2020届高考一轮复习化学反应的方向和限度学案

2020届高考一轮复习化学反应的方向和限度学案

化学反应的方向和限度 ‎[考纲导航]‎ 知识条目 加试要求 核心素养 ‎(1)化学反应的限度 b ‎1.变化观念与平衡思想：能从化学平衡常数的角度分析化学反应，运用化学平衡常数解决问题。能多角度、动态地分析化学反应的转化率，运用化学反应原理解决实际问题。‎ ‎2.证据推理与模型认知：知道可以通过分析、推理等方法认识研究对象的本质特征、构成要素及其相互关系，建立模型。能运用模型(Qc与K的关系)解释化学平衡的移动，揭示现象的本质和规律。‎ ‎3.科学态度与社会责任：具有可持续发展意识和绿色化学观念，能运用化学平衡原理对与化学有关的社会热点问题做出正确的价值判断。‎ ‎(2)化学平衡的概念 b ‎(3)化学平衡状态的特征 b ‎(4)自发反应的概念 a ‎(5)熵变的概念 a ‎(6)用熵变、焓变判断化学反应的方向 c ‎(7)化学平衡常数 b ‎(8)反应物的转化率 b ‎(9)化学平衡常数与反应限度、转化率的关系 c 考点1　化学反应的方向 ‎[主干精讲]‎ ‎1.焓变与反应方向 焓变是一个与反应能否自发进行相关的因素。放热反应有利于反应的自发进行。多数自发进行的化学反应是放热反应，即ΔH<0。有些吸热反应也能自发进行，由此可见，焓变不是判断反应能否自发进行的唯一因素。‎ ‎2.熵变与反应方向 熵是描述体系混乱度的一个物理量，用符号S 表示，熵值越大，体系混乱度越大。同一条件下，不同物质的熵值不同；同一物质的熵与其聚集状态及外界条件有关，即S(g)>S(l)>S(s)。对于有气体参加的反应，气体的物质的量增加，体系的混乱度增大，即为熵增加。熵增加有利于反应自发进行。熵减小的反应有些也能自发进行，由此可见，熵变(ΔS)是与反应能否自发进行有关的因素，但也不是唯一因素。‎ ‎3.焓变、熵变与反应方向 在温度、压强一定的条件下，化学反应方向是反应的焓变和熵变共同影响的结果，反应方向的判据为ΔH－TΔS。‎ ΔH－TΔS ‎[速检速测]‎ ‎1.[明辨是非]正确的打“√”，错误的打“×”‎ ‎(1)放热过程均可以自发进行，吸热过程均不能自发进行(　　)‎ ‎(2)焓变是影响反应是否具有自发性的唯一因素(　　)‎ ‎(3)ΔH＜0、ΔS＞0时，反应一定能自发进行(　　)‎ ‎(4)吸热且熵增加的反应，当温度升高时，反应一定能自发进行(　　)‎ ‎(5)－10 ℃的水结成冰，可用熵变的判据来解释反应的自发性(　　)‎ 答案　(1)×　(2)×　(3)√　(4)×　(5)×‎ ‎2.下列过程的熵变的判断不正确的是(　　)‎ A.溶解少量食盐于水中，ΔS＞0‎ B.纯碳和氧气反应生成CO(g)，ΔS＞0‎ C.H2O(g)变成液态水，ΔS＞0‎ D.CaCO3(s)加热分解为CaO(s)和CO2(g)，ΔS＞0‎ 答案　C ‎[模拟题组]‎ 焓变、熵变与化学反应方向的判断 ‎1.某研究小组在实验室进行氨基甲酸铵(NH2COONH4)分解反应平衡常数的测定。‎ 将一定量纯净的氨基甲酸铵置于特制的密闭真空容器中(假设容器体积不变，固体试样体积忽略不计)，在恒定温度下使其达到分解平衡：NH2COONH4(s)2NH3(g)＋CO2(g)。实验测得不同温度下的平衡数据列于下表：‎ 温度(℃)‎ ‎15.0‎ ‎20.0‎ ‎25.0‎ ‎30.0‎ ‎35.0‎ 平衡总压强(kPa)‎ ‎5.7‎ ‎8.3‎ ‎12.0‎ ‎17.1‎ ‎24.0‎ 平衡气体总浓度(×10－3 mol/L)‎ ‎2.4‎ ‎3.4‎ ‎4.8‎ ‎6.8‎ ‎9.4‎ 氨基甲酸铵分解反应的焓变ΔH________(填“＞”“＜”或“＝”，下同)0，熵变ΔS________0。‎ 解析　根据表中的数据分析：温度越高，则平衡气体的总浓度越大，所以升高温度，平衡正向移动，反应是吸热的。反应物是固体，产物是气体，该反应是熵增加过程，即ΔH＞0，ΔS＞0。‎ 答案　＞　＞‎ ‎2.(2018·温州联考)钨酸钙是非常重要的化学原料，主要用于生产钨铁、钨丝及钨合金等钨制品。在钨冶炼工艺中，将氢氧化钙加入钨酸钠碱性溶液中得到钨酸钙。发生反应：WO(aq)＋Ca(OH)2(s)CaWO4(s)＋2OH－(aq)　K1‎ 反应的平衡常数K1理论值如下表：‎ 温度/℃‎ ‎25‎ ‎50‎ ‎90‎ ‎100‎ K1‎ ‎79.96‎ ‎208.06‎ ‎222.88‎ ‎258.05‎ 判断反应的ΔS________(填“＞”“＝”或“＜”，下同)0、ΔH________0，在________(填“较高”或“较低”)温度下有利于该反应自发进行。‎ 解析　WO(aq)＋Ca(OH)2(s)===CaWO4(s)＋2OH－(aq)，反应前后离子浓度增加，熵变增大，ΔS＞0，根据表中温度和K之间的关系，可以看出温度越高，K越大，所以反应是吸热的，ΔH＞0，ΔS＞0，若要满足ΔH－TΔS＜0，温度为较高温度下，反应自发进行。