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第20讲　化学反应速率
【课标要求】　1.了解化学反应速率的概念和定量的表示方法。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)对化学反应速率的影响，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产、生活和科学研究领域中的重要作用。
考点1　化学反应速率的概念及计算
1．表示方法
通常用单位时间内反应物浓度的减小或生成物浓度的增加来表示。
2．数学表达式及单位
v＝，单位为mol·L－1·s－1或mol·L－1·min－1。
3．化学反应速率与化学计量数的关系
对于已知反应：mA(g)＋nB(g)===pC(g)＋qD(g)，其化学反应速率可用不同的反应物或生成物来表示，当单位相同时，化学反应速率的数值之比等于方程式中各物质的化学计量数之比，即v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝m∶n∶p∶q。
　(1)同一化学反应，相同条件下用不同物质表示的反应速率，其数值可能不同，但表示的意义相同。(　　)
(2)化学反应速率为0.8
mol·L－1·s－1是指1
s时某物质的浓度为0.8
mol·L－1。(　　)
(3)由v＝计算平均速率，用反应物表示为正值，用生成物表示为负值。(　　)
(4)有时也可以用单位时间内生成某物质质量的变化量来表示化学反应速率。(　　)
(5)在相同的时间间隔内反应速率快的反应生成的生成物的物质的量也多。(　　)
(6)根据反应速率的大小可以判断化学反应进行的快慢。(　　)
答案：(1)√　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×　(6)√
　在2
L的密闭容器中发生反应后各物质的物质的量随时间变化的曲线如图所示。
回答下列问题：
(1)该反应的反应物和生成物分别是____________，反应方程式为___________________________________________________________________。
(2)0～10
s的平均反应速率v(H2)＝____________。
(3)能否用I2(s)的物质的量变化量来表示该反应的速率？________(填“能”或“否”)。
答案：(1)H2和I2、HI　H2(g)＋I2(s)?2HI(g)
(2)0.039
5
mol·L－1·s－1
(3)否
题组一　化学反应速率的大小比较
1．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8～10
min内CO2的平均反应速率是(　　)
A．0.5
mol·L－1·min－1
B．0.1
mol·L－1·min－1
C．0
mol·L－1·min－1
D．0.125
mol·L－1·min－1
解析：由图可知，在8～10
min内，H2的物质的量都是2
mol，因此v(H2)＝＝0
mol·L－1·min－1，根据化学反应速率之比等于化学计量数之比，v(CO2)＝v(H2)＝0
mol·L－1·min－1，故C项正确。
答案：C
[归纳提升]
定量法比较化学反应速率的大小
1．归一法
按照化学计量数关系换算成同一物质、同一单位表示，再比较数值大小。
2．比值法
比较化学反应速率与化学计量数的比值。如aA(g)＋bB(g)?cC(g)，即比较与，若>，则用A表示的反应速率比用B表示的大。
题组二　化学反应速率的计算
2．在新型催化剂作用下，使HCl转化为Cl2的反应2HCl(g)＋O2(g)?H2O(g)＋Cl2(g)具有更好的催化活性。一定条件下测得反应过程中n(Cl2)的数据如下：
t/min
0
2
4
6
8
n(Cl2)/10－3mol
0
1.8
3.7
5.4
7.2
计算2～6
min内以HCl的物质的量变化表示的反应速率(以mol·min－1为单位，写出计算过程)。
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
答案：解法一　2～6
min时间内，Δn(Cl2)＝5.4×10－3mol－1.8×10－3
mol＝3.6×10－3
mol，
v(Cl2)＝＝9.0×10－4
mol·min－1
所以v(HCl)＝2v(Cl2)＝2×9.0×10－4
mol·min－1＝1.8×10－3
mol·min－1。
解法二　HCl转化的物质的量为n，则
2HCl(g)＋O2(g)?H2O(g)＋Cl2(g)
2
1
N
(5.4－1.8)×10－3mol
解得n＝7.2×10－3mol，
所以v(HCl)＝＝1.8×10－3mol·min－1。
3．NH3和纯净的O2在一定条件下发生反应：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%，则下列表示此段时间内该反应的平均速率不正确的是(　　)
A．v(N2)＝0.125
mol·L－1·min－1
B．v(H2O)＝0.375
mol·L－1·min－1
C．v(O2)＝0.225
mol·L－1·min－1
D．v(NH3)＝0.250
mol·L－1·min－1
解析：设4
min时，生成6x
mol
H2O(g)
4NH3(g)＋3O2(g)?2N2(g)＋6H2O(g)　n(总)
起始/mol
4
3
0
0
7
变化/mol
4x
3x
2x
6x
4
min/mol
4－4x
3－3x
2x
6x
7＋x
据题意，有＝0.4解得：x＝0.5，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，再由各物质表示的速率之比等于各物质的化学计量数之比，可得各物质表示的反应速率分别为v(N2)＝0.125
mol·L－1·min－1，v(NH3)＝0.250
mol·L－1·min－1，v(O2)＝0.187
5
mol·L－1·min－1。
答案：C
[归纳总结]
化学反应中各物质浓度的计算模式——“三段式”
(1)写出有关反应的化学方程式。
(2)找出各物质的起始量、转化量、某时刻量。
(3)根据已知条件列方程式计算。
例如：反应　　　　　　mA(g)＋nB(g)　?　pC(g)
起始浓度(mol·L－1)
a
b
c
转化浓度(mol·L－1)
x
某时刻浓度(mol·L－1)
a－x
b－
c＋
　命题新热点——速率方程
[考能突破练]
一、从化学反应历程把控反应的快慢
1．对于反应2N2O5(g)―→4NO2(g)＋O2(g)，R.A.Ogg提出如下反应历程：
第一步　N2O5?NO3＋NO2　　　　　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________(填字母)。
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：第二步慢反应是整个反应速率的控制步骤，第一步是可逆反应，快速平衡正逆反应速率相等，第一步快反应的逆反应速率大于第二步的慢反应速率，A正确；中间产物的特点是在反应过程中出现，反应后消失，根据此特点会找到NO在第二步出现第三步消失，这与NO3在第一步出现第二步消失是同出一辙，中间产物有NO3和NO，B错误；根据第二步反应生成物中仍有NO2，推知NO2与NO3的碰撞仅部分有效，C正确；第三步反应是快反应，所以第三步反应的活化能较低，D错误。
答案：AC
[归纳提升]
反应历程也称反应机理，是指化学反应经历的途径。一步完成的反应为基元反应又称简单反应，绝大多数化学反应不是一步完成的，是由多个基元反应组成的复杂反应。化学反应速率的快慢与反应的内在机理有关，其反应速率主要取决于速率最慢的基元反应。
二、利用速率方程导出化学平衡常数
2．顺?1，2?二甲基环丙烷和反?1，2?二甲基环丙烷可发生如下转化：
该反应的速率方程可表示为：v(正)＝k(正)·c(顺)和v(逆)＝k(逆)·c(反)，k(正)和k(逆)在一定温度时为常数，分别称作正、逆反应速率常数。
已知：t1温度下，k(正)＝0.006
s－1，k(逆)＝0.002
s－1，该温度下反应的平衡常数值K＝________。
解析：达平衡时v(正)＝v(逆)，即有k(正)·c(顺)＝k(逆)·c(反)，整理得＝＝K
所以K＝＝＝3。
答案：3
考点2　影响化学反应速率的因素
授课提示：对应学生用书第143页
1．影响化学反应速率的因素
(1)内因：反应物本身的性质。
(2)外因
①常见因素
影响因素
速率变化
浓度
增大反应物的浓度
增大
减小反应物的浓度
减小
压强(有气体参加的反应)
增大压强
增大
减小压强
减小
温度
升高温度
增大
降低温度
减小
使用催化剂
一般可加快
反应速率②其他影响因素：固体反应物的表面积、超声波、溶剂、放射线、电弧、强磁场、高速研磨等。
2．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。
(2)活化能(如图)：
图中：E1为正反应的活化能，使用催化剂时的活化能为E
3，反应热为E
1—E
2。(注：E
2为逆反应的活化能)
(3)有效碰撞：活化分子之间能够引发化学反应的碰撞。
(4)活化分子、有效碰撞与反应速率的关系
　(1)催化剂都不参加化学反应。(　　)
(2)升高温度时，不论正反应是吸热还是放热，正、逆反应的速率都增大。(　　)
(3)可逆反应中减小产物的浓度可增大正反应的速率。(　　)
(4)增大反应体系的压强，反应速率不一定增大。(　　)
(5)增大反应物的浓度，能够增大活化分子的百分含量，所以反应速率增大。(　　)
(6)对可逆反应FeCl3＋3KSCN?Fe(SCN)3＋3KCl，增加氯化钾浓度，逆反应速率加快。(　　)
答案：(1)×　(2)√　(3)×　(4)√　(5)×　(6)×
1．一定温度下，反应：N2(g)＋O2(g)?2NO(g)在密闭容器中进行，回答下列措施对化学反应速率的影响(填“增大”“减小”或“不变”)。
(1)缩小体积使压强增大：________；
(2)恒容充入N2：________；
(3)恒容充入He：________；
(4)恒压充入He：________。
答案：(1)增大　(2)增大　(3)不变　(4)减小
2．根据有效碰撞理论，完成下表。
项目条件改变
活化能
单位体积内
有效碰撞次数
化学反应速率
分子总数
活化分子数
活化分子百分数
增大浓度
不变
________
________
________
________
________
增大压强
不变
