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2019届二轮复习 专题十 化学反应速率和化学平衡 教案（浙江专用）
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专题十 化学反应速率和化学平衡
[考试标准]
知识条目
必考要求
加试要求
1.化学反应速率与反应限度
①化学反应速率及其简单计算
②影响化学反应速率的因素，控制反应条件在生产和科学研究中的作用
③化学反应的限度
④化学平衡的概念
⑤化学平衡状态的特征
a
a
a
a
a
b
b
b
b
b
2.化学反应速率
①活化分子、活化能、有效碰撞的概念
②碰撞理论
③实验数据的记录与处理
a
b
c
3.化学反应的方向和限度
①自发反应的概念
②熵变的概念
③用熵变、焓变判断化学反应的方向
④化学平衡常数
⑤反应物的转化率
⑥化学平衡常数与反应限度、转化率的关系
a
a
c
b
b
c
4.化学平衡的移动
①化学平衡移动的概念
②影响化学平衡移动的因素及平衡移动方向的判断
③用化学平衡移动原理选择和确定合适的生产条件
a
b
c
考点一 化学反应速率及其影响因素
一、深度剖析速率的计算方法
1．公式法：v(B)＝＝
用上式进行某物质反应速率计算时需注意以下几点：
(1)浓度变化只适用于气体和溶液中的溶质，不适用于固体和纯液体。
(2)化学反应速率是某段时间内的平均反应速率，而不是即时速率，且计算时取正值。
(3)对于可逆反应，通常计算的是正、逆反应抵消后的总反应速率，当达到平衡时，总反应速率为零。(注：总反应速率也可理解为净速率)
2．比值法：同一化学反应，各物质的反应速率之比等于方程式中的化学计量数之比。对于反应：mA(g)＋nB(g)===pC(g)＋qD(g)来说，则有＝＝＝。
二、正确理解速率影响因素
1．按要求填空。
(1)形状大小相同的铁、铝分别与等浓度的盐酸反应生成氢气的速率：铁______(填“大于”“小于”或“等于”)铝。
(2)对于Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑，改变下列条件对生成氢气的速率有何影响？(填“增大”“减小”或“不变”)
①升高温度：________；
②增大盐酸浓度：__________；
③增大铁的质量：__________；
④增加盐酸体积：____________；
⑤把铁片改成铁粉：____________；
⑥滴入几滴CuSO4溶液：____________；
⑦加入NaCl固体：____________；
⑧加入CH3COONa固体：____________；
⑨加入一定体积的Na2SO4溶液：____________。
(3)若把(2)中的稀盐酸改成“稀硝酸”或“浓硫酸”是否还产生H2，为什么？
答案 (1)小于
(2)①增大 ②增大 ③不变 ④不变 ⑤增大 ⑥增大⑦不变 ⑧减小 ⑨减小
(3)不会产生H2，Fe和稀硝酸反应生成NO；常温下，Fe在浓硫酸中钝化。
2．对于化学反应：N2(g)＋O2(g)2NO(g)，在密闭容器中，下列条件的改变引起该反应的反应速率的变化是什么(填“加快”“不变”或“减慢”)。
(1)缩小体积使压强增大：________。
(2)体积不变充入N2使压强增大：________。
(3)体积不变充入氩气使压强增大：________。
(4)压强不变充入氩气使体积增大：________。
(5)增大体积使压强减小：________。
答案 (1)加快 (2)加快 (3)不变 (4)减慢
(5)减慢
3．外界条件对可逆反应的正、逆反应速率的影响方向是一致的，但影响程度不一定相同。
(1)当增大反应物浓度时，v正增大，v逆瞬间不变，随后也增大；
(2)增大压强，气体分子数减小方向的反应速率变化程度大；
(3)对于反应前后气体分子数不变的反应，改变压强可以同等程度地改变正、逆反应速率；
(4)升高温度，v正和v逆都增大，但吸热反应方向的反应速率增大的程度大；
(5)使用催化剂，能同等程度地改变正、逆反应速率。
三、准确把握碰撞理论
1．活化分子、活化能、有效碰撞
(1)活化分子：能够发生有效碰撞的分子。
(2)活化能：如图
图中：E1为正反应的活化能，使用催化剂时的活化能为E3，反应热为E1－E2。(注：E2为逆反应的活化能)
(3)有效碰撞：活化分子之间能够引发化学反应的碰撞。
2．活化分子、有效碰撞与反应速率的关系
题组一 化学反应速率的计算
1．(2018·宁波诺丁汉大学附属中学期中)5.6 g铁粉投入到足量的100 mL 2 mol·L－1的稀硫酸的烧杯中，2 min时铁粉刚好溶解，下列表示这个反应的速率正确的是( )
A．v(Fe)＝0.5 mol·L－1·min－1
B．v(H2SO4)＝1 mol·L－1·min－1
C．v(H2)＝0.5 mol·L－1·min－1
D．v(FeSO4)＝0.5 mol·L－1·min－1
答案 D
解析 Fe是固体，浓度不变，不能用来表示化学反应速率，A项错误；Fe与稀硫酸发生反应：Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑,2 min时铁粉刚好溶解,铁反应的物质的量是0.1 mol，根据方程式可知硫酸反应的物质的量是0.1 mol，则v(H2SO4)＝0.1 mol÷0.1 L÷2 min＝0.5 mol·L－1·min－1,B项错误；该反应为溶液中的反应，无法表示氢气的浓度变化，C项错误；根据方程式可知：n(Fe)∶n(FeSO4)＝1∶1，所以n(FeSO4)＝0.1 mol，则v(FeSO4)＝0.1 mol÷0.1 L÷2 min＝0.5 mol·L－1·min－1，D项正确。
2．(2017·杭州市西湖高级中学高二12月月考)可逆反应2SO2(g) ＋O2(g)2SO3(g)在不同条件下的反应速率如下，其中反应速率最快的是( )
A．v(SO2)＝0.5 mol·L－1·s－1
B．v(O2)＝1 mol·L－1·min－1
C．v(SO3)＝0.6 mol·L－1·s－1
D．v(O2)＝0.4 mol·L－1·s－1
答案 D
3．现将0.40 mol A2气体和0.20 mol B2气体充入10 L的密闭容器中，在一定条件下使其发生反应生成气体C，其物质的量的变化如下图所示，请回答下列有关问题：
(1)若t1＝10 min，则0到t1时间内C物质的平均反应速率为________。
(2)该反应在t2时达到平衡，其化学方程式为_______________________________________
______________________________________________________________________________，若用A、B表示物质C，
则物质C的化学式是____________。
答案 (1)0.001 mol·L－1·min－1
(2)3A2＋B22C A3B(或BA3)
化学反应速率计算常常包括化学反应速率的常规计算、速率大小比较、书写化学方程式或化学式等。
(1)反应速率大小(或快慢)比较方法
同一反应的化学反应速率用不同物质表示时数值可能不同，比较化学反应速率的快慢不能只看数值大小，而要进行一定的转化。一般采用“归一法”进行比较，即将同一反应中的不同物质的反应速率转化成同一种物质同一单位的反应速率，再进行比较。比较时要注意“一看”“二转”“三比较”。“一看”：看速率的单位是否一致；“二转”：利用化学反应速率之比等于化学计量数之比，转化成同一物质同一单位的化学反应速率；“三比较”：比较数值的大小，数值越大，反应速率越快。
(2)书写化学方程式或化学式
首先判断出反应物和生成物；然后计算化学方程式[对于反应aA(g)＋bB(g)===cC(g)＋dD(g)]中各物质前的化学计量数，计算时根据a∶b∶c∶d＝v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝Δn(A)∶Δn(B)∶Δn(C)∶Δn(D)＝Δc(A)∶Δc(B)∶Δc(C)∶Δc(D)；最后写出化学方程式，有时再根据质量守恒定律书写出某一反应物或某一生成物的化学式。
题组二 影响化学反应速率因素的实验探究
4．(2018·浙江省“七彩阳光”新高考研究联盟高三上学期考试)为探究影响化学反应速率的因素，将等质量的铁与过量盐酸反应，其他实验条件见下表。其中铁被反应完消耗时间最少的组别是( )
组别
c(HCl)/ mol·L－1
温度/℃
铁的状态
A
2.0
25
块状
B
2.5
30
粉末状
C
2.5
50
块状
D
2.5
50
粉末状
答案 D
解析 根据化学反应速率的影响因素，温度越高，化学反应速率越快，接触面积越大，化学反应速率越快，答案选D。
5．(2018·嘉兴市高三二模)已知：2N2(g)＋6H2O(g)4NH3(g)＋3O2(g) ΔH＝Q kJ·mol－1(Q＞0)，下图为该反应在不同初始浓度的N2和不同催化剂Ⅰ、Ⅱ作用下(其他条件相同)，体积为2 L的密闭容器中n(NH3)随反应时间的变化曲线，下列说法正确的是( )
A．0～6 h内，催化剂Ⅰ的催化效果比催化剂Ⅱ的好
B．a点时，催化剂Ⅰ、Ⅱ作用下N2的转化率相等
C．0～5 h内，在催化剂Ⅰ的作用下，O2的反应速率为0.12 mol·L－1·h－1
D．0～12 h内，催化剂Ⅱ作用下反应吸收的热量比催化剂Ⅰ的多
答案 D
解析 催化剂Ⅰ和催化剂Ⅱ的条件下，N2的初始浓度不同，催化剂Ⅰ和催化剂Ⅱ的催化效果没法比较，A错误；N2的初始浓度不同，a点时生成NH3的物质的量相等，因此N2的转化率不相等，B错误；由图像可知0～5 h内，在催化剂Ⅰ的作用下，生成NH3的物质的量为0.8 mol，根据方程式可知生成O2的物质的量为0.6 mol，所以O2的反应速率为＝0.06 mol·L－1·h－1，C错误；0～12 h内，催化剂Ⅱ作用下生成NH3的物质的量比催化剂Ⅰ的多，因此催化剂Ⅱ作用下反应吸收的热量比催化剂Ⅰ的多，D正确。
题组三 有效碰撞理论
6．下列说法正确的是( )
A．增大压强，活化分子数增加，化学反应速率一定增大
B．升高温度，活化分子百分数增加，化学反应速率一定增大
C．活化分子间所发生的分子间的碰撞为有效碰撞
D．加入反应物，使活化分子百分数增加，化学反应速率增大
答案 B
解析 增大压强，单位体积内的活化分子数增加，单位时间内、单位体积内有效碰撞次数增多，化学反应速率增大，A项错误；升高温度，活化分子百分数增加，单位时间内、单位体积内有效碰撞次数增多，化学反应速率一定增大，B项正确；活化分子所发生的分子间的碰撞，只有能发生反应的碰撞才是有效碰撞，C项错误；加入反应物，活化分子百分数不变，但活化分子总数增加，化学反应速率增大，D项错误。
7．下列有关活化分子和活化能的说法不正确的是( )
A．增加气体反应物的浓度可以提高活化分子百分数
B．升高温度可增加单位体积活化分子数
C．发生有效碰撞的分子一定是活化分子
D．使用催化剂可降低活化能，提高活化分子百分数
答案 A
解析 本题主要考查活化分子的性质。增加气体反应物的浓度可以增加单位体积内活化分子数，但是不能提高活化分子百分数，故A不正确；升高温度增加活化分子总数，可增加单位体积活化分子数，故B正确；发生有效碰撞的分子一定是活化分子，故C正确；使用催化剂可降低活化能，增加活化分子总数，提高活化分子百分数，故D正确。
(1)为了把“有效碰撞”概念具体化，人们把能够发生有效碰撞的分子叫做活化分子，同时把活化分子所多出来的那部分能量叫做活化能，因此活化能是活化分子平均能量与普通反应物分子平均能量的差值。
(2)活化能相当于化学反应的“门槛”，对于同一化学反应，其活化能越低，反应速率越大。催化剂就是通过参与反应，改变反应历程，降低反应的活化能来提高化学反应速率的。
(3)活化分子百分数(浓度)增加，化学反应速率一定增大。
8．用Na2FeO4溶液氧化废水中的还原性污染物M，为研究降解效果．设计如下对比实验探究温度、浓度、 pH、催化剂对降解速率和效果的影响，实验测得M的浓度与时间关系如图所示。
实验编号
温度(℃)
pH
①
25
1
②
45
1
③
25
7
④
25
1
下列说法不正确的是( )
A．实验①在15 min内M的降解速率为1.33×10－5 mol·L－1·min－1
B．若其他条件相同，实验①②说明升高温度，M降解速率增大
C．若其他条件相同，实验①③证明pH越高，越不利于M的降解
D．实验④说明M的浓度越小，降解的速率越快
答案 D
解析 根据化学反应速率的数学表达式,v(M)＝ mol·L－1·min－1＝1.33×10－5 mol·L－1·min－1，故A说法正确；①②不同的是温度，②的温度高于①，在相同的时间段内，②中M的浓度变化大于①，说明②中M的降解速率大，故B说法正确；①③对比温度相同，③的pH大于①，在相同的时间段内，①中M浓度变化大于③，说明①的降解速率大于③，故C说法正确；①④对比M的浓度不同，0－15之间段内，④中M浓度变化小于①，说明M的浓度越小，降解速率越小，故D说法错误。
9．一定条件下，用Fe2O3、NiO或Cr2O3作催化剂对燃煤烟气进行回收，使SO2转化生成S。催化剂不同，其他条件(浓度、温度、压强)相同情况下，相同时间内 SO2的转化率随反应温度的变化如下图，下列说法不正确的是( )
A．不考虑催化剂价格因素，选择 Fe2O3作催化剂可以节约能源
B．相同其他条件下，选择Cr2O3作催化剂，SO2的平衡转化率最小
C．a点后SO2的转化率减小的原因可能是温度升高催化剂活性降低了
D．选择Fe2O3作催化剂，最适宜温度为340～380 ℃
答案 B
解析 根据图像可知，当温度在340 ℃时，在Fe2O3作催化剂条件下，SO2的平衡转化率最大，A正确；相同其他条件下，选择Cr2O3作催化剂，在温度为260 ℃时，SO2的平衡转化率不是最小的，此时NiO作催化剂时，SO2的转化率是最小的，B错误；催化剂催化能力需要维持在一定的温度下，温度太高，催化剂活性可能会降低，C正确；选择Fe2O3作催化剂，在340～380 ℃催化能力最大，二氧化硫的转化率也是最大，反应速率最快，D正确。
10．硝基苯甲酸乙酯在OH－存在下发生水解反应：O2NC6H4COOC2H5＋OH－O2NC6H4COO－＋C2H5OH，两种反应物的初始浓度均为0.500 mol·L－1，不同温度下测得O2NC6H4COOC2H5的浓度(mol·L－1)随时间变化的数据如下表所示。下列有关说法不正确的是( )
t/s
0
120
180
240
330
530
600
700
800
15 ℃
0.500
0.335
0.291
0.256
0.210
0.155
0.148
0.145
0.145
35 ℃
0.500
0.325
0.277 5
0.238
0.190
…
0.135
0.135
0.135
A.该反应在15 ℃，120～180 s区间的O2NC6H4COOC2H5的平均反应速率为7.33×10－4
mol·L－1·s－1
B．由数据可知，随着反应的进行，反应物的浓度降低，反应速率减慢
C．530 s时，表格中35 ℃对应的数据一定是0.135
D．由数据可知，温度升高反应速率加快
答案 C
解析 该反应在15 ℃，120～180 s区间的O2NC6H4COOC2H5的平均反应速率为(0.335－0.291) mol·L－1÷60 s≈7.33×10－4mol·L－1·s－1，A正确；该反应在15 ℃，180～240 s区间的O2NC6H4COOC2H5的平均反应速率为(0.291－0.256) mol·L－1÷60 s≈5.83×10－4mol·L－1·s－1，因此随着反应的进行，反应物的浓度降低反应速率减慢，B正确；530 s时反应不一定达到平衡状态，所以表格中35 ℃对应的数据不一定是0.135，C错误；由数据可知，温度升高反应速率加快，D正确。
11．(2018·台州市高三9月选考科目教学质量评估)对H2O2的分解速率影响因素进行研究。在相同温度下，实验测得不同条件下O2浓度随时间变化如图所示。下列说法不正确的是( )
A．图甲表明，可通过适当增大H2O2浓度，加快H2O2分解速率
B．图乙表明，可通过调节溶液的酸碱性，控制H2O2分解速率快慢
C．图丙表明，Mn2＋少量存在时，碱性太强，不利于H2O2分解
D．图乙、图丙和图丁表明，Mn2＋是H2O2分解的催化剂，提高Mn2＋的浓度就能增大H2O2 分解速率
答案 D
解析 图甲中溶液的pH相同，但浓度不同，浓度越大，相同时间内浓度的变化量越大，由此得出相同pH条件下，双氧水浓度越大，双氧水分解速率越快，故A正确；图乙中H2O2浓度相同，但加入NaOH浓度不同，说明溶液的pH不同，NaOH浓度越大，相同时间内双氧水浓度变化量越大，由此得出：双氧水浓度相同时，pH越大，双氧水分解速率越快，故B正确；图丙中少量Mn2＋存在时，相同时间内双氧水浓度变化量：0.1 mol·L－1 NaOH溶液＞1.0 mol·L－1 NaOH溶液＞0 mol·L－1 NaOH溶液，由此得出：锰离子作催化剂时受溶液pH的影响，但与溶液的pH值不成正比，碱性太强，不利于H2O2分解，故C正确；图丁中pH相同，锰离子浓度越大，相同时间内双氧水浓度变化量越大，但图丙中锰离子作催化剂时受溶液pH的影响，碱性太强，不利于H2O2分解，故D错误。
考点二 化学平衡状态与化学反应进行的方向
一、化学平衡状态
1．可逆反应
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．化学平衡状态
(1)概念
一定条件下的可逆反应中，正反应速率与逆反应速率相等，反应体系中所有参加反应的物质的质量或浓度保持不变的状态。
(2)化学平衡的建立
(3)化学平衡状态的特点
按要求回答下列问题
①向含有2 mol SO2的容器中通入过量氧气发生反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH＝－Q kJ·mol－1(Q＞0)，充分反应后生成SO3的物质的量______(填“＜”“＞”或“＝”，下同)2 mol，SO2的物质的量______0，转化率______100%，反应放出的热量________ Q kJ。
答案 ＜ ＞ ＜ ＜
②对于达到平衡状态的可逆反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol－1
下列说法正确的打“√”，错误的打“×”
a．N2和NH3的质量分数相等( × )
b．N2、H2、NH3的浓度之比为1∶3∶2( × )
c．v正(N2)＝3v逆(H2)( × )
d．平衡时N2、H2的转化率之比一定为1∶3( × )
