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(新高考)高考化学一轮复习课时练习第7章第2讲化学平衡状态化学平衡移动(含解析)
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这是一份(新高考)高考化学一轮复习课时练习第7章第2讲化学平衡状态化学平衡移动(含解析)，共32页。试卷主要包含了可逆反应与化学平衡状态，化学平衡的移动等内容，欢迎下载使用。
第2讲 化学平衡状态 化学平衡移动
课 程 标 准
知 识 建 构
1.了解可逆反应的含义，知道可逆反应在一定条件下能达到化学平衡状态及能描述化学平衡状态，判断化学反应是否达到平衡。
2．通过实验探究，了解浓度、压强、温度对化学平衡状态的影响，并能运用浓度、压强、温度对化学平衡的影响规律，推测平衡移动方向及浓度、转化率等相关物理量的变化，能讨论化学反应条件的选择和优化。
3．针对典型案例，能从限度、速率等角度对化学反应和化工生产条件进行综合分析。
一、可逆反应与化学平衡状态
1．可逆反应
(1)概念：在同一条件下，既可以向正反应方向进行，同时又可以向逆反应方向进行的化学反应。
(2)特点：三同一小
①相同条件下；
② 同时进行；
③反应物与生成物同时存在；
④任一组分的转化率都 小于_100%。
(3)表示：在方程式中用“”表示。
2．化学平衡状态
(1)概念：在一定条件下的可逆反应中，当反应进行到一定程度时，正反应速率和逆反应速率相等，反应物的浓度和生成物的浓度保持不变的状态。
(2)建立：对于只加入反应物从正向建立的平衡：
以上过程可以用速率－时间图像表示如下
(3)化学平衡的特点
【诊断1】 判断下列说法是否正确，正确的打√，错误的打×。
(1)铅蓄电池的充放电反应为可逆反应( )
(2)在化学平衡的建立过程中，v正一定大于v逆( )
(3)对于N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)反应，当v正(N2)＝v逆(NH3)时反应达到平衡状态( )
(4)一个可逆反应达到的平衡状态就是这个反应在该条件下所能达到的最大限度( )
(5)恒温恒容条件下反应C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)，当密度不变时，反应达到平衡状态( )
答案 (1)× (2)× (3)× (4)√ (5)√
二、化学平衡的移动
1．化学平衡移动的过程
2．化学平衡移动方向与化学反应速率的关系
(1)v正>v逆：平衡向正反应方向移动。
(2)v正＝v逆：反应达到平衡状态，平衡不发生移动。
(3)v正＜v逆：平衡向逆反应方向移动。
3．影响化学平衡的因素
(1)改变下列条件对化学平衡的影响
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)温度不变时浓度因素的“决定性作用”——分析“惰性气体(不参加反应的气体)”对化学平衡的影响。
①恒温恒容条件
②恒温恒压条件
4．勒夏特列原理
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。
【诊断2】 判断下列说法是否正确，正确的打√，错误的打×。
(1)化学平衡正向移动，说明正反应速率一定增大( )
(2)增大反应物的量平衡一定会正向移动( )
(3)增大某一反应物A的浓度，平衡正向移动时，反应物的浓度一定小于原来的浓度，生成物的浓度一定大于原来的浓度( )
(4)增大压强平衡正向移动，反应物的浓度会减小，生成物的浓度会增大( )
(5)恒容条件下，增加气体反应物的量，平衡正向移动，反应物的转化率一定增大( )
(6)升高温度，化学平衡一定发生移动( )
答案 (1)× (2)× (3)× (4)× (5)× (6)√
考点一 可逆反应特点和化学平衡状态的判断
【典例1】 (2021·河北安平中学月考)在两个绝热恒容的密闭容器中分别进行下列两个可逆反应：
甲：C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)；
乙：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)
现有下列状态：
①混合气体平均相对分子质量不再改变 ②气体的总物质的量不再改变 ③各气体组成浓度相等 ④反应体系中温度保持不变 ⑤断裂氢氧键速率是断裂氢氢键速率的2倍 ⑥混合气体密度不变
其中能表明甲、乙容器中反应都达到平衡状态的是( )
A．①③ B．④⑤
C．③④ D．②⑥
答案 B
解析 ①乙反应的两边气体的体积相同且都是气体，混合气体平均相对分子质量始终不变，所以无法判断乙反应是否达到平衡状态，故①错误；②乙反应的两边气体的体积相同且都是气体，气体的总物质的量始终不变，所以气体的总物质的量不变无法判断乙是否达到平衡状态，故②错误；③各气体组成浓度相等，无法证明达到了平衡状态，故③错误；④因为是绝热容器，反应体系中温度保持不变，说明正逆反应速率相等，达到了平衡状态，故④正确；⑤断裂氢氧键速率是断裂氢氢键速率的2倍，说明正逆反应速率相等，达到了平衡状态，故⑤正确；⑥乙反应的两边气体的体积相同且都是气体，容器的容积不变，所以密度始终不变，无法判断乙是否达到平衡状态，故⑥错误；以上分析故选B。
判断化学平衡状态的两种方法
(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：不同方向上的速率比等于化学计量数比，如aA＋bBcC＋dD，＝时，反应达到平衡状态。
(2)静态标志：“变量”不变
在未达到平衡时不断变化、在达到平衡时不再发生变化的各种物理量(如各物质的质量、物质的量或浓度、百分含量、压强、密度或颜色等)，如果不再发生变化，即达到平衡状态。
可简单总结为“正逆相等，变量不变”。
【对点练1】 (“极端转化”法确定各物质的量)一定条件下，对于可逆反应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)，达到平衡时，X、Y、Z的浓度分别为0.1 mol·L－1、0.3 mol·L－1、0.08 mol·L－1，则下列判断正确的是( )
A．c1∶c2＝3∶1
B．平衡时，Y和Z的生成速率之比为2∶3
C．X、Y的转化率不相等
D．c1的取值范围为0＜c1＜0.14 mol·L－1
答案 D
解析 平衡浓度之比为1∶3，转化浓度之比亦为1∶3，故c1∶c2＝1∶3，A、C不正确；平衡时Y生成表示逆反应速率，Z生成表示正反应速率且v生成(Y)∶v生成(Z)应为3∶2，B不正确；由可逆反应的特点可知0＜c1＜0.14 mol·L－1。
【对点练2】 (化学平衡状态的判断)(2020·衡阳高三调研)反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH<0，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．容器内的温度不再变化
B．容器内的压强不再变化
C．相同时间内，断开H—H键的数目和生成N—H键的数目相等
D．容器内气体的浓度c(N2)∶c(H2)∶c(NH3)＝1∶3∶2
答案 A
解析 已知反应为放热反应，当绝热容器内的温度不变时，达到平衡状态，A项符合题意；反应在恒压条件下进行，反应前后压强均不变，不能判断是否达到平衡状态，B项不符合题意；断开H—H键和生成N—H键均指正反应方向，不能判断是否达到平衡状态，C项不符合题意；当c(N2)∶c(H2)∶c(NH3)为1∶3∶2时，无法证明正逆反应速率相等，D项不符合题意。
【对点练3】 (图像法判断平衡状态)一定温度下，反应N2O4(g)2NO2(g)的焓变为ΔH。现将1 mol N2O4充入一恒容密闭容器中，下列示意图正确且能说明反应达到平衡状态的是( )
A
B
C
D
答案 D
解析 气体密度、ΔH是恒量，不能作为判断平衡状态的标志；该反应是充入1 mol N2O4，正反应速率应是逐渐减小直至不变，C项的曲线趋势不正确。
考点二 外界条件对化学平衡影响的判断
【典例2】 已知某密闭容器中发生反应：X(g)＋Y(g)mZ(g) ΔH＜0。反应过程中，X、Y、Z的物质的量随时间的变化如图所示，则t1时刻改变的条件可能是( )
A．升高温度 B．加入更高效的催化剂
C．增大压强 D．加入一定量的Z
答案 A
解析 正反应是放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，Z的物质的量减少，X或Y的物质的量增大，符合图像，A正确；使用催化剂不影响化学平衡的移动，不符合图像，B错误；由题图知，反应达到平衡时，Δn(X或Y)＝a mol，Δn(Z)＝2a mol，参与反应的各物质的物质的量变化之比等于化学计量数之比，即m＝2，反应前后气体物质的化学计量数之和相等，增大压强，化学平衡不移动，不符合图像，C错误；加入一定量的Z，t1时，Z的物质的量应增大，不符合图像，D错误。
判断化学平衡移动方向的思维流程
【对点练4】 (平衡移动方向的判断)(2020·江西名师联盟第一次模拟测试)关于一定条件下的化学平衡H2(g)＋I2(g)2HI(g) ΔH＜0，下列说法正确的是( )
A．恒温恒容，充入H2，v(正)增大，平衡右移
B．恒温恒容，充入He，v(正)增大，平衡右移
C．加压，v(正)，v(逆)不变，平衡不移动
D．升温，v(正)减小，v(逆)增大，平衡左移
答案 A
解析 恒温恒容，充入H2，H2浓度增大，v(正)增大，平衡右移，故A正确；恒温恒容，充入He，各反应物浓度都不变，v(正)不变，平衡不移动，故B错误；加压，容积缩小，各物质浓度均增大，v(正)、v(逆)都增大，平衡不移动，故C错误；升温，v(正)增大，v(逆)增大，由于正反应放热，所以平衡左移，故D错误。
【对点练5】 (选取措施使化学平衡定向移动)(2020·湖南常德市高三协作考)高炉炼铁过程中发生的主要反应为：Fe2O3(s)＋CO(g)Fe(s)＋CO2(g) ΔH＜0，欲提高上述反应CO的平衡转化率，可采取的措施是( )
A．移出部分CO2 B．提高反应温度
C．加入合适的催化剂 D．减小容器的容积
答案 A
解析 移出部分CO2，平衡正向移动，故A正确；此反应为放热反应，提高反应温度，平衡逆向移动，故B错误；加入合适的催化剂，对平衡没有影响，故C错误；反应前后气体体积不变的反应，减小容器的容积，平衡不移动，故D错误。
【对点练6】 (新旧平衡的比较)(2021·1月辽宁普高校招生考试适应性测试，7)某温度下，在一恒容密闭容器中进行如下两个反应并达到平衡：
①2X(g)＋Y(g)Z(s)＋2Q(g) ΔH1<0
②M(g)＋N(g)R(g)＋Q(g) ΔH2>0
下列叙述错误的是( )
A.加入适量Z，①和②平衡均不移动
B.通入稀有气体Ar，①平衡正向移动
C.降温时无法判断Q浓度的增减
D.通入Y，则N的浓度增大
答案 B
解析 Z为固体，加入适量Z不影响反应①的平衡移动，而反应②与Z无关，故加入Z也不影响反应②的平衡移动，A正确；通入稀有气体Ar，由于容器体积不变，故气体浓度不发生改变，反应①的平衡不移动，B错误；温度降低，反应①正向进行，反应②逆向进行，但两个反应中反应物的起始浓度未知，故无法判断Q浓度的增减，C正确；通入气体Y，反应①平衡正向移动，Q的浓度增大，导致反应②平衡逆向移动，则N的浓度增大，D正确。
分析化学平衡移动问题的注意事项
(1)不要把v正增大与平衡向正反应方向移动等同起来，只有v正＞v逆时，才使平衡向正反应方向移动。
(2)同等程度地改变气体反应混合物中各物质的浓度时，应视为压强的影响。
(3)对于缩小体积增大压强，不管是否移动，各成分的浓度均增大，但增大的倍数可能不同也可能相同。
考点三 化学平衡移动原理在化工生产中的应用
【典例3】 经过科学家的大量研究，工业上氮气和氢气在一定条件下直接化合制得氨。图1是工业合成氨生产的示意图。
(1)图1中分离出物质X的化学式为________。
(2)图1中选定500 ℃、20～50 MPa条件的主要原因是________(填字母)。
A．温度、压强对化学平衡的影响
B．铁触媒在该温度时活性大
C．工业生产受动力、材料、设备等条件的限制
(3)改变反应条件，会使平衡发生移动。图2表示随条件改变，氨气百分含量的变化趋势。
当横坐标为压强时，变化趋势正确的是(选填a、b、c)________。
当横坐标为温度时，变化趋势正确的是(选填a、b、c)________。
答案 (1)NH3 (2)BC (3)c a
