化学平衡与转化率综合应用
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考点40 化学平衡常数及转化率1.化学平衡常数(1)定义在一定温度下,当一个可逆反应达到化学平衡时,生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值是一个常数,这个常数就是该反应的化学平衡常数(简称平衡常数),用K表示。
(2)表达式对于一般的可逆反应:m A(g)+n B(g)p C(g)+q D(g),K=(C)(D) (A)(B)p qm nc cc c⋅⋅。
(3)应用①判断反应进行的限度K值大,说明反应进行的程度大,反应物的转化率高。
K值小,说明反应进行的程度小,反应物的转化率低。
K <10−510−5~105>105反应程度很难进行反应可逆反应可接近完全②判断反应是否达到平衡状态化学反应a A(g)+b B(g)c C(g)+d D(g)在任意状态时,浓度商均为Q c=(C)(D) (A)(B)c da bc cc c⋅⋅。
Q c>K时,反应向逆反应方向进行;Q c=K时,反应处于平衡状态;Q c<K时,反应向正反应方向进行。
③利用平衡常数判断反应的热效应若升高温度,K值增大,则正反应为吸热反应;若升高温度,K值减小,则正反应为放热反应。
2.转化率对于一般的化学反应:a A+b B c C+d D,达到平衡时反应物A的转化率为α(A)=A AA的初始浓度-的平衡浓度的初始浓度×100%=0(A)(A)(A)c cc-×100%[c0(A)为起始时A的浓度,c(A)为平衡时A的浓度]反应物平衡转化率的变化判断判断反应物转化率的变化时,不要把平衡正向移动与反应物转化率提高等同起来,要视具体情况而定。
常见有以下几种情形:反应类型条件的改变反应物转化率的变化有多种反应物的可逆反应m A(g)+n B(g)p C(g)+q D(g) 恒容时只增加反应物A的用量反应物A的转化率减小,反应物B的转化率增大同等倍数地增大(或减小)反应物A、B的量恒温恒压条件下反应物转化率不变恒温恒容条件下m+n>p+q反应物A和B的转化率均增大m+n<p+q反应物A和B的转化率均减小m+n=p+q反应物A和B的转化率均不变只有一种反应物的可逆反应m A(g)n B(g)+p C(g) 增加反应物A的用量恒温恒压条件下反应物转化率不变恒温恒容条件下m>n+p反应物A的转化率增大m<n+p反应物A的转化率减小m=n+p反应物A和B的转化率不变考向一 化学平衡常数及影响因素典例1 下列关于化学平衡常数的说法中,正确的是A .在任何条件下,化学平衡常数都是一个定值B .化学平衡常数K 可以推断一个可逆反应进行的程度C .化学平衡常数K 只与温度、反应物浓度、体系的压强有关D .当改变反应物的浓度时,化学平衡常数会发生改变 【答案】B【解析】A .在给定的反应方程式中,化学平衡常数只受温度的影响,温度改变则化学平衡常数改变,故错误;B .任何时刻Q c >K ,说明平衡向逆反应方向进行,Q c <K ,说明平衡向正反应方向进行,Q c =K ,说明反应达到平衡,故正确;C .化学平衡常数只受温度影响,故错误;D .根据选项C 分析,故错误。
《化学平衡》平衡中的转化率《化学平衡——平衡中的转化率》在化学的世界里,化学平衡是一个至关重要的概念,而其中的转化率更是理解化学反应进程和限度的关键指标。
首先,咱们来搞清楚啥是转化率。
简单说,转化率就是指在化学反应中,已经反应掉的反应物的量与初始反应物的量的比值。
比如说,咱们有一个化学反应 A + B ⇌ C + D,假设初始时 A 的物质的量是n₁摩尔,反应了一段时间后,A 还剩下 n₂摩尔,那么 A 的转化率就是(n₁ n₂)/ n₁ × 100% 。
为啥要研究转化率呢?这可太重要啦!通过转化率,我们能知道这个化学反应进行的程度到底咋样。
如果转化率高,那就说明大部分反应物都变成了生成物,反应进行得比较彻底;要是转化率低,那就意味着反应还有很大的提升空间,可能需要调整条件来促进反应的进行。
那影响转化率的因素都有哪些呢?温度就是一个很关键的因素。
