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2020新课标高考化学二轮讲义：专题九 化学反应速率和化学平衡
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知道化学反应速率的表示方法，了解化学反应速率测定的简单方法。知道化学反应是有历程的，认识基元反应活化能对化学反应速率的影响。
知道化学反应是有方向的，知道化学反应的方向与反应的焓变和熵变有关。
掌握化学平衡的特征。了解化学平衡常数(K)的含义，能利用化学平衡常数进行相关计算。
通过实验探究，了解外界条件(浓度、温度、压强、催化剂等)对化学反应速率和化学平衡的影响。
了解化学反应速率和化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。
化学反应速率、化学平衡及其影响因素和相关图像探析
1．正确理解化学反应速率的影响因素
(1)“惰性气体”对反应速率的影响
①恒容：充入“惰性气体”总压增大―→参与反应的物质浓度不变(活化分子浓度不变)―→反应速率不变。
②恒压：充入“惰性气体”体积增大―→参与反应的物质浓度减小(活化分子浓度减小)―→反应速率减小。
(2)纯液体、固体对化学反应速率的影响
在化学反应中，纯液体和固态物质的浓度为常数，故不能用纯液体和固态物质的浓度变化来表示反应速率，但是固态反应物颗粒的大小是影响反应速率的条件之一，如煤粉由于表面积大，燃烧就比煤块快得多。
(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，瞬间v正增大，v逆不变，随后v正逐渐减小，v逆逐渐增大直至平衡。
②增大压强，v正和v逆都增大，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。
2．突破化学平衡状态的判断标志
(1)化学平衡标志的判断要注意“三关注”：一要关注反应条件，是恒温恒容、恒温恒压还是绝热容器；二要关注反应特点，是等体积反应还是非等体积反应；三要关注特殊情况，是否有固体参加或生成，或固体的分解反应。
如在一定温度下的恒容容器中，当下列物理量不再发生变化时：a.混合气体的压强；b.混合气体的密度；c.混合气体的总物质的量；d.混合气体的平均相对分子质量；e.混合气体的颜色；f.各反应物或生成物的浓度之比等于化学计量数之比；g.某种气体的百分含量。
①能说明2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)达到平衡状态的是acdg(填字母，下同)。
②能说明I2(g)＋H2(g)2HI(g)达到平衡状态的是eg。
③能说明2NO2(g)N2O4(g)达到平衡状态的是acdeg。
④能说明C(s)＋CO2(g)2CO(g)达到平衡状态的是abcdg。
⑤能说明A(s)＋2B(g)C(g)＋D(g)达到平衡状态的是bdg。
⑥能说明NH2COONH4(s)2NH3(g)＋CO2(g)达到平衡状态的是abc。
⑦能说明5CO(g)＋I2O5(s)5CO2(g)＋I2(s)达到平衡状态的是bdg。
(2)化学平衡标志的判断还要注意“一个角度”，即从微观角度分析判断。
如反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，下列各项能说明该反应达到平衡状态的是①②③④(填序号)。
①断裂1 mol N≡N键的同时生成1 mol N≡N键；
②断裂1 mol N≡N键的同时生成3 mol H—H键；
③断裂1 mol N≡N键的同时断裂6 mol N—H键；
④生成1 mol N≡N键的同时生成6 mol N—H键。
3．掌握化学平衡移动的判断方法
(1)依据勒夏特列原理判断
通过比较平衡破坏瞬时的正、逆反应速率的相对大小来判断平衡移动的方向。
①若外界条件改变，引起v正＞v逆，则化学平衡向正反应方向(或向右)移动；
②若外界条件改变，引起v正＜v逆，则化学平衡向逆反应方向(或向左)移动；
③若外界条件改变，虽能引起v正和v逆变化，但变化后新的v正′和v逆′仍保持相等，则化学平衡没有发生移动。
(2)依据浓度商(Qc)规则判断
通过比较浓度商(Qc)与平衡常数(K)的大小来判断平衡移动的方向。
①若Qc＞K，平衡逆向移动；
②若Qc＝K，平衡不移动；
③若Qc＜K，平衡正向移动。
4．正确理解不能用勒夏特列原理解释的问题
(1)若外界条件改变后，无论平衡向正反应方向移动还是向逆反应方向移动都无法减弱外界条件的变化，则平衡不移动。如对于H2(g)＋Br2(g)2HBr(g)，由于反应前后气体的分子总数不变，外界压强增大或减小时，平衡无论正向移动还是逆向移动都不能减弱压强的改变。所以对于该反应，压强改变，平衡不发生移动。
(2)催化剂能同等程度地改变正、逆反应速率，所以催化剂不会影响化学平衡。
角度一 化学反应速率的影响因素
1．(2019·高考全国卷Ⅱ)环戊二烯()容易发生聚合生成二聚体，该反应为可逆反应。不同温度下，溶液中环戊二烯浓度与反应时间的关系如图所示，下列说法正确的是________(填标号)。
A．T1＞T2
B．a点的反应速率小于c点的反应速率
C．a点的正反应速率大于b点的逆反应速率
D．b点时二聚体的浓度为0.45 mol·L－1
解析：由相同时间内，环戊二烯浓度减小量越大，反应速率越快可知，T1
2．(2017·高考江苏卷)H2O2分解速率受多种因素影响。实验测得70 ℃时不同条件下H2O2浓度随时间的变化如图所示。下列说法正确的是( )
A．图甲表明，其他条件相同时，H2O2浓度越小，其分解速率越快
B．图乙表明，其他条件相同时，溶液pH越小，H2O2分解速率越快
C．图丙表明，少量Mn2＋存在时，溶液碱性越强，H2O2分解速率越快
D．图丙和图丁表明，碱性溶液中，Mn2＋对H2O2分解速率的影响大
解析：选D。由图甲可知，起始时H2O2的浓度越小，曲线下降越平缓，说明反应速率越慢，A项错误；OH－的浓度越大，pH越大，即0.1 mol·L－1NaOH对应的pH最大，曲线下降最快，即H2O2分解最快，B项错误；由图丙可知，相同时间内，0.1 mol·L－1 NaOH条件下H2O2分解最快，0 mol·L－1 NaOH条件下H2O2分解最慢，而1.0 mol·L－1 NaOH条件下H2O2的分解速率处于中间，C项错误；由图丁可知，Mn2＋越多，H2O2的分解速率越快，说明Mn2＋对H2O2分解速率的影响较大，D项正确。
角度二 化学平衡的影响因素及其应用
3．(2018·高考全国卷Ⅱ改编)CH4CO2催化重整反应为CH4(g)＋CO2(g)=== 2CO(g)＋2H2(g) ΔH＝＋247 kJ·mol－1。有利于提高CH4平衡转化率的条件是( )
A．高温低压 B．低温高压
C．高温高压 D．低温低压
解析：选A。由于该反应为吸热且气体体积增大的反应，要提高CH4的平衡转化率，需在高温低压下进行。
4．(2018·高考天津卷)室温下，向圆底烧瓶中加入1 mol C2H5OH和含1 mol HBr的氢溴酸，溶液中发生反应：C2H5OH＋HBrC2H5Br＋H2O，充分反应后达到平衡。已知常压下，C2H5Br和C2H5OH的沸点分别为38.4 ℃和78.5 ℃。下列有关叙述错误的是( )
A．加入NaOH，可增大乙醇的物质的量
B．增大HBr浓度，有利于生成C2H5Br
C．若反应物均增大至2 mol，则两种反应物平衡转化率之比不变
D．若起始温度提高至60 ℃，可缩短反应达到平衡的时间
解析：选D。加入NaOH，c(HBr)减小，平衡向逆反应方向移动，乙醇的物质的量增大，A项正确；增大HBr浓度，平衡向正反应方向移动，有利于生成C2H5Br，B项正确；若反应物按照化学计量数之比加入溶液中，则各物质的平衡转化率相等，故反应物均增大至2 mol，两种反应物平衡转化率之比不变，C项正确；若起始温度提高至60 ℃，生成物C2H5Br为气态，能够从反应体系中逸出，导致反应不断向正反应方向进行，因此不能缩短反应达到平衡的时间，D项错误。
角度三 有关图像、图表题的信息提取与应用
5．(2019·高考天津卷)不同温度下反应3SiCl4(g)＋2H2(g)＋Si(s)4SiHCl3(g) ΔH<0中SiCl4转化率如图所示。下列叙述正确的是________(填序号)。
a．B点：v正>v逆
b．v正：A点>E点
c．反应适宜温度：480～520 ℃
解析：a项，同一点比较正、逆反应速率看反应进行方向，B点反应正向进行，所以v正>v逆，正确；b项，不同点比较正、逆反应速率看反应条件，A点温度低于E点温度，所以v正：A点
6．(2018·高考北京卷改编)(1)对SO2的催化歧化反应3SO2(g)＋2H2O(g)===2H2SO4(l)＋S(s) ΔH＝－254 kJ·mol，在某一投料比时，两种压强下，H2SO4在平衡体系中物质的量分数随温度的变化关系如图所示。p2________p1(填“＞”或“＜”)，得出该结论的理由是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)I－可以作为水溶液中SO2歧化反应的催化剂，可能的催化过程如下。将ii补充完整。
i．SO2＋4I－＋4H＋===S↓＋2I2＋2H2O
ii.I2＋2H2O＋________===________＋________＋2I－
(3)探究i、ii反应速率与SO2歧化反应速率的关系，实验如下：分别将18 mL SO2饱和溶液加入2 mL下列试剂中，密闭放置观察现象。(已知：I2易溶解在KI溶液中)
序号
A
B
C
D
试剂组成
0.4 mol·L－1 KI
a mol·L－1 KI
0．2 mol·L－1 H2SO4
0.2 mol·L－1 H2SO4
0.2 mol·L－1 KI
0．000 2 mol I2
实验现象
溶液变黄，一段时间后出现浑浊
溶液变黄，出现浑浊较A快
无明显现象
溶液由棕褐色很快褪色，变成黄色，出现浑浊较A快
①B是A的对比实验，则a＝________。
②比较A、B、C，可得出的结论是___________________________________________
________________________________________________________________________。
③实验表明，SO2的歧化反应速率D＞A。结合i、ii反应速率解释原因：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(2)由题意知二氧化硫的歧化反应可由i与ii相加所得，所以反应的离子方程式3SO2＋2H2O===4H＋＋2SO＋S↓减去i式得：2I2＋4H2O＋2SO2===2SO＋8H＋＋4I－，化简得到：I2＋2H2O＋SO2===SO＋4H＋＋2I－。(3)①由于B是A的对比实验，所以两组实验中KI的浓度必须相同，即a＝0.4。②A说明I－能催化二氧化硫发生歧化反应。C中无明显现象，说明H＋单独存在时不具有催化作用，不能使二氧化硫歧化反应速率加快。B中溶液变黄，出现浑浊较A快，结合C可知，增强溶液的酸性，可增强I－的催化效果。③由于I－催化二氧化硫的歧化反应是i与ii两个过程分步进行，所以两个反应中任何一个反应的速率都会影响总反应的速率。D中直接加入I2，故反应ii可立即发生，而由反应ii产生的H＋可使反应i速率加快，所以D的反应速率比A快。
答案：(1)＞ 该反应是气体物质的量减小的反应，温度一定时，增大压强使平衡正向移动，H2SO4的物质的量增大，体系总物质的量减小，H2SO4的物质的量分数增大
(2)SO2 SO 4H＋
(3)①0.4
②I－是SO2歧化反应的催化剂，H＋单独存在时不具有催化作用，但H＋可以加快歧化反应速率
③反应ii比i快；D中由反应ii产生的H＋使反应i加快
7．(2017·高考全国卷Ⅲ)298 K时，将20 mL 3x mol·L－1 Na3AsO3、20 mL 3x mol·L－1 I2和20 mL NaOH溶液混合，发生反应：AsO(aq)＋I2(aq)＋2OH－(aq)AsO(aq)＋2I－(aq)＋H2O(l)。溶液中c(AsO)与反应时间(t)的关系如图所示。
(1)下列可判断反应达到平衡的是________(填标号)。
a．溶液的pH不再变化
b．v(I－)＝2v(AsO)
c．c(AsO)/c(AsO)不再变化
d．c(I－)＝y mol·L－1
(2)tm时，v正________v逆(填“大于”“小于”或“等于”)。
(3)tm时v逆________tn时v逆(填“大于”“小于”或“等于”)，理由是________________________________________________________________________。
解析：(1)溶液的pH不再变化，即OH－的浓度不再变化，所以平衡体系中各组分的浓度均不再变化，说明反应达到平衡状态，a项正确；当v正(I－)＝2v逆(AsO)或v逆(I－)＝2v正(AsO)时反应达到平衡状态，选项中的速率未指明是正反应速率还是逆反应速率，b项错误；反应达到平衡之前，c(AsO)逐渐减小而 c(AsO)逐渐增大，故 c(AsO)/c(AsO)逐渐增大，当c(AsO)/c(AsO)不再变化时反应达到平衡状态，c项正确；根据离子方程式可知反应体系中恒有c(I－)＝2c(AsO)，观察图像可知反应达到平衡时c(AsO)＝y mol·L－1，此时c(I－)＝2y mol·L－1，d项错误。(2)tm时反应未达到平衡状态，所以v正大于v逆。(3)从tm到tn，反应逐渐趋于平衡状态，反应物浓度逐渐减小而生成物浓度逐渐增大，所以正反应速率逐渐减小，逆反应速率逐渐增大，故tm时v逆小于tn时v逆。
答案：(1)ac (2)大于 (3)小于 tm时生成物浓度较低，逆反应速率较小
常见的化学反应速率、化学平衡图像分析
1．速率—时间图像
反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，m＋n>p＋q，且ΔH>0
(1)t1 时增大反应物的浓度，正反应速率瞬间增大，然后逐渐减小，而逆反应速率逐渐增大；
(2)t2 时升高温度，正反应和逆反应速率均增大，吸热反应的反应速率增大得快；
(3)t3 时减小压强，容器容积增大，浓度变小，正反应速率和逆反应速率均减小，正反应的反应速率减小得多；
(4)t4 时使用催化剂，正反应速率和逆反应速率均瞬间增大但仍相等。
2. 转化率(或含量)—时间图像
反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，m＋n>p＋q，且ΔH>0
(1)图甲表示压强对反应物转化率的影响，对于气体反应物化学计量数之和大于气体生成物化学计量数之和的反应，压强越大，反应物的转化率越大；
(2)图乙表示温度对反应物转化率的影响，对于吸热反应，温度越高，反应物的转化率越大；
(3)图丙表示催化剂对反应物转化率的影响，催化剂只能改变化学反应速率，不能改变反应物的转化率。
3.恒压(温)线
反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，m＋n>p＋q，且ΔH>0
分析时可沿横轴作一条平行于纵轴的虚线，即为等压线或等温线，然后分析另一条件变化对该反应的影响。
4．特殊类型图像
(1)对于化学反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，如图所示，M点前，表示从反应物开始，v正＞v逆；M点为刚达到平衡点；M点后为平衡受温度的影响情况，即升温，A的百分含量增加或C的百分含量减少，平衡左移，故正反应ΔH＜0。
(2)对于化学反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，如图所示，L线上所有的点都是平衡点。L线的左上方(E点)，A的百分含量大于此压强时平衡体系的A的百分含量，所以E点v正＞v逆；则L线的右下方(F点)，v正＜v逆。
