2019届二轮复习化学平衡学案（全国通用）

2019届二轮复习化学平衡学案（全国通用）

专题十一　化学平衡 ‎[查漏补缺·对接高考]　　　　　　　　　　　　　　排查核心知识　挖掘命题规律 ‎[储知识·要点回扣]‎ ‎■思维深化——做一做 ‎1．对于恒容密闭容器中的反应：4NH3(g)＋5O2(g) 4NO(g)＋6H2O(g)　ΔH＜0‎ 状态描述 ‎ 能否平衡(填“能”或“否”)‎ ‎(1)单位时间内生成4 mol NO的同时生成4 mol NH3‎ ‎(2)v正(NH3)∶v逆(O2)＝4∶5‎ ‎(3)NH3的浓度不再改变 ‎(4)容器内总压强不随时间改变 ‎(5)混合气体的密度不再改变 ‎(6)混合气体的平均相对分子质量不再改变 答案：(1)能　(2)能　(3)能　(4)能　(5)否　(6)能 ‎2．一定条件下反应C(s)＋H2O(g) CO(g)＋H2(g)　ΔH＞0，在某密闭容器中达到平衡。‎ 改变条件 反应速率变化 平衡移动方向 H2O的转化率 ‎(1)升高温度 增大 右移 增大 ‎(2)减小容器的容积 ‎(3)继续充入水蒸气 ‎(4)保持恒温、恒压，充入Ne ‎(5)保持恒温、恒容，充入N2‎ ‎(6)使用催化剂 ‎(7)加入C(s)‎ 答案：(2)增大　左移　减小　(3)增大　右移　减小　(4)减小　右移　增大　(5)不变　不移动　不变　(6)增大　不移动　不变　(7)不变　不移动　不变 ‎3．对于一定条件下的可逆反应：‎ 甲：A(g)＋B(g) C(g)　ΔH＜0‎ 乙：A(s)＋B(g) C(g)　ΔH＜0‎ 丙：A(g)＋B(g) 2C(g)　ΔH＞0‎ 达到化学平衡后，加压，使体系体积缩小为原来的，回答下列问题：‎ ‎(1)平衡移动方向(填“向左”“向右”或“不移动”)‎ 甲：________；乙：________；丙：________。‎ ‎(2)设压缩之前压强分别为p甲、p乙、p丙，压缩后压强分别为p′甲、p′乙、p′丙，则p甲与p′甲，p乙与p′乙、p丙与p′丙的关系分别为甲：________；乙：________；丙：________。‎ 答案：(1)向右　不移动　不移动　(2)p甲＜p′甲＜2p甲　p′乙＝2p乙　p′丙＝2p丙 ‎4．一定条件下反应C(s)＋CO2(g) 2CO(g)　ΔH＞0，在体积不变的密闭容器中达到平衡，回答下列问题：‎ ‎(1)平衡常数表达式是_____________________________________________。‎ ‎(2)若升高温度，平衡常数K________，平衡向______方向移动。‎ ‎(3)若再通入一定量的CO2气体，反应速率________，平衡常数K________，平衡向________方向移动，CO2的转化率________。‎ ‎(4)若再充入一定量的N2，反应速率________，平衡常数K________，平衡________移动。‎ 答案：(1)　(2)增大　正反应　(3)增大　不变　正反应　减小　(4)不变　不变　不 ‎5．NH3(g)＋HCl(g)===NH4Cl(s)在室温下可自发进行的理由是________，CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)在高温下可自发进行的理由是________。‎ 答案：ΔH＜0　ΔS＞0‎ ‎[探高考·真题鉴赏]‎ ‎1．(2018·全国高考卷Ⅱ节选)CH4CO2催化重整反应为CH4(g)＋CO2(g) 2CO(g)＋2H2(g)　ΔH＞0。‎ ‎(1)有利于提高CH4平衡转化率的条件是________(填标号)。‎ A．高温低压　　　　　 B．低温高压 C．高温高压 D．低温低压 ‎(2)某温度下，在体积为‎2 L的容器中加入2 mol CH4、1 mol CO2以及催化剂进行重整反应，达到平衡时CO2的转化率是50%，其平衡常数为________mol2·L－2。‎ 解析：(1)将题给三个反应依次编号为①、②、③：‎ ‎①C(s)＋2H2(g)===CH4(g)　ΔH＝－75 kJ·mol－1‎ ‎②C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝－394 kJ·mol－1‎ ‎③C(s)＋O2(g)===CO(g)　ΔH＝－111 kJ·mol－1‎ 根据盖斯定律，由③×2－①－②可得：‎ CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)　ΔH＝＋247 kJ·mol－1。根据平衡移动的影响因素，该反应的正反应是一个吸热、气体体积增大的反应，所以高温低压有利于反应正向移动。‎ CH4(g)＋CO2(g)??2CO(g)＋2H2(g)‎ 　　 　1　　0.5　　　　0　　　 0‎ 0.25 0.25 0.5 0.5‎ 0.75 0.25 0.5 0.5‎ K＝ ‎＝ ‎＝ mol2·L－2‎ 答案：(1)A　(2) ‎2．