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文档介绍
2021届新高考选考化学一轮复习苏教版化学反应的方向和限度学案
第二单元 化学反应的方向和限度 [考点分布] 知识内容 考试 要求 2016年 2017年 2018年 2019年 2020年 4月 10月 4月 11月 4月 11月 4月 1月 (1)化学反应的限度 b T12 T12 T12 T17 T21 (2)化学平衡的概念 b T12 T12 T12 T14 T14 T21 (3)化学平衡状态的特征 b T12 T12 T12 T14 T14 T17 T21、T29(1) ① (4)自发反应的概念 a (5)熵变的概念 a T30(二)(1) (6)用熵变、焓变判断化学反应的方向 c T30(1) (7)化学平衡常数 b T30(一)(2) T29(1) ② (8)反应物的转化率 b T30(1) T21 T16、T21、 T30(一)(1) T22 T22、T30(一)(1)(3) (9)化学平衡常数与反应限度、转化率的关系 c T30(1) T30(2) T30(二) T30(一)(2) T29 化学反应进行的方向 一、自发反应 1．自发过程 (1)概念 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．自发反应 在一定条件下，无需外界帮助就能自发进行的反应称为自发反应。 二、熵、熵变 1．熵的概念 熵是衡量一个体系混乱度的物理量。用符号S表示。 同一条件下，不同物质有不同的熵值，同一物质在不同状态下熵值也不同，一般规律是S(g)>S(l)>S(s)。 2．熵变的概念 熵变是反应前后体系熵的变化，用ΔS表示，化学反应的ΔS越大，越有利于反应自发进行。 三、用熵变、焓变判断化学反应的方向 1．熵变与反应方向 研究表明，对于化学反应而言，决定化学反应能否自发进行的一个因素是体系的混乱度。大多数自发反应有趋向于体系混乱度增大的倾向。 2．焓变与反应方向 研究表明，对于化学反应而言，绝大多数放热反应都能自发进行，且反应放出的热量越多，体系能量降低得也越多，反应越完全。可见，反应的焓变是制约化学反应能否自发进行的另一个因素。 3．综合判断反应方向的依据 (1)ΔH－TΔS<0，反应能自发进行。 (2)ΔH－TΔS＝0，反应达到平衡状态。 (3)ΔH－TΔS>0，反应不能自发进行。 题组化学反应方向的判断 1．实验证明，多数能自发进行的反应都是放热反应。对此说法的理解正确的是( ) A．所有的放热反应都是自发进行的 B．所有的自发反应都是放热的 C．焓变是影响反应是否具有自发性的一种重要因素 D．焓变是决定反应是否具有自发性的唯一判据 答案：C 2．(2020·金华高二质检)下列过程属于熵增加的是( ) A．一定条件下，水由气态变成液态 B．高温高压条件下使石墨转变成金刚石 C．4NO2(g)＋O2(g)===2N2O5 (g) D．固态碘升华 答案：D 3．(2020·宁波月考)下列说法错误的是( ) A．2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)在常温下能自发进行，则该反应的ΔH>0 B．反应NH3(g)＋HCl(g)===NH4Cl(s)在室温下可自发进行，则该反应的ΔH<0 C．一定温度下，反应MgCl2(l)===Mg(l)＋Cl2(g)的ΔH>0，ΔS>0 D．常温下，反应C(s)＋CO2(g)===2CO(g)不能自发进行，则该反应的ΔH>0 解析：选A。A项，该反应是熵减的反应，常温下能自发进行说明ΔH<0；B项，该反应是熵减的反应，常温下能 自发进行说明ΔH<0；C项，此反应为高温下MgCl2的分解反应，ΔH>0，ΔS>0；D项，该反应ΔS>0，常温下不能自发进行，则有ΔH－TΔS>0，故ΔH>0。 4．[2019·浙江4月选考，T30(1)改编]水是“生命之基质”，是“永远值得探究的物质”。关于反应H2(g)＋O2(g)===H2O(l)，下列说法不正确的是( ) A．焓变ΔH＜0，熵变ΔS＜0 B．可以把反应设计成原电池，实现能量的转化 C．一定条件下，若观察不到水的生成，说明该条件下反应不能自发进行 D．选用合适的催化剂，有可能使反应在常温常压下以较快的速率进行 解析：选C。该反应显然为放热反应，所以焓变ΔH＜0，该反应气体分子数减小，所以熵变ΔS＜0，A项正确；该反应属于自发的氧化还原反应，所以可以设计成原电池，实现能量的转化，B项正确；反应能自发进行的判断依据是ΔH－TΔS<0，是反应能进行的趋势，和是否生成水无关，C项错误；催化剂能降低反应的活化能，加快反应速率，有可能使反应在常温常压下以较快的速率进行，D项正确。 焓变、熵变和温度对化学反应方向的影响 ΔH ΔS ΔH－TΔS 反应情况 － ＋ 永远是负值 在任何温度下均能自发进行 ＋ － 永远是正值 在任何温度下均不能自发进行 ＋ ＋ 低温为正；高温为负 低温时不能自发进行；高温时能自发进行 － － 低温为负；高温为正 低温时能自发进行；高温时不能自发进行 化学平衡状态 1．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。 2．化学平衡的建立 从正反应开始建立 从逆反应开始建立 3．平衡特点 题组一化学平衡状态的特点 1．(2017·浙江4月选考，T12)已知：X(g)＋2Y(g)3Z(g) ΔH＝－a kJ·mol－1(a>0)。下列说法不正确的是( ) A．