解析 (1)合成氨工业有下列流程：原料气制备、原料气净化和压缩、氨的合成、氨的分离，从图1生产流程知，原料气N2和H2，经过铁触媒得到N2、H2、NH3混合气体，再经冷却、分离出NH3，所以X为NH3，Y为N2和H2的混合气，再循环利用；(2)A项，升高温度，能使反应速率加快，但该反应正反应为放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，不利于氨的合成；增大压强，能使反应速率加快，平衡也向正反应方向移动，错误；B项，实际生产中采用400～500 ℃的高温，催化剂的催化活性最高，可以增加反应速率，缩短达到平衡的时间，正确；C项，工业合成氨的反应原理是：N2＋3H22NH3 ΔH＜0，从化学平衡的角度看，温度越低，压强越大，越有利于合成氨，工业生产以经济利益最大化为目的，所以工业生产受动力、材料、设备等条件的限制，目前的生产条件为：催化剂为铁触媒，温度为400～500 ℃，压强20～50 MPa，正确；(3)正反应为气体体积缩小的反应，所以压强越大，越有利于合成氨，增大压强时平衡向右移动，氨气的百分含量增大，结合图像可知，c符合要求。又因为合成氨反应是一个放热反应，随温度的升高，平衡向氨气含量减少的方向移动，结合图像可知，a符合要求。
工业合成氨适宜条件的选择
(1)反应原理
N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol－1
(2)反应特点：①反应为可逆反应；②正反应为放热反应；③反应物、生成物均为气体，且正反应为气体物质的量减小的反应。
(3)反应条件的选择
反应
条件
对化学反应
速率的影响
对平衡混合物中
氨含量的影响
合成氨条
件的选择
增大
压强
增大反
应速率
平衡正向移动，提高平衡混合物中氨的含量
压强增大，有利于氨的合成，但需要动力大，对材料、设备的要求高。故采用10～30 MPa的高压
升高
温度
增大反
应速率
平衡逆向移动，降低平衡混合物中氨的含量
温度要适宜，既要保证反应有较快的速率，又要使反应物的转化率不能太低。故采用400～500 ℃左右的温度，并且在该温度下催化剂的活性最大
使用
催化剂
增大反
应速率
没有影响
工业上一般选用铁触媒作催化剂
(4)原料气的充分利用
合成氨反应的转化率较低，从原料充分利用的角度分析，工业生产中可采用循环操作的方法以提高原料的利用率。
【对点练7】 (平衡移动原理用于工业合成氨)如图为工业合成氨的流程图。图中为提高原料转化率采取的措施是( )
A．①②③ B．①③⑤
C．②④⑤ D．②③④
答案 C
解析 工业合成氨反应的化学方程式为N2＋3H22NH3，反应是可逆反应，正反应气体体积减小，正反应是放热反应；依据合成氨的流程图，其中为提高原料转化率而采取的措施为：增大压强，液化分离出氨气，氮气和氢气的循环使用。
【对点练8】 (平衡移动原理用于化工生产)CO可用于合成甲醇，反应方程式为CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)。CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图所示。该反应ΔH________0(填“＞”或“＜”)。实际生产条件控制在250 ℃、1.3×104 kPa左右，选择此压强的理由是__________________________。
答案 ＜ 在1.3×104 kPa下，CO的转化率已较高，再增大压强，CO转化率提高不大，同时生产成本增加
解析 从图像来看，随着温度的升高，CO的转化率变小，故ΔH＜0，综合温度、压强对CO转化率的影响，在1.3×104 kPa下，CO的转化率已经很大，不必再增大压强。
1.化工生产适宜条件选择的一般原则
条件
原则
从化学反应速率分析
既不能过快，又不能太慢
从化学平衡移动分析
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
注意催化剂的活性对温度的限制
2.平衡类问题需考虑的几个方面
(1)原料的来源、除杂，尤其考虑杂质对平衡的影响。
(2)原料的循环利用。
(3)产物的污染处理。
(4)产物的酸碱性对反应的影响。
(5)气体产物的压强对平衡造成的影响。
(6)改变外界条件对多平衡体系的影响。
微专题26 化学平衡图像
类型一、百分含量、转化率、时间、温度、压强等多维图像分析
1．常见图像形式
2．解题步骤
3．解题技巧
(1)先拐先平
在含量(转化率)—时间曲线中，先出现拐点的先达到平衡，说明该曲线反应速率大，表示温度较高、有催化剂、压强较大等。
(2)定一议二
当图像中有三个量时，先确定一个量不变，再讨论另外两个量的关系，有时还需要作辅助线。
(3)三步分析法
一看反应速率是增大还是减小；
二看v正、v逆的相对大小；
三看化学平衡移动的方向。
【典例1】 在恒容密闭容器中通入X并发生反应：2X(g)Y(g)，在温度T1、T2下，X的物质的量浓度c(X)随时间t变化的曲线如图所示，下列叙述正确的是( )
A．该反应进行到M点放出的热量大于进行到W点放出的热量
B．T2温度下，在O～t1时间内，v(Y)＝ mol·L－1·min－1
C．M点的正反应速率v正大于N点的逆反应速率v逆
D．M点时再加入一定量X，平衡后X的转化率减小
答案 C
解析 由图可知，温度为T1先到达平衡，所以T1>T2，温度越高，平衡时X的物质的量浓度越大，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，升高温度平衡向吸热反应方向移动，故逆反应为吸热反应，正反应为放热反应。进行到M点X的转化率较低，由于正向是放热反应，所以反应进行到M点放出的热量少，故A错误；T2温度下，在O～t1时间内，X的浓度变化为：c(X)＝(a－b) mol·L－1，则Y的浓度变化为c(Y)＝c(X)＝ mol·L－1，所以v(Y)＝ mol·L－1·min－1，故B错误；根据图像可知，温度为T1时反应首先达到平衡状态；温度高反应速率快，到达平衡的时间少，则温度是T1>T2；M点温度高于N点温度，且N点反应没有达到平衡状态，此时反应向正反应方向进行，即N点的逆反应速率小于N点的正反应速率，因此M点的正反应速率大于N点的逆反应速率，故C正确；M点时再加入一定量X，达到的新平衡与原平衡比较，压强增大，增大压强平衡正移，则X的转化率增大，所以M点时再加入一定量X，平衡后X的转化率增大，故D错误。
类型二、新型图像的探究应用
【典例2】 (2019·全国卷Ⅰ)水煤气变换[CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)]是重要的化工过程，主要用于合成氨、制氢以及合成气加工等工业领域中。回答下列问题：
(1)Shibata曾做过下列实验：①使纯H2缓慢地通过处于721 ℃下的过量氧化钴CoO(s)，氧化钴部分被还原为金属钴Co(s)，平衡后气体中H2的物质的量分数为0.025 0。
②在同一温度下用CO还原CoO(s)，平衡后气体中CO的物质的量分数为0.019 2。
根据上述实验结果判断，还原CoO(s)为Co(s)的倾向是CO________H2(填“大于”或“小于”)。
(2)721 ℃时，在密闭容器中将等物质的量的CO(g)和H2O(g)混合，采用适当的催化剂进行反应，则平衡时体系中H2的物质的量分数为________(填标号)。
A．＜0.25 B．0.25
C．0.25～0.50 D．0.50
E．＞0.50
(3)Shoichi研究了467 ℃、489 ℃时水煤气变换(ΔH＜0)中CO和H2分压随时间变化关系(如图所示)，催化剂为氧化铁，实验初始时体系中的pH2O和pCO相等、pCO2和pH2相等。
计算曲线a的反应在30～90 min内的平均速率(a)＝________ kPa·min－1。467 ℃时pH2和pCO随时间变化关系的曲线分别是________、________。489 ℃时pH2和pCO随时间变化关系的曲线分别是________、________。
答案 (1)大于 (2)C (3)0.004 7 b c a d
解析 (1)由题给信息①可知，H2(g)＋CoO(s)Co(s)＋H2O(g)(ⅰ) K1＝＝＝39，由题给信息②可知，CO(g)＋CoO(s)Co(s)＋CO2(g)(ⅱ) K2＝＝≈51.08。相同温度下，平衡常数越大，反应倾向越大，故CO还原氧化钴的倾向大于H2。(2)第(1)问和第(2)问的温度相同，利用盖斯定律，由(ⅱ)－(ⅰ)得CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) K＝＝≈1.31。设起始时CO(g)、H2O(g)的物质的量都为1 mol，容器容积为1 L，在721 ℃下，反应达平衡时H2的物质的量为x mol。
K＝＝1.31，x＝0.534，则平衡时H2的物质的量分数为＝0.267，故选C。(3)由题图可知，30～90 min内(a)＝＝0.004 7 kPa·min－1。水煤气变换中CO是反应物，H2是产物，又该反应是放热反应，升高温度，平衡向左移动，重新达到平衡时，H2的压强减小，CO的压强增大。故a曲线代表489 ℃时，pH2随时间变化关系的曲线，d曲线代表489 ℃时pCO随时间变化关系的曲线，b曲线代表467 ℃时pH2随时间变化关系的曲线，c曲线代表467 ℃时pCO随时间变化关系的曲线。
1．CO和H2在一定条件下合成甲醇的反应为：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH。现在容积均为1 L的a、b、c、d、e五个密闭容器中分别充入1 mol CO和2 mol H2的混合气体，控温，进行实验，测得相关数据如下图1和图2。下列叙述不正确的是( )
A．该反应的ΔH<0
B．在500 ℃条件下达平衡时CO的转化率为60%
C．平衡常数K1(300 ℃)＜K2(500 ℃)
D．图2中达化学平衡的点为c、d、e
答案 C
解析 A．根据图1,300 ℃时，甲醇物质的量为0.8 mol，500 ℃时甲醇物质的量为0.6 mol，升高温度，平衡向逆反应方向移动，根据勒夏特列原理，该反应为放热反应，即ΔH<0，故A说法正确；B.500 ℃时甲醇的物质的量为0.6 mol，则消耗CO的物质的量为0.6 mol，即CO的转化率为×100%＝60%，故B说法正确；C.化学平衡常数只受温度的影响，该反应为放热反应，升高温度，化学平衡常数减小，即K1(300 ℃)＞K2(500 ℃)，故C说法错误；D.a到c反应向正反应方向进行，还没有达到平衡，当达到平衡时，甲醇的物质的量最大，即c、d、e为化学平衡点，故D说法正确。
2．(2020·课标全国Ⅰ，28节选)硫酸是一种重要的基本化工产品。接触法制硫酸生产中的关键工序是SO2的催化氧化：SO2(g)＋O2(g)SO3(g) ΔH＝－98 kJ·mol－1。
当SO2(g)、O2(g)和N2(g)起始的物质的量分数分别为7.5%、10.5%和82%时，在0.5 MPa、2.5 MPa和5.0 MPa压强下，SO2平衡转化率α随温度的变化如图所示。反应在5.0 MPa、550 ℃时的α＝________，判断的依据是_____________。
影响α的因素有_________________________。
答案 0.975 该反应气体分子数减少，增大压强，α提高。5.0 MPa>2.5 MPa＝p2，所以p1＝5.0 MPa 温度、压强和反应物的起始浓度
解析 由题给反应式知，该反应为气体分子数减少的反应，其他条件一定时，增大压强，SO2平衡转化率增大，故p1＝5.0 MPa。结合题图知5.0 MPa、550 ℃时对应的SO2平衡转化率为0.975。影响平衡转化率的因素有：温度、压强、反应物的起始浓度等。
3．(2020·课标全国Ⅲ，28节选)二氧化碳催化加氢合成乙烯是综合利用CO2的热点研究领域。理论计算表明，原料初始组成n(CO2)∶n(H2)＝1∶3，在体系压强为0.1 MPa，反应达到平衡时，四种组分的物质的量分数x随温度T的变化如图所示。
图中，表示C2H4、CO2变化的曲线分别是________、________。CO2催化加氢合成C2H4反应的ΔH________0(填“大于”或“小于”)。
答案 d c 小于
解析 反应的化学方程式为2CO2＋6H2CH2===CH2＋4H2O，其中CO2和H2的系数之比为1∶3，开始时加入的n(CO2)∶n(H2)＝1∶3，则平衡时n(CO2)∶n(H2)也应为1∶3，n(C2H4)∶n(H2O)应为1∶4，由题图可知，曲线a为H2，b为H2O，c为CO2，d为C2H4，随温度升高，平衡时C2H4和H2O的物质的量分数逐渐减小，H2和CO2的物质的量分数逐渐增加，说明升高温度平衡逆向移动，根据升高温度平衡向吸热的方向移动，知正反应方向为放热反应，ΔH小于0。
