2019届一轮复习全国通用版第29讲化学平衡常数及化学反应进行的方向学案

2019届一轮复习全国通用版第29讲化学平衡常数及化学反应进行的方向学案

第29讲　化学平衡常数及化学反应进行的方向(见学用讲义P147)‎ 考纲要求 考情分析 命题趋势 ‎1.了解化学平衡常数的含义，能利用化学平衡常数进行相关计算。‎ ‎2.了解化学反应的方向与化学反应的焓变与熵变的关系。‎ ‎3.掌握化学反应在一定条件下能否自发进行的判断依据，能够利用化学反应的焓变和熵变判断化学反应的方向。‎ ‎4.能正确计算化学反应的转化率。‎ ‎2017，全国卷Ⅰ，28T ‎2016，全国卷甲，26T ‎2016，全国卷乙，27T ‎2016，全国卷丙，27T ‎2016，天津卷，10T 预计2019年高考将重点考查化学平衡常数及转化率的计算，化工生产中适宜温度、压强及酸碱度的选择。复习备考时，应特别关注：化学平衡常数及转化率的计算，化学平衡图像的分析，化学平衡的思想和勒夏特列原理在其他平衡体系中的应用等。‎ 分值：5～10分 考点一　化学平衡常数及应用(见学用讲义P147)‎ ‎1．概念 在一定__温度__下，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．表达式 对于一般的可逆反应：mA(g)＋nB(g)??pC(g)＋qD(g)，在一定温度下达到平衡时：K＝　　(固体和纯液体的浓度视为常数，不计入平衡常数表达式中)。‎ ‎3．意义 ‎(1)K值越大，反应物的转化率__越高__，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，与压强变化无关。‎ ‎(3)化学平衡常数是指某一具体反应方程式的平衡常数。‎ 若反应方向改变，则平衡常数改变。若方程式中各物质的计量数等倍数扩大或缩小，尽管是同一反应，平衡常数也会改变，但意义不变。‎ ‎1．判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”。‎ ‎(1)对某一可逆反应，升高温度则化学平衡常数一定变大。(　×　)‎ ‎(2)平衡常数发生变化，化学平衡必定发生移动达到新的平衡。(　√　)‎ ‎(3)改变条件，使反应物的平衡转化率都增大，该可逆反应的平衡常数一定增大。(　×　)‎ ‎(4)其他条件不变，当增加一种反应物的用量时，自身的平衡转化率降低，而其他反应物的转化率升高。 (　×　)‎ ‎2．已知在‎600 ℃‎时，以下三个反应的平衡常数：‎ 反应①：CO(g)＋CuO(s)??CO2(g)＋Cu(s)　K1‎ 反应②：H2(g)＋CuO(s)??Cu(s)＋H2O(g)　K2‎ 反应③：CO(g)＋H2O(g)??CO2(g)＋H2(g)　K3‎ ‎(1)反应①的平衡常数表达式为　K1＝　，反应2CO(g)＋2CuO(s)??2CO2(g)＋2Cu(s)的平衡常数K4与K1的关系是__K4＝K__。‎ ‎(2)反应②的K2值随着温度升高而增大，则反应②的反应热ΔH__>__0。‎ ‎(3)反应③的K3值与K1、K2的关系是　K3＝　。‎ ‎(4)若其他条件不变，向反应③所在的密闭容器中充入H2O(g)，则平衡将向__正反应方向__移动，该反应的平衡常数__不变__(填“变大”“变小”或“不变”)。‎ 一　化学平衡常数的应用 ‎1．利用K可以推测可逆反应进行的程度。‎ K的大小表示可逆反应进行的程度，K越大说明反应进行的程度越大，反应物的转化率越大。K越小说明反应进行的程度越小，反应物的转化率越小。‎ ‎2．借助平衡常数，可以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有如下关系：‎ Qc＝ Qc ‎3．