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2024届高考化学一轮复习专题7第35讲化学平衡移动化学反应方向基础学案
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这是一份2024届高考化学一轮复习专题7第35讲化学平衡移动化学反应方向基础学案，共31页。
化学平衡移动
1．化学平衡移动的过程
2．化学平衡移动与化学反应速率的关系
(1)v正>v逆：平衡向正反应方向移动。
(2)v正＝v逆：反应达到平衡状态，不发生平衡移动。
(3)v正说明：哪方向速率大，平衡就向哪方向移动。
3．影响化学平衡的外界因素
(1)浓度对平衡的影响
①其他条件不变时，增大反应物浓度，平衡向正反应方向移动；同理，减小反应物浓度，平衡向逆反应方向移动。
②根据浓度商(Q)和平衡常数判断平衡移动
a．当Q＝K时，反应处于平衡状态；
b．当Q>K时，平衡向逆反应方向移动；
c．当Q③应用：工业生产中，适当增大廉价反应物的浓度，使平衡向正反应方向移动，提高价格较高原料的转化率，从而降低成本。
(2)压强对平衡的影响
其他条件不变时，增大压强，会使平衡向气体体积减小的方向移动；减小压强，会使平衡向气体体积增大的方向移动。
①改变压强，对于反应前后气体体积不变的反应，平衡不移动，
v正、v逆同倍数改变。
②平衡混合物中都是固体或液体时，改变压强，平衡不移动。
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)温度对平衡的影响
其他条件不变时，升高温度，平衡向吸热方向移动；降低温度，平衡向放热方向移动。
①任何可逆反应均有能量变化，改变温度一定发生平衡移动。
②催化剂能改变正、逆反应的活化能，同倍数改变v正、v逆，对平衡移动无影响，只能改变到达平衡的时间。
4．勒夏特列原理
如果改变影响平衡的一个因素(如温度、压强及参加反应的物质的浓度)，平衡就向着能够减弱这种改变的方向移动。如反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)在一定温度下达到平衡时c(N2)＝a ml·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 ml·L－1，p′＜2p。
①勒夏特列原理适用于判断平衡移动方向，不适用于改变条件平衡不发生移动的情况。
②化学平衡移动的目的是“减弱”外界条件的改变，而不是“抵消”外界条件的改变。
5．影响化学平衡移动因素的vt图像分析
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。
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)改变条件，v正、v逆均变化时平衡一定移动。( )
(2)在密闭容器加入任一反应物，平衡一定移动。( )
(3)升高温度，平衡向正反应方向移动，v正增大，v逆减小。( )
(4)平衡向正反应方向移动，生成物的浓度一定增大。( )
(5)平衡向正反应方向移动，反应物的转化率一定增大。( )
[答案] (1)× (2)× (3)× (4)× (5)×
2．在一定温度下，容积不变的容器中发生C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)，改变一个条件，填表
[答案] ①不移动 不变 不变 ②正向 v正增大，v逆逐渐增大 减小 ③逆向 均增大 减小 ④不移动 均增大 不变 ⑤不移动 不变 不变
化学平衡移动与转化率的判断
1．下列事实不能用勒夏特列原理解释的是( )
A．将盛有NO2的集气瓶放入冰水中颜色变浅
B．加催化剂，使N2和H2在一定条件下转化为NH3
C．生产硫酸中使用过量的空气来提高SO2的转化率
D．增大压强，有利于SO2与O2反应生成SO3
B [A.2NO2(g)N2O4(g)是放热反应，所以将盛NO2的瓶子放入冰水中，平衡正向移动，混合气体的颜色变浅，能够用勒夏特列原理解释，选项A不符合；B.催化剂不影响化学平衡，不能用勒夏特列原理解释，选项B符合；C.使用过量的空气，增大反应物的浓度，平衡正向移动，提高了SO2的转化率，能够用勒夏特列原理解释，选项C不符合；D.合成SO3的反应为气体体积缩小的可逆反应，增大压强平衡正向移动，有利于合成SO3，能够用勒夏特列原理解释，选项D不符合。]
2．用活性炭还原NO2可防止空气污染，其反应原理为2C(s)＋2NO2(g)N2(g)＋2CO2(g)。在恒温的密闭容器中加入1 ml NO2(g)和足量活性炭发生上述反应，测得平衡时NO2(g)和CO2(g)的物质的量浓度与平衡总压的关系如图所示(Kp为以分压表示的平衡常数，分压＝总压×物质的量分数)。下列说法不正确的是( )
A．a、c两点的平衡常数：Kp(a)＝Kp(c)
B．移除部分活性炭可实现从b点到c点的移动
C．图示的三个点中，b点NO2的转化率最低
D．该温度下，c点的Kp＝4
B [A.反应在恒温的密闭容器中进行，a、c两点反应温度相同，故a、c两点的平衡常数：Kp(a)＝Kp(c)，A正确；B.活性炭是固体物质，其浓度不变，因此反应达到平衡后，移除部分活性炭不可实现从b点到c点的移动，B错误；C.在该反应中，增大压强，平衡向气体体积减小的方向移动，所以平衡逆向移动，b点压强最大，NO2的浓度最大，转化率最低，C正确；D.该温度下，c点c(NO2)＝c(CO2)＝c ml/L，c(N2)＝0.5c ml/L，平衡压强为20 MPa，各种气体的平衡分压分别是p(NO2)＝p(CO2)＝eq \f(c,2.5c)×20MPa＝8MPa，p(N2)＝ eq \f(0.5c,2.5c)×20MPa＝4MPa，则该温度下的c点的Kp＝eq \f(4×82,82)＝4，D正确。]
3．氢气能用于烟气的脱氮反应：2H2(g)＋2NO(g) N2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－664 kJ·ml－1。某温度下，向2 L恒容密闭容器中充入0.2 ml H2和0.2 ml NO，经5 min反应达到平衡，测得平衡体系中n(N2)＝0.05 ml。下列说法正确的是( )
A．使用高效催化剂能提高NO的平衡转化率
B．在0～5 min内，v(NO)＝0.012 5 ml·L－1·min－1
C．保持其他条件不变，增大c(H2)，逆反应速率减小，平衡正向移动
D．保持其他条件不变，向容器中再充入0.2 ml H2和0.2 ml NO，NO的平衡转化率增大
D [A.催化剂只能改变反应速率，不能影响平衡移动，使用高效催化剂不能提高NO的平衡转化率，故A错误；B.反应经5 min达到平衡，n(N2)＝0.05 ml，则消耗NO的物质的量为0.1 ml，在0～5 min内，v(NO)＝eq \f(\f(0.1 ml,2 L),5 min)＝0.01
ml·L－1·min－1，故B错误；C.保持其他条件不变，增大c(H2)，正反应速率瞬间增大，平衡正向移动，生成了生成物，氮气和水蒸气浓度也增大，则逆反应速率随之增大，故C错误；D.保持其他条件不变，向容器中再充入0.2 ml H2和0.2 ml NO，按原比例再加反应物，相当于增大压强，平衡正向移动，NO的平衡转化率增大，故D正确。]
4．在一个密闭容器中充入a ml A和b ml 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 ml A和b ml 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(3)升高温度，平衡________移动，达到新平衡时，c(A)将________，c(C)将________，A的转化率将________。
[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，而自身的转化率减小。
(3)恒温恒容条件下，对于可逆的分解反应aA(g)bB(g)＋cC(g)，A分解反应建立平衡后，增大A的浓度，平衡正向移动。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 根据平衡移动比较平衡状态
5．一定温度下，在甲、乙、丙、丁四个恒容密闭容器中投入SO2和O2，进行反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，其起始物质的量及SO2的平衡转化率如下表所示。下列判断正确的是( )
A．起始反应速率：丙>乙>甲＝丁
B．该温度下平衡常数K＝400
C．SO2的平衡转化率： α1>α2＝α3
D．容器中SO3的物质的量浓度：丙＝丁<甲
B [A.温度相同、体积相同的甲 、乙、丙三个容器，反应物浓度越大，反应速率越快，起始反应速率：丙>乙>甲，丁和丙容器温度相同、压强相同、投料比例相同，起始时反应速率相同，丁＝丙>乙>甲，A错误；B.根据甲装置中数据列三段式，
2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)
开始/ml 0.4 0.24 0
转化/ml 0.32 0.16 0.32
平衡/ml 0.08 0.08 0.32
eq \a\vs4\al(平衡浓度,/ml·L－1) 0.04 0.04 0.16
所以该温度下该反应的平衡常数，K＝eq \f(c2\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(SO3)),c2\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(SO2))·c\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(O2)))＝eq \f(0.162,0.042×0.04)＝400，B正确；C.由乙、丙可知，二氧化硫的浓度相同，丙中氧气的浓度增大，会促进二氧化硫的转化，二氧化硫转化率α1<α2，丙和丁达到的是相同的平衡状态，所以二氧化硫转化率 α1<α2＝α3，C错误；D.甲、丙体积相同，丙中的起始浓度为甲的2倍，压强增大，有利于平衡正向移动，则丙中转化率增大，即丙中c(SO3)大于甲中c(SO3)的2倍，丙和丁达到的平衡相同，三氧化硫浓度相同，丙＝丁>甲，D错误。]
6．一定条件下存在反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，其正反应放热。图1、图2表示起始时容器甲、丙的体积都是V，容器乙、丁的体积都是eq \f(V,2)；向容器甲、丙内都充入2a ml SO2和a ml O2并保持恒温；向容器乙、丁内都充入a ml SO2和0.5a ml O2并保持绝热(即与外界无热量交换)，在一定温度时开始反应。
图1 恒压状态 图2 恒容状态
请回答：(填>、<或＝)
(1)图1达平衡，α(SO2)：甲________乙，K：K甲________K乙。
(2)图2达平衡，α(SO2)：丙________丁，c(SO2)：丙________丁。
(3)甲、丙达平衡，α(SO2)：甲________丙，SO2体积分数：甲________丙。
[解析] (1)甲、乙相比，平衡时，乙中温度高，正向程度小，乙中α(SO2)较小。(2)丙、丁相比，平衡时，丁中温度高，正向程度小，丁中α(SO2)较小，c(SO2)较大。(3)甲、丙相比，平衡时甲中压强大，甲中α(SO2)较大。
[答案] (1)> > (2)> < (3)> <
(1)构建恒温恒容平衡思维模式
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)构建恒温恒压平衡思维模式(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。
工业合成氨与反应条件的调控
1．工业合成氨的条件控制
(1)反应原理：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·ml－1
(2)根据反应特点可选择的条件
①增大合成氨反应速率的措施有：升高温度、增大压强、增大N2、H2的浓度和使用催化剂。
