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2020浙江高考化学二轮讲义：专题六第3讲 化学反应速率和化学平衡
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第3讲 化学反应速率和化学平衡
[考试说明]
知识内容
考试要求
(1)化学反应速率及其简单计算
b
(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
b
(3)活化分子、活化能、有效碰撞的概念
a
(4)碰撞理论
b
(5)实验数据的记录与处理
c
(6)化学反应的限度
b
(7)化学平衡的概念
b
(8)化学平衡状态的特征
b
(9)自发反应的概念
a
(10)熵变的概念
a
(11)用熵变、焓变判断化学反应的方向
c
(12)化学平衡常数
b
(13)反应物的转化率
b
(14)化学平衡常数与反应限度、转化率的关系
c
(15)化学平衡移动的概念
a
(16)影响化学平衡移动的因素及平衡移动方向的判断
b
(17)用化学平衡移动原理选择和确定合适的生产条件
c
化学反应速率及影响因素[学生用书P46]
1．对化学反应速率计算公式的剖析
v(B)＝＝
(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，而不是瞬时速率，且计算时取正值。
(3)同一反应用不同的物质表示反应速率时，数值可能不同，但意义相同。同一化学反应中用不同物质表示的反应速率之比等于其化学计量数之比。
(4)对于可逆反应，反应进行的净速率是正、逆反应速率之差，当达到平衡时，净速率为零。
2．影响反应速率的因素
(1)内因
反应物本身的性质是主要因素，如相同条件下Mg、Al与稀盐酸反应的速率大小关系为v(Mg)>v(Al)。
(2)外因(只改变一个条件，其他条件不变)
3．分析有气体参与的化学反应的反应速率
(1)恒温时，压缩体积压强增大―→气体反应物浓度增大反应速率增大。
(2)恒温恒容时
①充入气体反应物气体反应物浓度增大(压强也增大)反应速率增大。
②充入“惰性”气体总压强增大―→气体反应物浓度未改变反应速率不变。
(3)恒温恒压时，充入“惰性”气体体积增大气体反应物浓度减小反应速率减小。
4．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)瞬间增大，随后逐渐减小；v(逆)瞬间不变，随后逐渐增大；直至v(正)和v(逆)相等时达到平衡。
(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。
题组一 化学反应速率
1．X(g)＋3Y(g)2Z(g) ΔH＝－a kJ·mol－1，一定条件下，将1 mol X和3 mol Y通入2 L的恒容密闭容器中，反应10 min，测得Y的物质的量为2.4 mol。下列说法正确的是( )
A．10 min内，Y的平均反应速率为0.03 mol·L－1·s－1
B．第10 min时，X的反应速率为0.01 mol·L－1·min－1
C．10 min内，消耗0.2 mol X，生成0.4 mol Z
D．10 min内，X和Y反应放出的热量为a kJ
答案：C
1．化学反应速率的计算思路
某一物质(不能是固体或纯液体)的物质的量变化Δnx某一物质的浓度变化Δcxvx vy、vz等。
2．对于较为复杂的关于反应速率的题目，采用以下步骤和模板计算
(1)写出有关反应的化学方程式；
(2)找出各物质的起始量、转化量、某时刻量；
(3)根据已知条件列方程式计算。
例如：反应 mA ＋ nB pC
起始浓度(mol·L－1) a b c
转化浓度(mol·L－1) x
某时刻浓度(mol·L－1) a－x b－ c＋
题组二 化学反应速率的影响因素
2．(2019·浙江4月选考，T22)高温高压液态水具有接近常温下弱酸的c(H＋)或弱碱的c(OH－)，油脂在其中能以较快的反应速率水解。与常温常压水相比，下列说法不正确的是( )
A．高温高压液态水中，体系温度升高，油脂水解反应速率加快
B．高温高压液态水中，油脂与水的互溶能力增强，油脂水解反应速率加快
C．高温高压液态水中，c(H＋)增大，可催化油脂水解反应，且产生的酸进一步催化水解
D．高温高压液态水中的油脂水解，相当于常温下在体系中加入了相同c(H＋)的酸或相同c(OH－)的碱的水解
答案：D
3．(2018·浙江4月选考，T22)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/(×105 Pa)
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1.0×105 Pa、90 ℃条件下，当转化率为98%时反应已达平衡
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8.0×105 Pa、30 ℃条件下，转化率从50%增至90%时段NO的反应速率为4a/370 mol·s－1
答案：D
4．(2017·浙江4月选考，T21)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
化学平衡状态及影响因素[学生用书P48]
1．化学平衡状态判断的“两类标志”及“一角度”
判断化学反应是否达到化学平衡状态，关键是看给定条件下能否推出“变量”达到“不变”。常用到的判断标志有：
(1)绝对标志
(2)相对标志
①有气体参加的反应，气体的总压强、总体积、总物质的量不变时，对于反应前后气体分子数不变的反应来说，不一定达到平衡；对于反应前后气体分子数不相等的反应来说，达到平衡；
②气体的密度()、气体的平均相对分子质量()不变时，要具体分析各表达式中的分子或分母变化情况，判断是否平衡；
③如果平衡体系中的物质有颜色，则平衡体系的颜色不变时，达到平衡。
(3)一角度
从微观的角度分析，如反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，下列各项均可说明该反应达到了平衡状态：
2．化学平衡移动判断的方法和规律
(1)通过比较化学平衡破坏瞬时的正、逆反应速率的相对大小来判断平衡移动的方向。
①外界条件改变对化学平衡的影响
a．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；
b．若外界条件改变，引起v正
②常见外界条件的变化对正、逆反应速率的影响规律
a．增大反应物浓度的瞬间，v正变大，v逆不变；减小反应物浓度的瞬间，v正变小，v逆不变；增大生成物浓度的瞬间，v正不变，v逆变大；减小生成物浓度的瞬间，v正不变，v逆变小；
b．压强的变化对气体分子数较大的一边反应速率影响较大；
c．温度的变化对吸热反应速率影响较大；
d．催化剂对正、逆反应速率影响相同。
(2)通过比较浓度商(Q)与平衡常数(K)的大小来判断平衡移动的方向。
①若Q>K，平衡逆向移动；
②若Q＝K，平衡不移动；
③若Q
①温度的影响：升高温度，化学平衡向吸热反应方向移动；降低温度，化学平衡向放热反应方向移动；
