专题02 化学反应速率与化学平衡(期中复习讲义)高二化学上学期人教版
2026-10-14
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精品
内容正文:
专题02 化学反应速率与化学平衡
01 期中考情透视
02 复习目标锚定
03 知识体系构建
04 核心考点精讲
考点一 化学反应速率 / 考点二 化学平衡状态 / 考点三 化学平衡移动 / 考点四 化学平衡常数 /
考点五 化学反应进行的方向 / 考点六 化学反应的调控/ 考点七 化学平衡图像分析
05 重难题型突破
题型一 化学反应速率计算及大小比较 / 题型二 化学平衡状态的判定 / 题型三 化学平衡移动原理及
其应用 / 题型四 化学平衡常数计算及应用 / 题型五 化学反应进行方向的判定 / 题型六 化学反应的
调控 / 题型七 化学平衡图像综合
06 限时分层演练
基础固本练 / 综合进阶练 / 创新思维练
本专题核心考点覆盖化学反应速率的表示与计算、影响反应速率的因素、化学平衡状态的特征与判定、平衡移动与勒夏特列原理、化学平衡常数 K 的表达与应用、化学反应进行的方向(ΔG 复合判据),以及工业合成氨等化工条件的调控与化学平衡图像分析。
命题上常结合工业合成氨、CO₂ 的捕集与转化、汽车尾气治理、接触法制硫酸等真实化工情境设置题目,近年多采用"表格数据 + 图像曲线"复合呈现,考查从数据与图像中提取信息的能力。常考题型集中在速率的计算与大小比较、平衡状态的判定、平衡移动方向的分析、K 的表达式书写与三段式计算、利用 Q 与 K 的大小判断反应方向、图像中"先拐先平数值大"的分析等,整体以概念辨析和中档计算为主。
识记
准确复述化学反应速率、化学平衡状态、化学平衡常数、转化率的定义;牢记 v=Δc/Δt 的表达式与单位(mol·L⁻¹·s⁻¹ 等);熟记平衡判定的"两看、两标志";能列举影响反应速率的内因与常见外因。
理解
精准辨析易混边界:只有"变量变成了不变量"才是平衡标志;勒夏特列原理是"减弱"而非"消除"改变;理清 K 只与温度有关、K 越大反应进行越彻底的定量关系;理解三段式中"转化量之比=化学计量数之比"的计算本质。
应用
能结合合成氨、CO₂ 加氢制甲醇等真实情境书写 K 的表达式,列三段式求转化率、K 与平均速率;会用 Q 与 K 的大小判断反应方向;会用"先拐先平数值大、定一议二、点线面分析"破解平衡图像题,并据此评价化工生产条件的优劣。
考点一 化学反应速率
1. 定义及表示方法
(1)定义:用来衡量化学反应进行快慢程度的物理量。
(2)表示方法:当体系为气态或溶液时,化学反应速率用反应物浓度的减少量或生成物浓度的增加量来表示。
(3)公式及单位:
Δc为各反应物或生成物浓度变化量的绝对值,单位为mol•L-1;Δt为时间变化量,单位为s/min/h;v为化学反应速率,单位为mol•L-1•s-1/ mol•L-1•min-1/ mol•L-1•h-1。
(4)化学反应速率的计算规律:对于某一化学反应,虽然用不同物质表示的化学反应速率不一定相同,但各物质的速率之比一定等于化学方程式中相应物质的化学计量数之比。
例如,反应mA+nB⇌pY+qZ,用不同物质表示的化学反应速率分别为 , ,,
则:
⚠️易混易错
①化学反应速率均为正值,没有负值。
②化学反应速率通常指的是某物质在某一段时间内化学反应的平均速率,而不是在某一时刻的瞬时速率。
③化学反应速率不用固体或纯液体物质的“浓度变化”来表示。
④对于同一化学反应,在相同的反应时间内,用不同的物质来表示其反应速率,其数值可能不同,但这些不同的数值表示的都是同一个反应的速率。因此,表示化学反应的速率时, 必须指明是用反应体系中的哪种物质作标准。
2. 化学反应速率大小的比较
(1)定性比较
通过明显的实验现象(如气泡产生快慢、沉淀生成快慢等)来定性比较化学反应速率的大小。
(2)定量比较
同一化学反应中,不同物质来表示化学反应速率时,数值可能不同,需要进行转化。常用以下两种方法:
①归一法
“一看”:看化学反应速率的单位是否一致,若不一致,需转化为同一单位。
“二化”:将不同物质的化学反应速率转化成同一物质的化学反应速率。
“三比较”:标准统一后比较数值大小,数值越大,反应速率越大。
②比值法:通过化学反应速率与其对应的化学计量数的比值进行比较,比值大的化学反应速率大。
如对于反应aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g),若>,则A表示的化学反应速率较大。
(3)由图像比较反应速率大小的方法:根据图像看反应达到平衡所需的时间,时间越短,对应的反应的温度、浓度或压强就越大,则对应的反应速率越大。
⚠️避坑指南
同一化学反应用不同物质表示的反应速率其数值可能不同,因此,一定要标明是哪种具体物质的反应速率。
3. 转化率定义及其计算
(1) 概念:化学中的转化率是指某一反应物在化学反应中转化为产物的比例,通常以百分比表示。它是衡量化学反应进行程度的重要指标,反映了反应物转化为产物的效率。
(2) 计算公式:转化率=×100%
4. 影响化学反应速率的因素
(1) 内因:反应物本身的组成、结构和性质等因素。
(2) 外因
A.温度
①基本规律:温度越高,化学反应速率越快
②经验规律:一般温度每升高10℃,其反应速率增加2~4倍
B.压强:气体反应的压强越大,化学反应速率越快
C.浓度:浓度越大,化学反应速率越快
D.催化剂:使用适当的催化剂可以显著改变化学反应速率
E.接触面积:反应物的颗粒越小,接触面积越大,化学反应速率越快
F.原电池:形成原电池,可以加快氧化还原反应的速率
⚠️避坑指南
❌ 温度
①催化反应,升高温度,催化剂可能失活,反应速率减慢。
②有机反应,升高温度,有可能发生副反应,主反应速率减慢。
❌ 压强
①改变非气体反应的压强,反应速率不变。
②改变等体反应的压强,v正和v逆变化幅度相同。
❌ 浓度
①固体和纯液体的浓度为定值,改变固体或纯液体的用量,反应速率不变。
②加入固体物质,有可能改变接触面积,反应速率可能加快。
❌ 充惰性气体问题
①恒容容器通惰性气体,压强增大,浓度不变,速率不变。
②恒压容器通惰性气体,体积变大,浓度减小,速率减慢。
考点二 化学平衡状态
1.化学平衡状态
(1)概念:化学平衡状态指的是在一定条件下的可逆反应中,正反应速率与逆反应速率相等,反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态。
(2)化学平衡状态的建立
①可借助速率—时间图像来理解化学平衡状态的建立与化学反应速率之间的关系。
以可逆反应mA(g)+nB(g)⇌pC(g)+qD(g)为例,若开始时只有反应物没有生成物,此时A和B的浓度最大,因此v(正)最大和 v(逆)为0。随着反应的进行,反应物不断减小而生成物不断增大,则v(正)逐渐减小而v(逆)逐渐增大。当反应进行到某一时刻时,
v(正)= v(逆) ,即达到了化学平衡状态。如下图所示:
②可借助浓度——时间图像来理解化学平衡的建立与反应过程中物质浓度间的关系,如下图所示:
(3)化学平衡状态的特征
①逆:可逆反应;
②等:正反应速率与逆反应速率相等,即v(正)=v(逆)≠0;
③动:达到平衡时,化学反应始终在进行,所以是化学反应是动态平衡;
④定:在一定条件下的平衡体系的混合物中,各组成成分的含量(即反应物与生成物的物质的量、物质的量浓度、质量分数、体积分数等)保持一定而不变。
⑤变:任何化学平衡状态均是有条件的(与浓度、温度、压强等有关)。
条件改变,化学平衡发生移动。
2.化学平衡状态的判定
(1)“两看”
一看
题干条件
恒温恒容或恒温恒压或绝热容器
二看
化学反应特点(物质状态、气体计量系数)
全部是气体参与,是等体积反应还是非等体积反应
有固体或液体参与,是等体积反应还是非等体积反应
(2)“两标志”
正、逆反应速率相等
同一物质表示的正、逆反应速率相等v正=v逆,或者不同物质表示的正、逆速率(或变化的物质的量、浓度)之比等于化学计量数之比
⚠️解题要点
判定化学平衡状态的标志:
(1)动态标志:v正=v逆≠0
①同种物质:同一物质的生成速率等于消耗速率。
②不同物质:必须标明是“异向”的反应速率关系。如aA+bBcC+dD,=时,反应达到平衡状态。
(2)静态标志:各种“量”不变
①各物质的质量、物质的量或浓度不变。
②各物质的百分含量(物质的量分数、质量分数等)不变。
③压强(化学反应方程式两边气体体积不相等)或颜色(某组分有颜色)不变。
④绝热容器中温度不变。
⑤密度不变(注意容器中的气体质量或体积变化)。
⑥平均相对分子质量不变(注意气体质量或气体物质的量变化)。
总结:若给出的标志由变量变成了不变量,则表明该可逆反应达到平衡状态;若给出的标志为“不变量”,则不能作为平衡标志。
考点三 化学平衡移动
一、化学平衡移动
1. 概念
在一定条件下,可逆反应达到化学平衡状态,如果改变影响平衡的条件(如浓度、压强、温度 等),化学平衡状态被破坏,直至正、逆反应速率再次相等,在新的条件下达到新的化学平衡 状态。这种现象称作平衡状态的移动,简称平衡移动。
2. 化学平衡移动的过程
正=逆
正>逆
正逆
´正=´逆
反应开始
尚未平衡
化学平
衡状态
正向或
逆向移动
新的化学平衡状态
建立新平衡
化学平衡移动
3. 化学平衡移动方向与反应速率的关系
若v(正)>v(逆),则平衡正向移动。
若v(正)=v(逆),则平衡不移动。
若v(正)<v(逆),则平衡逆向移动。
二、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(对于有气体参加的可逆反应)
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
同等程度地改变v正、v逆,平衡不移动
⚠️避坑指南
❌ 平衡移动的结果是“减弱”外界条件的影响,而不是“消除”外界条件的影响,更不是“扭转”外界条件的影响。
三、勒夏特列原理
1.内容
对于一个已经达到平衡的体系,如果改变影响化学平衡的一个条件 (如浓度、温度、压强),平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动。
注意:①“减弱”不等于“消除”更不是“扭转”。
②若同时改变影响平衡移动的几个条件,则不能简单地根据勒夏特列原理来判断平衡移动的方向。
2.适用范围
仅适用于已达到平衡的反应体系,不可逆过程或未达到平衡的可逆过程均不能使用该原理。
3.必须有平衡移动,且实际移动方向符合理论移动方向
⚠️避坑指南
❌ 催化剂不能使平衡移动,无法用勒夏特列原理解释。
❌ 等体积反应改变压强,平衡不移动,无法用勒夏特列原理解释。
❌ 改变平衡体系中固体或纯液体的量,平衡不移动,无法用勒夏特列原理解释。
❌ 恒温恒容条件下充入惰性气体,平衡不移动,无法用勒夏特列原理解释。
❌ 非平衡状态,不能用勒夏特列原理解释。
❌ 勒夏特列原理可判断“改变影响平衡的一个条件”时平衡移动的方向。若同时改变影响平衡移动的几个条件,则不能简单地根据勒夏特列原理来判断平衡移动的方向,只有在改变的条件对平衡移动的方向影响一致时,才能根据勒夏特列原理进行判断。
考点四 化学平衡常数
1.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:K
(2)表达式
①对于可逆反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)来说,平衡常数的表达式为K= 。
②单位:(mol·L-1)(p+q)-(m+n) (一般不写)
(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: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。
⚠️避坑指南
❌ 固体和液体不列入平衡常数表达式。
❌ 平衡常数只跟温度有关,温度不变,则平衡常数不变。
3.浓度商与化学平衡常数的关系
(1)浓度商的定义
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=。
(2) Q与K关系
当反应中有关物质的浓度商等于平衡常数时,表明反应达到化学平衡状态。
4.化学平衡常数的应用
(1)判断反应进行的方向
对于一般的可逆反应,mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),在任意时刻Q=,当:
Q<K,反应向正反应方向进行;
Q=K,反应处于平衡状态;
Q>K,反应向逆反应方向进行。
(2)判断反应的热效应
①温度升高: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温度降低:K值增大→正反应为放热反应;K值减小→正反应为吸热反应。
考点五 化学反应进行的方向
1.判断反应自发进行的方向时应综合考虑焓变和熵变。
即使用复合判据:ΔG=ΔH-TΔS
ΔG<0时,反应能自发进行;
ΔG=0时,反应处于平衡状态;
ΔG>0时,反应不能自发进行。
2.温度对反应进行方向的影响
当△H<0,△S>0时,化学反应在任何温度下都能自发进行;
当△H>0,△S<0时,化学反应在任何温度下都不能自发进行;
当△H>0,△S>0时,化学反应在高温下能自发进行;
当△H<0,△S<0时,化学反应在低温下都能自发进行。
⚠️解题要点
①复合判据
②温度对反应进行方向的影响
考点六 化学反应的调控
1.工业合成氨的适宜条件
外部条件
工业合成氨的适宜条件
压强
10~30 MPa
温度
400~500 ℃
催化剂
使用铁触媒作催化剂
浓度
氨及时从混合气中分离出去,剩余气体循环使用;及时补充N2和H2
⚠️解题要点
在实际生产中,既要考虑氨的产量,又要考虑生产效率和经济效益,综合速率与平衡两方面的措施,得出合成氨的适宜条件:
①浓度:一般采用N2和H2的体积比1∶3,同时增大浓度,这是因为合成氨生产的原料气要循环使用。
②温度:合成氨是放热反应,降低温度虽有利于平衡向正反应方向移动,但温度过低,反应速率过慢,400~500 ℃左右为宜,此温度也是催化剂活性温度范围。
③压强:合成氨是体积缩小的可逆反应,压强增大,有利于氨的合成,但对设备要求也就很高,所需动力也越大,应选择适当压强,即10 MPa~30 MPa。
④催化剂:选用铁触媒,能加快反应速率,缩短达到平衡所需时间。
2.工业生产中选择适宜生产条件的思路
条件
原则
从化学反应速率分析
既不能过快,又不能太慢
从化学反应限度分析
既要注意外界条件对速率和平衡影响的一致性,又要注意二者影响的矛盾性
从原料的利用率分析
增加易得廉价原料,提高难得高价原料的利用率,从而降低生产成本
从实际生产能力分析
如设备承受高温、高压能力等
从催化剂的使用活性分析
注意温度对催化剂的活性的限制
考点七 化学平衡图像分析
一、速率—时间图像(vt图像)
1.“渐变”类v-t图像
图像
分析
结论
t1时v′正突然增大,v′逆逐渐增大;
v′正>v′逆,平衡向正反应方向移动
t1时其他条件不变,增大反应物的浓度
t1时v′正突然减小,v′逆逐渐减小;
v′逆>v′正,平衡向逆反应方向移动
t1时其他条件不变,减小反应物的浓度
