内容正文:
第六章 化学反应的方向、限度与速率
课时冲关二十 化学反应的方向和限度
学生用书 P433
一、选择题:每题只有一个选项符合题意
1.随着汽车使用量增大,尾气污染已经受到人们的普
遍关 注.研 究 表 明,常 温 常 压 下:2CO(g)+
2NO(g) N2(g)+2CO2(g) ΔH=-746.8kJ
mol-1,ΔS=-197.5Jmol-1K-1.下列说法
与事实不相符合的是 ( )
A.常温下,ΔH-TΔS>0,此反应不能自发进行
B.常温下,ΔH-TΔS<0,但CO和NO通常难
以转化为N2 和CO2
C.汽车尾气中含有较多的CO和NO,是因为该
反应的活化能较高
D.要有效降低汽车尾气中的CO和 NO含量,
应该寻找高效廉价的催化剂
解析:A [本题考查化学反应进行的方向判断.
常温下,反应2CO(g)+2NO(g) N2(g)+
2CO2(g)的 ΔH<0、ΔS<0,则 ΔH-TΔS=
(-746.8kJmol-1)-298K×(-0.1975kJ
mol-1K-1)=-687.945kJmol-1<0,则
该反应常温下能自发进行,A错误;常温下,ΔH
-TΔS<0,但CO和 NO通常难以转化为 N2
和CO2,必须寻找高效催化剂,B正确;该反应
的活化能较高,反应速率较慢,故汽车尾气中含
有较多的CO和NO,C正确;要有效降低汽车尾
气中的CO和NO含量,应该寻找高效廉价的催化
剂,降低反应的活化能,提高反应速率,D正确.]
2.化学反应进行的方向和限度是化学反应原理所
要研究的两个重要问题,下列有关化学反应进
行的方向和限度的说法正确的是 ( )
A.mA(g)+nB(g) pC(g),平衡时 A的浓
度等于0.5molL-1,其他条件不变,将容
器体积扩大一倍,达到新的平衡后A的浓度
变为0.3molL-1,则化学计量数m+n<p
B.将一定量纯净的氨基甲酸铵置于密闭真空恒
容容器中,在恒定温度下使其达到分解平衡:
NH2COONH4(s) 2NH3(g)+CO2(g),
则CO2 的体积分数不变能作为平衡判断的
依据
C.对于反应A(g)+B(g) 2C(g),起始充入
等物质的量的A和B,达到平衡时A的体积
分数为n%,此时若给体系加压,则A的体积
分数不变
D.2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)在
常温下能自发进行,则该反应的ΔH>0
解析:C [其他条件不变,将容器体积增大一
倍,若 平 衡 不 发 生 移 动,则 A 的 浓 度 应 为
0.25molL-1,由于达到新平衡后A的浓度为
0.3molL-1,即该平衡逆向移动,则化学计量
数m+n>p,A项错误;该反应只有生成物为气
体,且NH3 和CO2 的物质的量之比始终为2∶1,
则CO2 的体积分数始终不变,故其不能作为平
衡判断的依据,B项错误;该反应前后气体分子
数不变,改变压强平衡不移动,A的体积分数不
变,C项正确;该反应在常温下能自发进行,由
于是熵减的反应,根据ΔG=ΔH-TΔS<0可
知该反应的ΔH<0,D项错误.]
3.(2023辽宁卷)某小组进行实验,向10mL蒸
馏水中加入0.4gI2,充分振荡,溶液呈浅棕色,
再加入0.2g锌粒,溶液颜色加深;最终紫黑色
晶体消失,溶液褪色.已知I-3 (aq)为棕色,下列
关于颜色变化的解释错误的是 ( )
选项 颜色变化 解释
A 溶液呈浅棕色 I2 在水中溶解度较小
B 溶液颜色加深 发生了反应:I2+I- I-3
C
紫黑色晶
体消失
I2(aq)的消耗使溶解平衡
I2(s) I2(aq)右移
D 溶液褪色
Zn与有色物质发生了置
换反应
解析:D [A.向10mL蒸馏水中加入0.4gI2,
充分振荡,溶液呈浅棕色,说明I2 的浓度较小,
因为I2 在水中溶解度较小,A项正确;B.已知
I-3 (aq)为棕色,加入0.2g锌粒后,Zn与I2 反应
生成ZnI2,生成的I-与I2 发生反应I-+I2
I-3 ,生成I-3 使溶液颜色加深,B项正确;C.I2 在
水中存在溶解平衡I2(s) I2(aq),Zn与I2 反
应生成的I-与I2(aq)反应生成I-3 ,I2(aq)浓度
减小,上述溶解平衡向右移动,紫 黑 色 晶 体 消
失,C项正确;D.最终溶液褪色是Zn与有色物
质发生了化合反应,不是置换反应,D项错误.]
