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2024年高考化学一轮总复习 第6单元 第3讲 化学平衡常数 化学反应的方向 课件
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这是一份2024年高考化学一轮总复习 第6单元 第3讲 化学平衡常数 化学反应的方向 课件，共60页。PPT课件主要包含了考点一化学平衡常数，反应Ⅰ，Kp1·Kp2，混乱度，自发进行，表面积，催化剂，低温高压，SO2污染大气，②解题原则和方法等内容，欢迎下载使用。
第3讲 化学平衡常数 化学反应的方向
复习目标1．了解化学平衡常数的含义，能利用化学平衡常数进行相关计算。2．了解利用焓变、熵变判断化学反应进行的方向。
生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值
化学平衡常数仅受温度影响，与浓度无关。
化学平衡常数受温度影响，与可逆反应吸放热有关，如可逆反应正向放热，则升高温度，平衡逆向移动，K值减小。
(3)改变条件，使反应物的平衡转化率都增大，该可逆反应的平衡常数一定增大。错因：__________________________________________________________________________________________________________________ (4)平衡常数发生变化，化学平衡不一定发生移动。错因：______________________________________________________(5)增大反应物的浓度，平衡正向移动，化学平衡常数增大。错因：___________________________________________
平衡常数仅受温度影响，如从反应体系中移除生成物，反应物平衡转化率均增大，但平衡常数不变。
平衡常数发生变化，说明温度发生改变，化学平衡一定移动。
K只受温度的影响，温度不变，K不变。
2．判断可逆反应的热效应
解析升高温度，NO的浓度增大，说明平衡左移，则该反应的ΔH＜0，故A错误；ΔH＜0，升高温度平衡常数减小，则K1＞K2，故B错误；反应中气体物质的量不变，压强与温度有关，温度越高压强越大，则pC＞pD＝pB，故C错误。
A．该反应的ΔH＞0B．若该反应在T1、T2时的平衡常数分别为K1、K2，则K1＜K2C．若状态B、C、D的压强分别为pB、pC、pD，则pC＝pD＞pBD．在T2时，若反应体系处于状态D，则此时v正＞v逆
回答下列问题：(1)该反应的化学平衡常数表达式为K＝ 。(2)该反应为 (填“吸热”或“放热”)反应。
(3)某温度下，各物质的平衡浓度符合下式：3c(CO2)·c(H2)＝5c(CO)·c(H2O)，试判断此时的温度为 ℃。(4)若830 ℃时，向容器中充入1 ml CO、5 ml H2O，反应达到平衡后，其化学平衡常数K (填“大于”“小于”或“等于”)1.0。(5)830 ℃时，容器中的化学反应已达到平衡。在其他条件不变的情况下，扩大容器的体积。平衡 (填“向正反应方向”“向逆反应方向”或“不”)移动。
A．图甲中w2＞1B．图乙中，A线表示逆反应的平衡常数C．温度为T1、w＝2时，Cl2的转化率为50%D．若在恒容绝热装置中进行上述反应，达到平衡时，装置内的气体压强增大
微专题 压强平衡常数的计算
1．压强平衡常数(Kp)(1)当把化学平衡常数K表达式中各物质的浓度用该物质的分压来表示时，就得到该反应的压强平衡常数Kp，其表达式的意义相同。(2)Kp仅适用于气相发生的反应。
3．计算方法第一步：根据三段式法计算平衡体系中各组分的物质的量或物质的量浓度。第二步：计算各气体组分的物质的量分数或体积分数。第三步：根据分压计算公式求出各气体物质的分压。第四步：根据平衡常数计算公式代入计算。
图中代表气体进料比n(CO2)∶n(CH4)为1∶1的是曲线 (填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”)，根据图中点A计算该温度时反应的平衡常数Kp＝ (kPa)2(以分压表示，分压＝总压×物质的量分数)。若曲线Ⅱ在恒容密闭容器中测定(其他条件不变)，则850 ℃时CO2的平衡转化率位于B点的 方(填“上”或“下”)。
考点二 化学反应的方向 反应条件的控制
