内容正文:
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第二章 化学反应速率与化学平衡
第二节 化学平衡
第1课时 化学平衡状态
能力作业
02
目录
CONTENTS
基础作业
01
基础作业
(建议用时:15分钟)
解析:可逆反应是在相同条件下同时向正、逆两个方向进行的反应,A、D的两个方向进行的反应条件不同;B未指明“相同条件下”。
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基础作业
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基础作业
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考点二 化学平衡状态的建立与特征
3.下列关于化学反应限度的说法中正确的是( )
A.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
B.当一个可逆反应达到平衡状态时,正反应速率和逆反应速率相等都等于0
C.平衡状态是一种静止的状态,因为反应物和生成物的浓度已经不再改变
D.化学反应的限度不可以通过改变条件而改变
解析:可逆反应达到平衡状态后,v正=v逆≠0,是一种动态平衡,B、C错误;通过改变影响化学平衡移动的条件就可以改变化学反应的限度,D错误。
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基础作业
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4.在一定条件下,气体参与的某正反应方向ΔH<0的可逆反应达到化学平衡时,下列说法不正确的是( )
A.反应物的浓度一定等于生成物的浓度
B.反应体系中压强恒定
C.反应体系中混合物的组成保持不变
D.反应体系中温度不变
解析:可逆反应达到平衡时,反应物与生成物的浓度不一定相等,A错误;可逆反应达到平衡时,正、逆反应速率相等,气体分子数保持不变,反应体系中压强恒定,混合物的组成保持不变,反应体系中温度不变,B、C、D正确。
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基础作业
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基础作业
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解析:点d和点e所在直线平行,说明各物质的物
质的量已经不再发生变化,化学反应达到平衡状态,
两点对应的n(N2)相同,故A错误;化学反应达到平衡
时各物质的物质的量将不再发生变化,而点c之后氨气
和氢气的物质的量仍在变化,则点c处反应未达到化学平衡状态,故B错误;点a处比点b处反应物浓度大,则点a处的正反应速率比点b处的大,故C正确;化学平衡是一种动态的平衡,正、逆反应速率相等,而非停止,故D错误。
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基础作业
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基础作业
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解析:反应物、生成物均为气体,在恒容容器中气体质量不变,不管反应是否达到平衡,密度一直不变,则密度不变不能说明反应已达化学平衡状态。
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基础作业
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解析:可逆反应只要反应发生,就是反应物和生成物共存的体系,A错误;SO3的消耗速率等于O2的消耗速率的2倍时反应达到平衡状态,B错误;容器中各组分的体积分数不随时间而变化,说明反应达到平衡状态,C正确;无论反应是否平衡,容器内混合气体的总质量均不改变,D错误。
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基础作业
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能力作业
(建议用时:40分钟)
A.6 s之后反应达到平衡状态,容器内的压强不再随时间的延续而改变
B.达到6 s时,反应停止,不再进行
C.8 s时,反应容器中各物质的浓度不再发生变化
D.生成Cl2的平均反应速率:0~2 s>2~4 s
t/s 0 2 4 6 8
n(Cl2)/mol 0 0.30 0.39 0.40 0.40
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解析:由于该反应从逆反应方向开始进行,故反应刚开始时,生成物浓度最大,正反应速率最小,A正确;随着反应的进行,生成物浓度逐渐减小,逆反应速率逐渐减小,反应物浓度逐渐增大,正反应速率逐渐增大,B不正确;该反应不能进行彻底,故平衡时CO2的浓度不可能是0 mol·L-1,C不正确;该反应建立平衡的过程中,逆反应速率大于正反应速率,且逆反应速率逐渐减小,正反应速率逐渐增大,达到平衡时正、逆反应速率相等,D不正确。
