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人教版高考化学一轮复习专题7化学反应速率和化学平衡第3单元化学平衡移动和化学反应调控学案
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这是一份人教版高考化学一轮复习专题7化学反应速率和化学平衡第3单元化学平衡移动和化学反应调控学案，共20页。
第三单元 化学平衡移动和化学反应调控
[课标解读]
1.理解外界条件(浓度、温度、压强、催化剂等)对化学平衡的影响，能用相关理论解释其一般规律。
2.了解化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。
化学平衡移动
知识梳理
1．化学平衡移动的概念与实质
(1)概念
即平衡移动就是由一个“平衡状态→不平衡状态→新平衡状态”的过程。一定条件下的平衡体系，条件改变后，平衡可能发生移动。
(2)实质：改变条件引起v正与v逆不再相等
①v正>v逆，平衡向正反应方向移动；
②v正＝v逆，反应达到平衡状态，不发生平衡移动；
③v正
[辨易错]
(1)改变条件，v正增大，平衡正向移动。 ( )
(2)当平衡向正向移动的过程中，v正逐渐增大。 ( )
(3)升高温度，v正、v逆均增大，平衡一定移动。 ( )
[答案] (1)× (2)× (3)√
2．影响化学平衡的外界因素
(1)实验探究
实验Ⅰ：已知在K2Cr2O7的溶液中存在平衡：
取两支试管各加入5 mL 0.1 mol·L－1的K2Cr2O7溶液。
a．向1号试管中加入几滴浓硫酸，橙色变深，说明平衡向逆反应方向移动。
b．向2号试管中加入几滴浓NaOH溶液，橙色变黄色，说明平衡向正反应方向移动。
实验Ⅱ：某溶液中存在平衡：Fe3＋＋3SCN－。
将上述溶液分别置于①、②号两试管中。
a．向1号试管中加3～4滴饱和FeCl3溶液，红色变深，说明平衡向正反应方向移动。
b．向2号试管中加3～4滴NaOH溶液，红色变浅，说明平衡向逆反应方向移动。
实验Ⅲ：NO2球中存在以下平衡：2NO2(g)N2O4(g) ΔH＝－56.9 kJ/mol
把该球放入热水中，颜色变化：红棕色变深，说明平衡向逆反应方向移动；放入冰水中，颜色变化：红棕色变浅，说明平衡向正反应方向移动。
(2)影响化学平衡的外界因素
浓度
增大反应物浓度或减小生成物浓度
向正反应方向移动
减小反应物浓度或增大生成物浓度
向逆反应方向移动
压强(对有气体参加的反应)
反应前后气体体积改变
增大压强
向气体分子总数减小的方向移动
减小压强
向气体分子总数增大的方向移动
反应前后气体体积不变
改变压强
平衡不移动
温度
升高温度
向吸热反应方向移动
降低温度
向放热反应方向移动
注意：①催化剂同等程度改变v正与v逆，平衡不移动。
②温度改变对任何可逆反应均有平衡移动，但压强改变只对有气体参与且反应前后气体计量数不相等的反应有平衡移动。
③恒温恒容条件通“惰性气体”，各组分浓度不变，v正、v逆不变，平衡不移动；恒温恒压通“惰性气体”各组分浓度同倍数减小(相当于减压)，平衡向气体体积增大的方向移动。
(3)通过vt图像分析影响化学平衡移动的因素
某温度下，在密闭容器中SO2、O2、SO3三种气态物质建立化学平衡后，改变条件对反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH<0的正、逆反应速率的影响如图所示：
A B C D
①加催化剂对反应速率影响的图像是C(填字母，下同)，平衡不移动。
②升高温度对反应速率影响的图像是A，平衡向逆反应方向移动。
③增大反应容器体积对反应速率影响的图像是D，平衡向逆反应方向移动。
④增大O2的浓度对反应速率影响的图像是B，平衡向正反应方向移动。
(4)勒夏特列原理
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。如N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)反应在一定温度下达到平衡时c(N2)＝a mol·L－1，压强为p，在恒温下，将容器容积缩小一半，达到平衡时，c′(N2)＜2a mol·L－1，p′＜2p。
[辨易错]
(1)对于C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)，增加C的量，平衡向正反应方向移动。 ( )
(2)若平衡向正反应方向移动，平衡转化率一定增大。 ( )
(3)对于反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，若断裂 2 mol H—H键，同时形成1 mol N≡N键，则平衡正向移动。 ( )
(4)对于反应2A(g)＋B(g)2C(g)，当v正(A)＝3v逆(B)时，平衡正向移动。 ( )
(5)用排饱和食盐水法收集Cl2，体现了勒夏特列原理。 ( )
(6)在恒温恒压条件下，向N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)的平衡体系中通入Ne气体，平衡不移动。 ( )
[答案] (1)× (2)× (3)× (4)√ (5)√ (6)×
知识应用
1．在密闭容器中，一定条件下进行如下反应：NO(g)＋CO(g)N2(g)＋CO2(g) ΔH＝－373.2 kJ·mol－1，达到平衡后，为提高NO的转化率和该反应的速率，可采取的措施是 。
①加催化剂同时升高温度 ②加催化剂同时增大压强 ③升高温度同时充入N2 ④降低温度同时增大压强 ⑤增大CO的浓度
[答案] ②⑤
2．勒夏特列原理又称平衡移动原理，可以解决平衡移动问题，回答下列问题。
对于N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH<0，达平衡后，改变条件，请回答：
(1)升温，平衡向 移动，新平衡的温度比原来的 。
(2)缩小容器体积至原体积的，平衡向 移动，新平衡的压强p′与原平衡的压强p0的关系为 ，新平衡时c′(N2)与原平衡的c(N2)的关系为 。
[答案] (1)逆反应方向 高 (2)正反应方向 p0
命题点1 化学平衡移动与转化率的判断
1．室温下，向圆底烧瓶中加入1 mol C2H5OH和含1 mol HBr的氢溴酸，溶液中发生反应：C2H5OH＋HBrC2H5Br＋H2O，充分反应后达到平衡。已知常压下，C2H5Br和C2H5OH的沸点分别为38.4 ℃和78.5℃。下列有关叙述错误的是( )
A．加入NaOH，可增大乙醇的物质的量
B．增大HBr浓度，有利于生成C2H5Br
C．若反应物均增大至2 mol，则两种反应物平衡转化率之比不变
D．若起始温度提高至60 ℃，可缩短反应达到平衡的时间
D [温度提高到60 ℃，反应速率虽然加快，而C2H5Br挥发，导致C2H5Br浓度减小，逆反应速率减慢，不能判断反应达到平衡的时间与原平衡时间的长短，D错误。]