‎ 答案　＞　＞　较高 ‎【规律总结】‎ 焓变、熵变和温度对化学反应方向的影响 ΔH ΔS ΔH－TΔS 反应情况 ‎－‎ ‎＋‎ 永远是负值 在任何温度下反应均自发进行 ‎＋‎ ‎－‎ 永远是正值 在任何温度下反应均非自发进行 ‎＋‎ ‎＋‎ 低温为正高温为负 低温时非自发，高温时自发 ‎－‎ ‎－‎ 低温为负高温为正 低温时自发，高温时非自发 ‎[真题对接]‎ 判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)‎ ‎(1)(2015·天津高考)Na与H2O的反应是熵增的放热反应，该反应能自发进行(　　)‎ ‎(2)(2014·天津高考)某吸热反应能自发进行，因此该反应是熵增反应(　　)‎ ‎(3)(2014·江苏高考)2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)在常温下能自发进行，则该反应的ΔH＞0(　　)‎ ‎(4)(2013·江苏高考)反应NH3(g)＋HCl(g)===NH4Cl(s)在室温下可自发进行，则该反应的ΔH＜0(　　)‎ ‎(5)(2012·江苏高考)CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)室温下不能自发进行，说明该反应的ΔH＜0(　　)‎ ‎(6)(2011·江苏高考)一定温度下，反应MgCl2(l)===Mg(l)＋Cl2(g)的ΔH＞0、ΔS＞0(　　)‎ 答案　(1)√　(2)√　(3)×　(4)√　(5)×　(6)√‎ 考点2　化学平衡状态 ‎[主干精讲]‎ ‎1.可逆反应 ‎(1)定义 在同一条件下既可以向正反应方向进行，同时又可以向逆反应方向进行的化学反应。‎ ‎(2)特点——“三同一小”。‎ ‎①三同：a.相同条件下；b.正逆反应同时进行；c.反应物与生成物同时存在。‎ ‎②一小：任一组分的转化率都小于(填“大于”或“小于”)100%。‎ ‎(3)表示方法：在化学方程式中用“”表示。‎ ‎2.化学平衡状态 ‎(1)概念 一定条件下的可逆反应，当反应进行到一定程度时，正反应速率和逆反应速率相等，反应物的浓度和生成物的浓度不变，我们称为“化学平衡状态”，简称化学平衡。‎ ‎(2)建立过程 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：‎ 以上过程可用下图表示：‎ ‎(3)平衡特点 ‎[速检速测]‎ ‎1.[明辨是非]正确的打“√”，错误的打“×”‎ ‎(1)2H2O 2H2↑＋O2↑为可逆反应(　　)‎ ‎(2)二次电池的充、放电为可逆反应(　　)‎ ‎(3)对反应A(g)＋B(g)‎ C(g)＋D(g)，压强不随时间而变，说明反应已达平衡状态(　　)‎ ‎(4)对于NO2(g)＋SO2(g)SO3(g)＋NO(g)反应，当每消耗1 mol SO3的同时生成1 mol NO2时，说明反应达到平衡状态(　　)‎ ‎(5)化学平衡状态指的是反应静止了，不再发生反应了(　　)‎ ‎(6)对于A(g)＋B(g)2C(g)＋D(g)反应，当密度保持不变，在恒温恒容或恒温恒压条件下，均不能作为达到化学平衡状态的标志(　　)‎ 答案　(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×　(6)×‎ ‎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________。‎ 解析　ΔH是恒量，不能作为判断平衡状态的标志；该反应是充入1 mol N2O4，正反应速率应是逐渐减少直至不变，③曲线趋势不正确。‎ 答案　①④‎ ‎[模拟题组]‎ 可逆反应进行程度的理解 ‎1.硫酸是一种重要的化工产品，硫酸的消耗量常被视为一个国家工业发展水平的一种标志。目前的重要生产方法是“接触法”，有关接触氧化反应2SO2＋O2 2SO3的说法不正确的是(　　)‎ A.该反应为可逆反应，故在一定条件下二氧化硫和氧气不可能全部转化为三氧化硫 B.达到平衡后，反应就停止了，故此时正、逆反应速率相等且均为零 C.一定条件下，向某密闭容器中加入2 mol SO2和1 mol O2，则从反应开始到达到平衡的过程中，正反应速率不断减小，逆反应速率不断增大，某一时刻，正、逆反应速率相等 D.在利用上述反应生产三氧化硫时，要同时考虑反应所能达到的限度和化学反应速率两方面的问题 解析　A项，可逆反应的反应物不可能完全转化为生成物；B项，达平衡时，v(正)、v(逆)相等但不为零；C项，从正向开始的反应，正反应速率随反应物浓度降低而减小，逆反应速率随生成物浓度升高而增大，达平衡时，v(正)＝v(逆)；D项，工业生产上既要提高原料的转化率，又要提高生产效率，应同时考虑反应的限度和化学反应速率两方面的问题。‎ 答案　B ‎2.一定条件下，对于可逆反应X(g)＋3Y(g)2Z(g)，若X、Y、Z的起始浓度分别为c1、c2、c3(均不为零)，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，则下列判断正确的是(　　)‎ A.c1∶c2＝3∶1‎ B.平衡时，Y和Z的生成速率之比为2∶3‎ C.X、Y的转化率不相等 D.c1的取值范围为0”或“<”)。‎ 解析　(1)CO2(g)＋C(s)2CO(g)反应中，气体的质量和物质的量均发生变化，混合气体的平均相对分子质量不变，即气体的质量和物质的量不变，能够说明反应达到平衡状态，a正确；反应的ΔH与反应限度无关，b错误；CO2和CO的生成速率相等时，正、逆反应速率不相等，不是平衡状态，c错误；CO2(g)＋C(s)2CO(g)反应中，混合气体的质量发生变化，而体积不变，因此混合气体的密度不变说明气体的质量不变，能够说明反应达到平衡状态，d正确。