2020届高考化学二轮复习化学反应速率与化学平衡课件（250张）

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第 9 讲 　 化学反应速率与化学平衡 【 串真知体系建构 】 【 研核心思维激活 】 【 研习任务 1】 一定条件下 , 在体积为 10 L 的密闭容器 中充入 1 mol X 和 1 mol Y 发生反应 :2X(g)+Y(g) Z(g), 经 60 s 达到平衡 , 生成 Z 0.3 mol 。 (1) 计算以 X 浓度变化表示的反应速率。 提示 : 用 Z 浓度变化表示的反应速率为 v(Z)= =5×10 -4 mol·L -1 ·s -1 , 因为 v(X)∶v(Z)=2∶1, 故 v(X) =2v(Z)=1×10 -3 mol·L -1 ·s -1 。 (2) 保持容器体积不变 , 开始时再加入 1 mol X(g), 反应速率一定加快吗 ? 提示 : 一定加快。增大 X(g) 的物质的量且保持容器体积不变 ,c(X) 增大 , 反应速率加快。 (3) 若保持容器内气体压强不变 , 开始时向其中加入 1 mol N 2 (N 2 不参加反应 ), 反应达平衡所需时间是否仍为 60 s? 提示 : 大于 60 s 。保持容器内压强不变 , 加入 1 mol N 2 , 容器体积增大 ,X(g) 、 Y(g) 的浓度减小 , 反应速率减小 , 达平衡所需时间增长。 【 研习任务 2】 羰基硫 (COS) 可作为一种粮食熏蒸剂 , 能 防止某些昆虫、线虫和真菌的危害。在恒容密闭容器 中 , 将 CO 和 H 2 S 混合加热并达到下列平衡 : CO(g)+H 2 S(g) COS(g)+H 2 (g) 　 K =0.1 反应前 CO 物质的量为 10 mol, 平衡后 CO 物质的量为 8 mol 。 (1) 写出该反应化学平衡常数表达式。 提示 : K = (2) 计算反应前 H 2 S 的物质的量。 提示 : 设反应前 H 2 S 的物质的量为 x mol, 容器体积为 V L 。 　　　　 CO(g)+H 2 S(g) COS(g)+ H 2 (g) 起始 (mol) 10 x 0 0 变化 (mol) 2 2 2 2 平衡 (mol) 8 x-2 2 2 故反应前 H 2 S 的物质的量为 7 mol 。 (3) 其他条件不变 , 达平衡后若再向容器内充入 CO 、 H 2 各 2 mol, 试判断此时 v 正 、 v 逆 的相对大小。 提示 : 其他条件不变 , 充入 CO 、 H 2 各 2 mol, 则 Q c = =0.16> K =0.1, 平衡逆向移动 ,v 正 T 1 , 则 k 正 ∶ k 逆 <0.8 【 解析 】 选 C 。平衡时 , 正、逆反应速率相等 , 则有 k 正 c 2 (NO 2 )=k 逆 c 2 (NO)·c(O 2 ), 所以 K=c 2 (NO)c(O 2 )/ c 2 (NO 2 )=k 正 /k 逆 ;A 错误 ; 根据反应方程式和容器 Ⅰ 中 O 2 的平衡浓度可知 : 平衡时 ,c(NO)=0.4 mol·L -1 ,c(NO 2 ) =0.2 mol·L -1 , 则 T 1 温度下 , 该反应的平衡常数 K = 容器 Ⅱ 中浓度熵 Q c = 0.2 × 0.5 2 /0.3 2 =0.56<0.8, 反应正向移动 , 气体的总量大于 1 mol, 而容器 Ⅲ 中反应向左进行 , 气体的总量小于 0.85 mol, 所以达平衡时 , 容器 Ⅱ 与容器 Ⅲ 中的总压强之比大于 20 ∶ 17,B 错误 ; 针对于容器 Ⅰ 内反应可知 :NO 2 的转化率为 0.4/0.6=2/3, 假设容器 Ⅱ 中 NO 2 的转化率也为 2/3, 反应正向进行 : 　　　　　 2NO 2 (g) 2NO(g) 　 + 　 O 2 (g) 起始量 0.3 0.5 0.2 变化量 0.2 0.2 0.1 平衡量 0.1 0.7 0.3 平衡常数为 K =0.3 × 0.7 2 /0.1 2 =14.7>0.8, 所以容器 Ⅱ 中 NO 2 的转化率小于 2/3, 即容器 Ⅱ 中起始平衡正向移动 , 达平衡时 , 容器 Ⅱ 中 NO 2 的转化率比容器 Ⅰ 中的小 ,C 正确 ; 由于该反应正反应是吸热反应 , 温度 T 2 >T 1 , 所以 T 2 时平衡常数增大 , 则 k 正 ∶ k 逆 >0.8 。 2.(2019· 全国卷 Ⅰ 节选 ) 水煤气变换 [CO(g)+H 2 O(g) ====CO 2 (g)+H 2 (g)] 是重要的化工过程 , 主要用于合成 氨、制氢以及合成气加工等工业领域中。 Shoichi 研究 了 467 ℃ 、 489 ℃ 时水煤气变换中 CO 和 H 2 分压随时间 变化关系 ( 如下图所示 ), 催化剂为氧化铁 , 实验初始时 体系中的 和 p CO 相等、 相等。 世纪金榜导 学号 计算曲线 a 的反应在 30 ～ 90 min 内的平均速率 (a)= ________kPa·min -1 。已知 H 2 的物质的量分数介于 0.25 ～ 0.5,467 ℃ 时 和 p CO 随时间变化关系的曲线 分别是 ________ 、 _______ 。  489 ℃ 时 和 p CO 随时间变化关系的曲线分别是 ________ 、 ________ 。  【 解析 】 由图可知 ,30 ～ 90 min 内 a 曲线对应物质的分 压变化量 Δp=(4.08-3.80) kPa=0.28 kPa, 故曲线 a 的 反应在 30 ～ 90 min 内的平均速率 (a)= ≈ 0.0047 kPa·min -1 ;H 2 的物质的量分数介于 0.25 ～ 0.5, CO 的物质的量分数介于 0 ～ 0.25, 即 H 2 的分压始终高于 CO 的分压 , 据此可将图分成两部分 : 由此可知 ,a 、 b 表示的是 H 2 的分压 ,c 、 d 表示的是 CO 的 分压 , 该反应为放热反应 , 故升高温度 , 平衡逆向移 动 ,CO 分压增加 ,H 2 分压降低 , 故 467 ℃ 时 和 p CO 随时 间变化关系的曲线分别是 b 、 c;489 ℃ 时 和 p CO 随时 间变化关系的曲线分别是 a 、 d 。 答案 : 0.004 7 　 b 　 c 　 a 　 d 【 加固训练 】 　　 (2019· 大连模拟 ) 十九大报告指出 : 坚持全民共治、源头防治 , 持续实施大气污染防治行动 , 打赢蓝天保卫战 ! 以 NO x 为主要成分的雾霾的综合治理是当前重要的研究课题。 Ⅰ. 汽车尾气中的 NO(g) 和 CO(g) 在一定条件下可发生如 下反应 : 反应① 2NO(g)+2CO(g) N 2 (g)+2CO 2 (g) 　 Δ H 1 (1) 已知 : 反应② N 2 (g)+O 2 (g) 2NO(g) Δ H 2 =180.5 kJ·mol -1 CO 的燃烧热为 283.0 kJ·mol -1 , 则 Δ H 1 =________ 。  (2) 在密闭容器中充入 5 mol CO 和 4 mol NO, 发生上述反应① , 图 1 为平衡时 NO 的体积分数与温度、压强的关系。 ① 温度 :T 1 ________T 2 ( 填“ <” 或“ >”) 。  ②若在 D 点对反应容器升温的同时扩大体积使体系压强减小 , 重新达到的平衡状态可能是图中 A ～ G 点中的 ________ 点。  (3) 某研究小组探究催化剂对 CO 、 NO 转化的影响。将 NO 和 CO 以一定的流速通过两种不同的催化剂进行反应 , 相同时间内测量逸出气体中 NO 含量 , 从而确定尾气脱氮率 ( 脱氮率即 NO 的转化率 ), 结果如图 2 所示。若低于 200 ℃, 图 2 曲线中脱氮率随温度升高而变化不大的主要原因为 __________________________________;  a 点 ________( 填“是”或“不是” ) 对应温度下的平衡脱氮率 , 说明理由 ________________________ 。  Ⅱ.N 2 O 是一种强温室气体 , 且易形成颗粒性污染物 , 研 究 N 2 O 的分解对环境保护有重要意义。 (4) 碘蒸气存在能大幅度提高 N 2 O 的分解速率 , 反应历程 为 : 第一步 I 2 (g) 2I(g)( 快反应 ) 第二步 I(g)+N 2 O(g) N 2 (g)+IO(g)( 慢反应 ) 第三步 2IO(g)+2N 2 O(g) 2N 2 (g)+2O 2 (g)+I 2 (g)( 快 反应 ) 实验表明 , 含碘时 N 2 O 分解速率方程 v=k·c(N 2 O)· [c(I 2 )] 0.5 (k 为速率常数 ) 。 下列表述正确的是 ________ 。  A.N 2 O 分解反应中 :k 值与是否含碘蒸气无关 B. 第二步对总反应速率起决定作用 C. 第二步活化能比第三步小 D.IO 为反应的中间产物 【 解析 】 (1) 已知② N 2 (g)+O 2 (g) 2NO(g) 　 Δ H 2 = 180.5 kJ·mol -1 ,CO 的燃烧热为 283.0 kJ·mol -1 , 热化学反应方程式为③ 2CO(g)+O 2 (g)====2CO 2 (g) 　 Δ H =-566.0 kJ·mol -1 ,③-② 得① :2NO(g)+2CO(g) N 2 (g)+2CO 2 (g) 　 Δ H 1 =-746.5 kJ·mol -1 。 (2) 由 ① 2NO(g)+2CO(g) N 2 (g)+2CO 2 (g) 　 Δ H = -746.5 kJ·mol -1 , 升高温度 , 平衡逆向移动 , 所以 NO 的 体积分数会增大 , 即 T 1 >T 2 ; ② 若在 D 点对反应容器升温的同时扩大体积使体系压 强减小 , 则平衡会逆向移动 ,NO 的体积分数增加 , 重新 达到的平衡状态可能是图中 A 点。 (3) 低于 200 ℃ , 曲线 Ⅰ 脱氮率随温度升高而变化不大的主要原因为温度较低时 ( 低于 200 ℃ ), 催化剂的活性偏低 , 对化学反应速率的影响小。 a 点不是对应温度下的平衡脱氮率 , 理由是该反应的正反应为放热反应 , 降低温度平衡向正反应方向移动 , 根据曲线 Ⅱ 可知 ,a 点对应温度下的平衡转化率应高于 450 ℃ 时 ,a 点对应温度的平衡脱氮率应该更高。 (4)A. 碘蒸气存在能大幅度提高 N 2 O 的分解速率 , 根据题中信息 k 为有碘蒸气存在时的 N 2 O 分解速率的速率常数 , 若没有碘存在 ,k 就没有意义了 , 因此 k 的取值与碘蒸气有关 , 故 A 错误 ;B. 第二步反应慢 , 所以对总反应速率起决定作用 , 故 B 正确 ;C. 第二步反应比第三步反应慢 , 说明第二步活化能大 , 故 C 错误 ;D. 从总反应 2N 2 O(g)==== 2N 2 (g)+O 2 (g) 来看 IO 在反应前没有、反应后也没有 , 故其为反应的中间产物 , 故 D 正确。 答案 : (1)-746.5 kJ·mol -1 　 (2)①> 　② A 　 (3) 温度较低时 , 催化剂的活性偏低　不是　该反应为放热反应 , 根据曲线 Ⅱ 可知 ,a 点对应温度的平衡脱氮率应该更高　 (4)BD 热点二　化学平衡及其影响因素 【 研典例探究升华 】 角度一 : 化学平衡状态的判断 【 典例 3】 (2019· 肇庆模拟 ) 节能减排措施是我国“十一五”期间提出的政策措施。 (1) 煤的燃烧 , 会产生大量有害气体。将煤转化为水煤 气 , 可有效降低排放。 C(s)+O 2 (g) ==== CO 2 (g) 　 Δ H =-393.5 kJ·mol -1 H 2 (g)+ O 2 (g)====H 2 O(g) 　 Δ H =-242.0 kJ·mol -1 CO(g)+ O 2 (g) ==== CO 2 (g) 　 Δ H =-283.0 kJ·mol -1 根据以上数据 , 写出 C(s) 与水蒸气反应生成 CO 和 H 2 的热 化学方程式 ____________________ 。  (2) 汽车尾气的排放是大气污染物的重要来源 , 其中含 有 NO 气体。根据资料显示用活性炭还原法可以处理氮 氧化物 , 某研究小组向固定容积的密闭容器中加入一定 量的活性炭和 NO 发生反应 C(s)+2NO(g) CO 2 (g)+ N 2 (g) 　 Δ H =-574 kJ·mol -1 , 并在温度 T 时将所测反 应数据制成下表 : ①0 到 10 min 内 ,NO 的平均反应速率 v(NO)=_____mol· L -1 ·min -1 。 ②下列数据不再变化可表示该反应达到平衡的是 ________ 。  a. 容器内压强　 b. 混合气体的平均摩尔质量 c. 混合气体的密度 ③ 若容器改为可变容积容器反应达到平衡后改变某一条件 , 一段时间后 , 反应再次达到原平衡 , 请写出可能改变的条件是 __________( 任写一种 ) 。  (3) 在某温度 T 时能同时发生反应 : 2N 2 O 5 (g) 2N 2 O 4 (g)+O 2 (g) 　 K 1 N 2 O 4 (g) 2NO 2 (g) 　 K 2 若向一体积固定为 2 L 的密闭容器内加入 N 2 O 5 2 mol, 一段时间后 , 容器内的反应达到平衡 , 此时 n(NO 2 )= 0.4 mol, 已知 K 2 =0.1, 请计算出 K 1 =________ 。  【 解析 】 (1)①C(s)+O 2 (g) ==== CO 2 (g) Δ H =-393.5 kJ · mol -1 ②H 2 (g)+ O 2 (g)====H 2 O(g) 　 Δ H =-242.0 kJ · mol -1 ③CO(g)+ O 2 (g) ==== CO 2 (g) 　 Δ H =-283.0 kJ · mol -1 根据盖斯定律① -②-③ 得 C(s)+H 2 O(g) ==== CO (g)+ H 2 (g) 　 Δ H =131.5 kJ · mol -1 ; (2) ① 0 到 10 min 内 ,NO 的平均反应速率 v(NO)= ② 反应 C(s)+2NO(g) CO 2 (g)+N 2 (g) 是个气体体积不 变的反应 , 容器内压强始终保持不变 ,a 错误 ; 根据 M= 混合气体的质量增大 ,n 不变 , 平均摩尔质量增 大 , 混合气体平均摩尔质量不变时达到平衡 ,b 正确 ; 根 据 ρ = 混合气体的质量增大 , 体积不变 , 混合气体 的密度增大 , 混合气体的密度不变时达到平衡 ,c 正确 ; ③ 若容器改为可变容积容器反应达到平衡后改变某一条件 , 一段时间后 , 反应再次达到原平衡 , 因为反应是个气体体积不变的反应 , 故压强对其平衡无影响 , 故可以是增加 NO 浓度 ; (3) 一体积固定为 2 L 的密闭容器 , 容器内的反应达到平 衡 , 此时 n(NO 2 )=0.4 mol,c(NO 2 )=0.2 mol·L -1 , 已知 K 2 =0.1, 则容器中有 =0.1, 可得 c(N 2 O 4 )= 0.4 mol·L -1 , 根据反应 N 2 O 4 (g) 2NO 2 (g) 得到 0.2 mol·L -1 的 NO 2 则消耗 N 2 O 4 0.1 mol·L -1 , 则由反应 2N 2 O 5 (g) 2N 2 O 4 (g)+O 2 (g) 生成的 N 2 O 4 有 0.5 mol· L -1 , 则生成的 c(O 2 )= c(N 2 O 4 )=0.25 mol·L -1 , 消耗的 c(N 2 O 5 )=0.5 mol·L -1 , 平衡时 c(N 2 O 5 )=1 mol·L -1 - 0.5 mol·L -1 =0.5 mol·L -1 , 故 K 1 = =0.16 。 答案 : (1)C(s)+H 2 O(g)====CO(g)+H 2 (g) Δ H =131.5 kJ·mol -1 (2) ① 0.048 　 ② bc 　 ③ 增加 NO 浓度 ( 合理即可 ) (3)0.16 角度二 : 化学平衡移动方向的判断 【 典例 4】 (2017· 全国卷 Ⅱ) 丁烯是一种重要的化工原料 , 可由丁烷催化脱氢制备。回答下列问题 : (1) 正丁烷 (C 4 H 10 ) 脱氢制 1- 丁烯 (C 4 H 8 ) 的热化学方程式如下 : ①C 4 H 10 (g)====C 4 H 8 (g)+H 2 (g) 　　　　　　 Δ H 1 已知 :②C 4 H 10 (g)+ O 2 (g)====C 4 H 8 (g)+H 2 O(g) 　　　　　　 Δ H 2 =-119 kJ·mol -1 ③H 2 (g)+ O 2 (g)====H 2 O(g) Δ H 3 =-242 kJ·mol -1 反应①的 Δ H 1 为 ________kJ·mol -1 。