新高考化学二轮复习考点提升讲与练专题06 化学反应速率与平衡（专讲）（解析版）

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考点01 化学反应速率及其影响因素1
考点02 化学反应进行的方向与化学平衡状态5
考点03 化学平衡常数9
考点04 化学平衡的移动12
考点05 化学反应原理综合15
考点01 化学反应速率及其影响因素
1．化学反应速率
化学反应速率与化学计量数的关系。对于已知反应mA(g)＋nB(g)===pC(g)＋qD(g)，其化学反应速率可用不同的反应物或生成物来表示，当单位相同时，化学反应速率的数值之比等于方程式中各物质的化学计量数之比，即v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝m∶n∶p∶q。
2．影响化学反应速率的因素
(1)内因
反应物本身的性质是影响化学反应速率的主要因素。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(其他条件不变，只改变一个条件)
3．理论解释——有效碰撞理论
(1)活化分子：能够发生有效碰撞的分子。
(2)活化能：如图
图中：E1为正反应的活化能，使用催化剂时的活化能为E3，E2为逆反应的活化能，反应热为E1－E2。
(3)有效碰撞：活化分子之间能够引发化学反应的碰撞。
活化分子、有效碰撞与反应速率的关系。
【典例1】甲烷水蒸气催化重整是制备高纯氢的方法之一，反应为CH4(g)+H2O(g)⇌CO(g)+3H2(g)。在不同温度下，向a、b两个恒温恒容的密闭容器中均通入1.1ml CH4(g)和1.1ml H2O(g)，测得容器a中CO物质的量、容器b中H2物质的量随时间的变化曲线如图所示(已知容器a、b的体积为2L)。下列说法正确的是 ( )
A．该反应为放热反应
B．两容器达到平衡时，b容器中CO的体积分数大于a容器
C．a容器前4min用CH4表示的平均反应速率为0.125ml/(L∙min)
D．a容器达到平衡后，再充入1.1ml CH4(g)和1mlCO(g)，此时v正＜v逆
【答案】C
【解析】已知在a、b两个恒温、恒容的密闭容器中，充入相同量的甲烷和水，生成氢气的计量数是CO的3倍，结合图像可知，b为H2(g)的图像，其转化为CO(g)时，物质的量为0.6ml；a为CO(g)的图像，a达到平衡所用的时间比b段，则a的温度高于b，升高温度，CO的物质的量增大，即平衡正向移动，故正反应为吸热反应。分析可知，该反应为吸热反应，A说法错误；分析可知，b表示H2(g)的图像，其转化为CO(g)时，达到平衡时，物质的量为0.6ml，a容器中两容器达到平衡时，b容器中CO的体积分数小于a容器，B说法错误；根据图像，a容器前4min CO的物质的量为1.0ml，用CH4表示的平均反应速率为=0.125ml/(L∙min)，C说法正确；a容器达到平衡时，
再充入1.1ml CH4(g)和1mlCO(g)，K=＞Qc=，平衡正向移动，v正＞v逆，D说法错误；答案为C。
【变式1-1】（2022·湖南株洲市高三一模）利用现代传感技术探究压强对 2NO2(g) N2O4(g)平衡移动的影响。在恒定温度和标准压强条件下，往针筒中充入一定体积的 NO2 气体后密封并保持活塞位置不变。分别在 t1、t2 时迅速移动活塞后并保持活塞位置不变，测定针筒内气体压强变化如图所示。下列分析中不正确的是( )
A．t1 时移动活塞，使容器体积增大
B．在 B、E 两点，对应的正反应速率：v(B)>v(E)
C．图中除 A、C、F 点外，其他点均为平衡状态
D．在 E，F，H 三点中，H 点的气体平均相对分子质量最大
【答案】C
【解析】由图可知，t1 时移动活塞，针筒内气体压强迅速减小，说明针筒的体积增大，故A正确；针筒内气体压强越强越大，化学反应速率越大，由图可知，B点压强大于E点，则对应的正反应速率：v(B)>v(E)，故B正确；由图可知，除 A、C、F 点外，G点也没有达到平衡，故C错误；由质量守恒定律可知，E，F，H 三点中气体的质量相同，由图可知，t2 时移动活塞，针筒内气体压强迅速增大，说明针筒的体积减小，增大压强，平衡向正反应方向移动，混合气体的物质的量减小，则E，F，H 三点中，H 点的气体物质的量最小，平均相对分子质量最大，故D正确；故选C。
【变式1-2】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Mn 2+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
【答案】D
