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化学平衡常数


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化学平衡常数、化学反应进行的方向
考点一 化学平衡常数 知识点 1.概念 在一定温度下, 当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,用符号 K 表示。 2.表达式 对于反应 mA(g)+nB(g)??pC(g)+qD(g), cp?C?· cq?D? K= m (固体和纯液体的浓度视为常数,通常

不计入平衡常数表达式中)。 c ?A?· cn?B? 3.意义 (1)K 值越大,反应物的转化率越大,正反应进行的程度越大。 (2)K 只受温度影响,与反应物或生成物的浓度变化无关。 (3)化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。 深度思考 1.对于给定反应,正逆反应的化学平衡常数一样吗?是什么关系? 正逆反应的化学平衡常数不一样,互为倒数关系。 2.化学平衡常数只受温度的影响,温度升高,化学平衡常数是增大还是减少? 温度升高化学平衡常数的变化要视反应而定,若正反应是吸热反应, 则温度升高 K 值增大,反之则减小。 3.对于一个可逆反应,化学计量数扩大或缩小,化学平衡常数表达式是否改变?是什么关系?转化率是 否相同?试举例说明。 对于一个可逆反应,化学计量数不一样,化学平衡常数表达式也就不一样,但对应物质的转化率相同。例 如: cc?C? (1)aA(g)+bB(g)??cC(g) K1= a c ?A?· cb?B? (2)naA(g)+nbB(g)??ncC(g) cnc?C? n =Kn 1或 K1= K2 cna?A?· cnb?B? 无论(1)还是(2),A 或 B 的转化率是相同的。 借助平衡常数可以判断一个化学反应是否达到化学平衡状态 对于可逆反应 aA(g)+bB(g)??cC(g)+dD(g),在一定温度下的任意时刻,反应物与生成物浓度有如下关 系: cc?C?· cd?D? =Qc,称为浓度商。 a c ?A?· cb?B? K2= <K 反应向正反应方向进行,v正>v逆 ? ? Qc?=K 反应处于化学平衡状态,v正=v逆 ? ?>K 反应向逆反应方向进行,v正<v逆 经典例题 题组一 化学平衡常数及其影响因素 1.温度为 t℃时,在体积为 10 L 的真空容器中通入 1.00 mol 氢气和 1.00 mol 碘蒸气,20 min 后,反应达 - 到平衡,此时测得碘蒸气的浓度为 0.020 mol· L 1。涉及的反应可以用下面的两个化学方程式表示: ①H2(g)+I2(g)??2HI(g) ②2H2(g)+2I2(g)??4HI(g ) 下列说法正确的是 ( ) - - A.反应速率用 HI 表示时,v(HI)=0.008 mol· L 1· min 1 B.两个化学方程式的意义相同,但其平衡常数表达式不同,不过计算所得数值相同 C.氢气在两个反应方程式中的转化率不同 D.第二个反应中,增大压强平衡向生成 HI 的方向移动

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2.已知反应①:CO(g)+CuO(s)??CO2(g)+Cu(s)和反应②:H2(g)+CuO(s)??Cu(s)+H2O(g)在相同的 某温度下的平衡常数分别为 K1 和 K2,该温度下反应③:CO(g)+H2O(g)??CO2(g)+H2(g) 的平衡常数为 K。则下列说法正确的是 ( ) c?CO2?· c?Cu? A.反应①的平衡常数 K1= c?CO?· c?CuO? K1 B.反应③的平衡常数 K= K2 C.对于反应③,恒容时,温度升高,H2 浓度减小,则该反应的焓变为正值 D.对于反应③,恒温恒容下,增大压强,H2 浓度一定减小 题组二 由化学平衡常数判断化学平衡移动的方向 3.已知可逆反应:M(g)+N(g)??P(g)+Q(g) ΔH>0,请回答下列问题: - - (1)在某温度下,反应物的起始浓度分别为 c(M)=1 mol· L 1,c(N)=2.4 mol· L 1;达到平衡后,M 的转化 率为 60%,此时 N 的转化率为________; (2)若反应温度升高,M 的转化率________(填“增大”、“减小”或“不变”); - - (3)若反应温度不变,反应物的起始浓度分别为 c(M)=4 mol· L 1,c(N)=a mol· L 1;达到平衡后,c(P)=2 -1 mol· L ,a=________; - (4)若反应温度不变, 反应物的起始浓度为 c(M)=c(N)=b mol· L 1, 达到平衡后, M 的转化率为________。 4.在体积为 1 L 的密闭容器中,进行如下化学反应:CO2(g)+H2(g)??CO(g)+H2O(g),化学平衡常数 K 与温度 T 的关系如下表: 700 800 850 1 000 1 200 T/℃ K 0.6 0.9 1.0 1.7 2.6 回答下列问题: (1)升高温度,化学平衡向________(填“正反应”或“逆反应”)方向移动。 (2)能判断该反应达到化学平衡状态的依据是________。 A.c(CO2)=c(CO) B.K 不变 C.容器中的压强不变 D.v 正(H2)=v 正(CO2) E.c(H2)保持不变 (3)若某温度下,平衡浓度符合下列关系:c(CO2)· c(H2)=c(CO)· c(H2O),此时的温度为__________;在此 温度下,若该容器中含有 1 mol CO2、1.2 mol H2、0.75 mol CO、1.5 mol H2O,则此时反应所处的状态为 ____________(填“向正反应方向进行中”、“向逆反应方向进行中”或“平衡状态”)。 考点二 有关化学平衡的计算 【思路梳理】 1.分析三个量:即起始量、变化量、平衡量。 2.明确三个关系: (1)对于同一反应物,起始量-变化量=平衡量。 (2)对于同一生成物,起始量+变化量=平衡量。 (3)各转化量之比等于各反应物的化学计量数之比。 3.计算方法:三段式法 化学平衡计算模式: 对以下反应: mA(g)+nB(g)??pC(g)+qD(g), 令 A、 B 起始物质的量(mol)分别为 a、 b,达到平衡后,A 的消耗量为 mx,容器容积为 V L。 mA(g) + nB(g)??pC(g)+qD(g) 起始(mol) a b 0 0 变化(mol) mx nx px qx 平衡(mol) a-mx b-nx px qx px p qx q ? ?· ? ? V V 则有:(1)K= a-mx m b-nx n ? ? · ? ? V V

