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化學反應速率和

化學平衡第27講

化學平衡化學平衡常數考點一可逆反應與化學平衡狀態考點二化學平衡常數考點三等效平衡經典真題·明考向作業手冊考點一可逆反應與化學平衡狀態知識梳理

夯實必備知識|提升關鍵能力1.可逆反應2.化學平衡狀態(1)概念:在一定條件下的

反應中,當正、逆反應速率

時,反應物和生成物的濃度均保持不變,即體系的組成不隨時間而改變,表明該反應中物質的轉化達到了“限度”,這時的狀態稱之為化學平衡狀態。

夯實必備知識正反應逆反應

小于?可逆相等(2)建立過程:在一定條件下,把某一可逆反應的反應物加入固定容積的密閉容器中。反應過程如下:以上過程可用如圖所示:夯實必備知識最大逐漸減小逐漸增大=保持不變(3)化學平衡特點夯實必備知識正反應速率逆反應速率質量或濃度

夯實必備知識②靜態標志(各種“量”不變)a.各物質的質量、物質的量或濃度不變。b.各物質的百分含量(物質的量分數、質量分數等)不變。c.溫度(絕熱容器)、壓強(化學反應前后氣體分子數不相等)或顏色(某組分有顏色)不變?？傊?若物理量由變量變成了不變量,則表明該可逆反應達到平衡狀態;若物理量恒為不變量,則不能作為平衡標志。夯實必備知識(2)對反應A(g)+B(g)?C(g)+D(g),壓強不隨時間而變,說明反應已達到平衡狀態(

)夯實必備知識1.判斷正誤(正確的打“√”,錯誤的打“×”)(1)反應2NaHCO3

Na2CO3+CO2↑+H2O、Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3互為可逆反應(

)××[解析]兩反應條件不同,不屬于可逆反應,錯誤。[解析]反應A(g)+B(g)?C(g)+D(g)在反應前后氣體的物質的量不變,故壓強不隨時間而變,錯誤。[解析]可逆反應的反應物不能都轉化為生成物,所以具有一定的限度。一個可逆反應達到的平衡狀態就是這個反應在該條件下所能達到的限度,條件改變平衡可能會發生移動,其限度會發生變化,正確。夯實必備知識(3)在一恒溫恒容的密閉容器中充入2molSO2、1molO2,一定條件下發生反應,在相同的容器中充入2molSO3,在相同條件下發生反應,二者最終達到平衡時,各組分的百分含量對應相同(

)(4)可逆反應都具有一定的限度,化學反應的限度可以通過改變反應條件而改變(

)√[解析]根據等效平衡的建立條件,二者屬于恒溫恒容等量投料,建立的平衡等效,正確。√夯實必備知識(5)在恒溫恒壓條件下,對于反應A(g)+B(g)?2C(g)+D(g),當密度保持不變時,反應達到化學平衡狀態(

)(6)由2SO2(g)+O2(g)?2SO3(g)

ΔH=-196.6kJ·mol-1知,2molSO2與1molO2在恒壓密閉容器中充分反應,可放出196.6kJ的熱量(

)×[解析]2molSO2與1molO2并不能完全反應,放出的熱量小于196.6kJ?！毯粚嵄貍渲R2.在一個溫度恒定、容積固定的密閉容器中,發生可逆反應mA(s)+nB(g)?pC(g)+qD(g),已知m+n=p+q,且該反應為放熱反應,反應達到平衡的標志是

。

①體系的壓強不再改變②氣體的密度不再改變③各氣體的濃度不再改變④各氣體的質量分數不再改變⑤反應速率v(C)∶v(D)=p∶q⑥單位時間內nmolB斷鍵反應,同時pmolC也斷鍵反應①②③④⑥夯實必備知識

1.下列對可逆反應的認識正確的是(

)A.NH4ClNH3↑+HCl↑與NH3+HCl=NH4Cl互為可逆反應B.既能向正反應方向進行,又能向逆反應方向進行的反應叫作可逆反應C.在同一條件下,同時向正、逆兩個方向進行的反應叫作可逆反應D.對于可逆反應N2+3H2

?2NH3,增加反應物中N2的比例,可使H2完全轉化為NH3提升關鍵能力題組一可逆反應C[解析]可逆反應的特征是“兩同”——同時、同條件和“一不能”——不能完全轉化。A項中兩個反應的條件不同,A錯誤;B項不具備同時、同條件的特征,B錯誤;可逆反應中不管反應物比例如何,反應物不可能完全轉化為生成物,D錯誤。2.16mL由NO與NH3組成的混合氣體在催化劑作用下于400℃左右可發生反應:6NO+4NH3

?5N2+6H2O(g),達到平衡時在相同條件下氣體體積變為17.5mL,則原混合氣體中NO與NH3的物質的量之比有四種情況:①5∶3、②3∶2、③4∶3、④9∶7。其中正確的是(

)A.②③

B.③④

C.①②

D.①④提升關鍵能力A[解析]6NO+4NH3

?5N2+6H2O(g)

ΔV增大

6

4

5

6

19mL

6mL

7.5mL

9mL

(17.5-16)mL=1.5mL反應后NO和NH3的混合氣體中剩余的氣體體積為16mL-9mL-6mL=1mL;若剩余NO,則原混合氣體中NO體積為9mL+1mL=10mL,NH3的體積為6mL,在2.16mL由NO與NH3組成的混合氣體在催化劑作用下于400℃左右可發生反應:6NO+4NH3

?5N2+6H2O(g),達到平衡時在相同條件下氣體體積變為17.5mL,則原混合氣體中NO與NH3的物質的量之比有四種情況:①5∶3、②3∶2、③4∶3、④9∶7。其中正確的是(

)A.②③

B.③④

C.①②

D.①④提升關鍵能力A原混合氣體中NO和NH3的物質的量之比為10mL∶6mL=5∶3;若剩余NH3,則原混合氣體中NH3的體積為6mL+1mL=7mL,NO為9mL,在原混合氣體中NO和NH3的物質的量之比為9mL∶7mL=9∶7;此反應為可逆反應,不可能進行完全,所以比值應處于①④之間。[方法點撥]