4．(2020·山东学业水平等级考试，18节选)探究CH3OH合成反应化学平衡的影响因素，有利于提高CH3OH的产率。以CO2、H2为原料合成CH3OH涉及的主要反应如下：
Ⅰ.CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH1＝－49.5 kJ·mol－1
Ⅱ.CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH2＝－90.4 kJ·mol－1
Ⅲ.CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH3＝40.9 kJ·mol－1
回答下列问题：
不同压强下，按照n(CO2)∶n(H2)＝1∶3投料，实验测定CO2的平衡转化率和CH3OH的平衡产率随温度的变化关系如图所示。
已知：CO2的平衡转化率为＝×100%
CH3OH的平衡产率＝×100%
其中纵坐标表示CO2平衡转化率的是图________(填“甲”或“乙”)；压强p1、p2、p3由大到小的顺序为________；图乙中T1温度时，三条曲线几乎交于一点的原因是______________________。
答案 乙 p1、p2、p3 T1时以反应Ⅲ为主，反应Ⅲ前后气体分子数相等，压强改变对平衡没有影响
解析 反应Ⅰ为放热反应，故低温阶段，温度越高，CO2的平衡转化率越低，而反应Ⅲ为吸热反应，温度较高时，主要发生反应Ⅲ，则温度越高，CO2的平衡转化率越高，即图乙的纵坐标表示的是CO2的平衡转化率。反应Ⅰ为气体分子数减少的反应，反应Ⅲ为气体分子数不变的反应，因此压强越大，CO2的平衡转化率越高，故压强由大到小的顺序是p1、p2、p3。反应Ⅲ为吸热反应，温度较高时，主要发生反应Ⅲ，且反应Ⅲ前后气体分子数相等，故CO2的平衡转化率几乎不再受压强影响。
5．(2020·天津学业水平等级考试，16节选)用H2还原CO2可以在一定条件下合成CH3OH(不考虑副反应)
CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH<0
恒压下，CO2和H2的起始物质的量比为1∶3时，该反应在无分子筛膜时甲醇的平衡产率和有分子筛膜时甲醇的产率随温度的变化如图所示，其中分子筛膜能选择性分离出H2O。
①甲醇平衡产率随温度升高而降低的原因为__________________。
②P点甲醇产率高于T点的原因为__________________。
③根据图示，在此条件下采用该分子筛膜时的最佳反应温度为________ ℃。
答案 ①该反应为放热反应，温度升高，平衡逆向移动(或平衡常数减小) ②分子筛膜从反应体系中不断分离出H2O，有利于反应正向进行，甲醇产率升高 ③210
解析 ①该反应是放热反应，温度升高有利于平衡逆向移动，甲醇的平衡产率随温度升高而降低。②P点对应反应有分子筛膜，分子筛膜能选择性分离出水，有利于反应正向进行，故P点甲醇产率高于T点甲醇产率。③由图知，当温度为210 ℃时，甲醇的产率最高，因此最佳反应温度为210 ℃。
1．(双选)(2020·浙江1月选考改编)已知：N2O4(g)2NO2(g) ΔH＞0，将一定量，N2O4气体充入恒容的密闭容器中，控制反应温度为T1。下列可以作为反应达到平衡的判据是( )
A．气体的压强不变 B．v正(N2O4)＝2v逆(NO2)
C．K不变 D．容器内颜色不变
答案 AD
解析 A．反应前后气体物质的量不等，说明气体的压强会发生变化，气体的压强不变可以说明反应达到平衡，A正确；B.反应达到平衡时，v正＝v逆，应满足2v正(N2O4)＝v逆(NO2)，B错误；C.K只随温度的改变而改变，C错误；D.容器内颜色不变说明c(NO2)不变，可以说明达到化学平衡，D正确。
2．(2020·7月浙江选考，20)一定条件下：2NO2(g)N2O4(g) ΔH<0。在测定NO2的相对分子质量时，下列条件中，测定结果误差最小的是( )
A．温度0 ℃、压强50 kPa
B．温度130 ℃、压强300 kPa
C．温度25 ℃、压强100 kPa
D．温度130 ℃、压强50 kPa
答案 D
解析 测定NO2的相对分子质量时，N2O4越少越好，即使平衡逆向移动。正反应是气体分子数减小的放热反应，要使平衡逆向移动，需减小压强、升高温度，则选D项。
3．(2019·海南卷)反应C2H6(g)C2H4(g)＋H2(g) ΔH>0，在一定条件下于密闭容器中达到平衡。下列各项措施中，不能提高乙烷平衡转化率的是( )
A．增大容器容积 B．升高反应温度
C．分离出部分氢气 D．等容下通入惰性气体
答案 D
4．(2020·山东卷)探究CH3OH合成反应化学平衡的影响因素，有利于提高CH3OH的产率。以CO2、H2为原料合成CH3OH涉及的主要反应如下：
Ⅰ.CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)
ΔH1＝－49.5 kJ·mol－1
Ⅱ.CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)
ΔH2＝－90.4 kJ·mol－1
Ⅲ.CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)
ΔH3＝＋40.9 kJ·mol－1
为同时提高CO2的平衡转化率和CH3OH的平衡产率，应选择的反应条件为________(填标号)。
A．低温、高压 B．高温、低压
C．低温、低压 D．高温、高压
答案 A
解析 目的是探究有利于提高CH3OH的产率的影响因素，则反应Ⅰ为主反应，反应Ⅱ、Ⅲ为副反应，反应Ⅰ正向是气体体积减小的放热反应，高压、低温均有利于主反应Ⅰ平衡的正向移动，反应Ⅲ受到抑制、反应Ⅲ的抑制导致反应Ⅱ也受到抑制，所以同时提高CO2的平衡转化率和CH3OH的平衡产率的反应条件为高压、低温，故A正确。
5．(2020·课标全国Ⅱ)乙烷在一定条件可发生如下反应：C2H6(g)===C2H4(g)＋H2(g) ΔH1＝＋137 kJ·mol－1，提高该反应平衡转化率的方法有________、________。
答案 升高温度 减小压强(增大体积)
解析 C2H6(g)C2H4(g)＋H2(g) ΔH1＝137 kJ·mol－1是一个气体物质的量增大的吸热反应，提高该反应平衡转化率，应使化学平衡右移，可以采用的措施有升高温度、减小压强(增大体积)等。
6．(2020·新课标Ⅲ)二氧化碳催化加氢合成乙烯是综合利用CO2的热点研究领域。CO2催化加氢生成乙烯和水的反应中，产物的物质的量之比n(C2H4)∶n(H2O)＝________。当反应达到平衡时，若增大压强，则n(C2H4)________(填“变大”“变小”或“不变”)。
答案 1∶4 变大
解析 CO2催化加氢生成乙烯和水，该反应的化学方程式可表示为2CO2＋6H2CH2===CH2＋4H2O，则该反应中产物的物质的量之比n(C2H4)∶n(H2O)＝1∶4；由于该反应是气体物质的量减小的反应，当反应达到平衡状态时，若增大压强，则化学平衡向正反应方向移动，n(C2H4)变大。
7．(2020·浙江1月选考)NO氧化反应：2NO(g)＋O2(g)===2NO2(g) ΔH1＜0，分两步进行，其反应过程能量变化示意图如图。
Ⅰ.2NO(g)N2O2(g) ΔH1
Ⅱ.N2O2(g)＋O2(g)===2NO2(g) ΔH2
在恒容的密闭容器中充入一定量的NO和O2气体，保持其它条件不变，控制反应温度分别为T3和T4(T4＞T3)，测得c(NO)随t(时间)的变化曲线如图2所示。
转化相同量的NO，在温度________(填“T3”或“T4”)下消耗的时间较长，试结合反应过程能量图(图1)分析其原因
_________________。
答案 T4 ΔH1＜0，温度升高，反应Ⅰ平衡逆移，c(N2O2)减小，浓度降低的影响大于温度对反应Ⅱ速率的影响
解析 根据图像T4没有T3陡，则转化相同量的NO，T4下耗时更长，该反应的ΔH1＜0，温度升高，反应Ⅰ平衡逆移，c(N2O2)减小，浓度降低的影响大于温度对反应Ⅱ速率的影响。
一、选择题(每小题只有一个选项符合题意)
1．下列事实不能用化学平衡移动原理解释的是( )
A．在强碱存在的条件下，酯的水解反应进行较完全
B．加催化剂，使N2和H2在一定条件下转化为NH3
C．可用浓氨水和NaOH固体快速制取氨气
D．加压条件下有利于SO2与O2反应生成SO3
答案 B
解析 应注意区别化学平衡移动原理和化学反应速率理论的应用范围，加催化剂只能提高反应速率，故B项不能用化学平衡移动原理解释。
2．(2020·济南莱芜区期末)在一密闭烧瓶中注入NO2，在25 ℃时建立下列平衡：2NO2N2O4(正反应为放热反应)，若把烧瓶置于100 ℃的沸水中，下列情况：
①颜色 ②平均相对分子质量 ③质量 ④压强
⑤密度
其中不变的是( )
A．②④ B．③④
C．③⑤ D．①③
答案 C
解析 可逆反应：2NO2N2O4的正反应为放热反应，升高温度，化学平衡向逆反应方向移动。①二氧化氮的浓度增大，颜色加深；②混合气体总的物质的量增大，但总质量不变，根据M＝可知，混合气体的平均相对分子质量减小；③混合气体总的质量不变；④升高温度，化学平衡向左移动，混合气体总的物质的量增大，容器的容积不变，容器内压强增大；⑤混合气体的总质量不变，容器的容积不变，混合气体的密度不变。
3．在密闭容器中进行反应：X2(g)＋Y2(g)2Z(g)，已知X2、Y2、Z的起始浓度分别为0.1 mol·L－1、0.3 mol·L－1、0.2 mol·L－1，在一定条件下，当反应达到平衡时，各物质的浓度有可能是( )
A．Z为0.3 mol·L－1 B．Y2为0.4 mol·L－1
C．X2为0.2 mol·L－1 D．Z为0.4 mol·L－1
答案 A
4．(2020·遵义航天高级中学月考)对可逆反应 4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)，下列叙述正确的是( )
A．达到化学平衡时，4v正(O2)＝5v逆(NO)
B．若单位时间内生成n mol NO 的同时，消耗n mol NH3，则反应达到平衡状态
C．达到化学平衡时，若增加容器容积，则正反应速率减小，逆反应速率增大
D．化学反应速率关系是：2v正(NH3)＝3v逆(H2O)
答案 A
解析 4v正(O2)＝5v逆(NO)中，不同物质表示正、逆反应速率之比等于化学计量数之比，表示正反应速率和逆反应速率相等，反应达到平衡状态，A正确；若单位时间内生成n mol NO的同时，消耗n mol NH3，都表示反应正向进行，不能说明到达平衡状态，B错误；达到化学平衡时，若增加容器容积，则物质的浓度减小，正、逆反应速率均减小，C错误；正确的化学反应速率关系是：3v正(NH3)＝2v逆(H2O)，D错误。
5．已知反应CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) ΔH<0。在一定温度和压强下于密闭容器中，反应达到平衡。下列叙述正确的是( )
A．升高温度，K增大
B．减小压强，n(CO2)增加
C．更换高效催化剂，α(CO)增大
D．充入一定量的氮气，n(H2)不变
答案 D
解析 A项，ΔH<0，正反应放热，升高温度平衡常数减小，错误；B项，反应前气体的化学计量数之和等于反应后气体的计量数之和，减小压强，平衡不移动，n(CO2)不变，错误；C项，催化剂能改变反应速率，但不会引起化学平衡的移动，所以α(CO)不变，错误；D项，充入一定量的氮气，平衡向气体体积增大的方向移动，但该反应前后气体体积不变，平衡不移动，n(H2)不变，正确。
6．(2020·抚州高三模拟)在一密闭容器中，反应aA(g)＋bB(s)cC(g)＋dD(g)达到平衡后，保持温度不变，将容器缩小为原来的一半，当达到新的平衡时，A的浓度是原来的1.6倍，则下列说法正确的是( )
A．平衡向逆反应方向移动
B．a＜c＋d
C．物质A的转化率增大
D．物质D的浓度减小
答案 C
解析 容器缩小为原来的一半，若平衡不移动，则A的浓度应变为原来的2倍，新的平衡时，A的浓度是原来的1.6倍，说明平衡正向移动，A的转化率增大。
7．如图所示，向恒温恒压容器中充入2 mol NO、1 mol O2，发生反应：2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)。下列情况不能说明反应已达到平衡状态的是( )
