Question

17．關于平衡常數表達及影響因素的易混易錯題組
運用化學反應原理研究碳、氮等單質及其化合物的反應有重要意義．
（1）一定的條件下，合成氨反應為：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）．圖1表示在此反應過程中的能量的變化，圖2表示在2L的密閉容器中反應時N₂的物質的量隨時間的變化曲線．圖3表示在其他條件不變的情況下，改變起始物氫氣的物質的量對此反應平衡的影響．

①該反應的平衡常數表達式為$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$，升高溫度，平衡常數減小（填“增大”或“減小”或“不變”）．
②由圖2分析，從11min起其它條件不變，壓縮容器的體積為1L，則n（N₂）的變化曲線為d（填“a”或“b”或“c”或“d”）
③圖3a、b、c三點所處的平衡狀態中，反應物N₂的轉化率最高的是c點，溫度T₁＜T₂（填“＞”或“=”或“＜”）
（2）研究氮氧化物與懸浮在大氣中海鹽粒子的相互作用時，涉及如下反應：2NO₂（g）+NaCl（s）?NaNO₃（s）+ClNO（g）   K₁△H＜0  （Ⅰ）2NO（g）+Cl₂（g）?2ClNO（g）   K₂△H＜0  （Ⅱ）
①4NO₂（g）+2NaCl（s）?2NaNO₃（s）+2NO（g）+Cl₂（g）的平衡常數K=$\frac{{K}_{1}^{2}}{{K}_{2}}$（用K₁、K₂表示）．
②為研究不同條件對反應（Ⅱ）的影響，在恒溫條件下，向2L恒容密閉容器中加入0.2mol NO和0.1mol Cl₂，10min時反應（Ⅱ）達到平衡．測得10min內v（ClNO）=7.5×10^-3mol•L^-1•min^-1，則平衡后NO的轉化率а₁=75%．其它條件保持不變，反應（Ⅱ）在恒壓條件下進行，平衡時NO的轉化率а₂＞а₁（填“＞”“＜”或“=”），平衡常數K₂不變（填“增大”“減小”或“不變”．
（3）25℃時，反應2CO₂（g）?2CO（g）+O₂（g）的平衡常數K=2.96×10^-92．在一個體積可變的密閉容器中（起始時容器體積為1L）充入一定量CO₂、CO、O₂的混合氣體，要使容器中的反應開始時向CO₂分解的方向進行，起始時三種氣體的物質的量濃度應滿足的關系是$\frac{{c}^{2}（CO）•c（{O}_{2}）}{{c}^{2}（C{O}_{2}）}$＜2.96×10^-92．當該反應在25℃時達到平衡后，其他條件不變時，升高溫度或增加容器的壓強，均能使該平衡發生移動，②請在坐標中作出該反應的平衡常數K隨溫度（T）、壓強（p）變化的示意圖（圖4）．通過以上題目，請歸納書寫平衡常數表達式的注意事項有哪些化學平衡時的反應和生成物的濃度冪之積之比．

Answer 1

分析 （1）①由圖象1分析，反應是放熱反應，依據化學方程式和平衡常數概念分析寫出表達式；
②依據化學反應速率概念計算得到，縮體積，增大壓強，平衡向正反應移動，改變瞬間n（N₂）不變，達平衡是n（N₂）減小；
③圖3表示平衡時氨氣含量與氫氣起始物質的量關系，曲線上各點都處于平衡狀態，達平衡后，增大氫氣用量，氮氣的轉化率增大；
由圖3可知，氫氣的起始物質的量相同時，溫度T₁平衡后，氨氣的含量更高，該反應為放熱反應，降低溫度平衡向正反應移動，故溫度T₁＜T₂，據此解答；
（2）①依據化學平衡常數概念，結合反應化學方程式書寫平衡常數，結合平衡常數表達式計算得到平衡常數關系；
②依據平衡三段式列式計算，依據反應速率概念計算V=$\frac{△c}{△t}$、轉化率概念的計算，轉化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%，反應（Ⅱ）在恒壓條件下進行，隨反應進行，氣體體積減小，為保持恒壓所以容器體積減小，壓強比恒容容器大，平衡正向進行，平衡時NO的轉化率α₂ 增大；平衡常數隨溫度變化，不隨濃度、壓強變化，若要使K₂減小，平衡逆向進行，反應是放熱反應，依據平衡移動原理應升高溫度，平衡逆向進行，平衡常數隨溫度變化；
（3）要使反應向正反應方程進行，則濃度商應小于平衡常數；由于一氧化碳燃燒的反應為放熱反應，所以反應2CO₂（g）?2CO（g）+O₂（g）為吸熱反應，平衡常數只受溫度影響，根據溫度和壓強對平衡常數的影響畫圖，平衡常數表達式是化學平衡時生成物的濃度冪之積比上反應物濃度冪之積．

