2020届二轮复习化学反应速率和化学平衡学案（全国通用）(2)

2020届二轮复习化学反应速率和化学平衡学案（全国通用）(2)

专题七 化学反应速率和化学平衡 主干知识梳理 1.化学反应速率的计算方法 (1)公式法：v(B)＝□01 Δc(B) Δt 。 (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□02 化学 计量数之比。对于反应：mA(g)＋nB(g)===pC(g)＋qD(g)来说，则有□03 v(A) m ＝□04 v(B) n ＝□05 v(C) p ＝□06 v(D) q 。 2．外界条件对化学反应速率的影响 (1)“惰性气体”对反应速率的影响 ①恒容：充入“惰性气体”总压□07 增大―→参与反应的物质浓度□08 不变 (活化分子浓度□09 不变)―→反应速率□10 不变。 ②恒压：充入“惰性气体”体积□11 增大―→参与反应的物质浓度□12 减小 (活化分子浓度□13 减小)―→反应速率□14 减小。 (2)纯液体、固体对化学反应速率的影响 在化学反应中，纯液体和固态物质的浓度为□15 常数，故□16 不能用纯液体 和固态物质的浓度变化来表示反应速率，但是固态反应物颗粒的□17 大小是影响 反应速率的条件之一，如煤粉由于表面积□18 大，燃烧就比煤块□19 快得多。 (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□20 增大，v逆□21 瞬间不变，随后也□22 增大。 ②增大压强，v正和 v 逆□23 都增大，气体分子数减小方向的反应速率变化程 度□24 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□25 都增大，但吸热反应方向的反应速率增大的程度 □26 大。 ⑤使用催化剂，能同等程度地改变正、逆反应速率。 3．化学平衡状态判断的两类标志 (1)v(正)＝v(逆)。 (2)各组分□27 百分含量保持不变。 4．化学平衡移动的判断方法——勒夏特列原理的应用 通过比较平衡破坏瞬时的正、逆反应速率的相对大小来判断平衡移动的方向。 (1)若外界条件改变，引起 v 正＞v 逆，则化学平衡向□28 正反应方向(或向□29 右)移动； (2)若外界条件改变，引起 v 正＜v 逆，则化学平衡向□30 逆反应方向(或向□31 左)移动； (3)若外界条件改变，虽能引起 v 正和 v 逆变化，但变化后新的 v 正′和 v 逆′ 仍保持相等，则化学平衡□32 没有发生移动。 5．化学平衡常数 (1)意义：化学平衡常数 K 表示反应进行的程度，K 越大，反应进行的程度 越大。K＞□33 105 时，可以认为该反应已经进行完全。K 的大小只与□34 温度有 关。 (2)化学平衡常数表达式：对于可逆化学反应 mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g) 在一定温度下达到化学平衡时，K＝□35 cp(C)·cq(D) cm(A)·cn(B)。另可用压强平衡常数表示： Kp＝□36 pp(C)·pq(D) pm(A)·pn(B)[p(C)为平衡时气体 C 的分压]。 (3)依据化学方程式计算平衡常数 ①同一可逆反应中，K 正×K 逆＝□37 1； ②同一反应方程式中的化学计量数等倍扩大或缩小 n 倍，则新平衡常数 K′ 与原平衡常数 K 间的关系是 K′＝□38 Kn 或 K′＝□39 n K。 ③几个可逆反应方程式相加，得总反应方程式，则总反应的平衡常数等于分 步反应平衡常数□40 之积。 6．转化率、产率及分压的计算 (1)反应物转化率＝□41 反应物的变化量 反应物的起始量×100% (2)产物的产率＝□42 生成物的实际产量 生成物的理论产量×100% (3)分压＝总压×□43 物质的量分数 考点 1　化学反应速率及其影响因素 例 1　(1)(2019·全国卷Ⅱ)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 (2)(2019· 天 津 高 考 ) 不 同 温 度 下 反 应 ②(3SiCl4(g) ＋ 2H2(g) ＋ Si(s)4SiHCl3(g) 　ΔH ＜0) 中 SiCl 4 转化率如图所示。下列叙述正确的是 ________(填序号)。 a．B 点：v 正>v 逆 b．v 正：A 点>E 点 c．反应适宜温度：480～520 ℃ [批注点拨]　 [解析]　(1)分析图像可知在相同时间范围内 T2 比 T1 温度下环戊二烯浓度减 少的多，因此温度 T2＞T1，A 错误；a 点比 c 点的环戊二烯浓度大，但 T2>T1， 故 a 点、c 点的反应速率相对大小无法确定，B 错误；a 点与 b 点的温度相同， 但 a 点的反应物浓度比 b 点的反应物浓度大，所以 a 点的正反应速率大于 b 点的 正反应速率，而 b 点继续向正反应方向进行，b 点的正反应速率又大于 b 点的逆 反应速率，故 v 正(a)＞v 逆(b)，C 正确； 由　　 2 (g)　　　　C10H12(g)(二聚体) 起初 1.5 mol·L－1 0 转化 1.5 mol·L－1－ 0．6 mol·L－1 1.5 mol·L－1－0.6 mol·L－1 2 可知：b 点时二聚体的浓度为0.9 mol·L－1 2 ＝0.45 mol·L－1，D 正确。 (2)B 点时反应正向移动，即 v 正>v 逆，a 正确。 A 点温度比 E 点低，所以 v 正：vA0 ②3SiCl4(g)＋2H2(g)＋Si(s)4SiHCl3(g)ΔH2<0 ③2SiCl4(g)＋H2(g)＋Si(s)＋HCl(g)3SiHCl3(g)　ΔH3 反应③的 ΔH3＝________(用 ΔH1，ΔH2 表示)。温度升高，反应③的平衡常 数 K________(填“增大”“减小”或“不变”)。 [批注点拨]　 [解析]　(1)①由图像知，随着温度的升高，HCl 的平衡转化率降低，所以 4HCl(g)＋O 2(g)===2Cl2(g)＋2H 2O(g)的 ΔH<0，升高温度平衡左移，则 K(300 ℃)>K(400 ℃)。在温度一定的条件下，c(HCl)和 c(O2)的进料比越大，HCl 的平衡 转化率越低，所以题图中自上而下三条曲线是 c(HCl)∶c(O2)(进料浓度比)为 1∶1、 4∶1、7∶1 时的变化曲线。当 c(HCl)∶c(O2)＝1∶1 时，列三段式： 4HCl(g)　＋　O2(g) ===2Cl2(g)＋2H2O(g) 起始浓度 (mol·L－1) c0 c0 0 0 转化浓度 (mol·L－1) 0.84c0 0.21c0 0.42c0 0.42c0 平衡浓度 (mol·L－1) (1－0.84)c0 (1－0.21)c0 0.42c0 0.42c0 K(400 ℃)＝ (0.42c0)2 × (0.42c0)2 (1－0.84)4c40 × (1－0.21)c0 ＝ 0.422 × 0.422 (1－0.84)4 × (1－0.21)c0 。 