“一邊倒”法判斷可逆反應中物質的濃度取值(1)完全轉化到“?”的右側,求出生成物的最大值,反應物的最小值,此時反應物可能為0,也可能不為0。(2)完全轉化到“?”的左側,求出反應物的最大值,生成物的最小值。(3)據(1)(2)得出各物質的濃度的取值范圍進行討論。

提升關鍵能力提升關鍵能力題組二化學平衡狀態的判斷1.一定溫度下,反應N2O4(g)?2NO2(g)的焓變為ΔH?，F將1molN2O4充入一恒壓密閉容器中,下列示意圖正確且能說明反應達到平衡狀態的是(

)A.①②

B.②④

C.③④

D.①④D提升關鍵能力

提升關鍵能力反應開始時,加入1molN2O4,隨著反應的進行,N2O4的濃度逐漸變小,故v正(N2O4)逐漸變小,直至達到平衡,③不符合題意;N2O4的轉化率逐漸增大,不再變化時說明N2O4的濃度不再變化,反應達到平衡狀態,④符合題意。2.將一定量純凈的氨基甲酸銨置于密閉真空容器中(假設容器容積不變,固體試樣體積忽略不計),在恒定溫度下使其達到分解平衡:H2NCOONH4(s)?2NH3(g)+CO2(g)。①v(NH3)=2v(CO2)

②密閉容器中總壓強不變③密閉容器中混合氣體的密度不變④密閉容器中氨的體積分數不變⑤密閉容器中c(NH3)不變⑥密閉容器中混合氣體的平均相對分子質量不變能判斷該反應已經達到平衡狀態的是(

)A.②③⑤

B.②③⑤⑥

C.①④⑤⑥

D.②③④提升關鍵能力A提升關鍵能力[解析]平衡時正、逆反應速率相等,但該項沒有指明是正反應速率,還是逆反應速率,故①不選;該正反應是氣體分子數增多的反應,所以未平衡時容器內壓強會發生變化,當壓強不變時說明反應達到平衡,故②選;反應物為固體,則未平衡時氣體的質量發生變化,容器恒容,所以混合氣體的密度會發生變化,當密度不變時說明反應達到平衡,故③選;初始投料只有H2NCOONH4固體,所以NH3(g)、CO2(g)的體積之比始終是2∶1,因此密閉容器中氨的體積分數始終不變,不能說明反應達到平衡,故④不選;反應達到平衡時各物質的濃度不再改變,所以密閉容器中c(NH3)不變可以說明反應達到平衡,故⑤選;容器內始終為物質的量之比為2∶1的NH3和CO2的混合氣體,平均相對分子質量為定值,故⑥不選。[方法技巧]判斷化學平衡狀態的兩方法和兩標志1.兩方法——逆向相等、變量不變(1)逆向相等:反應速率必須一個是正反應的速率,一個是逆反應的速率,且經過換算后同一種物質的減少速率和生成速率相等。(2)變量不變:如果一個量是隨反應進行而改變的,當不變時為平衡狀態;一個隨反應的進行保持不變的量,不能作為是否達到平衡狀態的判斷依據。2.兩標志——本質標志、等價標志(1)本質標志:v正=v逆≠0。對于某一可逆反應來說,正反應消耗掉某反應物的速率等于逆反應生成該反應物的速率。提升關鍵能力(2)等價標志①全部是氣體參加的非等體積反應,體系的壓強、平均相對分子質量不再隨時間變化。例如,N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)。②體系中各組分的物質的量濃度、體積分數、物質的量(或質量)分數保持不變。③對同一物質而言,斷裂的化學鍵的物質的量與形成的化學鍵的物質的量相等。④對于有色物質參加或生成的可逆反應,體系的顏色不再隨時間變化。例如,2NO2(g)?N2O4(g)。⑤體系中某反應物的轉化率或某生成物的產率達到最大值且不再隨時間變化。⑥絕熱體系的溫度不變,說明反應處于平衡狀態。提升關鍵能力考點二化學平衡常數知識梳理

夯實必備知識|提升關鍵能力夯實必備知識1.化學平衡常數(1)概念在一定

下,一個可逆反應達到化學平衡時,生成物

與反應物

的比值是一個常數,用符號K表示。

(2)表達式對于一般的可逆反應mA(g)+nB(g)?

pC(g)+qD(g),在一定溫度下達到平衡時:濃度平衡常數K=

;壓強平衡常數Kp=

。(固體和純液體的濃度視為常數,不用注明)

溫度濃度冪之積濃度冪之積

夯實必備知識(3)意義及影響因素[微點撥]①K只受溫度影響,與反應物或生成物的濃度變化無關。②K值的大小只能預示某可逆反應向某方向進行的最大限度,不能預示反應達到平衡所需要的時間。意義K值越大正反應進行的程度越

反應物的轉化率越

影響因素內因反應物本身的性質外因溫度升高ΔH<0,K值

ΔH>0,K值

大大減小增大夯實必備知識

夯實必備知識(5)應用①利用化學平衡常數,判斷反應是否達到平衡或向何方向進行。對于化學反應mA(g)+nB(g)?pC(g)+qD(g)的任意狀態,濃度商Q=

。

Q<K,反應向

反應方向進行;

Q=K,反應處于

狀態;

Q>K,反應向

反應方向進行。

②利用K可判斷反應的熱效應:若升高溫度,K值增大,則正反應為

;若升高溫度,K值減小,則正反應為

。

正平衡逆吸熱反應放熱反應夯實必備知識

(3)可逆反應若有水反應或生成,平衡常數表達式中均不寫水的濃度(

)夯實必備知識1.判斷正誤(正確的打“√”,錯誤的打“×”)(1)對于反應2SO2(g)+O2(g)?2SO3(g),升高溫度,K值減小,則ΔH<0(

)(2)對某一可逆反應,升高溫度則化學平衡常數一定變大(

)√[解析]升高溫度,K值減小,說明正反應為放熱反應,則ΔH<0,正確。××[解析]對于放熱反應,溫度升高平衡逆向移動,平衡常數減小,錯誤。[解析]如果水為氣態則必須寫,錯誤。(5)化學平衡發生移動,其平衡常數一定隨之改變(