________
________
________
________
________
升高温度
不变
________
________
________
________
________
加催化剂
降低
________
________
________
________
________
答案：增加　增加　不变　增加　增大　增加　增加　不变　增加　增大　不变　增加　增加　增加　增大　不变　增加　增加　增加　增大
[归纳提升]
气体反应体系中充入惰性气体(不参与反应)时对反应速率的影响
(1)恒容：充入“惰性气体”―→总压增大―→物质浓度不变(活化分子浓度不变)―→反应速率不变。
(2)恒压：充入“惰性气体”―→体积增大―→物质浓度减小(活化分子浓度减小)―→反应速率减小。
题组一　影响化学反应速率的因素
1．(2021·江西高安联考)已知分解1
mol
H2O2放出热量98
kJ，在含少量I－的溶液中，H2O2分解的机理为
H2O2＋I－―→H2O＋IO－　慢
H2O2＋IO－―→H2O＋O2↑＋I－　快
下列有关该反应的说法正确的是(　　)
A．反应速率与I－浓度有关
B．IO－也是该反应的催化剂
C．反应活化能等于98
kJ·mol－1
D．v(H2O2)＝v(H2O)＝v(O2)
解析：H2O2的分解反应主要是由第一个反应决定的，I－浓度越大，反应速率越快，A项正确；根据总反应可确定该反应的催化剂为I－，而IO－为中间产物，B项错误；根据所给信息无法确定反应活化能，C项错误；反应速率关系为v(H2O2)＝2v(O2)，D项错误。
答案：A
2．反应C(s)＋H2O(g)?CO(g)＋H2(g)在一可变容积的密闭容器中进行，下列条件的改变对其反应速率几乎无影响的是(　　)
①增加C的量
②将容器的体积缩小一半
③保持体积不变，充入N2使体系压强增大
④保持压强不变，充入N2使容器体积变大
A．①④　　　　　　　　B．②③
C．①③
D．②④
解析：增大固体的量、恒容时充入不参与反应的气体对化学反应速率无影响。
答案：C
3．下列表格中的各种情况，可以用对应选项中的图像表示的是(　　)
选项
反应
甲
乙
A
外形、大小相近的金属和水反应
Na
K
B
4
mL
0.01
mol·L－1KMnO4溶液分别和不同浓度的2
mL
H2C2O4(草酸)溶液反应
0.1
mol·L－1的H2C2O4溶液
0.2
mol·L－1的H2C2O4溶液
C
5
mL
0.1
mol·L－1
Na2S2O3溶液和5
mL
0.1
mol·L－1
H2SO4溶液反应
热水
冷水
D
5
mL
4%的过氧化氢溶液分解放出O2
无MnO2粉末
加MnO2粉末
解析：由于K比Na活泼，故大小相同的金属K和Na与水反应，K的反应速率更快，又由于Na、K与H2O反应均为放热反应，随着反应的进行，放出大量的热，反应速率逐渐加快，A项不正确；由于起始时乙中H2C2O4浓度大，故其反应速率比甲中快，B项不正确；由于甲反应是在热水中进行的，温度高，故甲的反应速率大于乙，随着反应的进行，反应物浓度逐渐减小，故甲、乙中反应速率逐渐减小，C项正确；MnO2在H2O2的分解过程中起催化作用，故乙的反应速率大于甲，D项不正确。
答案：C
4．(2021·石家庄模拟)为了研究一定浓度Fe2＋的溶液在不同条件下被氧气氧化的氧化率，实验结果如图所示，判断下列说法正确的是(　　)
A．pH越小，氧化率越大
B．温度越高，氧化率越小
C．Fe2＋的氧化率仅与溶液的pH和温度有关
D．实验说明降低pH、升高温度有利于提高Fe2＋的氧化率
解析：由②③可知，温度相同时pH越小，氧化率越大，由①②可知，pH相同时，温度越高，氧化率越大；C项，Fe2＋的氧化率除受pH、温度影响外，还受其他因素影响，如浓度等。
答案：D
题组二　外界条件对可逆反应反应速率的影响
5．对于反应：2SO2(g)＋O2(g)?2SO3(g)　ΔH<0已达平衡，如果其他条件不变时，分别改变下列条件，对化学反应速率产生影响，下列条件与图像不相符的是(O～t1：v正＝v逆；t1时改变条件，t2时重新建立平衡)(　　)
A.增加氧气的浓度　　　　B．增大压强　
C.升高温度　　　　　　　D．加入催化剂
解析：分析时要注意改变条件瞬间v正、v逆的变化。增加O2的浓度，v正增大，v逆瞬间不变，A正确；增大压强，v正、v逆都增大，v正增大的倍数大于v逆，B正确；升高温度，v正、v逆都瞬间增大，C错误；加入催化剂，v正、v逆同时同倍数增大，D正确。
答案：C
6．合成氨反应：N2(g)＋3H2(g)?2NH3(g)　ΔH＝－92.4
kJ·mol－1，在反应过程中，正反应速率的变化如图：
试判断t1、t2、t3、t4时刻分别采取的条件是什么？
t1
________________________________________________________、
t2
____________________________________________________________、
t3
_______________________________________________________________、
t4
______________________________________________________________。
答案：增大N2或H2的浓度或增大压强
加入催化剂
减小N2或H2的浓度或减小压强
减小NH3的浓度
　控制变量探究影响化学反应速率的因素
在研究影响化学反应速率的因素时，由于外界影响因素较多，故为搞清某个因素的影响均需控制其他因素相同或不变，再进行实验。因此，常用控制变量思想解决该类问题。
1．常见考查形式
(1)以表格的形式给出多组实验数据，让学生找出每组数据的变化对化学反应速率的影响。
(2)给出影响化学反应速率的几种因素，让学生设计实验分析各因素对化学反应速率的影响。
2．解题策略
(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。
[考能突破练]
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_______________________________。
答案：2.0　保证溶液总体积相同，仅改变K2S2O8的浓度而其他物质的浓度不变(其他合理答案也可)
2．某实验小组以H2O2分解为例，研究浓度、催化剂、溶液酸碱性对反应速率的影响。在常温下按照如下方案完成实验。
实验编号
反应物
催化剂
①
10
mL
2%
H2O2溶液
无
②
10
mL
5%
H2O2溶液
无
③
10
mL
5%
H2O2溶液
1
mL
0.1
mol·L－1
FeCl3溶液
④
10
mL
5%
H2O2溶液＋少量HCl溶液
1
mL
0.1
mol·L－1
FeCl3溶液
⑤
10
mL
5%
H2O2溶液＋少量NaOH溶液
1
mL
0.1
mol·L－1
FeCl3溶液
(1)催化剂能加快化学反应速率的原因是____________________________。
(2)实验①和②的目的是_____________________________________。
实验时由于没有观察到明显现象而无法得出结论。资料显示，通常条件下H2O2稳定，不易分解。为了达到实验目的，你对原实验方案的改进是___________________________________________________________________。
(3)实验③、④、⑤中，测得生成氧气的体积随时间变化的关系如图：
分析上图能够得出的实验结论是_______________________________________________________________。
答案：(1)降低了反应的活化能　(2)探究浓度对反应速率的影响　向反应物中加入等量同种催化剂(或将盛有反应物的试管放入同一热水浴中)　(3)碱性环境能增大H2O2分解的速率，酸性环境能减小H2O2分解的速率
3．某同学在用稀硫酸与锌制取氢气的实验中，发现加入少量硫酸铜溶液可加快氢气的生成速率。请回答下列问题：
(1)硫酸铜溶液可以加快氢气生成速率的原因是___________________________
___________________________________________________________________。
(2)实验室中现有Na2SO4、MgSO4、Ag2SO4、K2SO4四种溶液，可与实验中CuSO4溶液起相似作用的是__________________。
(3)为了进一步研究硫酸铜的量对氢气生成速率的影响，该同学设计了如下一系列实验。将表中所给的混合溶液分别加入六个盛有过量Zn粒的反应瓶中，收集产生的气体，记录获得相同体积的气体所需时间。
混合溶液实验
实验
A
B
C
D
E
F
4
mol·L－1
H2SO4/mL
30
V1
V
2
V
3
V
4
V
5
饱和CuSO4溶液/mL
0
0.5
2.5
5
V6
20
H2O/mL
V
7
V
8
V
9
V
10
10
0
①请完成此实验设计，其中：V
1＝_________，V
6＝________，V
9＝_______。
②反应一段时间后，实验A中的金属呈________色，实验E中的金属呈________色。
③该同学最后得出的结论为当加入少量CuSO4溶液时，生成氢气的速率会大大提高。但当加入的CuSO4溶液超过一定量时，生成氢气的速率反而会下降。请分析氢气生成速率下降的主要原因：
_______________________________。
解析：(3)为保证实验的可比性，实验中H2SO4的体积应固定不变，还要保证溶液的总体积相等，这样才能保证硫酸和锌的因素固定不变，研究CuSO4对反应的影响，所以饱和硫酸铜溶液与水的体积和可以由F组实验来确定，为20
mL。则V
1＝30、V
6＝10、V
9＝17.5。锌参与反应后表面变为灰黑色。当加入的CuSO4溶液超过一定量时，锌表面附着了一层红色的铜，减小了锌与溶液的接触面积，反应速率减慢。
答案：(1)CuSO4与Zn反应产生的Cu与Zn形成Cu?Zn原电池，加快了氢气产生的速率
(2)Ag2SO4
(3)①30　10　17.5　②灰黑　暗红　③当加入一定量的CuSO4后，生成的单质Cu会沉积在Zn的表面，减小了Zn与溶液的接触面积
1．(2019·高考全国卷Ⅱ)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>
T
2
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：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点环戊二烯的浓度可判断a点的反应速率大于c点的反应速率，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