t1时v′逆突然增大,v′正逐渐增大;
v′逆>v′正,平衡向逆反应方向移动
t1时其他条件不变,增大生成物的浓度
t1时v′逆突然减小,v′正逐渐减小;
v′正>v′逆,平衡向正反应方向移动
t1时其他条件不变,减小生成物的浓度
2.“断点”类vt图像:mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g) ΔH=Q kJ·mol-1
图像
分析
结论
t1时v′正、v′逆均突然增大,且
v′正>v′逆;平衡向正反应方向进行
t1时其他条件不变,增大反应体系的压强且m+n>p+q(正反应为体积减小的反应)
t1时其他条件不变,升高温度且Q>0(吸热反应)
t1时v′正、v′逆均突然增大,且v′逆>v′正;平衡向逆反应方向进行
t1时其他条件不变,增大反应体系的压强且m+n<p+q(正反应为体积增大的反应)
t1时其他条件不变,升高温度且Q<0(放热反应)
t1时v′正、v′逆均突然减小,且
v′正>v′逆;平衡向正反应方向进行
t1时其他条件不变,减小反应体系的压强且m+n<p+q(正反应为体积增大的反应)
t1时其他条件不变,降低温度且Q<0(放热反应)
t1时v′逆、v′正均突然减小,且
v′逆>v′正;平衡向逆反应方向进行
t1时其他条件不变,减小反应体系的压强且m+n>p+q(正反应为体积减小的反应)
t1时其他条件不变,降低温度且Q>0(吸热反应)
3.“平台”类vt图像
图像
分析
结论
t1时v′正、v′逆均突然增大且
v′正=v′逆,平衡不移动
t1时刻改变的条件可能是使用了催化剂或增大压强(仅适用于反应前后气体物质的量不变的反应)
二、百分含量(或转化率)——时间——温度(或压强)图像
1.先拐先平数值大:
转折点之前,用外因对速率的影响分析问题,用“先拐先平数值大”的规律判断不同曲线表示温度或压强的大小,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或压强较大;转折点之前,用外因对速率的影响分析问题,用“先拐先平数值大”的规律判断不同曲线表示温度或压强的大小。
2.看斜率的绝对值:
在化学平衡图像中,斜率的绝对值越大表示的温度较高或压强较大。
T2曲线先拐或斜率大,表示T2>T1,从T2到T1,可以理解为降低温度生成物的百分含量增多,即是:降低温度平衡正向移动,因此正反应是放热反应
p1曲线先拐或斜率绝对值大,表示p1>p2,从P2到P1,可以理解为增大压强反应物的百分含量增多,即是:增大压强平衡逆向移动,因此逆反应是气体体积减小的反应,则正反应是气体体积增大的反应
3.常见图像
以mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)为例,其中C%指生成物的百分含量,B%指反应物的百分含量
T1<T2,ΔH>0
T1<T2,ΔH>0
T1<T2,ΔH<0
T1<T2,ΔH<0
p1>p2,m+n>p+q
p1>p2,
m+n>p+q
p1>p2,
m+n<p+q
p1>p2,
m+n<p+q
a曲线:加催化剂
a曲线:加催化剂
三、百分含量(或转化率)—压强—温度图像
1.“定一议二”:
在化学平衡图像中,包括纵坐标、横坐标和曲线所表示的三个变量,分析方法是确定其中一个变量,讨论
另外两个变量之间的关系
定压强:当压强一定时(105 Pa或107 Pa),生成物C的百分含量随温度T的升高而逐渐减小,说明升高温度平衡逆向移动,逆反应为吸热反应,正反应则为放热反应;
定温度:作横坐标的垂线,保持温度一定,与压强线出现两个交点,显然是压强越大,生成物C的百分含量增大,说明增大压强,平衡正向移动,正反应是气体总体积减小的反应
2.常见图像:
以mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)为例,其中A%指反应物的百分含量
①恒压线图像
m+n>p+q,ΔH>0
m+n>p+q,ΔH>0
②恒温线图像
m+n>p+q,ΔH<0
m+n>p+q,ΔH<0
四、“点-线-面”三维度分析特殊平衡图像
1.全程百分含量—压强图像或全程百分含量温度图像
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;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
2.百分含量—压强图像或百分含量温度图像
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。
①压强增大,A的百分含量增大,说明增大压强,平衡逆向移动,即:m+n<p+q;②L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;
③E、F两点的反应速率:vE<vF
3.速率—温度(压强)图:
曲线的意义是外界条件(温度、压强)对正、逆反应速率影响的变化趋势及变化幅度。图中交点是平衡状态,压强
增大(或温度升高)后正反应速率增大得快,平衡正向移动
v-P图像:交点即为平衡状态,当压强增大,v正>v逆,表明平衡正向移动,正反应为气体体积减小的反应
v-T图像:交点即为平衡状态,当温度升高,v正>v逆,表明平衡正向移动,正反应为吸热反应
题型一 化学反应速率的计算及大小比较
典例1 (2025-2026高二上·广东深圳深圳盟校·期中)将11.2g铁粉投入到盛有200mL3mol/L稀盐酸的烧杯中,5min时铁粉刚好完全溶解(溶解前后溶液体积变化忽略不计),下列表示此反应的速率正确的是
A. B.
C. D.
【答案】C
【分析】Fe的物质的量为=0.2mol,由可知,参加反应的HCl的物质的量为0.4mol,生成FeCl2、H2的物质的量都是0.2mol。
【解析】A.Fe为纯固体,不能用其浓度变化量表示化学反应速率,A错误;
B.,B错误;
C.在同一反应中,不同物质表示的化学反应速率之比等于化学计量数之比,则,C正确。
D.由B中可知,==0.0067mol∙L-1∙s-1,D错误;
故选C。
💡破题要诀
固体或纯液体没有浓度概念,不能用来表示化学反应速率。
迁移应用
1.(2025-2026高二上·陕西宝鸡·期中)反应在四种不同情况下的反应速率如下,其中表示反应速率最快的是
A.
B.
C.
D.
【答案】A
【解析】比较不同物质表示的反应速率时,需将其转换为同一物质的速率、统一单位后比较,根据速率之比等于化学计量数比,统一换成A物质的速率如下:
【解析】
A. ,直接为A的速率;
B.转换成;
C.转换成
D.转换成;
故选A。
2.(2025-2026高二上·广东茂名·期中)化学反应速率的调控被广泛应用于生活、生产中。下列操作可减慢化学反应速率的是
A. 用冰箱冷藏保鲜食物
B. 古代冶铁使用鼓风机
C. 工业合成氨采用温度
D. 矿石煅烧前粉碎处理
【答案】A
【解析】A.用冰箱冷藏保鲜食物是通过降低温度来减缓食物腐败的化学反应速率,A符合题意;
B.古代冶铁使用鼓风机是通过增加氧气浓度加快反应速率,B不符合题意;
C.工业合成氨采用,通过提高温度加快反应速率,C不符合题意;
D.矿石煅烧前粉碎处理增大了反应物的接触面积,加快了反应速率,D不符合题意;
故选A。
题型二 化学平衡状态的判定
典例2 (2025-2026高二上·陕西宝鸡·期中)我国科学家研发出一种乙醇(沸点78.5℃)绿色制氢新途径,并实现高附加值乙酸(沸点118℃)的生产,反应为:。一定条件下,在恒容密闭容器中发生该反应,下列说法正确的是
A. 升高温度,v(正)增大,v(逆)减小
B. 向容器中通入氦气,v(正)、v(逆)均减小
C. 当v正(H2O)=2v逆(H2),说明该反应达到平衡状态
D. 当混合气体的平均摩尔质量不变,说明该反应达到平衡状态
【答案】D
【解析】A.升高温度,反应物分子的能量增加,使一部分原来能量较低的分子变成活化分子,活化分子总数增大,使得单位体积内的活化分子数增大,有效碰撞的次数增加,v(正)、v(逆)均增大,A错误;
B.向该恒容密闭容器中通入氦气,反应物、生成物的浓度均不变,则v(正)、v(逆)均不变,B错误;
C.由反应式可知,当时可得,即同一组分正、逆反应速率不相等,不能说明该反应达到平衡状态,C错误;
D.反应物、生成物均为气体,混合气体的质量不变,该反应是气体分子数增大的反应,则混合气体的平均摩尔质量是个变量,所以当混合气体的平均摩尔质量不变时,能说明该反应达到平衡状态,D正确;
故选D。
迁移应用
1. (2025-2026高二上·江西萍乡·期中)反应: ,若在恒压绝热容器中发生,下列选项表明反应一定已达平衡状态的是
A. 容器内的压强不再变化
B. 容器内的温度不再变化
C.
D. 容器内、、的物质的量之比为
【答案】B
【解析】A.容器处于恒压条件,压强始终不变,无法判断是否平衡,A不符合题意;
B.反应放热,绝热条件下温度随反应而变化,温度不变说明正反应和逆反应以相等的速率持续进行,达到平衡,B符合题意;
C.速率关系未区分正逆方向,无论是否平衡,同一方向的速率比始终为3:1,C不符合题意;
D.物质的量之比为1:3:1可能为某一瞬时状态,不能说明平衡,D不符合题意;
故选B。
2. (2025-2026高二上·江西景德镇·期中)一定温度下,在容积不变的密闭容器中进行如下可逆反应:,下列能表明该反应已达到化学平衡状态的说法正确的有几个
①
②CO的物质的量不再变化
③容器内气体压强不再变化
④、CO的浓度之比为
⑤混合气体的平均摩尔质量不再变化
⑥混合气体的密度不再改变
⑦键断裂的同时有键断裂
A. 3 B. 4 C. 5 D. 6
【答案】C
【解析】① ,则正逆反应速率相等,说明已平衡时,正确。
② CO的物质的量不再变化是平衡的直接标志,正确。
③ 固体C参与反应, 反应前后气体物质的量不相等,故气体压强也随反应变化,压强不变时说明已平衡,正确。
④ 、CO的浓度之比与起始条件和反应程度有关,不能作为平衡标志,错误。
⑤ 固体C参与反应,气体总质量和总物质的量均为变量,则平均摩尔质量随反应而变化,当它不变时说明已平衡,正确。
⑥ 固体C参与反应,气体总质量随反应变化,则气体密度随反应而变化,当它不变时说明已平衡,正确。
⑦ H-O键断裂代表正反应,H-H键断裂代表逆反应,平衡时二者的速率应为化学计量数之比,比值为2:1,则当键断裂的同时有键断裂,正逆反应速率不相等,说明未平衡,错误。
综上,正确选项为① 、② 、③ 、⑤ 、⑥ ,共5个,故选C。
题型三 化学平衡移动原理及其应用
典例3 (2025-2026高二上·陕西宝鸡·期中)在恒温恒容的条件下,反应:A(g)+B(g)⇌C(g)+D(s)已达平衡,能使平衡正向移动的措施是
A. 减小C或D的浓度 B. 增大D的浓度 C. 减小B的浓度 D. 增大A或B的浓度
【答案】D
【解析】A.减小C的浓度会使平衡正向移动,D是固体,其浓度为常数,其浓度无法改变,A错误;
B.D是固体,其浓度为常数,无法改变,B错误;
C.减小B的浓度,反应物浓度减小,会导致平衡逆向移动,C错误;
D.增大A或B的浓度会增加反应物浓度,促使平衡正向移动,D正确;
故选D。
💡破题要诀
影响化学平衡移动的因素:
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(对于有气体参加的可逆反应)
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
同等程度地改变v正、v逆,平衡不移动
迁移应用
1. (2025-2026高二上·陕西宝鸡·期中)25℃时将三个充满气体的相同烧瓶分别置于盛有等量、等温的水的烧杯中,向烧杯(1)中加入氧化钙固体,烧杯(3)中加入晶体,最终现象如图所示。已知:。下列叙述错误的是
A. 加入固体后短时间内三个烧杯中温度高低:(1)(2)(3)
B. 烧瓶(1)中平衡时混合气体的平均相对分子质量增大
C. 烧瓶(3)中平衡时混合气体的压强减小
D. 由该实验现象可知温度会影响化学平衡状态
【答案】B
【解析】A.氧化钙溶于水会放热,碳酸氢钠溶于水吸热,加入固体后短时间内三个烧杯中温度高低:(1)(2)(3),A正确;
B.为红棕色,(1)中颜色最深说明分子数最多,混合气体的总物质的量增大,且混合气体的总质量不变,平衡时混合气体的平均相对分子质量减小,B错误;
C.该反应是气体分子数减少的反应,正向进行过程中压强减小,烧瓶(3)中红棕色变浅,说明的物质的量减少,平衡正向移动,平衡时混合气体的压强减小,C正确;
D.由该实验现象可知,温度不同时,的物质的量不同,说明温度会影响化学平衡状态,D正确;
故选B。
2.(2025-2026高二上·天津河西·期中)在一定温度下的密闭容器中发生反应,平衡时测得A的浓度为。保持温度不变,将容器的容积扩大到原来的两倍,再达平衡时,测得A的浓度为。下列有关判断错误的是
A.
B. C的体积分数减小
C. B的转化率增大
D. 平衡后,混合气体平均摩尔质量减小
【答案】C
【解析】若化学平衡不移动,保持温度不变,将容器的容积扩大到原来的两倍时,容器的压强减小,A的浓度应为0.25mol/L,由达到新平衡时,A的浓度为0.3mol/L可知,平衡向逆反应方向移动,说明正反应是气体体积减小的反应。
【解析】
A.由分析可知,该反应是气体体积减小的反应,则化学计量数的关系为:x+y>z,故A正确;
B.由分析可知,保持温度不变,将容器的容积扩大到原来的两倍时,容器的压强减小,平衡向逆反应方向移动,C的体积分数减小,故B正确;
C.由分析可知,保持温度不变,将容器的容积扩大到原来的两倍时,容器的压强减小,平衡向逆反应方向移动,B的转化率减小,故C错误;
D.总质量不变,但总物质的量因逆向移动而增加,根据可知,平均摩尔质量减小,故D正确;
故选C。
3.(2025-2026高二上·山东烟台·期中)下列事实能用平衡移动原理解释的是
A. 用饱和食盐水除去中的
B. 与的平衡体系,压缩体积后颜色加深
C. 增大压强可加快转化为的速率
D. 500℃比室温更有利于合成氨的反应
【答案】A
【解析】A.氯气与水的反应是可逆反应(Cl2+H2O⇌H++Cl⁻+HClO),饱和食盐水中存在大量氯离子,可使其平衡逆向移动,导致Cl2难溶于饱和食盐水,但HCl易溶于饱和食盐水,则用饱和食盐水除去中的HCl涉及平衡移动,能用平衡移动原理解释,A符合题意;
B.与的平衡体系中存在平衡:2NO2⇌N2O4,压缩体积后颜色加深是因为体积减小,二氧化氮浓度增大导致的,不能用平衡移动原解释(压缩体积相当于增大压强,2NO2⇌N2O4的平衡向生成N2O4方向移动),B不符合题意;
C.增大压强可加快转化为的速率,是因为增大压强,单位体积内活化分子数增多,有效碰撞次数增大,属于反应速率的影响因素,与化学平衡移动无关,不能用平衡移动原理解释,C不符合题意;
D.合成氨的反应是放热反应,根据平衡移动原理,降低温度有利于平衡向正反应方向移动,500 ℃比室温高,不利于平衡正向移动。实际选择500 ℃是因为该温度下催化剂活性高,能加快反应速率,与化学平衡移动无关,不能用平衡移动原理解释,D不符合题意;
故选A。
题型四 化学平衡常数的计算及应用
典例4 (2025-2026高二上·河南南阳·期中)某密闭容器中,发生反应。该反应的平衡常数表达式为
A.
