高二化學(xué)教案:《化學(xué)反應(yīng)的方向》教學(xué)設(shè)計(jì)
來源:精品學(xué)習(xí)網(wǎng) 2018-11-18 14:39:23
本文題目:高二化學(xué)二單元教案:化學(xué)反應(yīng)的方向
第1課時(shí) 化學(xué)反應(yīng)的方向
[目標(biāo)要求] 1.了解自發(fā)過程和化學(xué)反應(yīng)的自發(fā)性。2.通過“有序”和“無序”的對(duì)比,了解熵和熵變的概念。3.初步了解焓變和熵變對(duì)化學(xué)反應(yīng)方向的影響,能用焓變和熵變說明化學(xué)反應(yīng)的方向。
一、化學(xué)反應(yīng)的方向
1.化學(xué)反應(yīng)具有方向性,許多化學(xué)反應(yīng)的正反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行,而其逆反應(yīng)無法自發(fā)進(jìn)行。
2.自發(fā)反應(yīng):在一定條件下無需外界幫助就能自動(dòng)進(jìn)行的反應(yīng)。
二、判斷化學(xué)反應(yīng)方向的依據(jù)
1.能量判據(jù)
自然界中的自發(fā)過程,都有由能量較高狀態(tài)向能量較低狀態(tài)轉(zhuǎn)化的傾向;絕大多數(shù)放熱反應(yīng)都能自發(fā)進(jìn)行,且反應(yīng)放出的熱量越多,體系能量降低得也越多,反應(yīng)越完全。
反應(yīng)的焓變是制約化學(xué)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行的因素之一。
2.熵判據(jù)
(1)熵
用來度量體系混亂程度的物理量。熵值越大,混亂程度越大。符號(hào)為S。單位:J?mol-1?K-1。
(2)熵值大小的比較
同一種物質(zhì)不同狀態(tài)時(shí)熵值大小為S(g)>S(l)>S(s)。
(3)熵變:反應(yīng)前后體系熵的變化,符號(hào)為ΔS。
若發(fā)生變化后體系的混亂度增大,該過程的ΔS>0,反之,ΔS<0。
(4)熵變與化學(xué)反應(yīng)自發(fā)性關(guān)系
ΔS>0,反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行;ΔS<0,反應(yīng)不能進(jìn)行。化學(xué)反應(yīng)的ΔS越大,越有利于反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行。
3.復(fù)合判據(jù)
體系能量降低(ΔH<0)和混亂度增大(ΔS>0)都有促使反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的傾向,判斷反應(yīng)的自發(fā)性必須綜合考慮反應(yīng)的焓變和熵變。在恒溫、恒壓時(shí):
(1)當(dāng)ΔH<0,ΔS>0時(shí),反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行。
(2)當(dāng)ΔH>0,ΔS<0時(shí),反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行。
(3)當(dāng)ΔH<0,ΔS<0時(shí),反應(yīng)在較低溫度下自發(fā)進(jìn)行。
(4)當(dāng)ΔH>0,ΔS>0時(shí),反應(yīng)在較高溫度下自發(fā)進(jìn)行。
知識(shí)點(diǎn)一 能量判據(jù)
1.實(shí)驗(yàn)證明,多數(shù)能自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)都是放熱反應(yīng)。對(duì)此說法的理解正確的是( )
A.所有的放熱反應(yīng)都是自發(fā)進(jìn)行的
B.所有的自發(fā)反應(yīng)都是放熱的
C.焓變是影響反應(yīng)是否具有自發(fā)性的一個(gè)重要因素
D.焓變是決定反應(yīng)是否具有自發(fā)性的惟一判據(jù)
答案 C
解析 多數(shù)能自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)都是放熱反應(yīng),并不是所有自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)都是放熱反應(yīng),既然說“多數(shù)”,必定存在特例,所以只能說“焓變是影響反應(yīng)是否具有自發(fā)性的一個(gè)重要因素,但不是唯一因素”。
2.下列自發(fā)反應(yīng)可用焓判據(jù)來解釋的是( )
A.2N2O5(g)===4NO2(g)+O2(g) ΔH=+56.7 kJ?mol-1
B.(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)+NH3(g) ΔH=+74.9 kJ?mol-1
C.2H2(g)+O2(g)===2H2O(l) ΔH=-286 kJ?mol-1
D.CaCO3(s)===CaO(s)+CO2(g) ΔH=+178.2 kJ?mol-1
答案 C
解析 從焓變的角度分析,化學(xué)反應(yīng)有由高能狀態(tài)向低能狀態(tài)轉(zhuǎn)化、使體系能量降低的趨勢(shì),表現(xiàn)為放熱反應(yīng)較易進(jìn)行。
知識(shí)點(diǎn)二 熵判據(jù)
3.碳酸銨(NH4)2CO3在室溫下就能自發(fā)的分解產(chǎn)生氨氣,對(duì)其說法正確的是( )
A.碳酸銨分解是因?yàn)樯闪艘讚]發(fā)的氣體,使體系的熵增大
B.碳酸銨分解是因?yàn)橥饨缃o予了能量
C.碳酸銨分解是吸熱反應(yīng),根據(jù)能量判據(jù)不能自發(fā)分解
D.碳酸鹽都不穩(wěn)定,都能自發(fā)分解
答案 A
解析 (NH4)2CO3的分解為吸熱反應(yīng),而吸熱反應(yīng)不易自發(fā)進(jìn)行;根據(jù)焓變與熵變對(duì)化學(xué)反應(yīng)的共同影響,該反應(yīng)熵值一定增大。
4.摩爾熵是單位物質(zhì)的量的物質(zhì)在一定條件下所具有的熵。試比較下列兩組物質(zhì)摩爾熵的大小順序。
(1)相同條件下的氣態(tài)甲醇、乙醇、丙醇。
(2)氣態(tài)苯、液態(tài)苯、固態(tài)苯。
答案 (1)S(氣態(tài)甲醇)S(液態(tài)苯)>S(固態(tài)苯)
解析 一般來講,組成物質(zhì)的原子種類相同時(shí),一個(gè)分子中的原子數(shù)目越多,其混亂度就越大,熵值也越大;對(duì)于同一種物質(zhì),S(g)>S(l)>S(s)。根據(jù)以上的規(guī)律可知,對(duì)于(1),S(氣態(tài)甲醇)S(液態(tài)苯)>S(固態(tài)苯)。
知識(shí)點(diǎn)三 復(fù)合判據(jù)
5.某反應(yīng):A===B+C在室溫下不能自發(fā)進(jìn)行,在高溫下能自發(fā)進(jìn)行,對(duì)該反應(yīng)過程ΔH、ΔS的判斷正確的是( )
A.ΔH<0、ΔS<0 B.ΔH>0、ΔS<0
C.ΔH<0、ΔS>0 D.ΔH>0、ΔS>0
答案 D
解析 由題意知:該反應(yīng)在室溫下不能自發(fā)反應(yīng),而高溫下能自發(fā)進(jìn)行。根據(jù)ΔH和ΔS對(duì)反應(yīng)方向的共同影響可推知:ΔH>0,ΔS>0。
6.下列反應(yīng)中,常溫常壓下一定不能自發(fā)進(jìn)行的是( )
A.2KClO3(s)===2KCl(s)+3O2(g)
ΔH=-78.03 kJ?mol-1
ΔS=+1 110 J?mol-1?K-1
B.CO(g)===C(s,石墨)+12O2(g)
ΔH=110.5 kJ?mol-1
ΔS=-89.36 J?mol-1?K-1
C.4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)===4Fe(OH)3(s)
ΔH=-444.3 kJ?mol-1
ΔS=-280.1 J?mol-1?K-1
