第02讲 化学平衡常数、转化率等的分析与计算（重难点讲义）化学苏教版2019选择性必修1

第02讲 化学平衡常数、转化率等的分析与计算 1、 通过化学平衡状态时的浓度数据分析，认识化学平衡常数的概念，并能分析推测其相关应用 2、 掌握化学平衡中三段式计算的方法 一、化学平衡常数 1、化学平衡状态时浓度数据分析 457.6 ℃时反应体系H2(g)＋I2(g)2HI(g)中各物质的浓度数据 起始时各物质的浓度/(mol·L－1) 平衡时各物质的浓度/(mol·L－1) 平衡时 c(H2) c(I2) c(HI) c(H2) c(I2) c(HI) 1.970×10－2 6.994×10－3 0 5.617×10－3 5.936×10－4 1.270×10－2 48.37 1.228×10－2 9.964×10－3 0 3.841×10－3 1.524×10－3 1.687×10－2 48.62 1.201×10－2 8.403×10－3 0 4.580×10－3 9.733×10－4 1.486×10－2 49.54 0 0 1.520×10－2 1.696×10－3 1.696×10－3 1.181×10－2 48.49 0 0 1.287×10－2 1.433×10－3 1.433×10－3 1.000×10－2 48.70 0 0 3.777×10－2 4.213×10－3 4.213×10－4 2.934×10－2 48.50 平均值 48.70 【规律】 (1)无论该反应从正向进行还是从逆向进行，平衡时，只要温度一定，的值近似相等 (2)无论反应物或生成物的浓度如何改变，平衡时只要温度一定，的值也近似相等 2、化学平衡常数的概念与表达式 (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(简称平衡常数)，用符号K表示 (2)表达式 对于可逆反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g) (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) 3、化学平衡常数的意义 (1)平衡常数的大小反映了化学反应进行的程度(也叫反应的限度) (2)K值越大，表示反应进行得越完全，反应物的转化率越大，当K＞105时，该反应就进行的基本完全了。K值越小，表示反应进行得越不完全，反应物的转化率越小。当K＜10－5时，该反应很难发生 4、化学平衡常数的影响因素 (1)内因：不同的化学反应及方程式的书写形式是决定化学平衡常数的主要因素 (2)外因：在化学方程式一定的情况下，K只受温度影响，与反应物或生成物的浓度无关，与压强无关 5、化学平衡常数表达式的书写 (1)在平衡常数表达式中，水(液态)的浓度、固体物质及纯液体的浓度不写 如：Br2＋H2OH＋＋Br－＋HBrO K＝ C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g) (2)化学平衡常数表达式与化学方程式的书写有关。若反应方向改变、化学计量数等倍扩大或缩小，化学平衡常数都会相应改变 如：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)的平衡常数为 N2(g)＋H2(g)NH3(g)的平衡常数为 NH3(g)N2(g)＋H2(g)的平衡常数为 则：K1＝K22；K2·K3＝1；K1·K32＝1 3若两反应的平衡常数分别为K1、K2 ①若两反应相加，则总反应的平衡常数K＝K1·K2 ②若两反应相减，则总反应的平衡常数K＝ 5、化学平衡常数的应用 (1)判断反应进行的程度：K值越大，该反应进行得越完全，反应物的转化率越大；反之，就越不完全，转化率越小 K值 正反应进行的程度 平衡时生成物浓度 平衡时反应物浓度 反应物转化率 越大 越大 越大 越小 越高 越小 越小 越小 越大 越低 (2)判断可逆反应的热效应 ①升高温度：K值增大→正反应为吸热反应；K值减小→正反应为放热反应 ②降低温度：K值增大→正反应为放热反应；K值减小→正反应为吸热反应 如：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)的平衡常数与温度的关系如下，由下表数据分析可知：温度升高，K值减小，则正反应为放热反应 T/K 373 473 573 673 773 K 3.35×109 1.00×107 2.45×105 1.88×104 2.99×103 (3)判断正在进行的可逆反应是否达到平衡或反应进行的方向 对于一般的可逆反应，mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，在任意时刻的称为浓度商，常用Q表示，即Q＝ 当Q＝K时，反应处于平衡状态，v正＝v逆 当Q＜K时，反应向正反应方向进行，v正＞v逆 当Q＞K时，反应向逆反应方向进行，v正＜v逆 二、与化学平衡常数的相关计算 (一)考查化学平衡常数(K)的计算方法——三段式法 三段式法就是依据化学方程式列出各物质的起始量、变化量和平衡量，然后根据已知条件建立代数等式而进行解题的一种方法。这是解答化学平衡计算题的一种“万能方法”，只要已知起始量和转化率就可用平衡模式法解题。对于反应前后气体体积变化的反应，如果已知反应前气体的总物质的量与反应后气体的总物质的量的差值，也可用差量法解题 (二)考查利用K计算平衡浓度和反应物的转化率 依据起始浓度(或平衡浓度)和平衡常数可以计算平衡浓度(或起始浓度)，从而计算反应物的转化率。对于反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，反应物A的转化率可以表示为α(A)＝×100%＝×100%＝×100% 三、化学平衡的有关计算——三段式法进行化学平衡的有关计算 可逆反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，在体积为V的恒容密闭容器中，反应物A、B的初始加入量分别为a mol、b mol，达到化学平衡时，设A物质转化的物质的量为mx mol mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g) 起始量/mol a b 0 0 转化量/mol mx nx px qx 平衡量/mol a－mx b－nx px qx 对于反应物：n(平)＝n(始)－n(转) 对于生成物：n(平)＝n(始)＋n(转) ①平衡常数K＝ ②平衡时A的物质的量浓度：c(A)＝ mol·L－1。 ③平衡时A的转化率：α＝×100%，A、B的转化率之比为α(A)∶α(B)＝∶ ④平衡时A的体积分数：φ(A)＝×100% ⑤平衡时和开始时的压强比：＝ ⑥混合气体的密度：ρ(混)＝ g·L－1 ⑦平衡时混合气体的平均摩尔质量：＝ g·mol－1 ⑧生成物产率＝×100% ⑨在密闭容器中有气体参加的可逆反应，在计算时经常用到阿伏加德罗定律的两个推论 恒温、恒容时：；恒温、恒压时： 四、平衡转化率 1.定义 某一反应物的平衡转化率α等于该物质在反应中已转化的量(如物质的量、物质的量浓度等)与该物质起始总量的比值。 2.表达式 平衡转化率α＝×100% 对于反应aA＋bBcC＋dD，反应物A的平衡转化率为α(A)＝×100%，式中c0(A)和c(A)分别表示A的初始浓度和A的平衡浓度。 3.意义 反应的平衡转化率能表示在一定温度和一定起始浓度下反应进行的限度。 题型01 化学平衡状态的判断 【典例】某温度下，将等物质的量的气体A、B混合于2L的恒容密闭容器中，发生如下反应：，经2min后测得B的物质的量分数为25%，以D表示的反应速率，下列说法正确的是 A．2min时，B的浓度为1.5mol/L B．反应时，向容器中通入氦气，容器内压强增大，化学反应速率加快 C．A、B起始物质的量均为3mol D．