B.
C.
D.
【答案】C
【解析】平衡常数表达式仅包含气态物质和溶液的浓度,固体(如C)和纯液体不写入。反应式为C(s) + H2O(g)CO(g) + H2(g),故K应为生成物CO和H2的浓度乘积除以反应物H2O的浓度,故答案为:C。
💡破题要诀
固体或纯液体没有浓度概念,不出现在平衡常数的表达式中。
迁移应用
1.(2025-2026高二上·福建宁德·期中)气态含氮化合物及其相关反应是新型科研热点。
已知:①
②
③
下列关系式正确的是
A.
B.
C.
D.
【答案】B
【解析】平衡常数表达式是生成物浓度幂之积除以反应物浓度幂之积。反应③ 是反应② -3反应① 得到,反应方向改变则表达式中分子分母互换,反应方程式乘以相应系数后平衡常数表达式应对应变为指数,故,故选B。
2.(2025-2026高二上·河南南阳·期中)时,在1 L的密闭容器中进行反应:。的起始浓度分别为,起始压强为,反应达到平衡状态时压强为。(已知:Kp为各气体物质分压代替浓度表示的平衡常数,分压=气体物质的物质的量分数×总压强)下列说法错误的是
A. 时,A的平衡转化率为80%
B. 时,
C. 达到平衡时,再充入0.08 mol C和0.20 mol B,则平衡将正向移动
D. 时,平衡常数为10,可知该反应为放热反应
【答案】C
【解析】A.设达平衡过程中,B的浓度变化量为xmol·L-1,则平衡时c(A)=(0.50-2x)mol·L-1,c(B)=(1.20-x)mol·L-1,c(C)=2xmol·L-1;恒温恒容时,压强之比等于物质的量之比,则,解得x=0.20,故A的平衡转化率为,A正确;
B.平衡时,,A、B、C的平衡分压分别为,、,则,B正确;
C.保持体积不变,混合气体中再充入0.08molC和0.20molB,则C和B的浓度分别为0.48mol·L-1和1.20mol·L-1,故浓度商,则平衡逆向移动,C错误;
D.温度升高,K减小,可知平衡逆向移动,则该反应为放热反应,D正确;
故选C。
题型五 化学反应进行方向的判定
典例5 (2025-2026高二上·陕西宝鸡·期中)研究化学反应进行的方向对于反应设计等具有重要意义,下列说法正确的是
A. 、的反应在温度低时不能自发进行
B. 反应的
C. 使用催化剂,可以改变反应进行的方向
D. 水凝结成冰的过程中,其,
【答案】B
【解析】A.,反应能够自发进行,、的反应在任意温度下都能自发进行,A错误;
B.相同物质的量的同种物质熵值:气体>液体,则反应为熵增反应,,B正确;
C.使用催化剂可以加快反应速率,不可以改变反应进行的方向,C错误;
D.水凝结成冰的过程中为放热、熵减过程,其,,D错误;
故选B。
迁移应用
1. (2025-2026高二上·广东茂名·期中)下列说法中,正确的是
A. 同一物质,
B. 固体溶解是一个熵减小的过程
C. 能够自发进行的反应一定是熵增加的过程
D. 反应能自发进行,则该反应的
【答案】A
【解析】A.同一物质的气态熵大于液态,液态熵大于固态,顺序正确,A正确;
B.固体溶解时粒子分散度增加,系统混乱度增大,属于熵增过程,B错误;
C.自发反应由复合判据决定,当时反应能自发进行,因此要同时考虑熵变和焓变,如当低温下,反应自发,当,高温下,反应自发,故熵增不是决定反应能否自发进行的必然条件,C错误;
D.根据复合判据判断,当时反应能自发进行,该反应前后气体分子数减少,则,要使,需,且其绝对值要相对较大才可能使,D错误;
故选A。
2.(2025-2026高二上·河南新乡·期中)下列说法中不正确的是( )
A. SiO2(s)+2C(s)= Si(s)+2CO(g)只能在高温下自发进行,则该反应的ΔH>0
B. 3C(s)+CaO(s)= CaC2(s)+CO(g)在常温下不能自发进行,说明该反应的ΔH>0
C. BaSO4(s)+4C(s)= BaS(s)+4CO(g)在室温下不能自发进行,说明该反应的ΔH<0
D. 常温下,2NO(g)+O2(g)===2NO2(g)能够自发进行,则该反应的ΔH<0
【答案】C
【解析】在进行各选项分析时,我们可以利用吉布斯自由能方程∆G=ΔH-∆S 进行综合判断。
【解析】A. SiO2(s)+2C(s)= Si(s)+2CO(g)的∆S>0,若只能在高温下自发进行,则表明反应吸热,即该反应的ΔH>0,A正确;
B. 3C(s)+CaO(s)= CaC2(s)+CO(g) 的∆S>0,在常温下不能自发进行,则表明反应吸热,即说明该反应的ΔH>0,B正确;
C. BaSO4(s)+4C(s)= BaS(s)+4CO(g) 的∆S>0,在室温下不能自发进行,则表明反应吸热,即说明该反应的ΔH>0,C不正确;
D. 常温下,2NO(g)+O2(g)===2NO2(g) 的∆S<0,能够自发进行,则表明反应放热,即该反应的ΔH<0,D正确。
故选C。
题型六 化学反应的调控
典例6 (2025-2026高二上·河北天津·期中)哈伯工业合成氨的流程如图,为提高原料平衡转化率采取的措施是
A. ①②③④⑤ B. ②③④⑤ C. ②④⑤ D. ②③④
【答案】C
【解析】由题目可知,哈伯工业合成氨首先是将原料气体净化;再进行加压,加入催化剂通入反应釜,得到粗产品;再将粗产品净化分离得到。若想要提高平衡转化率,在不增加原料的前提下,需要使得反应正向进行,即可以提高转化率。①净化干燥的目的是去除杂质防止催化剂中毒,不影响化学平衡,无法提高原料平衡转化率,①错误;②对于的平衡来说,增加压强,平衡向体积减小的方向进行,即正向进行,可以提高原料平衡转化率,②正确;③催化反应中,催化剂不影响平衡,反应()为放热反应,故500℃高温会使得反应逆向进行,降低转化率,③错误;④液化分离NH3,降低生成物浓度使平衡正向移动,提高平衡转化率,④正确;⑤未反应的和再循环,提高了原料的利用率,可视为提高了总转化率,⑤ 正确。
【解析】
由分析可知,② ④ ⑤ 均正确,故答案选C。
迁移应用
1.(2025-2026高二上·安徽芜湖·期中)下列做法与工业生产实际不相符的是
A. 合成氨时压强不是越大越好,需综合考虑对设备和动力的要求
B. 工业上增加炼铁高炉的高度可以有效降低尾气中CO的含量
C. 合成氨选择温度时需考虑对催化剂活性的影响
D. 冶炼铝时常向氧化铝中添加适量冰晶石作助熔剂
【答案】B
【解析】A.合成氨反应是气体体积减小的反应,增大压强有利于氨气的生成,但压强太大,对设备和动力以及成本的要求太高,所以压强不是越大越好,A正确;
B.高炉炼铁是一个可逆反应,单纯增大高炉的高度不影响平衡的移动,不能降低尾气中CO的含量,B错误;
C.合成氨是放热反应,高温平衡左移,所以选择温度时主要是从反应速率考虑,需要提高单位时间内氨气的产率,同时还需要考虑对催化剂活性的影响,使催化剂活性达到最佳,C正确;
D.氧化铝的熔点很高,达到2054℃,添加冰晶石作为助熔剂后可以将混合物熔点降到1000℃左右,节约大量能源和成本,D正确;
故答案为:B。
2.(2025-2026高二上·广东惠州·期中)在硫酸工业中,通过下列反应使SO2氧化为SO3: 2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH=-196.6 kJ/mol。下表列出了在不同温度和压强下,反应达到平衡时SO2的转化率。下列说法错误的是
温度/℃
平衡时SO2的转化率/%
0.1 MPa
0.5 MPa
1 MPa
5 MPa
10 MPa
450
97.5
98.9
99.2
99.6
99.7
550
85.6
92.9
94.9
97.7
98.3
A.在实际生产中,从成本的角度考虑选择常压下进行反应
B.在实际生产中,选定的温度为400~500 ℃,这与催化剂的活性无关
C.反应过程中通入过量的空气,以提高平衡时SO2的转化率
D.为避免污染环境和提高原料利用率,尾气中的SO2需回收处理
【答案】B
【解析】A.由表格数据可知,在常压及400~500℃时,二氧化硫的转化率已经很高,继续增大压强,虽然二氧化硫的平衡转化率会提高,但不明显,且会增加设备成本,增大投资和能量消耗,故A正确;B.温度太高时,催化剂失去活性,则实际生产中,选定的温度为400~500℃,主要原因是考虑催化剂的活性最佳,故B错误;C.空气的成本较低,在实际生产中,通入过量的空气,反应物浓度增大,反应速率加快,平衡正向移动,从而可提高成本较高的二氧化硫的转化率,故C正确; D.尾气中的SO2必须回收循环利用,防止污染环境并提高原料的利用率,故D正确;故选B。
题型六 化学平衡图像综合
典例7 (2025-2026高二上·河北天津·期中)下列图像及对应的叙述错误的是
A. 图1中的阴影部分代表反应物浓度实际减小的量
B. 图2中所示反应的化学方程式可以表示为
C. 图3表示足量锌分别与500mL盐酸、200mL硫酸反应产生氢气的体积随时间变化的图像
D. 图4表示等质量的金刚石、石墨在氧气中完全燃烧时放出的热量不相等
【答案】C
【解析】A.图1中纵坐标是速率,横坐标是时间,阴影部分代表反应物浓度实际减小的量,A正确;
B.图2中表示的反应过程中,X、Y均减少,Z增加,从而可得变化的物质的量之比为(1.20-0.41):(1.00-0.21):1.58=1∶1∶2,10s后各物质的浓度不再变化,说明反应是可逆反应,反应方程式为,B正确;
C.足量锌与盐酸、硫酸反应时,盐酸中生成氢气的体积大于硫酸,则a应表示盐酸,但从反应速率看,盐酸中氢离子浓度小于硫酸中氢离子浓度,前期反应速率应小于硫酸,完全反应的时间长,则b表示盐酸,两者矛盾,C错误;
D.由反应物的总能量与生成物的总能量差可以计算得到反应放出的能量,可以看出两者不相同,D正确;
故选C。
迁移应用
1.(2025-2026高二上·安江西萍乡·期中)一定条件下将和按物质的量之比充入恒容密闭容器中,发生反应:。在不同压强下分别测得的平衡转化率随温度变化的曲线如图,下列说法正确的是
A. 由图可知,该反应,且
B. 向容器中继续充入NO,平衡正向移动,NO的平衡转化率减小
C. 时,该反应的化学平衡常数的数值为
D. 、条件下,的平衡转化率为
【答案】B
【解析】A.由图可知,升高温度,NO平衡转化率降低,平衡逆向移动,则该反应为放热反应,;该反应正反应气体体积减小,增大压强平衡正向移动,NO转化率增大,相同温度下p2对应的转化率高于p1,则,A错误;
B.向容器中继续充入NO,NO浓度增大,平衡正向移动,NO转化量增多,但NO总量增加更多,NO平衡转化率反而减小,B正确;
C.该反应是气体分子数减小的反应,反应前后气体的化学计量数不相等,平衡常数与体积有关,由于容器体积、物质的初始浓度未知,不能计算平衡常数,C错误;
D.由于NO与O2的起始物质的量之比等于其化学计量数之比,所以在该条件下两种反应物的转化率相等;由图可知,400℃、p1时NO的转化率为40%,则O2的转化率也为40%,D错误;
故答案选B。
2.(2025-2026高二上·山东德州·期中)(多选)科研人员设计了利用与反应生成的路线,主要反应如下:
I.
II.
III.
