2021高考化学一轮复习专题7第2讲化学平衡状态化学平衡移动学案新人教版
第2讲 化学平衡状态 化学平衡移动
[考纲要求]
1．了解化学反应的可逆性。2.了解化学平衡建立的过程，掌握化学平衡特征。3.理解外界条件(浓度、温度、压强、催化剂等)对化学平衡的影响，能用相关理论解释其一般规律。4.了解化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。
化学平衡状态
知识梳理
1.可逆反应
(1)定义
在________下既可以向正反应方向进行，同时又可以向逆反应方向进行的化学反应。
(2)特点
①二同：a.相同条件下；b.正、逆反应同时进行。
②一小：反应物与生成物同时存在；任一组分的________都小于100%。
(3)表示
在化学方程式中用“______”表示。
2．化学平衡状态
(1)概念
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____，反应物的浓度和生成物的浓度____，我们称为“化学平衡状态”，简称化学平衡。
(2)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：
如图所示：
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(3)化学平衡的特征
[回扣判断](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)一个可逆反应达到的平衡状态就是这个反应在该条件下所能达到的限度( )
(4)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( )
(5)对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( )
(6)对于反应A(g)＋B(g)2C(g)＋D(g)，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)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( )
[重点提醒]
(1)化学反应的平衡状态可以从正反应方向建立，也可以从逆反应方向建立。
(2)化学反应达到化学平衡状态的正、逆反应速率相等，是指同一物质的消耗速率和生成速率相等。
(3)化学反应达平衡状态时，各组分的浓度、百分含量保持不变，但不一定相等。
对点速练
练点一 化学平衡状态的标志判断
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1．一定温度下在一容积不变的密闭容器中发生可逆反应2X(g)Y(g)＋Z(s)，以下不能说明该反应达到化学平衡状态的是( )
A．混合气体的密度不再变化
B．反应容器中Y的质量分数不变
C．X的分解速率与Y的消耗速率相等
D．单位时间内生成1 mol Y的同时生成2 mol X
2．一定条件下，在密闭恒容的容器中，发生反应：3SiCl4(g)＋2N2(g)＋6H2(g)Si3N4(s)＋12HCl(g) ΔH<0，能表示该反应达到平衡状态的是( )
A．v逆(N2)＝v正(H2)
B．v正(HCl)＝4v正(SiCl4)
C．混合气体密度保持不变
D．c(N2):c(H2) :c(HCl)＝1:3:6
3．在一定温度下的定容容器中，当下列物理量不再发生变化时：①混合气体的压强，②混合气体的密度，③混合气体的总物质的量，④混合气体的平均相对分子质量，⑤混合气体的颜色，⑥各反应物或生成物的浓度之比等于化学计量数之比，⑦某种气体的百分含量
(1)能说明2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)达到平衡状态的是________。
(2)能说明I2(g)＋H2(g)2HI(g)达到平衡状态的是________。
(3)能说明2NO2(g)N2O4(g)达到平衡状态的是__________。
(4)能说明C(s)＋CO2(g)2CO(g)达到平衡状态的是________。
(5)能说明NH2COONH4(s)2NH3(g)＋CO2(g)达到平衡状态的是________。
练点二 可逆反应与平衡观
4．反应2SO2＋O22SO3达到平衡后，再向反应容器中充入含氧的同位素O的氧气，经过一段时间后，O原子存在于( )
A．O2 B．SO2
C．O2和SO2 D．O2、SO2和SO3
5．一定条件下，对于可逆反应X(g)＋3Y(g)2Z(g)，若X，Y，Z的起始浓度分别为c1、c2、c3(均不为零)，达到平衡
时，X，Y，Z的浓度分别为0.1 mol·L－1、0.3 mol·L－1、0.08 mol·L－1，则下列判断正确的是( )