e．平衡时，放出的热量可能是92.4 kJ( √ )
3．“三关注”突破化学平衡状态标志的判断
(1)关注反应条件，是恒温恒容、恒温恒压，还是绝热恒容容器；
(2)关注反应特点，是等体积反应，还是非等体积反应；
(3)关注特殊情况，是否有固体参加或生成，或固体的分解反应。
如：在一定温度下的定容容器中，当下列物理量不再发生变化时：①混合气体的压强、②混合气体的密度、③混合气体的总物质的量、④混合气体的平均相对分子质量、⑤混合气体的颜色、⑥各反应物或生成物的浓度之比等于化学计量数之比、⑦某种气体的百分含量(均填序号)
a．能说明2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)达到平衡状态的是______________________________。
b．能说明I2(g)＋H2(g)2HI(g)达到平衡状态的是__________________________________。
c．能说明2NO2(g)N2O4(g)达到平衡状态的是____________________________________。
d．能说明C(s)＋CO2(g)2CO(g)达到平衡状态的是________________________________。
e．能说明A(s)＋2B(g)C(g)＋D(g)达到平衡状态的是______________________________。
f．能说明NH2COONH4(s)2NH3(g)＋CO2(g)达到平衡状态的是______________________。
g．能说明5CO(g)＋I2O5(s)5CO2(g)＋I2(s)达到平衡状态的是________________________。
答案 a．①③④⑦ b．⑤⑦ c．①③④⑤⑦
d．①②③④⑦ e．②④⑦ f．①②③ g．②④⑦
4．若上述题目改成一定温度下的恒压密闭容器，结果又如何？
答案 a．②③④⑦ b．⑤⑦ c．②③④⑤⑦
d．②③④⑦ e．②④⑦ f．③ g．②④⑦
二、化学反应方向的综合判据
影响反应自发性的因素有焓变(ΔH)、熵变(ΔS)和温度(T)。要正确判断一个化学反应能否自发进行，必须综合考虑ΔH、ΔS和T这三个因素。在恒温恒压时，有如下判据：
这个判据用文字可表述：在温度、压强一定的条件下，自发反应总是向ΔH－TΔS＜0的方向进行，直到达到平衡状态。
注意 用ΔH－TΔS＜0来判断反应的自发性，只能用于判断反应的方向，不能确定反应是否一定会发生，也不能确定反应发生的速率。
题组一 化学平衡状态及标志的判断
1．在一个固定容积的密闭容器中，可逆反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，当m、 n、 p、q为任意整数时，下列说法一定能说明反应已达到平衡的是( )
①体系的压强不再改变 ②体系的密度不再改变
③各组分的浓度不再改变 ④各组分的质量分数不再改变
⑤反应速率v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝m∶n∶p∶q ⑥单位时间内m mol A 发生断键反应，同时p mol C 也发生断键反应
A．③④⑤⑥ B．③④⑥
C．①③④ D．②③⑥
答案 B
解析 ①如果该反应是一个反应前后气体分子总数不变的可逆反应，则体系的压强始终不变，所以不能根据压强判断反应是否达到平衡状态，故错误；②因为是在一个固定容积的密闭容器中进行的反应，反应物和生成物都是气体，所以体系的密度不会改变，故不能据此判断该反应是否达到平衡状态，故错误；③各组分的物质的量浓度不再改变，该反应达到平衡状态，故正确；④当该反应达到平衡状态，各组分的质量分数不再改变，故正确；⑤当反应速率v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝m∶n∶p∶q，不能据此判断该反应是否达到平衡状态，故错误；⑥单位时间内m mol A断键反应等效于p mol C形成，同时p mol C也发生断键反应，该反应达到平衡状态，故正确。
2．一定条件下，将物质的量之比为1∶2的NH3与O2置于恒容的密闭容器中发生反应：4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)，下列不能说明反应达到平衡状态的是( )
A．NH3的消耗速率等于NH3的生成速率
B．混合气体的密度保持不变
C．NO的物质的量保持不变
D．NH3和O2的浓度不再变化
答案 B
解析 当化学反应达到平衡状态时，正、逆反应速率相等，各物质的浓度不再发生变化，由此进行判断。NH3的消耗速率等于NH3的生成速率说明正、逆反应速率相等，能说明反应达到平衡，A不符合；密度是混合气的质量和容器容积的比值，在反应过程中质量和容积始终是不变的，无论反应是否达到平衡状态，容器内气体的密度都不发生变化，不能判断是否达到平衡状态，B符合；NO的物质的量保持不变说明反应达到平衡，C不符合；NH3和O2的浓度不再变化说明反应达到平衡，D不符合。
3．反应3Fe(s)＋4H2O(g)Fe3O4(s)＋4H2(g)在温度和容积不变的条件下进行。能表明反应达到平衡状态的叙述是( )
A．容器内的总压强不随时间变化
B．断裂4 mol H—O键的同时，断裂4 mol H—H键
C．混合气体的平均相对分子质量不变
D．反应不再进行
答案 C
解析 反应前后的气体分子数不变，所以在恒温恒容的容器内总压强不随时间变化，A项不正确；1个水分子中有2个H—O键，而1个氢气分子中只有1个H—H键，所以断裂4 mol H—O键的同时断裂4 mol H—H键不能证明正反应速率和逆反应速率相等，B项不正确；由于水蒸气和氢气的相对分子质量不等，所以当混合气体的平均相对分子质量不变时，说明各组分的百分含量保持不变，达到了化学平衡状态，C项正确；在化学平衡状态下，正反应速率和逆反应速率相等且不等于0，D项不正确。
题组二 化学反应方向的判定
4．对于化学反应能否自发进行，下列说法中错误的是( )
A．若ΔH＜0，ΔS＞0，任何温度下都能自发进行
B．若ΔH＞0，ΔS＜0，任何温度下都不能自发进行
C．若ΔH＞0，ΔS＞0，低温时可自发进行
D．若ΔH＜0，ΔS＜0，低温时可自发进行
答案 C
解析 ΔH＞0，ΔS＞0时，要使ΔH－TΔS＜0，则需要在高温下进行。
5．对于汽车尾气的净化反应：2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g) ΔH＝－113.0 kJ·mol－1 ΔS＝－145.3 J·mol－1·K－1，在298 K、101 kPa下，假定反应焓变与熵变不随温度变化，通过计算说明该反应在室温下_______(填“能”或“不能”)自发进行，若常温常压下该反应自发进行，则大气中的NO和CO不能转化为N2和CO2而净化的原因是___________________。
答案 能 该反应虽然能自发进行，但速率太慢，必须选择合适的催化剂，加快反应速率
解析 在298 K、101 kPa下，该反应的ΔH＝－113.0 kJ·mol－1，ΔS＝－145.3 J·mol－1·K－1，由ΔH－TΔS≈－69.7 kJ·mol－1＜0，因此该反应在室温下能自发进行。ΔH－TΔS这个判据指的是温度、压强一定的条件下，化学反应自动发生的趋势，即反应发生的可能性，它并不能说明在该条件下一个可能自发进行的化学反应能否实际发生，因为化学反应能否实际发生还涉及反应速率问题，该反应必须选择合适的催化剂，加快反应速率。
化学反应的综合判据分析
在一定温度和压强下，反应能自发进行，则要使ΔH－TΔS＜0。当反应的ΔH＞0、ΔS＞0，若要使反应自发进行，则要使温度T采用高温，即焓变“大”于0、熵变“大”于0时高(大)温时可自发反应；当反应ΔH＜0、ΔS＜0，若要使反应自发进行，则要使温度T采用低温，即焓变“小”于0、熵变“小”于0时低(小)温时可自发反应。这条规律即为“大大大小小小”规律。另外，这条规律还包括：当反应ΔH＜0、ΔS＞0，在任意温度下均有ΔH－TΔS＜0，此种情况下任意温度均可自发反应；当反应ΔH＞0、ΔS＜0，在任意温度下均有ΔH－TΔS＞0，此种情况下任意温度均不可自发反应。
考点三 化学平衡移动、化学平衡常数
一、化学平衡移动
1．判断方法
如果改变影响平衡的一个条件(温度、浓度、压强等)，平衡就向着能够减弱这种改变的方向移动。如升高温度时，平衡向吸热反应方向移动；增加反应物浓度，平衡向反应物浓度减少的方向(正反应方向)移动；增大压强时，平衡向气体体积缩小的方向移动，反之亦然。
2．易错辨析，下列说法正确的打“√”，错误的打“×”
(1)化学反应速率改变，平衡一定发生移动(×)
(2)平衡移动，化学反应速率一定改变(√)
(3)平衡正向移动，反应物的转化率一定增大(×)
(4)平衡正向移动，一定v正＞v逆(√)
(5)平衡正向移动，反应物浓度一定减小，生成物浓度一定增加(×)
二、化学平衡常数
1．平衡常数概念辨析
正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”
(1)平衡常数表达式中，可以是物质的任一浓度( × )
(2)催化剂能改变化学反应速率，也能改变平衡常数( × )
(3)平衡常数发生变化，化学平衡不一定发生移动( × )
(4)化学平衡发生移动，平衡常数不一定发生变化( √ )
(5)平衡常数和转化率都能体现可逆反应进行的程度( √ )
(6)化学平衡常数只受温度的影响，温度升高，化学平衡常数的变化取决于该反应的反应热
( √ )
2．化学平衡常数表达式的书写
(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)
3．化学平衡常数的应用
(1)判断可逆反应进行的程度。
(2)利用化学平衡常数，判断反应是否达到平衡或向何方向进行。
对于化学反应aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)的任意状态，浓度商：Q＝。
Q＜K，反应向正反应方向进行；
Q＝K，反应处于平衡状态；
Q＞K，反应向逆反应方向进行。
(3)利用K可判断反应的热效应：若升高温度，K值增大，则正反应为吸热反应；若升高温度，K值减小，则正反应为放热反应。
1．(2017·宁波市余姚中学高二上学期期中)汽车尾气净化中的一个反应如下：NO(g)＋CO(g)N2(g)＋CO2(g) ΔH＝－373.4 kJ·mol－1，在恒容的密闭容器中，反应达到平衡后，改变某一条件，下列示意图正确的是( )
答案 A
解析 平衡常数只受温度影响，温度不变平衡常数不变，与物质的浓度无关，增大NO的物质的量，不影响平衡常数，故A正确；增大氮气的物质的量，氮气的浓度增大，平衡逆向移动，NO的转化率降低，故B错误；升高温度，平衡逆向移动，CO的体积分数增大，与图像不符，故C错误；相同压强条件下，升高温度，平衡逆向移动，CO的转化率减小，与图像不符，故D错误。
2．H2(g)＋I2(g)2HI(g) ΔH＝－Q(Q>0)，下列说法正确的是( )
A．温度升高，反应速率增大，产率增大
B．增大反应物H2的浓度，HI%增大
C．增大压强，浓度增大，平衡不移动
D．使用催化剂，反应速率增大，I2的转化率增大
答案 C
解析 温度升高，反应速率增大，平衡逆向移动，产率减小，故A项错误；增大反应物H2的浓度，平衡正向移动，HI%减小，故B项错误；改变压强，对于反应前后气体系数和相等的平衡，不会发生移动，增大压强，浓度增大，平衡不移动，故C项正确；使用催化剂，反应速率增大，平衡不移动，I2的转化率不变，故D项错误。
3．(2017·嘉兴市第一中学高二上学期期末)一定温度下，某容器中加入足量的碳酸钙，发生反应CaCO3(s)CaO(s)＋CO2(g)，达到平衡，下列说法正确的是( )
A．将体积缩小为原来的一半，当体系再次达到平衡时，CO2的浓度不变
B．将体积增大为原来的2倍，再次达到平衡时，气体的密度变大
C．因CaCO3(s)需加热条件才分解生成CaO(s)和CO2(g)，所以是ΔH<0
D．保持容器压强不变，充入He，平衡向逆反应方向移动
答案 A
解析 根据CaCO3(s)CaO(s)＋CO2(g)可知，该反应的平衡常数K＝c(CO2)，将体积缩小为原来的一半，当体系再次达到平衡时，因温度不变，则K值不变，所以c(CO2)也不变，故A正确；该反应中只有二氧化碳为气体，所以反应过程中气体的密度始终不变，则将体积增大为原来的2倍，再次达到平衡时，气体密度不变，故B错误；CaCO3(s)CaO(s)＋CO2(g)是分解反应，该反应为吸热反应，所以ΔH＞0，故C错误；保持容器压强不变，充入He，容器体积增大，CO2的浓度减小，平衡将向正反应方向移动，故D错误。
4．(2017·宁波市余姚中学高二上学期期中)温度为T1时，在三个容积均为1 L的恒容密闭容器中仅发生反应：2NO2(g)2NO(g)＋O2(g)(正反应吸热)。实验测得：v正＝v(NO2)消耗＝k正c2(NO2)，v逆＝v(NO)消耗＝2v (O2 )消耗＝k逆c2(NO)·c(O2 )，k正、k逆为速率常数，受温度影响。
容器编号
物质的起始浓度/mol·L－1
物质的平衡浓度/mol·L－1
c(NO2)
c(NO)
c(O2)
c(O2)
Ⅰ
0.6
0
0
0.2
Ⅱ
0.3
0.5
0.2
Ⅲ
0
0.5
0.35
下列说法正确的是( )
A．T1时，该反应的平衡常数为1
B．达到平衡时，容器Ⅰ与容器Ⅱ中的总压强之比为 4∶5
C．达到平衡时，容器Ⅲ中 NO 的体积分数大于50%
D．当温度改变为 T2时，若k正＝k逆，则T2>T1
答案 D
解析 Ⅰ中的反应2NO2(g)2NO(g)＋O2 (g)
开始/mol·L－1 0.6 0 0
反应/mol·L－1 0.4 0.4 0.2
平衡/mol·L－1 0.2 0.4 0.2
化学平衡常数K＝＝0.8，故A错误；该反应的化学平衡常数K＝0.8，容器体积为1 L，则平衡时Ⅰ中气体总物质的量＝1 L×(0.2＋0.4＋0.2) mol·L－1＝0.8 mol，恒容恒温时气体压强之比等于其物质的量之比，如果平衡时Ⅰ、Ⅱ中压强之比为4∶5，则Ⅱ中平衡时气体总物质的量为1 mol，Ⅱ中开始时浓度商＝＝＜0.8，则平衡正向移动，平衡正向移动导致混合气体总物质的量之和增大，所以达到平衡时，容器Ⅰ与容器Ⅱ中的总压强之比小于 4∶5，故B错误；如果Ⅲ中一氧化氮和氧气完全转化为二氧化氮，则c(NO2)＝0.5 mol·L－1，且容器中还有c(O2)＝0.1 mol·L－1剩余，与Ⅰ相比，Ⅲ是相当于增大压强，平衡逆向移动，二氧化氮和氧气之和所占体积比大于50%，则达到平衡时，容器Ⅲ中NO 的体积分数小于50%，故C错误；v正＝v(NO2 )消耗＝k正c2(NO2 )，v逆＝v(NO)消耗＝2v (O2 )消耗＝k逆c2 (NO)·c(O2 )，达到平衡状态时正、逆反应速率相等，则k正c2(NO2 )＝k逆c2 (NO)·c(O2 )，若k正＝k逆，则c2(NO2 )＝c2(NO)·c(O2)，即化学平衡常数K＝1，该温度下的K大于0.8，说明改变温度后平衡正向移动，因为该反应的正反应是吸热反应，升高温度平衡正向移动，所以T2＞T1，故D正确。
1．(2018·浙江4月选考，14)反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＜0，若在恒压绝热容器中发生，下列选项表明反应一定已达平衡状态的是( )
A．容器内的温度不再变化
B．容器内的压强不再变化
C．相同时间内，断开H—H键的数目和生成N—H键的数目相等
D．容器内气体的浓度c(N2)∶c(H2)∶c(NH3)＝1∶3∶2
答案 A
解析 该反应在绝热容器中进行且为放热反应，当放出的热量不再变化时则可以判断反应已达平衡状态，故A正确；反应在恒压下进行，压强一直不变，故B错误；断开H—H键和生成N—H键均指反应正向进行，故C错误；各物质的起始浓度未知，故由浓度比无法判断反应是否达到平衡，D错误。
2．(2018·浙江4月选考，22)某工业流程中，进入反应塔的混合气体中NO和O2的物质的量分数分别为0.10和0.06，发生化学反应2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)，在其他条件相同时，测得实验数据如下表：
压强/ (×105Pa)
温度/℃
NO达到所列转化率需要时间/s
50%
90%
98%
1.0
30
12
250
2 830
90
25
510
5 760
8.0
30
0.2
3.9
36
90
0.6
7.9
74
根据表中数据，下列说法正确的是( )
A．升高温度，反应速率加快
B．增大压强，反应速率变慢
C．在1.0×105Pa、90 ℃条件下，当转化率为98%时的反应已达到平衡
D．若进入反应塔的混合气体为a mol，反应速率以v＝Δn/Δt表示，则在8.0×105Pa、30 ℃条件下转化率从50%增至90%时段NO的反应速率为 mol·s－1
答案 D
解析 A项，比较压强相同，温度不同，达到相同转化率所需时间，温度越高，时间越长，反应速率应减慢，错误；B项，比较温度相同，压强不同，达到相同转化率所需时间，压强越大，时间越短，反应速率加快，错误；D项，Δn(NO)＝(0.10a·90%－0.10a·50%) mol＝0.04a mol，Δt＝3.9 s－0.2 s＝3.7 s，
所以v(NO)＝＝ mol·s－1，正确。
3．(2017·浙江11月选考，16)已知N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol－1，起始反应物为N2和H2，物质的量之比为1∶3，且总物质的量不变，在不同压强和温度下，反应达到平衡时，体系中NH3的物质的量分数如下表：
温度
物质的量分数
压强
400 ℃
450 ℃
500 ℃
600 ℃
20 MPa
0.387
0.274
0.189
0.088
30 MPa
0.478
0.359
0.260
0.129
下列说法正确的是( )
A．体系中NH3的物质的量分数越大，则正反应速率越大
B．反应达到平衡时，N2和H2的转化率之比均为1
C．反应达到平衡时，放出的热量均为92.4 kJ
D．600 ℃、30 MPa下反应达到平衡时，生成NH3的物质的量最多
答案 B
解析 正反应速率与反应物的浓度有关，且反应物浓度越大反应速率越快，而NH3是产物，故A错误；N2和H2的物质的量之比为1∶3，反应消耗的物质的量之比也是1∶3，故N2和H2的转化率相同，故B正确；当1 mol N2参与反应时放出的热量为92.4 kJ，而题目中没有确定反应的量，故C错误；由表格可知600 ℃、30 MPa下反应达到平衡时，NH3的物质的量分数相对于500 ℃、30 MPa时减小，故D错误。