利用K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。‎ ‎4．计算平衡体系中的相关“量”。‎ 根据相同温度下，同一反应的平衡常数不变，计算反应物或生成物的浓度、转化率等。‎ ‎[例1](2018·银川模拟)已知，相关数据见下表：‎ 化学方程式 温度 编号 平衡常数 ‎979 K ‎1 173 K Ⅰ Fe(s)＋CO2(g)??FeO(s)＋CO(g)‎ K1‎ ‎1.47‎ ‎2.15‎ Ⅱ CO(g)＋H2O(g)??CO2(g)＋H2(g)‎ K2‎ ‎1.62‎ b Ⅲ Fe(s)＋H2O(g)??FeO(s)＋H2(g)‎ K3‎ a ‎1.68‎ 根据以上信息判断，下列结论错误的是(　C　)‎ A．a＞b B．增大压强，平衡状态Ⅱ不移动 C．升高温度平衡状态Ⅲ向正反应方向移动 D．反应Ⅱ、Ⅲ均为放热反应 解析 由Ⅰ＋Ⅱ＝Ⅲ，得K3＝K1·K2，则a≈2.38，b≈0.78，a>b，A项正确；Ⅱ是等体积反应，增大压强，平衡不移动，B项正确；由a＝2.38，b＝0.78可知，随温度升高K2、K3均减小，故反应Ⅱ、Ⅲ均为放热反应，D项正确；升温时平衡Ⅲ向逆反应方向移动，C项错误。‎ 二　化学平衡计算的一般思路和方法 化学平衡的计算一般涉及各组分的物质的量、浓度、转化率、百分含量、气体混合物的密度、平均摩尔质量、压强等。通常的思路是写出平衡式，列出相关量(起始量、变化量、平衡量)，确定各量之间的关系。列出比例式或等式或依据平衡常数求解，这种思路和方法通常称为“三段式法”。‎ 如以下反应：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(mol)为mx，容器容积为V L。‎ mA(g)＋nB(g)??pC(g)＋qD(g)‎ 起始n　　　 a　　　 b　　　 0　　　 0‎ 变化n　　　 mx　　 nx　　　 px　　 qx 平衡n　　　 a－mx　b－nx　　px　　　qx 则有：‎ ‎1．K＝。‎ ‎2．对于反应物：n(平)＝n(始)－n(变)；‎ 对于生成物：n(平)＝n(始)＋n(变)。‎ ‎3．c(A)平＝＝。‎ ‎4．A的转化率α(A)＝×100%[或等于消耗的质量(浓度)与起始质量(浓度)之比]。‎ α(A)∶α(B)＝∶＝。‎ ‎5．A的体积(物质的量)分数：‎ φ(A)＝＝×100%。‎ ‎6.＝＝。‎ ‎[例2]在‎10 L恒容密闭容器中充入X(g)和Y(g)，发生反应X(g)＋Y(g)??M(g)＋N(g)，所得实验数据如下表：‎ 实验编号 温度/℃‎ 起始时物质的量/mol 平衡时物质的量/mol n(X)‎ n(Y)‎ n(M)‎ ‎①‎ ‎700‎ ‎0.40‎ ‎0.10‎ ‎0.090‎ ‎②‎ ‎800‎ ‎0.10‎ ‎0.40‎ ‎0.080‎ ‎③‎ ‎800‎ ‎0.20‎ ‎0.30‎ a ‎④‎ ‎900‎ ‎0.10‎ ‎0.15‎ b 下列说法正确的是(　C　)‎ A．实验①中，若5 min时测得n(M)＝0.050 mol，则0至5 min时间内，用N表示的平均反应速率v(N)＝1.0×10－2 mol/(L·min)‎ B．实验②中，该反应的平衡常数K＝2.0‎ C．实验③中，达到平衡时，X的转化率为60%‎ D．实验④中，达到平衡时，b>0.060‎ 解析 该反应是气体分子数相等的反应，由实验①②数据知：温度升高，M的产率减小，所以该反应的正反应是放热反应。