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第3节　化学反应的方向　化学平衡常数
[课标解读]　1.了解化学平衡常数(K)的含义，能利用化学平衡常数进行相关计算。　2.能正确计算反应的平衡转化率(α)。　3.了解化学反应进行的方向判断。
　化学反应进行的方向
知识梳理
1．自发反应
(1)自发过程
①含义
在温度和压强一定的条件下，不借助光、电等外部力量就能自动进行的过程。
②特点
a．体系趋向于从高能状态转变为低能状态(体系对外部做功或释放热量)。
b．在密闭条件下，体系有从有序自发地转变为无序的倾向(无序体系更加稳定)。
(2)自发反应
在一定条件下不需要借助外力作用就能自发进行的反应称为自发反应。
注意：自发反应(过程)指的是在一定条件下有自发进行的倾向而不一定发生，如燃烧反应是自发反应，但在常温下不一定燃烧。
2．熵与熵变
(1)熵：描述体系混乱度的物理量，符号为S。
熵值越大，体系混乱度越大。
(2)熵变：ΔS＝S(反应产物)－S(反应物)。
(3)常见的熵增过程
①同一物质由固态到液态再到气态：S(g)>S(l)>S(s)。
②反应后气体物质的量增大的反应。
③固体参加生成气体的反应，如C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)。
[辨易错]
(1)放热过程均可以自发进行，吸热过程均不能自发进行。(　　)
(2)冰变为液态水的过程是焓增加和熵增加过程，一定条件下可以自发进行。(　　)
(3)CaCO3CaO＋CO2↑高温能自发进行的原因是该反应为熵增的反应。(　　)
[答案]　(1)×　(2)√　(3)√
3．化学反应方向的判定
(1)判据
(2)一般规律
①ΔH<0，ΔS>0的反应任何温度下都能自发进行；②ΔH>0，ΔS<0的反应任何温度下都不能自发进行；③ΔH和ΔS的作用相反，且相差不大时，温度对反应的方向起决定性作用。当ΔH<0，ΔS<0时，低温下反应能自发进行；当ΔH>0，ΔS>0时，高温下反应能自发进行。
知识应用
(1)汽车燃油不完全燃烧时产生CO，有人设想按下列反应除去CO：2CO(g)===2C(s)＋O2(g)
已知该反应的ΔH>0，简述该设想能否实现的依据：____________________
____________________________________________________________________。
(2)超音速飞机在平流层飞行时，尾气中的NO会破坏臭氧层。科学家正在研究利用催化技术将尾气中的NO和CO转变成CO2和N2，化学方程式如下：2NO＋2CO2CO2＋N2。反应能够自发进行，则反应的ΔH________0(填“>”“<”或“＝”)。
[答案]　(1)该反应是焓增、熵减的反应，任何温度下均不自发进行　(2)<
?命题点　化学反应进行方向的分析
1．下列有关说法不正确的是________(填字母)。
A．C3H6(g)＋NH3(g)＋O2(g)===C3H3N(g)＋3H2O(g)　ΔH＝－515
kJ·mol－1和C3H6(g)＋O2(g)===C3H4O(g)＋H2O(g)　ΔH＝－353
kJ·mol－1两个反应在热力学上趋势均很大
B．Na与H2O的反应是熵增的放热反应，该反应能自发进行
C．某吸热反应能自发进行，因此该反应是熵增反应
D．2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)在常温下能自发进行，则该反应的ΔH>0
E．反应NH3(g)＋HCl
(g)===NH4Cl(s)在室温下可自发进行，则该反应的ΔH<0
F．CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)室温下不能自发进行，说明该反应的ΔH<0
G．一定温度下，反应MgCl2(l)===Mg(l)＋Cl2(g)的ΔH>0、ΔS>0
[答案]　DF
2．将SiCl4氢化为SiHCl3有三种方法，对应的反应依次为
①SiCl4(g)＋H2(g)SiHCl3(g)＋HCl(g)　ΔH1>0
②3SiCl4(g)＋2H2(g)＋Si(s)4SiHCl3(g)　ΔH2<0
③2SiCl4(g)＋H2(g)＋Si(s)＋HCl(g)3SiHCl3(g)　ΔH3
已知ΔG＝ΔH－TΔS，ΔG<0时反应自发进行。三个氢化反应的ΔG与温度的关系如图所示，可知：反应①能自发进行的最低温度是________；相同温度下，反应②比反应①的ΔG小，主要原因是_____________________；反应③的ΔG随温度升高的主要原因可能为__________________________。
[解析]　反应①是一个ΔS不变的反应，要使ΔG<0，由图可知温度最低为1
000
℃。
反应②中ΔS<0，即－TΔS>0，在相同温度下，ΔG2<ΔG1的主要原因是ΔH2<ΔH1。
反应③的ΔH3＝ΔH2－ΔH1<0，根据ΔH－TΔS随T的增大而增大，说明ΔS<0。
[答案]　1
000
℃　ΔH2<ΔH1导致反应②比反应①的ΔG小　反应③的ΔS<0
　化学平衡常数
知识梳理
1．化学平衡常数
(1)概念：在温度一定下，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：
对于反应aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)，K＝。
实例
①Cl2(g)＋H2O(l)HClO(aq)＋H＋(aq)＋Cl－(aq)
K＝。
②C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)　
K＝。
③CO(aq)＋H2O(l)HCO(aq)＋OH－(aq)
K＝。
④CaCO3(s)CaO(s)＋CO2(g)　K＝[CO2]。
(3)平衡常数的有关换算
①对于N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　K1
2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)　K2
NH3(g)N2(g)＋H2(g)　K3
K1、K3的表达式分别为K1＝，K3＝；K1与K2的关系为K1＝，K2与K3的关系为K2＝K。
②已知：H2(g)＋S(s)H2S(g)　K1
S(s)＋O2(g)SO2(g)　K2
则在该温度下反应H2(g)＋SO2(g)O2(g)＋H2S(g)，K的平衡常数K为K1/K2(用K1、K2表示)。
(4)意义：平衡常数的数值越大，化学反应程度或限度越大，反应物的转化率越大。一般地说，当K>105时就认为反应可以进行得较完全，当K<10－5时认为反应很难进行。
(5)平衡常数的影响因素
对于确定的化学反应，平衡常数K只与温度有关，与浓度、压强无关。
①对于吸热反应，升高温度，K值增大。
②对于放热反应，升高温度，K值减小。
注意：①即使化学平衡发生移动，但只要温度不变，平衡常数就不会改变，利用此守恒可以计算恒定温度下再次平衡后的转化率等物理量，这也是定量化学的重要定律。②平衡常数改变，平衡一定移动，温度一定改变。
[辨易错]
(1)化学平衡常数是指一定温度下，生成物平衡浓度之积与反应物平衡浓度之积的比值。(　　)
(2)NH＋H2ONH3·H2O＋H＋的平衡常数表达式为K＝。
(　　)
(3)同温条件下，一个可逆反应的正、逆反应的平衡常数互为相反数。(　　)
(4)升温，任何可逆反应的K值均增大。(　　)
(5)在一定温度下，SO2(g)＋O2(g)SO3(g)与2SO2(g)＋O2(g)
2SO3(g)的K值相同。(　　)
[答案]　(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×
2．平衡常数的三大应用
(1)判断化学反应进行的方向
对于可逆反应aA＋bBcC＋dD，在一定温度下的任意时刻，反应物与生成物浓度有如下关系：
Q＝，称为浓度商。
Q反应向正反应方向进行，v正>v逆
Q＝K
反应处于化学平衡状态，v正＝v逆
Q>K
反应向逆反应方向进行，v正(2)判断可逆反应的热效应
(3)判断反应程度：K值越大，转化率越大，反应程度越大，反之也成立。
知识应用
在一定温度下，1
L的密闭容器中发生反应：C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)，平衡时测得C、H2O、CO、H2的物质的量都为0.1
mol。
(1)该反应的平衡常数K＝________________。
(2)若升高平衡体系的温度，该反应的平衡常数会增大，则该反应的ΔH________0(填“>”或“<”)。
(3)该温度下，再充入0.1
mol
H2O(g)，平衡向________方向移动，该反应的平衡常数K′＝________。
(4)该温度下，加压，平衡向________方向移动，H2O的转化率如何变化？平衡常数如何变化？__________________________________________________。
[答案]　(1)0.1
mol·L－1　(2)>　(3)正反应　0.1
mol·L－1　(4)逆反应　H2O的转化率减小，平衡常数不变
?命题点1　化学平衡常数及其应用
1．某温度下气体反应达到化学平衡状态，平衡常数K＝，恒容时，若温度适当降低，F的浓度增大。下列说法中正确的是(　　)
A．增大[A]、[B]，K增大
B．降低温度，正反应速率增大
C．该反应的焓变为负值
D．该反应的化学方程式为2E(g)＋F(g)A(g)＋2B(g)
D　[平衡常数K只随温度变化，不随浓度变化，A不正确；降低温度，正、逆反应速率均减小，B不正确；降温，F的浓度增大，表明平衡逆向移动，正反应是吸热反应，则焓变为正值，C不正确；根据化学平衡常数表达式可知A、B是生成物，E、F为反应物，且对应指数为其化学方程式前的系数，D正确。]
2．(2021·福建新高考适应性考试，节选)低能耗高效率的合成氨技术开发是实现氨燃料化利用的基础。探索新型合成氨技术是该领域研究热点之一。
回答下列问题：
哈伯合成氨在较高温度下以氢气作氢源，氢气可由天然气制备。
CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)
下表列出了几种化学键的键能：
化学键
H—H
C—H
H—O
CO
键能/kJ·mol－1
436
413
467
1
072
①298
K时，上述反应的ΔH＝________。
②为提高CH4的平衡转化率，可采取的措施是________(填标号)。
A．使用合适的催化剂　　　
B．采用较高的温度
C．采用较高的压强
D．延长反应的时间
③在1
L刚性密闭容器中充入0.2
mol
CH4和1.0
mol
H2O进行反应，加热使容器内温度升高。当温度升至900
K时，若容器内n(CO)＝0.1
mol，此时反应________(填“正向进行”“逆向进行”或“处于平衡状态”)。若保持900
K，达到平衡时再往容器中充入0.1
mol
He，v正________(填“增大”“减小”或“不变”)。(已知：900
K时反应平衡常数为1.2)
[解析]　①化学反应的反应热＝反应物键能之和－生成物键能之和，CH4(g)＋H2O(g)CO(g)
＋
3H2(g)　ΔH＝413
kJ·mol－1×4＋467
kJ·mol－1×2－1
072
kJ·mol－1－436
kJ·mol－1×3＝＋206
kJ·mol－1。②化学反应限度受到温度、压强、浓度外界因素影响，但催化剂和延长反应时间不会改变反应限度，
反应为吸热反应且气体分子总数增大，升高温度或降低压强会使反应向正反应方向移动，增大CH4的平衡转化率，B符合题意；答案选B。
③应用三段式计算可得：
CH4
＋
H2O　CO　＋　
3H2
开始/mol·L－1
0.2
1.0
0
0
转化/mol·L－1
0.1
0.1
0.1
0.3
900K时/mol·L－1
0.1
0.9
0.1
0.3
此时反应浓度商Q＝＝0.03<1.2，反应正向进行，反应容器体积不变，达到平衡时再充入0.1
mol
He，He不参与反应，也不会改变反应物和生成物的浓度，对反应速率没有影响。
[答案]　①＋206
kJ·mol－1　②B　③正向进行　不变
3．甲醇是重要的化学工业基础原料和清洁液体燃料。工业上可利用CO或CO2来生产燃料甲醇。已知制备甲醇的有关化学反应以及在不同温度下的化学反应平衡常数如下表所示：
化学反应
平衡常数
温度/℃
500
800
①2H2(g)＋CO(g)CH3OH(g)
K1
2.5
mol－2·L2
0.15
mol－2·L2
②H2(g)＋CO2(g)
H2O(g)＋CO(g)
K2
1.0
2.50
③3H2(g)＋CO2(g)
CH3OH(g)＋H2O(g)
K3
(1)据反应①与②可推导出K1、K2与K3之间的关系，则K3＝________(用K1、K2表示)。
(2)反应③的ΔH________(填“>”或“<”)0。
(3)500
℃时测得反应③在某时刻H2(g)、CO2(g)、CH3OH(g)、H2O(g)的浓度(mol·L－1)分别为0.8、0.1、0.3、0.15，则此时v正________(填“>”“＝”或“<”)v逆。
[解析]　(1)反应③可通过反应①、②加和，故K3＝K1·K2。
(2)500
℃时K3＝2.5
