应,恒温恒容时,改变压强平衡不移动,B错误;反应 2NO2(g)N2O4(g)为放热反应,升高温度,气体颜色变深,说明平衡逆向移动,即向吸热反应方向移动,C正确;催化剂只会改变化学反应速率,不影响平衡移动,D错误。
2.【答案】 (1)　(2)增大
【解析】 (1)仅发生反应ⅰ,设初始时C2H6的物质的量为 1 mol,平衡时C2H6转化率为25.0%,列三段式,
　　　　　　C2H6(g)C2H4(g)+H2(g)
起始量/mol 1 0 0
转化量/mol 0.25 0.25 0.25
平衡量/mol 0.75 0.25 0.25
则平衡时C2H6、C2H4、H2的物质的量分数分别为0.6、0.2、0.2,Kx1==。
(2)同时发生反应ⅰ和ⅱ,可看作反应ⅰ平衡之后,再开始反应ⅱ,最终两者均达到平衡。反应ⅱ按 1∶1 消耗了反应ⅰ的反应物C2H6、产物H2,设最终消耗量均为m mol(m>0),则C2H6、H2分别剩余(0.75-m)mol、(0.25-m)mol。由于反应ⅱ是一个反应前后气体分子数不变的反应,平衡时总物质的量仍为1.25 mol,则C2H6、H2的物质的量分数分别为、。假设平衡时C2H4仍为0.25 mol,则其物质的量分数仍为。将三者的物质的量分数代入浓度商表达式得Qxⅰ=。由于==1-<1-=,因此 Qxⅰ=<=Kxⅰ,则反应ⅰ的平衡正向移动,生成更多的C2H4,因此C2H4的平衡产率会增大。
3.【答案】 (1)BaC2+2H2OBa(OH)2+HC≡CH↑
(2)①1016　②105　105
【解析】 (1)Ba、Ca同主族,所以BaC2与水的反应和CaC2与水的反应相似,其反应的化学方程式为BaC2+2H2OBa(OH)2+HC≡CH↑。
(2)①反应Ⅰ+反应Ⅱ得BaCO3(s)+4C(s)BaC2(s)+3CO(g),所以其平衡常数K=KⅠ×KⅡ=()3,由图可知,1 585 K时KⅠ=102.5,KⅡ=10-1.5,即()3=102.5×10-1.5=10,所以 =10×(105 Pa)3=1016 Pa3,则Kp==1016 Pa3。
②由图可知,1 320 K时KⅠ=100=1,即KⅠ=()2=1,所以=(105 Pa)2,即pCO=105 Pa。若将容器容积压缩到原来的,由于温度不变,平衡常数不变,重新建立平衡后pCO应不变,即pCO=105 Pa。
4.【答案】 20%　(或)
【解析】 973 K、100 kPa下,在某密闭容器中按n(C6H6)∶n(CH4)=1∶5充入气体,发生反应C6H6(g)+CH4(g)C7H8(g)+H2(g),平衡时C6H6与C7H8的分压比为4∶1,设起始时C6H6的物质的量为1 mol,CH4的物质的量为 5 mol,参加反应的C6H6的物质的量为x mol,则可建立如下三段式,
　　　　　　C6H6(g)+CH4(g)C7H8(g)+H2(g)
起始量/mol 1 5 0 0
变化量/mol x x x x
平衡量/mol 1-x 5-x x x
依题意,=,解得x=0.2,平衡时,n(C6H6)=0.8 mol,n(CH4)=4.8 mol,
n(C7H8)=0.2 mol,n(H2)=0.2 mol,则C6H6的平衡转化率为×100%=20%,平衡常数Kp=或。
5.【答案】 (1)3　2.25　增大
(2)　46.26　
【解析】 (1)将FeSO4置入抽空的刚性容器中,升高温度发生分解反应2FeSO4(s)Fe2O3(s)+SO2(g)+SO3(g)(Ⅰ)。由平衡时T的关系图可知,660 K时,=1.5 kPa,则=1.5 kPa,因此,该反应的平衡总压p总=3 kPa,平衡常数Kp(Ⅰ)=1.5 kPa×1.5 kPa=
2.25(kPa)2。由图中信息可知,随着温度升高而增大,因此,Kp(Ⅰ)随反应温度升高而增大。
(2)提高温度,题述容器中进一步发生反应2SO3(g)2SO2(g)+O2(g)(Ⅱ),在同温、同压下,不同气体的物质的量之比等于其分压之比,由于仅发生反应(Ⅰ)时=,则+2=-2,因此,平衡时=。在929 K时,p总=84.6 kPa、=35.7 kPa,则++=p总、+2=-2,联立两式可得3+5=4p总,代入相关数据可求出=46.26 kPa,则=2.64 kPa,Kp(Ⅱ)==kPa。
(
第
17
页
)(共215张PPT)
化学平衡
第2讲
1.了解化学反应的可逆性特点。
2.了解化学平衡的建立过程及特征,理解外界条件(浓度、温度、压强、催化剂等)对化学平衡的影响。
3.了解平衡常数的概念及意义,掌握化学平衡常数及平衡转化率的计算。
1.可逆反应
小于
2.化学平衡状态
(1)概念。
在一定条件下的可逆反应体系中,当正反应速率与逆反应速率 时,反应物和生成物的浓度均保持 ,即体系的组成不随时间而改变,这表明该反应中物质的转化达到了“限度”,这时的状态称为化学平衡状态,简称化学平衡。
相等
不变
必备知识整合
(2)建立。
正向开始、逆向开始、双向同时开始,均可建立平衡。
(3)特点。
可逆反应
动态平衡
=
≠
质量或浓度
3.化学平衡状态的确定原则
(1)v(正)=v(逆)。
①用同一种物质表示的正反应速率(消耗速率)与逆反应速率(生成速率)相等。
②不同物质表示的正反应速率(消耗速率)与逆反应速率(生成速率)之比等于化学计量数之比。
(2)变量不变。
必须是随反应进行而发生变化的量。当该变化的量不变时,意味着建立化学平衡。
(3)常见的判断依据。
①平衡体系中各物质的质量、物质的量或浓度不变。
②各物质的百分含量(物质的量分数、质量分数等)、气体的体积分数不变。
③温度、压强(反应前后气体的物质的量不相等)或体系的颜色(某组分有颜色)不变。
[理解·辨析] 判断正误
(1)铅酸蓄电池的充电过程与放电过程为可逆反应。(　 　)
×
【提示】 (1)铅酸蓄电池的充电过程需要直流电源,与放电过程条件不同,不属于可逆反应。
(2)化学反应达到平衡后,反应物和生成物的浓度或百分含量相等。(　　)
×
【提示】 (2)化学反应达到平衡后,各物质的量保持不变,各反应物和生成物的浓度或百分含量不再变化,但不一定相等。
×
√
【提示】 (3)SO3的生成速率与SO2的消耗速率都代表正反应速率,不能说明正反应速率与逆反应速率相等。
【提示】 (4)只有二氧化氮有颜色,当气体颜色保持不变时,说明二氧化氮浓度不变,反应达到平衡状态。
√
【提示】 (5)正反应为气体体积减小的反应,恒温恒容下,压强不再变化,说明反应已达到平衡状态。
√
【提示】 (6)该反应为放热反应,绝热体系中,体系的温度为变量,当体系的温度保持不变时,表明正、逆反应速率相等,该反应达到平衡状态。
一、多视角认识化学平衡
[A] 在0～6 s内,平均反应速率v(A)=0.14 mol·L-1·s-1
[B] 0～8 s内,正反应速率大于逆反应速率
[C] 8 s后反应物消耗完,反应停止
[D] 8～12 s内,该反应处于化学平衡状态
C
t/s 2 4 6 8 10 12
C的浓度/(mol·L-1) 0.22 0.36 0.42 0.46 0.46 0.46
O2、SO2和SO3
A.c(SO2)=0.25 mol/L
B.c(O2)=0.12 mol/L
C.c(SO2)+c(SO3)=0.15 mol/L
D.c(SO3)+c(O2)=0.3 mol/L
C
【解析】(2)该反应是一个可逆反应,无论向正反应方向进行还是向逆反应方向进行,实际不可能100%转化。
则0根据元素守恒,c(SO2)+c(SO3)=0.4 mol/L,故选C。
二、宏微结合确定平衡状态
C
[A] 若容器内压强不再变化,则表明反应达到平衡状态
[B] 若气体密度不变,则表明反应达到平衡状态
[C] t1时改变的条件可能为增大H2浓度并减少CO浓度
[D] t2时CO2(g)与H2O(g)的浓度相等,则一定表明此时反应达到平衡状态
