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文档介绍
2018届二轮复习化学反应速率和化学平衡学案（全国通用）(3)
第9讲 化学反应速率和化学平衡 [最新考纲] 1．了解化学反应速率的概念和定量表示方法。能正确计算化学反应的转化率(α)。2.了解反应活化能的概念，了解催化剂的重要作用。3.了解化学反应的可逆性及化学平衡的建立。4.掌握化学平衡的特征。了解化学平衡常数(K)的含义，能利用化学平衡常数进行相关计算。5.理解外界条件(浓度、温度、压强、催化剂等)对反应速率和化学平衡的影响，能用相关理论解释其一般规律。6.了解化学反应速率和化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。 化学反应速率的影响因素 1．(2014·新课标全国卷Ⅰ)已知分解1 mol H2O2放出热量98 kJ，在含少量I－的溶液中，H2O2分解的机理为： H2O2＋I－―→H2O＋IO－慢 H2O2＋IO－―→H2O＋O2＋I－快 下列有关该反应的说法正确的是( ) A．反应速率与I－的浓度有关 B．IO－也是该反应的催化剂 C．反应活化能等于98 kJ· mol－1 D．v(H2O2)＝v(H2O)＝v(O2) 解析 A项，H2O2的分解速率取决于第一步的慢反应，该反应中I－为反应物，故反应速率与I－的浓度有关，正确；B项，该反应的催化剂为I－，IO－只是该反应的中间物质，错误；C项，98 kJ· mol－1是1 mol H2O2分解的反应热，反应热与活化能无关，错误；D项，将题给两个反应合并可得总反应为2H2O2===2H2O＋O2↑，由化学反应速率与其对应物质的化学计量数的关系可知，该反应中不同物质的反应速率关系应为v(H2O2)＝v(H2O)＝2v(O2)，错误。 答案 A 2．(2017·天津理综，10节选)H2S和SO2会对环境和人体健康带来极大的危害，工业上采取多种方法减少这些有害气体的排放，回答下列各方法中的问题。 Ⅰ.H2S的除去 方法1：生物脱H2S的原理为： H2S＋Fe2(SO4)3===S↓＋2FeSO4＋H2SO4 4FeSO4＋O2＋2H2SO42Fe2(SO4)3＋2H2O (1)硫杆菌存在时，FeSO4被氧化的速率是无菌时的5×105倍，该菌的作用是_________________________________________________________________ _________________________________________________________________。 (2)由图1和图2判断使用硫杆菌的最佳条件为________________________________________________________________。 若反应温度过高，反应速率下降，其原因是__________________________ ________________________________________________________________。 解析 (1)由硫杆菌存在时的反应速率增大5×105倍可知，硫杆菌为该反应的催化剂，该反应中硫杆菌改变了反应路径，降低了反应的活化能。(2)由图1可知，温度在30 ℃左右时，速率最快；由图2可知，反应混合液的pH＝2.0左右时，速率最快。由此可推断使用硫杆菌的最佳条件为温度为30 ℃、混合液的pH＝2.0。若反应温度过高，硫杆菌蛋白质受热变性失活，导致反应速率下降。 答案 (1)降低反应活化能(或作催化剂) (2)30 ℃、pH＝2.0 蛋白质变性(或硫杆菌失去活性) 结合信息或图像，判断化学平衡移动方向 3．(2017·天津理综，6)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 A项，增加c(CO)，平衡向正向移动，因平衡常数大小只与温度有关，与浓度无关，所以反应的平衡常数不变，错误；B项，第一阶段，50 ℃时，Ni(CO)4为气态，易于分离，有利于Ni(CO)4的生成，正确；C项，第二阶段，230 ℃制得高纯镍的反应方程式的Ni(CO)4(g)Ni(s)＋4CO(g)的平衡常数K1＝＝5×106，所以Ni(CO)4分解率较高，错误；D项，因反应达到平衡时，正、逆反应速率相等，再根据该反应的化学计量数可知，该反应达到平衡时，4v生成[Ni(CO)4]＝v生成(CO)，错误。 答案 B 4．(2017·课标全国Ⅱ，27)丁烯是一种重要的化工原料，可由丁烷催化脱氢制备。回答下列问题： (1)正丁烷(C4H10)脱氢制1丁烯(C4H8)的热化学方程式如下： ①C4H10(g)===C4H8(g)＋H2(g) ΔH1 已知：②C4H10(g)＋O2(g)===C4H8(g)＋H2O(g) ΔH2＝－119 kJ·mol－1 ③H2(g)＋ O2(g)===H2O(g) ΔH3＝－242 kJ·mol－1 图(a)是反应①平衡转化率与反应温度及压强的关系图，x________0.1(填“大于”或“小于”)；欲使丁烯的平衡产率提高，应采取的措施是________(填标号)。 A．升高温度 B．降低温度 C．增大压强 D．降低压强 (2)丁烷和氢气的混合气体以一定流速通过填充有催化剂的反应器(氢气的作用是活化催化剂)，出口气中含有丁烯、丁烷、氢气等。图(b)为丁烯产率与进料气中n(氢气)/n(丁烷)的关系。图中曲线呈现先升高后降低的变化趋势，其降低的原因是_________________________________________________________________ ___________________________________________________________________。 (3)图(c)为反应产率和反应温度的关系曲线，副产物主要是高温裂解生成的短碳链烃类化合物。丁烯产率在590 ℃之前随温度升高而增大的原因可能是___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________、 ___________________________________________________________________； 590 ℃之后，丁烯产率快速降低的主要原因可能是___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________。 解析 (1)由a图可以看出，温度相同时，由0.1 MPa变化到x MPa，丁烷的转化率增大，即平衡正向移动，所以x的压强更小，x<0.1。由于反应①为吸热反应，所以温度升高时，平衡正向移动，丁烯的平衡产率增大，因此A正确、B错误。反应①正向进行时体积增大，加压时平衡逆向移动，丁烯的平衡产率减小，因此C错误，D正确。(2)反应初期，H2可以活化催化剂，进料气中n(氢气)/n (丁烷)较小，丁烷浓度大，反应向正反应方向进行的程度大，丁烯转化率升高；然后进料气中n(氢气)/n(丁烷)增大，原料中过量的H2会使反应①平衡逆向移动，所以丁烯转化率下降。(3)590 ℃之前，温度升高时反应速率加快，生成的丁烯会更多，同时由于反应①是吸热反应，升高温度平衡正向移动，平衡体系中会含有更多的丁烯。而温度超过590 ℃时，由于丁烷高温会裂解生成短链烃类，所以参加反应①的丁烷也就相应减少。 答案 (1)小于 AD (2)原料中过量H2会使反应①平衡逆向移动，所以丁烯转化率下降 (3)590 ℃前升高温度，反应①平衡正向移动 升高温度时，反应速率加快，单位时间产生丁烯更多 高于590 ℃时温度则有更多的C4H10裂解导致产率降低 结合数据或图像定量分析反应进行的限度 5．