专题八 化学反应速率化学平衡
[考纲要求] 1.了解化学反应速率的概念、反应速率的定量表示方法。2.了解催化剂在生产、生活和科学研究领域中的重要作用。3.了解化学反应的可逆性。4.了解化学平衡建立的过程；了解化学平衡常数的含义，能够利用化学平衡常数进行相关计算。5.理解外界条件(浓度、温度、压强、催化剂等)对反应速率和化学平衡的影响，认识并能用相关理论解释其一般规律。6.了解化学反应速率和化学平衡的调控在生产、生活和科学研究领域中的重要作用。
1.深度剖析速率的计算方法
(1)公式法：v(B)＝＝
用上式进行某物质反应速率计算时需注意以下几点：
①浓度变化只适用于气体和溶液中的溶质，不适用于固体和纯液体。
②化学反应速率是某段时间内的平均反应速率，而不是即时速率，且计算时取正值。
③对于可逆反应，通常计算的是正、逆反应抵消后的总反应速率，当达到平衡时，总反应速率为零。(注：总反应速率也可理解为净速率)
(2)比值法：同一化学反应，各物质的反应速率之比等于方程式中的化学计量数之比。对于反应：mA(g)＋nB(g)===pC(g)＋qD(g)来说，则有＝＝＝。
2.正确理解速率影响因素
(1)“惰性气体”对反应速率的影响
①恒容：充入“惰性气体”总压增大―→物质浓度不变(活化分子浓度不变)―→反应速率不变。
②恒压：充入“惰性气体”体积增大物质浓度减小(活化分子浓度减小)反应速率减小。
(2)纯液体、固体对化学反应速率的影响
在化学反应中，纯液体和固态物质的浓度为常数，故不能用固态物质的浓度变化来表示反应速率，但是固态反应物颗粒的大小是影响反应速率的条件之一，如煤粉由于表面积大，燃烧就比煤块快得多。
(3)外界条件对可逆反应的正、逆反应速率的影响方向是一致的，但影响程度不一定相同。
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①当增大反应物浓度时，v正增大，v逆瞬间不变，随后也增大；
②增大压强，气体分子数减小方向的反应速率变化程度大；
③对于反应前后气体分子数不变的反应，改变压强可以同等程度地改变正、逆反应速率；
④升高温度，v正和v逆都增大，但吸热反应方向的反应速率增大的程度大；
⑤使用催化剂，能同等程度地改变正、逆反应速率。
3.“明辨是非”准确判断
正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)表示酶催化反应的反应速率随反应温度的变化(√)(2016·江苏，10B)
(2)探究温度对硫代硫酸钠与硫酸反应速率的影响时，若先将两种溶液混合并计时，再用水浴加热至设定温度，则测得的反应速率偏高(×)(2016·浙江理综，8B)
(3)随着反应的进行，化学反应速率一定逐渐减小(×)
(4)增大压强，化学反应速率一定加快(×)
(5)反应H2＋Cl2===2HCl(ΔH＜0)的机理包含①Cl2―→2Cl(慢)、②H2＋Cl―→HCl＋H(快)、③Cl2＋H―→HCl＋Cl(快)，则反应①的活化能大于反应②的活化能(√)
(6)在含有少量I－的溶液中，H2O2分解的机理为H2O2＋I－―→H2O＋IO－(慢)，H2O2＋IO－―→H2O＋O2＋I－(快)，则I－、IO－均为H2O2分解反应的催化剂(×)
题组一 化学反应速率的全方位考查
1.Ⅰ.一定温度下，在2 L的密闭容器中，X、Y、Z三种气体的物质的量随时间变化的曲线如图所示：
(1)从反应开始到10 s时，用Z表示的反应速率为__________________________________。
(2)该反应的化学方程式为______________________________________________________。
Ⅱ.已知：反应aA(g)＋bB(g)cC(g)，某温度下，在 2 L 的密闭容器中投入一定量的A、B，两种气体的物质的量浓度随时间变化的曲线如图所示。
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(1)经测定前4 s内v(C)＝0.05 mol·L－1·s－1，则该反应的化学方程式为________________________________________________________________________。
(2)请在图中将生成物C的物质的量浓度随时间的变化曲线绘制出来。
(3)若上述反应分别在甲、乙、丙三个相同的密闭容器中进行，经同一段时间后，测得三个容器中的反应速率分别为
甲：v(A)＝0.3 mol·L－1·s－1；
乙：v(B)＝0.12 mol·L－1·s－1；
丙：v(C)＝9.6 mol·L－1·min－1，
则甲、乙、丙三个容器中反应速率由快到慢的顺序为__________________。
Ⅲ.密闭容器中发生如下反应：A(g)＋3B(g)2C(g) ΔH＜0。根据下面速率—时间图像，回答下列问题。
(1)下列时刻所改变的外界条件：
t1____________；t3____________；t4____________。
(2)反应速率最快的时间段是________。
Ⅳ.某学生为了探究锌与盐酸反应过程中的速率变化，他在100 mL稀盐酸中加入足量的锌粉，用排水集气法收集反应放出的氢气(气体体积已折合成标准状况)，实验记录如表(累计值)：
时间/min
1
2
3
4
5
6
氢气体积/mL
50
120
224
392
472
502
(1)哪一时间段反应速率最大________(填0～1、1～2、2～3、3～4、4～5、5～6 min，下同)，原因是________________________________________________________________________。
(2)哪一段时段的反应速率最小________，原因是____________________________________。
(3)第3～4 min时间段以盐酸的浓度表示的该反应速率(设溶液体积不变)是________________________________________________________________________。
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(4)如果反应太激烈，为了减缓反应速率而又不减少产生氢气的量，他在盐酸中分别加入等体积的下列溶液，你认为可行的是________(填字母)。
A.蒸馏水 B.NaNO3溶液
C.KCl溶液 D.Na2CO3溶液
答案 Ⅰ.(1)0.079 mol·L－1·s－1 (2)X(g)＋Y(g)2Z(g)
Ⅱ.(1)3A(g)＋B(g)2C(g)
(2)
(3)乙＞甲＞丙
Ⅲ.(1)升高温度 加入催化剂 减小压强
(2)t3～t4段
Ⅳ.(1)3～4 min 因该反应是放热反应，此时温度高，温度对反应速率影响占主导作用
(2)5～6 min 此时H＋浓度小，浓度对反应速率影响占主导作用
(3)v(HCl)＝0.15 mol·L－1·min－1
(4)AC
解析 Ⅰ.(1)分析图像知Δc(Z)＝＝0.79 mol·L－1，v(Z)＝＝0.079 mol·L－1·s－1。(2)由各物质转化的量：X为0.79 mol，Y为0.79 mol，Z为1.58 mol，可知方程式中各物质的化学计量数之比为1∶1∶2，则化学方程式为X(g)＋Y(g)2Z(g)。
Ⅱ.(1)前4 s内，Δc(A)＝0.8 mol·L－1－0.5 mol·L－1＝0.3 mol·L－1，v(A)＝0.3 mol·L－1÷4 s＝0.075 mol·L－1·s－1；v(A)∶v(C)＝a∶c＝(0.075 mol·L－1·s－1)∶(0.05 mol·L－1·s－1)＝3∶2，由图像知，在12 s时Δc(A)∶Δc(B)＝(0.6 mol·L－1)∶(0.2 mol·L－1)＝3∶1＝a∶b，则a、b、c三者之比为3∶1∶2，所以该反应的化学方程式为3A(g)＋B(g)2C(g)。
(2)生成物C的浓度从0开始增加，到12 s时达到最大，Δc(A)∶Δc(C)＝a∶c＝3∶2，所以Δc(C)＝2×0.6 mol·L－1÷3＝0.4 mol·L－1。
(3)丙容器中v(C)＝9.6 mol·L－1·min－1＝0.16 mol·L－1·s－1，则甲容器中＝＝＝0.1 mol·L－1·s－1，乙容器中＝＝＝0.12 mol·L－1·s－1，丙容器中＝＝＝0.08 mol·L－1·s－1，故甲、乙、丙三个容器中反应速率由快到慢的顺序为乙＞甲＞丙。
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Ⅲ.(1)t1时，v逆增大程度比v正增大程度大，说明改变的条件是升高温度。t3时，v正、v逆同等程度地增大，说明加入了催化剂。t4时，v正、v逆都减小且v正减小的程度大，平衡向逆反应方向移动，说明改变的条件是减小压强。
(2)由于在t3时刻加入的是催化剂，所以t3～t4段反应速率最快。
Ⅳ.(1)从表中数据看出3～4 min收集的氢气比其他时间段多，虽然反应中c(H＋)下降，但主要原因是Zn置换H2的反应是放热反应，温度升高，故答案为3～4 min；因该反应是放热反应，此时温度高，温度对反应速率影响占主导作用。
(2)5～6 min收集的氢气最少是因为虽然反应过程中放热，但主要原因是c(H＋)下降，反应物浓度越低，反应速率越小，故答案为5～6 min；此时H＋浓度小，浓度对反应速率影响占主导作用。
(3)在3～4 min时间段内，n(H2)＝＝0.007 5 mol，由2HCl～H2得，消耗盐酸的物质的量为0.015 mol，则v(HCl)＝＝0.15 mol·L－1·min－1。
(4)A项，加入蒸馏水，溶液的浓度减小，反应速率减小，H＋的物质的量不变，氢气的量也不变，故A正确；B项，加入NaNO3溶液，盐酸的浓度减小，但此时溶液中含有硝酸，与金属反应得不到氢气，故B错误；C项，加入KCl溶液，相当于加入水，溶液的浓度减小，反应速率减小，H＋的物质的量不变，氢气的量也不变，故C正确；D项，加入Na2CO3溶液，Na2CO3能与盐酸反应，盐酸的浓度减小，反应速率减小，H＋的物质的量减小，氢气的量也减小，故D错误。故选A、C。
1.化学反应速率计算的常见错误
(1)不注意容器的容积。
(2)漏写单位或单位写错。
(3)忽略有效数字。
2.比较化学反应速率大小的注意事项
(1)看单位是否统一，若不统一，换算成相同单位。
(2)比较不同时间段内的化学反应速率大小时，可先换算成同一物质表示的反应速率，再比较数值大小。
(3)比较化学反应速率与化学计量数的比值。例如，对于一般反应aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)，比较不同时间段内与的大小，若＞，则用A表示的反应速率比用B表示的大。