【解析】 题中反应的反应前后气体分子数不变,所以随着反应的进行,混合气体的总压强始终保持不变,所以混合气体的总压强不变,不能说明反应达到平衡状态,A错误;气体质量、容器容积、气体密度均始终不变,故混合气体的密度不变不能说明反应达到平衡状态,B错误;t1时改变的条件使正反应速率增大,重新达到平衡状态时,正、逆反应速率相等且小于原平衡时的反应速率,则该条件同时使逆反应速率减小,可能为增大H2浓度并减少CO浓度,
C正确;CO2(g)与H2O(g)的浓度相等不能确定此时各成分的浓度是否不再变化,故不一定表明此时反应达到平衡状态,D错误。
4.在两个恒容密闭容器中进行下列两个可逆反应:
现有下列状态:
①混合气体平均相对分子质量不再改变
②恒温时,气体压强不再改变
③各气体组分浓度相等
④断裂氢氧键的速率为断裂氢氢键速率的2倍
⑤混合气体的密度不变
⑥单位时间内,消耗水蒸气的质量与生成氢气的质量比为9∶1
⑦同一时间内,水蒸气消耗的物质的量等于氢气消耗的物质的量
其中能表明(甲)、(乙)容器中反应都达到平衡状态的是　　　　(填序号)。
④⑦
【解析】 由于(乙)反应前后气体分子数相等,混合气体平均相对分子质量始终不变,故①不能表明(乙)容器中反应达到平衡状态;恒温时,(乙)容器中气体压强始终不变,故②不能表明(乙)容器中反应达到平衡状态;各气体组分浓度相等与平衡状态之间没有一定关系,故③不能表明(甲)、(乙)容器中反应都达到平衡状态;水分子中含有两个氢氧键,氢分子中含有一个氢氢键,断裂氢氧键的速率为断裂氢氢键速率的2倍,说明水的消耗速率等于氢气的消耗速率,正反应速率等于逆反应速率,故④能表明(甲)、(乙)容器中反应都达到平衡状态;(乙)容器中气体的质量、体积不变,混合气体的密度始终不变,故⑤不能表明(乙)容器中反应达到平衡状态;单位时间内,消耗水蒸气与生成氢气都是正反应方向,故⑥不能表明(甲)、(乙)容器中反应都达到平衡状态;同一时间内,水蒸气消耗的物质的量等于氢气消耗的物质的量,正反应速率等于逆反应速率,故⑦能表明(甲)、(乙)容器中反应都达到平衡状态。
归纳拓展
化学平衡状态判定的两个关键点
①有气体参加且反应前后气体体积不等的反应,气体的总压强、总体积、总物质的量不变时,反应达到平衡状态。
②气体的密度、气体的平均相对分子质量不变时,要具体分析各表达式中的分子或分母变化情况,判断反应是否达到平衡状态(若体系中各组分均为气体,气体质量守恒;若体系中不全是气体,要注意气体质量变化)。
一、化学平衡常数
1.概念
一定温度下,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,称为化学平衡常数,用符号 表示。
K
2.表达式
(2)对同一个可逆反应,当化学方程式书写方式不同时,其平衡常数表达式不同。
3.影响因素
(1)K值的大小由 决定。
(2)对于给定的化学反应,K只受 影响。
化学反应的本身
温度
4.平衡常数的意义及应用
(1)判断可逆反应进行的程度。
K <10-5 10-5～105 >105
反应程度 正反应几乎 不发生 反应可逆 正反应可
接近完全
(2)判断反应是否达到平衡或进行的方向。
QQ=K,反应处于 状态;
Q>K,反应向 反应方向进行。
正
平衡
逆
吸热
(3)判断可逆反应的热效应。
放热
放热
吸热
二、平衡转化率
[理解·辨析] 判断正误
(1)化学平衡常数表达式中,可以是物质的任一浓度。(　 　)
×
【提示】 (1)平衡常数表达式中,必须是各物质的平衡浓度。
(2)增大反应物的浓度,平衡正向移动,化学平衡常数增大。(　 　)
×
【提示】 (2)平衡常数只与温度有关。
×
【提示】 (4)化学平衡常数K越大,正向进行的趋势越大,可以由化学平衡常数K推断一个可逆反应进行的程度。
(4)由化学平衡常数K可以推断一个可逆反应进行的程度。(　 　)
√
(5)化学平衡常数较大的反应,其反应物的平衡转化率也一定很高。(　 　)
×
【提示】 (5)平衡转化率是一个相对值,还与起始加入的反应物的量有关,平衡常数很大,反应物的转化率不一定高。
×
(6)对可逆反应来说,正反应的化学平衡常数与逆反应的化学平衡常数一定不相等。(　 　)
【提示】 (6)对于一定温度下的同一个反应,其正反应和逆反应的化学平衡常数的乘积等于1,如果正反应的平衡常数为1,则逆反应的平衡常数也为1,两者相等。
一、化学平衡常数与化学方程式书写方式的关系
1.已知在相同条件下的下列反应:
K3=　　　　(用K1、K2表示)。
2.(2023·全国甲卷,28节选)甲烷选择性氧化制备甲醇是一种原子利用率高的方法。已知下列反应的热化学方程式:
-307
归纳总结
平衡常数与化学方程式书写方式的关系
(1)正、逆反应的化学平衡常数互为倒数。
(2)若化学方程式中各物质的化学计量数都变成n倍,则化学平衡常数变为原来的n次幂。
(3)两化学方程式相加得到新的化学方程式,其化学平衡常数是两反应平衡常数的乘积。
二、化学平衡常数的应用
T/ ℃ 700 800 830 1 000 1 200
K 0.6 0.9 1.0 1.7 2.6
(1)该反应的化学平衡常数表达式为K=　　　　　　　　　。
(2)该反应为　　　　(填“吸热”或“放热”)反应。
吸热
(3)某温度下,各物质的平衡浓度符合关系式:3c(CO2)·c(H2)=
5c(CO)·c(H2O),试判断此时的温度为　　 　　。
700 ℃
(4)若830 ℃时,向容器中充入1 mol CO、5 mol H2O,反应达到平衡后,化学平衡常数K　　　 　(填“大于”“小于”或“等于”)1.0。
等于
(5)830 ℃时,容器中的反应已达到平衡。在其他条件不变的情况下,扩大容器的容积,平衡　 　(填“向正反应方向”“向逆反应方向”或“不”)移动。
(6)若1 200 ℃时,在某时刻反应体系中CO2、H2、CO、H2O的浓度分别为
2 mol/L、2 mol/L、4 mol/L、4 mol/L,则此时反应　 　 　　(填“向正反应方向进行”“向逆反应方向进行”或“处于平衡状态”)。
不
向逆反应方向进行
三、化学平衡常数与平衡转化率的相关计算
(1)若达到平衡后,M的转化率为60%,则N的平衡浓度是　　　　　　,平衡常
数K为　　　　。
1.8 mol/L
(2)若反应温度不变,反应物的起始浓度分别为c(M)=4 mol/L,c(N)=a mol/L,达到平衡后,c(P)=2 mol/L,则M的转化率为　　 　　,N的起始浓度为
　　　　　　。
50%
6 mol/L
(1)H2S的平衡转化率α1=　　　　%,反应的平衡常数K=　　　　　　。
2.5
2.85×10-3
(2)在620 K重复实验,平衡后水的物质的量分数为0.03,H2S的转化率α2
　　　　(填“>”“<”或“=”,下同)α1,该反应的ΔH　　　 　0。
>
>
【解析】(2)温度升高,平衡时水的物质的量分数增大,则反应正向移动,该反应的ΔH>0,平衡时H2S的转化率增大,即α2>α1。
(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　 　(填字母)。
A.H2S B.CO2 C.COS D.N2
B
【解析】(3)对于化学方程式左边气体不唯一的反应,增大一种反应物浓度,该反应物转化率减小,另一种反应物转化率增大,A不符合题意,B符合题意;增大生成物浓度,平衡逆向移动,C不符合题意;恒容容器充入N2,参与反应的各气体的浓度不变,不影响平衡移动,D不符合题意。
四、考查速率常数与平衡常数关系在计算中的应用
<
(2)已知反应速率常数k随温度的升高而增大,则升高温度后k2(正)增大的倍数
　　　　(填“大于”“小于”或“等于”)k2(逆)增大的倍数。
小于
(1)平衡常数K与速率常数k正、k逆之间的关系式为K=　　 　　(用含有k正、k逆的式子表示)。