若混合气体的平均相对分子质量不变，则表明该反应已达到平衡状态 【变式】在一个恒温恒容的密闭容器中进行合成氨反应，下列证据能判断反应已达平衡状态的是 A． B．气体密度不再变化 C．每消耗就同时消耗 D．混合气体的平均摩尔质量不再变化 题型02 化学平衡常数的影响因素及应用 【典例】甲醇水蒸气重整制氢是生产氢气的重要途径，其主要反应为： Ⅰ． Ⅱ． 、时，混合气体以一定流速通过反应管，在催化剂作用下反应一段时间后测得转化率、CO选择性随温度的变化如图所示。 下列说法正确的是 A．反应Ⅱ的平衡常数： B．的物质的量：a点<b点 C．其他条件不变，混合气体流速越大，的转化率越大 D．温度高于240℃，CO选择性迅速上升的原因是反应Ⅱ速率大于反应Ⅰ 【变式】CO2的回收和利用是实现“碳中和”的有效途径。在一恒容密闭反应器中充入体积之比为1∶1的CO2和H2，发生如下反应： ①CO2(g)+H2(g)⇌HCOOH(g)　　　ΔH1=+31.2 kJ·mol-1 ②CO2(g)+H2(g) ⇌CO(g)+H2O(g)    ΔH2=+41.2 kJ·mol-1 在相同时间内，CO2的转化率、HCOOH的选择性[HCOOH的选择性=×100%]与温度的关系如图所示。下列叙述错误的是     A．CO2的转化率等于H2的转化率 B．温度高于673 K时，随着温度的升高CO的选择性增大 C．其他条件不变，改为恒压容器，再次达到平衡时，HCOOH的物质的量减小 D．673 K下反应达到平衡时，CO2、HCOOH、CO的浓度之比为10∶57∶133 题型03 化学平衡常数的计算 【典例】向刚性密闭容器甲、乙中分别加入物质的量均为1mol的X和Y，发生反应：  ，已知容器甲、乙的体积比为1∶2，达到平衡时，测得M的物质的量浓度与温度和容器容积的关系如图所示。已知容器乙中反应在条件下经过xmin达到平衡。下列说法正确的是 A． B．压强： C．平衡常数： D．0~xmin内，容器乙中mol·L-1·min-1 【变式】一定温度下，在三个体积的恒容密闭容器中发生反应。相关数据见下表，下列说法正确的是 容器编号 温度(℃) 起始物质的量() 平衡物质的量() X Y Z I 2 0.8 II 5 z III 5 1 A．时，该反应的平衡常数 B． C．向容器III再充入和，此时 D．若，则该反应 题型04 转化率的计算 【典例】丙烯酸乙酯()是合成功能高分子材料的重要原料，其制备原理为。向2L恒容密闭容器中加入适量和，加入催化剂，在120℃时发生上述反应，测得和的物质的量与时间的关系如图所示。已知：净反应速率。 下列叙述正确的是 A．正反应速率： B．净反应速率： C．5～10 min内， D．该条件下，的平衡转化率约为33.3％ 【变式】含氮化合物在农业、工业、国防等领域都有着广泛的应用。氮元素部分常见物质间的相互转化如图所示。请回答下列问题： (1)写出过程Ⅱ的化学方程式： 。 (2)某同学在实验室模拟过程Ⅱ时，先用酒精喷灯加热催化剂，然后通入反应气体，当催化剂红热后撤离酒精喷灯，催化剂始终保持红热，温度可达到700℃以上。下图中，能够正确表示该反应过程中能量变化的是 (填序号)。 (3)某温度下，在容积为2L的恒容密闭容器中充入2.0molN2(g)和2.0molH2(g)发生过程Ⅰ的反应，一段时间后反应达平衡状态，部分物质的物质的量n随时间t的变化情况如图所示： ①曲线a表示 (填“N2”、“H2”或“NH3”)的物质的量的变化情况。 ②250s时，H2的转化率为 。 ③下列情况不能说明该反应达到平衡状态的是 (填序号)。 A．v正(N2)=2v逆(NH3)        B．密闭容器中气体压强不变 C．混合气体的密度不变      D．生成2amolNH3(g)的同时生成3amolH2(g) (4)为有效降低含氮化物的排放量，又能充分利用化学能，合作小组设计如图所示电池，将含氮化合物转化为无毒气体。 ①A电极上的电极反应式是 。 ②该电池在工作过程中B电极附近溶液的pH (填“增大”“减小”或“不变”)。 ③同温同压时，左右两侧电极室中产生的气体体积比为 。 【巩固训练】 1．向体积为2L的恒温恒容密闭容器中充入1molX(g)和3molY(g)，发生反应，经检测可知从第3min开始，密闭容器中M的物质的量浓度不再发生变化，且0~3min内，M的平均反应速率为。下列说法正确的是 A． B．保持恒温恒容状态向容器中再充入1molHe（不参与反应），可以使该反应的化学反应速率增大 C．当密闭容器中混合气体的密度不变时，可认为该反应一定达到化学平衡状态 D．该反应达到平衡状态时，X的转化率为30% 2．高炉炼铁过程中发生反应：，该反应下列说法正确的是 A．恒温恒容时，再充入一定量CO，平衡正向移动，可以提高CO的转化率 B．恒温时，增大压强，体积减小，平衡时，c(CO)/c(CO2)增大 C．恒容时，升高温度，混合气体的平均相对分子质量增大 D．1000℃下在密闭容器中1mol与1molCO反应，达到平衡时CO的转化率是40%，则1000℃时该反应的平衡常数是2/3 3．在一定条件下发生反应：2A(g)＋2B(g)xC(g)＋2D(g)，在2 L密闭容器中，把4 mol A和2 mol B混合，2 min后达到平衡时生成1.2 mol C，又测得反应速率vD=0.2 mol·L-1·min-1，下列说法正确的是 A．A和B的转化率均是20% B．x=3 C．平衡时A的物质的量为2.8 mol D．平衡时气体压强比原来减小 4．若将固体置于恒容密闭容器中，在一定温度下发生下列反应： ①； ②。 达到平衡时，的体积分数为0.16。下列说法正确的是 A．若混合气体中不再发生变化，则体系达到平衡状态 B．平衡时容器中的物质的量为 C．该温度下化学反应的平衡常数： D．若仅改变容器体积为，再次平衡后不变 5．一定温度下，向某1L恒容密闭容器中充入1.0mol发生反应 ，测定实验数据得到和的曲线如图所示。下列说法错误的是 A．的分解反应在高温条件下能自发进行 B．若平衡时压缩容器体积，反应重新达到平衡，曲线Ⅰ的g点可能变为c点 C．若平衡时升高温度，反应重新达到平衡，曲线Ⅱ的h点可能变为e点 D．该温度下，反应的平衡常数 6．在密闭容器中，给一氧化碳和水蒸气的气体混合物加热，在催化剂存在下发生反应：CO(g)＋H2O(g) H2(g)＋CO2(g)。在500 ℃时，平衡常数K=9，若反应开始时，一氧化碳和水蒸气的浓度都是0.02 mol·L-1，则在此条件下CO的转化率为 A．25% B．50% C．75% D．80% 7．450℃时，向某恒容密闭容器中充入、，控制适当条件使其发生反应：  ，反应在时达到平衡且此时的物质的量浓度为。下列分析错误的是 A．的平衡转化率为80% B．500℃时，该反应的平衡常数小于80 C．向平衡体系中充入和后，容器中 D．平衡时压强是反应开始前的0.75倍 8．一定温度下，在2L的恒容密闭容器中发生反应。反应过程中的部分数据如下表所示： t/min n(A)/mol n(B)/mol n(C)/mol 0 2.0 2.4 0 5 0.9 10 1.6 15 1.6 下列说法正确的是 A．该反应在10min后才达到平衡 B．物质B的平衡转化率为20% C．平衡状态时，c(C)=0.6 mol·L-1 D．该温度下的平衡常数为 9．向体积均为1L的两恒容容器中分别充入和发生反应：，其中一个为绝热过程，另一个为恒温过程，两反应体系的压强随时间的变化曲线如图所示。下列说法错误的是 A．为恒容恒温过程 B．气体的总物质的量： C．逆反应速率： D．点平衡常数： 10．工业上可用煤的气化产物(CO和H2)合成二甲醚(CH3OCH3)，反应的主要化学方程式为： 反应Ⅰ(主反应)： 反应Ⅱ(副反应)： 在时，将和通入容积为的恒容密闭容器中，在催化剂的作用下发生反应，达到平衡后升高温度，在不同温度下测得的转化率(或二甲醚的产率)如图所示。 下列有关说法正确的是 A．