第七章 第25讲 化学平衡常数 化学反应的方向与调控-【勤径学升】2025年高考化学一轮总复习配套课件（人教版）

化　学 第七章　化学反应速率 化学平衡 第25讲　化学平衡常数　化学反应的方向与调控 1.认识化学平衡常数是表征反应限度的物理量，知道化学平衡常数的含义。 2.能书写平衡常数表达式，能进行平衡常数、转化率的简单计算，能利用平衡常数和浓度商的关系判断化学反应是否达到平衡及平衡移动的方向。 3.知道化学反应是有方向的，知道化学反应的方向与反应的焓变和熵变有关。 4.认识化学反应速率和化学平衡的综合调控在生产、生活和科学研究中的重要作用。知道催化剂可以改变反应历程，对调控化学反应速率具有重要意义。 5.针对典型案例，能从限度、速率等角度对化学反应和化工生产条件进行综合分析。 考点1　化学平衡常数 ➢ 对应学生用书P153 1.表达式 （1）对于一般的可逆反应：mA（g）＋nB（g）pC（g）＋qD（g），化学平衡常数表达式为K＝⁠⁠　　⁠。 （2）平衡常数与化学方程式的关系 ①平衡常数指某一具体反应的平衡常数。 　 ②在相同温度下，对于给定的可逆反应，正、逆反应的平衡常数互为倒数，即K正＝。 ③化学方程式乘以某个系数x，则平衡常数变为原来的x次方。 ④两个化学方程式相加得总化学方程式，则总化学方程式的平衡常数等于两个化学方程式平衡常数的乘积，即K总＝K1·K2。 2.意义及影响因素 （1）通常，K越大，说明平衡体系中生成物所占的比例越大，正反应进行的程度⁠⁠　越大　⁠，即该反应进行得越完全，平衡时反应物的转化率⁠⁠　越大　⁠。 （2）通常情况下，K只受⁠⁠　温度　⁠影响，与物质的浓度、压强变化无关。 越大　 越大　 温度　 （2）利用平衡常数判断化学平衡移动的方向。对于可逆反应：mA（g）＋nB（g）pC（g）＋qD（g），在任意时刻的称为浓度商，常用Q表示，根据浓度商与平衡常数的大小关系，可以判断化学平衡移动的方向。     3.应用 （1）利用平衡常数判断化学反应可能进行的程度。当K＞105时，认为反应基本进行完全；当K＜10－5时，反应很难进行。 （3）利用平衡常数判断可逆反应的反应热 易丨错丨易丨混 判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）。 1.平衡常数表达式中，可以是任一物质的浓度。 （ × ） 2.增大反应物的浓度，平衡正向移动，化学平衡常数增大。 （ × ） 3.对某一可逆反应，升高温度则化学平衡常数一定变大。 （ × ） 4.一个可逆反应的正反应K正与逆反应K逆相等。 （ × ） 5.平衡常数发生变化，化学平衡不一定发生移动。 （ × ） 6.化学平衡常数和转化率都能体现反应进行的程度。 （√ ） × × × × × √ 2.已知下列反应的平衡常数： H2（g）＋S（s）H2S（g），K1； S（s）＋O2（g）SO2（g），K2。 则反应：H2（g）＋SO2（g）O2（g）＋H2S（g）的平衡常数为 （　　） A.K1＋K2 B.K1－K2 C.K1·K2 D. 解析　H2（g）＋S（s）H2S（g）的平衡常数K1＝，S（s）＋O2（g）SO2（g）的平衡常数K2＝，反应H2（g）＋SO2（g）O2（g）＋H2S（g）的平衡常数K＝＝。故选D。 答案　D 4.在一定体积的密闭容器中，进行如下化学反应：CO2（g）＋H2（g）CO（g）＋H2O（g），其化学平衡常数（K）和温度（t）的关系如表： t/℃ 700 800 830 1000 1200 K 0.6 0.9 1.0 1.7 2.6 回答下列问题： （1）该反应的化学平衡常数表达式为K＝ 　　　　　　　　　　　　　　⁠。  （2）该反应为 　　　　 　⁠（填“吸热”或“放热”）反应。  （3）某温度下，各物质的平衡浓度符合关系式：3c（CO2）·c（H2）＝ 5c（CO）·c（H2O），试判断，此时的温度为 　　　　 　⁠。  （4）若830℃时，向容器中充入1molCO、5molH2O，反应达到平衡后，其化学平衡常数K  （填“大于”“小于”或“等于”）1.0。 （5）830℃时，容器中的反应已达到平衡。在其他条件不变的情况下，扩大容器的体积，平衡  （填“向正反应方向”“向逆反应方向”或“不”）移动。 （6）若1200℃时，在某时刻反应体系中CO2、H2、CO、H2O的浓度分别为2mol·L－1、2mol·L－1、4mol·L－1、4mol·L－1，则此时反应 　　　　　　　　　　⁠（填“向正反应方向进行”“向逆反应方向进行”或“处于平衡状态”）。  解析　（1）根据化学方程式CO2（g）＋H2（g）CO（g）＋H2O（g）可知，该反应的平衡常数表达式为K＝。 （2）根据题干中的表格可知，随着温度的升高，平衡常数逐渐增大，说明正反应为吸热反应。 （3）某温度下，各物质的平衡浓度有如下关系：3c（CO2）·c（H2）＝5c（CO） ·c（H2O），根据平衡常数表达式K＝可知，K＝＝0.6，平衡常数只与温度有关，温度一定，平衡常数为定值，所以此时对应的温度为700℃。 （4）化学平衡常数只与温度有关，与反应物和生成物的浓度无关，所以只要在830℃条件下，该反应平衡常数的数值都为1.0。 （5）其他条件不变，扩大容器体积的瞬间，反应物和生成物的浓度都减小相同的倍数，根据平衡常数表达式K＝可知，Q＝K，平衡不移动。 （6）1200℃时，在某时刻反应体系中Q＝＝＝4＞K＝2.6，所以此时该反应向逆反应方向进行。 答案　（1）　 （2）吸热　 （3）700℃ （4）等于　 （5）不　 （6）向逆反应方向进行 考点2　关于化学平衡常数的计算 ➢ 对应学生用书P154 1.牢记一个模式——“三段式” 对于反应：mA（g）＋nB（g）pC（g）＋qD（g），令A、B起始物质的量浓度分别为amol·L－1、bmol·L－1，达到平衡后消耗A的物质的量浓度为mxmol·L－1。 　　　　　　　mA（g）＋nB（g）pC（g）＋qD（g） c始/（mol·L－1） a b 0 0 c变/（mol·L－1） mx nx px qx c平/（mol·L－1） a－mx b－nx px qx 则K＝⁠⁠　　⁠。 　 2.掌握五个公式 （1）反应物的转化率＝×100%＝×100%。 （2）生成物的产率：实际产量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）平衡时混合物中各组分的百分含量＝×100%。 （4）某气体组分的体积分数＝×100%。 （5）压强平衡常数（Kp）：在化学平衡体系中，用各气体物质的分压代替浓度计算的平衡常数叫压强平衡常数。计算步骤如下： 3.明确平衡常数与速率常数的关系 对于可逆反应：mA（g）＋nB（g）pC（g），若速率方程为v正＝k正·cm（A） ·cn（B）、v逆＝k逆·cp（C），式中的k称为速率常数，当化学反应达到平衡时，v正＝v逆，即k正·cm（A）·cn（B）＝k逆·cp（C），则化学平衡常数K＝k正/k逆。 2.（2023·全国高三月考）工业合成氨的原料气来源于化石燃料，如采用甲烷与二氧化碳反应：CH4（g）＋CO2（g）2CO（g）＋2H2（g）　ΔH＝akJ·mol－1。在某容器中，充入等物质的量的CH4和CO2，不同压强下测得CH4的转化率与温度的关系如图所示。