(2018·全国高考卷Ⅲ节选)对于反应2SiHCl3(g)===SiH2Cl2(g)＋SiCl4(g)，采用大孔弱碱性阴离子交换树脂催化剂，在323 K和343 K时SiHCl3的转化率随时间变化的结果如图所示。‎ ‎(1)343 K时反应的平衡转化率α＝________%。平衡常数K343 K＝________(保留2位小数)。‎ ‎(2)在343 K下，要提高SiHCl3转化率，可采取的措施是________________。‎ 解析：温度越高，反应速率越快，达到平衡的时间越短，曲线a达到平衡的时间短，则曲线a代表343 K时SiHCl3的转化率变化，曲线b代表323 K时SiHCl3的转化率变化。‎ ‎(1)由题图可知，343 K时反应的平衡转化率α＝22%。设起始时SiHCl3(g)的浓度为1 mol·L－1，则有 ‎2SiHCl3(g)===SiH2Cl2(g)＋SiCl4(g)‎ 起始浓度/(mol·L－1) 　　　　1 　　 　0 　 0‎ 转化浓度/(mol·L－1) 　　　　0.22 　　　0.11 　0.11‎ 平衡浓度/(mol·L－1) 　　　　0.78 　　　0.11 　0.11‎ 则343 K时该反应的平衡常数K343 k＝[c(SiH2Cl2)·c(SiCl4)]/c2(SiHCl3)＝(0.11 mol·L－1)2/(0.78 mol·L－1)2≈0.02。‎ ‎(2)在343 K时，要提高SiHCl3转化率，可采取的措施是及时移去产物，使平衡向右移动，要缩短反应达到平衡的时间，需加快化学反应速率，可采取的措施有提高反应物压强或浓度、改进催化剂等。‎ 答案：(1)22　0.02　(2)及时移去产物 ‎3．(2018·全国高考卷Ⅰ节选)F.Daniels等曾利用测压法在刚性反应器中研究了‎25 ℃‎时N2O5(g)分解反应：‎ 其中NO2二聚为N2O4的反应可以迅速达到平衡。体系的总压强p随时间t的变化如下表所示[t＝∞时，N2O5(g)完全分解]：‎ t/min ‎0‎ ‎40‎ ‎80‎ ‎160‎ ‎260‎ ‎1 300‎ ‎1 700‎ ‎∞‎ p/kPa ‎35.8‎ ‎40.3‎ ‎42.5‎ ‎45.9‎ ‎49.2‎ ‎61.2‎ ‎62.3‎ ‎63.1‎ ‎(1)若提高反应温度至‎35 ℃‎，则N2O5(g)完全分解后体系压强p∞(‎35 ℃‎)________63.1 kPa(填“大于”“等于”或“小于”)，原因是________________________________。‎ ‎(2)‎25 ℃‎时N2O4(g)??2NO2(g)反应的平衡常数Kp＝________kPa(Kp为以分压表示的平衡常数，计算结果保留1位小数)。‎ 解析：(1)温度提高，体积不变，总压强提高；NO2二聚为放热反应，温度提高，平衡左移，体系物质的量增加，总压强提高。‎ ‎(2)时间无限长时N2O5完全分解，故由2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)知，此时生成的pNO2＝2pN2O5＝2×35.8 kPa＝71.6 kPa，pO2＝0.5×35.8 kPa＝17.9 kPa。由题意知，平衡时体系的总压强为63.1 kPa，则平衡体系中NO2、N2O4的压强和为63.1 kPa－17.9 kPa＝45.2 kPa，设N2O4的压强为x kPa，则 ‎ N2O4(g)??2NO2(g)‎ 初始压强/kPa 0 71.6‎ 转化压强/kPa x 2x 平衡压强/kPa x 71.6－2x 则x＋(71.6－2x)＝45.2，解得x＝26.4,71.6 kPa－26.4 kPa×2＝18.8 kPa，Kp＝＝‎ eq f((18.8 kPa)2,26.4 kPa)≈13.4 kPa。‎ 答案：(1)大于　温度提高，体积不变，总压强提高；NO2二聚为放热反应，温度提高，平衡左移，体系物质的量增加，总压强提高　(2)13.4‎ ‎4．(2017·全国高考卷Ⅲ·T28节选)298 K时，将20 mL 3x mol·L－1Na3AsO3、20 mL 3x mol·L－1 I2和20 mL NaOH溶液混合，发生反应：AsO (aq)＋I2(aq)＋2OH－(aq)??AsO(aq)＋2I－(aq)＋H2O(l)。溶液中c(AsO)与反应时间(t)的关系如图所示。‎ ‎①下列可判断反应达到平衡的是________(填标号)。‎ a．溶液的pH不再变化 b．v(I－)＝2v(AsO)‎ c．c(AsO)/c(AsO)不再变化 d．c(I－)＝y mol·L－1‎ ‎②tm时，v正________v逆(填“大于”“小于”或“等于”)。