【解析】A项，浓度对反应速率的影响是浓度越大，反应速率越快，错误；B项，NaOH浓度越大，即pH越大，H2O2分解速率越快，错误；C项，由图，Mn2＋存在时，0.1 ml·L－1的NaOH时H2O2的分解速率比1 ml·L－1的NaOH时快，错误；D项，由图可知，碱性条件下，Mn2＋存在时，H2O2分解速率快，正确。
【变式1-3】在一密闭容器中充入1 ml H2和1 ml I2，压强为p(Pa)，并在一定温度下使其发生反应：H2(g)＋I2(g) 2HI(g) ΔH<0，下列说法正确的是( )
A.保持容器容积不变，向其中加入1 ml H2(g)，反应速率一定加快
B.保持容器容积不变，向其中加入1 ml N2(N2不参加反应)，反应速率一定加快
C.保持容器内气体压强不变，向其中加入1 ml N2(N2不参加反应)，反应速率一定加快
D.保持容器内气体压强不变，向其中加入1 ml H2(g)和1 ml I2(g) ，再次平衡时反应速率一定加快
【答案】A
【解析】增加反应物的浓度，反应速率加快，A项正确；加入氮气，因为容器体积不变，反应体系中各气体的浓度不变，故反应速率不变，B项错误；保持压强不变，加入氮气，容器体积增大，反应体系中各气体的浓度减小，反应速率减小，C项错误；保持压强不变，再次充入1 ml H2(g)和1 ml I2(g)，则容器容积增大为原来的2倍，再次平衡反应体系中各气体的浓度不变，反应速率不变，D项错误。
【变式1-4】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
【解析】A．对于任何化学反应，体系温度升高，均可加快反应速率，A项正确；B．由于高温高压液态水中，c(H+)和c(OH−)增大，油脂水解向右移动的倾向变大，因而油脂与水的互溶能力增强，反应速率加快，B项正确；C．油脂在酸性条件下水解，以H+做催化剂，加快水解速率，因而高温高压液态水中，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，C项正确；D．高温高压液态水中的油脂水解，其水环境仍呈中性，因而不能理解成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，而是以体系升温、增加水和油脂的互溶以及提高水中H+浓度的方式，促进油脂的水解，D项不正确。故选D。
考点02 化学反应进行的方向与化学平衡状态
1．自发过程
(1)含义
在一定条件下，不需要借助外力作用就能自动进行的过程。
(2)特点
①体系趋向于从高能状态转变为低能状态(体系对外部做功或释放热量)。
②在密闭条件下，体系有从有序转变为无序的倾向性(无序体系更加稳定)。
2．化学反应方向
(1)判据
(2)一般规律：
①ΔH<0，ΔS>0的反应任何温度下都能自发进行；
②ΔH>0，ΔS<0的反应任何温度下都不能自发进行；
③ΔH和ΔS的作用相反，且相差不大时，温度对反应的方向起决定性作用。当ΔH<0，ΔS<0时低温下反应能自发进行；当ΔH>0，ΔS>0时，高温下反应能自发进行。
说明：对于一个特定的气相反应，熵变的大小取决于反应前后的气体物质的化学计量数大小。
2．化学平衡状态的判断
(1)原则
“体系中一个变化的物理量到某一时刻不再变化”，这个物理量可作为平衡状态的“标志”。
(2)等速标志
v正＝v逆是化学平衡状态的本质特征，对于等速标志的理解，要注意以下两个方面的内容：
①用同一种物质来表示反应速率时，该物质的生成速率与消耗速率相等。
②用不同种物质来表示反应速率时必须符合两方面：a.表示两个不同的方向；b.速率之比＝浓度的变化量之比＝物质的量的变化量之比＝化学计量数之比。
(3)浓度标志
反应混合物中各组分的浓度不变是平衡状态的宏观表现，可逆反应中各组分的物质的量、浓度、百分含量、气体的体积分数一定时，可逆反应达到平衡状态。
(4)混合气体的平均相对分子质量(eq \x\t(M))标志
①当反应物与生成物均为气体时：对于反应前后气体分子数不等的反应，eq \x\t(M)为定值可作为反应达到平衡状态的标志；对于反应前后气体分子数相等的反应，eq \x\t(M)为定值不能作为反应达到平衡状态的标志。
②若有非气体参与，无论反应前后气体的分子数是否相等，eq \x\t(M)为定值一定可作为反应达到平衡状态的标志。
(5)混合气体的密度(ρ)标志
①当反应物与生成物均为气体时：在恒容条件下，无论反应前后气体分子数是否相等，ρ为定值，不能作为反应达到平衡状态的标志；在恒压条件下，对于反应前后气体分子数相等的反应，ρ为定值，不能作为反应达到平衡状态的标志，对于反应前后气体分子数不等的反应，ρ为定值，可作为反应达到平衡状态的标志。
②当有非气体物质参与反应时：对于恒容体系，ρ为定值，可作为反应达到平衡状态的标志。
(6)混合气体的压强标志
因为恒容、恒温条件下，气体的物质的量n(g)越大则压强p就越大，则无论各成分是否均为气体，只需要考虑Δn(g)。对于Δn(g)＝0的反应，当p为定值时，不能作为反应达到平衡状态的标志；对于Δn(g)≠0的反应，当p为定值时，可作为反应达到平衡状态的标志。
