第6章 第1节 化学反应的方向和限度-【创新教程】2025年高考化学总复习大一轮教师用书word（鲁科单选版）

第一节　化学反应的方向和限度 课程标准 核心素养(教师用书独具) 1.知识化学反应是具有方向的，知道化学反应的方向与反应的焓变和熵变有关 2．了解可逆反应的含义，知道可逆反应在一定条件下能达到化学平衡状态及能描述化学平衡状态，判断化学反应是否达到平衡 3．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 4．能利用平衡常数和浓度商的关系判断化学反应说法达到平衡及平衡移动的方向 1.变化观念与平衡思想：知道化学反应需要一定的条件，并遵循一定规律；认识化学变化有一定限度，是可以调控的 2．证据推理与模型认知：建立观点、结论和证据之间的逻辑关系；知道可以通过分析、推理等方法认识化学平衡的特征及其影响因素，建立模型。能运用模型(Q与K的关系)解释化学平衡的移动，揭示现象的本质和规律 考点一　化学反应进行的方向 一、自发过程 1．含义 在一定条件下，不需要借助外力作用就能自动进行的过程。 2．特点 (1)体系趋向于从　高能　状态转变为　低能　状态(体系对外部做功或释放热量)。 (2)在密闭条件下，体系有从　有序　转变为　无序　的倾向性(无序体系更加稳定)。 二、熵、熵变 1．熵是量度体系　混乱程度　的物理量，符号为S。 2．影响熵大小的因素 (1)相同条件下，物质不同，熵不同。 (2)同一物质：S(g)　>　S(l)　>　S(s)。 3．熵变＝生成物的总熵－反应物的总熵。 三、化学反应进行的方向 1．判据 2．一般规律 (1)ΔH　<　0，ΔS　>　0的反应任何温度下都能自发进行。 (2)ΔH　>　0，ΔS　<　0的反应任何温度下都不能自发进行。 (3)ΔH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。 对于一个特定的气相反应，熵变的大小取决于反应前后气体物质化学计量数大小。 1．易错辨析(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)(2024·徐州市高三开学考)反应2CO(g)＋2NO(g)2CO2(g)＋N2(g)的ΔS>0( × ) (2)(2023·江苏卷)反应CH4(g)＋2H2S===CS2(g)＋4H2(g)的ΔS<0( × ) (3)能够自发进行的反应就一定能够发生并完成( × ) (4)若一个反应的ΔH>0，ΔS<0，该反应一定不能自发进行( √ ) (5)2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)在常温下能自发进行，则该反应的ΔH>0。( × ) (6)放热过程有自发进行的倾向性，但并不一定能自发进行，吸热过程没有自发进行的倾向性，但在一定条件下也可自发进行( √ ) (7)判断过程的自发性能确定过程能否一定发生和过程发生的速率。( × ) (8)在其它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。( × ) 2．(2024·邵东一中月考)下列诗词中，包含ΔH>0、ΔS>0的化学变化的是(　　) A．日照香炉生紫烟，遥看瀑布挂前川 B．千锤万凿出深山，烈火焚烧若等闲 C．日暮北风吹雨去，数峰清瘦出云来 D．美人首饰侯王印，尽是沙中浪底来 解析：B　[A.“日照香炉生紫烟，遥看瀑布挂前川”中涉及燃烧反应，故A不选；B.“千锤万凿出深山，烈火焚烧若等闲”中涉及碳酸钙的分解，该反应是吸热的熵增反应，ΔH>0、ΔS>0，故B选；C.“日暮北风吹雨去，数峰清瘦出云来”中涉及风吹散云雨，没有涉及热量和熵变化，故C不选；D.“美人首饰侯王印，尽是沙中浪底来”中涉及沙中淘金，不存在热量的变化，故D不选。] 　焓变、熵变和温度对化学反应方向的影响 ΔH ΔS ΔH－TΔS 反应情况 － ＋ 永远是负值 在任何温度下过程均自发进行 ＋ － 永远是正值 在任何温度下过程均非自发进行 ＋ ＋ 低温为正；高温为负 低温时非自发；高温时自发 － － 低温为负；高温为正 低温时自发；高温时非自发 ◆[题组]　焓变、熵变与化学反应方向的关系　 1．下列反应中，一定不能自发进行的是(　　) A．2KClO3(s)===2KCl(s)＋3O2(g)　ΔH＝－78.03 kJ·mol－1　ΔS＝1 110 J·(mol·K)－1 B．CO(g)===C(石墨，s)＋1/2O2(g)　ΔH＝＋110.5(kJ·　mol－1)　ΔS＝－89.36 J·(mol·K)－1 C．4Fe(OH)2(s)＋2H2O(l)＋O2(g)===4Fe(OH)3(s)　ΔH＝－444.3 kJ·mol－1　　ΔS＝－280.1 J·(mol·K)－1 D．NH4HCO3(s)＋CH3COOH(aq)===CO2(g)＋CH3COONH4(aq)＋H2O(l)　ΔH＝＋37.301 kJ·mol－1　ΔS＝184.05 J·(mol·K)－1 解析：B　[根据ΔG＝ΔH－TΔS。当ΔH＜0，ΔS＞0时，ΔG＜0，反应肯定能自发进行；当ΔH＞0，ΔS＜0时，ΔG＞0，反应一定不能自发进行。] 2．下列说法不正确的是(　　) A．ΔH<0、ΔS>0的反应在任何温度下都能自发进行 B．NH4HCO3(s)===NH3(g)＋H2O(g)＋CO2(g)ΔH＝＋185.57 kJ·mol－1能自发进行，原因是体系有自发地向混乱度增加的方向转变的倾向 C．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作为反应自发性的判据 D．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速率 解析：C　[反应的ΔH<0、ΔS>0，则始终存在ΔG＝ΔH－TΔS<0，在任何温度下该反应都能自发进行，A正确。反应NH4HCO3(s)===NH3(g)＋H2O(g)＋CO2(g)的ΔH>0、ΔS>0，则高温下存在ΔH－TΔS<0，若该反应能自发进行，说明体系有自发地向混乱度增加的方向转变的倾向，B正确。ΔH、ΔS都与反应的自发性有关，但要根据ΔG＝ΔH－TΔS判断反应的自发性，不能将ΔH或ΔS单独作为反应自发性的判据，C错误。在其他外界条件不变的情况下，使用催化剂可以改变反应的活化能，从而改变反应速率，D正确。] 考点二　可逆反应与化学平衡状态 一、可逆反应 1．