‎ ‎(2)设达到平衡时转化的二氧化碳的物质的量为x mol，则 ‎　　　　　CO2(g)＋C(s)2CO(g)‎ 起始量/mol 1 1 0‎ 转化量/mol x 2x 平衡量/mol 1－x 2x 则×100%＝40%，解得x＝0.25，则达到平衡时CO2的转化率为×100%＝25%。‎ ‎(3)若在300 ℃时，将物质的量均为1 mol的CO2和C(s)加入2 L的密闭容器中，平衡时CO的体积分数为50%，说明升高温度，平衡正向移动，正反应为吸热反应，ΔH>0。‎ 答案　(1)ad　(2)25%　(3)>‎ ‎2.[2017·课标Ⅲ理综，28(4)]298 K时，将20 mL 3x mol·L－1Na3AsO3、20 mL 3x mol·L－1 I2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下列可判断反应达到平衡的是________(填标号)。‎ a.溶液的pH不再变化 b.v(I－)＝2v(AsO)‎ c.c(AsO)/c(AsO)不再变化 d.c(I－)＝y mol·L－1‎ ‎②tm时，v正________v逆(填“大于”“小于”或“等于”)。‎ ‎③tm时v逆________tn时v逆(填“大于”“小于”或“等于”)，理由是___________________________________________________________________。‎ ‎④若平衡时溶液的pH＝14，则该反应的平衡常数K为________。‎ 解析　①a项，随反应进行，溶液的pH不断降低，当pH不再变化时，说明反应达到了平衡；b项，速率之比等于化学计量数之比，该结论在任何时刻都成立，故无法判断是否达到平衡；c项，随反应进行，c(AsO)不断增大，c(AsO)不断减小，当二者比值不变时，说明二者浓度不再改变，则反应达到平衡；d项，由图像并结合方程式可知，平衡时c(I－)＝2y mol/L，故当c(I－)＝y mol/L时，反应未达到平衡；‎ ‎②由图像可知tm时刻后c(AsO)仍在不断增加，说明反应还在正向进行，故此时v正大于v逆；‎ ‎③tm到tn时刻，反应一直正向进行，生成物的浓度逐渐增大，所以逆反应速率不断增大，故tm时v逆小于tn时v逆；‎ ‎④混合后c(AsO)＝x mol/L，c(I2)＝x mol/L，由图像可知平衡时生成的c(AsO)＝y mol/L，溶液的pH＝14，则c(OH－)＝1 mol/L，列出三段式为 ‎　　 AsO(aq)＋I2(aq)＋2OH－(aq)AsO(aq)＋2I－(aq)＋H2O(l)‎ 反应前 x　　　　 x　　 　　　　　　　0　　　　　 0‎ 变化量 y y 2y y 2y 反应后 x－y x－y 1 y 2y 则平衡常数K＝＝。‎ 答案　①ac　②大于　③小于　tm时生成物浓度较低 ‎④ 考点3　化学平衡常数　转化率 ‎[主干精讲]‎ ‎1.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 ‎①K值越大，反应物的转化率越大，正反应进行的程度越大。‎ ‎②K只受温度影响，与反应物或生成物的浓度变化无关。对于放热反应，升高温度，K值减小，降低温度，K值变大。‎ ‎③化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。‎ 例如：①N2＋3H22NH3　K1‎ N2＋H2NH3　K2‎ ‎2NH3N2＋3H2　K3‎ K1＝K＝ ‎②C(s)＋O2(g)CO(g)　K1‎ CO(g)＋O2(g)CO2(g)　K2‎ C(s)＋O2(g)CO2(g)　K3‎ K3＝K1·K2‎ ‎(4)化学平衡常数的重要应用 ‎①判断正在进行的可逆反应的反应方向以及反应是否达到平衡。‎ ‎②判断可逆反应的反应热。‎ ‎①计算化学平衡常数利用的是物质的平衡浓度，而不是任意时刻浓度，也不能用物质的量。‎ ‎②催化剂能加快化学反应速率，但对化学平衡无影响，也不会改变平衡常数的大小。‎ ‎2.平衡转化率 对于A(g)＋B(g)C(g)反应中A(g)的平衡转化率可表示为：‎ α(A)＝×100%{c0(A)代表A的初始浓度，c平(A)代表A的平衡浓度}。‎ ‎[速检速测]‎ ‎1.[明辨是非]正确的打“√”，错误的打“×”‎ ‎(1)平衡常数表达式中，物质的浓度可以是任一时刻的浓度(　　)‎ ‎(2)化学平衡发生移动，平衡常数一定改变(　　)‎ ‎(3)可逆反应2A(s)＋B(g)2C(g)＋3D(g)的平衡常数为K＝(　　)‎ ‎(4)对于反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，升高温度，K值减小，则ΔH<0(　　)‎ ‎(5)化学平衡常数大的可逆反应的反应物的转化率一定大(　　)‎ ‎(6)催化剂能改变化学反应速率，也能改变平衡常数(　　)‎ ‎(7)平衡常数发生变化，化学平衡一定发生移动(　　)‎ ‎(8)也可以用平衡时气体物质的分压表示化学平衡常数(　　)‎ ‎(9)温度升高，化学平衡常数可能增大也可能减小(　　)‎ ‎(10)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(　　)‎ 答案　(1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)×　(6)×　(7)√　(8)√　(9)√　(10)×‎ ‎2.