2019届一轮复习鲁科版化学反应的方向与限度学案

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第 7 章 化学反应的方向、限度与速率 第 1 节 化学反应的方向与限度 1.了解化学反应的可逆性及化学平衡的建立， 掌握化学平衡的特征。 2.了解化学平衡常数(K)的含义。 3.能利用化学平衡常数进行相关计算。 4．能正确计算化学反应的转化率(α)。 考点一　化学反应进行的方向 [思维流程] 1．自发过程 (1)含义：不用借助外力就可以自动进行的过程。 (2)特点 ①体系趋向于从高能状态转变为低能状态(体系对外部做功或放出热量)。 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．熵与熵变 (1)熵：描述体系混乱程度的物理量，符号为 S。 熵值越大，体系混乱度越大。 (2)熵变：ΔS＝S(反应产物)－S(反应物)。 (3)常见的熵增过程 ①同一种物质的不同状态：S(g)>S(l)>S(s)。 ②反应后气体物质的量增加的反应。 3．化学反应方向的判据 [题点全练] 1．下列说法正确的是(　　) A．所有能自发进行的化学反应都是放热反应 B．同一物质固、液、气三种状态的熵值相同 C．ΔH<0、ΔS>0 的反应可自发进行 D．在其他条件不变的情况下，使用催化剂可以改变化学反应进行的方向 解析：选 C　只要 ΔG<0 的化学反应都能自发进行。而 ΔG＝ΔH－TΔS，当 ΔH>0、ΔS>0 时，反应也是有可能自发进行的，故 A 项错误。同一物质固、液、气三种状态的熵值递增， 故 B 项错误。ΔG＝ΔH－TΔS，ΔG<0 则反应可自发进行，所以 ΔH<0、ΔS>0 的反应可自发 进行，故 C 项正确。使用催化剂只会改变化学反应的速率，不会改变化学反应进行的方向， 故 D 项错误。 2．已知吸热反应 2CO(g)===2C(s)＋O2(g)，设 ΔH 和 ΔS 不随温度而变，下列说法中正 确的是(　　) A．在低温下能自发进行 B．在高温下能自发进行 C．在任何温度下都能自发进行 D．在任何温度下都不能自发进行 解析：选 D　已知吸热反应 ΔH>0，该反应为气体分子数减小的反应，ΔS<0，所以 ΔH －TΔS>0，该反应在任何温度下都不能自发进行。 3．下列说法不正确的是(　　) A．ΔH>0、ΔS>0 的反应在高温下能自发进行 B．NH4HCO3(s)===NH3(g)＋H2O(g)＋CO2(g)　ΔH＝＋185.57 kJ·mol －1 能自发进行， 原因是体系有自发地向混乱度增加的方向转变的倾向 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．在其他外界条件不变的情况下，使用催化剂，可以改变化学反应进行的速率 解析：选 C　ΔH>0、ΔS>0，在高温下可满足 ΔG＝ΔH－TΔS<0，可自发进行，A 项正 确；ΔH>0，ΔS>0，能够满足 ΔG＝ΔH－TΔS<0，原因是体系有自发地向混乱度增加的方向 转变的倾向，B 项正确；反应能否自发进行，取决于焓变和熵变的综合判据，不能用焓变或 熵变单独作为反应自发性的判据，C 项错误；使用催化剂，能改变反应的活化能，反应速率 改变，故 D 项正确。 考点二　化学平衡状态 [思维流程] 1．可逆反应 2．化学平衡的建立 (1)化学平衡的建立过程 (2)化学平衡状态的概念 一定条件下的可逆反应中，正反应速率与逆反应速率相等，反应体系中所有参加反应 的物质的质量或浓度保持不变的状态。 3．化学平衡状态的特点 4．化学平衡状态的判断 化学反应 mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g) 是否平衡 平衡 平衡 平衡 混合物体系中各成 分的含量 ①各物质的物质的量或物质的量分数一定 ②各物质的质量或质量分数一定 ③各气体的体积或体积分数一定 ④总体积、总压强、总物质的量一定 不一定平衡 平衡 平衡 不一定平衡正、逆反应速率之间 的关系 ①在单位时间内消耗了 m mol A，同时也生成了 m mol A ②在单位时间内消耗了 n mol B，同时也消耗了 p mol C ③v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝m∶n∶p∶q ④在单位时间内生成了 n mol B，同时也消耗了 q mol D 不一定平衡 平衡 不一定平衡 平衡 压强 ①其他条件一定、总压强一定，且 m＋n≠p＋q ②其他条件一定、总压强一定，且 m＋n＝p＋q 混合气体的平均相对分子质量 ①平均相对分子质量一定，且 m＋n≠p＋q ②平均相对分子质量一定，且 m＋n＝p＋q 不一定平衡 温度 任何化学反应都伴随着能量变化，当体系温度一定时 平衡 气体的密度 密度一定 不一定平衡 颜色 反应体系内有色物质的颜色稳定不变 平衡 [典例]　(2017·全国卷Ⅲ节选)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：AsO3－3 (aq)＋I2(aq)＋2OH－(aq)AsO3－4 (aq)＋ 2I－(aq)＋H2O(l)。溶液中 c(AsO3－4 )与反应时间(t)的关系如图所示。 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(AsO3－3 ) c．c(AsO3－4 )/c(AsO3－3 )不再变化 d．c(I－)＝y mol·L－1 [学审题析题] 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； ②当 v 正(I－)＝2v 逆(AsO3－3 )或 v 逆(I－)＝2v 正(AsO3－3 )时反应达到平衡状态，由于选项中 的速率未指明是正反应速率还是逆反应速率，不能确定是否达到平衡状态，故 b 项错误； ③反应达到平衡之前，c(AsO3－3 )逐渐减小而 c(AsO3－4 )逐渐增大，故 c(AsO3－4 )/c(AsO3－3 ) 逐渐增大，当 c(AsO3－4 )/c(AsO3－3 )不变时反应达到平衡状态，c 项正确； ④根据离子方程式可知反应体系中恒有 c(I－)＝2c(AsO3－4 )，观察图像可知反应达到平衡 时 c(AsO3－4 )＝y mol·L－1，此时 c(I－)＝2y mol·L－1，故 d 项错误。 [答案]　ac [规律方法] 判断化学平衡状态的方法——“正逆相等，变量不变” [对点训练] 1．可逆反应 N2＋3H22NH3 的正、逆反应速率可用各反应物或生成物浓度的变化来 表示。下列各关系中能说明反应已达到平衡状态的是(　　) A．3v 正(N2)＝v 正(H2)　　　 B．v 正(N2)＝v 逆(NH3) C．2v 正(H2)＝3v 逆(NH3) D．v 正(N2)＝3v 逆(H2) 解析：选 C　因化学反应达到平衡时，正逆反应速率相等(同种物质)或正逆反应速率之 比等于系数之比(不同物质)。无论该反应是否达到平衡状态，都有 3v 正(N2)＝v 正(H2)，A 错 误；反应达到平衡状态时，2v 正(N2)＝v 逆(NH3)，B 错误；反应达到平衡状态时，v 正(H2)∶v 逆(NH3)＝3∶2，C 正确；反应达到平衡状态时，v 正(N2)∶v 逆(H2)＝1∶3，D 错误。 2．一定温度下，反应 N2O4(g)2NO2(g)的焓变为 ΔH。现将 1 mol N2O4 充入一恒压 密闭容器中，下列示意图正确且能说明反应达到平衡状态的是(　　) A．①②　　　 B．②④　　　　 C．③④　　　　 D．