高考化学一轮复习教案第7章第3讲 化学平衡常数及平衡转化率（含解析）

这是一份高考化学一轮复习教案第7章第3讲 化学平衡常数及平衡转化率（含解析），共19页。

第3课时　必备知识——化学平衡常数及平衡转化率
知识清单
[重要概念]①化学平衡常数；②平衡转化率
[基本规律]①化学平衡常数及影响因素；②“三段式”计算平衡常数和平衡转化率

知识点1　化学平衡常数及其应用

1．化学平衡常数的概念
在一定温度下，当一个可逆反应达到化学平衡时，生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值是一个常数，用符号K表示。
2．化学平衡常数表达式
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)。
举例：(1)C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)的平衡常数表达式K＝。
(2)Fe3＋(aq)＋3H2O(l)Fe(OH)3(s)＋3H＋(aq)的平衡常数表达式K＝。
化学平衡常数与化学方程式书写形式的关系
①同一可逆反应中，K正·K逆＝1；②同一方程式中的化学计量数等倍扩大或缩小n倍，则新平衡常数K′与原平衡常数K间的关系是K′＝Kn或K′＝；③几个可逆反应方程式相加，得总方程式，则总反应的平衡常数等于分步反应平衡常数之积。
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。
4．化学平衡常数的应用
(1)判断可逆反应进行的程度
K值大，说明反应进行的程度大，反应物的转化率高；K值小，说明反应进行的程度小，反应物的转化率低。
K
<10－5
10－5～105
>105
反应程度
很难进行
反应可逆
反应可接近完全
(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：Q＝，称为浓度商。
Qc 反应向正反应方向进行，v正>v逆
Qc＝K
反应处于化学平衡状态，v正＝v逆
Qc>K
反应向逆反应方向进行，v正 (3)判断可逆反应的热效应


[通关1] (易错排查)判断正误
(1)平衡常数表达式中，可以是各物质在任意时刻的浓度(×)
(2)增大反应物的浓度，平衡正向移动，化学平衡常数增大(×)
(3)平衡常数和转化率都能体现可逆反应进行的程度(√)
(4)对某一可逆反应，升高温度则化学平衡常数一定变大(×)
(5)平衡常数发生变化，化学平衡必定发生移动(√)
(6)反应A(g)＋3B(g)2C(g)达到平衡后，温度不变，增大压强，平衡正向移动，平衡常数增大(×)
[通关2] (2021·陕西西安检测)对于反应C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)　ΔH>0，下列说法正确的是(　　)
A．平衡常数表达式为K＝
B．恒温条件下压缩容器的体积，平衡逆向移动，平衡常数K减小
C．升高体系温度，平衡常数K减小
D．恒温恒压条件下，通入氦气，平衡正向移动，平衡常数K不发生变化
D　[固态浓度为“常数”，视为“1”，不需写入平衡常数表达式，A项错误；增大压强平衡逆向移动，恒温，K不变，B项错误；ΔH＞0升温平衡正向移动，K增大，C项错误；恒压条件下，通入氦气平衡向气体体积增大的方向移动，即平衡正向移动，K只与温度有关，温度不变，K不发生变化，D项正确。]
[通关3] (2021·山东实验中学检测)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　O3O2＋[O]　ΔH>0　平衡常数为K1；
反应②　[O]＋O32O2　ΔH<0　平衡常数为K2；
总反应：2O33O2　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减小
B．K＝K1＋K2
C．适当升温，可提高消毒效率
D．压强增大，K2减小
C　[降温，总反应平衡向右移动，K增大，A项错误；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。]
[通关4] (2021·天津第一中学检测)某温度下气体反应达到化学平衡状态，平衡常数K＝，恒容时，若温度适当降低，F的浓度增大。下列说法中正确的是(　　)
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)
D　[平衡常数K只随温度变化，不随浓度变化，A项错误；降低温度，正、逆反应速率均减小，B项错误；降温，F的浓度增大，表明平衡逆向移动，正反应是吸热反应，则焓变为正值，C项错误；根据化学平衡常数表达式可知A、B是生成物，E、F为反应物，且对应指数为其化学方程式前的计量数，D项正确。]
[通关5] (2020·北京卷)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(注：1 mmol·L－1＝10－3mol·L－1)(　　)
选项
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
C　[题目中缺少c(H2)，则无法计算K，则不能通过Qc与K的关系判断平衡的移动方向，但可比较4个选项中Qc的大小关系，Qc越大，则越可能逆向移动。Qc(A)＝＝1，Qc(B)＝＝50.28，Qc(C)＝＝82.64，Qc(D)＝＝50.28，Qc(C)的值最大，故答案为C。]