工业上合成氨是在一定条件下进行如下反应：‎ N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)‎ ΔH＝－92.44 kJ·mol－1。‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)写出该反应的化学平衡常数表达式：________，随着温度的升高，K值________(填“增大”“减小”或“不变”)。‎ ‎(2)平衡常数K值越大，表明________(填字母)。‎ A.N2的转化率越高 B.NH3的产率越大 C.原料中N2的含量越高 D.化学反应速率越快 ‎(3)对于合成氨反应而言，图中的有关图像一定正确的是________(填字母)。‎ 答案　(1)K＝　减小　(2)AB　(3)ac ‎[模拟题组]‎ 化学平衡常数表达式及影响因素 ‎1.已知反应①：CO(g)＋CuO(s)CO2(g)＋Cu(s)和反应②：H2(g)＋CuO(s)Cu(s)＋H2O(g)在相同的某温度下的平衡常数分别为K1和K2，该温度下反应③：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)的平衡常数为K。则下列说法正确的是(　　)‎ A.反应①的平衡常数K1＝ B.反应③的平衡常数K＝ C.对于反应③，恒容时，温度升高，H2浓度减小，则该反应的焓变为正值 D.对于反应③，恒温恒容下，增大压强，H2浓度一定减小 解析　在书写平衡常数表达式时，纯固体不能表示在平衡常数表达式中，A错误；由于反应③＝反应①－反应②，因此平衡常数K＝，B正确；反应③中，温度升高，H2浓度减小，则平衡左移，即逆反应为吸热反应，正反应为放热反应，因此ΔH＜0，C错误；对于反应③，在恒温恒容下，增大压强，如充入惰性气体，则平衡不移动，H2的浓度不变，D错误。‎ 答案　B ‎2.(2019·山西八校联考)将一定量的SO2(g)和O2(g)分别通入体积为2 L的恒容密闭容器中，在不同温度下进行反应，得到如下表中的两组数据：‎ 实验编号 温度/℃‎ 平衡常数/mol－1·L 起始量/mol 平衡量/mol 达到平衡所需时间/min SO2‎ O2‎ SO2‎ O2‎ ‎1‎ T1‎ K1‎ ‎4‎ ‎2‎ x ‎0.8‎ ‎6‎ ‎2‎ T2‎ K2‎ ‎4‎ ‎2‎ ‎0.4‎ y t 下列说法不正确的是(　　)‎ A.x＝2.4‎ B.T1、T2的关系：T1＞T2 ‎ C.K1、K2的关系：K2＞K1‎ D.实验1在前6 min的反应速率v(SO2)＝0.2 mol·L－1·min－1‎ 解析　由表中数据可知，比较的是不同温度下的化学平衡，可计算出x＝1.6，y＝0.2(起始SO2、O2物质的量比为2∶1同化学计量数之比，所以平衡时物质的量比还为2∶1)。A项错误；因为SO2和O2的反应是放热反应，所以实验2相对于实验1，平衡向正反应方向移动，说明温度降低，即T2K1，C项正确；D项，＝0.2 mol·L－1·min－1，正确。‎ 答案　A 化学平衡常数的应用 ‎3.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c0(M)＝1 mol·L－1，c0(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c0(M)＝4 mol·L－1，c0(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c0(M)＝c0(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)‎ 1 2.4 0 0‎ 1×60% 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，新状态达到平衡后 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%‎ ‎4.(2017·杭州质检)(1)已知：①CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)　ΔH1＝－91 kJ·mol－1‎ ‎②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)　ΔH2＝－24 kJ·mol－1‎ ‎③CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　ΔH3＝－41 kJ·mol－1‎ 且三个反应的平衡常数依次为K1、K2、K3‎ 则反应3CO(g)＋3H2(g)CH3OCH3(g)＋CO2(g)　ΔH＝________，化学平衡常数K＝________(用含K1、K2、K3的代数式表示)。