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a-mx - (2)c 平(A)= (mol· L 1)。 V mx mx nx mb (3)α(A)平= ×100%,α(A)∶α(B)= ∶ = 。 a a b na a-mx (4)φ(A)= ×100%。 a+b+?p+q-m-n?x p?平? a+b+?p+q-m-n?x (5) = 。 p?始? a+b a· M?A?+b· M?B? - (6) ρ (混)= (g· L 1)。 V a· M?A?+b· M?B? - (7) M = (g· mol 1)。 a+b+?p+q-m-n?x 经典例题 题组一 有关转化率、反应速率等的基本计算 1. 在 100 ℃时, 把 0.5 mol N2O4 通入体积为 5 L 的真空密闭容器中, 立即出现红棕色。 反应进行到 2 s 时, - NO2 的浓度为 0.02 mol· L 1。在 60 s 时,体系已达平衡,此时容器内压强为开始时的 1.6 倍。下列说法正 确的是 ( ) - - A.前 2 s 以 N2O4 的浓度变化表示的反应速率为 0.01 mol· L 1· s 1 B.在 2 s 时体系内的压强为开始时的 1.1 倍 C.在平衡时体系内含 N2O4 0.25 mol D.平衡时,N2O4 的转化率为 40% 2.某温度下,H2(g)+CO2(g)??H2O(g)+CO(g)的平衡常数 K=9/4,该温度下在甲、乙、丙三个恒容密 闭容器中,投入 H2(g)和 CO2(g),其起始浓度如表所示: 起始浓度 甲 乙 丙 - 0.010 0.020 0.020 c(H2)/mol· L 1 - 0.010 0.010 0.020 c(CO2)/mol· L 1 下列判断不正确的是 ( ) A.平衡时,乙中 CO2 的转化率大于 60% B.平衡时,甲中和丙中 H2 的转化率均是 60% - C.平衡时,丙中 c(CO2)是甲中的 2 倍,是 0.012 mol· L 1 D.反应开始时,丙中的反应速率最快,甲中的反应速率最慢 题组二 综合应用 3.煤化工中常需研究不同温度下平衡常数、投料比及产率等问题。 已知 CO(g)+H2O(g)??H2(g)+CO2(g)的平衡常数随温度的变化如下表: 400 500 830 1 000 温度/℃ 10 9 1 0.6 平衡常数 K 试回答下列问题: (1)上述反应的正反应是________反应(填“放热”或“吸热”)。 (2)某温度下, 上述反应达到平衡后, 保持容器体积不变升高温度, 正反应速率________(填“增大”、 “减 小”或“不变”),容器内混合气体的压强________(填“增大”、“减小”或“不变”)。 (3)830 ℃时,在恒容反应器中发生上述反应,按下表中的物质的量投入反应混合物,其中向正反应方向进 行的有______(选填字母) A B C D 投料 n(CO2)/mol 3 1 0 1 n(H2)/mol 2 1 0 1 n(CO)/mol 1 2 3 0.5 n(H2O)/mol 5 2 3 2 (4)在 830 ℃时,在 2 L 的密闭容器中加入 4 mol CO(g)和 6 mol H2O(g)达到平衡时,CO 的转化率是 __________。 4.在一固定容积的密闭容器中,保持一定温度,在一定条件下进行反应:A(g)+2B(g)??3 C(g),已知 加入 1 mol A 和 3 mol B 且达到平衡后生成了 a mol C,请填写下列空白:
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(1)平衡时 C 在反应混合气体中的体积分数是______________________________ (用字母 a 表示)。 (2)在相同实验条件下, 若在同一容器中改为加入 2 mol A 和 6 mol B, 达到平衡后, C 的物质的量为______ mol(用字母 a 表示)。此时 C 在反应混合气体中的体积分数______(填“增大”、“减少”或“不变”)。 (3)在相同实验条件下,若在同一容器中改为加入 2 mol A 和 8 mol B,若要求平衡后 C 在反应混合气体中 的体积分 数不变,则还应加入 C________ mol。 (4)在同一容器中加入 n mol A 和 3n mol B,达到平衡时 C 的物质的量为 m mol,若改变实验条件,可以使 C 的物质的量在 m mol~2m mol 之间变化,那么 n 与 m 的关系应是____________(用字母“m”、“n”表 示)。 考点三 化学反应进行的方向 知识点 1.自发过程 (1)含义 在一定条件下,不需要借助外力作用就能自动进行的过程。 (2)特点 ①体系趋向于从高能状态转变为低能状态(体系对外部做功或释放热量)。 ②在密闭条件下,体系有从有序转变为无序的倾向性(无序体系更加稳定)。 2.自发反应 在一定条件下无需外界帮助就能自发进行的反应称为自发反应。 3.判断化学反应方向的依据 (1)焓变与反应方向 研究表明,对于化学反应而言,绝大多数放热反应都能自发进行,且反应放出的热量越多,体系能量降低 得也越多,反应越完全。可见,反应的焓变是制约化学反应能否自发进行的因素之一。 (2)熵变与反应方向 ①研究表明,除了热效应外,决定化学反应能否自发进行的另一个因素是体系的混乱度。大多数自发反应 有趋向于体系混乱度增大的倾向。 ②熵和熵变的含义 a.熵的含义 熵是衡量一个体系混乱度的物理量。用符号 S 表示。 同一条件下,不同物质有不同的熵值,同一物质在不同状态下熵值也不同,一般规律是 S(g)>S(l)>S(s)。 b.熵变的含义 熵变是反应前后体系熵的变化,用 ΔS 表示,化学反应的 ΔS 越大,越有利于反应自发进行。 (3)综合判断反应方向的依据 ①ΔH-TΔS<0,反应能自发进行。 ②ΔH-TΔS=0,反应达到平衡状态。 ③ΔH-TΔS>0,反应不能自发进行。 深度思考 能自发进行的反应一定能实际发生吗? 不一定, 化学反应方向的判据指出的仅仅是在一定条件下化学反应自发进行的趋势, 并不能说明在该条件 下反应一定能实际发生,还要考虑化学反应的快慢问题。 焓判据和熵判据能作为反应自发进行的一般判据, 而由焓判据和熵判据组成的复合判据才是反应是否自发 进行的根本判据:反应是否自发与温度有关,一般低温时焓变影响为主;高温时熵变影响为主。根据 ΔH -TΔS 可准确判断反应进行的方向。 经典例题 题组一 焓变与自发反应 1.实验证明,多数能自发进行的反应都是放热反应。对此说法的理解正确的是( A.所有的放热反应都是自发进行的 B.所有的自发反应都是放热的