增大CO浓度有利于提高CO生成CH3OCH3的转化率 B．反应的 C．时，发生CH3OH脱水生成CH3OCH3的反应 D．条件下，反应Ⅰ的化学平衡常数为3.52 【强化训练】 11．常温下，将、和10 mL NaOH溶液混合，发生反应：。溶液中与反应时间(t)的关系如图所示。下列说法错误的是 A．当不再变化时，该反应达到平衡状态 B．时的小于时的 C．若平衡时溶液的，则该反应的平衡常数 D．在酸性条件下，的氧化性大于 12．在恒容密闭容器中，充入和，在一定条件下发生反应，测得平衡体系中的物质的量分数与温度的关系如图所示。下列说法错误的是 A．该反应正反应的活化能大于逆反应的活化能 B．时，当时反应达到平衡状态 C．时，若反应经达到平衡，则 D．b点时，往容器中再充入各，再次平衡时增大 13．T℃，容积为0.5L的恒温密闭容器中，发生反应：，测得三种气体的物质的量浓度（c）随时间（t）变化如图所示： 下列说法正确的是 A．曲线I表示Y的浓度随时间的变化曲线 B．4min末，用Z表示的化学反应速率为 C．平衡时，X和Y的转化率相等 D．平衡后，再向容器中充入和，此时 14．在二氧化碳加氢制甲烷的反应体系中，主要反应的热化学方程式为： 反应I： 反应II： 反应III： 向恒压、密闭容器中通入和平衡时的物质的量随温度的变化如图所示。下列说法错误的是 A．图中曲线C表示CO的物质的量随温度的变化 B． C．为了提高甲烷的产率，最佳控制温度在800℃~1000℃之间 D．a点所对应温度下反应II的平衡常数 15．在保持、条件下，向密闭容器中充入气体，存在如下反应：。该反应的正、逆反应速率与、的分压关系为：，(、分别是正、逆反应的速率常数)。与的关系如图所示。结合图像，下列说法正确的是 A．直线表示 B．当时，说明反应达到平衡状态 C．时，该反应的压强平衡常数 D．、时，的平衡转化率为 16．在含、浓度均为的混合溶液中滴加溶液，所得混合溶液中与的关系如图所示。 已知：①同种金属离子与同种配体形成的配离子，配位数相同时，阳离子价态越高，配离子越稳定，稳定常数越大。②络合反应有：  ；   下列叙述错误的是 A．直线代表与的关系 B．常温下，配离子稳定常数 C．上述反应中，先生成 D．   17．一定条件下乙烷与可以制乙烯，在容积为1L的密闭容器中，控制和初始投料分别为、，发生的反应如下： 主反应： 副反应： 的平衡转化率和的选择性随温度、压强的变化如下表所示。下列说法不正确的是 温度 300K 400K 500K 600K 压强 乙烷平衡转化率 50% 63% 72% 79% 乙烯平衡选择性 80% 65% 59% 45% 压强 乙烷平衡转化率 35% 44% 49% 53% 乙烯平衡选择性 A．压强： B． C．300K时主反应的平衡常数为0.57 D．改变压强，对乙烯的平衡选择性无影响 18．向体积均为IL的两恒容密闭容器中分别充入和发生反应：，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． B．气体的总物质的量： C．a点平衡常数： D．反应速率： 19．1，3-丁二烯是石油化工的重要原料，采用CO2氧化1-丁烯脱氢生产1，3-丁二烯既可以实现1-丁烯高值转化，又可以实现的资源化利用。发生的反应如下： 反应I：  ΔH1=akJ·mol-1 同时还发生以下副反应： 反应Ⅱ： ΔH2=bkJ·mol-1 反应Ⅲ：  ΔH3=+46kJ·mol-1 已知：b>46 回答下列问题： (1)a= kJ·mol-1(用含b的式子表示)，反应I在 (填“高温”或“低温”)下能自发进行。 (2)反应I的平衡常数为K1，反应Ⅱ的平衡常数为K2，反应Ⅲ的平衡常数为K3。图1为lgK1、lgK2、lgK3与温度的关系曲线，图2为体积分数与温度的关系曲线。 ①x= 。 ②图2中，温度低于时，随温度升高增大的原因为 。 (3)600℃时，恒定总压0.10MPa，以起始物质的量均为1mol的1-丁烯、CO2投料，达平衡时，测得1-丁烯和CO2的转化率分别为80％、10％。则600℃时，反应Ⅱ的平衡常数Kp= (列出计算式)。 (4)电化学催化还原乙炔法条件温和，安全性高。在室温下，某团队以溶液为电解液，电催化还原乙炔制备1，3-丁二烯。写出生成1，3-丁二烯的电极反应式 。 (5)1，3-丁二烯与HBr发生加成反应分两步：第一步H+进攻1，3-丁二烯生成碳正离子()；第二步Br-进攻碳正离子完成1，2-加成或1，4-加成。反应进程中的能量变化如图所示。 由阿伦尼乌斯公式推知，同一反应在不同温度(T)下，反应速率常数(k)与活化能(Ea)的关系如下：(其中R为常数)。其他条件不变的情况下，升高温度，更有利提高 (填“1，2-加成”或“1，4-加成”)的反应速率。 20．采用热分解法去除沼气中的过程中涉及的主要反应如下： 反应Ⅰ：　； 反应Ⅱ：　。 回答下列问题： (1)反应的△H= 。 (2)已知反应Ⅰ的，该反应能自发进行的温度是_____(填标号)。 A．600℃ B．700℃ C．800℃ D．900℃ (3)保持100kPa不变，将与按体积比2∶1投入密闭容器中，并通入一定量的稀释，在不同温度下反应达到平衡时，所得、与的体积分数如图所示。 ①X所在曲线代表的是 (填化学式)的体积分数。 ②Y所在曲线随温度的升高先增大后减小的原因是 。 ③往容器中充入的目的是 。 ④1050℃时，下列能说明容器中反应达到平衡状态的有 (填标号)。 A．容器的体积保持不变 B．容器内气体密度保持不变 C． D．含碳物质的总的体积分数保持不变 ⑤1000℃达到平衡时，的体积分数为0.25%，则该温度下达到平衡后的去除率为 (保留三位有效数字，下同)，反应Ⅰ压强平衡常数 (用平衡分压代替平衡浓度计算，平衡分压=总压×体积分数)。 / 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第02讲 化学平衡常数、转化率等的分析与计算 1、 通过化学平衡状态时的浓度数据分析，认识化学平衡常数的概念，并能分析推测其相关应用 2、 掌握化学平衡中三段式计算的方法 一、化学平衡常数 1、化学平衡状态时浓度数据分析 457.6 ℃时反应体系H2(g)＋I2(g)2HI(g)中各物质的浓度数据 起始时各物质的浓度/(mol·L－1) 平衡时各物质的浓度/(mol·L－1) 平衡时 c(H2) c(I2) c(HI) c(H2) c(I2) c(HI) 1.970×10－2 6.994×10－3 0 5.617×10－3 5.936×10－4 1.270×10－2 48.37 1.228×10－2 9.964×10－3 0 3.841×10－3 1.524×10－3 1.687×10－2 48.62 1.201×10－2 8.403×10－3 0 4.580×10－3 9.733×10－4 1.486×10－2 49.54 0 0 1.520×10－2 1.696×10－3 1.696×10－3 1.181×10－2 48.49 0 0 1.287×10－2 1.433×10－3 1.433×10－3 1.000×10－2 48.70 0 0 3.777×10－2 4.213×10－3 4.213×10－4 2.934×10－2 48.50 平均值 48.70 【规律】 (1)无论该反应从正向进行还是从逆向进行，平衡时，只要温度一定，的值近似相等 (2)无论反应物或生成物的浓度如何改变，平衡时只要温度一定，的值也近似相等 2、化学平衡常数的概念与表达式 (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(简称平衡常数)，用符号K表示 (2)表达式 对于可逆反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g) (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) 3、化学平衡常数的意义 (1)平衡常数的大小反映了化学反应进行的程度(也叫反应的限度) (2)K值越大，表示反应进行得越完全，反应物的转化率越大，当K＞105时，该反应就进行的基本完全了。