苏教版高考化学一轮复习专题7化学反应速率与化学平衡第21讲化学反应进行的方向和限度学案

这是一份苏教版高考化学一轮复习专题7化学反应速率与化学平衡第21讲化学反应进行的方向和限度学案，共22页。学案主要包含了课标要求等内容，欢迎下载使用。

第21讲　化学反应进行的方向和限度
【课标要求】　1.了解化学平衡常数的含义并能利用化学平衡常数进行相关计算。2.能正确计算化学反应的转化率(α)。3.了解化学反应的方向与化学反应的焓变与熵变的关系。

考点1　化学平衡常数及其应用

1．概念
在一定温度下，当一个可逆反应达到化学平衡时，生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值是一个常数，称为化学平衡常数，用符号K表示。
2．表达式
对于反应：mA(g)＋nB(g)⇌pC(g)＋qD(g)，K＝(固体和纯液体的浓度视为常数，通常不计入平衡常数表达式中)。
3．意义及影响因素
(1)K值越大，反应物的转化率越大，正反应进行的程度越大。
(2)K只受温度影响，与反应物或生成物的浓度变化无关。
(3)化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。
4．应用
(1)判断可逆反应进行的程度。
(2)判断化学反应进行的方向
对于可逆反应：aA(g)＋bB(g)⇌cC(g)＋dD(g)，在一定温度下的任意时刻，反应物与生成物浓度有如下关系：
＝Qc，称为浓度商。
Qc
(3)判断可逆反应的热效应


(1)平衡常数和转化率都能体现可逆反应进行的程度。(　　)
(2)化学平衡发生移动，平衡常数一定改变。(　　)
(3)CH3COOH＋C2H5OHCH3COOC2H5＋H2O的平衡常数表达式为K＝。(　　)
(4)反应物和生成物相同的同一类型的化学方程式，如果化学计量数不同，但K值可能完全相同。(　　)
(5)平衡常数发生变化，化学平衡不一定发生移动。(　　)
答案：(1)√　(2)×　(3)√　(4)×　(5)×

1．书写下列化学平衡的平衡常数表达式。
(1)Cl2＋H2OHCl＋HClO
(2)C(s)＋H2O(g) CO(g)＋H2(g)
(3)CH3COOH＋C2H5OHCH3COOC2H5＋H2O
(4)CO＋H2OHCO＋OH－
(5)CaCO3(s) CaO(s)＋CO2(g)
答案：(1)K＝
(2)K＝
(3)K＝
(4)K＝
(5)K＝c(CO2)
2．一定温度下，分析下列三个反应的平衡常数的关系
①N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)　K1
②N2(g)＋H2(g) NH3(g)　K2
③2NH3(g) N2(g)＋3H2(g)　K3
(1)K1和K2，K1＝________。
(2)K1和K3，K1＝________。
答案：(1)K　(2)

题组一　化学平衡常数及影响因素
1．(双选)O3是一种很好的消毒剂，具有高效、洁净、方便、经济等优点。O3可溶于水，在水中易分解，产生的[O]为游离氧原子，有很强的杀菌消毒能力。常温常压下发生的反应如下：
反应①　O3O2＋[O]　ΔH>0　平衡常数为K1；
反应②　[O]＋O32O2　ΔH<0　平衡常数为K2；
总反应：2O33O2　ΔH<0　平衡常数为K。
下列叙述正确的是(　　)
A．降低温度，总反应K增大
B．K＝K1＋K2
C．适当升温，可提高消毒效率
D．压强增大，K2减小
解析：降温，总反应平衡向右移动，K增大，A项正确；K1＝、K2＝、K＝＝K1·K2，B项错误；升高温度，反应①平衡向右移动，c([O])增大，可提高消毒效率，C项正确；对于给定的反应，平衡常数只与温度有关，D项错误。
答案：AC
2．(2021·宁夏高三调研)在恒容密闭容器中，由CO合成甲醇：CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g)，在其他条件不变的情况下研究温度对反应的影响，实验结果如图所示，下列说法正确的是(　　)