②提高平衡混合气中NH3含量的措施有：降低温度、增大压强和增大N2、H2的浓度。
(3)反应条件的控制
①压强：10～30 MPa。压强越大，转化率越大，但对材料、设备的要求高，需要的动力也越大。
②温度：400～500 ℃。温度要适宜，既要保证反应有较快的速率，又要使反应物的转化率不能太低，并且该反应的催化剂在该温度下活性最大。
③催化剂：使用催化剂可提高反应的速率。
④浓度：迅速冷却使NH3液化，降低c(NH3)，平衡向右移动。
⑤循环操作：将分离出NH3的原料气循环使用，提高原料的利用率。
2．化学反应调控的一般原则
1．(2022·淮安一模)NO在催化剂条件下可被 H2还原为无害物质，反应为2H2(g)＋2NO(g)N2(g)＋2H2O(g)。在密闭容器中按c(NO)∶c(H2)＝1∶1充入，反应结果如图，下列说法正确的是( )
A．若投料比不变，增大起始时c(NO)和c(H2), 可以提高NO平衡转化率
B．其他条件不变，将水蒸气分离出来，可以增大反应速率和NO平衡转化率
C．N点比M点的平衡常数大
D．若不用催化剂，M点平衡转化率会降至O点
A [A.若投料比不变，增大起始时c(NO)和c(H2)，即增大容器中NO和H2的浓度，容器压强增大，化学平衡2H2(g)＋2NO(g)N2(g)＋2H2O(g)正向移动，则可以提高NO平衡转化率，A正确；B.其他条件不变，将水蒸气分离出来，即减小生成物浓度，则反应速率减小，平衡正向移动，NO平衡转化率增大，B错误；C.由题干图示信息可知，M点的NO转化率比N点的大，故N点比M点的平衡常数小，C错误；D.催化剂只能影响化学反应速率，不能影响化学平衡，故不用催化剂，M点平衡转化率不改变，即不会降至O点，D错误。]
2．CO可用于合成甲醇，化学方程式为CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)。CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图所示。该反应ΔH______0(填“>”或“<”)。实际生产条件控制在250 ℃、1.3×104 kPa左右，选择此压强的理由是___________________________________________________________________
__________________________________________________________________。
[答案] < 在1.3×104 kPa下，CO的转化率较高，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
3．“丁烯裂解法”是一种重要的丙烯生产法，在生产过程中会有生成乙烯的副反应发生。反应如下：
主反应：3C4H8(g)eq \(,\s\up9(催化剂))4C3H6(g)；
副反应：C4H8(g)eq \(,\s\up9(催化剂))2C2H4(g)。
测得上述两反应的平衡体系中，各组分的质量分数(w)随温度(T)和压强(p)变化的趋势分别如图甲和图乙所示：
甲 乙
(1)平衡体系中的C3H6(g)和C2H4(g)的质量比是工业生产C3H6(g)时选择反应条件的重要依据之一，从产物的纯度考虑，该数值越高越好，据图甲和图乙判断，反应条件应选择________(填序号)。
A．300 ℃、0.1 MPa B．700 ℃、0.1 MPa
C．300 ℃、0.5 MPa D．700 ℃、0.5 MPa
(2)有研究者结合图甲数据并综合考虑各种因素，认为450 ℃的反应温度比300 ℃或700 ℃更合适，从反应原理角度分析其理由可能是_____________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
[解析] (1)由图甲可知，300 ℃时C2H4(g)的质量分数接近于0，而温度升高，C2H4(g)的质量分数增大，故选择300 ℃；由图乙可知，压强增大，C2H4(g)的质量分数减小，C3H6(g)的质量分数增大，故选0.5 MPa，因此控制反应条件为300 ℃、0.5 MPa。(2)温度越低，反应速率越慢，由图甲可知，300 ℃时反应速率慢；温度升高，C2H4(g)的质量分数增大，700 ℃时副反应的转化率大于丁烯转化成丙烯的转化率。而450 ℃时，C3H6(g)的质量分数达最大值，且C2H4(g)的质量分数在10%左右，产物中C3H6(g)的含量较高，故450 ℃更合适。
[答案] (1)C (2)300 ℃反应速率慢，700 ℃时副反应的转化率大于丁烯转化成丙烯的转化率
化学反应的方向
1．自发过程(自发反应)
(1)定义：一定条件下不需要外界作用就能进行的过程(或反应)称为自发过程(或自发反应)。
(2)特点
①大多数放热反应(ΔH<0)可以自发进行。
②大多数混乱度增大的反应(熵变ΔS>0)可以自发进行。
自发反应(过程)指的是在一定条件下有自发进行的倾向而不一定发生，如燃烧反应是自发反应，但在常温下不一定燃烧。
2．熵与熵变
(1)熵：描述体系混乱程度的物理量，符号为S。熵值越大，体系混乱度越大。
(2)熵变：ΔS＝S(生成物)－S(反应物)。
(3)常见的熵增过程
①同一种物质由固态到液态再到气态：S(s)②反应后气体物质的量增加的反应。
③固体参加生成气体的反应，如C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)。
3．化学反应方向的判定
(1)判定依据
(2)一般规律
①ΔH<0、ΔS>0，任何温度下都能自发进行。
②ΔH>0、ΔS<0，任何温度下都不能自发进行。
③ΔH和ΔS的作用相反，且相差不大时，温度对反应的方向起决定性作用。当ΔH<0、ΔS<0时，低温下反应能自发进行；当ΔH>0、ΔS>0时，高温下反应能自发进行。
1．已知：ΔG＝ΔH—TΔS，当ΔG<0，反应能自发进行，ΔG>0反应不能自发进行。下列说法中正确的是( )
A．非自发反应在任何条件下都不能发生
B．熵增加且放热的反应一定是自发反应
C．自发反应一定是熵增加的反应，非自发反应一定是熵减小或不变的反应
D．凡是放热反应都是能自发进行的反应，而吸热反应都是非自发进行的反应
B [A.非自发反应在一定条件下也能发生，如碳酸钙的分解反应在常温下不能自发进行，在高温下就可以自发进行，错误；B.熵增加且放热的反应，ΔS>0、ΔH<0，则ΔG＝ΔH－TΔS<0，反应一定能自发进行，正确；C.反应能否自发进行，由熵变、焓变和反应温度共同决定，所以熵增加、熵减小或熵不变的反应都可能自发进行，错误；D.根据上述分析可知，反应能否自发进行，由熵变、焓变和反应温度共同决定，所以放热反应或吸热反应都可能自发进行，错误。]
2．回答下列问题：
(1)用钌的配合物作催化剂，一定条件下可直接光催化分解CO2，发生反应：2CO2(g)===2CO(g)＋O2(g)，该反应的ΔH________0，ΔS________0(填“>”“<”或“＝”)，在低温下，该反应________(填“能”或“不能”)自发进行。
(2)超声速飞机在平流层飞行时，尾气中的NO会破坏臭氧层。科学家正在研究利用催化技术将尾气中的NO和CO转变成CO2和N2，化学方程式为2NO＋2CO2CO2＋N2。若反应在常温下能够自发进行，则反应的ΔH________(填“>”“<”或“＝”)0。
(3)已知在100 kPa、298 K时石灰石分解反应
CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)的ΔH>0，ΔS>0。
①常温下，该反应________(填“能”或“不能”)自发进行。
②据本题反应数据分析，温度________(填“能”或“不能”)成为反应进行方向的决定因素。
(4)已知CaSO4(s)＋CO(g)CaO(s)＋SO2(g)＋CO2(g) ΔH＝＋218 kJ·ml－1，该反应能够自发进行的反应条件是________。
(5)某吸热反应能自发进行，则该反应的ΔS________(填“>”或“<”)0。
[解析] (1)由于CO在O2中燃烧生成CO2为放热反应，则二氧化碳分解生成CO和O2的反应为吸热反应，ΔH>0，根据化学方程式可知，反应后气体的化学计量数之和增加，ΔS>0，故低温下ΔH－TΔS>0，反应不能自发进行。(2)ΔH－TΔS<0时反应自发进行，通过化学方程式可知常温下ΔS<0，常温下反应能够自发进行，则ΔH<0。(3)①根据ΔH－TΔS<0时反应自发进行，已知ΔH>0，ΔS>0，则常温下不能自发进行；②该反应的ΔH>0、ΔS>0，高温条件下能使ΔH－TΔS<0，而常温条件下ΔH－TΔS>0，则该反应中温度能成为决定反应进行方向的因素。(4)该反应的ΔS>0、ΔH>0，则高温时ΔH－TΔS<0，反应能自发进行。(5)已知某吸热反应能自发进行，即ΔH－TΔS<0，ΔH>0，则ΔS>0。
[答案] (1)> > 不能 (2)< (3)①不能 ②能 (4)高温 (5)>
1．(2022·江苏选择性考试，T10)用尿素水解生成的NH3催化还原NO，是柴油机车辆尾气净化的主要方法。反应为4NH3(g)＋O2(g)＋4NO(g)4N2(g)＋6H2O(g)，下列说法正确的是( )
A．上述反应ΔS<0
B．上述反应平衡常数K＝eq \f(c4\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(N2))·c6\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(H2O)),c4\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(NH3))·c\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(O2))·c4NO)
C．上述反应中消耗1 ml NH3，转移电子的数目为2×6.02×1023
D．实际应用中，加入尿素的量越多，柴油机车辆排放的尾气对空气污染程度越小
B [由方程式可知，该反应是一个气体分子数增多的反应，即熵增的反应，反应ΔS＞0，A错误；由方程式可知，反应平衡常数K＝eq \f(c4\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(N2))·c6\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(H2O)),c4\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(NH3))·c\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(O2))·c4NO)，B正确；反应每消耗4 ml氨气，反应转移12 ml电子，则反应中消耗1 ml氨气转移电子的数目为3 ml×4×eq \f(1,4)×6.02×1023＝3×6.02×1023，C错误；实际应用中，加入尿素的量越多，尿素水解生成的氨气过量，柴油机车辆排放的氨气对空气污染程度增大，D错误。]
2．(2021·江苏选择性考试，T8)N2是合成氨工业的重要原料，NH3不仅可制造化肥，还能通过催化氧化生产HNO3；HNO3能溶解Cu、Ag等金属，也能与许多有机化合物发生反应；在高温或放电条件下，N2与O2反应生成NO，NO进一步氧化生成NO2。2NO(g)＋O2(g)===2NO2(g) ΔH＝－116.4 kJ·ml－1。大气中过量的NOx和水体中过量的NHeq \\al( ＋ ,4)、NOeq \\al(－,3)均是污染物。通过催化还原的方法，可将烟气和机动车尾气中的NO转化为N2，也可将水体中的NOeq \\al(－,3)转化为N2。对于反应2NO(g)＋O2(g)===2NO2(g)，下列说法正确的是( )
A．该反应的ΔH<0，ΔS<0
B．反应的平衡常数可表示为K＝eq \f(c2NO·cO2,c2NO2)
C．使用高效催化剂能降低反应的焓变
D．其他条件相同，增大eq \f(nO2,nNO)，NO的转化率下降