2．在一个密闭容器中充入a mol A和b mol B，发生反应aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g) ΔH>0，一段时间后达到平衡，测得各物质的浓度。
(1)若体积不变，仅增加c(A)，A的转化率将 (填“增大”“减小”或“不变”，下同)，B的转化率将 ，达到新平衡时，c(A)将 ，c(C)将 。
(2)体积不变，再充入a mol A和b mol B，则平衡 移动，达到新平衡时，c(A)将 ，c(C)将 。
①若a＋b＝c＋d，则A的转化率将 ；
②若a＋b>c＋d，则A的转化率将 ；
③若a＋b
[答案] (1)减小 增大 增大 增大
(2)正向 增大 增大 ①不变 ②增大 ③减小
(3)正向 减小 增大 增大
平衡转化率变化的判断方法
(1)改变温度或压强，若平衡正向移动，转化率增大。
(2)两种或多种反应物的反应，增大某一反应物的浓度，其他反应物的转化率增大，而自身的减小。
(3)对于分解的可逆反应aA(g)bB(g)＋cC(g)，A分解建立平衡后，增大A的浓度，平衡向正向移动。当a＝b＋c时，α(A)不变，φ(A)不变；a>b＋c时，α(A)增大，φ(A)减小；a
3．将等物质的量的N2、H2充入某密闭容器中，在一定条件下，发生如下反应并达到平衡：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH<0。当改变某个条件并维持新条件直至达到新的平衡时，下表中关于新平衡与原平衡的比较正确的是( )
选项
改变条件
新平衡与原平衡比较
A
增大压强
N2的浓度一定减小
B
升高温度
N2的转化率减小
C
充入一定量H2
H2的转化率不变，N2的转化率增大
D
充入1 mol N2和1 mol H2
NH3的体积分数不变
B [压缩体积，增大压强，N2的浓度增大，A错误；充入H2，H2的转化率减小，N2的转化率增大，C错误；再充入1 mol N2和1 mol H2，压强变大，正向进行的程度大，NH3的含量增多，D错误。]
4．在一密闭容器中，反应aA(g)＋bB(s)cC(g)＋dD(g)达到平衡后，保持温度不变，将容器缩小为原来的一半，当达到新的平衡时，A的浓度是原来的1.6倍，则下列说法正确的是 ( )
A．平衡向逆反应方向移动
B．a
D．物质D的浓度减小
C [容器缩小为原来的一半，若平衡不移动，则A的浓度应变为原来的2倍，说明平衡正向移动，A的转化率增大。]
5．T ℃时，在恒容密闭容器中充入一定量的H2和CO，在催化剂作用下发生反应：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH<0。反应达到平衡时，CH3OH的体积分数与的关系如图所示。下列说法正确的是( )
A．反应达平衡时，升高体系温度，CO转化率升高
B．反应达平衡时，再充入一定量Ar，平衡右移，平衡常数不变
C．反应达平衡时，加入CO，平衡右移，CO的转化率升高
D.＝2.5时达到平衡状态，CH3OH的体积分数可能是图中的F点
D [在相同条件下，当配料比等于计量数比时，产物的含量最高。当＝2.5时的φ(CH3OH)低于＝2时的φ(CH3OH)，即F点，D正确。]
化学平衡移动及其结果分析误区
(1)平衡移动的结果只是减弱了外界条件的变化，而不能消除外界条件的变化。
(2)不要把v正增大与平衡向正反应方向移动等同起来，只有v正>v逆时，才使平衡向正反应方向移动。
(3)同等程度地改变反应混合物中各物质的浓度时，应视为压强的影响。
(4)对于缩小体积增大压强，不管是否移动，各成分的浓度均增大，但增大的倍数可能不同也可能相同。
(5)不要把化学平衡向正反应方向移动与反应物转化率的提高等同，当反应物总量不变时，化学平衡向正反应方向移动，反应物的转化率提高；当增大一种反应物的浓度，使化学平衡向正反应方向移动时，会使另一种反应物的转化率提高，而本身的转化率降低。
化学平衡的调控在化工生产中的应用
“学以致用”是学习化学知识的一个重要使命。对于化学平衡中条件控制在生产、生活中应用广泛，近三年命题的频率为100%，预测2021年命题将会加强。此类试题充分体现了科学精神和社会责任的化学核心素养。
1．化工生产适宜条件选择的一般原则
条件
原则
从化学反应速率分析
既不能过快，又不能太慢
从化学平衡移动分析
既要注意外界条件对速率和平衡影响的一致性，又要注意二者影响的矛盾性
从原料的利用率分析
①增加易得廉价原料，提高难得高价原料的利用率，从而降低生产成本
②循环操作
从实际生产能力分析
如设备承受高温、高压能力等
从催化剂的使用活性分析
注意催化剂的活性对温度的要求
2.工业合成氨的原理与条件选择
(1)反应原理
N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol－1
反应特点：①反应为可逆反应；②正反应为放热反应；③反应物、生成物均为气体，且正反应为气体物质的量减小的反应。
(2)条件选择
①压强：10 MPa～30 MPa的压强。压强越高，转化率越大，但对材料设备的要求越高，成本越高。
②温度：400～500 ℃的温度。温度要适宜，既要考虑速率又要考虑反应程度，同时还要考虑催化剂的活性温度。
③催化剂：使用催化剂可提高反应速率，同时不同的催化剂有不同的活性和选择性。
④循环操作：提高原料利用率。
1．据报道，在300 ℃、70 MPa下由二氧化碳和氢气合成乙醇(CH3CH2OH)已成为现实：
2CO2(g)＋6H2(g)CH3CH2OH(g)＋3H2O(g)
下列叙述错误的是 ( )
A．使用Cu—Zn—Fe催化剂可大大提高生产效率
B．升高温度，该反应平衡常数K一定增大
C．充入大量CO2气体可提高H2的转化率
D．从平衡混合气体中分离出CH3CH2OH和H2O，可提高CO2和H2的利用率
B [不能确定焓变ΔH的正负，升温，平衡移动方向不确定，该反应平衡常数K不一定增大，B错误。]
2．丙烯腈(CH2===CHCN)是一种重要的化工原料，工业上可用“丙烯氨氧化法”生产，主要副产物有丙烯醛(CH2===CHCHO)和乙腈(CH3CN)等。
回答下列问题：
(1)以丙烯、氨、氧气为原料，在催化剂存在下生成丙烯腈(C3H3N)和副产物丙烯醛(C3H4O)的热化学方程式如下：
①C3H6(g)＋NH3(g)＋O2(g)===C3H3N(g)＋3H2O(g) ΔH＝－515 kJ·mol－1
②C3H6(g)＋O2(g)===C3H4O(g)＋H2O(g)
ΔH＝－353 kJ·mol－1
有利于提高丙烯腈平衡产率的反应条件是 ；提高丙烯腈反应选择性的关键因素是 。
(2)图(a)为丙烯腈产率与反应温度的关系曲线，最高产率对应的温度为460 ℃。低于460 ℃时，丙烯腈的产率 (填“是”或“不是”)对应温度下的平衡产率，判断理由是
；
高于460 ℃时，丙烯腈产率降低的可能原因是 (双选，填标号)。
A．催化剂活性降低 B．平衡常数变大
C．副反应增多 D．反应活化能增大
图(a) 图(b)
(3)丙烯腈和丙烯醛的产率与n(氨)/n(丙烯)的关系如图(b)所示。由图可知，最佳n(氨)/n(丙烯)约为 ，理由是
。
进料气氨、空气、丙烯的理论体积比约为 。
[解析]
[答案] (1)降低温度、降低压强 催化剂