A．平衡常数K＝
B．该反应在T1时的平衡常数比T2时的小
C．CO合成甲醇的反应为吸热反应
D．处于A点的反应体系从T1变到T2，达到平衡时增大
解析：因该反应中氢气前的系数为2，则该反应的平衡常数的表达式为K＝，A错误；由图像可知，反应从T2到T1时，甲醇的物质的量增大，根据平衡常数和计算式可知T1时的平衡常数比T2时的大，B错误；由图像可知在T2温度下反应先达到平衡，反应速率较T1快，则有T2>T1，从图像的纵坐标分析可得温度降低，平衡向正反应方向移动，则正反应为放热反应，C错误；处于A点的反应体系从T1变到T2的过程中，平衡向逆反应方向移动，则c(H2)增大，而c(CH3OH)减小，达到平衡时应该增大，D正确。
答案：D
题组二　化学平衡常数的应用
3．在体积为1 L的密闭容器中，进行如下化学反应：CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)，化学平衡常数K与温度T的关系如下表：
T/℃
700
800
850
1 000
1 200
K
0.6
0.9
1.0
1.7
2.6
回答下列问题：
(1)升高温度，化学平衡向________(填“正反应”或“逆反应”)方向移动。
(2)若某温度下，平衡浓度符合下列关系：
c(CO2)·c(H2)＝c(CO)·c(H2O)，此时的温度为________；在此温度下，若该容器中含有1 mol CO2、1.2 mol H2、0.75 mol CO、1.5 mol H2O，则此时反应所处的状态为__________________________(填“向正反应方向进行中”“向逆反应方向进行中”或“平衡状态”)。
解析：(1)由表格数据可得，随着温度升高，平衡常数增大，说明化学平衡向正反应方向移动；(2)由c(CO2)·c(H2)＝c(CO)·c(H2O)，则计算出K＝1.0，即此时温度为850 ℃，此温度下Qc＝＝≈0.94<1.0，故反应向正反应方向进行中。
答案：(1)正反应
(2)850 ℃　向正反应方向进行中
题组三　命题新热点——推导平衡常数的两方法
4．(2021·河北省承德月考)CH4­CO2催化重整不仅可以得到合成气CO和H2，还对温室气体的减排具有重要意义。
已知：C(s)＋2H2(g)===CH4(g)　ΔH1　K1；C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH2　K2；C(s)＋O2(g)===CO(g)　ΔH3　K3；CH4­CO2催化重整反应为CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)　ΔH　K(其中ΔH为焓变，K为平衡常数)下列说法不正确的是(　　)
A．ΔH＝2ΔH3－ΔH2－ΔH1
B．K＝
C．若平衡时c(CH4)∶c(CO2)∶c(CO)∶c(H2)＝1∶1∶1∶1，则K一定等于1
D．减小压强可增大CH4(g)和CO2(g)的平衡转化率
解析：A.①C(s)＋2H2(g)===CH4(g)　ΔH1　②C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH2　③C(s)＋O2(g)===CO(g)　ΔH3　将方程式2×③－①－②可得CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)　ΔH＝2ΔH3－ΔH1－ΔH2，A正确；B.根据化学平衡常数的含义可得K1＝；K2＝；K3＝；K＝＝，B正确；C.若平衡时c(CH4)∶c(CO2)∶c(CO)∶c(H2)＝1∶1∶1∶1，假设每种物质的浓度都是x，则K＝＝x2，若x＝1，则K＝1，若x＝2，则K＝4，所以K不一定为1，C错误；D.由于反应CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)的正反应为气体体积增大的反应，所以根据平衡移动原理，减小压强，化学平衡正向移动，从而可增大CH4(g)和CO2(g)的平衡转化率，D正确。
答案：C
5．研究氮氧化物与悬浮在大气中海盐粒子的相互作用时，涉及如下反应：
2NO2(g)＋NaCl(s) NaNO3(s)＋ClNO(g)　K1
2NO(g)＋Cl2(g) 2ClNO(g)　K2
则4NO2(g)＋2NaCl(s) 2NaNO3(s)＋2NO(g)＋Cl2(g)的平衡常数K＝________________(用K1、K2表示)。
解析：K1＝，K2＝，
K＝，所以K＝
答案：
6．升高温度绝大多数的化学反应速率增大，但是2NO(g)＋O2(g) 2NO2(g)的速率却随温度的升高而减小。某化学小组为研究特殊现象的实质原因，查阅资料知：
2NO(g)＋O2(g) 2NO2(g)的反应历程分两步：
①2NO(g) N2O2(g)(快)
v1正＝k1正c2(NO)　v1逆＝k1逆c(N2O2)　ΔH1＜0
②N2O2(g)＋O2(g) 2NO2(g)(慢)
v2正＝k2正c(N2O2)c(O2)　v2逆＝k2逆c2(NO2)　ΔH2＜0
一定温度下，反应2NO(g)＋O2(g)⇌2NO2(g)达到平衡状态，请写出用k1正、k1逆、k2正、k2逆表示的平衡常数表达式K＝________。
解析：由反应达到平衡状态可知，v1正＝v1逆、v2正＝v2逆，所以v1正×v2正＝v1逆×v2逆，即k1正c2(NO)×k2正c(N2O2)c(O2)＝k1逆c(N2O2)×k2逆c2(NO2)，则K＝＝。
答案：
考点2　有关化学平衡常数的计算