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能力作业
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[重难点拨] 化学平衡的特征
(1)逆:研究的对象为可逆反应。
(2)等:同一物质的正、逆反应速率相等(不同物质不一定相等)。
(3)动:动态平衡v正=v逆≠0。
(4)定:各组分含量保持一定。
(5)变:外界条件改变,平衡状态可能发生改变。
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解析: B中反应为反应前后气体体积不变的反应,故压强保持不变不能说明是平衡状态。
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解析:该反应为可逆反应,反应体系中任何一种物质的转化率都小于100%,所以A、D错误;从题给量的关系知无论反应进行到什么程度,c(N2)∶c(H2)=1∶3,因此两者不可能同时均为0.18 mol·L-1,C错误。
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解析:反应过程中分离出水蒸气,生成物的浓度减小,逆反应速率减小,正反应速率瞬间不变,之后逐渐减小,故C错误。
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解析:①C的生成速率与C的消耗速率相等,即v正=v逆,说明该反应达到平衡状态;②无论该反应是否达到平衡状态,单位时间内生成a mol A的同时都会生成3a mol B,所以不能作为达到平衡状态的标志;③反应达到平衡状态时,各物质的物质的量保持不变,浓度也不变,所以A、B、C的浓度不再变化,说明该反应达到平衡状态;④反应前后气体的总质量发生改变,容器容积一定,当混合气体的密度不再发生改变时,说明反应达到平衡状态;⑤该反应是反应前后气体分子数减小的反应,容器容积、温度均不变,当混合气体的总压强不再变化时,说明反应达到平衡状态;⑥该反应是反应前后气体的物质的量减小的反应,当混合气体的总物质的量不再变化时,说明反应达到平衡状态;⑦达到平衡状态时,A、B、C三种物质的浓度之比可能是1∶3∶2,也可能不是1∶3∶2。
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[重难点拨] 可逆反应达到平衡状态的标志
(1)正反应速率与逆反应速率相等,v正=v逆。
①对同一物质,该物质的生成速率等于它的消耗速率。
②对不同物质,速率之比等于方程式中的化学计量数之比,但必须是不同方向的速率。
(2)反应混合物中各组分的百分含量保持不变。
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解析: ①、②中的交点表示X和
Y的物质的量相等,并不表示反应达到平衡状态,所以①、②中的交点处v(X)≠v(Y),A错误。
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解析:(1)该反应为反应前后气体分子数不变的放热反应,A项,反应前后气体分子数不变,反应过程中容器的体积始终不变,不能作为平衡状态的判断依据;B项,该反应是一个固体质量增大的反应,当固体质量不再改变说明反应达到平衡状态;C项,该反应是一个气体质量减小的反应,当气体的总质量不再改变说明反应达到平衡状态;D项,正、逆反应速率相等,说明反应达到平衡状态。
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(2)A项,该反应为放热反应,反应在恒容绝热密闭容器中进行,容器内温度会发生变化,为变量,当容器内温度不再变化时,说明该反应达到平衡状态。B项,每断裂6 mol N—H键的同时形成2 mol H—O键,说明消耗2 mol NH3的同时生成1 mol H2O,二者均表示正反应速率,不能说明该反应达到平衡状态。C项,该反应中生成物尿素为固体,随着反应的进行,混合气体的总质量发生变化,容器容积不变,则容器内混合气体的密度发生变化,为变量,当容器内混合气体的密度不再变化时,说明该反应达到平衡状态。D项,同温同压下,气体的体积比等于物质的量之比,设起始时,加入NH3(g)和CO2(g)的物质的量均为1 mol,某时刻CO2(g)的转化量为x mol,列三段式:
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减小
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0.3 mol·L-1·min-1
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②下列叙述错误的是____(填标号)。
a.不能用NH4I(s)的变化量表示化学反应速率
b.当c(NH3)不变时,反应达到平衡
c.反应体系的颜色不变时,反应达到平衡
d.当容器内气体密度不变时,反应达到平衡
③甲同学绘制出四条曲线,分别对应平衡后四
种气体在平衡体系中的体积分数随温度变化的情况。
乙同学认为曲线b是错误的,原因是____________________________________