②浓度的影响：增大反应物浓度或减小生成物浓度，化学平衡向正反应方向移动；减小反应物浓度或增大生成物浓度，化学平衡向逆反应方向移动；
③压强的影响：增大压强会使平衡向着气体体积减小的方向移动；减小压强会使平衡向着气体体积增大的方向移动。
题组一 化学平衡状态
1．(2019·浙江4月选考，T17)下列说法正确的是( )
A．H2(g)＋I2(g)2HI(g)，其他条件不变，缩小反应容器体积，正逆反应速率不变
B．C(s)＋H2O(g)H2(g)＋CO(g)，碳的质量不再改变说明反应已达平衡
C．若压强不再随时间变化能说明反应2A(？)＋B(g)2C(？)已达平衡，则A、C不能同时是气体
D．1 mol N2和3 mol H2反应达到平衡时H2转化率为10%，放出热量Q1；在相同温度和压强下，当2 mol NH3分解为N2和H2的转化率为10%时，吸收热量Q2，Q2不等于Q1
答案：B
2．(2018·浙江4月选考，T14)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
3．(2017·浙江4月选考，T12)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达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
题组二 化学平衡的影响因素
4．(2019·浙江名校联考)下列事实不能用平衡移动原理解释的是( )
A.开启啤酒瓶盖后，瓶中马上泛起大量泡沫
B.由H2(g)、I2(g)、HI(g)组成的平衡体系加压后颜色变深
C.实验室制取乙酸乙酯时，将乙酸乙酯不断蒸出
D.石灰岩受地下水长期溶蚀形成溶洞
解析：选B。啤酒中存在平衡：CO2(g)CO2(aq)，开启啤酒瓶盖，瓶中压强降低，平衡向气体体积增大的方向移动，即向生成CO2气体的方向移动，A项排除；反应H2(g)＋I2(g)2HI(g)是一个反应前后气体分子数不变的反应，压强的改变并不能使平衡发生移动，此混合气体加压后颜色变深，是因为I2(g)的浓度的增大，B项可选；实验室制取乙酸乙酯的反应为可逆反应，制取乙酸乙酯时，采用加热的方式将生成的乙酸乙酯不断蒸出，从而使平衡向生成乙酸乙酯的方向移动，C项排除；石灰岩地貌的形成与以下反应有关：CaCO3＋CO2＋H2OCa(HCO3)2，固体的溶解和凝结的反复发生，涉及了平衡的移动，D项排除。
5．K2Cr2O7溶液中存在平衡：Cr2O(橙色)＋H2O2CrO(黄色)＋2H＋。用K2Cr2O7溶液进行下列实验：
结合实验，下列说法不正确的是( )
A．①中溶液橙色加深，③中溶液变黄
B．②中Cr2O被C2H5OH还原
C．对比②和④可知K2Cr2O7酸性溶液氧化性强
D．若向④中加入70% H2SO4溶液至过量，溶液变为橙色
解析：选D。A项，在平衡体系中加入酸，平衡逆向移动，重铬酸根离子浓度增大，橙色加深，加入碱，平衡正向移动，溶液变黄，A项正确；B项，②中酸性重铬酸钾溶液氧化乙醇，重铬酸钾被还原为绿色的Cr3＋，B项正确；C项，②是酸性条件，④是碱性条件，K2Cr2O7在酸性条件下能氧化乙醇，而在碱性条件下不能，说明其在酸性条件下氧化性强，C项正确；D项，若向④中加入70% H2SO4溶液至过量，溶液为酸性，K2Cr2O7可以氧化乙醇，溶液变为绿色，D项错误。
判断平衡移动方向常见的两个易错点
(1)当反应混合物中存在与其他物质不相混溶的固体或液体物质时，由于其“浓度”是恒定的，不随其量的增减而变化，故改变这些固体或液体的量，对化学平衡没影响。
(2)同倍数地改变反应混合物中各物质的浓度时，应视为压强的影响。
化学平衡常数及有关计算[学生用书P49]
1．“三段式法”解答化学平衡计算题
(1)步骤
①写出有关化学平衡的反应方程式。
②确定各物质的起始、转化、平衡时的量(物质的量或物质的量浓度)。
③根据已知条件建立等式关系并做解答。
(2)方法
如mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，令A、B起始物质的量浓度分别为a mol·L－1、b mol·L－1，达到平衡后消耗A的物质的量浓度为mx mol·L－1。
K＝。
(3)说明
①反应物：c(平)＝c(始)－c(变)；
生成物：c(平)＝c(始)＋c(变)。
②各物质的转化浓度之比等于化学方程式中化学计量数之比。
③转化率＝×100%。
2．化学平衡常数的全面突破
(1)化学平衡常数的意义
①化学平衡常数可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。虽然转化率也能表示反应进行的程度，但转化率不仅与温度有关，而且与起始条件有关。
②K的大小只与温度有关，与反应物或生成物的起始浓度的大小无关。
(2)化学平衡常数的两个应用
①判断反应进行的方向
若任意状态下的生成物与反应物的浓度幂之积的比值为Qc，则Qc>K，反应向逆反应方向进行；
Qc＝K，反应处于平衡状态；
Qc
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。
(3)在使用化学平衡常数时应注意
①不要把反应体系中固体、纯液体以及稀水溶液中水的浓度写进平衡常数表达式中，但非水溶液中，若有水参加或生成，则此时水的浓度不可视为常数，应写进平衡常数表达式中。
②同一化学反应，化学反应方程式写法不同，其平衡常数表达式及数值亦不同。因此书写平衡常数表达式及数值时，要与化学反应方程式相对应，否则就没有意义。
3．等效平衡思想是解决化学平衡类试题最常用的思维方法
(1)恒温、恒容条件下的等效平衡
对反应前后气体分子数改变的可逆反应，改变起始加入量时，“一边倒”(即通过可逆反应的化学计量数比换算成方程式同一半边的物质的物质的量)后与原起始加入量相同，则为等效平衡，平衡时各物质的百分含量相同。
对反应前后气体分子数不变的可逆反应，改变起始加入量时，“一边倒”后，投料时各物质的物质的量之比与原起始加入量的比值相同，则为等效平衡，平衡时各物质百分含量相同。
(2)恒温、恒压条件下的等效平衡
如果反应在恒温、恒压下进行，改变起始加入量时，只要通过可逆反应的化学计量数比换算成反应物(或生成物)，各物质的物质的量之比与原起始加入量的比值相同，则为等效平衡，平衡时各物质的百分含量相同。
1．(2018·浙江11月选考，T22)已知2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH＝－197.8 kJ·mol－1。起始反应物为SO2和O2(物质的量之比为2∶1，且总物质的量不变)。SO2的平衡转化率(%)随温度和压强的变化如下表：
温度/K
压强/(105Pa)
1.01
5.07
10.1
25.3
50.7
673
99.2
99.6
99.7
99.8
99.9
723
97.5
98.9
99.2
99.5
99.6
773
93.5
96.9
97.8
98.6
99.0
下列说法不正确的是( )
A．一定压强下降低温度，SO2平衡转化率增大
B．在不同温度、压强下，转化相同物质的量的SO2所需要的时间相等
C．使用催化剂可以缩短反应达到平衡所需的时间
D．工业生产通常不采取加压措施是因为常压下SO2转化率已相当高
