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专题3.2 化学平衡状态的判断与平衡的移动-备战2023年高考化学新编大一轮复习讲义·
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专题3.2 化学平衡状态的判断与平衡的移动
【考纲要求】
1、会用复合判据判断反应进行的方向。
2、了解化学反应的可逆性的特点。
3、掌握化学平衡状态的建立及特征。
考点一 化学反应的方向
【核心知识梳理】
1、自发反应
在一定条件下无需外界帮助就能自发进行的反应称为自发反应。
2．熵和熵变的含义
(1)熵的含义
度量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。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
ΔS＝S(生成物)－S(反应物)。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，反应处于平衡状态；
ΔG>0时，反应不能自发进行。
【精准训练1】
1、下列说法中正确的是( )
A．凡是放热反应都是自发的，吸热反应都是非自发的
B．自发反应一定是熵增大，非自发反应一定是熵减小或不变
C．熵增大且放热的反应一定是自发反应
D．非自发反应在任何条件下都不能实现
【答案】C
【解析】吸热反应不一定都是非自发进行的反应，如Ba(OH)2和NH4Cl常温即可发生反应，A项错误；熵减小的反应不一定都是非自发反应，如氢气和氧气反应生成水的反应，B项错误；当ΔH－TΔS恒小于0，即ΔH＜0、ΔS＞0(熵增且放热的反应)时反应一定是自发反应，C项正确；过程的自发性不能确定过程是否一定会发生，某些非自发反应在一定条件下也可发生，D项错误。
2、下列反应中，在高温下不能自发进行的是( )
A．2CO(g)===2C(s)＋O2(g)
B．2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)
C．(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)＋NH3(g)
D．MgCO3(s)===MgO(s)＋CO2(g)
【答案】A
【解析】A、B、C、D都是分解反应，都是吸热反应。但B、C、D都是熵增大的反应，所以能自发进行，A是熵减小的反应，在任何条件下都不能自发进行。
3、下列说法中正确的是
A. 氯酸钾分解是一个熵增的过程
B. △H>0，△S>0的反应一定可以自发进行
C. 电解水产生氢气、氧气的反应具有自发性
D. 可逆反应正向进行时，正反应具有自发性，△H一定小于零
【答案】A
【解析】氯酸钾分解生成气体，混乱度增加，熵值增大，A正确；△G＜0反应自发进行，由△G=△H-T△S可知，若△H>0，△S>0，则当低温下△G可能大于0，反应非自发，B错误；电解水产生氢气、氧气的反应为△H>0，△S>0，根据△G=△H-T△S＜0可知，只有在高温条件下才具有自发性，C错误；可逆反应正向进行时，由△G=△H-T△S可知，若△H>0，△S>0且高温条件下正反应具有自发性，D错误。
4、反应2AB(g)C(g)＋3D(g)在高温时能自发进行，其逆反应在低温下能自发进行，则该反应的ΔH、ΔS应为( )
A．ΔH＜0，ΔS＞0 B．ΔH＜0，ΔS＜0
C．ΔH＞0，ΔS＞0 D．ΔH＞0，ΔS＜0
【答案】C
【解析】该反应的正反应是气体分数增大的反应，所以正反应的ΔS＞0，逆反应的ΔS＜0，其逆反应在低温下能自发进行，由ΔH－TΔS＜0可推出逆反应的ΔH＜0，则正反应的ΔH＞0，C正确。
5、以下自发反应可用焓判据来解释的是( )
A．硝酸铵自发溶于水
B．2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g) ΔH＝＋56.7 kJ·mol－1
C．(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)＋NH3(g) ΔH＝＋74.9 kJ·mol－1
D．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH＝－571.6 kJ·mol－1
【答案】D
【解析】焓判据能够说明放热反应为自发反应，而A、B、C三项中的自发过程均为吸热过程，显然不能单用焓判据来解释，只有D项可以焓判据来解释。
6、(1)汽车燃油不完全燃烧时产生CO，有人设想按下列反应除去CO：2CO(g)===2C(s)＋O2(g)。已知该反应的ΔH>0，简述该设想能否实现的依据：____________________________。
(2)下列反应中，在高温下不能自发进行的是________(填字母)。
a．CO(g)===C(s)＋O2(g)
b．2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)
c．(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)＋NH3(g)
d．MgCO3(s)===MgO(s)＋CO2(g)
(3)运用化学反应原理研究合成氨反应有重要意义，请完成下列探究。
生产氢气：将水蒸气通过红热的炭即产生水煤气。C(s)＋H2O(g)H2(g)＋CO(g) ΔH＝＋131.3kJ·mol－1，ΔS＝＋133.7J·mol－1·K－1，该反应在低温下________(填“能”或“不能”)自发进行。
【答案】(1)该反应是ΔH>0，ΔS<0的反应，任何温度下均不能自发进行 (2)a (3)不能
【解析】(1)该反应ΔH>0、ΔS<0，根据ΔG＝ΔH－TΔS，ΔG>0，故不能实现该反应。(2)a、b、c、d的ΔH>0，b、c、d反应的ΔS>0。ΔH－TΔS<0时，反应在高温下能自发进行。a的ΔS<0，ΔH－TΔS>0，所以在高温时该反应不能自发进行。(3)根据ΔG＝ΔH－TΔS＜0为自发反应知，ΔH＝＋131.3kJ·mol－1，ΔS＝＋133.7J·mol－1·K－1＝＋0.1337kJ·mol－1·K－1，解得在T＞≈982.0K时该反应能自发进行，由此可知该反应在低温下不能自发进行。
考点二 化学平衡
【核心知识梳理】
1、可逆反应
(1)概念：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：
①正反应和逆反应发生的条件相同；
②在可逆反应体系中，反应不能进行彻底，与化学反应有关的各种物质同时存在，即反应物不能全部转化为生成物，生成物也不能全部转化为反应物，任一组分的转化率都 小于 100%；
③能量转化可逆。若正反应是吸(或放)热反应，则逆反应是放(或吸)热反应；
④对于可逆反应，可以通过改变反应条件，使之向着人们需要的反应方向最大限度地进行。
(3)表示：在方程式中用“”表示。
2、化学平衡状态
(1)概念：在一定条件下的可逆反应中，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保持不变的状态。
(2)建立：对于只加入反应物从正向建立的平衡：
以上过程可以用速率－时间图像表示如下
(3)化学平衡的特点
3、判断化学平衡状态的方法
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单位时间内消耗了m mol A，同时也生成了m mol A
平衡
②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
任何化学反应都伴随着能量变化，当体系温度一定时
平衡
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
【精准训练2】
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2molN2和3molH2，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
【答案】B
【解析】2molN2和3molH2反应，假设反应能够进行到底，则3molH2完全反应，生成2molNH3，此时NH3浓度为0.2mol·L-1，但由于反应是可逆反应，任何物质都不能完全反应，所以NH3浓度达不到0.2mol·L-1。
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＜c1＜0.14 mol·L－1
【答案】D
【解析】平衡浓度之比为1∶3，转化浓度之比亦为1∶3，故c1∶c2＝1∶3，A、C错误；平衡时Y生成表示逆反应速率，Z生成表示正反应速率且v生成(Y)∶v生成(Z)应为3∶2，B错误；由可逆反应的特点可知0＜c1＜0.14 mol·L－1。
3、在一定温度下的定容密闭容器中，发生反应：A(s)+2B(g)C(g)+D(g)，当下列物理量不再变化时，不能表明反应已达平衡的是
A. 混合气体的压强 B. 混合气体的密度
C. 混合气体的平均相对分子质量 D. 固体A的质量
【答案】A
【解析】该反应为气体体积不变的反应，容器内压强始终保持不变，因此混合气体的压强不变，A项不能说明达平衡状态；混合气体的密度不变，说明气体的质量不变，B项表示反应达平衡状态；反应体系中气体的物质的量是一定值，如果混合气体的平均相对分子质量不变，说明气体总质量不变，C项说明反应达化学平衡状态；固体A的质量不变，则B和C的质量也不变，说明正逆反应速率相等，D项反应达平衡状态。
4、某温度下，将一定量碳酸氢铵固体置于容积不变密闭容器中，发生反应：NH4HCO3(s)NH3(g)+H2O(g)+CO2(g) △H=QkJ/mol（Q>0）。下列有关说法不正确是（ ）
A. 若容器内混合气体的密度不变，则说明反应达到平衡状态
B. 若CO2体积分数不再发生变化，则说明反应达到平衡状态
C. 若升高体系温度，则正、逆反应速率均增大
D. 若反应过程中吸收QkJ热量，则刚好有lmol NH4HCO3发生分解
【答案】B
【解析】密度是混合气的质量和容器容积的比值，在反应过程中质量是变化的，容积始终是不变的，若容器内混合气体的密度不变，则说明反应达到平街状态，A正确；只有生成物是气体，因此CO2体积分数始终不变，不能说明反应达到平街状态，B错误；若升高体系温度，则正、逆反应速率均增大，C正确；根据热化学方程式可知若反应过程中吸收QkJ热量，则刚好有lmol NH4HCO3发生分解，D正确。
5、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
【答案】D
【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小直至不变，③曲线趋势不正确。
6、一定温度下，向恒容的密闭容器中充入一定量的NO2（g），发生反应2NO2（g）N2O4（g）△H<0。下列选项中不能作为判断反应是否达到平衡状态的因素的是
A. 混合气体的平均相对分子质量 B. NO2（g）的百分含量
C. 容器内压强 D. NO2和N2O4的反应速率之比
【答案】D
【解析】平均相对分子质量，未达到平衡时，混合气体的总质量不变，但混合气体的总物质的量一直改变，平均相对分子质量也会改变，达到平衡后不再改变，故混合气体的平均相对分子质量可判断反应是否达到平衡状态，A项正确；平衡右移NO2（g）的百分含量减小，平衡左移NO2（g）的百分含量增大，可以判定反应达到平衡状态，B项正确；容器恒容，平衡右移气体物质的量减小，压强减小，平衡左移气体物质的量增大，压强增大，可以判定反应达到平衡状态，C正确；无论是否达到平衡，NO2和N2O4的反应速率之比都等于计量数之比2:1；D项错误。
7、对于反应A(g)＋B(g) 3C(g)(正反应为放热反应)，下述为平衡状态标志的是( )