4.(2025贵阳市七校联考)
向一恒容密闭容器中加入
1molC2H6 和一定量的水
蒸气,发生反应:C2H6(g)+
2H2O(g) 2CO(g)+
5H2(g),C2H6 的平衡转化
率 按 不 同 投 料 比 x
x=
n(C2H6)
n(H2O)[ ]
,随 温 度
的变化曲线如图所示.下列说法正确的是
( )
175
第六章 化学反应的方向、限度与速率
A.x1>x2
B.此反应为放热反应
C.a、b、c点对应的平衡常数:Ka>Kb=Kc
D.反应温度为T1,当容器内气体的平均相对分
子质量不再变化时,反应达到平衡状态
解析:D [A.增大水的投料,平衡正向移动,乙
烷转化率增大,所以x值越小乙烷转化率越大,
x1<x2,故A错误;B.升高温度,乙烷转化率增
大,所以此反应为吸热反应,故B错误;C.升高
温度,乙烷转化率增大,所以平衡常数 Ka<Kb,
b、c点温度相等,所以b、c点平衡常数相等,a、
b、c点对应的平衡常数:Ka<Kb=Kc,故C错误;
D.反应前后气体总质量不变、气体物质的量是变
量,所以气体的平均相对分子质量是变量,反应温
度为T1,当容器内气体的平均相对分子质量不再
变化时,反应达到平衡状态,故D正确.]
5.(2025河南名校高三联
考)一定温度下,向一恒容
密闭容器中充入一定量的
N2 和 H2,测得容器中 N2
的百分含量(物质的量)随
时间的变化如图所示,已知该条件下,N2、H2 和
NH3 均为气体,下列说法正确的是 ( )
A.该温度和压强下,N2 和H2 一定不发生反应
B.t1 时刻与t2 时刻,H2 的百分含量也一定
相同
C.若t1 时刻与t2 时刻的压强不同,则a=50%
D.t1 时刻与t2 时刻,反应均处于平衡状态
解析:C [设起始时,加入amolN2 和bmol
H2,t1 时刻有cmol氮气转化,则这时刻,氮气
的物质的量为(a-c)mol,氢气的物质的量为
(b-3c)mol,氨气的物质的量为2cmol,根据图
像可 知,氮 气 百 分 含 量 不 变,因 此 有 a
a+b=
a-c
a-c+b-3c+2c
,解得a=b,当加入氮气和氢
气的物质的量相等时,无论反应进行到什么程
度,氮 气 的 百 分 含 量 始 终 为50%,据 此 分 析.
A.根据上述分析,当氮气和氢气发生反应时,
也能达到氮气的百分含量不变,故 A错误;B.
根据上述分析,这两个时刻,氢气的百分含量不
一定相等,故B错误;C.这两个时刻,压强不相
等,不是同一个平衡体系,根据上述分析,氮气
的百分含量始终为50%,故C正确;D.根据上
述分析,这两个时刻不一定都处于平衡状态,故
D错误.]
6.(2022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=
c4(N2)c6(H2O)
c4(NH3)c(O2)c4(NO)
C.上述反应中消耗1molNH3,转移电子的数
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:B [A.由方程式可知,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.由反应方程式可知,反应平
衡 常 数 K=
c4(N2)c6(H2O)
c4(NH3)c(O2)c4(NO)
,故 B
正确;C.由方程式可知,反应每消耗4mol氨
气,反应转移12mol电子,则反应中消耗1mol
氨气转移电子的数目为3mol×4×14×602×
1023mol-1=3×602×1023,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,柴油机车辆排放的尾气对空气污染程
度增大,故D错误.]
7.在三种不同条件下,分别向容积为2L的恒容
密闭容器中充入2molA和1molB,发生反应
2A(g)+B(g) 2D(g) ΔH=QkJmol-1.
相关条件和数据见下表.
