4.用氮化硅(SiN4)陶瓷代替金属制造发动机的耐热部件,能大幅度提高发动机的热效率,工业上用化学气相沉积法制备氮化硅,其反应如下:
3SiCl4(g)+2N2(g)+6H2(g)
Si3N4(s)+12HCl(g) ΔH=QkJ·mol-1(Q<0)
完成下列填空:
(1)上述反应达到平衡后,下列说法正确的是________。
a.其他条件不变,压强增大,平衡常数K减小
b.其他条件不变,温度升高,平衡常数K减小
c.其他条件不变,增大Si3N4物质的量平衡向左移动
d.其他条件不变,增大HCl物质的量平衡向左移动
(2)若平衡时H2和HCl的物质的量之比为
,保持其他条件不变,降低温度后达到新的平衡时,H2和HCl的物质的量之比________
(填“>”、“=”或“<”)。
解析:
(1)温度不变,加压或改变反应物的浓度等平衡常数不变,a错误;因正反应为放热反应,故反应达到平衡后,升高温度,平衡逆向移动,平衡常数K减小,b正确;其他条件不变,增加固体Si3N4的量平衡不移动,c错误;其他条件不变,增大生成物HCl的浓度平衡逆向移动,d正确。
(2)达到平衡后,降低温度,平衡向放热反应方向移动,即该平衡向正方向移动,故n(H2)减小,n(HCl)增加,其比值
减小。
答案:
(1)bd
(2)<
反思归纳
(1)不要把v(正)增大与平衡向正反应方向移动等同起来,只有v(正)>v(逆)时,平衡才向正反应方向移动。
(2)不要把平衡向正反应方向移动与原料转化率的提高等同起来,当反应物总量不变时,平衡向正反应方向移动,反应物转化率提高;当增大一种反应物的浓度,使平衡向正反应方向移动时,只会使其他反应物的转化率提高。
(3)同等程度地改变反应混合物中各物质的浓度时,应视为压强的影响。
考点三 等效平衡
一、等效平衡的含义
在一定条件下(等温等容或等温等压),对同一可逆反应体系,起始时加入物质的物质的量不同,而达到化学平衡时,同种物质的百分含量相同。
二、等效平衡的原理
由于化学平衡状态与条件有关,而与建立平衡的途径无关。
因而,同一可逆反应,从不同的状态开始,只要达到平衡时条件(温度、浓度、压强等)完全相同,则可形成等效平衡。
三、等效平衡的规律
条件
恒温、恒容
恒温、恒压
反应的特点
任何可逆反应
反应前后气体分子数相等
任何可逆反应
起始投料
换算为化学方程式同一边物质;其“量”相同
换算为化学方程式同一边物质;其“量”符合同一比例
换算为化学方程式同一边物质;其“量”符合同一比例
平衡特点
质量分数(w%)
相同
相同
相同
浓度(c)
相同
成比例
相同(气体)
物质的量(n)
相同
成比例
成比例
可简记为:
“恒温恒容条件下,气体体积有变化,极端折算定量加,其他情况定比例”
名师点拨
等效平衡判断“四步曲”
(2013·高考江苏卷)(双选)一定条件下存在反应:
CO(g)+H2O(g)
CO2(g)+H2(g),其正反应放热。
现有三个相同的2L恒容绝热(与外界没有热量交换)密闭容器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ,在Ⅰ中充入1molCO和1molH2O,在Ⅱ中充入1molCO2和1molH2,在Ⅲ中充入2molCO和2molH2O,700℃条件下开始反应。
达到平衡时,下列说法正确的是( )
A.容器Ⅰ、Ⅱ中正反应速率相同
B.容器Ⅰ、Ⅲ中反应的平衡常数相同
C.容器Ⅰ中CO的物质的量比容器Ⅱ中的多
D.容器Ⅰ中CO的转化率与容器Ⅱ中CO2的转化率之和小于1
[解析] 分析题给化学方程式的特点,应用化学平衡移动原理分析、解决问题。
容器Ⅰ中反应正向进行,放出热量,容器Ⅱ中反应逆向进行,吸收热量,两个容器中反应温度不同,则Ⅰ、Ⅱ中正反应速率不相同,A错。
容器Ⅲ中加入反应物的量比容器Ⅰ中多,由于该反应为放热反应,Ⅲ中放出热量比Ⅰ多,Ⅲ中反应正向进行的程度比Ⅰ小,因此容器Ⅲ中反应的化学平衡常数比Ⅰ小,B错。
Ⅰ中反应正向进行,放出热量,Ⅱ中反应逆向进行,吸收热量,由于容器均为绝热容器,Ⅰ和Ⅱ中反应进行的程度均较小,则C、D均正确。
[答案] CD
3.(2015·湖南长沙一中月考)在一固定容积的密闭容器中充入3molA和1molB,发生反应:
3A(g)+B(g)
xC(g),达到平衡后,C的体积分数为w%。
