2.2 化学平衡(10大题型,举一反三题型专练,浙江专用)化学人教版选择性必修1
2026-10-09
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内容正文:
第二节 化学平衡(题型突破·举一反三)
▌题型01 可逆反应与化学平衡状态
【典例01】B
【变式1-1】B
【变式1-2】B
【变式1-3】B
▌题型02 化学平衡状态的特征
【典例02】D
【变式2-1】C
【变式2-2】A
【变式2-3】D
▌题型03 化学平衡状态的判断依据
【典例03】D
【变式3-1】B
【变式3-2】A
【变式3-3】4) AB
▌题型04 化学平衡常数
【典例04】(2)+329 K1•K22
【变式4-1】A
【变式4-2】(1) CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH=-90.7kJ·mol−1
【变式4-3】(1)
(2)吸热 随着温度的升高,K值增大
(3)700℃
(4)逆反应方向
▌题型05 化学平衡常数的应用
【典例05】(2)① 2.0 ②CO+3H2CH4+H2O
【变式5-1】D
【变式5-2】D
【变式5-3】B
▌题型06 化学平衡常数的计算
【典例06】D
【变式6-1】C
【变式6-2】
【变式6-3】(3)2
▌题型07 化学反应速率与平衡移动
【典例07】(3)AC
【变式7-1】D
【变式7-2】C
【变式7-3】B
【变式7-3】C
▌题型08 化学平衡移动的影响因素
【典例08】C
【变式8-1】A
【变式8-2】B
【变式8-3】C
▌题型09 勒夏特列原理
【典例09】C
【变式9-1】B
【变式9-2】B
【变式9-3】A
▌题型10 化学平衡相关图像
【典例10】C
【变式10-1】A
【变式10-2】D
【变式10-3】C
第 1 页 共 7 页
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第二节 化学平衡(题型突破·举一反三)
题型01 可逆反应与化学平衡状态
题型02 化学平衡状态的特征
题型03 化学平衡状态的判断依据
题型04 化学平衡常数
题型05 化学平衡常数的应用
题型06 化学平衡常数的计算
题型07 化学反应速率与平衡移动
题型08 化学平衡移动的影响因素
题型09 勒夏特列原理
题型10 化学平衡相关图像
▌题型01 可逆反应与化学平衡状态
1.可逆反应
(1)可逆反应的定义:在相同条件下同时向_______、_______两个方向进行的反应;
(2)可逆反应方程式中,用“”代替“”。
(3)可逆反应的特点:
双向性:正、逆方向进行;
双同性:正、逆反应是在相同条件下,同时进行;
共存性:反应物的转化率_______于100%,反应物与生成物共存。
2.化学平衡状态
(1)化学平衡的定义:在一定条件下可逆反应进行到一定程度时,正反应速率和逆反应速率 相等 ,反应物和生成物的浓度均不再随时间而改变,这种状态称之为化学平衡状态;
(2)化学平衡状态的建立:
①向体系内充入一定量的反应物,反应刚开始时,反应物浓度_______,正反应速率_______;生成物浓度为0,逆反应速率为0;
②随着反应进行,反应物浓度逐渐_______,生成物浓度逐渐_______,正反应速率逐渐_______,逆反应速率逐渐_______;
③当正反应速率 = 逆反应速率时,可逆反应达到平衡状态。如下图,t1时刻后,反应达到平衡状态。
【典例01】(2025·浙江台州高二期中)一定温度下,在容积固定的密闭容器中,反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)达到平衡后,再通入气体O2,重新达到平衡。下列说法错误的是( )
A.平衡向正反应方向移动
B.SO2、O2的转化率均增大
C.前后两次平衡后,容器内的压强不相等
D.通O2前,通O2后,重新达到平衡后三个时间段,v正与的关系依次是相等、大于、相等
【变式1-1】(2024·浙江丽水高二期末)一定条件下,在恒温恒容的密闭容器中通入一定量的气体X和Y,发生下列反应X(g)+2Y(g)⇌M(g)+2N(g) ΔH=a kJ•mol-1(a>0),下列说法中正确的是( )
A.反应达到平衡时,加入M(g),逆反应速率增大,正反应速率减小
B.反应达到平衡时,M(g)与N(g)的浓度之比为1:2
C.当v正(X)=2v逆(N)时,反应到达平衡状态
D.到达平衡状态时,反应吸收的能量为a kJ
【变式1-2】(2026·浙江杭州高二期中)工业上使用水煤气(CO与H2的混合气体)合成甲醇,反应为 CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH= -akJ·mol−1。下列叙述能说明上述反应已达到化学平衡状态的是( )
A.2v正(H2)=v逆(CH3OH)
B.CH3OH的体积分数不再改变
C.反应放出a kJ热量
D.同一时间内,消耗0.04 molH2,生成0.02 molCH3OH
【变式1-3】(2025·浙江金华高二期末)某温度下,在恒容密闭容器中发生反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)。当反应达到平衡时,下列有关说法中正确的是( )
A.各物质的物质的量之比一定为n(N2):n(H2):n(NH3)=1:3:2
B.在该条件下,N2的转化率已经达到了最大值
C.反应物的总质量一定比生成物的总质量小
D.正反应速率和逆反应速率相等且均为零
▌题型02 化学平衡状态的特征
1.可逆反应
(1)概念:在同一条件下,既能向正反应方向进行_______又能向逆反应方向进行的反应。
(2)表示方法:用“”连接,把从左向右进行的反应称为正反应,把从右向左进行的反应称为逆反应。
(3)特征
_______性:指可逆反应分为方向相反的两个方向,正反应方向和逆反应方向;
_______性:指正、逆反应是在相同条件下,回时进行;
_______性:指反应物的转化率小于百分之百,反应物与生成物共存。
2.化学平衡状态的建立
在一定条件下的容积不变的密闭容器中,合成氨反应如下:N2+3H22NH3
如图1所示,N2与H2随着反应的进行,其浓度逐渐__________,v正逐渐_______,而c(NH3)逐渐_______,v逆逐渐_______,t1时刻,它们的浓度不再改变,v正_______v逆,反应达到平衡。
如图2所示,随着NH3的分解,其浓度逐渐_______,v逆逐渐_______,而c(N2)、c(H2)逐渐_______,v正逐渐_______,t2时刻起,它们的浓度不再改变,v正_______v逆,反应达到平衡。
3.化学平衡状态的概念
在一定条件下的可逆反应,当正、逆反应的速率相等时,反应物和生成物的浓度均______________,即体系的组成不随时间而改变,这表明该反应中物质的转化达到了“限度”,这时的状态称为______________,简称化学平衡。
4.化学平衡的特征
【典例02】(2025·浙江省9 +1高中联盟高一期中)一定条件下,对于反应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),达到平衡状态时,X、Y、Z浓度分别为0.1 mol·L-1、0.3 mol·L-1和0.08 mol·L-1,则下列判断合理的是( )
①c1:c2等于1:3 ②平衡时,Y和Z的生成速率之比为3:2
③X和Y的转化率相等 ④c1的取值范围为0 mol·L-1<c1<0.14 mol·L-1
A.①② B.①③④ C.②③④ D.①②③④
【变式2-1】(2024·浙江省杭州十一中高二期末)在一定温度下将1 mol CO和1 mol水蒸气放在密闭容器中,发生反应CO+H2OCO2+H2,达平衡后测得CO2为0.6 mol,再通入4 mol水蒸气,达新平衡后CO2的物质的量可能是( )
A.0.6 mol B.1 mol C.0.8 mol D.1.2 mol
【变式2-2】(2024·浙江杭州高二阶段检测)密闭容器中进行反应:X2(g)+3Y2(g)⇌2Z(g),X2、Y2、Z起始浓度分别为0.2mol/L、0. 6mol/L、0.4mol/L,当平衡时,下列数据肯定不对的是( )
A.X2为0.4mol/L,Y2为1.2mol/L B.Y2为1.0mol/L
C.X2为0.3mol/L,Z为0.2mol/L D.Z为0.7mol/L
【变式2-3】(2026·浙江温州选考模拟)向容积恒定为2L的密闭容器中充入一定量的气体发生反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),其中SO3的物质的量随时间变化如图所示,下列说法正确的是( )
A.若开始时向容器中充入一定量He,则反应达到平衡状态的时间将缩短
B.0~2min内,v(O2)=0.25 mol·L-1·min-1
C.0时刻,反应气体只有SO3,没有SO2、O2
D.平衡前,生成0.2molSO2的同时生成0.1molO2
▌题型03 化学平衡状态的判断依据
1.直接标志
(1)v正=v逆
①同一种物质的生成速率等于______________;
②在化学方程式同一边的不同物质的生成速率和消耗速率之比等于______________;
③在化学方程式两边的不同物质的生成(或消耗)速率之比等于______________。
(2)各组分的浓度保持一定
①各组分的浓度_______时间的改变而改变;
②各组分的质量分数、物质的量分数、体积分数_______时间的改变而改变。
2.间接标志——“变量不变”
(1)反应体系中的总压强不随时间的改变而变化(适用于反应前后气体分子数不等的反应)。
(2)对于反应混合物中存在有颜色物质的可逆反应,若体系中颜色不再改变,则反应达到平衡状态。
(3)根据平均摩尔质量(即平均相对分子质量)计算公式M=,若M在反应过程中是一变量,则平均摩尔质量(平均相对分子质量)保持不变,反应达到平衡状态。
(4)对同一物质而言,断裂化学键的物质的量与形成化学键的物质的量相等。
3.用“总压强、混合气体的密度、平均摩尔质量”判断平衡状态的注意事项
(1)恒温恒容条件下,用“总压强、平均摩尔质量”判断平衡状态时,要特别关注反应前后气体分子总数的变化,如:
mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)
是否平衡
压强
当m+n≠p+q时,总压强一定(其他条件一定)
_______
当m+n=p+q时,总压强一定(其他条件一定)
_______
平均摩
尔质量
当m+n≠p+q时,一定
_______
当m+n=p+q时,一定
_______
(2)恒温恒容条件下,用“混合气体的密度”判断平衡状态时,要特别关注反应前后是否有非气态物质参与反应,如
关注各物质的状态
是否平衡
密度ρ
C(s)+CO2(g)2CO(g)(ρ一定)
_______
N2(g)+3H2(g)2NH3(g)(ρ一定)
_______
H2(g)+I2(g)2HI(g)(ρ一定)
_______
【典例03】(2026·浙江丽水高二期末)恒温恒容密闭容器中发生反应:C(s)+CO2(g)2CO(g) ,下列叙述不能判断该反应已达到平衡状态的是( )
A.容器内压强保持不变 B.气体的平均相对分子质量保持不变
C.气体的密度保持不变 D.ΔH不再发生变化
【变式3-1】(2026·浙江杭州高二期中)工业上使用水煤气(CO与H2的混合气体)合成甲醇,反应为CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH=-akJ·mol−1。下列叙述能说明上述反应已达到化学平衡状态的是( )
A.2v正(H2)= v逆(CH3OH)
B.CH3OH的体积分数不再改变
C.反应放出a kJ热量
D.同一时间内,消耗0.04 molH2,生成0.02 molCH3OH
【变式3-2】(2026·浙江宁波六校联盟高二期中联考)将一定量纯净的氨基甲酸铵固体置于密闭真空容器中(容器容积不变,固体试样体积忽略不计),在恒温下使其达到平衡:NH2COONH4 (s)2NH3(g)+ CO2(g)。下列可判断该反应已达到平衡的是( )
A.容器中气体的密度不变 B.消耗1mol NH2COONH4同时生成44g CO2
C.容器中气体的平均摩尔质量不变 D.容器中氨气的体积分数不变
【变式3-3】(2025·浙江省绍兴市三模)苯乙烯作为一种重要的基础有机化工原料,广泛用于合成塑料和橡胶。工业常采用乙苯脱氢的方法制备苯乙烯,其原理如下:
反应1:C6H5CH2CH3(g)C6H5CH=CH2(g)+H2(g) △H1=+117.6kJ•mol-1
反应2:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H2=+41.2kJ•mol-1
(4)在某恒温恒容容器中发生CO2耦合乙苯脱氢制备苯乙烯(同时发生反应1和2),下列能说明反应达到平衡的是 (填标号)。
A.容器内压强不再发生变化 B.CO的百分含量不再发生变化
C.容器内混合气体的密度不再发生变化 D.每消耗1mol乙苯的同时生成1mol苯乙烯
▌题型04 化学平衡常数
1.概念
(1)条件:一定温度下一个可逆反应达到化学平衡状态时
(2)叙述:生成物浓度的系数次幂之积与反应物浓度的系数次幂之积的比值,叫化学平衡常数
(3)符号:Kc
2.表达式
(1)可逆反应:aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)
(2)表达式:Kc=(固体和液体不列入平衡常数表达式)
(3)单位:(mol·L-1)(c+d)-(a+b)
(4)平衡常数与书写方式的关系
①正逆反应平衡常数的关系是:Kc正·Kc逆=1
②化学计量数变成n倍,平衡常数变为n次方倍
③反应③=反应①+反应②,则:△H3=△H1+△H2,K3=K1·K2
④反应③=反应①-反应②,则:△H3=△H1-△H2,K3=
⑤反应③=a×反应①-×反应②,则:△H3=a△H1-△H2,K3=
3.意义
(1)对于同类型反应,平衡常数的大小反映了化学反应可能进行的程度;
(2)平衡常数的数值越大,反应物的转化率越大,说明反应可以进行得越完全。
K值
<10-5
10-5~105
>105
反应程度
很难进行
反应可逆
进行完全
4.影响因素
(1)内因:反应物的本身性质(某一具体反应)。
(2)外因:反应体系的温度,升高温度。
5.浓度熵:Qc=
(1)浓度为任意时刻的浓度
(2)意义:Q越大,反应逆向进行的程度越大
(3)应用:判断反应是否达到平衡或反应进行的方向
①Q>Kc,反应逆向进行,v正<v逆
②Q=Kc,反应达到平衡状态,v正=v逆
③Q<Kc,反应正向进行,v正>v逆
6.三种平衡常数
a A(g)+b B(g)c C(g)+d D(g)
(1)浓度平衡常数:Kc=
①平衡量必须为平衡时的浓度
②等体反应:可以用平衡时的物质的量代替平衡时的浓度
③恒压条件下:先计算平衡体积,再算平衡常数
(2)压强平衡常数:Kp=
①平衡量为平衡时的浓度、物质的量、体积等均可
②分压Pi=P总×xi=P总×=(P1+P2+P3+…)×
③恒容条件下:先计算平衡总压,再算平衡常数或直接根据分压计算
(3)物质的量分数平衡常数:Kx=
①平衡量为平衡时的浓度、物质的量、体积等均可
②物质的量分数:xi=