________________。
a
H2(g)或I2(g)在平衡体系中的体积分数不可能超过25%
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能力作业
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解析:(1)②该反应为气体体积增大的反应,由质量守恒定律可知,反应前后气体的质量相等,若反应在恒容密闭容器中进行,反应中容器体积不变,混合气体的密度始终不变,若反应在恒压密闭容器中进行,反应中容器体积增大,混合气体的密度减小,则当反应达到平衡时,气体的密度可能小于反应起始时气体的密度。
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能力作业
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考点一 可逆反应
1.下列对可逆反应的认识正确的是( )
A.SO2+Br2+2H2O===H2SO4+2HBr与2HBr+H2SO4(浓)===Br2+SO2↑+2H2O属于可逆反应
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可逆反应
C.H2与I2在加热时,生成HI,同时HI又分解出H2和I2,属于可逆反应
D.2Ag+Br2eq \o(=====,\s\up13(CuO))2AgBr与2AgBreq \o(=====,\s\up13(光))2Ag+Br2属于可逆反应
2.已知反应:NO2(g)+SO2(g)SO3(g)+NO(g),起始时向某密闭容器中通入1 mol NO2、2 mol S18 O2,一定条件下充分反应后,下列有关说法正确的是( )
A.NO2中不可能含18O
B.有1 mol N18O生成
C.S18 O2的物质的量不可能为0.8 mol
D.若开始时加入3 mol NO2气体,最多只能生成2 mol三氧化硫
5.可逆反应X2+3Y22Z2在反应过程中,反应速率(v)与时间(t)关系曲线如图所示,下列叙述不正确的是( )
A.t1时,正反应速率大于逆反应速率
B.t1~t2,逆反应速率逐渐减小
C.t2时,正反应速率与逆反应速率相等
D.t2~t3,各物质的浓度不再发生变化
6.对于密闭容器中的反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g),在673 K、30 MPa下,n(NH3)和n(H2)随时间变化的关系如图所示。下列叙述正确的是( )
A.点d处和点e处的n(N2)不相同
B.点c处反应达到化学平衡状态
C.点a处的正反应速率比点b处的大
D.点e处反应达到化学平衡状态,反应停止
考点三 化学平衡状态的判断
7.把HI气体充入密闭容器中,在一定条件下发生反应2HI(g)H2(g)+I2(g),下列能说明反应达平衡状态的是( )
A.c(HI)=c(H2)
B.v正(H2)=v逆(I2)
C.c(HI)=2c(H2)
D.v正(H2)=2v正(HI)
8.一定温度下,下列对于可逆反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)(正反应放热)的叙述,不能说明反应已达化学平衡状态的是( )
A.恒容容器内混合气体的密度不再变化
B.绝热体系中,体系的温度保持不变
C.恒压容器内混合气体的总物质的量不再变化
D.单位时间内断裂a mol N≡N键,同时断裂6a mol N—H键
9.一定条件下密闭容器中发生反应:2SO3(g)O2(g)+2SO2(g)。该反应达到平衡状态的标志是( )
A.SO3、SO2、O2三种气体共存时
B.SO3的消耗速率等于O2的消耗速率
C.容器中各组分的体积分数不随时间而变化
D.容器内混合气体的总质量不变
一、选择题
1.一定条件下,向2 L恒容密闭容器中充入1 mol COCl2(g),发生反应:COCl2(g)Cl2(g)+CO(g),反应过程中测得的有关数据如表所示,下列说法不正确的是( )
2.将一定量纯净的氨基甲酸铵固体置于密闭真空容器中(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平衡:NH2COONH4(s)2NH3(g)+CO2(g)。下列可判断该反应已达到平衡的是( )
A.容器中气体的密度不变
B.消耗1 mol NH2COONH4同时生成44 g CO2
C.容器中气体的平均摩尔质量不变
D.容器中氨气的体积分数不变
解析:NH2COONH4(s)为固体,混合气体的质量为变量,混合气体体积不变,则混合气体的密度为变量,当容器中混合气体的密度不变时,表明该反应达到平衡状态,A正确;消耗1 mol NH2COONH4同时一定生成1 mol CO2,即44 g CO2,均为正反应,不能判断该反应达到平衡状态,B错误;只有NH3(g)、CO2(g)为气体,且二者的物质的量之比始终为2∶1,则混合气体的平均摩尔质量始终不变,C错误;容器中只有NH3和CO2为气体,且NH3和CO2的物质的量之比始终为2∶1,则NH3的体积分数始终为eq \f(2,3),不能根据容器中氨气的体积分数判断平衡状态,D错误。
