2019届一轮复习人教版第七章化学反应速率和化学平衡学案
第七章 化学反应速率和化学平衡
考点一 化学反应速率
1．化学反应速率
2．化学反应速率与化学计量数的关系
(1)原理：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化学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，或v(A)＝v(B)＝v(C)＝v(D)。
(2)实例：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)＝0.2 mol·L－1·s－1，v(C)＝0.4 mol·L－1·s－1。
[拓展归纳]
(1)化学反应速率是指某一时间段内的平均反应速率而不是某一时刻的瞬时反应速率。
(2)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，但表示的意义相同。
(3)不能用固体或纯液体物质(不是溶液)表示化学反应速率，因为固体和纯液体物质的浓度视为常数。
[题点全练]
题点(一) 化学反应速率的计算
1．在N2＋3H22NH3的反应中，在5 s内NH3的浓度变化了8 mol·L－1，则NH3的平均反应速率( )
A．2.4 mol·L－1·s－1 B．0.8 mol·L－1·s－1
C．1.6 mol·L－1·s－1 D．0.08 mol·L－1·s－1
解析：选C 在5 s内NH3的浓度变化了8 mol·L－1，则v(NH3)＝＝1.6 mol·L－1·s－1。
2．在298 K时，实验测得溶液中的反应：H2O2＋2HI===2H2O＋I2，在不同浓度时的化学反应速率见表，由此可推知当c(HI)＝0.500 mol·L－1，c(H2O2)＝0.400 mol·L－1时的反应速率为( )
实验编号
1
2
3
4
5
c(HI)/mol·L－1
0.100
0.200
0.300
0.100
0.100
c(H2O2)/mol·L－1
0.100
0.100
0.100
0.200
0.300
v/mol·L－1·s－1
0.007 60
0.015 3
0.022 7
0.015 1
0.022 8
A．0.038 0 mol·L－1·s－1 B．0.152 mol·L－1·s－1
C．0.608 mol·L－1·s－1 D．0.760 mol·L－1·s－1
解析：选B 当c(HI)＝0.100 mol·L－1，c(H2O2)＝0.100 mol·L－1，v＝0.007 60 mol·L－1·s－1，由表中数据可知，速率与c(HI)成正比、与c(H2O2)成正比，所以当c(HI)＝0.500 mol·L－1，c(H2O2)＝0.400 mol·L－1，v＝0.007 60 mol·L－1·s－1×5×4＝0.152 mol·L－1·s－1。
3．反应4A(s)＋3B(g)2C(g)＋D(g)，经2 min后，B的浓度减少了0.6 mol·L－1。对此反应速率的正确表示是( )
A．用A表示的反应速率是0.8 mol·L－1·s－1
B．分别用B、C、D表示的反应速率，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．在这2 min内用B和C表示的反应速率的值都是相同的
解析：选B A项，A物质是固体，浓度视为常数，不能用来表示反应速率，错误；B项，化学反应速率之比等于相应物质的化学计量数之比，其比值为3∶2∶1，正确；C项，v(B)＝mol·L－1·min－1＝0.3 mol·L－1·min－1，是2 min内的平均速率，不是2 min末的瞬时速率，错误；D项，化学反应速率之比等于化学计量数之比，错误。
[规律方法] 反应速率计算的三种常用方法
(1)定义式法
v(B)＝＝。
(2)比例关系法
化学反应速率之比等于化学计量数之比，如mA(g)＋nB(g)===pC(g)中，
v(A)∶v(B)∶v(C)＝m∶n∶p。
(3)三段式法
列起始量、转化量、最终量，再根据定义式或比例关系计算。
对于反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，起始时A的浓度为a mol·L－1，B的浓度为b mol·L－1，反应进行至t1时，A消耗了x mol·L－1，则化学反应速率可计算如下：
mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)
起始/(mol·L－1) a b 0 0
转化/(mol·L－1) x
t1/(mol·L－1) a－x b－
则：v(A)＝ mol·L－1·s－1，v(B)＝ mol·L－1·s－1，
v(C)＝ mol·L－1·s－1，v(D)＝ mol·L－1·s－1。
题点(二) 化学反应速率的比较
4．在四个不同的容器中，在不同的条件下进行合成氨反应：N2＋3H22NH3。根据在相同时间内测定的结果判断，生成氨的速率最快的是( )
A．v(H2)＝0.01 mol·L－1·s－1
B．v(N2)＝0.3 mol·L－1·min－1
C．v(NH3)＝0.15 mol·L－1·min－1
D．v(H2)＝0.3 mol·L－1·min－1
解析：选B 在速率单位相同时，把速率除以其相应物质的化学计量数，数值大者，反应速率快。A项，v(H2)＝0.01 mol·L－1·s－1＝0.6 mol·L－1·min－1，v(H2)＝0.2 mol·L－1·min－1；B项，v(N2)＝0.3 mol·L－1·min－1；C项，v(NH3)＝0.075 mol·L－1·min－1，D项，v(H2)＝0.1 mol·L－1·min－1。由此可知，B项中表示的反应速率最快。
5．(2018·长沙模拟)反应A(g)＋3B(g)===2C(g)＋2D(g)在四种不同情况下的反应速率分别为①v(A)＝0.45 mol·L－1·s－1 ②v(B)＝0.6 mol·L－1·s－1 ③v(C)＝0.4 mol·L－1·s－1 ④v(D)＝0.45 mol·L－1·s－1。下列有关反应速率的比较中正确的是( )
A．④>③＝②>① B．①>④>②＝③
C．①>②>③>④ D．④>③>②>①
解析：选B 用比值法进行反应速率大小的比较，v(A)＝0.45 mol·L－1·s－1；v(B)＝×
0.6＝0.2 mol·L－1·s－1；v(C)＝×0.4＝0.2 mol·L－1·s－1；v(D)＝×0.45＝0.225 mol·L－1·s－1，故①>④>②＝③，B项正确。
[规律方法] 化学反应速率大小的比较方法
(1)归一法
将同一反应中的不同物质的反应速率转化成同一单位、同一种物质的反应速率，再进行速率的大小比较。
(2)比值法
将各物质表示的反应速率转化成同一单位后，再除以对应各物质的化学计量数，然后对求出的数值进行大小排序，数值大的反应速率快。如反应mA(g)＋nB(g)===pC(g)＋qD(g)，若>，则反应速率A>B。
[真题验收]
1．(2014·北京高考)一定温度下，10 mL 0.40 mol·L－1 H2O2溶液发生催化分解。不同时刻测得生成O2的体积(已折算为标准状况)如下表。
t/min
0
2
4
6
8
10
V(O2)/mL
0.0
9.9
17.2
22.4
26.5
29.9
下列叙述不正确的是(溶液体积变化忽略不计)( )
A．0～6 min的平均反应速率：
v(H2O2)≈3.3×10－2mol·L－1·min－1
B．6～10 min的平均反应速率：
v(H2O2)<3.3×10－2mol·L－1·min－1
C．反应至6 min时，c(H2O2)＝0.30 mol·L－1
D．反应至6 min时，H2O2分解了50%
解析：选C 根据题目信息可知，0～6 min，生成22.4 mL(标准状况)氧气，消耗0.002 mol H2O2，则v(H2O2)≈3.3×10－2 mol·L－1·min－1，A项正确；随反应物浓度的减小，反应速率逐渐降低，B项正确；反应至6 min时，剩余0.002 mol H2O2，此时c(H2O2)＝0.20 mol·L－1，C项错误；反应至6 min时，消耗0.002 mol H2O2，转化率为50%，D项正确。
2．(2014·全国卷Ⅱ节选)在容积为1.00 L的容器中，通入一定量的N2O4，发生反应N2O4(g)2NO2(g)，随温度升高，混合气体的颜色变深。
在0～60 s时段，反应速率v(N2O4)为________ mol·L－1·s－1。
解析：由题图可知，0～60 s时段，N2O4的物质的量浓度变化为0.060 mol·L－1，v(N2O4)＝＝0.001 0 mol·L－1·s－1。
答案：0.001 0
3．(2015·广东高考节选)用O2将HCl转化为Cl2，可提高效益，减少污染。一定条件下测得反应过程中n(Cl2)的数据如下：
t/min
0
2.0
4.0
6.0
8.0
n(Cl2)/10－3 mol
0
1.8
3.7
5.4
7.2
计算2.0～6.0 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)。
解析：据反应4HCl＋O2===2Cl2＋2H2O可知：v(HCl)＝＝＝1.8×10－3 mol·min－1。
答案：v(HCl)＝＝
1．8×10－3 mol·min－1
考点二 影响化学反应速率的因素
1．内因
反应物本身的性质是影响化学反应速率的主要因素。如相同条件下，Na、Mg、Al与稀盐酸反应的速率大小关系是Na>Mg>Al。
2．外因(其他条件不变，只改变一个条件)
3．理论解释——有效碰撞理论
(1)活化分子、活化能、有效碰撞
①活化分子：能够发生有效碰撞的分子。
②活化能：如图
[注意] E1为正反应的活化能，E2为逆反应的活化能，且ΔH＝E1－E2，E3为使用催化剂时的活化能。
③有效碰撞：活化分子之间能够引发化学反应的碰撞。
(2)活化分子、有效碰撞与反应速率的关系
[拓展归纳]
(1)升高温度，不论是放热反应还是吸热反应，化学反应速率均加快。
(2)催化剂能同等程度的改变正、逆化学反应速率，但不能改变反应进行的程度。
(3)压强及惰性气体对化学反应速率的影响
①改变压强，实质是通过改变物质的浓度来实现化学反应速率改变的。若压强改变导致了反应物浓度增大或减小，则化学反应速率会增大或减小。
②根据上述第①条原则，充入惰性气体对化学反应速率的影响可分为以下两种情况：
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
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
③对于没有气体参加的反应，改变体系压强，反应物的浓度不变，则化学反应速率不变。
(4)固体反应物量的增减，不能改变化学反应速率，固体的表面积改变才能改变化学反应速率。
[题点全练]
题点(一) 影响化学反应速率的因素
1．下列说法正确的是________。
A．100 mL 2 mol·L－1稀盐酸与锌反应时，加入少量硫酸铜固体，生成氢气的速率加快
B．相同条件下，等量的锌粒分别与100 mL 2 mol·L－1稀硫酸、100 mL 2 mol·L－1稀盐酸反应，反应速率相同
C．用铁片和稀硫酸反应制取氢气时，改用铁片和浓硫酸反应可以加快产生氢气的速率
D．对于A(s)＋B(g)C(g)＋D(g)的反应，加入A，反应速率加快
E．工业生产中常将矿石粉碎，可以增大接触面积，使反应速率加快
F．2NO2N2O4(正反应放热)，升高温度，v(正)增大，v(逆)减小
G．某恒容密闭容器中，发生反应A(g)===B(g)＋C(g)，通入He，压强增大，反应速率加快
H．某恒压密闭容器中，发生反应A(g)===B(g)＋C(g)，通入He，压强不变，反应速率不变
答案：AE
2．NO和CO都是汽车尾气里的有害物质，它们能缓缓地反应生成N2和CO2，化学方程式为2NO＋2CON2＋2CO2，对此反应，下列叙述错误的是( )
A．使用正催化剂能加大反应速率
B．改变反应物的压强对反应速率产生影响
C．冬天气温低，反应速率减慢，对人体危害更大
D．无论外界条件怎样改变，均对此化学反应的速率无影响
解析：选D 正催化剂能加大反应速率，故A正确；增大压强反应速率加快，减小压强反应速率减慢，故B正确；降低温度反应速率减慢，故C正确；反应速率随温度、压强、浓度、催化剂的改变而改变，故D错误。
题点(二) “控制变量法”探究影响化学反应速率的因素
3．下表是稀硫酸与某金属反应的实验数据：
实验序号
金属质量/g
金属状态
c(H2SO4) /(mol·L－1)
V(H2SO4) /mL
溶液温度/℃
金属消失的时间/s
反应前
反应后
1
0.10
丝
0.5
50
20
34
500
2
0.10
粉末
0.5
50
20
35
50
3
0.10
丝
1.0
50
20
35
125
4
0.10
丝
1.0
50
35
50
50
分析上述数据，回答下列问题：
(1)实验1和2表明，__________________对反应速率有影响，而且________，则反应速率越快。
(2)表明反应物浓度对反应速率产生影响的实验是______(填实验序号)。
(3)实验中影响反应速率的其他因素还有________，其实验序号是________(填实验序号)。
(4)实验中的所有反应，反应前后溶液的温度变化值(约15 ℃)相近，推测其原因：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)实验1和2中金属的状态不同，其他条件几乎相同，表明固体反应物的表面积对反应速率有影响，而且，表面积越大，则反应速率越快。
(2)实验1和3中只有反应物的浓度不同，其他条件几乎相同，根据实验1和3可知，反应物浓度对反应速率产生影响，且浓度越大，反应速率越快。
(3)根据实验3和4可知，反应温度也会影响反应速率。
(4)实验的所有反应中，硫酸可能均过量，等质量的金属完全反应，放出的热量相等，所以使等体积溶液的温度升高值相近。
答案：(1)固体反应物的表面积 表面积越大 (2)1和3 (3)反应温度 3和4 (4)可能是硫酸过量，等质量的金属完全反应，放出的热量相等，所以使等体积溶液的温度升高值相近
[规律方法] “控制变量法”的解题策略
题点(三) 利用“断点”突破化学反应速率图像(t图)
4．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，对化学反应速率和化学平衡产生影响，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)( )
解析：选C 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。
5．密闭容器中发生反应：A(g)＋3B(g)2C(g) ΔH<0，根据下列vt图像，回答下列问题：
(1)下列时刻所改变的外界条件是t1_______________________________________；
t3____________________；t4__________________________________________。
(2)反应速率最快的时间段是________。
(3)下列措施能增大正反应速率的是________。
A．通入A(g) B．分离出C(g)
C．降温 D．增大容积
解析：(1)t1时刻，改变条件，v正、v逆均增大，且v′逆>v′正，平衡逆向移动，说明改变的条件是升高温度。
t3时刻，改变条件，v正、v逆同等程度增大，且该反应是反应前后气体物质的量不相等的反应，故改变的条件是加入催化剂。
t4时刻，改变条件，v正、v逆均减小，且v逆>v正，平衡逆向移动，说明改变的条件是减小压强。
(2)t3～t4时间段内，反应使用催化剂，由图像可知该时间段内反应速率最快。
(3)降温、增大容积均会使正、逆反应速率减小；分离出C(g)时，v正不变，v逆减小，通入A(g)，反应物的浓度增大，v正增大。
答案：(1)升高温度 加入催化剂 减小压强 (2)t3～t4 (3)A
[规律方法]
(1)速率—时间图像“断点”分析
当可逆反应达到一种平衡后，若某一时刻外界条件发生改变，都可能使速率－时间图像的曲线出现不连续的情况，即出现“断点”。根据“断点”前后的速率大小，即可对外界条件的变化情况作出判断。如图，t1时刻改变的条件可能是使用了催化剂或增大压强(仅适用于反应前后气体物质的量不变的反应)。
(2)常见含“断点”的速率变化图像分析
图像
t1时刻所改变的条件
温度
升高
降低
升高
降低
适合正反应为放热的反应
适合正反应为吸热的反应
压强
增大
减小
增大
减小
适合正反应为气体物质的量增大的反应
适合正反应为气体物质的量减小的反应
[真题验收]
1．(2015·海南高考改编)10 mL浓度为1 mol·L－1的盐酸与过量的锌粉反应，若加入适量的下列溶液，能减慢反应速率但又不影响氢气生成量的是( )
A．K2SO4 B．CH3COOH
C．CuSO4 D．Na2CO3
解析：选A Zn与稀盐酸发生反应：Zn＋2HCl===ZnCl2＋H2↑，若加入物质使反应速率降低，则c(H＋)减小，但是不影响产生氢气的物质的量，说明最终电离产生的n(H＋)不变。A.K2SO4是强酸强碱盐，不发生水解，溶液显中性，溶液中的水对盐酸起稀释作用，使c(H＋)减小，但没有消耗H＋，因此n(H＋)不变，正确；B.当反应进行到一定程度，会发生反应：2CH3COOH＋Zn===(CH3COO)2Zn＋H2↑，会使产生氢气的物质的量增大，错误；C.加入CuSO4溶液会与Zn发生置换反应：CuSO4＋Zn===Cu＋ZnSO4，产生的Cu与Zn和盐酸构成原电池，会加快反应速率，错误；D.若加入Na2CO3溶液，会与盐酸发生反应：Na2CO3＋2HCl===2NaCl＋H2O＋CO2↑，使溶液中的c(H＋)减小，但由于逸出了CO2
气体，因此使n(H＋)也减小，产生氢气的物质的量减小，错误。
2．(2014·全国卷Ⅰ)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：选A 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)＝v(H2O)＝2v(O2)，D项错误。
3．(2013·福建高考)NaHSO3溶液在不同温度下均可被过量KIO3氧化，当NaHSO3完全消耗即有I2析出，根据I2析出所需时间可以求得NaHSO3的反应速率。将浓度均为0.020 mol·L－1的NaHSO3溶液(含少量淀粉)10.0 mL、KIO3(过量)酸性溶液40.0 mL混合，记录10～55 ℃间溶液变蓝时间，55 ℃时未观察到溶液变蓝，实验结果如图。据图分析，下列判断不正确的是( )
A．40 ℃之前与40 ℃之后溶液变蓝的时间随温度的变化趋势相反
B．图中b、c两点对应的NaHSO3反应速率相等
C．图中a点对应的NaHSO3反应速率为
5．0×10－5 mol·L－1·s－1
D．温度高于40 ℃时，淀粉不宜用作该实验的指示剂
解析： 选B 由题给图像可知，温度低于40 ℃时，温度升高，溶液变蓝的时间短，但温度高于40 ℃时情况相反，A项正确；因为b、c两点的温度不同，反应速率不可能相等，B项错误；图中a点，所用的时间为80 s，则NaHSO3的反应速率为(0.020 mol·L－1×10.0 mL×10－3 L·mL－1)÷(50 mL×10－3 L·mL－1)÷80 s＝5.0×10－5 mol·L－1·s－1，C项正确；由题给条件，55 ℃时未观察到溶液变蓝可知，温度高于40 ℃
时，淀粉易糊化，不宜作该实验的指示剂，D项正确。
[综合演练提能]
[课堂巩固练]
1．在密闭容器中进行的反应：N2＋O22NO，不能加快该反应的反应速率的是( )
A．缩小体积 B．充入少量NO气体
C．体积增大到原来的2倍 D．升高温度
解析：选C A项，缩小体积，反应物浓度增大，化学反应速率增大；B项，充入NO气体增大生成物浓度，反应速率增大；C项，体积扩大，反应物浓度减小，化学反应速率减小；D项，升高温度，加快反应速率。
2．(2018·沧州一中月考)对反应A＋BAB来说，常温下按以下情况进行反应：①20 mL溶液中含A、B各0.01 mol；②50 mL溶液中含A、B各0.05 mol；③0.1 mol·L－1的A、B溶液各10 mL；④0.5 mol·L－1的A、B溶液各50 mL，四者反应速率的大小关系是( )
