若打开K2,平衡后B容器的体积缩至0.4a L,则打开K2之前,气球B体积为

题目:如图所示,A是由导热材料制成的密闭容器,B是一耐化学腐蚀且易于传热的透明气囊.关闭K2,将各1mol NO2通过K1、K3分别充入A、B中,反应起始时A、B的体积相同均为a L.

①B中可通过______判断可逆反应2NO2==N2O4已经达到平衡.
②若平衡后在A容器中再充入0.5mol N2O4,则重新到达平衡后,平衡混合气中NO2的体积分数______(填“变大”“变小”或“不变”).
③若容器A中到达平衡所需时间t s,达到平衡后容器内压强为起始压强的0.8倍,则平均化学反应速率v(NO2)等于______.
④若打开K2,平衡后B容器的体积缩至0.4a L,则打开K2之前,气球B体积为______L.

解析:①②③小问都较容易,本文主要分析第④小问。第④问,主要考察等效平衡知识。网上对此题第④问的分析基本上都是“打开K2,则相当于是在等温等压时的平衡,因此平衡时等效的.由于此时反应物的物质的量是B中的二倍,所以打开K2之前,气球B体积为(aL+0.4aL)÷2=0.7aL”。从网友反馈的情况来看,如此分析,很多人仍然无法理解。为此,阿柯整理了一下自己的思路,发上来,供大家参考,希望能给迷茫的人一些启示。

解法1:当打开K2,B容器的体积缩至0.4a L(A仍然保持原来体积),则此时的总体积为(aL+0.4aL)。相当于起始时充入2mol NO2于一个1.4aL的容器中使反应达平衡。由于此时的平衡,和K2打开前的温度和压强是一样的,则两次的平衡是等效的。2mol NO2平衡时对应的体积是1.4aL,则K2打开前B装置充入1molNO2平衡时对应的体积设为x,列关系式得:2mol/1.4aL=1mol/xL,解得x0.7aL(此分析是网上答案的一个补充说明)。如果对分析1还是抱有疑问,请继续看解法2

解法2:因为2NO2==N2O4为气体物质的量减少的反应,在K2打开前,A装置体积不变,则随着反应达到平衡,压强会一直降低。而B装置体积会随着气体减少而缩小,达平衡后强压不会变。则两装置平衡后,B的压强比A高,打开K2后,B体积就会缩小,直至AB两装置压强相等。根据题意,B体积缩小至0.4a L和体积为aL的A装置压强相等,根据气体物质的量与容器体积、形成压强的对应关系,相当于起始时2mol NO2分在AB两装置当中的物质的量为:A装置NO2=(2mol/1.4aL)*aL=10/7mol,B装置NO2=(2mol/1.4aL)*0.4aL=4/7 mol(即10/7mol NO2在aL的A装置达到平衡的压强与4/7 mol NO2在0.4aL的A装置达到等效平衡时的压强相等)。再由比例关系,4/7 molNO2对应的体积是0.4aL,则打开K2前,B中充入的1 molNO2对应的体积设为x,列关系式得:4/7 mol/0.4aL=1mol/xL,解得x=0.7aL

若保持压强一定,再加入B,则反应体系气体密度减小

原题:在盛有足量A的体积可变的密闭容器中,加入B,发生反应:A(s)+2B(g)=4C (s)+D(g),△H<0。在一定温度、压强下达到平衡。平衡时C的物质的量与加入的B的物质的量的变化关系如图。下列说法正确的是(   )

410A.平衡时B的转化率为50%

B.若再加入B,则再次达到平衡时正、逆反应速率均增

C.若保持压强一定,再加入B,则反应体系气体密度减小

D.若保持压强一定,当温度升高10℃后,则图中θ>45º

解析:此题关键是对图像的理解,由“平衡时C的物质的量与加入的B的物质的量的变化关系如图”结合图像中两者的关系角度可知,当加入1molB时,平衡就有1molC生成。

根据反应:A(s)+2B(g)==4C (s)+D(g)

起始:                   1          0

平衡:                   0.5        1

可得到B的平衡转化率为50%,A对。

B选项,由于体积可变(保持恒压),加入B后,浓度不变,速度也不变。(是不是也可解理加入B后,B浓度不变,但D的浓度减少,平衡右移,对比原平衡,正速率减少,逆速率也减小)。B错。

C选项麻烦点,假设加入的B物质是nmol,其中有一半的B参加反应。根据反应可得:

根据反应:A(s)+2B(g)==4C (s)+D(g)

起始:                   n          0

变化:      0.25n   0.5n        n         0.25n

则反应后的气体质量就是消耗固体0.25n mol A的质量和加入的n molB的质量-n mol 固体C的质量,而气体体积则是B和D的物质的量之和。设A的摩尔质量、B的摩尔质量C的摩尔质量分别为MA、MB、MC。