‎ ‎(2)写出反应②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)平衡常数的表达式：K2＝________。‎ 若在某温度下的平衡常数K2＝400。此温度下，在密闭容器中加入CH3OH，反应到某时刻测得各组分的浓度如下：‎ 物质 CH3OH CH3OCH3‎ H2O c/(mol·L－1)‎ ‎0.44‎ ‎0.60‎ ‎0.60‎ 此时，v正________(填“>”“<”或“＝”)v逆。‎ 解析　(1)根据盖斯定律得3CO(g)＋3H2(g)CH3OCH3(g)＋CO2(g)　ΔH＝①×2＋②＋③＝ΔH1×2＋ΔH2＋ΔH3＝－247 kJ·mol－1，平衡常数K＝K·K2·K3。‎ ‎(2)结合平衡常数的定义，反应②平衡常数的表达式K2＝。‎ 结合表中数据：＝≈1.86<400，说明反应尚未达到平衡，此时反应向正反应方向进行，也就是v正>v逆。‎ 答案　(1)－247 kJ·mol－1　K·K2·K3‎ ‎(2)　>‎ ‎[真题对接]‎ ‎1.(2015·四川理综，7)一定量的CO2与足量的碳在体积可变的恒压密闭容器中反应：C(s)＋CO2(g)2CO(g)，平衡时，体系中气体体积分数与温度的关系如下图所示：‎ 已知：气体分压(p分)＝气体总压(p总)×体积分数。下列说法正确的是(　　)‎ A.550 ℃时，若充入惰性气体，v正、v逆均减小，平衡不移动 B.650 ℃时，反应达平衡后CO2的转化率为25.0 %‎ C.T ℃时，若充入等体积的CO2和CO，平衡向逆反应方向移动 D.925 ℃时，用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp＝24.0p总 解析　A项，C(s)＋CO2(g)2CO(g)的正反应是气体物质的量增加的反应，由于反应容器为体积可变的恒压密闭容器，充入惰性气体容器体积扩大，对反应体系相当于减小压强，故v(正)、v(逆)均减小，平衡正向移动，错误；B项，由图可知，650 ℃时若设起始时CO2的体积为1 L，平衡时CO2消耗的体积为x，则 ×100%＝40.0%，x＝0.25 L，CO2的转化率为25%，正确；C项，由图可知，T ℃时平衡体系中CO和CO2的体积分数均为50%，故若恒压时充入等体积的CO2和CO两种气体平衡不发生移动，错误；D项，925 ℃时，CO的平衡分压p(CO)＝p总×96.0%，CO2的平衡分压p(CO2)＝p总×4%，根据化学平衡常数的定义可知 Kp＝＝＝23.04 p总，错误。‎ 答案　B ‎2.[2017·课标全国Ⅰ，28(3)]近期发现，H2S是继NO、CO之后第三个生命体系气体信号分子，它具有参与调解神经信号传递、舒张血管减轻高血压的功能。回答下列问题：‎ 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重复试验，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 解析　‎ H2O%＝＝0.02，x＝0.01。H2S的转化率为×100%＝2.5%。K＝＝2.8×10－3。‎ ‎(2)水的物质的量分数增大，说明平衡正向移动，H2S的转化率增大；温度升高，平衡正向移动，说明正反应是吸热反应。(3)增大H2S浓度，平衡正向移动，CO2转化率增大，H2S转化率降低，A错误；同理，增大CO2浓度，H2S转化率增大，CO2转化率降低，B正确；增大COS浓度，平衡向逆反应方向移动，H2S转化率降低，C错误；加入不反应的N2，反应物、生成物浓度均不变，平衡不移动，H2S转化率不变，D错误。‎ 答案　(1)2.5　2.8×10－3‎ ‎(2)>　>　(3)B 课时训练 一、选择题 ‎1.在一定条件下，已达平衡的可逆反应：2A(g)＋B(g)2C(g)，下列说法中正确的是(　　)‎ A.平衡时，此反应的平衡常数K与各物质的浓度有如下关系：K＝ B.改变条件后，该反应的平衡常数K一定不变 C.如果改变压强并加入催化剂，平衡常数会随之变化 D.若平衡时增加A和B的浓度，则平衡常数会减小 解析　对于一个给定的化学反应，K只随温度的改变而改变，改变其他条件都不会引起平衡常数的改变，B、C、D错误。‎ 答案　A ‎2.在10 L密闭容器中，1 mol A和3 mol B在一定条件下反应：A(g)＋xB(g)2C(g)，2 min后反应达到平衡时，测得混合气体共3.4 mol，生成0.4 mol ‎ C，则下列计算结果正确的是(　　)‎ A.平衡时，物质的量之比n(A)∶n(B)∶n(C)＝2∶11∶4‎ B.x值等于3‎ C.A的转化率为20%‎ D.B的平均反应速率为0.4 mol·L－1·min－1‎ 解析　设转化的A的物质的量为a，则 ‎2a＝0.4 mol，a＝0.2 mol。平衡时混合气体的总物质的量为3.4 mol，1－a＋3－xa＋2a＝3.4 mol，x＝4，B错；平衡时A、B、C的物质的量分别为0.8 mol、2.2 mol、0.4 mol，所以比值为4∶11∶2，A错；A的转化率为0.2 mol/1 mol×100%＝20%，C正确；B的平均反应速率为0.8 mol/(10 L×2 min)＝0.04 mol·L－1·min－1，D错。