A．②>①>④>③ B．④>③>②>①
C．①>②>④>③ D．①>②>③>④
解析：选A 对于溶液中进行的反应，反应物A、B的浓度越大，化学反应速率越快。溶液①中c(A)＝c(B)＝＝0.5 mol·L－1，溶液②中c(A)＝c(B)＝＝1.0 mol·L－1，溶液③中c(A)＝c(B)＝×0.1 mol·L－1＝0.05 mol·L－1，溶液④中c(A)＝c(B)＝×0.5 mol·L－1＝0.25 mol·L－1，据此推知反应速率的大小关系为②>①>④>③。
3．将4 mol A气体和2 mol B气体在2 L的容器中混合并在一定条件下发生反应：2A(g)＋B(g)3C(g)＋4D(s)，若经2 s后测得C的浓度为0.9 mol·L－1，则下列几种说法中正确的是( )
①用物质A表示的平均反应速率为0.3 mol·L－1·s－1
②用物质D表示的平均反应速率为0.6 mol·L－1·s－1
③2 s时，物质A的转化率为30%
④用A、B、C来表示反应速率，其速率之比为2∶1∶3
A．①③④ B．①②③④
C．①②③ D．③④
解析：选A ①经2 s后测得C的浓度为0.9 mol·L－1，则有v(C)＝＝0.45 mol·L－1·s－1，根据物质的反应速率之比等于化学计量数之比可得v(A)＝v(C)＝×0.45 mol·L－1·s－1＝0.3 mol·L－1·s－1，正确；②D为固体，不能用其浓度变化来表示反应速率，错误；
③2 s 时，消耗A的物质的量为0.3 mol·L－1·s－1×2 s×2 L＝1.2 mol，故物质A的转化率为×100%＝30%，正确；④用A、B、C来表示反应速率，反应速率之比等于其化学计量数之比，即A、B、C的反应速率之比为2∶1∶3，正确。
4.将一定量的气体A和B充入2 L 的密闭容器中，发生反应A(g)＋3B(g)2C(g)，有关变化如图所示。下列说法正确的是( )
A．图中表示气体B物质的量随时间变化的曲线是X
B．2 min内用C表示的反应速率v(C)是0.1 mol·L－1·min－1
C．平衡时，气体A的浓度是0.45 mol·L－1
D．平衡时，气体B的转化率是70%
解析：选C 由图可知，X、Y曲线的物质的量逐渐减小为反应物，Z曲线的物质的量逐渐增大为生成物，到达平衡时，X的变化量为1.0 mol－0.9 mol＝0.1 mol，Y的变化量为1.0 mol－0.7 mol＝0.3 mol，Z的变化量为0.2 mol，则X∶Y∶Z＝1∶3∶2；已知A(g)＋3B(g)2C(g)，则X表示A，Y表示B，Z表示C，故A错误；2 min内，C的物质的量变化为0.2 mol，则C的浓度变化为＝0.1 mol·L－1，所以C表示的反应速率v＝Δc/Δt＝＝0.05 mol·L－1·min－1，故B错误；图中表示气体A物质的量随时间变化的曲线是X，则平衡时A的物质的量为0.9 mol，则平衡时其浓度为0.45 mol·L－1，故C正确；图中表示气体B物质的量随时间变化的曲线是Y，平衡时B的变化量为1.0 mol－0.7 mol＝0.3 mol，则气体B的转化率＝×100%＝×100%＝30%，故D错误。
5．(2017·江苏高考)H2O2分解速率受多种因素影响。实验测得70 ℃时不同条件下H2O2浓度随时间的变化如图所示。下列说法正确的是( )
A．图甲表明，其他条件相同时，H2O2浓度越小，其分解速率越快
B．图乙表明，其他条件相同时，溶液pH越小，H2O2分解速率越快
C．图丙表明，少量Mn2＋存在时，溶液碱性越强，H2O2分解速率越快
D．图丙和图丁表明，碱性溶液中，Mn2＋对H2O2分解速率的影响大
解析：选D 由图甲可知，起始时H2O2的浓度越小，曲线下降越平缓，说明反应速率越慢，A项错误；OH－的浓度越大，pH越大，即0.1 mol·L－1NaOH对应的pH最大，曲线下降最快，即H2O2分解最快，B项错误；由图丙可知，相同时间内，0.1 mol·L－1NaOH条件下H2O2分解最快，0 mol·L－1NaOH条件下H2O2分解最慢，而1.0 mol·L－1NaOH条件下H2O2的分解速率处于中间，C项错误；由图丁可知，Mn2＋越多，H2O2的分解速率越快，说明Mn2＋对H2O2分解速率影响较大，D项正确。
6．Ⅰ.下列各项分别与哪个影响化学反应速率的因素关系最为密切？
(1)同浓度不同体积的盐酸中放入同样大小的锌块和镁块，产生气体有快有慢：________________________________________________________________________。
(2)MnO2加入双氧水中放出气泡更快：______________________________________。
Ⅱ.在一定温度下，4 L密闭容器内某一反应中气体M、气体N的物质的量随时间变化的曲线如图：
(1)比较t2时刻，正逆反应速率大小v正____v逆。(填“＞”“＝”或“＜”)
(2)若t2＝2 min，计算反应开始至t2时刻用M的浓度变化表示的平均反应速率为________________________________________________________________________。
(3)t3时刻化学反应达到平衡，反应物的转化率为_______________________________。
(4)如果升高温度，则v逆________(填“增大”“减小”或“不变”)。
解析：Ⅰ.(1)反应物本身性质是影响化学反应速率的主要因素，镁比锌活泼，与盐酸反应较剧烈。
(2)MnO2是H2O2分解反应的催化剂，可加快反应速率。
Ⅱ.(1)t2时刻，反应物逐渐减小，生成物逐渐增多，反应未达平衡且正向进行，v正＞v逆。
(2)v＝＝＝0.25 mol·L－1·min－1。
(3)t3时刻化学反应达到平衡，剩余2 mol N，则转化6 mol N，转化率为×100%＝75%。
(4)升高温度，反应速率增大。
答案：Ⅰ.(1)反应物本身性质 (2)催化剂
Ⅱ.(1)＞ (2)0.25 mol·L－1·min－1 (3)75% (4)增大
[课下提能练]
1．改变外界条件可以影响化学反应速率，针对H2(g)＋I2(g)2HI(g)，其中能使活化分子百分数增加的是( )
①增大反应物浓度 ②增大气体的压强
③升高体系的温度 ④使用催化剂
A．①② B．②③
C．①④ D．③④
解析：选D 增大反应物浓度，单位体积内活化分子数目增加，即活化分子的浓度增大，反应速率加快，但活化分子百分数不变，①错误；增大气体的压强，容器的体积缩小，相当于增大浓度，单位体积内活化分子数目增加，但活化分子百分数不变，②错误；升高体系的温度，部分普通分子变成活化分子，单位体积内活化分子的数目及百分数均增加，③正确；使用催化剂，降低了活化能，单位体积内活化分子的数目及百分数均增加，④正确。
2．反应A(g)＋3B(g)2C(g)＋2D(g)在四种不同情况下的反应速率如下，其中表示该反应的反应速率最快的是( )
A．v(A)＝0.15 mol·L－1·min－1
B．v(B)＝0.01 mol·L－1·s－1
C．v(C)＝0.40 mol·L－1·min－1
D．v(D)＝0.45 mol·L－1·min－1
解析：选D 如果都用物质B表示该反应的反应速率，则根据反应速率之比等于化学计量数之比可知选项A～D分别是0.45 mol·L－1·min－1、0.60 mol·L－1·min－1、0.60 mol·L－1·min－1、0.675 mol·L－1·min－1，即选项D表示的该反应的反应速率最快。
3．(2018·佛山一中月考)一定温度下，在某密闭容器中发生反应2HI(g)H2(g)＋I2(g) ΔH>0，若在0～15 s内c(HI)由0.1 mol·L－1降到0.07 mol·L－1，则下列说法正确的是( )
A．0～15 s内用I2表示的平均反应速率为v(I2)＝0.002 mol·L－1·s－1
B．c(HI)由0.07 mol·L－1降到0.05 mol·L－1所需的反应时间小于10 s
C．升高温度正反应速率加快，逆反应速率减慢
D．减小反应体系的体积，化学反应速率加快
解析：选D 0～15 s内，v(I2)＝v(HI)＝×＝0.001 mol·L－1·s－1，A项错误；随着反应进行，c(HI)减小，v(HI)减小，故c(HI)由0.07 mol·L－1降到0.05 mol·L－1，所需时间大于10
s，B项错误；升高温度，正、逆反应速率均增大，C项错误；减小反应体系的体积，压强增大，反应速率加快，D项正确。
4.对可逆反应：A(g)＋B(s)C(s)＋D(g) ΔH>0。如图所示为正、逆反应速率(v)与时间(t)关系的示意图，如果在t1时刻改变条件：①加入A；②加入催化剂；③加压；④升温；⑤减少C，符合图示条件的是( )
A．②③ B．①②
C．③④ D．④⑤
解析：选A 加入A，因为A为气体，因此加入A平衡向正反应方向移动，v(正)>v(逆)，故①错误；催化剂对化学平衡无影响，只加快反应速率，故②正确；反应前后气体系数相等，因此加压平衡不移动，化学反应速率增大，故③正确；升高温度，反应速率加快，平衡向正反应方向移动，故④错误；C为固体，浓度视为常数，对化学平衡移动无影响，对化学反应速率无影响，故⑤错误。
5．已知4NH3＋5O2===4NO＋6H2O，若反应速率分别用v(NH3)、v(O2)、v(NO)、v(H2O)(mol·L－1·min－1)表示，则正确的关系是( )
A.v(NH3)＝v(O2) B.v(O2)＝v(H2O)
C.v(NH3)＝v(H2O) D.v(O2)＝v(NO)
解析：选D 由已知可得v(NH3)＝v(O2)＝v(NO)＝v(H2O)，据此可知，A项应为v(NH3)＝v(O2)；B项应为v(O2)＝v(H2O)；C项应为v(NH3)＝v(H2O)。
6.(2018·宁波十校模拟)某温度下，在容积为2 L的密闭容器中投入一定量的A、B发生反应3A(g)＋bB(g)cC(g) ΔH＝－Q kJ·mol－1(Q>0)，12 s时反应达到平衡，生成C的物质的量为0.8 mol，反应过程中A、B的物质的量浓度随时间的变化关系如图所示。下列说法正确的是( )
A．前12 s内，A的平均反应速率为0.025 mol·L－1·s－1
B．12 s后，A的消耗速率等于B的生成速率
C．化学计量数之比b∶c＝1∶2
D．12 s内，A和B反应放出的热量为0.2Q kJ
解析：选C 分析图像可知12 s内A的浓度变化为(0.8－0.2)mol·L－1＝0.6 mol·L－1，反应速率v(A)＝＝＝0.05 mol·L－1·s－1，A项错误；分析图像，12
s内B的浓度变化为(0.5－0.3)mol·L－1＝0.2 mol·L－1，v(B)＝＝ mol·L－1·s－1，速率之比等于化学计量数之比，3∶b＝0.05∶，b＝1，3∶c＝0.05∶，c＝2，A、B的化学计量数不同，12 s后达到平衡状态，A的消耗速率不等于B的生成速率，B项错误，C项正确；消耗3 mol A放热Q kJ,12 s内消耗A的物质的量为0.6 mol·L－1×2 L＝1.2 mol，消耗1.2 mol A放出的热量为0.4Q kJ，D项错误。
7．对水样中溶质M的分解速率影响因素进行研究。在相同温度下，M的物质的量浓度(mol·L－1)随时间(min)变化的有关实验数据见下表。
时间
水样
0
5
10
15
20
25
Ⅰ(pH＝2)
0.40
0.28
0.19
0.13
0.10
0.09
Ⅱ(pH＝4)
0.40
0.31
0.24
0.20
0.18
0.16
Ⅲ(pH＝4)
0.20
0.15
0.12
0.09
0.07
0.05
Ⅳ(pH＝4，含Cu2＋)
0.20
0.09
0.05
0.03
0.01
0
下列说法不正确的是( )
A．在0～20 min内，Ⅰ中M的分解速率为
0．015 mol·L－1·min－1
B．水样酸性越强，M的分解速率越快
C．在0～25 min内，Ⅲ中M的分解百分率比Ⅱ大
D．由于Cu2＋存在，Ⅳ中M的分解速率比Ⅰ快
解析：选D 由表中数据分析可知，Ⅳ中M的分解速率比Ⅰ慢，D错误。
8．少量铁片与100 mL 0.01 mol·L－1的稀盐酸反应，反应速率太慢。为了加快此反应速率而不改变H2的产量，可以使用如下方法中的( )
①加H2O ②加KNO3溶液 ③滴入几滴浓盐酸 ④加入少量铁粉 ⑤加NaCl溶液 ⑥滴入几滴硫酸铜溶液
⑦升高温度(不考虑盐酸挥发) ⑧改用10 mL 0.1 mol·L－1盐酸
A．①⑥⑦ B．②③⑤⑧
C．③⑦⑧ D．③④⑥⑦⑧
解析：选C 铁片与稀盐酸反应的实质是Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑。加水稀释，c(H＋)减小，反应速率减慢， ①错误；加KNO3溶液，溶液中含有NO、H＋，与Fe发生反应生成NO，得不到H2，②错误；滴加浓盐酸后，c(H＋)增大，反应速率加快，由于铁片不足量，产生H2的量不变，③正确；加入少量铁粉，c(H＋
)不变，反应速率不变，Fe的质量增加，则生成H2的量增加，④错误；加NaCl溶液，相当于加水稀释，c(H＋)减小，反应速率减慢，⑤错误；滴加CuSO4溶液，Fe与CuSO4发生置换反应析出Cu，形成原电池，反应速率加快，但由于置换Cu时消耗一部分Fe粉，生成H2的量减少，⑥错误；升高温度，反应速率加快，n(HCl)不变，则生成H2的量不变，⑦正确；改用10 mL 0.1 mol·L－1盐酸，c(H＋)增大，n(H＋)不变，反应速率加快，n(Fe)不变，则生成H2的量不变，⑧正确；故可使用的方法有③⑦⑧。
9．其他条件相同时，不同pH条件下，用浓度传感器测得反应2A＋B===3C＋D中产物D的浓度随时间变化的关系如图。则下列有关说法正确的是( )
A．pH＝8.8时，升高温度，反应速率不变
B．保持外界条件不变，反应一段时间后，pH越小，D的浓度越大
C．为了实验取样，可以采用调节pH的方法迅速停止反应
D．减小外界压强，反应速率一定减小
解析：选C pH＝8.8时，升高温度，活化分子之间的有效碰撞概率增大，反应速率一定增大，A错误；保持外界条件不变，反应初期，pH＝7.5和pH＝8.2时D的浓度相同，B错误；pH＝8.8时，反应速率接近于0，可认为反应停止，所以调节pH可迅速停止反应，C正确；对于没有气体参加的反应，减小压强，反应速率几乎不变，不知道参与此反应的物质的状态，故该反应速率不一定减小，D错误。
10．一定条件下，在体积为10 L的固定容器中发生反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH<0，反应过程如图所示，下列说法正确的是( )
A．t1 min时，正、逆反应速率相等
B．X曲线表示NH3的物质的量随时间变化的关系
C．0～8 min内，H2的平均反应速率v(H2)＝0.075 mol·L－1·min－1
D．10～12 min，升高温度，反应速率减慢
解析：选B t1 min后，X、Y的物质的量继续发生变化，则t1
min时该反应未达到平衡状态，故t1 min时，正、逆反应速率不相等，A错误。由题图可知，7～10 min处于平衡状态，0～7 min内，X、Y的物质的量变化分别为0.6 mol、0.9 mol，二者的比值为0.6 mol∶0.9 mol＝2∶3，结合反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)推知，X曲线表示NH3，Y曲线表示H2，B正确。0～8 min内，n(H2)由1.2 mol减少到0.3 mol，则v(H2)＝＝0.011 25 mol·L－1·min－1，C错误。该反应为放热反应，升高温度，化学反应速率加快，平衡向逆反应方向移动，n(X)减小，n(Y)增大，与题图不符，D错误。
11．回答下列问题：
(1)将等物质的量的A和B，混合于2 L的密闭容器中，发生反应：3A(g)＋B(g)xC(g)＋2D(g)，5 min后测得c(D)＝0.5 mol·L－1，c(A)∶c(B)＝3∶5，C的反应速率是0.1 mol·L－1·min－1。
①A在5 min末的浓度是________________。
②v(B)＝________________。
③x＝______________。
(2)在25 ℃时，向100 mL含氯化氢14.6 g的盐酸中，放入5.6 g纯铁粉，反应进行到2 min末收集到氢气1.12 L(标准状况)，在此后又经过4 min，铁粉完全溶解。若不考虑溶液体积的变化，则：
①前2 min内用FeCl2表示的平均反应速率是________。
②后4 min内用HCl表示的平均反应速率是________。
③前2 min与后4 min相比，反应速率________较快，其原因是________________________________________________________________________。
解析：(1)D的反应速率v(D)＝＝0.1 mol·L－1·min－1，又因C的平均反应速率为0.1 mol·L－1·min－1，根据反应速率之比等于相应的化学计量数之比可知，x＝2，v(B)＝v(C)＝0.05 mol·L－1·min－1。
3A(g)＋B(g)2C(g)＋2D(g)
起始浓度(mol·L－1) a a 0 0
转化浓度(mol·L－1) 0.75 0.25 0.5 0.5
5 min后浓度(mol·L－1) a－0.75 a－0.25 0.5 0.5
由于c(A)∶c(B)＝3∶5，所以(a－0.75)∶(a－0.25)＝3∶5，得a＝1.5，则5 min末A的浓度为1.5 mol·L－1－0.75 mol·L－1＝0.75 mol·L－1。
(2)①反应开始至2 min末，收集到1.12 L(标准状况)氢气，则氢气的物质的量是0.05 mol。根据方程式2HCl＋Fe===FeCl2＋H2↑，生成氯化亚铁0.05 mol，其浓度是0.5 mol·L－1
，所以用氯化亚铁表示的反应速率是0.5 mol·L－1÷2 min＝0.25 mol·L－1·min－1。②氯化氢的物质的量是0.4 mol，而铁是0.1 mol，所以在后4 min内消耗氯化氢的物质的量是(0.1 mol－0.05 mol)×2＝0.1 mol，所以用氯化氢表示的反应速率是1.0 mol·L－1÷4 min＝0.25 mol·L－1·min－1。③根据①②可知，前2 min 与后4 min相比，反应速率较快的是前2 min。这是由于随着反应的进行，反应物氢离子的浓度逐渐减小，反应速率逐渐减慢。
答案：(1)①0.75 mol·L－1 ②0.05 mol·L－1·min－1
③2
(2)①0.25 mol·L－1·min－1 ②0.25 mol·L－1·min－1
③前2 min 在其他条件不变时，随着反应进行，反应物的浓度逐渐减小，因而反应速率随之减小
12．某实验小组以H2O2分解为例，研究浓度、催化剂、溶液的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－1FeCl3溶液
④
10 mL 5% H2O2溶液＋少量HCl溶液
1 mL 0.1 mol·L－1FeCl3溶液
⑤
10 mL 5% H2O2溶液＋少量NaOH溶液
1 mL 0.1 mol·L－1FeCl3溶液
(1)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________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)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所示。
分析图示能够得出的实验结论是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)对比实验①、②的实验条件，其他条件相同，仅H2O2
溶液的浓度不同，故其目的是探究反应物浓度对化学反应速率的影响。“通常条件下H2O2稳定，不易分解”，欲使H2O2分解产生O2，可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，从而加快反应速率，易于观察。
