2024高考化学课件 第27讲　化学平衡　化学平衡常数

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化学反应速率和

化学平衡第27讲

化学平衡化学平衡常数考点一可逆反应与化学平衡状态考点二化学平衡常数考点三等效平衡经典真题·明考向作业手册考点一可逆反应与化学平衡状态知识梳理

夯实必备知识|提升关键能力1.可逆反应2.化学平衡状态(1)概念:在一定条件下的

反应中,当正、逆反应速率

时,反应物和生成物的浓度均保持不变,即体系的组成不随时间而改变,表明该反应中物质的转化达到了“限度”,这时的状态称之为化学平衡状态。

夯实必备知识正反应逆反应

小于⇌可逆相等(2)建立过程:在一定条件下,把某一可逆反应的反应物加入固定容积的密闭容器中。反应过程如下:以上过程可用如图所示:夯实必备知识最大逐渐减小逐渐增大=保持不变(3)化学平衡特点夯实必备知识正反应速率逆反应速率质量或浓度

夯实必备知识②静态标志(各种“量”不变)a.各物质的质量、物质的量或浓度不变。b.各物质的百分含量(物质的量分数、质量分数等)不变。c.温度(绝热容器)、压强(化学反应前后气体分子数不相等)或颜色(某组分有颜色)不变。总之,若物理量由变量变成了不变量,则表明该可逆反应达到平衡状态;若物理量恒为不变量,则不能作为平衡标志。夯实必备知识(2)对反应A(g)+B(g)⇌C(g)+D(g),压强不随时间而变,说明反应已达到平衡状态(

)夯实必备知识1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)(1)反应2NaHCO3

Na2CO3+CO2↑+H2O、Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3互为可逆反应(

)××[解析]两反应条件不同,不属于可逆反应,错误。[解析]反应A(g)+B(g)⇌C(g)+D(g)在反应前后气体的物质的量不变,故压强不随时间而变,错误。[解析]可逆反应的反应物不能都转化为生成物,所以具有一定的限度。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,条件改变平衡可能会发生移动,其限度会发生变化,正确。夯实必备知识(3)在一恒温恒容的密闭容器中充入2molSO2、1molO2,一定条件下发生反应,在相同的容器中充入2molSO3,在相同条件下发生反应,二者最终达到平衡时,各组分的百分含量对应相同(

)(4)可逆反应都具有一定的限度,化学反应的限度可以通过改变反应条件而改变(

)√[解析]根据等效平衡的建立条件,二者属于恒温恒容等量投料,建立的平衡等效,正确。√夯实必备知识(5)在恒温恒压条件下,对于反应A(g)+B(g)⇌2C(g)+D(g),当密度保持不变时,反应达到化学平衡状态(

)(6)由2SO2(g)+O2(g)⇌2SO3(g)

ΔH=-196.6kJ·mol-1知,2molSO2与1molO2在恒压密闭容器中充分反应,可放出196.6kJ的热量(

)×[解析]2molSO2与1molO2并不能完全反应,放出的热量小于196.6kJ。√夯实必备知识2.在一个温度恒定、容积固定的密闭容器中,发生可逆反应mA(s)+nB(g)⇌pC(g)+qD(g),已知m+n=p+q,且该反应为放热反应,反应达到平衡的标志是

。

①体系的压强不再改变②气体的密度不再改变③各气体的浓度不再改变④各气体的质量分数不再改变⑤反应速率v(C)∶v(D)=p∶q⑥单位时间内nmolB断键反应,同时pmolC也断键反应①②③④⑥夯实必备知识

1.下列对可逆反应的认识正确的是(

)A.NH4ClNH3↑+HCl↑与NH3+HCl=NH4Cl互为可逆反应B.既能向正反应方向进行,又能向逆反应方向进行的反应叫作可逆反应C.在同一条件下,同时向正、逆两个方向进行的反应叫作可逆反应D.对于可逆反应N2+3H2

⇌2NH3,增加反应物中N2的比例,可使H2完全转化为NH3提升关键能力题组一可逆反应C[解析]可逆反应的特征是“两同”——同时、同条件和“一不能”——不能完全转化。A项中两个反应的条件不同,A错误;B项不具备同时、同条件的特征,B错误;可逆反应中不管反应物比例如何,反应物不可能完全转化为生成物,D错误。2.16mL由NO与NH3组成的混合气体在催化剂作用下于400℃左右可发生反应:6NO+4NH3

⇌5N2+6H2O(g),达到平衡时在相同条件下气体体积变为17.5mL,则原混合气体中NO与NH3的物质的量之比有四种情况:①5∶3、②3∶2、③4∶3、④9∶7。其中正确的是(

)A.②③

B.③④

C.①②

D.①④提升关键能力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反应后NO和NH3的混合气体中剩余的气体体积为16mL-9mL-6mL=1mL;若剩余NO,则原混合气体中NO体积为9mL+1mL=10mL,NH3的体积为6mL,在2.16mL由NO与NH3组成的混合气体在催化剂作用下于400℃左右可发生反应:6NO+4NH3

⇌5N2+6H2O(g),达到平衡时在相同条件下气体体积变为17.5mL,则原混合气体中NO与NH3的物质的量之比有四种情况:①5∶3、②3∶2、③4∶3、④9∶7。其中正确的是(

)A.②③

B.③④

C.①②

D.①④提升关键能力A原混合气体中NO和NH3的物质的量之比为10mL∶6mL=5∶3;若剩余NH3,则原混合气体中NH3的体积为6mL+1mL=7mL,NO为9mL,在原混合气体中NO和NH3的物质的量之比为9mL∶7mL=9∶7;此反应为可逆反应,不可能进行完全,所以比值应处于①④之间。[方法点拨]