(2)不是 该反应为放热反应，平衡产率应随温度升高而降低 AC
(3)1 该比例下丙烯腈产率最高，而副产物丙烯醛产率最低 1∶7.5∶1
“假设—等效”思想突破平衡状态比较
“平衡状态比较”在近几年的高考中时常出现，难度较大，不易分析。如果运用“假设—等效”思想去领悟，就容易理解了。本部分也充分体现了“证据推理与模型认知”的化学核心素养。
1．等效平衡
(1)等效平衡的概念
在相同条件下(恒温、恒容或恒温、恒压)，同一可逆反应体系，不管是从正反应方向开始，还是从逆反应方向开始，在达到化学平衡状态时，任何相同组分的百分含量(体积分数、物质的量分数等)均相同，这样的化学平衡互称为等效平衡。
(2)等效平衡的分类及特点
效类型
①
②
③
条件
恒温、恒容
恒温、恒容
恒温、恒压
反应的特点
任何可逆反应
反应前后
气体分子
数相等
任何可逆
反应
起始投料
换算为化学方程式同一边物质，其“量”相同
换算为化学方程式同一边物质，其“量”符合同一比例
换算为化学方程式同一边物质，其“量”符合同一比例
平衡特点
质量分数(w%)
相同
相同
相同
浓度(c)
相同
成比例
相同(气体)
物质的量(n)
相同
成比例
成比例
2.“假设—等效”思想比较平衡状态
(1)构建恒温恒容等效平衡
新平衡状态可认为是两个原平衡状态简单的叠加并压缩而成，相当于增大压强。
(2)构建恒温恒压等效平衡(以气体物质的量增加的反应为例，见图示)
新平衡状态可以认为是两个原平衡状态简单的叠加，压强不变，平衡不移动。
(3)恒温恒容与恒温恒压条件平衡比较模式(起始量相同)
[典例导航]
把晶体N2O4放入一固定容积的密闭容器中气化并建立N2O4(g)2NO2(g)平衡后，保持温度不变，再通入与起始时等量的N2O4气体，反应再次达平衡，则新平衡N2O4的转化率与原平衡比( )
A．变大 B．变小
C．不变 D．无法确定
[思路点拨] 设计过程图示如下：
[答案] B
若将“固定容积”改为“固定压强”，则答案应选 。
[答案] C
1．在相同温度下，分别将1 mol SO2和0.5 mol O2充入a、b两容器中发生反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH<0，a容器保持容积不变，b容器保持压强不变，分别达到平衡状态。下列在平衡状态的比较中正确的是( )
A．SO2的转化率：a>b
B．SO2的体积分数：a>b
C．反应速率：a>b
D．能量变化：a>b
B [a容器平衡时的压强小于b容器平衡时的压强，a中反应程度较小，转化率较小。]
2．(2020·江苏名校联考)利用CH3OH和CO的羰基化反应可以制备CH3COOH：CH3OH(g)＋CO(g)CH3COOH(l) ΔH。T1时，在体积为2 L的刚性密闭容器中通入0.20 mol CH3OH(g)和0.22 mol CO(g)发生上述反应，测得甲醇的转化率随温度变化的关系如图所示。
下列有关说法正确的是( )
A．T1～T2内，温度升高，平衡正向移动，故该反应的ΔH＞0
B．B、C、D三点的逆反应速率：B点>C点>D点
C．T1时，若保持温度、压强不变，则达到平衡状态时，甲醇的转化率α：40%<α<80%
D．T2时，保持其他条件不变，向已达到平衡的容器中再通入0.20 mol CH3OH和0.22 mol CO，达到平衡时，CH3OH的转化率大于60%
D [由题给图像可知，温度升高，甲醇的平衡转化率降低，说明平衡逆向移动，该反应的ΔH<0，A项错误；B、C、D三点时反应均达到平衡，此时正逆反应速率相等，由于温度T3>T2>T1，且B点到D点的过程中甲醇的转化率也逐渐降低，说明反应物的浓度D点>C点>B点，故正反应速率D点>C点>B点，逆反应速率D点>C点>B点，B项错误；T1时，若保持温度、压强不变，则随着反应的进行容器体积缩小，相较于温度、体积不变时，平衡正向移动，甲醇的转化率α>80%，C项错误；T2时再充入相同量的反应物，达平衡时压强增大，平衡正向移动，转化率增大，D项正确。]
3．将4.0 mol PCl3和2.0 mol Cl2充入体积不变的密闭容器中，在一定条件下发生反应：PCl3(g)＋Cl2(g)PCl5(g)。达到平衡时，PCl5为0.8 mol，如果此时移走2.0 mol PCl3和1.0 mol Cl2，在相同温度下再达平衡时PCl5的物质的量是( )
A．0.8 mol B．0.4 mol
C．小于0.4 mol D．大于0.4 mol，小于0.8 mol
C [已知：
4．一定条件下存在反应：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) ΔH＝－Q kJ·mol－1(Q>0)，现有三个相同的2 L恒容绝热(与外界没有热量交换)密闭容器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，在Ⅰ中充入1 mol CO和1 mol H2O，在Ⅱ中充入1 mol CO2和1 mol H2，在Ⅲ中充入2 mol CO和2mol H2O，均在700 ℃条件下开始反应。达到平衡时，上述三个过程对应的能量变化值分别为Q1、Q2、Q3，下列说法正确的是 ( )
A．2Q1＝2Q2
C．容器Ⅰ中反应的平衡常数比容器Ⅱ中反应的平衡常数小
D．容器Ⅰ中CO的转化率与容器Ⅱ中CO2的转化率之和等于1
C [Ⅰ、Ⅱ平衡体系中，Ⅰ中的温度高，Ⅲ中平衡体系中温度最高，能量变化更大。2Q1>Q3，无法比较Q1、Q2大小。]
[真题验收]
1．(2020·浙江7月选考，T18)5 mL 0.1 mol·L－1 KI溶液与1 mL 0.1 mol·L－1 FeCl3溶液发生反应：2Fe3＋(aq)＋2I－(aq)2Fe2＋(aq)＋I2(aq)，达到平衡。下列说法不正确的是( )
A．加入苯，振荡，平衡正向移动
B．经苯2次萃取分离后，在水溶液中加入KSCN，溶液呈血红色，表明该化学反应存在限度
C．加入FeSO4固体，平衡逆向移动
D．该反应的平衡常数K＝
D [碘易溶于苯，加入苯，碘进入到苯中，使水溶液中碘的浓度减小，平衡正向移动，A项正确；如果反应能进行到底，则经过苯两次萃取分离后溶液中不会有Fe3＋，加入KSCN，溶液不会呈血红色，溶液呈血红色说明此反应是可逆反应，有反应限度，B项正确；加入FeSO4，二价铁离子浓度增大，平衡逆向移动，C项正确；该反应的平衡常数K＝，D项错误。]
2．(1)(2020·全国卷Ⅰ，T28(2))已知SO2(g)＋O2SO3(g) ΔH＝－98 kJ·mol－1。
当SO2(g)、O2(g)和N2(g)起始的物质的量分数分别为7.5%、10.5%和82%时，在0.5 MPa、2.5 MPa和5.0 MPa压强下，SO2平衡转化率α随温度的变化如图所示。反应在5.0 MPa、550 ℃时的α＝ ，判断的依据是 。
影响α的因素有 。
(2)(2020·山东学业水平等级考试，T18(3)(4))以CO2、H2为原料合成CH3OH涉及的主要反应如下：
Ⅰ.CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH1＝－49.5 kJ·mol－1