(2)实验④为酸性溶液，实验⑤为碱性溶液，图中实验③、④、⑤生成氧气的体积相同，但反应的时间不同，反应速率不同，分析可知：溶液的酸性越强，H2O2的分解速率越慢；溶液的碱性越强，H2O2的分解速率越快。
答案：(1)探究反应物浓度对化学反应速率的影响 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)
(2)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
13．(2018·临沂期中)用酸性KMnO4和H2C2O4(草酸)反应研究影响反应速率的因素，离子方程式为2MnO＋5H2C2O4＋6H＋===2Mn2＋＋10CO2↑＋8H2O。一实验小组欲通过测定单位时间内生成CO2的速率，探究某种影响化学反应速率的因素，设计实验方案如下(KMnO4溶液已酸化)，实验装置如图甲所示：
实验序号
A溶液
B溶液
①
20 mL 0.1 mol·L－1 H2C2O4溶液
30 mL 0.01 mol·L－1 KMnO4溶液
②
20 mL 0.2 mol·L－1 H2C2O4溶液
30 mL 0.01 mol·L－1 KMnO4溶液
(1)该实验探究的是____________因素对化学反应速率的影响。相同时间内针筒中所得CO2的体积大小关系是________>________(填实验序号)。
(2)若实验①在2 min末收集了4.48 mL CO2(标准状况下)，则在2 min末，c(MnO)＝________ mol·L－1(假设混合溶液的体积为50 mL)。
(3)除通过测定一定时间内CO2的体积来比较反应速率外，本实验还可通过测定________________________________________________________________________
来比较化学反应速率。
(4)小组同学发现反应速率变化如图乙，其中t1～t2时间内速率变快的主要原因可能是：①产物Mn2＋是反应的催化剂，②___________________________________________。
解析：(1)对比①②实验中A溶液、B溶液的数据可知，除c(H2C2O4)不同外，其余各量均相同，显然该实验是探究浓度对化学反应速率的影响。实验②中A溶液的c(H2C2O4)比实验①中大，则实验②的化学反应速率快，所得CO2的体积大。
(2)收集到CO2的物质的量为n(CO2)＝＝2×10－4 mol，则有
2MnO＋5H2C2O4＋6H＋===2Mn2＋＋10CO2↑＋8H2O
2 10
n(MnO) 2×10－4 mol
列式：＝，解得n(MnO)＝4×10－5 mol。在2 min末，n(MnO)＝30×10－3 L×0.01 mol·L－1－4×10－5 mol＝2.6×10－4 mol，从而可得c(MnO)＝＝0.005 2 mol·L－1。
答案：(1)浓度 ② ① (2)0.005 2
(3)KMnO4溶液完全褪色所需时间(或产生相同体积气体所需时间)
(4)反应放热
考点一 化学平衡状态
[思维流程]
1．可逆反应
2．化学平衡的建立
(1)化学平衡的建立过程
(2)化学平衡状态的概念
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质量或浓度保持不变的状态。
3．化学平衡状态的特点
4．化学平衡状态的判断
化学反应
mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)
是否平衡
混合物体系中各成分的含量
①各物质的物质的量或物质的量分数一定
平衡
②各物质的质量或质量分数一定
平衡
③各气体的体积或体积分数一定
平衡
④总体积、总压强、总物质的量一定
不一定平衡
正、逆反应速率之间的关系
①在单位时间内消耗了m mol A，同时也生成了m mol A
平衡
②在单位时间内消耗了n mol B，同时也消耗了p mol C
平衡
③v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝m∶n∶p∶q
不一定平衡
④在单位时间内生成了n mol B，同时也消耗了q mol D
不一定平衡
压强
①其他条件一定、总压强一定，且m＋n≠p＋q
平衡
②其他条件一定、总压强一定，且m＋n＝p＋q
不一定平衡
混合气体的平均相对分子质量
①平均相对分子质量一定，且m＋n≠p＋q
平衡
②平均相对分子质量一定，且m＋n＝p＋q
不一定平衡
温度
平衡
任何化学反应都伴随着能量变化，当体系温度一定时
气体的密度
密度一定
不一定平衡
颜色
反应体系内有色物质的颜色稳定不变
平衡
[典例] (2017·全国卷Ⅲ节选)298 K时，将20 mL 3x mol·L－1 Na3AsO3、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。
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
[学审题析题]
①溶液的pH不再变化，即OH－的浓度不再变化，所以平衡体系中各组分的浓度均不再变化，说明反应达到平衡状态，a项正确；
②当v正(I－)＝2v逆(AsO)或v逆(I－)＝2v正(AsO)时反应达到平衡状态，由于选项中的速率未指明是正反应速率还是逆反应速率，不能确定是否达到平衡状态，故b项错误；
③反应达到平衡之前，c(AsO)逐渐减小而c(AsO)逐渐增大，故c(AsO)/c(AsO)逐渐增大，当c(AsO)/c(AsO)不变时反应达到平衡状态，c项正确；
④根据离子方程式可知反应体系中恒有c(I－)＝2c(AsO)，观察图像可知反应达到平衡时c(AsO)＝y mol·L－1，此时c(I－)＝2y mol·L－1，故d项错误。
[答案] ac
[规律方法]
判断化学平衡状态的方法——“正逆相等，变量不变”
[对点训练]
1．可逆反应N2＋3H22NH3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．v正(N2)＝v逆(NH3)
C．2v正(H2)＝3v逆(NH3) D．v正(N2)＝3v逆(H2)
解析：选C 因化学反应达到平衡时，正逆反应速率相等(同种物质)或正逆反应速率之比等于化学计量数之比(不同物质)。无论该反应是否达到平衡状态，都有3v正(N2)＝v正(H2)，A错误；反应达到平衡状态时，2v正(N2)＝v逆(NH3)，B错误；反应达到平衡状态时，v正(H2)∶v逆(NH3)＝3∶2，C正确；反应达到平衡状态时，v正(N2)∶v逆(H2)＝1∶3，D错误。
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：选D 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＝m/V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(N2O4)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。
3．在一定温度下的恒容容器中，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A(s)＋2B(g)C(g)＋D(g)达到平衡状态的是________。
(6)能说明NH2COONH4(s)2NH3(g)＋CO2(g)达到平衡状态的是________。
答案：(1)①③④⑦ (2)⑤⑦ (3)①③④⑤⑦
(4)①②③④⑦ (5)②④⑦ (6)①②③
考点二 化学平衡移动
[思维流程]
1．化学平衡的移动
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，如下所示：
2．外界因素对化学平衡移动的影响
(1)影响化学平衡的因素
条件的改变(其他条件不变)
化学平衡的移动
浓度
增大反应物浓度或
减小生成物浓度
向反应方向移动
减小反应物浓度或
增大生成物浓度
向反应方向移动
压强(对有气体存在的反应)
反应前后气体分子数改变
增大压强
向气体体积减小的方向移动
减小压强
向气体体积增大的方向移动
反应前后气体分子数不变
改变压强
平衡移动
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
催化剂
使用催化剂
平衡移动
(2)通过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：
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。
(3)几种特殊情况说明
①改变固体或纯液体的量，对化学平衡无影响。
②“惰性气体”对化学平衡的影响。
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
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。
3．勒夏特列原理
如果改变影响化学平衡的条件之一(如温度、压强、以及参加反应的化学物质的浓度)
，平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动。
[注意] 外界条件改变时，化学平衡发生移动，最终结果只能“减弱”条件的改变，但不能“消除”条件的改变。
[典例] (2016·全国卷Ⅱ)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
(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___________________________________。
[学审题析题]
第(1)问分析可获得以下解题信息
由题给生成丙烯腈的热化学方程式①
可知其反应的特点：正反应为放热反应，正反应方向是气体物质的量增加的反应；故降低温度或降低压强，平衡均向正反应方向移动，有利于提高丙烯腈的平衡产率。
在化工生产中由于此反应会伴随副反应发生，为提高丙烯腈反应的选择性，使用合适催化剂十分重要。
第(2)问分析可获得以下解题信息
由图(a)可知，低于460 ℃时丙烯腈的产率随温度的升高而增大，高于460 ℃时丙烯腈的产率随温度的升高而降低，当460 ℃时丙烯腈的产率最高，而根据反应①可知反应放热，其丙烯腈的产率理应随着温度的升高而降低。图(a)展示的产率变化与反应①应该呈现的产率变化相矛盾的原因是低于460 ℃时，图(a)中呈现的产率变化是未平衡时的产率变化，当460 ℃时达到平衡，高于460 ℃时呈现的产率变化才是平衡产率。
第(3)问分析可获得以下解题信息
由图(b)可知，当n(氨)/n(丙烯)＝1时，丙烯腈的产率最高，而丙烯醛的产率已趋近于0，如果n(氨)/n(丙烯)再增大，丙烯腈的产率反而降低，故最佳n(氨)/n(丙烯)约为1。空气中O2的体积分数约为，结合反应①方程式及最佳n(氨)/n(丙烯)约为1可知，进料气氨、空气、丙烯的理论体积比应为1∶∶1＝1∶7.5∶1。
［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
[规律方法]
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
增加易得廉价原料，提高难得高价原料的利用率，从而降低生产成本
从实际生产能力分析
如设备承受高温、高压能力等
从催化剂的使用活性分析
注意催化剂的活性对温度的限制
[对点训练]
1．下列叙述中，不能用勒夏特列原理解释的是( )
A．红棕色的NO2，加压后颜色先变深后变浅
B．高压比常压有利于合成SO3
C．加入催化剂有利于氨的合成
D．工业制取金属钾Na(l)＋KCl(l)NaCl(l)＋K(g)选取适宜的温度，使K变成蒸气从反应混合物中分离出来
解析：选C 气体中存在平衡2NO2(g)N2O4(g)，增大压强，混合气体的浓度增大，平衡体系颜色变深，该反应正反应为体积减小的反应，增大压强平衡正向移动，二氧化氮的浓度又降低，颜色又变浅，由于移动的目的是减弱变化，而不是消除，故颜色仍比原来的颜色深，所以可用平衡移动原理解释，A不选；存在平衡2SO2＋O2(g)2SO3(g)，正反应为气体体积减小的反应，增大压强，平衡向正反应方向移动，有利于合成SO3，能用平衡移动原理解释，B不选；催化剂只能改变反应速率，不影响平衡移动，C选；反应为可逆反应，使K变成蒸气从反应混合物中分离出来，生成物浓度减小，平衡正向移动，能用平衡移动原理解释，D不选。
2．将等物质的量的X、Y气体充入某密闭容器中，在一定条件下，发生反应并达到平衡：X(g)＋3Y(g)2Z(g) ΔH＜0。当改变某个条件并维持新条件直至新的平衡时，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
升高温度
X的转化率变小
B
增大压强
X的浓度变小
C
充入一定量Y
Y的转化率增大
D
使用适当催化剂
X的体积分数变小
解析：选A 升高温度，平衡逆向移动，X的转化率变小，A正确；增大压强，平衡正向移动，但容器的体积减小，X的浓度增大，B错误；充入一定量Y，X的转化率增大，而Y的转化率减小，C错误；使用适当催化剂，只能加快反应速率，不能改变平衡，X的体积分数不变，D错误。
3．(2018·黄冈模拟)在某一温度下，某一密闭容器中，M、N、R三种气体浓度的变化如图a所示，若其他条件不变，当温度分别为T1和T2时，N的体积分数与时间关系如图b所示。则下列结论正确的是( )
A.该反应的热化学方程式M(g)＋3N(g)2R(g) ΔH＞0
B．达到平衡后，若其他条件不变，减小容器体积，平衡向逆反应方向移动
C．达到平衡后，若其他条件不变，升高温度，正、逆反应速率均增大，M的转化率减小
D．达到平衡后，若其他条件不变，通入稀有气体，平衡一定向正反应方向移动
解析：选C 从图a可得出该反应为M(g)＋3N(g)2R(g)，从图b中可看出T1＞T2，升高温度，N的体积分数变大，即平衡逆向移动，该反应为放热反应，A错误；缩小容器的体积，即增大压强，平衡正向移动，B错误；升高温度，v正、v逆均增大，平衡逆向移动，M的转化率减小，C正确；若是在恒温恒容的容器中通入稀有气体，则平衡不移动，D错误。
4．化学反应原理在科研和生产中有广泛应用。
(1)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 Ⅰ
如图所示，反应Ⅰ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________T2(填“＞”“＜”或“＝”)。上述反应体系中循环使用的物质是________。
(2)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______0(填“＞”或“＜”)。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________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)由题意可知，未提纯的TaS2粉末变成纯净TaS2晶体，要经过两步转化：①TaS2＋2I2TaI4＋S2，②TaI4＋S2TaS2＋2I2，即反应Ⅰ先在温度T2端正向进行，后在温度T1端逆向进行，反应Ⅰ的ΔH大于0，因此温度T1小于T2，该过程中循环使用的物质是I2。(2)从图像来看，随着温度的升高，CO的转化率变小，故ΔH
<0，综合温度、压强对CO转化率的影响来看，在题给压强下，CO的转化率已经很大，不必再增大压强。
答案：(1)< I2
(2)< 在1.3×104 kPa下，CO的转化率已较高，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
[综合演练提能]
[课堂巩固练]
1．可逆反应N2＋3H22NH3，在容积为10 L的密闭容器中进行，开始时加入2 mol N2和3 mol H2，达平衡时，NH3的浓度不可能达到( )
A．0.1 mol·L－1 B．0.2 mol·L－1
C．0.05 mol·L－1 D．0.15 mol·L－1
解析：选B 2 mol N2和3 mol H2反应，假设反应能够进行到底，则3 mol H2完全反应，生成2 mol NH3，此时NH3的浓度为0.2 mol·L－1，但由于是可逆反应，不能完全反应，所以NH3的浓度达不到0.2 mol·L－1。
2．下列事实能用勒夏特列原理来解释的是( )
A．SO2氧化为SO3，往往需要使用催化剂
2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)
B．500 ℃左右的温度比室温更有利于合成氨反应
N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH<0
C．H2、I2、HI平衡混合气体加压后颜色加深
H2(g)＋I2(g)2HI(g)
D．实验室采用排饱和食盐水的方法收集氯气
Cl2＋H2OH＋＋Cl－＋HClO
解析：选D 加入催化剂有利于加快反应速率，但不会引起平衡移动，不能用勒夏特列原理解释，A错误；合成氨的正反应是放热反应，升高温度平衡逆向移动，500 ℃左右的温度比室温更有利于合成氨反应，是从反应速率不能太低和催化剂的活性两方面考虑，不能用平衡移动原理解释，B错误；在H2(g)＋I2(g)2HI(g)平衡中，增大压强，浓度增加，颜色加深，平衡不移动，不能用勒夏特列原理解释，C错误；氯气和水的反应是可逆反应，饱和氯化钠溶液中氯离子浓度大，化学平衡逆向进行，减小氯气溶解度，实验室可用排饱和食盐水的方法收集氯气，能用勒夏特列原理解释，D正确。
3．(2018·湖州月考)在一定条件下，可逆反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol－1，达到化学平衡状态时，下列说法正确的是( )
A．降低温度，可提高反应速率
B．加入合适的催化剂，可提高N2的转化率
C．N2的正反应速率等于NH3的逆反应速率
D．反应物和生成物的浓度都不再发生变化
解析：选D 降低温度，反应速率减慢，A项错误；加入合适的催化剂，反应速率加快，但平衡不移动，N2的转化率不变，B项错误；反应达到平衡时，N2的正反应速率等于NH3的逆反应速率的一半，C项错误；反应达到平衡时，反应物和生成物的浓度不变，D项正确。
4．在一定温度下，容器内某一反应中M、N的物质的量随反应时间变化的曲线如图所示，下列表述中正确的是( )
A．反应的化学方程式为2MN
B．t3时，正、逆反应速率相等，反应达到化学平衡状态
C．t2时，正反应速率等于逆反应速率
D．t1时，M的物质的量是N的物质的量的2倍
解析：选B t2时，N减少4 mol，M增加2 mol，因此化学方程式为2NM，A错误；t3时，反应达到化学平衡状态，B正确；t2时，没有达到化学平衡状态，正、逆反应速率不相等，C错误；t1时，N的物质的量是M的物质的量的2倍，D错误。
5．炼铁高炉中冶炼铁的反应为Fe2O3(s)＋3CO(g)2Fe(s)＋3CO2(g)，下列说法正确的是( )
A．升高温度，反应速率减慢
B．当反应达到化学平衡时，v(正)＝v(逆)＝0
C．提高炼铁高炉的高度可减少尾气中CO的浓度
D．某温度下达到平衡时，CO的体积分数基本不变
解析：选D A项，升高温度，反应速率加快，错误；B项，化学平衡是动态平衡，v(正)＝v(逆)≠0，错误；C项，提高炼铁高炉的高度不能减少尾气中CO的浓度，错误；D项，某温度下达到平衡时，各物质浓度不变，CO的体积分数基本不变，正确。
6．在一定温度下，向一容积为5 L的恒容密闭容器中充入0.4 mol SO2和0.2 mol O2，发生反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH＝ －196 kJ·mol－1。当反应达到平衡时，容器内压强变为起始时的0.7倍。
请回答下列问题：
(1)判断该反应达到平衡状态的标志是______(填字母)。
a．SO2、O2、SO3三者的浓度之比为2∶1∶2
b．容器内气体的压强不变
c．容器内混合气体的密度保持不变