　　　　1.5
0
　　　　2x
x
　　　　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
2．(2018·高考全国卷Ⅲ)对于反应2SiHCl3(g)===SiH2Cl2(g)＋SiCl4(g)，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。
在343
K下，要提高SiHCl3转化率，可采取的措施是________；要缩短反应达到平衡的时间，可采取的措施有________________、________________。比较a、b处反应速率大小：va________vb(填“大于”“小于”或“等于”)。
解析：在343K时，要提高SiHCl3转化率，可采取的措施是及时移去产物，使平衡向右移动；要缩短反应达到平衡的时间，需加快化学反应速率，可采取的措施有改进催化剂、提高反应物浓度等。
浓度相同时，温度越高，反应速率越快，a点温度为343K，b点温度为323
K，故反应速率：va＞vb。
答案：及时移去产物　改进催化剂　提高反应物浓度　大于
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-第21讲　化学反应进行的方向和限度
【课标要求】　1.了解化学平衡常数的含义并能利用化学平衡常数进行相关计算。2.能正确计算化学反应的转化率(α)。3.了解化学反应的方向与化学反应的焓变与熵变的关系。
考点1　化学平衡常数及其应用
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，称为化学平衡常数，用符号K表示。
2．表达式
对于反应：mA(g)＋nB(g)?pC(g)＋qD(g)，K＝(固体和纯液体的浓度视为常数，通常不计入平衡常数表达式中)。
3．意义及影响因素
(1)K值越大，反应物的转化率越大，正反应进行的程度越大。
(2)K只受温度影响，与反应物或生成物的浓度变化无关。
(3)化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。
4．应用
(1)判断可逆反应进行的程度。
(2)判断化学反应进行的方向
对于可逆反应：aA(g)＋bB(g)?cC(g)＋dD(g)，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：
＝Qc，称为浓度商。
Qc
(3)判断可逆反应的热效应
(1)平衡常数和转化率都能体现可逆反应进行的程度。(　　)
(2)化学平衡发生移动，平衡常数一定改变。(　　)
(3)CH3COOH＋C2H5OHCH3COOC2H5＋H2O的平衡常数表达式为K＝。(　　)
(4)反应物和生成物相同的同一类型的化学方程式，如果化学计量数不同，但K值可能完全相同。(　　)
(5)平衡常数发生变化，化学平衡不一定发生移动。(　　)
答案：(1)√　(2)×　(3)√　(4)×　(5)×
1．书写下列化学平衡的平衡常数表达式。
(1)Cl2＋H2OHCl＋HClO
(2)C(s)＋H2O(g)
CO(g)＋H2(g)
(3)CH3COOH＋C2H5OHCH3COOC2H5＋H2O
(4)CO＋H2OHCO＋OH－
(5)CaCO3(s)
CaO(s)＋CO2(g)
答案：(1)K＝
(2)K＝
(3)K＝
(4)K＝
eq
\f(c（OH－）·c（HCO）,c（CO）)
(5)K＝c(CO2)
2．一定温度下，分析下列三个反应的平衡常数的关系
①N2(g)＋3H2(g)
2NH3(g)　K1
②N2(g)＋H2(g)
NH3(g)　K2
③2NH3(g)
N2(g)＋3H2(g)　K3
(1)K1和K2，K1＝________。
(2)K1和K3，K1＝________。
答案：(1)K　(2)
题组一　化学平衡常数及影响因素
1．(双选)O3是一种很好的消毒剂，具有高效、洁净、方便、经济等优点。O3可溶于水，在水中易分解，产生的[O]为游离氧原子，有很强的杀菌消毒能力。常温常压下发生的反应如下：
反应①　O3O2＋[O]　ΔH>0　平衡常数为K1；
反应②　[O]＋O32O2　ΔH<0　平衡常数为K2；
总反应：2O33O2　ΔH<0　平衡常数为K。
下列叙述正确的是(　　)
A．降低温度，总反应K增大
B．K＝K1＋K2
C．适当升温，可提高消毒效率
D．压强增大，K2减小
解析：降温，总反应平衡向右移动，K增大，A项正确；K1＝、K2＝、K＝＝K1·K2，B项错误；升高温度，反应①平衡向右移动，c([O])增大，可提高消毒效率，C项正确；对于给定的反应，平衡常数只与温度有关，D项错误。
答案：AC
2．(2021·宁夏高三调研)在恒容密闭容器中，由CO合成甲醇：CO(g)＋2H2(g)
CH3OH(g)，在其他条件不变的情况下研究温度对反应的影响，实验结果如图所示，下列说法正确的是(　　)
A．平衡常数K＝
B．该反应在T1时的平衡常数比T2时的小
C．CO合成甲醇的反应为吸热反应
D．处于A点的反应体系从T1变到T2，达到平衡时增大
解析：因该反应中氢气前的系数为2，则该反应的平衡常数的表达式为K＝，A错误；由图像可知，反应从T2到T1时，甲醇的物质的量增大，根据平衡常数和计算式可知T1时的平衡常数比T2时的大，B错误；由图像可知在T2温度下反应先达到平衡，反应速率较T1快，则有T2>T1，从图像的纵坐标分析可得温度降低，平衡向正反应方向移动，则正反应为放热反应，C错误；处于A点的反应体系从T1变到T2的过程中，平衡向逆反应方向移动，则c(H2)增大，而c(CH3OH)减小，达到平衡时应该增大，D正确。
答案：D
题组二　化学平衡常数的应用
3．在体积为1
L的密闭容器中，进行如下化学反应：CO2(g)＋H2(g)
CO(g)＋H2O(g)，化学平衡常数K与温度T的关系如下表：
T/℃
700
800
850
1
000
1
200
K
0.6
0.9
1.0
1.7
2.6
回答下列问题：
(1)升高温度，化学平衡向________(填“正反应”或“逆反应”)方向移动。
(2)若某温度下，平衡浓度符合下列关系：
c(CO2)·c(H2)＝c(CO)·c(H2O)，此时的温度为________；在此温度下，若该容器中含有1
mol
CO2、1.2
mol
H2、0.75
mol
CO、1.5
mol
H2O，则此时反应所处的状态为__________________________(填“向正反应方向进行中”“向逆反应方向进行中”或“平衡状态”)。
解析：(1)由表格数据可得，随着温度升高，平衡常数增大，说明化学平衡向正反应方向移动；(2)由c(CO2)·c(H2)＝c(CO)·c(H2O)，则计算出K＝1.0，即此时温度为850
℃，此温度下Qc＝＝≈0.94<1.0，故反应向正反应方向进行中。
答案：(1)正反应
(2)850
℃　向正反应方向进行中
题组三　命题新热点——推导平衡常数的两方法
4．(2021·河北省承德月考)CH4?CO2催化重整不仅可以得到合成气CO和H2，还对温室气体的减排具有重要意义。
已知：C(s)＋2H2(g)===CH4(g)　ΔH1　K1；C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH2　K2；C(s)＋O2(g)===CO(g)　ΔH3　K3；CH4?CO2催化重整反应为CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)　ΔH　K(其中ΔH为焓变，K为平衡常数)下列说法不正确的是(　　)
A．ΔH＝2ΔH3－ΔH2－ΔH1
B．K＝
eq
\f(K,K1·K2)
C．若平衡时c(CH4)∶c(CO2)∶c(CO)∶c(H2)＝1∶1∶1∶1，则K一定等于1
D．减小压强可增大CH4(g)和CO2(g)的平衡转化率
解析：A.①C(s)＋2H2(g)===CH4(g)　ΔH1　②C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH2　③C(s)＋O2(g)===CO(g)　ΔH3　将方程式2×③－①－②可得CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)　ΔH＝2ΔH3－ΔH1－ΔH2，A正确；B.根据化学平衡常数的含义可得K1＝；K2＝；K3＝；K＝＝
eq
\f(K,K1·K2)
，B正确；C.若平衡时c(CH4)∶c(CO2)∶c(CO)∶c(H2)＝1∶1∶1∶1，假设每种物质的浓度都是x，则K＝＝x2，若x＝1，则K＝1，若x＝2，则K＝4，所以K不一定为1，C错误；D.由于反应CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)的正反应为气体体积增大的反应，所以根据平衡移动原理，减小压强，化学平衡正向移动，从而可增大CH4(g)和CO2(g)的平衡转化率，D正确。
答案：C
5．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：
2NO2(g)＋NaCl(s)
NaNO3(s)＋ClNO(g)　K1
2NO(g)＋Cl2(g)
2ClNO(g)　K2
则4NO2(g)＋2NaCl(s)
2NaNO3(s)＋2NO(g)＋Cl2(g)的平衡常数K＝________________(用K1、K2表示)。
解析：K1＝，K2＝，
K＝，所以K＝
eq
\f(K,K2)
答案：
eq
\f(K,K2)
6．升高温度绝大多数的化学反应速率增大，但是2NO(g)＋O2(g)
2NO2(g)的速率却随温度的升高而减小。某化学小组为研究特殊现象的实质原因，查阅资料知：
2NO(g)＋O2(g)
2NO2(g)的反应历程分两步：
①2NO(g)
N2O2(g)(快)
v1正＝k1正c2(NO)　v1逆＝k1逆c(N2O2)　ΔH1＜0
②N2O2(g)＋O2(g)
2NO2(g)(慢)
v2正＝k2正c(N2O2)c(O2)　v2逆＝k2逆c2(NO2)　ΔH2＜0
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＝________。
解析：由反应达到平衡状态可知，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)，则K＝＝。
答案：
考点2　有关化学平衡常数的计算
1．一个模式——“三段式”
