Question

17．关于平衡常数表达及影响因素的易混易错题组
运用化学反应原理研究碳、氮等单质及其化合物的反应有重要意义．
（1）一定的条件下，合成氨反应为：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）．图1表示在此反应过程中的能量的变化，图2表示在2L的密闭容器中反应时N₂的物质的量随时间的变化曲线．图3表示在其他条件不变的情况下，改变起始物氢气的物质的量对此反应平衡的影响．

①该反应的平衡常数表达式为$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$，升高温度，平衡常数减小（填“增大”或“减小”或“不变”）．
②由图2分析，从11min起其它条件不变，压缩容器的体积为1L，则n（N₂）的变化曲线为d（填“a”或“b”或“c”或“d”）
③图3a、b、c三点所处的平衡状态中，反应物N₂的转化率最高的是c点，温度T₁＜T₂（填“＞”或“=”或“＜”）
（2）研究氮氧化物与悬浮在大气中海盐粒子的相互作用时，涉及如下反应：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）的平衡常数K=$\frac{{K}_{1}^{2}}{{K}_{2}}$（用K₁、K₂表示）．
②为研究不同条件对反应（Ⅱ）的影响，在恒温条件下，向2L恒容密闭容器中加入0.2mol NO和0.1mol Cl₂，10min时反应（Ⅱ）达到平衡．测得10min内v（ClNO）=7.5×10^-3mol•L^-1•min^-1，则平衡后NO的转化率а₁=75%．其它条件保持不变，反应（Ⅱ）在恒压条件下进行，平衡时NO的转化率а₂＞а₁（填“＞”“＜”或“=”），平衡常数K₂不变（填“增大”“减小”或“不变”．
（3）25℃时，反应2CO₂（g）?2CO（g）+O₂（g）的平衡常数K=2.96×10^-92．在一个体积可变的密闭容器中（起始时容器体积为1L）充入一定量CO₂、CO、O₂的混合气体，要使容器中的反应开始时向CO₂分解的方向进行，起始时三种气体的物质的量浓度应满足的关系是$\frac{{c}^{2}（CO）•c（{O}_{2}）}{{c}^{2}（C{O}_{2}）}$＜2.96×10^-92．当该反应在25℃时达到平衡后，其他条件不变时，升高温度或增加容器的压强，均能使该平衡发生移动，②请在坐标中作出该反应的平衡常数K随温度（T）、压强（p）变化的示意图（图4）．通过以上题目，请归纳书写平衡常数表达式的注意事项有哪些化学平衡时的反应和生成物的浓度幂之积之比．

Answer 1

分析 （1）①由图象1分析，反应是放热反应，依据化学方程式和平衡常数概念分析写出表达式；
②依据化学反应速率概念计算得到，缩体积，增大压强，平衡向正反应移动，改变瞬间n（N₂）不变，达平衡是n（N₂）减小；
③图3表示平衡时氨气含量与氢气起始物质的量关系，曲线上各点都处于平衡状态，达平衡后，增大氢气用量，氮气的转化率增大；
由图3可知，氢气的起始物质的量相同时，温度T₁平衡后，氨气的含量更高，该反应为放热反应，降低温度平衡向正反应移动，故温度T₁＜T₂，据此解答；
（2）①依据化学平衡常数概念，结合反应化学方程式书写平衡常数，结合平衡常数表达式计算得到平衡常数关系；
②依据平衡三段式列式计算，依据反应速率概念计算V=$\frac{△c}{△t}$、转化率概念的计算，转化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%，反应（Ⅱ）在恒压条件下进行，随反应进行，气体体积减小，为保持恒压所以容器体积减小，压强比恒容容器大，平衡正向进行，平衡时NO的转化率α₂ 增大；平衡常数随温度变化，不随浓度、压强变化，若要使K₂减小，平衡逆向进行，反应是放热反应，依据平衡移动原理应升高温度，平衡逆向进行，平衡常数随温度变化；
（3）要使反应向正反应方程进行，则浓度商应小于平衡常数；由于一氧化碳燃烧的反应为放热反应，所以反应2CO₂（g）?2CO（g）+O₂（g）为吸热反应，平衡常数只受温度影响，根据温度和压强对平衡常数的影响画图，平衡常数表达式是化学平衡时生成物的浓度幂之积比上反应物浓度幂之积．