“一边倒”法判断可逆反应中物质的浓度取值(1)完全转化到“⇌”的右侧,求出生成物的最大值,反应物的最小值,此时反应物可能为0,也可能不为0。(2)完全转化到“⇌”的左侧,求出反应物的最大值,生成物的最小值。(3)据(1)(2)得出各物质的浓度的取值范围进行讨论。

提升关键能力提升关键能力题组二化学平衡状态的判断1.一定温度下,反应N2O4(g)⇌2NO2(g)的焓变为ΔH。现将1molN2O4充入一恒压密闭容器中,下列示意图正确且能说明反应达到平衡状态的是(

)A.①②

B.②④

C.③④

D.①④D提升关键能力

提升关键能力反应开始时,加入1molN2O4,随着反应的进行,N2O4的浓度逐渐变小,故v正(N2O4)逐渐变小,直至达到平衡,③不符合题意;N2O4的转化率逐渐增大,不再变化时说明N2O4的浓度不再变化,反应达到平衡状态,④符合题意。2.将一定量纯净的氨基甲酸铵置于密闭真空容器中(假设容器容积不变,固体试样体积忽略不计),在恒定温度下使其达到分解平衡:H2NCOONH4(s)⇌2NH3(g)+CO2(g)。①v(NH3)=2v(CO2)

②密闭容器中总压强不变③密闭容器中混合气体的密度不变④密闭容器中氨的体积分数不变⑤密闭容器中c(NH3)不变⑥密闭容器中混合气体的平均相对分子质量不变能判断该反应已经达到平衡状态的是(

)A.②③⑤

B.②③⑤⑥

C.①④⑤⑥

D.②③④提升关键能力A提升关键能力[解析]平衡时正、逆反应速率相等,但该项没有指明是正反应速率,还是逆反应速率,故①不选;该正反应是气体分子数增多的反应,所以未平衡时容器内压强会发生变化,当压强不变时说明反应达到平衡,故②选;反应物为固体,则未平衡时气体的质量发生变化,容器恒容,所以混合气体的密度会发生变化,当密度不变时说明反应达到平衡,故③选;初始投料只有H2NCOONH4固体,所以NH3(g)、CO2(g)的体积之比始终是2∶1,因此密闭容器中氨的体积分数始终不变,不能说明反应达到平衡,故④不选;反应达到平衡时各物质的浓度不再改变,所以密闭容器中c(NH3)不变可以说明反应达到平衡,故⑤选;容器内始终为物质的量之比为2∶1的NH3和CO2的混合气体,平均相对分子质量为定值,故⑥不选。[方法技巧]判断化学平衡状态的两方法和两标志1.两方法——逆向相等、变量不变(1)逆向相等:反应速率必须一个是正反应的速率,一个是逆反应的速率,且经过换算后同一种物质的减少速率和生成速率相等。(2)变量不变:如果一个量是随反应进行而改变的,当不变时为平衡状态;一个随反应的进行保持不变的量,不能作为是否达到平衡状态的判断依据。2.两标志——本质标志、等价标志(1)本质标志:v正=v逆≠0。对于某一可逆反应来说,正反应消耗掉某反应物的速率等于逆反应生成该反应物的速率。提升关键能力(2)等价标志①全部是气体参加的非等体积反应,体系的压强、平均相对分子质量不再随时间变化。例如,N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)。②体系中各组分的物质的量浓度、体积分数、物质的量(或质量)分数保持不变。③对同一物质而言,断裂的化学键的物质的量与形成的化学键的物质的量相等。④对于有色物质参加或生成的可逆反应,体系的颜色不再随时间变化。例如,2NO2(g)⇌N2O4(g)。⑤体系中某反应物的转化率或某生成物的产率达到最大值且不再随时间变化。⑥绝热体系的温度不变,说明反应处于平衡状态。提升关键能力考点二化学平衡常数知识梳理

夯实必备知识|提升关键能力夯实必备知识1.化学平衡常数(1)概念在一定

下,一个可逆反应达到化学平衡时,生成物

与反应物

的比值是一个常数,用符号K表示。

(2)表达式对于一般的可逆反应mA(g)+nB(g)⇌

pC(g)+qD(g),在一定温度下达到平衡时:浓度平衡常数K=

;压强平衡常数Kp=

。(固体和纯液体的浓度视为常数,不用注明)

温度浓度幂之积浓度幂之积

夯实必备知识(3)意义及影响因素[微点拨]①K只受温度影响,与反应物或生成物的浓度变化无关。②K值的大小只能预示某可逆反应向某方向进行的最大限度,不能预示反应达到平衡所需要的时间。意义K值越大正反应进行的程度越

反应物的转化率越

影响因素内因反应物本身的性质外因温度升高ΔH<0,K值

ΔH>0,K值

大大减小增大夯实必备知识

夯实必备知识(5)应用①利用化学平衡常数,判断反应是否达到平衡或向何方向进行。对于化学反应mA(g)+nB(g)⇌pC(g)+qD(g)的任意状态,浓度商Q=

。

Q<K,反应向

反应方向进行;

Q=K,反应处于

状态;

Q>K,反应向

反应方向进行。

②利用K可判断反应的热效应:若升高温度,K值增大,则正反应为

;若升高温度,K值减小,则正反应为

。

正平衡逆吸热反应放热反应夯实必备知识

(3)可逆反应若有水反应或生成,平衡常数表达式中均不写水的浓度(

)夯实必备知识1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)(1)对于反应2SO2(g)+O2(g)⇌2SO3(g),升高温度,K值减小,则ΔH<0(

