第2章 化学反应速率与化学平衡 章末复习建构课-【名师导航】2023-2024学年高中化学选择性必修1同步讲义(人教版2019)

1．反应速率与化学平衡 2．反应的方向 主题1　活化能与反应历程(机理) (1)A曲线代表未使用催化剂，E2为活化能，B曲线代表使用催化剂，E1为活化能。 (2)使用催化剂可以降低反应的活化能，反应速率增大。 (3)使用催化剂后，反应历程中的两步基元反应中，第一步的活化能E1＞第二步的活化能E3，第一步为决速步。 主题2　化学平衡常数的计算与应用 1．平衡常数计算思路 (1)利用三段式确定平衡时各组分浓度或分压。 (2)根据反应明确平衡常数表达式。 (3)将平衡浓度或分压代入表达式化简求值。 2．平衡常数的应用 (1)判断反应程度：K越大，反应程度越大。 (2)判断反应焓变的正、负。 (3)判断某时刻是否为平衡状态和反应进行的方向。 ①当Qc＜K时，反应向正反应方向进行； ②当Qc＝K时，反应处于平衡状态； ③当Qc＞K时，反应向逆反应方向进行。 主题3　反应速率与平衡图像分析 (1)首先明确横、纵坐标的含义。 (2)在上述基础上分析出图像中起点、终点、拐点的意义。 (3)当有两个条件因素对一个事件的影响相反时，事件的最终发展方向由影响大的因素决定。 (4)当有两个因素对一个物理量影响时，可控制其中一个因素不变，分析另一因素的影响。 考点1　活化能与反应历程 1．(2021·山东等级考)18O标记的乙酸甲酯在足量NaOH溶液中发生水解，部分反应历程可表示为 为快速平衡，下列说法正确的是(　　) A．反应Ⅱ、Ⅲ为决速步 B．反应结束后，溶液中存在18OH－ C．反应结束后，溶液中存在OH D．反应Ⅰ与反应Ⅳ活化能的差值等于图示总反应的焓变 B　[一般来说，反应的活化能越高，反应速率越慢，由图可知，反应Ⅰ和反应Ⅳ的活化能较高，因此反应的决速步为反应Ⅰ、Ⅳ，故A错误；反应Ⅰ为加成反应，而为快速平衡，反应Ⅱ的成键和断键方式为或，后者能生成18OH－，因此反应结束后，溶液中存在18OH－，故B正确；反应Ⅲ的成键和断键方式为或，因此反应结束后溶液中不会存在OH，故C错误；该总反应对应反应物的总能量高于生成物总能量，总反应为放热反应，因此和CH3O－的总能量与和OH－的总能量之差等于图示总反应的焓变，故D错误。] 2．(2021·广东选择性考试，节选)一定条件下，CH4分解形成碳的反应历程如图所示。该历程分______步进行，其中，第________步的正反应活化能最大。 [解析]　由题图可知，反应分为CH4CH3＋HCH2＋2HCH＋3HC＋4H 4个步骤，其中第4步的正反应活化能最大。 [答案]　4　4 考点2　化学平衡常数的有关计算及应用 3．(2022·湖南选择性考试)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 BC　[A项，根据甲曲线可知反应放热，ΔH<0，错误；B项，p相同，a点对应的温度高，气体物质的量小，na<nc，正确；C项，假设恒温条件，a达到平衡。 　　 　　　2X(g) ＋ Y(g)⥫⥬Z(g) 起始量/mol 2 1 0 变化量/mol 2x x x 平衡量/mol 2－2x 1－x x 则有＝，x＝0.75， K＝＝12，但实际上a点对应的温度高，且该反应ΔH<0，故a点的K>12，正确；D项，a点对应温度高且压强大，va正>vb正，错误。] 4．(2022·湖南选择性考试，节选)在一定温度下，向体积固定的密闭容器中加入足量的C(s)和1 mol H2O(g)，起始压强为0.2MPa时，发生下列反应生成水煤气： Ⅰ.C(s)＋H2O(g)⥫⥬CO(g)＋H2(g)　ΔH1＝＋131.4 kJ·mol-1 Ⅱ.CO(g)＋H2O(g)⥫⥬CO2(g)＋H2(g)　ΔH2＝－41.1 kJ·mol-1 (1)下列说法正确的是________； A．平衡时向容器中充入惰性气体，反应Ⅰ的平衡逆向移动 B．混合气体的密度保持不变时，说明反应体系已达到平衡 C．平衡时H2的体积分数可能大于 D．将炭块粉碎，可加快反应速率 (2)反应平衡时，H2O(g)的转化率为50%，CO的物质的量为0.1 mol。