⑴ 化学反应速率和化学平衡的一些解题方法
你要了解本质是什麽!先明白这个!你就会了!
一、化学反应速率
1.化学反应速率(以v表示)的表示方法
常用单位时间(以△t表示)内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加(以△c表示)来表示。
单位:mol·L-1·min-1或mol ·L-1·S-1
说明:
①反应速率为正值,是反应某一段时间间隔内的平均反应速率。
②要防止错误地用单位时间内物质(反应物,生成物)的物质的量或质量的变化来计算化学反应速率。
③在一个化学反应中,各物质的起始浓度、反应一定时间后的浓度和浓度的变化三个量中,只有浓度的变化一定符合它们在化学方程式中的计量系数关系。
④同一个化学反应的速率,可选用其中任何一种物质来表示,其数值可能相同,也可能不相同,但都是该反应的速率,且各物质表示的速率比等于它们在化学方程式中的计量系数比。例如反应
aA + bB → gG + hH,
= a∶b∶g∶h或
因此,只要已知一种物质表示的反应速率,就可以求出其它物体表示的反应速率。
2.影响化学反应速率的因素
①在相同的条件下,不同化学反应的反应速率,取决于反应物的结构和性质。例如将表面积大小相同的镁片和铁片分别投入等体积等浓度的盐酸里,可以观察到镁跟盐酸反应的速率比铁跟盐酸反应的速率快,这是由于镁的还原性比铁的还原性强缘故。
②同一个化学反应在不同条件下,反应速率不同。影响反应速率的外界因素主要有以下几点:
Ⅰ浓度:当其它条件不变时,增加反应物的浓度,可以增大反应的速率;减少反应物的浓度,可以减小反应的速率。
对于固体和纯液体物质,它们的“浓度”可视为常数。因此上述“反应物”系指气体物质或溶液。
Ⅱ压强:当其它条件不变时,对有气体参加的反应,增大压强(气体体积缩小,使反应物的浓度增大),可以增大反应的速率;减小压强(气体体积增大,使反应物的浓度减小),可以减小反应的速率。
对于无气体(只有固体、液体或溶液)物质的化学反应,压强与其反应速率无关。
Ⅲ 温度:当其它条件不变时,升高温度,可以增大反应的速率;降低温度,可以减小反应的速率。温度每升高10℃,反应速度可以增大到原来的2——4倍。
参考:为什么改变反应物的浓度或改变反应物的温度时,就会改变反应的速率呢?
化学反应的过程,是反应物分子中化学键断裂,生成物分子中化学键的形成的过程。因此反应物的分子必须互相碰撞,才有可能使化学键断裂而发生化学反应。在一定温度下,反应物的分子具有一定的平均能量,有的分子的能量比平均能量高,有的比平均能量低,对某一反应而言,必须具有比平均能量高的分子发生碰撞时才能使化学键断裂而发生化学反应,这种能发生化学反应的碰撞叫做有效碰撞,这种分子叫做活化分子。
在其它条件下不变时,对某一反应而言,反应物分子中活化分子的百分数是一定的。因此,活化分子的浓度与反应物的浓度成正比。
当反应物浓度增大时,活化分子的浓度也增大,即单位体积内活化分子为数增多,因此单位时间内的有效碰撞次数相应增多,反应速率增大。
在浓度一定时,升高温度,反应物的分子的能量增加,必然有一部分原来能量较低的分子变成了活化分子,从而增加了反应物分子中活化分子的百分数,有效碰撞次数增多了,因而增大了反应的速率。
Ⅳ 催化剂:当其它条件不变时,使用催化剂能够增大反应的速率。
为什么使用催化剂能大大增大反应的速率呢?现以接触法制造H2SO4中使用的接触剂V2O5为例来初步说明。
在400℃——500℃时,SO2跟O2的反应速率极慢,原因是反应物的分子需要具有很高的能量才能成为活化分子,活化分子的百分数很小,有效碰撞次数很少。若在此温度下加入适量的催化(例如V2O5),使SO2跟O2一步反应转化为SO3变成了两步反应:
这样,反应物的分子的能量只需要不使用催化剂时的 左右就可以成为活化分子,从而大大提高了活化分子的百分数,大大地增多了有效碰撞次数,使反应速率大大加快
⑵ 怎么判断化学反应平衡啊
你好,很高兴为你解答:
1.同一物质的生成速率和分解速率相等
2.反应体系中各物质的物质的量或者浓度,百分含量,体积分数,质量分数,物质的量分数不再改变
3.同一物种化学键的断裂和形成数目相等
4.有气体参加反应,当反应前后气体总体积不等的时候 ,气体的平均相对分子质量,密度,压强不变
5.若反应为绝热体系,反应体系温度一定
6.转化率相同
7.若反应有颜色的改变,则颜色不变时平衡。
⑶ 等效平衡的做题技巧
浅析“等效平衡”
“等效平衡”是化学平衡内容的重要知识点之一,但对这一知识点的学习、理解和应用,学生往往感到困难重重,难以把握其实质,更谈不上灵活运用了。现将有关内容整理成文,以求对“等效平衡”的理解与应用有所突破。
一、“等效平衡”的概念
1、 内容:
同一可逆反应在相同条件下,不论从正反应方向,还是从逆反应方向,或者中间状态投料起始,平衡后,只要反应混合物各组分的物质的量(或气体体积)分数对应等,这样的平衡互称“等效平衡”。
2、 解析:
(1)“等效平衡”不同于“完全相同的平衡状态”,它包括
“完全相同的平衡状态”。“完全相同的平衡状态”是指:平衡时,反应混合物各组分的物质的量(或气体体积)分数要对应相等,且两平衡的反应速率也相同。“等效平衡”则只要求反应混合物各组分的物质的量(或气体体积)分数对应相同。如:mA(g)+nB(g)
pC(g)+qD(g)
,当m+n=p+q时,即反应前后气体总体积不变的可逆反应,达平衡后,改变压强,平衡不移动,反应混合物的物质的量(或气体体积)分数对应相同,所以二者为“等效平衡”。但此平衡与原平衡速率不等,故不是“完全相同的平衡状态”。
(2)对于“同一可逆反应在相同条件下,不论从正反应方向,还是从逆反应方向,或者中间状态投料起始,在一定条件下平衡后,可为“等效平衡”,教材中指出:对于可逆反应:CO(g)+H2O(g)
CO2(g)+H2(g)
