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第3讲　化学平衡常数　化学反应的方向
复习目标
1．了解化学平衡常数的含义，能利用化学平衡常数进行相关计算。
2．了解利用焓变、熵变判断化学反应进行的方向。
考点一　化学平衡常数
1．概念
在一定温度下，当一个可逆反应达到化学平衡时，生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值是一个常数，用符号K表示。
2．表达式
对于一般的可逆反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，当在一定温度下达到平衡时，K＝(固体和纯液体的浓度视为常数，通常不列入化学平衡常数表达式中)。
3．意义及影响因素
意义 K值越大 正反应进行的程度越大

反应物的转化率越大
影响因素 内因 反应物本身的性质
外因 温度升高 ΔH<0，K值减小


ΔH>0，K值增大
提醒：①K只受温度影响，与反应物或生成物的浓度变化无关。
②K值的大小只能预示某可逆反应向某方向进行的最大限度，不能预示反应达到平衡所需要的时间。
③当K>105时，可以认为反应进行完全。
4．平衡常数与反应方程式的关系
(1)在相同温度下，对于给定的可逆反应，正逆反应的平衡常数互为倒数，即K正＝。
(2)方程式乘以某个化学计量数x，则平衡常数变为原来的x次方。
(3)两方程式相加得总方程式，则总方程式的平衡常数等于两分方程式平衡常数的乘积，即K总＝K1·K2。
　请指出下列各说法的错因
(1)恒温、恒容条件下，反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)达到平衡，向容器中再充入1 mol SO2，平衡正向移动，化学平衡常数增大。
错因：化学平衡常数仅受温度影响，与浓度无关。
(2)温度越高，化学平衡常数越大。
错因：化学平衡常数受温度影响，与可逆反应吸放热有关，如可逆反应正向放热，则升高温度，平衡逆向移动，K值减小。
(3)改变条件，使反应物的平衡转化率都增大，该可逆反应的平衡常数一定增大。
错因：平衡常数仅受温度影响，如从反应体系中移除生成物，反应物平衡转化率均增大，但平衡常数不变。
(4)平衡常数发生变化，化学平衡不一定发生移动。
错因：平衡常数发生变化，说明温度发生改变，化学平衡一定移动。
(5)增大反应物的浓度，平衡正向移动，化学平衡常数增大。
错因：K只受温度的影响，温度不变，K不变。
一、化学平衡常数的应用
1．判断反应是否达到平衡或向何方向进行
对于化学反应aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)的任意状态，浓度商：Q＝。
Q＜K，反应向正反应方向进行；
Q＝K，反应处于平衡状态；
Q＞K，反应向逆反应方向进行。
2．判断可逆反应的热效应
二、化学平衡常数与转化率的计算
1． “三段式”法的应用
反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，令A、B起始物质的量分别为a mol、b mol，达到平衡后，A的消耗量为mx mol，容器容积为V L。
　　　　　mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)
起始/mol a b 0 0
变化/mol mx nx px qx
平衡/mol a－mx b－nx px qx
对于反应物：n(平)＝n(始)－n(变)
对于生成物：n(平)＝n(始)＋n(变)
则(1)平衡常数：K＝。
(2)A的平衡浓度：c平(A)＝ mol·L－1。
(3)A的转化率：α平(A)＝×100%。
(4)A的体积分数：φ(A)＝
×100%。
(5)混合气体的平均密度：ρ混＝
g·L－1。
(6)平衡时混合气体的平均摩尔质量：＝ g·mol－1。
(7)平衡时的压强与起始时的压强之比：＝。
2．掌握四个百分数
(1)转化率＝×100%＝×100%。
(2)生成物的产率：实际产量占理论产量的百分数。一般来说，转化率越高，原料利用率越高，产率也就越高。
产率＝×100%
(3)平衡时混合物中某组分的百分含量＝×100%。
(4)某组分的体积分数＝×100%。
角度一　化学平衡常数
1．在容积一定的密闭容器中，加入一定量的一氧化氮和足量碳发生化学反应：C(s)＋2NO(g)CO2(g)＋N2(g)，平衡时c(NO)与温度T的关系如图所示，则下列说法正确的是(　　)
A．该反应的ΔH＞0
B．若该反应在T1、T2时的平衡常数分别为K1、K2，则K1＜K2
C．若状态B、C、D的压强分别为pB、pC、pD，则pC＝pD＞pB
D．在T2时，若反应体系处于状态D，则此时v正＞v逆
答案　D
解析　升高温度，NO的浓度增大，说明平衡左移，则该反应的ΔH＜0，故A错误；ΔH＜0，升高温度平衡常数减小，则K1＞K2，故B错误；反应中气体物质的量不变，压强与温度有关，温度越高压强越大，则pC＞pD＝pB，故C错误。
2．在一定体积的密闭容器中，进行如下化学反应：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)，其化学平衡常数K和温度t的关系如表所示：
t/℃ 700 800 830 1000 1200
K 0.6 0.9 1.0 1.7 2.6
回答下列问题：
(1)该反应的化学平衡常数表达式为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下式：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，其化学平衡常数K　　　　(填“大于”“小于”或“等于”)1.0。
(5)830 ℃时，容器中的化学反应已达到平衡。在其他条件不变的情况下，扩大容器的体积。平衡　　　　(填“向正反应方向”“向逆反应方向”或“不”)移动。
答案　(1)　(2)吸热
(3)700　(4)等于　(5)不
角度二　化学平衡常数与转化率的计算
3．羰基硫(COS)可作为一种粮食熏蒸剂，能防止某些昆虫、线虫和真菌的危害。在恒容密闭容器中，将CO和H2S混合加热发生下列反应并达到平衡：CO(g)＋H2S(g)COS(g)＋H2(g)　K＝0.1。反应前CO的物质的量为10 mol，平衡后CO的物质的量为8 mol。下列说法正确的是(　　)
A．升高温度，H2S浓度增大，表明该反应是吸热反应
B．通入CO后，正反应速率逐渐增大
C．反应前H2S物质的量为7 mol
D．CO的平衡转化率为80%
答案　C
解析　C项，设反应前H2S的物质的量为n mol，容器的容积为V L，则
CO(g)＋H2S(g)COS(g)＋H2(g)
10 n 0 0
2 2 2 2
8 n－2 2 2
K＝＝0.1，解得n＝7，正确。