3.在一定条件下,将0.3 mol CO2和0.2 mol H2通入2 L密闭容器中,进行反应:CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)。下列关于该反应建立平衡的说法正确的是( )
A.反应刚开始时,生成物浓度最大,正反应速率最小
B.随着反应的进行,反应物浓度逐渐减小,正反应速率逐渐增大
C.达到平衡状态时反应体系中CO2的浓度为0 mol·L-1
D.该反应建立平衡过程中vt(时间)图像为
4.下列描述的化学反应状态,不一定是平衡状态的是( )
A.恒温、恒容下,反应体系H2(g)+Br2(g) 2HBr(g)中气体的颜色保持不变
B.恒温、恒容下,反应体系H2(g)+I2(g) 2HI(g)中气体的压强保持不变
C.恒温、恒容下,反应体系C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g)中气体的密度保持不变
D.反应体系N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)中H2的物质的量保持不变
5.在一定量的密闭容器中进行反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)。已知反应过程中某一时刻N2、H2、NH3的浓度分别为0.1 mol·L-1、0.3 mol·L-1、0.2 mol·L-1。当反应达到平衡时,可能存在的数据是( )
A.N2为0.2 mol·L-1,H2为0.6 mol·L-1
B.N2为0.15 mol·L-1
C.N2、H2均为0.18 mol·L-1 D.NH3为0.4 mol·L-1
6.在T ℃时,向一个3 L的密闭容器中通入4 mol NH3、a mol O2,发生反应:4NH3(g)+5O2(g) 4NO(g)+6H2O(g)。此时NH3的平衡转化率为60%。下列说法错误的是( )
A.当混合气体的平均摩尔质量不变时,反应达到平衡
B.当v正(NO)∶v逆(H2O)=4∶6时,反应达到平衡
C.反应过程中分离出H2O(g),正反应速率增大
D.平衡时,若O2的转化率为60%,则a=5
7.用氮化硅陶瓷代替金属制造发动机的耐热部件,能大幅度提高发动机的热效率。工业上用化学气相沉积法制备氮化硅,其反应为3SiCl4(g)+2N2(g)+6H2(g)Si3N4(s)+12HCl(g) ΔH<0。一定条件下,在恒容密闭容器中发生上述反应,能说明反应达到化学平衡状态的是( )
A.3v正(N2)=v正(H2)
B.v正(HCl)=4v正(SiCl4)
C.混合气体的密度保持不变
D.c(N2)∶c(H2)∶c(HCl)=1∶3∶6
8.在一定温度下、容积不变的密闭容器中,可逆反应A(g)+3B(g) 2C(g)+2D(s)达到平衡状态的标志是( )
①C的生成速率与C的消耗速率相等 ②单位时间内生成a mol A,同时生成3a mol B ③A、B、C的浓度不再改变 ④混合气体的密度不再改变 ⑤混合气体的总压强不再改变 ⑥混合气体的总物质的量不再改变 ⑦A、B、C的浓度之比为1∶3∶2
A.③④⑤⑥⑦
B.②③④⑤⑥
C.①②③④⑦
D.①③④⑤⑥
9.已知X(g)和Y(g)可以相互转化:2X(g)
Y(g) ΔH<0。现将一定量X(g)和Y(g)的混合气体
通入一体积为1 L的恒温密闭容器中,反应物及生
成物的浓度随时间变化的关系如图所示。则下列说
法正确的是( )
A.若混合气体的密度不再变化,则说明反应已达化学平衡状态
B.a、b、c、d四个点表示的反应体系中,表示化学反应处于平衡状态的只有b点
C.25~30 min内用X表示的平均化学反应速率是0.06 mol·L-1·min-1
D.反应进行至25 min时,曲线发生变化的原因是增加Y的浓度
解析:该反应中气体密度一直不变,
A不正确;25~30 min内X的浓度变化量是0.4 mol·L-1,所以用X表示的平均化学反应速率是eq \f(0.4 mol·L-1,5 min)=0.08 mol·L-1·min-1,
C不正确;反应进行至25 min时,X的浓度增大,D不正确。
10.一定条件下,0.3 mol X(g)与0.3 mol Y(g)在容积固定的密闭容器中发生反应:X(g)+3Y(g) 2Z(g) ΔH=-a kJ·mol-1,下列说法正确的是( )
A.反应一段时间后,X与Y的物质的量之比仍为1∶1
B.达到平衡时,反应放出0.1a kJ的热量
C.达到平衡后,若向平衡体系中充入稀有气体,Z的正反应速率不发生变化
D.X的体积分数保持不变,说明反应已达到平衡
解析:A项,反应过程中X与Y的变化量之比是1∶3,则反应一段时间后,X与Y的物质的量之比不可能仍为1∶1,错误;B项,达到平衡时,因可逆反应不能反应完全,则反应的X小于0.1 mol,反应放出的热量小于0.1a kJ,错误;C项,恒容条件下,达到平衡后,若向平衡体系中充入稀有气体,不影响反应物和生成物的浓度,反应速率不变,正确;D项,反应一段时间后,设X转化的物质的量为x mol,则有如下三段式:
X(g) + 3Y(g) 2Z(g)
起始/mol 0.3 0.3 0
转化/mol x 3x 2x
变后/mol 0.3-x 0.3-3x 2x
X的体积分数为eq \f(0.3-x,0.6-2x)×100%=50%,X的体积分数始终保持不变,不能说明反应已达到平衡,错误。
