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第40讲　化学平衡常数　化学反应的方向与调控
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1．能书写平衡常数表达式，能进行平衡常数、转化率的简单计算。
2．能利用平衡常数和浓度商的关系判断化学反应是否达到平衡及平衡移动的方向。
3．知道化学反应是有方向的，知道化学反应的方向与反应的焓变和熵变有关。
4．认识化学反应速率和化学平衡的综合调控在生产、生活和科学研究中的重要作用。
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考点一　化学平衡常数
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1．概念
对于一般的可逆反应：mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)，当该反应在一定温度下达到化学平衡时，K＝(固体和纯液体物质的浓度视为常数，通常不列入化学平衡常数表达式中)。
例如，①C(s)＋H2O(g) CO(g)＋H2(g)的平衡常数表达式K＝________________________________________。
②Fe3+(aq)＋3H2O(l) Fe(OH)3(s)＋3H＋(aq)的平衡常数表达式K＝____________________________________。
2．意义及影响因素
(1)通常，K越大，说明平衡体系中生成物所占的比例越大，正反应进行的程度________　，即该反应进行得越完全，平衡时反应物的转化率____________；反之，K越小，该反应进行得越不完全，平衡时反应物的转化率________。
(2)通常情况下，K只受________影响，与物质的浓度、压强变化无关。
3．应用
(1)判断化学反应可能进行的程度。
K <10-5 10-5～105 >105
反应程度 很难进行 反应可逆 反应基本完全
(2)判断化学平衡移动的方向。
对于一般的可逆反应：mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)，在任意时刻的称为浓度商，常用Q表示，即浓度商：Q＝。
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(3)判断可逆反应的反应热。
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[答案自填]　　
越大　越大　越小　温度
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1．请写出下列反应的平衡常数，并找出K1和K2、K3的关系。
(1)N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)　K1
(2)N2(g)＋H2(g) NH3(g)　K2
(3)2NH3(g) N2(g)＋3H2(g)　K3
_________________________________________________
_________________________________________________
答案：K1＝，K2＝，
K3＝。K2＝K1，K3＝。
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。
①2NO2(g)＋NaCl(s) NaNO3(s)＋ClNO(g)　K1
②2NO(g)＋Cl2(g) 2ClNO(g)　K2
(1)反应①的平衡常数表达式为K1＝_________________________________________________。
(2)4NO2(g)＋2NaCl(s) 2NaNO3(s)＋2NO(g)＋Cl2(g)的平衡常数K＝________(用K1、K2表示)。
答案：(1)　(2) eq \f(K,K2)
3．在一定容积的密闭容器中，进行如下化学反应：CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)。该反应的化学平衡常数(K)和温度(T)的关系见下表。
T/℃ 700 800 830 1 000 1 200
K 0.6 0.9 1.0 1.7 2.6
(1)该反应的平衡常数表达式为K＝_________________________________________________。
(2)该反应为________(填“吸热”或“放热”)反应。
(3)某温度下，各物质的平衡浓度符合关系式：3c(CO2)·c(H2)＝5c(CO)·c(H2O)，试判断此时的温度为________。
(4)若830 ℃时，向容器中充入1 mol CO、5 mol H2O，反应达到平衡后，化学平衡常数K________(填“大于”“小于”或“等于”)1.0。
(5)830 ℃时，容器中的反应已达到平衡。在其他条件不变的情况下，扩大容器的容积，平衡________________________(填“向正反应方向”“向逆反应方向”或“不”)移动。
(6)若1 200 ℃时，在某时刻反应体系中CO2、H2、CO、H2O 的浓度分别为2 mol·L-1、2 mol·L-1、4 mol·L-1、4 mol·L-1，则此时反应____________________(填“向正反应方向进行”“向逆反应方向进行”或“处于平衡状态”)。
答案：(1)　(2)吸热　(3)700 ℃
(4)等于　(5)不　(6)向逆反应方向进行
考点二　速率常数、化学平衡常数及Kp的有关计算
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1．化学平衡常数的计算步骤
(1)写出有关可逆反应的化学方程式，写出平衡常数表达式。
(2)利用“三段式”，确定各物质的起始浓度、转化浓度、平衡浓度。
(3)将平衡浓度代入平衡常数表达式。
(4)注意单位的统一。
2．常用的四个公式
项目 公式 备注
反应物的转化率 ×100%＝×100% ①平衡量可以是物质的量、气体的体积
生成物的产率 ×100%
平衡时混合物组分的百分含量 ×100% ②某组分的体积分数，也可以是物质的量分数
某组分的体积分数 ×100%
3.压强平衡常数(Kp)
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[注意]　混合气体的总压等于相同温度下各组分气体的分压之和。
[示例]　一定温度和催化剂条件下，将1 mol N2和3 mol H2充入压强为p0的恒压容器中，测得平衡时N2的转化率为50%，计算该温度下的压强平衡常数(Kp)。
[解析]　　　N2(g) ＋ 3H2(g) 2NH3(g)
起始量/mol 1 3 0
变化量/mol 0.5 1.5 1
平衡量/mol 0.5 1.5 1
平衡时p(N2)＝p0、p(H2)＝p0、p(NH3)＝p0，Kp＝＝＝ eq \f(16,3p)。
[答案]　 eq \f(16,3p)
4．厘清平衡常数与速率常数的关系
对于可逆反应：mA(g)＋nB(g) pC(g)，若速率方程为v正＝k正·cm (A)·cn(B)、v逆＝k逆·cp (C)，式中的k称为速率常数，当化学反应达到平衡时，v正＝v逆，即k正·cm(A)·cn(B)＝k逆·cp (C)，化学平衡常数K＝k正/k逆。
[特别提醒]
一个化学反应的速率方程是实验测定的结果，不能随意根据反应的化学方程式直接写出。对于很多反应，速率方程中浓度的方次与化学方程式中各物质的化学计量数并无确定关系。
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1．已知在密闭容器中发生可逆反应：M(g)＋N(g) P(g)＋Q(g)　ΔH>0。某温度下，反应物的起始浓度分别为c(M)＝1 mol·L-1，c(N)＝2.4 mol·L-1。回答下列问题。
(1)若达到平衡后，M的转化率为60%，则N的平衡浓度是________，平衡常数K为________。
(2)若反应温度不变，反应物的起始浓度分别为c(M)＝4 mol·L-1，c(N)＝a mol·L-1，达到平衡后，c(P)＝2 mol·L-1，则M的转化率为________，N的起始浓度为________。
解析：(1)　　 　 　　M(g)＋N(g) P(g)＋Q(g)
起始浓度/(mol·L-1) 1 2.4 0 0
转化浓度/(mol·L-1) 0.6 0.6 0.6 0.6
平衡浓度/(mol·L-1) 0.4 1.8 0.6 0.6
N的平衡浓度为1.8 mol·L-1，平衡常数K＝＝。
(2)　　　　　　 　　M(g)＋N(g) P(g)＋Q(g)
4 a 0 0
2 2 2 2
2 a－2 2 2
α(M)＝×100%＝50%，温度不变，平衡常数不变，K＝＝，解得a＝6，即反应物N的起始浓度为6 mol·L-1。
答案：(1)1.8 mol·L-1　
(2)50%　6 mol·L-1
2．(2025·佛山一中月考)某温度下向容器中按照体积比1∶3充入N2和H2，控制压强为50 MPa，反应达到平衡状态时体系中NH3的体积分数为0.6。
(1)H2的平衡转化率为________。
(2)在化学平衡体系中，用各气体物质的分压替代浓度，计算的平衡常数叫压强平衡常数。此温度下反应的压强平衡常数Kp＝____________________　MPa-2(列出计算式即可)。
解析：(1)设H2的平衡转化率为α，充入N2的物质的量为1 mol，根据题中所给数据，列“三段式”：
　N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)
起始量/mol 1 3 0
转化量/mol α 3α 2α
平衡量/mol 1－α 3－3α 2α
反应达到平衡状态时体系中NH3的体积分数为0.6，则＝0.6，解得α＝75%。(2)由(1)中数据可知，平衡时N2(g)、H2(g)、NH3(g)的体积分数分别为0.1、0.3、0.6，则此温度下反应的压强平衡常数Kp＝＝ MPa-2。
答案：(1)75%　(2)
3．2NO(g)＋O2(g) 2NO2(g)的反应历程如下：
反应Ⅰ　2NO(g) N2O2(g)(快)　ΔH1<0
v1正＝k1正·c2(NO)，v1逆＝k1逆·c(N2O2)；
反应Ⅱ　N2O2(g)＋O2(g) 2NO2(g)(慢)　ΔH2<0
v2正＝k2正·c(N2O2)·c(O2)，v2逆＝k2逆·c2(NO2)。
(1)一定条件下，反应2NO(g)＋O2(g) 2NO2(g)达到平衡状态，平衡常数K＝____________(用含k1正、k1逆、k2正、k2逆的代数式表示)。反应 Ⅰ 的活化能EⅠ________(填“>”“<”或“＝”)反应Ⅱ的活化能EⅡ。
(2)已知反应速率常数k随温度的升高而增大，则升高温度后k2正增大的倍数________(填“大于”“小于”或“等于”)k2逆增大的倍数。
解析：(1)反应达到平衡状态时，v1正＝v1逆、v2正＝v2逆，所以v1正·v2正＝v1逆·v2逆，即k1正·c2(NO)·k2正·c(N2O2)·c(O2)＝k1逆·c(N2O2)·k2逆·c2(NO2)，K＝＝；因为决定2NO(g)＋O2(g) 2NO2(g)速率的是反应Ⅱ，所以反应Ⅰ的活化能EⅠ＜反应Ⅱ的活化能EⅡ。