如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)
c始/(mol·L－1)
a
b
0
0
c转/(mol·L－1)
mx
nx
px
qx
c平/(mol·L－1)
a－mx
b－nx
px
qx
K＝。
2．明确三个量的关系
(1)三个量：即起始量、变化量、平衡量
(2)关系
①对于同一反应物，起始量－变化量＝平衡量。
②对于同一生成物，起始量＋变化量＝平衡量。
③各转化量之比等于各反应物的化学计量数之比。
3．掌握四个公式
(1)反应物的转化率＝×100%＝×100%。
(2)生成物的产率：实际产量(指生成物)占理论产量的百分数。一般来讲，转化率越大，原料利用率越高，产率越大。产率＝×100%。
(3)混合物组分的百分含量＝×100%。
(4)某组分的体积分数＝×100%。
题组一　化学平衡常数与转化率相结合的计算
1．加热N2O5依次发生的分解反应为①N2O5N2O3＋O2，②N2O3N2O＋O2；在2
L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
解析：设分解的N2O3物质的量为x，反应过程中共生成N2O3(x＋3.4)mol，在①反应中N2O5分解了(x＋3.4)mol，同时生成O2(x＋3.4)mol。在②反应中生成氧气x
mol。则(x＋3.4)＋x＝9，求得x＝2.8
所以平衡后N2O5、N2O3、O2浓度依次为
c(N2O5)＝(8－2.8－3.4)÷2＝0.9
(mol·L－1)
c(N2O3)＝3.4÷2＝1.7
(mol·L－1)
c(O2)＝9÷2＝4.5
(mol·L－1)
反应①的平衡常数
K＝＝
＝8.5
mol·L－1。
答案：B
2．已知可逆反应：M(g)＋N(g)
P(g)＋Q(g)　ΔH＞0，请回答下列问题：
(1)在某温度下，反应物的起始浓度分别为c(M)＝1
mol·L－1，c(N)＝2.4
mol·L－1；达到平衡后，M的转化率为60%，此时N的转化率为________。
(2)若反应温度升高，M的转化率________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(3)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，a＝________。
(4)若反应温度不变，反应物的起始浓度为c(M)＝c(N)＝b
mol·L－1，达到平衡后，M的转化率为________。
解析：(1)M(g)　　＋　　N(g)　
　P(g)＋Q(g)
始态　1
mol·L－1　　　2.4
mo·L－1　0　
　0
变化量1
mol·L－1×60%　1
mol·L－1×60%
因此N的转化率为×100%＝25%。
(2)由于该反应的ΔH＞0，即该反应为吸热反应，因此升高温度，平衡右移，M的转化率增大。
(3)根据(1)可求出各平衡浓度：
c(M)＝0.4
mol·L－1，c(N)＝1.8
mol·L－1，c(P)＝0.6
mol·L－1，c(Q)＝0.6
mol·L－1。
因此化学平衡常数K＝＝＝。
由于温度不变，因此K不变，达到平衡后
c(P)＝2
mol·L－1，c(Q)＝2
mol·L－1，c(M)＝2
mol·L－1
c(N)＝(a－2)mol·L－1
K＝＝＝
解得a＝6。
(4)设M的转化率为x，则达到平衡后各物质的平衡浓度分别为c(M)＝b(1－x)mol·L－1　c(N)＝b(1－x)mol·L－1　c(P)＝bx
mol·L－1　c(Q)＝bx
mol·L－1
K＝＝＝，解得x＝41%。
答案：(1)25%　(2)增大　(3)6　(4)41%
题组二　压强平衡常数及其计算
3．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：
其中NO2二聚为N2O4的反应可以迅速达到平衡。25
℃时，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
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)。
解析：由N2O5完全分解反应(不考虑NO2平衡移动)求得t＝∞时p总＝35.8
kPa×2.5＝89.5
kPa，而最终在t＝∞时测得p总＝63.1
kPa，减少了26.4
kPa，由p分＝p总×物质的量分数，求得p分(NO2)＝89.5
kPa×＝71.6
kPa。
2NO2N2O4　Δn＝1
起始压强(kPa)
71.6
0
变化压强(kPa)
52.8
26.4　26.4
平衡压强(kPa)
18.8
26.4
由Kp＝得到答案Kp＝13.4。
答案：13.4
[归纳提升]
1.Kp含义：在化学平衡体系中，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。
2．计算技巧：第一步，根据“三段式”法计算平衡体系中各物质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，根据分压计算分式求出各气体物质的分压，某气体的分压＝气体总压强×该气体的体积分数(或物质的量分数)；第四步，根据平衡常数计算公式代入计算。例如，N2(g)＋3H2(g)?2NH3(g)，压强平衡常数表达式为Kp＝。
　借用题链，破解平衡常数的命题角度
题链
1
压强平衡常数
[典例1]　乙醇是重要的有机化工原料，可由乙烯直接水合法或间接水合法生产。乙烯气相直接水合反应C2H4(g)＋H2O(g)
C2H5OH(g)，回答下列问题：
下图为气相直接水合法中乙烯的平衡转化率与温度、压强的关系[其中n(H2O)∶n(C2H4)＝1∶1]。
列式计算乙烯水合制乙醇反应在图中A点的平衡常数Kp＝________(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)。
[解析]　A点乙烯的平衡转化率是20%。根据反应列三段式：
　　　CH2===CH2＋H2OC2H5OH
起始
1
mol
1
mol
0
转化
0.2
mol
0.2
mol
0.2
mol
平衡
0.8
mol
0.8
mol
0.2
mol
则平衡时乙烯的分压：p(C2H4)＝7.85
MPa×0.8
mol/1.8
mol＝3.488
9
MPa
水蒸气的分压：p
(H2O)＝7.85
MPa×0.8
mol/1.8
mol＝3.488
9
MPa
乙醇的分压：p
(C2H5OH)＝7.85
MPa×0.2
mol/1.8
mol＝0.872
2
MPa
则平衡常数Kp＝＝0.872
2
MPa/(3.488
9
MPa×3.489
9
MPa)＝0.07
MPa－1
[答案]　0.07
MPa－1
题链
2
平衡常数、质量作用定律
[典例2]　Bodenstein研究了下列反应：2HI(g)?H2(g)＋I2(g)
在716
K时，气体混合物中碘化氢的物质的量分数x(HI)与反应时间t的关系如下表：
t/min
0
20
40
60
80
120
x(HI)
1
0.91
0.85
0.815
0.795
0.784
x(HI)
0
0.60
0.73
0.773
0.780
0.784
(1)根据上述实验结果，该反应的平衡常数K的计算式为
________________________________________________________________________。
(2)上述反应中，正反应速率为v正＝k正x2(HI)，逆反应速率为v逆＝k逆x(H2)·x(I2)，其中k正、k逆为速率常数，则k逆为________(以K和k正表示)。
[解析]　(1)注意表格中的两列数据是正向和逆向的两组数据。716
K时，取第一行数据计算：
　
　　　　2HI(g)H2(g)　＋　I2(g)
n(始)(取1
mol)
1
0
0
Δn
(mol)
0.216
0.108
0.108
n
(平)(mol)
0.784
0.108
0.108
化学平衡常数为K＝＝。
(2)问的要点是：平衡状态下，v正＝v逆，
故有：k正x2(HI)＝k逆·x(H2)·x(I2)
变形：k正/k逆＝x(H2)·x(I2)/x2(HI)＝K
故有：k逆＝k正/K
[答案]　(1)K＝
(2)k逆＝k正/K
题链
3
平衡常数
[典例3]　元素铬(Cr)在溶液中主要以Cr3＋(蓝紫色)、[Cr(OH)](绿色)、Cr2O(橙红色)、CrO(黄色)等形式存在，Cr(OH)3为难溶于水的灰蓝色固体，回答下列问题：
CrO和Cr2O在溶液中可相互转化。室温下，初始浓度为1.0
mol·L－1的Na2CrO4溶液中c(Cr2O)随c(H＋)的变化如图所示。
(1)用离子方程式表示Na2CrO4溶液中的转化反应：____________________。
(2)由图A点数据，计算该转化反应的平衡常数为____________。
[解析]　根据反应并结合A点数据，列三段式：
　　　　　2CrO＋2H＋Cr2O＋H2O
起始(mol/L)
1.0
0
转化(mol/L)
0.5
0.25
平衡(mol/L)
0.5　1.0×10－7
0.25
K＝
eq
\f(c（Cr2O）,c2（CrO）c2（H＋）)
＝＝1.0×1014。
[答案]　(1)2CrO＋2H＋Cr2O＋H2O
(2)1.0×1014
[题链分析]
题链1
题链2
题链3
知识内容
压强平衡常数
平衡常数、质量作用定律
平衡常数
解题难点
用平衡分压代替平衡浓度计算平衡常数
用物质的量分数代替平衡分压计算平衡常数，理解表达式与计算式的区别
图中数据信息的读取
思维突破
由平衡常数迁移到压强平衡常数，貌似新概念，实质是对信息的理解
利用平衡时v正＝v逆，找到k正、k逆和K的联系
对教材中平衡常数的理解和题中数据的处理
化学观念
压强平衡常数也是研究可逆反应平衡状态的一种手段、工具
物质的量分数计算平衡常数同样也是研究可逆反应平衡状态的手段、工具
平衡常数是研究可逆反应平衡状态的一种手段、工具
　化学反应原理在物质制备中的调控作用
1．化学反应方向的判定
(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)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。
2．化工生产适宜条件选择的一般原则
(1)从化学反应速率分析，既不能过快，又不能太慢。
(2)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。
(3)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。