图 (a) 是反应①平衡转化率与反应温度及压强的关系图 ,x________ 0.1( 填“大于”或“小于” ); 欲使丁烯的平衡产率提高 , 应采取的措施是 ______( 填标号 ) 。  A. 升高温度　 B. 降低温度　 C. 增大压强　 D. 降低压强 (2) 丁烷和氢气的混合气体以一定流速通过填充有催化剂的反应器 ( 氢气的作用是活化催化剂 ), 出口气中含有丁烯、丁烷、氢气等。图 (b) 为丁烯产率与进料气中 n( 氢气 )/n( 丁烷 ) 的关系。图中曲线呈现先升高后降低的变化趋势 , 其降低的原因是 ________________ _____________________ 。  (3) 图 (c) 为反应产率和反应温度的关系曲线 , 副产物主要是高温裂解生成的短碳链烃类化合物。丁烯产率在 590 ℃ 之前随温度升高而增大的原因可能是 ____________________ 、 ____________________; 590 ℃ 之后 , 丁烯产率快速降低的主要原因可能是 ______________________________________ 。  【 解析 】 (1) 由已知方程式 , 得① =②-③ , 根据盖斯定 律则 Δ H 1 =Δ H 2 -Δ H 3 =-119 kJ·mol -1 -(-242 kJ· mol -1 )=+123 kJ·mol -1 。反应①的正反应是一个体积 增大的反应 , 在相同温度下 , 减小压强 , 平衡向正反应方 向移动 , 图 (a) 中 , 温度相同时 , 压强为 x MPa 的转化率大 于压强为 0.1 MPa 的转化率 , 所以 x<0.1; 除减小压强外 , 因正反应为吸热反应 , 升高温度平衡向正反应方向移动 , 也能使丁烯的平衡产率提高。 (2) H 2 是反应①的生成 物 , 随着 n( 氢气 )/n( 丁烷 ) 增大 ,H 2 的物质的量浓度增 大 , 逆反应速率增大 , 从而导致平衡向逆反应方向移动 , 使丁烯产率下降。 (3)590 ℃ 之前 , 温度升高时反应速 率加快 , 生成的丁烯会更多 , 同时由于反应①是吸热反 应 , 升高温度平衡正向移动 , 平衡体系中会含有更多的丁烯。而温度超过 590 ℃ 时 , 由于丁烷高温会裂解生成短链烃类 , 所以参加反应①的丁烷也就相应减少。 答案 : (1)+123 　小于　 A 、 D 　 (2) 氢气是产物之一 , 随着 n( 氢气 )/n( 丁烷 ) 增大 , 逆反应速率增大　 (3) 升高温度有利于反应向吸热方向进行　温度升高反应速率加快　丁烷高温裂解生成短链烃类 【 名师支招 】 化学平衡移动方向判断的思维过程 【 精整合技法指导 】 1. 化学平衡状态的判断 (1) 两方法 —— 逆向相等、变量不变 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减少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 , 当不变时为平衡状态 ; 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)“ 三关注” ①关注反应条件 , 是恒温恒容 , 恒温恒压还是绝热容器 ; ② 关注反应特点 , 是等体积反应 , 还是非等体积反应 ; ③ 关注特殊情况 , 是否有固体参加或生成 , 或固体的分解反应。 2. 化学平衡移动的判断方法 (1) 依据勒夏特列原理判断 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。 ①若外界条件改变 , 引起 v 正 >v 逆 , 则化学平衡向正反应方向 ( 或向右 ) 移动 ; ② 若外界条件改变 , 引起 v 正 K , 平衡逆向移动 ; ② 若 Q = K , 平衡不移动 ; ③ 若 Q < K , 平衡正向移动。 3. 不能用勒夏特列原理解释的问题 (1) 若外界条件改变后 , 无论平衡向正反应方向移动还 是向逆反应方向移动都无法减弱外界条件的变化 , 则平 衡不移动。如对于 H 2 (g)+Br 2 (g) 2HBr(g), 由于反 应前后气体的分子总数不变 , 外界压强增大或减小时 , 平衡无论正向移动还是逆向移动都不能减弱压强的改 变。所以对于该反应 , 压强改变 , 平衡不发生移动。 (2) 催化剂能同等程度地改变正、逆反应速率 , 所以催化剂不会影响化学平衡。 【 练类题巩固拓展 】 1.(2019· 全国卷 Ⅱ 节选 ) 环戊二烯 ( ) 是重要的有 机化工原料 , 广泛用于农药、橡胶、塑料等生产。回答 下列问题 : 世纪金榜导学号 (1) 某温度下 , 等物质的量的碘和环戊烯 ( ) 在刚 性容器内发生反应 (g)+I 2 (g) (g)+2HI(g) Δ H =+89.3 kJ·mol -1 , 起始总压为 10 5 Pa, 平衡时总压 增加了 20%, 环戊烯的转化率为 ________, 该反应的平衡 常数 K p =________Pa 。达到平衡后 , 欲增加环戊烯的平 衡转化率 , 可采取的措施有 ________( 填标号 ) 。  A. 通入惰性气体　　　　　 B. 提高温度 C. 增加环戊烯浓度 D. 增加碘浓度 (2) 环戊二烯容易发生聚合生成二聚体 , 该反应为可逆反应。不同温度下 , 溶液中环戊二烯浓度与反应时间的关系如图所示 , 下列说法正确的是 ________( 填标号 ) 。  A.T 1 >T 2 B.a 点的反应速率小于 c 点的反应速率 C.a 点的正反应速率大于 b 点的逆反应速率 D.b 点时二聚体的浓度为 0.45 mol·L -1 【 解析 】 (1) 设起始加入反应物的物质的量都为 1 mol, 　　　　　 (g)+ I 2 (g) (g)+2HI(g) 起始 (mol) 　 1 　 1 　 0 　 0 转化 (mol) 　 x 　 x 　 x 　 2x 平衡 (mol) 　 1-x 　 1-x 　 x 　 2x 反应后气体的总物质的量为 2+x, 平衡由压强之比等于 气体物质的量之比知 : =1.2,x=0.4, 环戊烯的转 化率为 × 100%=40%; 反应后的气体的总压强为 1.2 × 10 5 Pa, 、 I 2 、 、 HI 的分压分别为 × 1.2 × 10 5 Pa=0.3 × 10 5 Pa 、 × 1.2 × 10 5 Pa= 0.3 × 10 5 Pa 、 × 1.2 × 10 5 Pa=0.2 × 10 5 Pa 、 × 1.2 × 10 5 Pa=0.4 × 10 5 Pa, K p = Pa ≈3.56 × 10 4 Pa; 达到平衡后 , 通入惰性气体对平衡没 有影响 , 环戊烯的平衡转化率不变 ,A 错误 ; 反应是吸热 反应 , 提高温度平衡向正反应方向移动 , 环戊烯的平衡 转化率增大 ,B 正确 ; 增加环戊烯浓度 , 环戊烯的平衡转 化率减小 ,C 错误 ; 增加碘浓度平衡向正反应方向移动 , 环戊烯的平衡转化率增大 ,D 正确。 (2) 由图知虚线对应的速率快 , 对应温度高 , 则 T 2 >T 1 ,A 错误 ; 由 T 2 (c 点 )>T 1 (a 点 ), 但环戊二烯的浓度 a 点大于 c 点 , 则 a 点、 c 点的速率大小无法确定 ,B 错误 ;a 点、 b 点的温度相同 , 环戊二烯的浓度 a 点大于 b 点 , 则 a 点的正反应速率大于 b 点的正反应速率 ,b 点没有达到平衡状态 , 则 b 点的正反应速率大于 b 点的逆反应速率 ,C 正确 ;b 点时环戊二烯的浓度减少 0.9 mol·L -1 , 则 b 点时二聚体的浓度为 0.45 mol·L -1 ,D 正确。 答案 : (1)40% 　 3.56×10 4 　 BD 　 (2)CD 2. 在一定温度下 , 向 2 L 固定容积的密闭容器中通入 2 mol CO 2 、 3 mol H 2 , 发生反应 CO 2 (g)+3H 2 (g) CH 3 OH(g)+H 2 O(g) 　 Δ H <0 。回答下列问题 : (1) 能说明该反应已达平衡状态的是 ________( 填标号 , 下同 ) 。  A.CO 2 的体积分数保持不变 B. 体系中 n(CO 2 )/n(H 2 ) 的值保持不变 C. 混合气体的密度保持不变 D. 单位时间内有 n mol H—H 键断裂 , 同时有 n mol O—H 键生成 (2) 下列措施能使 n(CH 3 OH)/n(CO 2 ) 的值增大的是 ______ 。  