c(HCl)∶c(O2)过高时，HCl 转化率较低； 当 c(HCl)∶c(O2)过低时，过量的 O2 和 Cl2 分离时能耗较高。 ②由平衡移动的条件可知，为提高 HCl 的转化率，在温度一定的条件下， 可以增大反应体系的压强，增加 O2 的量或者及时分离出产物。 (2)根据盖斯定律即可得③＝②－①，所以 ΔH3＝ΔH2－ΔH1。由于 ΔH2<0， ΔH1>0，所以 ΔH3<0，即反应③为放热反应，升温时反应③逆向移动，平衡常数 K 减小。 [答案]　(1)①大于　 (0.42)2 × (0.42)2 (1－0.84)4 × (1－0.21)c0 　 O2 和 Cl2 分离能耗较高、HCl 转化率较低　②增加反应体系压强、及时分离 出产物 (2)ΔH2－ΔH1　减小 　 解答化学平衡移动问题的步骤 　其中条件改变可以按以下思路分析： 3．(2019·河南滑县高三调研)在 1 L 恒容密闭容器中投入足量 Mg(NO3)2，在 一定温度下发生下列反应：2Mg(NO3)2(s)2MgO(s)＋4NO2(g)＋O2(g)。下列能 说明该反应达到平衡状态的是(　　) A．NO2 体积分数不再变化 B．MgO 的浓度不再变化 C．NO2 消耗速率与 O2 生成速率之比为 4∶1 D．混合气体的平均相对分子质量不再变化 答案　C 解析　反应物为固体，产物有两种气体，气体的体积比始终保持不变，NO2 体积分数保持不变，不能判断平衡状态，A 错误；固体浓度为常数，B 错误；混 合气体的比例一定，平均相对分子质量一定，不能判断是否平衡，D 错误。 4．(2019·A10 联盟)碳是构成物质世界最重要的元素之一，能形成众多的化 合物。 (1)已知 0.096 kg 碳完全燃烧可放出 3148 kJ 热量，1 mol 液态水汽化时要吸 收 44 kJ 热量。 ①2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH＝－571.6 kJ·mol－1 ②2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)　ΔH＝－566 kJ·mol－1 请写出制备水煤气的热化学方程式：____________________。 (2)2L 恒容密闭容器中发生 C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)反应，当通入不同 量的 H2O(g)和 CO(g)充分反应后得到如下实验数据： ①由实验组 1 数据可知，达到平衡时 v(H2O)＝________mol·L－1·min－1。 ②增大压强对该可逆反应的影响是________________________________。 ③若在一定温度、容积可变的密闭容器中发生上述反应，下列说法中可判断 该反应达到平衡状态的是________。(填编号) a．容器中压强不变 b．1 mol H—H 键断裂，同时断裂 2 mol H—O 键 c．c(H2O)＝c(CO) d．v(H2O)＝v(H2) e．容器体积不变 答案　(1)C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)　ΔH＝＋131.3 kJ·mol－1 (2)①0.15　②压强增大，反应速率加快，平衡向逆反应方向移动　③be 解析　(1)由信息可知：n(C)＝ 96 g 12 g/mol ＝8 mol， 8 mol C～3148 kJ 1 mol C～x 8 mol 1 mol ＝3148 kJ x x＝393.5 kJ 则③C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝－393.5 kJ·mol－1 又由题干信息可知 ④H2O(g)===H2O(l)　ΔH＝－44 kJ·mol－1 由盖斯定律③＋④－①× 1 2 －②×1 2 ，可得出目标热化学方程式为 C(s)＋ H2O(g)===CO(g)＋H2(g)　ΔH＝＋131.3 kJ·mol－1。 (2)①　　 　C(s)＋H2O(g)CO(g)　＋　H2(g) 起始量 t＝0: 2 mol 0.8 mol 0 转化量 Δn: x x x 平衡量 t＝4 min: 2 mol－x 0.8 mol＋x x 由信息可知 x＝1.2 mol，则 v(H2O)＝ Δn V·Δt ＝ 1.2 mol 2 L × 4 min ＝0.15 mol·L－1·min－1。 ③由信息可知密闭容器容积可变，则压强始终不变，a 错误。1 mol H—H 键 断裂，必然同时生成 2 mol H—O 键，结合选项可知 H—O 键的生成与断裂速率 相等，即 v 正＝v 逆，b 正确。c(H2O)与 c(CO)相等与该反应是否达到平衡没有任 何关系，c 错误。H2O 和 H2 的计量数相等，则任意时刻 v(H2O)＝v(H2)，d 错误。 工业制水煤气的反应是一个气体总物质的量有变化的反应，则从零时刻开始，密 闭容器的容积会发生变化。如果容积不变了，则达到了平衡状态，e 正确。 考点 3　化学平衡常数及有关计算 例 3　(2019·全国卷Ⅱ)某温度下，等物质的量的碘和环戊烯( )在刚性容器 内发生反应 (g)＋I2(g) (g)＋2HI(g)，ΔH＝89.3 kJ/mol，起始总压为 105 Pa， 平衡时总压增加了 20%，环戊烯的转化率为________，该反应的平衡常数 Kp＝ ____________Pa。达到平衡后，欲增加环戊烯的平衡转化率，可采取的措施有 ________(填标号)。 A．通入惰性气体 B．提高温度 C．增加环戊烯浓度 D．增加碘浓度 [批注点拨]　 [解析]　设碘和环戊烯的物质的量均为 1 mol，达平衡时转化的物质的量为 x mol，由题意得： (g)＋I2(g) (g)＋2HI(g) 初始物质的量/mol 1 1 0 0 转化物质的量/mol x x x 2x 平衡物质的量/mol 1－x 1－x x 2x 平衡时，容器内气体总物质的量为(2＋x) mol， 则有 (2＋x) mol－2 mol 2 mol ×100%＝20%，解得 x＝0.4 则环戊烯的转化率为0.4 mol 1 mol ×100%＝40% 总压强为 105 Pa×(1＋20%)＝1.2×105 Pa 因此各种气体的分压为 p( )＝1.2×105 Pa×0.6 mol 2.4 mol ＝0.3×105 Pa p(I2)＝1.2×105 Pa×0.6 mol 2.4 mol ＝0.3×105 Pa p( )＝1.2×105 Pa×0.4 mol 2.4 mol ＝0.2×105 Pa p(HI)＝1.2×105 Pa×0.8 mol 2.4 mol ＝0.4×105 Pa 反应的平衡常数 Kp＝p() × [p(HI)]2 p() × p(I2) ＝ 0.2 × 105 Pa × (0.4 × 105 Pa)2 0.3 × 105 Pa × 0.3 × 105 Pa ≈3.56×104 Pa。 