A [2NO(g)＋O2(g)===2NO2(g) ΔH＝－116.4 kJ·ml－1，反应气体物质的量减少，ΔS<0，A正确； 2NO(g)＋O2(g)===2NO2(g)反应的平衡常数可表示为K＝eq \f(c2NO2,c2NO·cO2)，B错误；使用高效催化剂，反应的焓变不变，C错误；其他条件相同，增大eq \f(nO2,nNO)，NO的转化率增大，D错误。]
3．(2022·河北选择性考试，节选)工业上常用甲烷水蒸气重整制备氢气，体系中发生如下反应。
Ⅰ.CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)
Ⅱ.CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)
下列操作中，能提高CH4(g)平衡转化率的是________(填标号)。
A．增加CH4(g)用量
B．恒温恒压下通入惰性气体
C．移除CO(g)
D．加入催化剂
[解析] A项，增加CH4(g)用量，α(CH4)减小，错误；B项，恒温恒压通入惰性气体，相当于减压，反应Ⅰ正向移动，α(CH4)增大，正确；C项，移除CO(g)，反应Ⅰ正向移动，α(CH4)增大，正确；D项，加入催化剂，不影响平衡，α(CH4)不变，错误。
[答案] BC
4．(2022·全国甲卷，T28节选)TiO2转化为TiCl4有直接氯化法和碳氯化法。在1 000 ℃时反应的热化学方程式及其平衡常数如下：
(ⅰ)直接氯化：
TiO2(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(g)＋O2(g)
ΔH1＝172 kJ·ml－1，Kp1＝1.0×10－2
(ⅱ)碳氯化：
TiO2(s)＋2Cl2(g)＋2C(s)===TiCl4(g)＋2CO(g)
ΔH2＝－51 kJ·ml－1，Kp2＝1.2×1012Pa
(1)反应2C(s)＋O2(g)===2CO(g)的ΔH为________kJ·ml－1，Kp＝________Pa。
(2)碳氯化的反应趋势远大于直接氯化，其原因是____________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
(3)对于碳氯化反应：增大压强，平衡________移动(填“向左”“向右”或“不”)；温度升高，平衡转化率________(填“变大”“变小”或“不变”) 。
[解析] (1)根据盖斯定律，将“反应ⅱ－反应ⅰ”得到反应2C(s)＋O2(g)===2CO(g)，则ΔH＝－51 kJ·ml－1－172 kJ·ml－1＝－223 kJ·ml－1；则Kp＝eq \f(Kp2,Kp1)＝eq \f(1.2×1012 Pa,1.0×10－2)＝1.2×1014 Pa；(2)碳氯化的反应趋势远大于直接氯化，因为碳氯化反应气体分子数增加，是熵增、放热的反应，熵判据与焓判据均是自发过程，而直接氯化的体系气体分子数不变且是吸热过程；(3)对应碳氯化反应，气体分子数增大，依据勒夏特列原理，增大压强，平衡往气体分子数减少的方向移动，即平衡向左移动；该反应是放热反应，温度升高，平衡往吸热方向移动，即向左移动，则平衡转化率变小。
[答案] (1)－223 1.2×1014 (2)碳氯化反应气体分子数增加，是熵增、放热的反应，熵判据与焓判据均是自发过程，而直接氯化的体系气体分子数不变且是吸热过程 (3)向左 变小
5．(2022·辽宁选择性考试，T8节选)已知合成氨反应为：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·ml－1，ΔS＝－200 J·K－1·ml－1。
(1)合成氨反应在常温下________(填“能”或“不能”)自发。
(2)________温(填“高”或“低”，下同)有利于提高反应速率，________温有利于提高平衡转化率，综合考虑催化剂(铁触媒)活性等因素，工业常采用400～500 ℃。
[解析] (1)ΔH－TΔS＝－92.4 kJ·ml－1－298 K×(－200 J·K－1·ml－1)
×10－3 kJ·J－1＝－32.8 kJ·ml－1<0。
[答案] (1)能 (2)高 低
6．(2021·广东选择性考试，T19节选)我国力争于2030年前做到碳达峰，2060年前实现碳中和。CH4与CO2重整是CO2利用的研究热点之一。该重整反应体系主要涉及以下反应：
a)CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g) ΔH1
b)CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH2
c)CH4(g)C(s)＋2H2(g) ΔH3
d)2CO(g)CO2(g)＋C(s) ΔH4
e)CO(g)＋H2(g)H2O(g)＋C(s) ΔH5
(1)根据盖斯定律，反应a的ΔH1＝________________(写出一个代数式即可)。
(2)上述反应体系在一定条件下建立平衡后，下列说法正确的有________。
A．增大CO2与CH4的浓度，反应a、b、c的正反应速率都增加
B．移去部分C(s)，反应c、d、e的平衡均向右移动
C．加入反应a的催化剂，可提高CH4的平衡转化率
D．降低反应温度，反应a～e的正、逆反应速率都减小
[解析] (1)由题给反应方程式可知，反应a可由反应c－d或反应b＋c－e得到，故根据盖斯定律，ΔH1＝ΔH3－ΔH4或ΔH1＝ΔH2＋ΔH3－ΔH5。(2)增大CO2的浓度，反应a、b的正反应速率增加，增大CH4的浓度，反应a、c的正反应速率增加，A正确；由于C(s)是固体，移去部分C(s)，平衡不移动，B错误；催化剂只能改变反应速率，不影响化学平衡移动，则不能提高CH4的平衡转化率，C错误；降低反应温度，正、逆反应速率均减小，D正确。
[答案] (1)ΔH3－ΔH4(或ΔH2＋ΔH3－ΔH5)
(2)AD
课时分层作业(三十五)
化学平衡移动 化学反应方向
1．下列事实不能用平衡移动原理解释的是( )
[答案] B
2．(2022·盐城检测)合成氨工业对国民经济和社会发展具有重要的意义，其原理为N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH，在不同温度、压强和相同催化剂条件下，将0.1 ml N2和0.3 ml H2充入恒容密闭容器中反应，平衡后混合物中氨气的体积分数如图所示。下列说法不正确的是( )
A．反应焓变：ΔH<0
B．压强：p3>p2>p1
C．M、N两点对应的平衡常数相等
D．M、N两点N2的平衡转化率均为80%
C [A.根据图中信息，温度升高，氨气的体积分数减小，说明平衡逆向移动，逆向是吸热反应，正向是放热反应，即反应焓变：ΔH<0，故A正确；B.作一条等温线，从下到上，氨气体积分数逐渐增大，说明平衡正向移动，增大压强，氨气的体积分数增大，即压强：p3>p2>p1，故B正确；C.M、N两点温度不相同，N点温度高，平衡逆向移动，因此N点的平衡常数小于M点的平衡常数，故C错误；D.M、N两点氨气的体积分数相同，则N2的平衡转化率相等，设反应达平衡时N2的转化量为x ml，则有eq \f(2x ml,2x ml＋0.1－xml＋0.3－3xml)×100%＝66.7%，解得x＝0.08，则N2的平衡转化率eq \f(0.08 ml,0.1 ml)×100%＝80%，故D正确。]
3．(2023·无锡检测)T ℃时，在2 L的密闭容器中，X、Y、Z三种气体的物质的量随时间变化的曲线如图所示：
下列描述正确的是( )
A．平衡时X、Y的转化率相同
B．T ℃时，该反应的化学方程式为X(g)＋Y(g)2Z(g)，平衡常数K＝20
C．达到平衡后，将容器体积压缩为1 L，平衡向正反应方向移动
D．T ℃时，若起始时X与Y均为1.00 ml，则平衡时Y的转化率小于80%
D [根据题图知，X、Y是反应物Z是生成物，达到平衡状态时，各物质的物质的量变化为n(X)＝0.8 ml、n(Y)＝0.8 ml、n(Z)＝1.6 ml，同一可逆反应同一时间段内各物质物质的量变化量之比等于其化学计量数之比，所以该反应的化学方程式中X、Y、Z的计量数之比为0.8 ml∶0.8 ml∶1.6 ml＝1∶1∶2，则该反应方程式为X(g)＋Y(g)2Z(g)。A.X、Y的转化率分别为eq \f(0.80 ml,1.20 ml)×100%≈67%、eq \f(0.80 ml,1.00 ml)×100%＝80%，故A错误； B．反应达到平衡状态时，ceq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(X))＝eq \f(0.40 ml,2 L)＝0.20 ml/L，ceq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(Y))＝eq \f(0.20 ml,2 L)＝0.10 ml/L、ceq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(Z))＝eq \f(1.60 ml,2 L)＝0.80 ml/L，该反应平衡常数K＝eq \f(c2\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(Z)),c\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(X))·c\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(Y)))＝eq \f(0.802,0.20×0.10)＝32，故B错误；C.该反应前后气体体积不变，则压强不影响平衡移动，所以将容器体积压缩为1 L，平衡不移动，故C错误； D．温度不变，化学平衡常数不变，设参加反应的Y的物质的量为a ml，根据方程式知，参加反应的X物质的量为a ml，生成Z的物质的量为2a ml，平衡时ceq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(X))＝eq \f(1－a,2)ml/L、ceq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(Y))＝eq \f(1－a,2) ml/L、ceq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(Z))＝eq \f(2a,2) ml/L＝a ml/L，eq \f(a2,\f(1－a,2)×\f(1－a,2))＝32，a＝0.74，Y转化率为eq \f(0.74 ml,1.00 ml)×100%＝74%，平衡时Y的转化率小于80%，故D正确。]
4．下列叙述正确的是( )
A．升高温度，可降低活化能
B．反应SiO2(s)＋2C(s)Si(s)＋2CO(g)必须在高温下才能自发进行，则有ΔH>0
C．合成氨生产中将NH3液化分离，可加快正反应速率
D．任何可逆反应，其平衡常数变大，反应物的转化率变小
B [A.活化能是指活化分子所多出的那部分能量，对于同一分子的活化能是定值，升高温度，活化能不改变，A项错误；B.反应SiO2(s)＋2C(s)Si(s)＋2CO(g)的ΔS>0，在高温下反应才能发生，根据ΔH－TΔS<0时反应自发，则有ΔH>0，B项正确；C.合成氨生产中将NH3液化分离，减小了生成物的浓度，但没有增大反应物的浓度，不能加快正反应速率，C项错误；D.对于放热反应，降低温度，平衡正向移动，平衡常数变大，反应物的转化率变大，D项错误。]
5．在一个固定容积的密闭容器中充入2 ml NO2，一定温度下建立如下平衡：2NO2N2O4，此时NO2的转化率为x%，若再充入1 ml NO2，在温度不变的情况下，达到新的平衡时，测得NO2的转化率为y%，则x和y的大小关系正确的是( )
A．x>y B．xC．x＝y D．不能确定
B [再充入1 ml NO2，新平衡的压强增大，正向程度增大，转化率增大，B正确。]