)(2)对某一可逆反应,升高温度则化学平衡常数一定变大(

)√[解析]升高温度,K值减小,说明正反应为放热反应,则ΔH<0,正确。××[解析]对于放热反应,温度升高平衡逆向移动,平衡常数减小,错误。[解析]如果水为气态则必须写,错误。(5)化学平衡发生移动,其平衡常数一定随之改变(

)夯实必备知识(4)平衡常数发生变化,化学平衡必定发生移动(

)√[解析]平衡常数改变,一定改变了温度,所以平衡一定移动,正确。[解析]只有温度改变才能影响平衡常数K,错误。(6)改变条件,使反应物的平衡转化率都增大,该可逆反应的平衡常数一定增大(

)[解析]改变条件,使反应物的平衡转化率都增大,可能是压强造成的,平衡常数不一定增大,错误。××夯实必备知识(7)一个可逆反应的正反应平衡常数K正与逆反应平衡常数K逆互为倒数(

)√[解析]二者互为倒数,正确。夯实必备知识2.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=

。

1.

[2022·湖南长沙模拟]一定条件下,分别在甲、乙、丙三个恒容密闭容器中加入A和B,发生反应:3A(g)+B(g)⇌2C(g)

ΔH>0,448K时该反应的化学平衡常数K=1,反应体系中各物质的物质的量浓度的相关数据如表。下列说法不正确的是(

)

A.甲中,10min内A的化学反应速率:v(A)=0.075mol·L-1·min-1B.甲中,10min时反应已达到化学平衡状态C.乙中,T1<448、K乙<K甲D.丙中,达到化学平衡状态时A的转化率大于25%提升关键能力题组一化学平衡常数及其影响因素B容器温度/K起始时物质的浓度/

(mol·L-1)10min时物质的浓度/(mol·L-1)c(A)c(B)c(C)甲448310.5乙T1310.4丙44832a提升关键能力

提升关键能力

2.科研工作者利用生物无水乙醇催化脱水制备乙烯,有关反应在不同温度下的化学平衡常数如表所示。下列说法正确的是 (

)A.升高温度,反应Ⅰ的速率加快,反应Ⅱ的速率减慢B.通过改变温度和压强均能促进反应Ⅰ而抑制反应ⅡC.降低温度使平衡C2H5OC2H5(g)2C2H4(g)+H2O(g)逆向移动D.500K时,C2H5OC2H5(g)2C2H4(g)+H2O(g)的化学平衡常数为5.6提升关键能力C温度/K化学平衡常数Ⅰ.C2H5OH(g)

C2H4(g)

+H2O(g)Ⅱ.2C2H5OH(g)C2H5OC2H5(g)+H2O(g)5003.20.807007.70.1490012.30.12提升关键能力

提升关键能力题组二化学平衡常数计算及应用1.

[2022·辽宁沈阳模拟]向容积为10L的某恒容密闭容器中充入1molNO和1molH2,发生反应2NO(g)+2H2(g)⇌N2(g)+2H2O(g)

ΔH。已知反应体系的平衡温度与起始温度相同,体系总压强(p)与时间(t)的关系如图中曲线Ⅰ所示,曲线Ⅱ为只改变某一条件体系总压强随时间的变化曲线。下列说法不正确的是(

)A.ΔH>0B.0~10min内,曲线Ⅰ对应的v(H2)=0.008mol·L-1·min-1C.曲线Ⅱ对应的NO的平衡转化率为80%D.曲线Ⅰ对应条件下,反应达平衡时,该反应的平衡常数K=1600A提升关键能力

提升关键能力

提升关键能力2.

[2022·河南焦作期中]在容积为2L的恒容密闭容器中加入0.2molNO和0.36molCO,在催化剂存在的条件下发生反应2NO(g)+2CO(g)⇌2CO2(g)+N2(g),测得NO的转化率随温度的变化如图所示。下列说法错误的是(

)A.ΔH<0B.图中A点所示条件下,延长反应时间能提高NO的转化率C.T1K下,该反应的正反应速率:A点大于B点D.T2K下,C点所对应的平衡常数K<4D[解析]由图可知,随温度升高,NO的平衡转化率逐渐降低,平衡逆向移动,该反应为放热反应,故A正确;A点未达到平衡,在温度一定时,A点转化率升高到达平衡点B,反应向正反应方向进行,A点正反应速率大于B点,延长反应时间到达平衡状态时,NO转化率提高,故B、C正确;

提升关键能力

提升关键能力提升关键能力

考点三

等效平衡知识梳理

夯实必备知识

|提升关键能力夯实必备知识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

。

相同等效类型①②③条件恒温、恒容恒温、恒容恒温、恒压反应的特点任何可逆反应反应前后气体分子数相等任何可逆反应起始投料换算为化学方程式同一边物质,其“量”相同换算为化学方程式同一边物质,其“量”符合同一比例换算为化学方程式同一边物质,其“量”符合同一比例平衡特点质量分数

(w%)相同

浓度(c)相同

相同(气体)物质的量

(n)相同

夯实必备知识2.等效平衡分类及规律相同相同成比例成比例成比例夯实必备知识3.虚拟“中间态”法构建等效平衡(1)构建恒温恒容平衡思维模式(如图所示)新平衡状态可认为是两个原平衡状态简单的叠加并压缩而成,相当于增大压强。(2)构建恒温恒压平衡思维模式(以气体物质的量增加的反应为例,如图)新平衡状态可以认为是两个原平衡状态简单的叠加,压强不变,平衡不移动。夯实必备知识1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)(1)同一个可逆反应,在不同的条件下达到等效平衡时,同种物质的物质的量不一定相等,浓度一定相等(