知识点2　“三段式”突破化学平衡常数(K)和转化率(α)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)
a b 0 0
mx nx px qx
a－mx b－nx px qx
则化学平衡常数为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)数据关系
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)恒容条件下反应物的转化率＝×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)平衡时混合物组分的百分含量＝×100%。
(4)某组分的体积分数＝×100%。

[通关1] (人教选修4·P31，例2改编)已知某个指定反应物的转化率为
×100%
(1)在某温度下，将H2和I2各0.10 mol的气体混合物充入10 L的密闭容器中，充分反应，达到下列平衡：2HI(g)H2(g)＋I2(g)，K＝4。则氢气的转化率是________。
(2)在容积可变的密闭容器中，2 mol N2和8 mol H2在一定条件下发生反应，达到平衡时，H2的转化率为25%，则平衡时氮气的体积分数是____________。
解析　(1)设氢气的转化率为x。
　　　　 H2(g)　＋　　I2(g) 2HI(g)
0.01 0.01 0
0.01x 0.01x 0.02x
0.01－0.01x 0.01－0.01x 0.02x
K＝＝＝，x＝20%。
(2)　　　　　　N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)
起始量/(mol) 2 8 0
转化量/(mol) 2
平衡时/(mol) 6
所以平衡时氮气的体积分数＝×100%＝15.4%。
答案　(1)20%　(2)15.4%

[通关2] (2021·山东东营检测)已知下列反应在恒容的密闭容器中达到平衡状态，若改变下列反应的条件，则下列量如何改变(填“增大”“减小”“不变”)
(1)对于反应COCl2(g)CO(g)＋Cl2(g)，增加COCl2(g)的量，COCl2(g)的转化率__________。
(2)已知MgSO4(s)＋CO(g)MgO(s)＋CO2(g)＋SO2(g)，若增加CO的量，则_______。
(3)对于反应Ni(s)＋4CO(g)Ni(CO)4(g)，向体系中充入一定量的CO，再次达到平衡时CO的体积分数：__________。
(4)已知a mol CO和2a mol H2发生反应CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)，平衡时再增加a mol CO和2a mol H2，达到新平衡时，CO的转化率__________，的比值________。
解析　(1)增加COCl2(g)的量，平衡向右移动，但转化率减小。(2)法一，增加CO，CO的转化率减小，故减小。法二，凑常数法，K＝，因增加CO的量，SO2的物质的量增大，故减小。(3)增加CO的量，平衡正向移动，因该反应是气体化学计量数减小的反应，故转化率增大，故CO的体积分数减小。(4)成比例增加CO和H2，平衡向右移动，因该反应化学计量数减小，故转化率增大，而减小。
答案　(1)减小　(2)减小　(3)减小　(4)增大　减小


[通关3] (深度思考)汽车尾气是造成雾霾天气的重要原因之一，尾气中的主要污染物为CxHy、NO、CO、SO2及固体颗粒物等。活性炭可用于处理汽车尾气中的NO，在1 L恒容密闭容器中加入 0.100 0 mol NO 和2.030 mol固体活性炭，生成A、B两种气体，在不同温度下测得平衡体系中各物质的物质的量以及容器内压强如下表：