实验证明在1L的密闭容器中,有催化剂存在的条件下加热到800℃,无论是充入0.01molCO和0.01molH2O,还是充入0.01molCO2和0.01molH2,反应都达到相同的平衡状态。对于这一事实,我们也可从理论上推出,上述相同条件下的两种情况可表示如下:
投料方式I: CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)
起始投料(mol): 0.01 0.01 0 0
平衡I(mol): 0.005 0.005 0.005 0.005
投料方式II: CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)
起始投料(mol): 0 0 0.01 0.01
某时刻(mol): 0.005 0.005 0.005 0.005
分析:相同条件下的投料方式II,反应向逆反应方向进行,假定某时刻容器内反应进行到CO2和H2都剩余0.005mol,则此时的逆反应速率与平衡I的逆反应速率相等。此时生成的CO和
H2O(g)也都是0.005mol,与平衡I中CO和H2O(g)浓度相同,故正反应速率与平衡I的正反应速率也相同。平衡I中V正=V逆,则投料方式II也是V正=V逆,即达到平衡状态,各组分的物质的量分数对应相等。所以上述两种投料方式的平衡状态是相同的。同理,可以分析从中间状态起始投料的情况。
二、“等效平衡”的规律
影响化学平衡的外界条件有温度、浓度、压强等,外界条件相同时,平衡状态就相同,即为等效平衡状态。而压强对化学平衡的影响是通过改变浓度实现的,所以当温度不变、反应物起始浓度相同时,即为相同的外界条件,平衡后的状态就是等效平衡状态。
1、恒温恒容,极值等量
在恒温恒容时,只要反应物各组分的起始投料量的物质的量相同,其浓度就相同,则外界条件相同,平衡时为等效平衡状态。不同的投料方式按完全反应(事实上不可能完全反应)计算,得出的投料量若与原投料相同,即极值等量,亦达到等效平衡。
[例1]在一固定容积的密闭容器中,加入2molX和1molY,发生如下反应:2X(g)+Y(g)
3Z(g)+R(g),当反应达到平衡后,Z的浓度为ωmol/L。若维持容器的体积和温度不变,按下列四种配比起始进行反应,达到平衡后,Z浓度仍为ωmol/L的是:
A、4molX+2molY B、2molX+1molY+3molZ+1molR
C、3molZ+1molY+1molR D、3molZ+1molR
分析:要保证Z的浓度不变,只要两平衡状态等效即可。根据题设条件(恒温恒容,原投料为X、Y),将选项中的Z、R按完全反应转化为X、Y,则选项为:
A、4molX+2molY B、4molX+2molY
C、2molX+2molY D、2molX+1molY
只有D选项的投料量与原投料相同,即极值等量,两平衡为等效平衡。故该题的答案为:D
我们再来分析一下A、C的情况,二者都先拿出与原投料相同的X(2mol)、Y(1mol),则A、C中都相当于又加入了反应物,增大了反应的浓度,平衡正向移动,故与原平衡不是等效平衡。
2、恒温恒压,极值等比
恒温恒压时,要保持浓度不变,只要将不同的投料方式按完全反应(事实上不可能完全反应)计算,得出的投料量若与原投料量等比即为等效平衡。因为投料量按比例变化时,要保持压强不变,体积也应按相同比例变化,故浓度不变,为等效平衡。
[例2]若例1中的容器改为恒压容器,其他条件不变,则符合条件的选项有哪些?
分析:按照恒温恒压,极值等比和例1的极值转化,则该题的答案就是与原投料量等比的选项:A、B、D。
3、温度改变,不能相同
不存在既不吸热,又不放热的化学反应。因此,只要温度发生变化,平衡就会移动,就不会有等效平衡状态。
[例3]在一个容器固定的反应器中,有一可左右滑动的密封隔板,两侧分别进行如图所示的可逆反应。各物质的起始加入量如下:A、B、C均为0.4mol,D为6.5mol,F为2.0mol,设E为Xmol。
A(g)+B(g) 2C(g)
D(g)+2E(g) 2F(g)
可移动隔板
当X一定范围内变化时,均可以通过调节反应器的温度,使两侧反应都达到平衡,并且隔板恰好处于反应器的正中位置。若X分别为4.5和5.0,则在这两种情况下,反应达平衡时,A的物质的量是否相等,并说明理由。
分析:只有在这两种情况下达到的平衡是等效平衡,A的物质的量才能相等。现在这两种情况是在不同温度下达到化学平衡的,因此二者不可能等效平衡,故A的物质的量不相等。
4、特例:对于反应前后总体积不变的可逆反应,无论恒温恒容,还是恒温恒压条件下,只要极值等比就可达到等效平衡状态。
这里我们分析一下恒温恒容的情况,例如,在 H2(g)+I2(g) 2HI(g)
中,恒温恒容时,①充入2molH2和2molI2②充入4molH2和4molI2,讨论两种情况是否等效。可首先将②看成恒压容器,则两情况平衡时是等效平衡,然后将②压缩到原容器体积,平衡不移动,由此可理解两种情况下的平衡是等效平衡。
三、“等效平衡”的应用
[例4]完全相同的两个容器M和N,M中装有O2和SO2各1g,N中装有O2和SO2和2g。在相同温度下达到平衡时,SO2的转化率M中为a%,N中为b%,a%和b%的关系:
①两容器均为等压时( )
②两容器均为定容时( )
A:a%>b% B:a%=b%
C:a%<b% D:无法判断
分析:①依据“恒温恒压、极值等比”,很容易选出B。
②先把N容器看成恒压容器,则M和N中平衡时为等效平衡状态,转化率相等。再将N压缩为原体积,平衡向正反应方向移动,故SO2转化率增大,答案为C。
[练习]:
1、完全相同的两个固定容积的容器A和B,在相同条件下,A中充入2molN2和3molH2,平衡时NH3的物质的量为1.6mol,B中充入4molN2和6molH2,平衡时,NH3的物质的量范围是______________
[答案] 3.2mol<n(NH3)<4mol
2、①在平衡体系中,再充入N2O4,并保持容器体积不变。反应达到平衡时,NO2和N2O4物质的量的比值应:
A:不变 B:增大 C:减少 D:可能增大也可能减少
②若上题改为充NO2呢?