mol－2·L2×1.0＝2.5
mol－2·L2，
800
℃时K3＝0.15
mol－2·L2×2.50<2.5
mol－2·L2，故升温，K值减小，平衡左移，ΔH<0。
(3)Q＝＝0.87
mol·L－1<2.5
mol·L－1，反应向正向移动，v正>v逆。
[答案]　(1)K1·K2　(2)<　(3)>
应用化学平衡常数时应注意的四个问题
(1)化学平衡常数是在一定温度下一个反应本身固有的内在性质的定量体现。
(2)化学平衡常数只与温度有关，与反应物或生成物的浓度无关。
(3)对于有纯固体或溶剂参加的反应，其浓度可看作一个常数，而不列入平衡常数表达式中。
(4)化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。若反应方向改变，则平衡常数改变；若化学方程式中各物质的系数等倍扩大或缩小，尽管是同一反应，平衡常数也会改变。
?命题点2　“三段式”突破K、α的有关计算
[典例导航]
(2017·全国卷Ⅰ，节选)H2S与CO2在高温下发生反应：H2S(g)＋CO2(g)COS(g)＋H2O(g)。在610
K时，将0.10
mol
CO2与0.40
mol
H2S充入2.5
L的空钢瓶中，反应平衡后水的物质的量分数为0.02。
(1)H2S的平衡转化率α1＝________%，反应平衡常数K＝________。
(2)在620
K重复实验，平衡后水的物质的量分数为0.03，H2S的转化率α2______α1，该反应的ΔH______0。(填“>”“<”或“＝”)
(3)向反应器中再分别充入下列气体，能使H2S转化率增大的是________(填标号)。
A．H2S　　
B．CO2
C．COS
D．N2
[思路点拨]　(1)第一步：写方程式，列三段式
　　　　　H2S(g)＋CO2(g)COS(g)＋H2O(g)
n(始)/mol
0.40
0.10
　
0
　0
Δn/mol
x
x
　x
　
x
n(平)/mol
0.40－x
0.10－x
　x
　
x
第二步：列方程，求未知量
＝0.02
解得：x＝0.01
mol
第三步：明确问题，规范答案
H2S的平衡转化率α1＝×100%＝×100%＝2.5%。
K＝＝＝≈2.8×10－3。
(2)w(H2O)＝0.03＞0.02?升温，平衡右移?ΔH＞0。
(3)两种反应物，增大一种反应物浓度，平衡右移，另一反应物转化率增大，自身转化率减小。增大生成物浓度，平衡左移，转化率减小。
[答案]　(1)2.5　2.8×10－3　(2)＞　>　(3)B
(1)610
K时，CO2的平衡转化率为________，比H2S的平衡转化率________。
(2)610
K时，2H2S(g)＋2CO2(g)2COS(g)＋2H2O(g)的平衡常数K′与K的关系为________。
(3)620
K时，化学平衡常数K约为________，比610
K时的平衡常数K________。
[答案]　(1)10%　大　(2)K′＝K2　(3)6.9×10－3　大
“三段式”突破化学平衡的综合计算模板
已知反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，令A、B起始物质的量浓度分别为a
mol·L－1、b
mol·L－1，达到平衡后消耗A的物质的量浓度为mx
mol·L－1。
　　　　　　
mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)
a
b
0
0
mx
nx
px
qx
a－mx
b－nx
px
qx
相关计算：
①平衡常数：K＝。
②A的平衡转化率：α(A)平＝×100%。
③A的物质的量分数(或气体A的体积分数)：
w(A)＝×100%。
④v(A)＝。
⑤混合气体的平均密度：混＝。
注意：在求有关物理量时，一定注意是用“物质的量”还是用“物质的量浓度”代入计算。
4．(1)起始温度相同时，在图1所示的甲、乙两个容器中发生反应：2NO2(g)N2O4(g)　ΔH<0，甲容器中NO2的物质的量浓度与时间的关系如图2所示。
　　　　　
甲　　　　　　乙
图1
图2
①1～4
s内，甲容器中NO2的物质的量浓度迅速减小的原因是____________
____________________________________________________________________。
②甲容器中反应达到平衡时，温度若为T
℃，则此温度下的平衡常数K＝______
L·mol－1。平衡时，p甲______p乙(填“>”“<”或“＝”)。
(2)在密闭容器中，CCl4(g)＋H2(g)CHCl3(g)＋HCl(g)达到平衡状态后，测得如下数据(假设不考虑副反应)。
实验序号
温度/℃
初始CCl4浓度/(mol·L－1)
初始H2浓度/
(mol·L－1)
CCl4的平衡转化率
1
110
0.8
1.2
α1
2
110
1
1
50%
3
100
1
1
α3
①实验1中，CCl4的转化率α1________50%(填“大于”“小于”或“等于”)。
②实验2中，反应进行到10
h时达到平衡，在这10
h内，H2的平均反应速率为________
mol·L－1·min－1。
③110
℃时，该反应的化学平衡常数的数值为________。
④实验3中，α3的值________。
A．等于50%
B．大于50%
C．小于50%
D．依题所给信息无法判断
[解析]　(1)①甲为绝热容器，反应2NO2(g)N2O4(g)为放热反应，放出的热量对反应速率的影响较大，故1～4
s内NO2的浓度迅速减小。②甲容器中反应达到平衡状态时，NO2浓度为0.02
mol·L－1，由三段式知：
　　　　　　　
　2NO2(g)N2O4(g)
起始量/(mol·L－1)　　
0.2　　　　0
变化量/(mol·L－1)　　0.18　　　　0.09
平衡量/(mol·L－1)　　0.02　　　　0.09
平衡常数K＝
L·mol－1＝225
L·mol－1。
容积均为1
L的甲、乙两个容器，其中甲为绝热容器，乙为恒温容器，起始温度相同时，分别充入0.2
mol的NO2，发生反应：2NO2(g)N2O4(g)　ΔH<0，甲容器中温度升高，压强增大，且平衡逆向移动，气体的物质的量增大，气体压强也增大，则p甲>p乙。
(2)①实验1中，当H2的初始浓度为0.8
mol/L时，CCl4的转化率为50%，现增大H2的浓度为1.2
mol，平衡正向移动，CCl4的转化率增大，从而得出CCl4的转化率α1大于50%；
②实验2中，
　　　
CCl4(g)＋H2(g)CHCl3(g)＋HCl(g)
　1
　
1　
　0　
　0
　0.5
　0.5
　
0.5
　
0.5
　0.5
　
0.5
　
0.5
　
0.5
反应进行到10
h时达到平衡，H2的平均反应速率为≈0.000
83
mol·L－1·min－1；
③110
℃时，该反应的化学平衡常数的数值为＝1；
④与实验2进行比较，可认为实验3是在实验2的基础上完成的，由于不知反应的焓变，所以无法确定降温平衡移动的方向。
[答案]　(1)反应放热，体系的温度升高，反应速率加快　225　>
(2)大于　0.000
83　1　D
在计算恒温恒压条件下的平衡常数K时，一定要注意气体物质的量变化引起的体积变化，确定平衡时容器的体积，进而明确各组分平衡浓度。
?命题点3　平衡常数与速率常数的关系
5．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)的反应速率却随着温度的升高而减小。查阅资料知：2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)的反应历程分两步：
Ⅰ.2NO(g)N2O2(g)(快)　ΔH1<0　v1正＝k1正[NO]2　v1逆＝k1逆[N2O2]
Ⅱ.N2O2(g)＋O2(g)2NO2(g)(慢)　ΔH2<0　
v2正＝k2正[N2O2][O2]　v2逆＝k2逆[NO2]2
请回答下列问题：
(1)Ⅰ、Ⅱ反应的平衡常数KⅠ＝________，KⅡ＝________(用k1正、k1逆、k2正、k2逆表示)
(2)反应2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)的ΔH＝________(用含ΔH1和ΔH2的式子表示)。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＝________，升高温度，K值________(填“增大”“减小”或“不变”)
[答案]　(1)　　(2)ΔH1＋ΔH2　　减小
6．对于基元反应，如aA＋bBcC＋dD，反应速率v正＝k正[A]a[B]b，v逆＝k逆[C]c[D]d，其中k正、k逆是取决于温度的速率常数。已知反应Ⅰ　4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)　ΔH1＝－902
kJ·mol－1，
反应Ⅱ　8NH3(g)＋6NO2(g)7N2(g)＋12H2O(g)　ΔH2＝－2
740
kJ·mol－1，
反应Ⅲ　N2(g)＋O2(g)2NO(g)　ΔH3＝＋182.6
kJ·mol－1。
对于基元反应Ⅳ　2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)　ΔH4，在653
K时，速率常数k正＝2.6×103
L2·mol－2·s－1，k逆＝4.1×103
L·mol－1·s－1。
(1)ΔH4＝________kJ·mol－1。
(2)计算653
K时的平衡常数K＝________L·mol－1，若升高温度，增大的倍数________(填“k正”或“k逆”)较大。
(3)653
K时，若NO的浓度为0.006
mol·L－1，O2的浓度为0.290
mol·L－1，则正反应速率为________mol·L－1·s－1。
[解析]　(1)根据盖斯定律，由×(反应Ⅰ×2－反应Ⅱ－反应Ⅲ×7)得反应Ⅳ，故ΔH4＝(ΔH1×2－ΔH2－ΔH3×7)×＝－114.1
kJ·mol－1。(2)653
K反应达到平衡时，v正＝k正[NO]2[O2]＝v逆＝k逆[NO2]2，该温度下的平衡常数K＝＝＝
L·mol－1。升温，K值减小，减小，k逆增大的倍数较大。(3)正反应速率v正＝k正[NO]2[O2]，将数据代入，计算得到v正＝2.6×103×0.0062×0.290
mol·L－1·s－1≈2.7×10－2
mol·L－1·s－1。
[答案]　(1)－114.1　(2)　k逆　(3)2.7×10－2
K与k正、k逆的关系推导
已知反应aA(g)＋bB(g)cC(g)，反应速率v正＝k正[A]a[B]b，v逆＝k逆[C]c，当v正＝v逆时，反应达到平衡，即k正[A]a[B]b＝k逆[C]c，故＝＝K。
　分压平衡常数Kp的计算
化学平衡常数的有关计算是每年高考必考的试题，重现率100%。分析近几年此类试题，又拓展了分压平衡常数Kp的有关计算，且难度逐渐有所增加。目的是充分考查学生接受新信息的迁移应用的能力。很好地体现了“证据推理与模型认知”的核心素养。
1．Kp的一般表达式[以aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)为例]
Kp＝[p(X)：X在平衡体系中物质的量分数或体积分数×总压强]。
2．Kp计算的两种模板[以N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)为例]
模板1：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)(平衡时总压为p0)
n(始)
1
mol　
3
mol　　　0
Δn
0.5
mol
1.5
mol
1
mol
n(平)
0.5
mol
1.5
mol
1
mol
p(X)
p0
p0
p0
Kp＝
注意：恒温恒容条件下，平衡状态时总压的变化。
模板2：刚性反应器中
　　　
N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)
p(始)　
p0　　
3p0　　　0
Δp
p′
3p′
2p′
p(平)
p0－p′
3p0－3p′2p′
Kp＝
[典例导航]
(2018·全国卷Ⅰ，改编)F.Daniels等曾利用测压法在刚性反应器中研究了25
℃时N2O5(g)分解反应：
2N2O5(g)―→4NO2(g)＋O2(g)
2N2O4(g)
其中NO2二聚为N2O4的反应可以迅速达到平衡。体系的总压强p随时间t的变化如表所示[t＝∞时，N2O5(g)完全分解]：
t/min
0
40
80
160
260
1
300
1
700
∞
p/kPa
35.8
40.3
42.5
45.9
49.2
61.2
62.3
63.1
已知：2N2O5(g)===2N2O4(g)＋O2(g)　ΔH＝－4.4
kJ·mol－1
2NO2(g)N2O4(g)　ΔH＝－55.3
kJ·mol－1
(1)若提高反应温度至35
℃，则N2O5(g)完全分解后体系压强p∞(35
℃)
________63.1
kPa(填“大于”“等于”或“小于”)，原因是_________________
____________________________________________________________________。
(2)25