4．已知反应：CH2===CHCH3(g)＋Cl2(g)CH2===CHCH2Cl(g)＋HCl(g)。在一定压强下，按不同投料比w向密闭容器中充入氯气与丙烯。图甲表示平衡时，丙烯的体积分数(φ)与温度(T)、w的关系，图乙表示正、逆反应的平衡常数与温度的关系。则下列说法中错误的是(　　)
A．图甲中w2＞1
B．图乙中，A线表示逆反应的平衡常数
C．温度为T1、w＝2时，Cl2的转化率为50%
D．若在恒容绝热装置中进行上述反应，达到平衡时，装置内的气体压强增大
答案　C
解析　根据题中信息可知，增大n(Cl2)，w增大，平衡正向移动，丙烯的体积分数(φ)减小，故w2＞1，A正确；根据图甲可知，升高温度，丙烯的体积分数增大，说明平衡逆向移动，正反应为放热反应，则升高温度，正反应的平衡常数减小，逆反应的平衡常数增大，图乙中A线表示逆反应的平衡常数，B正确；由图乙知，温度为T1时，正、逆反应的平衡常数相等，平衡常数K＝1，当w＝2时，设CH2===CHCH3和Cl2的物质的量分别为a mol、2a mol，参加反应的Cl2的物质的量为b mol，则＝1，解得＝，则Cl2的转化率约为33.3%，C错误；该反应为反应前后气体体积不变的放热反应，反应向正反应方向进行，体系温度升高，气体膨胀，达到平衡时，装置内的气体压强将增大，D正确。
角度三　连续反应、竞争反应平衡常数的计算
5．加热N2O5依次发生的分解反应为①N2O5(g)N2O3(g)＋O2(g)，②N2O3(g)N2O(g)＋O2(g)。在容积为2 L的密闭容器中充入8 mol N2O5，加热到t ℃，达到平衡状态后O2为9 mol，N2O3为3.4 mol。则t ℃时反应①的平衡常数为(　　)
A．10.7 B．8.5
C．9.6 D．10.2
答案　B
解析　设N2O5的转化浓度为x mol·L－1，N2O3的转化浓度为y mol·L－1。
所以x＝3.1，y＝1.4
所以反应①的平衡常数为
K＝＝＝8.5。
6．CO2经催化加氢可以生成低碳烃，主要有以下两个竞争反应：
反应Ⅰ：CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g)
反应Ⅱ：2CO2(g)＋6H2(g)C2H4(g)＋4H2O(g)
为分析催化剂对反应的选择性，在1 L密闭容器中充入2 mol CO2和4 mol H2，测得有关物质的物质的量随温度变化如图所示：
该催化剂在较低温度时主要选择　　　　　(填“反应Ⅰ”或“反应Ⅱ”)。520 ℃时，反应Ⅰ的平衡常数K＝　　　　　　　(只列算式不计算)。
答案　反应Ⅰ　
解析　温度较低时，CH4的物质的量多，所以该催化剂在较低温度时主要选择反应Ⅰ。520 ℃时，根据题给数据可得
CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g)
0.2 0.8 0.2 0.4
2CO2(g)＋6H2(g)C2H4(g)＋4H2O(g)
0.4 1.2 0.2 0.8
c(CO2)＝(2－0.2－0.4) mol·L－1＝1.4 mol·L－1
c(H2)＝(4－0.8－1.2) mol·L－1＝2 mol·L－1
c(H2O)＝(0.4＋0.8) mol·L－1＝1.2 mol·L－1
所以520 ℃时，反应Ⅰ的
K＝＝。
微专题　压强平衡常数的计算
1．压强平衡常数(Kp)
(1)当把化学平衡常数K表达式中各物质的浓度用该物质的分压来表示时，就得到该反应的压强平衡常数Kp，其表达式的意义相同。
(2)Kp仅适用于气相发生的反应。
2．表达式
对于一般可逆反应mA＋nBpC＋qD，当在一定温度下达到平衡时，其压强平衡常数Kp＝，其中p(A)、p(B)、p(C)、p(D)表示反应物和生成物的分压，平衡分压计算方法如下：
分压＝总压×物质的量分数(或体积分数)。
p(总)＝p(A)＋p(B)＋p(C)＋p(D)；
＝＝。
3．计算方法
第一步：根据三段式法计算平衡体系中各组分的物质的量或物质的量浓度。
第二步：计算各气体组分的物质的量分数或体积分数。
第三步：根据分压计算公式求出各气体物质的分压。
第四步：根据平衡常数计算公式代入计算。
4．两种Kp的计算模板
(1)平衡总压为p0
N2(g)　＋　3H2(g)2NH3(g)
n(平) a b c
p(分压) p0 p0 p0
Kp＝
(2)刚性容器起始压强为p0，平衡转化率为α。
　　　　2NO2(g)　　N2O4(g)
p(始) p0 0
Δp p0α p0α
p(平) p0－p0α p0α
Kp＝
1．(2022·全国乙卷节选改编)在1470 K、100 kPa反应条件下，将n(H2S)∶n(Ar)＝1∶4的混合气进行H2S热分解反应2H2S(g)S2(g)＋2H2(g)。平衡时混合气中H2S与H2的分压相等，H2S平衡转化率为　　　　，平衡常数Kp＝　　　　kPa。
答案　50%　4.76
解析　假设在该条件下，硫化氢和氩的起始投料的物质的量分别为1 mol和4 mol，根据三段式可知：
　　　 2H2S(g)S2(g)＋2H2(g)
始/mol 1 0 0
变/mol x 0.5x x
平/mol 1－x 0.5x x
平衡时H2S和H2的分压相等，则二者的物质的量相等，即1－x＝x，解得x＝0.5，所以H2S的平衡转化率为×100%＝50%，所以平衡常数Kp＝＝≈4.76 kPa。
2．(2021·全国乙卷节选)一氯化碘(ICl)是一种卤素互化物，具有强氧化性，可与金属直接反应，也可用作有机合成中的碘化剂。回答下列问题：
(1)氯铂酸钡(BaPtCl6)固体加热时部分分解为BaCl2、Pt和Cl2，376.8 ℃时平衡常数Kp′＝1.0×104 Pa2。在一硬质玻璃烧瓶中加入过量BaPtCl6，抽真空后，通过一支管通入碘蒸气(然后将支管封闭)。在376.8 ℃，碘蒸气初始压强为20.0 kPa。376.8 ℃平衡时，测得烧瓶中压强为32.5 kPa，则pICl＝　　　　 kPa，反应2ICl(g)??Cl2(g)＋I2(g)的平衡常数K＝
　　　　　　　　　　　(列出计算式即可)。
(2)McMorris测定和计算了在136～180 ℃范围内下列反应的平衡常数Kp：
2NO(g)＋2ICl(g)2NOCl(g)＋I2(g)　Kp1
2NOCl(g)2NO(g)＋Cl2(g)　Kp2
得到lg Kp1～和lg Kp2～均为线性关系，如图所示：
①由图可知，NOCl分解为NO和Cl2反应的ΔH　　　　0(填“大于”或“小于”)。
②反应2ICl(g)===Cl2(g)＋I2(g)的K＝　　　　(用Kp1、Kp2表示)；该反应的ΔH
　　　　0(填“大于”或“小于”)，写出推理过程_______________
_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
答案　(1)24.8　
(2)①大于　②Kp1·Kp2　大于
设T′＞T，即＜，由图可知：
lg Kp2(T′)－lg Kp2(T)＞|lg Kp1(T′)－lg Kp1(T)|＝lg Kp1(T)－lg Kp1(T′)