解析：选B。A项，由于该反应是放热反应，所以一定压强下降低温度，平衡向放热反应方向移动，SO2 的转化率增大，故A正确；B项，在不同温度、压强下，由于化学反应速率不一定相同，所以转化相同物质的量的SO2 所需要的时间不一定相等，故B不正确；C项，使用催化剂的目的是加快化学反应速率，缩短反应达到平衡所需的时间，故C正确；D项，分析2SO2 (g)＋O2 (g)2SO3 (g)可知，加压可以提高SO2 的转化率，但因为常压下SO2 的转化率已相当高，所以工业生产中通常不采取加压措施，故D正确。
2．(2017·浙江11月选考，T16)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：
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
解析：选B。A.反应达到平衡时，体系中NH3的物质的量分数最大，而反应由开始到平衡的过程是正反应速率减小的过程，错误；B.N2和H2的起始物质的量之比均为1∶3，符合方程式中化学计量数之比，所以平衡时N2和H2的转化率之比均为1，正确；C.1 mol N2和3 mol H2完全反应时放出的热量为92.4 kJ，但是N2和H2的反应为可逆反应，且N2和H2的物质的量未知，则放出的热量未知，错误；D.该反应为放热反应，升高温度平衡向逆反应方向移动，生成NH3的物质的量减少，所以400 ℃ 、30 MPa下反应达到平衡时，生成NH3的物质的量最多，错误。
3．(2017·浙江11月选考，T21)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
4．[2018·浙江4月选考，T30(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1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)近来，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2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)0.67(或67%)
(3)提高乙醇转化率；提高反应温度，从而加快反应速率；有利于后续产物分离。
(4)ACD
课后达标检测[学生用书P119(单独成册)]
一、选择题
1．下列说法正确的是( )
A．ΔH<0、ΔS>0的反应在温度低时不能自发进行
B．NH4HCO3(s)===NH3(g)＋H2O(g)＋CO2(g) ΔH＝＋185.57 kJ/mol能自发进行，原因是体系有自发地向混乱度增大的方向转变的倾向
C．因为焓变和熵变都与反应的自发性有关，因此焓变或熵变均可以单独作为反应自发性的判据
D．化学反应的限度不可以通过改变条件而改变
解析：选B。A项，ΔG＝ΔH－TΔS，当ΔH<0、ΔS>0时，ΔG恒小于0，任何温度下反应均能自发进行，错误；B项，该反应ΔH>0，反应方程式左边为固体、右边为气体，混乱度增大是该反应自发进行的主要因素，正确；C项，焓变和熵变必须同时作为反应自发性的判据，错误；D项，通过改变影响化学平衡移动的条件可以改变化学反应的限度，错误。
2．(2018·浙江11月选考，T14)已知X(g)＋Y(g)2W(g)＋M(g) ΔH＝a kJ·mol－1(a＞0)。一定温度下，在体积恒定的密闭容器中，加入1 mol X(g)与1 mol Y(g)。下列说法正确的是( )
A．充分反应后，放出热量为a kJ
B．当反应达到平衡状态时，X与W的物质的量浓度之比一定为1∶2
C．当X的物质的量分数不再改变，表明该反应已达到平衡
D．若增大Y的浓度，正反应速率增大，逆反应速率减小
解析：选C。A项，反应X(g)＋Y(g)2W(g)＋M(g)属于可逆反应，且为吸热反应，则1 mol X(g) 与1 mol Y (g)充分反应后不可能完全转化，吸收的热量小于a kJ，故A错误；B项，当反应达到平衡状态时，正反应速率和逆反应速率相等，反应混合物中各组分的浓度保持不变，但X与W的物质的量浓度之比不一定为1∶2，故B错误；C项，当X的物质的量分数不再改变，说明正反应速率和逆反应速率相等，表明该反应已达到平衡，故C正确；D项，若增大Y的浓度，正、逆反应速率均增大，故D错误。
3．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
解析：选C。反应放出热量的多少与实际反应的物质的物质的量有关，并且放出a kJ热量时并不能说明达到化学平衡，故A错误；X和Y的物质的量之比为1∶2，不能说明达到化学平衡，故B错误；反应物和生成物的浓度都不再发生变化，说明达到了化学平衡，故C正确；X的正反应速率等于Z的逆反应速率的一半时，说明达到化学平衡，故D错误。
4．某密闭容器中充入一定量SO2、O2发生反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，测得SO3浓度与反应温度关系如图。下列说法正确的是( )
A．该反应ΔH>0
B．SO2转化率：a>b>c
C．化学反应速率：c>b>a
D．平衡常数K：b>c>a
解析：选C。A项，b点c(SO3)达到最大值，故b点为反应平衡点，c点为升温后平衡向逆反应方向移动，则该反应为放热反应；B项，SO2转化率：b>c>a；C项，温度越高，化学反应速率越快；D项，温度升高，平衡逆向移动，故平衡常数K：a>b>c。
5．(2019·台州高三选考模拟)下列叙述正确的是( )
A．合成氨反应放热，采用低温可以提高氨的生成速率
B．常温下，将pH＝4的醋酸溶液加水稀释，溶液中所有离子的浓度均降低
C．反应4Fe(OH)2(s)＋2H2O(l)＋O2(g)===4Fe(OH)3(s)常温下能自发进行，该反应的ΔH<0
D．在一容积可变的密闭容器中反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)达平衡后，保持温度不变，缩小容器体积，平衡正向移动，当建立新平衡后的值增大
解析：选C。降低温度，会减慢氨的生成速率，A项错误；常温下，将pH＝4的醋酸溶液稀释后，溶液中氢离子的浓度降低，由c(OH－)＝可知，氢氧根离子的浓度增大，B项错误；反应4Fe(OH)2(s)＋2H2O(l)＋O2(g)===4Fe(OH)3(s)，ΔS＜0，常温下能自发进行，说明ΔH－TΔS＜0，因此可知ΔH＜0，C项正确；是反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)的平衡常数，而温度不变，平衡常数不变，则该值不变，D项错误。
6.密闭容器中进行的可逆反应：aA(g)＋bB(g)cC(g)在不同温度(T1和T2)及压强(p1和p2)下，混合气体中B的质量分数w(B)与反应时间(t)的关系如图所示。下列判断正确的是( )
A．T1c，正反应为吸热反应
B．T1>T2，p1p2，a＋b
解析：选B。当图像中有三个变量时，先确定一个量不变，再讨论另外两个量的关系，这叫作“定一议二”。解答该题要综合运用“定一议二”和“先拐先平”的原则。由(T1，p1)和(T1，p2)两条曲线可以看出：①温度相同(T1)，但压强为p2时达到平衡所需的时间短，即反应速率大，所以p2>p1；②压强较大(即压强为p2)时对应的w(B)较大，说明增大压强平衡逆向移动，则a＋bT2；②温度较高(即温度为T1)时对应的w(B)较小，说明升高温度平衡正向移动，故正反应为吸热反应。