6．(2022·盐城二模)甲烷催化氧化为合成气的主反应为2CH4(g)＋O2(g)eq \(=======,\s\up9(催化剂))2CO(g)＋4H2(g) ΔH<0。CH4转化率、H2选择性eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(n\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(H2)),n\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(H2))＋n\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(H2O)))))和CO选择性eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(nCO,nCO＋n\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(CO2)))))随温度变化如图所示。下列说法不正确的是( )
A．800 ℃时，副反应①CH4(g)＋2O2(g)CO2(g)＋2H2O(g)进行程度很小
B．对比图中H2和CO的选择性，推测可能存在副反应②CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)
C．CH4转化率随温度升高而增大，可以用勒夏特列原理解释
D．增大压强使容器容积减小，可使单位体积内活化分子数增多，化学反应速率增大
C [A.结合图示信息，800 ℃时，CH4转化率、H2选择性和CO选择性接近1，主要发生甲烷催化氧化为合成气的主反应，副反应①CH4(g)＋2O2(g)CO2(g)＋2H2O(g)进行程度很小，A正确；B.对比图中H2和CO的选择性，H2选择性变化较为平缓，CO选择性变化较大，推测可能存在副反应②CH4(g)＋ H2O(g)CO(g)＋3H2(g) ，B正确；C.主反应为放热反应，根据勒夏特列原理，升高温度，反应逆向进行，CH4转化率应减小，不可以用勒夏特列原理解释，C错误；D.增大压强使容器容积减小，反应物浓度增大，可使单位体积内活化分子数增多，化学反应速率增大，D正确。]
7．在催化剂作用下CO2和H2合成甲酸涉及以下反应：
Ⅰ：CO2(g)＋H2(g)HCOOH(g) ΔH1<0
Ⅱ：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH2>0
刚性容器中CO2(g)和H2(g)按物质的量1∶1投料，平衡时HCOOH和CO的选择性随温度变化如图所示：
(1)曲线a随温度升高而下降的原因是________________________________
_______________________________________________________________，
为同时提高CO2的平衡转化率和平衡时HCOOH的选择性，应选择的反应条件为________(填序号)。
A．低温、低压 B．低温、高压
C．高温、低压 D．高温、高压
(2)240 ℃时，容器内压强随时间的变化如表：
反应Ⅰ的速率可表示为v＝k·p(CO2)·p(H2)(k为常数)，则反应在60 min时v值为______________________(用含p0、k的式子表示)。
[解析] (1)曲线a代表的是HCOOH的选择性，随温度升高，反应Ⅰ平衡逆向移动，反应Ⅱ平衡正向移动，使HCOOH的选择性下降。反应Ⅰ正向为放热反应，反应Ⅱ正向为吸热反应，升高温度，反应Ⅰ平衡逆向移动，反应Ⅱ平衡正向移动，为同时提高CO2的平衡转化率和平衡时HCOOH的选择性，应选择低温；CO2(g)＋H2(g)HCOOH(g)正反应为气体物质的量减少的反应，增大压强，平衡正向移动，为同时提高CO2的平衡转化率和平衡时HCOOH的选择性，应选择高压，选B。(2)由表格数据可知，反应至60 min时，容器内压强变为初始压强的0.8倍，同温同体积下，容器内气体压强与气体物质的量成正比，即此时容器内气体总物质的量变为初始的0.8倍。设初始投料n(H2)＝n(CO2)＝1 ml，则60 min时，容器内气体总物质的量为1.6 ml；设CO2的转化率为α，根据两个反应的化学计量数之比可知，H2的转化率也为α，即容器内剩余n(H2)＝n(CO2)＝(1－α)ml；HCOOH的选择性为80%，即生成n(HCOOH)＝0.8α ml，CO的选择性为20%，即生成n(CO)＝0.2α ml，n(H2O)＝n(CO)＝0.2α ml。则此时容器内气体总物质的量可表示为(1－α＋1－α＋0.8α＋0.2α＋0.2α)ml＝(2－0.8α)ml＝1.6 ml，解得α＝0.5，则n(H2)＝n(CO2)＝0.5 ml，p(H2)＝p(CO2)＝eq \f(0.5 ml,1.6 ml)×0.80p0 MPa＝eq \f(p0,4) MPa，则v＝k·p(CO2)·p(H2)＝eq \f(kp\\al(2,0),16) MPa2。
[答案] (1)曲线a代表的是HCOOH的选择性，随温度升高，反应Ⅰ平衡逆向移动，反应Ⅱ平衡正向移动，使HCOOH的选择性下降 B
(2)eq \f(kp\\al(2,0),16) MPa2
8．填空。
(1)①一定温度下，在密闭容器中充入1 ml N2和3 ml H2发生反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＜0。若容器容积恒定，达到平衡状态时，气体的总物质的量是原来的eq \f(7,10)，则N2的转化率α1＝________；
②若向该容器中再加入3 ml H2，达到平衡状态时，N2的转化率为α2，则α2________α1(填“>”“＜”或“＝”)。
(2)NO作为主要空气污染物，其主要来源是汽车尾气，研究人员用活性炭对汽车尾气中的NO进行吸附，并发生反应：C(s)＋2NO(g)N2(g)＋CO2(g) ΔH<0。在恒压密闭容器中加入足量活性炭和一定量NO气体，反应相同时间时，测得NO的转化率α(NO)随温度的变化如图所示：
图中a、b、c三点中，达到平衡的点是________；温度为1100 K时，N2的平衡体积分数为________。
(3)已知同温同压下，下列反应的焓变和平衡常数分别表示为
①2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH1＝－197 kJ·ml－1 K1＝a
②2NO(g)＋O2(g)2NO2(g) ΔH2＝－144 kJ·ml－1 K2＝b
③NO2(g)＋SO2(g)SO3(g)＋NO(g) ΔH3＝m kJ·ml－1 K3＝c
则m为________，c与a、b之间的关系为________。
(4)对于反应2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)。在其他条件相同时，分别测得NO的平衡转化率在不同压强(p1、p2)下温度变化的曲线(如图)。
①比较p1、p2的大小关系：p1________p2(填“>”“＜”或“＝”)；ΔH________0。
②该反应的平衡常数K的表达式为________，随温度升高，该反应平衡常数变化的趋势是________(填“增大”“减小”或“不变”)。
③下列措施中能够同时满足增大反应速率和提高NO转化率的是________(填字母)。
A．使用高效催化剂
B．保持容器体积不变加入惰性气体
C．保持容器体积不变加入O2
D．降低温度
E．压缩容器体积
[解析] (1)①根据题意，设N2消耗了x ml，
N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)
起始/ml 1 3 0
变化/ml x 3x 2x
平衡/ml 1－x 3－3x 2x
得到eq \f(1－x＋3－3x＋2x,4)＝eq \f(7,10)，x＝0.6，则N2的转化率α1为60%。②若向该密闭容器中再加入3 ml H2, H2浓度增大，使平衡右移，达到平衡状态时，N2的转化率增大，故α2>α1。(2)温度低于1 050 K时，反应速率较慢，反应未达平衡状态，温度等于或高于1 050 K时达到平衡，因为反应放热，温度越高平衡转化率越低，故图中a、b、c三点中达到平衡的点是b、c; 1 100 K下NO的平衡转化率为40%，假设通入NO的物质的量为1 ml，利用三段式则有：
C(s)＋2NO(g)N2(g)＋CO2(g)
eq \a\vs4\al(起始量/,ml) 1 0 0
eq \a\vs4\al(变化量/,ml) 0.4 0.2 0.2
eq \a\vs4\al(平衡量/,ml) 0.6 0.2 0.2
所以N2的平衡体积分数为eq \f(0.2,0.6＋0.2＋0.2)×100%＝20%。(3)已知①2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH1＝－197 kJ·ml－1 K1＝a
②2NO(g)＋O2(g)2NO2(g) ΔH2＝－144 kJ·ml－1 K2＝b
③NO2(g)＋SO2(g)SO3(g)＋NO(g) ΔH3＝m kJ·ml－1 K3＝c
根据盖斯定律：①×eq \f(1,2)－②×eq \f(1,2)＝③，则m为eq \f(1,2)×(－197＋144)＝－26.5；按定义，K1＝eq \f(c2\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(SO3)),c\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(O2))·c2\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(SO2)))，K2＝eq \f(c2\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(NO2)),c\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(O2))·c2\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(NO)))，K3＝eq \f(c\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(SO3))·c\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(NO)),c\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(NO2))·c\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(SO2)))，则Keq \\al(2,3)＝eq \f(K1,K2)，即c2＝eq \f(a,b)。(4)①已知2NO(g)＋O2(g)===2NO2(g)正反应方向体积减小，增大压强平衡正移，则NO的转化率会增大，由图可知p2时NO的转化率大，则p2时压强大，即p1＜p2；升高温度NO平衡转化率降低，说明升温平衡左移，正反应放热，ΔH＜0。②根据平衡常数分析，该反应的平衡常数K的表达式为eq \f(c2NO2,c2NO·cO2)，由图像可知，随着温度的升高，NO的转化率减小，说明升高温度平衡逆移，则该反应正反应方向是放热反应，所以升高温度平衡常数K减小。③A.使用高效催化剂能增大速率，但不影响平衡，不影响转化率，错误；B.保持容器体积不变加入惰性气体，速率不变，转化率不变，错误；C.保持容器体积不变加入O2，增加反应速率，平衡正向移动，提高一氧化氮的转化率，正确；D.降低温度，反应速率减慢，平衡逆向移动，错误；E.压缩容器体积，相当于加压，反应速率增加，平衡正向移动、提高NO转化率，正确。
[答案] (1)60% >
(2)b、c 20%
(3)－26.5 c2＝eq \f(a,b)
(4)< < eq \f(c2NO2,c2NO·cO2) 减小 CE改变条件
平衡移
动方向
v正、v逆
变化
平衡转化率
α(H2O)
①加入C(s)
②通入H2O(g)
③增大压强
④使用催化剂
⑤充入Ne气
容器编号
甲
乙
丙
丁
容器体积/L
2
2
2
1
起始物
质的量
n(SO2)/ml
0.40
0.80
0.80
0.40
n(O2)/ml
0.24
0.24
0.48
0.24
SO2的平衡转化率/%
80
α1
α2
α3
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增大易得廉价原料浓度，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
