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第2課時　影響化學平衡的因素
一、化學平衡的移動
1.含義。
在一定條件下,當一個可逆反應達到平衡后,如果改變
　濃度　、　壓強　、　溫度　等反應條件,原來的平衡狀態會被破壞,平衡體系的物質組成也會隨著改變,直至達到新的平衡,這種由原有的平衡狀態達到新的平衡狀態的過程叫做化學平衡的移動。
2.圖示。
微思考1 改變條件,v正、v逆均改變,平衡一定移動嗎
提示:不一定。v正、v逆均改變后不再相等則平衡發生移動,但如果是同等程度改變,改變后滿足v正=v逆,則平衡不發生移動。
微判斷1 (1)化學平衡移動的根本原因在于v正不等于v逆。
(　　)
(2)改變外界條件,引起v正>v逆時,化學平衡向反應速率小的方向即逆反應方向移動。(　　)
√
×
二、外界條件對化學平衡的影響
1.濃度對化學平衡的影響。
(1)按表中實驗操作步驟完成實驗,觀察實驗現象,將有關實驗現象及其結論填入表中:
(2)影響規律。
①增大反應物濃度或減小生成物濃度,平衡向　正反應　方向移動。
②減小反應物濃度或增大生成物濃度,平衡向　逆反應　方向移動。
(3)利用濃度商Q與平衡常數K的大小關系判斷平衡移動方向。
①當Q　=　K時,可逆反應處于　平衡　狀態,v正=v逆;
②當Q　<　K時,化學平衡向正反應方向移動,直至達到新的平衡狀態,v正>v逆;
③當Q　>　K時,化學平衡向逆反應方向移動,直至達到新的平衡狀態,v正2.壓強對化學平衡的影響。
(1)用50 mL注射器吸入20 mL NO2和N2O4的混合氣體,按表中實驗操作步驟完成實驗,觀察實驗現象,將有關實驗現象及其結論填入表中:
(2)影響規律。
當其他條件不變時:
①若為體積不等的反應,如2NO2(g) N2O4(g):
增大壓強(減小容器的容積),平衡向氣體體積　縮小　的方向移動;
減小壓強(增大容器的容積),平衡向氣體體積　增大　的方向移動。
②若為等體積反應,如H2(g)+I2(g) 2HI(g):
增大壓強時,v正、v逆同等程度地增大;減小壓強時,v正、v逆同等程度地減小,平衡均　不發生　移動。
微思考2 對于只有固體或液體參加的反應,體系壓強的改變能使化學平衡狀態發生變化嗎
提示:不能。
3.溫度對化學平衡的影響。
(1)按表中實驗步驟要求完成實驗,觀察實驗現象,填寫下表:
(2)影響規律。
①升高溫度,平衡向　吸熱　反應的方向移動;
②降低溫度,平衡向　放熱　反應的方向移動。
4.勒夏特列原理。
如果改變影響平衡的一個因素(如溫度、壓強及參加反應的物質的濃度),平衡就向著能夠　減弱　這種改變的方向移動。
5.催化劑對化學平衡的影響規律。
當其他條件不變時,催化劑不能改變達到化學平衡狀態時反應混合物的組成,但是使用催化劑能改變反應達到化學平衡所需的時間。
微判斷2 (1)合成氨反應,使用催化劑可以促進平衡向生成氨的方向移動,因此可以用勒夏特列原理解釋使用催化劑的原因。(　　)
(2)若改變外界條件,引起化學平衡向正反應方向移動,反應物的轉化率一定變大。(　　)
(3)在平衡體系FeCl3+3KSCN Fe(SCN)3+3KCl中加入少量鐵粉,平衡向左移動,溶液的顏色變淺。(　　)
(4)對于平衡體系2NO2(g) N2O4(g),壓縮容器容積,增大壓強,平衡向右移動,混合氣體的顏色變淺。(　　)
×
×
√
×
微訓練1.現有反應X(g)+Y(g) 2Z(g)　ΔH<0。下圖表示從反應開始到t1 時刻達到平衡,在t2時刻由于條件變化使平衡破壞,到t3時刻又達平衡。則在圖中t2時刻改變的條件可能是
(　　)。
A.增大壓強
B.使用了催化劑
C.降低溫度
D.減小了X或Y的濃度
答案:C
解析:增大壓強,平衡不移動,改變條件瞬間X、Y、Z的濃度應增大,A項錯誤;使用了催化劑,平衡不移動,X、Y、Z的濃度應不變,B項錯誤;該反應ΔH<0,降低溫度,平衡向正反應方向移動,X或Y的濃度降低,Z的濃度增大,圖像符合,C項正確;若減小X或Y的濃度,平衡向逆反應方向移動,Z的濃度應減小,D項錯誤。
2.已知FeCl3+3KSCN Fe(SCN)3+3KCl,達到平衡后,進行下列操作,平衡怎樣移動
(1)加入少量FeCl3固體:平衡　　　　移動。
(2)加入少量KSCN固體:平衡　　　　移動。
(3)加入少量KCl固體:平衡　　　　移動,其理由是 　 。
答案:(1)正向
(2)正向
(3)不　K+和Cl-不參加反應,溶液中Fe3+、SCN-濃度不變
解析:分析給出的化學方程式可知,反應的本質是
Fe3++3SCN- Fe(SCN)3。
(1)加入少量FeCl3固體,溶液中Fe3+濃度增大,即增大了反應物的濃度,故平衡正向移動。
(2)加入少量KSCN固體,溶液中SCN-濃度增大,即增大了反應物的濃度,平衡正向移動。
(3)加入少量KCl固體,溶液中Fe3+、SCN-濃度不變,K+和Cl-不參加反應,即不影響反應物、生成物的濃度,故化學平衡不移動。
一、認識化學平衡圖像
問題探究
可逆反應在一定條件下達到的化學平衡狀態是有條件的,若外界條件改變引起正反應速率和逆反應速率的改變,并且兩者改變的程度不相等,則原來的化學平衡狀態會被破壞,將在新的條件下建立新的化學平衡狀態,即發生化學平衡的移動。
1.某一可逆反應,一定條件下達到了化學平衡狀態。若化學反應速率改變,化學平衡是否一定發生移動 若平衡發生移動,化學反應速率是否一定發生改變
提示:化學反應速率改變,平衡不一定移動。若速率改變后,v正=v逆,平衡不移動;若v正≠v逆,則平衡發生移動。若平衡發生移動,說明v正≠v逆,即化學反應速率一定發生改變。
2.化學反應達到平衡后,改變溫度平衡是否一定發生移動
提示:是。只要升高溫度,新平衡狀態下的反應速率一定大于原平衡狀態下的反應速率,化學平衡向吸熱反應方向移動;降低溫度,新平衡狀態下的反應速率一定小于原平衡狀態下的反應速率,化學平衡向放熱反應方向移動。
歸納總結
1.應用v-t圖像分析外界因素對化學平衡的影響。
以mA(g)+nB(g) pC(g)　ΔH<0且m+n(1)濃度。
①增大反應物A或B的濃度,v正增大的瞬間,
v逆保持不變,v'正>v'逆,平衡向正反應方向移