则：lg [Kp2(T′)·Kp1(T′)]＞lg [Kp2(T)·Kp1(T)]，即K(T′)＞K(T)。
因此该反应正反应为吸热反应，即ΔH大于0
解析　(1)由题意知376.8 ℃时玻璃烧瓶中发生两个反应：BaPtCl6(s)BaCl2(s)＋Pt(s)＋2Cl2(g)、Cl2(g)＋I2(g)2ICl(g)。BaPtCl6(s)BaCl2(s)＋Pt(s)＋2Cl2(g)的平衡常数Kp′＝1.0×104 Pa2，则平衡时p2(Cl2)＝1.0×104 Pa2，平衡时p(Cl2)＝100 Pa，设到达平衡时I2(g)的分压减小p kPa，则
　　　　　　Cl2(g)＋I2(g)　　2ICl(g)
开始/kPa 20.0 0
变化/kPa p 2p
平衡/kPa 0.1 20.0－p 2p
376.8 ℃平衡时，测得烧瓶中压强为32.5 kPa，则0.1＋20.0＋p＝32.5，解得p＝12.4，则平衡时pICl＝2p kPa＝2×12.4 kPa＝24.8 kPa；则平衡时，I2(g)的分压为(20.0－p) kPa＝(20×103－12.4×103) Pa，pICl＝24.8 kPa＝24.8×103 Pa，p(Cl2)＝0.1 kPa＝100 Pa，因此反应2ICl(g)===Cl2(g)＋I2(g)的平衡常数K＝。
(2)①结合题图可知，温度越高，越小，lg Kp2越大，即Kp2越大，说明升高温度平衡2NOCl(g)??2NO(g)＋Cl2(g)正向移动，则NOCl分解为NO和Cl2反应的ΔH大于0。
②Ⅰ.2NO(g)＋2ICl(g)2NOCl(g)＋I2(g)　Kp1
Ⅱ.2NOCl(g)2NO(g)＋Cl2(g)　Kp2
Ⅰ＋Ⅱ得2ICl(g)Cl2(g)＋I2(g)，则2ICl(g)Cl2(g)＋I2(g)的K＝Kp1·Kp2。
3.(2020·全国卷Ⅰ改编)工业生产硫酸过程中发生的一个反应为：SO2(g)＋O2(g)SO3(g)；将组成(物质的量分数)为2m% SO2(g)、m% O2(g)和q% N2(g)的气体通入反应器，在温度t、压强p条件下进行反应。平衡时，若SO2转化率为α，则SO3压强为　　　　，平衡常数Kp＝　　　　　　　　　　(以分压表示，分压＝总压×物质的量分数)。
答案　　
解析　假设原气体的物质的量为100 mol，则SO2、O2和N2的物质的量分别为2m mol、m mol和q mol，则2m＋m＋q＝3m＋q＝100，SO2的平衡转化率为α，则有下列关系：
SO2(g) ＋ O2(g)SO3(g)
起始量(mol) 2m m 0
变化量(mo)) 2mα mα 2mα
平衡量(mol) 2m(1－α) m(1－α) 2mα
平衡时气体的总物质的量为n(总)＝[2m(1－α)＋m(1－α)＋2mα＋q] mol，则SO3的物质的量分数为×100%＝
×100%＝×100%。该反应在恒压容器中进行，因此，SO3的分压p(SO3)＝，p(SO2)＝，p(O2)＝，在该条件下，SO2(g)＋O2(g)??SO3(g)的Kp＝
＝
＝。
4．在体积可变的恒压密闭容器中模拟CH4?CO2催化重整反应：CO2(g)＋CH4(g)2CO(g)＋2H2(g)。如图所示为气体进料比n(CO2)∶n(CH4)分别等于1∶1、2∶1、3∶1，体系压强为100 kPa时CO2平衡转化率(α)随温度变化的关系。
图中代表气体进料比n(CO2)∶n(CH4)为1∶1的是曲线　　　　(填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”)，根据图中点A计算该温度时反应的平衡常数Kp＝　　　　(kPa)2(以分压表示，分压＝总压×物质的量分数)。若曲线Ⅱ在恒容密闭容器中测定(其他条件不变)，则850 ℃时CO2的平衡转化率位于B点的　　　　方(填“上”或“下”)。
答案　Ⅰ　或×104　下
解析　其他条件相同时n(CO2)∶n(CH4)越大，CO2平衡转化率越小，故曲线Ⅰ表示n(CO2)∶n(CH4)为1∶1时CO2的平衡转化率随温度的变化关系。A点CO2平衡转化率为50%，设起始时CO2和CH4均为a mol，列“三段式”：
CO2(g)＋ CH4(g) 2CO(g)＋ 2H2(g)
起始量(mol a a 0 0
转化量(mol) 0.5a 0.5a a a
平衡量(mol) 0.5a 0.5a a a
则Kp＝＝(kPa)2＝×104 (kPa)2。该反应是一个气体分子数增大的反应，压强越小越有利于平衡正向移动，恒容条件下，随着反应的进行，压强逐渐增大，CO2的平衡转化率低于相同温度恒压条件下CO2的平衡转化率，故在B点下方。
考点二　化学反应的方向 反应条件的控制
一、化学反应方向的判定
1．自发反应
在一定条件下无需外界帮助就能自发进行的反应称为自发反应。
2．熵和熵变的含义
(1)熵的含义
熵是衡量一个体系混乱度的物理量。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熵的变化，用ΔS表示，化学反应的ΔS越大，越有利于反应自发进行。
3．判断化学反应方向的判据
ΔG＝ΔH－TΔS
ΔG<0时，反应能自发进行；
ΔG＝0时，反应达到平衡状态；
ΔG>0时，反应不能自发进行。
二、反应条件的控制
1．控制反应条件的目的
(1)促进有利的化学反应
通过控制反应条件，可以加快化学反应速率，提高反应物的转化率，从而促进有利的化学反应进行。
(2)抑制有害的化学反应
通过控制反应条件，可以减少甚至消除有害物质的产生或控制副反应的发生，从而抑制有害的化学反应继续进行。
2．控制反应条件的基本措施
(1)控制化学反应速率的措施
通过改变反应体系的温度、溶液的浓度、气体的压强(或浓度)、固体的表面积以及使用催化剂等途径调控反应速率。
(2)提高转化率的措施
通过改变可逆反应体系的温度、溶液的浓度、气体的压强(或浓度)等改变可逆反应的限度，从而提高转化率。
3．以工业合成氨为例，理解运用化学反应原理选择化工生产中的适宜条件
(1)反应原理：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ·mol－1。
(2)
(3)从反应快慢和反应限度两个角度选择反应条件
(4)综合考虑——选择适宜的生产条件
①温度：400～500 ℃；
②压强：10～30 MPa；
③投料比：＝；
④以铁触媒作催化剂；
⑤采用循环操作提高原料利用率。
　请指出下列各说法的错因
(1)NH4HCO3(s)===NH3(g)＋H2O(g)＋CO2(g)　ΔH＝＋185.57 kJ·mol－1，该反应一定不能自发进行。
错因：该反应的ΔS>0、ΔH>0，在高温下能自发进行。
(2)因为焓变和熵变都与反应的自发性有关，因此焓变或熵变均可以单独作为反应自发性的判据。
错因：焓变或熵变单独判断反应自发性存在不全面性，应用ΔH－TΔS复合判据。