1．一个模式——“三段式”
如mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)，令A、B起始物质的量浓度分别为a mol·L－1、b mol·L－1，达到平衡后消耗A的物质的量浓度为mx mol·L－1。
mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)
c始/(mol·L－1) a b 0 0
c转/(mol·L－1) mx nx px qx
c平/(mol·L－1) a－mx b－nx px qx
K＝。
2．明确三个量的关系
(1)三个量：即起始量、变化量、平衡量
(2)关系
①对于同一反应物，起始量－变化量＝平衡量。
②对于同一生成物，起始量＋变化量＝平衡量。
③各转化量之比等于各反应物的化学计量数之比。
3．掌握四个公式
(1)反应物的转化率＝×100%＝×100%。
(2)生成物的产率：实际产量(指生成物)占理论产量的百分数。一般来讲，转化率越大，原料利用率越高，产率越大。产率＝×100%。
(3)混合物组分的百分含量＝×100%。
(4)某组分的体积分数＝×100%。

题组一　化学平衡常数与转化率相结合的计算
1．加热N2O5依次发生的分解反应为①N2O5N2O3＋O2，②N2O3N2O＋O2；在2 L密闭容器中充入8 mol N2O5，加热到t ℃，达到平衡状态后O2为9 mol，N2O3为3.4 mol，则t ℃时反应①的平衡常数为(　　)
A．10.7　　　　　　　　 B．8.5
C．9.6 D．10.2
解析：设分解的N2O3物质的量为x，反应过程中共生成N2O3(x＋3.4)mol，在①反应中N2O5分解了(x＋3.4)mol，同时生成O2(x＋3.4)mol。在②反应中生成氧气x mol。则(x＋3.4)＋x＝9，求得x＝2.8
所以平衡后N2O5、N2O3、O2浓度依次为
c(N2O5)＝(8－2.8－3.4)÷2＝0.9 (mol·L－1)
c(N2O3)＝3.4÷2＝1.7 (mol·L－1)
c(O2)＝9÷2＝4.5 (mol·L－1)
反应①的平衡常数
K＝＝
＝8.5 mol·L－1。
答案：B
2．已知可逆反应：M(g)＋N(g) P(g)＋Q(g)　ΔH＞0，请回答下列问题：
(1)在某温度下，反应物的起始浓度分别为c(M)＝1 mol·L－1，c(N)＝2.4 mol·L－1；达到平衡后，M的转化率为60%，此时N的转化率为________。
(2)若反应温度升高，M的转化率________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(3)若反应温度不变，反应物的起始浓度分别为c(M)＝4 mol·L－1，c(N)＝a mol·L－1；达到平衡后，c(P)＝2 mol·L－1，a＝________。
(4)若反应温度不变，反应物的起始浓度为c(M)＝c(N)＝b mol·L－1，达到平衡后，M的转化率为________。
解析：(1)M(g)　　＋　　N(g)　 　P(g)＋Q(g)
始态　1 mol·L－1　　　2.4 mo·L－1　0　 　0
变化量1 mol·L－1×60%　1 mol·L－1×60%
因此N的转化率为×100%＝25%。
(2)由于该反应的ΔH＞0，即该反应为吸热反应，因此升高温度，平衡右移，M的转化率增大。
(3)根据(1)可求出各平衡浓度：
c(M)＝0.4 mol·L－1，c(N)＝1.8 mol·L－1，c(P)＝0.6 mol·L－1，c(Q)＝0.6 mol·L－1。
因此化学平衡常数K＝＝＝。
由于温度不变，因此K不变，达到平衡后
c(P)＝2 mol·L－1，c(Q)＝2 mol·L－1，c(M)＝2 mol·L－1
c(N)＝(a－2)mol·L－1
K＝＝＝
解得a＝6。
(4)设M的转化率为x，则达到平衡后各物质的平衡浓度分别为c(M)＝b(1－x)mol·L－1　c(N)＝b(1－x)mol·L－1　c(P)＝bx mol·L－1　c(Q)＝bx mol·L－1
K＝＝＝，解得x＝41%。
答案：(1)25%　(2)增大　(3)6　(4)41%
题组二　压强平衡常数及其计算
3．F.Daniels等曾利用测压法在刚性反应器中研究了25 ℃时N2O5(g)分解反应：