)夯實必備知識(4)平衡常數發生變化,化學平衡必定發生移動(

)√[解析]平衡常數改變,一定改變了溫度,所以平衡一定移動,正確。[解析]只有溫度改變才能影響平衡常數K,錯誤。(6)改變條件,使反應物的平衡轉化率都增大,該可逆反應的平衡常數一定增大(

)[解析]改變條件,使反應物的平衡轉化率都增大,可能是壓強造成的,平衡常數不一定增大,錯誤?！痢梁粚嵄貍渲R(7)一個可逆反應的正反應平衡常數K正與逆反應平衡常數K逆互為倒數(

)√[解析]二者互為倒數,正確。夯實必備知識2.在一定溫度下,已知以下三個反應的平衡常數。反應①:CO(g)+CuO(s)?CO2(g)+Cu(s)

K1反應②:H2(g)+CuO(s)?Cu(s)+H2O(g)

K2反應③:CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g)

K3(1)反應①的平衡常數表達式為

。

(2)反應③的K3與K1、K2的關系是K3=

。

1.

[2022·湖南長沙模擬]一定條件下,分別在甲、乙、丙三個恒容密閉容器中加入A和B,發生反應:3A(g)+B(g)?2C(g)

ΔH>0,448K時該反應的化學平衡常數K=1,反應體系中各物質的物質的量濃度的相關數據如表。下列說法不正確的是(

)

A.甲中,10min內A的化學反應速率:v(A)=0.075mol·L-1·min-1B.甲中,10min時反應已達到化學平衡狀態C.乙中,T1<448、K乙<K甲D.丙中,達到化學平衡狀態時A的轉化率大于25%提升關鍵能力題組一化學平衡常數及其影響因素B容器溫度/K起始時物質的濃度/

(mol·L-1)10min時物質的濃度/(mol·L-1)c(A)c(B)c(C)甲448310.5乙T1310.4丙44832a提升關鍵能力

提升關鍵能力

2.科研工作者利用生物無水乙醇催化脫水制備乙烯,有關反應在不同溫度下的化學平衡常數如表所示。下列說法正確的是 (

)A.升高溫度,反應Ⅰ的速率加快,反應Ⅱ的速率減慢B.通過改變溫度和壓強均能促進反應Ⅰ而抑制反應ⅡC.降低溫度使平衡C2H5OC2H5(g)2C2H4(g)+H2O(g)逆向移動D.500K時,C2H5OC2H5(g)2C2H4(g)+H2O(g)的化學平衡常數為5.6提升關鍵能力C溫度/K化學平衡常數Ⅰ.C2H5OH(g)

C2H4(g)

+H2O(g)Ⅱ.2C2H5OH(g)C2H5OC2H5(g)+H2O(g)5003.20.807007.70.1490012.30.12提升關鍵能力

提升關鍵能力題組二化學平衡常數計算及應用1.

[2022·遼寧沈陽模擬]向容積為10L的某恒容密閉容器中充入1molNO和1molH2,發生反應2NO(g)+2H2(g)?N2(g)+2H2O(g)

ΔH。已知反應體系的平衡溫度與起始溫度相同,體系總壓強(p)與時間(t)的關系如圖中曲線Ⅰ所示,曲線Ⅱ為只改變某一條件體系總壓強隨時間的變化曲線。下列說法不正確的是(

)A.ΔH>0B.0~10min內,曲線Ⅰ對應的v(H2)=0.008mol·L-1·min-1C.曲線Ⅱ對應的NO的平衡轉化率為80%D.曲線Ⅰ對應條件下,反應達平衡時,該反應的平衡常數K=1600A提升關鍵能力

提升關鍵能力

提升關鍵能力2.

[2022·河南焦作期中]在容積為2L的恒容密閉容器中加入0.2molNO和0.36molCO,在催化劑存在的條件下發生反應2NO(g)+2CO(g)?2CO2(g)+N2(g),測得NO的轉化率隨溫度的變化如圖所示。下列說法錯誤的是(

)A.ΔH<0B.圖中A點所示條件下,延長反應時間能提高NO的轉化率C.T1K下,該反應的正反應速率:A點大于B點D.T2K下,C點所對應的平衡常數K<4D[解析]由圖可知,隨溫度升高,NO的平衡轉化率逐漸降低,平衡逆向移動,該反應為放熱反應,故A正確;A點未達到平衡,在溫度一定時,A點轉化率升高到達平衡點B,反應向正反應方向進行,A點正反應速率大于B點,延長反應時間到達平衡狀態時,NO轉化率提高,故B、C正確;

提升關鍵能力

提升關鍵能力提升關鍵能力

考點三

等效平衡知識梳理

夯實必備知識

|提升關鍵能力夯實必備知識1.等效平衡的含義在一定條件下(恒溫恒容或恒溫恒壓)下,同一可逆反應體系,不管是從正反應開始,還是從逆反應開始,還是正、逆反應同時投料,達到化學平衡狀態時,任何相同組分的百分含量(質量分數、物質的量分數、體積分數等)均

。

相同等效類型①②③條件恒溫、恒容恒溫、恒容恒溫、恒壓反應的特點任何可逆反應反應前后氣體分子數相等任何可逆反應起始投料換算為化學方程式同一邊物質,其“量”相同換算為化學方程式同一邊物質,其“量”符合同一比例換算為化學方程式同一邊物質,其“量”符合同一比例平衡特點質量分數

(w%)相同

濃度(c)相同

相同(氣體)物質的量

(n)相同

夯實必備知識2.等效平衡分類及規律相同相同成比例成比例成比例夯實必備知識3.虛擬“中間態”法構建等效平衡(1)構建恒溫恒容平衡思維模式(如圖所示)新平衡狀態可認為是兩個原平衡狀態簡單的疊加并壓縮而成,相當于增大壓強。(2)構建恒溫恒壓平衡思維模式(以氣體物質的量增加的反應為例,如圖)新平衡狀態可以認為是兩個原平衡狀態簡單的疊加,壓強不變,平衡不移動。夯實必備知識1.判斷正誤(正確的打“√”,錯誤的打“×”)(1)同一個可逆反應,在不同的條件下達到等效平衡時,同種物質的物質的量不一定相等,濃度一定相等(

)(2)對于反應3A(g)+B(g)?