请指出下列各说法的错因(1)NH4HCO3(s)===NH3(g)＋H2O(g)＋CO2(g) ΔH＝＋185.57 kJ·ml－1，该反应一定不能自发进行。错因：_____________________________________________(2)因为焓变和熵变都与反应的自发性有关，因此焓变或熵变均可以单独作为反应自发性的判据。错因：______________________________________________________________________________________
该反应的ΔS>0、ΔH>0，在高温下能自发进行。
焓变或熵变单独判断反应自发性存在不全面性，应用ΔH－TΔS复合判据。
(3)在其他外界条件不变的情况下，使用催化剂，可以改变化学反应进行的方向。错因：______________________________________________________________________________________(4)－10 ℃的水结冰，可用熵判据来解释其自发性。错因：___________________________________________________
在其他外界条件不变的情况下，使用催化剂，只改变反应速率，而不改变反应方向。
水结冰是熵减的过程，根据熵判据则应是非自发过程。
工业生产中选择适宜生产条件的原则
角度一 化学反应方向的判定1．下列判断错误的是( )①反应NH3(g)＋HCl(g)===NH4Cl(s)在室温下可自发进行，则该反应的ΔH>0 ②CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)室温下不能自发进行，说明该反应的ΔH<0 ③高温下，反应MgCl2(l)===Mg(l)＋Cl2(g)能自发进行，则该反应的ΔH>0、ΔS>0 ④ΔH<0、ΔS>0的反应在任何温度下都能自发进行A．①③B．②③C．②④D．①②
2．(2022·湖南高考节选)已知ΔG＝ΔH －TΔS，ΔG的值只决定于反应体系的始态和终态，忽略ΔH、ΔS随温度的变化。若ΔG<0，则该反应可以自发进行。根据图判断：600 ℃时，下列反应不能自发进行的是 。A．C(s)＋O2(g)===CO2(g)B．2C(s)＋O2(g)===2CO(g)C．TiO2(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(g)＋O2(g)D．TiO2(s)＋C(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(g)＋CO2(g)
解析将A、B、C、D项中反应依次编号为①、②、③、④。A项，由图可知，600 ℃时反应①的ΔG<0，反应能自发进行；B项，由图可知，600 ℃时反应②的ΔG<0，反应能自发进行；C项，由图可知，600 ℃时反应③的ΔG>0，反应不能自发进行；D项，根据盖斯定律知，反应④可由反应①＋反应③得到，则600 ℃时其ΔG<0，反应能自发进行。
四象限法判断反应能否自发进行在温度、压强一定的条件下，反应总是向ΔH－TΔS<0的方向进行，直至达到平衡状态。化学反应方向可归纳为图中四个方面：
角度二 反应条件的控制3．下列有关合成氨工业的说法正确的是( )A．N2的量越多，H2的转化率越大，因此，充入的N2越多越有利于NH3的合成B．恒容条件下充入稀有气体有利于NH3的合成C．工业合成氨的反应是熵增加的放热反应，在任何温度下都可自发进行D．工业合成氨的反应是熵减小的放热反应，在低温时可自发进行
(1)从理论上分析，为了使二氧化硫尽可能多地转化为三氧化硫，应选择的条件是 。(2)在实际生产中，选定的温度为400～500 ℃，原因是__________________________________________________。(3)在实际生产中，采用的压强为常压，原因是__________________________________________________________________________________。(4)在实际生产中，通入过量的空气，原因是_______________________________________。(5)尾气中的SO2必须回收，原因是 。
保持较高反应速率和反应限度，同时使催化剂活性最高
常压下SO2的转化率已很高，若再加压，对设备、动力要求较高，成本增加，不符合经济效益
增大O2的浓度，提高SO2的转化率
核心素养 变化观念与平衡思想——化学平衡图像分析
[素养要求] 化学平衡图像题，常以ct图、含量－时间－温度图、含量－时间－压强图、恒压线图、恒温线图等考查化学反应速率和平衡知识，此外又出现了很多新型图像，这些图像常与生产生活中的实际问题相结合，从反应时间、投料比值、催化剂的选择、转化率等角度考查，体现变化观念与平衡思想的核心素养。