根据ρ=m/v=0.25nMA+nMB-nMC/(0.5n+0.25n)Vm=0.25MA+MB-MC/0.75Vm

由上式可知,代表加入B的物质的量的n在运算中被约掉了,也就是说,最后气体密度与加入B的多少没有关系。C错。

D选项,由于反应为放热反应,温度升高后,平衡将左移,使得之前“加入1molB时,平衡就有1molC生成”变为“加入1molB时,平衡时C的物质的量就<1mol”。根据数学的关系,取点连线后,图中的θ角要<45º

X、Y、Z三点,CO的转化率由大到小的顺序是

原题节选:图2表示反应110的反应物NO、CO的起始物质的量比、温度对平衡时CO2的体积分数的影响。X、Y、Z三点,CO的转化率由大到小的顺序是                      

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解析:这选项的关键点是“反应物NO、CO的起始物质的量比”的理解。如果你从数学的角度,考虑这个比值的增大会有多种方式,那就刚好掉入设计者的思维陷阱中。其实这个比值的增大,思考时只保持分母n(CO)的值不变,然后增大分子n(NO)的值就得了。这样一来,n(NO)浓度增大,上述平衡正向移动,则CO的转化率会随NO、CO的起始物质的量比不断增大。所以答案应该为Z>Y>X

起始向容器充入1.0 molCl2和0.8 molCO,达到平衡时,Cl2转化率小于60%

原题:

一定条件下进行反应:14向2.0 L恒容密闭容器中充入1.0 mol COCl2(g),经过一段时间后达到平衡。反应过程中测得的有关数据见下表:

t/s 0 2 4 6 8
n(Cl2)/mol 0 0.30 0.39 0.40 0.40

下列说法正确的是(   )

A.保持其他条件不变,升高温度,平衡时c(Cl2)=0.22 mol·L-1,则反应的ΔH<0

B.若在2 L恒容绝热(与外界没有热量交换)密闭容器进行该反应,化学平衡常数不变

C.保持其他条件不变,起始向容器中充入1.2 molCOCl2、0.60 molCl2和0.60 molCO,反应达到平衡前的速率:v(正)<v(逆)

D.保持其他条件不变,起始向容器中充入1.0 molCl2和0.8 molCO,达到平衡时,Cl2的转化率小于60%

解析:答案为CD。根据平衡时有关数据表,可知平衡时c(Cl2)=0.20 mol·L-1升高温度后变为c(Cl2)=0.22 mol·L-1,证明升温正向移动,应为吸热,ΔH<0,A错。反应存在热效应,而平衡常数会随温度变化而变化,B错。C选项考察Qc与K的关系,由于题目中的平衡数据,算出K,然后代选项中的数据算出Qc,可得Qc〉K,则C对。以上三个选项较容易。

对于D选项,有两种思维方式:

一、利用K相等,算CO转化率:

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则有:K=c(Cl2)c(CO)/c(COCl2)=(1.0-x)(0.8-x)/x  (K值可由题目平衡数据算出),解得x,即可求CO转化率<60%。但此解法要得出x值,要解一元二次方程,难度很大。

二、利用等效平衡理论:

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根据等效平衡理论,与上述等效的投料可以是(一边为零,等效转化):

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这样一看,就可以看出了起始加入1.0 molCl2和1.0 molCO,达到平衡时,Cl2的平衡浓度与起始加入1.0molCOCl2时是一样的,都为0.4mol,则可得Cl2转化率等于60%。而D选项中1.0 molCl2和0.8 molCO,相当于在上述投料的平衡中抽掉0.2mol的CO。这样会使平衡正向移动,重新达到平衡时,Cl2的转化率自然就小于60%

改用60mL0.50mol/L盐酸跟50mL0.55mol/LNaOH溶液进行反应

改用60mL0.50mol/L盐酸跟50mL0.55mol/LNaOH溶液进行反应,求出的中和热数值为什么和原来相同?

选修4或者必修2中,关于中和热测定时,盐酸与氢氧化钠的用量上,是使用50mL0.50mol/L盐酸和50mL0.55mol/LNaOH进行实验,氢氧化钠稍过量,可以保证盐酸完全反应,使测得的中和热误差减小。至于为什么不能使盐酸稍过量的原因,之前的一篇日志已分析过,在此就不用再重复了。但如果改用60mL0.50mol/L盐酸跟50mL0.55mol/LNaOH溶液进行反应,求出的中和热数值为什么和原来相同?这个用量的配比,不也是酸比碱稍多吗?为什么又没有影响?