(2017·江苏化学，15)温度为T1时，在三个容积均为1 L的恒容密闭容器中仅发生反应：2NO2(g)2NO(g)＋O2(g)(正反应吸热)。实验测得：v正＝v(NO2)消耗＝k正c2(NO2)，v逆＝v(NO)消耗＝2v(O2)消耗＝k逆c2(NO)·c(O2)，k正、k逆为速率常数，受温度影响。下列说法正确的是(双选)( ) 容器编号 物质的起始浓度(mol·L－1) 物质的平衡浓度(mol·L－1) c(NO2) c(NO) c(O2) c(O2) Ⅰ 0.6 0 0 0.2 Ⅱ 0.3 0.5 0.2 Ⅲ 0 0.5 0.35 A.达平衡时，容器Ⅰ与容器Ⅱ中的总压强之比为4∶5 B．达平衡时，容器Ⅱ中比容器Ⅰ中的大 C．达平衡时，容器Ⅲ中NO的体积分数小于50% D．当温度改变为T2时，若k正＝k逆，则T2＞T1 解析 A项， 2NO2(g)2NO(g) ＋ O2(g) c(始)/(mol·L－1) 0.6 0 0 c(变)/(mol·L－1) 0.4 0.4 0.2 c(平)/(mol·L－1) 0.2 0.4 0.2 K＝＝＝0.8，平衡时气体的总物质的量为0.8 mol。容器Ⅱ中起始气体的总物质的量为1.0 mol，此时Qc＝＝＜K，正向建立平衡，气体的物质的量增大，即气体的物质的量大于1.0 mol，容器Ⅰ和容器Ⅱ中总压强之比小于4∶5，错误；B项，平衡时容器Ⅰ中＝1，容器Ⅱ中， 2NO2(g)2NO(g)＋O2(g) c(始)/(mol·L－1) 0.3 0.5 0.2 c(变)/(mol·L－1) x x 0.5x c(平)/(mol·L－1) 0.3－x 0.5＋x 0.2＋0.5x 若＝1，得x＝0.067，代入得Qc＝1.38>K，平衡逆向移动，故容器Ⅱ中，＜1，[另解：容器Ⅱ中投料量相当于0.7 mol NO2、0.1 mol NO，容器Ⅰ中投料量为0.6 mol NO2，容器Ⅱ相对于容器Ⅰ相当于多投入0.1 mol NO2，相当于加压，平衡逆向移动，多投入0.1 mol NO，平衡逆向移动，减小]，错误；C项，容器Ⅰ达到平衡状态时，NO的体积分数为50%，设容器Ⅲ中平衡时NO的体积分数也为50%， 2NO2(g)===2NO(g)＋O2(g) c(始)/(mol·L－1) 0 0.5 0.35 c(变)/(mol·L－1) x x 0.5x c(平)/(mol·L－1) x 0.5－x 0.35－0.5x 则有＝0.5，x＝0.1，此时Qc＝4.8＞K，平衡逆向移动，NO的体积分数小于50%，[另解：容器Ⅲ的投料量改为0.6 mol NO和0.3 mol O2，则建立与容器Ⅰ等效的平衡，现在投料量减少0.1 mol NO，增加0.05 mol O2，造成NO体积分数减小]，正确；D项，达到平衡时，v(正)＝v(逆)，有k正c2(NO2)＝k逆c2(NO)·c(O2)，有＝＝K，T1时＝K＝0.8，T2时＝K＝1，K值增大，说明平衡向正反应方向移动，正反应是吸热反应，说明温度升高，即T2＞T1，正确。 答案 CD 6．[2017·课标全国Ⅰ，28(3)]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。 ①H2S的平衡转化率α1＝________%，反应平衡常数K＝________。 ②在620 K重复试验，平衡后水的物质的量分数为0.03，H2S的转化率α2________α1，该反应的ΔH________0。(填“>”“<”或“＝”) ③向反应器中再分别充入下列气体，能使H2S转化率增大的是________(填标号)。 A. H2S B. CO2 C．COS D．N2 H2O%＝＝0.02，x＝0.01。H2S的转化率为×100%＝2.5%。K＝＝2.8×10－3。②水的物质的量分数增大，说明平衡正向移动，H2S的转化率增大；温度升高，平衡正向移动，说明正反应是吸热反应。③增大H2S浓度，平衡正向移动，CO2转化率增大，H2S转化率降低，A错误；同理，增大CO2浓度，H2S转化率增大，CO2转化率降低，B正确；增大COS浓度，平衡向逆反应方向移动，H2S转化率降低，C错误；加入不反应的N2，反应物、生成物浓度均不变，平衡不移动，H2S转化率不变，D错误。 答案 ①2.5 2.8×10－3 ②> > ③B 7．[2016·新课标全国Ⅰ，27(2)]CrO和Cr2O在溶液中可相互转化。室温下，初始浓度为1.0 mol·L－1的Na2CrO4溶液中c(Cr2O)随c(H＋)的变化如图所示。 (1)用离子方程式表示Na2CrO4溶液中的转化反应__________________________________________________________________ __________________________________________________________________。 (2)由图可知，溶液酸性增大，CrO的平衡转化率______(填“增大”、“减小”或“不变”)。根据A点数据，计算出该转化反应的平衡常数为________。 (3)升高温度，溶液中CrO的平衡转化率减小，则该反应的ΔH________0(填“大于”“小于”或“等于”)。 解析 由图可知，随着溶液酸性增大，溶液中c(Cr2O)逐渐增大，说明CrO逐渐转化为Cr2O，则CrO的平衡转化率逐渐增大，其反应的离子方程式为：2CrO＋2H＋Cr2O＋H2O；由图中A点数据，可知：c(Cr2O)＝0.25 mol·L－1、c(H＋)＝1.0×10－7 mol·L－1，则进一步可知c(CrO)＝1.0 mol·L－1－2×0.25 mol·L－1＝0.5 mol·L－1，根据平衡常数的定义可计算出该转化反应的平衡常数为1.0×1014；升高温度，溶液中CrO的平衡转化率减小，说明化学平衡逆向移动，则正反应为放热反应，即该反应的ΔH小于0。 答案 (1)2CrO＋2H＋Cr2O＋H2O (2)增大 1.0×1014 (3)小于 分析评价 题型：选择题 填空题 评析：本部分知识在Ⅰ卷中考查速率及平衡的影响或结合图像分析平衡移动；Ⅱ卷中通常在化学反应原理综合题中，通过图像研究速率、平衡影响，通过获取数据或图像信息计算转化率和平衡常数，同时结合工农业生产实际考查学生运用所学知识解决实际问题的能力。 启示：Ⅱ 轮复习时，应注意新情景下平衡状态的判定，及化学平衡常数的多种表示形式的书写，同时加强审读图像获取解题信息的强化训练。 高频考点一 化学反应速率及其影响因素 [考点精要] 1．化学反应速率易错知识积累 (1)误认为随着化学反应的进行，化学反应速率一定逐渐减小。其实不一定，因为反应速率不仅受浓度影响，而且受温度影响，一般会先增大后减小。 (2)误用某物质的物质的量代替物质的量浓度计算化学反应速率。速率大小比较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)误认为纯固体和纯液体不会改变化学反应速率。实际上不能用纯固体和纯液体物质的变化表示化学反应速率，但若将固体的颗粒变小(增大固体的接触面积)则化学反应速率会加快。 (4)误认为只要增大压强，化学反应速率一定增大。实际上反应在密闭固定容积的容器中进行，若充入氦气(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；若反应在密闭容积可变的容器中进行，充入氦气(或不参与反应的气体)而保持压强不变，容器体积增大，各组分浓度减小，反应速率减小。 (5)误认为温度、压强等条件的改变为正、逆反应速率影响不一致。如认为升温既然使化学平衡向吸热方向移动，则对于放热反应，升温时，逆反应速率增大，而正反应速率减小。