答案：(1)　<　(2)小于
4．肌肉中的肌红蛋白(Mb)与O2结合生成MbO2，反应原理可表示为Mb(aq)＋O2(g) MbO2(aq)，该反应的平衡常数可表示为K＝。在37 ℃条件下达到平衡时，测得肌红蛋白的结合度(α)与p(O2)的关系如下图所示[α＝×100%]。研究表明正反应速率v正＝k正·c(Mb)·p(O2)，逆反应速率v逆＝k逆·c(MbO2)(其中k正和k逆分别表示正反应和逆反应的速率常数)。
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(1)平衡常数K与速率常数k正、k逆之间的关系式为K＝_________________________________________________(用含有k正、k逆的式子表示)。
(2)图中c点时，上述反应的平衡常数K＝________　kPa-1。若k逆＝60 s-1，则速率常数k正＝________s-1·kPa-1。
解析：(1)可逆反应达到平衡状态时，v正＝v逆，所以k正·c(Mb)·p(O2)＝k逆·c(MbO2)，平衡常数K＝＝。(2)c点时，p(O2)＝4.50 kPa，肌红蛋白的结合度α＝90%，代入平衡常数表达式中可得K＝＝kPa-1＝2 kPa-1；K＝，k正＝K·k逆＝2 kPa-1×60 s-1＝120 s-1·kPa-1。
答案：(1)　(2)2　120
考点三　化学反应的方向与调控
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1．自发反应
在一定条件下无须外界帮助就能自发进行的反应称为自发反应。
2．化学反应方向的判断
(1)熵和熵变的含义。
①熵的含义：
熵是度量一个体系________________的物理量，用符号S表示。同一条件下，不同物质有不同的熵值，同一物质在不同状态下熵值也不同，一般规律是S(g)________S(l)________S(s)。
②熵变的含义：
熵变是反应前后体系________________，用ΔS表示，化学反应的ΔS越大，越有利于反应________________。
(2)判断化学反应方向的判据(ΔG＝ΔH－TΔS)。
当ΔG<0时，反应____　自发进行；
当ΔG＝0时，反应处于________状态；
当ΔG＞0时，反应________自发进行。
3．化学反应的调控
(1)化工生产适宜条件选择的一般原则。
条件 原则
从化学反应速率分析 既不能过大，又不能太小
从化学平衡移动分析 既要注意外界条件对速率和平衡影响的一致性，又要注意对二者影响的矛盾性
从原料的利用率分析 增加易得廉价原料，提高难得高价原料的利用率，从而降低生产成本
从实际生产能力分析 如设备承受高温、高压能力等
从催化剂的活性分析 注意催化剂的活性对温度的限制
(2)工业合成氨反应的适宜条件。
①原理分析：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ·mol-1。
对合成氨反应的影响 影响因素
浓度 温度 压强 催化剂
增大合成氨的反应速率 ________________　 　 　 使用
提高平衡混合物中氨的含量 ____________________________ 　 　 ____
②实际选择。
温度 压强 投料比 催化剂 提高转化率
400～500 ℃ 10 MPa～30 MPa ＝ 铁触媒 循环操作
[答案自填]　混乱程度　＞　＞　熵的变化
自发进行　能　平衡　不能　增大反应物浓度　高温　高压　增大反应物浓度、减小生成物浓度　低温　高压　无影响
[易错秒判]
(1)其他条件不变，使用催化剂，可以改变化学反应进行的方向(　×　)
(2)焓变和熵变都与反应自发性有关，因此均可单独作为判断反应能否自发进行的判据(　×　)
(3)某吸热反应能自发进行，因此该反应是熵增反应(　√　)
(4)合成氨选择在400～500 ℃进行的原因之一是催化剂在500 ℃左右时的活性最大 (　√　)
(5)反应SiO2(s)＋2C(s)===Si(s)＋2CO(g)只能在高温下自发进行，该反应的ΔH>0(　√　)
(6)过程自发性不仅能用于判断过程的方向，还能确定过程发生的速率(　×　)
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1．(2022·新高考辽宁卷)工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破，目前已有三位科学家因其获得诺贝尔奖，其反应为N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ·mol-1　ΔS＝－200 J·K-1·mol-1。
合成氨反应在常温下________(填“能”或“不能”)自发。
解析：对于合成氨反应，常温下，ΔG＝ΔH－TΔS＝－92.4 kJ·mol-1－298 K×(－0.2 kJ·K-1·mol-1)＝－32.8 kJ·mol-1<0，故合成氨反应在常温下能自发进行。
答案：能
2．实验室可用铜与浓硫酸反应制备少量SO2：Cu(s)＋2H2SO4(l)===CuSO4(s)＋SO2(g)＋2H2O(l)　ΔH＝－11.9 kJ·mol-1。判断该反应的自发性并说明理由：_________________________________________________
_________________________________________________。
答案：任何温度下都能自发，该反应的ΔH<0、ΔS>0，ΔG＝ΔH－TΔS＜0恒成立
3．(2025·广东六校联考)中科院兰州化学物理研究所用Fe3(CO)12/ZSM-5催化CO2加氢合成低碳烯烃，反应过程如下图所示。在其他条件相同时，添加不同助剂(催化剂中添加助剂Na、K或Cu后可改变反应的选择性)，经过相同时间后测得CO2的转化率和各产物的物质的量分数见下表。
INCLUDEPICTURE "26GDB45.TIF" INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\Administrator\\AppData\\Local\\Microsoft\\Windows\\INetCache\\Content.Word\\26GDB45.TIF" \* MERGEFORMATINET
助剂 CO2的转化率/% 各产物的物质的量分数/%
C2H4 C3H6 其他
Na 42.5 35.9 39.6 24.5
K 27.2 75.6 22.8 1.6
Cu 9.8 80.7 12.5 6.8
下列说法正确的是(　B　)
A．第i步反应的活化能比第ii步的低
B．CO2加氢合成低碳烯烃时还有H2O生成
C．与添加其他助剂相比，添加Cu助剂时单位时间内乙烯的产量最高
D．Fe3(CO)12/ZSM-5使CO2加氢合成低碳烯烃的反应速率增大，ΔH减小
解析：活化能越大，反应越慢，由于第i步反应慢，所以第i步反应的活化能高于第ii步，故A错误；根据题意分析可知，CO2加氢合成低碳烯烃的化学方程式为nCO2＋3nH2CnH2n＋2nH2O，有水生成，故B正确；由表中数据分析可知，乙烯产量与CO2的转化率×乙烯的物质的量分数成正比，故添加Na助剂：42.5%×35.9%≈0.152 6，添加K助剂：27.2%×75.6%≈0.205 6，添加Cu助剂：9.8%×80.7%≈0.079 1，所以添加Cu助剂时乙烯产量最低，故C错误；使用催化剂可以降低活化能，增大反应速率，但不改变ΔH，故D错误。
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1．(2023·新高考湖南卷)向一恒容密闭容器中加入1 mol CH4和一定量的H2O，发生反应：CH4(g)＋H2O(g) CO(g)＋3H2(g)。CH4的平衡转化率按不同投料比x[x＝]随温度的变化曲线如下图所示。下列说法错误的是(　B　)
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A．x1B．反应速率：vb正C．点a、b、c对应的平衡常数：KaD．反应温度为T1，当容器内压强不变时，反应达到平衡状态
解析：a→b温度升高，CH4的平衡转化率增大，说明正反应为吸热反应；温度相同时，H2O(g)越多，CH4的平衡转化率越高，但x越小，故x1vc正。结合分析可知，A项正确，B项错误；该反应为吸热反应，温度升高，平衡常数增大，故平衡常数Ka2．(2024·浙江6月选考)氢是清洁能源，硼氢化钠(NaBH4)是一种环境友好的固体储氢材料，其水解生氢反应方程式如下。(除非特别说明，本题中反应条件均为25 ℃，101 kPa)
NaBH4(s)＋2H2O(l)===NaBO2(aq)＋4H2(g)　ΔH<0
该反应能自发进行的条件是____　(填字母)。
A．高温　　　　　　 B．低温
C．任意温度 D．无法判断
解析：该反应为熵增反应，即ΔS>0，又知该反应ΔH<0，根据ΔG＝ΔH－TΔS＜0时反应可自发进行可知，在任意温度下均有ΔG<0，即任意温度下该反应均可自发进行。
答案：C
3．(2024·新高考湖北卷)用BaCO3和焦炭为原料，经反应Ⅰ、Ⅱ得到BaC2，再制备乙炔是我国科研人员提出的绿色环保新路线。
反应Ⅰ：BaCO3(s)＋C(s) BaO(s)＋2CO(g)
反应Ⅱ：BaO(s)＋3C(s) BaC2(s)＋CO(g)
已知Kp＝p、K＝n(n是CO的化学计量数)。反应Ⅰ、Ⅱ的lg K与温度的关系曲线如下图所示。
INCLUDEPICTURE "24HXA13.tif" INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\Administrator\\AppData\\Local\\Microsoft\\Windows\\INetCache\\Content.Word\\24HXA13.tif" \* MERGEFORMATINET
(1)反应BaCO3(s)＋4C(s) BaC2(s)＋3CO(g)在1 585 K的Kp＝______________________________________Pa3。
(2)保持1 320 K不变，假定恒容容器中只发生反应Ⅰ，达到平衡时pCO＝________　Pa，若将容器容积压缩到原来的，重新建立平衡后pCO＝________　Pa。
解析：(1)将BaCO3(s)＋4C(s) BaC2(s)＋3CO(g)记为反应Ⅲ，由盖斯定律可知，反应Ⅲ＝反应Ⅰ＋反应Ⅱ，根据方程式相加，K相乘的原则，有KⅢ＝KⅠ·KⅡ。由题图可知，1 585 K时lg KⅠ＝2.5，lg KⅡ＝－1.5，则该温度下KⅢ＝102.5×10-1.5＝10。根据Kp＝p、K＝()n可知，Kp＝K×(105 Pa)n，其中n为CO的化学计量数。反应Ⅲ中CO的化学计量数为3，因此反应Ⅲ的Kp＝KⅢ×(105 Pa)3＝1016 Pa3。(2)由题图可知，1 320 K时，lg KⅠ＝0，即KⅠ＝1。反应Ⅰ中CO的化学计量数为2，则该温度下，Kp(Ⅰ)＝KⅠ×(105 Pa)2＝1010 Pa2。根据反应Ⅰ可知，其分压平衡常数表达式为Kp(Ⅰ)＝p，因此平衡时pCO＝＝＝105 Pa。平衡常数只与温度有关，将容器容积压缩到原来的，重新建立平衡后Kp(Ⅰ)不变，即pCO不变，仍为105 Pa。