Ⅱ.CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH2＝－90.4 kJ·mol－1
Ⅲ.CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH3＝＋40.9 kJ·mol－1
①不同压强下，按照n(CO2)∶n(H2)＝1∶3投料，实验测定CO2的平衡转化率和CH3OH的平衡产率随温度的变化关系如图所示。
图甲 图乙
已知：CO2的平衡转化率＝×100%
CH3OH的平衡产率＝×100%
其中纵坐标表示CO2平衡转化率的是图 (填“甲”或“乙”)；压强p1、p2、p3由大到小的顺序为 ；图乙中T1温度时，三条曲线几乎交于一点的原因是 。
②为同时提高CO2的平衡转化率和CH3OH的平衡产率，应选择的反应条件为 (填标号)。
A．低温、高压 B．高温、低压
C．低温、低压 D．高温、高压
[解析] (2)①反应Ⅰ为放热反应，故低温阶段，温度越高，CO2的平衡转化率越低，而反应Ⅲ为吸热反应，温度较高时，主要发生反应Ⅲ，则温度越高，CO2的平衡转化率越高，即图乙的纵坐标表示的是CO2的平衡转化率。反应Ⅰ为气体分子数减少的反应，反应Ⅲ为气体分子数不变的反应，因此压强越大，CO2的平衡转化率越高，故压强由大到小的顺序是p1、p2、p3。反应Ⅲ为吸热反应，温度较高时，主要发生反应Ⅲ，且反应Ⅲ前后气体分子数相等，故CO2的平衡转化率几乎不再受压强影响。②由上述分析知，图甲、图乙的纵坐标分别表示CH3OH的平衡产率、CO2的平衡转化率，且p1>p2>p3，分析图像可知，应选择的反应条件为低温、高压，A项正确。
[答案] (1)0.975 该反应气体分子数减少，增大压强，α提高。5.0 MPa>2.5 MPa＝p2，所以p1＝5.0 MPa 温度、压强和反应物的起始浓度(组成)
(2)①乙 p1、p2、p3 T1时以反应Ⅲ为主，反应Ⅲ前后气体分子数相等，压强改变对平衡没有影响
②A
3．(2020·天津学业水平等级性考试，T16(3)(4))用H2还原CO2可以在一定条件下合成CH3OH(不考虑副反应)
CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH＜0
(1)某温度下，恒容密闭容器中，CO2和H2的起始浓度分别为a mol·L－1和3a mol·L－1，反应平衡时，CH3OH的产率为b，该温度下反应平衡常数的值为 。
(2)恒压下，CO2和H2的起始物质的量比为1∶3时，该反应在无分子筛膜时甲醇的平衡产率和有分子筛膜时甲醇的产率随温度的变化如图所示，其中分子筛膜能选择性分离出H2O。
①甲醇平衡产率随温度升高而降低的原因为
。
②P点甲醇产率高于T点的原因为
。
③根据图示，在此条件下采用该分子筛膜时的最佳反应温度为
℃。
[解析] (1)列三段式如下：
K＝＝。
(2)①该反应是放热反应，温度升高有利于平衡逆向移动，甲醇的平衡产率随温度升高而降低。②P点对应反应有分子筛膜，分子筛膜能选择性分离出水，有利于反应正向进行，故P点甲醇产率高于T点甲醇产率。③由题图知，当温度为210 ℃时，甲醇的产率最高，因此最佳反应温度为210 ℃。
[答案] (1) (2)①该反应为放热反应，温度升高，平衡逆向移动(或平衡常数减小) ②分子筛膜从反应体系中不断分离出H2O，有利于反应正向进行，甲醇产率升高 ③210
[新题预测]
1．反应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ均会在工业生产硝酸过程中发生，其中反应Ⅰ、Ⅱ发生在氧化炉中，反应Ⅲ发生在氧化塔中，不同温度下各反应的化学平衡常数如表所示。下列说法正确的是( )
温度(K)
化学平衡常数
反应Ⅰ：4NH3＋5O2―→4NO＋6H2O
反应Ⅱ：4NH3＋3O2―→2N2＋6H2O
反应Ⅲ：2NO＋O2―→2NO2
500
1.1×1026
7.1×1034
1.3×102
700
2.1×1019
2.6×1025
1.0
A.使用选择性催化反应Ⅰ的催化剂可增大氧化炉中NO的含量
B．通过改变氧化炉的温度可促进反应Ⅰ而抑制反应Ⅱ
C．通过改变氧化炉的压强可促进反应Ⅰ而抑制反应Ⅱ
D．氧化炉出气在进入氧化塔前应进一步提高温度
A [使用选择性催化反应Ⅰ的催化剂可促进反应Ⅰ的发生，增大氧化炉中NO的含量，故A正确；升高温度，反应Ⅰ和反应Ⅱ的化学平衡常数均减小，则正反应均为放热反应，无法通过改变氧化炉的温度达到促进反应Ⅰ而抑制反应Ⅱ的效果，故B错误；反应Ⅰ和反应Ⅱ的正反应均为气体分子数增大的反应，无法通过改变氧化炉的压强达到促进反应Ⅰ而抑制反应Ⅱ的效果，故C错误；反应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ正反应均为放热反应，所以氧化炉出气在进入氧化塔前应降低温度，故D错误。]
2．用NH3催化还原法消除氮氧化物，发生反应：4NH3(g)＋6NO(g)5N2(g)＋6H2O(l) ΔH<0。相同条件下，在2 L恒容密闭容器中，选用不同催化剂，产生N2的物质的量随时间变化的关系如图所示。下列说法错误的是( )
A．该反应的活化能大小顺序是Ea(C)>Ea(B)>Ea(A)
B．曲线C在4 min时已达到化学平衡状态
C．单位时间内H—O键与N—H键断裂的数目相等时，说明反应已达到平衡状态
D．若反应在恒容绝热的密闭容器中进行，当K不变时，说明反应已达到平衡状态
B [催化剂能降低反应的活化能，不同的催化剂，降低活化能的程度不一样。而反应的活化能越大，反应越难进行，单位时间内产生N2的物质的量越少，图中A曲线在4 min内产生的N2最多，B次之，C最少，所以反应的活化能大小顺序是Ea(C)>Ea(B)>Ea(A)，A正确；由于催化剂不改变化学平衡状态，反应到4 min时，曲线A、B对应的反应中N2的物质的量还在增加，说明曲线C在4 min时并未达到平衡，B错误；若单位时间内消耗4 mol NH3，即断裂12 mol N—H键。若单位时间内消耗6 mol H2O，即断裂12 mol H—O键，C项可说明正逆反应速率相等，反应已经达到平衡状态，C正确；该反应为放热反应，反应在恒容绝热的密闭容器中进行，体系的温度会升高，平衡常数K减小。当K不变时，说明体系的温度不变，反应达到平衡状态，D正确。]
3．在773 K时，分别将2.00 mol N2和6.00 mol H2充入一个固定容积为1 L的密闭容器中发生反应生成NH3，气体混合物中c(N2)、c(H2)、c(NH3)与反应时间(t)的关系如图所示。
(1)下列能说明反应达到平衡状态的是 (选填字母)。
a．v正(N2)＝3v逆(H2) b．体系压强不变
c．气体平均相对分子质量不变 d．气体密度不变
(2)在此温度下，若起始充入4.00 mol N2和12.00 mol H2，则反应刚达到平衡时，表示c(H2)～t的曲线上相应的点为 (选填字母)。
[解析] (2)起始充入4.00 mol N2和12.00 mol H2，相当于将充入2.00 mol和6.00 mol的两容器压入一个容器，若不移动c(H2)＝6 mol·L－1。但加压平衡右移c(H2)减小，c(H2)<6 mol·L－1，可以选B点。