此时，整个体系__________(填“吸收”或“放出”)热量________kJ，反应Ⅰ的平衡常数Kp＝________(以分压表示，分压＝总压×物质的量分数)。 [解析]　(1)A项，平衡时向容器中充入惰性气体，各物质浓度不变，平衡不移动，错误；C项，Ⅰ、Ⅱ完全反应时φ(H2)＝，因Ⅰ、Ⅱ反应可逆，故φ(H2)<，错误。(2)反应平衡时，H2O(g)的转化率为50%，则水的变化量为0.5 mol，水的平衡量也是0.5 mol，由于CO的物质的量为0.1 mol，则根据O原子守恒可知CO2的物质的量为0.2 mol，生成0.2 mol CO2时消耗了0.2 mol CO，故在反应Ⅰ实际生成了0.3 mol CO。根据相关反应的热化学方程式可知，生成0.3 mol CO要吸收热量39.42 kJ ，生成0.2 mol CO2要放出热量8.22 kJ，因此整个体系吸收热量39.42 kJ－8.22 kJ＝31.2 kJ；由H原子守恒可知，平衡时H2的物质的量为0.5 mol，CO的物质的量为0.1 mol，CO2的物质的量为0.2 mol，水的物质的量为0.5 mol，则平衡时气体的总物质的量为0.5 mol＋0.1 mol＋0.2 mol＋0.5 mol＝1.3 mol，在同温同体积条件下，气体的总压之比等于气体的总物质的量之比，则平衡体系的总压为0.2 MPa×1.3＝0.26 MPa，反应Ⅰ　C(s)＋H2O(g)⥫⥬CO(g)＋H2(g)的平衡常数Kp＝＝0.02MPa。　 [答案]　(1)BD　(2)吸收　31.2　0.02MPa 考点3　反应速率与平衡图像分析 5．(2022·全国甲卷，节选)(1)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__________________________________________。 (2)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从图中可知，1 400 ℃，体系中气体平衡组成比例CO2是0.05，CO是0.6，反应C(s)＋CO2(g)===2CO(g)的平衡常数Kp(1 400 ℃)＝＝＝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。 [答案]　(1)7.2×105　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” 　化学反应速率与化学平衡 一、选择题(每小题只有一个选项符合题目要求) 1．碳酸铵[(NH4)2CO3]在室温下就能自发地分解产生氨气，下列说法正确的是(　　) A．碳酸盐都不稳定，都能自发分解 B．碳酸铵分解是因为进行了加热的操作 C．碳酸铵分解是吸热反应，此反应不应该自发进行，必须借助外力才能进行 D．碳酸铵分解是因为生成了易挥发的气体，使体系的熵增大 D　[有的碳酸盐稳定，不能自发分解，如Na2CO3受热不分解，A错误；碳酸铵在室温下就能自发地分解，不需要外界给予能量，B错误；有些吸热反应也可自发进行，而焓变不是自发反应的唯一因素，应根据ΔH－TΔS进行判断反应是否自发进行，C错误；碳酸铵自发分解，是因为体系由于氨气和二氧化碳气体的生成而使熵增大，D正确。] 2．N2分子在催化剂的作用下发生的一系列转化如图所示。下列叙述正确的是(　　) A．在反应过程中作催化剂 B．催化剂a表面发生了分解反应和化合反应 C．催化剂a、b增大了该历程中的最大能垒(活化能) D．催化剂b表面发生的反应为4NH3＋5O24NO＋6H2O D　[A项，在催化剂a的作用下，N2→NH3，在催化剂b的作用下，NH3→NO，则(即NH3)为中间产物，不是催化剂；B项，在催化剂a的作用下，H2和N2生成NH3，仅发生了化合反应；C项，催化剂a、b减小了该历程中的活化能；D项，在催化剂b的作用下，NH3→NO，反应的化学方程式为4NH3＋5O24NO＋6H2O。] 3．已知：2SO2(g)＋O2(g)⥫⥬2SO3(g)　ΔH，不同条件下反应进程与能量变化如图所示。 下列说法中不正确的是(　　) A．反应的ΔH＜0 B．过程b使用了催化剂 C．使用催化剂不能提高活化分子百分数 D．过程b发生两步反应，第一步为吸热反应，且反应较慢 C　[催化剂可以降低反应的活化能，提高活化分子的百分数，C错误。] 