下列说法正确的是 （　　） A.该原料气的制备反应为放热反应，a＜0 B.压强关系：p1＞p2＞p3＞p4 C.恒温、恒压条件下，充入He，平衡向逆反应方向移动 D.1000℃时的平衡常数Kp＝4（MPa）2 解析　A.由图像中的变化曲线可知，温度越高，转化率越高，故正反应方向为吸热反应，则a＞0，A错误；B.由化学方程式可知，该反应为气体分子数增多的反应，增大压强，平衡向逆反应方向移动，即压强越高，CH4转化率越低，则由图中的四组压强曲线可知，p1＜p2＜p3＜p4，B错误；C.恒温恒压，充入惰性气体，容器容积增大，平衡正向移动，C错误；D.由图像可知，1000℃时取压强为p4，CH4的转化率为50%，由三段式处理数据： 　　　　　　CH4（g）＋CO2（g）2CO（g）＋2H2（g） 起始量（mol） 1 1 0 0 变化量（mol） 0.5 0.5 1 1 平衡量（mol） 0.5 0.5 1 1 平衡时气体总的物质的量n总＝（0.5＋0.5＋1＋1）mol＝3mol，该温度时的平衡常数Kp＝＝4（MPa）2，D正确。故选D。 答案　D 题组三　平衡常数与速率常数的关系及应用 3.（2022·辽宁辽阳·一模）硫酸工业中，将SO2氧化为SO3是生产工艺中的重要环节。在温度为T1条件下，在三个容积均为1L的恒容密闭容器中仅发生反应：2SO2（g）＋O2（g）2SO3（g）　ΔH＜0，实验测得：v正＝k正·c2（SO2）·c（O2），v逆＝k逆· c2（SO3）。 容器编号 起始浓度/（mol·L－1） 平衡浓度/（mol·L－1） c（SO2） c（O2） c（SO3） c（O2） Ⅰ 0.6 0.3 0 0.2 Ⅱ 0.5 x 0.3 Ⅲ 0.3 0.25 0.2 已知：k正、k逆为速率常数，仅受温度的影响。 下列说法错误的是 （　　） A.达到平衡时，平衡常数和速率常数的关系：K＝ B.若容器Ⅱ中达到平衡时＝1，则x＝0.85 C.容器Ⅲ中达到平衡时，c（O2）＜0.25mol·L－1 D.当温度升高为T2时，k正、k逆分别增大m倍和n倍，则m＜n 解析　A.平衡常数K＝＝，A项正确；B.根据三段式及容器Ⅰ中测得的数据可知，在该温度下，该反应的平衡常数K＝1.25，容器Ⅱ中，达到平衡时＝1，K＝＝＝1.25，平衡时O2的浓度c（O2）＝0.8 mol·L－1，设起始时O2的浓度为xmol·L－1，列三段式： 　　　　　　 2SO2　　 ＋　　 O2　　 2SO3 起始（mol/L） 0.5 x 0.3 变化（mol/L） 2（x－0.8） x－0.8 2（x－0.8） 平衡（mol/L） 0.5－2（x－0.8） 0.8 0.3＋2（x－0.8） 0.5－2（x－0.8）＝0.3＋2（x－0.8），x＝0.85，B项正确；C.容器中Q＝＝＝1.78＞K，此时平衡向逆反应方向移动，则平衡时O2的浓度c（O2）＞0.25mol·L－1，C项错误；D.ΔH＜0，温度升高，平衡向逆反应方向移动，k逆增大的幅度更大，n＞m，D项正确。故选C。 答案　C 4.（2023·哈尔滨模拟）用CO还原N2O的化学方程式为N2O（g）＋CO（g）N2（g）＋CO2（g）。在体积均为1L的密闭容器A（500℃，恒温）、B（起始500℃，绝热）中分别加入0.1molN2O、0.4molCO和相同催化剂。实验测得A、B容器中N2O的转化率随时间的变化关系如图所示。该反应的反应速率v正＝k正·c（N2O）·c（CO），v逆＝k逆·c（N2）·c（CO2）。k正、k逆分别是正、逆反应速率常数。 下列说法错误的是 （　　） A.A容器中N2O的转化率随时间的变化关系是如图中的a曲线 B.