第3讲 化学平衡常数 化学反应的方向-【金版教程】2025年高考化学一轮复习解决方案全书word（新教材，经典单选版）

金版教程 高考科学复习解决方案 化学 （经典 单选版 第3讲　化学平衡常数　化学反应的方向 复习目标　1.知道化学反应是有方向的，且化学反应的方向与反应的焓变和熵变有关。2.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。3.了解浓度商和化学平衡常数的相对大小与反应方向间的联系。4.认识化学反应速率和化学平衡的综合调控在生产、生活和科学中的重要作用。 考点一　化学平衡常数 1．概念 在一定温度下，当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)，当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，通常不列入化学平衡常数表达式中)。 3．意义及影响因素 意义 K值越大 正反应进行的程度越大 反应物的转化率越大 影响 因素 内因 反应物本身的性质 外因 温度 升高 ΔH<0，K值减小 ΔH>0，K值增大 提醒：①K只受温度影响，与反应物或生成物的浓度变化无关。 ②K值的大小只能预示某可逆反应向某方向进行的最大限度，不能预示反应达到平衡所需要的时间。 ③当K>105时，可以认为反应进行完全。 4．平衡常数与反应方程式的关系 (1)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＝。 (2)方程式乘以某个化学计量数x，则平衡常数变为原来的x次方。 (3)两方程式相加得总方程式，则总方程式的平衡常数等于两分方程式平衡常数的乘积，即K总＝K1·K2。 　判断下列说法的正误，并指出错误说法的错因。 (1)恒温、恒容条件下，反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)达到平衡，向容器中再充入1 mol SO2，平衡正向移动，化学平衡常数增大。(×) 错因：化学平衡常数仅受温度影响，与浓度无关。 (2)温度越高，化学平衡常数越大。(×) 错因：化学平衡常数受温度影响，与可逆反应吸放热有关，如可逆反应正向放热，则升高温度，平衡逆向移动，K值减小。 (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。(×) 错因：平衡常数仅受温度影响，如从反应体系中移除生成物，反应物平衡转化率均增大，但平衡常数不变。 (4)平衡常数发生变化，化学平衡不一定发生移动。(×) 错因：平衡常数发生变化，说明温度发生改变，化学平衡一定移动。 (5)增大反应物的浓度，平衡正向移动，化学平衡常数增大。(×) 错因：K只受温度的影响，温度不变，K不变。 一、化学平衡常数的应用 1．判断反应是否达到平衡或向何方向进行 对于化学反应aA(g)＋bB(g) cC(g)＋dD(g)的任意状态，浓度商Q＝。 Q＜K，反应向正反应方向进行； Q＝K，反应处于平衡状态； Q＞K，反应向逆反应方向进行。 2．判断可逆反应的热效应 二、化学平衡常数与转化率的有关计算 1．“三段式”法的应用 反应：mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)，令A、B起始物质的量分别为a mol、b mol，达到平衡后，A的消耗量为mx mol，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 对于反应物：n(平)＝n(始)－n(变) 对于生成物：n(平)＝n(始)＋n(变) 则： (1)平衡常数：K＝。 (2)A的平衡浓度：c平(A)＝ mol·L－1。 (3)A的平衡转化率：α平(A)＝×100%。 (4)平衡时A的体积分数：φ(A)＝ ×100%。 (5)混合气体的平均密度：ρ混＝ g·L－1。 (6)平衡时混合气体的平均摩尔质量：＝ g·mol－1。 (7)平衡时的压强与起始时的压强之比：＝。 2．掌握四个百分数 (1)转化率＝×100%＝×100%。 (2)生成物的产率＝×100%。一般来说，转化率越高，原料利用率越高，产率也就越高。 (3)平衡时混合物中某组分的百分含量＝×100%。 (4)某组分的体积分数＝×100%。 角度一　分析与推测化学平衡常数的应用及其影响因素 1．在2 L恒容密闭容器中分别通入2 mol CO和1 mol O2。进行反应：2CO(g)＋O2(g)2CO2(g)。在相同的时间段(5 min)内，测得CO的转化率与温度的关系如图所示。下列说法正确的是(　　) A．化学平衡常数：K(b)<K(c)<K(d) B．a点，v(O2)＝0.07 mol·L－1·min－1 C．d点v正(CO)等于a点v正(CO) D．50 ℃时，该反应的化学平衡常数K＝80 答案　B 解析　分析题图可知，2CO(g)＋O2(g) 2CO2(g)为放热反应，b、c、d点温度依次升高，温度升高，反应逆向进行，平衡常数减小，则化学平衡常数：K(b)>K(c)>K(d)，故A错误；a点时，CO的转化率为0.7，则CO物质的量的变化量为2 mol×0.7＝1.4 mol，则CO的平均反应速率＝＝0.14 mol·L－1·min－1，v(O2)＝v(CO)＝0.14 mol·L－1·min－1×＝0.07 mol·L－1·min－1，故B正确；a点的温度低，d点的温度高，温度越高反应速率越快，则d点v正(CO)大于a点v正(CO)，故C错误；50 ℃时，CO的转化率为0.8，列三段式： 　　　　　 2CO(g)＋O2(g) 2CO2(g) 始/(mol·L－1) 1 0.5 0 变/(mol·L－1) 0.8 0.4 0.8 平/(mol·L－1) 0.2 0.1 0.8 该反应的化学平衡常数K＝＝＝160，故D错误。 2．在一定体积的密闭容器中，进行化学反应：CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)，其化学平衡常数K和温度t的关系如表所示： 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下式：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1 mol CO、5 mol H2O，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，容器中的化学反应已达到平衡。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。 答案　(1)　(2)吸热　 (3)700　(4)等于　(5)不 角度二　归纳与计算化学平衡常数和转化率 3．(2023·辽宁省锦州市高三上学期期末考试)CO2与H2制CH4的反应原理：CO2(g)＋4H2(g) CH4(g)＋2H2O(g)。T ℃时，向2 L恒容密闭容器中加入H2和CO2共5 mol，下图为H2和CO2按不同投料比反应达平衡时的相关数据，其中曲线a、b表示反应物转化率，曲线c表示CH4的体积分数，下列分析错误的是(　　) A．曲线a表示CO2的平衡转化率 B．混合气体的总压强不变，说明反应达到平衡状态 C．M点对应的CH4的体积分数小于23.5% D．T ℃时，该反应的平衡常数为25 答案　D 解析　起始投料比＝4，平衡时反应物转化率为80%，容器的体积为2 L，则平衡常数K＝＝＝100，D错误。 