①单位时间内A、B生成C的分子数与C分解的分子数相等 ②外界条件不变时，A、B、C浓度不随时间变化 ③体系温度不再变化 ④体系的压强不再变化 ⑤体系的分子总数不再变化
A. ①② B. ①②③ C. ①②③④ D. ①②③④⑤
【答案】D
【解析】①单位时间内A、B生成C的分子数与C分解的分子数相等说明正、逆反应速率相等，故为平衡状态；②外界条件不变时，A、B、C浓度不随时间变化的状态为平衡状态；③体系温度不再变化说明正向进行放出的热量与逆向进行吸收的热量是相等的，即正、逆反应速率相等，故为平衡状态；④在恒容条件下，且该反应为非等体积的可逆反应，则体系的压强不再变化即各成分的浓度保持不变，故为平衡状态；⑤由于该反应为非等体积的可逆反应，体系的分子总数不再变化说明各物质的物质的量保持不变，故为平衡状态。
考点三 影响化学平衡的因素
【核心知识梳理】
1、改变下列条件对化学平衡的影响
若其他条件不变，改变下列一个条件，对化学平衡的影响如下:
平衡体系
条件变化
速率变化
平衡变化
速率变化曲线
任意平衡体系
增大反应物的浓度
v正、v逆均增大，且v正'>v逆'
正向移动
减小反应物的浓度
v正、v逆均减小，且v逆'>v正'
逆向移动
增大生成物的浓度
v正、v逆均增大，且v逆'>v正'
逆向移动
减小生成物的浓度
v正、v逆均减小，且v正'>v逆'
正向移动
正反应方向为气体体积增大的放热反应
增大压强或升高温度
v正、v逆均增大，且v逆'>v正'
逆向移动
减小压强或降低温度
v正、v逆均减小，且v正'>v逆'
正向移动
反应前后气体化学计量数之和相等的反应
增大压强
v正、v逆同等倍数增大
不移动
减小压强
v正、v逆同等倍数减小
2、温度不变时浓度因素的“决定性作用”——分析“惰性气体(不参加反应的气体)”对化学平衡的影响。
3、勒夏特列原理
对于一个已经达到平衡的体系，如果改变影响化学平衡的一个条件 (如浓度、温度、压强)，平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动。
【精准训练3】
1、对于某平衡体系，下列措施一定会使平衡移动的是
A. 升高温度 B. 使用催化剂 C. 改变体系压强 D. 改变各组分浓度
【答案】A
【解析】升高温度平衡一定向吸热方向移动，A正确；使用催化剂平衡不移动，B错误；对于的反应，改变体系压强平衡不移动，C错误；对于的反应，同比例改变各组分浓度，平衡不移动，D错误。
2、某温度下，在一容积固定的容器中，反应aA（g）+bB（g）hH（g）达到平衡后，A、B、H的物质的量分别为amol、bmol和hmol。已知a+b=2h，若保持温度不变，将三者的物质的量增大一倍，则下列判断正确的是
A. 平衡不移动 B. 混合气体的密度不变
C. B的体积分数减少 D. amol/L＜c（A）＜2amol/L
【答案】C
【解析】a+b=2h，说明反应前后气体分子数减小，将三者的物质的量增大一倍，相当于增大压强，平衡向气体分子数减小的方向移动，A错误；将三者的物质的量增大一倍，混合气体的质量增大一倍，容积固定，根据混合气体的密度=，所以混合气体的密度增大，B错误；将三者的物质的量增大一倍，相当于增大压强，平衡向右移动，B的体积分数减小，C正确；A的浓度范围用极限法即可解出，D错误。
3、对可逆反应：2A(s)+3B(g)C(g)+2D(g) △H＜0，在一定条件下达到平衡，下列有关叙述正确的是
①增加A的量，平衡向正反应方向移动
②升高温度，平衡向逆反应方向移动，v正减小
③压缩体积使压强增大一倍，平衡不移动，v正、v逆均增大
④增大B的浓度，v正＞v逆
⑤加入催化剂，B的转化率提高
A. 只有③④ B. 只有②④ C. 只有③⑤ D. 只有①②⑤
【答案】A
【解析】A是固体，增大A量对平衡无影响，①错误；升高温度，v(正)、v(逆)均应增大，但v(逆)增大的程度大，平衡向逆反应方向移动，②错误；压强增大平衡不移动，但v(正)、v(逆)都增大，③正确；增大B的浓度，反应物浓度增大，平衡向正反应方向移动，v(正)>v(逆)，④正确；使用催化剂同等程度增大正、逆反应速率，化学平衡不发生移动，B的转化率不变，⑤错误，A正确。
4、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______________(填序号，下同)。
(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
【真题感悟】
1、(2020北京，10)一定温度下，反应I2(g)＋H2(g)2HI(g)在密闭容器中达到平衡时，测得c(I2)＝0.11 mmol·L－1，c(HI)＝0.78 mmol·L－1。相同温度下，按下列4组初始浓度进行实验，反应逆向进行的是( )
A
B
C
D
c(I2)/(mmol·L－1)
1.00
0.22
0.44
0.11
c(H2)/(mmol·L－1)
1.00
0.22
0.44
0.44
c(HI)/(mmol·L－1)
1.00
1.56
4.00
1.56
(注：1 mmol·L－1＝10－3 mol·L－1)
【答案】C
【解析】题目中缺少c(H2)，无法计算K，则不能通过Q与K的关系判断平衡的移动方向，但可比较4个选项中Q的大小关系，Q越大，则可能逆向移动。
Q(A)＝＝1，Q(B)＝≈50.28，Q(C)＝≈82.64，Q(D)＝≈50.28，Q(C)的值最大，C正确。
2、(2020浙江7月选考)5 mL 0.1 mol·L－1 KI溶液与1 mL 0.1 mol·L－1 FeCl3溶液发生反应：2Fe3＋(aq)＋2I－(aq)2Fe2＋(aq)＋I2(aq)，达到平衡。下列说法不正确的是( )
A．加入苯，振荡，平衡正向移动
B．经苯2次萃取分离后，在水溶液中加入KSCN，溶液呈红色，表明该化学反应存在限度
C．加入FeSO4固体，平衡逆向移动
D．该反应的平衡常数K＝
【答案】D
【解析】碘易溶于苯，加入苯，碘进入苯中，使水溶液中碘的浓度减小，平衡正向移动，A项正确；如果反应能进行到底，则经过苯两次萃取后溶液中不会有Fe3＋，加入KSCN，溶液不会呈红色，溶液呈红色说明此反应是可逆反应，有反应限度，B项正确；加入FeSO4固体，二价铁离子浓度增大，平衡逆向移动，C项正确；该反应的平衡常数K＝，D项错误。
3、[2017·全国卷Ⅲ，28(4)]298 K时，将20mL3xmol·L－1Na3AsO3、20mL 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______(填字母)。
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________。
【答案】①ac ②大于 ③小于 tm时生成物浓度较低 ④
4、(2021·辽宁1月适应性测试，7)某温度下，在一恒容密闭容器中进行如下两个反应并达到平衡：
①2X(g)＋Y(g)Z(s)＋2Q(g) ΔH1<0
②M(g)＋N(gR(g)＋Q(g) ΔH2>0
下列叙述错误的是( )
A．加入适量Z，①和②平衡均不移动
B．通入稀有气体Ar，①平衡正向移动
C．降温时无法判断Q浓度的增减
D．通入Y，则N的浓度增大
【答案】B
【解析】Z为固体，加入适量Z不影响反应①的平衡移动，而反应②与Z无关，故加入Z也不影响反应②的平衡移动，A正确；通入稀有气体Ar，由于容器体积不变，故气体浓度不发生改变，反应①的平衡不移动，B错误；温度降低，反应①正向进行，反应②逆向进行，但两个反应中反应物的起始浓度未知，故无法判断Q浓度的增减，C正确；通入气体Y，反应①平衡正向移动，Q的浓度增大，导致反应②平衡逆向移动，则N的浓度增大，D正确。
5、(2020·浙江7月选考，20)一定条件下：2NO2(g)N2O4(g) ΔH＜0。在测定NO2的相对分子质量时，下列条件中，测定结果误差最小的是( )
A．温度0 ℃、压强50 kPa
B．温度130 ℃、压强300 kPa
C．温度25 ℃、压强100 kPa
D．温度130 ℃、压强50 kPa
【答案】D
【解析】测定NO2的相对分子质量时，要使平衡逆向移动，且逆向移动的程度越大，测定结果的误差越小。该反应的正反应是气体分子数减少的放热反应，因此温度越高、压强越小时，平衡逆向移动的程度越大，故选D。
6、[2021·湖南，16(1)(2)]氨气中氢含量高，是一种优良的小分子储氢载体，且安全、易储运，可通过下面两种方法由氨气得到氢气。
方法Ⅰ.氨热分解法制氢气
相关化学键的键能数据
化学键
N≡N
H—H
N—H
键能E/(kJ·mol－1)
946
436.0
390.8
在一定温度下，利用催化剂将NH3分解为N2和H2。回答下列问题：
(1)反应2NH3(g)N2(g)＋3H2(g) ΔH＝________ kJ·mol－1。
(2)已知该反应的ΔS＝198.9 J·mol－1·K－1，在下列哪些温度下反应能自发进行？__(填字母)。
A．25 ℃ B．125 ℃ C．225 ℃ D．325 ℃
【答案】(1)＋90.8 (2)CD
【解析】(1) 根据反应热＝反应物的总键能－生成物的总键能，2NH3(g)N2(g)＋3H2(g) ΔH＝390.8 kJ·mol－1×3×2－(946 kJ·mol－1＋436.0 kJ·mol－1×3)＝＋90.8kJ·mol－1。
(2)若反应自发进行，则需ΔH－TΔS<0，T>＝≈456.5K，即温度应高于(456.5－273)℃＝183.5℃。
7、[2019·全国卷Ⅰ，28(1)(2)]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_____H2(填“大于”或“小于”)。
(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___________________(填字母)。
A．<0.25 B．0.25 C．0.25～0.50 D．0.50 E．>0.50
【答案】(1)大于 (2)C
【解析】(1)由题给信息①可知，H2(g)＋CoO(s)Co(s)＋H2O(g)(i) K1＝＝＝39；由题给信息②可知，CO(g)＋CoO(s)Co(s)＋CO2(g)(ii) K2＝＝≈51.08。相同温度下，平衡常数越大，反应倾向越大，故CO还原氧化钴的倾向大于H2。
(2)第(1)问和第(2)问的温度相同，且K1
1、已知①碳酸钙的分解CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g) ΔH1仅在高温下自发进行；②氯酸钾的分解2KClO3(s)===2KCl(s)＋3O2(g) ΔH2在任何温度下都自发进行，下面有几组焓变数据，其中可能正确的是( )
A．ΔH1＝－178.32 kJ·mol－1 ΔH2＝－78.3 kJ·mol－1
B．ΔH1＝＋178.32 kJ·mol－1 ΔH2＝－78.3 kJ·mol－1
C．ΔH1＝－178.32 kJ·mol－1 ΔH2＝＋78.3 kJ·mol－1
D．ΔH1＝＋178.32 kJ·mol－1 ΔH2＝＋78.3 kJ·mol－1
【答案】B
2、对于化学反应方向的判断，下列说法中正确的是( )
A．温度、压强一定时，放热的熵减小的反应一定能自发进行
B．温度、压强一定时，焓因素和熵因素共同决定一个化学反应的方向
C．反应焓变是决定反应能否自发进行的唯一因素
D．固体的溶解过程与熵变无关
【答案】B
【解析】温度、压强一定时，化学反应的方向由焓变和熵变共同决定，不能仅用焓变或熵变判断反应的方向。
3、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＜c1＜0.14 mol·L－1
【答案】D
【解析】平衡浓度之比为1∶3，转化浓度之比亦为1∶3，故c1∶c2＝1∶3，A、C不正确；平衡时Y生成表示逆反应速率，Z生成表示正反应速率且v生成(Y)∶v生成(Z)＝3∶2，B不正确；由可逆反应的特点可知0＜c1＜0.14 mol·L－1，D正确。