【典例04】(2023·浙江1月卷,19)“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) ∆H1= +247 kJ•mol-1 ,K1
II:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ∆H2= +41 kJ•mol-1 , K2
(2)反应CH4(g)+3CO2(g)4CO(g)+2H2O(g)的∆H=_________kJ•mol-1,K=_________ (用K1、K2表示)。
【变式4-1】(2026·浙江杭州钱塘联盟高二期中)一定温度下,反应CaCO3(s)CaO(s)+ CO2(aq) ΔH>0,达到平衡时,下列说法错误的是( )
A.将容器体积压缩为原来的一半,当体系再次达到平衡时,CO2的浓度增大
B.继续加入CaCO3(s),平衡不移动
C.减小CO2浓度,平衡正向移动,平衡常数不变
D.升高温度该反应的化学平衡常数K增大
【变式4-2】 (2025·浙江省强基联高三联考)CO2作为重要的温室效应气体,开发“碳捕获”技术,利用其生产其他化工产品是当前化工领域的热门方向。CO2催化加氢合成甲醇是重要的碳捕获利用与封存技术,该过程主要发生下列反应:
反应①CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=-49.5kJ·mol−1 K1
反应②CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2=+41.2kJ·mol−1 K2
(1)反应③的平衡常数,其热化学方程式为 。
【变式4-3】(2024·浙江省杭州源清中学高二期末)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:
T/℃
700
800
830
1000
1200
K
0.6
0.9
1.0
1.7
2.6
(1)该反应的化学平衡常数表达式K= 。
(2)该反应为 (填“吸热”或“放热”)反应,判断依据为 。
(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1200℃时,在某时刻平衡体系中CO2、H2、CO、H2O的浓度分别为2mol·L-1、2 mol·L-1、4 mol·L-1、4 mol·L-1,则此时上述反应的平衡移动方向为 (填“正反应方向”“逆反应方向”或“不移动”),判断依据为 。
▌题型05 化学平衡常数的应用
化学平衡常数的应用:
①判断反应进行的限度
K值大,说明反应进行的程度大,反应物的转化率高。K值小,说明反应进行的程度小,反应物的转化率低。
K
<10−5
10−5~105
>105
反应程度
很难进行
反应可逆
反应可接近完全
②判断反应是否达到平衡状态
化学反应aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)在任意状态时,浓度商均为Qc=。
Qc>K时,反应向______________进行;
Qc=K时,反应______________;
Qc<K时,反应向______________进行。
③利用平衡常数判断反应的热效应
若升高温度,K值增大,则正反应为_______反应;若升高温度,K值减小,则正反应为_______反应。
【典例05】(2023·浙江6月卷,19)水煤气变换反应是工业上的重要反应,可用于制氢。
水煤气变换反应:H2O(g)+ CO(g)CO2 (g)+ H2(g) ΔH=-41.2 kJ·mol-1
该反应分两步完成:
3Fe2O3(s)+CO(g)2Fe3O4(s)+CO2(g) ΔH1=-47.2 kJ·mol-1
2Fe3O4 (s)+H2O(g)3Fe2O3 (s)+H2(g) ΔH2
(2)恒定总压1.70MPa和水碳比[n (H2O)/ n(CO)] =12:5投料,在不同条件下达到平衡时CO2和H2的分压(某成分分压=总压×该成分的物质的量分数)如下表:
p(CO2)/MPa
p(H2)/MPa
p(CH4)/MPa
条件1
0.40
0.40
0
条件2
0.42
0.36
0.02
①在条件1下,水煤气变换反应的平衡常数K=___________。
②对比条件1,条件2中H2产率下降是因为发生了一个不涉及CO2的副反应,写出该反应方程式____。
【变式5-1】(2026·浙江宁波六校联盟高二期中联考)在一定体积的密闭容器中,进行如下反应:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g),其化学平衡常数K和温度t的关系如下表所示:
℃
700
800
830
1000
1200
0.6
0.9
1.0
1.7
2.6
下列说法错误的是( )
A.该反应化学平衡常数的表达式
B.该反应为吸热反应
C.某温度下,各物质的平衡浓度符合下式:,试判此时的温度为830℃
D.700℃下,测得某容器中CO2、H2、CO、H2O浓度均为0.5 mol·L-1则此时v逆<v正
【变式5-2】(2026·浙江S9联盟高二期中联考)在时,一定容积的密闭容器中发生反应: ,该温度下,下列有关该反应的说法不正确的是( )
A.当时,化学反应达到平衡状态
B.压缩容器体积,平衡不移动,CO和CO2浓度均增大,平衡常数不变
C.达平衡后,再充入一定量的CO,平衡正移,但CO平衡转化率不变
D.若某时刻测得,、,则此时反应
【变式5-3】(2025·浙江省台州市高三一模)保持温度不变,在含足量HgI2(s)和一定量的溶液中,存在如下平衡关系:
HgI2(s)HgI2(aq) K1
HgI2(s)HgI+(aq)+ I-(aq) K2
HgI+(s)Hg2+(aq)+ I-(aq) K3
HgI2(s) + I-(aq)HgI3-(aq) K4
HgI3-(aq) +I-(aq)HgI42-(aq) K5
HgI2(s)Hg2+(aq)+2I-(aq) Ksp
K分别为平衡常数,设HgI2(s)的溶解度为smol/L。下列说法不正确的是( )
A.HgI2(s)的Ksp=K1×K2×K3
B.
C.平衡体系中适量增大c(I-)且HgI2(s)足量,达到新平衡后c(HgI+)一定减小
D.平衡体系中适量增大c(I-)且HgI2(s)足量,达到新平衡后c(HgI3-)一定增大
▌题型06 化学平衡常数的计算
1.分析三个量:起始量、变化量、平衡量。
2.明确三个关系
(1)对于同一反应物,起始量-变化量=平衡量。
(2)对于同一生成物,起始量+变化量=平衡量。
(3)各转化量之比等于各反应物的化学计量数之比。
3.计算方法:三段式法
1)分析三个量:起始量、变化量、平衡量。
2)明确三个关系
(1)对于同一反应物,起始量-变化量=平衡量。
(2)对于同一生成物,起始量+变化量=平衡量。
(3)各转化量之比等于各反应物的化学计量数之比。
3)计算方法:三段式法
化学平衡计算模式:对以下反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),令A、B起始物质的量浓度分别为a mol/L、b mol/L,达到平衡后消耗A的物质的量浓度为mx mol/L。
mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)
起始量(mol/L) a b 0 0
变化量(mol/L) mx nx px qx
平衡量(mol/L) a-mx b-nx px qx
则有①平衡常数:K=。
②A的平衡浓度:c(A)= mol·L-1。
③A的转化率:α(A)=×100%,α(A)∶α(B)=∶=。
④A的体积分数:φ(A)=×100%。
⑤平衡压强与起始压强之比:=。
⑥混合气体的平均密度(混)= g·L-1。
⑦混合气体的平均摩尔质量= g·mol-1。
⑧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%。
4.化学平衡常数的计算
(1)根据化学平衡常数表达式计算
(2)依据化学方程式计算平衡常数
①同一可逆反应中,K正·K逆=1。
②同一方程式中的化学计量数等倍扩大或缩小n倍,则新平衡常数K′与原平衡常数K间的关系是K′=Kn或K′=。
③几个可逆反应方程式相加,得总方程式,则总反应的平衡常数等于各分步反应平衡常数之积。
④水溶液中进行的反应,必须拆成离子方程式再计算平衡常数。
5.计算Kp的答题模板
计算Kp的两套模板[以N2(g)+3H2(g)2NH3(g)为例]
模板1:N2(g) + 3H2(g)2NH3(g)(平衡时总压为p0)
n(始) 1 mol 3 mol 0
Δn 0.5 mol 1.5 mol 1 mol
n(平) 0.5 mol 1.5 mol 1 mol
p(X) p0 p0 p0
Kp=
模板2:刚性反应器中
N2(g)+ 3H2(g) 2NH3(g)
p(始) p0 3p0 0
Δp p′ 3p′ 2p′
p(平) p0-p′ 3p0-3p′ 2p′
Kp=
【典例06】(2026·浙江丽水高二期末)向恒温恒容的2L密闭容器中充入4molNO2(g),发生可逆反应:2NO2(g)N2O4(g) ΔH<0 。10min时反应达到平衡,测得反应前后的压强之比为4:3。下列说法正确的是( )
A.平衡时N2O4的物质的量浓度为1mol·L-1
B.该温度下反应的平衡常数K=0.25
C.达到平衡后,往容器中再充入4molNO2,K值增大
D.若某时刻测得NO2浓度为1mol·L-1、N2O4浓度为0.3mol·L-1,此时反应向正反应方向进行
【变式6-1】(2025·浙江省温州市高三一模)1200℃下,将2.00molCaCO3(s)置于1.0L真空密闭容器中,发生反应:
ⅰ.CaCO3(s)CaO(s)+ CO2(g) ΔH>0 K=0.5
ⅱ.2CO2(g)2CO(g)+O2(g)
tmin时,达到平衡状态,测得O2的体积分数为20%。下列说法不正确的是( )
A.若在下平衡,K<0.5
B.若容器体积为0.5L,平衡时,CO的体积分数为40%
C.平衡时,n(CaO)=0.5 mol
D.
【变式6-2】(2026·浙江宁波市慈溪中学等校高三二模,节选)将二氧化碳转化为高附加值化学品是目前研究的热点之一,甲醇是重要的化工原料和优良的替代燃料,因此制甲醇工艺被广泛关注。
①CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=-49.4kJ·mol−1
②CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH1=+41kJ·mol−1
③CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH3
(2)恒温恒容条件下,用原料气CO2(g)、H2(g)以物质的量浓度之比1:3投料时,控制合适条件甲醇的选择性为40%。初始c(CO2)=1.0mol·L-1 ,CO2平衡转化率为50%,则该条件下反应①的K=______。(列出计算式即可)
【变式6-3】(2026·浙江省七校联盟高三一模,节选)汽车尾气中含有NO气体,是汽车内燃机高温条件下氮气与氧气反应产生。NO是破坏臭氧层的凶手之一。相关反应如下:
Ⅰ.N2(g)+O2(g)2NO(g) ΔH1=+180kJ·mol−1;
Ⅱ.NO(g)+O3(g)NO2(g)+O2(g) ΔH2;
(3)将2molN2、2molO2与2molO3混合气体通入的恒压密闭容器中发生反应Ⅰ、Ⅱ,平衡后NO2物质的量为1 mol(不考虑与之间的相互转化)。已知反应Ⅰ的压强平衡常数(用各气体物质的平衡分压替代物质的量浓度,计算的平衡常数叫压强平衡常数用表示)试计算:反应Ⅱ的压强平衡常数 。
▌题型07 化学反应速率与平衡移动
化学平衡状态的速率特征:正_______逆
化学平衡的移动:在一定条件下,当可逆反应达到平衡后,如果改变反应条件,平衡状态被破坏,平衡体系的物质组成也会随着改变,直至达到新的平衡状态,这种由原有的平衡状态达到新的平衡状态的过程叫做化学平衡的移动。
平衡被破坏后,
当正 > 逆时,平衡向_______方向移动;
当正 < 逆时,平衡向_______方向移动;
【典例07】(2023·浙江6月卷,19)水煤气变换反应是工业上的重要反应,可用于制氢。
水煤气变换反应:H2O(g)+ CO(g)CO2 (g)+ H2(g) ΔH=-41.2 kJ·mol-1
该反应分两步完成:
3Fe2O3(s)+CO(g)2Fe3O4(s)+CO2(g) ΔH1=-47.2 kJ·mol-1
2Fe3O4 (s)+H2O(g)3Fe2O3 (s)+H2(g) ΔH2
(3)下列说法正确的是______。
A.通入反应器的原料气中应避免混入O2
B.恒定水碳比[n (H2O)/ n(CO)],增加体系总压可提高H2的平衡产率
C.通入过量的水蒸气可防止Fe3O4被进一步还原为Fe
D.通过充入惰性气体增加体系总压,可提高反应速率
【变式7-1】(2026·浙江浙南名校联盟开学考试)一定温度下,向容积为1L的密闭容器中充入一定量的A(g)和B(g),发生反应:A(g)+2B(g)C(g)。反应过程中测得的部分数据如表所示,下列说法正确的是( )
t/ min
0
10
20
30
n(A)/mol
0.10
0.04
0.02
n(B)=0.02mol
0.20
0.04
A.反应在前10 min内的平均速率v(B)=0.006 mol·L-1·min-1
B.温度不变,若起始时向容器中充入0.1molA、0.4moB和0.4molC,达平衡前 v正<v逆
C.若该容器为恒压状态,保持其它条件不变,达到平衡时A的转化率小于80%
D.保持其他条件不变,升高温度,平衡时c(C)=0.06mol·L-1,则反应的ΔH<0
【变式7-2】(2026·浙江杭州地区重点中学高二期中)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) ΔH<0,反应过程持续升高温度,测得X的体积分数与温度的关系如图所示。下列推断不正确的是( )
A.点时,Y的转化率最大
B.平衡时,再充入Z,达到平衡时Z的体积分数不变
C.W点X的正反应速率等于M点X的正反应速率
D.升高温度,平衡常数减小
【变式7-3】(2026·浙江省Z20联盟高三一模)下列说法不正确的是( )
A.Cl2(aq)+H2O(l)HClO(aq)+H+(aq)+ Cl-(aq) ΔH<0,加水稀释,增大
B.N2O4(g)2NO2(g) ΔH>0,压缩容器体积,平衡向逆方向移动,气体颜色变浅
C.C(sg)+H2O(g)CO(g)+H2(g) ΔH>0,该反应在高温条件下更易自发进行
D.N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH<0,增大反应物浓度,单位体积内活化分子总数增大
【变式7-4】(2026·浙江杭州地区重点中学高二期中)用活性炭还原NO2可防止空气污染,其反应原理为2C(s)+2NO2(g) N2(g)+2CO2(g)。在密闭容器中1mol NO2和足量C发生上述反应,反应相同时间内测得NO2的生成速率与N2的生成速率随温度变化的关系如图1所示;维持温度不变,反应相同时间内测得NO2的转化率随压强的变化如图2所示。下列说法正确的是( )
A.图1中的A、B、C三个点中只有A点的的v正=v逆
B.图2中点的v逆大于点的v正
C.图2中平衡常数K(E)=K(G),NO2的平衡浓度c(E)<c(G)
