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- 2021-07-02 发布
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1.了解化学反应的方向与焓变和熵变的关系;能够利用焓变和熵变判断化学反应的方向。
2.了解化学平衡常数的含义,能够利用化学平衡常数进行相关计算。
知识点一 化学平衡常数
一、化学平衡常数的概念及应用
1.化学平衡常数
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,用符号K表示。
2.表达式
(1)对于反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g),K=(计算K利用的是物质的平衡浓度,而不是任意时刻浓度,也不能用物质的量。固体和纯液体物质的浓度视为常数,通常不计入平衡常数表达式中)。
(2)化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数,化学反应方向改变或化学计量数改变,化学平衡常数均发生改变。举例如下:
化学方程式
平衡常数
关系式
N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)
K1=
K2=
K3=
N2(g)+H2(g) NH3(g)
K2=
2NH3(g) N2(g)+3H2(g)
K3=
3.注意事项
(1)K值越大,反应物的转化率越高,正反应进行的程度越大。
(2)K只受温度影响,与反应物或生成物的浓度变化无关。
(3)催化剂能加快化学反应速率,但对化学平衡常数无影响。
4.应用
(1)判断可逆反应进行的程度
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
<10-5
10-5~105
>105
反应程度
很难进行
反应可逆
反应可接近完全
(2)判断化学反应进行的方向
对于可逆反应aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g),在一定温度下的任意时刻,反应物与生成物浓度有如下关系:
Q=,称为浓度商。
Q<K
反应向正反应方向进行,v正>v逆
Q=K
反应处于化学平衡状态,v正=v逆
Q>K
反应向逆反应方向进行,v正<v逆
(3)判断可逆反应的热效应
二、平衡常数和转化率的相关计算
1.明确三个量——起始量、变化量、平衡量
N2 + 3H22NH3
起始量 1 3 0
变化量 a b c
平衡量 1-a 3-b c
①反应物的平衡量=起始量-转化量。
②生成物的平衡量=起始量+转化量。
③各物质变化浓度之比等于它们在化学方程式中化学计量数之比。变化浓度是联系化学方程式、平衡浓度、起始浓度、转化率、化学反应速率的桥梁。因此抓住变化浓度是解题的关键。
2.掌握四个公式
(1)反应物的转化率=×100%=×100%。
(2)生成物的产率:实际产量(指生成物)占理论产量的百分数。一般来讲,转化率越大,原料利用率越高,产率越大。产率=×100%。
(3)平衡时混合物组分的百分含量=×100%。
(4)某组分的体积分数=×100%。
3.谨记一个答题模板
反应:mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g),令A、B起始物质的量分别为a mol、b mol,达到平衡后,A的转化量为mx mol,容器容积为V L,则有以下关系:
mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g)
起始/mol a b 0 0
转化/mol mx nx px qx
平衡/mol a-mx b-nx px qx
对于反应物:n(平)=n(始)-n(转)
对于生成物:n(平)=n(始)+n(转)
则有:①K=