A．c1:c2＝3:1
B．平衡时，Y和Z的生成速率之比为2:3
C．X、Y的转化率不相等
D．c1的取值范围为0
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( )
(5)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( )
(6)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( )
[重点提醒]
“惰性气体”对化学平衡的影响
(1)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。
(2)恒温、恒压条件
原平衡体系容器容积增大，各反应气体的分压减小―→
对点速练
练点一 影响化学平衡移动的条件
1．将等物质的量的N2、H2气体充入某密闭容器中，在一定条件下，发生如下反应并达到平衡：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＜0。当改变某个条件并维持新条件直至新的平衡时，下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
增大压强
N2的浓度一定变小
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B
升高温度
N2的转化率变小
C
充入一定量H2
H2的转化率不变，
N2的转化率变大
D
使用适当催化剂
NH3的体积分数增大
2.在一体积可变的密闭容器中，加入一定量的X、Y，发生反应mX(g)nY(g) ΔH＝Q kJ· mol－1。反应达到平衡时，Y的物质的量浓度与温度、气体体积的关系如下表所示：
下列说法正确的是( )
A．m>n
B．Q<0
C．温度不变，压强增大，Y的质量分数减少
D．体积不变，温度升高，平衡向逆反应方向移动
3．用O2将HCl转化为Cl2，可提高效益，减少污染。新型RuO2催化剂对上述HCl转化为Cl2的总反应具有更好的催化活性。
实验测得在一定压强下，总反应的HCl平衡转化率随温度变化的αHCl～T曲线如下图：
(1)则总反应的ΔH________0(填“＞”、“＝”或“＜”)；A、B两点的平衡常数K(A)与K(B)中较大的是________。
(2)在上述实验中若压缩体积使压强增大，请在上图画出相应αHCl～T曲线的示意图，并简要说明理由：________________________________________________________________________
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________________________________________________________________________。
(3)下列措施中，有利于提高αHCl的有________。
A．增大n(HCl)
B．增大n(O2)
C．使用更好的催化剂
D．移去H2O
[模型应用]
判断化学平衡移动方向的思维模型
练点二 等效平衡
4．恒温恒压下，在一个容积可变的密闭容器中发生反应：A(g)＋B(g)C(g)，若开始时通入1 mol A和1 mol B，达到平衡时生成a mol C。则下列说法错误的是( )
A．若开始时通入3 mol A和3 mol B，达到平衡时，生成的C的物质的量为3a mol
B．若开始时通入4 mol A、4 mol B和2 mol C，达到平衡时，C的物质的量一定大于4 mol
C．若开始时通入2 mol A、2 mol B和1 mol C，达到平衡时，再通入3 mol C，则再次达到平衡后，C的物质的量分数为
D．若在原平衡体系中，再通入1 mol A和1 mol B，混合气体的平均相对分子质量不变
5．一定温度下，在3个体积均为1.0 L的恒容密闭容器中反应2H2(g)＋CO(g)CH3OH(g)达到平衡。下列说法正确的是( )
容
器
温度/K
物质的起始
浓度/mol·L－1
物质的平衡
浓度/mol·L－1
c(H2)
c(CO)
c(CH3OH)
c(CH3OH)
Ⅰ
400
0.20
0.10
0
0.080
16
Ⅱ
400
0.40
0.20
0
Ⅲ
500
0
0
0.10
0.025
A．该反应的正反应吸热
B．达到平衡时，容器Ⅰ中反应物转化率比容器Ⅱ中的大
C．达到平衡时，容器Ⅱ中c(H2)大于容器Ⅲ中c(H2)的两倍
D．达到平衡时，容器Ⅲ中的正反应速率比容器Ⅰ中的大
6．在一固定容积的密闭容器中，保持一定温度，在一定条件下进行反应：A(g)＋2B(g)3C(g)，已知加入1 mol A和3 mol B且达到平衡后生成a mol C，请填写下列空白：