A. 升高温度 B. 恒温恒容下 , 充入 He C. 使用高效催化剂 D. 恒温恒容下 , 再充入 2 mol CO 2 、 3 mol H 2 (3) 反应 10 min 时体系达到平衡状态 , 此时 CO 2 的转化率为 25%, 该反应的反应速率 v(H 2 )=________, 反应的平衡常数 K=________( 保留三位有效数字 ); 若使 K 的值变为 1, 则应采取的措施是 ________ 。  A. 增大压强 B. 恒压下加入一定量 H 2 C. 降低温度 D. 升高温度 【 解析 】 (1) 各物质的物质的量分数或体积分数保持不变 , 说明反应达到平衡状态 ; 该反应的投料比不等于其化学计量数之比 , 当反应物的物质的量之比保持不变时 , 说明反应达到平衡状态 ; 反应中物质的总质量和体积恒定不变 , 不管反应是否达到平衡 , 混合气体的密度都不变 , 无法说明反应是否达到平衡状态 ;H—H 键的断裂和 O—H 键的生成都表示正反应方向 , 无法说明反应是否达到平衡状态。 (2) 反应正向移动时 ,n(CH 3 OH)/n(CO 2 ) 的值增大。升高温度 , 平衡逆向移动 ; 恒温恒容下 , 充入 He, 平衡不移动 ; 催化剂不影响化学平衡的移动 ;D 项条件可等效为增大压强 , 平衡正向移动。 (3) 达到平衡时 CO 2 的转化率为 25%, 即 CO 2 反应了 2 mol × 25%=0.5 mol, 则 　　　 CO 2 (g)+ 3H 2 (g) CH 3 OH(g)+ H 2 O(g) 初始 2 mol 3 mol 0 0 转化 0.5 mol 1.5 mol 0.5 mol 0.5 mol 平衡 1.5 mol 1.5 mol 0.5 mol 0.5 mol 平衡时 c(CO 2 )=c(H 2 )=0.75 mol·L -1 ,c(CH 3 OH)= c(H 2 O)=0.25 mol·L -1 , v(H 2 )= =0.075 mol·L -1 ·min -1 , 平衡常数 K = ≈ 0.198 。 K 只与温度有关 , 若使 K 的值变为 1, 则应改变 温度使平衡正向移动 , 应采取的措施是降低温度。 答案 : (1)AB 　 (2)D 　 (3)0.075 mol·L -1 ·min -1 　 0.198 　 C 【 加固训练 】 　　 (2017· 全国卷 Ⅲ) 砷 (As) 是第四周期 ⅤA 族元素 , 可以形成 As 2 S 3 、 As 2 O 5 、 H 3 AsO 3 、 H 3 AsO 4 等化合物 , 有着广泛的用途。回答下列问题 : (1) 画出砷的原子结构示意图 ________________ 。  (2) 工业上常将含砷废渣 ( 主要成分为 As 2 S 3 ) 制成浆状 , 通入 O 2 氧化 , 生成 H 3 AsO 4 和单质硫。写出发生反应的化学方程式 ________________________ 。该反应需要在加压下进行 , 原因是 _____________ 。  (3) 已知 :As(s)+ H 2 (g)+2O 2 (g)====H 3 AsO 4 (s) 　 Δ H 1 H 2 (g)+ O 2 (g)====H 2 O(l) 　　　　 　　 Δ H 2 2As(s)+ O 2 (g)====As 2 O 5 (s) 　　　 　　 Δ H 3 则反应 As 2 O 5 (s)+3H 2 O(l)====2H 3 AsO 4 (s) 的 Δ H = ________ 。  (4)298 K 时 , 将 20 mL 3x mol·L -1 Na 3 AsO 3 、 20 mL 3x mol·L -1 I 2 和 20 mL NaOH 溶液混合 , 发生反应 : (aq)+I 2 (aq)+2OH - (aq) (aq)+2I - (aq) + H 2 O(l) 。溶液中 c( ) 与反应时间 (t) 的关系如 图所示。 ① 下列可判断反应达到平衡的是 ________( 填标号 ) 。  a. 溶液的 pH 不再变化 b.v(I - )=2v( ) c. c( )/c ( ) 不再变化 d. c(I - )=y mol·L -1 ②t m 时 ,v 正 ________ v 逆 ( 填“大于”“小于”或“等于” ) 。  ③ t m 时 v 逆 ________t n 时 v 逆 ( 填“大于”“小于”或“等于” ), 理由是 _____________________________ ___________________ 。  ④若平衡时溶液的 pH=14, 则该反应的平衡常数 K 为 ________________ 。  【 解析 】 (1)As 最外层电子数为 5, 原子结构示意图 为 。 (2)As 2 S 3 与 O 2 发生氧化还原反应生成 H 3 AsO 4 和 S,As 和 S 均被氧化 ,1 mol As 2 S 3 被氧化转移电 子数为 10 mol, 根据转移电子数守恒可知 , 化学方程式 为 2As 2 S 3 +5O 2 +6H 2 O====4H 3 AsO 4 +6S; 加压能加快化学反 应速率 , 并能够促使平衡正向移动 , 能够有效提高 As 2 S 3 的转化率。 (3) 将题干反应分别标为①、②、③ , 目标 反应式 As 2 O 5 (s) +3H 2 O(l)====2H 3 AsO 4 (s) 可由反应① ×2- 反应② ×3-③ 得到 , 则 Δ H =2Δ H 1 -3Δ H 2 -Δ H 3 。 (4)①pH 不再变化 , 则 c(OH - ) 不变 , 反应处于化学平衡状 态 , 故 a 正确 ; 根据各物质的反应速率之比等于方程式的 化学计量数之比 ,v(I - )=2v( ) 始终成立 , 不能作为 平衡状态的判断依据 , 故 b 错误 ; 达到平衡时各物质的浓 度保持不变 , 即 c( )/c( ) 不再变化 , 反应处于 平衡状态 , 故 c 正确 ; 达到平衡时 c( )=y mol·L -1 , c(I - )=2y mol·L -1 , 故 d 错误。② t m 时平衡向正反应方 向移动 ,v 正 >v 逆 ;③ 由图可知 , t m 时 浓度比 t n 时小 , 所以 t m 时的逆反应速率小于 t n 时的逆反应速率 ;④ 溶液 混合后 Na 3 AsO 3 的浓度为 =x mol· L -1 ,c(I 2 )=x mol·L -1 , 平衡时 pH=14,c(OH - )=1 mol·L -1 , 平衡常数 K = 答案 : (1) (2)2As 2 S 3 +5O 2 +6H 2 O====4H 3 AsO 4 +6S 　增加反应物 O 2 的 浓度 , 提高 As 2 S 3 的转化率 (3)2 Δ H 1 -3 Δ H 2 - Δ H 3 (4) ① ac 　 ② 大于　 ③ 小于 t m 时生成物浓度较低　 ④ 热点三　化学平衡计算及化学平衡图象 【 研典例探究升华 】 角度一 : 化学平衡常数和转化率的计算 【 典例 5】 (2019· 武汉模拟 ) 回收利用硫和氮的氧化物是环境保护的重要举措。 (1) 已知 :2NO(g)+O 2 (g) 2NO 2 (g), 正反应的活化能 为 c kJ·mol -1 。该反应历程为 : 第一步 :2NO(g) N 2 O 2 (g) 　 Δ H 1 =-a kJ·mol -1 　 ( 快 反应 ) 第二步 :N 2 O 2 (g)+O 2 (g) 2NO 2 (g) 　 Δ H 2 =-b kJ· mol -1 　 ( 慢反应 ) ① 下列对上述反应过程表述正确的是 ________( 填标号 ) 。  A. 第一步正反应活化能大于第二步正反应活化能 B. 该化学反应的速率主要由第二步决定 C.N 2 O 2 为该反应的中间产物 D. 在一定条件下 N 2 O 2 的浓度为 0 时反应达到平衡 ② 该反应逆反应的活化能为 ________ 。  (2) 通过下列反应可从燃煤烟气中回收硫。 2CO(g)+ SO 2 (g) 2CO 2 (g)+S(l) 　 Δ H <0 在模拟回收硫的实验中 , 向某恒容密闭容器通入 2.8 mol CO 和 1 mol SO 2 , 反应在不同条件下进行 , 反应 体系总压强随时间的变化如图所示 : 催化剂 ① 与实验 a 相比 , 实验 c 改变的实验条件可能是 _____ ________________ 。  ②实验 b 中的平衡转化率 α(SO 2 )=________ 。  (3) 用 NH 3 消除 NO 污染的反应原理为 4NH 3 +6NO 5N 2 + 6H 2 O 。不同温度条件下 ,NH 3 与 NO 的物质的量之比分 别为 3∶1 、 2∶1 、 1∶1 时 , 得到 NO 脱除率曲线如图所 示 : ① 曲线 c 对应 NH 3 与 NO 的物质的量之比是 ________ 。  ②曲线 a 中 NO 的起始浓度为 4×10 -4 mg·m -3 , 从 A 点到 B 点经过 0.8 s, 该时间段内 NO 的脱除速率为 ______mg ·m -3 ·s -1 。  【 解析 】 (1) ①A. 活化能越大 , 活化分子百分数越低 , 反应越慢 , 所以第一步正反应活化能小于第二步正反应活化能 , 故 A 错误 ;B. 化学反应的速率由慢反应决定 , 所以该化学反应的速率主要由第二步决定 , 故 B 正确 ; C. 总反应中没有 N 2 O 2 ,N 2 O 2 为该反应的中间产物 , 故 C 正确 ; D. 在化学平衡状态 , 正反应速率等于逆反应速率 ( 不等于 0), 可逆反应的体系中各组分的浓度都不为 0, 故 D 错误。 ②Ⅰ 、 2NO(g) N 2 O 2 (g) 　 Δ H 1 =-a kJ·mol -1 Ⅱ 、 N 2 O 2 (g)+O 2 (g) 2NO 2 (g) 　 Δ H 2 =-b kJ·mol -1 根据盖斯定律 Ⅰ + Ⅱ 得 2NO(g)+O 2 (g) 2NO 2 (g) 　 Δ H =-a kJ·mol -1 -b kJ·mol -1 =-(a+b) kJ·mol -1 , 正 反应活化能 - 逆反应活化能 = 焓变 , 即 c kJ·mol -1 - 逆反 应活化能 =-(a+b) kJ·mol -1 , 逆反应活化能 =(a+b+ c)kJ·mol -1 ; (2) ① 与实验 a 相比 , 实验 c 反应速率快且达到平衡体系 总压强大 , 即平衡 a 变为 c, 反应逆向进行 , 所以改变的条 件可能是升高温度 ; ② 　　　 2CO(g) 　 + 　 SO 2 (g) 2CO 2 (g)+S(l) 开始 2.8 mol 1 mol 0 转化 2x x 2x 平衡 2.8 mol-2x 1 mol-x 2x 催化剂 同温、同体积下 , 压强与物质的量成正比 , 所以 x=0.95 mol α (SO 2 )= =95% (3) ① 相同条件下 , 增大氨气的浓度 , 平衡正向移动 ,NO 转化率增大 , 曲线 c 对应 NO 转化率最低 ,NH 3 与 NO 的物 质的量之比是 1 ∶ 1; ② 根据图示 ,v= =1 × 10 -4 mg·m -3 ·s -1 。 答案 : (1) ① BC 　 ② (a+b+c)kJ·mol -1 　 (2) ① 升高温度 ( 合理即可 ) 　 ② 95% 　 (3) ① 1 ∶ 1 　 ② 1 × 10 -4 【 名师支招 】 化学平衡计算的一般方法 ——“ 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 (mol) 分别为 a 、 b, 达到平衡后 ,A 的消耗量为 mx, 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 建立等式求解 : (1) K = (2)c(A) 平 = mol·L -1 (3) α (A) 平 = ×100% 　 α (A)∶ α (B)= (4) φ (A)= (5) (6) 角度二 : 化学反应速率和化学平衡图象分析 【 典例 6】 丙烯腈 (CH 2 ＝ 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 (CH 2 ＝ CHCHO) 和乙腈 (CH 3 CN) 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 (C 3 H 3 N) 和副产物丙烯醛 (C 3 H 4 O) 的热化学方程式如 下 : ①C 3 H 6 (g)+NH 3 (g)+ O 2 (g)====C 3 H 3 N(g)+3H 2 O(g) 　 Δ H =-515 kJ·mol -1 ②C 3 H 6 (g)+O 2 (g)====C 3 H 4 O(g)+H 2 O(g) Δ H =-353 kJ·mol -1 两个反应在热力学上趋势均很大 , 其原因是 _______ ____________________;  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 ____________________ 。  进料氨、空气、丙烯的理论体积比约为 __________ 。  【 解析 】 (1) 因为两个反应均为放热量大的反应 , 所以热力学趋势大 ; 反应①为气体体积增大的放热反应 , 所以降低温度、降低压强有利于反应正向进行 , 从而提高丙烯腈的平衡产率 ; 提高丙烯腈反应选择性的关键因素是使用合适的催化剂。 (2) 因为该反应为放热反应 , 平衡产率应随温度升高而降低 , 反应刚开始进行 , 尚未达到平衡状态 ,460 ℃ 以前是建立平衡的过程 , 所以低于 460 ℃ 时 , 丙烯腈的产率不是对应温度下的平衡产率 ; 高于 460 ℃ 时 , 丙烯腈产率降低。催化剂在一定温度范围内活性较高 , 若温度过高 , 活性降低 ,A 正确 ; 平衡常数的大小不影响产率 ,B 错误 ; 根据题意 , 副产物有丙烯醛 , 副反应增多导致产率下降 ,C 正确 ; 反应活化能的大小不影响平衡 ,D 错误。 (3) 根据图象可知 , 当 n( 氨 )/n( 丙烯 ) 约为 1.0 时 , 该比例 下丙烯腈产率最高 , 而副产物丙烯醛产率最低 ; 根据化 学反应 C 3 H 6 (g)+NH 3 (g)+ O 2 (g)====C 3 H 3 N(g)+3H 2 O(g), 氨、氧气、丙烯按 2 ∶ 3 ∶ 2 的体积比加入反应达到最佳 状态 , 而空气中氧气约占 20%, 所以进料气氨、空气、丙 烯的理论体积约为 2 ∶ 15 ∶ 2, 即 1 ∶ 7.5 ∶ 1 。 答案 : (1) 两个反应均为放热量大的反应　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　 A 、 C (3)1.0 　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 【 题型建模 】 三步解答化学平衡图象题 【 精整合技法指导 】 1. 有关化学平衡常数的计算 (1) 一个模式 ——“ 三段式” 如 mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g), 令 A 、 B 起始物质的量 浓度分别为 a mol·L -1 、 b mol·L -1 , 达到平衡后消耗 A 的物质的量浓度为 mx mol·L -1 。 　　　　　　 mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g) c 始 /mol·L -1 a b 0 0 c 转 /mol·L -1 mx nx px qx c 平 /mol·L -1 a-mx b-nx px qx K = (2) 明确三个量的关系 ①三个量 : 即起始量、变化量、平衡量。 ②关系 a. 对于同一反应物 , 起始量 - 变化量 = 平衡量。 b. 对于同一生成物 , 起始量 + 变化量 = 平衡量。 c. 各转化量之比等于各反应物的化学计量数之比。 (3) 掌握四个公式 ①反应物的转化率 = ② 生成物的产率 : 实际产量 ( 指生成物 ) 占理论产量的 百分数。一般来讲 , 转化率越大 , 原料利用率越高 , 产率 越大。 产率 = ×100% 。 ③ 平衡时混合物组分的百分含量 = ×100% 。 ④某组分的体积分数 = ×100% 。 2. 化学反应速率与化学平衡图象分析方法 分析图象时 , 一看面 ( 即看清横坐标和纵坐标所代表的含义 ); 二看线 ( 即看线的走向和变化趋势 ); 三看点 ( 即看线是否通过原点 , 两条线的交点或线的拐点 ); 四看有没有作辅助线 ( 如等温线、等压线 ); 五看定量图象中有关数据。