A.开启啤酒瓶后，瓶中马上泛起大量泡沫
B.由H2(g)、I2(g)、HI(g)组成的平衡体系加压后颜色变深
C.实验室制取乙酸乙酯时，将乙酸乙酯不断蒸出
D.石灰岩受地下水长期溶蚀形成溶洞
时间/min
0
20
40
60
80
压强/MPa
p0
0.91p0
0.85p0
0.80p0
0.80p0
化学平衡移动
1．化学平衡移动的过程
2．化学平衡移动与化学反应速率的关系
(1)v正>v逆：平衡向正反应方向移动。
(2)v正＝v逆：反应达到平衡状态，不发生平衡移动。
(3)v正
3．影响化学平衡的外界因素
(1)浓度对平衡的影响
①其他条件不变时，增大反应物浓度，平衡向正反应方向移动；同理，减小反应物浓度，平衡向逆反应方向移动。
②根据浓度商(Q)和平衡常数判断平衡移动
a．当Q＝K时，反应处于平衡状态；
b．当Q>K时，平衡向逆反应方向移动；
c．当Q
(2)压强对平衡的影响
其他条件不变时，增大压强，会使平衡向气体体积减小的方向移动；减小压强，会使平衡向气体体积增大的方向移动。
①改变压强，对于反应前后气体体积不变的反应，平衡不移动，
v正、v逆同倍数改变。
②平衡混合物中都是固体或液体时，改变压强，平衡不移动。
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)温度对平衡的影响
其他条件不变时，升高温度，平衡向吸热方向移动；降低温度，平衡向放热方向移动。
①任何可逆反应均有能量变化，改变温度一定发生平衡移动。
②催化剂能改变正、逆反应的活化能，同倍数改变v正、v逆，对平衡移动无影响，只能改变到达平衡的时间。
4．勒夏特列原理
如果改变影响平衡的一个因素(如温度、压强及参加反应的物质的浓度)，平衡就向着能够减弱这种改变的方向移动。如反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)在一定温度下达到平衡时c(N2)＝a ml·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 ml·L－1，p′＜2p。
①勒夏特列原理适用于判断平衡移动方向，不适用于改变条件平衡不发生移动的情况。
②化学平衡移动的目的是“减弱”外界条件的改变，而不是“抵消”外界条件的改变。
5．影响化学平衡移动因素的vt图像分析
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。
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)改变条件，v正、v逆均变化时平衡一定移动。( )
(2)在密闭容器加入任一反应物，平衡一定移动。( )
(3)升高温度，平衡向正反应方向移动，v正增大，v逆减小。( )
(4)平衡向正反应方向移动，生成物的浓度一定增大。( )
(5)平衡向正反应方向移动，反应物的转化率一定增大。( )
[答案] (1)× (2)× (3)× (4)× (5)×
2．在一定温度下，容积不变的容器中发生C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)，改变一个条件，填表
[答案] ①不移动 不变 不变 ②正向 v正增大，v逆逐渐增大 减小 ③逆向 均增大 减小 ④不移动 均增大 不变 ⑤不移动 不变 不变
化学平衡移动与转化率的判断
1．下列事实不能用勒夏特列原理解释的是( )
A．将盛有NO2的集气瓶放入冰水中颜色变浅
B．加催化剂，使N2和H2在一定条件下转化为NH3
C．生产硫酸中使用过量的空气来提高SO2的转化率
D．增大压强，有利于SO2与O2反应生成SO3
B [A.2NO2(g)N2O4(g)是放热反应，所以将盛NO2的瓶子放入冰水中，平衡正向移动，混合气体的颜色变浅，能够用勒夏特列原理解释，选项A不符合；B.催化剂不影响化学平衡，不能用勒夏特列原理解释，选项B符合；C.使用过量的空气，增大反应物的浓度，平衡正向移动，提高了SO2的转化率，能够用勒夏特列原理解释，选项C不符合；D.合成SO3的反应为气体体积缩小的可逆反应，增大压强平衡正向移动，有利于合成SO3，能够用勒夏特列原理解释，选项D不符合。]
2．用活性炭还原NO2可防止空气污染，其反应原理为2C(s)＋2NO2(g)N2(g)＋2CO2(g)。在恒温的密闭容器中加入1 ml NO2(g)和足量活性炭发生上述反应，测得平衡时NO2(g)和CO2(g)的物质的量浓度与平衡总压的关系如图所示(Kp为以分压表示的平衡常数，分压＝总压×物质的量分数)。下列说法不正确的是( )
A．a、c两点的平衡常数：Kp(a)＝Kp(c)
B．移除部分活性炭可实现从b点到c点的移动
C．图示的三个点中，b点NO2的转化率最低
D．该温度下，c点的Kp＝4
B [A.反应在恒温的密闭容器中进行，a、c两点反应温度相同，故a、c两点的平衡常数：Kp(a)＝Kp(c)，A正确；B.活性炭是固体物质，其浓度不变，因此反应达到平衡后，移除部分活性炭不可实现从b点到c点的移动，B错误；C.在该反应中，增大压强，平衡向气体体积减小的方向移动，所以平衡逆向移动，b点压强最大，NO2的浓度最大，转化率最低，C正确；D.该温度下，c点c(NO2)＝c(CO2)＝c ml/L，c(N2)＝0.5c ml/L，平衡压强为20 MPa，各种气体的平衡分压分别是p(NO2)＝p(CO2)＝eq \f(c,2.5c)×20MPa＝8MPa，p(N2)＝ eq \f(0.5c,2.5c)×20MPa＝4MPa，则该温度下的c点的Kp＝eq \f(4×82,82)＝4，D正确。]
3．氢气能用于烟气的脱氮反应：2H2(g)＋2NO(g) N2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－664 kJ·ml－1。某温度下，向2 L恒容密闭容器中充入0.2 ml H2和0.2 ml NO，经5 min反应达到平衡，测得平衡体系中n(N2)＝0.05 ml。下列说法正确的是( )
A．使用高效催化剂能提高NO的平衡转化率
B．在0～5 min内，v(NO)＝0.012 5 ml·L－1·min－1
C．保持其他条件不变，增大c(H2)，逆反应速率减小，平衡正向移动
D．保持其他条件不变，向容器中再充入0.2 ml H2和0.2 ml NO，NO的平衡转化率增大
D [A.催化剂只能改变反应速率，不能影响平衡移动，使用高效催化剂不能提高NO的平衡转化率，故A错误；B.反应经5 min达到平衡，n(N2)＝0.05 ml，则消耗NO的物质的量为0.1 ml，在0～5 min内，v(NO)＝eq \f(\f(0.1 ml,2 L),5 min)＝0.01
ml·L－1·min－1，故B错误；C.保持其他条件不变，增大c(H2)，正反应速率瞬间增大，平衡正向移动，生成了生成物，氮气和水蒸气浓度也增大，则逆反应速率随之增大，故C错误；D.保持其他条件不变，向容器中再充入0.2 ml H2和0.2 ml NO，按原比例再加反应物，相当于增大压强，平衡正向移动，NO的平衡转化率增大，故D正确。]
4．在一个密闭容器中充入a ml A和b ml 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 ml A和b ml 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，而自身的转化率减小。
(3)恒温恒容条件下，对于可逆的分解反应aA(g)bB(g)＋cC(g)，A分解反应建立平衡后，增大A的浓度，平衡正向移动。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
5．一定温度下，在甲、乙、丙、丁四个恒容密闭容器中投入SO2和O2，进行反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，其起始物质的量及SO2的平衡转化率如下表所示。下列判断正确的是( )
A．起始反应速率：丙>乙>甲＝丁
B．该温度下平衡常数K＝400
C．SO2的平衡转化率： α1>α2＝α3
D．容器中SO3的物质的量浓度：丙＝丁<甲
B [A.温度相同、体积相同的甲 、乙、丙三个容器，反应物浓度越大，反应速率越快，起始反应速率：丙>乙>甲，丁和丙容器温度相同、压强相同、投料比例相同，起始时反应速率相同，丁＝丙>乙>甲，A错误；B.根据甲装置中数据列三段式，
2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)
开始/ml 0.4 0.24 0
转化/ml 0.32 0.16 0.32
平衡/ml 0.08 0.08 0.32
eq \a\vs4\al(平衡浓度,/ml·L－1) 0.04 0.04 0.16
所以该温度下该反应的平衡常数，K＝eq \f(c2\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(SO3)),c2\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(SO2))·c\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(O2)))＝eq \f(0.162,0.042×0.04)＝400，B正确；C.由乙、丙可知，二氧化硫的浓度相同，丙中氧气的浓度增大，会促进二氧化硫的转化，二氧化硫转化率α1<α2，丙和丁达到的是相同的平衡状态，所以二氧化硫转化率 α1<α2＝α3，C错误；D.甲、丙体积相同，丙中的起始浓度为甲的2倍，压强增大，有利于平衡正向移动，则丙中转化率增大，即丙中c(SO3)大于甲中c(SO3)的2倍，丙和丁达到的平衡相同，三氧化硫浓度相同，丙＝丁>甲，D错误。]
6．一定条件下存在反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，其正反应放热。图1、图2表示起始时容器甲、丙的体积都是V，容器乙、丁的体积都是eq \f(V,2)；向容器甲、丙内都充入2a ml SO2和a ml O2并保持恒温；向容器乙、丁内都充入a ml SO2和0.5a ml O2并保持绝热(即与外界无热量交换)，在一定温度时开始反应。
图1 恒压状态 图2 恒容状态
请回答：(填>、<或＝)
(1)图1达平衡，α(SO2)：甲________乙，K：K甲________K乙。
(2)图2达平衡，α(SO2)：丙________丁，c(SO2)：丙________丁。
(3)甲、丙达平衡，α(SO2)：甲________丙，SO2体积分数：甲________丙。
[解析] (1)甲、乙相比，平衡时，乙中温度高，正向程度小，乙中α(SO2)较小。(2)丙、丁相比，平衡时，丁中温度高，正向程度小，丁中α(SO2)较小，c(SO2)较大。(3)甲、丙相比，平衡时甲中压强大，甲中α(SO2)较大。
[答案] (1)> > (2)> < (3)> <
(1)构建恒温恒容平衡思维模式
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)构建恒温恒压平衡思维模式(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。
工业合成氨与反应条件的调控
1．工业合成氨的条件控制
(1)反应原理：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·ml－1
(2)根据反应特点可选择的条件
①增大合成氨反应速率的措施有：升高温度、增大压强、增大N2、H2的浓度和使用催化剂。
②提高平衡混合气中NH3含量的措施有：降低温度、增大压强和增大N2、H2的浓度。
(3)反应条件的控制
①压强：10～30 MPa。压强越大，转化率越大，但对材料、设备的要求高，需要的动力也越大。
②温度：400～500 ℃。温度要适宜，既要保证反应有较快的速率，又要使反应物的转化率不能太低，并且该反应的催化剂在该温度下活性最大。
③催化剂：使用催化剂可提高反应的速率。
④浓度：迅速冷却使NH3液化，降低c(NH3)，平衡向右移动。
