Q=K时,平衡状态,此时v(正)=v(逆); Q>K时,反应逆向进行,此时v(逆)>v(正); Q
【化学平衡移动与转化率的关系】
可逆反应 改变条件 平衡移动方向 正向移动 正向移动 正向移动 正向移动 反应物转化率 α(B)增大,α(A)减小 α(A)减小 α(A)不变 α(A)增大 备注 A+BA2A3A
C B+C 增大A的浓度 增大A的浓度 实际是考虑压强影响 B+C 增大A的浓度 B+C 增大A的浓度 其他情况下,一般来说,平衡正向移动,反应物转化率增大。
【等效平衡】
1. 三种等效平衡模型 等效模型 恒温恒容 系数不等 恒温恒容 系数相等 I2+H22HI N2+3H22NH3 实例 起始投料 平衡时等量 备注 甲:1 mol N2+3 mol H2 两容器中各组α(N2)+α(NH3)=1 乙:2 mol NH3(转化为同种分的n、c、w物质完全等同) 等同 两容器中各组分的w等同,n、c成倍数关系 甲:1 mol I2+1 mol H2 乙:2 mol I2+2 mol H2(或4 mol HI)(成比例)
恒温恒压 N2+3H22NH3 甲:1 mol N2+3 mol H2 两容器中各组 乙:2 mol N2+6 mol H2 (或4 分w、c等同,mol NH3)(成比例) n成倍数关系 2. 等效平衡的应用
(1)同一反应,向两容器中充入不同反应物或生成物时,首先转化为同种物质,再结合等效平衡的模型解题。
例如:T1 ℃,向2 L的恒容密闭容器中充入7.6 mol NO和3.8 mol O2,发生如下反应:①2NO(g)+O2(g)
2NO2(g)、②2NO2(g)
N2O4(g),达到平衡时,测得
c(NO2)=1.5 mol·L-1、c(N2O4)=0.9 mol·L-1。若起始时向该容器中充入 3.6 mol NO2和2.0 mol N2O4,T1 ℃达到平衡时,N2O4的转化率为 。
【分析】若将3.6 mol NO2和2.0 mol N2O4转化为NO和O2,则相当于7.6 mol NO和3.8 mol O2,所以两个平衡是等效的,因而达到平衡时容器中c(N2O4)=0.9 mol·L-1,因而转化率为10%。
(2)不符合等效平衡的,先建立等效平衡,再回归题意。
①两个体积均为1 L的恒温恒容密闭容器甲和乙,向甲中充入1 mol N2和3 mol H2,向乙中充入2 mol N2和 6 mol H2,在相同温度下均达到平衡。试比较两平衡体系中各组分的物质的量、物质的量浓度、百分含量的大小。
【分析】对于乙容器,可以先将其体积扩大2倍,得到与甲等效的平衡丙(建立
1等效模型),再将丙的体积缩小为2(回归题意)。如下图所示:
达到平衡时,甲和丙中各组分的百分含量相等,丙中各组分的物质的量是甲中的两倍,甲和丙中各组分的浓度相等。丙
1乙,体积变为原来的2,即增大压强,平
衡正向移动。所以达到平衡时甲和乙的平衡混合物中:乙中NH3的百分含量大于甲,乙中N2的百分含量小于甲。
n(NH3)乙>2n(NH3)甲 n(N2)乙<2n(N2)甲 c(N2)乙<2c(N2)甲 c(NH3)乙>2c(NH3)甲
②现有两个体积相同的恒温密闭容器Ⅰ、Ⅱ按如下图所示投料,并在400℃条件下开始反应2SO3(g)
2SO2(g)+O2(g),一段时间后两容器中均达到平衡,比较两
平衡体系中反应物的转化率、百分含量等。
【分析】先让Ⅰ和Ⅱ一样恒温恒压,则Ⅰ和Ⅱ中达到的平衡完全等同(建立等效模型);恒压时,随反应进行,体积增大,然后再将Ⅰ复原(压缩体积)(回归题意),即增大压强,平衡逆向移动,所以平衡混合物中SO3的百分含量:Ⅰ>Ⅱ;达到平衡时反应物的转化率:Ⅰ<Ⅱ。
有关化学平衡陌生图像的类型
【根据图像选择反应最佳条件】
(1)采用一种新型的催化剂(主要成分是Cu-Mn合金),利用CO和H2制备二甲醚(DME)。
主反应:2CO(g)+4H2(g)副反应:CO(g)+H2O(g)CO(g)+2H2(g)
CH3OH(g)
CH3OCH3(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)
n(Mn)观察下图回答问题,催化剂中n(Cu)约为 时最有利于二甲醚的合成。
【图像分析】分清主次反应,主反应相关曲线先增后减,非常明显的拐点,选择性和转化率越高越有利于合成,所以答案是2.0。
(2)氨气制取尿素[CO(NH2)2]的合成塔中发生反应:2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(l)+H2O(g)。
?n(NH3)??n(H2O)?????n(CO)n(CO)2?和水碳比b?2?时二氧化碳的转化右图为合成塔中不同氨碳比a?率(α)。b宜控制在 (填字母)范围内。
A. 0.6~0.7 B. 1~1.1 C. 1.5~1.6 a
宜
控
制
在
4.0
左
右
,
理
由
是 。
【图像分析】控制变量,作垂直于横轴的一条直线交三条曲线于三点,转化率越高越好,所以选择A。选择最佳氨碳比,可看最上面曲线的走势,整体增加,曲线先陡后平(略上升),依然选择拐点。当氨碳比大于4.0时,增大氨气的量CO2转化率增加不大,但生产成本提高了;氨碳比太小,CO2转化率低。
【根据图像结合相关原理解释某种现象产生的原因】
(1)以二氧化钛表面覆盖Cu2Al2O4为催化剂,可以将CO2和CH4直接转化成乙酸。
在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率如上图所示。250~300℃时,温度升高而乙酸的生成速率降低的原因是 。
【图像分析】两根曲线注意看清每个曲线对应的条件,分析两个量之间内在的联系。这里涉及到影响反应速率的两个因素:催化剂和温度,弄清影响因素即可。所以250~300℃时,温度升高而乙酸的生成速率降低的原因是温度超过250℃时,催化剂的催化效率降低。
(2)已知H2S高温热分解制H2的反应如下: 2H2S(g)验。
2H2(g)+S2(g)。在恒容密闭容器中,控制不同温度进行H2S的分解实
以H2S的起始浓度均为c mol·L-1测定H2S的转化率,结果如右图所示。图中a为H2S的平衡转化率与温度的关系曲线,b曲线表示不同温度下反应经过相同时间且未达到化学平衡时H2S的转化率。请说明随温度的升高,曲线b向曲线a逼近的原因: 。
【图像分析】弄清两根曲线表示的含义,温度低时,H2S转化率相差较大,温度高时,H2S转化率几乎相等,说明温度高时,在该段时间里已经达到平衡。因而原因可以表示为:温度升高,反应速率加快,达到平衡所需的时间缩短,故曲线b向曲线a靠近。
(3)6NO(g)+4NH3(g)
5N2(g)+6H2O(g) ΔH=-1 807.0 kJ·mol-1;NO和NH3在
Ag2O催化剂表面的反应活性随温度的变化曲线如下图所示。