欲增加环戊烯的平衡转化率，则平衡正向移动，由于该反应是吸热反应，因 此升温可使平衡正向移动；增加碘的浓度，平衡正向移动，环戊烯的转化率提高。 [答案]　40%　3.56×104　BD　 　化学平衡常数的应用 (1)利用化学平衡常数判断化学反应可能进行的程度，K 值越大，反应进行的 程度越大，同等条件下反应物的转化率越大。 (2)利用化学平衡常数判断是否平衡及化学平衡移动的方向，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：cc(C)·cd(D) ca(A)·cb(B)＝Qc，称为浓度商。 QcError! (3)利用化学平衡常数判断反应的热效应 5．一定条件下，向密闭容器中加入 X 物质发生反应：3X(g)Y(g)＋Z(g)　 ΔH<0，反应一段时间后改变某一个外界条件，反应中各时刻 X 物质的浓度如下 表所示。下列说法中不正确的是(　　) 反应时间(min) 0 5 15 17 20 X 的浓度(mol·L－1) 1.0 0.4 0.4 0.7 0.7 A．0～5 min 时，该反应的速率为 v(X)＝0.12 mol·L－1·min－1 B．5 min 时反应达到平衡，该温度下的平衡常数值为 0.625 C．15 min 时改变的条件可能是降低温度 D．从初始到 18 min 时，X 的转化率为 30% 答案　C 解析　v(X)＝1.0 mol·L－1－0.4 mol·L－1 5 min ＝0.12 mol·L－1·min－1，A 正确；5 min 时，X、Y、Z 的平衡浓度分别为 0.4 mol·L －1、0.2 mol·L －1、0.2 mol·L －1，K＝ c(Y)·c(Z) c3(X) ＝0.2 × 0.2 (0.4)3 ＝0.625，B 正确；反应为放热反应，降低温度，平衡正向 移动，X 的浓度减小，C 错误；18 min 时，X 的浓度为 0.7 mol·L －1，则 X 的转 化率为1.0－0.7 1.0 ×100%＝30%，D 正确。 6．(2019·云南师范大学附属中学高三月考)工业上常用 CH4 与水蒸气在一定 条件下制取 H2，其原理为 CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)。 ①一定温度下，在一个恒容密闭容器中，下列说法能说明此反应达到平衡状 态的是________(填序号)。 A．体系的压强不再发生变化 B．消耗 1 mol·L－1CH4 的同时生成 3 mol·L－1 H2 C．体系的密度不再发生变化 D．反应速率 v 逆(CH4)∶v 正(CO)＝1∶1 ②在恒压密闭容器中，通入物质的量均为 0.1 mol 的 CH4 与 H2O，在一定条 件下发生反应。 a．若平衡时，测得 CH4 的转化率与温度及压强的关系如图所示，则压强： p2________p1(填“大于”“小于”或“等于”)，原因是_______________； 在 X 点和 Y 点的速率：v(X)________v(Y)(填“大于”“小于”或“等于”)。 b．若 Y 点所在容器为 1L，则此反应的平衡常数 K＝_____________(列式并 计算，结果保留到小数点后一位)。 答案　①AD　②a.大于　CH 4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)是一个气体分 子数目增大的反应，在相同温度条件下，压强越大，CH4 的转化率越小　小于 b. c(CO)·c3(H2) c(CH4)·c(H2O)≈2.8(mol·L－1)2 解析　①在恒温恒容条件下，对于反应 CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)来 说，气体的总物质的量是变量，则气体的总压强也为变量，体系的压强不再发生 变化能说明此反应达平衡状态，A 正确；消耗 CH4 指的 v 正，生成 H2 也是指 v 正， 不能说明此反应达平衡状态，B 错误；气体的总质量为恒量，体积固定，也为恒 量，则体系的密度为恒量，体系的密度不再发生变化，不能说明此反应达平衡状 态，C 错误；反应速率 v 逆(CH4)∶v 正(CO)＝1∶1，说明 v 正＝v 逆，能说明此反 应达平衡状态，D 正确。 ②CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)是一个气体分子数目增大的反应，压强 越大，CH4 的转化率越小，根据图示数据，在同一温度下 CH4 的转化率在 p1 条 件下更大，故压强 p1 较小，则压强 p2 大于 p1；同一温度下，压强越大，反应速 率越快，根据图示信息，X 点压强为 p1，比 p2 小，故在 X 点和 Y 点的速率：v(X) 小于 v(Y)；若 Y 点所在容器为 1 L，由图像可知 Y 点 CH4 的转化率为 80%，根 据“三段式”得： CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g) 起始量(mol) 0.1 0.1 0 0 转化量(mol) 0.1×0.8 0.08 0.08 0.24 平衡量(mol) 0.02 0.02 0.08 0.24 则此反应的平衡常数 K＝ c3(H2)·c(CO) c(CH4)·c(H2O)＝ (0.24 mol 1 L )3 × 0.08 mol 1 L 0.02 mol 1 L × 0.02 mol 1 L ≈2.8 (mol·L－1)2。 考点 4　化学反应速率和化学平衡的图像分析 例 4　(2019·全国卷Ⅰ节选)水煤气变换[CO(g)＋H 2O(g)===CO2(g)＋H 2(g)　 ΔH<0]是重要的化工过程，主要用于合成氨、制氢以及合成气加工等工业领域中。 回答下列问题： (1)Shibata 曾做过下列实验：①使纯 H2 缓慢地通过处于 721 ℃下的过量氧化 钴 CoO(s)，氧化钴部分被还原为金属钴 Co(s)，平衡后气体中 H2 的物质的量分 数为 0.0250。 ②在同一温度下用 CO 还原 CoO(s)，平衡后气体中 CO 的物质的量分数为 0.0192。 根据上述实验结果判断，还原 CoO(s)为 Co(s)的倾向是 CO________H2(填 “大于”或“小于”)。 (2)721 ℃时，在密闭容器中将等物质的量的 CO(g)和 H2O(g)混合，采用适当 的催化剂进行反应，则平衡时体系中 H2 的物质的量分数为________(填标号)。 A．＜0.25 B．0.25 C．0.25～0.50 D．0.50 E．