活性炭/mol
NO/mol
A/mol
B/mol
p/MPa
200 ℃
2.000
0.040 0
0.030 0
0.030 0
3.93
335 ℃
2.005
0.050 0
0.025 0
0.025 0
p
根据上表数据，写出容器中发生反应的化学方程式：____________________________________，判断p________(填“＞”“＜”或“＝”)3.93 MPa。计算反应体系在200 ℃时的平衡常数Kp＝____________(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×体积分数)。
解析　1 L恒容密闭容器中加入0.100 0 mol NO和2.030 mol 固体活性炭，生成A、B两种气体，从不同温度下测得平衡体系中各物质的物质的量以及容器内压强数据可以看出：Δn(C)∶Δn(NO)∶Δn(A)∶Δn(B)＝1∶2∶1∶1，所以可以推断出生成的A、B两种气体分别为N2和CO2，反应的化学方程式为C＋2NON2＋CO2。该反应的平衡常数Kp＝，容器的体积为1 L，平衡分压之比等于平衡浓度之比，带入表中数据计算得Kp＝。
答案　C＋2NON2＋CO2　＞　


训练(三十六)　化学平衡常数及平衡转化率

1．(2021·四川成都七中检测)对于反应C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)　ΔH＞0，下列有关说法正确的是(　　)
A．升高体系温度，平衡常数K减小
B．增大体系压强，平衡常数K不发生变化
C．平衡常数表达式为K＝
D．增加C(s)的量，平衡正向移动
B　[正反应为吸热反应，升高体系温度，平衡正向移动，K增大，A项错误；化学平衡常数只受温度的影响，与体系的压强无关，B项正确；C为固体，不带入K的表达式中，因此K＝，C项错误；固体物质的浓度视为定值，因此增加C(s)的量，平衡不移动，D项错误。]
2．(2021·天津重点中学联考)一定温度下，在一个容积为1 L的密闭容器中，充入1 mol H2(g)和1 mol I2(g)，发生反应H2(g)＋I2(g)2HI(g)，经充分反应达到平衡后，生成的HI(g)占气体体积的50%，该温度下，在另一个容积为2 L的密闭容器中充入1 mol HI(g)发生反应HI(g) H2(g)＋I2(g)，则下列判断正确的是(　　)
A．后一反应的平衡常数为1
B．后一反应的平衡常数为0.5
C．后一反应达到平衡时，H2的平衡浓度为0.25
D．后一反应达到平衡时，HI(g)的平衡浓度为0.5
B　[前一反应达平衡时c(H2)＝c(I2)＝0.5 mol·L－1，c(HI)＝1 mol·L－1，则平衡常数K1＝＝＝4，而后一反应的平衡常数K2＝＝＝0.5，A项错误，B项正确；设后一反应达平衡时c(H2)＝x mol·L－1，则平衡时c(I2)＝x mol·L－1，c(HI)＝(0.5－2x) mol·L－1，K2＝＝0.5，解得x＝0.125，故平衡时c(HI)＝0.25 mol·L－1，C、D项错误。]
3．(2021·江苏苏州期初调研)羰基硫(COS)可作为一种粮食熏蒸剂，能防止某些昆虫、线虫和真菌的危害。在恒容密闭容器中，将CO和H2S混合加热并达到下列平衡：CO(g)＋H2S(g) COS(g)＋H2(g)　K＝0.1。反应前CO的物质的量为10 mol，平衡后CO的物质的量为8 mol。下列说法正确的是(　　)
A．升高温度，H2S浓度增大，表明该反应是吸热反应
B．通入CO后，正反应速率逐渐增大
C．反应前H2S物质的量为5 mol
D．CO的平衡转化率为20%
D　[升高温度，H2S浓度增大，说明平衡向逆反应方向移动，逆反应吸热，正反应放热，A项错误；通入CO气体瞬间正反应速率增大，达到最大值，向正反应方向建立新的平衡，正反应速率逐渐减小，B项错误；设反应前H2S的物质的量为n mol，容器的容积为V L，则
　　　　CO(g)＋H2S(g)COS(g)＋H2(g)　K＝0.1
n始/mol　10　　　n　　　 0　　　　0
n转/mol　2 2 2 2
n平/mol　8 n－2 2 2
K＝＝0.1，解得n＝7，C项错误；根据上述计算可知CO的转化率为20%，D项正确。]