一般来说,对于吸热反应,升高温度会使转化率提高;而对于放热反应,升高温度则会让转化率降低。
这就好比冬天咱们喜欢往暖和的地方凑,夏天又想找凉快地儿呆着,化学反应也会根据温度的变化来调整自己的“喜好”。
压强也会对转化率产生影响。
对于有气体参与的反应,如果反应前后气体分子数发生了变化,改变压强就会改变平衡状态,从而影响转化率。
比如说,反应 2SO₂+ O₂⇌ 2SO₃,左边气体分子数是 3,右边是 2,增大压强会让平衡向生成 SO₃的方向移动,SO₂和 O₂的转化率就会提高。
浓度也是不能忽视的。
增加反应物的浓度,往往能提高其他反应物的转化率,但自身的转化率可能会降低。
就像一群人分蛋糕,蛋糕多了,每个人能分到的可能就多,但分蛋糕的人自己能拿到的比例可能反而少了。
催化剂呢,虽然它能加快反应速率,但却不能改变平衡时的转化率。
它就像是给化学反应加了个“加速器”,让反应快点到达平衡,但平衡的位置不变。
举个例子来说明一下吧。
比如合成氨的反应N₂+3H₂⇌2NH₃,这是一个工业上非常重要的反应。
化学反应的平衡常数与反应物质转化率化学反应是物质转化的过程,而反应的平衡常数以及反应物质的转化率体现了该反应的特性和动力学行为。
本文将就化学反应的平衡常数和反应物质转化率进行探讨。
一、化学反应的平衡常数1. 平衡常数的定义和计算方式平衡常数是指在给定温度下,反应物与生成物的浓度之比,用于表示反应系统达到平衡时不同物质的相对含量。
一般情况下,化学反应可以用一个化学方程式来表示,例如:A +B ⇌C + D其中A和B为反应物,C和D为生成物。
根据质量守恒定律,反应物与生成物的摩尔数之和在反应过程中始终保持不变。
此外,每个参与反应的物质都有其浓度,可以用摩尔浓度或者压力来表示。
对于上述反应,平衡常数K可以用以下方式计算:K = [C][D] / [A][B]其中,[C]、[D]、[A]、[B]分别表示各物质的摩尔浓度。
2. 平衡常数的意义和应用平衡常数K可以用于判断反应的偏向性和速率。
若K > 1,则平衡体系中生成物的浓度较高,反应向生成物的方向偏移;若K < 1,则平衡体系中反应物的浓度较高,反应向反应物的方向偏移;若K ≈ 1,则反应物和生成物的浓度相近,反应达到动态平衡。
除了判断偏向性外,平衡常数还能用于反应的定量计算。
在给定反应物浓度的情况下,可以根据平衡常数计算生成物的浓度,或者根据生成物的浓度推算反应物浓度。
二、反应物质的转化率1. 转化率的定义和计算方式反应物质的转化率表示在反应过程中,反应物转化为生成物的程度。
转化率可以用不同方式进行计算,例如:转化率(%) = (生成物的摩尔数 / 反应物的初始摩尔数) × 100%在实际应用中,转化率还可以用质量、体积等方式进行计算,具体取决于反应物和生成物的性质。
2. 转化率与反应速率的关系转化率与反应速率密切相关。
反应速率是指单位时间内反应物转化为生成物的速率,可以用反应速率方程表示。
根据反应速率方程,可以得出在给定时间内反应物转化为生成物的摩尔数。
化学平衡常数和转化率的关系化学平衡常数和转化率的关系,听起来是不是有点高大上?这就像咱们生活中那些看似复杂但其实相当简单的事情。
想象一下,你在家里做饭,锅里的水烧开了,蒸汽腾腾,这就像是化学反应正在进行。
但是一旦水蒸气飘散到空气中,锅里的水也不会无限量地蒸发,就像化学反应达到了一种平衡。
哦,别担心,这不是要你变成化学专家,咱们轻轻松松聊聊这些。
化学平衡常数,听起来是个严肃的名字,其实就是个数字,告诉你反应的倾向。
有些反应一上来就想往前冲,像小孩子见到糖果一样急不可耐;而有些反应则像懒洋洋的猫,永远不愿意动。
平衡常数越大,说明反应越喜欢生成产品,就好像你朋友去超市,看到打折商品立马冲过去。
反之,常数小的就像那种“我不想动”的态度,产品不太会生成,简直就是懒得理你。
说到转化率,简直可以理解为反应进行得怎么样。
想象一下,你在参加一个派对,大家都在开心地聊天,气氛很热烈,这时你就知道,转化率高,反应进展得很顺利。
但如果大家都只是在角落里默默玩手机,那就说明派对不太成功,转化率简直是惨不忍睹。
这种转化率高低,和平衡常数之间关系密切,有时候它们就像是死对头,一起斗智斗勇。
当反应达到平衡时,转化率和化学平衡常数就会开始共舞。