【典例2】(2022•浙江省杭州地区及周边重点中学高三联考)恒温恒压下，下列过程一定不能自发进行的是( )
A．2H2O(l)＋O2(g)2H2O2(l)B．CaO(s)＋CO2(g) CuCO3(s)
C．2N2O5(g) 4NO2 (g)+O2 (g) D．2Cl2(g)+2H2O(g) 4HCl(g)+O2(g)
【答案】A
【解析】A项，随着反应的进行，气体的物质的量减少，△S<0，又△H>0，故不能自发进行，A正确；B项，随着反应的进行，气体的物质的量减少，△S<0，又△H<0，故低温可自发进行，B错误；C项，随着反应的进行，气体的物质的量增多，△S>0，又AH<0，故可自发进行，C错误；D项，随着反应的进行，气体的物质的量减少，△S>0，又△H>0，故较高温可自发进行，D错误；故选A。
【变式2-1】反应可用于纯硅的制备。下列有关该反应的说法正确的是( )
A．该反应 、
B．该反应的平衡常数
C．高温下反应每生成1 ml Si需消耗
D．用E表示键能，该反应
【答案】B
【解析】A项，SiCl4、H2、HCl为气体，且反应前气体系数之和小于反应后气体系数之和，因此该反应为熵增，即△S>0，故A错误；B项，根据化学平衡常数的定义，该反应的平衡常数K=，故B正确；C项，题中说的是高温，不是标准状况下，因此不能直接用22．4L·ml－1计算，故C错误；D项，△H=反应物键能总和－生成物键能总和，即△H=4E(Si－Cl)＋2E(H－H)－4E(H－Cl) －2E(Si－Si)，故D错误；故选B。
【变式2-2】(2022•浙江省余姚市慈溪市高三适应性测试)相同温度和压强下，关于物质熵的大小比较，不合理的是( )
A．31g白磷(s)＜ 31g红磷(s)B．1 mlH2(g) ＜ 2 mlH2(g)
C．1ml H2O(s)＜ 1mlH2O(l)D．1mlH2S(g) ＞ 1mlH2O(g)
【答案】A
【解析】A项，在隔绝空气条件下,白磷加热到260℃时会转化为红磷；红磷加热到416℃时就升华,其蒸气冷却后变成白磷，说明红磷能自发的转化成白磷，所以白磷的熵要大于红磷，故A错误；B项，气态分子数越多，熵值越大，故B正确；C项，一般情况下，相同的物质的量的固体状态的熵值最小，液体其次，气体的熵值最大，故C正确；D项，硫化氢和水蒸气的物质的量相同，而且都是气态，原子数相同，但硫化氢的摩尔质量大，所以硫化氢的熵值要大于水蒸气的，故D正确；故选A。
【变式2-3】(2022·湖北省部分学校高三质量检测)反应进行的方向是化学反应原理的三个重要组成部分之一、下列说法中正确的是( )
A．，的反应一定可以自发进行
B．根据反应的自发性可以预测该反应发生的快慢
C．可逆反应正向进行时，正反应具有自发性，一定小于零
D．常温下，反应C(s)+ CO2(g)2CO(g)不能自发进行，该反应的ΔH＞0
【答案】D
【解析】A项，ΔG＜0，反应自发进行，由ΔG =ΔH -TΔS可知，若ΔH＞0，ΔS＞0，则在低温下ΔG可能大于0，反应非自发，A项错误；B项，反应的自发性只能判断反应的方向，不能确定反应的快慢，B项错误；C项，可逆反应正向进行时，由ΔG =ΔH -TΔS可知，若ΔH＞0，ΔS＞0且高温条件下正反应具有自发性，C项错误；D项，ΔH -TΔS＞0，反应非自发进行，反应ΔS＞0，满足ΔH -TΔS＞0，则ΔH＞0，D项正确；故选D。
考点03 化学平衡常数
1．化学平衡常数
(1)概念：
在一定温度下，当一个可逆反应达到化学平衡时，生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值是一个常数，用符号K表示。
(2)表达式：对于反应mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)，K＝eq \f(cp（C）·cq（D）,cm（A）·cn（B）)。
实例：
(3)意义：
①K值越大，正反应进行的程度越大，反应物的转化率越大。
②K只受温度影响，与反应物或生成物的浓度变化无关，吸热反应，升高温度，K增大，放热反应，升高温度，K减小。
2．平衡转化率
对于上例反应中A(g)的平衡转化率可表示为：
α(A)＝eq \f(c0（A）－c平（A）,c0（A）)×100%{c0(A)代表A的初始浓度，c平(A)代表A的平衡浓度}。
【典例3】CH4与CO2重整生成H2和CO的过程中主要发生下列反应
在恒压、反应物起始物质的量比条件下，CH4和CO2的平衡转化率随温度变化的曲线如图所示。下列有关说法正确的是 （ ）
A. 升高温度、增大压强均有利于提高CH4的平衡转化率
B. 曲线B表示CH4的平衡转化率随温度的变化
C. 相同条件下，改用高效催化剂能使曲线A和曲线B相重叠