解答 解：（1）①N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），反應的平衡常數K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$，圖象1分析可知反應是放熱反應，反應物能量高于生成物能量，溫度升高平衡逆向進行，平衡常數減小，故答案為：$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$；減小；
②從11min起其它條件不變，壓縮容器的體積為1L，壓強增大，平衡正向進行，瞬間氮氣物質的量不變，隨平衡正向進行，氮氣物質的量減小，則n（N₂）的變化曲線
d符合；故答案為：d；
③圖3表示平衡時氨氣含量與氫氣起始物質的量關系，曲線上各點都處于平衡狀態，故a、b、c都處于平衡狀態，達平衡后，增大氫氣用量，氮氣的轉化率增大，故a、b、c三點中，c的氮氣的轉化率最高；
由圖3可知，氫氣的起始物質的量相同時，溫度T₁平衡后，氨氣的含量更高，該反應為放熱反應，降低溫度平衡向正反應移動，故溫度T₁＜T₂，溫度越高化學平衡越低，故K₁＞K₂；
故答案為：c；＜；
（2）①2NO₂（g）+NaCl（s）?NaNO₃（s）+ClNO（g），△H₁＜0 （Ⅰ），平衡常數K₁=$\frac{c（ClNO）}{{c}^{2}（N{O}_{2}）}$，
②2NO（g）+Cl₂（g）?2ClNO（g），△H₂＜0 （Ⅱ），平衡常數K₂ =$\frac{{c}^{2}（ClNO）}{{c}^{2}（NO）•c（C{l}_{2}）}$，
③4NO₂（g）+2NaCl（s）?2NaNO₃（s）+2NO（g）+Cl₂（g）的平衡常數K=$\frac{c（C{l}_{2}）•{c}^{2}（NO）}{{c}^{4}（N{O}_{2}）}$，計算得到K=$\frac{{K}_{1}^{2}}{{K}_{2}}$，
故答案為：$\frac{{K}_{1}^{2}}{{K}_{2}}$；
②在恒溫條件下，向2L恒容密閉容器中加入0.2mol NO和0.1mol Cl₂，10min時反應（Ⅱ）達到平衡，測得10min內v（ClNO）=7.5×10^-3mol•L^-1•min^-1，物質的量為7.5×10^-3mol•L^-1•min^-1×10min×2L=0.15mol，
             2NO（g）+Cl₂（g）?2ClNO（g），
起始量（mol） 0.2      0.1        0
變化量（mol） 0.15     0.075    0.15
平衡量（mol） 0.05     0.025    0.15
NO的轉化率α₁=$\frac{0.15mol}{0.2mol}$×100%=75%；
其他條件保持不變，反應（Ⅱ）在恒壓條件下進行，隨反應進行，氣體體積減小，為保持恒壓所以容器體積減小，壓強比恒容容器大，平衡正向進行，平衡時NO的轉化率α₂ 增大；平衡常數隨溫度變化，不隨濃度、壓強變化，若要使K₂減小，平衡逆向進行，反應是放熱反應，依據平衡移動原理應升高溫度，平衡逆向進行；
故答案為：75%；＞；不變；
（3）要使反應向正反應方程進行，則濃度商應小于平衡常數，所以有$\frac{{c}^{2}（CO）•c（{O}_{2}）}{{c}^{2}（C{O}_{2}）}$＜2.96×10^-92；由于一氧化碳燃燒的反應為放熱反應，所以反應2CO₂（g）?2CO（g）+O₂（g）為吸熱反應，升高溫度，平衡常數增大，平衡常數只受溫度影響，所以平衡常數K隨溫度（T）、壓強（p）變化的示意圖為，平衡常數表達式是化學平衡時生成物的濃度冪之積比上反應物濃度冪之積，所以注意是化學平衡時的反應和生成物的濃度冪之積之比，
故答案為：$\frac{{c}^{2}（CO）•c（{O}_{2}）}{{c}^{2}（C{O}_{2}）}$＜2.96×10^-92；；化學平衡時的反應和生成物的濃度冪之積之比．

點評 本題考查了化學平衡常數的計算，影響化學平衡的因素分析應用判斷，掌握基礎是關鍵，題目難度中等．