)

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C.焓变是影响反应是否具有自发性的一种重要因素 D.焓变是决定反应是否具有自发性的唯一判据 题组二 熵变与自发反应 2.下列过程属于熵增加的是 ( ) A.一定条件下,水由气态变成液态 B.高温高压条件下使石墨转变成金刚石 C.4NO2(g)+O2(g)===2N2O5 (g) D.散落的火柴的无序排列 3.下列反应中,熵显著增加的反应是 ( ) A.CO(g)+2H2(g)===CH3OH(g) B.CaCO3+2HCl===CaCl2+H2O+CO2↑ C.C(s)+O2(g)===CO2(g) D.2Hg(l)+O2(g)===2HgO(s) 4.碳铵[(NH4)2CO3]在室温下就能自发的分解产生氨气,对其说法中正确的是 ( ) A.碳铵分解是因为生成易挥发的气体,使体系的熵增大 B.碳铵分解是因为外界给予了能量 C.碳铵分解是吸热反应,根据能量判断能自发分解 D.碳酸盐都不稳定,都能自发分解 题组三 复合判据的应用 5.下列组合中在任何温度下反应均能自发进行的是 ( ) A.ΔH>0,ΔS>0 B.ΔH<0,ΔS<0 C.ΔH>0,ΔS<0 D.ΔH<0,ΔS>0 6.试判断用于汽车净化的一个反应 2NO(g)+2CO(g)===N2(g)+2CO2(g)在 298 K、100 k Pa 下能否自发进 行? - 已知:在 298 K、100 kPa 下该反应的 ΔH=-113.0 kJ· mol 1,ΔS=-145.3 -1 -1 J· mol · K 。 7.灰锡结构松散,不能用于制造器皿,而白锡结构坚固,可以制造器皿,现把白锡制成的器皿放在 0 ℃, 100 kPa 的室内存放,它会不会变成灰锡而不能再继续使用? - 已知:在 0 ℃、100 kPa 条件下白锡转化为灰锡的反应焓变和熵变分别为 ΔH=-2 180.9 J· mol 1,ΔS=- - - 6.61 J· mol 1· K 1。 直击高考 c?CO?· c?H2O? 1.(2008· 山东理综,14)高温下,某反应达平衡,平衡常数 K= 。恒容时,温度升高,H2 浓 c?CO2?· c?H2? 度减小。下列说法正确的是 ( ) A.该反应的焓变为正值 B.恒温恒容下,增大压强,H2 浓度一定减小 C.升高温度,逆反应速率减小 D.该反应的化学方程式为 CO+H2O???? CO2+H2 高温 2.(2009· 安徽理综,11)汽车尾气净化中的一个反应如下: 1 NO(g)+CO(g)?? N2(g)+CO2(g) 2 - ΔH=-373.4 kJ· mol 1 在恒容的密闭容器中,反应达到平衡后,改变某一条件,下列示意图正确的是(
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)