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3.在分析影响化学反应速率的因素时，要理清主次关系。
题组二 “控制变量”思想在探究影响化学反应速率因素中的应用
2.某同学在用稀硫酸与锌制取氢气的实验中，发现加入少量硫酸铜溶液可加快氢气的生成速率。请回答下列问题：
(1)上述实验中发生反应的化学方程式有
________________________________________________________________________。
(2)硫酸铜溶液可以加快氢气生成速率的原因是
________________________________________________________________________。
(3)实验室中现有Na2SO4、MgSO4、Ag2SO4、K2SO4等4种溶液，可与上述实验中CuSO4溶液起相似作用的是______________________。
(4)要加快上述实验中气体产生的速率，还可采取的措施有____________________(答两种)。
(5)为了进一步研究硫酸铜的量对氢气生成速率的影响，该同学设计了如下一系列实验。将表中所给的混合溶液分别加入到6个盛有过量Zn粒的反应瓶中，收集产生的气体，记录获得相同体积气体所需的时间。
实验
混合溶液
A
B
C
D
E
F
4 mol·L－1 H2SO4/mL
30
V1
V2
V3
V4
V5
饱和CuSO4溶液/mL
0
0.5
2.5
5
V6
20
H2O/mL
V7
V8
V9
V10
10
0
①请完成此实验设计，其中：V1＝________，V6＝______，V9＝________。
②反应一段时间后，实验A中的金属呈________色，实验E中的金属呈________色。
③该同学最后得出的结论为当加入少量CuSO4溶液，生成氢气的速率会大大提高。但当加入的CuSO4溶液超过一定量时，生成氢气的速率反而会下降。请分析氢气生成速率下降的主要原因：________________________________________________________________________。
答案 (1)Zn＋CuSO4===ZnSO4＋Cu，Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑
(2)CuSO4与Zn反应产生的Cu与Zn形成铜锌原电池，加快了H2产生的速率
(3)Ag2SO4
(4)升高反应温度，适当增加硫酸的浓度，增大锌粒的表面积等(答两种即可)
(5)①30 10 17.5 ②灰黑 暗红 ③当加入一定量的CuSO4后，生成的单质Cu会沉积在Zn的表面，减少了Zn与溶液的接触面积
解析 (1)分析实验中涉及的物质：Zn、CuSO4、H2SO4，其中能发生的化学反应有2个：Zn＋CuSO4===ZnSO4＋Cu，Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑。
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(2)由于Zn与CuSO4反应生成的Cu附着在Zn片表面，构成铜锌原电池，从而加快了H2产生的速率。
(3)4种溶液中能与Zn发生置换反应的只有Ag2SO4：Zn＋Ag2SO4===ZnSO4＋2Ag。
(4)根据影响化学反应速率的外界因素，则加快反应速率的方法还有：增大反应物浓度、升高温度、使用催化剂、增大锌粒的表面积等。注意：H2SO4浓度不能过大，浓硫酸与Zn反应不生成H2。
(5)若研究CuSO4的量对H2生成速率的影响，则实验中除CuSO4的量不同之外，其他物质的量均相同，则V1＝V2＝V3＝V4＝V5＝30 mL，最终溶液总体积相同。由实验F可知，溶液的总体积均为50 mL，则V6＝10 mL，V9＝17.5 mL。随着CuSO4的量增大，附着在Zn片表面的Cu会越来越多，被覆盖的Zn不能与H2SO4接触，则H2生成速率会减慢，且Zn片表面的Cu为暗红色。
3.某课外兴趣小组对H2O2的分解速率做了如下实验探究。
(1)下表是该小组研究影响过氧化氢(H2O2)分解速率的因素时采集的一组数据：
用10 mL H2O2制取150 mL O2所需的时间
浓度
反应条件
时间(秒)
30%H2O2
15%H2O2
10%H2O2
5%H2O2
(Ⅰ)无催化剂、不加热
几乎不反应
几乎不反应
几乎不反应
几乎不反应
(Ⅱ)无催化剂、加热
360
480
540
720
(Ⅲ)MnO2催化剂、加热
10
25
60
120
①该小组在设计方案时，考虑了浓度、a：____________、b：________等因素对过氧化氢分解速率的影响。
②从上述影响H2O2分解速率的因素a和b中任选一个，说明该因素对该反应速率的影响：
________________________________________________________________________。
(2)将质量相同但颗粒大小不同的MnO2分别加入到5 mL 5%的双氧水中，并用带火星的木条测试。测定结果如下：
催化剂(MnO2)
操作情况
观察结果
反应完成所需的时间
粉末状
混合不振荡
剧烈反应，带火星的木条复燃
3.5分钟
块状
30分钟
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反应较慢，火星红亮但木条未复燃
①写出H2O2发生反应的化学方程式：___________________________________________。
②实验结果说明催化剂作用的大小与________________有关。
答案 (1)①温度 催化剂
②其他条件不变，升高反应温度，H2O2分解速率加快(或其他条件不变，使用合适的催化剂，H2O2分解速率加快等合理答案)
(2)①2H2O22H2O＋O2↑
②催化剂的颗粒大小(或催化剂的表面积)
解析 (1)从本题提供的表格中的数据和条件进行分析可知在该小组设计方案时，考虑到了浓度、温度和催化剂对化学反应速率的影响。分析(Ⅰ)、(Ⅱ)组实验可以得知在其他条件不变时，升高反应温度，H2O2分解速率加快；分析(Ⅱ)、(Ⅲ)组实验可以得知在其他条件不变时使用合适的催化剂，H2O2分解速率加快。
(2)②在实验中可以看到在其他条件不变时，MnO2的颗粒大小不同使带火星的木条看到的现象不同，反应完成需要的时间也不同，故可得答案。
题组三 高考试题汇编
4.(2015·海南，8改编)10 mL浓度为1 mol·L－1的盐酸与过量的锌粉反应，若加入适量的下列溶液，能加快反应速率但又不影响氢气生成量的是( )
A.K2SO4 B.CH3COONa
C.CuSO4 D.Na2CO3
答案 C
解析 锌与稀盐酸反应过程中，若加入物质使反应速率增大，则溶液中的氢离子浓度增大，但由于不影响氢气的生成量，故氢离子的总物质的量不变。A项，硫酸钾为强酸强碱盐，不发生水解，若加入其溶液，则对盐酸产生稀释作用，氢离子浓度减小，但H＋物质的量不变，错误；B项，加入醋酸钠，则与盐酸反应生成醋酸，使溶液中氢离子浓度减小，随着反应的进行，CH3COOH最终又完全电离，故H＋物质的量不变，错误；C项，加入硫酸铜溶液，Cu2＋会与锌反应生成铜，构成原电池，会加快反应速率，但H＋物质的量不变，正确；D项，加入碳酸钠溶液，会与盐酸反应，使溶液中的氢离子的物质的量减少，导致反应速率减小，生成氢气的量减少，错误。
5.(2015·上海，20)对于合成氨反应，达到平衡后，以下分析正确的是( )
A.升高温度，对正反应的反应速率影响更大
B.增大压强，对正反应的反应速率影响更大
C.减小反应物浓度，对逆反应的反应速率影响更大
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D.加入催化剂，对逆反应的反应速率影响更大
答案 B
解析 A项，合成氨反应的正反应是放热反应，升高温度，正反应、逆反应的反应速率都增大，但是温度对吸热反应的速率影响更大，所以对该反应来说，对逆反应速率影响更大，错误；B项，合成氨的正反应是气体体积减小的反应，增大压强，对正反应的反应速率影响更大，正反应速率大于逆反应速率，所以平衡正向移动，正确；C项，减小反应物浓度，使正反应的速率减小，由于生成物的浓度没有变化，所以逆反应速率不变，逆反应速率大于正反应速率，所以化学平衡逆向移动，错误；D项，加入催化剂，使正反应、逆反应速率改变的倍数相同，正反应、逆反应速率相同，化学平衡不发生移动，错误。
6.[2015·重庆理综，11(3)改编]研究发现，腐蚀严重的青铜器表面大都存在CuCl。关于CuCl在青铜器腐蚀过程中的催化作用，下列叙述正确的是________。
A.降低了反应的活化能 B.降低了反应的速率
C.降低了反应的焓变 D.增大了反应的平衡常数
答案 A
1.化学平衡状态的判断标志
(1)速率标志
①同一物质在同一时间内生成速率与消耗速率相等。
②不同物质在相同时间内代表反应方向相反时的化学反应速率比等于化学计量数之比。
(2)物质的数量标志
①平衡体系中各物质的质量、浓度、百分含量等保持不变。
②反应物消耗量达到最大值或生成物的量达到最大值(常用于图像分析中)。
③不同物质在相同时间内代表反应方向相反的量(如物质的量、物质的量浓度、气体体积)的变化值之比等于化学计量数之比。
(3)特殊标志
①对反应前后气体分子数目不同的可逆反应来说，当体系的总物质的量、总压强(恒温恒容时)、平均相对分子质量不变。
②有色体系的颜色保持不变。
(4)定量依据：若Q＝K，反应处于平衡状态。
特别提醒 (1)若所有物质均为气体，则质量不变不能作为化学平衡的标志。
(2)若是在恒容容器中进行，则气体体积、密度保持不变不能作为化学平衡的标志。
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2.化学平衡移动的判断方法
(1)依据勒夏特列原理判断
通过比较平衡破坏瞬时的正、逆反应速率的相对大小来判断平衡移动的方向。
①若外界条件改变，引起v正＞v逆，此时正反应占优势，则化学平衡向正反应方向(或向右)移动；
②若外界条件改变，引起v正＜v逆，此时逆反应占优势，则化学平衡向逆反应方向(或向左)移动；
③若外界条件改变，虽能引起v正和v逆变化，但变化后新的v正′和v逆′仍保持相等，则化学平衡没有发生移动。
(2)依据浓度商(Q)规则判断
通过比较浓度商(Q)与平衡常数(K)的大小来判断平衡移动的方向。
①若Q＞K，平衡逆向移动；
②若Q＝K，平衡不移动；
③若Q＜K，平衡正向移动。
3.不能用勒夏特列原理解释的问题