[答案] (1)bc (2)B
第三单元 化学平衡移动和化学反应调控
[课标解读]
1.理解外界条件(浓度、温度、压强、催化剂等)对化学平衡的影响，能用相关理论解释其一般规律。
2.了解化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。
化学平衡移动
知识梳理
1．化学平衡移动的概念与实质
(1)概念
即平衡移动就是由一个“平衡状态→不平衡状态→新平衡状态”的过程。一定条件下的平衡体系，条件改变后，平衡可能发生移动。
(2)实质：改变条件引起v正与v逆不再相等
①v正>v逆，平衡向正反应方向移动；
②v正＝v逆，反应达到平衡状态，不发生平衡移动；
③v正
[辨易错]
(1)改变条件，v正增大，平衡正向移动。 ( )
(2)当平衡向正向移动的过程中，v正逐渐增大。 ( )
(3)升高温度，v正、v逆均增大，平衡一定移动。 ( )
[答案] (1)× (2)× (3)√
2．影响化学平衡的外界因素
(1)实验探究
实验Ⅰ：已知在K2Cr2O7的溶液中存在平衡：
取两支试管各加入5 mL 0.1 mol·L－1的K2Cr2O7溶液。
a．向1号试管中加入几滴浓硫酸，橙色变深，说明平衡向逆反应方向移动。
b．向2号试管中加入几滴浓NaOH溶液，橙色变黄色，说明平衡向正反应方向移动。
实验Ⅱ：某溶液中存在平衡：Fe3＋＋3SCN－。
将上述溶液分别置于①、②号两试管中。
a．向1号试管中加3～4滴饱和FeCl3溶液，红色变深，说明平衡向正反应方向移动。
b．向2号试管中加3～4滴NaOH溶液，红色变浅，说明平衡向逆反应方向移动。
实验Ⅲ：NO2球中存在以下平衡：2NO2(g)N2O4(g) ΔH＝－56.9 kJ/mol
把该球放入热水中，颜色变化：红棕色变深，说明平衡向逆反应方向移动；放入冰水中，颜色变化：红棕色变浅，说明平衡向正反应方向移动。
(2)影响化学平衡的外界因素
浓度
增大反应物浓度或减小生成物浓度
向正反应方向移动
减小反应物浓度或增大生成物浓度
向逆反应方向移动
压强(对有气体参加的反应)
反应前后气体体积改变
增大压强
向气体分子总数减小的方向移动
减小压强
向气体分子总数增大的方向移动
反应前后气体体积不变
改变压强
平衡不移动
温度
升高温度
向吸热反应方向移动
降低温度
向放热反应方向移动
注意：①催化剂同等程度改变v正与v逆，平衡不移动。
②温度改变对任何可逆反应均有平衡移动，但压强改变只对有气体参与且反应前后气体计量数不相等的反应有平衡移动。
③恒温恒容条件通“惰性气体”，各组分浓度不变，v正、v逆不变，平衡不移动；恒温恒压通“惰性气体”各组分浓度同倍数减小(相当于减压)，平衡向气体体积增大的方向移动。
(3)通过vt图像分析影响化学平衡移动的因素
某温度下，在密闭容器中SO2、O2、SO3三种气态物质建立化学平衡后，改变条件对反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH<0的正、逆反应速率的影响如图所示：
A B C D
①加催化剂对反应速率影响的图像是C(填字母，下同)，平衡不移动。
②升高温度对反应速率影响的图像是A，平衡向逆反应方向移动。
③增大反应容器体积对反应速率影响的图像是D，平衡向逆反应方向移动。
④增大O2的浓度对反应速率影响的图像是B，平衡向正反应方向移动。
(4)勒夏特列原理
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。如N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)反应在一定温度下达到平衡时c(N2)＝a mol·L－1，压强为p，在恒温下，将容器容积缩小一半，达到平衡时，c′(N2)＜2a mol·L－1，p′＜2p。
[辨易错]
(1)对于C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)，增加C的量，平衡向正反应方向移动。 ( )
(2)若平衡向正反应方向移动，平衡转化率一定增大。 ( )
(3)对于反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，若断裂 2 mol H—H键，同时形成1 mol N≡N键，则平衡正向移动。 ( )
(4)对于反应2A(g)＋B(g)2C(g)，当v正(A)＝3v逆(B)时，平衡正向移动。 ( )
(5)用排饱和食盐水法收集Cl2，体现了勒夏特列原理。 ( )
(6)在恒温恒压条件下，向N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)的平衡体系中通入Ne气体，平衡不移动。 ( )
[答案] (1)× (2)× (3)× (4)√ (5)√ (6)×
知识应用
1．在密闭容器中，一定条件下进行如下反应：NO(g)＋CO(g)N2(g)＋CO2(g) ΔH＝－373.2 kJ·mol－1，达到平衡后，为提高NO的转化率和该反应的速率，可采取的措施是 。
①加催化剂同时升高温度 ②加催化剂同时增大压强 ③升高温度同时充入N2 ④降低温度同时增大压强 ⑤增大CO的浓度
[答案] ②⑤
2．勒夏特列原理又称平衡移动原理，可以解决平衡移动问题，回答下列问题。
对于N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH<0，达平衡后，改变条件，请回答：
(1)升温，平衡向 移动，新平衡的温度比原来的 。
(2)缩小容器体积至原体积的，平衡向 移动，新平衡的压强p′与原平衡的压强p0的关系为 ，新平衡时c′(N2)与原平衡的c(N2)的关系为 。
[答案] (1)逆反应方向 高 (2)正反应方向 p0
命题点1 化学平衡移动与转化率的判断
1．室温下，向圆底烧瓶中加入1 mol C2H5OH和含1 mol HBr的氢溴酸，溶液中发生反应：C2H5OH＋HBrC2H5Br＋H2O，充分反应后达到平衡。已知常压下，C2H5Br和C2H5OH的沸点分别为38.4 ℃和78.5℃。下列有关叙述错误的是( )
A．加入NaOH，可增大乙醇的物质的量
B．增大HBr浓度，有利于生成C2H5Br
C．若反应物均增大至2 mol，则两种反应物平衡转化率之比不变
D．若起始温度提高至60 ℃，可缩短反应达到平衡的时间
D [温度提高到60 ℃，反应速率虽然加快，而C2H5Br挥发，导致C2H5Br浓度减小，逆反应速率减慢，不能判断反应达到平衡的时间与原平衡时间的长短，D错误。]
2．在一个密闭容器中充入a mol A和b mol B，发生反应aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g) ΔH>0，一段时间后达到平衡，测得各物质的浓度。
(1)若体积不变，仅增加c(A)，A的转化率将 (填“增大”“减小”或“不变”，下同)，B的转化率将 ，达到新平衡时，c(A)将 ，c(C)将 。