)(2)对于反应3A(g)+B(g)⇌

2C(g)+D(g),现有两个相同的恒温恒容密闭容器,一个容器中加入3molA和1molB,另一容器中加入1.5molA、0.5molB、1molC和0.5molD,当达到平衡时两容器中同种物质的浓度相等(

)×[解析]等效平衡是各组分百分含量一定对应相同,但浓度不一定对应相同。√[解析]此为恒温恒容容器,经极限转换,属于等量投料,故平衡等效,属于浓度对应相同的情况。[解析]反应方程式为2SO2+O2

⇌2SO3,由于A、B容积完全相同,A中充入SO2和O2各32g,B中充入SO2和O2各64g,且温度相同,因此B对A来说相当于加大一倍的压强,增大压强平衡向右移动,SO2的转化率增大。夯实必备知识(3)A、B两容积相同的恒温恒容密闭容器,在A中充入SO2和O2各32g,在B中充入SO2和O2各64g,在其他条件相同时达到平衡,A中SO2的转化率大于B中SO2的转化率(

)×夯实必备知识(4)一定温度和压强下,在两个容积可变的密闭容器中,一个充入1molO2和2molSO2,另一个充入8molSO3。发生反应并达到平衡后,各物质对应的浓度相等(

)√[解析]符合恒温恒压下建立等效平衡的条件,平衡时对应物质的物质的量不同,但浓度和百分含量相同。(5)一定温度下,容积不变的密闭容器中充入1.0molN2和3.0molH2,反应达到平衡时测得NH3的物质的量为0.6mol。若在开始时充入2.0molN2和6.0molH2,则平衡时NH3的物质的量为1.2mol(

)×[解析]容积不变,后者相当于在前者的基础上增大一倍压强,平衡向正反应方向移动,氨的物质的量大于1.2mol。夯实必备知识2.对于以下三个反应,从反应开始进行到达到平衡,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

。

正反应

1.恒温恒容下,可逆反应2HBr(g)⇌H2(g)+Br2(g)达平衡。下列四种投料量均能达到相同平衡状态,请填写下表中横线上的空白:提升关键能力题组一恒温恒容条件下的等效平衡编号起始状态物质的量/mol

平衡时HBr的物质的量/molH2Br2HBr①120a②240

③

10.5a④mg(g≥2m)

提升关键能力[解析]对于恒温恒容下的前后气体分子数相等的反应,构建等效平衡只需满足投料成比例。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起始状态1molHBr相当于0.5molH2+0.5molBr2,则n(H2)起始∶n(Br2)起始∶n(HBr)平衡=1∶2∶a=0.5∶1∶0.5a,则H2和Br2原有物质的量应分别为0mol和1mol-0.5mol=0.5mol;④设起始HBr为xmol,xmolHBr相当于0.5xmolH2+0.5xmolBr2,则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,则x=2(g-2m),设n(HBr)平衡为ymol,则n(Br2)起始∶n(HBr)平衡=2∶a=(g+0.5x)∶y,则y=(g-m)a。2.一定温度下,在三个容积相同的恒容密闭容器中按不同方式投入反应物,发生反应2SO2(g)+O2(g)⇌2SO3(g)(正反应放热),测得反应的相关数据如下:下列说法正确的是(

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

容器1容器2容器3反应温度T/K700700800反应物投入量2molSO2、1molO24molSO32molSO2、1molO2平衡v正(SO2)/

(mol·L-1·s-1)v1v2v3平衡c(SO3)/

(mol·L-1)c1c2c3平衡体系总压强p/Pap1p2p3物质的平衡转化率αα1(SO2)α2(SO3)α3(SO2)平衡常数KK1K2K3提升关键能力[解析]针对反应2SO2(g)+O2(g)⇌2SO3(g)(正反应放热),容器2中加入4molSO3,等效于在相同温度下反应物投入量为4molSO2、2molO2,为容器1投入量的两倍,则容器2看作是先由两个容器1达到平衡后再压缩到容器1的容积,增大压强反应速率加快,有v1<v2,增大压强,若平衡不移动,c2=2c1,p2=2p1,对于该反应,增大压强平衡向着正反应方向移动,则平衡时c2>2c1,p2<2p1,α1(SO2)+α2(SO3)<1,容器1和2的温度相同,则K1=K2;容器3的投入量与容器1相同,温度比容器1高,可以看作是容器1达到平衡后升高温度的新平衡,升高温度反应速率加快,则v1<v3,对于该反应,升高温度平衡逆向移动,则c3<c1,p3>p1,α1(SO2)>α3(SO2),K1>K3;由以上分析可知,v1<v2,c2>2c1,A错误;该反应为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,K1>K3,根据分析,p2<2p1,p3>p1,则p2<2p3,B错误;由分析可知v1<v3,对于该反应,升高温度平衡逆向移动,α1(SO2)>α3(SO2),C正确;根据分析,c2>2c1,c3<c1,则c2>2c3,α1(SO2)>α3(SO2),D错误。提升关键能力[方法技巧]构建恒温恒容平衡思维模式新平衡状态可认为是两个原平衡状态简单的叠加并压缩而成,相当于增大压强。由增大压强平衡移动方向分析物质的转化率、百分含量、物质的量浓度、放出或吸收热量的变化情况。提升关键能力题组二恒温恒压条件下的等效平衡1.在相同温度和压强下,对反应CO2(g)+H2(g)⇌CO(g)+H2O(g)进行甲、乙、丙、丁四组实验,实验起始时放入容器内各组分的物质的量见下表。上述四种情况达到平衡后,n(CO)的大小顺序是(