实验①中，0～5 min内，v(N)＝v(M)＝＝1×10－3 mol/(L·min)，A项错误；实验②中，达到平衡时，c(X)＝(0.1－0.08) mol/‎10 L＝0.002 mol/L，c(Y)＝(0.4－0.08)mol/‎10 L＝0.032 mol/L，c(M)＝c(N)＝0.08 mol/‎10 L＝0.008 mol/L，K＝＝1，B项错误；实验③温度与实验②相同，所以平衡常数相同，K＝＝1，解得a＝0.12，所以反应转化的X也是0.12 mol，X的平衡转化率为×100%＝60%，C项正确；实验④中反应物起始浓度均为实验③‎ 的一半，两实验中反应物比值相等，因该反应是气体分子数不变的反应，所以若在恒温恒容条件下两实验所达平衡是等效的，即实验④在‎800 ℃‎达平衡时，n(M)＝0.06 mol，现在温度是‎900 ℃‎，因该反应的正反应是放热反应，所以升高温度，平衡逆向移动，故b<0.060，D项错误。‎ ‎[例1]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 ℃‎时，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 ‎[答题送检]来自阅卷名师报告 错误 致错原因 扣分 A 忽略了反应条件为恒压，充入惰性气体时，气体的物质的量增大，体积必然随之膨胀，导致反应物与生成物的分压减小，即相当于在原平衡的基础上减压 ‎－6‎ ‎[解析] A项，‎550 ℃‎时，若充入惰性气体，体积增大，反应体系中反应物和产物的分压均减小，v正、v逆均减小，平衡右移；B项，‎650 ℃‎时，设CO2起始体积为‎1 L，平衡后转化体积为x L，则：‎ C(s)＋CO2(g)??2CO(g)‎ 起始体积/L　　　　　 1　　　　　0‎ 转化体积/L　　　　　 x　　　　　2x 平衡体积/L　　　　 1－x　　　　2x 平衡时CO的体积分数为40%，则＝40%，x＝0.25，则CO2的转化率为25.0%；C项，由图像知，T ℃平衡时，CO2和CO的体积分数相等，若充入等体积的CO2和 CO，由于在恒压容器中，则平衡不移动；D项，‎925 ℃‎时，平衡时CO的体积分数为96%，则CO2的体积分数为4%，则Kp＝＝23.04p总。‎ ‎[答案] B ‎1．(2017·全国卷Ⅰ节选)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＝__2.5__%，反应平衡常数K＝__2.8×10－3__。‎ ‎(2)在620 K重复实验，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__B__(填标号)。‎ A．H2S　　 B． CO‎2　‎　　‎ C．COS　　 D．N2‎ 解析 (1)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 α1(H2S)＝×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＝＝≈2.8×10－3。(2)总物质的量不变，H2O的物质的量分数增大，说明平衡向右移动，H2S的转化率增大，即升高温度，平衡向正反应方向移动，正反应是吸热反应。(3)充入CO2，平衡向右移动，H2S的转化率增大，B项正确。‎ ‎1．(1)硝酸铵加热分解可得到N2O和H2O。‎250 ℃‎时，硝酸铵在密闭容器中分解达到平衡，该分解反应的化学方程式为__NH4NO3N2O↑＋2H2O↑__，平衡常数表达式为__K＝c(N2O)·c2(H2O)__；若有1 mol硝酸铵完全分解，转移的电子数为__4__mol。‎ ‎(2)已知t ℃时，反应FeO(s)＋CO(g)??Fe(s)＋CO2(g)的平衡常数K＝0.25。‎ ‎①t ℃时，反应达到平衡时n(CO)∶n(CO2)＝__4∶1__。‎ ‎②若在‎1 L密闭容器中加入0.02 mol FeO(s)，并通入x mol CO，t ℃时反应达到平衡。此时FeO(s)的转化率为50%，则x＝__0.05__。‎ ‎2．