高考化学二轮复习专题6化学反应速率与化学平衡(含解析)

这是一份高考化学二轮复习专题6化学反应速率与化学平衡(含解析)，共34页。试卷主要包含了化学反应速率，化学平衡的判断，化学平衡常数，分析化学平衡移动的一般思路，解答化学平衡移动问题的步骤等内容，欢迎下载使用。


　　专题6　化学反应速率与化学平衡





微专题
2019
2018
2017
考情透析
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
化学反应
速率　化学
平衡
T28
T27
T28
T28
T27
T28
T28
T27
T27
考向:结合图像考查化学平衡移动的原理、化学反应速率和化学平衡常数的计算是高考的重点,另外在高考中常以信息题的形式考查Ksp、反应速率常数等知识
题型:化学反应原理综合题、选择题、工艺流程题、实验题
分值:10+4
化学平衡
图像分析及
相关计算
T28
T27
T28

T27
T28
T28
T27
T27


12　化学反应速率　化学平衡

　　
一、化学反应速率
　　1.对化学反应速率计算公式的剖析
(1)公式: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。
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(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化学方程式中的化学计量数之比。对于反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),有===。
　　2.气体反应体系中充入惰性气体(或无关气体)时,对反应速率的影响
　　(1)恒容:充入惰性气体总压增大 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物质浓度减小(活化分子浓度减小) 反应速率减慢。
　　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逆相等时达到新平衡。
(2)增大压强,向气体分子数减少的方向的反应速率变化程度更大。
(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更大。
(5)使用催化剂,能同等程度地改变正、逆反应速率。
二、化学平衡的判断
1.等——“逆向相等”。
(1)同一物质(两种表述):v正=v逆,断键数=成键数。
(2)不同物质:=。
2.定——“变量不变”:如果一个量是随反应的进行而改变的(变量),当其“不变”时,反应达到平衡状态,即“变量不变”→平衡状态。
(1)平衡体系中各物质的m、n、c和n%等均保持不变。
(2)一定条件下的气体密度、总压强、气体的平均相对分子质量不变等。
(3)有色体系的颜色保持不变。
3.依据Qc与K的关系判断:若Qc=K,反应处于平衡状态。
三、化学平衡常数
1.化学平衡常数
(1)代入化学平衡常数表达式的各物质的浓度为平衡浓度,而不是初始浓度。
(2)K越大,说明平衡体系中生成物所占的比例越大,反应正向进行的程度越大,即反应进行得越完全,反应物的转化率越大;反之,反应进行得越不完全,反应物的转化率越小。
(3)化学平衡常数只与温度有关,与浓度、压强无关。
若反应的ΔH<0,升温,化学平衡逆向移动,K减小;若反应的ΔH>0,升温,化学平衡正向移动,K增大。
(4)若反应物或生成物中有固体或纯液体,其浓度可以看作“1”,不用代入化学平衡常数表达式。
(5)化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。若化学方程式中的化学计量数变化,化学平衡常数也要发生变化;当化学反应逆向进行时,其平衡常数为原平衡常数的倒数。

　　2.化学平衡移动方向的判断
(1)根据勒夏特列原理判断。
(2)根据图像中正、逆反应速率的相对大小判断:若v正>v逆,则平衡向正反应方向移动;反之,平衡向逆反应方向移动。
(3)根据变化过程中速率变化的性质判断:若平衡移动过程中,正反应速率增大(或减小),则平衡向逆(或正)反应方向移动。
(4)根据浓度商(Qc)规则判断:若某温度下QcK,反应向逆反应方向进行。
四、分析化学平衡移动的一般思路
1.比较同一物质的正、逆反应速率的相对大小

2.惰性气体对化学平衡的影响

五、解答化学平衡移动问题的步骤



考点1

▶　化学反应速率及其影响因素


1.(2019年全国Ⅱ卷,27节选)环戊二烯()是重要的有机化工原料,广泛用于农药、橡胶、塑料等生产。回答下列问题:
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▶　由图可知T,2温度下的反应速率更大,根据其他条件相同,温度越高,反应速率越大可知T,2T>1,A项错误;分别经a、c两点作曲线切线,可知a点的斜率更大,故a点的反应速率更大,B项错误;a点的浓度大于b点的浓度,所以a点的正反应速率大于b点的正反应速率,b点未达到平衡,所以b点的正反应速率大于b点的逆反应速率,故a点的正反应速率大于b点的逆反应速率,C项正确;b点时环戊二烯的浓度为0.6 mol·L-1,起始为1.5 mol·L-1,转化0.9 mol·L-1,因为环戊二烯与二聚体的化学计量数之比为2∶1,所以二聚体的浓度为0.45 mol·L-1,D项正确。
答案▶　CD

1.(2019年北京东城区二模)不同条件下,用O2氧化a mol·L-1 FeCl2溶液过程中所测的实验数据如图所示。下列分析或推测合理的是(　　)。


A.由①②可知,pH越大,Fe2+越易被氧化
B.由②③推测,若pH>7,Fe2+更难被氧化
C.由①③推测,FeCl2被O2氧化的反应为放热反应
D.60 ℃、pH=2.5时,4 h内Fe2+的平均消耗速率大于 0.15a mol·L-1·h-1
解析▶　由②③可知,pH越小,Fe2+被氧化的速率越快,故A项错误;若pH>7,Fe2+易发生水解生成Fe(OH)2,Fe(OH)2非常容易被氧化成Fe(OH)3,故B项错误;由①③可知,升高温度,Fe2+的氧化率变大,则FeCl2被O2氧化的反应为吸热反应,故C项错误;50 ℃、pH=2.5时,4 h内Fe2+的氧化率是60%,即4 h内Fe2+的平均消耗速率等于0.15a mol·L-1·h-1,pH不变,温度升高到60 ℃时,Fe2+的氧化速率加快,4 h内Fe2+的平均消耗速率大于0.15a mol·L-1·h-1,D项正确。
答案▶　D

1.化学反应速率是某一段时间内的平均速率,而不是瞬时速率。
2.进行化学反应速率的相关计算时,不能用某物质的物质的量代替其物质的量浓度;比较速率大小时易忽视各物质的反应速率的单位是否一致,单位书写是否正确。
3.一般不用纯固体或纯液体物质的变化来表示化学反应速率,但若将固体颗粒变小(增大固体的接触面积),化学反应速率会加快。
4.增大压强,化学反应速率不一定增大。若反应在恒容密闭容器中进行,充入氦气(或不参与反应的气体),压强增大,但参与反应的各物质的浓度不变,反应速率不变。
5.正确区分外界条件对可逆反应的正、逆反应速率的影响。如对ΔH<0的反应,升高温度,平衡逆向移动,正、逆反应速率都增大。
考点2

▶　“控制变量”思想在探究影响化学反应速率因素中的应用


2.(2018年北京理综,27节选)近年来,研究人员提出利用含硫物质热化学循环实现太阳能的转化与存储。过程如下:


(1)对反应Ⅱ,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
试剂组成
实验现象
A
0.4 mol·L-1 KI
溶液变黄,一段时间后出现浑浊
B
a mol·L-1 KI
0.2 mol·L-1 H2SO4
溶液变黄,出现浑浊较A快
C
0.2 mol·L-1 H2SO4
无明显现象
D
0.2 mol·L-1 KI
0.0002 mol I2
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▶　(1)在横坐标上任取一点,作纵坐标的平行线,可见温度相同时p,2对应的H2SO4的物质的量分数大于p1,反应Ⅱ是气体分子数减小的反应,增大压强使平衡向正反应方向移动,H2SO4的物质的量增加,体系总物质的量减小,H2SO4的物质的量分数增大,所以p2>p1。
(2)反应Ⅱ的总反应为3SO2+2H2O2H2SO4+S↓,I-可以作为水溶液中SO2歧化反应的催化剂,催化剂在反应前后质量和化学性质不变,由(总反应-反应ⅰ)÷2得反应ⅱ的离子方程式为I2+2H2O+SO24H++S+2I-。
(3)①B是A的对比实验,采用控制变量法,B比A中H2SO4的浓度大了0.2 mol·L-1,A与B中KI浓度应相等,则a=0.4。②对比A与B,加入H+可以加快SO2歧化反应的速率;对比B与C,H+单独存在时不能催化SO2的歧化反应;比较A、B、C可得出的结论是I-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对比D和A,D中加入的KI的浓度小于A,且D中多加了I2,反应ⅰ消耗H+和I-,反应ⅱ中消耗I2,D中“溶液由棕褐色很快褪色,变成黄色,出现浑浊较A快”,反应ⅱ比反应ⅰ速率快,反应速率D>A是由于反应ⅱ产生H+使c(H+)增大,从而使反应ⅰ加快。
　　答案▶　(1)>　反应Ⅱ是气体物质的量减小的反应,温度一定时,增大压强使反应正向移动,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　S　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

2.(2019年北京石景山区一模)资料显示:自催化作用是指反应产物之一使该反应速率加快的作用。用稀硫酸酸化的KMnO4溶液进行下列三组实验,一段时间后溶液均褪色。



褪色


比实验①褪色快


比实验①褪色快

下列说法不正确的是(　　)。
A.实验①中发生氧化还原反应,H2C2O4是还原剂,产物MnSO4能起自催化作用
B.实验②褪色比①快,是因为MnSO4的催化作用加快了反应速率
C.实验③褪色比①快,是因为Cl-的催化作用加快了反应速率
D.若用1 mL 0.2 mol·L-1 H2C2O4溶液做实验①,推测比实验①褪色快
解析▶　H2C2O4与稀硫酸酸化的KMnO4溶液发生反应的化学方程式为5H2C2O4+2KMnO4+3H2SO42MnSO4+10CO2↑+8H2O+K2SO4。实验①中发生氧化还原反应,H2C2O4作还原剂,生成的MnSO4能起自催化作用,故A项正确;实验②加入MnSO4固体后,褪色比①快,说明MnSO4的催化作用加快了反应速率,故B项正确;实验③加入稀盐酸后,Cl-与KMnO4发生氧化还原反应,所以褪色比①快,Cl-是还原剂不是催化剂,故C项错误;若用1 mL 0.2 mol·L-1 H2C2O4溶液做实验①,还原剂H2C2O4浓度增大,反应速率加快,能更快地将KMnO4消耗完,推测比实验①褪色快,故D项正确。
答案▶　C

一、解题关键——变量的控制
在研究影响化学反应速率的因素时,由于外界因素较多,若要探究某个因素的影响,需控制其他因素相同或不变,才能进行实验,即控制变量。
命题角度主要有:(1)探究浓度对化学反应速率的影响;(2)探究溶液的酸碱性对化学反应速率的影响;(3)探究原电池反应对化学反应速率的影响;(4)探究温度及催化剂对化学反应速率的影响;(5)探究综合因素对化学反应速率的影响。
二、常见的答题必备
1.定多变一。在探究时,应先确定其他因素不变,只变化一种因素,看这种因素与探究的问题存在怎样的关系。确定一种因素的影响结果后,再确定另一种因素的影响结果,通过分析每种因素与所探究问题之间的关系,得出所有影响因素与所探究问题之间的关系。
2.数据有效。解答时注意选择的数据(或设置实验)要有效,且变量统一,对于与平均值相差较大的数据在计算时要舍弃。
3.影响化学反应速率的“8”个重要因素:①浓度;②温度;③压强;④催化剂;⑤固体表面积;⑥原电池反应;⑦酸碱度;⑧光照强度。
考点3

▶　化学平衡状态的判断


3.(2019年河南郑州模拟)将一定量纯净的氨基甲酸铵置于密闭真空恒容容器中(固体试样体积忽略不计),在恒定温度下使其达到分解平衡:NH2COONH4(s)2NH3(g)+CO2(g)　ΔH=a kJ·mol-1(a>0)。然后在恒定温度下缩小容器体积,重新达到平衡。下列分析正确的是(　　)。
A.若v(NH3)=2v(CO2),则该反应达到平衡状态
B.两次平衡中,后一次平衡时c(CO2)更大
C.重新达到平衡时,密闭容器中氨气的体积分数不变
D.若开始时向容器中加入2 mol NH3和1 mol CO2,则达到平衡时放出a kJ热量
解析▶　v(NH3)=2v(CO2),未体现正逆的关系,反应不一定达到平衡状态,A项错误;由题可知,化学平衡常数Kc=2(NH3)·c(CO2),达到平衡后c(NH3)=2c(CO2),则K=c43(CO2),由于温度恒定,K的值一定,所以缩小容器体积,重新达到平衡后c(CO2)不变,c(NH3)也不变,B项错误,C项正确;因反应为可逆反应,不能反应彻底,若开始时向容器中加入2 mol NH3和1 mol CO2,则达到平衡时放出的热量小于a kJ,D项错误。
答案▶　C

3.(2019年宁夏银川第一中学期末)在恒温恒容的密闭容器中,下列叙述不是可逆反应2C(g)A(g)+3B(g)达到平衡状态标志的是(　　)。
①C的生成速率与C的分解速率相等　②单位时间内生成a mol A,同时消耗3a mol B　③A、B、C的浓度不再变化　④混合气体的密度不再变化　⑤混合气体的总压强不再变化　⑥若C为固体,A的体积分数不再变化
　　　　　　　　　　　　　　　
A.①② B.④⑥ C.④⑤ D.①③
解析▶　C的生成速率与C的分解速率相等,正、逆反应速率相等,反应达到平衡状态,①正确;单位时间内生成a mol A,同时消耗3a mol B,说明正反应速率等于逆反应速率,反应达到平衡状态,②正确;A、B、C的浓度不再变化时,正、逆反应速率相等,该反应达到平衡状态,③正确;反应前后气体的质量不变,容器的体积不变,则密度始终不变,所以不能证明该反应达到平衡状态,④错误;该反应为气体分子数减小的反应,当混合气体的总压强不再变化时,各物质的物质的量不变,反应达到平衡状态,⑤正确;若C为固体,容器的体积不变,所以在反应过程中和平衡状态下A的体积分数都不变,不能说明该反应达到平衡状态,⑥错误。
答案▶　B

　　常见化学平衡标志判断一览表[以反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)为例]

条件
特征
是否平衡
v正=v逆
在单位时间内消耗m mol A的同时生成m mol A
是
在单位时间内消耗n mol B的同时消耗p mol C
是
在单位时间内消耗n mol B的同时生成q mol D
不一定
v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)=m∶n∶p∶q
不一定


(续表)
条件
特征
是否平衡
各组分浓度保
持不变
各物质的物质的量或物质的量分数一定
是
各气体的体积分数一定
是
混合气体的总
压强一定
当m+n≠p+q时(其他条件不变)
是
当m+n=p+q时(其他条件不变)
不一定
混合气体平均
摩尔质量一定
当m+n≠p+q时
是
当m+n=p+q时
不一定


考点4

▶　化学平衡及其影响因素


4.(2019年山东济南模拟)如图所示为工业合成氨的流程图。下列有关说法错误的是(　　)。

A.正催化剂一般可降低反应的活化能
B.步骤②中“加压”既可以提高原料的转化率,又可以加快反应速率
C.步骤③④⑤均有利于提高原料的转化率
D.产品液氨除可生产化肥外,还可用作制冷剂
解析▶　催化剂能有效降低反应的活化能,加快反应速率,A项正确;步骤②中“加压”,可增大氮气、氢气浓度,既可以加快合成氨反应速率又能使平衡右移,提高原料转化率,B项正确;合成氨反应放热,步骤③使用较高温度不利于提高原料转化率,同时使用催化剂也不能使平衡移动,步骤④⑤有利于提高原料的转化率,C项错误;产品液氨可用酸吸收生成铵态氮肥,液氨汽化时会吸收大量热,可用作制冷剂,D项正确。
答案▶　C