②c平(A)= mol·L-1
③α(A)平=×100%,α(A)∶α(B)=∶=
④φ(A)=×100%
⑤=
⑥混= g·L-1[其中M(A)、M(B)分别为A、B的摩尔质量]
⑦平衡时体系的平均摩尔质量:
= g·mol-1
【典例1】(河北正定中学2019届模拟)只改变一个影响化学平衡的因素,平衡常数K与化学平衡移动的关系叙述不正确的是( )
A.K值不变,平衡可能移动
B.平衡向右移动时,K值不一定变化
C.K值有变化,平衡一定移动
D.相同条件下,同一个反应的方程式的化学计量数增大2倍,K值也增大两倍
【答案】D
【解析】因改变压强或浓度引起化学平衡移动时,K值不变,A项和B项均正确;K值只与温度有关,K值发生了变化,说明体系的温度改变,则平衡一定移动,C项正确;相同条件下,同一个反应的方程式的化学计量数增大2倍,K值应该变为[K(原)]2,D项错误。
【变式1】(天津南开中学2019届模拟)在一个容积为2 L的密闭容器中,加入0.8 mol A2气体和0.6 mol B2气体,一定条件下发生反应:A2(g)+B2(g) 2AB(g) ΔH<0,反应中各物质的浓度随时间的变化情况如图所示,下列说法不正确的是( )
A.图中a点的值为0.15
B.该反应的平衡常数K=0.03
C.温度升高,平衡常数K值减小
D.平衡时A2的转化率为62.5%
【答案】B
【解析】A项,Δc(AB)=0.5 mol·L-1,Δc(A2)=(0.4-a),由化学方程式可知,0.5∶(0.4-a)=2∶1,a=0.15,正确;B项,当Δc(AB)=0.5 mol·L-1时,Δc(B2)=0.25 mol·L-1,平衡时c(B2)=(0.3-0.25) mol·L-1=0.05 mol·L-1,K==,错误;C项,ΔH<0,反应为放热反应,升高温度,K减小,正确;D项,当Δc(AB)=0.5 mol·L-1时,Δc(A2)=0.25 mol·L-1,α(A2)=×100%=62.5%,正确。
知识点二 化学反应进程的方向
1.自发过程
(1)含义
不用借助外力就可以自动进行的过程。
(2)特点
①体系趋向于从高能状态转变为低能状态(体系对外部做功或放出热量)。
②在密闭条件下,体系有从有序转变为无序的倾向性(无序体系更加稳定)。
2.熵与熵变
(1)熵
描述体系混乱程度的物理量,符号为S。
熵值越大,体系混乱度越大。
(2)熵变
ΔS=S(反应产物)-S(反应物)。
3.反应进行的方向
(1)判据
(2)规律
①ΔH<0,ΔS>0的反应任何温度下都能自发进行;
②ΔH>0,ΔS<0的反应任何温度下都不能自发进行;
③ΔH和ΔS的作用相反,且相差不大时,温度对反应的方向起决定性作用。当ΔH<0,ΔS<0时,低温下反应能自发进行;当ΔH>0,ΔS>0时,高温下反应能自发进行。
【特别提醒】对于一个特定的气相反应,熵变的大小取决于反应前后的气体物质的化学计量数大小。
【典例2】(湖南湘潭一中2019届模拟)下列说法错误的是( )
A.某吸热反应能自发进行,因此该反应是熵增反应
B.2NO(g)+2CO(g)===N2(g)+2CO2(g)在常温下能自发进行,则该反应的ΔH>0
C.反应NH3(g)+HCl(g)===NH4Cl(s)在室温下可自发进行,则该反应的ΔH<0
D.CaCO3(s)===CaO(s)+CO2(g)室温下不能自发进行,说明该反应的ΔH<0
【答案】B
【解析】吸热反应,ΔH>0,若反应能自发进行,则该反应必须是熵增反应,即ΔS>0,A项正确;B项反应是一个熵减反应,若常温能自发进行,则需ΔH<0,B错误;C项反应的ΔS<0,在室温下反应能自发进行,根据ΔH-TΔS<0,则该反应的ΔH<0,正确。D项CaCO3分解是吸热反应,ΔH>0且ΔS>0,由此可知该反应高温下能自发进行,正确。
【方法技巧】焓变、熵变和温度对化学反应方向的影响
ΔH
ΔS
ΔH-TΔS
反应情况
-
+
永远是负值
在任何温度下均自发进行
+
-
永远是正值
在任何温度下均非自发进行
