第八章 第二节 化学平衡状态和平衡移动-【创新教程】2026年高考化学总复习大一轮课件PPT(人教版)
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教辅
内容正文:
第二节 化学平衡状态和平衡移动
第八章 化学反应速率与化学平衡
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第八章 化学反应速率与化学平衡
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知识复盘 考点突破
01
感悟真题 高考知势
02
课时作业
03
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课后作业
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第八章 化学反应速率与化学平衡
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课程标准
1.了解可逆反应的含义,知道可逆反应在一定条件下能达到化学平衡状态及能描述化学平衡状态,判断化学反应是否达到平衡
2.通过实验探究,了解浓度、压强、温度对化学平衡状态的影响,并能运用浓度、压强、温度对化学平衡的影响规律,推测平衡移动方向及浓度、转化率等相关物理量的变化,能讨论化学反应条件的选择和优化
3.针对典型案例,能从限度、速率等角度对化学反应和化工生产条件进行综合分析
核心素养
1.变化观念与平衡思想:知道化学反应需要一定的条件,并遵循一定规律;认识化学变化有一定限度,是可以调控的。能多角度、动态地分析化学反应,运用化学反应原理解决实际问题
2.证据推理与模型认知:建立观点、结论和证据之间的逻辑关系;知道可以通过分析、推理等方法认识化学平衡的特征及其影响因素,建立模型。能运用模型解释化学现象,揭示现象的本质规律
3.科学态度与社会责任:具有可持续发展意识和绿色化学观念,能运用化学平衡原理对与化学有关的社会热点问题作出正确的价值判断
考点一 可逆反应与化学平衡状态
一、可逆反应
1.概念:一定条件下的可逆反应,当反应进行到一定程度时,正反应速率和逆反应速率 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,称为化学平衡状态,简称化学平衡。
2.特点
双向性
指可逆反应分为方向相反的两个反应:正反应和逆反应
双同性
指正、逆反应是在同一条件下,同时进行
共存性
指反应物的转化率小于100%,反应物与生成物共存
3.表示:在化学方程式中用“”表示。
二、化学平衡状态
1.概念
在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.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:
以上过程可用如图表示:
3.特点
三、判断化学平衡状态的两种方法
1.动态标志:v正=v逆≠0
(1)同种物质:同一物质的生成速率等于其消耗速率。
(2)不同物质:必须标明是“异向”的反应速率关系。如aA+bBcC+dD,eq \f(v正A,v逆B)=eq \f(a,b)时,反应达到平衡状态。
2.静态标志:各种“量”不变
(1)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)不变。
(3)温度、压强(反应的化学方程式两边气体体积不相等)或颜色(某组分有颜色)不变。
1.易错辨析(正确的打 “√”,错误的打“ × ”)
(1)CaO+CO2===CaCO3和CaCO3eq \o(=====,\s\up17(高温))CaO+CO2↑互为可逆反应( × )
(2)化学反应达到平衡状态时,各组分的浓度、百分含量保持不变,但它们的物质的量之比不一定与化学反应方程式中对应化学计量数之比相等( √ )
(3)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( × )
(4)在一恒温恒容的密闭容器中充入2 mol SO2、1 mol O2,一定条件下发生反应,在相同的容器中充入2 mol SO3,在相同条件下发生反应。二者最终达到的平衡各组分的百分含量对应相同( √ )
(5)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( √ )
(6)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( × )
(7)在恒温恒容条件下,对于反应A(s)B(g)+2C(g),当混合气体中B(g)的百分含量保持不变时,反应达到化学平衡状态( × )
(8)在2 L密闭容器内,800 ℃时反应2NO(g)+O2(g)2NO2(g)体系中,当该容器内颜色保持不变时能说明该反应已达到平衡状态( √ )
2.(2025·湖南长郡质检)硫酸在工业生产中有着重要的意义,SO2是工业制硫酸的重要原料。T ℃时,向2.0 L的恒容密闭容器中充入1.0 mol SO2和0.6 mol O2,发生如下反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)
(1)20 s后反应达到平衡,c(SO2)和c(O2)相等,v(SO2)=__________mol·L-1·s-1,平衡后向容器中再充入0.4 mol SO3和0.3 mol O2,此时,v(正)______v(逆)。(填“>”“=”或“<”)
(2)相同温度下,起始投料变为0.5 mol SO2和0.3 mol O2,SO2的平衡转化率__________。(填“增大”“不变”或“减小”)
答案:(1) 0.02 > (2)减小
◆[题组1] “极端转化”确定各物质的量
1.(双选)(2025·湖南祁东质检)在一恒容密闭容器中发生反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)。起始时,c(N2)=0.15 mol·L-1,c(H2)=0.60 mol·L-1,c(NH3)=0.40 mol·L-1。在一定条件下,当反应达到平衡时,下列各物质的浓度关系可能正确的是( )
A.c(NH3)=0.64 mol·L-1
B.c(H2)+c(NH3)=0.85 mol·L-1
C.c(N2)+c(H2)=1.55 mol·L-1
D.c(N2)+c(H2)+c(NH3)=0.95 mol·L-1
解析:AD [情况一:若平衡正向移动,设氮气的变化量为x mol/L,建立三段式得:
N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)
