高考化学复习第7章第2节考点3等效平衡教师用书新人教版.docx

考点3等效平衡1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。2原理同一可逆反应，当外界条件一定时，反应无论从正反应开始，还是从逆反应开始，最后都能达到平衡状态。其中平衡混合物中各物质的含量相同。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。3等效平衡规律对于可逆反应aA(g)bB(g)cC(g)dD(g)反应特点abcdabcd条件等温等容等温等压等温等容等温等压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”成比例换算为化学方程式同一边物质，其“量”成比例平衡特点物质的量(n)相同成比例成比例成比例百分含量(w%)相同相同相同相同浓度相同相同成比例相同1在等温等容条件下，可逆反应：2A(g)B(g)3C(g)D(g)HQ1 kJmol1(Q10)，起始物质的量如下表所示：序号ABCD2 mol1 mol004 mol2 mol001 mol0.5 mol1.5 mol0.5 mol01 mol3 mol1 mol003 mol1 mol (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？提示互为等效平衡。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)达到平衡后，放出的热量为Q2 kJ，吸收的热量为Q3 kJ，则Q1、Q2、Q3的定量关系为_。提示Q2Q3Q12在等温等压条件下，可逆反应2A(g)B(g)3C(g)D(g)起始物质的量如下表所示：序号ABCD2 mol1 mol004 mol2 mol001 mol0.5 mol1.5 mol0.5 mol01 mol3 mol1 mol003 mol1 mol上述反应达到平衡后，互为等效平衡的是哪几组？达到平衡后，哪些量相同？提示互为等效平衡。表现在达到平衡后物质的量浓度、组分百分含量(物质的量分数、质量分数、体积分数)相同。题组一等温等容条件下等效平衡的应用12017哈尔滨师大附中高三测试在一个1 L的密闭容器中，加入2 mol A和1 mol B，发生反应：2A(g)B(g)3C(g)D(s)，达到平衡时，C的浓度为1.2 mol/L，维持容器的体积和温度不变，按下列配比作为起始物质，达到平衡后，C的浓度还是1.2 mol/L的是()A1 mol A0.5 mol B1.5 mol C0.1 mol DB3 mol C0.5 mol DC2 mol A1 mol B1 mol DD0.5 mol A 0.25 mol B2.25 mol C答案C解析反应2A(g)B(g)3C(g)D(s)，D为固体，D的量不影响平衡移动；在恒温恒容下，不同途径达到平衡后，C的浓度仍为1.2 mol/L，说明与原平衡互为等效平衡，按化学计量数转化到方程式的左边，只要满足n(A)2 mol，n(B)1 mol即可。A项，由于D的物质的量为0.1 mol，按方程式的化学计量数转化到左边，可得1.2 mol A、0.6 mol B和1.2 mol C，与原平衡不互为等效平衡，错误；B项，若开始加入3 mol C0.5 mol D，将3 mol C、0.5 mol D按化学计量数转化到左边可得1 mol A、0.5 mol B，剩余1.5 mol C，与原平衡不是等效平衡，错误；C项，由于D为固体，不影响化学平衡，所以反应后与原平衡互为等效平衡，正确；D项，没有加入D物质，无法建立等效平衡，错误。2在一固定容积的密闭容器中，保持一定温度，在一定条件下进行反应A(g)2B(g)3C(g)，已知加入1 mol A和3 mol B，且达到平衡后，生成a mol C。