5．速率、平衡图像题的分析方法
(1)认清坐标系，弄清纵、横坐标所代表的意义，并与有关原理相结合。
(2)看清起点，分清反应物、生成物，浓度减小的是反应物，浓度增大的是生成物，一般生成物多数以原点为起点。
(3)看清曲线的变化趋势，注意渐变和突变，分清正、逆反应曲线，从而判断反应特点。
(4)注意终点。例如，在浓度—时间图像上，一定要看清终点时反应物的消耗量、生成物的增加量，并结合有关原理进行推理判断。
(5)图像中先拐先平数值大。例如，在转化率—时间图像上，先出现拐点的曲线先达到平衡，此时逆向推理可得该曲线对应的温度高、浓度大或压强大。
(6)定一议二原则。当图像中有三个量时，先确定一个量不变再讨论另外两个量的关系。
题组一 化学反应速率的影响因素及应用
1．下列表格中的各种情况，可以用对应选项中的图像表示的是( )
选项
反应
甲
乙
A
外形、大小相同的金属和水反应
Na
K
B
4 mL 0.01 mol·L－1KMnO4溶液分别和不同浓度的2 mL H2C2O4(草酸)溶液反应
0.1 mol·L－1的H2C2O4溶液
0.2 mol·L－1的H2C2O4溶液
C
5 mL 0.1 mol·L－1Na2S2O3溶液和5 mL 0.1 mol·L－1H2SO4溶液反应
热水
冷水
D
5 mL 4%的过氧化氢溶液分解放出O2
无MnO2粉末
加MnO2粉末
解析：选C。由于K比Na活泼，故外形、大小相同的金属K和Na分别与水反应，K的反应速率更快，又由于Na、K与H2O反应均为放热反应，随着反应的进行，放出大量的热，反应速率逐渐加快，A项不正确；由于起始时乙中H2C2O4浓度大，故其反应速率比甲快，B项不正确；由于甲反应是在热水中进行的，温度高，故甲的反应速率大于乙，随着反应的进行，反应物浓度逐渐减小，故甲、乙反应速率逐渐减小，C项正确；MnO2在H2O2的分解过程中起催化作用，故乙的反应速率大于甲，D项不正确。
2．(双选)(2020·山东等级考模拟)热催化合成氨面临的两难问题是采用高温增大反应速率的同时会因平衡限制导致NH3产率降低。我国科研人员研制了TiHFe双温区催化剂(TiH区域和Fe区域的温度差可超过100 ℃)。TiHFe双温区催化合成氨的反应历程如图所示，其中吸附在催化剂表面上的物种用*标注。下列说法正确的是( )
A．①为N≡N键的断裂过程
B．①②③在高温区发生，④⑤在低温区发生
C．④为N原子由Fe区域向TiH区域的传递过程
D．使用TiHFe双温区催化剂使合成氨反应转变为吸热反应
解析：选BC。A选项，经历①过程之后氮气分子被催化剂吸附，并没有变成氮原子，A错误。B选项，①为催化剂吸附N2的过程，②为形成过渡态的过程，③为N2解离为N的过程，以上都需要在高温区进行。④⑤在低温区进行是为了增大平衡产率，B正确。C选项，由题中图示可知，过程④完成了TiHFe＋*N到TiH*NFe两种过渡态的转化，N原子由Fe区域向TiH区域传递，C正确。D选项，化学反应不会因加入催化剂而改变吸放热情况，D错误。
3．Ⅰ.已知：反应aA(g)＋bB(g)cC(g)，某温度下，在2 L的密闭容器中充入一定量的A、B，两种气体的物质的量浓度随时间变化的曲线如图所示。
(1)经测定前4 s内v(C)＝0.05 mol·L－1·s－1，则该反应的化学方程式为________________________________________________________________________。
(2)请在图中将生成物C的物质的量浓度随时间的变化曲线绘制出来。
(3)若上述反应分别在甲、乙、丙三个相同的密闭容器中进行，经同一段时间后，测得三个容器中的反应速率分别为
甲：v(A)＝0.3 mol·L－1·s－1，
乙：v(B)＝0.12 mol·L－1·s－1，
丙：v(C)＝9.6 mol·L－1·min－1，
则甲、乙、丙三个容器中反应速率由快到慢的顺序为__________________。
Ⅱ.密闭容器中发生如下反应：A(g)＋3B(g)2C(g) ΔH<0。根据下面速率—时间图像，回答下列问题。
(1)下列时刻所改变的外界条件：
t1____________；t3____________；t4____________。
(2)反应速率最快的时间段是________。
Ⅲ.COCl2 的分解反应为COCl2(g)Cl2(g)＋CO(g) ΔH＝＋108 kJ·mol－1。反应体系达到平衡后，各物质的浓度在不同条件下的变化状况如图所示(第10 min到14 min的COCl2 浓度变化曲线未表示出)：
(1)比较第2 min反应温度T2与第8 min反应温度T8的高低：T2________(填“＜”“＞”或“＝”)T8。
(2)若12 min时反应在温度T8下重新达到平衡，则此时c(COCl2)＝________mol·L－1。
(3)比较产物CO在2～3 min、5～6 min和12～13 min时平均反应速率[平均反应速率分别以v(2～3)、v(5～6)、v(12～13)表示]的大小：________________________________________________________________________。
(4)比较反应物COCl2 在5～6 min和15～16 min时平均反应速率的大小：v(5～6)________(填“＜”“＞”或“＝”)v(15～16)，原因是________________________________________________________________________。
答案：Ⅰ.(1)3A(g)＋B(g)2C(g)
(2)
(3)乙＞甲＞丙
Ⅱ.(1)升高温度 加入催化剂 减小压强
(2)t3～t4
Ⅲ.(1)＜ (2)0.03 (3)v(5～6)＞v(2～3)＝v(12～13)
(4)＞ 在相同温度时，该反应的反应物浓度越高，反应速率越大
1．化学反应速率计算的常见错误
(1)不注意容器的容积。
(2)漏写单位或单位写错。
(3)忽略有效数字。
2．比较化学反应速率大小的注意事项
(1)看单位是否统一，若不统一，换算成相同单位。
(2)比较不同时间段内的化学反应速率大小时，可先换算成同一物质表示的反应速率，再比较数值大小。
(3)比较化学反应速率与化学计量数的比值，即对于一般反应，如aA＋bB===cC＋dD，比较与，若>，则用A表示的反应速率比用B表示的反应速率大。
3．在分析影响化学反应速率的因素时，要理清主次关系。
题组二 利用图像、Q与K的关系判断化学平衡状态
4．汽车尾气净化的主要原理为2NO(g)＋2CO(g)2CO2(g)＋N2(g) ΔH＜0。若该反应在绝热、恒容的密闭容器中进行，下列示意图正确且能说明反应在进行到t1时刻达到平衡状态的是________(填序号)。
解析：①达到平衡时，v正应保持不变。②由于该反应是放热反应，又是绝热容器，体系温度升高，平衡左移，K减小。③w(NO)逐渐减小，达到平衡时保持不变。④因正反应放热，容器绝热，故反应开始后体系温度升高，达到平衡状态时，体系温度不再发生变化。⑤ΔH是一个定值，不能用于判断可逆反应是否达到平衡状态。
答案：②③④
5.一定温度下，将2 mol NO、1 mol CO充入1 L固定容积的密闭容器中发生反应：2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g) ΔH<0。反应过程中部分物质浓度变化如图所示。若15 min时再向容器中充入CO、N2各0.6 mol，该反应是否处于平衡状态？
答案：该反应处于平衡状态。由图像知，10 min时反应达到平衡状态，K＝＝，若15 min时再充入CO、N2各0.6 mol，Qc＝＝，Qc＝K，所以该反应仍处于平衡状态。
题组三 化学平衡的移动
6．已知298 K时，2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH＝－197 kJ·mol－1，在相同温度下，向密闭容器中通入2 mol SO2和1 mol O2，达到平衡时放出热量Q1；向另一体积相同的密闭容器中通入1 mol SO2和1 mol O2，达到平衡时放出热量Q2。则下列关系正确的是( )
A．2Q2＝Q1 B．2Q2
(1)保持容器容积不变，通入一定量NO2，则达到平衡时NO2 的百分含量________(填“增大”“减小”或“不变”，下同)；保持容器容积不变，通入一定量N2O4，则达到平衡时NO2 的百分含量________。
(2)保持压强不变，通入一定量NO2，则达到平衡时NO2 的百分含量________；保持压强不变，通入一定量N2O4，则达到平衡时NO2 的百分含量__________。
(3)保持容器容积不变，通入一定量氖气，则达到平衡时NO2 的转化率______________________；保持压强不变，通入氖气使体系的容积增大一倍，则达到平衡时NO2 的转化率______________。
解析：(1)保持容器容积不变，通入一定量NO2，则增加了NO2 的浓度，所以平衡正向移动，且NO2 转化率比原来大，NO2 的百分含量减小；保持容器容积不变，通入一定量N2O4，则增加了N2O4 的浓度，所以平衡逆向移动，但其进行的程度比原来的N2O4 的转化率要小，所以NO2 的百分含量减小。(2)保持压强不变，通入一定量NO2 或N2O4，不影响平衡，所以NO2 的百分含量不变。(3)保持容器容积不变，通入一定量氖气，此过程中各物质的物质的量浓度都没有发生改变，所以平衡不移动，NO2 的转化率不变；保持压强不变，通入氖气使体系的容积增大一倍，则相当于减小压强，所以平衡向生成NO2 的方向移动，所以NO2 的转化率会减小。
答案：(1)减小 减小 (2)不变 不变 (3)不变 减小
1．“建模、解模”分析法在平衡移动结果判定中的应用
对于反应物或生成物只有一种的可逆反应而言，在改变物质浓度而引起化学平衡移动时应遵循或应用下列方法进行分析：
(1)建模法分析化学平衡
当容器Ⅱ中的投料量是容器Ⅰ中的n倍时，可通过建模思想来进行考虑。
一般解题步骤[以PCl5(g)PCl3(g)＋Cl2(g)为例]：
①建模：构建容器Ⅰ的模型
Ⅰ
②解模：将容器Ⅱ进行拆分，构建新的模型(用实线箭号表示状态变化的方向，用虚线箭号表示虚拟的过程)
Ⅱ
最后将虚拟出的两个平衡状态进行加压，把体积较大的平衡状态转化为体积较小的平衡状态。即容器Ⅱ的反应相当于在虚拟容器的基础上增大压强，平衡逆向移动，容器Ⅱ相对于容器Ⅰ，PCl5的体积分数增大。
(2)在温度、压强不变的体系中加入某种气体反应物(或生成物)的平衡移动问题
对于aA(g)bB(g)＋cC(g)或bB(g)＋cC(g)aA(g)，当T、p不变时，充入A气体，平衡移动的最终结果与原平衡等效，相当于平衡不移动；而充入B或C，则平衡的移动由浓度决定。
2．转化率的变化分析
在一恒容密闭容器中通入a mol A、b mol B发生反应aA(g)＋bB(g)cC(g)，达到平衡后，改变下列条件，分析转化率的变化情况：
(1)再通入b mol B，α(A)增大，α(B)减小。
(2)再通入a mol A、b mol B：
若a＋b＞c，α(A)增大、α(B)增大；
若a＋b＝c，α(A)不变、α(B)不变；
若a＋b＜c，α(A)减小、α(B)减小。
题组四 “极限转化法”在等效平衡中的应用
8．(双选)在温度、容积相同的3个密闭容器中，按不同方式投入反应物，保持恒温、恒容，测得反应达到平衡时的有关数据如下[已知N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol－1]，下列说法正确的是( )
容器
甲
乙
丙
反应物投入量
1 mol N2、3 mol H2
2 mol NH3
4 mol NH3
NH3的浓度/(mol·L－1)
c1
c2
c3
反应的能量变化
放出a kJ
吸收b kJ
吸收c kJ
体系压强/Pa
p1
p2
p3
反应物转化率
α1
α2
α3
A.2c1＞c3 B．a＋b＞92.4
C．2p2＞p3 D．α1＋α3＜1
解析：选CD。甲容器投入1 mol N2、3 mol H2，乙容器投入2 mol NH3，恒温恒容条件下，甲容器与乙容器是等效平衡，各组分的物质的量、含量、转化率等完全相等；而甲容器投入1 mol N2、3 mol H2，丙容器投入4 mol NH3，采用“极限转化法”，丙相当于投入 2 mol N2、6 mol H2，丙中投入量是甲中的二倍，如果恒温且丙容器容积是甲容器二倍，则甲容器与丙容器为等效平衡，所以丙所达到的平衡可以看作在恒温且容积是甲容器二倍条件下达到平衡后，再压缩体积至与甲容器体积相等所达到的平衡，由于该反应是气体体积减小的反应，缩小容器体积，增大了压强，平衡正向移动，所以丙中氮气、氢气的转化率大于甲和乙的。A项，丙容器反应物投入4 mol NH3，采用“极限转化法”转化为反应物为2 mol N2、6 mol H2，是甲中的二倍，若平衡不移动，c3＝2c1，丙相当于增大压强，平衡正向移动，所以丙中氨的浓度大于甲中氨浓度的二倍，即c3＞2c1，故A错误；B项，甲投入1 mol N2、3 mol H2，乙投入2 mol NH3，则甲与乙是完全等效的，根据盖斯定律可知，甲与乙的反应的能量变化之和为92.4 kJ，故a＋b＝92.4，故B错误；C项，丙容器投入4 mol NH3，是乙的二倍，若平衡不移动，丙中压强为乙的二倍，由于丙中相当于增大压强，平衡正向移动，所以丙中压强减小，小于乙的2倍，即2p2＞p3，故C正确；D项，丙容器投入4 mol NH3，是乙的二倍，若平衡不移动，转化率α1＋α3＝1，由于丙中相当于增大压强，平衡正向移动，氨的转化率减小，所以转化率α1＋α3＜1，故D正确。
9．(双选)T ℃时，在容积为2 L的3个恒容密闭容器中发生反应：3A(g)＋B(g)xC(g)，按不同方式投入反应物，测得反应达到平衡时的有关数据如下：
容器
甲
乙
丙
反应物的投入量
3 mol A、2 mol B
6 mol A、4 mol B
2 mol C
达到平衡的时间/min
5
8
A的浓度/(mol·L－1)
c1
c2
C的体积分数/%
w1
w3
混合气体的密度/(g·L－1)
ρ1
ρ2
下列说法正确的是( )
A．若x＜4，则2c1＞c2
B．若x＝4，则w1＝w3
C．无论x的值是多少，均有2ρ1＝ρ2
D．甲容器达到平衡所需的时间比乙容器达到平衡所需的时间短
解析：选AC。若x＜4，则正反应为气体分子数减小的反应，乙容器对于甲容器而言，相当于加压，平衡正向移动，所以2c1＞c2，A项正确；若x＝4，则反应前后气体分子数相等，由于起始时甲容器中A、B的投入量之比与化学方程式中对应化学计量数之比不相等，故w3 不可能等于w1，B项错误；起始时乙容器中A、B的投入量是甲容器的2倍，两容器的容积相等，故恒有2ρ1＝ρ2，C项正确；起始时乙容器中A、B的浓度是甲容器中的2倍，故乙容器达到平衡所需的时间比甲容器达到平衡所需的时间短，D项错误。
三种等效平衡模型
等效平衡模型
实例
起始投料
平衡时等量
备注
恒温恒容化学计量数不等
N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)
甲：1 mol N2＋3 mol H2
乙：2 mol NH3(转化为同种物质完全等同)
两容器中各组分的n、c、w等同
α(N2)＋α(NH3) ＝1
恒温恒容化学计量数相等
I2(g)＋H2(g) 2HI(g)
甲：1 mol I2＋1 mol H2
乙：2 mol I2＋2 mol H2(或4 mol HI)(成比例)
两容器中各组分的w等同，n、c成倍数关系
—
恒温恒压
N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)
甲：1 mol N2＋3 mol H2
乙：2 mol N2＋6 mol H2(或4 mol NH3)(成比例)
两容器中各组分w、c等同，n成倍数关系
—
化学平衡常数及转化率的相关计算
1．化学平衡常数