1.解化学平衡图像题的思维流程
2.通过图像获取有用信息(1)横坐标与纵坐标的含义①横坐标：通常是t、T、p等(即时间、温度、压强等)。②纵坐标：通常是v、c、n、α、φ等(即速率、物质的量浓度、物质的量、转化率、体积分数等)。
(2)线的走向与斜率①线的走向，即随着横坐标自变量的增大，纵坐标因变量是变大、变小、还是不变。当纵坐标所表示的物理量，如速率、物质的量浓度、物质的量、转化率或体积分数等不随横坐标的变化而变化时，图像中出现一条直线，那么该反应就到达化学平衡状态。②斜率，是化学平衡图像曲线中一个重要的参数。斜率的应用，通常是对两条不同曲线的斜率进行比较，或者通过比较同一条曲线不同时刻的斜率变化来判断反应是改变了哪些外界条件。
(3)观察化学平衡图像中的“重点”所谓的“重点”指的是化学平衡图像中的起点、拐点、终点、交点、突变点等，这些点往往隐藏着许多重要的信息，借助这些“重点”中的有效信息，能够快速地找到解题的思路，突破图像题的难点。(4)跟踪化学平衡图像中量的变化量的变化，指的是纵坐标表示的物理量所发生的变化是由什么外界条件改变而引起的。要解决这个问题，我们经常要借助化学平衡移动理论。
②解答时应用“定一议二”原则通过分析相同温度下不同压强时，反应物A的转化率大小来判断平衡移动的方向，从而确定反应方程式中反应物与产物气体物质间的化学计量数的大小关系。如图甲中任取一条温度曲线研究，压强增大，A的转化率增大，平衡正向移动，则正反应为气体体积减小的反应，图丙中任取横坐标一点作横坐标垂线，也能得出相同结论。通过分析相同压强下不同温度时，反应物A的转化率的大小来判断平衡移动的方向，从而确定反应的热效应。如图丙中任取一条压强曲线研究，温度升高，A的转化率减小，平衡逆向移动，则正反应为放热反应，图乙中任取横坐标一点作垂线，也能得出相同结论。
4．化工生产中的复杂图像分析除通过图像获取有用信息和对获取的信息进行加工处理外，还需注意以下4点：(1)曲线上的每个点是否都达到平衡往往需要通过曲线的升降趋势或斜率变化来判断，如果还未达到平衡则不能使用平衡移动原理，只有达到平衡以后的点才能应用平衡移动原理。如图中虚线表示单位时间内A的产率随温度的升高先增大后减小，先增大的原因是P点之前反应尚未达到平衡，随温度的升高，反应速率增大，故单位时间内A的产率增大。
(2)催化剂的活性是否受温度的影响不同的催化剂因选择性不同受温度的影响也会不同。一般来说，催化剂的活性在一定温度下最高，低于或高于这个温度都会下降。如图，250～300 ℃时，温度升高而B的生成速率降低的原因是温度超过250 ℃时，催化剂的催化效率降低。
当投料比一定时，温度越高，CO2的转化率越低，所以升温，平衡左移，正反应为放热反应。若温度不变，提高投料比[n(H2)/n(CO2)]，则提高了二氧化碳的转化率。(4)考虑副反应的干扰或影响往往试题会有一定的信息提示，尤其温度的改变影响较大。
解析由图可知，在温度不变时增大压强，Z的体积分数减小，即平衡逆向移动，所以X、Y中有一种是气体，A错误；升高温度，v正、v逆都增大，C错误；催化剂对平衡移动无影响，不能提高Z的产率，D错误。
4．汽车使用乙醇汽油并不能减少NOx的排放，某研究小组在实验室以耐高温试剂Ag－ZSW－5催化，一段时间后测得NO转化为N2的转化率随温度变化情况如图所示。
870 K(860～880 K范围内都可以)
该反应放热，升高温度，反应向逆反应方向进行
加入的CO会与NO的分解产物O2发生反应，促进NO分解平衡向生成N2的方向移动，导致NO转化率升高
3．(2022·全国甲卷节选)金属钛(Ti)在航空航天、医疗器械等工业领域有着重要用途，目前生产钛的方法之一是将金红石(TiO2)转化为TiCl4，再进一步还原得到钛。TiO2转化为TiCl4有直接氯化法和碳氯化法。在1000 ℃时反应的热化学方程式及其平衡常数如下：(ⅰ)直接氯化：TiO2(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(g)＋O2(g) ΔH1＝172 kJ·ml－1，Kp1＝1.0×10－2(ⅱ)碳氯化：TiO2(s)＋2Cl2(g)＋2C(s)===TiCl4(g)＋2CO(g) ΔH2＝－51 kJ·ml－1，Kp2＝1.2×1012 Pa
(1)在1.0×105 Pa，将TiO2、C、Cl2以物质的量比1∶2.2∶2进行反应。体系中气体平衡组成比例(物质的量分数)随温度变化的理论计算结果如图所示。