解答 解：（1）①N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），反应的平衡常数K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$，图象1分析可知反应是放热反应，反应物能量高于生成物能量，温度升高平衡逆向进行，平衡常数减小，故答案为：$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$；减小；
②从11min起其它条件不变，压缩容器的体积为1L，压强增大，平衡正向进行，瞬间氮气物质的量不变，随平衡正向进行，氮气物质的量减小，则n（N₂）的变化曲线
d符合；故答案为：d；
③图3表示平衡时氨气含量与氢气起始物质的量关系，曲线上各点都处于平衡状态，故a、b、c都处于平衡状态，达平衡后，增大氢气用量，氮气的转化率增大，故a、b、c三点中，c的氮气的转化率最高；
由图3可知，氢气的起始物质的量相同时，温度T₁平衡后，氨气的含量更高，该反应为放热反应，降低温度平衡向正反应移动，故温度T₁＜T₂，温度越高化学平衡越低，故K₁＞K₂；
故答案为：c；＜；
（2）①2NO₂（g）+NaCl（s）?NaNO₃（s）+ClNO（g），△H₁＜0 （Ⅰ），平衡常数K₁=$\frac{c（ClNO）}{{c}^{2}（N{O}_{2}）}$，
②2NO（g）+Cl₂（g）?2ClNO（g），△H₂＜0 （Ⅱ），平衡常数K₂ =$\frac{{c}^{2}（ClNO）}{{c}^{2}（NO）•c（C{l}_{2}）}$，
③4NO₂（g）+2NaCl（s）?2NaNO₃（s）+2NO（g）+Cl₂（g）的平衡常数K=$\frac{c（C{l}_{2}）•{c}^{2}（NO）}{{c}^{4}（N{O}_{2}）}$，计算得到K=$\frac{{K}_{1}^{2}}{{K}_{2}}$，
故答案为：$\frac{{K}_{1}^{2}}{{K}_{2}}$；
②在恒温条件下，向2L恒容密闭容器中加入0.2mol NO和0.1mol Cl₂，10min时反应（Ⅱ）达到平衡，测得10min内v（ClNO）=7.5×10^-3mol•L^-1•min^-1，物质的量为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
变化量（mol） 0.15     0.075    0.15
平衡量（mol） 0.05     0.025    0.15
NO的转化率α₁=$\frac{0.15mol}{0.2mol}$×100%=75%；
其他条件保持不变，反应（Ⅱ）在恒压条件下进行，随反应进行，气体体积减小，为保持恒压所以容器体积减小，压强比恒容容器大，平衡正向进行，平衡时NO的转化率α₂ 增大；平衡常数随温度变化，不随浓度、压强变化，若要使K₂减小，平衡逆向进行，反应是放热反应，依据平衡移动原理应升高温度，平衡逆向进行；
故答案为：75%；＞；不变；
（3）要使反应向正反应方程进行，则浓度商应小于平衡常数，所以有$\frac{{c}^{2}（CO）•c（{O}_{2}）}{{c}^{2}（C{O}_{2}）}$＜2.96×10^-92；由于一氧化碳燃烧的反应为放热反应，所以反应2CO₂（g）?2CO（g）+O₂（g）为吸热反应，升高温度，平衡常数增大，平衡常数只受温度影响，所以平衡常数K随温度（T）、压强（p）变化的示意图为，平衡常数表达式是化学平衡时生成物的浓度幂之积比上反应物浓度幂之积，所以注意是化学平衡时的反应和生成物的浓度幂之积之比，
故答案为：$\frac{{c}^{2}（CO）•c（{O}_{2}）}{{c}^{2}（C{O}_{2}）}$＜2.96×10^-92；；化学平衡时的反应和生成物的浓度幂之积之比．

点评 本题考查了化学平衡常数的计算，影响化学平衡的因素分析应用判断，掌握基础是关键，题目难度中等．