4．已知反应：CH2===CHCH3(g)＋Cl2(g) CH2===CHCH2Cl(g)＋HCl(g)。在一定压强下，按不同投料比w向密闭容器中充入氯气与丙烯。图甲表示平衡时，丙烯的体积分数(φ)与温度(T)、w的关系，图乙表示正、逆反应的平衡常数与温度的关系。则下列说法中错误的是(　　) A．图甲中w2＞1 B．图乙中，A线表示逆反应的平衡常数 C．温度为T1、w＝2时，Cl2的转化率为50% D．若在恒容绝热装置中进行上述反应，达到平衡时，装置内的气体压强增大 答案　C 解析　根据题中信息可知，增大n(Cl2)，w增大，平衡正向移动，丙烯的体积分数(φ)减小，故w2＞1，A正确；根据图甲可知，升高温度，丙烯的体积分数增大，说明平衡逆向移动，正反应为放热反应，则升高温度，正反应的平衡常数减小，逆反应的平衡常数增大，图乙中A线表示逆反应的平衡常数，B正确；由图乙知，温度为T1时，正、逆反应的平衡常数相等，平衡常数K＝1，当w＝2时，设CH2===CHCH3和Cl2的物质的量分别为a mol、2a mol，参加反应的Cl2的物质的量为b mol，则＝1，解得＝，则Cl2的转化率约为33.3%，C错误；该反应为反应前后气体体积不变的放热反应，反应向正反应方向进行，体系温度升高，气体膨胀，达到平衡时，装置内的气体压强将增大，D正确。 角度三　归纳与计算连续反应、竞争反应的平衡常数 5．加热N2O5依次发生的分解反应为①N2O5(g) N2O3(g)＋O2(g)，②N2O3(g) N2O(g)＋O2(g)。在容积为2 L的密闭容器中充入8 mol N2O5，加热到t ℃，达到平衡状态后O2为9 mol，N2O3为3.4 mol。则t ℃时反应①的平衡常数为(　　) A．10.7 B.8.5 C．9.6 D.10.2 答案　B 解析　设N2O5的转化浓度为x mol·L－1，N2O3的转化浓度为y mol·L－1。 所以x＝3.1，y＝1.4 所以反应①的平衡常数为K＝＝＝8.5。 6．CO2经催化加氢可以生成低碳烃，主要有两个竞争反应： 反应Ⅰ：CO2(g)＋4H2(g) CH4(g)＋2H2O(g) 反应Ⅱ：2CO2(g)＋6H2(g) C2H4(g)＋4H2O(g) 为分析催化剂对反应的选择性，在1 L密闭容器中充入2 mol CO2和4 mol H2，测得有关物质的物质的量随温度变化如图所示： 该催化剂在较低温度时主要选择__________(填“反应Ⅰ”或“反应Ⅱ”)。520 ℃时，反应Ⅰ的平衡常数K＝______________(只列算式不计算)。 答案　反应Ⅰ　 解析　温度较低时，CH4的物质的量多，所以该催化剂在较低温度时主要选择反应Ⅰ。520 ℃时，根据题给数据可得： CO2(g)＋4H2(g) CH4(g)＋2H2O(g) 0.2 0.8 0.2 0.4 2CO2(g)＋6H2(g) C2H4(g)＋4H2O(g) 0.4 1.2 0.2 0.8 c(CO2)＝(2－0.2－0.4) mol·L－1＝1.4 mol·L－1 c(H2)＝(4－0.8－1.2) mol·L－1＝2 mol·L－1 c(H2O)＝(0.4＋0.8) mol·L－1＝1.2 mol·L－1 所以520 ℃时，反应Ⅰ的平衡常数 K＝＝。 　压强平衡常数的计算 1．压强平衡常数(Kp) (1)当把化学平衡常数K表达式中各物质的浓度用该物质的分压来表示时，就得到该反应的压强平衡常数Kp，其表达式的意义相同。 (2)Kp仅适用于气相发生的反应。 2．表达式 对于一般可逆反应mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)，当在一定温度下达到平衡时，其压强平衡常数Kp＝，其中p(A)、p(B)、p(C)、p(D)表示反应物和生成物的分压，平衡分压计算方法如下： 分压＝总压×物质的量分数(或体积分数)。 p(总)＝p(A)＋p(B)＋p(C)＋p(D)； ＝＝。 3．计算方法 第一步：根据三段式法计算平衡体系中各组分的物质的量或物质的量浓度。 第二步：计算各气体组分的物质的量分数或体积分数。 第三步：根据分压计算公式求出各气体物质的分压。 第四步：根据平衡常数计算公式代入计算。 4．两种Kp的计算模板 (1)平衡总压为p0 　　　　 N2(g)　＋　3H2(g) 2NH3(g) n(平) a b c p(分压) p0 p0 p0 Kp＝ (2)刚性容器起始压强为p0，平衡转化率为α。 　　　　　　2NO2(g) N2O4(g) p(始) p0 0 Δp p0α p0α p(平) p0－p0α p0α Kp＝ 1．(2023·全国乙卷节选)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pSO3­T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pO2＝____________(用pSO3、pSO2表示)。在929 K时，p总＝84.6 kPa，pSO3＝35.7 kPa，则pSO2＝________kPa，Kp(Ⅱ)＝________kPa(列出计算式)。 答案　(1)3　2.25　增大 (2)　46.26　 解析　(1)由平衡时pSO3­T的关系图可知，660 K时，pSO3＝1.5 kPa，则pSO2＝1.5 kPa，因此，该反应的平衡总压p总＝3 kPa；平衡常数Kp(Ⅰ)＝1.5 kPa×1.5 kPa＝2.25(kPa)2。由题图可知，pSO3随着温度升高而增大，且pSO3＝pSO2，因此，Kp(Ⅰ)随反应温度升高而增大。 (2)同温同压下，不同气体的物质的量之比等于其分压之比，由于仅发生反应(Ⅰ)时pSO3＝pSO2，则pSO3＋2pO2＝pSO2－2pO2，因此，平衡时pO2＝。在929 K时，p总＝84.6 kPa、pSO3＝35.7 kPa，则pSO3＋pSO2＋pO2＝p总、pO2＝，代入相关数据可求出pSO2＝46.26 kPa，则pO2＝84.6 kPa－35.7 kPa－46.26 kPa＝2.64 kPa，Kp(Ⅱ)＝＝ kPa。 2．(2023·新课标卷节选)氨是最重要的化学品之一，我国目前氨的生产能力位居世界首位。回答下列问题： 在不同压强下，以两种不同组成进料，反应达平衡时氨的摩尔分数与温度的计算结果如下图所示。其中一种进料组成为xH2＝0.75、xN2＝0.25，另一种为xH2＝0.675、xN2＝0.225、xAr＝0.10。 (1)图中压强由小到大的顺序为____________，判断的依据是________________________________________________________________________________________________________________________________________。 (2)进料组成中含有惰性气体Ar的图是________。 (3)图1中，当p2＝20 MPa、xNH3＝0.20时，氮气的转化率α＝________。该温度时，反应N2(g)＋H2(g) NH3(g)的平衡常数Kp＝________(MPa)－1(化为最简式)。 答案　(1)p1<p2<p3　合成氨的反应为气体分子数减少的反应，压强越大平衡时氨的摩尔分数越大 (2)图2　(3)33.33%　 解析　(2)对比图1和图2中的信息可知，在相同温度和相同压强下，图2中平衡时氨的摩尔分数较小。