定义 在　同一　条件下既可以向　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 双向性 指可逆反应分为方向相反的两个反应：正反应和逆反应 双同性 指正、逆反应是在同一条件下，同时进行 共存性 指反应物的转化率小于100%，反应物与生成物共存 3.表示 在方程式中用“”表示。 二、化学平衡状态 1．概念 在一定条件下的可逆反应中，正反应速率与逆反应速率　相等　，反应体系中所有参加反应的物质的　质量或浓度　保持不变的状态。 2．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： 以上过程可用如图表示： 3. 三、判断化学平衡状态的两种方法 1．动态标志：v正＝v逆≠0 (1)同种物质：同一物质的生成速率等于消耗速率。 (2)不同物质：必须标明是“异向”的反应速率关系。如aA＋bBcC＋dD，＝时，反应达到平衡状态。 2．静态标志：各种“量”不变 (1)各物质的质量、物质的量或浓度不变。 (2)各物质的百分含量(物质的量分数、质量分数等)不变。 (3)温度、压强(化学反应方程式两边气体体积不相等)或颜色(某组分有颜色)不变。 1．易错辨析(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)CaO＋CO2===CaCO3和CaCO3CaO＋CO2↑互为可逆反应( × ) 提示：正、逆反应不是在同一条件下进行的，错误。 (2)化学反应达到平衡状态时，各组分的浓度、百分含量保持不变，但它们的物质的量之比不一定与方程式对应化学计量数之比相等( √ ) 提示：方程式的化学计量数之比等于对应物质的物质的量的变化量之比，所以平衡时各物质的物质的量之比不一定等于化学计量数之比。正确。 (3)对反应A(g)＋B(g)C(g)＋D(g)，压强不随时间而变，说明反应已达到平衡状态( × ) 提示：对反应A(g)＋B(g)C(g)＋D(g)，由于反应前后气体的量不变，所以压强一直不随时间而变，错误。 (4)在一恒温恒容的密闭容器中充入2 mol SO2、1 mol O2，一定条件下发生反应，在相同的容器中充入2 mol SO3，在相同条件下发生反应。二者最终达到的平衡各组分的百分含量对应相同( √ ) 提示：根据等效平衡的建立条件，二者属于恒温恒容等量投料，建立的平衡等效。正确。 (5)可逆反应都具有一定的限度，化学反应的限度可以通过改变反应条件而改变( √ ) 提示：可逆反应的反应物不能都转化为生成物，所以具有一定的限度。一个可逆反应达到平衡状态就是这个反应在该条件下所能达到的限度，条件改变平衡会发生移动，其限度发生变化。正确。 (6)在恒温恒压条件下，对于反应A(g)＋B(g)2C(g)＋D(g)，当密度保持不变时，反应达到化学平衡状态( √ ) 提示：此反应是所有物质均为气体且正反应气体物质的量增大的反应，由于恒压，所以未达到平衡前体系的体积会随反应进行而变化，只有平衡时体系内气体物质的量保持不变了，体系的体积才不再变化，密度才不再变化，所以正确。 (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( √ ) 提示：颜色不变时也就是NO2浓度不变了，可以说明该反应已达到平衡状态，正确。 2．向含有2 mol SO2的容器中通入过量氧气发生反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH＝－Q kJ·mol－1(Q＞0)，充分反应后生成SO3的物质的量____2 mol(填“＜”“＞”或“＝”，下同)，SO2的物质的量______0 mol，转化率______100%，反应放出的热量______ Q kJ。 答案：＜　＞　＜　＜ ◆[题组1]　“极端转化”确定各物质的量　 1．可逆反应N2＋3H22NH3，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：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浓度为0.2 mol·L－1，但由于反应是可逆反应，H2不能完全反应，所以NH3浓度达不到0.2 mol·L－1。] 2．一定条件下，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＜c1＜0.14 mol·L－1 解析：D　[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0＜c1＜0.14 mol·L－1。] 　极端假设法确定各物质浓度范围 上述题目1可根据极端假设法判断，假设反应正向或逆向进行到底，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。 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X2∈(0,0.2)， Y2∈(0.2,0.4)，Z∈(0,0.4)。 ◆[题组2]　化学平衡状态的判断　 3．在1 L定容的密闭容器中，可以证明可逆反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)已达到平衡状态的是(　　) A．c(N2)∶c(H2)∶c(NH3)＝1∶3∶2 B．一个N≡N键断裂的同时，有3个H—H键生成 C．其他条件不变时，混合气体的密度不再改变 D．v正(N2)＝2v逆(NH3) 解析：B　[c(N2)∶c(H2)∶c(NH3)＝1∶3∶2不能说明各物质的浓度不变，不一定为平衡状态，A项错误；一个N≡N键断裂的同时，有3个H—H键生成，说明正、逆反应速率相等，反应达到了平衡状态，B项正确；混合气体的密度ρ＝，质量在反应前后是守恒的，容器体积不变，密度始终不变，所以密度不变的状态不一定是平衡状态，C项错误；v正(N2)＝2v逆(NH3)时，正、逆反应速率不相等，未达到平衡状态，D项错误。] 4．一定温度下，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：D　[ΔH是恒量，不能作为判断平衡状态的标志；该反应是充入1 mol N2O4，正反应速率应是逐渐减小直至不变，③曲线趋势不正确。] 5．