(1)意义：化学平衡常数K表示反应进行的程度，K越大，反应进行的程度越大。K＞105 时，可以认为该反应已经进行完全。K的大小只与温度有关。
(2)化学平衡常数表达式：对于可逆反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)在一定温度下达到化学平衡时，K＝。另可用压强平衡常数表示：Kp＝[p(C)为平衡时气体C的分压]。
(3)依据化学方程式计算平衡常数
①同一可逆反应中，K正·K逆＝1。
②同一反应方程式中的化学计量数扩大或缩小n倍，则新平衡常数K′与原平衡常数K间的关系是K′＝Kn或K′＝。
③几个可逆反应方程式相加，得总反应方程式，则总反应的平衡常数等于分步反应平衡常数之积。
K的表达式及计算中与ΔH的区别
由于纯液体和纯固体的浓度是一个常数，所以在平衡常数的表达式中不表示出来，其实质是把该常数项归并入K，如反应2CrO(aq)＋2H＋(aq)Cr2O(aq)＋H2O(l)中K＝。在利用多个方程式归纳平衡常数(K)之间的关系时，要注意与焓变(ΔH)的区别：方程式相加减，焓变相加减，平衡常数相乘除；方程式乘以某个系数x，焓变也需乘以该系数x，平衡常数变为原来的x次方。例如：
①C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g) K1 ΔH1
②CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) K2 ΔH2
③C(s)＋2H2O(g)CO2(g)＋2H2(g) K3 ΔH3
④N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) K4 ΔH4
⑤2NH3(g)N2(g)＋3H2(g) K5 ΔH5
⑥NH3(g)N2(g)＋H2(g) K6 ΔH6
反应③＝反应①＋反应②，ΔH3＝ΔH1＋ΔH2，K3＝K1·K2。ΔH5＝－ΔH4＝2ΔH6，K5＝＝K。
2．转化率、产率及分压的计算
(1)反应物转化率＝×100%
(2)产物的产率＝×100%
(3)分压＝总压×物质的量分数
3．计算中常用的气体定律
(1)同温同体积：＝
(2)同温同压强：＝＝＝(反应前后气体质量不变时适用)
1．(2019·高考全国卷Ⅱ)某温度下，等物质的量的碘和环戊烯()在刚性容器内发生反应(g)＋I2(g)===(g)＋2HI(g) ΔH＝＋89.3 kJ·mol－1，起始总压为105 Pa，平衡时总压增加了20%，环戊烯的转化率为________，该反应的平衡常数Kp＝________。达到平衡后，欲增加环戊烯的平衡转化率，可采取的措施有________(填标号)。
A．通入惰性气体 B．提高温度
C．增加环戊烯浓度 D．增加碘浓度
解析：设容器中起始加入I2(g)和环戊烯的物质的量均为a，平衡时转化的环戊烯的物质的量为x，列出三段式：
(g) ＋ I2(g)===(g)＋2HI(g)
起始： a a 0 0
转化： x x x 2x
平衡： a－x a－x x 2x
根据平衡时总压强增加了20%，且恒温恒容时，压强之比等于气体物质的量之比，得＝，解得x＝0.4a，则环戊烯的转化率为×100%＝40%。平衡时(g)、I2(g)、(g)、HI(g)的分压分别为、、、，则Kp＝＝p总，根据p总＝1.2×105 Pa，可得Kp＝×1.2×105≈3.56×104。通入惰性气体，对该反应的平衡无影响，A项不符合题意；该反应为吸热反应，提高温度，平衡正向移动，可提高环戊烯的平衡转化率，B项符合题意；增加环戊烯浓度，能提高I2(g) 的平衡转化率，但环戊烯的平衡转化率降低，C项不符合题意；增加I2(g)的浓度，能提高环戊烯的平衡转化率，D项符合题意。
答案：40% 3.56×104 BD
2．(2019·高考全国卷Ⅲ)近年来，随着聚酯工业的快速发展，氯气的需求量和氯化氢的产出量也随之迅速增长。因此，将氯化氢转化为氯气的技术成为科学研究的热点。回答下列问题：
(1)Deacon发明的直接氧化法为4HCl(g)＋O2(g)===2Cl2(g)＋2H2O(g)。下图为刚性容器中，进料浓度比c(HCl)∶c(O2)分别等于1∶1、4∶1、7∶1时HCl平衡转化率随温度变化的关系：
可知反应平衡常数K(300 ℃)________K(400 ℃)(填“大于”或“小于”)。设HCl初始浓度为c0，根据进料浓度比c(HCl)∶c(O2)＝1∶1的数据计算K(400 ℃)＝________________(列出计算式)。按化学计量比进料可以保持反应物高转化率，同时降低产物分离的能耗。进料浓度比 c(HCl)∶c(O2)过低、过高的不利影响分别是____________________________________、________________________________________________。
(2)在一定温度的条件下，进一步提高HCl的转化率的方法是______________________(写出2种)。
解析：(1)由题给HCl平衡转化率随温度变化的关系图可知，随温度升高，HCl平衡转化率降低，则此反应为放热反应，温度越高，平衡常数越小，即K(300 ℃)大于K(400 ℃)。结合题图可知，c(HCl)∶c(O2)＝1∶1、400 ℃时HCl的平衡转化率为84%，列出三段式：
4HCl(g) ＋ O2(g) === 2Cl2(g)＋2H2O(g)
起始 c0 c0 0 0
转化 0.84c0 0.21c0 0.42c0 0.42c0
平衡 (1－0.84)c0 (1－0.21)c0 0.42c0 0.42c0
则K(400 ℃)＝＝。进料浓度比c(HCl)∶c(O2)过低会使O2和Cl2分离的能耗较高，过高则会造成HCl转化率较低。(2)题述反应是气体体积减小的反应，增大反应体系压强可使平衡正向移动，提高HCl的转化率，及时分离出产物也能提高HCl的转化率。
答案：(1)大于 O2 和Cl2 分离能耗较高 HCl转化率较低
(2)增大反应体系压强、及时分离出产物
3．(2018·高考全国卷Ⅲ)对于反应2SiHCl3(g)===SiH2Cl2(g)＋SiCl4(g)，采用大孔弱碱性阴离子交换树脂催化剂，在323 K和343 K时SiHCl3的转化率随时间变化的结果如图所示。
(1)343 K时反应的平衡转化率α＝________%。平衡常数K343 K＝________(保留两位小数)。
(2)在343 K下：要提高SiHCl3转化率，可采取的措施是________________；要缩短反应达到平衡的时间，可采取的措施有________________、________________。
(3)比较a、b处反应速率大小：va________vb(填“大于”“小于”或“等于”)。反应速率v＝v正－v逆＝k正xiHCl3－k逆xSiH2Cl2xSiCl4，k正、k逆分别为正、逆向反应速率常数，x为物质的量分数，计算a处的＝________(保留一位小数)。
解析：(1)温度越高，反应越先达到平衡，根据图示，左侧曲线对应的温度为343 K，343 K时反应的平衡转化率为22%。设开始时加入SiHCl3的浓度为a mol·L－1，根据化学方程式和SiHCl3的平衡转化率知，达平衡时，SiHCl3、SiH2Cl2、SiCl4的浓度分别为0.78a mol·L－1、0.11a mol·L－1、0.11a mol·L－1，化学平衡常数K＝≈0.02。(2)根据化学平衡移动原理并结合该反应特点，及时分离出生成物可提高反应物的转化率。缩短反应达到平衡的时间，实质就是提高反应速率，可采用加压的方式或选择更为高效的催化剂。(3)温度越高，反应速率越大，a点所在曲线对应的温度高于b点所在曲线对应的温度，所以a点反应速率大于b点反应速率。a点所在曲线达到平衡时，v正＝v逆，即k正xiHCl3＝k逆xSiH2Cl2xSiCl4，从题图上可知a点所在曲线平衡时SiHCl3的转化率为22%，设投入SiHCl3 y mol，则根据三段式法得
2SiHCl3(g)===SiH2Cl2(g)＋SiCl4(g)
开始/mol y 0 0
转化/mol 0.22y 0.11y 0.11y
平衡/mol 0.78y 0.11y 0.11y
代入k正xiHCl3＝k逆xSiH2Cl2xSiCl4得，k正0.782＝k逆0.112，＝ ①
在a处SiHCl3的转化率为20%，根据三段式法得
2SiHCl3(g)===SiH2Cl2(g)＋SiCl4(g)
开始/mol y 0 0
转化/mol 0.2y 0.1y 0.1y
a处/mol 0.8y 0.1y 0.1y
则＝＝×，将①代入计算得出≈1.3。
答案：(1)22 0.02
(2)及时移去产物 改进催化剂 提高反应物压强(浓度)
(3)大于 1.3
题组一 化学平衡常数及转化率的计算
1．已知在25 ℃时，下列反应的平衡常数如下：
①N2(g)＋O2(g)2NO(g) K1＝1×10－30
②2H2(g)＋O2(g)2H2O(g) K2＝2×1081
③2CO2(g)2CO(g)＋O2(g) K3＝4×10－92
下列说法正确的是( )
A．NO分解反应：NO(g)N2(g)＋O2(g)的平衡常数为1×10－30
B．根据K2的值可以判断常温下H2和O2很容易反应生成H2O
C．常温下，NO、H2O、CO2三种物质分解放出O2的倾向顺序为NO>H2O>CO2
D．温度升高，上述三个反应的平衡常数均增大
解析：选C。A项，NO(g)N2(g)＋O2(g)的平衡常数为＝1×1015，错误；B项，根据K2的值可知H2和O2之间反应的趋势很大，但需要点燃才能进行，错误；C项，常温下，NO、H2O、CO2三种物质分解放出O2的平衡常数依次为1×1030、5×10－82、4×10－92，平衡常数越大，则反应进行的程度越大，正确；D项，反应②为放热反应，升高温度平衡逆向移动，平衡常数减小，错误。
2．(双选)羰基硫(COS)可作为一种粮食熏蒸剂，能防止某些昆虫、线虫和真菌的危害。在恒容密闭容器中，将CO和H2S混合加热并达到下列平衡：
CO(g)＋H2S(g)COS(g)＋H2(g) K＝0.1
反应前CO的物质的量为10 mol，平衡后CO物质的量为8 mol，下列说法正确的是( )
A．升高温度，H2S浓度增加，表明该反应是吸热反应
B．通入CO后，正反应速率逐渐增大
C．反应前H2S物质的量为7 mol
D．CO的平衡转化率为20%
解析：选CD。升高温度，H2S浓度增加，说明平衡向逆反应方向移动，逆反应为吸热反应，则该反应正反应为放热反应，故A不正确。通入CO后，正反应速率瞬间增大，之后化学平衡发生移动，正反应速率逐渐减小，逆反应速率逐渐增大，当正反应速率和逆反应速率相等时，反应达到新的化学平衡状态，故B不正确。设反应前H2S的物质的量为a mol，容器的容积为 1 L，列“三段式”进行解题：
CO(g)＋H2S(g)COS(g)＋H2(g)
10 a 0 0
2 2 2 2
8 a－2 2 2
化学平衡常数K＝＝0.1，解得a＝7，故C正确。CO的平衡转化率为×100%＝20%，故D正确。
3．(1)CO2经催化加氢可以生成低碳烃，主要有以下两个竞争反应：
反应Ⅰ：CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g)
反应Ⅱ：2CO2(g)＋6H2(g)C2H4(g)＋4H2O(g)
为分析催化剂对反应的选择性，在1 L密闭容器中充入2 mol CO2和4 mol H2，测得有关物质的物质的量随温度变化如图所示：
该催化剂在较低温度时主要选择________(填“反应Ⅰ”或“反应 Ⅱ ”)。520 ℃时，反应 Ⅰ 的平衡常数K＝________(只列算式不计算)。
(2)工业上可以通过反应CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)制备甲醇。在一容积可变的密闭容器中充入10 mol CO和20 mol H2，CO的平衡转化率随温度(T)、压强(p)的变化关系如图所示。若达到化学平衡状态A时，容器的体积为20 L。如果反应开始时仍充入10 mol CO和20 mol H2，则在平衡状态B时容器的体积V＝________L。
解析：(1)温度较低时，CH4的物质的量多，所以该催化剂在较低温度时主要选择反应 Ⅰ。520 ℃时c(CH4)＝c(C2H4)＝0.2 mol·L－1。
CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g)
0.2 0.8 0.2 0.4
2CO2(g)＋6H2(g)C2H4(g)＋4H2O(g)
0.4 1.2 0.2 0.8
c(CO2)＝(2－0.2－0.4) mol·L－1＝1.4 mol·L－1
c(H2)＝(4－0.8－1.2) mol·L－1＝2 mol·L－1
c(H2O)＝(0.4＋0.8) mol·L－1＝1.2 mol·L－1
所以反应Ⅰ的平衡常数K＝。
(2)A、B两点的温度相同压强不同，利用K相同建立等量关系进行计算。
A点平衡常数计算过程为
CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)
起始/mol 10 20 0
变化/mol 5 10 5
平衡/mol 5 10 5
平衡/(mol·L－1) 0.25 0.5 0.25
KA＝＝4。
B点平衡常数计算过程为
CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)
起始/mol 10 20 0
变化/mol 8 16 8
平衡/mol 2 4 8
平衡/(mol·L－1)
KB＝＝＝，又因为A、B两点温度相同，则平衡常数相同，所以KA＝KB，即＝4，解得V＝4。
答案：(1)反应Ⅰ (2)4
题组二 分压平衡常数的计算
4.(1)活性炭还原NO2的反应为2NO2(g)＋2C(s)N2(g)＋2CO2(g)，在恒温条件下，1 mol NO2和足量活性炭发生该反应，测得平衡时NO2和CO2的物质的量浓度与平衡总压的关系如图1所示，E点时该反应的平衡常数Kp＝________(Kp为以分压表示的平衡常数，分压＝总压×物质的量分数)。
(2)以CO做还原剂与磷石膏(主要成分为CaSO4·2H2O)反应，不同反应温度下可得到不同的产物。向盛有CaSO4 的真空恒容密闭容器中充入CO，反应体系起始总压强为0.1a MPa，不同温度下反应后所得固态物质的物质的量如图2所示。在低于800 ℃时主要反应的化学方程式为________________________________________________________________________；
1 150 ℃下，反应CaSO4＋COCaO＋CO2＋SO2 达到平衡时，c平衡(SO2)＝8.0×10－5 mol·L－1，CO的转化率为80%，则c初始(CO)＝________mol·L－1，该反应的压强平衡常数Kp＝________(用含a的代数式表示；用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数；忽略副反应)。
解析：(1)Kp的表达式为Kp＝，先计算平衡时，混合气体中各组分的物质的量分数，设NO2的变化量为x mol，则
2NO2(g)＋2C(s)N2(g)＋2 CO2(g)
起始/mol 1 足量 0 0
变化/mol x 0.5x x
平衡/mol 1－x 0.5x x
由于E点时c(NO2)＝c(CO2)，即1－x＝x，解得x＝0.5。把x＝0.5代入上述物质的量分数算式中，得到 NO2、N2、CO2的物质的量分数分别为0.4、0.2、0.4，由于NO2与CO2的物质的量分数相等，故p(CO2)＝p(NO2)，即Kp＝＝p(N2)＝20×0.2＝4。
(2)在低于800 ℃时，固体产物为CaS，所以此时反应的化学方程式为CaSO4＋4COCaS＋4CO2；
c初始(CO)＝＝1.0×10－4 mol·L－1；
CaSO4＋ COCaO＋CO2 ＋ SO2
平衡时总压强＝×0.1a MPa＝0.18a MPa，