在恒压下充入惰性气体Ar，反应混合物中各组分的浓度减小，各组分的分压也减小，化学平衡向气体分子数增大的方向移动，因此，充入惰性气体Ar不利于合成氨，进料组成中含有惰性气体Ar的图是图2。 (3)图1中，进料组成为xH2＝0.75、xN2＝0.25时，两者物质的量之比为3∶1。假设进料中氢气和氮气的物质的量分别为3 mol和1 mol，达到平衡时氮气的变化量为y mol，则有： 　　　N2(g)　＋　3H2(g) 2NH3(g) 始(mol) 1 3 0 变(mol) y 3y 2y 平(mol) 1－y 3－3y 2y 当p2＝20 MPa、xNH3＝0.20时，xNH3＝＝0.20，解之得y＝，则氮气的转化率α＝×100%≈33.33%；平衡时N2、H2、NH3的物质的量分别为 mol、2 mol、 mol，其物质的量分数分别为、、，则该温度下Kp′＝＝(MPa)－2。因此该温度下，反应N2(g)＋H2(g) NH3(g)的平衡常数Kp＝＝＝ (MPa)－1。 3．(2022·全国乙卷节选改编)在1470 K、100 kPa反应条件下，将n(H2S)∶n(Ar)＝1∶4的混合气进行H2S热分解反应2H2S(g) S2(g)＋2H2(g)。平衡时混合气中H2S与H2的分压相等，H2S平衡转化率为________，平衡常数Kp＝________kPa。 答案　50%　4.76 解析　假设在该条件下，硫化氢和氩的起始投料的物质的量分别为1 mol和4 mol，平衡时H2S转化了x mol，列三段式： 　　　　2H2S(g) S2(g)＋2H2(g) 始/mol 1 0 0 变/mol x 0.5x x 平/mol 1－x 0.5x x 平衡时H2S和H2的分压相等，则二者的物质的量相等，即1－x＝x，解得x＝0.5，所以H2S的平衡转化率为×100%＝50%，平衡常数Kp＝＝≈4.76 kPa。 4．(2021·全国乙卷节选)一氯化碘(ICl)是一种卤素互化物，具有强氧化性，可与金属直接反应，也可用作有机合成中的碘化剂。回答下列问题： (1)氯铂酸钡(BaPtCl6)固体加热时部分分解为BaCl2、Pt和Cl2，376.8 ℃时平衡常数Kp′＝1.0×104 Pa2。在一硬质玻璃烧瓶中加入过量BaPtCl6，抽真空后，通过一支管通入碘蒸气(然后将支管封闭)。在376.8 ℃，碘蒸气初始压强为20.0 kPa。376.8 ℃平衡时，测得烧瓶中压强为32.5 kPa，则pICl＝________ kPa，反应2ICl(g) Cl2(g)＋I2(g)的平衡常数K＝______________________(列出计算式即可)。 (2)McMorris测定和计算了在136～180 ℃范围内下列反应的平衡常数Kp： 2NO(g)＋2ICl(g) 2NOCl(g)＋I2(g)　Kp1 2NOCl(g) 2NO(g)＋Cl2(g)　Kp2 得到lg Kp1～和lg Kp2～均为线性关系，如下图所示： ①由图可知，NOCl分解为NO和Cl2反应的ΔH________0(填“大于”或“小于”)。 ②反应2ICl(g)===Cl2(g)＋I2(g)的K＝________(用Kp1、Kp2表示)；该反应的ΔH________0(填“大于”或“小于”)，写出推理过程___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 答案　(1)24.8　 (2)①大于　②Kp1·Kp2　大于 设T′＞T，即＜，由图可知： lg Kp2(T′)－lg Kp2(T)＞|lg Kp1(T′)－lg Kp1(T)|＝lg Kp1(T)－lg Kp1(T′) 则：lg [Kp2(T′)·Kp1(T′)]＞lg [Kp2(T)·Kp1(T)]，即K(T′)＞K(T)。 因此该反应正反应为吸热反应，即ΔH大于0 解析　(1)由题意知376.8 ℃时玻璃烧瓶中发生两个反应：BaPtCl6(s) BaCl2(s)＋Pt(s)＋2Cl2(g)、Cl2(g)＋I2(g) 2ICl(g)。BaPtCl6(s) BaCl2(s)＋Pt(s)＋2Cl2(g)的平衡常数Kp′＝1.0×104 Pa2，则平衡时p2(Cl2)＝1.0×104 Pa2，平衡时p(Cl2)＝100 Pa，设达到平衡时I2(g)的分压减小p kPa，则 　　　　　　Cl2(g)＋I2(g) 2ICl(g) 开始/kPa 20.0 0 变化/kPa p 2p 平衡/kPa 0.1 20.0－p 2p 376．8 ℃平衡时，测得烧瓶中压强为32.5 kPa，则0.1＋20.0＋p＝32.5，解得p＝12.4，则平衡时pICl＝2p kPa＝2×12.4 kPa＝24.8 kPa；则平衡时，I2(g)的分压为(20.0－p) kPa＝(20×103－12.4×103) Pa，pICl＝24.8 kPa＝24.8×103 Pa，p(Cl2)＝0.1 kPa＝100 Pa，因此反应2ICl(g) Cl2(g)＋I2(g)的平衡常数K＝。 (2)①结合题图可知，温度越高，越小，lg Kp2越大，即Kp2越大，说明升高温度平衡2NOCl(g) 2NO(g)＋Cl2(g)正向移动，则NOCl分解为NO和Cl2反应的ΔH大于0。 ②Ⅰ.2NO(g)＋2ICl(g) 2NOCl(g)＋I2(g)　Kp1 Ⅱ.2NOCl(g) 2NO(g)＋Cl2(g)　Kp2 Ⅰ＋Ⅱ得2ICl(g) Cl2(g)＋I2(g)，则2ICl(g) Cl2(g)＋I2(g)的K＝Kp1·Kp2。 考点二　化学反应的方向　反应条件的控制 一、化学反应方向的判定 1．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。 2．熵和熵变的含义 (1)熵的含义 熵是衡量一个体系混乱度的物理量。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)。 (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。 3．化学反应进行的方向 (1)判据 ΔG＝ΔH－TΔS ΔG<0时，反应能自发进行； ΔG＝0时，反应达到平衡状态； ΔG>0时，反应不能自发进行。 (2)规律 ①ΔH<0，ΔS>0的反应任何温度下都能自发进行； ②ΔH>0，ΔS<0的反应任何温度下都不能自发进行； ③ΔH和ΔS的作用相反，且相差不大时，温度对反应的方向起决定性作用。当ΔH<0，ΔS<0时，低温下反应能自发进行；当ΔH>0，ΔS>0时，高温下反应能自发进行。 提醒：对于一个特定的气相反应，熵变的大小取决于反应前后的气体物质的化学计量数大小。 二、反应条件的控制 1．控制反应条件的目的 (1)促进有利的化学反应 通过控制反应条件，可以加快化学反应速率，提高反应物的转化率，从而促进有利的化学反应进行。 (2)抑制有害的化学反应 通过控制反应条件，可以减少甚至消除有害物质的产生或控制副反应的发生，从而抑制有害的化学反应继续进行。 2．控制反应条件的基本措施 (1)控制化学反应速率的措施 通过改变反应体系的温度、溶液的浓度、气体的压强(或浓度)、固体的表面积以及使用催化剂等途径调控反应速率。 (2)提高转化率的措施 通过改变可逆反应体系的温度、溶液的浓度、气体的压强(或浓度)等改变可逆反应的限度，从而提高转化率。 3．