答案：(1)1016　(2)105　105
4．(2024·高考新课标卷)Ni(CO)4(四羰合镍，沸点43 ℃)可用于制备高纯镍，也是有机化合物羰基化反应的催化剂。回答下列问题：
(1)在总压分别为0.10 MPa、0.50 MPa、1.0 MPa、2.0 MPa下，Ni(s)和CO(g)反应达到平衡时，Ni(CO)4体积分数x与温度的关系如图所示。反应Ni(s)＋4CO(g)===Ni(CO)4(g)的ΔH________(填“大于”或“小于”)0，从热力学角度考虑，____________有利于Ni(CO)4的生成(写出两点)，p3、100 ℃时CO的平衡转化率α＝________，该温度下平衡常数Kp＝________MPa-3。
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(2)对于同位素交换反应Ni(C16O)4＋C18O―→Ni(C16O)3C18O＋C16O，20 ℃时反应物浓度随时间的变化关系为ct[Ni(C16O)4]＝c0[Ni(C16O)4]e－kt(k为反应速率常数)，则Ni(C16O)4反应一半所需时间t＝________(用k表示)。
解析：(1)由题图可知，其他条件相同时，随着温度升高，平衡时Ni(CO)4的体积分数减小，说明升高温度，平衡逆向移动，该反应为放热反应，ΔH<0；该反应为气体分子数减小的放热反应，降低温度、增大压强，平衡均正向移动，均有利于Ni(CO)4的生成；增大压强，平衡正向移动，Ni(CO)4的体积分数增大，故p3＝1.0 MPa，由题图可知，p3、100 ℃时，Ni(CO)4的体积分数为0.9，设起始时CO的物质的量为4 mol，达到平衡时转化的CO的物质的量为4x mol，列“三段式”：
　　　 Ni(s)＋4CO(g)===Ni(CO)4(g)
起始量/mol 4 0
转化量/mol 4x x
平衡量/mol 4－4x x
＝0.9，解得x＝，所以CO的平衡转化率为
＝；达到平衡时Ni(CO)4的体积分数为0.9，分压为0.9 MPa，CO的体积分数为0.1，分压为0.1 MPa，平衡常数Kp＝＝9×103 MPa-3。(2)设初始时Ni(C16O)4的浓度为c，反应一半时剩余浓度为c，由题给公式可知，c＝ce－kt，解得t＝－＝，即Ni(C16O)4反应一半所需时间为。
答案：(1)小于　低温、高压　　9×103　(2)
课时跟踪练
[基础巩固]
1．CH4消除NO2的反应为CH4(g)＋2NO2(g) N2(g)＋2H2O(g)＋CO2(g)　ΔH<0。下列说法正确的是(　D　)
A．正反应的活化能大于逆反应的活化能
B．平衡时，升高温度，v正增大，v逆减小
C.平衡常数K＝
D.该反应在任何温度下都可自发进行
解析：A.该反应为放热反应，正反应的活化能小于逆反应的活化能，故A错误；B.平衡时，升高温度，正、逆反应速率均增大，故B错误；C.由化学方程式可知，平衡常数K＝，故C错误；D.该反应为气体分子数增加的反应，ΔS＞0，且ΔH＜0，故ΔH－TΔS＜0，该反应在任何温度下都可自发进行，故D正确。
2．哈伯法合成氨：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，新研制的催化剂可使该反应在常温、常压下进行。下列有关哈伯法合成氨反应的说法正确的是(　C　)
A．若该反应能自发进行，则ΔH>0
B．选用高效催化剂，可降低该反应的ΔH
C．其他条件不变，增大起始n(N2)∶n(H2)的比值，可提高H2的平衡转化率
D．提高体系的压强可增大反应的化学平衡常数
解析：A.该反应为熵减反应，若该反应能自发进行，则ΔH<0，故A错误；B.催化剂不能改变反应的ΔH，故B错误；C.其他条件不变，增大起始n(N2)∶n(H2)的比值，相当于氢气量不变时，增加氮气的用量，平衡正向移动，可提高H2的平衡转化率，故C正确；D.化学平衡常数只与温度有关，温度不变，平衡常数不变，故D错误。
3．开发 CO2催化加氢合成甲醇技术是有效利用 CO2资源，实现“碳达峰、碳中和”目标的重要途径。某温度下，在恒容密闭容器中发生反应：CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)　 ΔH＝－49.01 kJ·mol-1。下列有关说法正确的是(　D　)
A．增大体系的压强，平衡逆向移动
B．升高反应温度有利于提高H2的平衡转化率
C．平衡后再通入适量 CO2，平衡正向移动，CO2的转化率增大
D．加入合适的催化剂，能提高单位时间内CH3OH的产量
解析：A.该反应是气体分子数减小的反应，增大压强，平衡正向移动，故A错误；B.该反应是放热反应，升高温度，平衡逆向移动，H2的平衡转化率减小，故B错误；C.平衡后再通入适量 CO2，c(CO2)增大，平衡虽正向移动，但 CO2的转化率减小，故C错误；D.加入合适的催化剂，能降低反应的活化能，增大反应速率，提高单位时间内CH3OH的产量，故D正确。
4．焦炭常用于冶炼工业。已知反应①2C(s)＋O2(g)===2CO(g)，反应②2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)，反应①②的反应趋势与温度的关系如下图所示。下列说法错误的是(　C　)
INCLUDEPICTURE "PXY100.TIF" INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\Administrator\\AppData\\Local\\Microsoft\\Windows\\INetCache\\Content.Word\\PXY100.TIF" \* MERGEFORMATINET
A.反应②的ΔS＜0，ΔH＜0
B．983 K是反应趋势变化的转折点
C．L1对应反应①
D．当温度低于983 K时，过量焦炭的氧化产物以CO2为主
解析：A项，反应②为反应前后气体分子数减小的反应，ΔS＜0，燃烧反应属于放热反应，ΔH＜0，A正确；B项，ΔG越小，说明反应的趋势越大，983 K时两反应的ΔG相等，所以983 K是反应趋势变化的转折点，B正确；C项，反应①的ΔS＞0，ΔG和T成反比，所以斜率小于0，L2对应反应①，C错误；D项，当温度低于983 K时，L1的ΔG更小，所以以反应②为主，产物以CO2为主，D正确。
5．甲酸甲酯水解的化学方程式为HCOOCH3(l)＋H2O(l) HCOOH(l)＋CH3OH(l)　ΔH＞0。在一定温度下，甲酸甲酯转化率随反应时间(t)的变化如下图所示。
INCLUDEPICTURE "CY1.TIF" INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\Administrator\\AppData\\Local\\Microsoft\\Windows\\INetCache\\Content.Word\\CY1.TIF" \* MERGEFORMATINET
组分 初始物质的量/mol
HCOOCH3 1.00
H2O 1.99
HCOOH 0.01
CH3OH 0.52
下列说法不正确的是(　B　)
A．微热可促进甲酸甲酯水解
B．反应过程中，CH3OH起催化作用
C．50 min时，n(HCOOH)＝0.239 mol
D．该反应的平衡常数K≈0.143
解析：A.甲酸甲酯的水解为吸热反应，微热，温度升高，平衡正向移动，促进其水解，A正确；B.CH3OH为生成物，B错误；C.50 min时，甲酸甲酯的转化率为22.9%，n(HCOOH)＝1.00×22.9%＋0.01＝0.239 mol，C正确；D.设甲酸甲酯水解平衡时的体积为V L，列“三段式”：
　 HCOOCH3(l)＋H2O(l) HCOOH(l)＋CH3OH(l)
起始/mol 1.00 1.99 0.01 　0.52
转化/mol 0.24 0.24 0.24 　0.24
平衡/mol 0.76 1.75 0.25 　0.76
K＝≈0.143，D正确。
6．向一容积可变的密闭容器中充入等物质的量的A、B，发生反应：2A(g)＋2B(g) 3C(s)＋4D(g)，在不同压强下，该反应的平衡常数随温度变化见下表。下列判断正确的是(　D　)
温度/℃ 压强/MPa
1.0 1.5 2.0
300 a b 16
516 c 64 d
800 160 f g
A.c＞a，g＞f
B．正反应是放热反应
C．2.0 MPa、800 ℃时，A的转化率最小
D．1.5 MPa、300 ℃时，B的转化率为50%
解析：A.平衡常数只与温度相关，温度不变，K不变，所以g＝f，故A错误；B.由表格中的数据可知，平衡常数随温度升高而增大，升高温度，平衡正向移动，故该反应的正反应是吸热反应，故B错误；C.因为正反应为吸热反应，所以相同压强、800 ℃时，A的转化率最大，而反应前后气体的分子数相等，所以800 ℃时，三种压强下A的转化率相同，故C错误；D.1.5 MPa、300 ℃时，平衡常数b＝16，设起始充入的n(A)＝n(B)＝1 mol，平衡时体积为V L，B的物质的量的变化量为x mol，达平衡时，A、B、D的物质的量分别为(1－x)mol、(1－x)mol、2x mol，可得K＝＝16，解得x＝0.5，故B的转化率为×100%＝50%，故D正确。
7．我国在H2和CO合成CH3OH的研究中取得重大突破。向某密闭容器中，按物质的量为2∶1的比例充入H2和CO，发生反应：2H2(g)＋CO(g) CH3OH(g)　ΔH。测得不同压强下CH3OH(g)的平衡体积分数随温度变化关系如上图所示。下列说法错误的是(　B　)
INCLUDEPICTURE "25HXL19.TIF" INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\Administrator\\AppData\\Local\\Microsoft\\Windows\\INetCache\\Content.Word\\25HXL19.TIF" \* MERGEFORMATINET
A．p1>p2
B．该反应的焓变ΔH>0
C．N点时对应该反应的Kp＝ eq \f(25,2p)
D．M、N两点使用不同催化剂时，正反应速率可能相等
解析：A.该反应为气体分子数减小的反应，同一温度下，压强越大，平衡正向进行的程度越大，CH3OH(g)的平衡体积分数越高，结合题图可知，p1>p2，A项正确；B.温度升高，CH3OH(g)的平衡体积分数减小，说明该反应为放热反应，ΔH<0，B项错误；C.N点时对应该反应的平衡常数与M点相同，设起始充入2 mol H2和1 mol CO，达到平衡时消耗x mol CO，列“三段式”：
　　 　　 2H2(g)＋CO(g) CH3OH(g)
起始量/mol 2 1 0
变化量/mol 2x x x
平衡量/mol 2－2x 1－x x
M点CH3OH(g)的平衡体积分数即物质的量分数为40%，故＝0.4，解得x＝，平衡时总物质的量为3 mol－2× mol＝ mol，p(H2)＝p2，p(CO)＝p2，p(CH3OH)＝p2，该反应的Kp＝＝＝ eq \f(25,2p)，C项正确；D.M、N两点使用不同催化剂时，催化剂活性不同，速率不同，压强也不同，正反应速率可能相等，D项正确。
8．(2025·广东摸底考试)空间站中CO2的处理涉及反应CO2(g)＋4H2(g) CH4(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－164.9 kJ·mol-1。下列说法正确的是(　A　)