(2024·成都外国语中学模拟)在一定温度下体积不变的密闭容器中，下列叙述不是可逆反应A(g)＋3B(g)2C(g)达到平衡状态标志的是(　　) ①C的生成速率与C的分解速率相等 ②单位时间内生成a mol A，同时生成3a mol B ③A、B、C的分子数之比为1∶3∶2 ④A、B、C的总质量不再变化 ⑤混合气体的总压强不再变化 ⑥混合气体的总物质的量不再变化 ⑦单位时间内消耗a mol A，同时生成3a mol B ⑧A、B、C的浓度不再变化 A．①②④⑤　　　　 B．②③④ C．②⑥ D．③⑦⑧ 解析：B　[①C的生成速率与C的分解速率相等，说明C的正逆反应速率相等，该反应达到平衡状态，故正确；②无论是否达到平衡，总存在单位时间内生成a mol A、同时生成3a mol B，所以不能据此判断平衡状态，故错误；③A、B、C的分子数之比为1∶3∶2时，该反应不一定达到平衡状态，因为没有说明分子数之比保持不变，所以不能据此判断平衡状态，故错误；④任何化学反应中都存在质量守恒，所以无论反应是否达到平衡状态，A、B、C的总质量不变，所以不能据此判断平衡状态，故错误；⑤反应前后气体的物质的量减少导致压强减小，当混合气体的总压强不再变化时，各物质的物质的量之和不变，该反应达到平衡状态，故正确；⑥反应前后气体的物质的量减少，当混合气体的总物质的量不再变化时，该反应达到平衡状态，故正确；⑦单位时间内消耗a mol A，同时生成3a mol B，必定同时生成a mol A，则A正、逆反应速率相等，该反应达到平衡状态，故正确；⑧A、B、C的浓度不再变化时，正、逆反应速率相等，该反应达到平衡状态，故正确，综合以上分析，②③④符合题意。] 　规避“2”个易失分点 (1)化学平衡状态判断“三关注” 关注反应条件，是恒温恒容，恒温恒压、还是绝热恒容容器；关注反应特点，是等体积反应，还是非等体积反应；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)不能作为“标志”的四种情况 ①反应组分的物质的量之比等于化学方程式中相应物质的化学计量数之比。 ②恒温恒容下的体积不变的反应，体系的压强或总物质的量不再随时间而变化，如2HI(g)H2(g)＋I2(g)。 ③全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再随时间而变化，如2HI(g)H2(g)＋I2(g)。 ④全是气体参加的反应，恒容条件下体系的密度保持不变。 考点三　化学平衡常数 一、化学平衡常数 1．定义：在一定温度下，当一个可逆反应达到　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，该常数就是该反应的化学平衡常数。 2．表达式 对于反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)， K＝　　 固体和纯液体的浓度视为常数，通常不计入平衡常数表达式中。例如： (1)C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)的平衡常数表达式K＝　　。 (2)Fe3＋(aq)＋3H2O(l)Fe(OH)3(s)＋3H＋(aq)的平衡常数表达式K＝　　。 3．影响因素：对于具体的化学反应，K的大小与物质的浓度、压强等无关，只随　温度　的变化而变化。 4．意义 (1)一定温度下，K值越大说明反应进行程度越大，反应物转化率也越　大　。 (2)一般认为，K>105时，反应进行得就基本完全了。 5．应用 (1)判断可逆反应进行的程度。 (2)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。 (3)判断反应的热效应：若升高温度，K值增大，则正反应为　吸　热反应；若升高温度，K值减小，则正反应为　放　热反应。 二、掌握四个公式 1．反应物的转化率＝×100%＝×100%。 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．平衡时混合物中各组分的百分含量＝×100%。 4．某组分的体积分数＝×100%。 1．易错辨析(正确的打“√”，错误的打“×”)。 (1)(2023·江苏卷)反应CH4(g)＋2H2S(g)===CS2(g)＋4H2(g)的平衡常数K＝( × ) (2)催化剂能改变化学反应速率，也能改变平衡常数( × ) (3)平衡常数发生变化，化学平衡不一定发生移动( × ) (4)化学平衡发生移动，平衡常数不一定发生变化( √ ) (5)平衡常数和转化率都能体现可逆反应进行的程度( √ ) (6)化学平衡常数只受温度的影响，升高温度，化学平衡常数的变化取决于该反应的反应热( √ ) (7)对于一个可逆反应，化学计量数不同，化学平衡常数的表达式及数值也不同( √ ) (8)反应A(g)＋3B(g)2C(g)，达平衡后，温度不变，增大压强，平衡正向移动，平衡常数K值增大( × ) 2．(教材改编题)已知反应A(g)＋3B(g)3C(g)在一定温度下达到平衡，该反应的平衡常数表达式为______________。若各物质的平衡浓度分别为c(A)＝2.0 mol·L－1、c(B)＝2.0 mol·L－1、c(C)＝1.0 mol·L－1，则K＝______。 答案：K＝　0.062 5 3．(1)(2023·全国甲卷)已知下列反应的热化学方程式： ①3O2(g)===2O3(g)　K1　ΔH1＝285 kJ·mol－1 ②2CH4(g)＋O2(g)===2CH3OH(l)　K2　ΔH2＝－329 kJ·mol－1 反应③CH4(g)＋O3(g)===CH3OH(l)＋O2(g)的ΔH3＝______kJ·mol－1，平衡常数K3＝______(用K1、K2表示)。 (2)(2023·浙江1月)“碳达峰·碳中和”是我国社会发展重大战略之一，CH4还原CO2是实现“双碳”经济的有效途径之一，相关的主要反应有： Ⅰ：CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)　K1 Ⅱ：H2(g)＋CO2(g)CO(g)＋H2O(g)　K2 反应CH4(g)＋3CO2(g)4CO(g)＋2H2O(g)的K＝________(用K1、K2表示)。 解析：(1)根据盖斯定律可知，反应③＝(反应②－①)，所以对应ΔH3＝(ΔH2－ΔH1)＝(－329 kJ·mol－1－285 kJ·mol－1)＝－307 kJ·mol－1；根据平衡常数表达式与热化学方程式之间的关系可知，对应化学平衡常数K3＝(或 )。 (2)已知： Ⅰ：CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)　K1 Ⅱ：H2(g)＋CO2(g)CO(g)＋H2O(g)　K2 由Ⅰ＋Ⅱ×2得反应CH4(g)＋3CO2(g)4CO(g)＋2H2O(g)，故K＝K1·K。 答案：(1)－307　(或 ) (2)K1·K ◆[题组1]　化学平衡常数及影响因素　 1．(2021·海南卷)制备水煤气的反应C(s)＋H2O(g)===H2(g)＋CO(g)　ΔH＞0，下列说法正确的是(　　) A．该反应ΔS＜0 B．升高温度，反应速率增大 C．恒温下，增大总压，H2O(g)的平衡转化率不变 D．恒温恒压下，加入催化剂，平衡常数增大 解析：B　[A.该反应的正反应是气体体积增大的反应，所以ΔS＞0，A错误；B.升高温度，物质的内能增加，分子运动速率加快，有效碰撞次数增加，因此化学反应速率增大，B正确；C.恒温下，增大总压，化学平衡向气体体积减小的逆反应方向移动，使H2O(g)的平衡转化率减小，C错误；D.恒温恒压下，加入催化剂，化学平衡不移动，因此化学平衡常数不变，D错误；故合理选项是B。] 2．(2024·西安铁一中学质检)O3也是一种很好的消毒剂，具有高效、洁净、方便、经济等优点。O3可溶于水，在水中易分解，产生的[O]为游离氧原子，有很强的杀菌消毒能力。常温常压下发生反应如下： 反应①　O3O2＋[O]　ΔH＞0　平衡常数为K1； 反应②　[O]＋O32O2　ΔH＜0　平衡常数为K2； 总反应：　2O33O2　ΔH＜0　平衡常数为K。 下列叙述正确的是(　　) A．降低温度，K减小 B．K＝K1＋K2 C．适当升温，可提高消毒效率 D．压强增大，K2减小 解析：C　[A项，降温，总反应平衡右移，K增大，错误；B项，K1＝.K2＝、K＝＝K1·K2，错误；C项，升温，反应①右移，c([O])增大，提高消毒效率，正确；D项，对于给定的反应，平衡常数只与温度有关，错误。] 3．(2024·江西上高模拟)一定条件下，向密闭容器中加入 X物质，发生反应3X(g)Y(g)＋Z(g) ΔH＜0，反应一定时间后改变某一个外界条件，反应中各时刻X物质的浓度如下表所示，下列说法中不正确的是(　　) 反应时间(min) 0 5 15 17 20 X的浓度(mol/L) 1.0 0.4 0.4 0.7 0.7 A.0～5 min时，该反应的速率为v(X)＝0.12 mol/(L·min) B．15 min时改变的条件不可能是升高温度 C．5 min时反应达到第一次平衡，该温度下的平衡常数数值为0.625 D．从初始到18 min时，X的转化率为30% 解析：B　[A.图表中0～5 min时，X消耗浓度为1.0 mol·L－1－0.4 mol·L－1＝0.6 mol·L－1，反应速率＝＝0.12 mol·(L·min)－1，故A正确；B.反应是放热反应，升温平衡逆向移动，X可以为0.7 mol·L－1，故B错误；C.5 min时反应达到第一次平衡，根据三段式法有： 3X(g)Y(g)　＋Z(g) 起始量(mol/L)　　1　　　0　　　0 变化量(mol/L) 0.6 0.2 0.2 平衡量 (mol/L) 0.4 0.2 0.2， K＝＝＝0.625， 故C正确；D.根据图表数据，初始到18 min时消耗X浓度为0.3 mol·L－1，转化率α(X)＝×100%＝30%，故D正确。] ◆[题组2]　化学平衡常数与平衡移动方向的判断　 4．(2024·合肥高三模拟)在体积为1 L的密闭容器中，进行如下化学反应：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)，化学平衡常数K与温度T的关系如下表： T/℃ 700 800 850 1 000 1 200 K 0.6 0.9 1.0 1.7 2.6 回答下列问题： (1)升高温度，化学平衡向______(填“正反应”或“逆反应”)方向移动。 (2)若某温度下，平衡浓度符合下列关系：c(CO2)·c(H2)＝c(CO)·c(H2O)，此时的温度为______；在此温度下，若该容器中含有1 mol CO2、1.2 mol H2、0.75 mol CO、1.5 mol H2O，则此时反应所处的状态为______________(填“向正反应方向进行”“向逆反应方向进行”或“平衡状态”)。 解析：(1)由表格数据可知，随着温度升高，平衡常数增大，说明化学平衡向正反应方向移动；(2)由c(CO2)·c(H2)＝c(CO)·c(H2O)计算出K＝1.0，即此时温度为850 ℃；因为体积为1 L，所以此温度下＝＝0.937 5<1.0，故反应向正反应方向进行。 答案：(1)正反应　(2)850 ℃　向正反应方向进行 5．甲醇是重要的化学工业基础原料和清洁液体燃料。工业上可利用CO或CO2来生产燃料甲醇。已知制备甲醇的有关化学反应以及在不同温度下的化学反应平衡常数如下表所示： 化学反应 平衡 常数 温度/℃ 500 800 ①2H2(g)＋CO(g)CH3OH(g) K1 2.5 0.15 ②H2(g)＋CO2(g)H2O(g)＋CO(g) K2 1.0 2.50 ③3H2(g)＋CO2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) K3 (1)据反应①与②可推导出K1、K2与K3之间的关系，则K3＝______(用K1、K2表示)。 (2)反应③的ΔH______0(填“＞”或“＜”)。 (3)500 ℃时测得反应③在某时刻H2(g)、CO2(g)、CH3OH(g)、H2O(g)的浓度(mol·L－1)分别为0.8、0.1、0.3、0.15，则此时v正__________v逆(填“＞”“＝”或“＜”)。 解析：(1)K1＝， K2＝， K3＝， K3＝K1·K2。 (2)根据K3＝K1·K2,500 ℃、800 ℃时，反应③的平衡常数分别为2.5,0.375；升温，K减小，平衡左移，正反应为放热反应，所以ΔH＜0。 (3)500 ℃时，K3＝2.5 Q＝＝≈0.88＜K3 故反应正向进行，v正＞v逆。 答案：(1)K1·K2　(2)＜　(3)＞ 6．