4、（双选）已知：(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)＋NH3(g) ΔH＝＋74.9 kJ·mol－1，下列说法正确的是( )
A．该反应中熵变、焓变皆大于0
B．该反应是吸热反应，因此一定不能自发进行
C．碳酸盐分解反应中熵增加，但并不是任何条件下所有碳酸盐分解一定能自发进行
D．能自发进行的反应一定是放热反应，不能自发进行的反应一定是吸热反应
【答案】AC
【解析】根据反应方程式可知该反应中熵变、焓变都大于0，A项正确；该反应是吸热反应，但也是熵增大的反应，所以也可能自发进行，B项错误；碳酸盐分解反应中熵增加，但不是在任何条件下碳酸盐分解都能够自发进行，如CaCO3的分解仅在高温下自发，C项正确；能自发进行的反应不一定是放热反应，不能自发进行的反应也不一定是吸热反应，D项错误。
5、下列事实，不能用勒夏特列原理解释的是
A. 在溴水中存在如下平衡：Br2＋H2OHBr＋HBrO，当加入NaOH溶液后颜色变浅
B. 对于反应：2HI(g)H2(g)+I2(g)，使平衡体系缩小体积增加压强，颜色变深
C. Fe(SCN)3溶液中加入固体KSCN后颜色变深
D. 棕红色气体NO2（2NO2N2O4）缩小体积加压后，颜色先变深后变浅
【答案】B
【解析】加入NaOH溶液后，NaOH和HBr、HBrO发生中和反应导致平衡正向移动，则溶液颜色变浅，能用平衡移动原理解释，A项正确；对于左右两端气体系数之和相等的反应，增大压强平衡不移动，所以与勒夏特列原理无关，B项错误；因为，加入KSCN后，SCN-增多，使平衡向逆向移动，C项正确；增大压强，平衡正向移动，气体颜色先变深后变浅，能用平衡移动原理解释，D项正确。
6、实现“节能减排”和“低碳经济”的一个重要课题就是如何将CO2转化为可利用的资源。目前工业上有一种方法是用CO2来生产燃料甲醇。一定条件下发生反应：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)，如图表示该反应过程中能量(单位为kJ·mol－1)的变化。关于该反应的下列说法中，正确的是( )
A．ΔH＞0，ΔS＞0 B．ΔH＞0，ΔS＜0 C．ΔH＜0，ΔS＜0 D．ΔH＜0，ΔS＞0
【答案】C
【解析】根据反应过程中能量变化的情况可知反应物的总能量高于生成物的总能量，反应放热，ΔH＜0；该反应发生后气体的物质的量减小，ΔS＜0。
7、能说明在固定的密闭容器中进行的反应：3H2（g）+N2(g) ⇌ 2NH3(g) 已经达到平衡的是：
A. c(H2):c(N2):c(NH3)=3:1:2 B. 容器内气体的密度不再改变
C. 容器内气体的平均摩尔质量不变 D. 氢气消耗的速率是氮气消耗速率的3倍
【答案】C
【解析】平衡时各物质的物质的量取决于起始配料比以及转化的程度，不能作为判断是否达到平衡状态的依据，A错误；由质量守恒定律可知，平衡前后气体质量始终不变，固定的密闭容器中混合气体密度始终不变，所以混合气体的密度不再变化，无法判断是否达到平衡状态，B错误；该反应是一个体积体积减小的反应，由质量守恒定律可知，平衡前后气体质量不变，反应中容器内气体的平均摩尔质量增大，则容器内气体的平均摩尔质量不变，能表明反应已达到平衡状态，C正确；氢气消耗的速率和氮气消耗速率均为正反应速率，氢气消耗的速率是氮气消耗速率的3倍不能说明正逆反应速率相等，无法判断是否达到平衡状态，D错误。
8、关于硫酸工业中的催化氧化反应，可以用勒夏特列原理解释的是( )
A.通入过量氧气 B.选择V2O5做催化剂
C.选择常压条件 D.升温至450 ℃左右
【答案】A
【解析】通入过量氧气，增大反应物的浓度，化学平衡正向移动，可以用勒夏特列原理解释，A符合题意；催化剂只能改变反应速率，不会引起化学平衡的移动，不能用勒夏特列原理解释，B不符合题意；根据平衡移动原理可知，增大压强，平衡向体积减小的方向移动，有利于三氧化硫的合成，所以选择常压条件，不能用勒夏特列原理解释，C不符合题意；正反应是放热反应，升高温度至450 ℃左右，平衡逆向移动，不利于三氧化硫的生成，所以升温至450 ℃左右不能用勒夏特列原理解释，D不符合题意。
9、为减轻温室效应，科学家已致力于研究CO2的捕捉与封存技术，其反应原理之一为：CO2(g)＋2NH3(g)CO(NH2)2(s)＋H2O(g) ΔH＜0，下列措施既能加快反应速率又能提高产率的是（ ）
A. 升高温度 B. 分离出CO(NH2)2 C. 缩小容器体积 D. 使用催化剂
【答案】C
【解析】升高温度，反应速率加快，平衡逆向移动，产率降低，A错误；分离出CO(NH2)2，平衡不移动，B错误；缩小容器体积，相当于增大压强，反应速率加快，平衡正向移动，产率提高，C正确；使用催化剂，反应速率加快，平衡不移动，产率不变，D错误。
10、下列说法正确的是
A. 反应C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)达平衡后，加入单质碳平衡必定向正反应方向移动
B. A2(g)＋3B2(g)2AB3(g)达平衡后，若保待容器压强不变，继续通入0.2mol A2和0.6mol B2，平衡向正反应方向移动，则A2的转化率一定变大
C. 2RO2(g)＋O2(g)2RO3(g) △H＝－197kJ·mol－1，升高温度，正反应速率减小
D. 在一定温度下，一定容积的密闭容器中发生反应：C(s)＋H2O(g)H2(g)＋CO(g)，当混合气体的相对平均分子质量不再发生变化时，反应达到平衡
【答案】D
【解析】单质碳为固体，对化学反应速率没有影响，A项错误；A2(g)＋3B2(g)2AB3(g)达平衡后，若保待容器压强不变，继续通入0.2mol A2和0.6molB2，物质的量与体积成正比，可能浓度不变，则平衡不移动，即A2的转化率不变，B项错误；化学反应速率与反应的热效应无关，与活化分子百分数有关，升高温度，正反应速率一定增大，C项错误；当混合气体的平均相对分子质量为气体的总质量与气体的总的物质的量的比值，反应C(s)＋H2O(g)H2(g)＋CO(g)假设开始有1molH2O(g)参与，则起始气体的平均相对分子质量为18，假设全部转化为氢气和一氧化碳，则得到的混合气体的相对分子质量为2+28=30，则说明随着反应的进行，气体的平均相对分子质量为变量，故当混合气体的相对平均分子质量不再发生变化时，反应达到平衡，D项正确。
11、CO2催化加氢制取甲醇的研究，对于环境、能源问题都具有重要的意义。反应如下：
反应ⅰ：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ∆H1=﹣58kJ·mol-1
反应ⅱ：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ∆H2=+42kJ·mol-1
下列说法不正确的是
A. 增大氢气浓度能提高二氧化碳的转化率
B. 增大压强，有利于向生成甲醇的方向进行，反应ⅰ的平衡常数增大
C. 升高温度，生成甲醇的速率加快，反应ⅱ的限度同时增加
D. 选用理想的催化剂可以提高甲醇在最终产物中的比率
【答案】B
【解析】增大氢气浓度平衡正向移动导致二氧化碳消耗增大，所以二氧化碳转化率增大，A正确；增大压强平衡向气体体积减小的方向移动，增大压强，反应i的平衡正向移动，所以向生成甲醇的方向移动，但是化学平衡常数只与温度有关，温度不变化学平衡常数不变，所以增大压强反应i的平衡常数不变，B错误；升高温度任何化学反应速率都增大，升高温度平衡向吸热方向移动，升高温度反应ii向正向移动，则反应ii的反应限度增大，C正确；催化剂具有选择性和专一性、高效性，所以选用理想的催化剂可以提高甲醇在最终产物中的比率，D正确。
12、等物质的量的N2、H2充入某密闭容器中，在一定条件下，发生如下反应并达到平衡：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＜0。当改变某个条件并维持新条件直至达到新的平衡时，下表中关于新平衡与原平衡的比较正确的是( )
选项
改变条件
新平衡与原平衡比较
A
增大压强
N2的浓度一定减小
B
升高温度
N2的转化率减小
C
充入一定量H2
H2的转化率不变，N2的转化率增大
D
使用适当催化剂
NH3的体积分数增大
【答案】B
【解析】正反应是气体体积减小的反应，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错误；正反应是放热反应，则升高温度平衡向逆反应方向移动，氮气的转化率减小，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，而氢气的转化率减小，C错误；催化剂只能改变反应速率而不能改变平衡状态，D错误。
13、（双选）在恒容绝热的容器中进行反应：2A(g)+B(g)3C(g)+D(s)△H=-akJ·mol-1(a>0)，下列说法不正确的是
A. 容器中压强不变，表明反应达到平衡状态
B. 反应过程中A、B的转化率始终相同
C. 增加A的浓度，平衡时B的体积分数减少
D. 容器中气体的密度不变，表明反应达到平衡状态
【答案】AB
【解析】D是固体，反应前后气体分子数目不变，压强始终不变，所以不能用压强不变来衡量反应是否达到平衡，A错误；只有当A、B的投入量按反应方程式系数比投入时，反应物的转化率才相同，B错误；增加A浓度，平衡正向移动，B的物质的量减少，平衡时B的体积分数减少，C正确；混合气体的密度 ，体积不变，反应前后气体质量发生改变，所以反应前后气体密度发生改变，当气体的密度不变，表明反应达到平衡状态，D正确。
14、一定条件下，在密闭恒容的容器中，发生反应：3SiCl4(g)＋2N2(g)＋6H2(g)Si3N4(s)＋12HCl(g) ΔH<0，能表示该反应达到平衡状态的是( )
A．v逆(N2)＝v正(H2)
B．v正(HCl)＝4v正(SiCl4)
C．混合气体的密度保持不变
D．c(N2)∶c(H2)∶c(HCl)＝1∶3∶6
【答案】C
【解析】利用化学反应速率之比等于化学方程式的计量系数之比可知A项错误；B项均表示正反应，无论反应是否处于平衡状态都成立；D项表示的浓度关系与是否平衡无关；混合气体的密度不变说明容器中气体的质量不变，而平衡移动则气体的质量改变，所以C项表示达到平衡状态。
15、在某温度下，将1molH2和1molI2的气态混合物充入1L的密闭容器中，发生反应:H2(g)+I2(g)2HI(g) ΔH<0；5 min后达到平衡状态，测得c(H2)=0.9mol·L-1，则下列结论中，不能成立的是（ ）
A. 平衡时H2、I2的转化率相等
B. 从反应开始至平衡的过程中，v(HI)=0.04mol·L-1·min-1
C. 其他条件不变再向容器中充入少量H2，I2的转化率提高
D. 若将容器温度提高，其平衡常数K一定增大
【答案】D
【解析】H2、I2化学计量数相同，按物质的量1∶1加入H2、I2，达到平衡后两种物质的转化率相同，A正确；由化学方程式可知c(HI)=0.2mol·L-1，即v(HI)=0.2mol·L-1÷5 min=0.04mol·L-1·min-1，B正确；充入少量H2，平衡向正反应方向移动，I2的转化率提高，C正确；该反应为放热反应，升高温度平衡向逆反应方向移动，平衡常数K减小，D错误。
16、（双选）一定温度下，在三个容积均为1 L恒容密闭容器中按不同方式投入反应物，发生反应CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)(正反应放热)，测得反应的相关数据如下：
容器
容器1
容器2
容器3
反应温度T/K
500
500
600
反应物投入量
1molCO、2molH2
2molCH3OH
1molCO、2molH2
平衡v正(H2)/(mol·L－1·s－1)
v1
v2
v3
平衡c(CH3OH)/(mol·L－1)
c1
c2
c3
平衡体系总压强p/Pa
p1
p2
p3
物质的转化率α
α1(CO)
α2(CH3OH)
α3(CO)
平衡常数K
K1
K2
K3