d．SO3的物质的量不再变化
e．SO2的生成速率和SO3的生成速率相等
(2)SO2的转化率为____________，达到平衡时反应放出的热量为____________。
(3)如图表示平衡时SO2的体积分数随压强和温度变化的曲线。
则温度关系：T1________T2(填“>”“<”或“＝”)。
解析：(1)a项，SO2、O2、SO3三者的浓度之比为2∶1∶2和计量数比相等，与反应是否平衡没有必然联系，不能作为判断平衡的标志；b项，因该平衡是一个恒容条件下的化学平衡，反应前后气体的物质的量发生变化，现在压强不变，说明气体总量不变，反应达到了平衡状态；c项，因该平衡是恒容条件下的化学平衡，反应物和生成物均为气体，则气体质量恒定，气体密度恒定，不能作为判断达到平衡的标志；d项，SO3的物质的量不再变化，可逆反应达到平衡状态；e项，SO2的生成速率和SO3的生成速率相等，可逆反应达到平衡状态。(2)在容积为5 L的恒容密闭容器中充入0.4 mol SO2和0.2 mol O2，设反应前后，O2消耗了x mol
2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)
起始(mol) 0.4 0.2 0
转化(mol) 2x x 2x
平衡(mol) 0.4－2x 0.2－x 2x
当反应达到平衡时，容器内压强变为起始时的0.7倍，得到＝0.7，解得x＝0.18，则
2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)
起始(mol) 0.4 0.2 0
转化(mol) 0.36 0.18 0.36
平衡(mol) 0.04 0.02 0.36
SO2的转化率为×100%＝90%；达到平衡时反应放出的热量＝0.36 mol× kJ·mol－1＝35.28 kJ。(3)该反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，SO2的体积分数增大，得到温度关系：T1
0)，达到平衡时，要使正反应速率降低，A的浓度增大，应采取的措施是( )
A．缩小体积加压 B．扩大体积减压
C．增加E的浓度 D．降温
解析：选D 缩小体积加压，平衡逆向移动，A的浓度增大，但正反应速率也增大，A错误；扩大体积减压，平衡正向移动，正反应速率降低，但A的浓度也减小，B错误；增加E的浓度，平衡逆向移动，A的浓度增大，但正反应速率增大，C错误；降温，正反应速率降低，且平衡逆向移动，A的浓度增大，D正确。
3．用Cl2生产某些含氯有机物时会生成副产物HCl，利用下列反应可实现氯的循环利用：4HCl(g)＋O2(g)2Cl2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－115.6 kJ·mol－1。恒温恒容的密闭容器中，充入一定量的反应物发生上述反应，能充分说明该反应达到化学平衡状态的是( )
A．气体的质量不再改变
B．氯化氢的转化率不再改变
C．断开4 mol H—Cl键的同时生成4 mol H—O键
D．n(HCl)∶n(O2)∶n(Cl2)∶n(H2O)＝4∶1∶2∶2
解析：选B 反应物和生成物均为气体，气体的总质量始终不变，A错误；反应正向进行时，HCl的转化率升高；反应逆向进行时，HCl的转化率降低，当HCl的转化率不再改变时，可以说明可逆反应达到平衡状态，B正确；断开4 mol H—Cl键和生成4 mol H—O键均表示正反应方向的反应速率，不能据此判断反应是否达到平衡状态，C错误；达到平衡状态时，各反应物和生成物的物质的量保持不变，但各物质的物质的量之比不一定等于对应的化学计量数之比，D错误。
4．一定温度下，某容器中加入足量碳酸钙，发生反应CaCO3(s)CaO(s)＋CO2(g)达到平衡，下列说法正确的是( )
A．将体积缩小为原来的一半，当体系再次达到平衡时，CO2的浓度为原来的2倍
B．增加CaCO3(s)的量，平衡正向移动，CO2的浓度增大
C．将体积增大为原来的2倍，再次达到平衡时，气体密度不变
D．保持容器体积不变，充入He，平衡向逆反应方向进行
解析：选C 该反应的化学平衡常数K＝c(CO2)，改变容器容积，平衡常数K不变，即达到平衡时c(CO2)不变，故A错误，C正确；CaCO3是固体，增加固体的量，平衡不移动，CO2的浓度不变，B错误；保持容器的容积不变，充入He，气体的浓度不变，则平衡不移动，D错误。
5．(2018·亳州第二次联考)在t ℃时，向a L密闭容器中加入1.6 mol HI(g)，发生反应2HI(g)H2(g)＋I2(g) ΔH>0，H2的物质的量随时间的变化如图所示，下列有关说法中正确的是( )
A．平衡时，I2蒸气的体积分数为25%
B．若在1.5 min时降低温度，则反应将向左进行
C．平衡后若升高温度，v正增大，v逆减小
D．平衡后向容器中加入一定量的H2后，平衡向左移动，H2的体积分数减小
解析：选A 该反应反应前后气体体积不变，由图可知，平衡时n(H2)＝0.4 mol，则有n(I2)＝0.4 mol，故I2蒸气的体积分数为×100%＝25%，A正确；1.5 min时反应未达到平衡状态，降低温度，反应速率减慢，但反应仍向右进行，直至平衡，B错误；平衡后若升高温度，v正、v逆均增大，但v正增大的程度大于v逆，平衡向右移动，C错误；平衡后加入H2，平衡向左移动，根据勒夏特列原理可知，达到新平衡后，c(H2)仍比原来大，则新平衡后H2的体积分数增大，D错误。
6．在容积均为1 L的三个密闭容器中，分别放入铁粉并充入1 mol CO，控制在不同温度下发生反应：Fe(s)＋5CO(g)Fe(CO)5(g)，当反应进行到5 min时，测得CO的体积分数与温度的关系如图所示。下列说法一定正确的是( )
A．反应进行到5 min时，b容器中v(正)＝v(逆)
B．正反应为吸热反应，平衡常数：K(T1)>K(T2)
C．b中v(正)大于a中v(逆)
D．达到平衡时，a、b、c中CO的转化率为b>c>a
解析：选C 根据图像可知，随着温度的升高，φ(CO)先减小后增大，若三个容器都未达到平衡状态，则应该是随着温度的升高，φ(CO)一直减小，但b容器中φ(CO)小于c容器，所以可以确定反应在T2到T3之间，先达到了平衡状态，然后随着温度升高，平衡向逆反应方向移动，所以可知该反应的正反应为放热反应，B项错误。若三个容器都达到平衡状态，因为是放热反应，a容器的φ(CO)应小于b容器，但实际上a容器的φ
(CO)大于b容器，所以确定a容器还未达到平衡状态，b容器不确定，所以v(正)、v(逆)不一定相等，A项错误。a容器中反应还没达到平衡，反应向正反应方向进行，所以va(正)>va(逆)；因b容器的温度高于a容器的温度，所以相同时间内，vb(正)>va(正)，所以vb(正)>va(逆)，C项正确。因为该反应是放热反应，所以三容器达到平衡时，CO的转化率为a>b>c，D项错误。
7．(2018·淮北一模)已知反应：2NO2(红棕色)N2O4(无色) ΔH<0。将一定量的NO2充入注射器中并密封，改变活塞位置的过程中，气体透光率随时间的变化如图所示(气体颜色越深，透光率越小)。下列说法不正确的是( )
A．b点达到平衡状态
B．b点与a点相比，c(NO2)、c(N2O4)均减小
C．d点：v(正)0。达到平衡后，改变一个条件(x)，下列量(y)一定符合图中曲线的是( )
选项
x
y
A
通入A气体
B的转化率
B
加入催化剂
A的体积分数
C
增大压强
混合气体的总物质的量
D
升高温度
混合气体的总物质的量
解析：选A A项，当通入A气体时，平衡向正反应方向移动，B的转化率增大，正确；B项，加入催化剂只能改变反应速率，平衡不移动，A的体积分数不变，错误；C项，增大压强，平衡向正反应方向移动，混合气体的总物质的量减小，错误；D项，正反应为吸热反应，升高温度，平衡向吸热反应方向移动，混合气体的总物质的量减小，错误。
9．(2018·大庆一模)一定量的混合气体在密闭容器中发生反应xA(g)＋yB(g)zC(g)，达到平衡后测得A的浓度为0.5 mol·L－1，保持温度不变，将密闭容器的容积压缩为原来的一半再次达到平衡后，测得A的浓度为0.8 mol·L－1，则下列叙述正确的是( )
A．平衡向正反应方向移动
B．x＋yz，平衡向正反应方向移动，C的体积分数增大，因为压缩了容器的容积，则B的物质的量浓度增大，故A项正确，B、C、D项错误。
10．(2017·荆门调研)一定温度下，将1 mol A(g)和1 mol B(g)充入2 L密闭容器中发生反应A(g)＋B(g)xC(g)＋D(s)，在t1时达到平衡。在t2、t3时刻分别改变反应的一个条件，测得容器中C(g)的浓度随时间变化如图所示。下列有关说法正确的是( )
A．反应方程式中x＝2
B．t2时刻改变的条件是使用催化剂
C．t3时刻改变的条件是移去少量D
D．t1～t3间该反应的平衡常数不相同
解析：选A t2时刻改变条件，浓度增大而平衡不移动，催化剂只改变反应速率，不影响平衡，则只能是改变容器的体积，使浓度增大且平衡不移动，所以反应前后气体体积不变，故x＝2，A项正确，B项错误；由于D是固体，D的多少不影响反应速率和化学平衡，故C项错误；平衡常数只与温度有关，温度不变，平衡常数不变，故D项错误。
11．中国政府承诺，到2020年，单位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%～50%。CO2可转化成有机物实现碳循环。在体积为1 L的密闭容器中，充入1 mol CO2和3 mol H2，一定条件下反应：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)，测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图所示。
(1)从3 min到9 min，v(H2)＝_______mol·L－1·min－1。
(2)能说明上述反应达到平衡状态的是________(填字母)。
A．反应中CO2与CH3OH的物质的量浓度之比为1∶1(即图中交叉点)
B．混合气体的密度不随时间的变化而变化
C．单位时间内消耗3 mol H2，同时生成1 mol H2O
D．CO2的体积分数在混合气体中保持不变
(3)平衡时CO2的转化率为________。
(4)平衡时混合气体中CH3OH(g)的体积分数是________________________________。
(5)一定温度下，第9 min时v逆(CH3OH)________(填“大于”“小于”或“等于”)第3 min时v正(CH3OH)。
解析：(1)从3 min到9 min消耗CO2是0.25 mol·L－1，根据方程式可知消耗氢气是0.75 mol·L－1，则v(H2)＝0.75 mol·L－1÷6 min＝0.125 mol·L－1·min－1。(2)反应中CO2与CH3OH的物质的量浓度之比为1∶1(即图中交叉点)时反应速率仍然发生变化，没有达到平衡状态，A错误；密度是混合气体的质量和容器容积的比值，在反应过程中质量和容积始终是不变的，B错误；单位时间内消耗3 mol H2，同时一定生成1 mol H2O，不能说明反应达到平衡状态，C错误；CO2的体积分数在混合气体中保持不变说明反应达到平衡状态，D正确。(3)平衡时消耗CO2是0.75 mol·L－1，则CO2的转化率为×100%＝75%。(4)平衡时剩余氢气是0.75 mol，生成水蒸气是0.75 mol，则混合气体中CH3OH(g)的体积分数是×100%＝30%。(5)第9 min时反应达到平衡状态，则v逆(CH3OH)小于第3 min时v正(CH3OH)。
答案：(1)0.125 (2)D (3)75% (4)30% (5)小于
12．当温度高于500 K时，科学家成功利用二氧化碳和氢气合成了乙醇，这在节能减排、降低碳排放方面具有重大意义。
回答下列问题：
(1)该反应的化学方程式为______________________________________________。
(2)在恒容密闭容器中，判断上述反应达到平衡状态的依据是________。
a．体系压强不再改变
b．H2的浓度不再改变
c．气体的密度不随时间改变
d．单位时间内消耗H2和CO2的物质的量之比为3∶1
(3)在一定压强下，测得由CO2制取CH3CH2OH的实验数据中，起始投料比、温度与CO2的转化率的关系如图。
根据图中数据分析：
①降低温度，平衡向________方向移动。
②在700 K、起始投料比＝1.5时，H2的转化率为________。
③在500 K、起始投料比＝2时，达到平衡后H2的浓度为a mol·L－1，则达到平衡时CH3CH2OH的浓度为________。
解析：(1)由题给信息可得到该反应的化学方程式为2CO2＋6H2C2H5OH＋3H2O。(2)该反应为气体分子数减小的化学反应，当体系的压强不再改变时，反应达到平衡状态，另外氢气的浓度不再变化，也能说明反应达到平衡状态；由于在500 K时，所有物质均为气体，故在恒容状态下气体的密度恒为定值，密度不变不能说明反应达到平衡状态；根据化学方程式可知，任何单位时间内消耗H2和CO2的物质的量之比均为3∶1。(3)①由图中信息可知，其他条件不变时，升高温度，CO2的转化率降低，说明平衡向逆反应方向移动，故正反应为放热反应，即降低温度，平衡将向正反应方向移动。②700 K时，当氢气与二氧化碳的起始投料比＝1.5时，由图像可知二氧化碳的转化率为20%，由化学方程式：2CO2＋6H2C2H5OH＋3H2O，可计算出氢气的转化率为40%。③设起始时c(CO2)＝x mol·L－1，则起始时c(H2)＝2x mol·L－1，有
2CO2＋6H2C2H5OH＋3H2O
起始(mol·L－1)： x 2x 0 0
转化(mol·L－1): 0.6x 1.8x 0.3x 0.9x
平衡(mol·L－1): 0.4x 0.2x 0.3x 0.9x
0．2x＝a mol·L－1，则0.3x＝1.5a mol·L－1。
答案：(1)2CO2＋6H2C2H5OH＋3H2O
(2)ab
(3)①正反应(或右) ②40% ③1.5a mol·L－1
13．醋酸由于成本较低，在生产中被广泛应用。
(1)近年来化学家研究开发出用乙烯和乙酸为原料、杂多酸作催化剂合成乙酸乙酯的新工艺，不必生产乙醇或乙醛作中间体，使产品成本降低，具有明显经济优势。其合成的基本反应如下：
CH2===CH2(g)＋CH3COOH(l)CH3COOC2H5(l)
下列描述能说明乙烯与乙酸合成乙酸乙酯的反应已达化学平衡的是________(填字母)。
A．乙烯、乙酸、乙酸乙酯的浓度相同
B．酯化合成反应的速率与酯分解反应的速率相等
C．乙烯断开1 mol碳碳双键的同时乙酸恰好消耗1 mol
D．体系中乙烯的质量分数一定
(2)在n(乙烯)与n(乙酸)物料比为1的条件下，某研究小组在不同压强下进行了在相同时间点乙酸乙酯的产率随温度变化的测定实验，实验结果如图所示。回答下列问题：
①温度在60～80 ℃范围内，乙烯与乙酸酯化合成反应速率由大到小的顺序是________[用v(p1)、v(p2)、v(p3)分别表示不同压强下的反应速率]，分析其原因：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
②压强为p1、温度为60 ℃时，若乙酸乙酯的产率为30%，则此时乙烯的转化率为________。
③在压强为p1、温度超过80 ℃时，分析乙酸乙酯产率下降的原因：________________________________________________________________________。
④根据测定实验结果分析，较适宜的生产条件是________(填出合适的压强和温度)。为提高乙酸乙酯的合成速率和产率，可以采取的措施有________________________________________________________________(任写出一条)。
解析：(1)浓度相同不能说明浓度保持不变，A项不能说明反应达到平衡；酯化合成反应的速率与酯分解反应的速率相等，说明正、逆反应速率相等，B项可以说明反应达到平衡；乙烯断开1 mol碳碳键与乙酸恰好消耗1 mol均表示正反应方向，C项不能说明反应达到平衡；体系中乙烯的质量分数一定，说明乙烯的浓度不变，D项可以说明反应达到平衡。(2)①由题图知，在60～80 ℃范围内，v(p1)>v(p2)>v(p3)。该反应为气体分子数减小的反应，增大压强，平衡正向移动，乙酸乙酯的产率增大，故p1>p2>p3，对于有气体参与的反应，其他条件相同时，压强越大，反应速率越快。②乙烯与乙酸乙酯的化学计量数相等，故乙烯的转化率与乙酸乙酯的产率相等。④根据题图，p1、80 ℃时乙酸乙酯的产率最大，为较适宜的生产条件。根据平衡移动原理，通入乙烯气体或增大压强，均可提高乙酸乙酯的合成速率和产率。
答案：(1)BD (2)①v(p1)>v(p2)>v(p3) 其他条件相同时，对于有气体参与的反应，压强越大化学反应速率越快 ②30% ③由图像可知，压强为p1，温度为80 ℃时，反应已达平衡，且正反应放热，故压强不变升高温度平衡逆向移动，产率下降 ④p1、80 ℃ 通入乙烯气体(或增大压强)
考点一 化学平衡常数
[思维流程]
化学平衡常数及影响因素
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
(1)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)。
(2)K值越大，反应物的转化率越大，正反应进行的程度越大。
3．实例
化学方程式
平衡常数
关系式
N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)
K1＝
K2＝(或K) K3＝
N2(g)＋H2(g)NH3(g)
K2＝
2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)
K3＝
4．注意事项
(1)K只受温度影响，与反应物或生成物的浓度变化无关。
(2)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。
(3)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。
(4)化学反应方向改变或化学计量数改变，化学平衡常数均发生改变。
[对点训练]
1．反应H2(g)＋I2(g)2HI(g)的平衡常数为K1；反应HI(g)H2(g)＋I2
(g)的平衡常数为K2，则K1、K2的关系式为(平衡常数为同温度下的测定值)( )
A．K1＝2K2 B．K1＝K
C．K1＝ D．K1＝
解析：选C 由反应H2(g)＋I2(g)2HI(g)的平衡常数K1，则相同温度下，反应2HI(g)H2(g)＋I2(g)的平衡常数为，故反应HI(g)H2(g)＋I2(g)的平衡常数K2＝ ，故K1＝。
2．某温度下2 L密闭容器中3种气体起始状态和平衡状态时的物质的量(n)如表所示，下列说法正确的是( )
X
Y
W
n(起始状态)/mol
2
1
0
n(平衡状态)/mol
1
0.5
1.5
A.该温度下，此反应的平衡常数表达式是K＝
B．其他条件不变，升高温度，若W的体积分数减小，则此反应ΔH<0
C．其他条件不变，使用催化剂，正、逆反应速率和平衡常数均增大，平衡不移动
D．其他条件不变，当密闭容器中混合气体密度不变时，表明反应已达到平衡
解析：选B 由表知，X、Y是反应物，W是生成物，且Δn(X)∶Δn(Y)∶Δn(W)＝2∶1∶3，化学方程式为2X＋Y3W，反应的平衡常数表达式是K＝，A错误；升高温度，若W的体积分数减小，说明平衡向逆反应方向移动，则此反应的ΔH<0，B正确；使用催化剂，平衡常数不变，C错误；混合气体密度一直不变，不能说明反应已达到平衡，D错误。
3．某温度下气体反应达到化学平衡，平衡常数K＝，恒容时，若温度适当降低，F的浓度增加，下列说法正确的是( )
A．增大c(A)、c(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)
解析：选D 某温度下气体反应达到化学平衡，平衡常数K＝，则该反应为2E(g)＋F(g)