在一个体积为2 L的真空密闭容器中加入0.5 mol CaCO3，发生反应CaCO3(s)CaO(s)＋CO2(g)，测得二氧化碳的物质的量浓度随温度的变化关系如图所示，图中A表示CO2的平衡浓度与温度的关系曲线，B表示不同温度下反应经过相同时间时CO2的物质的量浓度的变化曲线。请按要求回答下列问题： (1)该反应正反应为______(填“吸”或“放”)热反应，温度为T5 ℃时，该反应耗时40 s达到平衡，则T5℃时，该反应的平衡常数数值为______。 (2)如果该反应的平衡常数K值变大，该反应______(选填字母)。 a．一定向逆反应方向移动 b．在平衡移动时正反应速率先增大后减小 c．一定向正反应方向移动 d．在平衡移动时逆反应速率先减小后增大 (3)请说明随温度的升高，曲线B向曲线A逼近的原因： ________________________________________________________________________。 (4)保持温度、体积不变，充入CO2气体，则CaCO3的质量______，CaO的质量______，CO2的浓度______(填“增大”“减小”或“不变”)。 (5)在T5℃下，维持温度和容器体积不变，向上述平衡体系中再充入0.5 mol N2，则最后平衡时容器中的CaCO3的质量为______ g。 解析：(1)T5 ℃时，c(CO2)＝0.20 mol·L－1，K＝c(CO2)＝0.20。(2)K值增大，平衡正向移动，正反应速率大于逆反应速率。(4)体积不变，增大c(CO2)，平衡左移，CaCO3质量增大，CaO质量减小，由于温度不变，K不变，所以c(CO2)不变。(5)保持体积、温度不变，充入N2，平衡不移动，c(CO2)仍等于0.20 mol·L－1，其物质的量为0.4 mol，所以剩余CaCO3的物质的量为0.5 mol－0.4 mol＝0.1 mol，其质量为10 g。 答案：(1)吸　0.20　(2)bc　(3)随着温度升高，反应速率加快，达到平衡所需要的时间变短 (4)增大　减小　不变　(5)10 ◆[题组3]　平衡转化率的相关计算　 7．(2024·江西遂川中学模拟)某温度下，在一个2 L的密闭容器中，加入4 mol A和2 mol B进行如下反应：3A(g)＋2B(g)4C(s)＋D(g)，反应2 min后达到平衡，测得生成1.6 mol C，下列说法正确的是(　　) A．前2 min，D的平均反应速率为0.2 mol·(L·min)－1 B．此时，B的平衡转化率是40% C．增加B，平衡向右移动，B的平衡转化率增大 D．增大该体系的压强，平衡不移动 解析：B　[A.前2 min，D生成的物质的量为×1.6 mol＝0.4 mol，其平均反应速率为＝0.1 mol·(L·min)－1，选项A错误；B.在反应开始时B的物质的量是2 mol，由于达到平衡时产生C 1.6 mol ，会反应消耗B 0.8 mol，则B的平衡转化率是×100%＝40%，选项B正确； C．增加B，平衡正向移动，由于增大的物质的量使物质浓度增大的影响大于平衡移动使其浓度减小的趋势，因此B的平衡转化率减小，选项C错误；D.该反应的正反应是气体体积减小的反应，若增大该体系的压强，化学平衡向气体体积减小的正反应方向移动，选项D错误。] 8．H2S与CO2在高温下发生反应：H2S(g)＋CO2(g)COS(g)＋H2O(g)。在610 K时，将0.10 mol CO2与0.40 mol H2S充入2.5 L的空钢瓶中，反应平衡后水的物质的量分数为0.02。H2S的平衡转化率α＝______%，反应平衡常数K＝______。 解析：该反应是等气体分子数反应，平衡时n(H2O)＝0.02×0.50 mol＝0.01 mol。 　　　　 H2S(g)＋CO2(g)COS(g)＋H2O(g) 起始/mol　0.40　　　0.10　　　　0　　　　0 转化/mol　0.01　　　0.01　　　0.01　　　0.01 平衡/mol　0.39　　　0.09　　　0.01　　　0.01 α(H2S)＝×100%＝2.5%。对于等气体分子数反应，可直接用物质的量替代浓度计算平衡常数：K＝＝≈2.8×10－3。 答案：2.5　2.8×10－3 [例]　(2023·全国新课标卷)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： (1)根据图1数据计算反应N2(g)＋H2(g)===NH3(g)的ΔH＝________kJ·mol－1。 (2)研究表明，合成氨反应在Fe催化剂上可能通过图2机理进行(*表示催化剂表面吸附位，N表示被吸附于催化剂表面的N2)。判断上述反应机理中，速率控制步骤(即速率最慢步骤)为________(填步骤前的标号)，理由是 ________________________________________________________________________。 (3)合成氨催化剂前驱体(主要成分为Fe3O4)使用前经H2还原，生成α­Fe包裹的Fe3O4。已知α­Fe属于立方晶系，晶胞参数a＝287 pm，密度为7.8 g·cm－3。则α­Fe晶胞中含有Fe的原子数为________(列出计算式，阿伏加德罗常数的值为NA)。 (4)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。(物质i的摩尔分数：xi＝ni/n总) 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3中，当p2＝20MPa、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)。 试题情境 突破方法 核心素养 以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为情境，考查反应能量、反应机理、晶胞密度计算以及化学平衡的有关计算。 ①盖斯定律的应用；②晶胞密度公式；③由题知信息结合图像变化趋势判断平衡问题，由物质的量分数得到平衡数据，求出各物质的压强分数，可计算Kp。 以浓度平衡常数迁移压强平衡常数，提高学生的知识迁移能力及整合能力。 解析：(1)在化学反应中，断开化学键要消耗能量，形成化学键要释放能量，反应的焓变等于反应物的键能总和与生成物的键能总和的差，因此，由图1数据可知，反应N2(g)＋H2(g)===NH3(g)的ΔH＝(473＋654－436－397－339) kJ/mol＝－45 kJ/mol。 (2)由图1中信息可知，N2===N(g)的ΔH＝＋473 kJ/mol，则N≡N的键能为946 kJ/mol；H2(g)===3H(g)的ΔH＝＋654 kJ/mol，则H－H的键能为436 kJ/mol。在化学反应中，最大的能垒为速率控制步骤，而断开化学键的步骤都属于能垒，由于N≡N的键能比H－H的大很多，因此，在上述反应机理中，速率控制步骤为(ⅱ)。 (3)已知α­Fe属于立方晶系，晶胞参数a＝287 pm，密度为7.8 g/cm－3，设其晶胞中含有Fe的原子数为x，则α­Fe晶体密度ρ＝g·cm－3＝7.8 g·cm－3，解之得x＝，即α­Fe晶胞中含有Fe的原子数为。 (4)①合成氨的反应中，压强越大越有利于氨的合成，因此，压强越大平衡时氨的摩尔分数越大。由图中信息可知，在相同温度下，反应达平衡时氨的摩尔分数p1<p2<p3，因此，图中压强由小到大的顺序为p1<p2<p3，判断的依据是合成氨的反应为气体分子数减小的反应，压强越大平衡时氨的摩尔分数越大。 ②对比图3和图4中的信息可知，在相同温度和相同压强下，图4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，化学平衡要朝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4。 ③图3中，进料组成为xH2＝0.75、xN2＝0.25两者物质的量之比为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x mol，则有： N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) 起(mol)　　1　　　 3　　　 0 变(mol) x 3x 2x 平(mol) 1－x 3－3x 2x 当p2＝20 MPa、xNH3＝0.20时，xNH3＝＝0.20，解之得x＝，则氮气的转化率α＝≈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K＝＝(MPa)－2因此，该温度时，反应N2(g)＋H2(g)NH3(g)的平衡常数Kp＝＝＝(MPa)－1。 答案：(1)－45　(2)(ⅱ)在化学反应中，最大的能垒为速率控制步骤，而断开化学键的步骤都属于能垒，由于N≡N的键能比H－H的大很多，因此，在上述反应机理中，速率控制步骤为(ⅱ) (3)　(4)①p1<p2<p3　合成氨的反应为气体分子数减小的反应，压强越大平衡时氨的摩尔分数越大　②图4　③33.33%　 1．(2023·江苏卷)硫酸工业在国民经济中占有重要地位。 (1)我国古籍记载了硫酸的制备方法——“炼石胆(CuSO4·5H2O)取精华法”。借助现代仪器分析，该制备过程中CuSO4·5H2O分解的TG曲线(热重)及DSC曲线(反映体系热量变化情况，数值已省略)如图所示。700 ℃左右有两个吸热峰，则此时分解生成的氧化物有SO2、____和____(填化学式)。 (2)铅室法使用了大容积铅室制备硫酸(76%以下)，副产物为亚硝基硫酸，主要反应如下：NO2＋SO2＋H2O===NO＋H2SO4 2NO＋O2===2NO2 (ⅰ)上述过程中NO2的作用为____________________。 (ⅱ)为了适应化工生产的需求，铅室法最终被接触法所代替，其主要原因是____________________(答出两点即可)。 (3)(ⅰ)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)。 (ⅱ)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)。 解析：(1)根据图示的热重曲线所示，在700 ℃左右会出现两个吸热峰，说明此时CuSO4发生热分解反应，从TG图像可以看出，质量减少量为原CuSO4质量的一半，说明有固体CuO剩余，还有其他气体产出，此时气体产物为SO2、SO3、O2，可能出现的化学方程式为3CuSO43CuO＋2SO2↑＋SO3↑＋O2↑，结合反应中产物的固体产物质量和气体产物质量可以确定，该反应的产物为CuO、SO2、SO3、O2，故答案为CuO、SO3。 (2)(ⅰ)根据所给的反应方程式，NO2在反应过程中先消耗再生成，说明NO2在反应中起催化剂的作用；(ⅱ)近年来，铅室法被接触法代替因为在反应中有污染空气的NO和NO2放出影响空气环境、同时作为催化剂的NO2可以溶解在硫酸中给产物硫酸带来杂质影响产品质量、产率不高(答案合理即可)。 (3)(ⅰ)为了提高催化剂的综合性能，科学家对催化剂进行了改良，从图中可以看出标号为d的催化剂V－K－Cs－Ce对SO2的转化率最好，产率最佳，故答案选d； (ⅲ)利用分压代替浓度计算平衡常数，反应的平衡常数Kp＝＝ ＝；设SO2初始量为m mol，则平衡时n(SO2)＝m－m·αe＝m(1－αe)，n(SO3)＝m·αe，Kp＝＝，故答案为。 答案：(1)CuO　SO3　(2)(ⅰ)催化剂　(ⅱ)反应中有污染空气的NO和NO2放出影响空气环境、NO2可以溶解在硫酸中给产物硫酸带来杂质、产率不高(答案合理即可) (3)(ⅰ)d　(ⅱ) 2．(2022·全国甲卷)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。回答下列问题： (1)TiO2转化为TiCl4有直接氯化法和碳氯化法。在1 000 ℃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＝1.2×1012Pa ①反应2C(s)＋O2(g)===2CO(g)的Kp＝__________Pa。 ②碳氯化的反应趋势远大于直接氯化，其原因是 ________________________________________________________________________。 ③对于碳氯化反应：增大压强，平衡__________移动(填“向左”“向右”或“不”)；温度升高，平衡转化率__________(填“变大”“变小”或“不变”)。 (2)在1.0×105Pa，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(1 400 ℃)＝__________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 ________________________________________________________________________。 (3)TiO2碳氯化是一个“气—固—固”反应，有利于TiO2－C“固—固”接触的措施是__________________________________。 解析：(1)①根据盖斯定律，将“反应ⅱ－反应ⅰ”得到反应2C(s)＋O2(g)===2CO(g)，则ΔH＝－51 kJ/mol－172 kJ/mol＝－223 kJ/mol；则Kp＝＝＝1.2×1014Pa；②碳氯化的反应趋势远大于直接氯化，因为碳氯化反应气体分子数增加，ΔH小于0，是熵增、放热过程，熵判据与焓判据均是自发过程，而直接氯化的体系气体分子数不变、且是吸热过程；③对应碳氯化反应，气体分子数增大，依据勒夏特列原理，增大压强，平衡往气体分子数减小的方向移动，即平衡向左移动；该反应是放热反应，温度升高，平衡往吸热方向移动，即向左移动，则平衡转化率变小。(2)①从图中可知，1 400 ℃，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(1 400 ℃)＝＝Pa＝7.2×105Pa；②实际生产中需要综合考虑反应的速率、产率等，以达到最佳效益，实际反应温度远高于200 ℃，就是为了提高反应速率，在相同时间内得到更多的TiCl4产品。(3)固体颗粒越小，比表面积越大，反应接触面积越大。有利于TiO2–C“固－固”接触，可将两者粉碎后混合，同时鼓入Cl2，使固体粉末“沸腾”，增大接触面积。 答案：(1)①1.2×1014　②碳氯化反应气体分子数增加，ΔH小于0，是熵增、放热过程，熵判据与焓判据均是自发过程，而直接氯化的体系气体分子数不变、且是吸热过程　③向左　变小 (2) 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 (3)将两固体粉碎后混合，同时鼓入Cl2，使固体粉末“沸腾” 3．(2021·山东卷，节选)2­甲氧基­2­甲基丁烷(TAME)常用作汽油原添加剂。在催化剂作用下，可通过甲醇与烯烃的液相反应制得，体系中同时存在如下反应： 回答下列问题： 反应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ以物质的量分数表示的平衡常数Kx与温度T变化关系如图所示。 (1)为研究上述反应体系的平衡关系，向某反应容器中加入1.0 mol TAME，控制温度为353 K，测得TAME的平衡转化率为α。已知反应Ⅲ的平衡常数Kx3＝9.0，则平衡体系中B的物质的量为______ mol，反应Ⅰ的平衡常数Kx1＝______。同温同压下，再向该容器中注入惰性溶剂四氢呋喃稀释，反应Ⅰ的化学平衡将______(填“正向移动”“逆向移动”或“不移动”)平衡时，A与CH3OH物质的量浓度之比c(A)∶c(CH3OH)＝______。 (2)为研究反应体系的动力学行为，向盛有四氢呋喃的另一容器中加入一定量A、B和CH3OH。控制温度为353 K，A、B物质的量浓度c随反应时间t的变化如图所示。代表B的变化曲线为______(填“X”或“Y”)；t＝100 s时，反应Ⅲ的正反应速率v正________逆反应速率v逆(填“>”“<”或“＝”)。 解析：(1)向某反应容器中加入1.0 mol TAME，控制温度为353 K，测得TAME的平衡转化率为α，则平衡时n(TAME)＝(1－α) mol，n(A)＋n(B)＝n(CH3OH)＝ α mol。已知反应Ⅲ的平衡常数Kx3＝9.0，则＝9.0，将该式代入上式可以求出平衡体系中B的物质的量为0.9α mol，n(A)＝0.1α mol，反应Ⅰ的平衡常数Kx1＝＝。同温同压下，再向该容器中注入惰性溶剂四氢呋喃稀释，反应Ⅰ的化学平衡将向着分子数增大的方向移动，即逆向移动。平衡时，TAME的转化率变大，但是平衡常数不变，A与CH3OH物质的量浓度之比不变，c(A)∶c(CH3OH)＝0.1α∶α＝1∶10。(2)温度为353 K，反应Ⅲ的平衡常数Kx3＝9.0，＝9.0。由A、B物质的量浓度c随反应时间t的变化曲线可知，X代表的平衡浓度高于Y，则代表B的变化曲线为X；由曲线的变化趋势可知，100 s以后各组分的浓度仍在变化，t＝100 s时，＝≈10.2＞9，因此，反应Ⅲ正在向逆反应方向移动，故其正反应速率v正小于逆反应速率v逆，填＜。 答案：(1)0.9α　　逆向移动　1∶10　(2)X　＜ 4．(物质的转化率与选择性)(2024·北师大附中期中)中国科学家在淀粉人工光合成方面取得重大突破性进展，该实验方法首先将CO2催化还原为CH3OH。已知CO2催化加氢的主要反应有： ①CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH1＝－49.4 kJ/mol ②CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)　ΔH2＝＋41.2 kJ/mol 其他条件不变时，在相同时间内温度对CO2催化加氢的影响如图。下列说法不正确的是(　　) A．CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)　ΔH＝－90.6 kJ/mol B．使用催化剂，能降低反应的活化能，增大活化分子百分数 C．其他条件不变，增大压强，有利于反应向生成CH3OH的方向进行 D．220～240°C，升高温度，对反应②速率的影响比对反应①的小 解析：D　[A.由题干信息可知，反应①　CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH1＝－49.4 kJ/mol，反应②　CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH2＝＋41.2 kJ/mol，则目标反应CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)可由反应①－②，根据盖斯定律可知，ΔH＝ΔH1－ΔH2＝(－49.4 kJ/mol)－(＋41.2 kJ/mol)＝－90.6 kJ/mol，A正确；B.根据碰撞理论可知，使用催化剂，能降低反应的活化能，增大活化分子百分数，B正确；C.