起始(mol/L) 0.15 0.60 0.40
变化(mol/L) x 3x 2x
平衡(mol/L) 0.15-x 0.60-3x 0.40+2x
情况二:若平衡逆向移动,设氨气的变化量为2x mol/L,建立三段式得:
N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)
起始(mol/L) 0.15 0.60 0.40
变化(mol/L) x 3x 2x
平衡(mol/L) 0.15+x 0.60+3x 0.40-2x
A.若平衡正向移动,则总的氨气的浓度为c(NH3)=2x+0.40 mol·L-1,该反应为可逆反应,0<x<0.15,即0.40<2x+0.40<0.70,0.64∈(0.40,0.70),故A正确;B.假设平衡正向移动,则c(H2)+c(NH3)=0.60-3x+0.40+2x=1.00-x,该反应为可逆反应,0<x<0.15,即0.85<1.00-x<1.00;假设平衡逆向移动,则c(H2)+c(NH3)=0.60+3x+0.40-2x=1.00+x,该反应为可逆反应,0<x<0.20,即1.00<1.00+x<1.20,其和均大于0.85
mol/L,故B错误;C.假设平衡正向移动,则c(N2)+c(H2)=0.60-3x+0.15-x=0.75-4x,该反应为可逆反应,0<x<0.15,即0.15<0.75-4x<0.75;假设平衡逆向移动, 则c(N2)+c(H2)=0.60+3x+0.15+x=0.75+4x,该反应为可逆反应,0<x<0.20,即0.75<0.75+4x<1.55,综上其浓度均小于1.55 mol/L,故C错误;D.假设平衡正向移动,则c(N2)+c(H2)+c(NH3)=0.60-3x+0.15-x+0.40+2x=1.15-2x,该反应为可逆反应,0<x<0.15,即
0.85<1.15-2x<1.15,0.95∈(0.85,1.15);假设平衡逆向移动, 则c(N2)+c(H2)+c(NH3)=0.60+3x+0.15+x+0.40-2x=1.15+2x,该反应为可逆反应,0<x<0.20,即1.15<1.15+2x<1.55,综上其浓度和可能为0.95 mol/L,故D正确。]
2.一定条件下,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<c1<0.14 mol·L-1
解析:D [平衡浓度之比为1∶3,转化浓度亦为1∶3,故起始c1∶c2=1∶3,A、C不正确;平衡时Y生成表示逆反应速率,Z生成表示正反应速率且v生成(Y)∶v生成(Z)应为3∶2,B不正确;由可逆反应的特点可知0<c1<0.14 mol·L-1。]
极端假设法确定各物质浓度范围
类似题目可根据极端假设法判断,假设反应正向或逆向进行到底,求出各物质浓度的最大值和最小值,从而确定它们的浓度范围。
假设反应正向进行到底:X2(g)+Y2(g)2Z(g)
起始浓度(mol·L-1) 0.1 0.3 0.2
改变浓度(mol·L-1) 0.1 0.1 0.2
终态浓度(mol·L-1) 0 0.2 0.4
假设反应逆向进行到底:X2(g)+Y2(g)2Z(g)
起始浓度(mol·L-1) 0.1 0.3 0.2
改变浓度(mol·L-1) 0.1 0.1 0.2
终态浓度(mol·L-1) 0.2 0.4 0
平衡体系中各物质的浓度范围为X2∈(0,0.2),Y2∈(0.2,0.4),Z∈(0,0.4)。
◆[题组2] 化学平衡状态的判断
3.(2025·长沙市高三开学考)在一定温度下,向2 L固定容积的密闭容器中通入1 mol CO2、3 mol H2,发生反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH<0。能说明该反应已达到平衡状态的是( )
A.混合气体的平均相对分子质量不变
B.体系中eq \f(nCO2,nH2)=eq \f(1,3),且保持不变
C.混合气体的密度不随时间变化
D.单位时间内有n mol H—H键断裂,同时有n mol O—H键形成
解析:A [A项,eq \x\to(M)r是变量,当eq \x\to(M)r不变时,可以说明反应已达平衡;B项,eq \f(nCO2,nH2)=eq \f(1,3)是不变量,不能说明反应是否达平衡;C项,ρ是不变量,不能说明反应是否达平衡;D项,二者均表示v正,不能说明反应是否达平衡。]
4.一定温度下,反应N2O4(g)2NO2(g)的焓变为ΔH。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( )
A.①② B.②④
C.③④
D.①④
解析:D [ΔH是恒量,不能作为判断平衡状态的标志;该反应是充入1 mol N2O4,正反应速率应是逐渐减小直至不变,③曲线趋势不正确。]
规避“2”个易失分点
(1)化学平衡状态判断“三关注”
关注反应条件,是恒温恒容、恒温恒压、还是绝热恒容容器;关注反应特点,是等体积反应,还是非等体积反应;关注特殊情况,是否有固体参加或生成,或固体的分解反应。
(2)不能作为“标志”的四种情况
①反应组分的物质的量之比等于化学方程式中相应物质的化学计量数之比。
②恒温恒容下的体积不变的反应,体系的压强或总物质的量不再随时间而变化,如2HI(g)H2(g)+I2(g)。
③全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再随时间而变化,如2HI(g)H2(g)+I2(g)。
④全是气体参加的反应,恒容条件下体系的密度保持不变。
考点二 化学平衡的移动
一、概念
可逆反应达到平衡状态以后,若反应条件(如 温度 、 压强 、浓度 等)发生了变化,平衡混合物中各组分的浓度也会随之 改变 ,从而在一段时间后达到 新的平衡状态 。这种由 原平衡状态 向 新平衡状态 的变化过程,叫做化学平衡的移动。
二、过程
三、化学平衡移动与化学反应速率的关系
1.v正>v逆:平衡向正反应方向移动。
2.v正=v逆:反应达到平衡状态,不发生平衡移动。
3.v正<v逆:平衡向逆反应方向移动。
四、影响化学平衡移动的外界因素
1.影响化学平衡的外界因素
若其他条件不变,改变下列一个条件,对化学平衡的影响如下:
平衡
体系
条件变化
速率变化
平衡变化
速率变化
曲线
任意平
衡体系
增大反应
物的浓度
v正 增大 ,v逆逐渐增大,且v′正>v′逆
正向 移动
任意平
衡体系
减小反应
物的浓度
v正 减小 ,v逆逐渐减小,且v′逆>v′正
逆向 移动
增大生成
物的浓度
v逆 增大 ,v正逐渐增大,且v′逆>v′正
逆向移动
减小生成
物的浓度
v逆 减小 ,v正逐渐减小,且v′正>v′逆
正向 移动
正反应方向为气体体积增大
的放热反应
增大压
强或升
高温度