⑤循环操作：将分离出NH3的原料气循环使用，提高原料的利用率。
2．化学反应调控的一般原则
1．(2022·淮安一模)NO在催化剂条件下可被 H2还原为无害物质，反应为2H2(g)＋2NO(g)N2(g)＋2H2O(g)。在密闭容器中按c(NO)∶c(H2)＝1∶1充入，反应结果如图，下列说法正确的是( )
A．若投料比不变，增大起始时c(NO)和c(H2), 可以提高NO平衡转化率
B．其他条件不变，将水蒸气分离出来，可以增大反应速率和NO平衡转化率
C．N点比M点的平衡常数大
D．若不用催化剂，M点平衡转化率会降至O点
A [A.若投料比不变，增大起始时c(NO)和c(H2)，即增大容器中NO和H2的浓度，容器压强增大，化学平衡2H2(g)＋2NO(g)N2(g)＋2H2O(g)正向移动，则可以提高NO平衡转化率，A正确；B.其他条件不变，将水蒸气分离出来，即减小生成物浓度，则反应速率减小，平衡正向移动，NO平衡转化率增大，B错误；C.由题干图示信息可知，M点的NO转化率比N点的大，故N点比M点的平衡常数小，C错误；D.催化剂只能影响化学反应速率，不能影响化学平衡，故不用催化剂，M点平衡转化率不改变，即不会降至O点，D错误。]
2．CO可用于合成甲醇，化学方程式为CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)。CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图所示。该反应ΔH______0(填“>”或“<”)。实际生产条件控制在250 ℃、1.3×104 kPa左右，选择此压强的理由是___________________________________________________________________
__________________________________________________________________。
[答案] < 在1.3×104 kPa下，CO的转化率较高，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
3．“丁烯裂解法”是一种重要的丙烯生产法，在生产过程中会有生成乙烯的副反应发生。反应如下：
主反应：3C4H8(g)eq \(,\s\up9(催化剂))4C3H6(g)；
副反应：C4H8(g)eq \(,\s\up9(催化剂))2C2H4(g)。
测得上述两反应的平衡体系中，各组分的质量分数(w)随温度(T)和压强(p)变化的趋势分别如图甲和图乙所示：
甲 乙
(1)平衡体系中的C3H6(g)和C2H4(g)的质量比是工业生产C3H6(g)时选择反应条件的重要依据之一，从产物的纯度考虑，该数值越高越好，据图甲和图乙判断，反应条件应选择________(填序号)。
A．300 ℃、0.1 MPa B．700 ℃、0.1 MPa
C．300 ℃、0.5 MPa D．700 ℃、0.5 MPa
(2)有研究者结合图甲数据并综合考虑各种因素，认为450 ℃的反应温度比300 ℃或700 ℃更合适，从反应原理角度分析其理由可能是_____________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
[解析] (1)由图甲可知，300 ℃时C2H4(g)的质量分数接近于0，而温度升高，C2H4(g)的质量分数增大，故选择300 ℃；由图乙可知，压强增大，C2H4(g)的质量分数减小，C3H6(g)的质量分数增大，故选0.5 MPa，因此控制反应条件为300 ℃、0.5 MPa。(2)温度越低，反应速率越慢，由图甲可知，300 ℃时反应速率慢；温度升高，C2H4(g)的质量分数增大，700 ℃时副反应的转化率大于丁烯转化成丙烯的转化率。而450 ℃时，C3H6(g)的质量分数达最大值，且C2H4(g)的质量分数在10%左右，产物中C3H6(g)的含量较高，故450 ℃更合适。
[答案] (1)C (2)300 ℃反应速率慢，700 ℃时副反应的转化率大于丁烯转化成丙烯的转化率
化学反应的方向
1．自发过程(自发反应)
(1)定义：一定条件下不需要外界作用就能进行的过程(或反应)称为自发过程(或自发反应)。
(2)特点
①大多数放热反应(ΔH<0)可以自发进行。
②大多数混乱度增大的反应(熵变ΔS>0)可以自发进行。
自发反应(过程)指的是在一定条件下有自发进行的倾向而不一定发生，如燃烧反应是自发反应，但在常温下不一定燃烧。
2．熵与熵变
(1)熵：描述体系混乱程度的物理量，符号为S。熵值越大，体系混乱度越大。
(2)熵变：ΔS＝S(生成物)－S(反应物)。
(3)常见的熵增过程
①同一种物质由固态到液态再到气态：S(s)
③固体参加生成气体的反应，如C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)。
3．化学反应方向的判定
(1)判定依据
(2)一般规律
①ΔH<0、ΔS>0，任何温度下都能自发进行。
②ΔH>0、ΔS<0，任何温度下都不能自发进行。
③ΔH和ΔS的作用相反，且相差不大时，温度对反应的方向起决定性作用。当ΔH<0、ΔS<0时，低温下反应能自发进行；当ΔH>0、ΔS>0时，高温下反应能自发进行。
1．已知：ΔG＝ΔH—TΔS，当ΔG<0，反应能自发进行，ΔG>0反应不能自发进行。下列说法中正确的是( )
A．非自发反应在任何条件下都不能发生
B．熵增加且放热的反应一定是自发反应
C．自发反应一定是熵增加的反应，非自发反应一定是熵减小或不变的反应
D．凡是放热反应都是能自发进行的反应，而吸热反应都是非自发进行的反应
B [A.非自发反应在一定条件下也能发生，如碳酸钙的分解反应在常温下不能自发进行，在高温下就可以自发进行，错误；B.熵增加且放热的反应，ΔS>0、ΔH<0，则ΔG＝ΔH－TΔS<0，反应一定能自发进行，正确；C.反应能否自发进行，由熵变、焓变和反应温度共同决定，所以熵增加、熵减小或熵不变的反应都可能自发进行，错误；D.根据上述分析可知，反应能否自发进行，由熵变、焓变和反应温度共同决定，所以放热反应或吸热反应都可能自发进行，错误。]
2．回答下列问题：
(1)用钌的配合物作催化剂，一定条件下可直接光催化分解CO2，发生反应：2CO2(g)===2CO(g)＋O2(g)，该反应的ΔH________0，ΔS________0(填“>”“<”或“＝”)，在低温下，该反应________(填“能”或“不能”)自发进行。
(2)超声速飞机在平流层飞行时，尾气中的NO会破坏臭氧层。科学家正在研究利用催化技术将尾气中的NO和CO转变成CO2和N2，化学方程式为2NO＋2CO2CO2＋N2。若反应在常温下能够自发进行，则反应的ΔH________(填“>”“<”或“＝”)0。
(3)已知在100 kPa、298 K时石灰石分解反应
CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)的ΔH>0，ΔS>0。
①常温下，该反应________(填“能”或“不能”)自发进行。
②据本题反应数据分析，温度________(填“能”或“不能”)成为反应进行方向的决定因素。
(4)已知CaSO4(s)＋CO(g)CaO(s)＋SO2(g)＋CO2(g) ΔH＝＋218 kJ·ml－1，该反应能够自发进行的反应条件是________。
(5)某吸热反应能自发进行，则该反应的ΔS________(填“>”或“<”)0。
[解析] (1)由于CO在O2中燃烧生成CO2为放热反应，则二氧化碳分解生成CO和O2的反应为吸热反应，ΔH>0，根据化学方程式可知，反应后气体的化学计量数之和增加，ΔS>0，故低温下ΔH－TΔS>0，反应不能自发进行。(2)ΔH－TΔS<0时反应自发进行，通过化学方程式可知常温下ΔS<0，常温下反应能够自发进行，则ΔH<0。(3)①根据ΔH－TΔS<0时反应自发进行，已知ΔH>0，ΔS>0，则常温下不能自发进行；②该反应的ΔH>0、ΔS>0，高温条件下能使ΔH－TΔS<0，而常温条件下ΔH－TΔS>0，则该反应中温度能成为决定反应进行方向的因素。(4)该反应的ΔS>0、ΔH>0，则高温时ΔH－TΔS<0，反应能自发进行。(5)已知某吸热反应能自发进行，即ΔH－TΔS<0，ΔH>0，则ΔS>0。
[答案] (1)> > 不能 (2)< (3)①不能 ②能 (4)高温 (5)>
1．(2022·江苏选择性考试，T10)用尿素水解生成的NH3催化还原NO，是柴油机车辆尾气净化的主要方法。反应为4NH3(g)＋O2(g)＋4NO(g)4N2(g)＋6H2O(g)，下列说法正确的是( )
A．上述反应ΔS<0
B．上述反应平衡常数K＝eq \f(c4\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(N2))·c6\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(H2O)),c4\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(NH3))·c\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(O2))·c4NO)
C．上述反应中消耗1 ml NH3，转移电子的数目为2×6.02×1023
D．实际应用中，加入尿素的量越多，柴油机车辆排放的尾气对空气污染程度越小
B [由方程式可知，该反应是一个气体分子数增多的反应，即熵增的反应，反应ΔS＞0，A错误；由方程式可知，反应平衡常数K＝eq \f(c4\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(N2))·c6\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(H2O)),c4\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(NH3))·c\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(O2))·c4NO)，B正确；反应每消耗4 ml氨气，反应转移12 ml电子，则反应中消耗1 ml氨气转移电子的数目为3 ml×4×eq \f(1,4)×6.02×1023＝3×6.02×1023，C错误；实际应用中，加入尿素的量越多，尿素水解生成的氨气过量，柴油机车辆排放的氨气对空气污染程度增大，D错误。]
2．(2021·江苏选择性考试，T8)N2是合成氨工业的重要原料，NH3不仅可制造化肥，还能通过催化氧化生产HNO3；HNO3能溶解Cu、Ag等金属，也能与许多有机化合物发生反应；在高温或放电条件下，N2与O2反应生成NO，NO进一步氧化生成NO2。2NO(g)＋O2(g)===2NO2(g) ΔH＝－116.4 kJ·ml－1。大气中过量的NOx和水体中过量的NHeq \\al( ＋ ,4)、NOeq \\al(－,3)均是污染物。通过催化还原的方法，可将烟气和机动车尾气中的NO转化为N2，也可将水体中的NOeq \\al(－,3)转化为N2。对于反应2NO(g)＋O2(g)===2NO2(g)，下列说法正确的是( )
A．该反应的ΔH<0，ΔS<0
B．反应的平衡常数可表示为K＝eq \f(c2NO·cO2,c2NO2)
C．使用高效催化剂能降低反应的焓变
D．其他条件相同，增大eq \f(nO2,nNO)，NO的转化率下降
A [2NO(g)＋O2(g)===2NO2(g) ΔH＝－116.4 kJ·ml－1，反应气体物质的量减少，ΔS<0，A正确； 2NO(g)＋O2(g)===2NO2(g)反应的平衡常数可表示为K＝eq \f(c2NO2,c2NO·cO2)，B错误；使用高效催化剂，反应的焓变不变，C错误；其他条件相同，增大eq \f(nO2,nNO)，NO的转化率增大，D错误。]
3．(2022·河北选择性考试，节选)工业上常用甲烷水蒸气重整制备氢气，体系中发生如下反应。
Ⅰ.CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)
Ⅱ.CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)