7．温度为T时，向2.0 L恒容密闭容器中充入1.0 mol PCl5，反应PCl5(g)PCl3(g)＋Cl2(g)经过一段时间后达到平衡。反应过程中测定的部分数据见下表：
t/s
0
50
150
250
350
n(PCl3)/mol
0
0.16
0.19
0.20
0.20
下列说法正确的是( )
A．反应在前50 s的平均速率v(PCl3)＝0.003 2 mol/(L·s)
B．保持其他条件不变，升高温度，平衡时c(PCl3)＝0.11 mol/L，则反应的ΔH<0
C．相同温度下，起始时向容器中充入1.0 mol PCl5、0.20 mol PCl3和0.20 mol Cl2，反应达到平衡前v(正)>v(逆)
D．相同温度下，起始时向容器中充入2.0 mol PCl3和2.0 mol Cl2，达到平衡时，PCl3的转化率小于80%
解析：选C。A项，v(PCl3)＝＝0.001 6 mol/(L·s)，错；B项，从表中看，平衡时PCl3为＝0.1 mol/L，升高温度时，PCl3的浓度增大，即平衡正向移动，说明正反应为吸热反应，错；C项，原平衡时，K＝＝0.025，相同温度下，起始时向容器中充入物质后，Qc＝＝0.02，因为Qcv(逆)，正确；D项，题干中充入1.0 mol PCl5，相当于充入1.0 mol PCl3和1.0 mol Cl2，平衡时各组分的量相等，则PCl3的转化率为×100%＝80%，现充入2 mol PCl3和 2 mol Cl2，可看作是两部分平衡后再加压，加压向体积减小的方向移动，即逆向移动，PCl3的转化率应增大，错。
8．在一个不导热的密闭反应器中，只发生两个反应：
a(g)＋b(g)2c(g) ΔH1<0
x(g)＋3y(g)2z(g) ΔH2＞0
进行相关操作且达到平衡后(忽略体积改变所做的功)，下列叙述错误的是( )
A．等压时，通入惰性气体，c的物质的量不变
B．等压时，通入z气体，反应器中温度升高
C．等容时，通入惰性气体，各反应速率不变
D．等容时，通入z气体，y的物质的量浓度增大
解析：选A。A项，不导热的密闭容器中，等压时，通入惰性气体，体积增大，x(g)＋3y(g)2z(g)平衡逆向移动，放出热量，体系温度升高，导致a(g)＋b(g)2c(g)平衡逆向移动，c的物质的量减少；B项，等压时，通入z气体，x(g)＋3y(g)2z(g)平衡逆向移动，体系温度升高；C项，等容时，通入惰性气体，各反应物浓度不变，各反应速率不变；D项，等容时，通入z气体，x(g)＋3y(g)2z(g)平衡逆向移动，y的物质的量浓度增大。
9．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的分解平均速率随温度升高而增大
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
二、非选择题
10．[2018·浙江11月选考，T30(一)]合成氨工艺(流程如图所示)是人工固氮最重要的途径。2018年是合成氨工业先驱哈伯(F·Haber)获得诺贝尔奖100周年。N2和H2生成NH3的反应为N2(g)＋H2(g)NH3(g) ΔH(298 K)＝－46.2 kJ·mol－1。
在Fe催化剂作用下的反应历程为(*表示吸附态)：
化学吸附：N2(g)→2N*；H2(g)2H*
表面反应：N*＋H*NH*；NH*＋H*NH；NH＋H*NH
脱附：NHNH3(g)
其中，N2的吸附分解反应活化能高、速率慢，决定了合成氨的整体反应速率。
请回答：
(1)利于提高合成氨平衡产率的条件有________。
A．低温 B．高温
C．低压 D．高压
E．催化剂
(2)标准平衡常数K＝，其中p为标准压强(1×105Pa)，pNH3、pN2和pH2为各组分的平衡分压，如pNH3＝xNH3p，p为平衡总压，xNH3为平衡系统中NH3的物质的量分数。
①N2和H2起始物质的量之比为1∶3，反应在恒定温度和标准压强下进行，NH3的平衡产率为ω，则K＝________(用含ω的最简式表示)。
②下图中可以示意标准平衡常数K随温度T变化趋势的是________。
(3)实际生产中，常用工艺条件：Fe做催化剂，控制温度773 K、压强3.0×107 Pa，原料气中N2和H2物质的量之比为1∶2.8。
①分析说明原料气中N2过量的理由：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
②关于合成氨工艺的下列理解，正确的是________。
A．合成氨反应在不同温度下的ΔH和ΔS都小于零
B．控制温度(773 K)远高于室温，是为了保证尽可能高的平衡转化率和快的反应速率
C．当温度、压强一定时，在原料气(N2和H2的比例不变)中添加少量惰性气体，有利于提高平衡转化率
D．基于NH3有较强的分子间作用力可将其液化，不断将液氨移去，利于反应正向进行
E．分离空气可得N2，通过天然气和水蒸气转化可得H2，原料气须经过净化处理，以防止催化剂中毒和安全事故发生
解析：(1)根据勒夏特列原理，对于制备氨的反应，加压或降温有助于平衡正向移动。
(2)①设初始氮气为x mol，氢气为3x mol。
N2(g)＋H2(g)NH3(g)
初始/mol x 3x 0
转化/mol xω 3xω 2xω
平衡/mol x(1－ω) 3x(1－ω) 2xω
计算体积分数，代入公式，得K＝。
②K随温度增大而减小，而且根据K表达式可知K与T不是线性关系，故选A。
(3)①根据题意，从提高转化率和提高反应速率角度来分析，原料中的氮气易得，适度过量有利于提高氢气的转化率；氮气在铁催化剂上的吸附分解是决定反应速率的步骤，适度过量有利于提高整体的反应速率。
②B项，升温会使平衡逆向移动，平衡转化率减小；C项相当于减小了分压，平衡逆向移动，平衡转化率减小。
答案：(1)AD (2)① ②A
(3)①原料气中N2相对易得，适度过量有利于提高H2的转化率；N2在Fe催化剂上的吸附分解是决速步骤，适度过量有利于提高整体反应速率 ②ADE
11．[2017·浙江11月选考，T30(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En1，C10H12→C10H8的活化能为En2；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____________________________________________。
(3)温度335 ℃，在恒容密闭反应器中进行高压液态十氢萘(1.00 mol)催化脱氢实验，测得C10H12和C10H8的产率x1和x2(以物质的量分数计)随时间的变化关系，如图1所示。
①在8 h时，反应体系内氢气的量为________mol(忽略其他副反应)。
②x1显著低于x2的原因是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
③在图2中绘制“C10H18→C10H12→C10H8”的“能量～反应过程”示意图。
