二轮专题十一基础化学平衡的思考方法与建模.docx
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二轮专题十一基础化学平衡的思考方法与建模
二轮专题十一基础化学平衡的思考方法与建模
【课堂目标】
1.熟悉基础化学平衡的思考方法。
2.学会简单等效平衡的建模方法。
3.借本专题着力提高高考试题中第15题中的有效得分率。
【基础梳理】
【例1】在体积为2L的恒容密闭容器中发生反应xA(g)+yB(g)
zC(g),图I表示200℃时容器中A、B、C物质的量随时间的变化,图Ⅱ表示不同温度下平衡时C的体积分数随起始n(A)∶n(B)的变化关系。
则下列结论正确的是
A.200℃时,反应从开始到平衡的平均速率υ(B)=0.02mol·L-1·min-1
B.图Ⅱ所知反应xA(g)+yB(g)
zC(g)的△H<0,且a=2
C.若在图Ⅰ所示的平衡状态下,再向体系中充入He,重新达到平衡前υ(正)>υ(逆)
D.200℃时,向容器中充入2molA和1molB,达到平衡时,A的体积分数小于0.5
【解析】
A.200℃时,反应从开始到平衡,B的物质的量的变化为0.2mol,浓度变化为0.1
mol·L-1,反应速率υ(B)=0.02mol·L-1·min-1,A项正确。
B.a对应的平衡时C的体积分数处于最高点,表明n(A)∶n(B)=2,即a=2,正确,但图Ⅱ可知,温度越高,C的体积分数越大,说明正反应是吸热反应,所以,总体B项错误。
C.定温定容条件下,向体系中充入He,各组分浓度不变,反应速率不变,平衡不移动,正
逆反应速率相等,C项错误。
D.由图I可知,容器中充入0.8molA和0.4molB,平衡时A的体积分数为0.5;若起始时充入2molA和1molB,浓度加倍等效于增大压强,平衡向右移动,A的体积分数小于0.5,
D项正确。
【变式1】在10L密闭容器中,A、B、C三种气态物质构成了可逆反应的体系;当在某一温度时,A、B、C物质的量与时间的关系如图一,C的百分含量与温度的关系如图二。
下列分析不正确的是:
A.0~4分钟时,A的平均反应速率为0.02mol/(L•min)
B.该反应的平衡常数表达式K=
C.由T1向T2变化时,υ正>υ逆
D.此反应的正反应为吸热反应
【解析】
A.0~4分钟时,A的平均反应速率为:
{[(2.4mol-2.0mol)/10L]/4min}=0.01mol/(L•min),A项不正确。
B.该反应的平衡常数表达式K=
,B项正确。
C.由T1向T2变化时,C的百分含量在增加,平衡向正向移动,υ正>υ逆,C项正确。
D.T3时,C的百分含量最大,T3向T4变化时,说明平衡后随着温度的升高,平衡向逆反应方向移动,此反应的正反应为放热反应,D项不正确。
【例2】一定条件下存在反应:
2SO2(g)+O2(g)
2SO3(g),其正反应放热。
现有三个体积相同的密闭容器
、
、
,按如下图所示投料,并在400℃条件下开始反应。
达到平衡时,下列说法正确的是
A.容器I、
中平衡常数相同
B.容器II、
I中正反应速率相同
C.容器
I、
I中的反应达平衡时,SO3的体积分数:
II>III
D.容器
中SO2的转化率与容器
中SO3的转化率之和小于1
【解析】
若在恒温恒容下,三个容器中的反应为等效平衡。
A.绝热恒容条件下,温度会发生变化,容器I、
温度不同,平衡常数不相同,A错误。
B.容器
I压强不变,容器II压强增大,正反应速率不相同,B错误。
C.容器
I随着SO3向SO2和O2转化,压强变得越来越大,平衡逆向移动越来越困难,即SO3转化率变小,SO3的体积分数增大,C正确。
D.若为恒温条件,容器
中SO2的转化率与容器