[答案]都选C
正确、深入地理解等效平衡,有助于我们对化学平衡的认识,更有效地解决有关化学平衡问题。
⑷ 怎样理解化学的等效平衡
二、等效平衡的分类
在等效平衡中比较常见并且重要的类型主要有以下三种:
I类:恒温恒容下对于反应前后气体体积发生变化的反应来说(即△V≠0的体系):等价转化后,对应各物质起始投料的物质的量与原平衡起始态相同。
II类:恒温恒容下对于反应前后气体体积没有变化的反应来说(即△V=0的体系):等价转化后,只要反应物(或生成物)的物质的量的比例与原平衡起始态相同,两平衡等效。
III类:恒温恒压下对于气体体系等效转化后,只要反应物(或生成物)的物质的量的比例与原平衡起始态相同,两平衡等效。
解题的关键,读题时注意勾画出这些条件,分清类别,用相应的方法求解。我们常采用“等价转换”的方法,分析和解决等效平衡问题
三、例题解析
I类: 在恒温恒容下,对于化学反应前后气体体积发生变化的可逆反应,只改变起始加入物质的物质的量,如果通过可逆反应的化学计量数之比换算成化学方程式的同一边物质的物质的量与原平衡相同,则两平衡等效。
例1:在一定温度下,把2 mol SO2和1 mol O2通入一定容积的密闭容器中,发生如下反应,,当此反应进行到一定程度时反应混合物就处于化学平衡状态。现在该容器中维持温度不变,令a、b、c分别代表初始时加入的的物质的量(mol),如果a、b、c取不同的数值,它们必须满足一定的相互关系,才能保证达到平衡状态时,反应混合物中三种气体的百分含量仍跟上述平衡完全相同。请填空:
(1)若a=0,b=0,则c=___________。
(2)若a=0.5,则b=___________,c=___________。
解析:通过化学方程式:可以看出,这是一个化学反应前后气体分子数不等的可逆反应,在定温、定容下建立的同一化学平衡状态。起始时,无论怎样改变的物质的量,使化学反应从正反应开始,还是从逆反应开始,或者从正、逆反应同时开始,它们所建立起来的化学平衡状态的效果是完全相同的,即它们之间存在等效平衡关系。我们常采用“等价转换”的方法,分析和解决等效平衡问题。
(1)若a=0,b=0,这说明反应是从逆反应开始,通过化学方程式可以看出,反应从2 mol SO3开始,通过反应的化学计量数之比换算成和的物质的量(即等价转换),恰好跟反应从2 mol SO2和1 mol O2的混合物开始是等效的,故c=2。
(2)由于a=0.5<2,这表示反应从正、逆反应同时开始,通过化学方程式可以看出,要使0.5 mol SO2反应需要同时加入0.25 mol O2才能进行,通过反应的化学计量数之比换算成SO3的物质的量(即等价转换)与0.5 mol SO3是等效的,这时若再加入1.5 mol SO3就与起始时加入2 mol SO3是等效的,通过等价转换可知也与起始时加入2 mol SO2和1 mol O2是等效的。故b=0.25,c=1.5。
⑸ 化学等效平衡的题怎么做
等效平衡
等效平衡问题是指利用等效平衡(相同平衡或相似平衡)来进行的有关判断和计算问题,即利用与某一平衡状态等效的过渡平衡状态(相同平衡)进行有关问题的分析、判断,或利用相似平衡的相似原理进行有关量的计算。所以等效平衡也是一种思维分析方式和解题方法。这种方法往往用在相似平衡的计算中。
由上叙述可知,相同平衡、相似平衡和等效平衡是不同的,相同平衡是指有关同一平衡状态的一类计算,相似平衡是指几个不同但有着比值关系的平衡的一类计算,而等效平衡则是利用平衡等效来解题的一种思维方式和解题方法。
建立相同平衡或相似平衡与外界条件有关,一是恒温恒容,一是恒温恒压。
①在恒温、恒压下,只要能使各物质的初始物质的量分别相等,就可以建立相同平衡。两个平衡的所有对应平衡量(包括正逆反应速率、各组分的物质的量分数、物质的量浓度、气体体积分数、质量分数等)完全相等。只要能使各物质初始物质的量之比相等就可以建立相似平衡。即两平衡的关系是相似关系。两平衡中各组分的物质的量分数、气体体积分数、质量分数、各反应物的转化率等对应相等;而两平衡中的正逆反应速率、各组分平衡时的物质的量及物质的量浓度等对应成比例。
②在恒温、恒容下,只要使各物质初始浓度相等即可建立相似平衡。即两平衡的关系是相似关系。两平衡中的正、逆反应速率、各组分平衡时的物质的量浓度、物质的量分数、气体体积分数、质量分数、各反应物的转化率等对应相等;而两平衡中各组分平衡时的物质的量等对应成比例。