(2016·浙江卷)催化还原CO2是解决温室效应及能源问题的重要手段之一。研究表明，在Cu/ZnO催化剂存在下，CO2和H2可发生两个平行反应，分别生成CH3OH和CO。反应的热化学方程式如下：‎ CO2(g)＋3H2(g)??CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH1＝－53.7 kJ·mol－1　Ⅰ CO2(g)＋H2(g)??CO(g)＋H2O(g)　ΔH2　Ⅱ 某实验室控制CO2和H2的初始投料比为1∶2.2，在相同压强下，经过相同反应时间测得如下实验数据：‎ T/K 催化剂 CO2转化率/%‎ 甲醇选择性/%‎ ‎543‎ Cat.1‎ ‎12.3‎ ‎42.3‎ ‎543‎ Cat.2‎ ‎10.9‎ ‎72.7‎ ‎553‎ Cat.1‎ ‎15.3‎ ‎39.1‎ ‎553‎ Cat.2‎ ‎12.0‎ ‎71.6‎ ‎[备注]Cat.1：Cu/ZnO纳米棒；Cat.2：Cu/ZnO纳米片；甲醇选择性：转化的CO2中生成甲醇的百分比。‎ 已知：①CO和H2的标准燃烧热分别为－283.0 kJ·mol－1和－285.8 kJ·mol－1；‎ ‎②H2O(l)===H2O(g)　ΔH3＝＋44.0 kJ·mol－1。‎ 请回答(不考虑温度对ΔH的影响)：‎ ‎(1)反应Ⅰ的平衡常数表达式K＝　　；反应Ⅱ的ΔH2＝__＋41.2__kJ·mol－1。‎ ‎(2)有利于提高CO2转化为CH3OH平衡转化率的措施有__CD__(填字母)。‎ A．使用催化剂Cat.1‎ B．使用催化剂Cat.2‎ C．降低反应温度 D．投料比不变，增加反应物的浓度 E．增大CO2和H2的初始投料比 ‎(3)表中实验数据表明，在相同温度下不同的催化剂对CO2转化成CH3OH的选择性有显著的影响，其原因是__表中数据表明此时反应未达到平衡，不同的催化剂对反应1的催化能力不同，因而在该时刻下对甲醇选择性有影响__。‎ ‎(4)在图中分别画出反应Ⅰ在无催化剂、有Cat.1和有Cat.2三种情况下“反应过程—能量”示意图。‎ 如图所示 ‎(5)研究证实，CO2也可在酸性水溶液中通过电解生成甲醇，则生成甲醇的反应发生在__阴__极，该电极的反应式是__CO2＋6H＋＋6e－===CH3OH＋H2O__。‎ 解析 (1)反应CO2(g)＋H2(g)??CO(g)＋H2O(g)的ΔH＝H2标准燃烧热－CO标准燃烧热＋ΔH3＝－285.8 kJ·mol－1＋283.0 kJ·mol－1＋44.0 kJ·mol－1＝＋41.2 kJ·mol－1。(2)使用催化剂对化学平衡移动没有影响；降低温度平衡正向移动，有利于提高CO2的转化率；增加反应物浓度平衡正向移动，也有利于提高CO2的转化率；增大CO2与H2的初始投料比，能提高H2的转化率，CO2的转化率降低。(4)综合表中CO2转化率和甲醇选择性数据可知，Cat.2的催化效率比Cat.1的高，故Cat.2能更好地降低反应Ⅰ的活化能。(5)CO2转化为CH3OH是还原反应，所以在阴极上发生，相应的电极反应式为CO2＋6H＋＋6e－===CH3OH＋H2O。‎ 考点二　化学反应进行的方向(见学用讲义P150)‎ ‎1．自发过程 ‎(1)含义：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__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．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。‎ ‎3．化学反应方向的判据 ‎(1)焓判据 放热过程中体系能量__降低__，ΔH__＜__0，具有自发进行的倾向，‎ 但有些吸热反应也可以自发进行，故只用焓变判断反应方向不全面。