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备战2025 年高考化学【一轮·考点精讲精练】复习讲义
考点44 等效平衡及其应用
知识精讲
一、等效平衡
二、等效平衡的应用
课后精练
选择题:
20
题
非选择题:
5
题
建议时长:
60
分钟
实际时长: 分钟
一、等效平衡
1.等效平衡的含义
在一定条件下(恒温恒容或恒温恒压)下,同一可逆反应体系,不管是从正反应开始,还是从逆反应开
始,还是正、逆反应同时投料,达到化学平衡状态时,任何相同组分的百分含量(质量分数、物质的量分
数、体积分数等)均相同。
2.等效平衡的判断方法
(1)恒温恒容条件下反应前后体积改变的反应
判断方法:极值等量即等效。
例如:2SO2(g)+O2(g)
2SO3(g)
2 mol 1 mol 0
①
0 0 2 mol
②
0.5 mol 0.25 mol 1.5 mol
③
④
a mol b mol c mol
上述①②③三种配比,按化学方程式的化学计量关系均转化为反应物,则SO2均为2 mol,O2均为1
mol,三者建立的平衡状态完全相同。
④中a、b、c 三者的关系满足c+a=2,+b=1,即与上述平衡等效。
1
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形成等效平衡的特征是:平衡时各物质的转化率(α)、百分含量(w%)、物质的量(n)、物质的质量(m)、
物质的量浓度(c)、混合气体的平均摩尔质量(
)、混合气体的密度(ρ)、压强(P)等所有物理量完全相同,
即平衡状态完全相同。
(2)恒温恒压条件下反应前后体积改变的反应
判断方法:极值等比即等效。
例如:2SO2(g)+O2(g)
2SO3(g)
2 mol 3 mol
①
0
1 mol 1.5 mol
②
2 mol
③
a mol b mol c mol
按化学方程式的化学计量数关系均转化为反应物,则①②中=,故互为等效平衡。
③中a、b、c 三者关系满足:=,即与①②平衡等效。
形成等效平衡的特征是:平衡时各物质的转化率(α)、百分含量(w%)、混合气体的平均摩尔质量(
)、物质的量浓度(c)、混合气体的密度(ρ)、压强(P)相同,但各气体的物质的量(n)、物质的质量(m)、体积
(V)不同但成比例。
(3)恒温条件下反应前后体积不变的反应
判断方法:无论是恒温恒容,还是恒温恒压,只要极值等比即等效,因为压强改变对该类反应的化学
平衡无影响。
例如:H2(g) + I2(g)
2HI(g)
1 mol 1 mol
①
0
2 mol 2 mol
②
1 mol
③
a mol b mol c mol
①②两种情况下,n(H2)∶n(I2)=1 1∶,故互为等效平衡。
③中a、b、c 三者关系满足∶=1 1∶或以a∶b=1 1∶,c≥0,即与①②平衡等效。
形成等效平衡的特征是:平衡时各物质的转化率(α)、百分含量(w%)、混合气体的平均摩尔质量(
)
相同,但各气体的物质的量(n)、物质的质量(m)、物质的量浓度(c)、混合气体的密度(ρ)、压强(P)、反应达
到平衡时所需的时间(t)不同但成比例。
3.虚拟“中间态”法构建等效平衡
2
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(1)构建恒温恒容平衡思维模式
新平衡状态可认为是两个原平衡状态简单的叠加并压缩而成,相当于增大压强。由增大压强平衡移动
方向分析物质的转化率、百分含量、物质的量浓度、放出或吸收热量的变化情况。
(2)构建恒温恒压平衡思维模式(以气体物质的量增加的反应为例,见图示)
新平衡状态可以认为是两个原平衡状态简单的叠加,压强不变,平衡不移动。
4.等效平衡判断“四步曲”
观察可逆反应特点(物质状态、气体分子数),判断反应是反应前后气体体积不变的可逆反应还是反应
前后气体体积改变的可逆反应;
挖掘反应条件,是恒温恒容还是恒温恒压,注意密闭容器不等于恒容容器;
采用一边倒法,将起始物质按可逆反应化学计量数之比转化成同一边的物质;