D. 恒压、800K、n(CH4)：n(CO2)=1:1条件下，反应至CH4转化率达到X点的值，改变除温度外的特定条件继续反应，CH4转化率能达到Y点的值
【答案】BD
【解析】甲烷和二氧化碳反应是吸热反应，升高温度，平衡向吸热反应即正向移动，甲烷转化率增大，甲烷和二氧化碳反应是体积增大的反应，增大压强，平衡逆向移动，甲烷转化率减小，故A错误；根据两个反应得到总反应为CH4(g)＋2CO2(g)===H2(g)＋3CO(g) ＋H2O (g)，加入的CH4与CO2物质的量相等，CO2消耗量大于CH4，因此CO2的转化率大于CH4，因此曲线B表示CH4的平衡转化率随温度变化，故B正确；使用高效催化剂，只能提高反应速率，但不能改变平衡转化率，故C错误；800K时甲烷的转化率为X点，可以通过改变二氧化碳的量来提高甲烷的转化率达到Y点的值，故D正确。综上所述，答案为BD。
【变式3-1】（2022·福建漳州市高三一模）温度为T1时，在容积为10 L的恒容密闭容器充入一定量的M (g)和N (g)，发生反应。反应过程中的部分数据如表所示，下列说法正确的是（ ）
A．T2时该反应的化学平衡常数为0.64，则T1＞T2
B．0-5 min内，用M表示的平均反应速率为0.4 ml∙L-1∙min-1
C．该反应在第8 min时v逆＞v正
D．当M、N的转化率之比保持不变时，可判断该反应达到平衡状态
【答案】A
【解析】根据表格信息，可列三段式：，再结合10min时的数据可知温度为T1时，反应在5min时已达到平衡，在该温度下的平衡常数为：，由此解答。该反应为吸热反应，升高温度，平衡正向进行，平衡常数增大，已知T1时该反应的化学平衡常数为0.8，T2时该反应的化学平衡常数为0.64，故T1＞T2，A正确；根据三段式可知，0-5 min内，用M表示的平均反应速率为，B错误；根据分析可知，反应在5min时达到平衡状态，故在第8 min时v逆＝v正，C错误；根据反应方程式M、N的化学计量数之比可知，二者的转化率之比始终保持不变，是个定值，故D错误；答案选A。
【变式3-2】（2022·河北石家庄高三模拟）在恒容密闭容器中充入气体和，发生反应 ，所得实验数据如表所示。下列说法正确的是 ( )
A．上述反应的
B．时测得①中，则内
C．500℃时，该反应的平衡常数
D．实验③中反应达到平衡时，的转化率小于20％
【答案】D
【解析】由实验①和实验②中数据可知，升高温度，平衡时C的物质的量减少，说明平衡逆向移动，则正反应为放热反应，，选项A错误；D是固体，故不能用D的浓度变化来表示反应速率，选项B错误；
500℃时，由实验②可知反应达到平衡状态时，c(C)==0.04ml/L，c(A)==0.16ml/L，c(B)==0.01ml/L，K=，选项C错误；实验②与实验③的温度相同，容器的容积相同，而实验③反应物的用量恰好是实验②的一半，即相当于减压，减压使平衡向气体分子数增大的方向移动，所以实验③中反应达到平衡后，反应物的转化率小于实验②(实验②中的平衡转化率为20％)，选项D正确。答案选D。
考点04 化学平衡的移动
1．化学平衡的移动
平衡移动就是由一个“平衡状态→不平衡状态→新平衡状态”的过程。一定条件下的平衡体系，条件改变后，平衡可能发生移动，如下所示：
2．化学平衡移动与化学反应速率的关系
v正>v逆，平衡向正反应方向移动；
v正＝v逆，反应达到平衡状态，不发生平衡移动 ；
v正3．影响化学平衡的因素
(1)若其他条件不变，改变下列条件对化学平衡的影响如下：
(2)通过图像分析影响化学平衡移动的因素
某温度下，在密闭容器中SO2、O2、SO3三种气态物质建立化学平衡后，改变条件对反应2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g) ΔH<0的正、逆反应速率的影响如图所示：
①加催化剂对反应速率影响的图像是C(填字母，下同)，平衡不移动。
②升高温度对反应速率影响的图像是A，平衡向逆反应方向移动。
③增大反应容器体积对反应速率影响的图像是D，平衡向逆反应方向移动。
④增大O2的浓度对反应速率影响的图像是B，平衡向正反应方向移动。
4．勒夏特列原理
如果改变影响化学平衡的条件之一(如温度、压强、以及参加反应的化学物质的浓度)，平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动。
【典例4】已知2NO2(g)N2O4(g)△H<0。下列说法正确的是( )
A．1ml混合气体含有1mlN原子
B．完全断开2mlNO2分子中的共价键所吸收的热量比完全断开1mlN2O4分子中的共价键所吸收的热量多
C．将气体体积压缩至一半，气体颜色变深是因为平衡发生了移动
D．将气体温度升高，气体颜色会变深
【答案】D