(2)试求出图中c点时,上述反应的平衡常数K=　　 　kPa-1。已知k逆=60 s-1,则速率常数k正=　　　　s-1·kPa-1。
2
120
思维建模
正、逆反应的速率常数与平衡常数的关系
1.表达式
2.计算方法
(1)根据“三段式”法计算平衡体系中各物质的物质的量或物质的量浓度。
(2)计算各气体组分的物质的量分数或体积分数。
(3)根据分压计算公式求出各气体物质的分压,某气体的分压=气体总压强×该气体的体积分数(或物质的量分数)。
(4)根据平衡常数计算公式代入计算。
[示例] 一定温度和催化剂条件下,将1 mol N2和3 mol H2充入压强为p0的恒压容器中,测得平衡时N2的转化率为50%,计算该温度下的压强平衡常数
Kp=　　　 　。
一、压强平衡常数的计算
温度/℃ 压强/MPa
1.0 2.0 3.0
810 54.0 a b
915 c 75.0 d
1 000 e f 83.0
下列说法正确的是(　　)
[A] b>f
[B] 平衡常数K(1 000 ℃)[C] 915 ℃、2.0 MPa时该反应的平衡常数为Kp=4.5 MPa
[D] 1 000 ℃、3.0 MPa时E的转化率为83.0%
C
【解析】 正反应是气体体积增大的反应,温度相同时,增大压强平衡逆向移动,G的体积分数减小,所以在810 ℃时,随着压强的增大G的体积分数逐渐减小,即54.0>a>b,压强为2.0 MPa时,温度升高,G的体积分数增大,正反应是吸热反应,则f>a,故bK(810 ℃),B错误;
915 ℃、2.0 MPa 时G的体积分数为75.0%,设E起始的物质的量为a mol,反应了b mol,则有
二、含不反应气体的平衡体系中Kp的计算
5
【解析】 设充入H2O(g)物质的量为x mol,在某温度、100 kPa下,向反应器中充入1 mol气态乙苯发生题述反应,乙苯的平衡转化率为50%,可列三段式
此时平衡时混合气体总物质的量为1.5 mol,此时容器的容积为V L,
当乙苯的平衡转化率为75%,可列三段式
50%
4.(2022·全国乙卷,28节选)油气开采、石油化工、煤化工等行业废气普遍含有的硫化氢,需要回收处理并加以利用。回答下列问题。
4.76
【解析】 (1)在1 470 K、100 kPa反应条件下,设硫化氢和氩的起始投料的物质的量分别为1 mol和 4 mol,列三段式
　。
(2)在1 373 K、100 kPa反应条件下,对于n(H2S)∶n(Ar)分别为4∶1、1∶1、1∶4、1∶9、1∶19的 H2S-Ar 混合气,热分解反应过程中H2S转化率随时间的变化如图所示。
①n(H2S)∶n(Ar)越小,H2S平衡转化率
　　　,理由是
越高
等温等压下加入惰性气体,平衡向气体分子数增加的方向
移动
【解析】 (2)在1 373 K、100 kPa反应条件下,对于H2S-Ar混合气,由题图可知,热分解反应过程中H2S平衡转化率按曲线a、b、c、d、e的顺序依次升高。
①n(H2S)∶n(Ar)越小,表示反应初始硫化氢分压越小,惰性气体分压越大。硫化氢热分解反应为气体分子数增加的反应,故等温等压下加入惰性气体,平衡会向气体分子数增加的方向移动,
以达到新的平衡,即H2S平衡转化率
会提高。
②n(H2S)∶n(Ar)=1∶9对应图中曲线　　　　,计算其在0～0.1 s之间,H2S分压的平均变化率为　　　　kPa·s-1。
d
-24.9
【解析】 ②n(H2S)∶n(Ar)越小,H2S平衡转化率越高,所以n(H2S)∶n(Ar)=
1∶9对应的曲线是d;根据图像可知n(H2S)∶n(Ar)=1∶9、反应进行到 0.1 s 时H2S转化率为24%,在1 373 K、100 kPa反应条件下,设硫化氢和氩的起始投料的物质的量分别为1 mol和9 mol,列三段式
归纳拓展
1.核心:把握不反应气体的“两不(三段式中不增减,平衡常数不代入)”“两要
(平衡总n要计算、平衡总压要纳入)”。
2.目的:平衡体系中加入不参与反应的气体,改变平衡转化率或平衡产率,如恒温恒压条件下加入稀有气体,可视为反应物压强减小,平衡向气体化学计量数和变大的方向移动(口诀:小压大移)。
归纳拓展
3.对比:恒温恒容条件下加入不参与反应的气体(如稀有气体),参与反应的各物质的n、浓度、分压皆不变,平衡不移动,不改变平衡转化率或平衡产率。
一、化学平衡的移动
1.化学平衡移动的含义
在一定条件下,当可逆反应达到平衡状态后,如果改变反应条件,平衡状态被破坏,平衡体系的物质组成也会随着改变,直至达到新的平衡状态。这种由原有的平衡状态达到新的平衡状态的过程叫做化学平衡的移动。
2.化学平衡移动的实质
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 方向移动。
(2)v正=v逆:反应达到平衡状态,平衡不发生移动。
(3)v正正反应
逆反应
二、影响化学平衡的因素
1.影响化学平衡的外界因素
若其他条件不变,改变下列条件对化学平衡的影响如下表:
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 方向移动
减小反应物浓度或增大生成物浓度 向 方向移动
正反应
逆反应
压强(对有 气体参加的反应,改变容器 容积) 反应前后气体物质的量改变 增大压强 向 的方向移动
减小压强 向 的方向移动
反应前后气体物质的量不变 改变压强 平衡不移动
温度 升高温度 向 方向移动
降低温度 向 方向移动
催化剂 同等程度改变v正、v逆,平衡不移动
气体分子总数减小
气体分子总数增大
吸热反应
放热反应
2.勒夏特列原理
(1)如果改变影响平衡的一个因素(如温度、压强及参加反应的物质的浓度),平衡就向着 的方向移动。
(2)平衡的移动只能“减弱”外界条件的改变,不能完全“消除”。
能够减弱这种改变
[理解·辨析] 判断正误
(1)只要v正增大,平衡一定正向移动。(　 　)
【提示】 (1)不知v逆如何改变,且无法判断改变后v正与v逆的大小,无法判断平衡是否发生移动。
(2)化学平衡发生移动,化学反应速率一定改变,但化学反应速率改变,化学平衡不一定发生移动。(　 　)
×
√
【提示】 (2)若化学反应速率改变后正、逆反应速率仍然相等,化学平衡不发生移动。
(3)升高温度,平衡向吸热反应方向移动,此时放热反应方向速率减小,吸热反应方向速率增大。(　 　)
×
【提示】 (3)升高温度,正、逆反应速率均增大,平衡向吸热反应方向移动。
【提示】 (4)压缩体积,体积变小,再达平衡时,NO2浓度变大,混合气体的颜色变深。
×
√
(5)化学平衡正向移动,反应物的转化率不一定增大。(　 　)
【提示】 (5)增大反应物浓度可使平衡正向移动,加入的反应物的转化率减小,另一种反应物的转化率增大,则平衡正向移动,反应物的转化率不一定增大。
一、实验探究化学平衡移动
1.某兴趣小组以重铬酸钾(K2Cr2O7)溶液为研究对象,结合所学反应原理的知识改变条件使其发生“色彩变幻”。
放热
(2)ⅱ是验证“只降低生成物的浓度,该平衡正向移动”,试剂a是
　　　 　(填化学式)。
KOH(合理即可)
【解析】(2)为了验证“只降低生成物的浓度,该平衡正向移动”,则需要加入的试剂a必须是可以和产物离子如氢离子反应的物质,可以是氢氧化钾或碳酸钾等。
(3)ⅲ的目的是验证“增大生成物的浓度,该平衡逆向移动”,此实验能否达到预期目的 　　　　(填“能”或“不能”),理由是
不能
【解析】 (3)加入浓硫酸,不仅要考虑增加氢离子浓度使平衡逆向移动的情况,同时应考虑浓硫酸溶于水放出大量的热,平衡也会逆向移动。
浓硫酸溶于水放出大量的热,平衡会逆向移动,所以溶液橙色加深,不能说明是由于氢离子浓度的增大使平衡逆向移动引起的
　 　。
(4)根据实验Ⅱ中不同现象,可以得出的结论是