v正、v逆均 增大 ,且v′逆>v′正
逆向 移动
减小压
强或降
低温度
v正、v逆均 减小 ,且v′正>v′逆
正向 移动
任意平
衡体系
正催化剂
v正、v逆同等倍数
大
不 移动
负催化剂
v正、v逆同等倍数
减小
反应
前后
气体化学计量数之和相等的
反应
增大压强
v正、v逆同等倍数
增大
不 移动
减小压强
v正、v逆同等倍数
减小
2.勒夏特列原理
如果改变影响化学平衡的条件之一(如温度、压强、以及参加反应的化学物质的浓度),平衡将向着能够 减弱这种改变 的方向移动。
[注意] 该原理适用于任何平衡体系:化学平衡、电离平衡、水解平衡、沉淀溶解平衡。
3.几种特殊情况
(1)当反应混合物中存在与其他物质不相混溶的固体或液体物质时,由于其“浓度”是恒定的,不随其量的增减而变化,故改变这些固体或液体的量,对化学平衡没影响。
(2)对于反应前后气态物质的化学计量数相等的反应,压强的变化对正、逆反应速率的影响程度是等同的,故平衡不移动。
(3)“惰性气体”对化学平衡的影响
①恒温、恒容条件
原平衡体系eq \o(―――――――→,\s\up17(充入惰性气体))体系总压强增大―→体系中各组分的浓度不变―→平衡不移动。
②恒温、恒压条件
原平衡体系eq \o(―――――――→,\s\up17(充入惰性气体))容器容积增大,各反应气体的分压减小―→
(4)同等程度地改变反应混合物中各物质的浓度时,应视为压强的影响。
(1)化学平衡发生移动的实质是正、逆反应速率不相等。正、逆反应速率发生变化,平衡不一定移动。例如使用催化剂,正、逆反应速率均增大,但是同等程度地增大,正、逆反应速率仍然相等,所以平衡不发生移动。
(2)v正增大,平衡不一定向正反应方向移动。只有v正>v逆时,才使平衡向正反应方向移动。
(3)外界条件改变时,化学平衡发生移动,最终结果只能“减弱”条件的改变,但不能“消除”条件的改变。
1.易错辨析(正确的打 “√”,错误的打“ × ”)
(1)化学平衡向右移动,反应速率和生成物的百分含量都一定增大( × )
(2)合成氨反应需使用催化剂,说明催化剂可以促进该平衡向生成氨的方向移动( × )
(3)升高温度,平衡向吸热反应方向移动,此时v放减小,v吸增大( × )
(4)化学平衡正向移动,反应物的转化率不一定增大( √ )
(5)往平衡体系FeCl3+3KSCNFe(SCN)3+3KCl中加入KCl固体,平衡将向逆反应方向移动,溶液颜色将变浅( × )
(6)对于2NO2(g)N2O4(g)的平衡体系,压缩体积,压强增大,平衡正向移动,混合气体的颜色变浅( × )
(7)C(s)+CO2(g)2CO(g) ΔH>0,其他条件不变时升高温度,v(CO2)和CO2的平衡转化率均增大( √ )
(8)对于恒容的密闭容器中的合成氨的反应,达到化学平衡后,通入氦气,压强增大,化学平衡向正反应方向移动( × )
2.(2023·北京卷)下列事实能用平衡移动原理解释的是( )
A.H2O2溶液中加入少量MnO2固体,促进H2O2分解
B.密闭烧瓶内的NO2和N2O4的混合气体,受热后颜色加深
C.铁钉放入浓HNO3中,待不再变化后,加热能产生大量红棕色气体
D.锌片与稀H2SO4反应过程中,加入少量CuSO4固体,促进H2的产生
解析:B [A.MnO2会催化 H2O2分解,与平衡移动无关,A项错误; B.NO2转化为N2O4的反应是放热反应,升温平衡逆向移动, NO2浓度增大,混合气体颜色加深,B项正确;C.铁在浓硝酸中发生钝化,加热会使表面的氧化膜溶解,铁与浓硝酸反应生成大量红棕色气体,与平衡移动无关,C项错误;D.加入硫酸铜以后,锌置换出铜,构成原电池,从而使反应速率加快,与平衡移动无关,D项错误。]
◆[题组1] 化学平衡状态的移动
1.(2025·六盘水市高三开学考)某温度下,反应CH2===CH2(g)+H2O(g)CH3CH2OH(g)在密闭容器中达到平衡,下列说法正确的是( )
A.增大压强,v正>v逆,平衡常数增大
B.加入催化剂,平衡时CH3CH2OH(g)的浓度增大
C.恒容下,充入一定量的H2O(g),平衡向正反应方向移动
D.恒容下,充入一定量的CH2===CH2(g),CH2===CH2(g)的平衡转化率增大
解析:C [该反应是一个气体分子数减少的反应,增大压强可以加快化学反应速率,正反应速率增大的幅度大于逆反应的,故v正>v逆,平衡向正反应方向移动,但是因为温度不变,故平衡常数不变,A项错误;催化剂不影响化学平衡状态,因此,加入催化剂不影响平衡时CH3CH2OH(g)的浓度,B项错误;恒容下,充入一定量的H2O(g),H2O(g)的浓度增大,平衡向正反应方向移动,C项正确;恒容下,充入一定量的CH2===CH2(g),平衡向正反应方向移动,但是CH2===CH2(g)的平衡转化率减小,D项错误。]
2.(2025·河北保定质检)在两个恒温恒容密闭容器中平衡体系2HI(g)H2(g)+I2(g)和3O2(g)2O3(g)的反应物平衡转化率分别为α1和α2,反应物的平衡浓度分别为c1和c2,在温度不变的情况下,均增加反应物的物质的量,下列叙述正确的是( )
A.α1、α2均增大,c1、c2均增大
B.α1不变、α2增大,c1、c2均增大
C.α1不变、α2增大,c1不变、c2增大
D.α1减小,α2增大,c1增大,c2增大
解析:B [在温度不变的情况下,均增加反应物的物质的量,在反应前后气体体积不变的情况下,相当于增大压强,对反应2HI(g)H2(g)+I2(g),增大压强平衡不移动,所以α1不变,而反应3O2(g)2O3(g),增大压强,平衡正向移动,所以α2增大,但平衡时反应物和生成物的浓度都比原平衡的浓度大,则c1、c2均增大。]
◆[题组2] 新旧平衡的比较
3.(2025·湖南祁东质检)在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-1,保持温度不变,将容器的容积扩大到原来的两倍,再次达平衡时测得A的浓度为0.30 mol·L-1,有关判断正确的是( )
A.x+y<z
B.平衡向正反应方向移动
C.B的转化率增大
D.C的体积分数下降
解析:D [平衡时测得A的浓度为0.50 mol·L-1,保持温度不变,将容器的容积扩大到原来的2倍,若平衡不移动时A的浓度变为0.25 mol·L-1,再达平衡时,测得A的浓度降低为0.30 mol·L-1,可知体积增大、压强减小,平衡逆向移动,导致A的浓度增大。A.压强减小,平衡逆向移动,则x+y>z,故A错误;B.由上述分析可知平衡逆向移动,故B错误;C.平衡逆向移动,B的转化率降低,故C错误;D.平衡逆向移动,C的体积分数减小,故D正确。]