D.NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)===CO2(g)+CH3COONH4(aq)+H2O(l)
ΔH=37.30 kJ?mol-1
ΔS=+184.05 J?mol-1?K-1
答案 B
練基礎(chǔ)落實(shí)
1.下列說法中正確的是( )
A.凡是放熱反應(yīng)都是自發(fā)的,吸熱反應(yīng)都是非自發(fā)的
B.自發(fā)反應(yīng)一定是熵增大,非自發(fā)反應(yīng)一定是熵減小或不變的反應(yīng)
C.自發(fā)反應(yīng)在恰當(dāng)?shù)臈l件下才能實(shí)現(xiàn)
D.自發(fā)反應(yīng)在任何條件下都能實(shí)現(xiàn)
答案 C
解析 放熱反應(yīng)常常是容易進(jìn)行的過程,吸熱反應(yīng)有些也是自發(fā)的;自發(fā)反應(yīng)的熵不一定增大,可能減小,也可能不變;過程的自發(fā)性只能用于判斷過程的方向,是否能實(shí)現(xiàn)還要看具體的條件,能量判據(jù)和熵判據(jù)要綜合考慮利用,不能簡(jiǎn)單地單一使用。故選C。
2.下列對(duì)熵的理解不正確的是( )
A.同種物質(zhì)氣態(tài)時(shí)熵值最大,固態(tài)時(shí)熵值最小
B.體系越有序,熵值越小;越混亂,熵值越大
C.與外界隔離的體系,自發(fā)過程將導(dǎo)致體系的熵減小
D.25 ℃、1.01×105 Pa時(shí),2N2O5(g)===4NO2(g)+O2(g)是熵增的反應(yīng)
答案 C
解析 體系都有從有序自發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o序的傾向,此過程為熵增過程,故C錯(cuò)誤。
3.在圖中A、B兩容器里,分別收集著兩種互不作用的理想氣體。若將中間活塞打開(如圖所示),兩種氣體分子立即都分布在兩個(gè)容器中。這是一個(gè)不伴隨能量變化的自發(fā)過程。關(guān)于此過程的下列說法不正確的是( )
A.此過程為混亂程度小的向混亂程度大的方向變化的過程,即熵增大的過程
B.此過程為自發(fā)過程,而且沒有熱量的吸收或放出
C.此過程從有序到無序,混亂度增大
D.此過程是自發(fā)可逆的
答案 D
解析 根據(jù)題意ΔH=0,ΔS>0,由ΔH-TΔS推知該過程能自發(fā)進(jìn)行,氣體擴(kuò)散為熵增過程,而其逆過程不能自發(fā)進(jìn)行。
4.已知在等溫條件下,化學(xué)反應(yīng)方向的判據(jù)為:
ΔH-TΔS<0,反應(yīng)能正向自發(fā)進(jìn)行;
ΔH-TΔS=0,反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài);
ΔH-TΔS>0,反應(yīng)能逆向自發(fā)進(jìn)行。
(其中ΔH為焓變,ΔS為熵變,T為熱力學(xué)溫度,單位為K)
設(shè)反應(yīng)A(s)===D(g)+E(g) ΔH-TΔS=(-4 500+11T)J?mol-1,要防止反應(yīng)發(fā)生,溫度必須( )
A.高于409 K
B.低于136 K
C.高于136 K而且低于409 K
D.低于409 K
答案 A
5.25 ℃和1.01×105 Pa時(shí),反應(yīng)2N2O5(g)===4NO2(g)+O2(g) ΔH=+56.7 kJ/mol,自發(fā)進(jìn)行的原因是( )
A.是吸熱反應(yīng) B.是放熱反應(yīng)
C.是熵減少的反應(yīng) D.熵增大效應(yīng)大于能量效應(yīng)
答案 D
練方法技巧
6.石墨、金剛石燃燒的熱化學(xué)方程式分別為
C(石墨)+O2(g)===CO2(g) ΔH=-393.51 kJ?mol-1
C(金剛石)+O2(g)===CO2(g) ΔH=-395.41 kJ?mol-1
關(guān)于金剛石和石墨的相互轉(zhuǎn)化,下列說法正確的是( )
A.石墨轉(zhuǎn)化成金剛石是自發(fā)進(jìn)行的過程
B.金剛石轉(zhuǎn)化成石墨是自發(fā)進(jìn)行的過程
C.金剛石比石墨更穩(wěn)定
D.金剛石比石墨能量低
答案 B
解析 由熱化學(xué)方程式可知,石墨比金剛石能量低,1 mol石墨轉(zhuǎn)化為1 mol金剛石需吸收1.9 kJ的熱量,金剛石轉(zhuǎn)化為石墨是放熱反應(yīng),因此金剛石轉(zhuǎn)化為石墨是自發(fā)進(jìn)行的過程。物質(zhì)所具有的能量越低越穩(wěn)定。
點(diǎn)撥:那些不用借助外力就可以自動(dòng)進(jìn)行的自發(fā)過程的共同特點(diǎn)是:體系趨于從高能狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈湍軤顟B(tài)(這時(shí)體系會(huì)對(duì)外部做功或釋放熱量),這就是所謂的能量判據(jù)。但是自動(dòng)進(jìn)行的自發(fā)反應(yīng)不一定都是由高能狀態(tài)到低能狀態(tài)的過程,例如,硝酸銨溶于水。因而只使用能量判據(jù)來確定變化過程的方向是片面的。對(duì)具體反應(yīng)需應(yīng)用能量判據(jù)和熵判據(jù)綜合進(jìn)行分析,即凡是能夠使體系能量降低、熵增大的方向就是化學(xué)反應(yīng)容易進(jìn)行的方向。
7.汽車尾氣(含烴類、CO、NO與SO2等)是城市主要污染源之一,治理的辦法之一是在汽車排氣管上裝催化轉(zhuǎn)化器,它使NO與CO反應(yīng)生成可參與大氣生態(tài)循環(huán)的無毒氣體,其反應(yīng)原理是:2NO(g)+2CO(g)===N2(g)+2CO2(g),在298 K、100 kPa下,ΔH=-113 kJ?mol-1,ΔS=-145 J?mol-1?K-1。下列說法中錯(cuò)誤的是( )
A.該反應(yīng)中反應(yīng)物總能量高于生成物的總能量
B.該反應(yīng)常溫下不能自發(fā)進(jìn)行,因此需要高溫和催化劑條件
C.該反應(yīng)常溫下能自發(fā)進(jìn)行,高溫和催化劑條件只是加快反應(yīng)的速率
D.汽車尾氣中的這兩種氣體會(huì)與人體血紅蛋白結(jié)合而使人中毒
思路點(diǎn)撥:解答本題要注意以下兩點(diǎn):
(1)利用ΔG=ΔH-TΔS判斷反應(yīng)的方向。
(2)注意反應(yīng)發(fā)生的條件。
答案 B
解析 因?yàn)?NO(g)+2CO(g)===N2(g)+2CO2(g),298 K時(shí),ΔH=-113 kJ/mol,ΔS=-145 J?mol-1?K-1,說明該反應(yīng)為放熱反應(yīng),且是熵減的反應(yīng),生成物的總能量低于反應(yīng)物的總能量。常溫時(shí)ΔG=ΔH-TΔS=-113 kJ?mol-1-298 K×(-145×10-3 kJ?mol-1?K-1)=-69.79 kJ?mol-1<0,即該反應(yīng)在常溫下能自發(fā)進(jìn)行,故A、C、D正確。
練綜合拓展
8.某化學(xué)科研小組研究在其他條件不變時(shí),改變某一條件對(duì)反應(yīng)[可用aA(g)+bB(g) cC(g)表示]化學(xué)平衡的影響,得到如圖所示圖象(圖中p表示壓強(qiáng),T表示溫度,n表示物質(zhì)的量,α表示平衡轉(zhuǎn)化率,φ表示體積分?jǐn)?shù)):
分析圖象,回答下列問題:
(1)在圖象反應(yīng)Ⅰ中,若p1>p2,則此正反應(yīng)為________(填“吸熱”或“放熱”)反應(yīng),也是一個(gè)氣體分子數(shù)________(填“減少”或“增大”)的反應(yīng),由此判斷,此反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行,必須滿足的條件是________。
(2)在圖象反應(yīng)Ⅱ中,T1________T2(填“>”、“<”或“=”),該正反應(yīng)為________(填“吸熱”或“放熱”)反應(yīng)。
(3)在圖象反應(yīng)Ⅲ中,若T1>T2,則該反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行?
