1、第21讲化学平衡移动化学反应进行的方向化学平衡的移动1.(2014江苏单科,15,4分)一定温度下,在三个体积均为1.0 L的恒容密闭容器中发生反应: 2CH3OH(g) CH3OCH3(g)+H2O(g)容器编号温度()起始物质的量(mol)平衡物质的量(mol)CH3OH(g)CH3OCH3(g)H2O(g)3870.200.0800.0803870.402070.200.0900.090下列说法正确的是()A.该反应的正反应为放热反应 B.达到平衡时,容器中的CH3OH体积分数比容器中的小C.容器中反应到达平衡所需时间比容器中的长 D.若起始时向容器中充入CH3OH 0.15 mol、C
2、H3OCH3 0.15 mol和H2O 0.10 mol,则反应将向正反应方向进行2.(2013北京理综,11,6分)下列实验事实不能用平衡移动原理解释的是()A.t/2550100KW/10-141.015.4755.0B.C.c(氨水)/(molL-1)0.10.01pH11.110.6D.3.(2013大纲全国,7,6分)反应X(g)+Y(g) 2Z(g)H0,达到平衡时,下列说法正确的是()A.减小容器体积,平衡向右移动B.加入催化剂,Z的产率增大C.增大c(X),X的转化率增大D.降低温度,Y的转化率增大4.(2012重庆理综,13,6分)在一个不导热的密闭反应器中,只发生两个反应:
3、a(g)+b(g) 2c(g);H10进行相关操作且达到平衡后(忽略体积改变所做的功),下列叙述错误的是()A.等压时,通入惰性气体,c的物质的量不变B.等压时,通入z气体,反应器中温度升高C.等容时,通入惰性气体,各反应速率不变D.等容时,通入z气体,y的物质的量浓度增大5.(2014天津理综,10,14分)合成氨是人类科学技术上的一项重大突破,其反应原理为:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)H=-92.4 kJmol-1一种工业合成氨的简易流程图如下:(1)天然气中的H2S杂质常用氨水吸收,产物为NH4HS。一定条件下向NH4HS溶液中通入空气,得到单质硫并使吸收液再生,写出再生反应
4、的化学方程式:。(2)步骤中制氢气原理如下:CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)H=+206.4 kJmol-1CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)H=-41.2 kJmol-1对于反应,一定可以提高平衡体系中H2百分含量,又能加快反应速率的措施是。a.升高温度b.增大水蒸气浓度c.加入催化剂d.降低压强利用反应,将CO进一步转化,可提高H2产量。若1 mol CO和H2的混合气体(CO的体积分数为20%)与H2O反应,得到1.18 mol CO、CO2和H2的混合气体,则CO转化率为。(3)图1表示500 、60.0 MPa条件下,原料气投料比与平衡时NH3体积
5、分数的关系。根据图中a点数据计算N2的平衡体积分数:。(4)依据温度对合成氨反应的影响,在图2坐标系中,画出一定条件下的密闭容器内,从通入原料气开始,随温度不断升高,NH3物质的量变化的曲线示意图。(5)上述流程图中,使合成氨放出的能量得到充分利用的主要步骤是(填序号)。简述本流程中提高合成氨原料总转化率的方法:。综合题1.(2014福建理综,12,6分)在一定条件下,N2O分解的部分实验数据如下:反应时间/min0102030405060708090100c(N2O)/molL-10.1000.0900.0800.0700.0600.0500.0400.0300.0200.0100.000下
6、图能正确表示该反应有关物理量变化规律的是()(注:图中半衰期指任一浓度N2O消耗一半时所需的相应时间,c1、c2均表示N2O初始浓度且c12p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.反应放出或吸收热量的数值Q:Q甲=Q丙2Q乙3.(2012江苏单科,14,4分)温度为T时,向2.0 L恒容密闭容器中充入1.0 mol PCl5,反应PCl5(g) PCl3(g)+Cl2(g)经过一段时间后达到平衡。反应过程中测定的部分数据见下表:t/s050150250350n(PCl3)/mol00.160.190.200.20下列说法正确的是()A.反应