以工业合成氨为例，理解运用化学反应原理选择化工生产中的适宜条件 (1)反应原理：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ·mol－1。 (2) (3)从反应快慢和反应限度两个角度选择反应条件 (4)综合考虑——选择适宜的生产条件 ①温度：400～500 ℃； ②压强：10 MPa～30 MPa； ③投料比：＝； ④以铁触媒作催化剂； ⑤采用循环操作提高原料利用率。 　判断下列说法的正误，并指出错误说法的错因。 (1)NH4HCO3(s)===NH3(g)＋H2O(g)＋CO2(g)　ΔH＝＋185.57 kJ·mol－1，该反应一定不能自发进行。(×) 错因：该反应的ΔS>0、ΔH>0，在高温下能自发进行。 (2)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判断反应自发性。(×) 错因：焓变或熵变单独判断反应自发性存在不全面性，应用ΔH－TΔS。 (3)在其他外界条件不变的情况下，使用催化剂，可以改变化学反应进行的方向。(×) 错因：在其他外界条件不变的情况下，使用催化剂，只改变反应速率，而不改变反应进行的方向。 (4)－10 ℃的水结冰，可用熵变来解释其自发性。(×) 错因：水结冰是熵减的过程，根据熵变则判断应是非自发过程。 　工业生产中选择适宜生产条件的原则 外界 条件 有利于加快速率的条件控制 有利于平衡正向 移动的条件控制 综合分析结果 浓度 增大反应物的浓度 增大反应物的浓度、减小生成物的浓度 不断地补充反应物、及时地分离出生成物 催化剂 加合适的催化剂 — 加合适的催化剂 温度 高温 ΔH<0 低温 兼顾速率和平衡，考虑催化剂的适宜温度 ΔH>0 高温 在设备条件和成本允许的前提下，尽量采取高温并考虑催化剂的活性 压强 高压(有气体参加) Δvg<0(反应前后气体分子数减小) 高压 在设备条件和成本允许的前提下，尽量采取高压 Δvg>0 (反应前后气体分子数增加) 低压 兼顾速率和平衡，选取适宜的压强 角度一　理解与辨析化学反应的方向 1．(2023·山东济南模拟)化学反应进行的方向是一个比较复杂的问题。下列有关说法正确的是(　　) A．反应SO3(g)＋H2O(l)===H2SO4(l)的ΔS>0 B．1 mol CO2在不同状态时的熵值：S[CO2(g)]<S[CO2(s)] C．反应2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)　ΔH>0能否自发进行与温度有关 D．ΔH<0或ΔS>0的反应一定能自发进行 答案　C 2．(2022·湖南高考节选)已知ΔG＝ΔH－TΔS，ΔG的值只决定于反应体系的始态和终态，忽略ΔH、ΔS随温度的变化。若ΔG<0，则该反应可以自发进行。根据下图判断：600 ℃时，下列反应不能自发进行的是________。 A．C(s)＋O2(g)===CO2(g) B．2C(s)＋O2(g)===2CO(g) C．TiO2(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(g)＋O2(g) D．TiO2(s)＋C(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(g)＋CO2(g) 答案　C 3．(2021·湖南高考节选)已知反应2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)　ΔH＝＋90.8 kJ·mol－1，ΔS＝198.9 J·mol－1·K－1，在下列哪些温度下反应能自发进行？________(填标号)。 A．25 ℃ B．125 ℃ C．225 ℃ D．325 ℃ 答案　CD 解析　若反应自发进行，则需ΔH－TΔS<0，T>＝≈456.5 K，即温度应高于(456.5－273) ℃＝183.5 ℃，C、D符合。 角度二　探究与创新化学反应的调控 4．(2023·天津模拟)工业合成氨的流程图如图所示： 下列有关工业合成氨生产条件的分析正确的是(　　) A．步骤①中“净化”的步骤没有必要 B．步骤②采用的压强是2×107 Pa，因为在该压强下催化剂的活性最大 C．步骤③温度可高于500 ℃，因为温度升高，正反应速率增大，逆反应速率减小 D．步骤④⑤有利于提高原料的利用率，能节约生产成本 答案　D 解析　为防止催化剂中毒，反应前的氮气和氢气混合气体需要除杂净化，故A错误；工业合成氨的反应是气体体积减小的反应，增大压强加快反应速率，平衡正向进行，能增大反应物转化率，步骤②采用的压强是2×107 Pa，同时考虑对设备强度要求、生产成本，与催化剂的活性无关，故B错误；温度升高，正、逆反应速率均增大，步骤③温度用500 ℃是因为该温度下催化剂活性最大，故C错误；④液化氨气平衡正向进行，反应物转化率增大，⑤氮气和氢气循环使用有利于提高原料的转化率，故D正确。 5．在硫酸工业中，通过下列反应使SO2氧化成SO3：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH＝－196.6 kJ·mol－1。下表列出了在不同温度和压强下，反应达到平衡时SO2的转化率。 温度 /℃ 平衡时SO2的转化率/% 0.1 MPa 0.5 MPa 1 MPa 5 MPa 10 MPa 450 97.5 98.9 99.2 99.6 99.7 550 85.6 92.9 94.9 97.7 98.3 (1)从理论上分析，为了使二氧化硫尽可能多地转化为三氧化硫，应选择的条件是__________________。 (2)在实际生产中，选定的温度为400～500 ℃，原因是________________________________________________。 (3)在实际生产中，采用的压强为常压，原因是______________________________________________________________________________。 (4)在实际生产中，通入过量的空气，原因是______________________________________。 (5)尾气中的SO2必须回收，原因是________________________。 答案　(1)低温高压 (2)保持较高反应速率和反应限度，同时使催化剂活性最高 (3)常压下SO2的转化率已很高，若再加压，对设备、动力要求较高，成本增加，不符合经济效益 (4)增大O2的浓度，提高SO2的转化率 (5)SO2污染大气 　变化观念与平衡思想——化学平衡图像分析 [素养要求]　化学平衡图像题，常以c­t图、含量－时间－温度图、含量－时间－压强图、恒压线图、恒温线图等考查化学反应速率和平衡知识，此外又出现了很多新型图像，这些图像常与生产生活中的实际问题相结合，从反应时间、投料比值、催化剂的选择、转化率等角度考查，体现变化观念与平衡思想的核心素养。 1．解化学平衡图像题的思维流程 2．通过图像获取有用信息 (1)横坐标与纵坐标的含义 ①横坐标：通常是t、T、p(即时间、温度、压强)等。 ②纵坐标：通常是v、c、n、α、φ(即速率、物质的量浓度、物质的量、转化率、体积分数)等。 (2)线的走向与斜率 ①线的走向，即随着横坐标自变量的增大，纵坐标因变量是变大、变小、还是不变。当纵坐标所表示的物理量，如速率、物质的量浓度、物质的量、转化率或体积分数等不随横坐标的变化而变化时，图像中出现一条直线，那么该反应就到达化学平衡状态。 ②斜率，是化学平衡图像曲线中一个重要的参数。