A．容器容积不再改变
B．混合气体的颜色不再改变
C．混合气体的密度不再改变
D．NO与O2的物质的量的比值不再改变
答案 D
解析 这是一个反应前后气体分子数发生变化的反应，恒压条件下，体积不变，说明达到平衡，A正确；ρ＝，密度不变，说明达到平衡，C正确；颜色不变，即c(NO2)不变，说明达到平衡，B正确；NO、O2按化学计量数比投料，反应过程中无论平衡与否，物质的量之比始终为化学计量数之比，D错误。
8．一定条件下，通过下列反应可以制备特种陶瓷的原料MgO：MgSO4(s)＋CO(g)MgO(s)＋CO2(g)＋SO2(g) ΔH＞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变化与图像相符的是( )
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
答案 A
解析 该反应为气体体积增大的吸热反应。A项，升高温度，平衡正向移动，气体的总质量增加，由于恒容密闭容器中气体总体积不变，故混合气体的密度增大，正确；B项，增加CO的量，平衡正向移动，但CO的转化率降低，故CO2与CO的物质的量之比减小，错误；C项，平衡常数只与温度有关，错误；D项，因MgSO4为固体，增加其质量，对CO的转化率没有影响，错误。
9．一定条件下，通过下列反应可以制备特种陶瓷的原料MgO：MgSO4(s)＋CO(g)MgO(s)＋CO2(g)＋SO2(g) ΔH＞0，该反应在某密闭容器中达到平衡。下列分析正确的是( )
A．恒温恒容时，充入CO气体，达到新平衡时增大
B．容积不变时，升高温度，混合气体的平均相对分子质量减小
C．恒温恒容时，分离出部分SO2气体可提高MgSO4的转化率
D．恒温时，增大压强，平衡逆向移动，平衡常数减小
答案 C
解析 恒温恒容时，充入CO气体，由于反应物中只有CO为气体，相当于加压，平衡向逆反应方向移动，达到新平衡时减小，故A错误；正反应是吸热反应，升高温度，平衡向正反应方向进行，CO2和SO2的相对分子质量均比CO大，因此混合气体的平均相对分子质量增大，故B错误；分离出SO2，减小生成物的浓度，平衡向正反应方向移动，MgSO4消耗量增大，即转化率增大，故C正确；化学平衡常数只受温度的影响，温度不变，化学平衡常数不变，故D错误。
10．在一定温度下，在3个容积均为1.0 L的恒容密闭容器中反应2H2(g)＋CO(g)CH3OH(g) 达到平衡，下列说法正确的是( )
容器
温度
/K
物质的起始浓度
/(mol·L－1)
物质的平衡浓度
/(mol·L－1)
c(H2)
c(CO)
c(CH3OH)
c(CH3OH)
Ⅰ
400
0.20
0.10
0
0.080
Ⅱ
400
0.40
0.20
0
Ⅲ
500
0
0
0.10
0.025
A.该反应的正反应吸热
B．达到平衡时，容器Ⅰ中反应物转化率比容器Ⅱ中的大
C．达到平衡时，容器Ⅱ中c(H2)大于容器Ⅲ中c(H2)的两倍
D．达到平衡时，容器Ⅲ中的正反应速率比容器Ⅰ中的大
答案 D
解析 对比容器Ⅰ和Ⅲ可知两者投料量相当，若温度相同，最终建立等效平衡，但Ⅲ温度高，平衡时c(CH3OH)小，说明平衡向逆反应方向移动，即逆反应为吸热反应，正反应为放热反应，A错误；Ⅱ相对于Ⅰ成比例增加投料量，相当于加压，平衡正向移动，转化率提高，所以Ⅱ中反应物转化率大，B错误；不考虑温度，Ⅱ中投料量是Ⅲ的两倍，相当于加压，平衡正向移动，所以Ⅱ中c(H2)小于Ⅲ中c(H2)的两倍，且Ⅲ的温度比Ⅱ高，相对于Ⅱ，平衡向逆反应方向移动，c(H2)增大，C错误；对比Ⅰ和Ⅲ，若温度相同，两者建立等效平衡，两容器中速率相等，但Ⅲ中温度高，速率加快，达到平衡后，正反应速率大，D正确。
11．在某一温度下，某一密闭容器中，M、N、R三种气体浓度的变化如图a所示，若其他条件不变，当温度分别为T1和T2时，N的体积分数与时间关系如图b所示。则下列结论正确的是( )
A．该反应的热化学方程式M(g)＋3N(g)2R(g) ΔH＞0
B．达到平衡后，若其他条件不变，减小容器体积，平衡向逆反应方向移动
C．达到平衡后，若其他条件不变，升高温度，正、逆反应速率均增大，M的转化率减小
D．达到平衡后，若其他条件不变，通入稀有气体，平衡一定向正反应方向移动
答案 C
解析 从图a可得出该反应为M(g)＋3N(g)2R(g)，从图b中可看出T1＞T2，升高温度，N的体积分数变大，即平衡逆向移动，该反应为放热反应，A项错误；缩小容器的体积，即增大压强，平衡正向移动，B项错误；升高温度，v正、v逆均增大，平衡逆向移动，M的转化率减小，C项正确；若是在恒温恒容的容器中通入稀有气体，则平衡不移动，D项错误。
12．在温度T1和T2时，分别将0.50 mol CH4和1.20 mol NO2充入体积为1 L的密闭容器中，发生如下反应：CH4(g)＋2NO2(g)N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)，测得n(CH4)随时间变化数据如下表：
时间/min
0
10
20
40
50
T1
n(CH4)/mol
0.50
0.35
0.25
0.10
0.10
T2
n(CH4)/mol
0.50
0.30
0.18
…
0.15
下列说法不正确的是( )
A．T2时，CH4的平衡转化率为70.0%
B．该反应的ΔH＞0、T1＜T2
C．保持其他条件不变，T1时向平衡体系中再充入0.30 mol CH4和0.80 mol H2O(g)，平衡不移动
D．保持其他条件不变，T1时向平衡体系中再充入0.50 mol CH4和1.20 mol NO2，与原平衡相比，达新平衡时N2的浓度增大、体积分数减小
答案 B
解析 A项，50 min时，反应达到平衡，甲烷的转化率(0.5－0.15)/0.5×100%＝70.0%，故A正确；B项，如果该反应是吸热反应，T2时达到平衡，CH4的物质的量大于T1，升高温度平衡向正反应方向进行，消耗甲烷较多，因此T1>T2，故B错误；C项，
根据化学平衡常数的表达式，K＝c2(H2O)×c(CO2)×c(N2)/[c2(NO2)×c(CH4)]＝0.82×0.4×0.4/(0.42×0.1)＝6.4，再充入0.3 mol CH4和0.8 mol H2O，此时的Qc＝1.62×0.4×0.4/(0.42×0.4)＝6.4＝K，化学平衡不移动，故C正确；D项，达到平衡后，再充入0.5 mol CH4和1.2 mol NO2，平衡向正反应方向移动，N2的浓度增大，但氮气的体积分数减小，故D正确。
二、非选择题(本题包括3小题)
13．在一定温度下的恒容容器中，当下列物理量不再发生变化时：①混合气体的压强；②混合气体的密度；③混合气体的总物质的量；④混合气体的平均相对分子质量；⑤混合气体的颜色；⑥各反应物或生成物的浓度之比等于化学计量数之比；⑦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________。
(5)能说明NH2COONH4(s)2NH3(g)＋CO2(g)达到平衡状态的是________。
(6)能说明5CO(g)＋I2O5(s)5CO2(g)＋I2(s)达到平衡状态的是________。
答案 (1)①③④⑦ (2)⑤⑦ (3)①③④⑤⑦
(4)①②③④⑦ (5)①②③ (6)②④⑦
14．(2020·7月浙江选考，29)研究CO2氧化C2H6制C2H4对资源综合利用有重要意义。相关的主要化学反应有：
Ⅰ C2H6(g)C2H4(g)＋H2(g) ΔH1＝136 kJ·mol－1
Ⅱ C2H6(g)＋CO2(g)C2H4(g)＋H2O(g)＋CO(g) ΔH2＝177 kJ·mol－1
Ⅲ C2H6(g)＋2CO2(g)4CO(g)＋3H2(g) ΔH3
Ⅳ CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH4＝41 kJ·mol－1
请回答：
(1)下列描述正确的是________(填字母)。
A．升高温度反应Ⅰ的平衡常数增大
B．加压有利于反应Ⅰ、Ⅱ的平衡正向移动
C．反应Ⅲ有助于乙烷脱氢，有利于乙烯生成
D．恒温恒压下通水蒸气，反应Ⅳ的平衡逆向移动
(2)①CO2和C2H6按物质的量1∶1投料，在923 K和保持总压恒定的条件下，研究催化剂X对“CO2氧化C2H6制C2H4”的影响，所得实验数据如表：
催化剂
转化率C2H6/%
转化率CO2/%
产率C2H4/%
催化剂X
19.0
37.6
3.3
结合具体反应分析，在催化剂X作用下，CO2氧化C2H6的主要产物是________，判断依据是_________________________。
②采用选择性膜技术(可选择性地让某气体通过而离开体系)可提高C2H4的选择性(生成C2H4的物质的量与消耗C2H6的物质的量之比)。在773 K，乙烷平衡转化率为9.1%，保持温度和其他实验条件不变，采用选择性膜技术，乙烷转化率可提高到11.0%。结合具体反应说明乙烷转化率增大的原因是___________________________________________________________________。
答案 (1)AD
(2)①CO C2H4的产率低，说明催化剂X有利于提高反应Ⅲ速率
②选择性膜吸附C2H4，促进反应Ⅱ平衡正向移动
解析 (1)反应Ⅰ的焓变大于0，则正反应为吸热反应，升高温度，平衡向正反应方向移动，平衡常数增大，A项正确；反应Ⅰ、Ⅱ均为气体分子数增多的反应，因此加压，平衡向逆反应方向移动，B项错误；反应Ⅲ的生成物中有CO，而由反应Ⅱ可知，生成乙烯的同时还有CO生成，故反应Ⅲ抑制了反应Ⅱ的进行，即抑制了乙烯的生成，C项错误；水蒸气是反应Ⅳ的生成物，因此通水蒸气时，反应Ⅳ的平衡逆向移动，D项正确。(2)①由反应Ⅰ、反应Ⅱ和反应Ⅲ可知，乙烷的氧化产物有乙烯和CO，结合题表数据可知，CO2的转化率较高，但因乙烯的产率较低，故乙烷的主要氧化产物是CO。催化剂X有利于提高反应Ⅲ速率。②选择性膜可吸附乙烯，使反应体系中的乙烯浓度降低，从而促使反应Ⅱ的平衡向正反应方向移动。
15．(2020·南昌县莲塘一中月考)T ℃下，向一容积不变的密闭容器中，通入一定量的NO和CO，用气体传感器测得不同时间NO和CO浓度如下表：
时间/s
0
1
2
3
4
5
c(NO)×10－4 mol·L－1
10.0
4.50
c1
1.50
1.00
1.00
c(CO)×10－3 mol·L－1
3.60
3.05
c2
2.75
2.70
2.70
(1)则c2合理的数值为________(填字母)。
A．4.20 B．4.00
C．2.95 D．2.85
(2)将不同物质的量的H2O(g)和CO(g)分别通入容积为2 L的恒容密闭容器中，进行反应：H2O(g)＋CO(g)CO2(g)＋H2(g)，得到如下三组数据：
实验组
温度/ ℃
起始量/mol
平衡量/mol
达到平衡所
需时间/min
H2O
CO
CO
H2
Ⅰ
650
2
4
2.4
1.6
5
Ⅱ
900
1
2
1.6
0.4
3
Ⅲ
900
a
b
c
d
t
若a＝2，b＝1，则c＝________________，达平衡时实验组Ⅱ中H2O(g)和实验组Ⅲ中CO的转化率的关系为αⅡ(H2O)________αⅢ(CO)(填“＜”“＞”或“＝”)。
(3)二甲醚是清洁能源，用CO在催化剂存在下制备二甲醚的反应原理为：2CO(g)＋4H2(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)，已知一定条件下，该反应中CO的平衡转化率随温度、投料比的变化曲线如图所示。
①a、b、c按从大到小的顺序排序为________。
②根据图像可以判断该反应为放热反应，理由是_____________________。
答案 (1)D (2)0.6 ＝ (3)①a＞b＞c ②投料比相同，温度越高，α(CO)越小，平衡左移，该反应为放热反应
解析 (1)由于CO为反应物，逐渐被消耗，故c2应介于2.75～3.05之间，又浓度越大，反应速率越快，即3.60－3.05＞3.05－c2＞c2－2.75＞2.75－2.70，故应选D。
(2)由H2O(g)＋CO(g)CO2(g)＋H2(g)可知，Ⅱ中平衡时n(H2O)＝0.6 mol，Ⅱ可看作向容器中加入1 mol CO、1 mol H2O建立平衡后又加入1 mol CO重新建立的平衡，Ⅲ可看作向容器中加入1 mol CO、1 mol H2O建立平衡后又加入1 mol H2O重新建立的平衡，故对平衡右移的促进作用完全相同。故c＝0.6，αⅡ(H2O)＝αⅢ(CO)。
