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文档介绍
2018届一轮复习人教版化学平衡状态化学平衡移动学案
考点一 化学平衡状态 一、理清两个概念 1．可逆反应 2．化学平衡状态 一定条件下的可逆反应，当反应进行到一定程度时，正反应速率和逆反应速率相等，反应物的浓度和生成物的浓度不变的状态，称为“化学平衡状态”，简称化学平衡。 二、掌握化学平衡状态的建立、特点和判定标准 1．化学平衡的建立 (1)建立过程 在一定条件下，把某一可逆反应的反应物加入固定容积的密闭容器中。反应过程如下： (2)建立过程可用下图表示： 2．化学平衡的特点 3．化学平衡的判定 对于密闭容器中的可逆反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)是否达到平衡可以归纳如下表(用“平衡”或“不一定平衡”填表) 化学反应 mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g) 是否平衡 混合物体系中各成分的含量 ①各物质的物质的量或物质的质量分数一定 平衡 ②各物质的质量或质量分数一定 平衡 ③各气体的体积或体积分数一定 平衡 ④总体积、总压强、总物质的量一定 不一定平衡 正、逆反应速率之间的关系 ①在单位时间内消耗了m mol A，同时也生成了m mol A 平衡 ②在单位时间内消耗了n mol B，同时也消耗了p mol C 平衡 ③v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝m∶n∶p∶q 不一定平衡 ④在单位时间内生成了n mol B，同时也消耗了q mol D 不一定平衡 压强 ①其他条件一定、总压强一定，且m＋n≠p＋q 平衡 ②其他条件一定、总压强一定，且m＋n＝p＋q 不一定平衡 混合气体的平均相对分子质量 ①平均相对分子质量一定，且m＋n≠p＋q 平衡 ②平均相对分子质量一定，且m＋n＝p＋q 不一定平衡 温度 任何化学反应都伴随着能量变化，当体系温度一定时 平衡 气体的密度 密度一定 不一定平衡 颜色 反应体系内有色物质的颜色稳定不变 平衡 [基点小练] 判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。 (1)2H2O2H2↑＋O2↑为可逆反应(×) (2)二次电池的充、放电为可逆反应(×) (3)对反应A(g)＋B(g)C(g)＋D(g)，压强不随时间而变，说明反应已达平衡状态(×) (4)对于NO2(g)＋SO2(g)SO3(g)＋NO(g)反应，当每消耗1 mol SO3的同时生成1 mol NO2时，说明反应达到平衡状态(×) (5)化学平衡状态指的是反应静止了，不再发生反应了(×) (6)对于A(g)＋B(g)2C(g)＋D(g)反应，当密度保持不变，在恒温恒容或恒温恒压条件下，均不能作为达到化学平衡状态的标志(×) (7)恒温恒容下进行的可逆反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，当SO3的生成速率与SO2的消耗速率相等时，反应达到平衡状态(×) (8)在2 L密闭容器内，800 ℃时反应2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)体系中，当该容器内颜色保持不变时能说明该反应已达到平衡状态(√) 题点(一) 化学平衡状态的判定 1．可逆反应：2NO2(g)2NO(g)＋O2(g)，在容积固定的密闭容器中达到平衡状态的标志是( ) ①单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO2 ②单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO ③用NO2、NO、O2表示的反应速率之比为2∶2∶1的状态 ④混合气体的颜色不再改变的状态 ⑤混合气体的密度不再改变的状态 ⑥混合气体的压强不再改变的状态 ⑦混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态 A．只有①④⑥⑦ B．只有②③⑤⑦ C．只有①③④⑤ D．全部 解析：选A ①中单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol NO2，能说明反应达到平衡，②单位时间内生成n mol O2必生成2n mol NO，不能说明反应达到平衡状态。③中无论达到平衡与否，用各物质表示的化学反应速率之比都等于化学计量数之比。