4．(2017·浙江11月选考，21)在催化剂作用下，用乙醇制乙烯，乙醇转化率和乙烯选择性(生成乙烯的物质的量与乙醇转化的物质的量的比值)随温度、乙醇进料量(单位：mL·min－1)的关系如图所示(保持其他条件相同)。
在410～440 ℃温度范围内，下列说法不正确的是( )
A．当乙醇进料量一定，随乙醇转化率增大，乙烯选择性升高
B．当乙醇进料量一定，随温度的升高，乙烯选择性不一定增大
C．当温度一定，随乙醇进料量增大，乙醇转化率减小
D．当温度一定，随乙醇进料量增大，乙烯选择性增大
答案 A
解析 由图像可知，当乙醇进料量一定，随乙醇转化率增大，乙烯选择性先升高后减小，故A选项错误；由图像可知，当乙醇进料量一定，随温度的升高，乙烯选择性先升高后减小，故B选项正确；由图像可知，当温度一定，随乙醇进料量增大，乙醇转化率减小，故C选项正确；由图像可知，当温度一定，随乙醇进料量增大，乙烯选择性增大，故D选项正确。
5．(2017·浙江4月选考，12)已知：X(g)＋2Y(g)3Z(g)ΔH＝－a kJ·mol－1(a＞0)。下列说法不正确的是( )
A．0.1 mol X和0.2 mol Y充分反应生成Z的物质的量一定小于0.3 mol
B．达到化学平衡状态时，X、Y、Z的浓度不再发生变化
C．达到化学平衡状态时，反应放出的总热量可能达到a kJ
D．升高反应温度，逆反应速率增大、正反应速率减小
答案 D
解析 已知该反应属于可逆反应，0.1 mol X和0.2 mol Y充分反应生成Z的物质的量一定小于0.3 mol，A正确；达到化学平衡状态时，正、逆反应速率相等，X、Y、Z的浓度不再发生变化，B正确；虽然该反应属于可逆反应，达到化学平衡状态时，如果生成3 mol Z，则反应放出的总热量等于a kJ，C正确；升高反应温度，正、逆反应速率均增大，D错误。
6．(2017·浙江4月选考，21)对水样中溶质M的分解速率影响因素进行研究。在相同温度下，M的物质的量浓度(mol·L－1)随时间(min)变化的有关实验数据见下表。
时间
水样
0
5
10
15
20
25
Ⅰ(pH＝2)
0.40
0.28
0.19
0.13
0.10
0.09
Ⅱ(pH＝4)
0.40
0.31
0.24
0.20
0.18
0.16
Ⅲ(pH＝4)
0.20
0.15
0.12
0.09
0.07
0.05
Ⅳ(pH＝4、含Cu2＋)
0.20
0.09
0.05
0.03
0.01
0
下列说法不正确的是( )
A．在0～20 min内，Ⅰ中M的分解速率为0.015 mol·L－1·min－1
B．水样酸性越强，M的分解速率越快
C．在0～25 min内，Ⅲ中M的分解百分率比Ⅱ大
D．由于Cu2＋存在，Ⅳ中M的分解速率比Ⅰ快
答案 D
解析 在0～20 min内，Ⅰ中M的分解速率为＝0.015 mol·L－1·min－1，A正确；根据实验Ⅰ、Ⅱ数据对比可判断水样酸性越强，M的分解速率越快，B正确；在0～25 min内，Ⅲ中M的分解百分率是×100%＝75%，Ⅱ中M的分解百分率是×100%＝60%，C正确。
7．(2016·浙江10月选考，12)在一定条件下，可逆反应X(g)＋2Y(g)2Z(g) ΔH＝－a kJ·mol－1，达到化学平衡时，下列说法一定正确的是 ( )
A．反应放出a kJ热量
B．X和Y的物质的量之比为1∶2
C．反应物和生成物的浓度都不再发生变化
D．X的正反应速率等于Z的逆反应速率
答案 C
解析 A项，由于该反应为可逆反应，且没给出反应物的物质的量，所以反应放出的热量不确定；B项，达到平衡时，X、Y的物质的量之比不一定为1∶2，它和起始量、转化率均有关系；D项，达到平衡时，X的正反应速率与Z的逆反应速率应符合其化学计量数之比。
8．(2016·浙江10月选考，21)为研究某溶液中溶质R的分解速率的影响因素，分别用三份不同初始浓度的R溶液在不同温度下进行实验，c(R)随时间变化如图。下列说法不正确的是( )
A．25 ℃时，在10～30 min内，R的分解平均速率为0.030 mol·L－1·min－1
B．对比30 ℃和10 ℃曲线，在50 min时，R的分解百分率相等
C．对比30 ℃和25 ℃曲线，在0～50 min内，能说明R的分解平均速度随温度升高而增大
D．对比30 ℃和10 ℃曲线，在同一时刻，能说明R的分解速率随温度升高而增大
答案 D
解析 A项，v(R)＝＝0.030 mol·L－1·min－1，正确；B项，在50 min时，两个温度下R全部分解，分解率均为100%，正确；C项，在50 min时，30 ℃时，R分解了1.6 mol·L－1，而在25 ℃时，R分解了1.3 mol·L－1，所以在0～50 min内，R的平均分解速率随温度升高而增大，正确；D项，对比30 ℃和10 ℃的曲线，不能在同一时刻，应指明在同一段时间内R的分解速率随温度升高而增大，错误。
9．[2018·浙江4月选考，30(二)]乙酸乙酯一般通过乙酸和乙醇酯化合成：
CH3COOH(l)＋C2H5OH(l)CH3COOC2H5(l)＋H2O(l) ΔH＝－2.7 kJ·mol－1
已知纯物质和相关恒沸混合物的常压沸点如下表：
纯物质
沸点/℃
恒沸混合物(质量分数)
沸点/℃
乙醇
78.3
乙酸乙酯(0.92)＋水(0.08)
70.4
乙酸
117.9
乙酸乙酯(0.69)＋乙醇(0.31)
71.8
乙酸乙酯
77.1
乙酸乙酯(0.83)＋乙醇(0.08) ＋水(0.09)
70.2
请完成：
(1)关于该反应，下列说法不合理的是________。
A．反应体系中硫酸有催化作用
B．因为化学方程式前后物质的化学计量数之和相等，所以反应的ΔS等于零
C．因为反应的ΔH 接近于零，所以温度变化对平衡转化率的影响大
D．因为反应前后都是液态物质，所以压强变化对化学平衡的影响可忽略不计
(2)一定温度下该反应的平衡常数K＝4.0。若按化学方程式中乙酸和乙醇的化学计量数比例投料，则乙酸乙酯的平衡产率y＝______；若乙酸和乙醇的物质的量之比为n∶1，相应平衡体系中乙酸乙酯的物质的量分数为x，请在图2中绘制x随n变化的示意图(计算时不计副反应)。
(3)工业上多采用乙酸过量的方法，将合成塔中乙酸、乙醇和硫酸混合液加热至110 ℃左右发生酯化反应并回流，直到塔顶温度达到70～71 ℃，开始从塔顶出料。控制乙酸过量的作用有________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)近年，科学家研究了乙醇催化合成乙酸乙酯的新方法：
2C2H5OH(g)CH3COOC2H5(g)＋2H2(g)
在常压下反应，冷凝收集，测得常温下液态收集物中主要产物的质量分数如图3所示。关于该方法，下列推测合理的是________。
A．反应温度不宜超过300 ℃
B．增大体系压强，有利于提高乙醇平衡转化率
C．在催化剂作用下，乙醛是反应历程中的中间产物
D．提高催化剂的活性和选择性，减少乙醚、乙烯等副产物是工艺的关键
答案 (1)BC
(2)0.667(或66.7%)
(3)提高乙醇转化率；减少恒沸混合物中乙醇的含量
(4)ACD
解析 (1)根据反应方程式可知，硫酸作催化剂和吸水剂，A合理；不存在熵变为零的反应，B不合理；焓变接近于零，说明温度对于平衡移动的影响小，C不合理；因为反应前后均是液态物质，所以压强对于平衡的影响可忽略，D合理。
(2)根据平衡常数的表达式，再结合三段式求解，
CH3COOH(l)＋C2H5OH(l)CH3COOC2H5(l)＋H2O(l)
起始 1 mol 1 mol 0 0
转化 a mol a mol a mol a mol
平衡 (1－a)mol (1－a)mol a mol a mol
K＝＝＝4.0，
可知a＝2/3，所以转化率为66.7%；
乙酸与乙醇按照化学计量数比投料时，乙酸乙酯的物质的量分数达到最大值，所以n＝1时，乙酸乙酯的质量分数在最高点，两边依次减小。
(3)根据可逆反应平衡移动知识，乙酸过量的作用有提高乙醇转化率；减少恒沸混合物中乙醇的含量。
(4)根据乙醇催化合成乙酸乙酯的新方法以及图像可知，反应温度不宜超过300 ℃，A合理；增大压强，平衡将逆向移动，所以不利于提高乙醇平衡转化率，B不合理；由图像中可知，乙醛在275 ℃之后逐渐减小，乙酸乙酯逐渐增多，所以乙醛是反应历程中的中间产物，C合理；有机反应中副反应较多，提高催化剂的选择性可以减少乙醚、乙烯等副产物，提高催化剂的活性利于反应的发生，所以D合理。
10．[2017·浙江11月选考，30(一)(1)(2)](一)十氢萘是具有高储氢密度的氢能载体，经历“十氢萘(C10H18)→四氢萘(C10H12)→萘(C10H8)”的脱氢过程释放氢气。已知：
C10H18(l)C10H12(l)＋3H2(g) ΔH1
C10H12(l)C10H8(l)＋2H2(g) ΔH2
ΔH1＞ΔH2＞0，C10H18→C10H12的活化能为Ea1，C10H12→C10H8的活化能为Ea2，十氢萘的常压沸点为192 ℃；在192 ℃，液态十氢萘脱氢反应的平衡转化率约为9%。请回答：
(1)有利于提高上述反应平衡转化率的条件是______________________________________。
A．高温高压 B．低温低压
C．高温低压 D．低温高压
(2)研究表明，将适量十氢萘置于恒容密闭反应器中，升高温度带来高压，该条件下也可显著释氢，理由是__________________________________________________________________
______________________________________________________________________________。
答案 (1)C
(2)温度升高加快反应速率；反应吸热，平衡正向移动，温度升高使平衡正向移动的作用大于压强增大使平衡逆向移动的作用
解析 (1)提高平衡转化率即平衡正向移动，应该升温、降压。所以选择高温低压，选C。
11．[2017·浙江4月选考，30(1)(2)]以氧化铝为原料，通过碳热还原法可合成氮化铝(AlN)；通过电解法可制取铝。电解铝时阳极产生的CO2可通过二氧化碳甲烷化再利用。
请回答：
(1)已知：2Al2O3(s)===4Al(g)＋3O2(g) ΔH1＝3 351 kJ·mol－1
2C(s)＋O2(g)===2CO(g) ΔH2＝－221 kJ·mol－1
2Al(g)＋N2(g)===2AlN(s) ΔH3＝－318 kJ·mol－1
碳热还原Al2O3合成AlN的热化学方程式是________________________________________
______________________________________________________________________________，
该反应自发进行的条件________。
(2)在常压、Ru/TiO2催化下，CO2和H2混合气体(体积比1∶4，总物质的量a mol)进行反应，测得CO2转化率、CH4和CO选择性随温度变化情况分别如图1和图2所示(选择性：转化的CO2中生成CH4或CO的百分比)。
反应 Ⅰ CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g) ΔH4
反应Ⅱ CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH5
图1
图2
①下列说法不正确的是________。
A．ΔH4小于零
B．温度可影响产物的选择性
C．CO2平衡转化率随温度升高先增大后减少
D．其他条件不变，将CO2和H2的初始体积比改变为1∶3，可提高CO2平衡转化率
②350 ℃时，反应Ⅰ在t1时刻达到平衡，平衡时容器体积为V L，该温度下反应Ⅰ的平衡常数为________(用a、V表示)。
③350 ℃下CH4物质的量随时间的变化曲线如图3所示。画出400 ℃下0～t1时刻CH4物质的量随时间的变化曲线。
图3
答案 (1)Al2O3(s)＋3C(s)＋N2(g)===2AlN(s)＋3CO(g)
ΔH＝1 026 kJ·mol－1 高温
(2)①CD ②
③
解析 (1)已知：①2Al2O3(s)===4Al(g)＋3O2(g) ΔH1＝3 351 kJ·mol－1，②2C(s)＋O2(g)===2CO(g) ΔH2＝－221 kJ·mol－1，③2Al(g)＋N2(g)===2AlN(s)
ΔH3＝－318 kJ·mol－1，根据盖斯定律①×＋②×＋③即得到碳热还原Al2O3合成AlN的总热化学方程式：3C(s)＋Al2O3(s)＋N2(g)===2AlN(s)＋3CO(g)
ΔH＝1 026 kJ·mol－1。正反应是吸热的、熵增加的反应，因此该反应自发进行的条件是高温。
12．[2016·浙江10月选考，30(1)(2)③]氯及其化合物在生活和生产中应用广泛。
(1)已知：900 K时，4HCl(g)＋O2(g)2Cl2(g)＋2H2O(g)，反应自发。
①该反应是放热还是吸热，判断并说明理由________________________________________
______________________________________________________________________________。
②900 K时，体积比为4∶1的HCl和O2在恒温恒容的密闭容器中发生反应，HCl的平衡转化率α(HCl)随压强(p)变化曲线如图。保持其他条件不变，升温到T K(假定反应历程不变)，请画出压强在1.5×105～4.5×105Pa范围内，HCl的平衡转化率α(HCl)随压强(p)变化曲线示意图。
(2)③有研究表明，生成NaClO3的反应分两步进行：
Ⅰ.2ClO－===ClO＋ Cl－
Ⅱ.ClO＋ClO－===ClO＋Cl－
常温下，反应Ⅱ能快速进行，但氯气与NaOH溶液反应很难得到NaClO3，试用碰撞理论解释其原因：____________________________________________________________________
______________________________________________________________________________。
答案 (1)①放热反应，因为ΔS<0且反应自发，根据ΔH－TΔS＜0可知反应放热
②
(2)③反应Ⅰ的活化能高，活化分子百分数低，不利于ClO－向ClO转化
解析 (1)①该反应是ΔS＜0，而且是自发进行的反应，根据ΔH－TΔS＜0，可知ΔH＜0，该反应是放热反应。②该反应的正反应是气体体积减小的放热反应，根据平衡移动原理，升高温度，平衡逆向移动，HCl转化率降低；在温度不变时，增大压强，平衡正向移动，反应物的转化率增大，所以在温度是T K及压强为1.5×105～4.5×105 Pa范围内，HCl的平衡转化率α(HCl)随压强(p)变化曲线是。
(2)③常温下，反应Ⅱ能快速进行，但氯气与NaOH溶液反应很难得到NaClO3，是由于反应Ⅰ活化能高，活化分子百分数低，不利于ClO－向ClO转化。
专题强化练
1．对于化学平衡与化学反应速率关系的叙述正确的是( )
A．化学反应速率变化时，化学平衡一定发生移动
B．化学平衡发生移动时，化学反应速率一定变化
C．正反应进行的程度大，正反应速率一定大
D．只有使用催化剂才会发生化学反应速率变化，而化学平衡不移动的情况
答案 B
解析 化学反应速率变化，平衡不一定移动，要看正、逆反应速率是否相等，A错误；平衡移动一定有反应速率的变化，B正确；正反应进行的程度大，说明该反应是转化率大，但正反应速率不一定大，C错误；对于反应前后气体体积不变的反应，改变压强，反应速率改变，但平衡也不移动，D错误。
2．将FeCl3溶液和KI溶液混合，发生反应：2Fe3＋(aq)＋2I－(aq)2Fe2＋(aq)＋I2(aq)。下列各项能判断上述可逆反应达到平衡状态的是( )
A．溶液颜色不再变化
B．c(K＋)不再变化
C．c(Fe3＋)与c(Fe2＋)之和不再变化
D．v正(I－)＝2v正(I2)
答案 A
解析 A项，溶液颜色不再变化，说明Fe3＋、Fe2＋及I2的浓度不再变化，反应达到平衡状态；B项，钾离子浓度始终不变，因此c(K＋)不变不能用于判断反应是否达到平衡状态；C项，由铁元素守恒知，铁离子和亚铁离子的浓度之和始终不变，因此c(Fe3＋)与c(Fe2＋)之和不变不能用于判断反应是否达到平衡状态；D项，v正(I－)和v正(I2)同为正反应速率，v正(I－)＝2v正(I2)不能用于判断反应是否达到平衡状态。
3．(2018·浙江省五校高三上学期第一次联考)已知X(g) ＋ 4Y(g)2Z(g) ΔH＝－a kJ·mol－1
(a > 0)。一定条件下将1 mol X 和4 mol Y通入2 L的恒容密闭容器中，反应10 min时，测得Y的物质的量为3.2 mol。下列说法正确的是( )
A．在10 min内，X和Y反应放出的热量为0.4a kJ
B．在10 min时，Y和Z的物质的量之比为2∶1
C．升高反应温度，逆反应速率增大，正反应速率减小
D．达到平衡状态时，X、Y的浓度不再改变
答案 D
解析 反应10 min时，测得Y的物质的量为3.2 mol，则参加反应的Y为4 mol－3.2 mol＝0.8 mol，物质的量与热量成正比，则放出的热量为×a kJ＝0.2a kJ，故A错误；参加反应的Y为0.8 mol，由X(g)＋4Y(g)2Z(g)可知，生成Z为0.4 mol，消耗X为0.2 mol，则10 min时，Y和Z的物质的量之比为3.2 mol∶0.4 mol＝8∶1，故B错误；升高温度，正、逆反应速率均增大，该反应为放热反应，且逆反应速率增大的倍数大于正反应速率增大的倍数，故C错误；平衡时各物质的浓度不变，则达到平衡状态时，X、Y的浓度不再改变，故D正确。
4．下图是关于反应A2(g)＋3B2(g)2C(g) ΔH＜0的平衡移动图像，影响平衡移动的原因可能是( )
A．升高温度，同时加压
B．降低温度，同时减压
C．增大反应物浓度，同时减小生成物浓度
D．增大反应物浓度，同时使用催化剂
答案 C
解析 从图分析，改变条件，正反应速率增大，逆反应速率减小，平衡正向移动，所以不可能是改变温度和压强和使用催化剂，只能是增大反应物的浓度，减小生成物的浓度，选C。
5．在一定条件下，可逆反应2X(g)＋Y(s)2Z(g) ΔH＝－a kJ·mol－1，下列说法一定正确的是( )
A．当反应消耗1 mol Y时，反应放出a kJ的热量
B．当反应达到平衡时，X、Y、Z 三者的物质的量之比为2∶1∶2