(3)①α(CO)越大，越大，故a＞b＞c，②由图像知温度越高，α(CO)越小，平衡左移，故正反应为放热反应。
第2讲 化学平衡状态 化学平衡移动
课 程 标 准
知 识 建 构
1.了解可逆反应的含义，知道可逆反应在一定条件下能达到化学平衡状态及能描述化学平衡状态，判断化学反应是否达到平衡。
2．通过实验探究，了解浓度、压强、温度对化学平衡状态的影响，并能运用浓度、压强、温度对化学平衡的影响规律，推测平衡移动方向及浓度、转化率等相关物理量的变化，能讨论化学反应条件的选择和优化。
3．针对典型案例，能从限度、速率等角度对化学反应和化工生产条件进行综合分析。
一、可逆反应与化学平衡状态
1．可逆反应
(1)概念：在同一条件下，既可以向正反应方向进行，同时又可以向逆反应方向进行的化学反应。
(2)特点：三同一小
①相同条件下；
② 同时进行；
③反应物与生成物同时存在；
④任一组分的转化率都 小于_100%。
(3)表示：在方程式中用“”表示。
2．化学平衡状态
(1)概念：在一定条件下的可逆反应中，当反应进行到一定程度时，正反应速率和逆反应速率相等，反应物的浓度和生成物的浓度保持不变的状态。
(2)建立：对于只加入反应物从正向建立的平衡：
以上过程可以用速率－时间图像表示如下
(3)化学平衡的特点
【诊断1】 判断下列说法是否正确，正确的打√，错误的打×。
(1)铅蓄电池的充放电反应为可逆反应( )
(2)在化学平衡的建立过程中，v正一定大于v逆( )
(3)对于N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)反应，当v正(N2)＝v逆(NH3)时反应达到平衡状态( )
(4)一个可逆反应达到的平衡状态就是这个反应在该条件下所能达到的最大限度( )
(5)恒温恒容条件下反应C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)，当密度不变时，反应达到平衡状态( )
答案 (1)× (2)× (3)× (4)√ (5)√
二、化学平衡的移动
1．化学平衡移动的过程
2．化学平衡移动方向与化学反应速率的关系
(1)v正>v逆：平衡向正反应方向移动。
(2)v正＝v逆：反应达到平衡状态，平衡不发生移动。
(3)v正＜v逆：平衡向逆反应方向移动。
3．影响化学平衡的因素
(1)改变下列条件对化学平衡的影响
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)温度不变时浓度因素的“决定性作用”——分析“惰性气体(不参加反应的气体)”对化学平衡的影响。
①恒温恒容条件
②恒温恒压条件
4．勒夏特列原理
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。
【诊断2】 判断下列说法是否正确，正确的打√，错误的打×。
(1)化学平衡正向移动，说明正反应速率一定增大( )
(2)增大反应物的量平衡一定会正向移动( )
(3)增大某一反应物A的浓度，平衡正向移动时，反应物的浓度一定小于原来的浓度，生成物的浓度一定大于原来的浓度( )
(4)增大压强平衡正向移动，反应物的浓度会减小，生成物的浓度会增大( )
(5)恒容条件下，增加气体反应物的量，平衡正向移动，反应物的转化率一定增大( )
(6)升高温度，化学平衡一定发生移动( )
答案 (1)× (2)× (3)× (4)× (5)× (6)√
考点一 可逆反应特点和化学平衡状态的判断
【典例1】 (2021·河北安平中学月考)在两个绝热恒容的密闭容器中分别进行下列两个可逆反应：
甲：C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)；
乙：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)
现有下列状态：
①混合气体平均相对分子质量不再改变 ②气体的总物质的量不再改变 ③各气体组成浓度相等 ④反应体系中温度保持不变 ⑤断裂氢氧键速率是断裂氢氢键速率的2倍 ⑥混合气体密度不变
其中能表明甲、乙容器中反应都达到平衡状态的是( )
A．①③ B．④⑤
C．③④ D．②⑥
答案 B
解析 ①乙反应的两边气体的体积相同且都是气体，混合气体平均相对分子质量始终不变，所以无法判断乙反应是否达到平衡状态，故①错误；②乙反应的两边气体的体积相同且都是气体，气体的总物质的量始终不变，所以气体的总物质的量不变无法判断乙是否达到平衡状态，故②错误；③各气体组成浓度相等，无法证明达到了平衡状态，故③错误；④因为是绝热容器，反应体系中温度保持不变，说明正逆反应速率相等，达到了平衡状态，故④正确；⑤断裂氢氧键速率是断裂氢氢键速率的2倍，说明正逆反应速率相等，达到了平衡状态，故⑤正确；⑥乙反应的两边气体的体积相同且都是气体，容器的容积不变，所以密度始终不变，无法判断乙是否达到平衡状态，故⑥错误；以上分析故选B。
判断化学平衡状态的两种方法
(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：不同方向上的速率比等于化学计量数比，如aA＋bBcC＋dD，＝时，反应达到平衡状态。
(2)静态标志：“变量”不变
在未达到平衡时不断变化、在达到平衡时不再发生变化的各种物理量(如各物质的质量、物质的量或浓度、百分含量、压强、密度或颜色等)，如果不再发生变化，即达到平衡状态。
可简单总结为“正逆相等，变量不变”。
【对点练1】 (“极端转化”法确定各物质的量)一定条件下，对于可逆反应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)，达到平衡时，X、Y、Z的浓度分别为0.1 mol·L－1、0.3 mol·L－1、0.08 mol·L－1，则下列判断正确的是( )
A．c1∶c2＝3∶1
B．平衡时，Y和Z的生成速率之比为2∶3
C．X、Y的转化率不相等
D．c1的取值范围为0＜c1＜0.14 mol·L－1
答案 D
解析 平衡浓度之比为1∶3，转化浓度之比亦为1∶3，故c1∶c2＝1∶3，A、C不正确；平衡时Y生成表示逆反应速率，Z生成表示正反应速率且v生成(Y)∶v生成(Z)应为3∶2，B不正确；由可逆反应的特点可知0＜c1＜0.14 mol·L－1。
【对点练2】 (化学平衡状态的判断)(2020·衡阳高三调研)反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH<0，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．容器内的温度不再变化
B．容器内的压强不再变化
C．相同时间内，断开H—H键的数目和生成N—H键的数目相等
D．容器内气体的浓度c(N2)∶c(H2)∶c(NH3)＝1∶3∶2
答案 A
解析 已知反应为放热反应，当绝热容器内的温度不变时，达到平衡状态，A项符合题意；反应在恒压条件下进行，反应前后压强均不变，不能判断是否达到平衡状态，B项不符合题意；断开H—H键和生成N—H键均指正反应方向，不能判断是否达到平衡状态，C项不符合题意；当c(N2)∶c(H2)∶c(NH3)为1∶3∶2时，无法证明正逆反应速率相等，D项不符合题意。
【对点练3】 (图像法判断平衡状态)一定温度下，反应N2O4(g)2NO2(g)的焓变为ΔH。现将1 mol N2O4充入一恒容密闭容器中，下列示意图正确且能说明反应达到平衡状态的是( )
A
B
C
D
答案 D
解析 气体密度、ΔH是恒量，不能作为判断平衡状态的标志；该反应是充入1 mol N2O4，正反应速率应是逐渐减小直至不变，C项的曲线趋势不正确。
考点二 外界条件对化学平衡影响的判断
【典例2】 已知某密闭容器中发生反应：X(g)＋Y(g)mZ(g) ΔH＜0。反应过程中，X、Y、Z的物质的量随时间的变化如图所示，则t1时刻改变的条件可能是( )
A．升高温度 B．加入更高效的催化剂
C．增大压强 D．加入一定量的Z
答案 A
解析 正反应是放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，Z的物质的量减少，X或Y的物质的量增大，符合图像，A正确；使用催化剂不影响化学平衡的移动，不符合图像，B错误；由题图知，反应达到平衡时，Δn(X或Y)＝a mol，Δn(Z)＝2a mol，参与反应的各物质的物质的量变化之比等于化学计量数之比，即m＝2，反应前后气体物质的化学计量数之和相等，增大压强，化学平衡不移动，不符合图像，C错误；加入一定量的Z，t1时，Z的物质的量应增大，不符合图像，D错误。
判断化学平衡移动方向的思维流程
【对点练4】 (平衡移动方向的判断)(2020·江西名师联盟第一次模拟测试)关于一定条件下的化学平衡H2(g)＋I2(g)2HI(g) ΔH＜0，下列说法正确的是( )
A．恒温恒容，充入H2，v(正)增大，平衡右移
B．恒温恒容，充入He，v(正)增大，平衡右移
C．加压，v(正)，v(逆)不变，平衡不移动
D．升温，v(正)减小，v(逆)增大，平衡左移
答案 A
解析 恒温恒容，充入H2，H2浓度增大，v(正)增大，平衡右移，故A正确；恒温恒容，充入He，各反应物浓度都不变，v(正)不变，平衡不移动，故B错误；加压，容积缩小，各物质浓度均增大，v(正)、v(逆)都增大，平衡不移动，故C错误；升温，v(正)增大，v(逆)增大，由于正反应放热，所以平衡左移，故D错误。
【对点练5】 (选取措施使化学平衡定向移动)(2020·湖南常德市高三协作考)高炉炼铁过程中发生的主要反应为：Fe2O3(s)＋CO(g)Fe(s)＋CO2(g) ΔH＜0，欲提高上述反应CO的平衡转化率，可采取的措施是( )
A．移出部分CO2 B．提高反应温度
C．加入合适的催化剂 D．减小容器的容积
答案 A
解析 移出部分CO2，平衡正向移动，故A正确；此反应为放热反应，提高反应温度，平衡逆向移动，故B错误；加入合适的催化剂，对平衡没有影响，故C错误；反应前后气体体积不变的反应，减小容器的容积，平衡不移动，故D错误。
【对点练6】 (新旧平衡的比较)(2021·1月辽宁普高校招生考试适应性测试，7)某温度下，在一恒容密闭容器中进行如下两个反应并达到平衡：
①2X(g)＋Y(g)Z(s)＋2Q(g) ΔH1<0
②M(g)＋N(g)R(g)＋Q(g) ΔH2>0
下列叙述错误的是( )
A.加入适量Z，①和②平衡均不移动
B.通入稀有气体Ar，①平衡正向移动
C.降温时无法判断Q浓度的增减
D.通入Y，则N的浓度增大
答案 B
解析 Z为固体，加入适量Z不影响反应①的平衡移动，而反应②与Z无关，故加入Z也不影响反应②的平衡移动，A正确；通入稀有气体Ar，由于容器体积不变，故气体浓度不发生改变，反应①的平衡不移动，B错误；温度降低，反应①正向进行，反应②逆向进行，但两个反应中反应物的起始浓度未知，故无法判断Q浓度的增减，C正确；通入气体Y，反应①平衡正向移动，Q的浓度增大，导致反应②平衡逆向移动，则N的浓度增大，D正确。
分析化学平衡移动问题的注意事项
(1)不要把v正增大与平衡向正反应方向移动等同起来，只有v正＞v逆时，才使平衡向正反应方向移动。
(2)同等程度地改变气体反应混合物中各物质的浓度时，应视为压强的影响。
(3)对于缩小体积增大压强，不管是否移动，各成分的浓度均增大，但增大的倍数可能不同也可能相同。
考点三 化学平衡移动原理在化工生产中的应用
【典例3】 经过科学家的大量研究，工业上氮气和氢气在一定条件下直接化合制得氨。图1是工业合成氨生产的示意图。
(1)图1中分离出物质X的化学式为________。
(2)图1中选定500 ℃、20～50 MPa条件的主要原因是________(填字母)。
A．温度、压强对化学平衡的影响
B．铁触媒在该温度时活性大
C．工业生产受动力、材料、设备等条件的限制
(3)改变反应条件，会使平衡发生移动。图2表示随条件改变，氨气百分含量的变化趋势。
当横坐标为压强时，变化趋势正确的是(选填a、b、c)________。
当横坐标为温度时，变化趋势正确的是(选填a、b、c)________。
答案 (1)NH3 (2)BC (3)c a