7、在前50 s的平均速率v(PCl3)=0.003 2 molL-1s-1B.保持其他条件不变,升高温度,平衡时c(PCl3)=0.11 molL-1,则反应的Hv(逆)D.相同温度下,起始时向容器中充入2.0 mol PCl3和2.0 mol Cl2,达到平衡时,PCl3的转化率小于80%4.(2014浙江理综,27,14分)煤炭燃烧过程中会释放出大量的SO2,严重破坏生态环境。采用一定的脱硫技术可以把硫元素以CaSO4的形式固定,从而降低SO2的排放。但是煤炭燃烧过程中产生的CO又会与CaSO4发生化学反应,降低了脱硫效率。相关反应的热化学方程式如下:CaSO4(s)+CO(g) CaO(s
8、)+SO2(g)+CO2(g)H1=218.4 kJmol-1(反应)CaSO4(s)+4CO(g) CaS(s)+4CO2(g)H2=-175.6 kJmol-1(反应)请回答下列问题:(1)反应能够自发进行的反应条件是。(2)对于气体参与的反应,表示平衡常数Kp时用气体组分(B)的平衡压强p(B)代替该气体物质的量的浓度c(B),则反应的Kp=(用表达式表示)。(3)假设某温度下,反应的速率(v1)大于反应的速率(v2),则下列反应过程能量变化示意图正确的是。(4)通过监测反应体系中气体浓度的变化可判断反应和是否同时发生,理由是。(5)图1为实验测得不同温度下反应体系中CO初始体积百分数与
9、平衡时固体产物中CaS质量百分数的关系曲线。则降低该反应体系中SO2生成量的措施有。A.向该反应体系中投入石灰石B.在合适的温度区间内控制较低的反应温度C.提高CO的初始体积百分数D.提高反应体系的温度(6)恒温恒容条件下,假设反应和同时发生,且v1v2,请在图2中画出反应体系中c(SO2)随时间t变化的总趋势图。题组一化学平衡的移动1.AD由、数据分析可知,降温CH3OH的转化率增大,平衡向正反应方向移动,正反应为放热反应,A项正确;B项,和对比,CH3OH(g)的起始浓度增大一倍,容器体积不变,相当于增大压强,而此反应为反应前后气体分子数不变的反应,增大压强平衡不移动,CH3OH体积分数不
10、变,B项错误;比温度低,反应更慢,到达平衡所需时间更长,C项错误;D项,容器温度为387 ,平衡常数K=c(CH3OCH3)c(H2O)c2(CH3OH)=(0.0801.0)2(0.0401.0)2=4,而此时浓度商Qc=0.151.00.101.0(0.151.0)2=234,反应向正反应方向进行,D项正确。2.C2NO2(g) N2O4(g)H0),升高温度,平衡正向移动,KW=c(H+)c(OH-)增大,B项正确;双氧水的分解反应2H2O2 O2+2H2O不是可逆反应,不存在化学平衡,C项不能用平衡移动原理解释;在氨水中存在电离平衡NH3H2O NH4+OH-,稀释时平衡正向移动,所以
11、,浓度变化10倍,pH变化小于1,D项正确。3.D对于反应前后气体总体积不变的可逆反应,压强改变平衡不移动,A项错误;催化剂只能改变反应速率,不能使平衡发生移动,B项错误;两种气态物质发生的可逆反应,增大一种物质的浓度,另一种物质的转化率增大,自身的转化率减小,C项错误;降低温度,平衡向放热反应方向移动,D项正确。4.A不导热的密闭容器中,等压时,通入惰性气体,体积增大,x(g)+3y(g) 2z(g)平衡逆向移动,放出热量,体系温度升高,a(g)+b(g) 2c(g)平衡逆向移动,c的物质的量减少;B项,等压时,通入z气体,x(g)+3y(g) 2z(g)平衡逆向移动,体系温度升高;C项,等
12、容时,通入惰性气体,反应物浓度不变,各反应速率不变;D项,等容时,通入z气体,x(g)+3y(g) 2z(g)平衡逆向移动,y的物质的量浓度增大。5.答案(1)2NH4HS+O2 2NH3H2O+2S(2)a90%(3)14.5%(4)(5)对原料气加压;分离液氨后,未反应的N2、H2循环使用解析(1)由题给反应信息不难写出再生反应的化学方程式为2NH4HS+O2 2S+2NH3H2O。(2)增大水蒸气浓度,平衡右移,但H2百分含量不一定提高;加入催化剂,对平衡无影响,不能提高H2百分含量;降低压强,反应速率减慢。设达到平衡时CO转化了x mol。CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(
13、g)n起始0.2 mol0 mol0.8 moln平衡(0.2-x)molx mol(0.8+x)mol(0.2-x)+x+(0.8+x)=1.18,x=0.18,CO=0.18mol0.2mol100%=90%。(3)方法1:设达到平衡时N2转化了x mol。N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)n起始n mol3n mol0n平衡(n-x) mol(3n-3x)mol2x mol2x(n-x)+(3n-3x)+2x100%=42%,x=0.592n故N2体积分数=n-x4n-2x100%=n-0.592n4n-20.592n100%14.5%。方法2:由N2、H2按13投料,N2与H2又