(1)达到平衡时，C在混合气体中的体积分数是_(用字母a表示)。(2)在相同的实验条件下，若加入2 mol A和6 mol B，达到平衡后，C的物质的量为_mol(用字母a表示)，此时C在反应混合气体中的质量分数_(填“增大”“减小”或“不变”)。(3)在相同实验条件下，若改为加入2 mol A和8 mol B，若要求平衡后C在反应混合气体中的质量分数不变，则还应加入C_mol。答案(1)(2)2a不变(3)6解析(1)由于该反应是等体积反应，n总n平4 mol，。(2)物质按比例增多，相当于对体系加压，平衡不移动，故质量分数不变。(3)根据等效平衡原理，设还应加入C x mol，则13，解得x6。题组二等温等压条件下等效平衡的应用3恒温恒压下，在一个容积可变的密闭容器中发生反应：A(g)B(g)C(g)，若开始时通入1 mol A和1 mol B，达到平衡时生成a mol C。则下列说法错误的是()A若开始时通入3 mol A和3 mol B，达到平衡时，生成的C的物质的量为3a molB若开始时通入4 mol A、4 mol B和2 mol C，达到平衡时，B的物质的量一定大于4 molC若开始时通入2 mol A、2 mol B和1 mol C，达到平衡时，再通入3 mol C，则再次达到平衡后，C的物质的量分数为D若在原平衡体系中，再通入1 mol A和1 mol B，混合气体的平均相对分子质量不变答案B解析选项A，开始时通入3 mol A和3 mol B，由于容器体积膨胀，保持恒压，相当于将三个原容器叠加，各物质的含量与原平衡中的相同，C的物质的量为3a mol；选项B，无法确定平衡移动的方向，不能确定平衡时B的物质的量一定大于4 mol；选项C，根据题给数据可算出达到平衡时C的物质的量分数为；选项D，这种条件下混合气体的平均相对分子质量不变。42016哈尔滨三中质检如图所示，甲容器容积固定不变，乙容器有可移动的活塞。甲中充入2 mol SO2和1 mol O2，乙中充入4 mol SO3和1 mol He，在恒定温度和相同的催化剂条件下，发生如下反应：2SO3(g)2SO2(g)O2(g)。下列有关说法正确的是 ()A若活塞固定在6处不动，达平衡时甲、乙两容器中的压强：p乙p甲B若活塞固定在3处不动，达平衡时甲、乙两容器中SO3的浓度：c(SO3)乙2c(SO3)甲C若活塞固定在3处不动，达平衡时甲、乙两容器中SO2的体积分数：(SO2)乙2(SO2)甲D若活塞固定在7处不动，达平衡时两容器中SO3的物质的量分数相等答案B解析4 mol三氧化硫就相当于是4 mol SO2和2 mol O2。若活塞固定在6处不动，甲、乙两容器属于等效平衡，但是乙中有1 mol氦气，压强大于甲的压强，A不正确；如果活塞固定在3处不动，则甲和乙中的容积都是相同的，由于乙中压强比甲的压强大，平衡逆向移动，则平衡时c(SO3)乙2c(SO3)甲，(SO2)乙(SO2)甲，故B正确，C不正确；如果活塞固定在7处不动，由于乙中还含有1 mol He，则相当于降低压强，平衡向正反应方向移动，两容器中SO3的物质的量分数不相等，D不正确。总结提升等效平衡判断“四步曲”12016江苏高考(双选)一定温度下，在3个体积均为1.0 L的恒容密闭容器中反应2H2(g)CO(g)CH3OH(g)达到平衡。