其中NO2二聚为N2O4的反应可以迅速达到平衡。25 ℃时，体系的总压强p随时间t的变化如下表所示[t＝∞时，N2O5(g)完全分解]：

t/min
0
40
80
160
260
1 300
1 700
∞
p/kPa
35.8
40.3
42.5
45.9
49.2
61.2
62.3
63.1
25 ℃时N2O4(g) 2NO2(g)反应的平衡常数Kp＝__________kPa(Kp为以分压表示的平衡常数，计算结果保留1位小数)。
解析：由N2O5完全分解反应(不考虑NO2平衡移动)求得t＝∞时p总＝35.8 kPa×2.5＝89.5 kPa，而最终在t＝∞时测得p总＝63.1 kPa，减少了26.4 kPa，由p分＝p总×物质的量分数，求得p分(NO2)＝89.5 kPa×＝71.6 kPa。
2NO2N2O4　Δn＝1
起始压强(kPa) 71.6 0
变化压强(kPa) 52.8 26.4　26.4
平衡压强(kPa) 18.8 26.4
由Kp＝得到答案Kp＝13.4。
答案：13.4





[归纳提升]
1.Kp含义：在化学平衡体系中，各气体物质的分压替代浓度，计算的平衡常数叫压强平衡常数。
2．计算技巧：第一步，根据“三段式”法计算平衡体系中各物质的物质的量或物质的量浓度；第二步，计算各气体组分的物质的量分数或体积分数；第三步，根据分压计算分式求出各气体物质的分压，某气体的分压＝气体总压强×该气体的体积分数(或物质的量分数)；第四步，根据平衡常数计算公式代入计算。例如，N2(g)＋3H2(g)⇌2NH3(g)，压强平衡常数表达式为Kp＝。
　借用题链，破解平衡常数的命题角度

题链
1
压强平衡常数
[典例1]　乙醇是重要的有机化工原料，可由乙烯直接水合法或间接水合法生产。乙烯气相直接水合反应C2H4(g)＋H2O(g) C2H5OH(g)，回答下列问题：
下图为气相直接水合法中乙烯的平衡转化率与温度、压强的关系[其中n(H2O)∶n(C2H4)＝1∶1]。