④有色气体的颜色不变，则表示物质的浓度不再变化，说明反应已达到平衡。⑤气体体积固定、质量反应前后守恒，密度始终不变。⑥反应前后Δνg≠0，压强不变，意味着各物质的含量不再变化。⑦由于气体的质量不变，气体的平均相对分子质量不变时，说明气体中各物质的物质的量不变，反应达到平衡。 2．一定温度下在容积恒定的密闭容器中，进行如下可逆反应：A(s)＋2B(g)C(g)＋D(g)，下列叙述能表明该反应已达到平衡状态的是( ) ①混合气体的密度不再变化时 ②容器内气体的压强不再变化时 ③混合气体的总物质的量不再变化时 ④B的物质的量浓度不再变化时 ⑤混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态 ⑥当v正(B)＝2v逆(C) A．①④⑤⑥ B．②③⑥ C．②④⑤⑥ D．只有④ 解析：选A A为固态，反应正向进行时气体质量增大，逆向进行时气体质量减小，所以，密度不变时平衡，①正确；该反应前后气体体积不变，所以压强不变时不一定平衡，②错误；该反应前后气体物质的量相等，所以混合气体的总物质的量不变不一定平衡，③错误；B的浓度不变，说明反应平衡了，④正确；混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态，说明气体的质量不变，正、逆反应速率相等，反应达到平衡，⑤正确；v正(B)＝2v逆(C)时，说明正、逆反应速率相等，反应达到平衡，⑥正确。 3．一定温度下，反应N2O4(g)2NO2(g)的焓变为ΔH。现将1 mol N2O4充入一恒压密闭容器中，下列示意图正确且能说明反应达到平衡状态的是( ) A．①② B．②④ C．③④ D．①④ 解析：选D 因反应容器保持恒压，所以容器体积随反应进行而不断变化，结合ρ气＝m/V可知，气体密度不再变化，说明容器体积不再变化，即气体的物质的量不再变化，反应达到平衡状态，①符合题意；无论是否平衡，反应的ΔH都不变，②不符合题意；反应开始时，加入1 mol N2O4，随着反应的进行，N2O4的浓度逐渐变小，故v正(N2O4)逐渐变小，直至达到平衡，③不符合题意；N2O4的转化率不再变化，说明N2O4的浓度不再变化，反应达到平衡状态，④符合题意，故选D。 判断化学平衡状态的方法——“正逆相等，变量不变” 以下几种情况不能作为可逆反应达到化学平衡状态的标志： ①某一时刻，各物质的浓度(或物质的量或分子数)之比等于化学计量数之比的状态。 ②恒温、恒容条件下气体体积不变的反应，混合气体的压强或气体的总物质的量不随时间而变化，如2HI(g)I2(g)＋H2(g)。 ③全部是气体参加的体积不变的反应，体系的平均相对分子质量不随时间而变化，如2HI(g)I2(g)＋H2(g)。 ④全部是气体参加的反应，恒容条件下体系的密度保持不变。 题点(二) 极端假设法在化学平衡计算中的应用 4．可逆反应N2＋3H22NH3，在容积为10 L的密闭容器中进行，开始时加入2 mol N2和3 mol H2，达平衡时，NH3的浓度不可能达到( ) A．0.1 mol·L－1 B．0.2 mol·L－1 C．0.05 mol·L－1 D．0.15 mol·L－1 解析：选B 2 mol N2和3 mol H2反应，假设反应能够进行到底，则3 mol H2完全反应，生成2 mol NH3，此时NH3的浓度为0.2 mol·L－1，但由于是可逆反应，不能完全反应，所以NH3的浓度达不到0.2 mol·L－1。 5．在密闭容器中进行反应：X2(g)＋Y2(g)2Z(g)，已知X2、Y2、Z的起始浓度分别为0.1 mol·L－1、0.3 mol·L－1、0.2 mol·L－1，在一定条件下，当反应达到平衡时，各物质的浓度有可能是( ) A．Z为0.3 mol·L－1 B．Y2为0.4 mol·L－1 C．X2为0.2 mol·L－1 D．Z为0.4 mol·L－1 解析：选A 此题可用极端假设法确定各物质的浓度范围。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0＜c(X2)＜0.2 mol·L－1，0.2 mol·L－1＜c(Y2)＜0.4 mol·L－1,0＜c(Z)＜0.4 mol·L－1。A项符合题意。 极端假设法确定各物质的浓度范围 先假设反应正向或逆向进行到底，再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。 考点二 化学平衡移动 对应学生用书P137 一、化学平衡移动 1．化学平衡移动的过程 2．