下列说法正确的是()A该反应的正反应放热B达到平衡时，容器中反应物转化率比容器中的大C达到平衡时，容器中c(H2)大于容器中c(H2)的两倍D达到平衡时，容器中的正反应速率比容器中的大答案AD解析A项，若反应的温度为400 ，则反应和反应达到的平衡为等效平衡，而反应的实际温度为500 ，500 时CH3OH的平衡浓度比400 时的小，说明升高温度后，平衡逆向移动，故正反应为放热反应，正确；B项，反应相当于给反应加压，加压时，平衡正向移动，故容器中反应物的转化率大，错误；C项，由表中数据知，达到平衡时，可求得容器中c(H2)0.04 molL1，可推知容器中c(H2)0、H2p总(状态)C体系中c(CO)：c(CO，状态)v逆(状态)答案BC解析由图可知，升高温度，c(CO2)降低，即平衡正向移动，所以该反应为吸热反应，H0，A项错误；相同温度下，图中点所在曲线对应的c(CO2)高，表示通入 0.2 mol CO2，则点所在曲线表示通入0.1 mol CO2，点和点的c(CO2)相等，由图知参加反应的CO2的物质的量：点大于点的2倍，且该反应为气体分子数增多的反应，同时点的温度比点高，所以体系的总压强p总：p总(状态)2p总(状态)，B项正确；状态中CO2的投入量为状态的2倍，因状态压强比状态大，而加压平衡逆向移动，则状态中的c(CO)小于状态中c(CO)的2倍，C项正确；状态比状态的温度高，温度越高，反应速率越快，所以状态的反应速率快，D项错误。42016全国卷丙烯腈(CH2=CHCN)是一种重要的化工原料，工业上可用“丙烯氨氧化法”生产，主要副产物有丙烯醛(CH2=CHCHO)和乙腈(CH3CN)等。回答下列问题：(1)以丙烯、氨、氧气为原料，在催化剂存在下生成丙烯腈(C3H3N)和副产物丙烯醛(C3H4O)的热化学方程式如下：C3H6(g)NH3(g)O2(g)=C3H3N(g)3H2O(g)H515 kJmol1C3H6(g)O2(g)=C3H4O(g)H2O(g)H353 kJmol1两个反应在热力学上趋势均很大，其原因是_；有利于提高丙烯腈平衡产率的反应条件是_；提高丙烯腈反应选择性的关键因素是_。(2)图(a)为丙烯腈产率与反应温度的关系曲线，最高产率对应的温度为460 。低于460 时，丙烯腈的产率_(填“是”或“不是”)对应温度下的平衡产率，判断理由是_；高于460 时，丙烯腈产率降低的可能原因是_(双选，填标号)。A催化剂活性降低 B平衡常数变大C副反应增多 D反应活化能增大(3)丙烯腈和丙烯醛的产率与n(氨)/n(丙烯)的关系如图(b)所示。由图可知，最佳n(氨)/n(丙烯)约为_，理由是_。进料气氨、空气、丙烯的理论体积比约为_。答案(1)两个反应均为放热量大的反应降低温度、降低压强催化剂(2)不是该反应为放热反应，平衡产率应随温度升高而降低AC(3)1该比例下丙烯腈产率最高，而副产物丙烯醛产率最低17.51解析(1)判断反应自发进行的趋势可从熵变和焓变两方面考虑，反应和的熵变不大，但焓变均较大，这是导致两个反应在热力学上趋势均很大的主要原因。根据影响平衡移动的因素可知，提高丙烯腈平衡产率(即使反应的平衡右移)的条件可以是降低温度、降低压强。在影响反应速率的外界因素中，催化剂的影响最大，且不同的反应一般使用的催化剂也不同，因此催化剂是提高丙烯腈反应选择性的关键因素。(2)温度升高，反应的平衡常数变小，反应的活化能不变，高于460 时，丙烯腈产率降低的原因可能是催化剂的活性降低、副反应增多，A、C正确。(3)由反应可知n(NH3)n(O2)n(C3H6)11.51，由于O2在空气中所占体积分数约为，所以理论上进料气氨、空气、丙烯的体积比V(NH3)V(空气)V(C3H6)1(1.55)117.51。52014天津高考合成氨是人类科学技术上的一项重大突破，其反应原理为：N2(g)3H2(g)2NH3(g)H92.4 kJmol1一种工业合成氨的简易流程图如下：(1)步骤中制氢气原理如下：aCH4(g)H2O(g)CO(g)3H2(g)H206.4 kJmol1bCO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)H41.2 kJmol1对于反应a，一定可以提高平衡体系中H2百分含量，又能加快反应速率的措施是 _。