要缩短b曲线对应容器达到平衡的时间，但不改变N2O平衡转化率，在催化剂一定的情况下可采取缩小容器体积的措施 C.500℃该反应的化学平衡常数K＝ D.M处的≈1.69 解析　根据图示可知：曲线a比曲线b先达到平衡，说明反应速率：a＞b，由于A、B两个容器中，其他条件相同，一个是恒温，一个是绝热，则说明二者的温度：a＞b。温度升高，达到平衡时N2O的转化率降低，说明升高温度，化学平衡向逆反应方向移动，逆反应为吸热反应，故该反应的正反应为放热反应。然后结合平衡移动原理分析解答。A.该反应的正反应为放热反应。绝热容器中随着反应进行，温度升高，反应速率不断加快，达到平衡的时间缩短，同时温度升高不利于反应正向进行，则到达平衡时，B容器相对于A容器，N2O的平衡转化率降低，但达到平衡的时间缩短，所以曲线a表示的是反应B容器中N2O的转化率随时间的变化关系，A错误； B.缩短b曲线对应容器达到平衡的时间，但不改变N2O的平衡转化率，且在催化剂一定的情况下，由于该反应为气体分子数不变的反应，反应前后体系压强不变，增大压强可以增大化学反应速率缩短到达平衡的时间，同时不影响反应平衡转化率，具体措施为减小容器体积，B正确；C.起始时充入0.1molN2O、0.4molCO发生反应N2O（g）＋CO（g）N2（g）＋CO2（g），根据图像，500℃时，N2O的平衡转化率为25%，平衡时c（N2O）＝＝0.075mol/L，c（CO）＝＝0.375mol/L，c（N2）＝c（CO2）＝＝0.025mol/L，所以该反应的化学平衡常数K＝＝，C正确； D. M处N2O转化率为20%，则该点处，c（N2O）＝＝0.08mol/L， c（CO）＝＝0.38mol/L，c（N2）＝c（CO2）＝＝0.02mol/L，平衡时有v正＝v逆，则K＝＝，所以M点＝＝＝×＝1.69，D正确。故选A。 答案　A 考点3　化学反应的方向与调控 ➢ 对应学生用书P156 1.化学反应方向的判断 （1）熵和熵变的含义 ①熵的含义 熵是度量一个体系⁠⁠　混乱程度　⁠的物理量。用符号S表示。同一条件下，不同物质有不同的熵值，同一物质在不同状态下熵值也不同，一般规律是S（g）⁠⁠＞　 ⁠ S（l）⁠⁠＞　⁠S（s）。 混乱程度　 ＞　 ＞　 ②熵变的含义 熵变是反应前后体系⁠⁠　熵的变化　⁠，用ΔS表示，化学反应的ΔS越大，越有利于反应⁠⁠　自发进行　⁠。 熵的变化　 自发进行　 （2）判断化学反应方向的判据（ΔG＝ΔH－TΔS） 当ΔG＜0时，反应⁠⁠　能　⁠自发进行； 当ΔG＝0时，反应处于⁠⁠　平衡　⁠状态； 当ΔG＞0时，反应⁠⁠　不能　⁠自发进行。 能　 平衡　 不能　 2.工业合成氨条件的选择 （1）反应原理：N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）　ΔH＝－92.4kJ·mol－1。 （2）⁠ （3）从反应快慢和反应限度两个角度选择反应条件 放热 减少 升高 增大 催化剂 增大 降低 （4）综合考虑——选择适宜的生产条件 a.温度：400～500℃ b.压强：10～30MPa c.投料比：＝   d.以铁触媒作催化剂 e.采用循环操作提高原料利用率 2.已知吸热反应2CO（g）2C（s）＋O2（g），设ΔH和ΔS不随温度而变化，下列说法中正确的是（　　） A.低温下能自发进行 B.高温下能自发进行 C.任何温度下都能自发进行 D.任何温度下都不能自发进行 解析　已知反应2CO（g）2C（s）＋O2（g）的ΔH＞0，ΔS＜0，所以ΔG＝ΔH－TΔS＞0，该反应在任何温度下都不能自发进行，A、B、C错误，D正确。