C．当反应达到平衡时，压缩体积，X的正、逆反应速率都增大，平衡向正反应方向移动
D．恒温恒容，反应达到平衡后，加入1 mol Y平衡向正反应方向移动
答案 A
解析 根据方程式，当反应消耗1 mol Y时，反应放出a kJ的热量，故A正确；当反应达到平衡时，X、Y、Z的浓度不变，三者的物质的量之比不一定为2∶1∶2，故B错误；当反应达到平衡时，压缩体积，压强增大，平衡不移动，X的正、逆反应速率都增大，故C错误；Y为固体，恒温恒容，反应达到平衡后，加入1 mol Y，Y的浓度不变，平衡不移动，故D错误。
6．(2018·浙江省名校协作体高三上学期考试)一定温度下，反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)达到化学平衡状态的标志是( )
A．c(N2)∶c(H2)∶c(NH3)＝1∶3∶2
B．N2、H2和NH3的物质的量分数不再改变
C．N2与H2的物质的量之和是NH3的物质的量的2倍
D．单位时间里每增加1 mol N2，同时增加3 mol H2
答案 B
解析 N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，平衡时各物质的分子数之比取决于物质的起始物质的量和转化率，故c(N2)∶c(H2)∶c(NH3)＝1∶3∶2不能作为判断是否达到平衡状态的依据，故A错误；N2、H2和NH3物质的量分数不再改变，说明达到平衡状态，故B正确；平衡时反应物与生成物的物质的量关系取决于反应起始物质的量以及转化率，不能用来判断是否达到平衡状态，故C错误；单位时间内每增加1 mol N2，同时增加3 mol H2都是反应向逆反应方向进行，故不能说明达到平衡状态，故D错误。
7．(2018·浙江名校协作体高三上学期考试)一定温度下，10 mL 0.40 mol·L－1H2O2溶液发生催化分解。不同时刻测得生成O2的体积(已折算为标准状况)如下表。
t/min
0
2
4
6
8
10
V(O2)/mL
0.0
9.9
17.2
22.4
26.5
29.9
下列叙述不正确的是(溶液体积变化忽略不计)( )
A．0～6 min的平均反应速率：v(H2O2)≈3.3×10－2mol·L－1·min－1
B．6～10 min的平均反应速率：v(H2O2)＜3.3×10－2mol·L－1·min－1
C．反应至6 min时，c(H2O2)＝0.30 mol·L－1
D．反应至6 min时，H2O2分解了50%
答案 C
解析 发生的反应为2H2O22H2O＋O2↑。0～6 min产生的氧气的物质的量n(O2)＝ mol＝0.001 mol，分解的过氧化氢的物质的量n(H2O2)＝2n(O2)＝0.002 mol，v(H2O2)≈3.3×10－2 mol·L－1·min－1，A项正确；随着反应的进行，H2O2的浓度逐渐减小，反应速率减慢，6～10 min的平均反应速率小于0～6 min时间内反应速率，B项正确；由A计算可知，反应至6 min时c(H2O2)＝0.40 mol·L－1－0.20 mol·L－1＝0.20 mol·L－1，C项错误；6 min内Δc(H2O2)＝0.20 mol·L－1，则H2O2分解率为(0.20 mol·L－1÷0.40 mol·L－1)×100%＝50%，D项正确。
8．CO(g) ＋ H2O(g)H2(g)＋CO2(g) ΔH<0 在其他条件不变的情况下，下列说法正确的是( )
A．加入催化剂，改变了反应的途径，反应的ΔH也随之改变
B．升高温度，逆反应速率加快，正反应速率减慢
C．升高温度，正、逆反应速率都加快，反应放出的热量不变
D．改变压强，平衡不发生移动，反应放出的热量不变
答案 D
解析 加入催化剂，改变了反应的途径，但反应的ΔH不会改变，A错误；升高温度，正、逆反应速率都加快，B错误；升高温度，反应速率加快，反应向着吸热方向进行，反应放出的热量减少，C错误；改变压强，该反应前后气体体积不变，平衡不移动，反应放出的热量不变，D正确。
9．(2018·浙江省新高考高三4月选考模拟最后一卷)在恒容恒温的密闭容器中充入1 mol X和2 mol Y，发生反应：
X(g)＋2Y(g)2Z(g)＋M(s) ΔH＝－a kJ·mol－1(a>0)，下列说法正确的是( )
A．当v正(X)＝v逆(M)，说明反应达到平衡状态
B．达到化学平衡状态时，反应放出的总热量为a kJ
C．反应达到平衡时，X和Y的转化率相等
D．降低反应温度，正反应速率增大，逆反应速率减小
答案 C
解析 A项，不能用固体表示平均反应速率，错误；B项，该反应为可逆反应，放出热量不可能达到a kJ，错误；D项，降低温度，v正、v逆均减小，错误。
10．(2018·浙江省新高考高三4月选考模拟最后一卷)NaHSO3溶液在不同温度下均可被过量KIO3氧化，当NaHSO3完全消耗即有I2析出，根据I2析出所需时间可以求得NaHSO3的反应速率。将浓度均为0.020 mol·L－1 NaHSO3(含少量淀粉)10.0 mL、KIO3(过量)酸性溶液40.0 mL混合， 记录10～55 ℃间溶液变蓝时间， 55 ℃时未观察到溶液变蓝，实验结果如图。据图分析，下列判断不正确的是( )
A．40 ℃之前与40 ℃之后溶液变蓝的时间随温度的变化趋势相反
B. 图中b、 c 两点对应的NaHSO3反应速率相等
C．图中a点对应的NaHSO3反应速率为5.0×10－5 mol·L－1·S－1
D．温度高于40 ℃时，淀粉不宜用作该试验的指示剂
答案 B
解析 反应原理为
3HSO＋IO===3SO＋I－＋3H＋
IO＋5I－＋6H＋===3I2＋3H2O
B项，温度不同，反应速率不同，错误；C项，a点对应的NaHSO3的反应速率为＝5.0×10－5 mol·L－1·s－1正确；D项，温度高于40 ℃，破坏了淀粉的部分结构，不宜作该实验的指示剂。
11．在容积不变的密闭容器中，一定条件下发生反应：2A(？)B(g)＋2C(g)，且达到平衡。当升高温度时气体的密度增大，则下列叙述中正确的是( )
A．升高温度，正反应速率增大，逆反应速率减小
B．若正反应是放热反应，则A为气态
C．物质A一定为非气态，且正反应是吸热反应
D．若向容器中充入惰性气体，则平衡向右移动
答案 C
解析 升高温度，正、逆反应速率均增大，A项错误；A为气体时，气体总质量不变，容积不变，密度也不变，不符合题意，B项错误；A为非气体时，密度增大，说明平衡正向移动，升温时平衡总向着吸热方向移动，说明正反应为吸热反应，C项正确；若向容器中充入惰性气体，各物质的浓度不变，平衡不移动，D项错误。
12．以二氧化钛表面覆盖Cu2Al2O4为催化剂，可以将CO2和CH4直接转化成乙酸。在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率如图所示，下列说法正确的是( )
A．由图可知：乙酸的生成速率随温度升高而升高
B．250～300 ℃时，温度升高而乙酸的生成速率降低的主要原因是因为催化剂的催化效率降低
C．由300～400 ℃可得，其他条件相同时，催化剂的催化效率越低，乙酸的生成速率越大
D．根据图像推测，工业上若用上述反应制备乙酸最适宜的温度应为400 ℃
答案 B
解析 B项，催化剂的活性受温度的影响，正确；C项，此时，反应速率主要受温度的影响，错误；D项，由于温度高，耗能大，所以应选择250 ℃，错误。
13．(2017·宁波市余姚中学高二上学期期中)工业上利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2) 在催化剂的作用下合成甲醇。已知298 K 和101 kPa 条件下：
2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH1＝－571.6 kJ·mol－1
CO(g)＋O2(g)===CO2(g) ΔH2＝－283.0 kJ·mol－1
CH3OH(l)＋O2(g)===CO2(g) ＋2H2O(l) ΔH3＝－726.5 kJ·mol－1
(1)则CO(g)＋2H2(g)CH3OH(l) ΔH＝________ kJ·mol－1。
(2)已知：CH3OH(l)===CH3OH(g) ΔH＝35.2 kJ·mol－1；
CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)平衡常数K随温度变化关系的曲线为下图中的____________(填曲线标记字母Ⅰ或Ⅱ)。
(3)维持反应温度为510 K，以＝2∶1充入一定量的原料气于1 L容器中，在上述条件下充分反应，t1时刻达到平衡测得容器中c(CH3OH)＝2 mol·L－1。则平衡时CO 转化率＝________；若维持反应温度为520 K，其他条件不变，请在下图中画出c(CO)在0～t1时刻变化曲线。
(4)20世纪90年代，化学家研制出新型催化剂： 碱金属的醇盐及溶剂用于合成甲醇。下图是在该新型催化剂作用下，研究温度、压强对合成甲醇的影响。由图可知适宜的反应温度、压强分别为________(填字母)。
温度：A.90～150 ℃ B．200～260 ℃ C．300～360 ℃ D．400～460℃
压强：E.0.1～1 MPa F．3～5 MPa G．8～10 MPa
H．15～20 MPa
答案 (1)－128.1 (2) Ⅰ
(3)97.56% (或97.6%或98%)
(4)A、F
解析 (1)①2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH1＝－571.6 kJ·mol－1，②CO(g)＋O2(g)===CO2(g) ΔH2＝－283.0 kJ·mol－1，③CH3OH(l)＋O2(g)===CO2(g) ＋2H2O(l) ΔH3＝－726.5 kJ·mol－1，根据盖斯定律，将①＋②－③得：CO(g)＋2H2 (g)CH3OH(l) ΔH＝(－571.6 kJ·mol－1)＋
(－283.0 kJ·mol－1)－ (－726.5 kJ·mol－1)＝－128.1 kJ·mol－1。
(2) ①CO(g)＋2H2 (g)CH3OH(l) ΔH＝－128.1 kJ·mol－1，②CH3OH(l)===CH3OH(g) ΔH＝35.2 kJ·mol－1；根据盖斯定律,①＋②得,CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH＝－92.9 kJ·mol－1,升高温度，平衡逆向移动，平衡常数K减小，因此平衡常数K随温度变化关系的曲线为图中的Ⅰ。
(3)设开始时充入的氢气和一氧化碳的物质的量分别为2x mol，x mol，
CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)
开始/mol·L－1 x 2x 0
反应/mol·L－1 2 4 2
平衡/mol·L－1 x－2 2x－4 2
510 K时K＝4×103，则＝4×103，解得x＝2.05 mol，CO 转化率＝×100%≈97.56%；若维持反应温度为520 K，温度升高，平衡逆向移动，平衡时CO的浓度增大，建立平衡需要的时间减少，图像为。
(4)根据反应方程式CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH＝－92.9 kJ·mol－1，温度越高，CO的转化率越低，压强越大，CO的转化率越大；根据图像，温度在90～150 ℃，压强在3～5 MPa时，CO的转化率已经较高，再增大压强，对设备的要求增大，成本升高，故选A、F。
14．NH3作为一种重要化工原料，被大量应用于工业生产，与其有关性质反应的催化剂研究曾被列入国家863 计划。
(1)催化剂常具有较强的选择性。已知：
反应Ⅰ：4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)
ΔH1＝－905 kJ·mol－1
反应Ⅱ：4NH3(g)＋3O2(g)2N2(g)＋6H2O(g)
ΔH2＝－1 266.6 kJ·mol－1
写出NO 分解生成N2与O2的热化学方程式：____________________________________
____________________________________________________________________________。
(2)N2O也可分解生成N2与O2。在四个恒容密闭容器中按下表相应量充入气体，发生2N2O(g)2N2(g)＋O2(g)，容器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中N2O平衡转化率如下图所示。
容器
容积/L
起始物质的量/mol
N2O
N2
O2
Ⅰ
V1
0.1
0
0
Ⅱ
1.0
0.1
0
0
Ⅲ
V2
0.1
0
0
Ⅳ
1.0
0.06
0.06
0.04
①该反应的ΔH________0(填“>”“＝”或“<”)；
②图中A、B、C 三点处容器内的总压强，由大到小的顺序是__________________________；
③容器 Ⅳ 在470 ℃进行反应时，起始速率：v正(N2O)______v逆(N2O)(填“>”“＝”或“<”)。
(3)氨催化氧化时会发生上述两个竞争反应Ⅰ、Ⅱ。为分析某催化剂对该反应的选择性，在20 L密闭容器中充入1 mol NH3和2 mol O2，测得一定时间内有关物质的量关系如图所示：
①该催化剂在低温时选择反应______(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)；
②C点比B点所产生的NO的物质的量少的原因可能是
________________________________________________________________________。
答案 (1)2NO(g)N2(g)＋O2(g)
ΔH＝－180.8 kJ·mol－1
(2)①＞ ②p(C)＞p(B)＞p(A)(或C＞B＞A) ③＞
(3)①Ⅱ ②该反应为放热反应，温度升高，平衡向逆反应方向移动；催化剂活性降低
解析 (1)NO分解生成N2与O2的方程式为：2NO(g)N2(g)＋O2(g)，根据已知的反应 Ⅰ 和反应 Ⅱ，要得到该方程，则：，则ΔH＝＝ kJ·mol－1＝－180.8 kJ·mol－1。(2)①根据图像，温度升高，转化率增大，则平衡向右移动，说明正向吸热，则反应的ΔH＞0；②A、B、C三点中N2O的转化率相同，则容器中反应物及生成物的量均相同，则容器的压强取决于容器的体积，根据图像，相同温度时：转化率大小为：Ⅰ＞Ⅱ＞Ⅲ，则反应正向进行的程度为：Ⅰ＞Ⅱ＞Ⅲ，且该反应为气体分子数增加的反应，增大容器体积，减小压强平衡向右移动，则说明容器体积大小为：Ⅰ＞Ⅱ＞Ⅲ，故A、B、C三点处容器内的总压强由大到小的顺序是p(C)＞p(B)＞p(A)；③Ⅱ中在470 ℃下达到平衡时N2O的转化率是0.6，则该反应在470 ℃下平衡常数是＝0.067 5，容器Ⅳ在470 ℃进行反应时，浓度商＝＝0.04＜0.067 5，所以反应向正反应方向进行，则起始速率：v正(N2O)＞v逆(N2O)。(3) ①根据图像，在低温时，N2的量相对多一些，而N2是反应Ⅱ的生成物，故该催化剂在低温时选择反应Ⅱ；②根据图像，该催化剂在高温时选择反应Ⅰ，而反应Ⅰ为放热反应，达到平衡后，温度升高平衡向左移动，使得C点比B点所产生的NO的物质的量少；或者可能由于温度升高使催化剂失去了活性等原因。
15．(2017·宁波诺丁汉大学附属中学高二上学期期中)煤的气化在煤化工中占有重要地位，至今仍然是化学工业的重要组成部分。
(1)已知H2(g)、CO(g)和CH3OH(l)的燃烧热分别为－285.8 kJ·mol－1、－283.0 kJ·mol－1和－726.5 kJ·mol－1。请写出甲醇(CH3OH)不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)工业上一般在恒容密闭容器中采用下列反应合成甲醇：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH。下表所列数据是该反应在不同温度下的化学平衡常数(K)
温度/℃
250
300
350
K
2.041
0.270
0.012
①由表中数据判断ΔH________0(填“>”“＝”或“<”)；
②某温度下，将2 mol CO和6 mol H2充入2 L的密闭容器中，充分反应后，4 min达到平衡时测得c(CO)＝0.2 mol·L－1，则此时的温度为________，反应速率v(H2)＝________。
(3)温度为T时，在t0时刻，合成甲醇反应CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)达到平衡，若在t1时刻将容器的体积缩小为原来的一半，在t2时刻又达到新的平衡，请在图中用曲线表示t1～t2时间段氢气、甲醇物质的量浓度随时间变化的趋势示意图(其他条件不变，曲线上必须标明氢气、甲醇)。
答案 (1)CH3OH(l)＋O2(g)===CO(g)＋2H2O(l) ΔH＝－443.5 kJ·mol－1
(2)①＜ ②250 ℃ 0.4 mol·L－1·min－1
(3)
解析 (1)由CO(g)和CH3OH(l)的燃烧热ΔH分别为－283.0 kJ·mol－1和－726.5 kJ·mol－1，则
①CO(g)＋O2(g)===CO2(g) ΔH＝－283.0 kJ·mol－1
②CH3OH(l)＋O2(g)===CO2(g)＋2 H2O(l)
ΔH＝－726.5 kJ·mol－1
由盖斯定律可知用②－①得反应CH3OH(l)＋O2(g)===CO(g)＋2H2O(l)的反应热ΔH＝－726.5 kJ·mol－1－(－283.0 kJ·mol－1)＝－443.5 kJ·mol－1。
(2)①由表中数据可知随着温度的升高，平衡常数逐渐减小，这说明升高温度平衡向逆反应方向移动，因此正反应是放热反应，则ΔH＜0；
② CO(g) ＋ 2H2(g)CH3OH (g)
c(起始)/mol·L－1 1 3 0
c(变化)/mol·L－1 0.8 1.6 0.8
c(平衡)/mol·L－1 0.2 1.4 0.8
则平衡常数K＝≈2.041
所以此时的温度为250 ℃
反应速率v(H2)＝1.6 mol·L－1÷4 min＝0.4 mol·L－1·min－1。
(3)温度为T时，在t0时刻，合成甲醇反应CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)达到平衡，若在t1时刻将容器的体积缩小为原来的，压强增大，平衡向正反应方向进行，所以t1～t2时间段氢气、甲醇物质的量浓度随时间变化的趋势示意图见答案。