A(g)＋2B(g)，恒容时，若温度适当降低，F的浓度增加，平衡向逆反应方向移动，正反应为吸热反应，故C错误，D正确；平衡常数只受温度影响，与浓度无关，温度不变，平衡常数不变，故A错误；降低温度，正、逆反应速率都降低，正反应速率降低更多，平衡向逆反应方向移动，故B错误。
化学平衡常数的两大应用
1．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：
Q＝，称为浓度商。
Q
2．判断可逆反应的热效应
[对点训练]
4．利用醋酸二氨合铜[Cu(NH3)2Ac]溶液吸收CO，能达到保护环境和能源再利用的目的，反应方程式为Cu(NH3)2Ac＋CO＋NH3[Cu(NH3)3]Ac·CO。已知该反应的化学平衡常数与温度的关系如表所示：
温度/℃
15
50
100
化学平衡常数
5×104
2
1.9×10－5
下列说法正确的是( )
A．上述正反应为吸热反应
B．15 ℃时，反应[Cu(NH3)3]Ac·COCu(NH3)2Ac＋CO＋NH3的平衡常数为2×10－5
C．保持其他条件不变，减小压强，CO的转化率升高
D．醋酸二氨合铜溶液的浓度大小对CO的吸收多少没有影响
解析：选B 根据提供数据，温度降低，平衡常数增大，说明降低温度，平衡向正反应方向移动，则正反应为放热反应，A项错误；[Cu(NH3)3]Ac·COCu(NH3)2Ac＋CO＋NH3为Cu(NH3)2Ac＋CO＋NH3[Cu(NH3)3]Ac·CO的逆反应，两反应的平衡常数互为倒数，则[Cu(NH3)3]Ac·COCu(NH3)2Ac＋CO＋NH3的平衡常数K＝＝2×10－5
，B项正确；减小压强，平衡逆向移动，CO的转化率降低，C项错误；增大醋酸二氨合铜溶液的浓度，平衡向正反应方向移动，有利于CO的吸收，D项错误。
5．700 ℃时，向容积为2 L的密闭容器中充入一定量的CO(g)和H2O(g)，发生反应CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)，反应过程中测定的部分数据见下表(表中t2>t1)：
反应时间/min
n(CO)/mol
n(H2O)/mol
0
1.20
0.60
t1
0.80
t2
0.20
下列说法正确的是( )
A．反应在0～t1 min内的平均速率为v(H2)＝ mol·L－1·min－1
B．若800 ℃时该反应的平衡常数为0.64，则正反应为吸热反应
C．保持其他条件不变，向平衡体系中再通入0.20 mol H2O(g)和0.40 mol H2(g)，则v正>v逆
D．保持其他条件不变，起始时向容器中充入0.60 mol CO(g)和1.20 mol H2O(g)，达到平衡时n(CO2)＝0.40 mol
解析：选D 0～t1 min内，v(H2)＝v(CO)＝＝ mol·L－1·min－1，A项错误；700 ℃，t1 min 时反应已达到平衡状态，此时c(CO)＝＝0.40 mol·L－1，c(H2O)＝＝0.10 mol·L－1，c(CO2)＝c(H2)＝＝0.20 mol·L－1，则K＝＝1>0.64，说明温度升高，平衡常数减小，故正反应为放热反应，B项错误；保持其他条件不变，向平衡体系中再通入0.20 mol H2O(g)和0.40 mol H2(g)，c(H2O)＝＝0.20 mol·L－1，c(H2)＝＝0.40 mol·L－1，Qc＝＝1＝K，平衡不移动，则v正＝v逆，C项错误；CO(g)与H2O(g)按物质的量之比为1∶1反应，充入0.60 mol CO(g)和1.20 mol H2O(g)与充入1.20 mol CO(g)和0.60 mol H2O(g)对平衡状态的影响相同，t1 min时，n(CO)＝0.80 mol，n(H2O)＝0.60 mol－0.40 mol＝0.20 mol，t2 min时，n(H2O)＝0.20 mol，说明t1 min时反应已经达到平衡状态，根据化学方程式可知，达到平衡时n(CO2)＝0.40 mol，D项正确。
6．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)相同条件下，向该密闭容器中充入各物质的起始量如下：①均为0.2 mol ②C(s)、H2O为0.2 mol，CO、H2为 0.1 mol，判断该反应进行的方向：①________________，②________________。
解析：(1)容积为1 L，则H2O、CO、H2的浓度均为0.1 mol·L－1，K＝＝＝0.1。(2)升高温度平衡常数增大，说明平衡向右移动，正反应为吸热反应，ΔH>0。(3)①Qc＝＝0.2>K＝0.1，反应向逆反应方向进行；②Qc＝＝0.05 (3)①向逆反应方向 ②向正反应方向
化学平衡常数与转化率的计算
“三段式”法是有效解答化学平衡计算题的“万能钥匙”。解题时，要注意清楚条理地列出起始量、变化量、平衡量，按题目要求进行计算，同时还要注意单位的统一。
1．明确三个量——起始量、变化量、平衡量
N2 ＋ 3H22NH3
起始量 1 3 0
变化量 a b c
平衡量 1－a 3－b c
(1)反应物的平衡量＝起始量－变化量。
(2)生成物的平衡量＝起始量＋变化量。
(3)各物质变化浓度之比等于它们在化学方程式中化学计量数之比。变化浓度是联系化学方程式、平衡浓度、起始浓度、转化率、化学反应速率的桥梁。因此，抓变化浓度是解题的关键。
2．掌握三个百分数
(1)转化率＝×100%＝×100%。
(2)生成物的产率：实际产量占理论产量的百分数。一般来说，转化率越高，原料利用率越高，产率越高。
产率＝×100%
(3)混合物中某组分的百分含量＝×100%。
3．谨记答题模板
反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，令A、B起始物质的量(mol)分别为a、b
，达到平衡后，A的消耗量为mx，容器容积为V L。
mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)
起始(mol) a b 0 0
变化(mol) mx nx px qx
平衡(mol) a－mx b－nx px qx
对于反应物：n(平)＝n(始)－n(变)
对于生成物：n(平)＝n(始)＋n(变)
则有：(1)平衡常数：K＝。
(2)A的平衡浓度：c(A)平＝ mol·L－1。
(3)A的转化率：α(A)平＝×100%。
(4)A的体积分数：φ(A)＝×100%。
(5)平衡与起始压强之比：＝。
(6)混合气体的平均密度：
ρ混＝ g·L－1。
(7)平衡时混合气体的平均摩尔质量：
＝ g·mol－1。
[对点训练]
7．在25 ℃时，密闭容器中X、Y、Z三种气体的初始浓度和平衡浓度如下表：
物质
X
Y
Z
初始浓度/(mol·L－1)
0.1
0.2
0
平衡浓度/(mol·L－1)
0.05
0.05
0.1
下列说法错误的是( )
A．反应达平衡时，X的转化率为50%
B．反应可表示为X＋3Y2Z，其平衡常数为1 600
C．增大压强使平衡向生成Z的方向移动，平衡常数增大
D．改变温度可以改变此反应的平衡常数
解析：选C 反应达到平衡时，X的转化率为(0.1－0.05) mol·L－1/0.1 mol·L－1＝50%，A正确；根据反应速率之比等于浓度变化量之比等于化学计量数之比可知：Δc(X)∶Δc(Y)∶Δc(Z)＝0.05∶0.15∶0.1＝1∶3∶2，则反应的方程式为X＋3Y2Z，K＝c2(Z)/c(X)·c3(Y)＝(0.1)2/0.05×(0.05)3＝1 600，B正确；平衡常数只与温度有关，增大压强平衡向生成Z的方向移动，平衡常数不变，C错误；平衡常数只受温度的影响，温度改变时，化学平衡常数一定变化，D正确。
8．(2018·潍坊统考)温度为T0时，在容积固定的密闭容器中发生反应X(g)＋Y(g)Z(g)(未配平)，4 min时达到平衡，各物质浓度随时间变化的关系如图a所示。其他条件相同，温度分别为T1、T2时发生反应，Z的浓度随时间变化的关系如图b所示。下列叙述正确的是( )
A．发生反应时，各物质的反应速率大小关系为v(X)＝v(Y)＝2v(Z)
B．图a中反应达到平衡时，Y的转化率为37.5%
C．T0时，该反应的平衡常数为33.3
D．该反应正反应的反应热ΔH<0
解析：选C 根据题图a可知，0～4 min，X、Y的浓度分别减少0.25 mol·L－1、0.25 mol·L－1，Z的浓度增加0.5 mol·L－1，则反应方程式为X(g)＋Y(g)2Z(g)，同一反应中各物质的反应速率之比等于化学计量数之比，则v(X)＝v(Y)＝v(Z)，A项错误；题图a中，Y的起始浓度为0.4 mol·L－1，平衡浓度为0.15 mol·L－1，则Y的转化率为×100%＝62.5%，B项错误；达到平衡时c(X)＝0.05 mol·L－1，c(Y)＝0.15 mol·L－1，c(Z)＝0.5 mol·L－1，则平衡常数K＝＝≈33.3，C项正确；根据题图b可知，T1条件下反应先达到平衡，则T1>T2，温度升高，c(Z)增大，则平衡向正反应方向移动，故正反应为吸热反应，ΔH>0，D项错误。
9．在1.0 L密闭容器中放入0.10 mol A(g)，在一定温度进行反应：A(g)B(g)＋C(g) ΔH＝＋85.1 kJ·mol－1
反应时间(t)与容器内气体总压强(p)的数据见下表：
时间(t)/h
0
1
2
4
8
16
20
25
30
总压强(p)
/100 kPa
4.91
5.58
6.32
7.31
8.54
9.50
9.52
9.53
9.53
回答下列问题：
(1)欲提高A的平衡转化率，应采取的措施为_________________________________。
(2)由总压强p和起始压强p0计算反应物A的转化率α(A)的表达式为________________________________________________________________________，
平衡时A的转化率为________，列式并计算反应的平衡常数K：________________________________________________________________________。
解析：(1)因正反应为气体物质的量增大的吸热反应，故采取升温、减压均可使反应正向移动，提高反应物的转化率。
(2)在同体积的容器中，压强之比等于气体的物质的量之比，故A的转化率的表达式为×100%＝×100%；25 h时反应已达平衡状态，则将表中数据代入表达式可知平衡时A的转化率α(A)＝×100%＝94.1%；依据“三段式”列式进行求解：
A(g) B(g) ＋ C(g)
始/(mol·L－1) 0.10 0 0
转/(mol·L－1) 0.094 1 0.094 1 0.094 1
平/(mol·L－1)0.10－0.094 1 0.094 1 0.094 1
K＝＝1.5。
答案：(1)升高温度、减小压强
(2)×100% 94.1%
A(g) B(g) ＋ C(g)
始/(mol·L－1) 0.10 0 0
平/(mol·L－1) 0.10× 0.10× 0.10×
(1－94.1%) 94.1% 94.1%
K＝＝＝1.5
[真题验收]
1．(2016·上海高考)随着科学技术的发展和环保要求的不断提高，CO2的捕集利用技术成为研究的重点。
完成下列填空：
(1)目前国际空间站处理CO2的一个重要方法是将CO2还原，所涉及的反应方程式为
CO2(g)＋4H2(g) CH4(g)＋2H2O(g)
已知H2的体积分数随温度的升高而增加。
若温度从300 ℃升至400 ℃，重新达到平衡，判断下列表格中各物理量的变化。(选填“增大”“减小”或“不变”)
v正
v逆
平衡常数K
转化率α
(2)相同温度时，上述反应在不同起始浓度下分别达到平衡，各物质的平衡浓度如下表：
c(CO2)/ (mol·L－1)
c(H2)/ (mol·L－1)
c(CH4)/ (mol·L－1)
c(H2O)/ (mol·L－1)
平衡Ⅰ
a
b
c
d
平衡Ⅱ
m
n
x
y
a、b、c、d与m、n、x、y之间的关系式为____________。
解析：(1)H2的体积分数随温度的升高而增加，这说明升高温度平衡向逆反应方向移动，即正反应是放热反应。升高温度，正、逆反应速率均增大，平衡向逆反应方向移动，平衡常数减小，反应物的转化率减小。(2)相同温度时平衡常数不变，则a、b、c、d与m、n、x、y之间的关系式为＝ 。
答案：(1)
v正
v逆
平衡常数K
转化率α
增大
增大
减小
减小
(2)＝
2．(1)(2017·海南高考)反应2NaHCO3(s)===Na2CO3(s)＋H2O(g)＋CO2(g)的ΔH＝＋135.6 kJ·mol－1，该反应的平衡常数表达式K＝____________________。
(2)(2017·全国卷Ⅰ)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。
H2S的平衡转化率α1＝__________%，反应平衡常数K＝________。
(3)(2014·全国卷Ⅱ)在容积为1.00 L的容器中，通入一定量的N2O4，发生反应N2O4(g)2NO2(g)，随温度升高，混合气体的颜色变深。
回答下列问题：
①100 ℃时，体系中各物质浓度随时间变化如上图所示。在0～60 s时段，反应的平衡常数K1为________。
②100 ℃时达平衡后，改变反应温度为T，c(N2O4)以0.002 0 mol·L－1·s－1的平均速率降低，经10 s又达到平衡。列式计算温度T时反应的平衡常数K2________。
解析：(1)Na2CO3和NaHCO3为固体，根据化学平衡常数的定义K＝c(H2O)×c(CO2)。
(2)用三段式法计算：该反应是等气体分子数反应，平衡时n(H2O)＝0.02×0.50 mol＝0.01 mol。
H2S(g)＋CO2(g)COS(g)＋H2O(g)
起始/mol 0.40 0.10 0 0
转化/mol 0.01 0.01 0.01 0.01
平衡/mol 0.39 0.09 0.01 0.01
α(H2S)＝×100%＝2.5%。对于等气体分子数反应，可直接用物质的量替代浓度计算平衡常数：
K＝＝≈2.8×10－3。
(3)①分析题给图像知，二氧化氮的平衡浓度为0.120 mol·L－1，四氧化二氮的平衡浓度为0.040 mol·L－1，K1＝＝0.36。②根据题意知，平衡时，c(NO2)＝0.120 mol·L－1＋0.002 mol·L－1·s－1×10 s×2＝0.160 mol·L－1，c(N2O4)＝0.040 mol·L－1－0.002 mol·L－1·s－1×10 s＝0.02 mol·L－1，K2＝0.1602/0.020≈1.3。
答案：(1)c(H2O)×c(CO2) (2)2.5 2.8×10－3
(3)①0.36
②平衡时，c(NO2)＝0.120 mol·L－1＋0.002 mol·L－1·s－1×10 s×2＝0.160 mol·L－1
c(N2O4)＝0.040 mol·L－1－0.002 mol·L－1·s－1×10 s＝0.02 mol·L－1
K2＝＝≈1.3
考点二 化学平衡图像
[思维流程]
1．化学平衡图像的类型
(1)含量—时间—温度(压强)图像
常见图像形式有如下几种。其中C%指生成物的百分含量，B%指反应物的百分含量。
①
②
③
④
⑤
表示不同条件下，反应达到平衡的时间快慢、反应速率的快慢以及平衡混合物中某物质的百分含量的关系。解题方法是“先拐先平，数值大”。即曲线先出现拐点的首先达到平衡，反应速率快，以此判断温度或压强的高低。再依据外界条件对平衡的影响分析判断反应的热效应及反应前后气体体积的变化。 [判读技法]
(2)转化率(或质量分数)与压强—温度图像
①恒压线图像
[判读技法]
表示两个外界条件同时变化时，反应物A的转化率变化情况，解决这类图像一般采用“定一议二”的方法，即把自变量(温度、压强)之一设为恒量，讨论另外两个变量的关系。
如：图1中，当压强相等(任意一条等压线)时，升高温度，A的转化率增大，说明平衡正移，即正反应ΔH>0。当温度相等时，在图1中作直线，与三条等压线交于三点，这三点自下而上为增大压强，A的转化率增大，说明平衡正移，即正反应为气体体积减小的反应。
②恒温线图像
[判读技法]
图1中，当温度相等(任意一条等温线)时，增大压强，A的转化率增大，说明平衡正移，即正反应是气体体积减小的反应。当压强相等时，在图1中作直线，与两条等温线交于两点，这两点自下而上为降低温度，A的转化率增大，说明平衡正移，即正反应ΔH<0。
(3)化学平衡中的特殊图像
①对于化学反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，M点前，表示从反应开始，v(正) >v(逆)；M点为刚达到平衡点；M点后为平衡受温度的影响情况，即升温，A的百分含量增加或C的百分含量减少，平衡左移，故正反应的ΔH<0。
②对于化学反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，L线上所有的点都是平衡点。L线的上方(E点)，A的百分含量大于此压强时平衡体系中A的百分含量，所以E点满足v(正)>v(逆)；同理L线的下方(F点)满足v(正)p1可推得反应图像中p2先出现拐点，故A、C两项错误；此反应为反应前后气体体积增大的反应，增大压强，平衡逆向移动，Z的体积分数减小，D错误，B正确。
2．向某容积为2 L的恒容密闭容器中充入2 mol X(g)和1 mol Y(g)，发生反应2X(g)＋Y(g)3Z(g)。反应过程中，持续升高温度，测得混合体系中X的体积分数与温度的关系如图所示。下列推断正确的是( )
A．M点时，Y的转化率最大
B．升高温度，平衡常数减小
C．平衡后充入X，达到新平衡时X的体积分数减小
D．W、M两点Y的正反应速率相同
解析：
选B Q点时体系中X的体积分数最小、转化率最大，故Q点时Y的转化率最大，A项错误；升高温度，平衡向逆反应方向移动，平衡常数减小，B项正确；反应物有X、Y两种，平衡后充入X，达到新平衡时X的体积分数增大，C项错误；W点对应的温度低于M点对应的温度，温度越高，反应速率越快，所以W点Y的正反应速率小于M点Y的正反应速率，D项错误。
3．(2018·宁德一检)在密闭容器中，反应2NO2(g)N2O4(g)在不同条件下的化学平衡情况如图a、图b所示。图a表示恒温条件下c(NO2)随时间的变化情况；图b表示恒压条件下，平衡体系中N2O4的质量分数随温度的变化情况(实线上的任意一点为对应温度下的平衡状态)。下列说法正确的是( )
A．其他条件不变时，向平衡体系中充入N2O4，平衡常数增大
B．图a中，A1→A2变化的原因一定是充入了NO2
C．图b中，E点对应状态中，v(正)>v(逆)
D．图b中，E→A所需时间为x，D→C所需时间为y，则xv(逆)，C项正确；温度越高，反应速率越大，达到平衡用时较少，D项错误。
4．(2018·江南十校联考)对于密闭容器中可逆反应A2(g)＋3B2(g)2AB3(g)，探究单一条件改变情况下，可能引起平衡状态的改变，得到如图所示的曲线(图中T表示温度)。下列判断正确的是( )
A．加入催化剂可以使状态d变为状态b
B．若T1>T2，则逆反应一定是放热反应
C．达到平衡时A2的转化率大小：b>a>c
D．在T2和n(A2)初始不变时达到平衡，AB3的物质的量大小：c>b>a
解析：选D 催化剂不能使平衡发生移动，A项错误；若T1>T2，由图像可知，温度升高AB3的平衡体积分数减小，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，则逆反应为吸热反应，B项错误；增大一种反应物的量会使另一种反应物的转化率增大，则n(B2)初始越大，达到平衡时A2的转化率越大，即达到平衡时A2的转化率大小为c>b>a，C项错误；温度T2及n(A2)初始不变时，增大B2的量，生成物的物质的量增大，则平衡时AB3的物质的量大小为c>b>a，D项正确。
[真题验收]
1．(2015·四川高考)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：选B 550 ℃时，若充入惰性气体，v正、v逆均减小，由于保持了压强不变，相当于扩大了体积，平衡正向移动，A项错误。根据图示可知，在650 ℃时，CO的体积分数为40%，根据反应方程式：C(s)＋CO2(g)2CO(g)，设开始加入1 mol CO2，反应掉了x mol CO2，则有：