(4)从实际生产能力分析，如设备承受高温、高压能力等。
(5)注意催化剂的活性对温度的限制。
3．平衡类问题需综合考虑的几个方面
(1)原料的来源、除杂，尤其考虑杂质对平衡的影响。
(2)原料的循环利用。
(3)产物的污染处理。
(4)产物的酸碱性对反应的影响。
(5)气体产物的压强对平衡造成的影响。
(6)改变外界条件对多平衡体系的影响。
[考能突破练]
1．灰锡结构松散，不能用于制造器皿，而白锡结构坚固，可以制造器皿。现把白锡制成的器皿放在0
℃、100
kPa的室内存放，它会不会变成灰锡而不能再继续使用(已知在0
℃、100
kPa条件下白锡转化为灰锡反应的焓变和熵变分别为ΔH＝－2.180
9
kJ·mol－1，ΔS＝－6.6
J·mol－1·K－1，当ΔH－TΔS<0时能自发反应)(　　)
A．会变　　　　　　　　B．不会变
C．不能确定
D．升高温度才会变
解析：反应自发进行需要满足ΔH－TΔS<0，由0
℃为273
K、ΔH＝－2.180
9
kJ·mol－1、ΔS＝－6.6
J·mol－1·K－1代入公式：ΔH－TΔS＝－2.180
9×103
J·mol－1＋273
K×6.6
J·mol－1·K－1＝－379.1
J·mol－1<0，所以反应在0
℃能自发进行，即在0
℃、100
kPa的室内存放，它会变成灰锡而不能再继续使用。
答案：A
2．①C3H6(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，上述①②反应在热力学上趋势均很大的原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________，
其中反应ΔS>0的是反应________。
答案：①②反应均为放热量大的反应　①
3．CO可用于合成甲醇，反应方程式为CO(g)＋2H2(g)?CH3OH(g)。CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图所示。该反应ΔH________(填“>”或“<”)0。实际生产条件控制在250
℃、1.3×104
kPa左右，选择此压强的理由是__________________________________________________________________。
答案：<　在1.3×104
kPa下，CO的转化率已经较高，再增大压强CO转化率提高不大，同时生产成本增加，得不偿失
4．利用“化学蒸气转移法”制备TaS2晶体，发生如下反应：TaS2(s)＋2I2(g)?TaI4(g)＋S2(g)　ΔH>0
如图所示，反应在石英真空管中进行，先在温度为T2的一端放入未提纯的TaS2粉末和少量I2(g)，一段时间后，在温度为T1的一端得到了纯净TaS2晶体，则温度T1________(填“>”“<”或“＝”)T2。上述反应体系中循环使用的物质是________。
答案：<　I2
5．(2021·福建省泉州检测)合成氨是人类科学技术发展史上的一项重大突破，目前工业上用氢气和氮气直接合成氨。
(1)固氮一直是科学家致力研究的重要课题，有关热力学数据如下：
反应
大气固氮：N2(g)＋O2(g)?2NO(g)
工业固氮：N2(g)＋3H2(g)?2NH3(g)
温度/℃
25
2
000
25
350
400
450
平衡常数(K)
3.84×10－31
0.1
5×108
1.847
0.504
0.152
常温下，大气固氮的倾向________(填“大于”或“小于”)工业固氮。
(2)N2(g)与H2(g)反应的能量变化如图所示。
则N2(g)与H2(g)制备NH3(l)的热化学方程式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)T
℃时，在2
L恒容密闭容器中加入1.2
mol
N2和2
mol
H2模拟一定条件下工业固氮[N2(g)＋3H2(g)?2NH3(g)]，体系中n(NH3)随时间的变化如图。
①前2分钟内的平均反应速率v(NH3)＝________mol·L－1·min－1。
②下列情况能说明该反应已达到平衡状态的是________(填字母)。
A．混合气体的密度不变
B．单位时间内断裂n
mol
N—H键的同时形成n
mol
H—H键
C．容器内的总压强不再变化
D．3v正(H2)＝2v逆(NH3)
③有关工业固氮的说法正确的是________(填字母)。
A．使用催化剂可提高反应物的转化率
B．循环使用N2、H2可提高NH3的产率
C．温度控制在500
℃左右有利于反应向正方向进行
D．增大压强有利于加快反应速率，所以压强越大越好
④T
℃时，该反应的平衡常数为________。
(4)研究表明某些过渡金属催化剂可以加速氨气的分解，某温度下，用等质量的不同金属分别催化等浓度的氨气，测得氨气分解的初始速率(单位：mmol·min－1)与催化剂的对应关系如表所示。
催化剂
Fe
Pd
Ru
Rh
Pt
Ni
初始速率
0.5
1.8
7.9
4.0
2.2
3.0
在不同催化剂的催化作用下，氨气分解反应中的活化能最大的催化剂是________(填化学式)。
解析：(1)根据表格数据可知：在相同温度下，大气固氮平衡常数远小于工业固氮，化学平衡常数越大，说明反应正向进行的程度越大，因此常温下，大气固氮的倾向小于工业固氮。(2)根据图示可知反应物总能量比生成物总能量高，因此该反应为放热反应，0.5
mol
N2完全反应变为NH3(l)时放出热量为Q＝300
kJ＋20
kJ－254
kJ＝66
kJ，故该反应的热化学方程式可表示为N2(g)＋3H2(g)?2NH3(l)　ΔH＝－132
kJ·mol－1。
(3)①在前2
min内NH3的物质的量增加了0.45
mol，反应容器为2
L，则根据v＝可得用NH3表示的反应速率v(NH3)＝＝0.112
5
mol·L－1·min－1；②A.反应在恒容密闭容器中进行，反应混合物都是气体，气体的质量不变，容器的容积不变，则反应混合气体的密度始终不变，因此不能据此判断反应是否处于平衡状态，A不符合题意；B.单位时间内断裂n
mol
N—H键的同时形成n
mol
H—H键表示的反应都是逆向进行，不能据此判断反应处于平衡状态，B不符合题意；C.该反应是在恒容密闭容器中进行的反应前后气体体积改变的反应，若容器内的总压强不再变化，说明气体的物质的量不变，反应达到平衡状态，C符合题意；D.在任何情况下，2v正(H2)＝3v正(NH3)，若3v正(H2)＝2v逆(NH3)，则9v正(NH3)＝4v逆(NH3)，反应逆向进行，未处于平衡状态，D不符合题意；③A.使用催化剂对正、逆反应速率的影响相同，平衡不发生移动，因此不能提高反应物的转化率，A错误；B.循环使用N2、H2，可使更多的反应物变为生成物，因此能够提高NH3的产率，B正确；C.该反应的正反应是放热反应，温度降低平衡正向移动有利于反应向正方向进行，温度控制在500
℃左右，是因为在该温度下催化剂的活性最大，反应速率较快，C错误；D.反应物是气体，该反应的正反应是气体体积减小的反应，从理论上讲增大压强有利于加快反应速率，提高物质平衡转化率，但压强越高，需要的动力越大，对设备的材料承受的压力要求也越高，所以不是压强越大就越好，D错误。(4)物质发生反应时的活化能越大，反应进行的化学速率就越小。根据表格数据可知：以Fe作催化剂时反应速率最小，则氨分解反应的活化能最大，故在不同催化剂的催化作用下，氨气分解反应中的活化能最大的催化剂是Fe。
答案：(1)小于　(2)N2(g)＋3H2(g)?2NH3(l)　ΔH＝－132
kJ·mol－1　(3)①0.112
5　②C　③B
④6.25　
(4)Fe
1．(2019·高考全国卷Ⅰ)水煤气变换[CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)]是重要的化工过程，主要用于合成氨、制氢以及合成气加工等工业领域中。回答下列问题：
(1)Shibata曾做过下列实验：
①使纯H2缓慢地通过处于721
℃下的过量氧化钴CoO(s)，氧化钴部分被还原为金属钴Co(s)，平衡后气体中H2的物质的量分数为0.025
0。
②在同一温度下用CO还原CoO(s)，平衡后气体中CO的物质的量分数为0.019
2。
根据上述实验结果判断，还原CoO(s)为Co(s)的倾向是CO________(填“大于”或“小于”)H2。
(2)721
℃时，在密闭容器中将等物质的量的CO(g)和H2O(g)混合，采用适当的催化剂进行反应，则平衡时体系中H2的物质的量分数为________(填标号)。
A.＜0.25　B．0.25　C．0.25～0.50　D．0.50
E．＞0.50
解析：(1)根据题目提供的实验数据可知用H2还原CoO制取金属Co，反应的化学方程式为H2(g)＋CoO(s)?Co(s)＋H2O(g)，平衡混合气体中H2的物质的量分数为0.025
0,
K1＝c(H2O)/c(H2)＝(1－0.025
0)/0.025
0＝39；CO还原CoO制取金属Co的化学方程式为CO(g)＋CoO(s)?Co(s)＋CO2(g)，平衡混合气体中CO的物质的量分数为0.019
2，K2＝c(CO2)/c(CO)＝(1－0.019
2)/0.019
2
≈51.08。K1＜K2，说明还原CoO制取金属Co的倾向CO大于H2。
(2)H2(g)＋CoO(s)?Co(s)＋
H2O(g)①
CO(g)＋CoO(s)?Co(s)＋
CO2(g)②
②－①可得CO(g)＋H2O(g)?CO2(g)＋
H2(g)
设起始CO、H2O的物质的量为a
mol，转化的物质的量为x
mol，容器容积为1
L，则：
　　　　CO(g)＋H2O(g)?CO2(g)＋H2(g)
　　
a　　　
a　　　　
0　　　
0
　　
x　　　
x　　　　
x　　　　
x
　　
a－x　　
a－x　　　
x　
　　
x
则该反应的K＝x2/(a－x)2＝K2/K1
≈1.31，求得：x≈0.534a，则平衡时H2的物质的量分数约为＝0.267。
答案：(1)大于　(2)C
2．(2018·高考全国卷Ⅲ)对于反应2SiHCl3(g)===SiH2Cl2(g)＋SiCl4(g)，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。
343
K时反应的平衡转化率α＝________%。平衡常数K343K＝________(保留2位小数)。
解析：温度越高，反应速率越快，达到平衡的时间越短，曲线a达到平衡的时间短，则曲线a代表343
K时SiHCl3的转化率变化，曲线b代表323
K时SiHCl3的转化率变化。
由题图可知，343
K时反应的平衡转化率α＝22%。设起始时SiHCl3(g)的浓度为1
