2019届高考化学专题十五等效平衡的三种情况精准培优专练.pdf

1 教学课件 培优点十五等效平衡的三种情况 1恒温恒容 ( n(g) 0) 投料换算成相同物质表示时量相同 典例 1在一定温度下，把2mol SO2和 1mol O2通入一定容积的密闭容器中，发生如下 反应， 2SO2(g)+ O2(g)2SO3(g) ，当此反应进行到一定程度时反应混合物就处于化学平 衡状态。现在该容器中维持温度不变，令a、b、c 分别代表初始时加入的SO2(g) 、O2(g) 、 SO3(g) 的物质的量 (mol) ，如果a、b、c 取不同的数值，它们必须满足一定的相互关系，才 能保证达到平衡状态时，反应混合物中三种气体的百分含量仍跟上述平衡完全相同。请填空： （1）若 a=0，b=0，则 c=_。 （2）若 a=0.5 ，则 b=_，c=_。 （3）a、b、c 的取值必须满足的一般条件是_，_。（请用两个 方程式表示，其中一个只含a 和 c，另一个只含b 和 c） 【解析 】通过化学方程式：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) 可以看出，这是一个化学反应前 后气体分子数不等的可逆反应，在定温、 定容下建立的同一化学平衡状态。起始时，无论怎 样改变 SO2(g) 、O2(g) 、SO3(g) 的物质的量，使化学反应从正反应开始，还是从逆反应开始， 或者从正、 逆反应同时开始，它们所建立起来的化学平衡状态的效果是完全相同的，即它们 之间存在等效平衡关系。我们常采用“等价转换”的方法，分析和解决等效平衡问题。（ 1） 若 a=0，b=0，这说明反应是从逆反应开始，通过化学方程式2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) 可 以看出，反应从2mol SO3开始，通过反应的化学计量数之比换算成SO2和 O2的物质的量（即 等价转换），恰好跟反应从2mol SO2和 1mol O2的混合物开始是等效的，故c=2。（ 2）由于 a=0.50, T1温度下的部分实验数据如下表所示。 t/s 0 500 1000 1500 c(N2O5)/(mol·L -1) 5.00 3.52 2.50 2.50 下列说法正确的是 A该反应在任何温度下均能自发进行 BT1温度下的平衡常数为K1125，1000 s 时 N2O5(g) 转化率为50% C其他条件不变时，T2温度下反应到1000 s时测得N2O5(g) 浓度为2.98mol ·L -1，则 T1T2，则 K1b，选项 A错误； B. 假设体积 6 增加一倍时若平衡未移动，A 的浓度应为原来的50% ，实际平衡时A的浓度是原来的60% ， 大于原来的50% ，说明平衡向生成A 的方向移动，即向逆反应移动，选项B正确； C. 根据 选项 B的分析，平衡向逆反应移动，选项C错误； D. 平衡向逆反应移动，物质B的质量分 数减小了，选项D错误；答案选B。 【答案】 B 5在一个固定容积的密闭容器中，保持一定温度进行如下反应：H2(g) Br2(g) 2HBr(g) ，已知加入1mol H2和 2mol Br2达到平衡后，生成x mol HBr ，在相同条件下 若起始时加入的H2、Br2、HBr 分别为 a、b、c( 均不为 0) 且保持平衡时，各组分含量都不变， 以下推断正确的是：a、 b、c 应满足的关系是4ac2b；平衡时HBr 为 ax mol； a、 b、c 应满足的关系是abc；平衡时HBr 为a+b+c 3 x mol 。 A B C D 【解析】在容器中充入1mol H2和 2mol Br2达到平衡后生成x mol HBr。在相同条件下， 若起始时加入H2、 Br2、HBr 分别为 a mol、 b mol、 c mol（均不为0） ，达到平衡时，各组分 百分含量和前一平衡相同，则 建立的是等效平衡；由于该反应是气体体积不变的反应，将所有量按照反应方程式转化 成氢气和溴，只要满足n(H2) n(Br2)=1mol 2mol=12 即可。