注意事项:
1、平衡等效,转化率不一定相同
①若是从不同方向建立的等效平衡,物质的转化率一定不同。如在某温度下的密闭定容容器中发生反应2M(g)+ N(g)=2E(g),若起始时充入2molE,达到平衡时气体的压强比起始时增大了20%,则E的转化率是40%;若开始时充入2molM和1molN,达到平衡后,M的转化率是60%。
②若是从一个方向建立的等效平衡,物质的转化率相同。如恒温恒压容器中发生反应2E(g) =2M(g)+ N(g),若起始时充入2molE,达到平衡时M的物质的量为0.8mol,则E的转化率是40%;若开始时充入4molE,达到平衡后M的物质的量为1.6mol,则E的转化率仍为40%。
2、平衡等效,各组分的物质的量不一定相同
①原料一边倒后,对应量与起始量相等的等效平衡,平衡时各组分的物质的量相等。
②原料一边倒后,对应量与起始量比相等(不等于1)的等效平衡,平衡时各组分的物质的量不相等,但各组分的物质的量分数相等。
等效平衡问题由于其涵盖的知识丰富,考察方式灵活,对思维能力的要求高,一直是同学们在学习和复习“化学平衡”这一部分内容时最大的难点。近年来,沉寂了多年的等效平衡问题在高考中再度升温,成为考察学生综合思维能力的重点内容,这一特点在2003年和2005年各地的高考题中体现得尤为明显。很多同学们在接触到这一问题时,往往有一种恐惧感,信心不足,未战先退。实际上,只要将等效平衡概念理解清楚,加以深入的研究,完全可以找到屡试不爽的解题方法。
等效平衡问题的解答,关键在于判断题设条件是否是等效平衡状态,以及是哪种等效平衡状态。要对以上问题进行准确的判断,就需要牢牢把握概念的实质,认真辨析。明确了各种条件下达到等效平衡的条件,利用极限法进行转换,等效平衡问题就能迎刃而解了。
一. 概念辨析
概念是解题的基石。只有深入理解概念的内涵和外延,才能在解题中触类旁通,游刃有余。人教版教材对等效平衡概念是这样表述的:“实验证明,如果不是从CO和H2O(g)开始反应,而是各取0.01molCO2和0.01molH2,以相同的条件进行反应,生成CO和H2O(g),当达到化学平衡状态时,反应混合物里CO、H2O(g)、CO2、H2各为0.005mol,其组成与前者完全相同(人教版教材第二册(必修加选修)第38页第四段)。”这段文字说明了,化学平衡状态的达到与化学反应途径无关。即在相同的条件下,可逆反应无论从正反应开始还是从逆反应开始,还是从既有反应物又有生成物开始,达到的化学平衡状态是相同的,平衡混合物中各组成物质的百分含量保持不变,也就是等效平衡。
等效平衡的内涵是,在一定条件下(等温等容或等温等压),只是起始加入情况不同的同一可逆反应达到平衡后,任何相同组分的质量分数(或体积分数)都相同,这样的平衡互为等效平衡。
等效平衡的外延是它的分类,即不同类型的等效平衡以及其前提条件,这在具体的解题过程中有更广泛的应用。等效平衡可分为三种类型:
(1)等温等容下,建立等效平衡的条件是:反应物的投料相当。例如,在恒温恒容的两个相同容器中,分别投入1mol N2、3mol H2 与2mol NH3,平衡时两容器中NH3的质量分数相等。
(2)等温等压下,建立等效平衡的条件是:反应物的投料比相等。例如,在恒温恒压条件下的两个容器中,分别投入2.5mol N2、5mol H2 与5mol N2、10mol H2,平衡时两容器中NH3的质量分数相等。
(3)对于反应前后气体体积数不变的可逆反应,无论是等温等容还是等温等压,只要按相同比例加入反应物和生成物,达平衡后与原平衡等效。
二. 方法指导
解等效平衡的题,有一种基本的解题方法——极限转换法。由于等效平衡的建立与途径无关,不论反应时如何投料,都可以考虑成只加入反应物的“等效”情况。所以在解题时,可以将所加的物质“一边倒”为起始物质时,只要满足其浓度与开始时起始物质时的浓度相同或成比例,即为等效平衡。但是,要区分“浓度相同”或“浓度成比例”的情况,必须事先判断等效平衡的类型。有了等效平衡类型和条件的判断,就可以采用这种“一边倒”的极限转换法列关系式了。下面我们看一看这种极限转换法在解题中的运用。
是指在一定条件下的可逆反应里,起始量不同,但达到平衡时任一相同组分的质量分数(或体积分数)均相等,这样分别建立起来的平衡互称为等效平衡.
