高考化学二轮通关复习专题九化学反应速率化学平衡知识精讲题组集训
专题九 化学反应速率、化学平衡
【考纲要求】1.了解化学反应速率的概念、反应速率的定量表示方法。2.了解催化剂在生产、生活和科学研究领域中的重要作用。3.了解化学反应的可逆性。4.了解化学平衡建立的过程；了解化学平衡常数的含义，能够利用化学平衡常数进行简单的计算。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，认识其一般规律。6.了解化学反应速率和化学平衡的调控在生产、生活和科学研究领域中的重要作用。
考点串讲
考点一 化学反应速率及其影响因素的深度剖析
知识精讲
1． “一式”的剖析与应用
化学反应速率是表示反应进行快慢的物理量，它用单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示。计算公式如下：
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。
(4)对于可逆反应，通常所计算的是正、逆反应抵消后的总反应速率，当达到平衡时，总反应速率为零。(注：总反应速率也可理解为净速率)。
2． 外界条件对化学反应速率影响的深度剖析
(1)纯液体和固体浓度视为常数，它们的量的改变不会影响化学反应速率。但固体颗粒的大小导致接触面的大小发生变化，故影响反应速率。
(2)对于固体、液体物质，由于压强改变时对它们的体积影响很小，因而压强对它们浓度的影响可看作不变，压强对无气体参加的化学反应的速率无影响。
(3)升高温度，不论吸热还是放热反应，也不论正反应速率还是逆反应速率都增大。
(4)用催化剂催化的反应，由于催化剂只有在适宜的温度下活性最大，反应速率才能达到最大，故在许多工业生产中温度的选择还需考虑催化剂的活性温度范围。
(5)对于有气体参与的化学反应，有以下几种情况：
①恒温时，压缩体积压强增大反应物浓度增大反应速率加快。
②恒温时，对于恒容密闭容器：
a．充入气体反应物气体反应物浓度增大(压强也增大)反应速率加快。
b．充入“惰性”气体总压强增大反应物浓度未改变―→反应速率不变。
③恒温恒压时
充入“惰性”气体体积增大气体反应物浓度减小反应速率减小。
题组集训
题组一 化学反应速率的计算
1． [2013·重庆理综，11(1)]化学在环境保护中起着十分重要的作用，催化反硝化法和电化学降解法可用于治理水中硝酸盐的污染。
催化反硝化法中，H2能将NO还原为N2。25 ℃时，反应进行10 min，溶液的pH由7变为12。
①N2的结构式为________________________________________________________。
②上述反应的离子方程式为_________________________________________________，
其平均反应速率v(NO)为________ mol·L－1·min－1。
③还原过程中可生成中间产物NO，写出3种促进NO水解的方法________________________________________________________________________。
答案 ①N≡N
②2NO＋5H2N2＋2OH－＋4H2O 10－3
③加热，加酸，加水
解析 ①N2电子式为N⋮⋮N，结构式为N≡N。②反应中碱性增强，故应有OH－生成，根据得失电子守恒有：5H2＋2NO―→N2＋OH－，据电荷守恒有：5H2＋2NO―→N2＋2OH－，最后由元素守恒得5H2＋2NO催化剂,N2＋2OH－＋4H2O。③水解的离子方程式为NO＋H2OHNO2＋OH－，据“越热越水解、越稀越水解”，可知加热或加水稀释能促进水解；另外，降低生成物浓度，也可促进水解。
2． 苯乙烷(C8H10)可生产塑料单体苯乙烯(C8H8)，其反应原理是
C8H10(g)C8H8(g)＋H2(g) ΔH＝＋125 kJ·mol－1
某温度下，将0.40 mol苯乙烷充入2 L真空密闭容器中发生反应，测定不同时间该容器内物质的物质的量，得到数据如下表：
时间/min
0
10
20
30
40
n(C8H10)/mol
0.40
0.30
0.26
n2
n3
n(C8H8)/mol
0.00
0.10
n1
0.16
0.16
当反应进行到20 min时，该段时间内H2的平均反应速率是___________________。
答案 v(H2)＝＝0.003 5 mol·L－1·min－1
失误防范
化学反应速率计算的常见错误：
(1)不注意容器的体积；
(2)漏写单位或单位写错；
(3)忽略有效数字。
题组二 控制变量探究影响化学反应速率的因素
3． (2013·安徽理综，28)某酸性工业废水中含有K2Cr2O7。光照下，草酸(H2C2O4)能将其中的Cr2O转化为Cr3＋。某课题组研究发现，少量铁明矾[Al2Fe(SO4)4·24H2O]即可对该反应起催化作用。为进一步研究有关因素对该反应速率的影响，探究如下：
(1)在25 ℃下，控制光照强度、废水样品初始浓度和催化剂用量相同，调节不同的初始pH和一定浓度草酸溶液用量，做对比实验，完成以下实验设计表(表中不要留空格)。
实验
编号
初始
pH
废水样品
体积/mL
草酸溶液
体积/mL
蒸馏水
体积/mL
①
4
60
10
30
②
5
60
10
30
③
5
60