‎ ‎③tm时v逆________tn时v逆(填“大于”“小于”或“等于”)，理由是________________________________________________________________________。‎ ‎④若平衡时溶液的pH＝14，则该反应的平衡常数K为________。‎ 解析：①溶液的pH不再变化，即OH－的浓度不再变化，所以平衡体系中各组分的浓度均不再变化，说明反应达到平衡状态，a项正确；当v正(I－)＝2v逆(AsO)或v逆(I－)＝2v正(AsO)时反应达到平衡状态；选项中的速率未指明是正反应速率还是逆反应速率，故b项错误；反应达到平衡之前，c(AsO)逐渐减小而c(AsO)逐渐增大，故c(AsO)/c(AsO)逐渐增大，当c(AsO)/c(AsO)不变时反应达到平衡状态，c项正确；根据离子方程式可知反应体系中恒有c(I－)＝2c(AsO)，观察图像可知反应达到平衡时c(AsO)＝y mol·L－1，此时c(I－)＝2y mol·L－1，故d项错误。②tm时反应未达到平衡状态，所以v正大于v逆。③从tm到tn，反应逐渐趋于平衡状态，反应物浓度逐渐减小而生成物浓度逐渐增大，所以正反应速率逐渐减小，逆反应速率逐渐增大，故tm时v逆小于tn时v逆。④根据题意，起始时c(AsO)＝c(I2)＝x mol·L－1。根据图像可知平衡时c(AsO)＝y mol·L－1，则此时c(I－)＝2y mol·L－1，c(AsO)＝c(I2)＝(x－y)mol·L－1，平衡时溶液的pH＝14，则c(OH－)＝1 mol·L－1，故该反应的平衡常数K＝＝ (mol·L－1)－1。‎ 答案：①a、c　②大于　③小于　tm时生成物浓度较低 ‎④ (mol·L－1)－1‎ ‎[研考纲·聚焦素养]‎ 最新考纲 ‎1．了解化学反应的可逆性。‎ ‎2．了解化学平衡建立的过程。理解化学平衡常数的含义，能够利用化学平衡常数进行简单的计算。‎ ‎3．掌握外界条件对化学平衡的影响，认识其一般规律。‎ ‎4．了解化学反应速率和化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。‎ 核心素养 ‎1．变化观念与平衡思想：认识化学反应是有限度的，能多角度、动态地分析化学平衡状态并运用化学平衡移动原理解决实际问题。‎ ‎2．证据推理与模型认知：通过对化学平衡概念的深刻讨论，建立平衡思想，并能广泛应用于一定条件下的可逆过程中，揭示平衡移动的本质与规律。‎ ‎3．科学精神与社会责任：应具有严谨求实的科学态度，具有探索未知、崇尚真理的意识；赞赏化学对社会发展的重大贡献，具有可持续发展意识和绿色化学观念，能对与化学有关的社会热点问题做出正确的价值判断。‎ ‎[题型突破·通法悟道]　　　　　　　　　　　　　　　　摆题型示例　巧取应考宝典 授课提示：对应学生用书第41页 题型一　化学平衡状态及其移动 ‎[研——题型探究]‎ ‎►角度一　化学平衡状态的判断 ‎1．将FeCl3溶液和KI溶液混合，发生反应：2Fe3＋(aq)＋2I－(aq)??2Fe2＋(aq)＋I2(aq)。下列各项能判断上述可逆反应达到平衡状态的是(　　)‎ A．溶液颜色不再变化 B．c(K＋)不再变化 C．c(Fe3＋)与c(Fe2＋)之和不再变化 D．v正(I－)＝2v正(I2)‎ 解析：A项，溶液颜色不再变化，说明Fe3＋、Fe2＋及I2的浓度不再变化，反应达到平衡状态；B项，钾离子浓度始终不变，因此c(K＋)不变不能用于判断反应是否达到平衡状态；C项，由铁元素守恒知，铁离子和亚铁离子的浓度之和始终不变，因此c(Fe3＋)与c(Fe2＋)之和不变不能用于判断反应是否达到平衡状态；D项，v正(I－)和v正(I2)同为正反应速率，v正(I－)＝2v正(I2)不能用于判断反应是否达到平衡状态。‎ 答案：A ‎(1)c(Fe3＋)或c(Fe2＋)不再变化，是平衡状态吗？‎ ‎(2)v正(I－)＝2v逆(I2)时是平衡状态吗？‎ 提示：(1)是。因为c(Fe3＋)、c(Fe2＋)是随反应进行改变的量。‎ ‎(2)是。此关系说明正、逆反应速率相等。 ‎ ‎　拓展延伸 ‎[题型建模]‎ 判断化学反应达到平衡状态的“2方法”‎ ‎►角度二　“建模、解模”分析法在平衡移动结果判定中的应用 ‎2．已知2SO2(g)＋O2(g)??2SO3(g)　ΔH＝－197 kJ·mol－1，向同温、同体积的甲、乙、丙三个密闭容器中分别充入气体：2 mol SO2和1 mol O2；1 mol SO2和0.5 mol O2；2 mol SO3。恒温、恒容下反应达到平衡时，下列关系一定正确的是(　　)‎ A．容器内压强p：p甲＝p丙＞2p乙 B．SO3的质量m：m甲＝m丙＞‎2m乙 C．c(SO2)与c(O2)之比k：k甲＝k丙＞k乙 D．反应放出或吸收的热量Q：Q甲＝Q丙＞2Q乙 解析：容器丙中初始反应物为容器甲中物质完全反应的产物，可知容器甲中的反应和容器丙中的反应为等效平衡，则平衡时容器内压强p甲＝p丙，SO3的质量m甲＝m丙，c(SO2)与c(O2)之比k甲＝k丙，但反应放出的热量Q甲＋Q丙＝197 kJ。