影响化学平衡的外界因素 (1)影响化学平衡的因素 条件的改变(其他条件不变) 化学平衡的移动 浓度 增大反应物浓度或 减小生成物浓度 向正反应方向移动 减小反应物浓度或 增大生成物浓度 向逆反应方向移动 压强(对有气体存在的反应) 反应前后气体分子数改变 增大压强 向气体体积减小的方向移动 减小压强 向气体体积增大的方向移动 反应前后气体分子数不变 改变压强 平衡不移动 温度 升高温度 向吸热反应方向移动 降低温度 向放热反应方向移动 催化剂 使用催化剂 平衡不移动 (2)几种特殊情况说明 ①改变固体或纯液体的量，对化学平衡没影响。 ②“惰性气体”对化学平衡的影响。 a．恒温、恒容条件： 原平衡体系体系总压强增大―→体系中各组分的浓度不变―→平衡不移动。 b．恒温、恒压条件： ③同等程度地改变反应混合物中各物质的浓度时，应视为压强的影响。 3．勒夏特列原理 如果改变影响化学平衡的条件之一(如温度，压强，以及参加反应的化学物质的浓度)，平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动。 [基点小练] 1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。 (1)对于反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，若断裂2 mol H—H键，同时形成1 molNN键，则平衡正向移动(×) (2)对于反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，若每消耗1 mol O2，同时生成2 mol SO2，则平衡正向移动(×) (3)对于反应I2(g)＋H2(g)2HI(g)，若使体系颜色变浅，则平衡一定正向移动(×) (4)对于反应2A(g)＋B(g)2C(g)，当v(A)正＝v(B)逆时，平衡不移动(×) (5)合成氨反应需使用催化剂，说明催化剂可以促进该平衡向生成氨的方向移动(×) (6)平衡时，其他条件不变，分离出固体生成物，v正加快(×) (7)向平衡体系FeCl3＋3KSCNFe(SCN)3＋3KCl中加入KCl固体，平衡将向逆反应方向移动，溶液颜色将变浅(×) (8)二氧化氮与四氧化二氮的平衡体系，加压后颜色加深(√) 二、平衡移动与其他物理量的变化关系 在判断平衡移动的方向和物质的转化率、体积分数变化时，应灵活分析浓度和压强对平衡的影响。若以α表示物质的转化率，φ表示气体的体积分数。 1．对于A(g)＋B(g)C(g)类反应，达到平衡后，保持温度、容积不变，又加入一定量的A，则平衡向正反应方向移动，α(B)增大而α(A)减小，φ(B)减小而φ(A)增大。 2．对于aA(g)bB(g)类反应，达到平衡后，保持温度、容积不变，又加入一定量的A，平衡移动的方向和A的转化率的变化如表所示。 类型 示例 改变 分析 移动 结果 av逆，但压强增大不利于PCl5的分解，平衡正移 α(PCl5)减小，φ(PCl5)增大 a＝b 2HI(g) H2(g)＋I2(g) 又充 入HI c(HI)增大，v正>v逆，压强增大，对v正、v逆的影响相同，平衡正移 α(HI)、 φ(HI) 不变 a>b 2NO2(g) N2O4(g) 又充入 NO2 c(NO2)增大，v正>v逆，同时压强的增大更有利于NO2的转化，平衡正移 α(NO2)增大， φ(NO2)减小 [基点小练] 2．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。 (1)C(s)＋CO2(g)2CO(g) ΔH>0，其他条件不变时升高温度，反应速率v(CO2)和CO2的平衡转化率均增大(√) (2)CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) ΔH<0，在其他条件不变的情况下改变压强，平衡不发生移动，反应放出的热量不变(√) 1．(2017·郑州模拟)下列说法正确的是( ) A．改变反应条件使平衡向正反应方向移动，反应物的转化率一定增大 B．浓度变化引起平衡向正反应方向移动，反应物的转化率一定增大 C．温度或压强的变化引起平衡向正反应方向移动，反应物的转化率一定增大 D．催化剂可使化学反应速率加快，使反应物的转化率增大解析：选C A项，改变反应条件使平衡向正反应方向移动，反应物的转化率不一定增大，例如合成氨反应中通入氮气，氮气转化率降低，错误；B项，根据A中分析可知浓度变化引起平衡向正反应方向移动，反应物的转化率不一定增大，错误；C项，温度或压强的变化引起平衡向正反应方向移动，反应物的转化率一定增大，正确；D项，催化剂可使化学反应速率加快，但不能改变反应物的转化率，错误。 2．