①④ 解析：选 D　因反应容器保持恒压，所以容器体积随反应进行而不断变化，结合 ρ 气＝ m/V 可知，气体密度不再变化，说明容器体积不再变化，即气体的物质的量不再变化，反应 达到平衡状态，①符合题意；无论是否平衡，反应的 ΔH 都不变，②不符合题意；反应开始 时，加入 1 mol N2O4，随着反应的进行，N2O4 的浓度逐渐变小，故 v 正(N2O4)逐渐变小，直 至达到平衡，③不符合题意；N2O4 的转化率不再变化，说明 N2O4 的浓度不再变化，反应达 到平衡状态，④符合题意。 3．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：①混合气体的压强， ②混合气体的密度，③混合气体的总物质的量，④混合气体的平均相对分子质量，⑤混合 气体的颜色，⑥各反应物或生成物的浓度之比等于系数之比，⑦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________。 (2)能说明 I2(g)＋H2(g)2HI(g)达到平衡状态的是________。 (3)能说明 2NO2(g)N2O4(g)达到平衡状态的是________。 (4)能说明 C(s)＋CO2(g)2CO(g)达到平衡状态的是________。 (5)能说明 A(s)＋2B(g)C(g)＋D(g)达到平衡状态的是________。 (6)能说明 NH2COONH4(s)2NH3(g)＋CO2(g)达到平衡状态的是________。 答案：(1)①③④⑦　(2)⑤⑦　(3)①③④⑤⑦　 (4)①②③④⑦　(5)②④⑦　(6)①②③ 考点三　化学平衡常数 [思维流程] 化学平衡常数及影响因素 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，称为化学平衡常数，用符号 K 表示。 2．表达式 (1)对于反应 mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g) K＝[C]p·[D]q [A]m·[B]n(固体和纯液体的浓度视为常数，通常不计入平衡常数表达式中)。 (2)K 值越大，反应物的转化率越大，正反应进行的程度越大。 3．实例 化学方程式 平衡常数 关系式 N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) K1＝ [NH3]2 [N2][H2]3 1 2N2(g)＋3 2H2(g) NH3(g) K2＝ [NH3] [N2] [H2] 2NH3(g)N2(g)＋ 3H2(g) K3＝[N2][H2]3 [NH3]2 K2＝ K1(或 K1 21) K3＝ 1 K1 4．注意事项 (1)K 只受温度影响，与反应物或生成物的浓度变化无关。 (2)计算化学平衡常数利用的是物质的平衡浓度，而不是任意时刻浓度，也不能用物质 的量。 (3)催化剂能加快化学反应速率，但对化学平衡无影响，也不会改变平衡常数的大小。 (4)化学反应方向改变或系数改变，化学平衡常数均发生改变。 [对点训练] 1．反应 H2(g)＋I2(g)2HI(g)的平衡常数为 K1；反应 HI(g)1 2H2(g)＋1 2I2(g)的平衡常 数为 K2，则 K1、K2 的关系式为(平衡常数为同温度下的测定值)(　　) A．K1＝2K2　　　　　　 B．K1＝K22 C．K1＝ 1 K22 D．K1＝ 1 2K2 解析：选 C　由反应 H 2(g)＋I 2(g)2HI(g)的平衡常数 K1，则相同温度下，反应 2HI(g)H2(g)＋I 2(g)的平衡常数为 1 K1，故反应 HI(g)1 2H2(g)＋1 2I2(g)的平衡常数 K2＝ 1 K1，故 K1＝ 1 K22。 2．某温度下 2 L 密闭容器中 3 种气体起始状态和平衡状态时的物质的量(n)如表所示， 下列说法正确的是(　　) X Y W n(起始状态)/mol 2 1 0 n(平衡状态)/mol 1 0.5 1.5 A.该温度下，此反应的平衡常数表达式是 K＝[X]2[Y] [W]3 B．其他条件不变，升高温度，若 W 的体积分数减小，则此反应 ΔH<0 C．其他条件不变，使用催化剂，正、逆反应速率和平衡常数均增大，平衡不移动 D．其他条件不变，当密闭容器中混合气体密度不变时，表明反应已达到平衡 解析：选 B　由表知，X、Y 是反应物，W 是生成物，且 Δn(X)∶Δn(Y)∶Δn(W)＝2∶1∶3 ，化学方程式为 2X＋Y3W，反应的平衡常数表达式是 K＝ [W]3 [X]2[Y]，A 错误；升高温度， 若 W 的体积分数减小，说明平衡向逆反应方向移动，则此反应的 ΔH<0，B 正确；使用催 化剂，平衡常数不变，C 错误；混合气体密度一直不变，不能说明反应已达到平衡，D 错误 。 3．某温度下气体反应达到化学平衡，平衡常数 K＝[A][B]2 [E]2[F]，恒容时，若温度适当降低 ，F 的浓度增加，下列说法正确的是(　　) A．增大 c(A)、c(B)，K 增大 B．降低温度，正反应速率增大 C．该反应的焓变为负值 D．该反应的化学方程式为 2E(g)＋F(g)A(g)＋2B(g) 解析：选 D　某温度下气体反应达到化学平衡，平衡常数 K＝[A][B]2 [E]2[F]，则该反应为 2E(g) ＋F(g)A(g)＋2B(g)，恒容时，若温度适当降低，F 的浓度增加，平衡向逆反应方向移动， 正反应为吸热反应，故 C 错误，D 正确；平衡常数只受温度影响，与浓度无关，温度不变， 平衡常数不变，故 A 错误；降低温度，正、逆反应速率都降低，正反应速率降低更多，平 衡向逆反应方向移动，故 B 错误。 化学平衡常数的两大应用 1.判断化学反应进行的方向 对于可逆反应 aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)，在一定温度下的任意时刻，反应物与生 成物浓度有如下关系： Q＝cc(C)·cd(D) ca(A)·cb(B)，称为浓度商。 QError! 2．判断可逆反应的热效应 [对点训练] 4．利用醋酸二氨合铜[Cu(NH3)2Ac]溶液吸收 CO，能达到保护环境和能源再利用的目 的，反应方程式为 Cu(NH3)2Ac＋CO＋NH3[Cu(NH3)3]Ac·CO。已知该反应的化学平衡 常数与温度的关系如表所示： 温度/℃ 15 50 100 化学平衡常数 5×104 2 1.9×10－5 下列说法正确的是(　　) A．上述正反应为吸热反应 B．15 ℃时，反应[Cu(NH3)3]Ac·COCu(NH3)2Ac＋CO＋NH3 的平衡常数为 2×10－5 C．保持其他条件不变，减小压强，CO 的转化率升高 D．醋酸二氨合铜溶液的浓度大小对 CO 的吸收多少没有影响 解析：选 B　根据提供数据，温度降低，平衡常数增大，说明降低温度，平衡向正反应 方向移动，则正反应为放热反应，A 项错误；[Cu(NH3)3]Ac·COCu(NH3)2Ac＋CO＋NH3 为 Cu(NH3)2Ac＋CO＋NH3[Cu(NH3)3]Ac·CO 的逆反应，两反应的平衡常数互为倒数， 则[Cu(NH3)3]Ac·COCu(NH3)2Ac＋CO＋NH3 的平衡常数 K＝ 1 5 × 104＝2×10－5，B 项正 确；减小压强，平衡逆向移动，CO 的转化率降低，C 项错误；增大醋酸二氨合铜溶液的浓 度，平衡向正反应方向移动，有利于 CO 的吸收，D 项错误。 5．700 ℃时，向容积为 2 L 的密闭容器中充入一定量的 CO(g)和 H 2O(g)，发生反应 CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)，反应过程中测定的部分数据见下表(表中 t2>t1)： 反应时间/min n(CO)/mol n(H2O)/mol 0 1.20 0.60 t1 0.80 t2 0.20 下列说法正确的是(　　) A．