测得实验①和②溶液中的Cr2O浓度随时间变化关系如图所示。
(2)上述反应后草酸被氧化为________(填化学式)。
(3)实验①和②的结果表明________；实验①中0～t1时间段反应速率v(Cr3＋)＝________mol·L－1·min－1(用代数式表示)。
(4)该课题组对铁明矾[Al2Fe(SO4)4·24H2O]中起催化作用的成分提出如下假设，请你完成假设二和假设三：
假设一：Fe2＋起催化作用；
假设二：________；
假设三：________；
……
(5)请你设计实验验证上述假设一，完成下表中内容。
[除了上述实验提供的试剂外，可供选择的药品有K2SO4、FeSO4、K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O、Al2(SO4)3等。溶液中Cr2O的浓度可用仪器测定]
实验方案
(不要求写具体操作过程)
预期实验结果和结论
答案 (1)
实验
编号
初始
pH
废水样品
体积/mL
草酸溶液
体积/mL
蒸馏水
体积/mL
③
20
20
(2)CO2
(3)溶液pH对该反应的速率有影响
(4)Al3＋起催化作用 SO起催化作用
(5)
实验方案
(不要求写具体操作过程)
预期实验结果和结论
用等物质的量的K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O代替实验①中的铁明矾，控制其他条件与实验①相同，进行对比实验
反应进行相同时间后，若溶液中c(Cr2O)大于实验①中的c(Cr2O)，则假设一成立，若两溶液中的c(Cr2O)相同，则假设一不成立
(本题属于开放性试题，合理答案均可)
解析 首先看清实验目的，确定条件改变的唯一变量，再根据图给信息进行综合分析；对于实验方案的设计也主要考虑变量的控制。
(1)要保证其他量不变，草酸用量为唯一变量，必须保证溶液的体积为100 mL，所以加入草酸和水的体积之和应为40 mL，两者的具体体积没有要求，只需与②中数据不同即可。(2)此反应中铬的化合价由＋6价变为＋3价，化合价降低，所以碳的化合价应升高，草酸中碳的化合价为＋3价，反应后只能变为＋4价，即生成CO2。(3)通过图像可以明显看到，实验①的反应速率比实验②的快，故pH越小，反应速率越快，说明溶液pH对该反应的速率有影响；在0～t1时间段，Cr2O的浓度改变了(c0－c1) mol·L－1，其反应速率为(c0－c1)/t1 mol·L－1·min－1，所以v(Cr3＋)＝2(c0－c1)/t1 mol·L－1·min－1。(4)铁明矾中除结晶水外，共有三种离子，均可能起催化作用，除Fe2＋外，还有Al3＋和SO。(5)要想验证假设一正确，必须确定Al3＋和SO不起催化作用，所以可选择K2
SO4·Al2(SO4)3·24H2O，为了确保Al3＋和SO 的浓度与原来的相同，所以取和铁明矾相同物质的量的K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O。
4． 某小组利用H2C2O4溶液和酸性KMnO4溶液反应来探究“条件对化学反应速的影响”。
(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，浓度c(H2C2O4)随反应时间t的变化曲线如下图示，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。
答案 (1)≥2.5
(2)2.0 保证其他条件不变，只改变反应物H2C2O4浓度，从而才能达到对照实验目的
(3)如下图
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)温度低，反应速率慢，反应停止时，所用时间较长。
思想归纳
控制变量思想是中学化学实验中常用的思想方法，对影响实验结果的因素进行控制，以达到明确各因素在实验中的作用和目的。尤其是在研究影响化学反应速率和化学平衡的因素时，由于外界影响因素较多，故要弄清某个因素的影响需控制其他因素相同或不变时再进行实验。因此，控制变量思想在这部分体现的较为充分，在近几年高考题中也考查较多，且多以探究性实验题的形式出现。
考点二 全面认识化学平衡
知识精讲
1． 化学平衡状态判断的“三类标志”、“一角度”
(1)本质标志
同一物质的消耗速率与生成速率相等，即v正＝v逆。
(2)等价标志
①可逆反应的正、逆反应速率不再随时间发生变化。
②体系中各组成成分的含量，即物质的量浓度、物质的量分数、体积分数、质量分数等保持不变。
③对同一物质而言，单位时间内该物质所代表的正反应的转化浓度和所代表的逆反应的转化浓度相等。
④对不同物质而言，一种物质所代表的正反应速率和另一种物质所代表的逆反应速率的比值等于化学方程式中的化学计量数(系数)之比。
(3)特殊标志
①对于反应物和生成物全部是气体且反应前后气体计量数不相等的可逆反应，若反应体系中混合气体的平均相对分子质量不再随时间变化，则反应达到平衡状态。此标志不适用于反应前后气体计量数相等的可逆反应，因为这类反应不管是否达到平衡状态，混合气体的平均相对分子质量始终是不变的。
②对于气体反应物和气体生成物的计量数不相等的可逆反应(体系中可存在固、液态物质)，当恒温、恒容时，若反应体系中总压强不再随时间变化，则反应达到平衡状态；当恒温、恒压时，若反应体系中体积不变或混合气体的密度不变，则反应达到平衡状态。对于反应物和生成物全部是气体且反应前后气体计量数相等的可逆反应，恒温、恒容时压强不变以及恒温、恒压时密度不变等均不能说明反应已达到平衡状态。