4.(2025·锦州市模拟)某温度下,在2 L恒容密闭容器中4 mol NH2COONH4(s)发生反应NH2COONH4(s)2NH3(g)+CO2(g),在0~1 min内,CO2的生成速率为0.4 mol·L-1·min-1,0~2 min内,CO2的生成速率为0.3 mol·L-1·min-1,0~3 min内,CO2的生成速率为0.2 mol·L-1·min-1,下列说法错误的是( )
A.当混合气体的平均摩尔质量不变时,标志此反应达到了平衡状态
B.0~1 min内,NH2COONH4(s)的反应速率为62.4 g·min-1
C.30 s时,CO2的浓度大于0.2 mol·L-1
D.2 min时,再加入2 mol NH3,此时反应的v逆>v正
解析:A [此反应开始时只加入了NH2COONH4(s),生成的NH3和CO2物质的量之比始终是2∶1,混合气体的平均摩尔质量是一定值,不一定达到了平衡状态,A错误;0~1 min内消耗NH2COONH4(s) 0.8 mol,质量为62.4 g,故反应速率为62.4 g·min-1,B正确;由于反应速率越来越慢,故30 s时,CO2的浓度大于0.2 mol·L-1,C正确;2 min时c(CO2)=0.6 mol·L-1,3 min时c(CO2)=0.6 mol·L-1,则2 min时反应已经达到平衡,再加入2 mol NH3,平衡逆向移动,故v逆>v正,D正确。]
(1)判断化学平衡移动方向的思维模型
(2)解答化学平衡移动类判断题的思维过程
关注特点—eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(容器特点恒温恒容,恒温恒压,反应特点物质状态,ΔVg是否为0,ΔH的正负))
―→分析条件(浓度、温度、压强等)
―→想原理(平衡移动原理)―→综合判断得结论。
◆[题组3] 等效平衡
5.(2025·潍坊市高三检测)在恒容密闭容器中发生反应:4HCl(g)+O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g)。下列有关叙述正确的是( )
容积/L
投料
200 ℃时HCl
平衡转化率
400 ℃时HCl
平衡转化率
容器Ⅰ
1
4 mol HCl(g)、
1 mol O2(g)
90%
75%
容器Ⅱ
2
x mol HCl(g)、
2 mol O2(g)
α1
α2
A.该反应的ΔH>0
B.400 ℃时,该反应的平衡常数为eq \f(81,4)
C.400 ℃时,若x>8,则α2>75%
D.400 ℃时,向容器Ⅰ平衡体系中再加入1 mol O2(g)和1 mol Cl2(g),此时v正<v逆
解析:B [A.由题意可知,升高温度HCl平衡转化率减小,化学反应平衡逆向移动,正反应放热,ΔH< 0,故A错误;B.根据反应列出三段式
4HCl(g)+O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g)
初始量(mol) 4 1 0 0
变化量(mol) 3 eq \f(3,4) eq \f(6,4) eq \f(6,4)
平衡量(mol) 1 eq \f(1,4) eq \f(6,4) eq \f(6,4)
因为容积是1 L,所以平衡常数为K=eq \f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(6,4)))2×\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(6,4)))2,14×\f(1,4))=eq \f(81,4),故B正确;C.若x=8,则容器Ⅱ中反应和容器Ⅰ为等效平衡,若x>8时,HCl本身浓度增加,但转化率降低,故C错误;D.当向容器Ⅰ平衡体系中再加入1 mol O2(g)和1 mol Cl2(g)时,Q=eq \f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(10,4)))2×\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(6,4)))2,14×\f(5,4))=eq \f(45,4)<eq \f(81,4),平衡向正反应方向移动,v正>v逆,故D错误;故选B。]
6.(2025·湖南雅礼质检)在温度、容积相同的三个密闭容器中发生反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)
ΔH=-92.4 kJ/mol,按不同方式投入反应物,保持恒温、恒容,测得反应达到平衡时的有关数据如下:
容器
甲
乙
丙
反应物投入量
1 mol N2、3 mol H2
2 mol NH3
4 mol NH3
NH3的浓度(mol/L)
c1
c2
c3
反应的能量变化
放出a kJ
吸收b kJ
吸收c kJ
体系压强
p1
p2
p3
反应物转化率
α1
α2
α3
下列说法正确的是( )
A.2c1>c3
B.a+b=92.4
C.2p2<p3
D.α1+α3=1
解析:B [甲投入1 mol N2、3 mol H2,乙容器投入2 mol NH3,恒温恒容条件下,甲容器与乙容器是等效平衡,各组分的物质的量、浓度、转化率等完全相等;而甲容器投入1 mol N2、3 mol H2,丙容器加入4 mol NH3,采用极限转化法丙相当于加入2 mol N2、6 mol H2,丙中加入物质的量是甲的二倍,如果恒温且丙容器容积是甲容器2倍,
则甲容器与丙容器为等效平衡,所以丙所到达的平衡,可以看作在恒温且容积是甲容器两倍条件下,到达平衡后,再压缩体积与甲容器体积相等所到达的平衡,由于该反应是体积减小的反应,缩小容器容积,增大了压强,平衡正向移动,所以丙中氮气、氢气转化率大于甲和乙的。A.丙容器反应物投入4 mol NH3,采用极限转化法转化为反应物为2 mol N2、6 mol H2,是甲中的二倍,若平衡不移动,c3=2c1;丙相当于增大压强,平衡正向移动,所以丙中氨气的浓度大于乙中氨气浓
度的二倍,即c3>2c1,故A错误;B.甲投入1 mol N2、3 mol H2,乙中投入2 mol NH3,则甲与乙是完全等效的,根据盖斯定律可知,甲与乙的反应的能量变化之和为92.4 kJ,故a+b=92.4,故B正确;C.丙容器反应物投入4 mol NH3,是乙的二倍,若平衡不移动,丙中压强为乙的二倍;由于丙中相当于增大压强,平衡正向移动,所以丙中压强减小,小于乙的2倍,即2p2>p3,故C错误;D.丙容器反应物投入4 mol NH3,是乙的二倍,若平衡不移动,转化率α1+α3=1;由于丙中相当于增大压强,平衡正向移动,氨气的转化率减小,所以转化率α1+α3<1,故D错误。]
考点三 化学平衡图像
一、解决化学平衡图像题的方法
二、化学平衡图像题解题技巧
1.先拐先平数值大:在含量(转化率)时间曲线中,先出现拐点的先达到平衡,表示该曲线反应速率快、温度较高、有催化剂或压强较大等。