C(s)＋CO2(g) 2CO(g)
始态： 1 mol 0
变化： x mol 2x mol
平衡： (1－x)mol 2x mol
因此有：×100%＝40%，解得x＝0.25，则CO2的平衡转化率为×100%＝25.0%，B项正确。由图可知，T ℃时，CO与CO2的体积分数相等，在等压下充入等体积的CO和CO2，对原平衡条件无影响，平衡不移动，C项错误。925 ℃时，CO的体积分数为96%，故Kp＝＝＝23.04p总，D项错误。
2．(2017·全国卷Ⅲ)298 K时，将20 mL 3x mol·L－1 Na3AsO3、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。
若平衡时溶液的pH＝14，则该反应的平衡常数K为________。
解析：根据题意，起始时c(AsO)＝c(I2)＝x mol·L－1。根据图像可知平衡时c(AsO)＝y mol·L－1，则此时c(I－)＝2y mol·L－1，c(AsO)＝c(I2)＝(x－y) mol·L－1，平衡时溶液的pH＝14，则c(OH－)＝1 mol·L－1，故该反应的平衡常数K＝＝。
答案：
考点三 化学反应进行的方向
[思维流程]
1．自发过程
(1)含义：不用借助外力就可以自动进行的过程。
(2)特点
①体系趋向于从高能状态转变为低能状态(体系对外部做功或放出热量)。
②在密闭条件下，体系有从有序转变为无序的倾向性(无序体系更加稳定)。
2．熵与熵变
(1)熵：描述体系混乱程度的物理量，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同一种物质的不同状态：S(g)>S(l)>S(s)。
②反应后气体物质的量增加的反应。
3．化学反应方向的判据
[题点全练]
1．下列说法正确的是( )
A．所有能自发进行的化学反应都是放热反应
B．同一物质固、液、气三种状态的熵值相同
C．ΔH<0、ΔS>0的反应可自发进行
D．在其他条件不变的情况下，使用催化剂可以改变化学反应进行的方向
解析：选C 只要ΔG<0的化学反应都能自发进行。而ΔG＝ΔH－TΔS，当ΔH>0、ΔS>0时，反应也是有可能自发进行的，故A项错误。同一物质固、液、气三种状态的熵值递增，故B项错误。ΔG＝ΔH－TΔS，ΔG<0则反应可自发进行，所以ΔH<0、ΔS>0的反应可自发进行，故C项正确。使用催化剂只会改变化学反应的速率，不会改变化学反应进行的方向，故D项错误。
2．已知吸热反应2CO(g)===2C(s)＋O2(g)，设ΔH和ΔS不随温度而变，下列说法中正确的是( )
A．在低温下能自发进行
B．在高温下能自发进行
C．在任何温度下都能自发进行
D．在任何温度下都不能自发进行
解析：选D 已知吸热反应ΔH>0，该反应为气体分子数减小的反应，ΔS<0，所以ΔH－TΔS>0，该反应在任何温度下都不能自发进行。
3．下列说法不正确的是( )
A．ΔH>0、ΔS>0的反应在高温下能自发进行
B．NH4HCO3(s)===NH3(g)＋H2O(g)＋CO2(g) ΔH＝＋185.57 kJ·mol－1能自发进行，原因是体系有自发地向混乱度增加的方向转变的倾向
C．因为焓变和熵变都与反应的自发性有关，因此焓变或熵变均可以单独作为反应自发性的判据
D．在其他外界条件不变的情况下，使用催化剂，可以改变化学反应进行的速率
解析：选C ΔH>0、ΔS>0，在高温下可满足ΔG＝ΔH－TΔS<0，可自发进行，A项正确；ΔH>0，ΔS>0，能够满足ΔG＝ΔH－TΔS
<0，原因是体系有自发地向混乱度增加的方向转变的倾向，B项正确；反应能否自发进行，取决于焓变和熵变的综合判据，不能用焓变或熵变单独作为反应自发性的判据，C项错误；使用催化剂，能改变反应的活化能，反应速率改变，故D项正确。
[综合演练提能]
[课堂巩固练]
1．下列说法正确的是( )
A．自发进行的化学反应不一定是放热反应
B．自发过程将导致体系的熵增大
C．ΔH－TΔS<0的反应，不需要任何条件就可自发进行
D．同一物质的气、液、固三种状态的熵值依次增大
解析：选A 自发进行的化学反应满足ΔH－TΔS<0，若ΔS>0，则当ΔH>0时反应可能自发进行，A正确；有些自发过程导致体系的熵增大，有些自发过程导致体系的熵减小，B错误；ΔH－TΔS<0的反应能自发进行，但有些反应需要点燃或加热等引发反应，如CO的燃烧等，C错误；熵值大小反映体系的混乱程度，体系的混乱度越高，其熵值越大，则同一物质的气、液、固三种状态的熵值依次减小，D错误。
2．一定温度下，在3个体积均为1.0 L的恒容密闭容器中反应2H2(g)＋CO(g)CH3OH(g)分别达到平衡。下列说法正确的是( )
容器
温度/K
起始浓度/(mol·L－1)
CH3OH平衡浓度
(mol·L－1)
H2
CO
CH3OH
①
400
0.20
0.10
0
0.08
②
400
0.40
0.20
0
x
③
500
0
0
0.10
0.025
A．该反应的正反应是吸热反应
B．x＝0.16
C．平衡时，容器②中H2的体积分数比容器①的大
D．400 K时若再向容器①中充入0.10 mol H2、0.10 mol CO和0.10 mol CH3OH，则平衡将向正反应方向移动
解析：选D 对比①、③，若温度相同，0.1 mol·L－1的CH3OH相当于0.20 mol·L－1的H2和0.1 mol·L－1的CO，为等效平衡，但③的温度较高，平衡时CH3OH较低，说明升高温度平衡逆向移动，正反应为放热反应，故A错误；对比①、②，在相同温度下反应，②中反应物浓度是①中反应物浓度的2倍，若平衡不移动时x＝2×0.08 mol·L－1＝0.16 mol·L－1，由方程式2H2(g)＋CO(g)CH3OH(g)可知，增大反应物浓度，平衡正向移动，故容器②中CH3OH的平衡浓度大于0.08×2 mol·L－1＝0.16 mol·L－1
，故B错误；由B项分析可知，②与①相比，平衡正向移动，H2的转化率增大，容器②中H2的体积分数比容器①中的小，故C错误；由①可知平衡常数K＝＝2 500，若向容器①中再充入0.10 mol H2、0.10 mol CO和0.10 mol CH3OH，则Qc＝＝76.53v逆
D．恒温恒容下，向容器中再充入少量G(g)，达到新平衡时，G的体积百分含量将增大
解析：选D 由化学方程式可知，该反应为反应后气体分子总数减小的反应，故该反应为熵减反应，A项错误；正反应和逆反应的平衡常数互为倒数，故25 ℃时，反应G(g)E(s)＋4F(g)的平衡常数是2×10－5，B项错误；80 ℃时，Qc＝＝8>2，平衡逆向移动，v逆>v正，C项错误；可逆反应中，加入一种物质，反应向消耗这种物质的方向移动，但加入的物质不能完全转化，D项正确。
4．一定条件下，等物质的量的N2(g)和O2(g)在恒容密闭容器中发生反应：N2(g)＋O2(g)2NO(g)。图中曲线a表示温度为T时N2的浓度随时间的变化关系，曲线b表示在某一起始反应条件改变时N2的浓度随时间的变化关系(不改变反应物的物质的量)。下列叙述正确的是( )
A．曲线a和曲线b表示该反应可能在相同温度下进行
B．曲线b对应的起始反应条件改变是加入了催化剂
C．温度T下，该反应平衡前后混合气体的密度不发生变化
D．温度T下，该反应的平衡常数K＝
解析：选C 该反应为气体分子数不变的反应，压强对反应限度无影响，则曲线a、b对应的只能是在不同温度下进行的反应，A项错误；两种条件下反应达到平衡时N2
的浓度不同，说明反应的限度不同，则改变的条件不是加入了催化剂，B项错误；容器体积不变，反应体系中的物质全部为气体，故平衡前后容器中混合气体的密度不变，C项正确；根据“三段式”可求温度为T时该反应的平衡常数：
N2(g) ＋ O2(g) 2NO(g)
起始/(mol·L－1) c0 c0 0
转化/(mol·L－1) c0－c1 c0－c1 2(c0－c1)
平衡/(mol·L－1) c1 c1 2(c0－c1)
平衡常数K＝＝，D项错误。
5．(2017·天津高考)常压下羰基化法精炼镍的原理为：Ni(s)＋4CO(g)Ni(CO)4(g)。230 ℃时，该反应的平衡常数K＝2×10－5。已知：Ni(CO)4的沸点为42.2 ℃，固体杂质不参与反应。
第一阶段：将粗镍与CO反应转化成气态Ni(CO)4；
第二阶段：将第一阶段反应后的气体分离出来，加热至230 ℃制得高纯镍。
下列判断正确的是( )
A．增加c(CO)，平衡向正向移动，反应的平衡常数增大
B．第一阶段，在30 ℃和50 ℃两者之间选择反应温度，选50 ℃
C．第二阶段，Ni(CO)4分解率较低
D．该反应达到平衡时，v生成[Ni(CO)4]＝4v生成(CO)
解析：选B 增加c(CO)，平衡正向移动，但平衡常数只与温度有关，温度不变，平衡常数不变，A项错误；第一阶段，50 ℃时，反应速率较快且Ni(CO)4为气态，能从反应体系中分离出来，B项正确；相同温度下，第二阶段与第一阶段的平衡常数互为倒数，则230 ℃时，第二阶段的平衡常数K′＝5×104，反应进行的程度大，故Ni(CO)4分解率较高，C项错误；该反应达到平衡时，4v生成[Ni(CO)4]＝v生成(CO)，D项错误。
6．某温度下，将2 mol SO2和1 mol O2置于容积为10 L的密闭容器中发生反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH<0，SO2的平衡转化率(α)与体系总压强(p)的关系如图甲所示。则下列说法正确的是( )
A．由图甲推断，B点SO2的平衡浓度为0.3 mol·L－1
B．由图甲推断，A点对应温度下该反应的平衡常数为800
C．达平衡后，若增大容器容积，则反应速率变化图像可以用图乙表示
D．压强为0.50 MPa时，不同温度下SO2的转化率与温度的关系如图丙所示，则T2>T1
解析：选B B点SO2的转化率为0.85，则平衡时浓度为＝0.03 mol·L－1，故A项错误；A点转化率为0.80，则
2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)
开始/(mol·L－1) 0.2 0.1 0
转化/(mol·L－1) 0.16 0.08 0.16
平衡/(mol·L－1) 0.04 0.02 0.16
K＝＝800，故B项正确；达平衡后，若增大容器容积，反应速率减小，平衡逆向移动，逆反应速率大于正反应速率，与图像不符，故C项错误；T1条件下反应先达到平衡，则T1>T2，故D项错误。
[课下提能练]
1．(2018·铜陵一中期中)对于化学反应能否自发进行，下列说法中错误的是( )
A．若ΔH<0、ΔS>0，任何温度下都能自发进行
B．若ΔH>0、ΔS<0，任何温度下都不能自发进行
C．需要加热才能够进行的过程肯定不是自发过程
D．非自发过程在一定条件下可能变成自发过程
解析：选C 若ΔH<0、ΔS>0，则有ΔH－TΔS<0，故反应在任何温度下都能自发进行，A正确；若ΔH>0、ΔS<0，则有ΔH－TΔS>0，故反应在任何温度下都不能自发进行，B正确；化学反应能否自发进行与是否需要加热无关，有些自发反应需要加热来引发反应，C错误；有些非自发反应，改变反应条件可变成自发反应，如CaCO3在常温下是非自发反应，但高温下是自发反应，D正确。
2．(2018·哈尔滨三中调研)下列说法中不正确的是( )
A．SiO2(s)＋2C(s)===Si(s)＋2CO(g)只能在高温下自发进行，则该反应的ΔH＞0
B．3C(s)＋CaO(s)===CaC2(s)＋CO(g)在常温下不能自发进行，说明该反应的ΔH＞0
C．BaSO4(s)＋4C(s)===BaS(s)＋4CO(g)室温下不能自发进行，说明该反应的ΔH＜0
D．常温下，2NO(g)＋O2(g)===2NO2(g)能够自发进行，则该反应的ΔH＜0
解析：选C 该反应为熵增反应，则有ΔS＞0；该反应只有在高温下自发进行，说明在低温时ΔH－TΔS＞0，则该反应的ΔH＞0，A正确。该反应为熵增反应，则有ΔS＞0；该反应在常温下不能自发进行，说明常温时ΔH－TΔS＞0，即反应的ΔH＞0，B正确。该反应为熵增反应，则有ΔS＞0；该反应室温下不能自发进行，说明室温时ΔH－TΔS＞0，即反应的ΔH＞0，C错误。该反应为熵减反应，则有ΔS
＜0；该反应常温下能自发进行，说明常温时ΔH－TΔS＜0，即反应的ΔH＜0，D正确。
3．(2018·宜昌调研)已知4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g) ΔH＝－905.9 kJ·mol－1。一定条件下，向容积为1 L的密闭容器中投入0.8 mol NH3和1.6 mol O2，发生上述反应，2 min末和4 min末时NH3的物质的量分别为0.6 mol和0.3 mol。下列说法中不正确的是( )
A．上述反应的逆反应的活化能不小于905.9 kJ·mol－1
B．反应从2 min末到4 min末，O2的平均反应速率为0.15 mol·L－1·min－1
C．反应在2 min末时改变了某一条件，该条件可能是使用催化剂或升高温度
D．反应达平衡后降低压强，混合气体的平均摩尔质量减小
解析：选B 正反应是放热反应，该反应的逆反应的活化能减去正反应的活化能等于905.9 kJ·mol－1，则逆反应的活化能不小于905.9 kJ·mol－1，A项正确；v(O2)＝v(NH3)＝×＝0.187 5 mol·L－1·min－1，B项错误；反应从2 min末到4 min末，使用催化剂或升高温度均能加快反应速率，使反应物的物质的量减少，C项正确；反应达平衡后降低压强，平衡正向移动，反应物和生成物的总质量不变，总物质的量增大，则混合气体的平均摩尔质量减小，D项正确。
4．(2018·辽宁六校联考)t ℃时，在容积不变的密闭容器中发生反应X(g)＋3Y(g)2Z(g)，各组分在不同时刻的浓度如表所示，下列说法正确的是( )
物质
X
Y
Z
初始浓度/(mol·L－1)
0.1
0.2
0
2 min 时浓度/(mol·L－1)
0.08
a
b
平衡浓度/(mol·L－1)
0.05
0.05
0.1
A.平衡时，X的转化率为20%
B．t ℃时，该反应的平衡常数为40
C．平衡后，增大体系压强，v正增大，v逆减小，平衡向正反应方向移动
D．前2 min内，用Y的变化量表示的平均反应速率v (Y)＝0.03 mol·L－1·min－1
解析：选D 平衡时，X的转化率＝×100%＝50%，A项错误；t ℃时该反应的平衡常数K＝＝1 600，B项错误；该反应是气体分子数减小的反应，平衡后，增大体系压强，v正增大，v逆增大，平衡向正反应方向移动，C项错误；前2 min内，用Y的变化量表示的平均反应速率v(Y)＝3v(X)＝3×＝0.03 mol·L－1·min－1，D项正确。
5.向密闭容器中充入物质A和B，发生反应：aA(g)＋bB(g)cC(g)。反应过程中，在某一时刻，物质A的含量(A%)和物质C的含量(C%)随温度(T)的变化曲线如图所示，下列说法正确的是( )
A．该反应在T1、T3温度时达到过化学平衡
B．该反应在T2温度时可能达到过化学平衡
C．该反应的逆反应是放热反应
D．升高温度，平衡会向正反应方向移动
解析：选B T2之前A%渐小，C%渐大，而T2之后A%渐大，C%渐小，说明T2之前反应没有达到平衡状态，T2后温度升高使平衡逆向移动，故T2时反应达到平衡状态，故A项错误，B项正确；T2以后，温度升高，反应物的含量增大，说明平衡逆向移动，故该反应的正反应为放热反应，逆反应为吸热反应，故C、D项错误。
6．N2O5是一种新型硝化剂，一定温度下发生反应2N2O5(g)4NO2(g)＋O2(g) ΔH＞0，T1温度下的部分实验数据为
t/s
0
500
1 000
1 500
c(N2O5)/(mol·L－1)
5.00
3.52
2.50
2.50
下列说法不正确的是( )
A．500 s内，N2O5的分解速率为2.96×10－3mol·L－1·s－1
B．T1温度下的平衡常数为K1＝125,1 000 s时N2O5的转化率为50%
C．其他条件不变时，T2温度下反应到1 000 s时测得N2O5(g)浓度为2.98 mol·L－1，则有T1＜T2
D．T1温度下的平衡常数为K1，T2温度下的平衡常数为K2，若T1＞T2，则有K1＞K2
解析：选C 500 s内c(N2O5)由5.00 mol·L－1降低到3.52 mol·L－1，则有v(N2O5)＝＝2.96×10－3mol·L－1·s－1，A正确。1 000 s时，c(N2O5)＝2.50 mol·L－1，则c(NO2)＝5 mol·L－1，c(O2)＝1.25 mol·L－1，此时N2O5的转化率为＝50%；化学平衡常数K1＝＝＝125，B正确。T2温度下反应到1 000 s时测得N2O5(g)浓度为2.98 mol·L－1＞2.50 mol·L－1，说明反应正向进行的程度减小，即反应速率小，故有T1＞T2，C错误。该反应为吸热反应，升高温度，平衡正向移动，平衡常数增大，由于T1＞T2，则有K1＞K2，D正确。
7.(2017·衡水中学一调)以二氧化碳和氢气为原料制取乙醇的反应为：2CO2(g)＋6H2(g)CH3CH2OH(g)＋3H2O(g) ΔH
<0。某压强下的密闭容器中，按CO2和H2的物质的量比为1∶3投料，不同温度下平衡体系中各物质的物质的量百分数(y%)随温度变化如图所示。下列说法正确的是( )
A．a点的平衡常数小于b点
B．b点，v正(CO2)＝v逆(H2O)
C．a点，H2和H2O物质的量相等
D．其他条件恒定，充入更多H2，v(CO2)不变
解析：选C 从图像可知，温度越高氢气的含量越高，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，温度升高平衡常数减小，a>b，A错误；b点只能说明该温度下，CO2和H2O的浓度相等，不能说明v正(CO2)＝v逆(H2O)，B错误；从图像可知，a点H2和H2O的物质的量百分数相等，故物质的量相等，C正确；其他条件恒定，充入更多H2，反应物浓度增大，正反应速率增大，v(CO2)也增大，D错误。
8．一定条件下合成乙烯：6H2(g)＋2CO2(g)CH2===CH2(g)＋4H2O(g)，已知温度对CO2的平衡转化率和催化剂催化效率的影响如图所示，下列说法不正确的是( )
A．该反应的逆反应为吸热反应
B．平衡常数：KM＞KN
C．生成乙烯的速率：v(N)一定大于v(M)
D．当温度高于250 ℃，升高温度，催化剂的催化效率降低
解析：选C 升高温度CO2的平衡转化率降低，则升温平衡逆向移动，则逆反应为吸热反应，故A正确；升高温度CO2的平衡转化率降低，则升温平衡逆向移动，所以M点化学平衡常数大于N点，故B正确；化学反应速率随温度的升高而加快，催化剂的催化效率降低，所以v(N)有可能小于v(M)，故C错误；根据图像，当温度高于250 ℃，升高温度催化剂的催化效率降低，故D正确。
9．在①、②、③容积不等的恒容密闭容器中，均充入0.1 mol CO和0.2 mol H2，在催化剂的作用下发生反应：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)。测得三个容器中平衡混合物中CH3OH的体积分数随温度的变化如图所示。
下列说法正确的是( )
A．该反应的正反应为吸热反应
B．三个容器的容积：①＞②＞③
C．在P点，CO的转化率为75%
D．在P点，向容器②中再充入CO、H2及CH3OH各0.025 mol，此时v正(CO)＜v逆(CO)
解析：选C 由题图可知，容积一定时，温度升高，CH3OH的体积分数减小，说明升高温度，平衡逆向移动，故该反应的ΔH＜0，正反应为放热反应，A错误。三个容器中起始加入CO和H2的量分别相等，温度一定时，容器的容积越小，体系的压强越大，反应向正反应方向进行的程度越大，反应物的转化率越大，CH3OH的体积分数越大，故容器的容积：①＜②＜③，B错误。P点CH3OH的体积分数为50%，根据同温同压下，气体的体积之比等于其物质的量之比，则有
CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)
起始量/mol 0.1 0.2 0