下列叙述正确的是（ ）
A.v1c2 B.α1(CO)>α3(CO)，v12c3，α2(CH3OH)＋α3(CO)<1
【答案】BD
【解析】采用比较的方法分析，对照容器的特点，将容器1和容器2对比，将容器1和容器3对比。容器2中加入2 mol CH3OH等效于在相同条件下反应物投入量为1 mol CO、2 mol H2，容器2中起始反应物物质的量为容器1的2倍，容器2相当于在容器1达到平衡后增大压强，将容器的体积缩小到原来的一半，增大压强反应速率加快，则v1
(1)下列各项中能说明该反应已达化学平衡状态的是________(填字母)。
a．4v消耗(SiF4)＝v生成(HF)
b．容器内气体压强不再变化
c．容器内气体的总质量不再变化
d．HF的体积分数不再变化
(2)反应过程中测定的部分数据如下表(表中t2>t1)所示。
反应时间/min
n(SiF4)/mol
n(H2O)/mol
0
1.20
2.40
t1
0.80
a
t2
b
1.60
通过a或b的值及化学平衡原理说明t1时反应是否达到化学平衡状态：________________________________________________________________________。
(3)若只改变一个条件使上述反应的化学平衡常数变大，该反应________(填字母)。
a．一定向正反应方向移动 b．一定向逆反应方向移动
c．一定是减小压强造成的 d．一定是升高温度造成的
e．SiF4的平衡转化率一定增大
【答案】(1)bcd (2)a＝1.60(或b＝0.80)，说明在一定条件下，t1～t2时各组分的浓度(或物质的量)均已不再发生改变，则t1时反应已经达到化学平衡状态 (3)ade
【解析】(1)反应过程中任何时刻均有4v消耗(SiF4)＝v生成(HF)；该反应反应前后气体分子数不等，则反应达到平衡状态时，气体的压强、总质量不再变化，各气体的体积分数不再变化。
(2)0～t1 min，反应消耗的SiF4为0.40 mol，根据已知反应可确定消耗的H2O为0.80 mol，故a＝1.60，t2 min时，H2O仍为1.60 mol，故b＝0.80。由此可判断t1时该反应已经达到化学平衡状态。
18、氨是一种重要的化工原料，在工农业生产中有广泛的应用。
(1)在一定温度下，在固定容积的密闭容器中进行可逆反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)。该可逆反应达到平衡的标志是________(填字母)。
A．3v正(H2)＝2v逆(NH3)
B．单位时间生成m mol N2的同时生成3m mol H2
C．容器内的总压强不再随时间而变化
D．混合气体的密度不再随时间变化
(2)工业上可用天然气为原料来制取合成氨的原料气氢气。某研究性学习小组的同学模拟工业制取氢气的原理，在一定温度下，容积为2 L的恒容密闭容器中测得如下表所示数据。请回答下列问题：
时间/min
CH4/mol
H2O/mol
CO/mol
H2/mol
0
0.40
1.00
0
0
5
a
0.80
c
0.60
7
0.20
b
0.20
d
10
0.21
0.81
0.19
0.64
①分析表中数据，判断5 min时反应是否处于平衡状态？________(填“是”或“否”)，前5 min反应的平均反应速率v(CH4)＝________________。
②反应在7～10 min内，CO的物质的量减少的原因可能是________(填字母)。
A．减少CH4的物质的量 B．降低温度
C．升高温度 D．充入H2
(3)氨的催化氧化：4NH3＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)是工业制硝酸的重要反应。在1 L密闭容器中充入4 mol NH3(g)和5 mol O2(g)，保持其他条件不变，测得c(NO)与温度的关系如图所示。该反应的ΔH______(填“＞”“＜”或“＝”)0；T0℃下，NH3的转化率为________。
【答案】(1)C (2)①是 0.02 mol·L－1·min－1
②D (3)＜ 75%
【解析】(1)3v逆(NH3)＝2v正(H2)时反应达到平衡，A项错误；生成m mol N2，必生成3m mol H2，但反应不一定达到平衡，B项错误；此反应为反应前后气体分子数不相等的反应，压强不变可以说明反应达到平衡状态，C项正确；混合气体总质量不变，容器容积不变，所以混合气体的密度始终不变，故混合气体的密度不变不能说明反应达到平衡状态，D项错误。(2)①根据反应：CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)，结合表中数据5 min时H2为0.60 mol，可知CO为0.20 mol，即c＝0.20，则a＝0.20,7 min时，各物质的物质的量与5 min时相同，所以5 min时反应达到平衡状态；v(CH4)＝＝0.02 mol·L－1·min－1。②10 min时，只有CO的物质的量减少，其他物质的物质的量都增加，所以原因只能是充入氢气，使平衡逆向移动，故选D。(3)由图像可知，NO的浓度达到最大值后，随温度升高，NO的浓度又逐渐减小，所以该反应的ΔH＜0；T0 ℃时，c(NO)＝3.0 mol·L－1，则反应消耗的n(NH3)＝3.0 mol，NH3的转化率为×100%＝75%。
19、肼(N2H4)与N2O4是火箭发射中最常用的燃料与助燃剂。
(1)800 ℃时，某密闭容器中存在如下反应：2NO2(g)2NO(g)＋O2(g) ΔH＞0，若开始向容器中加入1 mol·L－1的NO2，反应过程中NO的产率随时间的变化如图中曲线Ⅰ所示。
①反应Ⅱ相对于反应Ⅰ而言，改变的条件可能是________。
②请在图中绘制出在其他条件与反应Ⅰ相同，反应在820 ℃时进行，NO的产率随时间的变化曲线。
(2)已知N2O4(g)2NO2(g) ΔH＝＋57.20 kJ·mol－1，开始时，将一定量的NO2、N2O4充入一个容器为2 L的恒容密闭容器中，浓度随时间变化关系如下表所示：
时间/min
0
5
10
15
20
25
30
c(X)/(mol·L－1)
0.2
c
0.6
0.6
1.0
c1
c1
c(Y)/(mol·L－1)
0.6
c
0.4
0.4
0.4
c2
c2
①c(X)代表________(填化学式)的浓度。
②前10 min内用NO2表示的反应速率为____________；20 min时改变的条件是__________________________；重新达到平衡时，NO2的百分含量________(填字母)。
a．增大 b．减小 c．不变 d．无法判断
【答案】(1)①使用催化剂
(2)①NO2 ②0.04 mol·L－1·min－1 向容器中加入0.8 mol NO2(其他合理答案也可) b
【解析】(1)①由于反应Ⅱ达到平衡时产率与反应Ⅰ相同但所用时间减少，故改变的条件是使用催化剂；②温度升高，速率加快且有利于平衡向右移动，因此达到平衡所用时间比反应Ⅰ少但比Ⅱ多，NO的产率高于0.6。(2)①由表中数据知，X代表的物质浓度增加值是Y代表的物质浓度减小值的二倍，故X代表NO2，Y代表N2O4；②0～10 min内，NO2浓度增加了0.4 mol·L－1，故v(NO2)＝0.04 mol·L－1·min－1；20 min时，NO2浓度增大而N2O4浓度不变，故改变的条件是向容器中加入0.8 mol NO2；由于温度保持不变，故K是定值，将平衡常数表达式变换为＝，由于c(NO2)肯定增大，故减小，故减小，所以混合物中NO2百分含量减小。
20、研究减少CO2排放是一项重要课题。CO2经催化加氢可以生成低碳有机物，主要有以下反应：
反应Ⅰ：CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g) △H1＝－49.6 kJ/mol
反应Ⅱ：CH3OCH3(g)＋H2O(g) 2CH3OH(g) △H2＝＋23.4 kJ/mol
反应Ⅲ：2CO2(g)＋6H2(g) CH3OCH3(g)＋3H2O(g) △H3
（1）△H3＝________kJ/mol。
（2）恒温恒容条件下，在密闭容器中通入等物质的量的CO2和H2，发生反应I。下列描述能说明反应I达到平衡状态的是_______（填序号）。
A．反应体系总压强保持不变
B．容器内的混合气体的密度保持不变
C．水分子中断裂2NA个H-O键，同时氢分子中断裂3NA个H-H键
D．CH3OH和H2O的浓度之比保持不变
（3）反应II在某温度下的平衡常数为0.25，此温度下，在密闭容器中加入等物质的量的CH3OCH3(g)和H2O(g)，反应到某时刻测得各组分浓度如下：
物质
CH3OCH3(g)
H2O(g)
CH3OH(g)
浓度/mol·L－1
1.8
1.8
0.4
此时v正___v逆（填“＞”、“＜”或“＝”），当反应达到平衡状态时，混合气体中CH3OH体积分数(CH3OH)% ＝___%。
（4）在某压强下，反应III在不同温度、不同投料比时，CO2的平衡转化率如图所示。T1温度下，将6mol CO2和12mol H2充入2 L的密闭容器中，5min后反应达到平衡状态，则0～5min内的平均反应速率v(CH3OCH3)＝____；KA、KB、KC三者之间的大小关系为____。
（5）恒压下将CO2和H2按体积比1：3混合，在不同催化剂作用下发生反应I和反应III，在相同的时间段内CH3OH的选择性和产率随温度的变化如图。其中：CH3OH的选择性＝×100%
在上述条件下合成甲醇的工业条件是____。
A．210℃ B．230℃ C．催化剂CZT D．催化剂CZ(Zr－1)T
【答案】(1)－122.6 (2)AC (3)＞ 20 (4)0.18mol·L−1·min−1 KA＝KC＞KB （5）BD
【解析】（1）反应Ⅰ：CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g) △H1＝－49.6 kJ/mol
反应Ⅱ：CH3OCH3(g)＋H2O(g) 2CH3OH(g) △H2＝＋23.4 kJ/mol
反应Ⅲ：2CO2(g)＋6H2(g) CH3OCH3(g)＋3H2O(g) △H3
通过盖斯定律计算△H3＝2△H1－△=－49.6 kJ/mol×2－23.4kJ/mol=－122.6kJ/mol；
（2）该反应属于气体体积变化的反应，所以压强不变属于平衡，A正确；容器内的混合气体的密度等于质量除以体积，反应前后质量与体积都不变，故密度是个不变量，B错误；水分子中断裂2NA个H-O键，同时氢分子中断裂3NA个H-H键，速率之比等于化学计量数之比，且方向相反，C正确；CH3OH和H2O的浓度之比保持不变 ，相当于两者之比等于1:1，不能说明平衡状态，D错误；
（3）在CH3OCH3(g)＋H2O(g) 2CH3OH(g)中，根据Qc=(CH3OH)2/(CH3OCH3)(H2O)=0.42/1.8×1.8<0.25，说明平衡正向移动，故此时v正>v逆
CH3OCH3(g)＋H2O(g) 2CH3OH(g)
起始 1.8 1.8 0.4
反应 x x 2x
平衡 1.8-x 1.8-x 0.4+2x
根据K=（0.4+2x）（0.4+2x）/（1.8-x）（1.8-x）=0.25，混合气体中CH3OH体积分数(CH3OH)% =(1.8-x)/(1.8-x+1.8-x+0.4+2x)=20%；
（4） 2CO2(g)＋6H2(g) CH3OCH3(g)＋3H2O(g)
起始（mol） 6 12 0 0
反应（mol） 2x 6x x 3x
平衡（mol） 6-2x 12-6x x 3x
根据CO2的平衡转化率，T1温度下CO2的转化率为60% ，所以有2x/6=0.6，解得x=1.8，故0～5min内的平均反应速率v(CH3OCH3) =1.8mol÷2L÷5min=0.18mol·L−1·min−1；化学平衡常数只与温度有关，放热反应呈反比，所以KA、KB、KC三者之间的大小关系为KA＝KC＞KB；（5）根据上图转化率与本题要求，合成甲醇的工业条件要求“多快好省”，选择合适的温度和合适的催化剂，故选择230℃和催化剂CZ(Zr－1)T。
