第三單元 化學(xué)平衡的移動(dòng)
第1時(shí) 影響化學(xué)平衡狀態(tài)的因素
[目標(biāo)要求] 1.知道濃度、溫度、壓強(qiáng)等條改變時(shí)，化學(xué)平衡狀態(tài)將會(huì)被打破。2.掌握濃度、溫度、壓強(qiáng)等條對(duì)化學(xué)平衡影響的結(jié)果以及有關(guān)的解釋。 3.理解勒夏特列原理。
1．濃度的變化對(duì)化學(xué)平衡的影響
實(shí)驗(yàn)探究
實(shí)驗(yàn)原理：Cr2O2－7＋H2O 2CrO2－4＋2H＋
橙色 黃色
實(shí)驗(yàn)步驟：①取兩支試管各加入5 mL 0.1 mol•L－12Cr2O7溶液。
②向一支試管中滴加1 mol•L－1HNO3溶液，觀察并記錄溶液的顏色。
③向另一支試管中滴加1 mol•L－1NaOH溶液，觀察并記錄溶液顏色的變化。
實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：如下表所示。
步驟滴加1 mol•L－1 HNO3溶液滴加1 mol•L－NaOH溶液
溶液顏色溶液橙色加深溶液黃色加深
實(shí)驗(yàn)結(jié)論：增加H＋的濃度，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，溶液橙色加深；增加OH－的濃度，減小H＋的濃度，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，溶液黃色加深。
基本規(guī)律：增大反應(yīng)物濃度或減小生成物濃度，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)；減小反應(yīng)物濃度或增大生成物濃度，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)。
2．壓強(qiáng)的變化對(duì)化學(xué)平衡的影響
其他條不變時(shí)，對(duì)于有氣體參加的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，會(huì)使平衡向著氣體體積減小的方向移動(dòng)；減小壓強(qiáng)，會(huì)使平衡向著氣體體積增大的方向移動(dòng)。但是壓強(qiáng)改變，對(duì)于有氣體參與而反應(yīng)前后氣態(tài)物質(zhì)系數(shù)不變的反應(yīng)說，平衡不移動(dòng)。
3．溫度的變化對(duì)化學(xué)平衡的影響
實(shí)驗(yàn)探究
實(shí)驗(yàn)原理：Co2＋＋4Cl－ CoCl2－4 ΔH>0
粉紅色 藍(lán)色
實(shí)驗(yàn)步驟：取3支試管，向其中各加入適量CoCl2的鹽酸溶液，將試管分別置于熱水、冰水和室溫下。
實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及結(jié)論：
溶液的顏色平衡移動(dòng)的方向
室溫粉紅色平衡不移動(dòng)
熱水溶液藍(lán)色加深升溫，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)
冰水溶液粉紅色加深降溫，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)
基本規(guī)律：其他條不變時(shí)，升高溫度，平衡向著吸熱方向移動(dòng)；降低溫度，平衡向著放熱方向移動(dòng)。
4．勒夏特列原理
如果改變影響平衡的條之一(如溫度、壓強(qiáng)以及參加反應(yīng)的化學(xué)物質(zhì)的濃度)，平衡將向著減弱這種改變的方向移動(dòng)。
知識(shí)點(diǎn)一 外界條的改變對(duì)化學(xué)平衡的影響
1．在新制的氯水中存在平衡：Cl2＋H2O H＋＋Cl－＋HClO，若向氯水中投入少量碳酸鈣粉末，溶液中發(fā)生的變化是( )
A．H＋濃度減小，HClO濃度減小
B．H＋濃度增大，HClO濃度增大
C．H＋濃度減小，HClO濃度增大
D．H＋濃度增大，HClO濃度減小
答案 C
解析 碳酸的酸性弱于鹽酸而強(qiáng)于次氯酸，向氯水中投入少量碳酸鈣粉末后，它與鹽酸反應(yīng)，而不與次氯酸反應(yīng)。又由于H＋濃度減小，平衡Cl2＋H2O H＋＋Cl－＋HClO向正反應(yīng)方向移動(dòng)，故HClO濃度增大。
2．對(duì)已達(dá)化學(xué)平衡的下列反應(yīng)2X(g)＋Y(g) 2Z(g)減小壓強(qiáng)時(shí)，對(duì)反應(yīng)產(chǎn)生的影響是( )
A．逆反應(yīng)速率增大，正反應(yīng)速率減小，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)
B．逆反應(yīng)速率減小，正反應(yīng)速率增大，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)
C．正、逆反應(yīng)速率都減小，平衡向逆反應(yīng)方向運(yùn)動(dòng)
D．正、逆反應(yīng)速率都增大，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)
答案 C
解析 減小壓強(qiáng)、體系中各組分濃度都減小，所以正、逆反應(yīng)速率都減小，平衡向氣體體積增大的方向移動(dòng)。
3．關(guān)節(jié)炎是因?yàn)樵陉P(guān)節(jié)滑液中形成了尿酸鈉晶體，尤其是在寒冷季節(jié)易誘發(fā)關(guān)節(jié)疼痛，其化學(xué)機(jī)理如下：
①HUr＋H2O Ur－＋H3O＋，
尿酸 尿酸根離子
②Ur－(aq)＋Na＋(aq) NaUr(s)。下列對(duì)反應(yīng)②的敘述正確的是( )
A．正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)
B．正反應(yīng)為放熱反應(yīng)
C．升高溫度，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)
D．降低溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)
答案 B
解析 題意中明確指出“尤其是在寒冷季節(jié)易誘發(fā)關(guān)節(jié)疼痛”，說明溫度降低，反應(yīng)②Ur－(aq)＋Na＋(aq) NaUr(s)的平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，可知其正反應(yīng)為放熱反應(yīng)。
知識(shí)點(diǎn)二 勒夏特列原理
4．下列事實(shí)中，不能用勒夏特列原理解釋的是( )
A．在溴水中存在如下平衡：Br2＋H2O HBr＋HBrO，當(dāng)加入NaOH溶液后顏色變淺
B．對(duì)2H2O2 2H2O＋O2的反應(yīng)，使用nO2可加快制O2的反應(yīng)速率
C．反應(yīng)CO＋NO2 CO2＋NO ΔH<0，升高溫度使平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)
D．合成氨反應(yīng)：N2＋3H2 2NH3 ΔH<0，為使氨的產(chǎn)率提高，理論上應(yīng)采取低溫高壓的措施
答案 B
5．可逆反應(yīng)A(g)＋B C(g)＋D的反應(yīng)式中A和C都是無色氣體。當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，下列敘述錯(cuò)誤的是( )
A．若增大A的濃度，平衡體系顏色加深，則說明D是有顏色的氣體
B．若升高溫度，C的百分含量減小，則說明逆反應(yīng)為吸熱反應(yīng)
C．若增大壓強(qiáng)，平衡不發(fā)生移動(dòng)，則說明B和D一定都是氣體
D．如果B是氣體，則增大A的濃度會(huì)使B的轉(zhuǎn)化率增大
答案 C
6．在密閉容器中，一定條下，進(jìn)行如下反應(yīng)：NO(g)＋CO(g) 1/2N2(g)＋CO2(g) ΔH＝－373.2 kJ•mol－1，達(dá)到平衡后，為提高該反應(yīng)的速率和NO的轉(zhuǎn)化率，采取的正確措施是( )
A．加催化劑同時(shí)升高溫度
B．加催化劑同時(shí)增大壓強(qiáng)
C．升高溫度同時(shí)充入N2
D．降低溫度同時(shí)增大壓強(qiáng)