将等物质的量的X、Y气体充入某密闭容器中，在一定条件下，发生反应并达到平衡：X(g)＋3Y(g)2Z(g) ΔH ＜0。当改变某个条件并维持新条件直至新的平衡时，表中关于新平衡与原平衡的比较正确的是( ) 选项 改变条件 新平衡与原平衡比较 A 升高温度 X的转化率变小 B 增大压强 X的浓度变小 C 充入一定量Y Y的转化率增大 D 使用适当催化剂 X的体积分数变小 解析：选A 升高温度，平衡逆向移动，X的转化率变小，A正确；增大压强，平衡正向移动，但容器的体积减小，X的浓度增大，B错误；充入一定量Y，X的转化率增大，而Y的转化率减小，C错误；使用适当催化剂，只能加快反应速率，不能改变平衡，X的体积分数不变，D错误。 3．(2017·黄冈模拟)在某一温度下，某一密闭容器中，M、N、R三种气体浓度的变化如图a所示，若其他条件不变，当温度分别为T1和T2时，N的体积分数与时间关系如图b所示。则下列结论正确的是( ) A．该反应的热化学方程式M(g)＋3N(g)2R(g) ΔH＞0 B．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 C．达到平衡后，若其他条件不变，升高温度，正、逆反应速率均增大，M的转化率减小 D．达到平衡后，若其他条件不变，通入稀有气体，平衡一定向正反应方向移动 解析：选C 从图a可得出该反应为M(g)＋3N(g)2R(g)，从图b中可看出T1＞T2，升高温度，N的体积分数变大，即平衡逆向移动，该反应为放热反应，A错误；缩小容器的体积，即增大压强，平衡正向移动，B错误；升高温度，v正、v逆均增大，平衡逆向移动，M的转化率减小，C正确；若是在恒温恒容的容器中通入稀有气体，则平衡不移动，D错误。 4．某温度下，在密闭容器中SO2、O2、SO3三种气态物质建立化学平衡后，改变条件对反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH<0的正、逆反应速率的影响如图所示： (1)加催化剂对反应速率影响的图像是________(填字母序号，下同)，平衡________移动。 (2)升高温度对反应速率影响的图像是__________，平衡向________方向移动。 (3)增大反应容器体积对反应速率影响的图像是________，平衡向________方向移动。 (4)增大O2的浓度对反应速率影响的图像是________，平衡向________方向移动。 解析：(1)加入催化剂，正、逆反应速率均增大，图像上应该出现“断点”，且应在原平衡的反应速率之上。催化剂使正、逆反应速率增大的倍数相同，则改变条件后的速率线应该平行于横坐标轴，图像为C。 (2)升高温度，正、逆反应速率均增大，图像上应该出现“断点”，且应在原平衡的反应速率之上。因题给反应的正反应放热，升温平衡逆向移动，所以v′正＜v′逆，图像为A。 (3)增大反应容器体积即减小压强，正、逆反应速率均减小，图像上应该出现“断点”，且应在原平衡的反应速率之下 。因减小压强平衡逆向移动，所以v′正＜v′逆，图像为D。 (4)增大O2的浓度，正反应速率会突然增大，图像上出现“断点”，且应在原平衡的反应速率之上。但逆反应速率应该在原来的基础上逐渐增大，图像为B。 答案：(1)C 不 (2)A 逆反应 (3)D 逆反应 (4)B 正反应 解答化学平衡移动问题的一般思路 考点三 化学平衡移动原理在化工生产中的应用 化学平衡在化工生产中有非常重要的应用，尤其是控制合适的反应条件使平衡向着理想的方向移动，近几年来涉及面非常广，如2016·全国甲卷T27、2016·四川卷T11、2016·海南卷T16、2016天津卷T10、2015·全国卷ⅡT27、2015·浙江卷T28、2015·北京卷T26、2014·天津卷T10、2014·全国卷ⅠT28等均对化学反应速率、化学平衡理论进行了考查。 1．总体原则 (1)化工生产适宜条件选择的一般原则 条件 原则 从化学反应速率分析 既不能过快，又不能太慢 从化学平衡移动分析 既要注意外界条件对速率和平衡影响的一致性，又要注意二者影响的矛盾性 从原料的利用率分析 增加易得廉价原料，提高难得高价原料的利用率，从而降低生产成本 从实际生产能力分析 如设备承受高温、高压能力等 从催化剂的使用活性分析 注意催化剂的活性对温度的限制 (2)平衡类问题需考虑的几个方面 ①原料的来源、除杂，尤其考虑杂质对平衡的影响。 ②原料的循环利用。 ③产物的污染处理。 ④产物的酸碱性对反应的影响。 ⑤气体产物的压强对平衡造成的影响。 ⑥改变外界条件对多平衡体系的影响。 2．