)A.乙=丁>甲=丙

B.甲>乙>丙>丁C.乙=甲>丁=丙

D.丁>丙>乙>甲A物质物质的量实验CO2H2COH2O甲amolamol0mol0mol乙2amolamol0mol0mol丙0mol0molamolamol丁amol0molamolamol提升关键能力[解析]将四种情况的生成物通过极限转换法转换为反应物进行比较:甲、丙两实验为等效平衡,乙、丁两实验为等效平衡,相较于甲和丙,乙和丁相当于增大了反应物CO2的初始量,平衡向正反应方向移动,n(CO)增大,故n(CO):乙=丁>甲=丙。物质物质的量实验CO2H2COH2O甲amolamol0mol0mol乙2amolamol0mol0mol丙amolamol0mol0mol丁2amolamol0mol0mol提升关键能力2.初始温度为t℃,向三个密闭的容器中按不同方式投入反应物,发生反应:4HCl(g)+O2(g)⇌2Cl2(g)+2H2O(g)

ΔH=-116kJ·mol-1,测得反应的相关数据如下:下列说法正确的是(

)A.反应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),则反应向正反应方向进行B容器容器类型初始体积初始压强/Pa反应物投入量/mol平衡时Cl2的物质的量/molHClO2Cl2H2OⅠ恒温恒容1L2×10541001Ⅱ绝热恒容1Lp20022aⅢ恒温恒压2Lp38200b[解析]三个容器中,Ⅰ与Ⅱ均为恒容容器,差别在于前者恒温,后者绝热;不妨设想容器Ⅳ,其与容器Ⅰ类型相同,仅投料方式按照容器Ⅱ中的投料方式进行,那么容器Ⅳ中的平衡与Ⅰ中的等效,容器Ⅳ中的反应达到平衡时,Cl2的物质的量为1mol。容器Ⅲ相比于容器Ⅰ,容积扩大了一倍,初始投料也增加了一倍,但容器Ⅲ是在恒温恒压的条件下反应的;不妨设想容器Ⅴ,其与容器Ⅲ的其他的条件相同,仅容器类型更改为恒温恒容的容器,那么容器Ⅴ中的平衡状态与Ⅰ中的等效,容器Ⅴ中的反应达到平衡时,Cl2的物质的量为2mol。提升关键能力容器容器类型初始体积初始压强/Pa反应物投入量/mol平衡时Cl2的物质的量/molHClO2Cl2H2OⅠ恒温恒容1L2×10541001Ⅱ绝热恒容1Lp20022aⅢ恒温恒压2Lp38200b生成液态水相比于生成气态水,同等条件下放出的热量更多,放热越多反应的ΔH越小,因此反应4HCl(g)+O2(g)⇌2Cl2(g)+2H2O(l)的ΔH<-116kJ·mol-1,A项错误。构造的容器Ⅳ的类型是恒温恒容条件下加入2molCl2、2molH2O(g),容器Ⅱ的类型是绝热恒容,二者都是逆向反应建立的平衡状态,容器Ⅱ由于是绝热的,所以容器Ⅱ中的温度会越来越低,不利于反应逆向进行,相比于容器Ⅳ达到平衡时消耗的Cl2更少,所以a>1;构造的容器Ⅴ的类型为恒温恒容条件下,加入8molHCl、2molO2,容器Ⅲ的类型为恒温恒压,提升关键能力容器容器类型初始体积初始压强/Pa反应物投入量/mol平衡时Cl2的物质的量/molHClO2Cl2H2OⅠ恒温恒容1L2×10541001Ⅱ绝热恒容1Lp20022aⅢ恒温恒压2Lp38200b

提升关键能力容器容器类型初始体积初始压强/Pa反应物投入量/mol平衡时Cl2的物质的量/molHClO2Cl2H2OⅠ恒温恒容1L2×10541001Ⅱ绝热恒容1Lp20022aⅢ恒温恒压2Lp38200b

提升关键能力容器容器类型初始体积初始压强/Pa反应物投入量/mol平衡时Cl2的物质的量/molHClO2Cl2H2OⅠ恒温恒容1L2×10541001Ⅱ绝热恒容1Lp20022aⅢ恒温恒压2Lp38200b提升关键能力[方法技巧]恒温恒容与恒温恒压条件平衡比较模式(起始量相同)经典真题·明考向知识梳理

1.[2022·辽宁卷]某温度下,在1L恒容密闭容器中2.0molX发生反应2X(s)⇌

Y(g)+2Z(g),有关数据如下:下列说法错误的是(

)A.1min时,Z的浓度大于0.20mol·L-1B.2min时,加入0.20molZ,此时v正(Z)<v逆(Z)C.3min时,Y的体积分数约为33.3%D.5min时,X的物质的量为1.4molB时间段/min产物Z的平均生成速率/(mol·L-1·min-1)0~20.200~40.150~60.10[解析]反应开始后,随着时间的延长,反应物浓度逐渐减小,产物Z的平均生成速率逐渐减小,则0~1min内Z的平均生成速率大于0~2min内的,故1min时,Z的浓度大于0.20mol·L-1,A正确;4min时生成Z的物质的量为0.15mol·L-1·min-1×4min×1L=0.6mol,6min时生成的Z的物质的量为0.10mol·L-1·min-1×6min×1L=0.6mol,故反应在4min时已达到平衡,则平衡时c(Z)=0.6mol·L-1,Y的平衡浓度为0.3mol·L-1,平衡常数K=c2(Z)·c(Y)=0.108,2min时Z的浓度为0.4mol·L-1,Y的浓度为0.2mol·L-1,加入0.2molZ后Z的浓度变为0.6mol·L-1,Q=c2(Z)·c(Y)=0.072<K,反应正向进行,故v正(Z)>v逆(Z),B错误;时间段/min产物Z的平均生成速率/(mol·L-1·min-1)0~20.200~40.150~60.10

时间段/min产物Z的平均生成速率/(mol·L-1·min-1)0~20.200~40.150~60.102.