中SO3的转化率之和等于1,又反应放热,使绝热容器
温度不断升高,平衡不利于向正向移动,转化率减小,故两容器转化率之和小于1,D正确。
【变式2】
已知甲为恒压容器、乙为恒容容器。
相同条件下充入等物质的量的NO2气体,且起始时体积相同。
发生反应:
2NO2(g)
N2O4(g)△H<0。
一段时间后相继达到平衡状态。
下列说法中正确的是
A.平衡时NO2体积分数:
甲<乙
B.达到平衡所需时间,甲与乙相等
C.该反应的平衡常数表达式K=c(N2O4)/c(NO2)
D.若两容器内气体的压强保持不变,均说明反应已达到平衡状态
【解析】
A.甲为恒压容器,随着反应的进行,活塞会向下移动,压强不变;乙为恒容容器,随着反应的进行,压强会不断减小,不利反应正向进行。
平衡时NO2体积分数:
甲<乙,A正确。
B.甲为恒压容器,随着反应的进行,活塞会向下移动,压强不变;乙为恒容容器,随着反应的进行,压强会不断减小,速率下降,到达平衡的时间延长。
达到平衡所需时间,甲<乙,B错误。
C.该反应的平衡常数表达式应为:
K=c(N2O4)/c2(NO2),C错误。
D.甲为恒压容器,随着反应的进行,活塞会向下移动,压强始终不变。
乙为恒容容器,随着反应的进行,压强会不断减小,当压强不变时,说明乙反应已达到平衡状态。
D错误。
【例3】在相同温度下,体积相等的三个恒容密闭容器中发生可逆反应:
N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)△H=-92.4kJ/mol。
实验测得起始、平衡时的有关数据如下表:
容器编号
起始时各物质物质的量/mol
平衡时反应中的能量变化
N2
H2
NH3
①
1
3
0
放出热量akJ
②
2
3
0
放出热量bkJ
③
2
6
0
放出热量ckJ
下列叙述正确的是
A.放出热量关系:
a<b<92.4
B.三个容器内反应的平衡常数:
③>①>②
C.达平衡时氨气的体积分数:
①>③
D.N2的转化率:
②>①>③
【解析】
A.在相同温度下,体积相等的①、②恒容密闭容器中,可逆反应不可能进行到底,②比①增加了氮气的量,放出热量关系应为:
a<b<92.4,A项正确。
B.在相同温度下,三个容器内反应的平衡常数应相等:
③=①=②,B项错误。
C.分析时建立如下解题模型:
原容器——等效的相关容器——判断是否压缩到与原容器体积一样
即假设③的体积是①的两倍,两者完全等效,然后将③的体积压缩成与①相同体积,平衡会正向移动,所以,达平衡时氨气的体积分数:
①<③,C项错误。
D.同C分析,N2的转化率:
①<③,①与②比N2的转化率:
②<①,D项错误。
【变式3】相同温度下,体积均为0.25L的两个恒容密闭容器中发生可逆反应:
X2(g)+3Y2(g)
2XY3(g)△H=-92.6kJ·mol-1实验测得反应在起始、达到平衡时的有关数据如下表所示:
容器
编号
起始时各物质物质的量/mol
达平衡时体系能量的变化
X2
Y2
XY3
①
1
3
0
放热23.15kJ
②
0.6
1.8
0.8
Q(Q>0)
下列叙述不正确的是
A.容器①②中反应的平衡常数都为4/2187
B.容器②中反应达到平衡时放出的热量为23.15kJ
C.达平衡时,两个容器中XY3的物质的量浓度均为2mol·L-1
D.若容器①体积为0.20L或者恒压,则达平衡时放出的热量大于23.15kJ
【解析】
A.容器①②温度相同,反应的平衡常数相等,由容器①:
放出的热量为23.15kJ,按比例计算出:
参加反应的X2和Y2分别为:
0.25和0.75mol
X2(g)+3Y2(g)
2XY3(g)△H=-92.6kJ·mol-1
起始的物质的量:
1mol3mol0mol
转化的物质的量:
0.25mol0.75mol0.50mol
平衡的物质的量:
0.75mol2.25mol0.50mol
K=[(0.50mol/0.25L)2/(0.75mol/0.25L)·(2.25mol/0.25L)3]=4/2187,A正确。
B.容器①②完全等效,但起点不同,到达平衡的时间和热效应都不相同。
因此,容器②中反应达到平衡时放出的热量一定小于23.15kJ,B不正确。
C.容器①②完全等效,达平衡时,两个容器中XY3的物质的量浓度均为(0.50mol/0.25L)=2mol·L-1,C正确。
D.若容器①体积为0.20L或者恒压,可看成容器①平衡后再压缩体积,则平衡向正向移动则达平衡时放出的热量大于23.15kJ,D正确。
☆☆☆☆☆基础化学平衡的思考方法与建模
1.反应速率计算:
ν=Δc/t,回答化学反应速率时重点留意是否为浓度的改变量。
2.平衡状态的判断:
ν(正)(B)=ν(逆)(B),各组分的浓度、质量保持不变,其他的物理量在反应过程中如是变量,就可作为平衡标志。
3.关于平衡常数K:
(1)K计算只能是平衡浓度代入计算;
(2)K只与温度有关,平衡常数的大小比较,关键要重视两者的温度高低;
(3)对同一反应来说,K越大,反应进行的程度越大;
(4)列出化学平衡的“三段式”;利用K和浓度商大小关系可判断平衡移动方向。
4.等效平衡的相关判断,分析时建立如下解题模型:
原容器——等效的相关容器——判断是否压缩到与原容器体积一样
。
总之,化学平衡解题关键是建立起“分析条件和结论之间的逻辑关系”的思维模型。
【反馈训练】
1.700℃时,向容积为1L的密闭容器中充入一定量的CO2和H2,发生反应:
CO2(g)+H2(g)
CO(g)+H2O(g)反应过程中测定的部分数据见下表(表中t2>t1):
反应时间/min
n(CO2)/mol
H2/mol
0
1.50
1.00
t1
0.40
t2
0.90
下列说法不正确的是
A.反应在t1min内的平均速率为υ(H2O)=0.60/t1mol·L-1·min-1
B.温度升至800℃,上述反应平衡常数为1.56,则正反应为放热反应
C.保持其他条件不变,向平衡体系中再通入1.00molH2,与原平衡相比,达到新平衡时CO2转化率增大,H2的体积分数增大
D.保持其他条件不变,起始时向容器中充入1.00molCO和1.50molH2O,到达平衡时,是c(CO2)=0.90mol/L
【解析】
A.由表中数据可知,t1min内反应的氢气的物质的量为:
1.0mol-0.4mol=0.6mol,
υ(H2)=(0.6mol/1L)/t1min=0.60/t1mol·L-1·min-1,速率之比等于化学计量数之比计算,υ(H2)=υ(H2O)=0.60/t1mol·L-1·min-1,故A项正确。
B.依据平衡三段式列式计算平衡浓度
CO2(g)+H2(g)
CO(g)+H2O(g)
起始量(mol/L) 1.50 1.00 0 0
变化量(mol/L) 0.6 0.6 0.6 0.6
平衡量(mol/L) 0.9 0.4 0.6 0.6
K=(0.6×0.6/0.9×0.4)=1
温度升至800℃,上述反应平衡常数为1.56,说明温度升高,平衡是向正反应方向移动,故正反应为吸热反应,故B项错误。
C.保持其他条件不变,增加一种反应物的浓度,平衡向正反应方向移动,另一种反应物的转化率增大,自身转化率降低,含量增大。
向平衡体系中再通入1.00molH2,与原平衡相比,达到新平衡时CO2转化率增大,H2的体积分数增大,故C项正确。
D.保持其他条件不变,起始时向容器中充入1.00molCO和1.50molH2O,到达平衡时,c(CO2)=0.90mol/L,依据平衡三