答案 B
解析 降低溫度雖然能提高NO的轉(zhuǎn)化率，但也降低了反應(yīng)速率，D選項(xiàng)同時(shí)采取了降溫和增壓措施，對(duì)提高NO的轉(zhuǎn)化率是一致的，但對(duì)加快反應(yīng)速率是矛盾的，故D項(xiàng)不能保證滿足題中條。
練基礎(chǔ)落實(shí)
1．在某溫度下，反應(yīng)：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)(正反應(yīng)為放熱反應(yīng))在密閉容器中達(dá)到平衡，下列說法中正確的是( )
A．溫度不變，縮小體積，N2的轉(zhuǎn)化率增大
B．溫度不變，增大體積，NH3的產(chǎn)率提高
C．升高溫度，增大體積，有利于平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)
D．降低溫度，體積不變，H2的轉(zhuǎn)化率降低
答案 A
解析 本題主要考查溫度對(duì)化學(xué)平衡的影響。題給反應(yīng)是一個(gè)氣體體積縮小的、放熱的可逆反應(yīng)。溫度不變，縮小體積，平衡向氣體體積縮小(正反應(yīng))方向移動(dòng)，N2的轉(zhuǎn)化率將增大；溫度不變，增大體積，平衡向氣體體積擴(kuò)大(逆反應(yīng))方向移動(dòng)，NH3的產(chǎn)率降低；升高溫度，增大體積，均使平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)；降低溫度，體積不變，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，會(huì)提高H2的轉(zhuǎn)化率。
2．COCl2(g) CO(g)＋Cl2(g)；ΔH>0。當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，下列措施：①升溫 ②恒容通入惰性氣體 ③增加CO的濃度 ④減壓 ⑤加催化劑 ⑥恒壓通入惰性氣體，能提高COCl2轉(zhuǎn)化率的是( )
A．①②④ B．①④⑥ C．②③⑥ D．③⑤⑥
答案 B
解析 要提高COCl2的轉(zhuǎn)化率，平衡需正向移動(dòng)。已知可逆反應(yīng)的正反應(yīng)是一個(gè)氣體化學(xué)計(jì)量數(shù)之和增大、吸熱的反應(yīng)。故①升溫符合。②恒容通入惰性氣體平衡不移動(dòng)，不符合要求。③增加CO濃度，平衡逆向移動(dòng)。④減壓平衡正向移動(dòng)。⑤催化劑不影響化學(xué)平衡。⑥恒壓下通入惰性氣體相當(dāng)于減壓，平衡正移，故正確答案為B。
3．下列說法正確的是( )
A．其他條不變，增大某一反應(yīng)物的濃度，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率一定都增大
B．對(duì)于有氣體參加的反應(yīng)，其他條不變，增大壓強(qiáng)，體積縮小，體系中各氣體的濃度一定增大
C．對(duì)于有氣體參加的反應(yīng)，改變壓強(qiáng)使平衡向右移動(dòng)，生成的氣體的濃度一定增大
D．增大反應(yīng)物的濃度，平衡向右移動(dòng)，生成物的體積分?jǐn)?shù)一定增大
答案 B
解析 在平衡體系中，增大某一反應(yīng)物的濃度，該反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率降低，對(duì)于有氣體參加的反應(yīng)，只要增大壓強(qiáng)，各組分濃度同時(shí)增大，而減小壓強(qiáng)，各組分濃度同時(shí)減小。
4．對(duì)于密閉容器中的可逆反應(yīng)：mX(g)＋nY(s) pZ(g) ΔH＜0，達(dá)化學(xué)平衡后，改變條，下列表述不正確的是( )
A．增大壓強(qiáng)，化學(xué)平衡不一定發(fā)生移動(dòng)
B．通入氦氣，化學(xué)平衡不一定發(fā)生移動(dòng)
C．增加X或Y的物質(zhì)的量，化學(xué)平衡一定發(fā)生移動(dòng)
D．其它條不變，升高溫度，化學(xué)平衡一定發(fā)生移動(dòng)
答案 C
解析 由于該反應(yīng)體積變化不明確，故改變壓強(qiáng)不能確定化學(xué)平衡是否移動(dòng)，A項(xiàng)正確；在恒容條下充入氦氣，沒有改變平衡體系各物質(zhì)的濃度，平衡不移動(dòng)，B項(xiàng)正確；由于Y為固體，改變其用量不影響化學(xué)平衡，C項(xiàng)不正確；對(duì)任何反應(yīng)改變溫度，均改變平衡狀態(tài)，故D正確。
5．一定量的混合氣體在密閉容器中發(fā)生如下反應(yīng)：mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)，達(dá)到平衡后，溫度不變，將氣體體積縮小到原的一半，當(dāng)達(dá)到新平衡時(shí)，C的濃度變?yōu)樵?.1倍，則下列敘述正確的是( )
A．m＋n>p＋q B．m＋n<p＋q
C．平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng) D．C的體積分?jǐn)?shù)不變
答案 A
練方法技巧
6．在一體積可變的密閉容器中，加入一定量的X、Y，發(fā)生反應(yīng)mX(g) nY(g) ΔH＝Q kJ•mol－1。反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，Y的物質(zhì)的量濃度與溫度、氣體體積的關(guān)系如下表所示：
下列說法正確的是( )
A．m＞n
B．Q＜0
C．溫度不變，壓強(qiáng)增大，Y的質(zhì)量分?jǐn)?shù)減少
D．體積不變，溫度升高，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)
答案 C
解析 由表知，體積不變升高溫度，c(Y)增大，平衡右移，因升高溫度，平衡向吸熱方向移動(dòng)，說明正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，Q>0，B、D錯(cuò)；溫度不變，容器體積增大，即由1 L變?yōu)? L，若平衡不移動(dòng)，此時(shí)c(Y)應(yīng)減小為原一半，現(xiàn)c(Y)比原的一半大，即減壓，平衡向右移動(dòng)，向氣體體積增大的方向移動(dòng)，所以m<n，A錯(cuò)；因?yàn)閙<n，增大壓強(qiáng)，平衡向左移動(dòng)，所以Y的質(zhì)量分?jǐn)?shù)減少，故C正確。
7．下列顏色的變化不能用勒夏特列原理解釋的是( )
A．紅棕色NO2加壓后顏色先變深，后逐漸變淺
B．在H2、I2和HI組成的平衡體系加壓后，混合氣體顏色變深
C．FeCl3溶液加熱后顏色變深
D．FeCl3和SCN的混合溶液中加入無色SCN溶液，顏色變深
答案 B
解析 A項(xiàng)中2NO2紅棕色 N2O4無色加壓后c(NO2)變大，顏色加深，但加壓使平衡向右移動(dòng)，顏色又變淺，A正確；B項(xiàng)中H2(g)＋I(xiàn)2(g) 2HI(g)是反應(yīng)前后氣體體積不變的反應(yīng)，加壓后，平衡不移動(dòng)，但體積變小，c(I2)增大，顏色變深，故B錯(cuò)；C項(xiàng)中Fe3＋＋3H2O Fe(OH)3＋
3H＋是吸熱反應(yīng)，加熱平衡正移，C正確；D項(xiàng)Fe3＋＋3SCN－ Fe(SCN)3，加入SCN－，增大反應(yīng)物濃度，平衡正移，D正確。
8．對(duì)于xA(g)＋yB(g) zC(g)＋wD(g)的平衡體系，當(dāng)升高溫度時(shí)，體系的平均相對(duì)分子質(zhì)量從26變?yōu)?9，則下列說法中正確的是( )
A．x＋y>z＋w，正反應(yīng)是放熱反應(yīng)
B．x＋y>z＋w，正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)
C．x＋y<z＋w，逆反應(yīng)是放熱反應(yīng)
D．x＋y>z＋w，逆反應(yīng)是吸熱反應(yīng)
答案 B
解析 ＝mn，m為定值，增大，則n減小，若x＋y>z＋w，升溫，平衡向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)，正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)；若x＋y<z＋w，升溫，平衡向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)，逆反應(yīng)為吸熱反應(yīng)。
