]
2.在体积恒定的密闭容器中,充入3molA和1molB发生反应3A(g)+B(g)xC(g),达到平衡后,C在平衡混合气体中的体积分数为φ。
若维持温度不变,按1.2molA、0.4molB、0.6molC为起始物质。
(1)若达到平衡后C的体积分数仍为φ,则x的值是________。
(填字母,下同)
A.1 B.2
C.3D.4
(2)若达到平衡后压强不变,C的体积分数仍为φ,则x的值是________。
A.1B.2
C.3D.4
[解析] 第
(1)题只要满足φ相等,属于等效平衡,满足题中条件应用回归定比法,x可等于1也可等于4。
第
(2)题不仅要满足平衡时φ相等,且压强不变,即物质的量不变,属于等效平衡,必须用回归定值法,即1.2mol+
=3mol,0.4mol+
=1mol,解得x=1。
[答案]
(1)AD
(2)A
角度2 同温同压条件下等效平衡的应用
3.恒温恒压下,在一个容积可变的密闭容器中发生反应:
A(g)+B(g)C(g),若开始时通入1molA和1molB,达到平衡时生成amolC。
则下列说法错误的是( )
A.若开始时通入3molA和3molB,达到平衡时,生成的C的物质的量为3amol
B.若开始时通入4molA、4molB和2molC,达到平衡时,B的物质的量一定大于4mol
C.若开始时通入2molA、2molB和1molC,达到平衡时,再通入3molC,则再次达到平衡后,C的物质的量分数为
D.若在原平衡体系中,再通入1molA和1molB,混合气体的平均相对分子质量不变
B [选项A,开始时通入3molA和3molB,由于容器体积膨胀,保持恒压,相当于将三个原容器叠加,各物质的含量与原平衡中的相同,C的物质的量为3amol;选项B,无法确定平衡移动的方向,不能确定平衡时B的物质的量一定大于4mol;选项C,根据题给数据可算出达到平衡时C的物质的量分数为
;选项D,这种条件下混合气体的平均相对分子质量不变。
]
角度3 恒温恒压与恒温恒容条件下的状态比较
4.有甲、乙两容器,甲容器容积固定,乙容器容积可变。
一定温度下,在甲中加入2molN2、3molH2,反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)达到平衡时生成NH3的物质的量为mmol。
(1)相同温度下,在乙中加入4molN2、6molH2,若乙的压强始终与甲的压强相等,乙中反应达到平衡时,生成NH3的物质的量为________mol(从下列各项中选择,只填字母,下同);若乙的容积与甲的容积始终相等,乙中反应达到平衡时,生成NH3的物质的量为________mol。
A.小于m B.等于m C.在m~2m之间
D.等于2m E.大于2m
(2)若开始时甲、乙两容器的容积相同,甲保持恒温恒容达到平衡,乙保持恒温恒压通入2molN2和3molH2达到平衡,两容器平衡时,转化率α(N2),甲________乙(填“>”“<”或“=”)。
[解析]
(1)由于甲容器定容,而乙容器定压,当它们的压强相等达到平衡时,乙的容积应该为甲的两倍,生成的NH3的物质的量应该等于2mmol。
当甲、乙两容器的体积相等时,相当于将建立等效平衡后的乙容器压缩,故乙中NH3的物质的量大于2mmol。
(2)起始加入量相同,平衡时乙中的压强大,反应程度大,α(N2)大。
[答案]
(1)D E
(2)<
(1)构建恒温恒容平衡思维模式
新平衡状态可认为是两个原平衡状态简单的叠加并压缩而成,相当于增大压强。
(2)构建恒温恒压平衡思维模式(以气体物质的量增加的反应为例,见图示)
新平衡状态可以认为是两个原平衡状态简单的叠加,压强不变,平衡不移动。
(3)恒温恒容与恒温恒压条件平衡比较模式(起始量相同)
专项突破8 “三段式”突破化学平衡的综合计算
“三段式法”是有效解答化学平衡计算题的“万能钥匙”。
解题时,要注意清楚条理地列出起始量、转化量、平衡量,按题目要求进行计算,同时还要注意单位的统一。
1.步骤
2.方法:
可按下列模式进行计算:
如mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),令A、B起始物质的量浓度分别为amol·L-1、bmol·L-1,达到平衡后消耗A的物质的量浓度为mxmol·L-1。
mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)
起始(mol·L-1)ab00
变化(mol·L-1)mxnxpxqx
平衡(mol·L-1)a-mxb-nxpxqx
相关计算:
①平衡常数:
K=
。
②A的平衡转化率:
α(A)平=
×100%。
③A的物质的量分数(或气体A的体积分数):
w(A)=
×100%。
④v(A)=
。
⑤混合气体的平均密度:
混=
。
⑥混合气体的平均相对分子质量:
=
。
⑦
=
。
[对点训练1] (2015·重庆高考)羰基硫(COS)可作为一种粮食熏蒸剂,能防止某些昆虫、线虫和真菌的危害。
在恒容密闭容器中,将CO和H2S混合加热并达到下列平衡:
CO(g)+H2S(g)COS(g)+H2(g) K=0.1
反应前CO物质的量为10mol,平衡后CO物质的量为8mol。
下列说法正确的是( )
A.升高温度,H2S浓度增加,表明该反应是吸热反应
B.通入CO后,正反应速率逐渐增大
C.反应前H2S物质的量为7mol
D.CO的平衡转化率为80%