斜率的应用，通常是对两条不同曲线的斜率进行比较，或者通过比较同一条曲线不同时刻的斜率变化来判断反应是改变了哪些外界条件。 (3)观察化学平衡图像中的“重点” 所谓的“重点”指的是化学平衡图像中的起点、拐点、终点、交点、突变点等，这些点往往隐藏着许多重要的信息，借助这些“重点”中的有效信息，能够快速地找到解题的思路，突破图像题的难点。 (4)跟踪化学平衡图像中量的变化 考虑纵坐标表示的物理量所发生的变化是由什么外界条件改变而引起的。要解决这个问题，我们经常要借助化学平衡移动理论。 3．掌握三类常规图像的分析方法 (1)“先拐先平”解答单一变量的平衡图像 ①“转化率－时间”图像 以mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)　ΔH＝Q kJ·mol－1为例 ΔH<0 m＋n>p＋q m＋n<p＋q m＋n＝p＋q ②解题原则和方法 “先拐先平，数值大”原则 分析反应由开始(起始物质相同时)至达到平衡所用时间的长短可推知反应条件的变化。 ①若为温度变化引起，温度较高时，反应达平衡所需时间短。如甲图500 ℃先达平衡； ②若为压强变化引起，压强较大时，反应达平衡所需时间短。如乙、丙、丁图1.01×107 Pa先达平衡 掌握图像中反应规律的判断方法 ①图甲中，升高温度，A的转化率降低，平衡逆向移动，则正反应为放热反应； ②图乙中，增大压强，A的转化率升高，平衡正向移动，则正反应为气体体积减小的反应； ③若纵坐标表示A的百分含量，则甲中正反应为吸热反应，乙中正反应为气体体积增大的反应 (2)“定一议二”解答多变量的平衡图像 ①“A的转化率(或C的含量)－温度－压强”四种图像 以mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)　ΔH＝Q kJ·mol－1为例 m＋n>p＋q，ΔH>0 m＋n<p＋q，ΔH<0 m＋n>p＋q，ΔH<0 m＋n<p＋q，ΔH>0 ②解答时应用“定一议二”原则 通过分析相同温度下不同压强时，反应物A的转化率大小来判断平衡移动的方向，从而确定反应方程式中反应物与产物气体物质间的化学计量数的大小关系。如图甲中任取一条温度曲线研究，压强增大，A的转化率增大，平衡正向移动，则正反应为气体体积减小的反应，图丙中任取横坐标一点作横坐标垂线，也能得出相同结论。 通过分析相同压强下不同温度时，反应物A的转化率的大小来判断平衡移动的方向，从而确定反应的热效应。如图丙中任取一条压强曲线研究，温度升高，A的转化率减小，平衡逆向移动，则正反应为放热反应，图乙中任取横坐标一点作垂线，也能得出相同结论。 (3)“点－线－面”三维度分析特殊平衡图像 ①对于化学反应mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)，如下图所示，M点前，表示从反应物开始，v正>v逆；M点为刚达到平衡点；M点后为平衡受温度的影响情况，即升温，A的百分含量增加或C的百分含量减少，平衡左移，故正反应ΔH<0。 ②如图，对于化学反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，L线上所有的点都是平衡点。L线的左上方(E点)，A的百分含量大于此压强时平衡体系的A的百分含量，所以，E点v正>v逆；则L线的右下方(F点)，v正<v逆。 4．化工生产中的复杂图像分析 除通过图像获取有用信息和对获取的信息进行加工处理外，还需注意以下4点： (1)曲线上的每个点是否都达到平衡 往往需要通过曲线的升降趋势或斜率变化来判断，如果还未达到平衡则不能使用平衡移动原理，只有达到平衡以后的点才能应用平衡移动原理。 如图中虚线表示单位时间内A的产率随温度的升高先增大后减小，先增大的原因是P点之前反应尚未达到平衡，随温度的升高，反应速率增大，故单位时间内A的产率增大。 (2)催化剂的活性是否受温度的影响 不同的催化剂因选择性不同受温度的影响也会不同。一般来说，催化剂的活性在一定温度下最高，低于或高于这个温度活性都会下降。 如图，250～300 ℃时，温度升高而B的生成速率降低的原因是温度超过250 ℃时，催化剂的催化效率降低。 (3)不同的投料比对产率也会造成影响 可以采用定一议二的方法，根据相同投料比下温度或压强的改变对产率的影响或相同温度或压强下改变投料比时平衡移动的方向进行判断，确定反应的吸放热或系数和的大小。 如图，对于反应2CO2(g)＋6H2(g)CH3OCH3(g)＋3H2O(g)。 当投料比一定时，温度越高，CO2的转化率越低，所以升温，平衡左移，正反应为放热反应。若温度不变，提高投料比[n(H2)/n(CO2)]，则提高了二氧化碳的转化率。 (4)考虑副反应的干扰或影响 往往试题会有一定的信息提示，尤其温度的改变影响较大。 1.将1 mol M和2 mol N置于体积为2 L的恒容密闭容器中，发生反应：M(s)＋2N(g)P(g)＋Q(g)　ΔH。反应过程中测得P的体积分数在不同温度下随时间的变化如图所示。下列说法正确的是(　　) A．若X、Y两点的平衡常数分别为K1、K2，则K1<K2 B．温度为T1时，N的平衡转化率为80%，平衡常数K＝4 C．无论温度为T1还是T2，当容器中气体密度或压强不变时，反应达平衡状态 D．降低温度、增大压强、及时分离出产物均有利于提高反应物的平衡转化率 答案　B 解析　由题图可知，T1<T2，升高温度，P的体积分数减小，平衡逆向移动，K减小，则K1>K2，A错误；该反应前后气体体积不变，压强始终不变，改变压强平衡不移动，C、D错误；T1条件下反应达到平衡时，P的体积分数为40%，则生成P的物质的量为2 mol×40%＝0.8 mol，消耗N的物质的量为1.6 mol，N的转化率为×100%＝80%，平衡常数K＝＝4，B正确。 2．(2023·广东深圳月考)下列图示与对应的叙述相符的是(　　) A．图甲表示镁条与盐酸反应的化学反应速率随反应时间变化的曲线，说明t1 s溶液的温度最高 B．图乙是恒温密闭容器中发生CaCO3(s)CaO(s)＋CO2(g)反应时c(CO2)随反应时间变化的曲线，说明t1 s改变的条件可能是缩小容器的体积 C．图丙表示等量NO2在容积相同的恒容密闭容器中，不同温度下分别发生反应：2NO2(g) N2O4(g)，相同时间后测得NO2含量的曲线，则该反应的ΔH>0 D．图丁表示密闭容器中CH4(g)＋H2O(g) CO(g)＋3H2(g)达到平衡时，CH4的转化率与压强、温度的变化关系曲线，说明p1>p2 答案　B 解析　镁条与盐酸的反应是放热反应，开始反应时温度升高，速率加快，随着反应进行，浓度逐渐降低，速率的影响以浓度为主，导致速率下降，但反应继续进行，温度继续升高，所以t1 s时溶液的温度不是最高，故A错误；由题图可知，达到平衡后，继续升温，二氧化氮的含量增加，说明升温逆向进行，则该反应的ΔH<0，故C错误；根据反应方程式可得，在温度相同的情况下，增大压强，平衡逆向进行，甲烷的转化率减小，由图丁可知p2时甲烷的转化率低，压强大，即p1<p2，故D错误。 3.在2 L恒容密闭容器中充入2 mol X和1 mol Y发生反应：2X(g)＋Y(g)3Z(g)，反应过程中持续升高温度，测得混合体系中X的体积分数与温度的关系如图所示。下列推断正确的是(　　) A．Q点时，Y的转化率最大 B．W点的正反应速率等于M点的正反应速率 C．升高温度，平衡常数增大 D．温度一定，平衡时充入Z，达到新平衡时Z的体积分数比原平衡时大 答案　A 4．