容器甲和容器乙中的反应比较可用如图所示模型帮助理解。‎ 压缩体积前，两个容器乙中的反应为全等效平衡，去掉隔板，浓度、压强均不变；压缩体积后，体积缩小为原来的，若平衡不移动，则容器甲中的压强为容器乙中的2倍，但压强增大，平衡正向移动，则SO3的质量m甲>2m乙，c(SO2)与c(O2)之比k甲＝k乙 ‎，反应放出的热量Q甲>2Q乙，总物质的量减小，导致平衡压强减小，故容器内压强p甲＜2p乙。‎ 答案：B ‎[题型建模]‎ 当容器Ⅱ中的投料量是容器Ⅰ中的n倍时，可通过构建模型来考虑。‎ 一般解题步骤：以PCl5(g)??PCl3(g)＋Cl2(g)为例，容器Ⅰ、Ⅱ容积相同，容器Ⅱ中投料量是容器Ⅰ中的2倍。‎ ‎(1)建模：构建容器Ⅰ的模型。‎ ‎(2)解模：将容器Ⅱ进行拆分，构建新的模型(用“―→”表示状态变化的方向，用“”表示虚拟的过程)。‎ 即容器Ⅱ中的反应相当于在虚拟容器的基础上增加压强，平衡逆向移动，容器Ⅱ相对于容器Ⅰ，PCl5的体积分数增大。‎ ‎[练——即学即用]‎ ‎1．汽车尾气净化的主要原理为2NO(g)＋2CO(g)2CO2(g)＋N2(g)　ΔH＜0。若该反应在绝热、恒容的密闭体系中进行，下列示意图正确且能说明反应在进行到t1时刻达到平衡状态的是________(填编号)。‎ 解析：①达到平衡时，v正应保持不变。‎ ‎②由于是放热反应，又是绝热容器，体系温度升高，平衡左移，K减小。‎ ‎③图中达到平衡时，CO、CO2的改变量不是1∶1。‎ ‎④w(NO)逐渐减小，达到平衡时保持不变。‎ ‎⑤因正反应放热，容器绝热，故反应开始后体系温度升高，达到平衡状态时，体系温度不再发生变化。‎ ‎⑥ΔH是一个定值，不能用于判断可逆反应是否达到平衡状态。‎ 答案：②④⑤‎ ‎2．一定温度下，将2 mol NO、1 mol CO充入‎1 L固定容积的密闭容器中发生反应：2NO(g)＋2CO(g)??N2(g)＋2CO2(g)　ΔH＜0。反应过程中部分物质浓度变化如图所示。‎ 若15 min时再向容器中充入CO、N2各0.6 mol，该反应是否处于平衡状态？‎ 解析：由图像知，10 min时反应达到平衡状态，‎ K＝＝，‎ Qc＝＝，‎ Qc＝K，‎ 所以该反应仍处于平衡状态。‎ 答案：该反应处于平衡状态。‎ ‎3．在一定条件下，可逆反应2NO2(g)??N2O4(g)　ΔH<0达到平衡，当分别改变下列条件时，请回答下列问题：(1)保持容器容积不变，通入一定量NO2，则达到平衡时NO2的百分含量________(填“增大”“减小”或“不变”，下同)；保持容器容积不变，通入一定量N2O4，则达到平衡时NO2的百分含量________。‎ ‎(2)保持压强不变，通入一定量NO2，则达到平衡时NO2的百分含量________；‎ 保持压强不变，通入一定量N2O4，则达到平衡时NO2的百分含量________。‎ ‎(3)保持容器容积不变，通入一定量氖气，则达到平衡时NO2的转化率________；保持压强不变，通入氖气使体系的容积增大一倍，则达到平衡时NO2的转化率________。‎ 答案：(1)减小　减小　(2)不变　不变　(3)不变　减小 题型二　化学反应速率和化学平衡图像 ‎[研——题型探究]‎ ‎►角度一　考查图像分析及文字表述 ‎1．可用乙烯和乙酸为原料，杂多酸为催化剂合成乙酸乙酯，其基本反应为CH2===CH2(g)＋CH3COOH(l)CH3COOC2H5(l)。在相同时间点，n(乙烯)∶n(乙酸)＝1∶1的条件下，某研究小组在不同压强下进行了乙酸乙酯的产率随温度变化的测定实验，实验结果如图所示。下列说法正确的是(　　)‎ A．60～‎80 ℃‎范围内，反应速率：v(p1)v(p2)>v(p3)，这是因为该反应有气体参与，压强越大，反应速率越快，A项错误；乙烯与乙酸乙酯的化学计量数相等，故乙烯的转化率与乙酸乙酯的产率相等，即乙烯的转化率为30%，B项错误；由图像可知，b点时反应已达平衡且正反应放热，故压强不变，升高温度平衡逆向移动，产率下降，C项正确；根据平衡移动原理，通入乙烯气体或增大压强，可以提高乙酸乙酯的合成速率和产率，但因为乙酸为液体，加入液体不能改变反应速率，D项错误。‎ 答案：C ‎►角度二　根据化学平衡图像进行相关计算 ‎2．在某容积为‎1 L的密闭容器中进行合成氨反应N2(g)＋3H2(g)??2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ·mol－1，其他条件不变时，加入一定量的N2，改变起始投料时氢气的物质的量，则平衡时NH3的百分含量变化如图所示。已知b点表示在容器中加入1 mol N2，3 mol H2，5 min后反应达到平衡时NH3的百分含量为60%。