联系等效平衡判断依据,结合题目条件判断是否为等效平衡。
二、等效平衡的应用
1.可逆反应mA(g)+nB(g)
pC(g)+qD(g)的转化率分析
(1)若反应物起始物质的量之比等于化学计量数之比,达到平衡后,它们的转化率相等。
(2)若只增加A 的量,平衡向右移动,B 转化率增大,A 转化率降低。即:两种或两种以上的反应物达到
平衡时,增加其中一种反应物浓度,其它反应物的转化率提高,而自身转化率降低。
(3)恒温、恒容时,若按原反应物比例同倍数增大A 和B 的量,等效于压缩容器容积(或增大压强),气体
反应物的转化率与化学计量数有关。
①当m+n>p+q 时,A、B 的转化率都增大;
②当m+n<p+q 时,A、B 的转化率都减小;
③当m+n=p+q 时,A、B 的转化率都不变 (此时为T、V 一定Δn=0 时的“量比等效”);
(4)恒温、恒压时,若按原反应物比例同倍数增大A 和B 的量,达新平衡时,此时为T、P 一定时的“量
3
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比等效”,A、B 的转化率都不变。
2.可逆反应mA(g)
pB(g)+qC(g)的转化率分析
(1)恒温、恒容时,若增加A 的量
①当m> p+q 时,A 的转化率增大;
②当m<p+q 时,A 的转化率减小;
③当m=p+q 时,A 的转化率不变 (此时为T、V 一定Δn=0 时的“量比等效”);
(2)恒温、恒压时,若增加A 的量,达新平衡时,此时为T、P 一定时的“量比等效”,A、B 的转化率
都不变。
1.在恒容密闭容器中发生反应:4HCl(g)+O2(g)
2Cl2(g)+2H2O(g)。下列有关叙述正确的是
容积/L
投料
200 ℃时HCl 平衡转化率
400 ℃时HCl 平衡转化率
容器Ⅰ
1
4 mol HCl(g)、1 mol O2(g)
90%
75%
容器Ⅱ
2
x mol HCl(g)、2 mol O2(g)
α1
α2
A.该反应的ΔH > 0
B.400 ℃时,该反应的平衡常数为
C.400 ℃时,若x > 8,则α2 > 75%
D.400 ℃时,向容器Ⅰ平衡体系中再加入1 mol O2(g)和1 mol Cl2(g),此时υ 正< υ 逆
2.700℃时,H2(g)+CO2(g)
H2O(g)+CO(g)。该温度下,在甲、乙、丙三个恒容密闭容器中,投入H2
和CO2,起始浓度如下表所示。其中甲经2min 达平衡时,v (H2O)为0.025 mol/(L·min),下列判断不正确的
是( )
起始浓度
甲
乙
丙
C(H2)/mol/L
0.1
0.2
0.2
C(CO2)/mol/L
0.1
0.1
0.2
4
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A.平衡时,乙中CO2的转化率大于50%
B.当反应平衡时,丙中c(CO2)是甲中的2 倍
C.温度升至800℃,上述反应平衡常数为25/16,则正反应为吸热反应
D.其他条件不变,若起始时向容器乙中充入0.10mol/L H2和0.20 mol/L CO2,到达平衡时c (CO)与乙不
同
3.可逆反应A(g)+3B(g)
2C(g),△H=-QkJ/mol 有甲、乙两个容积相同且不变的密闭容器,向甲容器
中加入1 mol A 和3 mol B,在一定条件下达到平衡时放出热量为Q1kJ;在相同的条件下,向乙容器中加入
2 mol C 达到平衡后吸收热量为Q2 kJ;已知Q1=3Q2。下列叙述不正确的是
A.甲中A 的转化率为75%
B.Q1+Q2=Q
C.达到平衡后,再向乙中加入0.25 mol A、0.75 mol B、1.5 mol C,平衡向正反应方向移动
D.乙中的热化学方程式为2C(g)
A(g)+3B(g) ΔH=+Q2 kJ/mol
4.一定条件下存在反应:CO(g)+H2O(g)
CO2(g)+H2(g),其正反应放热。现有三个相同的2L 恒容绝热