若维持容器体积和温度不变,将0.9molA、0.3molB和2.1molC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.1B.2
C.3D.任意值
解析:
选C。
3A(g)+ B(g)
xC(g)
n(始1)310
n(始2)0.90.32.1
0.9+
×2.10.3+
0
0.9+
=3,x=3。
当x=4时,反应前后气体的分子数不变,不论n(C)为多少,只要加入A、B的量符合n(A)∶n(B)=3∶1,达到平衡时C的体积分数均为w%。
题组一 等效平衡的判断
1.在等温等容条件下,可逆反应:
2A(g)+B(g)
3C(g)+D(g) ΔH=-Q1kJ·mol-1(Q1>0),起始物质的量如下表所示:
序号
A
B
C
D
①
2mol
1mol
0
0
②
4mol
2mol
0
0
③
1mol
0.5mol
1.5mol
0.5mol
④
0
1mol
3mol
1mol
⑤
0
0
3mol
1mol
(1)上述反应达到平衡时,互为等效平衡的是哪几组?
达到平衡后,哪些量相同?
(2)达到平衡后,①放出的热量为Q2kJ,⑤吸收的热量为Q3kJ,则Q1、Q2、Q3的定量关系为________。
解析:
等温、等容条件下,对于左右气相物质的化学计量数不等的可逆反应,改变起始时加入物质的物质的量,若按可逆反应计量数之比换算成同一半边物质(一边倒),其物质的量对应相同,则它们互为等效平衡。
答案:
(1)①③⑤互为等效平衡。
表现在达到平衡后物质的量、质量、体积、物质的量浓度、组分百分含量(物质的量分数、质量分数、体积分数)相同。
(2)Q2+Q3=Q1
2.已知:
t°C时,2H(g)+Y(g)
2I(g) ΔH=-196.6kJ·mol-1,t°C时,在一压强恒定的密闭容器中,加入4molH和2molY反应,达到平衡后,Y剩余0.2mol。
若在上述的平衡体系中,再加入1mol气态的I物质,t°C时达到新的平衡,此时H物质的物质的量n(H)为( )
A.0.8molB.0.6mol
C.0.5molD.0.2mol
解析:
选C。
本题考查恒温恒压条件下等效平衡原理。
根据反应式知,“4molH和2molY反应达到平衡后,Y剩余0.2mol”,即Y转化了1.8mol,根据化学计量数之比,H必转化了3.6mol,即H的转化率等于Y的转化率=
×100%=90%。
该可逆反应在恒温、恒压条件下反应,按起始(Ⅱ)与起始(Ⅲ)投料能达到同一平衡状态,而起始(Ⅰ)与起始(Ⅲ)达到的平衡状态为等效平衡,即平衡时H的转化率相等,故达到新平衡时剩余H的物质的量为n(H)=5mol×(1-90%)=0.5mol。
题组二 等效平衡的综合应用
3.(2015·山东枣庄高三检测)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4mol、2mol和4mol。
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1molD.均减少1mol
解析:
选C。
由于反应是在恒温、恒压的体积可变的容器中进行,故对平衡量进行加倍或减半的操作,相当于等效平衡,平衡状态不变,平衡不移动。
但都增加1mol相当于在各增加1mol、0.5mol、1mol的基础上再增加0.5molB,从而导致平衡正向移动;都减少1mol,相当于在各减少1mol、0.5mol、1mol的基础上再减少0.5molB,从而导致平衡逆向移动。
4.(2015·广东广州模拟)在恒温时,向某密闭容器中通入2molX和1molY气体,发生如下反应:
2X(g)+Y(g)
2Z(g),压强一定时,测得在平衡时Z的体积分数为0.4。
与上述平衡保持同温、同压,若向密闭容器中通入4molX(g)和2molY(g),达到平衡,则Z的体积分数为________;平衡时,气体的总物质的量是________。
解析:
恒温恒压下两平衡等效。
2X(g)+Y(g)
2Z(g)
起始/mol420
变化/mol2aa2a
平衡/mol4-2a2-a2a
=0.4 a=1
n(总)=6mol-amol=5mol
答案:
0.4(或40%) 5mol
反思归纳
恒