在分析时要联系可逆反应的特点 , 即外界因素对化学反应速率和化学平衡的影响规律以及化学平衡常数、转化率等计算公式。 (1) 化学反应速率图象 [ 反应 mA(g)+nB(g) pC(g) +qD(g),Δ H >0] 反应速率 - 时间 (v-t) 图象中 , 在平衡后的某时刻 t 1 改 变某一条件后 ,v( 正 ) 与 v( 逆 ) 的变化有两种情况 : ①v( 正 ) 、 v( 逆 ) 同时突变 ②v( 正 ) 、 v( 逆 ) 之一渐变 (2) 化学平衡图象 [ 反应 mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g), m+n>p+q,Δ H >0] ① 速率 - 时间图象 : t 1 时增大反应物的浓度 , 正反应速率瞬间增大 , 然后逐渐减小 , 而逆反应速率从 t 1 开始逐渐增大 ;t 2 时升高温度 , 对任何反应 , 升高温度 , 正反应和逆反应速率均增大 ;t 3 时减小压强 , 容器容积增大 , 浓度变小 , 正反应速率和逆反应速率均减小 ;t 4 时加催化剂 , 正反应速率和逆反应速率均增大且相等。 ② 转化率 ( 或含量 )- 时间图象 : 图甲表示压强对反应物转化率的影响 , 对于反应后气体分子数减小的反应 , 压强越大 , 反应物的转化率越大 ; 图乙表示温度对反应物转化率的影响 , 对于吸热反应 , 温度越高 , 反应物的转化率越大 ; 图丙表示催化剂对反应物转化率的影响 , 催化剂只能改变化学反应速率 , 不能改变反应物的转化率。 ③ 恒压 ( 温 ) 线 : 分析时可沿横轴作一条平行于纵轴的虚线 , 即为等压线或等温线 , 然后分析另一条件变化对该反应的影响。 【 练类题巩固拓展 】 1.(2019· 海淀区模拟 ) 三氯氢硅 (SiHCl 3 ) 是光伏产业 的一种关键化学原料 , 制备反应的方程式为 Si(s)+ 3HCl(g) SiHCl 3 (g)+H 2 (g), 同时还有其他副反应 发生。当反应体系的压强为 0.05 MPa 时 , 分别改变进料 比 [n(HCl)∶n(Si)] 和反应温度 , 二者对 SiHCl 3 产率影 响如图所示。下列说法正确的是 ( 　　 ) A. 降低压强有利于提高 SiHCl 3 的产率 B. 制备 SiHCl 3 的反应为放热反应 C. 温度为 450 K, 平衡常数 : K (x)> K (y)> K (z) D. 增加 HCl 的用量 ,SiHCl 3 的产率一定会增加 【 解析 】 选 B 。降低压强平衡向气体体积减小的方向移动 , 即逆向移动 , 不利于提高 SiHCl 3 的产率 ,A 错误 ; 由题图可知温度越高 SiHCl 3 产率越小 , 所以逆反应是吸热反应 , 正反应是放热反应 ,B 正确 ; 平衡常数是温度的函数 , 温度为 450 K, 平衡常数 : K (x)= K (y)= K (z),C 错误 ; 由题图可知增加 HCl 的用量 ,SiHCl 3 的产率可能增加也可能减小 , 所以增加 HCl 的用量 ,SiHCl 3 的产率不一定会增加 ,D 错误。 2.(2019· 江苏高考改编 ) 在恒压、 NO 和 O 2 的起始浓度一定的条件下 , 催化反应相同时间 , 测得不同温度下 NO 转化为 NO 2 的转化率如图中实线所示 ( 图中虚线表示相同条件下 NO 的平衡转化率随温度的变化 ) 。下列说法错误的是 ( 　　 ) 世纪金榜导学号 A. 反应 2NO(g)+O 2 (g)====2NO 2 (g) 的 Δ H <0 B. 图中 X 点所示条件下 , 延长反应时间能提高 NO 转化率 C. 图中 Y 点所示条件下 , 增加 O 2 的浓度不能提高 NO 转化率 D. 380 ℃ 下 ,c 起始 (O 2 )=5.0×10 -4 mol·L -1 ,NO 平衡转化率为 50%, 则平衡常数 K >2 000 【 解析 】 选 C 。 A 项 , 实线表示不同温度下相同时间内 NO 的转化率 , 虚线表示相同条件下随温度变化的 NO 的平衡 转化率 , 随着温度升高 , 由虚线知 ,NO 的平衡转化率减小 , 即温度升高 ,2NO + O 2 ====2NO 2 的平衡逆向移动 , 说明 该反应为放热反应 ,Δ H <0, 正确 ;B 项 , 与 X 点相同温度 下 ,NO 的转化率没有达到最大 , 所以反应没有达到平衡 , 如果延长时间 , 使反应达到平衡 , 则可以提高 NO 的转化率 , 正确 ;C 项 ,Y 点处 , 反应已达平衡 , 通入 O 2 时 , 平衡正向移动 ,NO 的转化率会提高 , 错误 ;D 项 , 设起始时 c(NO)=a mol·L -1 , 则 : 　　　　　　　　 2NO 　 + 　 O 2 　 ==== 　　　 2NO 2 起始 c(mol·L -1 ) a 5 × 10 -4 0 转化 c(mol·L -1 ) 0.5a 0.25a 0.5a 平衡 c(mol·L -1 ) 0.5a (5 × 10 -4 -0.25a) 0.5a 当 0.25a=0 时 , K =2 000, 但 0.25a>0, 所以 K >2 000, 正确。 3.(2019· 遂宁模拟 ) 生石灰是常用的建筑材料 , 常采用 煅烧石灰石来制取。体积为 1 L 的真空密闭容器中加入 0.5 mol 碳酸钙 , 发生的反应为 CaCO 3 (s) CaO(s)+ CO 2 (g) 　 Δ H , 测得二氧化碳的物质的量浓度随温度 变化关系如图所示。 图 A 表示 CO 2 的平衡浓度随温度变化的关系曲线 图 B 表示不同温度下反应经过相同时间时 CO 2 的物质的 量浓度的变化曲线 回答下列相关问题 : (1)CaCO 3 (s) CaO(s)+CO 2 (g) 　 Δ H ________0( 填 “ >”“<” 或“ =”) 。  (2) 在 T 5 ℃ 下 , 维持温度和容器体积不变 , 向上述平衡体系再充入 0.5 mol 氮气 , 则最后达到平衡时容器中的碳酸钙质量为 ________ 克 ; 若在 T 5 ℃ 下 , 维持温度和总压强不变 , 向原平衡体系再充入 0.5 mol 氮气 , 则容器中最后残留的碳酸钙质量为 ________ 克。  (3) 请说明随着温度升高 , 曲线 B 向曲线 A 逼近的原因 ______________________________ 。  【 解析 】 (1) 根据图象 , 二氧化碳的物质的量浓度随温度升高而升高 , 平衡向右移动 , 该反应正向即为吸热反应 , 故 Δ H >0; (2) 体积为 1 L 的真空密闭容器中加入 0.5 mol 碳酸钙 , 发生的反应为 CaCO 3 (s) CaO(s)+CO 2 (g),T 5 ℃ 下 ,n(CO 2 )=0.2 mol, 故碳酸钙还有 0.3 mol, 向上述平 衡体系再充入 0.5 mol 氮气 , 平衡不移动 , 故碳酸钙质量 为 30 g;T 5 ℃ 下 , 该反应的 K =c(CO 2 )=0.2, 维持温度和 总压强不变 , 向原平衡体系再充入 0.5 mol 氮气 , 此时容 器体积变成 3.5 L, 平衡向右移动 , 因为 K 不变 , 所以新的 平衡时 c(CO 2 )=0.2 mol·L -1 , 假设体积仍是 3.5 L( 实际上会更大 ), 新的平衡时 n(CO 2 )=0.7 mol, 而 CO 2 最多为 0.5 mol, 故该反应几乎进行完全 , 最后碳酸钙质量为 0 g; (3) 图 B 表示不同温度下反应经过相同时间时 CO 2 的物质的量浓度的变化曲线 , 前面一直在 A 下面 , 说明反应时间较短 , 温度升高 , 反应速率加快 , 达到平衡所需时间缩短 , 故曲线 B 向曲线 A 逼近。 答案 : (1)> 　 (2)30 　 0 　 (3) 温度升高 , 反应速率加快 , 达到平衡所需时间缩短 4. 甲醇是重要的化工原料 , 又可作为燃料。利用合成气 ( 主要成分为 CO 、 CO 2 和 H 2 ) 在催化剂作用下合成甲醇 , 发生的主要反应如下 : Ⅰ.CO(g)+2H 2 (g) CH 3 OH(g) Δ H 1 Ⅱ.CO 2 (g)+3H 2 (g) CH 3 OH(g)+H 2 O(g) Δ H 2 Ⅲ.CO 2 (g)+H 2 (g) CO(g)+H 2 O(g) Δ H 3 回答下列问题 : (1) 已知反应 Ⅰ 中相关的化学键键能数据如下 : 化学键 H—H C—O H—O C—H E/ (kJ· mol -1 ) 436 343 1 076 465 413 由此计算 Δ H 1 =____________kJ· mol -1 ; 已知 Δ H 2 =  -58 kJ· mol -1 , 则 Δ H 3 =________kJ· mol -1 。  (2) 反应 Ⅰ 的化学平衡常数 K 表达式为 ________;  图 1 中能正确反映平衡常数 K 随温度变化关系的曲线为 ________( 填曲线标记字母 ), 其判断理由是 ________ ______________ 。  (3) 合成气组成 n(H 2 )/n(CO+CO 2 )=2.60 时 , 体系中的 CO 平衡转化率 (α) 与温度和压强的关系如图 2 所示。 α(CO) 值随温度升高而 ________( 填“增大”或“减小” ), 其原因是 ________________;  图 2 中的压强由大到小为 __________, 其判断理由是 ________________ 。  【 解析 】 (1) 反应热等于反应物键能减去生成物键能 , 根据反应 Ⅰ:CO(g)+2H 2 (g) CH 3 OH(g) 可知 Δ H 1 = 1 076 kJ· mol -1 +2×436 kJ· mol -1 -3×413 kJ· mol -1 -343 kJ· mol -1 -465 kJ· mol -1 =-99 kJ· mol -1 , 再根据盖斯定律 :Ⅱ-Ⅰ=Ⅲ, 则 Δ H 3 =-58 kJ· mol -1 +99 kJ· mol -1 =+41 kJ· mol -1 。 (2) 根据平衡常数表达式可知反应 Ⅰ 的 K = 正反应是放热反应 , 升高温度平衡向逆反应方向移动 , 所以平衡常数减小 ,a 正确。 (3) 升高温度时 , 反应 Ⅰ 为放热反应 , 平衡向左移动 , 使得体系中 CO 的量增大 ; 反应 Ⅲ 为吸热反应 , 平衡向右移动 , 产生 CO 的量增大 ; 总结果 , 随温度升高 , 使 CO 的转化率减小 ; 由于同温时反应 Ⅰ 加压右移 , 有利于 CO 的转化 , 反应 Ⅲ 平衡不移动 ,CO 的量不受压强影响 , 故增大压强时 , 有利于 CO 的转化率升高 , 所以图 2 中的压强由大到小为 p 3 >p 2 >p 1 。 答案 : (1)-99 　 +41 (2) K = [ 或 K p = ] 　 a 反应 Ⅰ 为放热反应 , 平衡常数数值应随温度升高而变小 (3) 减小　升高温度时 , 反应 Ⅰ 为放热反应 , 平衡向左移动 , 使得体系中 CO 的量增大 ; 反应 Ⅲ 为吸热反应 , 平衡向右移动 , 又使产生 CO 的量增大 ; 总结果 , 随温度升高 , 使 CO 的转化率降低　 p 3 >p 2 >p 1 　相同温度下 , 由于反应 Ⅰ 为气体分子数减小的反应 , 加压有利于提高 CO 的转化率 ; 而反应 Ⅲ 为气体分子数不变的反应 , 产生 CO 的量不受压强影响 , 故增大压强时 , 有利于 CO 的转化率升高 【 加固训练 】 　　 1.(2019· 蚌埠模拟 ) 随着科技的进步 , 合理利用资源、保护环境成为当今社会关注的焦点。甲胺铅碘 (CH 3 NH 3 PbI 3 ) 可用于全固态钙钛矿敏化太阳能电池的敏化剂 , 由 CH 3 NH 2 、 PbI 2 及 HI 为原料合成 , 回答下列问题 : (1) 制取甲胺的反应为 CH 3 OH(g)+NH 3 (g) CH 3 NH 2 (g) +H 2 O(g) 　 Δ H 。已知该反应中相关化学键的键能数据 如下 : 共价键 C—O H—O N—H C—N 键能 /kJ·mol -1 351 463 393 293 则该反应的 Δ H =________kJ·mol -1  (2) 上述反应中所需甲醇工业上利用水煤气合成 , 反应为 CO(g)+2H 2 (g) CH 3 OH(g) 　 Δ H <0 。在一定条件下 , 将 1 mol CO 和 2 mol H 2 通入密闭容器中进行反应 , 当改变某一外界条件 ( 温度或压强 ) 时 ,CH 3 OH 的体积分数 φ (CH 3 OH) 变化趋势如图所示 : ① 平衡时 ,M 点 CH 3 OH 的体积分数为 10%, 则 CO 的转化率为 ____________ 。  ② X 轴上 a 点的数值比 b 点 ________( 填“大”或“小” ) 。某同学认为上图中 Y 轴表示温度 , 你认为他判断的理由是  __________________________ 。  (3) 常温下 , 已知 : K sp (PbI 2 )=4×10 -9 ; 已知 K sp (PbCl 2 ) =1.6×10 -5 , 则反应 PbCl 2 (s)+2I - (aq) PbI 2 (s)+ 2Cl - (aq) 的平衡常数 K =________ 。  (4) 分解 HI 曲线和液相法制备 HI 反应曲线分别如图 1 和图 2 所示 : ① 反应 H 2 (g)+I 2 (g) 2HI(g) 的 Δ H ________( 填 “ >” 或“ <”)0 。  ②将二氧化硫通入碘水中会发生反应 :SO 2 +I 2 +2H 2 O 3H + + +2I - ,I 2 +I - , 图 2 中曲线 a 、 b 分 别代表的微粒是 ________ 、 ________( 填微粒符号 ); 由 图 2 知要提高碘的还原率 , 除控制温度外 , 还可以采取 的措施是减小 ________________ 。  【 解析 】 (1) 设 C—H 键能为 x kJ·mol -1 ,Δ H = 反应物总键能 - 生成物总键能 =3x kJ·mol -1 +351 kJ·mol -1 + 463 kJ·mol -1 +3×393 kJ·mol -1 -(3x kJ·mol -1 + 293 kJ·mol -1 +2×393 kJ·mol -1 +2×463 kJ·mol -1 )= -12 kJ·mol -1 。 (2) ① 设 CO 的转化率为 α ,CO 和 H 2 的初始物质的量分别 为 1 mol 、 2 mol, 则 CO 反应了 α mol, 由化学方程式列 三段式可得 : 　　　　　 CO(g)+ 2H 2 (g) CH 3 OH(g) 初始 (mol) 1 2 0 转化 (mol) α 2 α α 平衡 (mol) 1- α 2-2 α α 因为 CH 3 OH(g) 的体积分数 =CH 3 OH(g) 的物质的量分数 , 平衡时 ,M 点 CH 3 OH 的体积分数为 10%, 则 × 100%=10%, 解得 : α =25% 。 ② 根据图示信息 :X 轴上 a 点的数值比 b 点小 , 随着 Y 值的 增加 ,CH 3 OH 的体积分数 φ (CH 3 OH) 减小 , 平衡 CO(g)+ 2H 2 (g) CH 3 OH(g) 　 Δ H <0 向逆反应方向进行 , 故 Y 表示温度。 (3) 由已知 , 发生反应 PbCl 2 (s)+2I - (aq) PbI 2 (s)+ 2Cl - (aq) 的溶液为 PbCl 2 和 PbI 2 的饱和溶液 , 所以 K = (4) ① 由图 1 可知 , 平衡时随温度的升高 ,HI 物质的量减 小 ,H 2 物质的量增大 , 则反应 2HI(g) H 2 (g)+I 2 (g) 正 向吸热 , 说明反应 H 2 (g)+I 2 (g) 2HI(g) 正向放热 , 故 Δ H <0 。 ② 根据图 2,b 为从零逐渐增大的离子 ,a 和 c 始终不变 , 且 a 、 c 物质的量之比为 3 ∶ 1, 则根据 SO 2 +I 2 +2H 2 O 3H + + +2I - ,I 2 +I - , 反应中 越来越多 ,H + 和 始终不变 , 且 n(H + ) ∶ n( )=3 ∶ 1, 所以 a 为 H + ,b 为 , 由图 2 知 增大 , 越多 , 则 I - 会越小 , 所以要提高碘的还原率 , 除控制温度外 , 还可以减小 的投料比。 答案 : (1)-12 　 (2) ① 25% 　 ② 小　随着 Y 值的增 大 ,c(CH 3 OH) 减小 , 平衡 CO(g)+2H 2 (g) CH 3 OH(g) 　 Δ H <0 向逆反应方向进行 , 故 Y 为温度 (3)4 000 　 (4) ① < 　 ② H + 　 　减小 的投料比 2.(2019· 临沂模拟 ) 缓冲和供氧是维持人体正常生理 活动的两个重要平衡系统 , 回答下列问题 : Ⅰ. 