a升高温度 B增大水蒸气浓度c加入催化剂 D降低压强利用反应b，将CO进一步转化，可提高H2产量。若1 mol CO和H2的混合气体(CO的体积分数为20%)与H2O反应，得到1.18 mol CO、CO2和H2的混合气体，则CO转化率为_。(2)图1表示500 、60.0 MPa条件下，原料气投料比与平衡时NH3体积分数的关系。根据图中a点数据计算N2的平衡体积分数：_。(3)依据温度对合成氨反应的影响，在图2坐标系中，画出一定条件下的密闭容器内，从通入原料气开始，随温度不断升高，NH3物质的量变化的曲线示意图。(4)上述流程图中，使合成氨放出的能量得到充分利用的主要步骤是(填序号)_。简述本流程中提高合成氨原料总转化率的方法：_。答案(1)a90%(2)14.5%(3)(4)对原料气加压；分离液氨后，未反应的N2、H2循环使用解析(1)增大水蒸气浓度，平衡右移，但H2百分含量不一定提高；加入催化剂，对平衡无影响，不能提高H2的百分含量；降低压强，反应速率减慢。设达到平衡时CO转化了x mol。CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)n起始 0.2 mol 0 mol 0.8 moln平衡 (0.2x) mol x mol (0.8x) mol(0.2x)x(0.8x)1.18，x0.18，CO100%90%。(2)方法1：设达到平衡时N2转化了x mol。N2(g)3H2(g)2NH3(g)n起始 n mol 3n mol 0n平衡 (nx) mol (3n3x) mol 2x mol100%42%，x0.592n故N2体积分数100%100%14.5%。方法2：由N2、H2按13投料，N2与H2又按照13发生反应，故从反应开始到反应平衡，N2和H2之比始终为13。N2体积分数(142%)14.5%。(3)反应初期，NH3从无到有，在未达到平衡前，NH3物质的量是增大的，达到平衡后，温度升高，平衡逆向移动，NH3物质的量逐渐减小，曲线见答案。(4)通过热交换器(步骤)，加热进入合成塔的原料气，同时冷却从合成塔出来的平衡混合气。提高原料总转化率的方法有：对N2、H2加压；将产物NH3液化分离，减小生成物浓度；将未反应的N2、H2循环使用。时间：45分钟满分：100分一、选择题(每题7分，共70分)12017哈尔滨师大附中高三模拟下列能用勒夏特列原理解释的是()A溴水中存在下列平衡Br2H2OHBrHBrO，加入AgNO3溶液后，溶液颜色变浅B工业上由氢气和氮气合成氨是在较高温度下进行的CSO2催化氧化成SO3的反应，需要使用催化剂 DH2、I2、HI平衡混合气加压后颜色变深答案A解析A项，溴水中加入AgNO3溶液后生成溴化银沉淀，促使平衡Br2H2OHBrHBrO正向移动，溶液颜色变浅，与平衡移动有关，正确；B项，合成氨反应是放热反应，从平衡角度分析，较高温度不利于提高产率，错误；C项，加入催化剂，平衡2SO2O22SO3不移动，不能用勒夏特列原理分析，错误；D项，H2与I2生成HI的反应是反应前后气体物质的量不变的反应，改变压强，平衡不发生移动，颜色变深是因为加压后碘蒸气浓度变大，不能用勒夏特列原理解释，错误。2在恒温恒压下，向密闭容器中充入4 mol SO2和2 mol O2，发生如下反应：2SO2(g)O2(g)2SO3(g)H0。2 min后，反应达到平衡，生成SO3为1.4 mol，同时放出热量Q kJ。则下列分析正确的是()A在该条件下，反应前后的压强之比为65.3B若反应开始时容器体积为2 L，则v(SO3)0.35 mol/(Lmin)C若把“恒温恒压下”改为“恒压绝热条件下”反应，平衡后n(SO3)1.4 molD若把“恒温恒压下”改为“恒温恒容下”反应，达平衡时放出热量大于Q kJ答案C解析由平衡时n(SO3)1.4 mol可知此时n(SO2)2.6 mol，n(O2)1.3 mol。