你想啊,反应物和产品就像是拉锯战,彼此相互牵制。
平衡常数给了我们一种感觉,就是反应到底会往哪一边走。
如果你觉得常数大,那就准备好,产品会源源不断地生成。
反之,转化率可能会相对低一些,反应物在那里摇摇欲坠,就像一只在树上挣扎的小鸟,想飞却又飞不动。
在生活中,想要达到高转化率,可不是一件容易的事。
就像煮饭一样,火候要掌握好,过了头就成了锅巴,反应过了就没戏了。
反应条件也很重要,比如温度和压力,像是派对的氛围,得好好调节。
想要让大家都开怀畅饮,就得把酒和饮料摆好,气氛得热烈才行。
有些反应就像是让人抓狂的高考复习,明明能考得很好,但一旦平衡了,那些反应物就像是懒洋洋的学生,不想动。
转化率不高,这个时候你就得想想,是不是方法不对,还是条件没搞定。
化学平衡中转化率判断技巧化学平衡是化学反应达到动态平衡时,反应物和生成物浓度之间的比例关系。
在平衡反应中,转化率是一个重要的指标,可以描述反应物转化为生成物的程度。
转化率是根据反应物和生成物的浓度来计算的。
在这篇文章中,将介绍一些判断化学平衡中转化率的技巧。
1.转化率的定义转化率定义为生成物的浓度与反应物浓度的比值。
在化学平衡中,转化率从0到1之间,代表反应物转化为生成物的程度。
当转化率为1时,表示反应物完全转化为生成物;当转化率为0时,表示反应物没有转化为生成物。
转化率可以通过浓度或摩尔数来表示。
2.平衡常数的使用平衡常数(K)是一个表示反应物浓度与生成物浓度之间比例关系的常数。
平衡常数可以通过各种实验方法测定得出。
转化率与平衡常数之间有关系。
若反应物转化率接近0,则反应物的浓度远大于生成物的浓度。
在平衡反应中,反应物的浓度应该远小于生成物的浓度,因此此时反应物生成物比例的分子应该远小于1,平衡常数K的分子较小。
若反应物转化率接近1,则生成物的浓度远大于反应物的浓度。
在平衡反应中,生成物的浓度应该远小于反应物的浓度,因此此时反应物生成物比例的分母应该远小于1,平衡常数K的分母较小。
根据以上关系,可以通过判断平衡常数K的分子和分母的大小来初步判断反应物转化率的大小。
3.浓度变化的观察观察反应物和生成物的浓度随时间的变化可以推测反应物转化率的大小。
若反应物的浓度在反应过程中持续减小,而生成物的浓度在反应过程中持续增加,则说明反应物大部分转化为生成物。
此时反应物转化率较高。
若反应物的浓度在反应过程中几乎不变,或者只有微小的变化,而生成物的浓度在反应过程中持续增加,则说明反应物转化率较低。
因此,通过观察反应物和生成物浓度的变化可以初步判断反应物转化率的大小。
4.平衡反应的位移规律平衡反应有时会受到外界条件的改变,例如温度、压力、浓度等的变化。
根据Le Chatelier原理,当外界条件改变时,系统会倾向于通过位移平衡反应。
化学反应的平衡与物质转化率物质转化率对反应平衡的影响在化学反应中,平衡是一个关键的概念。
平衡表示化学反应中反应物与生成物的浓度、压强或溶解度达到稳定状态的情况。
当一个化学反应处于平衡状态时,反应物和生成物的浓度变化不再发生,而是以一定的比例保持。
平衡之间的平衡是由反应速率相等且相反的两个反应组成的。
化学反应的平衡与物质的转化率密切相关,物质转化率会影响到反应的平衡以及反应的效果。
物质转化率可以理解为反应物转化为生成物的比例。
这个比例可以用百分比或小数表示,衡量了化学反应中反应物向生成物转化的程度。
物质转化率的高低直接影响着反应的平衡状态。
当转化率较低时,反应处于不完全转化的状态,大部分反应物还未被转化为生成物;而当转化率较高时,反应则趋于完全转化。
物质转化率对反应平衡的影响有以下几个方面:1. 平衡浓度:物质转化率高的反应达到平衡时,反应物和生成物的浓度会比较接近,反应物浓度下降,生成物浓度上升,达到浓度均衡状态。
相反,物质转化率低的反应达到平衡时,反应物和生成物的浓度会有较大差异,反应物浓度相对较高。
2. 平衡常数:平衡常数表示反应物与生成物之间的浓度比例。
物质转化率高的反应其平衡常数通常较大,而物质转化率低的反应其平衡常数相对较小。
这是因为物质转化率高的反应,反应物转化为生成物的比例较大,平衡常数大;而物质转化率低的反应,反应物转化为生成物的比例较小,平衡常数小。