A．混合气体的平均摩尔质量不再改变，说明反应达到化学平衡状态
B．若某刚性密闭容器中，初始投入c(CO2)＝1 mol·L-1、c(H2)＝4 mol·L-1，平衡时CO2的转化率为50%，则平衡常数K＝16
C．恒温时增大该体系的压强，平衡正向移动，化学平衡常数增大
D．使用催化剂能降低反应的活化能，提高CO2的平衡转化率
解析：该反应为气体物质的量减小的反应，反应前后气体总质量不变，则随着反应进行，混合气体的平均摩尔质量逐渐增大，当不再变化时，说明反应达到平衡状态，故A正确；结合已知信息列“三段式”：
　　　　　　CO2(g)＋4H2(g) CH4(g)＋2H2O(g)
1 4 0 0
0.5 2 0.5 1
0.5 2 0.5 1
平衡常数K＝＝，故B错误；平衡常数只受温度影响，温度不变，平衡常数K不变，故C错误；催化剂可降低反应活化能，从而增大反应速率，但对平衡无影响，不能提高平衡转化率，故D错误。
9．试运用所学知识，研究CO等气体的性质，请回答下列问题：
生产水煤气过程中有以下反应：
①C(s)＋CO2(g) 2CO(g)　ΔH1；
②CO(g)＋H2O(g) H2(g)＋CO2(g)　ΔH2；
③C(s)＋ H2O(g) CO(g)＋ H2(g)　ΔH3。
(1)反应③的平衡常数表达式为K＝_________________________________________________；
上述反应中ΔH1、ΔH2、ΔH3之间的关系为ΔH3＝____________。
(2)在一定容积的密闭容器中，进行反应②，能判断该反应达到化学平衡状态的依据是________(填字母)。
A．容器中压强不变
B．混合气体中 c(CO)不变
C．v正(H2)＝v逆(H2O)
D．c(CO2)＝c(CO)
(3)不同温度下反应②的平衡常数如下表所示，ΔH2________ (填“<”或“>”)0。
温度/℃ 400 500 800
平衡常数K 9.94 9 1
在500 ℃时，把等物质的量浓度的CO和H2O(g)充入反应容器，达到平衡时c(CO)＝0.005 mol/L、c(H2)＝0.015 mol/L，则CO的平衡转化率为________。
INCLUDEPICTURE "CY2.TIF" INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\Administrator\\AppData\\Local\\Microsoft\\Windows\\INetCache\\Content.Word\\CY2.TIF" \* MERGEFORMATINET
(4)对于反应2NO2(g) N2O4(g)　ΔH<0，当温度为T1、T2时，平衡体系中N2O4的体积分数随压强变化曲线如右图所示。则T1________(填“>”或“<”)T2；增大压强，平衡________(填“正”或“逆”)向移动；B、C两点的平衡常数B________C(填“>”或“<”)。
解析：(1)反应③的平衡常数表达式为K＝；根据盖斯定律，反应③＝反应①＋反应②，ΔH3＝ΔH1＋ΔH2。
(2)A.反应前后气体分子数不变，说明压强始终保持不变，不能判断反应是否达到平衡状态，故A错误；B.反应过程中CO不断减少，当c(CO)不变时，说明反应达到平衡状态，故B正确；C.v正(H2)＝v逆(H2O)，说明正逆反应速率相等，反应达到平衡状态，故C正确；D.反应进行中某时刻c(CO2)可能恰好等于c(CO)，不能说明反应达到平衡状态，故D错误。
(3)升高温度，化学平衡常数减小，说明平衡逆向移动，ΔH2＜0；达到平衡时c(CO)＝0.005 mol/L、c(H2)＝0.015 mol/L，参与反应的CO与生成的H2的物质的量相等，故CO的平衡转化率为×100%＝75%。
(4)该反应的正反应是放热反应，相同压强下，由C到A，四氧化二氮的体积分数增大，平衡正向移动，故T1＜T2；该反应的正反应是气体体积减小的反应，增大压强，平衡正向移动；该反应的正反应是放热反应，温度越高，平衡常数越小，故B、C两点的平衡常数B＞C。
答案：(1)　ΔH1＋ΔH2
(2)BC　(3)<　75%　(4)<　正　>
[素养提升]
10．某温度下，发生反应N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ·mol-1，N2的平衡转化率(α)与体系总压强(p)的关系如右图所示。下列说法正确的是(　A　)
INCLUDEPICTURE "25HXL20.TIF" INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\Administrator\\AppData\\Local\\Microsoft\\Windows\\INetCache\\Content.Word\\25HXL20.TIF" \* MERGEFORMATINET
A．将1 mol N2和3 mol H2置于1 L密闭容器中发生反应，放出的热量小于92.4 kJ
B．平衡状态由A到B时，平衡常数K(A)C．上述反应在达到平衡后，增大压强，NH3的产率减小
D．反应建立平衡后分离出部分NH3时，浓度商Q大于平衡常数K
解析：A.该反应为可逆反应，加入的1 mol N2和3 mol H2 不可能完全反应生成2 mol NH3，所以反应放出的热量小于92.4 kJ，A正确；B.从状态A到状态B，改变的是压强，温度未发生变化，所以平衡常数不变，K(A)＝K(B)，B错误；C.该反应是反应前后气体分子数减小的反应，增大压强，平衡正向移动，NH3的产率增大，C错误；D.反应建立平衡后分离出部分NH3时，生成物的浓度减小，所以浓度商Q小于平衡常数K，D错误。
11．工业上以硫(S)与CH4为原料制备CS2，在500 ℃以上发生反应：4S(g)＋CH4(g) CS2(g)＋2H2S(g)　ΔH。在2 L密闭容器中充入1 mol CH4(g)和4 mol S(g)，发生上述反应，测得平衡体系中硫蒸气的体积分数和温度的关系见下表。下列说法错误的是(　C　)
温度/℃ 560 580 600 620 640 660
w(S) 0.286 0.333 0.378 0.420 0.462 0.500
A.在580 ℃达到平衡时，CH4的转化率为70%
B．该反应660 ℃的平衡常数Kc＝0.25
C．上述反应的正反应为吸热反应
D．起始充入1 mol CS2和2 mol H2S，620 ℃平衡时w(S)＝0.420
解析：A.根据反应列“三段式”：
　　　　　　　4S(g)＋CH4(g) CS2(g)＋2H2S(g)
起始量/mol 4 1 0 0
转化量/mol 4x x x 2x
平衡量/mol 4－4x 1－x x 2x
由表中数据可知，580 ℃时w(S)＝＝0.333，解得x≈0.7，α(CH4)＝×100%＝70%，A项正确；B.660 ℃时，w(S)＝＝0.500，解得x＝0.5，平衡时n(S)＝2 mol、n(CH4)＝0.5 mol、n(CS2)＝0.5 mol、n(H2S)＝1.0 mol，c(S)＝1 mol·L-1、c(CH4)＝0.25 mol·L-1、c(CS2)＝0.25 mol·L-1、c(H2S)＝0.5 mol·L-1，故Kc＝＝0.25，B项正确；C.由题表数据可知，随着温度的升高硫蒸气的体积分数增大，说明升高温度，平衡逆向移动，故正反应为放热反应，C项错误；D.恒温恒容条件下，在2 L容器中充入1 mol CS2和2 mol H2S等效于充入 1 mol CH4和4 mol S，D项正确。
12．(2025·广东联考)K为相对压力平衡常数，表达式为在浓度平衡常数表达式中，用相对分压代替气体浓度，气体的相对分压等于其分压(kPa)除以p0(p0＝100 kPa)。反应X(g) Z(s)＋2Y(g)的ln K 随温度变化如下图曲线a，反应Q(g)＋R(g) 2S(g)＋2U(g)的ln K随温度变化如下图曲线b。M点对应温度下，将1 mol Ar(不参与反应)和1 mol X(g)充入恒容密闭容器甲中，初始总压为100 kPa。下列说法正确的是(　C　)
INCLUDEPICTURE "26GDB44.TIF" INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\Administrator\\AppData\\Local\\Microsoft\\Windows\\INetCache\\Content.Word\\26GDB44.TIF" \* MERGEFORMATINET
A．反应Q(g)＋R(g) 2S(g)＋2U(g)的ΔH>0
B．X(g) Z(s)＋2Y(g)的K表达式为K＝
C．容器甲中平衡时分压p(X)＝25 kPa
D．容器甲中平衡时Y的体积分数为50%
解析：根据曲线b，温度升高K减小，平衡逆向移动，即正反应是放热反应，ΔH<0，A不正确；Z是固体，所以K＝＝，B不正确；根据题意，M点对应温度下K＝1，开始p(X)＝50 kPa，1 mol气体对应分压相当于50 kPa，设X转化了x mol，根据化学方程式可得平衡时X的物质的量为(1－x) mol，Y的物质的量为2x mol，K＝＝＝1，解得x＝0.5，所以平衡时容器甲内有0.5 mol X、有1 mol Y、有1 mol Ar，即分压p(X)＝25 kPa，C正确；由C项分析可知，Y的体积分数为40%，D不正确。
13．硫酸工业中，将SO2氧化为SO3是生产工艺中的重要环节。温度为T1条件下，在三个容积均为1 L 的恒容密闭容器中仅发生反应2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)　ΔH<0。实验测得v正＝k正·c2(SO2)·c(O2)，v逆＝k逆·c2(SO3)。
容器编号 起始浓度/(mol·L-1) 平衡浓度/(mol·L-1)
c(SO2) c(O2) c(SO3) c(O2)
Ⅰ 0.6 0.3 0 0.2
Ⅱ 0.5 x 0.3
Ⅲ 0.3 0.25 0.2
已知：k正、k逆为速率常数，仅受温度的影响。
下列说法错误的是(　C　)
A.达到平衡时，平衡常数和速率常数的关系：K＝
B.若容器Ⅱ中达到平衡时＝1，则x＝0.85
C.容器Ⅲ中达到平衡时，c(O2)<0.25 mol·L-1
D.当温度升高为T2时，k正、k逆分别增大m倍和n倍，则m解析：A.平衡时，v正＝v逆，平衡常数K＝＝，A项正确；B.根据容器Ⅰ中测得的数据可知，在该温度下，该反应的平衡常数K＝1.25，若容器Ⅱ中达到平衡时＝1，K＝＝＝1.25，c(O2)＝0.8 mol·L-1，列“三段式”：
　 　　 2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)
(mol/L)) 0.5 x 0.3
(mol/L)) 2×(x－0.8) x－0.8 2×(x－0.8)
(mol/L))
(x－0.8)) 0.8
(x－0.8))
0．5－2×(x－0.8)＝0.3＋2×(x－0.8)，解得x＝0.85，B项正确；C.容器Ⅲ中Q＝＝≈1.78>K，此时反应向逆反应方向进行，达到平衡时c(O2)>0.25 mol·L-1，C项错误；D.该反应的ΔH<0，升高温度，平衡逆向移动，k逆增大的幅度更大，故n>m，D项正确。
