由于外界條件改變,引起化學(xué)平衡移動(dòng),根據(jù)平衡移動(dòng)的方向可以判斷某反應(yīng)物的平衡轉(zhuǎn)化率的變化。其規(guī)律如下:
(1)溫度、壓強(qiáng)對(duì)平衡轉(zhuǎn)化率的影響
在其他條件不變的情況下,改變溫度或改變氣體反應(yīng)的壓強(qiáng)(改變?nèi)萜黧w積),若化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng),則反應(yīng)物的平衡轉(zhuǎn)化率一定增大;若平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng),則反應(yīng)物的平衡轉(zhuǎn)化率一定減小。
(2)濃度對(duì)平衡轉(zhuǎn)化率的影響
①若反應(yīng)物只有一種,如aA(g)?bB(g)+cC(g),其他條件不變時(shí),增加A的量(相當(dāng)于增大壓強(qiáng)),A的轉(zhuǎn)化率的變化與氣態(tài)物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)有關(guān):
a.若a=b+c,得到的平衡與原平衡等效,A的轉(zhuǎn)化率不變;
b.若a>b+c,得到的平衡相當(dāng)于原平衡正向移動(dòng)所達(dá)到的平衡,A的轉(zhuǎn)化率增大;
c.若a<b+c,得到的平衡相當(dāng)于原平衡逆向移動(dòng)所達(dá)到的平衡,A的轉(zhuǎn)化率減小。
②若反應(yīng)物不止一種,如aA(g)+bB(g)?cC(g)+dD(g),其他條件不變時(shí),若只增加A的量,平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng),則A的轉(zhuǎn)化率減小,B的轉(zhuǎn)化率增大。若只減少A的量,平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng),則B的轉(zhuǎn)化率減小。若反應(yīng)物A、B的物質(zhì)的量同倍數(shù)地增加,此種情況等效于增大壓強(qiáng),反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率的變化與氣態(tài)物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)有關(guān):
a.若a+b=c+d,得到的平衡與原平衡等效,A、B的轉(zhuǎn)化率都不變;
b.若a+b>c+d,得到的平衡相當(dāng)于原平衡正向移動(dòng)所達(dá)到的平衡,A、B的轉(zhuǎn)化率都增大;
c.若a+b<c+d,得到的平衡相當(dāng)于原平衡逆向移動(dòng)所達(dá)到的平衡,A、B的轉(zhuǎn)化率都減小。
[微訓(xùn)練一]
1.據(jù)報(bào)道,在300 ℃、70 MPa下由二氧化碳和氫氣合成乙醇已成為現(xiàn)實(shí)。2CO2(g)+6H2(g)?CH3CH2OH(g)+3H2O(g)下列敘述錯(cuò)誤的是( )
A.使用Cu - Zn - Fe催化劑可大大提高生產(chǎn)效率
B.由反應(yīng)需在300 ℃下進(jìn)行可推測(cè)該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)
C.充入大量CO2氣體可提高H2的轉(zhuǎn)化率
D.從平衡混合氣體中分離出CH3CH2OH和H2O可提高CO2和H2的利用率
2.在水溶液中,CrO42-呈黃色,Cr2O72-呈橙紅色,重鉻酸鉀(K2Cr2O7)在水溶液中存在以下平衡:Cr2O72-+H2O?2CrO42-+2H+,下列說(shuō)法正確的是( )
A.向該溶液中加入過(guò)量濃NaOH溶液后,溶液呈橙紅色
B.該反應(yīng)是氧化還原反應(yīng)
C.向該溶液中滴加適量的濃硫酸,平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng),再次達(dá)到平衡后,氫離子濃度比原溶液大
D.向體系中加入少量水,平衡逆向移動(dòng)
3.對(duì)于可逆反應(yīng)A(g)+2B(g)?2C(g) ΔH<0,達(dá)到平衡時(shí),要使正反應(yīng)速率增大,且使A的轉(zhuǎn)化率增大,以下采取的措施可行的是( )
A.升高溫度 B.增大A的濃度
C.減小C的濃度 D.增大壓強(qiáng)
4.甲醇被稱為21世紀(jì)的新型燃料,工業(yè)上通過(guò)下列反應(yīng)Ⅰ和Ⅱ,用CH4和H2O為原料來(lái)制備甲醇。
(1)將1.0 ml CH4和2.0 ml H2O(g)通入容積為10 L的反應(yīng)室,在一定條件下發(fā)生反應(yīng)Ⅰ:CH4(g)+H2O(g)?CO(g)+3H2(g),CH4的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如圖所示:
①已知100 ℃時(shí)達(dá)到平衡所需的時(shí)間為5 min,則用H2表示的平均反應(yīng)速率為 。
②在其他條件不變的情況下升高溫度,化學(xué)平衡常數(shù)將 (填“增大”“減小”或“不變”)。
③圖中的p1 (填“>”“<”或“=”)p2,100 ℃時(shí)平衡常數(shù)為 。
④保持反應(yīng)體系為100 ℃,5 min后再向容器中充入H2O(g)、H2各0.5 ml,化學(xué)平衡將 (填“向左”“向右”或“不”)移動(dòng)。
(2)在常溫、壓強(qiáng)為0.1 MPa條件下,a ml CO與3a ml H2的混合氣體在催化劑作用下能自發(fā)發(fā)生反應(yīng)Ⅱ:
CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)
①該反應(yīng)的ΔH (填“>”“<”或“=”,下同)0,ΔS 0。
②若容器容積不變,下列措施可以提高CO轉(zhuǎn)化率的是 。
A.升高溫度
B.將CH3OH(g)從體系中分離出來(lái)
C.充入He,使體系總壓強(qiáng)增大
D.再充入1 ml CO和3 ml H2
微專題二 化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡的計(jì)算
1.計(jì)算步驟