＞0.50 (4)Shoichi 研究了 467 ℃、489 ℃时水煤气变换中 CO 和 H2 分压随时间变化 关系(如下图所示)，催化剂为氧化铁，实验初始时体系中的 pH2O 和 pCO 相等、 pCO2 和 pH2 相等。 计算曲线 a 的反应在 30～90 min 内的平衡速率v(a)＝________kPa·min －1。 467 ℃时 pH2 和 pCO 随时间变化关系的曲线分别是________、________。489 ℃ 时 pH2 和 pCO 随时间变化关系的曲线分别是________、________。 [批注点拨]　 [解析]　(1)根据题目提供的实验数据可知用 H2 还原 CoO 制取金属 Co，反 应的化学方程式为 H2(g)＋CoO(s)Co(s)＋H2O(g)，平衡混合气体中 H2 的物质 的量分数为 0.0250，K1＝c(H2O) c(H2) ＝1－0.0250 0.0250 ＝39；CO 还原 CoO 制取金属 Co 的 化学方程式为 CO(g)＋CoO(s)Co(s)＋CO2(g)，平衡混合气体中 CO 的物质的 量分数为 0.0192，K2＝c(CO2) c(CO) ＝1－0.0192 0.0192 ≈51.08。K1＜K2，说明还原 CoO 制取 金属 Co 的倾向是 CO 大于 H2。 (2)H2(g)＋CoO(s)Co(s)＋H2O(g)① CO(g)＋CoO(s)Co(s)＋CO2(g)② ②－①可得 CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) 设起始 CO、H2O 的物质的量为 a mol，转化的物质的量为 x mol，容器容积 为 1 L，则： CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) 起始/mol·L－1 a a 0 0 转化/mol·L－1 x x x x 平衡/mol·L－1 a－x a－x x x 则该反应的 K＝ x2 (a－x)2 ＝K2 K1 ≈1.31， 求得：x≈0.534a，则平衡时 H2 的物质的量分数约为0.534a 2a ＝0.267。 (4)根据反应速率的计算公式可以计算 v(a)＝ (4.08－3.80)kPa 60 min ≈0.0047 kPa·min－1。由(2)中分析得出 H2 的物质的量 分数在 0.25～0.50 之间，CO 的物质的量分数在 0～0.25 之间，在同一容器中气 体的分压之比等于物质的量之比，所以 H2 的分压始终高于 CO 的分压，据此可 将题图分成上下两部分，a、b 表示的是 H2 的分压，c、d 表示的是 CO 的分压， 该反应为放热反应，故升高温度，平衡逆向移动，CO 分压增加，H2 分压降低， 故 467 ℃时 pH2 和 pCO 随时间变化关系的曲线分别是 b、c,489 ℃时 pH2 和 pCO 随时间变化关系的曲线分别是 a、d。 [答案]　(1)大于　(2)C　(4)0.0047　b　c　a　d 1．化学平衡图像题“五看” 一看面——即横坐标、纵坐标代表的量。 二看线——即线的斜率大小、平与陡的含义、函数的增减性。 三看点——即起点、终点、转折点、交叉点等。 四看辅助线——等温线、等压线等。 五看量——浓度等的改变量。 2．化学平衡图像题的分析方法及技巧 (1)三步分析法：一看反应速率是增大还是减小；二看 Δv 正、Δv 逆的相对大 小；三看化学平衡移动的方向。 (2)四要素分析法：看曲线的起点，看曲线的变化趋势，看曲线的转折点， 看曲线的终点。 (3)“定一议二”原则：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。 (4)“先拐先平，数值大”原则：在化学平衡图像中，先出现拐点的曲线所 表示的反应先达到平衡状态；先出现拐点的曲线所代表的反应温度较高或压强较 大。 3．化学平衡图像题的解答步骤 7．(2019·河南滑县高三调研)在恒容密闭容器中充入一定量的 NO，发生反 应：2NO(g)N2(g)＋O2(g)　ΔH。实验测得反应速率表达式：v 正＝k 正·c2(NO)， v 逆＝k 逆·c(N2)·c(O2)(k 是反应速率常数，只与温度有关)。测得混合气体中 O2 的 体积分数与温度关系如图所示。下列有关说法正确的是(　　) A．当反应进行到 P 点时再充入少量 NO，NO 的平衡转化率减小 B．在 T1 下达到平衡后，升高温度，k 正增大倍数大于 k 逆增大倍数 C．在 T2 下达到平衡后，为了提高 N2 浓度，只能采用升温措施 D．在 T2 下上述反应进行到 t2 min 时 NO 的转化率为 30% 答案　B 解析　P 点达到平衡状态，再充入 NO，相当于对原来的平衡体系加压，该 反应是等气体分子数反应，加压(缩小体积)时平衡不移动，NO 的平衡转化率不 变，A 错误；依题意，T1 下反应较快，先达到平衡，而 T1 时平衡体系中 O2 体积 分数较大，说明正反应是吸热反应。达到平衡后，升高温度，平衡常数 K 增大， K＝c(N2)·c(O2) c2(NO) ＝k正 k逆，由此推知，k正增大倍数大于 k 逆增大倍数，B 正确；提高 N2 浓度的措施有：升温、分离 O2、充入 N2 等，C 错误；该反应是气体分子数相等 的反应，设起始时 NO 的物质的量为 a，平衡时(t2 min)O2 为 0.3a mol，消 0.6a mol NO，所以此时 NO 的平衡转化率为 60%，D 错误。 8．(2017·全国卷Ⅲ)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：AsO3－3 (aq)＋I2(aq)＋2OH－(aq)AsO 3－4 (aq)＋2I－(aq)＋H2O(l)。溶液中 c(AsO3－4 )与反应时间(t)的关系如图所示。 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(AsO3－3 ) c.c(AsO3－4 ) c(AsO3－3 )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________。 答案　①ac　②大于　③小于　tm 时生成物浓度较低 ④ 4y3 (x－y)2(mol·L－1)－1 解析　①a 对：溶液 pH 不变时，则 c(OH－)也保持不变，反应处于平衡状态。 b 错：根据反应方程式，在同一反应方向上始终存在速率关系：v(I － )＝ 2v(AsO3－3 )，反应不一定处于平衡状态。c 对：由于 Na3AsO3 总量一定，当c(AsO3－4 ) c(AsO3－3 ) 不再变化时，c(AsO3－3 )、c(AsO3－4 )也保持不变，反应建立平衡。d 错：由图可知， 建立平衡时 c(I－)＝2c(AsO3－4 )＝2y mol·L －1，因此 c(I－)＝y mol·L －1 时，反应没 有建立平衡。 ②tm 时，反应正向进行，故 v 正大于 v 逆。 ③由于 tm 时生成物 AsO 3－4 的浓度小于 tn 时 AsO 3－4 的浓度，因 v 逆的大小取 决于生成物浓度的大小，故 tm 时的 v 逆小于 tn 时的 v 逆。 ④ 反 应 前 ， 三 种 溶 液 混 合 后 ， c(Na3AsO3) ＝ 3xmol·L － 1× 20 mL 20 mL＋20 mL＋20 mL ＝x mol·L－1，同理，c(I2)＝x mol·L－1，反应情况如下： K＝ y·(2y)2 (x－y)·(x－y) × 12(mol·L－1)－1＝ 4y3 (x－y)2(mol·L－1)－1。 真题调研 　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　 1．(2019·江苏高考)(双选)在恒压、NO 和 O 2 的起始浓度一定的条件下，催 化反应相同时间，测得不同温度下 NO 转化为 NO2 的转化率如图中实线所示(图 中虚线表示相同条件下 NO 的平衡转化率随温度的变化)。下列说法正确的是 (　　) A．反应 2NO(g)＋O2(g)===2NO2(g)的 ΔH>0 B．图中 X 点所示条件下，延长反应时间能提高 NO 转化率 C．图中 Y 点所示条件下，增加 O2 的浓度不能提高 NO 转化率 D．380 ℃下，c 起始(O2)＝5.0×10－4mol·L－1，NO 平衡转化率为 50%，则平 衡常数 K>2000 答案　BD 解析　实线表示不同温度下相同时间内 NO 的转化率，虚线表示相同条件下 NO 的平衡转化率，随着温度升高，由虚线知，NO 的平衡转化率减小，即温度 升高，2NO＋O22NO2 的平衡逆向移动，说明该反应为放热反应，ΔH<0，A 错误；X 点条件下，NO 的转化率没有达到最大，所以反应没有达到平衡，如果 延长反应时间，使反应达到平衡，则可以提高 NO 转化率，B 正确；Y 点处，反 应已达平衡，通入 O2 时，平衡正向移动，NO 的转化率会提高，C 错误；设起始 时 c(NO)＝a mol·L－1，则： 2NO 　＋ 　O2　　　　2NO2 起始浓度/ mol·L－1　　 a　　 5.0×10－4 0 转化浓度/ mol·L－1 0.5a 0.25a 0.5a 平衡浓度/ mol·L－1 0.5a　　 (5.0×10－4－0.25a) 0.5a K＝ (0.5a)2 (0.5a)2 × (5 × 10－4－0.25a)＝ 1 5 × 10－4－0.25a 当 0.25a＝0 时，K＝2000，但 0.25a>0，所以 K>2000，D 正确。 2．(2018·江苏高考)(双选)一定温度下，在三个容积相同的恒容密闭容器中 按不同方式投入反应物，发生反应 2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)(正反应放热)，测 得反应的相关数据如下： 下列说法正确的是(　　) A．v1＜v2，c2＜2c1 B．K1＞K3，p2＞2p3 C．v1＜v3，α1(SO2)＞α3(SO2) D．c2＞2c3，α2(SO3)＋α3(SO2)＜1 答案　CD 解析　对比容器的特点，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 4 mol SO3 等效于在相同条件下反应物投入量为 4 mol SO2 和 2 mol O2，容器 2 中起始反应物物质的量为容器 1 的两倍，容器 2 相当于在容器 1 达平衡后增大压强，将容器的体积缩小为原来的一半，增大压强化学反应速率加 快，v2＞v1，增大压强平衡向正反应方向移动，平衡时 c2＞2c1，p2＜2p1，α1(SO2) ＋α2(SO3)＜1，容器 1 和容器 2 温度相同，K1＝K2；容器 3 相当于在容器 1 达到 平衡后升高温度，升高温度化学反应速率加快，v3＞v1，升高温度平衡向逆反应 方向移动，平衡时 c3＜c1，p3＞p1，α3(SO2)＜α1(SO2)，K3＜K1。根据上述分析，v2 ＞v1，c2＞2c1，A 错误；K3＜K1，p2＜2p1，p3＞p1，则 p2＜2p3，B 错误；v3＞ v1，α3(SO2)＜α1(SO2)，C 正确；c2＞2c1，c3＜c1，则 c2＞2c3，α1(SO2)＋α2(SO3)＜ 1，α3(SO2)＜α1(SO2)，则 α2(SO3)＋α3(SO2)＜1，D 正确。 3 ． (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) 答案　B 解析　A 错：增加 c(CO)，平衡正向移动，温度不变，反应的平衡常数不变。 B 对：第一阶段，生成的 Ni(CO)4 是气态，应选择高于其沸点的反应温度，故选 50 ℃。C 错：230 ℃时，化学平衡常数 K＝2×10－5，有利于反应逆向进行，Ni(CO)4 分解率较高。D 错：反应达到平衡时，4v 生成[Ni(CO)4]＝v 生成(CO)。 4．(2016·北京高考)K2Cr2O7 溶液中存在平衡：Cr2O2－7 (橙色)＋ H2O2CrO2－4 (黄色)＋2H＋。用 K2Cr2O7 溶液进行下列实验： 结合实验，下列说法不正确的是(　　) A．①中溶液橙色加深，③中溶液变黄 B．②中 Cr2O 2－7 被 C2H5OH 还原 C．对比②和④可知 K2Cr2O7 酸性溶液氧化性强 D．若向④中加入 70% H2SO4 溶液至过量，溶液变为橙色 答案　D 解析　滴加 70%的硫酸，增大了 H ＋ 的浓度，使平衡 Cr2O2－7 (橙色)＋ H2O2CrO2－4 (黄色)＋2H＋向左移动，因此①中溶液橙色加深，当滴加 30%的 NaOH 溶液时，中和了 H＋，使上述平衡右移，因此③中溶液变黄；②中 Cr2O 2－7 被 C2H5OH 还原，所以颜色变为绿色；根据实验①②可知，在酸性条件下， K2Cr2O7 将 C2H5OH 氧化，根据实验③④可知，在碱性条件下，Cr2O 2－7 和 C2H5OH 没有反应；若向④中加入 70% H2SO4 溶液至过量，Cr2O 2－7 的氧化性增强，Cr2O 2－7 被 C2H5OH 还原，溶液变为绿色。 5．(2018·全国卷Ⅰ)采用 N2O5 为硝化剂是一种新型的绿色硝化技术，在含能 材料、医药等工业中得到广泛应用。回答下列问题： (1)1840 年 Devil 用干燥的氯气通过干燥的硝酸银，得到 N2O5，该反应的氧 化产物是一种气体，其分子式为________。 (2)F.Daniels 等曾利用测压法在刚性反应器中研究了 25 ℃时 N2O5(g)分解反 应： 其中 NO2 二聚为 N2O4 的反应可以迅速达到平衡。