(2)体积不变，再充入a mol A和b mol B，则平衡 移动，达到新平衡时，c(A)将 ，c(C)将 。
①若a＋b＝c＋d，则A的转化率将 ；
②若a＋b>c＋d，则A的转化率将 ；
③若a＋b
[答案] (1)减小 增大 增大 增大
(2)正向 增大 增大 ①不变 ②增大 ③减小
(3)正向 减小 增大 增大
平衡转化率变化的判断方法
(1)改变温度或压强，若平衡正向移动，转化率增大。
(2)两种或多种反应物的反应，增大某一反应物的浓度，其他反应物的转化率增大，而自身的减小。
(3)对于分解的可逆反应aA(g)bB(g)＋cC(g)，A分解建立平衡后，增大A的浓度，平衡向正向移动。当a＝b＋c时，α(A)不变，φ(A)不变；a>b＋c时，α(A)增大，φ(A)减小；a
3．将等物质的量的N2、H2充入某密闭容器中，在一定条件下，发生如下反应并达到平衡：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH<0。当改变某个条件并维持新条件直至达到新的平衡时，下表中关于新平衡与原平衡的比较正确的是( )
选项
改变条件
新平衡与原平衡比较
A
增大压强
N2的浓度一定减小
B
升高温度
N2的转化率减小
C
充入一定量H2
H2的转化率不变，N2的转化率增大
D
充入1 mol N2和1 mol H2
NH3的体积分数不变
B [压缩体积，增大压强，N2的浓度增大，A错误；充入H2，H2的转化率减小，N2的转化率增大，C错误；再充入1 mol N2和1 mol H2，压强变大，正向进行的程度大，NH3的含量增多，D错误。]
4．在一密闭容器中，反应aA(g)＋bB(s)cC(g)＋dD(g)达到平衡后，保持温度不变，将容器缩小为原来的一半，当达到新的平衡时，A的浓度是原来的1.6倍，则下列说法正确的是 ( )
A．平衡向逆反应方向移动
B．a
D．物质D的浓度减小
C [容器缩小为原来的一半，若平衡不移动，则A的浓度应变为原来的2倍，说明平衡正向移动，A的转化率增大。]
5．T ℃时，在恒容密闭容器中充入一定量的H2和CO，在催化剂作用下发生反应：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH<0。反应达到平衡时，CH3OH的体积分数与的关系如图所示。下列说法正确的是( )
A．反应达平衡时，升高体系温度，CO转化率升高
B．反应达平衡时，再充入一定量Ar，平衡右移，平衡常数不变
C．反应达平衡时，加入CO，平衡右移，CO的转化率升高
D.＝2.5时达到平衡状态，CH3OH的体积分数可能是图中的F点
D [在相同条件下，当配料比等于计量数比时，产物的含量最高。当＝2.5时的φ(CH3OH)低于＝2时的φ(CH3OH)，即F点，D正确。]
化学平衡移动及其结果分析误区
(1)平衡移动的结果只是减弱了外界条件的变化，而不能消除外界条件的变化。
(2)不要把v正增大与平衡向正反应方向移动等同起来，只有v正>v逆时，才使平衡向正反应方向移动。
(3)同等程度地改变反应混合物中各物质的浓度时，应视为压强的影响。
(4)对于缩小体积增大压强，不管是否移动，各成分的浓度均增大，但增大的倍数可能不同也可能相同。
(5)不要把化学平衡向正反应方向移动与反应物转化率的提高等同，当反应物总量不变时，化学平衡向正反应方向移动，反应物的转化率提高；当增大一种反应物的浓度，使化学平衡向正反应方向移动时，会使另一种反应物的转化率提高，而本身的转化率降低。
化学平衡的调控在化工生产中的应用
“学以致用”是学习化学知识的一个重要使命。对于化学平衡中条件控制在生产、生活中应用广泛，近三年命题的频率为100%，预测2021年命题将会加强。此类试题充分体现了科学精神和社会责任的化学核心素养。
1．化工生产适宜条件选择的一般原则
条件
原则
从化学反应速率分析
既不能过快，又不能太慢
从化学平衡移动分析
既要注意外界条件对速率和平衡影响的一致性，又要注意二者影响的矛盾性
从原料的利用率分析
①增加易得廉价原料，提高难得高价原料的利用率，从而降低生产成本
②循环操作
从实际生产能力分析
如设备承受高温、高压能力等
从催化剂的使用活性分析
注意催化剂的活性对温度的要求
2.工业合成氨的原理与条件选择
(1)反应原理
N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol－1
反应特点：①反应为可逆反应；②正反应为放热反应；③反应物、生成物均为气体，且正反应为气体物质的量减小的反应。
(2)条件选择
①压强：10 MPa～30 MPa的压强。压强越高，转化率越大，但对材料设备的要求越高，成本越高。
②温度：400～500 ℃的温度。温度要适宜，既要考虑速率又要考虑反应程度，同时还要考虑催化剂的活性温度。
③催化剂：使用催化剂可提高反应速率，同时不同的催化剂有不同的活性和选择性。
④循环操作：提高原料利用率。
1．据报道，在300 ℃、70 MPa下由二氧化碳和氢气合成乙醇(CH3CH2OH)已成为现实：
2CO2(g)＋6H2(g)CH3CH2OH(g)＋3H2O(g)
下列叙述错误的是 ( )
A．使用Cu—Zn—Fe催化剂可大大提高生产效率
B．升高温度，该反应平衡常数K一定增大
C．充入大量CO2气体可提高H2的转化率
D．从平衡混合气体中分离出CH3CH2OH和H2O，可提高CO2和H2的利用率
B [不能确定焓变ΔH的正负，升温，平衡移动方向不确定，该反应平衡常数K不一定增大，B错误。]
2．丙烯腈(CH2===CHCN)是一种重要的化工原料，工业上可用“丙烯氨氧化法”生产，主要副产物有丙烯醛(CH2===CHCHO)和乙腈(CH3CN)等。
回答下列问题：
(1)以丙烯、氨、氧气为原料，在催化剂存在下生成丙烯腈(C3H3N)和副产物丙烯醛(C3H4O)的热化学方程式如下：
①C3H6(g)＋NH3(g)＋O2(g)===C3H3N(g)＋3H2O(g) ΔH＝－515 kJ·mol－1
②C3H6(g)＋O2(g)===C3H4O(g)＋H2O(g)
ΔH＝－353 kJ·mol－1
有利于提高丙烯腈平衡产率的反应条件是 ；提高丙烯腈反应选择性的关键因素是 。
(2)图(a)为丙烯腈产率与反应温度的关系曲线，最高产率对应的温度为460 ℃。低于460 ℃时，丙烯腈的产率 (填“是”或“不是”)对应温度下的平衡产率，判断理由是
；
高于460 ℃时，丙烯腈产率降低的可能原因是 (双选，填标号)。
A．催化剂活性降低 B．平衡常数变大
C．副反应增多 D．反应活化能增大
图(a) 图(b)
(3)丙烯腈和丙烯醛的产率与n(氨)/n(丙烯)的关系如图(b)所示。由图可知，最佳n(氨)/n(丙烯)约为 ，理由是
。
进料气氨、空气、丙烯的理论体积比约为 。
[解析]
[答案] (1)降低温度、降低压强 催化剂
(2)不是 该反应为放热反应，平衡产率应随温度升高而降低 AC
(3)1 该比例下丙烯腈产率最高，而副产物丙烯醛产率最低 1∶7.5∶1
“假设—等效”思想突破平衡状态比较