①反应C(s)＋CO2(g)===2CO(g)的平衡常数Kp(1400 ℃)＝_______Pa。②图中显示，在200 ℃平衡时TiO2几乎完全转化为TiCl4，但实际生产中反应温度却远高于此温度，其原因是________________________________________________________________ 。(2)TiO2碳氯化是一个“气—固—固”反应，有利于TiO2C“固—固”接触的措施是___________________________________________________ 。
为了提高反应速率，在相同时间内得到更多的TiCl4产品，提高效益
将两固体粉碎后混合，同时鼓入Cl2，使固体粉末“沸腾”
(1)用各物质的平衡分压表示总反应的平衡常数，表达式Kp ＝ 。(2)图中对应等压过程的曲线是 ，判断的理由是___________ 。(3)当x(CH3OH)＝0.10时，CO2的平衡转化率α＝ ，反应条件可能为 或 。
总反应ΔH<0，升高温度时平衡向逆反应方向移动，甲醇的物质的量分数变小
5×105 Pa，210 ℃
9×105 Pa，250 ℃
课时作业建议用时：40分钟
一、选择题(每小题只有1个选项符合题意)1．(2022·杭州高三年级检测)恒温恒压下，下列过程一定不能自发进行的是( )A．2H2O(l)＋O2(g)===2H2O2(aq)B．CaO(s)＋CO2(g)===CaCO3(s)C．2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)D．2Cl2(g)＋2H2O(g)===4HCl(g)＋O2(g)
2．下列有关说法中正确的是( )A．2CaCO3(s)＋2SO2(g)＋O2(g)===2CaSO4(s)＋2CO2(g)在低温下能自发进行，则该反应的ΔH<0B．NH4Cl(s)===NH3(g)＋HCl(g)室温下不能自发进行，说明该反应的ΔH<0C．反应3Cl2(g)＋8NH3(g)===6NH4Cl(s)＋N2(g)室温下能自发进行，说明该反应的ΔH>0，ΔS<0D．加入合适的催化剂能降低反应活化能，从而改变反应的焓变
解析A项，该反应为气体物质的量增大的反应，即ΔS>0，同时该反应为放热反应，根据ΔG＝ΔH－TΔS<0时反应可自发进行知，该反应在任意温度下都能自发进行，错误；C项，该反应可逆，所以4 ml NH3和5 ml O2不能完全反应，放出的热量不是904 kJ，错误；D项，1 ml N—H键断裂、1 ml H—O键生成均为正反应，不能表明反应达到平衡状态，错误。
解析X为温度时，升高温度平衡正向移动，φ的变化趋势为曲线M，A错误；X为压强时，加压平衡逆向移动，φ的变化趋势为曲线N，B错误；某条件下，若CH4(g)、H2O(g)初始浓度均为0.2 ml/L，φ＝25%，则K＝0.0075，D错误。
下列说法正确的是( )A．0～2 min内，用CO表示的化学反应速率为0.3 ml·L－1·min－1B．其他条件不变，升高温度，平衡时c(COCl2)＝1.5 ml·L－1，则该反应低温时能自发进行C．若保持温度不变，第8 min向体系中加入三种物质各1 ml，则平衡向逆反应方向移动D．若保持温度不变，在第8 min再充入1.0 ml COCl2(g)，达到新平衡时COCl2的体积分数小于原平衡COCl2的体积分数
解析密闭容器总体积未知，各物质的浓度不确定，无法求算该反应的平衡常数，故C错误。
解析该反应为气体体积减小的反应，相同温度下压强越大H2的转化率越大，所以Y为压强，X为温度，且Y1＞Y2；相同压强下温度越高，氢气的转化率越小，说明升高温度平衡逆向移动，正反应为放热反应，即ΔH＜0，故A正确；初始投料n(CO)∶n(H2)＝1∶2，根据方程式可知反应过程中CO和H2按照1∶2反应，所以任意时刻二者的转化率之比均为1∶1，故B正确；N点和M点温度相同，则平衡常数相同，容器体积为5 L，M点H2的转化率为50%，可根据该点列三段式
下列说法中正确的是( )A．容器Ⅰ中前5 min的平均反应速率v(CO)＝0.16 ml·L－1·min－1B．该反应正反应为放热反应C．容器Ⅱ中起始时Cl2的物质的量为0.75 mlD．若起始时向容器Ⅰ加入0.8 ml CO、0.8 ml Cl2，达到平衡时CO转化率大于80%