動,直至建立新的平衡。新平衡時,v'正、v'逆
均變大。如圖1所示。
圖1
②減小生成物C的濃度,v逆減小的瞬間,v正保持不變,v'正>v'逆,平衡向正反應方向移動,直至建立新的平衡。新平衡時,v'正、v'逆均變小。如圖2所示。
圖2
③減小反應物A或B的濃度,v正減小的瞬間,v逆保持不變,
v'逆>v'正,平衡向逆反應方向移動,直至建立新的平衡。新平衡時,v'正、v'逆均變小。如圖3所示。
圖3
④增大生成物C的濃度,v逆增大的瞬間,v正保持不變,v'逆>v'正,平衡向逆反應方向移動,直至建立新的平衡。新平衡時,v'正、v'逆均變大。如圖4所示。
圖4
(2)壓強和溫度。
①增大壓強(減小容器的容積)或升高溫度,v正、v逆均瞬間變大,且v'逆(即v'減、v'吸)大于v'正(即v'增、v'放),平衡向逆反應方向移動,直至建立新的平衡。新平衡時,v'正、v'逆均變大。如圖5所示。
圖5
②減小壓強(增大容器的容積)或降低溫度,v正、v逆均瞬間變小,且v'逆(即v'減、v'吸)小于v'正(即v'增、v'放),平衡向正反應方向移動,直至建立新的平衡。新平衡時,v'正、v'逆均變小。如圖6所示。
圖6
③對于反應mA(g)+nB(g) pC(g)　若m+n=p,當反應達到平衡后,其他條件不變,在t1時刻改變壓強,圖像如圖7所示。
(3)使用催化劑(通常指正催化劑),v正、v逆均瞬間變大,且v'正=v'逆,平衡不移動。如圖8所示。
圖8
2.識別化學平衡圖像的方法。
(1)看圖像:一看面,即橫坐標和縱坐標的含義;二看線,即線的斜率或者趨勢;三看點,即曲線上的特殊點,如起點、拐點、交點、終點;四看輔助線,根據需要添加等溫線、等壓線、平衡線等。如圖9所示。
圖9
(2)想規律、作判斷:聯想外界條件的改變對化學反應速率和化學平衡的影響規律,根據圖像中表達的關系與規律相對比,作出符合題目要求的判斷。
3.解答化學平衡圖像題的常用原則。
以可逆反應aA(g)+bB(g) cC(g)為例說明。
(1)“定一議二”原則。
在化學平衡圖像中,包括橫坐標、縱坐標和曲線所表示的三個量,確定橫坐標所表示的量后,討論縱坐標與曲線的關系;確定縱坐標所表示的量,討論橫坐標與曲線的關系。
(2)“先拐先平,數值大”原則。
在化學平衡圖像中,先出現拐點的反應則先達到平衡,先出現拐點的曲線表示的溫度較高(圖10)或表示的壓強較大(圖11)。
圖10
圖11
圖10表示T2>T1。升高溫度,平衡時C的質量分數減小,故平衡向逆反應方向移動,正反應是放熱反應。
圖11表示p1c。
典例剖析
【例1】已知:①N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)　ΔH<0;
②2NH3(g) N2(g)+3H2(g)　ΔH>0。
其中v-t圖像為
(1)對于反應①,
t1時刻改變的條件為　　　　　　　　;
t2時刻改變的條件為　　　　　　　　。
(2)對于反應②,
t1時刻改變的條件為　　　　　　　　;
t2時刻改變的條件為　　　　　　　　。
答案:(1)增大壓強　降低溫度 (2)升高溫度　減小壓強
解析:t1時刻反應速率增大,說明是升高溫度或增大壓強;而t2時刻反應速率減小,說明是降低溫度或減小壓強。
【拓展延伸】 根據上題,對于反應①,以上條件的改變對反應物轉化率有什么影響
答案:對于反應①,增大壓強或降低溫度,平衡正向移動,反應物轉化率增大;升高溫度或減小壓強,平衡逆向移動,反應物轉化率減小。
學以致用
1.在容積不變的密閉容器中存在如下反應:
2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)　ΔH<0。某研究小組研究了其他條件不變時,改變某一條件對上述反應的影響,
下列分析正確的是(　　)。
A.圖Ⅰ表示的是t1時刻增大O2的濃度對反應速率的影響
B.圖Ⅱ表示的是t1時刻加入催化劑對反應速率的影響
C.圖Ⅲ表示的是催化劑對平衡的影響,且甲的催化劑的催化效率比乙的高
D.圖Ⅲ表示的是壓強對化學平衡的影響,且乙的壓強較高
答案:B
解析:A項,圖Ⅰ改變的條件應是增大壓強;B項,由于同等程度地增大正、逆反應速率,所以應是加入了催化劑;C項,由于平衡發生了移動,所以改變的條件不是加入催化劑;D項,改變的應是溫度,且乙的溫度高。
2.已知某可逆反應mA(g)+nB(g) pC(g)在密閉容器中進行,如圖表示在不同反應時間t時,溫度T和壓強p與反應物B在混合氣體中的體積分數[φ(B)]的關系曲線,由曲線分析,下列判斷正確的是(　　)。
A.T1p2,m+n>p,放熱反應
B.T1>T2,p1p,吸熱反應
C.T1p2,m+nD.T1>T2,p1答案:D
解析:分析圖像,可以分兩個層次考慮。從①②曲線可知,當壓強相同(同為p2)時,②先達平衡,說明T1>T2 ;又因為T2小時φ(B)大,即降低溫度,平衡逆向移動,說明反應逆向放熱,正向吸熱。從②③曲線可知,當溫度相同(同為T1)時,②先達平衡,說明p2>p1;又因為p2大時φ(B)大,即增大壓強,平衡逆向移動,說明逆反應方向為氣體體積減小的方向,m+nT2,p1二、平衡移動的規律及轉化率的變化
問題探究
生命過程與化學平衡移動密切相關。例如,在人體內血紅蛋白與氧氣的結合過程中就涉及化學平衡的移動。人體中的血紅蛋白分子(Hb)與氧氣結合,形成氧合血紅蛋白分子——Hb(O2),這一過程可以表示為Hb+O2 Hb(O2)。煤氣中的CO也能與血紅蛋白分子結合,即Hb+CO Hb(CO)。一氧化碳與血紅蛋白結合的能力比氧氣分子強。
1.閱讀材料并解釋為什么空氣中一氧化碳濃度增大時人體會發生一氧化碳中毒
提示:空氣中一氧化碳濃度增大,更多的Hb(CO)取代Hb(O2),造成人體缺氧,導致一氧化碳中毒。
2.思考并討論如何利用平衡移動原理設計合理的方法救治一氧化碳中毒的病人 簡述你的理由。
提示:如果有人一氧化碳中毒,應立即切斷一氧化碳來源并將中毒者移至空氣流通處,必要時可以將其放到高壓氧艙中,增大氧氣濃度。
3.對于反應:①2SO3(g) 2SO2(g)+O2(g)　
②2NO2(g) N2O4(g)　
③2HI(g) H2(g)+I2(g)建立平衡后,保持溫度不變,增大反應物濃度,轉化率如何變化