其实不然，温度升高，正、逆反应速率都增大，只是吸热反应方向速率增大程度大；同理，降温会使吸热反应方向速率减小程度大，而导致化学平衡向放热方向移动。 2．化学反应速率的求算 (1)公式法：v(B)＝＝ 用上式进行某物质反应速率计算时需注意以下几点： 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，而不是即时速率，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。不同物质表示的反应速率之比等于其化学计量数之比。 (2)比值法：同一化学反应，各物质的反应速率之比等于方程式中的化学计量数之比。对于反应：mA(g)＋nB(g)===pC(g)＋qD(g)来说，则有＝＝＝。 [考法指导] 化学反应速率的影响因素(难度系数☆☆) 【考法训练1】 工业上生产水煤气的反应为：C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g) ΔH＞0。在一容积可变的密闭容器中进行该反应，下列条件的改变能够加快反应速率的是( ) A．增加C的量 B．保持压强不变，充入N2 C．保持体积不变，充入N2 D．将容器的体积缩小一半 解析 C为固体，增加C的量，反应速率不变，A项错误；保持压强不变，充入N2，容器体积增大，体系中气体反应物的浓度减小，反应速率减慢，B项错误；保持体积不变，充入N2，体系中各物质的浓度不变，反应速率不变，C项错误；将容器的体积缩小一半，体系中气体反应物的浓度增大，反应速率加快，D项正确。 答案 D 【考法训练2】 已知反应：2NO(g)＋Br2(g)===2NOBr(g)的活化能为a kJ·mol－1，其反应机理如下： ①NO(g)＋Br2(g)===NOBr2(g) 慢 ②NO(g)＋NOBr2(g)===2NOBr(g) 快 下列有关该反应的说法正确的是( ) A．反应的速率主要取决于②的快慢 B．反应速率v(NO)＝v(NOBr)＝2v(Br2) C．NOBr2是该反应的催化剂 D．该反应的焓变等于a kJ·mol－1 解析 A项，反应速率的快慢主要取决于慢反应①的速率，错误；B项，反应速率之比等于化学计量数之比，根据总反应式知v(NO)＝v(NOBr)＝2v(Br2)，正确；C项，NOBr2是反应①的生成物，是反应②的反应物，不是催化剂，错误；D项，a kJ·mol－1是总反应的活化能，不是焓变，错误。 答案 B 【当堂指导】 解答影响化学反应速率因素题目的解题步骤 (1)审清题干：看清题目要求是“浓度”“压强”还是“温度”“催化剂”。 (2)审清条件：分清是“恒温恒压”还是“恒温恒容”，或其他限制条件。 (3)依据条件，进行判断： ①增大浓度使化学反应速率加快，但增加固体的量对化学反应速率无影响。 ②压强对化学反应速率的影响必须引起容器的体积发生变化同时有气体参加的化学反应。 化学反应速率定量分析(难度系数☆☆☆) 【典例演示】 一定温度下，10 mL 0.40 mol/L H2O2溶液发生催化分解。不同时刻测得生成O2的体积(已折算为标准状况)见下表。 t/min 0 2 4 6 8 10 V(O2)/mL 0.0 9.0 17.2 22.4 26.5 29.9 下列叙述不正确的是(溶液体积变化忽略不计)( ) A．0～6 min的平均反应速率： v(H2O)≈3.3×10－2 mol/(L·min) B．6～10 min的平均反应速率： v(H2O2)＜3.3×10－2mol/(L·min) C．反应至6 min时，c(H2O2)＝0.30 mol/L D．反应至6 min时，H2O2分解了50% 解析 A项，0～6 min内，产生n(O2)＝1×10－3 mol，消耗n(H2O2)＝2×10－3 mol，则v(H2O2)＝＝≈3.3×10－2 mol/(L·min)，故A正确；B项，依照A项解题步骤，可知B项正确；C项，反应至6 min时，消耗n(H2O2)为2×10－3 mol，剩余c(H2O2)＝＝0.2 mol/L，故C项不正确；D项，反应至6 min时，消耗n(H2O2)为2×10－3 mol，占起始物质的量的50%，故D项正确。 答案 C 【考法训练3】 (2017·湖北龙泉中学、襄阳五中、宜昌一中联考)在2 L的密闭容器中，发生反应：2A(g)＋B(g)2C(g)＋D(g)。若最初加入的A和B都是4 mol，在前10 s A的反应速率为0.12 mol·L－1·s－1，则10 s时容器中B的物质的量是( ) A．1.6 mol B．2.8 mol C．2.4 mol D．1.2 mol 解析 前10 s v(B)＝v(A)＝0.06 mol·L－1·s－1，则消耗的B的物质的量为0.06 mol·L－1·s－1×10 s×2 L＝1.2 mol，10 s时容器中B的物质的量为(4－1.2)mol＝2.8 mol，B项正确。 答案 B 【考法训练4】 某小组利用H2C2O4溶液和酸性KMnO4溶液反应来探究“外界条件对化学反应速率的影响”。 (1)向酸性KMnO4溶液中加入一定量的H2C2O4溶液，当溶液中的KMnO4耗尽后，溶液紫色将褪去。为确保能观察到紫色褪去，H2C2O4与KMnO4初始的物质的量需要满足的关系为n(H2C2O4)∶n(KMnO4)________。 (2)为探究反应物浓度对化学反应速率的影响，该小组设计了如下实验方案： 实验 序号 反应温度/℃ H2C2O4溶液 酸性KMnO4溶液 H2O V/mL c/mol·L－1 V/mL c/mol·L－1 V/mL ① 25 8.0 0.20 5.0 0.010 0 ② 25 6.0 0.20 5.0 0.010 x 表中x＝________mL，理由是_______________________________________。 (3)已知50 ℃时，c(H2C2O4)随反应时间t的变化曲线如图所示，若保持其他条件不变，请在坐标图中画出25 ℃时c(H2C2O4)随t的变化曲线示意图。 解析 (1)2MnO＋6H＋＋5H2C2O4===2Mn2＋＋10CO2↑＋8H2O，根据上述方程式判断，H2C2O4与KMnO4初始的物质的量需满足n(H2C2O4)∶n(KMnO4)≥2.5。(2)根据表中提供的数据可知，应控制KMnO4的浓度不变，调节H2C2O4的浓度，所以x＝2.0(即总体积保持13.0 mL不变)。(3)温度降低，反应速率减慢，反应达到平衡时所用时间变长。 答案 (1)≥2.5 (2)2.0 保证其他条件不变，只改变反应物H2C2O4的浓度，从而达到对照实验的目的 (3)如图所示 【当场指导】 利用“控制变量法”的解题策略 1．确定变量：解答这类题目时首先要认真审题，理清影响实验探究结果的因素有哪些。 2．定多变一：在探究时，应该先确定其他因素不变，只改变一种因素，看这种因素与探究的问题存在怎样的关系；这样确定一种以后，再确定另一种，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。 3．数据有效：解答时注意选择数据(或设置实验)要有效，且变量统一，否则无法做出正确判断。 高频考点二 化学平衡状态及平衡移动 [考点精要] 1．化学平衡状态的判断 (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，当是等体积反应时，不一定达到平衡；当是不等体积反应时，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。 2．化学平衡问题易错知识积累 (1)不要将平衡的移动和速率的变化混同起来。如化学反应速率改变，平衡不一定发生移动，但平衡发生移动，化学反应速率一定改变；不能认为平衡正向移动一定是v(正)加快，v(逆)减慢等。 (2)不要将平衡的移动和浓度的变化混同起来。