反应在 0～t1 min 内的平均速率为 v(H2)＝0.40 t1 mol·L－1·min－1 B．若 800 ℃时该反应的平衡常数为 0.64，则正反应为吸热反应 C．保持其他条件不变，向平衡体系中再通入 0.20 mol H2O(g)和 0.40 mol H2(g)，则 v 正>v 逆 D．保持其他条件不变，起始时向容器中充入 0.60 mol CO(g)和 1.20 mol H2O(g)，达到 平衡时 n(CO2)＝0.40 mol 解析：选 D　0～t1 min 内，v(H2)＝v(CO)＝ (1.20－0.80)mol 2 L × t1min ＝0.20 t1 mol·L－1·min－1，A 项错误；700 ℃，t1 min 时反应已达到平衡状态，此时[CO]＝0.80 mol 2 L ＝0.40 mol·L－1，[H2O] ＝0.20 mol 2 L ＝0.10 mol·L －1，[CO2]＝[H2]＝0.40 mol 2 L ＝0.20 mol·L －1，则 K＝0.20 × 0.20 0.40 × 0.10＝ 1>0.64，说明温度升高，平衡常数减小，故正反应为放热反应，B 项错误；保持其他条件不 变，向平衡体系中再通入 0.20 mol H2O(g)和 0.40 mol H2(g)，c(H2O)＝0.40 mol 2 L ＝0.20 mol·L －1，c(H2)＝0.80 mol 2 L ＝0.40 mol·L－1，Qc＝0.20 × 0.40 0.40 × 0.20＝1＝K，平衡不移动，则 v 正＝v 逆， C 项错误；CO(g)与 H2O(g)按物质的量之比为 1∶1 反应，充入 0.60 mol CO(g)和 1.20 mol H2O(g)与充入 1.20 mol CO(g)和 0.60 mol H2O(g)对平衡状态的影响相同，t1 min 时，n(CO)＝ 0.80 mol，n(H2O)＝0.60 mol－0.40 mol＝0.20 mol，t2 min 时，n(H2O)＝0.20 mol，说明 t1 min 时反应已经达到平衡状态，根据化学方程式可知，达到平衡时 n(CO2)＝0.40 mol，D 项正确 。 6．在一定温度下，1 L 的密闭容器中发生反应：C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)，平衡 时测得 C、H2O、CO、H2 的物质的量都为 0.1 mol。 (1)该反应的平衡常数 K＝________。 (2)若升高平衡体系的温度，该反应的平衡常数会增大，则该反应的 ΔH________0(填 “>”或“<”)。 (3)相同条件下，向该密闭容器中充入各物质的起始量如下：①均为 0.2 mol　②C(s)、 H2O 为 0.2 mol，CO、H 2 为 0.1 mol，判断该反应进行的方向：①________________， ②________________。 解析：(1)容积为 1 L，则 H2O、CO、H2 的浓度均为 0.1 mol·L－1，K＝[CO][H2] [H2O] ＝0.1 × 0.1 0.1 ＝0.1。(2)升高温度平衡常数增大，说明平衡向右移动，正反应为吸热反应，ΔH>0。(3)①Qc ＝0.2 × 0.2 0.2 ＝0.2>K＝0.1，反应向逆反应方向进行；②Qc＝0.1 × 0.1 0.2 ＝0.05　(3)①向逆反应方向　②向正反应方向 化学平衡常数与转化率的计算 “三段式”法是有效解答化学平衡计算题的“万能钥匙”。解题时，要注意清楚条理 地列出起始量、变化量、平衡量，按题目要求进行计算，同时还要注意单位的统一。 1．明确三个量——起始量、变化量、平衡量 　 　 　N2　＋　3H2催化剂 高温、高压 2NH3 起始量 1 3 0 变化量 a b c 平衡量 1－a 3－b c (1)反应物的平衡量＝起始量－变化量。 (2)生成物的平衡量＝起始量＋变化量。 (3)各物质变化浓度之比等于它们在化学方程式中系数之比。变化浓度是联系化学方程 式、平衡浓度、起始浓度、转化率、化学反应速率的桥梁。因此，抓变化浓度是解题的关 键。 2．掌握三个百分数 (1)转化率＝n(转化) n(起始)×100%＝c(转化) c(起始)×100%。 (2)生成物的产率：实际产量占理论产量的百分数。一般来说，转化率越高，原料利用 率越高，产率越高。 产率＝ 产物实际产量 理论产量 ×100% (3)混合物中某组分的百分含量＝ 平衡量 平衡总量×100%。 3．谨记答题模板 反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，令 A、B 起始物质的量(mol)分别为 a、b，达到 平衡后，A 的消耗量为 mx，容器容积为 V L。 　　　　　mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g) 起始(mol) a b 0 0 变化(mol) mx nx px qx 平衡(mol) a－mx b－nx px qx 对于反应物：n(平)＝n(始)－n(变) 对于生成物：n(平)＝n(始)＋n(变) 则有：(1)平衡常数：K＝ [px V ]p·[qx V ]q [a－mx V ]m·[b－nx V ]n 。 (2)A 的平衡浓度：c(A)平＝a－mx V mol·L－1。 (3)A 的转化率：α(A)平＝mx a ×100%。 (4)A 的体积分数：φ(A)＝ a－mx a＋b＋(p＋q－m－n)x ×100%。 (5)平衡与起始压强之比：p平 p始＝a＋b＋(p＋q－m－n)x a＋b 。 (6)混合气体的平均密度： ρ 混＝a·M(A)＋b·M(B) V g·L－1。 (7)平衡时混合气体的平均摩尔质量： M＝ a·M(A)＋b·M(B) a＋b＋(p＋q－m－n)x g·mol－1。 [对点训练] 7．在 25 ℃时，密闭容器中 X、Y、Z 三种气体的初始浓度和平衡浓度如下表： 物质 X Y Z 初始浓度/(mol·L－1) 0.1 0.2 0 平衡浓度/(mol·L－1) 0.05 0.05 0.1 下列说法错误的是(　　) A．反应达平衡时，X 的转化率为 50% B．反应可表示为 X＋3Y2Z，其平衡常数为 1 600 C．增大压强使平衡向生成 Z 的方向移动，平衡常数增大 D．改变温度可以改变此反应的平衡常数 解析：选 C　反应达到平衡时，X 的转化率为(0.1－0.05) mol·L－1/0.1 mol·L－1＝50%， A 正确；根据反应速率之比等于浓度变化量之比等于系数之比可知：Δc(X)∶Δc(Y)∶Δc(Z)＝ 0.05∶0.15∶0.1 ＝ 1∶3∶2 ， 则 反 应 的 方 程 式 为 X ＋ 3Y2Z ， K ＝ [Z]2 [X][Y]3＝ (0.1)2/0.05×(0.05)3＝1 600，B 正确；平衡常数只与温度有关，增大压强平衡向生成 Z 的方 向移动，平衡常数不变，C 错误；平衡常数只受温度的影响，温度改变时，化学平衡常数一 定变化，D 正确。 8 ． (2018· 潍 坊 统 考 ) 温 度 为 T0 时 ， 在 容 积 固 定 的 密 闭 容 器 中 发 生 反 应 X(g) ＋ Y(g)Z(g)(未配平)，4 min 时达到平衡，各物质浓度随时间变化的关系如图 a 所示。其他 条件相同，温度分别为 T1、T2 时发生反应，Z 的浓度随时间变化的关系如图 b 所示。下列 叙述正确的是(　　) A．发生反应时，各物质的反应速率大小关系为 v(X)＝v(Y)＝2v(Z) B．图 a 中反应达到平衡时，Y 的转化率为 37.5% C．T0 时，该反应的平衡常数为 33.3 D．