練綜合拓展
9．現(xiàn)有反應(yīng)：mA(g)＋nB(g) pC(g)，達(dá)到平衡后，當(dāng)升高溫度時(shí)，B的轉(zhuǎn)化率變大；當(dāng)減小壓強(qiáng)時(shí)，混合體系中C的質(zhì)量分?jǐn)?shù)減小，則：
(1)該反應(yīng)的逆反應(yīng)為________熱反應(yīng)，且m＋n______p(填“＞”、“＝”或“＜”)。
(2)減壓時(shí)，A的質(zhì)量分?jǐn)?shù)__________。(填“增大”、“減小”或“不變”，下同)
(3)若容積不變加入B，則A的轉(zhuǎn)化率__________，B的轉(zhuǎn)化率__________。
(4)若升高溫度，則平衡時(shí)B、C的濃度之比c(B)/c(C)將__________。
(5)若加入催化劑，平衡時(shí)氣體混合物的總物質(zhì)的量__________。
(6)若B是有色物質(zhì)，A、C均無色，則加入C(體積不變)時(shí)混合物顏色__________；而維持容器內(nèi)壓強(qiáng)不變，充入氖氣時(shí)，混合物顏色__________。(填“變深”、“變淺”或“不變”)
答案 (1)放 ＞ (2)增大 (3)增大 減小
(4)減小 (5)不變 (6)變深 變淺
解析 升高溫度，B的轉(zhuǎn)化率增大，說明正反應(yīng)吸熱，則逆反應(yīng)放熱；減小壓強(qiáng)，C的質(zhì)量分?jǐn)?shù)減小，則說明平衡左移，則m＋n>p。據(jù)此可對(duì)以下諸問題作出分析。
10．可逆反應(yīng)3A(g) 3B(？)＋C(？) ΔH<0達(dá)到化學(xué)平衡后，升高溫度。用“變大”、“變小”、“不變”或“無法確定”。
(1)若B、C都是氣體，氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量________；
(2)若B、C都不是氣體，氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量____________；
(3)若B是氣體，C不是氣體，氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量__________；
(4)若B不是氣體，C是氣體：
①如果A的摩爾質(zhì)量大于C的摩爾質(zhì)量，氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量________；
②如果A的摩爾質(zhì)量小于C的摩爾質(zhì)量，氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量________。
答案 (1)變大 (2)不變 (3)變大 (4)①變大 ②變小
解析 混合氣體的平均摩爾質(zhì)量在以g•mol－1為單位時(shí)數(shù)值上等于其平均相對(duì)分子質(zhì)量，因此可用氣體的m(總)/n(總)推算平均相對(duì)分子質(zhì)量的變化，(1)(3)可用此法；對(duì)于(2)氣體只有一種，所以不變；對(duì)于(4)屬于兩組分氣體混合物，則只要看兩種氣體的比例及摩爾質(zhì)量大小。
第2時(shí) 化學(xué)平衡中的數(shù)形結(jié)合問題
[目標(biāo)要求] 1.能根據(jù)化學(xué)反應(yīng)的建立和化學(xué)平衡移動(dòng)原理畫出常見的圖象。 2.會(huì)分析常見的關(guān)于化學(xué)平衡的圖象題。
一、表示平衡建立的圖象
1．速率—時(shí)間圖
2．濃度—時(shí)間圖
以H2(g)＋I(xiàn)2(g) 2HI(g)為例，按要求畫出如下圖象：
要求：(1)容積為1 L不變的密閉容器中加入H2(g)、I2(g)各1 mol，平衡時(shí)HI為1.2 mol。(2)在1 L密閉容器中加入2 mol HI。
二、表示平衡移動(dòng)的圖象
1．速率—時(shí)間圖
(1)如圖①，該平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)。
此圖是增加反應(yīng)物濃度引起的平衡移動(dòng)。
(2)如圖②，可能是改變什么條引起的平衡移動(dòng)？并判斷其對(duì)應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)的特點(diǎn)。可能是升高溫度引起的平衡移動(dòng)，如果是升高溫度，則該反應(yīng)的正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)；也可能是增大壓強(qiáng)引起的平衡移動(dòng)，如果是增大壓強(qiáng)，則該反應(yīng)的正反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)。
(3)下列哪個(gè)反應(yīng)一定不符合圖②__D__。
A．N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH<0
B．NH4Cl(aq)＋H2O(l) NH3•H2O(aq)＋HCl(aq) ΔH>0
C．C(s)＋H2O(g) CO(g)＋H2(g) ΔH>0
D．H2(g)＋I(xiàn)2(g)===2HI(g) ΔH<0
2．溫度、壓強(qiáng)、轉(zhuǎn)化率、時(shí)間等之間三重關(guān)系的圖象
由此圖可判斷該反應(yīng)的正反應(yīng)是氣體體積增大的反應(yīng)，理由是p1時(shí)反應(yīng)達(dá)到平衡所用時(shí)間短，故p1>p2，從p1、p2的關(guān)系又看出當(dāng)壓強(qiáng)大時(shí)，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率α小，故知該反應(yīng)的正反應(yīng)是氣體總體積增大的反應(yīng)。
知識(shí)點(diǎn)一 速率、濃度與時(shí)間圖象
1．對(duì)于可逆反應(yīng)mA(g)＋nB(s) pC(g)＋qD(g)，反應(yīng)過程中，其他條不變時(shí)，產(chǎn)物D的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)D%與溫度T或壓強(qiáng)p的關(guān)系如下圖，下列說法正確的是( )
A．降溫可使化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)
B．使用合適的催化劑可使D%有所增加
C．化學(xué)方程式中化學(xué)計(jì)量數(shù)：m>p＋q
D．B的顆粒越小，正反應(yīng)速率越快，有利于平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)
答案 A
2．合成氨反應(yīng)：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ•mol－1，在反應(yīng)過程中，正反應(yīng)速率的變化如下圖：
下列說法正確的是( )
A．t1時(shí)升高了溫度 B．t2時(shí)使用了催化劑
C．t3時(shí)增大了壓強(qiáng) D．t4時(shí)降低了溫度
答案 B
3．在容積固定的密閉容器中存在如下反應(yīng)：A(g)＋3B(g) 2C(g) ΔH<0。某研究小組A研究了其他條不變時(shí)，改變某一條對(duì)上述反應(yīng)的影響，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出下列關(guān)系圖，下列判斷一定錯(cuò)誤的是( )
A．圖Ⅰ研究的是不同催化劑對(duì)反應(yīng)的影響，且乙使用的催化劑效率較高
B．圖Ⅰ研究的是壓強(qiáng)對(duì)反應(yīng)的影響，且乙的壓強(qiáng)較高
C．圖Ⅱ研究的是溫度對(duì)反應(yīng)的影響，且甲的溫度較高
D．圖Ⅲ研究的是不同催化劑對(duì)反應(yīng)的影響，且甲使用的催化劑效率較高
答案 A