4．在反应2A(g)＋B(g)⥫⥬3C(g)＋4D(g)中，下面表示的反应速率最快的是 (　　) A．v(A)＝0.5 mol·L-1·s-1 B．v(B)＝1.8 mol·L-1·min-1 C．v(C)＝0.9 mol·L-1·s-1 D．v(D)＝1.0 mol·L-1·s-1 C　[反应速率与化学计量数的比值越大反应速率越快，则A：＝0.25；B：＝0.03；C：＝0.3；D：＝0.25。显然C项中比值最大，反应速率最快。] 5．一定温度下，在一恒容密闭容器中发生反应X(g)＋2Y(g)⥫⥬3Z(g)。下列叙述中能说明该反应已达到化学平衡的是(　　) A．单位时间内消耗a mol X，同时生成3a mol Z B．Z生成的速率与Z分解的速率相等 C．容器中混合气体的总质量不再变化 D．容器中的压强不再变化 B　[单位时间内消耗a mol X，同时生成3a mol Z，未达化学平衡时也满足，A错误；Z生成的速率与Z分解的速率相等，Z的正反应速率等于逆反应速率，达到化学平衡状态，B正确；X、Y、Z均为气体，由质量守恒可得气体总质量在反应前后保持不变，C错误；可逆反应前后气体分子数不改变，则反应过程中压强保持不变，D错误。] 6．电石(主要成分为CaC2)是重要的基本化工原料。已知2 000 ℃时，电石生产原理如下： ①CaO(s)＋C(s)⥫⥬Ca(g)＋CO(g) ΔH1＝a kJ·mol-1　平衡常数K1 ②Ca(g)＋2C(s)⥫⥬CaC2(s)　ΔH2＝b kJ·mol-1　平衡常数K2 以下说法不正确的是(　　) A．反应①K1＝c(Ca)·c(CO) B．反应Ca(g)＋C(s)⥫⥬CaC2(s)平衡常数K＝ C．2 000 ℃时增大压强，K1减小，K2增大 D．反应2CaO(s)＋CaC2(s)⥫⥬3Ca(g)＋2CO(g)　ΔH＝(2a－b)kJ·mol-1 C　[平衡常数等于生成物浓度幂之积除以反应物浓度幂之积，而固体的浓度可看作常数，故反应①K1＝c(Ca)·c(CO)，故A项正确；平衡常数的表达式与方程式的书写有关，故反应Ca(g)＋C(s)⥫⥬CaC2(s)平衡常数K＝，故B项正确；平衡常数K只与温度有关，故C项错误；根据盖斯定律，2×①－②得到：反应2CaO(s)＋CaC2(s)⥫⥬3Ca(g)＋2CO(g)　ΔH＝(2a－b)kJ·mol-1，故D项正确。] 7．下列说法正确的是(　　) A．H2(g)＋I2(g)⥫⥬2HI(g)，其他条件不变，缩小反应容器容积，正、逆反应速率不变 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的转化率为10%，放出的热量为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，吸收的热量为Q2，Q2不等于Q1 B　[该可逆反应在反应前后气体的化学计量数不变，当缩小反应容器容积，相当于加压，正、逆反应速率同等程度增大，A项错误；在达到平衡前，碳的质量不断改变，达到平衡时，质量不变，因而碳的质量不再改变说明反应已达平衡，B项正确；即使A、C均为气体，反应后气体体积也会发生变化，当压强不随时间变化时，仍能说明反应达到平衡，C项错误；实际参与反应的氢气的物质的量为3 mol×10%＝0.3 mol，因而Q1＝×|ΔH|＝0.1|ΔH|，分解氨气时实际消耗的氨气的物质的量为2 mol×10%＝0.2 mol，Q2＝×|ΔH|＝0.1|ΔH|，则Q1＝Q2，D项错误。] 8．将E(s)和F(g)充入密闭容器中，在一定条件下发生反应：E(s)＋4F(g)⥫⥬G(g)，已知该反应的平衡常数如下表。下列说法正确的是(　　) 温度/℃ 25 80 230 平衡常数 5×104 2 1.9×10-5 A．正反应是吸热反应 B．25 ℃时，反应G(g)⥫⥬E(s)＋4F(g)的平衡常数是0.5 C．80 ℃时，测得某时刻F、G的浓度均为0.5 mol·L-1，此时v正＞v逆 D．恒温恒容下，向容器中再充入少量G(g)，达到新平衡时，G的体积分数增大 D　[A项，升高温度，K减小，说明平衡逆向移动，正反应为放热反应；B项，平衡常数＝＝2×10-5；C项，计算此时Q＝＝8＞K＝2，则平衡逆向移动，v逆＞v正；D项，恒温恒容下，向容器中再充入少量G(g)，结合勒夏特列原理可知，G的体积分数增大。] 