体系的总压强 p 随时间 t 的变化如下表所示(t＝∞时，N2O5(g)完全分解)： ①已知：2N2O5(g)===2N2O4(g)＋O2(g) ΔH1＝－4.4 kJ·mol－1 2NO2(g)===N2O4(g)　 ΔH2＝－55.3 kJ·mol－1 则反应 N2O5(g)===2NO2(g)＋1 2O2(g)的 ΔH＝________kJ·mol－1。 ②研究表明，N2O5(g)分解的反应速率 v＝2×10－3×pN2O5(kPa·min－1)。t＝ 62 min 时，测得体系中 pO2＝2.9 kPa，则此时的 pN2O5＝________kPa，v＝ ________kPa·min－1。 ③若提高反应温度至 35 ℃，则 N2O5(g)完全分解后体系压强 p∞(35 ℃)________63.1 kPa(填“大于”“等于”或“小于”)，原因是 ____________________________。 ④25 ℃时，N2O4(g)2NO2(g)反应的平衡常数 Kp＝________kPa(Kp 为以分 压表示的平衡常数，计算结果保留一位小数)。 (3)对于反应 2N2O5(g)―→4NO2(g)＋O2(g)， R．A.Ogg 提出如下反应历程： 第一步　N2O5NO2＋NO3　　　　　快速平衡 第二步　NO2＋NO3―→NO＋NO2＋O2 慢反应 第三步　NO＋NO3―→2NO2 快反应 其中可近似认为第二步反应不影响第一步的平衡。下列表述正确的是 ________(填标号)。 A．v(第一步的逆反应)>v(第二步反应) B．反应的中间产物只有 NO3 C．第二步中 NO2 与 NO3 的碰撞仅部分有效 D．第三步反应活化能较高 答案　(1)O2 (2)①53.1　②30.0　6.0×10－2　③大于　温度提高，体积不变，总压强提高； NO2 生成 N2O4 为放热反应，温度提高，平衡左移，体系物质的量增加，总压强 提高 ④13.4　(3)AC 解析　(1)氯气在反应中得到电子作氧化剂，硝酸银中只有氧元素化合价会 升高，所以氧化产物是氧气，分子式为 O2。 (2)①已知：ⅰ.2N2O5(g)===2N2O4(g)＋O2(g)　 ΔH1＝－4.4 kJ·mol－1 ⅱ.2NO2(g)===N2O4(g)　ΔH2＝－55.3 kJ·mol－1 根据盖斯定律可知ⅰ÷2－ⅱ即得到 N2O5(g)===2NO2(g)＋1 2O2(g)　ΔH＝ΔH1 2 －ΔH2＝＋53.1 kJ·mol－1。 ②根据方程式可知生成氧气与消耗 N2O5 的物质的量之比是 1∶2，又因为压 强之比等于物质的量之比，所以消耗 N2O5 的压强是 2.9 kPa×2＝5.8 kPa，则此 时 N2O5 的压强是 35.8 kPa－5.8 kPa＝30.0 kPa，因此此时反应速率 v＝2.0×10－ 3×30(kPa·min－1)＝6.0×10－2(kPa·min－1)。 ③由于温度升高，容器体积不变，总压强提高，且 NO2 生成 N2O4 为放热反 应，温度提高，平衡左移，体系物质的量增加，总压强提高，所以若提高反应温 度至 35 ℃，则 N2O5(g)完全分解后体系压强 p∞(35 ℃)大于 63.1 kPa。 ④根据表中数据可知 N2O5 完全分解时的压强是 63.1 kPa，根据方程式可知 完全分解时最初生成的 NO2 的压强是 35.8 kPa×2＝71.6 kPa，O2 是 35.8 kPa÷2＝ 17.9 kPa，总压强应该是 71.6 kPa＋17.9 kPa＝89.5 kPa，平衡后压强减少了 89.5 kPa－63.1 kPa＝26.4 kPa，所以根据方程式 2NO2(g)N2O4(g)可知平衡时 N2O4 对应的压强是 26.4 kPa，NO2 对应的压强是 71.6 kPa－26.4 kPa×2＝18.8 kPa，则 反应的平衡常数 Kp＝18.82 26.4 kPa≈13.4 kPa。 (3)第一步反应快速平衡，所以第一步的逆反应速率大于第二步的反应速率， A 正确；根据第二步和第三步可知中间产物还有 NO，B 错误；根据第二步反应 生成物中有 NO2 可知 NO2 与 NO3 的碰撞仅部分有效，C 正确；第三步为快反应， 所以第三步反应的活化能较低，D 错误。 6．(2018·全国卷Ⅱ)CH4­CO2 催化重整不仅可以得到合成气(CO 和 H2)，还对 温室气体的减排具有重要意义。回答下列问题： (1)CH4­CO2 催化重整反应为：CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)。 已知：C(s)＋2H2(g)===CH4(g)　ΔH＝－75 kJ·mol－1 C(s)＋O2(g)===CO2(g)ΔH＝－394 kJ·mol－1 C(s)＋1 2O2(g)===CO(g)ΔH＝－111 kJ·mol－1 　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　 该催化重整反应的 ΔH＝________kJ·mol－1。有利于提高 CH4 平衡转化率的 条件是________(填标号)。 A．高温低压 B．低温高压 C．高温高压 D．低温低压 某温度下，在体积为 2 L 的容器中加入 2 mol CH4、1 mol CO2 以及催化剂进 行重整反应，达到平衡时 CO2 的转化率是 50%，其平衡常数为________mol2·L－ 2。 (2)反应中催化剂活性会因积碳反应而降低，同时存在的消碳反应则使积碳 量减少。相关数据如下表： ①由上表判断，催化剂 X________Y(填“优于”或“劣于”)，理由是 ____________________________________。 在反应进料气组成、压强及反应时间相同的情况下，某催化剂表面的积碳量 随温度的变化关系如图所示。升高温度时，下列关于积碳反应、消碳反应的平衡 常数(K)和速率(v)的叙述正确的是________(填标号)。 A．K 积、K 消均增加 B．v 积减小，v 消增加 C．K 积减小，K 消增加 D．v 消增加的倍数比 v 积增加的倍数大 ② 在 一 定 温 度 下 ， 测 得 某 催 化 剂 上 沉 积 碳 的 生 成 速 率 方 程 为 v ＝ k·p(CH4)·[p(CO2)]－0.5(k 为速率常数)。在 p(CH4)一定时，不同 p(CO2)下积碳量随 时间的变化趋势如下图所示，则 pa(CO2)、pb(CO2)、pc(CO2)从大到小的顺序为 ________________。 答案　(1)247　A　1 3 　(2)①劣于　相对于催化剂 X，催化剂 Y 积碳反应的 活 化能大，积碳反应的速率小；而消碳反应活化能相对小，消碳反应速率大　AD ②pc(CO2)、pb(CO2)、pa(CO2) 解析　(1)已知：①C(s)＋2H2(g)===CH4(g)　 ΔH＝－75 kJ·mol－1 ②C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝－394 kJ·mol－1 ③C(s)＋1 2O2(g)===CO(g)　ΔH＝－111 kJ·mol－1 根据盖斯定律可知③×2－②－①即得到 CH 4­CO2 催化重整反应 CH4(g)＋ CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)的 ΔH＝＋247 kJ·mol －1。