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3.[2012· 福建理综,23(5)]在恒容绝热(不与外界交换能量)条件下进行 2A(g)+B(g)??2C(g)+D(s)反应, 按下表数据投料,反应达到平衡状态,测得体系压强升高。简述该反应的平衡常数与温度的变化关系: _______________________________。 A B C D 物质 2 1 2 0 起始投料/mol + + 4.(2011· 福建理综,12)25 ℃时,在含有 Pb2 、Sn2 的某溶液 + 中,加入过量金属锡(Sn),发生反应:Sn(s)+Pb2 (aq)?? + + + Sn2 (aq)+Pb(s),体系中 c(Pb2 )和 c(Sn2 )变化关系如图所 示。下列判断正确的是 ( ) + A.往平衡体系中加入金属铅后,c(Pb2 )增大 + B.往平衡体系中加入少量 Sn(NO3)2 固体后,c(Pb2 )变小 + C.升高温度,平 衡体系中 c(Pb2 )增大,说明该反应 ΔH>0 D.25 ℃时,该反应的平衡常数 K=2.2 5.(2011· 海南,15)氯气在 298 K、100 kPa 时,在 1 L 水中可溶解 0.09 mol,实验测得 溶于水的 Cl2 约有三分之一与水反应。请回答下列问题: (1)该反应的离子方程式为________; (2)估算该反应的平衡常数________(列式计算); (3)在上述平衡体系中加入少量 NaOH 固体,平衡将向________移动; (4)如果增大氯气的压强,氯气在水中的溶解度将________(填“增大”、“减小”或 “不变”),平衡将向________移动。 6.[2012· 海南,15(1)(2)(4)]已知 A(g)+B(g)??C(g)+D(g)反应的平衡常数和温度的关系如下: 700 900 830 1 000 1 200 温度/℃ 1.7 1.1 1.0 0.6 0.4 平衡常数 回答下列问题: (1)该反应的平衡常数表达式 K=__________,ΔH______0(填“<”、“>”或“=”); (2)830 ℃时,向一个 5 L 的密闭容器中充入 0.20 mol 的 A 和 0.80 mol 的 B,如反应初始 6 s 内 A 的平均反 - - 应速率 v(A)=0.003 mol· L 1· s 1。则 6 s 时 c(A)=________ -1 mol· L ,C 的物质的量为________mol;若反应经一段时间后,达到平衡时 A 的转化率为________,如果 这时向该密闭容器中再充入 1 mol 氩气,平衡时 A 的转化率为__________; (4)1 200 ℃时反应 C(g)+D(g)??A(g)+B(g)的平衡常数的值为__________。 7. [2010· 课标全国卷, 26(4)]将 0.23 mol SO2 和 0.11 mol 氧气放入容积为 1 L 的密闭容器中, 发生反应 2SO2 +O2??2SO3, 在一定温度下, 反应达到平衡, 得到 0.12 mol SO3, 则反应的平衡常数 K=______________。 若温度不变,再加入 0.50 mol 氧气后重新达到平衡,则 SO2 的平衡浓度__________(填“增大”“不变” 或“减小”), 氧气的转化率________(填“升高”“不变”或“降低”), SO3 的体积分数________(填“增 大”“不变”或“减小”)。 8.[2010· 山东理综,28(2)节选]一定温度下,向 1 L 密闭容器中加入 1 mol HI(g),发生反应 2HI??H2+ I2,H2 物质的量随时间的变化如右图所示。 该温度下,H2(g)+I2(g)??2HI(g)的平衡常数 K=________。 相同温度下,若开始加入 HI(g)的物质的量是原来的 2 倍,则 ________是原来的 2 倍。 a.平衡常数 b.HI 的平衡浓度 c.达到平衡的时间 d.平衡时 H2 的体积分数
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9.[2011· 浙江理综, 27(1)②③]某研究小组在实验室探究氨基甲酸铵(NH2COONH4)分解反应平衡常数的测 定。 将一定量纯净的氨基甲酸铵固体置于特制的密闭真空容器中(假设容器体积不变,固体试样体积忽略不计), 在恒定温度下使其达到分解平衡:NH2COONH4(s)??2NH3(g)+CO2(g) 实验测得不同温度下的平衡数据列于下表: 温度/℃ 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0 平衡总压强 /kPa 平衡气体总浓 度/mol· L
-1