4．(2021·湖南长郡中学检测)将一定量的SO2(g)和O2(g)分别通入体积为2 L的恒容密闭容器中，在不同温度下进行反应，得到如下表中的两组数据：
实验编号
温度/℃
平衡常数
起始量/mol
平衡量/mol
达到平衡所需时间/min
O2
SO2
O2
SO2
1
T1
K1
4
2
x
0.8
6
2
T2
K2
4
2
0.4
y
t(t>6)
下列说法中不正确的是(　　)
A．x＝2.4
B．T1、T2的关系：T1＞T2
C．K1、K2的关系：K2＞K1
D．实验1在前6 min的反应速率v(SO2)＝0.2 mol·L－1·min－1
A　 [根据题中信息可列“三段式”：
　　　　　　2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)
n(起始)/mol 4 2
n(转化)/mol 4－x 2－0.8
n(平衡)/mol x 0.8
(4－x)∶(2－0.8)＝2∶1，解得：x＝1.6。同理，解得y＝0.2。由t>6得，2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)是放热反应，温度越高，反应速率越高，反应正向进行的程度越小，根据x，y可以判断出T1＞T2，K1＜K2。实验1在前6 min的反应速率v(SO2)＝＝0.2 mol·L－1·min－1。]
5．(2021·北京顺义区检测)在一定体积的1 L密闭容器中，进行如下化学反应：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)，其化学平衡常数K和温度t的关系如下表：
t/℃
700
800
830
1 000
K
0.6
0.9
1.0
1.7
下列说法正确的是(　　)
A．上述生成CO和H2O的反应为放热反应
B．加压、增大H2浓度和加入催化剂都能提高CO2的转化率
C．830 ℃达平衡后，再充入1.0 mol H2，K值增大，平衡正向移动
D．830 ℃时反应CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)的平衡常数为1
D　[由表格数据可知，温度越高，K越大，则生成CO和H2O的反应为吸热反应，A项错误；该反应为气体体积不变的反应，加压、使用催化剂，平衡均不移动，则不能提高转化率，而增大H2浓度能提高CO2的转化率，B项错误；充入1.0 mol H2，反应物浓度增大，但K只与温度有关，则平衡正向移动，但K不变，C项错误；正逆反应的K互为倒数关系，由830 ℃时CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)　K＝1.0，则830 ℃时反应CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)的平衡常数为K＝＝1，D项正确。]
6．(2021·山西晋城检测)碳酸甲乙酯(CH3OCOOC2H5)是一种优良的锂离子电池电解液的溶剂，可利用以下反应制取：C2H5OCOOC2H5＋CH3OCOOCH3
2CH3OCOOC2H5。该反应中碳酸甲乙酯的产率(α)与温度(T)、投料比(R)的关系如图所示。

注：R＝n(C2H5OCOOC2H5)∶n(CH3OCOOCH3)
下列有关说法正确的是(　　)
A．生成碳酸甲乙酯的反应是吸热反应
B．增大反应物中CH3OCOOCH3的浓度能提高碳酸甲乙酯的产率
C．反应温度为650 K时，碳酸甲乙酯的产率为60%
D．该反应的平衡常数K＝9
A　[由图像知，在投料比相同的情况下，温度越高，碳酸甲乙酯的产率越高，说明升温平衡正向移动，正反应是吸热反应，A项正确；相同温度下，R越大，碳酸甲乙酯的产率越高，说明C2H5OCOOC2H5浓度越大，产物产率越高，CH3OCOOCH3的浓度越大，产物产率越低，B项错误；650 K时，只有R＝1时，碳酸甲乙酯的产率为60%，C项错误；K与温度有关，温度不确定，无法求K，D项错误。]
7．(2019·海南卷)由γ­羟基丁酸生成γ­丁内酯的反应如下：