【解析】A项，1mlNO2含有1mlN原子，1mlN2O4含有2mlN原子，现为可逆反应，为NO2和N2O4的混合气体，A错误；B项，反应2NO2(g)N2O4(g)为放热反应，故完全断开2mlNO2分子中的共价键所吸收的热量比完全断开1mlN2O4分子中的共价键所吸收的热量少，B错误；C项，气体体积压缩至一半，颜色变深是因为体积减小，浓度变大引起的，C错误；D项，温度升高，平衡逆向移动，颜色加深，D正确；故选D。
【变式4-1】(2022•海南选择性考试)制备水煤气的反应C (s)＋H2O(l)CO(g)＋H2(g) △H＞0，下列说法正确的是( )
A．该反应
B．升高温度，反应速率增大
C．恒温下，增大总压，H2O(g)的平衡转化率不变
D．恒温恒压下，加入催化剂，平衡常数增大
【答案】B
【解析】A项，该反应的正反应是气体体积增大的反应，所以△S＞0，A错误；B项，升高温度，物质的内能增加，分子运动速率加快，有效碰撞次数增加，因此化学反应速率增大，B正确；C项，恒温下，增大总压，化学平衡向气体体积减小的逆反应方向移动，使H2O(g)的平衡转化率减小，C错误；D项，恒温恒压下，加入催化剂，化学平衡不移动，因此化学平衡常数不变，D错误；故选B。
【变式4-2】将等物质的量的N2、H2气体充入某密闭容器中，在一定条件下，发生如下反应并达到平衡：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH＜0。当改变某个条件并维持新条件直至新的平衡时，下表中关于新平衡与原平衡的比较正确的是( )
【答案】B
【解析】A项，正反应是气体体积减小的反应，依据勒夏特列原理可知增大压强平衡向正反应方向移动，但氮气的浓度仍然比原平衡大，不正确；B项，正反应是放热反应，则升高温度平衡向逆反应方向移动，氮气的转化率降低，正确；C项，充入一定量的氢气，平衡向正反应方向移动，氮气的转化率增大，而氢气的转化率降低，不正确；D项，催化剂只能改变反应速率而不能改变平衡状态，不正确，答案选B。
【变式4-3】(2022·辽宁省丹东市五校高三联考)NO2和N2O2存在平衡：2NO2 (g)N2O4(g) ΔH＜0。下列分析错误的是( )
A．断裂2mlNO2(g)中的共价键需能量小于断裂1mlN2O4(g)中的共价键所需能量
B．1ml平衡混合气体中含N原子的物质的量大于1ml
C．恒容升温，由于平衡逆向移动导致气体颜色变深
D．恒温时，缩小容积，气体颜色变深是平衡正向移动导致的
【答案】D
【解析】项，该反应为放热反应，反应物的总能量大于生成物的总能量，则断裂2mlNO2(g)中的共价键需能量小于断裂1mlN2O4(g)中的共价键所需能量，故A正确；B项，平衡混合气体中含有二氧化氮和四氧化二氮，1ml二氧化氮中含有1ml氮原子，1ml四氧化二氮中含有2ml氮原子，则1ml二氧化氮和四氧化二氮混合气体中氮原子的物质的量一定大于1ml，故B正确；C项，该反应为放热反应，恒容条件下升高温度，平衡向逆反应方向移动，混合气体颜色变深，故C正确；D项，该反应为气体体积增大的反应，恒温时，缩小容积，混合气体浓度增大，气体颜色变深，气体压强增大，增大压强，平衡向正反应方向移动，气体颜色变浅，则恒温时，缩小容积，气体颜色变深是混合气体浓度增大导致的，故D错误；故选D。
题型05 化学反应原理综合
【典例5】硫酸是一种重要的基本化工产品，接触法制硫酸生产中的关键工序是SO2的催化氧化：SO2(g)+O2(g)SO3(g) ΔH=−98 kJ·ml−1。回答下列问题：
(1)钒催化剂参与反应的能量变化如图所示，V2O5(s)与SO2(g)反应生成VOSO4(s)和V2O4(s)的热化学方程式为：_______________________________________。
(2)当SO2(g)、O2(g)和N2(g)起始的物质的量分数分别为7.5%、10.5%和82%时，在0.5MPa、2.5MPa和5.0MPa压强下，SO2平衡转化率α随温度的变化如图所示。反应在5.0MPa、550℃时的α=__________，判断的依据是______________________。影响α的因素有____________________________。
(3)将组成(物质的量分数)为2m% SO2(g)、m% O2(g)和q% N2(g)的气体通入反应器，在温度t、压强p条件下进行反应。平衡时，若SO2转化率为α，则SO3压强为___________，平衡常数Kp=___________(以分压表示，分压=总压×物质的量分数)。
(4)研究表明，SO2催化氧化的反应速率方程为：v=k(−1)0.8(1−nα')。式中：k为反应速率常数，随温度t升高而增大；α为SO2平衡转化率，α'为某时刻SO2转化率，n为常数。在α'=0.90时，将一系列温度下的k、α值代入上述速率方程，得到v~t曲线，如图所示。