提示:①減小,②增大,③不變。
歸納總結
1.勒夏特列原理的理解及應用。
(1)適用范圍:適用于任何動態平衡體系,非平衡狀態不能用此來分析。
(2)平衡移動的結果是“減弱”外界條件的影響,而不是“消除”外界條件的影響,更不是“扭轉”外界條件的影響。
①從定性角度看,平衡移動的方向為減弱外界條件變化的方向,如增大反應物濃度,平衡就向減弱這種改變即反應物濃度減小的方向移動;增大壓強,平衡就向氣體體積縮小即氣體的物質的量減小、壓強減小的方向移動;升高溫度,平衡就向吸熱反應即使溫度降低的方向移動。這種移動可以理解為與條件改變“對著干”。
②從定量角度看,平衡移動的結果只是減弱了外界條件的變化,而不能完全抵消外界條件的變化。如向平衡體系N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)(平衡時,N2、H2、NH3的物質的量分別為a mol、b mol、c mol)中又充入d mol N2,則達到新平衡時,n(N2)的取值范圍為a mol2.轉化率的變化。
(1)對兩種或兩種以上的反應物,增大一種反應物的濃度,平衡向正反應方向移動,該反應物的轉化率降低,其他反應物的轉化率增大。
(2)若改變溫度或壓強,使平衡向正反應方向移動,反應物的轉化率增大。
(3)對于可逆反應aA(g)b B(g)+cC(g),A分解建立平衡后,增大A的濃度,平衡正向移動。當a=b+c時,α(A)不變,φ(A)不變;a>b+c時,α(A)增大,φ(A)減小;a(4)若反應物不只一種物質,如aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g),在恒溫恒容條件下,若按原比例(或投料比)同倍數增加A和B,平衡正向移動,但反應物(A或B)的轉化率等效為壓強對平衡的影響。
氣體計量數關系 A(或B)的轉化率
a+b=c+d 不變
a+b>c+d 增大
a+b典例剖析
【例2】 將等物質的量的X、Y氣體充入某密閉容器中,在一定條件下,發生反應并達到平衡:X(g)+3Y(g) 2Z(g)　ΔH<0。當改變某個條件并維持新條件直至新的平衡時,表中關于新平衡與原平衡的比較正確的是(　　)。
選項 改變條件 新平衡與原平衡比較
A 升高溫度 X的轉化率變小
B 增大壓強(減小容器的容積) X的濃度變小
C 恒容條件下,充入一定量Y Y的轉化率增大
D 使用適當催化劑 X的體積分數變小
A
解析:升高溫度,平衡逆向移動,X的轉化率變小,A項正確;增大壓強,平衡正向移動,但容器的容積減小,X的濃度增大,B項錯誤;充入一定量Y,X的轉化率增大,而Y的轉化率減小,C項錯誤;使用適當催化劑,只能增大反應速率,不能使平衡發生移動,X的體積分數不變,D項錯誤。
【拓展延伸】 對于反應X(g)+3Y(g) 2Z(g)　ΔH<0,建立平衡后增大X的轉化率的方法有哪些
答案:增大Y的濃度、增大壓強、降低溫度等。
方法歸納 應用勒夏特列原理需要注意的問題。 (1)確定條件的改變是否影響化學平衡,即確定是不是改變了影響化學平衡的條件。 ①改變化學平衡體系中固體或純液體的物質的量,并未改變影響化學平衡的條件。 ②即使是有氣體存在的化學平衡體系,在恒容、恒溫條件下充入稀有氣體,也未改變影響化學平衡的條件。
(2)可逆反應是否存在能夠減弱某項條件改變的反應方向。例如aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g),當a+b=c+d時,即使改變壓強,化學平衡也不移動。
學以致用
3.下列不能用勒夏特列原理解釋的事實是(　　)。
A.增大壓強(減小容器的容積),NO2與N2O4混合氣體的顏色先變深后變淺
B.增大壓強(減小容器的容積),氫氣、碘蒸氣、碘化氫氣體組成的平衡體系顏色變深
C.黃綠色的氯水光照后顏色變淺
D.向含有Fe(SCN)3的紅色溶液中加鐵粉,振蕩,溶液紅色變淺或褪去
B
解析:A項,涉及二氧化氮與四氧化二氮的平衡轉化,故可以用勒夏特列原理解釋;B項,增大壓強后平衡不移動,但容器的容積縮小,碘蒸氣濃度增大使體系顏色變深,故不能用勒夏特列原理解釋;C項,光照后,次氯酸見光分解,使氯氣與水反應的平衡正向移動,故可以用勒夏特列原理解釋;D項,在該溶液中存在平衡:Fe3++3SCN- Fe(SCN)3,向溶液中加入鐵粉,Fe3+會與Fe發生反應生成Fe2+,導致Fe3+濃度降低,平衡向能夠減弱這種改變的方向移動,即向逆反應方向移動,使Fe(SCN)3的濃度降低,所以溶液紅色變淺或褪去,故可以用勒夏特列原理解釋。
4.反應X(g)+Y(g) 2Z(g)　ΔH<0,在密閉容器中充入0.1 mol X和0.1 mol Y,達到平衡時,下列說法不正確的是(　　)。
A.減小容器容積,平衡不移動,X的轉化率不變
B.增大c(X),X的轉化率減小
C.保持容器容積不變,同時充入0.1 mol X和0.2 mol Y,X的轉化率增大
D.加入催化劑,正反應速率增大,Z的產率增大
答案:D
解析:A項,該反應為反應前后氣體物質的量不變的反應,平衡不受壓強影響,減小容器容積,平衡不移動,X的轉化率不變,正確;B項,增大c(X),平衡正向移動,Y的轉化率增大,X的轉化率減小,正確;C項,相當于只增加Y的濃度,X的轉化率會增大,正確;D項,催化劑不能使平衡移動,不改變產物的產率,錯誤。
5.在2 L恒容密閉容器中充入2 mol X和
1 mol Y,發生反應: 2X(g)+Y(g) 3Z(g),
反應過程中持續升高溫度,測得X的體
積分數與溫度的關系如圖所示。下列
推斷正確的是(　　)。
A.Q點時,Y的轉化率最大
B.升高溫度,平衡常數增大
C.W點X的正反應速率等于M點X的正反應速率
D.平衡時,再充入Y,達到平衡時Z的體積分數一定增大
A
解析:從反應開始到Q點是正向建立平衡的過程,Y的轉化率逐漸增大,從Q點到M點升高溫度,平衡逆向移動,Y的轉化率降低,即Q點時Y的轉化率最大,A項正確;分析圖像,X的體積分數先減小到最低,這是化學平衡的建立過程,后增大,這是平衡的移動過程,升高溫度,X的體積分數增大,說明升高溫度平衡逆向移動,平衡常數減小,B項錯誤;M點溫度高,反應速率大,C項錯誤;平衡時再充入Y,平衡正向移動,n(Z)增大但n(Y)也增大,故Z的體積分數不一定增大,D項錯誤。
