第四章第四章 化學平衡化學平衡 本章總目標本章總目標： 1：了解化學平衡的概念，理解平衡常數(shù)的意義； 2：掌握有關(guān)化學平衡的計算； 3：熟悉有關(guān)化學平衡移動原理。 各小節(jié)目標：各小節(jié)目標： 第一節(jié)：化學平衡狀態(tài) 1：熟悉可逆反應達到平衡的特征反應體系中各種物質(zhì)的生成速率分別等 于其消耗的速率，各種物質(zhì)的濃度將不再改變。 2：了解平衡常數(shù)、平衡轉(zhuǎn)化率這兩個概念的意義。 第二節(jié)：化學反應進行的方向 學會運用標準平衡常數(shù)判斷化學反應的方向：時，反應向逆向進行。QK 向正反應方向進行。時體系達到平衡狀態(tài)。QKQK 第三節(jié);標準平衡常數(shù)與的關(guān)系K rm G 1：掌握化學反應等溫式()，當體系處于平衡狀態(tài)的時候ln rmrm GGRTQ 。QKln rm GRTK 2：重點掌握運用公式進行熱力學數(shù)據(jù)之間的計算。 rmrmrm GHTS 第四節(jié)：化學平衡的移動 1：熟悉溫度、濃度、壓強對化學平衡的影響， 2：熟練地根據(jù)條件的改變判斷平衡移動的方向。 。 習題 一 選擇題 1.可逆反應達平衡后，若反應速率常數(shù) k 發(fā)生變化，則標準平衡常數(shù)（ ） (無機化學例題與習題吉大版) A.一定發(fā)生變化 B. 一定不變 C. 不一定變化 D. 與 k 無關(guān) 2.反應：2CO（g）+O2（g）2CO2（g）在 300K 時的 Kc 與 Kp 的比值約 為（ ） A.25 B.2500 C.2.2 D.0.04 3.反應的溫度一定，則下列的陳述中正確的是（ ）(無機化學例題與習 題吉大版) A.平衡常數(shù)能準確代表反應進行的完全程度 B.轉(zhuǎn)化率能準確代表反應進行的完全程度 C. 平衡常數(shù)和轉(zhuǎn)化率都能準確代表反應進行的完全程度 D. 平衡常數(shù)和轉(zhuǎn)化率都不能代表反應進行的完全程度 4.相同溫度下：2H2（g）+S2（g）2H2S（g） Kp1 2Br2（g）+2H2S（g）4HBr+S2（g） Kp2 H2（g）+Br2（g）2HBr（g） Kp3 則 Kp2等于（ ） A. Kp1 Kp3 B.（Kp3）2/ Kp1 C. 2Kp1 Kp3 D. Kp3/ Kp1 5.下列反應中，K的值小于 Kp 值的是（ ）(無機化學例題與習題吉 大版) A. H2（g）+Cl2（g）= 2HCl（g） B. 2H2（g）+S（g）= 2H2S（g） C. CaCO3(s) = CaO(s)+CO2(g) D.C（s）+O2（g）= CO2（g） 6.N2（g）+3H2（g）2NH3（g） ，H=-92.4KJmol-1，473K 時，三種混 合氣體達平衡。要使平衡向正方向移動，可采用方法（ ） A.取出 1molH2 B.加入 NH3以增加總壓力 C.加入稀有氣體以增加總壓力 D.減小容器體積以增加總壓力 7.298K 時，Kp的數(shù)值大于 Kc 的反應是（ ） A.H2（g）+S（g）H2S（g） B.H2（g）+S（s）H2S（g） C.H2（g）+S（s）H2S（l） D.Ag2CO3（s）Ag2O（s） +CO2（g） 8.已知 300K 和 101325Pa 時，下列反應：N2O4（g）2NO2（g）達到平衡 時有 20的 N2O4分解成 NO2，則此反應在 300K 時的平衡常數(shù) Kp 的數(shù)值為（ ） A.0.27 B.0.05 C.0.20 D.0.17 9.在某溫度下平衡 A+B = G+F 的H0，升高溫度平衡逆向移動的原因是 ( ) (無機化學例題與習題吉大版) A.v正減小， v逆增大 B.k正減小， k逆增大 C. v正和 v逆都減小， D. v正增加的倍數(shù)小于 v逆增加的倍數(shù) 10.已知下列前三個反應的 K 值,則第四個反應的 K 值為( ) (1)H2(g)+1/2O2(g)H2O(g) K1 (2)N2(g)+O2(g)2NO(g) K2 (3)2NH3(g)+5/2O2(g)2NO(g)+3H2O(l) K3 (4)N2(g)+3H2(g)2NH3 K A.K1+K2-K3 B.K1K2/K3 C.K1K3/K2 D.K13K2/K3 11.