14．(2025·梅州兴宁一中月考)“碳中和”已成为人们关注的焦点，实现“碳中和”的基本途径是“减排”(减少在大气中排放CO2)和“增汇”(增加对大气中CO2的吸收)。
(1)中国科技研究者利用CO2人工合成甲醇，进而制备甲醛(HCHO)取得了进展。
第一步合成甲醇涉及的反应有
ⅰ.CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH1
ⅱ.CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)　ΔH2>0
①生成焓是某温度下，标准状态的各种元素的最稳定单质生成标准状态1 mol某纯物质的热效应。部分物质的生成焓数据见下表(单位：kJ/mol)：
CO2(g) CH3OH(g) H2O(g) H2(g)
－393.51 －201.17 －241.82 0
由此可求得ΔH1＝________。
②反应ⅰ和ⅱ在一定条件下建立平衡，下列说法正确的有________(填字母)。
A．加入催化剂，可以增大反应速率和提高CO2的转化率
B．移走CO(g)，可以使反应ⅱ平衡向右移动
C．容器内气体的平均相对分子质量不再改变说明反应达到了平衡
D．压缩反应容器，反应ⅰ的化学平衡常数变小
一定条件下，在某密闭容器中以初始投料比n(CO2)∶n(H2)＝1∶3发生上述反应。体系中c(H2)、c(CO)及甲醇的选择性(指转化为甲醇的CO2占发生反应的CO2的百分比)随温度变化如下图所示：
INCLUDEPICTURE "26GDB47.TIF" INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\Administrator\\AppData\\Local\\Microsoft\\Windows\\INetCache\\Content.Word\\26GDB47.TIF" \* MERGEFORMATINET
③计算0～20 min内v(CH3OH)＝________mol/(L·min)，此条件下反应ⅱ平衡常数K为____　(保留2位小数)。
④甲醇的选择性随温度升高而降低的原因可能是________________________。
(2)甲醇脱氢制甲醛CH3OH(g) HCHO(g)＋H2(g)，催化反应的部分机理如下(*表示有一个单电子可以参与成键)。
历程ⅰ：CH3OH―→*H＋*CH2OH
历程ⅱ：…
历程ⅲ：*H＋*H―→H2
①写出历程ⅱ的方程式：________________。
②若在甲、乙两个等容积的恒容容器中分别加入2 mol CH3OH(g)和1 mol CH3OH(g)，在同一条件下达到平衡，转化率较大的是________(填“甲”或“乙”)容器。
解析：(1)①生成物总能量－反应物总能量＝焓变，CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH1＝－201.17 kJ/mol－241.82 kJ/mol＋393.51 kJ/mol－0＝－49.48 kJ/mol。②催化剂能增大反应速率，但不能使平衡移动，故A项错误；移走CO(g)，CO浓度减小，可以使反应ⅱ平衡向右移动，故B项正确；反应ⅰ反应前后气体系数和不同，气体总物质的量是变量、气体总质量不变，所以气体平均相对分子质量是变量，容器内气体的平均相对分子质量不再改变说明反应达到了平衡，故C项正确；平衡常数只与温度有关，压缩反应容器，反应ⅰ的化学平衡常数不变，故D项错误。③分析题图可知，曲线Ⅰ表示甲醇的选择性，曲线Ⅱ表示c(H2)随温度的变化，曲线Ⅲ表示c(CO)随温度的变化。0～20 min氢气的浓度降低(9－5.75) mol/L＝3.25 mol/L，反应生成CO的浓度为0.25 mol/L，
则反应ⅱ消耗氢气的浓度为0.25 mol/L，反应ⅰ消耗氢气的浓度为3 mol/L，0～20 min内v(CH3OH)＝＝0.05 mol/(L·min)；40 min时反应达到平衡状态，氢气的浓度降低(9－3.6) mol/L＝5.4 mol/L，反应生成CO的浓度为1.2 mol/L，则反应ⅱ消耗氢气的浓度为1.2 mol/L，生成水的浓度为1.2 mol/L，消耗CO2的浓度为1.2 mol/L，反应ⅰ消耗氢气的浓度为(5.4－1.2) mol/L＝4.2 mol/L，则反应ⅰ消耗CO2的浓度为1.4 mol/L，反应ⅰ生成水的浓度为1.4 mol/L；平衡时容器中CO2的浓度为(3－1.2－1.4) mol/L＝0.4 mol/L、H2的浓度是3.6 mol/L、CO的浓度是1.2 mol/L、H2O的浓度是(1.2＋1.4)＝2.6 mol/L，此条件下反应ⅱ平衡常数K＝≈2.17。④反应ⅰ放热，升高温度，平衡逆向移动，所以甲醇选择性随温度升高而降低。
(2)①总反应－历程ⅰ－历程ⅲ得历程ⅱ的方程式为*CH2OH―→HCHO＋*H。②若在甲、乙两个等容积的恒容容器中分别加入2 mol CH3OH(g)和1 mol CH3OH(g)，在同一条件下达到平衡，根据等效平衡原理，甲相当于在乙基础上加压，增大压强CH3OH(g) HCHO(g)＋H2(g)平衡逆向移动，所以转化率较大的是乙容器。
答案：(1)①－49.48 kJ/mol　②BC　③0.05　2.17　④反应ⅰ放热，升高温度，平衡逆向移动 (2)①*CH2OH―→HCHO＋*H　②乙
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[基础巩固]
1．CH4消除NO2的反应为CH4(g)＋2NO2(g) N2(g)＋2H2O(g)＋CO2(g)　ΔH<0。下列说法正确的是(　D　)
A．正反应的活化能大于逆反应的活化能
B．平衡时，升高温度，v正增大，v逆减小
C.平衡常数K＝
D.该反应在任何温度下都可自发进行
解析：A.该反应为放热反应，正反应的活化能小于逆反应的活化能，故A错误；B.平衡时，升高温度，正、逆反应速率均增大，故B错误；C.由化学方程式可知，平衡常数K＝，故C错误；D.该反应为气体分子数增加的反应，ΔS＞0，且ΔH＜0，故ΔH－TΔS＜0，该反应在任何温度下都可自发进行，故D正确。
2．哈伯法合成氨：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，新研制的催化剂可使该反应在常温、常压下进行。下列有关哈伯法合成氨反应的说法正确的是(　C　)
A．若该反应能自发进行，则ΔH>0
B．选用高效催化剂，可降低该反应的ΔH
C．其他条件不变，增大起始n(N2)∶n(H2)的比值，可提高H2的平衡转化率
D．提高体系的压强可增大反应的化学平衡常数
解析：A.该反应为熵减反应，若该反应能自发进行，则ΔH<0，故A错误；B.催化剂不能改变反应的ΔH，故B错误；C.其他条件不变，增大起始n(N2)∶n(H2)的比值，相当于氢气量不变时，增加氮气的用量，平衡正向移动，可提高H2的平衡转化率，故C正确；D.化学平衡常数只与温度有关，温度不变，平衡常数不变，故D错误。
3．开发 CO2催化加氢合成甲醇技术是有效利用 CO2资源，实现“碳达峰、碳中和”目标的重要途径。某温度下，在恒容密闭容器中发生反应：CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)　 ΔH＝－49.01 kJ·mol-1。下列有关说法正确的是(　D　)
A．增大体系的压强，平衡逆向移动
B．升高反应温度有利于提高H2的平衡转化率
C．平衡后再通入适量 CO2，平衡正向移动，CO2的转化率增大
D．加入合适的催化剂，能提高单位时间内CH3OH的产量
解析：A.该反应是气体分子数减小的反应，增大压强，平衡正向移动，故A错误；B.该反应是放热反应，升高温度，平衡逆向移动，H2的平衡转化率减小，故B错误；C.平衡后再通入适量 CO2，c(CO2)增大，平衡虽正向移动，但 CO2的转化率减小，故C错误；D.加入合适的催化剂，能降低反应的活化能，增大反应速率，提高单位时间内CH3OH的产量，故D正确。
4．焦炭常用于冶炼工业。已知反应①2C(s)＋O2(g)===2CO(g)，反应②2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)，反应①②的反应趋势与温度的关系如下图所示。下列说法错误的是(　C　)
INCLUDEPICTURE "PXY100.TIF" INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\Administrator\\AppData\\Local\\Microsoft\\Windows\\INetCache\\Content.Word\\PXY100.TIF" \* MERGEFORMATINET
A.反应②的ΔS＜0，ΔH＜0
B．983 K是反应趋势变化的转折点
C．L1对应反应①
D．当温度低于983 K时，过量焦炭的氧化产物以CO2为主
解析：A项，反应②为反应前后气体分子数减小的反应，ΔS＜0，燃烧反应属于放热反应，ΔH＜0，A正确；B项，ΔG越小，说明反应的趋势越大，983 K时两反应的ΔG相等，所以983 K是反应趋势变化的转折点，B正确；C项，反应①的ΔS＞0，ΔG和T成反比，所以斜率小于0，L2对应反应①，C错误；D项，当温度低于983 K时，L1的ΔG更小，所以以反应②为主，产物以CO2为主，D正确。
5．甲酸甲酯水解的化学方程式为HCOOCH3(l)＋H2O(l) HCOOH(l)＋CH3OH(l)　ΔH＞0。在一定温度下，甲酸甲酯转化率随反应时间(t)的变化如下图所示。
INCLUDEPICTURE "CY1.TIF" INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\Administrator\\AppData\\Local\\Microsoft\\Windows\\INetCache\\Content.Word\\CY1.TIF" \* MERGEFORMATINET
组分 初始物质的量/mol
HCOOCH3 1.00
H2O 1.99
HCOOH 0.01
CH3OH 0.52
下列说法不正确的是(　B　)
A．微热可促进甲酸甲酯水解
B．反应过程中，CH3OH起催化作用
C．50 min时，n(HCOOH)＝0.239 mol
D．该反应的平衡常数K≈0.143
解析：A.甲酸甲酯的水解为吸热反应，微热，温度升高，平衡正向移动，促进其水解，A正确；B.CH3OH为生成物，B错误；C.50 min时，甲酸甲酯的转化率为22.9%，n(HCOOH)＝1.00×22.9%＋0.01＝0.239 mol，C正确；D.设甲酸甲酯水解平衡时的体积为V L，列“三段式”：
　 HCOOCH3(l)＋H2O(l) HCOOH(l)＋CH3OH(l)
起始/mol 1.00 1.99 0.01 　0.52
转化/mol 0.24 0.24 0.24 　0.24
平衡/mol 0.76 1.75 0.25 　0.76
K＝≈0.143，D正确。
6．向一容积可变的密闭容器中充入等物质的量的A、B，发生反应：2A(g)＋2B(g) 3C(s)＋4D(g)，在不同压强下，该反应的平衡常数随温度变化见下表。下列判断正确的是(　D　)
温度/℃ 压强/MPa
1.0 1.5 2.0
300 a b 16
516 c 64 d
800 160 f g
A.c＞a，g＞f
B．正反应是放热反应