在298 K下，γ­羟基丁酸水溶液的初始浓度为0.180 mol·L－1，测得γ­丁内酯的浓度随时间变化的数据如表所示。回答下列问题：
t/min
21
50
80
100
120
160
220
∞
c/mol·L－1
0.024
0.050
0.071
0.081
0.090
0.104
0.116
0.132
(1)该反应在50～80 min内的平均反应速率为________mol·L－1·min－1。
(2)120 min时γ­羟基丁酸的转化率为________。
(3)298 K时该反应的平衡常数K＝______。
(4)为提高γ­羟基丁酸的平衡转化率，除适当控制反应温度外，还可采取的措施是________________________________________________________________________。
答案　(1)0.000 7　(2)0.5(50%)　(3)　(4)将γ­丁内酯移走

8．(2020·山东等级模拟考)聚乙烯醇生产过程中会产生大量副产物乙酸甲酯，其催化醇解反应可用于制备甲醇和乙酸己酯，该反应的化学方程式为：
CH3COOCH3(l)＋C6H13OH(l) CH3COOC6H13(l)＋CH3OH(l)
已知v正＝k正·x(CH3COOCH3)·x(C6H13OH)，v逆＝k逆·x(CH3COOC6H13)·x(CH3OH)，其中v正、v逆为正、逆反应速率，k正、k逆为速率常数，x为各组分的物质的量分数。
(1)反应开始时，己醇和乙酸甲酯按物质的量之比1∶1投料，测得348 K、343 K、338 K三个温度下乙酸甲酯转化率(α)随时间(t)的变化关系如下图所示。

该醇解反应的ΔH________0(填＞或＜)。348 K时，以物质的量分数表示的化学平衡常数Kx＝________(保留2位有效数字)。
在曲线①、②、③中，k正－k逆值最大的曲线是________；A、B、C、D四点中，v正最大的是________，v逆最大的是________。
(2)343 K时，己醇和乙酸甲酯按物质的量之比1∶1、1∶2和2∶1进行初始投料。则达到平衡后，初始投料比________时，乙酸甲酯转化率最大；与按1∶2投料相比，按2∶1投料时化学平衡常数Kx________(填增大、减小或不变)。
(3)该醇解反应使用离子交换树脂作催化剂，下列关于该催化剂的说法正确的是________。
a．参与了醇解反应，但并不改变反应历程
b．使k正和k逆增大相同的倍数
c．降低了醇解反应的活化能
d．提高乙酸甲酯的平衡转化率
解析　(1)根据图像可知，温度①＞②＞③，转化率①＞②＞③，故ΔH＞0；K＝，①温度高，K大，所以①曲线k正－k逆最大；A点反应物浓度最大，温度最高，C点生成物浓度最大，温度最高。(3)a选项催化剂参与反应，且改变反应历程；d选项催化剂不影响平衡移动。
答案　(1)＞　3.2　①　A　C　(2)2∶1　不变　(3)bc
9．(2020·全国卷Ⅰ，28题节选)硫酸是一种重要的基本化工产品。接触法制硫酸生产中的关键工序是SO2的催化氧化：SO2(g)＋O2(g)SO3(g)　ΔH＝－98 kJ·mol－1。回答下列问题：
(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)将组成(物质的量分数)为2m%SO2(g)、m%O2(g)和q%N2(g)的气体通入反应器，在温度t、压强p条件下进行反应。平衡时，若SO2转化率为α，则SO3压强为________________，平衡常数Kp＝__________________________(以分压表示，分压＝总压×物质的量分数)。
(3)研究表明，SO2催化氧化的反应速率方程为：
v＝k(1－nα′)式中：k为反应速率常数，随温度t升高而增大；α为SO2平衡转化率，α'为某时刻SO2转化率，n为常数。在α'＝0.90时， 将一系列温度下的k、α值代入上述速率方程，得到v～t曲线，如图所示。