2C(g)+D(g),現有兩個相同的恒溫恒容密閉容器,一個容器中加入3molA和1molB,另一容器中加入1.5molA、0.5molB、1molC和0.5molD,當達到平衡時兩容器中同種物質的濃度相等(

)×[解析]等效平衡是各組分百分含量一定對應相同,但濃度不一定對應相同?！蘙解析]此為恒溫恒容容器,經極限轉換,屬于等量投料,故平衡等效,屬于濃度對應相同的情況。[解析]反應方程式為2SO2+O2

?2SO3,由于A、B容積完全相同,A中充入SO2和O2各32g,B中充入SO2和O2各64g,且溫度相同,因此B對A來說相當于加大一倍的壓強,增大壓強平衡向右移動,SO2的轉化率增大。夯實必備知識(3)A、B兩容積相同的恒溫恒容密閉容器,在A中充入SO2和O2各32g,在B中充入SO2和O2各64g,在其他條件相同時達到平衡,A中SO2的轉化率大于B中SO2的轉化率(

)×夯實必備知識(4)一定溫度和壓強下,在兩個容積可變的密閉容器中,一個充入1molO2和2molSO2,另一個充入8molSO3。發生反應并達到平衡后,各物質對應的濃度相等(

)√[解析]符合恒溫恒壓下建立等效平衡的條件,平衡時對應物質的物質的量不同,但濃度和百分含量相同。(5)一定溫度下,容積不變的密閉容器中充入1.0molN2和3.0molH2,反應達到平衡時測得NH3的物質的量為0.6mol。若在開始時充入2.0molN2和6.0molH2,則平衡時NH3的物質的量為1.2mol(

)×[解析]容積不變,后者相當于在前者的基礎上增大一倍壓強,平衡向正反應方向移動,氨的物質的量大于1.2mol。夯實必備知識2.對于以下三個反應,從反應開始進行到達到平衡,保持溫度、體積不變,按要求回答下列問題。(1)PCl5(g)?PCl3(g)+Cl2(g),再充入PCl5(g),平衡向

方向移動,達到平衡后,PCl5(g)的轉化率

,PCl5(g)的百分含量

。

(2)2HI(g)?I2(g)+H2(g),再充入HI(g),平衡向

方向移動,達到平衡后,HI的分解率

,HI的百分含量

。

(3)2NO2(g)?N2O4(g),再充入NO2(g),平衡向

方向移動,達到平衡后,NO2(g)的轉化率

,NO2(g)的百分含量

。

正反應

1.恒溫恒容下,可逆反應2HBr(g)?H2(g)+Br2(g)達平衡。下列四種投料量均能達到相同平衡狀態,請填寫下表中橫線上的空白:提升關鍵能力題組一恒溫恒容條件下的等效平衡編號起始狀態物質的量/mol

平衡時HBr的物質的量/molH2Br2HBr①120a②240

③

10.5a④mg(g≥2m)

提升關鍵能力[解析]對于恒溫恒容下的前后氣體分子數相等的反應,構建等效平衡只需滿足投料成比例。由表中信息n(H2)起始∶n(Br2)起始∶n(HBr)平衡=1∶2∶a可知,②n(H2)起始∶n(Br2)起始∶n(HBr)平衡=2∶4∶2a,故n(HBr)平衡=2amol;③起始狀態1molHBr相當于0.5molH2+0.5molBr2,則n(H2)起始∶n(Br2)起始∶n(HBr)平衡=1∶2∶a=0.5∶1∶0.5a,則H2和Br2原有物質的量應分別為0mol和1mol-0.5mol=0.5mol;④設起始HBr為xmol,xmolHBr相當于0.5xmolH2+0.5xmolBr2,則n(H2)起始=(m+0.5x)mol,n(Br2)起始=(g+0.5x)mol,因n(H2)起始∶n(Br2)起始=(m+0.5x)∶(g+0.5x)=1∶2,則x=2(g-2m),設n(HBr)平衡為ymol,則n(Br2)起始∶n(HBr)平衡=2∶a=(g+0.5x)∶y,則y=(g-m)a。2.一定溫度下,在三個容積相同的恒容密閉容器中按不同方式投入反應物,發生反應2SO2(g)+O2(g)?2SO3(g)(正反應放熱),測得反應的相關數據如下:下列說法正確的是(

)A.v1<v2,c2<2c1B.K1>K3,p2>2p3C.v1<v3,α1(SO2)>α3(SO2)D.c2>2c3,α1(SO2)<α3(SO2)提升關鍵能力C

容器1容器2容器3反應溫度T/K700700800反應物投入量2molSO2、1molO24molSO32molSO2、1molO2平衡v正(SO2)/

(mol·L-1·s-1)v1v2v3平衡c(SO3)/

(mol·L-1)c1c2c3平衡體系總壓強p/Pap1p2p3物質的平衡轉化率αα1(SO2)α2(SO3)α3(SO2)平衡常數KK1K2K3提升關鍵能力[解析]針對反應2SO2(g)+O2(g)?2SO3(g)(正反應放熱),容器2中加入4molSO3,等效于在相同溫度下反應物投入量為4molSO2、2molO2,為容器1投入量的兩倍,則容器2看作是先由兩個容器1達到平衡后再壓縮到容器1的容積,增大壓強反應速率加快,有v1<v2,增大壓強,若平衡不移動,c2=2c1,p2=2p1,對于該反應,增大壓強平衡向著正反應方向移動,則平衡時c2>2c1,p2<2p1,α1(SO2)+α2(SO3)<1,容器1和2的溫度相同,則K1=K2;容器3的投入量與容器1相同,溫度比容器1高,可以看作是容器1達到平衡后升高溫度的新平衡,升高溫度反應速率加快,則v1<v3,對于該反應,升高溫度平衡逆向移動,則c3<c1,p3>p1,α1(SO2)>α3(SO2),K1>K3;由以上分析可知,v1<v2,c2>2c1,A錯誤;該反應為放熱反應,升高溫度,平衡逆向移動,K1>K3,根據分析,p2<2p1,p3>p1,則p2<2p3,B錯誤;由分析可知v1<v3,對于該反應,升高溫度平衡逆向移動,α1(SO2)>α3(SO2),C正確;根據分析,c2>2c1,c3<c1,則c2>2c3,α1(SO2)>α3(SO2),D錯誤。提升關鍵能力[方法技巧]構建恒溫恒容平衡思維模式新平衡狀態可認為是兩個原平衡狀態簡單的疊加并壓縮而成,相當于增大壓強。由增大壓強平衡移動方向分析物質的轉化率、百分含量、物質的量濃度、放出或吸收熱量的變化情況。提升關鍵能力題組二恒溫恒壓條件下的等效平衡1.在相同溫度和壓強下,對反應CO2(g)+H2(g)?CO(g)+H2O(g)進行甲、乙、丙、丁四組實驗,實驗起始時放入容器內各組分的物質的量見下表。上述四種情況達到平衡后,n(CO)的大小順序是(