该反应正反应的反应热 ΔH<0 解析：选 C　根据题图 a 可知，0～4 min，X、Y 的浓度分别减少 0.25 mol·L －1、0.25 mol·L－1，Z 的浓度增加 0.5 mol·L－1，则反应方程式为 X(g)＋Y(g)2Z(g)，同一反应中各 物质的反应速率之比等于系数之比，则 v(X)＝v(Y)＝1 2v(Z)，A 项错误；题图 a 中，Y 的起 始浓度为 0.4 mol·L －1 ，平衡浓度为 0.15 mol·L －1 ，则 Y 的转化率为0.4－0.15 0.4 ×100%＝ 62.5%，B 项错误；达到平衡时[X]＝0.05 mol·L－1，[Y]＝0.15 mol·L－1，[Z]＝0.5 mol·L－1， 则平衡常数 K＝ [Z]2 [X][Y]＝ 0.5 × 0.5 0.05 × 0.15≈33.3，C 项正确；根据题图 b 可知，T1 条件下反应先 达到平衡，则 T1>T2，温度升高，c(Z)增大，则平衡向正反应方向移动，故正反应为吸热反 应，ΔH>0，D 项错误。 9．在 1.0 L 密闭容器中放入 0.10 mol A(g)，在一定温度进行反应：A(g)B(g)＋C(g)　 ΔH＝＋85.1 kJ·mol－1 反应时间(t)与容器内气体总压强(p)的数据见下表： 时间(t)/h 0 1 2 4 8 16 20 25 30 总压强(p)/100 kPa 4.91 5.58 6.32 7.31 8.54 9.50 9.52 9.53 9.53 回答下列问题： (1)欲提高 A 的平衡转化率，应采取的措施为_______________________________。 (2) 由 总 压 强 p 和 起 始 压 强 p0 计 算 反 应 物 A 的 转 化 率 α(A) 的 表 达 式 为 ________________________________________________________________________， 平衡时 A 的转化率为________，列式并计算反应的平衡常数 K：_________________。 解析：(1)因正反应为气体物质的量增大的吸热反应，故采取升温、减压均可使反应正 向移动，提高反应物的转化率。 (2)在同体积的容器中，压强之比等于气体的物质的量之比，故 A 的转化率的表达式为 p－p0 p0 ×100%＝( p p0－1)×100%；25 h 时反应已达平衡状态，则将表中数据代入表达式可知 平衡时 A 的转化率 α(A)＝(9.53 4.91－1)×100%＝94.1%；依据“三段式”列式进行求解： 　　　　　　　　　A(g)　　B(g)　＋　C(g) 始/(mol·L－1)　　 0.10　　　　　0　　 　 　0 转/(mol·L－1) 　 0.094 1　　　0.094 1　　0.094 1 平/(mol·L－1)0.10－0.094 1　0.094 1　　0.094 1 K＝0.094 12 0.005 9 ＝1.5。 答案：(1)升高温度、减小压强 (2)( p p0－1)×100%　94.1% 　　　　　　　A(g)　　B(g)　＋　C(g) 始/(mol·L－1)　　 0.10　　　　　0　　 　 　0 平/(mol·L－1)　 　0.10×　 　　0.10×　 　0.10× 　　　 　 　(1－94.1%)　　94.1%　 　94.1% K＝[B][C] [A] ＝0.094 12 0.005 9 ＝1.5 [真题验收] 1．(2016·上海高考)随着科学技术的发展和环保要求的不断提高，CO2 的捕集利用技术 成为研究的重点。 完成下列填空： (1)目前国际空间站处理 CO2 的一个重要方法是将 CO2 还原，所涉及的反应方程式为 CO2(g)＋4H2(g)Ru CH4(g)＋2H2O(g) 已知 H2 的体积分数随温度的升高而增加。 若温度从 300 ℃升至 400 ℃，重新达到平衡，判断下列表格中各物理量的变化。(选填“ 增大”“减小”或“不变”) v 正 v 逆 平衡常数 K 转化率 α (2)相同温度时，上述反应在不同起始浓度下分别达到平衡，各物质的平衡浓度如下表： c(CO2)/ (mol·L－1) c(H2)/ (mol·L －1) c(CH4)/ (mol·L －1) c(H2O)/ (mol·L－1) 平衡Ⅰ a b c d 平衡Ⅱ m n x y a、b、c、d 与 m、n、x、y 之间的关系式为____________。 解析：(1)H2 的体积分数随温度的升高而增加，这说明升高温度平衡向逆反应方向移动， 即正反应是放热反应。升高温度，正、逆反应速率均增大，平衡向逆反应方向移动，平衡常 数减小，反应物的转化率减小。(2)相同温度时平衡常数不变，则 a、b、c、d 与 m、n、x、 y 之间的关系式为cd2 ab4＝ xy2 mn4 。 答案：(1) v 正 v 逆 平衡常数 K 转化率 α 增大 增大 减小 减小 (2)cd2 ab4＝ xy2 mn4 2．(1)(2017·海南高考)反应 2NaHCO 3(s)===Na2CO3(s)＋H 2O(g)＋CO 2(g)的 ΔH＝＋ 135.6 kJ·mol－1，该反应的平衡常数表达式 K＝____________________。 (2)(2017·全国卷Ⅰ)H2S 与 CO2 在高温下发生反应： H2S(g)＋CO2(g)COS(g)＋H2O(g)。在 610 K 时，将 0.10 mol CO2 与 0.40 mol H2S 充 入 2.5 L 的空钢瓶中，反应平衡后水的物质的量分数为 0.02。 H2S 的平衡转化率 α1＝__________%，反应平衡常数 K＝________。 (3)(2014·全国卷Ⅱ)在 容 积 为 1.00 L 的 容 器 中 ， 通 入 一 定 量 的 N 2O4 ， 发 生 反 应 N2O4(g)2NO2(g)，随温度升高，混合气体的颜色变深。 回答下列问题： ①100 ℃时，体系中各物质浓度随时间变化如上图所示。在 0～60 s 时段，反应的平衡 常数 K1 为________。 ②100 ℃时达平衡后，改变反应温度为 T，c(N2O4)以 0.002 0 mol·L－1·s－1 的平均速率降 低，经 10 s 又达到平衡。列式计算温度 T 时反应的平衡常数 K2________。 解析：(1)Na2CO3 和 NaHCO3 为固体，根据化学平衡常数的定义 K＝[H2O][CO2]。 (2)用三段式法计算：该反应是等气体分子数反应，平衡时 n(H2O)＝0.02×0.50 mol＝ 0.01 mol。 　 　 　 　 H2S(g)＋CO2(g)COS(g)＋H2O(g) 起始/mol　 0.40　 　0.10　　　0　　　　0 转化/mol 　0.01 0.01 0.01 0.01 平衡/mol 　0.39 0.09 0.01 0.01 α(H2S)＝0.01 0.40×100%＝2.5%。对于等气体分子数反应，可直接用物质的量替代浓度计 算平衡常数： K＝[COS][H2O] [H2S][CO2] ＝0.01 × 0.01 0.39 × 0.09≈2.8×10－3。 (3)①分析题给图像知，二氧化氮的平衡浓度为 0.120 mol·L－1，四氧化二氮的平衡浓度 为 0.040 mol·L－1，K1＝[NO2]2 [N2O4]＝0.36。②根据题意知，平衡时，c(NO2)＝0.120 mol·L－1＋0.002 mol·L－1·s－1×10 s×2＝0.160 mol·L －1，c(N2O4)＝0.040 mol·L－1－0.002 mol·L－1·s－1×10 s ＝0.02 mol·L－1，K2＝0.1602/0.020≈1.3。 答案：(1)[H2O][CO2]　(2)2.5　2.8×10－3 (3)①0.36 ②平衡时，[NO2]＝0.120 mol·L－1＋0.002 mol·L－1·s－1×10 s×2＝0.160 mol·L－1 [N2O4]＝0.040 mol·L－1－0.002 mol·L－1·s－1×10 s＝0.02 mol·L－1 K2＝[NO2]2 [N2O4]＝0.1602 0.020 ≈1.3 [综合演练提能]　 [课堂巩固练] 1．