5.7 2.4× 10
-3

8.3 3.4× 10
-3

12.0 4.8× 10
-3

17.1 6.8× 10
-3

24.0
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[来

9.4× 10
-3

②根据表中数据,列式计算 25.0 ℃时的分解平衡常数:____________。 ③取一定量的氨基甲酸铵固体放在一个带活塞的密闭真空容器中,在 25.0 ℃下达到分解平衡。若在恒温 下压缩容器体积,氨基甲酸铵固体的质量将________(填“增加”、“减少”或“不变”)。 习题巩固 1.下列说法正确的是 ( ) A.凡是放热反应都是自发的,因为吸热反应都是非自发的 B.自发反应的熵一定增大,非自发反应的熵一定减小 C.常温下,反应 C(s)+CO2(g)??2CO(g)不能自发进行,则该反应的 ΔH>0 D.反应 2Mg(s)+CO2(g)===C(s)+2MgO(s)能自发进行,则该反应的 ΔH>0 2.反应 Fe(s)+CO2(g)??FeO(s)+CO(g),700 ℃时平衡常数为 1.47,900 ℃时平衡常数为 2.15。下列说法 正确的是 ( ) A.升高温度该反应的正反应速率增大,逆反应速率减小 c?FeO?· c?CO? B.该反应的化学平衡常数表达式为 K= c?Fe?· c?CO2? C.该反应的正反应是吸热反应 D.增大 CO2 浓度,平衡常数增大 3.加热 N2O5,依次发生的分解反应为①N2O5(g)??N2O3(g)+O2(g),②N2O3(g)??N2O(g)+O2(g)。在容 积为 2 L 的密闭容器中充入 8 mol N2O5, 加热到 t℃, 达到平衡状态后 O2 为 9 mol, N2O3 为 3.4 mol, 则 t℃ 时反应①的平衡常数为 ( ) A.10.7 B.8.5 C.9.6 D.10.2 4 .在 300 mL 的密闭容器中,放入镍粉并充入一定量的 CO 气体,一定条件下发生反应: Ni(s) + 4CO(g)??Ni(CO)4(g),已知该反应的平衡常数与温度的关系如下表: 25 80 230 温度/℃ - 4 2 平衡常数 5×10 1.9×10 5 下列说法不正确的是 ( ) A.上述生成 Ni(CO)4 的反应为放热反应 - B.25 ℃时反应 Ni(CO)4(g)??Ni(s)+4CO(g)的平衡常数为 2×10 5 -1 C.在 80 ℃时,测得某时刻 Ni(CO)4、CO 的浓度均为 0.5 mol· L ,则此时 v 正>v 逆 - D.80 ℃达到平衡时,测得 n(CO)=0.3 mol,则 Ni(CO)4 的平衡浓度为 2 mol· L 1 5.已知可逆反应 X(g)+2Y(g)??Z(g) ΔH<0,一定温度下, 在体积为 2 L 的密闭容器中加入 4 mol Y 和一定量的 X 后, X 的浓度随时间的变化情况如图所示,则下列说法正确的 是 ( ) A.a 点正反应速率大于逆反应速率 B.增大 X 的浓度,X 的转化率增大 C.容器中压强恒定时,不能说明反应已达平衡状态 D. 保持温度和密闭容器的容积不变, 再充入 1 mol X 和 2 mol Y, 再次达到平衡时 n(Z)/n(X)的值会变小 6.一定温度下,在容积为 2 L 的密闭容器中发生反应 CO(g)+H2O(g)??CO2(g)+H2(g),部分数据见下

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表(表中 t2>t1)。 反应时间/min 0 t1 t2 下列说法正确的是 n(CO) /mol 1.20 0.80 n(H2O) /mol n(CO2) /mol n(H2) /mol 0.60 0 0 0.20

( ) 0.40 -1 -1 A.反应在 t1 min 内的反应速率为 v(H2)= mol· L · min t1 B.平衡时 CO 的转化率为 66.67% C.该温度下反应的平衡常数为 1 D.其他条件不变,若起始时 n(CO)=0.60 mol,n(H2O)=1.20 mol,则平衡时 n(CO2)=0.20 mol 7.用 CO 合成甲醇(CH3OH)的化学方程式为 CO(g)+2H2(g)??CH3OH(g) ΔH<0,按 照相同的物质的量投料,测得 CO 在不同温度下的平 衡转化率与压强的关系如右图所示。下列说法正确的 是 ( ) A.温度:T1>T2>T3 B.正反应速率:v(a)>v(c) v(b)>v(d) C.平衡常数:K(a)>K(c) K(b)=K(d) D.平均摩尔质量:M(a)<M(c) M(b)>M(d) 8.已知:3A(g)+B(g)???? 2C(g),在不同温度和压强时 △ A 的转化率如表所示。由此可知,下列图像正确的是 ( ) p1(MPa) 200 ℃ 600 ℃ 89.7 83.8 p2(MPa) 76.3 71.6
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9.二氧化碳捕集、存储和转化是当今化学研究的热点问题之一。 (1)用钌的配合物作催化剂,一定条件下可直接光催化分解 CO2,发生反应:2CO2(g)===2CO(g)+O2(g), 该反应的 ΔH______0,ΔS______0(选填“>”、“<”或“=”),在低温下,该反应________(填“能”或 “不能”)自发进行。 (2)CO2 转化途径之一是利用太阳能或生物质能分解水制 H2,然后将 H2 与 CO2 转化为甲醇或其他化学品。 你认为该方法需要解决的技术问题有________。 a.开发高效光催化剂 b.将光催化制取的氢气从反应体系中有效分离,并与 CO2 发生催化转化 c.二氧化碳及水资源的供应

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10.活性炭可用于处理大气污染物 NO。在 1 L 密闭容器中加入 NO 和活性炭(无杂质),生成气体 E 和 F。 当温度分别在 T1℃和 T2℃时,测得平衡时各物质的物质的量如下表: 物质 n/mol T/℃ 初始 T1 T2 2.030 2.000 2.005 0.100 0.040 0.050 0 0.030 0.025 0 0.030 0.025 活性炭 NO E F