列式计算乙烯水合制乙醇反应在图中A点的平衡常数Kp＝________(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)。
[解析]　A点乙烯的平衡转化率是20%。根据反应列三段式：
　　　CH2===CH2＋H2OC2H5OH
起始 1 mol 1 mol 0
转化 0.2 mol 0.2 mol 0.2 mol
平衡 0.8 mol 0.8 mol 0.2 mol
则平衡时乙烯的分压：p(C2H4)＝7.85 MPa×0.8 mol/1.8 mol＝3.488 9 MPa
水蒸气的分压：p (H2O)＝7.85 MPa×0.8 mol/1.8 mol＝3.488 9 MPa
乙醇的分压：p (C2H5OH)＝7.85 MPa×0.2 mol/1.8 mol＝0.872 2 MPa
则平衡常数Kp＝＝0.872 2 MPa/(3.488 9 MPa×3.489 9 MPa)＝0.07 MPa－1
[答案]　0.07 MPa－1
题链
2
平衡常数、质量作用定律
[典例2]　Bodenstein研究了下列反应：2HI(g)⇌H2(g)＋I2(g)
在716 K时，气体混合物中碘化氢的物质的量分数x(HI)与反应时间t的关系如下表：
t/min
0
20
40
60
80
120
x(HI)
1
0.91
0.85
0.815
0.795
0.784
x(HI)
0
0.60
0.73
0.773
0.780
0.784
(1)根据上述实验结果，该反应的平衡常数K的计算式为
________________________________________________________________________。
(2)上述反应中，正反应速率为v正＝k正x2(HI)，逆反应速率为v逆＝k逆x(H2)·x(I2)，其中k正、k逆为速率常数，则k逆为________(以K和k正表示)。
[解析]　(1)注意表格中的两列数据是正向和逆向的两组数据。716 K时，取第一行数据计算：
　 　　　　2HI(g)H2(g)　＋　I2(g)
n(始)(取1 mol) 1 0 0
Δn (mol) 0.216 0.108 0.108
n (平)(mol) 0.784 0.108 0.108
化学平衡常数为K＝＝。
(2)问的要点是：平衡状态下，v正＝v逆，
故有：k正x2(HI)＝k逆·x(H2)·x(I2)
变形：k正/k逆＝x(H2)·x(I2)/x2(HI)＝K
故有：k逆＝k正/K
[答案]　(1)K＝
(2)k逆＝k正/K
题链
3
平衡常数
[典例3]　元素铬(Cr)在溶液中主要以Cr3＋(蓝紫色)、[Cr(OH)](绿色)、Cr2O(橙红色)、CrO(黄色)等形式存在，Cr(OH)3为难溶于水的灰蓝色固体，回答下列问题：
CrO和Cr2O在溶液中可相互转化。室温下，初始浓度为1.0 mol·L－1的Na2CrO4溶液中c(Cr2O)随c(H＋)的变化如图所示。

(1)用离子方程式表示Na2CrO4溶液中的转化反应：____________________。
(2)由图A点数据，计算该转化反应的平衡常数为____________。
[解析]　根据反应并结合A点数据，列三段式：
　　　　　2CrO＋2H＋Cr2O＋H2O
起始(mol/L) 1.0 0
转化(mol/L) 0.5 0.25
平衡(mol/L) 0.5　1.0×10－7 0.25
K＝＝＝1.0×1014。
[答案]　(1)2CrO＋2H＋Cr2O＋H2O
(2)1.0×1014
[题链分析]


题链1
题链2
题链3
知识内容
压强平衡常数
平衡常数、质量作用定律
平衡常数
解题难点
用平衡分压代替平衡浓度计算平衡常数
用物质的量分数代替平衡分压计算平衡常数，理解表达式与计算式的区别
图中数据信息的读取
思维突破
由平衡常数迁移到压强平衡常数，貌似新概念，实质是对信息的理解
利用平衡时v正＝v逆，找到k正、k逆和K的联系
对教材中平衡常数的理解和题中数据的处理
化学观念
压强平衡常数也是研究可逆反应平衡状态的一种手段、工具
物质的量分数计算平衡常数同样也是研究可逆反应平衡状态的手段、工具
平衡常数是研究可逆反应平衡状态的一种手段、工具