故选D。 答案　D 题组二　化学反应的调控分析 3.合成氨反应达到平衡时，NH3的体积分数与温度、压强的关系如图所示。根据此图分析，合成氨工业最有前途的研究方向是 （　　） A.提高分离技术 B.研制耐高压的合成塔 C.研制低温催化剂 D.探索不用N2和H2合成氨的新途径 解析　由题图可知，NH3的体积分数随着温度的升高而显著下降，故要提高NH3的体积分数，必须降低温度，但目前所用催化剂铁触媒的活性最高时的温度为500℃，故最有前途的研究方向为研制低温催化剂。故选C。 答案　C ⁠ [对应学生用书P157] 3.（2022·高考江苏卷）用尿素水解生成的NH3催化还原NO，是柴油机车辆尾气净化的主要方法，反应为4NH3（g）＋O2（g）＋4NO（g）4N2（g）＋6H2O（g）。下列说法正确的是 （　　） A.上述反应ΔS＜0 B.上述反应平衡常数K＝ C.上述反应中消耗1molNH3，转移电子数目为2×6.02×1023 D.实际应用中，加入尿素的量越多，柴油机车辆排放的尾气对空气污染程度越小 解析　A.由化学方程式可知，该反应是一个气体分子数增大的反应，即熵增的反应，反应ΔS＞0，故A错误；B.由化学方程式可知，反应平衡常数K＝，故B正确；C.由化学方程式可知，反应每消耗4mol氨气，反应转移12mol电子，则反应中消耗1mol氨气转移电子数目为3mol×4××6.02 ×1023/mol＝3×6.02×1023，故C错误；D.实际应用中，加入尿素的量越多，尿素水解生成的氨气过量，柴油机车辆排放的氨气对空气污染程度增大，故D错误。故选B。 答案　B 题组一　化学平衡常数的含义 1.对于反应C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)　ΔH>0，下列有关说法正确的是(　　) A.平衡常数表达式为K＝ B.恒温条件下压缩容器的体积，平衡不移动，平衡常数K不发生变化 C.升高体系温度，平衡常数K减小 D.恒温恒压条件下，通入氦气，平衡正向移动，平衡常数K不发生变化 解析　固态物质浓度为“常数”，视为“1”，不需写入平衡常数表达式，A项错误；增大压强，平衡逆向移动，B项错误；升温，该反应正向进行，K增大，C项错误；恒压条件下，通入氦气，平衡向气体体积增大的方向移动，即平衡正向移动，K只与温度有关，温度不变，K不发生变化，D项正确。故选D。 答案　D 题组二　化学平衡常数的应用 3.在300 mL的密闭容器中，放入镍粉并充入一定量的CO气体，一定条件下发生反应：Ni(s)＋4CO(g)Ni(CO)4(g)，已知该反应平衡常数与温度的关系如下表所示。下列说法不正确的是(　　) 温度/ ℃ 25 80 230 平衡常数 5×104 2 1.9×10－5 A.上述生成Ni(CO)4(g)的反应为放热反应 B.25 ℃时，反应Ni(CO)4(g)Ni(s)＋4CO(g)的平衡常数为2×10－5 C.80 ℃时，测得某时刻Ni(CO)4、CO的浓度均为0.5 mol·L－1，则此时v正>v逆 D.80 ℃达到平衡时，测得n(CO)＝0.3 mol，则Ni(CO)4的平衡浓度为2 mol·L－1 解析　温度升高，平衡常数减小，故正反应为放热反应，A项正确；25 ℃时，逆反应的平衡常数K′＝＝＝2×10－5,B项正确;80 ℃时,若Ni(CO)4、CO的浓度均为0.5 mol·L－1，则Q＝＝＝8＞K，故v正<v逆，C项错误；80 ℃达到平衡时，若n(CO)＝0.3 mol，c(CO)＝1 mol·L－1，故c[Ni(CO)4]＝K·c4(CO)＝2× 14 mol·L－1＝2 mol·L－1，D项正确。