下面哪一種因素改變，能使任何反應平衡時產(chǎn)物的產(chǎn)量增加( ) A.升高溫度 B.增加壓力 C.加入催化劑 D.增加起始物 12.298K 時，反應 H2O（l） H2O（g）達平衡時，體系的水蒸汽壓為 3.13kPa，則標準平衡常數(shù) K為 ( ) (無機化學例題與習題吉大版) A.100 B.3.1310-2 C.3.13 D.1 13.298K 時，根據(jù)下列數(shù)據(jù)，判斷哪個化合物分解放氧傾向最大( ) A. N2(g) + O2(g) = 2NO2(g) Kc=11030 B. H2(g) + O2(g) = H2O(g) Kc=11081 C. 2CO2(g) = 2CO(g) + O2(g) Kc=11092 D. 2H2O2(l) = 2H2O(l) + O2(g) Kc=11037 14.某溫度時，反應 H2(g) + Br2(g) = 2HBr(g)的 Kc=4102，則反應 HBr(g) 1/2H2(g) + 1/2Br2(g) 的 Kc 為 ( ) A. B. C.4102 D. 2102 2 104 1 2 104 1 15.合成氨反應：3H2(g) + N2(g) 2NH3(g) 在橫壓下進行時，若向體系中因入氬氣，則氨的產(chǎn)率（ ） (無機化學例題與習題吉大版) A.減小 B.增大 C.不變 D.無法判斷 16.有下列平衡 A（g）+2B（g）2C（g） ，假如在反應器中加入等物質(zhì)的量 的 A 和 B，在達到平衡時，總是正確的是（ ） A.B=C B.A=B C.BA D.AB 17. 在 Kp= Kc (RT) n中，如果壓力單位為 atm，濃度單位為 molL-1，則 R 為 （ ） A.8.314J mol-1K-1 B.1.987cal mol-1K-1 C.82.06ml atm mol-1K-1 D.0.08206L atm mol-1K-1 18.可逆反應 2NO（g）N2（g）+O2（g）, rHm0= -180KJmol-1.對此反應 的逆反應來說，下列說法正確的是（ ）(無機化學例題與習題吉大版) A.升高溫度增大 B.升高溫度變小 C.增大壓強平衡移動 D.增大 N2濃度，NO 解力度增加 19.有可逆反應 C（s）+H2O（g）CO（g）+H2（g）rH=133.8 KJmol-1， 下列說法正確的是（ ） A.加入催化劑可以加快正反應速度 B.由于反應前后分子數(shù)相等，壓力對平衡沒有影響 C.加入催化劑可以增加生成物的濃度 D.加入催化劑可加快反應達到平衡的時間 20.在一定溫度和壓力下，一個反應體系達到平衡時的條件是（ ） A.正、逆反應速度停止 B.正、逆反應速度相等 C.正反應速度減慢，逆反應速度加快 D.反應物全部轉(zhuǎn)化成產(chǎn)物 二 填空題 1.加入催化劑可以改變反應速率，而化學平衡常數(shù) ，原因是 。(無機化學例題與習題吉大版) 2.在等溫（1000K）等壓條件下，某反應的 Kp=1，則其G的值等于 。 3.溫度一定，轉(zhuǎn)化率隨反應物的起始濃度 ，平衡常數(shù) 反應 物的起始濃度而變 4.在 25時，若兩個反應的平衡常數(shù)之比為 10，則兩個反應的rGm相差 KJmol-1。(無機化學例題與習題吉大版) 5.請?zhí)顚懴旅娴目崭瘢?對 Ea.k.K 的影響化學反應條件 的改變 活化能 Ea速率常數(shù) k平衡常數(shù) K 恒壓.恒濃度下升 高溫度 恒溫.恒壓.恒濃度 下加催化劑 6.在 5 升容器中裝入等摩爾數(shù)的 PCl3和 Cl2，在 523K 時達到平衡，若 PCl5的分 壓為 101.3kPa(1 大氣壓)，此時 PCl5(g) PCl3(g) + Cl2(g)反應的 Kp=1.85，問原來裝入的 PCl3為 摩爾，Cl2為 摩爾。 7.已知環(huán)戊烷的氣化過程 rHm=28.7 KJmol-1，rSm=88 Jmol-1K-1.環(huán)戊烷的 正常沸點為 ，在 25下的飽和蒸汽壓為 kPa。(無機化 學例題與習題吉大版) 8.