第32讲 化学平衡状态及其移动 -备战2023年高考化学【一轮·夯实基础】复习精讲精练

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【复习目标】
1．能运用浓度、压强、温度对化学平衡的影响规律，推测平衡移动的方向及浓度、转化率等相关物理量的变化，能进行化学反应条件的选择和优化。
2．针对典型案例，能从化学反应的限度、化学反应速率等角度对化学反应和化工生产条件进行综合分析。
【知识精讲】
考点一 可逆反应与化学平衡状态的建立
1．化学平衡研究的对象——可逆反应
(1)定义：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
①二同：a.相同条件下；b.正、逆反应同时进行。
②一小：反应物与生成物同时存在；任一组分的转化率都小于(填“大于”或“小于”)100%。
(3)表示
在方程式中用“”表示。
2．化学平衡状态
(1)概念：一定条件下的可逆反应，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不再改变，这时的状态称为化学平衡状态，简称化学平衡。
(2)建立过程：在一定条件下，把某一可逆反应的反应物加入固定容积的密闭容器中，反应过程如下：
以上过程可用如图表示：
(3)特征
3．化学平衡状态的判断
【归纳总结】判断化学平衡状态的两种方法
(1)动态标志：v正＝v逆≠0
①同种物质：同一物质的生成速率等于消耗速率。
②不同物质：必须标明是“异向”的反应速率关系。
如aA＋bBcC＋dD，eq \f(v正（A）,v逆（B）)＝eq \f(a,b)时，反应达到平衡状态。
(2)静态标志：各种“量”不变
①各物质的质量、物质的量或浓度不变。
②各物质的百分含量(物质的量分数、质量分数等)不变。
③温度、压强(化学反应方程式两边气体体积不相等)或颜色(某组分有颜色)不变。
总之，若物理量由变量变成了不变量，则表明该可逆反应达到平衡状态；若物理量为“不变量”，则不能作为平衡标志。
【例题1】在密闭容器中进行反应：X2(g)＋Y2(g)2Z(g)，已知X2、Y2、Z的起始浓度分别为0.1 ml·L－1、0.3 ml·L－1、0.2 ml·L－1，在一定条件下，当反应达到平衡时，各物质的浓度有可能是( )
A．Z为0.3 ml·L－1
B．Y2为0.4 ml·L－1
C．X2为0.2 ml·L－1
D．Z为0.4 ml·L－1
【答案】A
【解析】
(1)假设反应正向进行到底：
X2(g)＋Y2(g)2Z(g)
起始浓度(ml·L－1) 0.1 0.3 0.2
改变浓度(ml·L－1) 0.1 0.1 0.2
终态浓度(ml·L－1) 0 0.2 0.4
(2)假设反应逆向进行到底：
X2(g)＋Y2 (g)2Z(g)
起始浓度(ml·L－1) 0.1 0.3 0.2
改变浓度(ml·L－1) 0.1 0.1 0.2
终态浓度(ml·L－1) 0.2 0.4 0
平衡体系中各物质的浓度范围为X2∈(0，0.2)，Y2∈(0.2，0.4)，Z∈(0，0.4)，故选A。
【例题2】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) ΔHp＋q，则图像对应图1、图2；若m＋n＝p＋q，则图像对应图3、图4。
说明：
a.改变压强，相当于改变体积，也就相当于改变浓度。
b．若反应前后气体体积无变化，改变压强，能同时改变正、逆反应速率，v(正)＝v(逆)，平衡不移动。如H2(g)＋I2(g)2HI(g)。
③温度对化学平衡的影响
在其他条件不变的情况下，升高温度，化学平衡向吸热反应方向移动；降低温度，化学平衡向放热反应方向移动。
注意：
a.升高温度，不管是吸热还是放热方向，反应速率均增大，但吸热方向速率增大的倍数大于放热方向速率增大的倍数，使v(吸热)>v(放热)，故平衡向吸热方向移动。
b．只要是升高温度，新平衡状态的速率值一定大于原平衡状态的速率值；反之则小。
v-t图像[以N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔHv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)不要混淆转化率和产率的概念。
【例题5】将等物质的量的X、Y气体充入某密闭容器中，在一定条件下，发生如下反应并达到平衡：X(g)＋3Y(g)2Z(g) ΔH＜0。改变某个条件并维持新条件直至达到平衡状态，下表中关于新平衡与原平衡的比较正确的是( )
【答案】A
【解析】