℃时N2O4(g)2NO2(g)反应的平衡常数Kp＝________kPa(Kp为以分压表示的平衡常数，计算结果保留1位小数)。
[思路点拨]　(1)①2NO2(g)N2O4(g)　ΔH＝－55.3
kJ·mol－1―→升高温度、平衡左移―→气体增多―→刚性(恒容)反应器压强增大，②温度越高压强越大，根据①②分析可知p∞(35
℃)>63.1
kPa。(2)恒温恒容反应器，物质的量之比等于压强之比，可用分压表示组分的物质的量。N2O5完全分解生成N2O4和O2，起始pN2O5＝35.8
kPa，其完全分解时pN2O4＝35.8
kPa，pO2＝17.9
kPa，设25
℃平衡时N2O4转化了x，则
N2O4(g)　　
　　2NO2(g)
平衡
35.8
kPa－x
2x
35．8
kPa－x＋2x＋17.9
kPa＝63.1
kPa，解得x＝9.4
kPa。然后求pN2O4和pNO2最后代入Kp＝。
[答案]　(1)大于　温度升高，体积不变，总压强提高；NO2二聚为放热反应，温度升高，平衡左移，气体物质的量增加，总压强提高　(2)13.4
(1)25
℃时2NO2(g)N2O4(g)的Kp为_______________________________。
(2)对于N2O4(g)2NO2(g)反应达到平衡时Kp(35
℃)________Kp(25
℃)(填“>”“<”或“＝”)。
[答案]　(1)≈0.075　(2)>
分压定律
(1)分压定律：混合气体的总压等于相同温度下各组分气体的分压之和。
p(A)＋p(B)＋p(C)＋p(D)＋……＝p
(2)气体的分压之比等于其物质的量之比：＝。
(3)某气体的分压p(B)与总压之比等于其物质的量分数：＝＝φ(B)。
在2
L恒容密闭容器中充入4
mol
CO和4
mol
NO，发生反应2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g)，平衡时，NO的体积分数与温度(℃)、压强(Pa)的关系如图所示。
(1)C点NO的平衡转化率为________；若C点在10
min达到平衡，则10
min内CO的平均反应速率为________。
(2)若起始容器内压强为p
Pa，则C点时该反应的平衡常数Kp＝________(用平衡分压代替平衡浓度，分压＝总压×物质的量分数)。
(3)若在D点对反应容器升温的同时扩大体积使体系压强减小，重新达到的平衡状态可能是________(从图中A、B、C、E点选填)。
[解析]　(1)　2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g)
起始量/mol　
4
4
0
0
转化量/mol
2x
2x
x
2x
平衡量/mol
4－2x
4－2x
x
2x
由题意：＝40%，解得：x＝0.5。
α(NO)＝×100%＝25%
v(CO)＝
mol·L－1·min－1＝0.05
mol·L－1·min－1。
(2)起始压强为p
Pa，平衡时压强为×p＝p，那么平衡时，NO、CO分压为p，N2的分压为p，CO2分压为p，Kp＝＝＝。
(3)D点反应还未达到平衡，若不改变条件，平衡点为B，改变条件，相当于在B点的基础上平衡发生移动。升高温度，平衡逆向移动，减小压强，平衡逆向移动，NO的体积分数增大。升温，降压，NO的体积分数增大，AE符合。
[答案]　(1)25%　0.05
mol·L－1·min－1　(2)　(3)AE
[真题验收]
1．(2020·全国卷Ⅲ，T28)二氧化碳催化加氢合成乙烯是综合利用CO2的热点研究领域。回答下列问题：
(1)CO2催化加氢生成乙烯和水的反应中，产物的物质的量之比n(C2H4)∶n(H2O)＝________。当反应达到平衡时，若增大压强，则n(C2H4)________(填“变大”“变小”或“不变”)。
(2)理论计算表明，原料初始组成n(CO2)∶n(H2)＝1∶3，在体系压强为0.1
MPa，反应达到平衡时，四种组分的物质的量分数x随温度T的变化如图所示。
图中，表示C2H4、CO2变化的曲线分别是________、________。CO2催化加氢合成C2H4反应的ΔH________0(填“大于”或“小于”)。
(3)根据图中点A(440
K,0.39)，计算该温度时反应的平衡常数Kp＝_____________(MPa)－3(列出计算式。以分压表示，分压＝总压×物质的量分数)。
(4)二氧化碳催化加氢合成乙烯反应往往伴随副反应，生成C3H6、C3H8、C4H8等低碳烃。一定温度和压强条件下，为了提高反应速率和乙烯选择性，应当____________________________。
[解析]　(1)由题意知二氧化碳与氢气反应生成乙烯和水，反应的化学方程式为2CO2＋6H2CH2===CH2＋4H2O，n(C2H4)∶n(H2O)＝1∶4；此反应为气体体积减小的反应，增大压强，平衡向气体体积减小的方向(正反应方向)移动，n(C2H4)变大。(2)反应方程式中CO2和H2的化学计量数之比为1∶3，开始时加入的n(CO2)∶n(H2)＝1∶3，则平衡时n(CO2)∶n(H2)也应为1∶3，n(C2H4)∶n(H2O)应为1∶4，由题图可知曲线a为H2，b为H2O，c为CO2，d为C2H4，随温度升高，平衡时C2H4和H2O的物质的量分数逐渐减小，H2和CO2的物质的量分数逐渐增加，说明升高温度平衡逆向移动，根据升高温度平衡向吸热的方向移动，知正反应方向为放热反应，ΔH小于0。(3)在440
K时，氢气的物质的量分数为0.39，H2O的物质的量分数也为0.39，根据平衡时n(CO2)∶n(H2)＝1∶3，知CO2的物质的量分数为0.39/3，根据平衡时n(C2H4)∶n(H2O)＝1∶4，知C2H4的物质的量分数为0.39/4，则p(H2)＝0.39×0.1
MPa，p(H2O)＝0.39×0.1
MPa，p(C2H4)＝0.39×
MPa，p(CO2)＝0.39×
MPa，Kp＝＝×(MPa)－3＝×(MPa)－3。(4)压强和温度一定，若要提高反应速率和乙烯的选择性，可采用选择合适催化剂等方法。
[答案]　(1)1∶4　变大　(2)d　c　小于　(3)×或×等　(4)选择合适催化剂等
2．(2019·全国卷Ⅱ，改编)已知(g)＋I2(g)(g)＋2HI(g)　ΔH>0。
某温度下，等物质的量的碘和环戊烯()在刚性容器内发生上述反应，起始总压为105
Pa，平衡时总压增加了20%，环戊烯的转化率为________，该反应的平衡常数Kp＝________Pa。达到平衡后，欲增加环戊烯的平衡转化率，可采取的措施有________(填标号)。
A．通入惰性气体　　　　B．提高温度
C．增加环戊烯浓度
D．增加碘浓度
[解析]　设碘和环戊烯的物质的量均为1
mol，达平衡时转化的物质的量为x
mol，由题意得：
　　　　　　　　　(g)＋I2(g)
(g)＋2HI(g)
初始物质的量/mol
　1
1
　
0
0
转化物质的量/mol
　x
x
　
x
2x
平衡物质的量/mol
1－x
1－x
　
x
2x
平衡时，容器内气体总物质的量为(2＋x)
mol，
则有×100%＝20%，解得x＝0.4。
则环戊烯的转化率为×100%＝40%；
总压强为105
Pa×(1＋20%)＝1.2×105
Pa。
因此各种气体的分压为p()＝1.2×105
Pa×＝0.3×105
Pa，
p(I2)＝1.2×105
Pa×＝0.3×105
Pa，
p()＝1.2×105
Pa×＝0.2×105
Pa，
p(HI)＝1.2×105
Pa×＝0.4×105
Pa。
反应的平衡常数Kp＝＝≈3.56×104
Pa。
欲增加环戊烯的平衡转化率，则平衡正向移动，由于该反应是吸热反应，因此升温可使平衡正向移动；增加碘的浓度，平衡正向移动，环戊烯的转化率提高。
[答案]　40%　3.56×104　BD
3．(2018·全国卷Ⅲ，节选)对于反应2SiHCl3(g)===SiH2Cl2(g)＋SiCl4(g)　ΔH＝＋48
kJ·mol－1，采用大孔弱碱性阴离子交换树脂催化剂，在323
K和343
K时SiHCl3的转化率随时间变化的结果如图所示。
比较a、b处反应速率大小：va________vb(填“大于”“小于”或“等于”)。反应速率v＝v正－v逆＝k正x2SiHCl3－k逆xSiH2Cl2xSiCl4，k正、k逆分别为正、逆向反应速率常数，x为物质的量分数，计算a处的＝________(保留1位小数)。
[解析]　温度越高，反应速率越大，a点所在曲线对应的温度高于b点所在曲线对应的温度，所以a点反应速率大于b点反应速率。a点所在曲线达到平衡时，v正＝v逆，即k正x2SiHCl3＝k逆xSiH2Cl2xSiCl4，从题图上可知a点所在曲线平衡时SiHCl3的转化率为22%，设投入SiHCl3
y
mol，则根据三段式法得
　　
　2SiHCl3(g)===SiH2Cl2(g)＋SiCl4(g)
开始/mol
y
0
0
转化/mol
0.22y
0.11y
0.11y
平衡/mol
0.78y
0.11y
0.11y
代入k正x2SiHCl3＝k逆xSiH2Cl2xSiCl4得，k正0.782＝k逆0.112，＝　①
在a处SiHCl3的转化率为20%，根据三段式法得
　　
　2SiHCl3(g)===SiH2Cl2(g)＋SiCl4(g)
开始/mol
y
0
0
转化/mol
0.2y
0.1y
0.1y
a处/mol
0.8y
0.1y
0.1y
则＝＝×，将①代入计算得出≈1.3。
[答案]　大于　1.3
[新题预测]
血红蛋白(Hb)和肌红蛋白(Mb)分别存在于血液和肌肉中，都能与氧气结合，与氧气的结合度α(吸附O2的Hb或Mb的量占总Hb或Mb的量的比值)和氧气分压p(O2)密切相关。请回答下列问题：
(1)人体中的血红蛋白(Hb)能吸附O2、H＋，相关反应的热化学方程式及平衡常数如下：
Ⅰ.Hb(aq)＋H＋(aq)HbH＋(aq)　ΔH1　K1
Ⅱ.HbH＋(aq)＋O2(g)HbO2(aq)＋H＋(aq)　ΔH2　K2
Ⅲ.Hb(aq)＋O2(g)HbO2(aq)　ΔH3　K3
ΔH3＝________(用ΔH1、ΔH2表示)，K3＝________(用K1、K2表示)。
(2)Hb与氧气的结合能力受到c(H＋)的影响，相关反应如下：HbO2(aq)＋H＋(aq)
HbH＋(aq)＋O2(g)。37
℃，pH分别为7.2、7.4、7.6时氧气分压p(O2)与达到平衡时Hb与氧气的结合度α的关系如图1所示，pH＝7.6时对应的曲线为________(填“A”或“B”)。
图1
(3)Mb与氧气结合的反应如下：Mb(aq)＋O2(g)MbO2(aq)　ΔH,37
℃时，氧气分压p(O2)与达平衡时Mb与氧气的结合度α的关系如图2所示。
图2
①已知Mb与氧气结合的反应的平衡常数的表达式K＝，计算37
℃时K＝________
kPa－1。
②人正常呼吸时，体温约为37
℃，氧气分压约为20.00
kPa，计算此时Mb与氧气的最大结合度为______(结果保留3位有效数字)。
③经测定，体温升高，Mb与氧气的结合度降低，则该反应的ΔH________(填“>”或“<”)0。
④已知37
℃时，上述反应的正反应速率v正＝k1·[Mb]·p(O2)，逆反应速率v逆＝k2·[MbO2]，若k1＝120
s－1·kPa－1，则k2＝________。37
℃时，图2中C点时，＝________。
[解析]　(1)反应①＋反应②可得：Hb(aq)＋O2(g)HbO2(aq)　ΔH3＝ΔH1＋ΔH2，K3＝K1·K2。(2)当pH>7.4时，与pH＝7.4时相比，氢离子浓度减小，HbO2(aq)＋H＋(aq)HbH＋(aq)＋O2(g)的化学平衡逆向移动，增大了血红蛋白的氧气结合率，所以根据图示可知曲线A符合要求。(3)①对于反应Mb(aq)＋O2(g)MbO2(aq)，假设反应开始时Mb的浓度为1，转化率为α，则平衡时[Mb]＝(1－α)，[MbO2]＝α，根据图示可知p(O2)＝2.00
kPa，α＝80.0%，带入可得K＝＝
kPa－1＝2.00
kPa－1；②体温约为37
℃，K＝2.00
kPa－1，可得2.00＝，解得α＝97.6%；③经测定，体温升高，Mb与氧气的结合度降低，结合平衡移动原理：升高温度，化学平衡向吸热反应方向移动，说明升高温度化学平衡逆向移动，逆反应为吸热反应，则该反应的正反应为放热反应，所以ΔH<0；④当反应达到平衡时，v正＝v逆，由于v正＝k1·[Mb]·p(O2)，逆反应速率v逆＝k2·[MbO2]，所以k1·[Mb]·p(O2)＝k2·[MbO2]，则＝＝K＝2.0
kPa－1，若k1＝120
s－1·kPa－1，则k2＝
s－1＝60
s－1；在图2中的C点，α＝80.0%，处于平衡线上，则v正＝v逆，故＝1.00。
[答案]　(1)ΔH1＋ΔH2　K1·K2
(2)A
(3)①2.00　②97.6%　③<　④60
s－1　1.00
PAGE
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20
-第2节　化学反应的限度　工业合成氨
[课标解读]　1.了解化学反应的可逆性及化学平衡的建立。　2.掌握化学平衡的特征。　3.理解外界条件(浓度、温度、压强、催化剂等)对化学平衡的影响，能用相关理论解释其一般规律。　4.了解化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。