0.1 mol X和0.2 mol Y充分反应生成Z的物质的量一定小于0.3 mol B．达到化学平衡状态时，X、Y、Z的浓度不再发生变化 C．达到化学平衡状态时，反应放出的总热量可达a kJ D．升高反应温度，逆反应速率增大、正反应速率减小 解析：选D。升高反应温度，正、逆反应速率均增大。 2．(2018·浙江11月选考，T14)已知X(g)＋Y(g)2W(g)＋M(g) ΔH＝a kJ·mol－1(a＞0)。一定温度下，在体积恒定的密闭容器中，加入1 mol X(g)与1 mol Y(g)。下列说法正确的是( ) A．充分反应后，放出热量为a kJ B．当反应达到平衡状态时，X与W的物质的量浓度之比一定为1∶2 C．当X的物质的量分数不再改变，表明该反应已达到平衡 D．若增大Y的浓度，正反应速率增大，逆反应速率减小 解析：选C。A项，反应X(g)＋Y(g)2W(g)＋M(g)属于可逆反应，且为吸热反应，则1 mol X(g) 与1 mol Y (g)充分反应后不可能完全转化，吸收的热量小于a kJ，故A错误；B项，当反应达到平衡状态时，正反应速率和逆反应速率相等，反应混合物中各组分的浓度保持不变，但X与W的物质的量浓度之比不一定为1∶2，故B错误；C项，当X的物质的量分数不再改变，说明正反应速率和逆反应速率相等，表明该反应已达到平衡，故C正确；D项，若增大Y的浓度，正、逆反应速率均增大，故D错误。 3．一定温度下，在体积恒定的密闭容器中发生反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)。反应过程中的部分数据如下表所示： c/(mol·L－1) t/min c(N2) c(H2) c(NH3) 0 1.0 3.0 0 3 0.25 6 2.4 9 0.8 反应刚好达到平衡状态时( ) A．t＝6 min B．c(NH3)＝0.4 mol·L－1 C．容器内的气体分子数n(N2)∶n(H2)∶n(NH3)＝1∶3∶2 D．H2的正反应速率等于N2的逆反应速率 解析：选B。根据反应方程式，可将表格补充如下： c/(mol·L－1) t/min c(N2) c(H2) c(NH3) 0 1.0 3.0 0 3 0.875 2.625 0.25 6 0.8 2.4 0.4 9 0.8 2.4 0.4 由表格可知，6 min时已达平衡，但不能确定是否6 min刚好平衡，A项错误；由表格数据可知，B项正确；达到平衡时，n(N2)∶n(H2)∶n(NH3)＝c(N2)∶c(H2)∶c(NH3)＝0.8 mol·L－1∶2.4 mol·L－1∶0.4 mol·L－1＝2∶6∶1，C项错误；达到平衡时，H2的正反应速率等于N2的逆反应速率的3倍，D项错误。 极端假设法确定各物质浓度范围 可逆反应各物质浓度范围可根据极端假设法判断，假设反应正向或逆向进行到底， 求出各物质浓度的最大值和最小值，从而确定它们的浓度范围。 例如：可逆反应X2(g)＋Y2(g)2Z(g)，各物质的起始浓度分别为c(X2)＝0.1 mol·L－1，c(Y2)＝0.3 mol·L－1，c(Z)＝0.2 mol·L－1。 假设反应正向进行到底：X2(g)＋Y2(g)2Z(g) 起始浓度(mol·L－1) 0.1 0.3 0.2 改变浓度(mol·L－1) 0.1 0.1 0.2 终态浓度(mol·L－1) 0 0.2 0.4 假设反应逆向进行到底：X2(g)＋Y2(g)2Z(g) 起始浓度(mol·L－1) 0.1 0.3 0.2 改变浓度(mol·L－1) 0.1 0.1 0.2 终态浓度(mol·L－1) 0.2 0.4 0 平衡体系中各物质的浓度范围为X2∈(0，0.2)，Y2∈(0.2，0.4)，Z∈(0，0.4)。 题组二化学平衡状态的判断 4．(2018·浙江4月选考，T14)反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH<0，若在恒压绝热容器中发生，下列选项表明反应一定已达平衡状态的是( ) A．容器内的温度不再变化 B．容器内的压强不再变化 C．相同时间内，断开H—H键的数目和生成N—H键的数目相等 D．容器内气体的浓度c(N2)∶c(H2)∶c(NH3)＝1∶3∶2 解析：选A。A项中，因反应在恒压绝热容器中发生且是放热反应，容器内的温度不再变化，说明已达平衡状态，正确；B项中，由于反应是在恒压绝热容器中发生，因此容器内的压强始终不变，错误；C项中，相同时间内，断开H—H键与生成N—H键表示的都是正反应速率，错误；D项中，容器内气体的浓度c(N2)∶c(H2)∶c(NH3)＝1∶3∶2不能说明正反应速率和逆反应速率相等，错误。 5．(2020·金丽衢十二校联考)过氧乙酸(CH3COOOH)有强氧化性，可用于物体表面、皮肤、果蔬、环境的消毒，其制备反应为CH3COOH＋H2O2CH3COOOH＋H2O，下列有关说法正确的是( ) A．降低温度可加快该反应速率 B．加入合适的催化剂可提高H2O2的转化率 C．达到平衡时，v正＝v逆＝0 D．达到平衡时，v正(CH3COOH)＝v逆(H2O2) 解析：选D。降低温度，化学反应速率减慢，A项错误；催化剂能加快化学反应速率，但不能使化学平衡移动，B项错误；达到平衡时，v正＝v逆≠0，C项错误；达到平衡时，v正(CH3COOH)＝v正(H2O2)＝v逆(H2O2)，D项正确。 6．(2019·浙江4月选考，T17)下列说法正确的是( ) A．H2(g)＋I2(g)2HI(g)，其他条件不变，缩小反应容器体积，正逆反应速率不变 B．