曲线上v最大值所对应温度称为该α'下反应的最适宜温度tm。ttm后，v逐渐下降。原因是__________________________。
【答案】 (1)2V2O5(s)+ 2SO2(g)⇌ 2VOSO4(s)+ V2O4(s) ∆H= -351 kJ∙ml-1
(2)0.975 该反应气体分子数减少，增大压强，α提高。所以，该反应在550℃、压强为5.0MPa＞2.5MPa＝p２的，所以p1=5.0MPa 反应物（N2和O2）的起始浓度（组成）、温度、压强

升高温度，k增大使v逐渐提高，但α降低使v逐渐下降。当t＜tm，k增大对v的提高大于α引起的降低；当t＞tm，k增大对v的提高小于α引起的降低
【解析】根据盖斯定律，用已知的热化学方程式通过一定的数学运算，可以求出目标反应的反应热；根据压强对化学平衡的影响，分析图中数据找到所需要的数据；根据恒压条件下总压不变，求出各组分的分压，进一步可以求出平衡常数；根据题中所给的速率公式，分析温度对速率常数及二氧化硫的转化率的影响，进一步分析对速率的影响。
(1)由题中信息可知：
①SO2(g)+O2(g)⇌SO3(g) ∆H= -98kJ∙ml-1
②V2O4(s)+ SO3(g)⇌V2O5(s)+ SO2(g) ∆H2= -24kJ∙ml-1
③V2O4(s)+ 2SO3(g)⇌2VOSO4(s) ∆H1= -399kJ∙ml-1
根据盖斯定律可知，③-②2得2V2O5(s)+ 2SO2(g)⇌ 2VOSO4(s)+ V2O4(s)，则∆H= ∆H1-2∆H2=( -399kJ∙ml-1)-( -24kJ∙ml-1)2= -351kJ∙ml-1，所以该反应的热化学方程式为：2V2O5(s)+ 2SO2(g)⇌ 2VOSO4(s)+ V2O4(s) ∆H= -351 kJ∙ml-1；
(2) SO2(g)+O2(g)⇌SO3(g)，该反应是一个气体分子数减少的放热反应，故增大压强可以使化学平衡向正反应方向移动。因此，在相同温度下，压强越大，SO2的平衡转化率越大，所以，该反应在550℃、压强为5.0MPa条件下，SO2的平衡转化率一定高于相同温度下、压强为2.5MPa的，因此，p1=5.0MPa，由图中数据可知，α=0.975。影响α的因素就是影响化学平衡移动的因素，主要有反应物（N2和O2）的浓度、温度、压强等。
(3)假设原气体的物质的量为100ml，则SO2、O2和N2的物质的量分别为2m ml、m ml和q ml，2m+m+q=3m+q=100，SO2的平衡转化率为α，则有下列关系：
平衡时气体的总物质的量为n(总)= 2m(1-α)+m(1-α)+2mαml+q ml，则SO3的物质的量分数为。该反应在恒压容器中进行，因此，SO3的分压p(SO3)=，p(SO2)=，p(O2)=，在该条件下，SO2(g)+ O2(g)⇌2SO3(g) 的Kp=。
(4) 由于该反应是放热反应，温度升高后α降低。由题中信息可知，v=，升高温度，k增大使v逐渐提高，但α降低使v逐渐下降。当t＜tm，k增大对v的提高大于α引起的降低；当t＞tm，k增大对v的提高小于α引起的降低。
【变式5-1】天然气的主要成分为CH4，一般还含有C2H6等烃类，是重要的燃料和化工原料。
(1)乙烷在一定条件可发生如下反应：C2H6(g)= C2H4(g)+H2(g) ΔH，相关物质的燃烧热数据如下表所示：
①ΔH=_________kJ·ml−1。
②提高该反应平衡转化率的方法有_________、_________。
③容器中通入等物质的量的乙烷和氢气，在等压下(p)发生上述反应，乙烷的平衡转化率为α。反应的平衡常数Kp=_________(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数)。
(2)高温下，甲烷生成乙烷的反应如下：2CH4C2H6+H2。反应在初期阶段的速率方程为：r=k×，其中k为反应速率常数。
①设反应开始时的反应速率为r1，甲烷的转化率为α时的反应速率为r2，则r2=_____ r1。
②对于处于初期阶段的该反应，下列说法正确的是_________。
A．增加甲烷浓度，r增大 B．增加H2浓度，r增大
C．乙烷的生成速率逐渐增大 D．降低反应温度，k减小
(3)CH4和CO2都是比较稳定的分子，科学家利用电化学装置实现两种分子的耦合转化，其原理如下图所示：
①阴极上的反应式为_________。
②若生成的乙烯和乙烷的体积比为2∶1，则消耗的CH4和CO2体积比为_________。
【答案】 (1) ①137 ②升高温度 减小压强(增大体积) ③
（2）①1－α ② AD (3) ①CO2+2e−=CO+O2− ② 6∶5
【解析】
(1)①由表中燃烧热数值可知：