不同条件下的等效平衡
1. 对于一般可逆反应,在恒温、恒容条件下建立平衡,改变起始时加入物质的物质的量,如果能够按化学计量数换算成同一半边的物质的物质的量与原平衡相同,则两平衡等效。
如:按下列三条途径,在恒温、恒容下建立的平衡等效
Ⅰ 3mol 1mol 0
Ⅱ 0 0 2mol
Ⅲ a b c
Ⅲ中,应满足:b+c/2=1,a+3c/2=3。
例1. 有一可逆反应:2A(g)+3B(g)=x C(g)+4D(g),若按下列两种配比,在同温、同体积的密闭容器中进行反应。
(1)0.8mol A,1.2mol B,1.2mol C,2.4mol D
(2)1.4mol A,2.1mol B,0.6mol C,1.2mol D
达到平衡后,C的质量分数相同,则x的值为( )
A. 1 B. 2 C. 3 D. 4
解析:因为在等温、等容下平衡时,C的质量分数相同,则属于同一平衡状态,变化的A、B、C、D的物质的量之比为:0.6∶0.9∶0.6∶1.2=2∶3∶2∶4。故选B项。
2. 在恒温、恒压下,改变起始时加入物质的物质的量,只要按化学方程式系数比换算成同一半边物质的物质的量之比与原平衡相同,两平衡等效。
如:按下列三条途径建立的平衡为等效平衡
Ⅰ 3mol 1mol 0
Ⅱ 0 0 2mol
Ⅲ 3n n x(x≥0)
小结:若恒温、恒容,则3n+3x/2=3, n+x/2=1;若恒温、恒压,则(3n+3x/2):(n+x/2)=3:1 即可。
例2. 在恒温、恒压下,有下列气体反应分别从两条途径进行
2A(g)+2B(g)=C(g)+3D(g)
Ⅰ 2mol 2mol 0 0
Ⅱ 0 0 2mol 6mol
下列叙述正确的是( )
A. Ⅰ、Ⅱ两条途径最终达到平衡时,体系内混合气体的百分组成相同。
B. Ⅰ、Ⅱ两条途径最终达到平衡时,体系内混合气体的百分组成不同。
C. 达到平衡时,Ⅰ途径所用的时间与Ⅱ途径所用的时间相同
D. 达到平衡时,Ⅰ途径混合气体密度等于Ⅱ途径混合气体的密度
解析:因反应前后气体体积不变,压强对该平衡无影响,途径Ⅰ、Ⅱ为等效平衡,故选A、D项。
3. 在恒温、恒容下,对于反应前后气体分子数不变的可逆反应,只要反应物(或生成物)的物质的量比例与原平衡的相同,两平衡就是等效平衡。(相当于恒温、恒压下的等效平衡,原因是平衡不受压强影响)。
例3. 在两个密闭容器内,保持温度为423K,同时向A、B两容器中分别加入a mol、b mol HI,待反应2HI(g)H2(g)+I2(g)达到平衡后,下列说法正确的是( )
A. 从反应开始到达到平衡所需时间tA>tB
B. 平衡时I2浓度c(I2)A=c(I2)B
C. 平衡时I2蒸气在混合气体中体积分数A%>B%
D. HI的平衡分解率相等
解析:等温下,该反应前后系数不变,平衡不受压强影响,A、B两容器中的平衡可视为等效平衡,故应选D项。
例4. 某恒温、恒容的密闭容器充入3mol A和2mol B,反应3A(g)+2B(g)x C(g)+y D(g)达到平衡时C的体积分数为m%。若将0.6mol A,0.4mol B,4mol C,0.8mol D作为起始物充入,同温同容下达到平衡时C的体积分数仍为m%,则x=_______,y=_______。
解析:同温同容下达到平衡时C的体积分数仍为m%,则两平衡为等效平衡,因而有
3A(g)+2B(g)x C(g)+y D(g)
Ⅰ 3mol 2mol 0 0
Ⅱ 0.6mol 0.4mol 4mol 0.8mol
所以有:0.6+(3×4)/x=3,0.6+(3×0.8)/y=3。
解得:x=5,y=1。
解析2:
恒温恒容 一边倒 完全相同
1:3 2 0 0
2:0.6 0.4 4 0.8
4/x*3+0.6=3 0.8/y*2+0.4=2 解出 X=5 Y=1
⑹ 化学平衡中常用的几种解题方法
化学平衡中常用的几种解题方法
一.等价转化(等效平衡)法 (一)等效平衡的概念和含义
体积为1L的两个密闭容器中均发生反应:CO(g)+ H2O(g)≒CO2(g)+ H2(g),在一个容器中充入0.01molCO(g)和0.01molH2O(g),在另一个容器中充入0.01molCO2(g)和0.01molH2(g), 在温度为800℃,均达到化学平衡。
恒温恒容 CO(g) + H2O(g) ≒ CO2(g) + H2(g) 途径1:起始 0.01mol 0.01mol 0 0
平衡 0.004mol 0.004mol 0.006mol 0.006mol
途径2:起始 0 0 0.01mol 0.01mol
平衡 0.004mol 0.004mol 0.006mol 0.006mol
恒温恒压可逆反应N2(g)+3H2(g)≒2NH3(g)
第一种投料开始 1mol 3mol 0 平衡态Ⅰ 第二种投料开始 1.5mol 4.5mol 1mol 平衡态Ⅱ
在每个平衡状态中,NH3在平衡混合物中都有个百分含量,这两个百分含量在平衡Ⅰ和平衡Ⅱ中相等。
在相同条件下,同一可逆反应,不管从正反应开始,还是从逆反应开始或从正反应和逆反应同时开始达到平衡时,同种物质的百分含量....(体积分数、质量分数或物质的量分数)相同的化学平衡互称等效平衡,