(1)若外界条件改变后，无论平衡向正反应方向移动或向逆反应方向移动都无法减弱外界条件的变化，则平衡不移动。如对于H2(g)＋Br2(g)2HBr(g)，由于反应前后气体的分子总数不变，外界压强增大或减小时，平衡无论正向或逆向移动都不能减弱压强的改变。所以对于该反应，压强改变，平衡不发生移动。
(2)催化剂能同等程度地改变正、逆反应速率，所以催化剂不会影响化学平衡。
题组一 多角度、全方位突破化学平衡状态标志的判定
1.在一定温度下的定容容器中，当下列物理量不再发生变化时：①混合气体的压强、②混合气体的密度、③混合气体的总物质的量、④混合气体的平均相对分子质量、⑤混合气体的颜色、⑥各反应物或生成物的浓度之比等于化学计量数之比、⑦某种气体的百分含量(均填序号)
(1)能说明2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)达到平衡状态的是_____________________________。
(2)能说明I2(g)＋H2(g)2HI(g)达到平衡状态的是_________________________________。
(3)能说明2NO2(g)N2O4(g)达到平衡状态的是___________________________________。
(4)能说明C(s)＋CO2(g)2CO(g)达到平衡状态的是_______________________________。
(5)能说明A(s)＋2B(g)C(g)＋D(g)达到平衡状态的是_____________________________。
(6)能说明NH2COONH4(s)2NH3(g)＋CO2(g)达到平衡状态的是____________________。
(7)能说明5CO(g)＋I2O5(s)5CO2(g)＋I2(s)达到平衡状态的是_______________________。
答案 (1)①③④⑦ (2)⑤⑦ (3)①③④⑤⑦
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(4)①②③④⑦ (5)②④⑦ (6)①②③ (7)②④⑦
2.若上述题目改成一定温度下的恒压密闭容器，结果又如何？
答案 (1)②③④⑦ (2)⑤⑦ (3)②③④⑤⑦
(4)②③④⑦ (5)②④⑦ (6)②③ (7)②④⑦
3.汽车尾气净化的主要原理为2NO(g)＋2CO(g)2CO2(g)＋N2(g) ΔH＜0。若该反应在绝热、恒容的密闭体系中进行，下列示意图正确且能说明反应在进行到t1时刻达到平衡状态的是________(填编号)。
答案 ②④⑤
解析 ①达到平衡时，v正应保持不变。
②由于是放热反应，又是绝热容器，体系温度升高，平衡左移，K减小。
③图中达到平衡时，CO、CO2的改变量不是1∶1。
④w(NO)逐渐减小，达到平衡时保持不变。
⑤因正反应放热，容器绝热，故反应开始后体系温度升高，达到平衡状态时，体系温度不再发生变化。
⑥ΔH是一个定值，不能用于判断可逆反应是否达到平衡状态。
4.一定温度下，将2 mol NO、1 mol CO充入1 L固定容积的密闭容器中发生反应：2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g) ΔH＜0。反应过程中部分物质浓度变化如图所示。
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若15 min时再向容器中充入CO、N2各0.6 mol，该反应是否处于平衡状态？试通过计算说明。
答案 该反应处于平衡状态。
解析 由图像知，10 min时反应达到平衡状态，
K＝＝，
Q＝＝，
Q＝K，
所以该反应仍处于平衡状态。
化学平衡标志判断“三关注”
关注反应条件，是恒温恒容、恒温恒压，还是绝热恒容容器；关注反应特点，是等体积反应，还是非等体积反应；关注特殊情况，是否有固体参加或生成，或固体的分解反应。
题组二 化学平衡状态移动方向及结果的判定
5.在一定条件下，可逆反应2NO2(g)N2O4(g) ΔH＜0达到平衡，当分别改变下列条件时，请填空：
(1)保持容器容积不变，通入一定量NO2，则达到平衡时NO2的百分含量________(填“增大”、“减小”或“不变”，下同)；保持容器容积不变，通入一定量N2O4，则达到平衡时NO2的百分含量________________。
(2)保持压强不变，通入一定量NO2，则达到平衡时NO2的百分含量________；保持压强不变，通入一定量N2O4，则达到平衡时NO2的百分含量__________。
(3)保持容器容积不变，通入一定量氖气，则达到平衡时NO2的转化率__________；保持压强不变，通入氖气使体系的容积增大一倍，则达到平衡时NO2的转化率________________________________________________________________________。
答案 (1)减小 减小 (2)不变 不变 (3)不变 减小
解析 (1)保持容器容积不变，通入一定量NO2，则增加了NO2的浓度，所以平衡正向移动，且NO2转化率比原来大，NO2的百分含量减小；保持容器容积不变，通入一定量N2O4，则增加了N2O4的浓度，所以平衡逆向移动，但其进行的程度比原来的N2O4的转化率要小，所以NO2
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的百分含量减小。(2)保持压强不变，通入一定量NO2或N2O4，不影响平衡，所以NO2的百分含量不变。(3)保持容器容积不变，通入一定量氖气，此过程中各物质的物质的量浓度都没有发生改变，所以平衡不移动，NO2的转化率不变；保持压强不变，通入氖气使体系的容积增大一倍，则相当于减小压强，所以平衡向生成NO2的方向移动，所以NO2的转化率会减小。
6.在温度、容积相同的3个密闭容器中，按不同方式投入反应物，保持恒温、恒容，测得反应达到平衡时的有关数据如下[已知N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol－1]，下列说法正确的是( )
容器
甲
乙
丙
反应物投入量
1 mol N2、3 mol H2
2 mol NH3
4 mol NH3
NH3的浓度/mol·L－1
c1
c2
c3
反应的能量变化
放出a kJ
吸收b kJ
吸收c kJ
体系压强(Pa)
p1
p2
p3
反应物转化率
α1
α2
α3
A.2c1＞c3 B.a＋b＞92.4
C.2p2＜p3 D.α1＋α3＜1
答案 D
解析 甲投入1 mol N2、3 mol H2，乙容器投入2 mol NH3，恒温恒容条件下，甲容器与乙容器是等效平衡，各组分的物质的量、含量、转化率等完全相等；而甲容器投入1 mol N2、3 mol H2，丙容器加入4 mol NH3，采用极限转化法，丙相当于加入2 mol N2、6 mol H2，丙中加入量是甲中的二倍，如果恒温且丙容器容积是甲容器二倍，则甲容器与丙容器为等效平衡，所以丙所到达的平衡可以看作在恒温且容积是甲容器二倍条件下到达平衡后，再压缩体积至与甲容器体积相等所达到的平衡，由于该反应是体积减小的反应，缩小容器体积，增大了压强，平衡正向移动，所以丙中氮气、氢气转化率大于甲和乙的。A项，丙容器反应物投入4 mol NH3，采用极限转化法转化为反应物为2 mol N2、6 mol H2，是甲中的二倍，若平衡不移动，c3＝2c1；丙相当于增大压强，平衡正向移动，所以丙中氨气的浓度大于乙中氨气浓度的二倍，即c3＞2c1，故A错误；B项，甲投入1 mol N2、3 mol H2，乙中投入2 mol NH3，则甲与乙是完全等效的，根据盖斯定律可知，甲与乙的反应的能量变化之和为92.4 kJ，故a＋b＝92.4，故B错误；C项，丙容器反应物投入4 mol NH3，是乙的二倍，若平衡不移动，丙中压强为乙的二倍；由于丙中相当于增大压强，平衡正向移动，所以丙中压强减小，小于乙的2倍，即2p2＞p3，故C错误；D项，丙容器反应物投入4 mol NH3，是乙的二倍，若平衡不移动，转化率α1＋α3＝1；由于丙中相当于增大压强，平衡正向移动，氨气的转化率减小，所以转化率α1＋α3＜1，故D正确；故选D。
41
1.对于反应物或生成物只有一种的可逆反应而言，在改变物质浓度而引起化学平衡移动时应遵循或应用下列方法进行分析：
(1)建模法分析化学平衡
当容器Ⅱ中的投料量是容器Ⅰ中的n倍时，可通过建模思想来进行考虑。
一般解题步骤[以PCl5(g)PCl3(g)＋Cl2(g)为例]：
①建模：构建容器Ⅰ的模型：
pⅠ(始) pⅠ(平)
Ⅰ
②解模：将容器Ⅱ进行拆分，构建新的模型(用实线箭号表示状态变化的方向，用虚线箭号表示虚拟的过程)：
Ⅱ
最后将虚拟出的两个平衡状态进行加压，把体积较大的平衡状态转化为体积较小的平衡状态。即容器Ⅱ的反应相当于在虚拟容器的基础上增大压强，平衡逆向移动，容器Ⅱ相对于容器Ⅰ，PCl5的体积分数增大。
(2)在温度、压强不变的体系中加入某种气体反应物(或生成物)的平衡移动问题：
对于aA(g)bB(g)＋cC(g)或bB(g)＋cC(g)aA(g)，当T、p不变时，加入A气体，平衡移动的最终结果与原平衡等效，相当于平衡不移动；而加入B或C，则平衡的移动由浓度决定。
2.转化率的变化分析
在一恒容密闭容器中通入a mol A、b mol B发生反应aA(g)＋bB(g)cC(g)，达到平衡后，改变下列条件，分析转化率的变化情况：
(1)再通入b mol B，α(A)增大，α(B)减小。
(2)再通入a mol A、b mol B：
若a＋b＞c，α(A)增大、α(B)增大；
若a＋b＝c，α(A)不变、α(B)不变；
41
若a＋b＜c，α(A)减小、α(B)减小。
题组三 2016高考试题汇编
7.(2016·江苏，15改编)一定温度下，在3个体积均为1.0 L的恒容密闭容器中反应2H2(g)＋CO(g)CH3OH(g) 达到平衡，下列说法正确的是( )
容器
温度/K
物质的起始浓度/mol·L－1
物质的平衡浓度/mol·L－1
c(H2)
c(CO)
c(CH3OH)
c(CH3OH)
Ⅰ
400
0.20
0.10
0
0.080
Ⅱ
400
0.40
0.20
0
Ⅲ
500
0
0
0.10
0.025
A.该反应的正反应放热
B.达到平衡时，容器Ⅰ中反应物转化率比容器Ⅱ中的大
C.达到平衡时，容器Ⅱ中c(H2)大于容器Ⅲ中c(H2)的两倍
D.达到平衡时，容器Ⅲ中的正反应速率比容器Ⅰ中的小
答案 A
解析 对比容器Ⅰ和Ⅲ可知两者投料量相当，若温度相同，最终建立等效平衡，但Ⅲ温度高，平衡时c(CH3OH)小，说明平衡向逆反应方向移动，即逆反应为吸热反应，正反应为放热反应，A正确；Ⅱ相对于Ⅰ成比例增加投料量，相当于加压，平衡正向移动，转化率提高，所以Ⅱ中转化率高，B错误；不考虑温度，Ⅱ中投料量是Ⅲ的两倍，相当于加压，平衡正向移动，所以Ⅱ中c(H2)小于Ⅲ中c(H2)的两倍，且Ⅲ的温度比Ⅱ高，相对于Ⅱ，平衡向逆反应方向移动，c(H2)增大，C错误；对比Ⅰ和Ⅲ，若温度相同，两者建立等效平衡，两容器中速率相等，但Ⅲ温度高，速率更快，D错误。