‎ 答案　C ‎3.一定条件下，通过下列反应可以制备特种陶瓷的原料MgO：‎ MgSO4(s)＋CO(g)MgO(s)＋CO2(g)＋SO2(g)　ΔH＞0‎ 该反应在恒容的密闭容器中达到平衡后，若仅改变图中横坐标x的值，重新达到平衡后，纵坐标y随x变化趋势合理的是(　　)‎ 选项 x y A 温度 容器内混合气体的密度 B CO的物质的量 CO2与CO的物质的量之比 C SO2的浓度 平衡常数K D MgSO4的质量(忽略体积)‎ CO的转化率 解析　由于此反应为吸热反应，升高温度，平衡正向移动，混合气体质量增加，密度增大，A正确；当增加CO的物质的量时，相当于增大体系的压强，CO的转化率减小，CO2与CO的物质的量之比减小，B错误；平衡常数只与温度有关，与SO2的浓度无关，C错误；MgSO4为固体，增加其质量对平衡无影响，所以CO的转化率不变，D错误。‎ 答案　A ‎4.在相同温度下，将H2和N2两种气体按不同比例通入相同的恒容密闭容器中，发生反应：3H2＋N22NH3。表示起始时H2和N2的物质的量之比，且起始时H2和N2的物质的量之和相等。下列图像正确的是(　　)‎ 解析　A中，随着起始的增大，氢气含量增多，氢气的平衡转化率降低，A错误；随着起始的增大，氢气含量增多，混合气体的质量减小，B错误；随着起始的增大，氢气含量增多，氮气的平衡转化率增大，C错误；随着起始的增大，氢气含量增多，混合气体的质量减小，则混合气体的密度减小，D正确。‎ 答案　D ‎5.在恒容密闭容器中，CO与H2发生反应CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)达到平衡后，若只改变某一条件，下列示意图正确的是(　　)‎ 解析　A项n ‎(CO)增大，CO的转化率减小，A项错误；B项平衡常数只受温度的影响，n(CO)增大，平衡常数不变，B项正确；C项若ΔH<0温度升高，平衡常数减小，C项错误；D项CO的转化率增大，n(甲醇)增大，D项错误。‎ 答案　B ‎6.在恒容密闭容器中通入物质的量浓度均0.1 mol·L－1的CH4与CO2，在一定条件下发生反应：CO2(g)＋CH4(g)2CO(g)＋2H2(g)，测得CH4的平衡转化率与温度及压强的关系如图所示，下列有关说法一定正确的是(　　)‎ A.上述反应的ΔH>0‎ B.压强p1>p2>p3>p4‎ C.1 100 ℃该反应的平衡常数为64‎ D.压强为p4时，在Y点：v(正)v(逆)。‎ 答案　A ‎7.苯乙烯(C6H5CH===CH2)是生产各种塑料的重要单体，其制备原理是：C6H5C2H5(g)C6H5CH===CH2(g)＋H2 (g)，实际生产中常以高温水蒸气作为反应体系的稀释剂(水蒸气不参加反应)，下图为乙苯的平衡转化率与水蒸气的用量、体系总压强的关系。下列说法正确的是(　　)‎ A.a、b两点转化率不等，但是化学平衡常数相等 B.b点转化率为50%，则混合气体中苯乙烯的体积分数为1/3‎ C.恒容时加入稀释剂(水蒸气)能减小C6H5C2H5平衡转化率 D.b点和c点温度和压强相同，故其反应速率也相等 解析　A.化学平衡常数只受温度的影响，温度变化，化学平衡常数改变，通过图像得知两条曲线的温度都是900 K，因此平衡常数相等，故正确；B.设乙苯的投入量为1 mol，则水蒸气物质的量为8 mol，根据“三步”‎ 则平衡时苯乙烯的体积分数：1×50%/(8＋0.5＋0.5＋0.5)＝1/19，故错误；C.恒容状态下，充入非反应气体，各组分的浓度不变，化学平衡不移动，转化率不变，故错误；D.b点和c点温度和压强相同，但是c点的n(H2O)/n(C6H5C2H5)大，相当于在b点基础上通入水蒸气，等压下，充入非反应气体，各组分的浓度减小，反应速率降低，因此c点的反应速率小于b点的，故错误。‎ 答案　A ‎8.(2018·温州市高三3月选考模拟)下列有关平衡常数叙述中，正确的是(　　)‎ A.不同浓度的同一弱电解质，其电离常数(K)不同 B.温度越高，化学平衡常数一定越大 C.平衡常数发生变化，化学平衡必定发生移动，达到新的平衡 D.化学平衡发生移动，平衡常数必发生变化 解析　A.电离平衡常数(K)是温度的常数，随温度的增大而增大，不随浓度的变化而变化，例如CH3COOHCH3COO－＋H＋，当再加入少量冰醋酸时，电离常数(K)值不变，故A错误；B.若正反应为放热反应，升高温度平衡向逆反应方向移动，化学平衡常数减小，若正反应为吸热反应，升高温度平衡向正反应方向移动，化学平衡常数增大，故B错误；C.平衡常数(K)是温度的常数，平衡常数改变，反应温度一定改变，化学平衡一定发生移动，故C正确；D.平衡常数(K)是温度的常数，改变浓度、压强平衡也会发生移动，但平衡常数不变，故D错误。‎ 答案　C ‎9.在一个2 L的密闭容器中，发生反应2A(s)＋3B(g)2C(g)＋D(g)，经2 min后，B的物质的量减少了1.2 mol。对此反应速率的叙述正确的是(　　)‎ A.用A表示的反应速率是0.2 mol·L－1·min－1‎ B.分别用B、C、D表示反应的速率，其比值是3∶2∶1‎ C.