K值越小，表示反应进行得越不完全，反应物的转化率越小。当K＜10－5时，该反应很难发生 4、化学平衡常数的影响因素 (1)内因：不同的化学反应及方程式的书写形式是决定化学平衡常数的主要因素 (2)外因：在化学方程式一定的情况下，K只受温度影响，与反应物或生成物的浓度无关，与压强无关 5、化学平衡常数表达式的书写 (1)在平衡常数表达式中，水(液态)的浓度、固体物质及纯液体的浓度不写 如：Br2＋H2OH＋＋Br－＋HBrO K＝ C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g) (2)化学平衡常数表达式与化学方程式的书写有关。若反应方向改变、化学计量数等倍扩大或缩小，化学平衡常数都会相应改变 如：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)的平衡常数为 N2(g)＋H2(g)NH3(g)的平衡常数为 NH3(g)N2(g)＋H2(g)的平衡常数为 则：K1＝K22；K2·K3＝1；K1·K32＝1 3若两反应的平衡常数分别为K1、K2 ①若两反应相加，则总反应的平衡常数K＝K1·K2 ②若两反应相减，则总反应的平衡常数K＝ 5、化学平衡常数的应用 (1)判断反应进行的程度：K值越大，该反应进行得越完全，反应物的转化率越大；反之，就越不完全，转化率越小 K值 正反应进行的程度 平衡时生成物浓度 平衡时反应物浓度 反应物转化率 越大 越大 越大 越小 越高 越小 越小 越小 越大 越低 (2)判断可逆反应的热效应 ①升高温度：K值增大→正反应为吸热反应；K值减小→正反应为放热反应 ②降低温度：K值增大→正反应为放热反应；K值减小→正反应为吸热反应 如：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)的平衡常数与温度的关系如下，由下表数据分析可知：温度升高，K值减小，则正反应为放热反应 T/K 373 473 573 673 773 K 3.35×109 1.00×107 2.45×105 1.88×104 2.99×103 (3)判断正在进行的可逆反应是否达到平衡或反应进行的方向 对于一般的可逆反应，mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，在任意时刻的称为浓度商，常用Q表示，即Q＝ 当Q＝K时，反应处于平衡状态，v正＝v逆 当Q＜K时，反应向正反应方向进行，v正＞v逆 当Q＞K时，反应向逆反应方向进行，v正＜v逆 二、与化学平衡常数的相关计算 (一)考查化学平衡常数(K)的计算方法——三段式法 三段式法就是依据化学方程式列出各物质的起始量、变化量和平衡量，然后根据已知条件建立代数等式而进行解题的一种方法。这是解答化学平衡计算题的一种“万能方法”，只要已知起始量和转化率就可用平衡模式法解题。对于反应前后气体体积变化的反应，如果已知反应前气体的总物质的量与反应后气体的总物质的量的差值，也可用差量法解题 (二)考查利用K计算平衡浓度和反应物的转化率 依据起始浓度(或平衡浓度)和平衡常数可以计算平衡浓度(或起始浓度)，从而计算反应物的转化率。对于反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，反应物A的转化率可以表示为α(A)＝×100%＝×100%＝×100% 三、化学平衡的有关计算——三段式法进行化学平衡的有关计算 可逆反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，在体积为V的恒容密闭容器中，反应物A、B的初始加入量分别为a mol、b mol，达到化学平衡时，设A物质转化的物质的量为mx mol mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g) 起始量/mol a b 0 0 转化量/mol mx nx px qx 平衡量/mol a－mx b－nx px qx 对于反应物：n(平)＝n(始)－n(转) 对于生成物：n(平)＝n(始)＋n(转) ①平衡常数K＝ ②平衡时A的物质的量浓度：c(A)＝ mol·L－1。 ③平衡时A的转化率：α＝×100%，A、B的转化率之比为α(A)∶α(B)＝∶ ④平衡时A的体积分数：φ(A)＝×100% ⑤平衡时和开始时的压强比：＝ ⑥混合气体的密度：ρ(混)＝ g·L－1 ⑦平衡时混合气体的平均摩尔质量：＝ g·mol－1 ⑧生成物产率＝×100% ⑨在密闭容器中有气体参加的可逆反应，在计算时经常用到阿伏加德罗定律的两个推论 恒温、恒容时：；恒温、恒压时： 四、平衡转化率 1.定义 某一反应物的平衡转化率α等于该物质在反应中已转化的量(如物质的量、物质的量浓度等)与该物质起始总量的比值。 2.表达式 平衡转化率α＝×100% 对于反应aA＋bBcC＋dD，反应物A的平衡转化率为α(A)＝×100%，式中c0(A)和c(A)分别表示A的初始浓度和A的平衡浓度。 3.意义 反应的平衡转化率能表示在一定温度和一定起始浓度下反应进行的限度。 题型01 化学平衡状态的判断 【典例】某温度下，将等物质的量的气体A、B混合于2L的恒容密闭容器中，发生如下反应：，经2min后测得B的物质的量分数为25%，以D表示的反应速率，下列说法正确的是 A．2min时，B的浓度为1.5mol/L B．反应时，向容器中通入氦气，容器内压强增大，化学反应速率加快 C．A、B起始物质的量均为3mol D．若混合气体的平均相对分子质量不变，则表明该反应已达到平衡状态 【答案】C 【详解】A．由分析可知，2min时，B的物质的量为a-1.5=3-1.5=1.5mol，浓度为0.75mol/L，A错误； B．恒容时，向容器中通入氦气，不参与化学反应，化学反应速率不变，B错误； C．由分析可知，A、B起始物质的量均为3mol，C正确； D．反应前后气体的质量不变，物质的量也不变，故平均相对分子质量恒定不变，平均相对分子质量不变，不能表明该反应已达到平衡状态，D错误； 故选C。 【变式】在一个恒温恒容的密闭容器中进行合成氨反应，下列证据能判断反应已达平衡状态的是 A． B．气体密度不再变化 C．每消耗就同时消耗 D．混合气体的平均摩尔质量不再变化 【答案】D 【详解】A．3v(H2)逆 = v(N₂)正时正逆反应速率不相等，反应未达到平衡状态，A错误； B．气体密度=，反应前后总质量守恒，容器体积恒定，因此密度始终不变，无法判断是否达到平衡，B错误； C．消耗1mol N2（正反应）对应生成2mol NH3，而此时消耗1mol NH3（逆反应），说明反应未达平衡，C错误； D．平均摩尔质量=，总质量不变，但总物质的量随反应减少（4mol→2mol），当总物质的量不再变化时，平均摩尔质量也不再变化，说明反应达平衡，D正确； 故选D。 题型02 化学平衡常数的影响因素及应用 【典例】甲醇水蒸气重整制氢是生产氢气的重要途径，其主要反应为： Ⅰ． Ⅱ． 、时，混合气体以一定流速通过反应管，在催化剂作用下反应一段时间后测得转化率、CO选择性随温度的变化如图所示。 下列说法正确的是 A．反应Ⅱ的平衡常数： B．的物质的量：a点<b点 C．其他条件不变，混合气体流速越大，的转化率越大 D．温度高于240℃，CO选择性迅速上升的原因是反应Ⅱ速率大于反应Ⅰ 【答案】B 【详解】A．反应Ⅱ为吸热反应，温度升高，反应Ⅱ的K值增大，其平衡常数：，A错误； B．