氢气是一种清洁高效的新型能源，如何经济实用的制取氢气成为重要课题。H2S可用于高效制取氢气，发生的反应为2H2S(g) S2(g)＋2H2(g)。 (1)若起始时容器中只有H2S，平衡时三种物质的物质的量与裂解温度的关系如图甲所示。 ①图中曲线Z表示的物质是__________(填化学式)。 ②C点时H2S的转化率为________%(保留一位小数)。 ③A点时，设容器内的总压为p Pa，则平衡常数Kp＝________(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)。 (2)若在两个等容积的恒容容器中分别加入2.0 mol H2S、1.0 mol H2S，测得不同温度下H2S的平衡转化率如图乙所示。 ①M点、O点和N点的逆反应速率v(M)、v(O)和v(N)的大小关系为________________(用“>”“<”或“＝”表示，下同)。②M、N两点容器内的压强2p(M)________p(N)，平衡常数K(M)、K(N)、K(O)三者的大小关系为______________________。 答案　(1)①S2　②66.7　③p Pa (2)①v(M)<v(O)<v(N)　②<　K(M)＝K(O)<K(N) 高考真题演练 1．(2023·江苏卷)二氧化碳加氢制甲烷过程中的主要反应为 CO2(g)＋4H2(g)===CH4(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－164.7 kJ·mol－1 CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g)　ΔH＝41.2 kJ·mol－1 在密闭容器中，1.01×105 Pa、＝时，CO2平衡转化率、在催化剂作用下反应相同时间所测得的CO2实际转化率随温度的变化如图所示。CH4的选择性可表示为×100%。下列说法正确的是(　　) A．反应2CO(g)＋2H2(g)===CO2(g)＋CH4(g)的焓变ΔH＝－205.9 kJ·mol－1 B．CH4的平衡选择性随着温度的升高而增加 C．用该催化剂催化二氧化碳反应的最佳温度范围约为480～530 ℃ D．450 ℃时，提高的值或增大压强，均能使CO2平衡转化率达到X点的值 答案　D 解析　由盖斯定律可知反应2CO(g)＋2H2(g)===CO2(g)＋CH4(g)的焓变ΔH＝－2×41.2 kJ·mol－1＋(－164.7 kJ·mol－1)＝－247.1 kJ·mol－1，A错误；CO2(g)＋4H2(g)===CH4(g)＋2H2O(g)为放热反应，升高温度平衡逆向移动，CH4的含量降低，故CH4的平衡选择性随着温度的升高而降低，B错误；由题图可知温度范围约为350～400 ℃时二氧化碳实际转化率较高，故此温度范围为催化剂催化的最佳温度，C错误。 2．(2023·江苏卷)金属硫化物(MxSy)催化反应CH4(g)＋2H2S(g)===CS2(g)＋4H2(g)，既可以除去天然气中的H2S，又可以获得H2。下列说法正确的是(　　) A．该反应的ΔS<0 B．该反应的平衡常数K＝ C．图示的反应机理中，步骤Ⅰ可理解为H2S中带部分负电荷的S与催化剂中的M之间发生作用 D．该反应中每消耗1 mol H2S，转移电子的数目约为2×6.02×1023 答案　C 3．(2023·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 答案　B 解析　一定条件下，增大H2O(g)的浓度，能提高CH4的转化率，即x值越小，CH4的转化率越大，则x1<x2，A正确；b点和c点温度相同，CH4的起始物质的量都为1 mol，b点x值小于c点，则b点加H2O(g)多，反应物浓度大，则反应速率：vb正>vc正，B错误；由图像可知，x一定时，温度升高CH4的平衡转化率增大，说明正反应为吸热反应，温度升高平衡正向移动，K增大；温度相同，K不变，则点a、b、c对应的平衡常数：Ka<Kb＝Kc，C正确；该反应为气体分子数增大的反应，反应进行时压强发生改变，所以温度一定时，当容器内压强不变时，反应达到平衡状态，D正确。 4．(2023·辽宁卷节选)硫酸工业在国民经济中占有重要地位。 接触法制硫酸的关键反应为SO2的催化氧化： SO2(g)＋O2(g) SO3(g)　ΔH＝－98.9 kJ·mol－1 (1)为寻求固定投料比下不同反应阶段的最佳生产温度，绘制相应转化率(α)下反应速率(数值已略去)与温度的关系如下图所示，下列说法正确的是________。 a．温度越高，反应速率越大 b．α＝0.88的曲线代表平衡转化率 c．α越大，反应速率最大值对应温度越低 d．可根据不同α下的最大速率，选择最佳生产温度 (2)为提高钒催化剂的综合性能，我国科学家对其进行了改良。不同催化剂下，温度和转化率关系如下图所示，催化性能最佳的是________(填标号)。 (3)设O2的平衡分压为p，SO2的平衡转化率为αe，用含p和αe的代数式表示上述催化氧化反应的Kp＝______________________(用平衡分压代替平衡浓度计算)。 答案　(1)cd　(2)d　(3) 解析　(3)设起始时SO2的分压为p1，列三段式 　　　 SO2(g)　＋　O2(g)SO3(g) 起始 p1 转化 p1αe p1αe 平衡 p1(1－αe) p p1αe 。 5．(2022·全国甲卷节选)金属钛(Ti)在航空航天、医疗器械等工业领域有着重要用途，目前生产钛的方法之一是将金红石(TiO2)转化为TiCl4，再进一步还原得到钛。 TiO2转化为TiCl4有直接氯化法和碳氯化法。在1000 ℃时反应的热化学方程式及其平衡常数如下： (ⅰ)直接氯化：TiO2(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(g)＋O2(g)　ΔH1＝172 kJ·mol－1，Kp1＝1.0×10－2 (ⅱ)碳氯化：TiO2(s)＋2Cl2(g)＋2C(s)===TiCl4(g)＋2CO(g)　ΔH2＝－51 kJ·mol－1，Kp2＝1.2×1012 Pa (1)在1.0×105 Pa，将TiO2、C、Cl2以物质的量比1∶2.2∶2进行反应。体系中气体平衡组成比例(物质的量分数)随温度变化的理论计算结果如图所示。 ①反应C(s)＋CO2(g)===2CO(g)的平衡常数Kp(1400 ℃)＝________Pa。 ②图中显示，在200 ℃平衡时TiO2几乎完全转化为TiCl4，但实际生产中反应温度却远高于此温度，其原因是_________________________________________。 (2)TiO2碳氯化是一个“气—固—固”反应，有利于TiO2­C“固—固”接触的措施是______________________________________________。 答案　(1)①7.2×105　②为了提高反应速率，在相同时间内得到更多的TiCl4产品，提高效益 (2)将两固体粉碎后混合，同时鼓入Cl2，使固体粉末“沸腾” 解析　(1)①从图中可知，1400 ℃时，体系中气体平衡组成比例CO2是0.05，TiCl4是0.35，CO是0.6，反应C(s)＋CO2(g)===2CO(g)的平衡常数Kp(1400 ℃)＝＝ Pa＝7.2×105 Pa。 课时作业 [建议用时：40分钟] 一、选择题(每小题只有1个选项符合题意) 1．