下,在密闭容器中和各发生上述反应。反应物(、)的平衡转化率和生成物(、)的选择性随温度变化关系如下图(反应Ⅲ在以下不考虑)。下列说法错误的是
注:含碳生成物选择性
A. c表示的选择性曲线
B. 点M温度下,
C. 时,CO的选择性为
D. 时充入,再次达平衡时增大
【答案】BD
【解析】已知反应I为吸热反应,Ⅱ为放热反应,根据图像,温度逐渐升高,则碳酸镁的转化率逐渐升高,氢气的转化率下降,反应Ⅲ在以下不考虑,则二氧化碳的选择性上升,甲烷的选择性下降,所以a表示碳酸镁的转化率,b表示二氧化碳的选择性,c表示甲烷的选择性,随着温度升高,高于二氧化碳的选择性开始下降,说明Ⅲ为吸热反应,据此分析;
【解析】
A.根据分析,表示选择性的曲线是c,A正确;
B.点M温度下,从图中看出碳酸镁的转化率为49%,则剩余的碳酸镁为0.51 mol,根据碳原子守恒,甲烷和二氧化碳中碳原子的物质的量之和为0.49 mol,又因为此时二氧化碳的选择性和甲烷的选择性相等,则二氧化碳和甲烷的物质的量为0.245 mol,根据氧原子守恒得出水的物质的量为1×49%×2-0.245×2=0.49 mol,根据氢原子守恒得出氢气的物质的量为=0.02 mol,总的物质的量为0.02+0.245+0.245+0.49=1 mol,,B错误;
C.由图可知,在下达到平衡时,碳酸镁完全转化,二氧化碳的选择性为70%,甲烷的选择性为10%,则生成的二氧化碳为0.7 mol,生成的甲烷为0.1 mol,根据碳原子守恒得出1-0.7-0.1 mol=0.2 mol,CO的选择性为,C正确;
D.反应I的化学平衡常数(压强代表的化学平衡常数)为,温度不变,化学平衡常数不变,充入,再次达平衡时不变,D错误;
故选BD。
基础固本练(限时:15分钟)
1.(2025-2026高二上·河北天津·期中)家里长期使用的水壶底部会形成一层“水垢”,加入食醋可将水垢除去,发生的反应之一为,下列说法错误的是
A. 乙酸的酸性强于碳酸
B. 不能用CaCO3或H2O来表示反应速率
C. 可通过观察产生气泡的快慢比较反应速率的大小
D. 用CH3COOH和(CH3COO)2Ca单位时间内的浓度变化表示的反应速率数值相同
【答案】D
【解析】A.根据“强酸制弱酸”,乙酸与碳酸钙反应生成CO2,说明乙酸的酸性强于碳酸,故A正确;
B.CaCO3是固体,H2O为纯液体,浓度不变,无法表示反应速率,故B正确;
C.产生CO2气泡越快,表示反应速率越快,故C正确;
D.CH3COOH的化学计量数为2,(CH3COO)2Ca为1,速率数值比为2:1,故D错误;
选D。
2. (2025-2026高二上·江西景德镇·期中)在反应中,表示该反应速率最快的是
A. mol·L-1·s-1
B. mol·L-1·s-1
C. mol·L-1·s-1
D. mol·L-1·min-1
【答案】B
【解析】A.mol·L-1·s-1
B.mol·L-1·s-1;
C.mol·L-1·s-1
D.mol·L-1·min-1=0.25 mol·L-1·s-1;
所以B的数值最大,反应速率最快,选B。
3.(2025-2026高二上·安徽芜湖·期中)可逆反应:的v-t图像如图甲所示;若其他条件都不变,只是在反应前加入合适的催化剂,则其v-t图像如图乙所示。现有下列叙述:
①a1=a2;②a1<a2;③b1=b2;④b1<b2;⑤t1>t2;⑥t1=t2;⑦甲图与乙图中阴影部分的面积相等;⑧图乙中阴影部分面积更大。则以上所述各项正确的组合为
A. ②④⑤⑦ B. ②④⑥⑧ C. ②③⑤⑦ D. ②④⑤⑧
【答案】A
【解析】加入催化剂的结果一是正、逆反应速率都增大,二是缩短了达到平衡的时间,由此可得:a12、b12、t1>t2,但不使平衡移动推知,阴影面积为反应物浓度的变化,由于催化剂不影响平衡移动,则两图中阴影部分面积相等,故选A。
4.(2025-2026高二上·广东茂名·期中)在相同条件下研究催化剂I、Ⅱ对反应的影响,各物质浓度c随反应时间t的部分变化曲线如图,则
A. 无催化剂时,反应不能进行
B. 与催化剂Ⅰ相比,Ⅱ使反应活化能更低
C. a曲线表示使用催化剂Ⅱ时X的浓度随t的变化
D. 使用催化剂Ⅰ时,内,
【答案】D
【解析】A.由图可知,无催化剂时,随反应进行,生成物浓度也在增加,说明反应也在进行,故A错误;
B.由图可知,催化剂I比催化剂Ⅱ催化效果好,说明催化剂I使反应活化能更低,反应更快,故B错误;
C.由图可知,使用催化剂Ⅱ时,在0~2min 内Y的浓度变化了2.0mol/L,而a曲线表示的X的浓度变化了2.0mol/L,二者变化量之比不等于化学计量数之比,所以a曲线不表示使用催化剂Ⅱ时X浓度随时间t的变化,故C错误;
D.使用催化剂I时,在0~2min 内,Y的浓度变化了4.0mol/L,则(Y) ===2.0,(X) =(Y) =2.0=1.0,故D正确;
答案选D。
5.(2025-2026高二上·山东聊城·期中)AlN是一种新型无机非金属材料,制备原理是。1700℃下,在恒容密闭容器中加入一定量的反应物发生该反应,下列情况不能判断反应达到平衡状态的是
A. 气体密度不再变化 B. Al2O3的物质的量不再变化
C. 气体总压强不再变化 D. 气体平均摩尔质量不再变化
【答案】D
【解析】A.由质量守恒定律可知,该反应是气体质量增大的反应,反应时,恒容密闭容器中混合气体的密度增大,则气体密度不再变化说明正逆反应速率相等,反应已达到平衡,A正确;
B.反应中氧化铝的物质的量减少,则氧化铝的物质的量不再变化说明正逆反应速率相等,反应已达到平衡,B正确;
C.该反应是气体体积增大的反应,反应中气体压强增大,则气体总压强不再变化说明正逆反应速率相等,反应已达到平衡,C正确;
D.氮气和一氧化碳的摩尔质量均为28g/mol,反应中气体平均摩尔质量始终为28g/mol,不会变化,则气体平均摩尔质量不再变化不能说明正逆反应速率相等,无法判断反应是否达到平衡,D错误;
故选D。
6.(2025-2026高二上·山东临沂·期中)恒容密闭容器中发生反应:
若该反应在绝热、恒容的密闭体系中进行,下列示意图正确且能说明反应进行到时刻达到平衡状态的是
A. ⑤ B. ②④⑤ C. ②③④⑤ D. ⑤⑥
【答案】A
【解析】① 到达平衡后正、逆反应速率相等,不再变化,t1时刻V正最大,之后随反应进行速率发生变化,t1时刻未到达平衡,① 错误;
② 该反应为放热反应且在绝热恒容条件下进行,平衡建立前,其平衡常数应该随反应的进行逐渐减小,② 错误;
③ t1时甲烷和一氧化碳的物质的量不再发生变化,CO、CH4的物质的量的变化量应与化学计量数成正比,即应为1:1,但图中达到平衡时,CO、CH4的物质的量的变化量之比不是1∶1,③ 错误;
④平均相对分子质量,反应中气体总质量不变,气体分子数减少(n总减小),故M应增大,④ 错误;
⑤ 正反应放热,绝热容器中反应未平衡时温度会变化,则温度不变,说明达到了平衡状态,⑤ 正确;
⑥ 对于固定的反应,焓变是固定不变的,与平衡状态无关,⑥ 错误;
故只有⑤ 可以说明反应进行到时刻达到平衡状态,故选A。
7. (2025-2026高二上·福建宁德·期中)在下,某反应达到平衡,平衡常数。恒容时,温度升高,NO浓度减小。下列说法正确的是
A. 该反应的焓变为正值
B. 升高温度,反应速率减小
C. 恒温恒容下,增大压强,NO浓度一定减小
D. 该反应的化学方程式为
【答案】D
【解析】A.恒容时,温度升高导致NO浓度减小,说明平衡逆向移动,逆反应为吸热,故正反应放热,ΔH为负值,A错误;
B.升高温度会增大正、逆反应速率,而非减小,B错误;
C.反应前后气体物质的量相等,增大压强(如恒容下加入惰性气体)不会改变平衡,NO浓度不变;若压缩体积,各物质浓度等比例增大,但NO浓度不会减小,C错误;
D.平衡常数是生成物浓度幂之积除以反应物浓度幂之积,该表达式对应反应式,D正确;
故选D。
8. (2025-2026高二上·河南焦作·期中)已知反应在任何温度下都能自发进行,下列有关说法错误的是
A. 该反应熵增大
B. 自发过程不一定使体系的熵增大
C. 该反应的
D. 的化学反应有可能自发进行
【答案】C
【解析】A.该反应生成气体,熵增大,A正确;
B.自发反应过程,如某些放热反应可能伴随体系熵减,B正确;
C.自发反应满足,因该反应,若,低温时可能则不能自发进行,反应在任何温度下自发,需,C错误;
D.但时,高温下可能使,反应能自发进行,D正确;
故选C。
9. (2025-2026高二上·陕西宝鸡·期中)氨的催化氧化是工业制硝酸的基础,其反应机理如图1,在1L密闭容器中充入和,测得有关产物的物质的量与温度的关系如图2。
下列说法错误的是
A.加入Pt-Rh合金的目的是提高反应的速率
B.氨的催化氧化最佳温度应控制在840℃左右
C.520℃时,的转化率为40%
D.840℃以上,可能发生了反应:
【答案】C
【解析】A.催化剂可加快反应速率,不影响平衡移动,则Pt-Rh合金的作用是提高反应速率,故A正确;B.由图可知,840℃时NO的物质的量最大,则氨的催化氧化最佳温度应控制在840℃左右,故B正确;C.520℃时NO、N2的物质的量均为0.2mol,由N原子守恒可知,的转化率为,故C错误;D.840℃以上NO的物质的量减小,N2的物质的量增加,则可能发生反应:,故D正确;故答案为C。
10.(2025-2026高二·北京顺义·期中)氮是地球上含量丰富的一种元素,氮元素的单质及其化合物在工农业生产生活中有着重要作用。
(1)用NH3催化还原NOx还可以消除氮氧化物的污染。例如:
4NH3(g) + 3O2 (g)= 2N2 (g)+ 6H2O(g) ΔH1=akJ/mol
N2(g) + O2(g)= 2NO(g) ΔH2= bkJ/mol
若NH3还原NO至N2,则该反应的热化学方程式:___________________
(2)在固定体积的密闭容器中,进行如下化学反应:N2(g) + 3H2(g)2NH3(g) ΔH<0,
①该反应的平衡常数表达式: K=____________
②一定温度下,在1 L密闭容器中充入1 mol N2和3 mol H2并发生反应。若容器容积恒定,10 min达到平衡时,气体的总物质的量为3 mol,则N2的转化率α(N2) =_______,以NH3 表示该过程的反应速率v(NH3)= _______。
③下列选项不能证明合成氨反应达到化学平衡状态的是_______。
A.1 mol氮氮三键断裂同时6 molN-H键断裂 B.恒容时容器内总压强不随时间而变化
C.恒容时混合气体的密度保持不变 D.混合气体的平均相对分子质量不再改变
(3)对反应N2O4(g)2NO2(g) ΔH>0,在温度分别为T1、T2时,平衡体系中NO2的体积分数随压强变化曲线如图所示:
①A、C两点的反应速率:_______。
②A、C两点的化学平衡常数:_______。
③T1、T2大小关系:_______。
④由状态B到状态A,可以用_______方法。
【答案】(1)
(2) C
(3) 升高温度
【解析】(1)已知反应:① ,② ,目标反应式为:;目标反应式与反应①、反应②的关系为:目标反应式=① - ② ;根据盖斯定律,目标反应式的,则,目标反应的热化学方程式为:
,。
(2)① 反应 的平衡常数表达式为生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值,即 。
② 设参加反应的 物质的量为 ,列三段式可得:
平衡时气体总物质的量为 ,解得。的转化率 ;
化学反应速率公式为:,用 表示反应速率 。
③ A.1 mol氮氮三键断裂代表正反应消耗 1 mol ,同时 6 mol N-H键断裂代表逆反应消耗 2 mol ,满足正逆反应速率之比等于化学计量数之比,说明反应达到平衡,不符合题意;
B.该反应前后气体分子数不同,恒容下压强不变说明气体总物质的量不变,反应达到平衡,不符合题意;
C.恒容容器中气体总质量不变,体积不变,密度始终保持不变,不能说明反应达到平衡,符合题意;
D.气体总质量不变,总物质的量是变量,平均相对分子质量不变说明总物质的量不再改变,反应达到平衡,不符合题意;
故选C。
(3)① A、C两点处于同一等温线上,C点压强大于A点,压强越大反应速率越快,故反应速率 A C。
② 化学平衡常数仅与温度有关,A、C两点温度相同,故平衡常数 AC。
③ 该反应正向为吸热反应(),相同压强下(如 ),升高温度平衡正向移动,的体积分数增大;图中对应的体积分数大于,故 。
④ 状态B到状态A,压强保持不变,的体积分数增大,说明平衡正向移动;由于正反应为吸热反应,故可采用升高温度的方法。
综合进阶练(限时:15分钟)
1. (2025-2026高二上·山东德州·期中)我国科研人员研究了不同含金催化剂催化乙烯加氢的反应历程如下图所示(已知反应: ),下列说法正确的
A. 该反应达到平衡后,升高温度平衡正向移动
B. 两种催化剂作用下的总反应的化学平衡常数不同
C. 使用催化乙烯加氢的反应速率更快
D. 稳定性:过渡态1>过渡态2
【答案】C
【解析】A.由图知,该反应为放热反应,即;升高温度,平衡向吸热方向移动,即逆向移动,A错误;
B.化学平衡常数大小只与温度有关,催化剂改变化学反应速率,不影响平衡常数,B错误;
C.由图知,作催化剂时反应的活化能更小,催化效果更好,反应速率更快,C正确;
D.能量越低越稳定,则过渡态2更稳定,D错误;
故答案选C。
2. (2025-2026高二上·陕西安康·期中)向体积恒为2 L的密闭容器中加入0.3 mol a、0.1 mol c和一定量的b三种气体,一定条件下发生如下反应:,各物质的浓度随时间的变化如图所示[阶段的变化末画出]。下列说法错误的是
A. 此反应的平衡常数的表达式为
B. 若,则用a的浓度变化表示阶段的平均反应速率为
C. b的起始的物质的量为0.04 mol
D. 阶段,此过程中容器向外界放出的热量为x kJ,该反应的热化学方程式为
【答案】D
【解析】A.平衡常数K为生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值,该反应的K表达式为,A正确;
B.a的初始浓度为0.15 mol·L-1,平衡浓度为0.06 mol·L-1(由图像知),浓度变化Δc=0.15−0.06=0.09 mol·L-1,t2=30 s时,平均速率v==,B正确;
C.c初始浓度为0.05 mol·L-1,平衡浓度0.11 mol·L-1,Δc(c)=0.06 mol·L-1,由反应式知Δc(b)==0.03 mol·L-1;平衡时c(b)=0.05 mol·L-1(图像知),则初始c(b)=(0.05−0.03)mol·L-1=0.02mol·L-1,初始物质的量为0.02 mol·L-1×2 L=0.04 mol,C正确;
D.阶段a的浓度变化Δc(a)=0.15−0.06=0.09mol·L-1,物质的量变化Δn=0.09 mol·L-1×2L=0.18 mol,即0.18 mol a反应放出x kJ热量,而热化学方程式中ΔH对应3 mol a反应的能量变化,应为ΔH=kJ/mol,D错误;
故选D。
3. (2025-2026高二上·山东临沂·期中)在1L密闭容器中,发生反应 。某研究小组控制温度、投料进行实验,测得部分数据如下表。
实验编号
温度/℃
起始物质的量/mol
平衡时物质的总物质的量/(mol)
达平衡的时间/min
NO
①
250
2.0
1.0
0
2.5
15
②
250
4.0
2.0
0
③
300
2.0
1.0
0
2.67
10
下列分析不正确的是
A. 实验①中,达平衡时NO的转化率为
B. 该反应
C. ,
D. 实验③达平衡后,向体系中通入和,再次达平衡后的百分含量增大
【答案】D
【解析】A.实验① 中,起始NO为2.0mol,O2为1.0mol,设反应了2x mol NO,则平衡时n(NO)=(2-2x)mol,n(O2)=(1-x)mol,n(NO2)=2x mol,平衡时总物质的量为2.5mol=(3-x)mol,可得x=0.5,NO转化率为=50%,A正确;
B.该反应是气体体积减小的反应,反应正向进行,气体总物质的量减小,实验① (250℃)和③ (300℃)起始量相同,但高温下平衡总物质的量更高(2.67 > 2.5),说明升温使平衡逆向移动,正反应为放热,ΔH < 0,B正确;
C.实验② 起始量为实验① 的两倍,相当于加压,反应速率加快(t2< 15),该反应是气体体积减小的反应,加压促进正反应,总物质的量减少更多,故n1 < 5,C正确;
D.实验③ 达平衡后,通入1mol NO和0.5mol O2,反应物浓度增大,相当于加压,平衡正向移动,导致NO的百分含量降低,D错误;
故选D。
4. (2025-2026高二上·山东聊城·期中)(多选)已知,的值只决定于反应体系的始态和终态,忽略、随温度的变化。若,则该反应可以自发进行。根据下图判断:600℃时,下列反应不能自发进行的是
A.