(3)在其他外界条件不变的情况下，使用催化剂，可以改变化学反应进行的方向。
错因：在其他外界条件不变的情况下，使用催化剂，只改变反应速率，而不改变反应方向。
(4)－10 ℃的水结冰，可用熵判据来解释其自发性。
错因：水结冰是熵减的过程，根据熵判据则应是非自发过程。
　工业生产中选择适宜生产条件的原则
外界条件 有利于加快速率的条件控制 有利于平衡正向移动的条件控制 综合分析结果
浓度 增大反应物的浓度 增大反应物的浓度、减小生成物的浓度 不断地补充反应物、及时地分离出生成物
催化剂 加合适的催化剂 — 加合适的催化剂
温度 高温 ΔH<0 低温 兼顾速率和平衡，考虑催化剂的适宜温度

ΔH>0 高温 在设备条件和成本允许的前提下，尽量采取高温并考虑催化剂的活性
压强 高压(有气体参加) Δvg<0
(反应前后气体分子数减小) 高压 在设备条件和成本允许的前提下，尽量采取高压

Δvg>0(反应前后气体分子数增加) 低压 兼顾速率和平衡，选取适宜的压强
角度一　化学反应方向的判定
1．下列判断错误的是(　　)
①反应NH3(g)＋HCl(g)===NH4Cl(s)在室温下可自发进行，则该反应的ΔH>0　②CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)室温下不能自发进行，说明该反应的ΔH<0　③高温下，反应MgCl2(l)===Mg(l)＋Cl2(g)能自发进行，则该反应的ΔH>0、ΔS>0　④ΔH<0、ΔS>0的反应在任何温度下都能自发进行
A．①③ B．②③
C．②④ D．①②
答案　D
2．(2022·湖南高考节选)已知ΔG＝ΔH－TΔS，ΔG的值只决定于反应体系的始态和终态，忽略ΔH、ΔS随温度的变化。若ΔG<0，则该反应可以自发进行。根据图判断：600 ℃时，下列反应不能自发进行的是　　　　。
A．C(s)＋O2(g)===CO2(g)
B．2C(s)＋O2(g)===2CO(g)
C．TiO2(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(g)＋O2(g)
D．TiO2(s)＋C(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(g)＋CO2(g)
答案　C
解析　将A、B、C、D项中反应依次编号为①、②、③、④。A项，由图可知，600 ℃时反应①的ΔG<0，反应能自发进行；B项，由图可知，600 ℃时反应②的ΔG<0，反应能自发进行；C项，由图可知，600 ℃时反应③的ΔG>0，反应不能自发进行；D项，根据盖斯定律知，反应④可由反应①＋反应③得到，则600 ℃时其ΔG<0，反应能自发进行。
四象限法判断反应能否自发进行
在温度、压强一定的条件下，反应总是向ΔH－TΔS<0的方向进行，直至达到平衡状态。化学反应方向可归纳为图中四个方面：
角度二　反应条件的控制
3．下列有关合成氨工业的说法正确的是(　　)
A．N2的量越多，H2的转化率越大，因此，充入的N2越多越有利于NH3的合成
B．恒容条件下充入稀有气体有利于NH3的合成
C．工业合成氨的反应是熵增加的放热反应，在任何温度下都可自发进行
D．工业合成氨的反应是熵减小的放热反应，在低温时可自发进行
答案　D
4．在硫酸工业中，通过下列反应使SO2氧化成SO3：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH＝－196.6 kJ·mol－1。下表列出了在不同温度和压强下，反应达到平衡时SO2的转化率。
温度/℃ 平衡时SO2的转化率/%
0.1 MPa 0.5 MPa 1 MPa 5 MPa 10 MPa
450 97.5, 98.9 99.2 99.6 99.7
550 85.6 92.9 94.9 97.7 98.3
(1)从理论上分析，为了使二氧化硫尽可能多地转化为三氧化硫，应选择的条件是　　　　　　　　　。
(2)在实际生产中，选定的温度为400～500 ℃，原因是　　　　　　　　。
(3)在实际生产中，采用的压强为常压，原因是　　　　　　　　　　　。
(4)在实际生产中，通入过量的空气，原因是　　　　　　　　　。
(5)尾气中的SO2必须回收，原因是　　　　　　　　。
答案　(1)低温高压
(2)保持较高反应速率和反应限度，同时使催化剂活性最高
(3)常压下SO2的转化率已很高，若再加压，对设备、动力要求较高，成本增加，不符合经济效益
(4)增大O2的浓度，提高SO2的转化率
(5)SO2污染大气
核心素养　变化观念与平衡思想——化学平衡图像分析
[素养要求]　化学平衡图像题，常以c?t图、含量－时间－温度图、含量－时间－压强图、恒压线图、恒温线图等考查化学反应速率和平衡知识，此外又出现了很多新型图像，这些图像常与生产生活中的实际问题相结合，从反应时间、投料比值、催化剂的选择、转化率等角度考查，体现变化观念与平衡思想的核心素养。
1.解化学平衡图像题的思维流程
2.通过图像获取有用信息
(1)横坐标与纵坐标的含义
①横坐标：通常是t、T、p等(即时间、温度、压强等)。
②纵坐标：通常是v、c、n、α、φ等(即速率、物质的量浓度、物质的量、转化率、体积分数等)。
(2)线的走向与斜率
①线的走向，即随着横坐标自变量的增大，纵坐标因变量是变大、变小、还是不变。当纵坐标所表示的物理量，如速率、物质的量浓度、物质的量、转化率或体积分数等不随横坐标的变化而变化时，图像中出现一条直线，那么该反应就到达化学平衡状态。
②斜率，是化学平衡图像曲线中一个重要的参数。斜率的应用，通常是对两条不同曲线的斜率进行比较，或者通过比较同一条曲线不同时刻的斜率变化来判断反应是改变了哪些外界条件。
(3)观察化学平衡图像中的“重点”
所谓的“重点”指的是化学平衡图像中的起点、拐点、终点、交点、突变点等，这些点往往隐藏着许多重要的信息，借助这些“重点”中的有效信息，能够快速地找到解题的思路，突破图像题的难点。
(4)跟踪化学平衡图像中量的变化
量的变化，指的是纵坐标表示的物理量所发生的变化是由什么外界条件改变而引起的。要解决这个问题，我们经常要借助化学平衡移动理论。
3．掌握三类常规图像的分析方法
(1)“先拐先平”解答单一变量的平衡图像
①“转化率－时间”图像
以mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)　ΔH＝Q kJ·mol－1为例
ΔH<0
m＋n>p＋q
m＋nm＋n＝p＋q
②解题原则和方法
“先拐先平，数值大”原则 分析反应由开始(起始物质相同时)至达到平衡所用时间的长短可推知反应条件的变化。
①若为温度变化引起，温度较高时，反应达平衡所需时间短。如甲图500 ℃先达平衡。
②若为压强变化引起，压强较大时，反应达平衡所需时间短。如乙、丙、丁图1.01×107 Pa先达平衡
掌握图像中反应规律的判断方法 ①图甲中，升高温度，A的转化率降低，平衡逆向移动，则正反应为放热反应。
②图乙中，增大压强，A的转化率升高，平衡正向移动，则正反应为气体体积减小的反应。