、时，设起始甲醇物质的量为1mol，a点转化率较低(约为65%)、CO选择性很低(约为2%)，则n(CO)=1mol×65%×2%=0.013mol，n(CO2)=0.65mol-0.013mol=0.637mol，b点转化率较高(约为95%)、CO选择性相对较高(约为12%)，则n(CO)=1mol×95%×12%=0.114mol，n(CO2)=0.95mol-0.114mol=0.836mol，故的物质的量：a点b点，B正确； C．其他条件不变，混合气体流速越大，不能完全反应，故转化率不一定越大，C错误； D．温度高于240℃，甲醇的转化率基本不变、CO选择性迅速上升，说明反应Ⅱ速率随温度增大的程度大于反应Ⅰ，但是无法得出反应Ⅱ速率大于反应Ⅰ，D错误； 故选B。 【变式】CO2的回收和利用是实现“碳中和”的有效途径。在一恒容密闭反应器中充入体积之比为1∶1的CO2和H2，发生如下反应： ①CO2(g)+H2(g)⇌HCOOH(g)　　　ΔH1=+31.2 kJ·mol-1 ②CO2(g)+H2(g) ⇌CO(g)+H2O(g)    ΔH2=+41.2 kJ·mol-1 在相同时间内，CO2的转化率、HCOOH的选择性[HCOOH的选择性=×100%]与温度的关系如图所示。下列叙述错误的是     A．CO2的转化率等于H2的转化率 B．温度高于673 K时，随着温度的升高CO的选择性增大 C．其他条件不变，改为恒压容器，再次达到平衡时，HCOOH的物质的量减小 D．673 K下反应达到平衡时，CO2、HCOOH、CO的浓度之比为10∶57∶133 【答案】C 【详解】A．反应①和反应②中的CO2、H2物质的量之比均为1∶1，则CO2的转化率等于H2的转化率，A正确； B．根据图示，温度高于673K时HCOOH的选择性减小，CO2的转化率继续增大，故CO的选择性增大，B正确； C．其他条件不变，改为恒压容器，则反应①相当于增加压强，平衡正向移动，HCOOH的物质的量增大，C错误； D．设充入的CO2和H2各为1mol，673K下反应达到平衡时，CO2的转化率为95%，则剩余的CO2为1mol×(1-95%)=0.05mol，HCOOH的选择性为30%,则生成的HCOOH为1mol×95%×30%=0.285mol，生成的CO为1mol×95%×70%=0.665mol，则平衡时CO2、HCOOH、CO的浓度之比为=0.05∶0.285∶0.665=10∶57∶133，D正确； 故选C。 题型03 化学平衡常数的计算 【典例】向刚性密闭容器甲、乙中分别加入物质的量均为1mol的X和Y，发生反应：  ，已知容器甲、乙的体积比为1∶2，达到平衡时，测得M的物质的量浓度与温度和容器容积的关系如图所示。已知容器乙中反应在条件下经过xmin达到平衡。下列说法正确的是 A． B．压强： C．平衡常数： D．0~xmin内，容器乙中mol·L-1·min-1 【答案】D 【详解】A．乙→甲过程中相当于进行加压操作，体积变为原来的一半，c→a时，若平衡不移动，则M的浓度应为1mol·L-1，而图象上为0.8mol·L-1，说明平衡逆向移动，该反应是气体体积增大的反应，即，故A项错误； B．乙→甲过程中相当于进行加压操作，由于平衡逆向移动，a中压强要比略小，即，故B项错误； C．平衡常数只与温度有关，由得该反应为吸热反应，则升高温度，平衡常数变大，即有，故C项错误； D．容器乙中达到平衡时，mol·L-1，则0∼xmin内mol·L-1·min-1，又因为化学计量数，则容器乙中mol·L-1·min-1，D项正确； 综上所述，正确的是D项。 【变式】一定温度下，在三个体积的恒容密闭容器中发生反应。相关数据见下表，下列说法正确的是 容器编号 温度(℃) 起始物质的量() 平衡物质的量() X Y Z I 2 0.8 II 5 z III 5 1 A．时，该反应的平衡常数 B． C．向容器III再充入和，此时 D．若，则该反应 【答案】C 【详解】A．据分析，，故A错误； B．据分析，z=2，故B错误； C．向容器III再充入和，此时，反应逆向进行，v正<v逆，故C正确； D．据分析，，若，则正反应吸热，，故D错误； 故答案为C。 题型04 转化率的计算 【典例】丙烯酸乙酯()是合成功能高分子材料的重要原料，其制备原理为。向2L恒容密闭容器中加入适量和，加入催化剂，在120℃时发生上述反应，测得和的物质的量与时间的关系如图所示。已知：净反应速率。 下列叙述正确的是 A．正反应速率： B．净反应速率： C．5～10 min内， D．该条件下，的平衡转化率约为33.3％ 【答案】D 【详解】A．a点反应物浓度大于c点，所以正反应速率，故A错误； B．a点反应物浓度大于b点，正反应速率；a点生成物浓度大于小于b点，逆反应速率；所以净反应速率，故B错误； C．5min时，乙醇的物质的量为0.015mol-0.002mol=0.013mol，10min时，乙醇的物质的量为0.0115mol，5～10 min内，，故C错误； D．该条件下，反应达到平衡时，乙醇的物质的量为0.015mol-0.005mol=0.01mol，的平衡转化率约为33.3％，故D正确； 选D。 【变式】含氮化合物在农业、工业、国防等领域都有着广泛的应用。氮元素部分常见物质间的相互转化如图所示。请回答下列问题： (1)写出过程Ⅱ的化学方程式： 。 (2)某同学在实验室模拟过程Ⅱ时，先用酒精喷灯加热催化剂，然后通入反应气体，当催化剂红热后撤离酒精喷灯，催化剂始终保持红热，温度可达到700℃以上。下图中，能够正确表示该反应过程中能量变化的是 (填序号)。 (3)某温度下，在容积为2L的恒容密闭容器中充入2.0molN2(g)和2.0molH2(g)发生过程Ⅰ的反应，一段时间后反应达平衡状态，部分物质的物质的量n随时间t的变化情况如图所示： ①曲线a表示 (填“N2”、“H2”或“NH3”)的物质的量的变化情况。 ②250s时，H2的转化率为 。 ③下列情况不能说明该反应达到平衡状态的是 (填序号)。 A．v正(N2)=2v逆(NH3)        B．密闭容器中气体压强不变 C．混合气体的密度不变      D．生成2amolNH3(g)的同时生成3amolH2(g) (4)为有效降低含氮化物的排放量，又能充分利用化学能，合作小组设计如图所示电池，将含氮化合物转化为无毒气体。 ①A电极上的电极反应式是 。 ②该电池在工作过程中B电极附近溶液的pH (填“增大”“减小”或“不变”)。 ③同温同压时，左右两侧电极室中产生的气体体积比为 。 【答案】(1)4NH3+5O24NO+6H2O (2)A (3) N2 90% AC (4) 2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O 增大 4：3 【详解】（1）过程II为氨气经过催化氧化(II)得到NO，方程式为：4NH3+5O24NO+6H2O； （2）氨气催化氧化过程中，催化剂红热后撤离酒精喷灯，催化剂始终保持红热，说明反应为放热反应，反应物能量高于生成物能量，能够正确表示该反应过程中能量变化的是A。 （3）①根据合成氨反应方程式：N2+3H22NH3，b为生成物，代表NH3物质的量变化情况，方程式中N2系数小于NH3系数，N2的改变量小于NH3的改变量，a代表N2的物质的量变化情况； ②250s时，生成氨气的物质的量为1.2mol，则反应的氢气为1.8mol，H2的转化率为； ③A．速率之比等于方程式中计量系数之比，v正(N2)=2v逆(NH3)，不符合正逆反应速率相等，不能说明反应达到平衡状态，A符合题意；         B．恒温恒容下，压强之比等于气体物质的量之比，气体物质的量是变量，压强也是变量，密闭容器中气体压强不变时达到平衡状态，B不符合题意； C．混合气体的密度是定值，始终不变，C符合题意；       D．