专题3.2 化学平衡状态的判断与平衡的移动
【考纲要求】
1、会用复合判据判断反应进行的方向。
2、了解化学反应的可逆性的特点。
3、掌握化学平衡状态的建立及特征。
考点一 化学反应的方向
【核心知识梳理】
1、自发反应
在一定条件下无需外界帮助就能自发进行的反应称为自发反应。
2．熵和熵变的含义
(1)熵的含义
度量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。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
ΔS＝S(生成物)－S(反应物)。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，反应处于平衡状态；
ΔG>0时，反应不能自发进行。
【精准训练1】
1、下列说法中正确的是( )
A．凡是放热反应都是自发的，吸热反应都是非自发的
B．自发反应一定是熵增大，非自发反应一定是熵减小或不变
C．熵增大且放热的反应一定是自发反应
D．非自发反应在任何条件下都不能实现
【答案】C
【解析】吸热反应不一定都是非自发进行的反应，如Ba(OH)2和NH4Cl常温即可发生反应，A项错误；熵减小的反应不一定都是非自发反应，如氢气和氧气反应生成水的反应，B项错误；当ΔH－TΔS恒小于0，即ΔH＜0、ΔS＞0(熵增且放热的反应)时反应一定是自发反应，C项正确；过程的自发性不能确定过程是否一定会发生，某些非自发反应在一定条件下也可发生，D项错误。
2、下列反应中，在高温下不能自发进行的是( )
A．2CO(g)===2C(s)＋O2(g)
B．2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)
C．(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)＋NH3(g)
D．MgCO3(s)===MgO(s)＋CO2(g)
【答案】A
【解析】A、B、C、D都是分解反应，都是吸热反应。但B、C、D都是熵增大的反应，所以能自发进行，A是熵减小的反应，在任何条件下都不能自发进行。
3、下列说法中正确的是
A. 氯酸钾分解是一个熵增的过程
B. △H>0，△S>0的反应一定可以自发进行
C. 电解水产生氢气、氧气的反应具有自发性
D. 可逆反应正向进行时，正反应具有自发性，△H一定小于零
【答案】A
【解析】氯酸钾分解生成气体，混乱度增加，熵值增大，A正确；△G＜0反应自发进行，由△G=△H-T△S可知，若△H>0，△S>0，则当低温下△G可能大于0，反应非自发，B错误；电解水产生氢气、氧气的反应为△H>0，△S>0，根据△G=△H-T△S＜0可知，只有在高温条件下才具有自发性，C错误；可逆反应正向进行时，由△G=△H-T△S可知，若△H>0，△S>0且高温条件下正反应具有自发性，D错误。
4、反应2AB(g)C(g)＋3D(g)在高温时能自发进行，其逆反应在低温下能自发进行，则该反应的ΔH、ΔS应为( )
A．ΔH＜0，ΔS＞0 B．ΔH＜0，ΔS＜0
C．ΔH＞0，ΔS＞0 D．ΔH＞0，ΔS＜0
【答案】C
【解析】该反应的正反应是气体分数增大的反应，所以正反应的ΔS＞0，逆反应的ΔS＜0，其逆反应在低温下能自发进行，由ΔH－TΔS＜0可推出逆反应的ΔH＜0，则正反应的ΔH＞0，C正确。
5、以下自发反应可用焓判据来解释的是( )
A．硝酸铵自发溶于水
B．2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g) ΔH＝＋56.7 kJ·mol－1
C．(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)＋NH3(g) ΔH＝＋74.9 kJ·mol－1
D．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH＝－571.6 kJ·mol－1
【答案】D
【解析】焓判据能够说明放热反应为自发反应，而A、B、C三项中的自发过程均为吸热过程，显然不能单用焓判据来解释，只有D项可以焓判据来解释。
6、(1)汽车燃油不完全燃烧时产生CO，有人设想按下列反应除去CO：2CO(g)===2C(s)＋O2(g)。已知该反应的ΔH>0，简述该设想能否实现的依据：____________________________。
(2)下列反应中，在高温下不能自发进行的是________(填字母)。
a．CO(g)===C(s)＋O2(g)
b．2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)
c．(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)＋NH3(g)
d．MgCO3(s)===MgO(s)＋CO2(g)
(3)运用化学反应原理研究合成氨反应有重要意义，请完成下列探究。
生产氢气：将水蒸气通过红热的炭即产生水煤气。C(s)＋H2O(g)H2(g)＋CO(g) ΔH＝＋131.3kJ·mol－1，ΔS＝＋133.7J·mol－1·K－1，该反应在低温下________(填“能”或“不能”)自发进行。
【答案】(1)该反应是ΔH>0，ΔS<0的反应，任何温度下均不能自发进行 (2)a (3)不能
【解析】(1)该反应ΔH>0、ΔS<0，根据ΔG＝ΔH－TΔS，ΔG>0，故不能实现该反应。(2)a、b、c、d的ΔH>0，b、c、d反应的ΔS>0。ΔH－TΔS<0时，反应在高温下能自发进行。a的ΔS<0，ΔH－TΔS>0，所以在高温时该反应不能自发进行。(3)根据ΔG＝ΔH－TΔS＜0为自发反应知，ΔH＝＋131.3kJ·mol－1，ΔS＝＋133.7J·mol－1·K－1＝＋0.1337kJ·mol－1·K－1，解得在T＞≈982.0K时该反应能自发进行，由此可知该反应在低温下不能自发进行。
考点二 化学平衡
【核心知识梳理】
1、可逆反应
(1)概念：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：
①正反应和逆反应发生的条件相同；
②在可逆反应体系中，反应不能进行彻底，与化学反应有关的各种物质同时存在，即反应物不能全部转化为生成物，生成物也不能全部转化为反应物，任一组分的转化率都 小于 100%；
③能量转化可逆。若正反应是吸(或放)热反应，则逆反应是放(或吸)热反应；
④对于可逆反应，可以通过改变反应条件，使之向着人们需要的反应方向最大限度地进行。
(3)表示：在方程式中用“”表示。
2、化学平衡状态
(1)概念：在一定条件下的可逆反应中，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保持不变的状态。
(2)建立：对于只加入反应物从正向建立的平衡：
以上过程可以用速率－时间图像表示如下
(3)化学平衡的特点
3、判断化学平衡状态的方法
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单位时间内消耗了m mol A，同时也生成了m mol A
平衡
②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
任何化学反应都伴随着能量变化，当体系温度一定时
平衡
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
【精准训练2】
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2molN2和3molH2，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
【答案】B
【解析】2molN2和3molH2反应，假设反应能够进行到底，则3molH2完全反应，生成2molNH3，此时NH3浓度为0.2mol·L-1，但由于反应是可逆反应，任何物质都不能完全反应，所以NH3浓度达不到0.2mol·L-1。
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＜c1＜0.14 mol·L－1
【答案】D
【解析】平衡浓度之比为1∶3，转化浓度之比亦为1∶3，故c1∶c2＝1∶3，A、C错误；平衡时Y生成表示逆反应速率，Z生成表示正反应速率且v生成(Y)∶v生成(Z)应为3∶2，B错误；由可逆反应的特点可知0＜c1＜0.14 mol·L－1。
3、在一定温度下的定容密闭容器中，发生反应：A(s)+2B(g)C(g)+D(g)，当下列物理量不再变化时，不能表明反应已达平衡的是
A. 混合气体的压强 B. 混合气体的密度
C. 混合气体的平均相对分子质量 D. 固体A的质量
【答案】A
【解析】该反应为气体体积不变的反应，容器内压强始终保持不变，因此混合气体的压强不变，A项不能说明达平衡状态；混合气体的密度不变，说明气体的质量不变，B项表示反应达平衡状态；反应体系中气体的物质的量是一定值，如果混合气体的平均相对分子质量不变，说明气体总质量不变，C项说明反应达化学平衡状态；固体A的质量不变，则B和C的质量也不变，说明正逆反应速率相等，D项反应达平衡状态。
4、某温度下，将一定量碳酸氢铵固体置于容积不变密闭容器中，发生反应：NH4HCO3(s)NH3(g)+H2O(g)+CO2(g) △H=QkJ/mol（Q>0）。下列有关说法不正确是（ ）
A. 若容器内混合气体的密度不变，则说明反应达到平衡状态
B. 若CO2体积分数不再发生变化，则说明反应达到平衡状态
C. 若升高体系温度，则正、逆反应速率均增大
D. 若反应过程中吸收QkJ热量，则刚好有lmol NH4HCO3发生分解
【答案】B
【解析】密度是混合气的质量和容器容积的比值，在反应过程中质量是变化的，容积始终是不变的，若容器内混合气体的密度不变，则说明反应达到平街状态，A正确；只有生成物是气体，因此CO2体积分数始终不变，不能说明反应达到平街状态，B错误；若升高体系温度，则正、逆反应速率均增大，C正确；根据热化学方程式可知若反应过程中吸收QkJ热量，则刚好有lmol NH4HCO3发生分解，D正确。
5、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
【答案】D
【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小直至不变，③曲线趋势不正确。
6、一定温度下，向恒容的密闭容器中充入一定量的NO2（g），发生反应2NO2（g）N2O4（g）△H<0。下列选项中不能作为判断反应是否达到平衡状态的因素的是
A. 混合气体的平均相对分子质量 B. NO2（g）的百分含量
C. 容器内压强 D. NO2和N2O4的反应速率之比
【答案】D
【解析】平均相对分子质量，未达到平衡时，混合气体的总质量不变，但混合气体的总物质的量一直改变，平均相对分子质量也会改变，达到平衡后不再改变，故混合气体的平均相对分子质量可判断反应是否达到平衡状态，A项正确；平衡右移NO2（g）的百分含量减小，平衡左移NO2（g）的百分含量增大，可以判定反应达到平衡状态，B项正确；容器恒容，平衡右移气体物质的量减小，压强减小，平衡左移气体物质的量增大，压强增大，可以判定反应达到平衡状态，C正确；无论是否达到平衡，NO2和N2O4的反应速率之比都等于计量数之比2:1；D项错误。
7、对于反应A(g)＋B(g) 3C(g)(正反应为放热反应)，下述为平衡状态标志的是( )
①单位时间内A、B生成C的分子数与C分解的分子数相等 ②外界条件不变时，A、B、C浓度不随时间变化 ③体系温度不再变化 ④体系的压强不再变化 ⑤体系的分子总数不再变化
A. ①② B. ①②③ C. ①②③④ D. ①②③④⑤
【答案】D