如不能认为平衡正向移动时，反应物浓度一定减少，生成物浓度一定增加等。 (3)不要将平衡的移动和反应物的转化率混同起来。不能认为平衡正向移动时，反应物的转化率一定提高。 3．勒夏特列原理再认识 勒夏特列原理，是我们解答平衡移动的基石，但有些改变是不通过平衡移动来完成的，那么就不能用勒夏特列原理解释如： (1)等体反应如“H2(g)＋I2(g)2HI(g)”压强改变，平衡不发生移动。 (2)催化剂能同等程度地改变正、逆反应速率，所以催化剂不会影响化学平衡。 (3)当外界条件的改变对平衡移动的影响与生产要求不一致时，不能用勒夏特列原理解释，如工业合成氨选择500 ℃比室温对生产有利，是因为500 ℃反应速率快，对生产有利，而从平衡上讲对生产不利。 [考法指导] 平衡状态的建立(难度系数☆☆) 【考法训练1】 (2017·泰安统测)在密闭的烧瓶里盛放气体A，在25 ℃时建立平衡：2A(g)B(g) ΔH＜0，将烧瓶置于100 ℃的沸水中，在建立新平衡的过程中，烧瓶内混合气体的物理量始终不变的是( ) A．平均相对分子质量 B．密度 C．容器内的压强 D．物质的量 解析 升高温度时平衡逆向移动，气体总质量不变，容器体积不变，则混合气体密度不变。又因为平衡逆向移动时气体的总物质的量增大，故混合气体平均相对分子质量减小，容器内压强增大。 答案 B 【考法训练2】 汽车尾气净化的主要原理为2NO(g)＋2CO(g)2CO2(g)＋N2(g) ΔH＜0。若该反应在绝热、恒容的密闭体系中进行，下列示意图正确且能说明反应在进行到t1时刻达到平衡状态的是________(填编号)。 解析 ①达到平衡时，v正应保持不变。 ②由于是放热反应，又是绝热容器，体系温度升高，平衡左移，K减小。 ③图中达到平衡时，CO、CO2的改变量不是1∶1。 ④w(NO)逐渐减小，达到平衡时保持不变。 ⑤因正反应放热，容器绝热，故反应开始后体系温度升高，达到平衡状态时，体系温度不再发生变化。 ⑥ΔH是一个定值，不能用于判断可逆反应是否达到平衡状态。 答案 ②④⑤ 【当场指导】 化学平衡标志“三关注” 平衡移动及结果判断(难度系数☆☆☆) 【典例演示】 在恒温恒容的密闭容器中，某储氢反应：MHx(s)＋yH2(g)MHx＋2y(s) ΔH<0达到化学平衡。下列有关叙述正确的是( ) A．容器内气体压强保持不变 B．吸收y mol H2只需1 mol MHx C．若降温，该反应的平衡常数减小 D．若向容器内通入少量氢气，则v(放氢)>v(吸氢) 解析 MHx(s)＋yH2(g)MHx＋2y(s) ΔH＜0，该反应属于气体的物质的量减小的反应。A项，平衡时气体的物质的量不变，压强不变，正确；B项，该反应为可逆反应，吸收y mol H2需要大于1 mol MHx ，错误；C项，因为该反应的正反应方向为放热反应，降温时该反应将向正反应方向移动，反应的平衡常数将增大，错误；D项，向容器内通入少量氢气，相当于增大压强，平衡正向移动，v(放氢)＜v(吸氢)，错误。 答案 A 【考法训练3】 (2017·黄冈模拟)在一定条件下，可逆反应2A(g)＋B(g)nC(s)＋D(g)达平衡。若维持温度不变，增大压强，测得混合气体的平均相对分子质量不发生改变，则下列说法正确的是( ) A．其他条件不变，增大压强，平衡不发生移动 B．其他条件不变，增大压强，混合气体的总质量不变 C．该反应式中n值一定为2 D．原混合气体中A与B的物质的量之比为2∶1，且2M(A)＋M(B)＝3M(D)(其中M表示物质的摩尔质量) 解析 A项，该反应的正反应是气体体积减小的反应，增大压强平衡向正反应方向移动，错误；B项，增大压强平衡向正反应方向移动，C的质量增大，C为固体，根据质量守恒定律可知，混合气体的质量减小，错误；C项，C为固体，压强改变不影响C的浓度，不能确定n的值，错误；D项，增大压强，测得混合气体的平均相对分子质量不变，说明混合气体的平均相对分子质量为定值，原混合气中A与B的物质的量之比为2∶1，按2∶1反应，二者的平均相对分子质量与D的相对分子质量相等，则＝M(D)，正确。 答案 D 【考法训练4】 在温度、初始容积相同的甲、乙两个密闭容器中，按不同方式投入反应物(如图所示)，发生反应：3X(g)＋Y(g)2Z(g) ΔH＜0。 保持温度不变，测得平衡时的有关数据如下： 恒容容器甲 恒压容器乙 Y的物质的量/mol n1 n2 Z的体积分数 φ1 φ2 下列说法正确的是( ) A．平衡时容器乙的容积一定比反应前大 B．平衡时容器甲的压强一定比反应前大 C．n2＞n1 D．φ2＞φ1 解析 容器乙内反应向正反应方向进行，气体的总物质的量减小，恒温恒压下，气体的体积之比等于物质的量之比，故平衡时容器乙的容积一定比反应前小，A项错误；无法确定容器甲中反应是正向进行，还是逆向进行，故平衡时容器甲的压强不一定比反应前大，B项错误；容器甲内反应所达到的平衡状态可以等效为开始时投入3 mol X、1 mol Y，并在相同条件下达到的平衡状态，容器甲中随着反应进行压强减小，容器乙内反应所达到的平衡状态相当于增大容器甲的压强达到的平衡状态，增大压强平衡向气体分子数减小的方向移动，即向正反应方向移动，故n1＞n2，φ2＞φ1，C项错误，D项正确。 答案 D 【当场指导】 “虚拟过程法”分析化学平衡 在研究平衡移动时，常用构造模型的方法，比如在一定温度下，2 mol SO2和1 mol O2在容器甲中建立的平衡体系中，再加入2 mol SO2和1 mol O2的混合气体，你可以在另一个相同体积的容器乙中先建立平衡如图，此时这两个平衡体系完全一致，此时如果把甲、乙之间的隔板抽去，各物质的量增倍，百分含量不变，然后再把它压成此时体积的，压强增大，平衡右移，所以通过这样的虚拟过程，可以看出，在体积不变时，成比例加入反应物相当于增大压强。 高频考点三 化学平衡常数及转化率 [考点精要] 1．化学平衡常数表达式 (1)不要把反应体系中纯固体、纯液体以及稀水溶液中水的浓度写进平衡常数表达式。如： CaCO3(s)CaO(s)＋CO2(g) K＝c(CO2) Cr2O(aq)＋H2O(l)2CrO(aq)＋2H＋(aq) K＝ 但在非水溶液中，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。如： C2H5OH＋CH3COOHCH3COOC2H5＋H2O K＝ C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g) K＝ (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。如： N2O4(g)2NO2(g) K＝ N2O4(g)NO2(g) K′＝＝ 2NO2(g)N2O4(g) K″＝＝ (3)有气体参与的反应，用平衡分压(总压乘以各自的物质的量分数)表示平衡常数。 如：2A(g)＋B(s)C(g)。若达到平衡时，n(A)＝n1 n(C)＝n2密闭体系的压强为p，则K＝＝。 2．对于化学平衡常数的定性理解 (1)对于同类型的反应，K值越大，反应物转化率越大，表示反应进行的程度越大；K值越小，反应物转化率越小，表示反应进行的程度越小。 (2)化学平衡常数只与温度有关，与反应物或生成物的浓度无关。 (3)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，相应地化学平衡常数也要发生变化。 [考法指导] 化学平衡常数及转化率的理解和简单应用(难度系数☆☆) 【考法训练1】 已知可逆反应：2N2H4(g)＋2NO2(g)3N2(g)＋4H2O(g) ΔH＞0。下列有关说法正确的是( ) A．加压有利于化学平衡向正反应方向移动 B．该反应的化学平衡常数表达式为K＝ C．