解析 (1)合成氨工业有下列流程：原料气制备、原料气净化和压缩、氨的合成、氨的分离，从图1生产流程知，原料气N2和H2，经过铁触媒得到N2、H2、NH3混合气体，再经冷却、分离出NH3，所以X为NH3，Y为N2和H2的混合气，再循环利用；(2)A项，升高温度，能使反应速率加快，但该反应正反应为放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，不利于氨的合成；增大压强，能使反应速率加快，平衡也向正反应方向移动，错误；B项，实际生产中采用400～500 ℃的高温，催化剂的催化活性最高，可以增加反应速率，缩短达到平衡的时间，正确；C项，工业合成氨的反应原理是：N2＋3H22NH3 ΔH＜0，从化学平衡的角度看，温度越低，压强越大，越有利于合成氨，工业生产以经济利益最大化为目的，所以工业生产受动力、材料、设备等条件的限制，目前的生产条件为：催化剂为铁触媒，温度为400～500 ℃，压强20～50 MPa，正确；(3)正反应为气体体积缩小的反应，所以压强越大，越有利于合成氨，增大压强时平衡向右移动，氨气的百分含量增大，结合图像可知，c符合要求。又因为合成氨反应是一个放热反应，随温度的升高，平衡向氨气含量减少的方向移动，结合图像可知，a符合要求。
工业合成氨适宜条件的选择
(1)反应原理
N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol－1
(2)反应特点：①反应为可逆反应；②正反应为放热反应；③反应物、生成物均为气体，且正反应为气体物质的量减小的反应。
(3)反应条件的选择
反应
条件
对化学反应
速率的影响
对平衡混合物中
氨含量的影响
合成氨条
件的选择
增大
压强
增大反
应速率
平衡正向移动，提高平衡混合物中氨的含量
压强增大，有利于氨的合成，但需要动力大，对材料、设备的要求高。故采用10～30 MPa的高压
升高
温度
增大反
应速率
平衡逆向移动，降低平衡混合物中氨的含量
温度要适宜，既要保证反应有较快的速率，又要使反应物的转化率不能太低。故采用400～500 ℃左右的温度，并且在该温度下催化剂的活性最大
使用
催化剂
增大反
应速率
没有影响
工业上一般选用铁触媒作催化剂
(4)原料气的充分利用
合成氨反应的转化率较低，从原料充分利用的角度分析，工业生产中可采用循环操作的方法以提高原料的利用率。
【对点练7】 (平衡移动原理用于工业合成氨)如图为工业合成氨的流程图。图中为提高原料转化率采取的措施是( )
A．①②③ B．①③⑤
C．②④⑤ D．②③④
答案 C
解析 工业合成氨反应的化学方程式为N2＋3H22NH3，反应是可逆反应，正反应气体体积减小，正反应是放热反应；依据合成氨的流程图，其中为提高原料转化率而采取的措施为：增大压强，液化分离出氨气，氮气和氢气的循环使用。
【对点练8】 (平衡移动原理用于化工生产)CO可用于合成甲醇，反应方程式为CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)。CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图所示。该反应ΔH________0(填“＞”或“＜”)。实际生产条件控制在250 ℃、1.3×104 kPa左右，选择此压强的理由是__________________________。
答案 ＜ 在1.3×104 kPa下，CO的转化率已较高，再增大压强，CO转化率提高不大，同时生产成本增加
解析 从图像来看，随着温度的升高，CO的转化率变小，故ΔH＜0，综合温度、压强对CO转化率的影响，在1.3×104 kPa下，CO的转化率已经很大，不必再增大压强。
1.化工生产适宜条件选择的一般原则
条件
原则
从化学反应速率分析
既不能过快，又不能太慢
从化学平衡移动分析
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
注意催化剂的活性对温度的限制
2.平衡类问题需考虑的几个方面
(1)原料的来源、除杂，尤其考虑杂质对平衡的影响。
(2)原料的循环利用。
(3)产物的污染处理。
(4)产物的酸碱性对反应的影响。
(5)气体产物的压强对平衡造成的影响。
(6)改变外界条件对多平衡体系的影响。
微专题26 化学平衡图像
类型一、百分含量、转化率、时间、温度、压强等多维图像分析
1．常见图像形式
2．解题步骤
3．解题技巧
(1)先拐先平
在含量(转化率)—时间曲线中，先出现拐点的先达到平衡，说明该曲线反应速率大，表示温度较高、有催化剂、压强较大等。
(2)定一议二
当图像中有三个量时，先确定一个量不变，再讨论另外两个量的关系，有时还需要作辅助线。
(3)三步分析法
一看反应速率是增大还是减小；
二看v正、v逆的相对大小；
三看化学平衡移动的方向。
【典例1】 在恒容密闭容器中通入X并发生反应：2X(g)Y(g)，在温度T1、T2下，X的物质的量浓度c(X)随时间t变化的曲线如图所示，下列叙述正确的是( )
A．该反应进行到M点放出的热量大于进行到W点放出的热量
B．T2温度下，在O～t1时间内，v(Y)＝ mol·L－1·min－1
C．M点的正反应速率v正大于N点的逆反应速率v逆
D．M点时再加入一定量X，平衡后X的转化率减小
答案 C
解析 由图可知，温度为T1先到达平衡，所以T1>T2，温度越高，平衡时X的物质的量浓度越大，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，升高温度平衡向吸热反应方向移动，故逆反应为吸热反应，正反应为放热反应。进行到M点X的转化率较低，由于正向是放热反应，所以反应进行到M点放出的热量少，故A错误；T2温度下，在O～t1时间内，X的浓度变化为：c(X)＝(a－b) mol·L－1，则Y的浓度变化为c(Y)＝c(X)＝ mol·L－1，所以v(Y)＝ mol·L－1·min－1，故B错误；根据图像可知，温度为T1时反应首先达到平衡状态；温度高反应速率快，到达平衡的时间少，则温度是T1>T2；M点温度高于N点温度，且N点反应没有达到平衡状态，此时反应向正反应方向进行，即N点的逆反应速率小于N点的正反应速率，因此M点的正反应速率大于N点的逆反应速率，故C正确；M点时再加入一定量X，达到的新平衡与原平衡比较，压强增大，增大压强平衡正移，则X的转化率增大，所以M点时再加入一定量X，平衡后X的转化率增大，故D错误。
类型二、新型图像的探究应用
【典例2】 (2019·全国卷Ⅰ)水煤气变换[CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)]是重要的化工过程，主要用于合成氨、制氢以及合成气加工等工业领域中。回答下列问题：
(1)Shibata曾做过下列实验：①使纯H2缓慢地通过处于721 ℃下的过量氧化钴CoO(s)，氧化钴部分被还原为金属钴Co(s)，平衡后气体中H2的物质的量分数为0.025 0。
②在同一温度下用CO还原CoO(s)，平衡后气体中CO的物质的量分数为0.019 2。
根据上述实验结果判断，还原CoO(s)为Co(s)的倾向是CO________H2(填“大于”或“小于”)。
(2)721 ℃时，在密闭容器中将等物质的量的CO(g)和H2O(g)混合，采用适当的催化剂进行反应，则平衡时体系中H2的物质的量分数为________(填标号)。
A．＜0.25 B．0.25
C．0.25～0.50 D．0.50
E．＞0.50
(3)Shoichi研究了467 ℃、489 ℃时水煤气变换(ΔH＜0)中CO和H2分压随时间变化关系(如图所示)，催化剂为氧化铁，实验初始时体系中的pH2O和pCO相等、pCO2和pH2相等。
计算曲线a的反应在30～90 min内的平均速率(a)＝________ kPa·min－1。467 ℃时pH2和pCO随时间变化关系的曲线分别是________、________。489 ℃时pH2和pCO随时间变化关系的曲线分别是________、________。
答案 (1)大于 (2)C (3)0.004 7 b c a d
解析 (1)由题给信息①可知，H2(g)＋CoO(s)Co(s)＋H2O(g)(ⅰ) K1＝＝＝39，由题给信息②可知，CO(g)＋CoO(s)Co(s)＋CO2(g)(ⅱ) K2＝＝≈51.08。相同温度下，平衡常数越大，反应倾向越大，故CO还原氧化钴的倾向大于H2。(2)第(1)问和第(2)问的温度相同，利用盖斯定律，由(ⅱ)－(ⅰ)得CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) K＝＝≈1.31。设起始时CO(g)、H2O(g)的物质的量都为1 mol，容器容积为1 L，在721 ℃下，反应达平衡时H2的物质的量为x mol。
K＝＝1.31，x＝0.534，则平衡时H2的物质的量分数为＝0.267，故选C。(3)由题图可知，30～90 min内(a)＝＝0.004 7 kPa·min－1。水煤气变换中CO是反应物，H2是产物，又该反应是放热反应，升高温度，平衡向左移动，重新达到平衡时，H2的压强减小，CO的压强增大。故a曲线代表489 ℃时，pH2随时间变化关系的曲线，d曲线代表489 ℃时pCO随时间变化关系的曲线，b曲线代表467 ℃时pH2随时间变化关系的曲线，c曲线代表467 ℃时pCO随时间变化关系的曲线。
1．CO和H2在一定条件下合成甲醇的反应为：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH。现在容积均为1 L的a、b、c、d、e五个密闭容器中分别充入1 mol CO和2 mol H2的混合气体，控温，进行实验，测得相关数据如下图1和图2。下列叙述不正确的是( )
A．该反应的ΔH<0
B．在500 ℃条件下达平衡时CO的转化率为60%
C．平衡常数K1(300 ℃)＜K2(500 ℃)
D．图2中达化学平衡的点为c、d、e
答案 C
解析 A．根据图1,300 ℃时，甲醇物质的量为0.8 mol，500 ℃时甲醇物质的量为0.6 mol，升高温度，平衡向逆反应方向移动，根据勒夏特列原理，该反应为放热反应，即ΔH<0，故A说法正确；B.500 ℃时甲醇的物质的量为0.6 mol，则消耗CO的物质的量为0.6 mol，即CO的转化率为×100%＝60%，故B说法正确；C.化学平衡常数只受温度的影响，该反应为放热反应，升高温度，化学平衡常数减小，即K1(300 ℃)＞K2(500 ℃)，故C说法错误；D.a到c反应向正反应方向进行，还没有达到平衡，当达到平衡时，甲醇的物质的量最大，即c、d、e为化学平衡点，故D说法正确。
2．(2020·课标全国Ⅰ，28节选)硫酸是一种重要的基本化工产品。接触法制硫酸生产中的关键工序是SO2的催化氧化：SO2(g)＋O2(g)SO3(g) ΔH＝－98 kJ·mol－1。
当SO2(g)、O2(g)和N2(g)起始的物质的量分数分别为7.5%、10.5%和82%时，在0.5 MPa、2.5 MPa和5.0 MPa压强下，SO2平衡转化率α随温度的变化如图所示。反应在5.0 MPa、550 ℃时的α＝________，判断的依据是_____________。
影响α的因素有_________________________。
答案 0.975 该反应气体分子数减少，增大压强，α提高。5.0 MPa>2.5 MPa＝p2，所以p1＝5.0 MPa 温度、压强和反应物的起始浓度
解析 由题给反应式知，该反应为气体分子数减少的反应，其他条件一定时，增大压强，SO2平衡转化率增大，故p1＝5.0 MPa。结合题图知5.0 MPa、550 ℃时对应的SO2平衡转化率为0.975。影响平衡转化率的因素有：温度、压强、反应物的起始浓度等。
3．(2020·课标全国Ⅲ，28节选)二氧化碳催化加氢合成乙烯是综合利用CO2的热点研究领域。理论计算表明，原料初始组成n(CO2)∶n(H2)＝1∶3，在体系压强为0.1 MPa，反应达到平衡时，四种组分的物质的量分数x随温度T的变化如图所示。
图中，表示C2H4、CO2变化的曲线分别是________、________。CO2催化加氢合成C2H4反应的ΔH________0(填“大于”或“小于”)。
答案 d c 小于
解析 反应的化学方程式为2CO2＋6H2CH2===CH2＋4H2O，其中CO2和H2的系数之比为1∶3，开始时加入的n(CO2)∶n(H2)＝1∶3，则平衡时n(CO2)∶n(H2)也应为1∶3，n(C2H4)∶n(H2O)应为1∶4，由题图可知，曲线a为H2，b为H2O，c为CO2，d为C2H4，随温度升高，平衡时C2H4和H2O的物质的量分数逐渐减小，H2和CO2的物质的量分数逐渐增加，说明升高温度平衡逆向移动，根据升高温度平衡向吸热的方向移动，知正反应方向为放热反应，ΔH小于0。
