化学平衡计算专题教师版
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化学平衡计算题求解技巧
知识体系和复习重点
一、化学平衡常数(浓度平衡常数)及转化率的应用
1、化学平衡常数
(1)化学平衡常数的数学表达式
(2)化学平衡常数表示的意义
平衡常数数值的大小可以反映可逆反应进行的程度大小,K值越大,反应进行越完全,反应物转化率
越高,反之则越低。
2、有关化学平衡的基本计算
(1)物质浓度的变化关系
反应物:平衡浓度=起始浓度—转化浓度
生成物:平衡浓度=起始浓度+转化浓度
其中,各物质的转化浓度之比等于它们在化学方程式中物质的计量数之比.
(2)反应的转化率(α):α=
(或质量、浓度)反应物起始的物质的量
(或质量、浓度)反应物转化的物质的量
×100%
(3)在密闭容器中有气体参加的可逆反应,在计算时经常用到阿伏加德罗定律的两个推论:
恒温、恒容时:;恒温、恒压时:n1/n2=V1/V2
(4)计算模式(“三段式”)
浓度(或物质的量)aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)
起始mnOO
转化axbxcxdx
平衡m-axn-bxcxdx
A的转化率:α(A)=(ax/m)×100%
C的物质的量分数:ω(C)=×100%
技巧一:三步法
三步是化学平衡计算的一般格式,根据题意和恰当的假设列出起始量、转化量、平衡量.但要注意计
算的单位必须保持统一,可用mol、mol/L,也可用L.
例1、X、Y、Z为三种气体,把amolX和bmolY充入一密闭容器中,发生反应X+2Y2Z,达到
平衡时,若它们的物质的量满足:n(X)+n(Y)=n(Z),则Y的转化率为()
A、%100
5
ba
B、%100
5
)(2
b
ba
C、%100
5
)(2
ba
D、%100
5
)(
a
ba
解析:设Y的转化率为
X+2Y2Z
起始(mol)ab0
转化(mol)b
2
1
bb
平衡(mol)
ab
2
1
bbb
依题意有:
ab
2
1
+bb=b,解得:
=%100
5
)(2
b
ba
。故应选B.
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技巧二:差量法
差量法用于化学平衡计算时,可以是体积差量、压强差量、物质的量差量等等。
例2、某体积可变的密闭容器,盛有适量的A和B的混合气体,在一定条件下发生反应:A+3B2C,
若维持温度和压强不变,当达到平衡时,容器的体积为VL,其中C气体的体积占10%,下列推断正确的
是()
①原混合气体的体积为1.2VL②原混合气体的体积为1.1VL
③反应达平衡时,气体A消耗掉0.05VL④反应达平衡时,气体B消耗掉0.05VL
A、②③B、②④C、①③D、①④
解析:A+3B2C
小
V
1322
0.05V0。15V0.1V0.1V
所以原混合气体的体积为VL+0。1VL=1.1VL,由此可得:气体A消耗掉0。05VL,气体B消耗掉0。
15VL。故本题选A。
专练.某温度下,在密闭容器中发生如下反应,2A(g)2B(g)+C(g),若开始时只充入2molA
气体,达平衡时,混合气体的压强比起始时增大了20%,则平衡时A的体积分数为。
解析:等温度、等体积时,压强增大了20%,也就是气体的物质的量增多了2mol×20%=0.4mol,即
平衡时气体的物质的量变为2。4mol.
2A(g)2B(g)+C(g)△n
2211
变化0。8mol0.4mol
平衡时,n(A)=2mol-0。8mol=1。2mol,n(总)=2。4mol,故A的体积分数为:
2.4mol
1.2mol
×100%=50%.
技巧三:守恒法
1、质量守恒
例3、amolN2与bmolH2混合,要一定条件下反应达到平衡,生成了cmolNH3,则NH3在平衡体系
中质量分数为()
A、%100
17228
17
cba
c
B、%100
228
17
ba
c
C、%100
cba
c
D、%100
228
34
ba
c
解析:由质量守恒定律可知:在平衡体系中的混合气体总质量应等于反应前N2和H2混合气的总质量。
即NH3在平衡体系中的质量分数为%100
228
17
ba
c
。故本题应选B。
2、原子个数守恒
例4、加热时,N2O5可按下列分解:N2O5N2O3+O2、N2O3又可按下列分解:N2O3N2O+O2.
今将4molN2O5充入一升密闭容器中,加热至t℃时反应达到了平衡状态。平衡时,c(O2)=4.5mol/L,c(N2O3)
=1.62mol/L,c(N2O)=_______mol/L,此时N2O5的分解率为________.