B.
C.
D.
【答案】BC
【解析】A.由图可知,600℃时的 <0,反应自发进行,故A不符合题意;
B.由图可知,600℃时①的<0,②的 <0,>,①-②可得=->0,反应不能自发进行,故B符合题意;
C.由图可知,600℃时的>0,反应不能自发进行,故C符合题意;
D.由图可知,600℃时① 、② ,根据盖斯定律,①+②可得,由图中数据可知=+<0,反应自发进行,故D不符合题意;
故选BC。
5. (2025-2026高二上·宁夏吴忠·期中)已知2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),在存在时,该反应机理为:
①(快)
②(慢),
下列说法错误的是
A.该反应速率主要由第②步基元反应决定
B.为该过程的催化剂,VO2为中间产物
C.的存在提高了该反应的反应速率和产率
D.催化剂能降低反应的活化能,提高活化分子百分数
【答案】C
【解析】A.总反应速率由最慢的一步决定,该反应速率主要由第②步基元反应决定,故A项正确;
B.反应前后V2O5的量没有改变,V2O5为该过程的催化剂,VO2为中间产物,故B项正确;
C.反应前后V2O5的量没有改变,V2O5是该反应的催化剂,能提高反应速率,但不能提高平衡转化率与产率,故C项错误;
D.反应前后V2O5的量没有改变,V2O5是该反应的催化剂,降低反应的活化能,提高该反应活化分子百分数,加快反应速率,故D项正确;
故本题选C。
6. (2025-2026高二上·河北张家口·期中)铁的配合物离子(用[L-Fe-H]+表示)催化某反应的一种反应机理和相对能量的变化情况如下图所示:
下列说法错误的是
A.该过程的反应为HCOOHCO2↑+H2↑
B.H+浓度过大或者过小,均导致反应速率降低
C.加入[L-Fe-H]+,该反应活化分子数目增多,但活化分子百分数不变
D.该过程的总反应速率由Ⅳ→Ⅰ步骤决定
【答案】C
【解析】
A.合并HCOOH→HCOO-+H+,[L-Fe-H]++HCOO-→,→CO2+,+H+→,→Ⅰ[L-Fe-H]++H2,得总方程式,该过程的总反应为HCOOHCO2↑+H2↑,故A正确;
B.H+浓度过大HCOO-浓度减小,[L-Fe-H]++HCOO-→反应慢,H+浓度过小+H+→反应慢,H+浓度过大或者过小,均导致反应速率降低,故B正确;
C.加入[L-Fe-H]+为催化剂,该反应活化分子数目增多,活化分子百分数会增大,故C错误;
D.决定化学反应速率的步骤是最慢的一步,活化能越高,反应越慢,从反应机理图中可知,Ⅳ→Ⅰ的活化能最大,该过程的总反应速率由Ⅳ→Ⅰ步骤决定,故D正确;
答案选C。
7. (2025-2026高二上·陕西宝鸡·期中)研究反应,温度为时,在两个体积均为的密闭容器中进行实验,测得气体混合物中的物质的量分数与反应时间的关系如下表:
容器编号
起始物质
0
40
50
60
70
80
Ⅰ
,
0
50
68
76
80
80
Ⅱ
100
90
84
81
80
80
研究发现上述反应中:,,其中,为常数。下列说法正确的是
A. 容器Ⅰ中前内
B. 在时,容器Ⅰ中的转化率为
C. 温度为时,该反应
D. 若平衡时再向容器Ⅱ中加入物质的量均为的、、,反应逆向进行
【答案】C
【解析】温度为T时,均为1L的密闭容器中进行实验,氢气和碘蒸气反应为:;容器Ⅱ中达到平衡时,=80%,则碘化氢的物质的量为1mol×80%=0.8mol,反应的碘化氢为0.2mol;
密闭容器的体积为1 L,则;
【解析】
A.反应为气体分子数不变的反应,容器Ⅰ中40s时,=50%,则碘化氢的物质的量为(0.5mol+0.5mol)×50%=0.5mol,平均速率, A错误;
B.在时,容器Ⅰ中=80%,则碘化氢的物质的量为(0.5mol+0.5mol)×80%=0.8mol,则反应0.4mol碘单质,的转化率为, B错误;
C.反应为气体分子数不变的反应,平衡时正逆反应速率相等,则=,则,C正确;
D.若平衡时再向容器Ⅱ中加入物质的量均为的、、,密闭容器的体积为1 L,则,反应正向进行,D错误;
故选C。
8. (2025-2026高二上·福建厦门·期中)CO2的综合利用是实现碳中和的措施之一。
Ⅰ.CO2和CH4在催化剂表面可以合成CH3COOH,该反应的历程和相对能量的变化情况如下图所示(*指微粒吸附在催化剂表面,H*指H吸附在催化剂载体上的氧原子上,TS表示过渡态):
(1)决定该过程的总反应速率的基元反应方程式为____________________________。
(2)下列说法正确的有________。
a.增大催化剂表面积可提高CO2在催化剂表面的吸附速率
b.CH3COOH*比CH3COOH(g)能量高
c.使用高活性催化剂可降低反应焓变,加快反应速率
d.催化效果更好的是催化剂2
Ⅱ.CO2和H2在一定条件下也可以合成甲醇,该过程存在副反应ⅱ。
反应ⅰ:
反应ⅱ:
(3)已知25℃和101 kPa下,H2(g)、CO(g)的燃烧热分别为、, ,则_________。
(4)恒温恒容条件下,仅发生反应ⅱ,反应达到平衡的标志是__________。
a.CO的分压不再发生变化 b.气体平均相对分子质量不再发生变化
c.比值不再发生变化 d.气体密度不再发生变化
(5)保持压强5.0 MPa,将的混合气体在催化剂作用下进行反应。体系中气体平衡组成比例(CO和CH3OH在含碳产物中物质的量百分数)及CO2的转化率随温度的变化如图所示。
①表示平衡时CH3OH在含碳产物中物质的量百分数的曲线是______(填“a”或“b”)。
②CO2平衡转化率随温度的升高先减小后增大,增大的原因可能是____________________________。
③250℃时,反应ⅰ:的__________(用最简分数表示)。
【答案】(1)或
(2)ad
(3)+41.2
(4)ac
(5)a
温度升高后,以副反应(或反应ⅱ)为主,副反应(或反应ⅱ)是一个吸热反应,升高温度平衡正向移动
【解析】(1)从图中可以看出,第二个过渡态的活化能最大,则此步为控速步,其基元反应或。
(2)a.增大催化剂表面积,可提高CO2在催化剂表面的接触面积,从而提高二氧化碳在催化剂表面的吸附速率,正确;
b.从图中可以看出CH3COOH*比CH3COOH(g)能量要低得多,错误;
c.使用高活性催化剂能加快反应速率,但不能降低反应焓变,错误;
d.从图中看出,催化剂2参与的反应中,活化能都比催化剂1参与的相同的反应活化能低,所以催化效果更好的是催化剂2,正确;
故选ad。
(3)依题意可得① 、② 、③ ,利用盖斯定律,将反应①-②+③得 。
(4)a.CO的分压不再发生变化能说明反应到平衡,正确;
b.该反应前后气体总物质的量的不变,故气体平均相对分子质量始终不变,故气体平均相对分子质量不再发生变化不能说明反应到平衡,错误;
c.比值不再发生变化说明该反应到平衡,正确;
d.该反应在密闭容器中进行,容器的体积不变,反应体系全为气体,气体总质量不变,故气体密度始终不变,故密度不再发生变化不能说明到平衡,错误;
故选ac。
(5)①反应ⅰ为放热反应,反应ⅱ为吸热反应,升温反应ⅰ逆向移动,反应ⅱ正向移动,故表示平衡时CH3OH在含碳产物中物质的量百分数的曲线是a。
②CO2平衡转化率随温度的升高先减小后增大,增大的原因可能是升温后反应以反应ⅱ为主,该反应为吸热反应,升温正向移动,二氧化碳的转化率增大。
③根据假设起始加入的二氧化碳为5 mol,氢气为16 mol,250℃时二氧化碳的转化率为20%,即反应的二氧化碳的量为1 mol,体系中一氧化碳和甲醇在含碳产物中的物质的量百分数为50%,即各为0.5 mol,反应ⅰ:,,平衡时二氧化碳为,氢气为,甲醇为0.5 mol,水为,一氧化碳为0.5 mol,总物质的量为,的。
创新思维练(限时:10分钟)
1. (2025-2026高二上·山东临沂·期中)氮化镓(GaN)是一种重要的半导体材料,可利用反应
制备。反应历程(TS代表过渡态)如下:
下列说法错误的是
A. 反应i包含三个基元反应 B. 反应ii是吸热反应
C. 反应iii在低温条件下自发 D. 总反应的速控步包含在反应iii中
【答案】C
【解析】A.观察历程图可知,反应ⅰ中的相对能量为0,经TS1、TS2、TS3完成反应,生成,说明该反应分三步进行,因此反应i包含三个基元反应,A正确;
B.反应ii中的相对能量为0.05eV,经过TS4、TS5完成反应,生成,此时相对能量为3.01eV,因此体系能量在反应中增加,则该反应为吸热过程,B正确;
C.反应ⅲ从生成经历过渡态TS6、TS7,体系能量在反应中增加,反应的,应在高温条件下自发,C错误;
D.整反应历程中,活化能最高的步骤是反应ⅲ中的TS7对应得反应步骤(活化能为3.07eV),所以总反应的速控步包含在反应ⅲ中,D正确;
故答案选C。
2.(2025-2026高二上·湖北武汉·期中)室温下,为探究纳米铁去除水样中的影响因素,测得不同条件下浓度随时间变化关系如下图。
实验序号
水样体积/mL
纳米铁质量/mg
水样初始pH
①
50
8
6
②
50
2
6
③
50
2
8
下列说法正确的是
A.其他条件相同时,水样初始pH越小,的去除效果越好
B.其他条件相同时,适当增加纳米铁质量可加快反应速率
C.实验①中,0~2小时内平均反应速率v()=5.0×10-6 mol/(L· h)
D.实验③中,反应的离子方程式为:
【答案】B
【解析】A.由实验②和③可知,相同时间内实验②中c()变化最大,故其他条件相同,适当减小初始pH,去除效果越好,但初始pH太小,H+浓度太大,纳米铁会和H+反应,导致与反应的纳米铁减小,因此水样初始pH越小,的去除效果不一定越好,A错误;
B.由实验①②可知,相同时间内实验①中c()变化最大,其他条件相同时,适当增加纳米铁质量可加快反应速率,B正确;
C.实验①中,0~2小时内平均反应速率,C错误;
D.实验③中水样初始pH=8,溶液显弱碱性,发生反应的离子方程式中不能用H+配电荷守恒,离子方程式:,D错误;
故答案选B。
3.(2025-2026·山东德州·期中)在某一温度下,向2 L密闭容器中充入一定量,发生如下反应:
。
已知:测得的物质的量随时间的变化如下表:
0
1
2
3
4
5
0.160
0.113
0.080
0.056
0.040
0.028
下列说法正确的是
A. 时的转化率为
B. 向体系中再充入一定量的平衡转化率增大
C. 向体系中充入一定量,反应②平衡向生成的方向移动
D. 向体系中充入一定量,平衡时的百分含量不变
【答案】B
【解析】A.时的转化率为 ,故A错误;
B.向体系中再充入一定量,生成的X的浓度增加,对反应来说相当于增大压强,平衡正向移动,X的平衡转化率增大,故B正确;
C.不是可逆反应,向体系中充入一定量,反应② 平衡不移动,故C错误;
D.向体系中充入一定量,反应② 平衡不移动,Z的物质的量不变,气体总物质的量增多,所以平衡时的百分含量减小,故D错误;
选B。
4.(2025-2026高二上·江西景德镇·期中)向恒压密闭容器中加入一定量X和Y发生反应: 。不同温度下X和Y的投入比例与平衡时Z的体积分数(w)变化关系如下图。下列说法错误的是
A.