D.在恒温恒容下,向图2中G点平衡体系中充入一定量的NO2,与原平衡相比,NO2的平衡转化率增大
▌题型08 化学平衡移动的影响因素
1.浓度对化学平衡的影响
(1)增大反应物浓度或减小生成物浓度,平衡向_______方向移动。
(2)增大生成物浓度或减小反应物浓度,平衡向_______方向移动。
(3)用平衡常数分析浓度对化学平衡的影响
对于可逆反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)在任意状态下,生成物的浓度和反应物的浓度之间的关系用Qc(浓度商)=______________表示,则
当Qc=K时,v(正)_______v(逆),反应处于平衡状态;
当Qc<K时,v(正)_______v(逆),反应向_______方向进行;
当Qc>K时,v(正)_______v(逆),反应向_______方向进行。
2.压强对化学平衡的影响
aA(g)bB(g)反应,通过减小(或增大)容器的体积以增大(或减小)压强。
(1)若a>b,即正反应方向是气体分子数目减小的反应,增大压强,平衡_____________________移动,减小压强,平衡____________________________移动。
(2)若a=b,即反应前后气体分子数目不变的反应,改变反应体系的压强,平衡不发生移动。
(3)压强增大或减小是利用减小容器的体积或增大容器体积实现的,即缩小容器体积⇒压强增大⇒物质浓度增大⇒平衡移动。
(4)压强变化对于没有气体参与的反应不影响。
3.温度对化学平衡的影响
(1)温度升高,平衡向______________方向移动。
(2)温度降低,平衡向______________方向移动。
4.催化剂
使用正催化剂,正、逆反应速率增大的倍数相同,化学平衡不移动。
【典例08】(2024·浙江6月卷)为探究化学平衡移动的影响因素,设计方案并进行实验,观察到相关现象。其中方案设计和结论都正确的是( )
选项
影响因素
方案设计
现象
结论
A
浓度
向1mL0.1mol·L-1K2CrO4溶液中加入1mL0.1mol·L-1 HBr溶液
黄色溶液变橙色
增大反应物浓度,平衡向正反应方向移动
B
压强
向恒温恒容密闭玻璃容器中充入气体,分解达到平衡后再充入100mLAr
气体颜色不变
对于反应前后气体总体积不变的可逆反应,改变压强平衡不移动
C
温度
将封装有NO2和N2O4混合气体的烧瓶浸泡在热水中
气体颜色变深
升高温度,平衡向吸热反应方向移动
D
催化剂
向乙酸乙酯中加入1mL0.3mol·L-1H2SO4溶液,水浴加热
上层液体逐渐减少
使用合适的催化剂可使平衡向正反应方向移动
【变式8-1】(2026·浙江温州新力量联盟高二期中)对可逆反应FeCl3(aq)+3KSCN(aq)2Fe(SCN)3 (aq)+3KCl(aq) ΔH<0,下列条件会使平衡逆向移动的是( )
A.加入Fe粉 B.增大压强 C.加入KCl固体 D.降低温度
【变式8-2】(2026·浙江舟山五校联盟高二期中)下列化学平衡在改变条件时发生现象的描述不正确的是( )
A.Cl2+H2OHCl+HClO,光照后氯水黄绿色变浅
B.Cr2O72-(橙色)+H2O2CrO42-(黄色)+2H+,K2Cr2O7溶液中滴几滴浓盐酸溶液橙色变深
C.[Cu(H2O)2]2+(蓝色)+4Cl-[CuCl4]2-(黄色)+4H2O ΔH>0将氯化铜溶液加热颜色变绿
D.FeCl3+3KSCNFe(SCN)3+3KCl,向平衡体系中加入KCl固体,体系颜色不发生改变
【变式8-3】(2026·浙江杭州地区重点中学高二期中)一定温度下,向某容积可变的密闭容器中加入足量碳酸钙,发生反应:CaCO3(s)CaO(s)+ CO2(g),并达到平衡。下列说法不正确的是( )
A.保持容器容积不变,充入CO2,平衡向逆反应方向移动
B.将容器容积增大为原来的2倍,当体系再次达到平衡时,气体密度不变
C.增加CaCO3(s)的物质的量,平衡向正反应方向移动,CO2的浓度增大
D.将容器容积缩小为原来的一半,当体系再次达到平衡时,CO2的浓度不变
▌题型09 勒夏特列原理
1.影响化学平衡移动的因素
若其他条件不变,改变下列条件对化学平衡的影响如下:
改变的条件(其他条件不变)
化学平衡移动的方向
浓度
增大反应物浓度或减小生成物浓度
向_______反应方向移动
减小反应物浓度或增大生成物浓度
向_______反应方向移动
压强(对有气体参加的反应)
反应前后气体体积改变
增大压强
向气体分子总数_______的方向移动
减小压强
向气体分子总数_______的方向移动
反应前后气体体积不变
改变压强
平衡_______移动
温度
升高温度
向_______反应方向移动
降低温度
向_______反应方向移动
催化剂
同等程度改变v正、v逆,平衡_______移动
2.平衡移动原理(勒夏特列原理)
在封闭体系中,如果改变影响平衡的条件之一(如温度、压强,以及参加反应的化学物质的浓度),平衡将向着能够_______这种改变的方向移动。
3.平衡移动原理理解
研究对象为处于平衡状态的可逆反应且只适用于改变影响平衡体系的一个条件;只可以判断平衡移动的方向;平衡移动的结果只能够“减弱”,而不能彻底_______。
(1)平衡移动的结果只能减弱(不可能抵消)外界条件的变化,如升高温度时,平衡向着______________的方向移动;增大反应物浓度,平衡向______________的方向移动;增大压强,平衡向气体______________的方向移动等。
(2)这种“减弱”并不能抵消外界条件的变化,更不会“超越”这种变化。如原平衡体系的压强为p,若其他条件不变,将体系压强增大到2p,平衡将向气体体积减小的方向移动,达到新平衡时体系的压强将介于_______之间。
【典例09】(2026·浙江丽水高二期末)下列事实不能用勒夏特列原理解释的是( )
A.向Fe(SCN)3溶液中加入铁粉,颜色变浅
B.可用浓氨水和氢氧化钠固体快速制氨
C.向Fe(SCN)3溶液中加入MnO2粉末,迅速产生大量气泡
D.打开冰镇啤酒瓶,瓶内压强减小,有大量气泡逸出
【变式9-1】(2026·浙江浙里特色联盟高二期中)下列操作或事实不能用勒夏特列原理解释的是( )
A.已知反应:2NO2(g)N2O4(g) ΔH<0 ,把NO2球浸泡在冰水中,气体颜色变浅
B.实验室制备氢气时,选择纯度不高的粗锌与稀硫酸反应
C.向含有Fe(SCN)3的红色溶液中加入铁粉,振荡,溶液颜色变浅
D.利用浓氨水和氢氧化钠固体快速制取氨气
【变式9-2】(2026·浙江温州新力量联盟高二期中)下列事实中,不能用勒夏特列原理解释的是( )
A.新制氯水时间长后,颜色变浅 B.增大NO2和N2O4的混合物体系压强,颜色变深
C.打开啤酒瓶盖,有大量气泡产生 D.工业合成氨过程中采用高压条件
【变式9-3】(2025·浙江省浙东北联盟高一期中)下列不能用勒夏特列原理解释的是
A.合成氨采用高压、温度500℃,均为了提高H2平衡转化率
B.工业生产硫酸时,使用过量氧气来提高二氧化硫的转化率
C.向含有Fe(SCN)3的红色溶液中加入铁粉,振荡,溶液颜色变浅
D.用饱和食盐水除去Cl2中的HCl,可减少Cl2损失
▌题型10 化学平衡相关图像
1.浓度对化学平衡影响分析
化学平衡
aA+bBcC+dD(A、B、C、D均不是固体或纯液体物质)
浓度变化
增大反应物
浓度
减小反应物
浓度
增大生成物
浓度
减小生成物
浓度
反应速率变化
v正瞬间增大后逐渐减小,v逆先不变后增大
v正瞬间减小后逐渐增大,v逆先不变减小
v逆瞬间增大后逐渐减小,v正先不变后增大
v逆瞬间减小后逐渐增大,v正先不变后减小
平衡移动方向
正反应方向
逆反应方向
逆反应方向
正反应方向
v-t图像
影响
规律根据浓度变化判断:
在其他条件不变的情况下,增大反应物的浓度或减小生成物的浓度,都可以使化学平衡向正反应方向移动;增大生成物的浓度或减小反应物的浓度,都可以使化学平衡向逆反应方向移动
特别提醒:(1)浓度对化学平衡的影响中的“浓度”是指与反应有关的气体或溶液中实际参加反应的离子的浓度。
(2)有固体参加的可逆反应,增加固体的量不会对化学平衡造成影响。
(3)在工业生产中,常通过适当增大廉价的反应物的浓度,使化学平衡向正反应方向移动,可提高价格较高原料的转化率,从而降低生产成本。
2.压强对化学平衡影响的分析[以aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)平衡为例]
计量数关系
a+b>c+d
a+b<c+d
a+b=c+d
体系压强的变化
增大压强
减小压强
增大压强
减小压强
增大压强
减小压强
反应速率变化
v正、v逆同时增大,且v′正>v′逆
v正、v逆同时减小,且v′逆>v′正
v正、v逆同时增大,且v′逆>v′正
v正、v逆同时减小,且v′正>v′逆
v正、v逆同时增大,且v′正=v′逆
v正、v逆同时减小,且v′正=v′逆
平衡移动方向
正反应方向
逆反应方向
逆反应方向
正反应方向
不移动
不移动
v-t图像
规律总结
(1)对于有气体参加的可逆反应,当达到平衡时,在其他条件不变的情况下,增大压强(减小容器的容积),平衡向气态物质减少的方向移动;减小压强(增大容器的容积),平衡向气态物质增多的方向移动。
(2)对于反应前后气体的总体积没有变化的可逆反应,改变压强,平衡不移动
3.温度对化学平衡影响的分析
化学平衡
aA+bBcC+dDΔH>0
aA+bBcC+dDΔH<0
体系温度的变化
升高温度
降低温度
降低温度
升高温度
反应速率变化
v正、v逆同时增大,且v′正>v′逆
v正、v逆同时减小,且v′正<v′逆
v正、v逆同时减小,且v′正>v′逆
v正、v逆同时增大,且v′正<v′逆
平衡移动方向
正反应方向
逆反应方向
正反应方向
逆反应方向
v-t图像
规律总结
在其他条件不变的情况下,升高温度,平衡向吸热反应方向移动;降低温度,平衡向放热反应方向移动
特别提醒:(1)因为任何化学反应都伴随着能量的变化(放热或吸热),所以任何可逆反应的化学平衡状态都受温度的影响。
(2)若某反应的正反应为放(吸)热反应,则逆反应必为吸(放)热反应,吸收的热量与放出的热量数值相等。
4.催化剂对化学平衡的影响
加入催化剂能同等程度地改变化学反应的正、逆反应速率,但化学平衡不移动。
其图像(v-t图像)如下:
5.百分含量(或转化率)-时间-温度(或压强)图像
解题原则:“先拐先平数值大”。先出现拐点的反应即先达到平衡,速率快,温度较高、压强较大(如图Ⅰ、Ⅱ)或使用了催化剂(如图Ⅲ)。再看平台高度,纵坐标大小与平衡状态相对应,将温度高低、压强大小与平衡状态相联系,即可得到反应热或气体分子数信息。
6.百分含量(或转化率)-压强-温度图像
解题原则:“定一议二”。讨论三个量之间的关系,先确定其中一个量(看曲线趋势或作辅助线),再讨论另两个的关系,从而得到反应热或气体分子数信息。
7.几种特殊图像
(1)对于化学反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),M点前,表示从反应物开始,v正>v逆;M点为刚达到平衡点(如图);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)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(如图)。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。
8.解题原则
(1)“先拐先平数值大”
在化学平衡图像中,先出现拐点的反应则先达到平衡,先出现拐点的曲线表示的温度较高(如图Ⅰ中T2>T1)、压强较大(如图Ⅱ中p2>p1)或使用了催化剂(如图Ⅲ中a使用了催化剂)。
Ⅰ.表示T2>T1,温度升高,生成物C的百分含量降低,平衡逆向移动,说明正反应是放热反应。
Ⅱ.表示p2>p1,压强增大,反应物A的转化率减小,平衡逆向移动,说明正反应是气体分子数目增大的反应。
Ⅲ.生成物C的百分含量不变,说明平衡不发生移动,但反应速率a>b,故a使用了催化剂;也可能该反应是反应前后气体分子数目不变的可逆反应,a增大了压强(压缩体积)。
(2)“定一议二”
在化学平衡图像中,讨论三个量之间的关系,先确定其中一个量(看曲线趋势或作辅助线),再讨论另两个的关系,从而得到反应热或气体分子数信息。
9.解决复杂平衡图像题应考虑的角度
(1)曲线上的每个点是否都到达平衡
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。
(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都会下降。
(3)不同的投料比对产率造成的影响
可以根据定一议二的方法,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。
【典例10】(2026·浙江金华十校高二期末)某温度下,向恒压容器中充入3molH2和1molCO2,在催化剂作用下发生反应:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH<0,平衡时体系中H2、CO2和H2O的物质的量分数(x)与平衡总压的关系如图所示。下列说法不正确的是( )
A.曲线b表示x(H2)随压强的变化情况
B.其他条件不变,降低温度会使x(b)和x(c)减小
C.若将恒压容器改为恒容容器,起始压强为CO2,则平衡时
D.Q点CO2的转化率为75%
【变式10-1】(2026·浙江金砖高中联盟高二期中)利用H2可实现对石膏中S元素的脱除,涉及的主要反应如下:
CaSO4(s)+H2(g)CaO(s)+SO2(g)+H2O(g) ΔH1=+261.4 kJ·mol-1 K1
CaSO4(s)+4H2(g)CaS(s)+4H2O(g) ΔH2=-5.3 kJ·mol-1 K2
一定压强下、n始(H2)和n始(CaSO4)均为1 mol,反应达平衡时各固体物质的物质的量随温度的变化关系如图所示。已知脱硫率=,下列说法不正确的是( )
A.反应3CaSO4(s)+CaS(s)4CaO(s)+4SO2(g)的平衡常数K=
B.图中曲线X表示CaSO4固体平衡时的物质的量随温度的变化
C.一定温度下,平衡时的脱硫率与有关
D.其他条件不变,900℃后升高温度,平衡时的脱硫率升高
【变式10-2】(2026·浙江省台州市椒江区等5地高三一模)密闭恒容容器中,t=0时加入1.0mol·L-1 C2H4Cl2(g),保持773K发生以下反应:
反应Ⅰ:C2H4Cl2(g)+HCl(g)C2H3Cl(g) ΔH=+71.05kJ·mol−1 Ea1
反应Ⅱ:C2H4Cl2(g) 2HCl(g)+H2(g)+2C(s) ΔH=-54.52kJ·mol−1 Ea2
C2H4Cl2(g)、C2H3Cl(g)和H2(g)的浓度随反应时间t变化的曲线如图。已知活化能:Ea1远小于Ea2,近似认为反应Ⅰ建立平衡后始终处于平衡状态。下列说法不正确的是( )
A.若只升高温度,C2H3Cl平衡浓度增大
B.若只通入氦气(不参与反应),C2H3Cl平衡浓度不变
C.若只减少容器体积,C2H4Cl2平衡转化率减小
D.若t=0时,加入足量催化剂(仅对反应Ⅰ有加速作用),则C2H3Cl的浓度峰值不变