根据极限转化的思想，将 c mol的 HBr 极限转化为反应物，要实现等效平衡的建立，则相当于的投料符合：氢气： a+0.5c=1 ，溴单质： b+0.5c=2 ，整理得到： 4a+c=2b，故正确；反应两边气体的体积不 变，在容器中充入1mol H2和 2mol Br2达到平衡后气体的物质的量还是3mol，则溴化氢的百 分含量为 x 3 ，加入 H2、Br2、HBr 分别为 a mol 、b mol 、 c mol （均不为0） ，达到平衡时两个 平衡中溴化氢的百分含量相等，设达到平衡时HBr 物质的量为m ， 则 m a+b+c= x 3， 所以 m= a+b+c 3 x mol， 即达到平衡时HBr 物质的量为 a+b+c 3 x mol， 故错误，正确；根据可知， 4a+c=2b， 所以 a+b 不一定等于c，故错误；根据分析可知，正确的为，故选C。 【答案】 C 6 某温度下， 在甲、乙、丙、丁四个恒容密闭容器中投入H2和 I2，发生反应 :H2(g)+I2(g) 2HI(g) 。反应体系中各物质浓度的有关数据如下。 容器起始浓度平衡浓度 7 c(H2)/(mol ·L -1 ) c(I2)/(mol ·L -1 ) c(HI)/(mol·L -1 ) 甲0.01 0.01 0.004 乙0.01 0.02 a 丙0.02 0.01 b 丁0.02 0.02 c 下列判断不正确的是 AHI 的平衡浓度 :a=b0.004 ，c=0.008 B平衡时， H2的转化率：丁 甲 C平衡时，乙中H2的转化率大于20% D丙中条件下，该反应的平衡常数K=0.25 【解析】 A甲、乙比较，乙中碘的浓度大，促进氢气的转化；甲、丙比较，丙中氢气 浓度大，促进碘单质转化，乙丙达到相同平衡状态，则HI 的平衡浓度：a=b0.004 ，反应 H2(g)+I2(g)2HI(g) ，反应前后气体体积不变，丙投料是甲的2 倍，c=0.008 ，故 A正确； B甲、丁比较，起始物质的量为2 倍关系，且物质的量比等于化学计量数之比，增大压强 平衡不移动，则平衡时，H2的转化率：甲 =丁，故 B错误； C由甲中数据可知，甲中氢气转 化率为 0.004×1 2×0.01 ×100%=20%，但甲、乙比较，乙中碘的浓度大，促进氢气 的 转 化 ， 故C 正 确 ； D 甲 、 丙 温 度 相 同 ， K 相 同 ， 结 合 表 格 中 数 据 可 知 ， K= 0.04 2 (0.01-0.002)· (0.01-0.002) =0.25 。故 D正确；故选B。 【答案】 B 7在 1L 密闭容器中通入2mol NH3，在一定温度下发生反应:2NH3N2+3H2，达到平 衡状态时， N2的物质的量分数为a% ，维持容器的容积和温度不变，分别通入下列几组物质， 达到平衡状态时，容器内N2的物质的量分数仍为a% 的是 A3mol H2和 1mol NH3 B2mol N2和 3mol H2 C1mol N2和 3mol NH3 D0.1mol NH3、0.95mol N2、 2.85mol H 2 【解析】根据等效平衡，按化学计量数转化到方程式的左边，满足n(NH3)=2mol ，则达 到平衡时，容器内N2的百分含量为a% 。A.3mol H 2+1mol NH3与初始量2mol NH3不相同，则 8 不属于等效平衡，达到平衡时，容器内N2的百分含量不是a% ，故 A错误； B.2mol N2+3mol H2 按化学计量数转化到方程式的左边可得：n(NH3)=2mol 、n(N2)=1mol ，不属于等效平衡，故B 错误； C.1mol N2+3mol NH3与初始量 2mol NH3不相同，则不属于等效平衡，达到平衡时，容 器内 N2的百分含量不是a% ，故 C错误； D.0.1mol NH3+0.95mol N2+2.85mol H2，按化学计量 数转化到方程式的左边，满足n(NH3)=2mol ，属于等效平衡，故D正确；故选D。 【答案】 D 8在温度、容积相同的3 个密闭容器中，按不同方式投入反应物，保持恒温、恒容， 测得达到平衡时的有关数据如下：已知X(g)+3Y(g)2Z(g) H=-Q kJ·mol -1 容器甲乙丙 反应物投入量1mol X 、3mol Y 2mol Z 4mol Z Z 的浓度 (mol·L - 1) c1c2c3 反应的能量变化放出 a kJ 吸收 b kJ 吸收 c kJ 体系压强 (Pa) p1p2p3 反应物转化率123 下列说法正确的是 A2c1c3 Ba+b=Q C2p223 D容器中SO3的物质的量浓度：丙丁v逆 DT K时起始向容器中充入1.0mol Cl2和 0.9mol CO ，达到平衡时，Cl2的转化率为80% 【解析】 A. 