9．在容积可变的密闭容器中存在如下反应：CO(g)＋H2O(g)⥫⥬CO2(g)＋H2(g)　ΔH＜0。下列分析中正确的是(　　) A．图Ⅰ研究的是t0时升高温度对反应速率的影响 B．图Ⅱ研究的是t0时增大压强(缩小容积)对反应速率的影响 C．图Ⅲ研究的是催化剂对化学平衡的影响，且甲使用了催化剂 D．图Ⅲ研究的是温度对化学平衡的影响，且甲的温度较高 A　[若t0时刻升温，则正、逆反应速率都加快，由于正反应为放热反应，故此时平衡逆向移动，所以v(逆)＞v(正)，A正确；t0时刻条件改变后，正、逆反应速率同等程度加快，即平衡没有发生移动，此时改变的条件可能为增大压强或加入催化剂，B错误；催化剂对平衡移动无影响，而图Ⅲ改变的条件使平衡发生了移动，故不可能是加入催化剂，C错误；由图Ⅲ知，乙先达平衡，说明乙条件下反应速率比甲快，若研究的是温度对平衡的影响，则乙对应的温度比甲高，D错误。] 10．已知2NO2(g)⥫⥬N2O4(g)，用分压p(某组分的分压＝总压×其物质的量分数)表示的平衡常数Kp＝。298 K时，在体积固定的密闭容器中充入一定量的NO2，平衡时NO2的分压为100 kPa。已知Kp＝2.7×10-3kPa-1，则NO2的转化率为(　　) A．70%　B．55%　C．46%　D．35% D　[假设NO2起始时投入的物质的量为1 mol，平衡转化率为x，用三段式法计算： 2NO2(g)⥫⥬N2O4(g) 起始/mol 1 0 变化/mol x 0.5x 平衡/mol 1－x 0.5x 同温同体积时，压强之比等于物质的量之比，则p(NO2)∶p(N2O4)＝(1－x)∶0.5x＝100 kPa∶p(N2O4)，则p(N2O4)＝kPa，因此Kp＝kPa-1＝2.7×10-3kPa-1，解得x≈0.35，所以NO2的平衡转化率为35%。] 二、选择题(每小题有一个或两个选项符合题目要求) 11．已知甲醇是一种重要的工业原料，由甲醇脱氢可制取甲醛CH3OH(g) ⥫⥬HCHO(g)＋H2(g)，甲醇的平衡转化率随温度变化的曲线如图所示(已知反应在1 L的密闭容器中进行)。 下列有关说法正确的是(　　) A．甲醇脱氢反应的ΔH＞0 B．600 K时，Y点甲醇的v正＜v逆 C．从Y点到Z点可通过减小压强实现 D．在T1条件下，该反应的平衡常数为8.1 AB　[由曲线可知，温度升高，甲醇的平衡转化率增大，所以平衡正向移动，正反应为吸热反应，ΔH＞0，A选项正确；600 K时，Y点表示的甲醇的转化率偏高，反应逆向进行，v正＜v逆，B选项正确；由题图可知Y点与Z点甲醇转化率相等，若减小压强，平衡向正反应方向移动，甲醇转化率增大，则Y点甲醇的转化率将小于Z点甲醇转化率，C选项错误；T1条件下，平衡时各物质的物质的量浓度不能确定，无法求平衡常数，D选项错误。] 12．(2021·河北选择性考试)室温下，某溶液初始时仅溶有M和N且浓度相等，同时发生以下两个反应：①M＋N===X＋Y；②M＋N===X＋Z。反应①的速率可表示为v1＝k1c2(M)，反应②的速率可表示为v2＝k2c2(M)(k1、k2为速率常数)。反应体系中组分M、Z的浓度随时间变化情况如图，下列说法错误的是(　　) A．0～30 min时间段内，Y的平均反应速率为6.67×10-3mol·L-1·min-1 B．反应开始后，体系中Y和Z的浓度之比保持不变 C．如果反应能进行到底，反应结束时62.5%的M转化为Z D．反应①的活化能比反应②的活化能大 A　[0～30 min时间段内，Δc(Z)＝0.125 mol·L-1，Δc(M)＝0.500 mol·L-1－0.300 mol·L-1＝0.200 mol·L-1，反应①中Δc(M)＝0.200 mol·L-1－0.125 mol·L-1＝0.075 mol·L-1，则Δc(Y)＝0.075 mol·L-1，v(Y)＝＝＝2.5×10-3mol·L-1·min-1，A说法错误；反应①、②速率之比为＝＝，为定值，则Y、Z的浓度变化量之比也为定值，故反应开始后，体系中Y和Z的浓度之比保持不变，B说法正确；由分析可知，＝＝＝，如果反应能进行到底，反应结束时①、②的转化率之比为3∶5，因此有(即62.5%)的M转化为Z，C说法正确；结合C选项，反应①的速率小于反应②的速率，所以反应①的活化能比反应②的活化能大，D说法正确。] 