【变式10-3】(2026·浙江温州十校高二期中)某科研小组根据反应2CO(g)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)来探究起始反应物的碳氮比对污染物去除率的影响。T℃时,向体积为的恒容密闭容器中充入总物质的量为的和混合气体,并加入一定量的固体催化剂进行反应,实验测得平衡体系中气体组分的转化率和氮气的体积分数的变化如图所示。下列说法不正确的是( )
A.转化率1表示NO
B.A点时n(CO)= n(NO)
C.改变起始反应物的碳氮比,该反应的平衡常数变大
D.其他条件不变时,初始加入4 mol NO和4 mol CO,到达平衡后,氮气的体积分数大于25%
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第二节 化学平衡(题型突破·举一反三)
题型01 可逆反应与化学平衡状态
题型02 化学平衡状态的特征
题型03 化学平衡状态的判断依据
题型04 化学平衡常数
题型05 化学平衡常数的应用
题型06 化学平衡常数的计算
题型07 化学反应速率与平衡移动
题型08 化学平衡移动的影响因素
题型09 勒夏特列原理
题型10 化学平衡相关图像
▌题型01 可逆反应与化学平衡状态
1.可逆反应
(1)可逆反应的定义:在相同条件下同时向正、逆两个方向进行的反应;
(2)可逆反应方程式中,用“”代替“”。
(3)可逆反应的特点:
双向性:正、逆方向进行;
双同性:正、逆反应是在相同条件下,同时进行;
共存性:反应物的转化率小于100%,反应物与生成物共存。
2.化学平衡状态
(1)化学平衡的定义:在一定条件下可逆反应进行到一定程度时,正反应速率和逆反应速率 相等 ,反应物和生成物的浓度均不再随时间而改变,这种状态称之为化学平衡状态;
(2)化学平衡状态的建立:
①向体系内充入一定量的反应物,反应刚开始时,反应物浓度最大,正反应速率最大;生成物浓度为0,逆反应速率为0;
②随着反应进行,反应物浓度逐渐减小,生成物浓度逐渐增大,正反应速率逐渐减小,逆反应速率逐渐增大;
③当正反应速率 = 逆反应速率时,可逆反应达到平衡状态。如下图,t1时刻后,反应达到平衡状态。
【典例01】(2025·浙江台州高二期中)一定温度下,在容积固定的密闭容器中,反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)达到平衡后,再通入气体O2,重新达到平衡。下列说法错误的是( )
A.平衡向正反应方向移动
B.SO2、O2的转化率均增大
C.前后两次平衡后,容器内的压强不相等
D.通O2前,通O2后,重新达到平衡后三个时间段,v正与的关系依次是相等、大于、相等
【答案】B
【解析】A项,达到平衡后再通入氧气,反应物的浓度增大,则平衡向正反应方向移动,故A正确;B项,达到平衡后再通入氧气,反应物的浓度增大,则平衡向正反应方向移动,但是由于氧气并不能完全消耗,因此二氧化硫的转化率增大,但是氧气的转化率是减小的,故B错误;C项,在温度一定,容积固定的条件下,由于加入了氧气,因此再次达到平衡后气体总的物质的量更大,根据PV=nRT可知,前后两次平衡后,容器内的压强不相等,故C正确;D项,通O2前,该反应处于平衡状态,因此v正与v逆的关系为相等,通O2后,平衡正向移动,因此v正与v逆的关系为大于,当重新达到平衡后,因此v正与v逆的关系为相等,故D正确;故选B。
【变式1-1】(2024·浙江丽水高二期末)一定条件下,在恒温恒容的密闭容器中通入一定量的气体X和Y,发生下列反应X(g)+2Y(g)⇌M(g)+2N(g) ΔH=a kJ•mol-1(a>0),下列说法中正确的是( )
A.反应达到平衡时,加入M(g),逆反应速率增大,正反应速率减小
B.反应达到平衡时,M(g)与N(g)的浓度之比为1:2
C.当v正(X)=2v逆(N)时,反应到达平衡状态
D.到达平衡状态时,反应吸收的能量为a kJ
【答案】B
【解析】A项,反应达到平衡时,加入M(g),浓度增大,正、逆反应速率均增大,A错误;B项,根据题干信息,M(g)与N(g)的起始浓度为0,因此结合方程式可知,反应达到平衡时,M(g)与N(g)的浓度之比为1:2,B正确;C项,当v正(X)=2v逆(N)时,由化学反应速率与化学计量数成正比可知v正(X)=4v逆(X),因此反应未到达平衡状态,C错误;D项,此反应为可逆反应,不能进行到底,达到平衡时,吸收的能量小于akJ,D错误;故选B。
【变式1-2】(2026·浙江杭州高二期中)工业上使用水煤气(CO与H2的混合气体)合成甲醇,反应为 CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH= -akJ·mol−1。下列叙述能说明上述反应已达到化学平衡状态的是( )
A.2v正(H2)=v逆(CH3OH)
B.CH3OH的体积分数不再改变
C.反应放出a kJ热量
D.同一时间内,消耗0.04 molH2,生成0.02 molCH3OH
【答案】B
【解析】A项,反应达到平衡时正逆反应速率之比等于化学计量数之比,应满足v正(H2)=2v逆(CH3OH),题给式子说明逆反应速率大于正反应速率,反应未达平衡,A不符合题意;B项,CH3OH的体积分数不再改变,说明体系中各组分的含量保持恒定,符合化学平衡“定”的特征,B符合题意;C项,放出a kJ热量仅说明有1 molCO参与反应,无法证明正逆反应速率相等,不能说明反应达到平衡,C不符合题意;D项,消耗H2和生成CH3OH均为正反应方向的变化,无论反应是否平衡,二者物质的量变化之比恒为2:1,不能说明正逆反应速率相等,D不符合题意;故选B。
【变式1-3】(2025·浙江金华高二期末)某温度下,在恒容密闭容器中发生反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)。当反应达到平衡时,下列有关说法中正确的是( )
A.各物质的物质的量之比一定为n(N2):n(H2):n(NH3)=1:3:2
B.在该条件下,N2的转化率已经达到了最大值
C.反应物的总质量一定比生成物的总质量小
D.正反应速率和逆反应速率相等且均为零
【答案】B
【解析】A.当反应达到平衡时,各物质的物质的量之比与反应物的起始量有关,各物质的物质的量之比n(N2):n(H2):n(NH3)不一定为1:3:2,故A错误;B.化学平衡是一定条件下化学反应的最大限度,则当反应达到平衡时,在该条件下氮气的转化率已经达到了最大值,故B正确;C.由质量守恒定律可知,当反应达到平衡时,混合气体的总质量不变,但反应物的总质量和生成物的总质量相对大小与反应物的起始量有关,则反应物的总质量不一定比生成物的总质量小,故C错误;D.化学平衡是动态平衡,当反应达到平衡时,正反应速率和逆反应速率相等,但不等于零,故D错误;故选B。
▌题型02 化学平衡状态的特征
1.可逆反应
(1)概念:在同一条件下,既能向正反应方向进行同时又能向逆反应方向进行的反应。
(2)表示方法:用“”连接,把从左向右进行的反应称为正反应,把从右向左进行的反应称为逆反应。
(3)特征
双向性:指可逆反应分为方向相反的两个方向,正反应方向和逆反应方向;
双同性:指正、逆反应是在相同条件下,回时进行;
共存性:指反应物的转化率小于百分之百,反应物与生成物共存。
2.化学平衡状态的建立
在一定条件下的容积不变的密闭容器中,合成氨反应如下:N2+3H22NH3
如图1所示,N2与H2随着反应的进行,其浓度逐渐减小,v正逐渐减小,而c(NH3)逐渐增大,v逆逐渐增大,t1时刻,它们的浓度不再改变,v正=v逆,反应达到平衡。
如图2所示,随着NH3的分解,其浓度逐渐减小,v逆逐渐减小,而c(N2)、c(H2)逐渐增大,v正逐渐增大,t2时刻起,它们的浓度不再改变,v正=v逆,反应达到平衡。
3.化学平衡状态的概念
在一定条件下的可逆反应,当正、逆反应的速率相等时,反应物和生成物的浓度均保持不变,即体系的组成不随时间而改变,这表明该反应中物质的转化达到了“限度”,这时的状态称为化学平衡状态,简称化学平衡。
4.化学平衡的特征
【典例02】(2025·浙江省9 +1高中联盟高一期中)一定条件下,对于反应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),达到平衡状态时,X、Y、Z浓度分别为0.1 mol·L-1、0.3 mol·L-1和0.08 mol·L-1,则下列判断合理的是( )
①c1:c2等于1:3 ②平衡时,Y和Z的生成速率之比为3:2
③X和Y的转化率相等 ④c1的取值范围为0 mol·L-1<c1<0.14 mol·L-1
A.①② B.①③④ C.②③④ D.①②③④
【答案】D
【解析】①“达平衡时,X、Y的浓度分别为0.1mol/L,0.3mol/L”是1:3;反应中无论是消耗它们还是生成它们,肯定也是1:3;所以,起始浓度c1:c2等于1:3;故正确;②Y的生成速率是v逆,Z的生成速率是v正,同一个反应的速率用不同的物质表示时,数值与它们的系数成正比,所以平衡时,Y和Z的生成速率之比为3:2,故正确;③如上所述,X、Y的起始浓度之比是1:3,消耗浓度之比一定是1:3,所以它们的转化率相等,故正确;④大于0是已知条件,小于0.14是这样来的:如果起始时c3=0,则平衡时Z的浓度0.08mol/L就是反应生成的,这需要消耗0.04mol/L的X,平衡时,X的浓度为0.1mol/L,所以起始时就应该是0.1mol/L+0.04mol/L=0.14mol/L,但是题目已知起始时Z的浓度不等于0,所以就是小于0.14,即c1的取值范围为0 mol·L-1<c1<0.14 mol·L-1故正确。综上所述①②③④正确;故选D。
【变式2-1】(2024·浙江省杭州十一中高二期末)在一定温度下将1 mol CO和1 mol水蒸气放在密闭容器中,发生反应CO+H2OCO2+H2,达平衡后测得CO2为0.6 mol,再通入4 mol水蒸气,达新平衡后CO2的物质的量可能是( )
A.0.6 mol B.1 mol C.0.8 mol D.1.2 mol
【答案】C
【解析】加入H2O(g),化学平衡正向移动,n(CO2)>0.6 mol,但可逆反应的反应物不能完全转化为生成物,所以根据“不为零”原则,1 mol CO即使完全反应,也只可能生成1 mol CO2,所以达新平衡后CO2的物质的量的取值范围为:0.6 mol<n(CO2)<1 mol,故合理选项是C。
【变式2-2】(2024·浙江杭州高二阶段检测)密闭容器中进行反应:X2(g)+3Y2(g)⇌2Z(g),X2、Y2、Z起始浓度分别为0.2mol/L、0. 6mol/L、0.4mol/L,当平衡时,下列数据肯定不对的是( )
A.X2为0.4mol/L,Y2为1.2mol/L B.Y2为1.0mol/L
C.X2为0.3mol/L,Z为0.2mol/L D.Z为0.7mol/L
【答案】A
【解析】化学平衡的建立,既可以从正反应开始,也可以从逆反应开始,或者从正逆反应开始,不论从哪个方向开始,物质都不能完全反应,利用极限法假设完全反应,计算出相应物质的浓度变化量,实际变化量小于极限值。如果反应正向进行,则依据极限法可知
如果反应逆向进行,则依据极限法可知
这说明X2的浓度介于0和0.4mol/L之间,Y2的浓度介于0和1.2mol/L之间,Z的浓度介于0和0.8mol/L之间,所以选项A中的X2为0.4mol/L,Y2为1.2mol/L是不可能的。故选A。
【变式2-3】(2026·浙江温州选考模拟)向容积恒定为2L的密闭容器中充入一定量的气体发生反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),其中SO3的物质的量随时间变化如图所示,下列说法正确的是( )
A.若开始时向容器中充入一定量He,则反应达到平衡状态的时间将缩短
B.0~2min内,v(O2)=0.25 mol·L-1·min-1
C.0时刻,反应气体只有SO3,没有SO2、O2
D.平衡前,生成0.2molSO2的同时生成0.1molO2
【答案】D
【解析】A.容积恒定的密闭容器中充入He,He不参与反应,SO2、O2、SO3的浓度均不变,反应速率不变,达到平衡的时间不变,A错误;B.0∼2min内,,根据反应计量数,,容器容积为2L,因此,B错误;C.由图可知,0时刻后SO3的物质的量减小,说明该反应逆向建立平衡,但无法证明原容器中没有SO2和O2,C错误;D.逆反应中,生成的SO2和O2的物质的量之比始终等于计量数之比2:1,因此无论是否达到平衡,平衡前生成0.2molSO2的同时一定生成0.1molO2,D正确;故选D。
▌题型03 化学平衡状态的判断依据
1.直接标志
(1)v正=v逆
①同一种物质的生成速率等于消耗速率;
②在化学方程式同一边的不同物质的生成速率和消耗速率之比等于化学计量数之比;
③在化学方程式两边的不同物质的生成(或消耗)速率之比等于化学计量数之比。
(2)各组分的浓度保持一定
①各组分的浓度不随时间的改变而改变;
②各组分的质量分数、物质的量分数、体积分数不随时间的改变而改变。
2.间接标志——“变量不变”
(1)反应体系中的总压强不随时间的改变而变化(适用于反应前后气体分子数不等的反应)。
(2)对于反应混合物中存在有颜色物质的可逆反应,若体系中颜色不再改变,则反应达到平衡状态。
(3)根据平均摩尔质量(即平均相对分子质量)计算公式M=,若M在反应过程中是一变量,则平均摩尔质量(平均相对分子质量)保持不变,反应达到平衡状态。
(4)对同一物质而言,断裂化学键的物质的量与形成化学键的物质的量相等。
3.用“总压强、混合气体的密度、平均摩尔质量”判断平衡状态的注意事项
(1)恒温恒容条件下,用“总压强、平均摩尔质量”判断平衡状态时,要特别关注反应前后气体分子总数的变化,如:
mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)
是否平衡
压强
当m+n≠p+q时,总压强一定(其他条件一定)
是
当m+n=p+q时,总压强一定(其他条件一定)
不一定
平均摩
尔质量
当m+n≠p+q时,一定
是
当m+n=p+q时,一定
不一定
(2)恒温恒容条件下,用“混合气体的密度”判断平衡状态时,要特别关注反应前后是否有非气态物质参与反应,如
关注各物质的状态
是否平衡
密度ρ
C(s)+CO2(g)2CO(g)(ρ一定)
是
N2(g)+3H2(g)2NH3(g)(ρ一定)
不一定
H2(g)+I2(g)2HI(g)(ρ一定)
不一定
【典例03】(2026·浙江丽水高二期末)恒温恒容密闭容器中发生反应:C(s)+CO2(g)2CO(g) ,下列叙述不能判断该反应已达到平衡状态的是( )
A.容器内压强保持不变 B.气体的平均相对分子质量保持不变
C.气体的密度保持不变 D.ΔH不再发生变化
【答案】D
【解析】A项,该反应中气体分子数反应前后发生变化,恒温恒容下压强不变说明气体分子数不再变化,可判断平衡状态,A不符合题意;B项,气体总质量因固体碳转化为气体而增加,气体总物质的量也增加,平均相对分子质量 随反应进度变化,当其不变时说明反应进度恒定,可判断平衡状态,B不符合题意;C项,恒容下气体密度 ,气体总质量随反应进度变化,密度不变说明气体总质量不再变化,可判断平衡状态,C不符合题意;D项,ΔH为反应的标准焓变,是热力学常数,与反应是否平衡无关,始终不变,因此不能用于判断平衡状态,D符合题意;故选D。
【变式3-1】(2026·浙江杭州高二期中)工业上使用水煤气(CO与H2的混合气体)合成甲醇,反应为CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH=-akJ·mol−1。下列叙述能说明上述反应已达到化学平衡状态的是( )