升高温度，平衡逆向移动，X的转化率变小，A正确；增大压强，平衡正向移动，消耗反应物X，增大压强的实质是增大浓度，根据勒夏特列原理可知，平衡移动只是减弱了改变的程度，故达到新的平衡状态时，X的浓度仍比原平衡大，B错误；充入一定量Y，平衡正向移动，X的转化率增大，但Y的转化率减小，C错误；使用催化剂，能改变反应速率，但平衡不移动，X的体积分数不变，D错误。
【例题6】一定压强下，向10 L密闭容器中充入1 ml S2Cl2(g)和1 ml Cl2，发生反应：S2Cl2(g)＋Cl2(g)2SCl2(g)。Cl2和SCl2的消耗速率(v)与温度(T)的关系如图所示，以下说法中错误的是( )
A．A、B、C、D四点对应状态下，达到平衡状态的是B、D
B．正反应的活化能大于逆反应的活化能
C．达到平衡后再加热，平衡向逆反应方向移动
D．在300 ℃下，达到平衡后缩小容器容积，重新达到平衡后，Cl2的平衡转化率不变
【答案】B
【解析】
反应达到平衡时，正、逆反应速率相等，所以Cl2与SCl2的消耗速率之比为1∶2时为平衡状态，据图可知B、D满足条件，故A正确；据图可知B、D点之后继续升高温度SCl2的消耗速率变大的更多，即逆反应速率大于正反应速率，平衡逆向移动，所以正反应为放热反应，焓变小于0，焓变＝正反应活化能－逆反应活化能，所以正反应的活化能小于逆反应的活化能，故B错误，C正确；该反应前后气体系数之和相等，压强不影响平衡，所以缩小容器容积，重新达到平衡后与原平衡为等效平衡，氯气的转化率不变，故D正确。
【例题7】在容积不变的密闭容器中发生N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·ml－1，只改变一种外界条件，完成下表：
【答案】正向 增大 增大 逆向 减小 增大 逆向 减小 减小 不移动 不变 不变
【例题8】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>c＋d
C．物质A的转化率减小 D．物质D的浓度减小
【答案】B
【解析】
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，而实际浓度是原来的1.6倍，说明平衡正向移动，a>c＋d，A的转化率增大。
【例题9】对于以下三个反应，从反应开始进行到达到平衡后，保持容器温度、容积不变，按要求回答下列问题：
(1)PCl5(g)PCl3(g)＋Cl2(g)，再充入PCl5(g)，平衡向______方向移动，达到平衡后，PCl5(g)的转化率______，PCl5(g)的百分含量______。
(2)2HI(g)I2(g)＋H2(g)，再充入HI(g)，平衡向________方向移动，达到平衡后，HI的分解率________，HI的百分含量________。
(3)2NO2(g)N2O4(g)，再充入NO2(g)，平衡向________方向移动，达到平衡后，NO2(g)的转化率________，NO2(g)的百分含量________。
【答案】
(1)正反应 减小 增大
(2)正反应 不变 不变
(3)正反应 增大 减小
【真题演练】
1．（2022·海南·高考真题）某温度下，反应CH2=CH2(g)+H2O(g)CH3CH2OH(g)在密闭容器中达到平衡，下列说法正确的是（ ）
A．增大压强，，平衡常数增大
B．加入催化剂，平衡时的浓度增大
C．恒容下，充入一定量的，平衡向正反应方向移动
D．恒容下，充入一定量的，的平衡转化率增大
【答案】C
【详解】
A．该反应是一个气体分子数减少的反应，增大压强可以加快化学反应速率，正反应速率增大的幅度大于逆反应的，故v正> v逆，平衡向正反应方向移动，但是因为温度不变，故平衡常数不变，A不正确；
B．催化剂不影响化学平衡状态，因此，加入催化剂不影响平衡时CH3CH2OH(g)的浓度，B不正确；
C．恒容下，充入一定量的H2O(g)，H2O(g)的浓度增大，平衡向正反应方向移动，C正确；
D．恒容下，充入一定量的CH2=CH2 (g)，平衡向正反应方向移动，但是CH2=CH2 (g)的平衡转化率减小，D不正确；
综上所述，本题选C。
2．（2022·广东·高考真题）恒容密闭容器中，在不同温度下达平衡时，各组分的物质的量(n)如图所示。下列说法正确的是（ ）
A．该反应的
B．a为随温度的变化曲线
C．向平衡体系中充入惰性气体，平衡不移动
D．向平衡体系中加入，H2的平衡转化率增大
【答案】C
【详解】
A．从图示可以看出，平衡时升高温度，氢气的物质的量减少，则平衡正向移动，说明该反应的正反应是吸热反应，即ΔH＞0，故A错误；