8.(2016·上海，14)在硫酸工业生产中，为了有利于SO2的转化，且能充分利用热能，采用了中间有热交换器的接触室(见下图)。下列说法错误的是( )
A.a、b两处的混合气体成分含量相同，温度不同
B.c、d两处的混合气体成分含量相同，温度不同
C.热交换器的作用是预热待反应的气体，冷却反应后的气体
41
D.c处气体经热交换后再次催化氧化的目的是提高SO2的转化率
答案 B
解析 A项，根据装置图可知，从a进入的气体是含有SO2、O2、N2等的冷气，经过热交换器后从b处出来的是热的气体，成分与a处相同，正确；B项，在c处出来的气体含有SO2、O2在催化剂表面发生反应产生的SO3及未反应的SO2、O2等气体，该反应是放热反应，当经过热交换器后被冷却的气体降温，SO3变为液态，故二者含有的气体的成分不相同，错误；C项，热交换器的作用是预热待反应的冷的气体，同时冷却反应产生的气体，为SO3的吸收创造条件，正确；D项，c处气体经过热交换器后再次被催化氧化，目的就是使未反应的SO2进一步反应产生SO3，从而可以提高SO2的转化率，正确。
9.[2016·天津理综，10(3)改编]在恒温恒容的密闭容器中，某储氢反应：MHx(s)＋yH2(g)MHx＋2y(s) ΔH＜0达到化学平衡。下列有关叙述正确的是( )
A.容器内气体压强保持不变
B.吸收y mol H2只需1 mol MHx
C.若降温，该反应的平衡常数减小
D.若向容器内通入少量氢气，则v(放氢)＞v(吸氢)
答案 A
解析 MHx(s)＋yH2(g)MHx＋2y(s) ΔH＜0，该反应属于气体的物质的量减小的反应。A项，平衡时气体的物质的量不变，压强不变，正确；B项，该反应为可逆反应，吸收y mol H2需要大于1 mol MHx，错误；C项，因为该反应的正反应方向为放热反应，降温时该反应将向正反应方向移动，反应的平衡常数将增大，错误；D项，向容器内通入少量氢气，相当于增大压强，平衡正向移动，v(放氢)＜v(吸氢)，错误。
10.(2016·海南，11改编)由反应物X转化为Y和Z的能量变化如图所示。下列说法正确的是( )
A.由X→Y反应的ΔH＝E5－E2
B.由X→Z反应的ΔH＞0
C.降低压强有利于提高Y的产率
D.升高温度有利于提高Z的产率
答案 C
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解析 化学反应中的能量变化决定于反应物和生成物所具有的总能量的相对大小，由图可知，X→Y反应的ΔH＝E3－E2，X→Z反应的ΔH＝E1－E2＜0，反应放热，A、B项错误；由X生成Y的反应，即2X(g)3Y(g)，是气体物质的量增大的反应，降低压强、平衡正向移动，有利于提高Y的产率，C正确；X→Z的反应是放热反应，升高温度平衡逆向移动，不利于提高Z的产率，D错误。
11.(2016·四川理综，6)一定条件下，CH4与H2O(g)发生反应：CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)。设起始＝Z，在恒压下，平衡时CH4的体积分数φ(CH4)与Z和T(温度)的关系如图所示。下列说法正确的是( )
A.该反应的焓变ΔH＞0
B.图中Z的大小为a＞3＞b
C.图中X点对应的平衡混合物中＝3
D.温度不变时，图中X点对应的平衡在加压后φ(CH4)减小
答案 A
解析 A项，由图可知，随温度的升高，CH4的体积分数减小，说明平衡向正反应方向移动，正反应为吸热反应，正确；B项，Z越大，说明越大，相当于增加H2O的量，平衡正向移动，CH4的体积分数减小，所以b＞3＞a，错误；C项，起始时n(H2O)＝3x mol，n(CH4)＝x mol，随平衡的建立，消耗的n(CH4)＝n(H2O)＝a mol，平衡时＝≠3，错误；D项，加压使平衡向逆反应方向移动，CH4的体积分数增大，错误。
1.化学平衡常数的全面突破
(1)数学表达式：对于反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)来说，K＝。
注意 ①不要把反应体系中纯固体、纯液体以及稀水溶液中水的浓度写进平衡常数表达式。如：
41
CaCO3(s)CaO(s)＋CO2(g)
K＝c(CO2)
Cr2O(aq)＋H2O(l)2CrO(aq)＋2H＋(aq)
K＝
但在非水溶液中，若有水参加或生成，则此时水的浓度不可视为常数，应写进平衡常数表达式中。如：
C2H5OH＋CH3COOHCH3COOC2H5＋H2O
K＝
C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)
K＝
②同一化学反应，化学反应方程式写法不同，其平衡常数表达式及数值亦不同。如：
N2O4(g)2NO2(g)
K＝
N2O4(g)NO2(g)
K′＝＝
2NO2(g)N2O4(g)
K″＝＝
因此书写平衡常数表达式及数值时，要与化学反应方程式相对应，否则意义就不明确。
(2)对于气体反应，写平衡常数关系式时，除可以用平衡时的物质的量浓度表示外，也可以用平衡时各气体的分压来表示，例如：
N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)
Kp＝
注意 p(NH3)、p(N2)、p(H2)分别为NH3、N2、H2的平衡分压，某气体平衡分压＝平衡时总压×该气体的物质的量分数。
(3)平衡常数的意义
①平衡常数可表示反应进行的程度。K越大，反应进行的程度越大，K＞105时，可以认为该反应已经进行完全。转化率也能表示反应进行的程度，转化率不仅与温度有关，而且与起始条件有关。
41
②K的大小只与温度有关，与反应物或生成物起始浓度的大小无关。
(4)浓度商：可逆反应进行到某时刻(包括化学平衡)时，生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值称为浓度商(Q)。当Q＝K时，该反应达到平衡状态；Q＜K时，该反应向正反应方向进行；Q＞K时，该反应向逆反应方向进行。
2.化学平衡计算中常用公式
(1)有关转化率，产率的计算
反应物转化率＝×100%
产率＝×100%
(2)常用的气体定律
同温同体积：p(前)∶p(后)＝n(前)∶n(后)
同温同压强：＝＝＝
1.回答下列问题：
(1)设反应Ⅰ.Fe(s)＋CO2(g)FeO(s)＋CO(g) ΔH＝Q1的平衡常数为K1，反应Ⅱ.Fe(s)＋H2O(g)FeO(s)＋H2(g) ΔH＝Q2的平衡常数为K2，在不同温度下，K1、K2的值如下表：
温度/K
K1
K2
973
1.47
2.38
1 173
2.15
1.67
K1＝，K2＝。
①由表中数据推断，反应Ⅰ是________(填“放”或“吸”)热反应。
②现有反应Ⅲ.H2(g)＋CO2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH＝Q3的平衡常数为K3，根据反应Ⅰ与Ⅱ推导出K1、K2、K3的关系式K3＝________，该反应为________(填“放”或“吸”)热反应。
(2)高温热分解法可制取单质硫。已知：2H2S(g)2H2(g)＋S2(g)。在容积为2 L
41
的密闭容器中充入10 mol H2S，H2S分解转化率随温度变化的曲线如上图所示。图中a为H2S的平衡转化率与温度关系曲线，b为不同温度下反应经过相同时间且未达到化学平衡时H2S的转化率。则985 ℃时H2S按上述反应分解的平衡常数K＝________；随温度的升高，曲线b向曲线a逼近的原因是__________________________________________________________________。
上述反应中，正反应速率为v正＝K正x2(H2S)，逆反应速率为v逆＝K逆x2(H2)x(S2)，其中K正、K逆为速率常数，则K逆＝________(以K和K正表示)。
(3)在容积固定的密闭容器中，起始时充入0.2 mol SO2,0.1 mol O2，反应体系起始总压强0.1 MPa，反应在一定温度下达到平衡时，SO2的转化率为90%，该反应的压强平衡常数Kp＝________________(用平衡分压代替平衡浓度计算；分压＝总压×物质的量分数)。
答案 (1)①吸 ② 吸
(2)0.44 温度升高，反应速率加快，达到平衡所用时间缩短
(3)2.43×104
解析 (1)①升温，K增大，平衡右移，所以该反应为吸热反应。
②K1＝
K2＝
＝＝K3
根据K3＝，由表中数据可知：
973 K时，K3＝，
1 173 K时，K3＝
升温，K3增大，所以该反应为吸热反应。
(2) 2H2S(g)2H2(g)＋S2(g)
K＝≈0.44
由于平衡时v正＝v逆，所以
41
K正·x2(H2S)＝K逆·x2(H2)x(S2)
K＝＝
即K逆＝。
(3) 2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)
根据＝得
p(平)＝＝MPa
p(SO3)＝×＝0.06 MPa
p(SO2)＝×＝ MPa
p(O2)＝×＝ MPa
Kp＝＝＝2.43×104。
2.2016·高考试题组合
(1)(2016·上海，29)目前国际空间站处理CO2的一个重要方法是将CO2还原，所涉及的反应方程式为
CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g)
已知H2的体积分数随温度的升高而增加。
若温度从300 ℃升至400 ℃，重新达到平衡，判断下列表格中各物理量的变化(选填“增大”、“减小”或“不变”)。
v正
v逆
平衡常数K
转化率α
(2)(2016·上海，30)相同温度时，上述反应在不同起始浓度下分别达到平衡，各物质的平衡浓度如下表：
41
c(CO2)/ mol·L－1
c(H2)/
mol·L－1
c(CH4)/ mol·L－1
c(H2O)/
mol·L－1
平衡Ⅰ
a
b
c
d
平衡Ⅱ
m
n
x
y
a、b、c、d与m、n、x、y之间的关系式为________________________________________。
答案 (1)
v正
v逆
平衡常数K
转化率α
增大
增大
减小
减小
(2)＝
解析 (1)H2的体积分数随温度的升高而增加，这说明升高温度平衡向逆反应方向移动，即正反应是放热反应。升高温度正、逆反应速率均增大，平衡向逆反应方向移动，平衡常数减小，反应物的转化率减小。
(2)相同温度时平衡常数不变，则a、b、c、d与m、n、x、y之间的关系式为＝。
(一)基本图像的类型与分析