　 。
K2Cr2O7的氧化性更强
在酸性条件下,
(5)继续实验。
①解释溶液变黄的主要原因:
　 。
②溶液变绿色,该反应的离子方程式是
　。
二、化学平衡移动方向及结果分析
[A] 升高温度,正、逆反应速率以相同倍数增大
[B] 加入催化剂使正反应速率增大,逆反应活化能增大
[C] 若往容器中再通入1 mol NO和1 mol CO2,则此时v正>v逆
[D] 若往容器中再通入2 mol CO和1 mol N2,则此时v正>v逆
D
[A] 升高温度,若c(Z)增大,则ΔH>0
[B] 加入一定量Z,达新平衡后,m(Y)减小
[C] 加入等物质的量的Y和Z,达新平衡后,c(Z) 增大
[D] 加入一定量氩气,平衡不移动
C
【解析】 升高温度,化学平衡向吸热反应方向移动,若c(Z)增大,说明平衡正向移动,则ΔH>0,A正确;加入一定量Z,Z的浓度增大,平衡逆向移动,故达新平衡后,m(Y)减小,B正确;加入等物质的量的Y和Z,Z的浓度增大,平衡逆向移动,由于X、Y均为固体,故K=c(Z),达新平衡后,c(Z)不变,C错误;在恒容密闭容器中,加入一定量氩气,Z的浓度保持不变,正、逆反应速率不变,故平衡不移
动,D正确。
[A] x+y[B] 平衡向正反应方向移动
[C] B的转化率增大
[D] C的体积分数减小
D
【解析】 容器的容积扩大到原来的两倍,若平衡不移动,则c(A)=0.25 mol/L,但达平衡时c(A)=0.30 mol/L>0.25 mol/L,说明减小压强,平衡向逆反应方向移动,故x+y>z,B转化率减小,C的体积分数减小,D项正确。
思维建模
判断化学平衡移动方向的思维模型
三、平衡转化率模型分析
5.(2024·山东日照高三月考)对于以下三个反应,从反应开始进行至达到平衡后,保持温度、容积不变,按要求回答下列问题。
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　　　　。
正反应
减小
增大
再充入HI(g),平衡向　 　　　方向移动,达到平衡后,HI(g)的分解率
　　　　,HI(g)的百分含量　　　　。
正反应
不变
不变
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　　　　。
正反应
增大
减小
下列说法正确的是(　　)
[A] A点对应容器中,反应未达到平衡状态
[B] 向B点对应容器中再充入一定量NO2,达到新平衡时,NO2的转化率增大
[C] 缩小C点对应容器的容积,增大压强,v(正)[D] V1∶V2=1∶72
D
【解析】 图中B点NO2的转化率最高,则温度为 T ℃ 时,B点恰好达到平衡状态,由于AB曲线上对应容器的容积逐渐增大,NO2的起始浓度逐渐减小,但浓度均大于B点,NO2的浓度越大,反应速率越大,达到平衡的时间越短,所以AB曲线上反应均达到平衡状态,正反应是气体体积增大的反应,随着容器容积的增大,NO2的转化率逐渐增大,B点达到最大;
B点以后,随着容器容积的增大,NO2的起始浓度减小,
反应速率减小,达到平衡的时间延长,所以BC曲线上
反应均未达到平衡状态,反应正向进行。
根据分析可知,A点对应容器中,反应达到了平衡状态,A错误;向B点对应容器中再充入一定量NO2,反应物浓度增大,等效于压缩容器容积,达到新平衡时,NO2的转化率减小,B错误;缩小C点对应容器的容积,增大压强,若为BC曲线上任何一点对应容积,反应均正向进行,v(正)>v(逆),C错误;A点时反应达到平衡,NO2转化率为40%,则可列出三段式,
思维建模
平衡转化率的分析与判断方法
①若反应物起始物质的量之比等于化学计量数之比,达到平衡后,它们的转化率相等。
②若只增加A的量,平衡正向移动,B的转化率增大,A的转化率减小。
思维建模
③若按原比例同倍数地增加(或降低)A、B的浓度,等效于压缩(或扩大)容器容积,气体反应物的转化率与化学计量数有关。具体如下:
1.(2024·浙江6月选考,16)为探究化学平衡移动的影响因素,设计方案并进行实验,观察到相关现象。其中方案设计和结论都正确的是(　　)
选项 影响因素 方案设计 现象 结论
[A] 浓度 向1 mL 0.1 mol/L K2CrO4溶液中加入1 mL 1.0 mol/L HBr溶液 黄色溶 液变橙色 增大反应物浓度,平衡向正反应方向移动
[B] 压强 向恒温恒容密闭玻璃容器中充入100 mL HI气体,分解达到平衡后再充入100 mL Ar 气体颜色不变 对于反应前后气体总体积不变的可逆反应,改变压强平衡不移动
[C] 温度 将封装有NO2和N2O4混合气体的烧瓶浸泡在热水中 气体颜色变深 升高温度,平衡向吸热反应方向移动
[D] 催化剂 向1 mL乙酸乙酯中加入1 mL 0.3 mol/L H2SO4溶液,水浴加热 上层液体 逐渐减少 使用合适的催化剂可使平衡向正反应方向移动
C
2.(2024·安徽卷,17节选)一定温度和压强下,
(Kx是以平衡物质的量分数代替平衡浓度计算的平衡常数)
(1)仅发生反应ⅰ时,C2H6的平衡转化率为25.0%,计算Kx1=　　　　。
【解析】 (1)仅发生反应ⅰ,设初始时C2H6的物质的量为 1 mol,平衡时C2H6转化率为25.0%,列三段式,
(2)同时发生反应ⅰ和ⅱ时,与仅发生反应ⅰ相比,C2H4的平衡产率　　　(填“增大”“减小”或“不变”)。
增大
3.(2024·湖北卷,17节选)用BaCO3和焦炭为原料,经反应Ⅰ、Ⅱ得到BaC2,再制备乙炔是我国科研人员提出的绿色环保新路线。
回答下列问题。
(1)写出BaC2与水反应的化学方程式:
　。
1016
105
105
20%
5.(2023·全国乙卷,28节选)硫酸亚铁在工农业生产中有许多用途,如可用作农药防治小麦黑穗病,制造磁性氧化铁、铁催化剂等。回答下列问题。
3
2.25
增大
46.26
课时作业32　化学平衡状态与平衡常数
(时间:30分钟　满分:90分)
一、选择题(共11小题,每小题6分,共66分)
1.下列说法中正确的是(　　)
B
【解析】 反应达到平衡时,应为2v正(H2)=3v逆(NH3),A错误;该化学反应进行时,始终存在2v正(O2)=v正(SO3),所以当2v正(O2)=v逆(SO3)时,意味着v正(SO3)=
v逆(SO3),反应达到化学平衡,B正确;反应达到平衡时是正、逆反应速率相等,而不是浓度之比等于化学计量数之比,C错误;物质转化的程度未知,不能确定压强关系,D错误。
[A] 达到平衡状态时,正、逆反应速率相等
[B] 达到平衡状态时,SO2和O2的浓度都为0
[C] 若起始时加入2 mol SO2和1 mol O2,则达平衡时放出的热量为196.6 kJ
[D] 若反应达到平衡状态后2 min时体系中n(SO3)=a mol,则4 min时n(SO3)=2a mol
A
【解析】 该反应为可逆反应,达到平衡状态时,反应物不能完全转化为生成物,所以SO2和O2的浓度不等于0,B错误;因为是可逆反应,所以消耗的SO2的物质的量小于2 mol、消耗O2的物质的量小于1 mol,放出的热量小于
196.6 kJ,C错误;反应达到平衡状态时,各物质的物质的量不变,2～4 min SO3的物质的量不变,为a mol,D错误。
[A] F2(g)与ClF(g)体积之比恒定不变
[B] F2(g)与ClF3(g)速率之比恒定不变
[C] 混合物中氯元素质量分数恒定不变
[D] 断裂1 mol F—F,同时生成3 mol F—Cl
A
【解析】 初始投料为1 mol F2(g)和3 mol ClF3(g),根据化学方程式可知F2(g)与ClF(g)按照1∶1进行反应,所以未平衡时F2(g)与ClF(g)体积之比会变,当其不变时反应达到平衡,A符合题意;无论是否平衡,同一反应方向 F2(g)与ClF3(g)速率之比恒等于化学计量数之比,B不符合题意;根据元素守恒可知,无论是否平衡,混合物中氯元素质量分数都不变,C不符合题意;断裂1 mol F—F,同时生成 3 mol F—Cl,表示的都是正反应,无论是否平衡都满足此关