在一密閉容器中，于 1000K 時進行反應 CO2(s) + H2(g) = CO(g) + H2O(g) 平衡時測知=63.1atm, =21.1atm, PCO=63.1atm, 31.6atm, 在恒溫、恒 2 CO P 2 H P 容下，如設法除去 CO2，使 CO2減少為 63.0atm，則反應重新平衡時= 2 CO P ， Kc= 。 9.在 100時，反應 AB（g）A（g）+B（g）的平衡常數(shù) Kc=0.21 mol dm-3，則標準常數(shù) K的值為 。(無機化學例題與習題吉大版) 10.某溫度下，反應 PCl5（g）PCl3（g）+Cl2（g）的平衡常數(shù) K=2.25。 把一定量的 PCl5引入一真空瓶內(nèi)，達平衡后 PCl5的分壓為 2.533104Pa，則 PCl3的分壓是 Pa，PCl5的解離分數(shù)為 。 三問答題(無機化學習題武大版) 1.怎樣正確理解化學反應的平衡狀態(tài)？ 2.平衡常數(shù)能否代表轉(zhuǎn)化率？如何正確認識兩者之間的關(guān)系？ 3.如何正確書寫經(jīng)驗平衡常數(shù)和標準平衡常數(shù)的表達式？ 4.什么是化學反應的反應商？如何應用反應商和平衡常數(shù)的關(guān)系判斷反應進行 的方向并判斷化學平衡的移動方向？ 5. 如何表述化學反應等溫式？化學反應的標準平衡常數(shù)與其rG 之間的關(guān)系 m 怎樣？(無機化學例題與習題吉大版) 四.計算題 1. 可逆反應 H2O + CO H2 + CO2在密閉容器中，建立平衡，在 749K 時 該反應的平衡常數(shù) Kc=2.6。(無機化學例題與習題吉大版) （1） 求 n（H2O）n（CO） （物質(zhì)的量比）為 1 時，CO 的平衡轉(zhuǎn)化率； （2） 求 n（H2O）n（CO） （物質(zhì)的量比）為 3 時，CO 的平衡轉(zhuǎn)化率； （3） 從計算結(jié)果說明濃度對平衡移動的影響。 2. 反應 SO2Cl2（g） SO2（g）+ Cl2（g）在 375K 時，平衡常數(shù) K =2.4，以 7.6 克 SO2Cl2和 1.013105Pa 的 Cl2作用于 1.0 dm3的燒瓶中，試 計算平衡時 SO2Cl2、SO2和 Cl2的分壓。(無機化學例題與習題吉大版) 3.已知下列熱力學數(shù)據(jù)： NO（g） NO2（g） O2（g） fHm（KJmol-1） 90.4 33.9 0 Sm（KJmol-1K-1） 0.210 0.240 0.205 問：（1）298K，標準壓力時，2 NO（g）+O2（g）=2 NO2（g）能否自發(fā)進行？ （2）1000K 時該反應的 Kp 4. HI 分解反應為 2HI H2 + I2，開始時有 1molHI，平衡時有 24.4%的 HI 發(fā)生了分解，今欲將分解百分數(shù)降低到 10%，試計算應往此平衡系統(tǒng)中加若干 摩 I2。(無機化學例題與習題吉大版) 5.5L 的容器中裝入等物質(zhì)的量的 PCl3和 Cl2。在 523K 時達到平衡，如 PCl3分 壓為 110-5 Pa，此時 PCl5 +PCl3 Cl2反應的 Kp=1.81105 Pa。問原來裝 入的 PCl3和 Cl2為多少摩爾？ 6. 在 900K 和 1.013105Pa 時 SO3部分離解為 SO2和 O2 SO3（g） SO2（g）+ O2（g） 2 1 若平衡混合物的密度為 0.925gdm3，求 SO3的離解度。(無機化學例題 與習題吉大版) 7.1000K 時，2SO2（g）+ O2（g）2SO3（g） ，Kp=3.50，則反應 SO3（g） SO2（g）+ 1/2O2（g）的 Kp和 Kc各是多少？ 8.已知反應 CaCO3（s）CaO（s）+ 2CO2（g）在 973K 時，Kp=3.0010- 2；在 1000K 時，Kp=1.00。問：（1）上述反應是吸熱還是放熱反應？ （2）上述反應的rHm是多少？ 9. 在 308K 和總壓 1.013105Pa，N2O4有 27.2%分解為 NO2。 （1）計算 N2O4（g）2 NO2（g）反應的 K ； （2）計算 308K 時總壓為 2.026105Pa 時，N2O4的離解百分率； （3）從計算結(jié)果說明壓強對平衡移動的影響。