升高温度可缩短反应达到平衡的时间但不能提高平衡转化率 D．使用催化剂可缩短反应达到平衡的时间但不能提高平衡转化率 解析 加压，化学平衡向逆反应方向移动，A项错误；平衡常数表达式中应该是生成物浓度的幂之积除以反应物浓度的幂之积，B项错误；该反应的正反应为吸热反应，升高温度，平衡向正反应方向移动，可以提高平衡转化率，C项错误。 答案 D 【考法训练2】 (2017·山东烟台二模)在体积为2 L的恒容密闭器中加入0.6 mol的CO和H2混合气体，在不同温度下反应CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH＜0达到平衡，平衡时CH3OH的体积分数随起始n(CO)∶n(H2)的变化关系如图所示。则下列结论正确的是( ) A．由图像可推知，反应温度T2＞T1 B．同一温度，增大压强，平衡右移，平衡常数K增大 C．同一温度，当a＝0.5时，CO转化率最高 D．对于状态Ⅰ和Ⅱ，若再向体系中充入He，重新达到平衡后，两者的平衡体系中CH3OH的浓度相等 解析 反应CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH＜0，反应是放热反应，升温平衡逆向进行，甲醇体积分数减小，则T2＜T1，故A错误；温度不变，平衡常数K不变，故B错误；体积不变，n(H2)增大，CO的转化率增大，则CO的转化率：例如a＝0.5时小于a＝0.2时，故C错误；对于状态Ⅰ和Ⅱ，甲醇的体积分数相同，恒温恒容条件下，若再向体系中充入He，CO、H2、CH3OH的浓度均不变，平衡不移动，故D正确。 答案 D 化学平衡常数及转化率的计算及综合应用(难度系数☆☆☆) 【典例演示】 COCl2的分解反应为COCl2(g)Cl2(g)＋CO(g) ΔH＝＋108 kJ·mol－1。反应体系达到平衡后，各物质的浓度在不同条件下的变化状况如图所示(第10 min到14 min的COCl2浓度变化曲线未示出)： (1)计算反应在第8 min时的平衡常数K＝________。 (2)比较第2 min反应温度T(2)与第8 min反应温度T(8)的高低：T(2)________T(8)(填“＜”、“＞”或“＝”)。 (3)若12 min时反应于温度T(8)下重新达到平衡，则此时c(COCl2)＝________ mol·L－1。 (4)比较产物CO在2～3 min、5～6 min和12～13 min时平均反应速率[平均反应速率分别以v(2～3)、v(5～6)、v(12～13)表示]的大小_________________________________________________________________。 解析 (1)第8 min时的平衡常数K＝＝≈0.234。(2)从三种物质的浓度变化趋势可知，从第4 min开始，平衡正向移动。由于该反应是吸热反应，所以改变的条件是升高温度。因此有：T(2)＜T(8)。(3)由于第12 min与第8 min温度相同，故其平衡常数相等，则有：＝，解得c(COCl2)≈0.031 mol·L－1。(4)根据化学反应速率的定义，可知反应在2～3 min和12～13 min处于平衡状态，平均反应速率为0，故v(5～6)＞v(2～3)＝v(12～13)。 答案 (1)0.234 (2)＜ (3)0.031 (4)v(5～6)＞v(2～3)＝v(12～13) 【考法训练3】 工业上制备合成气的工艺主要是水蒸气重整甲烷：CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g) ΔH＞0，在一定条件下，向体积为1 L的密闭容器中充入1 mol CH4(g)和1 mol H2O(g)，测得H2O(g)和H2(g)的浓度随时间变化曲线如图所示，下列说法正确的是( ) A．达到平衡时，CH4(g)的转化率为75% B．0～10 min内，v(CO)＝0.075 mol·L－1·min－1 C．该反应的化学平衡常数K＝0.187 5 D．当CH4(g)的消耗速率与H2(g)的消耗速率相等时，反应达到平衡 解析 由图可知，10 min时反应到达平衡，平衡时水蒸气、氢气的浓度均为0.75 mol·L－1，则： CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g) 开始(mol·L－1): 1 1 0 0 转化(mol·L－1): 0.25 0.25 0.25 0.75 平衡(mol·L－1): 0.75 0.75 0.25 0.75 平衡时甲烷转化率＝×100%＝25%，故A项错误；0～10 min内，v(CO)＝＝0.025 mol·L－1·min－1，故B项错误；平衡常数K＝＝＝0.187 5，故C项正确；同一物质的消耗速率与其生成速率相等时，反应到达平衡，由方程式可知当CH4(g)的消耗速率与H2(g)的消耗速率为1∶3时，反应到达平衡，故D项错误。 答案 C 【考法训练4】 顺1，2二甲基环丙烷和反1，2二甲基环丙烷可发生如下转化： 该反应的速率方程可表示为：v(正)＝k(正)c(顺)和v(逆)＝k(逆)c(反)，k(正)和k(逆)在一定温度时为常数，分别称作正、逆反应速率常数。回答下列问题： (1)已知：t1温度下，k(正)＝0.006 s－1，k(逆)＝0.002 s－1，该温度下反应的平衡常数值K1＝________；该反应的活化能Ea(正)小于Ea(逆)，则ΔH________0(填“小于”“等于”或“大于”)。 (2)t2温度下，图中能表示顺式异构体的质量分数随时间变化的曲线是________(填曲线编号)，平衡常数值K2＝________；温度t2________t1(填“小于”“等于”或“大于”)，判断理由是______________________________________________ ___________________________________________________________________。 答案 (1)3 小于 (2)B 7/3 大于 放热反应升高温度时平衡向逆反应方向移动 【当场指导】 悟透化学平衡计算题的2种解题模式 (1)化学平衡计算的基本模式——平衡“三步曲” 根据反应进行(或移动)的方向，设定某反应物消耗的量，然后列式求解。 例： mA ＋ nB pC ＋ qD 起始量： a b 0 0 变化量： mx nx px qx 平衡量： a－mx b－nx px qx 注意：①变化量与化学方程式中各物质的化学计量数成比例； ②这里a、b可指：物质的量、浓度、体积等； ③弄清起始浓度、平衡浓度、平衡转化率三者之间的互换关系； ④在使用平衡常数时，要注意反应物或生成物的状态。 (2)极限思维模式——“一边倒”思想 极限思维有如下口诀：始转平、平转始，欲求范围找极值。 例： mA ＋ nB pC 起始： a b c 转化极限： a a a 平衡极限： 0 b－a c＋a [模型示例] 一定量的CO2与足量的碳在体积可变的恒压密闭容器中反应：C(s)＋CO2(g)2CO(g)，平衡时，体系中气体体积分数与温度的关系如下图所示： 已知：气体分压(p分)＝气体总压(p总)×体积分数。下列说法正确的是( ) A．550 ℃时，若充入惰性气体，v正、v逆均减小，平衡不移动 B．650 ℃，反应达平衡后CO2的转化率为25.0% C．T ℃时，若充入等体积的CO2和CO，平衡向逆反应方向移动 D．925 ℃时，用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp＝24.0p总 [分析建模] (1)审题：审明各物质的状态(有无固体、液体)，明确气体分子数的变化(变大、变小、不变)，正反应是吸热还是放热。 (2)析题——找准解题的突破口。 