　可逆反应与化学平衡状态
知识梳理
1．可逆反应
[辨易错]
(1)2H2＋O22H2O为可逆反应。(　　)
(2)Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O为可逆反应。(　　)
(3)2
mol
SO2和2
mol
O2在一定条件下的密闭容器中发生2SO2(g)＋O2(g)
2SO3(g)，平衡时的O2物质的物质的量为1
mol。(　　)
[答案]　(1)×　(2)×　(3)×
2．化学平衡状态
(1)概念
在一定条件下可逆反应进行到一定程度时，反应物和生成物的浓度不再随时间的延长而发生变化，正反应速率和逆反应速率相等，这种状态称为化学平衡状态。
(2)建立
在一定条件下，把某一可逆反应的反应物加入固定容积的密闭容器中。反应过程如下：
—
↓
—
↓
—
以上过程可用如图表示：；若开始加入生成物，从逆反应建立平衡，则v?t图像为。因此，化学平衡状态的建立可以从正反应建立，也可以从逆反应方向建立，也可以从正、逆两反应方向同时建立，即平衡建立与反应途径无关。
(3)特征
注意：化学平衡状态的两种标志
[辨易错]
(1)可逆反应达到平衡时，各组分浓度不变，反应停止。(　　)
(2)从正反应建立平衡的过程中，平衡前v正大于v逆。(　　)
(3)对于N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)反应，当v正
(N2)＝v逆(NH3)时反应达到平衡状态。(　　)
(4)在相同温度下，相同容器(恒容)发生2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)反应，当分别向容器中充入2
mol
SO2、1
mol
O2与2
mol
SO3平衡时，c(SO2)相同。(　　)
(5)一个可逆反应达到的平衡状态就是这个反应在该条件下所能达到的限度。(　　)
[答案]　(1)×　(2)√　(3)×　(4)√　(5)√
知识应用
在一个体积固定的真空密闭容器中充入等物质的量的CO2和NH3，在恒定温度下使其发生反应2NH3(g)＋CO2(g)CO(NH2)2(s)＋H2O(g)并达到平衡，混合气体中氨气的体积分数随时间的变化如图所示：
(1)A点的v正(CO2)________(填“>”“<”或“＝”)A点v逆(CO2)。
(2)A点的v正(CO2)________(填“>”“<”或“＝”)B点的v逆(H2O)，原因是_____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
(3)B点v正(CO2)与v逆(NH3)的定量关系式为______________________。
(4)A点v逆(CO2)与B点v正(CO2)的大小关系为________。
(5)当n(NH3)与n(CO2)的比值不变时，反应是否到达平衡？________。
[答案]　(1)>　(2)>　由图像知，A点未达平衡，B点已达平衡，A点v正(CO2)>B点v正(CO2)＝B点v逆(CO2)＝B点v逆(H2O)，故A点v正(CO2)>B点v逆(H2O)
(3)v正(CO2)＝v逆(NH3)　(4)v逆(CO2)(5)是
?命题点1　极值转化法分析可逆反应各时刻的量
极值转化法确定范围的思维模板
?范围
说明：可逆反应的平衡物理量一定在最大值和最小值之间，但起始物理量可以为最大值或最小值。
1．在一个密闭容器中发生反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，反应过程中某一时刻测得SO2、O2、SO3的浓度分别为0.2
mol·L－1、0.2
mol·L－1、0.2
mol·L－1，当反应达到平衡时，可能出现的数据是(　　)
A．c(SO3)＝0.4
mol·L－1
B．c(SO2)＝c(SO3)＝0.15
mol·L－1
C．c(SO2)＝0.25
mol·L－1
D．c(SO2)＋c(SO3)＝0.5
mol·L－1
C　[当c(SO3)＝0.4
mol·L－1时，c(SO2)＝0，不合理，A错误；c(SO2)、c(SO3)不可能均为0.15
mol·L－1，只能一种物质增大，另一种物质减小，B错误；c(SO2)＋c(SO3)应等于0.4
mol·L－1，D错误。]
2．在密闭容器中进行反应：X(g)＋Y(g)2Z(g)，已知X、Y、Z的起始浓度分别为0.1
mol·L－1、0.3
mol·L－1、0.2
mol·L－1，在一定条件下，当反应达到平衡时，X、Y、Z的浓度范围分别为__________、________、________。
[答案]　0mol·L－1　0.2
mol·L－1mol·L－1　0mol·L－1
?命题点2　化学平衡的特征与标志
3．一定条件下，在密闭恒容的容器中，发生反应：3SiCl4(g)＋2N2(g)＋6H2(g)Si3N4(s)＋12HCl(g)　ΔH<0，不能表示该反应达到平衡状态的是(　　)
A．v逆(N2)＝3v正(H2)
B．混合气体的平均相对分子质量不变
C．若容器绝热，温度不变
D．容器中的压强不变
[答案]　A
4．在一定温度下，向2
L固定容积的密闭容器中通入1
mol
CO2、3
mol
H2，发生反应CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH<0。能说明该反应已达到平衡状态的是(　　)
A．混合气体的平均相对分子质量不变
B．体系中＝，且保持不变
C．混合气体的密度不随时间变化
D．单位时间内有n
mol
H—H键断裂，同时有n
mol
O—H键生成
A　[A项，是变量，当不变，可以说明反应已达平衡状态；B项，是不变量，不能说明反应是否达平衡状态；C项，ρ是不变量，不能说明反应是否达平衡状态；D项，二者均表示v正，不能说明反应是否达平衡状态。]
5．对于反应：2CO(g)＋4H2(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)，若恒温恒压条件下反应，下列说法能说明反应一定达到平衡状态的是________(填字母)。
a．CO和H2的转化率相等
b．反应体系中混合气体密度保持不变
c.的值保持不变
d．反应体系压强保持不变
[答案]　bc
化学平衡状态判定思路
第一步：审题干
①一审“反应条件”：恒温恒容或恒温恒压。
②二审“反应特点”：等体反应或非等体反应或是否有固体、液体参与等。
第二步：审标志
①一审“正逆相等”：反应速率必须一个是正反应的速率，一个是逆反应的速率，且经过换算后同一种物质的减少速率和生成速率相等。
②二审“变量不变”：如果一个量是随反应进行而改变的，当其不变时为平衡状态；一个随反应的进行而保持不变的量，不能作为是否达到平衡状态的判断依据。
　化学平衡移动
知识梳理
1．化学平衡移动的概念与实质
(1)概念
　　
　　　
即平衡移动就是由一个“平衡状态→不平衡状态→新平衡状态”的过程。一定条件下的平衡体系，条件改变后，平衡可能发生移动。
(2)实质：改变条件引起v正与v逆不再相等
①v正>v逆，平衡向正反应方向移动；
②v正＝v逆，反应达到平衡状态，不发生平衡移动；
③v正即哪方向速率大平衡就向哪方向移动。
[辨易错]
(1)改变条件，v正增大，平衡正向移动。(　　)
(2)当平衡向正向移动的过程中，v正逐渐增大。(　　)
(3)升高温度，v正、v逆均增大，平衡一定移动。(　　)
[答案]　(1)×　(2)×　(3)√
2．影响化学平衡的外界因素
(1)实验探究
实验Ⅰ：已知在K2Cr2O7的溶液中存在平衡：
取两支试管各加入5
mL
0.1
mol·L－1的K2Cr2O7溶液。
a．向1号试管中加入几滴浓硫酸，橙色变深，说明平衡向逆反应方向移动。
b．向2号试管中加入几滴浓NaOH溶液，橙色变黄色，说明平衡向正反应方向移动。
实验Ⅱ：某溶液中存在平衡：
Fe3＋＋3SCN－。
将上述溶液分别置于①、②号两试管中。
a．向1号试管中加3～4滴饱和FeCl3溶液，红色变深，说明平衡向正反应方向移动。
b．向2号试管中加3～4滴NaOH溶液，红色变浅，说明平衡向逆反应方向移动。
实验Ⅲ：NO2球中存在以下平衡：
2NO2(g)N2O4(g)　ΔH＝－56.9
kJ/mol
把该球放入热水中，颜色变化：红棕色变深，说明平衡向逆反应方向移动；放入冰水中，颜色变化：红棕色变浅，说明平衡向正反应方向移动。
(2)影响化学平衡的外界因素
浓度
增大反应物浓度或减小生成物浓度
向正反应方向移动
减小反应物浓度或增大生成物浓度
向逆反应方向移动
压强(对有气体参加的反应)
反应前后气体体积改变
增大压强
向气体分子总数减小的方向移动
减小压强
向气体分子总数增大的方向移动
反应前后气体体积不变
改变压强
平衡不移动
温度
升高温度
向吸热反应方向移动
降低温度
向放热反应方向移动
注意：①催化剂同等程度改变v正与v逆，平衡不移动。
②温度改变对任何可逆反应均有平衡移动，但压强改变只对有气体参与且反应前后气体系数不相等的反应有平衡移动。
③恒温恒容条件通“惰性气体”，各组分浓度不变，v正、v逆不变，平衡不移动；恒温恒压通“惰性气体”各组分浓度同倍数减小(相当于减压)，平衡向气体体积增大的方向移动。
(3)通过v?t图像分析影响化学平衡移动的因素
某温度下，在密闭容器中SO2、O2、SO3三种气态物质建立化学平衡后，改变条件对反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH<0的正、逆反应速率的影响如图所示：
A　　
　B　　
　C　　　　D
①加催化剂对反应速率影响的图像是C(填字母，下同)，平衡不移动。
②升高温度对反应速率影响的图像是A，平衡向逆反应方向移动。
③增大反应容器体积对反应速率影响的图像是D，平衡向逆反应方向移动。
④增大O2的浓度对反应速率影响的图像是B，平衡向正反应方向移动。
(4)勒·夏特列原理
在封闭体系中，如果仅改变平衡体系的一个条件(如温度、压强，以及参加反应的化学物质的浓度)，平衡将向着减弱这个改变的方向移动。如N2(g)＋3H2(g)
2NH3(g)反应在一定温度下达到平衡时c(N2)＝a
mol·L－1，压强为p，在恒温下，将容器容积缩小一半，达到平衡时，c′(N2)＜2a
mol·L－1，p′＜2p。
[辨易错]
(1)对于C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)，增加C的量，平衡向正反应方向移动。(　　)
(2)若平衡向正反应方向移动，平衡转化率一定增大。(　　)
(3)对于反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，若断裂
2
mol
H—H键，同时形成1
mol
N≡N键，则平衡正向移动。(　　)
(4)对于反应2A(g)＋B(g)2C(g)，当v正(A)＝3v逆(B)时，平衡正向移动。
(　　)
(5)用排饱和食盐水法收集Cl2，体现了勒·夏特列原理。(　　)
(6)在恒温恒压条件下，向N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)的平衡体系中通入Ne气体，平衡不移动。(　　)
[答案]　(1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)√　(6)×
知识应用
1．在密闭容器中，一定条件下进行如下反应：NO(g)＋CO(g)N2(g)＋CO2(g)　ΔH＝－373.2
kJ·mol－1，达到平衡后，为提高NO的转化率和该反应的速率，可采取的措施是________。
①加催化剂同时升高温度　②加催化剂同时增大压强　③升高温度同时充入N2　④降低温度同时增大压强　⑤增大CO的浓度
[答案]　②⑤
2．勒·夏特列原理又称平衡移动原理，可以解决平衡移动问题，回答下列问题。
对于N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH<0，达平衡后，改变条件，请回答：
(1)升温，平衡向______________移动，新平衡的温度比原来的________。
(2)缩小容器体积至原体积的，平衡向______________移动，新平衡的压强p′与原平衡的压强p0的关系为______________，新平衡时c′(N2)与原平衡的c(N2)的关系为__________________。
[答案]　(1)逆反应方向　高　(2)正反应方向　p0?命题点1　化学平衡移动与转化率的判断
1．室温下，向圆底烧瓶中加入1
mol
C2H5OH和含1
mol
HBr的氢溴酸，溶液中发生反应：C2H5OH＋HBrC2H5Br＋H2O，充分反应后达到平衡。已知常压下，C2H5Br和C2H5OH的沸点分别为38.4
℃和78.5℃。下列有关叙述错误的是(　　)
A．加入NaOH，可增大乙醇的物质的量
B．增大HBr浓度，有利于生成C2H5Br
C．若反应物均增大至2
mol，则两种反应物平衡转化率之比不变
D．若起始温度提高至60
℃，可缩短反应达到平衡的时间
D　[温度提高到60
℃，反应速率虽然加快，而C2H5Br挥发，导致C2H5Br浓度减小，逆反应速率减慢，不能判断反应达到平衡的时间与原平衡时间的长短，D错误。]
2．在一个密闭容器中充入a
mol
A和b
mol