1.速率变化图像
反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g) ΔH＞0，
反应速率—时间(v－t)图像中，在平衡后的某时刻t1改变某一条件后，v正与v逆的变化有两种情况：
(1)v正、v逆同时突变
41
(2)v正、v逆之一渐变
2.平衡移动图像
反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，m＋n＞p＋q，且ΔH＞0
(1)速率—时间图：
t1时增大反应物的浓度，正反应速率瞬间增大，然后逐渐减小，而逆反应速率逐渐增大；t2时升高温度，对任何反应，正反应和逆反应速率均增大，吸热反应的正反应速率增大较快；t3时减小压强，容器容积增大，浓度变小，正反应速率和逆反应速率均减小；t4时使用催化剂，正反应速率和逆反应速率均瞬间增大。
(2)转化率(或含量)—时间图：
图甲表示压强对反应物转化率的影响，对于气体反应物化学计量数之和大于气体生成物化学计量数之和的反应，压强越大，反应物的转化率越大；图乙表示温度对反应物转化率的影响，对于吸热反应，温度越高，反应物的转化率越大；图丙表示催化剂对反应物转化率的影响，催化剂只能改变化学反应速率，不能改变反应物的转化率。
(3)恒压(温)线：
41
分析时可沿横轴作一条平行于纵轴的虚线，即为等压线或等温线，然后分析另一条件变化对该反应的影响。
(二)特殊图像的类型与分析
1.对于化学反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，M点前，表示从反应物开始，v正＞v逆；M点为刚达到平衡点(如下图)；M点后为平衡受温度的影响情况，即升温，A的百分含量增加或C的百分含量减少，平衡左移，故正反应ΔH＜0。
2.对于化学反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，L线上所有的点都是平衡点(如下图)。L线的左上方(E点)，A的百分含量大于此压强时平衡体系的A的百分含量，所以，E点v正＞v逆；则L线的右下方(F点)，v正＜v逆。
题组一 基本图像的识别与运用(新课标卷专用)
1.已知：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH＜0，且压强p1＜p2。下列图像中曲线变化错误的是( )
答案 C
解析 该反应为放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，SO2
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的转化率降低，A项不符合题意；温度不变时，增大压强(减小容器体积)，平衡正向移动，SO3的百分含量增大，B项不符合题意；升高温度，平衡逆向移动，平衡常数减小，C项符合题意；升高温度，正、逆反应速率均增大，平衡逆向移动，则v逆＞v正，D项不符合题意。
2.在一恒容密闭容器中发生可逆反应A(g)＋3B(g)nC(g) ΔH＜0。y(某一物理量)随温度和压强的变化关系如图所示。下列说法正确的是( )
A.n＝3，p1＜p2，则y可表示B的百分含量
B.若n＝4，则y可表示混合气体的密度
C.若n＝5，p1＞p2，则y可表示A的转化率
D.y不可能表示混合气体的平均摩尔质量
答案 A
解析 当n＝3时，正反应是一个气体分子数减小的放热反应，压强一定时，温度越高，B的百分含量越大；温度一定时，压强越大，B的百分含量越小，A项正确。当n＝4时，物质的总质量不变，若密闭容器容积恒定，则密度始终不变，B项错误。随温度升高，A的转化率降低，C项错误。当n＝5时，温度升高，混合气体的平均摩尔质量增大；温度一定时，压强增大，混合气体为平均摩尔质量增大，故y可能表示混合气体的平均摩尔质量，D项错误。
题组二 特殊图像的识别与运用
3.据报道，一定条件下Fe2O3可被甲烷还原为“纳米级”的金属铁。其反应：
Fe2O3＋3CH4(g)2Fe(s)＋3CO(g)＋6H2(g) ΔH
在容积均为V L的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个相同密闭容器中加入足量“纳米级”的金属铁，然后分别充入a mol CO和2a mol H2，三个容器的反应温度分别为T1、T2、T3且恒定不变，在其他条件相同的情况下，实验测得反应均进行到t min时CO的体积分数如图所示，此时Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个容器中一定处于化学平衡状态的是________________；上述反应的ΔH________(填“大于”或“小于”)0。
答案 Ⅲ 大于
4.研究氮氧化物的反应机理，对于消除对环境的污染有重要意义。升高温度绝大多数的化学反应速率增大，但是2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)的速率却随温度的升高而减小。某化学小组为研究特殊现象的实质原因，查阅资料知2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)的反应历程分两步：
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①2NO(g)N2O2(g)(快) v1正＝k1正c2(NO)
v1逆＝k1逆c(N2O2) ΔH1＜0
②N2O2(g)＋O2(g)2NO2(g)(慢)
v2正＝k2正c(N2O2)c(O2) v2逆＝k2逆c2(NO2) ΔH2＜0
请回答下列问题：
(1)一定温度下，反应2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)达到平衡状态，请写出用k1正、k1逆、k2正、k2逆表示的平衡常数表达式K＝________，根据速率方程分析，升高温度该反应速率减小的原因是_____________________________________________________________(填字母)。
a.k2正增大，c(N2O2)增大 b.k2正减小，c(N2O2)减小
c.k2正增大，c(N2O2)减小 d.k2正减小，c(N2O2)增大
(2)由实验数据得到v2正－[O2]的关系可用下图表示。当x点升高到某一温度时，反应重新达到平衡，则变为相应的点为________(填字母)。
答案 (1) c (2)a
解析 (1)由反应达平衡状态，所以v1正＝v1逆、v2正＝v2逆，所以v1正×v2正＝v2逆×v2逆，即k1正c2(NO)×k2正c(N2O2)c(O2)＝k1逆c(N2O2)×k2逆c2(NO2)，则是
K＝＝。
(2)因为决定2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)速率的是反应②，而温度越高，k2正越大，反应速率加快，二氧化氮的浓度减少，导致两者的积减小；v2正升高到某一温度时v2正减小，平衡逆向移动，氧气的浓度增大，所以反应重新达到平衡，则变为相应的点为a。
题组三 图像、图表的综合应用
5.氨是生产硝酸、尿素等物质的重要原料，工业合成氨是最重要的化工生产之一。
(1)氨催化氧化法是工业制硝酸的主要方法。已知：
2NO(g)＋3H2(g)2NH3(g)＋O2(g) ΔH1＝－272.9 kJ·mol－1，
2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g) ΔH2＝－483.6 kJ·mol－1，
则4NH3(g)＋5O2(g)===4NO(g)＋6H2O(g) ΔH3＝________。
(2)恒容密闭容器中进行合成氨反应N2(g) ＋3H2(g)2NH3(g) ΔH4 ＝－92.4 kJ·mol－1，其化学平衡常数(K)与温度的关系如下表：
温度/K
298
398
498
…
平衡常数(K)
4.1×105
K1
K2
…
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K1________(填“＞”或“＜”)K2，其判断理由是
________________________________________________________________________。
(3)向氨合成塔中充入10 mol N2和40 mol H2进行氨的合成，一定温度(T)下平衡混合物中氨气的体积分数与压强(p)的关系如下图所示。
①下列说法正确的是________(填字母)。
A.由图可知增大体系压强(p)，有利于增大氨气在混合气体中的体积分数
B.若图中T＝500 ℃，则温度为450 ℃时对应的曲线是b
C.工业上采用500 ℃ 温度可有效提高氮气的转化率
D.当3v正(H2)＝2v逆(NH3)时，反应达到平衡状态
②当温度为T、氨气的体积分数为25%时，N2的转化率为________。
(4)工业上用NH3生产硝酸时，将NH3和O2按体积比1∶2 混合通入某特定条件的密闭容器中进行反应，所有物质不与外界交换，最后所得溶液中溶质的质量分数为________。
(5)氨碳比[n(NH3)/n(CO2)]对合成尿素的反应：2NH3(g)＋CO2(g)CO(NH2)2(g)＋H2O(g)有影响。T ℃时，在一定体积为2 L的恒容密闭容器中，将物质的量之和为3 mol的NH3和CO2以不同的氨碳比进行反应，结果如图所示。
a、b分别表示CO2或NH3的转化率，c表示平衡体系中尿素的体积分数。[n(NH3)/n(CO2)]＝________时，尿素产量最大；该条件下反应的平衡常数K＝________。
答案 (1)－905.0 kJ·mol－1
(2)＞ 该反应为放热反应，温度升高，平衡逆向移动，平衡常数减小
(3)①AB ②50%
(4)77.8%
(5)2 40
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解析 (1)根据题意可知
①2NO(g)＋3H2(g)2NH3(g)＋O2(g) ΔH1＝－272.9 kJ·mol－1,
②2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g) ΔH2＝ －483.6 kJ·mol－1，
②×3－①×2，整理可得：
4NH3(g)＋5O2(g)===4NO(g)＋6H2O(g) ΔH3＝－905.0 kJ·mol－1。
(2)在恒容密闭容器中进行合成氨反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH4 ＝－92.4 kJ·mol－1是一个放热反应，升高温度，化学平衡向吸热的逆反应方向移动，化学平衡常数减小，所以K1＞K2。