‎ ‎(2)熵判据 ‎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常见的熵增过程 a．气体的扩散；‎ b．不同状态的同一种物质：S(g)__>__S(l)__>__S(s)；‎ c．反应前无气体，反应后有气体产生的过程；‎ d．反应前后都有气体，但气体的物质的量增加的反应。‎ ‎③熵判据：体系的混乱度__增大__，ΔS>0，反应有自发进行的倾向。但有些熵减的过程也能自发进行，故只用熵变来判断反应方向也不全面。‎ ‎(3)复合判据 在温度、压强一定的条件下，化学反应方向是反应的焓变和熵变共同影响的结果，反应方向的复合判据为ΔG＝ΔH－TΔS。‎ 当ΔG＝ΔH－TΔS ‎1．判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”。‎ ‎(1)ΔH<0、ΔS >0的反应在温度低时不能自发进行。(　×　)‎ ‎(2)NH4HCO3(g)===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。(　√　)‎ ‎(3)一定温度下，反应MgCl2(l)??Mg(l)＋Cl2(g)的ΔH>0、ΔS>0。(　√　)‎ ‎(4)反应NH3(g)＋HCl(g)===NH4Cl(s)在室温下可自发进行，则该反应的ΔH<0。(　√　)‎ ‎(5)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。 (　×　)‎ ‎2．下列反应中，熵显著增加的反应是(　B　)‎ A．CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(g)‎ B．CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑‎ C．C(s)＋O2(g)===CO2(g)‎ D．2Hg(l)＋O2(g)===2HgO(s)‎ ‎　焓变、熵变和温度对化学反应方向的影响 Δ Δ ΔG＝ΔH－TΔS 反应情况 H S ‎－‎ ‎＋‎ 永远是负值 在任何温度下过程均自发进行 ‎＋‎ ‎－‎ 永远是正值 在任何温度下过程均非自发进行 ‎＋‎ ‎＋‎ 低温为正，高温为负 低温时非自发，高温时自发 ‎－‎ ‎－‎ 低温为负，高温为正 低温时自发，高温时非自发 ‎[例1]已知碳酸钙的分解①CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)仅在高温下自发进行；氯酸钾的分解②2KClO3(s)===2KCl(s)＋3O2(g)在任何温度下都自发进行。下面有几组焓变数据，其中可能正确的是(　B　)‎ A．ΔH1＝－178.32 kJ·mol－1　ΔH2＝－78.3 kJ·mol－1‎ B．ΔH1＝＋178.32 kJ·mol－1　ΔH2＝－78.3 kJ·mol－1‎ C．ΔH1＝－178.32 kJ·mol－1　ΔH2＝＋78.3 kJ·mol－1‎ D．ΔH1＝＋178.32 kJ·mol－1　ΔH2＝＋78.3 kJ·mol－1‎ ‎[例1]下列有关说法正确的是(　　)‎ A．若在海轮外壳上附着一些铜块，则可以减缓海轮外壳的腐蚀 B．2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)在常温下能自发进行，则该反应的ΔH>0‎ C．加热0.1 mol·L－1 Na2CO3溶液，CO的水解程度和溶液的pH均增大 D．