下列操作中，能提高CH4(g)平衡转化率的是________(填标号)。
A．增加CH4(g)用量
B．恒温恒压下通入惰性气体
C．移除CO(g)
D．加入催化剂
[解析] A项，增加CH4(g)用量，α(CH4)减小，错误；B项，恒温恒压通入惰性气体，相当于减压，反应Ⅰ正向移动，α(CH4)增大，正确；C项，移除CO(g)，反应Ⅰ正向移动，α(CH4)增大，正确；D项，加入催化剂，不影响平衡，α(CH4)不变，错误。
[答案] BC
4．(2022·全国甲卷，T28节选)TiO2转化为TiCl4有直接氯化法和碳氯化法。在1 000 ℃时反应的热化学方程式及其平衡常数如下：
(ⅰ)直接氯化：
TiO2(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(g)＋O2(g)
ΔH1＝172 kJ·ml－1，Kp1＝1.0×10－2
(ⅱ)碳氯化：
TiO2(s)＋2Cl2(g)＋2C(s)===TiCl4(g)＋2CO(g)
ΔH2＝－51 kJ·ml－1，Kp2＝1.2×1012Pa
(1)反应2C(s)＋O2(g)===2CO(g)的ΔH为________kJ·ml－1，Kp＝________Pa。
(2)碳氯化的反应趋势远大于直接氯化，其原因是____________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
(3)对于碳氯化反应：增大压强，平衡________移动(填“向左”“向右”或“不”)；温度升高，平衡转化率________(填“变大”“变小”或“不变”) 。
[解析] (1)根据盖斯定律，将“反应ⅱ－反应ⅰ”得到反应2C(s)＋O2(g)===2CO(g)，则ΔH＝－51 kJ·ml－1－172 kJ·ml－1＝－223 kJ·ml－1；则Kp＝eq \f(Kp2,Kp1)＝eq \f(1.2×1012 Pa,1.0×10－2)＝1.2×1014 Pa；(2)碳氯化的反应趋势远大于直接氯化，因为碳氯化反应气体分子数增加，是熵增、放热的反应，熵判据与焓判据均是自发过程，而直接氯化的体系气体分子数不变且是吸热过程；(3)对应碳氯化反应，气体分子数增大，依据勒夏特列原理，增大压强，平衡往气体分子数减少的方向移动，即平衡向左移动；该反应是放热反应，温度升高，平衡往吸热方向移动，即向左移动，则平衡转化率变小。
[答案] (1)－223 1.2×1014 (2)碳氯化反应气体分子数增加，是熵增、放热的反应，熵判据与焓判据均是自发过程，而直接氯化的体系气体分子数不变且是吸热过程 (3)向左 变小
5．(2022·辽宁选择性考试，T8节选)已知合成氨反应为：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·ml－1，ΔS＝－200 J·K－1·ml－1。
(1)合成氨反应在常温下________(填“能”或“不能”)自发。
(2)________温(填“高”或“低”，下同)有利于提高反应速率，________温有利于提高平衡转化率，综合考虑催化剂(铁触媒)活性等因素，工业常采用400～500 ℃。
[解析] (1)ΔH－TΔS＝－92.4 kJ·ml－1－298 K×(－200 J·K－1·ml－1)
×10－3 kJ·J－1＝－32.8 kJ·ml－1<0。
[答案] (1)能 (2)高 低
6．(2021·广东选择性考试，T19节选)我国力争于2030年前做到碳达峰，2060年前实现碳中和。CH4与CO2重整是CO2利用的研究热点之一。该重整反应体系主要涉及以下反应：
a)CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g) ΔH1
b)CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH2
c)CH4(g)C(s)＋2H2(g) ΔH3
d)2CO(g)CO2(g)＋C(s) ΔH4
e)CO(g)＋H2(g)H2O(g)＋C(s) ΔH5
(1)根据盖斯定律，反应a的ΔH1＝________________(写出一个代数式即可)。
(2)上述反应体系在一定条件下建立平衡后，下列说法正确的有________。
A．增大CO2与CH4的浓度，反应a、b、c的正反应速率都增加
B．移去部分C(s)，反应c、d、e的平衡均向右移动
C．加入反应a的催化剂，可提高CH4的平衡转化率
D．降低反应温度，反应a～e的正、逆反应速率都减小
[解析] (1)由题给反应方程式可知，反应a可由反应c－d或反应b＋c－e得到，故根据盖斯定律，ΔH1＝ΔH3－ΔH4或ΔH1＝ΔH2＋ΔH3－ΔH5。(2)增大CO2的浓度，反应a、b的正反应速率增加，增大CH4的浓度，反应a、c的正反应速率增加，A正确；由于C(s)是固体，移去部分C(s)，平衡不移动，B错误；催化剂只能改变反应速率，不影响化学平衡移动，则不能提高CH4的平衡转化率，C错误；降低反应温度，正、逆反应速率均减小，D正确。
[答案] (1)ΔH3－ΔH4(或ΔH2＋ΔH3－ΔH5)
(2)AD
课时分层作业(三十五)
化学平衡移动 化学反应方向
1．下列事实不能用平衡移动原理解释的是( )
[答案] B
2．(2022·盐城检测)合成氨工业对国民经济和社会发展具有重要的意义，其原理为N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH，在不同温度、压强和相同催化剂条件下，将0.1 ml N2和0.3 ml H2充入恒容密闭容器中反应，平衡后混合物中氨气的体积分数如图所示。下列说法不正确的是( )
A．反应焓变：ΔH<0
B．压强：p3>p2>p1
C．M、N两点对应的平衡常数相等
D．M、N两点N2的平衡转化率均为80%
C [A.根据图中信息，温度升高，氨气的体积分数减小，说明平衡逆向移动，逆向是吸热反应，正向是放热反应，即反应焓变：ΔH<0，故A正确；B.作一条等温线，从下到上，氨气体积分数逐渐增大，说明平衡正向移动，增大压强，氨气的体积分数增大，即压强：p3>p2>p1，故B正确；C.M、N两点温度不相同，N点温度高，平衡逆向移动，因此N点的平衡常数小于M点的平衡常数，故C错误；D.M、N两点氨气的体积分数相同，则N2的平衡转化率相等，设反应达平衡时N2的转化量为x ml，则有eq \f(2x ml,2x ml＋0.1－xml＋0.3－3xml)×100%＝66.7%，解得x＝0.08，则N2的平衡转化率eq \f(0.08 ml,0.1 ml)×100%＝80%，故D正确。]
3．(2023·无锡检测)T ℃时，在2 L的密闭容器中，X、Y、Z三种气体的物质的量随时间变化的曲线如图所示：
下列描述正确的是( )
A．平衡时X、Y的转化率相同
B．T ℃时，该反应的化学方程式为X(g)＋Y(g)2Z(g)，平衡常数K＝20
C．达到平衡后，将容器体积压缩为1 L，平衡向正反应方向移动
D．T ℃时，若起始时X与Y均为1.00 ml，则平衡时Y的转化率小于80%
D [根据题图知，X、Y是反应物Z是生成物，达到平衡状态时，各物质的物质的量变化为n(X)＝0.8 ml、n(Y)＝0.8 ml、n(Z)＝1.6 ml，同一可逆反应同一时间段内各物质物质的量变化量之比等于其化学计量数之比，所以该反应的化学方程式中X、Y、Z的计量数之比为0.8 ml∶0.8 ml∶1.6 ml＝1∶1∶2，则该反应方程式为X(g)＋Y(g)2Z(g)。A.X、Y的转化率分别为eq \f(0.80 ml,1.20 ml)×100%≈67%、eq \f(0.80 ml,1.00 ml)×100%＝80%，故A错误； B．反应达到平衡状态时，ceq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(X))＝eq \f(0.40 ml,2 L)＝0.20 ml/L，ceq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(Y))＝eq \f(0.20 ml,2 L)＝0.10 ml/L、ceq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(Z))＝eq \f(1.60 ml,2 L)＝0.80 ml/L，该反应平衡常数K＝eq \f(c2\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(Z)),c\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(X))·c\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(Y)))＝eq \f(0.802,0.20×0.10)＝32，故B错误；C.该反应前后气体体积不变，则压强不影响平衡移动，所以将容器体积压缩为1 L，平衡不移动，故C错误； D．温度不变，化学平衡常数不变，设参加反应的Y的物质的量为a ml，根据方程式知，参加反应的X物质的量为a ml，生成Z的物质的量为2a ml，平衡时ceq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(X))＝eq \f(1－a,2)ml/L、ceq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(Y))＝eq \f(1－a,2) ml/L、ceq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(Z))＝eq \f(2a,2) ml/L＝a ml/L，eq \f(a2,\f(1－a,2)×\f(1－a,2))＝32，a＝0.74，Y转化率为eq \f(0.74 ml,1.00 ml)×100%＝74%，平衡时Y的转化率小于80%，故D正确。]
4．下列叙述正确的是( )
A．升高温度，可降低活化能
B．反应SiO2(s)＋2C(s)Si(s)＋2CO(g)必须在高温下才能自发进行，则有ΔH>0
C．合成氨生产中将NH3液化分离，可加快正反应速率
D．任何可逆反应，其平衡常数变大，反应物的转化率变小
B [A.活化能是指活化分子所多出的那部分能量，对于同一分子的活化能是定值，升高温度，活化能不改变，A项错误；B.反应SiO2(s)＋2C(s)Si(s)＋2CO(g)的ΔS>0，在高温下反应才能发生，根据ΔH－TΔS<0时反应自发，则有ΔH>0，B项正确；C.合成氨生产中将NH3液化分离，减小了生成物的浓度，但没有增大反应物的浓度，不能加快正反应速率，C项错误；D.对于放热反应，降低温度，平衡正向移动，平衡常数变大，反应物的转化率变大，D项错误。]
5．在一个固定容积的密闭容器中充入2 ml NO2，一定温度下建立如下平衡：2NO2N2O4，此时NO2的转化率为x%，若再充入1 ml NO2，在温度不变的情况下，达到新的平衡时，测得NO2的转化率为y%，则x和y的大小关系正确的是( )
A．x>y B．x
B [再充入1 ml NO2，新平衡的压强增大，正向程度增大，转化率增大，B正确。]
6．(2022·盐城二模)甲烷催化氧化为合成气的主反应为2CH4(g)＋O2(g)eq \(=======,\s\up9(催化剂))2CO(g)＋4H2(g) ΔH<0。CH4转化率、H2选择性eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(n\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(H2)),n\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(H2))＋n\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(H2O)))))和CO选择性eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(nCO,nCO＋n\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(CO2)))))随温度变化如图所示。下列说法不正确的是( )