2.定一议二:当图像中有三个量时,先确定一个量不变再讨论另外两个量的关系,有时还需要作辅助线。
3.三步分析法:一看反应速率是增大还是减小;二看v正、v逆的相对大小;三看化学平衡移动的方向。
三、化学平衡图像类型
1.浓度—时间
如A(g)+B(g)AB(g)
2.含量—时间—温度(压强)
(C%指产物的质量分数,B%指某反应物的质量分数)
3.恒压(或恒温)线
(α表示反应物的转化率,c表示反应物的平衡浓度)
图①,若p1>p2>p3,则正反应为气体体积 减小 的反应,ΔH < 0;
图②,若T1>T2,则正反应为 放热 反应。
4.几种特殊图像
(1)对于化学反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),M点前,表示从反应物开始,v正>v逆;M点为刚达到平衡点(如图);M点后为平衡受温度的影响情况,即升温,A的百分含量增加或C的百分含量减少,平衡左移,故正反应ΔH<0。
(2)对于化学反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),L线上所有的点都是平衡点(如图)。L线的左上方(E点),A的百分含量大于此压强时平衡体系的A的百分含量,所以,E点v正>v逆;则L线的右下方(F点),v正<v逆。
1.易错辨析(正确的打 “√”,错误的打“ × ”)。
(1)化学平衡发生移动,化学反应速率一定改变;化学反应速率改变,化学平衡也一定发生移动( × )
(2)增大压强平衡正向移动,反应物的浓度会减小,生成物的浓度会增大( × )
(3)若改变条件正反应速率增大,平衡可能会逆向移动( √ )
(4)化学平衡常数表达式中,可以是反应物或生成物的任一浓度( × )
(5)若化学平衡向逆反应方向移动,则正反应速率不一定减小( √ )
(6)对于反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH<0,降低温度,正反应速率减小程度比逆反应速率减小程度大( × )
(7)有气体参加的化学反应,若增大压强(即缩小反应容器的容积),可增加单位体积内活化分子数,从而使单位时间有效碰撞次数增加从而使反应速率增大( √ )
(8)若反应2A(s)2B(g)+C(g)向右移动,则混合气体中B(g)的百分含量增大( × )
2.(2025·长沙市高三开学考)可逆反应aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g) ΔH=Q,反应过程中,当其他条件不变时,混合物中B%与压强(p)的关系如图所示,分析正确的选项是( )
A.p1>p2
B.a+b>c+d
C.a+b=c+d
D.Q>0
解析:C [由图像可知,压强为p2时先达到平衡状态,反应速率快,故p2>p1,A错误;由图像可知压强的大小只改变速率的大小不影响平衡的移动,该反应是一个等体积反应,左右两侧各气体的化学计量数之和相等即a+b=c+d,C正确,B错误;由题给信息无法判断反应中的能量变化,D错误。]
◆[题组1] 常见化学平衡图像题
1.(2025·西安市高三检测)可逆反应mA(s)+nB(g)eC(g)+fD(g),反应过程中,当其他条件不变时,C的百分含量(C%)与温度和压强的关系如图,下列叙述正确的是( )
A.达平衡后,加入催化剂后C%增大
B.达平衡后,若升温,平衡右移
C.达平衡后,增加A的量有利于平衡向右移动
D.化学方程式中n>e+f
解析:D [A项,催化剂只改变反应速率,不影响平衡移动,所以加入催化剂,不能改变C%,错误;B项,如图,温度越高,C%越小,平衡逆向移动,正反应为放热反应,错误;C项,A是固体,增大A的量,不影响平衡,错误;D项,根据图示信息,增大压强,C%增大,平衡正向移动,正反应为气体分子数减小的反应,所以n>e+f,正确。]
2.(2025·广安市高三检测)反应mX(g)nY(g)+pZ(g) ΔH,在不同温度下的平衡体系中物质Y的体积分数随压强变化的曲线如图所示,下列说法错误的是( )
A.该反应的ΔH>0
B.m<n+p
C.B、C两点化学平衡常数:KB>KC
D.A、C两点的反应速率v(A)<v(C)
解析:C [A项,根据图像可知:在压强不变时,升高温度,达到平衡时Y的体积分数增大,说明升高温度化学平衡向正反应方向移动。根据平衡移动原理,升高温度,化学平衡向吸热反应方向移动,该反应的正反应是吸热反应,所以ΔH>0,正确;B项,根据图像可知,在温度不变时,增大压强,Y的体积分数减小,说明增大压强,化学平衡向逆反应方向移动,根据平衡移动原理,增大压强,化学平衡向气体体积减小的方向移动,逆反应方向是气体体积减小的反应方
向,所以m<n+p,正确;C项,B点的反应温度是300 ℃,C点的温度是500 ℃,由于该反应的正反应是吸热反应,升高温度,平衡正向移动,所以B、C两点化学平衡常数:KB<KC,错误;D项,A、C两点温度相同,而压强A<C,增大压强,化学反应速率加快,所以A、C两点的反应速率v(A)<v(C),正确。]
◆[题组2] 陌生图像题的突破
3.(2025·深圳市高三模拟)已知某密闭容器中发生反应:X(g)+Y(g)mZ(g) ΔH<0。反应过程中,X、Y、Z的物质的量随时间的变化如图所示,则t1时刻改变的条件可能是( )
A.升高温度
B.加入更高效的催化剂
C.增大压强
D.加入一定量的Z
解析:A [正反应是放热反应,升高温度,平衡向逆反应方向移动,Z的物质的量减少,X或Y的物质的量增大,符合图像,A正确;使用催化剂不影响化学平衡的移动,不符合图像,B错误;由题图知,反应达到平衡时,Δn(X或Y)=a mol,Δn(Z)=2a mol,即m=2,反应前后气体物质的化学计量数不变,增大压强,化学平衡不移动,不符合图像,C错误;加入一定量的Z,t1时,Z的物质的量应增大,不符合图像,D错误。]
4.将CO和H2加入密闭容器中,在一定条件下发生反应:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH<0。平衡时CO的体积分数(%)与温度和压强的关系如图所示(虚线框表示没有测定该条件下的数据)。
T1、T2、T3由大到小的关系是________,判断理由是_____________
_______________________________________________________。
解析:该反应是气体体积减小的反应,压强增大,平衡正向移动,平衡时CO的体积分数减小,但根据题图可知T1、T2、T3对应的CO的平衡体积分数随压强增大逐渐增大,即平衡向左移动,该反应为放热反应,温度升高,平衡向左移动,故T3>T2>T1。
答案:T3>T2>T1 压强越大,平衡向右移动,CO的平衡体积分数应越小,但T1、T2、T3对应的CO的平衡体积分数逐渐增大,该反应为放热反应,温度升高,平衡向左移动,则T3>T2>T1