(与外界没有热量交换)密闭容器I、II、III,在I 中充入1molCO 和1molH2O,在II 中充入1molCO2和1mol
H2,在III 中充入2molCO 和2molH2O,700℃条件下开始反应。达到平衡时,下列说法正确的是
A.容器I、II 中正反应速率相同
B.容器I、III 中反应的平衡常数相同
C.容器I 中CO 的物质的量比容器II 中的多
D.容器I 中CO 的转化率与容器II 中CO2的转化率之和等于1
5.一定温度下,在甲、乙、丙、丁四个恒容密闭容器中投入SO2(g)和O2(g),其起始物质的量及SO2的平
衡转化率如下表所示。
甲
乙
丙
丁
密闭容器体积/L
2
2
2
1
起始物质的量
n(SO2)/mol
0.4
0.8
0.8
0.4
5
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n(O2)/mol
0.24
0.24
0.48
0.24
SO2的平衡转化率/%
80
α1
α2
α3
A.甲中反应的平衡常数小于乙
B.该温度下,甲和乙中反应的平衡常数K 均为400
C.SO2的平衡转化率:α1>α2=α3
D.容器中SO3的物质的量浓度:丙>甲=丁
6.一定温度下,在三个体积均为1 L 的恒容密闭容器中发生如下反应:A(g)+2B2(g)
C(g)
其中容器Ⅰ中的反应在5 min 时达平衡。
容器编
号
温
度/℃
起始物质的量/mol
平衡物质的量/mol
A(g)
B2(g)
C(g)
C(g)
Ⅰ
500
0.5
1.0
0
0.4
Ⅱ
500
a
b
0.25
0.4
Ⅲ
600
0.25
0.5
0.25
0.35
下列说法不正确的是
A.容器Ⅰ中的反应在前5 min 的平均反应速率v(A)=0.08 mol·L-1·min-1
B.该反应的正反应为放热反应
C.容器Ⅱ中起始时a=0.25,b=0.5
D.若起始时向容器Ⅰ中加入A 0.8 mol、B2 1.6 mol,达到平衡时A 的转化率为80%
7.甲、乙、丙三个容器中起始物质及其物质的量如图所示,三个容器最初的容积、温度相同,反应中
甲、丙的容积不变,乙中的压强不变,在一定温度下反应达到平衡。下列说法正确的是
A.平衡时各容器内c(NO2)的大小顺序为乙>甲>丙
6
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B.平衡时N2O4的百分含量:乙>甲=丙
C.平衡时甲中NO2与丙中N2O4的转化率一定相同
D.其它条件不变,向平衡后的丙容器中再加入少量N2O4,新平衡后
的值变大
8.在相同温度下,在三个大小完全一样的容器中发生反应(保持容器体积不变):
。开始时投料情况如下:A 中
和
;
中
;
中
,当反应都达到平衡后,下列说法正确的是
A.容器
中
的转化率关系:
B.容器A 放出的热量为
容器中吸收热量为
C.达到平衡后三容器中氨气的体积分数相等
D.容器
中氨气的平衡浓度是容器
中氨气平衡浓度的一半
9.温度为T 时,在三个起始体积均为1L 的密闭容器中发生反应:
。达到平衡时,下列说法不正确的是
容器编
号
容器类型
起始物质的量/mol
平衡时SO3的物质的量/mol
SO2
O2
SO3
Ⅰ
恒温恒容
2
1
0
1.8
Ⅱ
恒温恒压
2
1
0
a
Ⅲ
绝热恒容
0
0
2
b
A.容器Ⅰ中SO2的转化率小于容器Ⅱ中SO2的转化率
B.容器Ⅰ中放出的热量为177.3kJ
C.平衡时SO3的物质的量:a>1.8,b>1.8
D.容器Ⅱ的平衡常数大于容器Ⅲ中的平衡常数
10.如图所示,关闭
,向
中各充入
和
,起始
,在相同温度和催化剂的
条件下,两容器中各自发生反应:
;达到平衡时,
,则下列说法
7
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正确的是
A.达到平衡时,A 中压强比B 中压强小
B.达到平衡时,A 中Y 的转化率为10%
C.达到平衡后,向B 中充入
惰性气体,则B 中平衡向正反应方向移动