解析根据题中SiHCl3转化率t图，可知a点所在的曲线为343 K时SiHCl3的转化率－时间曲线，b点所在的曲线为323 K时SiHCl3的转化率－时间曲线，A错误；由图可知，a、b两点的转化率相等，可认为各物质的浓度对应相等，而a点的温度更高，所以速率更快，即a点的反应速率大于b点的反应速率，B错误；由图可知，343 K时SiHCl3的转化率为22%，设起始时SiHCl3的浓度为1 ml·L－1，则根据三段式有：
(2)往2 L恒容密闭容器中投入2 ml CH4和2 ml CO2，仅发生重整反应。平衡体系中CH4和CO的物质的量分数φ随温度变化如图所示。①n点CH4的物质的量分数为 。②m点逆反应速率 n点逆反应速率(填“>”“<”“＝”或“无法确定”)，理由是 。③T1 K下该反应的平衡常数K＝ ml2·L－2。
与m点相比，n点温度更高且CO、H2浓度更大
(2)反应Ⅰ在 (填“高温”“低温”或“任意温度”)下可自发进行；恒温，体系达到平衡后，若压缩容器体积，则反应Ⅱ的平衡移动方向为 (填“正反应方向”“逆反应方向”或“不移动”)。(3)根据反应的特点，在原料中加入一定量水蒸气有多种好处，下列说法正确的是 。A．加入水蒸气可促使产物从催化剂表面解吸出来，从而避免丙烯腈深度氧化B．加入水蒸气可防止原料混合气中丙烯与空气的比例处于爆炸范围内产生危险C．加入水蒸气可以带走大量的反应生成热，使反应温度易于控制D．加入水蒸气对催化剂表面的积炭有清除作用
[(3a＋b)/(5＋0.5a)]×16pθ
[(3a＋b)b]/[(1－a－b)(3－1.5a－b)]
第3讲 化学平衡常数 化学反应的方向
复习目标1．了解化学平衡常数的含义，能利用化学平衡常数进行相关计算。2．了解利用焓变、熵变判断化学反应进行的方向。
生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值
化学平衡常数仅受温度影响，与浓度无关。
化学平衡常数受温度影响，与可逆反应吸放热有关，如可逆反应正向放热，则升高温度，平衡逆向移动，K值减小。
(3)改变条件，使反应物的平衡转化率都增大，该可逆反应的平衡常数一定增大。错因：__________________________________________________________________________________________________________________ (4)平衡常数发生变化，化学平衡不一定发生移动。错因：______________________________________________________(5)增大反应物的浓度，平衡正向移动，化学平衡常数增大。错因：___________________________________________
平衡常数仅受温度影响，如从反应体系中移除生成物，反应物平衡转化率均增大，但平衡常数不变。
平衡常数发生变化，说明温度发生改变，化学平衡一定移动。
K只受温度的影响，温度不变，K不变。
2．判断可逆反应的热效应
解析升高温度，NO的浓度增大，说明平衡左移，则该反应的ΔH＜0，故A错误；ΔH＜0，升高温度平衡常数减小，则K1＞K2，故B错误；反应中气体物质的量不变，压强与温度有关，温度越高压强越大，则pC＞pD＝pB，故C错误。
A．该反应的ΔH＞0B．若该反应在T1、T2时的平衡常数分别为K1、K2，则K1＜K2C．若状态B、C、D的压强分别为pB、pC、pD，则pC＝pD＞pBD．在T2时，若反应体系处于状态D，则此时v正＞v逆
回答下列问题：(1)该反应的化学平衡常数表达式为K＝ 。(2)该反应为 (填“吸热”或“放热”)反应。
(3)某温度下，各物质的平衡浓度符合下式：3c(CO2)·c(H2)＝5c(CO)·c(H2O)，试判断此时的温度为 ℃。(4)若830 ℃时，向容器中充入1 ml CO、5 ml H2O，反应达到平衡后，其化学平衡常数K (填“大于”“小于”或“等于”)1.0。(5)830 ℃时，容器中的化学反应已达到平衡。在其他条件不变的情况下，扩大容器的体积。平衡 (填“向正反应方向”“向逆反应方向”或“不”)移动。
A．图甲中w2＞1B．图乙中，A线表示逆反应的平衡常数C．温度为T1、w＝2时，Cl2的转化率为50%D．若在恒容绝热装置中进行上述反应，达到平衡时，装置内的气体压强增大
微专题 压强平衡常数的计算
1．压强平衡常数(Kp)(1)当把化学平衡常数K表达式中各物质的浓度用该物质的分压来表示时，就得到该反应的压强平衡常数Kp，其表达式的意义相同。(2)Kp仅适用于气相发生的反应。
3．计算方法第一步：根据三段式法计算平衡体系中各组分的物质的量或物质的量浓度。第二步：计算各气体组分的物质的量分数或体积分数。第三步：根据分压计算公式求出各气体物质的分压。第四步：根据平衡常数计算公式代入计算。