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解析:N2O5的起始浓度为c(N2O5)=Lmol
L
mol
/4
1
4
,平衡时的气体成份及浓度为:
达平衡时的气体成份:N2O5N2O3N2OO2
平衡浓度(mol/L)设x1.62设y4。5
由N原子守恒:422262.12yx
由O原子守恒:4525.4362.15yx
解得:x=0。94mol/L,y=1.44mol/L,所以,c(N2O)=1。44mol/L,N2O5的分解率为:
%5.76%100
/4
/94.0/4
Lmol
LmolLmol
。
专练.一定温度下,反应2SO
2
(g)+O
2
(g)2SO
3
(g)达到平衡时,n(SO
2
):n(O
2
):n(SO
3
)=2:
3:4。缩小体积,反应再次达到平衡时,n(O
2
)=0。8mol,n(SO
3
)=1.4mol,此时SO
2
的物质的量应是()
A.0.4molB.0.6molC.0.8molD.1。2mol
解析:设第一次平衡时n(SO
2
)、n(O
2
)、n(SO
3
)分别为2xmol、3xmol、4xmol,第二次平衡时n(SO
2
)=ymol。
由O元素守恒得:2x·2+3x·2+4x·3=2y+0.8×2+1。4×3……①
由S元素守恒得:2x+4x=y+1。4……②
解得:x=0.3,y=0。4。答案:A。
专练.一定条件下,在一密闭容器中通入一定量SO
2
和O
2
的混合气体,发生如下反应:
2SO
2
(g)+O
2
(g)2SO
3
(g)+Q(Q〉0).反应达平衡后SO
2
、O
2
和SO
3
的物质的量之比为3∶4∶6,
保持其它条件不变,降低温度后达到新的平衡时,O
2
和SO
3
的物质的量分别是11mol和20mol,此时
容器内SO
2
的物质的量应是
A07molB09molC11molD13mol
解析:设第一种平衡状态下O
2
为x,则SO
3
为
2
3
,变成第二种平衡时O
2
变化量为y,
2SO
2
g+O
2
g2SO
3
g+Q
x
2
3
x
2
3
x+2y=20解得:x=12mol
y2yx-y=11y=01mol答案:A。
1120
技巧四:估算法
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例5、在一定体积的密闭容器中放入3L气体R和5L气体Q,在一定条件下发生反应:2R(g)+5Q(g)
4X(g)+nY(g)反应完全后,容器温度不变,混合气体的压强是原来87.5%,则化学方程式中的n值是()
A、2B、3C、4D、5
解析:本题貌似化学平衡的计算,但实则不然,题干中最关键的一句话为“压强是原来87.5%"说明
体积和温度不变,压强减小了,故该反应是气体的物质的量减小的反应,即2+5〉4+n,即n<3.故选
A。
技巧五:赋值法
例6、在一密闭容器中,用等物质的量的A和B发生如下反应:
A(g)+2B(g)2C(g),反应达到平衡时,若混合气体中A和B的物质的量之和与C的物质的量相
等,则这时A的转化率为()
A、40%B、50%C、60%D、70%
解析:由题意可知:设A反应掉一半(即转化率为50%),则可推知B全部反应掉(即转化率为100%),
很显然,这是不可能的,故A的转化率必小于50%。正确答案应选A。
技巧六:极端假设法
化学平衡研究的对象是可逆反应,这类反应的特点是不能进行到底.据此,若假定某物质完全转化
(或完全不转化),可求出其它物质的物质的量(或物质的量浓度、气体体积)的范围。
1、判断化学平衡移动方向
例7、在一密闭容器中,aA(g)bB(g)达平衡后,保持温度不变,将容器体积增加一倍,当达到新
的平衡时,B的浓度是原来的60%,则()
A、平衡向正反应方向移动了B、物质A的转化率减少了
C、物质B的质量分数增加了D、a>b
解析:保持温度不变,将容器体积增加一倍(即减小压强),假如化学平衡不移动,则各种物质的浓
度都应是原平衡时的一半,但现在生成物B的浓度却是原平衡的60%,这说明平衡向正反应方向发生移动,
A的转化率升高,所以化学计量数b〉a,又由于B的物质的量增加,B的质量增加,物质B的质量分数必
然增大(因为总质量保持不变)。故本题应选AC。
2、判断生成物的量
例8、在一密闭容器中充入1molCO和1molH2O(g),在一定条件下发生反应:
CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g),达到平衡时,生成
3
2
molCO2,当H2O(g)改为4mol时,在上述条件下
生成的CO2为()
A、0。60molB、0。95molC、1。0molD、2.50mol
解析:假设反应向正向进行到底,由于CO仍为1mol,故生成的CO2才为1mol,但由于反应的可逆性,
这是不可能的。所以,
3
2
mol
3、确定平衡时各物质的浓度范围
例9、在密闭容器中进行X(g)+4Y2(g)2Z2(g)+3Q2(g)的反应中,其中X2、Y2、Z2、Q2的开始浓度分
别为0.1mol/L、0.4mol/L、0.2mol/L,0.3mol/L,当反应达到平衡后,各物质的浓度不可能是()
A、c(X2)=0。15mol/LB、c(Y2)=0.9mol/L
C、c(Z2)=0.3mol/LD、c(Q2)=0。6mol/L
解析:假设正向进行到底时,则生成物c(Z2)=0。4mol/L、c(Q2)=0.6mol/L,但此反应实为可逆反
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应,由此可推知:c(Z2)=0.3mol/L可能,c(Q2)=0.6mol/L是不可能的.