13．已知反应：CH2===CHCH3(g)＋Cl2(g)⥫⥬CH2===CHCH2Cl(g)＋HCl(g)。在一定压强下，按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，图乙表示反应的平衡常数(K)与温度(T)的关系。则下列说法正确的是(　　) A．图甲中w1＜1 B．若在恒容绝热装置中进行上述反应，达到平衡时，装置内的气体压强将不变 C．当温度为T1、w＝2时，Cl2的转化率约为33.3% D．图乙中，曲线A表示正反应的平衡常数 AC　[w增大，可认为CH2===CHCH3的量不变，增加Cl2的量，平衡向右移动，CH2===CHCH3的转化率增大，则φ减小。由上述分析可知：w2＞w1，则w1＜1；该反应在反应前后气体分子数不变，根据图甲升高温度丙烯的体积分数增大，即升高温度平衡逆向移动，可知正反应放热，在恒容绝热装置中进行题述反应，体系内温度升高，根据pV＝nRT知，达到平衡时，装置内的气体压强将增大；由图乙可知，T1时平衡常数为1，设起始时CH2===CHCH3和Cl2的物质的量分别为a mol和2a mol，达到平衡时转化的Cl2的物质的量为x mol，根据三段式进行计算： CH2===CHCH3(g)＋Cl2(g)⥫⥬CH2===CHCH2Cl(g)＋HCl(g) 起始/mol a 2a 0 0 转化/mol x x x x 平衡/mol a－x 2a－x x x 则＝1，解得x＝a，则Cl2的转化率为×100%≈33.3%；由图甲可知，w一定时，温度升高，φ增大，说明正反应是放热反应，故温度升高，正反应的平衡常数减小，故图乙中，曲线B表示正反应的平衡常数。] 14．羰基硫(COS)可作粮食熏蒸剂，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H2S混合加热并达到下列平衡：CO(g)＋H2S(g)⥫⥬COS(g)＋H2(g)　K＝0.1。反应前CO的物质的量为10 mol，平衡后CO的物质的量为8 mol，下列说法正确的是(　　) A．平衡时，气体的总物质的量为17 mol B．平衡时，H2的浓度为2 mol·L-1 C．反应前H2S的物质的量为6 mol D．CO的平衡转化率为20% AD　[设反应前H2S的物质的量为n mol，利用三段式法计算： CO(g)＋H2S(g)⥫⥬COS(g)＋H2(g) 起始/mol 10 n 0 0 转化/mol 2 2 2 2 平衡/mol 8 n－2 2 2 K＝＝＝0.1，解得n＝7，C错误；该反应在反应前后气体的总物质的量不变，一直为17 mol，A正确；未给出体积，无法计算浓度，B错误；CO的平衡转化率为×100%＝20%，D正确。] 15．乙烯气相直接水合反应制备乙醇：C2H4(g)＋H2O(g)⥫⥬C2H5OH(g)。乙烯的平衡转化率随温度、压强的变化关系如图[起始时，n(H2O)＝n(C2H4)＝1 mol，容器容积为1 L]。下列分析不正确的是 (　　) A．乙烯气相直接水合反应的ΔH＜0 B．图中压强的大小关系为p1＞p2＞p3 C．图中a点对应的平衡常数K＝ D．达到平衡状态a、b所需要的时间：a＞b B　[由图可知，温度升高，乙烯的转化率降低，则平衡逆向移动，正反应为放热反应，ΔH＜0，A项正确；增大压强，平衡正向移动，乙烯的转化率增大，由图可知，相同温度下转化率：p1＜p2＜p3，因此压强：p1＜p2＜p3，B项错误；由图像可知a点时乙烯的转化率为20%，那么乙烯转化了0.2 mol·L-1，则有： C2H4(g)＋H2O(g)⥫⥬C2H5OH(g) 始/(mol·L-1) 1 1 0 转/(mol·L-1) 0.2 0.2 0.2 平/(mol·L-1) 0.8 0.8 0.2 平衡常数K＝＝＝，C项正确；升高温度，增大压强，反应速率加快，b点温度和压强均大于a点，因此反应速率：b＞a，达到平衡状态所需要的时间：a＞b，D项正确。] 三、非选择题 16．