①C2H6(g)+O2(g)=2CO2(g) +3H2O(l) ∆H1= -1560kJ∙ml-1；②C2H4(g)+3O2(g)=2CO2(g) +2H2O(l) ∆H2= -1411kJ∙ml-1；③H2(g)+O2(g)=H2O(l) ∆H3= -286kJ∙ml-1；根据盖斯定律可知，①-②-③得C2H6(g) =C2H4(g) + H2(g)，则∆H= ∆H1-∆H2-∆H3=( -1560kJ∙ml-1)-( -1411kJ∙ml-1)- ( -286kJ∙ml-1)=137kJ∙ml-1，故答案为137；
②反应C2H6(g) C2H4(g) + H2(g)为气体体积增大的吸热反应，升高温度、减小压强平衡都向正反应方向移动，故提高该反应平衡转化率的方法有升高温度、减小压强（增大体积）；
③设起始时加入的乙烷和氢气各为1ml，列出三段式，
C2H6(g) C2H4(g) + H2(g)
起始（ml） 1 0 1
转化（ml） α α α
平衡（ml） 1-α α 1+α
平衡时，C2H6、C2H4和H2平衡分压分别为p、p和p，则反应的平衡常数为Kp=；
(2) ①根据r=k×，若r1= kc，甲烷转化率为α时，甲烷的浓度为c(1-α)，则r2= kc(1-α)，所以r2=(1-α)r1；
②增大反应物浓度反应速率增大，故A说法正确；由速率方程可知，初期阶段的反应速率与氢气浓度无关，故B说法错误；反应物甲烷的浓度逐渐减小，结合速率方程可知，乙烷的生成速率逐渐减小，故C说法错误；化学反应速率与温度有关，温度降低，反应速率常数减小，故D正确。答案选AD。
(3) ①由图可知，CO2在阴极得电子发生还原反应，电极反应为CO2+2e-=CO+O2-；②令生成乙烯和乙烷分别为2体积和1体积，根据阿伏加德罗定律，同温同压下，气体体积比等于物质的量之比，再根据得失电子守恒，得到发生的总反应为：6CH4+5CO2=2C2H4+ C2H6+5H2O+5CO，即消耗CH4和CO2的体积比为6:5。
1．（2022·广东卷）恒容密闭容器中，在不同温度下达平衡时，各组分的物质的量(n)如图所示。下列说法正确的是
A．该反应的
B．a为随温度的变化曲线
C．向平衡体系中充入惰性气体，平衡不移动
D．向平衡体系中加入，H2的平衡转化率增大
【答案】C
【解析】A．从图示可以看出，平衡时升高温度，氢气的物质的量减少，则平衡正向移动，说明该反应的正反应是吸热反应，即ΔH＞0，故A错误；
B．从图示可以看出，在恒容密闭容器中，随着温度升高氢气的平衡时的物质的量减少，则平衡随着温度升高正向移动，水蒸气的物质的量增加，而a曲线表示的是物质的量不随温度变化而变化，故B错误；
C．容器体积固定，向容器中充入惰性气体，没有改变各物质的浓度，平衡不移动，故C正确；
D．BaSO4是固体，向平衡体系中加入BaSO4，不能改变其浓度，因此平衡不移动，氢气的转化率不变，故D错误；
故选C。
2．（2022·广东卷）在相同条件下研究催化剂I、Ⅱ对反应的影响，各物质浓度c随反应时间t的部分变化曲线如图，则
A．无催化剂时，反应不能进行
B．与催化剂Ⅰ相比，Ⅱ使反应活化能更低
C．a曲线表示使用催化剂Ⅱ时X的浓度随t的变化
D．使用催化剂Ⅰ时，内，
【答案】D
【解析】A．由图可知，无催化剂时，随反应进行，生成物浓度也在增加，说明反应也在进行，故A错误；
B．由图可知，催化剂I比催化剂II催化效果好，说明催化剂I使反应活化能更低，反应更快，故B错误；
C．由图可知，使用催化剂II时，在0~2min 内Y的浓度变化了2.0ml/L，而a曲线表示的X的浓度变化了2.0ml/L，二者变化量之比不等于化学计量数之比，所以a曲线不表示使用催化剂II时X浓度随时间t的变化，故C错误；
D．使用催化剂I时，在0~2min 内，Y的浓度变化了4.0ml/L，则(Y) ===2.0，(X) =(Y) =2.0=1.0，故D正确；
答案选D。
3．（2022·浙江卷）恒温恒容的密闭容器中，在某催化剂表面上发生氨的分解反应：，测得不同起始浓度和催化剂表面积下氨浓度随时间的变化，如下表所示，下列说法不正确的是
A．实验①，，
B．实验②，时处于平衡状态，
C．相同条件下，增加氨气的浓度，反应速率增大
D．相同条件下，增加催化剂的表面积，反应速率增大
【答案】C
【解析】A．实验①中，0~20min，氨气浓度变化量为2.4010-3ml/L-2.0010-3ml/L=4.0010-4ml/L，v(NH3)==2.0010-5ml/(L·min)，反应速率之比等于化学计量数之比，v(N2)=v(NH3)=1.0010-5ml/(L·min)，A正确；
B．催化剂表面积大小只影响反应速率，不影响平衡，实验③中氨气初始浓度与实验①中一样，实验③达到平衡时氨气浓度为4.0010-4ml/L，则实验①达平衡时氨气浓度也为4.0010-4ml/L，而恒温恒容条件下，实验②相对于实验①为减小压强，平衡正向移动，因此实验②60min时处于平衡状态，x<0.4，即x≠0.4，B正确；