2.計(jì)算模式(三段式)
mA(g)+nB(g)?pC(g)+qD(g)
起始量/ml a b 0 0
轉(zhuǎn)化量/ml mx nx px qx
平衡量/ml a-mx b-nx px qx
[微訓(xùn)練二]
1. 對(duì)于反應(yīng)2SiHCl3(g)?SiH2Cl2(g)+SiCl4(g),采用大孔弱堿性陰離子交換樹(shù)脂催化劑,在323 K和343 K時(shí),SiHCl3的轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間變化的結(jié)果如圖所示。
(1)343 K時(shí)反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率α= %。平衡常數(shù)K343 K= (保留2位小數(shù))。
(2)在343 K下:要提高SiHCl3轉(zhuǎn)化率,可采取的措施是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________;
要縮短反應(yīng)達(dá)到平衡的時(shí)間,可采取的措施有 、 。
2.煤化工中常需研究反應(yīng)在不同溫度下的平衡常數(shù),C、CO與水蒸氣之間的相互反應(yīng)是煤化工中的重要反應(yīng)。
(1)已知在一定溫度下:
C(s)+CO2(g)?2CO(g) K
C(s)+H2O(g)?CO(g)+H2(g) K1
CO(g)+H2O(g)?H2(g)+CO2(g) K2
在K、K1、K2之間存在的關(guān)系是________________________________________________________________________。
(2)已知反應(yīng)CO(g)+H2O(g)?H2(g)+CO2(g)在500 ℃時(shí)的平衡常數(shù)為9。在500 ℃時(shí),若CO、H2O的起始濃度均為0.020 ml·L-1,則在該條件下,CO的最大轉(zhuǎn)化率為 。
(3)向V L的密閉容器中通入10 ml CO和10 ml水蒸氣,在T ℃下達(dá)到平衡時(shí),急速除去水蒸氣(除水蒸氣時(shí)其他物質(zhì)的物質(zhì)的量不變),將混合氣體點(diǎn)燃,測(cè)得放出的熱量為2 842 kJ(已知該條件下1 ml CO完全燃燒放出283 kJ熱量,1 ml H2完全燃燒放出286 kJ熱量),則T ℃時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)K= 。
3.在恒容密閉容器中,可逆反應(yīng)CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g)達(dá)到平衡時(shí),K=c(CO2)×c(H2)c(CO)×c(H2O),K只與溫度有關(guān),與濃度無(wú)關(guān)。
(1)830 K條件下,若起始時(shí)c(CO)=2 ml·L-1、c(H2O)=3 ml·L-1,平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率為60%,水蒸氣的轉(zhuǎn)化率為 ;K值為 。
(2)830 K條件下,若只將起始時(shí)c(H2O)改為6 ml·L-1,則水蒸氣的轉(zhuǎn)化率為 。
(3)830 K條件下,起始時(shí)c(CO)=a ml·L-1、c(H2O)=b ml·L-1,H2的平衡濃度c(H2)=c ml·L-1。
①a、b、c之間的關(guān)系式是 (用含a、b的代數(shù)式表示c);
②當(dāng)a=b時(shí),a= c。
4.氮的氧化物既是空氣的重要污染物,同時(shí)也是重要的化工原料。
(1)在373 K時(shí),向容積為2 L的恒容真空容器中通入0.40 ml NO2,發(fā)生反應(yīng):2NO2(g)?N2O4(g)
ΔH=-57.0 kJ·ml-1。測(cè)得NO2的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)[φ(NO2)]與反應(yīng)時(shí)間(t)的關(guān)系如下表:
①0~20 min內(nèi),v(N2O4)= ml·L-1·min-1。
②上述反應(yīng)中,v正(NO2)=k1·c2(NO2),v逆(N2O4)=k2·c(N2O4),其中k1、k2為速率常數(shù),則373 K時(shí),k1、k2的關(guān)系式為 。改變溫度至T1時(shí)k1=k2,則T1 (填“>”“<”或“=”)373 K。
(2)NH3催化還原氮氧化物是目前應(yīng)用廣泛的煙氣脫硝技術(shù)。已知:6NO2(g)+8NH3(g)?7N2(g)+12H2O(l) ΔH,向容積為2 L的恒容密閉容器中充入NO2和NH3的混合氣體0.14 ml充分反應(yīng)。不同投料比時(shí),NO2的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系如圖中曲線所示[投料比=n(NO2)n(NH3)]。
①ΔH 0(填“>”“<”或“=”,下同)。
②x 34。
③400 K時(shí),反應(yīng)的平衡常數(shù)為 (填計(jì)算式即可)。
④投料比為34時(shí),Q點(diǎn)對(duì)應(yīng)的v逆(NH3) (填“>”“<”或“=”)P點(diǎn)對(duì)應(yīng)的v逆(NH3)。
微專題三 化學(xué)平衡圖像分析
1.常見(jiàn)圖像類型
(1)第Ⅰ類圖像:以反應(yīng)混合體系中某個(gè)量[某物質(zhì)濃度c(A)、某成分的百分含量A%、某反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率αA]作縱坐標(biāo)與反應(yīng)時(shí)間t作橫坐標(biāo)的關(guān)系圖像。
①用斜率絕對(duì)值大小判斷溫度高低或壓強(qiáng)大小,即斜率絕對(duì)值越大,表示反應(yīng)速率越快,所以對(duì)應(yīng)的溫度越高或壓強(qiáng)越大(圖甲和乙中p1

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第一單元 化學(xué)反應(yīng)速率

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