B. 温度下,时,Z的体积分数可能位于N点
C. M点时X与Y的转化率相等
D. M点时Z的体积分数一定小于
【答案】B
【解析】A.反应为放热反应,相同条件下,温度降低,平衡正移,的体积分数增大,则,A项正确;
B.时,的体积分数最大,时,Z的体积分数不可能位于N点,B项错误;
C.按系数比投料时,与的转化率相等,C项正确;
D.的体积分数等于的体积分数,所以点时的体积分数一定小于50%,D项正确;
故选B。
5.(2025-2026高二上·河南南阳·期中)的过度排放会造成另一种“大气污染”——温室效应。是目前大气中含量最高的一种温室气体,因此,控制和治理是解决温室效应的有效途径。
(1)高炉炼铁会排放大量的和烟尘,必须进行严格的控制。已知: ,若在恒温恒容密闭容器中发生该反应,当达到平衡后,充入,则达到新平衡后CO的体积分数___________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(2)科学家积极探索新技术利用合成低碳烯烃: ,测得温度对的平衡转化率和催化剂催化效率的影响如下图所示,请回答。
①上述由合成的反应在___________(填“高温”或“低温”)下自发进行,理由是___________。
②在容积为1 L的恒容密闭容器中,充入3 mol 和1 mol ,测得温度对的平衡转化率和催化剂催化效率的影响如图所示。下列说法错误的是___________(填字母)。
A.平衡常数大小:
B.催化剂在250℃时催化效率最高,所以该反应只能选在250℃进行
C.图中M点时,乙烯()的体积分数约为7.7%
D.压强不变时可证明化学反应已达到平衡状态
(3)可将与反应得到气体燃料,其原理为,反应历程的能量变化如图1所示。某小组向容积是0.5 L的一密闭容器中充入2mol 与3mol ,反应过程中的平衡转化率与温度、压强的关系如图2所示。
①图1反应Ⅱ是___________(填“慢反应”或“快反应”)。
②图2压强:___________(填“>”或“<”)。
③1100℃、条件下,20 min时反应达到平衡状态,则0~20 min用表示的反应速率___________。
【答案】(1)不变
(2) 低温 时反应可自发进行。升高温度,的平衡转化率下降,说明该反应,因其,低温下才能满足 B
(3) 快反应 < 0.36
【解析】(1)平衡后充入,由于增加了产物的量,化学平衡逆向移动,但由于化学平衡常数,只与温度有关,温度不变,化学平衡常数不变,则在恒容条件下,平衡时二氧化碳和一氧化碳的物质的量分数与原平衡相同,故平衡后CO的体积分数保持不变。
(2)①的反应可自发进行。图中升高温度,的平衡转化率下降,说明该反应,结合其(该反应正反应为气体分子数减小的反应)知,要使反应自发进行,需在低温下。
②A.该反应是放热反应,升高温度平衡逆向移动,所以,A不选;
B.催化剂在时催化效率最高,但是平衡转化率却不是最高的,所以该反应并非只能选在条件下进行,B可选;
C.题图中M点的二氧化碳的转化率,可列出“三段式”:,则平衡时乙烯的体积分数为,C不选;
D.该反应是气体总分子数发生变化的反应,压强不变时可以说明反应达到平衡状态,D不选;
故选B。
(3)①反应Ⅱ的活化能(E5-E2)小于反应Ⅰ(E4-E1),反应Ⅱ是快反应。
②对于反应,在温度不变时,减小压强,化学平衡向气体体积增大的正反应方向移动,使的转化率增大,根据图像可知,在相同温度下,条件下的CO2转化率高于条件下的,说明压强:。
③在温度为1100℃、压强为条件下,20 min时反应达到平衡状态时,的转化率为,即,由于容器的容积是0.5 L,则,所以 。
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专题02 化学反应速率与化学平衡
01 期中考情透视
02 复习目标锚定
03 知识体系构建
04 核心考点精讲
考点一 化学反应速率 / 考点二 化学平衡状态 / 考点三 化学平衡移动 / 考点四 化学平衡常数 /
考点五 化学反应进行的方向 / 考点六 化学反应的调控/ 考点七 化学平衡图像分析
05 重难题型突破
题型一 化学反应速率计算及大小比较 / 题型二 化学平衡状态的判定 / 题型三 化学平衡移动原理及
其应用 / 题型四 化学平衡常数计算及应用 / 题型五 化学反应进行方向的判定 / 题型六 化学反应的
调控 / 题型七 化学平衡图像综合
06 限时分层演练
基础固本练 / 综合进阶练 / 创新思维练
本专题核心考点覆盖化学反应速率的表示与计算、影响反应速率的因素、化学平衡状态的特征与判定、平衡移动与勒夏特列原理、化学平衡常数 K 的表达与应用、化学反应进行的方向(ΔG 复合判据),以及工业合成氨等化工条件的调控与化学平衡图像分析。
命题上常结合工业合成氨、CO₂ 的捕集与转化、汽车尾气治理、接触法制硫酸等真实化工情境设置题目,近年多采用"表格数据 + 图像曲线"复合呈现,考查从数据与图像中提取信息的能力。常考题型集中在速率的计算与大小比较、平衡状态的判定、平衡移动方向的分析、K 的表达式书写与三段式计算、利用 Q 与 K 的大小判断反应方向、图像中"先拐先平数值大"的分析等,整体以概念辨析和中档计算为主。
识记
准确复述化学反应速率、化学平衡状态、化学平衡常数、转化率的定义;牢记 v=Δc/Δt 的表达式与单位(mol·L⁻¹·s⁻¹ 等);熟记平衡判定的"两看、两标志";能列举影响反应速率的内因与常见外因。
理解
精准辨析易混边界:只有"变量变成了不变量"才是平衡标志;勒夏特列原理是"减弱"而非"消除"改变;理清 K 只与温度有关、K 越大反应进行越彻底的定量关系;理解三段式中"转化量之比=化学计量数之比"的计算本质。
应用
能结合合成氨、CO₂ 加氢制甲醇等真实情境书写 K 的表达式,列三段式求转化率、K 与平均速率;会用 Q 与 K 的大小判断反应方向;会用"先拐先平数值大、定一议二、点线面分析"破解平衡图像题,并据此评价化工生产条件的优劣。
考点一 化学反应速率
1. 定义及表示方法
(1)定义:用来衡量化学反应进行 程度的物理量。
(2)表示方法:当体系为气态或溶液时,化学反应速率用 或 来表示。
(3)公式及单位:
Δc为各反应物或生成物 ,单位为 ;Δt为时间变化量,单位为s/min/h;v为化学反应速率,单位为mol•L-1•s-1/ mol•L-1•min-1/ mol•L-1•h-1。
(4)化学反应速率的计算规律:对于某一化学反应,虽然用不同物质表示的化学反应速率不一定相同,但各物质的速率之比一定等于化学方程式中相应物质的化学计量数之比。
例如,反应mA+nB⇌pY+qZ,用不同物质表示的化学反应速率分别为 , ,,
则:
⚠️易混易错
①化学反应速率均为正值,没有负值。
②化学反应速率通常指的是某物质在某一段时间内化学反应的平均速率,而不是在某一时刻的瞬时速率。
③化学反应速率不用固体或纯液体物质的“浓度变化”来表示。
④对于同一化学反应,在相同的反应时间内,用不同的物质来表示其反应速率,其数值可能不同,但这些不同的数值表示的都是同一个反应的速率。因此,表示化学反应的速率时, 必须指明是用反应体系中的哪种物质作标准。
2. 化学反应速率大小的比较
(1)定性比较
通过明显的实验现象(如 产生快慢、 生成快慢等)来定性比较化学反应速率的大小。
(2)定量比较
同一化学反应中,不同物质来表示化学反应速率时,数值可能不同,需要进行转化。常用以下两种方法:
①归一法
“一看”:看化学反应速率的单位是否一致,若不一致,需转化为 。
“二化”:将不同物质的化学反应速率转化成 的化学反应速率。
“三比较”:标准统一后比较数值大小,数值越 ,反应速率越 。
②比值法:通过化学反应速率与其对应的化学计量数的比值进行比较,比值大的化学反应速率 。
如对于反应aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g),若 ,则A表示的化学反应速率较 。
(3)由图像比较反应速率大小的方法:根据图像看反应达到平衡所需的时间,时间越 ,对应的反应的温度、浓度或压强就越 ,则对应的反应速率越 。
⚠️避坑指南
同一化学反应用不同物质表示的反应速率其数值可能不同,因此,一定要标明是哪种具体物质的反应速率。
3. 转化率定义及其计算
(1) 概念:化学中的转化率是指某一反应物在化学反应中转化为产物的比例,通常以百分比表示。它是衡量化学反应进行程度的重要指标,反映了反应物转化为产物的效率。
(2) 计算公式:转化率=×100%
4. 影响化学反应速率的因素
(1) 内因:反应物本身的 、 和 等因素。
(2) 外因
A.温度
①基本规律:温度 ,化学反应速率越快
②经验规律:一般温度每升高10℃,其反应速率增加 倍
B.压强:气体反应的压强 ,化学反应速率越快
C.浓度:浓度 ,化学反应速率越快
D.催化剂:使用适当的催化剂可以 化学反应速率
E.接触面积:反应物的颗粒 ,接触面积 ,化学反应速率越快
F.原电池:形成原电池,可以 氧化还原反应的速率
⚠️避坑指南
❌ 温度
①催化反应,升高温度,催化剂可能失活,反应速率减慢。
②有机反应,升高温度,有可能发生副反应,主反应速率减慢。
❌ 压强
①改变非气体反应的压强,反应速率不变。
②改变等体反应的压强,v正和v逆变化幅度相同。
❌ 浓度
①固体和纯液体的浓度为定值,改变固体或纯液体的用量,反应速率不变。
②加入固体物质,有可能改变接触面积,反应速率可能加快。
❌ 充惰性气体问题
①恒容容器通惰性气体,压强增大,浓度不变,速率不变。
②恒压容器通惰性气体,体积变大,浓度减小,速率减慢。
考点二 化学平衡状态
1.化学平衡状态
(1)概念:化学平衡状态指的是在一定条件下的可逆反应中,正反应速率与逆反应速率相等,反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态。
(2)化学平衡状态的建立
①可借助速率—时间图像来理解化学平衡状态的建立与化学反应速率之间的关系。
以可逆反应mA(g)+nB(g)⇌pC(g)+qD(g)为例,若开始时只有反应物没有生成物,此时A和B的浓度最大,因此v(正)最大和 v(逆)为0。随着反应的进行,反应物不断减小而生成物不断增大,则v(正)逐渐减小而v(逆)逐渐增大。当反应进行到某一时刻时,
v(正)= v(逆) ,即达到了化学平衡状态。如下图所示:
②可借助浓度——时间图像来理解化学平衡的建立与反应过程中物质浓度间的关系,如下图所示:
(3)化学平衡状态的特征
①逆:可逆反应;
②等:正反应速率与逆反应速率相等,即v(正)=v(逆)≠0;
③动:达到平衡时,化学反应始终在进行,所以是化学反应是动态平衡;
④定:在一定条件下的平衡体系的混合物中,各组成成分的含量(即反应物与生成物的物质的量、物质的量浓度、质量分数、体积分数等)保持一定而不变。
⑤变:任何化学平衡状态均是有条件的(与浓度、温度、压强等有关)。
条件改变,化学平衡发生移动。
2.化学平衡状态的判定
(1)“两看”
一看
题干条件
恒温恒容或恒温恒压或绝热容器
二看
化学反应特点(物质状态、气体计量系数)
全部是气体参与,是等体积反应还是非等体积反应
有固体或液体参与,是等体积反应还是非等体积反应
(2)“两标志”
正、逆反应速率相等
同一物质表示的正、逆反应速率相等v正=v逆,或者不同物质表示的正、逆速率(或变化的物质的量、浓度)之比等于化学计量数之比
⚠️解题要点
判定化学平衡状态的标志:
(1)动态标志:v正=v逆≠0
①同种物质:同一物质的生成速率等于消耗速率。
②不同物质:必须标明是“异向”的反应速率关系。如aA+bBcC+dD,=时,反应达到平衡状态。
(2)静态标志:各种“量”不变
①各物质的质量、物质的量或浓度不变。
②各物质的百分含量(物质的量分数、质量分数等)不变。
③压强(化学反应方程式两边气体体积不相等)或颜色(某组分有颜色)不变。
④绝热容器中温度不变。
⑤密度不变(注意容器中的气体质量或体积变化)。
⑥平均相对分子质量不变(注意气体质量或气体物质的量变化)。
总结:若给出的标志由变量变成了不变量,则表明该可逆反应达到平衡状态;若给出的标志为“不变量”,则不能作为平衡标志。
考点三 化学平衡移动
一、化学平衡移动
1. 概念
在一定条件下,可逆反应达到化学平衡状态,如果改变影响平衡的条件(如浓度、压强、温度 等),化学平衡状态被破坏,直至正、逆反应速率再次相等,在新的条件下达到新的化学平衡 状态。这种现象称作平衡状态的移动,简称平衡移动。
2. 化学平衡移动的过程
正=逆
正>逆
正逆
´正=´逆
反应开始
尚未平衡
化学平
衡状态
正向或
逆向移动
新的化学平衡状态
建立新平衡
化学平衡移动
3. 化学平衡移动方向与反应速率的关系
若v(正) v(逆),则平衡正向移动。
若v(正) v(逆),则平衡不移动。
若v(正) v(逆),则平衡逆向移动。
二、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(对于有气体参加的可逆反应)
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
同等程度地改变v正、v逆,平衡不移动
⚠️避坑指南
❌ 平衡移动的结果是“减弱”外界条件的影响,而不是“消除”外界条件的影响,更不是“扭转”外界条件的影响。
三、勒夏特列原理
1.内容
对于一个已经达到平衡的体系,如果改变影响化学平衡的一个条件 (如 、 、 ),平衡将向着能够 这种改变的方向移动。
注意:①“ ”不等于“ ”更不是“ ”。
②若同时改变影响平衡移动的几个条件,则 简单地根据勒夏特列原理来判断平衡移动的方向。
2.适用范围
仅适用于 的反应体系, 过程或 的可逆过程均不能使用该原理。
3.必须有平衡移动,且实际移动方向 理论移动方向
⚠️避坑指南
❌ 催化剂不能使平衡移动,无法用勒夏特列原理解释。
❌ 等体积反应改变压强,平衡不移动,无法用勒夏特列原理解释。
❌ 改变平衡体系中固体或纯液体的量,平衡不移动,无法用勒夏特列原理解释。
❌ 恒温恒容条件下充入惰性气体,平衡不移动,无法用勒夏特列原理解释。
❌ 非平衡状态,不能用勒夏特列原理解释。
❌ 勒夏特列原理可判断“改变影响平衡的一个条件”时平衡移动的方向。若同时改变影响平衡移动的几个条件,则不能简单地根据勒夏特列原理来判断平衡移动的方向,只有在改变的条件对平衡移动的方向影响一致时,才能根据勒夏特列原理进行判断。
考点四 化学平衡常数
1.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:K
(2)表达式
①对于可逆反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)来说,平衡常数的表达式为K= 。
②单位:(mol·L-1)(p+q)-(m+n) (一般不写)
(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 ;
②平衡常数的数值越 ,反应物的转化率 ,说明反应可以进行得越完全。
K值
<10-5
10-5~105
>105
反应程度
(4) 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。
⚠️避坑指南
❌ 固体和液体不列入平衡常数表达式。
❌ 平衡常数只跟温度有关,温度不变,则平衡常数不变。
3.浓度商与化学平衡常数的关系
(1)浓度商的定义
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 ,常用 表示,即Q=。
(2) Q与K关系
当反应中有关物质的浓度商 平衡常数时,表明反应达到化学平衡状态。
4.化学平衡常数的应用
(1)判断反应进行的方向
对于一般的可逆反应,mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),在任意时刻Q=,当:
Q<K,反应向 反应方向进行;
Q=K,反应处于 状态;
Q>K,反应向 反应方向进行。
(2)判断反应的热效应
①温度升高:K值增大→正反应为 反应;K值减小→正反应为 反应。