看图像→ (3)解题——掌握分析的方法。 ①三步分析法：一看反应速率是增大还是减小；二看v(正)、v(逆)的相对大小；三看化学平衡移动的方向。 ②先拐先平数值大。在含量(转化率)—时间曲线中，先出现拐点的反应则先达到平衡，说明该曲线反应速率快，表示温度较高、有催化剂、压强较大等。 ③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，有时还需要作辅助线。 ④想规律做判断：联想化学反应速率、化学平衡移动规律，将图表与原理结合，对照得出结论。 [模型解题] ①容器的特征：恒压密闭容器；②反应的特征：正反应是气体体积增大的反应；③图像的特征：纵坐标是气体体积分数，横坐标是温度；④挖掘图像中的信息：是平衡时的温度与体积分数的关系；445 ℃时才发生反应等；⑤充入惰性气体，相当于减压；⑥利用“三段式”计算；⑦T ℃时，平衡体系中CO2和CO的体积分数相等，则在恒压密闭容器中同时充入等体积的CO2和CO，平衡不移动；⑧Kp的计算方法和K的计算方法类似。 答案 B [解题流程展示] 臭氧是理想的烟气脱硝试剂，其脱硝反应为2NO2(g)＋O3(g)N2O5(g)＋O2 (g)，若反应在恒容密闭容器中进行，下列由该反应相关图像作出的判断正确的是( ) 选项 图像 判断 思维过程 结论 A 升高温度，平衡常数减小 图像特点：放热反应 性质特点：温度升高，平衡左移，K值减小 √ B 0～3 s内，反应速率为v(NO2)＝0.2 mol·L－1 图像特点： ①时间：3 s ②平衡浓度： 0．4 mol·L－1 计算公式：v＝ × C t1时仅加入催化剂，平衡正向移动 图像特点：平衡不移动 结论：加入催化剂，正逆反应速率增大倍数相等但平衡不移动 × D 达平衡时，仅改变x，则x为c(O2) 图像特点： x(O2)增大，NO2转化率升高 结论：增大O2浓度平衡左移，NO2转化率降低 × [当堂应用] 【应用1】 某密闭容器中有物质的量浓度均为0.10 mol·L－1的CH4和CO2，一定条件下发生反应：CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g) ΔH，测得CH4的平衡转化率与温度及压强的关系如图所示。下列说法不正确的是( ) A．ΔH＞0 B．Y点对应的正反应速率大于X点对应的正反应速率 C．p4＞p3＞p2＞p1 D．1 100 ℃，p4条件下该反应的平衡常数K约为1.64 解析 压强不变，随着温度升高，CH4的平衡转化率增大，说明升高温度平衡向正反应方向移动，则正反应是吸热反应，ΔH＞0，A项不符合题意；X点对应的温度比Y点对应的温度高，故X点对应的正反应速率越大，B项符合题意；根据勒夏特列原理，增大压强，平衡向逆反应方向移动，CH4的转化率降低，即p4＞p3＞p2＞p1，C项不符合题意；达到平衡时，c(CH4)＝(0.10－0.10×80%)mol·L－1＝0.02 mol·L－1，c(CO2)＝0.02 mol·L－1，c(CO)＝0.16 mol·L－1，c(H2)＝0.16 mol·L－1，K＝0.162×0.162÷(0.02×0.02)≈1.64，D项不符合题意。 答案 B 反思 该图为承载“立体”信息的图像，既有相同压强时某反应物的转化率随温度变化的曲线信息，又有相同温度时某反应物的转化率随压强变化的曲线信息。从这种“立体”图像中提取信息时注意固定一个维度，如提取转化率随温度变化的信息时，只需要固定压强这个维度。提取图中一条曲线信息可知温度越高，CH4的转化率越大，由此推知正反应为吸热反应。 【应用2】 (2017·江苏化学，10)H2O2分解速率受多种因素影响。实验测得70 ℃时不同条件下H2O2浓度随时间的变化如图所示。下列说法正确的是( ) A．图甲表明，其他条件相同时，H2O2浓度越小，其分解速率越快 B．图乙表明，其他条件相同时，溶液pH越小，H2O2分解速率越快 C．图丙表明，少量Mn2＋存在时，溶液碱性越强，H2O2分解速率越快 D．图丙和图丁表明，碱性溶液中，Mn2＋对H2O2分解速率的影响大 解析 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 mol·L－1的NaOH时H2O2的分解速率比1 mol·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。 答案 D 【应用3】 [2017·课标全国Ⅲ，28(4)]砷(As)是第四周期ⅤA族元素，可以形成As2S3、As2O5、H3AsO3、H3AsO4等化合物，有着广泛的用途。回答下列问题： 298 K时，将20 mL 3x mol·L－1Na3AsO3、20 mL 3x mol·L－1 I2和20 mL NaOH溶液混合，发生反应：AsO(aq)＋I2(aq)＋2OH－(aq)AsO(aq)＋2I－(aq)＋H2O(l)。溶液中c(AsO)与反应时间(t)的关系如图所示。 ①下列可判断反应达到平衡的是________(填标号)。 a．溶液的pH不再变化 b．v(I－)＝2v(AsO) c．c(AsO)/c(AsO)不再变化 d．c(I－)＝y mol·L－1 ②tm时，v正________v逆(填“大于”“小于”或“等于”)。 ③tm时v逆________tn时v逆(填“大于”“小于”或“等于”)，理由是__________________________________________________________________。 ④若平衡时溶液的pH＝14，则该反应的平衡常数K为________。 解析 ①a项，随反应进行，溶液的pH不断降低，当pH不再变化时，说明反应达到了平衡；b项，速率之比等于化学计量数之比，该结论在任何时刻都成立，故无法判断是否达到平衡；c项，随反应进行，c(AsO)不断增大，c(AsO)不断减小，当二者比值不变时，说明二者浓度不再改变，则反应达到平衡；d项，由图像并结合方程式可知，平衡时c(I－)＝2y mol/L，故当c(I－)＝y mol/L时，反应未达到平衡； ②由图像可知tm时刻后c(AsO)仍在不断增加，说明反应还在正向进行，故此时v正大于v逆； ③tm到tn时刻，反应一直正向进行，生成物的浓度逐渐增大，所以逆反应速率不断增大，故tm时v逆小于tn时v逆； ④混合后c(AsO)＝x mol/L，c(I2)＝x mol/L，由图像可知平衡时生成的c(AsO)＝y mol/L，溶液的pH＝14，则c(OH－)＝1 mol/L，列出三段式为 AsO(aq)＋I2(aq)＋2OH－(aq)AsO(aq)＋2I－(aq)＋H2O(l) 反应前 x x 0 0 变化量 y y 2y y 2y 反应后 x－y x－y 1 y 2y 则平衡常数K＝＝。 答案 ①ac ②大于 ③小于 tm时生成物浓度较低 ④ 一、选择题 1．下列说法中正确的是( ) A．已知t1 ℃时，反应C＋CO22CO ΔH＞0的速率为v，若升高温度，逆反应速率减小 B．恒压容器中发生反应N2＋O22NO，若在容器中充入He，正、逆反应的速率均不变 C．当一定量的锌粉和过量的6 mol·L－1盐酸反应时，为了减慢反应速率，又不影响产生H2的总量，可向反应器中加入一些水、CH3COONa溶液或NaNO3溶液 D．对任何一个化学反应，温度发生变化，化学反应速率一定发生变化 解析 温度升高，正、逆反应的速率均增大，A项错误；在恒压容器中充入不参加反应的气体，导致容器的体积增大，反应物和生成物的浓度均减小，正、逆反应的速率均减小，B错误；若能使溶液中H＋浓度减小，则反应速率将减慢，因此可选水或CH3NOONa溶液，但不能用NaNO3溶液，在酸性溶液中NO将和锌粉发生氧化还原反应，生成氮的氧化物，从而使生成的H2的量减少，C项错误；任何一个化学反应的发生都有热效应，因此温度发生变化，化学反应速率一定会发生变化，D项正确。 