1.反應2A(g) 2B(g)+E(g)　ΔH>0達到平衡時,要使正反應速率減小,A的濃度增大,應采取的措施是(　　)。
A.增大壓強
B.減小壓強
C.減少E的濃度
D.降低溫度
答案:D
解析:正反應速率減小,可能是減小壓強或降低溫度,A的濃度增大,說明平衡向逆反應方向移動,只能是降低溫度。
2.在一定溫度下,發生反應:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)　ΔH<0。改變起始時n(SO2)對反應的影響如圖所示。下列說法正確的是(　　)。
A.SO2的起始量越大,平衡時混合氣體中
SO3的體積分數越大
B.a、b、c三點中,a點時SO2的轉化率最高
C.a、b、c三點的平衡常數:Kb>Kc>Ka
D.b、c點均為化學平衡點,a點未達到平衡且反應正向進行
答案:B
解析:由題圖可知,O2的量一定,SO2的量越少,其轉化率越高,故a點時SO2的轉化率最高,B正確。
3.NO與CO是燃油汽車尾氣中的兩種有害氣體,常溫常壓下它們之間發生反應:CO(g)+NO(g) CO2(g)+ N2(g)　ΔH=
-374.3 kJ·mol-1;K=2.5×1060。有關該反應的說法不正確的是
(　　)。
A.因為K很大,所以反應速率很大,NO與CO排入大氣之前就已經反應完全
B.升高溫度,反應速率增大,K減小
C.增大壓強,平衡向右移動,K不變
D.選用適宜催化劑可使其達到尾氣排放標準
A
解析:K只能反映化學反應正向進行的程度,不能反映化學反應進行的快慢,K>105認為完全反應,但是不知道速率大小不能判斷NO與CO排入大氣之前就已經反應完全,A項錯誤;升高溫度,速率增大,正反應為放熱反應,升高溫度平衡逆向移動,K減小,B項正確;正反應是氣體分子數減小的反應,增大壓強,平衡向右移動,但是溫度不變,K不變,C項正確;選用適宜催化劑可以增大反應速率,可使其達到尾氣排放標準,D項正確。
4.某恒容密閉容器中充入一定量SO2和O2進行反應:
2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)　ΔH<0,反應速率(v)與溫度(T)、SO2的體積分數[V(SO2)%]與壓強(p)的關系分別如圖甲、乙所示。
下列說法不正確的是(　　)。
A.圖甲中,曲線1表示逆反應速率與溫度的關系
B.圖甲中,d點表示溫度為T0時,反應已經達到平衡
C.圖乙中,溫度恒定時,a、b兩點對應的反應速率:va>vb
D.圖乙中,溫度恒定時,c點的反應向逆反應方向進行
答案:C
解析:d點正、逆反應速率相等,反應處于平衡狀態,平衡后溫度升高,平衡向逆反應方向移動,故v逆>v正,曲線1表示逆反應速率,A、B項正確;圖乙中,b點時壓強大,反應速率大,C項不正確; p1下達到平衡時,SO2的體積分數大于c點時SO2的體積分數,所以c點的反應向生成SO2的方向進行,D項正確。
5.對于可逆反應N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)　ΔH<0,下列研究目的和示意圖相符的是(　　)。
答案:C
解析:A項錯誤,壓強越大,反應越快,到達平衡的時間應越短。B項錯誤,正反應的ΔH<0,溫度升高平衡逆向移動,N2的轉化率降低。C項正確,注意剛改變條件時的速率圖像與原速率圖像有連接點。D項錯誤,有催化劑時到達平衡的時間應短一些。
6.已知反應COCl2(g) CO(g)+Cl2(g)　ΔH>0,當反應達到平衡時,下列措施能提高COCl2轉化率的是(　　)。
①升溫　②恒容通入惰性氣體　③增加CO濃度　④減壓　⑤加催化劑　⑥恒壓通入惰性氣體
A.①②④ B.①④⑥ C.②③⑤ D.③⑤⑥
答案:B
解析:該反應的正反應是氣體體積增大的吸熱反應,所以升溫和減壓均可以促使反應正向移動。恒壓通入惰性氣體,相當于減壓,使平衡正向移動。恒容通入惰性氣體與加催化劑均對平衡無影響。增加CO的濃度,將導致平衡逆向移動。
7.已知:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)　ΔH=-197.8 kJ·mol-1。起始反應物為SO2和O2(物質的量之比為2∶1,且總物質的量不變)。SO2的平衡轉化率(%)隨溫度和壓強的變化如下表:
溫度/K 壓強/(×105Pa)
1.01 5.07 10.1 25.3 50.7
673 99.2 99.6 99.7 99.8 99.9
723 97.5 98.9 99.2 99.5 99.6
773 93.5 96.9 97.8 98.6 99.0
下列說法不正確的是(　　)。
A.一定壓強下降低溫度,SO2的轉化率增大
B.在不同溫度、壓強下,轉化相同物質的量的SO2所需要的時間相等
C.使用催化劑可以縮短反應達到平衡所需的時間
D.工業生產通常不采取加壓措施,是因為常壓下SO2的轉化率已相當高
答案:B
解析:A項,根據表格信息,壓強一定時,溫度越低,SO2的轉化率越大,正確;B項,不同的溫度、壓強下,反應速率不確定,故轉化相同的SO2所需時間無法確定,錯誤;C項,使用催化劑降低反應的活化能,增大反應速率,可以縮短達到平衡所需的時間,正確;D項,根據表格數據可以看出,常壓下SO2的轉化率已相當高,正確。
8.在一定條件下,可逆反應A+B mC變化如圖所示。已知縱坐標表示在不同溫度和壓強下生成物C在混合物中的質量分數,p為反應在T2溫度下達到平衡后容器內加壓的變化情況,請回答下列問題:
(1)溫度T1　　　　　(填“大于”“等于”或“小于”)T2,正反應是
　　　　　(填“吸熱”或“放熱”)反應。
(2)如果A、B、C均為氣體,則m　　　　　(填“大于”“等于”或“小于”)2。
(3)當溫度和容積不變時,如向平衡體系中加入一定量的某稀有氣體,則體系的壓強　　　　　(填“增大”“減小”或“不變”),平衡　　　　　(填“向正反應方向”“向逆反應方向”或“不”,下同)移動;當溫度和壓強不變時,如向平衡體系中加入一定量的某稀有氣體,平衡　　　　　移動。
答案:(1)大于　放熱　(2)大于　(3)增大　不　向正反應方向