②温度降低:K值增大→正反应为 反应;K值减小→正反应为 反应。
考点五 化学反应进行的方向
1.判断反应自发进行的方向时应综合考虑焓变和熵变。
即使用复合判据:ΔG=ΔH-TΔS
ΔG<0时,反应 自发进行;
ΔG=0时,反应处于 状态;
ΔG>0时,反应 自发进行。
2.温度对反应进行方向的影响
当△H<0,△S>0时,化学反应在任何温度下都能自发进行;
当△H>0,△S<0时,化学反应在任何温度下都不能自发进行;
当△H>0,△S>0时,化学反应在高温下能自发进行;
当△H<0,△S<0时,化学反应在低温下都能自发进行。
⚠️解题要点
①复合判据
②温度对反应进行方向的影响
考点六 化学反应的调控
1.工业合成氨的适宜条件
外部条件
工业合成氨的适宜条件
压强
10~30 MPa
温度
400~500 ℃
催化剂
使用铁触媒作催化剂
浓度
氨及时从混合气中分离出去,剩余气体循环使用;及时补充N2和H2
⚠️解题要点
在实际生产中,既要考虑氨的产量,又要考虑生产效率和经济效益,综合速率与平衡两方面的措施,得出合成氨的适宜条件:
①浓度:一般采用N2和H2的体积比1∶3,同时增大浓度,这是因为合成氨生产的原料气要循环使用。
②温度:合成氨是放热反应,降低温度虽有利于平衡向正反应方向移动,但温度过低,反应速率过慢,400~500 ℃左右为宜,此温度也是催化剂活性温度范围。
③压强:合成氨是体积缩小的可逆反应,压强增大,有利于氨的合成,但对设备要求也就很高,所需动力也越大,应选择适当压强,即10 MPa~30 MPa。
④催化剂:选用铁触媒,能加快反应速率,缩短达到平衡所需时间。
2.工业生产中选择适宜生产条件的思路
条件
原则
从化学反应速率分析
既不能过 ,又不能太
从化学反应限度分析
既要注意外界条件对速率和平衡影响的 性,又要注意二者影响的 性
从原料的利用率分析
增加 原料,提高 原料的利用率,从而降低生产成本
从实际生产能力分析
如设备承受高温、高压能力等
从催化剂的使用活性分析
注意 对催化剂的活性的限制
考点七 化学平衡图像分析
一、速率—时间图像(vt图像)
1.“渐变”类v-t图像
图像
分析
结论
t1时v′正突然增大,v′逆逐渐增大;
v′正>v′逆,平衡向正反应方向移动
t1时其他条件不变,增大反应物的浓度
t1时v′正突然减小,v′逆逐渐减小;
v′逆>v′正,平衡向逆反应方向移动
t1时其他条件不变,减小反应物的浓度
t1时v′逆突然增大,v′正逐渐增大;
v′逆>v′正,平衡向逆反应方向移动
t1时其他条件不变,增大生成物的浓度
t1时v′逆突然减小,v′正逐渐减小;
v′正>v′逆,平衡向正反应方向移动
t1时其他条件不变,减小生成物的浓度
2.“断点”类vt图像:mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g) ΔH=Q kJ·mol-1
图像
分析
结论
t1时v′正、v′逆均突然增大,且
v′正>v′逆;平衡向正反应方向进行
t1时其他条件不变,增大反应体系的压强且m+n>p+q(正反应为体积减小的反应)
t1时其他条件不变,升高温度且Q>0(吸热反应)
t1时v′正、v′逆均突然增大,且v′逆>v′正;平衡向逆反应方向进行
t1时其他条件不变,增大反应体系的压强且m+n<p+q(正反应为体积增大的反应)
t1时其他条件不变,升高温度且Q<0(放热反应)
t1时v′正、v′逆均突然减小,且
v′正>v′逆;平衡向正反应方向进行
t1时其他条件不变,减小反应体系的压强且m+n<p+q(正反应为体积增大的反应)
t1时其他条件不变,降低温度且Q<0(放热反应)
t1时v′逆、v′正均突然减小,且
v′逆>v′正;平衡向逆反应方向进行
t1时其他条件不变,减小反应体系的压强且m+n>p+q(正反应为体积减小的反应)
t1时其他条件不变,降低温度且Q>0(吸热反应)
3.“平台”类vt图像
图像
分析
结论
t1时v′正、v′逆均突然增大且
v′正=v′逆,平衡不移动
t1时刻改变的条件可能是使用了催化剂或增大压强(仅适用于反应前后气体物质的量不变的反应)
二、百分含量(或转化率)——时间——温度(或压强)图像
1.先拐先平数值大:
转折点之前,用外因对速率的影响分析问题,用“先拐先平数值大”的规律判断不同曲线表示温度或压强的大小,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或压强较大;转折点之前,用外因对速率的影响分析问题,用“先拐先平数值大”的规律判断不同曲线表示温度或压强的大小。
2.看斜率的绝对值:
在化学平衡图像中,斜率的绝对值越大表示的温度较高或压强较大。
T2曲线先拐或斜率大,表示T2>T1,从T2到T1,可以理解为降低温度生成物的百分含量增多,即是:降低温度平衡正向移动,因此正反应是放热反应
p1曲线先拐或斜率绝对值大,表示p1>p2,从P2到P1,可以理解为增大压强反应物的百分含量增多,即是:增大压强平衡逆向移动,因此逆反应是气体体积减小的反应,则正反应是气体体积增大的反应
3.常见图像
以mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)为例,其中C%指生成物的百分含量,B%指反应物的百分含量
T1<T2,ΔH>0
T1<T2,ΔH>0
T1<T2,ΔH<0
T1<T2,ΔH<0
p1>p2,m+n>p+q
p1>p2,
m+n>p+q
p1>p2,
m+n<p+q
p1>p2,
m+n<p+q
a曲线:加催化剂
a曲线:加催化剂
三、百分含量(或转化率)—压强—温度图像
1.“定一议二”:
在化学平衡图像中,包括纵坐标、横坐标和曲线所表示的三个变量,分析方法是确定其中一个变量,讨论
另外两个变量之间的关系
定压强:当压强一定时(105 Pa或107 Pa),生成物C的百分含量随温度T的升高而逐渐减小,说明升高温度平衡逆向移动,逆反应为吸热反应,正反应则为放热反应;
定温度:作横坐标的垂线,保持温度一定,与压强线出现两个交点,显然是压强越大,生成物C的百分含量增大,说明增大压强,平衡正向移动,正反应是气体总体积减小的反应
2.常见图像:
以mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)为例,其中A%指反应物的百分含量
①恒压线图像
m+n>p+q,ΔH>0
m+n>p+q,ΔH>0
②恒温线图像
m+n>p+q,ΔH<0
m+n>p+q,ΔH<0
四、“点-线-面”三维度分析特殊平衡图像
1.全程百分含量—压强图像或全程百分含量温度图像
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;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
2.百分含量—压强图像或百分含量温度图像
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。
①压强增大,A的百分含量增大,说明增大压强,平衡逆向移动,即:m+n<p+q;②L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;
③E、F两点的反应速率:vE<vF
3.速率—温度(压强)图:
曲线的意义是外界条件(温度、压强)对正、逆反应速率影响的变化趋势及变化幅度。图中交点是平衡状态,压强
增大(或温度升高)后正反应速率增大得快,平衡正向移动
v-P图像:交点即为平衡状态,当压强增大,v正>v逆,表明平衡正向移动,正反应为气体体积减小的反应
v-T图像:交点即为平衡状态,当温度升高,v正>v逆,表明平衡正向移动,正反应为吸热反应
题型一 化学反应速率的计算及大小比较
典例1 (2025-2026高二上·广东深圳深圳盟校·期中)将11.2g铁粉投入到盛有200mL3mol/L稀盐酸的烧杯中,5min时铁粉刚好完全溶解(溶解前后溶液体积变化忽略不计),下列表示此反应的速率正确的是
A. B.
C. D.
💡破题要诀
固体或纯液体没有浓度概念,不能用来表示化学反应速率。
迁移应用
1.(2025-2026高二上·陕西宝鸡·期中)反应在四种不同情况下的反应速率如下,其中表示反应速率最快的是
A.
B.
C.
D.
2.(2025-2026高二上·广东茂名·期中)化学反应速率的调控被广泛应用于生活、生产中。下列操作可减慢化学反应速率的是
A. 用冰箱冷藏保鲜食物
B. 古代冶铁使用鼓风机
C. 工业合成氨采用温度
D. 矿石煅烧前粉碎处理
题型二 化学平衡状态的判定
典例2 (2025-2026高二上·陕西宝鸡·期中)我国科学家研发出一种乙醇(沸点78.5℃)绿色制氢新途径,并实现高附加值乙酸(沸点118℃)的生产,反应为:。一定条件下,在恒容密闭容器中发生该反应,下列说法正确的是
A. 升高温度,v(正)增大,v(逆)减小
B. 向容器中通入氦气,v(正)、v(逆)均减小
C. 当v正(H2O)=2v逆(H2),说明该反应达到平衡状态
D. 当混合气体的平均摩尔质量不变,说明该反应达到平衡状态
迁移应用
1. (2025-2026高二上·江西萍乡·期中)反应: ,若在恒压绝热容器中发生,下列选项表明反应一定已达平衡状态的是
A. 容器内的压强不再变化
B. 容器内的温度不再变化
C.
D. 容器内、、的物质的量之比为
2. (2025-2026高二上·江西景德镇·期中)一定温度下,在容积不变的密闭容器中进行如下可逆反应:,下列能表明该反应已达到化学平衡状态的说法正确的有几个
①
②CO的物质的量不再变化
③容器内气体压强不再变化
④、CO的浓度之比为
⑤混合气体的平均摩尔质量不再变化
⑥混合气体的密度不再改变
⑦键断裂的同时有键断裂
A. 3 B. 4 C. 5 D. 6
题型三 化学平衡移动原理及其应用
典例3 (2025-2026高二上·陕西宝鸡·期中)在恒温恒容的条件下,反应:A(g)+B(g)⇌C(g)+D(s)已达平衡,能使平衡正向移动的措施是
A. 减小C或D的浓度 B. 增大D的浓度 C. 减小B的浓度 D. 增大A或B的浓度
💡破题要诀
影响化学平衡移动的因素:
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(对于有气体参加的可逆反应)
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
同等程度地改变v正、v逆,平衡不移动
迁移应用
1. (2025-2026高二上·陕西宝鸡·期中)25℃时将三个充满气体的相同烧瓶分别置于盛有等量、等温的水的烧杯中,向烧杯(1)中加入氧化钙固体,烧杯(3)中加入晶体,最终现象如图所示。已知:。下列叙述错误的是
A. 加入固体后短时间内三个烧杯中温度高低:(1)(2)(3)
B. 烧瓶(1)中平衡时混合气体的平均相对分子质量增大
C. 烧瓶(3)中平衡时混合气体的压强减小
D. 由该实验现象可知温度会影响化学平衡状态
2.(2025-2026高二上·天津河西·期中)在一定温度下的密闭容器中发生反应,平衡时测得A的浓度为。保持温度不变,将容器的容积扩大到原来的两倍,再达平衡时,测得A的浓度为。下列有关判断错误的是
A.
B. C的体积分数减小
C. B的转化率增大
D. 平衡后,混合气体平均摩尔质量减小
3.(2025-2026高二上·山东烟台·期中)下列事实能用平衡移动原理解释的是
A. 用饱和食盐水除去中的
B. 与的平衡体系,压缩体积后颜色加深
C. 增大压强可加快转化为的速率
D. 500℃比室温更有利于合成氨的反应
题型四 化学平衡常数的计算及应用
典例4 (2025-2026高二上·河南南阳·期中)某密闭容器中,发生反应。该反应的平衡常数表达式为
A.
B.
C.
D.
💡破题要诀
固体或纯液体没有浓度概念,不出现在平衡常数的表达式中。
迁移应用
1.(2025-2026高二上·福建宁德·期中)气态含氮化合物及其相关反应是新型科研热点。
已知:①
②
③
下列关系式正确的是
A.
B.
C.
D.
2.(2025-2026高二上·河南南阳·期中)时,在1 L的密闭容器中进行反应:。的起始浓度分别为,起始压强为,反应达到平衡状态时压强为。(已知:Kp为各气体物质分压代替浓度表示的平衡常数,分压=气体物质的物质的量分数×总压强)下列说法错误的是
A. 时,A的平衡转化率为80%
B. 时,
C. 达到平衡时,再充入0.08 mol C和0.20 mol B,则平衡将正向移动
D. 时,平衡常数为10,可知该反应为放热反应
题型五 化学反应进行方向的判定
典例5 (2025-2026高二上·陕西宝鸡·期中)研究化学反应进行的方向对于反应设计等具有重要意义,下列说法正确的是
A. 、的反应在温度低时不能自发进行
B. 反应的
C. 使用催化剂,可以改变反应进行的方向
D. 水凝结成冰的过程中,其,
迁移应用
1. (2025-2026高二上·广东茂名·期中)下列说法中,正确的是
A. 同一物质,
B. 固体溶解是一个熵减小的过程
C. 能够自发进行的反应一定是熵增加的过程
D. 反应能自发进行,则该反应的
2.(2025-2026高二上·河南新乡·期中)下列说法中不正确的是( )
A. SiO2(s)+2C(s)= Si(s)+2CO(g)只能在高温下自发进行,则该反应的ΔH>0
B. 3C(s)+CaO(s)= CaC2(s)+CO(g)在常温下不能自发进行,说明该反应的ΔH>0
C. BaSO4(s)+4C(s)= BaS(s)+4CO(g)在室温下不能自发进行,说明该反应的ΔH<0
D. 常温下,2NO(g)+O2(g)===2NO2(g)能够自发进行,则该反应的ΔH<0
题型六 化学反应的调控
典例6 (2025-2026高二上·河北天津·期中)哈伯工业合成氨的流程如图,为提高原料平衡转化率采取的措施是
A. ①②③④⑤ B. ②③④⑤ C. ②④⑤ D. ②③④
迁移应用
1.(2025-2026高二上·安徽芜湖·期中)下列做法与工业生产实际不相符的是
A. 合成氨时压强不是越大越好,需综合考虑对设备和动力的要求
B. 工业上增加炼铁高炉的高度可以有效降低尾气中CO的含量
C. 合成氨选择温度时需考虑对催化剂活性的影响
D. 冶炼铝时常向氧化铝中添加适量冰晶石作助熔剂
2.(2025-2026高二上·广东惠州·期中)在硫酸工业中,通过下列反应使SO2氧化为SO3: 2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH=-196.6 kJ/mol。下表列出了在不同温度和压强下,反应达到平衡时SO2的转化率。下列说法错误的是
温度/℃
平衡时SO2的转化率/%
0.1 MPa
0.5 MPa
1 MPa
5 MPa
10 MPa
450
97.5
98.9
99.2
99.6
99.7
550
85.6
92.9
94.9
97.7
98.3
A.在实际生产中,从成本的角度考虑选择常压下进行反应
B.在实际生产中,选定的温度为400~500 ℃,这与催化剂的活性无关
C.反应过程中通入过量的空气,以提高平衡时SO2的转化率
D.为避免污染环境和提高原料利用率,尾气中的SO2需回收处理
题型六 化学平衡图像综合
典例7 (2025-2026高二上·河北天津·期中)下列图像及对应的叙述错误的是
A. 图1中的阴影部分代表反应物浓度实际减小的量
B. 图2中所示反应的化学方程式可以表示为
C. 图3表示足量锌分别与500mL盐酸、200mL硫酸反应产生氢气的体积随时间变化的图像
D. 图4表示等质量的金刚石、石墨在氧气中完全燃烧时放出的热量不相等
迁移应用
1.(2025-2026高二上·安江西萍乡·期中)一定条件下将和按物质的量之比充入恒容密闭容器中,发生反应:。在不同压强下分别测得的平衡转化率随温度变化的曲线如图,下列说法正确的是
A. 由图可知,该反应,且
B. 向容器中继续充入NO,平衡正向移动,NO的平衡转化率减小
C. 时,该反应的化学平衡常数的数值为
D. 、条件下,的平衡转化率为
2.(2025-2026高二上·山东德州·期中)(多选)科研人员设计了利用与反应生成的路线,主要反应如下:
I.