正反应是体积增大的吸热反 应，所以有利于提高 CH4 平衡转化率的条件是高温低压；某温度下，在体积为 2 L 的容器中加入 2 mol CH4、1 mol CO2 以及催化剂进行催化重整反应，达到平衡 时 CO2 的转化率是 50%，根据方程式可知 CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g) 起始浓度 (mol·L－1) 1 0.5 0 0 转化浓度 (mol·L－1) 0.25 0.25 0.5 0.5 平衡浓度 (mol·L－1) 0.75 0.25 0.5 0.5 所以平衡常数为 0.52 × 0.52 0.75 × 0.25 mol2·L－2＝1 3 mol2·L－2。 (2)①根据表中数据可知相对于催化剂 X，催化剂 Y 积碳反应的活化能大， 积碳反应的速率小；而消碳反应活化能相对小，消碳反应速率大，所以催化剂 X 劣于 Y。正反应均是吸热反应，升高温度平衡向正反应方向进行，因此 K 积、K 消均增加，A 正确，C 错误；升高温度反应速率均增大，B 错误；积碳量达到最 大值以后再升高温度积碳量降低，这说明 v 消增加的倍数比 v 积增加的倍数大，D 正确。 ②根据反应速率方程式可知在 p(CH4)一定时，生成速率随 p(CO2)的升高而 降低，根据图像可知 pa(CO2)、pb(CO2)、pc(CO2) 从大到小的顺序为 pc(CO2)、 pb(CO2)、pa(CO2)。 7．(2018·全国卷Ⅲ)三氯氢硅(SiHCl3)是制备硅烷、多晶硅的重要原料。回答 下列问题： (1)SiHCl3 在常温常压下为易挥发的无色透明液体，遇潮气时发烟生成 (HSiO)2O 等，写出该反应的化学方程式：___________________________。 (2)SiHCl3 在催化剂作用下发生反应： 2SiHCl3(g)===SiH2Cl2(g)＋SiCl4(g) ΔH1＝48 kJ·mol－1 3SiH2Cl2(g)===SiH4(g)＋2SiHCl3(g) ΔH2＝－30 kJ·mol－1 则反应 4SiHCl3(g)===SiH4(g)＋3SiCl4(g)的 ΔH＝________kJ·mol－1。 (3)对于反应 2SiHCl3(g)===SiH2Cl2(g)＋SiCl4(g)，采用大孔弱碱性阴离子交换 树脂催化剂，在 323 K 和 343 K 时 SiHCl3 的转化率随时间变化的结果如图所示。 ①343 K 时 反 应 的 平 衡 转 化 率 α ＝ ________% ， 平 衡 常 数 K343 K ＝ ________(保留两位小数)。 ②在 343 K 下：要提高 SiHCl3 转化率，可采取的措施是________________； 要 缩 短 反 应 达 到 平 衡 的 时 间 ， 可 采 取 的 措 施 有 ________________ 、 ________________。 ③比较 a、b 处反应速率大小：v a________vb(填“大于”“小于”或“等 于”)。反应速率 v＝v 正－v 逆＝k 正 x2SiHCl3－k 逆 xSiH2Cl2xSiCl4，k 正、k 逆分 别为正、逆向反应速率常数，x 为物质的量分数，计算 a 处的v正 v逆＝________(保 留一位小数)。 答案　(1)2SiHCl3＋3H2O===(HSiO)2O＋6HCl (2)114　(3)①22　0.02　②及时移去产物　改进催化剂　提高反应物压强 (浓度)　③大于　1.3 解析　(1)根据题目表述，三氯氢硅和水蒸气反应得到(HSiO)2O，方程式为： 2SiHCl3＋3H2O===(HSiO)2O＋6HCl。 (2)将第一个方程式扩大 3 倍，再与第二个方程式相加就可以得到目标反应 的焓变，所以焓变为[48×3＋(－30)] kJ·mol－1＝114 kJ·mol－1。 (3)①由图可知，温度越高反应速率越快，达到平衡用的时间就越少，所以 曲线 a 代表 343 K 的反应。从图中读出，达到平衡状态时反应的转化率为 22%。 设初始加入的三氯氢硅的浓度为 1 mol·L－1，得到： 2SiHCl3(g)SiH2Cl2(g)＋SiCl4(g) 起始 (mol·L－1) 1 0 0 反应 (mol·L－1) 0.22 0.11 0.11 平衡 (mol·L－1) 0.78 0.11 0.11 所以平衡常数 K＝0.112÷0.782≈0.02。 ②温度不变，提高三氯氢硅转化率的方法可以是将产物从体系分离(两边气 体体积相等，压强不影响平衡)。缩短达到平衡的时间，就是加快反应速率，所 以可以采取的措施是提高反应物压强(浓度)、加入更高效的催化剂(改进催化剂)。 ③a、b 两点的转化率相等，可以认为各物质的浓度对应相等，而 a 点的温 度更高，所以反应速率更快，即 va＞vb。根据题目表述得到 v 正＝k 正 x2SiHCl3， v 逆＝ k 逆 xSiH2Cl2xSiCl4，当反应达到平衡时 v 正＝v 逆，v 正＝ k 正 x2SiHCl3＝v 逆＝k 逆 xSiH2Cl2xSiCl4，所以k正 k逆＝ xSiH2Cl2xSiCl4 x2SiHCl3 ，实际就是平衡常数 K 值，所以k正 k逆＝0.02。a 处的转化率为 20%，所以计算出： 　　　　　　　　2SiHCl3SiH2Cl2＋SiCl4 起始(mol·L－1) 1 0 0 反应(mol·L－1) 0.2 0.1 0.1 a 处时(mol·L－1) 0.8 0.1 0.1 所以 xSiHCl3＝0.8；xSiH2Cl2＝xSiCl4＝0.1； 所以v正 v逆＝k正 k逆× x2SiHCl3 xSiH2Cl2xSiCl4 ＝0.02×0.82 0.12 ≈1.3。 8 ． (2018· 天 津 高 考 )CO2 与 CH4 经 催 化 重 整 ， 制 得 合 成 气 ： CH4(g) ＋ CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)　ΔH＝120 kJ/mol－1 (1)分别在 V L 恒温密闭容器 A(恒容)、B(恒压，容积可变)中，加入 CH4 和 CO2 各 1 mol 的混合气体。两容器中反应达平衡后放出或吸收的热量较多的是 ________(填“A”或“B”)。 (2)按一定体积比加入 CH4 和 CO2，在恒压下发生反应，温度对 CO 和 H2 产 率的影响如图所示。