◆[题组3] 新型图像突破
5.(双选)(2022·湖南卷)向体积均为1 L的两恒容容器中分别充入2 mol X和1 mol Y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>0
B.气体的总物质的量:na<nc
C.a点平衡常数:K>12
D.反应速率:va正<vb正
解析:BC [A.甲容器在绝热条件下,随着反应的进行,压强先增大后减小,根据理想气体状态方程pV=nRT可知,刚开始压强增大的原因是因为容器温度升高,则说明上述反应过程放热,即ΔH<0,故A错误;B.根据A项分析可知,上述密闭容器中的反应为放热反应,图中a点和c点的压强相等,因甲容器为绝热过程,乙容器为恒温过程,若两者气体物质的量相等,则甲容器压强大于乙容器压强,则说明甲容器中气体的总物质的量此时相比乙容器在减小,即气体总
物质的量:na<nc,故B正确;C.a点为平衡点,此时容器的总压为p,假设在恒温恒容条件下进行,则气体的压强之比等于气体的物质的量(物质的量浓度)之比,所以可设Y转化的物质的量浓度为x mol·L-1,则列出三段式如下:
2X(g)+Y(g)Z(g)
c0/mol·L-1 2 1 0
Δc/mol·L-1 2x x x
c平/mol·L-1 2-2x 1-x x,
则有eq \f([2-2x+1-x+x]mol,2+1mol)=eq \f(p,2p),计算得到x=0.75,则化学平衡常数K=eq \f(cZ,c2X·cY)=eq \f(0.75,0.52×0.25)=12,故a点时K>12,C正确;D.根据图像可知,甲容器达到平衡的时间短,温度高,所以达到平衡的速率相对乙容器的快,即va正>vb正,故D错误。]
6.(2025·大连市高三三校联考)CO2氧化C2H6制取C2H4的新路径,其反应为:
反应Ⅰ:C2H6(g)+CO2(g)C2H4(g)+H2O(g)+CO(g) ΔH1>0
反应Ⅱ:C2H6(g)+2CO2(g)4CO(g)+3H2(g)
ΔH2>0
一定条件下,向容积为1.0 L的容器中通入2 mol C2H6和3 mol CO2,若仅考虑上述反应,C2H6平衡转化率和平衡时C2H4的选择性随温度、压强变化的关系如图所示,L1、L2代表不同压强下乙烷的平衡转化率。已知:C2H4的选择性=eq \f(生成C2H4消耗C2H6的量,C2H6的总消耗量) × 100%
下列说法不正确的是( )
A.压强L1<L2
B.一定温度下,增大eq \f(nC2H6,nCO2)会降低C2H6的平衡转化率
C.压强为L1、温度为T时,反应达平衡时,混合气体中eq \f(nCO,nC2H4)=3
D.反应Ⅰ和反应Ⅱ的反应自发性,都随着温度的升高而增大
解析:C [根据图像可知,L1和L2是乙烷转化率随温度变化的等压线,结合两个方程式的气体分子数变化可推断L1和L2的压强大小;根据图像中温度为T时,L1等压线乙烷转化率为50%,其中乙烯的选择性为80%,列出两个选择性反应的三段式可进行相关计算。反应Ⅰ和反应Ⅱ反应前后气体分子数都增大,相同温度下,压强增大均有利于二者平衡逆向移动,乙烷的转化率减小,由图像可知,在任意温度下均为L2对应的乙烷转化率低,因此L2对应的压强更大,A正确;
一定温度下,增大eq \f(nC2H6,nCO2)可理解为C2H6增多,由于为可逆反应,增多的C2H6无法完全转化,则转化率降低,B正确;同一容器内的多平衡体系,相同组分的平衡浓度相同,根据题意和分析,压强为L1、温度为T时,列三段式计算:
C2H6(g)+CO2(g)C2H4(g)+H2O(g)+CO(g)
初始/mol 2 3 0 0 0
转化/mol 2 × 0.5 × 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8
平衡/mol 1 1.8 0.8 0.8 1.6
C2H6(g) + 2CO2(g)4CO(g)+3H2(g)
初始/mol 2 3 0 0
转化/mol 2 × 0.5 × 0.2 0.4 0.8 0.6
平衡/mol 1 1.8 1.6 0.6
平衡时混合气体中eq \f(nCO,nC2H4)=2,C错误;反应Ⅰ和反应Ⅱ反应前后气体分子数都增大,ΔS>0,ΔH>0,根据ΔG=ΔH-TΔS<0时,反应能自发进行可知,随着温度的升高而自发性增大,D正确。]
[例] (2024·湖南卷)恒压下,向某密闭容器中充入一定量的CH3OH(g)和CO(g),发生如下反应:
主反应:CH3OH(g)+CO(g)===CH3COOH(g) ΔH1
副反应:CH3OH(g)+CH3COOH(g)===CH3COOCH3(g)+H2O(g) ΔH2
在不同温度下,反应达到平衡时,测得两种含碳产物的分布分数δ
eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(δCH3COOH=\f(nCH3COOH,nCH3COOH+nCH3COOCH3)))
随投料比x(物质的量之比)的变化关系如图所示,下列说法正确的是( )
A.投料比x代表eq \f(nCH3OH,nCO)
B.曲线c代表乙酸的分布分数
C.ΔH1<0,ΔH2>0
D.L、M、N三点的平衡常数:K(L)=K(M)>K(N)
试题
情境
以物质合成为题材,考查乙酸、乙酸乙酯分布分数、反应热效应、平衡常数计算等迁移知识。
突破
方法
①理清图像中横纵坐标的意义;②反应热效应的灵活运用:主反应为熵减反应,若吸热则不能自发进行;③平衡思想的应用,若投料比为eq \f(nCH3OH,nCO),x越大,可看作是CH3OH的量增多,则对于主、副反应可知生成的CH3COOCH3越多,CH3COOCH3分布分数越高,则曲线a或曲线b表示CH3COOCH3分布分数,曲线c或曲线d表示CH3COOH分布分数,则出现A、B项均正确,故投料比应为eq \f(nCO,nCH3OH)。
核心
素养
以图像数据和“平衡思想”为依据,结合反应原理,推断反应发生状况,考查学生思维迁移能力。
解析:D [题干明确指出,图中曲线表示的是测得两种含碳产物的分布分数即分别为δ(CH3COOH)、δ(CH3COOCH3),若投料比x代表eq \f(nCH3OH,nCO),x越大,可看作是CH3OH的量增多,则对于主、副反应可知生成的CH3COOCH3越多,CH3COOCH3分布分数越高,则曲线a或曲线b表示CH3COOCH3分布分数,曲线c或曲线d表示CH3COOH分布分数,据此分析可知AB均正确,可知如此假设错误,则可知投料比x代表eq \f(nCO,nCH3OH),曲线a或曲线b表示δ(CH3COOH),
