a.0.20 mol•L-1 b.0.12 mol•L-1 c.0.10 mol•L-1 d.0.08 mol•L-1
(3)反应达到平衡后,第5分钟末,保持其它条件不变,若只把容器的体积缩小一半,平衡______________________移动(填“向逆反应方向”、“向正反应方向”或“不”),化学平衡常数________(填“增大”、“减小”或“不变”)。
(4)在第5分钟末将容器的体积缩小一半后,若在第8分钟末达到新的平衡(此时NH3的浓度约为0.25 mol•L-1)。请在图中画出第5分钟末到达新平衡时NH3浓度的变化曲线。
答案 (1)0.025 mol•L-1•min-1 (2)ac
(3)向正反应方向 不变
(4)
解析 (1)由图象知:v(NH3)=Δct=0.1 mol•L-14 min=0.025 mol•L-1•min-1。
(2)合成氨的反应为可逆反应,不可能进行到底,根据反应方程式和题给数据,NH3浓度的最大值为:0.4 mol2 L=0.2 mol•L-1,在改变温度后,平衡要移动,达新的平衡后NH3的浓度肯定不是0.1 mol•L-1。
(3)缩小体积,相当于增大压强,平衡向正反应方向移动,由于温度未变,平衡常数不变。
(4)在5分钟末将容积减小一半,c(NH3)瞬间增大为原来的二倍,在8分钟末建立新平衡,图象见答案。
9.某温度时,在2 L密闭容器中气态物质X和Y反应生成气态物质Z,它们的物质的量随时间的变化如下表所示。
t/min X/mol Y/mol Z/mol
0 1.00 1.00 0.00
1 0.90 0.80 0.20
3 0.75 0.50 0.50
5 0.65 0.30 0.70
9 0.55 0.10 0.90
10 0.55 0.10 0.90
14 0.55 0.10 0.90
(1)根据表中数据,在该题图中相应位置上画出X、Y、Z的物质的量(n)随时间(t)变化的曲线:
(2)体系中发生反应的化学方程式是____________;
(3)列式计算该反应在0~3 min时间内产物Z的平均反应速率:
__________________________;
(1) 该反应达到平衡时反应物X的转化率α等于__________________________;
(5)如果该反应是放热反应。改变实验条件(温度、压强、催化剂)得到Z随时间变化的曲线①、②、③(如上图所示),则曲线①、②、③改变的实验条件分别是:
①________;②________;③________。
答案
(1)
(2)X+2Y 2Z
(3)v(Z)=ΔcZΔt=ΔnZV•Δt=0.5 mol2 L×3 min=0.083 mol•L-1•min-1
(4)45%
(5)升高温度 加入催化剂 增大压强
解析 (1)画出对应的点直接连接起来即可。
(2)由0~1 min时,Δn(X)∶Δn(Y)∶Δn(Z)=1∶2∶2知该反应的化学方程式为:X+2Y 2Z。
(3)v(Z)=ΔcZΔt=ΔnZV•Δt=0.5 mol2 L×3 min=0.083 mol•L-1•min-1
(4)X的转化率α=ΔnXnX初×100%=1.00-0.55mol1.00 mol×100%=45%。
(5)由题中图象知:平衡时,①曲线平衡时所用时间比原平衡时(9 min)短,且生成Z的量减少,故①曲线改变的条件是升高温度;②曲线的Z的物质的量与原平衡时相同,但达到平衡的时间缩短为1 min,故②曲线改变的条件是加入催化剂;③曲线平衡时所用时间比原平衡时(9 min)短,且生成Z的量增加,故③曲线改变的条件是增大压强。
第3课时 等效平衡
[目标要求] 1.理解等效平衡的概念。2.能够判断并建立等效平衡。
一、等效平衡的含义
在一定条件下(恒温恒容或恒温恒压),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,这样的平衡称为等效平衡。
二、等效平衡的分类
(1)对于恒温、恒容条件下的体积可变的反应
如果按方程式中的化学计量关系转化为方程式同一半边的物质,其物质的量与对应组分的起始加入量相同,则建立的化学平衡状态是等效的。
结果:达到平衡后,各组分的百分含量及各组分的浓度都是相等的。
例如,一定条件下的可逆反应:
2SO2 + O2 2SO3
① 2 mol 1 mol 0 mol
② 0 mol 0 mol 2 mol
③ 0.5 mol 0.25 mol 1.5 mol
上述三种配比,按方程式的计量关系均转化为反应物,则SO2均为2 mol、O2均为1 mol,三者建立的平衡状态完全相同。
(2)对于恒温、恒容条件下的体积不变反应以及恒温、恒压的可逆反应(无论体积可变或不变)
如果按方程式的化学计量关系转化为方程式同一半边的物质,其物质的量比与对应组分的起始加入量比相同,则建立的化学平衡状态是等效的。
结果:达到平衡后,各组分的百分含量相同,但各组分的浓度并不一定相同。
例如:
H2(g)+ I2(g) 2HI(g)
① 1 mol 1 mol 0 mol
② 2 mol 2 mol 1 mol
上述两种配比,按方程式中化学计量关系均转化为反应物,两种情况下H2(g)与I2(g)的物质的量比均为1∶1,因此上述两种情况建立的化学平衡状态是等效的。
知识点一 恒温、恒容条件下的等效平衡
1.已知在等温、等容条件下,有如下可逆反应:2A(g)+2B(g) 3C(g)+D(g)。现分别从两条途径建立平衡,途径Ⅰ:A、B的起始浓度均为2 mol•L-1;途径Ⅱ:C、D的起始浓度分别为6 mol•L-1和2 mol•L-1。下列叙述正确的是( )
A.Ⅰ、Ⅱ两种途径最终达到平衡时,体系内混合气体的浓度相同
B.Ⅰ、Ⅱ两种途径最终达到平衡时,体系内混合气体的百分组成相同
C.达到平衡时,Ⅰ途径的反应速率v1等于Ⅱ途径的反应速率v2
D.达到平衡时,Ⅰ途径混合气体的密度与Ⅱ途径混合气体的密度相等
答案 B
解析 该反应的条件是在等温等容条件下,且该反应前后气体体积不变。由于途径Ⅱ相当于A、B的起始浓度均为4 mol•L-1建立平衡体系,故平衡时各组分的体积百分含量应与Ⅰ相同,但各组分的浓度以及混合气体的密度则为Ⅰ的两倍。
2.在1 L密闭容器中通入2 mol NH3,在一定温度下发生反应:2NH3 N2+3H2,达平衡时,N2的物质的量分数为a%,维持容器的体积和温度不变,分别通入下列几组物质,达到平衡时,容器内N2的物质的量分数仍为a%的是( )
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