4．(2020·山东学业水平等级考试，18节选)探究CH3OH合成反应化学平衡的影响因素，有利于提高CH3OH的产率。以CO2、H2为原料合成CH3OH涉及的主要反应如下：
Ⅰ.CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH1＝－49.5 kJ·mol－1
Ⅱ.CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH2＝－90.4 kJ·mol－1
Ⅲ.CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH3＝40.9 kJ·mol－1
回答下列问题：
不同压强下，按照n(CO2)∶n(H2)＝1∶3投料，实验测定CO2的平衡转化率和CH3OH的平衡产率随温度的变化关系如图所示。
已知：CO2的平衡转化率为＝×100%
CH3OH的平衡产率＝×100%
其中纵坐标表示CO2平衡转化率的是图________(填“甲”或“乙”)；压强p1、p2、p3由大到小的顺序为________；图乙中T1温度时，三条曲线几乎交于一点的原因是______________________。
答案 乙 p1、p2、p3 T1时以反应Ⅲ为主，反应Ⅲ前后气体分子数相等，压强改变对平衡没有影响
解析 反应Ⅰ为放热反应，故低温阶段，温度越高，CO2的平衡转化率越低，而反应Ⅲ为吸热反应，温度较高时，主要发生反应Ⅲ，则温度越高，CO2的平衡转化率越高，即图乙的纵坐标表示的是CO2的平衡转化率。反应Ⅰ为气体分子数减少的反应，反应Ⅲ为气体分子数不变的反应，因此压强越大，CO2的平衡转化率越高，故压强由大到小的顺序是p1、p2、p3。反应Ⅲ为吸热反应，温度较高时，主要发生反应Ⅲ，且反应Ⅲ前后气体分子数相等，故CO2的平衡转化率几乎不再受压强影响。
5．(2020·天津学业水平等级考试，16节选)用H2还原CO2可以在一定条件下合成CH3OH(不考虑副反应)
CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH<0
恒压下，CO2和H2的起始物质的量比为1∶3时，该反应在无分子筛膜时甲醇的平衡产率和有分子筛膜时甲醇的产率随温度的变化如图所示，其中分子筛膜能选择性分离出H2O。
①甲醇平衡产率随温度升高而降低的原因为__________________。
②P点甲醇产率高于T点的原因为__________________。
③根据图示，在此条件下采用该分子筛膜时的最佳反应温度为________ ℃。
答案 ①该反应为放热反应，温度升高，平衡逆向移动(或平衡常数减小) ②分子筛膜从反应体系中不断分离出H2O，有利于反应正向进行，甲醇产率升高 ③210
解析 ①该反应是放热反应，温度升高有利于平衡逆向移动，甲醇的平衡产率随温度升高而降低。②P点对应反应有分子筛膜，分子筛膜能选择性分离出水，有利于反应正向进行，故P点甲醇产率高于T点甲醇产率。③由图知，当温度为210 ℃时，甲醇的产率最高，因此最佳反应温度为210 ℃。
1．(双选)(2020·浙江1月选考改编)已知：N2O4(g)2NO2(g) ΔH＞0，将一定量，N2O4气体充入恒容的密闭容器中，控制反应温度为T1。下列可以作为反应达到平衡的判据是( )
A．气体的压强不变 B．v正(N2O4)＝2v逆(NO2)
C．K不变 D．容器内颜色不变
答案 AD
解析 A．反应前后气体物质的量不等，说明气体的压强会发生变化，气体的压强不变可以说明反应达到平衡，A正确；B.反应达到平衡时，v正＝v逆，应满足2v正(N2O4)＝v逆(NO2)，B错误；C.K只随温度的改变而改变，C错误；D.容器内颜色不变说明c(NO2)不变，可以说明达到化学平衡，D正确。
2．(2020·7月浙江选考，20)一定条件下：2NO2(g)N2O4(g) ΔH<0。在测定NO2的相对分子质量时，下列条件中，测定结果误差最小的是( )
A．温度0 ℃、压强50 kPa
B．温度130 ℃、压强300 kPa
C．温度25 ℃、压强100 kPa
D．温度130 ℃、压强50 kPa
答案 D
解析 测定NO2的相对分子质量时，N2O4越少越好，即使平衡逆向移动。正反应是气体分子数减小的放热反应，要使平衡逆向移动，需减小压强、升高温度，则选D项。
3．(2019·海南卷)反应C2H6(g)C2H4(g)＋H2(g) ΔH>0，在一定条件下于密闭容器中达到平衡。下列各项措施中，不能提高乙烷平衡转化率的是( )
A．增大容器容积 B．升高反应温度
C．分离出部分氢气 D．等容下通入惰性气体
答案 D
4．(2020·山东卷)探究CH3OH合成反应化学平衡的影响因素，有利于提高CH3OH的产率。以CO2、H2为原料合成CH3OH涉及的主要反应如下：
Ⅰ.CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)
ΔH1＝－49.5 kJ·mol－1
Ⅱ.CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)
ΔH2＝－90.4 kJ·mol－1
Ⅲ.CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)
ΔH3＝＋40.9 kJ·mol－1
为同时提高CO2的平衡转化率和CH3OH的平衡产率，应选择的反应条件为________(填标号)。
A．低温、高压 B．高温、低压
C．低温、低压 D．高温、高压
答案 A
解析 目的是探究有利于提高CH3OH的产率的影响因素，则反应Ⅰ为主反应，反应Ⅱ、Ⅲ为副反应，反应Ⅰ正向是气体体积减小的放热反应，高压、低温均有利于主反应Ⅰ平衡的正向移动，反应Ⅲ受到抑制、反应Ⅲ的抑制导致反应Ⅱ也受到抑制，所以同时提高CO2的平衡转化率和CH3OH的平衡产率的反应条件为高压、低温，故A正确。
5．(2020·课标全国Ⅱ)乙烷在一定条件可发生如下反应：C2H6(g)===C2H4(g)＋H2(g) ΔH1＝＋137 kJ·mol－1，提高该反应平衡转化率的方法有________、________。
答案 升高温度 减小压强(增大体积)
解析 C2H6(g)C2H4(g)＋H2(g) ΔH1＝137 kJ·mol－1是一个气体物质的量增大的吸热反应，提高该反应平衡转化率，应使化学平衡右移，可以采用的措施有升高温度、减小压强(增大体积)等。
6．(2020·新课标Ⅲ)二氧化碳催化加氢合成乙烯是综合利用CO2的热点研究领域。CO2催化加氢生成乙烯和水的反应中，产物的物质的量之比n(C2H4)∶n(H2O)＝________。当反应达到平衡时，若增大压强，则n(C2H4)________(填“变大”“变小”或“不变”)。
答案 1∶4 变大
解析 CO2催化加氢生成乙烯和水，该反应的化学方程式可表示为2CO2＋6H2CH2===CH2＋4H2O，则该反应中产物的物质的量之比n(C2H4)∶n(H2O)＝1∶4；由于该反应是气体物质的量减小的反应，当反应达到平衡状态时，若增大压强，则化学平衡向正反应方向移动，n(C2H4)变大。
7．(2020·浙江1月选考)NO氧化反应：2NO(g)＋O2(g)===2NO2(g) ΔH1＜0，分两步进行，其反应过程能量变化示意图如图。
Ⅰ.2NO(g)N2O2(g) ΔH1
Ⅱ.N2O2(g)＋O2(g)===2NO2(g) ΔH2
在恒容的密闭容器中充入一定量的NO和O2气体，保持其它条件不变，控制反应温度分别为T3和T4(T4＞T3)，测得c(NO)随t(时间)的变化曲线如图2所示。
转化相同量的NO，在温度________(填“T3”或“T4”)下消耗的时间较长，试结合反应过程能量图(图1)分析其原因
_________________。
答案 T4 ΔH1＜0，温度升高，反应Ⅰ平衡逆移，c(N2O2)减小，浓度降低的影响大于温度对反应Ⅱ速率的影响
解析 根据图像T4没有T3陡，则转化相同量的NO，T4下耗时更长，该反应的ΔH1＜0，温度升高，反应Ⅰ平衡逆移，c(N2O2)减小，浓度降低的影响大于温度对反应Ⅱ速率的影响。
一、选择题(每小题只有一个选项符合题意)
1．下列事实不能用化学平衡移动原理解释的是( )
A．在强碱存在的条件下，酯的水解反应进行较完全
B．加催化剂，使N2和H2在一定条件下转化为NH3
C．可用浓氨水和NaOH固体快速制取氨气
D．加压条件下有利于SO2与O2反应生成SO3
答案 B
解析 应注意区别化学平衡移动原理和化学反应速率理论的应用范围，加催化剂只能提高反应速率，故B项不能用化学平衡移动原理解释。
2．(2020·济南莱芜区期末)在一密闭烧瓶中注入NO2，在25 ℃时建立下列平衡：2NO2N2O4(正反应为放热反应)，若把烧瓶置于100 ℃的沸水中，下列情况：
①颜色 ②平均相对分子质量 ③质量 ④压强
⑤密度
其中不变的是( )
A．②④ B．③④
C．③⑤ D．①③
答案 C
解析 可逆反应：2NO2N2O4的正反应为放热反应，升高温度，化学平衡向逆反应方向移动。①二氧化氮的浓度增大，颜色加深；②混合气体总的物质的量增大，但总质量不变，根据M＝可知，混合气体的平均相对分子质量减小；③混合气体总的质量不变；④升高温度，化学平衡向左移动，混合气体总的物质的量增大，容器的容积不变，容器内压强增大；⑤混合气体的总质量不变，容器的容积不变，混合气体的密度不变。
3．在密闭容器中进行反应：X2(g)＋Y2(g)2Z(g)，已知X2、Y2、Z的起始浓度分别为0.1 mol·L－1、0.3 mol·L－1、0.2 mol·L－1，在一定条件下，当反应达到平衡时，各物质的浓度有可能是( )
A．Z为0.3 mol·L－1 B．Y2为0.4 mol·L－1
C．X2为0.2 mol·L－1 D．Z为0.4 mol·L－1
答案 A
4．(2020·遵义航天高级中学月考)对可逆反应 4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)，下列叙述正确的是( )
A．达到化学平衡时，4v正(O2)＝5v逆(NO)
B．若单位时间内生成n mol NO 的同时，消耗n mol NH3，则反应达到平衡状态
C．达到化学平衡时，若增加容器容积，则正反应速率减小，逆反应速率增大
D．化学反应速率关系是：2v正(NH3)＝3v逆(H2O)
答案 A
解析 4v正(O2)＝5v逆(NO)中，不同物质表示正、逆反应速率之比等于化学计量数之比，表示正反应速率和逆反应速率相等，反应达到平衡状态，A正确；若单位时间内生成n mol NO的同时，消耗n mol NH3，都表示反应正向进行，不能说明到达平衡状态，B错误；达到化学平衡时，若增加容器容积，则物质的浓度减小，正、逆反应速率均减小，C错误；正确的化学反应速率关系是：3v正(NH3)＝2v逆(H2O)，D错误。
5．已知反应CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) ΔH<0。在一定温度和压强下于密闭容器中，反应达到平衡。下列叙述正确的是( )
A．升高温度，K增大
B．减小压强，n(CO2)增加
C．更换高效催化剂，α(CO)增大
D．充入一定量的氮气，n(H2)不变
答案 D
解析 A项，ΔH<0，正反应放热，升高温度平衡常数减小，错误；B项，反应前气体的化学计量数之和等于反应后气体的计量数之和，减小压强，平衡不移动，n(CO2)不变，错误；C项，催化剂能改变反应速率，但不会引起化学平衡的移动，所以α(CO)不变，错误；D项，充入一定量的氮气，平衡向气体体积增大的方向移动，但该反应前后气体体积不变，平衡不移动，n(H2)不变，正确。
6．(2020·抚州高三模拟)在一密闭容器中，反应aA(g)＋bB(s)cC(g)＋dD(g)达到平衡后，保持温度不变，将容器缩小为原来的一半，当达到新的平衡时，A的浓度是原来的1.6倍，则下列说法正确的是( )
A．平衡向逆反应方向移动
B．a＜c＋d
C．物质A的转化率增大
D．物质D的浓度减小
答案 C
解析 容器缩小为原来的一半，若平衡不移动，则A的浓度应变为原来的2倍，新的平衡时，A的浓度是原来的1.6倍，说明平衡正向移动，A的转化率增大。
7．如图所示，向恒温恒压容器中充入2 mol NO、1 mol O2，发生反应：2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)。下列情况不能说明反应已达到平衡状态的是( )
A．容器容积不再改变
B．混合气体的颜色不再改变
C．混合气体的密度不再改变
D．NO与O2的物质的量的比值不再改变
答案 D