解析:(1)由圖像可知,T1>T2,溫度升高,w(C)降低,所以升溫,平衡左移,正反應為放熱反應。
(2)增大壓強,w(C)降低,平衡左移,正反應為氣體體積增大的反應,m>2。
(3)當溫度、容積不變時,充入稀有氣體,由于各反應物、生成物的濃度不變,所以平衡不移動。當溫度、壓強不變時,充入稀有氣體,體積增大,根據m>2,平衡向正反應方向移動。第2課時　影響化學平衡的因素
課后·訓練提升
基礎鞏固
1.有甲、乙、丙三支試管,分別加入下列物質后,觀察這三支試管的顏色,其中顏色最淺的是(　　)。
甲:10 mL 0.01 mol·L-1的FeCl3溶液和10 mL 0.01 mol·L-1的KSCN溶液
乙:5 mL水、10 mL 0.01 mol·L-1的FeCl3溶液和5 mL 0.01 mol·L-1的KSCN溶液
丙:10 mL 0.1 mol·L-1的FeCl3溶液和10 mL 0.1 mol·L-1的KSCN溶液
A.甲試管 B.乙試管
C.丙試管 D.無法判斷
答案:B
解析:三支試管中存在如下平衡體系:Fe3++3SCN-Fe(SCN)3(紅色),由于丙試管中Fe3+和SCN-的濃度最大,故其顏色最深;甲與乙相比,甲中SCN-的濃度大于乙,平衡正向移動,顏色加深,故乙中顏色最淺。
2.恒溫下,反應:aX(g)bY(g)+cZ(g)達到平衡后,把容器容積壓縮到原來的一半且達到新平衡時,X的物質的量濃度由0.1 mol·L-1增大到0.19 mol·L-1,下列判斷正確的是(　　)。
A.a>b+c B.aC.a=b+c D.a=b=c
答案:A
解析:由于容積減小一半,而X的濃度增大不到原來的2倍,說明增大壓強,平衡向正反應方向移動,正反應氣體體積縮小,所以a>b+c。
3.可逆反應2NO2(g)N2O4(g)　ΔH=-56.9 kJ·mol-1在平衡移動時的顏色變化可以用來指示放熱過程和吸熱過程。某同學的部分實驗報告如下。
1.向左側燒杯中加入NH4NO3晶體,甲瓶的紅棕色變淺。 2.向右側燒杯中加入CaO固體,乙瓶的紅棕色變深。
下列說法不正確的是(　　)。
A.甲瓶的紅棕色變淺,說明平衡2NO2(g)N2O4(g)向正反應方向移動
B.可根據現象判斷NH4NO3晶體溶于水吸熱,CaO固體溶于水放熱
C.甲瓶中反應的化學平衡常數(K)增大
D.乙瓶中由于反應的化學平衡常數(K)改變,使Q答案:D
解析:甲瓶的紅棕色變淺,說明NO2濃度減小,平衡2NO2(g)N2O4(g)向正反應方向移動,A項正確;左側燒杯中加入NH4NO3晶體,甲瓶的紅棕色變淺,說明左側平衡正向移動,向右側燒杯中加入CaO固體,乙瓶的紅棕色變深,說明右側平衡逆向移動,2NO2(g)N2O4(g)正反應放熱,根據現象可判斷NH4NO3晶體溶于水吸熱,CaO固體溶于水放熱,B項正確;甲瓶的紅棕色變淺,說明NO2濃度減小,平衡2NO2(g)N2O4(g)向正反應方向移動,甲瓶中反應的化學平衡常數(K)增大,C項正確;乙瓶的紅棕色變深,說明右側平衡逆向移動,反應的化學平衡常數(K)減小,Q>K,D項錯誤。
4.已知反應2NO(g)+O2(g)2NO2(g)　ΔH<0,如圖所示的曲線是其他條件一定時,NO的平衡轉化率與溫度的關系曲線。圖中標有A、B、C、D四點,其中表示未達到平衡狀態,且v正>v逆的點是(　　)。
A.A點 B.B點
C.C點 D.D點
答案:C
解析:坐標系的縱軸表示NO的平衡轉化率,橫軸表示溫度,曲線上的任意一點表示在該溫度下達到平衡狀態時對應的NO的轉化率。C點時NO的平衡轉化率比對應溫度下的NO的平衡轉化率小,因此需要轉化更多的NO,即C點未達到平衡狀態,且v正>v逆。A點表示未達到平衡狀態,但A點時NO的平衡轉化率比對應溫度下的NO的平衡轉化率大,v正5.已知重鉻酸鉀(K2Cr2O7)具有強氧化性,其還原產物Cr3+在水溶液中呈綠色或藍綠色。在K2Cr2O7溶液中存在下列平衡:Cr2(橙色)+H2O2Cr(黃色)+2H+。用K2Cr2O7溶液進行下列實驗,說法不正確的是(　　)。
A.①中溶液橙色加深,③中溶液變黃
B.②中Cr2被C2H5OH還原
C.對比②和④可知酸性條件下K2Cr2O7氧化性強
D.若向④中加入70%硫酸至過量,溶液變為橙色
答案:D
解析:在平衡體系中加入酸,平衡逆向移動,重鉻酸根離子濃度增大,橙色加深,加入堿,平衡正向移動,溶液變黃,A不符合題意;②中溶液變成綠色,重鉻酸鉀被還原,B不符合題意;②是酸性條件,④是堿性條件,酸性條件下K2Cr2O7可氧化乙醇,而堿性條件下不能,說明酸性條件下K2Cr2O7氧化性強,C不符合題意;若向④溶液中加入70%硫酸至過量,溶液為酸性,可以氧化乙醇,溶液變綠色,D符合題意。
6.一定條件下,水蒸氣含量隨反應時間的變化趨勢符合下圖的是(　　)。
溫度的影響
壓強的影響
A.CO2(g)+2NH3(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g)　ΔH<0
B.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH>0
C.CH3CH2OH(g)CH2CH2(g)+H2O(g)　ΔH>0
D.2C6H5CH2CH3(g)+O2(g)2C6H5CHCH2(g)+2H2O(g)　ΔH<0
答案:A
解析:由溫度的影響圖像知,T2>T1,且升高溫度,水蒸氣含量減少,即平衡逆向移動,正反應為放熱反應,B、C兩項錯誤;由壓強的影響圖像知,p1>p2,且增大壓強,水蒸氣含量增加,平衡正向移動,正反應是氣體分子數減小的反應,A項正確,D項錯誤。
7.對于可逆反應A2(g)+3B2(g)2AB3(g)　ΔH<0,下列圖像正確的是(　　)。
答案:C
解析:升高溫度,正、逆反應速率都增大,平衡向逆反應方向移動,交叉點后,逆反應速率應該大于正反應速率,A項錯誤;該反應是氣體體積減小的可逆反應,增大壓強,平衡向正反應方向移動,所以生成物的含量增大而不是減小,B項錯誤;該反應是放熱反應,升高溫度,平衡向逆反應方向移動,則生成物的含量減小,一定溫度下,增大壓強,平衡向正反應方向移動,則生成物的含量增大,C項正確;溫度越高,反應速率越大,則達到平衡所需時間越短,升高溫度,平衡向逆反應方向移動,反應物的含量增大,D項錯誤。