因是恒温恒压条件，所以反应前后压强不变，A错误；因该反应是气体分子数变小的反应，所以随着反应的进行，体积逐渐变小，小于2 L，所以v(SO3)大于0.35 mol/(Lmin)，B错误；该反应为放热反应，在绝热条件下随着反应的进行要放热，达到平衡时与恒温恒压条件下的平衡比较，平衡要逆向移动，所以n(SO3)1.4 mol，C正确；恒温恒容下的平衡与原来恒温恒压下的平衡比较，平衡要逆向移动，所以放出的热量小于Q kJ，D错误。32017河北高三联考T 时，在容积为2 L 的3个恒容密闭容器中发生反应：3A(g)B(g)xC(g)，按不同方式投入反应物，测得反应达到平衡时的有关数据如下：容器甲乙丙反应物的投入量3 mol A、2 mol B6 mol A、4 mol B2 mol C达到平衡的时间/min58A的浓度/(molL1)c1c2C的体积分数/%w1w3混合气体的密度/(gL1)12下列说法正确的是()A若x4，则2c1c2B若x4，则w1w3C无论x的值是多少，均有212D甲容器达到平衡所需的时间比乙容器达到平衡所需的时间短答案C解析若xc2，A项错误；若x4，则反应前后气体分子数相等，由于起始时甲容器中A、B的投入量之比与化学方程式中对应化学计量数之比不相等，故w3不可能等于w1，B项错误；起始时乙容器中A、B的投入量是甲容器的2倍，两容器的容积相等，故恒有212，C项正确；起始时乙容器中A、B的浓度是甲容器中的2倍，故乙容器达到平衡所需的时间比甲容器达到平衡所需的时间短，D项错误。 4.高考在恒容密闭容器中通入X并发生反应：2X(g)Y(g)，温度T1、T2下X的物质的量浓度c(X)随时间t变化的曲线如图所示，下列叙述正确的是()A该反应进行到M点放出的热量大于进行到W点放出的热量BT2下，在0t1时间内，v(Y) molL1min1CM点的正反应速率v正大于N点的逆反应速率v逆DM点时再加入一定量X，平衡后X的转化率减小答案C解析依据题中图示，可看出T1T2，由于T1时X的平衡浓度大，可推出该反应为放热反应。A项，M点与W点比较，X的转化量前者小于后者，故进行到M点放出的热量应小于进行到W点放出的热量，A项错误；B项，2v(Y)v(X) molL1min1，B项错误；C项，T1T2，温度越高，反应速率越大，M点的正反应速率v正W点的正反应速率v正，而W点的正反应速率v正其逆反应速率v逆N点的逆反应速率v逆，C项正确；D项，恒容时充入X，压强增大，平衡正向移动，X的转化率增大，D项错误。5相同温度下，体积均为0.25 L的两个恒容密闭容器中发生可逆反应：X2(g)3Y2(g)2XY3(g)H92.6 kJmol1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X2Y2XY3130放热23.15 kJ0.61.80.8Q(Q0)下列叙述不正确的是()A容器、中反应的平衡常数相等B达平衡时，两个容器中XY3的物质的量浓度均为2 molL1C容器中反应达到平衡时放出的热量为QD若将容器体积缩小为0.20 L，则达平衡时放出的热量大于23.15 kJ答案C解析温度不变，化学平衡常数不变，A项正确；达到平衡时，容器中平衡与容器中平衡为等效平衡，利用容器中数据进行计算：由放出热量的数值可知X2的转化率为100%25%，平衡时XY3的物质的量为0.5 mol，故其浓度为2 molL1，B项正确；由以上分析可知，容器中反应逆向进行才能达到平衡，故容器中反应达到平衡时吸收的热量为Q，C项错误；若将容器体积缩小，则平衡右移，放出的热量多，D项正确。6在某定容密闭容器中发生如下反应：2SO2(g)O2(g)2SO3(g)H0)。