又假设反应向逆反应方向进行到底时,则反应物c(X2)=0.2mol/L、c(Y2)=0。8mol/L,同时由于
该反应的可逆性,故c(X2)=0.15mol/L可能,而c(Y2)=0.9mol/L是不可能的。综上所述,该题正确
答案是BD。
专练.某密闭容器中进行如下反应:X(g)+2Y(g)2Z(g),若要使平衡时反应物的总物质的
量与生成物的总物质的量相等,则X、Y的初始物质的量之比k应满足()
A.1<k<3B.1/4<k<3/2C.3<k<4D.1/4<k<2/3
解析:设x、y分别为X、Y的初始物质的量.
若反应物X全部转化,据题意有:y-2x=2x,即:k=x/y=1/4;
若反应物Y全部转化,据题意有:x-y/2=y,即:k=x/y=3/2。
由于可逆反应的反应物不可能全部转化,故1/4<k<3/2。答案:B。
技巧七:虚拟状态法
例10、在一密闭容器中充入1molNO2,建立如下平衡:2NO2N2O4,测得NO2的转化率为a%,在其它条
件不变下,再充入1molNO2,待新平衡建立时,又测得NO2的转化率为b%,则a与b的关系为()
A、a〉bB、a〈bC、a=bD、无法确定
解析:直接判断a与b的关系,比较难,但可以虚拟假设一个中间过程Ⅱ。
PVTP2VTPVT
ⅠⅡⅢ
易知Ⅰ与Ⅱ两过程等效,NO2的转化率均为a%,若将容器Ⅱ加压,使容积减小到原来的一半,即与Ⅰ容
积相等,因2NO2N2O4,加压时平衡向正反应方向移动,故达新平衡后NO2的转化率b%必大于a%。答案
应选B.
本题属于反应后气体体积减小的反应,除此之外,同学们在解题过程中还有如下情况:
(1)反应前后气体体积不变的反应:如将题干中的NO2改为HI气体,即发生反应:
2HI(g)H2(g)+I2(g),则会得出a=b的结论。
(2)反应前后气体体积增大的反应:如将题干中的NO2改为NH3,即发生反应:
2NH3(g)N2(g)+3H2(g),则会得出a〉b的结论.
技巧八:参照物法
例11、体积相同的甲、乙两个容器中,分别都充入等物质的量的SO2和O2,在相同温度下发生反应:
2SO2+O22SO3,并达到平衡。在这过程中,甲容器保持体积不变,乙容器保持压强不变,若甲容器中
SO2的转化率为p%,则乙容器中SO2的转化率()
A、等于p%B、大于p%C、小于p%D、无法判断
解析:以甲为参照物,甲容器保持体积不变,由化学方程式可知反应过程中甲容器内压强越来越小,
而乙容器保持压强不变乙容器体积减小相当于加压(与甲比较)反应向正向进行.故乙容器中SO2
的转化率大,故本题应选B。
技巧九:等效平衡法
例12、在一恒定的容器中充入2molA和1molB发生反应:2A(g)+B(g)xC(g),达到平衡后,C的
体积分数为ω%;若维持容器的容积和温度不变,按起始物质的量A:0。6mol、B:0.3mol、C:1.4mol充
NO
2
1mol
NO
2
2mol
NO
2
2mol
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入容器,达到平衡后,C的体积分数仍为ω%,则x值为()
A、只能为2B、只能为3
C、可能是2,也可能是3D、无法确定
解析:根据题意,这两平衡为等效平衡.