mol·L－1，则有
2SiHCl3(g)===SiH2Cl2(g)＋SiCl4(g)
起始浓度/
(mol·L－1)
1
0
0
转化浓度/
(mol·L－1)
0.22
0.11
0.11
平衡浓度/
(mol·L－1)
0.78
0.11
0.11
则343
K时该反应的平衡常数K343
K＝[c(SiH2Cl2)·c(SiCl4)]/c2(SiHCl3)＝(0.11
mol·L－1)2/(0.78
mol·L－1)2≈0.02。
答案：22　0.02
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18
-第22讲　化学平衡的移动
【课标要求】　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。
考点1　可逆反应与化学平衡建立
授课提示：对应学生用书第152页
1．可逆反应
(1)概念：在相同条件下，既能向正反应方向进行，同时又能向逆反应方向进行的反应。
(2)特点：
①相同条件下，正、逆反应同时进行；
②任何时刻，反应物、生成物必定共存；
③任意组分的转化率都小于(填“大于”或“小于”)100%。
(3)表示方法：在化学方程式中必须用?表示。
2．化学平衡状态
(1)概念
一定条件下的可逆反应中，正反应速率与逆反应速率相等，反应体系中所有参加反应的物质的浓度保持不变的状态。
(2)化学平衡的建立
　从正反应开始建立　从逆反应开始建立
(3)平衡特征
化学平衡的特征可以概括为逆、等、动、定、变，即：
①逆：研究的对象是可逆反应。
②等：化学平衡的实质是正反应速率＝逆反应速率。
③动：化学平衡是一种动态平衡，此时反应并未停止。
④定：当可逆反应达到平衡时，各组分的质量(或浓度)为一定值。
⑤变：若外界条件改变，平衡可能发生改变，并在新条件下建立新的平衡。
　(1)二次电池的充、放电为可逆反应。(　　)
(2)在化学平衡建立过程中，v正一定大于v逆。(　　)
(3)恒温恒容下进行的可逆反应：2SO2(g)＋O2(g)?2SO3(g)，当SO3的生成速率与SO2的消耗速率相等时，反应达到平衡状态。(　　)
(4)在一定条件下，向密闭容器中充入1
mol
N2和3
mol
H2充分反应，生成2
mol
NH3。(　　)
答案：(1)×　(2)×　(3)×　(4)×
1．向含有2
mol的SO2的容器中通入过量氧气发生2SO2(g)＋O2(g)
2SO3(g)　ΔH＝－Q
kJ·mol－1(Q>0)，充分反应后生成SO3的物质的量____
2
mol(填“<”“>”或“＝”，下同)，SO2的物质的量____
0
mol，转化率____100%，反应放出的热量____Q
kJ。
答案：<　>　<　<
2．(1)在密闭容器中进行反应：X2(g)＋Y2(g)?2Z(g)，已知X2、Y2、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，Y2浓度的取值范围为_______________。
(2)一定条件下，对于可逆反应X(g)＋3Y(g)?2Z(g)，若达到平衡时X、Y、Z的浓度分别为0.1
mol·L－1、0.3
mol·L－1、0.08
mol·L－1，则物质Z的起始浓度取值范围为__________________。
答案：(1)0.2
mol·L－1mol·L－1
(2)0≤c(Z)≤0.28
mol·L－1
题组一　化学平衡状态的判定
1．(双选)可逆反应：N2(g)＋3H2(g)?2NH3(g)的正、逆反应速率可用各反应物或生成物浓度的变化来表示。下列各关系中能说明反应已达到平衡状态的是(　　)
A．3v正(N2)＝v正(H2)　　　B．2v正(N2)＝v逆(NH3)
C．2v正(H2)＝3v逆(NH3)
D．v正(N2)＝3v逆(H2)
解析：A项，无逆反应速率；B项，＝时，反应达到平衡状态；C项，＝，即2v正(H2)＝3v逆(NH3)时反应达到平衡状态；D项，＝，即3v正(N2)＝v逆(H2)时反应达到平衡状态。
答案：BC
2．一定温度下，反应：N2O4(g)?2NO2(g)的焓变为ΔH。现将1
mol
N2O4充入一恒压密闭容器中，下列示意图正确且能说明反应达到平衡状态的是(　　)
A．①②
B．②④
C．③④
D．①④
解析：因反应容器保持恒压，所以容器体积随反应进行而不断变化，结合ρ气＝可知，气体密度不再变化，说明容器体积不再变化，即气体的物质的量不再变化，反应达到平衡状态，①符合题意；无论是否平衡，反应的ΔH都不变，②不符合题意；反应开始时，加入1
mol
N2O4，随着反应的进行，N2O4的浓度逐渐变小，故v正逐渐变小，直至达到平衡，③不符合题意；N2O4的转化率不再变化，说明N2O4的浓度不再变化，反应达到平衡状态，④符合题意，故选D。
答案：D
3．在一定温度下的定容容器中，当下列物理量不再发生变化时：①混合气体的压强，②混合气体的密度，③混合气体的总物质的量，④混合气体的平均相对分子质量，⑤混合气体的颜色，⑥各反应物或生成物的浓度之比等于化学计量数之比，⑦某种气体的百分含量。
(1)能说明2SO2(g)＋O2(g)?2SO3(g)达到平衡状态的是________________。
(2)能说明I2(g)＋H2(g)?2HI(g)达到平衡状态的是________________。
(3)能说明2NO2(g)?N2O4(g)达到平衡状态的是________________。
(4)能说明C(s)＋CO2(g)?2CO(g)达到平衡状态的是________________。
(5)能说明NH2COONH4(s)?2NH3(g)＋CO2(g)达到平衡状态的是________________。
(6)能说明5CO(g)＋I2O5(s)?5CO2(g)＋I2(s)达到平衡状态的是________________。
答案：(1)①③④⑦　(2)⑤⑦　(3)①③④⑤⑦　(4)①②③④⑦　(5)①②③　(6)②④⑦
4．若3题中的(1)～(4)改成一定温度下的恒压密闭容器，结果又如何？
(1)________________________________________________________________________；
(2)________________________________________________________________________；
(3)________________________________________________________________________；
(4)________________________________________________________________________。
答案：(1)②③④⑦　(2)⑤⑦　(3)②③④⑤⑦　(4)②③④⑦
[归纳提升]
判断化学平衡状态的方法——“正逆相等，变量不变”
题组二　v正与v逆相对大小与化学反应进行方向的关系
5．298K时，将20
mL
3x
mol·L－1Na3AsO3、20
mL
3x
mol·L－1I2和20
mL
NaOH溶液混合，发生反应：AsO(aq)＋I2(aq)＋2OH－(aq)?AsO(aq)＋2I－(aq)＋H2O(l)。溶液中c(AsO)与反应时间(t)的关系如图所示。
(1)tm时，v正
________(填“大于”“小于”或“等于”)v逆。
(2)tm时v逆________(填“大于”“小于”或“等于”)tn时v逆，理由是________________________________________________________________________。
解析：(1)tm时，反应尚未达到平衡，且反应正向进行，故v正>v逆。
(2)随着反应正向进行，生成物浓度逐渐增大，故v逆逐渐增大，则tm时v逆小于tn时v逆。
答案：(1)大于　(2)小于　tm时生成物浓度更小，逆反应速率更小
考点2　化学平衡移动
1．化学平衡移动的过程
化学平衡移动
2．化学平衡移动与化学反应速率的关系
v正>v逆，平衡正向移动；
v正＝v逆，反应达到平衡状态，不发生平衡移动；
v正3．影响化学平衡的因素
(1)若其他条件不变，改变下列条件对化学平衡的影响如下：
改变的条件(其他条件不变)
化学平衡移动的方向
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
平衡不移动续表
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
催化剂
同等程度地改变v正、v逆，平衡不移动
(2)浓度的“决定性”作用
①恒温、恒容条件
原平衡体系体系总压强增大―→体系中各组分的浓度不变―→平衡不移动。
②恒温、恒压条件
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．勒夏特列原理
如果改变影响化学平衡的条件(浓度、压强、温度等)之一，平衡将向着减弱这种改变的方向移动。
[提醒]　①由“化学平衡”可知：勒夏特列原理的适用对象是可逆过程。②由“减弱”可知：只能减弱改变，而不能消除改变。
　(1)升高温度，平衡向吸热反应方向移动，此时v放减小，v吸增大。(　　)
(2)正逆反应速率发生变化，平衡一定发生移动。(　　)
(3)在FeCl3＋3KSCN?3KCl＋Fe(SCN)3平衡体系内加入KCl固体，平衡逆向移动。(　　)
(4)化学平衡正向移动，反应物的转化率不一定增大。(　　)
(5)当NH4HS(s)?NH3(g)＋H2S(g)达到平衡后，移走一部分NH4HS固体，平衡向右移动。(　　)
(6)COCl2(g)?CO(g)＋Cl2(g)，当反应达到平衡时恒压通入惰性气体，提高了COCl2转化率。(　　)
答案：(1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)×　(6)√
　对于一定条件下的可逆反应
甲：A(g)＋B(g)?C(g)　ΔH<0
乙：A(s)＋B(g)?C(g)　ΔH<0
丙：A(g)＋B(g)?2C(g)　ΔH>0
达平衡后加压，使体系体积缩小为原来的，达到新平衡。
设压缩之前压强分别为p甲、p乙、p丙，压缩平衡后压强分别为p′甲、p′乙、p′丙，则p甲与p′甲，p乙与p′乙，p丙与p′丙的关系分别为甲_________________；乙__________________；丙____________。
答案：p甲题组一　改变外界条件控制化学平衡定向移动
1．(2021·桂林高三质检)COCl2(g)?CO(g)＋Cl2(g)　ΔH>0，当反应达到平衡时，下列措施：①升温　②恒容通入惰性气体　③增加CO浓度　④减压　⑤加催化剂