典型实例——工业合成氨 (1)反应原理 N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝－92.4 kJ·mol－1 (2)反应特点：①反应为可逆反应；②正反应为放热反应；③反应物、生成物均为气体，且正反应为气体物质的量减小的反应。 (3)反应条件的选择 反应条件 对化学反应速率的影响 对平衡混合物中氨含量的影响 合成氨条件的选择 增大压强 增大反应速率 平衡正向移动，提高平衡混合物中氨的含量 压强增大，有利于氨的合成，但需要动力大，对材料、设备的要求高。故采用10～30MPa的高压 升高温度 增大反应速率 平衡逆向移动，降低平衡混合物中氨的含量 温度要适宜，既要保证反应有较快的速率，又要使反应物的转化率不能太低。故采用400～500 ℃左右的温度，并且在该温度下催化剂的活性最大 使用催化剂 增大反应速率 没有影响 工业上一般选用铁触媒作催化剂 (4)原料气的充分利用 合成氨反应的转化率较低，从原料充分利用的角度分析，工业生产中可采用循环操作的方法可提高原料的利用率。 [典例] (2016·全国甲卷)丙烯腈(CH2===CHCN)是一种重要的化工原料，工业上可用“丙烯氨氧化法”生产，主要副产物有丙烯醛(CH2===CHCHO)和乙腈(CH3CN)等。回答下列问题： (1)以丙烯、氨、氧气为原料，在催化剂存在下生成丙烯腈(C3H3N)和副产物丙烯醛(C3H4O)的热化学方程式如下： ①C3H6(g)＋NH3(g)＋O2(g)===C3H3N(g)＋3H2O(g) ΔH＝－515 kJ·mol－1 ②C3H6(g)＋O2(g)===C3H4O(g)＋H2O(g)ΔH＝－353 kJ·mol－1 有利于提高丙烯腈平衡产率的反应条件是 ________________________________________________________________________； 提高丙烯腈反应选择性的关键因素是_________________________________________。 (2)图(a)为丙烯腈产率与反应温度的关系曲线，最高产率对应的温度为460 ℃。低于460 ℃时，丙烯腈的产率________(填“是”或“不是”)对应温度下的平衡产率，判断理由是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________； 高于460 ℃时，丙烯腈产率降低的可能原因是________(双选，填标号)。 A．催化剂活性降低 B．平衡常数变大 C．副反应增多 D．反应活化能增大 (3)丙烯腈和丙烯醛的产率与n(氨)/n(丙烯)的关系如图(b)所示。由图可知，最佳n(氨)/n(丙烯)约为________，理由是________________________________。 进料气氨、空气、丙烯的理论体积比约为_______________________________________。 [解析] (1)由于反应①是一个气体分子数增加的放热反应，降温、减压均有利于提高丙烯腈的平衡产率。有机反应中要提高某反应的选择性，关键是选择合适的催化剂。 (2)由于反应①是放热反应，温度降低，平衡右移，丙烯腈的平衡产率应增大，因此图(a)中460 ℃以下的产率不是对应温度下的平衡产率。反应①的平衡常数随温度的升高而变小，反应的活化能不受温度的影响，故当温度高于460 ℃时，丙烯腈的产率降低的可能原因是催化剂活性降低和副反应增多。 (3)由图(b)可知，当n(氨)/n(丙烯)＝1 时，丙烯腈的产率最高，而丙烯醛的产率已趋近于0，如果n(氨)/n(丙烯)再增大，丙烯腈的产率反而降低，故最佳n(氨)/n(丙烯)约为1。空气中O2的体积分数约为，结合反应①方程式及最佳n(氨)/n(丙烯)约为1可知，进料气氨、空气、丙烯的理论体积比应为1∶∶1＝1∶7.5∶1。 [答案] (1)降低温度、降低压强 催化剂 (2)不是 该反应为放热反应，平衡产率应随温度升高而降低 AC (3)1 该比例下丙烯腈产率最高，而副产物丙烯醛产率最低 1∶7.5∶1 [对点演练] 1．(2014·天津高考)合成氨是人类科学技术上的一项重大突破，其反应原理为： N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol－1 一种工业合成氨的简易流程图如下： (1)天然气中的H2S杂质常用氨水吸收，产物为NH4HS。