生成2amolNH3(g)的同时生成3amolH2(g)，符合正逆反应速率相等，D不符合题意； 答案选AC； （4）NH3在反应中失去电子生成N2，发生氧化反应，电极A为负极，NO2得电子也生成N2，发生还原反应，电极B为正极； ①电极A为负极，NH3在反应中失去电子生成N2，发生氧化反应，电极反应式为：2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O； ②电极B为正极，发生2NO2+8e-+4H2O=N2+8OH-，OH-浓度增大，pH增大； ③负极反应2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O，正极反应2NO2+8e-+4H2O=N2+8OH-，通过相同的电荷，产生的N2的体积之比为4：3。 【巩固训练】 1．向体积为2L的恒温恒容密闭容器中充入1molX(g)和3molY(g)，发生反应，经检测可知从第3min开始，密闭容器中M的物质的量浓度不再发生变化，且0~3min内，M的平均反应速率为。下列说法正确的是 A． B．保持恒温恒容状态向容器中再充入1molHe（不参与反应），可以使该反应的化学反应速率增大 C．当密闭容器中混合气体的密度不变时，可认为该反应一定达到化学平衡状态 D．该反应达到平衡状态时，X的转化率为30% 【答案】D 【详解】A．根据反应式，速率关系应为v(Y)=3v(Q)，A错误； B．恒温恒容下充入He不改变反应物浓度，反应速率不变，B错误； C．由于反应前后气体总质量不变，恒容密闭容器，故密度恒定不变，不能作为平衡的必然标志，C错误； D．根据M的生成量计算，0~3min内生成0.6molM，对应消耗0.3molX，X的转化率为=30%，D正确； 故选D。 2．高炉炼铁过程中发生反应：，该反应下列说法正确的是 A．恒温恒容时，再充入一定量CO，平衡正向移动，可以提高CO的转化率 B．恒温时，增大压强，体积减小，平衡时，c(CO)/c(CO2)增大 C．恒容时，升高温度，混合气体的平均相对分子质量增大 D．1000℃下在密闭容器中1mol与1molCO反应，达到平衡时CO的转化率是40%，则1000℃时该反应的平衡常数是2/3 【答案】D 【详解】A．恒温恒容时，再充入一定量CO，平衡正向移动，平衡常数不变，平衡时，c(CO2)：c(CO)是定值，所以CO的转化率不变，故A错误； B．恒温时，增大压强，体积减小，平衡常数不变，平衡时，c(CO)/c(CO2)不变，故B错误； C．恒容时，升高温度，平衡逆向移动，混合气体中CO2含量降低，所以混合气体的平均相对分子质量减小，故C错误； D．1000℃下在密闭容器中1mol与1molCO反应，达到平衡时CO的转化率是40%，平衡时n(CO2)=0.4mol，n(CO)=0.6mol，则1000℃时该反应的平衡常数=，故D正确； 选D。 3．在一定条件下发生反应：2A(g)＋2B(g)xC(g)＋2D(g)，在2 L密闭容器中，把4 mol A和2 mol B混合，2 min后达到平衡时生成1.2 mol C，又测得反应速率vD=0.2 mol·L-1·min-1，下列说法正确的是 A．A和B的转化率均是20% B．x=3 C．平衡时A的物质的量为2.8 mol D．平衡时气体压强比原来减小 【答案】B 【详解】A．A的平衡转化率为=20%，B的平衡转化率为=40%，A错误； B．由物质的量的变化量之比等于化学计量数之比，可建立如下关系，x=3，B正确； C．根据分析可知，平衡时A的物质的量为3.2mol，C错误； D．平衡时气体的物质的量为6.4mol，压强比原来增大，D错误； 故选B。 4．若将固体置于恒容密闭容器中，在一定温度下发生下列反应： ①； ②。 达到平衡时，的体积分数为0.16。下列说法正确的是 A．若混合气体中不再发生变化，则体系达到平衡状态 B．平衡时容器中的物质的量为 C．该温度下化学反应的平衡常数： D．若仅改变容器体积为，再次平衡后不变 【答案】D 【详解】A．气体中，始终为1：2，反应过程中总C和O的物质的量之比恒定，故该比值不变不能作为平衡依据，A错误； B．的体积分数为0.16，的体积分数为0.32，故的体积分数为0.52，，可知在平衡时物质的量为0.52mol，反应①生成的CaO物质的量等于CO₂的初始生成量，即0.52+0.32=0.84mol，平衡时容器中的物质的量为0.84mol，而非0.52mol，B错误； C．计算得K2≈0.061，小于K1=0.52，C错误； D．反应①的平衡常数K1=c(CO2)，仅与温度相关，改变容器体积不影响K1，故c(CO2)不变，D正确； 故选D。 5．一定温度下，向某1L恒容密闭容器中充入1.0mol发生反应 ，测定实验数据得到和的曲线如图所示。下列说法错误的是 A．的分解反应在高温条件下能自发进行 B．若平衡时压缩容器体积，反应重新达到平衡，曲线Ⅰ的g点可能变为c点 C．若平衡时升高温度，反应重新达到平衡，曲线Ⅱ的h点可能变为e点 D．该温度下，反应的平衡常数 【答案】B 【详解】A．由题可知，的分解反应是熵增的吸热反应，，，根据判断，若自发进行，须在高温条件下，故A正确； B．若平衡时压缩容器体积，、都增大，则曲线Ⅰ的g点应变为b点，故B错误； C．该反应为吸热反应，升高温度，平衡正移，减小，且温度升高反应速率加快，曲线Ⅱ的h点可能变为e点，故C正确； D．根据g、h点的数据可知，该温度下反应的平衡常数，故D项正确； 故答案为B。 6．在密闭容器中，给一氧化碳和水蒸气的气体混合物加热，在催化剂存在下发生反应：CO(g)＋H2O(g) H2(g)＋CO2(g)。在500 ℃时，平衡常数K=9，若反应开始时，一氧化碳和水蒸气的浓度都是0.02 mol·L-1，则在此条件下CO的转化率为 A．25% B．50% C．75% D．80% 【答案】C 【详解】设CO的转化量为amol/L，则： ，a=0.015，则CO转化率为，故选C。 7．450℃时，向某恒容密闭容器中充入、，控制适当条件使其发生反应：  ，反应在时达到平衡且此时的物质的量浓度为。下列分析错误的是 A．的平衡转化率为80% B．500℃时，该反应的平衡常数小于80 C．向平衡体系中充入和后，容器中 D．平衡时压强是反应开始前的0.75倍 【答案】C 【详解】A．由分析可知，转化的SO2的物质的量浓度为0.8mol/L，则SO2的转化率为，A正确； B．反应是放热反应，温度升高，平衡逆向移动，K值减小，时，该反应的平衡常数K小于80，B正确； C．向平衡体系中充入和，此时0.2mol/L，=0.5mol/L，=1.2mol/L，Q==<K，反应正向进行，，C错误； D．恒温恒容下，反应前后压强之比等于气体的物质的量之比，也等于反应前后气体总浓度之比，=，D正确； 故选C。 8．一定温度下，在2L的恒容密闭容器中发生反应。反应过程中的部分数据如下表所示： t/min n(A)/mol n(B)/mol n(C)/mol 0 2.0 2.4 0 5 0.9 10 1.6 15 1.6 下列说法正确的是 A．该反应在10min后才达到平衡 B．物质B的平衡转化率为20% C．平衡状态时，c(C)=0.6 mol·L-1 D．该温度下的平衡常数为 【答案】C 【详解】A．在10min时，A的转化量为2.0 mol－1.6 mol=0.4mol，由方程式可知B转化量为0.8 mol，10 min时，n(B)=2.4 mol－0.8 mol=1.6 mol，15 min时，n(B)仍为1.6 mol，故10 min时已达平衡，可能是5~10min内的某一时间达到平衡状态，故A错误； B．10 min时已达平衡，A物质转化0.4 mol，由方程式可知B的转化量为0.8 mol，则B的平衡转化率为=33.3%，故B错误。 C．10 min时已达平衡，A物质转化0.4 mol，由方程式可知生成C物质为1.2 mol，c(C)==0.6 mol·L-1，故C正确； D．10 min时已达平衡，A物质转化0.4 mol，由方程式可知C的转化量为1.2 mol，平衡时n(C)=1.2mol，该温度下的平衡常数为，故D错误； 选C。 9．向体积均为1L的两恒容容器中分别充入和发生反应：，其中一个为绝热过程，另一个为恒温过程，两反应体系的压强随时间的变化曲线如图所示。