根据反应：①CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH1＝－49.4 kJ/mol　②　CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)　ΔH2＝＋41.2 kJ/mol可知，其他条件不变，增大压强，对反应②无影响，对反应①平衡正向移动，故有利于反应向生成CH3OH的方向进行，C正确；D.由图可知，220～240°C，升高温度，CO2的转化率增大，根据反应：①　CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH1＝－49.4 kJ/mol　②　CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)　ΔH2＝＋41.2 kJ/mol可知，即升高温度，反应①平衡逆向移动，CO2的转化率减小，反应②平衡正向移动，CO2的转化率增大，故说明对反应②速率的影响比对反应①的大，D错误。] 5．(化学平衡中的选择性)(2024·怀仁市一中高三开学考)环戊烯(C5H8，)是一种重要的有机化工原料，可用环戊二烯(C5H6，)制备。 已知： 反应Ⅰ：C5H6(g，环戊二烯)＋H2(g)C5H8(g，环戊烯)　ΔH1＝－100.5 kJ/mol 反应Ⅱ：C5H8(g，环戊烯)＋H2(g)C5H10(g，环戊烷)　ΔH2＝－109.4 kJ/mol 反应Ⅲ：H2(g)＋I2(g)2HI(g) ΔH3＝－11.0 kJ/mol 选择性＝×100% (1)某温度下，将环戊二烯和HI按物质的量之比1∶2(总物质的量为a mol)充入容积为2 L的恒容密闭容器中，发生反应：C5H6(g，环戊二烯)＋2HI(g)C5H8(g，环戊烯)＋I2(g)。 ①该反应的ΔH＝________kJ/mol，该反应自发进行的条件是________。 ②下列有关该反应的叙述正确的是________(填标号)。 A．当气体压强不变时，说明反应已达到平衡状态 B．升高温度，有利于提高环戊烯的平衡产率 C．反应达到平衡时，环戊二烯和碘化氢的转化率相等 D．通入惰性气体，有利于提高环戊二烯的平衡转化率 (2)以Pd/Al2O3为催化剂，如图1为25 ℃时环戊二烯的氢化过程，环戊烯与环戊烷的各组分含量(物质的量含量)随时间(t)的变化。为研究不同温度下的催化剂活性，测得不同温度(其他条件相同)下反应4 h时环戊二烯的转化率和环戊烯的选择性的数据如图2所示。 ①环戊二烯氢化制环戊烯的最佳反应温度为________，选择该温度的原因是____。 ②升高温度，环戊二烯转化率提高而环戊烯的选择性降低，其原因是 ____________________。 (3)已知两分子环戊二烯易发生加成反应生成二聚体双环戊二烯分子。不同温度(T1、T2)下，在2 L恒容容器中环戊二烯的物质的量与反应时间的关系如图所示(已知起始时环戊二烯的物质的量为1.5 mol)。推测T1____T2(填“<”“>”或“＝”)；T1时，用二聚体双环戊二烯表示0～1 h的平均反应速率v＝________。 (4)实际生产中，常由双环戊二烯通入水蒸气解聚成环戊二烯： 温度为t ℃时，加入总压为70 kPa的双环戊二烯和水蒸气，恒温恒容下达到平衡后总压为124 kPa，双环戊二烯的平衡转化率为90%，则t ℃下该反应的平衡常数Kp＝________kPa(Kp为用各物质的平衡分压表示反应的平衡常数)。 解析：(1)①根据盖斯定律可知，反应Ⅰ－反应Ⅲ，得到：C5H6(g，环戊二烯)＋2HI(g)C5H8(g，环戊烯)＋I2(g)，该反应的ΔH＝ΔH1－ΔH3＝－100.5 kJ·mol－1－(－11.0 kJ·mol－1)＝－89.5 kJ/mol。 该反应的ΔH<0，ΔS<0，当ΔH－TΔS＜0时，反应能自发进行，即当T很小(低温)时，该反应能自发进行。②A.恒温恒容时，正反应是气体压强减小的反应，当气体压强不变时，说明反应已达到平衡状态，A正确；B.正反应是放热反应，升高温度，平衡逆向移动，环戊烯的平衡产率下降，B错误；C.起始时，环戊二烯和碘化氢按物质的量之比1∶2充入容积为2 L的恒容密闭容器中，则二者转化率之比＝×100%：×100%＝1∶1，即反应达到平衡时，环戊二烯和碘化氢的转化率相等，C正确；D.恒容时，通入惰性气体，平衡不发生移动，环戊二烯的平衡转化率不变，D错误。 (2)①由图2可知，30 ℃时，环戊烯的选择性最大且环戊二烯的转化率较高(催化剂活性好)，所以，30 ℃是环戊二烯氢化制环戊烯的最佳反应温度，故答案为：30 ℃；该温度下，催化剂的活性好且选择性好；②温度升高，反应Ⅰ和反应Ⅱ的反应速率都加快，但对反应Ⅱ速率的影响大于反应Ⅰ，所以出现升高温度，环戊二烯转化率提高而环戊烯选择性降低，故答案为：温度升高，反应Ⅰ和反应Ⅱ的反应速率都加快，但对反应Ⅱ速率的影响大于对反应Ⅰ速率的影响； (3)温度越高，反应速率越快，根据图示可知，温度T2(虚线)的反应速率较大，故T1＜T2。反应经过1小时，环戊二烯的消耗浓度＝＝0.45 mol·L－1，此时二聚体双环戊二烯的浓度为0.225 mol·L－1，其平均生成速率v＝0.225 mol·L－1·h－1。 (4)设双环戊二烯的起始分压为p，水蒸气分压为p0，则反应到达平衡后，双环戊二烯分压减小了0.9p，则双环戊二烯的平衡分压为0.1p，环戊二烯的平衡分压为1.8p，列出方程组：p0＋p＝70 kPa，p0＋0.1p＋1.8p＝124 kPa，解得：p＝60 kPa。则双环戊二烯的平衡分压为6 kPa，环戊二烯的平衡分压为108 kPa，t℃下该反应的平衡常数Kp＝ kPa＝1 944 kPa。 答案：(1)①－89.5　低温　②AC (2)①30 ℃　该温度下，催化剂的活性好，且环戊烯的选择性好　②温度升高，反应Ⅰ和反应Ⅱ的反应速率都加快，但对反应Ⅱ速率的影响大于对反应Ⅰ速率的影响 (3)<　0.225 mol·L－1·h－1　(4)1 944 [归纳提升] 体系构建 核心巧记 1.必记1个表达式——化学平衡常数表达式 对于可逆反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，K＝。 2．牢记影响化学平衡常数的1个因素——温度 化学平衡常数仅与温度有关，与反应物、生成物的浓度无关。 3．掌握平衡常数K的应用 (1)判断反应进行的程度； (2)判断反应进行的方向； (3)判断反应的热效应； (4)计算物质的含量、转化率、平衡浓度等。 学科网（北京）股份有限公司 $$