B．从图示可以看出，在恒容密闭容器中，随着温度升高氢气的平衡时的物质的量减少，则平衡随着温度升高正向移动，水蒸气的物质的量增加，而a曲线表示的是物质的量不随温度变化而变化，故B错误；
C．容器体积固定，向容器中充入惰性气体，没有改变各物质的浓度，平衡不移动，故C正确；
D．BaSO4是固体，向平衡体系中加入BaSO4，不能改变其浓度，因此平衡不移动，氢气的转化率不变，故D错误；
故选C。
3．（2022·浙江·高考真题）关于反应，达到平衡后，下列说法不正确的是（ ）
A．升高温度，氯水中的减小
B．氯水中加入少量醋酸钠固体，上述平衡正向移动，增大
C．取氯水稀释，增大
D．取两份氯水，分别滴加溶液和淀粉KI溶液，若前者有白色沉淀，后者溶液变蓝色，可以证明上述反应存在限度
【答案】D
【详解】
A．HClO受热易分解，升高温度，HClO分解，平衡正向移动，c(HClO)减小，A正确；
B．氯水中加入少量醋酸钠固体，醋酸根离子和氢离子结合生成醋酸分子，氢离子浓度减小，平衡正向移动，c(HClO)增大，B正确；
C．氯水稀释，平衡正向移动，而c(HClO)和c(Cl-)均减小，但HClO本身也存在电离平衡HClO⇌H++ClO-，稀释促进了HClO的电离，使c(HClO)减少更多，因此增大，C正确；
D．氯水中加硝酸银产生白色沉淀，证明溶液中有氯离子，氯水中加淀粉碘化钾溶液，溶液变蓝，证明生成了碘单质，溶液中有强氧化性的物质，而氯气和次氯酸都有强氧化性，不能证明反应物和生成物共存，即不能证明上述反应存在限度，D错误；
答案选D。
4．（2022·全国·高考真题）根据实验目的，下列实验及现象、结论都正确的是（ ）
A．AB．BC．CD．D
【答案】C
【详解】
A．CH3COONH4中水解，，会消耗CH3COO-水解生成的OH-，测定相同浓度的CH3COONH4和NaHCO3溶液的pH，后者大于前者，不能说明Kh(CH3COO-)＜Kh()，A错误；
B．浓盐酸也能与KMnO4发生反应，使溶液紫色褪去，B错误；
C．K2CrO4中存在平衡2(黄色)+2H+(橙红色)+H2O，缓慢滴加硫酸，H+浓度增大，平衡正向移动，故溶液黄色变成橙红色，C正确；
D．乙醇和水均会与金属钠发生反应生成氢气，故不能说明乙醇中含有水，D错误；
答案选C。
5．（2021·福建·高考真题）实验室配制碘水时，通常将溶于溶液：。关于该溶液，下列说法正确的是（ ）
A．的电子式为B．滴入淀粉溶液，不变蓝
C．加水稀释，平衡逆向移动D．加少量固体平衡正向移动
【答案】C
【详解】
A．是离子化合物，电子式为，A错误；
B．该溶液存在，滴入淀粉溶液，变蓝，B错误；
C．根据勒夏特列原理，加水稀释，平衡朝着离子浓度增大的方向移动，即逆向移动，C正确；
D．加少量固体，与生成沉淀，浓度下降，平衡逆向移动，D错误；
故选C。
6．（2021·辽宁·高考真题）某温度下，在恒容密闭容器中加入一定量X，发生反应，一段时间后达到平衡。下列说法错误的是（ ）
A．升高温度，若增大，则
B．加入一定量Z，达新平衡后减小
C．加入等物质的量的Y和Z，达新平衡后增大
D．加入一定量氩气，平衡不移动
【答案】C
【详解】
A．根据勒夏特列原理可知，升高温度，化学平衡向着吸热反应方向移动，而增大，说明平衡正向移动，故则，A正确；
B．加入一定量Z，Z的浓度增大，平衡逆向移动，故达新平衡后减小，B正确；
C．加入等物质的量的Y和Z，Z的浓度增大，平衡逆向移动，由于X、Y均为固体，故K=c(Z)，达新平衡后不变，C错误；
D．加入一定量氩气，加入瞬间，X、Z的浓度保持不变，故正、逆反应速率不变，故平衡不移动，D正确；
故答案为：C。
7．（2021·北京·高考真题）NO2和N2O4存在平衡:2NO2(g)⇌N2O4(g) △H0
【答案】B
【分析】由四个备选项的方程式可知， 反应物和生成物都是气体，也就是反应前后气体的总质量不变，若要使混合气体的平均相对分子质量增大，则混合气体的物质的量减小。
【详解】
A．升高温度，反应H2(g)+I2(g) 2HI(g) ΔH＜0的平衡逆向移动，平衡混合气的物质的量不变，A不符合题意；
B．升高温度，反应4NH3(g)+5O2(g) 4NO(g)+6H2O(g) ΔH＜0的平衡逆向移动 ，平衡混合气的物质的量减小，B符合题意；
C．升高温度，反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH＜0的平衡逆向移动，平衡混合气的物质的量增大，C不符合题意；
D．升高温度，反应2SO3(g) 2SO2(g)+O2(g) ΔH>0的平衡正向移动 ，平衡合气的物质的量增大，D不符合题意；