下列叙述正确的是(　　)‎ A．T2>T1‎ B．a、b、c三点中，b点H2的转化率最大 C．b点条件下，反应达到平衡时，v(NH3)＝0.3 mol·L－1·min－1‎ D．若起始反应物的量比b点增加一倍，则达到平衡时放出的热量少于138.6 kJ 解析：合成氨为放热反应，温度升高时，平衡逆向移动，平衡时生成物NH3的百分含量减少，故T2＜T1，A项错误；a、b、c三点H2的量逐渐增大，反应正向进行的程度增大，但H2的转化率逐渐减小，故a点H2的转化率最大，B项错误；由题意知，‎ ‎　　　　　N2(g)＋3H2(g)??2NH3(g)‎ 开始/mol 1 3 0‎ 转化/mol x 3x 2x 平衡/mol 1－x 3－3x 2x 则有×100%＝60%，解得x＝0.75，故v(NH3)＝1.5 mol÷1 L÷5 min＝0.3 mol·L－1·min－1，C项正确；b点条件下，平衡时H2的转化率为75%，此时放出的热量为92.4 kJ·mol－1×0.75 mol＝69.3 kJ，若起始时反应物的量增加一倍，则压强增大，平衡正向移动，反应物转化率提高，即H2转化率高于75%，因此放出的热量多于2×69.3 kJ＝138.6 kJ，D项错误。‎ 答案：C ‎[练——即学即用]‎ ‎1．(2018·大同模拟)利用I2O5可消除CO污染，其反应为I2O5(s)＋5CO(g)??5CO2(g)＋I2(s)；不同温度下，向装有足量I2O5固体的‎2 L恒容密闭容器中通入2 mol CO，测得CO2气体体积分数φ(CO2)随时间t变化曲线如图所示。下列说法正确的是(　　)‎ A．b点时，CO的转化率为20%‎ B．容器内的压强保持恒定，表明反应达到平衡状态 C．b点和d点的化学平衡常数：Kb＞Kd D．0到0.5 min反应速率v(CO)＝0.3 mol·L－1·min－1‎ 解析：　　　5CO(g)＋I2O5(s)??5CO2(g)＋I2(s)‎ 起始量/mol　　2 0‎ 转化量/mol　　y y b点量/mol　 　2－y y 根据b点时CO2的体积分数φ(CO2)＝y/2＝0.80，得y＝1.6 mol，CO的转化率为×100%＝80%，A错误；由于该反应前后气体的物质的量不变，所以容器内压强恒定，不能作为平衡状态的标志，B错误；由于反应温度不同，且b点比d点时生成物CO2的体积分数大，说明进行程度大，则化学平衡常数：Kb＞Kd，C正确；‎ ‎0到0.5 min时，‎ ‎　　　 　5CO(g)＋I2O5(s)??5CO2(g)＋I2(s)‎ 起始量/mol　　2 0‎ 转化量/mol　　x x a点量/mol　 　2－x x 根据a点时CO2的体积分数φ(CO2)＝x/2＝0.30，得x＝0.6 mol，则从0到0.5 min时的反应速率为v(CO)＝＝0.6 mol·L－1·min－1，D错误。‎ 答案：C ‎2．(2018·惠州模拟节选)用氨气制取尿素[CO(NH2)2]的合成塔中发生反应：‎ ‎2NH3(g)＋CO2(g)??CO(NH2)2(l)＋H2O(g)。如图为合成塔中不同氨碳比a和水碳比b时二氧化碳的转化率(x%)。b宜控制在________(填字母)范围内。‎ A．0.6～0.7　B．1～‎1.1　‎　C．1.5～1.6‎ a宜控制在4.0左右，理由是________________________________________________。‎ 解析：控制变量，作垂直于横轴的一条直线交三条曲线于三点，转化率越高越好，所以选择A。选择最佳氨碳比，可看最上面曲线的走势，整体增加，曲线先陡后平(略上升)，依然选择拐点，当氨碳比大于4.0时，增大氨气的量CO2转化率增加不大，但生产成本提高了，不划算；氨碳比太小，CO2转化率低。‎ 答案：A　当氨碳比大于4.0时，增大氨气的量CO2转化率增加不大，但生产成本提高了，不划算；氨碳比太小，CO2转化率低 巧用等效平衡解答疑难试题 授课提示：对应学生用书第43页 一、等效平衡原理 ‎ 对于同一个可逆反应，在相同的条件下(恒温恒容或恒温恒压)，不管是从正反应开始，还是从逆反应开始，或从正反应和逆反应同时开始，达到平衡时，反应混合物中同种物质的百分含量相同，这样的平衡称为等效平衡。‎ 二、等效平衡的分类及判断方法 对于反应mA(g)＋nB(g)??pC(g)＋qD(g)‎ 条件 m＋n≠p＋q时 m＋n＝p＋q时 恒温、恒容 一边倒后数值完全相同才建立等效(等同)平衡，即“等量等效”‎ 一边倒后数值成比例就建立等效平衡，即“等比等效”‎ 恒温、恒压 一边倒后数值成比例就建立等效平衡，即“等比等效”‎ 三、疑难试题解答 ‎1．(解答加料问题)在一个固定体积的密闭容器中，加入2 mol A和1 mol B，发生反应‎2A(g)＋B(g)??