解析 本題考查學(xué)生的識(shí)圖能力和知識(shí)分析能力。催化劑只能改變反應(yīng)速率，改變到達(dá)平衡的時(shí)間，不能改變平衡，即在一樣的前提條下，到達(dá)平衡時(shí)各組分的濃度、各組分的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)不變，所以A錯(cuò)；壓強(qiáng)增大，速率提高，且壓強(qiáng)增大，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，B對(duì)；溫度升高，速率增大，縮短到達(dá)平衡的時(shí)間，且溫度升高，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，那么B的轉(zhuǎn)化率降低，所以C對(duì)；催化劑只能改變速率，不能改變平衡的移動(dòng)，催化劑效率越高，到達(dá)平衡的時(shí)間越短，所以D對(duì)。
知識(shí)點(diǎn)二 速率、濃度、轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)的圖象
4．可逆反應(yīng)mA(g) nB(g)＋pC(s) ΔH＝Q kJ•mol－1，溫度和壓強(qiáng)的變化對(duì)正、逆反應(yīng)速率的影響分別符合下圖中的兩個(gè)圖象，以下敘述正確的是( )
A．m>n，Q>0 B．m>n＋p，Q>0 C．m>n，Q<0 D．m<n＋p，Q<0
答案 C
解析 找準(zhǔn)平衡點(diǎn)，即兩曲線交叉點(diǎn)，然后條改變后，根據(jù)v正與v逆的關(guān)系確定平衡移動(dòng)的方向，得出結(jié)論。
5．在某一容積可變的密閉容器中，可逆反應(yīng)A(g)＋B(g) xC(g) ΔH，符合圖象(Ⅰ)所示關(guān)系。由此推斷，對(duì)圖象(Ⅱ)的說法不正確的是( )
A．p3>p4，Y軸表示A的轉(zhuǎn)化率
B．p3>p4，Y軸表示B的質(zhì)量分?jǐn)?shù)
C．p3>p4，Y軸表示混合氣體的密度
D．p3>p4，Y軸表示混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量
答案 B
解析 根據(jù)圖Ⅰ中三個(gè)狀態(tài)下到達(dá)平衡的時(shí)間可知T1>T2，p1<p2；溫度從T1降至T2，C的百分含量增大，故正反應(yīng)放熱，ΔH<0；壓強(qiáng)從p1增至p2，C的百分含量增大，故方程式中C的系數(shù)0<x<2，x＝1；所以B的質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨溫度升高而增大，隨壓強(qiáng)增大而減小，B項(xiàng)描述與圖Ⅱ不符，A、C、D項(xiàng)描述正確。
6.I2在I溶液中存在下列平衡：
I2(aq)＋I(xiàn)－(aq) I－3(aq)
某I2、、I混合溶液中，I－3的物質(zhì)的量濃度c(I－3)與溫度T的關(guān)系如圖所示(曲線上任何一點(diǎn)都表示平衡狀態(tài))。下列說法不正確的是( )
A．反應(yīng)I2(aq)＋I(xiàn)－(aq)===I－3(aq)的ΔH<0
B．若溫度為T1、T2，反應(yīng)的平衡常數(shù)分別為1、2，則1>2
C．若反應(yīng)進(jìn)行到狀態(tài)D時(shí)，一定有v正>v逆
D．狀態(tài)A與狀態(tài)B相比，狀態(tài)A的c(I2)大
答案 D
解析 由圖象知：c(I－3)隨溫度升高而減小，故該可逆反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，ΔH<0，A正確；升高溫度，可逆反應(yīng)逆向移動(dòng)，反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)減小，即1>2，B正確；反應(yīng)進(jìn)行到狀態(tài)D時(shí)，c(I－3)<c平(I－3)，故可逆反應(yīng)正向進(jìn)行的程度大，即v正>v逆，C正確；狀態(tài)A?→狀態(tài)B，c(I－3)減小，化學(xué)平衡逆向移動(dòng)，c(I2)增大，即狀態(tài)B的c(I2)大，D錯(cuò)誤。
練基礎(chǔ)落實(shí)
1.如圖是可逆反應(yīng)A＋2B 2C＋3D的化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡隨外界條改變(先降溫后加壓)而變化的情況。由此可推斷( )
A．正反應(yīng)是放熱反應(yīng) B．D可能是氣體
C．逆反應(yīng)是放熱反應(yīng) D．A、B、C、D均為氣體
答案 A
解析 降溫后v′正>v′逆，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，證明正反應(yīng)放熱，加壓后v″正>v″逆，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，正反應(yīng)體積減小，D不可能是氣體。
2.有一化學(xué)平衡：mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)，如圖是表示A的轉(zhuǎn)化率與壓強(qiáng)、溫度的關(guān)系，分析下圖可以得出的正確結(jié)論是( )
A．正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，且m＋n>p＋q
B．正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，且m＋n<p＋q
C．正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，且m＋n>p＋q
D．正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，且m＋n<p＋q
答案 A
解析 此題是兩個(gè)條同時(shí)對(duì)化學(xué)平衡產(chǎn)生影響的圖象。先固定一個(gè)條不變，分析另一個(gè)條變化對(duì)平衡的影響，得出一個(gè)結(jié)論，然后再固定這個(gè)條不變，分析另一條變化對(duì)平衡的影響。溫度不變，壓強(qiáng)越大，A的轉(zhuǎn)化率越高，得出：m＋n>p＋q；壓強(qiáng)不變，溫度越高，A的轉(zhuǎn)化率越大，得出：正反應(yīng)吸熱。
3．汽車尾氣凈化中的一個(gè)反應(yīng)如下：
NO(g)＋CO(g) 12N2(g)＋CO2(g)
ΔH＝－373.4 kJ•mol－1
在恒容的密閉容器中，反應(yīng)達(dá)到平衡后，改變某一條，下列示意圖正確的是( )
答案 C
解析 對(duì)于放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，值減小，CO的轉(zhuǎn)化率降低，A、B錯(cuò)誤；溫度不變，值不變，C正確；增加N2的量，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，NO的轉(zhuǎn)化率降低，D錯(cuò)誤。
4．反應(yīng)N2O4(g) 2NO2(g) ΔH＝＋57 kJ•mol－1，在溫度為T1、T2時(shí)，平衡體系中NO2的體積分?jǐn)?shù)隨壓強(qiáng)變化曲線如圖所示。下列說法正確的是( )
A．A、C兩點(diǎn)的反應(yīng)速率：A>C
B．A、C兩點(diǎn)氣體的顏色：A深，C淺
C．由狀態(tài)B到狀態(tài)A，可以用加熱的方法
D．A、C兩點(diǎn)氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量：A>C
答案 C
解析 A、C兩點(diǎn)溫度相同而壓強(qiáng)不同，增壓平衡逆向移動(dòng)，NO2的體積分?jǐn)?shù)減小，但增壓也會(huì)增大濃度，反應(yīng)速率：A<C，顏色還是C深(濃度大)；由于平衡逆向移動(dòng)，氣體分子數(shù)減少，根據(jù)＝m/n，氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量A<C；故A、B、D均錯(cuò)。
練方法技巧
5．取五等份NO2，分別加入溫度不同、容積相同的恒容密閉容器中，發(fā)生反應(yīng)：
2NO2(g) N2O4(g) ΔH<0