故选B。
16．（2021·江苏盐城·高三专题练习）甲硫醇()是一种重要的化工原料，硫化氢与甲醇合成甲硫醇的催化过程如图所示。下列说法正确的是（ ）
A．相同温度下，在水中溶解度比大
B．该催化剂可有效提高反应物的平衡转化率
C．该过程中断裂键、键和键
D．该过程的总反应式为
【答案】D
【详解】
A．能形成分子间氢键，而不能，分子间氢键会增大其在水中的溶解度，则相同温度下，在水中溶解度比小，A错误；
B．催化剂不能使平衡发生移动，则该催化剂不能有效提高反应物的平衡转化率，B错误；
C．由图知，该过程中断裂键、键，形成键，C错误；
D．由图知，该过程的总反应的反应物为，生成物为，则该过程的总反应式为，D正确；
故选D。
第II卷（非选择题）
17．（2022·重庆八中）为探讨化学平衡移动原理与氧化还原反应规律的联系，重庆八中某化学兴趣小组成员通过改变浓度研究反应“2Fe3++2I-2Fe2++I2” 中Fe3+和Fe2+的相互转化，实验设计如图：
回答下列问题：
(1)待实验I溶液颜色不再改变时，再进行实验II，其目的是确保实验I的反应达到_______。
(2)甲同学认为实验II—①中现象产生的原因是c(Fe2+)增大，平衡逆向移动。但乙同学认为此实验不能排除溶液稀释对颜色造成的影响，应增加一个对照实验，即另取等量的黄色溶液，加入______________，若____________________(填实验现象)，则能排除溶液稀释对颜色造成的影响。
(3)实验II—②中产生黄色沉淀的离子方程式为____________________________，用平衡移动原理解释实验II—②中溶液褪色的原因：_____________________。
(4)丙同学推测实验II-②中Fe2+向Fe3+转化的 原因是外加Ag+使c(I-)下降，导致I-的还原性弱于Fe2+，于是设计了如图所示的装置，验证了这一结论。
①当K闭合时，电流计指针右偏，此时b极发生的电极反应方程式为______________。
②电流计指针归零后，向U形管左侧滴加0.01 ml·L-1AgNO3溶液，产生黄色沉淀，同时_____________________(填实验现象)后证实了丙同学的推测。
(5)按照(4)的原理，丙同学又用同样的装置证实了实验II-①中Fe2+向Fe3+转化的原因是外加Fe2+使c(Fe3+)增大，导致Fe2+的还原性强于I-。结合实验I、II，对比(2)—(4)和(5)，你能得出的结论是____________________________。
【答案】
(1)化学平衡状态
(2)1mL蒸馏水 溶液颜色比实验①深
(3)I-+Ag+=AgI↓ 溶液中存在平衡：2Fe3++2I-2Fe2++I2，滴加硝酸银后，银离子和碘离子生成沉淀，碘离子浓度降低，2Fe3++2I-2Fe2++I2平衡逆向移动，单质碘浓度降低，颜色变浅
(4)Fe3++e-=Fe2+ 左管产生黄色沉淀，指针向左偏转
(5)离子的浓度越大，物质的氧化性或者还原性越强
【分析】本题是一道探究性的实验题，本题通过对2Fe3++2I-2Fe2++I2平衡移动的分析，探究了离子浓度对平衡移动的影响，除此之外还探究了离子浓度对离子氧化性和还原性强弱的影响，以此解题。
（1）实验I溶液颜色不再改变说明该实验已经达到平衡，故答案为：化学平衡状态；
（2）可以通过对比实验来证明不是稀释造成的，故答案为：1mL蒸馏水；溶液颜色比实验①深；
（3）黄色沉淀是碘化银，对应的离子方程式为：I-+Ag+=AgI↓；溶液显黄色，是因为溶液中有单质碘，溶液中存在平衡：2Fe3++2I-2Fe2++I2，滴加硝酸银后，银离子和碘离子生成沉淀，碘离子浓度降低，2Fe3++2I-2Fe2++I2平衡逆向移动，单质碘浓度降低，颜色变浅；
（4）①U形管内发生原电池反应，a处I-失电子生成I2，b处Fe3+得电子生成Fe2+，则b处为正极，电极反应为：Fe3++e-=Fe2+；②左管中加入AgNO3溶液，Ag+与I-反应生成AgI黄色沉淀，I-浓度减小，反应逆向移动，即氧化还原反应逆向进行，得失电子的物质逆向反应，所以电流计中的指针与前面相反，即指针向左偏转，故答案为：左管产生黄色沉淀，指针向左偏转；
（5）离子浓度可以影响物质的氧化性或者还原性的强弱，结合实验I、II，对比(2)—(4)和(5)，你能得出的结论是：离子的浓度越大，物质的氧化性或者还原性越强。
18．（河南省九师联盟2022-2023学年高三上学期开学考试化学试题）甲烷水蒸气催化重整是制备高纯氢的方法之一。反应如下：
反应ⅰ. ；
反应ⅱ. 。
回答下列问题：