B，发生反应aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)　ΔH>0，一段时间后达到平衡，测得各物质的浓度。
(1)若体积不变，仅增加c(A)，A的转化率将________(填“增大”“减小”或“不变”，下同)，B的转化率将________，达到新平衡时，c(A)将________，c(C)将________。
(2)体积不变，再充入a
mol
A和b
mol
B，则平衡______移动，达到新平衡时，c(A)将________，c(C)将________。
①若a＋b＝c＋d，则A的转化率将________；
②若a＋b>c＋d，则A的转化率将________；
③若a＋b(3)升高温度，平衡________移动，达到新平衡时，c(A)将________，c(C)将________，A的转化率将________。
[答案]　(1)减小　增大　增大　增大
(2)正向　增大　增大　①不变　②增大　③减小
(3)正向　减小　增大　增大
平衡转化率变化的判断方法
(1)改变温度或压强，若平衡正向移动，转化率增大。
(2)两种或多种反应物的反应，增大某一反应物的浓度，其他反应物的转化率增大，而自身的减小。
(3)对于分解的可逆反应aA(g)bB(g)＋cC(g)，A分解建立平衡后，增大A的浓度，平衡向正向移动。当a＝b＋c时，α(A)不变，φ(A)不变；a>b＋c时，α(A)增大，φ(A)减小；a?命题点2　化学平衡移动与结果的分析
3．将等物质的量的N2、H2充入某密闭容器中，在一定条件下，发生如下反应并达到平衡：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH<0。当改变某个条件并维持新条件直至达到新的平衡时，下表中关于新平衡与原平衡的比较正确的是(　　)
选项
改变条件
新平衡与原平衡比较
A
增大压强
N2的浓度一定减小
B
升高温度
N2的转化率减小
C
充入一定量H2
H2的转化率不变，N2的转化率增大
D
充入1
mol
N2和1
mol
H2
NH3的体积分数不变
B　[压缩体积，增大压强，N2的浓度增大，A错误；充入H2，H2的转化率减小，N2的转化率增大，C错误；再充入1
mol
N2和1
mol
H2，压强变大，正向进行的程度大，NH3的含量增多，体积分数变大，D错误。]
4．在一密闭容器中，反应aA(g)＋bB(s)cC(g)＋dD(g)达到平衡后，保持温度不变，将容器缩小为原来的一半，当达到新的平衡时，A的浓度是原来的1.6倍，则下列说法正确的是
(　　)
A．平衡向逆反应方向移动　　
B．aC．物质A的转化率增大
D．物质D的浓度减小
C　[容器缩小为原来的一半，若平衡不移动，则A的浓度应变为原来的2倍，说明平衡正向移动，A的转化率增大。]
5．T
℃时，在恒容密闭容器中充入一定量的H2和CO，在催化剂作用下发生反应：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)　ΔH<0。反应达到平衡时，CH3OH的体积分数与的关系如图所示。下列说法正确的是(　　)
A．反应达平衡时，升高体系温度，CO转化率升高
B．反应达平衡时，再充入一定量Ar，平衡右移，平衡常数不变
C．反应达平衡时，加入CO，平衡右移，CO的转化率升高
D．＝2.5时达到平衡状态，CH3OH的体积分数可能是图中的F点
D　[在相同条件下，当配料比等于系数比时，产物的含量最高。当＝2.5时的φ(CH3OH)低于＝2时的φ(CH3OH)，即F点，D正确。]
化学平衡移动及其结果分析误区
(1)平衡移动的结果只是减弱了外界条件的变化，而不能消除外界条件的变化。
(2)不要把v正增大与平衡向正反应方向移动等同起来，只有v正>v逆时，才使平衡向正反应方向移动。
(3)同等程度地改变反应混合物中各物质的浓度时，应视为压强的影响。
(4)对于缩小体积增大压强，不管是否移动，各成分的浓度均增大，但增大的倍数可能不同也可能相同。
(5)不要把化学平衡向正反应方向移动与反应物转化率的提高等同，当反应物总量不变时，化学平衡向正反应方向移动，反应物的转化率提高；当增大一种反应物的浓度，使化学平衡向正反应方向移动时，会使另一种反应物的转化率提高，而本身的转化率降低。
　化学平衡的调控在化工生产中的应用
“学以致用”是学习化学知识的一个重要使命。对于化学平衡中条件控制在生产、生活中应用广泛，近三年命题的频率为100%，预测2021年命题将会加强。此类试题充分体现了科学精神和社会责任的化学核心素养。
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
既不能过快，又不能太慢
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，又要注意二者影响的矛盾性
从原料的利用率分析
①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②循环操作
从实际生产能力分析
如设备承受高温、高压能力等
从催化剂的使用活性分析
注意催化剂的活性对温度的要求
2．工业合成氨的原理与条件选择
(1)反应原理
N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－92.4
kJ·mol－1
反应特点：①反应为可逆反应；②正反应为放热反应；③反应物、生成物均为气体，且正反应为气体物质的量减小的反应。
(2)条件选择
①压强：10～30
MPa的压强。压强越高，转化率越大，但对材料设备的要求越高，成本越高。
②温度：400～500
℃的温度。温度要适宜，既要考虑速率又要考虑反应程度，同时还要考虑催化剂的活性温度。
③催化剂：使用催化剂可提高反应速率，同时不同的催化剂有不同的活性和选择性。
④循环操作：提高原料利用率。
1．据报道，在300
℃、70
MPa下由二氧化碳和氢气合成乙醇(CH3CH2OH)已成为现实：
2CO2(g)＋6H2(g)CH3CH2OH(g)＋3H2O(g)
下列叙述错误的是
(　　)
A．使用Cu—Zn—Fe催化剂可大大提高生产效率
B．升高温度，该反应平衡常数K一定增大
C．充入大量CO2气体可提高H2的转化率
D．从平衡混合气体中分离出CH3CH2OH和H2O，可提高CO2和H2的利用率
B　[不能确定焓变ΔH的正、负，升温，平衡移动方向不确定，该反应平衡常数K不一定增大，B错误。]
2．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
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________(双选，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
图(a)　　　　　　　　图(b)
(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__________________________________。
[解析]　
＝1.0→丙烯腈的产率最高，根据反应①n(氨)∶n(O2)＝1∶1.5，故n(氨)∶n(空气)＝1∶(1.5×5)＝1∶7.5。
[答案]　(1)降低温度、降低压强　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　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
　“假设—等效”思想突破平衡状态比较
“平衡状态比较”在近几年的高考中时常出现，难度较大，不易分析。如果运用“假设—等效”思想去领悟，就容易理解了。本部分也充分体现了“证据推理与模型认知”的化学核心素养。
1．等效平衡
(1)等效平衡的概念
在相同条件下(恒温、恒容或恒温、恒压)，同一可逆反应体系，不管是从正反应方向开始，还是从逆反应方向开始，在达到化学平衡状态时，任何相同组分的百分含量(体积分数、物质的量分数等)均相同，这样的化学平衡互称为等效平衡。
(2)等效平衡的分类及特点
等效类型
①
②
③
条件
恒温、恒容
恒温、恒容
恒温、恒压
反应的特点
任何可逆反应
反应前后气体分子数相等
任何可逆反应
起始投料
换算为化学方程式同一边物质，
其“量”相同
换算为化学方程式同一边物质，其“量”符合同一比例
换算为化学方程式同一边物质，其“量”符合同一比例
平衡特点
质量分数(w%)
相同
相同
相同
浓度(c)
相同
成比例
相同(气体)
物质的量(n)
相同
成比例
成比例
2.“假设—等效”思想比较平衡状态
(1)构建恒温恒容等效平衡
新平衡状态可认为是两个原平衡状态简单的叠加并压缩而成，相当于增大压强。
(2)构建恒温恒压等效平衡(以气体物质的量增加的反应为例，见图示)
新平衡状态可以认为是两个原平衡状态简单的叠加，压强不变，平衡不移动。
(3)恒温恒容与恒温恒压条件平衡比较模式(起始量相同)
[典例导航]
把晶体N2O4放入一固定容积的密闭容器中气化并建立N2O4(g)2NO2(g)平衡后，保持温度不变，再通入与起始时等量的N2O4气体，反应再次达平衡，则新平衡N2O4的转化率与原平衡比(　　)
A．变大　
B．变小
C．不变
D．无法确定
[思路点拨]　设计过程图示如下：
[答案]　B
若将“固定容积”改为“固定压强”，则答案应选________。
[答案]　C
1．在相同温度下，分别将1
mol
SO2和0.5
mol
O2充入a、b两容器中发生反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH<0，a容器保持容积不变，b容器保持压强不变，分别达到平衡状态。下列在平衡状态的比较中正确的是(　　)
A．SO2的转化率：a>b
B．SO2的体积分数：a>b
C．反应速率：a>b
D．能量变化：a>b
B　[a容器平衡时的压强小于b容器平衡时的压强，a中反应程度较小，转化率较小。]
2．在相同温度和压强下，对反应CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)进行甲、乙、丙、丁四组实验，实验起始时放入容器内各组分的物质的量见下表
　物质物质的量实验
CO2
H2
CO
H2O
甲
a
mol
a
mol
0
mol
0
mol
乙
2a
mol
a
mol
0
mol
0
mol
丙
0
mol
0
mol
a
mol
a
mol
丁
a
mol
0
mol
a
mol
a
mol
上述四种情况达到平衡后，n(CO)的大小顺序是(　　)
A．乙＝丁>甲＝丙
B．甲>乙>丙>丁
C．乙＝甲>丁＝丙
D．丁>丙>乙>甲
A　[先利用极端转化为一边的物质，乙与丁，甲与丙的量相等，平衡时乙与丁中的CO2比甲与丙的多，正向程度大，n(CO)变多，故n(CO)的大小为乙＝丁>甲＝丙。]
3．将4.0
mol
PCl3和2.0
mol
Cl2充入体积不变的密闭容器中，在一定条件下发生反应：PCl3(g)＋Cl2(g)PCl5(g)。达到平衡时，PCl5为0.8
mol，如果此时移走2.0
mol
PCl3和1.0
mol
Cl2，在相同温度下再达平衡时PCl5的物质的量是
(　　)
A．0.8
mol
B．0.4
mol
C．小于0.4
mol
D．大于0.4
mol，小于0.8
mol
C　[已知：
4．一定条件下存在反应：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　ΔH＝－Q
kJ·mol－1(Q>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，均在700
℃条件下开始反应。达到平衡时，上述三个过程对应的能量变化值分别为Q1、Q2、Q3，下列说法正确的是
(　　)
A．2Q1＝2Q2B．容器Ⅰ中CO的百分含量比容器Ⅲ中CO的百分含量高
C．容器Ⅰ中反应的平衡常数比容器Ⅱ中反应的平衡常数小
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
C　[Ⅰ、Ⅱ平衡体系中，Ⅰ中的温度高，Ⅲ中平衡体系中温度最高，能量变化最大，2Q1>Q3，无法比较Q1、Q2大小。]
[真题验收]
1．(2020·7月浙江选考，T18)5
mL
0.1
mol·L－1
KI溶液与1
mL
0.1
mol·L－1
FeCl3溶液发生反应：2Fe3＋(aq)＋2I－(aq)2Fe2＋(aq)＋I2(aq)，达到平衡。下列说法不正确的是(　　)
A．加入苯，振荡，平衡正向移动
B．经苯2次萃取分离后，在水溶液中加入KSCN，溶液呈血红色，表明该化学反应存在限度
C．加入FeSO4固体，平衡逆向移动
D．该反应的平衡常数K＝
D　[碘易溶于苯，加入苯，碘进入到苯中，使水溶液中碘的浓度减小，平衡正向移动，A项正确；如果反应能进行到底，则经过苯两次萃取分离后溶液中不会有Fe3＋，加入KSCN，溶液不会呈血红色，溶液呈血红色说明此反应是可逆反应，有反应限度，B项正确；加入FeSO4，二价铁离子浓度增大，平衡逆向移动，C项正确；该反应的平衡常数K＝，D项错误。]
2．(2017·全国卷Ⅱ，T27)丁烯是一种重要的化工原料，可由丁烷催化脱氢制备。回答下列问题：
(1)正丁烷(C4H10)脱氢制1?丁烯(C4H8)的热化学方程式如下：
①C4H10(g)===C4H8(g)＋H2(g)　　ΔH1
已知：②C4H10(g)＋O2(g)===C4H8(g)＋H2O(g)　ΔH2＝－119