曲线c或曲线d表示δ(CH3COOCH3),据此作答。A.根据分析可知,投料比x代表eq \f(nCO,nCH3OH),故A错误;B.根据分析可知,曲线c表示CH3COOCH3分布分数,故B错误;C.甲醇与一氧化碳的反应为熵减反应,若反应为吸热,则任何条件下都不能自发,所以甲醇和一氧化碳的反应为放热反应,则ΔH1<0;当同一投料比时,观察可知T1时δ(CH3COOCH3)大于T2时δ(CH3COOCH3),由T2>T1可知,温度越高则δ(CH3COOCH3)越小,说明温度升高副反应的平衡逆向移动,ΔH2<0,故C错误;D.L、M、N三点对应副反应ΔH2<0,且TN>TM=TL,升高温度平衡逆向移动,K(L)=K(M)>K(N),故D正确。]
1.(2024·浙江6月卷)二氧化碳氧化乙烷制备乙烯,主要发生如下两个反应:
Ⅰ.C2H6(g)+CO2(g)C2H4(g)+CO(g)+H2O(g) ΔH1>0
Ⅱ.C2H6(g)+2CO2(g)4CO(g)+3H2(g) ΔH2>0
向容积为10 L的密闭容器中投入2 mol C2H6和3 mol CO2,不同温度下,测得5 min时(反应均未平衡)的相关数据见下表,下列说法不正确的是( )
温度(℃)
400
500
600
乙烷转化率(%)
2.2
9.0
17.8
乙烯选择性(%)
92.6
80.0
61.8
注:乙烯选择性=eq \f(转化为乙烯的乙烷的物质的量,转化的乙烷的总物质的量) × 100%
A.反应活化能:Ⅰ<Ⅱ
B.500 ℃时,0~5 min反应Ⅰ的平均速率为:
v(C2H4)=2.88 × 10-3mol·L-1·min-1
C.其他条件不变,平衡后及时移除H2O(g),可提高乙烯的产率
D.其他条件不变,增大投料比[n(C2H6)/n(CO2)]投料,平衡后可提高乙烷转化率
解析:D [A.由表可知,相同温度下,乙烷在发生转化时,反应Ⅰ更易发生,则反应活化能:Ⅰ<Ⅱ,A正确;B.由表可知,500 ℃时,乙烷的转化率为9.0%,可得转化的乙烷的总物质的量为2 mol × 9.0%=0.18 mol,而此温度下乙烯的选择性为80%,则转化为乙烯的乙烷的物质的量为0.18 mol × 80%=0.144 mol,根据方程式可得,生成乙烯的物质的量为0.144 mol,则0~5 min反应Ⅰ的平均速
率为:v(C2H4)=eq \f(\f(0.144 mol,10 L),5 min)=2.88 × 10-3mol·L-1·min-1,B正确;C.其他条件不变,平衡后及时移除H2O(g),反应Ⅰ正向进行,可提高乙烯的产率,C正确;D.其他条件不变,增大投料比[n(C2H6)/n(CO2)]投料,平衡后CO2转化率提高,C2H6转化率降低,D错误;答案选D。]
2.(2024·浙江6月卷)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
解析:C [A项,K2CrO4与HBr发生氧化还原反应生成溴单质,使溶液由黄色变为橙色与平衡移动无关,错误;B项,恒温恒容密闭玻璃容器中充入HI气体,存在反应2HI(g)H2(g)+I2(g),达到平衡后再充入惰性气体Ar,总压强增大,但参与反应的各组分的分压、浓度均不变,平衡不移动,气体颜色不变与反应前后气体总体积不变无关,错误;C项,2NO2(g)N2O4(g) ΔH<0,升高温度平衡向吸热反应方向移动,气体颜色变深,正确;D项,催化剂只能改变化学反应速率,不能影响平衡的移动,错误。]
3.(2024·江西卷)温度T下,向1 L真空刚性容器中加入1 mol (CH3)2CHOH,反应达到平衡时,c(Y)=0.4 mol/L,
(CH3)2CHOH(g)(CH3)2CO(g)+H2(g)
X Y Z
下列说法正确的是( )
A.再充入1 mol X和1 mol Y,此时v正<v逆
B.再充入1 mol X,平衡时c(Y)=0.8 mol/L
C.再充入1 mol N2,平衡向右移动
D.若温度升高,X的转化率增加,则上述反应ΔH<0
解析:A [由题意可知,平衡时Y的浓度为0.4 mol/L,由化学反应方程式可知,X的浓度为1 mol/L—0.4 mol/L=0.6 mol/L,Z的浓度为0.4 mol/L,则反应的平衡常数K=eq \f(0.4×0.4,0.6)≈0.27。A.向真空刚性容器中再充入1 mol X和1 mol Y时,反应的浓度商Q=eq \f(1.4×0.4,1.6)=0.35>K,则反应向逆反应方向进行,正反应速率小于逆反应速率,故A正确;B.向真空刚性容器中再充入1 mol X相当于增大
压强,该反应是气体体积增大的反应,增大压强,平衡向逆反应方向移动,则平衡时,Y的浓度小于0.8 mol/L,故B错误;C.向真空刚性容器中再充入不参与反应的1 mol氮气,反应体系中各物质浓度不变,平衡不移动,故C错误;D.温度升高,X的转化率增加,说明平衡向正反应方向移动,该反应为焓变大于0的吸热反应,故D错误;故选A。]
4.(2024·安徽卷节选)乙烯是一种用途广泛的有机化工原料,由乙烷制乙烯的研究备受关注。回答下列问题:
[乙烷制乙烯]
(1)C2H6直接脱氢反应为C2H6(g)===C2H4(g)+H2(g) ΔH4
C2H6的平衡转化率与温度和压强的关系如图所示,则ΔH4______0(填“>”“<”或“=”)。结合题图,下列条件中,达到平衡时转化率最接近40%的是________(填标号)。
a.600 ℃,0.6 MPa
b.700 ℃,0.7 MPa
c.800 ℃,0.8 MPa
(2)一定温度和压强下,反应ⅰ C2H6(g)C2H4(g)+H2(g) Ka1
反应ⅱ C2H6(g)+H2(g)2CH4(g) Ka2(Ka2远大于Ka1)
(Ka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Ka1=________。
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”)。
[乙烷和乙烯混合气的分离]
(3)常温常压下,将C2H4和C2H6等体积混合,以一定流速通过某吸附剂,测得两种气体出口浓度(c)与进口浓度(c0)之比随时间变化关系如图所示。下列推断合理的是________(填标号)。
A.前30 min,两种气体均未被吸附
B.p点对应的时刻,出口气体的主要成分是C2H6
C.a~b对应的时间段内,吸附的C2H6逐渐被C2H4替代
解析:(1)从题图中可知,压强相同的情况下,随着温度升高,C2H6的平衡转化率增大,因此该反应为吸热反应,ΔH4>0。
a.600 ℃,0.6 MPa时,C2H6的平衡转化率约为20%,a错误;b.700 ℃,0.7 MPa时,C2H6的平衡转化率约为50%,最接近40%,