③由于任何化学反应都伴有能量变化，因此在其他条件不变的情况下，当总体系温度一定时，则反应达到平衡状态。
④对于反应混合物中含有有色气体物质的可逆反应，若体系颜色不变，则反应达到平衡状态。
(4)一角度
从微观的角度分析，如反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，下列各项均可说明该反应达到了平衡状态
①断裂1 mol N≡N键的同时生成1 mol N≡N键
②断裂1 mol N≡N键的同时生成3 mol H—H键
③断裂1 mol N≡N键的同时断裂6 mol N—H键
④生成1 mol N≡N键的同时生成6 mol N—H键
2． 化学平衡状态移动判断的方法和规律
(1)化学平衡移动
(2)两类方法
①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。
a．若外界条件改变，引起v正>v逆，此时正反应占优势，则化学平衡向正反应方向(或向右)移动。
b．若外界条件改变，引起v正
K 平衡逆向移动；
b．若Qc＝K 平衡不移动；
c．若Qc75.0，故b0，③正确。因为该反应正向吸热，升高温度平衡正向移动，平衡常数增大，故④正确。
方法技巧
对于反应物或生成物只有一种的可逆反应而言，在改变物质浓度而引起化学平衡移动时应遵循或应用下列方法进行分析：
(1)在温度、体积不变的容器中加入某种气体反应物(或生成物)的平衡移动问题：
对于aA(g)bB(g)＋cC(g)或bB(g)＋cC(g)aA(g)，当T、V不变时，加入A、B、C气体，相当于给体系增大压强，但平衡移动的最终结果是由浓度决定。
(2)在温度、压强不变的体系中加入某种气体反应物(或生成物)的平衡移动问题：
对于aA(g)bB(g)＋cC(g)或bB(g)＋cC(g)aA(g)，当T、p不变时，加入A气体，平衡移动的最终结果与原平衡等效，相当于平衡不移动；而加入B或C，则平衡的移动由浓度决定。考点三 识图与绘图
知识精讲
1． 识图的一般思路和方法
(1)解题思路
①看图像：一看轴(即纵坐标与横坐标的意义)，二看点(即起点、拐点、交点、终点)，三看线(即线的走向和变化趋势)，四看辅助线(如等温线、等压线、平衡线等)，五看量的变化(如浓度变化、温度变化等)。
②想规律：看清图像后联想外界条件对化学反应速率和化学平衡的影响规律。
③作判断：通过对比分析，作出正确判断。
(2)分析方法
①认清坐标系，弄清纵、横坐标所代表的意义，并与有关原理相结合。
②看清起点，分清反应物、生成物，浓度减小的是反应物，浓度增大的是生成物，一般生成物多数以原点为起点。
③看清曲线的变化趋势，注意渐变和突变，分清正、逆反应，从而判断反应特点。
④注意终点。例如，在浓度—时间图像上，一定要看清终点时反应物的消耗量、生成物的增加量，并结合有关原理进行推理判断。
⑤先拐先平。例如，在转化率—时间图像上，先出现拐点的曲线先达到平衡，此时逆向推理可得该曲线对应的温度高、浓度大或压强大。
⑥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。
2． 绘图要领
一标：标原点，标横坐标、纵坐标的物理量及单位。
二比：比照原图像，画出新图像，并标明。
题组集训
题组一 识别图像，判断正误
1． (2013·安徽理综，11)一定条件下，通过下列反应可以制备特种陶瓷的原料MgO：
MgSO4(s)＋CO(g)MgO(s)＋CO2(g)＋SO2(g)
ΔH＞0
该反应在恒容的密闭容器中达到平衡后，若仅改变图中横坐标x的值，重新达到平衡后，纵坐标y随x变化趋势合理的是 ( )
选项
x
y
A
温度
容器内混合气体的密度
B
CO的物质的量
CO2与CO的物质的量之比
C
SO2的浓度
平衡常数K
D
MgSO4的质量
(忽略体积)
CO的转化率
答案 A
解析 由于此反应为吸热反应，升高温度，平衡正向移动，混合气体质量增加，密度增大，A正确；当增加CO的物质的量时，相当于增大体系的压强，CO的转化率减小，CO2与CO的物质的量之比减小，B错误；平衡常数只与温度有关，与SO2的浓度无关，C错误；MgSO4为固体，增加其质量对平衡无影响，所以CO的转化率不变，D错误。
2． (2013·福建理综，12)NaHSO3溶液在不同温度下均可被过量KIO3氧化，当NaHSO3完全消耗即有I2析出，依据I2析出所需时间可以求得NaHSO3的反应速率。将浓度均为0.020 mol·L－1的NaHSO3溶液(含少量淀粉)10.0 mL、KIO3(过量)酸性溶液40.0 mL混合，记录10～55 ℃间溶液变蓝时间，55 ℃时未观察到溶液变蓝，实验结果如下图。据图分析，下列判断不正确的是 ( )
A．40 ℃之前与40 ℃之后溶液变蓝的时间随温度的变化趋势相反
B．图中b、c两点对应的NaHSO3反应速率相等
C．图中a点对应的NaHSO3反应速率为5.0×10－5 mol·L－1·s－1
D．温度高于40 ℃时，淀粉不宜用作该实验的指示剂
答案 B
解析 应读懂题干，当溶液变蓝时亚硫酸氢钠恰好完全反应，然后根据选项逐一进行分析。