以下是关于合成氨的有关问题，请回答： (1)若在一容积为2 L的密闭容器中加入0.2 mol的N2和0.6 mol的H2在一定条件下发生反应：N2(g)＋3H2(g)⥫⥬2NH3(g)　ΔH<0，若在5分钟时反应达到平衡，此时测得NH3的物质的量为0.2 mol。则平衡时c(N2)＝________。平衡时H2的转化率为________%。 (2)平衡后，若提高H2的转化率，可以采取的措施有________(填字母)。 A．加入催化剂 B．增大容器体积 C．降低反应体系的温度 D．加入一定量N2 (3)若在0.5 L的密闭容器中，一定量的氮气和氢气进行如下反应：N2(g)＋3H2(g)⥫⥬2NH3(g)　ΔH<0，其化学平衡常数K与温度T的关系如表所示： T/℃ 200 300 400 K K1 K2 0.5 请完成下列问题： ①写出化学平衡常数K的表达式____________________________________。 ②试比较K1、K2的大小，K1________(填“>”“<”或“＝”)K2。 ③400 ℃时，反应2NH3(g)⥫⥬N2(g)＋3H2(g)的化学平衡常数为________。当测得NH3、N2和H2物质的量分别为3 mol、2 mol和1 mol时，则该反应的v(N2)正________v(N2)逆(填“>”“<”或“＝”)。 [解析]　(1)若在5分钟时反应达到平衡，此时测得NH3的物质的量为0.2 mol，消耗0.1 mol氮气，平衡时氮气的浓度是＝0.05 mol/L，消耗氢气的物质的量是0.2 mol×1.5＝0.3 mol，氢气的转化率为×100%＝50%；(2)加入催化剂加快反应速率，不影响平衡移动，氢气转化率不变，A项不选；增大容器体积，压强减小，平衡向逆反应方向移动，氢气转化率减小，B项不选；正反应为放热反应，降低反应体系的温度，平衡正向移动，氢气转化率增大，C项选；加入一定量N2，平衡正向移动，氢气转化率增大，D项选；(3)①由反应可知平衡常数的表达式为K＝；②正反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，平衡常数减小，故K1>K2；③400 ℃时，反应2NH3(g)⥫⥬N2(g)＋3H2(g)的化学平衡常数与N2(g)＋3H2(g)⥫⥬2NH3(g)的平衡常数互为倒数，则400 ℃时，反应2NH3(g)⥫⥬N2(g)＋3H2(g)的化学平衡常数K＝＝2，此时浓度商Q＝＝<K＝2，反应向正反应方向进行，则该反应的v(N2)正>v(N2)逆。 [答案]　(1)0.05 mol/L　50　(2)CD　(3)　>　2　> 17．二甲醚(DME)正逐渐替代化石燃料。有多种方法制备二甲醚，回答下列问题。 (1)合成气制二甲醚：4H2(g)＋2CO(g)⥫⥬CH3OCH3(g)＋H2O(g)　ΔH＝－204.7 kJ·mol-1 ①已知：H2O(g)===H2O(l)　ΔH＝－44.0 kJ·mol-1，H2(g)的燃烧热ΔH＝－285.8 kJ·mol-1，CO(g)的燃烧热ΔH＝－283.0 kJ·mol-1。则二甲醚的燃烧热ΔH＝________kJ·mol-1。 ②300 ℃，1 L恒容密闭容器中充入4 mol H2和2 mol CO，测得容器内压强变化如下： 反应时间/min 0 5 10 15 20 25 压强/MPa 12.4 10.2 8.4 7.0 6.2 6.2 反应进行到20 min时，H2的转化率为________，CO的平均反应速率v(CO)＝________mol·L-1·min-1。 该温度下的平衡常数K＝________。 (2)CO2催化加氢制二甲醚，可以实现CO2的再利用。该过程主要发生如下反应： Ⅰ.CO2(g)＋H2(g)⥫⥬CO(g)＋H2O(g) ΔH＝＋41.7 kJ·mol-1 Ⅱ.2CO2(g)＋6H2(g)⥫⥬CH3OCH3(g)＋3H2O(g) ΔH＝－122.5 kJ·mol-1 恒压条件下，CO2、H2起始量相等时，CO2的平衡转化率和CH3OCH3的选择性随温度变化如图。已知：CH3OCH3的选择性＝×100%。 ①300 ℃时，通入CO2、H2各1 mol，平衡时CH3OCH3的选择性、CO2的平衡转化率都为30%，平衡时生成CH3OCH3的物质的量＝__________mol。