3. 平衡位置:物质转化率对反应平衡位置的影响较大。
平衡位置表示反应物与生成物在反应混合物中的相对比例。
当物质转化率较低时,平衡位置偏向反应物,大部分反应物未能转化为生成物;而当物质转化率较高时,平衡位置偏向生成物,反应物几乎完全转化为生成物。
总的来说,物质转化率对反应平衡的影响是显著的。
高物质转化率的反应更趋于完全转化,反应物浓度下降,生成物浓度上升,平衡常数较大,平衡位置趋向生成物;低物质转化率的反应则反之。
另外,物质的转化率还与反应的条件、催化剂等因素有关。
化学平衡常数问题与转化率一、化学平衡常数1、概念:在一定温度下,对于一个可逆反应 aA +bB cC +dD 达到平衡后,生成物浓度以其计量系数的幂次方的乘积和反应物浓度以其计量系数的幂次方的乘积之比是一个常数。
用K 表示。
即:K=C c (C)C d (D)C a (A)C b (B) 单位:(mol/L)(c+d-a-b)2、意义:平衡常数是衡量一个可逆反应在一定温度下反应程度的化学量。
平衡常数越大,反应进行越彻底,转化率就越高。
平衡常数越小,反应进行越不彻底,转化率越低。
3、特征:平衡常数在一定温度下是一个常数,不随浓度、压强、催化剂的改变而改变。
只随温度的改变而改变,也就是说,平衡常数只是温度的函数。
4、注意:①对于固体和纯液体,改变用量不改变浓度,所以,固体和纯液体不列入平衡常数的表达式中。
例如:C (s)+H 2O(g)CO(g) +H 2 (g),K= C(CO)·C(H 2)C(H 2O) 例如:CH 3COO -(aq)+H 2O(l) CH 3COOH (aq)+OH - (aq) K= C(CH 3COOH)·C(OH -)C(CH 3COO -)②对于溶液中进行的可逆反应,实际不参加反应的离子不列入平衡常数的表达式。
例如:FeCl 3+3KSCN Fe(SCN)3 +3KCl K= C[Fe(SCN)2+]C(Fe 3+)·C(SCN -)③平衡常数的表达式与方程式书写有关。
可以联立几个方程式确定一个新反应的平衡常数。
逆反应的平衡常数是正反应的平衡常数的倒数。
方程式乘一个系数,平衡常数变为原平衡常数以该系数的幂次方;方程式相加,是原平衡常数相乘;方程式相加,是原平衡常数相除。
例如:CH 3COOHCH 3COO -+H + K a = C(CH 3COO -)·C(H +)C(CH 3COOH) H 2O H ++OH - K w = C(H +)·C(OH -)CH 3COO - (aq)+H 2O(l) CH 3COOH (aq)+OH - (aq)K h = C(CH 3COOH)·C(OH -)C(CH 3COO -)=K w K a二、平衡常数的运用1、用于相同温度下比较反应进行程度。
Җ㊀山东㊀李㊀陟㊀㊀反应物的平衡转化率是指达到化学平衡状态时反应物转化为生成物的百分数,它能从根本上解释可逆反应中平衡移动的原因,故反应物的平衡转化率在可逆反应中用途广泛.1㊀平衡转化率的数学表达式某指定反应物(A )的平衡转化率(α)的数学表达式可表示为α=A 转化的物质的量A 起始的物质的量ˑ100%.对于反应物均为气体的气相反应和反应物均为液体的液相反应,由于体系的体积就是各物质的体积,从而衍生得如下关系式:α=A 的起始浓度-A 的平衡浓度A 的起始浓度ˑ100%.分析㊀1)转化率研究的对象是反应物,生成物无转化率可言.2)平衡转化率是指可逆反应达到化学平衡时平衡体系中反应物的转化率.3)对于气相反应中的固态反应物(无浓度变化)的转化率,可以通过物质的量或者质量来进行计算.4)反应物的起始物质的量之比与化学方程式中反应物的计量数之比相同时,它们的平衡转化率相同.2㊀改变外界条件对转化率是否产生影响的判断方法要判断改变外界条件对反应物的转化率是否产生影响,主要看化学平衡是否移动和反应物的量是否改变.1)外界条件改变后,反应速率未受影响,化学平衡亦未受影响(如气体反应中改变固体的用量),或者外界条件改变对正㊁逆反应速率产生同等程度的影响,而化学平衡未受影响(如使用催化剂㊁对有气体等物质参与的反应改变压强),反应物的转化率都不会改变.2)外界条件改变后,化学平衡受到影响,但并没有改变投入的反应物的总量,因此只要判断出化学平衡的移动方向,就能判断反应物转化率的改变.a )对于化学反应a A (g )+b B (g )⇌c C (g )+d D (g)㊀ΔH <0,在一定条件下达到平衡状态:①其他条件不变,升高温度,化学平衡向左移动,反应物A 或者B 的转化率降低;降低温度,化学平衡向右移动,反应物A 或者B 的转化率升高.