(二)建立等效平衡应满足的条件以及等效平衡的特征
可逆反应mA(g)+nB(g)≒ pC(g)
第一种投料开始 a b 0 平衡态Ⅰ 第二种投料开始 x y z 平衡态Ⅱ
x+mz/p y+nz/p 0
采用极限转化法,将两种不同起始投料,根据化学计量,转换成方程式同一边物质的用量. 第一种类型,恒温恒容条件,对于不等体积(反应前后气体化学计量数和不等)的可逆反应。 (1)建立等效平衡,两种起始投料应满足的条件:
若同种物质的用量相等即x+mz/p=a 同时,y+nz/p=b,可逆反应达到的两个平衡属于等量平衡。
(2)其特点是:
在这两个平衡中,同种物质的物质的量、浓度、百分含量对应相等(反应起始的温度等的,容积是等的,同种物质的浓度是等的)。
第二种类型,恒温恒容条件时,对于等体积(反应前后气体化学计量数和相等)的可逆反应。 (1)建立等效平衡,两种起始投料应满足的条件:
若对应物质用量的比值相等即(x+mz/p):(y+nz/p)=a:b,可逆反应达到的两个平衡属于比例平衡(相当于恒温恒压下的等效平衡,其原因是平衡不受压强影响). (2)其特点是:
在两个平衡中,同种物质的百分含量相等,同种物质的物质的量和浓度成比例存在倍数关系或相等(反应起始的温度等的,压强是等的,对应物质的浓度是存在倍数关系)。
例1.在一固定体积的密闭容器中,充入2molA和1molB,发生反应2A(g)+B(g)≒xC(g),达平衡后,C的体积分数为W%,若维持容器容积和温度不变,按0.6molA、0.3molB和1.4molC为起始配比投入,达平衡后,C的体积分数也为W%,则x的值为 ( ) A.1 B.2 C.3 D.4 【解析】看题意多数学生认为这是“恒温恒容”条件下的等效平衡问题,常用极端假设法,即完全推算到A、B这两种反应物一端,即有0.6+1.4×2/x=2,或0.3+1.4×1/x=1,得x=2,应选B。然而还应考虑到等效平衡的另一种情况,即定温、定容条件下对于反应前后气体
化学计量数不变的可逆反应,只要反应物(或生成物)的物质的量之比与原起始量之比对应相同,则两平衡等效,即为当x=3时的情况,因此本题正确答案应为B、C。
例2.在恒温恒容的条件下,有反应2A(g)+2B(g)≒C(g)+3D(g),现从两条途径分别建立平衡。途径I:A、B的起始浓度均为2mol·L-1;途径II:C、D的起始浓度分别为2mol/L和6mol/L,则以下下叙述正确的是( )
A.两途径最终达到平衡时,体系内混合气的百分组成相同 B.两途径最终达到平衡时,体系内混合气的百分组成不同
C.达平衡时,途径I的反应速率v(A)等于途径II的反应速率v(A)
D.达平衡时,途径I所得混合气的密度为途径II所得混合气密度的1/2. 【解析】在恒温恒容下,对于反应前后气体分子数不变的可逆反应,只要反应物(或生成物)的物质的量比例与原平衡的相同,途径Ⅰ、Ⅱ所建立的两平衡就是等效平衡(相当于恒温恒压下的等效平衡,其原因是反应前后气体体积不变,压强对该平衡无影响)。
第三种类型,恒温恒压时,任意(不论反应前后气体化学计量数是否相等)的可逆反应。 (1)建立等效平衡,两种起始投料应满足的条件:
若对应物质用量的比值相等,即(x+mz/p):(y+nz/p)=a:b,可逆反应达到的两个平衡时属于比例平衡, (2)其特点是:
在两个平衡中,同种物质的含量、物质的量浓度相等。同种物质的物质的量存在倍数关系。 例3.(03年全国)某温度下,在容器可变的容器中,反应2A(g)+B(g)≒2C(g)达到平衡时,A、B和C的物质的量分别为4mol、2mol和4mol。保持温度和压强不变,对平衡混合物中三者的物质的量作如下调整,可使平衡右移的是( )
A.均减半 B.均加倍 C.均增加1mol D.均减小1mol 【解析】本题考查了上述规律中“定温定压”条件下的等效平衡问题,选项A、B中均减半、均加倍时,各物质的物质的量的比值不变,三者比例为2:1:2,与题中比例一致,故为等效平衡,平衡不移动。选项C均增加1mol时,可把B物质分成两次增加,即先增加0.5mol,第一次加入1molA、0.5molB、1molC,则A、B、C按物质的量5: 2.5:5=4:2:4,故与已知条件等效,此时平衡不移动,再在此基础上再增加0.5molB,提高反应物B的浓度,则平衡右移。选项D中均减少1mol时,可把B物质分成两次减少,即先减少0.5mol,将A减小1mol,B减小0.5mol,C减小1mol,则A、B、C按物质的量3: 1.5:3=4:2:4,故与已知条件等效,此时平衡不移动,再在此基础上再减少0.5molB,降低反应物B的浓度,平衡向左移动,故本题应选C。 【归纳总结】
1.判断两种起始投料所建立的平衡是否为等效平衡的方法
一是看外界条件是恒温恒容,还是恒温恒压;二是看反应前后气体分子化学计量数是否相等;三是使用极限转化的方法将两种不同起始投料按化学计量数转换为方程式同一半边的物质的用量,再观察相关物质的用量是否相等或成比例。 2.平衡等效,转化率不一定相同.