对于乙酸与乙醇的酯化反应(ΔH<0)，加入少量浓硫酸并加热，该反应的反应速率和平衡常数均增大 ‎[答题送检]来自阅卷名师报告 错误 致错原因 扣分 B 此反应的ΔS<0，ΔG＝ΔH－T·ΔS，记错结论，误以为ΔG>0为自发反应 ‎－4‎ ‎[解析] 在海轮外壳附着一些铜，形成铁铜原电池，铁比铜活泼，铁被腐蚀，A项错误；题中已知的反应是一个熵减的反应，若常温下能自发进行，则需要ΔH<0，B项错误；碳酸钠水解吸热，加热促进水解，氢氧根离子浓度增大，碱性增强，C项正确；因为此反应放热，加热平衡逆向移动，平衡常数减小，D项错误。‎ ‎[答案] C ‎1．下列说法不正确的是(　C　)‎ A．Na与H2O的反应是熵增的放热反应，该反应能自发进行 B．饱和Na2SO4溶液或浓硝酸均可使蛋白质溶液产生沉淀，但原理不同 C．FeCl3和MnO2均可加快H2O2分解，同等条件下二者对H2O2分解速率的改变相同 D．Mg(OH)2固体在溶液中存在平衡：Mg(OH)2(s)??Mg2＋(aq)＋2OH－(aq)，该固体可溶于NH4Cl溶液 ‎1．判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”。‎ ‎(1)(2017·江苏卷)反应N2(g)＋3H2(g)??2NH3(g)的ΔH<0，ΔS＞0。(　×　)‎ ‎(2)C3H6(g)＋NH3(g)＋O2(g)===C3H3N(g)＋3H2O(g)ΔH＝－515 kJ·mol－1和C3H6(g)＋O2(g)===C3H4O(g)＋H2O(g)　ΔH＝－353 kJ·mol－1两个反应在热力学上趋势均很大。(　√　)‎ ‎(3)反应CO2(g)＋C(s)===2CO(g)的ΔS>0，ΔH<0。(　×　)‎ ‎(4)某吸热反应能自发进行，因此该反应是熵增反应。(　√　)‎ 课时达标　第27讲(见课时达标P41)‎ ‎1．(2018·甘肃兰州联考)煤的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)如图甲是反应CO(g)＋2H2(g)??CH3OH(g)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图乙所示，则曲线c所表示的温度为__350__℃。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__‎250 ℃‎时，1.3×104 kPa下CO的转化率已经很高，如果增大压强，CO的转化率提高不多，而生产成本增加很多，得不偿失__。‎ ‎③以下有关该反应的说法正确的是__AD__(填字母)。‎ 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%‎ ‎(2)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丙所示。‎ ‎①0～2 min内的平均反应速率v(CH3OH)＝__0.125 mol·L－1·min－1__。‎ 该温度下，反应CO(g)＋2H2(g)??CH3OH(g)的平衡常数K＝__4__。‎ ‎②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__D__(填字母)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 解析 (1)①由图可知，T2>T1，升高温度，CO的转化率降低，说明正反应为放热反应，升高温度时K减小，所以K1>K2。②相同压强下，曲线c对应的转化率最低，则其对应的温度最高，所以曲线c所表示的温度为‎350 ℃‎。(2)①0～2 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)的平衡常数K1＝＝＝0.25，所以反应CO(g)＋2H2(g)??CH3OH(g)的平衡常数K＝1/K1＝1/0.25＝4。‎ ‎2．以焦炭为原料的制氨流程示意如下：‎ 焦炭→→→→→→→氨气 Ⅰ.