C(s)＋H2O(g)H2(g)＋CO(g)，碳的质量不再改变说明反应已达平衡 C．若压强不再随时间变化能说明反应2A(？)＋B(g)2C(？)已达平衡，则A、C不能同时是气体 D．1 mol N2和3 mol H2反应达到平衡时H2转化率为10%，放出热量Q1；在相同温度和压强下，当2 mol NH3分解为N2和H2的转化率为10%时，吸收热量Q2，Q2不等于Q1 解析：选B。对于反应H2(g)＋I2(g)2HI(g)，由于反应物和生成物均为气体，缩小反应容器体积，增大体系压强，正、逆反应速率均加快，A项错误；C(s)＋H2O(g)H2(g)＋CO(g)，碳的质量不再改变说明正、逆反应速率相等，说明反应已达平衡，B项正确；若A、B、C均为气体，压强不再随时间变化也能说明该反应已达平衡，C项错误；根据能量守恒规律和等效平衡，两者应该相等，D项错误。 1．化学平衡状态的判断思路 (1)“逆向相等” 反应速率必须一个是正反应的速率，一个是逆反应的速率，且经过换算后同一种物质的消耗速率和生成速率相等。 (2)“变量不变” 如果一个量是随反应进行而改变的，当其不变时反应达到平衡状态；一个随反应进行保持不变的量，不能作为是否达到平衡状态的判断依据。 2．化学平衡状态的判断方法 以mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)为例： 类型 判断依据 平衡状态 混合物 体系中 各成分 的含量 ①各物质的物质的量或各物质的物质的量分数一定 平衡 ②各物质的质量或各物质的质量分数一定 平衡 ③各气体的体积或体积分数一定 平衡 正、逆 反应速 率的 关系 ①在单位时间内消耗了m mol A，同时生成m mol A 平衡 ②在单位时间内消耗了n mol B，同时生成p mol C 不一定 ③v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝m∶n∶p∶q 不一定 ④在单位时间内生成n mol B，同时消耗q mol D 不一定 压强 ①m＋n≠p＋q时，总压强一定(其他条件一定) 平衡 ②m＋n＝p＋q时，总压强一定(其他条件一定) 不一定 平均相对分子质量() ①m＋n≠p＋q时，一定 平衡 ②m＋n＝p＋q时，一定 不一定 气体密度 ①m＋n≠p＋q，恒温恒压时，密度保持不变 平衡 ②m＋n＝p＋q时，密度保持不变 不一定 ③恒温恒容时，密度保持不变 不一定 温度 体系温度一定(其他条件一定) 平衡 颜色 反应体系内有色物质的颜色不再改变 平衡 化学平衡常数 1．化学平衡常数的概念 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．化学平衡常数的表达式 对于反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)， K＝(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)。 3．化学平衡常数的意义 (1)K值越大，反应物的转化率越大，正反应进行的程度越大。 (2)K只受温度影响，与反应物或生成物的浓度变化无关。 (3)化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。 4．由化学平衡常数判断化学平衡移动的方向和反应的热效应 (1)利用化学平衡常数可判断一个化学反应是否达到化学平衡状态 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均有如下关系： Q＝ Q (2)利用化学平衡常数可判断反应的热效应 若升高温度，K值增大，则正反应为吸热反应； 若升高温度，K值减小，则正反应为放热反应。 5．平衡转化率 对于一般的化学反应：aA＋bBcC＋dD，达到平衡时反应物A的转化率为α(A)＝×100%＝×100%[c0(A)为A的初始浓度，c(A)为平衡时A的浓度]。 (1)同一个反应中，反应物可以有多种，但不同反应物的转化率可能不同。 (2)增大一种反应物的浓度，可以提高其他反应物的转化率。工业生产中常常提高廉价原料的比例，从而增大昂贵原料的转化率，如工业合成氨中增大氮气的浓度，从而提高氢气的转化率。 题组化学平衡常数及其应用 1．(2020·宁波选考适应性考试)反应CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)在1 000 K达到平衡时，分别改变下列条件，化学平衡常数K发生变化的是( ) A．将压强减小至原来的一半 B．将反应温度升高至1 200 K C．添加催化剂 D．增大水蒸气的浓度 解析：选B。化学平衡常数K仅仅是温度的函数，只有温度变化时才能引起K的变化。 2．已知在25 ℃时，下列反应的平衡常数如下： ①N2(g)＋O2(g)2NO(g) K1＝1×10－30 ②2H2(g)＋O2(g)2H2O(g) K2＝2×1081 ③2CO2(g)2CO(g)＋O2(g) K3＝4×10－92 下列说法正确的是( ) A．NO分解反应：NO(g)N2(g)＋O2(g)的平衡常数为1×10－30 B．根据K2的值可以判断常温下H2和O2很容易反应生成H2O C．常温下，NO、H2O、CO2三种物质分解放出O2的倾向顺序为NO>H2O>CO2 D．反应②中，升高温度，K值增大 解析：选C。