答案 (1)放熱 減少 低溫 (2)> 放熱 (3)能自發(fā)進(jìn)行
解析 本題涉及圖象的分析及化學(xué)平衡的移動(dòng)和反應(yīng)進(jìn)行的方向等知識(shí)點(diǎn)。反應(yīng)Ⅰ中恒壓下溫度升高,α(A)減小,即升高溫度平衡向左移動(dòng),則正反應(yīng)為放熱反應(yīng),ΔH<0;由p1>p2知恒定溫度時(shí)壓強(qiáng)越大,α(A)越大,即增大壓強(qiáng)平衡向右移動(dòng),說明此反應(yīng)為氣體分子數(shù)減少的反應(yīng)(a+b>c),即為熵減反應(yīng),ΔS<0。放熱、熵減反應(yīng)只能在低溫下自發(fā)進(jìn)行。反應(yīng)Ⅱ中T1溫度下反應(yīng)先達(dá)到平衡狀態(tài),說明T1>T2;溫度越高,平衡時(shí)C的物質(zhì)的量越小,即升高溫度平衡
向左移動(dòng),則正反應(yīng)為放熱反應(yīng),ΔH<0。反應(yīng)Ⅲ中在恒溫下壓強(qiáng)變化對(duì)α(A)沒有影響,說明壓強(qiáng)變化不能影響平衡,此反應(yīng)為氣體分子數(shù)不變的反應(yīng)(a+b=c),反應(yīng)過程中熵變很小,ΔS≈0,若T1>T2,恒壓下溫度越高α(A)越小,說明升高溫度平衡向左移動(dòng),正反應(yīng)為放熱反應(yīng),ΔH<0,則ΔH-TΔS<0,反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行。
9.已知,一個(gè)可逆反應(yīng),若正反應(yīng)為自發(fā)過程,則其逆反應(yīng)為非自發(fā)過程,反之,亦然。
(1)已知2CO(g) CO2(g)+C(s),T=980 K時(shí)ΔH-TΔS=0。當(dāng)體系溫度低于980 K時(shí),估計(jì)ΔH-TΔS____0(填“大于”、“小于”或“等于”,下同);當(dāng)體系溫度高于980 K時(shí),估計(jì)ΔH-TΔS____0。
(2)電子工業(yè)中清洗硅片上的SiO2(s)的反應(yīng)為
SiO2(s)+4HF(g)===SiF4(g)+2H2O(g)
ΔH(298.15 K)=-94.0 kJ?mol-1
ΔS(298.15 K)=-75.8 J?mol-1?K-1,設(shè)ΔH和ΔS不隨溫度而變化,則此反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的溫度是________________________________________________________________________。
答案 (1)小于 大于 (2)小于1 240 K
解析 (1)C(s)+CO2(g)??2CO(g)的反應(yīng)為吸熱反應(yīng),ΔH>0,則2CO(g)??CO2(g)+C(s)為放熱反應(yīng),ΔH<0,且該反應(yīng)ΔS<0,則當(dāng)T<980 K時(shí),ΔH-TΔS<0,T>980 K時(shí),ΔH-TΔS>0。
(2)由題給信息,要使反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行,須有ΔH-TΔS<0,
即-94.0 kJ?mol-1-T×(-75.8 J?mol-1?K-1)×10-3 kJ?J-1<0則
T<94.0 kJ?mol-175.8 J?mol-1?K-1×10-3kJ?J-1=1.24×103 K。
10.在298 K時(shí),下列反應(yīng)的ΔH依次為:
C2H5OH(l)+3O2(g)===2CO2(g)+3H2O(l) ΔH1=-1 366.8 kJ?mol-1
C(石墨)+O2(g)===CO2(g) ΔH2=-393.5 kJ?mol-1
H2(g)+1/2O2(g)===H2O(l) ΔH3=-285.8 kJ?mol-1
乙醇(C2H5OH)、氫氣、石墨和氧氣的熵值分別為:
161.0 J?mol-1K-1、130.6 J?mol-1K-1、5.74 J?mol-1K-1、205.3 J?mol-1K-1,則298 K時(shí),由單質(zhì)生成1 mol乙醇的ΔH、ΔS及ΔH-TΔS分別為多少?
答案 -277.6 kJ?mol-1 -344.93 J?mol?L-1?K-1 -174.8 kJ?mol-1
解析 ΔH=2ΔH2+3ΔH3-ΔH1
=2×(-393.5 kJ?mol-1)+3×(-285.8 kJ?mol-1)-(-1 366.8 kJ?mol-1)=-277.6 kJ?mol-1
ΔS=161.0 J?mol-1K-1 -3×130.6 J?mol-1K-1 -2×5.74 J?mol-1K-1 -1/2×205.3 J?mol-1K-1
=-344.93 J/(mol?K)
ΔG=ΔH-TΔS
=-277.6 kJ?mol-1-298 K×(-344.93×10-3 kJ?mol-1?K-1)=-174.8 kJ?mol-1
第2課時(shí) 化學(xué)平衡狀態(tài)
[目標(biāo)要求] 1.了解化學(xué)反應(yīng)的可逆性,了解可逆反應(yīng)的概念、特點(diǎn)。2.理解化學(xué)平衡建立的過程。3.理解化學(xué)平衡的特征。
一、可逆反應(yīng)
1.概念
在一定條件下,既能向正反應(yīng)方向進(jìn)行,同時(shí)又能向逆反應(yīng)方向進(jìn)行的反應(yīng)。如:N2+3H2 2NH3。
2.特點(diǎn)
(1)同一條件下,正反應(yīng)和逆反應(yīng)同時(shí)發(fā)生、同時(shí)存在。
(2)反應(yīng)不能進(jìn)行到底,反應(yīng)物不能實(shí)現(xiàn)完全轉(zhuǎn)化。
(3)反應(yīng)體系中,與化學(xué)反應(yīng)有關(guān)的各種物質(zhì)同存于同一反應(yīng)體系。
(4)反應(yīng)達(dá)到限度時(shí),反應(yīng)仍在進(jìn)行,沒有停止。
二、化學(xué)平衡狀態(tài)
1.含義
在一定條件下,當(dāng)正、逆兩個(gè)方向的反應(yīng)速率相等時(shí),反應(yīng)體系中所有參加反應(yīng)的物質(zhì)的質(zhì)量或濃度可以保持恒定。
2.特征
、倌妫嚎赡娣磻(yīng)、诘龋簐正=v逆、鄱ǎ何镔|(zhì)恒定
、軇(dòng):動(dòng)態(tài)平衡,反應(yīng)沒停止、葑儯簵l件變,平衡移動(dòng)
三、化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷
1.看v(正)與v(逆)是否相等。
2.看體系中的各物質(zhì)是否保持恒定。
知識(shí)點(diǎn)一 可逆反應(yīng)
1.下列反應(yīng)屬于可逆反應(yīng)的是( )
A.H2和O2點(diǎn)燃生成H2O的反應(yīng)與H2O電解生成H2和O2的反應(yīng)
B.CuSO4吸水形成晶體藍(lán)礬與藍(lán)礬加熱失去水分生成CuSO4
C.Cl2溶于水
D.Na2O溶于水
答案 C
解析 A、B項(xiàng)的反應(yīng)不是在同一條件下進(jìn)行,不屬于可逆反應(yīng);D項(xiàng)反應(yīng)能進(jìn)行到底,不屬于可逆反應(yīng);同一條件下,Cl2與水反應(yīng)生成HCl和HClO,同時(shí),HCl和HClO反應(yīng)生成Cl2與水,屬于可逆反應(yīng)。
2.在密閉容器中進(jìn)行如下反應(yīng):X2(g)+Y2(g) 2Z(g),已知X2、Y2、Z的起始濃度分別為0.1 mol?L-1、0.3 mol?L-1、0.2 mol?L-1,在一定條件下,當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí),各物質(zhì)的濃度有可能是( )
A.Z為0.3 mol?L-1
B.X2為0.2 mol?L-1
C.Y2為0.4 mol?L-1
D.c(X2)+c(Y2)+c(Z)=0.55 mol?L-1
答案 A
解析 可逆反應(yīng)中,反應(yīng)體系中各物質(zhì)一定共存,如果B、C選項(xiàng)中的數(shù)據(jù)存在,則Z的濃度為0,這是不可能的,A選項(xiàng)符合題意;又因?yàn)樵摲磻?yīng)是總體積不變的反應(yīng),達(dá)到平衡時(shí),不論X2、Y2、Z怎么變化,總物質(zhì)的量不會(huì)改變,總濃度也不會(huì)改變,即:c(X2)+c(Y2)+c(Z)=0.6 mol?L-1。
知識(shí)點(diǎn)二 化學(xué)平衡狀態(tài)的判定
3.能夠說明一個(gè)可逆反應(yīng)H2(g)+I2(g) 2HI(g)已達(dá)到平衡狀態(tài)的是( )
A.1 mol H—H鍵斷裂的同時(shí)有1 mol H—I鍵形成
B.1 mol H—H鍵斷裂的同時(shí)有2 mol H—I鍵形成
C.1 mol I—I鍵斷裂的同時(shí)有2 mol HI鍵形成
D.1 mol H—H鍵斷裂的同時(shí)有1 mol I—I鍵形成
答案 D
解析 斷裂反應(yīng)物的化學(xué)鍵和形成生成物的化學(xué)鍵都表示正反應(yīng),斷裂生成物的化學(xué)鍵和形成反應(yīng)物的化學(xué)鍵都表示逆反應(yīng),只要抓住反應(yīng)方向相反和物質(zhì)的生成和消耗量符合反應(yīng)方程式,問題便可解決。
4.在一定條件下,反應(yīng):2NO+O2 2NO2在定容容器中發(fā)生,對(duì)該反應(yīng)達(dá)到平衡的標(biāo)志的描述中,錯(cuò)誤的是( )
A.混合氣體的總分子數(shù)不再變化
B.混合氣體的顏色不再變化
C.容器的總壓強(qiáng)不再變化
D.混合氣體的總質(zhì)量不再變化
答案 D
解析 該反應(yīng)為物質(zhì)的量改變的反應(yīng),在定容容器中,建立平衡的過程會(huì)有壓強(qiáng)的改變、總分子數(shù)的改變、顏色的改變,一旦這些可變量不變了,則證明平衡建立了,而總質(zhì)量在任何情況下都不發(fā)生變化。
5.在一定溫度下,反應(yīng)A2(g)+B2(g) 2AB(g)達(dá)到平衡的標(biāo)志是( )
A.單位時(shí)間生成n mol的A2,同時(shí)生成n mol的AB
B.容器內(nèi)的總壓強(qiáng)不隨時(shí)間的變化而變化
C.單位時(shí)間生成2n mol的AB同時(shí)生成n mol的B2
D.平均相對(duì)分子質(zhì)量不隨時(shí)間變化而變化
答案 C
解析 該反應(yīng)是等體積反應(yīng),壓強(qiáng)不隨時(shí)間變化,不能證明為平衡狀態(tài)。平均式量不隨時(shí)間變化也不能證明為平衡狀態(tài)。如果不是等體積反應(yīng),則這兩種情況都能證明為平衡狀態(tài)。
練基礎(chǔ)落實(shí)
1.在密閉容器中,充入SO2和18O原子組成的氧氣,在一定條件下開始反應(yīng),在達(dá)到平衡后,18O存在于( )
A.只存在于氧氣中
B.只存在于SO3中
C.只存在于SO2和SO3中
D.SO2、SO3、O2中都存在
答案 D
解析 該反應(yīng)是可逆反應(yīng),正反應(yīng)、逆反應(yīng)同時(shí)存在;化學(xué)平衡是動(dòng)態(tài)平衡,正反應(yīng)發(fā)生時(shí),18O存在于SO3中,逆反應(yīng)發(fā)生時(shí),SO3中的18O又可以轉(zhuǎn)化到SO2中。
2.可逆反應(yīng)aA(g)+bB(g) cC(g)的正、逆反應(yīng)速率可用各反應(yīng)物或生成物濃度的變化來表示。下列各關(guān)系式中能說明反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)的是( )
A.av正(A)=bv正(B) B.bv正(A)=av逆(B)
C.av正(C)=cv正(A) D.av正(A)=bv逆(B)
答案 B
解析 當(dāng)正反應(yīng)速率等于逆反應(yīng)速率時(shí),可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)。正、逆反應(yīng)速率相等有以下幾種表現(xiàn)形式:若用同一物質(zhì)表示:v正=v逆;若用不同物質(zhì)表示v逆∶v正=化學(xué)方程式中的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比。根據(jù)化學(xué)方程式中A、B、C間的計(jì)量關(guān)系,可知上述四個(gè)選項(xiàng)中,只有bv正(A)=av逆(B)表示正、逆反應(yīng)速率相等。
3.可逆反應(yīng)2HI(g) H2(g)+I2(g)在密閉容器中進(jìn)行,下列能說明該反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)的是( )
A.容器內(nèi)壓強(qiáng)不隨時(shí)間變化而變化
B.混合氣體總分子數(shù)不隨時(shí)間變化而變化