8.二甲醚(CH3OCH3)是制冷劑、局部麻醉藥和燃料。工業上可利用CO2催化加氫合成二甲醚,其過程中主要發生下列反應。
反應Ⅰ:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH1>0
反應Ⅱ:2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)　ΔH2<0
一定條件下,在密閉容器中投入一定量CO2和H2發生上述反應。下列說法正確的是(　　)。
A.其他條件不變,升高溫度,CO2的平衡轉化率一定降低
B.其他條件不變,給體系加壓,反應Ⅰ平衡不移動
C.其他條件不變,增大H2投入量,一定能提高CH3OCH3平衡產率
D.其他條件不變,使用不同催化劑對CH3OCH3的平衡產率不產生影響
答案:D
解析:反應Ⅰ為吸熱反應,反應Ⅱ為放熱反應,其他條件不變,升高溫度,反應Ⅰ向正反應方向移動,二氧化碳的轉化率增大,反應Ⅱ向逆反應方向移動,二氧化碳的轉化率減小,A項錯誤;反應Ⅰ和反應Ⅱ兩步反應同時進行,給體系加壓,對反應Ⅱ的平衡產生影響,反應Ⅰ也隨之移動,B項錯誤;其他條件不變,增大反應物氫氣的投入量,反應Ⅰ和反應Ⅱ均向正反應方向移動,生成物的濃度均會增大,所以二甲醚的產率不一定會增大,C項錯誤;其他條件不變,使用不同催化劑均可改變化學反應速率,但不會對CH3OCH3的平衡產率產生影響,D項正確。
9.在密閉容器中進行如下反應:CO2(g)+C(s)2CO(g)　ΔH>0,達到平衡后,若改變下列條件,則指定物質的濃度及平衡如何變化。每小問中,第一個空填“正向移動”“逆向移動”或“不移動”;第二個空填“增大”“減小”或“不變”。
(1)增加C(s),則平衡　　　　　　,c(CO2)　　　　。
(2)保持溫度不變,縮小反應容器的容積,則平衡　　　　　,c(CO2)　　　　。
(3)保持反應容器的容積和溫度不變,通入N2,則平衡　　　　　,c(CO2)　　　。
(4)保持反應容器的容積不變,升高溫度,則平衡　　　　　,c(CO)　　　　。
答案:(1)不移動　不變　(2)逆向移動　增大　(3)不移動　不變　(4)正向移動　增大
解析:(1)C為固體,增加C的量,其濃度不變,平衡不移動,c(CO2)不變。
(2)縮小反應容器的容積,即增大壓強,平衡向氣體體積減小的方向移動,c(CO2)增大。
(3)通入N2,但容積和溫度不變,平衡不會發生移動,c(CO2)不變。
(4)容積不變,升高溫度,平衡向吸熱方向移動,c(CO)增大。
10.(1)工業上利用H2與CO2合成二甲醚的反應為6H2(g)+2CO2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)　ΔH<0;溫度升高,反應達到新的平衡后,CH3OCH3的產率將　　　　(填“變大”“變小”或“不變”,下同),混合氣體的平均相對分子質量將　 。
(2)某科研小組欲研究在其他條件不變的情況下,改變起始氧氣的物質的量對反應4NO2(g)+O2(g)2N2O5(g)　ΔH<0的影響。
①圖像中T1和T2的關系是T1　　　　(填“>”“<”或“=”)T2。
②比較A、B、C三點所處的平衡狀態中,反應物NO2的轉化率最大的是　　。
答案:(1)變小　變小　(2)①>　②C
解析:(1)正反應放熱,升高溫度,平衡向逆反應方向移動,二甲醚的產率變小。氣體的質量不變,物質的量增大,因此混合氣體的平均相對分子質量將變小。
(2)①正反應是放熱反應,升高溫度,平衡向逆反應方向移動,生成物含量降低,所以溫度是T1>T2。
②增加氧氣的濃度,能增大NO2的轉化率,所以反應物NO2的轉化率最大的是C點。
能力提升
1.在某容積一定的密閉容器中,發生反應:A(g)+B(g)xC(g),根據圖Ⅰ所示的反應曲線,判斷下列有關圖Ⅱ的說法正確的是(T表示溫度,p表示壓強,C%表示C的體積分數)(　　)。
圖Ⅰ
圖Ⅱ
A.x=1,ΔH<0,p3B.x=2,ΔH>0,p3C.x=1,ΔH<0,p3>p4,y軸表示B的轉化率
D.x=1,ΔH>0,p3>p4,y軸表示B的體積分數
答案:C
解析:根據圖Ⅰ分析可得T1>T2,p1p4,且溫度升高,B的轉化率減小,C正確。
2.已知T ℃下:
①2NH3(g)+CO2(g)NH2COONH4(s)　ΔH=-159.5 kJ·mol-1
②NH2COONH4(s)CO(NH2)2(s)+H2O(g)　ΔH=+116.5 kJ·mol-1
在該溫度下,向剛性容器中投入足量NH2COONH4(s),達平衡后測得容器內的總壓為p kPa,且CO2(g)的分壓等于H2O(g)的分壓,下列說法正確的是(　　)。
A.反應②的Kp為p kPa
B.若溫度不變,縮小容器的容積達新平衡后,NH3的分壓減小
C.若升高溫度,H2O(g)的體積分數減小
D.若保持溫度不變,再通入NH3(g),H2O(g)的分壓增大
答案:C
解析:CO2(g)的分壓等于H2O(g)的分壓,而NH3(g)是H2O(g)分壓的2倍,故反應②的Kp為p kPa,A項錯誤;若溫度不變,反應①平衡常數不變,故縮小容器的容積達新平衡后,NH3(g)的分壓不變,B項錯誤;反應①和反應②相加可知,2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g)　ΔH<0,若升高溫度,平衡逆向移動,H2O(g)的體積分數減小,C項正確;若保持溫度不變,再通入NH3,反應②平衡常數不變,H2O(g)的分壓不變,D項錯誤。
3.可逆反應mA(g)+nB(g)pC(g)+gD(g)的v-t圖像如圖甲所示,若其他條件都不變,只是在反應前加入合適的正催化劑,則其v-t圖像如圖乙所示。
①a1=a2　②a1t2　⑥t1=t2　⑦兩圖中陰影部分面積相等　⑧圖乙中陰影部分面積更大。
以上所述正確的組合為(　　)。
圖甲
圖乙
A.②④⑤⑦ B.②④⑥⑧
C.②③⑤⑦ D.①③⑥⑧
答案:A