解析 这是一个反应前后气体分子数发生变化的反应，恒压条件下，体积不变，说明达到平衡，A正确；ρ＝，密度不变，说明达到平衡，C正确；颜色不变，即c(NO2)不变，说明达到平衡，B正确；NO、O2按化学计量数比投料，反应过程中无论平衡与否，物质的量之比始终为化学计量数之比，D错误。
8．一定条件下，通过下列反应可以制备特种陶瓷的原料MgO：MgSO4(s)＋CO(g)MgO(s)＋CO2(g)＋SO2(g) ΔH＞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变化与图像相符的是( )
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
答案 A
解析 该反应为气体体积增大的吸热反应。A项，升高温度，平衡正向移动，气体的总质量增加，由于恒容密闭容器中气体总体积不变，故混合气体的密度增大，正确；B项，增加CO的量，平衡正向移动，但CO的转化率降低，故CO2与CO的物质的量之比减小，错误；C项，平衡常数只与温度有关，错误；D项，因MgSO4为固体，增加其质量，对CO的转化率没有影响，错误。
9．一定条件下，通过下列反应可以制备特种陶瓷的原料MgO：MgSO4(s)＋CO(g)MgO(s)＋CO2(g)＋SO2(g) ΔH＞0，该反应在某密闭容器中达到平衡。下列分析正确的是( )
A．恒温恒容时，充入CO气体，达到新平衡时增大
B．容积不变时，升高温度，混合气体的平均相对分子质量减小
C．恒温恒容时，分离出部分SO2气体可提高MgSO4的转化率
D．恒温时，增大压强，平衡逆向移动，平衡常数减小
答案 C
解析 恒温恒容时，充入CO气体，由于反应物中只有CO为气体，相当于加压，平衡向逆反应方向移动，达到新平衡时减小，故A错误；正反应是吸热反应，升高温度，平衡向正反应方向进行，CO2和SO2的相对分子质量均比CO大，因此混合气体的平均相对分子质量增大，故B错误；分离出SO2，减小生成物的浓度，平衡向正反应方向移动，MgSO4消耗量增大，即转化率增大，故C正确；化学平衡常数只受温度的影响，温度不变，化学平衡常数不变，故D错误。
10．在一定温度下，在3个容积均为1.0 L的恒容密闭容器中反应2H2(g)＋CO(g)CH3OH(g) 达到平衡，下列说法正确的是( )
容器
温度
/K
物质的起始浓度
/(mol·L－1)
物质的平衡浓度
/(mol·L－1)
c(H2)
c(CO)
c(CH3OH)
c(CH3OH)
Ⅰ
400
0.20
0.10
0
0.080
Ⅱ
400
0.40
0.20
0
Ⅲ
500
0
0
0.10
0.025
A.该反应的正反应吸热
B．达到平衡时，容器Ⅰ中反应物转化率比容器Ⅱ中的大
C．达到平衡时，容器Ⅱ中c(H2)大于容器Ⅲ中c(H2)的两倍
D．达到平衡时，容器Ⅲ中的正反应速率比容器Ⅰ中的大
答案 D
解析 对比容器Ⅰ和Ⅲ可知两者投料量相当，若温度相同，最终建立等效平衡，但Ⅲ温度高，平衡时c(CH3OH)小，说明平衡向逆反应方向移动，即逆反应为吸热反应，正反应为放热反应，A错误；Ⅱ相对于Ⅰ成比例增加投料量，相当于加压，平衡正向移动，转化率提高，所以Ⅱ中反应物转化率大，B错误；不考虑温度，Ⅱ中投料量是Ⅲ的两倍，相当于加压，平衡正向移动，所以Ⅱ中c(H2)小于Ⅲ中c(H2)的两倍，且Ⅲ的温度比Ⅱ高，相对于Ⅱ，平衡向逆反应方向移动，c(H2)增大，C错误；对比Ⅰ和Ⅲ，若温度相同，两者建立等效平衡，两容器中速率相等，但Ⅲ中温度高，速率加快，达到平衡后，正反应速率大，D正确。
11．在某一温度下，某一密闭容器中，M、N、R三种气体浓度的变化如图a所示，若其他条件不变，当温度分别为T1和T2时，N的体积分数与时间关系如图b所示。则下列结论正确的是( )
A．该反应的热化学方程式M(g)＋3N(g)2R(g) ΔH＞0
B．达到平衡后，若其他条件不变，减小容器体积，平衡向逆反应方向移动
C．达到平衡后，若其他条件不变，升高温度，正、逆反应速率均增大，M的转化率减小
D．达到平衡后，若其他条件不变，通入稀有气体，平衡一定向正反应方向移动
答案 C
解析 从图a可得出该反应为M(g)＋3N(g)2R(g)，从图b中可看出T1＞T2，升高温度，N的体积分数变大，即平衡逆向移动，该反应为放热反应，A项错误；缩小容器的体积，即增大压强，平衡正向移动，B项错误；升高温度，v正、v逆均增大，平衡逆向移动，M的转化率减小，C项正确；若是在恒温恒容的容器中通入稀有气体，则平衡不移动，D项错误。
12．在温度T1和T2时，分别将0.50 mol CH4和1.20 mol NO2充入体积为1 L的密闭容器中，发生如下反应：CH4(g)＋2NO2(g)N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)，测得n(CH4)随时间变化数据如下表：
时间/min
0
10
20
40
50
T1
n(CH4)/mol
0.50
0.35
0.25
0.10
0.10
T2
n(CH4)/mol
0.50
0.30
0.18
…
0.15
下列说法不正确的是( )
A．T2时，CH4的平衡转化率为70.0%
B．该反应的ΔH＞0、T1＜T2
C．保持其他条件不变，T1时向平衡体系中再充入0.30 mol CH4和0.80 mol H2O(g)，平衡不移动
D．保持其他条件不变，T1时向平衡体系中再充入0.50 mol CH4和1.20 mol NO2，与原平衡相比，达新平衡时N2的浓度增大、体积分数减小
答案 B
解析 A项，50 min时，反应达到平衡，甲烷的转化率(0.5－0.15)/0.5×100%＝70.0%，故A正确；B项，如果该反应是吸热反应，T2时达到平衡，CH4的物质的量大于T1，升高温度平衡向正反应方向进行，消耗甲烷较多，因此T1>T2，故B错误；C项，
根据化学平衡常数的表达式，K＝c2(H2O)×c(CO2)×c(N2)/[c2(NO2)×c(CH4)]＝0.82×0.4×0.4/(0.42×0.1)＝6.4，再充入0.3 mol CH4和0.8 mol H2O，此时的Qc＝1.62×0.4×0.4/(0.42×0.4)＝6.4＝K，化学平衡不移动，故C正确；D项，达到平衡后，再充入0.5 mol CH4和1.2 mol NO2，平衡向正反应方向移动，N2的浓度增大，但氮气的体积分数减小，故D正确。
二、非选择题(本题包括3小题)
13．在一定温度下的恒容容器中，当下列物理量不再发生变化时：①混合气体的压强；②混合气体的密度；③混合气体的总物质的量；④混合气体的平均相对分子质量；⑤混合气体的颜色；⑥各反应物或生成物的浓度之比等于化学计量数之比；⑦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________。
(5)能说明NH2COONH4(s)2NH3(g)＋CO2(g)达到平衡状态的是________。
(6)能说明5CO(g)＋I2O5(s)5CO2(g)＋I2(s)达到平衡状态的是________。
答案 (1)①③④⑦ (2)⑤⑦ (3)①③④⑤⑦
(4)①②③④⑦ (5)①②③ (6)②④⑦
14．(2020·7月浙江选考，29)研究CO2氧化C2H6制C2H4对资源综合利用有重要意义。相关的主要化学反应有：
Ⅰ C2H6(g)C2H4(g)＋H2(g) ΔH1＝136 kJ·mol－1
Ⅱ C2H6(g)＋CO2(g)C2H4(g)＋H2O(g)＋CO(g) ΔH2＝177 kJ·mol－1
Ⅲ C2H6(g)＋2CO2(g)4CO(g)＋3H2(g) ΔH3
Ⅳ CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH4＝41 kJ·mol－1
请回答：
(1)下列描述正确的是________(填字母)。
A．升高温度反应Ⅰ的平衡常数增大
B．加压有利于反应Ⅰ、Ⅱ的平衡正向移动
C．反应Ⅲ有助于乙烷脱氢，有利于乙烯生成
D．恒温恒压下通水蒸气，反应Ⅳ的平衡逆向移动
(2)①CO2和C2H6按物质的量1∶1投料，在923 K和保持总压恒定的条件下，研究催化剂X对“CO2氧化C2H6制C2H4”的影响，所得实验数据如表：
催化剂
转化率C2H6/%
转化率CO2/%
产率C2H4/%
催化剂X
19.0
37.6
3.3
结合具体反应分析，在催化剂X作用下，CO2氧化C2H6的主要产物是________，判断依据是_________________________。
②采用选择性膜技术(可选择性地让某气体通过而离开体系)可提高C2H4的选择性(生成C2H4的物质的量与消耗C2H6的物质的量之比)。在773 K，乙烷平衡转化率为9.1%，保持温度和其他实验条件不变，采用选择性膜技术，乙烷转化率可提高到11.0%。结合具体反应说明乙烷转化率增大的原因是___________________________________________________________________。
答案 (1)AD
(2)①CO C2H4的产率低，说明催化剂X有利于提高反应Ⅲ速率
②选择性膜吸附C2H4，促进反应Ⅱ平衡正向移动
解析 (1)反应Ⅰ的焓变大于0，则正反应为吸热反应，升高温度，平衡向正反应方向移动，平衡常数增大，A项正确；反应Ⅰ、Ⅱ均为气体分子数增多的反应，因此加压，平衡向逆反应方向移动，B项错误；反应Ⅲ的生成物中有CO，而由反应Ⅱ可知，生成乙烯的同时还有CO生成，故反应Ⅲ抑制了反应Ⅱ的进行，即抑制了乙烯的生成，C项错误；水蒸气是反应Ⅳ的生成物，因此通水蒸气时，反应Ⅳ的平衡逆向移动，D项正确。(2)①由反应Ⅰ、反应Ⅱ和反应Ⅲ可知，乙烷的氧化产物有乙烯和CO，结合题表数据可知，CO2的转化率较高，但因乙烯的产率较低，故乙烷的主要氧化产物是CO。催化剂X有利于提高反应Ⅲ速率。②选择性膜可吸附乙烯，使反应体系中的乙烯浓度降低，从而促使反应Ⅱ的平衡向正反应方向移动。
15．(2020·南昌县莲塘一中月考)T ℃下，向一容积不变的密闭容器中，通入一定量的NO和CO，用气体传感器测得不同时间NO和CO浓度如下表：
时间/s
0
1
2
3
4
5
c(NO)×10－4 mol·L－1
10.0
4.50
c1
1.50
1.00
1.00
c(CO)×10－3 mol·L－1
3.60
3.05
c2
2.75
2.70
2.70
(1)则c2合理的数值为________(填字母)。
A．4.20 B．4.00
C．2.95 D．2.85
(2)将不同物质的量的H2O(g)和CO(g)分别通入容积为2 L的恒容密闭容器中，进行反应：H2O(g)＋CO(g)CO2(g)＋H2(g)，得到如下三组数据：
实验组
温度/ ℃
起始量/mol
平衡量/mol
达到平衡所
需时间/min
H2O
CO
CO
H2
Ⅰ
650
2
4
2.4
1.6
5
Ⅱ
900
1
2
1.6
0.4
3
Ⅲ
900
a
b
c
d
t
若a＝2，b＝1，则c＝________________，达平衡时实验组Ⅱ中H2O(g)和实验组Ⅲ中CO的转化率的关系为αⅡ(H2O)________αⅢ(CO)(填“＜”“＞”或“＝”)。
(3)二甲醚是清洁能源，用CO在催化剂存在下制备二甲醚的反应原理为：2CO(g)＋4H2(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)，已知一定条件下，该反应中CO的平衡转化率随温度、投料比的变化曲线如图所示。
①a、b、c按从大到小的顺序排序为________。
②根据图像可以判断该反应为放热反应，理由是_____________________。
答案 (1)D (2)0.6 ＝ (3)①a＞b＞c ②投料比相同，温度越高，α(CO)越小，平衡左移，该反应为放热反应
解析 (1)由于CO为反应物，逐渐被消耗，故c2应介于2.75～3.05之间，又浓度越大，反应速率越快，即3.60－3.05＞3.05－c2＞c2－2.75＞2.75－2.70，故应选D。
(2)由H2O(g)＋CO(g)CO2(g)＋H2(g)可知，Ⅱ中平衡时n(H2O)＝0.6 mol，Ⅱ可看作向容器中加入1 mol CO、1 mol H2O建立平衡后又加入1 mol CO重新建立的平衡，Ⅲ可看作向容器中加入1 mol CO、1 mol H2O建立平衡后又加入1 mol H2O重新建立的平衡，故对平衡右移的促进作用完全相同。故c＝0.6，αⅡ(H2O)＝αⅢ(CO)。
(3)①α(CO)越大，越大，故a＞b＞c，②由图像知温度越高，α(CO)越小，平衡左移，故正反应为放热反应。
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