①若是从不同方向建立的等效平衡,物质的转化率一定不同,如在某温度下的密闭定容容器中发生反应2M(g)+N(g)=2E(g),若起始时充入2molE,达到平衡时气体的压强比起始时增大了20%,则E的转化率是40%;若开始时充入2molM和1molN,达到平衡后,M的转化率是60%。
②若是从一个方向建立的等效平衡,物质的转化率相同,如恒温恒压容器中发生反应2E(g)=2M(g)+N(g),若起始时充入2molE,达到平衡时M的物质的量为0.8mol,则E的转化率是40%;若开始时充入4molE,达到平衡后M的物质的量为1.6mol,则E的转化率仍为40%。 (三).等效平衡的应用(运用等效平衡解决非等效平衡的问题)
可以先虚构一个等效平衡,在等效平衡的基础上再回到题设条件,问题就迎刃而解了。
⑺ 化学平衡问题!急!!
对于楼上的说法,我不赞同,因为题干中已经明显提到均为气态(比如说难道水就一定是液态?显然要看题干),加入明显影响平衡。
这种反应物一种,生成物多种(或反应物多种,生成物一种),加入反应物(或生成物)时,可以先等效扩大容器保持压强不变,这时平衡是不移动的,然后再缩小体积为原来一样,那么压强变大,平衡自然要向体积减小方向移动,那么转化率就减小了。正如答案一样。
这类问题就用以等效平衡即以上方法解决即可。
另外还有一类比较麻烦的问题。就是二氧化氮的二聚为四氧化二氮。
当加入四氧化二氮的瞬间,因为浓度的突然增加,平衡会逆方向移动,但根据等效平衡,最终结果是向正反应方向移动,五氯化磷也可以这么认为。
等效平衡是个好方法,要会灵活运用。
当然,能定量计算出平衡常数时,根据浓度商也可以很好的解决这个问题。
题外话:外加的因素大于平衡因素。
高中阶段记住这个就行了,比如二氧化氮的二聚为四氧化二氮,扩大体积,虽然平衡向二氧化氮方向移动,但是看上去颜色是变浅的。
合成氨当中,加入氮气,平衡正向移动,H2转化率边大,但N2转化率减小,因为加进去影响大(实际生产中加过量N2是为了增大H2转化率,因为相对来说H2比较贵)
希望能帮到你!
⑻ 化学平衡
咱的课件,全给你。
在一定条件下的可逆反应里,当正反应速率与逆反应速率相等时,反应物和生成物的物质的量浓度不再发生改变的状态,叫化学平衡状态。其特点有:
(1)“逆”:化学平衡研究的对象是可逆反应。
(2)“等”:化学平衡的实质是正、逆反应速率相等,即:v(正) = v(逆)。
(3)“动”:v(正) = v(逆) ≠0
(4)“定”:平衡体系中,各组分的浓度、质量分数及体积分数保持一定(但不一定相等),不随时间的变化而变化。
(5)“变”:化学平衡是在一定条件下的平衡,若外界条件改变,化学平衡可能会分数移动。
(6)“同”:在外界条件不变的前提下,可逆反应不论采取何种途径,即不论由正反应开始还是由逆反应开始,最后所处的平衡状态是相同的,即同一平衡状态。
可逆反应达到平衡状态的标志及判断方法如下:
以mA(g) + nB(g) pC(g)+ qD(g)为例:
一、直接标志:
①速率关系:正反应速率与逆反应速率相等,即:A消耗速率与A的生成速率相等,A消耗速率与C的消耗速率之比等于m : p;
②反应体系中各物质的百分含量保持不变。
二、间接标志:
①混合气体的总压强、总体积、总物质的量不随时间的改变而改变(m + n ≠ p + q);
②各物质的浓度、物质的量不随时间的改变而改变;
③各气体的体积、各气体的分压不随时间的改变而改变。
对于密闭容器中的可逆反应:mA(g) + nB(g) pC(g)+ qD(g)是否达到平衡还可以归纳如下表:
化学反应
mA(g) + nB(g) pC(g)+ qD(g)
是否平衡
混合物体系中各成分的含量
①各物质的物质的量或物质的质量分数一定
平衡
②各物质的质量或质量分数一定
平衡
③各气体的体积或体积分数一定
平衡
④总体积、总压强、总物质的量一定
不一定平衡
正、逆反应速率之间的关系
①在单位时间内消耗了m mol A,同时也生成了m mol A,
即v(正) = v(逆)
平衡
②在单位时间内消耗了n mol B,同时也消耗了p mol C,
即v(正) = v(逆)
平衡
③v(A) : v(B) : v(C) : v(D) = m : n : p : q ,
v(正) 不一定等于v(逆)
不一定平衡
④在单位时间内生成了n mol B,同时也消耗了q mol D,
即叙述的都是v(逆)
不一定平衡
压强
①其它条件一定、总压强一定,且m + n ≠ p + q
平衡
②其它条件一定、总压强一定,且m + n = p + q
不一定平衡
混合气体的平均相对分子质量
①平均相对分子质量一定,且m + n ≠ p + q
平衡
②平均相对分子质量一定,且m + n = p + q
不一定平衡
温度
任何化学反应都伴随着能量变化,当体系温度一定时
平衡
气体的密度
密度一定
不一定平衡
颜色
反应体系内有色物质的颜色稳定不变
平衡
三、例题分析:
【例题1】可逆反应:2NO2(g) 2NO(g) + O2(g),在体积固定的密闭容器中,达到平衡状态的标志是
① 单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO2
② 单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO
③ 用NO2、NO、O2表示的反应速率的比为2 : 2 : 1的状态
④ 混合气体的颜色不再改变的状态
⑤ 混合气体的密度不再改变的状态
⑥ 混合气体的压强不再改变的状态
⑦ 混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态