③若纵坐标表示A的百分含量，则甲中正反应为吸热反应，乙中正反应为气体体积增大的反应
(2)“定一议二”解答多变量的平衡图像
①“A的转化率(或C的含量)－温度－压强”四种图像
以mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)　ΔH＝Q kJ·mol－1为例
m＋n>p＋q，ΔH>0
m＋n m＋n>p＋q，ΔH<0
m＋n0
②解答时应用“定一议二”原则
通过分析相同温度下不同压强时，反应物A的转化率大小来判断平衡移动的方向，从而确定反应方程式中反应物与产物气体物质间的化学计量数的大小关系。如图甲中任取一条温度曲线研究，压强增大，A的转化率增大，平衡正向移动，则正反应为气体体积减小的反应，图丙中任取横坐标一点作横坐标垂线，也能得出相同结论。
通过分析相同压强下不同温度时，反应物A的转化率的大小来判断平衡移动的方向，从而确定反应的热效应。如图丙中任取一条压强曲线研究，温度升高，A的转化率减小，平衡逆向移动，则正反应为放热反应，图乙中任取横坐标一点作垂线，也能得出相同结论。
(3)“点－线－面”三维度分析特殊平衡图像
对于化学反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，如图所示，M点前，表示从反应物开始，v正>v逆；M点为刚达到平衡点；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。
4．化工生产中的复杂图像分析
除通过图像获取有用信息和对获取的信息进行加工处理外，还需注意以下4点：
(1)曲线上的每个点是否都达到平衡
往往需要通过曲线的升降趋势或斜率变化来判断，如果还未达到平衡则不能使用平衡移动原理，只有达到平衡以后的点才能应用平衡移动原理。
如图中虚线表示单位时间内A的产率随温度的升高先增大后减小，先增大的原因是P点之前反应尚未达到平衡，随温度的升高，反应速率增大，故单位时间内A的产率增大。
(2)催化剂的活性是否受温度的影响
不同的催化剂因选择性不同受温度的影响也会不同。一般来说，催化剂的活性在一定温度下最高，低于或高于这个温度都会下降。
如图，250～300 ℃时，温度升高而B的生成速率降低的原因是温度超过250 ℃时，催化剂的催化效率降低。
(3)不同的投料比对产率也会造成影响
可以采用定一议二的方法，根据相同投料比下温度或压强的改变对产率的影响或相同温度或压强下改变投料比时平衡移动的方向进行判断，确定反应的吸放热或系数和的大小。
如图，对于反应2CO2(g)＋6H2(g)CH3OCH3(g)＋3H2O(g)。
当投料比一定时，温度越高，CO2的转化率越低，所以升温，平衡左移，正反应为放热反应。若温度不变，提高投料比[n(H2)/n(CO2)]，则提高了二氧化碳的转化率。
(4)考虑副反应的干扰或影响
往往试题会有一定的信息提示，尤其温度的改变影响较大。
1．将1 mol M和2 mol N置于体积为2 L的恒容密闭容器中，发生反应：M(s)＋2N(g)P(g)＋Q(g)　ΔH。反应过程中测得P的体积分数在不同温度下随时间的变化如图所示。下列说法正确的是(　　)
A．若X、Y两点的平衡常数分别为K1、K2，则K1B．温度为T1时，N的平衡转化率为80%，平衡常数K＝4
C．无论温度为T1还是T2，当容器中气体密度或压强不变时，反应达平衡状态
D．降低温度、增大压强、及时分离出产物均有利于提高反应物的平衡转化率
答案　B
解析　由图可知，T1K2，A错误；该反应前后气体体积不变，压强始终不变，改变压强平衡不移动，C、D错误；T1条件下反应达到平衡时，P的体积分数为40%，则生成P的物质的量为2 mol×40%＝0.8 mol，消耗N的物质的量为1.6 mol，N的转化率为×100%＝80%，平衡常数K＝＝4，B正确。
2．如图是温度和压强对反应X＋Y2Z影响的示意图。图中纵坐标表示平衡混合气体中Z的体积分数。下列叙述正确的是(　　)
A．X、Y、Z均为气态
B．恒容时，混合气体的密度可作为此反应是否达到化学平衡状态的判断依据
C．升高温度时v正增大，v逆减小，平衡向右移动
D．使用催化剂Z的产率提高
答案　B
解析　由图可知，在温度不变时增大压强，Z的体积分数减小，即平衡逆向移动，所以X、Y中有一种是气体，A错误；升高温度，v正、v逆都增大，C错误；催化剂对平衡移动无影响，不能提高Z的产率，D错误。
3．在2 L恒容密闭容器中充入2 mol X和1 mol Y发生反应：2X(g)＋Y(g)3Z(g)，反应过程中持续升高温度，测得混合体系中X的体积分数与温度的关系如图所示。下列推断正确的是(　　)
A．Q点时，Y的转化率最大
B．W点的正反应速率等于M点的正反应速率
C．升高温度，平衡常数增大
D．温度一定，平衡时充入Z，达到新平衡时Z的体积分数比原平衡时大
答案　A
4．汽车使用乙醇汽油并不能减少NOx的排放，某研究小组在实验室以耐高温试剂Ag－ZSW－5催化，一段时间后测得NO转化为N2的转化率随温度变化情况如图所示。
(1)在＝1条件下，最佳温度应控制在　　　　　左右。
(2)若不使用CO，温度超过775 K，发现NO的分解率降低，其可能的原因为　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)用平衡移动原理解释为什么加入CO后NO转化为N2的转化率增大：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
答案　(1)870 K(860～880 K范围内都可以)
(2)该反应放热，升高温度，反应向逆反应方向进行
(3)加入的CO会与NO的分解产物O2发生反应，促进NO分解平衡向生成N2的方向移动，导致NO转化率升高
高考真题演练
1．(2022·江苏高考)用尿素水解生成的NH3催化还原NO，是柴油机车辆尾气净化的主要方法。反应为4NH3(g)＋O2(g)＋4NO(g)4N2(g)＋6H2O(g)，下列说法正确的是(　　)
A．上述反应ΔS<0
B．上述反应平衡常数
K＝
C．上述反应中消耗1 mol NH3，转移电子的数目为2×6.02×1023
D．实际应用中，加入尿素的量越多，柴油机车辆排放的尾气对空气污染程度越小
答案　B
2．(2021·湖南高考改编)已知：A(g)＋2B(g)3C(g)　ΔH<0，向一恒温恒容的密闭容器中充入1 mol A和3 mol B发生反应，t1时达到平衡状态Ⅰ，在t2时改变某一条件，t3时重新达到平衡状态Ⅱ，正反应速率随时间的变化如图所示。下列说法正确的是(　　)
A．容器内压强不变，表明反应达到平衡
B．t2时改变的条件：向容器中加入C
C．平衡时A的体积分数φ：φ(Ⅱ)<φ(Ⅰ)
D．平衡常数K：K(Ⅱ)答案　B