[考试标准]
知识条目
必考要求
加试要求
1.化学反应速率与反应限度
①化学反应速率及其简单计算
②影响化学反应速率的因素，控制反应条件在生产和科学研究中的作用
③化学反应的限度
④化学平衡的概念
⑤化学平衡状态的特征
a
a
a
a
a
b
b
b
b
b
2.化学反应速率
①活化分子、活化能、有效碰撞的概念
②碰撞理论
③实验数据的记录与处理
a
b
c
3.化学反应的方向和限度
①自发反应的概念
②熵变的概念
③用熵变、焓变判断化学反应的方向
④化学平衡常数
⑤反应物的转化率
⑥化学平衡常数与反应限度、转化率的关系
a
a
c
b
b
c
4.化学平衡的移动
①化学平衡移动的概念
②影响化学平衡移动的因素及平衡移动方向的判断
③用化学平衡移动原理选择和确定合适的生产条件
a
b
c
考点一 化学反应速率及其影响因素
一、深度剖析速率的计算方法
1．公式法：v(B)＝＝
用上式进行某物质反应速率计算时需注意以下几点：
(1)浓度变化只适用于气体和溶液中的溶质，不适用于固体和纯液体。
(2)化学反应速率是某段时间内的平均反应速率，而不是即时速率，且计算时取正值。
(3)对于可逆反应，通常计算的是正、逆反应抵消后的总反应速率，当达到平衡时，总反应速率为零。(注：总反应速率也可理解为净速率)
2．比值法：同一化学反应，各物质的反应速率之比等于方程式中的化学计量数之比。对于反应：mA(g)＋nB(g)===pC(g)＋qD(g)来说，则有＝＝＝。
二、正确理解速率影响因素
1．按要求填空。
(1)形状大小相同的铁、铝分别与等浓度的盐酸反应生成氢气的速率：铁______(填“大于”“小于”或“等于”)铝。
(2)对于Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑，改变下列条件对生成氢气的速率有何影响？(填“增大”“减小”或“不变”)
①升高温度：________；
②增大盐酸浓度：__________；
③增大铁的质量：__________；
④增加盐酸体积：____________；
⑤把铁片改成铁粉：____________；
⑥滴入几滴CuSO4溶液：____________；
⑦加入NaCl固体：____________；
⑧加入CH3COONa固体：____________；
⑨加入一定体积的Na2SO4溶液：____________。
(3)若把(2)中的稀盐酸改成“稀硝酸”或“浓硫酸”是否还产生H2，为什么？
答案 (1)小于
(2)①增大 ②增大 ③不变 ④不变 ⑤增大 ⑥增大⑦不变 ⑧减小 ⑨减小
(3)不会产生H2，Fe和稀硝酸反应生成NO；常温下，Fe在浓硫酸中钝化。
2．对于化学反应：N2(g)＋O2(g)2NO(g)，在密闭容器中，下列条件的改变引起该反应的反应速率的变化是什么(填“加快”“不变”或“减慢”)。
(1)缩小体积使压强增大：________。
(2)体积不变充入N2使压强增大：________。
(3)体积不变充入氩气使压强增大：________。
(4)压强不变充入氩气使体积增大：________。
(5)增大体积使压强减小：________。
答案 (1)加快 (2)加快 (3)不变 (4)减慢
(5)减慢
3．外界条件对可逆反应的正、逆反应速率的影响方向是一致的，但影响程度不一定相同。
(1)当增大反应物浓度时，v正增大，v逆瞬间不变，随后也增大；
(2)增大压强，气体分子数减小方向的反应速率变化程度大；
(3)对于反应前后气体分子数不变的反应，改变压强可以同等程度地改变正、逆反应速率；
(4)升高温度，v正和v逆都增大，但吸热反应方向的反应速率增大的程度大；
(5)使用催化剂，能同等程度地改变正、逆反应速率。
三、准确把握碰撞理论
1．活化分子、活化能、有效碰撞
(1)活化分子：能够发生有效碰撞的分子。
(2)活化能：如图
图中：E1为正反应的活化能，使用催化剂时的活化能为E3，反应热为E1－E2。(注：E2为逆反应的活化能)
(3)有效碰撞：活化分子之间能够引发化学反应的碰撞。
2．活化分子、有效碰撞与反应速率的关系
题组一 化学反应速率的计算
1．(2018·宁波诺丁汉大学附属中学期中)5.6 g铁粉投入到足量的100 mL 2 mol·L－1的稀硫酸的烧杯中，2 min时铁粉刚好溶解，下列表示这个反应的速率正确的是( )
A．v(Fe)＝0.5 mol·L－1·min－1
B．v(H2SO4)＝1 mol·L－1·min－1
C．v(H2)＝0.5 mol·L－1·min－1
D．v(FeSO4)＝0.5 mol·L－1·min－1
答案 D
解析 Fe是固体，浓度不变，不能用来表示化学反应速率，A项错误；Fe与稀硫酸发生反应：Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑,2 min时铁粉刚好溶解,铁反应的物质的量是0.1 mol，根据方程式可知硫酸反应的物质的量是0.1 mol，则v(H2SO4)＝0.1 mol÷0.1 L÷2 min＝0.5 mol·L－1·min－1,B项错误；该反应为溶液中的反应，无法表示氢气的浓度变化，C项错误；根据方程式可知：n(Fe)∶n(FeSO4)＝1∶1，所以n(FeSO4)＝0.1 mol，则v(FeSO4)＝0.1 mol÷0.1 L÷2 min＝0.5 mol·L－1·min－1，D项正确。
2．(2017·杭州市西湖高级中学高二12月月考)可逆反应2SO2(g) ＋O2(g)2SO3(g)在不同条件下的反应速率如下，其中反应速率最快的是( )
A．v(SO2)＝0.5 mol·L－1·s－1
B．v(O2)＝1 mol·L－1·min－1
C．v(SO3)＝0.6 mol·L－1·s－1
D．v(O2)＝0.4 mol·L－1·s－1
答案 D
3．现将0.40 mol A2气体和0.20 mol B2气体充入10 L的密闭容器中，在一定条件下使其发生反应生成气体C，其物质的量的变化如下图所示，请回答下列有关问题：
(1)若t1＝10 min，则0到t1时间内C物质的平均反应速率为________。
(2)该反应在t2时达到平衡，其化学方程式为_______________________________________
______________________________________________________________________________，若用A、B表示物质C，
则物质C的化学式是____________。
答案 (1)0.001 mol·L－1·min－1
(2)3A2＋B22C A3B(或BA3)
化学反应速率计算常常包括化学反应速率的常规计算、速率大小比较、书写化学方程式或化学式等。
(1)反应速率大小(或快慢)比较方法
同一反应的化学反应速率用不同物质表示时数值可能不同，比较化学反应速率的快慢不能只看数值大小，而要进行一定的转化。一般采用“归一法”进行比较，即将同一反应中的不同物质的反应速率转化成同一种物质同一单位的反应速率，再进行比较。比较时要注意“一看”“二转”“三比较”。“一看”：看速率的单位是否一致；“二转”：利用化学反应速率之比等于化学计量数之比，转化成同一物质同一单位的化学反应速率；“三比较”：比较数值的大小，数值越大，反应速率越快。
(2)书写化学方程式或化学式
首先判断出反应物和生成物；然后计算化学方程式[对于反应aA(g)＋bB(g)===cC(g)＋dD(g)]中各物质前的化学计量数，计算时根据a∶b∶c∶d＝v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝Δn(A)∶Δn(B)∶Δn(C)∶Δn(D)＝Δc(A)∶Δc(B)∶Δc(C)∶Δc(D)；最后写出化学方程式，有时再根据质量守恒定律书写出某一反应物或某一生成物的化学式。
题组二 影响化学反应速率因素的实验探究
4．(2018·浙江省“七彩阳光”新高考研究联盟高三上学期考试)为探究影响化学反应速率的因素，将等质量的铁与过量盐酸反应，其他实验条件见下表。其中铁被反应完消耗时间最少的组别是( )
组别
c(HCl)/ mol·L－1
温度/℃
铁的状态
A
2.0
25
块状
B
2.5
30
粉末状
C
2.5
50
块状
D
2.5
50
粉末状
答案 D
解析 根据化学反应速率的影响因素，温度越高，化学反应速率越快，接触面积越大，化学反应速率越快，答案选D。
5．(2018·嘉兴市高三二模)已知：2N2(g)＋6H2O(g)4NH3(g)＋3O2(g) ΔH＝Q kJ·mol－1(Q＞0)，下图为该反应在不同初始浓度的N2和不同催化剂Ⅰ、Ⅱ作用下(其他条件相同)，体积为2 L的密闭容器中n(NH3)随反应时间的变化曲线，下列说法正确的是( )
A．0～6 h内，催化剂Ⅰ的催化效果比催化剂Ⅱ的好
B．a点时，催化剂Ⅰ、Ⅱ作用下N2的转化率相等
C．0～5 h内，在催化剂Ⅰ的作用下，O2的反应速率为0.12 mol·L－1·h－1
D．0～12 h内，催化剂Ⅱ作用下反应吸收的热量比催化剂Ⅰ的多
答案 D
解析 催化剂Ⅰ和催化剂Ⅱ的条件下，N2的初始浓度不同，催化剂Ⅰ和催化剂Ⅱ的催化效果没法比较，A错误；N2的初始浓度不同，a点时生成NH3的物质的量相等，因此N2的转化率不相等，B错误；由图像可知0～5 h内，在催化剂Ⅰ的作用下，生成NH3的物质的量为0.8 mol，根据方程式可知生成O2的物质的量为0.6 mol，所以O2的反应速率为＝0.06 mol·L－1·h－1，C错误；0～12 h内，催化剂Ⅱ作用下生成NH3的物质的量比催化剂Ⅰ的多，因此催化剂Ⅱ作用下反应吸收的热量比催化剂Ⅰ的多，D正确。
题组三 有效碰撞理论
6．下列说法正确的是( )
A．增大压强，活化分子数增加，化学反应速率一定增大
B．升高温度，活化分子百分数增加，化学反应速率一定增大
C．活化分子间所发生的分子间的碰撞为有效碰撞
D．加入反应物，使活化分子百分数增加，化学反应速率增大
答案 B
解析 增大压强，单位体积内的活化分子数增加，单位时间内、单位体积内有效碰撞次数增多，化学反应速率增大，A项错误；升高温度，活化分子百分数增加，单位时间内、单位体积内有效碰撞次数增多，化学反应速率一定增大，B项正确；活化分子所发生的分子间的碰撞，只有能发生反应的碰撞才是有效碰撞，C项错误；加入反应物，活化分子百分数不变，但活化分子总数增加，化学反应速率增大，D项错误。
7．下列有关活化分子和活化能的说法不正确的是( )
A．增加气体反应物的浓度可以提高活化分子百分数
B．升高温度可增加单位体积活化分子数
C．发生有效碰撞的分子一定是活化分子
D．使用催化剂可降低活化能，提高活化分子百分数
答案 A
解析 本题主要考查活化分子的性质。增加气体反应物的浓度可以增加单位体积内活化分子数，但是不能提高活化分子百分数，故A不正确；升高温度增加活化分子总数，可增加单位体积活化分子数，故B正确；发生有效碰撞的分子一定是活化分子，故C正确；使用催化剂可降低活化能，增加活化分子总数，提高活化分子百分数，故D正确。
(1)为了把“有效碰撞”概念具体化，人们把能够发生有效碰撞的分子叫做活化分子，同时把活化分子所多出来的那部分能量叫做活化能，因此活化能是活化分子平均能量与普通反应物分子平均能量的差值。
(2)活化能相当于化学反应的“门槛”，对于同一化学反应，其活化能越低，反应速率越大。催化剂就是通过参与反应，改变反应历程，降低反应的活化能来提高化学反应速率的。
(3)活化分子百分数(浓度)增加，化学反应速率一定增大。
8．用Na2FeO4溶液氧化废水中的还原性污染物M，为研究降解效果．设计如下对比实验探究温度、浓度、 pH、催化剂对降解速率和效果的影响，实验测得M的浓度与时间关系如图所示。
实验编号
温度(℃)
pH
①
25
1
②
45
1
③
25
7
④
25
1
下列说法不正确的是( )
A．实验①在15 min内M的降解速率为1.33×10－5 mol·L－1·min－1
B．若其他条件相同，实验①②说明升高温度，M降解速率增大
C．若其他条件相同，实验①③证明pH越高，越不利于M的降解
D．实验④说明M的浓度越小，降解的速率越快
答案 D
解析 根据化学反应速率的数学表达式,v(M)＝ mol·L－1·min－1＝1.33×10－5 mol·L－1·min－1，故A说法正确；①②不同的是温度，②的温度高于①，在相同的时间段内，②中M的浓度变化大于①，说明②中M的降解速率大，故B说法正确；①③对比温度相同，③的pH大于①，在相同的时间段内，①中M浓度变化大于③，说明①的降解速率大于③，故C说法正确；①④对比M的浓度不同，0－15之间段内，④中M浓度变化小于①，说明M的浓度越小，降解速率越小，故D说法错误。
9．一定条件下，用Fe2O3、NiO或Cr2O3作催化剂对燃煤烟气进行回收，使SO2转化生成S。催化剂不同，其他条件(浓度、温度、压强)相同情况下，相同时间内 SO2的转化率随反应温度的变化如下图，下列说法不正确的是( )
A．不考虑催化剂价格因素，选择 Fe2O3作催化剂可以节约能源
B．相同其他条件下，选择Cr2O3作催化剂，SO2的平衡转化率最小
C．a点后SO2的转化率减小的原因可能是温度升高催化剂活性降低了
D．选择Fe2O3作催化剂，最适宜温度为340～380 ℃
答案 B
解析 根据图像可知，当温度在340 ℃时，在Fe2O3作催化剂条件下，SO2的平衡转化率最大，A正确；相同其他条件下，选择Cr2O3作催化剂，在温度为260 ℃时，SO2的平衡转化率不是最小的，此时NiO作催化剂时，SO2的转化率是最小的，B错误；催化剂催化能力需要维持在一定的温度下，温度太高，催化剂活性可能会降低，C正确；选择Fe2O3作催化剂，在340～380 ℃催化能力最大，二氧化硫的转化率也是最大，反应速率最快，D正确。
10．硝基苯甲酸乙酯在OH－存在下发生水解反应：O2NC6H4COOC2H5＋OH－O2NC6H4COO－＋C2H5OH，两种反应物的初始浓度均为0.500 mol·L－1，不同温度下测得O2NC6H4COOC2H5的浓度(mol·L－1)随时间变化的数据如下表所示。下列有关说法不正确的是( )
t/s
0
120
180
240
330
530
600
700
800
15 ℃
0.500
0.335
0.291
0.256
0.210
0.155
0.148
0.145
0.145
35 ℃
0.500
0.325
0.277 5
0.238
0.190
…
0.135
0.135
0.135
A.该反应在15 ℃，120～180 s区间的O2NC6H4COOC2H5的平均反应速率为7.33×10－4
mol·L－1·s－1
B．由数据可知，随着反应的进行，反应物的浓度降低，反应速率减慢
C．530 s时，表格中35 ℃对应的数据一定是0.135
D．由数据可知，温度升高反应速率加快
答案 C
解析 该反应在15 ℃，120～180 s区间的O2NC6H4COOC2H5的平均反应速率为(0.335－0.291) mol·L－1÷60 s≈7.33×10－4mol·L－1·s－1，A正确；该反应在15 ℃，180～240 s区间的O2NC6H4COOC2H5的平均反应速率为(0.291－0.256) mol·L－1÷60 s≈5.83×10－4mol·L－1·s－1，因此随着反应的进行，反应物的浓度降低反应速率减慢，B正确；530 s时反应不一定达到平衡状态，所以表格中35 ℃对应的数据不一定是0.135，C错误；由数据可知，温度升高反应速率加快，D正确。
11．(2018·台州市高三9月选考科目教学质量评估)对H2O2的分解速率影响因素进行研究。在相同温度下，实验测得不同条件下O2浓度随时间变化如图所示。下列说法不正确的是( )
A．图甲表明，可通过适当增大H2O2浓度，加快H2O2分解速率
B．图乙表明，可通过调节溶液的酸碱性，控制H2O2分解速率快慢
C．图丙表明，Mn2＋少量存在时，碱性太强，不利于H2O2分解
D．图乙、图丙和图丁表明，Mn2＋是H2O2分解的催化剂，提高Mn2＋的浓度就能增大H2O2 分解速率
答案 D
解析 图甲中溶液的pH相同，但浓度不同，浓度越大，相同时间内浓度的变化量越大，由此得出相同pH条件下，双氧水浓度越大，双氧水分解速率越快，故A正确；图乙中H2O2浓度相同，但加入NaOH浓度不同，说明溶液的pH不同，NaOH浓度越大，相同时间内双氧水浓度变化量越大，由此得出：双氧水浓度相同时，pH越大，双氧水分解速率越快，故B正确；图丙中少量Mn2＋存在时，相同时间内双氧水浓度变化量：0.1 mol·L－1 NaOH溶液＞1.0 mol·L－1 NaOH溶液＞0 mol·L－1 NaOH溶液，由此得出：锰离子作催化剂时受溶液pH的影响，但与溶液的pH值不成正比，碱性太强，不利于H2O2分解，故C正确；图丁中pH相同，锰离子浓度越大，相同时间内双氧水浓度变化量越大，但图丙中锰离子作催化剂时受溶液pH的影响，碱性太强，不利于H2O2分解，故D错误。
考点二 化学平衡状态与化学反应进行的方向
一、化学平衡状态
1．可逆反应
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．化学平衡状态
(1)概念
一定条件下的可逆反应中，正反应速率与逆反应速率相等，反应体系中所有参加反应的物质的质量或浓度保持不变的状态。
(2)化学平衡的建立
(3)化学平衡状态的特点
按要求回答下列问题
①向含有2 mol SO2的容器中通入过量氧气发生反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH＝－Q kJ·mol－1(Q＞0)，充分反应后生成SO3的物质的量______(填“＜”“＞”或“＝”，下同)2 mol，SO2的物质的量______0，转化率______100%，反应放出的热量________ Q kJ。
答案 ＜ ＞ ＜ ＜
②对于达到平衡状态的可逆反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol－1
下列说法正确的打“√”，错误的打“×”
a．N2和NH3的质量分数相等( × )
b．N2、H2、NH3的浓度之比为1∶3∶2( × )
c．v正(N2)＝3v逆(H2)( × )
d．平衡时N2、H2的转化率之比一定为1∶3( × )
e．平衡时，放出的热量可能是92.4 kJ( √ )
3．“三关注”突破化学平衡状态标志的判断
(1)关注反应条件，是恒温恒容、恒温恒压，还是绝热恒容容器；
(2)关注反应特点，是等体积反应，还是非等体积反应；