此反应优选温度为 900 ℃的原因是_________________。 答案　(1)B　(2)900 ℃时，合成气产率已经较高，再升高温度产率增幅不 大，但能耗升高，经济效益降低 解析　(1)初始时容器 A、B 的压强相等，A 容器恒容，随着反应的进行压强 逐渐增大(气体物质的量增加)；B 容器恒压，压强不变；所以达平衡时压强一定 是 A 中大，B 中小，此反应压强减小平衡正向移动，所以 B 的反应平衡更靠右， 反应的更多，吸热也更多。 (2)根据题图得到，900 ℃时反应产率已经比较高，温度再升高，反应产率的 增大并不明显，而生产中的能耗和成本明显增大，经济效益会下降，所以选择 900 ℃为反应最佳温度。 　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　 9．(2017·全国卷Ⅰ)近期发现，H2S 是继 NO、CO 之后的第三个生命体系气 体信号分子，它具有参与调节神经信号传递、舒张血管减轻高血压的功能。回答 下列问题： 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。 (1)H2S 的平衡转化率 α1＝__________%，反应平衡常数 K＝________。 (2)在 620 K 重复实验，平衡后水的物质的量分数为 0.03，H 2S 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 答案　(1)2.5　2.8×10－3　(2)>　>　(3)B 解析　(1)设 H2S 反应的物质的量为 x，则 　　　H2S(g)　 ＋　 CO2(g)　　COS(g)＋H2O(g)　 开始 0.40 mol 0.10 mol 0 0 反应 x x x x 平衡 (0.40－x) mol (0.10－x) mol x x n(H2O) n(总) ＝ x (0.40－x)＋(0.10－x)＋x＋x ＝0.02 解得 x＝0.01 mol，所以 H2S 的转化率是 α1＝0.01 mol 0.40 mol ×100%＝2.5% 由于该反应是反应前后气体体积相等的反应，所以在该条件下反应达到平衡 时化学平衡常数 K＝c(COS)·c(H2O) c(H2S)·c(CO2) ＝n(COS)·n(H2O) n(H2S)·n(CO2) ＝ 0.01 × 0.01 (0.40－0.01)(0.10－0.01)≈2.8×10－3。 (2)根据题目提供的数据可知温度由 610 K 升高到 620 K 时，化学反应达到 平衡，水的物质的量分数由 0.02 变为 0.03，平衡正向移动，所以 H2S 的转化率 增大：α2>α1；根据题意可知：升高温度，化学平衡向正反应方向移动，根据平 衡移动原理：升高温度，化学平衡向吸热反应方向移动，所以该反应的正反应为 吸热反应，故 ΔH>0。 (3)增大 H2S 的浓度，平衡正向移动，但加入量远远大于平衡移动转化消耗 量，所以 H2S 转化率降低，A 错误；增大 CO2 的浓度，平衡正向移动，使更多 的 H2S 反应，所以 H2S 转化率增大，B 正确；COS 是生成物，增大生成物的浓 度，平衡逆向移动，H2S 转化率降低，C 错误；N2 是与反应体系无关的气体，充 入 N2，不能使化学平衡发生移动，所以对 H2S 转化率无影响，D 错误。 2020 还可能这么考 10．我国科研团队利用低温等离子体协同催化技术，在常温常压下实现了将 甲烷和二氧化碳一步转化为具有高附加值的液体燃料和化工产品。回答下列问题： (1)已知：甲烷和乙酸的燃烧热 ΔH 分别为－890.31 kJ·mol－1、－876.72 kJ·mol －1，试写出甲烷与 CO2 合成乙酸的热化学方程式：_________________。 (2)甲烷和二氧化碳一步转化为液体产品的选择性如图所示，其中选择性最 高的产品是________，反应中应加入的等离子体催化剂是________。 (3)在某一钢性密闭容器中 CH4、CO2 的分压分别为 25 kPa、30 kPa，加入 Ni/α­Al2O3 催化剂并加热至 1123 K 使其发生反应：CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋ 2H2(g)。 ①研究表明 CO 的生成速率 vCO＝1.28×10－2·pCH4·pCO2 (mol·g －1·s－1)，某 时刻测得 pH2＝20 kPa，则 pCH4＝________kPa，vCO＝________mol·g－1·s－1。 ②达到平衡后测得体系总压是起始时的 1.8 倍，则该反应的平衡常数 Kp＝ ________(kPa)2(计算结果保留两位有效数字)。 ③ 温 度 对 产 物 摩 尔 流 量 及 平 衡 转 化 率 的 影 响 如 图 所 示 ， 可 知 反 应 ΔH________0(填“>”或“<”)，原因是____________________________。 答案　(1)CH4(g)＋CO2(g)===CH3COOH(l)　ΔH＝－13.59 kJ·mol－1　 (2)乙酸　Cu/γ­Al2O3 (3)①15　3.84　②1.6×105　③>　随温度升高，产物摩尔流量和反应的平衡 转化率均增大，平衡向正反应方向移动，正反应为吸热反应 解析　(1)由已知条件可写出热化学方程式：CH 4(g)＋2O 2(g)===CO2(g)＋ 2H2O(l)　ΔH1＝－890.31 kJ·mol －1，CH3COOH(l)＋2O2(g)===2CO2(g)＋2H2O(l)　 ΔH2＝－876.72 kJ·mol －1，由盖斯定律可推知，CH4(g)＋CO2(g)===CH3COOH(l)　 ΔH＝ΔH1－ΔH2＝－13.59 kJ·mol－1。 (2)分析图像可知乙酸的选择性最高，且在 Cu/γ­Al2O3 等离子体催化剂作用 时乙酸的选择性最高。 (3)①利用“三段式”解题： CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g) 起始分压/kPa 25 30 0 0 转化分压/kPa 10 10 20 20 某时刻分压/kPa 15 20 20 20 pCH4＝15 kPa，v(CO)＝1.28×10－2×15×20 mol·g－1·s－1＝3.84 mol·g－1·s－1。 ②假设 CH4 的分压变化 x kPa CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g) 起始分压/kPa 25 30 0 0 转化分压/kPa x x 2x 2x 平衡分压/kPa 25－x 30－x 2x 2x 则有55＋2x 55 ＝1.8，解得 x＝22，Kp＝ p2(CO)·p2(H2) p(CH4)·p(CO2)＝442 × 442 3 × 8 (kPa)2≈1.6×105(kPa)2。