A由图像可知，40 ℃之前温度越高溶液变蓝所需要的时间越短；40 ℃之后温度越高溶液变蓝所需要的时间越长，其变化趋势相反。B项b、c两点的温度不同，所以反应速率不相等。C项当溶液变蓝时发生反应IO＋5I－＋6H＋===3I2＋3H2O，此时反应6HSO＋2IO===6SO＋2I－＋6H＋恰好结束，即溶液变蓝时NaHSO3恰好完全反应，v(NaHSO3)＝＝5.0×10－5 mol·L－1·s－1。D项温度高于40 ℃时，淀粉易糊化，故淀粉不宜在高于40 ℃的条件下作指示剂。
题组二 辨别图表、提取信息、综合应用
3． 已知CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(l)＋H2O(l) ΔH＝－130.9 kJ·mol－1
(1)现将0.8 mol CO2和2.4 mol H2 充入容积为20 L的密闭容器中发生上述反应，下列说法正确的是__________(填字母序号)。
A．该反应在低温下能自发进行
B．当容器内CO2气体体积分数恒定时，该反应已达平衡状态
C．若其他条件不变，实验测得平衡常数：K(T1)＞K(T2)，则T1＜T2
D．现有该反应的X、Y两种催化剂，X能使正反应速率加快约5×105倍、Y能使逆反应速率加快约8×106倍(其他条件相同)，故在生产中应该选择X为催化剂更合适
(2)该反应进行到45 s时达到平衡，此时CO2的转化率为68.75%。下图1中的曲线表示该反应在前25 s内的反应进程中CO2浓度变化。
①若反应延续至70 s。请在图1中用实线画出25 s至70 s的反应进程曲线。
②某化学兴趣小组采用实验对比法分析改变实验条件对该反应进程的影响，每次只改变一个条件，并采集反应进程中CO2的浓度变化，在原有反应进程图像上绘制对应的曲线。实验数据如下表：
实验
编号
CO2起始
浓度/mol·L－1
反应温
度/℃
反应压
强/kPa
是否加入
催化剂
A
0.030
150
101
否
B
0.040
150
101
否
C
0.040
250
101
是
但是该小组负责绘制图线的学生未将曲线(虚线)绘制完整(见图2)，也忘记了注明每条曲线所对应改变的条件，请把每个实验编号与图2中对应曲线的字母进行连线。
实验编号 图2中字母
A a
B b
C c
答案 (1)AC
(2)①
②A—a B—c C—b
解析 (1)由于该反应为熵减的放热反应，ΔG＝ΔH－TΔS＜0，ΔH＜0，ΔS＜0，所以该反应在低温下能够自发进行，A正确；由于CO2和H2是按系数比加入的，所以CO2的体积分数始终为定值(25%)，不能作为达到平衡状态的标志，B错误；该反应为放热反应，温度越高，平衡常数越小，C正确；催化剂能同等程度地改变正逆反应速率，所以Y催化剂更合适，D错误。(2)①达到平衡时c(CO2)＝＝0.012 5 mol·
L－1，画图时应注意45 s到70 s应为一直线。②由于C中温度高且使用催化剂，所以该条件下达到平衡所用时间最短，C—b；A、B比较，A中起始浓度为0.030 mol·L－1对应a曲线；B中起始浓度为0.040 mol·L－1，对应c曲线。考点四 命题者的新宠——化学平衡常数
知识精讲
1． 化学平衡常数的全面突破
(1)化学平衡常数的意义：①化学平衡常数可表示反应进行的程度。K越大，反应进行的程度越大，K>105时，可以认为该反应已经进行完全。虽然转化率也能表示反应进行的程度，但转化率不仅与温度有关，而且与起始条件有关。②K的大小只与温度有关，与反应物或生成物的起始浓度的大小无关。
(2)浓度商与化学平衡的移动：可逆反应进行到某时刻(包括化学平衡)时，生成物浓度的化学计量数次幂之积与反应物浓度的化学计量数次幂之积的比值称为浓度商(Qc)。当Qc＝K时，说明反应达到平衡状态；当QcK时，则反应在向逆反应方向进行。
(3)在使用化学平衡常数时应注意：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中，但非水溶液中，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。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。因此书写平衡常数表达式及数值时，要与化学反应方程式相对应，否则就没有意义。
2． 2014高考命题猜想
2014年对化学平衡常数的考查仍将延续前几年的命题特点、形式：即在化学反应原理的综合题目中考查化学平衡常数的书写、计算及影响因素。
题组集训
题组 化学平衡常数的综合应用
1． 下图是某煤化工产业链的一部分，试运用所学知识，解决下列问题：
(1)已知该产业链中某反应的平衡常数表达式为
K＝，它所对应反应的化学方程式是__________________。
(2)合成甲醇的主要反应是2H2(g)＋CO(g)CH3OH(g)
ΔH＝－90.8 kJ·mol－1，t ℃下此反应的平衡常数为160。此温度下，在密闭容器中开始只加入CO、H2，反应10 min后测得各组分的浓度如下：
物质
H2
CO
CH3OH
浓度(mol·L－1)
0.2
0.1
0.4
①该时间段内反应速率v(H2)＝________。
②比较此时正、逆反应速率的大小：v正________v逆(填“＞”、“＜”或“＝”)。