解析　容器内发生的反应为A(g)＋2B(g)3C(g)，该反应是气体分子数不变的可逆反应，所以在恒温恒容条件下，气体的压强始终保持不变，则容器内压强不变，不能说明反应达到平衡状态，A错误；根据图像变化曲线可知，t2～t3过程中，t2时v正′瞬间不变，平衡过程中不断增大，则说明反应向逆反应方向移动，且不是“突变”图像，属于“渐变”过程，所以排除温度与催化剂等影响因素，改变的条件为：向容器中加入C，B正确；最初加入体系中的A和B的物质的量之比为1∶3，当向体系中加入C时，平衡逆向移动，最终A和B各自物质的量增加的比例为1∶2，因此平衡时A的体积分数φ(Ⅱ)>φ(Ⅰ)，C错误；平衡常数K与温度有关，因该反应在恒温条件下进行，所以K保持不变，D错误。
3．(2022·全国甲卷节选)金属钛(Ti)在航空航天、医疗器械等工业领域有着重要用途，目前生产钛的方法之一是将金红石(TiO2)转化为TiCl4，再进一步还原得到钛。
TiO2转化为TiCl4有直接氯化法和碳氯化法。在1000 ℃时反应的热化学方程式及其平衡常数如下：
(ⅰ)直接氯化：TiO2(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(g)＋O2(g)　ΔH1＝172 kJ·mol－1，Kp1＝1.0×10－2
(ⅱ)碳氯化：TiO2(s)＋2Cl2(g)＋2C(s)===TiCl4(g)＋2CO(g)　ΔH2＝－51 kJ·mol－1，Kp2＝1.2×1012 Pa
(1)在1.0×105 Pa，将TiO2、C、Cl2以物质的量比1∶2.2∶2进行反应。体系中气体平衡组成比例(物质的量分数)随温度变化的理论计算结果如图所示。
①反应C(s)＋CO2(g)===2CO(g)的平衡常数Kp(1400 ℃)＝　　　　Pa。
②图中显示，在200 ℃平衡时TiO2几乎完全转化为TiCl4，但实际生产中反应温度却远高于此温度，其原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)TiO2碳氯化是一个“气—固—固”反应，有利于TiO2?C“固—固”接触的措施是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
答案　(1)①7.2×105　②为了提高反应速率，在相同时间内得到更多的TiCl4产品，提高效益
(2)将两固体粉碎后混合，同时鼓入Cl2，使固体粉末“沸腾”
解析　(1)①从图中可知，1400 ℃，体系中气体平衡组成比例CO2是0.05，TiCl4是0.35，CO是0.6，反应C(s)＋CO2(g)===2CO(g)的平衡常数Kp(1400 ℃)＝＝ Pa＝7.2×105 Pa。
4．(2022·辽宁高考节选)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。
回答下列问题：
(1)合成氨反应在常温下　　　　(填“能”或“不能”)自发。
(2)　　　　温(填“高”或“低”，下同)有利于提高反应速率，　　　　温有利于提高平衡转化率，综合考虑催化剂(铁触媒)活性等因素，工业常采用400～500 ℃。
答案　(1)能　(2)高　低
5．(2022·湖南高考节选)2021年我国制氢量位居世界第一，煤的气化是一种重要的制氢途径。回答下列问题：
在一定温度下，向体积固定的密闭容器中加入足量的C(s)和1 mol H2O(g)，起始压强为0.2 MPa时，发生下列反应生成水煤气：
Ⅰ.C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)　ΔH1＝＋131.4 kJ·mol－1
Ⅱ.CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　ΔH2＝－41.1 kJ·mol－1
(1)下列说法正确的是　　　　。
A．平衡时向容器中充入惰性气体，反应Ⅰ的平衡逆向移动
B．混合气体的密度保持不变时，说明反应体系已达到平衡
C．平衡时H2的体积分数可能大于
D．将炭块粉碎，可加快反应速率
(2)反应平衡时，H2O(g)的转化率为50%，CO的物质的量为0.1 mol。此时，整个体系
　　　　(填“吸收”或“放出”)热量　　　　 kJ，反应Ⅰ的平衡常数Kp＝　　　　(以分压表示，分压＝总压×物质的量分数)。
答案　(1)BD　(2)吸收　31.2　0.02 MPa
6．(2021·全国甲卷节选)二氧化碳加氢制甲醇的总反应可表示为：CO2(g)＋3H2(g)===CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH＝－49 kJ/mol
合成总反应在起始物＝3时，在不同条件下达到平衡，设体系中甲醇的物质的量分数为x(CH3OH)，在t＝250 ℃下的x(CH3OH)?p、在p＝5×105 Pa下的x(CH3OH)?t如图所示。
(1)用各物质的平衡分压表示总反应的平衡常数，表达式Kp＝　　　　　。
(2)图中对应等压过程的曲线是　　　　　　　　　　　，判断的理由是　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)当x(CH3OH)＝0.10时，CO2的平衡转化率α＝　　　　，反应条件可能为　　　　或　　　　。
答案　(1)
(2)b　总反应ΔH<0，升高温度时平衡向逆反应方向移动，甲醇的物质的量分数变小
(3)33.3%　5×105 Pa，210 ℃　9×105 Pa，250 ℃
解析　(3)设起始n(CO2)＝1 mol，n(H2)＝3 mol，则
3H2(g)＋CO2(g)===CH3OH(g)＋H2O(g)
起始(mol) 3 1 0 0
转化(mol) 3α α α α
平衡(mol) 3－3α 1－α α α
当平衡时x(CH3OH)＝0.10时，
＝0.1，解得α＝≈33.3%，即平衡时CO2的转化率为33.3%。
课时作业
建议用时：40分钟
一、选择题(每小题只有1个选项符合题意)
1．(2022·杭州高三年级检测)恒温恒压下，下列过程一定不能自发进行的是(　　)
A．2H2O(l)＋O2(g)===2H2O2(aq)
B．CaO(s)＋CO2(g)===CaCO3(s)
C．2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)
D．2Cl2(g)＋2H2O(g)===4HCl(g)＋O2(g)
答案　A
2．下列有关说法中正确的是(　　)
A．2CaCO3(s)＋2SO2(g)＋O2(g)===2CaSO4(s)＋2CO2(g)在低温下能自发进行，则该反应的ΔH<0
B．NH4Cl(s)===NH3(g)＋HCl(g)室温下不能自发进行，说明该反应的ΔH<0
C．反应3Cl2(g)＋8NH3(g)===6NH4Cl(s)＋N2(g)室温下能自发进行，说明该反应的ΔH>0，ΔS<0
D．加入合适的催化剂能降低反应活化能，从而改变反应的焓变
答案　A
3．(2022·苏州高三调研)对于反应4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)　ΔH＝－904 kJ·mol－1，下列有关说法正确的是(　　)
