2018届二轮复习化学反应速率和化学平衡学案（全国通用）(1) 31页

第 8 讲 化学反应速率和化学平衡 考点一 化学反应速率及其影响因素 1.(2016·合肥一模)已知：氮氧化物与悬浮在大气中的海盐粒子能相互反应： 4NO2(g)＋2NaCl(s)2NaNO3(s)＋2NO(g)＋Cl2(g)ΔH>0 在恒温条件下，向 2 L 恒容密闭容器中加入 0.4 mol NO2 和 0.2 mol NaCl,10 min 反应达 到平衡时 n(NaNO3)＝0.1 mol，下列叙述中正确的是(　　) A．10 min 内用 NO 浓度变化表示的速率 v(NO)＝0.01 mol·L－1·min－1 B．反应速率与 NaCl 的浓度有关 C．升高温度，正、逆反应速率均增大 D．4v(NO2)＝2v(NO)＝v(Cl2) 解析：选 C　10 min 内用 NO 浓度变化表示的速率 v(NO)＝0.005 mol·L －1·min－1，A 错误；NaCl 是固体，故反应速率与 NaCl 的浓度无关，B 错误；v(NO2)∶v(NO)∶v(Cl2)＝ 4∶2∶1，故 v(NO2)＝2v(NO)＝4v(Cl2)，D 错误。 2．(2016·福州质检)某恒容密闭容器中进行的反应：SO2(g)＋NO2(g)SO3(g)＋NO(g)　 ΔH＝a kJ·mol－1；某科研小组通过实验测出 SO2 的转化率(SO2、NO 起始量一定)随条件 P 的变化情况如下图所示，下列说法中正确的是(　　) A．10～15 min 内反应速率小于 15～20 min 的反应速率，P 为升高温度 B．10～20 min 内反应速率小于 20～40 min 的反应速率，P 为减小 SO3 的浓度 C．10～15 min 内反应速率大于 40～50 min 的反应速率，P 为减小压强 D．该反应中，随着反应物浓度的减小，反应速率一直减小 解析：选 A　在相同时间内，转化率变化值越大，表明反应中消耗的反应物越多，反应 速率越大。由表中数据知。10～15 min、15～20 min 内，反应物转化率变化值分别为 3.7%、4.5%，故后一个时段内反应速率较快，随着反应的进行，反应物浓度减小，又因容 器容积不变，故改变的条件只能是升温，A 正确，C、D 错误；10～20 min、20～40 min 两 个时间段内，转化率分别改变了 8.2%、10.3%(注：时间间隔不同)，故 10～20 min 的反应 速率比 20～40 min 的反应速率快，B 错误。 考点二 化学平衡状态与平衡移动 3.对于可逆反应：2M(g)＋N(g)2P(g)达到平衡时，下列说法正确的是(　　) A．M、N 全部变成了 P B．反应已经停止 C．反应混合物中各组分的浓度不再改变 D．反应混合物中 c(M)∶c(N)∶c(P)一定等于 2∶1∶2 解析：选 C　可逆反应的转化率达不到 100%，即 M、N 不可能全部变成了 P，A 错误； 平衡时正逆反应速率相等，但不为 0，即反应没有停止，B 错误；平衡时反应混合物中各组 分的浓度不再改变，C 正确；平衡时反应混合物中 c(M)∶c(N)∶c(P)不一定等于 2∶1∶2， D 错误。 4．(2016·皖北联考)一定温度下，某密闭容器中存在如下平衡：2A(g)＋nB(？)C(g)＋ 3D(g)，且平衡时 c(A)＝1 mol·L－1、c(C)＝0.8 mol·L－1，若将容器容积扩大至 2 倍，重新平 衡时 c(A)＝0.6 mol·L－1，下列说法中正确的是(　　) A．平衡向右移动 B．n<2、B 是气体 C．新旧平衡态时的速率：v(旧)2，B 错误；新平衡时压强小， 反应速率小，C 错误。 考点三 化学平衡常数及其应用 5.(2014·上海高考)只改变一个影响因素，平衡常数 K 与化学平衡移动的关系叙述错误的 是(　　) A．K 值不变，平衡可能移动 B．K 值变化，平衡一定移动 C．平衡移动，K 值可能不变 D．平衡移动，K 值一定变化 解析：选 D　平衡常数只与温度有关系，温度不变平衡也可能发生移动，则 K 值不变， 平衡可能移动，A 正确；K 值变化，说明反应的温度一定发生了变化，因此平衡一定移动， B 正确；平衡移动，温度可能不变，因此 K 值可能不变，C 正确，D 错误。 6．(2016·黄冈联考)在密闭容器中，放入镍粉并充入一定量 CO 气体，一定条件下发生 反应：Ni(s)＋4CO(g)Ni(CO) 4(g)，已知该反应在 25 ℃和 80 ℃时的平衡常数分别为 5×104 和 2，下列说法正确的是(　　) A．上述生成 Ni(CO)4(g)的反应为吸热反应 B．向容器中再加入 20 g 镍，平衡向右移动 C．在 80 ℃时，测得某时刻 Ni(CO)4、CO 浓度均为 0.5 mol·L－1，则此时 v 正2，说 明平衡逆向移动，则此时 v 正 0 该反应在恒容的密闭容器中达到平衡后，若仅改变图中横坐标 x 的值，重新达到平衡后，纵坐标 y 随 x 变化趋势合理的是(　　) 选项 x y A 温度 容器内混合气体的密度 B CO 的物质的量 CO2 与 CO 的物质的量之比 C SO2 的浓度 平衡常数 K D MgSO4 的质量(忽略体积) CO 的转化率 解析：选 A　A 项，由于反应吸热，温度升高，平衡向正反应方向移动，混合气体密度 增大；B 项，增大 CO 的物质的量，平衡向正反应方向移动，但由于容器体积不变，CO 转 化率减小，CO2 与 CO 的物质的量之比减小；C 项，增大 SO2 的浓度，平衡向逆反应方向 移动，但平衡常数只与温度有关，故 K 保持不变；D 项，MgSO4 是固体，增大其质量，平 衡不移动，CO 的转化率不变。 9．