(1)反应ⅲ.的_______；若在一定温度下的容积固定的密闭容器中进行该反应，则可以提高转化率的措施有___________________，下列说法可以证明该反应已达到平衡状态的是_______(填字母)。
a. b.容器内气体压强不再改变
c.的浓度不再改变 d.CO和的浓度之比为1∶1
(2)对于反应ⅰ，向体积为2L的恒容密闭容器中，按投料。
①若在恒温条件下，反应达到平衡时的转化率为50%，则平衡时容器内的压强与起始压强之比为_______(最简单整数比)。
②其他条件相同时，在不同催化剂(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)作用下，反应相同时间，的转化率随反应温度的变化如图所示。a点_______(填“是”或“不是")化学平衡状态，的依化率：c点>d点，原因是_________________________。
(3)某科研小组研究了反应ⅱ的动力学，获得其速率方程，k为速率常数(只受温度影响)，m为的反应级数。在某温度下进行实验，测得各组分初浓度和反应初速率如下：
的反应级数_______，当实验2进行到某时刻，测得，则此时的反应速率_______(已知)。
(4)甲烷水蒸气催化重整制备高纯氢只发生反应ⅰ、反应ⅱ。在恒温、恒压条件下，1ml和1ml反应达平衡时，的转化率为a，的物质的量为bml，则反应ⅰ的平衡常数_______［写出含有a、b的计算式；对于反应，，x为物质的量分数］。
【答案】
(1)+41 增大浓度、将CO或从体系中移出等合理答案均给分 c
(2)3∶2 不是 相同催化剂时，因该反应吸热，升高温度平衡正向移动，转化率增大
(3)1 0.0136
(4)
【解析】
（1）已知反应ⅰ. ；反应ⅱ. ；由盖斯定律可知，ⅰ-ⅱ即可得到反应反应ⅲ，则的-=+206-165=+41；该反应是气体体积不变的吸热反应，增大浓度、将CO或从体系中移出、升高温度等可以提高转化率；
a．时不能说明该反应的正反应速率和逆反应速率相等，不能证明该反应已达到平衡状态，故a不选；
b．该反应是气体体积不变的吸热反应，容器内气体压强一直不变，当容器内气体压强不再改变时，不能说明反应已达到平衡状态，故b不选；
c．的浓度不再改变时，说明该反应的正反应速率和逆反应速率相等，证明该反应已达到平衡状态，故c选；
d．CO和都是生成物其系数相等，反应过程中CO和的浓度之比恒为1∶1，当CO和的浓度之比为1∶1时，不能说明反应达到平衡状态，故d不选；
正确答案选c。
（2）①对于反应ⅰ，向体积为2L的恒容密闭容器中，按投料，列出三段式：
反应达到平衡时的转化率为50%，则x=0.5ml，平衡时容器内的压强与起始压强之比为=；
②其他条件相同时，在不同催化剂(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)作用下，反应相同时间，由于催化剂不改变CH4的平衡转化率，当温度为750℃时，a点的平衡转化率还能上升，所以a点不是化学平衡状态；相同催化剂时，且该反应吸热，从b点到c点，温度升高，平衡正向移动，转化率增大。
（3）由表格可知，当c(CH4)的浓度增大一倍时，反应速率增大一倍，所以m=1；将序号2中数据代入可得，，解得k=0.4，当实验2进行到某时刻，测得，列出三段式：
则==0.0136。
（4）由题意列出三段式：
由题意可知，反应达平衡时，的转化率为a，的物质的量为bml，x+y=a，y=b，则x=a-b，平衡时总的物质的量为（1-a+1-a-b+b+a-b+3a+b）ml=（2+2a）ml，则平衡时CH4的物质的量分数为，H2O的物质的量分数为，CO2的物质的量分数为，H2的物质的量分数为，则反应ⅰ的平衡常数=。
19．（山东省名校联盟2022-2023学年高三上学期第一次学业质量联合检测化学试题）碳及其化合物对人类的生产、生活有重大影响，一直是科技工作者的研究热点。回答下列问题：
已知：①部分化学键的键能数据如表：
②热化学反应方程式及化学平衡常数如下：
反应ⅰ：
反应ⅱ：
反应ⅲ：
(1)则_______；化学平衡常数与、的关系为_____________；已知反应ⅲ的，若反应iii能自发进行，温度必须大于_______。
(2)在恒温、恒压条件下，以(已转化为标准状况)将和的混合气体通入装有催化剂的连续反应器中发生反应。
①0〜5s内测得CO的体积分数由25%变为20%，则该时间段内用表示的化学反应速率为_______。
②该反应达到平衡后，若增大压强，平衡移动_______(填“向左”“向右”或“不”)；若升高温度，CO的平衡转化率_______(填“变大”“变小”或“不变”)。