③反应达到平衡后，保持其它条件不变，若只把容器的体积缩小一半，平衡______(填“逆向”、“正向”或“不”)移动，平衡常数K____________(填“增大”、“减小”或“不变”)。
(3)固氮是科学家致力研究的重要课题。自然界中存在天然的大气固氮过程：
N2(g)＋O2(g)===2NO(g) ΔH＝＋180.8 kJ·mol－1，工业合成氨则是人工固氮。
分析两种固氮反应的平衡常数，下列结论正确的是________________________________
(填字母序号)。
反应
大气固氮
工业固氮
温度/℃
27
2 000
25
350
400
450
K
3.84×10－31
0.1
5×108
1.847
0.507
0.152
A．常温下，大气固氮很难进行，而工业固氮却能非常容易进行
B．模拟大气固氮应用于工业上的意义不大
C．工业固氮时温度越低，氮气与氢气反应越完全
D．K越大说明合成氨反应的速率越大
答案 (1)C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)
(2)①0.08 mol·L－1·min－1 ②＞ ③正向 不变
(3)BC
解析 (1)化学平衡常数是生成物平衡浓度幂之积与反应物平衡浓度幂之积的比值，所以方程式为C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)。(2)v(H2)＝2v(CH3OH)＝2×＝
0.08 mol·L－1·min－1。
由于＝100＜160，所以反应未达到平衡，v正＞v逆。压缩体积平衡正向移动，K不变。(3)常温下，大气固氮、工业固氮均难进行，A错误；由于N2和O2在2 000 ℃反应，平衡常数仍很小，所以用于工业上意义不大，B正确；由于N2和H2的反应是一个放热反应，所以温度越低，反应越完全，C正确；K越大，说明反应程度越大，而不是速率越快，D错误。
2． 工业上可利用CO或CO2来生产燃料甲醇。已知甲醇制备的有关化学反应以及在不同温度下的化学反应平衡常数如下所示：
化学反应
平衡
常数
温度/℃
500
700
800
①2H2(g)＋CO(g)CH3OH(g)
K1
2.5
0.34
0.15
②H2(g)＋CO2(g)H2O(g)＋CO(g)
K2
1.0
1.70
2.52
③3H2(g)＋CO2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)
K3
请回答下列问题：
(1)反应②是________(填“吸热”或“放热”)反应。
(2)据反应①与②可推导出K1、K2与K3之间的关系，则K3＝__________(用K1、K2表示)。
(3)500 ℃时测得反应③在某时刻，H2(g)、CO2(g)、CH3OH(g)、H2O(g)的浓度(mol·L－1)分别为0.8、0.1、0.3、0.15，则此时v正________v逆(填“＞”、“＝”或“＜”)。
(4)反应①按照相同的物质的量投料，测得CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如下图所示。下列说法正确的是__________(填序号)。
A．温度：T1＞T2＞T3
B．正反应速率：v(a)＞v(c)，v(b)＞v(d)
C．平衡常数：K(a)＞K(c)，K(b)＝K(d)
D．平均摩尔质量：M(a)＞M(c)，M(b)＞M(d)
答案 (1)吸热 (2)K1·K2 (3)＞ (4)CD
解析 (1)由表中数据知，温度越高，平衡常数越大，所以反应②为吸热反应。
(2)K1＝
K2＝
K3＝
K1·K2＝＝
＝K3。
(4)根据反应①中温度与K的关系，可推断该反应为放热反应，升温，平衡左移，CO的转化率减小，所以T3＞T2＞T1，A错误；反应速率v(c)＞v(a)，v(b)＞v(d)，B错误；温度越高，平衡常数越小，压强对平衡常数无影响，所以K(a)＞K(c)，K(b)＝K(d)；升温，平衡左移，平均摩尔质量减小，加压，平衡右移，平均摩尔质量增大，所以M(a)＞M(c)，M(b)＞M(d)。
专题突破训练
1． 反应N2O4(g)2NO2(g) ΔH＝＋57 kJ·mol－1，在温度为T1、T2时，平衡体系中NO2的体积分数随压强变化的曲线如图所示。下列说法正确的是 ( )
A．a、c两点的反应速率：a＞c
B．a、c两点气体的颜色：a深、c浅
C．a、b两点气体的平均相对分子质量：a＞b
D．b、c两点化学平衡常数：b＜c
答案 D
解析 升高温度，平衡正向移动，二氧化氮的体积分数增大，因此T1＜T2。平衡常数仅是温度的函数，正向进行的程度越大，平衡常数越大，因此b、c两点化学平衡常数：b＜c；相同温度下压强越大，反应速率越快，a、c两点的反应速率：c＞a；相同温度下增大压强(即缩小体积)最终达到新的平衡，平衡体系中各种气体的浓度均增大，因此a、c两点气体的颜色：a浅、c深；平衡体系中气体的总质量不变，气体的总物质的量越小，平均相对分子质量越大，a点对应气体的总物质的量大于b点，因此a、b
两点气体的平均相对分子质量：a＜b。
2． 在容积恒定的密闭容器中，一定量的SO2与1.1 mol O2发生反应：
2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH＜0。当气体的物质的量减少0.315 mol时，反应达到平衡，SO2的平衡转化率是90%。下列说法正确的是 ( )