答案 D 2．在一定条件下，已达平衡的可逆反应：2A(g)＋B(g)2C(g)，下列说法中正确的是( ) A．平衡时，此反应的平衡常数K与各物质的浓度有如下关系：K＝ B．改变条件后，该反应的平衡常数K一定不变 C．如果改变压强并加入催化剂，平衡常数会随之变化 D．若平衡时增加A和B的浓度，则平衡常数会减小 解析 K只随温度的改变而改变，除改变温度外，改变其他条件都不会引起平衡常数的改变。 答案 A 3．向某绝热密闭容器中加入一定量CO2(g)和H2(g)，发生反应：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH＝－49 kJ·mol－1。下列图像中能表明此容器中的反应已处于平衡状态的是( ) 解析 随着反应进行，H2的百分含量逐渐减小，A项错误；因正反应放热、容器绝热，故反应开始后体系温度升高，达到平衡状态时，体系温度不再发生变化，B项正确；ΔH是一个定值，不能用于判断可逆反应是否达到平衡状态，C项错误；该反应最终会达到平衡状态，故甲醇的生成速率不可能一直增大，D项错误。 答案 B 4．燃煤造成的污染是大气污染的主要原因，利用下列反应可减少燃煤污染： SO2(g)＋2CO(g)2CO2(g)＋S(l) ΔH＜0 下列有关该反应的判断正确的是( ) A．使用催化剂改变了反应途径，但ΔH没变 B．升高温度，反应速率加快，反应放出的热量增多 C．反应物的化学计量数之和等于生成物的化学计量数之和，故压强对转化率无影响 D．在容积固定的容器中进行反应时，若混合气体的密度不再改变，则该反应不一定达到平衡状态 解析 升高温度，反应速率加快，但该反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，反应放出的热量减少，B项错误；生成物S为液体，C项错误；该反应在反应前后气体质量不相等，因此混合气体的密度不再改变时，该反应一定达到平衡状态，D项错误。 答案 A 5．酸性条件下，KMnO4与H2C2O4发生氧化还原反应，用0.1 mol·L－1的KMnO4与过量的H2C2O4反应，测得Mn2＋的生成速率v与时间t的趋势如图，下列说法正确的是( ) A．该反应中每生成1 mol CO2转移电子为10 mol B．方程式配平后，H2O的系数为6 C．反应开始很短一段时间内v减小是因为反应物浓度减小，后来突然增大是因为生成的Mn2＋对该反应有催化作用 D．t0时，Mn2＋的浓度最大 解析 反应离子方程式为：2MnO＋6H＋＋5H2C2O4===2Mn2＋＋10CO2↑＋8H2O，每生成1 mol CO2转移1 mol电子，A项错误；方程式配平后H2O的系数应该为8，B项错误；反应开始后反应物浓度逐渐减小，Mn2＋的生成速率逐渐下降，但是生成的Mn2＋对该反应有催化作用，所以Mn2＋的生成速率会突然增大，随反应进行，反应物的浓度不断减小，Mn2＋的生成速率也不断减小，C项正确；t0时，生成的Mn2＋的速率最大，但t0后反应不断进行，Mn2＋的浓度仍在增大，D项错误。 答案 C 6．以甲烷为原料制取氢气是工业上常用的制氢方法。已知某温度下，下列两个反应的平衡常数分别为K1和K2：CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g)，CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)。则该温度下CH4(g)＋2H2O(g)===CO2(g)＋4H2(g)的平衡常数K为( ) A．2K1－K2 B. C. D．K－K2 解析 将题给前两个反应依次编号为①、②，由①×2－②可得：CH4 (g)＋2H2O(g)===CO2(g)＋4H2(g)，则该反应的平衡常数K＝，C项正确。 答案 C 7.Cl2合成有机物时会产生副产物HCl。利用反应4HCl(g)＋O2(g)2Cl2(g)＋2H2O(g)可实现氯的循环利用。如图是反应温度对HCl平衡转化率影响的曲线。当该反应达平衡时，下列叙述正确的是( ) A．该反应平衡常数的表达式K＝ B．及时分离出H2O，平衡正向移动，这是正反应速率逐渐增大的缘故 C．若向恒容平衡体系内再加入1 mol O2，则达新平衡时，HCl的转化率增大 D．随温度升高，该反应的平衡常数K值会变大 解析 A项错误，该反应平衡常数的表达式K＝；B项错误，分离出H2O，平衡会正向移动，原因是逆反应速率随c(H2O)的减小而减小，正反应速率大于逆反应速率；C项正确，向恒容平衡体系内再加入1 mol O2，平衡正向移动，使HCl的转化率增大；D项错误，由温度对HCl平衡转化率影响的曲线可知，该反应是放热反应，温度升高会使平衡逆向移动，平衡常数K值会变小。 答案 C 8．(2017·辽宁大连期末考试)加热N2O5，依次发生的分解反应为①N2O5N2O3＋O2，②N2O3N2O＋O2；在2 L密闭容器中充入8 mol N2O5，加热到t ℃，达到平衡状态后O2为9 mol，N2O3为3.4 mol。则t ℃时反应①的平衡常数为( ) A．10.7 B．8.5 C．9.6 D．10.2 解析 本题考查化学平衡的计算。题设中有两个反应，可理解为先发生反应①，其中生成的N2O3有一部分再发生分解反应②，且在两个反应中都有O2生成，再由已知条件列方程组求解。 设反应①中生成N2O3物质的量浓度为x，反应②中生成N2O物质的量浓度为y。则： N2O5(g)N2O3(g)＋O2(g) 起始浓度/(mol·L－1) 4 0 0 转化浓度/(mol·L－1) x x x N2O3(g)N2O(g)＋O2(g) 起始浓度/(mol·L－1) x 0 0 转化浓度/(mol·L－1) y y y 平衡浓度/(mol·L－1) x－y y y 依题意O2的平衡浓度为：x＋y＝4.5 mol·L－1 N2O3的平衡浓度为：x－y＝1.7 mol·L－1 解得x＝3.1 mol·L－1 y＝1.4 mol·L－1 N2O5的平衡浓度为：4 mol·L－1－3.1 mol·L－1＝0.9 mol·L－1 N2O的平衡浓度为：1.4 mol·L－1 则反应①平衡常数K＝(1.7×4.5)/0.9＝8.5 答案 B 9．(2017·孝感高中调考)80 ℃时，在2 L密闭容器中充入0.40 mol N2O4，发生反应N2O4(g)2NO2(g) ΔH＝＋Q kJ·mol－1(Q＞0)，获得如下数据： 时间/s 0 20 40 60 80 100 c(NO2)/(mol·L－1) 0.00 0.12 0.20 0.26 0.30 0.30 下列判断正确的是( ) A．升高温度该反应的平衡常数K减小 B．20～40 s内，v(N2O4)＝0.004 mol·L－1·s－1 C．100 s时再通入0.40 mol N2O4，达到新平衡时N2O4的转化率增大 D．反应达到平衡时，吸收的热量为0.30Q kJ 解析 该反应为吸热反应，升高温度，平衡常数K增大，A项错误；20～40 s内，v(N2O4)＝v(NO2)＝×＝0.002 mol·L－1，B项错误；100 s时再通入0.40 mol N2O4，相当于在原平衡的基础上增大压强，平衡逆向移动，N2O4的转化率减小，C项错误；反应达到平衡时，c(NO2)＝0.30 mol·L－1，生成NO2的物质的量为：0.30 mol·L－1×2 L＝0.60 mol，由热化学方程式可知生成2 mol NO2时吸收的热量为Q kJ，则生成0.60 mol NO2时吸收的热量为0.30Q kJ，D项正确。 答案 D 10．(2017·辽宁葫芦岛六校协作体期初考试)已知反应：CO(g)＋3H2(g)CH4(g)＋H2O(g)。