实验编号 实验Ⅰ 实验Ⅱ 实验Ⅲ
反应温度/℃ 700 700 750
达平衡所需时间/min 40 5 30
平衡时n(D)/mol 1.5 1.5 1
化学平衡常数 K1 K2 K3
下列说法正确的是 ( )
A.K3>K2=K1
B.实验Ⅱ可能是增大了压强
C.实验Ⅲ达平衡后,容器内的压强是实验Ⅰ的
10
9
倍
D.实验Ⅲ达平衡后,恒温下再向容器中通入
1molA和1molD,平衡不移动
解析:D [根 据 表 中 数 据,升 高 温 度,平 衡 时
n(D)减小,平衡逆向移动,K3<K2=K1,A项
错误;实验Ⅱ与实验Ⅰ相比,平衡不移动,但反
应速率加快,所以实验Ⅱ可能使用了催化剂,而
增大压强,平衡向右移动,B项错误;实验Ⅲ与
实验Ⅰ温度不同,所以容器内压强之比不等于
气体物质的量之比,C项错误;由实验Ⅲ的相关
数据列三段式:
275
高考总复习 化学(LK)
2A(g)+B(g) 2D(g)
起始/(molL-1) 1 0.5 0
转化/(molL-1) 0.5 0.25 0.5
平衡/(molL-1) 0.5 0.25 0.5
K= 0.5
2
[(0.5)2×0.25]
=4,恒温下再向容器中通入
1molA和1molD,A的浓度变为1molL-1,D
的浓度变为1molL-1,Qc=
12
(12×0.25)
=4,Qc=
K,平衡不移动,D项正确.]
二、选择题:每小题有一个或两个选项符合题意
8.某温度下,在起始压强为
80kPa的刚性容器中,发
生NO的氧化反应:2NO
(g)+O2(g) 2NO2(g)
ΔH,该反应的反应方程分
两步进行,其速率方程和反应过程中能量变化
如下:
①2NO(g) N2O2(g) v1正=k1正c2(NO)
v1逆=k1逆c(N2O2)
②N2O2(g)+O2(g) 2NO2(g)
v2正=k2正c(N2O2)c(O2) v2逆=k2逆c2(NO2)
下列说法正确的是 ( )
A.NO氧化反应速率快慢的决定步骤的活化能
是E5-E3
B.一定温度下,2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)
平衡常数表达式K=
k1正k2正
k1逆k2逆
C.升高温度,NO氧化反应的化学平衡向逆反
应方向移动
D.该温度下,将等物质的量的NO和O2 混合反
应(忽略2NO2 N2O4),NO的平衡转化
率为40%时,该反应的平衡常数Kp=
1
80kPa
-1
解析:BC [A.整体的反应速率取决于慢反应,
活化能越大,反应速率越慢,据图可知活化能大
的步骤为第二步反应,活化能为E4-E2,故 A
错误;B.2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)平衡常
数表 达 式 K=
c2(NO2)
c2(NO)c(O2)
=
c(N2O2)
c2(NO)
c2(NO2)
c(N2O2)c(O2)
,而对于反应①平衡时正逆反应
速率相等,即k1正c2(NO)=k1逆c(N2O2),所以
K1=
c(N2O2)
c2(NO)
=
k1正
k1逆
,同理可得反应②平衡常数
K2=
c2(NO2)
c(N2O2)c(O2)
=
k2正
k2逆
,所以 K=K1K2=
k1正 k2正
k1逆 k2逆
,故B正确;C.据图可知该反应的反应
物能量高于生成物能量,所以为放热反应,升高
温度,平衡逆向移动,故C正确;D.设等物质的
量的NO和O2 分别为40mol,NO的平衡转化
率为40%,列三段式有
2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)
起始(mol) 40 40 0
转化(mol) 16 8 16
平衡(mol) 24 32 16
刚性容器中气体的压强比等于物质的量之比,
起始 气 体 的 总 物 质 的 量 为 80 mol,压 强 为
80kPa,则 平 衡 时p(NO)=24kPa,p(O2)=
32kPa,p(NO2)=16kPa,Kp=
p2(NO2)
p(O2)p2(NO)
= 16
2
32×242
=172kPa
-1,故D错误.]
9.利用液化石油气中的丙烷脱氢可制取丙烯:
C3H8(g) C3H6(g)+H2(g) ΔH.起始
时,向2L密闭容器中充入1mol丙烷,在不同
温度、压强下测得平衡时反应体系中丙烷与丙
烯的 物 质 的 量 分 数 如 图 所 示 (已 知 p1
为0.1MPa).