下列有关说法中正确的是(　　) A．2CaCO3(s)＋2SO2(g)＋O2(g)===2CaSO4(s)＋2CO2(g)在低温下能自发进行，则该反应的ΔH<0 B．NH4Cl(s)===NH3(g)＋HCl(g)室温下不能自发进行，说明该反应的ΔH<0 C．反应3Cl2(g)＋8NH3(g)===6NH4Cl(s)＋N2(g)室温下能自发进行，说明该反应的ΔH>0，ΔS<0 D．加入合适的催化剂能降低反应活化能，从而改变反应的焓变 答案　A 2．(2023·南京市、盐城市高三二模)反应2NO(g)＋2CO(g) 2CO2(g)＋N2(g)　ΔH＜0可用于处理汽车尾气。下列说法正确的是(　　) A．该反应在任何温度下都能自发进行 B．上述反应的平衡常数K＝ C．其他条件相同，增大体系压强，能提高NO的平衡转化率 D．其他条件相同，提高c(CO)，正反应速率加快，逆反应速率减慢 答案　C 解析　该反应的ΔH<0，ΔS<0，根据反应自发进行的条件(ΔG＝ΔH－TΔS<0)，该反应在低温下可自发进行，A错误；该反应的平衡常数K＝，B错误；提高一氧化碳的浓度，正反应速率加快，逆反应速率在瞬间不变，D错误。 3．(2023·金版原创)[Co(H2O)6]SO4在NaCl溶液中存在平衡：[Co(H2O)6]2＋(aq)＋4Cl－(aq)[CoCl4]2－(aq)＋6H2O(l)　ΔH；溶液中c(Cl－)随温度的变化关系如图所示，下列说法不正确的是(　　) A．该反应的正反应为吸热反应 B．平衡常数：K(Z)＞K(Y)＞K(X) C．T1温度，W点时，v正>v逆 D．状态X与状态Z相比，状态Z时[CoCl4]2－的产率更高 答案　C 解析　温度越高，c(Cl－)越小，则升高温度，平衡向正反应方向移动，该反应的正反应为吸热反应，A正确；对于吸热反应，温度越高，平衡常数越大，则K(Z)＞K(Y)＞K(X)，B正确；W点时的c(Cl－)小于平衡时的c(Cl－)，则反应向逆反应方向移动，即v逆>v正，C错误；状态X到状态Z，平衡向正反应方向移动，故状态Z时[CoCl4]2－的产率更高，D正确。 4．(2023·辽宁省丹东市高三上学期期末考试)一定温度下，在两个容积均为1 L的密闭容器中，充入一定量的反应物，发生反应：2NO(g)＋2CO(g) N2(g)＋2CO2(g)　ΔH<0。 相关反应数据如下表所示： 容器编号 温度/℃ 起始物质的量/mol 10 s时物质的量/mol NO CO N2 Ⅰ T1 0.2 0.2 0.05 Ⅱ T2(T2>T1) 0.2 0.2 0.05 下列说法正确的是(　　) A．前10 s，容器Ⅰ中的化学反应速率v(CO2)＝0.005 mol/(L·s) B．该反应在任何温度下均能自发进行 C．10 s时，容器Ⅰ中的反应一定处于平衡状态 D．若向容器Ⅱ中再充入0.08 mol NO和0.04 mol N2，反应将向正反应方向进行 答案　D 解析　根据反应方程式，该时间段内，生成二氧化碳的物质的量为2×0.05 mol＝0.1 mol，v(CO2)＝＝0.01 mol/(L·s)，A错误；该反应为气体物质的量减少的放热反应，即ΔS＜0，ΔH<0，根据ΔG＝ΔH－TΔS<0能自发进行，则低温下能自发进行，B错误；假设容器Ⅰ达到平衡，因为容器Ⅱ的温度高于容器Ⅰ，因此升高温度，平衡向逆反应方向进行，氮气物质的量小于0.05 mol，现在是等于0.05 mol，说明容器Ⅰ没有达到平衡，故C错误。 5．N2O5是一种新型硝化剂，在一定温度下可发生下列反应：2N2O5(g)4NO2(g)＋O2(g)　ΔH＞0，T1温度下的部分实验数据如下： t/s 0 500 1000 1500 c(N2O5)/(mol·L－1) 5.00 3.52 2.50 2.50 下列说法不正确的是(　　) A．500 s内N2O5分解速率为2.96×10－3 mol·L－1·s－1 B．T1温度下的平衡常数为K1＝125，1000 s时N2O5的转化率为50% C．其他条件不变时，T2温度下反应到1000 s时测得N2O5的浓度为2.98 mol·L－1，则T1＜T2 D．T1温度下的平衡常数为K1，T3温度下的平衡常数为K3，若K1＞K3，则T1＞T3 答案　C 解析　v(N2O5)＝＝2.96×10－3 mol·L－1·s－1，A正确；1000 s后N2O5的浓度不再发生变化，即达到了化学平衡，列出三段式： 2N2O5(g) 4NO2(g)＋O2(g)　 5.00 0 0 2.50 5.00 1.25 2.50 5.00 1.25 则K1＝＝＝125，α(N2O5)＝×100%＝50%，B正确；1000 s时，T2温度下的N2O5浓度大于T1温度下的N2O5浓度，则改变温度使平衡逆向移动了，逆向是放热反应，则降低温度平衡向放热反应方向移动，即T2＜T1，C错误；对于吸热反应来说，T越高，K越大，若K1＞K3，则T1＞T3，D正确。 6．(2023·辽宁省葫芦岛市高三上学期期末考试)在容积均为1 L的密闭容器M(500 ℃，恒温)、N(起始500 ℃，绝热)中分别加入1 mol N2O、4 mol CO和相同催化剂，发生反应：N2O(g)＋CO(g)CO2(g)＋N2(g)　ΔH。实验测得M、N容器中N2O的转化率随时间的变化关系如图。下列说法错误的是(　　) A．该反应的ΔH>0 B．500 ℃该反应的化学平衡常数K约为0.022 C．M容器中N2O的转化率随时间的变化关系是图中的曲线b D．反应平衡后，向N容器中再加入1 mol N2O、4 mol CO，N2O的平衡转化率减小 答案　A 解析　两容器的起始温度相同，由题图可知，0～100 s内，曲线a条件下先达到平衡，反应速率较快，说明曲线a对应温度较高，但曲线a条件下N2O的平衡转化率小于曲线b，则该反应是放热反应，ΔH＜0，A错误。 7．(2023·河北省张家口市高三二模)我国在H2和CO合成CH3OH的研究中取得重大突破。向某密闭容器中，按物质的量为2∶1的比例充入H2和CO，发生反应：2H2(g)＋CO(g) CH3OH(g)　ΔH。测得不同压强下CH3OH(g)的平衡体积分数随温度变化关系如图所示，下列说法错误的是(　　) A．p1>p2 B．该反应的焓变ΔH>0 C．N点时对应该反应的Kp＝ D．M、N两点使用不同催化剂时，正反应速率可能相等 答案　B 解析　该反应为气体分子总数减小的反应，所以压强越大，CH3OH(g)的平衡体积分数越高，p1>p2，A正确；温度升高，CH3OH(g)的平衡体积分数减小，说明该反应为放热反应，ΔH<0，B错误；N点时对应该反应的平衡常数与M点相同，Kp＝，C正确；M、N两点使用不同催化剂时，催化剂活性不同，速率不同，压强也不同，正反应速率可能相等，D正确。 8．在体积可变的密闭容器中投入0.5 mol CO和1 mol H2，不同条件下发生反应：CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g)　ΔH。实验测得平衡时H2的转化率随温度、压强的变化如图1所示。下列说法错误的是(　　) A．Y代表压强，且Y1＞Y2；X代表温度，且ΔH＜0 B．M点反应物转化率之比等于N点 C．若M点对应的容器体积为5 L，则N点的平衡常数K＝100 D．