②若a +b >c +d ,其他条件不变,增大压强,化学平衡正向移动,反应物A 或者B 的转化率升高;其他条件不变,减小压强,化学平衡逆向移动,反应物A或者B 的转化率降低.若a +b <c +d ,判断方法一样,但结论相反.③其他条件不变,增加生成物(C 或D )的浓度,化学平衡逆向移动,反应物A 或者B 的转化率降低;其他条件不变,减小生成物(C 或D )的浓度,化学平衡正向移动,反应物A 或者B 的转化率升高.④其他条件不变,向容器中充入惰性气体:若a +b =c +d ,不管是恒温恒容还是恒温恒压条件,反应物的转化率都不会改变;若a +b ʂc +d ,在恒温恒容条件下充入惰性气体,化学平衡不受影响,反应物的转化率不变;在恒温恒压条件下充入惰性气体,本质是减小了反应体系的压强,按减小压强对平衡体系的影响判断平衡移动的方向,从而判断反应物的转化率.改变反应物的浓度,化学平衡可能受到影响,但因为投入的反应物的总量也可能改变(计算转化率时,新增加的反应物也应计入投入的总量),所以对反应物转化率变化的判断就复杂一些.b )对于a A (g )+b B (g )⇌c C (g )+d D (g)这类反应,其他条件不变,增加气体A 的浓度,化学平衡正向移动,B 的转化率升高,虽然新充入的A 也会反应一部分,但因为其反应的比例没有原来的多,所以最终A 的转化率会降低;其他条件不变,减少气体A 的浓度,化学平衡逆向移动,B 的转化率降低.①若按原比例同倍数增加A 和B 的物质的量,相当于在加压.若a +b =c +d 时,新平衡与原平衡等效,A 和B 的转化率都不变;若a +b <c +d 时,反应物减少,打破原平衡,平衡逆向移动,A 和B 的转化率都降低;若a +b >c +d 时,反应物增加,打破原平衡,平衡正向移动,A 和B 的转化率都增加.②若不按原比例增加A 和B 的物质的量,分析何者增大倍数较大,则相当于单独加入了这一物质,同前文的③分析一样.例㊀一定温度下,在3个容积均为1 0L 的恒容密闭容器中反应2H 2(g )+C O (g )⇌C H 3O H (g)达到65平衡,如表1所示.下列说法正确的是(㊀㊀).表1容器温度/K 起始浓度/(m o l L -1)平衡浓度/(m o l L -1)c (H 2)c (C O )c (C H 3OH )c (C H 3O H )Ⅰ4000.200.1000.080Ⅱ4000.400.200Ⅲ500000.100.025㊀㊀A.该反应的正反应放热B .达到平衡时,容器Ⅰ中反应物的转化率比容器Ⅱ中的大C .达到平衡时,容器Ⅱ中c (H 2)大于容器Ⅲ中c (H 2)的两倍D.达到平衡时,容器Ⅲ中的正反应速率比容器Ⅰ中的大分析Ⅰ㊁Ⅲ中数据可知反应开始时Ⅰ中加入的H 2㊁C O 与Ⅲ中加入甲醇的物质的量相当,平衡时甲醇的浓度:Ⅰ>Ⅲ,温度:Ⅰ<Ⅲ,即升高温度平衡逆向移动,该反应正向为放热反应,选项A正确.Ⅱ相当于将容器Ⅰ的体积缩小12,因该反应正向为气体物质的量减小的反应,增大压强平衡正向移动,达到平衡时,容器Ⅰ中反应物转化率比容器Ⅱ中的小.Ⅲ和Ⅰ对比,平衡逆向移动,氢气浓度增大,故达到平衡时,容器Ⅱ中c (H 2)小于容器Ⅲ中c (H 2)的两倍,选项B ㊁C 错误.温度:Ⅲ>Ⅰ,当其他条件不变时,升高温度反应速率加快,故达到平衡时,容器Ⅲ中的正反应速率比容器Ⅰ中的大,选项D 正确.答案为A ㊁D.像a A (g )⇌b B (g )+c C (g )这种只有一种气体反应物的化学反应(也可以有多种反应物,但只有一种反应物的状态是气态),当改变反应物的浓度时,化学平衡的移动方向仍可用勒夏特列原理来判定,但反应物的转化率通常借助等效平衡来解决.①在恒温恒压条件下充入A ,达到新平衡后,与原平衡等效,A 的转化率不会改变.