某密闭容器中发生如下反应：X(g)＋2Y(g)2Z(g)　ΔH<0，下图表示该反应的速 率(v)随时间(t)变化的关系，t2、t3、t4 时刻外界条件有所改变，但都没有改变各物质的初始 加入量。下列说法中正确的是(　　) A．t2 时加入了催化剂 B．t3 时降低了温度 C．t5 时增大了压强 D．t4～t5 时间内 X 的转化率最低 解析：选 A　三步分析法：一看反应速率是增大还是减小；二看 Δv 正、Δv 逆的相对大 小；三看化学平衡移动的方向。由图可知：t2～t3 时，Δv 正＝Δv 逆>0，化学平衡不移动，t2 时加入了催化剂；t3～t4 时，v 逆、v 正均减小，且 Δv 正>Δv 逆，化学平衡逆移，t3 时是减小 压强；t5～t6 时，v 逆、v 正均增大，且 Δv 逆>Δv 正，化学平衡逆移，t5 时是升高温度；由化 学平衡移动原理可知：t6 时 X 的转化率最低。 10．臭氧是理想的烟气脱硝试剂，其脱硝反应为 2NO2(g)＋O3(g)N2O5(g)＋O2(g)， 若反应在恒容密闭容器中进行，下列由该反应相关图像作出的判断正确的是(　　) A.升高温度，平衡常数减小 B.0～3 s 内，反应速率为 v(NO2)＝0.2 mol·L－1 C.t1 时仅加入催化剂，平衡正 向移动 D.达平衡时，仅改变 x，则 x 为 c(O2) 解析：选 A　A 项，由图示可知，正反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，平衡 常数减小，正确；B 项，0～3 s 内，v(NO2)＝ (1.0－0.4) mol·L－1 3 s ＝0.2 mol·L－1·s－1，错误； C 项，加入催化剂能提高反应速率，但不能使化学平衡发生移动，错误；D 项，增大 c(O2)， 平衡逆向移动，NO2 的转化率降低，与图像不符，错误。 11 ． 一 定 量 的 CO2 与 足 量 的 碳 在 体 积 可 变 的 恒 压 密 闭 容 器 中 反 应 ： C(s) ＋ CO2(g)2CO(g)。平衡时，体系中气体体积分数与温度的关系如图所示： 已知：气体分压(p 分)＝气体总压(p 总)×体积分数。下列说法正确的是(　　) A．550 ℃时，若充入惰性气体，v 正和 v 逆均减小，平衡不移动 B．650 ℃时，反应达平衡后 CO2 的转化率为 25.0% C．T ℃时，若充入等体积的 CO2 和 CO，平衡向逆反应方向移动 D．925 ℃时，用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数 Kp＝24.0p 总 解析：选 B　充入惰性气体，相当于减小压强，平衡向正反应方向移动，A 错误；设开 始加入的 CO2 为 1 mol，转化为 x mol，则生成 2x mol CO，剩余(1－x)mol CO2，因平衡时 CO 的体积分数为 40%，则 2x 1－x＋2x×100%＝40.0%，解得 x＝0.25，故 CO 2 的转化率为 0.25 mol 1 mol ×100%＝25.0%，B 正确；由图可知 T ℃时，平衡体系中 CO2 和 CO 体积分数相 等，则在恒压密闭容器中再充入等体积的 CO2 和 CO，平衡不移动，C 错误；平衡后 p(CO) ＝0.96p 总，p(CO2)＝0.04p 总，Kp＝p2(CO) p(CO2)＝ (0.96p总)2 0.04p总 ＝23.04p 总，D 错误。 12．某化学研究小组探究外界条件对化学反应 mA(g)＋nB(g)pC(g)的速率和平衡的 影响图像如下，下列判断正确的是(　　) A．由图 1 可知，T1v 逆的是点 3 D．图 4 中，若 m＋n＝p，则 a 曲线一定使用了催化剂 解析：选 C　根据图像中“先拐先平，数值大”知，T1p，B 错误；在曲线上， 当温度一定时，B 的转化率也一定，曲线上任意一点都表示达到平衡状态，所以 2、4 处于 平衡状态，v 正＝v 逆，点 1 在曲线上方，未达到平衡状态，要想达到同温度下的平衡状态， 即由点 1 向下引垂直线到曲线上的一点，这样 B 的转化率要减小，平衡向左移动，故 v 正v 逆，C 正确；图 4 中 a 达到平衡时间短，反应速率快，催化剂只改变化学反应速率不影响化学平衡，可能是使 用了催化剂，但 m＋n＝p，说明反应前后气体的物质的量不变，增大压强，正、逆速率都 同等程度增大，到达平衡时间短，不影响平衡，所以 a 曲线也可能是增大压强，D 错误。 ⊙考查综合迁移应用能力 13．(2016·泉州模拟)三氯氢硅(SiHCl3)是生产多晶硅的主要原料。由粗硅制三氯氢硅的 反应如下： 反应的热化学方程式 平衡常数(300 ℃) 主反应 Si(s)＋3HCl(g)SiHCl3(g)＋H2(g)　 ΔH＝－210 kJ·mol－1 K1 副反应 Si(s)＋4HCl(g)SiCl4(g)＋2H2(g)　 ΔH＝－240 kJ·mol－1 K2 回答下列问题： (1)硅的平衡转化率与投料比 n(HCl)/n(Si)的关系如右图，则图中温度 T1、T2、T3 的大 小顺序为________。 (2)平衡时，c(SiHCl3)/c(SiCl4)的值 a 随着 c(H2)/c(HCl)的值 b 的 变化而变化。则a b＝________(用含 K1、K2 的代数式表示)；根据关系式， 工业上用 H2 适当稀释 HCl 来提高 SiHCl3 的纯度。请用平衡移动原 理 加 以 解 释 ________________________________________________________________________。 解析：(1)由题中信息可知，主反应和副反应都为放热反应，所以升高温度，平衡逆向 移动，硅的转化率降低，则 T1>T2>T3； (2)由信息可知，主反应减去副反应为 SiCl4＋H2―→SiHCl3＋HCl，则 a/b＝K1/K2，通 入 H2 后两个平衡均逆向移动，但对副反应影响更大，所得产物中副产物的含量减小，所以 SiHCl3 的纯度提高。 