(3)①A项，由于合成氨气的反应N2(g) ＋3H2(g)2NH3(g)是气体体积减小的反应，增大压强，化学平衡正向移动，使氨气的含量增大，正确；B项，若图中T＝500 ℃，由于正反应是放热反应，降低温度，化学平衡向正反应方向移动，氨气的平衡含量增大，所以温度为450 ℃时对应的曲线是b，正确；C项，由于合成氨气的反应是放热反应，所以升高温度，化学平衡向逆反应方向移动，对于提高氮气的转化率不利，错误；D项，平衡时2v正(H2)＝3v逆(NH3)，错误。②当温度为T、氨气的体积分数为25%时，假设反应的N2的物质的量是x mol，则反应的氢气的物质的量是3x mol，反应产生的NH3的物质的量是2x mol，平衡时N2的物质的量是(10－x)mol；H2的物质的量是(40－3x)mol，则2x÷(50－2x)＝25%，解得x＝5，所以N2的转化率为(5 mol÷10 mol)×100%＝50%。
(4)工业上用NH3生产硝酸时，将NH3和O2按体积比1∶2 混合通入某特定条件的密闭容器中进行反应，4NH3＋5O2===4NO＋6H2O,4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3，将两个方程式叠加，可得反应方程式：NH3＋2O2===HNO3＋H2O，若所有物质不与外界交换，最后所得溶液中溶质的质量分数为[63÷(63＋18)] ×100%≈77.8%。
(5)根据图像可知，当＝2时，二者的转化率相等；在反应开始时c(NH3)＝1 mol·L－1，c(CO2)＝0.5 mol·L－1，由于二者的转化率是0.8，所以二者反应产生的CO(NH2)2、H2O的物质的量浓度均是0.4 mol·L－1，此时c(NH3)＝0.2 mol·L－1, c(CO2)＝0.1 mol·L－1，所以化学平衡常数K＝(0.4×0.4)÷(0.22×0.1)＝40。
题组四 2016高考试题汇编
6.(2016·全国卷Ⅱ，27)丙烯腈(CH2===CHCN)是一种重要的化工原料，工业上可用“丙烯氨氧化法”生产，主要副产物有丙烯醛(CH2===CHCHO)和乙腈(CH3CN)等。回答下列问题：
(1)以丙烯、氨、氧气为原料，在催化剂存在下生成丙烯腈(C3H3N)和副产物丙烯醛(C3H4O)的热化学方程式如下：
①C3H6(g)＋NH3(g)＋O2(g)===C3H3N(g)＋3H2O(g) ΔH＝－515 kJ·mol－1
②C3H6(g)＋O2(g)===C3H4O(g)＋H2O(g)
ΔH＝－353 kJ·mol－1
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两个反应在热力学上趋势均很大，其原因是________________________________________；
有利于提高丙烯腈平衡产率的反应条件是__________________________________________；
提高丙烯腈反应选择性的关键因素是______________________________________________。
(2)图(a)为丙烯腈产率与反应温度的关系曲线，最高产率对应的温度为460 ℃，低于460 ℃时，丙烯腈的产率________(填“是”或“不是”)对应温度下的平衡产率，判断理由是_____________________________________________________________________________；
高于460 ℃时，丙烯腈产率降低的可能原因是________(填标号)。
A.催化剂活性降低 B.平衡常数变大
C.副反应增多 D.反应活化能增大
(3)丙烯腈和丙烯醛的产率与n(氨)/n(丙烯)的关系如图(b)所示。由图可知，最佳n(氨)/n(丙烯)约为________，理由是_________________________________________________________，
进料气氨、空气、丙烯的理论体积比约为_________________________________________。
答案 (1)两个反应均为放热量大的反应 降低温度、减小压强 催化剂
(2)不是 该反应为放热反应，平衡产率应随温度升高而降低 AC
(3)1.0 该比例下丙烯腈产率最高，而副产物丙烯醛产率最低 1∶7.5∶1
解析 (1)因为生成丙烯腈和丙烯醛的两个反应均为放热量大的反应，所以它们均可自发进行且热力学趋势大；生成丙烯腈的反应为气体体积增大的放热反应，所以降低温度、减小压强有利于提高丙烯腈的平衡产率；由生成丙烯腈的反应条件可知，提高丙烯腈反应选择性的关键因素是催化剂。(2)因为该反应为放热反应，平衡产率应随温度升高而降低，反应刚开始进行，主要向正反应方向进行，尚未达到平衡状态，460 ℃以前是建立平衡的过程，故低于460 ℃时，丙烯腈的产率不是对应温度下的平衡产率；高于460 ℃时，丙烯腈产率降低，A项，催化剂在一定温度范围内活性较高，若温度过高，活性降低，正确；B项，平衡常数的大小不影响产率，错误；C项，根据题意，副产物有丙烯醛，副反应增多导致产率下降，正确；D项，反应活化能的大小不影响平衡，错误。(3)根据图像知，当n(氨)/n(丙烯)约为1.0时，该比例下丙烯腈产率最高，而副产物丙烯醛产率最低；根据化学反应C3H6(g)＋NH3(g)＋O2(g)===C3H3N(g)＋ 3H2O(g)，氨气、氧气、丙烯按1∶1.5∶1的体积比加入反应达到最佳状态，而空气中氧气约占20%，所以进料气氨、空气、丙烯的理论体积约为1∶7.5∶1。
7.[2016·全国卷Ⅲ，27(2)②③(3)(4)]煤燃烧排放的烟气含有SO2和NOx
41
，形成酸雨、污染大气，采用NaClO2溶液作为吸收剂可同时对烟气进行脱硫、脱硝，回答下列问题：
(2)在鼓泡反应器中通入含有SO2和NO的烟气，反应温度323 K，NaClO2溶液浓度为5×10－3 mol·L－1。反应一段时间后溶液中离子浓度的分析结果如下表。
离子
SO
SO
NO
NO
Cl－
c/mol·L－1
8.35×10－4
6.87×10－6
1.5×10－4
1.2×10－5
3.4×10－3
②随着吸收反应的进行，吸收剂溶液的pH逐渐________(填“增大”、“不变”或“减小”)。
③由实验结果可知，脱硫反应速率________脱硝反应速率(填“大于”或“小于”)。原因是除了SO2和NO在烟气中的初始浓度不同，还可能是________________________________。
(3)在不同温度下，NaClO2溶液脱硫、脱硝的反应中SO2和NO的平衡分压pe如图所示。
①由图分析可知，反应温度升高，脱硫、脱硝反应的平衡常数均________(填“增大”、“不变”或“减小”)。
②反应ClO＋2SO2SO＋Cl－的平衡常数K表达式为_________________________。
(4)如果采用NaClO、Ca(ClO)2替代NaClO2，也能得到较好的烟气脱硫效果。
①从化学平衡原理分析，Ca(ClO)2相比NaClO具有的优点是________________________。
②已知下列反应：
SO2(g)＋2OH－(aq)===SO(aq)＋H2O(l) ΔH1
ClO－(aq)＋SO(aq)===SO(aq)＋Cl－(aq) ΔH2
CaSO4(s)===Ca2＋(aq)＋SO(aq) ΔH3
则反应SO2(g)＋Ca2＋(aq)＋ClO－(aq)＋2OH－(aq)===CaSO4(s)＋H2O(l)＋Cl－(aq)的ΔH＝________________________________________________________________________。
答案 (2)②减小 ③大于 NO溶解度较低(或脱硝反应活化能较高)
(3)①减小 ②K＝
(4)①形成硫酸钙沉淀，反应平衡向生成物方向移动，SO2转化率提高
②ΔH1＋ΔH2－ΔH3
解析 (2)②脱硝反应消耗OH－，故随着吸收反应的进行，吸收剂溶液的pH逐渐减小。③根据题中表格数据发现，反应一段时间后溶液中SO
41
的离子浓度最大，说明脱硫反应速率大于脱硝反应速率。原因除了SO2和NO在烟气中的初始浓度不同，还可能是NO溶解度较低或脱硝反应活化能较高。(3)①由图分析可知，温度升高，SO2或NO平衡分压的负对数均减小，说明升高温度，平衡逆向移动，因此脱硫、脱硝反应的平衡常数均减小。②根据反应ClO＋2SO2SO＋Cl－可写出其平衡常数表达式为K＝。(4)①相对于NaClO，Ca(ClO)2能形成CaSO4沉淀，有利于平衡向脱硫方向移动，提高了SO2的转化率。②将题中的3个反应依次标记为①、②、③，根据盖斯定律，①＋②－③即得所求的反应，ΔH＝ΔH1＋ΔH2－ΔH3。
8.[2016·全国卷Ⅰ，27(2)]元素铬(Cr)在溶液中主要以Cr3＋(蓝紫色)、Cr(OH)(绿色)、Cr2O(橙红色)、CrO(黄色)等形式存在，Cr(OH)3为难溶于水的灰蓝色固体，回答下列问题：
CrO和Cr2O在溶液中可相互转化。室温下，初始浓度为1.0 mol·L－1的Na2CrO4溶液中c(Cr2O)随c(H＋)的变化如图所示。
①用离子方程式表示Na2CrO4溶液中的转化反应
________________________________________________________________________。
②由图可知，溶液酸性增大，CrO的平衡转化率______(填“增大”、“减小”或“不变”)。根据A点数据，计算出该转化反应的平衡常数为________。
③升高温度，溶液中CrO的平衡转化率减小，则该反应的ΔH________(填“大于”、“小于”或“等于”)0。
答案 ①2CrO＋2H＋Cr2O＋H2O ②增大
1.0×1014 ③小于
解析 由图可知，随着溶液酸性增大，溶液中c(Cr2O)逐渐增大，说明CrO逐渐转化为Cr2O，则CrO的平衡转化率逐渐增大，其反应的离子方程式为2CrO＋2H＋Cr2O＋H2O；由图中A点数据，可知：c(Cr2O)＝0.25 mol·L－1、c(H＋)＝1.0×10－7 mol·L－1，则进一步可知c(CrO)＝1.0 mol·L－1－2×0.25 mol·L－1＝0.5 mol·L－1，根据平衡常数的定义可
计算出该转化反应的平衡常数为1.0×1014；升高温度，溶液中CrO的平衡转化率减小，说明化学平衡逆向移动，则正反应为放热反应，即该反应的ΔH小于0。
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专题强化练
1.对于反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH＜0，达到平衡后，改变一个条件，以下有关分析正确的是( )