图2中曲线AB能正确表示该反应平衡常数的负对数pK(pK＝－lg K)与X的关系 答案　D 解析　该反应为气体体积减小的反应，相同温度下压强越大H2的转化率越大，所以Y为压强，X为温度，且Y1＞Y2；相同压强下温度越高，氢气的转化率越小，说明升高温度平衡逆向移动，正反应为放热反应，即ΔH＜0，故A正确；初始投料n(CO)∶n(H2)＝1∶2，根据方程式可知反应过程中CO和H2按照1∶2反应，所以任意时刻二者的转化率之比均为1∶1，故B正确；N点和M点温度相同，则平衡常数相同，容器体积为5 L，M点H2的转化率为50%，可根据该点列三段式 CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g) 0.1 0.2 0 0.05 0.1 0.05 0.05 0.1 0.05 K＝＝100，故C正确；pK＝－lg K，则K越大，pK越小，该反应正反应为放热反应，温度越高K越小，则pK越大，故曲线AC表示该反应平衡常数的负对数pK与X的关系，故D错误。 9．一定温度下，在三个体积均为0.5 L的恒容密闭容器中发生反应CO(g)＋Cl2(g) COCl2(g)，其中容器Ⅰ 5 min时到达平衡。 容器编号 温度/℃ 起始物质的量/ mol 平衡物质的量/mol CO Cl2 COCl2 COCl2 Ⅰ 500 1.0 1.0 0 0.8 Ⅱ 500 1.0 a 0 0.5 Ⅲ 600 0.5 0.5 0.5 0.7 下列说法中正确的是(　　) A．容器Ⅰ中前5 min的平均反应速率v(CO)＝0.16 mol·L－1·min－1 B．该反应正反应为放热反应 C．容器Ⅱ中起始时Cl2的物质的量为0.75 mol D．若起始时向容器Ⅰ加入0.8 mol CO、0.8 mol Cl2，达到平衡时CO转化率大于80% 答案　B 解析　容器Ⅰ中前5 min的平均反应速率v(COCl2)＝＝0.32 mol·L－1·min－1，依据反应速率之比等于化学计量数之比，v(CO)＝0.32 mol·L－1·min－1，故A错误；依据表中数据可知，Ⅰ和Ⅲ温度相同时，是等效平衡，升温，COCl2的物质的量减小，说明平衡逆向移动，则正向为放热反应，故B正确；依据Ⅰ中数据求算500 ℃时的平衡常数： CO(g)＋Cl2(g)COCl2(g) 2 2 0 1.6 1.6 1.6 0.4 0.4 1.6 反应的平衡常数K＝＝10，平衡时CO的转化率为×100%＝80%， 依据Ⅱ中数据，结合方程式可知， CO(g)＋Cl2(g)COCl2(g) 2 2a 0 1 1 1 1 2a－1 1 则有＝10，解得a＝0.55，故C错误；反应为气体体积减小的反应，若起始时向容器Ⅰ中加入0.8 mol CO和0.8 mol Cl2，相当于减压，CO平衡转化率降低，小于80%，故D错误。 二、非选择题 10．(2023·河北省保定市高三一模)我国要在2060年实现碳中和的目标，CO2的资源化对于实现碳中和具有重要意义。回答下列问题： (1)CH4与CO2重整生成H2和CO的反应为CH4(g)＋CO2(g)2H2(g)＋2CO(g)　ΔH＝＋247.6 kJ·mol－1。 在恒温恒容装置中通入等体积CO2和CH4，发生上述反应，起始压强为p，CO2的平衡转化率为α，达平衡时，容器内总压强为________，该反应的平衡常数Kp＝____________(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)。 (2)利用CO2和H2合成乙烯：2CO2(g)＋6H2(g)CH2===CH2(g)＋4H2O(g)　ΔH。 ①在恒容密闭容器中，起始压强相同，反应温度、投料比对CO2平衡转化率的影响如图1所示。则ΔH________0(填“>”或“<”，下同)；a________3；M、N两点的反应速率v逆(M)________v正(N)。 ②常压某温度下，按n(CO2)∶n(H2)＝1∶3(总物质的量为4a mol)的投料比充入密闭容器中发生反应。n(C2H4)随时间(t)的变化趋势如图2中曲线A所示。其他条件相同，若将容器的体积改为原来的一半，0～t1时刻n(C2H4)随时间(t)的变化趋势曲线为__________(填“B”“C”或“D”)。 答案　(1)(1＋α)p　 (2)①<　>　<　②C 解析　(1)在恒温恒容装置中通入等体积CO2和CH4，假设投料均为1 mol，起始压强为p，CO2的平衡转化率为α，达平衡时： CH4(g)＋CO2(g)2H2(g)＋2CO(g) 1 1 0 0 α α 2α 2α 1－α 1－α 2α 2α 则反应后总的物质的量为(2＋2α) mol，根据阿伏加德罗定律可知，容器内总压强为 ×p＝(1＋α)p，该反应的平衡常数Kp＝＝。 (2)①由题图1可知，相同条件下，升高温度，二氧化碳转化率下降，则平衡逆向移动，反应为放热反应，ΔH小于零；相同条件下，增加氢气的投料，平衡正向移动，会提高二氧化碳的转化率，故a>3；M、N均为平衡点，各自的正、逆反应速率相等，由于N点温度更高，则反应速率更快，故M、N两点的反应速率v逆(M)<v正(N)。 ②2CO2(g)＋6H2(g)CH2===CH2(g)＋4H2O(g)，反应为气体分子数减小的反应，其他条件相同，若将容器的体积改为原来的一半，物质浓度变大，反应速率更快，缩小体积相当于增大压强，达到新平衡时相当于在原有平衡的基础上正向移动，则生成乙烯的物质的量更大，结合图2可知，0～t1时刻n(C2H4)随时间(t)的变化趋势曲线为C。 11．(2023·金版原创)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： (1)已知：①(g)(g)＋H2(g)　ΔH1＝＋100.3 kJ·mol－1 ②H2(g)＋Cl2(g) 2HCl(g)　ΔH2＝－183.0 kJ·mol－1 ③(g)＋Cl2(g) (g)＋2HCl(g)　ΔH3＝________ kJ·mol－1 反应①为慢反应，下列示意图中能体现上述反应能量变化的是________(填标号)。 (2)某温度下，等物质的量的Cl2(g)和(g)在恒容密闭容器内发生反应③，达到平衡后，欲增加(g)的百分含量，可采取的措施有________(填标号)。 A．通入惰性气体 B．升高温度 C．通入环戊二烯气体 D．从容器中分离出环戊二烯气体 (3)将2 mol (g)和2 mol Cl2(g)充入1 L恒容密闭容器中，发生反应(g)＋Cl2(g) (g)＋2HCl(g)，测得的平衡转化率与温度、压强的关系如图所示： ①X、W、Z三点平衡常数KX、KW、KZ的大小关系为________________。压强p1________(填“>”“<”或“＝”，下同)p2，在T1和p2条件下，Y点：v正________v逆。 ②在p2和T1条件下经5 min达到平衡，v()＝________ mol·L－1·min－1；T1条件下平衡常数K＝________。 答案　(1)－82.7　A　(2)C (3)①KX＝KZ＞KW　<　<　②0.2　4 解析　(3)①(g)＋Cl2(g) (g)＋2HCl(g)是放热反应，温度越高，平衡常数越小，温度不变，平衡常数不变，则KX＝KZ＞KW；该反应是气体分子数增大的反应，压强越大，的转化率越小，则p1<p2；T1和p2条件下，Y点时的转化率大于平衡时的转化率，则反应逆向移动，即v正<v逆。 ② (g)＋Cl2(g) (g)＋2HCl(g) 2 2 0 0 1 1 1 2 1 1 1 2 v()＝ mol·L－1·min－1＝0.2 mol·L－1·min－1，K＝＝＝4。 35 学科网（北京）股份有限公司 $$