“精制”过程是将含有少量CO、CO2、O2和H2S等杂质的原料气体通入含有氨水的醋酸二氨亚铜{化学式为[Cu(NH3)2]Ac}溶液中，以获得纯净的原料气。其中，吸收CO的反应为CO＋[Cu(NH3)2]Ac＋NH3·H2O??‎ ‎[Cu(NH3)3CO]Ac＋H2O　ΔH<0。‎ ‎(1)为提高CO的吸收率，可采取的一项措施是__降低温度、增大压强(或其他合理答案)__。‎ ‎(2)除去氧气时，氧气将[Cu(NH3)2]Ac氧化为[Cu(NH3)4]Ac2，则反应中还原剂与氧化剂的物质的量之比是__4∶1__。‎ Ⅱ.“造气”过程中，焦炭与水蒸气在反应体系中将发生如下四个反应：‎ ‎①C(s)＋2H2O(g)===CO2(g)＋2H2(g)‎ ΔH1＝＋90.2 kJ/mol ‎②C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)‎ ΔH2＝＋131.4 kJ/mol ‎③CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)　ΔH3‎ ‎④C(s)＋2H2(g)===CH4(g)　ΔH4‎ 该体系中，一些物质的平衡组成与温度的关系图如下图所示。‎ ‎(3)由图可知，若采用焦炭与水蒸气反应来获得优质的水煤气，工业生产中应尽量使焦炭和水蒸气在__高温__(填“高温”“低温”或“常温”)条件下进行。‎ ‎(4)ΔH3＝__－41.2 kJ/mol__。‎ ‎(5)下表为碳与氢气合成甲烷的相关数据：‎ 温度/℃‎ ‎600‎ ‎800‎ ‎1 000‎ 平衡常数 ‎3.2×100－146‎ ‎1.0×10－2 070‎ ‎1.0×10－20 000‎ ‎①ΔH4__<__0(填“>”“<”或“＝”)。‎ ‎②预测1 ‎000 ℃‎，焦炭与水蒸气反应体系中甲烷的含量__A__(填字母)。‎ A．几乎为0　 B．与CO浓度相当 C．无法确定 解析 (1)吸收CO的反应是气体体积减小的放热反应，要提高CO的吸收率，就要使平衡正向移动，因此可以采取加压或降温的方法。(2)＋1价铜转化为＋2价铜，每1 mol Cu失去1 mol e－，而1 mol O2可以得到4 mol e－，根据电子守恒可知，还原剂Cu(＋1价)和氧化剂O2的物质的量之比为4∶1。(3)由图可知，温度越高，CO和H2的含量越高，因此工业生产水煤气应在高温下进行。(4)因为方程式③＝方程式①－方程式②，根据盖斯定律可求出ΔH3＝ΔH1－ΔH2＝(90.2－131.4) kJ/mol＝－41.2 kJ/mol。(5)①‎ 表中数据表明，温度越高，平衡常数越小，所以该反应为放热反应，故ΔH4<0。②1 ‎000 ℃‎时，平衡常数极小，可认为在该温度下，此反应几乎不能进行。‎ ‎3．(2018·江西临川质检)一定条件下铁可以和CO2发生反应：Fe(s)＋CO2(g)??FeO(s)＋CO(g)　ΔH＞0,1 ‎100 ℃‎时，向某密闭容器中加入足量铁粉并充入一定量的CO2气体，反应过程中CO2和CO的浓度与时间的关系如图所示。‎ ‎(1)该反应的平衡常数表达式K＝　　。‎ ‎(2)下列措施中能使平衡时K增大的是__A__(填字母，下同)。‎ A．升高温度　　 B．增大压强 C．充入一定量CO　　 D．降低温度 ‎(3)8 min内，CO的平均反应速率v(CO)＝__0.062 5__mol·L－1·min－1。‎ ‎(4)1 ‎100 ℃‎时，在‎2 L的密闭容器中，按不同方式投入反应物，保持恒温、恒容，测得反应达到平衡时的有关数据如下：‎ 容器 甲 乙 反应物投入量 ‎3 mol Fe、‎ ‎2 mol CO2‎ ‎4 mol FeO、‎ ‎3 mol CO CO的浓度(mol·L－1)‎ c1‎ c2‎ CO2的体积分数 φ1‎ φ2‎ 体系压强(Pa)‎ p1‎ p2‎ 气态反应物的转化率 α1‎ α2‎ ‎①下列说法正确的是__BC__。