【解析】①单位时间内A、B生成C的分子数与C分解的分子数相等说明正、逆反应速率相等，故为平衡状态；②外界条件不变时，A、B、C浓度不随时间变化的状态为平衡状态；③体系温度不再变化说明正向进行放出的热量与逆向进行吸收的热量是相等的，即正、逆反应速率相等，故为平衡状态；④在恒容条件下，且该反应为非等体积的可逆反应，则体系的压强不再变化即各成分的浓度保持不变，故为平衡状态；⑤由于该反应为非等体积的可逆反应，体系的分子总数不再变化说明各物质的物质的量保持不变，故为平衡状态。
考点三 影响化学平衡的因素
【核心知识梳理】
1、改变下列条件对化学平衡的影响
若其他条件不变，改变下列一个条件，对化学平衡的影响如下:
平衡体系
条件变化
速率变化
平衡变化
速率变化曲线
任意平衡体系
增大反应物的浓度
v正、v逆均增大，且v正'>v逆'
正向移动
减小反应物的浓度
v正、v逆均减小，且v逆'>v正'
逆向移动
增大生成物的浓度
v正、v逆均增大，且v逆'>v正'
逆向移动
减小生成物的浓度
v正、v逆均减小，且v正'>v逆'
正向移动
正反应方向为气体体积增大的放热反应
增大压强或升高温度
v正、v逆均增大，且v逆'>v正'
逆向移动
减小压强或降低温度
v正、v逆均减小，且v正'>v逆'
正向移动
反应前后气体化学计量数之和相等的反应
增大压强
v正、v逆同等倍数增大
不移动
减小压强
v正、v逆同等倍数减小
2、温度不变时浓度因素的“决定性作用”——分析“惰性气体(不参加反应的气体)”对化学平衡的影响。
3、勒夏特列原理
对于一个已经达到平衡的体系，如果改变影响化学平衡的一个条件 (如浓度、温度、压强)，平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动。
【精准训练3】
1、对于某平衡体系，下列措施一定会使平衡移动的是
A. 升高温度 B. 使用催化剂 C. 改变体系压强 D. 改变各组分浓度
【答案】A
【解析】升高温度平衡一定向吸热方向移动，A正确；使用催化剂平衡不移动，B错误；对于的反应，改变体系压强平衡不移动，C错误；对于的反应，同比例改变各组分浓度，平衡不移动，D错误。
2、某温度下，在一容积固定的容器中，反应aA（g）+bB（g）hH（g）达到平衡后，A、B、H的物质的量分别为amol、bmol和hmol。已知a+b=2h，若保持温度不变，将三者的物质的量增大一倍，则下列判断正确的是
A. 平衡不移动 B. 混合气体的密度不变
C. B的体积分数减少 D. amol/L＜c（A）＜2amol/L
【答案】C
【解析】a+b=2h，说明反应前后气体分子数减小，将三者的物质的量增大一倍，相当于增大压强，平衡向气体分子数减小的方向移动，A错误；将三者的物质的量增大一倍，混合气体的质量增大一倍，容积固定，根据混合气体的密度=，所以混合气体的密度增大，B错误；将三者的物质的量增大一倍，相当于增大压强，平衡向右移动，B的体积分数减小，C正确；A的浓度范围用极限法即可解出，D错误。
3、对可逆反应：2A(s)+3B(g)C(g)+2D(g) △H＜0，在一定条件下达到平衡，下列有关叙述正确的是
①增加A的量，平衡向正反应方向移动
②升高温度，平衡向逆反应方向移动，v正减小
③压缩体积使压强增大一倍，平衡不移动，v正、v逆均增大
④增大B的浓度，v正＞v逆
⑤加入催化剂，B的转化率提高
A. 只有③④ B. 只有②④ C. 只有③⑤ D. 只有①②⑤
【答案】A
【解析】A是固体，增大A量对平衡无影响，①错误；升高温度，v(正)、v(逆)均应增大，但v(逆)增大的程度大，平衡向逆反应方向移动，②错误；压强增大平衡不移动，但v(正)、v(逆)都增大，③正确；增大B的浓度，反应物浓度增大，平衡向正反应方向移动，v(正)>v(逆)，④正确；使用催化剂同等程度增大正、逆反应速率，化学平衡不发生移动，B的转化率不变，⑤错误，A正确。
4、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______________(填序号，下同)。
(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
【真题感悟】
1、(2020北京，10)一定温度下，反应I2(g)＋H2(g)2HI(g)在密闭容器中达到平衡时，测得c(I2)＝0.11 mmol·L－1，c(HI)＝0.78 mmol·L－1。相同温度下，按下列4组初始浓度进行实验，反应逆向进行的是( )
A
B
C
D
c(I2)/(mmol·L－1)
1.00
0.22
0.44
0.11
c(H2)/(mmol·L－1)
1.00
0.22
0.44
0.44
c(HI)/(mmol·L－1)
1.00
1.56
4.00
1.56
(注：1 mmol·L－1＝10－3 mol·L－1)
【答案】C
【解析】题目中缺少c(H2)，无法计算K，则不能通过Q与K的关系判断平衡的移动方向，但可比较4个选项中Q的大小关系，Q越大，则可能逆向移动。
Q(A)＝＝1，Q(B)＝≈50.28，Q(C)＝≈82.64，Q(D)＝≈50.28，Q(C)的值最大，C正确。
2、(2020浙江7月选考)5 mL 0.1 mol·L－1 KI溶液与1 mL 0.1 mol·L－1 FeCl3溶液发生反应：2Fe3＋(aq)＋2I－(aq)2Fe2＋(aq)＋I2(aq)，达到平衡。下列说法不正确的是( )
A．加入苯，振荡，平衡正向移动
B．经苯2次萃取分离后，在水溶液中加入KSCN，溶液呈红色，表明该化学反应存在限度
C．加入FeSO4固体，平衡逆向移动
D．该反应的平衡常数K＝
【答案】D
【解析】碘易溶于苯，加入苯，碘进入苯中，使水溶液中碘的浓度减小，平衡正向移动，A项正确；如果反应能进行到底，则经过苯两次萃取后溶液中不会有Fe3＋，加入KSCN，溶液不会呈红色，溶液呈红色说明此反应是可逆反应，有反应限度，B项正确；加入FeSO4固体，二价铁离子浓度增大，平衡逆向移动，C项正确；该反应的平衡常数K＝，D项错误。
3、[2017·全国卷Ⅲ，28(4)]298 K时，将20mL3xmol·L－1Na3AsO3、20mL 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______(填字母)。
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________。
【答案】①ac ②大于 ③小于 tm时生成物浓度较低 ④
4、(2021·辽宁1月适应性测试，7)某温度下，在一恒容密闭容器中进行如下两个反应并达到平衡：
①2X(g)＋Y(g)Z(s)＋2Q(g) ΔH1<0
②M(g)＋N(gR(g)＋Q(g) ΔH2>0
下列叙述错误的是( )
A．加入适量Z，①和②平衡均不移动
B．通入稀有气体Ar，①平衡正向移动
C．降温时无法判断Q浓度的增减
D．通入Y，则N的浓度增大
【答案】B
【解析】Z为固体，加入适量Z不影响反应①的平衡移动，而反应②与Z无关，故加入Z也不影响反应②的平衡移动，A正确；通入稀有气体Ar，由于容器体积不变，故气体浓度不发生改变，反应①的平衡不移动，B错误；温度降低，反应①正向进行，反应②逆向进行，但两个反应中反应物的起始浓度未知，故无法判断Q浓度的增减，C正确；通入气体Y，反应①平衡正向移动，Q的浓度增大，导致反应②平衡逆向移动，则N的浓度增大，D正确。
5、(2020·浙江7月选考，20)一定条件下：2NO2(g)N2O4(g) ΔH＜0。在测定NO2的相对分子质量时，下列条件中，测定结果误差最小的是( )
A．温度0 ℃、压强50 kPa
B．温度130 ℃、压强300 kPa
C．温度25 ℃、压强100 kPa
D．温度130 ℃、压强50 kPa
【答案】D
【解析】测定NO2的相对分子质量时，要使平衡逆向移动，且逆向移动的程度越大，测定结果的误差越小。该反应的正反应是气体分子数减少的放热反应，因此温度越高、压强越小时，平衡逆向移动的程度越大，故选D。
6、[2021·湖南，16(1)(2)]氨气中氢含量高，是一种优良的小分子储氢载体，且安全、易储运，可通过下面两种方法由氨气得到氢气。
方法Ⅰ.氨热分解法制氢气
相关化学键的键能数据
化学键
N≡N
H—H
N—H
键能E/(kJ·mol－1)
946
436.0
390.8
在一定温度下，利用催化剂将NH3分解为N2和H2。回答下列问题：
(1)反应2NH3(g)N2(g)＋3H2(g) ΔH＝________ kJ·mol－1。
(2)已知该反应的ΔS＝198.9 J·mol－1·K－1，在下列哪些温度下反应能自发进行？__(填字母)。
A．25 ℃ B．125 ℃ C．225 ℃ D．325 ℃
【答案】(1)＋90.8 (2)CD
【解析】(1) 根据反应热＝反应物的总键能－生成物的总键能，2NH3(g)N2(g)＋3H2(g) ΔH＝390.8 kJ·mol－1×3×2－(946 kJ·mol－1＋436.0 kJ·mol－1×3)＝＋90.8kJ·mol－1。
(2)若反应自发进行，则需ΔH－TΔS<0，T>＝≈456.5K，即温度应高于(456.5－273)℃＝183.5℃。
7、[2019·全国卷Ⅰ，28(1)(2)]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_____H2(填“大于”或“小于”)。
(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___________________(填字母)。
A．<0.25 B．0.25 C．0.25～0.50 D．0.50 E．>0.50
【答案】(1)大于 (2)C
【解析】(1)由题给信息①可知，H2(g)＋CoO(s)Co(s)＋H2O(g)(i) K1＝＝＝39；由题给信息②可知，CO(g)＋CoO(s)Co(s)＋CO2(g)(ii) K2＝＝≈51.08。相同温度下，平衡常数越大，反应倾向越大，故CO还原氧化钴的倾向大于H2。
(2)第(1)问和第(2)问的温度相同，且K1
1、已知①碳酸钙的分解CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g) ΔH1仅在高温下自发进行；②氯酸钾的分解2KClO3(s)===2KCl(s)＋3O2(g) ΔH2在任何温度下都自发进行，下面有几组焓变数据，其中可能正确的是( )
A．ΔH1＝－178.32 kJ·mol－1 ΔH2＝－78.3 kJ·mol－1
B．ΔH1＝＋178.32 kJ·mol－1 ΔH2＝－78.3 kJ·mol－1
C．ΔH1＝－178.32 kJ·mol－1 ΔH2＝＋78.3 kJ·mol－1
D．ΔH1＝＋178.32 kJ·mol－1 ΔH2＝＋78.3 kJ·mol－1
【答案】B
2、对于化学反应方向的判断，下列说法中正确的是( )
A．温度、压强一定时，放热的熵减小的反应一定能自发进行
B．温度、压强一定时，焓因素和熵因素共同决定一个化学反应的方向
C．反应焓变是决定反应能否自发进行的唯一因素
D．固体的溶解过程与熵变无关
【答案】B
【解析】温度、压强一定时，化学反应的方向由焓变和熵变共同决定，不能仅用焓变或熵变判断反应的方向。
3、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＜c1＜0.14 mol·L－1
【答案】D
【解析】平衡浓度之比为1∶3，转化浓度之比亦为1∶3，故c1∶c2＝1∶3，A、C不正确；平衡时Y生成表示逆反应速率，Z生成表示正反应速率且v生成(Y)∶v生成(Z)＝3∶2，B不正确；由可逆反应的特点可知0＜c1＜0.14 mol·L－1，D正确。
4、（双选）已知：(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)＋NH3(g) ΔH＝＋74.9 kJ·mol－1，下列说法正确的是( )