(不定选)[2022·湖南卷]向体积均为1L的两恒容容器中分别充入2molX和1molY发生反应:2X(g)+Y(g)⇌Z(g)

ΔH,其中甲为绝热过程,乙为恒温过程,两反应体系的压强随时间的变化曲线如图所示。下列说法正确的是(

)A.ΔH>0B.气体的总物质的量:na<ncC.a点平衡常数:K>12D.反应速率:va正<vb正BC

3.

[2021·山东卷节选]2-甲氧基-2-甲基丁烷(TAME)常用作汽油添加剂。在催化剂作用下,可通过甲醇与烯烃的液相反应制得,体系中同时存在如下反应:反应Ⅰ: +CH3OH ΔH1反应Ⅱ: +CH3OH ΔH2 A TAME

B TAME反应Ⅲ:

ΔH3为研究上述反应体系的平衡关系,向某反应容器中加入1.0molTAME,控制温度为353K,测得TAME的平衡转化率为α。已知反应Ⅲ的平衡常数Kx3=9.0,则平衡体系中B的物质的量为

mol,反应Ⅰ的平衡常数Kx1=

。同温同压下,再向该容器中注入惰性溶剂四氢呋喃稀释,反应Ⅰ的化学平衡将

(填“正向移动”“逆向移动”或“不移动”),平衡时,A与CH3OH物质的量浓度之比c(A)∶c(CH3OH)=

(Kx为以物质的量分数表示的平衡常数)。0.9α

1.一定量的CO2与足量的C在容积可变的恒压密闭容器中发生反应C(s)+CO2(g)⇌2CO(g)。平衡时,体系中气体体积分数与温度的关系如图所示。已知:气体分压(p分)=气体总压(p总)×体积分数。下列说法正确的是(

)A.550℃时,若充入惰性气体,v正、v逆均减小,平衡不移动B.650℃时,反应达平衡后,CO2的转化率为25.0%C.T℃时,若充入等体积的CO2和CO,平衡向逆反应方向移动D.925℃时,用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp=24.0p总备用习题B备用习题[解析]550℃时,若充入惰性气体,由于恒压,相当于扩大了容器容积,v正、v逆均减小,但v正减小的程度比v逆小,平衡正向移动,A项错误;根据图像可知,在650℃时,CO的平衡体积分数为40%,根据反应的化学方程式:C(s)+CO2(g)⇌2CO(g),设开始时加入1molCO2,反应掉xmolCO2,则有

C(s)+CO2(g)

⇌

2CO(g)始态1mol

0变化

x

mol

2x

mol平衡

(1-x)mol

2x

mol备用习题

备用习题2.氨基甲酸铵发生分解反应的化学方程式为NH2COONH4(s)⇌2NH3(g)+CO2(g)。利用如下装置测定不同温度下该反应以分压表示的化学平衡常数Kp,实验步骤如下:(Ⅰ)关闭K3,打开K1和K2,开启真空泵抽气至测压仪数值稳定后关闭K1;(Ⅱ)关闭K2,缓慢开启K3至U形管两边液面相平并保持不变,读取压强数值。记录25℃、30℃下压强分别为12.0kPa、17.1kPa。下列说法错误的是(

)A.氨基甲酸铵分解反应的ΔH>0B.该反应25℃时的化学平衡常数Kp=2.56×1011Pa3C.步骤Ⅰ中测压仪数值未稳定即关闭K1,Kp测量值偏大D.步骤Ⅱ中读数时U形管左侧液面偏高,Kp测量值偏小D备用习题[解析]该反应的平衡常数表达式为Kp=p2(NH3)·p(CO2),根据分压原理25℃时NH3、CO2的分压分别为8kPa、4kPa,则Kp=256kPa3=2.56×1011Pa3,同理可知30℃时的平衡常数Kp≈740.8kPa3,升高温度,平衡常数增大,则该正反应为吸热反应,A、B项正确;步骤Ⅰ中测压仪数值未稳定即关闭K1,U形管左侧会有残留空气,导致Kp测量值偏大,C项正确;步骤Ⅱ中读数时U形管左侧液面偏高,则证明左侧气压小于右侧,Kp测量值偏大,D项错误。备用习题3.一定条件下,测得反应3CO(g)+3H2(g)⇌(CH3)2O(g)+CO2(g)达平衡时CO的平衡转化率与温度和压强的关系如图所示(假定过程中不发生其他反应)。温度为TK时,向容积为1L的恒容密闭容器中充入0.4molCO和0.4molH2,反应达平衡时测得CO2物质的量为0.1mol。下列说法正确的是(