转化量/mol x 2x x
平衡量/mol 0.1－x 0.2－2x x
则CH3OH的体积分数为×100%＝50%，解得x＝0.075 mol，故P点CO的转化率为×100%＝75%，C正确。在P点，向容器②中再充入CO、H2及CH3OH各0.025 mol，此时，容器②中n(CO)＝0.05 mol、n(H2)＝0.075 mol、n(CH3OH)＝0.1 mol，设容器②的容积为V L，则达到平衡时K＝＝1 200V2，充入气体后Qc＝＝355.6V2＜K＝1 200V2，平衡正向移动，此时v正(CO)＞v逆(CO)，D错误。
10．一定条件下，可逆反应的平衡常数可以用平衡浓度计算，也可以用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数。在恒温恒压条件下，总压不变，用平衡分压计算平衡常数更方便。下列说法不正确的是( )
A．对于反应C2H4(g)＋H2O(g)C2H5OH(g)，在一定条件下达到平衡状态时，体系的总压强为p，其中C2H4(g)、H2O(g)、C2H5OH(g)均为1 mol，则用分压表示的平衡常数Kp＝
B．恒温恒压下，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。若此时A、B和C均增加1 mol，平衡正向移动
C．恒温恒压下，在一容积可变的容器中，反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)达到平衡状态时，N2、H2、NH3各1 mol，若此时再充入3 mol N2，则平衡正向移动
D．对于一定条件下的某一可逆反应，用平衡浓度表示的平衡常数和用平衡分压表示的平衡常数，其数值不同，但意义相同，都只与温度有关
解析：选C 平衡时C2H4(g)、H2O(g)、C2H5OH(g)均为1 mol，则三者的分压均为p，故用分压表示的平衡常数Kp＝＝，A项正确；如A、B和C的物质的量按2∶1∶2增加时，则平衡不移动，而“均增加1 mol”时相当于在原来的基础上多加了B，则平衡正向移动，B项正确；N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)达到平衡状态时，N2、H2、NH3各1 mol，三者的分压均为p，此时用分压表示的平衡常数Kp＝2÷＝，若再充入3 mol N2，此时N2的分压为p，NH3和H2均为p，此时用分压表示的Qp＝2÷＝＝Kp，平衡不移动，C项错误；同一可逆反应，在相同条件下用平衡浓度表示的平衡常数和用平衡分压表示的平衡常数，其数值不同，但意义相同，且都只与温度有关，D项正确。
11．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/
(×10－3mol·L－1)
2.4
3.4
4.8
6.8
9.4
(1)该反应的焓变ΔH________0，熵变ΔS________0(填“＞”“＜”或“＝”)。
(2)可以判断该分解反应已经达到化学平衡的是________(填字母)。
A．2v正(NH3)＝v逆(CO2)
B．密闭容器中总压强不变
C．密闭容器中混合气体的密度不变
D．密闭容器中氨气的体积分数不变
(3)根据表中数据计算，在25.0 ℃时，反应2NH3(g)＋CO2(g)NH2COONH4(s)的平衡常数K＝________。
(4)取一定量的氨基甲酸铵固体放在一个带活塞的密闭真空容器中，在25 ℃下达到平衡状态。若在恒温下压缩容器体积，氨基甲酸铵固体的质量________(填“增加”“减小”或“不变”)。
解析：(1)分析表中数据可知，温度升高，平衡气体总浓度增大，说明平衡正向移动，该反应为吸热反应，则有ΔH＞0；该反应是气体体积增大的反应，则有ΔS＞0。
(2)达到平衡时，正、逆反应速率相等，则有v正(NH3)＝2v逆(CO2)，A项不符合题意；因为反应前后气体分子数不相等，未达到平衡前压强一直在变，所以总压强不变时，说明反应达到平衡，B项符合题意；反应未达到平衡前，气体质量一直在变，而容器容积不变，依ρ＝可知，混合气体的密度也在变，所以混合气体的密度不变时，说明反应达到平衡，C项符合题意；反应产物中NH3和CO2的物质的量之比始终为2∶1，密闭容器中氨气的体积分数始终不变，D项不符合题意。
(3)由表中数据可知，在25.0 ℃时，平衡气体的总浓度为4.8×10－3 mol·L－1，则有c(NH3)＝3.2×10－3 mol·L－1，c(CO2)＝1.6×10－3 mol·L－1，反应2NH3(g)＋CO2(g)NH2COONH4(s)的平衡常数K＝≈6.1×107。
(4)在恒温条件下压缩容器体积，平衡逆向移动，氨基甲酸铵固体的质量增大。
答案：(1)＞ ＞ (2)BC (3)6.1×107 (4)增大
12．科学家研究出一种以天然气为燃料的“燃烧前捕获系统”，其简单流程如图所示(条件及物质未标出)。
(1)已知：CH4、CO、H2的燃烧热分别为890.3 kJ·mol－1、283.0 kJ·mol－1、285.8 kJ·mol－1，则上述流程中第一步反应2CH4(g)＋O2(g)===2CO(g)＋4H2(g)的ΔH＝______________。
(2)工业上可用H2和CO2制备甲醇，其反应方程式为CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)，某温度下，将1 mol CO2和3 mol H2充入体积不变的2 L密闭容器中，发生上述反应，测得不同时刻反应前后的压强关系如下表：
时间/h
1
2
3
4
5
6
0.90
0.85
0.83
0.81
0.80
0.80
①用H2表示前2 h 的平均反应速率v(H2)＝_________________________________；
②该温度下，CO2的平衡转化率为________。
(3)在300 ℃、8 MPa下，将CO2和H2按物质的量之比1∶3 通入一密闭容器中发生(2)中反应，达到平衡时，测得CO2的平衡转化率为50%，则该反应条件下的平衡常数为Kp＝________(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)。
(4)CO2经催化加氢可合成低碳烯烃：2CO2(g)＋6H2(g)C2H4(g)＋4H2O(g) ΔH。在0.1 MPa时，按n(CO2)∶n(H2)＝1∶3投料，如图所示为不同温度(T)下，平衡时四种气态物质的物质的量(n)关系。
①该反应的ΔH________0(填“＞”或“＜”)。
②曲线c表示的物质为________。
③为提高H2的平衡转化率，除改变温度外，还可采取的措施是________________________________________________________________________。
解析：(1)CH4、CO、H2的燃烧热分别为890.3 kJ·mol－1、283.0 kJ·mol－1、285.8 kJ·mol－1，据此写出热化学方程式：
①CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)
ΔH1＝－890.3 kJ·mol－1
②CO(g)＋O2(g)===CO2(g)
ΔH2＝－283.0 kJ·mol－1
③H2(g)＋O2(g)===H2O(l)
ΔH3＝－285.8 kJ·mol－1
根据盖斯定律，由①×2－②×2－③×4可得：2CH4(g)＋O2(g)===2CO(g)＋4H2(g)，则有ΔH＝2ΔH1－2ΔH2－4ΔH3＝(－890.3 kJ·mol－1)×2－(－283.0 kJ·mol－1)×2－(－285.8 kJ·mol－1)×4＝－71.4 kJ·mol－1。
(2)①恒温恒容时，气体的压强之比等于其物质的量之比，2 h时，＝0.85，设消耗CO2的物质的量为x mol，
CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔV
1 2
x mol 2x mol
则有＝0.85，解得x＝0.3，故前2 h的平均反应速率v(H2)＝＝0.225 mol·L－1·h－1。
②该温度下，反应进行5 h时达到平衡状态，此时＝0.80，设消耗CO2的物质的量为y mol，则有＝0.80，解得y＝0.4，故CO2的平衡转化率为×100%＝40%。
(3)设开始时投入CO2和H2的物质的量分别为1 mol、3 mol，CO2的平衡转化率为50%，则有：
CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)
起始量/mol 1 3 0 0
转化量/mol 0.5 1.5 0.5 0.5
平衡量/mol 0.5 1.5 0.5 0.5
则平衡时p(CO2)＝p(CH3OH)＝p(H2O)＝8 MPa×＝ MPa，p(H2)＝8 MPa×＝4 MPa，故该反应条件下的平衡常数为Kp＝＝。
(4)①由图可知，随着温度的升高，n(H2)逐渐增大，说明平衡逆向移动，则正反应为放热反应，故有ΔH<0。②随着温度的升高，n(H2)逐渐增大，由于H2是反应物，则另一条逐渐增大的曲线a代表CO2；C2H4(g)、H2O(g)都是生成物，随着平衡逆向移动，二者的物质的量逐渐减小，根据化学计量数的关系可知，曲线b代表H2O(g)，曲线c代表C2H4(g)。③该反应的正反应是气体总分子数减少的放热反应，欲提高H2的平衡转化率，除改变温度外，还可以增大压强或不断分离出产物H2O(g)。
答案：(1)－71.4 kJ·mol－1 (2)①0.225 mol·L－1·h－1
②40% (3) (4)①< ②C2H4 ③加压(或不断分离出水蒸气)
13．NH3作为一种重要化工原料，被大量应用于工业生产，与其有关性质反应的催化剂研究曾被列入国家863计划。催化剂常具有较强的选择性，即专一性。已知：
反应Ⅰ：4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g) ΔH1＝－905.0 kJ·mol－1
反应Ⅱ：4NH3(g)＋3O2(g)2N2(g)＋6H2O(g) ΔH2
(1)
化学键
H—O
O===O
N≡N
N—H
键能/(kJ·mol－1)
463
496
942
391
ΔH2＝______________。
(2)在恒温恒容装置中充入一定量的NH3和O2，在某催化剂的作用下进行反应Ⅰ，则下列有关叙述中正确的是________(填字母)。
A．使用催化剂时，可降低该反应的活化能，加快其反应速率
B．若测得容器内4v正(NH3)＝6v逆(H2O)时，说明反应已达到平衡
C．当容器内＝1时，说明反应已达到平衡
(3)氨催化氧化时会发生上述两个竞争反应Ⅰ、Ⅱ。为分析某催化剂对该反应的选择性，在1 L密闭容器中充入1 mol NH3和2 mol O2，测得有关物质的量关系如图：
①该催化剂在高温时选择反应________(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。
②520 ℃时，4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)的平衡常数K＝________(不要求得出计算结果，只需列出数字计算式)。
③有利于提高NH3转化为N2的平衡转化率的措施有________(填字母)。
A．使用催化剂Pt/Ru
B．使用催化剂Cu/TiO2
C．增大NH3和O2的初始投料比
D．投料比不变，增大反应物的浓度
E．降低反应温度
解析：(1)4NH3(g)＋3O2(g)2N2(g)＋6H2O(g)
ΔH2＝反应物的键能总和－生成物的键能总和＝4×3×391 kJ·mol－1＋3×496 kJ·mol－1－2×942 kJ·mol－1－6×2×463 kJ·mol－1＝－1 260 kJ·mol－1。
(2)在恒温恒容装置中充入一定量的NH3和O2，在某催化剂的作用下进行反应Ⅰ
，使用催化剂时，可降低该反应的活化能，加快其反应速率，A正确；若测得容器内4v正(NH3)＝6v逆(H2O)时，两反应速率之比不等于化学计量数之比，说明反应未达到平衡，B不正确；当容器内＝1时，并不能说明各组分含量保持不变，也不能说明正、逆反应速率相等，所以不能说明反应已达到平衡，C不正确。
(3)①根据图像结合N元素守恒可知，在高温时氨主要转化为NO，所以该催化剂在高温时选择反应Ⅰ。
②520 ℃时，4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)的平衡常数可根据A点数据计算。A点对应的纵坐标为0.2，说明n(N2)＝n(NO)＝0.2 mol，根据N原子守恒得n(NH3)＝1 mol－0.2 mol－0.2 mol×2＝0.4 mol，再根据H元素守恒得n(H2O)＝ mol＝0.9 mol，最后根据O原子守恒得n(O2)＝2 mol－0.2 mol×－0.9 mol×＝1.45 mol，因为容积为1 L，所以K＝。
③使用催化剂可以加快化学反应速率，但不能提高反应物的转化率，A和B都不正确；增大NH3和O2的初始投料比虽然有利于反应Ⅱ的发生，但会减小氨气的转化率，C不正确；正反应是气体分子数增大的反应，投料比不变，增大反应物的浓度相当于采取了加压的措施，加压对逆反应有利，所以氨的转化率减小，D不正确；正反应是放热反应，降低反应温度对正反应有利，所以有利于提高NH3转化为N2的平衡转化率，E正确。
答案：(1)－1 260 kJ·mol－1 (2)A
(3)①Ⅰ ② ③E
章 末 聚焦命题热点·精析高考重难
“有道可寻”的复杂化学平衡图像
化学平衡图像题，除以常规图像形式(如c t图、含量—时间—温度图、含量—时间—压强图、恒压线图、恒温线图等)考查平衡知识外，又出现了很多新型图像。这些图像常与生产生活中的实际问题相结合，从反应时间、投料比值、催化剂的选择、转化率等角度考查。图像形式看似更加难辨，所涉问题看似更加复杂，但只要仔细分析，抓住图像中的关键点(常为最高点、最低点、转折点)、看清横坐标、纵坐标代表的条件、弄清曲线的变化趋势，即可将复杂图像转化为常规图像。进而运用化学平衡知识进行解答即可。其解题模板如右所示。
[常见考法]
考法(一) 转化率—催化剂—温度图像
[典例1] 一定条件下，用Fe2O3、NiO或Cr2O3作催化剂对燃煤烟气回收。反应为2CO(g)＋SO2(g)2CO2(g)＋S(l) ΔH＝－270 kJ·mol－1
①其他条件相同、催化剂不同，SO2的转化率随反应温度的变化如图1，Fe2O3和NiO作催化剂均能使SO2的转化率达到最高，不考虑催化剂价格因素，选择Fe2O3的主要优点是：________________________________________________________________________。
[答案] ①Fe2O3作催化剂时，在相对较低的温度可获得较高的SO2转化率，从而节约能源 ②a
考法(二) 转化率—投料比—温度图像
[典例2] 将燃煤废气中的CO2转化为甲醚的反应原理为2CO2(g)＋6H2(g)CH3OCH3(g)＋3H2O(g)，已知在压强为a MPa下，该反应在不同温度、不同投料比时，CO2
的转化率见下图：
[答案] 放热 不变
考法(三) 转化率—催化剂图像
[典例3] 采用一种新型的催化剂(主要成分是CuMn合金)，利用CO和H2制备二甲醚(DME)。
主反应：2CO(g)＋4H2(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)
副反应：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)
CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)
测得反应体系中各物质的产率或转化率与催化剂的关系如图所示。
则催化剂中n(Mn)/n(Cu)约为________时最有利于二甲醚的合成。
[答案] 2.0
[多角练透]
1．(2017·全国卷Ⅱ)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＝＋123 kJ·mol－1
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
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
(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)反应①为气体总体积增大的反应，在温度相同时降低压强有利于提高平衡转化率，故x<0.1。反应①为吸热反应，升高温度有利于平衡正向移动，A项正确；降低压强平衡向气体总体积增大的方向移动，D项正确。(2)结合图(b)可看出随着n(氢气)/n(丁烷)增大，丁烯产率先升高后降低，这是因为氢气是生成物，当n(氢气)/n(丁烷)逐渐增大时，逆反应速率加快，故丁烯的产率逐渐降低。(3)在590 ℃之前随温度升高丁烯产率逐渐增大，这是因为温度升高不仅能加快反应速率，还能促使平衡正向移动；但温度高于590 ℃时，丁烯高温裂解生成短链烃类，导致丁烯产率快速降低。
答案：(1)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
2．(2015·全国卷Ⅰ)Bodensteins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)。若k正＝0.002 7 min－1，在t＝40 min 时，v正＝________min－1。
(3)由上述实验数据计算得到v正～x(HI)和v逆～x(H2)的关系可用下图表示。当升高到某一温度时，反应重新达到平衡，相应的点分别为________(填字母)。
解析：(1)由表中数据可知，无论是从正反应方向开始，还是从逆反应方向开始，最终x(HI)均为0.784，说明此时已达到了平衡状态。设HI的初始浓度为1 mol·L－1，则：
2HI(g)H2(g)＋I2(g)
起始(mol·L－1) 1 0 0
变化(mol·L－1) 0.216 0.108 0.108
平衡(mol·L－1) 0.784 0.108 0.108
K＝＝。
(2)建立平衡时，v正＝v逆，即k正x2(HI)＝k逆x(H2)·x(I2)，k逆＝k正。由于该反应前后气体分子数不变，故k逆＝k正＝k正＝。在40 min时，x(HI)＝0.85，则v正＝0.002 7 min－1×0.852≈1.95×10－3 min－1。(3)因2HI(g)H2(g)＋I2(g) ΔH＞0，升高温度，v正、v逆均增大，且平衡向正反应方向移动，HI的物质的量分数减小，H2、I
2的物质的量分数增大。因此，反应重新达到平衡后，相应的点分别应为A点和E点。
答案：(1)
(2) 1.95×10－3
(3)A、E
3．氮和碳的化合物与人类生产、生活密切相关。
(1)在压强为0.1 MPa条件下，将CO和H2的混合气体在催化剂作用下转化为甲醇的反应为CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH<0。
①下列有关叙述能说明该反应达到平衡状态的是________(填字母)。
a．混合气体的密度不再变化
b．CO和H2的物质的量之比不再变化
c．v正(H2)＝v逆(CH3OH)
d．CO在混合气体中的质量分数保持不变
②T1 ℃时，在一个容积为5 L的恒压容器中充入1 mol CO、2 mol H2，经过5 min达到平衡，CO的转化率为0.75，则T1 ℃时，CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)的平衡常数K＝________。
③T1 ℃时，在容积为5 L的恒容容器中充入一定量的H2和CO，反应达到平衡时CH3OH的体积分数与的关系如图甲所示。温度不变，当＝2.5时，达到平衡状态，CH3OH的体积分数可能是图像中的________点。
(2)用催化转化装置净化汽车尾气，装置中涉及的反应之一为2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g)。