下列说法正确的是 ( )
A.反应的ΔH>0
B.压强p2<01MPa
C.p1 条件下,556℃时,该反应的平衡常数为
1
6
D.若图中A、B两点对应的平衡常数用KA、KB
表示,则KA>KB
解析:AB [由图像可知,图像中丙烯的物质的
量分数随温度升高而增加,丙烷的物质的量分
数随温度升高而减少,由此分析.A.图像中物
质的量分数随温度升高丙烯增加,丙烷减少,说
明升温平衡正向进行,正反应为吸热反应,反应
的ΔH>0,故A符合题意;B.温度一定,压强越
大平衡逆向进行,丙烯的物质的量分数减小,p2
压强下丙烯物质的量分数大于p1 状态,说明p1
>p2,即 压 强 p2<0.1MPa,故 B符 合 题 意;
C.丙烷物质的量为1mol,消耗物质的量为x,
图像 中 可 知 丙 烷 在 B 点 物 质 的 量 分 数 为
50%,则
375
第六章 化学反应的方向、限度与速率
C3H8 C3H6 + H2
开始(mol) 1 0 0
变化(mol) x x x
平衡(mol) 1-x x x
1-x
1-x+x+x=50%
,即x=13
,所以平衡常数 K
=
1
6×
1
6
1
3
=112
,故C不符合题意;D.图像中物
质的量分数随温度升高丙烯增加,丙烷减少,说
明升温平衡正向进行,正反应为吸热反应,反应
的ΔH>0,平衡常数只受温度的影响,温度升
高,平衡向吸热的方向移动,温度 TA<TB,则
KA<KB,故D不符合题意.]
三、非选择题
10.已知:CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)
ΔH=Q,其平衡常数随温度变化如下表所示:
温度/℃ 400 500 850
平衡常数 994 9 1
请回答下列问题:
(1)上述反应的化学平衡常数表达式为
.该反应的Q 0
(填“>”或“<”).
(2)850℃时在体积为10L的反应器中,通入一
定量的CO和 H2O(g),发生上述反应,CO和
H2O(g)的物质的量浓度变化如图所示,则0~
4min时平均反应速率v(CO)= .
(3)若在500℃时进行.且CO、H2O(g)的起
始浓度均为0020molL-1,该条件下,CO
的最大转化率为 .
(4)若在850℃时进行,设起始时CO和H2O(g)
共为1mol,其中 H2O(g)的体积分数为x,平
衡时CO的转化率为y,试推导y随x 变化的
函数关系式为 .
解析:(1)可逆反应CO(g)+H2O(g) CO2(g)
+H2(g)的 平 衡 常 数 K=
c(CO2)c(H2)
c(CO)c(H2O)
.
由表中数据可知,温度越高,平衡常数越小,平衡向
逆反应方向移动,因升高温度平衡向吸热方向移
动,故正反应为放热反应.(2)由图像可知:CO在
4min内浓度减小了020molL-1-008mol
L-1=012molL-1,则v(CO)=0.12mol
L-1
4min =
003molL-1min-1.(3)500℃时平衡常数为
9,设CO最多能转化xmolL-1,则
CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)
起始(molL-1):002 002 0 0
转化(molL-1):x x x x
平衡(molL-1):002-x002-x x x
则有 x
2
(0.02-x)2
=9,解得x=0015,则CO的最大
转化率为0.015
0.02×100%=75%
.
(4)850℃时平衡常数为1,有
CO(g)+ H2O(g) CO2(g)+H2(g)
起始 (molL-1): 1-x x 0 0
转化 (molL-1): y(1-x) y(1-x) y(1-x) y(1-x)
平衡 (molL-1): 1-x-y+xy x-y+xy y(1-x) y(1-x)
则有: y(1-x)y(1-x)(1-x-y+xy)(x-y+xy)=1
,
解得y=x.
答案:(1)K=
c(CO2)c(H2)
c(CO)c(H2O)
<
(2)003molL-1min-1 (3)75%
(4)y=x
11.苯 乙 烷 (C8H10)可 生 产 塑 料 单 体 苯 乙 烯
(C8H8),其反应原理是C8H10(g) C8H8(g)
+H2(g) ΔH=+125kJmol-1
Ⅰ.某温度下,将040mol苯乙烷,充入2L真
空密闭容器中发生反应,测定不同时间该容器
内物质的量,得到数据如下表:
时间/min 0 10 20 30 40
n(C8H10)/mol 040 030 026 n2 n3
n(C8H8)/mol 000 010 n1 016 016
(1)当反应进行到20min时,该段时间内 H2
的平均反应速率是 .
(2)该温度下,该反应的化学平衡常数是 .
(3)若保持其他条件不变,用040molH2(g)
和040molC8H8(g)合 成 C8H10(g),当 有
30kJ热量放出时,该反应中 H2 的转化率是
.此时,该反应是否达到了平
衡状态? (填“是”或“否”).
Ⅱ.工业上以高温水蒸气作为反应体系的稀释
剂(不参与反应),C8H10(g)的平衡转化率与水
蒸气的用量、体系的温度、压强的关系如图Ⅰ、
图Ⅱ所示.
(4)由图Ⅰ可知,T1 T2(填“大于”“小
于”或“等于”).