故选C。 答案　C 题组一　化学平衡常数与压强平衡常数 1.(2023·高考全国乙卷)硫酸亚铁在工农业生产中有许多用途，如可用作农药防治小麦黑穗病，制造磁性氧化铁、铁催化剂等。回答下列问题： (1)将FeSO4置入抽空的刚性容器中，升高温度发生分解反应：2FeSO4(s)Fe2O3(s)＋SO2(g)＋SO3(g)　(Ⅰ)，平衡时p～T的关系如下图所示。660 K时，该反应的平衡总压p总＝________kPa，平衡常数Kp(Ⅰ)＝________(kPa)2。Kp(Ⅰ)随反应温度升高而________(填“增大”“减小”或“不变”)。 (2)提高温度，上述容器中进一步发生反应2SO3(g)2SO2(g)＋O2(g)　(Ⅱ)，平衡时p＝_______________(用p、p表示)。在929 K时，p总＝84.6 kPa，p＝35.7 kPa，则p＝________kPa，Kp(Ⅱ)＝________________kPa(列出计算式)。 解析　(1)由分解反应方程式可知，平衡时p＝p，结合题图可知，660 K时p＝p＝1.5 kPa，p总＝p＋p＝3.0 kPa，Kp(Ⅰ)＝p·p＝1.5 kPa×1.5 kPa＝ 2.25 (kPa)2；由题图可知，温度越高，平衡时SO3的压强越大，p和p的数值越大，Kp(Ⅰ)越大。 (2)若只考虑反应Ⅰ，则p与p相等，此时的压强可看成反应Ⅱ初始时SO3、SO2的压强，设p＝p＝p，平衡时SO3的压强减小量为2px，列三段式分析如下： 　　　 2SO3(g)2SO2(g)＋O2(g) 初始　　　　p　　　　p　　　　0 变化 2px 2px px 平衡 p－2px p＋2px px p＝px＝＝；929 K时，p总＝p＋p＋p＝(p＋2px)＋(p－2px)＋px＝2p＋px＝84.6 kPa　①，p＝p－2px＝35.7 kPa　②，①②两式联立解得p＝40.98 kPa、px＝2.64 kPa，故p＝46.26 kPa、p＝2.64 kPa，Kp(Ⅱ)＝＝ kPa。 答案　(1)3.0　2.25　增大 (2)　46.26　 题组一　化学反应方向的判断 1.下列有关化学反应方向及其判据的说法中错误的是(　　) A.1 mol H2O在不同状态时的熵值：S[H2O(l)]<S[H2O(g)] B.反应CaCO3(s)===CaO(g)＋CO2(g)　ΔH>0能否自发进行与温度有关 C.H2O2分解和HClO分解均是自发过程，故这两个反应的ΔH和ΔS的变化相同 D.常温下，反应4Fe(OH)2(s)＋O2(g)＋2H2O(l)===4Fe(OH)3(s)能自发进行，则该反应的ΔH<0 解析　A.物质聚集状态不同熵值不同，气体>液体>固体，1 mol H2O在不同状态时的熵值：S[H2O(l)]<S[H2O(g)]，故A正确；B.CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(s)　ΔH>0,ΔS>0，若ΔH－TΔS<0，则能自发进行，若ΔH－TΔS>0，则不能自发进行，与温度有关，故B正确；C.反应自发只能说明ΔH－TΔS<0，不能说明ΔH和ΔS的变化相同，故C错误；D.反应物有4 mol固体、2 mol液态物质、1 mol气体物质，生成物只有固体，ΔS<0，若能自发进行，ΔH－TΔS<0，则ΔH必须小于0，故D正确。故选C。 答案　C 题组二　化学反应的调控分析 4.在一定条件下探究二甲醚的制备，反应为2CO(g)＋4H2(g) ===CH3OCH3(g)＋H2O(g)　ΔH，测定结果如图所示。下列判断错误的是(　　) A.