)A.乙=丁>甲=丙

B.甲>乙>丙>丁C.乙=甲>丁=丙

D.丁>丙>乙>甲A物質物質的量實驗CO2H2COH2O甲amolamol0mol0mol乙2amolamol0mol0mol丙0mol0molamolamol丁amol0molamolamol提升關鍵能力[解析]將四種情況的生成物通過極限轉換法轉換為反應物進行比較:甲、丙兩實驗為等效平衡,乙、丁兩實驗為等效平衡,相較于甲和丙,乙和丁相當于增大了反應物CO2的初始量,平衡向正反應方向移動,n(CO)增大,故n(CO):乙=丁>甲=丙。物質物質的量實驗CO2H2COH2O甲amolamol0mol0mol乙2amolamol0mol0mol丙amolamol0mol0mol丁2amolamol0mol0mol提升關鍵能力2.初始溫度為t℃,向三個密閉的容器中按不同方式投入反應物,發生反應:4HCl(g)+O2(g)?2Cl2(g)+2H2O(g)

ΔH=-116kJ·mol-1,測得反應的相關數據如下:下列說法正確的是(

)A.反應4HCl(g)+O2(g)?2Cl2(g)+2H2O(l)的ΔH>-116kJ·mol-1B.a>1,b>2

C.p2=1.6×105

Pa,p3=4×105PaD.若起始向容器Ⅰ中充入0.5molHCl、0.5molO2、0.5molCl2和0.5molH2O(g),則反應向正反應方向進行B容器容器類型初始體積初始壓強/Pa反應物投入量/mol平衡時Cl2的物質的量/molHClO2Cl2H2OⅠ恒溫恒容1L2×10541001Ⅱ絕熱恒容1Lp20022aⅢ恒溫恒壓2Lp38200b[解析]三個容器中,Ⅰ與Ⅱ均為恒容容器,差別在于前者恒溫,后者絕熱;不妨設想容器Ⅳ,其與容器Ⅰ類型相同,僅投料方式按照容器Ⅱ中的投料方式進行,那么容器Ⅳ中的平衡與Ⅰ中的等效,容器Ⅳ中的反應達到平衡時,Cl2的物質的量為1mol。容器Ⅲ相比于容器Ⅰ,容積擴大了一倍,初始投料也增加了一倍,但容器Ⅲ是在恒溫恒壓的條件下反應的;不妨設想容器Ⅴ,其與容器Ⅲ的其他的條件相同,僅容器類型更改為恒溫恒容的容器,那么容器Ⅴ中的平衡狀態與Ⅰ中的等效,容器Ⅴ中的反應達到平衡時,Cl2的物質的量為2mol。提升關鍵能力容器容器類型初始體積初始壓強/Pa反應物投入量/mol平衡時Cl2的物質的量/molHClO2Cl2H2OⅠ恒溫恒容1L2×10541001Ⅱ絕熱恒容1Lp20022aⅢ恒溫恒壓2Lp38200b生成液態水相比于生成氣態水,同等條件下放出的熱量更多,放熱越多反應的ΔH越小,因此反應4HCl(g)+O2(g)?2Cl2(g)+2H2O(l)的ΔH<-116kJ·mol-1,A項錯誤。構造的容器Ⅳ的類型是恒溫恒容條件下加入2molCl2、2molH2O(g),容器Ⅱ的類型是絕熱恒容,二者都是逆向反應建立的平衡狀態,容器Ⅱ由于是絕熱的,所以容器Ⅱ中的溫度會越來越低,不利于反應逆向進行,相比于容器Ⅳ達到平衡時消耗的Cl2更少,所以a>1;構造的容器Ⅴ的類型為恒溫恒容條件下,加入8molHCl、2molO2,容器Ⅲ的類型為恒溫恒壓,提升關鍵能力容器容器類型初始體積初始壓強/Pa反應物投入量/mol平衡時Cl2的物質的量/molHClO2Cl2H2OⅠ恒溫恒容1L2×10541001Ⅱ絕熱恒容1Lp20022aⅢ恒溫恒壓2Lp38200b

提升關鍵能力容器容器類型初始體積初始壓強/Pa反應物投入量/mol平衡時Cl2的物質的量/molHClO2Cl2H2OⅠ恒溫恒容1L2×10541001Ⅱ絕熱恒容1Lp20022aⅢ恒溫恒壓2Lp38200b

提升關鍵能力容器容器類型初始體積初始壓強/Pa反應物投入量/mol平衡時Cl2的物質的量/molHClO2Cl2H2OⅠ恒溫恒容1L2×10541001Ⅱ絕熱恒容1Lp20022aⅢ恒溫恒壓2Lp38200b提升關鍵能力[方法技巧]恒溫恒容與恒溫恒壓條件平衡比較模式(起始量相同)經典真題·明考向知識梳理

1.[2022·遼寧卷]某溫度下,在1L恒容密閉容器中2.0molX發生反應2X(s)?