在2 min末时的反应速率，用反应物B来表示是0.3 mol·L－1·min－1‎ D.v(B)∶v(C)＝2∶3‎ 解析　A是固体，不能表示反应速率，A错误；速率之比等于化学计量数之比，根据方程式可知分别用B、C、D表示反应的速率，其比值是3∶2∶1，B正确；2 min内，B的浓度减少1.2 mol，2 min内用B表示的平均反应速率v(B)＝1.2 mol÷2 L÷2 min＝0.3 mol·L－1·min－1，而不是瞬时反应速率，C错误；速率之比等于化学计量数之比，故v(B)∶v(C)＝3∶2，D错误。‎ 答案　B ‎10.(2018·浙江省温州十校联合体高二上期中)将BaO2放入密闭的真空容器中，反应2BaO2(s)2BaO(s)＋O2(g)达到平衡。保持温度不变，缩小容器容积，体系重新达到平衡，下列说法正确的是(　　)‎ A.平衡常数减小 B.BaO量不变 C.氧气浓度不变 D.平衡向右移动 解析　A项，化学平衡常数只与温度有关，温度不变，平衡常数不变，故A错误；B项，缩小容器体积，增大压强，平衡向逆反应方向移动，则BaO的量减小，故B错误；C项，平衡向逆反应方向移动，但温度不变，平衡常数不变，氧气浓度不变，故C正确；D项，平衡向逆反应方向移动，故D错误。‎ 答案　C ‎11.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 ‎0.15‎ ‎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)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“>”“＝”“<”)v逆。‎ 解析　(1)K1＝，K2＝，K3＝，K3＝K1·K2。(2)500 ℃时，Qc＝<2.5，所以v正>v逆。‎ 答案　(1)K1·K2　(2)>‎ ‎12.Ⅰ.某压强下工业合成氨生产过程中，N2与H2按体积比为1∶3投料时，反应混合物中氨的体积分数随温度的变化曲线如图甲所示，其中一条是经过一定时间反应后的曲线，另一条是平衡时的曲线。‎ ‎(1)图甲中表示该反应的平衡曲线的是________(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)；由图甲中曲线变化趋势可推知工业合成氨的反应是________(填“吸热”或“放热”)反应。‎ ‎(2)图甲中a点，容器内气体n(N2)∶n(NH3)＝________，图甲中b点，v(正)________v(逆)(填“>”“＝”或“<”)。‎ Ⅱ.以工业合成的氨为原料，进一步合成尿素的反应原理为2NH3(g)＋CO2(g)CO(NH2)2(l)＋H2O(g)。‎ 工业生产时，需要原料气带有水蒸气，图乙中曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ表示在不同水碳比[]时，CO2的平衡转化率与氨碳比[]之间的关系。‎ ‎(1)写出该反应的化学平衡常数表达式：_______________________________。‎ ‎(2)曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ对应的水碳比最大的是 ‎________，判断依据是__________________________________________________________________。‎ ‎(3)测得B点氨的平衡转化率为40%，则x1＝________。‎ 解析　Ⅰ.(1)曲线Ⅱ表示随着反应的进行，NH3的体积分数逐渐增大，但反应达到平衡状态后继续升温，氨气的体积分数减小，这表明平衡后升高温度，平衡逆向移动，故合成氨是放热反应。因合成氨为放热反应，故随着温度的升高，平衡逆向移动，NH3的体积分数会逐渐降低，故曲线Ⅰ表示该反应平衡时的曲线。‎ ‎(2)设反应前N2、H2的物质的量分别为1 mol、3 mol，a点时消耗N2的物质的量为x mol。‎ ‎　　　　　 N2　＋　3H22NH3‎ n(初始)/mol 1 3 0‎ n(变化)/mol x 3x 2x n(平衡)/mol 1－x 3－3x 2x ×100%＝50%，解得x＝，此时n(N2)∶n(NH3)＝(1－)∶＝1∶4。由图甲知，b点后NH3的体积分数仍在增大，说明反应仍在向正反应方向进行，此时v(正)>v(逆)。‎ Ⅱ.(2)当氨碳比一定时，水碳比越大，说明原料气中含水蒸气越多，故二氧化碳的转化率越小，则曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中对应的水碳比最大的是曲线Ⅲ。‎ ‎(3)B点二氧化碳的平衡转化率为60%，氨气的平衡转化率是40%，设NH3、CO2的起始物质的量分别为x mol、y mol，则x mol×40%×＝y mol×60%，解得＝3，即x1＝3。‎ 答案　Ⅰ.(1)Ⅰ　放热　(2)1∶4　>‎ Ⅱ.(1)K＝　(2)Ⅲ　当氨碳比相同时，水碳比越大，CO2的平衡转化率越小　(3)3‎ ‎13.80 ℃时，将0.40 mol的N2O4气体充入2 L已经抽空的固定容积的密闭容器中，发生如下反应：N2O42NO2，ΔH>0，隔一段时间对该容器内的物质进行分析，得到如下数据：‎ ‎　　时间(s)‎ n(mol)　　‎ ‎0‎ ‎20‎ ‎40‎ ‎60‎ ‎80‎ ‎100‎ n(N2O4)‎ ‎0.40‎ a ‎0.20‎ c d e n(NO2)‎ ‎0.00‎ ‎0.24‎ b ‎0.52‎ ‎0.60‎ ‎0.60‎ ‎(1)计算0 s～20 s内用N2O4表示的平均反应速率为________ mol·L－1·s－1‎ ‎(2)要增大N2O4的转化率，同时增大该反应的K值，可采取的措施有(填序号)________。