该反应的ΔH<0 B.该反应伴随着副反应的发生 C.工业上选择的较适宜温度为280～290 ℃ D.加入催化剂可以提高CH3OCH3的产率 解析　由题图知，随着温度的升高，CO的转化率降低，所以升高温度，平衡逆向移动，则该反应是放热反应，ΔH<0，A项正确；从图中可知，CO的转化率降低的同时，CH3OCH3的产率在不同温度下差别大，即说明该反应伴随着副反应的发生，B项正确；在280～290 ℃之间，CH3OCH3的产率很高，C项正确；加入催化剂可以改变反应达到平衡的时间，但不能提高CH3OCH3的产率，D项错误。故选D。 答案　D 1.(2023·高考湖南卷)向一恒容密闭容器中加入1 mol CH4和一定量的H2O，发生反应：CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)。CH4的平衡转化率按不同投料比x[x＝]随温度的变化曲线如图所示。下列说法错误的是(　　) A.x1<x2 B.反应速率：vb正<vc正 C.点a、b、c对应的平衡常数：Ka<Kb＝Kc D.反应温度为T1，当容器内压强不变时，反应达到平衡状态 解析　A项，在恒温恒容的化学平衡体系中，增大一种反应物的浓度会使另一种反应物的转化率升高，而自身的转化率降低，由题图知，在相同温度下投料比为x2的CH4平衡转化率更低，说明投料比：x1<x2，正确。B项，点b、c对应温度相同，而点c投料比更大，则投入的n(H2O)更少，平衡时总压强更小，反应速率更慢，反应速率：vc正<vb正，错误。C项，化学平衡常数只与温度有关，观察两条曲线，随着温度的升高，CH4的平衡转化率增大，升温平衡正向移动，K增大，点a温度最低，点b、c温度相同，故Ka<Kb＝Kc，正确。D项，恒温恒容条件下，化学平衡体系中各物质均为气态且反应前后气体分子数不相等，容器内压强不变时可以说明反应达到平衡状态，正确。故选B。 答案　B 2.(2022·高考湖南卷)向体积均为1 L的两恒容容器中分别充入2 mol X和1 mol Y发生反应：2X(g)＋Y(g)Z(g)　ΔH，其中甲为绝热过程，乙为恒温过程，两反应体系的压强随时间的变化曲线如图所示。下列说法正确的是(　　) A.ΔH>0 B.气体的总物质的量：na>nc C.a点平衡常数：K>12 D.反应速率：va正<vb正 解析　A.甲容器在绝热条件下，随着反应的进行，压强先增大后减小，根据理想气体状态方程pV＝nRT可知，刚开始压强增大的原因是容器温度升高，则说明上述反应过程放热，即ΔH＜0，故A错误；B.根据A项分析可知，上述密闭容器中的反应为放热反应，图中a点和c点的压强相等，因甲容器为绝热过程，乙容器为恒温过程，若两者气体物质的量相等，则甲容器压强大于乙容器压强，则说明甲容器中气体的总物质的量此时相比乙容器在减小，即气体总物质的量：na＜nc，故B错误；C.a点为平衡点，此时容器的总压为p，根据理想气体状态方程pV＝nRT可知，在恒容条件下进行，气体的物质的量之比等于整体之比，根据A项分析可知，绝热条件下，反应到平衡状态放热，所以Ta＞T始，压强：pa＝p始，则na＜n始，可设Y转化的物质的量 浓度为x mol·L－1，则列出三段式如下： 则有[(2－2x)＋(1－x)＋x]mol ＜×3 mol，计算得到x＞0.75，那么化学平衡常数 K＝＞＝12，故C正确；D.根据图像可知，甲容器达到平衡的时间短，温度高，所以达到平衡的速率相对乙容器的快，即va正＞vb正，故D错误。故选C。 答案　C 4.(2023·高考山东卷)一定条件下，水气变换反应CO＋H2O===CO2＋H2的中间产物是HCOOH。