①探究上述反应中NO的平衡转化率与压强、温度的关系，得到如图乙所示的曲线。催化装置比较适合的温度和压强是________________。
②测试某型号汽车在冷启动(冷启动指发动机水温低的情况下启动)时催化装置内CO和NO百分含量随时间变化曲线如图丙所示。则前10 s内，CO和NO百分含量无明显变化的原因是________________________________________________________________________。
解析：(1)①恒压条件下进行反应CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)，容器的容积不断变化，混合气体的总质量不变，则气体的密度不断变化，若混合气体的密度不再变化，则达到平衡状态，a正确；若按物质的量之比为1∶2投入CO和H2，则二者的物质的量之比一直不变，b错误；达到平衡时，v正(H2)＝2v逆(CH3OH)，c错误；CO在混合气体中的质量分数保持不变，则n(CO)保持不变，该反应达到平衡状态，d正确。
②T1 ℃时，恒压容器中进行反应，经过5 min达到平衡，CO的转化率为0.75，则平衡时混合气体的总物质的量为1.5 mol；根据恒温恒压时，气体的体积之比等于其物质的量之比，此时容器的容积为＝2.5 L，则平衡时CO(g)、H2(g)、CH3OH(g)的浓度分别为0.1 mol·L－1、0.2 mol·L－1、0.3 mol·L－1，故T1 ℃时，该反应的平衡常数K＝＝＝75。
③T1 ℃时，图甲中C点＝2，由2变为2.5，相当于增加H2的量，平衡正向移动，根据勒夏特列原理分析可知，n(CH3OH)增加量小于n总(气体)的增加量，则CH3OH的体积分数减小，故图中F点符合要求。
(2)①由图乙可知，在压强一定时，温度越低，NO的平衡转化率越高，故应选用400 K下进行反应；在400 K时，增大压强，NO的平衡转化率变化不大，故可选在较低压强下进行反应，降低对设备的要求，可选用压强为1 MPa的条件。
②汽车在冷启动时，发动机水温低，催化装置中催化剂未达到其理想的工作温度，反应2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g)进行的程度较小，故CO和NO百分含量没明显变化。
答案：(1)①ad ②75 ③F
(2)①400 K、1 MPa ②尚未达到催化剂工作温度(或尚未达到反应所需的温度)
[命题热点强化练]
1．烟气(主要污染物SO2、NOx)经O3预处理后用CaSO3水悬浮液吸收，可减少烟气中SO2、NOx的含量。O3氧化烟气中SO2、NOx的主要反应的热化学方程式为
NO(g)＋O3(g)===NO2(g)＋O2(g)
ΔH＝－200.9 kJ·mol－1
NO(g)＋O2(g)===NO2(g) ΔH＝－58.2 kJ·mol－1
SO2(g)＋O3(g)===SO3(g)＋O2(g)
ΔH＝－241.6 kJ·mol－1
(1)反应3NO(g)＋O3(g)===3NO2(g)的ΔH＝_____________kJ·mol－1。
(2)室温下，固定进入反应器的NO、SO2的物质的量，改变加入O3的物质的量，反应一段时间后体系中n(NO)、n(NO2)和n(SO2)随反应前n(O3)∶n(NO)的变化见下图。
①当n(O3)∶n(NO)＞1时，反应后NO2的物质的量减少，其原因是________________________________________________________________________。
②增加n(O3)，O3氧化SO2的反应几乎不受影响，其可能原因是________________________________________________________________________。
(3)当用CaSO3水悬浮液吸收经O3预处理的烟气时，清液(pH约为8)中SO将NO2转化为NO，其离子方程式为________________________________________________。
解析：(1)应用盖斯定律进行解答。
(2)①O3的氧化性很强，O3能将NO2氧化为更高价的氮氧化物。
②O3能氧化SO2，而增加n(O3)时O3氧化SO2的反应几乎不受影响，其原因是SO2与O3的反应速率慢。
(3)NO2转化为NO是NO2发生了还原反应，则SO发生氧化反应；pH＝8的溶液呈碱性。在此基础上，应用书写氧化还原反应型离子方程式的规则，可写出SO与NO2反应的离子方程式。
答案：(1)－317.3
(2)①O3将NO2氧化为更高价氮氧化物(或生成了N2O5)
②SO2与O3的反应速率慢
(3)SO＋2NO2＋2OH－===SO＋2NO＋H2O
2．磷石膏是湿法生产磷酸排出的工业废渣，主要成分是CaSO4·2H2O。
(1)CaSO4·2H2O脱水反应相关的热化学方程式如下：
CaSO4·2H2O(s)===CaSO4·H2O(s)＋H2O(g) ΔH1＝＋83.2 kJ·mol－1
CaSO4·2H2O(s)===CaSO4(s)＋2H2O(l) ΔH2＝＋26 kJ·mol－1
H2O(g)===H2O(l) ΔH3＝－44 kJ·mol－1
则反应CaSO4·H2O(s)===CaSO4(s)＋H2O(g)的ΔH4＝________kJ·mol－1。
(2)用不同的还原剂可以将CaSO4还原，所得SO2可用于工业生产硫酸。
①以CO作还原剂，改变反应温度可得到不同的产物。不同温度下反应后所得固体成分的物质的量如图1所示。在低于800 ℃时主要还原产物为________；高于800 ℃
时CaS减少的原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________(用化学方程式表示)。
②以高硫煤为还原剂焙烧2.5 h，不同条件对硫酸钙转化率的影响如图2所示。CaCl2的作用是_________________________________________________________________；
当温度高于1 200 ℃时，无论有无CaCl2存在，CaSO4的转化率趋于相同，其原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
③以C作还原剂，向密闭容器中加入相同质量的几组不同C/S值(C与CaSO4的物质的量比)的混合物在1 100 ℃加热，结果如图3所示。当C/S值为0.5时，反应产物为CaO、SO2、CO2；当C/S值大于0.7时，反应所得气体中SO2的体积分数不升反降，其可能原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)利用反应CaSO4(s)＋(NH4)2CO3(aq)CaCO3(s)＋(NH4)2SO4(aq)可以将磷石膏转化为硫酸铵。若反应达到平衡后溶液中c(SO)＝2.0 mol·L－1，此时溶液中c(CO)＝_______________。[已知：Ksp(CaCO3)＝2.8×10－9，Ksp(CaSO4)＝3.2×10－7]
解析：(1)将给定的三个热化学方程式分别标为①②③，根据盖斯定律，由②－①－2×③可得目标热化学方程式，故ΔH4＝ΔH2－ΔH1－2ΔH3＝(26－83.2＋44×2)kJ·mol－1＝＋30.8 kJ·mol－1。(2)①由图示可知，在低于800 ℃时，还原的主要产物为CaS，在高于800 ℃ 时，得到的主要产物为CaO，则此时是CaS与CaSO4反应生成CaO。②由图示可看出，在高于1 200 ℃时，加入CaCl2与不加入CaCl2时CaSO4的转化率相同，但较低温度下加入CaCl2时转化率高，故CaCl2的作用为催化剂。③当C/S值大于0.7时，原料中的还原剂C的含量增加，则高温下过量的C与CO2发生反应CO2＋C
2CO，从而使得气体总体积增大。(3)根据反应的化学方程式可知，该反应的平衡常数K＝＝＝＝＝，故当c(SO)＝2.0 mol·L－1时，c(CO)＝0.017 5 mol·L－1。
答案：(1)＋30.8
(2)①CaS CaS＋3CaSO44CaO＋4SO2↑
②作催化剂 两种情况下反应均达到平衡状态，催化剂CaCl2不改变平衡状态
③CO2高温下与过量C反应生成CO，使气体总体积增大(或部分转化为其他含S物质)
(3)1.75×10－2 mol·L－1
3．“温室效应”是全球关注的环境问题之一。CO2是目前大气中含量最高的一种温室气体，CO2的综合利用是解决温室及能源问题的有效途径。
(1)研究表明CO2和H2在催化剂存在下可发生反应生成CH3OH。已知部分反应的热化学方程式如下：
CH3OH(g)＋O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l) ΔH1＝a kJ·mol－1
H2(g)＋O2(g)===H2O(l) ΔH2＝b kJ·mol－1
H2O(g)===H2O(l) ΔH3＝c kJ·mol－1
则CO2(g)＋3H2(g)===CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH＝______________kJ·mol－1。
(2)CO2催化加氢也能合成低碳烯烃：2CO2(g)＋6H2(g)C2H4(g)＋4H2O(g)。不同温度下平衡时的四种气态物质的物质的量如图1所示，曲线b表示的物质为________(填化学式)。
(3)CO2和H2在催化剂Cu/ZnO作用下可发生两个平行反应，分别生成CH3OH和CO。
反应A：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)
反应B：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)
控制CO2和H2初始投料比为1∶3时，温度对CO2平衡转化率及甲醇和CO产率的影响如图2所示。
①由图2可知温度升高CO的产率上升，其主要原因可能是
________________________________________________________________________。
②由图2可知获取CH3OH最适宜的温度是________。下列措施有利于提高CO2转化为CH3OH的平衡转化率的有________(填字母)。
A．使用催化剂
B．增大体系压强
C．增大CO2和H2的初始投料比
D．投料比不变和容器体积不变，增加反应物的浓度
解析：(1)将已知的前三个热化学方程式编号为①②③，根据盖斯定律，将3×②－①－③可得第4个热化学方程式，故ΔH＝(3b－a－c)kJ·mol－1。(2)由图可知平衡时H2的物质的量随温度升高而增大，则曲线a代表CO2，由化学方程式中各物质的化学计量数可知，b表示H2O，c表示C2H4。(3)②使用催化剂不影响平衡，A错误；增大压强反应A平衡正向移动，反应B平衡不移动，CO2转化为CH3OH的转化率增大，B正确；增大CO2和H2的初始投料比，CO2转化率减小，C错误；投料比和容器体积不变时，增加反应物的浓度等效于增大压强，D正确。
答案：(1)3b－a－c (2)H2O
(3)①反应B正反应是吸热反应，温度升高平衡正向移动，CO产率升高
②250 ℃ BD
4．钴及其化合物在催化剂、电池、颜料与染料等领域有广泛应用。
(1)CoO是一种油漆添加剂，可通过反应①、②制备。
①2Co(s)＋O2(g)===2CoO(s) ΔH1＝a kJ·mol－1
②CoCO3(s)===CoO(s)＋CO2(g) ΔH2＝b kJ·mol－1
则反应2Co(s)＋O2(g)＋2CO2(g)===2CoCO3(s)的ΔH＝________________。
(2)某含钴催化剂可同时催化去除柴油车尾气中的碳烟(C)和NOx。不同温度下，将模拟尾气(成分如下表所示)以相同的流速通过该催化剂，测得所有产物(CO2、N2、N2O)与NO的相关数据如图所示。
模拟尾气
气体(10 mol)
碳烟
(a mol)
NO
O2
He
物质的量分数
0.25%
5%
94.75%
－
①380 ℃时，测得排出的气体中含0.45 mol O2和0.052 5 mol CO2，则Y的化学式为____________。
②实验过程中采用NO模拟NOx而不采用NO2的原因是
________________________________________________________________________。
解析：(1)将给定的两个热化学方程式按照①－②×2可得目标热化学方程式，故ΔH＝(a－2b)kJ·mol－1。(2)①根据尾气中NO、O2的物质的量以及排出气体中O2、CO2的物质的量可知，反应掉的NO在反应中提供的n(O)＝(0.45×2＋0.052 5×2－10×5%×2)mol＝0.005 mol，由图示可知，生成X的n(NO)＝(10×0.25%×16%)mol＝0.004 mol，生成Y的n(NO)＝(10×0.25%×8%)mol＝0.002 mol，若X为N2，Y为N2O，则提供的n(O)＝0.004 mol＋0.002 mol×＝0.005 mol，若X为N2O，Y为N2，则提供的n(O)＝0.004 mol×＋0.002 mol＝0.004 mol，故Y为N2O。
答案：(1)(a－2b)kJ·mol－1
(2)①N2O ②真实尾气中的NOx以NO为主(或NO2气体中存在N2O4，不便于定量测定)
5．甲烷在日常生活及有机合成中用途广泛，某研究小组研究甲烷在高温下气相裂解反应的原理及其应用。
(1)已知：CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)
ΔH1＝－890.3 kJ·mol－1
C2H2(g)＋O2(g)===2CO2(g)＋H2O(l) ΔH2＝－1 299.6 kJ·mol－1
2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH3＝－571.6 kJ·mol－1
则甲烷气相裂解反应：2CH4(g)===C2H2(g)＋3H2(g)的ΔH＝________。
(2)该研究小组在研究过程中得出当甲烷分解时，几种气体平衡时分压(Pa)与温度(℃)的关系如图所示。
①T1℃时，向2 L恒容密闭容器中充入0.3 mol CH4只发生反应2CH4(g)C2H4(g)＋2H2(g)，达到平衡时，测得c(C2H4)＝c(CH4)。该反应达到平衡时，CH4的转化率为________。
②对上述平衡状态，若改变温度至T2 ℃，经10 s后再次达到平衡，c(CH4)＝2c(C2H4)，则10 s内C2H4的平均反应速率v(C2H4)＝________，上述变化过程中T1______(填“＞”或“＜”)T2，判断理由是______________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)若容器中发生反应2CH4(g)C2H2(g)＋3H2(g)，列式计算该反应在图中A点温度时的平衡常数K＝________(用平衡分压代替平衡浓度)；若只改变一个反应条件使该反应的平衡常数K值变大，则该条件是______(填字母)。
A．可能减小了C2H2的浓度
B．一定是升高了温度
C．可能增大了反应体系的压强
D．可能使用了催化剂
解析：(1)将三个已知的热化学方程式依次编号为①②③，根据盖斯定律，由①×2－②－③×可得热化学方程式2CH4(g)C2H2(g)＋3H2(g) ΔH＝＋376.4 kJ·mol－1。(2)①设达到平衡时，甲烷转化了x mol·L－1，根据“三段式”法进行计算：
2CH4(g)C2H4(g)＋2H2(g)
起始(mol·L－1) 0.15 0 0
转化(mol·L－1) x 0.5x x
平衡(mol·L－1) 0.15－x 0.5x x
则有0.15－x＝0.5x，解得x＝0.1，故CH4的转化率为×100%≈66.7%。②由图像判断出该反应为吸热反应，因重新达到平衡后甲烷的浓度增大，故反应逆向移动，则T1℃→T2℃为降温过程，即T1＞T2。结合①的计算结果，设重新达到平衡时，甲烷的浓度变化了y mol·L－1，根据“三段式”法进行计算：
2CH4(g)C2H4(g)＋2H2(g)
起始(mol·L－1) 0.05 0.05 0.1
转化(mol·L－1) y 0.5y y
平衡(mol·L－1) 0.05＋y 0.05－0.5y 0.1－y
则有0.05＋y＝2×(0.05－0.5y)，解得y＝0.025。则v(C2H4)＝＝0.00 125 mol·L－1·s－1。
(3)由题图中数据可知，平衡时各物质分压如下：
2CH4(g)C2H2(g)＋3H2(g)
1×103 1×10－1 1×104
平衡常数K＝＝1×105。平衡常数只与温度有关，由题给图像可知该反应为吸热反应，则升高温度可使化学平衡常数增大。
答案：(1)＋376.4 kJ·mol－1
(2)①66.7% ②0.001 25 mol·L－1·s－1 ＞ 从题给图像判断出该反应为吸热反应，对比T1℃和T2℃两种平衡状态，由T1℃到T2℃，CH4浓度增大，说明平衡逆向移动，则T1＞T2
(3)1×105 B
6．碳、氮及其化合物是同学们经常能接触到的重要物质，是科学研究的重要对象。
(1)H2NCOONH4是工业合成尿素的中间产物，该反应的能量变化如图甲所示。用CO2和氨气合成尿素的热化学方程式为________________________________________。
(2)合理利用CO2、CH4，抑制温室效应成为科学研究的新热点。一种以二氧化钛表面覆盖Cu2Al2O4为催化剂，可以
将CO2和CH4直接转化成乙酸(ΔH＜0)。在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率分别如图乙所示。250～300 ℃时，温度升高而乙酸的生成速率降低的原因是________________。250 ℃和400 ℃时乙酸的生成速率几乎相等，实际生产中应选择的温度为________℃。
(3)T ℃时，将等物质的量的NO和CO充入体积为2 L的密闭容器中发生反应2NO＋2CO2CO2＋N2
。保持温度和体积不变，反应过程中NO的物质的量随时间的变化如图丙所示。
①平衡时若保持温度不变，再向容器中充入CO、N2各0.8 mol，平衡将________(填“向左”“向右”或“不”)移动。
②图中a、b分别表示在一定温度下，使用相同质量、不同表面积的催化剂时，达到平衡过程中n(NO)的变化曲线，其中表示催化剂表面积较大的曲线是________(填“a”或“b”)。
③15 min时，若改变外界反应条件，导致n(NO)发生如图所示的变化，则改变的条件可能是________(任答一条即可)。
解析：(1)反应物能量高，生成物能量低，由图甲可知放出的能量为272 kJ·mol－1－138 kJ·mol－1＝134 kJ·mol－1，用CO2和氨气合成尿素的热化学方程式为2NH3(g)＋CO2(g)===CO(NH2)2(s)＋H2O(l) ΔH＝－134 kJ·mol－1。(2)250～300 ℃时，温度升高而乙酸的生成速率降低的原因是250 ℃时催化剂的催化效率最好，之后催化剂的催化效率急剧降低；250 ℃和400 ℃时乙酸的生成速率几乎相等，实际生产中应选择的温度为250 ℃，250 ℃时催化剂活性最高。(3)由图丙可知：起始时NO为0.4 mol，平衡时为0.2 mol，则有
2NO(g)＋2CO(g) 2CO2(g)＋N2(g)
起始/mol 0.4 0.4 0 0
转化/mol 0.2 0.2 0.2 0.1
平衡/mol 0.2 0.2 0.2 0.1
平衡时浓度
/mol·L－1 0.1 0.1 0.1 0.05
K＝＝＝5
Qc＝＝ ＝1.8＜K，故反应向右移动。
②催化剂表面积大，反应速率快，达平衡时间短，由图可知，b曲线代表条件下的反应速率快，b的催化剂表面积大。
③由图像可知，NO的浓度减小，平衡正向移动，所以改变条件为增加CO的物质的量浓度、增大压强、减小生成物浓度。
答案：(1)2NH3(g)＋CO2(g)===CO(NH2)2(s)＋H2O(l) ΔH＝－134 kJ·mol－1
(2)250 ℃时，催化剂的催化效率最好，之后催化剂的催化效率急剧降低 250
(3)①向右 ②b ③增加CO的物质的量浓度、增大压强、减少生成物浓度