中和热只是指生成1mol水时所释放出的热量,与反应酸碱的量多少是无关的。但反应酸和碱的量多了或少了,只会影响反应放出热量的多少,不会影响中和热求算的值。

31克磷与32克氧气充分反应,反应物耗尽,求产物组成

这是一个非选择题的第1小题:31克磷与32克氧气充分反应,反应物耗尽,求产物组成及相应的质量:

分析:31克磷刚好是1mol,32克氧气也刚好为1mol,题目说充分反应后反应物耗尽。证明磷和氧气都消耗掉了。如果产物是PO2,反应物配比是适合的,相应的质量也可以根据质量守恒得到是63克。当然,那些说没有PO2这种氧化物的就算了,PO2(即P4O8)是一种混合化合价的复杂氧化物,同时含有III价磷和V价磷,可表示为P2O3和P2O5,可以作为灭火剂。相当于Fe3O4,可表示为Fe2O3和FeO。但这样的思路明显忽略了一个问题,磷在氧气中烯烧,只能生成P2O3或P2O5,PO2只能通过分解等反应制取。

因为从得失电子守恒分析,单独是P2O3或P2O5都不成 立,那么产物肯定是P2O3和P2O5的混合物了。这时可以设P2O3的物质的量为X、P2O5的物质的量为Y,然后根据磷是1mol、氧气也为1mol,联立方程组得:2X + 2Y = 1 和 3X + 5Y = 1*2 ,则解得X=0.25mol   Y= 0.25mol,再根据两者的摩尔质量求出两者的质量分别为:27.5、35.5g。

特别注意,在做磷的有关题目时,31克磷的物质的量是1mol,但31克白磷的物质的量则为0.25mol。因为白磷分子式为P4,摩尔质量是P的4倍:124g/mol

关于反应热与焓变关系的一点理解

反应热是指化学反应中吸收或释放的热量,通常用焓变来表示。但焓变与反应热是两个不一样的概念,不能简单的等同。只是在恒压情况下化学反应的热效应在数值上与焓变值非常接近,所以用焓变表示反应热。高中阶段更是简单地认为焓变就是反应热。

但细想一下,把反应热与焓变简单等同起来,是存在很大的问题的。因为焓变是与物质的内能有关的一个物理量。焓变=生成物焓-反应物焓。但存在内能变化的不一定就是化学反应,比如液态水变成气态水, 是物理的过程,一样存在能量的变化,一样可以通过热化学方式的形式用焓变表示这一物理过程的能量变化。我们能说液态水变成气态水的焓变是反应热吗?显然不能吧?

对此,阿柯有如下2种理解:1.反应热是指物质变化(包括物理变化和化学变化)过程中吸收或释放的热量,这样下定义,感觉就不会与焓变=反应热这一理解冲突。但反应热包括物理变化的热效应,又很牵强。

2.反应热是指化学反应中吸收或释放的热量,通常用焓变来表示。但焓变不是只能用来表示反应热,也可以用来表示物理过程中的能量变化。这样一来,物理过程的热化学方程式就仅仅表示一个物理变化过程及其热效应,不是表示化学反应,其焓变更不能说是反应热。

两种理解,阿柯更支持2,希望同行、网友指正。

日志

往冰醋酸中逐滴加水,则溶液的导电性、醋酸的电离程度、PH的变化规律

这是选修四中相关知识的选择题中的一个选项,有关这个问题,本人认为应该这样分析:

冰醋酸是共价化合物,在还没有加水的情况下,没有(或者应该描述为几乎不)发生电离,(几乎)是以分子形式存在的,自由移动的离子浓度(基本)为零,这时候的导电性和电离程度都为零(或者应该描述为几乎不导电,电离程度可视为零),PH应为中性(常温下为7);

当往其中加水后,冰醋酸溶于水,开始电离,从开始电离到达电离平衡这段时间里,自由移动的离子浓度应该是不段增大的,所以电离程度不断增大、导电性不段增强,而此时溶液呈酸性,PH较之前(没电离之前是7)的小,所以PH是不断减小。

继续往此时的冰醋酸溶液加水时,由于越稀越电离的规律,电离平衡右移,其电离程度会随加水量增大而增大,但由于勒夏特列原理只是减弱“改变”而不能完全抵消“改变”,离子浓度被稀释,导电性减弱,酸性减弱,导至PH增大。

由上述分析可得“往冰醋酸中逐滴加水,则溶液的导电性、醋酸的电离程度、PH的变化规律”应该是:

导电性先增强后减弱,电离程度一直增大,PH先减小后增大。

有分析不对的地方,希望指正~

日志

两强碱等体积混合溶液的PH为什么不能是两强碱的PH相加除以2

在高中选修四第三章水溶液的离子平衡一章,学习PH计算时,会遇到这样的问题:PH=A和PH=B的两强碱等体积混合,则混合后的PH应该是先求混合后的OH-浓度,然后利用Kw再求出混合后的H+,然后得出混合溶液的PH。但这时候就有学生甚至老师就有疑问了,既然是等体积混合,混合后溶液的PH为什么不能是两强碱的PH相加后除以2??