A．相同条件下，平衡时若充入稀有气体，SO2的转化率增大
B．反应开始时，向容器中通入的SO2的物质的量是0.7 mol
C．保持其他条件不变，仅降低温度，正反应速率减小程度比逆反应速率减小程度大
D．保持其他条件不变，仅缩小容器体积，反应达到平衡时容器中有1.485 mol气体
答案 B
解析 2SO2 ＋ O2 2SO3
起始/mol a 1.1 0
平衡/mol a－0.9 a 1.1－0.9a× 0.9a
＝0.1a
由题意得：a＋1.1－(0.1a＋1.1－0.9a×＋0.9a)＝0.315，则a＝0.7 mol。A项，当体积不变时，稀有气体对化学平衡无影响，A错误；B项正确；C项，降温，平衡右移，v(正)减小程度小于v(逆)减小程度，错误；D项，原平衡，n(总)＝0.1a＋1.1－0.45a＋0.9a＝1.485 mol，加压，平衡右移，物质的量减少，错误。
3． 下列表格中的各种情况，可以用如图所示曲线表示的是 ( )
选项
反应
纵坐标
甲
乙
A
相同质量的氨气，在同一容器中发生反应：2NH3N2＋3H2
氨气的转化率
500 ℃
400 ℃
B
等质量的钾、钠分别与足量的水反应
H2的质量
钠
钾
C
在体积可变的恒压容器中，体积之比为1∶3的N2、H2：N2＋3H22NH3
氨气的浓度
活性高的催化剂
活性一般的催化剂
D
2 mol SO2和1 mol O2
SO3的物质的量
在相同温度下发生反应：2SO2＋O22SO3
2个大气压
10个大气压
答案 B
解析 温度升高，反应速率加快，达到平衡的时间较短，A项不符合；钾比钠活泼，反应结束的时间较短，等质量的钠、钾与足量水反应产生H2的质量：钠大于钾，B项符合；使用催化剂不能使平衡移动，C项不符合；压强增大，平衡正向移动，SO3的物质的量增大，D项不符合。
4． 一定温度时，向2.0 L恒容密闭容器中充入2 mol SO2和1 mol O2，发生反应：
2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)。经过一段时间后达到平衡。反应过程中测定的部分数据见下表：
t/s
0
t1
t2
t3
t4
n(SO3)/mol
0
0.8
1.4
1.8
1.8
下列说法正确的是 ( )
A．反应在前t1s的平均速率v(O2)＝0.4/t1 mol·L－1·s－1
B．保持其他条件不变，体积压缩到1.0 L，平衡常数将增大
C．相同温度下，起始时向容器中充入4 mol SO3，达到平衡时，SO3的转化率大于10%
D．保持温度不变，向该容器中再充入2 mol SO2、1 mol O2，反应达到新平衡时n(SO3)/n(O2)增大
答案 D
解析 2SO2 ＋ O2 2SO3
起始/mol 2 1 0
平衡/mol 2－2a 1－a 2a
2a＝1.8 mol a＝0.9 mol
A项，v(O2)＝v(SO3)＝×＝ mol·L－1·s－1错误；B项，平衡常数只与温度有关，错误；C项，原平衡，SO2的转化率为×100%＝90%，当向容器中充2 mol SO3时，SO3的转化率等于10%，当充入4 mol SO3，相当于加压，SO3的转化率减小，应小于10%，错误；D项，相当于缩小容器的体积，平衡右移，n(SO3)/n(O2)增大，正确。
5． 如下图所示，隔板Ⅰ固定不动，活塞Ⅱ可自由移动，M、N两个容器中均发生反应：A(g)＋3B(g)2C(g) ΔH＝－192 kJ·mol－1。向M、N中，分别通入x mol A和y mol B的混合气体，初始M、N容积相同，保持温度不变。下列说法正确的是 ( )
A．若平衡时A气体在两容器中的体积分数相等，则x一定等于y
B．若x∶y＝1∶2，则平衡时，M中的转化率：A>B
C．若x∶y＝1∶3，当M中放出热量172.8 kJ时，A的转化率为90%
D．若x＝1.2，y＝1，N中达到平衡时体积为2 L，含有C 0.4 mol，再通入0.36 mol A时，v正Qc，所以v正>v逆，错误。
6． 已知反应①：CO(g)＋CuO(s)CO2(g)＋Cu(s)和反应②：H2(g)＋CuO(s)Cu(s)＋H2O(g)在相同温度下的平衡常数分别为K1和K2，该温度下反应③：CO(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＝K1/K2
C．对于反应③，恒容时，若温度升高，H2的浓度减小，则该反应的焓变为正值
D．对于反应③，恒温恒容时，若增大压强，H2的浓度一定减小
答案 B
解析 在书写平衡常数表达式时，纯固体不能代入平衡常数表达式中，A错误。由于反应③＝反应①－反应②，因此平衡常数K＝K1/K2，B正确。反应③中，若温度升高，H2的浓度减小，说明平衡向逆反应方向移动，即逆反应为吸热反应，正反应为放热反应，因此ΔH＜0，C错误。对于反应③，反应前后气体体积不变，则在恒温恒容条件下，若充入与反应无关的稀有气体增大压强，平衡不移动，H2的浓度不变，D错误。
7． 某温度时，在密闭容器中，X、Y、Z三种气体浓度的变化如图Ⅰ所示，若其它条件不变，当温度分别为T1和T2时，Y的体积分数与时间关系如图Ⅱ所示。则下列结论正确的是
( )
A．该反应的热化学方程式为X(g)＋3Y(g)2Z(g) ΔH＞0
B．若其它条件不变，升高温度，正、逆反应速度均增大，X的转化率减小