为探究该反应过程，研究HCOOH水溶液在密封石英管中的分解反应： Ⅰ.HCOOH===CO＋H2O　(快) Ⅱ.HCOOH===CO2＋H2　(慢) 研究发现，在反应Ⅰ、Ⅱ中，H＋仅对反应Ⅰ有催化加速作用；反应Ⅰ速率远大于反应Ⅱ，近似认为反应Ⅰ建立平衡后始终处于平衡状态。忽略水的电离，其浓度视为常数。 回答下列问题： (1)一定条件下，反应Ⅰ、Ⅱ的焓变分别为ΔH1、ΔH2，则该条件下水气变换反应的焓变ΔH＝________________(用含ΔH1、ΔH2的代数式表示)。 (2)反应Ⅰ正反应速率方程为v＝kc(H＋)·c(HCOOH)，k为反应速率常数。T1温度下，HCOOH电离平衡常数为Ka，当HCOOH平衡浓度为x mol·L－1时，H＋浓度为________mol·L－1，此时反应Ⅰ正反应速率v＝________________mol·L－1·h－1(用含Ka、x和k的代数式表示)。 (3)T2温度下，在密封石英管内完全充满1.0 mol·L－1 HCOOH水溶液，使HCOOH分解，分解产物均完全溶于水，含碳物种浓度与反应时间的变化关系如图所示(忽略碳元素的其他存在形式)。t1时刻测得CO、CO2的浓度分别为0.70 mol·L－1、0.16 mol·L－1；反应Ⅱ达平衡时，测得H2的浓度为y mol·L－1。体系达平衡后＝________(用含y的代数式表示，下同)，反应Ⅱ的平衡常数为________。 相同条件下，若反应起始时溶液中同时还含有0.10 mol·L－1盐酸，则图示点a、b、c、d中，CO新的浓度峰值点可能是________(填标号)。与不含盐酸相比，CO达浓度峰值时，CO2浓度________(填“增大”“减小”或“不变”)，的值________(填“增大”“减小”或“不变”)。 解析　(1)根据盖斯定律，水气变换反应＝反应Ⅱ－反应Ⅰ，则ΔH＝ΔH2－ΔH1。 (2)忽略水的电离，HCOOH===HCOO－＋H＋达到平衡时c(H＋)＝c(HCOO－)，Ka＝＝，解得c(H＋)＝ mol·L－1。反应Ⅰ的正反应速率v＝kc(H＋)·c(HCOOH)＝k··x mol·L－1·h－1＝kx mol·L－1·h－1。 (3)根据题给信息可知，反应Ⅰ为快反应，反应Ⅰ建立平衡后始终处于平衡状态。t1时刻CO达到浓度峰值，则此时反应Ⅰ已达平衡状态，根据碳元素守恒可知c(CO)＋c(CO2)＋c(HCOOH)＝1.0 mol·L－1,则c(HCOOH)＝(1.0－0.70－0.16)mol·L－1＝0.14 mol·L－1， 反应Ⅰ的平衡常数K1＝＝＝5。反应Ⅱ达平衡时，根据HCOOH CO2＋H2可知c(CO2)＝c(H2)＝y mol·L－1，对于反应Ⅰ仍有K1＝＝5，则c(HCOOH)＝c(CO)，根据碳元素守恒有c(CO)＋c(CO2)＋c(HCOOH)＝1.0 mol·L－1，可得c(CO)＋y mol·L－1＋c(CO)＝1.0 mol·L－1，解得c(CO)＝mol·L－1，c(HCOOH)＝c(CO)＝mol·L－1，故＝＝，反应Ⅱ的平衡常数K2＝＝＝。已知H＋对反应Ⅰ有催化加速作用， 若反应起始时溶液中同时还含有盐酸，则反应Ⅰ速率加快，反应Ⅰ达到平衡的时间缩短，即CO达到浓度峰值的时间小于t1，可排除c、d点。与不含盐酸相比，由于CO达到浓度峰值的时间缩短，故反应Ⅱ生成的CO2较少，CO2浓度减小，温度不变，＝K1不变。根据碳元素守恒，若c(CO2)减小，则c(CO)＋c(HCOOH)增大，根据K1为定值可知c(CO)增大，故CO新的浓度峰值点可能是a。 答案　(1)ΔH2－ΔH1　(2)　kx (3)　　a　减小　不变 $$