答案：(1)T1>T2>T3　(2)K1/K2　通入 H2 后两个平衡均逆向移动，但对副反应影响更大， 所得产物中副产物的含量减小，所以 SiHCl3 的纯度提高 14．(2016·银川模拟)硫单质及其化合物在工农业生产中有着重要的应用。请回答下列 问题： (1)一种煤炭脱硫技术可以把硫元素以 CaSO4 的形成固定下来，但产生的 CO 又会与 CaSO4 发生化学反应，相关的热化学方程式如下： ①CaSO4(s)＋CO(g)CaO(s)＋SO2(g)＋CO2(g)ΔH＝＋210.5 kJ·mol－1 ②1/4CaSO4(s)＋CO(g)1/4CaS(s)＋CO2(g)ΔH＝－47.3 kJ·mol－1 反应 CaO(s)＋3CO(g)＋SO2(g)CaS(s)＋3CO2(g)ΔH________kJ·mol－1； 平衡常数 K 的表达式为______________________。 (2)图 1 为在密闭容器中 H2S 气体分解生成 H2 和 S2(g)的平衡转化率与温度、压强的关 系。 图 1 中压强 p1、p2、p3 的大小顺序为________，理由是________________________；该 反 应 平 衡 常 数 的 大 小 关 系 为 K(T1)________K(T2)( 填 “>”“<” 或 “ ＝ ”) ， 理 由 是 ________________________________________________________________________。 (3)在一定条件下，二氧化硫和氧气发生如下反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH<0 ①600 ℃时，在一密闭容器中，将二氧化硫和氧气混合，反应过程中 SO2、O2、SO3 物 质的量变化如图 2，反应处于平衡状态的时间段是____________。 ②据图 2 判断，反应进行至 20 min 时，曲线发生变化的原因是________________(用文 字表达)；10 min 到 15 min 的曲线变化的原因可能是________(填写字母)。 a．加了催化剂　　　　　　b．缩小容器体积 c．降低温度 D．增加 SO2 的物质的量 解析：(1)利用盖斯定律将②×4－①可得 CaO(s)＋3CO(g)＋SO2(g)CaS(s)＋3CO2(g)　 ΔH＝4×(－47.3 kJ·mol －1)－(210.5 kJ·mol－1)＝－399.7 kJ·mol－1；平衡常数 K 的表达式为 c3(CO2) c3(CO)·c(SO2)。 (2)H2S 气体分解生成 H2 和 S2(g)的反应为 2H2S =====高温 2H2＋S2，反应前后气体体积增大， 同温度下，压强增大，平衡逆向进行，H2S 转化率减小，则 p10，在体积不变的密闭容器中达到平 衡，按要求回答下列问题： ①若升高温度，反应速率________(填“增大”“减小”或“不变”，下同)，平衡向________ 方向移动。 ②若再通入一定量的 CO2 气体，反应速率________，平衡向________方向移动，CO2 的转化率________。 ③若再充入一定量的 N2，反应速率______，平衡______移动。 (2)在一定温度下的定容容器中，当下列物理量不再发生变化时：a.混合气体的压强， b.混合气体的密度，c.混合气体的总物质的量，d.混合气体的平均相对分子质量，e.混合气 体的颜色，f.各反应物或生成物的浓度之比等于计量数之比，g.某种气体的百分含量 ①能说明 2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)达到平衡状态的是________。 ②能说明 I2(g)＋H2(g)2HI(g)达到平衡状态的是________。 ③能说明 2NO2(g)N2O4(g)达到平衡状态的是________。 ④能说明 C(s)＋CO2(g)2CO(g)达到平衡状态的是________。 答案：(1)①增大　正反应　②增大　正反应　减小　 ③不变　不 (2)①acdg　②eg　③acdeg　④abcdg 2．记牢升华点，才能抓住破题点 (1)判断化学平衡状态的 3 类标准 ①绝对标志 ②相对标志 a．有气体参加的反应，气体的总压强、总体积、总物质的量不变时，当是等体积反应 时，不一定达到平衡；当是不等体积反应时，达到平衡。 b．气体的密度(气体的总质量 气体的总体积)、气体的平均相对分子质量( 气体的总质量 气体的总物质的量)不变时， 要具体分析各表达式中的分子或分母变化情况，判断是否平衡。 c．如果平衡体系中的物质有颜色，则平衡体系的颜色不变时，达到平衡。 ③一个角度 从微观的角度分析，如反应 N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，下列各项均可说明该反应达到 了平衡状态： a．断裂 1 mol N≡N 键的同时生成 1 mol N≡N 键； b．断裂 1 mol N≡N 键的同时生成 3 mol H—H 键； c．断裂 1 mol N≡N 键的同时断裂 6 mol N—H 键； d．生成 1 mol N≡N 键的同时生成 6 mol N—H 键。 (2)解答化学平衡移动问题的一般思路 (3)牢记外界条件对平衡移动影响的规律——勒夏特列原理 ①温度的影响：升高温度，化学平衡向吸热反应方向移动；降低温度，化学平衡向放 热反应方向移动。 ②浓度的影响：增大反应物浓度或减小生成物浓度，化学平衡向正反应方向移动；减 小反应物浓度或增大生成物浓度，化学平衡向逆反应方向移动。 ③压强的影响：增大压强会使平衡向着气体体积减小的方向移动；减小压强会使平衡 向着气体体积增大的方向移动。 (4)清楚不能用勒夏特列原理解释的问题 ①若外界条件改变后，无论平衡向正反应方向移动或向逆反应方向移动都无法减弱外 界条件的变化，则平衡不移动。如对于 H2(g)＋Br2(g)2HBr(g)，由于反应前后气体的分 子总数不变，外界压强增大或减小时，平衡无论正向或逆向移动都不能减弱压强的改变。 所以对于该反应，压强改变，平衡不发生移动。 ②催化剂能同等程度地改变正、逆反应速率，所以催化剂不会影响化学平衡。 考向一　化学平衡状态的判断 1．将一定量纯净的氨基甲酸铵置于密闭真空恒容容器中(固体试样体积忽略不计)，在 恒定温度下使其达到分解平衡：NH2COONH4(s)2NH3(g)＋CO2(g)。判断该分解反应已 经达到化学平衡的是(　　) A．2v(NH3)＝v(CO2) B．密闭容器中 c(NH3)∶c(CO2)＝2∶1 C．密闭容器中混合气体的密度不变 D．密闭容器中氨气的体积分数不变 解析：选 C　该反应为有固体参与的非等体积反应，且容器体积不变，所以压强、密度 均可作化学平衡标志；该题应特别注意 D 项，因为该反应为固体的分解反应，所以 NH3、CO2 的体积分数始终为定值(NH3 为2 3，CO2 为1 3)。 2．一定温度下，反应 N2O4(g)2NO2(g)的焓变为 ΔH。现将 1 mol N2O4 充入一恒压 密闭容器中，下列示意图正确且能说明反应达到平衡状态的是(　　) A．①②　　　　　　　　　 B．②④ C．③④ D．①④ 解析：选 D　因反应容器保持恒压，所以容器体积随反应进行而不断变化，结合 ρ 气＝ m/V 可知，气体密度不再变化，说明容器体积不再变化，即气体的物质的量不再变化，反应 达到平衡状态，①符合题意；无论是否平衡，反应的 ΔH 都不变，②不符合题意；反应开始 时，加入 1 mol N2O4，随着反应的进行，N2O4 的浓度逐渐变小，故 v 正(N2O4)逐渐变小，直 至达到平衡，③不符合题意；N2O4 的转化率不再变化，说明 N2O4 的浓度不再变化，反应达 到平衡状态，④符合题意，故选 D。 备考锦囊　判断化学反应达到平衡状态的两方法 ——逆向相等、变量不变 (1)“逆向相等”同一种物质的消耗速率和生成速率相等。 (2)“变量不变”：如果一个量是随反应进行而改变的，当不变时为平衡状态；一个随 反应的进行保持不变的量，不能作为是否达到平衡状态的判断依据。 考向二　化学平衡移动 3．下列变化不能用勒夏特列原理解释的是(　　) A．工业生产硫酸的过程中使用过量的氧气，以提高二氧化硫的转化率 B．工业合成氨的反应，往往需要使用催化剂 C．Fe(SCN)3 溶液中加入少量固体 KSCN 后颜色变深 D．实验室用排饱和食盐水的方法收集氯气 解析：选 B　工业生产硫酸的过程中使用过量的氧气，有利用平衡向正反应方向移动， 可用勒夏特列原理解释，A 正确；工业合成氨的反应，往往需要使用催化剂，可加快化学反 应速率，对化学平衡无影响，不能用勒夏特列原理解释，B 错误；Fe(SCN)3 溶液中加入少 量固体 KSCN 后，增大了 SCN－浓度，化学平衡向生成 Fe(SCN)3 的方向移动，能用勒夏特 列原理解释，C 正确；氯气和水反应生成盐酸和次氯酸，该反应存在溶解平衡，饱和食盐水 中含有氯化钠电离出的氯离子，抑制了氯气的溶解，所以实验室可用排饱和食盐水的方法收 集氯气，可用勒夏特列原理解释，D 正确。 4．将等物质的量的 X、Y 气体充入某密闭容器中，一定条件下，发生如下反应并达到 平衡：X(g)＋3Y(g)2Z(g)　ΔH<0。改变某个条件并维持新条件直至达到新的平衡，下 表中关于新平衡与原平衡的比较正确的是(　　) 选项 改变的条件 新平衡与原平衡比较 A 升高温度 X 的转化率变小 B 增大压强 X 的浓度变小 C 充入一定量 Y Y 的转化率增大 D 使用适当催化剂 X 的体积分数变小 解析：选 A　升温，平衡向吸热反应的方向移动，即逆向移动，X 的转化率变小，A 项 正确；增大压强，平衡向气体分子数减小的方向移动，即正向移动，X 的物质的量减小，但 由于容器体积减小，各组分的浓度均比原平衡的大，故 B 项错误；增大一种反应物的浓度， 能够提高另一种反应物的转化率，而其本身的转化率降低，故 C 项错误；催化剂只能改变 反应速率，不能影响平衡状态，故各物质的体积分数不变，D 项错误。 备考锦囊　解答化学平衡问题注意“3 误区” (1)不要将平衡的移动和速率的变化混同起来。如化学反应速率改变，平衡不一定发生 移动，但平衡发生移动，化学反应速率一定改变；不能认为平衡正向移动一定是 v(正)加快， v(逆)减慢等。 (2)不要将平衡的移动和浓度的变化混同起来。如不能认为平衡正向移动时，反应物浓 度一定减少，生成物浓度一定增加等。 (3)不要将平衡的移动和反应物的转化率混同起来。不能认为平衡正向移动时，反应物 的转化率一定提高。 考点三　化学平衡常数及其应用 查看《课前自测诊断卷》考点三，有哪些题目做错，为课堂找到努力方向！ 考点定位 重要保分考点 错因定位 1.忽视物质的状态及纯度在化学平衡表达式中的作用，对外界条件(温度)对化 学平衡常数的影响理解不透彻。计算平衡常数所有的浓度必须是平衡浓度而 不是某一时刻的浓度等，如[诊断卷 T5]找不出平衡移动和 K 值变化的关系， [诊断卷 T7(B)]K 值计算错误。 2．不能利用 K 值的变化判断反应的热效应，如[诊断卷 T7(A)]；不能利用 Qc 与 K 值的大小判断反应进行的方向，如[诊断卷 T6(C)]。 1．练透基础点，才能找到关键点 (1)辨析化学平衡常数中的易错点(正确的打“√”，错误的打“×”)。 ①化学平衡发生移动、化学平衡常数一定改变(×) ②其他条件不变，使用不同的催化剂，反应的平衡常数不变(√) ③反应 A(g)＋3B(g)2C(g)达平衡后，温度不变，增大压强，平衡正向移动，平衡常 数 K 值增大(×) ④H2(g)＋I2(g)2HI(g)平衡常数为 K1，HI(g) 1 2H2(g)＋1 2I2(g)平衡常数为 K2，则 K1·K2＝1(×) ⑤化学平衡常数只受温度影响，与反应物或生成物的浓度变化无关；温度越高，化学 平衡常数越大(×) ⑥K ＝ c(CO2)·c(H2) c(CO)·c(H2O)， 温 度 升 高 ， K 增 大 ， 则 CO2(g) ＋ H2(g)CO(g) ＋ H2O(g)　 ΔH>0(×) (2)一定条件下反应：C(s)＋CO2(g)2CO(g)　ΔH>0 在体积不变的密闭容器中达到平衡。 ①平衡常数 K 的表达式为____________________________________________________。 ②升高温度，平衡常数 K_________________________________________。 ③向平衡体系中再通入 CO 气体，平衡向________方向移动，平衡常数 K________。 答案：①K＝c2(CO) c(CO2)　②增大　③逆反应　不变 (3)相同温度下，有以下三个反应分别达到平衡状态。 ①2NO2(g)N2O4(g)　K1 ②NO2(g) 1 2N2O4(g)　K2 ③N2O4(g)2NO2(g)　K3 则 K1 与 K3 的关系______，K1 与 K2 的关系________。 答案：K1＝ 1 K3　K1＝K22(或 K2＝K 1 21) 2．记牢升华点，才能抓住破题点 (1)认识化学平衡常数的“四大误区” ①对于同类型的反应，K 值越大，反应物转化率越大，表示反应进行的程度越大；K 值 越小，反应物转化率越小，表示反应进行的程度越小。 ②化学平衡常数只与温度有关，与反应物或生成物的浓度无关。 ③反应物或生成物中若有固体或纯液体，由于其浓度可以看作为“1”而不代入平衡常数 表达式。 ④化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。若化学方程式中的化学计量数变化， 相应地化学平衡常数也要发生变化；当化学反应逆向进行时，平衡常数为原平衡常数的倒 数。 (2)“三段式法”求解化学平衡常数 如 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 －1、b mol·L－1，达到平衡后消耗 A 的物质的量浓度为 mx mol·L－1。 　　　　　　　mA(g) ＋nB(g)pC(g)＋qD(g) 起始/(mol·L－1) a b 0 0 变化/(mol·L－1) mx nx px qx 平衡/(mol·L－1) a－mx b－nx px qx K＝ (px)p·(qx)q (a－mx)m·(b－nx)n 。 [说明]　①对于反应物：c(平)＝c(始)－c(变)；对于生成物：c(平)＝c(始)＋c(变)。 ②各物质的转化浓度之比等于化学方程式中化学计量数之比。 考向一　化学平衡常数的计算 1．(2014·新课标Ⅰ节选)下图为气相直接水合法中乙烯的平衡转化率与温度、压强的关 系(其中 nH2O ∶nC2H4 ＝1∶1)。 列式计算乙烯水合制乙醇反应在图中 A 点的平衡常数 Kp＝______________(用平衡分 压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)。 解析：A 点时，乙烯的平衡转化率为 20%，设开始时乙烯、水的物质的量均为 n，平衡 时总压为 p(由图像知 p＝7.85 MPa)，平衡时乙醇的物质的量为 20%n，乙烯、水的物质的量 均为 80%n，混合气体的物质的量共为 2n－20%n，则平衡时乙醇的分压为 20%np 2n－20%n，乙 烯、水的分压均为 80%np 2n－20%n，Kp＝ p(C2H5OH) p(C2H4)·p(H2O)，代入有关数据后可求得 Kp＝0.07 (MPa) －1。 答案： p(C2H5OH) p(C2H4)·p(H2O)＝ 20%np 2n－20%n ( 80%np 2n－20%n )2 ＝ 20 × 180 802 × 7.85 MPa＝0.07(MPa)－1 2．(2015·全国卷Ⅰ节选)Bodensteins 研究了下列反应： 2HI(g)H2(g)＋I2(g) 在 716 K 时，气体混合物中碘化氢的物质的量分数 x(HI)与反应时间 t 的关系如下表： t/min 0 20 40 60 80 120 x(HI) 1 0.91 0.85 0.815 0.795 0.784 x(HI) 0 0.60 0.73 0.773 0.780 0.784 根据上述实验结果，该反应的平衡常数 K 的计算式为________。 解析：由表中数据可知，无论是从正反应方向开始，还是从逆反应方向开始，最终 x(HI) 均为 0.784，说明此时已达到了平衡状态。设 HI 的初始浓度为 1 mol·L－1，则： 　　　　　　　　　2HI(g)H2(g)＋I2(g) 初始浓度/(mol·L－1) 　1　 　 　　0　　　0 转化浓度/(mol·L－1) 0.216 0.108 0.108 平衡浓度/(mol·L－1) 0.784 0.108 0.108 K＝c(H2)·c(I2) c2(HI) ＝0.108 × 0.108 0.7842 。 答案：K＝0.108 × 0.108 0.7842 考向二　化学平衡常数的应用 3.