系,D不符合题意。
[A] Q变小,K不变,O2转化率减小
[B] Q不变,K变大,SO2转化率减小
[C] Q增大,K不变,SO2转化率增大
[D] Q不变,K变大,O2转化率增大
A
[A] 此时刻反应未达到平衡状态
[B] 容器内压强不变时,说明反应达到平衡状态
[C] 平衡时,再加入与起始等量的CH3OH,达到新平衡后CH3OH体积分数减小
[D] 平衡时,反应混合物的总能量减少40 kJ
物质 CH3OH CH3OCH3 H2O
c/(mol/L) 0.08 1.6 1.6
D
反应混合物减少的能量等于反应放出的热量,由表中数据可知,平衡时 c(CH3OCH3)=1.6 mol/L,则平衡时 n(CH3OCH3)=1.6 mol/L×1 L=1.6 mol,由热化学方程式可知反应放出的热量为25 kJ/mol×1.6 mol=40 kJ,即平衡时反应混合物的总能量减少40 kJ,故D正确。
温度为T ℃时,该反应的平衡常数为K。下列说法正确的是(　　)
[A] K越大,说明反应速率、CO2的平衡转化率越大
[B] 增大压强,平衡向逆反应方向移动,K减小
[C] 升高温度,反应速率和平衡常数K都增大
[D] 加入催化剂,能提高合成气的平衡产率
C
【解析】 K越大,说明反应进行得越完全,CO2的平衡转化率越大,但反应速率受外界因素影响,反应速率不一定越大,A错误;K只受温度影响,温度不变,则K不变,B错误;升高温度,活化分子百分数增大,反应速率增大,该反应ΔH>0,为吸热反应,则平衡常数K增大,C正确;加入催化剂,只能改变反应速率,平衡不移动,则不能提高合成气的平衡产率,D错误。
7.O3是一种很好的消毒剂,具有高效、洁净、方便、经济等优点。O3可溶于水,在水中易分解,产生的[O]为游离氧原子,有很强的杀菌消毒能力。常温常压下发生的反应如下:
下列叙述正确的是(　　)
[A] 降低温度,总反应K减小
[B] K=K1+K2
[C] 适当升温,可提高消毒效率
[D] 压强增大,K2减小
C
温度 T1 T2 T3 T4
转化率 10% 70% 70% 60%
下列说法正确的是(　　)
[A] 该反应是吸热反应
[B] T温度时(T2[C] T3温度下,在15 min后继续进行反应,A的转化率变大
[D] T4温度反应15 min后,若c(B)=0.5 mol/L,则T4温度时的平衡常数是4.5
D
【解析】 15 min后A在四种不同温度下的转化率为单位时间内的转化率,该转化率与反应速率有关,根据表格数据可知,随着温度升高,反应速率增大,
T1、T2温度下15 min时未达平衡,T3、T4温度下15 min时反应已经达到平衡,为平衡转化率,平衡转化率随温度升高而减小,故该反应为放热反应,A错误;由A项分析和表格数据可知,T温度时(T2T4温度反应15 min后已达到该条件下的平衡状态,若c(B)=0.5 mol/L,设A、B的起始浓度分别为2c mol/L、c mol/L,A的转化率为60%,列三段式,
[A] T1温度下该反应的平衡常数为2.56
[B] 平衡时再充入一定量的X,平衡正向移动,X的转化率增大
[C] 若T2>T1,T2温度时K=1.52,则该反应的 ΔH>0
[D] 若其他条件不变,T3温度下,K=1.96,则Y的平衡转化率约为41.3%
D
T3温度下,K=1.96,设消耗的Y的物质的量浓度为x mol/L,列出三段式,
[A] 该反应的速率常数k为15
[B] 随着H2起始浓度增大,该反应平衡常数增大
[C] 达到平衡后,H2和NO的浓度均增加一倍,则NO转化率减小
[D] H2起始浓度为0.2 mol/L,某时刻NO的浓度为0.4 mol/L,则N2的瞬时生成速率为0.24 mol/L
A
反应一定,平衡常数只与温度有关,温度不变,平衡常数不变,B错误;达到平衡后,H2和NO的浓度均增加一倍,新平衡与原平衡相比,相当于加压,平衡正向移动,则NO转化率增大,C错误;速率单位错误,D错误。
[A] 在580 ℃达到平衡时,CH4的转化率为70%
[B] 该反应660 ℃的平衡常数Kc=0.25
[C] 上述反应的正反应为吸热反应
[D] 起始充入1 mol CS2和2 mol H2S,620 ℃平衡时w(S)=0.420
温度/℃ 560 580 600 620 640 660
w(S) 0.286 0.333 0.378 0.420 0.462 0.500
C
由题表数据可知,随着温度的升高硫蒸气的体积分数增大,说明升高温度,平衡逆向移动,故正反应为放热反应,C项错误;恒温恒容条件下,在容积为
2 L的容器中充入1 mol CS2和2 mol H2S等效于充入1 mol CH4和4 mol S,
D项正确。
二、非选择题(共1小题,共24分)
12.(24分,每空3分)试运用所学知识,研究CO等气体的性质,请回答下列问题。
生产水煤气过程中有以下反应:
(1)反应③的平衡常数表达式为K=　　　　　;上述反应中ΔH1、ΔH2、ΔH3之间的关系为 ΔH3=　　　　　　　。
ΔH1+ΔH2
(2)在一定容积的密闭容器中,进行反应②,能判断该反应达到化学平衡状态的依据是　 　　(填字母)。
A.容器中压强不变
B.混合气体中c(CO)不变
C.v正(H2)=v逆(H2O)
D.c(CO2)=c(CO)
BC
【解析】(2)反应前后气体分子数不变,说明压强始终保持不变,不能判断反应是否达到平衡状态,故A不符合题意;反应过程中CO不断减少,当c(CO)不变时,说明反应达到平衡状态,故B符合题意;v正(H2)=v逆(H2O),说明正、逆反应速率相等,反应达到平衡状态,故C符合题意;反应进行中某时刻c(CO2)可能恰好等于c(CO),不能说明反应达到平衡状态,故D不符合题意。
(3)不同温度下反应②的平衡常数如下表所示,ΔH2　　　(填“>”或“<”)0。
温度/℃ 400 500 800
平衡常数K 9.94 9 1
在500 ℃时,把等物质的量浓度的CO和H2O(g)充入反应容器,达到平衡时c(CO)=0.005 mol/L、c(H2)=0.015 mol/L,则CO的平衡转化率为　　　　。
<
75%
<
正
>
【解析】 (4)该反应的正反应是放热反应,相同压强下,由C点到A点,N2O4的体积分数增大,平衡正向移动,故T1C。
课时作业33　影响化学反应平衡移动的因素
(时间:30分钟　满分:70分)
一、选择题(共12小题,每小题5分,共60分)
1.下列事实,不能用勒夏特列原理解释的是(　　)
D
[A] 给该反应升温,v正减小,v逆增大
[B] t2时刻改变的条件是向密闭容器中充入NO
[C] t1时刻的v逆大于t2时刻的v正
[D] 若气体的密度不变,则不能说明该反应达到平衡
B
【解析】 升高温度,v正、v逆均增大,A错误;由题图可知,t2时刻改变条件后,逆反应速率瞬间减小,达到新平衡时,与原平衡反应速率相同,故改变的条件是向密闭容器中充入NO,B正确;t2时刻改变的条件是向密闭容器中充入NO,正反应速率增大,逆反应速率减小,故t1时刻的
v逆小于t2时刻的v正,C错误;该反应前后气体的物
质的量不变,即恒温下容器的容积保持不变,反应
正向进行,气体质量增加,若气体的密度不变,则
气体质量不变,说明该反应达到平衡,D错误。
[A] 正、逆反应速率都增大
[B] 平衡向正反应方向移动
[C] SO2的转化率减小
[D] 化学平衡常数不变
C
【解析】 缩小容器容积,各物质的物质的量浓度变大,正、逆反应速率均增大,A正确;该反应为气体分子数减少的反应,缩小容器容积相当于增大压强,平衡向正反应方向移动,B正确;平衡正向移动,二氧化硫转化率增大,C不正确;化学平衡常数只受温度影响,缩小容器容积,化学平衡常数不变,D正确。