Y(g)+2Z(g),有關數據如下:下列說法錯誤的是(

)A.1min時,Z的濃度大于0.20mol·L-1B.2min時,加入0.20molZ,此時v正(Z)<v逆(Z)C.3min時,Y的體積分數約為33.3%D.5min時,X的物質的量為1.4molB時間段/min產物Z的平均生成速率/(mol·L-1·min-1)0~20.200~40.150~60.10[解析]反應開始后,隨著時間的延長,反應物濃度逐漸減小,產物Z的平均生成速率逐漸減小,則0~1min內Z的平均生成速率大于0~2min內的,故1min時,Z的濃度大于0.20mol·L-1,A正確;4min時生成Z的物質的量為0.15mol·L-1·min-1×4min×1L=0.6mol,6min時生成的Z的物質的量為0.10mol·L-1·min-1×6min×1L=0.6mol,故反應在4min時已達到平衡,則平衡時c(Z)=0.6mol·L-1,Y的平衡濃度為0.3mol·L-1,平衡常數K=c2(Z)·c(Y)=0.108,2min時Z的濃度為0.4mol·L-1,Y的濃度為0.2mol·L-1,加入0.2molZ后Z的濃度變為0.6mol·L-1,Q=c2(Z)·c(Y)=0.072<K,反應正向進行,故v正(Z)>v逆(Z),B錯誤;時間段/min產物Z的平均生成速率/(mol·L-1·min-1)0~20.200~40.150~60.10

時間段/min產物Z的平均生成速率/(mol·L-1·min-1)0~20.200~40.150~60.102.

(不定選)[2022·湖南卷]向體積均為1L的兩恒容容器中分別充入2molX和1molY發生反應:2X(g)+Y(g)?Z(g)

ΔH,其中甲為絕熱過程,乙為恒溫過程,兩反應體系的壓強隨時間的變化曲線如圖所示。下列說法正確的是(

)A.ΔH>0B.氣體的總物質的量:na<ncC.a點平衡常數:K>12D.反應速率:va正<vb正BC

3.

[2021·山東卷節選]2-甲氧基-2-甲基丁烷(TAME)常用作汽油添加劑。在催化劑作用下,可通過甲醇與烯烴的液相反應制得,體系中同時存在如下反應:反應Ⅰ: +CH3OH ΔH1反應Ⅱ: +CH3OH ΔH2 A TAME

B TAME反應Ⅲ:

ΔH3為研究上述反應體系的平衡關系,向某反應容器中加入1.0molTAME,控制溫度為353K,測得TAME的平衡轉化率為α。已知反應Ⅲ的平衡常數Kx3=9.0,則平衡體系中B的物質的量為

mol,反應Ⅰ的平衡常數Kx1=

。同溫同壓下,再向該容器中注入惰性溶劑四氫呋喃稀釋,反應Ⅰ的化學平衡將

(填“正向移動”“逆向移動”或“不移動”),平衡時,A與CH3OH物質的量濃度之比c(A)∶c(CH3OH)=

(Kx為以物質的量分數表示的平衡常數)。0.9α

1.一定量的CO2與足量的C在容積可變的恒壓密閉容器中發生反應C(s)+CO2(g)?2CO(g)。平衡時,體系中氣體體積分數與溫度的關系如圖所示。已知:氣體分壓(p分)=氣體總壓(p總)×體積分數。下列說法正確的是(

)A.550℃時,若充入惰性氣體,v正、v逆均減小,平衡不移動B.650℃時,反應達平衡后,CO2的轉化率為25.0%C.T℃時,若充入等體積的CO2和CO,平衡向逆反應方向移動D.925℃時,用平衡分壓代替平衡濃度表示的化學平衡常數Kp=24.0p總備用習題B備用習題[解析]550℃時,若充入惰性氣體,由于恒壓,相當于擴大了容器容積,v正、v逆均減小,但v正減小的程度比v逆小,平衡正向移動,A項錯誤;根據圖像可知,在650℃時,CO的平衡體積分數為40%,根據反應的化學方程式:C(s)+CO2(g)?2CO(g),設開始時加入1molCO2,反應掉xmolCO2,則有

C(s)+CO2(g)

?

2CO(g)始態1mol

0變化

x

mol

2x

mol平衡

(1-x)mol

2x

mol備用習題

備用習題2.氨基甲酸銨發生分解反應的化學方程式為NH2COONH4(s)?2NH3(g)+CO2(g)。利用如下裝置測定不同溫度下該反應以分壓表示的化學平衡常數Kp,實驗步驟如下:(Ⅰ)關閉K3,打開K1和K2,開啟真空泵抽氣至測壓儀數值穩定后關閉K1;(Ⅱ)關閉K2,緩慢開啟K3至U形管兩邊液面相平并保持不變,讀取壓強數值。記錄25℃、30℃下壓強分別為12.0kPa、17.1kPa。下列說法錯誤的是(

)A.氨基甲酸銨分解反應的ΔH>0B.該反應25℃時的化學平衡常數Kp=2.56×1011Pa3C.步驟Ⅰ中測壓儀數值未穩定即關閉K1,Kp測量值偏大D.步驟Ⅱ中讀數時U形管左側液面偏高,Kp測量值偏小D備用習題[解析]該反應的平衡常數表達式為Kp=p2(NH3)·p(CO2),根據分壓原理25℃時NH3、CO2的分壓分別為8kPa、4kPa,則Kp=256kPa3=2.56×1011Pa3,同理可知30℃時的平衡常數Kp≈740.8kPa3,升高溫度,平衡常數增大,則該正反應為吸熱反應,A、B項正確;步驟Ⅰ中測壓儀數值未穩定即關閉K1,U形管左側會有殘留空氣,導致Kp測量值偏大,C項正確;步驟Ⅱ中讀數時U形管左側液面偏高,則證明左側氣壓小于右側,Kp測量值偏大,D項錯誤。備用習題3.一定條件下,測得反應3CO(g)+3H2(g)?(CH3)2O(g)+CO2(g)達平衡時CO的平衡轉化率與溫度和壓強的關系如圖所示(假定過程中不發生其他反應)。溫度為TK時,向容積為1L的恒容密閉容器中充入0.4molCO和0.4molH2,反應達平衡時測得CO2物質的量為0.1mol。下列說法正確的是(