反應(yīng)相同時(shí)間后，分別測(cè)定體系中NO2的百分含量(NO2%)，并作出其隨反應(yīng)溫度(T)變化的關(guān)系圖。下列示意圖中，可能與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符的是( )
A．①② B．②③ C．①③ D．②④
思路點(diǎn)撥：解答時(shí)注意以下兩點(diǎn)：
(1)反應(yīng)相同時(shí)間，反應(yīng)可能達(dá)平衡或未達(dá)平衡。
(2)該反應(yīng)為氣體體積減小的放熱反應(yīng)。
答案 D
解析 在恒容狀態(tài)下，在五個(gè)相同的容器中同時(shí)通入等量的NO2，反應(yīng)相同時(shí)間。那么則有兩種可能，一是已達(dá)到平衡狀態(tài)，二是還沒有達(dá)到平衡狀態(tài)，仍然在向正反應(yīng)方向移動(dòng)。假若，5個(gè)容器在反應(yīng)相同時(shí)間下，均已達(dá)到平衡，因?yàn)樵摲磻?yīng)是放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，NO2的百分含量隨溫度升高而升高，所以B正確；假若，5個(gè)容器中有未達(dá)到平衡狀態(tài)的，那么溫度越高，反應(yīng)速率越大，會(huì)出現(xiàn)溫度高的NO2轉(zhuǎn)化得快，導(dǎo)致NO2的百分含量少的情況。在D中，圖中的轉(zhuǎn)折點(diǎn)為平衡狀態(tài)，轉(zhuǎn)折點(diǎn)左側(cè)為未平衡狀態(tài)，右側(cè)為平衡狀態(tài)，D正確。
6．反應(yīng)a(g)＋bN(g) cP(g)＋dQ(g)達(dá)到平衡時(shí)，的體積分?jǐn)?shù)y()與反應(yīng)條的關(guān)系如下圖所示。其中z表示反應(yīng)開始時(shí)N的物質(zhì)的量與的物質(zhì)的量之比。下列說法正確的是( )
A．同溫同壓z時(shí)，加入催化劑，平衡時(shí)Q的體積分?jǐn)?shù)增加
B．同壓同z時(shí)，升高溫度，平衡時(shí)Q的體積分?jǐn)?shù)增加
C．同溫同z時(shí)，增加壓強(qiáng)，平衡時(shí)Q的體積分?jǐn)?shù)增加
D．同溫同壓時(shí)，增加z，平衡時(shí)Q的體積分?jǐn)?shù)增加
答案 B
解析 由圖象可知的體積分?jǐn)?shù)隨著溫度升高而減小，因此正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)。催化劑只能改變反應(yīng)達(dá)到平衡所需的時(shí)間，而對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)無影響。升高溫度平衡正向移動(dòng)，因此Q的體積分?jǐn)?shù)增加。比較兩圖可知同溫時(shí)增加壓強(qiáng)，化學(xué)平衡逆向移動(dòng)，Q的體積分?jǐn)?shù)減小。同溫同壓時(shí)增加z，平衡時(shí)Q的體積分?jǐn)?shù)不一定減小，因?yàn)镹的物質(zhì)的量增加不定，因此A、C、D選項(xiàng)錯(cuò)誤，只有B正確。
練綜合拓展
7．如圖，甲、乙、丙分別表示在不同條下可逆反應(yīng)A(g)＋B(g) xC(g)的生成物C在反應(yīng)混合物中的百分含量w(C)和反應(yīng)時(shí)間(t)的關(guān)系。
(1)若甲圖中兩條曲線分別表示有催化劑和無催化劑的情況，則________曲線表示無催化劑時(shí)的情況，原因是__________________________________________________________
________________________________________________________________________；
(2)若乙圖表示反應(yīng)達(dá)到平衡后分別在恒溫恒壓條下和恒溫恒容條下充入氦氣后的情況，則________曲線表示恒溫恒容的情況，原因是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________；
(3)根據(jù)丙圖可以判斷該可逆反應(yīng)的正反應(yīng)是________(填“吸”或“放”)熱反應(yīng)，化學(xué)計(jì)量數(shù)x的值________。
答案 (1)b b達(dá)到平衡所用時(shí)間長(zhǎng)，說明b的反應(yīng)速率小于a
(2)a a中充入氦氣，w(C)不變，平衡不移動(dòng)
(3)吸 大于2(>2)或大于等于3(≥3)
解析 (1)催化劑能夠加快反應(yīng)速率，縮短反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)的時(shí)間，所以a曲線表示有催化劑時(shí)的情況，b曲線表示無催化劑時(shí)的情況。
(2)恒溫恒容條下，向平衡體系中通入稀有氣體，平衡不移動(dòng)；恒溫恒壓條下，向平衡體系中通入稀有氣體，平衡向體積增大的方向移動(dòng)。
(3)由丙圖可知，恒壓條下，升高溫度，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，所以正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)；恒溫條下，增大壓強(qiáng)，平衡向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，所以正反應(yīng)為體積增大的反應(yīng)，x>2。
8．在一容積為2 L的密閉容器內(nèi)加入0.2 mol的N2和0.6 mol 的H2，在一定條下發(fā)生如下反應(yīng)：
N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH＜0。反應(yīng)中NH3的物質(zhì)的量濃度的變化情況如圖所示：
(1)根據(jù)圖示，計(jì)算從反應(yīng)開始到平衡時(shí)，平均反應(yīng)速率v(NH3)為
________________________________________________________________________。
(2)反應(yīng)達(dá)到平衡后，第5分鐘末，保持其它條不變，若改變反應(yīng)溫度，則NH3的物質(zhì)的量濃度不可能為___________________________________________________________。
a．0.20 mol•L－1 b．0.12 mol•L－1 c．0.10 mol•L－1 d．0.08 mol•L－1
(3)反應(yīng)達(dá)到平衡后，第5分鐘末，保持其它條不變，若只把容器的體積縮小一半，平衡______________________移動(dòng)(填“向逆反應(yīng)方向”、“向正反應(yīng)方向”或“不”)，化學(xué)平衡常數(shù)________(填“增大”、“減小”或“不變”)。
(4)在第5分鐘末將容器的體積縮小一半后，若在第8分鐘末達(dá)到新的平衡(此時(shí)NH3的濃度約為0.25 mol•L－1)。請(qǐng)?jiān)趫D中畫出第5分鐘末到達(dá)新平衡時(shí)NH3濃度的變化曲線。
答案 (1)0.025 mol•L－1•min－1 (2)ac
(3)向正反應(yīng)方向 不變
(4)
解析 (1)由圖象知：v(NH3)＝Δct＝0.1 mol•L－14 min＝0.025 mol•L－1•min－1。
(2)合成氨的反應(yīng)為可逆反應(yīng)，不可能進(jìn)行到底，根據(jù)反應(yīng)方程式和題給數(shù)據(jù)，NH3濃度的最大值為：0.4 mol2 L＝0.2 mol•L－1，在改變溫度后，平衡要移動(dòng)，達(dá)新的平衡后NH3的濃度肯定不是0.1 mol•L－1。
(3)縮小體積，相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，由于溫度未變，平衡常數(shù)不變。
(4)在5分鐘末將容積減小一半，c(NH3)瞬間增大為原的二倍，在8分鐘末建立新平衡，圖象見答案。
9．某溫度時(shí)，在2 L密閉容器中氣態(tài)物質(zhì)X和Y反應(yīng)生成氣態(tài)物質(zhì)Z，它們的物質(zhì)的量隨時(shí)間的變化如下表所示。
t/minX/molY/molZ/mol
01.001.000.00