(1)请结合上表数据,写出 NO 与活性炭反应的化学方程式:__________________。 (2)上述反应在 T1℃时的平衡常数为 K1,在 T2℃时的平衡常数为 K2。 ①计算 K1=__________________。 ②根据上述信息判断,T1 和 T2 的关系是__________。 a.T1>T2 b.T1<T2 c.无法比较 (3)在 T1℃下反应达到平衡后,下列措施不能改变 NO 的转化率的是________(填序号)。 a.增大 c(NO) b.增大压强 c.升高温度 d.移去部分 F 11.在恒温恒容条件下,将一定量 NO2 和 N2O4 的混合气体通入容积为 2 L 的密闭容器中发生反应: N2O4(g)??2NO2(g) ΔH>0,反应过程中各物质的物质的量浓度(c)随时间(t)的变化曲线如图所示。

(1)该温度下, 该反应的平衡常数为______________, 若温度升高, K 值将________(填“增大”、 “减小” 或“不变”)。 (2)a、b、c、d 四个点中,表示化学反应处于平衡状态的是________点。从起点开始首次达到平衡时,以 NO2 表示的反应速率为____________。 (3)25 min 时,加入了__________(填加入物质的化学式及加入的物质的量),使平衡发生了移动。 - (4)d 点对应 NO2 的物质的量浓度 ________( 填“大于”、“小于”或“等于”)0.8 mol· L 1 ,理由是 ____________________________________________________。 12. 在 0.5 L 的密闭容器中, 一定量的氮气与氢气进行如下反应: N2(g)+3H2(g)??2NH3(g) ΔH=a kJ· mol -1 ,其化学平衡常数 K 与温度的关系如下。 200 300 400 温度/℃ K 1.0 0.86 0.5 请回答下列问题。 (1)写出该反应的化学平衡常数表达式:_______________________________, a________(填“大于”、“小于”或“等于”)0。 (2)400 ℃时,2NH3(g)??N2(g)+3H2(g)的化学平衡常数为______ ____,测得氨气、氮气、氢气的物质的 量分别为 3 mol、2 mol、1 mol 时,该反应的 v 正(N2)________(填“大于”、“小于”或“等于”)v 逆(N2)。 13.甲醇(CH3OH)是一种重要的化工原料,合成甲醇的主 要反应为 CO(g)+2H2(g)??CH3OH(g),反应过程中 的能量变化如图所示。 (1)CO(g)+2H2(g)??CH3OH(g) ΔH______0(填 “<”、“=”或“>”)。

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(2) 在 一 定 条 件 下 , 上 述 反 应 在 一 密 闭 容 器 中 达 到 平 衡 。 该 反 应 平 衡 常 数 的 表 达 式 为 ______________________;结合该表达式分析,在保证 H2 浓度不变的情况下,增大容器的压强,平衡 ________(填字母)。 A.向正反应方向移动 B.向逆反应方向移动 C.不移动 (3)如图表示该反应在某一时间段中反应速率与时间的关系(t2、t4、t5 时刻改变的条件都只有一个,且各不 相同)。各阶段对应的平衡常数如表所示: t1~t2 t3~t4 t4~t5 t6~t7 K1 K2 K3 K4

请判断各平衡常数之间的大小关系为__________(用“>”、“<”或“=”连接)。 答案 1、答案 C 解析 反应的自发性是由熵变和焓变共同决定的。若 ΔH<0,ΔS>0,则一定自发,若 ΔH>0,ΔS<0,则一 定不能自发,若 ΔH<0,ΔS<0 或 ΔH>0,ΔS>0,反应能否自发,和温度有关,A、B 错误;C 项中反应的 ΔS>0,若 ΔH<0,则一定自发,现常温下不自发,说明 ΔH>0,正确;D 项中反应的 ΔS<0,能自发,说明 ΔH<0,错误。 2、答案 C c?CO? 解析 A 项,升温,正、逆反应速率均增大,不正确;B 项,该化学平衡常数表达式为 ;C 项,升 c?CO2? 温, 平衡常数增大, 表明平衡向正反应方向移动, 即正反应为吸热反应, 故正确; D 项, 增大反应物浓度, 平衡常数不变,故不正确。 3、答案 B 解析 N2O5??N2O3+O2 起始/mol 8 0 0 平衡/mol 8-x x x N2O3?? N2O+ O2 起始/mol x 0 0 平衡/mol x-y y y ? ? ?x+y=9 ?x=6.2 ? ,则? ?x-y=3.4 ?y=2.8 ? ? 9 3.4 × c?O2?· c?N2O3? 2 2 所以 K(①)= = =8.5,B 正确。 1.8 c?N2O5? 2 4、答案 C 解析 温度升高,平衡常数减小,说明平衡向逆反应方向移动,正反应为放热反应,A 正确; Ni(CO)4(g)??Ni(s)+4CO(g)为题给反应的逆反应,两个反应的平衡常数互为倒数关系,B 正确;C 项中 c[Ni?CO?4] 该时刻 Qc= 4 =8>K,反应逆向进行,v 逆> c ?CO? - - v 正,C 错误;D 项中 CO 的平衡浓度为 1 mol· L 1,由 K=2 可计算出 Ni(CO)4 的平衡浓度为 2 mol· L 1。 5、答案 A 解析 由图像可知, a 点尚未达到平衡状态, 此时正反应速率大于逆反应速率, A 项正确; 增大 X 的浓度,