(3)一定条件下，和可发生如下反应：
主反应：
副反应：
向温度为T℃、压强为Pa的恒压密闭容器中，通入1ml和2ml发生上述反应。平衡时甲烷的转化率为50%，的分压为Pa。
①平衡时生成的物质的量为_______。
②副反应的平衡常数_______(保留三位有效数字)。
【答案】
(1)-40.0 1000K
(2)1.12 不 变小
(3)0.1ml 0.0873
【解析】
（1）根据键能与焓变关系可知：反应物键能之和-生成物键能之和
；由盖斯定律可知反应ⅲ=反应ⅱ-反应ⅰ，则化学平衡常数与、的关系为；由盖斯定律可知；时反应能自发进行，即，解得；
（2）①由反应 可知，在恒温、恒压条件下，反应的出气速率和进气速率相等，仍为，则；
②该反应为反应前后气体体积不变的放热反应，达到平衡后，增大压强，平衡不移动；升高温度，平衡逆向移动，CO的平衡转化率变小；
（3）①甲烷的转化率为50%，设副反应中生成的物质的量为x ml，则
、， 根据主副反应前后化学计量数关系，可计算出平衡时ml，的分压为PPa，；
②由①可知平衡时各物质的物质的量：ml，ml，ml，ml，副反应中各物质分压：Pa，Pa，Pa，Pa，副反应的平衡常数。
20．（2022·河南·洛宁县第一高级中学高三开学考试）尿素 []是首个由无机物人工合成的有机物。
(1)在尿素合成塔中发生的反应可表示为；已知第一步反应为快速反应，，第二步反应为慢速反应，，则_______，下列图像能表示尿素合成塔中发生反应的能量变化历程的是_______(填标号)。
A． B． C． D．
(2)T℃，在2L的密闭容器中，通入和，保持体积不变，发生反应，10min时反应刚好达到平衡。测得起始压强为平衡时压强的1.5倍，则：
①的平衡转化率为_______。
②能说明上述反应达到平衡状态的是_______(填标号)。
A．
B．混合气体的密度不再发生变化
C．单位时间内消耗，同时生成
D．的体积分数在混合气体中保持不变
③若10min时保持温度和压强不变，再向容器中同时充入和，则此时平衡_______(填“正向移动”、“逆向移动”或“不移动”)。
(3)一定温度下，某恒容密闭容器中发生反应，若原料气中，测得m与的平衡转化率(α)的关系如图所示：
①若平衡时A点容器内总压强为，则上述反应的平衡常数_______。(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数)
②若平衡时A、B对应容器的压强相等，则A、B对应的容器中，起始时投入氨气的物质的量之比_______。
(4)用惰性电极电解尿素[]的碱性溶液可制取氢气，装置如图所示。则B为直流电源的_______极，写出该装置阳极的电极反应式：___________________。
【答案】
(1)-103.7 C
(2)50% BD 逆向移动
(3)9 11：10
(4)负 CO(NH2)2-6e-+8OH-=N2↑+CO+6H2O
【解析】
（1）在尿素合成塔中发生的反应可表示为；已知第一步反应为快速反应，，第二步反应为慢速反应，，根据盖斯定律，第一步反应+第二步反应，则-119.2+15.5=-103.7，下列图像能表示尿素合成塔中发生反应的能量变化历程的是C，第一步为放热反应，第二步为吸热反应。故答案为：-103.7；C；
（2）①设平衡时二氧化碳转化了aml,列出三段式，
起始压强为平衡时压强的1.5倍，，的平衡转化率为50%。故答案为：50%；
②A.是定值，不能说明是否达到平衡状态，故A不选；
B.尿素是固体，混合气体的密度不再发生变化，说明气体的组成保持不变，故B选；
C.单位时间内消耗，同时生成，两者描述的均为正速率，故C不选；
D.的体积分数在混合气体中保持不变，说明气体的组成保持不变，故D选；
故答案为：BD；
③若10min时保持温度和压强不变，达到平衡，K= =4，再向容器中同时充入和，依据PV=nRT，容器的体积由2L变为3L，此时Q= =9>K，则此时平衡逆向移动(填“正向移动”、“逆向移动”或“不移动”)。故答案为：逆向移动；
（3）①设A点对应体系起始时NH3为3xml,CO2为xml，B点对应体系起始时NH3为2yml,CO2为yml，A 点对应体系，
B点对应体系
若平衡时A点容器内总压强为，则上述反应的平衡常数=9。(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数)故答案为：9；
②若平衡时A、B对应容器的压强相等，依据PV=nRT，3x=2.2y，则A、B对应的容器中，起始时投入氨气的物质的量之比11:10。故答案为：11:10；