C [A.升高温度,H2S浓度增大,说明平衡向逆反应方向移动,逆反应为吸热反应,则正反应为放热反应,故不正确。
B.通入CO后,正反应速率瞬间增大,之后化学平衡发生移动,正反应速率逐渐减小,逆反应速率逐渐增大,当正反应速率和逆反应速率相等时,反应达到新的化学平衡状态,故不正确。
C.设反应前H2S的物质的量为amol,容器的容积为1L,列“三段式”进行解题:
CO(g)+H2S(g)COS(g)+H2(g)
起始物质的量
浓度(mol·L-1) 10 a 0 0
转化物质的量
浓度(mol·L-1) 2 2 2 2
平衡物质的量
浓度(mol·L-1) 8 a-2 2 2
化学平衡常数K=
=0.1,解得a=7,故正确。
D.CO的平衡转化率为
×100%=20%,故不正确。
]
[对点训练2] 在1.0L密闭容器中充入0.10molA(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=0.32mol·L-1
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0.1molA,则A的转化率增大
B [选项A,由图可知,0~t1与t1~t2时间段,反应体系总压强增大均为0.2kPa,即消耗等量的A,随着反应的进行,平均反应速率降低,故t2>2t1,错误。
选项B,由阿伏加德罗定律的推论可知,0.5/0.9=0.10/n,解得n=0.18,设反应达到平衡时A变化的物质的量为x,则
A(g)B(g)+C(g)
起始量(mol):
0.100
变化量(mol):
xxx
平衡量(mol):
0.1-xxx
故(0.1-x)+x+x=0.18,解得x=0.08,则平衡时[A]=0.02mol/L,[B]=0.08mol/L,[C]=0.08mol/L,则K=
=0.32mol·L-1,正确。
选项C,反应是放热反应,且反应前后气体分子数增大,故要增大平衡体系中B的含量,可以采用降低温度、减小压强、减少C的量等方法,错误。
选项D,再充入0.1molA,平衡正向移动,但A的转化率减小,错误。
]
[对点训练3] COCl2的分解反应为COCl2(g)===Cl2(g)+CO(g) ΔH=+108kJ·mol-1。
反应体系达到平衡后,各物质的浓度在不同条件下的变化状况如下图所示(第10min到14min的COCl2浓度变化曲线未标出):
(1)计算反应在第8min时的平衡常数K=________;
(2)若12min时反应于温度T(8)下重新达到平衡,则此时[COCl2]=__mol·L-1。
[解析]
(1)根据图像得出以下数据:
COCl2(g)===Cl2(g)+CO(g) ΔH=+108kJ/mol
开始/(mol·L-1) 0.055 0.095 0.07
8min/(mol·L-1)0.040.110.085
K=
=
≈0.234mol·L-1。
(2)设12min时COCl2的平衡浓度为x。
由于12min时反应在温度T(8)下达到平衡,则由平衡常数定义得
K=
=
mol·L-1=0.234mol·L-1
解得x≈0.031mol·L-1。
[答案]
(1)0.234mol·L-1
(2)0.031
[对点训练4] 研究氮氧化物与悬浮在大气中海盐粒子的相互作用时,涉及如下反应:
【导学号:
99682234】
2NO2(g)+NaCl(s)NaNO3(s)+ClNO(g)
K1 ΔH1<0(Ⅰ)
2NO(g)+Cl2(g)2ClNO(g) K2 ΔH2<0(Ⅱ)
(1)4NO2(g)+2NaCl(s)2NaNO3(s)+2NO(g)+Cl2(g)的平衡常数K=_____(用K1、K2表示)。
(2)为研究不同条件对反应(Ⅱ)的影响,在恒温条件下,向2L恒容密闭容器中加入0.2molNO和0.1molCl2,10min时反应(Ⅱ)达到平衡。
测得10min内v(ClNO)=7.5×10-3mol·L-1·min-1,则平衡后n(Cl2)=________mol,NO的转化率α1=________。
其他条件保持不变,反应(Ⅱ)在恒压条件下进行,平衡时NO的转化率α2________α1(填“>”“<”或“=”),平衡常数K2________(填“增大”“减小”或“不变”)。
若要使K2减小,可采取的措施是_________________________。
[解析]
(1)将题干中已知的两个化学方程式做如下处理:
(Ⅰ)×2-(Ⅱ)可得4NO2(g)+2NaCl(s)2NaNO3(s)+2NO(g)+Cl2(g),则其平衡常数K=
。
(2)根据“三段式”:
2NO(g)+Cl2(g) 2ClNO(g)
起始mol·L-10.10.050
转化mol·L-10.1α10.05α10.1α1
平衡mol·L-10.1-0.1α10.05-0.05α10.1α1
v(ClNO)=
=7.5×10-3mol·L-1·min-1,得α1=75%,平衡时n(Cl2)=(0.05-0.05α1)mol·L-1×2L=0.025mol。
该反应为气体分子数减小的反应,恒压条件下相对于恒容条件下,压强增大,平衡右移,NO的转化率增大,即α2>α1;化学平衡常数只与温度有关,温度不变,平衡常数K2不变;该反应为放热反应,升高温度可使平衡常数K2减小。
[答案]
(1)
(2)2.5×10-2 75% > 不变
升高温度
[对点训练5] (2014·福建高考节选)已知t℃时,反应FeO(s)+CO(g)