下列说法正确的是(　　) A．自发进行的化学反应不一定是放热反应 B．自发过程将导致体系的熵增大 C．ΔH－TΔS<0 的反应，不需要任何条件就可自发进行 D．同一物质的气、液、固三种状态的熵值依次增大 解析：选 A　自发进行的化学反应满足 ΔH－TΔS<0，若 ΔS>0，则当 ΔH>0 时反应可能 自发进行，A 正确；有些自发过程导致体系的熵增大，有些自发过程导致体系的熵减小，B 错误；ΔH－TΔS<0 的反应能自发进行，但有些反应需要点燃或加热等引发反应，如 CO 的 燃烧等，C 错误；熵值大小反映体系的混乱程度，体系的混乱度越高，其熵值越大，则同一 物质的气、液、固三种状态的熵值依次减小，D 错误。 2．可逆反应 N2＋3H22NH3，在容积为 10 L 的密闭容器中进行，开始时加入 2 mol N2 和 3 mol H2，达平衡时，NH3 的浓度不可能达到(　　) A．0.1 mol·L－1　　　　　 B．0.2 mol·L－1 C．0.05 mol·L－1 D．0.15 mol·L－1 解析：选 B　2 mol N2 和 3 mol H2 反应，假设反应能够进行到底，则 3 mol H2 完全反应 ，生成 2 mol NH3，此时 NH3 的浓度为 0.2 mol·L－1，但由于是可逆反应，不能完全反应， 所以 NH3 的浓度达不到 0.2 mol·L－1。 3.在一定温度下，容器内某一反应中 M、N 的物质的量随反应时间 变化的曲线如图所示，下列表述中正确的是(　　) A．反应的化学方程式为 2MN B．t3 时，正、逆反应速率相等，反应达到化学平衡状态 C．t2 时，正反应速率等于逆反应速率 D．t1 时，M 的物质的量是 N 的物质的量的 2 倍 解析：选 B　t2 时，N 减少 4 mol，M 增加 2 mol，因此化学方程式为 2NM，A 错误 ；t3 时，反应达到化学平衡状态，B 正确；t2 时，没有达到化学平衡状态，正、逆反应速率 不相等，C 错误；t1 时，N 的物质的量是 M 的物质的量的 2 倍，D 错误。 4 ． 一 定 温 度 下 ， 在 3 个 体 积 均 为 1.0 L 的 恒 容 密 闭 容 器 中 反 应 2H2(g) ＋ CO(g)CH3OH(g)分别达到平衡。下列说法正确的是(　　) 起始浓度/(mol·L－1) 容器 温度/K H2 CO CH3OH CH3OH 平衡 浓度(mol·L－ 1) ① 400 0.20 0.10 0 0.08 ② 400 0.40 0.20 0 x ③ 500 0 0 0.10 0.025 A．该反应的正反应是吸热反应 B．x＝0.16 C．平衡时，容器②中 H2 的体积分数比容器①的大 D．400 K 时若再向容器①中充入 0.10 mol H2、0.10 mol CO 和 0.10 mol CH3OH，则平 衡将向正反应方向移动 解析：选 D　对比①、③，若温度相同，0.1 mol·L －1 的 CH3OH 相当于 0.20 mol·L－1 的 H2 和 0.1 mol·L－1 的 CO，为等效平衡，但③的温度较高，平衡时 CH3OH 较低，说明升 高温度平衡逆向移动，正反应为放热反应，故 A 错误；对比①、②，在相同温度下反应，② 中反应物浓度是①中反应物浓度的 2 倍，若平衡不移动时 x＝2×0.08 mol·L －1＝0.16 mol·L －1，由方程式 2H2(g)＋CO(g)CH3OH(g)可知，增大反应物浓度，平衡正向移动，故容器 ②中 CH3OH 的平衡浓度大于 0.08×2 mol·L－1＝0.16 mol·L －1，故 B 错误；由 B 项分析可 知，②与①相比，平衡正向移动，H2 的转化率增大，容器②中 H2 的体积分数比容器①中的 小，故 C 错误；由①可知平衡常数 K＝ 0.08 0.042 × 0.02＝2 500，若向容器①中再充入 0.10 mol H2、0.10 mol CO 和 0.10 mol CH3OH，则 Qc＝ 0.18 0.142 × 0.12＝76.53v 逆 D．恒温恒容下，向容器中再充入少量 G(g)，达到新平衡时，G 的体积百分含量将增 大 解析：选 D　由化学方程式可知，该反应为反应后气体分子总数减小的反应，故该反应 为熵减反应，A 项错误；正反应和逆反应的平衡常数互为倒数，故 25 ℃时，反应 G(g)E(s) ＋4F(g)的平衡常数是 2×10－5，B 项错误；80 ℃时，Qc＝ 0.5 0.54＝8>2，平衡逆向移动，v 逆>v 正，C 项错误；可逆反应中，加入一种物质，反应向消耗这种物质的方向移动，但加入的物 质不能完全转化，D 项正确。 6．(2017·天津高考)常压下羰基化法精炼镍的原理为：Ni(s)＋4CO(g)Ni(CO)4(g)。230 ℃时，该反应的平衡常数 K＝2×10－5。已知：Ni(CO)4 的沸点为 42.2 ℃，固体杂质不参与 反应。 第一阶段：将粗镍与 CO 反应转化成气态 Ni(CO)4； 第二阶段：将第一阶段反应后的气体分离出来，加热至 230 ℃制得高纯镍。 下列判断正确的是(　　) A．增加 c(CO)，平衡向正向移动，反应的平衡常数增大 B．第一阶段，在 30 ℃和 50 ℃两者之间选择反应温度，选 50 ℃ C．第二阶段，Ni(CO)4 分解率较低 D．该反应达到平衡时，v 生成[Ni(CO)4]＝4v 生成(CO) 解析：选 B　增加 c(CO)，平衡正向移动，但平衡常数只与温度有关，温度不变，平衡 常数不变，A 项错误；第一阶段，50 ℃时，反应速率较快且 Ni(CO)4 为气态，能从反应体 系中分离出来，B 项正确；相同温度下，第二阶段与第一阶段的平衡常数互为倒数，则 230 ℃时，第二阶段的平衡常数 K′＝5×104，反应进行的程度大，故 Ni(CO)4 分解率较高，C 项错误；该反应达到平衡时，4v 生成[Ni(CO)4]＝v 生成(CO)，D 项错误。 [课下提能练] 对应配套卷 P315 1．(2018·铜陵一中期中)对于化学反应能否自发进行，下列说法中错误的是(　　) A．若 ΔH<0、ΔS>0，任何温度下都能自发进行 B．若 ΔH>0、ΔS<0，任何温度下都不能自发进行 C．需要加热才能够进行的过程肯定不是自发过程 D．非自发过程在一定条件下可能变成自发过程 解析：选 C　若 ΔH<0、ΔS>0，则有 ΔH－TΔS<0，故反应在任何温度下都能自发进行， A 正确；若 ΔH>0、ΔS<0，则有 ΔH－TΔS>0，故反应在任何温度下都不能自发进行，B 正 确；化学反应能否自发进行与是否需要加热无关，有些自发反应需要加热来引发反应，C 错 误；有些非自发反应，改变反应条件可变成自发反应，如 CaCO3 在常温下是非自发反应， 但高温下是自发反应，D 正确。 2．(2018·哈尔滨三中调研)下列说法中不正确的是(　　) A．SiO2(s)＋2C(s)===Si(s)＋2CO(g)只能在高温下自发进行，则该反应的 ΔH＞0 B．3C(s)＋CaO(s)===CaC2(s)＋CO(g)在常温下不能自发进行，说明该反应的 ΔH＞0 C．BaSO4(s)＋4C(s)===BaS(s)＋4CO(g)室温下不能自发进行，说明该反应的 ΔH＜0 D．常温下，2NO(g)＋O2(g)===2NO2(g)能够自发进行，则该反应的 ΔH＜0 解析：选 C　该反应为熵增反应，则有 ΔS＞0；该反应只有在高温下自发进行，说明在 低温时 ΔH－TΔS＞0，则该反应的 ΔH＞0，A 正确。该反应为熵增反应，则有 ΔS＞0；该反 应在常温下不能自发进行，说明常温时 ΔH－TΔS＞0，即反应的 ΔH＞0，B 正确。