一定条件下向NH4HS溶液中通入空气，得到单质硫并使吸收液再生，写出再生反应的化学方程式：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)步骤Ⅱ中制氢气原理如下： ①CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g) ΔH＝＋206.4 kJ·mol－1 ②CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) ΔH＝－41.2 kJ·mol－1 对于反应①，一定可以提高平衡体系中H2百分含量，又能加快反应速率的措施是________。 a．升高温度 B．增大水蒸气浓度 c．加入催化剂 D．降低压强 利用反应②，将CO进一步转化，可提高H2产量。若1 mol CO和H2的混合气体(CO的体积分数为20%)与H2O反应，得到1.18 mol CO、CO2和H2的混合气体，则CO转化率为__________________。 (3)图1表示500 ℃、60.0 MPa条件下，原料气投料比与平衡时NH3体积分数的关系。根据图中a点数据计算N2的平衡体积分数：________________。 (4)依据温度对合成氨反应的影响，在图2坐标系中，画出一定条件下的密闭容器内，从通入原料气开始，随温度不断升高，NH3物质的量变化的曲线示意图。 (5)上述流程图中，使合成氨放出的能量得到充分利用的主要步骤是(填序号)__________。简述本流程中提高合成氨原料总转化率的方法：__________________________。 解析：(1)由题意可知空气中的O2将－2价硫氧化为硫单质，同时生成NH3·H2O，根据得失电子守恒将方程式配平即可。(2)反应①为气体物质的量增大的吸热反应，降低压强使平衡右移，但反应速率减小，d错；催化剂不能改变反应限度，即不能改变H2百分含量，c错；增大水蒸气浓度虽可使反应速率增大且使平衡右移，但平衡体系中H2的百分含量却减小，b错；升高温度可使反应速率增大，且平衡右移，H2百分含量增大，a对。CO与H2O(g)的反应中，反应体系的气体物质的量不变，而1 mol CO与H2的混合气体参加反应生成1.18 mol CO、CO2和H2的混合气，说明有0.18 mol H2O(g)参加反应，则参加反应的CO也为0.18 mol，则其转化率为×100%＝90%。(3)由图1可以看出，当N2与H2物质的量之比为1∶3时，NH3的平衡体积分数最大，为42%。设平衡时转化的N2的物质的量为x mol，由三段式： N2 ＋ 3H2 2NH3 n(起始)(mol): 1 3 0 n(转化)(mol): x 3x 2x n(平衡)(mol): 1－x 3－3x 2x ×100%＝42%，解得x≈0.59，则平衡时N2的体积分数为×100%≈14.5%。(4)作图时要注意开始时NH3物质的量不断增多，是因为反应正向进行(反应未达平衡)，当反应达到平衡后，此时再升高温度，平衡逆向移动，NH3的物质的量减小。 答案：(1)2NH4HS＋O22NH3·H2O＋2S↓ (2)a 90% (3)14.5% (4)如图 (5)Ⅳ 对原料气加压；分离液氨后，未反应的N2、H2循环使用 2．开发新能源是解决环境污染的重要举措，工业上常用CH4与CO2反应制备H2 和CO，再用H2和CO合成甲醇。 (1)已知：①2CH3OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋4H2O(g)ΔH1＝－1 274.0 kJ·mol－1 ②2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g) ΔH2＝－566.0 kJ·mol－1 ③H2O(g)===H2O(l) ΔH3＝－44 kJ·mol－1 则甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式为________________________________________________________________________。 (2)在恒容密闭容器中通入CH4与CO2，使其物质的量浓度均为1.0 mol·L－1，在一定条件下发生反应：CO2(g)＋CH4(g)2CO(g)＋2H2(g)，测得CH4的平衡转化率与温度及压强的关系如图所示： 则： ①该反应的ΔH______0(填“＜”“＝”或“＞”)。 ②压强p1、p2、p3、p4由大到小的关系为_________________________________________。 压强为p4时，在b点：v(正)____v(逆)。(填“＜”“＝”或“＞”) ③对于气相反应，用某组分(B)的平衡压强p(B)代替物质的量浓度c(B)也可表示平衡常数(记作Kp)，则该反应的平衡常数的表达式Kp＝____________；如果p4＝0.36 MPa，求a点的平衡常数Kp＝____________。