p(CO2)＝p(SO2)＝×0.18a MPa＝0.08a MPa，
p(CO)＝×0.18a MPa＝0.02a MPa，
Kp＝＝＝0.32a。
答案：(1)4 (2)CaSO4＋4COCaS＋4CO2 1.0×10－4 0.32a
5．苯乙烯()是生产各种塑料的重要单体，可通过乙苯催化脱氢制得：
＋H2(g) ΔH>0
(1)500 ℃时，在恒容密闭容器中充入a mol乙苯，反应达到平衡后容器内气体的压强为p；若再充入b mol的乙苯，重新达到平衡后容器内气体的压强为2p，则a________b(填“>”“<”或“＝”)，乙苯的转化率将________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(2)工业上，通常在乙苯(EB)蒸气中掺混N2(原料气中乙苯和N2的物质的量之比为1∶10，N2不参与反应)，控制反应温度为600 ℃，并保持体系总压为0.1 MPa不变的条件下进行反应。在不同温度下，乙苯的平衡转化率和某催化剂作用下苯乙烯的选择性(指除了H2以外的产物中苯乙烯的物质的量分数)示意图如下：
①A、B两点对应的正反应速率较大的是________。
②掺入N2能提高乙苯的平衡转化率，解释说明该事实：________________________
________________________________________________________________________。
③用平衡分压代替平衡浓度计算600 ℃时的平衡常数Kp＝________(保留两位有效数字，分压＝总压×物质的量分数)。
④控制反应温度为600 ℃的理由是__________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)恒温恒容条件下气体压强与气体物质的量成正比，充入a mol 乙苯，反应达到平衡后容器内气体的压强为p，再充入a mol乙苯，相当于增大压强，平衡逆向移动，重新达到平衡后容器内气体的压强小于2p，若重新达到平衡后容器内气体的压强为2p，则必有a
起始量/mol 1 0 0
变化量/mol 0.4 0.4 0.4
平衡量/mol 0.6 0.4 0.4
平衡时总物质的量为1.4 mol，乙苯的平衡分压为×0.1 MPa，苯乙烯和氢气的平衡分压均为×0.1 MPa，则600 ℃时的平衡常数Kp＝≈0.019。④根据题图可知，600 ℃时，乙苯的转化率和苯乙烯的选择性均较高，该反应为吸热反应，若温度过低，化学反应速率慢，乙苯的转化率低；若温度过高，苯乙烯的选择性下降。高温还可能使催化剂失活，且能耗大。
答案：(1)< 减小
(2)①B ②正反应方向气体分子数增加，恒压条件下加入氮气，相当于减压，平衡正向移动 ③0.019 ④600 ℃时，乙苯的转化率和苯乙烯的选择性均较高。温度过低，反应速率慢，乙苯的转化率低；温度过高，苯乙烯的选择性下降。高温还可能使催化剂失活，且能耗大
[专题强化训练]
(建议用时：40分钟)
一、选择题：每小题只有一个选项符合题意。
1．中国首条“生态马路”在上海复兴路隧道建成，它运用了“光触媒”技术，在路面涂上一种光催化剂涂料，可将汽车尾气中45%的NO和CO转化成N2 和CO2。下列对此反应的叙述中正确的是( )
A．使用光催化剂不改变反应速率
B．使用光催化剂能增大NO的转化率
C．升高温度能加快反应速率
D．改变压强对反应速率无影响
解析：选C。使用催化剂可以改变反应速率，但不能改变反应物的平衡转化率，故A、B项错误；该反应有气体参与，改变压强可影响化学反应速率，故D项错误。
2．在一定温度下，氧化铁可以与一氧化碳发生下列反应：Fe2O3(s)＋3CO(g)2Fe(s)＋3CO2(g)，下列说法中不能说明该反应已达到平衡状态的是( )
A．CO的生成速率与CO2 的生成速率相等
B．气体密度不再变化
C．CO的质量不变
D．体系的压强不再发生变化
解析：选D。A项，CO的生成速率为逆反应速率，CO2 的生成速率为正反应速率，且CO、CO2 的化学计量数相等，则v正(CO2)＝v逆(CO)，达到化学平衡；B项，ρ＝，当m(气体)不变时，反应即达到平衡；C项，m(CO)不变，则n(CO)不变，反应达到平衡；D项，该反应是气体体积不变的反应，任意时刻体系的压强均相同，所以压强不能作为平衡的标志。
3．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．当乙醇进料量一定时，随乙醇转化率增大，乙烯选择性增大
B．当乙醇进料量一定时，随温度的升高，乙烯选择性不一定增大
C．当温度一定时，随乙醇进料量增大，乙醇转化率减小
D．当温度一定时，随乙醇进料量增大，乙烯选择性增大
解析：选A。根据图像，当乙醇进料量一定时，随温度升高，乙醇转化率增大，乙烯选择性先增大后减小，故A项错误，B项正确；根据题图甲，当温度一定时，随乙醇进料量增大，乙醇转化率减小，故C项正确；根据题图乙，当温度一定时，随乙醇进料量增大，乙烯选择性增大，故D项正确。
二、选择题：每小题有一个或两个选项符合题意。
4．某科研小组利用如下反应消除NO和CO的污染：2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g) ΔH＝x kJ·mol－1。T ℃时，在容积为2 L的恒容密闭容器中充入2 mol NO和2 mol CO，保持温度不变，5 min 末达到平衡状态，此时c(N2)＝0.4 mol·L－1。下列说法中不正确的是( )
A．x<0
B．α(NO)＝20%
C．0～5 min内，v(CO)＝0.16 mol·L－1·min－1
D．保持温度不变，若再向上述平衡体系中充入2 mol NO和2 mol CO，重新达到平衡时，c(N2)＝0.8 mol·L－1
解析：选BD。该反应ΔS<0，若要使反应自发进行，则必须为放热反应，故ΔH<0，即x<0，故A项正确；5 min末达到平衡状态，c(N2)＝0.4 mol·L－1，则n(N2)＝0.4 mol·L－1×2 L＝0.8 mol，根据方程式可知反应中Δn(NO)＝Δn(CO)＝1.6 mol，则NO的转化率α(NO)＝×100%＝80%，故B项错误；v(CO)＝＝＝0.16 mol·L－1·min－1，故C项正确；5 min 末达到平衡状态，n(NO)＝n(CO)＝(2－1.6) mol＝0.4 mol，则平衡时c(NO)＝c(CO)＝0.2 mol·L－1，又因为c(N2)＝0.4 mol·L－1，c(CO2)＝0.8 mol·L－1，所以该反应的平衡常数K＝＝＝160。保持温度不变，再充入2 mol NO和2 mol CO，平衡向右移动，假设重新达平衡时，c(N2)＝0.8 mol·L－1，则平衡转化率不变，各物质的浓度分别为c(NO)＝c(CO)＝0.4 mol·L－1，c(CO2)＝1.6 mol·L－1，则Qc＝＝＝80≠K，故假设不成立，即重新达到平衡时c(N2)≠0.8 mol·L－1，此时反应正向进行，达到新平衡时，c(N2)>0.8 mol·L－1，故D项错误。
5．T ℃时，在一固定容积的密闭容器中发生反应：A(g)＋B(g)C(s) ΔH<0，按照不同配比充入A、B，达到平衡时容器中A、B浓度变化如图中曲线(实线)所示，下列判断正确的是( )
A．T ℃时，该反应的平衡常数为4
B．c点没有达到平衡，此时反应向逆反应方向进行
C．若c点为平衡点，则此时容器内的温度高于T ℃
D．T ℃时，直线cd上的点均为平衡状态
解析：选C。根据平衡常数的表达式，K＝＝，A项错误；c点没有达到平衡，若要达到平衡，应向d点移动，A、B的浓度降低，说明反应向正反应方向进行，B项错误；如果c点为平衡点，此时的平衡常数小于T ℃时的平衡常数，说明平衡向逆反应方向移动，即升高温度，C项正确；平衡常数只受温度的影响，与浓度、压强无关，因此曲线ab是平衡线，D项错误。
三、非选择题
6．Ⅰ.现有三个反应：
反应① Fe(s)＋H2O(g)===FeO(s)＋H2(g) ΔH1＝a kJ/mol，平衡常数为K1
反应② CO(g)＋H2O(g)===H2(g)＋CO2(g) ΔH2，平衡常数为K2
反应③ Fe(s)＋CO2(g)===FeO(s)＋CO(g) ΔH3＝b kJ/mol，平衡常数为K3
在不同温度下，部分K1、K2的值如下：
T/℃
700
800
K1
2.38
2.56
K2
0.80
(1)CO(g)＋H2O(g)===H2(g)＋CO2(g) ΔH2＝________(用a，b表示)。
(2)K1的表达式为________；根据反应①②③推导出K1、K2、K3的关系式为K3＝________。
Ⅱ.在容积相同的两个密闭容器内(装有等量的某种催化剂)，分别充入同量的NOx及C3H6，在不同温度下，同时发生以下反应：
18NO(g)＋2C3H6(g)9N2(g)＋6CO2(g)＋6H2O(g)；
18NO2(g)＋4C3H6(g)9N2(g)＋12CO2(g)＋12H2O(g)；
并分别在t时测定其中NOx转化率，绘得图像如下图所示：
(3)从图中可以得出的结论是
结论一：从测定NOx转化数据中判断，相同温度下NO转化率比NO2的低。
结论二：________________________________________________________________。
(4)在上述NO2和C3H6反应中，提高NO2转化率的措施有________(填编号)。
A．加入催化剂 B．降低温度
C．分离出H2O(g) D．增大压强
解析：Ⅰ.(1)根据盖斯定律，反应①－反应③得：CO(g)＋H2O(g)===H2(g)＋CO2(g) ΔH2＝(a－b) kJ/mol。
(2)K1的表达式为K1＝；反应①－反应②得反应③，则K3＝。
Ⅱ.(4)根据图像知，温度越高(450 ℃以上)，二氧化氮的转化率越小，所以该反应是放热反应，且该反应是气体体积增大的反应。催化剂不改变化学平衡状态，故A错误；该反应是放热反应，所以降低温度，平衡向正反应方向移动，二氧化氮的转化率增大，故B正确；分离出H2O(g)，减少生成物的浓度，平衡向正反应方向移动，二氧化氮的转化率增大，故C正确；该反应是气体体积增大的反应，增大压强，平衡向逆反应方向移动，二氧化氮的转化率降低，故D错误。
答案：Ⅰ.(1)(a－b) kJ/mol
(2)K1＝
Ⅱ.(3)在250～450 ℃时，NOx转化率随温度升高而增大，450～600 ℃时，NOx转化率随温度升高而减小(答案合理即可)
(4)BC
7．煤炭属于不可再生能源，高效、清洁地利用煤炭资源至关重要。请回答下列问题：
(1)煤的液化。原理是C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g) ΔH＝a kJ·mol－1；CO(g)＋2H2(g)CH3OH(l) ΔH＝b kJ·mol－1。则反应C(s)＋H2O(g)＋H2(g)CH3OH(l)的ΔH＝________kJ·mol－1(用a、b表示)。
(2)煤的气化。原理是C(s)＋2H2(g)CH4(g) ΔH。在1 L密闭容器中投入1 mol C，并充入2 mol H2，测得相关数据如图所示：
①有关图1、图2的说法正确的有________(填字母)。
A．氢气的反应速率v(Z)>v(X)>v(Y)
B．T1<1 000 K
C．平衡常数K(X)＝K(Y)>K(Z)
D．工业生产中，当温度为T2时，压强越高，经济效益越好
②图2中A点对应的平衡常数Kp＝________(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)。
(3)煤生产水煤气和半水煤气。
①工业上用煤生产作为合成氨原料的水煤气，要求气体中(CO＋H2)与N2的体积之比为3.1～3.2，发生的反应有C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)、C(s)＋O2(g)CO(g)。从能量角度考虑，通入空气的目的是__________________________________________________。
②如图3是反应CO(g)＋H2O(g)H2(g)＋CO2(g) ΔH<0中CO和CO2的浓度随时间发生变化的曲线，则t2时刻改变的条件可能是________(写出一种即可)。若t4时刻通过改变容积的方法将压强增大为原来的2倍，在图中t4～t5区间内画出CO、CO2浓度变化曲线，并标明物质(假设各物质状态均保持不变)。
答案：(1)a＋b (2)①ABC ②
(3)①前者是吸热反应，通入空气后发生的是放热反应，可维持体系的热平衡 ②降低温度(或增大水蒸气的量或减少氢气的量)
8．雾霾严重影响人们的生活，汽车尾气的排放是造成雾霾天气的重要原因之一。已知汽车尾气排放时容易发生以下反应：
①N2(g)＋O2(g)2NO(g) ΔH1＝a kJ·mol－1
②CO(g)＋1/2O2(g)CO2(g) ΔH2＝ b kJ·mol－1
③2CO(g)＋2NO(g)N2(g)＋2CO2(g) ΔH3
请回答下列问题：
(1)ΔH3＝________kJ·mol－1(用含a、b的代数式表示)。
(2)对于有气体参与的反应，表示平衡常数Kp时用气体组分(B)的平衡压强p(B)代替该气体物质的量浓度c(B)，则反应①的平衡常数表达式Kp＝____________________________。
(3)下列能说明反应③已达平衡状态的是__________(填字母)。
A．单位时间内生成1 mol CO2 的同时消耗了1 mol CO
B．在恒温恒容的容器中，混合气体的密度保持不变
C．在绝热恒容的容器中，反应的平衡常数不再变化
D．在恒温恒压的容器中，NO的体积分数保持不变
(4)在一定温度下，向体积为V L的恒容密闭容器中充入一定量的NO和CO，发生反应③。在t1时刻达到平衡，此时n(CO)＝x mol，n(NO)＝2x mol，n(N2)＝y mol，则NO的平衡转化率为________(用含x、y的代数式表示)；再向容器中充入y mol CO2 和x mol NO，则此时v(正)________v(逆)(填“＞”“＜”或“＝”)。
(5)烟气中也含有氮氧化物，C2H4 可用于烟气脱硝。为研究温度、催化剂中Cu2＋负载量对NO去除率的影响，控制其他条件一定，实验结果如图所示。为达到最高的NO去除率，应选择的反应温度约为________，Cu2＋负载量为________。
解析：(1)根据盖斯定律，由2×②－①得：2CO(g)＋2NO(g)N2(g)＋2CO2(g)，则ΔH3＝2ΔH2－ΔH1＝(2b－a) kJ·mol－1。
(2)反应①的平衡常数表达式Kp＝。
(3)A.单位时间内生成1 mol CO2 的同时消耗了1 mol CO，描述的都是正反应，不能说明反应已经达到平衡，A错误；B.在恒温恒容的容器中，密度等于混合气体的质量除以容器体积，根据质量守恒，不管是否达到平衡，混合气体的质量都不变，容器体积不变，所以密度始终不变，B错误；C.在绝热恒容的容器中，容器内的温度随反应的进行而变化，平衡常数也会发生变化，平衡常数不再变化，说明容器的温度不变，反应达到平衡，C正确；D.在恒温恒压的容器中，NO的体积分数保持不变，说明各成分的物质的量不再变化，反应达到平衡，D正确。
(4)一定温度下，向体积为V L的恒容密闭容器中充入一定量的NO和CO，发生反应2CO(g)＋2NO(g)N2(g)＋2CO2(g)，t1时刻达到平衡，此时n(CO)＝x mol，n(NO)＝2x mol，n(N2)＝y mol，n(CO2)＝2y mol，则反应的NO的物质的量为2y mol，起始NO的物质的量为(2x＋2y) mol，平衡转化率为×100%＝×100%；该温度下的平衡常数K＝×V＝×V，再向容器中充入y mol CO2和x mol NO，Qc＝×V＝×V＝K，则平衡不移动，此时 v(正)＝v(逆)。
(5)从图上可以看出Cu2＋负载量为3%，温度在350 ℃左右时，NO的去除效果最好。