(3)关注特殊情况，是否有固体参加或生成，或固体的分解反应。
如：在一定温度下的定容容器中，当下列物理量不再发生变化时：①混合气体的压强、②混合气体的密度、③混合气体的总物质的量、④混合气体的平均相对分子质量、⑤混合气体的颜色、⑥各反应物或生成物的浓度之比等于化学计量数之比、⑦某种气体的百分含量(均填序号)
a．能说明2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)达到平衡状态的是______________________________。
b．能说明I2(g)＋H2(g)2HI(g)达到平衡状态的是__________________________________。
c．能说明2NO2(g)N2O4(g)达到平衡状态的是____________________________________。
d．能说明C(s)＋CO2(g)2CO(g)达到平衡状态的是________________________________。
e．能说明A(s)＋2B(g)C(g)＋D(g)达到平衡状态的是______________________________。
f．能说明NH2COONH4(s)2NH3(g)＋CO2(g)达到平衡状态的是______________________。
g．能说明5CO(g)＋I2O5(s)5CO2(g)＋I2(s)达到平衡状态的是________________________。
答案 a．①③④⑦ b．⑤⑦ c．①③④⑤⑦
d．①②③④⑦ e．②④⑦ f．①②③ g．②④⑦
4．若上述题目改成一定温度下的恒压密闭容器，结果又如何？
答案 a．②③④⑦ b．⑤⑦ c．②③④⑤⑦
d．②③④⑦ e．②④⑦ f．③ g．②④⑦
二、化学反应方向的综合判据
影响反应自发性的因素有焓变(ΔH)、熵变(ΔS)和温度(T)。要正确判断一个化学反应能否自发进行，必须综合考虑ΔH、ΔS和T这三个因素。在恒温恒压时，有如下判据：
这个判据用文字可表述：在温度、压强一定的条件下，自发反应总是向ΔH－TΔS＜0的方向进行，直到达到平衡状态。
注意 用ΔH－TΔS＜0来判断反应的自发性，只能用于判断反应的方向，不能确定反应是否一定会发生，也不能确定反应发生的速率。
题组一 化学平衡状态及标志的判断
1．在一个固定容积的密闭容器中，可逆反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，当m、 n、 p、q为任意整数时，下列说法一定能说明反应已达到平衡的是( )
①体系的压强不再改变 ②体系的密度不再改变
③各组分的浓度不再改变 ④各组分的质量分数不再改变
⑤反应速率v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝m∶n∶p∶q ⑥单位时间内m mol A 发生断键反应，同时p mol C 也发生断键反应
A．③④⑤⑥ B．③④⑥
C．①③④ D．②③⑥
答案 B
解析 ①如果该反应是一个反应前后气体分子总数不变的可逆反应，则体系的压强始终不变，所以不能根据压强判断反应是否达到平衡状态，故错误；②因为是在一个固定容积的密闭容器中进行的反应，反应物和生成物都是气体，所以体系的密度不会改变，故不能据此判断该反应是否达到平衡状态，故错误；③各组分的物质的量浓度不再改变，该反应达到平衡状态，故正确；④当该反应达到平衡状态，各组分的质量分数不再改变，故正确；⑤当反应速率v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝m∶n∶p∶q，不能据此判断该反应是否达到平衡状态，故错误；⑥单位时间内m mol A断键反应等效于p mol C形成，同时p mol C也发生断键反应，该反应达到平衡状态，故正确。
2．一定条件下，将物质的量之比为1∶2的NH3与O2置于恒容的密闭容器中发生反应：4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)，下列不能说明反应达到平衡状态的是( )
A．NH3的消耗速率等于NH3的生成速率
B．混合气体的密度保持不变
C．NO的物质的量保持不变
D．NH3和O2的浓度不再变化
答案 B
解析 当化学反应达到平衡状态时，正、逆反应速率相等，各物质的浓度不再发生变化，由此进行判断。NH3的消耗速率等于NH3的生成速率说明正、逆反应速率相等，能说明反应达到平衡，A不符合；密度是混合气的质量和容器容积的比值，在反应过程中质量和容积始终是不变的，无论反应是否达到平衡状态，容器内气体的密度都不发生变化，不能判断是否达到平衡状态，B符合；NO的物质的量保持不变说明反应达到平衡，C不符合；NH3和O2的浓度不再变化说明反应达到平衡，D不符合。
3．反应3Fe(s)＋4H2O(g)Fe3O4(s)＋4H2(g)在温度和容积不变的条件下进行。能表明反应达到平衡状态的叙述是( )
A．容器内的总压强不随时间变化
B．断裂4 mol H—O键的同时，断裂4 mol H—H键
C．混合气体的平均相对分子质量不变
D．反应不再进行
答案 C
解析 反应前后的气体分子数不变，所以在恒温恒容的容器内总压强不随时间变化，A项不正确；1个水分子中有2个H—O键，而1个氢气分子中只有1个H—H键，所以断裂4 mol H—O键的同时断裂4 mol H—H键不能证明正反应速率和逆反应速率相等，B项不正确；由于水蒸气和氢气的相对分子质量不等，所以当混合气体的平均相对分子质量不变时，说明各组分的百分含量保持不变，达到了化学平衡状态，C项正确；在化学平衡状态下，正反应速率和逆反应速率相等且不等于0，D项不正确。
题组二 化学反应方向的判定
4．对于化学反应能否自发进行，下列说法中错误的是( )
A．若ΔH＜0，ΔS＞0，任何温度下都能自发进行
B．若ΔH＞0，ΔS＜0，任何温度下都不能自发进行
C．若ΔH＞0，ΔS＞0，低温时可自发进行
D．若ΔH＜0，ΔS＜0，低温时可自发进行
答案 C
解析 ΔH＞0，ΔS＞0时，要使ΔH－TΔS＜0，则需要在高温下进行。
5．对于汽车尾气的净化反应：2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g) ΔH＝－113.0 kJ·mol－1 ΔS＝－145.3 J·mol－1·K－1，在298 K、101 kPa下，假定反应焓变与熵变不随温度变化，通过计算说明该反应在室温下_______(填“能”或“不能”)自发进行，若常温常压下该反应自发进行，则大气中的NO和CO不能转化为N2和CO2而净化的原因是___________________。
答案 能 该反应虽然能自发进行，但速率太慢，必须选择合适的催化剂，加快反应速率
解析 在298 K、101 kPa下，该反应的ΔH＝－113.0 kJ·mol－1，ΔS＝－145.3 J·mol－1·K－1，由ΔH－TΔS≈－69.7 kJ·mol－1＜0，因此该反应在室温下能自发进行。ΔH－TΔS这个判据指的是温度、压强一定的条件下，化学反应自动发生的趋势，即反应发生的可能性，它并不能说明在该条件下一个可能自发进行的化学反应能否实际发生，因为化学反应能否实际发生还涉及反应速率问题，该反应必须选择合适的催化剂，加快反应速率。
化学反应的综合判据分析
在一定温度和压强下，反应能自发进行，则要使ΔH－TΔS＜0。当反应的ΔH＞0、ΔS＞0，若要使反应自发进行，则要使温度T采用高温，即焓变“大”于0、熵变“大”于0时高(大)温时可自发反应；当反应ΔH＜0、ΔS＜0，若要使反应自发进行，则要使温度T采用低温，即焓变“小”于0、熵变“小”于0时低(小)温时可自发反应。这条规律即为“大大大小小小”规律。另外，这条规律还包括：当反应ΔH＜0、ΔS＞0，在任意温度下均有ΔH－TΔS＜0，此种情况下任意温度均可自发反应；当反应ΔH＞0、ΔS＜0，在任意温度下均有ΔH－TΔS＞0，此种情况下任意温度均不可自发反应。
考点三 化学平衡移动、化学平衡常数
一、化学平衡移动
1．判断方法
如果改变影响平衡的一个条件(温度、浓度、压强等)，平衡就向着能够减弱这种改变的方向移动。如升高温度时，平衡向吸热反应方向移动；增加反应物浓度，平衡向反应物浓度减少的方向(正反应方向)移动；增大压强时，平衡向气体体积缩小的方向移动，反之亦然。
2．易错辨析，下列说法正确的打“√”，错误的打“×”
(1)化学反应速率改变，平衡一定发生移动(×)
(2)平衡移动，化学反应速率一定改变(√)
(3)平衡正向移动，反应物的转化率一定增大(×)
(4)平衡正向移动，一定v正＞v逆(√)
(5)平衡正向移动，反应物浓度一定减小，生成物浓度一定增加(×)
二、化学平衡常数
1．平衡常数概念辨析
正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”
(1)平衡常数表达式中，可以是物质的任一浓度( × )
(2)催化剂能改变化学反应速率，也能改变平衡常数( × )
(3)平衡常数发生变化，化学平衡不一定发生移动( × )
(4)化学平衡发生移动，平衡常数不一定发生变化( √ )
(5)平衡常数和转化率都能体现可逆反应进行的程度( √ )
(6)化学平衡常数只受温度的影响，温度升高，化学平衡常数的变化取决于该反应的反应热
( √ )
2．化学平衡常数表达式的书写
(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)
3．化学平衡常数的应用
(1)判断可逆反应进行的程度。
(2)利用化学平衡常数，判断反应是否达到平衡或向何方向进行。
对于化学反应aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)的任意状态，浓度商：Q＝。
Q＜K，反应向正反应方向进行；
Q＝K，反应处于平衡状态；
Q＞K，反应向逆反应方向进行。
(3)利用K可判断反应的热效应：若升高温度，K值增大，则正反应为吸热反应；若升高温度，K值减小，则正反应为放热反应。
1．(2017·宁波市余姚中学高二上学期期中)汽车尾气净化中的一个反应如下：NO(g)＋CO(g)N2(g)＋CO2(g) ΔH＝－373.4 kJ·mol－1，在恒容的密闭容器中，反应达到平衡后，改变某一条件，下列示意图正确的是( )
答案 A
解析 平衡常数只受温度影响，温度不变平衡常数不变，与物质的浓度无关，增大NO的物质的量，不影响平衡常数，故A正确；增大氮气的物质的量，氮气的浓度增大，平衡逆向移动，NO的转化率降低，故B错误；升高温度，平衡逆向移动，CO的体积分数增大，与图像不符，故C错误；相同压强条件下，升高温度，平衡逆向移动，CO的转化率减小，与图像不符，故D错误。
2．H2(g)＋I2(g)2HI(g) ΔH＝－Q(Q>0)，下列说法正确的是( )
A．温度升高，反应速率增大，产率增大
B．增大反应物H2的浓度，HI%增大
C．增大压强，浓度增大，平衡不移动
D．使用催化剂，反应速率增大，I2的转化率增大
答案 C
解析 温度升高，反应速率增大，平衡逆向移动，产率减小，故A项错误；增大反应物H2的浓度，平衡正向移动，HI%减小，故B项错误；改变压强，对于反应前后气体系数和相等的平衡，不会发生移动，增大压强，浓度增大，平衡不移动，故C项正确；使用催化剂，反应速率增大，平衡不移动，I2的转化率不变，故D项错误。
3．(2017·嘉兴市第一中学高二上学期期末)一定温度下，某容器中加入足量的碳酸钙，发生反应CaCO3(s)CaO(s)＋CO2(g)，达到平衡，下列说法正确的是( )
A．将体积缩小为原来的一半，当体系再次达到平衡时，CO2的浓度不变
B．将体积增大为原来的2倍，再次达到平衡时，气体的密度变大
C．因CaCO3(s)需加热条件才分解生成CaO(s)和CO2(g)，所以是ΔH<0
D．保持容器压强不变，充入He，平衡向逆反应方向移动
答案 A
解析 根据CaCO3(s)CaO(s)＋CO2(g)可知，该反应的平衡常数K＝c(CO2)，将体积缩小为原来的一半，当体系再次达到平衡时，因温度不变，则K值不变，所以c(CO2)也不变，故A正确；该反应中只有二氧化碳为气体，所以反应过程中气体的密度始终不变，则将体积增大为原来的2倍，再次达到平衡时，气体密度不变，故B错误；CaCO3(s)CaO(s)＋CO2(g)是分解反应，该反应为吸热反应，所以ΔH＞0，故C错误；保持容器压强不变，充入He，容器体积增大，CO2的浓度减小，平衡将向正反应方向移动，故D错误。
4．(2017·宁波市余姚中学高二上学期期中)温度为T1时，在三个容积均为1 L的恒容密闭容器中仅发生反应：2NO2(g)2NO(g)＋O2(g)(正反应吸热)。实验测得：v正＝v(NO2)消耗＝k正c2(NO2)，v逆＝v(NO)消耗＝2v (O2 )消耗＝k逆c2(NO)·c(O2 )，k正、k逆为速率常数，受温度影响。
容器编号
物质的起始浓度/mol·L－1
物质的平衡浓度/mol·L－1
c(NO2)
c(NO)
c(O2)
c(O2)
Ⅰ
0.6
0
0
0.2
Ⅱ
0.3
0.5
0.2
Ⅲ
0
0.5
0.35
下列说法正确的是( )
A．T1时，该反应的平衡常数为1
B．达到平衡时，容器Ⅰ与容器Ⅱ中的总压强之比为 4∶5
C．达到平衡时，容器Ⅲ中 NO 的体积分数大于50%
D．当温度改变为 T2时，若k正＝k逆，则T2>T1
答案 D
解析 Ⅰ中的反应2NO2(g)2NO(g)＋O2 (g)
开始/mol·L－1 0.6 0 0
反应/mol·L－1 0.4 0.4 0.2
平衡/mol·L－1 0.2 0.4 0.2
化学平衡常数K＝＝0.8，故A错误；该反应的化学平衡常数K＝0.8，容器体积为1 L，则平衡时Ⅰ中气体总物质的量＝1 L×(0.2＋0.4＋0.2) mol·L－1＝0.8 mol，恒容恒温时气体压强之比等于其物质的量之比，如果平衡时Ⅰ、Ⅱ中压强之比为4∶5，则Ⅱ中平衡时气体总物质的量为1 mol，Ⅱ中开始时浓度商＝＝＜0.8，则平衡正向移动，平衡正向移动导致混合气体总物质的量之和增大，所以达到平衡时，容器Ⅰ与容器Ⅱ中的总压强之比小于 4∶5，故B错误；如果Ⅲ中一氧化氮和氧气完全转化为二氧化氮，则c(NO2)＝0.5 mol·L－1，且容器中还有c(O2)＝0.1 mol·L－1剩余，与Ⅰ相比，Ⅲ是相当于增大压强，平衡逆向移动，二氧化氮和氧气之和所占体积比大于50%，则达到平衡时，容器Ⅲ中NO 的体积分数小于50%，故C错误；v正＝v(NO2 )消耗＝k正c2(NO2 )，v逆＝v(NO)消耗＝2v (O2 )消耗＝k逆c2 (NO)·c(O2 )，达到平衡状态时正、逆反应速率相等，则k正c2(NO2 )＝k逆c2 (NO)·c(O2 )，若k正＝k逆，则c2(NO2 )＝c2(NO)·c(O2)，即化学平衡常数K＝1，该温度下的K大于0.8，说明改变温度后平衡正向移动，因为该反应的正反应是吸热反应，升高温度平衡正向移动，所以T2＞T1，故D正确。
1．(2018·浙江4月选考，14)反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＜0，若在恒压绝热容器中发生，下列选项表明反应一定已达平衡状态的是( )
A．容器内的温度不再变化
B．容器内的压强不再变化
C．相同时间内，断开H—H键的数目和生成N—H键的数目相等
D．容器内气体的浓度c(N2)∶c(H2)∶c(NH3)＝1∶3∶2
答案 A
解析 该反应在绝热容器中进行且为放热反应，当放出的热量不再变化时则可以判断反应已达平衡状态，故A正确；反应在恒压下进行，压强一直不变，故B错误；断开H—H键和生成N—H键均指反应正向进行，故C错误；各物质的起始浓度未知，故由浓度比无法判断反应是否达到平衡，D错误。
2．(2018·浙江4月选考，22)某工业流程中，进入反应塔的混合气体中NO和O2的物质的量分数分别为0.10和0.06，发生化学反应2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)，在其他条件相同时，测得实验数据如下表：
压强/ (×105Pa)
温度/℃
NO达到所列转化率需要时间/s
50%
90%
98%
1.0
30
12
250
2 830
90
25
510
5 760
8.0
30
0.2
3.9
36
90
0.6
7.9
74
根据表中数据，下列说法正确的是( )
A．升高温度，反应速率加快
B．增大压强，反应速率变慢
C．在1.0×105Pa、90 ℃条件下，当转化率为98%时的反应已达到平衡
D．若进入反应塔的混合气体为a mol，反应速率以v＝Δn/Δt表示，则在8.0×105Pa、30 ℃条件下转化率从50%增至90%时段NO的反应速率为 mol·s－1
答案 D
解析 A项，比较压强相同，温度不同，达到相同转化率所需时间，温度越高，时间越长，反应速率应减慢，错误；B项，比较温度相同，压强不同，达到相同转化率所需时间，压强越大，时间越短，反应速率加快，错误；D项，Δn(NO)＝(0.10a·90%－0.10a·50%) mol＝0.04a mol，Δt＝3.9 s－0.2 s＝3.7 s，
所以v(NO)＝＝ mol·s－1，正确。
3．(2017·浙江11月选考，16)已知N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol－1，起始反应物为N2和H2，物质的量之比为1∶3，且总物质的量不变，在不同压强和温度下，反应达到平衡时，体系中NH3的物质的量分数如下表：
温度
物质的量分数
压强
400 ℃
450 ℃
500 ℃
600 ℃
20 MPa
0.387
0.274
0.189
0.088
30 MPa
0.478
0.359
0.260
0.129
下列说法正确的是( )
A．体系中NH3的物质的量分数越大，则正反应速率越大
B．反应达到平衡时，N2和H2的转化率之比均为1
C．反应达到平衡时，放出的热量均为92.4 kJ
D．600 ℃、30 MPa下反应达到平衡时，生成NH3的物质的量最多
答案 B
解析 正反应速率与反应物的浓度有关，且反应物浓度越大反应速率越快，而NH3是产物，故A错误；N2和H2的物质的量之比为1∶3，反应消耗的物质的量之比也是1∶3，故N2和H2的转化率相同，故B正确；当1 mol N2参与反应时放出的热量为92.4 kJ，而题目中没有确定反应的量，故C错误；由表格可知600 ℃、30 MPa下反应达到平衡时，NH3的物质的量分数相对于500 ℃、30 MPa时减小，故D错误。
4．(2017·浙江11月选考，21)在催化剂作用下，用乙醇制乙烯，乙醇转化率和乙烯选择性(生成乙烯的物质的量与乙醇转化的物质的量的比值)随温度、乙醇进料量(单位：mL·min－1)的关系如图所示(保持其他条件相同)。