(保留3位有效数字，用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数) ④为探究速率与浓度的关系，该实验中，根据相关实验数据，粗略绘制出了2条速率浓度关系曲线：v正～c(CH4)和v逆～c(CO)。 则：ⅰ)与曲线v正～c(CH4)相对应的是上图中曲线______(填“甲”或“乙”)。 ⅱ)当降低到某一温度时，反应重新达到平衡，相应的平衡点分别为____________(填字母)。 解析：(1)根据盖斯定律，由(①－②＋③×4)×可得：CH3OH(l)＋O2(g)===CO(g)＋2H2O(l) ΔH＝(ΔH1－ΔH2＋ΔH3×4)×＝(－1 274.0 kJ·mol－1＋566.0 kJ·mol－1－44 kJ·mol－1×4)×＝－442 kJ·mol－1。(2)①根据图示，压强不变时，升高温度，CH4的平衡转化率增大，说明平衡向正反应方向移动。根据升温时，平衡向吸热反应方向移动，可知正反应为吸热反应，ΔH＞0。②该平衡的正反应为气体分子数增大的反应，温度不变时，降低压强，平衡向正反应方向移动，CH4的平衡转化率增大，故p4＞p3＞p2＞p1。压强为p4时，b点未达到平衡，反应正向进行，故v(正)＞v(逆)。③由用平衡浓度表示的平衡常数类推可知，用平衡压强表示的平衡常数K＝。p4时a点CH4的平衡转化率为80%，则平衡时c(CH4)＝c(CO2)＝0.2 mol·L－1，c(CO)＝c(H2)＝1.6 mol·L－1，则p(CH4)＝p(CO2)＝p4×＝p4，p(CO)＝p(H2)＝p4×＝p4，故K＝＝＝1.64(MPa)2。④ⅰ)CH4的浓度由1.0 mol·L－1逐渐减小，而CO的浓度由0逐渐增加，故v正～c(CH4)相对应的曲线为乙。ⅱ)降低温度，正、逆反应速率均减小，平衡向逆反应方向移动，则CH4的浓度增大，而CO的浓度减小，故相应的平衡点分别为B、F。 答案：(1)CH3OH(l)＋O2(g)===CO(g)＋2H2O(l) ΔH＝－442 kJ·mol－1 (2)①＞ ②p4＞p3＞p2＞p1 ＞ ③ 1.64(MPa)2 ④ⅰ)乙 ⅱ)B、F [课堂巩固练] 1．下列事实能用勒夏特列原理来解释的是( ) A．SO2氧化SO3，往往需要使用催化剂2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) B．500 ℃左右的温度比室温更有利于合成氨反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH<0 C．H2、I2、HI平衡混合气体加压后颜色加深H2(g)＋I2(g)2HI(g) D．实验室采用排饱和食盐水的方法收集氯气Cl2＋H2OH＋＋Cl－＋HClO 解析：选D 加入催化剂有利于加快反应速率，但不会引起平衡移动，不能用勒夏特列原理解释，A错误；合成氨的正反应是放热反应，升高温度平衡逆向移动，500 ℃ 左右的温度比室温更有利于合成氨反应，是从反应速率不能太低和催化剂的活性两方面考虑，不能用平衡移动原理解释，B错误；在H2(g)＋I2(g)2HI(g)平衡中，增大压强，浓度增加，颜色加深，平衡不移动，不能用勒夏特列原理解释，C错误；氯气和水的反应是可逆反应，饱和氯化钠溶液中氯离子浓度大，化学平衡逆向进行，减小氯气溶解度，实验室可用排饱和食盐水的方法收集氯气，能用勒夏特列原理解释，D正确。 2．炼铁高炉中冶炼铁的反应为Fe2O3(s)＋3CO(g)2Fe(s)＋3CO2(g)，下列说法正确的是( ) A．升高温度，反应速率减慢 B．当反应达到化学平衡时，v(正)＝v(逆)＝0 C．提高炼铁高炉的高度可减少尾气中CO的浓度 D．某温度下达到平衡时，CO的体积分数基本不变 解析：选D A项，升高温度，反应速率加快，错误；B项，化学平衡是动态平衡，v(正)＝v(逆)≠0，错误；C项，提高炼铁高炉的高度不能减少尾气中CO的浓度，错误；D项，某温度下达到平衡时，各物质浓度不变，CO的体积分数基本不变，正确。 3．在密闭容器中，一定条件下进行反应：NO(g)＋CO(g)1/2N2(g)＋CO2(g) ΔH＝－373.2 kJ·mol－1，达到平衡后，为提高NO的转化率和反应速率，可采取的措施是( ) A．加催化剂同时升高温度 B．加催化剂同时增大压强 C．升高温度同时充入N2 D．降低温度同时增大压强 解析：选B 催化剂不能改变平衡状态，正反应放热，升高温度平衡向逆反应方向移动，NO转化率降低，A项错误；催化剂不能改变平衡状态，增大压强平衡向正反应方向移动，NO转化率增大，B项正确；正反应放热，升高温度同时充入N2，平衡向逆反应方向移动，NO转化率降低，C项错误；降低温度同时增大压强平衡向正反应方向移动，但反应速率不一定增大，D项错误。 