“平衡状态比较”在近几年的高考中时常出现，难度较大，不易分析。如果运用“假设—等效”思想去领悟，就容易理解了。本部分也充分体现了“证据推理与模型认知”的化学核心素养。
1．等效平衡
(1)等效平衡的概念
在相同条件下(恒温、恒容或恒温、恒压)，同一可逆反应体系，不管是从正反应方向开始，还是从逆反应方向开始，在达到化学平衡状态时，任何相同组分的百分含量(体积分数、物质的量分数等)均相同，这样的化学平衡互称为等效平衡。
(2)等效平衡的分类及特点
效类型
①
②
③
条件
恒温、恒容
恒温、恒容
恒温、恒压
反应的特点
任何可逆反应
反应前后
气体分子
数相等
任何可逆
反应
起始投料
换算为化学方程式同一边物质，其“量”相同
换算为化学方程式同一边物质，其“量”符合同一比例
换算为化学方程式同一边物质，其“量”符合同一比例
平衡特点
质量分数(w%)
相同
相同
相同
浓度(c)
相同
成比例
相同(气体)
物质的量(n)
相同
成比例
成比例
2.“假设—等效”思想比较平衡状态
(1)构建恒温恒容等效平衡
新平衡状态可认为是两个原平衡状态简单的叠加并压缩而成，相当于增大压强。
(2)构建恒温恒压等效平衡(以气体物质的量增加的反应为例，见图示)
新平衡状态可以认为是两个原平衡状态简单的叠加，压强不变，平衡不移动。
(3)恒温恒容与恒温恒压条件平衡比较模式(起始量相同)
[典例导航]
把晶体N2O4放入一固定容积的密闭容器中气化并建立N2O4(g)2NO2(g)平衡后，保持温度不变，再通入与起始时等量的N2O4气体，反应再次达平衡，则新平衡N2O4的转化率与原平衡比( )
A．变大 B．变小
C．不变 D．无法确定
[思路点拨] 设计过程图示如下：
[答案] B
若将“固定容积”改为“固定压强”，则答案应选 。
[答案] C
1．在相同温度下，分别将1 mol SO2和0.5 mol O2充入a、b两容器中发生反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH<0，a容器保持容积不变，b容器保持压强不变，分别达到平衡状态。下列在平衡状态的比较中正确的是( )
A．SO2的转化率：a>b
B．SO2的体积分数：a>b
C．反应速率：a>b
D．能量变化：a>b
B [a容器平衡时的压强小于b容器平衡时的压强，a中反应程度较小，转化率较小。]
2．(2020·江苏名校联考)利用CH3OH和CO的羰基化反应可以制备CH3COOH：CH3OH(g)＋CO(g)CH3COOH(l) ΔH。T1时，在体积为2 L的刚性密闭容器中通入0.20 mol CH3OH(g)和0.22 mol CO(g)发生上述反应，测得甲醇的转化率随温度变化的关系如图所示。
下列有关说法正确的是( )
A．T1～T2内，温度升高，平衡正向移动，故该反应的ΔH＞0
B．B、C、D三点的逆反应速率：B点>C点>D点
C．T1时，若保持温度、压强不变，则达到平衡状态时，甲醇的转化率α：40%<α<80%
D．T2时，保持其他条件不变，向已达到平衡的容器中再通入0.20 mol CH3OH和0.22 mol CO，达到平衡时，CH3OH的转化率大于60%
D [由题给图像可知，温度升高，甲醇的平衡转化率降低，说明平衡逆向移动，该反应的ΔH<0，A项错误；B、C、D三点时反应均达到平衡，此时正逆反应速率相等，由于温度T3>T2>T1，且B点到D点的过程中甲醇的转化率也逐渐降低，说明反应物的浓度D点>C点>B点，故正反应速率D点>C点>B点，逆反应速率D点>C点>B点，B项错误；T1时，若保持温度、压强不变，则随着反应的进行容器体积缩小，相较于温度、体积不变时，平衡正向移动，甲醇的转化率α>80%，C项错误；T2时再充入相同量的反应物，达平衡时压强增大，平衡正向移动，转化率增大，D项正确。]
3．将4.0 mol PCl3和2.0 mol Cl2充入体积不变的密闭容器中，在一定条件下发生反应：PCl3(g)＋Cl2(g)PCl5(g)。达到平衡时，PCl5为0.8 mol，如果此时移走2.0 mol PCl3和1.0 mol Cl2，在相同温度下再达平衡时PCl5的物质的量是( )
A．0.8 mol B．0.4 mol
C．小于0.4 mol D．大于0.4 mol，小于0.8 mol
C [已知：
4．一定条件下存在反应：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) ΔH＝－Q kJ·mol－1(Q>0)，现有三个相同的2 L恒容绝热(与外界没有热量交换)密闭容器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，在Ⅰ中充入1 mol CO和1 mol H2O，在Ⅱ中充入1 mol CO2和1 mol H2，在Ⅲ中充入2 mol CO和2mol H2O，均在700 ℃条件下开始反应。达到平衡时，上述三个过程对应的能量变化值分别为Q1、Q2、Q3，下列说法正确的是 ( )
A．2Q1＝2Q2
C．容器Ⅰ中反应的平衡常数比容器Ⅱ中反应的平衡常数小
D．容器Ⅰ中CO的转化率与容器Ⅱ中CO2的转化率之和等于1
C [Ⅰ、Ⅱ平衡体系中，Ⅰ中的温度高，Ⅲ中平衡体系中温度最高，能量变化更大。2Q1>Q3，无法比较Q1、Q2大小。]
[真题验收]
1．(2020·浙江7月选考，T18)5 mL 0.1 mol·L－1 KI溶液与1 mL 0.1 mol·L－1 FeCl3溶液发生反应：2Fe3＋(aq)＋2I－(aq)2Fe2＋(aq)＋I2(aq)，达到平衡。下列说法不正确的是( )
A．加入苯，振荡，平衡正向移动
B．经苯2次萃取分离后，在水溶液中加入KSCN，溶液呈血红色，表明该化学反应存在限度
C．加入FeSO4固体，平衡逆向移动
D．该反应的平衡常数K＝
D [碘易溶于苯，加入苯，碘进入到苯中，使水溶液中碘的浓度减小，平衡正向移动，A项正确；如果反应能进行到底，则经过苯两次萃取分离后溶液中不会有Fe3＋，加入KSCN，溶液不会呈血红色，溶液呈血红色说明此反应是可逆反应，有反应限度，B项正确；加入FeSO4，二价铁离子浓度增大，平衡逆向移动，C项正确；该反应的平衡常数K＝，D项错误。]
2．(1)(2020·全国卷Ⅰ，T28(2))已知SO2(g)＋O2SO3(g) ΔH＝－98 kJ·mol－1。
当SO2(g)、O2(g)和N2(g)起始的物质的量分数分别为7.5%、10.5%和82%时，在0.5 MPa、2.5 MPa和5.0 MPa压强下，SO2平衡转化率α随温度的变化如图所示。反应在5.0 MPa、550 ℃时的α＝ ，判断的依据是 。
影响α的因素有 。
(2)(2020·山东学业水平等级考试，T18(3)(4))以CO2、H2为原料合成CH3OH涉及的主要反应如下：
Ⅰ.CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH1＝－49.5 kJ·mol－1
Ⅱ.CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH2＝－90.4 kJ·mol－1