kJ·mol－1
③H2(g)＋O2(g)===H2O(g)　ΔH3＝－242
kJ·mol－1
反应①的ΔH1＝________kJ·mol－1。图(a)是反应①平衡转化率与反应温度及压强的关系图，x________0.1(填“大于”或“小于”)；欲使丁烯的平衡产率提高，应采取的措施是________(填标号)。
A．升高温度　B．降低温度　C．增大压强　D．降低压强
图(a)　　　　　　　　图(b)
图(c)
(2)丁烷和氢气的混合气体以一定流速通过填充有催化剂的反应器(氢气的作用是活化催化剂)，出口气中含有丁烯、丁烷、氢气等。图(b)为丁烯产率与进料气中n(氢气)/n(丁烷)的关系。图中曲线呈现先升高后降低的变化趋势，其降低的原因是_____________________________________________________________
___________________________________________________________________。
(3)图(c)为反应产率和反应温度的关系曲线，副产物主要是高温裂解生成的短碳链烃类化合物。丁烯产率在590
℃之前随温度升高而增大的原因可能是_____________________________________________________________________
____________________________________________________________________、
____________________________________________________________________；
590
℃之后，丁烯产率快速降低的主要原因可能是_________________________
____________________________________________________________________。
[解析]　(1)由盖斯定律可知，①式＝②式－③式，即ΔH1＝ΔH2－ΔH3＝－119
kJ·mol－1－(－242
kJ·mol－1)＝＋123
kJ·mol－1。由图(a)可知，同温下，x
MPa时丁烯的平衡产率高于0.1
MPa时的，根据压强减小，平衡向右移动可知，x小于0.1。欲提高丁烯的平衡产率，应使平衡向右移动，该反应的正反应为吸热反应，因此可以通过升高温度的方法使平衡向右移动；该反应为气体体积增大的反应，因此可以通过降低压强的方法使平衡向右移动，所以A、D选项正确。
(2)由于氢气是产物之一，随着n(氢气)/n(丁烷)增大，逆反应速率增大，所以丁烯产率降低。
(3)该反应的正反应为吸热反应，因此升高温度可以使平衡向右移动，使丁烯的产率增大，另外，反应速率也随温度的升高而增大。由题意知，丁烯在高温条件下能够发生裂解，因此当温度超过590
℃时，参与裂解反应的丁烯增多，而使产率降低。
[答案]　(1)＋123　小于　AD
(2)氢气是产物之一，随着n(氢气)/n(丁烷)增大，逆反应速率增大
(3)升高温度有利于反应向吸热方向进行　温度升高反应速率加快　丁烯高温裂解生成短链烃类
[新题预测]
1．一定条件下合成乙烯：6H2(g)＋2CO2(g)CH2===CH2(g)＋4H2O(g)。已知温度对CO2的平衡转化率及催化剂催化效率的影响如图所示。下列说法正确的是(　　)
A．M点的正反应速率v正大于N点的逆反应速率v逆
B．若投料比n(H2)∶n(CO2)＝4∶1，则图中M点乙烯的体积分数约为5.88%
C．250
℃，催化剂对CO2平衡转化率的影响最大
D．当温度高于250
℃，升高温度，平衡逆向移动导致催化剂的催化效率降低
B　[由于N点的温度高，催化剂的催化效率低，而M点的温度低，催化剂的催化效率高，M点的正反应速率v正不一定大于N点的逆反应速率v逆，A错误；M点CO2的平衡转化率为50%，根据三段式计算：
6H2(g)＋2CO2(g)CH2===CH2(g)＋4H2O(g)
　4
　　　1　　　
　0　　　　
　　0
1.5
0.5
0.25
1
2.5
0.5
0.25
1
M点乙烯的体积分数φ(CH2===CH2)＝×100%≈5.88%，B正确；催化剂只影响反应速率，不影响平衡移动和反应物的平衡转化率，C错误；该反应的催化剂在250
℃左右活性最高，当温度高于250
℃时，催化效率降低，与平衡的移动无关，D错误。]
2．在773
K时，分别将2.00
mol
N2和6.00
mol
H2充入一个固定容积为1
L的密闭容器中发生反应生成NH3，气体混合物中c(N2)、c(H2)、c(NH3)与反应时间(t)的关系如图所示。
(1)下列能说明反应达到平衡状态的是________(选填字母)。
a．v正(N2)＝3v逆(H2)　　　　　
b．体系压强不变
c．气体平均相对分子质量不变
d．气体密度不变
(2)在此温度下，若起始充入4.00
mol
N2和12.00
mol
H2，则反应刚达到平衡时，表示c(H2)～t的曲线上相应的点为________(选填字母)。
[解析]　(2)起始充入4.00
mol
N2和12.00
mol
H2，相当于将充入2.00
mol和6.00
mol的两容器压入一个容器，若不移动c(H2)＝6
mol·L－1。但加压平衡右移c(H2)减小，c(H2)<6
mol·L－1，可以选B点。
[答案]　(1)bc　(2)B
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-第1节　化学反应速率
[课标解读]　1.了解化学反应速率的概念和定量表示方法。能正确计算化学反应的转化率(α)。　2.了解反应活化能的概念，了解催化剂的重要作用。　3.理解外界条件(浓度、温度、压强、催化剂等)对反应速率的影响，能用相关理论解释其一般规律。　4.了解化学反应速率的调控在生活、生产和科研领域中的重要作用。
　化学反应速率的有关计算
知识梳理
1．化学反应速率的含义
(1)表示方法
对于反应体系体积不变的化学反应，可以用单位时间内某物质浓度(或质量、物质的量等)的改变量(取绝对值)来表示。
(2)定义式：v＝，单位为mol·L－1·min－1或
mol·L－1·s－1。
2．化学反应速率与系数的关系
对于一个具体的化学反应，用不同的反应物或生成物表示的化学反应速率的数值可能不同，但反应速率的数值之比等于化学方程式中各物质的系数之比。
如在反应aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)中，存在v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝a∶b∶c∶d。
3．化学反应速率的有关注意事项
(1)化学反应速率是一段时间内的平均速率，且无论用反应物还是用生成物表示均取正值。
(2)在一定温度下，固体和纯液体物质的浓度是常数，不能用其浓度变化表示速率。
(3)同一化学反应在相同条件下，用不同物质表示的化学反应速率，其数值可能不同，但意义可能相同。
(4)计算化学反应速率时，若给出的是物质的量的变化值，不要忘记转化为物质的量浓度的变化值。
(5)化学反应速率在不同的时间间隔内一般不相等。
[辨易错]
(1)对于任何化学反应来说，反应速率越快，反应现象就越明显。(　　)
(2)化学反应速率是指单位时间内任何一种反应物浓度的减少或任何一种生成物浓度的增加。(　　)
(3)甲、乙两容器中分别充入2
mol
NO2和4
mol
NO2，5分钟后两者各反应掉NO2
1
mol
和2
mol，则说明二者反应速率之比为1∶2。(　　)
(4)对于C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)反应，在一定的时间内v(H2O)＝1
mol/(L·s)，可知v(C)＝1
mol/(L·s)。(　　)
(5)对于2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，v(SO2)＝1
mol/(L·s)与v(O2)＝0.5
mol/(L·s)表示的反应速率前者快。(　　)
[答案]　(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×
知识应用
1．一定温度下，在密闭容器中发生反应：3A(g)＋B(g)2C(g)。已知v(A)＝0.6
mol·L－1·s－1，则v(B)＝________
mol·L－1·s－1，v(C)＝________
mol·L－1·s－1。
[答案]　0.2　0.4
2．某温度时，在2
L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。由此分析：
(1)该反应的化学方程式为_____________________。
(2)从反应开始至2
min时，Z的反应速率为_____________________________________________________________。
(3)前2
min内，Y的转化率为________。
[答案]　(1)3Y(g)＋Z(g)2X(g)　(2)0.025
mol/(L·min)　(3)30%
?命题点1　化学反应速率的基本计算与反应快慢的判断
1．一定条件下反应A(s)＋3B(g)2C(g)在10
L的密闭容器中进行，测得2
min内，A的物质的量由20
mol减小到8
mol，下列说法正确的是
(　　)
A．用A表示该反应的反应速率为0.6
mol·L－1·min－1
B．用B表示该反应的反应速率为2.4
mol·L－1·min－1
C．2v(B)＝3v(C)
D．2
min末，用C表示该反应的反应速率为3.6
mol·L－1·min－1
C　[A为固体，不能用A的浓度变化量来表示速率，A错误；v(B)＝
mol·L－1·min－1＝1.8
mol·L－1·min－1，B错误；v(C)不能表示2
min
末这一时刻的速率，D错误。]
2．将6
mol
CO2和8
mol
H2充入一容积为2
L的密闭容器中(温度保持不变)发生反应CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH<0。测得H2的物质的量随时间变化如图所示(图中字母后的数字表示对应的坐标)。该反应在1～3
min内H2平均反应速率是______________，在8～10
min内CO2的平均反应速率是________。
[答案]　0.75
mol·L－1·min－1　0
3．反应4CO(g)＋2NO2(g)N2(g)＋4CO2(g)在不同条件下的化学反应速率如下。
①v(CO)＝1.5
mol·L－1·min－1
②v(NO2)＝0.7
mol·L－1·min－1
③v(N2)＝0.4
mol·L－1·min－1
④v(CO2)＝1.1
mol·L－1·min－1
⑤v(NO2)＝0.01
mol·L－1·s－1
上述5种情况反应的速率由大到小的顺序为_______________________。
[解析]　利用各物质的反应速率值与相应的系数之比确定大小，比值大，反应快。
[答案]　③>①>②>⑤>④
化学反应快慢比较的两种方法
(1)统一物质法：统一单位，统一物质，反应速率值大反应快。
(2)比值法：先统一单位；然后计算各物质反应速率与相应系数之比的值，比值大者反应快(此法易掌握)。
?命题点2　“三段式”法计算反应速率和转化率
“三段式”求算v(X)、α模板
根据已知条件列方程式计算。
例如，反应　
mA(g)＋nB(g)pC(g)
①t0
s浓度/(mol·L－1)
a
b
0
②转化浓度/(mol·L－1)
x
③t1
s浓度/(mol·L－1)
a－x
b－
v(A)＝，v(B)＝，v(C)＝，
α(A)＝×100%。
4．NH3和纯净的O2在一定条件下发生如下反应：
4NH3(g)＋3O2(g)2N2(g)＋6H2O(g)
现向一容积不变的2
L密闭容器中充入4
mol
NH3和3
mol
O2,4
min后，测得生成的H2O占混合气体体积的40%。请回答：
(1)用O2、H2O表示的反应速率分别为__________、__________。
(2)NH3的转化率为________。
(3)4
min后N2的浓度为________。
[解析]　设4
min时，生成6x
mol
H2O(g)
　
4NH3(g)＋3O2(g)2N2(g)＋6H2O(g)　n(总)
　4　　
　3　　　　0　
　0　　　　7
4x
3x
2x
6x
4－4x
3－3x
2x
6x
7＋x
据题意，则有：＝0.4　解得：x＝0.5。
(1)则4
min内H2O的变化浓度为
Δc(H2O)＝＝1.5
mol·L－1，
v(H2O)＝＝0.375
mol·L－1·min－1，
v(O2)＝v(H2O)＝0.187
5
mol·L－1·min－1。
(2)α(NH3)＝×100%＝50%。
(3)c(N2)＝
mol·L－1＝0.5
mol·L－1。
[答案]　(1)0.187
5
mol·L－1·min－1　0.375
mol·L－1·min－1　(2)50%　(3)0.5
mol·L－1
?命题点3　速率常数有关的计算与应用
5．已知反应：2NO(g)＋2H2(g)===N2(g)＋2H2O(g)生成N2的初始速率与NO、H2的初始浓度的关系为v＝kcx(NO)·cy(H2)，k为速率常数。在800