C．实验①、实验②中0~20min、20min~40min氨气浓度变化量都是4.0010-4ml/L，实验②中60min时反应达到平衡状态，实验①和实验②催化剂表面积相同，实验①中氨气初始浓度是实验②中氨气初始浓度的两倍，实验①60min时反应未达到平衡状态，相同条件下，增加氨气浓度，反应速率并没有增大，C错误；
D．对比实验①和实验③，氨气浓度相同，实验③中催化剂表面积是实验①中催化剂表面积的2倍，实验③先达到平衡状态，实验③的反应速率大，说明相同条件下，增加催化剂的表面积，反应速率增大，D正确；
答案选C。
4．（2022·浙江卷）关于反应，达到平衡后，下列说法不正确的是
A．升高温度，氯水中的减小
B．氯水中加入少量醋酸钠固体，上述平衡正向移动，增大
C．取氯水稀释，增大
D．取两份氯水，分别滴加溶液和淀粉KI溶液，若前者有白色沉淀，后者溶液变蓝色，可以证明上述反应存在限度
【答案】D
【解析】A．HClO受热易分解，升高温度，HClO分解，平衡正向移动，c(HClO)减小，A正确；
B．氯水中加入少量醋酸钠固体，醋酸根离子和氢离子结合生成醋酸分子，氢离子浓度减小，平衡正向移动，c(HClO)增大，B正确；
C．氯水稀释，平衡正向移动，而c(HClO)和c(Cl-)均减小，但HClO本身也存在电离平衡HClO⇌H++ClO-，稀释促进了HClO的电离，使c(HClO)减少更多，因此增大，C正确；
D．氯水中加硝酸银产生白色沉淀，证明溶液中有氯离子，氯水中加淀粉碘化钾溶液，溶液变蓝，证明生成了碘单质，溶液中有强氧化性的物质，而氯气和次氯酸都有强氧化性，不能证明反应物和生成物共存，即不能证明上述反应存在限度，D错误；
答案选D。
5．（2022·湖南卷）向体积均为1L的两恒容容器中分别充入和发生反应：，其中甲为绝热过程，乙为恒温过程，两反应体系的压强随时间的变化曲线如图所示。下列说法正确的是
A．B．气体的总物质的量：
C．a点平衡常数：D．反应速率：
【答案】B
【解析】A．甲容器在绝热条件下，随着反应的进行，压强先增大后减小，根据理想气体状态方程PV=nRT可知，刚开始压强增大的原因是因为容器温度升高，则说明上述反应过程放热，即＜0，故A错误；
B．根据A项分析可知，上述密闭溶液中的反应为放热反应，图中a点和c点的压强相等，因甲容器为绝热过程，乙容器为恒温过程，若两者气体物质的量相等，则甲容器压强大于乙容器压强，则说明甲容器中气体的总物质的量此时相比乙容器在减小即气体总物质的量：na＜nc，故B正确；
C．a点为平衡点，此时容器的总压为p，假设在恒温恒容条件下进行，则气体的压强之比等于气体的物质的量（物质的量浓度）之比，所以可设Y转化的物质的量浓度为xml∙L−1，则列出三段式如下：，则有，计算得到x=0.75，那么化学平衡常数K=，又甲容器为绝热条件，等效为恒温条件下升温，平衡逆向移动，则平衡常数减小即平衡常数K＜12，故C错误；
D．根据图像可知，甲容器达到平衡的时间短，温度高，所以达到平衡的速率相对乙容器的快，即Va正＞Vb正，故D错误。
综上所述，答案为B。
化学方程式
平衡常数
关系式
N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)
K1＝eq \f(c2（NH3）,c（N2）·c3（H2）)
K2＝eq \r(K1)
(或Keq \s\up6(\f(1,2))1)
K3＝eq \f(1,K1)
eq \f(1,2)N2(g)＋eq \f(3,2)H2(g) NH3(g)
K2＝eq \f(c（NH3）,c\s\up6(\f(1,2))（N2）·c\s\up6(\f(3,2))（H2）)
2NH3(g) N2(g)＋3H2(g)
K3＝eq \f(c（N2）·c3（H2）,c2（NH3）)
t/min
0
5
10
n(M)/ ml
6.0
4.0
n(N)/ ml
3.0
1.0
实验编号
温度/℃
起始
起始
平衡
①
300
②
500
③
500
改变的条件(其他条件不变)
化学平衡移动的方向
浓度
增大反应物浓度或减小生成物浓度
向正反应方向移动
减小反应物浓度或增大生成物浓度
向逆反应方向移动
压强(对有气体参加的反应)
反应前后气体体积改变
增大压强
向气体分子总数减小的方向移动
减小压强
向气体分子总数增大的方向移动
反应前后气体体积不变
改变压强
平衡不移动
温度
升高温度
向吸热反应方向移动
降低温度
向放热反应方向移动
催化剂
同等程度改变v正、v逆，平衡不移动
选项
改变条件
新平衡与原平衡比较
A
增大压强
N2的浓度一定变小
B
升高温度
N2的转化率变小
C
充入一定量H2
H2的转化率不变，N2的转化率变大
D
使用适当催化剂
NH3的体积分数增大
物质
C2H6(g)
C2H4(g)
H2(g)
燃烧热ΔH/( kJ·ml−1)
-1560
-1411
-286