A．该反应只有在高温条件下能自发进行
B．升高温度，该反应的平衡常数减小
C．4 mol NH3和5 mol O2充分反应放出的热量为904 kJ
D．断裂1 mol N—H键的同时生成1 mol H—O键，说明反应达到平衡状态
答案　B
解析　A项，该反应为气体物质的量增大的反应，即ΔS>0，同时该反应为放热反应，根据ΔG＝ΔH－TΔS<0时反应可自发进行知，该反应在任意温度下都能自发进行，错误；C项，该反应可逆，所以4 mol NH3和5 mol O2不能完全反应，放出的热量不是904 kJ，错误；D项，1 mol N—H键断裂、1 mol H—O键生成均为正反应，不能表明反应达到平衡状态，错误。
4．利用天然气和水蒸气重整制备H2的反应为CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)　ΔH>0，每次只改变一种条件(X)，其他条件不变，CH4的平衡转化率φ随X的变化趋势如图所示。下列说法正确的是(　　)
A．X为温度时，φ的变化趋势为曲线N
B．X为压强时，φ的变化趋势为曲线M
C．X为投料比时，φ的变化趋势为曲线N
D．某条件下，若CH4(g)、H2O(g)初始浓度均为0.2 mol/L，φ＝25%，则K＝3
答案　C
解析　X为温度时，升高温度平衡正向移动，φ的变化趋势为曲线M，A错误；X为压强时，加压平衡逆向移动，φ的变化趋势为曲线N，B错误；某条件下，若CH4(g)、H2O(g)初始浓度均为0.2 mol/L，φ＝25%，则K＝0.0075，D错误。
5．N2O5是一种新型硝化剂，在一定温度下可发生下列反应：2N2O5(g)4NO2(g)＋O2(g)　ΔH＞0，T1温度下的部分实验数据如下：
t/s 0 500 1000 1500
c(N2O5)/(mol·L－1) 5.00 3.52 2.50 2.50
下列说法不正确的是(　　)
A．500 s内N2O5分解速率为2.96×10－3 mol·L－1·s－1
B．T1温度下的平衡常数为K1＝125，1000 s时N2O5的转化率为50%
C．其他条件不变时，T2温度下反应到1000 s时测得N2O5的浓度为2.98 mol·L－1，则T1＜T2
D．T1温度下的平衡常数为K1，T3温度下的平衡常数为K3，若K1＞K3，则T1＞T3
答案　C
解析　v(N2O5)＝＝2.96×10－3 mol·L－1·s－1，A正确；1000 s后N2O5的浓度不再发生变化，即达到了化学平衡，列出三段式：
2N2O5(g)4NO2(g)＋O2(g)
5.00 0 0
2.50 5.00 1.25
2.50 5.00 1.25
则K1＝＝＝125，α(N2O5)＝×100%＝50%，B正确；1000 s时，T2温度下的N2O5浓度大于T1温度下的N2O5浓度，则改变温度使平衡逆向移动了，逆向是放热反应，则降低温度平衡向放热反应方向移动，即T2＜T1，C错误；对于吸热反应来说，T越高，K越大，若K1＞K3，则T1＞T3，D正确。
6．(2022·辽宁省丹东市高三教学质量监测)一定条件下，在1.0 L的密闭容器中进行反应：Cl2(g)＋CO(g)COCl2(g)，反应过程中的有关数据如下：
t/min 0 2 6 8
c(Cl2)/mol·L－1 2.4 1.6
0.6
c(CO)/mol·L－1 2
0.2
c(COCl2)/mol·L－1 0


下列说法正确的是(　　)
A．0～2 min内，用CO表示的化学反应速率为0.3 mol·L－1·min－1
B．其他条件不变，升高温度，平衡时c(COCl2)＝1.5 mol·L－1，则该反应低温时能自发进行
C．若保持温度不变，第8 min向体系中加入三种物质各1 mol，则平衡向逆反应方向移动
D．若保持温度不变，在第8 min再充入1.0 mol COCl2(g)，达到新平衡时COCl2的体积分数小于原平衡COCl2的体积分数
答案　B
7．碳酸二甲酯(CH3OCOOCH3，简称DMC)是一种应用前景广泛的新材料。在密闭容器中按n(CH3OH)∶n(CO2)＝2∶1投料直接合成DMC，反应方程式为：2CH3OH(g)＋CO2(g)CH3OCOOCH3(g)＋H2O(g)。
一定条件下，平衡时CO2的转化率如图所示。下列说法中不正确的是(　　)
A．该反应的正反应为放热反应
B．压强p2>p1
C．X点对应的平衡常数为0.5
D．X、Y、Z三点对应的初始反应速率的关系为Z>Y>X
答案　C
解析　密闭容器总体积未知，各物质的浓度不确定，无法求算该反应的平衡常数，故C错误。
8．在体积可变的密闭容器中投入0.5 mol CO和1 mol H2，不同条件下发生反应：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)　ΔH。实验测得平衡时H2的转化率随温度、压强的变化如图1所示。下列说法错误的是(　　)
A．Y代表压强，且Y1＞Y2；X代表温度，且ΔH＜0
B．M点反应物转化率之比等于N点
C．若M、N两点对应的容器体积均为5 L，则N点的平衡常数K＝100
D．图2中曲线AB能正确表示该反应平衡常数的负对数pK(pK＝－lg K)与X的关系
答案　D
解析　该反应为气体体积减小的反应，相同温度下压强越大H2的转化率越大，所以Y为压强，X为温度，且Y1＞Y2；相同压强下温度越高，氢气的转化率越小，说明升高温度平衡逆向移动，正反应为放热反应，即ΔH＜0，故A正确；初始投料n(CO)∶n(H2)＝1∶2，根据方程式可知反应过程中CO和H2按照1∶2反应，所以任意时刻二者的转化率之比均为1∶1，故B正确；N点和M点温度相同，则平衡常数相同，容器体积为5 L，M点H2的转化率为50%，可根据该点列三段式
CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)
0.1 0.2 0
0.05 0.1 0.05
0.05 0.1 0.05
K＝＝100，故C正确；pK＝－lg K，则K越大，pK越小，该反应正反应为放热反应，温度越高K越小，则pK越大，故曲线AC表示该反应平衡常数的负对数pK与X的关系，故D错误。
9．一定温度下，在三个体积均为0.5 L的恒容密闭容器中发生反应CO(g)＋Cl2(g)COCl2(g)，其中容器Ⅰ 5 min时到达平衡。
容器编号 温度/℃ 起始物质的量/ mol 平衡物质的量/ mol

CO Cl2 COCl2 COCl2
Ⅰ 500 1.0 1.0 0 0.8
Ⅱ 500 1.0 a 0 0.5
Ⅲ 600 0.5 0.5 0.5 0.7
下列说法中正确的是(　　)
A．容器Ⅰ中前5 min的平均反应速率v(CO)＝0.16 mol·L－1·min－1
B．该反应正反应为放热反应
C．容器Ⅱ中起始时Cl2的物质的量为0.75 mol
D．若起始时向容器Ⅰ加入0.8 mol CO、0.8 mol Cl2，达到平衡时CO转化率大于80%