D.打开K,一段时间后达到新平衡时,
(连通管中气体体积不计)
11.某温度下在密闭容器中发生如下反应:2M(g)+ N(g)
2E(g),若开始时只充入2 mol E 气体,达到平
衡时,混合气体的压强比起始增大了20%;若开始时只充入了3 mol M 和1 mol N 的混合气体,达到平衡
时M 的转化率为
A.<60%
B.=40%
C.<40%
D.>60%
12.如图所示,隔板I 固定不动,活塞Ⅱ可自由移动,M、N 两个容器中均发生反应:A(g) + 2B(g)
xC(g)ΔH=-192kJ·mol-1。向M、N 中都通入1molA 和2molB 的混合气体,初始M、N 容积相同,保持温度
不变。下列说法正确的是
A.若x=3,达到平衡后A 的体积分数关系为:φ(M)>φ(N)
B.若x>3,达到平衡后B 的转化率关系为:α(M)>α(N)
C.若x<3,C 的平衡浓度关系为:c(M)>c(N)
D.x 不论为何值,起始时向N 容器中充入任意值的C,平衡后N 容器中A 的浓度均相等
13.已知:4CO(g)+2NO2(g)
4CO
⇌
2(g)+N2(g) ΔH=-1200 kJ·mol−1。在2 L 恒容密闭容器中,按照下表中
甲、乙两种方式进行投料,经过一段时间后达到平衡状态,测得甲中CO 的转化率为50%。下列说法中正
确的是
甲
乙
0.2 mol NO2
0.1 mol NO2
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0.4 mol CO
0.2 mol CO
A.放热反应,一定能自发进行
B.该温度下,反应的平衡常数为5
C.达平衡时,NO2的浓度:甲>乙
D.达平衡时,N2的体积分数:甲<乙
14.在一个固定容积的密闭容器中,保持一定温度进行反应:H2(g)+Br2(g)
2HBr(g),已知加入1 mol H2
和2 mol Br2达到平衡后,生成了a mol HBr。在相同条件下,若起始时加入的H2、Br2、HBr 分别为x
mol、y mol、z mol(均不为0)且平衡时各组分的体积分数都不变,则以下推断中一定正确的是
①x、y、z 应满足的关系为4x+z=2y ②达到平衡时HBr 的物质的量为[(x+y+z)/3]a mol ③达到平衡时HBr
的物质的量为a mol ④x、y、z 应满足的关系为x+y=z
A.①②
B.②③
C.③④
D.①②③
15.相同温度下,有体积相同的甲、乙两个容器,甲容器中充入1gN2和1gH2,乙容器中充入2gN2和
2gH2,分别进行合成氨反应。下列叙述中错误的是
A.化学反应速率:乙>甲
B.平衡后N2的浓度:乙>甲
C.H2的平衡转化率:乙>甲
D.平衡混合气体中H2的体积分数:乙>甲
16.烟气中的NO 经过O3预处理,再用CaSO3悬浊液吸收去除。预处理时发生反应:NO(g)+O3(g)
NO(g)+O2(g)。测得:v 正=k 正c(NO)·c(O3),v 逆=k 逆c(NO2)·c(O2),k 正、k 逆为速率常数,受温度影响。向
容积均为2L 的甲、乙两个密闭容器中充入一定量的NO 和O3,测得NO 的体积分数随时间的变化如图所
示。下列说法正确的是
A.高温有利于提高容器中NO 的平衡转化率
B.T1时,反应在t min 内的平均速率v(O2)=
mol·L-1·min-1
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C.T1时,NO(g)+O3(g)
NO2(g)+O2(g)的k 正<3k 逆
D.T2时,向2 L 密闭容器中充入0.6 mol NO、0.4 mol O3,到达平衡时c(NO2)小于乙容器中平衡时
c(NO2)
17.如图所示,在两个体积均为2L 的密闭容器中分别充入
和
,其中A 容器中活塞
无摩
擦,可自由滑动,
停留在处。在相同温度下,两容器中均发生反应:
,达到平衡后,
中
的转化率为
,下列说法不正确的是
A.
容器反应达到平衡时,
的转化率小于
B.