4.(2019年北京海淀区高三上期末)某电路板生产企业的水质情况及国家允许排放的污水标准如表所示。为研究废水中Cu2+处理的最佳pH,取5份等量的废水,分别用30%的NaOH溶液调节pH至8.5、9、9.5、10、11,静置后,分析上层清液中铜元素的含量,实验结果如图所示。

项目
废水水质
排放标准
pH
1.0
6~9
Cu2+/mg·L-1
72
≤0.5
N/mg·L-1
2632
≤15



查阅资料,平衡Ⅰ:Cu(OH)2+4NH3[Cu(NH3)4]2++2OH-;
平衡Ⅱ:Cu(OH)2+2OH-[Cu(OH)4]2-。
下列说法不正确的是(　　)。
A.废水中Cu2+处理的最佳pH约为9
B.b~c段:随pH升高,Cu(OH)2的量增加,平衡Ⅰ正向移动,铜元素含量上升
C.c~d段:随pH升高,c(OH-)增大,平衡Ⅰ逆向移动,铜元素含量下降
D.d点以后,随c(OH-)增大,铜元素含量可能上升
解析▶　根据图像可知,在pH=9时,Cu元素的含量最小,即废水中Cu2+处理的最佳pH约为9,A项正确;b~c段随着pH增大,c(OH-)增大,根据勒夏特列原理,平衡Ⅰ逆向移动,B项错误;c~d段pH增大,
c(OH-)增大,平衡Ⅰ向逆反应方向进行,铜元素含量下降,C项正确;d点以后,c(OH-)增大,平衡Ⅱ向正反应方向进行,生成[Cu(OH)4]2-,铜元素含量可能增大,D项正确。
答案▶　B

反应物浓度的改变对化学平衡的影响
1.若反应物只有一种:aA(g)bB(g)+cC(g)。不改变其他条件下,增加A的量,平衡向正反应方向移动,但是A的转化率与气体物质的化学计量数有关(可用等效平衡的方法分析)。
(1)若a=b+c,A的转化率不变;
(2)若a>b+c,A的转化率增大;
(3)若a 2.若反应物不止一种:aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)。
(1)在不改变其他条件时,只增加A的量,平衡向正反应方向移动,但是A的转化率减小,而B的转化率增大。
(2)若按原比例同倍数地增加A和B,平衡向正反应方向移动,但是反应物的转化率与气体物质的化学计量数有关。若a+b=c+d,A、B的转化率都不变;若a+b>c+d,A、B的转化率都增大;若a+b

13　化学平衡图像分析及相关计算

一、化学反应速率、化学平衡图像
1.常见基本图像[mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)　ΔH>0,m+n>p+q]
(1)速率曲线图

(2)转化率曲线图:恒温、恒压曲线(p1

2.几种特殊图像

(1)对于化学反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),如图甲、乙,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,故正反应的ΔH<0。

　　(2)对于化学反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),如图丙,L线上所有的点都是平衡点。L线的上方(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线的下方(F点)v正 二、“三段式法”解答化学平衡计算题
1.方法
如mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),令A、B的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。
　　　　　　mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)
　起始(mol·L-1) a　 　　b　 　　　0 　　0
　变化(mol·L-1) mx　　　 nx　　　px　　qx
　平衡(mol·L-1) a-mx　 b-nx　px　　qx
K=
2.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%。


考点1

▶　化学反应速率、化学平衡图像


1.(2019年上海黄浦区等级考二模)在容积不变的密闭容器中存在如下反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)　ΔH<0。某研究小组研究了其他条件不变时,改变某一条件对上述反应的影响,下列分析正确的是(　　)。

A.图Ⅰ研究的是t1时刻增大O2的浓度对反应速率的影响
B.图Ⅱ研究的是t1时刻加入催化剂后对反应速率的影响
C.图Ⅲ研究的是催化剂对平衡的影响,且甲的催化速率比乙高
D.图Ⅲ研究的是温度对化学平衡的影响,且乙的温度较低
解析▶　2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)　ΔH<0,则该反应的正反应为气体体积减小的放热反应。增大O2的浓度,逆反应瞬时速率不变,图Ⅰ不符,应为增大压强,A项错误;图Ⅱ正、逆反应速率同等程度地增大,平衡不移动,为催化剂对反应速率的影响,B项正确;催化剂不会使化学平衡移动,C项错误;若图Ⅲ研究的是温度对化学平衡的影响,乙先达到平衡,对应的温度高,该反应的正反应为放热反应,升温不利于SO2的转化,D项错误。
答案▶　B
2.(2019年湖南醴陵一中期末)根据有关图像,判断下列说法正确的是(　　)。


A.由图Ⅰ知,该反应的ΔH>0
B.由图Ⅱ知,该反应为放热反应
C.由图Ⅲ知,t3时一定是采取降低反应温度的措施
D.由图Ⅲ知,反应在t6时,NH3的体积分数最大
解析▶　由图Ⅰ可以看出,当温度低于T2时,随着温度升高,反应物X的体积分数逐渐减小,生成物Z的体积分数逐渐增大;当温度高于T2时,随着温度升高,反应物X的体积分数逐渐增大,生成物Z的体积分数逐渐减小。可推知T2条件下该反应已达到平衡状态,随后,升高温度,平衡向逆反应方向移动,则该反应的正反应是放热反应,ΔH<0,A项错误。图Ⅱ是生成物B分别在T1和T2条件下,其物质的量随时间的变化曲线,根据“先拐先平”的规律T,1下该反应先达到平衡,说明温度T1T>2。由图Ⅱ知平衡时T,1条件下B的物质的量小于T2条件下的,说明该反应温度由T1降低到T2时,平衡向正反应方向移动,则该反应为放热反应,B项正确。由图Ⅲ可知t,3时正、逆反应速率都减小,且v逆v>正,由于N2(g)+3H2(g)2NH3(g)　ΔH<0为放热反应,降低温度,平衡正向移动v,正v>逆,与图像不符,故t3时改变的条件是减小压强,C项错误。由图Ⅲ可知,反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)在t1时第一次建立平衡t,1t~3时平衡没有移动,NH3的体积分数不变t;3t~4过程中平衡向逆反应方向移动,NH3的体积分数减小t;5t~6改变的条件使平衡向逆反应方向移动,NH3的体积分数进一步减小,所以t6时NH3的体积分数最小,D项错误。
答案▶　B

1.(2019年新疆维吾尔自治区三模)合成乙烯的主要反应为6H2(g)+2CO2(g)+4H2O(g)　ΔH<0。图中L(L1、L2)、X分别代表压强或温度。下列说法正确的是(　　)。


A.L1 B.X代表压强
C.M、N两点对应的平衡常数相同
D.M点的v正小于N点的v逆
解析▶　由图可知,X越大,CO2的平衡转化率越小,说明平衡逆向移动,所以X代表的是温度的变化,而L1和L2为等压线L。1对应二氧化碳的转化率更高,所以L1L>2,A项错误;X代表温度,B项错误;M、N对应的温度不同,所以两点对应的平衡常数不相同,C项错误;温度越高,反应速率越快,所以M点的v正小于N点的v逆,D项正确。
答案▶　D

化学反应速率和化学平衡图像题解法思路
1.两个原则
(1)先拐先平。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。
(2)定一议二。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。
2.三个步骤

考点2

▶　化学反应速率、化学平衡的有关计算


3.(2019年福州第三次质量检测)甲醇是一种可再生能源,具有广阔的开发和应用前景,可用Pt/Al2O3、Pd/C、Rh/SiO2等作催化剂,采用如下反应来合成甲醇:2H2 (g)+CO(g)CH3OH(g)。
(1)下表所列数据是各化学键键能,该反应的ΔH=　　　　(用含字母的代数式表示)。 