(1)平衡时C在混合气体中的体积分数是________(用字母a表示)。
(2)在相同实验条件下，若在同一容器中改为加入2 mol A和6 mol B，达到平衡后，C的物质的量为________mol(用字母a表示)。此时C在反应混合气体中的体积分数________(填“增大”、“减少”或“不变”)。
(3)在相同实验条件下，若在同一容器中改为加入2 mol A和8 mol B，若要求平衡后C在混合气体中的体积分数不变，则还应加入C________mol。
(4)在同一容器中加入n mol A和3n mol B，达到平衡时C的物质的量为m mol，若改变实验条件，可以使C的物质的量在m～2m mol之间变化，那么n与m的关系应是________(用字母“m”、“n”表示)。
方法总结
虚拟“中间态法”构建等效平衡的两种思维模式
(1)构建恒温恒容平衡
新平衡状态可认为是两个原平衡状态简单的叠加并压缩而成，相当于增大压强。
(2)构建恒温恒压平衡(以气体物质的量增加的反应为例，见图示)
新平衡状态可以认为是两个原平衡状态简单的叠加，压强不变，平衡不移动。
1.[2019·浙江4月，17]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
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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
2．[2018·天津卷，5]室温下，向圆底烧瓶中加入1 mol C2H5OH和含1 mol HBr的氢溴酸，溶液中发生反应；C2H5OH＋HBrC2H5Br＋H2O，充分反应后达到平衡。已知常压下，C2H5Br和C2H5OH的沸点分别为38.4 ℃和78.5 ℃。下列有关叙述错误的是( )
A．加入NaOH，可增大乙醇的物质的量
B．增大HBr浓度，有利于生成C2H5Br
C．若反应物均增大至2 mol，则两种反应物平衡转化率之比不变
D．若起始温度提高至60 ℃，可缩短反应达到平衡的时间
3．[2017·江苏卷，15](多选)温度为T1时，在三个容积均为1 L的恒容密闭容器中仅发生反应：2NO2(g)2NO(g)＋O2(g)(正反应吸热)。实验测得：v正＝v(NO2)消耗＝k正c2(NO2)，v逆＝v(NO)消耗＝2v(O2)消耗＝k逆c2(NO)·c(O2)，k正、k逆为速率常数，受温度影响。下列说法正确的是( )
容器
编号
物质的起始浓度(mol·L－1)
物质的平衡浓度
(mol·L－1)
c(NO2)
c(NO)
c(O2)
c(O2)
Ⅰ
0.6
0
0
0.2
Ⅱ
0.3
0.5
0.2
Ⅲ
0
0.5
0.35
A．达平衡时，容器Ⅰ与容器Ⅱ中的总压强之比为4:5
B．达平衡时，容器Ⅱ中c(O2)/c(NO2)比容器Ⅰ中的大
C．达平衡时，容器Ⅲ中NO的体积分数小于50%
D．当温度改变为T2时，若k正＝k逆，则T2>T1
4．[2016·海南卷](多选)由反应物X转化为Y和Z的能量变化如图所示。下列说法正确的是( )
A．由X→Y反应的ΔH＝E5－E2
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B．由X→Z反应的ΔH<0
C．降低压强有利于提高Y的产率
D．升高温度有利于提高Z的产率
5．[2018·全国卷Ⅰ，28]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的变化如表所示(t＝∞时，N2O5(g)完全分解)：
t/min
0
40
80
160
260
1 300
1 700
∞
p/kPa
35.8
40.3
42.5
45.9
49.2
61.2
62.3
63.1
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)＋O2(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1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 N2O5NO2＋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)。
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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
第2讲 化学平衡状态 化学平衡移动
基础精讲练
考点一
1知识梳理