A.2v正(H2)= v逆(CH3OH)
B.CH3OH的体积分数不再改变
C.反应放出a kJ热量
D.同一时间内,消耗0.04 molH2,生成0.02 molCH3OH
【答案】B
【解析】A项,反应达到平衡时正逆反应速率之比等于化学计量数之比,应满足v正(H2)= 2v逆(CH3OH),题给式子说明逆反应速率大于正反应速率,反应未达平衡,A不符合题意;B项,CH3OH的体积分数不再改变,说明体系中各组分的含量保持恒定,符合化学平衡“定”的特征,B符合题意;C项,放出a kJ热量仅说明有1 molCO参与反应,无法证明正逆反应速率相等,不能说明反应达到平衡,C不符合题意;D项,消耗H2和生成ΔH均为正反应方向的变化,无论反应是否平衡,二者物质的量变化之比恒为2:1,不能说明正逆反应速率相等,D不符合题意;故选B。
【变式3-2】(2026·浙江宁波六校联盟高二期中联考)将一定量纯净的氨基甲酸铵固体置于密闭真空容器中(容器容积不变,固体试样体积忽略不计),在恒温下使其达到平衡:NH2COONH4 (s)2NH3(g)+ CO2(g)。下列可判断该反应已达到平衡的是( )
A.容器中气体的密度不变 B.消耗1mol NH2COONH4同时生成44g CO2
C.容器中气体的平均摩尔质量不变 D.容器中氨气的体积分数不变
【答案】A
【解析】A项,由于固体分解为气体时,气体总质量变化,容器体积固定,密度是变量,当密度不变时,反应一定达到平衡,故选A;B项,消耗1mol NH2COONH4同时生成44g CO2,无法判断正逆速率相等,反应不一定平衡,故不选B;C项,容器中气体的平均摩尔质量不变。反应生成的氨气和二氧化碳的比例始终为2:1,平均摩尔质量恒为26g/mol,容器中气体的平均摩尔质量不变,反应不一定平衡,故不选C;D项,反应生成的氨气和二氧化碳的比例始终为2:1,NH3体积分数始终为2/3,氨气的体积分数是恒量,氨气的体积分数不变,反应不一定平衡,故不选D;选A。
【变式3-3】(2025·浙江省绍兴市三模)苯乙烯作为一种重要的基础有机化工原料,广泛用于合成塑料和橡胶。工业常采用乙苯脱氢的方法制备苯乙烯,其原理如下:
反应1:C6H5CH2CH3(g)C6H5CH=CH2(g)+H2(g) △H1=+117.6kJ•mol-1
反应2:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H2=+41.2kJ•mol-1
(4)在某恒温恒容容器中发生CO2耦合乙苯脱氢制备苯乙烯(同时发生反应1和2),下列能说明反应达到平衡的是 (填标号)。
A.容器内压强不再发生变化 B.CO的百分含量不再发生变化
C.容器内混合气体的密度不再发生变化 D.每消耗1mol乙苯的同时生成1mol苯乙烯
【答案】(4) AB
【解析】(4)A项,反应1是气体体积增大的反应、反应2是气体体积不变的反应,反应中容器内压强增大,则容器内压强保持不变说明正逆反应速率相等,反应已达到平衡,故正确;B项,一氧化碳的百分含量不再发生变化说明正逆反应速率相等,反应已达到平衡,故正确;C项,由质量守恒定律可知,反应前后气体的质量相等,在恒容密闭容器中混合气体的密度始终不变,则混合气体的密度保持不变不能说明正逆反应速率相等,无法判断反应是否达到平衡,故错误;D项,消耗乙苯和生成苯乙烯都代表正反应速率,则每消耗1mol乙苯的同时生成1mol苯乙烯不能说明正逆反应速率相等,无法判断反应是否达到平衡,故错误;故选AB;
▌题型04 化学平衡常数
1.概念
(1)条件:一定温度下一个可逆反应达到化学平衡状态时
(2)叙述:生成物浓度的系数次幂之积与反应物浓度的系数次幂之积的比值,叫化学平衡常数
(3)符号:Kc
2.表达式
(1)可逆反应:aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)
(2)表达式:Kc=(固体和液体不列入平衡常数表达式)
(3)单位:(mol·L-1)(c+d)-(a+b)
(4)平衡常数与书写方式的关系
①正逆反应平衡常数的关系是:Kc正·Kc逆=1
②化学计量数变成n倍,平衡常数变为n次方倍
③反应③=反应①+反应②,则:△H3=△H1+△H2,K3=K1·K2
④反应③=反应①-反应②,则:△H3=△H1-△H2,K3=
⑤反应③=a×反应①-×反应②,则:△H3=a△H1-△H2,K3=
3.意义
(1)对于同类型反应,平衡常数的大小反映了化学反应可能进行的程度;
(2)平衡常数的数值越大,反应物的转化率越大,说明反应可以进行得越完全。
K值
<10-5
10-5~105
>105
反应程度
很难进行
反应可逆
进行完全
4.影响因素
(1)内因:反应物的本身性质(某一具体反应)。
(2)外因:反应体系的温度,升高温度。
5.浓度熵:Qc=
(1)浓度为任意时刻的浓度
(2)意义:Q越大,反应逆向进行的程度越大
(3)应用:判断反应是否达到平衡或反应进行的方向
①Q>Kc,反应逆向进行,v正<v逆
②Q=Kc,反应达到平衡状态,v正=v逆
③Q<Kc,反应正向进行,v正>v逆
6.三种平衡常数
a A(g)+b B(g)c C(g)+d D(g)
(1)浓度平衡常数:Kc=
①平衡量必须为平衡时的浓度
②等体反应:可以用平衡时的物质的量代替平衡时的浓度
③恒压条件下:先计算平衡体积,再算平衡常数
(2)压强平衡常数:Kp=
①平衡量为平衡时的浓度、物质的量、体积等均可
②分压Pi=P总×xi=P总×=(P1+P2+P3+…)×
③恒容条件下:先计算平衡总压,再算平衡常数或直接根据分压计算
(3)物质的量分数平衡常数:Kx=
①平衡量为平衡时的浓度、物质的量、体积等均可
②物质的量分数:xi=
【典例04】(2023·浙江1月卷,19)“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) ∆H1= +247 kJ•mol-1 ,K1
II:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ∆H2= +41 kJ•mol-1 , K2
(2)反应CH4(g)+3CO2(g)4CO(g)+2H2O(g)的∆H=_________kJ•mol-1,K=_________ (用K1、K2表示)。
【答案】(2)+329 K1•K22
【解析】(2)已知:I:CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) ∆H1= +247 kJ•mol-1 ,K1
II:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ∆H2= +41 kJ•mol-1 , K2
根据盖斯定律,由Ⅰ+Ⅱ2得反应H4(g)+3CO2(g)4CO(g)+2H2O(g);故△H=△H1+2△H2=+329 kJ•mol-1,K= K1•K22;
【变式4-1】(2026·浙江杭州钱塘联盟高二期中)一定温度下,反应CaCO3(s)CaO(s)+ CO2(aq) ΔH>0,达到平衡时,下列说法错误的是( )
A.将容器体积压缩为原来的一半,当体系再次达到平衡时,CO2的浓度增大
B.继续加入CaCO3(s),平衡不移动
C.减小CO2浓度,平衡正向移动,平衡常数不变
D.升高温度该反应的化学平衡常数K增大
【答案】A
【解析】A项,该反应温度不变时平衡常数K=c(CO2)为定值,压缩容器体积再次达到平衡时,CO2的浓度与原平衡相等,不会增大,A错误;B项,CaCO3(s)为固体,增加固体的量不改变其浓度,平衡不移动,B正确;C项,减小生成物CO2的浓度,平衡正向移动,平衡常数仅与温度有关,温度不变则平衡常数不变,C正确;D项,该反应ΔH>0,为吸热反应,升高温度平衡正向移动,化学平衡常数K增大,D正确;故选A。
【变式4-2】 (2025·浙江省强基联高三联考)CO2作为重要的温室效应气体,开发“碳捕获”技术,利用其生产其他化工产品是当前化工领域的热门方向。CO2催化加氢合成甲醇是重要的碳捕获利用与封存技术,该过程主要发生下列反应:
反应①CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=-49.5kJ·mol−1 K1
反应②CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2=+41.2kJ·mol−1 K2
(1)反应③的平衡常数,其热化学方程式为 。
【答案】(1) CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH=-90.7kJ·mol−1
【解析】(1)根据反应③的平衡常数,可知反应③等于反应①减去反应②,其热化学方程式为CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH=-90.7kJ·mol−1。
【变式4-3】(2024·浙江省杭州源清中学高二期末)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:
T/℃
700
800
830
1000
1200
K
0.6
0.9
1.0
1.7
2.6
(1)该反应的化学平衡常数表达式K= 。
(2)该反应为 (填“吸热”或“放热”)反应,判断依据为 。
(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1200℃时,在某时刻平衡体系中CO2、H2、CO、H2O的浓度分别为2mol·L-1、2 mol·L-1、4 mol·L-1、4 mol·L-1,则此时上述反应的平衡移动方向为 (填“正反应方向”“逆反应方向”或“不移动”),判断依据为 。
【答案】(1)
(2)吸热 随着温度的升高,K值增大
(3)700℃
(4)逆反应方向
【解析】(1)反应的化学平衡常数表达式。(2)该反应为吸热反应,判断依据为随着温度的升高,K值增大。(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),可得,可判断此时的温度为700℃。(4)若1200℃时,在某时刻平衡体系中CO2、H2、CO、H2O的浓度分别为2mol·L-1、2 mol·L-1、4 mol·L-1、4 mol·L-1,浓度商,则此时上述反应的平衡移动方向为逆反应方向,判断依据为。
▌题型05 化学平衡常数的应用
化学平衡常数的应用:
①判断反应进行的限度
K值大,说明反应进行的程度大,反应物的转化率高。K值小,说明反应进行的程度小,反应物的转化率低。
K
<10−5
10−5~105
>105
反应程度
很难进行
反应可逆
反应可接近完全
②判断反应是否达到平衡状态
化学反应aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)在任意状态时,浓度商均为Qc=。
Qc>K时,反应向逆反应方向进行;
Qc=K时,反应处于平衡状态;
Qc<K时,反应向正反应方向进行。
③利用平衡常数判断反应的热效应
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。
【典例05】(2023·浙江6月卷,19)水煤气变换反应是工业上的重要反应,可用于制氢。
水煤气变换反应:H2O(g)+ CO(g)CO2 (g)+ H2(g) ΔH=-41.2 kJ·mol-1
该反应分两步完成:
3Fe2O3(s)+CO(g)2Fe3O4(s)+CO2(g) ΔH1=-47.2 kJ·mol-1
2Fe3O4 (s)+H2O(g)3Fe2O3 (s)+H2(g) ΔH2
(2)恒定总压1.70MPa和水碳比[n (H2O)/ n(CO)] =12:5投料,在不同条件下达到平衡时CO2和H2的分压(某成分分压=总压×该成分的物质的量分数)如下表:
p(CO2)/MPa
p(H2)/MPa
p(CH4)/MPa
条件1
0.40
0.40
0
条件2
0.42
0.36
0.02
①在条件1下,水煤气变换反应的平衡常数K=___________。
②对比条件1,条件2中H2产率下降是因为发生了一个不涉及CO2的副反应,写出该反应方程式____。
【答案】(2)① 2.0 ②CO+3H2CH4+H2O
【解析】(2)①条件1下没有甲烷生成,只发生了水煤气变换反应,该反应是一个气体分子数不变的反应。设在条件1下平衡时容器的总体积为V,参加反应的一氧化碳为xmol,根据已知信息可得以下三段式:
,解得x=4;则平衡常数;②根据表格中的数据可知,有甲烷生成,且该副反应没有二氧化碳参与,且氢气的产率降低,则该方程式为:CO+3H2CH4+H2O;
【变式5-1】(2026·浙江宁波六校联盟高二期中联考)在一定体积的密闭容器中,进行如下反应:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g),其化学平衡常数K和温度t的关系如下表所示:
℃
700
800
830
1000
1200
0.6
0.9
1.0
1.7
2.6
下列说法错误的是( )
A.该反应化学平衡常数的表达式
B.该反应为吸热反应
C.某温度下,各物质的平衡浓度符合下式:,试判此时的温度为830℃
D.700℃下,测得某容器中CO2、H2、CO、H2O浓度均为0.5 mol·L-1则此时v逆<v正
【答案】D
【解析】A项,平衡常数表达式为生成物浓度幂的乘积除以反应物浓度幂的乘积,与反应式对应,A正确;B项,K随温度升高而增大,说明升温促进正反应,反应吸热,B正确;C项,当时,K=1.0,对应表格中830℃,C正确;D项,700℃时K=0.6,此时浓度商Q=1.0>K,反应逆向进行,v逆>v正,D错误;故选D。
【变式5-2】(2026·浙江S9联盟高二期中联考)在时,一定容积的密闭容器中发生反应: ,该温度下,下列有关该反应的说法不正确的是( )
A.当时,化学反应达到平衡状态
B.压缩容器体积,平衡不移动,CO和CO2浓度均增大,平衡常数不变
C.达平衡后,再充入一定量的CO,平衡正移,但CO平衡转化率不变
D.若某时刻测得,、,则此时反应
【答案】D
【解析】A项,当正反应中CO的速率等于逆反应中CO2的速率时,说明正逆反应速率相等,达到平衡状态,A正确;B项,反应前后气体物质的量相等,压缩体积不改变平衡,CO和CO2浓度均增大,但平衡常数仅与温度有关,温度不变则K不变,B正确;C项,该反应前后气体分子数相同,且反应物中只有一种气体,增加CO的浓度,平衡正移,K不变,但压强对平衡无影响,因此CO转化率不变,C正确;D项,此时浓度商Q=<K=0.263,说明反应正向进行,,D错误;故选D。
【变式5-3】(2025·浙江省台州市高三一模)保持温度不变,在含足量HgI2(s)和一定量的溶液中,存在如下平衡关系:
HgI2(s)HgI2(aq) K1
HgI2(s)HgI+(aq)+ I-(aq) K2
HgI+(s)Hg2+(aq)+ I-(aq) K3
HgI2(s) + I-(aq)HgI3-(aq) K4
HgI3-(aq) +I-(aq)HgI42-(aq) K5
HgI2(s)Hg2+(aq)+2I-(aq) Ksp
K分别为平衡常数,设HgI2(s)的溶解度为smol/L。下列说法不正确的是( )
A.HgI2(s)的Ksp=K1×K2×K3
B.