②在恒温恒容条件下充入A ,反应体系的压强增大.若a >b +c [如2N O 2(g )⇌N 2O 4(g )],则A 的转化率增加;若a =b +c [如2H I (g )⇌H 2(g )+I 2(g )],则A 的转化率不变;若a <b +c [如2N H 3(g )⇌N 2(g )+3H 2(g )],则A 的转化率降低.(作者单位:山东省淄博市沂源县第一中学)Җ㊀安徽㊀吴红艳㊀刘燕伟㊀㊀1㊀问题的提出尽管高中化学教材中没有对物质的稳定性给出具体明确的定义,但是经常会遇到比较 物质的稳定性 问题,例如F e 3+与F e 2+,C u 2+与C u+的稳定性比较,在不同的环境中我们得出的稳定性的结论可能是相悖的.因此,在中学教学中很有必要把离子的稳定性等相关概念整理清楚.因 稳定性 这一术语在化学中有多种含义,本文讨论的只是价态变化的热力学稳定.2㊀金属离子及其化合物稳定性的探讨2 1㊀从原子结构理论和电离能的角度探讨F e 3+的价层电子排布为3d 5,而F e2+价层电子排布为3d 6.对应所形成的化合物分别为+3价的铁化合物和+2价的亚铁化合物.所谓的电离能就是气态原子或离子失去1个电子所需要的最小能量,F e 的第二电离能(I 2)为1569k J m o l -1,第三电离能(I 3)为2957k J m o l -1,第四电离能(I 4)为5290k J m o l -1,即I 4≫I 3>I 2.根据原子结构理论,原子的最外层电子构型为全满㊁半满或全空时较稳定.依据电离能和离子电子构型,在高温气态下,F e 3+稳定性大于F e 2+.C u 2+价层电子排布为3d 9,而C u+价层电子排布为3d 10,C u 的第一电离能(I 1)为746k J m o l -1,第二电离能(I 2)为1958k J m o l -1,第三电离能(I 3)为3555k J m o l -1,即I 3>I 2≫I 1.依据电离能和离子电子构型,在高温气态下,C u +的稳定性大于C u 2+.从原子结构理论和电离能角度判断出离子稳定性的结论只适合于高温气态下的情况.由此可见,我们在用某种规律分析问题时,一定要注意具体适用条件.2 2㊀从电极电势的角度探讨对于金属元素而言,其电极电势是处于基态的原子与水溶液中水合离子的电势差.它的大小主要取决于金属原子离子化的倾向.因此可以用水溶液中的电极电势E 作为价态变化离子稳定性的热力学判据.1)常见的盐溶液中在酸性溶液中:φ (F e 3+/F e 2+)=0 77V ;φ(O 2/H 2O )=1 229V ,对于反应4F e 2++O 2+4H +=2H 2O+4F e 3+,75。
化学平衡与转化率综合应用典例一讲通例1.在300 ℃时,将气体X和气体Y各0.16 mol充入10 L恒容密闭容器中,发生反应:X(g)+Y(g) 2Z(g)ΔH<0,一段时间后达到平衡。
反应过程中测定的数据如下表:t/min 2 4 7 9n(Y)/mol 0.12 0.11 0.10 0.10下列说法正确的是A.前2 min的平均反应速率v(X)=2.0×10-2 mol/(L·min)B.其他条件不变,再充入0.1 mol X和0.1 mol Y,再次平衡时Y的转化率不变C.当v逆(Y)=2v正(Z)时,说明反应达到平衡D.该反应在250 ℃时的平衡常数小于1.44【参考答案】B规律 方法 技巧化学平衡中转化率的计算和规律总结规律1:某温度下,对于a A(g)+b B(g)c C(g)+d D(g)反应,起始投料相同的两个相同容器甲和乙,甲保持恒压,乙保持恒容,则转化率甲大于乙,即恒压大于恒容(反应前后气体系数之和相等的转化率相等)规律2:对于a A(g)+b B(g)c C(g)+d D(g)反应,若只增加A的量,则B的转化率增大,A的转化率减小。
规律3:对于a A(g)+b B(g)c C(g)+d D(g),反应若按原始比例同倍增加A和B的量,平衡向右移动,A和B的转化率与化学反应条件和化学计量数有关。
(1)若是恒温恒压,则A和B的转化率不变。