1．(1)同一条件 (2)转化率 (3)
2．(1)相等 一定 (2)最大 逐渐减小 逐渐增大
回扣判断 答案：(1)× (2)× (3)√ (4)× (5)× (6)× (7)√
2对点速练
1．解析：X的分解速率与Y的消耗速率之比为2:1时，才能说明反应达到平衡状态，C项说明反应未达到平衡状态。
答案：C
2．解析：利用化学反应速率之比等于化学方程式的计量系数之比可知A项错误；B项均表示正反应，无论反应是否处于平衡状态都成立；D项表示的浓度关系与是否平衡无关；混合气体密度不变说明容器中气体质量不变，而平衡移动则气体质量改变，所以C项表示达到平衡状态。
答案：C
3．答案：(1)①③④⑦ (2)⑤⑦ (3)①③④⑤⑦ (4)①②③④⑦ (5)①②③
4．解析：可逆反应达到平衡状态，正、逆反应并没有停止，所以氧气中的18O可通过正反应进入SO3中，SO3中的18O又可通过逆反应而进入SO2中。
答案：D
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5．解析：平衡浓度之比为1:3，转化浓度亦为1:3，故c1:c2＝1:3，A、C不正确；平衡时Y生成表示逆反应速率，Z生成表示正反应速率且v生成(Y) :v生成(Z)应为3:2，B不正确；由可逆反应的特点可知00，B、D项错误。
答案：C
3．答案：(1)＜ K(A)
(2)见下图
温度相同的条件下，增大压强，平衡右移，αHCl增大，因此曲线应在原曲线上方 (3)BD
4．解析：选项A，开始时通入3 mol A和3 mol
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B，由于容器体积膨胀，保持恒压，相当于将三个原容器叠加，各物质的含量与原平衡中的相同，C的物质的量为3a mol，正确；选项B，无法确定平衡移动的方向，不能确定平衡时B的物质的量一定大于4 mol，错误；选项C，根据题给数据可算出达到平衡时C的物质的量分数为，正确；选项D，这种条件下混合气体的平均相对分子质量不变。
答案：B
5．解析：对比容器Ⅰ和Ⅲ可知两者投料量相当，若温度相同，最终建立等效平衡，但Ⅲ温度高，平衡时c(CH3OH)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，A错误；Ⅱ相对于Ⅰ成比例增加投料量，相当于加压，平衡正向移动，转化率提高，所以Ⅱ中转化率高，B错误；不考虑温度，Ⅱ中投料量是Ⅲ的两倍，相当于加压，平衡正向移动，所以Ⅱ中c(H2)小于Ⅲ中c(H2)的两倍，且Ⅲ的温度比Ⅱ高，相对于Ⅱ，平衡向逆反应方向移动，c(H2)增大，C错误；对比Ⅰ和Ⅲ，温度相同，两者建立等效平衡两容器中速率相等，但Ⅲ温度高，速率加快，D正确。
答案：D
6．解析：(1)A(g) ＋ 2B(g) 3C(g)
1 mol 3 mol 0
a/3 mol 2a/3 mol a mol
(1－a/3) mol (3－2a/3) mol a mol
依题意得C在混合气体中的体积分数是＝a/4。
(2)C的体积分数不变，物质的量是原来的2倍。
(3)只需将C完全转化为A和B后满足n(A):n(B)＝1:3即可。
(4)若C的物质的量为m mol时，求得：n>m/3；若C的物质的量为2m mol时，求得：n>2m/3；综合两种情况，n与m的关系应是n>2m/3。
答案：(1)a/4 (2)2a 不变 (3)6 (4)n>2m/3
真题全体验
1．解析：对于反应H2(g)＋I2(g)2HI(g)，反应前后气体分子数相等，缩小反应容器体积，平衡不移动，正逆反应速率增大相同的倍数，A项错误；碳的质量不变，说明正、逆反应速率相等，反应已达平衡状态，B项正确；恒温恒容条件下，若A、C同时为气体，当压强不变时，也能说明反应达到平衡状态，C项错误；设N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－a(a>0) kJ·mol－1,1 mol N2和3 mol H2反应达到平衡时H2转化率为10%，放出热量Q1
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＝0.1a kJ，当2 mol NH3分解为N2和H2的转化率为10%时，吸收热量Q2＝0.1a kJ，故Q1＝Q2，D项错误，故选B。
答案：B
2．解析：加入NaOH，c(HBr)减小，平衡向逆反应方向移动，乙醇的物质的量增大，A项正确；增大HBr浓度，平衡向正反应方向移动，有利于生成C2H5Br，B项正确；若反应物按照化学计量数之比加入溶液中，则各物质的平衡转化率相等，故反应物均增大至2 mol，两种反应物平衡转化率之比不变，C项正确；若起始温度提高至60 ℃，生成物C2H5Br为气态，能够从反应体系中逸出，导致反应不断向正反应方向进行，因此不能缩短反应达到平衡的时间，D项错误。