C.混合氣體的顏色不再改變
D.c(H2)與c(I2)保持相等
答案 C
解析 該反應(yīng)為體積不變的反應(yīng),總分子數(shù)不變、壓強(qiáng)不變不證明平衡已建立,H2、I2都是生成物且計(jì)量數(shù)相等,二者濃度相等也不能證明平衡已建立。
4.可逆反應(yīng):2NO2 2NO+O2在恒容密閉容器中進(jìn)行,達(dá)到平衡狀態(tài)的標(biāo)志是( )
、賳挝粫r(shí)間內(nèi)生成n mol O2的同時(shí)生成2n mol NO2、趩挝粫r(shí)間內(nèi)生成n mol O2的同時(shí)生成2n mol NO、塾肗O2、NO、O2的物質(zhì)的量濃度變化表示的反應(yīng)速率之比為2∶2∶1的狀態(tài)、芑旌蠚怏w的顏色不再改變的狀態(tài) ⑤混合氣體的密度不再改變的狀態(tài)、藁旌蠚怏w的平均相對(duì)分子質(zhì)量不再改變的狀態(tài)
A.①④⑥ B.②③⑤
C.①③④ D.①②③④⑤⑥
答案 A
5.3 mol H2和1 mol N2放入密閉容器中,使用催化劑發(fā)生反應(yīng):N2+3H2 2NH3,從反應(yīng)開始到平衡過程中,不可能出現(xiàn)的是( )
A.2 mol NH3 B.0.5 mol NH3
C.0.9 mol N2 D.H2和NH3物質(zhì)的量相等
答案 A
解析 可逆反應(yīng)不可能進(jìn)行到底。當(dāng)生成2 mol NH3時(shí),N2和H2的物質(zhì)的量均為0,這種情況不可能出現(xiàn)。
練方法技巧
6.在一定溫度下的剛性密閉容器中,當(dāng)下列哪些物質(zhì)量不再發(fā)生變化時(shí),表明下述反應(yīng):
A(s)+2B(g) C(g)+D(g)已達(dá)到平衡狀態(tài)( )
、倩旌蠚怏w的壓強(qiáng)、诨旌蠚怏w的密度、跙的物質(zhì)的量濃度、軞怏w的總物質(zhì)的量 ⑤混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量、尬镔|(zhì)C的百分含量 ⑦各氣體的物質(zhì)的量
A.②③⑤⑥⑦ B.①②③⑥⑦
C.②③④⑤⑥ D.①③④⑤⑦
思路點(diǎn)撥:解答本題需要注意以下兩點(diǎn):
(1)判斷反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的根本標(biāo)志是v(正)=v(逆)和反應(yīng)混合物中各組成成分的百分含量不變。
(2)物質(zhì)的狀態(tài)及反應(yīng)前后氣體的化學(xué)計(jì)量數(shù)之間的關(guān)系。
答案 A
解析 A(s)+2B(s) C(g)+D(g)是反應(yīng)前后氣體體積相等的反應(yīng),不管是否平衡,混合氣體的壓強(qiáng)始終不變,氣體的總物質(zhì)的量也不變,不是判斷是否達(dá)到平衡的標(biāo)志。
7.某體積可變的密閉容器,盛有適量的A和B的混合氣體,在一定條件下發(fā)生反應(yīng):A+3B 2C。若維持溫度和壓強(qiáng)不變,當(dāng)達(dá)到平衡時(shí)容器的體積為V L,其中C氣體的體積占10%。下列推斷正確的是( )
、僭旌蠚怏w的體積為1.2V L ②原混合氣體的體積為1.1V L、鄯磻(yīng)達(dá)到平衡時(shí)氣體A消耗掉0.05V L ④反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)氣體B消耗掉0.05V L
A.②③ B.②④ C.①③ D.①④
答案 A
解析 設(shè)起始A和B的體積分別為a、b
A + 3B ?? 2C
起始的體積(L) a b 0
轉(zhuǎn)化的體積(L) 0.05V 0.15V 10%V
平衡時(shí)體積(L) a-0.05V b-0.15V 10%V
a-0.05V+b-0.15V+10%V=V
a+b=1.1V
8.已知汽車尾氣無害化處理反應(yīng)為2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g) ΔH<0
下列說法不正確的是( )
A.升高溫度可使該反應(yīng)的逆反應(yīng)速率降低
B.反應(yīng)達(dá)平衡后,CO的反應(yīng)速率保持不變
C.使用高效催化劑可有效提高正、逆反應(yīng)速率
D.單位時(shí)間內(nèi)消耗CO和N2的物質(zhì)的量之比為2∶1時(shí),反應(yīng)達(dá)到平衡
答案 A
解析 此反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng),升高溫度,正、逆反應(yīng)速率都增大,但平衡逆移,故A錯(cuò);加入催化劑,能同等程度地提高正、逆反應(yīng)速率,故C正確;平衡時(shí),各成分的反應(yīng)速率保持不變,但不為0,故B正確;消耗CO為v(正),消耗N2為v(逆),當(dāng)單位時(shí)間內(nèi)消耗CO和N2的物質(zhì)的量之比為2∶1時(shí),均換算為CO的反應(yīng)速率,得v(正)=v(逆),達(dá)平衡,故D正確。
練綜合拓展
9.在200 ℃時(shí),將a mol H2(g)和b mol I2(g)充入到體積為V L的密閉容器中,發(fā)生反應(yīng):I2(g)+H2(g) 2HI(g)。
(1)反應(yīng)剛開始時(shí),由于c(H2)=______,c(I2)=______,而c(HI)=______,所以化學(xué)反應(yīng)速率____________最大,而________最小(為零);
(2)隨著反應(yīng)的進(jìn)行,反應(yīng)混合物中各組分濃度的變化趨勢(shì)為c(H2)______,c(I2)________,而c(HI)__________,從而化學(xué)反應(yīng)速率v正____________,而v逆________;
(3)當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行到v正與v逆________時(shí),此可逆反應(yīng)就達(dá)到了平衡,若保持外界條件不變時(shí),反應(yīng)混合物中各組分的物質(zhì)的量、物質(zhì)的量濃度、質(zhì)量分?jǐn)?shù)、體積分?jǐn)?shù)、反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率和生成物的產(chǎn)率及體系的總壓強(qiáng)(或各組分的分壓)都將________。
答案 (1)aV mol?L-1 bV mol?L-1 0 v正 v逆
(2)減小 減小 增大 減小 增大
(3)相等 保持不變
10.有A、B、C三種氣體,若起始時(shí)取1 mol A與2 mol B發(fā)生反應(yīng):A+2B 2C,達(dá)到平衡時(shí),c(A)、c(B)、c(C)之比等于v(A)、v(B)、v(C)之比,則達(dá)到平衡時(shí)A的物質(zhì)的量是__________。
答案 0.5 mol
解析 根據(jù)反應(yīng)的化學(xué)方程式知,v(A)∶v(B)∶v(C)=1∶2∶2,則c(A)∶c(B)∶c(C)=1∶2∶2,此時(shí)可判斷c(B)=c(C),因?yàn)榇朔磻?yīng)中B的消耗量等于C的生成量,又等于B的剩余量,則B消耗了原來的一半,即1 mol,同時(shí)A消耗了0.5 mol。
11.將一定量的SO2和含0.7 mol氧氣的空氣(忽略CO2)放入一定體積的密閉容器中,550 ℃時(shí),在催化劑作用下發(fā)生反應(yīng):2SO2+O2 2SO3(正反應(yīng)放熱)。反應(yīng)達(dá)到平衡后,將容器中的混合氣體通過過量NaOH溶液,氣體體積減少了21.28 L;再將剩余氣體通過焦性沒食子酸的堿性溶液吸收O2,氣體的體積又減少了5.6 L(以上氣體體積均為標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積)。(計(jì)算結(jié)果保留一位小數(shù))
請(qǐng)回答下列問題:
(1)判斷該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的標(biāo)志是________。(填字母)
a.SO2和SO3濃度相等
b.SO2百分含量保持不變
c.容器中氣體的壓強(qiáng)不變
d.SO3的生成速率與SO2的消耗速率相等
e.容器中混合氣體的密度保持不變
(2)欲提高SO2的轉(zhuǎn)化率,下列措施可行的是
________________________________________________________________________。
(填字母)
a.向裝置中再充入N2
b.向裝置中再充入O2
c.改變反應(yīng)的催化劑
d.升高溫度
(3)求該反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)SO2的轉(zhuǎn)化率(用百分?jǐn)?shù)表示)。
(4)若將平衡混合氣體的5%通入過量的BaCl2溶液,生成沉淀多少克?