NO(g)N2(g)＋O2(g)的平衡常数为K＝＝＝[]－＝(1×10－30) －＝1×1015，A项错误；常温下H2和O2很难反应生成 H2O，B项错误；常温下，NO、H2O、CO2三种物质分解放出O2的K分别为1×1030、5×10－82、4×10－92，倾向顺序为NO>H2O>CO2，C项正确；反应②为放热反应，升高温度 ，平衡向逆反应方向移动，K值减小，D项错误。 3．碘单质难溶于水却易溶于KI溶液。碘水中加入KI溶液发生反应：I2(aq)＋I－(aq)I(aq)，该反应的平衡常数与温度的关系如图，下列说法不正确的是( ) A．上述正反应为放热反应 B．上述体系中加入苯，平衡不移动 C．可运用该反应原理除去硫粉中少量的碘单质 D．实验室配制碘水时，为增大碘单质的溶解度可加入适量KI溶液 解析：选B。由图中可看出，随着温度的升高，平衡常数减小，故升高温度，平衡逆向移动，正反应为放热反应，A项正确；加入苯后能将溶液的碘单质萃取，降低了溶液中c(I2)，平衡逆向移动，B项错误；硫粉中的碘单质在加入KI后，碘单质生成KI3而除去，C项正确；配制碘水时，加入KI溶液，使得平衡正向移动，增大碘单质的溶解度，D项正确。 (1)关于H2O的浓度问题 ①稀水溶液中进行的反应，虽然H2O参与反应，但是H2O只作为溶剂，不能代入平衡常数表达式。 如NH4Cl＋H2ONH3·H2O＋HCl的平衡常数表达式为K＝。 ②H2O的状态不是液态而是气态时，则需要代入平衡常数表达式。 (2)代入平衡常数表达式的是平衡浓度，而不是任意时刻的浓度，更不能将物质的量代入。 (3)同一化学反应，可以用不同的化学方程式表示，每个化学方程式都有自己的平衡常数表达式及相应的平衡常数。因此，要注意使用与化学方程式相对应的平衡常数。 4．已知反应①CO(g)＋CuO(s)CO2(g)＋Cu(s)和反应②H2(g)＋CuO(s)Cu(s)＋H2O(g)在相同的某温度下的平衡常数分别为K1和K2，该温度下反应③CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)的平衡常数为K。则下列说法正确的是( ) A．反应①的平衡常数K1＝ B．反应③的平衡常数K＝ C．对于反应③，恒容时，温度升高，H2浓度减小，则该反应的焓变为正值 D．对于反应③，恒温恒容下，增大压强，平衡常数增大 解析：选B。在书写平衡常数表达式时，纯固体不能表示在平衡常数表达式中，A错误；由于反应③＝反应①－反应②，因此平衡常数K＝，B正确；反应③中，温度升高，H2浓度减小，则平衡左移，即逆反应为吸热反应，正反应为放热反应，因此ΔH<0，C错误；恒温下平衡常数为一定值，不受其他因素影响，D错误。 5．[2018·浙江11月选考，T30(一)]合成氨工艺(流程如图所示)是人工固氮最重要的途径。2018年是合成氨工业先驱哈伯(F·Haber)获得诺贝尔奖100周年。N2和H2生成NH3的反应为N2(g)＋H2(g)NH3(g) ΔH(298 K)＝－46.2 kJ·mol－1。 在Fe催化剂作用下的反应历程为(*表示吸附态) 化学吸附：N2(g)→2N*；H2(g)2H* 表面反应：N*＋H*NH*；NH*＋H*NH；NH＋H*NH 脱附：NHNH3(g) 其中，N2的吸附分解反应活化能高、速率慢，决定了合成氨的整体反应速率。 请回答： (1)利于提高合成氨平衡产率的条件有________。 A．低温 B．高温 C．低压 D．高压 E．催化剂 (2)标准平衡常数K＝，其中p为标准压强(1×105Pa)，pNH3、pN2和pH2为各组分的平衡分压，如pNH3＝xNH3p，p为平衡总压，xNH3为平衡系统中NH3的物质的量分数。 ①N2和H2起始物质的量之比为1∶3，反应在恒定温度和标准压强下进行，NH3的平衡产率为ω，则K＝________(用含ω的最简式表示)。 ②下图中可以示意标准平衡常数K随温度T变化趋势的是________。 (3)实际生产中，常用工艺条件：Fe做催化剂，控制温度773 K、压强3.0×107 Pa，原料气中N2和H2物质的量之比为1∶2.8。 ①分析说明原料气中N2过量的理由：_____________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 ②关于合成氨工艺的下列理解，正确的是________。 A．合成氨反应在不同温度下的ΔH和ΔS都小于零 B．控制温度(773 K)远高于室温，是为了保证尽可能高的平衡转化率和快的反应速率 C．当温度、压强一定时，在原料气(N2和H2的比例不变)中添加少量惰性气体，有利于提高平衡转化率 D．基于NH3有较强的分子间作用力可将其液化，不断将液氨移去，利于反应正向进行 E．分离空气可得N2，通过天然气和水蒸气转化可得H2，原料气须经过净化处理，以防止催化剂中毒和安全事故发生 解析：(1)根据勒夏特列原理，对于制备氨的反应，加压或降温有助于平衡正向移动。 (2)①设初始氮气为x mol，氢气为3x mol。 N2(g)＋H2(g)NH3(g) 初始/mol x 3x 0 转化/mol xω 3xω 2xω 平衡/mol x(1－ω) 3x(1－ω) 2xω 计算体积分数，代入公式，得K＝。 ②K随温度升高而减小，而且根据K表达式可知K与T不是线性关系，故选A。 (3)①根据题意，从提高转化率和提高反应速率角度来分析，原料中的氮气易得，适度过量有利于提高氢气的转化率；氮气在铁催化剂上的吸附分解是决定反应速率的步骤，适度过量有利于提高整体的反应速率。 ②B项，升温会使平衡逆向移动，平衡转化率减小；C项相当于减小了分压， 平衡逆向移动，平衡转化率减小。 