　化学反应原理在物质制备中的调控作用
1．化学反应方向的判定
(1)自发反应
在一定条件下无须外界帮助就能自发进行的反应称为自发反应。
(2)熵和熵变的含义
①熵的含义
熵是衡量一个体系混乱度的物理量。用符号S表示。同一条件下，不同物质有不同的熵值，同一物质在不同状态下熵值也不同，一般规律是S (g)> S (l)> S (s)。
②熵变的含义
熵变是反应前后体系熵的变化，用ΔS表示，化学反应的ΔS越大，越有利于反应自发进行。
(3)判断化学反应方向的判据
ΔG＝ΔH－TΔS
ΔG<0时，反应能自发进行；
ΔG＝0时，反应达到平衡状态；
ΔG>0时，反应不能自发进行。
2．化工生产适宜条件选择的一般原则
(1)从化学反应速率分析，既不能过快，又不能太慢。
(2)从化学平衡移动分析，既要注意外界条件对速率和平衡影响的一致性，又要注意二者影响的矛盾性。
(3)从原料的利用率分析，增加易得廉价原料，提高难得高价原料的利用率，从而降低生产成本。
(4)从实际生产能力分析，如设备承受高温、高压能力等。
(5)注意催化剂的活性对温度的限制。
3．平衡类问题需综合考虑的几个方面
(1)原料的来源、除杂，尤其考虑杂质对平衡的影响。
(2)原料的循环利用。
(3)产物的污染处理。
(4)产物的酸碱性对反应的影响。
(5)气体产物的压强对平衡造成的影响。
(6)改变外界条件对多平衡体系的影响。
[考能突破练]
1．灰锡结构松散，不能用于制造器皿，而白锡结构坚固，可以制造器皿。现把白锡制成的器皿放在0 ℃、100 kPa的室内存放，它会不会变成灰锡而不能再继续使用(已知在0 ℃、100 kPa条件下白锡转化为灰锡反应的焓变和熵变分别为ΔH＝－2.180 9 kJ·mol－1，ΔS＝－6.6 J·mol－1·K－1，当ΔH－TΔS<0时能自发反应)(　　)
A．会变　　　　　　　　B．不会变
C．不能确定 D．升高温度才会变
解析：反应自发进行需要满足ΔH－TΔS<0，由0 ℃为273 K、ΔH＝－2.180 9 kJ·mol－1、ΔS＝－6.6 J·mol－1·K－1代入公式：ΔH－TΔS＝－2.180 9×103 J·mol－1＋273 K×6.6 J·mol－1·K－1＝－379.1 J·mol－1<0，所以反应在0 ℃能自发进行，即在0 ℃、100 kPa的室内存放，它会变成灰锡而不能再继续使用。
答案：A
2．①C3H6(g)＋NH3(g)＋O2(g)===C3H3N(g)＋3H2O(g)　ΔH＝－515 kJ·mol－1　②C3H6(g)＋O2(g)===C3H4O(g)＋H2O(g)　ΔH＝－353 kJ·mol－1，上述①②反应在热力学上趋势均很大的原因是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________，
其中反应ΔS>0的是反应________。
答案：①②反应均为放热量大的反应　①
3．CO可用于合成甲醇，反应方程式为CO(g)＋2H2(g)⇌CH3OH(g)。CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图所示。该反应ΔH________(填“>”或“<”)0。实际生产条件控制在250 ℃、1.3×104 kPa左右，选择此压强的理由是__________________________________________________________________。

答案：<　在1.3×104 kPa下，CO的转化率已经较高，再增大压强CO转化率提高不大，同时生产成本增加，得不偿失
4．利用“化学蒸气转移法”制备TaS2晶体，发生如下反应：TaS2(s)＋2I2(g)⇌TaI4(g)＋S2(g)　ΔH>0
如图所示，反应在石英真空管中进行，先在温度为T2的一端放入未提纯的TaS2粉末和少量I2(g)，一段时间后，在温度为T1的一端得到了纯净TaS2晶体，则温度T1________(填“>”“<”或“＝”)T2。上述反应体系中循环使用的物质是________。

答案：<　I2
5．(2021·福建省泉州检测)合成氨是人类科学技术发展史上的一项重大突破，目前工业上用氢气和氮气直接合成氨。
(1)固氮一直是科学家致力研究的重要课题，有关热力学数据如下：
反应
大气固氮：N2(g)＋O2(g)⇌2NO(g)
工业固氮：N2(g)＋3H2(g)⇌2NH3(g)
温度/℃
25
2 000
25
350
400
450
平衡常数(K)
3.84×10－31
0.1
5×108
1.847
0.504
0.152
常温下，大气固氮的倾向________(填“大于”或“小于”)工业固氮。
(2)N2(g)与H2(g)反应的能量变化如图所示。