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平衡正向移动,但根据平衡移动原理可知 X 的转化率减小,B 项错误;该反应为反应前后气体分子数不 相等的反应,由压强不变可判断反应已达到平衡,C 项错误;由题意,起始加入 4 mol Y,由图像可知起 始时加入 2 mol X,达到平衡后,再充入 1 mol X 和 2 mol Y 所达到的平衡相当于在原平衡的基础上增大压 强,平衡正向移动,所以 n(Z)/n(X)的值会变大,D 项错误。 6、答案 C 0.40 mol 解析 根据化学方程式可知在 t1 min 内生成 0.40 mol H2, 因此在 t1 min 内的反应速率为 v(H2)= 2 L×t1 min 0.20 - - = mol· L 1· min 1, 故 A 错误; 根据化学方程式可知 t1、 t2 时刻均有 n(CO)=0.80 mol, n(H2O)=0.20 mol, t1 n(CO2)=n(H2)=0.40 mol,故表格中 t1、t2 时的数据均为平衡时的物质的量。据此可求出 CO 的平衡转化 率为 0.40 mol/1.2 mol×100%=33.33%,故 B 错误;由于该反应是一个气体体积不变的反应,将平衡时的 物质的量代入平衡常数表达式,可计算出反应的平衡常数为 1,C 正确;根据平衡常数值可计算出 D 选项 中平衡时 n(CO2)=0.40 mol,故 D 错误。 7、答案 C 解析 A 项,因为 ΔH<0,温度越高,CO 的转化率越小,所以 T3>T2>T1,错误;B 项,由于 T3>T1,所以 v(c)>v(a),由于 p(b)>p(d),所以 v(b)>v(d),错误;C 项,平衡常数只受温度影响,由于 ΔH<0,温度越高, 平衡常数越小, 正确; D 项, 升温, 平衡左移, M 减小, M(a)>M(c), 加压, 平衡右移, M 增大, M(b)>M(d), 错误。 8、答案 A 解析 由题表分析知,该反应的正反应为放热 反应,且 p1>p2。选项 A,减小压强,平衡逆向移动,v 逆>v A 正确;其他条件不变时,温度高则反应先达到平衡,B 错误;温 度不变时,增大压强平衡正向移动, 正, C 的百分含量增大,故 C 错误;其他条件不变时升高温度,平衡逆向移动,平衡常数减小,D 错误。 9、答案 (1)> > 不能 (2)ab 解析 该反应是分解反应,且 CO 燃烧时放热,所以该反应为吸热反应,即 ΔH>0,因气体的物质的量增 多,所以 ΔS>0。ΔH-TΔS<0 时,反应可自发进行,所以在低温下,该反应不能自发进行。 10、答案 (1)C+2NO??N2+CO2 (2)①9/16 ②c (3)ab 解析 (1)由 T1℃、T2℃时,活性炭、NO 物质的量变化与 E、F 物质的量变化关系可知化学计量数之比为 1∶2∶1∶1,由此写出化学方程式。 - (2)①T1℃时,NO 的平衡浓度为 0.04 mol· L 1,而 CO2、N2 的平衡浓度均为 0.03 c?N2?· c?CO2? - mol· L 1,则 K1= =9/16(注意活性炭为固体)。②由于无法判断反应的热效应,故无法判断 T1 2 c ?NO? 和 T2 的关系。 (3)该反应为气体分子数不变的反应,因此选择 ab。 - - 11、答案 (1)0.9 增大 (2)bd 0.04 mol· L 1· min 1 (3)0.8 mol NO2 -1 (4)小于 假设平衡时二氧化氮的浓 度为 0.8 mol· L ,则此时 Qc=1.28>K=0.9,平衡要逆向移动,使二氧 化氮的浓度降低,所以平衡时二氧化氮的浓度小于 0.8 - mol· L 1 - - 解析 (1)由题图可知,平衡时 c(NO2)=0.6 mol· L 1,c(N2O4)=0.4 mol· L 1,故该温度下该反应的平衡常 数 K=0.62/0.4=0.9;升温,反应正向进行(正反应为吸热反应),平衡常数增大。 (2)由题图知,a、b、c、d 四点中只有 b、d 点处于平衡状态;v(NO2)=(0.6 - - - - mol· L 1-0.2 mol· L 1)/10 min=0.04 mol· L 1· min 1。 - (3)利用 25 min 后的物质的浓度变化可知在 25 min 时加入了 NO2,其加入的物质的量=(1.0 mol· L 1-0.6 -1 mol· L )×2 L=0.8 mol。 - (4)假设平衡时二氧化氮的浓度为 0.8 mol· L 1,则此时 Qc=1.28>K=0.9,平衡要逆向移动,使二氧化氮的 - 浓度降低,所以平衡时二氧化氮的浓度小于 0.8 mol· L 1。 c2?NH3? 12、答案 (1)K= 小于 c?N2?· c3?H2? (2)2 大于 c2?NH3? 解析 (1)根据平衡常数的定义可写出该反应的平衡常数表达式为 K= 。 由表中数据可知, 温度 c?N2?· c3?H2?