‎ A.通入一定量的NO2气体 B.通入一定量的氦气以增大压强 C.使用高效催化剂 D.升高温度 ‎(3)如图是80 ℃时容器中N2O4物质的量的变化曲线，请在该图中补画出该反应在60 ℃时N2O4物质的量的变化曲线。‎ 解析　(1)根据化学反应速率的数学表达式，v(NO2)＝0.24/(2×20) mol/(L·s)＝0.006 mol/(L·s)，化学反应速率之比等于化学计量数之比，v(N2O4)＝v(NO2)/2＝0.006/2 mol/(L·s)＝0.003 mol/(L·s)；(2)化学平衡常数只受温度的影响，温度改变则化学平衡常数改变，因此选项D正确；(3)正反应是吸热反应，根据勒夏特列原理，降低温度平衡向逆反应方向进行，N2O4的物质的量增加，但降低温度化学反应速率降低，达到平衡的时间比80 ℃的长，因此图像是。‎ 答案　(1)0.003　(2)D ‎(3)‎ ‎14.开发新能源是解决环境污染的重要举措，工业上常用CH4与CO2反应制备H2‎ 和CO，再用CO和H2合成甲醇。‎ ‎(1)已知：①2CH3OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋4H2O(g)　ΔH1＝－1 274.0 kJ·mol－1‎ ‎②2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)　ΔH2＝－566.0 kJ·mol－1‎ ‎③H2O(g)===H2O(l)　ΔH3＝－44 kJ·mol－1‎ 则甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式为________________‎ ‎__________________________________________________________________。‎ ‎(2)在恒容密闭容器中通入CH4与CO2，使其物质的量浓度均为1.0 mol·L－1，在一定条件下发生反应CO2(g)＋CH4(g)2CO(g)＋2H2(g)，测得CH4的平衡转化率与温度及压强的关系如图1所示：‎ 回答下列问题：‎ ‎①该反应的ΔH________(填“<”“＝”或“>”)0。‎ ‎②压强p1、p2、p3、p4由大到小的关系为________。压强为p4时，在b点：v(正)________(填“<”“＝”或“>”)v(逆)。‎ ‎③对于气相反应，用某组分(B)的平衡压强p(B)代替物质的量浓度c(B)也可表示平衡常数(记作Kp)，则该反应的平衡常数的表达式为Kp＝________；如果p4＝0.36 MPa，则a点的平衡常数Kp＝________。(保留3位有效数字，用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)‎ ‎④为探究反应速率与浓度的关系，该实验中，根据相关实验数据，粗略绘制出了2条速率－浓度关系曲线：v正－c(CH4)和v逆－c(CO)如图2所示。‎ 则：(ⅰ)与v正－c(CH4)相对应的是图2中曲线________(填“甲”或“乙”)。‎ ‎(ⅱ)当降低到某一温度时，反应重新达到平衡，相应的平衡点分别为________(填字母)。‎ 解析　(1)根据盖斯定律，由(①－②＋③×4)×可得：CH3OH(l)＋O2(g)===CO(g)＋2H2O(l)　ΔH＝(ΔH1－ΔH2＋ΔH3×4)×＝(－1 274.0 kJ·mol－1＋566.0 kJ·mol－1－44 kJ·mol－1×4)×＝－442 kJ·mol－1。‎ ‎(2)①根据图示，压强不变时，升高温度，CH4的平衡转化率增大，说明平衡向正反应方向移动，根据升高温度时，平衡向吸热反应方向移动，可知正反应为吸热反应，ΔH>0。②该反应的正反应气体分子数增大，温度不变时，减小压强，平衡向正反应方向移动，CH4的平衡转化率增大，故p4>p3>p2>p1。压强为p4时，b点未达到平衡，反应正向移动，故v(正)>v(逆)。③由用平衡浓度表示的平衡常数类推可知，用平衡压强表示的平衡常数Kp＝。p4时a点CH4的平衡转化率为80%，则平衡时c(CH4)＝c(CO2)＝0.2 mol·L－1，c(CO)＝c(H2)＝1.6 mol·L－1，则p(CH4)＝p(CO2)＝p4×＝p4，p(CO)＝p(H2)＝p4×＝p4，故K＝＝＝1.64。④(ⅰ)CH4的浓度由1.0 mol·L－1逐渐减小，而CO的浓度由0逐渐增加，故v正～c(CH4)相对应的曲线为乙。(ⅱ)降低温度，正、逆反应速率均减小，平衡向逆反应方向移动，则CH4的浓度增大，而CO的浓度减小，故相应的平衡点分别为B、F。‎ 答案　(1)CH3OH(l)＋O2(g)===CO(g)＋2H2O(l)　ΔH＝－442 kJ·mol－1‎ ‎(2)①>　②p4>p3>p2>p1　>‎ ‎③　1.64　④(ⅰ)乙　(ⅱ)B、F