℃时测得的相关数据如下表所示。
实验数据
初始浓度
生成N2的初始速率/(mol·L－1·s－1)
c(NO)/
(mol·L－1)
c(H2)/
(mol·L－1)
1
2.00×10－3
6.00×10－3
1.92×10－3
2
1.00×10－3
6.00×10－3
4.80×10－4
3
2.00×10－3
3.00×10－3
9.60×10－4
下列说法中不正确的是
(　　)
A．关系式中x＝1、y＝2
B．800
℃时，k的值为8×104
C．若800
℃时，初始浓度c(NO)＝c(H2)＝4.00×10－3
mol·L－1，则生成N2的初始速率为5.12×10－3
mol·L－1·s－1
D．当其他条件不变时，升高温度，速率常数将增大
A　[由实验数据1和2可知，c(H2)不变，c(NO)扩大1倍，反应速率扩大为原来的＝4倍，则x＝2，由实验数据1和3可知，c(NO)不变，c(H2)扩大1倍，反应速率扩大为原来的＝2倍，则y＝1，A项错误；根据数据1可知800
℃时，k的值为＝＝8×104，B项正确；若800
℃时，初始浓度c(NO)＝c(H2)＝4.00×10－3
mol·L－1，则生成N2的初始速率v＝k×c2(NO)×c(H2)＝[8×104×(4.00×10－3)2×(4.00×
10－3)]mol·L－1·s－1＝5.12×10－3
mol·L－1·s－1，C项正确；温度升高，反应速率加快，则当浓度和其他条件不变时，升高温度，速率常数一定是增大的，D项正确。]
　化学反应速率的影响因素
知识梳理
1．化学反应速率的影响因素
(1)内因(主要因素)
反应物本身的性质，如Na、Mg、Al在相同条件下与水反应的速率由大到小的顺序为Na>Mg>Al。
(2)外因(其他条件不变，只改变一个条件)
2．对于可逆反应的速率的影响(v?t图像)
有下列v?t图像：
　　　
图甲　　　　　图乙
　　　
图丙　　　　　图丁
(1)增大反应物浓度的图像为图甲。
(2)增大压强的图像为图乙或图丁。
(3)升高温度的图像为图丙。
(4)使用催化剂的图像为图丁。
[辨易错]
(1)对于任何反应，增加反应物的量，反应速率均增大。(　　)
(2)一定温度下，恒容密闭容器中发生N2＋3H22NH3，向容器中充入Ne，压强增大，反应速率增大。(　　)
(3)对于放热反应，升高温度，v正减小，v逆增大。(　　)
(4)影响化学反应速率快慢的根本因素是温度、浓度和催化剂。(　　)
(5)Zn与硫酸反应时，浓硫酸产生H2的反应速率比稀硫酸的反应快。(　　)
[答案]　(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×
3．理论解释——有效碰撞理论
(1)活化分子：能够发生有效碰撞的分子。活化分子的能量较高。
(2)有效碰撞：能够引发化学反应的碰撞。
有效碰撞的两个条件：一是具有较高能量的活化分子，二是碰撞有合理取向。
(3)活化能：如图
①图中：E1为正反应活化能，使用催化剂时的活化能为E3，E2为逆反应活化能，反应热为E1－E2。
②使用催化剂可以降低正、逆反应的活化能，但不影响反应的反应热。
③活化能越低，反应速率越快。
(4)活化分子、有效碰撞与反应速率的关系
知识应用
1．如图是关于反应A2(g)＋3B2(g)2C(g)　ΔH<0的平衡移动图像，t时刻条件改变可能为_______________________________________________________
____________________________________________________________________。
[答案]　一定温度下，增大反应物浓度同时减少生成物浓度或增大压强同时降低温度或恒压条件下增大反应物浓度
2．对于N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，能量变化如图所示：
(1)图中E的大小对该反应热有无影响？________。该反应需要用铁触媒作催化剂，加铁触媒会使图中B点升高还是降低？________，理由_______________
____________________________________________________________________。
(2)如果反应速率v(H2)为0.15
mol/(L·min)，则v(N2)＝_________mol/(L·min)，v(NH3)＝____________mol/(L·min)。
[答案]　(1)无影响　降低　催化剂参与反应，改变了反应路径，降低了反应的活化能
(2)0.05　0.1
?命题点1　反应速率的影响因素
1．某温度下，在容积一定的密闭容器中进行如下反应：2X(g)＋Y(g)Z(g)＋W(s)　ΔH>0。下列叙述正确的是
(　　)
A．向容器中充入氩气，反应速率不变
B．加入少量W，逆反应速率增大
C．升高温度，正反应速率增大，逆反应速率减小
D．将容器的容积压缩，可增大单位体积内活化分子的百分数，有效碰撞次数增大
A　[A项，恒容通“惰气”，反应物浓度没有改变，速率不变，正确；B项，W为固体，加入W，速率不改变，错误；C项，升温、v正、v逆均增大，错误；D项，改变压强、活化分子百分数不变，错误。]
2．为了说明影响化学反应速率的因素，甲、乙、丙、丁四位同学分别设计了如下四个实验，你认为结论不正确的是
(　　)
A．在相同条件下，等质量的大理石块和大理石粉分别与相同浓度的盐酸反应时，大理石粉的反应快
B．将相同大小、相同形状的镁条和铝条分别与相同浓度的盐酸反应时，二者的化学反应速率相等
C．将相同浓度、相同体积的浓硝酸分别放在暗处和强光处，会发现光照可以加快浓硝酸的分解
D．室温下，向两支试管中分别加入相同浓度、相向体积的双氧水，再向其中一支试管中加入少量二氧化锰粉末，二者产生氧气的快慢不同
B　[镁与铝的活泼性不同，反应速率不相等，B错误。]
3．合成氨反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－91.4
kJ·mol－1，在反应过程中，正反应速率的变化如图所示：
下列说法正确的是
(　　)
A．t1时升高了温度　　　　
B．t2时使用了催化剂
C．t3时增大了压强
D．t4时降低了温度
B　[升温，v正增大的倍数小，A错误；加压，v正增大，C错误；降温，v正瞬间减小，D错误。]
(1)压强改变对反应速率的影响
①恒温时，压缩体积压强增大反应物浓度增大反应速率加快。
②恒温恒容：充入“惰性气体”总压强增大，但各物质的浓度不变(活化分子浓度不变)，反应速率不变。
③恒温恒压：充入“惰性气体”体积增大各反应物浓度减小(活化分子浓度减小)反应速率减慢。
(2)v?t图模型
2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH<0
t1：增大SO2或O2的浓度，t2：降低温度，
t3：增大压强，t4：使用催化剂
注意：升温，v吸增大的倍数大于v放；加压，v减增大的倍数大于v增。
?命题点2　催化剂、活化能与反应速率的关系
4．在Ag＋催化作用下，Cr3＋被S2O氧化为Cr2O的机理为①S2O＋2Ag＋===2SO＋2Ag2＋(慢)，②2Cr3＋＋6Ag2＋＋7H2O===6Ag＋＋14H＋＋Cr2O(快)，下列有关说法正确的是
(　　)
A．反应速率与Ag＋浓度有关
B．Ag2＋也是该反应的催化剂
C．Ag＋能降低该反应的活化能和焓变
D．②反应决定整个反应的反应速率
A　[Ag2＋为中间产物不是催化剂，B错误；催化剂Ag＋不改变焓变，C错误；慢反应决定整个反应的反应速率，D错误。]
5．(2020·临沂一模)已知反应2NO(g)＋2H2(g)N2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－752
kJ·mol－1的反应机理如下：
①2NO(g)N2O2(g)　(快)
②N2O2(g)＋H2(g)N2O(g)＋H2O(g)　(慢)
③N2O(g)＋H2(g)N2(g)＋H2O(g)　(快)
下列有关说法错误的是
(　　)
A．①的逆反应速率大于②的正反应速率
B．②中N2O2与H2的碰撞仅部分有效
C．N2O2和N2O是该反应的催化剂
D．总反应中逆反应的活化能比正反应的活化能大
C　[①为快反应，说明反应物的活化能和生成物的活化能都较小，反应更容易发生；②为慢反应，说明反应物的活化能和生成物的活化能都较大，②中反应物的活化能大于①中生成物的活化能，因此①的逆反应速率大于②的正反应速率，A项正确；②反应为慢反应，反应慢说明反应的活化能大，物质微粒发生碰撞时，许多碰撞都不能发生化学反应，因此碰撞仅部分有效，B项正确；反应过程中N2O2和N2O是中间产物，不是催化剂，C项错误；总反
应为放热反应，则总反应中逆反应的活化能比正反应的活化能大，D项正确。]
6．将一定比例的O2、NH3和NOx的混合气体，匀速通入装有催化剂M的反应器中反应。反应相同时间NOx的去除率随反应温度的变化曲线如图所示，在50～250
℃范围内随着温度的升高，NOx的去除率先迅速上升后上升缓慢的主要原因是___________________________________________________________
____________________________________________________________________；
当反应温度高于380
℃时，NOx的去除率迅速下降的原因可能是_____________
__________________________________________________________________。
[答案]　迅速上升段是催化剂活性随温度升高而增大，与温度升高共同使NOx的去除反应速率迅速增大；上升缓慢段催化剂M的活性已经达到最大，反应速率增大主要是温度升高引起的　催化剂活性下降；NH3与O2反应生成了NO
绝大多数催化剂都有活性温度范围，温度太低时，催化剂的活性很小，反应速率很慢，随温度升高，反应速率逐渐增大，物质转化效率增大，温度过高又会破坏催化剂的活性。
　“控制变量法”探究反应速率的影响因素
影响化学反应速率的因素有温度、压强、浓度、催化剂等，为了研究某因素的影响规律，往往采用控制其他多因素相同，只改变某一因素进行实验探究。这就是“控制变量法”的思想。这类试题很好地体现了“科学探究与创新意识，证据推理与模型认知”的核心素养。
1．解答策略
(1)确定变量
解答这类题目时首先要认真审题，理清影响实验探究结果的因素有哪些。
(2)定多变一
在探究时，应该先确定其他的因素不变，只变化一种因素，看这种因素与探究的问题存在怎样的关系；这样确定一种以后，再确定另一种，通过分析每种因素与所探究问题之间的关系，得出所有影响因素与所探究问题之间的关系。
(3)数据有效
解答时注意选择数据(或设置实验)要有效，且变量统一，否则无法作出正确判断。
2．解法示例
探究温度、催化剂对反应：2H2O2===2H2O＋O2↑的影响，可以确定催化剂(是否加入MnO2)和温度(加热、常温)作为可变量，其他的则控制为不变量。
探究对象的反应
2H2O2===2H2O＋O2↑
控制的可变量
催化剂
温度
控制的不变量
浓度、温度等
浓度、催化剂等
实验方案
取相同量的5%H2O2溶液于两支规格相同的试管中，向其中一支试管中加入少量MnO2，另一支不加，在常温下观察
取相同量的5%
H2O2溶液于两支规格相同的试管中，给其中一支试管加热，另一支不加热，观察
1．为了探究温度、硫酸铜对锌与稀硫酸反应生成氢气速率的影响，某同学设计了如下方案：
编号
纯锌粉质量
0.2
mol·L－1稀硫酸体积
温度
硫酸铜固体质量
Ⅰ
2.0
g
10.0
mL
25
℃
0
Ⅱ
2.0
g
10.0
mL
t
℃
0
Ⅲ
2.0
g
10.0
mL
35
℃
0.2
g
Ⅳ
2.0
g
10.0
mL
35
℃
4.0
g
下列推断合理的是
(　　)
A．选择Ⅱ和Ⅲ实验探究硫酸铜对反应速率的影响，必须控制t＝25
B．待测物理量是收集等体积(相同条件)的气体所需要的时间，时间越长，反应越快
C．根据该方案，还可以探究稀硫酸浓度对反应速率的影响
D．根据该实验方案得出反应速率的大小可能是Ⅲ>Ⅱ>Ⅰ>Ⅳ
D　[A项，根据控制变量法，若选择Ⅱ和Ⅲ实验探究硫酸铜对反应速率的影响，Ⅱ的温度必须控制在35
℃，错误；B项，收集相同条件下等体积的气体所需的时间越长，则反应速率越慢，错误；C项，题中各组实验中稀硫酸的浓度均相同，故无法探究稀硫酸浓度对反应速率的影响，错误；D项，本题影响反应速率大小的主要因素是温度和硫酸铜固体的质量，由A项分析可知实验Ⅱ的温度应为35
℃，则反应速率Ⅱ>Ⅰ，实验Ⅲ中锌与置换出的铜及稀硫酸构成原电池，使Ⅲ的反应速率比Ⅱ的快，实验Ⅳ中CuSO4用量过多，置换出的铜可能覆盖在锌表面而阻止反应的进行，从而使Zn与H2SO4反应速率大大减小，故四个反应的反应速率的大小关系可能为Ⅲ>Ⅱ>Ⅰ>Ⅳ，正确。]
2．某兴趣小组用0.5
mol·L－1
KI、0.2
mol·L－1
K2S2O8、0.1
mol·L－1
Na2S2O3、0.2%淀粉溶液等试剂，探究反应条件对反应速率的影响。
已知：S2O＋2I－===2SO＋I2，I2＋2S2O===2I－＋S4O
(1)为探究反应物浓度对化学反应速率的影响，设计的实验方案如下表：
实验序号
体积V/mL
K2S2O8溶液