则N2(g)与H2(g)制备NH3(l)的热化学方程式为________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。
(3)T ℃时，在2 L恒容密闭容器中加入1.2 mol N2和2 mol H2模拟一定条件下工业固氮[N2(g)＋3H2(g)⇌2NH3(g)]，体系中n(NH3)随时间的变化如图。

①前2分钟内的平均反应速率v(NH3)＝________mol·L－1·min－1。
②下列情况能说明该反应已达到平衡状态的是________(填字母)。
A．混合气体的密度不变
B．单位时间内断裂n mol N—H键的同时形成n mol H—H键
C．容器内的总压强不再变化
D．3v正(H2)＝2v逆(NH3)
③有关工业固氮的说法正确的是________(填字母)。
A．使用催化剂可提高反应物的转化率
B．循环使用N2、H2可提高NH3的产率
C．温度控制在500 ℃左右有利于反应向正方向进行
D．增大压强有利于加快反应速率，所以压强越大越好
④T ℃时，该反应的平衡常数为________。
(4)研究表明某些过渡金属催化剂可以加速氨气的分解，某温度下，用等质量的不同金属分别催化等浓度的氨气，测得氨气分解的初始速率(单位：mmol·min－1)与催化剂的对应关系如表所示。
催化剂
Fe
Pd
Ru
Rh
Pt
Ni
初始速率
0.5
1.8
7.9
4.0
2.2
3.0
在不同催化剂的催化作用下，氨气分解反应中的活化能最大的催化剂是________(填化学式)。
解析：(1)根据表格数据可知：在相同温度下，大气固氮平衡常数远小于工业固氮，化学平衡常数越大，说明反应正向进行的程度越大，因此常温下，大气固氮的倾向小于工业固氮。(2)根据图示可知反应物总能量比生成物总能量高，因此该反应为放热反应，0.5 mol N2完全反应变为NH3(l)时放出热量为Q＝300 kJ＋20 kJ－254 kJ＝66 kJ，故该反应的热化学方程式可表示为N2(g)＋3H2(g)⇌2NH3(l)　ΔH＝－132 kJ·mol－1。
(3)①在前2 min内NH3的物质的量增加了0.45 mol，反应容器为2 L，则根据v＝可得用NH3表示的反应速率v(NH3)＝＝0.112 5 mol·L－1·min－1；②A.反应在恒容密闭容器中进行，反应混合物都是气体，气体的质量不变，容器的容积不变，则反应混合气体的密度始终不变，因此不能据此判断反应是否处于平衡状态，A不符合题意；B.单位时间内断裂n mol N—H键的同时形成n mol H—H键表示的反应都是逆向进行，不能据此判断反应处于平衡状态，B不符合题意；C.该反应是在恒容密闭容器中进行的反应前后气体体积改变的反应，若容器内的总压强不再变化，说明气体的物质的量不变，反应达到平衡状态，C符合题意；D.在任何情况下，2v正(H2)＝3v正(NH3)，若3v正(H2)＝2v逆(NH3)，则9v正(NH3)＝4v逆(NH3)，反应逆向进行，未处于平衡状态，D不符合题意；③A.使用催化剂对正、逆反应速率的影响相同，平衡不发生移动，因此不能提高反应物的转化率，A错误；B.循环使用N2、H2，可使更多的反应物变为生成物，因此能够提高NH3的产率，B正确；C.该反应的正反应是放热反应，温度降低平衡正向移动有利于反应向正方向进行，温度控制在500 ℃左右，是因为在该温度下催化剂的活性最大，反应速率较快，C错误；D.反应物是气体，该反应的正反应是气体体积减小的反应，从理论上讲增大压强有利于加快反应速率，提高物质平衡转化率，但压强越高，需要的动力越大，对设备的材料承受的压力要求也越高，所以不是压强越大就越好，D错误。(4)物质发生反应时的活化能越大，反应进行的化学速率就越小。根据表格数据可知：以Fe作催化剂时反应速率最小，则氨分解反应的活化能最大，故在不同催化剂的催化作用下，氨气分解反应中的活化能最大的催化剂是Fe。