答案：(1)AD (2)① ②A (3)①原料气中N2相对易得，适度过量有利于提高H2的转化率；N2在Fe催化剂上的吸附分解是决速步骤，适度过量有利于提高整体反应速率 ②ADE 有关化学平衡的计算 1．分析三个量：即起始量、变化量、平衡量。 2．明确三个关系 (1)对于同一反应物，起始量－变化量＝平衡量。 (2)对于同一生成物，起始量＋变化量＝平衡量。 (3)各转化量之比等于各反应物的化学计量数之比。 3．计算方法：三段式法 对于反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，令A、B起始物质的量分别为a mol、b mol，达到平衡后，A的消耗量为mx mol，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 则有： (1)K＝。 (2)c平(A)＝ mol·L－1。 (3)α(A)＝×100%，α(A)∶α(B)＝∶＝。 (4)φ(A)＝×100%。 (5)＝。 (6) (混)＝ g·L－1。 (7) ＝ g·mol－1。 题组有关化学平衡的计算 1．(2017·浙江11月选考，T16)已知：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol－1。起始反应物为N2和H2，物质的量之比为1∶3，且总物质的量不变，在不同压强和温度下，反应达到平衡时，体系中NH3的物质的量分数如下表： 温度 物质的量分数 压强 400 ℃ 450 ℃ 500 ℃ 600 ℃ 20 MPa 0.387 0.274 0.189 0.088 30 MPa 0.478 0.359 0.260 0.129 下列说法正确的是( ) A．体系中NH3的物质的量分数越大，则正反应速率越大 B．反应达到平衡时，N2和H2的转化率之比均为1 C．反应达到平衡时，放出的热量均为92.4 kJ D．600 ℃、30 MPa下反应达到平衡时，生成NH3的物质的量最多 答案：B 2．对于可逆反应CO＋H2O(g)CO2＋H2，回答下列问题： (1)830 K时，若起始时c(CO)＝2 mol·L－1，c(H2O)＝3 mol·L－1，平衡时CO的转化率为60%，水蒸气的转化率为________；平衡常数K的值为________。 (2)830 K时，若只将起始时c(H2O)改为6 mol·L－1，则水蒸气的转化率为________。 (3)若830 K时，起始浓度c(CO)＝a mol·L－1，c(H2O)＝b mol·L－1，H2的平衡浓度c(H2)＝c mol·L－1，则 ①a、b、c之间的关系式是________； ②当a＝b时，a＝____c。 解析：在以下计算中，各浓度单位均为mol·L－1。 (1) CO＋H2O(g)CO2＋H2 起始浓度 2 3 0 0 转化浓度 1.2 1.2 1.2 1.2 平衡浓度 0.8 1.8 1.2 1.2 α(H2O)＝×100%＝40%，K＝＝1。 (2)设H2O的转化浓度为x。 CO＋H2O(g)CO2＋H2 起始浓度 2 6 0 0 转化浓度 x x x x 平衡浓度 2－x 6－x x x K＝＝1，解得x＝1.5 mol·L－1，则α(H2O)＝×100%＝25%。 (3) CO＋H2O(g)CO2＋H2 起始浓度 a b 0 0 转化浓度 c c c c 平衡浓度 a－c b－c c c K＝＝1，化简得c＝；若a＝b，则a＝2c。 答案：(1)40% 1 (2)25% (3)①c＝ ②2 3．[2018·浙江4月选考，T30(二)]乙酸乙酯一般通过乙酸和乙醇酯化合成： CH3COOH(l)＋C2H5OH(l)CH3COOC2H5(l)＋H2O(l) ΔH＝－2.7 kJ·mol－1 已知纯物质和相关恒沸混合物的常压沸点如下表： 纯物质 沸点/℃ 恒沸混合物(质量分数) 沸点/℃ 乙醇 78.3 乙酸乙酯(0.92)＋水(0.08) 70.4 乙酸 117.9 乙酸乙酯(0.69)＋乙醇(0.31) 71.8 乙酸乙酯 77.1 乙酸乙酯(0.83)＋乙醇(0.08)＋水(0.09) 70.2 请完成： (1)关于该反应，下列说法不合理的是________。 A．反应体系中硫酸有催化作用 B．因为化学方程式前后物质的化学计量数之和相等，所以反应的ΔS等于零 C．因为反应的ΔH接近于零，所以温度变化对平衡转化率的影响大 D．因为反应前后都是液态物质，所以压强变化对化学平衡的影响可忽略不计 (2)一定温度下该反应的平衡常数K＝4.0。若按化学方程式中乙酸和乙醇的化学计量数比例投料，则乙酸乙酯的平衡产率y＝________；若乙酸和乙醇的物质的量之比为n∶1，相应平衡体系中乙酸乙酯的物质的量分数为x，请在图1中绘制x随n变化的示意图(计算时不计副反应)。 (3)工业上多采用乙酸过量的方法，将合成塔中乙酸、乙醇和硫酸混合液加热至110 ℃左右发生酯化反应并回流，直到塔顶温度达到70～71 ℃，开始从塔顶出料。控制乙酸过量的作用有________________________________________________________________________。 (4)近年，科学家研究了乙醇催化合成乙酸乙酯的新方法： 2C2H5OH(g)CH3COOC2H5(g)＋2H2(g) 在常压下反应，冷凝收集，测得常温下液态收集物中主要产物的质量分数如图2所示。关于该方法，下列推测合理的是________。 A．反应温度不宜超过300 ℃ B．增大体系压强，有利于提高乙醇平衡转化率 C．在催化剂作用下，乙醛是反应历程中的中间产物 D．