II.
III.
下,在密闭容器中和各发生上述反应。反应物(、)的平衡转化率和生成物(、)的选择性随温度变化关系如下图(反应Ⅲ在以下不考虑)。下列说法错误的是
注:含碳生成物选择性
A. c表示的选择性曲线
B. 点M温度下,
C. 时,CO的选择性为
D. 时充入,再次达平衡时增大
基础固本练(限时:15分钟)
1.(2025-2026高二上·河北天津·期中)家里长期使用的水壶底部会形成一层“水垢”,加入食醋可将水垢除去,发生的反应之一为,下列说法错误的是
A. 乙酸的酸性强于碳酸
B. 不能用CaCO3或H2O来表示反应速率
C. 可通过观察产生气泡的快慢比较反应速率的大小
D. 用CH3COOH和(CH3COO)2Ca单位时间内的浓度变化表示的反应速率数值相同
2. (2025-2026高二上·江西景德镇·期中)在反应中,表示该反应速率最快的是
A. mol·L-1·s-1
B. mol·L-1·s-1
C. mol·L-1·s-1
D. mol·L-1·min-1
3.(2025-2026高二上·安徽芜湖·期中)可逆反应:的v-t图像如图甲所示;若其他条件都不变,只是在反应前加入合适的催化剂,则其v-t图像如图乙所示。现有下列叙述:
①a1=a2;②a1<a2;③b1=b2;④b1<b2;⑤t1>t2;⑥t1=t2;⑦甲图与乙图中阴影部分的面积相等;⑧图乙中阴影部分面积更大。则以上所述各项正确的组合为
A. ②④⑤⑦ B. ②④⑥⑧ C. ②③⑤⑦ D. ②④⑤⑧
4.(2025-2026高二上·广东茂名·期中)在相同条件下研究催化剂I、Ⅱ对反应的影响,各物质浓度c随反应时间t的部分变化曲线如图,则
A. 无催化剂时,反应不能进行
B. 与催化剂Ⅰ相比,Ⅱ使反应活化能更低
C. a曲线表示使用催化剂Ⅱ时X的浓度随t的变化
D. 使用催化剂Ⅰ时,内,
5.(2025-2026高二上·山东聊城·期中)AlN是一种新型无机非金属材料,制备原理是。1700℃下,在恒容密闭容器中加入一定量的反应物发生该反应,下列情况不能判断反应达到平衡状态的是
A. 气体密度不再变化 B. Al2O3的物质的量不再变化
C. 气体总压强不再变化 D. 气体平均摩尔质量不再变化
6.(2025-2026高二上·山东临沂·期中)恒容密闭容器中发生反应:
若该反应在绝热、恒容的密闭体系中进行,下列示意图正确且能说明反应进行到时刻达到平衡状态的是
A. ⑤ B. ②④⑤ C. ②③④⑤ D. ⑤⑥
7. (2025-2026高二上·福建宁德·期中)在下,某反应达到平衡,平衡常数。恒容时,温度升高,NO浓度减小。下列说法正确的是
A. 该反应的焓变为正值
B. 升高温度,反应速率减小
C. 恒温恒容下,增大压强,NO浓度一定减小
D. 该反应的化学方程式为
8. (2025-2026高二上·河南焦作·期中)已知反应在任何温度下都能自发进行,下列有关说法错误的是
A. 该反应熵增大
B. 自发过程不一定使体系的熵增大
C. 该反应的
D. 的化学反应有可能自发进行
9. (2025-2026高二上·陕西宝鸡·期中)氨的催化氧化是工业制硝酸的基础,其反应机理如图1,在1L密闭容器中充入和,测得有关产物的物质的量与温度的关系如图2。
下列说法错误的是
A.加入Pt-Rh合金的目的是提高反应的速率
B.氨的催化氧化最佳温度应控制在840℃左右
C.520℃时,的转化率为40%
D.840℃以上,可能发生了反应:
10.(2025-2026高二·北京顺义·期中)氮是地球上含量丰富的一种元素,氮元素的单质及其化合物在工农业生产生活中有着重要作用。
(1)用NH3催化还原NOx还可以消除氮氧化物的污染。例如:
4NH3(g) + 3O2 (g)= 2N2 (g)+ 6H2O(g) ΔH1=akJ/mol
N2(g) + O2(g)= 2NO(g) ΔH2= bkJ/mol
若NH3还原NO至N2,则该反应的热化学方程式:___________________
(2)在固定体积的密闭容器中,进行如下化学反应:N2(g) + 3H2(g)2NH3(g) ΔH<0,
①该反应的平衡常数表达式: K=____________
②一定温度下,在1 L密闭容器中充入1 mol N2和3 mol H2并发生反应。若容器容积恒定,10 min达到平衡时,气体的总物质的量为3 mol,则N2的转化率α(N2) =_______,以NH3 表示该过程的反应速率v(NH3)= _______。
③下列选项不能证明合成氨反应达到化学平衡状态的是_______。
A.1 mol氮氮三键断裂同时6 molN-H键断裂 B.恒容时容器内总压强不随时间而变化
C.恒容时混合气体的密度保持不变 D.混合气体的平均相对分子质量不再改变
(3)对反应N2O4(g)2NO2(g) ΔH>0,在温度分别为T1、T2时,平衡体系中NO2的体积分数随压强变化曲线如图所示:
①A、C两点的反应速率:_______。
②A、C两点的化学平衡常数:_______。
③T1、T2大小关系:_______。
④由状态B到状态A,可以用_______方法。
综合进阶练(限时:15分钟)
1. (2025-2026高二上·山东德州·期中)我国科研人员研究了不同含金催化剂催化乙烯加氢的反应历程如下图所示(已知反应: ),下列说法正确的
A. 该反应达到平衡后,升高温度平衡正向移动
B. 两种催化剂作用下的总反应的化学平衡常数不同
C. 使用催化乙烯加氢的反应速率更快
D. 稳定性:过渡态1>过渡态2
2. (2025-2026高二上·陕西安康·期中)向体积恒为2 L的密闭容器中加入0.3 mol a、0.1 mol c和一定量的b三种气体,一定条件下发生如下反应:,各物质的浓度随时间的变化如图所示[阶段的变化末画出]。下列说法错误的是
A. 此反应的平衡常数的表达式为
B. 若,则用a的浓度变化表示阶段的平均反应速率为
C. b的起始的物质的量为0.04 mol
D. 阶段,此过程中容器向外界放出的热量为x kJ,该反应的热化学方程式为
3. (2025-2026高二上·山东临沂·期中)在1L密闭容器中,发生反应 。某研究小组控制温度、投料进行实验,测得部分数据如下表。
实验编号
温度/℃
起始物质的量/mol
平衡时物质的总物质的量/(mol)
达平衡的时间/min
NO
①
250
2.0
1.0
0
2.5
15
②
250
4.0
2.0
0
③
300
2.0
1.0
0
2.67
10
下列分析不正确的是
A. 实验①中,达平衡时NO的转化率为
B. 该反应
C. ,
D. 实验③达平衡后,向体系中通入和,再次达平衡后的百分含量增大
4. (2025-2026高二上·山东聊城·期中)(多选)已知,的值只决定于反应体系的始态和终态,忽略、随温度的变化。若,则该反应可以自发进行。根据下图判断:600℃时,下列反应不能自发进行的是
A.
B.
C.
D.
5. (2025-2026高二上·宁夏吴忠·期中)已知2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),在存在时,该反应机理为:
①(快)
②(慢),
下列说法错误的是
A.该反应速率主要由第②步基元反应决定
B.为该过程的催化剂,VO2为中间产物
C.的存在提高了该反应的反应速率和产率
D.催化剂能降低反应的活化能,提高活化分子百分数
6. (2025-2026高二上·河北张家口·期中)铁的配合物离子(用[L-Fe-H]+表示)催化某反应的一种反应机理和相对能量的变化情况如下图所示:
下列说法错误的是
A.该过程的反应为HCOOHCO2↑+H2↑
B.H+浓度过大或者过小,均导致反应速率降低
C.加入[L-Fe-H]+,该反应活化分子数目增多,但活化分子百分数不变
D.该过程的总反应速率由Ⅳ→Ⅰ步骤决定
7. (2025-2026高二上·陕西宝鸡·期中)研究反应,温度为时,在两个体积均为的密闭容器中进行实验,测得气体混合物中的物质的量分数与反应时间的关系如下表:
容器编号
起始物质
0
40
50
60
70
80
Ⅰ
,
0
50
68
76
80
80
Ⅱ
100
90
84
81
80
80
研究发现上述反应中:,,其中,为常数。下列说法正确的是
A. 容器Ⅰ中前内
B. 在时,容器Ⅰ中的转化率为
C. 温度为时,该反应
D. 若平衡时再向容器Ⅱ中加入物质的量均为的、、,反应逆向进行
8. (2025-2026高二上·福建厦门·期中)CO2的综合利用是实现碳中和的措施之一。
Ⅰ.CO2和CH4在催化剂表面可以合成CH3COOH,该反应的历程和相对能量的变化情况如下图所示(*指微粒吸附在催化剂表面,H*指H吸附在催化剂载体上的氧原子上,TS表示过渡态):
(1)决定该过程的总反应速率的基元反应方程式为____________________________。
(2)下列说法正确的有________。
a.增大催化剂表面积可提高CO2在催化剂表面的吸附速率
b.CH3COOH*比CH3COOH(g)能量高
c.使用高活性催化剂可降低反应焓变,加快反应速率
d.催化效果更好的是催化剂2
Ⅱ.CO2和H2在一定条件下也可以合成甲醇,该过程存在副反应ⅱ。
反应ⅰ:
反应ⅱ:
(3)已知25℃和101 kPa下,H2(g)、CO(g)的燃烧热分别为、, ,则_________。
(4)恒温恒容条件下,仅发生反应ⅱ,反应达到平衡的标志是__________。
a.CO的分压不再发生变化 b.气体平均相对分子质量不再发生变化
c.比值不再发生变化 d.气体密度不再发生变化
(5)保持压强5.0 MPa,将的混合气体在催化剂作用下进行反应。体系中气体平衡组成比例(CO和CH3OH在含碳产物中物质的量百分数)及CO2的转化率随温度的变化如图所示。
①表示平衡时CH3OH在含碳产物中物质的量百分数的曲线是______(填“a”或“b”)。
②CO2平衡转化率随温度的升高先减小后增大,增大的原因可能是____________________________。
③250℃时,反应ⅰ:的__________(用最简分数表示)。
创新思维练(限时:10分钟)
1. (2025-2026高二上·山东临沂·期中)氮化镓(GaN)是一种重要的半导体材料,可利用反应
制备。反应历程(TS代表过渡态)如下:
下列说法错误的是
A. 反应i包含三个基元反应 B. 反应ii是吸热反应
C. 反应iii在低温条件下自发 D. 总反应的速控步包含在反应iii中
2.(2025-2026高二上·湖北武汉·期中)室温下,为探究纳米铁去除水样中的影响因素,测得不同条件下浓度随时间变化关系如下图。
实验序号
水样体积/mL
纳米铁质量/mg
水样初始pH
①
50
8
6
②
50
2
6
③
50
2
8
下列说法正确的是
A.其他条件相同时,水样初始pH越小,的去除效果越好
B.其他条件相同时,适当增加纳米铁质量可加快反应速率
C.实验①中,0~2小时内平均反应速率v()=5.0×10-6 mol/(L· h)
D.实验③中,反应的离子方程式为:
3.(2025-2026·山东德州·期中)在某一温度下,向2 L密闭容器中充入一定量,发生如下反应:
。
已知:测得的物质的量随时间的变化如下表:
0
1
2
3
4
5
0.160
0.113
0.080
0.056
0.040
0.028
下列说法正确的是
A. 时的转化率为
B. 向体系中再充入一定量的平衡转化率增大
C. 向体系中充入一定量,反应②平衡向生成的方向移动
D. 向体系中充入一定量,平衡时的百分含量不变
4.(2025-2026高二上·江西景德镇·期中)向恒压密闭容器中加入一定量X和Y发生反应: 。不同温度下X和Y的投入比例与平衡时Z的体积分数(w)变化关系如下图。下列说法错误的是
A.
B. 温度下,时,Z的体积分数可能位于N点
C. M点时X与Y的转化率相等
D. M点时Z的体积分数一定小于
5.(2025-2026高二上·河南南阳·期中)的过度排放会造成另一种“大气污染”——温室效应。是目前大气中含量最高的一种温室气体,因此,控制和治理是解决温室效应的有效途径。
(1)高炉炼铁会排放大量的和烟尘,必须进行严格的控制。已知: ,若在恒温恒容密闭容器中发生该反应,当达到平衡后,充入,则达到新平衡后CO的体积分数___________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(2)科学家积极探索新技术利用合成低碳烯烃: ,测得温度对的平衡转化率和催化剂催化效率的影响如下图所示,请回答。
①上述由合成的反应在___________(填“高温”或“低温”)下自发进行,理由是___________。
②在容积为1 L的恒容密闭容器中,充入3 mol 和1 mol ,测得温度对的平衡转化率和催化剂催化效率的影响如图所示。下列说法错误的是___________(填字母)。
A.平衡常数大小:
B.催化剂在250℃时催化效率最高,所以该反应只能选在250℃进行
C.图中M点时,乙烯()的体积分数约为7.7%
D.压强不变时可证明化学反应已达到平衡状态
(3)可将与反应得到气体燃料,其原理为,反应历程的能量变化如图1所示。某小组向容积是0.5 L的一密闭容器中充入2mol 与3mol ,反应过程中的平衡转化率与温度、压强的关系如图2所示。
①图1反应Ⅱ是___________(填“慢反应”或“快反应”)。
②图2压强:___________(填“>”或“<”)。
③1100℃、条件下,20 min时反应达到平衡状态,则0~20 min用表示的反应速率___________。
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