答案　B
解析　容器Ⅰ中前5 min的平均反应速率v(COCl2)＝＝0.32 mol·L－1·min－1，依据反应速率之比等于化学计量数之比分析，v(CO)＝0.32 mol·L－1·min－1，故A错误；依据表中数据可知，Ⅰ和Ⅲ温度相同时，是等效平衡，升温，COCl2的物质的量减小，说明平衡逆向移动，则正向为放热反应，故B正确；依据Ⅰ中数据求算500 ℃时的平衡常数：
CO(g)＋Cl2(g)COCl2(g)
2 2 0
1.6 1.6 1.6
0.4 0.4 1.6
反应的平衡常数K＝＝10，平衡时CO的转化率为×100%＝80%，
依据Ⅱ中数据，结合方程式可知，
CO(g)＋Cl2(g)COCl2(g)
2 2a 0
1 1 1
1 2a－1 1
则有＝10，解得a＝0.55，故C错误；反应为气体体积减小的反应，若起始时向容器Ⅰ中加入0.8 mol CO和0.8 mol Cl2，相当于减压，CO平衡转化率降低，小于80%，故D错误。
10．SiHCl3在催化剂作用下主要发生反应：2SiHCl3(g)SiH2Cl2(g)＋SiCl4(g)　ΔH＝＋48 kJ·mol－1。已知：反应速率v＝v正－v逆＝k正x2(SiHCl3)－k逆x(SiH2Cl2)x(SiCl4)，k正、k逆分别为正、逆向反应速率常数，x为物质的量分数，在323 K和343 K时SiHCl3的转化率随时间变化的结果如图所示。
下列说法正确的是(　　)
A．343 K时反应物的平衡转化率为21%
B．a点的反应速率小于b点的反应速率
C．343 K时＝
D．由323 K的平衡转化率数据，不能计算323 K的平衡常数K
答案　C
解析　根据题中SiHCl3转化率?t图，可知a点所在的曲线为343 K时SiHCl3的转化率－时间曲线，b点所在的曲线为323 K时SiHCl3的转化率－时间曲线，A错误；由图可知，a、b两点的转化率相等，可认为各物质的浓度对应相等，而a点的温度更高，所以速率更快，即a点的反应速率大于b点的反应速率，B错误；由图可知，343 K时SiHCl3的转化率为22%，设起始时SiHCl3的浓度为1 mol·L－1，则根据三段式有：
2SiHCl3(g)SiH2Cl2(g)＋SiCl4(g)
1 0 0
0.22 0.11 0.11
0.78 0.11 0.11
平衡时v正＝v逆，则k正x2(SiHCl3)＝k逆x(SiH2Cl2)·x(SiCl4)，则＝
＝，C正确；由C项分析，根据343 K时SiHCl3的转化率可计算该温度下的平衡常数，故由323 K的平衡转化率数据，可以计算323 K的平衡常数K，D错误。
二、非选择题
11．(2022·福州市高三质量检测)CH4－CO2重整反应：CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)，能够有效去除大气中的温室效应气体，是实现“碳达峰”“碳中和”的重要途径之一。
(1)已知：CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)　ΔH1＝＋205.9 kJ·mol－1
CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　ΔH2＝－41.2 kJ·mol－1
若重整反应的正反应活化能Ea(正)＝840 kJ·mol－1，则该反应的逆反应活化能Ea(逆)＝
　　　　 kJ·mol－1。
(2)往2 L恒容密闭容器中投入2 mol CH4和2 mol CO2，仅发生重整反应。平衡体系中CH4和CO的物质的量分数φ随温度变化如图所示。
①n点CH4的物质的量分数为　　　　。
②m点逆反应速率　　　　n点逆反应速率(填“>”“<”“＝”或“无法确定”)，理由是　　　　　　　　　　　　　　　。
③T1 K下该反应的平衡常数K＝　　　　mol2·L－2。
答案　(1)592.9
(2)①10%　②<　与m点相比，n点温度更高且CO、H2浓度更大　③
　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，副产物有丙烯醛(C3H4O)、乙腈(CH3CN)等。以丙烯、氨气和氧气为原料，在催化剂存在下合成丙烯腈(C3H3N)的主要反应如下：
Ⅰ.C3H6(g)＋NH3(g)＋O2(g)===C3H3N(g)＋3H2O(g)　ΔH1＝－515 kJ·mol－1
Ⅱ.C3H6(g)＋O2(g)===C3H4O(g)＋H2O(g)　ΔH2＝－353 kJ·mol－1
(1)C3H4O(g)＋NH3(g)＋O2(g)===C3H3N(g)＋2H2O(g)　
ΔH＝　　　　kJ·mol－1。
(2)反应Ⅰ在　　　　(填“高温”“低温”或“任意温度”)下可自发进行；恒温，体系达到平衡后，若压缩容器体积，则反应Ⅱ的平衡移动方向为　　　　(填“正反应方向”“逆反应方向”或“不移动”)。
(3)根据反应的特点，在原料中加入一定量水蒸气有多种好处，下列说法正确的是　　　　。
A．加入水蒸气可促使产物从催化剂表面解吸出来，从而避免丙烯腈深度氧化
B．加入水蒸气可防止原料混合气中丙烯与空气的比例处于爆炸范围内产生危险
C．加入水蒸气可以带走大量的反应生成热，使反应温度易于控制
D．加入水蒸气对催化剂表面的积炭有清除作用
(4)已知对于反应：aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)，其标准平衡常数
Kθ＝。
T ℃，压强为16pθ的恒压密闭容器中，通入1 mol丙烯、1 mol氨气和3 mol氧气发生反应Ⅰ、Ⅱ，达到平衡时，容器内有a mol C3H3N(g)，b mol C3H4O(g)，此时H2O(g)的分压p(H2O)＝　　　　　　　　　　　。(用含a、b的代数式表示，下同)反应Ⅱ的标准平衡常数为　　　　　　　　　　　　　　。
答案　(1)－162
(2)任意温度　正反应方向
(3)ABCD
(4)[(3a＋b)/(5＋0.5a)]×16pθ　
[(3a＋b)b]/[(1－a－b)(3－1.5a－b)]
解析　(4)根据题意知反应达到平衡时，容器中有(1－a－b) mol丙烯，(1－a) mol氨气，(3－1.5a－b) mol氧气，(3a＋b) mol水蒸气，a mol C3H3N(g)，b mol C3H4O(g)，则平衡后容器中气体总的物质的量为(5＋0.5a) mol，所以此时p(H2O)＝[(3a＋b)/(5＋0.5a)]×16pθ；同理得出C3H4O(g)、丙烯、氧气的分压分别为[b/(5＋0.5a)]×16pθ、[(1－a－b)/(5＋0.5a)]×16pθ、[(3－1.5a－b)/(5＋0.5a)]×16pθ，故反应Ⅱ的标准平衡常数为[(3a＋b)b]/[(1－a－b)(3－1.5a－b)]。
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