⑥恒压通入惰性气体
能提高COCl2转化率的是(　　)
A．①②④　　　　　
　　B．①④⑥
C．②③⑤
D．③⑤⑥
解析：该反应为气体体积增大的吸热反应，所以升温和减压均可以促使反应正向移动。恒压通入惰性气体，相当于减压。恒容通入惰性气体与加催化剂均对平衡无影响。增加CO的浓度，将导致平衡逆向移动。
答案：B
2．合成氨工业中，原料气中的杂质CO在进入合成塔之前需经过铜氨液处理，其反应为[Cu(NH3)2]＋＋CO＋NH3?[Cu(NH3)3CO]＋　ΔH<0，吸收CO后的醋酸铜氨溶液经过适当处理又可再生，再生的适宜条件是(　　)
A．高温低压
B．高温高压
C．低温低压
D．低温高压
解析：A.高温低压，平衡逆向移动，故A正确；B.高温使平衡逆向移动，高压平衡正向移动，故B错误；C.低温平衡正向移动，低压平衡逆向移动，故C错误；D.低温平衡正向移动，高压平衡正向移动，故D错误。
答案：A
3．在压强为0.1
MPa、温度为300
℃条件下，a
mol
CO与3
a
mol
H2的混合气体在催化剂作用下发生反应生成甲醇：CO(g)＋2H2(g)?CH3OH(g)　ΔH＜0。
(1)平衡后将容器的容积压缩到原来的一半，其他条件不变，对平衡体系产生的影响是________(填字母)。
A．c(H2)减小
B．正反应速率加快，逆反应速率减慢
C．反应物转化率增大
D．重新平衡减小
(2)若容器容积不变，下列措施可增大甲醇产率的是__________________(填字母)
A．升高温度
B．将CH3OH从体系中分离
C．充入He，使体系总压强增大
解析：(1)该反应为正向气体分子数减小的可逆反应，缩小体积，平衡正向移动，c(H2)增大，正、逆反应速率均增大，因而A、B均不正确。(2)由于该反应正向是放热反应，升高温度平衡逆向移动，CH3OH的产率降低，体积不变，充入He，平衡不移动。
答案：(1)CD　(2)B
题组二　新、旧平衡的比较
4．将等物质的量的N2、H2气体充入某密闭容器中，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新的平衡时，下表中关于新平衡与原平衡的比较正确的是(　　)
改变条件
新平衡与原平衡比较
A
增大压强
N2的浓度一定变小
B
升高温度
N2的转化率变小
C
充入一定量H2
H2的转化率不变，N2的转化率变大
D
使用适当催化剂
NH3的体积分数增大
解析：正反应是气体体积减小的反应，依据勒夏特列原理可知增大压强平衡向正反应方向移动，但氮气的浓度仍然比原平衡大，A不正确；正反应是放热反应，则升高温度平衡向逆反应方向移动，氮气的转化率降低，B正确；充入一定量的氢气，平衡向正反应方向移动，氮气的转化率增大，而氢气的转化率降低，C不正确；催化剂只能改变反应速率而不能改变平衡状态，D不正确，答案选B。
答案：B
5．(双选)在体积为V
L的恒容密闭容器中盛有一定量H2，通入Br2(g)发生反应：H2(g)＋Br2(g)?2HBr(g)　ΔH＜0。当温度分别为T1、T2平衡时，H2的体积分数与Br2(g)的物质的量的变化关系如图所示。下列说法正确的是(　　)
A．由图可知：T2B．a、b两点的反应速率：b＞a
C．为了提高Br2(g)的转化率，可采取增加Br2(g)通入量的方法
D．a点比b点体系的颜色深
解析：根据反应：H2(g)＋Br2(g)?2HBr(g)　ΔH＜0，升温，平衡向逆反应方向移动，H2的体积分数增大，根据图示变化，可知T1＞T2，A正确；b点Br2的浓度比a点Br2的浓度大，反应速率也大，B正确；增加Br2(g)的通入量，Br2(g)的转化率减小，C错误；b点对a点来说，是向a点体系中加入Br2使平衡向正反应方向移动，尽管Br2的量在新基础上会减小，但是Br2的浓度比原来会增加，导致Br2的浓度增加，颜色变深，即b点比a点体系的颜色深，D错误。
答案：AB
6．甲胺(CH3NH2)是合成太阳能敏化剂的原料。工业合成甲胺原理：
CH3OH(g)＋NH3(g)?CH3NH2(g)＋H2O(g)　ΔH＝－12
kJ·mol－1
一定条件下，在体积相同的甲、乙、丙、丁四个容器中，起始投入物质如下：
NH3(g)/mol
CH3OH(g)/mol
反应条件
甲
1
1
498
K，恒容
乙
1
1
598
K，恒容
丙
1
1
598
K，恒压
丁
2
3
598
K，恒容
达到平衡时，甲、乙、丙、丁容器中的CH3OH转化率由大到小的顺序为______________。
解析：以甲为参照，乙升高温度，反应逆向移动，CH3OH转化率减小；再以乙为参照，丙恒压时，由于反应前后气体体积不变，平衡不移动，CH3OH转化率丙与乙相等；以乙为参照，丁中CH3OH增加的倍数大于氨气，故转化率降低，因此转化率大小关系为甲>乙＝丙>丁。
答案：甲>乙＝丙>丁
题组三　化学平衡移动原理在化工生产中的应用
7．正丁烷(C4H10)脱氢制1?丁烯(C4H8)为吸热反应。
(1)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(a)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________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)图(b)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________________________________________。
答案：(1)氢气是产物之一，随着n(氢气)/n(丁烷)增大，逆反应速率增大
(2)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　丁烷高温裂解生成短链烃类
　等效平衡的应用
授课提示：对应学生用书第155页
一、等效平衡原理
　对于同一个可逆反应，在相同的条件下(恒温恒容或恒温恒压)，不管是从正反应开始，还是从逆反应开始，或从正反应和逆反应同时开始，达到平衡时，反应混合物中同种物质的百分含量相同，这样的平衡称为等效平衡。
二、等效平衡的分类及判断方法
对于反应mA(g)＋nB(g)?pC(g)＋qD(g)
条件
m＋n≠p＋q时
m＋n＝p＋q时
恒温、恒容
一边倒后数值完全相同才建立等效(等同)平衡，即“等量等效”
一边倒后数值成比例就建立等效平衡，即“等比等效”
恒温、恒压
一边倒后数值成比例就建立等效平衡，即“等比等效”
说明：
1．“一边倒”(完全转化)指的是把一边“归零”，通过可逆反应的化学计量数比换算成另一半边物质的物质的量(浓度)。
2．等效指的是达到平衡后同种组分百分含量(物质的量分数、质量分数、体积分数)相同。也有可能同种组分的物质的量、质量、体积、物质的量浓度也相同。
三、等效平衡的应用
1．解答加料问题
[典例1]　在一个固定体积的密闭容器中，加入2
mol
A和1
mol
B，发生反应2A(g)＋B(g)?2C(g)，达到平衡时，C的物质的量浓度为k
mol/L，若维持容器体积和温度不变，按下列配比作为起始物质：
①4
mol
A＋2
mol
B　②2
mol
A＋1
mol
B＋2
mol
C
③2
mol
C＋1
mol
B　④2
mol
C
⑤1
mol
A＋0.5
mol
B＋1
mol
C
(1)达到平衡后，C的物质的量浓度仍是k
mol/L的是________(填序号)。
(2)若令a、b、c分别代表初始加入的A、B、C的物质的量，如果a、b、c取不同的数值，它们必须满足一定的相互关系，才能保证达到平衡时，反应混合物中三种气体的百分含量仍跟上述平衡时完全相同，填写：
Ⅰ.若a＝0，b＝0，则c＝________。
Ⅱ.若a＝0.5，则b＝________，c＝________。
Ⅲ.a、b、c的取值必须满足的一般条件是________；________。(用两个方程式表示，一个只含a、c，另一个只含b、c)
[解析]　(1)该反应m＋n≠p＋q且条件为恒温、恒容，所以要满足“等量等效”。将②③④⑤的加料方式全部进行“一边倒”转化为反应物A和B的量后，只有④⑤的加料方式与2
mol
A和1
mol
B的加料方式完全一致。(2)根据“一边倒”的方式进行转化，即a
mol
A＋b
mol
B＋c
mol
C等价转化为a
mol
A＋b
mol
B＋(c
mol
A＋c/2
mol
B)。
[答案]　(1)④⑤
(2)Ⅰ.2　Ⅱ.0.25　1.5　Ⅲ.a＋c＝2　b＋c/2＝1
2．解答平衡移动方向问题
[典例2]　某温度下，在一容积可变的容器中，反应2A(g)＋B(g)?2C(g)达到平衡时，A、B和C的物质的量分别为4
mol、2
mol和4
mol。保持温度和压强不变，对平衡混合物中三者的物质的量做如下调整，可使平衡右移的是(　　)
A．均减半　　　　　　　　
B．均加倍
C．均增加1
mol
D．均减少1
mol
[解析]　容积可变，说明是恒温、恒压条件，满足“等比等效”。“均减半”后A、B、C的物质的量分别为2
mol、1
mol和2
mol，满足“等比等效”，平衡不会移动，A不符合题意；“均加倍”后A、B、C的物质的量分别为8
mol、4
mol和8
mol，满足“等比等效”，平衡不会移动，B不符合题意；“均增加1
mol”后A、B、C的物质的量分别为5
mol、3
mol和5
mol，相当于在5
mol、2.5
mol和5
mol的基础上又增加了0.5
mol
B，平衡向右移动，C符合题意；“均减小1
mol”后A、B、C的物质的量分别为3
mol、1
mol和3
mol，相当于在3
mol、1.5
mol和3
mol的基础上减少了0.5
mol
B，平衡向左移动，D不符合题意。
[答案]　C
3．解答方程式计量系数问题
[典例3]　在一固定容积的密闭容器中充入3
mol
A和1
mol
B，发生反应：3A(g)＋B(g)?xC(g)，达到平衡后，C的体积分数为w%。若维持容器体积和温度不变，将0.9
mol
A、0.3
mol
B和2.1
mol
C作为起始物质，达到平衡后，C的体积分数仍为w%，则x值可能为(　　)
A．1
B．2
C．3
D．任意值
[解析]　分两种情况分析：
(1)当反应前后气体体积不相等，则两种投料方式换算到同一边后各组分应完全相同(即恒温恒容时“等量等效”)：
　　　　　　
3A(g)　＋　B(g)　?　xC(g)
起始量/mol
0.9
0.3
2.1
等效于/mol
0.9＋6.3/x
0.3＋2.1/x
0
即0.9＋6.3/x＝3
　0.3＋2.1/x＝1
解得x＝3
(2)当反应前后气体体积相等，则两种投料方式换算到同一边后各组分应完全相同(即恒温恒压时“等比等效”)：
　　　　　　3A(g)　
＋
　B(g)
　?