C．达到平衡后，若其他条件不变，减小容器体积，平衡向逆反应方向移动
D．达到平衡后，若其他条件不变，通入稀有气体，平衡向正反应方向移动
答案 B
解析 根据图Ⅰ，图Ⅱ推知X(g)＋3Y(g)2Z(g)
ΔH＜0，A错，B对；加压，平衡右移，C错；若恒温恒压，通入稀有气体，平衡左移；若恒温恒容通入稀有气体，平衡不移动，D错。
8． 煤气化和液化是现代能源工业中重点考虑的能源综合利用方案。最常见的气化方法为用 煤生产水煤气，而当前比较流行的液化方法为用煤生产CH3OH。
(1)已知：CO2(g)＋3H2(g)===CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH1
2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g) ΔH2
2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g) ΔH3
则反应CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(g)的ΔH＝______。
(2)如图是该反应在不同温度下CO的转化率随时间变化的曲线。
①T1和T2温度下的平衡常数大小关系是K1________K2(填“＞”、“＜”或“＝”)。
②由CO合成甲醇时，CO在250 ℃、300 ℃、350 ℃下达到平衡时转化率与压强的关系曲线如下图所示，则曲线c所表示的温度为________ ℃。实际生产条件控制在250 ℃、1.3×104 kPa左右，选择此压强的理由是____________。
③以下有关该反应的说法正确的是________(填序号)。
A．恒温、恒容条件下，若容器内的压强不发生变化，则可逆反应达到平衡
B．一定条件下，H2的消耗速率是CO的消耗速率的2倍时，可逆反应达到平衡
C．使用合适的催化剂能缩短达到平衡的时间并提高CH3OH的产率
D．某温度下，将2 mol CO和6 mol H2充入2 L密闭容器中，充分反应，达到平衡后，测得c(CO)＝0.2 mol·L－1，则CO的转化率为80%
(3)一定温度下，向2 L固定体积的密闭容器中加入1 mol CH3OH(g)，发生反应：CH3OH(g)CO(g)＋2H2(g)，H2的物质的量随时间变化的曲线如图所示。
0～2 min内的平均反应速率v(CH3
OH)＝__________。该温度下，反应CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)的平衡常数K＝__________。相同温度下，若开始时加入CH3OH(g)的物质的量是原来的2倍，则__________(填序号)是原来的2倍。
A．平衡常数 B．CH3OH的平衡浓度
C．达到平衡的时间 D．平衡时气体的密度
答案 (1)ΔH1＋ΔH2－ΔH3
(2)①＞ ②350 1.3×104 kPa下CO的转化率已经很高，如果增大压强，CO的转化率提高不大，而生产成本增加很多，得不偿失 ③AD
(3)0.125 mol·L－1·min－1 4 D
解析 (1)根据盖斯定律可得，ΔH＝ΔH1＋ΔH2－ΔH3。(2)①由图可知，T2＞T1，温度升高CO的转化率降低，说明正反应为放热反应，温度升高时K降低，所以K1＞K2。②曲线c的转化率最低，则其对应的温度最高，所以曲线c所表示的温度为350 ℃。1.3×104 kPa下CO的转化率已经很高，如果增大压强，CO的转化率提高不大，而生产成本增加很多，得不偿失。③A项，由于CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)为反应前后气体体积不相等的反应，所以当其达到平衡时，体系的压强才保持不变，对；B项，H2与CO均为反应物，在未达到平衡时H2的消耗速率也是CO的消耗速率的2倍，错；C项，使用合适的催化剂能缩短达到平衡的时间，但不能提高CH3OH的产率，错；D项，CO起始浓度为1 mol·L－1，平衡后为0.2 mol·L－1，则转化0.8 mol·L－1，转化率为80%，对。(3)0～2 min内n(H2)的改变量为1.0 mol，浓度的变化量为0.5 mol·L－1，则v(H2)＝0.25 mol·L－1·min－1，v(CH3OH)＝0.125 mol·L－1·min－1；各物质的平衡浓度分别为c(H2)＝0.5 mol·L－1，c(CO)＝0.25 mol·L－1，c(CH3OH)＝0.25 mol·L－1，则反应CH3OH(g)CO(g)＋2H2(g)的K1＝＝＝0.52＝0.25，而反应CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)的平衡常数K＝1/K1＝1/0.25＝4。
9． 工业上合成氨的反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)
ΔH＝－92.60 kJ·mol－1。
(1)在绝热、容积固定的密闭容器中发生反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，下列说法能说明上述反应向正反应方向进行的是________(填序号)。
①单位时间内生成2n mol NH3的同时生成3n mol H2