答案：(1)2b－a (2) (3)CD
(4)×100% ＝ (5)350 ℃ 3%
知道化学反应速率的表示方法，了解化学反应速率测定的简单方法。知道化学反应是有历程的，认识基元反应活化能对化学反应速率的影响。
知道化学反应是有方向的，知道化学反应的方向与反应的焓变和熵变有关。
掌握化学平衡的特征。了解化学平衡常数(K)的含义，能利用化学平衡常数进行相关计算。
通过实验探究，了解外界条件(浓度、温度、压强、催化剂等)对化学反应速率和化学平衡的影响。
了解化学反应速率和化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。
化学反应速率、化学平衡及其影响因素和相关图像探析
1．正确理解化学反应速率的影响因素
(1)“惰性气体”对反应速率的影响
①恒容：充入“惰性气体”总压增大―→参与反应的物质浓度不变(活化分子浓度不变)―→反应速率不变。
②恒压：充入“惰性气体”体积增大―→参与反应的物质浓度减小(活化分子浓度减小)―→反应速率减小。
(2)纯液体、固体对化学反应速率的影响
在化学反应中，纯液体和固态物质的浓度为常数，故不能用纯液体和固态物质的浓度变化来表示反应速率，但是固态反应物颗粒的大小是影响反应速率的条件之一，如煤粉由于表面积大，燃烧就比煤块快得多。
(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，瞬间v正增大，v逆不变，随后v正逐渐减小，v逆逐渐增大直至平衡。
②增大压强，v正和v逆都增大，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。
2．突破化学平衡状态的判断标志
(1)化学平衡标志的判断要注意“三关注”：一要关注反应条件，是恒温恒容、恒温恒压还是绝热容器；二要关注反应特点，是等体积反应还是非等体积反应；三要关注特殊情况，是否有固体参加或生成，或固体的分解反应。
如在一定温度下的恒容容器中，当下列物理量不再发生变化时：a.混合气体的压强；b.混合气体的密度；c.混合气体的总物质的量；d.混合气体的平均相对分子质量；e.混合气体的颜色；f.各反应物或生成物的浓度之比等于化学计量数之比；g.某种气体的百分含量。
①能说明2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)达到平衡状态的是acdg(填字母，下同)。
②能说明I2(g)＋H2(g)2HI(g)达到平衡状态的是eg。
③能说明2NO2(g)N2O4(g)达到平衡状态的是acdeg。
④能说明C(s)＋CO2(g)2CO(g)达到平衡状态的是abcdg。
⑤能说明A(s)＋2B(g)C(g)＋D(g)达到平衡状态的是bdg。
⑥能说明NH2COONH4(s)2NH3(g)＋CO2(g)达到平衡状态的是abc。
⑦能说明5CO(g)＋I2O5(s)5CO2(g)＋I2(s)达到平衡状态的是bdg。
(2)化学平衡标志的判断还要注意“一个角度”，即从微观角度分析判断。
如反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，下列各项能说明该反应达到平衡状态的是①②③④(填序号)。
①断裂1 mol N≡N键的同时生成1 mol N≡N键；
②断裂1 mol N≡N键的同时生成3 mol H—H键；
③断裂1 mol N≡N键的同时断裂6 mol N—H键；
④生成1 mol N≡N键的同时生成6 mol N—H键。
3．掌握化学平衡移动的判断方法
(1)依据勒夏特列原理判断
通过比较平衡破坏瞬时的正、逆反应速率的相对大小来判断平衡移动的方向。
①若外界条件改变，引起v正＞v逆，则化学平衡向正反应方向(或向右)移动；
②若外界条件改变，引起v正＜v逆，则化学平衡向逆反应方向(或向左)移动；
③若外界条件改变，虽能引起v正和v逆变化，但变化后新的v正′和v逆′仍保持相等，则化学平衡没有发生移动。
(2)依据浓度商(Qc)规则判断
通过比较浓度商(Qc)与平衡常数(K)的大小来判断平衡移动的方向。
①若Qc＞K，平衡逆向移动；
②若Qc＝K，平衡不移动；
③若Qc＜K，平衡正向移动。
4．正确理解不能用勒夏特列原理解释的问题
(1)若外界条件改变后，无论平衡向正反应方向移动还是向逆反应方向移动都无法减弱外界条件的变化，则平衡不移动。如对于H2(g)＋Br2(g)2HBr(g)，由于反应前后气体的分子总数不变，外界压强增大或减小时，平衡无论正向移动还是逆向移动都不能减弱压强的改变。所以对于该反应，压强改变，平衡不发生移动。
(2)催化剂能同等程度地改变正、逆反应速率，所以催化剂不会影响化学平衡。
角度一 化学反应速率的影响因素
1．(2019·高考全国卷Ⅱ)环戊二烯()容易发生聚合生成二聚体，该反应为可逆反应。不同温度下，溶液中环戊二烯浓度与反应时间的关系如图所示，下列说法正确的是________(填标号)。
A．T1＞T2
B．a点的反应速率小于c点的反应速率
C．a点的正反应速率大于b点的逆反应速率
D．b点时二聚体的浓度为0.45 mol·L－1
解析：由相同时间内，环戊二烯浓度减小量越大，反应速率越快可知，T1
2．(2017·高考江苏卷)H2O2分解速率受多种因素影响。实验测得70 ℃时不同条件下H2O2浓度随时间的变化如图所示。下列说法正确的是( )
A．图甲表明，其他条件相同时，H2O2浓度越小，其分解速率越快
B．图乙表明，其他条件相同时，溶液pH越小，H2O2分解速率越快
C．图丙表明，少量Mn2＋存在时，溶液碱性越强，H2O2分解速率越快
D．图丙和图丁表明，碱性溶液中，Mn2＋对H2O2分解速率的影响大
解析：选D。由图甲可知，起始时H2O2的浓度越小，曲线下降越平缓，说明反应速率越慢，A项错误；OH－的浓度越大，pH越大，即0.1 mol·L－1NaOH对应的pH最大，曲线下降最快，即H2O2分解最快，B项错误；由图丙可知，相同时间内，0.1 mol·L－1 NaOH条件下H2O2分解最快，0 mol·L－1 NaOH条件下H2O2分解最慢，而1.0 mol·L－1 NaOH条件下H2O2的分解速率处于中间，C项错误；由图丁可知，Mn2＋越多，H2O2的分解速率越快，说明Mn2＋对H2O2分解速率的影响较大，D项正确。
角度二 化学平衡的影响因素及其应用
3．(2018·高考全国卷Ⅱ改编)CH4CO2催化重整反应为CH4(g)＋CO2(g)=== 2CO(g)＋2H2(g) ΔH＝＋247 kJ·mol－1。有利于提高CH4平衡转化率的条件是( )
A．高温低压 B．低温高压
C．高温高压 D．低温低压
解析：选A。由于该反应为吸热且气体体积增大的反应，要提高CH4的平衡转化率，需在高温低压下进行。
4．(2018·高考天津卷)室温下，向圆底烧瓶中加入1 mol C2H5OH和含1 mol HBr的氢溴酸，溶液中发生反应：C2H5OH＋HBrC2H5Br＋H2O，充分反应后达到平衡。已知常压下，C2H5Br和C2H5OH的沸点分别为38.4 ℃和78.5 ℃。下列有关叙述错误的是( )
A．加入NaOH，可增大乙醇的物质的量
B．增大HBr浓度，有利于生成C2H5Br
C．若反应物均增大至2 mol，则两种反应物平衡转化率之比不变
D．若起始温度提高至60 ℃，可缩短反应达到平衡的时间
解析：选D。加入NaOH，c(HBr)减小，平衡向逆反应方向移动，乙醇的物质的量增大，A项正确；增大HBr浓度，平衡向正反应方向移动，有利于生成C2H5Br，B项正确；若反应物按照化学计量数之比加入溶液中，则各物质的平衡转化率相等，故反应物均增大至2 mol，两种反应物平衡转化率之比不变，C项正确；若起始温度提高至60 ℃，生成物C2H5Br为气态，能够从反应体系中逸出，导致反应不断向正反应方向进行，因此不能缩短反应达到平衡的时间，D项错误。
角度三 有关图像、图表题的信息提取与应用
5．(2019·高考天津卷)不同温度下反应3SiCl4(g)＋2H2(g)＋Si(s)4SiHCl3(g) ΔH<0中SiCl4转化率如图所示。下列叙述正确的是________(填序号)。
a．B点：v正>v逆
b．v正：A点>E点
c．反应适宜温度：480～520 ℃
解析：a项，同一点比较正、逆反应速率看反应进行方向，B点反应正向进行，所以v正>v逆，正确；b项，不同点比较正、逆反应速率看反应条件，A点温度低于E点温度，所以v正：A点
6．(2018·高考北京卷改编)(1)对SO2的催化歧化反应3SO2(g)＋2H2O(g)===2H2SO4(l)＋S(s) ΔH＝－254 kJ·mol，在某一投料比时，两种压强下，H2SO4在平衡体系中物质的量分数随温度的变化关系如图所示。p2________p1(填“＞”或“＜”)，得出该结论的理由是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)I－可以作为水溶液中SO2歧化反应的催化剂，可能的催化过程如下。将ii补充完整。
i．SO2＋4I－＋4H＋===S↓＋2I2＋2H2O
ii.I2＋2H2O＋________===________＋________＋2I－
(3)探究i、ii反应速率与SO2歧化反应速率的关系，实验如下：分别将18 mL SO2饱和溶液加入2 mL下列试剂中，密闭放置观察现象。(已知：I2易溶解在KI溶液中)
序号
A
B
C
D
试剂组成
0.4 mol·L－1 KI
a mol·L－1 KI
0．2 mol·L－1 H2SO4
0.2 mol·L－1 H2SO4
0.2 mol·L－1 KI
0．000 2 mol I2
实验现象
溶液变黄，一段时间后出现浑浊
溶液变黄，出现浑浊较A快
无明显现象
溶液由棕褐色很快褪色，变成黄色，出现浑浊较A快
①B是A的对比实验，则a＝________。
②比较A、B、C，可得出的结论是___________________________________________
________________________________________________________________________。
③实验表明，SO2的歧化反应速率D＞A。结合i、ii反应速率解释原因：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(2)由题意知二氧化硫的歧化反应可由i与ii相加所得，所以反应的离子方程式3SO2＋2H2O===4H＋＋2SO＋S↓减去i式得：2I2＋4H2O＋2SO2===2SO＋8H＋＋4I－，化简得到：I2＋2H2O＋SO2===SO＋4H＋＋2I－。(3)①由于B是A的对比实验，所以两组实验中KI的浓度必须相同，即a＝0.4。②A说明I－能催化二氧化硫发生歧化反应。C中无明显现象，说明H＋单独存在时不具有催化作用，不能使二氧化硫歧化反应速率加快。B中溶液变黄，出现浑浊较A快，结合C可知，增强溶液的酸性，可增强I－的催化效果。③由于I－催化二氧化硫的歧化反应是i与ii两个过程分步进行，所以两个反应中任何一个反应的速率都会影响总反应的速率。D中直接加入I2，故反应ii可立即发生，而由反应ii产生的H＋可使反应i速率加快，所以D的反应速率比A快。
答案：(1)＞ 该反应是气体物质的量减小的反应，温度一定时，增大压强使平衡正向移动，H2SO4的物质的量增大，体系总物质的量减小，H2SO4的物质的量分数增大
(2)SO2 SO 4H＋
(3)①0.4
②I－是SO2歧化反应的催化剂，H＋单独存在时不具有催化作用，但H＋可以加快歧化反应速率
③反应ii比i快；D中由反应ii产生的H＋使反应i加快
7．(2017·高考全国卷Ⅲ)298 K时，将20 mL 3x mol·L－1 Na3AsO3、20 mL 3x mol·L－1 I2和20 mL NaOH溶液混合，发生反应：AsO(aq)＋I2(aq)＋2OH－(aq)AsO(aq)＋2I－(aq)＋H2O(l)。溶液中c(AsO)与反应时间(t)的关系如图所示。
(1)下列可判断反应达到平衡的是________(填标号)。
a．溶液的pH不再变化
b．v(I－)＝2v(AsO)
c．c(AsO)/c(AsO)不再变化
d．c(I－)＝y mol·L－1
(2)tm时，v正________v逆(填“大于”“小于”或“等于”)。
(3)tm时v逆________tn时v逆(填“大于”“小于”或“等于”)，理由是________________________________________________________________________。
解析：(1)溶液的pH不再变化，即OH－的浓度不再变化，所以平衡体系中各组分的浓度均不再变化，说明反应达到平衡状态，a项正确；当v正(I－)＝2v逆(AsO)或v逆(I－)＝2v正(AsO)时反应达到平衡状态，选项中的速率未指明是正反应速率还是逆反应速率，b项错误；反应达到平衡之前，c(AsO)逐渐减小而 c(AsO)逐渐增大，故 c(AsO)/c(AsO)逐渐增大，当c(AsO)/c(AsO)不再变化时反应达到平衡状态，c项正确；根据离子方程式可知反应体系中恒有c(I－)＝2c(AsO)，观察图像可知反应达到平衡时c(AsO)＝y mol·L－1，此时c(I－)＝2y mol·L－1，d项错误。(2)tm时反应未达到平衡状态，所以v正大于v逆。(3)从tm到tn，反应逐渐趋于平衡状态，反应物浓度逐渐减小而生成物浓度逐渐增大，所以正反应速率逐渐减小，逆反应速率逐渐增大，故tm时v逆小于tn时v逆。
答案：(1)ac (2)大于 (3)小于 tm时生成物浓度较低，逆反应速率较小
常见的化学反应速率、化学平衡图像分析
1．速率—时间图像
反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，m＋n>p＋q，且ΔH>0
(1)t1 时增大反应物的浓度，正反应速率瞬间增大，然后逐渐减小，而逆反应速率逐渐增大；
(2)t2 时升高温度，正反应和逆反应速率均增大，吸热反应的反应速率增大得快；
(3)t3 时减小压强，容器容积增大，浓度变小，正反应速率和逆反应速率均减小，正反应的反应速率减小得多；
(4)t4 时使用催化剂，正反应速率和逆反应速率均瞬间增大但仍相等。
2. 转化率(或含量)—时间图像
反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，m＋n>p＋q，且ΔH>0
(1)图甲表示压强对反应物转化率的影响，对于气体反应物化学计量数之和大于气体生成物化学计量数之和的反应，压强越大，反应物的转化率越大；
(2)图乙表示温度对反应物转化率的影响，对于吸热反应，温度越高，反应物的转化率越大；
(3)图丙表示催化剂对反应物转化率的影响，催化剂只能改变化学反应速率，不能改变反应物的转化率。
3.恒压(温)线
反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，m＋n>p＋q，且ΔH>0
分析时可沿横轴作一条平行于纵轴的虚线，即为等压线或等温线，然后分析另一条件变化对该反应的影响。
4．特殊类型图像
(1)对于化学反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，如图所示，M点前，表示从反应物开始，v正＞v逆；M点为刚达到平衡点；M点后为平衡受温度的影响情况，即升温，A的百分含量增加或C的百分含量减少，平衡左移，故正反应ΔH＜0。
(2)对于化学反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，如图所示，L线上所有的点都是平衡点。L线的左上方(E点)，A的百分含量大于此压强时平衡体系的A的百分含量，所以E点v正＞v逆；则L线的右下方(F点)，v正＜v逆。
5．速率、平衡图像题的分析方法
(1)认清坐标系，弄清纵、横坐标所代表的意义，并与有关原理相结合。
(2)看清起点，分清反应物、生成物，浓度减小的是反应物，浓度增大的是生成物，一般生成物多数以原点为起点。