+
+
低温为正,高温为负
低温时非自发,高温时自发
-
-
低温为负,高温为正
低温时自发,高温时非自发
【变式2】(山西平遥中学2019届模拟)已知:(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)+NH3(g) ΔH=+74.9 kJ·mol-1。下列说法中正确的是( )。
A.该反应中熵变小于0,焓变大于0
B.该反应是吸热反应,因此一定不能自发进行
C.碳酸盐分解反应中熵增加,因此任何条件下的所有碳酸盐分解一定能自发进行
D.判断反应能否自发进行需要根据ΔH与ΔS综合考虑
【答案】D
【解析】A项反应的ΔH为正值,即ΔH>0,因为反应后有气体生成,反应物均为固体,所以混乱度增加,熵变大于0,A错;吸热反应不一定不能自发进行,该反应在高温下能自发进行,B错;熵增加的反应不一定能自发进行,C错。
考点一 化学平衡常数的含义
【典例3】 (2016·海南,16)顺1,2二甲基环丙烷和反1,2二甲基环丙烷可发生如下转化:
该反应的速率方程可表示为v(正)=k(正)c(顺)和v(逆)=k(逆)c(反),k(正)和k(逆)在一定温度时为常数,分别称作正、逆反应速率常数。回答下列问题:
(1)已知:t1温度下,k(正)=0.006 s-1,k(逆)=0.002 s-1,该温度下反应的平衡常数值K1=________;该反应的活化能Ea(正)小于Ea(逆),则ΔH________(填“小于”“等于”或“大于”)0。
(2)t2温度下,图中能表示顺式异构体的质量分数随时间变化的曲线是________(填曲线编号),平衡常数值K2=________;温度t1________(填“小于”“等于”或“大于”)t2,判断理由是________________________________________________________________________。
【答案】(1)3 小于 (2)B 小于 该反应是放热反应,升高温度平衡向逆反应方向移动
【解析】(1)根据v(正)=k(正)c(顺),k(正)=0.006 s-1,则v(正)=0.006 c(顺),v(逆)=k(逆)c(反),k(逆)=0.002 s-1,则v(逆)=0.002c(反),化学平衡状态时正、逆反应速率相等,则0.006c(顺)=0.002c(反),该温度下反应的平衡常数K1===3;该反应的活化能Ea(正)小于Ea(逆),说明断键吸收的能量小于成键释放的能量,即该反应为放热反应,则ΔH小于0。(2)随着时间的推移,顺式异构体的质量分数不断减少,且减少速率随时间减小,则符合条件的曲线是B。设顺式异构体的起始浓度为x
,可逆反应左右物质的化学计量数相等,均为1,则平衡时,顺式异构体为0.3x,反式异构体为0.7x,所以平衡常数为K2==。因为K1>K2,对于放热反应升高温度时平衡逆向移动,所以温度t2>t1。
【变式3】(辽宁大连二十四中2019届模拟)已知反应①:CO(g)+CuO(s) CO2(g)+Cu(s)和反应②:H2(g)+CuO(s) Cu(s)+H2O(g)在相同的某温度下的平衡常数分别为K1和K2,该温度下反应③:CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)的平衡常数为K。则下列说法正确的是( )
A.反应①的平衡常数K1=
B.反应③的平衡常数K=
C.对于反应③,恒容时,温度升高,H2浓度减小,则该反应的焓变为正值
D.对于反应③,恒温恒容下,增大压强,H2浓度一定减小
【答案】B
【解析】在书写平衡常数表达式时,纯固体物质不能出现在平衡常数表达式中,A错误;由于反应③=反应①-反应②,因此平衡常数K=,B正确;对于反应③,温度升高,H2浓度减小,则平衡左移,即逆反应为吸热反应,正反应为放热反应,因此ΔH<0,C错误;对于反应③,在恒温恒容下,增大压强,如充入惰性气体,则平衡不移动,H2的浓度不变,D错误。
考点二 化学平衡常数的应用