C.平衡体系中适量增大c(I-)且HgI2(s)足量,达到新平衡后c(HgI+)一定减小
D.平衡体系中适量增大c(I-)且HgI2(s)足量,达到新平衡后c(HgI3-)一定增大
【答案】B
【解析】将已知反应依次编号为①②③④⑤⑥。A项, 由盖斯定律可知,反应①+反应②+反应③=反应⑥,则碘化汞的溶度积Ksp=K1×K2×K3,故A正确;B项,若视为只存在HgI(s),溶液中碘离子浓度为2smol/L,汞离子浓度是smol/L,则溶度积Ksp=得s= ,而在含足量HgI2(s)和一定量I-的溶液中,碘离子浓度不是2smol/L,汞离子浓度不是smol/L,故B错误;C项,设起始溶液中碘化汞的浓度为1 mol/L,平衡时反应②生成HgI+离子的浓度为amol/L,反应③消耗HgI+离子的浓度为bmol/L,由题意可建立如下三段式:
由反应③的平衡常数可得:a—b=,设碘离子浓度为x、HgI+离子的浓度为y,由三段式数据可得a+b=x、a—b=y,解联立方程可得:y=,则HgI+离子的浓度与碘离子浓度的函数关系为减函数,当碘离子浓度增大时,HgI+离子的浓度一定减小,故C正确;D项,设起始溶液中碘化汞和碘离子的浓度都为1 mol/L,平衡时,反应④生成HgI3-离子的浓度为amol/L,反应⑤消耗HgI3-离子的浓度为bmol/L,由题意可建立如下三段式:
由反应⑤的平衡常数可得:a—b=,设碘离子浓度为x、HgI3-离子的浓度为y,由三段式数据可得1—a—b=x、a—b=y,解联立方程可得:y=,则HgI3-离子的浓度与碘离子浓度的函数关系为增函数,当碘离子浓度增大时,HgI3-离子的浓度一定增大,故D正确;故选B。
▌题型06 化学平衡常数的计算
1.分析三个量:起始量、变化量、平衡量。
2.明确三个关系
(1)对于同一反应物,起始量-变化量=平衡量。
(2)对于同一生成物,起始量+变化量=平衡量。
(3)各转化量之比等于各反应物的化学计量数之比。
3.计算方法:三段式法
1)分析三个量:起始量、变化量、平衡量。
2)明确三个关系
(1)对于同一反应物,起始量-变化量=平衡量。
(2)对于同一生成物,起始量+变化量=平衡量。
(3)各转化量之比等于各反应物的化学计量数之比。
3)计算方法:三段式法
化学平衡计算模式:对以下反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),令A、B起始物质的量浓度分别为a mol/L、b mol/L,达到平衡后消耗A的物质的量浓度为mx mol/L。
mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)
起始量(mol/L) a b 0 0
变化量(mol/L) mx nx px qx
平衡量(mol/L) a-mx b-nx px qx
则有①平衡常数:K=。
②A的平衡浓度:c(A)= mol·L-1。
③A的转化率:α(A)=×100%,α(A)∶α(B)=∶=。
④A的体积分数:φ(A)=×100%。
⑤平衡压强与起始压强之比:=。
⑥混合气体的平均密度(混)= g·L-1。
⑦混合气体的平均摩尔质量= g·mol-1。
⑧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%。
4.化学平衡常数的计算
(1)根据化学平衡常数表达式计算
(2)依据化学方程式计算平衡常数
①同一可逆反应中,K正·K逆=1。
②同一方程式中的化学计量数等倍扩大或缩小n倍,则新平衡常数K′与原平衡常数K间的关系是K′=Kn或K′=。
③几个可逆反应方程式相加,得总方程式,则总反应的平衡常数等于各分步反应平衡常数之积。
④水溶液中进行的反应,必须拆成离子方程式再计算平衡常数。
5.计算Kp的答题模板
计算Kp的两套模板[以N2(g)+3H2(g)2NH3(g)为例]
模板1:N2(g) + 3H2(g)2NH3(g)(平衡时总压为p0)
n(始) 1 mol 3 mol 0
Δn 0.5 mol 1.5 mol 1 mol
n(平) 0.5 mol 1.5 mol 1 mol
p(X) p0 p0 p0
Kp=
模板2:刚性反应器中
N2(g)+ 3H2(g) 2NH3(g)
p(始) p0 3p0 0
Δp p′ 3p′ 2p′
p(平) p0-p′ 3p0-3p′ 2p′
Kp=
【典例06】(2026·浙江丽水高二期末)向恒温恒容的2L密闭容器中充入4molNO2(g),发生可逆反应:2NO2(g)N2O4(g) ΔH<0 。10min时反应达到平衡,测得反应前后的压强之比为4:3。下列说法正确的是( )
A.平衡时N2O4的物质的量浓度为1mol·L-1
B.该温度下反应的平衡常数K=0.25
C.达到平衡后,往容器中再充入4molNO2,K值增大
D.若某时刻测得NO2浓度为1mol·L-1、N2O4浓度为0.3mol·L-1,此时反应向正反应方向进行
【答案】D
【解析】恒温恒容下,气体压强之比等于物质的量之比,反应前总物质的量为4mol,反应前后压强比为4:3,平衡后总物质的量,设平衡时生成N2O4的物质的量为x,列三段式:,总物质的量,解得x=1mol,容器体积为2L。A项,平衡时,,A错误;B项,平衡时,,平衡常数,B错误;C项,平衡常数K只与温度有关,恒温条件下充入反应物,,K不变,C错误;D项,该时刻浓度商,因此反应向正反应方向进行,D正确;故选D。
【变式6-1】(2025·浙江省温州市高三一模)1200℃下,将2.00molCaCO3(s)置于1.0L真空密闭容器中,发生反应:
ⅰ.CaCO3(s)CaO(s)+ CO2(g) ΔH>0 K=0.5
ⅱ.2CO2(g)2CO(g)+O2(g)
tmin时,达到平衡状态,测得O2的体积分数为20%。下列说法不正确的是( )
A.若在下平衡,K<0.5
B.若容器体积为0.5L,平衡时,CO的体积分数为40%
C.平衡时,n(CaO)=0.5 mol
D.
【答案】C
【解析】A项,由题干信息可知,CaCO3(s)CaO(s)+ CO2(g) ΔH>0该反应正反应是一个吸热反应,即降低温度平衡逆向移动,K减小,故若在1000℃下平衡,K<0.5,A正确;B项,由题干信息可知,CaCO3(s)CaO(s)+ CO2(g) K=c(CO2)=0.5,即容器的体积不影响CO2的浓度,则若容器体积为0.5L,平衡时,CO2的浓度不变,O2体积分数为20%,则CO的体积分数为40%,B正确;C项,由题干信息可知,CaCO3(s)CaO(s)+ CO2(g) K=c(CO2)=0.5,即平衡时,c(CO2)=0.5mol/L,根据O2的体积分数为20%,CO的体积分数为40%,CO2的体积分数为40%
故有:2x=0.5,则a=0.5+2x=0.5+0.5=1.0,即CaCO3分解生成的CO2的物质的量浓度为:1.0mol/L,则n(CaO)=1.0 mol,C错误;D项,由C项分析可知,tmin时O2的浓度为0.25mol/L,故,D正确;故选C。
【变式6-2】(2026·浙江宁波市慈溪中学等校高三二模,节选)将二氧化碳转化为高附加值化学品是目前研究的热点之一,甲醇是重要的化工原料和优良的替代燃料,因此制甲醇工艺被广泛关注。
①CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=-49.4kJ·mol−1
②CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH1=+41kJ·mol−1
③CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH3
(2)恒温恒容条件下,用原料气CO2(g)、H2(g)以物质的量浓度之比1:3投料时,控制合适条件甲醇的选择性为40%。初始c(CO2)=1.0mol·L-1 ,CO2平衡转化率为50%,则该条件下反应①的K=______。(列出计算式即可)
【答案】
【解析】(2)恒温恒容条件下,初始c(CO2)=1.0mol·L-1、c(H2)=3.0mol·L-1,CO2平衡转化率为50%,平衡时c(CO2)=0.5mol·L-1,消耗的c(CO2)=0.5mol·L-1,根据甲醇的选择性为40%,CO选择性为60%,则生成,,根据氧原子守恒得出,根据氢原子守恒,则该条件下反应①的;
【变式6-3】(2026·浙江省七校联盟高三一模,节选)汽车尾气中含有NO气体,是汽车内燃机高温条件下氮气与氧气反应产生。NO是破坏臭氧层的凶手之一。相关反应如下:
Ⅰ.N2(g)+O2(g)2NO(g) ΔH1=+180kJ·mol−1;
Ⅱ.NO(g)+O3(g)NO2(g)+O2(g) ΔH2;
(3)将2molN2、2molO2与2molO3混合气体通入的恒压密闭容器中发生反应Ⅰ、Ⅱ,平衡后NO2物质的量为1 mol(不考虑与之间的相互转化)。已知反应Ⅰ的压强平衡常数(用各气体物质的平衡分压替代物质的量浓度,计算的平衡常数叫压强平衡常数用表示)试计算:反应Ⅱ的压强平衡常数 。
【答案】(3)2
【解析】(3)反应 Ⅱ:NO(g)+O3(g)NO2(g)+O2(g),平衡时,由反应 Ⅱ 的计量比,消耗NO、O3各 1 mol,生成O2 1 mol,列三段式得:
则,,,,,,由反应 Ⅰ 的,解得x=1,则;
▌题型07 化学反应速率与平衡移动
化学平衡状态的速率特征:正 = 逆
化学平衡的移动:在一定条件下,当可逆反应达到平衡后,如果改变反应条件,平衡状态被破坏,平衡体系的物质组成也会随着改变,直至达到新的平衡状态,这种由原有的平衡状态达到新的平衡状态的过程叫做化学平衡的移动。
平衡被破坏后,
当正 > 逆时,平衡向 正反应 方向移动;
当正 < 逆时,平衡向 逆反应 方向移动;
【典例07】(2023·浙江6月卷,19)水煤气变换反应是工业上的重要反应,可用于制氢。
水煤气变换反应:H2O(g)+ CO(g)CO2 (g)+ H2(g) ΔH=-41.2 kJ·mol-1
该反应分两步完成:
3Fe2O3(s)+CO(g)2Fe3O4(s)+CO2(g) ΔH1=-47.2 kJ·mol-1
2Fe3O4 (s)+H2O(g)3Fe2O3 (s)+H2(g) ΔH2
(3)下列说法正确的是______。
A.通入反应器的原料气中应避免混入O2
B.恒定水碳比[n (H2O)/ n(CO)],增加体系总压可提高H2的平衡产率
C.通入过量的水蒸气可防止Fe3O4被进一步还原为Fe
D.通过充入惰性气体增加体系总压,可提高反应速率
【答案】(3)AC
【解析】(3) A项,一氧化碳和氢气都可以和氧气反应,则通入反应器的原料气中应避免混入O2,A正确;B项,该反应前后气体计量系数相同,则增加体系总压平衡不移动,不能提高平衡产率,B错误;C项,通入过量的水蒸气可以促进四氧化三铁被氧化为氧化铁,水蒸气不能将铁的氧化物还原为单质铁,但过量的水蒸气可以降低体系中CO和H2的浓度,从而防止铁的氧化物被还原为单质铁,C正确;D项,若保持容器的体积不变,通过充入惰性气体增加体系总压,反应物浓度不变,反应速率不变,D错误;故选AC;
【变式7-1】(2026·浙江浙南名校联盟开学考试)一定温度下,向容积为1L的密闭容器中充入一定量的A(g)和B(g),发生反应:A(g)+2B(g)C(g)。反应过程中测得的部分数据如表所示,下列说法正确的是( )
t/ min
0
10
20
30
n(A)/mol
0.10
0.04
0.02
n(B)=0.02mol
0.20
0.04
A.反应在前10 min内的平均速率v(B)=0.006 mol·L-1·min-1
B.温度不变,若起始时向容器中充入0.1molA、0.4moB和0.4molC,达平衡前 v正<v逆
C.若该容器为恒压状态,保持其它条件不变,达到平衡时A的转化率小于80%
D.保持其他条件不变,升高温度,平衡时c(C)=0.06mol·L-1,则反应的ΔH<0
【答案】D
【解析】A项,10min内,,反应速率之比等于化学计量数之比,因此,A错误;B项,原平衡时,c(A)=0.02mol·L-1,c(B)=0.04mol·L-1,c(C)=0.08mol·L-1,平衡常数;充入新物质后,浓度商,反应正向进行,因此达平衡前 v正>v逆,B错误;C项,该反应正反应为气体分子数减少的反应,恒压条件相比原恒容条件,相当于增大压强,平衡正向移动,A的转化率增大;原恒容平衡中A的转化率为80%,因此恒压平衡中A的转化率大于80%,C错误;D项,原平衡时c(C)=0.08mol·L-1,升高温度后平衡时c(C)=0.06mol·L-1,C的浓度降低,说明升高温度平衡逆向移动,正反应为放热反应,ΔH<0,D正确;故选D。
【变式7-2】(2026·浙江杭州地区重点中学高二期中)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) ΔH<0,反应过程持续升高温度,测得X的体积分数与温度的关系如图所示。下列推断不正确的是( )
A.点时,Y的转化率最大
B.平衡时,再充入Z,达到平衡时Z的体积分数不变
C.W点X的正反应速率等于M点X的正反应速率
D.升高温度,平衡常数减小
【答案】C
【解析】在2 L恒容密闭容器中充入2 mol X和1 mol Y,反应正向建立平衡,X的体积分数减小,到Q点反应达到平衡,继续升温,平衡逆向移动,X的体积分数增大。A项,由分析可知,Q点之前反应正向进行,Q点之后平衡逆向移动,所以Q点时Y的转化率最大,A正确;B项,平衡时再充入Z,相当于对原平衡加压,平衡不移动,所以达到平衡时Z的体积分数不变,B正确;C项,由图可知,M点温度高,反应速率更快,C错误;D项,由分析可知,反应为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,平衡常数减小,D正确;故选C。
【变式7-3】(2026·浙江省Z20联盟高三一模)下列说法不正确的是( )