C．2.0 MPa、800 ℃时，A的转化率最小
D．1.5 MPa、300 ℃时，B的转化率为50%
解析：A.平衡常数只与温度相关，温度不变，K不变，所以g＝f，故A错误；B.由表格中的数据可知，平衡常数随温度升高而增大，升高温度，平衡正向移动，故该反应的正反应是吸热反应，故B错误；C.因为正反应为吸热反应，所以相同压强、800 ℃时，A的转化率最大，而反应前后气体的分子数相等，所以800 ℃时，三种压强下A的转化率相同，故C错误；D.1.5 MPa、300 ℃时，平衡常数b＝16，设起始充入的n(A)＝n(B)＝1 mol，平衡时体积为V L，B的物质的量的变化量为x mol，达平衡时，A、B、D的物质的量分别为(1－x)mol、(1－x)mol、2x mol，可得K＝＝16，解得x＝0.5，故B的转化率为×100%＝50%，故D正确。
7．我国在H2和CO合成CH3OH的研究中取得重大突破。向某密闭容器中，按物质的量为2∶1的比例充入H2和CO，发生反应：2H2(g)＋CO(g) CH3OH(g)　ΔH。测得不同压强下CH3OH(g)的平衡体积分数随温度变化关系如上图所示。下列说法错误的是(　B　)
INCLUDEPICTURE "25HXL19.TIF" INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\Administrator\\AppData\\Local\\Microsoft\\Windows\\INetCache\\Content.Word\\25HXL19.TIF" \* MERGEFORMATINET
A．p1>p2
B．该反应的焓变ΔH>0
C．N点时对应该反应的Kp＝ eq \f(25,2p)
D．M、N两点使用不同催化剂时，正反应速率可能相等
解析：A.该反应为气体分子数减小的反应，同一温度下，压强越大，平衡正向进行的程度越大，CH3OH(g)的平衡体积分数越高，结合题图可知，p1>p2，A项正确；B.温度升高，CH3OH(g)的平衡体积分数减小，说明该反应为放热反应，ΔH<0，B项错误；C.N点时对应该反应的平衡常数与M点相同，设起始充入2 mol H2和1 mol CO，达到平衡时消耗x mol CO，列“三段式”：
　　 　　 2H2(g)＋CO(g) CH3OH(g)
起始量/mol 2 1 0
变化量/mol 2x x x
平衡量/mol 2－2x 1－x x
M点CH3OH(g)的平衡体积分数即物质的量分数为40%，故＝0.4，解得x＝，平衡时总物质的量为3 mol－2× mol＝ mol，p(H2)＝p2，p(CO)＝p2，p(CH3OH)＝p2，该反应的Kp＝＝＝ eq \f(25,2p)，C项正确；D.M、N两点使用不同催化剂时，催化剂活性不同，速率不同，压强也不同，正反应速率可能相等，D项正确。
8．(2025·广东摸底考试)空间站中CO2的处理涉及反应CO2(g)＋4H2(g) CH4(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－164.9 kJ·mol-1。下列说法正确的是(　A　)
A．混合气体的平均摩尔质量不再改变，说明反应达到化学平衡状态
B．若某刚性密闭容器中，初始投入c(CO2)＝1 mol·L-1、c(H2)＝4 mol·L-1，平衡时CO2的转化率为50%，则平衡常数K＝16
C．恒温时增大该体系的压强，平衡正向移动，化学平衡常数增大
D．使用催化剂能降低反应的活化能，提高CO2的平衡转化率
解析：该反应为气体物质的量减小的反应，反应前后气体总质量不变，则随着反应进行，混合气体的平均摩尔质量逐渐增大，当不再变化时，说明反应达到平衡状态，故A正确；结合已知信息列“三段式”：
　　　　　　CO2(g)＋4H2(g) CH4(g)＋2H2O(g)
1 4 0 0
0.5 2 0.5 1
0.5 2 0.5 1
平衡常数K＝＝，故B错误；平衡常数只受温度影响，温度不变，平衡常数K不变，故C错误；催化剂可降低反应活化能，从而增大反应速率，但对平衡无影响，不能提高平衡转化率，故D错误。
9．试运用所学知识，研究CO等气体的性质，请回答下列问题：
生产水煤气过程中有以下反应：
①C(s)＋CO2(g) 2CO(g)　ΔH1；
②CO(g)＋H2O(g) H2(g)＋CO2(g)　ΔH2；
③C(s)＋ H2O(g) CO(g)＋ H2(g)　ΔH3。
(1)反应③的平衡常数表达式为K＝_________________________________________________；
上述反应中ΔH1、ΔH2、ΔH3之间的关系为ΔH3＝____________。
(2)在一定容积的密闭容器中，进行反应②，能判断该反应达到化学平衡状态的依据是________(填字母)。
A．容器中压强不变
B．混合气体中 c(CO)不变
C．v正(H2)＝v逆(H2O)
D．c(CO2)＝c(CO)
(3)不同温度下反应②的平衡常数如下表所示，ΔH2________ (填“<”或“>”)0。
温度/℃ 400 500 800
平衡常数K 9.94 9 1
在500 ℃时，把等物质的量浓度的CO和H2O(g)充入反应容器，达到平衡时c(CO)＝0.005 mol/L、c(H2)＝0.015 mol/L，则CO的平衡转化率为________。
INCLUDEPICTURE "CY2.TIF" INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\Administrator\\AppData\\Local\\Microsoft\\Windows\\INetCache\\Content.Word\\CY2.TIF" \* MERGEFORMATINET
(4)对于反应2NO2(g) N2O4(g)　ΔH<0，当温度为T1、T2时，平衡体系中N2O4的体积分数随压强变化曲线如右图所示。则T1________(填“>”或“<”)T2；增大压强，平衡________(填“正”或“逆”)向移动；B、C两点的平衡常数B________C(填“>”或“<”)。
解析：(1)反应③的平衡常数表达式为K＝；根据盖斯定律，反应③＝反应①＋反应②，ΔH3＝ΔH1＋ΔH2。
(2)A.反应前后气体分子数不变，说明压强始终保持不变，不能判断反应是否达到平衡状态，故A错误；B.反应过程中CO不断减少，当c(CO)不变时，说明反应达到平衡状态，故B正确；C.v正(H2)＝v逆(H2O)，说明正逆反应速率相等，反应达到平衡状态，故C正确；D.反应进行中某时刻c(CO2)可能恰好等于c(CO)，不能说明反应达到平衡状态，故D错误。
(3)升高温度，化学平衡常数减小，说明平衡逆向移动，ΔH2＜0；达到平衡时c(CO)＝0.005 mol/L、c(H2)＝0.015 mol/L，参与反应的CO与生成的H2的物质的量相等，故CO的平衡转化率为×100%＝75%。
(4)该反应的正反应是放热反应，相同压强下，由C到A，四氧化二氮的体积分数增大，平衡正向移动，故T1＜T2；该反应的正反应是气体体积减小的反应，增大压强，平衡正向移动；该反应的正反应是放热反应，温度越高，平衡常数越小，故B、C两点的平衡常数B＞C。
答案：(1)　ΔH1＋ΔH2
(2)BC　(3)<　75%　(4)<　正　>
[素养提升]
10．某温度下，发生反应N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ·mol-1，N2的平衡转化率(α)与体系总压强(p)的关系如右图所示。下列说法正确的是(　A　)
INCLUDEPICTURE "25HXL20.TIF" INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\Administrator\\AppData\\Local\\Microsoft\\Windows\\INetCache\\Content.Word\\25HXL20.TIF" \* MERGEFORMATINET
A．将1 mol N2和3 mol H2置于1 L密闭容器中发生反应，放出的热量小于92.4 kJ
B．平衡状态由A到B时，平衡常数K(A)C．上述反应在达到平衡后，增大压强，NH3的产率减小
D．反应建立平衡后分离出部分NH3时，浓度商Q大于平衡常数K
解析：A.该反应为可逆反应，加入的1 mol N2和3 mol H2 不可能完全反应生成2 mol NH3，所以反应放出的热量小于92.4 kJ，A正确；B.从状态A到状态B，改变的是压强，温度未发生变化，所以平衡常数不变，K(A)＝K(B)，B错误；C.该反应是反应前后气体分子数减小的反应，增大压强，平衡正向移动，NH3的产率增大，C错误；D.反应建立平衡后分离出部分NH3时，生成物的浓度减小，所以浓度商Q小于平衡常数K，D错误。
11．工业上以硫(S)与CH4为原料制备CS2，在500 ℃以上发生反应：4S(g)＋CH4(g) CS2(g)＋2H2S(g)　ΔH。在2 L密闭容器中充入1 mol CH4(g)和4 mol S(g)，发生上述反应，测得平衡体系中硫蒸气的体积分数和温度的关系见下表。下列说法错误的是(　C　)
温度/℃ 560 580 600 620 640 660
w(S) 0.286 0.333 0.378 0.420 0.462 0.500
A.在580 ℃达到平衡时，CH4的转化率为70%
B．该反应660 ℃的平衡常数Kc＝0.25
C．上述反应的正反应为吸热反应
D．起始充入1 mol CS2和2 mol H2S，620 ℃平衡时w(S)＝0.420
解析：A.根据反应列“三段式”：
　　　　　　　4S(g)＋CH4(g) CS2(g)＋2H2S(g)
起始量/mol 4 1 0 0
转化量/mol 4x x x 2x
平衡量/mol 4－4x 1－x x 2x
由表中数据可知，580 ℃时w(S)＝＝0.333，解得x≈0.7，α(CH4)＝×100%＝70%，A项正确；B.660 ℃时，w(S)＝＝0.500，解得x＝0.5，平衡时n(S)＝2 mol、n(CH4)＝0.5 mol、n(CS2)＝0.5 mol、n(H2S)＝1.0 mol，c(S)＝1 mol·L-1、c(CH4)＝0.25 mol·L-1、c(CS2)＝0.25 mol·L-1、c(H2S)＝0.5 mol·L-1，故Kc＝＝0.25，B项正确；C.由题表数据可知，随着温度的升高硫蒸气的体积分数增大，说明升高温度，平衡逆向移动，故正反应为放热反应，C项错误；D.恒温恒容条件下，在2 L容器中充入1 mol CS2和2 mol H2S等效于充入 1 mol CH4和4 mol S，D项正确。
12．(2025·广东联考)K为相对压力平衡常数，表达式为在浓度平衡常数表达式中，用相对分压代替气体浓度，气体的相对分压等于其分压(kPa)除以p0(p0＝100 kPa)。反应X(g) Z(s)＋2Y(g)的ln K 随温度变化如下图曲线a，反应Q(g)＋R(g) 2S(g)＋2U(g)的ln K随温度变化如下图曲线b。M点对应温度下，将1 mol Ar(不参与反应)和1 mol X(g)充入恒容密闭容器甲中，初始总压为100 kPa。下列说法正确的是(　C　)