解析:加入正催化劑能同等程度地降低正、逆反應的活化能,同等程度增大正、逆反應速率,但不改變反應物和生成物的總能量,不改變反應的焓變,不改變化學平衡狀態。由此可得:a1t2,②④⑤正確;v正(A)·Δt表示A的消耗濃度,v逆(A)·Δt表示A的生成濃度,兩者之差為反應物A濃度的變化量,即圖中的陰影面積。催化劑不能使平衡發生移動,則兩圖中陰影部分面積相等,⑦正確。綜上,A項正確。
4.工業上利用CO和H2制CH3OH的反應為CO(g)+2H2(g)CH3OH(g),實驗測得在兩種不同壓強下,CO的平衡轉化率與溫度(T)的關系如圖所示。下列說法正確的是(　　)。
A.反應CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)的ΔH>0
B.圖中曲線X所對應的壓強大于曲線Y所對應的壓強
C.T1 ℃,若c起始(H2)=2c起始(CO)=2 mol·L-1,則平衡常數K>10
D.圖中P點所示條件下,延長反應的時間能提高CO轉化率
答案:C
解析:由圖可知,溫度升高CO的平衡轉化率減小,說明升溫平衡逆向移動,正反應為放熱反應,反應CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)的ΔH<0,故A錯誤;CO(g)+2H2(g)CH3OH(g),反應是氣體體積減小的反應,增大壓強平衡正向移動,CO轉化率增大,相同溫度下曲線Y對應的壓強下CO轉化率大,則說明圖中曲線X所對應的壓強小于曲線Y所對應的壓強,故B錯誤;T1 ℃,若c起始(H2)=2c起始(CO)=2 mol·L-1,達到平衡狀態CO轉化率為0.8,結合三段式計算
CO(g)+ 2H2(g) CH3OH(g)
起始/(mol·L-1) 1 2 0
轉化/(mol·L-1) 0.8 1.6 0.8
平衡/(mol·L-1) 0.2 0.4 0.8
K==25>10,故C正確;圖中P點已達所示條件下的反應限度,延長反應的時間,不能提高CO轉化率,故D錯誤。
5.(1)CH4氧化器中發生的主反應:
i.CH4(g)+Fe3O4(s)CO(g)+2H2(g)+3FeO(s)
ii.CH4(g)+4Fe3O4(s)CO2(g)+2H2O(g)+12FeO(s)
850 ℃時,壓強和部分氣體體積分數、固相各組分質量分數的關系如圖。
①隨著壓強的增大,反應i的化學平衡常數的值　　(填“增大”“減小”或“不變”)。
②結合圖像,分析H2O的體積分數變化的原因　　　　　　　　　　(用化學方程式表示)。
(2)將一定量的FeO和CO2置于CO2還原器(容積不變的密閉容器)中,發生的主反應:
CO2(g)+3FeO(s)Fe3O4(s)+CO(g)　ΔH2,保持其他條件不變,測得不同溫度下最終反應體系中CO、CO2體積分數如下表。
溫度t/℃ 100 170 200 300 400 500
CO2體積分數 0.67 0.67 0.75 0.82 0.9 0.92
CO體積分數 0.33 0.33 0.25 0.18 0.1 0.08
①ΔH2　　　　(填“>”或“<”)0。
②若在150 ℃時進行上述轉化,理論轉化率α(FeO)=　　　　　　。
③根據化學反應原理,分析CO2還原器溫度設置在170 ℃的原因 　。
答案:(1)①不變　②Fe3O4+H23FeO+H2O
(2)①<　②100%　③溫度過高,CO2的轉化率較低;溫度過低,反應的速率較小
解析:(1)化學平衡常數只與溫度有關,溫度不變,化學平衡常數不變,故改變壓強,化學平衡常數的值不變。由題給圖像可知,H2O的體積分數變大的同時H2的體積分數在減小,Fe3O4與H2在高溫下反應生成FeO和H2O,反應的化學方程式是Fe3O4+H23FeO+H2O。(2)①根據表中數據,溫度升高,CO2的體積分數變大,CO的體積分數變小,說明平衡逆向移動,逆向是吸熱的,ΔH2<0。②從100 ℃上升到170 ℃,CO2和CO的體積分數都沒變,說明這個區域內雖然溫度變化,但是平衡沒有移動,理論上已經全部轉化了,所以理論值是100%。③溫度選擇170 ℃的原因是溫度過高,CO2的轉化率會變低,而從速率的角度分析,溫度過低又會使反應速率變小,則應選擇一個合適的溫度。
6.氨是一種重要的化工原料,請回答下列各題:
已知合成氨的反應為N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)　ΔH=-92.4 kJ·mol-1。圖1表示在2 L的密閉容器中反應時N2的物質的量隨時間的變化曲線。圖2表示在其他條件不變的情況下,改變初始氫氣的物質的量對此反應平衡的影響。
圖1
圖2
(1)圖1中反應開始至10 min內該反應的平均反應速率v(H2)=　　　　　　;11 min時,在其他條件不變的情況下,壓縮容器的容積為1 L,則n(N2)的變化曲線為
　　　　　　(填“a”“b”“c”或“d”)。
(2)圖2中,E、F、R三點對應的平衡狀態中,N2的轉化率最高的是　　點。
(3)圖2中,T1和T2表示溫度,對應溫度下的平衡常數為K1、K2,則T1　　　　(填“>”“=”或“<”,下同)T2,K1　　　　K2。
(4)若開始時向容器中加入1 mol N2和3 mol H2,充分反應后,放出的熱量　　　(填“<”“>”或“=”)92.4 kJ,理由是　 　。
(5)為有效提高氫氣的轉化率,實際生產中宜采取的措施有　　　　。
A.降低溫度
B.不斷補充氮氣
C.恒容時,充入氦氣
D.升高溫度
E.原料氣不斷循環
F.及時移出氨
答案:(1)0.045 mol·L-1·min-1　d
(2)R
(3)<　>
(4)<　該反應為可逆反應,反應物不能全部變為生成物,故放出的熱量小于92.4 kJ
(5)BEF
解析:(1)v(N2)=-=0.015 mol·L-1·min-1,所以v(H2)=0.045 mol·L-1·min-1。壓縮容器的容積即為增大體系壓強,平衡正向移動,n(N2)減小,壓縮的瞬間,n(N2)不變,與壓縮前曲線有連接點,曲線d符合。(2)由于其他條件未發生變化,所以氫氣的濃度越大,氮氣的轉化率越高,即EK2。(4)該反應為可逆反應,反應物不能全部轉化為生成物,故放出的熱量小于92.4 kJ。(5)溫度過低,反應不能正常進行,溫度過高,平衡逆向移動,充入氦氣,平衡不發生移動,因此改變這幾個條件,均不能增大氫氣轉化率;補充氮氣或移除氨氣,平衡均正向移動,氫氣轉化率增大;循環利用原料氣,氫氣可充分反應,轉化率增大。