下列说法错误的是 A．为恒容恒温过程 B．气体的总物质的量： C．逆反应速率： D．点平衡常数： 【答案】B 【详解】A．该反应正向气体分子数增多，是吸热反应，绝热过程中体系温度降低，反应正向进行程度小，压强小，恒温过程压强变化符合正常反应进程，压强大，所以为恒容恒温过程，为恒容绝热过程，A正确； B．a点和c点压强相等，温度（绝热温度降低），根据（V相同），T越大，n越小，所以气体总物质的量，B错误； C．b点温度高于c点（恒温，绝热降温），温度越高反应速率越快，所以逆反应速率v(b)>v(c) ，C正确； D．假设是恒温恒容，b点平衡时压强为起始的倍，根据阿伏伽德罗定律，可得平衡时气体总物质的量为，通过三段式计算 ，平衡时，解得x = 0.5，平衡常数，c点温度低，反应正向进行程度小，所以平衡常数K < 16 ，D正确； 故答案选B。 10．工业上可用煤的气化产物(CO和H2)合成二甲醚(CH3OCH3)，反应的主要化学方程式为： 反应Ⅰ(主反应)： 反应Ⅱ(副反应)： 在时，将和通入容积为的恒容密闭容器中，在催化剂的作用下发生反应，达到平衡后升高温度，在不同温度下测得的转化率(或二甲醚的产率)如图所示。 下列有关说法正确的是 A．增大CO浓度有利于提高CO生成CH3OCH3的转化率 B．反应的 C．时，发生CH3OH脱水生成CH3OCH3的反应 D．条件下，反应Ⅰ的化学平衡常数为3.52 【答案】CD 【详解】A．增大CO浓度，平衡会向正反应方向移动，但根据勒夏特列原理，CO的转化率会降低，而不是提高CO生成CH3OCH3的转化率，A错误； B．由图可知，升高温度，CO的转化率降低，二甲醚的产率也降低，说明反应Ⅰ是放热反应，即H1<0，B错误； C．在260 – 290℃时，随着温度升高，二甲醚的产率增大，但CO转化率却逐渐减小，说明在这个温度范围内，除了反应Ⅰ，还发生了其他生成二甲醚的反应，即CH3OH脱水生成CH3OCH3的反应，C正确； D．在290℃条件下，CO的转化率为80%，则反应的CO的物质的量为2mol×80% = 1.6mol，CH3OCH3的产率为75%，即平衡时CH3OCH3的物质的量为：1mol×75%=0.75mol，则三段式分析为：、，容器体积为1L，则平衡时c(CO)=0.4mol/L，c(H2)=1.0mol/L，c(CH3OCH3)=0.75mol/L，c(H2O)=0.75mol/L，反应Ⅰ的化学平衡常数K===3.52，D正确； 故答案为：CD。 【强化训练】 11．常温下，将、和10 mL NaOH溶液混合，发生反应：。溶液中与反应时间(t)的关系如图所示。下列说法错误的是 A．当不再变化时，该反应达到平衡状态 B．时的小于时的 C．若平衡时溶液的，则该反应的平衡常数 D．在酸性条件下，的氧化性大于 【答案】C 【详解】A．当不再变化时，可说明各物质的浓度不再变化，反应达到平衡状态，A正确； B．时未达到平衡，随时间增加而增加，平衡正向移动，时小于的小于的，B正确； C．根据题意可知，起始时，，由图可知，平衡时，，，平衡时溶液的，则，反应的平衡常数，C错误； D．在酸性条件下，，平衡逆向移动，为氧化剂，为氧化产物，故的氧化性大于，D正确； 故选C。 12．在恒容密闭容器中，充入和，在一定条件下发生反应，测得平衡体系中的物质的量分数与温度的关系如图所示。下列说法错误的是 A．该反应正反应的活化能大于逆反应的活化能 B．时，当时反应达到平衡状态 C．时，若反应经达到平衡，则 D．b点时，往容器中再充入各，再次平衡时增大 【答案】A 【详解】A．升高温度，的物质的量分数增大，说明升高温度平衡逆向移动，正反应放热，该反应正反应的活化能小于逆反应的活化能，故A错误； B．反应达到平衡状态，正、逆反应速率比等于其化学计量数比，时当时反应达到平衡状态，故B正确； C．时，反应达到平衡，的物质的量分数为，设平衡时的物质的量为，列三段式： ，若反应经达到平衡，则，故C正确； D．b点时，；设的物质的量为，列三段式： ，往容器中再充入各，平衡正向移动，增大，故D正确； 故选A。 13．T℃，容积为0.5L的恒温密闭容器中，发生反应：，测得三种气体的物质的量浓度（c）随时间（t）变化如图所示： 下列说法正确的是 A．曲线I表示Y的浓度随时间的变化曲线 B．4min末，用Z表示的化学反应速率为 C．平衡时，X和Y的转化率相等 D．平衡后，再向容器中充入和，此时 【答案】D 【详解】A．根据化学方程式可知，X、Y、Z的化学计量数之比为1：3：1，则反应过程中它们的浓度变化量之比为1：3：1，故曲线I表示X的浓度随时间的变化曲线，A错误； B．化学反应速率是指单位时间内物质的量浓度的变化量，Z表示的平均速率为，而不是4min末的速率，B错误； C．由图可知平衡时，X的转化率为：=25%，Y的转化率为：=75%，不相等，C错误； D．由图可知平衡时，X、Y、Z的物质的量浓度分别为3.0mol/L、1.0mol/L、1.0mol/L，则该反应平衡常数K==，再向容器中充入和，此时Q==，Q〉K，平衡逆向移动，故，D正确； 故选D。 14．在二氧化碳加氢制甲烷的反应体系中，主要反应的热化学方程式为： 反应I： 反应II： 反应III： 向恒压、密闭容器中通入和平衡时的物质的量随温度的变化如图所示。下列说法错误的是 A．图中曲线C表示CO的物质的量随温度的变化 B． C．为了提高甲烷的产率，最佳控制温度在800℃~1000℃之间 D．a点所对应温度下反应II的平衡常数 【答案】C 【详解】A．根据分析可知CO的物质的量随温度的升高而增加，即图中曲线C表示CO的物质的量随温度的变化，A正确； B．根据C元素守恒，CH4、CO、CO2的物质的量总和为1mol，1mol-0.37mol-0.37mol=0.26mol，B正确； C．根据图像可知，温度较低时，甲烷的物质的量较大，CO的物质的量较小，为了提高甲烷的产率，最佳控制温度不能控制在800℃~1000℃之间，C错误； D．在600℃时，a点n(CO)=n(CH4)=0.37mol，n(CO2)=0.26mol，根据O元素守恒，2n(CO2)+ n(CO) +n(H2O)=2mol，n(H2O)=1.11mol，根据H元素守恒，4n(CH4)+n(H2O)+ 2n(H2) =8mol，n(H2)= 2.15mol，反应II的平衡常数为，D正确； 故选C。 15．在保持、条件下，向密闭容器中充入气体，存在如下反应：。该反应的正、逆反应速率与、的分压关系为：，(、分别是正、逆反应的速率常数)。与的关系如图所示。结合图像，下列说法正确的是 A．直线表示 B．当时，说明反应达到平衡状态 C．时，该反应的压强平衡常数 D．、时，的平衡转化率为 【答案】D 【详解】A．由分析可知，直线表示的关系，A错误； B．当时，说明反应达到平衡状态，B错误； C．当时，，即，同理可得，达到化学平衡时，，即，则时，该反应的压强平衡常数，C错误； D．在保持、条件下，向密闭容器中充入气体，设的平衡转化率为x，列出三段式： ，则有，可得x=0.8，即的平衡转化率为80%，D正确； 故选D。 16．在含、浓度均为的混合溶液中滴加溶液，所得混合溶液中与的关系如图所示。 已知：①同种金属离子与同种配体形成的配离子，配位数相同时，阳离子价态越高，配离子越稳定，稳定常数越大。②络合反应有：  ；   下列叙述错误的是 A．直线代表与的关系 B．常温下，配离子稳定常数 C．上述反应中，先生成 D．   【答案】B 【详解】A．根据图像中M、N点数据计算：配离子稳定常数依次为、。由题给信息可知，同种金属离子与同种配体形成的配离子，配位数相同时，阳离子价态越高，配离子越稳定，稳定常数越大，即，则，，所以直线代表与的关系，A正确； B．由A选项可知，，B错误； C．因，即较稳定，相同条件下，先生成较稳定的配离子，则先生成，C正确； D．反应的稳定常数，D正确； 故选B。 17．