起始以物质的量之比为1∶1充入反应物，不同压强条件下，H2的平衡转化率随温度的变化情况如图所示(M、N点标记为▲)。下列有关说法正确的是( ) A．上述反应的ΔH＜0 B．N点时的反应速率一定比M点快 C．降低温度，H2的转化率可达到100% D．工业用此法制取甲烷应采用更高的压强 解析 由题图可知，其他条件相同时，温度升高，H2的平衡转化率降低，平衡逆向移动，说明正反应放热，ΔH＜0，A项正确；N点的压强比M点高，温度比M点低，N点时的反应速率不一定比M点快，B项错误；降低温度，H2的转化率会增大，但不会达到100%，C项错误；采用更高的压强会提高对设备的要求，增加经济成本，D项错误。 答案 A 二、填空题 11．(2017·山东潍坊模拟)氮及其化合物在工农业生产、生活中有着重要作用。 (1)在T ℃时，将0.6 mol H2和0.4 mol N2置于容积为2 L的密闭容器中(压强为m Pa)发生反应： 3H2＋N22NH3 ΔH＜0。若保持温度不变，某兴趣小组同学测得反应过程中容器内压强随时间变化如图所示： 8 min内NH3的平均生成速率为________ mol·L－1·min－1。 (2)仍在T ℃时，将0.6 mol H2和0.4 mol N2置于一容积可变的密闭容器中。 ①下列各项能说明该反应已达到平衡状态的是________(填序号)。 a．容器内N2、H2、NH3的浓度之比为1∶3∶2 b．3v正(N2)＝v逆(H2) c．3v正(H2)＝2v逆(NH3) d．混合气体的密度保持不变 e．容器中气体的平均相对分子质量不随时间而变化 ②该条件下达到平衡时NH3的体积分数与题(1)条件下NH3的体积分数相比________(填“变大”“变小”或“不变”)。 ③达到平衡后，改变某一条件使反应速率发生了如图所示的变化，改变的条件可能是________(填序号)。 a．升高温度，同时加压 b．降低温度，同时减压 c．保持温度、压强不变，增大反应物浓度 d．保持温度、压强不变，减小生成物浓度 (3)硝酸厂的尾气含有氮氧化物，不经处理直接排放将污染空气。氨气能将氮氧化物还原为氮气和水，其反应机理如下： 2NH3(g)＋5NO2(g)===7NO(g)＋3H2O(g) ΔH＝－a kJ·mol－1 4NH3(g)＋6NO(g)===5N2(g)＋6H2O(g) ΔH＝－b kJ·mol－1 则NH3直接将NO2还原为N2的热化学方程式为 _________________________________________________________________。 若标准状况下NO与NO2混合气体40.32 L被足量氨水完全吸收，产生标准状况下氮气42.56 L。该混合气体中NO与NO2的体积之比为________。 解析 本题考查化学平衡与热化学。(1)利用阿伏加德罗定律可知，恒容密闭容器中，压强比等于气体物质的量之比，结合图像可知8 min时，容器内气体物质的量为(0.6 mol＋0.4 mol)×(0.8m/m)＝0.8 mol，结合反应方程式，利用“差量法”可知8 min时生成0.2 mol NH3，故8 min内v(NH3)＝0.2 mol÷(2 L×8 min)＝0.012 5 mol·L－1·min－1。(2)①容器内N2、H2、NH3的浓度之比为1∶3∶2与是否达到平衡无关，3v正(N2)＝v逆(H2)体现出正逆反应速率相等，反应达到平衡，3v正(H2)＝2v逆(NH3)表明反应逆向进行，由ρ＝m/V知混合气体的密度保持不变说明反应容器体积不变，即容器内相对分子质量不随时间而变化，表明容器内气体物质的量不变，反应达到平衡。②该条件下达到平衡，容器体积变小，相当于将题(1)条件下的平衡加压，平衡正向移动，NH3的体积分数变大。③升高温度，同时加压，v正、v逆都增大；降低温度，同时减压，v正、v逆都减小；保持温度、压强不变，减小生成物浓度，v逆减小，新平衡时v正、v逆都减小。(3)利用“盖斯定律”知将方程式进行如下变形即可：(①×6＋②×7)/5；设混合气体中含有x L NO，则NO2的体积为(40.32－x)L，由反应②和新得反应可得[5x＋(40.32－x)×7]/6＝42.56，解得x＝13.44，则V(NO2)＝26.88 L，所以该混合气体中NO的体积之比为1∶2。 答案 (1)0.012 5 (2)①bde ②变大 ③c (3)6NO2(g)＋8NH3(g)===7N2(g)＋12H2O(g) ΔH＝－ kJ·mol－1 1∶2 12．(2017·湖南十三校联考)为了减轻大气污染，可在汽车尾气排放处加装“催化净化器”装置。 (1)通过“催化净化器”的CO、NO在催化剂和高温作用下可发生可逆反应，转化为参与大气循环的无毒混合气体，写出该反应的化学方程式是__________________________________________________________________ __________________________________________________________________。 (2)在一定温度下，向1 L密闭恒容容器中充入1 mol NO、2 mol CO，发生上述反应，10 s时反应达平衡，此时 CO的物质的量为1.2 mol。请回答下列问题： ①前10 s内平均反应速率v(CO)为________。 ②在该温度下反应的平衡常数K＝________。 ③关于上述反应，下列叙述正确的是________(填编号)。 A．达到平衡时，移走部分CO2，平衡将向右移动，正反应速率加快 B．扩大容器的体积，平衡将向左移动，v逆增大，v正减小 C．在相同的条件下，若使用甲催化剂能使正反应速率加快105倍，使用乙催化剂能使逆反应速率加快108倍，则应该选用乙催化剂 D．若保持平衡时的温度不变，再向容器中充入0.8 mol CO和0.4 mol N2，则此时v正>v逆 ④已知上述实验中，c(CO)与反应时间t变化曲线Ⅰ如下图： 若其它条件不变，将1 mol NO、2 mol CO投入2 L容器进行反应，请在上图中绘出c(CO)与反应时间t1变化曲线Ⅱ(不要求标出CO的终点坐标)。 (3)测试某汽车冷启动时的尾气催化处理CO、NO百分含量随时间变化曲线如下图： 请回答：前0～10 s阶段，CO、NO百分含量没明显变化的原因是__________________________________________________________________ __________________________________________________________________。 解析 (1)由CO、NO的组成元素，可知通过“催化净化器”在催化剂和高温作用下可发生可逆反应，转化为参与大气循环的无毒气体为CO2和N2，其反应的化学方程式是2NO＋2CON2＋2CO2。 (2)根据“三段式”计算模式： 2NO＋2CON2＋2CO2 初始浓度(mol/L) 1 2 0 0 转化浓度(mol/L) 0.8 0.8 0.4 0.8 平衡浓度(mol/L) 0.2 1.2 0.4 0.8 则：①前10 s内平均反应速率v(CO)＝0.8 mol/L÷10 s＝0.08 mol/(L·s)。②在该温度下反应的平衡常数K＝＝。③A项，达到平衡时，移走部分CO2，平衡向右移动，但正逆反应速率都减小，错误；B项，扩大容器的体积，相当于减小压强，正逆反应速率都减小，但v正减小程度大于v逆，平衡将向左(即向气体物质的量增大的方向)移动，错误；C项，催化剂能同等程度地加快正逆反应速率，由于乙催化剂的催化效率高，故应该选用乙催化剂，正确；D项，若保持平衡时的温度不变，再向容器中充入0.8 mol CO和 0.4 mol N2，Qc＝＝3.2查看更多