等效平衡有两种类型(对于可逆反应:mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)):
Ⅰ类恒温恒容:①若m+n=p+q,只要“极限转换"后,与原起始物质的物质的量(或浓度)相等,
就可以达到相同平衡状态。②若m+n
p+q,只要“极限转换"后,对应物质的物质的量之比相等,
就可达珐相同的平衡状态。
Ⅱ类恒温恒压:只要“极限转换”后,对应物质的物质的量之比相等,就可达到相同的平衡状态。
本题属于Ⅰ类(恒温恒容),由于已知方程式中x未知,故有两种可能:一是x
3(即系数不等),二
是x=3(即系数相等)。
若x
3,2A(g)+B(g)xC(g)
210
0.60.31。4
极限换算
x
8.2
6.0
x
4.1
3.00
依题意可得:
x
8.2
6.0=2
x
4.1
3.0=1解得:x=2符合题意.
若X=3时,则(
x
8.2
6.0):(
x
4.1
3.0)=(
3
8.2
6.0):(
3
4.1
3.0)=4。6:2。3=2:1。
符合题意。故本题正确答案为C。
专练.在一个固定容积的密闭容器中,加入2molA和1molB,发生反应:2A(g)+B(g)3C(g)
+D(g),达平衡时,C的浓度为Wmol/L,若维持容器体积和温度不变,按下列四种配比做起始物质,达平
衡后,C的浓度仍为Wmol/L的是()
A.4molA+2molBB.2molA+1molB+3molC+1molD
C.3molC+1molD+1molBD.3molC+1molD
解析:本题考查恒温恒压下的等效平衡,可以采用“一边倒”的方法。结合本题情况,可将选项中各物质
均倒向反应物A和B,若为2molA+1molB,则可达到等效平衡,达平衡后,C的浓度仍为Wmol/L。
A选项:因A、B投料是原来的2倍,又是一个固定容积的容器,达到平衡时C的浓度必然大于Wmol/L。
B选项:把“3molC+1molD”倒向反应物,则反应物的物质的量也是4molA+2molB,实际上相当于与选项
A投料完全相同,达到平衡时C的浓度必然大于Wmol/L.C选项:把“3molC+1molD”倒向反应物,相当于
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投入2molA和2molB,与起始投入2molA和1molB的平衡相比较,平衡向右发生移动,则达到平衡时C
的浓度必然大于Wmol/L。D选项:把3molC+1molD倒向左边,恰好相当于2molA+1molB,与原平衡的
起始投料相同,达平衡后,C的浓度仍为Wmol/L。答案:D.
技巧十:讨论法
对于可逆反应,不论在什么情况下,一定是反应物与生成物共存的状态,即任何物质的物质的量均大于零
例13、在一定条件下,A2+B22C,达到平衡状态时,测得c(A2)=0。5mol/L,c(B2)=0.1mol/L,c
(C)=1。6mol/L,若A2、B2、C起始浓度分别为a、b、c(mol/L),试回答:
(1)a、b应满足的关系是___________;(2)a的取值范围是___________。
解析:(1)A2+B22C
起始浓度(mol/L)abc
平衡浓度0.50.11.6
若反应从正向开始,则转化浓度A2:5.0a,B2:1.0b,C:c6.1,
所以,5.0a=1.0b,即a=b+0.4。
(2)若平衡时,1。6mol/LC是由A2、B2反应生成,则反应中生成A2的量等于生成B2的量为0.1mol/L,
则a的最小值为0。4mol/L,所以a的取值范围是:0.4≤a≤1。3。
专练:在一个密闭容器中充入1molCO
2
和3molH
2
,在850℃时,气体混合物达到下式所示平衡:
CO
2
+H
2
CO+H
2
O.已知达到平衡时生成0.75molCO。那么当H
2
改为9mol,在上述条件下平衡时生成
CO和H
2
O的物质的量之和可能为()
A1。2molB1。5molC1.8molD2.5mol
【分析解答】对于可逆反应,不论在什么情况下,一定是反应物与生成物共存的状态,即任何物质的物质
的量均大于零。
CO
2
+H
2
CO+H
2
O
起始1300
变化xxxx
平衡0.252。250。750.75
在此基础上,增加H
2
的用量,平衡右移,CO
2
的转化率增大,CO、H
2
O的物质的量均增大。设平衡移
动后,CO、H
2
O的物质的量为a,则a〉0.75+0.75=1.5。但CO
2
不能完全转化,(若CO
2
完全转化,则a=2),
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