人体血液中存在平衡 :H 2 CO 3 (aq) H + (aq)+ (aq) 　 Δ H , 该平衡可使血液的 pH 维持在一定范 围内。 (1) 已知 :CO 2 (g) CO 2 (aq) 　 Δ H 1 =a kJ·mol -1 ; CO 2 (aq)+H 2 O(l) H 2 CO 3 (aq) 　 Δ H 2 =b kJ·mol -1 ; (aq) H + (aq)+ (aq) Δ H 3 =c kJ·mol -1 ; CO 2 (g)+H 2 O(l) 2H + (aq)+ (aq) Δ H 4 =d kJ·mol -1 。 则上述电离方程式中 Δ H =________( 用含 a 、 b 、 c 、 d 的代数式表示 ) 。  (2) 若某人血液中 c( )∶c(H 2 CO 3 )=20∶1, pK a1 (H 2 CO 3 )=6.1, 则该人血液的 pH 为 ________ 。 (lg2= 0.3) 若 pH 升高 , 则 c(H 2 CO 3 )/c( )________( 填“增 大”“减小”或“不变” ) 。  (3) 当有少量酸性物质进入血液后 , 血液的 pH 变化不大 , 用平衡移动原理解释上述现象 :__________________ __________________________ 。  Ⅱ. 肌细胞储存氧气和分配氧气时存在如下平衡 : (4) 经测定动物体温升高 , 氧气的结合度 [α(MbO 2 ), 氧 合肌红蛋白的浓度占肌红蛋白初始浓度的百分数 ] 降 低 , 则该反应的 Δ H ________( 填“ >” 或“ <”)0 。  (5) 温度为 37 ℃ 时 , 氧气的结合度 [α(MbO 2 ) 与氧气的平衡分压 [p(O 2 )] 关系如图所示 : ① 利用 R 点所示数据 , 计算 37 ℃ 时该反应的平衡常数 K =________( 氧气的平衡浓度可用氧气的平衡分压代替求算 ) 。  ②已知 37 ℃ 时 , 该反应的正反应速率 v( 正 )=k 1 c(Mb) ×p(O 2 ), 逆反应速率 v( 逆 )=k 2 c(MbO 2 ), 若 k 2 =60 s -1 , 则 k 1 =________ 。  【 解析 】 (1) 将已知的反应依次编号为 Ⅰ 、 Ⅱ 、 Ⅲ 、 Ⅳ , 将四个反应用 Ⅳ - Ⅰ - Ⅱ - Ⅲ 即得反应 H 2 CO 3 (aq) H + (aq)+ (aq) , 所以 Δ H = Δ H 4 - Δ H 1 - Δ H 2 - Δ H 3 =(d -a-b-c)kJ·mol -1 。 (2) K a1 (H 2 CO 3 )= =20c(H + ), 所以 c(H + )= pH= -lg(H + )= =-lg K a1 (H 2 CO 3 )+lg 20=6.1+1.3 =7.4 。 pH 升高时 ,c(H + ) 减小 , 所以 随 c(H + ) 减小而减小。 (3) 由于人体血液中存在平衡 : H 2 CO 3 (aq) H + (aq)+ (aq) , 所以少量酸性物 质进入血液后 , 平衡逆向移动 , 因此 H + 浓度变化部分被 抵消 , 血液的 pH 变化不大。 (4)Mb(aq)+O 2 (g) MbO 2 (aq), 温度升高时氧气的结 合度降低 , 即升高温度平衡逆向移动 , 所以正反应为放 热反应 ,Δ H <0 。 (5) “ 氧气的结合度 α(MbO 2 ) 是指氧 合肌红蛋白的浓度占肌红蛋白初始浓度的百分数 ” , 即 α(MbO 2 )= 则 c(Mb)= ( 算式 Ⅰ) 。① K = 代入 R 点读数 K = =2.00 kPa -1 。②仍然 选 R 点坐标数据 ,37 ℃ 反应达到平衡时 ,v( 正 )=v( 逆 ), 则 k 1 c(Mb)×p(O 2 )=k 2 c(MbO 2 ), 代入上述算式 Ⅰ 及 R 点坐 标数据 , 所以 k 1 = =120 s -1 · kPa -1 。 答案 : (1)(d-a-b-c) kJ·mol -1 　 (2)7.4 　减小 (3) 当少量酸性物质进入血液后 , 平衡 H 2 CO 3 (aq) H + (aq)+ (aq) 向左移动 , 使 H + 浓度变化较小 , 血液 的 pH 变化不大 (4)< 　 (5) ① 2.00 kPa -1 　 ② 120 s -1 ·kPa -1 3.(2019· 湘潭模拟 ) 研究化学反应时 , 既要考虑物质变化与能量变化 , 又要关注反应的快慢与限度。回答下列问题 : (1)NH 3 还原 NO 是重要的烟气脱硝技术 , 其反应过程与能量关系如图所示。 ① 上图中因为改变了反应条件 , 反应的活化能 :b ________( 填“ >”“<” 或“ =”)a 。  ②脱硝反应的热化学方程式可表示为反应物→生成物 Δ H =________( 用 E 1 、 E 2 的代数式表示 ) 。  ③ 研究发现 , 一定条件下的脱硝反应过程可能如图所示 , 根据氧化还原反应中物质的作用 ,NO 为 ________ 剂 , 脱硝总反应的化学方程式为 ______________ 。  (2) 一定温度下 , 将不同物质的量的 H 2 O(g) 和 CO 分别通 入容积为 1 L 的恒容密闭容器中 , 进行反应 H 2 O(g)+CO(g) CO 2 (g)+H 2 (g), 得到如表所示的三组数据 : 试验 编号 温度 /℃ 起始量 /mol 平衡量 /mol 达到平衡 时间 /min H 2 O(g) CO(g) CO(g) H 2 (g) 1 650 2.0 4.0 3.0 1.0 5 2 900 1.0 2.0 1.8 0.2 4 3 900 a b c d t ①4 min 内 , 实验 2 中 v(CO 2 )=________; 900 ℃ 时 , 反应的平衡常数为 ________; 降低温度时 , 平衡常数会 ____ ( 填“增大”“减小”或“不变” ) 。 ②650 ℃ 时 , 若在此容器中充入 2.0 mol H 2 O(g) 、 1.0 mol CO(g) 、 1.0 mol CO 2 (g) 和 x mol H 2 (g), 要使反应在开始时向正反应方向进行 , 则 x 应满足的条件是 ________________ 。  ③若 a=2.0,b=1.0, 则平衡时实验 2 中 H 2 O(g) 和实验 3 中 CO(g) 的转化率 (a) 的关系为 α(H 2 O)________( 填“ >” “<” 或“ =”)α(CO) 。  【 解析 】 (1)① 由图象可知活化能降低 ;② 由图可知反 应物能量大于生成物能量 , 故反应是放热反应 , 用“ -” 表示放热 ,Δ H = 正反应活化能 - 逆反应活化能 , 故答案应 为 -(E 2 -E 1 );③NO 在反应中化合价降低 , 作氧化剂 ; 由图 可知反应物为 NH 3 、 NO 和 O 2 , 生成物为 N 2 和 H 2 O, 所以化学 方程式为 4NH 3 +4NO+O 2 4N 2 +6H 2 O;(2)① 由方程式 催化剂 ===== 可知 v(CO 2 )∶v(H 2 )=1∶1, 根据表格内容计算 v(H 2 )= 0.2 mol · L -1 ÷4 min=0.05 mol · L -1 · min -1 , 故 v(CO 2 ) =0.05 mol · L -1 · min -1 , 根据平衡常数计算公式 , 900 ℃ 时平衡常数为 同理可计算 650 ℃ 平衡常数为 , 故降低温度平衡常数增大 ; ② 计算此时的 Q= , 化学平衡正向移动 , 则 Q< 平衡常 数 K , 所以 且由题 x≥0; ③ 根据平衡常数和三段式求出实验 2 中 H 2 O(g) 的转化率 为 20% 。设实验 3 中 CO(g) 的转化率为 y, 则 　　　　　　　　　 H 2 O(g)+CO(g) CO 2 (g)+H 2 (g) 起始浓度 (mol·L -1 ) 2 1 0 0 转化浓度 (mol·L -1 ) y y y y 平衡浓度 (mol·L -1 ) 2-y 1-y y y 则 　解得 y=0.2 即实验 3 中 CO(g) 的转化率为 20% 。 答案 : (1) ① < 　 ② -(E 2 -E 1 ) 　 ③ 氧化 4NH 3 +4NO+O 2 4N 2 +6H 2 O (2) ① 0.05 mol·L -1 ·min -1 　 　增大 ② 0≤x< 　 ③ = 催化剂 =====