‎2C(g)，达到平衡时，C的物质的量浓度为k mol/L，若维持容器体积和温度不变，按下列配比作为起始物质：‎ ‎①4 mol A＋2 mol B　②2 mol A＋1 mol B＋2 mol C ‎③2 mol C＋1 mol B　④2 mol C ‎⑤1 mol A＋0.5 mol B＋1 mol C ‎(1)达到平衡后，C的物质的量浓度仍是k mol/L的是________。‎ ‎(2)若令a、b、c分别代表初始加入的A、B、C的物质的量，如果a、b、c取不同的数值，它们必须满足一定的相互关系，才能保证达到平衡时，反应混合物中三种气体的百分含量仍跟上述平衡时完全相同，填写：‎ Ⅰ.若a＝0，b＝0，则c＝________。‎ Ⅱ.若a＝0.5，b＝0，则b＝________，c＝________。‎ Ⅲ.a、b、c的取值必须满足的一般条件是______________________________________；‎ ‎________。(用两个方程式表示，一个只含a、c，另一个只含b、c)‎ 解析：(1)该反应m＋n≠p＋q且条件为恒温、恒容，所以要满足“等量等效”。将②③④⑤的加料方式全部进行“一边倒”转化为反应物A和B的量后，只有④⑤的加料方式与2 mol ‎ A和1 mol B的加料方式完全一致。(2)根据“一边倒”的方式进行转化，即a mol A＋b mol B＋c mol C等价转化为a mol A＋b mol B＋(c mol A＋c/2 mol B)。‎ 答案：(1)④⑤‎ ‎(2)Ⅰ.2　Ⅱ.0.25　1.5‎ Ⅲ.a＋c＝2　b＋c/2＝1‎ ‎2．(解答平衡移动方向问题)某温度下，在一容积可变的容器中，反应‎2A(g)＋B(g)??‎2C(g)达到平衡时，A、B和C的物质的量分别为4 mol、2 mol和4 mol。保持温度和压强不变，对平衡混合物中三者的物质的量做如下调整，可使平衡右移的是(　　)‎ A．均减半　　　　　　 B．均加倍 C．均增加1 mol D．均减少1 mol 解析：容积可变，说明是恒温、恒压条件，满足“等比等效”。A项，“均减半”后A、B、C的物质的量分别为2 mol、1 mol和2 mol，满足“等比等效”，平衡不会移动；B项，“均加培”后A、B、C的物质的量分别为8 mol、4 mol和8 mol，满足“等比等效”，平衡不会移动；C项，“均增加1 mol”后A、B、C的物质的量分别为5 mol、3 mol和5 mol，相当于在5 mol、2.5 mol和5 mol的基础上又增加了0.5 mol B，平衡向右移动；D项，“均减小1 mol”后A、B、C的物质的量分别为3 mol、1 mol和3 mol，相当于在3 mol、1.5 mol和3 mol的基础上减少了0.5 mol B，平衡向左移动。‎ 答案：C ‎3．(解答方程式计量系数问题)在一固定容积的密闭容器中充入3 mol A和1 mol B，发生反应：‎3A(g)＋B(g)??xC(g)，达到平衡后，C的体积分数为w%。若维持容器体积和温度不变，将0.9 mol A、0.3 mol B和2.1 mol C作为起始物质，达到平衡后，C的体积分数仍为w%，则x值可能为(　　)‎ A．1 B．2‎ C．3 D．任意值 解析：分两种情况分析：‎ ‎(1)当反应前后气体体积不相等，则两种投料方式换算到同一边后各组分应完全相同(即恒温恒容时“等量等效”)：‎ ‎　 　 　　　3A(g)　　＋　　B(g)　 ?? 　xC(g)‎ 起始量/mol 0.9 0.3 2.1‎ 等效于/mol 0.9＋6.3/x 0.3＋2.1/x 0‎ 即0.9＋6.3/x＝3　0.3＋2.1/x＝1‎ 解得x＝3‎ ‎(2)当反应前后气体体积相等，则两种投料方式换算到同一边后各组分应完全相同(即恒温恒压时“等比等效”)：‎ ‎　　　　 3A(g)　　＋　　B(g)　 ?? 　4C(g)‎ 起始量/mol 0.9 0.3 2.1‎ 等效于/mol 0.9＋6.3/4 0.3＋2.1/4 0‎ 即0.9＋6.3/4＝2.475　0.3＋2.1/4＝0.825‎ ‎2．475∶0.825＝3∶1，与起始量的投料比相同，故x＝4成立。‎ 答案：C ‎4．(解答反应物转化率问题)在一个固定容积的密闭容器中充入2 mol NO2，一定温度下建立如下平衡：2NO2??N2O4，此时NO2的转化率为x%，若再充入1 mol N2O4，在温度不变的情况下，达到新的平衡时，测得NO2的转化率为y%，则x和y的大小关系正确的是(　　)‎ A．x＞y　　　　　　　 B．x＜y C．x＝y D．不能确定 解析：先建立等效平衡模型，即假设原容器的体积可变，当再充入1 mol N2O4后重新建立起的平衡和原平衡等效，此时NO2的转化率依然为x%。当体积不发生变化时，在原平衡的基础上要缩小容器的体积，即增大了压强，该反应正反应方向为气体体积缩小的方向，平衡向正反应方向移动，NO2的转化率增大，即xvP B．