水
KI溶液
Na2S2O3溶液
淀粉溶液
①
10.0
0.0
4.0
4.0
2.0
②
9.0
1.0
4.0
4.0
2.0
③
8.0
Vx
4.0
4.0
2.0
表中Vx＝________
mL，理由是______________________________________
____________________________________________________________________。
(2)已知某条件下，浓度c(S2O)～反应时间t的变化曲线如图所示，若保持其他条件不变，请在坐标图中，分别画出降低反应温度和加入催化剂时c(S2O)～t的变化曲线示意图(进行相应的标注)。
[解析]　(1)实验的目的是探究K2S2O8溶液的浓度对化学反应速率的影响，故应保证每组实验中其他物质的浓度相等，即溶液的总体积相等(即为20.0
mL)，从而可知Vx＝2.0。
(2)降低温度时，化学反应速率减慢，c(S2O)变化减慢。加入催化剂时，化学反应速率加快，c(S2O)变化加快，c(S2O)～t的变化曲线如图所示。
[答案]　(1)2.0　保持溶液总体积相同，仅使反应物K2S2O8的浓度改变，而其他物质浓度不变
(2)如图所示
　涉及催化反应机理的试题分析
催化反应机理试题是2020年全国Ⅰ、Ⅱ卷中新型试题，其中Ⅰ卷涉及的是铑的配合物离子[Rh(CO)2I2]－催化甲醇羰基化的反应机理过程，Ⅱ卷涉及的是Fe(CO)5催化某一反应机理过程。此类试题充分考查了学生从微观化学键分析反应机理的能力。体现了“宏观辨识与微观探析”“证据推理与模型认知”的化学核心素养。
(2020·全国卷Ⅱ，T11)据文献报道：Fe(CO)5催化某反应的一种反应机理如图所示。下列叙述错误的是(　　)
A．OH－参与了该催化循环
B．该反应可产生清洁燃料H2
C．该反应可消耗温室气体CO2
D．该催化循环中Fe的成键数目发生变化
[思路点拨]　从整个循环反应机理图可以得出四点：一是OH－既参与反应又是生成的物质，二是CO和H2O只参与反应为反应物，三是CO2和H2为生成物，四是Fe(CO)5为催化剂，开始参与反应，最后又生成。
[答案]　C
1．(2020·福建高三模拟)Pd/Al2O3催化H2还原CO2的机理示意图如图。下列说法不正确的是(　　)
①　　　
②　　　
　③　　　　④
A．H—H的断裂需要吸收能量
B．①→②，CO2发生加成反应
C．④中，CO被氧化为CH4
D．生成CH4总反应的化学方程式是CO2＋4H2CH4＋2H2O
C　[④中，CO被还原为CH4，C项错误。]
2．(2021·广东选择考适应性测试)我国科学家研究了活性炭催化条件下煤气中的H2S和Hg的协同脱除，部分反应机理如图(吸附在催化剂表面的物种用
标注)。有关该过程的叙述错误的是(　　)
A．产生清洁燃料H2
B．H2S脱除率为100%
C．H2S既被氧化又被还原
D．脱Hg反应为Hg＋S===HgS
B　[A.H2S被吸附在催化剂活性炭表面形成H原子，H原子与H原子成键生成H2，A正确；B.由图可知，H2S分解产生的H2和S单质会再次生成H2S，脱除率小于100%，B错误；C.由图可知，H2S生成S单质的过程中，硫元素的化合价升高，被氧化，H2S生成H2的过程中，H元素化合价降低，被还原，C正确；D.该过程是H2S和Hg的协同脱除，故生成的S单质与Hg反应生成HgS，D正确；故答案选B。]
3．(2020·北京高三模拟)诺贝尔化学奖授予埃特尔以表彰其对于合成氨反应机理的研究，氮气和氢气分子在催化剂表面的部分变化过程如图所示，下列说法不正确的是(　　)
N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－92
kJ·mol－1
A．升高温度不能提高一段时间内NH3的产率
B．图①→②过程吸热，图②→③过程放热
C．N2在反应过程中叁键均发生断裂
D．反应过程中存在—NH—、—NH2等中间产物
A　[升高温度能提高反应速率，所以在达到平衡前升高温度能提高一段时间内氨气的产率，A错误；图①→②是N≡N断裂过程，断键吸热；图②→③是N—H键形成过程，成键放热，B正确；虽然本反应是可逆反应，但反应中，所有氮气均能断开叁键，只是同时又有新的氮氮叁键形成，因此体系中总含有氮气，C正确；从图中可知，断键产生的氮原子，能逐一和氢原子结合形成—NH—、—NH2和NH3，D正确。]
4．甲烷直接氧化制甲醇是富有挑战性的课题，Sen等在CF3COOH水溶液中成功将甲烷转化为CF3COOCH3(水解生成CH3OH)，其反应机理如图所示，下列说法正确的是(　　)
A．上述反应的总反应式为CH4＋CF3COOH＋O2―→CF3COOCH3
B．CF3COOCH3水解生成CH3OH的反应式为CF3COOCH3＋H2O―→CF3COOH＋CH3OH
C．Pb2＋是该反应的中间产物
D．每生成1
mol
CH3OH，消耗标准状况下O2的体积为22.4
L
B　[由反应机理图可知反应物为CH4、CF3COOH和O2，生成物为CF3COOCH3、H2O，则总反应式为CH4＋CF3COOH＋O2―→CF3COOCH3＋H2O，A错误；CF3COOCH3发生水解反应的产物为CF3COOH和CH3OH，故生成CH3OH的反应式为CF3COOCH3＋H2O―→CF3COOH＋CH3OH，B正确；反应①中
Pd2＋参与反应，反应②中又生成等物质的量的Pd2＋，故Pd2＋为催化剂不是中间产物，C错误；根据反应CH4＋CF3COOH＋O2―→CF3COOCH3＋H2O、CF3COOCH3＋H2O―→CF3COOH＋CH3OH可得制甲醇的反应方程式为CH4＋O2―→CH3OH，故每生成1
mol
CH3OH，消耗标准状况下O2的体积为11.2
L，D错误。]
[真题验收]
1．(2020·全国卷Ⅰ，T10)铑的配合物离子[Rh(CO)2I2]－可催化甲醇羰基化，反应过程如图所示。
下列叙述错误的是(　　)
A．CH3COI是反应中间体
B．甲醇羰基化反应为CH3OH＋CO===CH3CO2H
C．反应过程中Rh的成键数目保持不变
D．存在反应CH3OH＋HI===CH3I＋H2O
C　[由反应过程图可知CH3OH→CH3I→－→－→－→CH3COI→CH3CO2H，CH3COI是反应的中间产物，A项正确；把各步反应累加，得到CH3OH＋CO===CH3CO2H，B项正确；－中Rh的成键数为6，－中Rh的成键数为5，－中Rh的成键数为4，反应过程中Rh的成键数不相同，C项错误；由题图可知，甲醇的第一步反应为CH3OH＋HI===CH3I＋H2O，D项正确。]
2．(2020·全国卷Ⅱ，T28(2))天然气的主要成分为CH4，一般还含有C2H6等烃类，是重要的燃料和化工原料。
高温下，甲烷生成乙烷的反应如下：2CH4C2H6＋H2。反应在初期阶段的速率方程为r＝k×cCH4，其中k为反应速率常数。
①设反应开始时的反应速率为r1，甲烷的转化率为α时的反应速率为r2，则r2＝________r1。
②对于处于初期阶段的该反应，下列说法正确的是________。
A．增加甲烷浓度，r增大
B．增加H2浓度，r增大
C．乙烷的生成速率逐渐增大
D．降低反应温度，k减小
[解析]　①反应初始时可认为cCH4＝1
mol·L－1，则根据初期阶段的速率方程可知k＝r1，当CH4的转化率为α时，cCH4＝(1－α)
mol·L－1，则此时r2＝(1－α)r1。②由r＝k×cCH4可知，CH4的浓度越大，反应速率r越大，A项正确；增加H2浓度，CH4的浓度减小或不变，则r减小或不变，B项错误；随着反应的进行，CH4的浓度逐渐减小，则反应速率逐渐减小，C项错误；降低温度，该反应进行非常缓慢甚至停止，即k也随着减小，D项正确。
[答案]　①1－α　②AD
3．(2019·全国卷Ⅱ，节选)环戊二烯容易发生聚合生成二聚体，该反应为可逆反应。不同温度下，溶液中环戊二烯浓度与反应时间的关系如图所示，下列说法正确的是________(填标号)。
A．T1＞T2
B．a点的反应速率小于c点的反应速率
C．a点的正反应速率大于b点的逆反应速率
D．b点时二聚体的浓度为0.45
mol·L－1
[解析]　升高温度，反应速率增大，由c?t图像的变化趋势可看出T2时，环戊二烯浓度的变化趋势大，因此T2大于T1，选项A错误；由a、c点浓度：a>c，温度：c>a，故无法判断，
选项B错误；相同温度下，随着时间的延长，反应物的浓度逐渐减小，反应速率逐渐减小，因此a点的正反应速率大于b点的逆反应速率，选项C正确；由图像知，开始时环戊二烯的浓度为1.5
mol·L－1，b点时的浓度为0.6
mol·L－1，设环戊二烯转化的物质的量浓度为2x
mol·L－1，则有：
　　　　　　　　　　　
　2　二聚体
初始物质的量浓度/(mol·L－1)
1.5
　0
转化物质的量浓度/(mol·L－1)
2x
　
x
平衡物质的量浓度/(mol·L－1)
0.6
　x
则有1.5－2x＝0.6，解得x＝0.45，因此选项D正确。
[答案]　CD
4．(2018·全国卷Ⅰ，节选)(1)F.Daniels等曾利用测压法在刚性反应器中研究了25
℃时N2O5(g)分解反应：
2N2O5(g)―→4NO2(g)＋O2(g)
2N2O4(g)
其中NO2二聚为N2O4的反应可以迅速达到平衡。体系的总压强p随时间t的变化如下表所示[t＝∞时，N2O5(g)完全分解]：
t/min
0
40
80
160
260
1
300
1
700
∞
p/kPa
35.8
40.3
42.5
45.9
49.2
61.2
62.3
63.1
研究表明，N2O5(g)分解的反应速率v＝2×10－3×pN2O5(kPa·min－1)。t＝62
min时，测得体系中pO2＝2.9
kPa，则此时的pN2O5＝________
kPa，v＝________
kPa·min－1。
(2)对于反应2N2O5(g)―→4NO2(g)＋O2(g)，R.A.Ogg提出如下反应历程：
第一步　N2O5NO2＋NO3　快速平衡
第二步　NO2＋NO3―→NO＋NO2＋O2　慢反应
第三步　NO＋NO3―→2NO2　快反应
其中可近似认为第二步反应不影响第一步的平衡。下列表述正确的是________(填标号)。
A．v(第一步的逆反应)>v(第二步反应)
B．反应的中间产物只有NO3
C．第二步中NO2与NO3的碰撞仅部分有效
D．第三步反应活化能较高
[解析]　(1)t＝62
min时，体系中pO2＝2.9
kPa，根据三段式法得
2N2O5(g)===2N2O4(g)＋O2(g)
起始　
　35.8
kPa　　　0
　　　　0
转化
5.8
kPa
5.8
kPa
2.9
kPa
62
min
30.0
kPa
5.8
kPa
2.9
kPa
则62
min时pN2O5＝30.0
kPa，v＝2×10－3×30.0
kPa·min－1＝6.0×10－2
kPa·min－1。
(2)快速平衡，说明第一步反应的正、逆反应速率都较大，则第一步反应的逆反应速率大于第二步反应的速率，A项正确；反应的中间产物除NO3外还有NO，B项错误；第二步反应慢，说明有效碰撞次数少，C项正确；第三步反应快，说明反应的活化能较低，D项错误。
[答案]　(1)30.0　6.0×10－2　(2)AC
[新题预测]
1．我国学者研制了一种纳米反应器，用于催化草酸二甲酯(DMO)和氢气反应获得EG。反应过程如图所示：
下列说法错误的是(　　)
A．Cu纳米颗粒将氢气解离成氢原子
B．DMO分子中只有碳氧单键发生了断裂
C．反应过程中生成了MG和甲醇
D．EG与甲醇均有醇类，官能团为羟基
B　[根据题图可知，反应过程中DMO
()与H2反应生成了MG()和CH3OH，DMO分子中碳氧单键和碳氧双键均发生了断裂，B项错误。]
2．已知2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)的反应历程分两步：
第一步2NO(g)N2O2(g)　(快速平衡)
第二步N2O2(g)＋O2(g)===2NO2(g)　(慢反应)
(1)用O2表示的速率方程为v(O2)＝k1[NO]2[O2]；用NO2表示的速率方程为v(NO2)＝k2[NO]2[O2]，k1与k2分别表示速率常数(与温度有关)，则＝________。
(2)下列关于反应2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)的说法正确的是________(填标号)。
A．增大压强，反应速率常数一定增大
B．第一步反应的活化能小于第二步反应的活化能
C．反应的总活化能等于第一步和第二步反应的活化能之和
[解析]　(1)由v(O2)＝k1[NO]2[O2]，v(NO2)＝k2[NO]2[O2]，k1与k2分别表示速率常数，得＝，根据2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)可知＝，所以＝。
(2)反应速率常数只与温度有关，故增大压强，反应速率常数不变，A项错误；第一步反应是快反应，说明反应的活化能低，第二步反应为慢反应，说明反应的活化能高，所以第一步反应的活化能小于第二步反应的活化能，B项正确；反应的总活化能由慢反应的活化能决定，对该反应来说，反应的总活化能由第二步反应的活化能决定，C项错误。
[答案]　(1)　(2)B
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