　4C(g)
起始量/mol
0.9
0.3
2.1
等效于/mol
0.9＋6.3/4
0.3＋2.1/4
0
即0.9＋6.3/4＝2.475　0.3＋2.1/4＝0.825
2．475∶0.825＝3∶1，与起始量的投料比相同，故x＝4成立。
[答案]　C
4．解答反应物转化率问题
[典例4]　在一个固定容积的密闭容器中充入2
mol
NO2，一定温度下建立如下平衡：2NO2?N2O4，此时NO2的转化率为x%，若再充入1
mol
N2O4，在温度不变的情况下，达到新的平衡时，测得NO2的转化率为y%，则x和y的大小关系正确的是(　　)
A．x>y　　　　　　　　
B．xC．x＝y
D．不能确定
[解析]　先建立等效平衡模型，即假设原容器的体积可变，当再充入1
mol
N2O4后重新建立起的平衡和原平衡等效，此时NO2的转化率依然为x%。当体积不发生变化时，在原平衡的基础上要缩小容器的体积，即增大了压强，该反应正反应方向为气体体积减小的方向，平衡向正反应方向移动，NO2的转化率增大，即x[答案]　B
5．解答反应热的问题
[典例5]　在恒压密闭容器中发生：A(g)＋3B(g)?2C(g)，若起始投料为0.2
mol
A、0.6
mol
B时反应放出Q
1
kJ的热量；若起始投料为2
mol
C时反应吸收Q
2
kJ的热量。则该反应的热化学方程式为_____________________________________。
[解析]　该题的条件为恒温恒压，满足“等比等效”。当按照反应物的系数投料时，建立平衡后放出的热量为5Q1
kJ。按照“一边倒”可得当起始投料为2
mol
C时吸收的热量(Q
2＋5
Q
1)就是该条件下1
mol
A和3
mol
B全部转化为2
mol
C时放出的热量。即热化学方程式为A(g)＋3B(g)?2C(g)　ΔH＝－(5Q1＋Q
2)kJ·mol－1。
[答案]　A(g)＋3B(g)?2C(g)　ΔH＝－(5
Q
1＋Q
2)kJ·mol－1
6．解答容器体积大小问题
[典例6]　如图所示，A是由导热材料制成的密闭容器，B是一耐化学腐蚀且易于传热的透明气囊。关闭K2，将各1
mol
NO2通过K1、K3分别充入A、B中，反应起始时A、B的体积相同均为a
L。若打开K2，平衡后B容器的体积缩至0.4a
L，则打开K2之前，气球B体积为________
L。
[解析]　将NO2充入两个容器中发生2NO2?N2O4的反应，打开K2，相当于是在等温等压条件下建立平衡，此时建立起的平衡与未打开K2时B容器建立起的平衡等效。由于此时反应物的物质的量是B中的2倍，所以打开K2之前，气球B的体积为(a
L＋0.4a
L)÷2＝0.7a
L。
[答案]　0.7a
[考能突破练]
1．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
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
答案：A
2．(双选)一定温度下，在3个容积均为1.0
L的恒容密闭容器中反应2H2(g)＋CO(g)?CH3OH(g)达到平衡，下列说法正确的是(　　)
该反应的正反应吸热
B．达到平衡时，容器Ⅰ中反应物的转化率比容器Ⅱ中的小
C．达到平衡时，容器Ⅱ中c(H2)大于容器Ⅲ中c(H2)的两倍
D．达到平衡时，容器Ⅲ中的正反应速率比容器Ⅰ中的大
解析：对比容器Ⅰ和Ⅲ可知两者投料量相当，若温度相同，最终建立等效平衡，但Ⅲ温度高，平衡时c(CH3OH)小，说明平衡向逆反应方向移动，即逆反应为吸热反应，正反应为放热反应，A错误；Ⅱ相对于Ⅰ成比例增加投料量，相当于加压，平衡正向移动，转化率提高，所以Ⅱ中转化率高，B正确；不考虑温度，Ⅱ中投料量是Ⅲ的两倍，相当于加压，平衡正向移动，所以Ⅱ中c(H2)小于Ⅲ中c(H2)的两倍，C错误；对比Ⅰ和Ⅲ，若温度相同，两者建立等效平衡，两容器中速率相等，但Ⅲ温度高，速率更快，D正确。
答案：BD
3．有甲、乙两容器，甲容器容积固定，乙容器容积可变。一定温度下，在甲中加入2
mol
N2、3
mol
H2，反应N2(g)＋3H2(g)?2NH3(g)达到平衡时生成NH3的物质的量为m
mol。
(1)相同温度下，在乙中加入4
mol
N2、6
mol
H2，若乙的压强始终与甲的压强相等，乙中反应达到平衡时，生成NH3的物质的量________(从下列各项中选择，只填字母，下同)；若乙的容积与甲的容积始终相等，乙中反应达到平衡时，生成NH3的物质的量________。
A．小于m
mol
B．等于m
mol
C．在m～2m
mol之间
D．等于2m
mol
E．大于2m
mol
(2)相同温度下，保持乙的容积为甲的一半，并加入1
mol
NH3，要使乙中反应达到平衡时，各物质的体积分数与上述甲容器中达到平衡时相同，则起始时应加入________mol
N2和________mol
H2。
解析：(1)由于甲容器定容，而乙容器定压，它们的压强相等，达到平衡时，乙的容积应该为甲的两倍，生成的NH3的物质的量应该等于2m
mol。当甲、乙两容器的容积相等时，相当于将建立等效平衡后的乙容器压缩，故乙中NH3的物质的量大于2m
mol。(2)乙的容积为甲的一半时，要建立与甲一样的平衡，只有乙中的投入量是甲的一半才行，故乙中应该投入N2为(1－0.5)mol＝0.5
mol，H2为(1.5－1.5)mol＝0
mol。
答案：(1)D　E　(2)0.5　0
1．(2020·高考全国卷Ⅲ节选)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)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)CO2催化加氢生成乙烯和水的反应方程式为2CO2(g)＋6H2(g)
C2H4(g)＋4H2O(g)，产物的物质的量之比n(C2H4)∶n(H2O)＝1∶4，该反应是气体体积减小的反应，增大压强平衡右移，则n(C2H4)变大。
(2)由平衡图像知，390
K时四种组分的物质的量分数之比满足1∶3的是c曲线和a曲线，物质的量分数之比满足1∶4的是d曲线和b曲线，结合反应方程式2CO2(g)＋6H2(g)
C2H4(g)＋4H2O(g)和原始投料n(CO2)∶n(H2)＝1∶3可得，曲线c表示CO2，曲线a表示H2，曲线d表示C2H4，曲线b表示H2O；由图像的变化趋势可知，升高温度，曲线a、c增大，曲线b、d减小，说明平衡左移，所以正反应放热，ΔH<0。
(3)在一定温度和压强下，为了提高反应速率和乙烯的选择性，减少副反应的发生，应当选择合适催化剂等。
答案：(1)1∶4　变大　(2)d　c　小于　(3)选择合适催化剂等
2．(2019·高考全国卷Ⅰ)Shoichi研究了467
℃、489
℃时水煤气变换中CO和H2分压随时间变化关系(如图所示)，催化剂为氧化铁，实验初始时体系中的pH2O和pCO相等、pCO2和pH2相等。[水煤气变换反应：CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)　ΔH＜0]
467
℃时pH2和pCO随时间变化关系的曲线分别是__________、__________。489
℃时pH2和pCO随时间变化关系的曲线分别是__________、__________。
解析：水煤气变换中CO是反应物，H2是产物，又该反应为放热反应，故升高温度，平衡逆向移动，CO分压增加，H2分压降低，故467
℃时pH2和pCO随时间变化关系的曲线分别是b、c，489
℃时pH2和pCO随时间变化关系的曲线分别是a、d。
答案：b　c　a　d
3．(2018·高考全国卷Ⅱ)CH4?CO2催化重整反应为
CH4(g)＋CO2(g)?2CO(g)＋2H2(g)　ΔH＝＋247
kJ·mol－1。
(1)有利于提高CH4平衡转化率的条件是______(填标号)。
A．高温低压　　　　　　
B．低温高压
C．高温高压
D．低温低压
(2)反应中催化剂活性会因积碳反应而降低，同时存在的消碳反应则使积碳量减少。相关数据如下表：
积碳反应CH4(g)===
C(s)＋2H2(g)
消碳反应CO2(g)＋C(s)
===2CO(g)
ΔH/(kJ·mol－1)
75
172
活化能/(kJ·mol－1)
催化剂X
33
91
催化剂Y
43
72
由上表判断，催化剂X________(填“优于”或“劣于”)Y，理由是________________________________________________________________________。
在反应进料气组成、压强及反应时间相同的情况下，某催化剂表面的积碳量随温度的变化关系如图所示。升高温度时，下列关于积碳反应、消碳反应的平衡常数(K)和速率(v)的叙述正确的是__________(填标号)。
A．K积、K消均增加
B．v积减小、v消增加
C．K积减小、K消增加
D．v消增加的倍数比v积增加的倍数大
解析：(1)根据平衡移动的影响因素，该反应的正反应是一个吸热、气体体积增大的反应，所以高温低压有利于反应正向移动。
(2)积碳反应中，由于催化剂X的活化能比催化剂Y的活化能要小，所以催化剂X更有利于积碳反应的进行；而消碳反应中，催化剂X的活化能大于催化剂Y，所以催化剂Y更有利于消碳反应的进行；综合分析，催化剂X劣于催化剂Y。
由表格可知积碳反应、消碳反应都是吸热反应，温度升高，平衡右移，K积、K消均增加，温度升高，反应速率均增大，从图像上可知，随着温度的升高，催化剂表面的积碳量是减小的，所以v消增加的倍数要比v积增加的倍数大。
答案：(1)A　(2)劣于　相对于催化剂X，催化剂Y积碳反应的活化能大，积碳反应的速率小；而消碳反应活化能相对小，消碳反应速率大　AD
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