A．800 ℃时，副反应①CH4(g)＋2O2(g)CO2(g)＋2H2O(g)进行程度很小
B．对比图中H2和CO的选择性，推测可能存在副反应②CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)
C．CH4转化率随温度升高而增大，可以用勒夏特列原理解释
D．增大压强使容器容积减小，可使单位体积内活化分子数增多，化学反应速率增大
C [A.结合图示信息，800 ℃时，CH4转化率、H2选择性和CO选择性接近1，主要发生甲烷催化氧化为合成气的主反应，副反应①CH4(g)＋2O2(g)CO2(g)＋2H2O(g)进行程度很小，A正确；B.对比图中H2和CO的选择性，H2选择性变化较为平缓，CO选择性变化较大，推测可能存在副反应②CH4(g)＋ H2O(g)CO(g)＋3H2(g) ，B正确；C.主反应为放热反应，根据勒夏特列原理，升高温度，反应逆向进行，CH4转化率应减小，不可以用勒夏特列原理解释，C错误；D.增大压强使容器容积减小，反应物浓度增大，可使单位体积内活化分子数增多，化学反应速率增大，D正确。]
7．在催化剂作用下CO2和H2合成甲酸涉及以下反应：
Ⅰ：CO2(g)＋H2(g)HCOOH(g) ΔH1<0
Ⅱ：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH2>0
刚性容器中CO2(g)和H2(g)按物质的量1∶1投料，平衡时HCOOH和CO的选择性随温度变化如图所示：
(1)曲线a随温度升高而下降的原因是________________________________
_______________________________________________________________，
为同时提高CO2的平衡转化率和平衡时HCOOH的选择性，应选择的反应条件为________(填序号)。
A．低温、低压 B．低温、高压
C．高温、低压 D．高温、高压
(2)240 ℃时，容器内压强随时间的变化如表：
反应Ⅰ的速率可表示为v＝k·p(CO2)·p(H2)(k为常数)，则反应在60 min时v值为______________________(用含p0、k的式子表示)。
[解析] (1)曲线a代表的是HCOOH的选择性，随温度升高，反应Ⅰ平衡逆向移动，反应Ⅱ平衡正向移动，使HCOOH的选择性下降。反应Ⅰ正向为放热反应，反应Ⅱ正向为吸热反应，升高温度，反应Ⅰ平衡逆向移动，反应Ⅱ平衡正向移动，为同时提高CO2的平衡转化率和平衡时HCOOH的选择性，应选择低温；CO2(g)＋H2(g)HCOOH(g)正反应为气体物质的量减少的反应，增大压强，平衡正向移动，为同时提高CO2的平衡转化率和平衡时HCOOH的选择性，应选择高压，选B。(2)由表格数据可知，反应至60 min时，容器内压强变为初始压强的0.8倍，同温同体积下，容器内气体压强与气体物质的量成正比，即此时容器内气体总物质的量变为初始的0.8倍。设初始投料n(H2)＝n(CO2)＝1 ml，则60 min时，容器内气体总物质的量为1.6 ml；设CO2的转化率为α，根据两个反应的化学计量数之比可知，H2的转化率也为α，即容器内剩余n(H2)＝n(CO2)＝(1－α)ml；HCOOH的选择性为80%，即生成n(HCOOH)＝0.8α ml，CO的选择性为20%，即生成n(CO)＝0.2α ml，n(H2O)＝n(CO)＝0.2α ml。则此时容器内气体总物质的量可表示为(1－α＋1－α＋0.8α＋0.2α＋0.2α)ml＝(2－0.8α)ml＝1.6 ml，解得α＝0.5，则n(H2)＝n(CO2)＝0.5 ml，p(H2)＝p(CO2)＝eq \f(0.5 ml,1.6 ml)×0.80p0 MPa＝eq \f(p0,4) MPa，则v＝k·p(CO2)·p(H2)＝eq \f(kp\\al(2,0),16) MPa2。
[答案] (1)曲线a代表的是HCOOH的选择性，随温度升高，反应Ⅰ平衡逆向移动，反应Ⅱ平衡正向移动，使HCOOH的选择性下降 B
(2)eq \f(kp\\al(2,0),16) MPa2
8．填空。
(1)①一定温度下，在密闭容器中充入1 ml N2和3 ml H2发生反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＜0。若容器容积恒定，达到平衡状态时，气体的总物质的量是原来的eq \f(7,10)，则N2的转化率α1＝________；
②若向该容器中再加入3 ml H2，达到平衡状态时，N2的转化率为α2，则α2________α1(填“>”“＜”或“＝”)。
(2)NO作为主要空气污染物，其主要来源是汽车尾气，研究人员用活性炭对汽车尾气中的NO进行吸附，并发生反应：C(s)＋2NO(g)N2(g)＋CO2(g) ΔH<0。在恒压密闭容器中加入足量活性炭和一定量NO气体，反应相同时间时，测得NO的转化率α(NO)随温度的变化如图所示：
图中a、b、c三点中，达到平衡的点是________；温度为1100 K时，N2的平衡体积分数为________。
(3)已知同温同压下，下列反应的焓变和平衡常数分别表示为
①2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH1＝－197 kJ·ml－1 K1＝a
②2NO(g)＋O2(g)2NO2(g) ΔH2＝－144 kJ·ml－1 K2＝b
③NO2(g)＋SO2(g)SO3(g)＋NO(g) ΔH3＝m kJ·ml－1 K3＝c
则m为________，c与a、b之间的关系为________。
(4)对于反应2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)。在其他条件相同时，分别测得NO的平衡转化率在不同压强(p1、p2)下温度变化的曲线(如图)。
①比较p1、p2的大小关系：p1________p2(填“>”“＜”或“＝”)；ΔH________0。
②该反应的平衡常数K的表达式为________，随温度升高，该反应平衡常数变化的趋势是________(填“增大”“减小”或“不变”)。
③下列措施中能够同时满足增大反应速率和提高NO转化率的是________(填字母)。
A．使用高效催化剂
B．保持容器体积不变加入惰性气体
C．保持容器体积不变加入O2
D．降低温度
E．压缩容器体积
[解析] (1)①根据题意，设N2消耗了x ml，
N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)
起始/ml 1 3 0
变化/ml x 3x 2x
平衡/ml 1－x 3－3x 2x
得到eq \f(1－x＋3－3x＋2x,4)＝eq \f(7,10)，x＝0.6，则N2的转化率α1为60%。②若向该密闭容器中再加入3 ml H2, H2浓度增大，使平衡右移，达到平衡状态时，N2的转化率增大，故α2>α1。(2)温度低于1 050 K时，反应速率较慢，反应未达平衡状态，温度等于或高于1 050 K时达到平衡，因为反应放热，温度越高平衡转化率越低，故图中a、b、c三点中达到平衡的点是b、c; 1 100 K下NO的平衡转化率为40%，假设通入NO的物质的量为1 ml，利用三段式则有：
C(s)＋2NO(g)N2(g)＋CO2(g)
eq \a\vs4\al(起始量/,ml) 1 0 0
eq \a\vs4\al(变化量/,ml) 0.4 0.2 0.2
eq \a\vs4\al(平衡量/,ml) 0.6 0.2 0.2
所以N2的平衡体积分数为eq \f(0.2,0.6＋0.2＋0.2)×100%＝20%。(3)已知①2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH1＝－197 kJ·ml－1 K1＝a
②2NO(g)＋O2(g)2NO2(g) ΔH2＝－144 kJ·ml－1 K2＝b
③NO2(g)＋SO2(g)SO3(g)＋NO(g) ΔH3＝m kJ·ml－1 K3＝c
根据盖斯定律：①×eq \f(1,2)－②×eq \f(1,2)＝③，则m为eq \f(1,2)×(－197＋144)＝－26.5；按定义，K1＝eq \f(c2\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(SO3)),c\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(O2))·c2\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(SO2)))，K2＝eq \f(c2\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(NO2)),c\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(O2))·c2\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(NO)))，K3＝eq \f(c\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(SO3))·c\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(NO)),c\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(NO2))·c\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(SO2)))，则Keq \\al(2,3)＝eq \f(K1,K2)，即c2＝eq \f(a,b)。(4)①已知2NO(g)＋O2(g)===2NO2(g)正反应方向体积减小，增大压强平衡正移，则NO的转化率会增大，由图可知p2时NO的转化率大，则p2时压强大，即p1＜p2；升高温度NO平衡转化率降低，说明升温平衡左移，正反应放热，ΔH＜0。②根据平衡常数分析，该反应的平衡常数K的表达式为eq \f(c2NO2,c2NO·cO2)，由图像可知，随着温度的升高，NO的转化率减小，说明升高温度平衡逆移，则该反应正反应方向是放热反应，所以升高温度平衡常数K减小。③A.使用高效催化剂能增大速率，但不影响平衡，不影响转化率，错误；B.保持容器体积不变加入惰性气体，速率不变，转化率不变，错误；C.保持容器体积不变加入O2，增加反应速率，平衡正向移动，提高一氧化氮的转化率，正确；D.降低温度，反应速率减慢，平衡逆向移动，错误；E.压缩容器体积，相当于加压，反应速率增加，平衡正向移动、提高NO转化率，正确。
[答案] (1)60% >
(2)b、c 20%
(3)－26.5 c2＝eq \f(a,b)
(4)< < eq \f(c2NO2,c2NO·cO2) 减小 CE改变条件
平衡移
动方向
v正、v逆
变化
平衡转化率
α(H2O)
①加入C(s)
②通入H2O(g)
③增大压强
④使用催化剂
⑤充入Ne气
容器编号
甲
乙
丙
丁
容器体积/L
2
2
2
1
起始物
质的量
n(SO2)/ml
0.40
0.80
0.80
0.40
n(O2)/ml
0.24
0.24
0.48
0.24
SO2的平衡转化率/%
80
α1
α2
α3
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增大易得廉价原料浓度，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
A.开启啤酒瓶后，瓶中马上泛起大量泡沫
B.由H2(g)、I2(g)、HI(g)组成的平衡体系加压后颜色变深
C.实验室制取乙酸乙酯时，将乙酸乙酯不断蒸出
D.石灰岩受地下水长期溶蚀形成溶洞
时间/min
0
20
40
60
80
压强/MPa
p0
0.91p0
0.85p0
0.80p0
0.80p0
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