答案 (1)bc (2)b (3)消耗氧氣的物質(zhì)的量:
0.7 mol-5.6 L22.4 L?mol-1=0.45 mol
反應(yīng)的n(SO2)=0.45 mol×2=0.9 mol,生成的n(SO3)=0.9 mol
SO2和SO3的物質(zhì)的量之和:21.28 L22.4 L?mol-1=0.95 mol
反應(yīng)前SO2的物質(zhì)的量為:0.95 mol
SO2的轉(zhuǎn)化率:0.9 mol0.95 mol×100%=94.7%
(4)在給定條件下溶液呈強(qiáng)酸性,不會(huì)產(chǎn)生BaSO3沉淀,因此m(BaSO4)=0.90 mol×5%×233 g?mol-1=10.5 g
解析 (1)由定義判斷b正確;由于恒溫恒容下的非等體積反應(yīng),壓強(qiáng)不變說明氣體的總物質(zhì)的量不變,反應(yīng)達(dá)平衡,c正確;由ρ=mV中m和V都是定值,故ρ也始終不變,無法判斷是否達(dá)到平衡,e錯(cuò)誤;SO2和SO3的濃度大小關(guān)系不能作為平衡判定標(biāo)志,a錯(cuò);d中SO3的生成速率和SO2的消耗速率任意時(shí)間點(diǎn)都相等,d錯(cuò)。
(2)由化學(xué)平衡的影響因素可知:恒容下充入N2不改變反應(yīng)混合物各成分濃度,平衡不移動(dòng);充入O2則增大了反應(yīng)物O2的濃度,提高了SO2的轉(zhuǎn)化率;催化劑不改變平衡,無法影響SO2的轉(zhuǎn)化率;升高溫度會(huì)使平衡逆向移動(dòng),降低SO2的轉(zhuǎn)化率。
(3)由信息知消耗氧氣的物質(zhì)的量:0.7 mol-5.6 L22.4 L?mol-1=0.45 mol;②反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)SO2和SO3的總物質(zhì)的量為:21.28 L22.4 L?mol-1=0.95 mol,因?yàn)镾O2和SO3的消耗和生成關(guān)系為1∶1,所以初始SO2的總量也是0.95 mol;③反應(yīng)的n(SO2)=0.45 mol×2=0.9 mol,生成的n(SO3)=0.9 mol。
所以α(SO2)=0.9 mol0.95 mol×100%=94.7%。
(4)在給定條件下,溶液呈強(qiáng)酸性,BaSO3不會(huì)沉淀,因此m(BaSO4)=0.9 mol×5%×233 g?mol-1=10.5 g。
第3課時(shí) 化學(xué)平衡常數(shù)
[目標(biāo)要求] 1.知道化學(xué)平衡常數(shù)的含義。2.能運(yùn)用化學(xué)平衡常數(shù)對(duì)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行程度的判斷。3.能利用化學(xué)平衡常數(shù)計(jì)算反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率。
一、化學(xué)平衡常數(shù)
1.表達(dá)式
對(duì)于一般的可逆反應(yīng):aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g),當(dāng)在一定溫度下達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)時(shí),平衡常數(shù)的表達(dá)式為:K=cc?C??cd?D?ca?A??cb?B?。
2.意義
(1)K值越大,說明正反應(yīng)進(jìn)行的程度越大,反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率越大;反之就轉(zhuǎn)化越不完全,轉(zhuǎn)化率就越小。
(2)K只受溫度影響,與反應(yīng)物或生成物的濃度變化無關(guān)。
二、反應(yīng)物的平衡轉(zhuǎn)化率
1.定義
物質(zhì)在反應(yīng)中轉(zhuǎn)化量與起始量的比值。
2.表達(dá)式
α=Δnn始×100%=Δcc始×100%。
3.意義
反應(yīng)物的平衡轉(zhuǎn)化率表示在一定溫度和一定起始濃度下反應(yīng)進(jìn)行的限度。
知識(shí)點(diǎn)一 化學(xué)平衡常數(shù)
1.關(guān)于化學(xué)平衡常數(shù)的敘述,正確的是( )
A.只與化學(xué)反應(yīng)方程式本身和溫度有關(guān)
B.只與反應(yīng)的溫度有關(guān)
C.與化學(xué)反應(yīng)本身和溫度有關(guān),并且會(huì)受到起始濃度的影響
D.只與化學(xué)反應(yīng)本身有關(guān),與其他任何條件無關(guān)的一個(gè)不變的常數(shù)
答案 A
解析 大量實(shí)驗(yàn)證明,化學(xué)平衡常數(shù)決定于兩個(gè)方面的因素:化學(xué)反應(yīng)的本身和反應(yīng)體系的溫度,與起始濃度等其他外界條件沒有任何關(guān)系。
2.1 000 K時(shí)反應(yīng)C(s)+2H2(g) CH4(g)的K=8.28×107,當(dāng)各氣體物質(zhì)的量濃度分別為H2 0.7 mol?L-1、CH4 0.2 mol?L-1時(shí),上述反應(yīng)( )
A.正向移動(dòng) B.逆向移動(dòng) C.達(dá)到平衡 D.不一定
答案 A
解析 Q=0.2?0.7?2=0.408
Qv逆。
知識(shí)點(diǎn)二 轉(zhuǎn)化率
3.在某溫度下,將2 mol A和3 mol B充入一密閉容器中發(fā)生反應(yīng):aA(g)+B(g) C(g)+D(g),5 min后達(dá)平衡。已知各物質(zhì)的平衡濃度關(guān)系為c(A)a?c(B)=c(C)?c(D)。若在溫度不變的情況下,將容器的容積擴(kuò)大為原來的10倍,A的轉(zhuǎn)化率不發(fā)生變化,則B的轉(zhuǎn)化率為( )
A.60% B.24% C.12% D.40%
答案 D
4.在一定條件下,SO2和O2發(fā)生如下反應(yīng):2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ΔH<0。
(1)寫出該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式K=________。
(2)降低溫度,該反應(yīng)的K值________(填“增大”、“減小”或“不變”,下同),二氧化硫的轉(zhuǎn)化率________,化學(xué)反應(yīng)速率________。
答案 (1)c2?SO3?c2?SO2??c?O2? (2)增大 增大 減小
解析 (1)化學(xué)平衡常數(shù)是指在一定溫度下,達(dá)到平衡的可逆反應(yīng)里生成物濃度的系數(shù)次方的乘積與反應(yīng)物濃度的系數(shù)次方的乘積之比,故K=c2?SO3?c2?SO2??c?O2?。