一定条件下乙烷与可以制乙烯，在容积为1L的密闭容器中，控制和初始投料分别为、，发生的反应如下： 主反应： 副反应： 的平衡转化率和的选择性随温度、压强的变化如下表所示。下列说法不正确的是 温度 300K 400K 500K 600K 压强 乙烷平衡转化率 50% 63% 72% 79% 乙烯平衡选择性 80% 65% 59% 45% 压强 乙烷平衡转化率 35% 44% 49% 53% 乙烯平衡选择性 A．压强： B． C．300K时主反应的平衡常数为0.57 D．改变压强，对乙烯的平衡选择性无影响 【答案】D 【详解】A．主反应、副反应均为气体分子数增大的反应，增大压强，平衡逆向移动，乙烷转化率降低，结合表数据，压强：，故A正确； B．容积为1L的密闭容器中，控制和初始投料分别为、，由表，压强下，300K时，消耗乙烷2mol×50%=1mol、生成乙烯1mol×80%=0.8mol，则： 则主反应 600K时，消耗乙烷2mol×79%=1.58mol、生成乙烯1.58mol×45%=0.711mol，则： 则主反应 升高温度，主反应平衡正向移动，则焓变大于0，，故B正确； C．平衡常数只受温度影响，由B分析，300K时主反应的平衡常数为0.57，故C正确； D．由表，压强下，300K时，消耗乙烷2mol×35%=0.7mol，若改变压强，对乙烯的平衡选择性无影响，则生成乙烯0.7mol×80%=0.56mol，则： ，则说明改变压强，对乙烯的平衡选择性有影响，故D错误； 故选D。 18．向体积均为IL的两恒容密闭容器中分别充入和发生反应：，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． B．气体的总物质的量： C．a点平衡常数： D．反应速率： 【答案】B 【详解】A．由图像可知，在容器甲中是绝热条件下，开始压强增大，说明反应温度升高，故反应为放热反应，所以，故A错误； B．a、c两点压强相等，容器体积相等，依据阿伏加德罗定律，此时气体的物质的量与温度成反比，需注意a点温度比c点对应温度高，则气体总物质的量，故B正确； C．假设c点达到平衡，设Z平衡物质的量为q，列出三段式： 在恒温恒容条件下，气体的压强之比等于物质的量之比，则，解得q=0.75mol，根据K==，c点平衡常数K=12，实际是c点不是平衡点，甲容器是绝热容器，a点是平衡点，a点的压强Pa=P始，若温度和c点相同，则平衡时气体总物质的量na=n始，甲容器绝热温度升高，则气体总物质的量na＜n始，q＞0.75mol，故a点平衡常数：K＞12，故C错误； D．温度越高，反应速率越大，因为甲是在绝热条件下，故a的温度大于b的温度，故反应速率：，故D错误； 答案选B。 19．1，3-丁二烯是石油化工的重要原料，采用CO2氧化1-丁烯脱氢生产1，3-丁二烯既可以实现1-丁烯高值转化，又可以实现的资源化利用。发生的反应如下： 反应I：  ΔH1=akJ·mol-1 同时还发生以下副反应： 反应Ⅱ： ΔH2=bkJ·mol-1 反应Ⅲ：  ΔH3=+46kJ·mol-1 已知：b>46 回答下列问题： (1)a= kJ·mol-1(用含b的式子表示)，反应I在 (填“高温”或“低温”)下能自发进行。 (2)反应I的平衡常数为K1，反应Ⅱ的平衡常数为K2，反应Ⅲ的平衡常数为K3。图1为lgK1、lgK2、lgK3与温度的关系曲线，图2为体积分数与温度的关系曲线。 ①x= 。 ②图2中，温度低于时，随温度升高增大的原因为 。 (3)600℃时，恒定总压0.10MPa，以起始物质的量均为1mol的1-丁烯、CO2投料，达平衡时，测得1-丁烯和CO2的转化率分别为80％、10％。则600℃时，反应Ⅱ的平衡常数Kp= (列出计算式)。 (4)电化学催化还原乙炔法条件温和，安全性高。在室温下，某团队以溶液为电解液，电催化还原乙炔制备1，3-丁二烯。写出生成1，3-丁二烯的电极反应式 。 (5)1，3-丁二烯与HBr发生加成反应分两步：第一步H+进攻1，3-丁二烯生成碳正离子()；第二步Br-进攻碳正离子完成1，2-加成或1，4-加成。反应进程中的能量变化如图所示。 由阿伦尼乌斯公式推知，同一反应在不同温度(T)下，反应速率常数(k)与活化能(Ea)的关系如下：(其中R为常数)。其他条件不变的情况下，升高温度，更有利提高 (填“1，2-加成”或“1，4-加成”)的反应速率。 【答案】(1) b+46 高温 (2) 0 反应Ⅱ正向进行的程度大于反应Ⅲ (3) (4) (5)1，4-加成 【详解】（1）反应I： =akJ·mol-1，根据盖斯定律，；反应I正向是熵增的反应，可自发，故需要高温能自发； （2）根据的表达式，可知，则时，，则三者均等于0；反应Ⅱ生成，反应Ⅲ消耗，升温时，二者反应平衡均正向移动，增大说明反应Ⅱ正向进行的程度大于反应Ⅲ； （3）由题给数据可建立如下三段式：，，由三段式数据可知，600℃时，反应Ⅱ的平衡常数Kp=； （4）乙炔得电子被还原生成，电极反应为； （5）由题中阿伦尼乌斯公式可知，升高相同的温度，活化能越大，速率常数k增大的越多，所以升高温度，对1，4加成产物的生成速率提高更有利； 20．采用热分解法去除沼气中的过程中涉及的主要反应如下： 反应Ⅰ：　； 反应Ⅱ：　。 回答下列问题： (1)反应的△H= 。 (2)已知反应Ⅰ的，该反应能自发进行的温度是_____(填标号)。 A．600℃ B．700℃ C．800℃ D．900℃ (3)保持100kPa不变，将与按体积比2∶1投入密闭容器中，并通入一定量的稀释，在不同温度下反应达到平衡时，所得、与的体积分数如图所示。 ①X所在曲线代表的是 (填化学式)的体积分数。 ②Y所在曲线随温度的升高先增大后减小的原因是 。 ③往容器中充入的目的是 。 ④1050℃时，下列能说明容器中反应达到平衡状态的有 (填标号)。 A．容器的体积保持不变 B．容器内气体密度保持不变 C． D．含碳物质的总的体积分数保持不变 ⑤1000℃达到平衡时，的体积分数为0.25%，则该温度下达到平衡后的去除率为 (保留三位有效数字，下同)，反应Ⅰ压强平衡常数 (用平衡分压代替平衡浓度计算，平衡分压=总压×体积分数)。 【答案】(1)＋233.5 (2)D (3) 950～1050℃时，以反应Ⅰ为主，随着温度升高，反应Ⅰ平衡右移程度比反应Ⅱ右移程度大，所以的体积分数会增大；1050～1150℃之间，反应Ⅱ平衡移动程度增大的幅度大于反应Ⅰ，的体积分数会减小 减小各组分的浓度，使平衡正向移动，提高的去除率 ABD 92.3%(0.923) 121kPa 【详解】（1）根据反应Ⅰ和反应Ⅱ，利用盖斯定律可得，反应Ⅰ+反应Ⅱ=所求反应，； （2）已知反应Ⅰ的，，根据，可求得，故选D； （3）①将与按体积比2∶1投料，并用稀释，在不同温度下反应达到平衡时，由于是反应Ⅰ的生成物同时又是反应Ⅱ的反应物，因此Y所在曲线是的体积分数，950～1050℃时，以反应Ⅰ为主，随着温度升高，反应Ⅰ速率大于反应Ⅱ，的体积分数会增大，1050～1150℃之间，反应Ⅱ速率增大的幅度大于反应Ⅰ，的体积分数会减小，根据方程式中的数量关系，Z所在曲线为H2的体积分数，X所在曲线为的体积分数； ②由于是反应Ⅰ的生成物同时又是反应Ⅱ的反应物，因此Y所在曲线是，950～1050℃时，以反应Ⅰ为主，随着温度升高，反应Ⅰ速率大于反应Ⅱ，的体积分数会增大，1050～1150℃之间，反应Ⅱ速率增大的幅度大于反应Ⅰ，的体积分数会减小； ③往容器中充入的目的是减小各组分的浓度，使平衡正向移动，提高的去除率； ④A．随着反应的进行，气体物质的量增大，恒压条件下容器体积增大，A正确； B．气体密度等于用气体总质量除以体积，反应前后气体质量不变，体积增大，气体密度减小，B正确； C．未标明正、逆，无法说明，C错误； D．随着反应的进行，含碳物质的总物质的量不变，而气体的总物质的量在改变，其体积分数改变，D正确； ⑤由题图可知，1000℃达到平衡时，，，，，则的去除率为； 反应Ⅰ压强平衡常数。 / 学科网（北京）股份有限公司 $$