答案：(1)小于　(2)N2(g)＋3H2(g)⇌2NH3(l)　ΔH＝－132 kJ·mol－1　(3)①0.112 5　②C　③B
④6.25　
(4)Fe
1．(2019·高考全国卷Ⅰ)水煤气变换[CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)]是重要的化工过程，主要用于合成氨、制氢以及合成气加工等工业领域中。回答下列问题：
(1)Shibata曾做过下列实验：
①使纯H2缓慢地通过处于721 ℃下的过量氧化钴CoO(s)，氧化钴部分被还原为金属钴Co(s)，平衡后气体中H2的物质的量分数为0.025 0。
②在同一温度下用CO还原CoO(s)，平衡后气体中CO的物质的量分数为0.019 2。
根据上述实验结果判断，还原CoO(s)为Co(s)的倾向是CO________(填“大于”或“小于”)H2。
(2)721 ℃时，在密闭容器中将等物质的量的CO(g)和H2O(g)混合，采用适当的催化剂进行反应，则平衡时体系中H2的物质的量分数为________(填标号)。
A.＜0.25　B．0.25　C．0.25～0.50　D．0.50
E．＞0.50
解析：(1)根据题目提供的实验数据可知用H2还原CoO制取金属Co，反应的化学方程式为H2(g)＋CoO(s)⇌Co(s)＋H2O(g)，平衡混合气体中H2的物质的量分数为0.025 0, K1＝c(H2O)/c(H2)＝(1－0.025 0)/0.025 0＝39；CO还原CoO制取金属Co的化学方程式为CO(g)＋CoO(s)⇌Co(s)＋CO2(g)，平衡混合气体中CO的物质的量分数为0.019 2，K2＝c(CO2)/c(CO)＝(1－0.019 2)/0.019 2 ≈51.08。K1＜K2，说明还原CoO制取金属Co的倾向CO大于H2。
(2)H2(g)＋CoO(s)⇌Co(s)＋ H2O(g)①
CO(g)＋CoO(s)⇌Co(s)＋ CO2(g)②
②－①可得CO(g)＋H2O(g)⇌CO2(g)＋ H2(g)
设起始CO、H2O的物质的量为a mol，转化的物质的量为x mol，容器容积为1 L，则：
　　　　CO(g)＋H2O(g)⇌CO2(g)＋H2(g)
　　 a　　　 a　　　　 0　　　 0
　　 x　　　 x　　　　 x　　　　 x
　　 a－x　　 a－x　　　 x　 　　 x
则该反应的K＝x2/(a－x)2＝K2/K1 ≈1.31，求得：x≈0.534a，则平衡时H2的物质的量分数约为＝0.267。
答案：(1)大于　(2)C
2．(2018·高考全国卷Ⅲ)对于反应2SiHCl3(g)===SiH2Cl2(g)＋SiCl4(g)，采用大孔弱碱性阴离子交换树脂催化剂，在323 K和343 K时SiHCl3的转化率随时间变化的结果如图所示。
343 K时反应的平衡转化率α＝________%。平衡常数K343K＝________(保留2位小数)。

解析：温度越高，反应速率越快，达到平衡的时间越短，曲线a达到平衡的时间短，则曲线a代表343 K时SiHCl3的转化率变化，曲线b代表323 K时SiHCl3的转化率变化。
由题图可知，343 K时反应的平衡转化率α＝22%。设起始时SiHCl3(g)的浓度为1 mol·L－1，则有
2SiHCl3(g)===SiH2Cl2(g)＋SiCl4(g)
起始浓度/
(mol·L－1) 1 0 0
转化浓度/
(mol·L－1) 0.22 0.11 0.11
平衡浓度/
(mol·L－1) 0.78 0.11 0.11
则343 K时该反应的平衡常数K343 K＝[c(SiH2Cl2)·c(SiCl4)]/c2(SiHCl3)＝(0.11 mol·L－1)2/(0.78 mol·L－1)2≈0.02。
答案：22　0.02