)A.該正反應的ΔH<0,壓強p1<p2B.壓強為p2時,Q點所示條件下v正<v逆C.溫度為TK時,若向初始容積為1L的恒壓容器中充入0.4molCO和0.4molH2,達平衡時CO的轉化率大于75%D.溫度為TK時,若向原容器中充入0.1molCO、0.2mol(CH3)2O和0.2molCO2,則該反應的平衡常數大于104C備用習題[解析]在壓強不變的條件下,升高溫度,一氧化碳的平衡轉化率降低,說明升溫平衡向逆反應方向移動,故正反應是放熱反應,即該正反應的ΔH<0;該反應的正反應是氣體分子數減小的反應,增大壓強,一氧化碳的平衡轉化率增大,所以圖中壓強p1>p2,A錯誤。壓強為p2時,圖中Q點在該溫度下想要達到平衡狀態,就要增大一氧化碳的轉化率,即要向正反應方向進行,所以v正>v逆,B錯誤。溫度為TK時,向容積為1L的恒容密閉容器中充入0.4molCO和0.4molH2,反應達平衡時測得CO2的物質的量為0.1mol,由化學方程式可知消耗一氧化備用習題

考點一

可逆反應與化學平衡狀態1.在一密閉容器中進行反應:2SO2(g)+O2(g)?2SO3(g),已知反應過程中某一時刻SO2、O2、SO3的濃度分別為0.2mol·L-1、0.1mol·L-1、0.2mol·L-1,當反應達到平衡時,可能存在的數據是(

)A.SO2為0.4mol·L-1,O2為0.2mol·L-1

B.SO2為0.25mol·L-1C.SO3為0.4mol·L-1

D.SO2、SO3均為0.15mol·L-1B1234567891011[解析]由題中數據及該反應為可逆反應,則平衡時0<c(SO2)<0.4mol·L-1、0<c(SO3)<0.4mol·L-1,則A、C錯誤,B正確;反應物、生成物的濃度不可能同時減小,一個濃度減小,另一個濃度一定增大,D錯誤。2.一定溫度下,將2molSO2和1molO2充入2L密閉容器中,在催化劑存在下進行下列反應:2SO2(g)+O2(g)?2SO3(g),正反應放熱。下列說法中正確的是(

)A.達到反應限度時,SO2和SO3的分子數一定相等B.任意時刻,SO2和SO3物質的量之和一定為2molC.SO2的消耗速率等于O2的生成速率時,達到反應限度D.達到反應限度后,升高溫度,正反應速率加快,逆反應速率減慢B12345678910111234567891011[解析]達到反應限度時,反應物和生成物的量與方程式的化學計量數無關,SO2和SO3的分子數不一定相等,故A錯誤;反應中SO2與SO3的化學計量數相等,二氧化硫的消耗量與三氧化硫的生成量相等,故SO2和SO3物質的量之和一定為2mol,故B正確;SO2的消耗速率等于O2的生成速率時,正逆反應速率不相等,反應未達到平衡狀態,故C錯誤;達到反應限度后,升高溫度,正、逆反應速率均增大,故D錯誤。1234567891011

B1234567891011

12345678910114.對于反應aA(g)?bB(g)+cC(g),向密閉容器中充入1molA,達平衡時,體系中B的體積分數隨溫度、壓強的變化關系如圖所示,下列判斷正確的是(

)A.ΔH<0,ΔS<0B.M、P兩點的化學平衡常數:M<PC.M、N兩點A的轉化率:M>ND.保持恒溫恒容,向P點再充入少量A,達新平衡時,B%增大考點二

化學平衡常數C1234567891011[解析]根據圖像可知,升高溫度,達平衡時,B的體積分數降低,說明升高溫度平衡逆向移動,正反應放熱;增大壓強,B的平衡體積分數降低,說明正反應氣體物質的量增多,ΔS>0,故A錯誤。M點B的體積分數大于P點,說明溫度下降,B的體積分數升高,平衡正向移動,所以M、P兩點的化學平衡常數:M>P,故B錯誤。相同溫度下,M點B的體積分數大于N點,M、N兩點A的轉化率:M>N,故C正確。正反應氣體物質的量增多,保持恒溫恒容,向P點再充入少量A,相當于加壓,達新平衡時,B%減小,故D錯誤。12345678910115.利用丙烷(C3H8)在無氧條件下制備丙烯(C3H6)的反應方程式為C3H8(g)?C3H6(g)+H2(g)

ΔH=+124kJ·mol-1。在一容積可變的容器中,不同起始壓強下(0.1MPa、0.01MPa)進行上述反應,達到化學平衡時,測得丙烷和丙烯的物質的量分數隨溫度變化如圖所示,則下列說法中正確的是(

)A.c曲線表示的是0.01MPa下丙烯隨溫度變化的物質的量分數B.A點對應的該反應平衡常數Kp=1.25MPa(Kp為以分壓表示的平衡常數)C.B點丙烷的平衡轉化率為33.3%D.實際生產過程中需通入一定量水蒸氣,其目的是稀釋原料氣,增大丙烯的平衡產率D1234567891011[解析]正反應為氣體分子數增多的反應,相同條件下,增大壓強,平衡逆向移動,丙烷物質的量分數增加,丙烯物質的量分數減小;升高溫度,平衡正向移動,丙烷物質的量分別減小,丙烯物質的量分數增加,結合圖像可知,a、c曲線分別表示的是0.1MPa下丙烷、丙烯隨溫度變化的物質的量分數曲線,b、d曲線分別表示的是0.01MPa下丙烯、丙烷隨溫度變化的物質的量分數曲線。由分析可知,c曲線表示的是0.1MPa下丙烯隨溫度變化的物質的量分數,A錯誤;假設丙烷初始量為1mol

C3H8(g)

?C3H6(g)+H2(g)起始/mol

1

0

0轉化/mol

x

x

x平衡/mol

1-x

x

x1234567891011

1234567891011

1234567891011D1234567891011

1234567891011

1234567891011要縮短b曲線對應容器達到平衡的時間,但不改變一氧化二氮的平衡轉化率,結合壓強對平衡的影響,由于該反應前后氣體分子數不變,則增大壓強平衡不移動,但反應速率加快,若在催化劑一定的情況下采取充入氮氣加壓的措施,c(N2)增大,導致平衡發生移動,故D錯誤。7.已知2SO2(g)+O2(g)?2SO3(g)

ΔH=-197kJ·mol-1,向同溫、同容積的三個密閉容器中分別充入氣體:(甲)2molSO2和1molO2;(乙)1molSO2和0.5molO2;(丙)2molSO3。在恒溫、恒容條件下反應達到平衡時,下列關系式一定正確的是(