提高催化剂的活性和选择性，减少乙醚、乙烯等副产物是工艺的关键 解析：(1)A项，根据反应方程式可知，反应体系中硫酸做催化剂和吸水剂，合理；B项，反应前后物质化学计量数之和相等，不能说明反应ΔS为零，不合理；C项，因为反应的ΔH趋近于零，所以温度变化对平衡转化率的影响小，不合理；D项，因为反应前后都是液态物质，所以压强变化对化学平衡的影响可忽略不计，合理。(2)根据化学平衡常数的表达式，再结合三段式进行求解。设乙酸的转化量为a mol，则 CH3COOH(l)＋C2H5OH(l)CH3COOC2H5(l)＋H2O(l) 1 1 0 0 a a a a 1－a 1－a a a K＝＝4，可知a＝，所以乙酸乙酯平衡产率为0.67(或67%)。乙酸与乙醇按照系数投料时，平衡体系乙酸乙酯的物质的量分数达到最大值，所以a＝1时，乙酸乙酯的物质的量分数在最高点，乙酸的物质的量继续增大，乙酸乙酯的物质的量分数反而逐渐减小。(3) 根据可逆反应的平衡移动规律，乙酸过量可以提高乙醇转化率，减少恒沸混合物中乙醇的含量。(4)A项，根据图像分析可知，反应温度超过300 ℃，乙酸乙酯质量分数降低，乙醚质量分数增加，可知反应温度不宜超过300 ℃，合理；B项，增大体系压强，平衡逆向移动，故不利于提高乙醇平衡转化率，不合理；C项，由图像可知，乙醛在275 ℃之后逐渐减少，乙酸乙酯逐渐增多，所以乙醛是反应历程中的中间产物，合理；D项，有机反应中副反应较多，提高催化剂的活性和选择性，减少乙醚、乙烯等副产物是工艺的关键，合理。 答案：(1)BC (2)0.67(或67%) (3)提高乙醇转化率；提高反应温度，从而加快反应速率；有利于后续产物的分离 (4)ACD 有关化学平衡计算的注意事项 (1)注意反应物和生成物的浓度关系 反应物：c(平)＝c(始)－c(变)；生成物：c(平)＝c(始)＋c(变)。 (2)利用混＝ 和＝计算时要注意m总应为气体的质量，V应为反应容器的体积，n总应为气体的物质的量。 (3)起始浓度、平衡浓度不一定符合化学计量数之比，但物质之间是按化学计量数之比反应和生成的，故各物质的浓度变化之比一定等于化学计量数之比，这是计算的关键。 (4)凡是气体的压强变化、密度变化均必须转化为物质的量的变化或气体的体积变化才能进行相关计算。 课后达标检测 一、选择题 1．下列反应在任何温度下均能自发进行的是( ) A．2N2(g)＋O2(g)===2N2O(g) ΔH＝163 kJ·mol－1 B．Ag(s)＋Cl2(g)===AgCl(s) ΔH＝－127 kJ·mol－1 C．HgO(s)===Hg(l)＋O2(g) ΔH＝91 kJ·mol－1 D．H2O2(l)===O2(g)＋H2O(l) ΔH＝－98 kJ·mol－1 解析：选D。对于A项，ΔH>0，ΔS<0，在任何温度下，ΔH－TΔS>0， 即任何温度下反应都不能自发进行；对于B项，ΔH<0，ΔS<0，在较低温度下，ΔH－TΔS<0，即低温下反应能自发进行；对于C项，ΔH>0，ΔS>0，若使反应自发进行，即ΔH－TΔS<0，必须升高温度，即反应只有在较高温度时能自发进行；对于D项，ΔH<0，ΔS>0，在任何温度下，ΔH－TΔS<0，即在任何温度下反应均能自发进行。 2．(2016·浙江4月选考，T12)可逆反应在一定条件下达到化学平衡时，下列说法不正确的是( ) A．正反应速率等于逆反应速率 B．反应物和生成物浓度不再发生变化 C．反应体系中混合物的组成保持不变 D．正、逆反应速率都为零 答案：D 3．(2020·温州选考模拟)N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)在一定条件下达到化学平衡时，下列说法不正确的是( ) A．N2浓度保持不变 B．H2体积分数保持不变 C．2v正(H2)＝3v逆(NH3) D．断裂3 molHH键，同时断裂2 mol NH键 解析：选D。可逆反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)达到化学平衡状态时，断裂3 molHH键，同时应断裂6 molNH键，D项错误。 4．向恒容密闭容器中通入一定量N2O4，发生反应N2O4(g)2NO2(g)，随温度升高，气体颜色变深。如图表示该反应平衡时有关物理量Y随某条件X(其他条件不变)变化的规律。X、Y分别是( ) A．温度T，逆反应速率v B．温度T，气体的密度ρ C．压强p，平衡常数K D．压强p，N2O4的转化率α 解析：选D。升高温度，正、逆反应速率均增大，A项错误；气体的总质量不变，容器体积不变(恒容)，则升高温度，气体的密度不变，B项错误；平衡常数K仅受温度的影响，故增大压强，K不变，C项错误；增大压强，平衡逆向移动，N2O4的转化率降低，D项正确。 5．(2016·浙江10月选考，T12)在一定条件下，可逆反应X(g)＋2Y(g)2Z(g) ΔH＝－a kJ·mol－1，达到化学平衡时，下列说法一定正确的是( ) A．反应放出a kJ热量 B．X和Y的物质的量之比为1∶2 C．反应物和生成物的浓度都不再发生变化 D．X的正反应速率等于Z的逆反应速率 解析：选C。反应放出热量的多少与实际反应的物质的物质的量有关，并且放出a kJ热量时并不能说明达到化学平衡，故A错误；X和Y的物质的量之比为1∶2，不能说明达到化学平衡，故B错误；反应物和生成物的浓度都不再发生变化，说明达到了化学平衡，故C正确；X的正反应速率等于Z的逆反应速率的一半时，说明达到化学平衡，故D错误。 6．对可逆反应4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)，下列叙述中正确的是( ) A．