在410～440 ℃温度范围内，下列说法不正确的是( )
A．当乙醇进料量一定，随乙醇转化率增大，乙烯选择性升高
B．当乙醇进料量一定，随温度的升高，乙烯选择性不一定增大
C．当温度一定，随乙醇进料量增大，乙醇转化率减小
D．当温度一定，随乙醇进料量增大，乙烯选择性增大
答案 A
解析 由图像可知，当乙醇进料量一定，随乙醇转化率增大，乙烯选择性先升高后减小，故A选项错误；由图像可知，当乙醇进料量一定，随温度的升高，乙烯选择性先升高后减小，故B选项正确；由图像可知，当温度一定，随乙醇进料量增大，乙醇转化率减小，故C选项正确；由图像可知，当温度一定，随乙醇进料量增大，乙烯选择性增大，故D选项正确。
5．(2017·浙江4月选考，12)已知：X(g)＋2Y(g)3Z(g)ΔH＝－a kJ·mol－1(a＞0)。下列说法不正确的是( )
A．0.1 mol X和0.2 mol Y充分反应生成Z的物质的量一定小于0.3 mol
B．达到化学平衡状态时，X、Y、Z的浓度不再发生变化
C．达到化学平衡状态时，反应放出的总热量可能达到a kJ
D．升高反应温度，逆反应速率增大、正反应速率减小
答案 D
解析 已知该反应属于可逆反应，0.1 mol X和0.2 mol Y充分反应生成Z的物质的量一定小于0.3 mol，A正确；达到化学平衡状态时，正、逆反应速率相等，X、Y、Z的浓度不再发生变化，B正确；虽然该反应属于可逆反应，达到化学平衡状态时，如果生成3 mol Z，则反应放出的总热量等于a kJ，C正确；升高反应温度，正、逆反应速率均增大，D错误。
6．(2017·浙江4月选考，21)对水样中溶质M的分解速率影响因素进行研究。在相同温度下，M的物质的量浓度(mol·L－1)随时间(min)变化的有关实验数据见下表。
时间
水样
0
5
10
15
20
25
Ⅰ(pH＝2)
0.40
0.28
0.19
0.13
0.10
0.09
Ⅱ(pH＝4)
0.40
0.31
0.24
0.20
0.18
0.16
Ⅲ(pH＝4)
0.20
0.15
0.12
0.09
0.07
0.05
Ⅳ(pH＝4、含Cu2＋)
0.20
0.09
0.05
0.03
0.01
0
下列说法不正确的是( )
A．在0～20 min内，Ⅰ中M的分解速率为0.015 mol·L－1·min－1
B．水样酸性越强，M的分解速率越快
C．在0～25 min内，Ⅲ中M的分解百分率比Ⅱ大
D．由于Cu2＋存在，Ⅳ中M的分解速率比Ⅰ快
答案 D
解析 在0～20 min内，Ⅰ中M的分解速率为＝0.015 mol·L－1·min－1，A正确；根据实验Ⅰ、Ⅱ数据对比可判断水样酸性越强，M的分解速率越快，B正确；在0～25 min内，Ⅲ中M的分解百分率是×100%＝75%，Ⅱ中M的分解百分率是×100%＝60%，C正确。
7．(2016·浙江10月选考，12)在一定条件下，可逆反应X(g)＋2Y(g)2Z(g) ΔH＝－a kJ·mol－1，达到化学平衡时，下列说法一定正确的是 ( )
A．反应放出a kJ热量
B．X和Y的物质的量之比为1∶2
C．反应物和生成物的浓度都不再发生变化
D．X的正反应速率等于Z的逆反应速率
答案 C
解析 A项，由于该反应为可逆反应，且没给出反应物的物质的量，所以反应放出的热量不确定；B项，达到平衡时，X、Y的物质的量之比不一定为1∶2，它和起始量、转化率均有关系；D项，达到平衡时，X的正反应速率与Z的逆反应速率应符合其化学计量数之比。
8．(2016·浙江10月选考，21)为研究某溶液中溶质R的分解速率的影响因素，分别用三份不同初始浓度的R溶液在不同温度下进行实验，c(R)随时间变化如图。下列说法不正确的是( )
A．25 ℃时，在10～30 min内，R的分解平均速率为0.030 mol·L－1·min－1
B．对比30 ℃和10 ℃曲线，在50 min时，R的分解百分率相等
C．对比30 ℃和25 ℃曲线，在0～50 min内，能说明R的分解平均速度随温度升高而增大
D．对比30 ℃和10 ℃曲线，在同一时刻，能说明R的分解速率随温度升高而增大
答案 D
解析 A项，v(R)＝＝0.030 mol·L－1·min－1，正确；B项，在50 min时，两个温度下R全部分解，分解率均为100%，正确；C项，在50 min时，30 ℃时，R分解了1.6 mol·L－1，而在25 ℃时，R分解了1.3 mol·L－1，所以在0～50 min内，R的平均分解速率随温度升高而增大，正确；D项，对比30 ℃和10 ℃的曲线，不能在同一时刻，应指明在同一段时间内R的分解速率随温度升高而增大，错误。
9．[2018·浙江4月选考，30(二)]乙酸乙酯一般通过乙酸和乙醇酯化合成：
CH3COOH(l)＋C2H5OH(l)CH3COOC2H5(l)＋H2O(l) ΔH＝－2.7 kJ·mol－1
已知纯物质和相关恒沸混合物的常压沸点如下表：
纯物质
沸点/℃
恒沸混合物(质量分数)
沸点/℃
乙醇
78.3
乙酸乙酯(0.92)＋水(0.08)
70.4
乙酸
117.9
乙酸乙酯(0.69)＋乙醇(0.31)
71.8
乙酸乙酯
77.1
乙酸乙酯(0.83)＋乙醇(0.08) ＋水(0.09)
70.2
请完成：
(1)关于该反应，下列说法不合理的是________。
A．反应体系中硫酸有催化作用
B．因为化学方程式前后物质的化学计量数之和相等，所以反应的ΔS等于零
C．因为反应的ΔH 接近于零，所以温度变化对平衡转化率的影响大
D．因为反应前后都是液态物质，所以压强变化对化学平衡的影响可忽略不计
(2)一定温度下该反应的平衡常数K＝4.0。若按化学方程式中乙酸和乙醇的化学计量数比例投料，则乙酸乙酯的平衡产率y＝______；若乙酸和乙醇的物质的量之比为n∶1，相应平衡体系中乙酸乙酯的物质的量分数为x，请在图2中绘制x随n变化的示意图(计算时不计副反应)。
(3)工业上多采用乙酸过量的方法，将合成塔中乙酸、乙醇和硫酸混合液加热至110 ℃左右发生酯化反应并回流，直到塔顶温度达到70～71 ℃，开始从塔顶出料。控制乙酸过量的作用有________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)近年，科学家研究了乙醇催化合成乙酸乙酯的新方法：
2C2H5OH(g)CH3COOC2H5(g)＋2H2(g)
在常压下反应，冷凝收集，测得常温下液态收集物中主要产物的质量分数如图3所示。关于该方法，下列推测合理的是________。
A．反应温度不宜超过300 ℃
B．增大体系压强，有利于提高乙醇平衡转化率
C．在催化剂作用下，乙醛是反应历程中的中间产物
D．提高催化剂的活性和选择性，减少乙醚、乙烯等副产物是工艺的关键
答案 (1)BC
(2)0.667(或66.7%)
(3)提高乙醇转化率；减少恒沸混合物中乙醇的含量
(4)ACD
解析 (1)根据反应方程式可知，硫酸作催化剂和吸水剂，A合理；不存在熵变为零的反应，B不合理；焓变接近于零，说明温度对于平衡移动的影响小，C不合理；因为反应前后均是液态物质，所以压强对于平衡的影响可忽略，D合理。
(2)根据平衡常数的表达式，再结合三段式求解，
CH3COOH(l)＋C2H5OH(l)CH3COOC2H5(l)＋H2O(l)
起始 1 mol 1 mol 0 0
转化 a mol a mol a mol a mol
平衡 (1－a)mol (1－a)mol a mol a mol
K＝＝＝4.0，
可知a＝2/3，所以转化率为66.7%；
乙酸与乙醇按照化学计量数比投料时，乙酸乙酯的物质的量分数达到最大值，所以n＝1时，乙酸乙酯的质量分数在最高点，两边依次减小。
(3)根据可逆反应平衡移动知识，乙酸过量的作用有提高乙醇转化率；减少恒沸混合物中乙醇的含量。
(4)根据乙醇催化合成乙酸乙酯的新方法以及图像可知，反应温度不宜超过300 ℃，A合理；增大压强，平衡将逆向移动，所以不利于提高乙醇平衡转化率，B不合理；由图像中可知，乙醛在275 ℃之后逐渐减小，乙酸乙酯逐渐增多，所以乙醛是反应历程中的中间产物，C合理；有机反应中副反应较多，提高催化剂的选择性可以减少乙醚、乙烯等副产物，提高催化剂的活性利于反应的发生，所以D合理。
10．[2017·浙江11月选考，30(一)(1)(2)](一)十氢萘是具有高储氢密度的氢能载体，经历“十氢萘(C10H18)→四氢萘(C10H12)→萘(C10H8)”的脱氢过程释放氢气。已知：
C10H18(l)C10H12(l)＋3H2(g) ΔH1
C10H12(l)C10H8(l)＋2H2(g) ΔH2
ΔH1＞ΔH2＞0，C10H18→C10H12的活化能为Ea1，C10H12→C10H8的活化能为Ea2，十氢萘的常压沸点为192 ℃；在192 ℃，液态十氢萘脱氢反应的平衡转化率约为9%。请回答：
(1)有利于提高上述反应平衡转化率的条件是______________________________________。
A．高温高压 B．低温低压
C．高温低压 D．低温高压
(2)研究表明，将适量十氢萘置于恒容密闭反应器中，升高温度带来高压，该条件下也可显著释氢，理由是__________________________________________________________________
______________________________________________________________________________。
答案 (1)C
(2)温度升高加快反应速率；反应吸热，平衡正向移动，温度升高使平衡正向移动的作用大于压强增大使平衡逆向移动的作用
解析 (1)提高平衡转化率即平衡正向移动，应该升温、降压。所以选择高温低压，选C。
11．[2017·浙江4月选考，30(1)(2)]以氧化铝为原料，通过碳热还原法可合成氮化铝(AlN)；通过电解法可制取铝。电解铝时阳极产生的CO2可通过二氧化碳甲烷化再利用。
请回答：
(1)已知：2Al2O3(s)===4Al(g)＋3O2(g) ΔH1＝3 351 kJ·mol－1
2C(s)＋O2(g)===2CO(g) ΔH2＝－221 kJ·mol－1
2Al(g)＋N2(g)===2AlN(s) ΔH3＝－318 kJ·mol－1
碳热还原Al2O3合成AlN的热化学方程式是________________________________________
______________________________________________________________________________，
该反应自发进行的条件________。
(2)在常压、Ru/TiO2催化下，CO2和H2混合气体(体积比1∶4，总物质的量a mol)进行反应，测得CO2转化率、CH4和CO选择性随温度变化情况分别如图1和图2所示(选择性：转化的CO2中生成CH4或CO的百分比)。
反应 Ⅰ CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g) ΔH4
反应Ⅱ CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH5
图1
图2
①下列说法不正确的是________。
A．ΔH4小于零
B．温度可影响产物的选择性
C．CO2平衡转化率随温度升高先增大后减少
D．其他条件不变，将CO2和H2的初始体积比改变为1∶3，可提高CO2平衡转化率
②350 ℃时，反应Ⅰ在t1时刻达到平衡，平衡时容器体积为V L，该温度下反应Ⅰ的平衡常数为________(用a、V表示)。
③350 ℃下CH4物质的量随时间的变化曲线如图3所示。画出400 ℃下0～t1时刻CH4物质的量随时间的变化曲线。
图3
答案 (1)Al2O3(s)＋3C(s)＋N2(g)===2AlN(s)＋3CO(g)
ΔH＝1 026 kJ·mol－1 高温
(2)①CD ②
③
解析 (1)已知：①2Al2O3(s)===4Al(g)＋3O2(g) ΔH1＝3 351 kJ·mol－1，②2C(s)＋O2(g)===2CO(g) ΔH2＝－221 kJ·mol－1，③2Al(g)＋N2(g)===2AlN(s)
ΔH3＝－318 kJ·mol－1，根据盖斯定律①×＋②×＋③即得到碳热还原Al2O3合成AlN的总热化学方程式：3C(s)＋Al2O3(s)＋N2(g)===2AlN(s)＋3CO(g)
ΔH＝1 026 kJ·mol－1。正反应是吸热的、熵增加的反应，因此该反应自发进行的条件是高温。
12．[2016·浙江10月选考，30(1)(2)③]氯及其化合物在生活和生产中应用广泛。
(1)已知：900 K时，4HCl(g)＋O2(g)2Cl2(g)＋2H2O(g)，反应自发。
①该反应是放热还是吸热，判断并说明理由________________________________________
______________________________________________________________________________。
②900 K时，体积比为4∶1的HCl和O2在恒温恒容的密闭容器中发生反应，HCl的平衡转化率α(HCl)随压强(p)变化曲线如图。保持其他条件不变，升温到T K(假定反应历程不变)，请画出压强在1.5×105～4.5×105Pa范围内，HCl的平衡转化率α(HCl)随压强(p)变化曲线示意图。
(2)③有研究表明，生成NaClO3的反应分两步进行：
Ⅰ.2ClO－===ClO＋ Cl－
Ⅱ.ClO＋ClO－===ClO＋Cl－
常温下，反应Ⅱ能快速进行，但氯气与NaOH溶液反应很难得到NaClO3，试用碰撞理论解释其原因：____________________________________________________________________
______________________________________________________________________________。
答案 (1)①放热反应，因为ΔS<0且反应自发，根据ΔH－TΔS＜0可知反应放热
②
(2)③反应Ⅰ的活化能高，活化分子百分数低，不利于ClO－向ClO转化
解析 (1)①该反应是ΔS＜0，而且是自发进行的反应，根据ΔH－TΔS＜0，可知ΔH＜0，该反应是放热反应。②该反应的正反应是气体体积减小的放热反应，根据平衡移动原理，升高温度，平衡逆向移动，HCl转化率降低；在温度不变时，增大压强，平衡正向移动，反应物的转化率增大，所以在温度是T K及压强为1.5×105～4.5×105 Pa范围内，HCl的平衡转化率α(HCl)随压强(p)变化曲线是。
(2)③常温下，反应Ⅱ能快速进行，但氯气与NaOH溶液反应很难得到NaClO3，是由于反应Ⅰ活化能高，活化分子百分数低，不利于ClO－向ClO转化。
专题强化练
1．对于化学平衡与化学反应速率关系的叙述正确的是( )
A．化学反应速率变化时，化学平衡一定发生移动
B．化学平衡发生移动时，化学反应速率一定变化
C．正反应进行的程度大，正反应速率一定大
D．只有使用催化剂才会发生化学反应速率变化，而化学平衡不移动的情况
答案 B
解析 化学反应速率变化，平衡不一定移动，要看正、逆反应速率是否相等，A错误；平衡移动一定有反应速率的变化，B正确；正反应进行的程度大，说明该反应是转化率大，但正反应速率不一定大，C错误；对于反应前后气体体积不变的反应，改变压强，反应速率改变，但平衡也不移动，D错误。
2．将FeCl3溶液和KI溶液混合，发生反应：2Fe3＋(aq)＋2I－(aq)2Fe2＋(aq)＋I2(aq)。下列各项能判断上述可逆反应达到平衡状态的是( )
A．溶液颜色不再变化
B．c(K＋)不再变化
C．c(Fe3＋)与c(Fe2＋)之和不再变化
D．v正(I－)＝2v正(I2)
答案 A
解析 A项，溶液颜色不再变化，说明Fe3＋、Fe2＋及I2的浓度不再变化，反应达到平衡状态；B项，钾离子浓度始终不变，因此c(K＋)不变不能用于判断反应是否达到平衡状态；C项，由铁元素守恒知，铁离子和亚铁离子的浓度之和始终不变，因此c(Fe3＋)与c(Fe2＋)之和不变不能用于判断反应是否达到平衡状态；D项，v正(I－)和v正(I2)同为正反应速率，v正(I－)＝2v正(I2)不能用于判断反应是否达到平衡状态。
3．(2018·浙江省五校高三上学期第一次联考)已知X(g) ＋ 4Y(g)2Z(g) ΔH＝－a kJ·mol－1
(a > 0)。一定条件下将1 mol X 和4 mol Y通入2 L的恒容密闭容器中，反应10 min时，测得Y的物质的量为3.2 mol。下列说法正确的是( )
A．在10 min内，X和Y反应放出的热量为0.4a kJ
B．在10 min时，Y和Z的物质的量之比为2∶1
C．升高反应温度，逆反应速率增大，正反应速率减小
D．达到平衡状态时，X、Y的浓度不再改变
答案 D
解析 反应10 min时，测得Y的物质的量为3.2 mol，则参加反应的Y为4 mol－3.2 mol＝0.8 mol，物质的量与热量成正比，则放出的热量为×a kJ＝0.2a kJ，故A错误；参加反应的Y为0.8 mol，由X(g)＋4Y(g)2Z(g)可知，生成Z为0.4 mol，消耗X为0.2 mol，则10 min时，Y和Z的物质的量之比为3.2 mol∶0.4 mol＝8∶1，故B错误；升高温度，正、逆反应速率均增大，该反应为放热反应，且逆反应速率增大的倍数大于正反应速率增大的倍数，故C错误；平衡时各物质的浓度不变，则达到平衡状态时，X、Y的浓度不再改变，故D正确。
4．下图是关于反应A2(g)＋3B2(g)2C(g) ΔH＜0的平衡移动图像，影响平衡移动的原因可能是( )
A．升高温度，同时加压
B．降低温度，同时减压
C．增大反应物浓度，同时减小生成物浓度
D．增大反应物浓度，同时使用催化剂
答案 C
解析 从图分析，改变条件，正反应速率增大，逆反应速率减小，平衡正向移动，所以不可能是改变温度和压强和使用催化剂，只能是增大反应物的浓度，减小生成物的浓度，选C。
5．在一定条件下，可逆反应2X(g)＋Y(s)2Z(g) ΔH＝－a kJ·mol－1，下列说法一定正确的是( )
A．当反应消耗1 mol Y时，反应放出a kJ的热量
B．当反应达到平衡时，X、Y、Z 三者的物质的量之比为2∶1∶2
C．当反应达到平衡时，压缩体积，X的正、逆反应速率都增大，平衡向正反应方向移动
D．恒温恒容，反应达到平衡后，加入1 mol Y平衡向正反应方向移动
答案 A