A．该反应中熵变、焓变皆大于0
B．该反应是吸热反应，因此一定不能自发进行
C．碳酸盐分解反应中熵增加，但并不是任何条件下所有碳酸盐分解一定能自发进行
D．能自发进行的反应一定是放热反应，不能自发进行的反应一定是吸热反应
【答案】AC
【解析】根据反应方程式可知该反应中熵变、焓变都大于0，A项正确；该反应是吸热反应，但也是熵增大的反应，所以也可能自发进行，B项错误；碳酸盐分解反应中熵增加，但不是在任何条件下碳酸盐分解都能够自发进行，如CaCO3的分解仅在高温下自发，C项正确；能自发进行的反应不一定是放热反应，不能自发进行的反应也不一定是吸热反应，D项错误。
5、下列事实，不能用勒夏特列原理解释的是
A. 在溴水中存在如下平衡：Br2＋H2OHBr＋HBrO，当加入NaOH溶液后颜色变浅
B. 对于反应：2HI(g)H2(g)+I2(g)，使平衡体系缩小体积增加压强，颜色变深
C. Fe(SCN)3溶液中加入固体KSCN后颜色变深
D. 棕红色气体NO2（2NO2N2O4）缩小体积加压后，颜色先变深后变浅
【答案】B
【解析】加入NaOH溶液后，NaOH和HBr、HBrO发生中和反应导致平衡正向移动，则溶液颜色变浅，能用平衡移动原理解释，A项正确；对于左右两端气体系数之和相等的反应，增大压强平衡不移动，所以与勒夏特列原理无关，B项错误；因为，加入KSCN后，SCN-增多，使平衡向逆向移动，C项正确；增大压强，平衡正向移动，气体颜色先变深后变浅，能用平衡移动原理解释，D项正确。
6、实现“节能减排”和“低碳经济”的一个重要课题就是如何将CO2转化为可利用的资源。目前工业上有一种方法是用CO2来生产燃料甲醇。一定条件下发生反应：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)，如图表示该反应过程中能量(单位为kJ·mol－1)的变化。关于该反应的下列说法中，正确的是( )
A．ΔH＞0，ΔS＞0 B．ΔH＞0，ΔS＜0 C．ΔH＜0，ΔS＜0 D．ΔH＜0，ΔS＞0
【答案】C
【解析】根据反应过程中能量变化的情况可知反应物的总能量高于生成物的总能量，反应放热，ΔH＜0；该反应发生后气体的物质的量减小，ΔS＜0。
7、能说明在固定的密闭容器中进行的反应：3H2（g）+N2(g) ⇌ 2NH3(g) 已经达到平衡的是：
A. c(H2):c(N2):c(NH3)=3:1:2 B. 容器内气体的密度不再改变
C. 容器内气体的平均摩尔质量不变 D. 氢气消耗的速率是氮气消耗速率的3倍
【答案】C
【解析】平衡时各物质的物质的量取决于起始配料比以及转化的程度，不能作为判断是否达到平衡状态的依据，A错误；由质量守恒定律可知，平衡前后气体质量始终不变，固定的密闭容器中混合气体密度始终不变，所以混合气体的密度不再变化，无法判断是否达到平衡状态，B错误；该反应是一个体积体积减小的反应，由质量守恒定律可知，平衡前后气体质量不变，反应中容器内气体的平均摩尔质量增大，则容器内气体的平均摩尔质量不变，能表明反应已达到平衡状态，C正确；氢气消耗的速率和氮气消耗速率均为正反应速率，氢气消耗的速率是氮气消耗速率的3倍不能说明正逆反应速率相等，无法判断是否达到平衡状态，D错误。
8、关于硫酸工业中的催化氧化反应，可以用勒夏特列原理解释的是( )
A.通入过量氧气 B.选择V2O5做催化剂
C.选择常压条件 D.升温至450 ℃左右
【答案】A
【解析】通入过量氧气，增大反应物的浓度，化学平衡正向移动，可以用勒夏特列原理解释，A符合题意；催化剂只能改变反应速率，不会引起化学平衡的移动，不能用勒夏特列原理解释，B不符合题意；根据平衡移动原理可知，增大压强，平衡向体积减小的方向移动，有利于三氧化硫的合成，所以选择常压条件，不能用勒夏特列原理解释，C不符合题意；正反应是放热反应，升高温度至450 ℃左右，平衡逆向移动，不利于三氧化硫的生成，所以升温至450 ℃左右不能用勒夏特列原理解释，D不符合题意。
9、为减轻温室效应，科学家已致力于研究CO2的捕捉与封存技术，其反应原理之一为：CO2(g)＋2NH3(g)CO(NH2)2(s)＋H2O(g) ΔH＜0，下列措施既能加快反应速率又能提高产率的是（ ）
A. 升高温度 B. 分离出CO(NH2)2 C. 缩小容器体积 D. 使用催化剂
【答案】C
【解析】升高温度，反应速率加快，平衡逆向移动，产率降低，A错误；分离出CO(NH2)2，平衡不移动，B错误；缩小容器体积，相当于增大压强，反应速率加快，平衡正向移动，产率提高，C正确；使用催化剂，反应速率加快，平衡不移动，产率不变，D错误。
10、下列说法正确的是
A. 反应C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)达平衡后，加入单质碳平衡必定向正反应方向移动
B. A2(g)＋3B2(g)2AB3(g)达平衡后，若保待容器压强不变，继续通入0.2mol A2和0.6mol B2，平衡向正反应方向移动，则A2的转化率一定变大
C. 2RO2(g)＋O2(g)2RO3(g) △H＝－197kJ·mol－1，升高温度，正反应速率减小
D. 在一定温度下，一定容积的密闭容器中发生反应：C(s)＋H2O(g)H2(g)＋CO(g)，当混合气体的相对平均分子质量不再发生变化时，反应达到平衡
【答案】D
【解析】单质碳为固体，对化学反应速率没有影响，A项错误；A2(g)＋3B2(g)2AB3(g)达平衡后，若保待容器压强不变，继续通入0.2mol A2和0.6molB2，物质的量与体积成正比，可能浓度不变，则平衡不移动，即A2的转化率不变，B项错误；化学反应速率与反应的热效应无关，与活化分子百分数有关，升高温度，正反应速率一定增大，C项错误；当混合气体的平均相对分子质量为气体的总质量与气体的总的物质的量的比值，反应C(s)＋H2O(g)H2(g)＋CO(g)假设开始有1molH2O(g)参与，则起始气体的平均相对分子质量为18，假设全部转化为氢气和一氧化碳，则得到的混合气体的相对分子质量为2+28=30，则说明随着反应的进行，气体的平均相对分子质量为变量，故当混合气体的相对平均分子质量不再发生变化时，反应达到平衡，D项正确。
11、CO2催化加氢制取甲醇的研究，对于环境、能源问题都具有重要的意义。反应如下：
反应ⅰ：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ∆H1=﹣58kJ·mol-1
反应ⅱ：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ∆H2=+42kJ·mol-1
下列说法不正确的是
A. 增大氢气浓度能提高二氧化碳的转化率
B. 增大压强，有利于向生成甲醇的方向进行，反应ⅰ的平衡常数增大
C. 升高温度，生成甲醇的速率加快，反应ⅱ的限度同时增加
D. 选用理想的催化剂可以提高甲醇在最终产物中的比率
【答案】B
【解析】增大氢气浓度平衡正向移动导致二氧化碳消耗增大，所以二氧化碳转化率增大，A正确；增大压强平衡向气体体积减小的方向移动，增大压强，反应i的平衡正向移动，所以向生成甲醇的方向移动，但是化学平衡常数只与温度有关，温度不变化学平衡常数不变，所以增大压强反应i的平衡常数不变，B错误；升高温度任何化学反应速率都增大，升高温度平衡向吸热方向移动，升高温度反应ii向正向移动，则反应ii的反应限度增大，C正确；催化剂具有选择性和专一性、高效性，所以选用理想的催化剂可以提高甲醇在最终产物中的比率，D正确。
12、等物质的量的N2、H2充入某密闭容器中，在一定条件下，发生如下反应并达到平衡：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＜0。当改变某个条件并维持新条件直至达到新的平衡时，下表中关于新平衡与原平衡的比较正确的是( )
选项
改变条件
新平衡与原平衡比较
A
增大压强
N2的浓度一定减小
B
升高温度
N2的转化率减小
C
充入一定量H2
H2的转化率不变，N2的转化率增大
D
使用适当催化剂
NH3的体积分数增大
【答案】B
【解析】正反应是气体体积减小的反应，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错误；正反应是放热反应，则升高温度平衡向逆反应方向移动，氮气的转化率减小，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，而氢气的转化率减小，C错误；催化剂只能改变反应速率而不能改变平衡状态，D错误。
13、（双选）在恒容绝热的容器中进行反应：2A(g)+B(g)3C(g)+D(s)△H=-akJ·mol-1(a>0)，下列说法不正确的是
A. 容器中压强不变，表明反应达到平衡状态
B. 反应过程中A、B的转化率始终相同
C. 增加A的浓度，平衡时B的体积分数减少
D. 容器中气体的密度不变，表明反应达到平衡状态
【答案】AB
【解析】D是固体，反应前后气体分子数目不变，压强始终不变，所以不能用压强不变来衡量反应是否达到平衡，A错误；只有当A、B的投入量按反应方程式系数比投入时，反应物的转化率才相同，B错误；增加A浓度，平衡正向移动，B的物质的量减少，平衡时B的体积分数减少，C正确；混合气体的密度 ，体积不变，反应前后气体质量发生改变，所以反应前后气体密度发生改变，当气体的密度不变，表明反应达到平衡状态，D正确。
14、一定条件下，在密闭恒容的容器中，发生反应：3SiCl4(g)＋2N2(g)＋6H2(g)Si3N4(s)＋12HCl(g) ΔH<0，能表示该反应达到平衡状态的是( )
A．v逆(N2)＝v正(H2)
B．v正(HCl)＝4v正(SiCl4)
C．混合气体的密度保持不变
D．c(N2)∶c(H2)∶c(HCl)＝1∶3∶6
【答案】C
【解析】利用化学反应速率之比等于化学方程式的计量系数之比可知A项错误；B项均表示正反应，无论反应是否处于平衡状态都成立；D项表示的浓度关系与是否平衡无关；混合气体的密度不变说明容器中气体的质量不变，而平衡移动则气体的质量改变，所以C项表示达到平衡状态。
15、在某温度下，将1molH2和1molI2的气态混合物充入1L的密闭容器中，发生反应:H2(g)+I2(g)2HI(g) ΔH<0；5 min后达到平衡状态，测得c(H2)=0.9mol·L-1，则下列结论中，不能成立的是（ ）
A. 平衡时H2、I2的转化率相等
B. 从反应开始至平衡的过程中，v(HI)=0.04mol·L-1·min-1
C. 其他条件不变再向容器中充入少量H2，I2的转化率提高
D. 若将容器温度提高，其平衡常数K一定增大
【答案】D
【解析】H2、I2化学计量数相同，按物质的量1∶1加入H2、I2，达到平衡后两种物质的转化率相同，A正确；由化学方程式可知c(HI)=0.2mol·L-1，即v(HI)=0.2mol·L-1÷5 min=0.04mol·L-1·min-1，B正确；充入少量H2，平衡向正反应方向移动，I2的转化率提高，C正确；该反应为放热反应，升高温度平衡向逆反应方向移动，平衡常数K减小，D错误。
16、（双选）一定温度下，在三个容积均为1 L恒容密闭容器中按不同方式投入反应物，发生反应CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)(正反应放热)，测得反应的相关数据如下：
容器
容器1
容器2
容器3
反应温度T/K
500
500
600
反应物投入量
1molCO、2molH2
2molCH3OH
1molCO、2molH2
平衡v正(H2)/(mol·L－1·s－1)
v1
v2
v3
平衡c(CH3OH)/(mol·L－1)
c1
c2
c3
平衡体系总压强p/Pa
p1
p2
p3
物质的转化率α
α1(CO)
α2(CH3OH)
α3(CO)
平衡常数K
K1
K2
K3
下列叙述正确的是（ ）
A.v1
【答案】BD