INCLUDEPICTURE "26GDB44.TIF" INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\Administrator\\AppData\\Local\\Microsoft\\Windows\\INetCache\\Content.Word\\26GDB44.TIF" \* MERGEFORMATINET
A．反应Q(g)＋R(g) 2S(g)＋2U(g)的ΔH>0
B．X(g) Z(s)＋2Y(g)的K表达式为K＝
C．容器甲中平衡时分压p(X)＝25 kPa
D．容器甲中平衡时Y的体积分数为50%
解析：根据曲线b，温度升高K减小，平衡逆向移动，即正反应是放热反应，ΔH<0，A不正确；Z是固体，所以K＝＝，B不正确；根据题意，M点对应温度下K＝1，开始p(X)＝50 kPa，1 mol气体对应分压相当于50 kPa，设X转化了x mol，根据化学方程式可得平衡时X的物质的量为(1－x) mol，Y的物质的量为2x mol，K＝＝＝1，解得x＝0.5，所以平衡时容器甲内有0.5 mol X、有1 mol Y、有1 mol Ar，即分压p(X)＝25 kPa，C正确；由C项分析可知，Y的体积分数为40%，D不正确。
13．硫酸工业中，将SO2氧化为SO3是生产工艺中的重要环节。温度为T1条件下，在三个容积均为1 L 的恒容密闭容器中仅发生反应2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)　ΔH<0。实验测得v正＝k正·c2(SO2)·c(O2)，v逆＝k逆·c2(SO3)。
容器编号 起始浓度/(mol·L-1) 平衡浓度/(mol·L-1)
c(SO2) c(O2) c(SO3) c(O2)
Ⅰ 0.6 0.3 0 0.2
Ⅱ 0.5 x 0.3
Ⅲ 0.3 0.25 0.2
已知：k正、k逆为速率常数，仅受温度的影响。
下列说法错误的是(　C　)
A.达到平衡时，平衡常数和速率常数的关系：K＝
B.若容器Ⅱ中达到平衡时＝1，则x＝0.85
C.容器Ⅲ中达到平衡时，c(O2)<0.25 mol·L-1
D.当温度升高为T2时，k正、k逆分别增大m倍和n倍，则m解析：A.平衡时，v正＝v逆，平衡常数K＝＝，A项正确；B.根据容器Ⅰ中测得的数据可知，在该温度下，该反应的平衡常数K＝1.25，若容器Ⅱ中达到平衡时＝1，K＝＝＝1.25，c(O2)＝0.8 mol·L-1，列“三段式”：
　 　　 2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)
(mol/L)) 0.5 x 0.3
(mol/L)) 2×(x－0.8) x－0.8 2×(x－0.8)
(mol/L))
(x－0.8)) 0.8
(x－0.8))
0．5－2×(x－0.8)＝0.3＋2×(x－0.8)，解得x＝0.85，B项正确；C.容器Ⅲ中Q＝＝≈1.78>K，此时反应向逆反应方向进行，达到平衡时c(O2)>0.25 mol·L-1，C项错误；D.该反应的ΔH<0，升高温度，平衡逆向移动，k逆增大的幅度更大，故n>m，D项正确。
14．(2025·梅州兴宁一中月考)“碳中和”已成为人们关注的焦点，实现“碳中和”的基本途径是“减排”(减少在大气中排放CO2)和“增汇”(增加对大气中CO2的吸收)。
(1)中国科技研究者利用CO2人工合成甲醇，进而制备甲醛(HCHO)取得了进展。
第一步合成甲醇涉及的反应有
ⅰ.CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH1
ⅱ.CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)　ΔH2>0
①生成焓是某温度下，标准状态的各种元素的最稳定单质生成标准状态1 mol某纯物质的热效应。部分物质的生成焓数据见下表(单位：kJ/mol)：
CO2(g) CH3OH(g) H2O(g) H2(g)
－393.51 －201.17 －241.82 0
由此可求得ΔH1＝________。
②反应ⅰ和ⅱ在一定条件下建立平衡，下列说法正确的有________(填字母)。
A．加入催化剂，可以增大反应速率和提高CO2的转化率
B．移走CO(g)，可以使反应ⅱ平衡向右移动
C．容器内气体的平均相对分子质量不再改变说明反应达到了平衡
D．压缩反应容器，反应ⅰ的化学平衡常数变小
一定条件下，在某密闭容器中以初始投料比n(CO2)∶n(H2)＝1∶3发生上述反应。体系中c(H2)、c(CO)及甲醇的选择性(指转化为甲醇的CO2占发生反应的CO2的百分比)随温度变化如下图所示：
INCLUDEPICTURE "26GDB47.TIF" INCLUDEPICTURE "C:\\Users\\Administrator\\AppData\\Local\\Microsoft\\Windows\\INetCache\\Content.Word\\26GDB47.TIF" \* MERGEFORMATINET
③计算0～20 min内v(CH3OH)＝________mol/(L·min)，此条件下反应ⅱ平衡常数K为____　(保留2位小数)。
④甲醇的选择性随温度升高而降低的原因可能是________________________。
(2)甲醇脱氢制甲醛CH3OH(g) HCHO(g)＋H2(g)，催化反应的部分机理如下(*表示有一个单电子可以参与成键)。
历程ⅰ：CH3OH―→*H＋*CH2OH
历程ⅱ：…
历程ⅲ：*H＋*H―→H2
①写出历程ⅱ的方程式：________________。
②若在甲、乙两个等容积的恒容容器中分别加入2 mol CH3OH(g)和1 mol CH3OH(g)，在同一条件下达到平衡，转化率较大的是________(填“甲”或“乙”)容器。
解析：(1)①生成物总能量－反应物总能量＝焓变，CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH1＝－201.17 kJ/mol－241.82 kJ/mol＋393.51 kJ/mol－0＝－49.48 kJ/mol。②催化剂能增大反应速率，但不能使平衡移动，故A项错误；移走CO(g)，CO浓度减小，可以使反应ⅱ平衡向右移动，故B项正确；反应ⅰ反应前后气体系数和不同，气体总物质的量是变量、气体总质量不变，所以气体平均相对分子质量是变量，容器内气体的平均相对分子质量不再改变说明反应达到了平衡，故C项正确；平衡常数只与温度有关，压缩反应容器，反应ⅰ的化学平衡常数不变，故D项错误。③分析题图可知，曲线Ⅰ表示甲醇的选择性，曲线Ⅱ表示c(H2)随温度的变化，曲线Ⅲ表示c(CO)随温度的变化。0～20 min氢气的浓度降低(9－5.75) mol/L＝3.25 mol/L，反应生成CO的浓度为0.25 mol/L，
则反应ⅱ消耗氢气的浓度为0.25 mol/L，反应ⅰ消耗氢气的浓度为3 mol/L，0～20 min内v(CH3OH)＝＝0.05 mol/(L·min)；40 min时反应达到平衡状态，氢气的浓度降低(9－3.6) mol/L＝5.4 mol/L，反应生成CO的浓度为1.2 mol/L，则反应ⅱ消耗氢气的浓度为1.2 mol/L，生成水的浓度为1.2 mol/L，消耗CO2的浓度为1.2 mol/L，反应ⅰ消耗氢气的浓度为(5.4－1.2) mol/L＝4.2 mol/L，则反应ⅰ消耗CO2的浓度为1.4 mol/L，反应ⅰ生成水的浓度为1.4 mol/L；平衡时容器中CO2的浓度为(3－1.2－1.4) mol/L＝0.4 mol/L、H2的浓度是3.6 mol/L、CO的浓度是1.2 mol/L、H2O的浓度是(1.2＋1.4)＝2.6 mol/L，此条件下反应ⅱ平衡常数K＝≈2.17。④反应ⅰ放热，升高温度，平衡逆向移动，所以甲醇选择性随温度升高而降低。
(2)①总反应－历程ⅰ－历程ⅲ得历程ⅱ的方程式为*CH2OH―→HCHO＋*H。②若在甲、乙两个等容积的恒容容器中分别加入2 mol CH3OH(g)和1 mol CH3OH(g)，在同一条件下达到平衡，根据等效平衡原理，甲相当于在乙基础上加压，增大压强CH3OH(g) HCHO(g)＋H2(g)平衡逆向移动，所以转化率较大的是乙容器。
答案：(1)①－49.48 kJ/mol　②BC　③0.05　2.17　④反应ⅰ放热，升高温度，平衡逆向移动 (2)①*CH2OH―→HCHO＋*H　②乙
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第40讲　化学平衡常数　
化学反应的方向与调控
1．能书写平衡常数表达式，能进行平衡常数、转化率的简单计算。
2．能利用平衡常数和浓度商的关系判断化学反应是否达到平衡及平衡移动的方向。
3．知道化学反应是有方向的，知道化学反应的方向与反应的焓变和熵变有关。
4．认识化学反应速率和化学平衡的综合调控在生产、生活和科学研究中的重要作用。
01
考点梳理 高效演练
例如，①C(s)＋H2O(g) CO(g)＋H2(g)的平衡常数表达式K＝________________________________________。
②Fe3+(aq)＋3H2O(l) Fe(OH)3(s)＋3H＋(aq)的平衡常数表达式K＝____________________________________。
2．意义及影响因素
(1)通常，K越大，说明平衡体系中生成物所占的比例越大，正反应进行的程度________，即该反应进行得越完全，平衡时反应物的转化率____________；反之，K越小，该反应进行得越不完全，平衡时反应物的转化率________。
(2)通常情况下，K只受________影响，与物质的浓度、压强变化无关。
越大
越大
越小
温度
3．应用
(1)判断化学反应可能进行的程度。
K <10-5 10-5～105 >105
反应程度 很难进行 反应可逆 反应基本完全
(3)判断可逆反应的反应热。
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。
①2NO2(g)＋NaCl(s) NaNO3(s)＋ClNO(g)　K1
②2NO(g)＋Cl2(g) 2ClNO(g)　K2
(1)反应①的平衡常数表达式为K1＝______________________________。
(2)4NO2(g)＋2NaCl(s) 2NaNO3(s)＋2NO(g)＋Cl2(g)的平衡常数K＝________(用K1、K2表示)。
3．在一定容积的密闭容器中，进行如下化学反应：CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)。该反应的化学平衡常数(K)和温度(T)的关系见下表。


(1)该反应的平衡常数表达式为K＝____________________________。
T/℃ 700 800 830 1 000 1 200
K 0.6 0.9 1.0 1.7 2.6
(2)该反应为________(填“吸热”或“放热”)反应。
(3)某温度下，各物质的平衡浓度符合关系式：3c(CO2)·c(H2)＝5c(CO)·c(H2O)，试判断此时的温度为________。
(4)若830 ℃时，向容器中充入1 mol CO、5 mol H2O，反应达到平衡后，化学平衡常数K________(填“大于”“小于”或“等于”)1.0。
(5)830 ℃时，容器中的反应已达到平衡。在其他条件不变的情况下，扩大容器的容积，平衡________________________(填“向正反应方向”“向逆反应方向”或“不”)移动。