（4）B电极氢得电子生成氢气，则B为直流电源的负极，该装置阳极发生氧化反应，尿素失电子生成氮气和碳酸盐，电极反应式：CO(NH2)2-6e-+8OH-=N2↑+CO+6H2O。故答案为：负；CO(NH2)2-6e-+8OH-=N2↑+CO+6H2O。
21．（2022·专题练习）
(I)(1)已知在448℃时，反应H2(g)+I2(g)2HI(g)的平衡常数K1为49，则该温度下反应2HI(g)H2(g)+I2(g)的平衡常数K2为___________；反应1/2H2(g)+1/2I2(g)HI(g)的平衡常数K3为___________。
(Ⅱ)在一定体积的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)的关系如下表所示：
回答下列问题：
(2)该反应的化学平衡常数表达式为K___________。
(3)能判断该反应达到化学平衡状态的依据是___________。
A．容器中压强不变
B．混合气体中c(CO)不变
C．v正(H2)=v逆(H2O)
D．c(CO2)=c(CO)
(4)某温度下，平衡浓度符合下式：c(CO2)·c(H2)=c(CO)·c(H2O)，试判断此时的温度为___________℃
(5)在800℃时，发生上述反应，某一时刻测得容器内各物质的浓度分别为c(CO2)为2ml·L-1，c(H2)为1.5ml·L-1，c(CO)为1ml·L-1，c(H2O)为3ml·L-1，此时反应_____达到平衡(填“是”或“否”)。
【答案】
(1)1/49 7
(2)
(3)BC
(4)830
(5)否
【解析】
（1）第2个反应是第1个反应的逆反应，平衡常数互为倒数关系，即K2==；第3个反应的化学计量数与第1个相比，缩小为原来的一半，平衡常数也会发生变化，得K3===7。
（2）根据反应的化学方程式CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)可知，化学平衡常数K=。
（3）A．该反应前后，气体分子数不变，则反应前后，容器中的压强不变；故容器中压强不变，不能说明该反应达到化学平衡状态，A不符合题意；
B．混合气体中c(CO)不变，说明该反应达到化学平衡状态，B符合题意；
C．v正(H2)=v正(H2O)，当v正(H2)=v逆(H2O)时，v正(H2O)=v逆(H2O)，则说明该反应达到化学平衡状态，C符合题意；
D．c(CO2)=c(CO)，不能说明该反应达到化学平衡状态，D不符合题意；
故选BC。
（4）当c(CO2)·c(H2)=c(CO)·c(H2O)时，K=1，由表中数据可知此时温度为830℃。
（5）此时，Q===1>0.9，所以反应未达到平衡。
22．（2022·广东深圳·一模）丙烯是重要的有机合成原料。由丙烷制备丙烯是近年来研究的热点，主要涉及如下反应。
反应i：
反应ii：
回答下列问题：
(1)反应： △H3=___________。
(2)在刚性绝热容器中发生反应i，下列能说明已达到平衡状态的有___________(填标号)。
A．每断裂1 ml O=O键，同时生成4 mlO-H键
B．容器内温度不再变化
C．混合气体的密度不再变化
D．n(C3H8)=n(C3H6)
(3)在压强恒定为100 kPa条件下，按起始投料n(C3H8)：n(O2)=2：1，匀速通入装有催化剂的反应器中发生反应i和反应ii，其中不同温度下丙烷和氧气的转化率如图。
①线___________(填“L1”或“L2”)表示丙烷的转化率。
②温度高于T1K后曲线L2随温度升高而降低的原因为___________。
③当温度高于___________(填“T1”或“T2”)时，可判断反应ii不再发生，a点对应的温度下，丙烯的分压p(C3H6)=___________kPa(保留3位有效数字，下同)，反应i的平衡常数___________。(已知：分压p分=总压×该组分物质的量分数，对于反应，，其中、、、为反应平衡时各组分的分压)
(4)丙烷在碳纳米材料上脱氢的反应机理如图。
已知三步反应的活化能：反应I＞反应III＞反应II。则催化过程的决速反应为____(填“反应I”“反应II”或“反应III”)。
【答案】
(1)-2507 kJ/ml
(2)B
(3)L2 放热反应，温度升高平衡逆向移动 T2 28.6 0.571
(4)反应I
【解析】
（1）已知：反应i：
反应ii：
根据盖斯定律，将反应ii-反应i，整理可得： △H3=-2507 kJ/ml；
（2）A．在刚性绝热容器中发生反应i，反应时每断裂1 ml O=O键，必然同时生成4 ml O—H键，表明反应正向进行，不能据此说明反应达到平衡，A错误；