A.Cl2(aq)+H2O(l)HClO(aq)+H+(aq)+ Cl-(aq) ΔH<0,加水稀释,增大
B.N2O4(g)2NO2(g) ΔH>0,压缩容器体积,平衡向逆方向移动,气体颜色变浅
C.C(sg)+H2O(g)CO(g)+H2(g) ΔH>0,该反应在高温条件下更易自发进行
D.N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH<0,增大反应物浓度,单位体积内活化分子总数增大
【答案】B
【解析】A项,加水稀释,Cl2(aq)+H2O(l)HClO(aq)+H+(aq)+ Cl-(aq)平衡正向移动,HClO(aq)H+(aq)+ClO-(aq)平衡正向移动,c(Cl-)减小的程度比c(HClO)的小,增大,A正确;B项,N2O4(g)2NO2(g)是气体体积增大的反应,压缩容器体积,压强增大,平衡向逆方向移动,但NO2的浓度增大,气体颜色变深,B错误;C项,C(sg)+H2O(g)CO(g)+H2(g)是气体体积增大的反应,ΔS>0,ΔH>0,ΔH-TΔS<0时反应能够自发进行,则该反应在高温条件下更易自发进行,C正确;D项,增大反应物浓度,活化分子百分数不变,单位体积内活化分子总数增大,反应速率加快,D正确;故选B。
【变式7-4】(2026·浙江杭州地区重点中学高二期中)用活性炭还原NO2可防止空气污染,其反应原理为2C(s)+2NO2(g) N2(g)+2CO2(g)。在密闭容器中1mol NO2和足量C发生上述反应,反应相同时间内测得NO2的生成速率与N2的生成速率随温度变化的关系如图1所示;维持温度不变,反应相同时间内测得NO2的转化率随压强的变化如图2所示。下列说法正确的是( )
A.图1中的A、B、C三个点中只有A点的的v正=v逆
B.图2中点的v逆大于点的v正
C.图2中平衡常数K(E)=K(G),NO2的平衡浓度c(E)<c(G)
D.在恒温恒容下,向图2中G点平衡体系中充入一定量的NO2,与原平衡相比,NO2的平衡转化率增大
【答案】C
【解析】A项,由2C(s)+2NO2(g) N2(g)+2CO2(g)可知,NO2的生成速率(逆反应速率)应该是N2的生成速率(正反应速率)的2倍时,才能使正、逆反应速率相等,即达到平衡,只有C点满足,A错误;B项,由图2知,E点反应未达到平衡,F点反应达到平衡,且压强E<F,则E点的v逆小于E点的v正;反应正向进行,则E点的v正小于F点的v正,故E点的v逆小于F点的v正,B错误;C项,由题中信息可知,维持温度不变,即E、G两点温度相同,平衡常数K(E)=K(G),混合气体中气体压强与浓度有关,压强越大,体积越小,浓度越大,所以G点压强大,浓度大,即c(E)<c(G),C正确;D项,在恒温恒容下,向G点平衡体系中充入一定量的NO2,相当于增大压强,化学平衡向气体体积减小的逆反应方向移动,最终达到平衡时NO2的平衡转化率减小,D错误;故选C。
▌题型08 化学平衡移动的影响因素
1.浓度对化学平衡的影响
(1)增大反应物浓度或减小生成物浓度,平衡向正反应方向移动。
(2)增大生成物浓度或减小反应物浓度,平衡向逆反应方向移动。
(3)用平衡常数分析浓度对化学平衡的影响
对于可逆反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)在任意状态下,生成物的浓度和反应物的浓度之间的关系用Qc(浓度商)=表示,则
当Qc=K时,v(正)=v(逆),反应处于平衡状态;
当Qc<K时,v(正)>v(逆),反应向正反应方向进行;
当Qc>K时,v(正)<v(逆),反应向逆反应方向进行。
2.压强对化学平衡的影响
aA(g)bB(g)反应,通过减小(或增大)容器的体积以增大(或减小)压强。
(1)若a>b,即正反应方向是气体分子数目减小的反应,增大压强,平衡正向(或向气体分子数减小的方向)移动,减小压强,平衡逆向(或向气体分子数增大的方向)移动。
(2)若a=b,即反应前后气体分子数目不变的反应,改变反应体系的压强,平衡不发生移动。
(3)压强增大或减小是利用减小容器的体积或增大容器体积实现的,即缩小容器体积⇒压强增大⇒物质浓度增大⇒平衡移动。
(4)压强变化对于没有气体参与的反应不影响。
3.温度对化学平衡的影响
(1)温度升高,平衡向吸热反应方向移动。
(2)温度降低,平衡向放热反应方向移动。
4.催化剂
使用正催化剂,正、逆反应速率增大的倍数相同,化学平衡不移动。
【典例08】(2024·浙江6月卷)为探究化学平衡移动的影响因素,设计方案并进行实验,观察到相关现象。其中方案设计和结论都正确的是( )
选项
影响因素
方案设计
现象
结论
A
浓度
向1mL0.1mol·L-1K2CrO4溶液中加入1mL0.1mol·L-1 HBr溶液
黄色溶液变橙色
增大反应物浓度,平衡向正反应方向移动
B
压强
向恒温恒容密闭玻璃容器中充入气体,分解达到平衡后再充入100mLAr
气体颜色不变
对于反应前后气体总体积不变的可逆反应,改变压强平衡不移动
C
温度
将封装有NO2和N2O4混合气体的烧瓶浸泡在热水中
气体颜色变深
升高温度,平衡向吸热反应方向移动
D
催化剂
向乙酸乙酯中加入1mL0.3mol·L-1H2SO4溶液,水浴加热
上层液体逐渐减少
使用合适的催化剂可使平衡向正反应方向移动
【答案】C
【解析】A项,2CrO42-(黄色)+2H+Cr2O72-(橙色)+H2O ,向1mL0.1mol·L-1K2CrO4溶液中加入1mL0.1mol·L-1 HBr溶液,H+浓度增大,平衡正向移动,实验现象应为溶液橙色加深,A错误;B项,反应2HIH2+I2为反应前后气体总体积不变的可逆反应,向恒温恒容密闭玻璃容器中充入100 mLHI气体,分解达到平衡后再充入100mLAr,平衡不发生移动,气体颜色不变,应得到的结论是:对于反应前后气体总体积不变的可逆反应,恒温恒容时,改变压强平衡不移动,B错误;C项,反应2NO2N2O4为放热反应,升高温度,气体颜色变深,说明平衡逆向移动,即向吸热反应方向移动,C正确;D项,催化剂只会改变化学反应速率,不影响平衡移动,D错误;故选C。
【变式8-1】(2026·浙江温州新力量联盟高二期中)对可逆反应FeCl3(aq)+3KSCN(aq)2Fe(SCN)3 (aq)+3KCl(aq) ΔH<0,下列条件会使平衡逆向移动的是( )
A.加入Fe粉 B.增大压强 C.加入KCl固体 D.降低温度
【答案】A
【解析】A项,加入Fe粉会与Fe3+发生反应,减少Fe3+的浓度,导致反应物浓度降低,平衡逆向移动,A正确;B项,反应中各物质均为溶液状态,增大压强对溶液体系的浓度影响可忽略,平衡不移动,B错误;C项,KCl固体溶解后增加Cl-浓度,但Cl-是旁观离子,不参与实际反应(离子反应式为Fe.3++3SCN- Fe(SCN)3]3-),因此不影响平衡,C错误;D项,ΔH < 0为放热反应,降低温度会使平衡向放热方向(正向)移动,而非逆向,D错误;故选A。
【变式8-2】(2026·浙江舟山五校联盟高二期中)下列化学平衡在改变条件时发生现象的描述不正确的是( )
A.Cl2+H2OHCl+HClO,光照后氯水黄绿色变浅
B.Cr2O72-(橙色)+H2O2CrO42-(黄色)+2H+,K2Cr2O7溶液中滴几滴浓盐酸溶液橙色变深
C.[Cu(H2O)2]2+(蓝色)+4Cl-[CuCl4]2-(黄色)+4H2O ΔH>0将氯化铜溶液加热颜色变绿
D.FeCl3+3KSCNFe(SCN)3+3KCl,向平衡体系中加入KCl固体,体系颜色不发生改变
【答案】B
【解析】A项,反应为Cl2+H2OHCl+HClO,光照下HClO发生分解:2HClO2HCl+O2↑,HClO浓度降低,平衡正向移动,溶液中Cl2浓度减小,氯水黄绿色变浅,该描述正确,A不符合题意;B项,向K2Cr2O7溶液中滴加浓盐酸,溶液中H+浓度增大,根据勒夏特列原理,平衡逆向移动,橙色的Cr2O72-浓度增大,理论上溶液橙色变深,但Cr2O72-具有强氧化性,浓盐酸中Cr2O72-具有还原性,二者会发生氧化还原反应:Cr2O72-+14H++6Cl-=2Cr3++3Cl2↑+7H2O,并不会橙色变深,该描述不正确,B符合题意;C项,该反应 ΔH>0为吸热反应,加热时平衡正向移动,蓝色的 [Cu(H2O)4]2+与生成的黄色[CuCl4]2-共存,颜色混合后溶液呈绿色,该描述正确,C不符合题意;D项,该反应的实质为 Fe3++3SCN-Fe[(SCN)3,K+和Cl-不参与平衡,加入KCl固体平衡不移动,体系颜色不发生改变,该描述正确,D不符合题意;故选B。
【变式8-3】(2026·浙江杭州地区重点中学高二期中)一定温度下,向某容积可变的密闭容器中加入足量碳酸钙,发生反应:CaCO3(s)CaO(s)+ CO2(g),并达到平衡。下列说法不正确的是( )
A.保持容器容积不变,充入CO2,平衡向逆反应方向移动
B.将容器容积增大为原来的2倍,当体系再次达到平衡时,气体密度不变
C.增加CaCO3(s)的物质的量,平衡向正反应方向移动,CO2的浓度增大
D.将容器容积缩小为原来的一半,当体系再次达到平衡时,CO2的浓度不变
【答案】C
【解析】此反应化学平衡常数K=c(CO2),温度不变,K不变,则CO2浓度不变。A项,保持容器容积不变,充入CO2,CO2的浓度增大,平衡向逆反应方向移动,A正确;B项,容器容积增大为原来的2倍,CO2的浓度暂时降低,但平衡会向正反应方向移动,最终CO2的浓度恢复至原平衡值,由于气体质量与容器容积同比例增大,密度不变,B正确;C项,CaCO3(s)为固体,其物质的量不影响平衡,增加CaCO3(s)不会改变CO2的浓度,平衡不移动,C错误;D项,容器容积缩小为一半,温度不变,K不变,则CO2浓度不变,D正确;故选C。
▌题型09 勒夏特列原理
1.影响化学平衡移动的因素
若其他条件不变,改变下列条件对化学平衡的影响如下:
改变的条件(其他条件不变)
化学平衡移动的方向
浓度
增大反应物浓度或减小生成物浓度
向正反应方向移动
减小反应物浓度或增大生成物浓度
向逆反应方向移动
压强(对有气体参加的反应)
反应前后气体体积改变
增大压强
向气体分子总数减小的方向移动
减小压强
向气体分子总数增大的方向移动
反应前后气体体积不变
改变压强
平衡不移动
温度
升高温度
向吸热反应方向移动
降低温度
向放热反应方向移动
催化剂
同等程度改变v正、v逆,平衡不移动
2.平衡移动原理(勒夏特列原理)
在封闭体系中,如果改变影响平衡的条件之一(如温度、压强,以及参加反应的化学物质的浓度),平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动。
3.平衡移动原理理解
研究对象为处于平衡状态的可逆反应且只适用于改变影响平衡体系的一个条件;只可以判断平衡移动的方向;平衡移动的结果只能够“减弱”,而不能彻底抵消。
(1)平衡移动的结果只能减弱(不可能抵消)外界条件的变化,如升高温度时,平衡向着吸热反应的方向移动;增大反应物浓度,平衡向反应物浓度减小的方向移动;增大压强,平衡向气体体积减小的方向移动等。
(2)这种“减弱”并不能抵消外界条件的变化,更不会“超越”这种变化。如原平衡体系的压强为p,若其他条件不变,将体系压强增大到2p,平衡将向气体体积减小的方向移动,达到新平衡时体系的压强将介于p~2p之间。
【典例09】(2026·浙江丽水高二期末)下列事实不能用勒夏特列原理解释的是( )
A.向Fe(SCN)3溶液中加入铁粉,颜色变浅
B.可用浓氨水和氢氧化钠固体快速制氨
C.向Fe(SCN)3溶液中加入MnO2粉末,迅速产生大量气泡
D.打开冰镇啤酒瓶,瓶内压强减小,有大量气泡逸出
【答案】C
【解析】A项,向Fe(SCN)3溶液中加入铁粉,铁粉还原Fe3+,降低Fe3+浓度,使平衡Fe3+ + 3SCN- Fe(SCN)3逆向移动,颜色变浅,符合勒夏特列原理,A不符合题意;B项, 浓氨水中存在NH3·H2ONH4++OH- ,加入NaOH固体,增加OH-浓度,平衡逆向移动,释放NH3,符合勒夏特列原理,B不符合题意;C项,H2O2分解反应2H2O2 → 2H2O + O2是不可逆反应,加入MnO2催化剂只加快反应速率,不改变平衡状态(无平衡),不能用勒夏特列原理解释,C符合题意;D项,啤酒中CO2溶解平衡CO2(g) ⇌ CO2(aq),打开瓶盖压强减小,平衡逆向移动,释放CO2,有气泡逸出,符合勒夏特列原理,D不符合题意;故选C。
【变式9-1】(2026·浙江浙里特色联盟高二期中)下列操作或事实不能用勒夏特列原理解释的是( )
A.已知反应:2NO2(g)N2O4(g) ΔH<0 ,把NO2球浸泡在冰水中,气体颜色变浅
B.实验室制备氢气时,选择纯度不高的粗锌与稀硫酸反应
C.向含有Fe(SCN)3的红色溶液中加入铁粉,振荡,溶液颜色变浅
D.利用浓氨水和氢氧化钠固体快速制取氨气
【答案】B
【解析】A项,降温使平衡向放热的正反应方向移动,颜色变浅,能用勒夏特列原理解释,A不符题意;B项,粗锌因杂质形成原电池加快反应速率,但反应不可逆,无平衡移动,不能用勒夏特列原理解释,B符题意;C项,铁粉消耗Fe3+导致平衡逆向移动,Fe(SCN)3浓度变小,颜色变浅,能用勒夏特列原理解释,C不符题意;D项,NaOH增加OH-浓度使NH3溶解平衡左移,促进NH3逸出,能用勒夏特列原理解释,D不符题意;故选B。
【变式9-2】(2026·浙江温州新力量联盟高二期中)下列事实中,不能用勒夏特列原理解释的是( )
A.新制氯水时间长后,颜色变浅 B.增大NO2和N2O4的混合物体系压强,颜色变深
C.打开啤酒瓶盖,有大量气泡产生 D.工业合成氨过程中采用高压条件
【答案】B