吸热
700 ℃
等于
不
(6)若1 200 ℃时，在某时刻反应体系中CO2、H2、CO、H2O 的浓度分别为2 mol·L-1、2 mol·L-1、4 mol·L-1、4 mol·L-1，则此时反应____________________(填“向正反应方向进行”“向逆反应方向进行”或“处于平衡状态”)。
向逆反应方向进行
考点二　速率常数、化学平衡常数及Kp的有关计算

1．化学平衡常数的计算步骤
(1)写出有关可逆反应的化学方程式，写出平衡常数表达式。
(2)利用“三段式”，确定各物质的起始浓度、转化浓度、平衡浓度。
(3)将平衡浓度代入平衡常数表达式。
(4)注意单位的统一。
2．常用的四个公式
3.压强平衡常数(Kp)
[注意]　混合气体的总压等于相同温度下各组分气体的分压之和。
[示例]　一定温度和催化剂条件下，将1 mol N2和3 mol H2充入压强为p0的恒压容器中，测得平衡时N2的转化率为50%，计算该温度下的压强平衡常数(Kp)。
[解析]　　　N2(g) ＋ 3H2(g) 2NH3(g)
起始量/mol 1 3 0
变化量/mol 0.5 1.5 1
平衡量/mol 0.5 1.5 1
4．厘清平衡常数与速率常数的关系
对于可逆反应：mA(g)＋nB(g) pC(g)，若速率方程为v正＝k正·cm (A)·cn(B)、v逆＝k逆·cp (C)，式中的k称为速率常数，当化学反应达到平衡时，v正＝v逆，即k正·cm(A)·cn(B)＝k逆·cp (C)，化学平衡常数K＝k正/k逆。
[特别提醒]
一个化学反应的速率方程是实验测定的结果，不能随意根据反应的化学方程式直接写出。对于很多反应，速率方程中浓度的方次与化学方程式中各物质的化学计量数并无确定关系。
1．已知在密闭容器中发生可逆反应：M(g)＋N(g) P(g)＋Q(g)　ΔH>0。某温度下，反应物的起始浓度分别为c(M)＝1 mol·L-1，c(N)＝2.4 mol·L-1。回答下列问题。
(1)若达到平衡后，M的转化率为60%，则N的平衡浓度是__________，平衡常数K为________。
1.8 mol·L-1
(2)若反应温度不变，反应物的起始浓度分别为c(M)＝4 mol·L-1，c(N)＝a mol·L-1，达到平衡后，c(P)＝2 mol·L-1，则M的转化率为________，N的起始浓度为________。
50%
6 mol·L-1
2．(2025·佛山一中月考)某温度下向容器中按照体积比1∶3充入N2和H2，控制压强为50 MPa，反应达到平衡状态时体系中NH3的体积分数为0.6。
(1)H2的平衡转化率为________。
75%
(2)在化学平衡体系中，用各气体物质的分压替代浓度，计算的平衡常数叫压强平衡常数。此温度下反应的压强平衡常数Kp＝____________________　MPa-2(列出计算式即可)。
3．2NO(g)＋O2(g) 2NO2(g)的反应历程如下：
反应Ⅰ　2NO(g) N2O2(g)(快)　ΔH1<0
v1正＝k1正·c2(NO)，v1逆＝k1逆·c(N2O2)；
反应Ⅱ　N2O2(g)＋O2(g) 2NO2(g)(慢)　ΔH2<0
v2正＝k2正·c(N2O2)·c(O2)，v2逆＝k2逆·c2(NO2)。
(1)一定条件下，反应2NO(g)＋O2(g) 2NO2(g)达到平衡状态，平衡常数K＝____________(用含k1正、k1逆、k2正、k2逆的代数式表示)。反应 Ⅰ 的活化能EⅠ________(填“>”“<”或“＝”)反应Ⅱ的活化能EⅡ。
<
(2)已知反应速率常数k随温度的升高而增大，则升高温度后k2正增大的倍数________(填“大于”“小于”或“等于”)k2逆增大的倍数。
小于
(1)平衡常数K与速率常数k正、k逆之间的关系式为K＝_______________
(用含有k正、k逆的式子表示)。
(2)图中c点时，上述反应的平衡常数K＝________kPa-1。若k逆＝60 s-1，则速率常数k正＝________s-1·kPa-1。
2
120
考点三　化学反应的方向与调控

1．自发反应
在一定条件下无须外界帮助就能自发进行的反应称为自发反应。
2．化学反应方向的判断
(1)熵和熵变的含义。
①熵的含义：
熵是度量一个体系________________的物理量，用符号S表示。同一条件下，不同物质有不同的熵值，同一物质在不同状态下熵值也不同，一般规律是S(g)________S(l)________S(s)。
②熵变的含义：
熵变是反应前后体系________________，用ΔS表示，化学反应的ΔS越大，越有利于反应________________。
混乱程度
＞
＞
熵的变化
自发进行
(2)判断化学反应方向的判据(ΔG＝ΔH－TΔS)。
当ΔG<0时，反应____自发进行；
当ΔG＝0时，反应处于________状态；
当ΔG＞0时，反应________自发进行。
能
平衡
不能
3．化学反应的调控
(1)化工生产适宜条件选择的一般原则。
条件 原则
从化学反应速率分析 既不能过大，又不能太小
从化学平衡移动分析 既要注意外界条件对速率和平衡影响的一致性，又要注意对二者影响的矛盾性
从原料的利用率分析 增加易得廉价原料，提高难得高价原料的利用率，从而降低生产成本
从实际生产能力分析 如设备承受高温、高压能力等
从催化剂的活性分析 注意催化剂的活性对温度的限制
(2)工业合成氨反应的适宜条件。
①原理分析：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ·mol-1。
对合成氨
反应的影响 影响因素
浓度 温度 压强 催化剂
增大合成氨的反应速率 ______________　 _____　 _____　 使用
提高平衡混合物中氨的含量 ________________________________ _____　 _____　 _______
增大反应物浓度
高温
高压
增大反应物浓度、减小生成物浓度
低温
高压
无影响
②实际选择。
[易错秒判]
(1)其他条件不变，使用催化剂，可以改变化学反应进行的方向(　　)
(2)焓变和熵变都与反应自发性有关，因此均可单独作为判断反应能否自发进行的判据(　　)
(3)某吸热反应能自发进行，因此该反应是熵增反应(　　)
(4)合成氨选择在400～500 ℃进行的原因之一是催化剂在500 ℃左右时的活性最大 (　　)
(5)反应SiO2(s)＋2C(s)===Si(s)＋2CO(g)只能在高温下自发进行，该反应的ΔH>0(　　)
(6)过程自发性不仅能用于判断过程的方向，还能确定过程发生的速率(　　)
×
×
√
√
√
×
1．(2022·新高考辽宁卷)工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破，目前已有三位科学家因其获得诺贝尔奖，其反应为N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ·mol-1　ΔS＝－200 J·K-1·mol-1。
合成氨反应在常温下________(填“能”或“不能”)自发。
解析：对于合成氨反应，常温下，ΔG＝ΔH－TΔS＝－92.4 kJ·mol-1－298 K×(－0.2 kJ·K-1·mol-1)＝－32.8 kJ·mol-1<0，故合成氨反应在常温下能自发进行。
能
2．实验室可用铜与浓硫酸反应制备少量SO2：Cu(s)＋2H2SO4(l)===CuSO4(s)＋SO2(g)＋2H2O(l)　ΔH＝－11.9 kJ·mol-1。判断该反应的自发性并说明理由：_____________________________________
________________________________________________________________。
答案：任何温度下都能自发，该反应的ΔH<0、ΔS>0，ΔG＝ΔH－TΔS＜0恒成立
3．(2025·广东六校联考)中科院兰州化学物理研究所用Fe3(CO)12/ZSM-5催化CO2加氢合成低碳烯烃，反应过程如下图所示。在其他条件相同时，添加不同助剂(催化剂中添加助剂Na、K或Cu后可改变反应的选择性)，经过相同时间后测得CO2的转化率和各产物的物质的量分数见下表。
助剂 CO2的
转化率/% 各产物的物质的量分数/%
C2H4 C3H6 其他
Na 42.5 35.9 39.6 24.5
K 27.2 75.6 22.8 1.6
Cu 9.8 80.7 12.5 6.8
√
下列说法正确的是(　　)
A．第i步反应的活化能比第ii步的低
B．CO2加氢合成低碳烯烃时还有H2O生成
C．与添加其他助剂相比，添加Cu助剂时单位时间内乙烯的产量最高
D．Fe3(CO)12/ZSM-5使CO2加氢合成低碳烯烃的反应速率增大，ΔH减小
02
真题研做 高考通关
√
解析：a→b温度升高，CH4的平衡转化率增大，说明正反应为吸热反应；温度相同时，H2O(g)越多，CH4的平衡转化率越高，但x越小，故x1vc正。结合分析可知，A项正确，B项错误；该反应为吸热反应，温度升高，平衡常数增大，故平衡常数Ka2．(2024·浙江6月选考)氢是清洁能源，硼氢化钠(NaBH4)是一种环境友好的固体储氢材料，其水解生氢反应方程式如下。(除非特别说明，本题中反应条件均为25 ℃，101 kPa)
NaBH4(s)＋2H2O(l)===NaBO2(aq)＋4H2(g)　ΔH<0
该反应能自发进行的条件是____(填字母)。
A．高温　　　　　　 B．低温
C．任意温度 D．无法判断
C
解析：该反应为熵增反应，即ΔS>0，又知该反应ΔH<0，根据ΔG＝ΔH－TΔS＜0时反应可自发进行可知，在任意温度下均有ΔG<0，即任意温度下该反应均可自发进行。
(1)反应BaCO3(s)＋4C(s) BaC2(s)＋3CO(g)在1 585 K的Kp＝______________________________________Pa3。
1016
105
105
4．(2024·高考新课标卷)Ni(CO)4(四羰合镍，沸点43 ℃)可用于制备高纯镍，也是有机化合物羰基化反应的催化剂。回答下列问题：
(1)在总压分别为0.10 MPa、0.50 MPa、1.0 MPa、2.0 MPa下，Ni(s)和CO(g)反应达到平衡时，Ni(CO)4体积分数x与温度的关系如图所示。反应Ni(s)＋4CO(g)===Ni(CO)4(g)的ΔH________(填“大于”或“小于”)0，从热力学角度考虑，____________有利于Ni(CO)4的生成(写出两点)，p3、100 ℃时CO的平衡转化率α＝________，该温度下平衡常数Kp＝________MPa-3。
小于
低温、高压
9×103
解析：由题图可知，其他条件相同时，随着温度升高，平衡时Ni(CO)4的体积分数减小，说明升高温度，平衡逆向移动，该反应为放热反应，ΔH<0；该反应为气体分子数减小的放热反应，降低温度、增大压强，平衡均正向移动，均有利于Ni(CO)4的生成；增大压强，平衡正向移动，Ni(CO)4的体积分数增大，故p3＝1.0 MPa，由题图可知，p3、100 ℃时，Ni(CO)4的体积分数为0.9，设起始时CO的物质的量为4 mol，达到平衡时转化的CO的物质的量为4x mol，列“三段式”：

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