(無機化學例題與習題吉大 版) 10. PCl5（g）在 523K 達分解平衡: PCl5 PCl3（g）+ Cl2（g） 平衡濃度：PCl5=1 moldm, PCl3= Cl2=0.204 moldm。 33 若溫度不變而壓強減小一半，在新的平衡體系中各物質(zhì)的濃度為多少？(無 機化學例題與習題吉大版) 參考答案 一 選擇題 1. C 2. A 3.A 4.B 5. C 6.D 7.D 8.D 9. D 10.D 11.D 12.B 13.D 14.B 15. A 16.C 17.D 18.A 19.D 20.B 二 填空題 1.不變， rHm=Ea（正）-Ea（逆） ，至于始終態(tài)有關(guān). 2. 0 3.而變，不隨 4.5.7 5. 對 Ea.k.K 的影響化學反應條件 的改變 活化能 Ea速率常數(shù) k平衡常數(shù) K 恒壓.恒濃度下升 高溫度 基本不變增加改變 恒溫.恒壓.恒濃度 下加催化劑 降低增加不變 6. 解： PCl3和 Cl2的摩爾數(shù)分別為 PCl3 + Cl2PCl5 起始物質(zhì)的量： amol a 0 變化量： x x x 平衡時： ax ax x Pa m KmolKJx 5 33 11 10013 . 1 105 523314 . 8 x = 0.116 RTxa x K K p p 1 )( 5405 . 0 85 . 1 11 2 a = 0.123mol 7. 53.1 37.3 8.解：KCKp2 1 . 21 1 . 63 6 . 31 2 . 84 CO2(s) + H2(g) = CO(g) + H2O(g) 63.1 22.1 84.2 31.6 x 43.3 63 10.4 2 3 . 43 63 4 . 10 x x = 7.58atm 9. 6.43 10. 7.60104，75% 三問答題 1. 答： 2. 答： 3.答： 4.答： rG =rG +RTlnQ m m rG =RTln K m 當 Q K 時 rG 0 正反應自發(fā)進行 m 當 Q = K 時 rG = 0 反應達到平衡，以可逆方式進行 m 當 Q K 時 rG 0 逆反應自發(fā)進行 m 5.答：rG =rG +RTlnQ m m rG =0， rG = RTlnk m m 四 計算題 1.解： （1）H2O + CO H2 + CO2 a-x b-x x x x2=2.6(a-x)2 =0.617 a x 所以 CO 的平衡轉(zhuǎn)化率是 61.7%。 （2）H2O + CO H2 + CO2 n 3n 0 0 n-x 3n-x x x =2.6 =0.865 )3)( 2 xnxn x n x 所以 CO 的平衡轉(zhuǎn)化率是 86.5%。 2.解：K =K （P ) p n P1=RT 22cL so 135 6 . 7 得出 P=6.8104Pa P=8.8104Pa P=1.90105Pa 22cL so 2 SO 2 Cl 3.解：（1）rH=233.9-290.4=-113.0（KJmol-1） rS=2240.0-2210.0-205.0=-145.0（Jmol-1K-1） rG= rH-TrS=-113.0-298（-145.0）10-3 =-69.8（KJmol-1） 0 反應能自發(fā)進行。 （2）1000K 時， rGm= rHm-TrSm =-113.0+145.010-31000=32.0（KJmol- 1） lgKp=- rGm/2.303RT =-1.67 Kp=0.021 4.解： 2HI H2 + I2 起始 1 0 0 轉(zhuǎn)化 0.244 0.122 0.122 = x=0.37mol(無機化學例題與習題吉大版) 2 2 756 . 0 122 . 0 92 . 0 05 . 0 )05 . 0 (x 5.解：PCl5 +PCl3 Cl2，已知 Kp=1.81105 Pa，PPCl3=PCl2 Kp= PPCl3PCl2 / PPCl5=（PPCl3 ）2/1105=1.81105 PPCl3=PCl2=（1.81105105）1/2=1.35105 （Pa） PV=nRT， nPCl5= PPCl5V/RT= 11055/8314523=0.115（mol） n PCl3= PPCl3V/RT= 1.351055/8314523=0.155（mol） 原裝入摩爾數(shù)為：0.155+0.115=0