容器反应达到平衡时,该反应的平衡常数为
C.若开始时只将
容器进行绝热处理,则平衡后
的体积分数:
D.若开始时将
容器的活塞
固定在
处,则平衡后
18.一定条件下,向容积均为
的两个恒温密闭容器中通入一定量的一氧化碳和水蒸气,发生反应:
,达平衡后获得数据如下表。下列说法错误的是
容器编
号
起始时各物质的物质的量/mol
达到平衡的时间/min
达到平衡时体系能量的变化
CO
①
1
4
0
0
放出
热量
②
2
8
0
0
放出
热量
A.①中反应达平衡时,CO 的转化率为80%B.平衡时
:①=②
C.达到平衡的时间:①>②
D.反应②中,
19.在体积均为1.0L 的恒容密闭容器甲、乙中,起始投料量如表,在不同温度下发生反应:CO2(g)+C(s)
2CO(g)。CO 的平衡浓度随温度的变化如图所示。下列说法正确的是
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容器
n(CO2)/mol
n(C)/mol
n(CO)/mol
甲
0.1
0.3
0
乙
0
0
0.4
A.曲线Ⅰ对应的是甲容器
B.a、b 两点所处状态的压强大小关系:9pa>14pb
C.c 点:CO 的体积分数>
D.900K 时,若起始向容器乙中加入CO、CO2、C 各1mol,则v(正)>v(逆)
20.一定温度下,在3 个体积均为
的恒容密闭容器中发生反应
,相关数据如下表(已知:炭粉足量)。
容器
T/
℃
物质的起始浓度/(
)
物质的平衡浓度
(
)
Ⅰ
1.00
0
0
0.85
Ⅱ
0
1.00
1.00
x
Ⅲ
2.00
0
0
1.60
下列说法错误的是
A.
B.达到平衡所需时间:
11
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C.
D.
℃,该反应的化学平衡常数
21.近年来,我国化工技术获得重大突破,利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)在催化剂的作用下合成
甲醇(CH3OH)是其中的一个研究项目。该研究发生的主要反应如下:
Ⅰ.CO 与H2反应合成甲醇:CO(g)+2H2(g)
CH3OH(g)
Ⅱ.CO2与H2反应合成甲醇:CO2(g)+3H2(g)
CH3OH(g)+H2O(g)
(1)上述反应符合原子经济性的是反应 (I 或II)。
(2)在某一时刻采取下列措施,能使反应I 的反应速率减小的措施是_______。
A.恒温恒容下,再充入CO
B.升高温度
C.恒温恒容下,向其中充入Ar
D.恒温恒压下,向其中充入Ar
(3)
是大气污染物,同时也是重要的化工原料,可用于制备硫酸。回答下列问题:
在
作用下的催化氧化是工业上生产硫酸的主要反应,催化反应的机理如下。
第一步:
第二步:
第三步:
①写出
催化氧化的热化学方程式 。
②为研究①中
催化氧化的反应(
),某同学设计了如图三种已装固体
催化剂的密闭容器。
在初始体积与温度相同的条件下,甲、乙、丙中均按
、
投料,达到平衡时,三个容器中
的转化率从大到小的顺序为 (用“甲、乙、丙”表示)。
(4)硝化法既能生产硫酸,也能处理
,主要反应为
。
时,
向恒容密闭容器中加入等物质的量的
和
,达到平衡时NO 和
的物质的量浓度之比为
。
时,该反应的化学平衡常数为 。
时,向某容器中同时充入
、
、
、NO 各1mol,则
12
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此时
(填“>”“<”或“=”)。
22.硫及其化合物对人类的生产和生活有着重要的作用。
(1)2SO2(g)+O2(g)
2SO3(g) ΔH=-198kJ·mol-1是制备硫酸的一个重要反应,在容积为VL 的密闭容器中分别
充入2molSO2和1molO2在不同条件下进行反应,反应体系的总压强随时间的变化如图所示。与实验a 相
比,实验b 改变的条件是 。
(2)二氧化硫在一定条件下还可以发生如下反应:SO2(g)+NO2(g)
SO3(g)+NO(g) ΔH=-42kJ·mol-1。在1L 恒
容密闭容器中充入SO2(g)和NO2(g),所得实验数据如表所示:
实验编号
温
度
起始时物质的量/mol
平衡时物质的量/mol
n(SO2)
n(NO2)
n(NO)
甲
T1
0.80
0.20
0.18
乙
T2
0.20
0.80
0.16
丙
T2
0.20
0.30
a
①在实验甲中,若2min 时测得反应放出的热量是4.2kJ,则0~2min 内,用SO2(g)表示的平均反应速率