b正确;c.700 ℃,0.8 MPa时,C2H6的平衡转化率接近50%,升高温度,该反应的化学平衡正向移动,C2H6转化率增大,因此800 ℃,0.8 MPa时,C2H6的平衡转化率大于50%,c错误;故答案选b。(2)①仅发生反应ⅰ,设初始时C2H6物质的量为1 mol,平衡时C2H6转化率为25%,则消耗C2H6 0.25 mol,生成C2H40.25 mol,生成H2 0.25 mol,Ka1=eq \f(0.25×0.25,0.75)=eq \f(1,12)。
②只发生反应ⅰ时,随着反应进行,气体总物质的量增大,压强增大促使化学平衡逆向移动,同时发生反应ⅰ和反应ⅱ,且从题干可知Ka2远大于Ka1,反应ⅱ为等体积反应,因为反应ⅱ的发生相当于在单独发生反应ⅰ的基础上减小了压强,则反应ⅰ化学平衡正向移动,C2H4的平衡产率增大。(3)A.前30 min,eq \f(c,c0)等于0,出口浓度c为0,说明两种气体均被吸附,A错误;B.p点时,C2H6对应的eq \f(c,c0)约为1.75,
出口处C2H6浓度较大,而C2H4对应的eq \f(c,c0)较小,出口处C2H4浓度较小,
说明此时出口处气体的主要成分为C2H6,B正确;C.a点处C2H6的eq \f(c,c0)=1,说明此时C2H6不再吸附在吸附剂上,而a点后C2H6的eq \f(c,c0)>1,说明原来吸附在吸附剂上的C2H6也开始脱落,同时从图中可知,a点后一段时间,C2H4的eq \f(c,c0)仍为0,说明是吸附的C2H6逐渐被C2H4替代,p点到b点之间,吸附的C2H6仍在被C2H4替代,但是速率相对之前
有所减小,同时吸附剂可能因吸附量有限等原因无法一直吸附C2H4,因此p点后C2H4的eq \f(c,c0)也逐步增大,直至等于1,此时吸附剂不能再吸附两种物质,C正确。
答案:(1) > b (2)①eq \f(1,12) ②增大 (3)BC
5.(2024·黑吉辽卷)为实现氯资源循环利用,工业上采用RuO2催化氧化法处理HCl废气:
2HCl(g) +eq \f(1,2)O2(g)Cl2(g)+ H2O(g) ΔH1=-57.2 kJ·mol-1 ΔS K
将HCl和 O2分别以不同起始流速通入反应器中,在360 ℃、400 ℃和440 ℃下反应,通过检测流出气成分绘制HCl转化率(α)曲线,如图所示(较低流速下转化率可近似为平衡转化率)。
回答下列问题:
(1)ΔS_________0(填“>”或“<”);T3=_________℃。
(2)下列措施可提高M点HCl转化率的是_________(填标号)。
A.增大HCl的流速
B.将温度升高40 ℃
C.增大n(HCl)∶n(O2)
D.使用更高效的催化剂
(3)图中较高流速时,α(T3)小于α(T2)和α(T1),原因是_____________________________。
(4)设N点的转化率为平衡转化率,则该温度下反应的平衡常数K=____________(用平衡物质的量分数代替平衡浓度计算)。
解析:(1)反应2HCl(g)+eq \f(1,2)O2(g)Cl2(g)+H2O(g)前后的气体分子数目在减小,所以该反应ΔS<0,该反应为放热反应,由于在流速较低时的转化率视为平衡转化率,所以在流速低时,温度越高,HCl的转化率越小,故T1代表的温度为440 ℃,T3为360 ℃。
(2)A.增大HCl的流速,由图像可知,HCl的转化率在减小,不符合题意;B.M对应温度为360 ℃,由图像可知,升高温度,HCl的转化率增大,符合题意;C.增大n(HCl)∶n(O2),HCl的转化率减小,不符合题意;D.使用高效催化剂,可以增大该温度下的反应速率,使单位时间内HCl的转化率增加,符合题意;故选BD。
(3)图中在较高流速下,T3温度下的转化率低于温度较高的T1和T2,主要是流速过快,反应物分子来不及在催化剂表面接触发生反应,导致转化率下降,同时,T3温度低,反应速率低,故单位时间内氯化氢的转化率低。
(4)由图像可知,N点HCl的平衡转化率为80%,设起始n(HCl)=n(O2)=4 mol,可列出三段式
2HCl(g)+eq \f(1,2)O2(g)Cl2(g)+H2O(g)
起始量/mol 4 4 0 0
变化量/mol 3.2 0.8 1.6 1.6
平衡量/mol 0.8 3.2 1.6 1.6
则Kx=eq \f(\f(1.6,7.2)×\f(1.6,7.2),\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(0.8,7.2)))2×\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3.2,7.2)))\f(1,2))=6。
答案:(1)< 360
(2)BD
(3)流速过快,反应物分子来不及在催化剂表面接触发生反应,导致转化率下降,同时,T3温度低,反应速率低,故单位时间内氯化氢的转化率低
(4)6
6.(反应机理和相对能量)(2024·贵州卷)AgCN与CH3CH2Br可发生取代反应,反应过程中CN-的C原子和N原子均可进攻CH3CH2Br,分别生成腈(CH3CH2CN)和异腈(CH3CH2NC)两种产物。通过量子化学计算得到的反应历程及能量变化如图(TS为过渡态,Ⅰ、Ⅱ为后续物)。
由图示信息,下列说法错误的是( )
A.从CH3CH2Br生成CH3CH2CN和CH3CH2NC的反应都是放热反应
B.过渡态TS1是由CN-的C原子进攻CH3CH2Br的αC而形成的
C.Ⅰ中“N--Ag”之间的作用力比Ⅱ中“C--Ag”之间的作用力弱
D.生成CH3CH2CN放热更多,低温时CH3CH2CN是主要产物
解析:D [A.由反应历程及能量变化图可知,两种路径生成的产物的总能量均低于反应物,故从CH3CH2Br生成CH3CH2CN和CH3CH2NC的反应都是放热反应,A项正确;B.与Br原子相连C原子为αC,由反应历程及能量变化图可知,过渡态TS1是由CN-的C原子进攻CH3CH2Br的αC,形成碳碳键,B项正确;C.由反应历程及能量变化图可知,后续物Ⅰ、Ⅱ转化为产物,分别断开的是N--Ag和C--Ag,且后者吸收更多的能量,故Ⅰ中“N--Ag”之间的作用力比Ⅱ中“C--Ag”之间的作用力弱,C项正确;D.由于生成CH3CH2CN所需要的活化能高,反应速率慢,故低温时更容易生成CH3CH2NC,为主要产物,D项错误;故选D。]
体系构建
核心巧记
1.记住判断平衡状态的两个根本依据
(1)v正=v逆≠0。
(2)反应体系各物质的质量或者浓度保持不变。
2.理解化学平衡的五个特征
逆、等、动、定、变
3.掌握一个原理:勒夏特列原理(化学平衡移动原理)
4.明确两个解题技巧
(1)判断反应是否平衡时的依据:应该变化的量不变时就达到平衡了。
(2)判断平衡移动的方向的依据:平衡向着减弱外界条件影响的方向移动。
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