答案：(1)C
(2)温度升高加快反应速率；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
(3)①1.95
②催化剂显著降低了C10H12→C10H8的活化能，反应生成的C10H12很快转变为C10H8，C10H12不能积累
③
第3讲 化学反应速率和化学平衡
[考试说明]
知识内容
考试要求
(1)化学反应速率及其简单计算
b
(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
b
(3)活化分子、活化能、有效碰撞的概念
a
(4)碰撞理论
b
(5)实验数据的记录与处理
c
(6)化学反应的限度
b
(7)化学平衡的概念
b
(8)化学平衡状态的特征
b
(9)自发反应的概念
a
(10)熵变的概念
a
(11)用熵变、焓变判断化学反应的方向
c
(12)化学平衡常数
b
(13)反应物的转化率
b
(14)化学平衡常数与反应限度、转化率的关系
c
(15)化学平衡移动的概念
a
(16)影响化学平衡移动的因素及平衡移动方向的判断
b
(17)用化学平衡移动原理选择和确定合适的生产条件
c
化学反应速率及影响因素[学生用书P46]
1．对化学反应速率计算公式的剖析
v(B)＝＝
(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，而不是瞬时速率，且计算时取正值。
(3)同一反应用不同的物质表示反应速率时，数值可能不同，但意义相同。同一化学反应中用不同物质表示的反应速率之比等于其化学计量数之比。
(4)对于可逆反应，反应进行的净速率是正、逆反应速率之差，当达到平衡时，净速率为零。
2．影响反应速率的因素
(1)内因
反应物本身的性质是主要因素，如相同条件下Mg、Al与稀盐酸反应的速率大小关系为v(Mg)>v(Al)。
(2)外因(只改变一个条件，其他条件不变)
3．分析有气体参与的化学反应的反应速率
(1)恒温时，压缩体积压强增大―→气体反应物浓度增大反应速率增大。
(2)恒温恒容时
①充入气体反应物气体反应物浓度增大(压强也增大)反应速率增大。
②充入“惰性”气体总压强增大―→气体反应物浓度未改变反应速率不变。
(3)恒温恒压时，充入“惰性”气体体积增大气体反应物浓度减小反应速率减小。
4．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)瞬间增大，随后逐渐减小；v(逆)瞬间不变，随后逐渐增大；直至v(正)和v(逆)相等时达到平衡。
(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。
题组一 化学反应速率
1．X(g)＋3Y(g)2Z(g) ΔH＝－a kJ·mol－1，一定条件下，将1 mol X和3 mol Y通入2 L的恒容密闭容器中，反应10 min，测得Y的物质的量为2.4 mol。下列说法正确的是( )
A．10 min内，Y的平均反应速率为0.03 mol·L－1·s－1
B．第10 min时，X的反应速率为0.01 mol·L－1·min－1
C．10 min内，消耗0.2 mol X，生成0.4 mol Z
D．10 min内，X和Y反应放出的热量为a kJ
答案：C
1．化学反应速率的计算思路
某一物质(不能是固体或纯液体)的物质的量变化Δnx某一物质的浓度变化Δcxvx vy、vz等。
2．对于较为复杂的关于反应速率的题目，采用以下步骤和模板计算
(1)写出有关反应的化学方程式；
(2)找出各物质的起始量、转化量、某时刻量；
(3)根据已知条件列方程式计算。
例如：反应 mA ＋ nB pC
起始浓度(mol·L－1) a b c
转化浓度(mol·L－1) x
某时刻浓度(mol·L－1) a－x b－ c＋
题组二 化学反应速率的影响因素
2．(2019·浙江4月选考，T22)高温高压液态水具有接近常温下弱酸的c(H＋)或弱碱的c(OH－)，油脂在其中能以较快的反应速率水解。与常温常压水相比，下列说法不正确的是( )
A．高温高压液态水中，体系温度升高，油脂水解反应速率加快
B．高温高压液态水中，油脂与水的互溶能力增强，油脂水解反应速率加快
C．高温高压液态水中，c(H＋)增大，可催化油脂水解反应，且产生的酸进一步催化水解
D．高温高压液态水中的油脂水解，相当于常温下在体系中加入了相同c(H＋)的酸或相同c(OH－)的碱的水解
答案：D
3．(2018·浙江4月选考，T22)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/(×105 Pa)
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1.0×105 Pa、90 ℃条件下，当转化率为98%时反应已达平衡
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8.0×105 Pa、30 ℃条件下，转化率从50%增至90%时段NO的反应速率为4a/370 mol·s－1
答案：D
4．(2017·浙江4月选考，T21)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
化学平衡状态及影响因素[学生用书P48]
1．化学平衡状态判断的“两类标志”及“一角度”
判断化学反应是否达到化学平衡状态，关键是看给定条件下能否推出“变量”达到“不变”。常用到的判断标志有：
(1)绝对标志
(2)相对标志
①有气体参加的反应，气体的总压强、总体积、总物质的量不变时，对于反应前后气体分子数不变的反应来说，不一定达到平衡；对于反应前后气体分子数不相等的反应来说，达到平衡；
②气体的密度()、气体的平均相对分子质量()不变时，要具体分析各表达式中的分子或分母变化情况，判断是否平衡；
③如果平衡体系中的物质有颜色，则平衡体系的颜色不变时，达到平衡。
(3)一角度
从微观的角度分析，如反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，下列各项均可说明该反应达到了平衡状态：
2．化学平衡移动判断的方法和规律
(1)通过比较化学平衡破坏瞬时的正、逆反应速率的相对大小来判断平衡移动的方向。
①外界条件改变对化学平衡的影响
a．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；
b．若外界条件改变，引起v正
②常见外界条件的变化对正、逆反应速率的影响规律
a．增大反应物浓度的瞬间，v正变大，v逆不变；减小反应物浓度的瞬间，v正变小，v逆不变；增大生成物浓度的瞬间，v正不变，v逆变大；减小生成物浓度的瞬间，v正不变，v逆变小；
b．压强的变化对气体分子数较大的一边反应速率影响较大；
c．温度的变化对吸热反应速率影响较大；
d．催化剂对正、逆反应速率影响相同。
(2)通过比较浓度商(Q)与平衡常数(K)的大小来判断平衡移动的方向。
①若Q>K，平衡逆向移动；
②若Q＝K，平衡不移动；
③若Q
①温度的影响：升高温度，化学平衡向吸热反应方向移动；降低温度，化学平衡向放热反应方向移动；