v(SO2)= 。
②在实验丙中,达到平衡时,NO2的转化率为 。
③由表中数据可推知,T1 T2(填“>”“<”或“=”),判断的理由是 。
23.甲醇是一种重要的化工原料,具有广阔的开发和应用前景。工业上使用水煤气(CO 与H2的混合气体)
转化成甲醇(CH3OH)。
13
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(1)已知一定条件下,发生反应:
该条件下,水煤气(CO 与H2的混合气体)转化成甲醇的热化学方程式是 。
(2)工业上使用水煤气转化成甲醇,CO 的平衡转化率与温度、压强的关系如图所示:
①要使A 点变到B 点除增大压强外还可以 。
A
②、C 两点的平衡转化率相等的原因是 。
C
③
点条件下假设压强为P2千帕,往容器内充入1molCO 与2.5molH2发生反应。平衡时H2的体积分数是
、Kp= 。
(3)工业上也可以用CO2和H2合成甲醇:
。在T℃时,甲、乙、丙三个2L 的恒容密闭容器中,按不同方式投入反应物,
测得平衡时有关数据如下。
容器
甲
乙
丙
起始反应物投入量
3molH2(g)
1molCO2(g)
1molCH3OH(g)
1molH2O(g)
2molCH3OH(g)
2molH2O(g)
平衡数据
c1
c2
c3
反应的能量变化/kJ
x
y
z
体系压强/Pa
p1
p2
p3
14
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反应物转化率
a1
a2
a3
①若x=19.2,则α1= 。
②下列说法正确的是 (填选项字母)。
A. 2c2<c3 B. z>2y,x=y C. p3<2p1 D. a1=a2
③若反应
在四种不同情况下的反应速率分别为:
A.
B.
C.
D.
该反应进行由慢到快的顺序为 (填选项字母)。
24.完成下列问题
(1)设计出燃料电池使汽油氧化直接产生电流是本世纪最富有挑战性的课题之一,最近有人制造了一种燃料
电池,一个极通入空气,另一个极通入汽油蒸气,电池的电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2晶体,它在高温下
能传导O2-,这个电池负极发生的反应是:C4H10+13O2--26e-=4CO2+5H2O,正极发生的反应是:
;汽油燃料电池最大的障碍是氧化反应不完全产生 (填化学式)堵塞电极的气体通道,有人估
计,完全避免这种副反应至少还需10 年,这正是新一代化学家的历史使命。
(2)某温度下0.1mol/LNa2CO3溶液中,
>2,其原因是(用离子方程式说明): ,常温
下,pH=5 的H2SO4溶液中由水电离出的H+浓度为c1;pH=5 的Al2(SO4)3溶液中由水电离出的H+浓度为c2,
则
= ;
(3)恒温、恒压下,在一个可变容积的容器中发生如下反应:A(g)+B(g)
C(g);
①若开始时放入1molA 和1molB,到达平衡后,生成amolC,这时A 的物质的量为 mol;
②若开始时放入XmolA、2molB 和1molC,到达平衡后,A 和C 的物质的量分别是Ymol 和3amol,则X=
,Y= 。
25.硫酸是基础化工的重要产品,硫酸的消费量可作为衡量一个国家工业发展水平的标志。生产硫酸的主
要反应为:
。
(1)该反应的催化剂为
,其催化反应过程为:
、
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。则在相同温度下
的平衡常数
(以
含
、
的代数式表示)。
加快反应速率的原因是 。
(2)
催化氧化生成
。某温度下,将
和
按物质
的量之比2:1 置于10L 恒容密闭容器中反应,
的平衡转化率(a)与体系总压强(P)的关系如下图所示。
根据图示回答下列问题:
①若起始时充入
和
,反应达平衡后,体系总压强为0.10MPa,则该反应的平衡常数等
于 L/mol。
②改在容器中加入
、
和
,保持温度不变反应达平衡后,体系总压强也为
0.10MPa,则b= mol,反应开始时
。反应中吸收或释放的热量为 kJ。
③平衡状态由A 变到B 时,平衡常数
(填“>”、“<”或“=”)。
(3)工业上可以用NaOH 溶液或氨水吸收过量的
,分别生成
、
,其水溶液均呈酸性。
相同条件下,同浓度的两种酸式盐的水溶液中
较小的是 (填化学式),用文字和化学用语解
释原因 。
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