平衡常数：KNv逆 解析：A中，温度越高，反应速率越大，vM＜vP；B中，由题图可知，升温，c(I)减小，所以平衡常数：KN＞KP；C中，M、N两点相比，M点温度低于N点温度，升温，平衡左移，所以M点的c(I－)小。‎ 答案：D ‎4．(2018·武汉模拟)固定容积为‎2 L的密闭容器中发生反应xA(g)＋yB(g)??zC(g)，图Ⅰ表示在298 K时容器中各物质的物质的量随时间的变化关系，图Ⅱ表示平衡常数K随温度T变化的关系。结合图示判断，下列结论正确的是(　　)‎ A．该反应可表示为：‎2A(g)＋B(g)??C(g)　ΔH＜0‎ B．298 K时该反应的平衡常数K＝6.25‎ C．当容器中气体密度不再变化时，该反应达到平衡状态 D．第6 min时，再向体系中充入0.4 mol C，重新达到平衡时C的体积分数大于0.25‎ 解析：根据图Ⅰ可知化学方程式为2A(g)＋B(g)??C(g)，根据图Ⅱ可知，正反应为吸热反应，所以该反应可表示为：2A(g)＋B(g)??C(g)　ΔH＞0，A项错误；图Ⅰ中5 min时达到化学平衡，平衡浓度分别为c(A)＝＝0.2 mol·L－1，c(B)＝＝0.1 mol·L－1，c(C)＝＝0.1 mol·L－1，K＝＝25，B项错误；由ρ＝可知，m不变，V不变，则ρ是定值，因此当容器中气体密度不再变化时，该反应不一定达到平衡状态，C项错误；图Ⅰ中5 ‎ min时，C的体积分数为＝0.25，6 min时反应已经达到平衡，再充入0.4 mol C，相当于在原平衡的基础上增大压强，会使原平衡正向移动，则C的体积分数增大，D项正确。‎ 答案：D ‎5．(2018·石家庄模拟)同温度下，体积均为‎1 L的两个恒容密闭容器中发生可逆反应：N2(g)＋3H2(g)??2NH3(g)　ΔH＝－92.6 kJ·mol－1。测得数据见下表：‎ 容器 编号 起始时各物质的物质的量/mol 达到平衡时体 系能量的变化 N2‎ H2‎ NH3‎ ‎①‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎0‎ ‎27.78 kJ ‎②‎ ‎1.6‎ ‎1.8‎ ‎0.8‎ Q 下列叙述不正确的是(　　)‎ A．容器①、②中反应达平衡时压强相等 B．容器②中反应开始时v正>v逆 C．容器②中反应达平衡时，吸收的热量Q为9.26 kJ ‎ D．若条件为“绝热恒容”，容器①中反应达平衡时n(NH3)<0.6 mol 解析：A.由表中数据分析，①、②中的平衡是等效平衡，故A正确；B.根据容器①中反应达到平衡时能量的变化可知，该反应中转化的N2为＝0.3 mol，由三段式可得 ‎　　　　 N2(g)＋3H2(g)??2NH3(g)‎ 起始(mol) 2 3 0‎ 转化(mol) 0.3 0.9 0.6‎ 平衡(mol) 1.7 2.1 0.6‎ 容器的体积为1 L，故平衡常数为：‎ K＝≈0.023(mol/L)－2；‎ 而容器②中， ‎≈0.069(mol/L)－2，‎ ‎0．069＞0.023，故容器②中反应逆向进行，v正＜v逆，B不正确；C容器②中反应逆向进行达到平衡，所以吸收热量，①和②的平衡常数相等，故达平衡时生成N2：1.7 mol－1.6 mol＝0.1 mol，吸收的热量为0.1×92.6＝9.26(kJ)，故C正确；D.条件为“绝热恒容”，容器①中反应正向进行，反应放热，温度会升高，平衡会逆向移动，故达平衡时n(NH3)＜0.6 mol，‎ D正确。‎ 答案：B ‎6.在‎1.0 L密闭容器中充入0.10 mol A(g)，一定温度下发生如下反应：A(g)??B(g)＋C(g)　ΔH＜0，反应时间(t)与容器内气体总压强(p)的关系如图所示。则下列分析正确的是(　　)‎ A．t2时反应达到平衡，且t2＝2t1‎ B．该温度下此反应的平衡常数K＝0.32 mol/L C．欲提高平衡体系中B的含量，可采取加入气体A或降低体系温度等措施 D．平衡时再充入0.1 mol A，则A的转化率增大 解析：在恒容的密闭容器中，气体的物质的量之比等于容器中气体产生的压强之比。分析反应前后各物质的量的变化：‎ ‎　　　　 　 A(g)?? B(g)＋C(g)‎ 起始量(mol) 0.1 0 0‎ 变化量(mol) x x x 平衡量(mol) 0.1－x x x ＝，解得x＝0.08。‎ A．随着反应的进行，反应物浓度减小，反应速率逐渐减小，则消耗相同物质的量时，耗用的时间增大，故t2＞2t1，A错误；B.平衡气体的总物质的量n＝0.1 mol×＝0.18 mol，比反应前增加了0.08 mol，即0.08 mol A发生了反应，产生B、C各0.08 mol，剩余0.02 mol A，平衡常数K＝＝0.32 mol/L，B正确；C.该反应的正反应是气体物质的量增大的放热反应，根据平衡移动原理，欲提高平衡体系中B的含量，可降低温度、减小压强、减少A或C的量等，C错误；D错误。