达到化学平衡时4v正(O2)＝5v逆(NO) B．若单位时间内生成x mol NO的同时，消耗x mol NH3，则反应达到平衡状态 C．达到化学平衡时，若增大容器的体积，则正反应速率减小，逆反应速率增大 D．化学反应速率的关系是2v正(NH3)＝3v正(H2O) 解析：选A。A项，由4v正(O2)＝5v逆(NO)可得v正(O2)＝v逆(NO)，而v逆(NO)＝v逆(O2)，即v正(O2)＝v逆(O2)，正、逆反应速率相等，正确；B项都表示正反应速率，错误；C项，若增大容器体积，正、逆反应速率都减小，错误；D项应为3v正(NH3)＝2v正(H2O)，错误。 7．(2020·杭州七中选考模拟)在一定温度下，向a L密闭容器中加入1 mol X气体和2 mol Y气体，发生如下反应：X(g)＋3Y(g)4Z(g)，此反应达到平衡的标志是( ) A．容器内压强不再随时间变化而变化 B．容器内各物质的浓度不再随时间变化而变化 C．容器内X、Y、Z的浓度之比为1∶3∶4 D．单位时间消耗0.1 mol X同时生成0.4 mol Z 解析：选B。由X(g)＋3Y(g)4Z(g)可知，该反应前后的化学计量数之和相等，所以压强不再变化的状态不一定是平衡状态，故A错误；反应达平衡时，各物质的浓度不再随时间改变，是化学平衡状态的依据，故B正确；反应达到平衡时的各物质浓度之比与反应的初始物质的量以及反应的转化程度有关，所以不能确定是否达到平衡，故C错误；消耗0.1 mol X同时生成0.4 mol Z都表示正反应速率，不能说明正、逆反应速率相等，所以不能作为判断是否达到平衡状态的依据，故D错误。 8．某温度下，向容积为2 L的密闭反应器中充入0.10 mol SO3，当反应器中的气体压强不再变化时测得SO3的转化率为20%，则该温度下反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)的平衡常数为( ) A．3.2×103 B．1.6×103 C．8.0×102 D．4.0×102 解析：选A。 SO3的起始浓度为0.05 mol/L，由转化率可知分解的SO3为0.01 mol/L，所以平衡时SO2、O2、SO3的浓度分别为0.01 mol/L、0.005 mol/L、0.04 mol/L。则该温度下化学平衡常数K＝＝3.2×103。 9．下列说法正确的是( ) A．所有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。高温下熵增自发进行的反应，是吸热反应，故A错误；同种物质在固、液、气三种状态下，固态时熵值最小，气态时熵值最大，故B错误；当ΔH＜0，ΔS＞0时，ΔH－TΔS＜0，一定能自发进行，故C正确；在其他条件不变的情况下，催化剂只改变反应速率，不改变平衡移动，所以不可以改变化学反应进行的方向，故D错误。 10．在2 L的恒容密闭容器中，加入1 mol X和3 mol Y，在一定条件下发生如下反应：X(s)＋3Y(g)2Z(g) ΔH＝－a kJ·mol－1(a＞0)，3 s后生成Z的物质的量为1.2 mol。下列说法不正确的是( ) A．达到化学平衡状态时，正反应速率大于零 B．混合气体的密度不变时，反应达到化学平衡状态 C．0～3 s，Y的平均反应速率为0.3 mol·L－1·s－1 D．充分反应后，放出的热量为a kJ 答案：D 11．数十年来，化学工作者对碳的氧化物做了广泛深入的研究并取得了一些重要成果。CO常用于工业冶炼金属，如图是在不同温度下CO还原四种金属氧化物达到平衡后气体中lg[c(CO)/c(CO2)]与温度(t)的关系曲线图。下列说法不正确的是( ) A．工业上可以通过增高反应装置来延长矿石和CO接触的时间，减少尾气中CO的含量 B．CO不适宜用于工业冶炼金属铬(Cr) C．工业冶炼金属铜(Cu)时较低的温度有利于提高CO的利用率 D．CO还原PbO2的反应ΔH<0 解析：选A。增高反应装置来增长CO与铁矿石的接触时间，不影响平衡移动，CO的利用率不变，A项错误；由图像可知，用CO冶炼金属铬时，lg[c(CO)/c(CO2)]一直很高，说明CO转化率很低，B项正确；由图像可知，冶炼金属铜时，温度越低，lg[c(CO)/c(CO2)] 越小，则CO转化率越高，C项正确；由图像可知，CO还原PbO2的温度越高，lg[c(CO)/c(CO2)]越大，说明CO转化率越低，平衡逆向移动，故ΔH＜0，D项正确。 12．(2020·浙江1月选考,T21)一定温度下，在2 L的恒容密闭容器中发生反应A(g)＋2B(g)3C(g)。反应过程中的部分数据如下表所示： n/mol t/min n(A) n(B) n(C) 0 2.0 2.4 0 5 0.9 10 1.6 15 1.6 下列说法正确的是( ) A．0～5 min用A表示的平均反应速率为0.09 mol·L－1·min－1 B．该反应在10 min后才达到平衡 C．平衡状态时，c(C)＝0.6 mol·L－1 D．物质B的平衡转化率为20% 答案：C 二、非选择题 13．在一定条件下，乙醇可催化脱水生成乙烯：CH3CH2OH(g)C2H4(g)＋H2O(g)。某科研团队在恒温恒容容器中对某催化剂的脱水工艺进行了研究，得到下图： 已知初始乙醇含水量为40%时，该温度下达到平衡后，混合气中水蒸气浓度变为c，则根据图中信息计算该温度下，乙醇脱水反应的平衡常数K＝____________。 