第5、6講 化學平衡定性與定量分析

第5、6講化學平衡定性與定量分析一、化學平衡狀態(tài)例：在恒溫恒壓條件下，在一密閉容器中發(fā)生，可以作為達化學平衡狀態(tài)的標志是___________________。A.I2、H2和HI的物質(zhì)的量分數(shù)不再變化B.I2的消耗速率等于H2的生成速率C.H2、I2和HI的分子數(shù)之比為1：1：2D.速率關系為E.1molH-H斷裂同時2molH-I鍵斷裂F.容器內(nèi)物質(zhì)總物質(zhì)的量不隨時間而變化G.混合氣體的總體積保持不變H.混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再改變I.混合氣體的密度不再變化J.混合氣體的顏色不再改變二、化學平衡移動分析方法1、定性分析——勒·夏特列原理達到平衡后，如果改變影響化學平衡的一個外界條件，如濃度、溫度、壓強等，化學平衡將向著能夠減弱這種改變的方向移動。（1）濃度增大反應物濃度，平衡向__________反應方向移動；（2）壓強增大壓強，平衡向__________反應方向移動（3）溫度升溫：平衡向__________反應方向移動（4）催化劑催化劑__________平衡移動2、定性分析——大同小異【概念辨析】“有利”和“不利”例：，改變溫度或壓強，平衡移動結(jié)果如下：N2轉(zhuǎn)化率↑平均相對分子質(zhì)量↑（1）溫度對平衡的影響例：①ΔKK②ΔKK（2）壓強對平衡的影響例：①Δ（左>右）KK②Δ（左<右）KK3、定量分析——K、Q關系（1）化學平衡常數(shù)表達式平衡時，生成物濃度系數(shù)次冪的乘積除以反應物濃度系數(shù)次冪的乘積【注意】無特殊說明，平衡常數(shù)指濃度平衡常數(shù)Kc。K=K=含固體/純液體：K=水溶液中：K=（2）濃度商QcQc=（3）K、Q關系例：改變條件KQc平衡移動移走NH3壓縮體積升高溫度加入催化劑三、多個影響因素問題例：常溫常壓下，A、B、C、D均為氣體。A與B可發(fā)生可逆反應：。若將2molA和4molB混合充入體積可變的密閉容器中，在不同條件下達平衡時C的濃度如下：溫度/℃壓強/PaC平衡濃度/mol·L-1251×1051.0252×1051.8255×1056.0（1）該可逆反應中化學計量數(shù)n的取值范圍為___________。（2）5×105Pa時，D的狀態(tài)可能為___________。練：反應，在其他條件不變時，通過調(diào)節(jié)容器體積改變壓強，達平衡時如下表平衡狀態(tài)①②③容器體積/L402010.022a0.05a0.75a下列分析不正確的是（）A.①→②的過程中平衡發(fā)生了逆向移動B.①→③的過程中X的狀態(tài)發(fā)生了變化C.①→③的過程中A的轉(zhuǎn)化率不斷增大D.與①②相比，③中X的物質(zhì)的量最大【質(zhì)疑教材】N2O4無色氣體或液體，沸點21.2℃四、化學平衡定量分析1、三段式相關計算例：恒溫下，將amolN2與bmolH2的混合氣體通入一個固定容積的密閉容器中，發(fā)生如下反應：，若反應進行到某時刻t時，，，l。則a：b=_________。2、連鎖反應計算【方法一】三段式法例：將固體NH4I置于密閉容器中，在某溫度下發(fā)生下列反應： ②當達到平衡時，，，則此溫度下反應①的平衡常數(shù)為__________。【方法二】守恒法例：將固體NH4I置于密閉容器中，在某溫度下發(fā)生下列反應：① ②當達到平衡時，，，則此溫度下反應①的平衡常數(shù)為__________。練：（2019天津卷）在1L真空密閉容器中加入amolPH4I固體，t°C發(fā)生如下反應：①②③達平衡時，體系中，，，則t°C時反應①的平衡常數(shù)K值為________________（用字母表示）。3、含投料比圖像問題——設數(shù)法例：煤制天然氣工藝是煤高效潔凈利用的新途徑之一（1）反應I：，通入的氧氣會與部分碳發(fā)生燃燒反應。請利用能量轉(zhuǎn)化及平衡移動原理說明通入氧氣的作用：_______________________________________________________。（2）反應Ⅱ：。下圖表示不同溫度條件下，煤氣化反應I發(fā)生后的汽氣比（水蒸氣與原料氣中CO物質(zhì)的量之比）與CO平衡轉(zhuǎn)化率的變化關系。①判斷T1、T2和T3的大小關系：____________。②若煤氣化反應I發(fā)生后的汽氣比為0.8，經(jīng)煤氣化反應I和水氣變換反應Ⅱ后，得到CO與H2的物質(zhì)的量之比為1：3，則反應Ⅱ應選擇的溫度是___________（填“T1”“T2”或“T3”）。五、分壓平衡常數(shù)KP1、表達式例：2、道爾頓分壓定律3、分壓平衡常數(shù)相關計算問找比例（1）恒壓條件——四段式例：乙烯氣相直接水合反應如圖為氣相直接水合法中乙烯的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強的關系[其中]。列式計算乙烯水合制乙醇反應在圖中A點的平衡常數(shù)_________________。（2）恒容條件——分壓三段式例：工業(yè)上對煙氣的脫硝是防止空氣污染重要的一步，工業(yè)上通常在高溫條件下，用CO來催化還原煙氣中的NO，方程式為：。恒定溫度下，向某恒容密閉容器中通入物質(zhì)的量之比為1：1的NO、CO，此時容器壓強為。一段時間后達到平衡，N2的體積分數(shù)為25%，則該溫度下分壓平衡常數(shù)為_______________（用含的式子表示）?！就卣埂矿w積分數(shù)平衡常數(shù)【注意】例：已知反應1：，反應2：，反應3：恒溫條件下，向反應容器中加入1.0molD，測得D的平衡轉(zhuǎn)化率為α。已知反應3的平衡常數(shù)，則平衡體系中B的物質(zhì)的量為_________mol，反應1的平衡常數(shù)____________。練：（2022廣州一模）以CO2、H2為原料合成CH3OH涉及的反應如下：I.II.III.在5MPa下，按照投料，平衡時，CO和CH3OH在含碳產(chǎn)物中物質(zhì)的量分數(shù)及CO2的轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化如圖：①圖中代表CH3OH的曲線為__________（填“m”或“n”）。②解釋150～250°C范圍內(nèi)CO2轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而降低的原因__________________。③下列說法錯誤的是__________（填字母）。A.H2的平衡轉(zhuǎn)化率始終低于CO2的B.溫度越低，越有利于工業(yè)生產(chǎn)CH3OHC.加入選擇性高的催化劑，可提高CH3OH的平衡轉(zhuǎn)化率D.150-400°C范圍內(nèi)，溫度升高，H2O的平衡產(chǎn)量先減小后增大④270°C時CO的分壓為_________，反應Ⅱ的平衡常數(shù)為________________（列出算式）。練：（2021全國甲卷）二氧化碳加氫制甲醇的總反應可表示為：，合成總反應在起始物時，在不同條件下達到平衡，設體系中甲醇的物質(zhì)的量分數(shù)為x(CH3OH)，在t=250°C下的x(CH3OH)~p、在p=5×105Pa下的x(CH3OH)~t如圖所示。①