‎ 答案：B ‎7.在密闭容器中充入一定量的NO2，发生反应2NO2(g)??N2O4(g)　ΔH＝－57 kJ·mol－1。在温度为T1、T2时，平衡体系中NO2的体积分数随压强变化的曲线如图所示。下列说法正确的是(　　)‎ A．a、c两点的反应速率：a>c B．a、b两点NO2的转化率：ap2>p3；反应①为放热反应，升高温度时，平衡向左移动，使得体系中CO的量增大；反应③为吸热反应，平衡向右移动，产生CO的量增大；因此最终结果是随温度升高，使CO的转化率降低。‎ 答案：(1)0. 01 mol·L－1·min－1‎ ‎2. 37(mol·L－1)－2‎ ‎(2)a　＋41‎ ‎(3)p1>p2>p3　反应①为放热反应，升高温度，平衡左移，α(CO)减小；反应③为吸热反应，升高温度，平衡右移，α(CO)也减小 ‎9．Ⅰ.雾霾严重影响人们的生活，汽车尾气排放是造成雾霾天气的重要原因之一。已知汽车尾气排放时容易发生以下反应：‎ ‎①N2(g)＋O2(g)??2NO(g)　ΔH1＝a kJ·mol－1‎ ‎②2NO(g)＋O2(g)??2NO2(g)　ΔH2＝b kJ·mol－1‎ ‎③CO(g)＋O2(g)??CO2(g)　ΔH3＝c kJ·mol－1‎ ‎④2CO(g)＋2NO(g) N2(g)＋2CO2(g)　ΔH4‎ 请回答下列问题：‎ ‎(1)根据反应①②③，确定反应④中ΔH4＝________kJ·mol－1。‎ ‎(2)下列情况能说明反应②已达平衡状态的是_________________________(填编号)。‎ A．单位时间内生成1 mol NO2的同时消耗了1 mol NO B．在恒温恒容的容器中，混合气体的密度保持不变 C．混合气体的颜色保持不变 D．在恒温恒压的容器中，NO的体积分数保持不变 Ⅱ.甲醇是重要的化工原料，又可作为燃料。工业上可利用CO或CO2来生产燃料甲醇。已知甲醇制备的有关化学反应以及在不同温度下的化学平衡常数如下表所示：‎ 化学反应 平衡 温度/℃‎ 常数 ‎500‎ ‎700‎ ‎800‎ 反应①：2H2(g)＋CO(g)??CH3OH(g)‎ K1,‎ ‎2.5‎ ‎0.34‎ ‎0.15‎ 反应②：H2(g)＋CO2(g)‎ ‎??H2O(g)＋CO(g)‎ K2‎ ‎1.0‎ ‎1.70‎ ‎2.52‎ 反应③：3H2(g)＋CO2(g)‎ ‎??CH3OH(g)＋H2O(g)‎ K3‎ 请回答下列问题：‎ ‎(1)反应②是________(填“吸热”或“放热”)反应。‎ ‎(2)据反应①与②可推导出K1、K2与K3之间的关系，则K3＝________(用K1、K2表示)。‎ ‎(3)‎500 ℃‎时测得反应③在某时刻H2(g)、CO2(g)、CH3OH(g)、H2O(g)的浓度(mol·L－1)分别为0.8、0.1、0.3、0.15，则此时v正________v逆(填“>”“＝”或“<”)。‎ ‎(4)反应①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图所示。下列说法正确的是________(填字母)。‎ 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)‎ 解析：Ⅰ.(1)根据盖斯定律，③×2－①得④2CO(g)＋2NO(g) N2(g)＋2CO2(g)　ΔH4＝‎ ‎(2c－a)kJ·mol－1。‎ ‎(2)A项，单位时间内生成1 mol NO2的同时消耗了1 mol NO，都是正反应，不能说明达到平衡状态，错误；B项，密度＝，总质量一定，容积一定，密度不变，故混合气体的密度保持不变不能说明达到平衡状态，错误；C项，NO2气体为红棕色，混合气体颜色不变，即c(NO2)不变，说明达到平衡状态，正确；D项，在恒温恒压的容器中，NO的体积分数保持不变，能说明达到平衡状态，正确。‎ Ⅱ.(1)反应②的平衡常数随温度升高而增大，说明升高温度平衡正向移动，正反应是吸热反应。‎ ‎(2)反应①＋②得到反应③，可得平衡常数K3＝K1·K2。‎ ‎(3)‎500 ℃‎时，测得反应③在某时刻CO2(g)、H2(g)、CH3OH(g)、H2O(g)的浓度分别为0.1 mol·L－1、0.8 mol·L－1、0.3 mol·L－1、0.15 mol·L－1，Q＝≈0.88＜K＝2.5，则此时反应正向进行v正＞v逆。‎ ‎(4)A项，根据反应①中温度与K的关系知该反应为放热反应，升高温度，平衡左移，CO－的转化率减小，所以T3>T2>T1，错误；B项，反应速率v(c)>v(a)，v(b)>v(d)，错误；C项，温度越高，平衡常数越小，压强对平衡常数无影响，所以K(a)>K(c)，K(b)＝K(d)，正确。‎ 答案：Ⅰ.(1)(2c－a)　(2)CD Ⅱ.(1)吸热　(2)K1·K2　(3)＞　(4)C