解析：设初始乙醇的物质的量为n，则达平衡时，n(CH3CH2OH)＝(1－a)n，n(C2H4)＝bn，所以K＝＝。 答案： 14．(2020·浙江新高考研究联盟第一次联考)苯硫酚(C6H5—SH)是一种用途广泛的有机合成中间体。工业上用常用氯苯(C6H5—Cl)和硫化氢(H2S)反应来制备苯硫酚，但会有副产物苯(C6H6) 生成。 Ⅰ.C6H5—Cl(g)＋H2S(g)C6H5—SH(g)＋HCl(g) ΔH1＝－16.8 kJ/mol Ⅱ.C6H5—Cl(g)＋H2S(g)===C6H6(g)＋HCl(g)＋S8(g) ΔH2 反应Ⅱ的焓变不易测量，现查表得如下数据： Ⅲ.C6H5—SH(g)===C6H6(g)＋S8(g) ΔH3＝－29.0 kJ/mol 请回答： (1)反应Ⅱ为不可逆反应，请简述理由：___________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)现将一定量的氯苯和硫化氢置于一固定容积的容器中模拟工业生产过程，在不同温度下均反应20分钟测定生成物的浓度，得到图1和图2。 ①下列说法不正确的是________。 A．由图1可知，相同条件下反应Ⅰ的活化分子百分数大于反应Ⅱ的活化分子百分数 B．图1中C6H5—SH的浓度在590 K随温度变化的原因可能是反应Ⅱ中消耗反应物，使反应Ⅰ平衡逆向移动 C．其他条件不变，由图1可知，氯苯的转化率随温度的升高而降低 D．由图2可知，若要提高C6H5—SH的产量，可提高硫化氢与氯苯起始物质的量之比 ②590 K时，氯苯和硫化氢混合气体(体积比1∶2.5，总物质的量a mol)在V L的固定容积中进行反应，达到平衡时，测得容器中苯硫酚的物质的量为a/7 mol，苯的物质的量为a/14 mol，则该温度下反应Ⅰ的平衡常数为________(保留两位有效数字)。 ③请根据图1、图2，在下图中画出恒温恒容条件下反应主产物苯硫酚的物质的量浓度随时间变化的曲线图。 解析：(1)根据盖斯定律，由Ⅰ＋Ⅲ得出ΔH2＝ΔH1＋ΔH3，求出ΔH2＝－45.8 kJ/mol， 根据ΔG＝ΔH－TΔS，因为ΔH2<0，ΔS>0，说明其正反应是自发反应，而逆反应为非自发反应。 (2)①A.根据图1，反应Ⅰ的化学反应速率比反应Ⅱ快，说明相同条件下，反应Ⅰ的活化分子百分数大于反应Ⅱ的活化分子百分数，故A说法正确；B.根据反应Ⅰ和反应Ⅱ的化学反应方程式，氯苯和硫化氢都是反应物，因为反应Ⅱ是不可逆反应，升高温度，反应Ⅱ中消耗氯苯和硫化氢，相当于减少反应Ⅰ中反应物的浓度，平衡向逆反应方向移动，苯硫酚的浓度降低，故B说法正确；C.根据图1，反应Ⅱ中氯苯的转化率随温度的升高而升高，故C说法错误；D.根据图2，硫化氢与氯苯的起始物质的量之比大于2.5时，苯硫酚的浓度反而降低，故D说法错误。 ② C6H5—Cl(g)＋H2S(g)C6H5—SH(g)＋HCl(g) a/7 a/7 a/7 a/7 C6H5—Cl(g)＋H2S(g)===C6H6(g)＋HCl(g)＋S8(g) a/14 a/14 a/14 a/14 开始时，氯苯的总物质的量为a mol＝ mol，硫化氢的总物质的量为a mol＝ mol，达到平衡时，氯苯的物质的量为(－－) mol＝ mol，硫化氢的物质的量为(－－) mol＝ mol，根据化学平衡常数的表达式可知K＝＝0.86。③根据图1和图2，随着反应的进行，苯硫酚的浓度先增加，后降低，因此图像是。 答案：(1)反应Ⅱ的ΔH2＝－45.8 kJ/mol<0，ΔS>0，说明其正反应是自发反应，而逆反应为非自发反应，所以反应Ⅱ为不可逆反应 (2)①CD ②0.86 ③ 15．研究CO、NO2等气体的性质，以便消除污染或变废为宝， 可以保护环境、节约资源。试运用所学知识，解决下列问题： (1)生产水煤气过程中有以下反应： ①C(s)＋CO2(g)2CO(g) ΔH1； ②CO(g)＋H2O(g)H2(g)＋CO2(g) ΔH2； ③C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g) ΔH3。 若平衡表达式为K＝，则它所对应的化学方程式是________(填序号)；上述反应ΔH1、ΔH2、ΔH3之间的关系为________________。 (2)不同温度下反应②的平衡常数如下表所示。 温度/℃ 400 500 800 平衡常数K 9.94 9 1 则ΔH2________0(填“＜”或“＞”)；在500 ℃时，把等物质的量浓度的CO和H2O(g)充入反应容器，达到平衡时c(CO)＝0.005 mol·L－1、c(H2)＝0.015 mol·L－1，则CO的平衡转化率为________。 (3)对反应2NO2(g)N2O4(g) ΔH＜0，在温度为T1、T2时，平衡体系N2O4的体积分数随压强变化曲线如图所示。则T1________T2(填“＞”或“＜”)；增大压强，平衡向________反应方向移动；B、C两点的平衡常数B________C(填“＞”或“＜”)。 解析：(1)化学平衡常数是生成物的平衡浓度的幂之乘积除以反应物平衡浓度的幂之乘积，所以H2、CO是生成物，对应反应③；反应③可由反应①＋反应②得到，所以ΔH1＋ΔH2＝ΔH3。(2)温度升高，K值减小，说明平衡向逆反应方向移动，正反应为放热反应。由反应CO(g)＋H2O(g)H2(g)＋CO2(g)，可知CO的起始浓度为0.02 mol·L－1，则CO的平衡转化率为75%。(3)压强相同时，比较温度变化对平衡的影响，取A、C两点，温度降低平衡正向移动，N2O4的体积分数增大，则A点温度低，即T1查看更多