②浓度的影响：增大反应物浓度或减小生成物浓度，化学平衡向正反应方向移动；减小反应物浓度或增大生成物浓度，化学平衡向逆反应方向移动；
③压强的影响：增大压强会使平衡向着气体体积减小的方向移动；减小压强会使平衡向着气体体积增大的方向移动。
题组一 化学平衡状态
1．(2019·浙江4月选考，T17)下列说法正确的是( )
A．H2(g)＋I2(g)2HI(g)，其他条件不变，缩小反应容器体积，正逆反应速率不变
B．C(s)＋H2O(g)H2(g)＋CO(g)，碳的质量不再改变说明反应已达平衡
C．若压强不再随时间变化能说明反应2A(？)＋B(g)2C(？)已达平衡，则A、C不能同时是气体
D．1 mol N2和3 mol H2反应达到平衡时H2转化率为10%，放出热量Q1；在相同温度和压强下，当2 mol NH3分解为N2和H2的转化率为10%时，吸收热量Q2，Q2不等于Q1
答案：B
2．(2018·浙江4月选考，T14)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
3．(2017·浙江4月选考，T12)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达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
题组二 化学平衡的影响因素
4．(2019·浙江名校联考)下列事实不能用平衡移动原理解释的是( )
A.开启啤酒瓶盖后，瓶中马上泛起大量泡沫
B.由H2(g)、I2(g)、HI(g)组成的平衡体系加压后颜色变深
C.实验室制取乙酸乙酯时，将乙酸乙酯不断蒸出
D.石灰岩受地下水长期溶蚀形成溶洞
解析：选B。啤酒中存在平衡：CO2(g)CO2(aq)，开启啤酒瓶盖，瓶中压强降低，平衡向气体体积增大的方向移动，即向生成CO2气体的方向移动，A项排除；反应H2(g)＋I2(g)2HI(g)是一个反应前后气体分子数不变的反应，压强的改变并不能使平衡发生移动，此混合气体加压后颜色变深，是因为I2(g)的浓度的增大，B项可选；实验室制取乙酸乙酯的反应为可逆反应，制取乙酸乙酯时，采用加热的方式将生成的乙酸乙酯不断蒸出，从而使平衡向生成乙酸乙酯的方向移动，C项排除；石灰岩地貌的形成与以下反应有关：CaCO3＋CO2＋H2OCa(HCO3)2，固体的溶解和凝结的反复发生，涉及了平衡的移动，D项排除。
5．K2Cr2O7溶液中存在平衡：Cr2O(橙色)＋H2O2CrO(黄色)＋2H＋。用K2Cr2O7溶液进行下列实验：
结合实验，下列说法不正确的是( )
A．①中溶液橙色加深，③中溶液变黄
B．②中Cr2O被C2H5OH还原
C．对比②和④可知K2Cr2O7酸性溶液氧化性强
D．若向④中加入70% H2SO4溶液至过量，溶液变为橙色
解析：选D。A项，在平衡体系中加入酸，平衡逆向移动，重铬酸根离子浓度增大，橙色加深，加入碱，平衡正向移动，溶液变黄，A项正确；B项，②中酸性重铬酸钾溶液氧化乙醇，重铬酸钾被还原为绿色的Cr3＋，B项正确；C项，②是酸性条件，④是碱性条件，K2Cr2O7在酸性条件下能氧化乙醇，而在碱性条件下不能，说明其在酸性条件下氧化性强，C项正确；D项，若向④中加入70% H2SO4溶液至过量，溶液为酸性，K2Cr2O7可以氧化乙醇，溶液变为绿色，D项错误。
判断平衡移动方向常见的两个易错点
(1)当反应混合物中存在与其他物质不相混溶的固体或液体物质时，由于其“浓度”是恒定的，不随其量的增减而变化，故改变这些固体或液体的量，对化学平衡没影响。
(2)同倍数地改变反应混合物中各物质的浓度时，应视为压强的影响。
化学平衡常数及有关计算[学生用书P49]
1．“三段式法”解答化学平衡计算题
(1)步骤
①写出有关化学平衡的反应方程式。
②确定各物质的起始、转化、平衡时的量(物质的量或物质的量浓度)。
③根据已知条件建立等式关系并做解答。
(2)方法
如mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，令A、B起始物质的量浓度分别为a mol·L－1、b mol·L－1，达到平衡后消耗A的物质的量浓度为mx mol·L－1。
K＝。
(3)说明
①反应物：c(平)＝c(始)－c(变)；
生成物：c(平)＝c(始)＋c(变)。
②各物质的转化浓度之比等于化学方程式中化学计量数之比。
③转化率＝×100%。
2．化学平衡常数的全面突破
(1)化学平衡常数的意义
①化学平衡常数可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。虽然转化率也能表示反应进行的程度，但转化率不仅与温度有关，而且与起始条件有关。
②K的大小只与温度有关，与反应物或生成物的起始浓度的大小无关。
(2)化学平衡常数的两个应用
①判断反应进行的方向
若任意状态下的生成物与反应物的浓度幂之积的比值为Qc，则Qc>K，反应向逆反应方向进行；
Qc＝K，反应处于平衡状态；
Qc
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。
(3)在使用化学平衡常数时应注意
①不要把反应体系中固体、纯液体以及稀水溶液中水的浓度写进平衡常数表达式中，但非水溶液中，若有水参加或生成，则此时水的浓度不可视为常数，应写进平衡常数表达式中。
②同一化学反应，化学反应方程式写法不同，其平衡常数表达式及数值亦不同。因此书写平衡常数表达式及数值时，要与化学反应方程式相对应，否则就没有意义。
3．等效平衡思想是解决化学平衡类试题最常用的思维方法
(1)恒温、恒容条件下的等效平衡
对反应前后气体分子数改变的可逆反应，改变起始加入量时，“一边倒”(即通过可逆反应的化学计量数比换算成方程式同一半边的物质的物质的量)后与原起始加入量相同，则为等效平衡，平衡时各物质的百分含量相同。
对反应前后气体分子数不变的可逆反应，改变起始加入量时，“一边倒”后，投料时各物质的物质的量之比与原起始加入量的比值相同，则为等效平衡，平衡时各物质百分含量相同。
(2)恒温、恒压条件下的等效平衡
如果反应在恒温、恒压下进行，改变起始加入量时，只要通过可逆反应的化学计量数比换算成反应物(或生成物)，各物质的物质的量之比与原起始加入量的比值相同，则为等效平衡，平衡时各物质的百分含量相同。
1．(2018·浙江11月选考，T22)已知2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH＝－197.8 kJ·mol－1。起始反应物为SO2和O2(物质的量之比为2∶1，且总物质的量不变)。SO2的平衡转化率(%)随温度和压强的变化如下表：
温度/K
压强/(105Pa)
1.01
5.07
10.1
25.3
50.7
673
99.2
99.6
99.7
99.8
99.9
723
97.5
98.9
99.2
99.5
99.6
773
93.5
96.9
97.8
98.6
99.0
下列说法不正确的是( )
A．一定压强下降低温度，SO2平衡转化率增大
B．在不同温度、压强下，转化相同物质的量的SO2所需要的时间相等
C．使用催化剂可以缩短反应达到平衡所需的时间
D．工业生产通常不采取加压措施是因为常压下SO2转化率已相当高