B
[A] 达到平衡后,升高温度,c(SO3)增大
[B] 使用催化剂能缩短该反应达到平衡的时间
[C] 1 mol NO2(g)与1 mol SO2(g)混合后,充分反应会放出41.8 kJ热量
[D] 在恒温恒容条件下,当反应容器内总压强不变时,说明该反应已达到平衡
【解析】 该反应为放热反应,达到平衡后,升高温度,平衡逆向移动,c(SO3)减小,故A错误;催化剂能增大反应速率,所以使用催化剂能缩短该反应达到平衡的时间,故B正确;该反应是可逆反应,故 1 mol NO2(g)与1 mol SO2(g)混合后,反应物不能完全反应,放出的热量小于41.8 kJ,故C错误;在恒温恒容条件下,对于反应前后气体分子数相等的可逆反应,总压强一直不变,所以压强不变,不能说明该反应达到平衡状态,故D错误。
5.(2024·江苏盐城一模)某温度下,在一恒容密闭容器中进行如下两个反应并达到平衡:
下列叙述错误的是(　　)
[A] 加入适量Z,①和②平衡均不移动
[B] 通入稀有气体Ar,①平衡正向移动
[C] 降温时无法判断Q浓度的增减
[D] 通入Y,则N的浓度增大
B
【解析】 Z为固体,加入适量Z不影响反应①的平衡移动,而反应②与Z无关,故加入Z也不影响反应②的平衡移动,A正确;通入稀有气体Ar,由于容器容积不变,故气体浓度不发生改变,反应①的平衡不移动,B错误;温度降低,反应①平衡正向移动,反应②平衡逆向移动,但两个反应中反应物的起始浓度未知,故无法判断Q浓度的增减,C正确;通入气体Y,反应①平衡正向移动,Q的浓度增大,导致反应②平衡逆向移动,则N的浓度增大,D正确。
[A] Z不可能为气体
[B] 达到平衡时容器内有1.8 mol Z
[C] 压缩容积,再次达到平衡,X的浓度不变
[D] Y的体积分数不变说明反应达到平衡状态
D
则列三段式得
[B] 加入FeSO4固体,平衡逆向移动
[C] 加入苯,振荡,平衡正向移动
[D] 经苯两次萃取分离后,在水溶液中加入KSCN溶液,溶液呈红色,则该化学反应存在限度
D
KI的物质的量为0.1 mol/L×0.001 L=0.000 1 mol,FeCl3的物质的量为
0.1 mol/L×0.005 L=0.000 5 mol,故FeCl3过量,即使将I2分离,I-完全反应,
FeCl3依然剩余,故加入KSCN溶液一定呈红色,无法证明该化学反应存在限度,故D错误。
8.(2022·重庆卷,14)两种酸式碳酸盐的分解反应如下。某温度平衡时总压强分别为p1和p2。
该温度下,刚性密闭容器中放入NH4HCO3和Na2CO3固体,平衡后以上3种固体均大量存在。下列说法错误的是(　　)
[A] 反应2的平衡常数为4×106 Pa2
[B] 通入NH3,再次平衡后,总压强增大
[C] 平衡后总压强为4.36×105 Pa
[D] 缩小容积,再次平衡后总压强不变
B
[A] t1 s时的正反应速率大于t2 s时的逆反应速率
[C] t3 s时增大c(H+),该平衡左移,平衡常数减小
[D] t3 s时离子交换反应停止
A
[A] 曲线X代表起始投料比为1∶1
[B] 当2v正(H2)=v逆(CH3OH)时,该反应达到平衡状态
[C] 若其他条件不变,升高温度会使对应的曲线上移
[D] m点对应的H2的平衡转化率为60%
D
【解析】 相同温度下,氢气投料增多,平衡正向移动,CO的平衡转化率增大,故曲线X代表起始投料比为1∶3,A项错误;该反应达到平衡时,)=2v逆(CH3OH),
B项错误;该反应是放热反应,其他条件不变,升高温度,平衡逆向移动,CO的平衡转化率降低,平衡曲线均下移,C项错误;曲线Y代表起始投料比为1∶2,即起始按化学计量数之比投料,CO、H2的平衡转化率相等,即m点对应的CO、H2的平衡转化率均为60%,D项正确。
在室温、100 kPa条件下,往针筒中充入一定体积的NO2气体后密封并保持活塞位置不变。分别在t1 s、t2 s时迅速移动活塞并保持活塞位置不变,测得针筒内气体压强变化如图所示。下列说法正确的是(　　)
[A] B点处NO2的转化率为3%
[B] E点到H点的过程中,NO2的物质的量先增大后减小
[C] E、H两点对应的正反应速率大小为vH>vE
[D] B、E两点气体的平均相对分子质量大小为
MB压强随时间变化的曲线
C
【解析】 由图可知B点处压强为97 kPa,设起始二氧化氮为1 mol,转化率为α,由题意建立如下三段式,
压强随时间变化的曲线
压强随时间变化的曲线
对于有气体参加的反应,压强越大,反应速率越大,由图可知,H点压强大于E点,则反应速率vH>vE,故C正确;由图可知,B到E的过程为压强减小的过程,减小压强,平衡向生成二氧化氮的方向移动,气体的物质的量增大,由质量守恒定律可知气体质量不变,则混合气体的
平均相对分子质量减小,即MB>ME,
故D错误。
压强随时间变化的曲线
在固定的温度和压强下充分反应后,各部分的体积分别为V甲、V乙、V丙。此时若抽走隔板1,不会引起其他活塞移动。下列说法错误的是(　　)
[A] 若乙中气体密度不再改变,
说明乙中已经达到平衡状态
[B] 若x=1,V甲=V乙
[C] 若将3个隔板全部固定,与未固定相比,丙中放热量减少
[D] 若将该容器逆时针旋转90°竖立在桌面上,重新平衡时,乙中C的体积分数减小
D
【解析】 乙中气体总质量恒定,随反应进行气体分子数减小,因为恒压条件下,容器体积减小,则气体密度逐渐增大,当密度不再改变,说明乙中已经达到平衡状态,故A正确;抽走隔板1后,未造成其他隔板移动,说明甲、乙两部分混合后仍处于化学平衡状态,根据等效平衡原理,若将甲中的C全部转化为
A、B,则n(A)∶n(B)=2∶3,
隔板固定后,随着反应正向进行,压强逐渐减小,相比于之前正向进行程度更小,放热量减少,故C正确;将容器竖立后,隔板的质量造成各部分压强增大,体积减小,因此乙中平衡正移,C的体积分数增大,故D错误。
二、非选择题(共1小题,共10分)
(1)实验测得在一定压强下,HCl平衡转化率
随温度变化的αHCl-T曲线如图:
则该反应的ΔH　　 　　(填“>”“<”或“=”)0;A、B两点的平衡常数K(A)与K(B)中较大的是　　　　。
<
K(A)
【解析】 (1)根据题图可知,升高温度,HCl平衡转化率降低,说明平衡逆向移动,逆向反应是吸热反应,正向反应是放热反应,则该反应的ΔH<0;温度升高,平衡逆向移动,平衡常数减小,因此A、B两点的平衡常数K(A)与K(B)中较大的是 K(A)。
(2)在上述实验中若压缩体积使压强增大,则在上图中画出相应αHCl-T曲线的示意图,并简要说明理由:
　 。
增大压强,平衡正向移动,αHCl增大,相同温度下,HCl的平衡转化率比之前的大
【答案】(2)
【解析】 (2)若压缩体积使压强增大,平衡向体积减小的方向移动即正向移动,HCl平衡转化率增大,因此相应αHCl-T曲线的示意图如图所示,
其原因是增大压强,平衡正向移动,αHCl增大,相同温度下,HCl的平衡转化率比之前的大。
(3)下列措施中,有利于提高αHCl的措施有　　　　(填字母)。
A.增大n(HCl)
B.增大n(O2)
C.使用更高效的催化剂
D.移去H2O
BD
【解析】 (3)增大n(HCl),平衡正向移动,HCl平衡转化率减小,故A不符合题意;增大n(O2),平衡正向移动,HCl平衡转化率增大,故B符合题意;使用更高效的催化剂,平衡不移动,HCl平衡转化率不变,故C不符合题意;移去H2O,生成物浓度减小,平衡正向移动,HCl平衡转化率增大,故D符合题意。课时作业32　化学平衡状态与平衡常数
(时间:30分钟　满分:90分)
一、选择题(共11小题,每小题6分,共66分)
1.下列说法中正确的是(　　)