4．下面是工业生产硫酸的一个重要反应： 2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH＝－198 kJ·mol－1 如图是在t1达到平衡一段时间后，t2时重新改变条件，在t3时重新达到平衡的图像： t2时改变的条件(假设只改变一个条件，其他条件不变)是( ) A．压缩混合气体，增大压强 B．升高反应体系温度 C．使用新型催化剂 D．加入SO2 解析：选D 压缩混合气体，则SO3和O2浓度瞬间增大，A项错误；升高温度，平衡逆向移动，SO3浓度减小，B项错误；催化剂对化学平衡移动无影响，C项错误；加入二氧化硫，平衡正向移动，O2浓度降低，SO3浓度升高，D项正确。 5．(2017·成都模拟)已知反应CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH＝Q kJ·mol－1，在三个不同容积的容器中分别充入1 mol CO与2 mol H2，恒温恒容，测得平衡时CO的转化率如下表。下列说法正确的是( ) 温度(℃) 容器体积 CO转化率 平衡压强(p) ① 200 V1 50% p1 ② 200 V2 70% p2 ③ 350 V3 50% p3 A．反应速率：③>①>② B．平衡时体系压强：p1∶p2＝5∶4 C．若容器体积V1>V3，则Q<0 D．若实验②中CO和H2用量均加倍，则CO转化率<70% 解析：选C ①和②体积不知，压强不知，无法比较两者的反应速率，A错误；体积不知，所以压强之比不一定是5∶4，B错误；③和①CO的转化率相同，若容器体积V1>V3，③到①平衡逆向移动，CO转化率减小，但降低温度使CO的转化率增加，所以正反应为放热反应，所以Q<0，C正确；若实验②中CO和H2用量均加倍，相当于增大压强，平衡正向移动，则CO转化率大于70%，D错误。 6．在一定温度下，向一容积为5 L的恒容密闭容器中充入0.4 mol SO2和0.2 mol O2，发生反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH＝ －196 kJ·mol－1。当反应达到平衡时，容器内压强变为起始时的0.7倍。 请回答下列问题： (1)判断该反应达到平衡状态的标志是______(填字母)。 a．SO2、O2、SO3三者的浓度之比为2∶1∶2 b．容器内气体的压强不变 c．容器内混合气体的密度保持不变 d．SO3的物质的量不再变化 e．SO2的生成速率和SO3的生成速率相等 (2)SO2的转化率为____________，达到平衡时反应放出的热量为____________。 (3)如图表示平衡时SO2的体积分数随压强和温度变化的曲线。 则温度关系：T1________T2(填“>”“<”或“＝”)。 解析：(1)a项，SO2、O2、SO3三者的浓度之比为2∶1∶ 2和计量数比相等，与反应是否平衡没有必然联系，不能作为判断平衡的标志；b项，因该平衡是一个恒容条件下的化学平衡，反应前后气体的物质的量发生变化，现在压强不变，说明气体总量不变，反应达到了平衡状态；c项，因该平衡是恒容条件下的化学平衡，反应物和生成物均为气体，则气体质量恒定，气体密度恒定，不能作为判断达到平衡的标志；d项，SO3的物质的量不再变化，可逆反应达到平衡状态；e项，SO2的生成速率和SO3的生成速率相等，可逆反应达到平衡状态。(2)在容积为5 L的恒容密闭容器中充入0.4 mol SO2和0.2 mol O2，设反应前后，O2消耗了x mol 2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) 起始(mol) 0.4 0.2 0 转化(mol) 2x x 2x 平衡(mol) 0.4－2x 0.2－x 2x 当反应达到平衡时，容器内压强变为起始时的0.7倍，得到＝0.7，解得x＝0.18，则 2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) 起始(mol) 0.4 0.2 0 转化(mol) 0.36 0.18 0.36 平衡(mol) 0.04 0.02 0.36 SO2的转化率为×100%＝90%；达到平衡时反应放出的热量＝0.36 mol× kJ·mol－1＝35.28 kJ。(3)该反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，SO2的体积分数增大，得到温度关系：T1查看更多