图中代表气体进料比n(CO2)∶n(CH4)为1∶1的是曲线 (填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”)，根据图中点A计算该温度时反应的平衡常数Kp＝ (kPa)2(以分压表示，分压＝总压×物质的量分数)。若曲线Ⅱ在恒容密闭容器中测定(其他条件不变)，则850 ℃时CO2的平衡转化率位于B点的 方(填“上”或“下”)。
考点二 化学反应的方向 反应条件的控制
请指出下列各说法的错因(1)NH4HCO3(s)===NH3(g)＋H2O(g)＋CO2(g) ΔH＝＋185.57 kJ·ml－1，该反应一定不能自发进行。错因：_____________________________________________(2)因为焓变和熵变都与反应的自发性有关，因此焓变或熵变均可以单独作为反应自发性的判据。错因：______________________________________________________________________________________
该反应的ΔS>0、ΔH>0，在高温下能自发进行。
焓变或熵变单独判断反应自发性存在不全面性，应用ΔH－TΔS复合判据。
(3)在其他外界条件不变的情况下，使用催化剂，可以改变化学反应进行的方向。错因：______________________________________________________________________________________(4)－10 ℃的水结冰，可用熵判据来解释其自发性。错因：___________________________________________________
在其他外界条件不变的情况下，使用催化剂，只改变反应速率，而不改变反应方向。
水结冰是熵减的过程，根据熵判据则应是非自发过程。
工业生产中选择适宜生产条件的原则
角度一 化学反应方向的判定1．下列判断错误的是( )①反应NH3(g)＋HCl(g)===NH4Cl(s)在室温下可自发进行，则该反应的ΔH>0 ②CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)室温下不能自发进行，说明该反应的ΔH<0 ③高温下，反应MgCl2(l)===Mg(l)＋Cl2(g)能自发进行，则该反应的ΔH>0、ΔS>0 ④ΔH<0、ΔS>0的反应在任何温度下都能自发进行A．①③B．②③C．②④D．①②
2．(2022·湖南高考节选)已知ΔG＝ΔH －TΔS，ΔG的值只决定于反应体系的始态和终态，忽略ΔH、ΔS随温度的变化。若ΔG<0，则该反应可以自发进行。根据图判断：600 ℃时，下列反应不能自发进行的是 。A．C(s)＋O2(g)===CO2(g)B．2C(s)＋O2(g)===2CO(g)C．TiO2(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(g)＋O2(g)D．TiO2(s)＋C(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(g)＋CO2(g)
解析将A、B、C、D项中反应依次编号为①、②、③、④。A项，由图可知，600 ℃时反应①的ΔG<0，反应能自发进行；B项，由图可知，600 ℃时反应②的ΔG<0，反应能自发进行；C项，由图可知，600 ℃时反应③的ΔG>0，反应不能自发进行；D项，根据盖斯定律知，反应④可由反应①＋反应③得到，则600 ℃时其ΔG<0，反应能自发进行。
四象限法判断反应能否自发进行在温度、压强一定的条件下，反应总是向ΔH－TΔS<0的方向进行，直至达到平衡状态。化学反应方向可归纳为图中四个方面：
角度二 反应条件的控制3．下列有关合成氨工业的说法正确的是( )A．N2的量越多，H2的转化率越大，因此，充入的N2越多越有利于NH3的合成B．恒容条件下充入稀有气体有利于NH3的合成C．工业合成氨的反应是熵增加的放热反应，在任何温度下都可自发进行D．工业合成氨的反应是熵减小的放热反应，在低温时可自发进行
(1)从理论上分析，为了使二氧化硫尽可能多地转化为三氧化硫，应选择的条件是 。(2)在实际生产中，选定的温度为400～500 ℃，原因是__________________________________________________。(3)在实际生产中，采用的压强为常压，原因是__________________________________________________________________________________。(4)在实际生产中，通入过量的空气，原因是_______________________________________。(5)尾气中的SO2必须回收，原因是 。