该反应为 熵增反应，则有 ΔS＞0；该反应室温下不能自发进行，说明室温时 ΔH－TΔS＞0，即反应的 ΔH＞0，C 错误。该反应为熵减反应，则有 ΔS＜0；该反应常温下能自发进行，说明常温时 ΔH－TΔS＜0，即反应的 ΔH＜0，D 正确。 3．炼铁高炉中冶炼铁的反应为 Fe2O3(s)＋3CO(g)高温 2Fe(s)＋3CO2(g)，下列说法正 确的是(　　) A．升高温度，反应速率减慢 B．当反应达到化学平衡时，v(正)＝v(逆)＝0 C．提高炼铁高炉的高度可减少尾气中 CO 的浓度 D．某温度下达到平衡时，CO 的体积分数基本不变 解析：选 D　A 项，升高温度，反应速率加快，错误；B 项，化学平衡是动态平衡，v( 正)＝v(逆)≠0，错误；C 项，提高炼铁高炉的高度不能减少尾气中 CO 的浓度，错误；D 项 ，某温度下达到平衡时，各物质浓度不变，CO 的体积分数基本不变，正确。 4．用 Cl2 生产某些含氯有机物时会生成副产物 HCl，利用下列反应可实现氯的循环利 用：4HCl(g)＋O2(g)2Cl2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－115.6 kJ·mol－1。恒温恒容的密闭容器中 ，充入一定量的反应物发生上述反应，能充分说明该反应达到化学平衡状态的是(　　) A．气体的质量不再改变 B．氯化氢的转化率不再改变 C．断开 4 mol H—Cl 键的同时生成 4 mol H—O 键 D．n(HCl)∶n(O2)∶n(Cl2)∶n(H2O)＝4∶1∶2∶2 解析：选 B　反应物和生成物均为气体，气体的总质量始终不变，A 错误；反应正向进 行时，HCl 的转化率升高；反应逆向进行时，HCl 的转化率降低，当 HCl 的转化率不再改 变时，可以说明可逆反应达到平衡状态，B 正确；断开 4 mol H—Cl 键和生成 4 mol H—O 键均表示正反应方向的反应速率，不能据此判断反应是否达到平衡状态，C 错误；达到平衡 状态时，各反应物和生成物的物质的量保持不变，但各物质的物质的量之比不一定等于对应 的系数之比，D 错误。 5．(2018·辽宁六校联考)t ℃时，在容积不变的密闭容器中发生反应 X(g)＋3Y(g)2Z(g) ，各组分在不同时刻的浓度如表所示，下列说法正确的是(　　) 物质 X Y Z 初始浓度/(mol·L－1) 0.1 0.2 0 2 min 时浓度/(mol·L－1) 0.08 a b 平衡浓度/(mol·L－1) 0.05 0.05 0.1 A.平衡时，X 的转化率为 20% B．t ℃时，该反应的平衡常数为 40 C．平衡后，增大体系压强，v 正增大，v 逆减小，平衡向正反应方向移动 D．前 2 min 内，用 Y 的变化量表示的平均反应速率 v (Y)＝0.03 mol·L－1·min－1 解析：选 D　平衡时，X 的转化率＝ (0.1－0.05) mol·L－1 0.1 mol·L－1 ×100%＝50%，A 项错误；t ℃ 时该反应的平衡常数 K＝ 0.12 0.05 × 0.053＝1 600，B 项错误；该反应是气体分子数减小的反应 ，平衡后，增大体系压强，v 正增大，v 逆增大，平衡向正反应方向移动，C 项错误；前 2 min 内，用 Y 的变化量表示的平均反应速率 v(Y)＝3v(X)＝3×0.02 mol·L－1 2 min ＝0.03 mol·L－1·min －1，D 项正确。 6.向密闭容器中充入物质 A 和 B，发生反应：aA(g)＋bB(g)cC(g)。 反应过程中，在某一时刻，物质 A 的含量(A%)和物质 C 的含量(C%)随温 度(T)的变化曲线如图所示，下列说法正确的是(　　) A．该反应在 T1、T3 温度时达到过化学平衡 B．该反应在 T2 温度时可能达到过化学平衡 C．该反应的逆反应是放热反应 D．升高温度，平衡会向正反应方向移动 解析：选 B　T2 之前 A%渐小，C%渐大，而 T2 之后 A%渐大，C%渐小，说明 T2 之 前反应没有达到平衡状态，T2 后温度升高使平衡逆向移动，故 T2 时反应达到平衡状态，故 A 项错误，B 项正确；T2 以后，温度升高，反应物的含量增大，说明平衡逆向移动，故该反 应的正反应为放热反应，逆反应为吸热反应，故 C、D 项错误。 7．N2O5 是一种新型硝化剂，一定温度下发生反应 2N2O5(g)4NO2(g)＋O2(g)　ΔH＞ 0，T1 温度下的部分实验数据为 t/s 0 500 1 000 1 500 c(N2O5)/(mol·L－1) 5.00 3.52 2.50 2.50 下列说法不正确的是(　　) A．500 s 内，N2O5 的分解速率为 2.96×10－3mol·L－1·s－1 B．T1 温度下的平衡常数为 K1＝125,1 000 s 时 N2O5 的转化率为 50% C．其他条件不变时，T2 温度下反应到 1 000 s 时测得 N2O5(g)浓度为 2.98 mol·L－1，则 有 T1＜T2 D．T1 温度下的平衡常数为 K1，T2 温度下的平衡常数为 K2，若 T1＞T2，则有 K1＞K2 解析：选 C　500 s 内[N 2O5]由 5.00 mol·L －1 降低到 3.52 mol·L －1 ，则有 v(N2O5)＝ (5.00－3.52)mol·L－1 500 s ＝2.96×10－3mol·L－1·s－1，A 正确。1 000 s 时，[N2O5]＝2.50 mol·L－1， 则[NO2]＝5 mol·L －1，[O2]＝1.25 mol·L －1，此时 N2O5 的转化率为 (5.00－2.50)mol·L－1 5.00 mol·L－1 ＝ 50%；化学平衡常数 K1＝[NO2]4[O2] [N2O5]2 ＝5.004 × 1.25 2.502 ＝125，B 正确。T2 温度下反应到 1 000 s 时测得 N2O5(g)浓度为 2.98 mol·L －1＞2.50 mol·L －1，说明反应正向进行的程度减小，即反 应速率小，故有 T1＞T2，C 错误。该反应为吸热反应，升高温度，平衡正向移动，平衡常 数增大，由于 T1＞T2，则有 K1＞K2，D 正确。 8.(2017· 衡水中学一调) 以二氧化碳和氢气为原料制取乙醇 的 反 应 为 ： 2CO2(g) ＋ 6H2(g)CH3CH2OH(g) ＋ 3H2O(g)　 ΔH<0。某压强下的密闭容器中，按 CO2 和 H2 的物质的量比为 1∶3 投料，不同温度下平衡体系中各物质的物质的量百分数(y%) 随温度变化如图所示。下列说法正确的是(　　) A．a 点的平衡常数小于 b 点 B．b 点，v 正(CO2)＝v 逆(H2O) C．a 点，H2 和 H2O 物质的量相等 D．其他条件恒定，充入更多 H2，v(CO2)不变 解析：选 C　从图像可知，温度越高氢气的含量越高，说明升高温度平衡向逆反应方向 移动，温度升高平衡常数减小，a>b，A 错误；b 点只能说明该温度下，CO2 和 H2O 的浓度 相等，不能说明 v 正(CO2)＝v 逆(H2O)，B 错误；从图像可知，a 点 H2 和 H2O 的物质的量百 分数相等，故物质的量相等，C 正确；其他条件恒定，充入更多 H2，反应物浓度增大，正 反应速率增大，v(CO2)也增大，D 错误。 9．一定条件下合成乙烯：6H2(g)＋2CO2(g)CH2===CH2(g)＋4H2O(g)，已知温度对 CO2 的平衡转化率和催化剂催化效率的影响如图所示，下列说法不正确的是(　　) A．该反应的逆反应为吸热反应 B．平衡常数：KM＞KN C．生成乙烯的速率：v(N)一定大于 v(M) D．