10.900.800.20
30.750.500.50
50.650.300.70
90.550.100.90
100.550.100.90
140.550.100.90
(1)根據(jù)表中數(shù)據(jù)，在該題圖中相應(yīng)位置上畫出X、Y、Z的物質(zhì)的量(n)隨時(shí)間(t)變化的曲線：
(2)體系中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是____________；
(3)列式計(jì)算該反應(yīng)在0～3 min時(shí)間內(nèi)產(chǎn)物Z的平均反應(yīng)速率：
__________________________；
(1)該反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)反應(yīng)物X的轉(zhuǎn)化率α等于__________________________；
(5)如果該反應(yīng)是放熱反應(yīng)。改變實(shí)驗(yàn)條(溫度、壓強(qiáng)、催化劑)得到Z隨時(shí)間變化的曲線①、②、③(如上圖所示)，則曲線①、②、③改變的實(shí)驗(yàn)條分別是：
①________；②________；③________。
答案
(1)
(2)X＋2Y 2Z
(3)v(Z)＝ΔcZΔt＝ΔnZV•Δt＝0.5 mol2 L×3 min＝0.083 mol•L－1•min－1
(4)45%
(5)升高溫度 加入催化劑 增大壓強(qiáng)
解析 (1)畫出對(duì)應(yīng)的點(diǎn)直接連接起即可。
(2)由0～1 min時(shí)，Δn(X)∶Δn(Y)∶Δn(Z)＝1∶2∶2知該反應(yīng)的化學(xué)方程式為：X＋2Y 2Z。
(3)v(Z)＝ΔcZΔt＝ΔnZV•Δt＝0.5 mol2 L×3 min＝0.083 mol•L－1•min－1
(4)X的轉(zhuǎn)化率α＝ΔnXnX初×100%＝1.00－0.55mol1.00 mol×100%＝45%。
(5)由題中圖象知：平衡時(shí)，①曲線平衡時(shí)所用時(shí)間比原平衡時(shí)(9 min)短，且生成Z的量減少，故①曲線改變的條是升高溫度；②曲線的Z的物質(zhì)的量與原平衡時(shí)相同，但達(dá)到平衡的時(shí)間縮短為1 min，故②曲線改變的條是加入催化劑；③曲線平衡時(shí)所用時(shí)間比原平衡時(shí)(9 min)短，且生成Z的量增加，故③曲線改變的條是增大壓強(qiáng)。
第3時(shí) 等效平衡
[目標(biāo)要求] 1.理解等效平衡的概念。2.能夠判斷并建立等效平衡。
一、等效平衡的含義
在一定條下(恒溫恒容或恒溫恒壓)，對(duì)同一可逆反應(yīng)體系，起始時(shí)加入物質(zhì)的物質(zhì)的量不同，而達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)，同種物質(zhì)的百分含量相同，這樣的平衡稱為等效平衡。
二、等效平衡的分類
(1)對(duì)于恒溫、恒容條下的體積可變的反應(yīng)
如果按方程式中的化學(xué)計(jì)量關(guān)系轉(zhuǎn)化為方程式同一半邊的物質(zhì)，其物質(zhì)的量與對(duì)應(yīng)組分的起始加入量相同，則建立的化學(xué)平衡狀態(tài)是等效的。
結(jié)果：達(dá)到平衡后，各組分的百分含量及各組分的濃度都是相等的。
例如，一定條下的可逆反應(yīng)：
2SO2 ＋ O2 2SO3
① 2 mol 1 mol 0 mol
② 0 mol 0 mol 2 mol
③ 0.5 mol 0.25 mol 1.5 mol
上述三種配比，按方程式的計(jì)量關(guān)系均轉(zhuǎn)化為反應(yīng)物，則SO2均為2 mol、O2均為1 mol，三者建立的平衡狀態(tài)完全相同。
(2)對(duì)于恒溫、恒容條下的體積不變反應(yīng)以及恒溫、恒壓的可逆反應(yīng)(無論體積可變或不變)
如果按方程式的化學(xué)計(jì)量關(guān)系轉(zhuǎn)化為方程式同一半邊的物質(zhì)，其物質(zhì)的量比與對(duì)應(yīng)組分的起始加入量比相同，則建立的化學(xué)平衡狀態(tài)是等效的。
結(jié)果：達(dá)到平衡后，各組分的百分含量相同，但各組分的濃度并不一定相同。
例如：
H2(g)＋ I2(g) 2HI(g)
① 1 mol 1 mol 0 mol
② 2 mol 2 mol 1 mol
上述兩種配比，按方程式中化學(xué)計(jì)量關(guān)系均轉(zhuǎn)化為反應(yīng)物，兩種情況下H2(g)與I2(g)的物質(zhì)的量比均為1∶1，因此上述兩種情況建立的化學(xué)平衡狀態(tài)是等效的。
知識(shí)點(diǎn)一 恒溫、恒容條下的等效平衡
1．已知在等溫、等容條下，有如下可逆反應(yīng)：2A(g)＋2B(g) 3C(g)＋D(g)。現(xiàn)分別從兩條途徑建立平衡，途徑Ⅰ：A、B的起始濃度均為2 mol•L－1；途徑Ⅱ：C、D的起始濃度分別為6 mol•L－1和2 mol•L－1。下列敘述正確的是( )
A．Ⅰ、Ⅱ兩種途徑最終達(dá)到平衡時(shí)，體系內(nèi)混合氣體的濃度相同
B．Ⅰ、Ⅱ兩種途徑最終達(dá)到平衡時(shí)，體系內(nèi)混合氣體的百分組成相同
C．達(dá)到平衡時(shí)，Ⅰ途徑的反應(yīng)速率v1等于Ⅱ途徑的反應(yīng)速率v2
D．達(dá)到平衡時(shí)，Ⅰ途徑混合氣體的密度與Ⅱ途徑混合氣體的密度相等
答案 B
解析 該反應(yīng)的條是在等溫等容條下，且該反應(yīng)前后氣體體積不變。由于途徑Ⅱ相當(dāng)于A、B的起始濃度均為4 mol•L－1建立平衡體系，故平衡時(shí)各組分的體積百分含量應(yīng)與Ⅰ相同，但各組分的濃度以及混合氣體的密度則為Ⅰ的兩倍。
2．在1 L密閉容器中通入2 mol NH3，在一定溫度下發(fā)生反應(yīng)：2NH3 N2＋3H2，達(dá)平衡時(shí)，N2的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為a%，維持容器的體積和溫度不變，分別通入下列幾組物質(zhì)，達(dá)到平衡時(shí)，容器內(nèi)N2的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)仍為a%的是( )
A．3 mol H2和1 mol NH3
B．2 mol NH3和1 mol N2
C．2 mol N2和3 mol H2
D．0.1 mol NH3、0.95 mol N2、2.85 mol H2
答案 D
解析 由題意可知，是在恒溫恒容下的等效平衡，應(yīng)滿足投料相等，利用極限轉(zhuǎn)化法可將各項(xiàng)中物質(zhì)轉(zhuǎn)化成第一種情況中NH3的物質(zhì)的量比較：
A．1 mol NH3 3 mol H2 B．2 mol NH3 1 mol N2
C．2 mol NH3 1 mol N2 D中2 mol NH3，故答案為D。
3．一定溫度下，在恒容密閉容器中發(fā)生如下反應(yīng)：2A(g)＋B(g) 3C(g)，若反應(yīng)開始時(shí)充入2 mol A和2 mol B，達(dá)平衡后A的體積分?jǐn)?shù)為a%。其他條不變時(shí)，若按下列四種配比作為起始物質(zhì)，平衡后A的體積分?jǐn)?shù)大于a%的是( )
①2 mol C
②2 mol A、1 mol B和1 mol He(不參加反應(yīng))
③1 mol B和1 mol C
④2 mol A、3 mol B和3 mol C
A．①② B．②③ C．①④ D．③④
答案 A
解析 將選項(xiàng)中的各種配比全部轉(zhuǎn)化為起始時(shí)A和B的物質(zhì)的量并與題給平衡進(jìn)行對(duì)比分析：
起始時(shí)物質(zhì)的量mol 2A(g)＋ B(g) 3C(g) 平衡時(shí)φA
已知 2 2 0 a%
A 43 23 0 >a%
B 2 1 0 >a%
C 23 43 0 <a%
D 4 4 0 ＝a%