【解析】采用比较的方法分析，对照容器的特点，将容器1和容器2对比，将容器1和容器3对比。容器2中加入2 mol CH3OH等效于在相同条件下反应物投入量为1 mol CO、2 mol H2，容器2中起始反应物物质的量为容器1的2倍，容器2相当于在容器1达到平衡后增大压强，将容器的体积缩小到原来的一半，增大压强反应速率加快，则v1
(1)下列各项中能说明该反应已达化学平衡状态的是________(填字母)。
a．4v消耗(SiF4)＝v生成(HF)
b．容器内气体压强不再变化
c．容器内气体的总质量不再变化
d．HF的体积分数不再变化
(2)反应过程中测定的部分数据如下表(表中t2>t1)所示。
反应时间/min
n(SiF4)/mol
n(H2O)/mol
0
1.20
2.40
t1
0.80
a
t2
b
1.60
通过a或b的值及化学平衡原理说明t1时反应是否达到化学平衡状态：________________________________________________________________________。
(3)若只改变一个条件使上述反应的化学平衡常数变大，该反应________(填字母)。
a．一定向正反应方向移动 b．一定向逆反应方向移动
c．一定是减小压强造成的 d．一定是升高温度造成的
e．SiF4的平衡转化率一定增大
【答案】(1)bcd (2)a＝1.60(或b＝0.80)，说明在一定条件下，t1～t2时各组分的浓度(或物质的量)均已不再发生改变，则t1时反应已经达到化学平衡状态 (3)ade
【解析】(1)反应过程中任何时刻均有4v消耗(SiF4)＝v生成(HF)；该反应反应前后气体分子数不等，则反应达到平衡状态时，气体的压强、总质量不再变化，各气体的体积分数不再变化。
(2)0～t1 min，反应消耗的SiF4为0.40 mol，根据已知反应可确定消耗的H2O为0.80 mol，故a＝1.60，t2 min时，H2O仍为1.60 mol，故b＝0.80。由此可判断t1时该反应已经达到化学平衡状态。
18、氨是一种重要的化工原料，在工农业生产中有广泛的应用。
(1)在一定温度下，在固定容积的密闭容器中进行可逆反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)。该可逆反应达到平衡的标志是________(填字母)。
A．3v正(H2)＝2v逆(NH3)
B．单位时间生成m mol N2的同时生成3m mol H2
C．容器内的总压强不再随时间而变化
D．混合气体的密度不再随时间变化
(2)工业上可用天然气为原料来制取合成氨的原料气氢气。某研究性学习小组的同学模拟工业制取氢气的原理，在一定温度下，容积为2 L的恒容密闭容器中测得如下表所示数据。请回答下列问题：
时间/min
CH4/mol
H2O/mol
CO/mol
H2/mol
0
0.40
1.00
0
0
5
a
0.80
c
0.60
7
0.20
b
0.20
d
10
0.21
0.81
0.19
0.64
①分析表中数据，判断5 min时反应是否处于平衡状态？________(填“是”或“否”)，前5 min反应的平均反应速率v(CH4)＝________________。
②反应在7～10 min内，CO的物质的量减少的原因可能是________(填字母)。
A．减少CH4的物质的量 B．降低温度
C．升高温度 D．充入H2
(3)氨的催化氧化：4NH3＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)是工业制硝酸的重要反应。在1 L密闭容器中充入4 mol NH3(g)和5 mol O2(g)，保持其他条件不变，测得c(NO)与温度的关系如图所示。该反应的ΔH______(填“＞”“＜”或“＝”)0；T0℃下，NH3的转化率为________。
【答案】(1)C (2)①是 0.02 mol·L－1·min－1
②D (3)＜ 75%
【解析】(1)3v逆(NH3)＝2v正(H2)时反应达到平衡，A项错误；生成m mol N2，必生成3m mol H2，但反应不一定达到平衡，B项错误；此反应为反应前后气体分子数不相等的反应，压强不变可以说明反应达到平衡状态，C项正确；混合气体总质量不变，容器容积不变，所以混合气体的密度始终不变，故混合气体的密度不变不能说明反应达到平衡状态，D项错误。(2)①根据反应：CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)，结合表中数据5 min时H2为0.60 mol，可知CO为0.20 mol，即c＝0.20，则a＝0.20,7 min时，各物质的物质的量与5 min时相同，所以5 min时反应达到平衡状态；v(CH4)＝＝0.02 mol·L－1·min－1。②10 min时，只有CO的物质的量减少，其他物质的物质的量都增加，所以原因只能是充入氢气，使平衡逆向移动，故选D。(3)由图像可知，NO的浓度达到最大值后，随温度升高，NO的浓度又逐渐减小，所以该反应的ΔH＜0；T0 ℃时，c(NO)＝3.0 mol·L－1，则反应消耗的n(NH3)＝3.0 mol，NH3的转化率为×100%＝75%。
19、肼(N2H4)与N2O4是火箭发射中最常用的燃料与助燃剂。
(1)800 ℃时，某密闭容器中存在如下反应：2NO2(g)2NO(g)＋O2(g) ΔH＞0，若开始向容器中加入1 mol·L－1的NO2，反应过程中NO的产率随时间的变化如图中曲线Ⅰ所示。
①反应Ⅱ相对于反应Ⅰ而言，改变的条件可能是________。
②请在图中绘制出在其他条件与反应Ⅰ相同，反应在820 ℃时进行，NO的产率随时间的变化曲线。
(2)已知N2O4(g)2NO2(g) ΔH＝＋57.20 kJ·mol－1，开始时，将一定量的NO2、N2O4充入一个容器为2 L的恒容密闭容器中，浓度随时间变化关系如下表所示：
时间/min
0
5
10
15
20
25
30
c(X)/(mol·L－1)
0.2
c
0.6
0.6
1.0
c1
c1
c(Y)/(mol·L－1)
0.6
c
0.4
0.4
0.4
c2
c2
①c(X)代表________(填化学式)的浓度。
②前10 min内用NO2表示的反应速率为____________；20 min时改变的条件是__________________________；重新达到平衡时，NO2的百分含量________(填字母)。
a．增大 b．减小 c．不变 d．无法判断
【答案】(1)①使用催化剂
(2)①NO2 ②0.04 mol·L－1·min－1 向容器中加入0.8 mol NO2(其他合理答案也可) b
【解析】(1)①由于反应Ⅱ达到平衡时产率与反应Ⅰ相同但所用时间减少，故改变的条件是使用催化剂；②温度升高，速率加快且有利于平衡向右移动，因此达到平衡所用时间比反应Ⅰ少但比Ⅱ多，NO的产率高于0.6。(2)①由表中数据知，X代表的物质浓度增加值是Y代表的物质浓度减小值的二倍，故X代表NO2，Y代表N2O4；②0～10 min内，NO2浓度增加了0.4 mol·L－1，故v(NO2)＝0.04 mol·L－1·min－1；20 min时，NO2浓度增大而N2O4浓度不变，故改变的条件是向容器中加入0.8 mol NO2；由于温度保持不变，故K是定值，将平衡常数表达式变换为＝，由于c(NO2)肯定增大，故减小，故减小，所以混合物中NO2百分含量减小。
20、研究减少CO2排放是一项重要课题。CO2经催化加氢可以生成低碳有机物，主要有以下反应：
反应Ⅰ：CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g) △H1＝－49.6 kJ/mol
反应Ⅱ：CH3OCH3(g)＋H2O(g) 2CH3OH(g) △H2＝＋23.4 kJ/mol
反应Ⅲ：2CO2(g)＋6H2(g) CH3OCH3(g)＋3H2O(g) △H3
（1）△H3＝________kJ/mol。
（2）恒温恒容条件下，在密闭容器中通入等物质的量的CO2和H2，发生反应I。下列描述能说明反应I达到平衡状态的是_______（填序号）。
A．反应体系总压强保持不变
B．容器内的混合气体的密度保持不变
C．水分子中断裂2NA个H-O键，同时氢分子中断裂3NA个H-H键
D．CH3OH和H2O的浓度之比保持不变
（3）反应II在某温度下的平衡常数为0.25，此温度下，在密闭容器中加入等物质的量的CH3OCH3(g)和H2O(g)，反应到某时刻测得各组分浓度如下：
物质
CH3OCH3(g)
H2O(g)
CH3OH(g)
浓度/mol·L－1
1.8
1.8
0.4
此时v正___v逆（填“＞”、“＜”或“＝”），当反应达到平衡状态时，混合气体中CH3OH体积分数(CH3OH)% ＝___%。
（4）在某压强下，反应III在不同温度、不同投料比时，CO2的平衡转化率如图所示。T1温度下，将6mol CO2和12mol H2充入2 L的密闭容器中，5min后反应达到平衡状态，则0～5min内的平均反应速率v(CH3OCH3)＝____；KA、KB、KC三者之间的大小关系为____。
（5）恒压下将CO2和H2按体积比1：3混合，在不同催化剂作用下发生反应I和反应III，在相同的时间段内CH3OH的选择性和产率随温度的变化如图。其中：CH3OH的选择性＝×100%
在上述条件下合成甲醇的工业条件是____。
A．210℃ B．230℃ C．催化剂CZT D．催化剂CZ(Zr－1)T
【答案】(1)－122.6 (2)AC (3)＞ 20 (4)0.18mol·L−1·min−1 KA＝KC＞KB （5）BD
【解析】（1）反应Ⅰ：CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g) △H1＝－49.6 kJ/mol
反应Ⅱ：CH3OCH3(g)＋H2O(g) 2CH3OH(g) △H2＝＋23.4 kJ/mol
反应Ⅲ：2CO2(g)＋6H2(g) CH3OCH3(g)＋3H2O(g) △H3
通过盖斯定律计算△H3＝2△H1－△=－49.6 kJ/mol×2－23.4kJ/mol=－122.6kJ/mol；
（2）该反应属于气体体积变化的反应，所以压强不变属于平衡，A正确；容器内的混合气体的密度等于质量除以体积，反应前后质量与体积都不变，故密度是个不变量，B错误；水分子中断裂2NA个H-O键，同时氢分子中断裂3NA个H-H键，速率之比等于化学计量数之比，且方向相反，C正确；CH3OH和H2O的浓度之比保持不变 ，相当于两者之比等于1:1，不能说明平衡状态，D错误；
（3）在CH3OCH3(g)＋H2O(g) 2CH3OH(g)中，根据Qc=(CH3OH)2/(CH3OCH3)(H2O)=0.42/1.8×1.8<0.25，说明平衡正向移动，故此时v正>v逆
CH3OCH3(g)＋H2O(g) 2CH3OH(g)
起始 1.8 1.8 0.4
反应 x x 2x
平衡 1.8-x 1.8-x 0.4+2x
根据K=（0.4+2x）（0.4+2x）/（1.8-x）（1.8-x）=0.25，混合气体中CH3OH体积分数(CH3OH)% =(1.8-x)/(1.8-x+1.8-x+0.4+2x)=20%；
（4） 2CO2(g)＋6H2(g) CH3OCH3(g)＋3H2O(g)
起始（mol） 6 12 0 0
反应（mol） 2x 6x x 3x
平衡（mol） 6-2x 12-6x x 3x
根据CO2的平衡转化率，T1温度下CO2的转化率为60% ，所以有2x/6=0.6，解得x=1.8，故0～5min内的平均反应速率v(CH3OCH3) =1.8mol÷2L÷5min=0.18mol·L−1·min−1；化学平衡常数只与温度有关，放热反应呈反比，所以KA、KB、KC三者之间的大小关系为KA＝KC＞KB；（5）根据上图转化率与本题要求，合成甲醇的工业条件要求“多快好省”，选择合适的温度和合适的催化剂，故选择230℃和催化剂CZ(Zr－1)T。
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