答案：D
3．解析：A项，2NO2(g)2NO(g)＋O2(g)
c(始)/(mol·L－1) 0.6 0 0
c(变)/(mol·L－1) 0.4 0.4 0.2
c(平)/(mol·L－1) 0.2 0.4 0.2
K＝＝＝0.8，平衡时气体的总物质的量为0.8 mol。容器Ⅱ中起始气体的总物质的量为1.0 mol，此时Qc＝＝K，平衡逆向移动，故容器Ⅱ中，<1，[另解：容器Ⅱ中投料量相当于0.7 mol NO2、0.1 mol NO，容器Ⅰ中投料量为0.6 mol NO2，容器Ⅱ相对于容器Ⅰ相当于多投入0.1 mol NO2，相当于加压，平衡逆向移动，多投入0.1 mol NO，平衡逆向移动，减小]，错误；C项，容器Ⅰ达到平衡状态时，NO的体积分数为50%，设容器Ⅲ中平衡时NO的体积分数也为50%，
2NO2(g)===2NO(g)＋O2(g)
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c(始)/(mol·L－1) 0 0.5 0.35
c(变)/(mol·L－1) x x 0.5x
c(平)/(mol·L－1) x 0.5－x 0.35－0.5x
则有＝0.5，x＝0.1，此时Qc＝4.8>K，平衡逆向移动，NO的体积分数小于50%，[另解：容器Ⅲ的投料量改为0.6 mol NO和0.3 mol O2，则建立与容器Ⅰ等效的平衡，现在投料量减少0.1 mol NO，增加0.05 mol O2，造成NO体积分数减小]，正确；D项，达到平衡时，v(正)＝v(逆)，有k正c2(NO2)＝k逆c2(NO)·c(O2)，有＝＝K，T1时＝K＝0.8，T2时＝K＝1，K值增大，说明平衡向正反应方向移动，正反应是吸热反应，说明温度升高，即T2>T1，正确。
答案：CD
4．解析：反应中的能量变化决定于反应物和生成物所具有的总能量的相对大小，由图可知，X→Y反应的ΔH＝E3－E2，X→Z反应的ΔH＝E1－E2<0，反应放热，A项错误，B项正确；由X生成Y的反应，即2X(g)3Y(g)，是气体物质的量增大的反应，降低压强、平衡正向移动，有利于提高Y的产率，C正确；X→Z的反应是放热反应，升高温度平衡逆向移动，不利于提高Z的产率，D错误。
答案：BC
5．解析：(1)氯气与硝酸银反应生成N2O5，氯气作氧化剂，还原产物为氯化银，又硝酸银中氮元素、银元素已经是最高化合价，则只能是氧元素化合价升高，所以气体氧化产物为O2。
(2)①将已知热化学方程式依次编号为a、b，根据盖斯定律，由×a－b得N2O5(g)===2NO2(g)＋O2(g) ΔH＝＝ kJ·mol－1＝＋53.1 kJ·mol－1。②t＝62 min时，体系中pO2＝2.9 kPa，根据三段式法得
2N2O5(g)===2N2O4(g)＋O2(g)
起始 35.8 kPa 0 0
转化 5.8 kPa 5.8 kPa 2.9 kPa
62 min 30.0 kPa 5.8 kPa 2.9 kPa
则62 min时pN2O5＝30.0 kPa，v＝2×10－3×30.0 kPa·min－1＝6.0×10－2 kPa·min－1。③刚性反应容器的体积不变，25 ℃ N2O5(g)完全分解时体系的总压强为63.1 kPa，升高温度，从两个方面分析：一方面是体积不变，升高温度，体系总压强增大；另一方面，2NO2N2O4的逆反应是吸热反应，升温，平衡向生成NO2的方向移动，体系物质的量增大，故体系总压强增大。④N2O5完全分解生成N2O4和O2，起始＝35.8 kPa，其完全分解时
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＝35.8 kPa，pO2＝17.9 kPa，设25 ℃平衡时N2O4转化了x，则
N2O4 2NO2
平衡 35.8 kPa－x 2x
35．8 kPa－x＋2x＋17.9 kPa＝63.1 kPa，解得x＝9.4 kPa。平衡时，＝26.4 kPa，＝18.8 kPa，K＝＝kPa＝13.4 kPa。
(3)快速平衡，说明第一步反应的正、逆反应速率都较大，则第一步反应的逆反应速率大于第二步反应的速率，A项正确；反应的中间产物除NO3外还有NO，B项错误；有效碰撞才能发生反应，第二步反应慢，说明部分碰撞有效，C项正确；第三步反应快，说明反应活化能较低，D项错误。
答案：(1)O2
(2)①＋53.1 ②30.0 6.0×10－2 ③大于 温度提高，体积不变，总压强增大；NO2二聚为放热反应，温度提高，平衡左移，体系物质的量增加，总压强增大 ④13.4
(3)AC
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