【典例4】 (吉林长春市实验中学2019届模拟)反应Fe(s)+CO2(g) FeO(s)+CO(g),700 ℃时平衡常数为1.47,900 ℃时平衡常数为2.15。下列说法正确的是( )
A.升高温度该反应的正反应速率增大,逆反应速率减小
B.该反应的化学平衡常数表达式为K=
C.该反应的正反应是吸热反应
D.增大CO2浓度,平衡常数增大
【答案】C
【解析】A项,升温,正、逆反应速率均增大,不正确;B项,该反应的化学平衡常数表达式为K=,不正确;C项,升温,平衡常数增大,表明平衡向正反应方向移动,即正反应为吸热反应,正确;D项,增大反应物浓度,平衡常数不变,不正确。
【变式4】(黑龙江双鸭山一中2019届模拟)在一定温度下,1 L的密闭容器中发生反应:C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g),平衡时测得C、H2O、CO、H2的物质的量都为0.1 mol。
(1)该反应的平衡常数K=________。
(2)若升高平衡体系的温度,该反应的平衡常数会增大,则该反应的ΔH________0(填“>”或“<”)。
(3)相同条件下,向该密闭容器中充入各物质的起始量如下:①均为0.2 mol ②C(s)、H2O为0.2 mol,CO、H2为 0.1 mol,判断该反应进行的方向:①________,②________。
【答案】(1)0.1 (2)> (3)①向逆反应方向 ②向正反应方向
【解析】(1)容积为1 L,则H2O、CO、H2的浓度均为0.1 mol·L-1,K===0.1。(2)升高温度平衡常数增大,说明平衡向右移动,正反应为吸热反应,ΔH>0。(3)①Q==0.2>K=0.1,反应向逆反应方向进行;②Q==0.050
B.图中X点所示条件下,延长反应时间能提高NO转化率
C.图中Y点所示条件下,增加O2的浓度不能提高NO转化率
D.380℃下,c起始(O2)=5.0×10−4 mol·L−1,NO平衡转化率为50%,则平衡常数K>2000
【答案】BD
【解析】随温度升高NO的转化率先升高后降低,说明温度较低时反应较慢,一段时间内并未达到平衡,分析温度较高时,已达到平衡时的NO转化率可知,温度越高NO转化率越低,说明温度升高平衡向逆方向移动,根据勒夏特列原理分析该反应为放热反应,∆H<0,故A错误;根据上述分析,X点时,反应还未到达平衡状态,反应正向进行,所以延长反应时间能提高NO的转化率,故B正确;Y点,反应已经达到平衡状态,此时增加O2的浓度,使得正反应速率大于逆反应速率,平衡向正反应方向移动,可以提高NO的转化率,故C错误;设NO起始浓度为amol/L,NO的转化率为50%,则平衡时NO、O2和NO2的浓度分别为0.5amol/L、(5×10-4-0.25a)mol/L、0.5amol/L,根据平衡常数表达式K=>=2000,故D正确;故选BD。
【举一反三】(2017·全国卷Ⅰ节选)H2S与CO2在高温下发生反应:H2S(g)+CO2(g) COS(g)+H2O(g)。在610 K时,将0.10 mol CO2与0.40 mol H2S充入2.5 L的空钢瓶中,反应平衡后水的物质的量分数为0.02。
(1)H2S的平衡转化率α1=________%,反应平衡常数K=________。
(2)在620 K重复实验,平衡后水的物质的量分数为0.03,H2S的转化率α2________α1,该反应的ΔH________0(填“>”“<”或“=”)。
(3)向反应器中再分别充入下列气体,能使H2S转化率增大的是________(填字母)。
A.H2S B.CO2 C.COS D.N2
【答案】(1)2.5 2.8×10-3 (2)> > (3)B
【解析】(1)610 K时向空钢瓶中充入0.10 mol CO2和0.40 mol H2S,钢瓶容积为2.5 L,按“三段式”法进行计算:
H2S(g)+CO2(g) COS(g)+H2O(g)
起始量/mol 0.40 0.10 0 0