化学键
H—H

C—H
C—O
O—H
键能/kJ·mol-1
a
b
c
d
e

(2)某科研小组用Pd/C作催化剂,在450 ℃时,研究了n(H)∶n(CO)分别为2∶1、3∶1时CO转化率的变化情况(如图),则图中表示n(H2)∶n(CO)=3∶1的变化曲线为　　　　(填“曲线a”或“曲线b”)。 

(3)某化学研究性学习小组模拟工业合成甲醇的反应,在2 L的恒容密闭容器内充入1 mol CO和2 mol H2,加入合适催化剂后在某温度下开始反应,并用压力计监测容器内压强的变化如下:

反应时间/min
0
5
10
15
20
25
压强/MPa
12.6
10.8
9.5
8.7
8.4
8.4

则从反应开始到20 min时,v(CO)=　　　　,该温度下的平衡常数K为　　　　。 
(4)将CO和H2加入密闭容器中,在一定条件下发生反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)　ΔH<0。平衡时CO的体积分数(%)与温度和压强的关系如图所示(虚线框表示没有测定该条件下的数据)。

T1、T2、T3由大到小的关系是　　　　,判断理由是　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
解析▶　(1)已知反应热ΔH=反应物的键能之和-生成物键能之和,则2H2 (g)+CO(g)CH3OH(g)的反应热ΔH=(2a+b) kJ·mol-1-(3c+d+e) kJ·mol-1=(2a+b-3c-d-e) kJ·mol-1。
(2)n(H2)∶n(CO)越大,CO的转化率越大,故曲线a表示n(H2)∶n(CO)=3∶1的变化曲线。
(3)反应进行到20 min时达到平衡,在恒温恒容容器中压强与气体的物质的量成正比,起始时总物质的量为3 mol,压强为12.6 MPa,平衡时压强为8.4 MPa,则平衡时总物质的量为3 mol×=2 mol,设反应中参加反应的CO的物质的量为x mol,列三段式:
　　　　　　2H2 (g)+CO(g)CH3OH(g)
起始量(mol) 2 1 　 0
变化量(mol) 2x　 x　 x
平衡量(mol) 2-2x 1-x x
故(2-2x)+(1-x )+x=2,解得x=0.5,则从反应开始到20 min时,v(CO)==0.0125 mol·L-1·min-1;该温度下的平衡常数K===4。
(4)已知CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)　ΔH<0,平衡时温度升高平衡逆向移动,CO的体积分数增大,由图示可知压强越大,CO的体积分数越小,T1、T2、T3对应的CO的体积分数逐渐增大,该反应向左移动,则T3>T2>T1。
答案▶　(1)(2a+b-3c-d-e) kJ·mol-1
(2)曲线a
(3)0.0125 mol·L-1·min-1　4
(4)T3>T2>T1　压强越大,CO的体积分数越小,T1、T2、T3对应的CO的体积分数逐渐增大,该反应向左移动,则T3>T2>T1
(5)①正　②CH3OH+H2O-6e-CO2↑+6H+

2.(2019年山东临沂5月第三次模拟)1,2-二氯丙烷(CH2ClCHClCH3)是一种重要的化工原料,工业上可用丙烯加成法制备,主要副产物为3-氯丙烯(CH2CHCH2Cl),反应原理为:
Ⅰ.CH2CHCH3(g)+Cl2(g)CH2ClCHClCH3(g)　 ΔH1=-134 kJ·mol-1
Ⅱ.CH2CHCH3(g)+Cl2(g)CH2CHCH2Cl(g)+HCl(g)　 ΔH2=-102 kJ·mol-1
请回答下列问题:
(1)已知CH2CHCH2Cl(g)+HCl(g)CH2ClCHClCH3(g)的活化能Ea(正)为132 kJ·mol-1,则该反应的活化能Ea(逆)为　　　　kJ·mol-1。 
(2)一定温度下,向恒容密闭容器中充入等物质的量的CH2CHCH3(g)和Cl2(g)。在催化剂作用下发生反应Ⅰ、Ⅱ,容器内气体的压强随时间的变化如下表所示。

时间/min
0
60
120
180
240
300
360
压强/kPa
80
74.2
69.4
65.2
61.6
57.6
57.6

①用单位时间内气体分压的变化来表示反应速率,即v=,则前120 min内平均反应速率v(CH2ClCHClCH3)=　　　　kPa·min-1。(保留小数点后2位)。 
②该温度下,若平衡时HCl的体积分数为,则丙烯的平衡总转化率α=　　　　;反应Ⅰ的平衡常数Kp=　　　　kPa-1(Kp为以分压表示的平衡常数,保留小数点后2位)。 
解析▶　(1)根据盖斯定律可知,Ⅰ-Ⅱ得CH2CHCH2Cl(g)+HCl(g)CH2ClCHClCH3(g),此反应的反应热ΔH=HΔ1-HΔ2E=a(正)E-a(逆),则Ea(逆)E=a(正)-(HΔ1-HΔ2)=132 kJ·mol-1-(-134 kJ·mol-1+102 kJ·mol-1)=164 kJ·mol-1。
(2)①因反应Ⅱ的ΔV=0,Δp=0,则反应Ⅰ的Δp=80 kPa-69.4 kPa=10.6 kPa,120 min内平均反应速率v(CH2ClCHClCH3)== kPa·min-1≈0.09 kPa·min-1。
②设起始时CH2CHCH3(g)和Cl2(g)均为5 mol,则容器内起始时总物质的量为10 mol,根据恒温恒容条件下气体的物质的量与压强成正比可知,平衡时气体的总物质的量为10 mol×=7.2 mol,减小的物质的量为10 mol-7.2 mol=2.8 mol,根据反应Ⅰ可知反应生成的CH2ClCHClCH3(g)为2.8 mol,平衡时HCl的体积分数为,说明生成的HCl为7.2 mol×=0.9 mol,结合反应Ⅰ、Ⅱ,则参加反应的丙烯的总物质的量为2.8 mol+0.9 mol=3.7 mol,故平衡时丙烯的平衡总转化率α=×100%=74%;另外平衡时CH2CHCH3(g)和Cl2(g)均为1.3 mol,CH2ClCHClCH3为2.8 mol,则反应Ⅰ的平衡常数Kp=≈0.21 kPa-1。
答案▶　(1)164
(2)①0.09　②74%　0.21

一、化学平衡相关计算中的2种思维路径
1.化学平衡相关计算的解题思维路径

2.化学平衡常数解题思维路径

二、与化学平衡有关的计算
1.数学表达式
对于反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)来说,K=。
【注意】(1)不要把反应体系中的纯固体、纯液体以及稀水溶液中水的浓度写进平衡常数表达式中。但在非水溶液中,若有水参加反应或生成,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,化学方程式的写法不同,其平衡常数表达式及其数值亦不同。因此书写平衡常数表达式及其数值时,要与化学方程式相对应,否则意义就不明确。
2.用平衡分压表示化学平衡常数
对于气体反应,书写平衡常数表达式时,除可以用平衡时的物质的量浓度表示外,还可以用平衡时各气体的分压来表示,例如:
N2(g)+3H2(g)2NH3(g)
Kp=
【注意】p(NH3)、p(N2)、p(H2)分别为NH3、N2、H2的平衡分压,某气体平衡分压=平衡时总压×该气体的体积分数。
3.化学平衡计算中的常用公式
(1)有关转化率、产率、百分含量的计算
反应物转化率=×100%
产率=×100%
物质的百分含量=×100%
(2)常用的气体定律
同温同体积:=
同温同压强:=,=


1.(2019年北京东城区一模)高炉炼铁过程中发生反应:Fe2O3(s)+CO(g)Fe(s)+CO2(g),该反应在不同温度下的平衡常数见下表:

温度T/℃
1000
1150
1300
平衡常数K
4.0
3.7
3.5

下列说法正确的是(　　)。
　　　　　　　　　　　　　　　
A.增加高炉的高度可以有效降低炼铁尾气中CO的含量
B.由表中数据可判断该反应:反应物的总能量>生成物的总能量
C.为了使该反应的K增大,可以在其他条件不变时,增大c(CO)
D.1000 ℃下一定量的Fe2O3与CO反应,t min达到平衡时c(CO)=2×10-3 mol·L-1,则用CO表示该反应的平均速率为 mol·L-1·min-1
解析▶　增加高炉的高度,上述反应的化学平衡不会移动,CO的含量不会降低,A项错误;由表中数据可知升高温度,该反应的平衡常数减小,所以该反应属于放热反应,反应物的总能量大于生成物的总能量,B项正确;平衡常数只和温度有关,所以增大c(CO)不会改变平衡常数,C项错误;1000 ℃下达到平衡时,c(CO)=2×10-3 mol·L-1,平衡常数K==4.0,则c(CO2)=8×10-3 mol·L-1,因为CO~CO2,所以CO的浓度变化量为8×10-3 mol·L-1,v(CO)= mol·L-1·min-1,D项错误。
答案▶　B
2.(2019年北京朝阳区二模)乙烯气相直接水合反应制备乙醇:C2H4(g)+H2O(g)C2H5OH(g)。乙烯的平衡转化率随温度、压强的变化关系如图所示[起始时,n(H2O)=n(C2H4)=1 mol,容器体积为1 L]:

下列分析不正确的是(　　)。
A.乙烯气相直接水合反应的ΔH<0
B.图中压强的大小关系为p1>p2>p3
C.图中a点对应的平衡常数K=
D.a、b两点达到平衡状态所需要的时间:a>b
解析▶　依据图像分析,同压条件下,随着温度的升高,乙烯平衡转化率降低,可知该反应的正反应为放热反应,即ΔH<0,A项正确;该反应的正反应为气体体积减小的反应,所以增大压强,平衡正向移动,乙烯的转化率提高,因此压强p1p<2p<3,B项错误;起始时,n(H2O)=n(C2H4)=1 mol,容器体积为1 L,a点乙烯的平衡转化率为20%,则转化的c(C2H4)=0.2 mol·L-1,则:
　　　　　C2H4(g)+H2O(g)C2H5OH(g)
开始(mol·L-1)　　1　　　1　　　　　 0
转化(mol·L-1)　　0.2　　0.2　　　　0.2
平衡(mol·L-1)　　0.8　　0.8　　　　0.2
所以K==,C项正确;因为b点的压强大于a点的压强,b点的温度高于a点的温度,所以a、b两点达到平衡状态所需要的时间a>b,D项正确。
答案▶　B
3.(2019年天津部分区一模联考)已知反应:+Cl2(g)+HCl(g)。在一定压强下,按w=向密闭容器中充入氯气与丙烯。图甲表示平衡时,丙烯的体积分数(φ)与温度(T)、w的关系,图乙表示正、逆反应的平衡常数K与温度T的关系。下列说法正确的是(　　)。

A.图甲中w1>1
B.若在恒容绝热装置中进行上述反应,则达到平衡时,装置内的气体压强不变
C.温度为T1、w=2时,Cl2的转化率约为33.3%
D.图乙中,曲线A表示正反应的平衡常数
解析▶　w增大,的转化率增大,则丙烯的体积分数φ减小,由图知φ1φ>2w,2=1,则w1w<2w,1<1,A项错误;由图甲可知,升高温度,平衡逆向移动,正反应放热,在恒容绝热装置中进行题述反应,平衡时,气体分子数不变,但体系内温度升高,根据pV=nRT,达到平衡时,装置内的气体压强将增大,B项错误;由图乙可知T,1时平衡常数为1,设起始时和Cl2的浓度分别为a mol·L-1和2a mol·L-1,达到平衡时转化的Cl2的浓度为x mol·L-1,下列三段式进行计算:
　 +Cl2(g)+HCl(g)
起始
(mol·L-1)　a　　　　　 2a　　　　　　　0　　　　　　0
转化
(mol·L-1)　x　　　　　 x　　　　　　　x　　　　　　x
平衡
(mol·L-1)　a-x　　　 2a-x　　　　　 x　　　　　　x
则=1,解得x=a,则Cl2的转化率为×100%≈33.3%,C项正确;由B项分析可知,正反应是放热反应,温度升高,正反应平衡常数减小,图乙中,曲线A表示逆反应的平衡常数,D项错误。
答案▶　C
4.(2019年河南郑州一模)在容积为2 L的刚性密闭容器中,加入1 mol CO2和3 mol H2,发生反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)。在其他条件不变的情况下,温度对反应的影响结果如图所示(注:T1、T2均大于300 ℃)。下列说法正确的是(　　)。

A.该反应在T1时的平衡常数比T2时的小
B.处于A点的反应体系从T1变到T2,达到平衡时减小
C.T2下,反应达到平衡时生成甲醇的平均速率为v(CH3OH)= mol·L-1·min-1
D.T1下,若反应达到平衡后CO2的转化率为α,则容器内的平衡压强与起始压强之比为(2-α)∶2
解析▶　由图像可知T,1T<2,温度越高,平衡时生成甲醇的物质的量越小,说明正反应为放热反应,则温度越高,平衡常数越小,该反应在T1时的平衡常数比T2时的大,A项错误;因T1T<2,故A点反应体系从T1变到T2时,平衡逆向进行,达到平衡时增大,B项错误T;2下达到平衡状态,v(CH3OH)== mol·L-1·min-1,C项错误T;1下,若反应达到平衡后CO2的转化率为a,则:
　　　　CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)
起始
(mol)　　1　　　3　　　　　0　　　　　0
变化
(mol)　　α　　　3α　　　　 α　　　　　α
平衡
(mol)　1-α　　3-3α　　　 α　　　　　α
故容器内的平衡压强与起始压强之比===,D项正确。
答案▶　D
5.(2019年江西红色七校第二次联考)CO2经催化加氢可合成乙烯:2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g)。0.2 MPa时,按n(CO2)∶n(H2)=1∶3投料,测得不同温度下,平衡时体系中各物质浓度的关系如图所示。下列叙述正确的是(　　)。

A.该反应为吸热反应
B.曲线a代表的是C2H4
C.N点和M点所处状态的c(H2O)相等
D.其他条件不变,T1 ℃、0.1 MPa下反应达平衡时CO2的转化率比N点的大
解析▶　由图可知,温度升高,H2的平衡浓度增大,平衡逆向移动,则正反应为放热反应,A项错误;温度升高,H2的平衡浓度增大,因H2为反应物,则另一条逐渐增大的曲线a为CO2的变化曲线,由计量数关系可知,曲线b为H2O的变化曲线,曲线c为C2H4的变化曲线,B项错误;M点和N点都处于T1 ℃、0.2 MPa且投料比相同的平衡状态,所以M点和N点的平衡状态为等效平衡,其c(H2O)相等,C项正确;其他条件不变T,1 ℃、0.1 MPa下反应达到平衡,相当于减小压强,平衡逆向移动,所以新平衡中CO2的转化率比N点的小,D项错误。
答案▶　C
6.(2019年安徽蚌埠一模)温度分别为T1和T2时,将气体X和气体Y各0.16 mol充入10 L恒容密闭容器中,发生反应X(g)+Y(g)2Z(g),一段时间后达到平衡,反应过程中测定的数据如下表:

温度/K
t/min
t1
t2
t3
t4
T1
n(Y)/mol
0.14
0.12
0.10
0.10
T2
n(Y)/mol
0.13
0.09

0.08

下列说法正确的是(　　)。
A.该反应的正反应为放热反应
B.T2温度下此反应的平衡常数K=4
C.温度为T1时,0~t1时间段的平均速率v(Z)= mol·L-1·min-1
D.温度为T1时,达到平衡后,保持其他条件不变,再充入0.2 mol Z,再次达到平衡时X的体积分数增大
解析▶　初始投料相同,由表中数据可知,在t1时刻T,2时Y的物质的量小于T1时的,说明T2时的反应速率大于T1时的,故T2T>1t,4时T2温度下剩余的Y的物质的量较少,说明升温使平衡右移,则正反应是吸热反应,A项错误;根据表中数据,列出T2温度下的三段式:
　　　　　X(g)+Y(g)2Z(g)
初始(mol)　　0.16　　0.16　　 0
转化(mol)　　0.08　　0.08　　0.16
平衡(mol)　　0.08　　0.08　　0.16
所以K==4,B项正确;温度为T1时,0~t1时段v(Y)= mol·L-1·min-1= mol·L-1·min-1,v(Z)=2v(Y)= mol·L-1·min-1,C项错误;其他条件不变时,充入0.2 mol Z等效于在恒温恒容容器中充入0.1 mol X和0.1 mol Y,即相当于起始加入0.26 mol X和0.26 mol Y,该反应前后气体分子数相等,所以起始加入0.26 mol X和0.26 mol Y与起始加入0.16 mol X和0.16 mol Y为等效平衡,达到平衡时X的体积分数不变,D 项错误。
答案▶　B
7.(2019年北京海淀区一模)三氯氢硅(SiHCl3)是光伏产业的一种关键化学原料,制备的化学方程式为Si(s)+3HCl(g)SiHCl3(g)+H2(g),同时还有其他副反应发生。当反应体系的压强为0.05 MPa时,分别改变进料比[n(HCl)∶n(Si)]和反应温度,二者对SiHCl3产率的影响如图所示。下列说法正确的是(　　)。

A.降低压强有利于提高SiHCl3的产率
B.制备SiHCl3的反应为放热反应
C.温度为450 K,平衡常数:K(x)>K(y)>K(z)
D.增加HCl的用量,SiHCl3的产率一定会增大
解析▶　题述反应的正反应为气体体积减小的反应,降低压强,平衡逆向移动,SiHCl3的产率会降低,A项错误;由图可知,升高温度,SiHCl3的产率降低,即升高温度,平衡逆向移动,正反应为放热反应,B项正确;平衡常数只与温度有关,温度不变,平衡常数不变,则450 K时,平衡常数K(x)=K(y)=K(z),C项错误;由图可知,当n(HCl)∶n(Si)由1∶1增大到3∶1时,SiHCl3的产率是增大的,当增大到6∶1时,SiHCl3的产率反而减小,D项错误。
答案▶　B
8.(2019年北京顺义区高三第二次统练)研究表明,在催化剂a(或催化剂b)存在下,CO2和H2能同时发生两个平行反应,反应的热化学方程式如下:
①CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)
ΔH1=-53.7 kJ·mol-1
②CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)
ΔH2=+41.2 kJ·mol-1
某实验小组控制CO2和H2的初始投料比为1∶2.2。在相同压强下,经过相同反应时间测得的实验数据如下:

实验
编号
T(K)
催化剂
CO2
转化率(%)
甲醇
选择性(%)
1
543
催化剂a
12.3
42.3
2
543
催化剂b
10.9
72.7
3
553
催化剂a
15.3
39.1
4
553
催化剂b
12.0
71.6

甲醇选择性:转化的CO2中生成甲醇的百分比。
下列说法不正确的是(　　)。
A.相同温度下,在该时刻催化剂b对CO2转化成CH3OH有较高的选择性
B.其他条件不变,升高温度,反应①中CO2转化为CH3OH的平衡转化率增大
C.其他条件不变,增大反应体系压强,反应②中平衡常数不变
D.反应①在无催化剂、有催化剂a和有催化剂b三种情况下的能量变化如图所示

解析▶　将实验1和2、实验3和4的数据进行对比可知,相同温度下,催化剂b对CO2转化成CH3OH有较高的选择性,A项正确;反应①为放热反应,其他条件不变,升高温度,反应①逆向移动,CO2转化为CH3OH的平衡转化率减小,B项错误;平衡常数只与温度有关,温度不变,平衡常数不变,则其他条件不变,增大反应体系压强,反应②中平衡常数不变,C项正确;分析表中的数据,在催化剂b的作用下,甲醇的选择性更大,说明催化剂b对反应①催化效果更好,催化剂能降低反应的活化能,说明使用催化剂b的反应过程中活化能更低,D项正确。
答案▶　B
9.(2019年江苏扬州期末)在恒容密闭容器中发生反应2SiHCl3(g)SiH2Cl2(g)+SiCl4(g)。在323 K和 343 K时SiHCl3的转化率随时间变化的结果如图所示。下列说法正确的是(　　)。

A.323 K时,缩小容器体积可提高SiHCl3的转化率
B.a、b点对应的反应速率大小关系:v(a) C.343 K时,上述反应的化学平衡常数约为0.02
D.正反应为放热反应
解析▶　上述反应中,反应前后气体的分子数不变,则缩小容器体积平衡不移动,SiHCl3的转化率不变,A项错误;a、b点对应的SiHCl3转化率相等,则a、b点对应各物质的浓度相同,根据先拐先平数值大原则可知,a点对应的温度高,则其反应速率v(a)>v(b),B项错误;343 K时,SiHCl3的平衡转化率为22%,设SiHCl3的起始浓度为1 mol·L-1,列三段式:
　　　　2SiHCl3(g)SiH2Cl2(g)+SiCl4(g)
　起始
(mol·L-1)　1　　　　　　0　　　　　　0
　转化
(mol·L-1)　0.22　　　　0.11　　　　0.11
　平衡
(mol·L-1)　0.78　　　　0.11　　　　0.11
因此343 K时,上述反应的化学平衡常数为≈0.02,C项正确;从图中可看出,升高温度有利于SiHCl3的转化,则平衡向正反应方向移动,说明正反应为吸热反应,D项错误。
答案▶　C
10.(2019年江苏苏锡常镇四市三模)一定温度下,在三个容积均为1 L的恒容密闭容器中按不同方式投入反应物,发生反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)(正反应放热),测得反应的相关数据如下:

容器
容器1
容器2
容器3
反应温度T/K
500
500
600
反应物投入量
1 mol CO、
2 mol H2
2 mol
CH3OH
1 mol CO、
2 mol H2


(续表)
容器
容器1
容器2
容器3
平衡v正(H2)/
mol·L-1·s-1
v1
v2
v3
平衡c(CH3OH)/
mol·L-1
c1
c2
c3
平衡体系总压强
p/Pa
p1
p2
p3
物质的转化率α
α1(CO)
α2(CH3OH)
α3(CO)
平衡常数K
K1
K2
K3

下列叙述正确的是(　　)。
A.v1c2
B.α1(CO)<α3(CO),v1 C.p2>2p3,K1 D.c2>2c3,α2(CH3OH)+α3(CO)<1
解析▶　采用比较的方法分析,对照容器的特点,将容器1和容器2对比,将容器1和容器3对比。容器2中加入2 mol CH3OH等效于在相同条件下投入2 mol CO、4 mol H2,容器2中起始反应物的物质的量为容器1的2倍,容器2相当于在容器1达到平衡后,将容器的体积缩小到原来的一半,压强增大,反应速率加快,则v1v<2,平衡向正反应方向移动,平衡时c2>c21p,21α,1(CO)α>3(CO)K,1K>3。根据分析可知,A、B、C三项错误c;2>c21c,3c<1,则c2>c23α,1(CO)α+2(CH3OH)<1α,1(CO)>α3(CO),则α2(CH3OH)α+3(CO)<1,D项正确。
答案▶　D
11.(2019年湖北荆门四校联考)工业上利用N2和H2可以实现合成氨气,而氨又可以进一步制备硝酸,在工业上一般可进行连续生产。请回答下列有关问题:
(1)已知:
①N2(g)+O2(g)2NO(g)
ΔH1=+180.5 kJ·mol-1
②N2(g)+3H2(g)2NH3(g)
ΔH2=-92.4 kJ·mol-1