保持较高反应速率和反应限度，同时使催化剂活性最高
常压下SO2的转化率已很高，若再加压，对设备、动力要求较高，成本增加，不符合经济效益
增大O2的浓度，提高SO2的转化率
核心素养 变化观念与平衡思想——化学平衡图像分析
[素养要求] 化学平衡图像题，常以ct图、含量－时间－温度图、含量－时间－压强图、恒压线图、恒温线图等考查化学反应速率和平衡知识，此外又出现了很多新型图像，这些图像常与生产生活中的实际问题相结合，从反应时间、投料比值、催化剂的选择、转化率等角度考查，体现变化观念与平衡思想的核心素养。
1.解化学平衡图像题的思维流程
2.通过图像获取有用信息(1)横坐标与纵坐标的含义①横坐标：通常是t、T、p等(即时间、温度、压强等)。②纵坐标：通常是v、c、n、α、φ等(即速率、物质的量浓度、物质的量、转化率、体积分数等)。
(2)线的走向与斜率①线的走向，即随着横坐标自变量的增大，纵坐标因变量是变大、变小、还是不变。当纵坐标所表示的物理量，如速率、物质的量浓度、物质的量、转化率或体积分数等不随横坐标的变化而变化时，图像中出现一条直线，那么该反应就到达化学平衡状态。②斜率，是化学平衡图像曲线中一个重要的参数。斜率的应用，通常是对两条不同曲线的斜率进行比较，或者通过比较同一条曲线不同时刻的斜率变化来判断反应是改变了哪些外界条件。
(3)观察化学平衡图像中的“重点”所谓的“重点”指的是化学平衡图像中的起点、拐点、终点、交点、突变点等，这些点往往隐藏着许多重要的信息，借助这些“重点”中的有效信息，能够快速地找到解题的思路，突破图像题的难点。(4)跟踪化学平衡图像中量的变化量的变化，指的是纵坐标表示的物理量所发生的变化是由什么外界条件改变而引起的。要解决这个问题，我们经常要借助化学平衡移动理论。
②解答时应用“定一议二”原则通过分析相同温度下不同压强时，反应物A的转化率大小来判断平衡移动的方向，从而确定反应方程式中反应物与产物气体物质间的化学计量数的大小关系。如图甲中任取一条温度曲线研究，压强增大，A的转化率增大，平衡正向移动，则正反应为气体体积减小的反应，图丙中任取横坐标一点作横坐标垂线，也能得出相同结论。通过分析相同压强下不同温度时，反应物A的转化率的大小来判断平衡移动的方向，从而确定反应的热效应。如图丙中任取一条压强曲线研究，温度升高，A的转化率减小，平衡逆向移动，则正反应为放热反应，图乙中任取横坐标一点作垂线，也能得出相同结论。
4．化工生产中的复杂图像分析除通过图像获取有用信息和对获取的信息进行加工处理外，还需注意以下4点：(1)曲线上的每个点是否都达到平衡往往需要通过曲线的升降趋势或斜率变化来判断，如果还未达到平衡则不能使用平衡移动原理，只有达到平衡以后的点才能应用平衡移动原理。如图中虚线表示单位时间内A的产率随温度的升高先增大后减小，先增大的原因是P点之前反应尚未达到平衡，随温度的升高，反应速率增大，故单位时间内A的产率增大。
(2)催化剂的活性是否受温度的影响不同的催化剂因选择性不同受温度的影响也会不同。一般来说，催化剂的活性在一定温度下最高，低于或高于这个温度都会下降。如图，250～300 ℃时，温度升高而B的生成速率降低的原因是温度超过250 ℃时，催化剂的催化效率降低。
当投料比一定时，温度越高，CO2的转化率越低，所以升温，平衡左移，正反应为放热反应。若温度不变，提高投料比[n(H2)/n(CO2)]，则提高了二氧化碳的转化率。(4)考虑副反应的干扰或影响往往试题会有一定的信息提示，尤其温度的改变影响较大。
解析由图可知，在温度不变时增大压强，Z的体积分数减小，即平衡逆向移动，所以X、Y中有一种是气体，A错误；升高温度，v正、v逆都增大，C错误；催化剂对平衡移动无影响，不能提高Z的产率，D错误。
4．汽车使用乙醇汽油并不能减少NOx的排放，某研究小组在实验室以耐高温试剂Ag－ZSW－5催化，一段时间后测得NO转化为N2的转化率随温度变化情况如图所示。
870 K(860～880 K范围内都可以)
该反应放热，升高温度，反应向逆反应方向进行
加入的CO会与NO的分解产物O2发生反应，促进NO分解平衡向生成N2的方向移动，导致NO转化率升高