[A] 一定条件下合成氨反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)达到平衡时,3v正(H2)=2v逆(NH3)
[B] 一定条件下反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)达到平衡时,2v正(O2)=v逆(SO3)
[C] 充有N2O4的密闭容器中存在N2O4(g)2NO2(g),当c(N2O4)∶c(NO2)=1∶2时,该可逆反应达到平衡
[D] 一定条件下,2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)达到平衡时,密闭容器内压强为起始压强的
2.一定温度下,向一容积不变的密闭容器中加入一定量的SO2和O2,发生反应:2SO2(g)+
O2(g)2SO3(g)　ΔH=-196.6 kJ·mol-1。下列有关该反应的叙述正确的是(　　)
[A] 达到平衡状态时,正、逆反应速率相等
[B] 达到平衡状态时,SO2和O2的浓度都为0
[C] 若起始时加入2 mol SO2和1 mol O2,则达平衡时放出的热量为196.6 kJ
[D] 若反应达到平衡状态后2 min时体系中 n(SO3)=a mol,则4 min时n(SO3)=2a mol
3.在绝热的某刚性容器中通入1 mol F2(g)和3 mol ClF3(g),发生反应F2(g)+ClF(g)ClF3(g)。下列说法中能够判断该反应一定处于平衡状态的有(　　)
[A] F2(g)与ClF(g)体积之比恒定不变
[B] F2(g)与ClF3(g)速率之比恒定不变
[C] 混合物中氯元素质量分数恒定不变
[D] 断裂1 mol F—F,同时生成3 mol F—Cl
4.可逆反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)达到平衡状态时,保持恒温恒容向容器中加入一定量的O2,设K为平衡常数,Q为浓度商,下列说法正确的是(　　)
[A] Q变小,K不变,O2转化率减小
[B] Q不变,K变大,SO2转化率减小
[C] Q增大,K不变,SO2转化率增大
[D] Q不变,K变大,O2转化率增大
5.已知:2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)　ΔH=-25 kJ/mol,某温度下的平衡常数为400。此温度下,在容积为1 L的恒容密闭容器中加入CH3OH,某时刻测得各组分的物质的量浓度如下表。下列说法中正确的是(　　)
物质 CH3OH CH3OCH3 H2O
c/(mol/L) 0.08 1.6 1.6
[A] 此时刻反应未达到平衡状态
[B] 容器内压强不变时,说明反应达到平衡状态
[C] 平衡时,再加入与起始等量的CH3OH,达到新平衡后CH3OH体积分数减小
[D] 平衡时,反应混合物的总能量减少40 kJ
6.利用CO2和CH4反应制备合成气(CO、H2)的原理是CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)　ΔH>0。温度为T ℃时,该反应的平衡常数为K。下列说法正确的是(　　)
[A] K越大,说明反应速率、CO2的平衡转化率越大
[B] 增大压强,平衡向逆反应方向移动,K减小
[C] 升高温度,反应速率和平衡常数K都增大
[D] 加入催化剂,能提高合成气的平衡产率
7.O3是一种很好的消毒剂,具有高效、洁净、方便、经济等优点。O3可溶于水,在水中易分解,产生的[O]为游离氧原子,有很强的杀菌消毒能力。常温常压下发生的反应如下:
反应①　O3O2+[O]　ΔH>0　平衡常数为K1;
反应②　[O]+O32O2　ΔH<0　平衡常数为K2;
总反应:2O33O2　ΔH<0　平衡常数为K。
下列叙述正确的是(　　)
[A] 降低温度,总反应K减小
[B] K=K1+K2
[C] 适当升温,可提高消毒效率
[D] 压强增大,K2减小
8.(2024·上海模拟)在密闭容器中发生反应 2A(g)+B(g)2C(g),往密闭容器中以 n(A)∶n(B)=2∶1的比例通入两种反应物,15 min后A在四种不同温度下的转化率见下表,且 T1温度 T1 T2 T3 T4
转化率 10% 70% 70% 60%
[A] 该反应是吸热反应
[B] T温度时(T2[C] T3温度下,在15 min后继续进行反应,A的转化率变大
[D] T4温度反应15 min后,若c(B)=0.5 mol/L,则T4温度时的平衡常数是4.5
9.已知T1温度下在容积为10 L的密闭容器中发生可逆反应X(g)+Y(g)2Z(g)+2W(s)　ΔH,起始时充入15 mol X与15 mol Y,10 min时反应达到平衡状态,测得平均速率v(Z)=0.12 mol/(L·min)。下列有关说法正确的是(　　)
[A] T1温度下该反应的平衡常数为2.56
[B] 平衡时再充入一定量的X,平衡正向移动,X的转化率增大
[C] 若T2>T1,T2温度时K=1.52,则该反应的 ΔH>0
[D] 若其他条件不变,T3温度下,K=1.96,则Y的平衡转化率约为41.3%
10.(2024·辽宁沈阳一中月考)在恒温恒容密闭容器中发生反应2H2(g)+2NO(g)2H2O(g)+N2(g),N2的瞬时生成速率v=k·cm(H2)·c2(NO)。控制NO起始浓度为0.5 mol/L,N2的瞬时生成速率和H2起始浓度的关系如图所示,下列说法正确的是(　　)
[A] 该反应的速率常数k为15
[B] 随着H2起始浓度增大,该反应平衡常数增大
[C] 达到平衡后,H2和NO的浓度均增加一倍,则NO转化率减小
[D] H2起始浓度为0.2 mol/L,某时刻NO的浓度为0.4 mol/L,则N2的瞬时生成速率为
0.24 mol/L
11.工业上以硫(S)与CH4为原料制备CS2,在500 ℃以上发生反应:4S(g)+CH4(g)CS2(g)+2H2S(g)　ΔH。在容积为2 L的密闭容器中充入1 mol CH4(g)和4 mol S(g),发生上述反应,测得平衡体系中硫蒸气的体积分数和温度的关系见下表。下列说法错误的是(　　)
温度/℃ 560 580 600 620 640 660
w(S) 0.286 0.333 0.378 0.420 0.462 0.500
[A] 在580 ℃达到平衡时,CH4的转化率为70%
[B] 该反应660 ℃的平衡常数Kc=0.25
[C] 上述反应的正反应为吸热反应
[D] 起始充入1 mol CS2和2 mol H2S,620 ℃平衡时w(S)=0.420
二、非选择题(共1小题,共24分)
12.(24分,每空3分)试运用所学知识,研究CO等气体的性质,请回答下列问题。
生产水煤气过程中有以下反应:
①C(s)+CO2(g)2CO(g)　ΔH1;
②CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)　ΔH2;
③C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)　ΔH3。
(1)反应③的平衡常数表达式为K=　　　　　　　　;上述反应中ΔH1、ΔH2、ΔH3之间的关系为 ΔH3=　　　　　　　。
(2)在一定容积的密闭容器中,进行反应②,能判断该反应达到化学平衡状态的依据是　　　(填字母)。
A.容器中压强不变
B.混合气体中c(CO)不变
C.v正(H2)=v逆(H2O)
D.c(CO2)=c(CO)
(3)不同温度下反应②的平衡常数如下表所示,ΔH2　　　(填“>”或“<”)0。
温度/℃ 400 500 800
平衡常数K 9.94 9 1
在500 ℃时,把等物质的量浓度的CO和H2O(g)充入反应容器,达到平衡时c(CO)=