转化量/mol x x x x
平衡量/mol 0.40-x 0.10-x x x
反应平衡后水的物质的量分数为0.02,则有=0.02,解得x=0.01,故H2S的平衡转化率α1=×100%=2.5%。
此时H2S、CO2、COS和H2O(g)的物质的量(mol)分别为0.39、0.09、0.01、0.01,故该反应的平衡常数K===≈2.8×10-3。
(2)在620 K重复实验,平衡后水的物质的量分数为0.03,温度升高,平衡后水的物质的量分数增大,说明平衡正向移动,则ΔH>0;升高温度,平衡正向移动,反应物的平衡转化率增大,则H2S的转化率:α2>α1。
(3)该反应器为钢瓶,反应过程中容积不变。向反应器中再充入H2S气体,平衡正向移动,CO2的转化率增大,但H2S的转化率减小,A错误;充入CO2,平衡正向移动,H2S的转化率增大,CO2的转化率减小,B正确;充入COS,平衡逆向移动,H2S的转化率减小,C错误;充入N2,平衡不移动,H2S的转化率不变,D错误。
【举一反三】(2015·天津高考)某温度下,在2 L的密闭容器中,加入1 mol X(g)和 2 mol Y(g)发生反应:X(g)+mY(g) 3Z(g)。平衡时,X、Y、Z的体积分数分别为30%、60%、10%。在此平衡体系中加入1 mol Z(g),再次达到平衡后,X、Y、Z的体积分数不变。下列叙述不正确的是( )
A.m=2
B.两次平衡的平衡常数相同
C.X与Y的平衡转化率之比为1∶1
D.第二次平衡时,Z的浓度为0.4 mol·L-1
【答案】D
【解析】A项,根据再次加入1 mol Z(g),平衡后,X、Y、Z的体积分数不变,可知该反应是一个反应前后气体分子数相等的反应,因此m=2。B项,由于温度没有变化,故两次平衡的平衡常数相同。C项,因为是按照化学方程式中化学计量数之比充入的反应物,因此二者的平衡转化率相等。D项,该反应前后气体分子数不变,因此反应后气体的物质的量与反应前一样,都为4 mol,而平衡后Z的体积分数为10%,平衡时Z的物质的量为4 mol×10%=0.4 mol,容器体积为2 L,Z的浓度为0.2 mol·L-1。
【变式6】(安徽马鞍山二中2019届模拟)羰基硫(COS)可作为一种粮食熏蒸剂,能防止某些昆虫、线虫和真菌的危害。在恒容密闭容器中,将CO和H2S混合加热并达到下列平衡:CO(g)+H2S(g) COS(g)+H2(g) K=0.1,反应前CO物质的量为10 mol,平衡后CO物质的量为 8 mol。下列说法正确的是( )
A.升高温度,H2S浓度增大,表明该反应正反应是吸热反应
B.通入CO后,正反应速率逐渐增大
C.反应前H2S物质的量为7 mol
D.CO的平衡转化率为80%
【答案】C
【解析】升高温度,H2S浓度增大,说明平衡向逆反应方向移动,逆反应为吸热反应,则该反应的正反应为放热反应,A不正确。通入CO后,正反应速率瞬间增大,之后化学平衡发生移动,正反应速率逐渐减小,逆反应速率逐渐增大,当正反应速率和逆反应速率相等时,反应达到新的化学平衡状态,B不正确。设反应前H2S的物质的量为a mol,容器的容积为1 L,列“三段式”进行解题:
CO(g)+H2S(g) COS(g)+H2(g)
10 a 0 0
2 2 2 2
8 a-2 2 2
化学平衡常数K==0.1,解得a=7,C正确。
CO的平衡转化率为×100%=20%,D不正确。
考点五 压强平衡常数(Kp)的相关计算
【典例7】(2019·新课标Ⅲ节选)近年来,随着聚酯工业的快速发展,氯气的需求量和氯化氢的产出量也随之迅速增长。因此,将氯化氢转化为氯气的技术成为科学研究的热点。回答下列问题:
(1)Deacon发明的直接氧化法为:4HCl(g)+O2(g)=2Cl2(g)+2H2O(g)。下图为刚性容器中,进料浓度比c(HCl) ∶c(O2)分别等于1∶1、4∶1、7∶1时HCl平衡转化率随温度变化的关系:
可知反应平衡常数K(300℃)____________K(400℃)(填“大于”或“小于”)。设HCl初始浓度为c0,根据进料浓度比c(HCl)∶c(O2)=1∶1的数据计算K(400℃)=____________(列出计算式)。按化学计量比进料可以保持反应物高转化率,同时降低产物分离的能耗。进料浓度比c(HCl)∶c(O2)过低、过高的不利影响分别是____________。
(2)Deacon直接氧化法可按下列催化过程进行:
CuCl2(s)=CuCl(s)+Cl2(g) ΔH1=83 kJ·mol-1
CuCl(s)+O2(g)=CuO(s)+Cl2(g) ΔH2=-20 kJ·mol-1
CuO(s)+2HCl(g)=CuCl2(s)+H2O(g) ΔH3=-121 kJ·mol-1
则4HCl(g)+O2(g)=2Cl2(g)+2H2O(g)的ΔH=_________ kJ·mol-1。
(3)在一定温度的条件下,进一步提高HCl的转化率的方法是______________。(写出2种)
【答案】(1)大于 O2和Cl2分离能耗较高、HCl转化率较低
(2)﹣116
(3)增加反应体系压强、及时除去产物
【解析】
(1)根据反应方程式知,HCl平衡转化率越大,平衡常数K越大,结合图像知升高温度平衡转化率降低,说明升高温度平衡向逆反应方向进行,则K(300℃)>K(400℃);
由图像知,400℃时,HCl平衡转化率为84%,用三段式法对数据进行处理得:
起始(浓度) c0 c0 0 0
变化(浓度) 0.84c0 0.21c0 0.42c0 0.42c0
平衡(浓度)(1-0.84)c0 (1-0.21)c0 0.42c0 0.42c0
则K=;根据题干信息知,进料浓度比过低,氧气大量剩余,导致分离产物氯气和氧气的能耗较高;进料浓度比过高,HCl不能充分反应,导致HCl转化率较低;
(2)根据盖斯定律知,(反应I+反应II+反应III)×2得 ∆H=(∆H1+∆H2+∆H3)×2=-116kJ·mol-1;
(3)若想提高HCl的转化率,应该促使平衡正向移动,该反应为气体体积减小的反应,根据勒夏特列原理,可以增大压强,使平衡正向移动;也可以及时除去产物,减小产物浓度,使平衡正向移动;
【举一反三】(2018·全国卷Ⅰ,28(2)(3))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:
(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:
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,
N2O5(g)完全分解]:
t/min
0
40
80
160
260
1 300
1 700
∞
p/kPa
35.8
40.3
42.5
45.9
49.2
61.2
62.3
63.1
①已知:2N2O5(g)===2N2O4(g)+O2(g) ΔH1=-4.4 kJ·mol-1
2NO2(g)===N2O4(g) ΔH2=-55.3 kJ·mol-1
则反应N2O5(g)===2NO2(g)+O2(g)的ΔH=________kJ·mol-1。
②研究表明,N2O5(g)分解的反应速率v=2×10-3×kPa·min-1。t=62 min时,测得体系中=2.9 kPa,则此时=________kPa,v=________kPa·min-1。
③若提高反应温度至35 ℃,则N2O5(g)完全分解后体系压强p∞(35 ℃)________63.1 kPa(填“大于”“等于”或“小于”),原因是________________________。
④25 ℃时N2O4(g) 2NO2(g)反应的平衡常数Kp=________(Kp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2N2O5(g)―→4NO2(g)+O2(g),R.A.Ogg提出如下反应历程:
第一步 N2O5NO2+NO3 快速平衡
第二步 NO2+NO3―→NO+NO2+O2 慢反应
第三步 NO+NO3―→2NO2 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NO3
C.第二步中NO2与NO3的碰撞仅部分有效
D.第三步反应活化能较高
【答案】(2)①+53.1 ②30.0 6.0×10-2 ③大于 温度升高,体积不变,总压强升高;NO2二聚为放热反应,温度升高,平衡左移,体系物质的量增加,总压强升高 ④13.4 (3)AC
【解析】(2)①令2N2O5(g)===2N2O4(g)+O2(g) ΔH1=-4.4 kJ·mol-1 a
2NO2(g)===N2O4(g) ΔH2=-55.3 kJ·mol-1 b
根据盖斯定律,a式×-b式可得:
N2O5(g)===2NO2(g)+O2(g) ΔH=+53.1 kJ·mol-1
②由方程式2N2O5(g)===4NO2(g)+O2(g)可知,62 min时,=2.9 kPa,则减小的N2O5为5.8 kPa
,此时=35.8 kPa-5.8 kPa=30.0 kPa,则v(N2O5)=2×10-3×30.0 kPa·min-1=6.0×10-2 kPa·min-1。
④时间无限长时N2O5完全分解,故由2N2O5(g)===4NO2(g)+O2(g)知,此时生成的==2×35.8 kPa=71.6 kPa,=0.5×35.8 kPa=17.9 kPa。由题意知,平衡时体系的总压强为63.1 kPa,则平衡体系中NO2、N2O4的压强和为63.1 kPa-17.9 kPa=45.2 kPa,设N2O4的压强为x kPa,则
N2O4(g) 2NO2(g)
初始压强/kPa 0 71.6
转化压强/kPa x 2x
平衡压强/kPa x 71.6-2x
则x+(71.6-2x)=45.2,解得x=26.4,71.6 kPa-26.4 kPa×2=18.8 kPa,Kp==≈13.4。
(3)第一步反应快速平衡,说明正、逆反应速率很大,极短时间内即可达到平衡,A项正确;第二步反应慢,说明有效碰撞次数少,C项正确;由题给三步反应可知,反应的中间产物有NO3和NO,B项错误;反应快,说明反应的活化能较低,D项错误。
【方法技巧】
1.理解Kp含义
在化学平衡体系中,用各气体物质的分压代替浓度,计算的平衡常数叫压强平衡常数。
2.运用计算技巧
【变式7】(福建师大附中2019届模拟)一定量的CO2与足量的碳在体积可变的恒压密闭容器中反应:C(s)+CO2(g) 2CO(g)。平衡时,体系中气体体积分数与温度的关系如图所示:
已知:气体分压(p分)=气体总压(p总)×体积分数。
下列说法正确的是( )
A.550 ℃时,若充入惰性气体,v正、v逆均减小,平衡不移动
B.650 ℃时,反应达平衡后CO2的转化率为25.0%
C.T ℃时,若充入等体积的CO2和CO,平衡向逆反应方向移动
D.925 ℃时,用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp=24.0p总
【答案】B
【解析】550 ℃时,若充入惰性气体,v正、v逆均减小,由于保持了压强不变,相当于扩大了体积,平衡正向移动,A项错误。根据图示可知,在650 ℃时,CO的体积分数为40.0%,根据反应方程式:C(s)+CO2(g)2CO(g),设开始加入1 mol CO2,反应掉了x mol CO2,则有
C(s)+CO2(g) 2CO(g)
始态/mol 1 0
变化/mol x 2x
平衡/mol 1-x 2x
因此有×100%=40.0%,解得x=0.25,则CO2的平衡转化率为×100%=25.0%,B项正确。由题图可知,T ℃时,CO与CO2的体积分数相等,在等压下充入等体积的CO和CO2,对原平衡无影响,平衡不移动,C项错误。925 ℃时,CO的体积分数为96.0%,故Kp===23.04p总,D项错误。