A.升高温度，正反应速率增大，化学平衡常数增大
B.减小压强，逆反应速率减小，化学平衡常数减小
C.加入催化剂，正、逆反应速率不变，平衡不移动
D.充入氧气，正反应速率先增大后减小，平衡向正反应方向移动
答案 D
解析 A项，升温，正、逆反应速率均增大，反应是放热反应，升温平衡逆向进行，平衡常数减小，故A错误；B项，减小压强，反应速率减小，平衡常数随温度变化，不随压强变化，减压平衡常数不变，故B错误；C项，催化剂同等程度地改变反应速率，但不改变化学平衡，速率改变，平衡不变，故C错误；D项，充入氧气瞬间增大反应物的浓度，平衡正向进行，随浓度减小正反应速率减小，逆反应速率增大，最后达到平衡状态，故D正确。
2.如图是N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)在反应过程中的反应速率v与时间t的关系曲线，下列说法错误的是( )
A.t1时，正反应速率大于逆反应速率
B.t2时，反应体系中NH3的浓度达到最大值
C.t2～t3时间段，正反应速率等于逆反应速率
D.t2～t3时间段，各物质的浓度相等且不再发生变化
答案 D
解析 A项，该反应是可逆反应，t1时，该反应是正反应速率大于逆反应速率，故A正确；B项，t2时，达平衡状态，正、逆反应速率相等，反应到达限度，反应物的转化率最大，反应体系中NH3的浓度达到最大值，故B正确；C项，t2～t3时间段，各物质的浓度不再发生变化，反应达到平衡状态，v正＝v逆，故C正确；D项，t2～t3，达平衡状态，正、逆反应速率相等，反应体系中各物质的浓度不再发生变化，但各物质的浓度不一定相等，故D错误。
3.高炉炼铁的主要反应：CO(g)＋Fe2O3(s)CO2(g)＋Fe(s)已知该反应在不同温度下的平衡常数如下：
温度/℃
1 000
1 150
1 300
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平衡常数
4.0
3.7
3.5
下列说法正确的是( )
A.增加Fe2O3固体可以提高CO的转化率
B.该反应的ΔH＜0
C.减小容器体积既能提高反应速率又能提高平衡转化率
D.容器内气体密度恒定时，不能标志反应达到平衡状态
答案 B
解析 A项，Fe2O3是固体，增加固体的量平衡不移动，不会提高CO的转化率，错误；B项，根据表格提供的数据，升高温度，K值减小，所以该反应为放热反应，则ΔH＜0，正确；C项，该反应是气体体积不发生变化的可逆反应，所以减小容器的体积，平衡不移动，所以不会提高平衡转化率，错误；D项，根据ρ＝m/V，体积不变，随着反应的进行，气体的质量发生变化，即气体的密度发生变化，当气体密度恒定时，标志反应达到平衡状态，错误；答案选B。
4.利用催化技术可将汽车尾气中的NO和CO转变成CO2和N2，化学方程式：2NO(g)＋2CO(g)2CO2(g)＋N2(g)。某温度下，在容积不变的密闭容器中通入NO和CO，测得不同时间的NO和CO的浓度如下表：
时间/s
0
1
2
3
4
5
c(NO)/×10－3 mol·L－1
1.00
0.45
0.25
0.15
0.10
0.1 0
c(CO)/×10－3 mol·L－1
3.60
3.05
2.85
2.75
2.70
2.70
下列说法中不正确的是( )
A.2 s内的平均反应速率v(N2)＝1.875×10－4 mol·L－1·s－1
B.在该温度下，反应的平衡常数K＝5
C.若将容积缩小为原来的一半，NO转化率大于90%
D.使用催化剂可以提高单位时间内CO和NO的处理量
答案 B
解析 A项，2 s内NO变化的物质的量为0.75×10－3 mol·L－1，反应速率为v(NO)＝＝3.75×10－4 mol·L－1·s－1，v(N2)＝v(NO)＝1.875×10－4 mol·L－1·s－1，故A正确；B项，在该温度下，达到平衡时，c(NO)＝0.1×10－3 mol·L－1，c(CO)＝2.70×10－3 mol·L－1，c(CO2)＝0.9×10－3 mol·L－1，c(N2)＝0.45×10－3 mol·L－1
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，反应的平衡常数K＝＝5 000，故B错误；C项，若将容积缩小为原来的一半，平衡正向移动，NO转化率增大，将大于90%，故C正确；D项，使用催化剂可加快反应速率，提高单位时间CO和NO的处理量，故D正确，答案为B。
5.工业生产硫酸中二氧化硫的催化氧化原理为2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，反应混合体系在平衡状态时SO3的百分含量与温度的关系如下图所示。下列说法错误的是( )
A.在A、B、C三点时，v正＝v逆，在D点时v正＞v逆
B.A、B、C三点的平衡常数一定不相同
C.升高温度可以加快化学反应速率，有利于平衡向正反应方向移动
D.在一定温度下，保持容器体积不变，向平衡体系中通入稀有气体，压强增大，平衡不移动
答案 C
解析 根据图像，温度升高，三氧化硫的百分含量降低，说明正反应是放热反应，升高温度可以加快化学反应速率，但平衡向逆反应方向移动，C选项错误；其他选项都正确。
6.某温度下在2 L密闭容器中加入一定量A，发生以下化学反应：2A(g)B(g)＋C(g) ΔH ＝－48.25 kJ·mol－1。反应过程中B、A的浓度比与时间t有下图所示关系，若测得第15 min时c(B)＝1.6 mol·L－1，下列结论正确的是( )
A.反应达平衡时，A的转化率为80%
B.A的初始物质的量为4 mol
C.反应到达平衡时，放出的热量是193 kJ
D.15 min时，v正＝v逆＝0
答案 A
解析 由图可知，15 min时反应到达平衡，平衡时c(B)＝1.6 mol·L－1，＝2，故平衡时c(A)＝0.8 mol·L－1。A项，反应达平衡时，c(B)＝1.6 mol·L－1，减小的A的浓度是3.2 mol·L－1，平衡时c(A)＝0.8 mol·L－1，所以A的初始浓度是4.0 mol·L－1，A的转化率为×100%＝80%，故A正确；B项，浓度变化量之比等于化学计量数之比，故Δc(A)＝2c
41
(B)＝2×1.6 mol·L－1＝3.2 mol·L－1，A的起始浓度为3.2 mol·L－1＋0.8 mol·L－1＝4.0 mol·L－1，故A的初始物质的量为4 mol·L－1×2 L＝8 mol，故B错误；C项，参加反应的A的物质的量为3.2 mol·L－1×2 L＝6.4 mol，故放出的热量为48.25 kJ·mol－1×＝154.4 kJ，故C错误；D项，15 min时，反应达到平衡状态，化学平衡为动态平衡，v正＝ v逆≠0，故D错误；故选A。
7.一定条件下存在反应：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) ΔH＜0。现有三个相同的2 L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1 mol CO和1 mol H2O，在Ⅱ中充入1 mol CO2和1 mol H2, 在Ⅲ中充入2 mol CO和2 mol H2O,700 ℃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
答案 C
解析 容器Ⅰ中反应正向进行，反应放热温度升高，Ⅱ中反应逆向进行，反应吸热温度降低，所以容器Ⅰ中正反应速率大于Ⅱ中正反应速率，故A错误；容器Ⅲ反应物是容器Ⅰ中的2倍，容器Ⅲ放热多温度高，所以平衡常数不同，故B错误；容器Ⅰ的温度比容器Ⅱ高，升高温度平衡逆向移动，容器Ⅰ中CO的物质的量比容器Ⅱ中的多，故C正确；若容器Ⅰ、Ⅱ在恒温、恒容的条件下进行，为等效平衡，则容器Ⅰ中CO的转化率与容器Ⅱ中CO2的转化率之和等于1，但反应在恒容绝热密闭容器中进行，容器Ⅰ中CO的转化率与容器Ⅱ中CO2的转化率之和不等于1，故D错误。
8.已知2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH＝－197 kJ·mol－1，向同温、同体积的三个密闭容器中分别充入气体：(甲)2 mol SO2 和1 mol O2; (乙)1 mol SO2 和0.5 mol O2；(丙)2 mol SO3；恒温、恒容下反应达到平衡时，下列关系一定正确的是( )
A.容器内压强p：p甲＝p丙＞2p乙
B.SO3的质量m：m甲＝m丙＞2m乙
C.c(SO2)与c(O2)之比k：k甲＝k丙＞k乙
D.反应放出或吸收热量的数值Q：Q甲＝Q丙＞2Q乙
答案 B
解析 恒温、恒容下，甲、丙为等效平衡，甲、丙中物质的量完全相同；乙投料为甲的一半，如果平衡不移动，乙中气体物质的量为甲的一半，恒容下相当于减压，平衡逆向移动，压强变大，容器内压强p：p甲＝p丙＜2p乙，故A错误；同理，平衡左移，丙中SO3的量减少，SO3的质量m：m甲＝m丙＞2m乙
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，故B正确；加入的量均为2∶1，反应的量为2∶1，三者剩余的量比值也一定相等，都为2∶1，故C错误；因为甲和丙是在不同的方向建立起的等效平衡，若转化率均为50%时，反应热Q的数值应相等，但该反应的转化率不一定是50%，所以Q甲和Q丙不一定相等，故D错误。
9.一定温度下，某容器中加入足量的碳酸钙，发生反应CaCO3(s)CaO(s)＋CO2(g)，达到平衡，下列说法正确的是( )
A.将体积缩小为原来的一半，当体系再次达到平衡时，CO2的浓度为原来的2倍
B.CaCO3(s)加热分解生成CaO(s)和CO2(g)，ΔS＜0
C.将体积增大为原来的2倍，再次达到平衡时，气体的密度变小
D.保持容器体积不变，充入He，平衡向逆反应方向进行
答案 C
解析 A项，将体积缩小到原来的一半，则压强增大，平衡逆向移动，二氧化碳的浓度比原来的2倍浓度小，错误；B项，从物质的状态分析，反应为熵增，错误；C项，将体积增大为原来的2倍，即减压，平衡正向移动，二氧化碳的浓度比原来小，密度变小，正确；D项，保持容器的体积不变，充入氦气，气体的浓度不变，平衡不移动，错误。
10.(2016·北京理综，10)K2Cr2O7溶液中存在平衡：Cr2O(橙色)＋H2O2CrO(黄色)＋2H＋。用K2Cr2O7溶液进行下列实验：
结合实验，下列说法不正确的是( )
A.①中溶液橙色加深，③中溶液变黄
B.②中Cr2O被C2H5OH还原
C.对比②和④可知K2Cr2O7酸性溶液氧化性强
D.若向④中加入70%H2SO4溶液至过量，溶液变为橙色
答案 D