)A.该正反应的ΔH<0,压强p1<p2B.压强为p2时,Q点所示条件下v正<v逆C.温度为TK时,若向初始容积为1L的恒压容器中充入0.4molCO和0.4molH2,达平衡时CO的转化率大于75%D.温度为TK时,若向原容器中充入0.1molCO、0.2mol(CH3)2O和0.2molCO2,则该反应的平衡常数大于104C备用习题[解析]在压强不变的条件下,升高温度,一氧化碳的平衡转化率降低,说明升温平衡向逆反应方向移动,故正反应是放热反应,即该正反应的ΔH<0;该反应的正反应是气体分子数减小的反应,增大压强,一氧化碳的平衡转化率增大,所以图中压强p1>p2,A错误。压强为p2时,图中Q点在该温度下想要达到平衡状态,就要增大一氧化碳的转化率,即要向正反应方向进行,所以v正>v逆,B错误。温度为TK时,向容积为1L的恒容密闭容器中充入0.4molCO和0.4molH2,反应达平衡时测得CO2的物质的量为0.1mol,由化学方程式可知消耗一氧化备用习题

考点一

可逆反应与化学平衡状态1.在一密闭容器中进行反应:2SO2(g)+O2(g)⇌2SO3(g),已知反应过程中某一时刻SO2、O2、SO3的浓度分别为0.2mol·L-1、0.1mol·L-1、0.2mol·L-1,当反应达到平衡时,可能存在的数据是(

)A.SO2为0.4mol·L-1,O2为0.2mol·L-1

B.SO2为0.25mol·L-1C.SO3为0.4mol·L-1

D.SO2、SO3均为0.15mol·L-1B1234567891011[解析]由题中数据及该反应为可逆反应,则平衡时0<c(SO2)<0.4mol·L-1、0<c(SO3)<0.4mol·L-1,则A、C错误,B正确;反应物、生成物的浓度不可能同时减小,一个浓度减小,另一个浓度一定增大,D错误。2.一定温度下,将2molSO2和1molO2充入2L密闭容器中,在催化剂存在下进行下列反应:2SO2(g)+O2(g)⇌2SO3(g),正反应放热。下列说法中正确的是(

)A.达到反应限度时,SO2和SO3的分子数一定相等B.任意时刻,SO2和SO3物质的量之和一定为2molC.SO2的消耗速率等于O2的生成速率时,达到反应限度D.达到反应限度后,升高温度,正反应速率加快,逆反应速率减慢B12345678910111234567891011[解析]达到反应限度时,反应物和生成物的量与方程式的化学计量数无关,SO2和SO3的分子数不一定相等,故A错误;反应中SO2与SO3的化学计量数相等,二氧化硫的消耗量与三氧化硫的生成量相等,故SO2和SO3物质的量之和一定为2mol,故B正确;SO2的消耗速率等于O2的生成速率时,正逆反应速率不相等,反应未达到平衡状态,故C错误;达到反应限度后,升高温度,正、逆反应速率均增大,故D错误。1234567891011

B1234567891011

12345678910114.对于反应aA(g)⇌bB(g)+cC(g),向密闭容器中充入1molA,达平衡时,体系中B的体积分数随温度、压强的变化关系如图所示,下列判断正确的是(

)A.ΔH<0,ΔS<0B.M、P两点的化学平衡常数:M<PC.M、N两点A的转化率:M>ND.保持恒温恒容,向P点再充入少量A,达新平衡时,B%增大考点二

化学平衡常数C1234567891011[解析]根据图像可知,升高温度,达平衡时,B的体积分数降低,说明升高温度平衡逆向移动,正反应放热;增大压强,B的平衡体积分数降低,说明正反应气体物质的量增多,ΔS>0,故A错误。M点B的体积分数大于P点,说明温度下降,B的体积分数升高,平衡正向移动,所以M、P两点的化学平衡常数:M>P,故B错误。相同温度下,M点B的体积分数大于N点,M、N两点A的转化率:M>N,故C正确。正反应气体物质的量增多,保持恒温恒容,向P点再充入少量A,相当于加压,达新平衡时,B%减小,故D错误。12345678910115.利用丙烷(C3H8)在无氧条件下制备丙烯(C3H6)的反应方程式为C3H8(g)⇌C3H6(g)+H2(g)

ΔH=+124kJ·mol-1。在一容积可变的容器中,不同起始压强下(0.1MPa、0.01MPa)进行上述反应,达到化学平衡时,测得丙烷和丙烯的物质的量分数随温度变化如图所示,则下列说法中正确的是(

)A.c曲线表示的是0.01MPa下丙烯随温度变化的物质的量分数B.A点对应的该反应平衡常数Kp=1.25MPa(Kp为以分压表示的平衡常数)C.B点丙烷的平衡转化率为33.3%D.实际生产过程中需通入一定量水蒸气,其目的是稀释原料气,增大丙烯的平衡产率D1234567891011[解析]正反应为气体分子数增多的反应,相同条件下,增大压强,平衡逆向移动,丙烷物质的量分数增加,丙烯物质的量分数减小;升高温度,平衡正向移动,丙烷物质的量分别减小,丙烯物质的量分数增加,结合图像可知,a、c曲线分别表示的是0.1MPa下丙烷、丙烯随温度变化的物质的量分数曲线,b、d曲线分别表示的是0.01MPa下丙烯、丙烷随温度变化的物质的量分数曲线。由分析可知,c曲线表示的是0.1MPa下丙烯随温度变化的物质的量分数,A错误;假设丙烷初始量为1mol

C3H8(g)