Ⅲ.CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH3＝＋40.9 kJ·mol－1
①不同压强下，按照n(CO2)∶n(H2)＝1∶3投料，实验测定CO2的平衡转化率和CH3OH的平衡产率随温度的变化关系如图所示。
图甲 图乙
已知：CO2的平衡转化率＝×100%
CH3OH的平衡产率＝×100%
其中纵坐标表示CO2平衡转化率的是图 (填“甲”或“乙”)；压强p1、p2、p3由大到小的顺序为 ；图乙中T1温度时，三条曲线几乎交于一点的原因是 。
②为同时提高CO2的平衡转化率和CH3OH的平衡产率，应选择的反应条件为 (填标号)。
A．低温、高压 B．高温、低压
C．低温、低压 D．高温、高压
[解析] (2)①反应Ⅰ为放热反应，故低温阶段，温度越高，CO2的平衡转化率越低，而反应Ⅲ为吸热反应，温度较高时，主要发生反应Ⅲ，则温度越高，CO2的平衡转化率越高，即图乙的纵坐标表示的是CO2的平衡转化率。反应Ⅰ为气体分子数减少的反应，反应Ⅲ为气体分子数不变的反应，因此压强越大，CO2的平衡转化率越高，故压强由大到小的顺序是p1、p2、p3。反应Ⅲ为吸热反应，温度较高时，主要发生反应Ⅲ，且反应Ⅲ前后气体分子数相等，故CO2的平衡转化率几乎不再受压强影响。②由上述分析知，图甲、图乙的纵坐标分别表示CH3OH的平衡产率、CO2的平衡转化率，且p1>p2>p3，分析图像可知，应选择的反应条件为低温、高压，A项正确。
[答案] (1)0.975 该反应气体分子数减少，增大压强，α提高。5.0 MPa>2.5 MPa＝p2，所以p1＝5.0 MPa 温度、压强和反应物的起始浓度(组成)
(2)①乙 p1、p2、p3 T1时以反应Ⅲ为主，反应Ⅲ前后气体分子数相等，压强改变对平衡没有影响
②A
3．(2020·天津学业水平等级性考试，T16(3)(4))用H2还原CO2可以在一定条件下合成CH3OH(不考虑副反应)
CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH＜0
(1)某温度下，恒容密闭容器中，CO2和H2的起始浓度分别为a mol·L－1和3a mol·L－1，反应平衡时，CH3OH的产率为b，该温度下反应平衡常数的值为 。
(2)恒压下，CO2和H2的起始物质的量比为1∶3时，该反应在无分子筛膜时甲醇的平衡产率和有分子筛膜时甲醇的产率随温度的变化如图所示，其中分子筛膜能选择性分离出H2O。
①甲醇平衡产率随温度升高而降低的原因为
。
②P点甲醇产率高于T点的原因为
。
③根据图示，在此条件下采用该分子筛膜时的最佳反应温度为
℃。
[解析] (1)列三段式如下：
K＝＝。
(2)①该反应是放热反应，温度升高有利于平衡逆向移动，甲醇的平衡产率随温度升高而降低。②P点对应反应有分子筛膜，分子筛膜能选择性分离出水，有利于反应正向进行，故P点甲醇产率高于T点甲醇产率。③由题图知，当温度为210 ℃时，甲醇的产率最高，因此最佳反应温度为210 ℃。
[答案] (1) (2)①该反应为放热反应，温度升高，平衡逆向移动(或平衡常数减小) ②分子筛膜从反应体系中不断分离出H2O，有利于反应正向进行，甲醇产率升高 ③210
[新题预测]
1．反应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ均会在工业生产硝酸过程中发生，其中反应Ⅰ、Ⅱ发生在氧化炉中，反应Ⅲ发生在氧化塔中，不同温度下各反应的化学平衡常数如表所示。下列说法正确的是( )
温度(K)
化学平衡常数
反应Ⅰ：4NH3＋5O2―→4NO＋6H2O
反应Ⅱ：4NH3＋3O2―→2N2＋6H2O
反应Ⅲ：2NO＋O2―→2NO2
500
1.1×1026
7.1×1034
1.3×102
700
2.1×1019
2.6×1025
1.0
A.使用选择性催化反应Ⅰ的催化剂可增大氧化炉中NO的含量
B．通过改变氧化炉的温度可促进反应Ⅰ而抑制反应Ⅱ
C．通过改变氧化炉的压强可促进反应Ⅰ而抑制反应Ⅱ
D．氧化炉出气在进入氧化塔前应进一步提高温度
A [使用选择性催化反应Ⅰ的催化剂可促进反应Ⅰ的发生，增大氧化炉中NO的含量，故A正确；升高温度，反应Ⅰ和反应Ⅱ的化学平衡常数均减小，则正反应均为放热反应，无法通过改变氧化炉的温度达到促进反应Ⅰ而抑制反应Ⅱ的效果，故B错误；反应Ⅰ和反应Ⅱ的正反应均为气体分子数增大的反应，无法通过改变氧化炉的压强达到促进反应Ⅰ而抑制反应Ⅱ的效果，故C错误；反应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ正反应均为放热反应，所以氧化炉出气在进入氧化塔前应降低温度，故D错误。]
2．用NH3催化还原法消除氮氧化物，发生反应：4NH3(g)＋6NO(g)5N2(g)＋6H2O(l) ΔH<0。相同条件下，在2 L恒容密闭容器中，选用不同催化剂，产生N2的物质的量随时间变化的关系如图所示。下列说法错误的是( )
A．该反应的活化能大小顺序是Ea(C)>Ea(B)>Ea(A)
B．曲线C在4 min时已达到化学平衡状态
C．单位时间内H—O键与N—H键断裂的数目相等时，说明反应已达到平衡状态
D．若反应在恒容绝热的密闭容器中进行，当K不变时，说明反应已达到平衡状态
B [催化剂能降低反应的活化能，不同的催化剂，降低活化能的程度不一样。而反应的活化能越大，反应越难进行，单位时间内产生N2的物质的量越少，图中A曲线在4 min内产生的N2最多，B次之，C最少，所以反应的活化能大小顺序是Ea(C)>Ea(B)>Ea(A)，A正确；由于催化剂不改变化学平衡状态，反应到4 min时，曲线A、B对应的反应中N2的物质的量还在增加，说明曲线C在4 min时并未达到平衡，B错误；若单位时间内消耗4 mol NH3，即断裂12 mol N—H键。若单位时间内消耗6 mol H2O，即断裂12 mol H—O键，C项可说明正逆反应速率相等，反应已经达到平衡状态，C正确；该反应为放热反应，反应在恒容绝热的密闭容器中进行，体系的温度会升高，平衡常数K减小。当K不变时，说明体系的温度不变，反应达到平衡状态，D正确。]
3．在773 K时，分别将2.00 mol N2和6.00 mol H2充入一个固定容积为1 L的密闭容器中发生反应生成NH3，气体混合物中c(N2)、c(H2)、c(NH3)与反应时间(t)的关系如图所示。
(1)下列能说明反应达到平衡状态的是 (选填字母)。
a．v正(N2)＝3v逆(H2) b．体系压强不变
c．气体平均相对分子质量不变 d．气体密度不变
(2)在此温度下，若起始充入4.00 mol N2和12.00 mol H2，则反应刚达到平衡时，表示c(H2)～t的曲线上相应的点为 (选填字母)。
[解析] (2)起始充入4.00 mol N2和12.00 mol H2，相当于将充入2.00 mol和6.00 mol的两容器压入一个容器，若不移动c(H2)＝6 mol·L－1。但加压平衡右移c(H2)减小，c(H2)<6 mol·L－1，可以选B点。
[答案] (1)bc (2)B
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