(2)若是恒温恒容,则相当于在原平衡基础上增大压强,平衡向气体体积减小的方向移动,即:a、当a+b=c+d时,A和B的转化率不变b、当a+b>c+d时,A和B的转化率增大c、当a+b<c+d时,A和B的转化率减小规律4:对于a A(g)+b B(g)c C(g)+d D(g),当反应物等物质的量加入时,反应物的转化率之比等于反应的化学计量数之比;当反应物按化学计量数之比加入时,反应物的转化率相等。
规律5:恒温恒容条件下充入“惰性气体”,化学平衡不移动。
因平衡体系的各组分浓度均未发生变化,故各反应物转化率不变;恒温恒压条件下充入“惰性气体”,化学平衡向气体体积增大的方向移动。
因为此时容器容积必然增大,相当于对反应体系减压,继而可判断指定物质的转化率变化。
总之,判断转化率的变化关键是正确判断平衡移动的方向,当增大物质的浓...............度难以判断平衡移动的方向时,可转化为压强问题进行讨论;...................当增大压强难以判断平衡移动的方向时,可转化为浓度问题进行讨论。
1.已知反应X(g)+Y(g)R(g)+Q(g)的平衡常数与温度的关系如表所示。
830 ℃时,向一个2 L 的密闭容器中充入0.2 mol X和0.8 mol Y,反应初始4 s内v(X)=0.005 mol/(L·s)。
下列说法正确的是温度/℃700 800 830 1 000 1 200A.4 s时容器内=B.830 ℃达平衡时,X的转化率为80%C.反应达平衡后,升高温度,平衡正向移动D.1 200 ℃时反应R(g)+Q(g) X(g)+Y(g)的平衡常数K=0.42.工业上可通过CO和H2反应来制备甲醇:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)ΔH<0。
在容积固定为2 LA.从反应开始到20 min时,v(H2)=0.05 mol·L-1·min-1B.该温度下反应的平衡常数K=4 L2·mol-2C.容器内混合气体的密度保持不变,说明反应达到平衡状态D.若在恒温恒压条件下,通入水蒸气,CO的转化率不变3.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:2NO2(g)+NaCl(s)NaNO3(s)+NOCl(g)K1ΔH1<0 (Ⅰ)2NO(g)+Cl2(g)2NOCl(g)K2ΔH2<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2 L恒容密闭容器中加入0.2 mol NO 和0.1 mol Cl2,10 min时反应(Ⅱ)达到平衡。
测得10 min内v(NOCl)=7.5×10-3 mol·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____________。
4.(2018全国卷Ⅰ)采用N2O5为硝化剂是一种新型的绿色硝化技术,在含能材料、医药等工业中得到广泛应用。
回答下列问题:(1)1840年Devil用干燥的氯气通过干燥的硝酸银,得到N2O5。
该反应的氧化产物是一种气体,其分子式为________。
(2)F.Daniels等曾利用测压法在刚性反应器中研究了25 ℃时N2O5(g)分解反应:2N2O5(g)―→4NO2(g)+O2(g)2N2O4(g)其中NO2二聚为N2O4的反应可以迅速达到平衡。
体系的总压强p随时间t的变化如下表所示[t=∞时,N2O①已知:2524212NO2(g)===N2O4(g)ΔH2=-55.3 kJ·mol-1则反应N 2O 5(g)===2NO 2(g)+12O 2(g)的ΔH =________kJ·mol -1。
②研究表明,N 2O 5(g)分解的反应速率v =2×10-3×p N 2O 5kPa·min -1。
t =62 min 时,测得体系中p O 2=2.9 kPa ,则此时p N 2O 5=________kPa ,v =________kPa·min -1。
③若提高反应温度至35 ℃,则N 2O 5(g)完全分解后体系压强p ∞(35 ℃)________63.1 kPa(填“大小”“等于”或“小于”),原因是________________________。