对于这个问题,阿柯认为可以这样理解:碱溶液里的H+是由水电离出来的,H+浓度本来就很小很小,在两强碱溶液混合时,碱电离出的OH-就会对水的电离平衡产生影响,使H+浓度变得更小!!如果这时候直接用PH相加,得到的值肯定偏差很大。而溶液中的OH-绝大多数是由碱电离的,水电离的那部分OH-很少很少,可以忽略。并且强碱完全电离,混合后没有平衡移动,对OH-的物质的量没影响,这样先得出混合后的OH-再由水的离子积Kw得出H+更为准确。

日志

解析水的离子积Kw和水的电离平衡常数K的关系

根据选修四上的表达式Kw=c(H+)* c(OH)=K* c(H2O),水作为纯液体,浓度为常数——则可以得到Kw=K,这是错误的答案。

由于常温下1L水仅有10-7mol发生电离,所以电离出的c(H+)= c(OH)=10-7mol/L

所以根据水的离子积表达式可得Kw=c(H+)* c(OH)=10-7mol/L *10-7mol/L=10-14 mol2/L2

而水的电离平衡常数K=c(H+)* c(OH)/ c(H2O),在该表达式中,水可以化成摩尔浓度代入计算。1L水质量约为1000克,则1L水的物质的量应该=1000/18=55.56 mol

即1L水中有55.56 mol水,摩尔浓度就可以是55.56 mol/L

代入水的电离平衡常数表达式K=c(H+)*c(OH)/c(H2O)=10-7mol/L *10-7mol/L/55.56 mol/L=1.8*10-16 mol/L

由此可见,水的离子积Kw与水的电离平衡常数K在数值和单位上都不相同。

亦有人认为,水的离子积Kw=c(H+)aq* c(OH)aq (aq指溶液中的浓度)常温下c(H+)aq* c(OH)aq=10-7 *10-7=10-14

而水的电离平衡常数K=c(H+)* c(OH)/ c(H2O),(c(H+)、c(OH)指由水电离出的)把水浓度当作1后,K=c(H+)* c(OH)

由于水的电离爱溶液酸碱性和盐类的水解等因素的影响,比如在酸性或碱性溶液中,水的电离被抑制,则由水电离出的c(H+)=c(OH)<10-7mol/L,则水的电离平衡常数K=c(H+)* c(OH)<10-14。如此算下来,Kw也与K不等。

相对比两种解释,阿柯更倾向第一种。

日志

用10LNa2CO3溶液来溶解1molBaSO4,则Na2CO3最初的浓度是多少?

原题:已知Ksp(BaSO4)=1.0*10-10,Ksp(BaCO3)=2.5*10-9,若用10LNa2CO3溶液来溶解1mol BaSO4,则Na2CO3最初的浓度不得低于多少?

分析:本题应该结合可逆反应的平衡常数和难溶电解质的溶解平衡常数一起考虑,否则容易得出错误的答案。思维误区:根据选修四中“难溶转化为更难溶”的原理,结合Ksp(BaSO4)<Ksp(BaCO3),则应该发生BaCO3 +SO42-  ==BaSO4 + CO32-。但当我们往上述平衡中加入大量的CO32-时(CO32-远远过量),根据勒夏特列原来,平衡就会逆向移动,BaSO4 即被溶解,生成BaCO3

————BaSO4 + CO32- ==BaCO3 + SO42-

起始浓度:                X                             0

变化浓度:                0.1                          0.1

平衡浓度:               X-0.1                       0.1

上述三段式中各项数据解释:

设Na2CO3溶液的最初浓度为X,则CO32-的浓度也应该是X

体积为10L,则1molBaSO4被完全溶解后生成的浓度肯定是0.1 mol/L

上述反应的平衡常数K=c(SO42-)/c(CO32-)(BaSO4 、BaCO3为固体不代入平衡常数中)

Ksp(BaSO4)=c(Ba2+)*c(SO42-)    Ksp(BaCO3)= c(Ba2+)*c(CO32-)

Ksp(BaSO4)/ Ksp(BaCO3)=c(SO42-)/c(CO32-)

结合K=c(SO42-)/c(CO32-)

得K=c(SO42-)/c(CO32-)=Ksp(BaSO4)/ Ksp(BaCO3)=1.0*10-10/2.5*10-9=0.04

结合上述三段式中平衡时的c(SO42-)、c(CO32-)得:

c(SO42-)/c(CO32-)=0.04

0.1/ X-0.1=0.04

解得X=2.6 mol/L