由于是在恒容條下，所以②選項(xiàng)中的1 mol He對(duì)平衡無影響。由于反應(yīng)2A(g)＋B(g) 3C(g)是一個(gè)氣體體積不變的反應(yīng)，因此當(dāng)n(A)∶n(B)＝1∶1時(shí)即與“已知”構(gòu)成等效平衡，平衡時(shí)φ(A)＝a%，如選項(xiàng)④；當(dāng)n(A)∶n(B)>1時(shí)，必然A的體積分?jǐn)?shù)增加，φ(A)>a%，如選項(xiàng)①、②；當(dāng)n(A)∶n(B)<1時(shí)，B的體積分?jǐn)?shù)增加，φ(A)<a%，如選項(xiàng)③。
知識(shí)點(diǎn)二 恒溫、恒壓條下的等效平衡
4．將3 mol A和1 mol B混合于一體積可變的密閉容器P中，以此時(shí)的溫度、壓強(qiáng)和體積作為起始條，發(fā)生如下反應(yīng)：3A(g)＋B(g) 2C(g)＋D(g)，達(dá)到平衡時(shí)C的濃度為ω mol•L－1。保持溫度和壓強(qiáng)不變，按下列四種配比充入容器P中，平衡后C的濃度仍為ω mol•L－1的是( )
A．6 mol A＋2 mol B
B．3 mol A＋1 mol B＋2 mol C
C．2 mol C＋1 mol B＋1 mol D
D．1 mol C＋2 mol D
答案 A
解析 在恒溫恒壓下，只要n(A)∶n(B)＝3∶1或n(C)∶n(D)＝2∶1，達(dá)到平衡時(shí)就均為同一平衡狀態(tài)，即滿足等效平衡的條。答案為A。
5．某溫度下，在一容積可變的容器中，反應(yīng)2A(g)＋B(g) 2C(g)達(dá)到平衡時(shí)，A、B和C的物質(zhì)的量分別為4 mol、2 mol和4 mol。保持溫度和壓強(qiáng)不變，對(duì)平衡混合物中三者的物質(zhì)的量做如下調(diào)整，可使平衡右移的是( )
A．均減半 B．均加倍 C．均增加1 mol D．均減少1 mol
答案 C
解析 由題意可知，本題為恒溫恒壓的等效平衡，要求投料時(shí)為等比。由于A、B等比例加入各物質(zhì)，則平衡不移動(dòng)。將C、D拆解分析。
若按比例增加、減少投料：
C增加：2A(g) ＋ B(g) 2C(g)
1 mol 0.5 mol 1 mol
再加0.5 mol B平衡右移。
D減少：2A(g) ＋ B(g) 2C(g)
1 mol 0.5 mol 1 mol
再減少0.5 mol B，則平衡左移。
6．恒溫、恒壓下，在一個(gè)可變?nèi)莘e的容器中發(fā)生反應(yīng)：A(g)＋B(g) C(g)
(1)若開始時(shí)放入1 mol A和1 mol B，達(dá)到平衡后，生成a mol C，這時(shí)n(A)為________ mol。
(2)若開始時(shí)放入3 mol A和3 mol B，達(dá)到平衡后，生成n(C)為________ mol。
(3)若開始時(shí)放入x mol A、2 mol B和1 mol C，達(dá)到平衡后，A和C的物質(zhì)的量分別是y mol和3a mol，則x＝________，y＝________。平衡時(shí)，n(B)________(選填一個(gè)編號(hào))，并寫出作出此判斷的理由________________________________________________________。
(甲)大于2 mol (乙)等于2 mol (丙)小于2 mol
(丁)可能大于、等于或小于2 mol
(4)若在(3)的平衡混合物中再加入3 mol C，待再次到達(dá)平衡后，C的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)是________。
答案 (1)1－a (2)3a (3)2 3－3a (丁) 若3a>1，B的物質(zhì)的量小于2 mol；若3a＝1，B的物質(zhì)的量等于2 mol；若3a<1，B的物質(zhì)的量大于2 mol (4)a2－a
練基礎(chǔ)落實(shí)
1．在相同溫度和壓強(qiáng)下，對(duì)反應(yīng)CO2(g)＋H2(g)??CO(g)＋H2O(g)進(jìn)行甲、乙、丙、丁四組實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)開始時(shí)放入容器內(nèi)各組分的物質(zhì)的量見下表
上述四種情況達(dá)到平衡后，n(CO)的大小順序是( )
A．乙＝丁>丙＝甲 B．乙>丁>甲>丙
C．丁>乙>丙＝甲 D．丁>丙>乙>甲
答案 A
解析 本題主要考查外界條對(duì)化學(xué)平衡的影響及等效平衡問題。解題時(shí)應(yīng)注意該反應(yīng)及反應(yīng)的特點(diǎn)，即反應(yīng)前后氣體體積不變，同時(shí)要明確等效平衡的條。把丙中a mol CO和a mol H2O按化學(xué)計(jì)量數(shù)轉(zhuǎn)成CO2和H2也分別為a mol，則甲與丙是等量等效，則達(dá)平衡時(shí)，n(CO)應(yīng)相等；把丁中a mol CO和a mol H2O按化學(xué)計(jì)量數(shù)轉(zhuǎn)成CO2和H2，則起始時(shí)丁中CO2為2a mol、H2為a mol，則與乙等量等效，到達(dá)平衡時(shí)n(CO)相等。乙與甲相比相當(dāng)于在甲的平衡中又加入了a mol的CO2，導(dǎo)致平衡正移，則平衡時(shí)n(CO)乙>n(CO)甲，故選A。
2．對(duì)反應(yīng)2NO2(g) N2O4(g)，在恒溫的容器中，欲使cNO2cN2O4比值增大，在溫度不變時(shí)應(yīng)采取( )
A．體積不變，增加NO2的物質(zhì)的量
B．體積不變，增加N2O4的物質(zhì)的量
C．使體積擴(kuò)大到原的2倍
D．使體積不變充入N2
答案 C
解析 體積不變無論是增加NO2物質(zhì)的量還是增加N2O4的物質(zhì)的量，從效果上講，都相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，平衡右移，NO2相對(duì)含量減小，N2O4相對(duì)增多，故A、B錯(cuò)；C項(xiàng)等效于減小壓強(qiáng)，C正確；需要注意的是B項(xiàng)單從平衡移動(dòng)角度看，因c(N2O4)變大，使v正<v逆，平衡應(yīng)左移。也就是平衡移動(dòng)這一過程變化和結(jié)果是兩回事。
3．在一密閉的容器中充入2 mol A和1 mol B發(fā)生反應(yīng)：2A(g)＋B(g) xC(g)，達(dá)到平衡后，C的體積分?jǐn)?shù)為w%；若維持容器的容積和溫度不變，按起始物質(zhì)的量A：0.6 mol、B：0.3 mol、C：1.4 mol充入容器，達(dá)到平衡后，C的體積分?jǐn)?shù)仍為w%，則x的值為( )
A．只能為2 B．只能為3
C．可能為2，也可能為3 D．無法確定
答案 C
解析 這是一道關(guān)于在恒溫恒容條下的等效平衡問題，應(yīng)該包括兩種情況。若x等于3，則這一反應(yīng)是一個(gè)前后氣體體積不變的類型，因此只要滿足第二種投料方式中按化學(xué)計(jì)量數(shù)換算成平衡式左右兩邊同一邊物質(zhì)的物質(zhì)的量之比與第一種投料方式相等即可達(dá)到等效平衡。若x不等于3，則須滿足第二種投料方式中通過可逆反應(yīng)的化學(xué)計(jì)量數(shù)比換算成平衡式左右兩邊同一邊物質(zhì)的物質(zhì)的量與第一種投料方式完全相等，才能使兩平衡等效。
4．在一真空密閉容器中盛有1 mol PCl5，加熱到200 ℃，發(fā)生反應(yīng)：PCl5(g) PCl3(g)
＋Cl2(g)，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，PCl5在混合氣體中的體積分?jǐn)?shù)為m%，若在相同的溫度和相同的容器中，起始時(shí)加入2 mol PCl5，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，PCl5在混合氣體中的體積分?jǐn)?shù)為n%，則m和n的關(guān)系正確的是( )
A．m>n B．m<n C．m＝n D．無法比較
答案 B
解析 設(shè)計(jì)如下等效平衡模型：
在上述模型中，①和②互為等效平衡，平衡混合氣體中PCl5的體積分?jǐn)?shù)為m%。③達(dá)到平衡時(shí)，PCl5體積分?jǐn)?shù)為n%，從②到③，由于增大壓強(qiáng)，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，所以，PCl5在平衡混合氣體中的體積分?jǐn)?shù)增大。即：n>m，B選項(xiàng)正確。
練方法技巧