475
高考总复习 化学(LK)
(5)由图Ⅱ可知,当其他条件不变时,水蒸气的
用量越大,C8H10的平衡转化率将 (填
“越大”“越小”或“不变”),原因是
.
解 析:(1)v (H2 )= v (C8H10 )=
0.40mol-0.26mol
2L×20min =00035 mol
L-1
min-1.
(2) C8H10(g) C8H8(g)+H2(g)
起始/molL-1 020 0 0
平衡/molL-1 012 008 008
K=0.08×0.080.12 =
4
75
.
(3) C8H8(g)+H2(g) C8H10(g)
起始/mol 040 040 0
某时刻/mol040-x 040-x x
125kJmol-1×x=30kJ
x=024mol
α(H2)=0.24mol0.4mol×100%=60%
Q=
0.24
2
0.40-0.24
2 ×
0.40-0.24
2
=754=
1
K
,所以
处于平衡状态.
(4)升温,平衡右移,C8H10的平衡转化率增大,
所以T1 大于T2.
(5)随着水蒸气的加入,扩大了容器的容积,相
当于对反应体系减小压强,平衡右移,转化率
增大.
答案:(1)00035molL-1min-1
(2)4/75或0053
(3)60% 是 (4)大于
(5)越大 随着水蒸气的加入,扩大了容器的
容积,相当于对反应体系减小压强(或使得浓
度商Q<K)平衡右移,转化率增大
12.在10L密闭容器中放入010molA(g),在
一定温度下进行如下反应:
A(g) B(g)+C(g) ΔH=+851kJmol-1
反应时间(t)与容器内气体总压强(p)的数据
见下表:
时间t/h 0 1 2 4 8 16 20 25 30
总压强
p/100kPa
491558632731854950952953953
回答下列问题:
(1)欲提高A的平衡转化率,应采取的措施为
.
(2)由总压强p 和起始压强p0 计算反应物 A
的转化率α(A)的表达式为 .平
衡时 A的 转 化 率 为 ,列 式 并 计
算反应的平衡常数 K .
(3)①由总压强p 和起始压强p0 表示反应体
系的总物质的量n总 和反应物 A的物质的量
n(A),n(总)= mol,n(A)= mol.
②下表为反应物A浓度与反应时间的数据,计
算:a= .
反应时间t/h 0 4 8 16
c(A)/(molL-1)010 a 002600065
分析该反应中反应物的浓度c(A)变化与时间
间隔(Δt)的规律,得出的结论是
,由此规律推出反应在12h时反应物的浓
度c(A)为 molL-1.
解析:通过分析表格中数据,根据压强之比等
于物质的量之比入手解决相关问题.
(1)要提高A的转化率,应通过改变条件使平
衡正向移动,可以从浓度、温度、压强三个方面
考虑,可从容器中分离出B、C或扩大容器的体
积(降低压强)或升高温度.
(2)相同条件下,在密闭容器中气体的压强之比
等于物质的量之比,设反应后气体的总物质的量
为x,则有pp0
= x0.10mol
,故x=0.10pp0
mol,而气
体的物质的量的增加量等于消耗的A的物质的
量,故A的转化率为
0.10p
p0
-0.10mol
0.10mol ×100%
= pp0
-1æ
è
ç
ö
ø
÷×100%,将表中的数据代入公式中
可 得 平 衡 时 A 的 转 化 率 为
9.53×100kPa
4.91×100kPa-1
æ
è
ç
ö
ø
÷×100%≈941%;根 据
化学方程式列出平衡三段式,注意三段式中使
用的都是浓度,即可求得平衡常数.
(3)①结合(2)的解析可知n(A)=010mol-
0.10p
p0
-010æ
è
ç
ö
ø
÷ mol=010× 2-pp0
æ
è
ç
ö
ø
÷ mol;
② 根 据 表 中 的 数 据,可 知 a =010×
2-7.31×100kPa4.91×100kPa
æ
è
ç
ö
ø
÷ molL-1≈0051mol
L-1,通过表中的数据可知,在达到平衡前每
间隔4h,A的浓度减少约一半,故反应在12h
时,A 的 浓 度 为 05×0026 mol L-1
=0013molL-1.
答案:(1)升高温度、降低压强
(2)(pp0
-1)×100% 941%
A(g) B(g) + C(g)
起始浓度
(molL-1)010 0 0
平衡浓度
(molL-1) 010×(1-941%) 010×941% 010×941%
K=
(0.0941)2
0.0059 ≈15
(3)①010×pp0
010× 2-pp0
æ
è
ç
ö
ø
÷ ②0051
达到平衡前每间隔4h,c(A)减少约一半
0013
575
第六章 化学反应的方向、限度与速率