11.恒温下,将1.6 mol N2与2.4 mol H2的混合气体通入一个固定容积为4 L的密闭容器中,发生反应:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g),10 min后反应达平衡时,NH3的体积分数为25%,下列有关说法正确的是( )
A.达到平衡时,N2和H2的转化率之比为1∶1
B.达到平衡时,混合气体的密度为12.4 g·L-1
C.10 min内v(H2)=0.35 mol·(L·min)-1
D.平衡混合气体中,n(N2)∶n(H2)∶n(NH3)=1∶3∶2
解析:设参加反应的N2的物质的量为x mol,列三段式如下:
N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)
n(始)/mol 1.6 2.4 0
n(变)/mol x 3x 2x
n(平)/mol 1.6-x 2.4-3x 2x
由eq \f(2x,4-2x)×100%=25%,解得x=0.4。N2和H2的平衡转化率之比为eq \f(0.4,1.6)∶eq \f(1.2,2.4)=1∶2,A错误;反应过程中,容器内混合气体密度一直不变,故ρ=eq \f(m,V)=eq \f(1.6×28+2.4×2,4) g·L-1=12.4 g·L-1,B正确;v(H2)=0.03 mol·(L·min)-1,C错误;平衡时n(N2)∶n(H2)∶n(NH3)=3∶3∶2,D错误。
12.如图所示是用计算机制作的在不同条件
下、同一密闭容器中进行的反应Y(g) X(g)的
进程图解,图中的“
”代表Y。已
知:起始时n(X)+n(Y)=2 mol。下列说法错误的
是( )
A.①、②中的交点处,v(X)=v(Y)
B.③中的重合线既表示X和Y的物质的量
相等,又表示该反应达到了平衡状态
C.达到平衡时,eq \f(c(Y),c(X)):②>③>①
D.③中达到平衡状态时,n(X)=1 mol
二、非选择题
13.研究含碳化合物的相互转化,有利于提高工业生产效率。回答下列问题:
(1)在一体积可变的恒温密闭容器中加入一定量的Mn(s)并充入一定量的CO2(g),发生反应:Mn(s)+CO2(g)MnO(s)+CO(g) ΔH<0。下列能说明该反应达到平衡状态的是________(填标号)。
A.容器的体积不再改变
B.固体的质量不再改变
C.气体的总质量不再改变
D.v正(CO2)=v逆(CO)
(2)向某恒容绝热密闭容器中加入等物质的量的NH3(g)和CO2(g),发生合成尿素的反应:2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g) ΔH<0。下列叙述能证明该反应达到平衡状态的是________(填标号)。
A.容器内温度不再变化
B.每断裂6 mol N—H键的同时形成2 mol H—O键
C.容器内混合气体的密度不再变化
D.CO2(g)的体积分数保持不变
2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g)
起始量/mol 1 1 0 0
转化量/mol 2x x x x
某时刻的量/mol 1-2x 1-x x x
该时刻CO2(g)的物质的量分数为eq \f((1-x) mol,(1-2x+1-x+x) mol)×100%=50%,即CO2(g)的体积分数为定值,CO2(g)的体积分数保持不变,不能说明该反应达到平衡状态。
14.(1)将两等份CO2和CH4充入真空密闭容器中,在有催化剂的条件下发生反应:CO2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g) ΔH>0。
①若容器绝热,反应开始后,正反应速率________(填“增大”“减小”或“先增大后减小”)。
②当反应达到平衡时,气体的密度___________(填“一定大于”“一定小于”“可能大于”或“可能小于”)反应起始时气体的密度。
(2)将固体NH4I置于一个2 L的真空密闭容器中,在一定温度下发生下列反应:
a.NH4I(s)NH3(g)+HI(g)
b.2HI(g)H2(g)+I2(g)
经过10 min达到平衡,此时,n(H2)=0.5 mol、n(HI)=5 mol,压强为120 kPa。
①从反应开始到恰好平衡时用NH3(g)表示的化学反应速率为________________。
(2)①设反应a生成氨气x mol,由题意可建立三段式:
2HI(g)H2(g)+I2(g)
起(mol) x 0 0
变(mol) 1 0.5 0.5
平(mol) x-1 0.5 0.5
则x-1=5,解得x=6,则氨气的反应速率为eq \f(\f(6 mol,2 L),10 min)=0.3 mol·L-1·min-1;②碘化铵为固体,浓度为定值,不能用碘化铵浓度的变化量表示反应速率,但能用碘化铵的质量或物质的量的变化量表示化学反应速率,故a错误;氨气浓度不变说明正、逆反应速率相等,反应已达到平衡,故b正确;该反应是气体颜色变深的反应,反应体系的颜色不变说明正、逆反应速率相等,反应已达到平衡,故c正确;该反应是气体质量增大的反应,反应中气体密度增大,容器内气体密度不变说明正、逆反应速率相等,反应已达到平衡,故d正确。
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