温度高于300 ℃，CO2的平衡转化率随温度升高而上升的原因是____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________。 ②220 ℃时，CO2和H2反应一段时间后，测得A点CH3OCH3的选择性为48%，不改变反应时间和温度，一定能提高CH3OCH3的选择性的措施有 ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________。 [解析]　(1)②从反应开始到20 min时，设CO的浓度变化量为 4H2(g)＋2CO(g)⥫⥬CH3OCH3(g)＋H2O(g)　 c(始)/(mol·L-1) 4 2 0 0 Δc/(mol·L-1) 2x x 0.5x 0.5x c(平)/(mol·L-1) 4－2x 2－x 0.5x 0.5x 由压强之比等于物质的量之比可得＝，解得x＝1.5 mol·L-1。H2的转化率为×100%＝75%，CO的反应速率为v(CO)＝＝＝0.075 mol·L-1·min-1。平衡时各物质浓度分别为c(H2)＝1 mol·L-1，c(CO)＝0.5 mol·L-1，c(CH3OCH3)＝0.75 mol·L-1，c(H2O)＝0.75 mol·L-1，则K＝＝＝。(2)①300 ℃时，CO2的平衡转化率为30%，则消耗CO2 0.3 mol，CH3OCH3的选择性为30%，则生成CH3OCH3的物质的量为 mol＝0.045 mol；根据图中信息，温度高于300 ℃时，反应Ⅰ是吸热反应，反应向吸热反应方向移动即正向移动，反应Ⅱ是放热反应，平衡向吸热反应方向移动即逆向移动，对反应Ⅰ的影响大于反应Ⅱ，因此CO2平衡转化率随温度升高而上升；②反应Ⅰ是气体体积不变的反应，而反应Ⅱ是气体体积减小的反应，增大压强，反应Ⅱ平衡正向移动，而对反应Ⅰ没有影响，还可以选择对反应Ⅱ催化活性更高的催化剂。 [答案]　(1)①－1 460.5　②75%　0.075　 (2)①0.045　升高温度，反应Ⅰ正向进行，CO2的平衡转化率上升；反应Ⅱ逆向进行，CO2的平衡转化率下降，300 ℃后升温，上升幅度大于下降幅度 ②增大压强、使用对反应Ⅱ催化活性更高的催化剂 18．汽车尾气里含有的NO气体是由内燃机燃烧时产生的高温引起氮气与氧气反应所致：N2(g)＋O2(g)2NO(g)　ΔH＞0。已知该反应在2 404 ℃时的平衡常数K＝6.4×10-3。请回答下列问题。 (1)该反应的平衡常数表达式为_________________________________________。 (2)该温度下，向2 L密闭容器中充入N2与O2各1 mol，平衡时N2的转化率是________%(保留整数)。 (3)该温度下，某时刻测得容器内N2、O2、NO的浓度分别为0.25 mol·L-1、4.0×10-2 mol·L-1、3.0×10-3 mol·L-1，此时反应________(填“处于化学平衡状态”“正向进行”或“逆向进行”)。 (4)将N2、O2的混合气体充入恒温恒容密闭容器中，如图所示变化趋势正确的是________(填字母)。 A　　　　　　B　　　　　　C (5)向恒温恒容的密闭容器中充入等物质的量的N2与O2，达到平衡状态后再向其中充入一定量NO，重新达到化学平衡状态。与原平衡状态相比，此时平衡混合气中NO的体积分数________(填“变大”“变小”或“不变”)。 [解析]　(1)根据化学方程式可知，该反应的平衡常数表达式为K＝。(2)设平衡时消耗氮气和氧气的物质的量均是x mol，则生成NO 2x mol，则有＝6.4×10-3，解得x≈0.04，则N2的转化率是 4%。(3)此时浓度商Q＝＝9.0×10-4＜K，所以此时反应正向进行。(4)正反应吸热，升高温度，平衡向正反应方向移动，平衡常数增大，A项正确；催化剂不能改变平衡状态，B项错误；图中T1＞T2，正反应吸热，升高温度，平衡向正反应方向移动，氮气的转化率增大，C项正确。(5)向恒温恒容的密闭容器中充入等物质的量的N2与O2，达到平衡状态后再向其中充入一定量NO，则相当于增大压强，由于反应前后气体体积不变，平衡不移动，与原平衡状态相比，此时平衡混合气体中NO的体积分数不变。 [答案]　(1)K＝　(2)4　(3)正向进行　(4)AC　(5)不变 19．在密闭容器中，使2 mol N2和6 mol H2混合发生下列反应：N2(g)＋3H2(g)⥫⥬2NH3(g)　ΔH＜0。 (1)当反应达到平衡时，N2和H2的浓度比是________；N2和H2的转化率之比是________。 (2)升高平衡体系的温度(保持体积不变)，混合气体的平均相对分子质量________，密度________。(填“增大”“减小”或“不变”) (3)当达到平衡时，充入氩气，并保持压强不变，平衡将________(填“正向”“逆向”或“不”)移动。 (4)若容器恒容、绝热，加热使容器内温度迅速升至原来的2倍，平衡将________________(填“向左移动”“向右移动”或“不移动”)。达到新平衡后，容器内温度__________(填“大于”“小于”或“等于”)原来的2倍。 [解析]　(1)对于反应：N2(g)＋3H2(g)⥫⥬2NH3(g) ΔH＜0，在密闭容器中，开始时n(N2)∶n(H2)＝2∶6＝1∶3，反应时消耗n(N2)∶n(H2)＝1∶3，故平衡时n(N2)∶n(H2)＝1∶3，所以当反应达到平衡时，c(N2)∶c(H2)＝1∶3，N2和H2的转化率之比为1∶1。(2)升高温度，平衡向逆反应方向移动，气体的总物质的量增大，总质量不变，故平均相对分子质量变小，由ρ＝知，密度不变。(3)达到平衡后，保持压强不变，充入氩气，使体系体积增大，浓度减小，相当于减小压强，使平衡逆向移动。(4)恒容时升高温度至原来的2倍，根据勒夏特列原理，平衡向吸热反应的方向移动，即向左移动，达到新平衡后，容器内的温度大于原来的温度，小于原来温度的2倍。 [答案]　(1)1∶3　1∶1　(2)减小　不变　(3)逆向　(4)向左移动　小于 20．(2022·山东等级考，T20节选)利用γ-丁内酯(BL)制备1，4-丁二醇(BD)，反应过程中伴有生成四氢呋喃(THF)和1-丁醇(BuOH)的副反应，涉及反应如下： 已知：①反应Ⅰ为快速平衡，可认为不受慢反应Ⅱ、Ⅲ的影响；②因反应Ⅰ在高压H2氛围下进行，故H2压强近似等于总压。回答下列问题： (1)以5.0×10-3 mol BL或BD为初始原料，在493 K、3.0×103 kPa的高压H2氛围下，分别在恒压容器中进行反应。达平衡时，以BL为原料，体系向环境放热X kJ；以BD为原料，体系从环境吸热Y kJ。忽略副反应热效应，反应Ⅰ焓变ΔH(493 K，3.0×103 kPa)＝________ kJ·mol-1。 (2)初始条件同上。xⅰ表示某物种ⅰ的物质的量与除H2外其他各物种总物质的量之比，xBL和xBD随时间t变化关系如图所示。实验测得X<Y，则图中表示xBL变化的曲线是________；反应Ⅰ平衡常数Kp＝________kPa-2(保留两位有效数字)。以BL为原料时，t1时刻xH2O＝________，BD产率＝________(保留两位有效数字)。 [解析]　(1)根据题意知，以BL原料和以BD原料建立的平衡相同，故BLBD的ΔH＝－＝－200(X＋Y)kJ·mol-1。(2)实验测定X<Y，则达到平衡时BD物质转化量大于BL物质转化量，平衡状态BD物质的量较小，根据图示可知，表示xBL变化的曲线是a或c；该平衡状态下BL的压强是0.48×3.0×103 kPa，BD的压强是0.36×3.0×103 kPa，H2的压强近似等于总压，故反应Ⅰ平衡常数Kp＝＝＝8.3×10-8kPa-2；以BL为原料时，根据题给反应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ可知，体系总物质的量的增加量正好是BD参与反应Ⅱ、Ⅲ的量，也正好是H2O(g)的物质的量，设t1时BL转化了a mol，BD转化了b mol，则体系总物质的量为(5.0×10-3＋b)mol，得到＝0.48、＝0.36，求得a＝×10-3、b＝×10-3，则t1时刻xH2O＝≈0.08；此时BD的产率为×100%≈39%。 [答案]　(1)－200(X＋Y)　(2)a或c　8.3×10-8　0.08　39% 5/21 学科网（北京）股份有限公司 $$