曲线上v最大值所对应温度称为该α'下反应的最适宜温度tm。ttm后，v逐渐下降。原因是_________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析　(1)反应SO2(g)＋O2(g)SO3(g)的正反应是气体总分子数减少的放热反应，其他条件相同时，增大压强，平衡正向移动，SO2平衡转化率增大，则图中p1＝5.0 MPa，p3＝0.5 MPa。由图可知，反应在5.0 MPa、550 ℃时SO2的平衡转化率α＝0.975。温度、压强和反应物的起始浓度(组成)都会影响SO2的平衡转化率α，温度一定时，压强越大，α越大；压强一定时，温度越高，α越小。
(2)在温度t、压强p条件下进行反应，平衡时SO2转化率为α，由于N2对反应无影响，可认为混合气体由SO2和O2组成，则有2m%＋m%＝1，2m＋m＝100，设SO2有2m mol，则O2有m mol，利用“三段式法”计算：
　　　　 SO2(g) ＋ O2(g)  SO3(g)
起始量/mol 　2m　　　 m　　　　　0
转化量/mol 2mα mα 2mα
平衡量/mol 2m×(1－α) m×(1－α) 2mα
因反应恒压，故SO3的压强为p＝·p＝p。
平衡时，SO2、O2的压强分别为p、p，则平衡常数Kp＝＝。
(3)在α′＝0.90时，SO2催化氧化的反应速率为v＝k·(1－0.90n)。升高温度，k增大使v逐渐提高，但α降低使v逐渐下降。t＜tm时，k增大对v的提高大于α引起的降低；t＞tm后，k增大对v的提高小于α引起的降低。
答案　(1)0.975　该反应气体分子数减小，增大压强，α提高。5.0MPa＞2.5MPa＝p2，所以p1＝5.0MPa　温度、压强和反应物的起始浓度(组成)　(2)　　(3)升高温度，k增大使v逐渐提高，但α降低使v逐渐下降。t＜tm时，k增大对v的提高大于α引起的降低；t＞tm后，k增大对v的提高小于α引起的降低
10．(2020·全国卷Ⅲ)二氧化碳催化加氢合成乙烯是综合利用CO2的热点研究领域。回答下列问题：
(1)CO2催化加氢生成乙烯和水的反应中，产物的物质的量之比n(C2H4)∶n(H2O)＝________。当反应达到平衡时，若增大压强，则n(C2H4)________(填“变大”“变小”或“不变”)。
(2)理论计算表明，原料初始组成n(CO2)∶n(H2)＝1∶3，在体系压强为0.1 MPa，反应达到平衡时，四种组分的物质的量分数x随温度T的变化如图所示。

图中，表示C2H4、CO2变化的曲线分别是____、____。CO2催化加氢合成C2H4反应的ΔH________0(填“大于”或“小于”)。
(3)根据图中点A(440 K，0.39)，计算该温度时反应的平衡常数Kp＝________________________________(MPa)－3(列出计算式，以分压表示，分压＝总压×物质的量分数)。
解析　(1)根据题给信息可知，反应原理为2CO2(g)＋6H2(g)C2H4(g)＋4H2O(g)，则乙烯和水的物质的量之比为1∶4。当反应达平衡时，增大压强，平衡向气体体积减小的方向移动，即平衡向正反应方向移动，则乙烯的物质的量变大。(2)由于原料初始组成n(CO2)∶n(H2)＝1∶3，而反应2CO2(g)＋6H2(g)C2H4(g)＋4H2O(g)中二氧化碳和氢气的化学计量数之比也为1∶3，则无论反应进行到什么程度，混合气体中n(CO2)∶n(H2)始终为1∶3，故可判断曲线a、b、c、d分别代表H2、H2O、CO2、C2H4。由于升高温度，CO2或H2的量增多，说明逆反应为吸热反应，则正反应为放热反应。(3)根据(2)中的分析可知，任意时刻CO2和H2的物质的量分数之比始终为1∶3，根据点A坐标(440 K，0.39)可知，氢气和水蒸气的物质的量分数都为0.39，则CO2的物质的量分数为＝0.13，C2H4的物质的量分数为(注意：C2H4和H2O的物质的量分数之比始终为化学计量数之比)，则CO2(g)、H2(g)、C2H4(g)、H2O(g)的分压分别为0.1 MPa×、0.1 MPa×0.39、0.1 MPa×、0.1 MPa×0.39，从而可求得Kp＝×(MPa)－3或Kp＝＝＝×。
答案　(1)1∶4　变大　(2)d　c　小于
(3)×或×等
11．(1)(2018·全国卷Ⅰ)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。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)。
(2)(2018·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K343 K＝________(保留2位小数)。
(3)(2019·全国卷Ⅲ)Deacon发明的直接氧化法为：4HCl(g)＋O2(g)===2Cl2(g)＋2H2O(g)。下图为刚性容器中，进料浓度比c(HCl)∶c(O2)分别等于1∶1、4∶1、7∶1时HCl平衡转化率随温度变化的关系：