B．该反应的正反应是放热反应，当容器内温度不再发生变化时，说明反应达到平衡，B正确；
C．该反应的反应物与生成物均为气体，混合气体的质量不变，反应在恒容密闭容器中进行，气体的体积不变，在混合气体密度始终不变，因此不能据此判断反应是否达到平衡状态，C错误；
D．n(C3H8)=n(C3H6)时反应可能处于平衡状态，也可能未处于平衡状态，因此不能据此判断反应是否达到平衡状态，D错误；
故合理选项是B。
（3）①通过两反应方程式系数可知，丙烷转化率低于氧气，所以曲线L2表示丙烷的转化率；
②由于T1 K后反应达到平衡，两个反应均为放热反应，温度升高，化学平衡逆向移动，导致丙烷转化率降低；
③当温度达到T2时，O2与丙烷的转化率相同，且起始投料比n(C3H8)：n(O2)=2：1，可以判断温度达到T2后反应ii不再发生，T2 K时只发生反应i。设C3H8的起始量为2，O2的起始量为1，在T3 K下，根据图中数据可知：对于反应，
开始时n(C3H8)=2 ml，n(O2)=1 ml，由于a点时C3H8的转化率为0.5，所以根据物质反应转化关系可知平衡时n(C3H8)=1 ml，n(O2)=0.5 ml，n(C3H6)=n(H2O)=1 ml，平衡时气体总物质的量为n(总)=1 ml+0.5 ml+1 ml+1 ml+3.5 ml，此时总压强为100 kPa，故此时丙烯的分压p(C3H6)=100 kPa×=28.6 kPa；则反应i的平衡常数K=；
（4）反应的活化能越大，发生反应需消耗的能量就越高，该反应就越不容易发生，反应速率就越慢，对于多步反应，总反应速率由活化能大的慢反应决定，故催化过程的决速反应为反应I。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 ml A，同时也生成了m ml A
平衡
②单位时间内消耗了n ml B，同时也消耗了p ml 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 ml B，同时也消耗了q ml 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
改变的条件(其他条件不变)
化学平衡移动的方向
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eq \a\vs4\al(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
催化剂
同等程度改变v正、v逆，平衡不移动
选项
改变的条件
新平衡与原平衡比较
A
升高温度
X的转化率变小
B
增大压强
X的浓度变小
C
充入一定量Y
Y的转化率增大
D
使用适当催化剂
X的体积分数变小
改变条件
平衡移动方向
氢气的转化率
(增大、减小或不变)
氨气的体积分数
(增大、减小或不变)
增大氮气的浓度
增大氨气的浓度
升温
充入适量氩气
选项
实验目的
实验及现象
结论
A
比较和的水解常数
分别测浓度均为的和溶液的，后者大于前者
B
检验铁锈中是否含有二价铁
将铁锈溶于浓盐酸，滴入溶液，紫色褪去
铁锈中含有二价铁
C
探究氢离子浓度对、相互转化的影响
向溶液中缓慢滴加硫酸，黄色变为橙红色
增大氢离子浓度，转化平衡向生成的方向移动
D
检验乙醇中是否含有水
向乙醇中加入一小粒金属钠，产生无色气体
乙醇中含有水
选项
操作或做法
目的
A
将铜丝插入浓硝酸中
制备
B
将密闭烧瓶中的降温
探究温度对平衡移动的影响
C
将溴水滴入溶液中，加入乙醇并振荡
萃取溶液中生成的碘
D
实验结束，将剩余固体放回原试剂瓶
节约试剂
实验编号
反应物组成
a
粉末
b
粉
c
粉
饱和石灰水
d
粉
石灰乳
e
粉
粉末
甲
乙
丙
体积L
2
4
4
温度K
T1
T2
T3
起始n(H2)/ml
8.0
8.0
20.0
选项
实验目的
实验方法
A
证明与浓硫酸共热至170℃有乙烯生成
与浓硫酸共热至170℃，产生的气体通入酸性溶液
B
验证与KI的反应是可逆反应
向1 mL 0. 1溶液中滴加5 mL 0.1 KI溶液充分反应后，取少许混合液滴加KSCN溶液
C
检验乙醇中是否有水
向乙醇中加入一小粒金属钠
D
氧化性：
向NaBr溶液中滴加过量氯水，再加入淀粉KI溶液
实验序号
1
0.100
0.100
2
0.100
0.200
化学键
键能
436
745
960
463
t/℃
700
800
830
1000
1200
K
0.6
0.9
1.0
1.7
2.6