⇌C3H6(g)+H2(g)起始/mol

1

0

0转化/mol

x

x

x平衡/mol

1-x

x

x1234567891011

1234567891011

1234567891011D1234567891011

1234567891011

1234567891011要缩短b曲线对应容器达到平衡的时间,但不改变一氧化二氮的平衡转化率,结合压强对平衡的影响,由于该反应前后气体分子数不变,则增大压强平衡不移动,但反应速率加快,若在催化剂一定的情况下采取充入氮气加压的措施,c(N2)增大,导致平衡发生移动,故D错误。7.已知2SO2(g)+O2(g)⇌2SO3(g)

ΔH=-197kJ·mol-1,向同温、同容积的三个密闭容器中分别充入气体:(甲)2molSO2和1molO2;(乙)1molSO2和0.5molO2;(丙)2molSO3。在恒温、恒容条件下反应达到平衡时,下列关系式一定正确的是(

)A.容器内压强p:p甲=p丙>2p乙B.SO3的质量m:m甲=m丙>2m乙C.c(SO2)与c(O2)之比k:k甲=k丙>k乙D.反应放出或吸收热量的数值Q:Q甲=Q丙>2Q乙1234567891011考点三

等效平衡B1234567891011[解析]将丙容器中,起始投料全部转化为左边的物质,可知甲和丙为等效平衡,则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。甲和乙的比较可用如图所示帮助理解:经过变化1后,两个容器为等效平衡,去掉隔板,乙容器和“乙+乙”容器中浓度、压强均相等;经过变化2后,容器甲的容积比“乙+乙”的缩小一半,若平衡不发生移动,则压强为原来的2倍,但容积减小,压强增大,平衡正向移动,则SO3的质量:m甲>2m乙,总物质的量减小,导致平衡压强减小,故p甲<2p乙,放出的热量:Q甲>2Q乙,因甲、乙两容器中起始投入的SO2与O2的物质的量之比为2∶1(即化学计量数之比),两者在反应中按照2∶1的比例转化,故达到平衡时,两容器中c(SO2)与c(O2)之比仍为2∶1,即k甲=k乙。8.如图所示,隔板Ⅰ固定不动,活塞Ⅱ可自由移动,M、N两个容器中均发生反应:X(g)+2Y(g)⇌xZ(g)。保持温度不变向M、N中各通入1molX和2molY的混合气体,初始时M、N的容积相同。下列说法正确的是

(

)A.x不论何值,平衡时M、N中的平均相对分子质量都相等B.若x=3,达到平衡后X的体积分数关系:φ(M)>φ(N)C.若x<3,Z的平衡浓度关系:c(M)<c(N)D.若x>3,达到平衡后Y的转化率:α(M)>α(N)C1234567891011[解析]若x=3,则该反应前后气体分子数相等,两个容器相同,则平衡时M、N中的平均相对分子质量相等;当x>3,该反应是气体分子数增多的反应,N容器相对M容器容积变大,相当于减小了压强,平衡正向移动,N中气体物质的量比M中多,N中气体相对分子质量比M中气体相对分子质量小,故A错误。若x=3,两容器相同,因此达到平衡后X的体积分数关系:φ(M)=φ(N),故B错误。若x<3,N容器容积减小,各物质的浓度均增大,相对M容器来说相当于加压,平衡正向移动,因此Z的平衡浓度关系:c(M)<c(N),故C正确。若x>3,该反应是气体分子数增多的反应,N容器相对M容器容积变大,相当于减小了压强,平衡正向移动,因此达到平衡后Y的转化率:α(M)<α(N),故D错误。1234567891011

1234567891011容器编号温度/K起始物质的量/molSO2NONO2SⅠ

0.50.600ⅡT10.510.51ⅢT20.50.211D

1234567891011容器编号温度/K起始物质的量/molSO2NONO2SⅠ

0.50.600ⅡT10.510.51ⅢT20.50.211

1234567891011容器编号温度/K起始物质的量/molSO2NONO2SⅠ

0.50.600ⅡT10.510.51ⅢT20.50.211

1234567891011容器编号温度/K起始物质的量/molSO2NONO2SⅠ

0.50.600ⅡT10.510.51ⅢT20.50.21110.

[2022·湖北随州曾都区一中模拟]乙烯是制造塑料、合成橡胶和合成纤维等化学产品的基本原料。C2H6裂解制C2H4是化学工业的一个重要研究课题,目前裂解方法有电催化、光催化裂解、直接裂解、氧气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气氧化裂解的反应如下:(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回答下列问题:(1)已知键能数据:E(C—H)=416kJ·mol-1,E(H—H)=436kJ·mol-1,由此计算生成1mol碳碳π键放出的能量为

kJ。

1234567891011考点四

化学平衡综合考查271[解析]ΔH=反应物总键能-生成物总键能,由题可知,反应(Ⅰ)中每断裂2molC—H,会形成1mol碳碳π键和1molH—H,故2×416kJ·mol-1-E(碳碳π键)-436kJ·mol-1=+125kJ·mol-1,解得E(碳碳π键)=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)在一绝热的恒容密闭容器中,通入一定量的C2H6发生反应(Ⅰ),反应过程中容器内压强(p)与时间(t)变化如图所示,随着反应进行,a~b段压强减小的原因是

。1234567891011

反应(Ⅰ)吸热,反应初期,反应正向进行,尽管容器内气体分子数增多,但反应吸热,温度降低引起的压强减小的程度大于气体分子增多引起压强增大的程度[解析]反应(Ⅰ)吸热,反应初期,反应正向进行,尽管容器内气体分子数增多,但反应吸热,温度降低引起的压强减小的程度大于气体分子增多引起压强增大的程度,因此随着反应进行,a~b段压强减小。

123456789101126加入催化剂或增大催化剂表面积1234567891011

123