④25 ℃时N 2O 4(g)2NO 2(g)反应的平衡常数K p =________kPa(K p 为以分压表示的平衡常数,计算结果保留1位小数)。
(3)对于反应2N 2O 5(g)―→4NO 2(g)+O 2(g),R.A.Ogg 提出如下反应历程:第一步 N 2O 5NO 2+NO 3 快速平衡第二步 NO 2+NO 3―→NO +NO 2+O 2 慢反应第三步 NO +NO 3―→2NO 2 快反应其中可近似认为第二步反应不影响第一步的平衡。
下列表述正确的是________(填标号)。
A .v (第一步的逆反应)>v (第二步反应)B .反应的中间产物只有NO 3C .第二步中NO 2与NO 3的碰撞仅部分有效D .第三步反应活化能较高5.(2018全国卷Ⅱ)CH 4—CO 2催化重整不仅可以得到合成气(CO 和H 2),还对温室气体的减排具有重要意义。
回答下列问题:(1)CH 4—CO 2催化重整反应为CH 4(g)+CO 2(g)===2CO(g)+2H 2(g)。
已知:C(s)+2H 2(g)===CH 4(g) ΔH =-75 kJ·mol -1C(s)+O 2(g)===CO 2(g) ΔH =-394 kJ·mol -1C(s)+12O 2(g)===CO(g) ΔH =-111 kJ·mol -1 该催化重整反应的ΔH =________kJ·mol -1。
有利于提高CH 4平衡转化率的条件是________(填标号)。
A .高温低压B .低温高压C .高温高压D .低温低压某温度下,在体积为2 L 的容器中加入2 mol CH 4、1 mol CO 2以及催化剂进行重整反应,达到平衡时CO 2的转化率是50%,其平衡常数为________mol 2·L -2。
(2)反应中催化剂活性会因积碳反应而降低,同时存在的消碳反应则使积碳量减少。
相关数据如下表:积碳反应 CH 4(g)===C(s)+2H 2(g) 消碳反应 CO 2(g)+C(s)===2CO(g)ΔH /kJ·mol -1 75 172活化能/kJ·mol -1 催化剂X 33 91 催化剂Y 43 72①由上表判断,催化剂X________Y(填“优于”或“劣于”),理由是_______________。
在反应进料气组成、压强及反应时间相同的情况下,某催化剂表面的积碳量随温度的变化关系如下图所示。
升高温度时,下列关于积碳反应、消碳反应的平衡常数(K )和速率(v )的叙述正确的是________(填标号)。
A .K 积、K 消均增加B .v 积减小、v 消增加C .K 积减小、K 消增加D .v 消增加的倍数比v 积增加的倍数大②在一定温度下,测得某催化剂上沉积碳的生成速率方程为v =k · p (CH 4)·[p (CO 2)]-0.5(k 为速率常数)。
在p (CH 4)一定时,不同p (CO 2)下积碳量随时间的变化趋势如上图所示,则p a (CO 2)、p b (CO 2)、p c (CO 2)从大到小的顺序为______________________。
6.(2018全国卷Ⅲ)三氯氢硅(SiHCl 3)是制备硅烷、多晶硅的重要原料。
回答下列问题:(1)SiHCl 3在常温常压下为易挥发的无色透明液体,遇潮气时发烟生成(HSiO)2O 等,写出该反应的化学方程式_______________________________________________。
(2)SiHCl 3在催化剂作用下发生反应:2SiHCl 3(g)===SiH 2Cl 2(g)+SiCl 4(g) ΔH 1=48 kJ·mol -13SiH 2Cl 2(g)===SiH 4(g)+2SiHCl 3(g) ΔH 2=-30 kJ·mol -1则反应4SiHCl 3(g)===SiH 4(g)+3SiCl 4(g)的ΔH 为________kJ·mol -1。
(3)对于反应2SiHCl 3(g)===SiH 2Cl 2(g)+SiCl 4(g),采用大孔弱碱性阴离子交换树脂催化剂,在323 K 和343 K 时SiHCl 3的转化率随时间变化的结果如图所示。
①343 K 时反应的平衡转化率α=________%。