工业上制备合成气的工艺主要是水蒸气重整甲烷：CH4(g)＋ H2O(g)CO(g)＋3H2(g)　ΔH＞0，在一定条件下，向体积为 1 L 的密闭容器中充入 1 mol CH4(g)和 1 mol H2O(g)，测得 H2O(g)和 H2(g)的浓度随时间变化曲线如图所示，下列说法正确的是(　　) A．达平衡时，CH4(g)的转化率为 75% B．0～10 min 内，v(CO)＝0.075 mol·L－1·min－1 C．该反应的化学平衡常数 K＝0.187 5 D．当 CH4(g)的消耗速率与 H2(g)的消耗速率相等时，反应到达平衡 解析：选 C　由图可知，10 min 时反应到达平衡，平衡时水、氢气的浓度均为 0.75 mol·L －1，则： 　　　　　　　　CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g) 开始(mol·L－1)：　 1　　　　1　　 　 0　　 　0 转化(mol·L－1)：　0.25　　0.25　　　0.25　　0.75 平衡(mol·L－1)：　0.75 0.75 0.25 0.75 A 项，平衡时甲烷转化率＝0.25 mol·L－1 1 mol·L－1 ×100%＝25%，错误；B 项，0～10 min 内， v(CO)＝0.25 mol·L－1 10 min ＝0.025 mol·L－1·min－1，错误；C 项，平衡常数 K＝c(CO) × c3(H2) c(CH4) × c(H2O) ＝0.25 × 0.753 0.75 × 0.75 ＝0.187 5，正确；D 项，同一物质的消耗速率与其生成速率相等时，反应到 达平衡，由方程式可知当 CH4(g)的消耗速率与 H2(g)的消耗速率为 1∶3 时，反应到达平衡， 错误。 4 ． 一 定 温 度 下 ， 在 三 个 体 积 均 为 1.0 L 的 恒 容 密 闭 容 器 中 发 生 反 应 ： 2CH3OH(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g) 起始物质的量(mol) 平衡物质的量(mol) 容器编号 温度(℃) CH3OH(g) CH3OCH3(g) H2O(g) Ⅰ 387 0.20 0.080 0.080 Ⅱ 387 0.40 Ⅲ 207 0.20 0.090 0.090 下列说法正确的是(　　) A．该反应的正反应为吸热反应 B．达到平衡时，容器Ⅰ中的 CH3OH 体积分数比容器Ⅱ中的小 C．容器Ⅰ中反应到达平衡所需时间比容器Ⅲ中的长 D．若起始时向容器Ⅰ中充入 CH3OH 0.15 mol、CH3OCH3 0.15 mol 和 H2O 0.10 mol， 则反应将向正反应方向进行 解析：选 D　由题给表格中的Ⅰ、Ⅲ可知：温度越低，生成物的量越多，说明升高温度 平衡逆向移动，则此反应的正反应为放热反应，A 选项错误；这是一个反应前后气体分子数 不变的反应，达到平衡后，容器Ⅰ和Ⅱ中甲醇的体积分数相同，B 选项错误；容器Ⅰ中温度 高，反应速率快，达到平衡所需的时间短，C 选项错误；根据 387 ℃时，K＝0.080 × 0.080 0.040 × 0.040 ＝4，Qc＝0.15 × 0.10 0.15 × 0.15＝2 3T2，p1>p2。 (5)恒压(或恒温)线 描述反应在不同压强或温度下，平衡移动与反应特征的关系， 如：mA(g)＋nB(g)xC(g)＋yD(g)　ΔH，A 的转化率 RA 与 p、T 的 关系如图所示，由任一等压线可知，升高温度，A 的转化率增大，即平 衡正移，因此正反应为吸热反应，ΔH>0。作垂线交三条等压线于 a、 b、c 三点，由 c→b→a，温度相同时，增大压强，A 的转化率增大，即平衡正移。因此正反 应为气体物质的量减小的反应，故 m＋n>x＋y。 2．掌握两种解答化学反应速率与化学平衡图像题的技巧 (1)先拐先平 在含量－时间曲线中，先出现拐点的则先达到平衡，说明该曲线表示的温度较高或压 强较大。 (2)定一议二 在含量－T/p 曲线中，图像中有三个变量，先确定一个量不变，再讨论另外两个量的关 系(因平衡移动原理只适用于“单因素”的改变)。即确定横坐标所示的量后，讨论纵坐标与 曲线的关系(或确定纵坐标所示的量后，讨论横坐标与曲线的关系)。 1．在密闭容器中进行反应：A(g)＋3B(g)2C(g)，有关下列图像的说法不正确的是 (　　) A．依据图甲可判断正反应的 ΔH<0 B．在图乙中，虚线可表示使用了催化剂 C．图丙中，可能改变的条件是增大压强 D．由图丁中混合气体的平均相对分子质量随温度的变化情况，可推知正反应的 ΔH>0 解析：选 D　A 项，由图知在平衡状态下升高温度，v 逆>v 正，所以平衡逆向移动，所 以正反应是放热反应，ΔH<0，正确；B 项，虚线先到达拐点，说明反应速率快，可能是使 用了催化剂，正确；C 项，该反应是气体分子数之和变小的反应，增大压强，平衡正向移动， v 正>v 逆，正确；D 项，已知M＝m总 n总 ，该反应进行过程中气体总质量一直不变，正反应时总 物质的量变小，所以正反应是M变大的反应，由图知升高温度，M变小，所以平衡逆向移动， 正反应是放热反应，ΔH<0，错误。 2.向绝热恒容密闭容器中通入 SO2 和 NO2 ，一定条件下使反 应 SO2(g) ＋NO2(g)SO3(g)＋NO(g)达到平衡，正反应速率随时 间变化的关系如图所示。由图可得出的正确结论是(　　) A．反应在 c 点达到平衡状态 B．反应物浓度：a 点小于 b 点 C．反应物的总能量高于生成物的总能量 D．Δt1＝Δt2 时，SO2 的转化率：a～b 段大于 b～c 段 解析：选 C　c 点后正反应速率仍在变化，因此反应在 c 点没有达到平衡状态，A 项错 误；a 点→b 点，反应正向进行，反应物浓度逐渐减小，因此反应物的浓度：a 点大于 b 点， B 项错误；随着反应进行，反应物浓度减小，但正反应速率增大，说明体系温度升高，正反 应是放热反应，故反应物的总能量高于生成物的总能量，C 项正确；两段的时间相同，而后 段反应速率大，消耗的 SO2 多，且 b 点 SO2 的浓度小于 a 点 SO2 的浓度，因此后段 SO2 的 转化率大，D 项错误。 