当温度高于 250 ℃，升高温度，催化剂的催化效率降低 解析：选 C　升高温度 CO2 的平衡转化率降低，则升温平衡逆向移动，则逆反应为吸 热反应，故 A 正确；升高温度 CO2 的平衡转化率降低，则升温平衡逆向移动，所以 M 点化 学平衡常数大于 N 点，故 B 正确；化学反应速率随温度的升高而加快，催化剂的催化效率 降低，所以 v(N)有可能小于 v(M)，故 C 错误；根据图像，当温度高于 250 ℃，升高温度催 化剂的催化效率降低，故 D 正确。 10．一定条件下，可逆反应的平衡常数可以用平衡浓度计算，也可以用平衡分压代替 平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数。在恒温恒压条件下，总压不变，用平衡分压 计算平衡常数更方便。下列说法不正确的是(　　) A．对于反应 C2H4(g)＋H2O(g)C2H5OH(g)，在一定条件下达到平衡状态时，体系的 总压强为 p，其中 C2H4(g)、H2O(g)、C2H5OH(g)均为 1 mol，则用分压表示的平衡常数 Kp＝ 3 p B．恒温恒压下，在一容积可变的容器中，反应 2A(g)＋B(g)2C(g)达到平衡时，A、 B 和 C 的物质的量分别为 4 mol、2 mol 和 4 mol。若此时 A、B 和 C 均增加 1 mol，平衡正 向移动 C．恒温恒压下，在一容积可变的容器中，反应 N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)达到平衡状 态时，N2、H2、NH3 各 1 mol，若此时再充入 3 mol N2，则平衡正向移动 D．对于一定条件下的某一可逆反应，用平衡浓度表示的平衡常数和用平衡分压表示的 平衡常数，其数值不同，但意义相同，都只与温度有关 解析：选 C　平衡时 C2H4(g)、H2O(g)、C2H5OH(g)均为 1 mol，则三者的分压均为 1 3p， 故用分压表示的平衡常数 Kp＝ 1 3p 1 3p × 1 3p ＝3 p，A 项正确；如 A、B 和 C 的物质的量按 2∶1∶2 增加时，则平衡不移动，而“均增加 1 mol”时相当于在原来的基础上多加了 B，则平衡正 向移动，B 项正确；N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)达到平衡状态时，N2、H2、NH3 各 1 mol，三 者的分压均为 1 3p，此时用分压表示的平衡常数 Kp＝(1 3p )2÷[(1 3p ) × (1 3p )3]＝ 9 p2， 若再充入 3 mol N2，此时 N2 的分压为 2 3p，NH 3 和 H2 均为 1 6p，此时用分压表示的 Qp＝ (1 6p )2÷[(2 3p ) × (1 6p )3]＝ 9 p2＝Kp，平衡不移动，C 项错误；同一可逆反应，在相 同条件下用平衡浓度表示的平衡常数和用平衡分压表示的平衡常数，其数值不同，但意义相 同，且都只与温度有关，D 项正确。 11．将一定量纯净的氨基甲酸铵置于特制的密闭真空容器中(假设容器体积不变，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) 。实验测得不同温度下的平衡数据列于下表： 温度/℃ 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0 平衡总压强/kPa 5.7 8.3 12.0 17.1 24.0 平衡气体总浓度/ (×10－3mol·L－1) 2.4 3.4 4.8 6.8 9.4 (1)该反应的焓变 ΔH________0，熵变 ΔS________0(填“＞”“＜”或“＝”)。 (2)可以判断该分解反应已经达到化学平衡的是________(填字母)。 A．2v 正(NH3)＝v 逆(CO2) B．密闭容器中总压强不变 C．密闭容器中混合气体的密度不变 D．密闭容器中氨气的体积分数不变 (3)根据表中数据计算，在 25.0 ℃时，反应 2NH3(g)＋CO2(g)NH2COONH4(s)的平衡 常数 K＝________。 (4)取一定量的氨基甲酸铵固体放在一个带活塞的密闭真空容器中，在 25 ℃下达到平衡 状态。若在恒温下压缩容器体积，氨基甲酸铵固体的质量________(填“增加”“减小”或“ 不变”)。 解析：(1)分析表中数据可知，温度升高，平衡气体总浓度增大，说明平衡正向移动， 该反应为吸热反应，则有 ΔH＞0；该反应是气体体积增大的反应，则有 ΔS＞0。 (2)达到平衡时，正、逆反应速率相等，则有 v 正(NH3)＝2v 逆(CO2)，A 项不符合题意； 因为反应前后气体分子数不相等，未达到平衡前压强一直在变，所以总压强不变时，说明反 应达到平衡，B 项符合题意；反应未达到平衡前，气体质量一直在变，而容器容积不变， 依 ρ＝m V可知，混合气体的密度也在变，所以混合气体的密度不变时，说明反应达到平衡，C 项符合题意；反应产物中 NH3 和 CO2 的物质的量之比始终为 2∶1，密闭容器中氨气的体积 分数始终不变，D 项不符合题意。 (3)由表中数据可知，在 25.0 ℃时，平衡气体的总浓度为 4.8×10－3 mol·L－1，则有[NH3] ＝ 3.2×10 － 3 mol·L － 1 ， [CO2] ＝ 1.6×10 － 3 mol·L － 1 ， 反 应 2NH3(g) ＋ CO2(g)NH2COONH4(s)的平衡常数 K＝ 1 (3.2 × 10－3)2 × 1.6 × 10－3 ≈6.1×107。 (4)在恒温条件下压缩容器体积，平衡逆向移动，氨基甲酸铵固体的质量增大。 答案：(1)＞　＞　(2)BC　(3)6.1×107　(4)增大 12．科学家研究出一种以天然气为燃料的“燃烧前捕获系统”，其简单流程如图所示( 条件及物质未标出)。 (1)已知：CH4、CO、H2 的燃烧热分别为 890.3 kJ·mol－1、283.0 kJ·mol－1、285.8 kJ·mol －1，则上述流程中第一步反应 2CH4(g)＋O2(g)===2CO(g)＋4H2(g)的 ΔH＝______________。 (2)工业上可用 H2 和 CO2 制备甲醇，其反应方程式为 CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋ H2O(g)，某温度下，将 1 mol CO2 和 3 mol H2 充入体积不变的 2 L 密闭容器中，发生上述 反应，测得不同时刻反应前后的压强关系如下表： 时间/h 1 2 3 4 5 6 p后 p前 0.90 0.85 0.83 0.81 0.80 0.80 ①用 H2 表示前 2 h 的平均反应速率 v(H2)＝________________________________； ②该温度下，CO2 的平衡转化率为________。 (3)在 300 ℃、8 MPa 下，将 CO2 和 H2 按物质的量之比 1∶3 通入一密闭容器中发生(2) 中反应，达到平衡时，测得 CO2 的平衡转化率为 50%，则该反应条件下的平衡常数为 Kp＝ ________(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)。 (4)CO2 经催化加氢可合成低碳烯烃：2CO2(g)＋6H2(g)C2H4(g)＋4H2O(g)　ΔH。在 0.1 MPa 时，按 n(CO2)∶n(H2)＝1∶3 投料，如图所示为不同温度(T)下，平衡时四种气态 物质的物质的量(n)关系。 ①该反应的 ΔH________0(填“＞”或“＜”)。 ②曲线 c 表示的物质为________。 ③ 为 提 高 H2 的 平 衡 转 化 率 ， 除 改 变 温 度 外 ， 还 可 采 取 的 措 施 是 ______________________。 