③2H2(g)+O2(g)2H2O(g)
ΔH3=-483.6 kJ·mol-1
写出氨气经催化氧化完全生成一氧化氮和水蒸气的热化学方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
(2)在一定体积的密闭容器中,发生反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g),其化学平衡常数K与温度T的关系如下表:

T/K
298
398
498
……
K
4.1×106
K1
K2
……

①K1　　　　(填“>”“=”或“<”)K2。 
②恒温恒压下,合成氨反应达到化学平衡状态的依据是　　　　(填字母)。 
A.2v正(H2)=3v逆(NH3)
B.2v正(N2)=v逆(H2)
C.容器内压强保持不变
D.混合气体的密度保持不变
(3)硝酸工业的尾气NO可用于制备NH4NO3,其工作原理如图所示:

①其阴极的电极反应式为　　　　　　　　。 
②常温下,1 L pH=6的NH4NO3溶液中c(NH3·H2O)+c(OH-)=　　　　mol·L-1。 
(4)工业上生产尿素的化学方程式为2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(l)。T ℃时,向体积为4 L的密闭容器中通入6 mol NH3和3 mol CO2,反应达到平衡时,c(NH3)=0.5 mol·L-1,c(CO2)=0.25 mol·L-1。若此时保持T ℃和平衡时容器的压强不变,再向体积可变的容器中充入3 mol NH3,则此时反应的v正　　　　(填“>”“<”或“=”)v逆。再次平衡后,平衡常数为　　　　。 
解析▶　(1)由盖斯定律,①×2-②×2+③×3得4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)　ΔH=-905.0 kJ·mol-1。
(2)①合成氨反应为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,平衡常数K减小,则K1>K2。
②2v正(H2)=3v逆(NH3),说明正反应速率等于逆反应速率,反应达到平衡状态,A项正确;2v正(N2)=v逆(H2),说明正反应速率不等于逆反应速率,反应没有达到平衡状态,B项错误;恒温恒压下,无论是否达到平衡,容器内压强始终保持不变,反应不一定达到平衡状态,C项错误;由质量守恒定律可知,平衡前后气体总质量不变,该反应是气体体积减小的反应,反应时容器体积变小,混合气体密度增大,混合气体的密度保持不变,说明正反应速率等于逆反应速率,反应达到平衡状态,D项正确。
(3)①电解时,阴极上发生还原反应,根据示意图可知,酸性条件下,NO在阴极得电子发生还原反应生成N,电极反应式为NO+5e-+6H+N+H2O。
②pH=6的NH4NO3溶液中,c(H+)=1×10-6 mol·L-1,根据质子守恒,溶液中c(NH3·H2O)+c(OH-)=c(H+)=1×10-6 mol·L-1。
(4)由化学方程式可知,平衡常数K=,反应达到平衡时,c(NH3)=0.5 mol·L-1,c(CO2)=0.25 mol·L-1,则K==16,温度不变,该反应的平衡常数不变;保持T ℃和平衡时容器的压强不变,再向体积可变的容器中充入3 mol NH3,设容器体积为V,由同温同压下,体积比等于物质的量比可得关系式:=,解得V=8 L,此时c(NH3)= mol·L-1,c(CO2)= mol·L-1,浓度商Qc===20.48>K,反应逆向进行,则v正 答案▶　(1)4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)　ΔH=-905.0 kJ·mol-1
(2)①>　②AD
(3)①NO+5e-+6H+N+H2O
②1×10-6
(4)<　16
12.(2019年辽宁大连二模)十九大报告指出:“坚持全民共治、源头防治,持续实施大气污染防治行动,打赢蓝天保卫战!”以NOx为主要成分的雾霾的综合治理是当前重要的研究课题。
Ⅰ.汽车尾气中的NO(g)和CO(g)在一定条件下可发生如下反应:
①2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)　ΔH1
(1)已知:反应②N2(g)+O2(g)2NO(g)　ΔH2=+180.5 kJ·mol-1。
CO的燃烧热为283.0 kJ·mol-1,则ΔH1=　　　　。 
(2)在密闭容器中充入5 mol CO和4 mol NO,发生上述反应①,图1为平衡时NO的体积分数与温度、压强的关系。

①温度:T1　　　　(填“<”或“>”)T2。 
②若在D点对反应容器升温的同时扩大体积使体系压强减小,则重新达到的平衡状态可能是图中A~G点中的　　　　点。 
(3)某研究小组探究催化剂对CO、NO转化的影响。将NO和CO以一定的流速通过两种不同的催化剂进行反应,相同时间内测量逸出的气体中NO的含量,从而确定尾气脱氮率(NO的转化率),结果如图2所示。若低于200 ℃,图2曲线中脱氮率随温度升高而变化不大的主要原因为　　　　　　　　　　　　　　　　;a点　　　　(填“是”或“不是”)对应温度下平衡时的脱氮率,说明理由:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 


Ⅱ.N2O是一种强温室气体,且易形成颗粒性污染物,研究N2O的分解对环境保护有重要意义。
(4)碘蒸气存在能大幅度提高N2O的分解速率,反应历程如下:
第一步:I2(g)2I(g)(快反应)
第二步:I(g)+N2O(g)N2(g)+IO(g)(慢反应)
第三步:IO(g)+N2O(g)N2(g)+O2(g)+I2(g)(快反应)
实验表明,含碘时N2O分解速率方程为v=k·c(N2O)·[c(I2)]0.5(k为速率常数)。
下列表述正确的是　　　　(填字母)。 
A.N2O分解反应中,k值与是否含碘蒸气无关
B.第二步对总反应速率起决定作用
C.第二步活化能比第三步小
D.IO为反应的中间产物
解析▶　Ⅰ.(1)CO的燃烧热为283.0 kJ·mol-1,热化学方程式为③2CO(g)+O2(g)2CO2(g)　ΔH=-566.0 kJ·mol-1,根据盖斯定律,③-②得①2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)　HΔ1=-746.5 kJ·mol-1。
(2)反应①为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,NO的体积分数会增大,所以T1>T2。
Ⅱ.(4)碘蒸气存在能大幅度提高N2O的分解速率,根据题中信息,k为有碘蒸气存在时N2O分解速率的速率常数,若没有碘存在,k就没有了意义,因此k的取值与碘蒸气有关,A项错误;第二步反应慢,所以对总反应速率起决定作用,B项正确;第二步反应比第三步反应慢,说明第二步反应活化能大,C项错误;从总反应2N2O(g)2N2(g)+O2(g)来看,IO在反应前后都不存在,其为反应的中间产物,D项正确。
答案▶　(1)-746.5 kJ·mol-1
(2)①>　②A
(3)温度较低时,催化剂的活性偏低　不是　因为该反应为放热反应,根据曲线Ⅱ可知,a点对应温度的平衡脱氮率应该更高
(4)BD
13.(2019年山东济南三模)NOx是空气的主要污染物之一。回答下列问题:
(1)汽车尾气中的NO来自反应:N2(g)+O2(g)2NO(g)。如图表示在不同温度时,一定量NO在分解过程中N2的体积分数随时间的变化。则N2(g)+O2(g)2NO(g)为　　　　(填“吸热”或“放热”)反应。2000 ℃时,向容积为2 L的密闭容器中充入10 mol N2和5 mol O2,发生上述反应,10 min后达到平衡,产生2 mol NO,则10 min内的平均反应速率v(O2)=　　　　mol·L-1·min-1。 