②单位时间内生成6n mol N—H键的同时生成2n mol H—H键
③用N2、H2、NH3的物质的量浓度变化表示的反应速率之比为1∶3∶2
④混合气体的平均摩尔质量增大
⑤容器内的气体密度不变
(2)已知合成氨反应在某温度下2 L的密闭容器中进行，测得如下数据：
时间(h)
物质的量(mol)
0
1
2
3
4
N2
1.50
n1
1.20
n3
1.00
H2
4.50
4.20
3.60
n4
3.00
NH3
0
0.20
1.00
1.00
根据表中数据计算：
①反应进行到2 h时放出的热量为________ kJ。
②0～1 h内N2的平均反应速率为________ mol·L－1·h－1。
③此温度下该反应的化学平衡常数K＝________(保留两位小数)。
④反应达到平衡后，若往平衡体系中再加入N2、H2和NH3各1.00 mol，化学平衡将向________方向移动(填“正反应”或“逆反应”)。
答案 (1)②④ (2)①27.78 ②0.05 ③0.15
④正反应
解析 (1)①所述反应达到平衡状态；②生成2 mol NH3的同时生成2 mol H2，正反应速率大于逆反应速率，反应向正反应方向进行；③未指明化学反应速率的方向，无法判断；④混合气体的平均摩尔质量增大，说明气体的物质的量减小，反应向正反应方向进行；⑤因为容积固定，所以密度始终不变。
(2)①2 h时消耗N2的物质的量为1.50 mol－1.20 mol＝0.30 mol，由热化学方程式，可知该反应放出的热量为92.60 kJ·mol－1×0.30 mol＝27.78 kJ。
②v(N2)＝v(NH3)/2＝0.20 mol÷(2 L×1 h)÷2＝0.05 mol·L－1·h－1。
③由表中数据可知，第3、4 h时反应已达到平衡状态，故N2、H2、NH3的平衡浓度为0.50 mol·L－1、1.50 mol·L－1、0.50 mol·L－1。故平衡常数K＝≈0.15。
④反应物和生成物各加入1.00 mol后，N2、H2、NH3的浓度为1.00 mol·L－1、2.00 mol·
L－1、1.00 mol·L－1，此时的Qc＝＝0.125＜K，故平衡向正反应方向移动。
10．[2013·浙江理综，27(2)(3)(4)]捕碳技术(主要指捕获CO2)在降低温室气体排放中具有重要的作用。目前NH3和(NH4)2CO3已经被用作工业捕碳剂，它们与CO2可发生如下可逆反应：
反应Ⅰ：2NH3(l)＋H2O(l)＋CO2(g)(NH4)2CO3(aq)ΔH1
反应Ⅱ：NH3(l)＋H2O(l)＋CO2(g)NH4HCO3(aq)ΔH2
反应Ⅲ：(NH4)2CO3(aq)＋H2O(l)＋CO2(g)2NH4HCO3(aq)ΔH3
请回答下列问题：
(2)为研究温度对(NH4)2CO3捕获CO2效率的影响，在某温度T1下，将一定量的(NH4)2CO3溶液置于密闭容器中，并充入一定量的CO2气体(用氮气作为稀释剂)，在t时刻，测得容器中CO2气体的浓度。然后分别在温度为T2、T3、T4、T5下，保持其他初始实验条件不变，重复上述实验，经过相同时间测得CO2气体浓度，得到趋势图(见图1)。则：
①ΔH3________0(填“＞”、“＝”或“＜”)。
②在T1～T2及T4～T5两个温度区间，容器内CO2气体浓度呈现如图1所示的变化趋势，其原因是___________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
③反应Ⅲ在温度为T1时，溶液pH随时间变化的趋势曲线如图2所示。当时间到达t1时，将该反应体系温度迅速上升到T2，并维持该温度。请在该图中画出t1时刻后溶液的pH变化总趋势曲线。
图2
(3)利用反应Ⅲ捕获CO2，在(NH4)2CO3初始浓度和体积确定的情况下，提高CO2吸收量的措施有________________________(写出2个)。
(4)下列物质中也可能作为CO2捕获剂的是__________。
A．NH4Cl B．Na2CO3
C．HOCH2CH2OH D．HOCH2CH2NH2
答案 (2)①＜ ②T1～T2区间，化学反应未达到平衡，温度越高，化学反应速率越快，所以CO2被捕获的量随温度升高而提高。T4～T5区间，化学反应已达到平衡，由于正反应是放热反应，温度升高平衡向逆反应方向移动，所以不利于CO2捕获
③
(3)降低温度，增加CO2浓度(或分压)
(4)BD
解析 结合题给图像，用盖斯定律、化学平衡原理作理论指导进行分析、解决相关问题。
(2)①由图1可知，当温度为T3时，可逆反应达到平衡状态，温度升高，CO2的浓度逐渐增大，说明平衡逆向移动，正反应为放热反应，则有ΔH3<0。
②在T1～T2区间，此时可逆反应未达到平衡，温度升高，化学反应速率加快，平衡正向移动，CO2的捕获量随温度的升高而提高 。在T4～T5区间，此时可逆反应已达到平衡状态，由于该反应为放热反应，温度升高，平衡逆向移动，CO2的捕获量随温度的升高而降低。
③t1时刻，温度迅速升高到T2，平衡逆向移动，溶液的pH升高，根据化学平衡移动原理，达到新平衡时，溶液的pH低于开始时的pH。
(3)欲提高CO2的吸收量，应使平衡正向移动，可降低温度或增加CO2的浓度等。
(4)CO2为酸性氧化物，可用碱性溶液(如Na2CO3溶液)或碱性物质(如HOCH2CH2NH2)等来吸收。