(2)降低溫度,平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng),反應(yīng)物濃度減小,生成物濃度增大,故K值增大,二氧化硫轉(zhuǎn)化率增大,但化學(xué)反應(yīng)速率隨溫度的降低而減小。(有關(guān)化學(xué)平衡移動(dòng)的知識(shí)下節(jié)介紹)
知識(shí)點(diǎn)三 化學(xué)平衡計(jì)算
5.在一定溫度下,一定體積的密閉容器中有如下平衡:H2(g)+I2(g) 2HI(g)。已知H2
和I2的起始濃度均為0.1 mol?L-1,達(dá)到平衡時(shí),HI的濃度為0.16 mol?L-1。若H2和I2的起始濃度變?yōu)?.2 mol?L-1,則平衡時(shí)H2的濃度(mol?L-1)是( )
A.0.16 B.0.08 C.0.04 D.0.02
答案 C
解析 由于開始時(shí)HI的濃度為0,平衡時(shí)HI的濃度為0.16 mol?L-1,故反應(yīng)中H2和I2的濃度都減小了0.08 mol?L-1,H2、I2、HI的平衡濃度分別為0.02 mol?L-1、0.02 mol?L-1、0.16 mol?L-1,則H2+I2 2HI的化學(xué)平衡常數(shù)為:K=0.1620.02×0.02=64,若H2和I2的起始濃度變?yōu)?.2 mol?L-1,設(shè)達(dá)到平衡時(shí)H2的濃度減少了x mol?L-1,則:
H2 + I2 ?? 2HI
開始濃度(mol?L-1) 0.2 0.2 0
變化濃度(mol?L-1) x x 2x
平衡濃度(mol?L-1) 0.2-x 0.2-x 2x
將平衡濃度代入平衡常數(shù)表達(dá)式:?2x?2?0.2-x?2=64,解得x=0.16 mol?L-1,故平衡時(shí)H2的濃度是0.2 mol?L-1-0.16 mol?L-1=0.04 mol?L-1。
練基礎(chǔ)落實(shí)
1.對(duì)于3Fe+4H2O(g) Fe3O4+4H2(g),反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)的表達(dá)式為( )
A.K=c?Fe3O4??c?H2?c?Fe??c?H2O? B.K=c?Fe3O4??c4?H2?c?Fe??c4?H2O?
C.K=c4?H2O?c4?H2? D.K=c4?H2?c4?H2O?
答案 D
解析 平衡常數(shù)是生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比值,但固體濃度視為1,不寫入平衡常數(shù)計(jì)算式中。
2.在可逆反應(yīng)中,平衡常數(shù)與反應(yīng)進(jìn)行的限度關(guān)系正確的是( )
A.K越大,反應(yīng)程度越大
B.K越大,反應(yīng)程度越小
C.K的大小與反應(yīng)程度無關(guān)
D.升高溫度,K增大
答案 A
解析 對(duì)于給定的可逆反應(yīng)體系,化學(xué)平衡常數(shù)越大,反應(yīng)進(jìn)行的程度越大,A項(xiàng)正確;化學(xué)平衡常數(shù)與溫度升降的關(guān)系視具體反應(yīng)而定,對(duì)于放熱反應(yīng),溫度越高,K越小;對(duì)于吸熱反應(yīng),溫度越高,K越大。
3.2 000 K時(shí),反應(yīng)CO(g)+12O2(g) CO2(g)的平衡常數(shù)為K,則相同溫度下反應(yīng)
2CO2(g) 2CO(g)+O2(g)的平衡常數(shù)K′為( )
A.1K B.K2 C.1K2 D.1K12
答案 C
解析 平衡常數(shù)與化學(xué)方程式的寫法有關(guān),對(duì)于以上兩個(gè)反應(yīng):K=c?CO2?c?CO??c12?O2?,K′=c2?CO??c?O2?c2?CO2?,所以K′=1K2。
4.298 K時(shí),各反應(yīng)的平衡常數(shù)如下:
、貼2(g)+O2(g) 2NO(g),K=1×10-30;
、2H2(g)+O2(g) 2H2O(g),K=2×1081;
③2CO2(g) 2CO(g)+O2(g),K=4×10-92
則常溫下,NO、H2O、CO2這三個(gè)化合物分解放氧的傾向最大的是( )
A.① B.② C.③ D.無法判斷
答案 A
解析 要判斷NO、H2O、CO2這三個(gè)化合物分解放氧的傾向,則必須求出各個(gè)分解放氧反應(yīng)的平衡常數(shù),然后比較大小即可。由計(jì)算可知:
、2NO(g) N2(g)+O2(g),K=1×1030
、2H2O(g) 2H2(g)+O2(g),K=5×10-82
、2CO2(g) 2CO(g)+O2(g),K=4×10-92
平衡常數(shù)越大,表示反應(yīng)進(jìn)行得越徹底,因此反應(yīng)①即NO分解放氧的傾向最大。
練方法技巧
5.已知可逆反應(yīng):M(g)+N(g) P(g)+Q(g) ΔH>0,請(qǐng)回答下列問題:
(1)在某溫度下,反應(yīng)物的起始濃度分別為:c(M)=1 mol?L-1,c(N)=2.4 mol?L-1。達(dá)到平衡后,M的轉(zhuǎn)化率為60%,此時(shí)N的轉(zhuǎn)化率為________;
(2)若反應(yīng)溫度升高,M的轉(zhuǎn)化率________(填“增大”、“減小”或“不變”);
(3)若反應(yīng)溫度不變,反應(yīng)物的起始濃度分別為:c(M)=4 mol?L-1,c(N)=a mol?L-1;達(dá)到平衡后,c(P)=2 mol?L-1,a=________。
(4)若反應(yīng)溫度不變,反應(yīng)物的起始濃度為:c(M)=c(N)=b mol?L-1,達(dá)到平衡后,M的轉(zhuǎn)化率為________。
思路點(diǎn)撥:解答本題要把握以下兩點(diǎn):
(1)運(yùn)用三段式求出平衡轉(zhuǎn)化率。
(2)溫度不變平衡常數(shù)不變。
答案 (1)25% (2)增大 (3)6 (4)41.4%
解析 M(g) + N(g) P(g) + Q(g)
起始濃度?mol?L-1? 1 2.4 0 0
轉(zhuǎn)化濃度?mol?L-1? 1×60% 1×60% 1×60% 1×60%
平衡濃度?mol?L-1? 0.4 1.8 0.6 0.6
N的轉(zhuǎn)化率為0.6 mol?L-12.4 mol?L-1×100%=25%。
(2)由于該反應(yīng)正反應(yīng)吸熱,溫度升高,K增大,平衡右移,則M的轉(zhuǎn)化率增大。
(3)溫度不變,平衡常數(shù)不變,K=0.6×0.60.4×1.8=2×2?4-2?×?a-2?=12,a=6。
(4)根據(jù)(3)的結(jié)果,設(shè)M的轉(zhuǎn)化率為x,則K=bx×bxb?1-x?×b?1-x?=12,則x1-x=12,x=41.4%。