‎ A．‎2c1＝‎3c2　　 B．φ1＝φ2‎ C．p1＜p2　　 D．α1＝α2‎ ‎②c1＝__0.67__、φ1＝__33.3%__、α2＝__33.3%__。‎ 解析 (1)平衡常数表达式中不能出现固体物质的浓度。(2)平衡常数只受温度的影响，由于该反应为吸热反应，所以升温能增大平衡常数。(3)求平均反应速率时，应用浓度的变化值除以时间，即v(CO)＝＝0.062 5 mol·L－1·min－1。(4)由图像可计算平衡常数K＝‎ ＝＝2。①A项，当乙中CO为2 mol 时，c1＝c2，当乙中CO为3 mol时，c1＜c2,‎3c1＝‎2c2，错误；B项，由于该反应为等体积反应，改变CO或CO2的浓度，相当于改变压强，平衡不移动，所以φ1＝φ2，正确；C项，因为乙中气体分子数多，所以p1＜p2，正确；D项，由于平衡是从不同途径建立的，所以α1＋α2＝1，错误。②K＝＝2，解得c1≈0.67。φ1＝×100%≈33.3%。容器乙中平衡常数K′＝＝＝，c(CO2)＝0.5 mol·L－1。则容器乙中CO的转化率α2＝×100%≈33.3%。‎ ‎4．(2018·广东信宜中学高三月考)Ⅰ.工业上可用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表所示：‎ 化学反应 平衡常数 温度/℃‎ ‎500‎ ‎800‎ ‎①2H2(g)＋CO(g)??CH3OH(g)‎ K1‎ ‎2.5‎ ‎0.15‎ ‎②H2(g)＋CO2(g)??H2O(g)＋CO(g)‎ K2‎ ‎1.0‎ ‎2.50‎ ‎③3H2(g)＋CO2(g)??CH3OH(g)＋H2O(g)‎ K3‎ ‎(1)根据反应①与②可推导出K1、K2与K3之间的关系，则K3＝__K1·K2__(用K1、K2表示)。‎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“＝”)。‎ ‎(2)在‎3 L容积可变的密闭容器中发生反应②，已知c(CO)—反应时间t变化曲线Ⅰ如图所示，若在t0时刻分别改变一个条件，曲线Ⅰ变为曲线Ⅱ和曲线Ⅲ。当曲线Ⅰ变为曲线Ⅱ时，改变的条件是__加入催化剂__。当曲线Ⅰ变为曲线Ⅲ时，改变的条件是__将容器的体积(快速)压缩至‎2 L__。‎ Ⅱ.利用CO和H2可以合成甲醇，反应原理为CO(g)＋2H2(g)??CH3OH(g)。一定条件下，在容积为V L的密闭容器中充入a mol CO与‎2a mol H2合成甲醇，平衡转化率与温度、‎ 压强的关系如下图所示。‎ ‎(1)p1__<__p2(填“>”“<”或“＝”)，理由是__甲醇的合成反应是分子数减少的反应，相同温度下，增大压强CO的转化率提高__。‎ ‎(2)该甲醇合成反应在A点的平衡常数K＝　　(用a和V表示)。‎ ‎(3)该反应达到平衡时，反应物转化率的关系是CO__＝__H2(填“>”“<”或“＝”)。‎ ‎(4)下列措施中能够同时满足增大反应速率和提高CO转化率的是__C__(填字母)。‎ A．使用高效催化剂 B．降低反应温度 C．增大体系压强 D．不断将CH3OH从反应混合物中分离出来 解析 Ⅰ.(1)根据化学平衡常数的表达式，K1＝c(CH3OH)/[c(CO)·c2(H2)]，K2＝c(CO)·c(H2O)/[c(H2)·c(CO2)]，K3＝c(H2O)·c(CH3OH)/[c3(H2)·c(CO2)]，因此K3＝K1·K2，代入数值，‎500 ℃‎时 K3＝2.5×1.0＝2.5，此时的浓度商Qc＝0.3×0.15/(0.83×0.1)≈0.88<2.5，说明反应向正反应方向进行，即v正>v逆。‎