5 min后达平衡，测得容器中n(C)0.8 mol。则下列说法正确的是()A使用催化剂或缩小容器体积，该平衡均不会移动B3v(A)2v(C)0.16 mol/(Lmin)C升高温度，该平衡正向速率减小，故平衡逆向移动D该可逆反应达平衡后，放出a kJ的热能(假设化学能全转化为热能)答案A解析由于该反应反应前后体积不变，缩小容器体积平衡不移动，使用催化剂平衡也不会移动，A正确；各物质的化学反应速率之比等于其相应的化学计量数之比，应该是2v(A)3v(C)0.24 mol/(Lmin)，B错误；升高温度，正、逆反应速率都增大，正反应为放热反应，故平衡逆向移动，C错误；由于该反应为可逆反应，2 mol A和1 mol B不可能完全反应，放出的热能小于a kJ，D错误。8下列叙述与图象相对应的是()A图(1)是N2(g)3H2(g)2NH3(g)的化学平衡图象，在t0时刻充入一定量的NH3，平衡逆向移动B图(2)中p2p1，T1T2C图(3)表示的化学方程式为2A=B3CD图(4)对应反应2X(g)3Y(g)2Z(g)Hp1，T1T2，B项正确；图(3)表示的是可逆反应，C项错误；温度升高，平衡逆向移动，Y的百分含量将增大，D项错误。9甲、乙、丙三个容器中最初存在的物质及数量如图所示，三个容器最初的容积相等，温度相同，反应中甲、丙的容积不变，乙中的压强不变，在一定温度下反应达到平衡。下列说法正确的是()A平衡时各容器内c(NO2)的大小顺序为乙甲丙B平衡时N2O4的百分含量：乙甲丙C平衡时甲中NO2与丙中N2O4的转化率不可能相同D平衡时混合物的平均相对分子质量：甲乙丙答案B解析因甲、丙为恒容容器，0.1 mol N2O4完全转化可得到0.2 mol NO2，故甲、丙两容器中的化学平衡为等效平衡，反应开始后乙容器中的压强大于甲容器中的压强，而压强越大，越有利于平衡向生成N2O4的方向进行，故B对；再结合平均相对分子质量与各组分相对分子质量的关系知D错；虽然乙中转化掉的NO2比甲中多，由勒夏特列原理知因乙的容积减小导致NO2浓度增大的程度大于因平衡移动使NO2浓度减小的程度，因此，平衡时乙中NO2的浓度大于甲中NO2的浓度，但由于甲、丙两容器内的化学平衡为等效平衡，甲、丙中NO2的浓度应相等，A错；由甲、丙中的化学平衡为等效平衡知，若平衡时甲中NO2的转化率为50%，则丙中N2O4的转化率也为50%，C错。102017山西大学附中高三质检恒温恒容下，向2 L密闭容器中加入MgSO4(s)和CO(g)，发生反应：MgSO4(s)CO(g)MgO(s)CO2(g)SO2(g)。反应过程中测定的部分数据见下表：反应时间/minn(MgSO4)/moln(CO)/moln(SO2)/mol02.02.0020.841.2下列说法正确的是()A反应在04 min内容器内气体的密度没有变化B02 min内的平均速率为v(CO)0.6 molL1min1C其他条件不变，若升高温度，反应的平衡常数变为1.0，则正反应为吸热反应D其他条件不变，若起始时容器中MgSO4、CO均为1.0 mol，则平衡时n(SO2)0.6 mol答案C解析，随着反应的进行，固体质量逐渐减少，气体质量逐渐增大，容器体积不变，所以密度增大，A错误；v(CO)0.3 molL1min1，B错误；t2 min时，列三段式MgSO4(s)CO(g)MgO(s)CO2(g)SO2(g)n(始)/mol 2 2 0 0 0n(变)/mol 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2n(平)/mol 0.8 0.8 1.2 1.2 1.2可知，24 min为气体浓度无变化，已达平衡，所以K0.9，升高温度，平衡常数增大，说明平衡向正反应方向移动，正反应是吸热反应，C正确；其他