6.某溫度下,將H2和I2各0.1 mol的氣態(tài)混合物充入10 L的密閉容器中,充分反應(yīng)達(dá)到平衡后,測(cè)得c(H2)=0.008 mol?L-1。
(1)求該反應(yīng)的平衡常數(shù)。
(2)在上述溫度下,該容器中若通入H2和I2蒸氣各0.2 mol,試求達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)時(shí)各物質(zhì)的濃度。
答案 (1)平衡常數(shù)為0.25
(2)c(H2)=c(I2)=0.016 mol?L-1,c(HI)=0.008 mol?L-1
解析 (1)依題意可知,平衡時(shí)c(H2)=0.008 mol?L-1,消耗c(H2)=0.002 mol?L-1,生成c(HI)=0.004 mol?L-1
H2 + I2 ?? 2HI
起始時(shí)各物質(zhì)濃度(mol?L-1) 0.01 0.01 0
平衡時(shí)各物質(zhì)濃度(mol?L-1) 0.008 0.008 0.004
K=c2?HI?c?H2??c?I2?=?0.004?2?0.008?2=0.25。
(2)依題意可知,c(H2)=0.02 mol?L-1,c(I2)=0.02 mol?L-1。
設(shè)H2的消耗濃度為x,則:
H2 + I2 ??2HI
平衡時(shí)物質(zhì)濃度(mol?L-1) 0.02-x 0.02-x 2x
因?yàn)镵不隨濃度發(fā)生變化,只與溫度有關(guān),則有:
K=c2?HI?c?H2??c?H2?=?2x?2?0.02-x?2=0.25,
解得x=0.004 mol?L-1。
平衡時(shí)c(H2)=c(I2)=0.016 mol?L-1,
c(HI)=0.008 mol?L-1。
7.合成氨反應(yīng)N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)在某溫度下達(dá)到平衡時(shí),各物質(zhì)的濃度是c(N2)=3 mol?L-1,c(H2)=9 mol?L-1,c(NH3)=4 mol?L-1,求:
、僭摐囟葧r(shí)的平衡常數(shù);②N2、H2的起始濃度。
答案、貹=7.32×10-3
、赾(N2)=5 mol?L-1 c(H2)=15 mol?L-1
解析 K=c2?NH3?c?N2??c3?H2?=423×93=7.3×10-3
N2 + 3H2 ?? 2NH3
起始 x y 0
平衡 3 mol?L-1 9 mol?L-1 4 mol?L-1
Δc x-3 mol y-9 mol?L-1 4 mol?L-1
x-34=12 x=5 mol?L-1
y-94=32 y=15 mol?L-1
8.在一個(gè)容積為500 mL的密閉容器中,充入5 mol H2和2 mol CO。在一定溫度和一定壓強(qiáng)下,發(fā)生如下反應(yīng):
2H2(g)+CO(g) CH3OH(g),經(jīng)過5 min后達(dá)到平衡狀態(tài)。若此時(shí)測(cè)得CH3OH蒸氣的濃度為2 mol?L-1,求:
(1)以H2的濃度變化表示的該反應(yīng)的速率;
(2)達(dá)平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率;
(3)該溫度下的K。
答案 (1)v(H2)=0.8 mol?L-1?min-1
(2)50%
(3)0.028L2?mol-2
解析 設(shè)CO反應(yīng)的濃度為x,則H2反應(yīng)的濃度為2x,由題意可得:
c(起始H2)=5 mol/0.5 L=10 mol?L-1,
c (起始CO)=2 mol/0.5 L=4 mol?L-1,
2H2(g) +CO(g)??CH3OH(g)
起始濃度:10 mol?L-1 4 mol?L-1 0
反應(yīng)濃度:2x x 2 mol?L-1
平衡濃度:10-2x 4-x 2 mol?L-1
解得:x=2 mol?L-1
10-2x=6 mol?L-1
4-x=2 mol?L-1
(1)v(H2)=Δc(H2)/t=4 mol?L-1/5 min
=0.8 mol?L-1?min-1
(2)α(CO)=c(反應(yīng)CO)/c(起始CO)×100%
=2 mol?L-1/4 mol?L-1×100%=50%
(3)K=c?CH3OH?c?CO??c2?H2?=22×62L2?mol-2=0.028 L2?mol-2
練綜合拓展
9.氨是重要的氮肥,合成原理為:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ?mol-1;卮鹣铝袉栴}:
(1)寫出平衡常數(shù)K的表達(dá)式_______________________________________________,
如果降低溫度,該反應(yīng)K值____________,化學(xué)反應(yīng)速率______,N2的轉(zhuǎn)化率______。(填“增大”、“減小”或“不變”)
(2)在500℃、20 MPa時(shí),將N2、H2置于一個(gè)容積為2 L的密閉容器中發(fā)生反應(yīng),反應(yīng)過程中各種物質(zhì)的物質(zhì)的量隨時(shí)間的變化如圖所示,回答下列問題:
、 10 min內(nèi)以NH3表示的平均反應(yīng)速率為
________________________________________________________________________
________________。
、谠10~20 min內(nèi),NH3濃度變化的原因可能是( )
A.使用了催化劑 B.縮小容器體積
C.降低溫度 D.增加NH3物質(zhì)的量
、鄣1次平衡的時(shí)間為:____________,第2次平衡的時(shí)間為:____________,第1次平衡:平衡常數(shù)K1=________________________________________________________
(帶數(shù)據(jù)的表達(dá)式),第2次平衡時(shí)NH3的體積分?jǐn)?shù)__________;
、茉诜磻(yīng)進(jìn)行至25 min時(shí),曲線發(fā)生變化的原因:
________________________________________________________________________
________________,達(dá)第二次平衡時(shí),新平衡的平衡常數(shù)K2______K1(填“大于”、“小于”或“等于”)。
答案 (1)K=c2?NH3?c?N2??c3?H2? 增大 減小 增大
(2)①0.005 mol?L-1?min-1、贏
、20~25 min 35~40 min ?0.15?20.125×?0.075?3 45.5%
④移走0.1 mol NH3 等于
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