反应在前2s 的平均速率v(Cl2)= c t =0.16mol 2L ÷2s=0.04mol·(L·s) -1，错 误； B.平衡时 v(Cl2)= c t =0.2mol 2L =0.1mol·L -1，升高温度， c(Cl 2) =0.11mol·L -1 ，说明平衡 向正反应方向移动，则正反应应为吸热反应 H0，错误； C. COCl2(g)Cl 2(g) CO(g) 起始（ mol·L -1 ） ： 0.5 0 0 转化（ mol·L -1 ） ： 0.1 0.1 0.1 平衡（ mol·L -1 ） ： 0.4 0.1 0.1 该温度下 K= 0.1 ×0.1 0.4 =0.025 ， 若起始向容器中充入0.9mol COCl2、 0.10mol Cl2和 0.10mol CO ， 此时 Qc=0.0110.025 ， 则反应达到平衡前正v逆。 正确；D. T K时起始向容器中充入1.0mol Cl2和 1.0mol CO ，应等效于 向 2.0L 恒容密闭容器中充入1.0mol COCl2， 达到平衡时Cl2的转化率等于80% ， 如加入 1.0mol Cl2和 0.9mol CO ，相当于在原来的基础上减小0.1mol CO ，平衡在原来的基础上向正反应方 向移动，则Cl2的转化率小于80% ，错误；故选C。 【答案】 C 11 11 一定温度下在甲、 乙、丙三个体积相等且恒容的密闭容器中发生反应：NO2(g)+SO2(g) SO3(g)+NO(g) 。投入NO2和 SO2，起始浓度如下表所示，其中甲经2min 达平衡时， NO2 的转化率为50，下列说法正确的是（） 起始浓度甲乙丙 c(NO2)/(mol ·L -1) 0.10 0.20 0.20 c(SO2)/(mol ·L -1) 0.10 0.10 0.20 A容器甲中的反应在前2min 的平均速率v(NO)=0.05mol·L -1·min-1 B容器乙中若起始时改充0.10mol·L -1 NO 2和 0.20mol·L -1 SO2，达到平 c(NO) 与原平衡 相同 C达到平衡时，容器丙中SO3的体积分数是容器甲中SO3的体积分数的2 倍 D达到平衡时，容器乙中NO2的转化率和容器丙中NO2的转化率相同 【解析】甲经2min 达平衡时， NO2的转化率为50% ，其平衡浓度为0.05mol ·L - 1， NO2(g) + SO2(g)SO3(g)+NO(g) 开始（ mol·L -1） ：0.1 0.1 0 0 转化（ mol·L -1） ：0.05 0.05 0.05 0.05 平衡（ mol·L -1） ：0.05 0.05 0.05 0.05 故该温度下平衡常数K= 0.05×0.05 0.05×0.05 =1，各容器内温度相同，平衡常数均相同。A容器 甲中的反应在前 2min，NO的平均速率v(NO)= 0.05mol·L - 1 2min =0.025mol·L -1 ·min -1 ，故 A错误； B. 令平衡 时 NO的浓度为y mol ·L -1， NO2(g) + SO2(g)SO3(g)+NO(g) 开始（ mol·L -1） ：0.1 0.2 0 0 转化（ mol·L -1） ： y y y y 平衡（ mol·L -1） ：0.1-y 0.2-y y y 则 y×y (0.1-y)×(0.2-y) =1，只 要 二氧 化氮 和二 氧 化硫 的 浓度 分别是0.1mol ·L - 1 和 0.2mol ·L -1，平衡时 NO的浓 度就相同， 故 B正确； C.该反应为反应前后气体压强不变的反应，容器丙的反应物的起 12 始浓度是容器甲的2 倍，平衡不移动，因此容器丙中SO3的体积分数和容器甲中SO3的体积 分数相等，故C错误； D.起始浓度容器乙中的NO2是器甲的2 倍，而 SO2的起始浓度一样， 单纯的增大某一种物质的浓度，这种物质的转化率一定降低，因此达到平衡时，容器乙中 NO2的转化率小于容器丙中NO2的转化率，故D错误；答案选B。 【答案】 B