解析：选B。A项，由于该反应是放热反应，所以一定压强下降低温度，平衡向放热反应方向移动，SO2 的转化率增大，故A正确；B项，在不同温度、压强下，由于化学反应速率不一定相同，所以转化相同物质的量的SO2 所需要的时间不一定相等，故B不正确；C项，使用催化剂的目的是加快化学反应速率，缩短反应达到平衡所需的时间，故C正确；D项，分析2SO2 (g)＋O2 (g)2SO3 (g)可知，加压可以提高SO2 的转化率，但因为常压下SO2 的转化率已相当高，所以工业生产中通常不采取加压措施，故D正确。
2．(2017·浙江11月选考，T16)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：
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
解析：选B。A.反应达到平衡时，体系中NH3的物质的量分数最大，而反应由开始到平衡的过程是正反应速率减小的过程，错误；B.N2和H2的起始物质的量之比均为1∶3，符合方程式中化学计量数之比，所以平衡时N2和H2的转化率之比均为1，正确；C.1 mol N2和3 mol H2完全反应时放出的热量为92.4 kJ，但是N2和H2的反应为可逆反应，且N2和H2的物质的量未知，则放出的热量未知，错误；D.该反应为放热反应，升高温度平衡向逆反应方向移动，生成NH3的物质的量减少，所以400 ℃ 、30 MPa下反应达到平衡时，生成NH3的物质的量最多，错误。
3．(2017·浙江11月选考，T21)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
4．[2018·浙江4月选考，T30(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1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)近来，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2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)0.67(或67%)
(3)提高乙醇转化率；提高反应温度，从而加快反应速率；有利于后续产物分离。
(4)ACD
课后达标检测[学生用书P119(单独成册)]
一、选择题
1．下列说法正确的是( )
A．ΔH<0、ΔS>0的反应在温度低时不能自发进行
B．NH4HCO3(s)===NH3(g)＋H2O(g)＋CO2(g) ΔH＝＋185.57 kJ/mol能自发进行，原因是体系有自发地向混乱度增大的方向转变的倾向
C．因为焓变和熵变都与反应的自发性有关，因此焓变或熵变均可以单独作为反应自发性的判据
D．化学反应的限度不可以通过改变条件而改变
解析：选B。A项，ΔG＝ΔH－TΔS，当ΔH<0、ΔS>0时，ΔG恒小于0，任何温度下反应均能自发进行，错误；B项，该反应ΔH>0，反应方程式左边为固体、右边为气体，混乱度增大是该反应自发进行的主要因素，正确；C项，焓变和熵变必须同时作为反应自发性的判据，错误；D项，通过改变影响化学平衡移动的条件可以改变化学反应的限度，错误。
2．(2018·浙江11月选考，T14)已知X(g)＋Y(g)2W(g)＋M(g) ΔH＝a kJ·mol－1(a＞0)。一定温度下，在体积恒定的密闭容器中，加入1 mol X(g)与1 mol Y(g)。下列说法正确的是( )
A．充分反应后，放出热量为a kJ
B．当反应达到平衡状态时，X与W的物质的量浓度之比一定为1∶2
C．当X的物质的量分数不再改变，表明该反应已达到平衡
D．若增大Y的浓度，正反应速率增大，逆反应速率减小
解析：选C。A项，反应X(g)＋Y(g)2W(g)＋M(g)属于可逆反应，且为吸热反应，则1 mol X(g) 与1 mol Y (g)充分反应后不可能完全转化，吸收的热量小于a kJ，故A错误；B项，当反应达到平衡状态时，正反应速率和逆反应速率相等，反应混合物中各组分的浓度保持不变，但X与W的物质的量浓度之比不一定为1∶2，故B错误；C项，当X的物质的量分数不再改变，说明正反应速率和逆反应速率相等，表明该反应已达到平衡，故C正确；D项，若增大Y的浓度，正、逆反应速率均增大，故D错误。
3．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
解析：选C。反应放出热量的多少与实际反应的物质的物质的量有关，并且放出a kJ热量时并不能说明达到化学平衡，故A错误；X和Y的物质的量之比为1∶2，不能说明达到化学平衡，故B错误；反应物和生成物的浓度都不再发生变化，说明达到了化学平衡，故C正确；X的正反应速率等于Z的逆反应速率的一半时，说明达到化学平衡，故D错误。
4．某密闭容器中充入一定量SO2、O2发生反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，测得SO3浓度与反应温度关系如图。下列说法正确的是( )
A．该反应ΔH>0
B．SO2转化率：a>b>c
C．化学反应速率：c>b>a
D．平衡常数K：b>c>a
解析：选C。A项，b点c(SO3)达到最大值，故b点为反应平衡点，c点为升温后平衡向逆反应方向移动，则该反应为放热反应；B项，SO2转化率：b>c>a；C项，温度越高，化学反应速率越快；D项，温度升高，平衡逆向移动，故平衡常数K：a>b>c。
5．(2019·台州高三选考模拟)下列叙述正确的是( )
A．合成氨反应放热，采用低温可以提高氨的生成速率
B．常温下，将pH＝4的醋酸溶液加水稀释，溶液中所有离子的浓度均降低
C．反应4Fe(OH)2(s)＋2H2O(l)＋O2(g)===4Fe(OH)3(s)常温下能自发进行，该反应的ΔH<0
D．在一容积可变的密闭容器中反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)达平衡后，保持温度不变，缩小容器体积，平衡正向移动，当建立新平衡后的值增大
解析：选C。降低温度，会减慢氨的生成速率，A项错误；常温下，将pH＝4的醋酸溶液稀释后，溶液中氢离子的浓度降低，由c(OH－)＝可知，氢氧根离子的浓度增大，B项错误；反应4Fe(OH)2(s)＋2H2O(l)＋O2(g)===4Fe(OH)3(s)，ΔS＜0，常温下能自发进行，说明ΔH－TΔS＜0，因此可知ΔH＜0，C项正确；是反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)的平衡常数，而温度不变，平衡常数不变，则该值不变，D项错误。
6.密闭容器中进行的可逆反应：aA(g)＋bB(g)cC(g)在不同温度(T1和T2)及压强(p1和p2)下，混合气体中B的质量分数w(B)与反应时间(t)的关系如图所示。下列判断正确的是( )
A．T1
B．T1>T2，p1
解析：选B。当图像中有三个变量时，先确定一个量不变，再讨论另外两个量的关系，这叫作“定一议二”。解答该题要综合运用“定一议二”和“先拐先平”的原则。由(T1，p1)和(T1，p2)两条曲线可以看出：①温度相同(T1)，但压强为p2时达到平衡所需的时间短，即反应速率大，所以p2>p1；②压强较大(即压强为p2)时对应的w(B)较大，说明增大压强平衡逆向移动，则a＋b