解析：(1)CH4、CO、H2 的燃烧热分别为 890.3 kJ·mol－1、283.0 kJ·mol－1、285.8 kJ·mol －1，据此写出热化学方程式： ①CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l) ΔH1＝－890.3 kJ·mol－1 ②CO(g)＋1 2O2(g)===CO2(g) ΔH2＝－283.0 kJ·mol－1 ③H2(g)＋1 2O2(g)===H2O(l) ΔH3＝－285.8 kJ·mol－1 根据盖斯定律，由①×2－②×2－③×4 可得：2CH4(g)＋O2(g)===2CO(g)＋4H2(g)，则 有 ΔH＝2ΔH 1－2ΔH2－4ΔH3＝(－890.3 kJ·mol －1)×2－(－283.0 kJ·mol －1)×2－(－285.8 kJ·mol－1)×4＝－71.4 kJ·mol－1。 (2)①恒温恒容时，气体的压强之比等于其物质的量之比，2 h 时，p后 p前＝0.85，设消耗 CO2 的物质的量为 x mol， CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔV 　1　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2 x mol　　　　　　　　　　　　　　　 　　2x mol 则有 (4－2x)mol 4 mol ＝0.85，解得 x＝0.3，故前 2 h 的平均反应速率 v(H2)＝0.3 mol × 3 2 L × 2 h ＝ 0.225 mol·L－1·h－1。 ②该温度下，反应进行 5 h 时达到平衡状态，此时p后 p前＝0.80，设消耗 CO2 的物质的量为 y mol，则有 (4－2y)mol 4 mol ＝0.80，解得 y＝0.4，故 CO2 的平衡转化率为0.4 mol 1 mol ×100%＝40% 。 (3)设开始时投入 CO2 和 H2 的物质的量分别为 1 mol、3 mol，CO2 的平衡转化率为 50%， 则有： 　　　　CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) 起始量/mol　　1　　　　3　　　　　0　　　　　0 转化量/mol 　 0.5　　　1.5　　　　0.5　　　　0.5 平衡量/mol 　 0.5　　　1.5　　　　0.5　　　　0.5 则平衡时 p(CO2)＝p(CH3OH)＝p(H2O)＝8 MPa×0.5 mol 3 mol ＝4 3 MPa，p(H2)＝8 MPa× 1.5 mol 3 mol ＝4 MPa，故该反应条件下的平衡常数为 Kp＝ 4 3 × 4 3 4 3 × 43 ＝ 1 48。 (4)①由图可知，随着温度的升高，n(H2)逐渐增大，说明平衡逆向移动，则正反应为放 热反应，故有 ΔH<0。②随着温度的升高，n(H2)逐渐增大，由于 H2 是反应物，则另一条逐 渐增大的曲线 a 代表 CO2；C2H4(g)、H2O(g)都是生成物，随着平衡逆向移动，二者的物质 的量逐渐减小，根据系数的关系可知，曲线 b 代表 H2O(g)，曲线 c 代表 C2H4(g)。③该反应 的正反应是气体总分子数减少的放热反应，欲提高 H2 的平衡转化率，除改变温度外，还可 以增大压强或不断分离出产物 H2O(g)。 答案：(1)－71.4 kJ·mol－1　(2)①0.225 mol·L－1·h－1 ②40%　(3) 1 48　(4)①<　②C2H4　③加压(或不断分离出水蒸气) 13．NH3 作为一种重要化工原料，被大量应用于工业生产，与其有关性质反应的催化 剂研究曾被列入国家 863 计划。催化剂常具有较强的选择性，即专一性。已知： 反应Ⅰ：4NH3(g)＋5O2(g)Pt/Ru 高温 4NO(g)＋6H2O(g)　ΔH1＝－905.0 kJ·mol－1 反应Ⅱ：4NH3(g)＋3O2(g)Cu/TiO2 高温 2N2(g)＋6H2O(g)　ΔH2 (1) 化学键 H—O O===O N≡N N—H 键能/(kJ·mol－1) 463 496 942 391 ΔH2＝______________。 (2)在恒温恒容装置中充入一定量的 NH3 和 O2，在某催化剂的作用下进行反应Ⅰ，则下 列有关叙述中正确的是________(填字母)。 A．使用催化剂时，可降低该反应的活化能，加快其反应速率 B．若测得容器内 4v 正(NH3)＝6v 逆(H2O)时，说明反应已达到平衡 C．当容器内 n(NO) n(NH3)＝1 时，说明反应已达到平衡 (3)氨催化氧化时会发生上述两个竞争反应Ⅰ、Ⅱ。为分析某催化剂对该反应的选择性， 在 1 L 密闭容器中充入 1 mol NH3 和 2 mol O2，测得有关物质的量关系如图： ①该催化剂在高温时选择反应________(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。 ②520 ℃时，4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)的平衡常数 K＝________(不要求得 出计算结果，只需列出数字计算式)。 ③有利于提高 NH3 转化为 N2 的平衡转化率的措施有________(填字母)。 A．使用催化剂 Pt/Ru B．使用催化剂 Cu/TiO2 C．增大 NH3 和 O2 的初始投料比 D．投料比不变，增大反应物的浓度 E．降低反应温度 解析：(1)4NH3(g)＋3O2(g)Cu/TiO2 高温 2N2(g)＋6H2O(g) ΔH2＝反应物的键能总和－生成物的键能总和＝4×3×391 kJ·mol －1＋3×496 kJ·mol－ 1－2×942 kJ·mol－1－6×2×463 kJ·mol－1＝－1 260 kJ·mol－1。 (2)在恒温恒容装置中充入一定量的 NH3 和 O2，在某催化剂的作用下进行反应Ⅰ，使用 催化剂时，可降低该反应的活化能，加快其反应速率，A 正确；若测得容器内 4v 正(NH3)＝ 6v 逆(H2O)时，两反应速率之比不等于系数之比，说明反应未达到平衡，B 不正确；当容器 内 n(NO) n(NH3)＝1 时，并不能说明各组分含量保持不变，也不能说明正、逆反应速率相等，所以 不能说明反应已达到平衡，C 不正确。 (3)①根据图像结合 N 元素守恒可知，在高温时氨主要转化为 NO，所以该催化剂在高 温时选择反应Ⅰ。 ②520 ℃时，4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)的平衡常数可根据 A 点数据计算。A 点对应的纵坐标为 0.2，说明 n(N2)＝n(NO)＝0.2 mol，根据 N 原子守恒得 n(NH3)＝1 mol－ 0.2 mol－0.2 mol×2＝0.4 mol，再根据 H 元素守恒得 n(H2O)＝ (1－0.4) × 3 2 mol＝0.9 mol， 最后根据 O 原子守恒得 n(O2)＝2 mol－0.2 mol×1 2－0.9 mol×1 2＝1.45 mol，因为容积为 1 L ，所以 K＝ 0.24 × 0.96 0.44 × 1.455。 ③使用催化剂可以加快化学反应速率，但不能提高反应物的转化率，A 和 B 都不正确； 增大 NH3 和 O2 的初始投料比虽然有利于反应Ⅱ的发生，但会减小氨气的转化率，C 不正确 ；正反应是气体分子数增大的反应，投料比不变，增大反应物的浓度相当于采取了加压的措 施，加压对逆反应有利，所以氨的转化率减小，D 不正确；正反应是放热反应，降低反应温 度对正反应有利，所以有利于提高 NH3 转化为 N2 的平衡转化率，E 正确。 答案：(1)－1 260 kJ·mol－1　(2)A (3)①Ⅰ　② 0.24 × 0.96 0.44 × 1.455　③E