【解析】A项,HClO分解导致Cl2与水反应的平衡右移,Cl2减少,颜色变浅,属于平衡移动,可以用勒夏特列原理解释,A不符合题意;B项,二氧化氮存在反应:2NO2(g)N2O4(g),加压后平衡右移(N2O4无色),颜色应该变浅,但颜色仍比原平衡深,主要是加压导致容器体积缩小,二氧化氮浓度增加导致此现象出现,故不能用勒夏特列原理解释,B符合题意;C项,打开啤酒瓶盖,有大量气泡产生,压强减小,导致气体水溶性降低,溶解平衡发生移动,可以用勒夏特列原理解释,C不符合题意;D项,工业合成氨N2(g)+3H2(g)2NH3(g),采用高压条件,使平衡正向移动,可以用勒夏特列原理解释,D不符合题意;故选B。
【变式9-3】(2025·浙江省浙东北联盟高一期中)下列不能用勒夏特列原理解释的是
A.合成氨采用高压、温度500℃,均为了提高H2平衡转化率
B.工业生产硫酸时,使用过量氧气来提高二氧化硫的转化率
C.向含有Fe(SCN)3的红色溶液中加入铁粉,振荡,溶液颜色变浅
D.用饱和食盐水除去Cl2中的HCl,可减少Cl2损失
【答案】A
【解析】A.合成氨反应为放热反应,升高温度,不利于提高氢气平衡转化率,工业采用500℃条件是为提高催化剂活性,加快反应速率,不能用勒夏特列原理解释,故A符合题意;B.工业生产硫酸时,使用过量氧气,有利于平衡正向移动,可用勒夏特列原理解释,故B不符合题意;C.Fe3++3SCN-Fe(SCN)3,Fe+2Fe3+═3Fe2+,铁粉使铁离子与硫氰酸根离子反应的平衡逆向移动,可用勒夏特列原理解释,故C不符合题意;D.饱和食盐水中存在平衡Cl2+H2OHCl+HClO,增大溶液中氯离子浓度,平衡逆向移动,减小氯气的溶解度,故用排饱和食盐水法除去Cl2中的HCl可用勒夏特列原理来解释,故D不符合题意;故选A。
▌题型10 化学平衡相关图像
1.浓度对化学平衡影响分析
化学平衡
aA+bBcC+dD(A、B、C、D均不是固体或纯液体物质)
浓度变化
增大反应物
浓度
减小反应物
浓度
增大生成物
浓度
减小生成物
浓度
反应速率变化
v正瞬间增大后逐渐减小,v逆先不变后增大
v正瞬间减小后逐渐增大,v逆先不变减小
v逆瞬间增大后逐渐减小,v正先不变后增大
v逆瞬间减小后逐渐增大,v正先不变后减小
平衡移动方向
正反应方向
逆反应方向
逆反应方向
正反应方向
v-t图像
影响
规律根据浓度变化判断:
在其他条件不变的情况下,增大反应物的浓度或减小生成物的浓度,都可以使化学平衡向正反应方向移动;增大生成物的浓度或减小反应物的浓度,都可以使化学平衡向逆反应方向移动
特别提醒:(1)浓度对化学平衡的影响中的“浓度”是指与反应有关的气体或溶液中实际参加反应的离子的浓度。
(2)有固体参加的可逆反应,增加固体的量不会对化学平衡造成影响。
(3)在工业生产中,常通过适当增大廉价的反应物的浓度,使化学平衡向正反应方向移动,可提高价格较高原料的转化率,从而降低生产成本。
2.压强对化学平衡影响的分析[以aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)平衡为例]
计量数关系
a+b>c+d
a+b<c+d
a+b=c+d
体系压强的变化
增大压强
减小压强
增大压强
减小压强
增大压强
减小压强
反应速率变化
v正、v逆同时增大,且v′正>v′逆
v正、v逆同时减小,且v′逆>v′正
v正、v逆同时增大,且v′逆>v′正
v正、v逆同时减小,且v′正>v′逆
v正、v逆同时增大,且v′正=v′逆
v正、v逆同时减小,且v′正=v′逆
平衡移动方向
正反应方向
逆反应方向
逆反应方向
正反应方向
不移动
不移动
v-t图像
规律总结
(1)对于有气体参加的可逆反应,当达到平衡时,在其他条件不变的情况下,增大压强(减小容器的容积),平衡向气态物质减少的方向移动;减小压强(增大容器的容积),平衡向气态物质增多的方向移动。
(2)对于反应前后气体的总体积没有变化的可逆反应,改变压强,平衡不移动
3.温度对化学平衡影响的分析
化学平衡
aA+bBcC+dDΔH>0
aA+bBcC+dDΔH<0
体系温度的变化
升高温度
降低温度
降低温度
升高温度
反应速率变化
v正、v逆同时增大,且v′正>v′逆
v正、v逆同时减小,且v′正<v′逆
v正、v逆同时减小,且v′正>v′逆
v正、v逆同时增大,且v′正<v′逆
平衡移动方向
正反应方向
逆反应方向
正反应方向
逆反应方向
v-t图像
规律总结
在其他条件不变的情况下,升高温度,平衡向吸热反应方向移动;降低温度,平衡向放热反应方向移动
特别提醒:(1)因为任何化学反应都伴随着能量的变化(放热或吸热),所以任何可逆反应的化学平衡状态都受温度的影响。
(2)若某反应的正反应为放(吸)热反应,则逆反应必为吸(放)热反应,吸收的热量与放出的热量数值相等。
4.催化剂对化学平衡的影响
加入催化剂能同等程度地改变化学反应的正、逆反应速率,但化学平衡不移动。
其图像(v-t图像)如下:
5.百分含量(或转化率)-时间-温度(或压强)图像
解题原则:“先拐先平数值大”。先出现拐点的反应即先达到平衡,速率快,温度较高、压强较大(如图Ⅰ、Ⅱ)或使用了催化剂(如图Ⅲ)。再看平台高度,纵坐标大小与平衡状态相对应,将温度高低、压强大小与平衡状态相联系,即可得到反应热或气体分子数信息。
6.百分含量(或转化率)-压强-温度图像
解题原则:“定一议二”。讨论三个量之间的关系,先确定其中一个量(看曲线趋势或作辅助线),再讨论另两个的关系,从而得到反应热或气体分子数信息。
7.几种特殊图像
(1)对于化学反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),M点前,表示从反应物开始,v正>v逆;M点为刚达到平衡点(如图);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)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(如图)。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。
8.解题原则
(1)“先拐先平数值大”
在化学平衡图像中,先出现拐点的反应则先达到平衡,先出现拐点的曲线表示的温度较高(如图Ⅰ中T2>T1)、压强较大(如图Ⅱ中p2>p1)或使用了催化剂(如图Ⅲ中a使用了催化剂)。
Ⅰ.表示T2>T1,温度升高,生成物C的百分含量降低,平衡逆向移动,说明正反应是放热反应。
Ⅱ.表示p2>p1,压强增大,反应物A的转化率减小,平衡逆向移动,说明正反应是气体分子数目增大的反应。
Ⅲ.生成物C的百分含量不变,说明平衡不发生移动,但反应速率a>b,故a使用了催化剂;也可能该反应是反应前后气体分子数目不变的可逆反应,a增大了压强(压缩体积)。
(2)“定一议二”
在化学平衡图像中,讨论三个量之间的关系,先确定其中一个量(看曲线趋势或作辅助线),再讨论另两个的关系,从而得到反应热或气体分子数信息。
9.解决复杂平衡图像题应考虑的角度
(1)曲线上的每个点是否都到达平衡
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。
(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都会下降。
(3)不同的投料比对产率造成的影响
可以根据定一议二的方法,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。
【典例10】(2026·浙江金华十校高二期末)某温度下,向恒压容器中充入3molH2和1molCO2,在催化剂作用下发生反应:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH<0,平衡时体系中H2、CO2和H2O的物质的量分数(x)与平衡总压的关系如图所示。下列说法不正确的是( )
A.曲线b表示x(H2)随压强的变化情况
B.其他条件不变,降低温度会使x(b)和x(c)减小
C.若将恒压容器改为恒容容器,起始压强为CO2,则平衡时
D.Q点CO2的转化率为75%
【答案】C
【解析】该反应的正反应气体分子数减少(4mol气体变为2mol),起始投料 n(H2)=3mol、n(CO2)=1mol,H2的物质的量始终大于CO2。增大压强平衡正向移动,反应物物质的量分数降低,生成物物质的量分数升高,因此:上升曲线a为生成物H2O,下降曲线中b为H2、c为CO2。A项,曲线b表示x(H2),符合上述分析,A正确;B项,正反应放热,降低温度平衡正向移动,反应物H2、CO2物质的量减少,因此x(b)和x(c)减小,B正确;C项,恒容条件下,反应后气体总物质的量减少,平衡总压强小于起始压强106Pa(对应图中P点的平衡总压);若将恒压容器改为恒容容器,相当于减压,压强降低平衡逆向移动,生成物a的物质的量分数降低,故,C错误;D项,设CO2转化,列三段式得:
Q平衡总物质的量为,Q点H2的x=30%,即,解得,CO2转化率为,D正确;故选C。
【变式10-1】(2026·浙江金砖高中联盟高二期中)利用H2可实现对石膏中S元素的脱除,涉及的主要反应如下:
CaSO4(s)+H2(g)CaO(s)+SO2(g)+H2O(g) ΔH1=+261.4 kJ·mol-1 K1
CaSO4(s)+4H2(g)CaS(s)+4H2O(g) ΔH2=-5.3 kJ·mol-1 K2
一定压强下、n始(H2)和n始(CaSO4)均为1 mol,反应达平衡时各固体物质的物质的量随温度的变化关系如图所示。已知脱硫率=,下列说法不正确的是( )
A.反应3CaSO4(s)+CaS(s)4CaO(s)+4SO2(g)的平衡常数K=
B.图中曲线X表示CaSO4固体平衡时的物质的量随温度的变化
C.一定温度下,平衡时的脱硫率与有关
D.其他条件不变,900℃后升高温度,平衡时的脱硫率升高
【答案】A
【解析】设反应①:CaSO4(s)+H2(g)CaO(s)+SO2(g)+H2O(g) ΔH1=+261.4 kJ·mol-1 K1,设反应②:CaSO4(s)+4H2(g)CaS(s)+4H2O(g) ΔH2=-5.3 kJ·mol-1 K2,反应①为吸热反应,反应②为放热反应,随着温度的升高,反应①正向移动,反应②逆向移动,则Z代表CaO物质的量的变化,再结合变化趋势可知X为CaSO4物质的量的变化,Y为CaS物质的量的变化。A项,根据盖斯定律,反应3CaSO4(s)+CaS(s)4CaO(s)+4SO2(g) ΔH=4ΔH1-ΔH2,则,A错误;B项,根据分析,图中曲线X表示CaSO4固体平衡时的物质的量随温度的变化,B正确;C项,H2是反应物,通入的H2越多,越大,有利于两个反应正向移动,因此一定温度下,平衡时的脱硫率与有关,C正确;D项,由图可知,900℃后,升高温度CaSO4主要变成CaO,脱硫率升高,D正确;故选A。
【变式10-2】(2026·浙江省台州市椒江区等5地高三一模)密闭恒容容器中,t=0时加入1.0mol·L-1 C2H4Cl2(g),保持773K发生以下反应:
反应Ⅰ:C2H4Cl2(g)+HCl(g)C2H3Cl(g) ΔH=+71.05kJ·mol−1 Ea1
反应Ⅱ:C2H4Cl2(g) 2HCl(g)+H2(g)+2C(s) ΔH=-54.52kJ·mol−1 Ea2
C2H4Cl2(g)、C2H3Cl(g)和H2(g)的浓度随反应时间t变化的曲线如图。已知活化能:Ea1远小于Ea2,近似认为反应Ⅰ建立平衡后始终处于平衡状态。下列说法不正确的是( )
A.若只升高温度,C2H3Cl平衡浓度增大
B.若只通入氦气(不参与反应),C2H3Cl平衡浓度不变
C.若只减少容器体积,C2H4Cl2平衡转化率减小
D.若t=0时,加入足量催化剂(仅对反应Ⅰ有加速作用),则C2H3Cl的浓度峰值不变
【答案】D
【解析】A项,反应Ⅰ为吸热反应,反应Ⅱ为放热反应,升高温度,反应Ⅰ的平衡正向移动,反应Ⅱ的平衡逆向移动,都会使C2H3Cl的平衡浓度增大,A正确;B项,在恒容密闭容器中通入氦气,各物质的浓度不变,正、逆反应速率不变,平衡不移动,所以C2H3Cl的平衡浓度不变,B正确;C项,反应Ⅰ是气体分子数增大的反应,反应Ⅱ也是气体分子数增大的反应,减少容器体积,压强增大,反应Ⅰ的平衡逆向移动,反应Ⅱ的平衡也是逆向移动,C2H4Cl2的平衡转化率减小,C正确;D项,若t=0时,加入的足量催化剂仅对反应Ⅰ有加速作用,对反应Ⅱ无影响;加入催化剂使反应Ⅰ更快达到平衡,此时反应Ⅱ消耗的C2H4Cl较少,反应Ⅰ平衡时对应的C2H4Cl浓度更高,故C2H3Cl的浓度峰值会增大,D错误;故选D。
【变式10-3】(2026·浙江温州十校高二期中)某科研小组根据反应2CO(g)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)来探究起始反应物的碳氮比对污染物去除率的影响。T℃时,向体积为的恒容密闭容器中充入总物质的量为的和混合气体,并加入一定量的固体催化剂进行反应,实验测得平衡体系中气体组分的转化率和氮气的体积分数的变化如图所示。下列说法不正确的是( )
A.转化率1表示NO
B.A点时n(CO)= n(NO)
C.改变起始反应物的碳氮比,该反应的平衡常数变大
D.其他条件不变时,初始加入4 mol NO和4 mol CO,到达平衡后,氮气的体积分数大于25%
【答案】C
【解析】反应2CO(g)+2NO(g)N2(g)+CO2(g),碳氮比增大(CO增多),促进NO的转化,NO转化率升高,转化率1的曲线为NO;转化率2的曲线为CO。A项,碳氮比增大(CO增多),促进NO的转化,NO转化率升高,转化率1的曲线为NO,A不符合题意;B项,按化学计量系数投入反应物NO与CO时,NO与CO的转化率相同,故有,A点时n(CO)= n(NO),B不符合题意;C项,反应的平衡常数K仅与温度有关,改变起始碳氮比(温度不变),K不变,C符合题意;D项,实验总物质的量为4 mol,A点氮气的体积分数为25%;初始加入4 mol NO和4 mol CO(总物质的量增大),相当于增大压强,平衡正向移动,氮气的体积分数大于25%,D不符合题意;故选C。
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