7．温度为T时，向2.0 L恒容密闭容器中充入1.0 mol PCl5，反应PCl5(g)PCl3(g)＋Cl2(g)经过一段时间后达到平衡。反应过程中测定的部分数据见下表：
t/s
0
50
150
250
350
n(PCl3)/mol
0
0.16
0.19
0.20
0.20
下列说法正确的是( )
A．反应在前50 s的平均速率v(PCl3)＝0.003 2 mol/(L·s)
B．保持其他条件不变，升高温度，平衡时c(PCl3)＝0.11 mol/L，则反应的ΔH<0
C．相同温度下，起始时向容器中充入1.0 mol PCl5、0.20 mol PCl3和0.20 mol Cl2，反应达到平衡前v(正)>v(逆)
D．相同温度下，起始时向容器中充入2.0 mol PCl3和2.0 mol Cl2，达到平衡时，PCl3的转化率小于80%
解析：选C。A项，v(PCl3)＝＝0.001 6 mol/(L·s)，错；B项，从表中看，平衡时PCl3为＝0.1 mol/L，升高温度时，PCl3的浓度增大，即平衡正向移动，说明正反应为吸热反应，错；C项，原平衡时，K＝＝0.025，相同温度下，起始时向容器中充入物质后，Qc＝＝0.02，因为Qc
8．在一个不导热的密闭反应器中，只发生两个反应：
a(g)＋b(g)2c(g) ΔH1<0
x(g)＋3y(g)2z(g) ΔH2＞0
进行相关操作且达到平衡后(忽略体积改变所做的功)，下列叙述错误的是( )
A．等压时，通入惰性气体，c的物质的量不变
B．等压时，通入z气体，反应器中温度升高
C．等容时，通入惰性气体，各反应速率不变
D．等容时，通入z气体，y的物质的量浓度增大
解析：选A。A项，不导热的密闭容器中，等压时，通入惰性气体，体积增大，x(g)＋3y(g)2z(g)平衡逆向移动，放出热量，体系温度升高，导致a(g)＋b(g)2c(g)平衡逆向移动，c的物质的量减少；B项，等压时，通入z气体，x(g)＋3y(g)2z(g)平衡逆向移动，体系温度升高；C项，等容时，通入惰性气体，各反应物浓度不变，各反应速率不变；D项，等容时，通入z气体，x(g)＋3y(g)2z(g)平衡逆向移动，y的物质的量浓度增大。
9．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的分解平均速率随温度升高而增大
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
二、非选择题
10．[2018·浙江11月选考，T30(一)]合成氨工艺(流程如图所示)是人工固氮最重要的途径。2018年是合成氨工业先驱哈伯(F·Haber)获得诺贝尔奖100周年。N2和H2生成NH3的反应为N2(g)＋H2(g)NH3(g) ΔH(298 K)＝－46.2 kJ·mol－1。
在Fe催化剂作用下的反应历程为(*表示吸附态)：
化学吸附：N2(g)→2N*；H2(g)2H*
表面反应：N*＋H*NH*；NH*＋H*NH；NH＋H*NH
脱附：NHNH3(g)
其中，N2的吸附分解反应活化能高、速率慢，决定了合成氨的整体反应速率。
请回答：
(1)利于提高合成氨平衡产率的条件有________。
A．低温 B．高温
C．低压 D．高压
E．催化剂
(2)标准平衡常数K＝，其中p为标准压强(1×105Pa)，pNH3、pN2和pH2为各组分的平衡分压，如pNH3＝xNH3p，p为平衡总压，xNH3为平衡系统中NH3的物质的量分数。
①N2和H2起始物质的量之比为1∶3，反应在恒定温度和标准压强下进行，NH3的平衡产率为ω，则K＝________(用含ω的最简式表示)。
②下图中可以示意标准平衡常数K随温度T变化趋势的是________。
(3)实际生产中，常用工艺条件：Fe做催化剂，控制温度773 K、压强3.0×107 Pa，原料气中N2和H2物质的量之比为1∶2.8。
①分析说明原料气中N2过量的理由：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
②关于合成氨工艺的下列理解，正确的是________。
A．合成氨反应在不同温度下的ΔH和ΔS都小于零
B．控制温度(773 K)远高于室温，是为了保证尽可能高的平衡转化率和快的反应速率
C．当温度、压强一定时，在原料气(N2和H2的比例不变)中添加少量惰性气体，有利于提高平衡转化率
D．基于NH3有较强的分子间作用力可将其液化，不断将液氨移去，利于反应正向进行
E．分离空气可得N2，通过天然气和水蒸气转化可得H2，原料气须经过净化处理，以防止催化剂中毒和安全事故发生
解析：(1)根据勒夏特列原理，对于制备氨的反应，加压或降温有助于平衡正向移动。
(2)①设初始氮气为x mol，氢气为3x mol。
N2(g)＋H2(g)NH3(g)
初始/mol x 3x 0
转化/mol xω 3xω 2xω
平衡/mol x(1－ω) 3x(1－ω) 2xω
计算体积分数，代入公式，得K＝。
②K随温度增大而减小，而且根据K表达式可知K与T不是线性关系，故选A。
(3)①根据题意，从提高转化率和提高反应速率角度来分析，原料中的氮气易得，适度过量有利于提高氢气的转化率；氮气在铁催化剂上的吸附分解是决定反应速率的步骤，适度过量有利于提高整体的反应速率。
②B项，升温会使平衡逆向移动，平衡转化率减小；C项相当于减小了分压，平衡逆向移动，平衡转化率减小。
答案：(1)AD (2)① ②A
(3)①原料气中N2相对易得，适度过量有利于提高H2的转化率；N2在Fe催化剂上的吸附分解是决速步骤，适度过量有利于提高整体反应速率 ②ADE
11．[2017·浙江11月选考，T30(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En1，C10H12→C10H8的活化能为En2；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____________________________________________。
(3)温度335 ℃，在恒容密闭反应器中进行高压液态十氢萘(1.00 mol)催化脱氢实验，测得C10H12和C10H8的产率x1和x2(以物质的量分数计)随时间的变化关系，如图1所示。
①在8 h时，反应体系内氢气的量为________mol(忽略其他副反应)。
②x1显著低于x2的原因是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
③在图2中绘制“C10H18→C10H12→C10H8”的“能量～反应过程”示意图。
答案：(1)C
(2)温度升高加快反应速率；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
(3)①1.95
②催化剂显著降低了C10H12→C10H8的活化能，反应生成的C10H12很快转变为C10H8，C10H12不能积累
③
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