解析 根据方程式，当反应消耗1 mol Y时，反应放出a kJ的热量，故A正确；当反应达到平衡时，X、Y、Z的浓度不变，三者的物质的量之比不一定为2∶1∶2，故B错误；当反应达到平衡时，压缩体积，压强增大，平衡不移动，X的正、逆反应速率都增大，故C错误；Y为固体，恒温恒容，反应达到平衡后，加入1 mol Y，Y的浓度不变，平衡不移动，故D错误。
6．(2018·浙江省名校协作体高三上学期考试)一定温度下，反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)达到化学平衡状态的标志是( )
A．c(N2)∶c(H2)∶c(NH3)＝1∶3∶2
B．N2、H2和NH3的物质的量分数不再改变
C．N2与H2的物质的量之和是NH3的物质的量的2倍
D．单位时间里每增加1 mol N2，同时增加3 mol H2
答案 B
解析 N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，平衡时各物质的分子数之比取决于物质的起始物质的量和转化率，故c(N2)∶c(H2)∶c(NH3)＝1∶3∶2不能作为判断是否达到平衡状态的依据，故A错误；N2、H2和NH3物质的量分数不再改变，说明达到平衡状态，故B正确；平衡时反应物与生成物的物质的量关系取决于反应起始物质的量以及转化率，不能用来判断是否达到平衡状态，故C错误；单位时间内每增加1 mol N2，同时增加3 mol H2都是反应向逆反应方向进行，故不能说明达到平衡状态，故D错误。
7．(2018·浙江名校协作体高三上学期考试)一定温度下，10 mL 0.40 mol·L－1H2O2溶液发生催化分解。不同时刻测得生成O2的体积(已折算为标准状况)如下表。
t/min
0
2
4
6
8
10
V(O2)/mL
0.0
9.9
17.2
22.4
26.5
29.9
下列叙述不正确的是(溶液体积变化忽略不计)( )
A．0～6 min的平均反应速率：v(H2O2)≈3.3×10－2mol·L－1·min－1
B．6～10 min的平均反应速率：v(H2O2)＜3.3×10－2mol·L－1·min－1
C．反应至6 min时，c(H2O2)＝0.30 mol·L－1
D．反应至6 min时，H2O2分解了50%
答案 C
解析 发生的反应为2H2O22H2O＋O2↑。0～6 min产生的氧气的物质的量n(O2)＝ mol＝0.001 mol，分解的过氧化氢的物质的量n(H2O2)＝2n(O2)＝0.002 mol，v(H2O2)≈3.3×10－2 mol·L－1·min－1，A项正确；随着反应的进行，H2O2的浓度逐渐减小，反应速率减慢，6～10 min的平均反应速率小于0～6 min时间内反应速率，B项正确；由A计算可知，反应至6 min时c(H2O2)＝0.40 mol·L－1－0.20 mol·L－1＝0.20 mol·L－1，C项错误；6 min内Δc(H2O2)＝0.20 mol·L－1，则H2O2分解率为(0.20 mol·L－1÷0.40 mol·L－1)×100%＝50%，D项正确。
8．CO(g) ＋ H2O(g)H2(g)＋CO2(g) ΔH<0 在其他条件不变的情况下，下列说法正确的是( )
A．加入催化剂，改变了反应的途径，反应的ΔH也随之改变
B．升高温度，逆反应速率加快，正反应速率减慢
C．升高温度，正、逆反应速率都加快，反应放出的热量不变
D．改变压强，平衡不发生移动，反应放出的热量不变
答案 D
解析 加入催化剂，改变了反应的途径，但反应的ΔH不会改变，A错误；升高温度，正、逆反应速率都加快，B错误；升高温度，反应速率加快，反应向着吸热方向进行，反应放出的热量减少，C错误；改变压强，该反应前后气体体积不变，平衡不移动，反应放出的热量不变，D正确。
9．(2018·浙江省新高考高三4月选考模拟最后一卷)在恒容恒温的密闭容器中充入1 mol X和2 mol Y，发生反应：
X(g)＋2Y(g)2Z(g)＋M(s) ΔH＝－a kJ·mol－1(a>0)，下列说法正确的是( )
A．当v正(X)＝v逆(M)，说明反应达到平衡状态
B．达到化学平衡状态时，反应放出的总热量为a kJ
C．反应达到平衡时，X和Y的转化率相等
D．降低反应温度，正反应速率增大，逆反应速率减小
答案 C
解析 A项，不能用固体表示平均反应速率，错误；B项，该反应为可逆反应，放出热量不可能达到a kJ，错误；D项，降低温度，v正、v逆均减小，错误。
10．(2018·浙江省新高考高三4月选考模拟最后一卷)NaHSO3溶液在不同温度下均可被过量KIO3氧化，当NaHSO3完全消耗即有I2析出，根据I2析出所需时间可以求得NaHSO3的反应速率。将浓度均为0.020 mol·L－1 NaHSO3(含少量淀粉)10.0 mL、KIO3(过量)酸性溶液40.0 mL混合， 记录10～55 ℃间溶液变蓝时间， 55 ℃时未观察到溶液变蓝，实验结果如图。据图分析，下列判断不正确的是( )
A．40 ℃之前与40 ℃之后溶液变蓝的时间随温度的变化趋势相反
B. 图中b、 c 两点对应的NaHSO3反应速率相等
C．图中a点对应的NaHSO3反应速率为5.0×10－5 mol·L－1·S－1
D．温度高于40 ℃时，淀粉不宜用作该试验的指示剂
答案 B
解析 反应原理为
3HSO＋IO===3SO＋I－＋3H＋
IO＋5I－＋6H＋===3I2＋3H2O
B项，温度不同，反应速率不同，错误；C项，a点对应的NaHSO3的反应速率为＝5.0×10－5 mol·L－1·s－1正确；D项，温度高于40 ℃，破坏了淀粉的部分结构，不宜作该实验的指示剂。
11．在容积不变的密闭容器中，一定条件下发生反应：2A(？)B(g)＋2C(g)，且达到平衡。当升高温度时气体的密度增大，则下列叙述中正确的是( )
A．升高温度，正反应速率增大，逆反应速率减小
B．若正反应是放热反应，则A为气态
C．物质A一定为非气态，且正反应是吸热反应
D．若向容器中充入惰性气体，则平衡向右移动
答案 C
解析 升高温度，正、逆反应速率均增大，A项错误；A为气体时，气体总质量不变，容积不变，密度也不变，不符合题意，B项错误；A为非气体时，密度增大，说明平衡正向移动，升温时平衡总向着吸热方向移动，说明正反应为吸热反应，C项正确；若向容器中充入惰性气体，各物质的浓度不变，平衡不移动，D项错误。
12．以二氧化钛表面覆盖Cu2Al2O4为催化剂，可以将CO2和CH4直接转化成乙酸。在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率如图所示，下列说法正确的是( )
A．由图可知：乙酸的生成速率随温度升高而升高
B．250～300 ℃时，温度升高而乙酸的生成速率降低的主要原因是因为催化剂的催化效率降低
C．由300～400 ℃可得，其他条件相同时，催化剂的催化效率越低，乙酸的生成速率越大
D．根据图像推测，工业上若用上述反应制备乙酸最适宜的温度应为400 ℃
答案 B
解析 B项，催化剂的活性受温度的影响，正确；C项，此时，反应速率主要受温度的影响，错误；D项，由于温度高，耗能大，所以应选择250 ℃，错误。
13．(2017·宁波市余姚中学高二上学期期中)工业上利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2) 在催化剂的作用下合成甲醇。已知298 K 和101 kPa 条件下：
2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH1＝－571.6 kJ·mol－1
CO(g)＋O2(g)===CO2(g) ΔH2＝－283.0 kJ·mol－1
CH3OH(l)＋O2(g)===CO2(g) ＋2H2O(l) ΔH3＝－726.5 kJ·mol－1
(1)则CO(g)＋2H2(g)CH3OH(l) ΔH＝________ kJ·mol－1。
(2)已知：CH3OH(l)===CH3OH(g) ΔH＝35.2 kJ·mol－1；
CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)平衡常数K随温度变化关系的曲线为下图中的____________(填曲线标记字母Ⅰ或Ⅱ)。
(3)维持反应温度为510 K，以＝2∶1充入一定量的原料气于1 L容器中，在上述条件下充分反应，t1时刻达到平衡测得容器中c(CH3OH)＝2 mol·L－1。则平衡时CO 转化率＝________；若维持反应温度为520 K，其他条件不变，请在下图中画出c(CO)在0～t1时刻变化曲线。
(4)20世纪90年代，化学家研制出新型催化剂： 碱金属的醇盐及溶剂用于合成甲醇。下图是在该新型催化剂作用下，研究温度、压强对合成甲醇的影响。由图可知适宜的反应温度、压强分别为________(填字母)。
温度：A.90～150 ℃ B．200～260 ℃ C．300～360 ℃ D．400～460℃
压强：E.0.1～1 MPa F．3～5 MPa G．8～10 MPa
H．15～20 MPa
答案 (1)－128.1 (2) Ⅰ
(3)97.56% (或97.6%或98%)
(4)A、F
解析 (1)①2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH1＝－571.6 kJ·mol－1，②CO(g)＋O2(g)===CO2(g) ΔH2＝－283.0 kJ·mol－1，③CH3OH(l)＋O2(g)===CO2(g) ＋2H2O(l) ΔH3＝－726.5 kJ·mol－1，根据盖斯定律，将①＋②－③得：CO(g)＋2H2 (g)CH3OH(l) ΔH＝(－571.6 kJ·mol－1)＋
(－283.0 kJ·mol－1)－ (－726.5 kJ·mol－1)＝－128.1 kJ·mol－1。
(2) ①CO(g)＋2H2 (g)CH3OH(l) ΔH＝－128.1 kJ·mol－1，②CH3OH(l)===CH3OH(g) ΔH＝35.2 kJ·mol－1；根据盖斯定律,①＋②得,CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH＝－92.9 kJ·mol－1,升高温度，平衡逆向移动，平衡常数K减小，因此平衡常数K随温度变化关系的曲线为图中的Ⅰ。
(3)设开始时充入的氢气和一氧化碳的物质的量分别为2x mol，x mol，
CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)
开始/mol·L－1 x 2x 0
反应/mol·L－1 2 4 2
平衡/mol·L－1 x－2 2x－4 2
510 K时K＝4×103，则＝4×103，解得x＝2.05 mol，CO 转化率＝×100%≈97.56%；若维持反应温度为520 K，温度升高，平衡逆向移动，平衡时CO的浓度增大，建立平衡需要的时间减少，图像为。
(4)根据反应方程式CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH＝－92.9 kJ·mol－1，温度越高，CO的转化率越低，压强越大，CO的转化率越大；根据图像，温度在90～150 ℃，压强在3～5 MPa时，CO的转化率已经较高，再增大压强，对设备的要求增大，成本升高，故选A、F。
14．NH3作为一种重要化工原料，被大量应用于工业生产，与其有关性质反应的催化剂研究曾被列入国家863 计划。
(1)催化剂常具有较强的选择性。已知：
反应Ⅰ：4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)
ΔH1＝－905 kJ·mol－1
反应Ⅱ：4NH3(g)＋3O2(g)2N2(g)＋6H2O(g)
ΔH2＝－1 266.6 kJ·mol－1
写出NO 分解生成N2与O2的热化学方程式：____________________________________
____________________________________________________________________________。
(2)N2O也可分解生成N2与O2。在四个恒容密闭容器中按下表相应量充入气体，发生2N2O(g)2N2(g)＋O2(g)，容器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中N2O平衡转化率如下图所示。
容器
容积/L
起始物质的量/mol
N2O
N2
O2
Ⅰ
V1
0.1
0
0
Ⅱ
1.0
0.1
0
0
Ⅲ
V2
0.1
0
0
Ⅳ
1.0
0.06
0.06
0.04
①该反应的ΔH________0(填“>”“＝”或“<”)；
②图中A、B、C 三点处容器内的总压强，由大到小的顺序是__________________________；
③容器 Ⅳ 在470 ℃进行反应时，起始速率：v正(N2O)______v逆(N2O)(填“>”“＝”或“<”)。
(3)氨催化氧化时会发生上述两个竞争反应Ⅰ、Ⅱ。为分析某催化剂对该反应的选择性，在20 L密闭容器中充入1 mol NH3和2 mol O2，测得一定时间内有关物质的量关系如图所示：
①该催化剂在低温时选择反应______(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)；
②C点比B点所产生的NO的物质的量少的原因可能是
________________________________________________________________________。
答案 (1)2NO(g)N2(g)＋O2(g)
ΔH＝－180.8 kJ·mol－1
(2)①＞ ②p(C)＞p(B)＞p(A)(或C＞B＞A) ③＞
(3)①Ⅱ ②该反应为放热反应，温度升高，平衡向逆反应方向移动；催化剂活性降低
解析 (1)NO分解生成N2与O2的方程式为：2NO(g)N2(g)＋O2(g)，根据已知的反应 Ⅰ 和反应 Ⅱ，要得到该方程，则：，则ΔH＝＝ kJ·mol－1＝－180.8 kJ·mol－1。(2)①根据图像，温度升高，转化率增大，则平衡向右移动，说明正向吸热，则反应的ΔH＞0；②A、B、C三点中N2O的转化率相同，则容器中反应物及生成物的量均相同，则容器的压强取决于容器的体积，根据图像，相同温度时：转化率大小为：Ⅰ＞Ⅱ＞Ⅲ，则反应正向进行的程度为：Ⅰ＞Ⅱ＞Ⅲ，且该反应为气体分子数增加的反应，增大容器体积，减小压强平衡向右移动，则说明容器体积大小为：Ⅰ＞Ⅱ＞Ⅲ，故A、B、C三点处容器内的总压强由大到小的顺序是p(C)＞p(B)＞p(A)；③Ⅱ中在470 ℃下达到平衡时N2O的转化率是0.6，则该反应在470 ℃下平衡常数是＝0.067 5，容器Ⅳ在470 ℃进行反应时，浓度商＝＝0.04＜0.067 5，所以反应向正反应方向进行，则起始速率：v正(N2O)＞v逆(N2O)。(3) ①根据图像，在低温时，N2的量相对多一些，而N2是反应Ⅱ的生成物，故该催化剂在低温时选择反应Ⅱ；②根据图像，该催化剂在高温时选择反应Ⅰ，而反应Ⅰ为放热反应，达到平衡后，温度升高平衡向左移动，使得C点比B点所产生的NO的物质的量少；或者可能由于温度升高使催化剂失去了活性等原因。
15．(2017·宁波诺丁汉大学附属中学高二上学期期中)煤的气化在煤化工中占有重要地位，至今仍然是化学工业的重要组成部分。
(1)已知H2(g)、CO(g)和CH3OH(l)的燃烧热分别为－285.8 kJ·mol－1、－283.0 kJ·mol－1和－726.5 kJ·mol－1。请写出甲醇(CH3OH)不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)工业上一般在恒容密闭容器中采用下列反应合成甲醇：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH。下表所列数据是该反应在不同温度下的化学平衡常数(K)
温度/℃
250
300
350
K
2.041
0.270
0.012
①由表中数据判断ΔH________0(填“>”“＝”或“<”)；
②某温度下，将2 mol CO和6 mol H2充入2 L的密闭容器中，充分反应后，4 min达到平衡时测得c(CO)＝0.2 mol·L－1，则此时的温度为________，反应速率v(H2)＝________。
(3)温度为T时，在t0时刻，合成甲醇反应CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)达到平衡，若在t1时刻将容器的体积缩小为原来的一半，在t2时刻又达到新的平衡，请在图中用曲线表示t1～t2时间段氢气、甲醇物质的量浓度随时间变化的趋势示意图(其他条件不变，曲线上必须标明氢气、甲醇)。
答案 (1)CH3OH(l)＋O2(g)===CO(g)＋2H2O(l) ΔH＝－443.5 kJ·mol－1
(2)①＜ ②250 ℃ 0.4 mol·L－1·min－1
(3)
解析 (1)由CO(g)和CH3OH(l)的燃烧热ΔH分别为－283.0 kJ·mol－1和－726.5 kJ·mol－1，则
①CO(g)＋O2(g)===CO2(g) ΔH＝－283.0 kJ·mol－1
②CH3OH(l)＋O2(g)===CO2(g)＋2 H2O(l)
ΔH＝－726.5 kJ·mol－1
由盖斯定律可知用②－①得反应CH3OH(l)＋O2(g)===CO(g)＋2H2O(l)的反应热ΔH＝－726.5 kJ·mol－1－(－283.0 kJ·mol－1)＝－443.5 kJ·mol－1。
(2)①由表中数据可知随着温度的升高，平衡常数逐渐减小，这说明升高温度平衡向逆反应方向移动，因此正反应是放热反应，则ΔH＜0；
② CO(g) ＋ 2H2(g)CH3OH (g)
c(起始)/mol·L－1 1 3 0
c(变化)/mol·L－1 0.8 1.6 0.8
c(平衡)/mol·L－1 0.2 1.4 0.8
则平衡常数K＝≈2.041
所以此时的温度为250 ℃
反应速率v(H2)＝1.6 mol·L－1÷4 min＝0.4 mol·L－1·min－1。
(3)温度为T时，在t0时刻，合成甲醇反应CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)达到平衡，若在t1时刻将容器的体积缩小为原来的，压强增大，平衡向正反应方向进行，所以t1～t2时间段氢气、甲醇物质的量浓度随时间变化的趋势示意图见答案。
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