A. ①④⑥⑦ B. ②③⑤⑦ C. ①③④⑤ D. 全部
解析:①单位时间内生成n mol O2必消耗2n mol NO2,而生成2n mol NO2时,必消耗n mol O2,能说明反应达到平衡;②不能说明;③中无论达到平衡与否,化学反应速率都等于化学计量系数之比;④有颜色的气体颜色不变,则表示物质的浓度不再变化,说明反应已达到平衡;⑤体积固定,气体质量反应前后守恒,密度始终不变;⑥反应前后△V ≠ 0,压强不变,意味着各物质的含量不再变化;⑦由于气体的质量不变,气体的平均相对分子质量不变时,说明气体中各物质的量不变,该反应△V ≠ 0,能说明该反应达到平衡。
答案:A
点拨:化学平衡状态的根本标志是:①v(正) = v(逆),②各组分百分含量不变。在解题时要牢牢抓住这两个根本标志,并明确气体的颜色、密度、压强、平均相对分子质量的变化与根本标志的关系,才能全面分析,正确作答。
【例题2】在一定温度下的恒容密闭容器中,能说明反应X2(g) + Y2(g) 2XY(g)已达到平衡的是:
A.容器内的总压不随时间变化
B.容器中气体的平均相对分子质量不随时间变化
C.XY气体的物质的量分数不变
D.X2和Y2的消耗速率相等
解析:该反应的特点:首先是可逆反应,其次是反应前后气体体积相等。根据压强之比等于气体物质的量之比的推断,该反应在整个反应过程中总压强是不变的,A不能说明该反应已经达到平衡。同理推断,容器中气体的平均相对分子质量始终不随时间变化,B不能说明该反应已经达到平衡。X2和Y2的化学计量数相等,其消耗速率始终相等,D不能说明该反应已经达到平衡。C选项符合题意,能说明该反应已经达到平衡。
答案:C
点拨:结合化学反应方程式的特点,反应前后系数不变,正确利用直接标志与间接标志判断。
【例题3】在一定温度下可逆反应A(g) + 3B(g) 2C(g)达到平衡的标志是:
A.C的生成速率与C的分解速率相等
B.单位时间生成n mol A,同时生成3n mol B
C.A、B、C的浓度不再发生变化
D.A、B、C的分子个数比为1 : 3 : 2
解析:化学平衡的标志是正反应速率与逆反应速率相等,C的生成速率是正反应速率,C的分解速率是逆反应速率,因此A选项正确;A、B、C的浓度不再发生变化,是平衡状态的宏观表现,因此选项C正确;B选项中由于A、B都是逆反应速率,与正反应无关,因此错误;A、B、C的分子个数比为1 : 3 : 2的偶然存在性,不能作为判断平衡标志的依据。
答案:A、C
点拨:化学平衡的标志①: v(正) = v(逆);②反应混合物中各组分的浓度和含量不变。用速率描述时,一定要注意一“正”、一“逆”,且相等。
【练习1】对于可逆反应2HI(g) I2(g) + H2(g),下列叙述能够说明已达到平衡状态的是
A.各物质的量的浓度比2 : 1: 1
B.容器内的总压不随时间变化
C.断裂2 mol H-I键的同时生成1 mol I-I键
D.混合气体的颜色不再变化时
答案:D
点拨:该反应的特点是反应前后气体物质的化学计量系数和相等,因此压强始终保持不变;因此B选项错误;在反应过程中的任意时刻断裂2 mol H-I键的同时生成1 mol I-I键,因此C选项错误。
【练习2】在恒容密闭容器中,不能作为反应2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g)达到平衡的标志是:
A.混合气体的分子数之比为2 : 1: 2
B.混合气体的压强不再发生变化
C.混合气体的平均相对分子质量不再发生变化
D.混合气体的密度不再发生变化
答案:A、D
点拨:A选项是在特殊情况下出现的情况,B、C选项均说明混合气体的物质的量不再变化,D选项利用公式d= m/V, m、V不变,所以密度一直不变。
【练习3】在一定温度下的密闭容器中,当物质的下列物理量不再变化时,表明反应
A(s) + 2B(g)C(g) + D(g)已达到平衡的是
A. 混合气体的压强 B. 混合气体的密度
C. B的物质的量浓度 D. 气体的总物质的量
解析:题给反应是一个反应前后气体分子总数不变的可逆反应。显然混合气体压强和总的物质的量始终保持不变,不能用来判断反应是否达到平衡;由于A是固体,所以密度是一个变化量,那么B的浓度也是一个变化量,因此当混合气体的密度、B的物质的量浓度不再变化时,说明反应已达平衡。
答案:B、C
四:应注意的问题:
(1)正逆反应速率相等与反应混合物中各组分的百分含量均保持不变是判断化学平衡状态的基本方法。这两个关系中的任何一个都可以单独用作判断化学反应是否达到平衡状态的标准。
(2)在mA(g) + nB(g)pC(g)+ qD(g)反应中,
v(A) : v(B) : v(C) : v(D) = m : n : p : q,在应用v(正) = v(逆)判断化学平衡状态时要充分注意这一点。
(3)化学平衡状态中,反应混合物里各组成成分的浓度(或百分比含量)保持不变,但是反应混合物里各组成成分的浓度(或百分含量)保持不变的化学反应状态并不一定是化学平衡状态。因此,在应用反应混合物里各组成成分的浓度、百分含量、物质的颜色、气体的压强、气体的密度、气体的平均摩尔质量等判断化学平衡状态时,一定要慎重。
(4)向气相化学平衡体系加入惰性气体以后,化学平衡是否被破坏,要按照“增大气体压强,化学平衡向气体体积缩小的反应方向移动;减小压强化学平衡向气体体积扩大的反应方向移动”的原则作分析判断。
(5)物质的化学变化都伴随着能量的变化。处在绝热容器内的可逆反应,当体系内的温度恒定时,化学反应的状态是平衡状态。