可知反应平衡常数K(300 ℃)________K(400 ℃)(填“大于”或“小于”)。设HCl初始浓度为c0，根据进料浓度比c(HCl)∶c(O2)＝1∶1的数据计算K(400℃)＝________________________(列出计算式)。按化学计量比进料可以保持反应物高转化率，同时降低产物分离的能耗。进料浓度比c(HCl)∶c(O2)过低、过高的不利影响分别是________________________________________________________________________。
在一定温度的条件下，进一步提高HCl的转化率的方法是________________________________________________________________________。(写出2种)
解析　(1)时间无限长时N2O5完全分解，故由2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)知，此时生成的p(NO2)===2p(N2O5)＝2×35.8 kPa＝71.6 kPa，p(O2)＝0.5×35.8 kPa＝17.9 kPa。由题意知，平衡时体系的总压强为63.1 kPa，则平衡体系中NO2、N2O4的压强和为63.1 kPa－17.9 kPa＝45.2 kPa，设N2O4的压强为x kPa，则
　　　　　 N2O4(g)2NO2(g)
初始压强/kPa　　0　　　　　71.6
转化压强/kPa x 2x
平衡压强/kPa x 71.6－2x
则有x＋(71.6－2x)＝45.2，解得x＝26.4，71.6 kPa－26.4 kPa×2＝18.8 kPa，Kp＝＝≈13.4 kPa。
(2)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。
①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＝＝≈0.02。
(3)由图像知，随着温度的升高，HCl的平衡转化率降低，所以4HCl(g)＋O2(g)===2Cl2(g)＋2H2O(g)的ΔH<0，升高温度平衡左移，则K(300 ℃)>K(400 ℃)。在温度一定的条件下，c(HCl)和c(O2)的进料比越大，HCl的平衡转化率越低，所以题图中自上而下三条曲线是c(HCl)∶c(O2)(进料浓度比)为1∶1、4∶1、7∶1时的变化曲线。当c(HCl)∶c(O2)＝1∶1时，列三段式：
4HCl(g)＋O2(g)===2Cl2(g)＋2H2O(g)
起始浓度　c0　　　 　c0　　　 0　　　0
转化浓度　0.84c0 0.21c0 0.42c0 0.42c0
平衡浓度　(1－0.84)c0 (1－0.21)c0 0.42c0 0.42c0
K(400℃)＝
＝。
c(HCl)∶c(CO2)过高时，HCl转化率较低；当c(HCl)∶c(O2)过低时，过量的O2和Cl2分离时能耗较高。
由平衡移动的条件可知，为提高HCl的转化率，在温度一定的条件下，可以增大反应体系的压强，增加O2的量，或者及时除去产物。
答案　(1)13.4　(2)22　0.02　
(3)大于　　O2和Cl2分离能耗较高、HCl转化率较低　增加反应体系压强、及时除去产物