(3)看清曲线的变化趋势，注意渐变和突变，分清正、逆反应曲线，从而判断反应特点。
(4)注意终点。例如，在浓度—时间图像上，一定要看清终点时反应物的消耗量、生成物的增加量，并结合有关原理进行推理判断。
(5)图像中先拐先平数值大。例如，在转化率—时间图像上，先出现拐点的曲线先达到平衡，此时逆向推理可得该曲线对应的温度高、浓度大或压强大。
(6)定一议二原则。当图像中有三个量时，先确定一个量不变再讨论另外两个量的关系。
题组一 化学反应速率的影响因素及应用
1．下列表格中的各种情况，可以用对应选项中的图像表示的是( )
选项
反应
甲
乙
A
外形、大小相同的金属和水反应
Na
K
B
4 mL 0.01 mol·L－1KMnO4溶液分别和不同浓度的2 mL H2C2O4(草酸)溶液反应
0.1 mol·L－1的H2C2O4溶液
0.2 mol·L－1的H2C2O4溶液
C
5 mL 0.1 mol·L－1Na2S2O3溶液和5 mL 0.1 mol·L－1H2SO4溶液反应
热水
冷水
D
5 mL 4%的过氧化氢溶液分解放出O2
无MnO2粉末
加MnO2粉末
解析：选C。由于K比Na活泼，故外形、大小相同的金属K和Na分别与水反应，K的反应速率更快，又由于Na、K与H2O反应均为放热反应，随着反应的进行，放出大量的热，反应速率逐渐加快，A项不正确；由于起始时乙中H2C2O4浓度大，故其反应速率比甲快，B项不正确；由于甲反应是在热水中进行的，温度高，故甲的反应速率大于乙，随着反应的进行，反应物浓度逐渐减小，故甲、乙反应速率逐渐减小，C项正确；MnO2在H2O2的分解过程中起催化作用，故乙的反应速率大于甲，D项不正确。
2．(双选)(2020·山东等级考模拟)热催化合成氨面临的两难问题是采用高温增大反应速率的同时会因平衡限制导致NH3产率降低。我国科研人员研制了TiHFe双温区催化剂(TiH区域和Fe区域的温度差可超过100 ℃)。TiHFe双温区催化合成氨的反应历程如图所示，其中吸附在催化剂表面上的物种用*标注。下列说法正确的是( )
A．①为N≡N键的断裂过程
B．①②③在高温区发生，④⑤在低温区发生
C．④为N原子由Fe区域向TiH区域的传递过程
D．使用TiHFe双温区催化剂使合成氨反应转变为吸热反应
解析：选BC。A选项，经历①过程之后氮气分子被催化剂吸附，并没有变成氮原子，A错误。B选项，①为催化剂吸附N2的过程，②为形成过渡态的过程，③为N2解离为N的过程，以上都需要在高温区进行。④⑤在低温区进行是为了增大平衡产率，B正确。C选项，由题中图示可知，过程④完成了TiHFe＋*N到TiH*NFe两种过渡态的转化，N原子由Fe区域向TiH区域传递，C正确。D选项，化学反应不会因加入催化剂而改变吸放热情况，D错误。
3．Ⅰ.已知：反应aA(g)＋bB(g)cC(g)，某温度下，在2 L的密闭容器中充入一定量的A、B，两种气体的物质的量浓度随时间变化的曲线如图所示。
(1)经测定前4 s内v(C)＝0.05 mol·L－1·s－1，则该反应的化学方程式为________________________________________________________________________。
(2)请在图中将生成物C的物质的量浓度随时间的变化曲线绘制出来。
(3)若上述反应分别在甲、乙、丙三个相同的密闭容器中进行，经同一段时间后，测得三个容器中的反应速率分别为
甲：v(A)＝0.3 mol·L－1·s－1，
乙：v(B)＝0.12 mol·L－1·s－1，
丙：v(C)＝9.6 mol·L－1·min－1，
则甲、乙、丙三个容器中反应速率由快到慢的顺序为__________________。
Ⅱ.密闭容器中发生如下反应：A(g)＋3B(g)2C(g) ΔH<0。根据下面速率—时间图像，回答下列问题。
(1)下列时刻所改变的外界条件：
t1____________；t3____________；t4____________。
(2)反应速率最快的时间段是________。
Ⅲ.COCl2 的分解反应为COCl2(g)Cl2(g)＋CO(g) ΔH＝＋108 kJ·mol－1。反应体系达到平衡后，各物质的浓度在不同条件下的变化状况如图所示(第10 min到14 min的COCl2 浓度变化曲线未表示出)：
(1)比较第2 min反应温度T2与第8 min反应温度T8的高低：T2________(填“＜”“＞”或“＝”)T8。
(2)若12 min时反应在温度T8下重新达到平衡，则此时c(COCl2)＝________mol·L－1。
(3)比较产物CO在2～3 min、5～6 min和12～13 min时平均反应速率[平均反应速率分别以v(2～3)、v(5～6)、v(12～13)表示]的大小：________________________________________________________________________。
(4)比较反应物COCl2 在5～6 min和15～16 min时平均反应速率的大小：v(5～6)________(填“＜”“＞”或“＝”)v(15～16)，原因是________________________________________________________________________。
答案：Ⅰ.(1)3A(g)＋B(g)2C(g)
(2)
(3)乙＞甲＞丙
Ⅱ.(1)升高温度 加入催化剂 减小压强
(2)t3～t4
Ⅲ.(1)＜ (2)0.03 (3)v(5～6)＞v(2～3)＝v(12～13)
(4)＞ 在相同温度时，该反应的反应物浓度越高，反应速率越大
1．化学反应速率计算的常见错误
(1)不注意容器的容积。
(2)漏写单位或单位写错。
(3)忽略有效数字。
2．比较化学反应速率大小的注意事项
(1)看单位是否统一，若不统一，换算成相同单位。
(2)比较不同时间段内的化学反应速率大小时，可先换算成同一物质表示的反应速率，再比较数值大小。
(3)比较化学反应速率与化学计量数的比值，即对于一般反应，如aA＋bB===cC＋dD，比较与，若>，则用A表示的反应速率比用B表示的反应速率大。
3．在分析影响化学反应速率的因素时，要理清主次关系。
题组二 利用图像、Q与K的关系判断化学平衡状态
4．汽车尾气净化的主要原理为2NO(g)＋2CO(g)2CO2(g)＋N2(g) ΔH＜0。若该反应在绝热、恒容的密闭容器中进行，下列示意图正确且能说明反应在进行到t1时刻达到平衡状态的是________(填序号)。
解析：①达到平衡时，v正应保持不变。②由于该反应是放热反应，又是绝热容器，体系温度升高，平衡左移，K减小。③w(NO)逐渐减小，达到平衡时保持不变。④因正反应放热，容器绝热，故反应开始后体系温度升高，达到平衡状态时，体系温度不再发生变化。⑤ΔH是一个定值，不能用于判断可逆反应是否达到平衡状态。
答案：②③④
5.一定温度下，将2 mol NO、1 mol CO充入1 L固定容积的密闭容器中发生反应：2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g) ΔH<0。反应过程中部分物质浓度变化如图所示。若15 min时再向容器中充入CO、N2各0.6 mol，该反应是否处于平衡状态？
答案：该反应处于平衡状态。由图像知，10 min时反应达到平衡状态，K＝＝，若15 min时再充入CO、N2各0.6 mol，Qc＝＝，Qc＝K，所以该反应仍处于平衡状态。
题组三 化学平衡的移动
6．已知298 K时，2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH＝－197 kJ·mol－1，在相同温度下，向密闭容器中通入2 mol SO2和1 mol O2，达到平衡时放出热量Q1；向另一体积相同的密闭容器中通入1 mol SO2和1 mol O2，达到平衡时放出热量Q2。则下列关系正确的是( )
A．2Q2＝Q1 B．2Q2
(1)保持容器容积不变，通入一定量NO2，则达到平衡时NO2 的百分含量________(填“增大”“减小”或“不变”，下同)；保持容器容积不变，通入一定量N2O4，则达到平衡时NO2 的百分含量________。
(2)保持压强不变，通入一定量NO2，则达到平衡时NO2 的百分含量________；保持压强不变，通入一定量N2O4，则达到平衡时NO2 的百分含量__________。
(3)保持容器容积不变，通入一定量氖气，则达到平衡时NO2 的转化率______________________；保持压强不变，通入氖气使体系的容积增大一倍，则达到平衡时NO2 的转化率______________。
解析：(1)保持容器容积不变，通入一定量NO2，则增加了NO2 的浓度，所以平衡正向移动，且NO2 转化率比原来大，NO2 的百分含量减小；保持容器容积不变，通入一定量N2O4，则增加了N2O4 的浓度，所以平衡逆向移动，但其进行的程度比原来的N2O4 的转化率要小，所以NO2 的百分含量减小。(2)保持压强不变，通入一定量NO2 或N2O4，不影响平衡，所以NO2 的百分含量不变。(3)保持容器容积不变，通入一定量氖气，此过程中各物质的物质的量浓度都没有发生改变，所以平衡不移动，NO2 的转化率不变；保持压强不变，通入氖气使体系的容积增大一倍，则相当于减小压强，所以平衡向生成NO2 的方向移动，所以NO2 的转化率会减小。
答案：(1)减小 减小 (2)不变 不变 (3)不变 减小
1．“建模、解模”分析法在平衡移动结果判定中的应用
对于反应物或生成物只有一种的可逆反应而言，在改变物质浓度而引起化学平衡移动时应遵循或应用下列方法进行分析：
(1)建模法分析化学平衡
当容器Ⅱ中的投料量是容器Ⅰ中的n倍时，可通过建模思想来进行考虑。
一般解题步骤[以PCl5(g)PCl3(g)＋Cl2(g)为例]：
①建模：构建容器Ⅰ的模型
Ⅰ
②解模：将容器Ⅱ进行拆分，构建新的模型(用实线箭号表示状态变化的方向，用虚线箭号表示虚拟的过程)
Ⅱ
最后将虚拟出的两个平衡状态进行加压，把体积较大的平衡状态转化为体积较小的平衡状态。即容器Ⅱ的反应相当于在虚拟容器的基础上增大压强，平衡逆向移动，容器Ⅱ相对于容器Ⅰ，PCl5的体积分数增大。
(2)在温度、压强不变的体系中加入某种气体反应物(或生成物)的平衡移动问题
对于aA(g)bB(g)＋cC(g)或bB(g)＋cC(g)aA(g)，当T、p不变时，充入A气体，平衡移动的最终结果与原平衡等效，相当于平衡不移动；而充入B或C，则平衡的移动由浓度决定。
2．转化率的变化分析
在一恒容密闭容器中通入a mol A、b mol B发生反应aA(g)＋bB(g)cC(g)，达到平衡后，改变下列条件，分析转化率的变化情况：
(1)再通入b mol B，α(A)增大，α(B)减小。
(2)再通入a mol A、b mol B：
若a＋b＞c，α(A)增大、α(B)增大；
若a＋b＝c，α(A)不变、α(B)不变；
若a＋b＜c，α(A)减小、α(B)减小。
题组四 “极限转化法”在等效平衡中的应用
8．(双选)在温度、容积相同的3个密闭容器中，按不同方式投入反应物，保持恒温、恒容，测得反应达到平衡时的有关数据如下[已知N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol－1]，下列说法正确的是( )
容器
甲
乙
丙
反应物投入量
1 mol N2、3 mol H2
2 mol NH3
4 mol NH3
NH3的浓度/(mol·L－1)
c1
c2
c3
反应的能量变化
放出a kJ
吸收b kJ
吸收c kJ
体系压强/Pa
p1
p2
p3
反应物转化率
α1
α2
α3
A.2c1＞c3 B．a＋b＞92.4
C．2p2＞p3 D．α1＋α3＜1
解析：选CD。甲容器投入1 mol N2、3 mol H2，乙容器投入2 mol NH3，恒温恒容条件下，甲容器与乙容器是等效平衡，各组分的物质的量、含量、转化率等完全相等；而甲容器投入1 mol N2、3 mol H2，丙容器投入4 mol NH3，采用“极限转化法”，丙相当于投入 2 mol N2、6 mol H2，丙中投入量是甲中的二倍，如果恒温且丙容器容积是甲容器二倍，则甲容器与丙容器为等效平衡，所以丙所达到的平衡可以看作在恒温且容积是甲容器二倍条件下达到平衡后，再压缩体积至与甲容器体积相等所达到的平衡，由于该反应是气体体积减小的反应，缩小容器体积，增大了压强，平衡正向移动，所以丙中氮气、氢气的转化率大于甲和乙的。A项，丙容器反应物投入4 mol NH3，采用“极限转化法”转化为反应物为2 mol N2、6 mol H2，是甲中的二倍，若平衡不移动，c3＝2c1，丙相当于增大压强，平衡正向移动，所以丙中氨的浓度大于甲中氨浓度的二倍，即c3＞2c1，故A错误；B项，甲投入1 mol N2、3 mol H2，乙投入2 mol NH3，则甲与乙是完全等效的，根据盖斯定律可知，甲与乙的反应的能量变化之和为92.4 kJ，故a＋b＝92.4，故B错误；C项，丙容器投入4 mol NH3，是乙的二倍，若平衡不移动，丙中压强为乙的二倍，由于丙中相当于增大压强，平衡正向移动，所以丙中压强减小，小于乙的2倍，即2p2＞p3，故C正确；D项，丙容器投入4 mol NH3，是乙的二倍，若平衡不移动，转化率α1＋α3＝1，由于丙中相当于增大压强，平衡正向移动，氨的转化率减小，所以转化率α1＋α3＜1，故D正确。
9．(双选)T ℃时，在容积为2 L的3个恒容密闭容器中发生反应：3A(g)＋B(g)xC(g)，按不同方式投入反应物，测得反应达到平衡时的有关数据如下：
容器
甲
乙
丙
反应物的投入量
3 mol A、2 mol B
6 mol A、4 mol B
2 mol C
达到平衡的时间/min
5
8
A的浓度/(mol·L－1)
c1
c2
C的体积分数/%
w1
w3
混合气体的密度/(g·L－1)
ρ1
ρ2
下列说法正确的是( )
A．若x＜4，则2c1＞c2
B．若x＝4，则w1＝w3
C．无论x的值是多少，均有2ρ1＝ρ2
D．甲容器达到平衡所需的时间比乙容器达到平衡所需的时间短
解析：选AC。若x＜4，则正反应为气体分子数减小的反应，乙容器对于甲容器而言，相当于加压，平衡正向移动，所以2c1＞c2，A项正确；若x＝4，则反应前后气体分子数相等，由于起始时甲容器中A、B的投入量之比与化学方程式中对应化学计量数之比不相等，故w3 不可能等于w1，B项错误；起始时乙容器中A、B的投入量是甲容器的2倍，两容器的容积相等，故恒有2ρ1＝ρ2，C项正确；起始时乙容器中A、B的浓度是甲容器中的2倍，故乙容器达到平衡所需的时间比甲容器达到平衡所需的时间短，D项错误。
三种等效平衡模型
等效平衡模型
实例
起始投料
平衡时等量
备注
恒温恒容化学计量数不等
N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)
甲：1 mol N2＋3 mol H2
乙：2 mol NH3(转化为同种物质完全等同)
两容器中各组分的n、c、w等同
α(N2)＋α(NH3) ＝1
恒温恒容化学计量数相等
I2(g)＋H2(g) 2HI(g)
甲：1 mol I2＋1 mol H2
乙：2 mol I2＋2 mol H2(或4 mol HI)(成比例)
两容器中各组分的w等同，n、c成倍数关系
—
恒温恒压
N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)
甲：1 mol N2＋3 mol H2
乙：2 mol N2＋6 mol H2(或4 mol NH3)(成比例)
两容器中各组分w、c等同，n成倍数关系
—
化学平衡常数及转化率的相关计算
1．化学平衡常数
(1)意义：化学平衡常数K表示反应进行的程度，K越大，反应进行的程度越大。K＞105 时，可以认为该反应已经进行完全。K的大小只与温度有关。