5．一定溫度下，在恒容密閉容器中發(fā)生如下反應(yīng)：2A(g)＋B(g) 3C(g)，若反應(yīng)開始時(shí)充入2 mol A和2 mol B，達(dá)平衡后A的體積分?jǐn)?shù)為a%。其他條不變時(shí)，若按下列四種配比作為起始物質(zhì)，平衡后A的體積分?jǐn)?shù)小于a%的是( )
A．2 mol C
B．2 mol A和1 mol B
C．1 mol B和1 mol C
D．2 mol A、3 mol B和3 mol C
答案 C
解析 由于壓強(qiáng)改變對(duì)平衡移動(dòng)無影響，故平衡后A的體積分?jǐn)?shù)只與起始加入的A、B物質(zhì)的量之比有關(guān)。假設(shè)反應(yīng)都向逆反應(yīng)進(jìn)行到底，按四種配比加入起始物質(zhì)，可等效轉(zhuǎn)換成起始加入A、B的物質(zhì)的量之比為：
A．n(A)∶n(B)＝2∶1 B．n(A)∶n(B)＝2∶1
C．n(A)∶n(B)＝1∶2 D．n(A)∶n(B)＝1∶1
平衡后A的體積分?jǐn)?shù)為a%時(shí)，起始加入的A、B物質(zhì)的量之比為1∶1。若平衡后A的體積分?jǐn)?shù)小于a%，則起始加入A、B的物質(zhì)的量之比應(yīng)小于1∶1。
點(diǎn)撥：等效平衡問題一般涉及的是氣體參加的反應(yīng)。解決問題時(shí)同學(xué)們?nèi)菀壮霈F(xiàn)下面兩個(gè)錯(cuò)誤：(1)忽略了反應(yīng)條對(duì)等效平衡的限制作用。(2)不注意反應(yīng)類型的特殊性，即等體反應(yīng)和非等體反應(yīng)的等效平衡建立的限制條是不同的。
6．已知：H2(g)＋I(xiàn)2(g) 2HI(g) ΔH<0。有相同容積的定容密閉容器甲和乙，甲中加入H2和I2各0.1 mol，乙中加入HI 0.2 mol，相同溫度下分別達(dá)到平衡。欲使甲中HI的平衡濃度大于乙中HI的平衡濃度，應(yīng)采取的措施是( )
A．甲、乙提高相同溫度
B．甲中加入0.1 mol He，乙不變
C．甲降低溫度，乙不變
D．甲增加0.1 mol H2，乙增加0.1 mol I2
答案 C
解析 0.2 mol HI相當(dāng)于H2、I2各0.1 mol，所以甲、乙在題述情況下達(dá)到的平衡是等效的。A項(xiàng)，甲、乙提高相同溫度，仍等效；B項(xiàng)，甲中加入0.1 mol He對(duì)反應(yīng)無影響；C項(xiàng)，甲降低溫度，平衡右移，HI的濃度增大；D項(xiàng)，甲增加0.1 mol H2，乙增加0.1 mol I2，平衡都向右移動(dòng)，HI的濃度都增大。
點(diǎn)撥：任何一個(gè)可逆反應(yīng)體系，在相同條下從不同的狀態(tài)開始，只要達(dá)到平衡時(shí)的條(溫度、壓強(qiáng)、濃度)完全相同，則可以形成等效平衡。我們?cè)诮忸}中若遇到將兩個(gè)狀態(tài)進(jìn)行比較這類問題，可以“虛擬”一個(gè)中間過程，如一個(gè)容器、一個(gè)隔板等，然后再進(jìn)行比較。
綜合拓展
7．某溫度下，密閉容器中充入1 mol N2和3 mol H2，使之反應(yīng)合成NH3，平衡后，測(cè)得NH3的體積分?jǐn)?shù)為n0，如果溫度不變，只改變起始加入量，使反應(yīng)平衡后NH3的體積分?jǐn)?shù)為n0，若N2、H2、NH3的物質(zhì)的量分別用x、y、z表示。
Ⅰ.恒溫恒容條下
①若x＝0，y＝0，則z＝________。
②若x＝0.75 mol，則y＝______，z＝________。
③x、y、z滿足的一般條是______________________________________________。
Ⅱ.恒溫恒壓條下，上述結(jié)論又如何？
答案 Ⅰ.①2 mol ②2.25 mol 0.5 mol
③2x＋z＝2,2y＋3z＝6
Ⅱ.①z為大于0的任意值 ②2.25 mol z為任意值
③x∶y＝1∶3，z為任意值，或x或y均等于0，z為大于0的任意值。
解析 本題起始狀態(tài)不同，但最終NH3的百分含量相同，即最終各平衡是等效的。恒溫恒容條下，“一邊倒”后，對(duì)應(yīng)的各物質(zhì)的物質(zhì)的量相等即可，例如“左倒”后，都是1 mol N2和3 mol H2，故①x＝0，y＝0，則z＝2 mol；②若x＝0.75 mol，則y＝2.25 mol，z＝0.5 mol；③“左倒”后，生成的N2為z2 mol，生成的H2為3z2 mol，所以x＋z2＝1，y＋3z2＝3。還可以用原子守恒：2x＋z＝2(N守恒)；2y＋3z＝6(H守恒)。恒溫恒壓下，“一邊倒”后，求得N2、H2物質(zhì)的量之比為1∶3即可。因?yàn)镹2、H2、NH3的計(jì)量數(shù)之比為1∶3∶2，所以x＝0，y＝0，則z為大于0的任意值；x＝0.75 mol，則y＝2.25 mol，z為任意值；x∶y＝1∶3；z為任意值，若x與y均等于0，z為大于0的任意值。
8．在恒溫容器中加入1 mol N2和3 mol H2，達(dá)到平衡時(shí)NH3的體積分?jǐn)?shù)為m%。若N2、H2、NH3的起始加入量分別為x mol、y mol、z mol，達(dá)到平衡時(shí)NH3的體積分?jǐn)?shù)仍為m%。
(1)該容器恒容，則x、y、z應(yīng)滿足的關(guān)系是
________________________________________________________________________。
(2)該容器恒壓，則x、y、z應(yīng)滿足的關(guān)系是
________________________________________________________________________，
設(shè)前者達(dá)到平衡時(shí)生成NH3 a mol，則后者達(dá)到平衡時(shí)生成NH3________mol(用a、x、z表示)。
答案 (1)x＋z/2＝1且y＋3z/2＝3
(2)(2x＋z)/(2y＋3z)＝1/3 (x＋z/2)a mol
解析 解法一：極限法
N2 ＋ 3H2 2NH3
起點(diǎn)1: 1 mol 3 mol 0
起點(diǎn)2: x mol y mol z mol
逆推： (x＋z/2) mol (y＋3z/2) mol 0
(1)根據(jù)題意，兩起點(diǎn)達(dá)到平衡時(shí)，NH3的量相等，而化學(xué)平衡的建立只與條(溫度、濃度、壓強(qiáng))有關(guān)，與途徑無關(guān)，故將起點(diǎn)2“推回”至與起點(diǎn)1相同時(shí)(即將z mol NH3完全分解，如上所示)，N2與H2的量應(yīng)分別與起點(diǎn)1完全相同，這樣兩者達(dá)到平衡時(shí)N2、H2、NH3的量才完全相同，故x、y、z應(yīng)滿足的關(guān)系如下：x＋z/2＝1且y＋3z/2＝3。
(2)根據(jù)題意，兩起點(diǎn)達(dá)到平衡時(shí)，NH3的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)相等，故只需“一邊推”后，兩者的投料比相等即可，故x、y、z應(yīng)滿足的關(guān)系如下：
1 mol∶3 mol＝(x＋z/2)mol∶(y＋3z/2)mol
即：(x＋z/2)mol/(y＋3z/2)mol＝1/3
因?yàn)椤耙贿呁啤焙螅笳叩腘2為前者的(x＋z/2)倍，故平衡時(shí)生成的NH3也為前者的(x＋z/2)倍，即(x＋z/2)a mol
解法二：原子守恒法
(1)因?yàn)槠瘘c(diǎn)1與起點(diǎn)2達(dá)到平衡時(shí)各組分的量分別相等，故各原子的物質(zhì)的量也應(yīng)分別相等，利用原子守恒有：
2x＋z＝1×2(N原子守恒)
2y＋3z＝3×2(H原子守恒)
(2)因?yàn)槠瘘c(diǎn)1與起點(diǎn)2達(dá)到平衡時(shí)各組分的體積分?jǐn)?shù)分別相等，故各原子的物質(zhì)的量之比也應(yīng)分別相等，故：
起點(diǎn)1中：n(N)/n(H)＝(1×2)/(3×2)＝1/3
起點(diǎn)2中：n(N)/n(H)＝(2x＋z)/(2y＋3z)得(2x＋z)/(2y＋3z)＝1/3
又因?yàn)楹笳逳原子是前者N原子的(2x＋z)/2倍，所以生成NH3為(x＋z/2)a mol。
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