14、按照13发生反应,故从反应开始到反应平衡,N2和H2之比始终为13。N2体积分数=13+1(1-42%)=14.5%。(4)反应初期,NH3从无到有,在未达到平衡前,NH3物质的量是增大的,达到平衡后,温度升高,平衡逆向移动,NH3物质的量逐渐减小,曲线见答案。(5)通过热交换器(步骤),加热进入合成塔的原料气,同时冷却从合成塔出来的平衡混合气。提高原料总转化率的方法有:对N2、H2加压;将产物NH3液化分离,减小生成物浓度;将未反应的N2、H2循环使用。题组二综合题1.AA项,v(N2O)=c(N2O)t,从表中数据分析可知,反应速率不变,A项正确;N2O的分解反应不是可逆反应,反应终点速率
15、为0,B项错误;C项,由半衰期的定义并结合表中数据可知,随着浓度减小,半衰期缩短,C项错误;D项,由转化率定义并结合表中数据可知,初始浓度越大,则转化率越小,D项错误。2.B2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)(甲)2 mol 1 mol0(乙)1 mol 0.5 mol0(丙)0 0 2 mol由(甲)、(乙)、(丙)中各物质的物质的量可知,(甲)、(丙)属于等效平衡,故容器内压强p甲=p丙,SO3的质量m甲=m丙。(甲)、(乙)相比,(乙)相当于(甲)减压使容器容积变为原容积的2倍,减压会使平衡逆向移动,使p乙12p甲,即p甲2p乙,SO3的质量m乙2m乙。(甲)、(乙)中,起始时各
16、物质的物质的量之比均等于化学方程式中各物质的化学计量数之比,故反应达到平衡时,c(SO2)与c(O2)之比k甲=k乙。(甲)、(丙)中反应是从正、逆两个不同起始方向进行的,且(甲)、(丙)达到的平衡属于等效平衡;若(甲)、(丙)中反应物的转化率均为50%,则(甲)中放出的热量与(丙)中吸收的热量相等;若(甲)、(丙)中反应物的转化率不相等,则(甲)中放出的热量与(丙)中吸收的热量不相等。3.CA项,由表中数据可知,反应在前50 s的平均速率v(PCl3)=0.16mol2.0 L50 s=0.001 6 molL-1s-1。B项,升高温度,重新达到平衡时n(PCl3)=0.11 molL-12
17、.0 L=0.22 mol0.20 mol,说明升高温度,平衡正向移动,即正反应为吸热反应。C项, PCl5(g) PCl3(g) + Cl2(g)起始11.0 mol00平衡10.80 mol 0.20 mol0.20 mol起始21.0 mol0.20 mol0.20 mol对比平衡1和起始2,反应从起始2开始达到平衡的过程中,平衡正向移动:v(正)v(逆)。D项,我们设计如下三种状态进行比较:PCl5(g) PCl3(g) + Cl2(g)1.0 mol000 1.0 mol1.0 mol0 2.0 mol2.0 mol和达到的平衡属于等效平衡,故反应达平衡后,PCl3的转化率=1.0m
18、ol-0.20mol1.0mol100%=80%;与相比,相当于对增大压强,而增大压强,平衡向生成PCl5的方向移动,PCl3的转化率增大,故反应达平衡时,PCl3的转化率大于80%。4.答案(1)高温(2)p4(CO2)p4(CO)(3)C(4)如果气相中SO2和CO2两种气体的浓度之比随时间发生变化,则表明两个反应同时发生(5)A、B、C(6)解析(1)反应的H0,S0,高温时反应能自发进行。(2)依题给信息,可得反应的Kp=p4(CO2)p4(CO)。(3)反应速率较快,说明该反应活化能较低,结合反应吸热,反应放热,可判断C图正确。(4)反应生成SO2、CO2两种气态产物,反应只生成CO
19、2一种气态产物,若c(SO2)/c(CO2)不变,只发生反应;若c(SO2)=0,c(CO2)或c(CO)发生变化,只发生反应;若c(SO2)/c(CO2)发生变化,则反应、同时发生。(5)向反应体系中投入石灰石,CaCO3(s) CaO(s)+CO2(g),c(CO2)增大,反应的平衡逆向移动,SO2的量减少,A正确;在合适温度区间内降低反应温度,反应逆向进行,SO2的量减小,B正确,D错误;CO体积分数增大,由图1知CaS质量分数增大,c(CO2)增大,反应逆向进行,SO2的量减少,故C正确。(6)因反应速率快,c(SO2)先增大快,随着反应的进行,使c(CO2)增大,反应逆向进行,c(SO2)减小,当反应、均达到平衡时,c(SO2)不再变化,由此可画出c(SO2)随时间变化的曲线图。