(2)在汽车的排气管上加装催化转化装置可减少NOx的排放。研究表明,NOx的脱除率除与还原剂、催化剂相关外,还取决于催化剂表面氧缺位的密集程度。以La0.8A0.2BCoO3+x(A、B均为过渡元素)为催化剂,用H2还原NO的机理如下:
第一阶段:B4+(不稳定)+H2低价态的金属离子(还原前后催化剂中金属原子的个数不变)
第二阶段:NO(g)+□NO(a)　ΔH1、K1
2NO(a)2N(a)+O2(g)　ΔH2、K2
2N(a)N2(g)+2□　ΔH3、K3
2NO(a)N2(g)+2O(a)　ΔH4、K4
2O(a)O2(g)+2□　ΔH5、K5
注:□表示催化剂表面的氧缺位,g表示气态,a表示吸附态
第一阶段用氢气还原B4+得到低价态的金属离子越多,第二阶段反应的速率越快,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。第二阶段中各反应焓变之间的关系为2ΔH1+ΔH2+ΔH3=　　　　　　　　　　　　　　　　;该温度下,NO脱除反应2NO(g)N2(g)+O2(g)的平衡常数K=　　　　(用K1、K2、K3的表达式表示)。 
(3)工业废气中的NO和NO2可用NaOH溶液吸收。向20 mL 0.1 mol·L-1 NaOH溶液中通入含NO和NO2的废气,溶液pH随气体体积V的变化如图1所示(过程中温度保持不变),B点对应的溶液中c(HNO2)=c(N),则A点对应溶液中=　　　　。 


(4)氨催化还原法也可以消除NO,原理如图2所示,NO最终转化为H2O和　　　　(填电子式);当消耗1 mol NH3和0.5 mol O2时,理论上可消除　　　　L(标准状况)NO。 
解析▶　(1)根据图像可知T,2曲线先到达平衡,反应速率大,温度较高,而温度升高,氮气的体积分数减小,说明升高温度,平衡向正反应方向移动,正反应为吸热反应;N2(g)+O2(g)2NO(g),10 min后达到平衡,产生2 mol NO,则反应掉的氧气为1 mol,10 min内的平均反应速率v(O2)==0.05 mol·L-1·min-1。
(2)还原后催化剂中金属原子的个数不变,价态降低,氧缺位增多,第二阶段反应速率加快;将第二阶段中的已知反应依次编号为①②③④⑤,根据盖斯定律,①×2+②+③得2NO(g)O2(g)+N2(g),①×2+④+⑤得2NO(g)N2(g)+O2(g),即2ΔH1+ΔH2+ΔH3=2ΔH1+ΔH4+ΔH5,因此2NO(g)N2(g)+O2(g)的平衡常数K=(K1)2·K2·K3。
(3)20 mL 0.1 mol·L-1 NaOH溶液中含有0.002 mol NaOH,NO和NO2可用NaOH溶液吸收,发生的反应为NO+NO2+2NaOH2NaNO2+H2O,亚硝酸钠的水解平衡常数Kh=,B点对应溶液中c(HNO2)=c(N),则Kh=c(OH-)==10-10.7,温度不变,Kh不变,A点Kh=,===103.7。
(4)由图2可知反应物为O2、NO和NH3,最终生成物为氮气和水,氮气的电子式为N︙︙;反应中氨气失去电子的物质的量等于NO和氧气得到的电子的总物质的量,1 mol NH3转化为N2失去3 mol电子,0.5 mol O2得到2 mol电子,则NO转化为N2得到的电子为1 mol,所以消除NO的物质的量为0.5 mol,标准状况下的体积为11.2 L。
答案▶　(1)吸热　0.05
(2)还原后催化剂中金属原子的个数不变,价态降低,氧缺位增多,反应速率加快　2ΔH1+ΔH4+ΔH5
(K1)2·K2·K3
(3)103.7
(4N︙︙　11.2
14.(2019年江西名校3月联考)乙醇是重要的化工原料,也是清洁的能源。
(1)工业上,在一定条件下用乙烯水化法制备乙醇。已知热化学方程式如下:
ⅰ.+H2O(g)CH3CH2OH(g)　ΔH1
ⅱ.+H2O(g)CH3CH2OCH2CH3(g)　ΔH2
ⅲ.2CH3CH2OH(g)CH3CH2OCH2CH3(g)+H2O(g)　ΔH3
①几种化学键的键能如下:

化学键





键能/
kJ·mol-1
413
615
463
351
348

　 根据键能计算ΔH1=　　　　kJ·mol-1。 
②在恒容密闭容器中发生反应ⅱ,下列能说明该反应达到平衡的是　　　　(填字母)。 
a.容器中总压强保持不变
b.H2O(g)的消耗速率与CH3CH2OCH2CH3(g)的生成速率相等
c.气体平均摩尔质量保持不变
d.容器中气体密度保持不变
(2)如图所示,甲、乙之间的隔板K和活塞F都可左右移动,甲中充入2 mol A和1 mol B,乙中充入2 mol C和1 mol氦气,此时K停在0处。在一定条件下发生可逆反应:2A(g)+B(g)2C(g);反应达到平衡后,再恢复至原温度。回答下列问题:

①达到平衡时,隔板K最终停留在0刻度左侧某一处,记为a处,则a的取值范围是　　　　。 
②若一开始就将K、F如上图固定,其他条件均不变,达到平衡时甲中A的转化率为b,则乙中C的转化率为　　　　。 
解析▶　(1)①HΔ1=反应物总键能之和-生成物总键能之和=(615+4×413+2×463) kJ·mol-1-(5×413+348+351+463) kJ·mol-1=-34 kJ·mol-1。
②反应ⅱ的正反应气体物质的量减少,随着反应进行,混合气体总物质的量减少,恒容容器中,总压强减小,则容器内总压强保持不变可说明反应达到平衡状态,a项正确;H2O(g)的消耗速率与CH3CH2OCH2CH3(g)的生成速率都属于正反应速率,不能说明反应达到平衡状态,b项错误;气体的总质量保持不变,气体总物质的量减少,则气体的平均摩尔质量逐渐增大,当容器中混合气体的平均摩尔质量保持不变时,反应达到平衡状态,c项正确;在恒容密闭容器中,气体的总质量保持不变,气体的密度始终保
持不变,因此当容器内混合气体密度保持不变时,反应不一定达到平衡状态,d项错误。
(2)①甲、乙之间的隔板K和活塞F都可左右移动,此时甲、乙是恒温恒压容器,根据反应2A(g)+B(g)2C(g)可知,甲中反应达平衡时气体的物质的量减少,乙中反应达到平衡时气体的物质的量增多,当物质的量不变时平衡,此时隔板K、F不再移动;通过观察,当反应未开始时隔板位于0处,每一个格相当于0.5 mol气体。隔板在a处时,甲中的气体为0.5×(6-a) mol,设甲中反应达到平衡时,有x mol B发生反应,则:
　　　　　2A(g)+B(g)2C(g)
开始(mol)　　　2　　　1　　　　0
转化(mol)　　　2x　　 x　　　 2x
平衡(mol)　　2-2x　 1-x　　 2x
则2-2x+1-x+2x=(6-a)×0.5,得0.5a=x。
当B完全反应时,x=1,a取最大,即a=2;当B没有反应时,x=0,a取最小,即a=0;根据可逆反应达到平衡的特点,K停留在0~2之间的某位置。
②若一开始就将K、F固定,则甲、乙为恒温恒容容器,甲中起始充入2 mol A和1 mol B,乙中起始充入2 mol C,达到平衡时为等效平衡,恒温恒容时乙中的氦气对平衡无影响;甲容器中A的转化率为b,则A转化了2b mol,平衡时C为2b mol,乙容器中平衡时含有2b mol的C物质,乙中C的转化率为=1-b。
答案▶　(1)①-34
②ac
(2)①0 ②1-b