(2)化学平衡常数表达式：对于可逆反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)在一定温度下达到化学平衡时，K＝。另可用压强平衡常数表示：Kp＝[p(C)为平衡时气体C的分压]。
(3)依据化学方程式计算平衡常数
①同一可逆反应中，K正·K逆＝1。
②同一反应方程式中的化学计量数扩大或缩小n倍，则新平衡常数K′与原平衡常数K间的关系是K′＝Kn或K′＝。
③几个可逆反应方程式相加，得总反应方程式，则总反应的平衡常数等于分步反应平衡常数之积。
K的表达式及计算中与ΔH的区别
由于纯液体和纯固体的浓度是一个常数，所以在平衡常数的表达式中不表示出来，其实质是把该常数项归并入K，如反应2CrO(aq)＋2H＋(aq)Cr2O(aq)＋H2O(l)中K＝。在利用多个方程式归纳平衡常数(K)之间的关系时，要注意与焓变(ΔH)的区别：方程式相加减，焓变相加减，平衡常数相乘除；方程式乘以某个系数x，焓变也需乘以该系数x，平衡常数变为原来的x次方。例如：
①C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g) K1 ΔH1
②CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) K2 ΔH2
③C(s)＋2H2O(g)CO2(g)＋2H2(g) K3 ΔH3
④N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) K4 ΔH4
⑤2NH3(g)N2(g)＋3H2(g) K5 ΔH5
⑥NH3(g)N2(g)＋H2(g) K6 ΔH6
反应③＝反应①＋反应②，ΔH3＝ΔH1＋ΔH2，K3＝K1·K2。ΔH5＝－ΔH4＝2ΔH6，K5＝＝K。
2．转化率、产率及分压的计算
(1)反应物转化率＝×100%
(2)产物的产率＝×100%
(3)分压＝总压×物质的量分数
3．计算中常用的气体定律
(1)同温同体积：＝
(2)同温同压强：＝＝＝(反应前后气体质量不变时适用)
1．(2019·高考全国卷Ⅱ)某温度下，等物质的量的碘和环戊烯()在刚性容器内发生反应(g)＋I2(g)===(g)＋2HI(g) ΔH＝＋89.3 kJ·mol－1，起始总压为105 Pa，平衡时总压增加了20%，环戊烯的转化率为________，该反应的平衡常数Kp＝________。达到平衡后，欲增加环戊烯的平衡转化率，可采取的措施有________(填标号)。
A．通入惰性气体 B．提高温度
C．增加环戊烯浓度 D．增加碘浓度
解析：设容器中起始加入I2(g)和环戊烯的物质的量均为a，平衡时转化的环戊烯的物质的量为x，列出三段式：
(g) ＋ I2(g)===(g)＋2HI(g)
起始： a a 0 0
转化： x x x 2x
平衡： a－x a－x x 2x
根据平衡时总压强增加了20%，且恒温恒容时，压强之比等于气体物质的量之比，得＝，解得x＝0.4a，则环戊烯的转化率为×100%＝40%。平衡时(g)、I2(g)、(g)、HI(g)的分压分别为、、、，则Kp＝＝p总，根据p总＝1.2×105 Pa，可得Kp＝×1.2×105≈3.56×104。通入惰性气体，对该反应的平衡无影响，A项不符合题意；该反应为吸热反应，提高温度，平衡正向移动，可提高环戊烯的平衡转化率，B项符合题意；增加环戊烯浓度，能提高I2(g) 的平衡转化率，但环戊烯的平衡转化率降低，C项不符合题意；增加I2(g)的浓度，能提高环戊烯的平衡转化率，D项符合题意。
答案：40% 3.56×104 BD
2．(2019·高考全国卷Ⅲ)近年来，随着聚酯工业的快速发展，氯气的需求量和氯化氢的产出量也随之迅速增长。因此，将氯化氢转化为氯气的技术成为科学研究的热点。回答下列问题：
(1)Deacon发明的直接氧化法为4HCl(g)＋O2(g)===2Cl2(g)＋2H2O(g)。下图为刚性容器中，进料浓度比c(HCl)∶c(O2)分别等于1∶1、4∶1、7∶1时HCl平衡转化率随温度变化的关系：
可知反应平衡常数K(300 ℃)________K(400 ℃)(填“大于”或“小于”)。设HCl初始浓度为c0，根据进料浓度比c(HCl)∶c(O2)＝1∶1的数据计算K(400 ℃)＝________________(列出计算式)。按化学计量比进料可以保持反应物高转化率，同时降低产物分离的能耗。进料浓度比 c(HCl)∶c(O2)过低、过高的不利影响分别是____________________________________、________________________________________________。
(2)在一定温度的条件下，进一步提高HCl的转化率的方法是______________________(写出2种)。
解析：(1)由题给HCl平衡转化率随温度变化的关系图可知，随温度升高，HCl平衡转化率降低，则此反应为放热反应，温度越高，平衡常数越小，即K(300 ℃)大于K(400 ℃)。结合题图可知，c(HCl)∶c(O2)＝1∶1、400 ℃时HCl的平衡转化率为84%，列出三段式：
4HCl(g) ＋ O2(g) === 2Cl2(g)＋2H2O(g)
起始 c0 c0 0 0
转化 0.84c0 0.21c0 0.42c0 0.42c0
平衡 (1－0.84)c0 (1－0.21)c0 0.42c0 0.42c0
则K(400 ℃)＝＝。进料浓度比c(HCl)∶c(O2)过低会使O2和Cl2分离的能耗较高，过高则会造成HCl转化率较低。(2)题述反应是气体体积减小的反应，增大反应体系压强可使平衡正向移动，提高HCl的转化率，及时分离出产物也能提高HCl的转化率。
答案：(1)大于 O2 和Cl2 分离能耗较高 HCl转化率较低
(2)增大反应体系压强、及时分离出产物
3．(2018·高考全国卷Ⅲ)对于反应2SiHCl3(g)===SiH2Cl2(g)＋SiCl4(g)，采用大孔弱碱性阴离子交换树脂催化剂，在323 K和343 K时SiHCl3的转化率随时间变化的结果如图所示。
(1)343 K时反应的平衡转化率α＝________%。平衡常数K343 K＝________(保留两位小数)。
(2)在343 K下：要提高SiHCl3转化率，可采取的措施是________________；要缩短反应达到平衡的时间，可采取的措施有________________、________________。
(3)比较a、b处反应速率大小：va________vb(填“大于”“小于”或“等于”)。反应速率v＝v正－v逆＝k正xiHCl3－k逆xSiH2Cl2xSiCl4，k正、k逆分别为正、逆向反应速率常数，x为物质的量分数，计算a处的＝________(保留一位小数)。
解析：(1)温度越高，反应越先达到平衡，根据图示，左侧曲线对应的温度为343 K，343 K时反应的平衡转化率为22%。设开始时加入SiHCl3的浓度为a mol·L－1，根据化学方程式和SiHCl3的平衡转化率知，达平衡时，SiHCl3、SiH2Cl2、SiCl4的浓度分别为0.78a mol·L－1、0.11a mol·L－1、0.11a mol·L－1，化学平衡常数K＝≈0.02。(2)根据化学平衡移动原理并结合该反应特点，及时分离出生成物可提高反应物的转化率。缩短反应达到平衡的时间，实质就是提高反应速率，可采用加压的方式或选择更为高效的催化剂。(3)温度越高，反应速率越大，a点所在曲线对应的温度高于b点所在曲线对应的温度，所以a点反应速率大于b点反应速率。a点所在曲线达到平衡时，v正＝v逆，即k正xiHCl3＝k逆xSiH2Cl2xSiCl4，从题图上可知a点所在曲线平衡时SiHCl3的转化率为22%，设投入SiHCl3 y mol，则根据三段式法得
2SiHCl3(g)===SiH2Cl2(g)＋SiCl4(g)
开始/mol y 0 0
转化/mol 0.22y 0.11y 0.11y
平衡/mol 0.78y 0.11y 0.11y
代入k正xiHCl3＝k逆xSiH2Cl2xSiCl4得，k正0.782＝k逆0.112，＝ ①
在a处SiHCl3的转化率为20%，根据三段式法得
2SiHCl3(g)===SiH2Cl2(g)＋SiCl4(g)
开始/mol y 0 0
转化/mol 0.2y 0.1y 0.1y
a处/mol 0.8y 0.1y 0.1y
则＝＝×，将①代入计算得出≈1.3。
答案：(1)22 0.02
(2)及时移去产物 改进催化剂 提高反应物压强(浓度)
(3)大于 1.3
题组一 化学平衡常数及转化率的计算
1．已知在25 ℃时，下列反应的平衡常数如下：
①N2(g)＋O2(g)2NO(g) K1＝1×10－30
②2H2(g)＋O2(g)2H2O(g) K2＝2×1081
③2CO2(g)2CO(g)＋O2(g) K3＝4×10－92
下列说法正确的是( )
A．NO分解反应：NO(g)N2(g)＋O2(g)的平衡常数为1×10－30
B．根据K2的值可以判断常温下H2和O2很容易反应生成H2O
C．常温下，NO、H2O、CO2三种物质分解放出O2的倾向顺序为NO>H2O>CO2
D．温度升高，上述三个反应的平衡常数均增大
解析：选C。A项，NO(g)N2(g)＋O2(g)的平衡常数为＝1×1015，错误；B项，根据K2的值可知H2和O2之间反应的趋势很大，但需要点燃才能进行，错误；C项，常温下，NO、H2O、CO2三种物质分解放出O2的平衡常数依次为1×1030、5×10－82、4×10－92，平衡常数越大，则反应进行的程度越大，正确；D项，反应②为放热反应，升高温度平衡逆向移动，平衡常数减小，错误。
2．(双选)羰基硫(COS)可作为一种粮食熏蒸剂，能防止某些昆虫、线虫和真菌的危害。在恒容密闭容器中，将CO和H2S混合加热并达到下列平衡：
CO(g)＋H2S(g)COS(g)＋H2(g) K＝0.1
反应前CO的物质的量为10 mol，平衡后CO物质的量为8 mol，下列说法正确的是( )
A．升高温度，H2S浓度增加，表明该反应是吸热反应
B．通入CO后，正反应速率逐渐增大
C．反应前H2S物质的量为7 mol
D．CO的平衡转化率为20%
解析：选CD。升高温度，H2S浓度增加，说明平衡向逆反应方向移动，逆反应为吸热反应，则该反应正反应为放热反应，故A不正确。通入CO后，正反应速率瞬间增大，之后化学平衡发生移动，正反应速率逐渐减小，逆反应速率逐渐增大，当正反应速率和逆反应速率相等时，反应达到新的化学平衡状态，故B不正确。设反应前H2S的物质的量为a mol，容器的容积为 1 L，列“三段式”进行解题：
CO(g)＋H2S(g)COS(g)＋H2(g)
10 a 0 0
2 2 2 2
8 a－2 2 2
化学平衡常数K＝＝0.1，解得a＝7，故C正确。CO的平衡转化率为×100%＝20%，故D正确。
3．(1)CO2经催化加氢可以生成低碳烃，主要有以下两个竞争反应：
反应Ⅰ：CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g)
反应Ⅱ：2CO2(g)＋6H2(g)C2H4(g)＋4H2O(g)
为分析催化剂对反应的选择性，在1 L密闭容器中充入2 mol CO2和4 mol H2，测得有关物质的物质的量随温度变化如图所示：
该催化剂在较低温度时主要选择________(填“反应Ⅰ”或“反应 Ⅱ ”)。520 ℃时，反应 Ⅰ 的平衡常数K＝________(只列算式不计算)。
(2)工业上可以通过反应CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)制备甲醇。在一容积可变的密闭容器中充入10 mol CO和20 mol H2，CO的平衡转化率随温度(T)、压强(p)的变化关系如图所示。若达到化学平衡状态A时，容器的体积为20 L。如果反应开始时仍充入10 mol CO和20 mol H2，则在平衡状态B时容器的体积V＝________L。
解析：(1)温度较低时，CH4的物质的量多，所以该催化剂在较低温度时主要选择反应 Ⅰ。520 ℃时c(CH4)＝c(C2H4)＝0.2 mol·L－1。
CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g)
0.2 0.8 0.2 0.4
2CO2(g)＋6H2(g)C2H4(g)＋4H2O(g)
0.4 1.2 0.2 0.8
c(CO2)＝(2－0.2－0.4) mol·L－1＝1.4 mol·L－1
c(H2)＝(4－0.8－1.2) mol·L－1＝2 mol·L－1
c(H2O)＝(0.4＋0.8) mol·L－1＝1.2 mol·L－1
所以反应Ⅰ的平衡常数K＝。
(2)A、B两点的温度相同压强不同，利用K相同建立等量关系进行计算。
A点平衡常数计算过程为
CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)
起始/mol 10 20 0
变化/mol 5 10 5
平衡/mol 5 10 5
平衡/(mol·L－1) 0.25 0.5 0.25
KA＝＝4。
B点平衡常数计算过程为
CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)
起始/mol 10 20 0
变化/mol 8 16 8
平衡/mol 2 4 8
平衡/(mol·L－1)
KB＝＝＝，又因为A、B两点温度相同，则平衡常数相同，所以KA＝KB，即＝4，解得V＝4。
答案：(1)反应Ⅰ (2)4
题组二 分压平衡常数的计算
4.(1)活性炭还原NO2的反应为2NO2(g)＋2C(s)N2(g)＋2CO2(g)，在恒温条件下，1 mol NO2和足量活性炭发生该反应，测得平衡时NO2和CO2的物质的量浓度与平衡总压的关系如图1所示，E点时该反应的平衡常数Kp＝________(Kp为以分压表示的平衡常数，分压＝总压×物质的量分数)。
(2)以CO做还原剂与磷石膏(主要成分为CaSO4·2H2O)反应，不同反应温度下可得到不同的产物。向盛有CaSO4 的真空恒容密闭容器中充入CO，反应体系起始总压强为0.1a MPa，不同温度下反应后所得固态物质的物质的量如图2所示。在低于800 ℃时主要反应的化学方程式为________________________________________________________________________；
1 150 ℃下，反应CaSO4＋COCaO＋CO2＋SO2 达到平衡时，c平衡(SO2)＝8.0×10－5 mol·L－1，CO的转化率为80%，则c初始(CO)＝________mol·L－1，该反应的压强平衡常数Kp＝________(用含a的代数式表示；用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数；忽略副反应)。
解析：(1)Kp的表达式为Kp＝，先计算平衡时，混合气体中各组分的物质的量分数，设NO2的变化量为x mol，则
2NO2(g)＋2C(s)N2(g)＋2 CO2(g)
起始/mol 1 足量 0 0
变化/mol x 0.5x x
平衡/mol 1－x 0.5x x
由于E点时c(NO2)＝c(CO2)，即1－x＝x，解得x＝0.5。把x＝0.5代入上述物质的量分数算式中，得到 NO2、N2、CO2的物质的量分数分别为0.4、0.2、0.4，由于NO2与CO2的物质的量分数相等，故p(CO2)＝p(NO2)，即Kp＝＝p(N2)＝20×0.2＝4。
(2)在低于800 ℃时，固体产物为CaS，所以此时反应的化学方程式为CaSO4＋4COCaS＋4CO2；
c初始(CO)＝＝1.0×10－4 mol·L－1；
CaSO4＋ COCaO＋CO2 ＋ SO2
平衡时总压强＝×0.1a MPa＝0.18a MPa，
p(CO2)＝p(SO2)＝×0.18a MPa＝0.08a MPa，
p(CO)＝×0.18a MPa＝0.02a MPa，
Kp＝＝＝0.32a。