3.(2016·四川高考)一定条件下，CH 4 与 H2O(g)发生反应：CH4(g) ＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)。设起始n(H2O) n(CH4)＝Z，在恒压下，平衡时 CH4 的体积分数 φ(CH4)与 Z 和 T(温度)的关系如图所示 。下列说法正确的 是(　　) A．该反应的焓变 ΔH＞0 B．图中 Z 的大小为 a＞3＞b C．图中 X 点对应的平衡混合物中n(H2O) n(CH4)＝3 D．温度不变时，图中 X 点对应的平衡在加压后 φ(CH4)减小 解析：选 A　A．根据图示知温度越高，CH4 的体积分数越小，说明平衡向右移动，所 以该反应的焓变 ΔΗ＞0，正确；B.相同条件下 Z 越大，平衡时 CH4 的体积分数越小，所以 图中 Z 的大小为 b＞3＞a，错误；C.起始时n(H2O) n(CH4)＝3，反应过程中 H2O 和 CH4 等量减小， 所以平衡时 n(H2O) n(CH4)＞3，错误；D.温度不变时，加压平衡逆向移动，甲烷的体积分数增大，错误。 4．(2016·合肥质检)已知：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH<0 且压强 p1v 正，D 项正确。 备考锦囊　图像题的解题流程 1．(2016·海南高考)由反应物 X 转化为 Y 和 Z 的能量变化如图所示。下列说法正确的 是(　　) A．由 X→Y 反应的 ΔH＝E5－E2 B．由 X→Z 反应的 ΔH>0 C．降低压强有利于提高 Y 的产率 D．升高温度有利于提高 Z 的产率 解析：选 C　A．根据化学反应的实质，由 X→Y 反应的 ΔH＝E3－E2，错误；B.由图 像可知，反应物的总能量高于生成物的总能量，该反应为放热反应，即由 X→Z 反应的 ΔH＜ 0，错误；C.根据化学反应 2X(g)3Y(g)，该反应是气体体积增加的可逆反应，降低压强， 平衡正向移动，有利于提高 Y 的产率，正确；D.由 B 分析可知，该反应为放热反应，升高 温度，平衡逆向移动，Z 的产率降低，错误。 2．一定温度下，A、B、C 三个容器中均进行同一反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH ＝－Q kJ·mol－1，在相同的时间段内，测得： 容器 A B C 反应速率(mol·L－1·min－1) v(H2)＝3 v(N2)＝3 v(NH3)＝4 则三个容器放出的热量 Q 的大小关系是(　　) A．B>C>A　　　　　 B．A>B>C C．C>A>B D．B>A>C 解析：选 A　将 B、C 两个容器内的反应速率用 H2 来表示时，B 中 v(H2)＝9 mol·L － 1·min－1、C 中 v(H2)＝6 mol·L －1·min－1，反应速率越大，相同时间内生成的产物越多，放 出的热量越多。 3.如图为某化学反应速率与时间的关系示意图。在 t1 时刻升高温度 或增大压强，速率的变化都符合示意图的反应的是(　　) A．2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH<0 B．4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)　ΔH<0 C．H2(g)＋I2(g)2HI(g)　ΔH>0 D．2A(g)＋B(g)2C(g)　ΔH>0 解析：选 B　A 项，加压平衡向正反应方向移动，此时 v 正>v 逆；B 项，正向放热，升 温平衡向逆反应方向移动，此时 v 逆>v 正，正反应方向为气体体积增大的方向，加压平衡向 逆反应方向移动，此时 v 逆>v 正；C 项，加压平衡不移动，此时 v 逆＝v 正；D 项，升温平衡 向正反应方向移动，此时 v 逆0 B．该温度下，此反应的平衡常数 K＝6.75 C．增大压强，正、逆反应速率均增大，平衡向正反应方向移动 D．该温度下，再向容器中充入 1.5 mol W，达到新平衡时 c(X)＝1.5 mol·L－1 解析：选 B　A 项，升高温度，W 的体积分数减小，表明平衡逆向移动，则正反应放 热，ΔH<0，A 错；B 项，由 X 转化 1 mol，Y 转化 0.5 mol，W 增加 1.5 mol 知反应可表示 为 2X＋Y3W，则该温度下，化学平衡常数 K＝ c3(W) c2(X)·c(Y)＝ (1.5 mol 2 L )3 (1 mol 2 L )2 × 0.5 mol 2 L ＝6.75， 正确；C 项，增大压强，化学平衡不移动，C 错；D 项，再向容器中充入 1.5 mol W，达到 新平衡时 X 为 1.5 mol，浓度为 0.75 mol·L－1，D 错。 7 ． 将 一 定 量 氨 基 甲 酸 铵 (NH2COONH4) 加 入 密 闭 容 器 中 ， 发 生 反 应 NH2COONH4(s)2NH3(g)＋CO2(g)。该反应的平衡常数的负对数(－lg K)值随温度(T)的 变化曲线如图所示，下列说法不正确的是(　　) A．该反应的 ΔH>0 B．NH3 的体积分数不变时，该反应一定达到平衡状态 C．A 点对应状态的平衡常数 K(A)＝10－2.294 D．30 ℃时，B 点对应的状态 v(正)0。 由于 NH3 的体积和 CO2 的体积比为 2∶1，NH3 的体积分数在反应过程中一直是个定值，则 NH3 的体积分数不变时不一定是平衡状态。