7.利用CO和H2在催化劑的作用下合成甲醇,發生如下反應:CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)。在容積一定的密閉容器中按物質的量之比1∶2充入CO和H2,測得平衡混合物中CH3OH的體積分數在不同壓強下隨溫度的變化情況如圖1所示。現有兩個容積相同的恒容密閉容器甲和乙,向甲中加入1 mol CO和2 mol H2,向乙中加入2 mol CO和4 mol H2,測得不同溫度下CO的平衡轉化率如圖2所示。
圖1
圖2
(1)該反應的ΔH　　　　(填“>”“<”或“=”,下同)0,p1　　　　p2。
(2)達到平衡時,反應速率:A點　　　　(填“>”“<”或“=”,下同)B點,平衡常數:C點
　　　　D點。
(3)在C點時,CO的轉化率為　　　　。
(4)L、M兩點容器內壓強:p(M)　　　(填“>”“<”或“=”)2p(L)。
(5)在T1時,向容積為2 L的恒容容器中充入物質的量之和為3 mol的CO和H2,發生反應CO(g)+2H2(g)CH3OH(g),反應達到平衡時CH3OH(g)的體積分數(φ)與的關系如圖3所示。
圖3
①當=2時,經過5 min達到平衡,CO的轉化率為0.6,則該反應的化學平衡常數K=　　　　　　(保留一位小數)。若此刻再向容器中加入CO(g)和CH3OH(g)各0.4 mol,達到新平衡時H2的轉化率將　　　　(填“增大”“減小”或“不變”)。
②當=3.5時,達到平衡后,CH3OH的體積分數可能是圖像中的　　　　(填“D”“E”或“F”)點。
答案:(1)<　>　
(2)<　=　
(3)75%　
(4)>
(5)①9.4　增大　②F
解析:(1)從圖示可以看出,隨溫度升高,平衡混合物中CH3OH的體積分數不斷減小,說明該反應為放熱反應,ΔH<0;因為該反應是氣體體積縮小的反應,圖示中從C點到B點,平衡混合物中CH3OH的體積分數增大,平衡向正反應方向移動,所以p1>p2。(2)A點與B點相比較,B點壓強大、溫度高,反應速率大;C點與D點相比較,雖然壓強不同,但溫度相同,所以平衡常數相同。(3)假設CO的轉化率為x,CO、H2的起始物質的量分別為1 mol、2 mol,
　　　　 CO(g) + 2H2(g) CH3OH(g)
起始物質的量: 1 mol 2 mol 0
變化物質的量: x mol 2x mol x mol
平衡物質的量: (1-x)mol (2-2x) mol x mol
根據題意:×100%=50%,解得x=0.75。
(4)由圖2可知,M點和L點對應CO的平衡轉化率相等,則容器乙中氣體總物質的量是容器甲中氣體總物質的量的兩倍,若溫度相同,則p(M)=2p(L),但現在容器乙溫度高,根據阿伏加德羅定律,p(M)>2p(L)。(5)①H2和CO物質的量之和為3 mol,且起始=2,可知H2為2 mol、CO為1 mol,5 min達到平衡時CO的轉化率為0.6,則:
CO(g)+ 2H2(g) CH3OH(g)
起始/mol 1 2 0
變化/mol 0.6 1.2 0.6
平衡/mol 0.4 0.8 0.6
容器的容積為2 L,該溫度下平衡常數K=≈9.4,若此刻再向容器中加入CO(g)和CH3OH(g)各0.4 mol,此時濃度商Q=≈7.88.(1)在一定溫度和壓強下,有如下反應:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),將1.6 mol SO2和0.8 mol O2放入一容積可變的密閉容器中,測得容器的起始容積為100 L。經一段時間后,反應達到平衡,測得混合氣體的密度為1.6 g·L-1。請回答下列問題。
①達平衡時混合氣體的體積為　　　　,SO2的轉化率為　　　　。
②若起始時加入a mol SO2、b mol O2,且a∶b=2∶1,在同樣溫度和壓強下,反應達到平衡時,測得混合氣體的容積為120 L。則a、b的值分別為a=　　,b=　　。
(2)600 ℃時,在一密閉容器中,將二氧化硫和氧氣混合,反應過程中SO2、O2、SO3物質的量變化如圖所示,反應處于平衡狀態的時間是　　　　　　　　　　。
(3)據上圖判斷,反應進行至20 min時,曲線發生變化的原因是　　　　　　　　(用文字表述);10 min到15 min的曲線變化的原因可能是　　　　(填字母)。
A.加了催化劑
B.縮小容器容積
C.降低溫度
D.增加SO3的物質的量
答案:(1)①80 L　60%　②2.4　1.2
(2)15~20 min和25~30 min
(3)增加了O2的量　AB
解析:(1)①設達到平衡時SO2轉化的物質的量為x mol,則有
　　　　　 2SO2+　 O2　2SO3
起始量/mol 1.6 0.8 0
轉化量/mol x x
平衡量/mol 1.6-x 0.8- x
ρ=,即1.6 g·L-1=
解得:V=80 L。再根據題意知:,解得x=0.96,
SO2的轉化率為×100%=60%。
②溫度不變,SO2的轉化率不變。
　　　　 2SO2+ O2 2SO3
起始量/mol 2b b 0
轉化量/mol 1.2b 0.6b 1.2b
平衡量/mol 0.8b 0.4b 1.2b
由①知平衡時體積為80 L時,氣體總物質的量為1.92 mol,
則:,解得:b=1.2,則a=2×1.2=2.4。
(2)反應處于平衡狀態時,各組分的物質的量保持不變,由圖知:15~20 min和25~30 min這兩個時間段內,反應處于平衡狀態。
(3)由圖知,20 min時,O2的物質的量突然增大,SO2和SO3的物質的量此時沒有改變,隨后O2和SO2物質的量減少,SO3的物質的量增加,反應正向進行,說明20 min時曲線發生變化的原因為增加了O2的量。由圖知10~15 min,反應仍繼續向正方向進行,但反應速率明顯增大,故A、B均符合圖像變化。
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