0.005 mol/L、c(H2)=0.015 mol/L,则CO的平衡转化率为　　　　。
(4)对于反应2NO2(g)N2O4(g)　ΔH<0,当温度为T1、T2时,平衡体系中N2O4的体积分数随压强变化曲线如图所示。则T1　　　(填“>”或“<”)T2;增大压强,平衡　　　　(填“正”或“逆”)向移动;B、C两点的平衡常数B　　　(填“>”或“<”)C。
课时作业32　化学平衡状态与平衡常数
1.B　反应达到平衡时,应为2v正(H2)=3v逆(NH3),A错误;该化学反应进行时,始终存在2v正(O2)=v正(SO3),所以当2v正(O2)=v逆(SO3)时,意味着v正(SO3)=v逆(SO3),反应达到化学平衡,B正确;反应达到平衡时是正、逆反应速率相等,而不是浓度之比等于化学计量数之比,C错误;物质转化的程度未知,不能确定压强关系,D错误。
2.A　该反应为可逆反应,达到平衡状态时,反应物不能完全转化为生成物,所以SO2和O2的浓度不等于0,B错误;因为是可逆反应,所以消耗的SO2的物质的量小于2 mol、消耗O2的物质的量小于1 mol,放出的热量小于196.6 kJ,C错误;反应达到平衡状态时,各物质的物质的量不变,2~4 min SO3的物质的量不变,为a mol,D错误。
3.A　初始投料为1 mol F2(g)和3 mol ClF3(g),根据化学方程式可知F2(g)与ClF(g)按照1∶1进行反应,所以未平衡时F2(g)与ClF(g)体积之比会变,当其不变时反应达到平衡,A符合题意;无论是否平衡,同一反应方向 F2(g)与 ClF3(g)速率之比恒等于化学计量数之比,B不符合题意;根据元素守恒可知,无论是否平衡,混合物中氯元素质量分数都不变,C不符合题意;断裂1 mol F—F,同时生成 3 mol F—Cl,表示的都是正反应,无论是否平衡都满足此关系,D不符合题意。
4.A　浓度商Q=,容器容积不变,向容器中加入一定量的O2,c(O2)增大,所以浓度商Q变小;当可逆反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)达到平衡状态后,保持温度不变,则平衡常数K不变;加入一定量的O2,平衡正向移动,促进了SO2的转化,但是氧气自身的转化率降低,A正确。
5.D　浓度商Q===400=K,说明反应达到平衡状态,故A错误;该反应是气体体积不变的反应,在恒容时压强始终不变,则容器内压强不变时,不能说明反应达到平衡状态,故B错误;平衡时再加入与起始等量的CH3OH,两次平衡为等效平衡,达到新平衡后,CH3OH体积分数不变,故C错误;反应混合物减少的能量等于反应放出的热量,由表中数据可知,平衡时 c(CH3OCH3)=1.6 mol/L,则平衡时 n(CH3OCH3)=1.6 mol/L×1 L=
1.6 mol,由热化学方程式可知反应放出的热量为25 kJ/mol×1.6 mol=40 kJ,即平衡时反应混合物的总能量减少40 kJ,故D正确。
6.C　K越大,说明反应进行得越完全,CO2的平衡转化率越大,但反应速率受外界因素影响,反应速率不一定越大,A错误;K只受温度影响,温度不变,则K不变,B错误;升高温度,活化分子百分数增大,反应速率增大,该反应ΔH>0,为吸热反应,则平衡常数K增大,C正确;加入催化剂,只能改变反应速率,平衡不移动,则不能提高合成气的平衡产率,D错误。
7.C　降低温度,总反应平衡向右移动,K增大,A项错误;K1=、K2=、K==K1·K2,B项错误;升高温度,反应①平衡正向移动,反应②平衡逆向移动,c([O])增大,可提高消毒效率,C项正确;对于给定的反应,平衡常数只与温度有关,D项错误。
8.D　15 min后A在四种不同温度下的转化率为单位时间内的转化率,该转化率与反应速率有关,根据表格数据可知,随着温度升高,反应速率增大,T1、T2温度下15 min时未达平衡,T3、T4温度下15 min时反应已经达到平衡,为平衡转化率,平衡转化率随温度升高而减小,故该反应为放热反应,A错误;由A项分析和表格数据可知,T温度时(T2　　　　　　　　　 2A(g)+B(g)2C(g)
起始浓度/(mol/L) 2c c 0
变化浓度/(mol/L) 1.2c 0.6c 1.2c
平衡浓度/(mol/L) 0.8c 0.4c 1.2c
由题意知0.4c=0.5,解得c=,K===4.5,D正确。
9.D　根据Z的平均速率可知,平衡时c(Z)=1.2 mol/L,c(X)=0.9 mol/L,c(Y)=0.9 mol/L,平衡常数K==≈1.78,A项错误;平衡时再充入一定量的X,平衡正向移动,但X的转化率减小,Y的转化率增大,B项错误;升高温度,平衡常数减小,平衡逆向移动,正反应为放热反应,ΔH<0,C项错误;T3温度下,K=1.96,设消耗的Y的物质的量浓度为x mol/L,列出三段式,
　　　　　　　X(g) + Y(g)2Z(g)+2W(s)
起始/(mol/L) 1.5 1.5 0
转化/(mol/L) x x 2x
平衡/(mol/L) 1.5-x 1.5-x 2x
平衡常数K==1.96,解得x≈0.62,Y的平衡转化率为×100%≈41.3%,D项正确。
10.A　NO起始浓度为0.5 mol/L,由图像可知,N2的瞬时生成速率与H2起始浓度呈直线关系,则m=1,将数据(0.2,0.75)代入v=k·c(H2)·c2(NO),该反应的速率常数k===15,A正确;反应一定,平衡常数只与温度有关,温度不变,平衡常数不变,B错误;达到平衡后,H2和NO的浓度均增加一倍,新平衡与原平衡相比,相当于加压,平衡正向移动,则NO转化率增大,C错误;速率单位错误,D错误。
11.C　根据反应列三段式,
　　　　　4S(g)+CH4(g)CS2(g)+2H2S(g)
4 1 0 0
4x x x 2x
4-4x 1-x x 2x
由表中数据可知,580 ℃时w(S)==0.333,解得 x≈0.7,α(CH4)=×100%=70%,A项正确;660 ℃ 时,w(S)==0.500,解得x=0.5,平衡时 n(S)=2 mol、n(CH4)=0.5 mol、n(CS2)=0.5 mol、n(H2S)=1.0 mol,c(S)=1 mol/L、c(CH4)=0.25 mol/L、c(CS2)=0.25 mol/L、c(H2S)=0.5 mol/L,故 Kc===0.25,B项正确;由题表数据可知,随着温度的升高硫蒸气的体积分数增大,说明升高温度,平衡逆向移动,故正反应为放热反应,C项错误;恒温恒容条件下,在容积为2 L的容器中充入1 mol CS2和 2 mol H2S等效于充入1 mol CH4和4 mol S,D项正确。
12.【答案】 (1)　ΔH1+ΔH2　(2)BC
(3)<　75%　(4)<　正　>
【解析】 (1)反应③的平衡常数表达式为K=;根据盖斯定律,反应③=反应①+反应②,ΔH3=ΔH1+ΔH2。
(2)反应前后气体分子数不变,说明压强始终保持不变,不能判断反应是否达到平衡状态,故A不符合题意;反应过程中CO不断减少,当c(CO)不变时,说明反应达到平衡状态,故B符合题意;v正(H2)=v逆(H2O),说明正、逆反应速率相等,反应达到平衡状态,故C符合题意;反应进行中某时刻c(CO2)可能恰好等于c(CO),不能说明反应达到平衡状态,故D不符合题意。
(3)升高温度,化学平衡常数减小,说明平衡逆向移动,ΔH2<0;达到平衡时c(CO)=0.005 mol/L、c(H2)=0.015 mol/L,参与反应的CO与生成的H2的物质的量相等,故CO的平衡转化率为×100%=75%。
(4)该反应的正反应是放热反应,相同压强下,由C点到A点,N2O4的体积分数增大,平衡正向移动,故T1C。
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