B 点要想达到平衡，则 Qc 要减小，故反应逆向 进行，v(正)”或“<”)0；若其他条件保持一定，降低温度， 该反应物 A 的转化率________(填“增大”“减小”或“不变”，下同)，化学反应速率将 ________。 Ⅱ.在某恒定温度，2 L 恒容密闭容器中发生反应 aA(g)＋ bB(g)cC(g)，容器中 A、B、C 物质的量变化如图所示，回 答下列问题： (1)该化学方程式中 a∶b∶c 为________，此温度下该反应 的化学平衡常数 K 为________(保留 2 位小数)。 (2)0 ～ 15 min ， B 的 平 均 反 应 速 率 为 ________ ， 反 应 达 平 衡 时 ， A 的 转 化 率 为 ________。 (3)据图判断，反应进行至 20 min 时，曲线发生变化的原因是________________(用文字 表达)，反应重新达平衡时，A 的体积分数将________(填“增大”“减小”或“不变”)。 (4)10 min 到 15 min 的曲线变化的原因可能是________________。 解析：Ⅰ.由题表数据可知，随温度升高，化学平衡常数 K 减小，所以正反应为放热反 应，即 ΔH<0。降低温度，平衡正向移动，A 的转化率增大，降低温度，化学反应速率减小。 Ⅱ.(1)由物质的量的变化量之比等于化学计量数之比可知，a∶b∶c＝2∶1∶2。化学平衡常 数 K＝ c2(C) c2(A)·c(B)＝ 0.12 0.42 × 0.2＝0.31。(2)v(B)＝ (0.5－0.4)mol 2 L × 15 min≈0.003 3 mol·L－1·min－1，A 的转化率为 (1.0－0.8)mol 1.0 mol ×100%＝20%。(3)反应进行到 20 min 时，B 的物质的量突然增大， A 和 C 的物质的量瞬时不变，所以是增大了 B 的量。增大 B 的量，平衡正向移动，不断消 耗 A，A 的体积分数将减小。(4)10～15 min，各物质的变化量比 0～10 min 的大，可能是使 用了催化剂。 答案：Ⅰ.<　增大　减小 Ⅱ.(1)2∶1∶2　0.31 (2)0.003 3 mol·L－1·min－1　20% (3)增大了 B 的量(合理答案均可)　减小 (4)使用了催化剂 9.二甲醚(CH3OCH3) 是一种新型能源，其合成方法之一是 2CO(g) ＋4H2(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)。在 2 L 恒容密闭容器 中充入 1 mol CO 和 2 mol H2，在温度 T1、T2 下发生上述反应，反应 体系中 CO 的物质的量与温度的关系如图所示。 请回答下列问题： (1)该反应的反应热 ΔH________0(填“>”“<”或“＝”)；理由是___________________。 (2) 在 T2 温 度 下 ， 反 应 从 开 始 至 20 min 时 间 段 H2 的 平 均 反 应 速 率 v(H2) 为 ________________。 (3)在 T2 温度下，该反应的平衡常数为_________________________________。 (4)若在 T 2 温度下达到平衡后，向体系中同时增加 4 mol CO、2 mol H 2 、6 mol CH3OCH3(g)、4 mol H2O(g)，平衡向________移动(填“左”或“右”)。 (5)为了提高二甲醚的产率和加快化学反应速率，可采取的措施有________(填字母)。 A．增大压强 B．加催化剂 C．升高温度 D．分离产物 (6)在密闭容器中进行反应：2CO2(g)＋6H2(g)CH3OCH3(g)＋3H2O(g)，CO2 的平衡 转化率 α(CO2)与温度、压强的关系及 c(CH3OCH3)与固体催化剂比表面积的关系如图所示。 ①图 A 中，X 代表______(填“温度”或“压强”)，L 1____L2(填“>”“<”或“＝”，下 同)。 ②图 B 中，等质量的同一种固体催化剂比表面积：S2________S1。 解析：(1)由题图可知，T1 温度下反应先达到平衡，说明 T1 高于 T2，而 T1 温度下平衡 体系中 CO 的物质的量较大，说明温度高，CO 的转化率低，即正反应是放热反应。(2)v(H2)＝ 1.0 mol－0.2 mol 2 L × 20 min ×2＝0.04 mol·L －1·min －1 。(3)平衡时，c(CO)＝0.1 mol·L －1 ，c(H2)＝ c(CH3OCH3) ＝c(H 2O) ＝0.2 mol·L － 1 ，则 K ＝c(CH3OCH3)·c(H2O) c2(CO)·c4(H2) ＝2 500 。(4)Q c ＝ 3.2 × 2.2 2.12 × 1.24＝0.77<2 500，故平衡向右移动。(5)A 项，增大压强，平衡向右移动，反应速率 增大，正确。B 项，加入催化剂，只加快反应速率，不能使平衡移动，错误。C 项，升高温 度，能加快反应速率，但是降低了产率，错误。D 项，分离产物，平衡向右移动，提高了产 率，但不能加快反应速率，错误。(6)图 A 表明随着 X 增大，CO2 的平衡转化率减小；如果 X 表示压强，压强增大，平衡向正反应方向移动，CO2 的转化率增大，则 X 表示温度，L 代 表压强，压强增大，CO2 的平衡转化率增大，说明 L1 大于 L2。图 B 中，温度相同，催化剂 比表面积越大，反应越快，但是，平衡不移动，平衡时 c(CH3OCH3)不变，故 S2 大于 S1。 答案：(1)<　温度高时，平衡时 CO 的物质的量较大 (2)0.04 mol·L－1·min－1　(3)2 500　(4)右　(5)A　(6)①温度　>　②>