解析 A项，①中在平衡体系中滴加70%H2SO4溶液，平衡向左移动，c(Cr2O)增大，橙色加深，③中滴加30%NaOH溶液，平衡向右移动，c(CrO)增大，溶液变黄，正确；B项，②中重铬酸钾氧化乙醇，反应中重铬酸钾被乙醇还原，正确；C项，②是酸性溶液，④是碱性溶液，酸性溶液中能氧化乙醇，而碱性溶液中不能氧化乙醇，说明K2Cr2O7在酸性溶液中氧化性强，正确；D项，若向④溶液中加入70%的H2SO4溶液至过量，溶液由碱性变为酸性，K2Cr2O7在酸性溶液中氧化性强，可以氧化乙醇，溶液变绿色，错误。
11.(2016·葫芦岛市高三下学期第一次模拟)恒温下，在容积为2 L的甲、乙两个恒容密闭容器中分别充入H2和I2发生可逆反应：H2 (g)＋I2(g)2HI(g) ΔH＝－Q kJ·mol－1
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，实验时有关数据如表：
容器编号
起始物质的量/mol
4分钟后平衡时的物质的量/mol
平衡时放出的热量/kJ
I2
H2
HI
甲
0.01
0.01
0.004
Q1
乙
0.02
0.02
a
Q2
下列判断正确的是( )
A.甲容器中，4分钟内氢气的反应速率为5.0×10－4 mol·L－1·min－1
B.平衡时，放出的热量： Q1＝4.0×10－3Q kJ
C.平衡后，a＝8.0×10－3 mol，故乙中HI的质量分数比甲中高
D.该温度下，该反应的平衡常数K＝0.25
答案 D
解析 A项，甲容器中，4分钟内HI的反应速率为＝5.0×10－4 mol·L－1·min－1，因此4分钟内氢气的反应速率为×5.0×10－4 mol·L－1·min－1，故A错误；B项，根据方程式可知，生成2 mol HI放出Q kJ热量，因此生成0.004 mol HI，放出0.002Q kJ热量，故B错误；C项，该反应前后气体的体积不变，乙中的浓度为甲中的2倍，乙中压强为甲中2倍，压强不影响平衡移动，所以a＝0.008，乙中HI的质量分数与甲中相等，故C错误；D项，平衡时乙中HI的浓度为0.004 mol·L－1，则：
H2(g)＋I2(g)2HI(g) ΔH＝－Q kJ·mol－1
故该温度下该反应的平衡常数K＝＝0.25，故D正确。
12.一定温度下，在三个体积均为1.0 L恒容密闭容器中发生反应：
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容器编号
温度(℃)
起始物质的量(mol)
平衡物质的量(mol)
H2(g)
Ⅰ
380
0.10
0.06
0.06
Ⅱ
380
0.20
Ⅲ
230
0.10
0.05
0.05
下列说法正确的是( )
A.该反应的正反应为放热反应
B.达到平衡时，容器Ⅰ中的H2体积分数比容器Ⅱ中的小
C.容器Ⅰ中反应达到平衡所需的时间比容器Ⅲ中的长
D.若起始时向容器Ⅲ中充入
则反应向逆反应方向进行
答案 D
解析 A项，根据Ⅰ、Ⅲ可知：在其他条件相同时，升高温度，平衡正向移动，说明正反应为吸热反应，A错误；B项，在其他条件不变时，增大反应物的浓度，也就增大了压强，平衡向气体体积减小的方向移动，所以平衡逆向移动，因此达到平衡时，容器Ⅰ中的H2体积分数比容器Ⅱ的大，B错误；C项，升高温度，化学反应速率加快，达到平衡所需要的时间缩短，所以容器Ⅰ中反应达到平衡所需时间比容器Ⅲ中的短，C错误；D项，Ⅲ中，K＝＝0.05，Q＝＝0.10，Q＞K，反应向逆反应方向进行，D正确。
13.某实验小组为研究“不同条件”对化学平衡的影响情况，进行了如下实验：一定条件下，向一个密闭容器中加入0.30 mol X、0.10 mol Y和一定量的Z三种气体，甲图表示发生反应后各物质浓度(c)随时间(t)的变化〔其中t0～t1阶段c(Z)未画出〕。乙图表示化学反应速率(v)随时间(t)的变化，四个阶段都只改变一种条件(催化剂、温度、浓度、压强，每次改变条件均不同)，已知t3～t4阶段为使用催化剂。
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回答下列问题：
(1)若t1＝5 min，则t0～t1阶段以X浓度变化表示的反应速率为v(X)＝________________。
(2)在t2～t3阶段Y的物质的量减小，则此阶段开始时v正________(填“＞”、“＝”或“＜”)v逆。
(3)t4～t5阶段改变的条件为_____________________________________________________，
此阶段的平衡常数K＝________________________________________________________。
(4)t5～t6阶段容器内Z的物质的量共增加0.10 mol，在反应中热量变化总量为a kJ，写出该反应的热化学方程式 ___________________________________________________________。
在乙图Ⅰ～Ⅴ处平衡中，平衡常数最大的是________。
(5)若起始实验条件不变，重新向该容器中加入0.60 mol X、0.20 mol Y和0.080 mol Z，反应至平衡状态后X的转化率＝________。
答案 (1)0.018 mol·L－1 ·min－1 (2)＜ (3)减小压强 2.8 (4)3X(g) 2Y(g)＋Z(g) ΔH＝－10a kJ·mol－1 Ⅴ (5)60%
解析 (1)从图甲可以看出，Δc(X)＝0.09 mol·L－1，t1＝5 min，则t0～t1阶段以X浓度变化表示的反应速率为v(X)＝＝＝0.018 mol·L－1 ·min－1。
(2)从图甲可以看出，X作反应物，Y作生成物，t2～t3阶段Y的物质的量减小，化学反应向逆反应方向移动，v正＜v逆。
(3)t3～t4阶段为使用催化剂，化学反应在t3时刻的基础上增大，t4～t5阶段改变条件后，化学反应速率减小，化学平衡不移动，改变的条件为减小压强，且说明该反应是一个体积不变的反应，从图甲可以看出转化的X的物质的量浓度为0.09 mol·L－1，转化的Y的物质的量浓度为0.06 mol·L－1，Z属于生成物，该化学反应可以表示为3X(g)2Y(g)＋Z(g)，t2～t3改变的条件为增大生成物的浓度，t4～t5阶段和t2～t3阶段的温度相同，化学平衡常数相同，K＝＝≈2.8。
(4)t5～t6阶段条件改变后正、逆反应速率都明显下降，说明是温度降低，化学平衡向正反应方向移动，说明这个反应为放热反应，Z的物质的量共增加0.10 mol，在反应中热量变化总量为a kJ，那么生成1 mol的Z放出的热量为10a kJ，该反应的热化学方程式为3X(g)2Y(g)＋Z(g) ΔH＝－10a kJ·mol－1；正反应为放热反应，温度减小，化学平衡常数增大，在乙图Ⅰ～Ⅴ处中，只有Ⅴ处是降低温度，所以平衡常数最大的是Ⅴ。
(5)若起始实验条件不变，重新向该容器中加入0.60 mol X、0.20 mol Y和0.080 mol Z，由于这是一个气体体积不变的反应，所以同时增大各物质的浓度，化学平衡不移动，和原来的平衡互为等效平衡，转化率相同，X的转化率为×100%＝60%。
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14.增强环保意识。爱护环境是每个公民的职责。利用碳的氧化物合成甲醇等资源化利用对环境保护具有重要意义。请回答下列问题：
(1)下列为合成甲醇的有关化学方程式：
①2H2(g) ＋CO(g)CH3OH(g)
②H2(g)＋CO2(g)H2O(g) ＋CO(g)
③3H2(g)＋CO2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)
某温度下，上述三个反应的平衡常数数值分别为2.5、2.0和K3，则K3值为________。
(2)一定条件下，甲醇可同时发生：
A.2CH3OH(g)===CH3OCH3 ＋H2O(g)
B.2CH3OH(g)===C2H4(g)＋2H2O(g)
上述反应过程中能量变化如图所示：
①写出反应速率较大的序号并说明原因___________________________________________。
②若在容器中加入催化剂，则E2－E1将________(填“变大”、“不变”或“变小”)。
(3)一定温度时，在容积相同的甲、乙、丙三个恒容密闭容器中，按不同方式投入反应物，发生反应2H2(g) ＋CO(g)CH3OH(g) ΔH＝－90 kJ·mol－1，测得达平衡时的有关数据如下表：
容器
甲
乙
丙
起始反应物投入量
2 mol H2(g)、
1 mol CO(g)
1 mol CH3OH(g)
2 mol CH3OH(g)
平衡
c(CH3OH)/ mol·L－1
c1
c2
c3
反应物的能量变化/kJ
Q1
Q2
Q3
①表中数据存在的关系：|Q1|＋|Q2|________(填＞、＝或＜，下同 )90,2c2________c3。
②在温度不变、恒容条件下 ，该反应的平衡常数数值Kp＝4.80×10－2，若甲容器中反应达平衡状态时，p(CH3OH)＝24.0 kPa，则平衡时，混合气体中CH3OH的物质的量分数为________(Kp是用平衡分压代替平衡浓度所得的平衡常数，分压＝总压×物质的量分数)。
答案 (1)5.0
(2)①A，反应A活化能低，在相同条件下反应速率较大 ②不变
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(3)①＝ ＜ ②61.5%
解析 (1)反应①的平衡常数K1＝ ；反应②的平衡常数K2＝；反应③的平衡常数K3＝
＝＝×＝K1·K2＝2.5×2.0＝5.0。
(2)①反应的活化能越小，反应速率越快，在某密闭容器中，充入一定量CH3OH(g)发生上述两个反应，则反应A和B相比，反应A的活化能小，反应速率快。
②加入催化剂改变了反应的途径，降低反应所需的活化能，所以E1和E2的变化是减小，催化剂不改变反应物总能量与生成物总能量之差，即反应热不变，E2－E1的大小为反应的焓变，活化能大小对该反应的反应热无影响。
(3)①甲和乙恰为2个互逆的过程，平衡时|Q1|＋|Q2|＝90，丙与乙相比较，相当于增大压强，平衡向正反应方向移动，不利于甲醇的分解，因此2c2＜c3。
②起始反应物投入量为2 mol H2、1 mol CO，设开始时氢气压强为2P，CO压强为P，
由 2H2(g) ＋CO(g)CH3OH(g)
开始(kPa) 2P P 0
转化(kPa) 48.0 24.0 24.0
平衡(kPa) 2P－48.0 P－24.0 24.0
Kp＝＝4.80×10－2，解得P＝29.0 kPa，则平衡混合气体中CH3OH的物质的量分数为×100%≈61.5%。
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