答案：(1)4 (2)CaSO4＋4COCaS＋4CO2 1.0×10－4 0.32a
5．苯乙烯()是生产各种塑料的重要单体，可通过乙苯催化脱氢制得：
＋H2(g) ΔH>0
(1)500 ℃时，在恒容密闭容器中充入a mol乙苯，反应达到平衡后容器内气体的压强为p；若再充入b mol的乙苯，重新达到平衡后容器内气体的压强为2p，则a________b(填“>”“<”或“＝”)，乙苯的转化率将________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(2)工业上，通常在乙苯(EB)蒸气中掺混N2(原料气中乙苯和N2的物质的量之比为1∶10，N2不参与反应)，控制反应温度为600 ℃，并保持体系总压为0.1 MPa不变的条件下进行反应。在不同温度下，乙苯的平衡转化率和某催化剂作用下苯乙烯的选择性(指除了H2以外的产物中苯乙烯的物质的量分数)示意图如下：
①A、B两点对应的正反应速率较大的是________。
②掺入N2能提高乙苯的平衡转化率，解释说明该事实：________________________
________________________________________________________________________。
③用平衡分压代替平衡浓度计算600 ℃时的平衡常数Kp＝________(保留两位有效数字，分压＝总压×物质的量分数)。
④控制反应温度为600 ℃的理由是__________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)恒温恒容条件下气体压强与气体物质的量成正比，充入a mol 乙苯，反应达到平衡后容器内气体的压强为p，再充入a mol乙苯，相当于增大压强，平衡逆向移动，重新达到平衡后容器内气体的压强小于2p，若重新达到平衡后容器内气体的压强为2p，则必有a
起始量/mol 1 0 0
变化量/mol 0.4 0.4 0.4
平衡量/mol 0.6 0.4 0.4
平衡时总物质的量为1.4 mol，乙苯的平衡分压为×0.1 MPa，苯乙烯和氢气的平衡分压均为×0.1 MPa，则600 ℃时的平衡常数Kp＝≈0.019。④根据题图可知，600 ℃时，乙苯的转化率和苯乙烯的选择性均较高，该反应为吸热反应，若温度过低，化学反应速率慢，乙苯的转化率低；若温度过高，苯乙烯的选择性下降。高温还可能使催化剂失活，且能耗大。
答案：(1)< 减小
(2)①B ②正反应方向气体分子数增加，恒压条件下加入氮气，相当于减压，平衡正向移动 ③0.019 ④600 ℃时，乙苯的转化率和苯乙烯的选择性均较高。温度过低，反应速率慢，乙苯的转化率低；温度过高，苯乙烯的选择性下降。高温还可能使催化剂失活，且能耗大
[专题强化训练]
(建议用时：40分钟)
一、选择题：每小题只有一个选项符合题意。
1．中国首条“生态马路”在上海复兴路隧道建成，它运用了“光触媒”技术，在路面涂上一种光催化剂涂料，可将汽车尾气中45%的NO和CO转化成N2 和CO2。下列对此反应的叙述中正确的是( )
A．使用光催化剂不改变反应速率
B．使用光催化剂能增大NO的转化率
C．升高温度能加快反应速率
D．改变压强对反应速率无影响
解析：选C。使用催化剂可以改变反应速率，但不能改变反应物的平衡转化率，故A、B项错误；该反应有气体参与，改变压强可影响化学反应速率，故D项错误。
2．在一定温度下，氧化铁可以与一氧化碳发生下列反应：Fe2O3(s)＋3CO(g)2Fe(s)＋3CO2(g)，下列说法中不能说明该反应已达到平衡状态的是( )
A．CO的生成速率与CO2 的生成速率相等
B．气体密度不再变化
C．CO的质量不变
D．体系的压强不再发生变化
解析：选D。A项，CO的生成速率为逆反应速率，CO2 的生成速率为正反应速率，且CO、CO2 的化学计量数相等，则v正(CO2)＝v逆(CO)，达到化学平衡；B项，ρ＝，当m(气体)不变时，反应即达到平衡；C项，m(CO)不变，则n(CO)不变，反应达到平衡；D项，该反应是气体体积不变的反应，任意时刻体系的压强均相同，所以压强不能作为平衡的标志。
3．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．当乙醇进料量一定时，随乙醇转化率增大，乙烯选择性增大
B．当乙醇进料量一定时，随温度的升高，乙烯选择性不一定增大
C．当温度一定时，随乙醇进料量增大，乙醇转化率减小
D．当温度一定时，随乙醇进料量增大，乙烯选择性增大
解析：选A。根据图像，当乙醇进料量一定时，随温度升高，乙醇转化率增大，乙烯选择性先增大后减小，故A项错误，B项正确；根据题图甲，当温度一定时，随乙醇进料量增大，乙醇转化率减小，故C项正确；根据题图乙，当温度一定时，随乙醇进料量增大，乙烯选择性增大，故D项正确。
二、选择题：每小题有一个或两个选项符合题意。
4．某科研小组利用如下反应消除NO和CO的污染：2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g) ΔH＝x kJ·mol－1。T ℃时，在容积为2 L的恒容密闭容器中充入2 mol NO和2 mol CO，保持温度不变，5 min 末达到平衡状态，此时c(N2)＝0.4 mol·L－1。下列说法中不正确的是( )
A．x<0
B．α(NO)＝20%
C．0～5 min内，v(CO)＝0.16 mol·L－1·min－1
D．保持温度不变，若再向上述平衡体系中充入2 mol NO和2 mol CO，重新达到平衡时，c(N2)＝0.8 mol·L－1
解析：选BD。该反应ΔS<0，若要使反应自发进行，则必须为放热反应，故ΔH<0，即x<0，故A项正确；5 min末达到平衡状态，c(N2)＝0.4 mol·L－1，则n(N2)＝0.4 mol·L－1×2 L＝0.8 mol，根据方程式可知反应中Δn(NO)＝Δn(CO)＝1.6 mol，则NO的转化率α(NO)＝×100%＝80%，故B项错误；v(CO)＝＝＝0.16 mol·L－1·min－1，故C项正确；5 min 末达到平衡状态，n(NO)＝n(CO)＝(2－1.6) mol＝0.4 mol，则平衡时c(NO)＝c(CO)＝0.2 mol·L－1，又因为c(N2)＝0.4 mol·L－1，c(CO2)＝0.8 mol·L－1，所以该反应的平衡常数K＝＝＝160。保持温度不变，再充入2 mol NO和2 mol CO，平衡向右移动，假设重新达平衡时，c(N2)＝0.8 mol·L－1，则平衡转化率不变，各物质的浓度分别为c(NO)＝c(CO)＝0.4 mol·L－1，c(CO2)＝1.6 mol·L－1，则Qc＝＝＝80≠K，故假设不成立，即重新达到平衡时c(N2)≠0.8 mol·L－1，此时反应正向进行，达到新平衡时，c(N2)>0.8 mol·L－1，故D项错误。
5．T ℃时，在一固定容积的密闭容器中发生反应：A(g)＋B(g)C(s) ΔH<0，按照不同配比充入A、B，达到平衡时容器中A、B浓度变化如图中曲线(实线)所示，下列判断正确的是( )
A．T ℃时，该反应的平衡常数为4
B．c点没有达到平衡，此时反应向逆反应方向进行
C．若c点为平衡点，则此时容器内的温度高于T ℃
D．T ℃时，直线cd上的点均为平衡状态
解析：选C。根据平衡常数的表达式，K＝＝，A项错误；c点没有达到平衡，若要达到平衡，应向d点移动，A、B的浓度降低，说明反应向正反应方向进行，B项错误；如果c点为平衡点，此时的平衡常数小于T ℃时的平衡常数，说明平衡向逆反应方向移动，即升高温度，C项正确；平衡常数只受温度的影响，与浓度、压强无关，因此曲线ab是平衡线，D项错误。
三、非选择题
6．Ⅰ.现有三个反应：
反应① Fe(s)＋H2O(g)===FeO(s)＋H2(g) ΔH1＝a kJ/mol，平衡常数为K1
反应② CO(g)＋H2O(g)===H2(g)＋CO2(g) ΔH2，平衡常数为K2
反应③ Fe(s)＋CO2(g)===FeO(s)＋CO(g) ΔH3＝b kJ/mol，平衡常数为K3
在不同温度下，部分K1、K2的值如下：
T/℃
700
800
K1
2.38
2.56
K2
0.80
(1)CO(g)＋H2O(g)===H2(g)＋CO2(g) ΔH2＝________(用a，b表示)。
(2)K1的表达式为________；根据反应①②③推导出K1、K2、K3的关系式为K3＝________。
Ⅱ.在容积相同的两个密闭容器内(装有等量的某种催化剂)，分别充入同量的NOx及C3H6，在不同温度下，同时发生以下反应：
18NO(g)＋2C3H6(g)9N2(g)＋6CO2(g)＋6H2O(g)；
18NO2(g)＋4C3H6(g)9N2(g)＋12CO2(g)＋12H2O(g)；
并分别在t时测定其中NOx转化率，绘得图像如下图所示：
(3)从图中可以得出的结论是
结论一：从测定NOx转化数据中判断，相同温度下NO转化率比NO2的低。
结论二：________________________________________________________________。
(4)在上述NO2和C3H6反应中，提高NO2转化率的措施有________(填编号)。
A．加入催化剂 B．降低温度
C．分离出H2O(g) D．增大压强
解析：Ⅰ.(1)根据盖斯定律，反应①－反应③得：CO(g)＋H2O(g)===H2(g)＋CO2(g) ΔH2＝(a－b) kJ/mol。
(2)K1的表达式为K1＝；反应①－反应②得反应③，则K3＝。
Ⅱ.(4)根据图像知，温度越高(450 ℃以上)，二氧化氮的转化率越小，所以该反应是放热反应，且该反应是气体体积增大的反应。催化剂不改变化学平衡状态，故A错误；该反应是放热反应，所以降低温度，平衡向正反应方向移动，二氧化氮的转化率增大，故B正确；分离出H2O(g)，减少生成物的浓度，平衡向正反应方向移动，二氧化氮的转化率增大，故C正确；该反应是气体体积增大的反应，增大压强，平衡向逆反应方向移动，二氧化氮的转化率降低，故D错误。
答案：Ⅰ.(1)(a－b) kJ/mol
(2)K1＝
Ⅱ.(3)在250～450 ℃时，NOx转化率随温度升高而增大，450～600 ℃时，NOx转化率随温度升高而减小(答案合理即可)
(4)BC
7．煤炭属于不可再生能源，高效、清洁地利用煤炭资源至关重要。请回答下列问题：
(1)煤的液化。原理是C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g) ΔH＝a kJ·mol－1；CO(g)＋2H2(g)CH3OH(l) ΔH＝b kJ·mol－1。则反应C(s)＋H2O(g)＋H2(g)CH3OH(l)的ΔH＝________kJ·mol－1(用a、b表示)。
(2)煤的气化。原理是C(s)＋2H2(g)CH4(g) ΔH。在1 L密闭容器中投入1 mol C，并充入2 mol H2，测得相关数据如图所示：
①有关图1、图2的说法正确的有________(填字母)。
A．氢气的反应速率v(Z)>v(X)>v(Y)
B．T1<1 000 K
C．平衡常数K(X)＝K(Y)>K(Z)
D．工业生产中，当温度为T2时，压强越高，经济效益越好
②图2中A点对应的平衡常数Kp＝________(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)。
(3)煤生产水煤气和半水煤气。
①工业上用煤生产作为合成氨原料的水煤气，要求气体中(CO＋H2)与N2的体积之比为3.1～3.2，发生的反应有C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)、C(s)＋O2(g)CO(g)。从能量角度考虑，通入空气的目的是__________________________________________________。
②如图3是反应CO(g)＋H2O(g)H2(g)＋CO2(g) ΔH<0中CO和CO2的浓度随时间发生变化的曲线，则t2时刻改变的条件可能是________(写出一种即可)。若t4时刻通过改变容积的方法将压强增大为原来的2倍，在图中t4～t5区间内画出CO、CO2浓度变化曲线，并标明物质(假设各物质状态均保持不变)。
答案：(1)a＋b (2)①ABC ②
(3)①前者是吸热反应，通入空气后发生的是放热反应，可维持体系的热平衡 ②降低温度(或增大水蒸气的量或减少氢气的量)
8．雾霾严重影响人们的生活，汽车尾气的排放是造成雾霾天气的重要原因之一。已知汽车尾气排放时容易发生以下反应：
①N2(g)＋O2(g)2NO(g) ΔH1＝a kJ·mol－1
②CO(g)＋1/2O2(g)CO2(g) ΔH2＝ b kJ·mol－1
③2CO(g)＋2NO(g)N2(g)＋2CO2(g) ΔH3
请回答下列问题：
(1)ΔH3＝________kJ·mol－1(用含a、b的代数式表示)。
(2)对于有气体参与的反应，表示平衡常数Kp时用气体组分(B)的平衡压强p(B)代替该气体物质的量浓度c(B)，则反应①的平衡常数表达式Kp＝____________________________。
(3)下列能说明反应③已达平衡状态的是__________(填字母)。
A．单位时间内生成1 mol CO2 的同时消耗了1 mol CO
B．在恒温恒容的容器中，混合气体的密度保持不变
C．在绝热恒容的容器中，反应的平衡常数不再变化
D．在恒温恒压的容器中，NO的体积分数保持不变
(4)在一定温度下，向体积为V L的恒容密闭容器中充入一定量的NO和CO，发生反应③。在t1时刻达到平衡，此时n(CO)＝x mol，n(NO)＝2x mol，n(N2)＝y mol，则NO的平衡转化率为________(用含x、y的代数式表示)；再向容器中充入y mol CO2 和x mol NO，则此时v(正)________v(逆)(填“＞”“＜”或“＝”)。
(5)烟气中也含有氮氧化物，C2H4 可用于烟气脱硝。为研究温度、催化剂中Cu2＋负载量对NO去除率的影响，控制其他条件一定，实验结果如图所示。为达到最高的NO去除率，应选择的反应温度约为________，Cu2＋负载量为________。
解析：(1)根据盖斯定律，由2×②－①得：2CO(g)＋2NO(g)N2(g)＋2CO2(g)，则ΔH3＝2ΔH2－ΔH1＝(2b－a) kJ·mol－1。
(2)反应①的平衡常数表达式Kp＝。
(3)A.单位时间内生成1 mol CO2 的同时消耗了1 mol CO，描述的都是正反应，不能说明反应已经达到平衡，A错误；B.在恒温恒容的容器中，密度等于混合气体的质量除以容器体积，根据质量守恒，不管是否达到平衡，混合气体的质量都不变，容器体积不变，所以密度始终不变，B错误；C.在绝热恒容的容器中，容器内的温度随反应的进行而变化，平衡常数也会发生变化，平衡常数不再变化，说明容器的温度不变，反应达到平衡，C正确；D.在恒温恒压的容器中，NO的体积分数保持不变，说明各成分的物质的量不再变化，反应达到平衡，D正确。
(4)一定温度下，向体积为V L的恒容密闭容器中充入一定量的NO和CO，发生反应2CO(g)＋2NO(g)N2(g)＋2CO2(g)，t1时刻达到平衡，此时n(CO)＝x mol，n(NO)＝2x mol，n(N2)＝y mol，n(CO2)＝2y mol，则反应的NO的物质的量为2y mol，起始NO的物质的量为(2x＋2y) mol，平衡转化率为×100%＝×100%；该温度下的平衡常数K＝×V＝×V，再向容器中充入y mol CO2和x mol NO，Qc＝×V＝×V＝K，则平衡不移动，此时 v(正)＝v(逆)。
(5)从图上可以看出Cu2＋负载量为3%，温度在350 ℃左右时，NO的去除效果最好。
答案：(1)2b－a (2) (3)CD
(4)×100% ＝ (5)350 ℃ 3%
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