)A.容器內壓強p:p甲=p丙>2p乙B.SO3的質量m:m甲=m丙>2m乙C.c(SO2)與c(O2)之比k:k甲=k丙>k乙D.反應放出或吸收熱量的數值Q:Q甲=Q丙>2Q乙1234567891011考點三

等效平衡B1234567891011[解析]將丙容器中,起始投料全部轉化為左邊的物質,可知甲和丙為等效平衡,則p甲=p丙、m甲=m丙、k甲=k丙,Q甲+Q丙=197kJ,Q甲不一定等于Q丙。甲和乙的比較可用如圖所示幫助理解:經過變化1后,兩個容器為等效平衡,去掉隔板,乙容器和“乙+乙”容器中濃度、壓強均相等;經過變化2后,容器甲的容積比“乙+乙”的縮小一半,若平衡不發生移動,則壓強為原來的2倍,但容積減小,壓強增大,平衡正向移動,則SO3的質量:m甲>2m乙,總物質的量減小,導致平衡壓強減小,故p甲<2p乙,放出的熱量:Q甲>2Q乙,因甲、乙兩容器中起始投入的SO2與O2的物質的量之比為2∶1(即化學計量數之比),兩者在反應中按照2∶1的比例轉化,故達到平衡時,兩容器中c(SO2)與c(O2)之比仍為2∶1,即k甲=k乙。8.如圖所示,隔板Ⅰ固定不動,活塞Ⅱ可自由移動,M、N兩個容器中均發生反應:X(g)+2Y(g)?xZ(g)。保持溫度不變向M、N中各通入1molX和2molY的混合氣體,初始時M、N的容積相同。下列說法正確的是

(

)A.x不論何值,平衡時M、N中的平均相對分子質量都相等B.若x=3,達到平衡后X的體積分數關系:φ(M)>φ(N)C.若x<3,Z的平衡濃度關系:c(M)<c(N)D.若x>3,達到平衡后Y的轉化率:α(M)>α(N)C1234567891011[解析]若x=3,則該反應前后氣體分子數相等,兩個容器相同,則平衡時M、N中的平均相對分子質量相等;當x>3,該反應是氣體分子數增多的反應,N容器相對M容器容積變大,相當于減小了壓強,平衡正向移動,N中氣體物質的量比M中多,N中氣體相對分子質量比M中氣體相對分子質量小,故A錯誤。若x=3,兩容器相同,因此達到平衡后X的體積分數關系:φ(M)=φ(N),故B錯誤。若x<3,N容器容積減小,各物質的濃度均增大,相對M容器來說相當于加壓,平衡正向移動,因此Z的平衡濃度關系:c(M)<c(N),故C正確。若x>3,該反應是氣體分子數增多的反應,N容器相對M容器容積變大,相當于減小了壓強,平衡正向移動,因此達到平衡后Y的轉化率:α(M)<α(N),故D錯誤。1234567891011

1234567891011容器編號溫度/K起始物質的量/molSO2NONO2SⅠ

0.50.600ⅡT10.510.51ⅢT20.50.211D

1234567891011容器編號溫度/K起始物質的量/molSO2NONO2SⅠ

0.50.600ⅡT10.510.51ⅢT20.50.211

1234567891011容器編號溫度/K起始物質的量/molSO2NONO2SⅠ

0.50.600ⅡT10.510.51ⅢT20.50.211

1234567891011容器編號溫度/K起始物質的量/molSO2NONO2SⅠ

0.50.600ⅡT10.510.51ⅢT20.50.21110.

[2022·湖北隨州曾都區一中模擬]乙烯是制造塑料、合成橡膠和合成纖維等化學產品的基本原料。C2H6裂解制C2H4是化學工業的一個重要研究課題,目前裂解方法有電催化、光催化裂解、直接裂解、氧氣或二氧化碳氧化乙烷裂解等。乙烷直接裂解、乙烷二氧化碳氧化裂解和乙烷氧氣氧化裂解的反應如下:(Ⅰ)C2H6(g)?C2H4(g)+H2(g)

ΔH1=+125kJ·mol-1(Ⅱ)CO2(g)+C2H6(g)?C2H4(g)+CO(g)+H2O(g)

ΔH2=+177kJ·mol-1(Ⅲ)2C2H6(g)+O2(g)?2C2H4(g)+2H2O(g)

ΔH3=-211.6kJ·mol-1回答下列問題:(1)已知鍵能數據:E(C—H)=416kJ·mol-1,E(H—H)=436kJ·mol-1,由此計算生成1mol碳碳π鍵放出的能量為

kJ。

1234567891011考點四

化學平衡綜合考查271[解析]ΔH=反應物總鍵能-生成物總鍵能,由題可知,反應(Ⅰ)中每斷裂2molC—H,會形成1mol碳碳π鍵和1molH—H,故2×416kJ·mol-1-E(碳碳π鍵)-436kJ·mol-1=+125kJ·mol-1,解得E(碳碳π鍵)=271kJ·mol-1。1234567891011(Ⅰ)C2H6(g)?C2H4(g)+H2(g)

ΔH1=+125kJ·mol-1(Ⅱ)CO2(g)+C2H6(g)?C2H4(g)+CO(g)+H2O(g)

ΔH2=+177kJ·mol-1(Ⅲ)2C2H6(g)+O2(g)?2C2H4(g)+2H2O(g)

ΔH3=-211.6kJ·mol-1(2)在一絕熱的恒容密閉容器中,通入一定量的C2H6發生反應(Ⅰ),反應過程中容器內壓強(p)與時間(t)變化如圖所示,隨著反應進行,a~b段壓強減小的原因是

。1234567891011

反應(Ⅰ)吸熱,反應初期,反應正向進行,盡管容器內氣體分子數增多,但反應吸熱,溫度降低引起的壓強減小的程度大于氣體分子增多引起壓強增大的程度[解析]反應(Ⅰ)吸熱,反應初期,反應正向進行,盡管容器內氣體分子數增多,但反應吸熱,溫度降低引起的壓強減小的程度大于氣體分子增多引起壓強增大的程度,因此隨著反應進行,a~b段壓強減小。

123456789101126加入催化劑或增大催化劑表面積1234567891011

123