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升高,平衡常数减小,即平衡逆向移动,故正反应为放热反应,所以 a<0。 (2)N2(g) + 3H2(g)??2NH3(g) 与 2NH3(g)??N2(g) + 3H2(g) 的 平 衡 常 数 互 为 倒 数 , 故 400 ℃ 时 2NH3(g)??N2(g)+3H2(g)的化学平衡常数 K=1/0.5=2。当氨气、氮气、氢气的物质的量分别为 3 mol、2 - mol、1 mol 时,三者的浓度分别为 6 mol· L 1、4 4×23 8 -1 -1 mol· L 、2 mol· L ,此时的浓度商 Qc= 2 = <K,所以平衡正向移动,v 正(N2)> 6 9 v 逆(N2)。 13、 答案 (1)< (2)K=c(CH3OH)/[c(CO)· c2(H2)] C (3)K1>K2=K3=K4 (4)越高 原料气含少量 CO2 有 利于提高生成甲醇的碳转化率,CO2 含量过高生成甲醇的碳转化率又降低

化学平衡状态
考点一 可逆反应与化学平衡状态 知识点 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
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(3)平衡特点

“两审” “两标志”突破化学 平衡状态标志的判断 1. “两审” 一审题干条件,是恒温恒容还是恒温恒压;二审反应特点:①全部是气体参与的等体积反应还是非等体积 反应;②有固体参与的等体积反应还是非等体积反应。

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2. “两标志” (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。 (2)等价标志 ①全部是气体参加的气体体积可变的反应,体系的压强、平均相对分子质量不再随时间而变化。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对于有有色物质参加或生成的可逆反应,体系的颜色不再随时间而变化。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而变化。 注意 以下几种情况不能作为可逆反应达到化学平衡状态的标志: a.恒温、恒容条件下气体体积不变的反应,混合气体的压强或气体的总物质的量不随时间而变化。如 2HI(g)??I2(g)+H2(g)。 b.全部是气体参加的体积不变的反应,体系的平均相对分子质量不随时间而变化。如 2HI(g)??I2(g)+ H2(g)。 c.全部是气体参加的反应,恒容条件下体系的密度保持不变。 经典例题 题组一 极端假设法解化学平衡状态题的应用 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 0.1 mol· L 1、0.3 - - mol· L 1、0.08 mol· 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 0 mol· L 1<c1<0.14 mol· 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 0.1 mol· L 1、0.3 -1 -1 mol· L 、0.2 mol· L ,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 0.3 mol· L 1 B.Y2 为 0.4 mol· L 1 -1 -1 C.X2 为 0.2 mol· L D.Z 为 0.4 mol· L 题组二 化学平衡状态标志的判断 3.可逆反应:2NO2(g)??2NO(g)+O2(g)在体积固定的密闭容器中进行,达到平衡状态的标志的是 ( ) ①单位时间内生成 n mol O2 的同时生成 2n mol NO2 ②单位时间内生成 n mol O2 的同时生成 2n mol NO ③用 NO2、NO、O2 表示的反应速率的比为 2∶2∶1 的状态 ④混合气体的颜色不再改变的状态 ⑤混合气体的密度不再改变的状态 ⑥混合气体的压强不再改变的 状态 ⑦混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态 A.①④⑥⑦ B.②③⑤⑦ C.①③④⑤ D.全部 4.下列说法可以证明 H2(g)+I2(g)??2HI(g)已达平衡状态的是____________(填序号)。 ①单位时间内生成 n mol H2 的同时,生成 n mol HI ②一个 H—H 键断裂的同时有 1 两个 H—I 键断裂 ③百分含量 w(HI)=w(I2) ④反应速率 v(H2)=v(I2)= v(HI) 2 ⑤c(HI)∶c(H2)∶c(I2)=2∶1∶1 ⑥温度和体积一定时,某一生成物浓度不再变化 ⑦温度和体积一定时,容器内压强不再变化 ⑧条件一定,混合气体的平均相对分 子质量不再变化 ⑨温度和体积一定时,混合气体颜色不再变化 ⑩温度和压强一 定时,混合气体的密度不再变化 5.一定温度下在一容积不变的密闭容器中发生可逆反应 2X(g)??Y(g)+Z(s),以下不能说明该反应达到 化学平衡状态的是 ( )

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A.混合气体的密度不再变化 B.反应容器中 Y 的质量分数不变 C.X 的分解速率与 Y 的消耗速率相等 D.单位时间内生成 1 mol Y 的同时生成 2 mol X 6.在一恒温、恒容的密闭容器中发生反应 A(s)+2B(g)??C(g)+D(g),当下列物理量不再变化时,能够 表明该反应已达平衡状态的是 ( ) A.混合气体的压强 B.混合气体的平均相对分子质量 C.A 的物质的量浓度 D.气体的总物质的量 7.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.体系的压强不再发生变化 B.v 正(CO)=v 逆(H2O) C.生成 n mol CO 的同时生成 n mol H2 D.1 mol H—H 键断裂的同时断裂 2 mol H—O 键 8. (2012· 山东理综, 29 改编)已知 N2O4(g)??2NO2(g) ΔH>0, 现将 1 mol N2O4 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________。


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