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《化学平衡》典型例题解析


《热化学、化学平衡》典型例题解析
【例 1】某科研小组欲研究在其他条件不变的情况下,改变起始氧气的物质的量对合成新型硝化剂反应 4NO2(g)+O2(g) (1)图像中 T1 和 T2 的关系是 (填“>” 、 “<”或“=” ) ; (2)比较 a、b、c 三点所处的平衡状态中, 反应物 NO2 的转化率最大的是 (填字母) ;
a c T2 T1

2N2O5(g)Δ H<0 的影响。图像见下图。
平衡时 N2O5% b

(3)若容器体积为 1L,n=1mol,NO2 的转化率为 50%, 则此条件下(T2) ,反应的平衡常数 K= 【解析】(1)【解题方法】 “定一议二” “定一” :O2 的起始量 “议二” :随着温度的变化,N2O5%的变化 (Ⅰ)图像信息:T1→T2 ,N2O5%升高(联系点) 。 ... .
0 n



起始时 n(O2)/mol

(Ⅱ)平衡移动原理:Δ H<0,正反应是放热反应。所以,降低温度,平衡正向移动,N2O5%升高(联系点 ) 。 ... 【结论】 T1→T2 是降温过程,即 T1>T2。 (2)在 T2 的温度下,状态 a→状态 b,增加 O2 的起始量,平衡正向移动,NO2 的转化率升高;同理,状态 b→状态 c, NO2 的转化率升高。故,a、b、c 三点中,c 点 NO2 的转化率最高。 (3)“n=1mol 时,平衡时 N2O5%最高”条件: 在该容器内,NO2 和 O2 反应建立平衡。平衡时 N2O5%什么时候最高呢?我们知道,开始时,NO2%最高,达到 100%,随着 O2 的通入越来越多,平衡时 NO2%越来越小,最后约为 0;开始时,O2%为 0,随着 O2 的通入越来越多, 平衡时 O2%越来越大,最后约为 100%;N2O5%最初为 0,最后也约为 0。可见,无论 O2 过量,还是 NO2 过量,平 衡时 N2O5%都不会达到最大值。只有当二者恰好完全反应时,平衡体系中 O % 最高 。 2 5 . . .............N . . . .. 综上所述,n=1mol,恰好反应时,n(NO2)=4mol. 【答案】 (1)> ; (2)c ; (3)0.125 或 1/8.

【例 2】已知 0.1mol/L 的醋酸溶液中存在电离平衡:CH3COOH 增大,可以采取的措施是( A.加少量烧碱 )

c(H CH COO +H 。要使溶液中 c(CH3COOH
+ 3

+

的值

B.升高温度

C.加少量冰醋酸
+ +

D.加 CH3COONa 固体

【解析】 ①A 项要从总趋势上分析:A 项加入烧碱(即 NaOH)与 H 反应,c(H )减小,平衡虽然向右移动,也只是 “减弱”c(H )的减小; ②C 项加入冰醋酸(即 CH3COOH),平衡向右移动,c(CH3COO )增大,平衡常数
+

c(H · c(CH3COO K c(CH3COOH

+

-

不变, 故

c(H c(CH3COOH

+

减小。
+

③加入 CH3COONa 固体,平衡向左移动, c(H )减小,而 c(CH3COOH)增大,故比值减小。 【答案】B。

【例 3】 某反应 A+B=C+D 在低温下不能自发进行, 在高温下能自发进行, 对该反应过程Δ H、 Δ S 的判断正确的是 ( ) A.Δ H<0、Δ S>0 B.Δ H>0、Δ S>0 C.Δ H<0、Δ S<0 D.Δ H>0、Δ S<0

【解析】反应能否自发进行要依据公式Δ G = Δ H-TΔ S 进行分析。其中 T 为绝对温度,永远大于 0,单位是 K (开尔文) 。 【规律】 ①Δ G < 0,反应自发进行; ② Δ G > 0,反应不能自发进行。 (Ⅰ) Δ H<0、Δ S>0 时,必有Δ G < 0,即熵增的放热反应在任意温度下可以自发进行。 (Ⅱ) Δ H>0、Δ S<0 时,必有Δ G > 0,即熵减的吸热反应在任意温度下都不能自发进行。 Δ H<0、Δ S<0 或Δ H>0、Δ S>0 时,Δ G 的正负不确定,与 T 有密切关系。我们可以算出临界温度 T0: Δ H-T0Δ S=0 。 (Ⅲ) Δ H<0、Δ S<0 时,先求出 T0,由于Δ H<0,为放热反应,我们知道“高温有利于吸热反应” ,而“低温有 利于放热反应” ,那么,当温度低于 T0 时,该反应可以自发进行。 还有一种理解:Δ S<0,-TΔ S 必为正值,当 T<T0 时,才有Δ G < 0。即低于临界温度 T0 时,放热反应可以 自发进行。 (Ⅳ)Δ H>0、Δ S>0 时,同样先求出 T0,T>T0 时,Δ G < 0。即高于临界温度 T0 时,吸热反应可以自发进行。 综上所述,在高温下可以自发进行,在低温下不可自发进行,必为吸热反应,而且熵是增大的。即Δ H>0、Δ S>0。 【答案】B。 【例 4】用 NH3 催化还原 NOX 还可以消除氮氧化物的污染。例如 4NH3(g)+3O2(g)==2N2(g)+6H2O(g) ;△ H1= akJ· mol-1 N2(g)+O2(g)==2NO(g);△ H2= bkJ/mol 。若 1mol NH3 还原 NO 至 N2,则该反应过程中的反应热 △ H3= kJ/mol(用含 a、b 的式子表示)

【解析】先写出氧化还原反应的方程式:4NH3+6NO=5N2+6H2O 然后找合并条件方程式的方法: 条件方程式①4NH3(g)+3O2(g)==2N2(g)+6H2O(g) ;△ H1= akJ· mol-1 条件方程式②N2(g)+O2(g)==2NO(g); △ H2= bkJ/mol 第一步:在总反应式中找出条件方程式内只出现一次的物质; 第二步:研究条件方程式内只出现一次的物质与总反应式中它的位置左右关系,同侧(NH3 同侧)该条件方程 式取“+” ;异侧(NO 异侧)取“—” ; 第三步:确定条件方程式的系数; (条件方程式②的系数为 3) 第四步:条件方程式如何加合,焓变就如何加合。 由①—②×3 得 Δ H=Δ H1-3Δ H2=a-3b kJ/mol 【答案】1/4 (a-3b)。 (题目要求的是 1molNH3! )


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