3．(2022·全国甲卷节选)金属钛(Ti)在航空航天、医疗器械等工业领域有着重要用途，目前生产钛的方法之一是将金红石(TiO2)转化为TiCl4，再进一步还原得到钛。TiO2转化为TiCl4有直接氯化法和碳氯化法。在1000 ℃时反应的热化学方程式及其平衡常数如下：(ⅰ)直接氯化：TiO2(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(g)＋O2(g) ΔH1＝172 kJ·ml－1，Kp1＝1.0×10－2(ⅱ)碳氯化：TiO2(s)＋2Cl2(g)＋2C(s)===TiCl4(g)＋2CO(g) ΔH2＝－51 kJ·ml－1，Kp2＝1.2×1012 Pa
(1)在1.0×105 Pa，将TiO2、C、Cl2以物质的量比1∶2.2∶2进行反应。体系中气体平衡组成比例(物质的量分数)随温度变化的理论计算结果如图所示。
①反应C(s)＋CO2(g)===2CO(g)的平衡常数Kp(1400 ℃)＝_______Pa。②图中显示，在200 ℃平衡时TiO2几乎完全转化为TiCl4，但实际生产中反应温度却远高于此温度，其原因是________________________________________________________________ 。(2)TiO2碳氯化是一个“气—固—固”反应，有利于TiO2C“固—固”接触的措施是___________________________________________________ 。
为了提高反应速率，在相同时间内得到更多的TiCl4产品，提高效益
将两固体粉碎后混合，同时鼓入Cl2，使固体粉末“沸腾”
(1)用各物质的平衡分压表示总反应的平衡常数，表达式Kp ＝ 。(2)图中对应等压过程的曲线是 ，判断的理由是___________ 。(3)当x(CH3OH)＝0.10时，CO2的平衡转化率α＝ ，反应条件可能为 或 。
总反应ΔH<0，升高温度时平衡向逆反应方向移动，甲醇的物质的量分数变小
5×105 Pa，210 ℃
9×105 Pa，250 ℃
课时作业建议用时：40分钟
一、选择题(每小题只有1个选项符合题意)1．(2022·杭州高三年级检测)恒温恒压下，下列过程一定不能自发进行的是( )A．2H2O(l)＋O2(g)===2H2O2(aq)B．CaO(s)＋CO2(g)===CaCO3(s)C．2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)D．2Cl2(g)＋2H2O(g)===4HCl(g)＋O2(g)
2．下列有关说法中正确的是( )A．2CaCO3(s)＋2SO2(g)＋O2(g)===2CaSO4(s)＋2CO2(g)在低温下能自发进行，则该反应的ΔH<0B．NH4Cl(s)===NH3(g)＋HCl(g)室温下不能自发进行，说明该反应的ΔH<0C．反应3Cl2(g)＋8NH3(g)===6NH4Cl(s)＋N2(g)室温下能自发进行，说明该反应的ΔH>0，ΔS<0D．加入合适的催化剂能降低反应活化能，从而改变反应的焓变
解析A项，该反应为气体物质的量增大的反应，即ΔS>0，同时该反应为放热反应，根据ΔG＝ΔH－TΔS<0时反应可自发进行知，该反应在任意温度下都能自发进行，错误；C项，该反应可逆，所以4 ml NH3和5 ml O2不能完全反应，放出的热量不是904 kJ，错误；D项，1 ml N—H键断裂、1 ml H—O键生成均为正反应，不能表明反应达到平衡状态，错误。
解析X为温度时，升高温度平衡正向移动，φ的变化趋势为曲线M，A错误；X为压强时，加压平衡逆向移动，φ的变化趋势为曲线N，B错误；某条件下，若CH4(g)、H2O(g)初始浓度均为0.2 ml/L，φ＝25%，则K＝0.0075，D错误。
下列说法正确的是( )A．0～2 min内，用CO表示的化学反应速率为0.3 ml·L－1·min－1B．其他条件不变，升高温度，平衡时c(COCl2)＝1.5 ml·L－1，则该反应低温时能自发进行C．若保持温度不变，第8 min向体系中加入三种物质各1 ml，则平衡向逆反应方向移动D．若保持温度不变，在第8 min再充入1.0 ml COCl2(g)，达到新平衡时COCl2的体积分数小于原平衡COCl2的体积分数
解析密闭容器总体积未知，各物质的浓度不确定，无法求算该反应的平衡常数，故C错误。
解析该反应为气体体积减小的反应，相同温度下压强越大H2的转化率越大，所以Y为压强，X为温度，且Y1＞Y2；相同压强下温度越高，氢气的转化率越小，说明升高温度平衡逆向移动，正反应为放热反应，即ΔH＜0，故A正确；初始投料n(CO)∶n(H2)＝1∶2，根据方程式可知反应过程中CO和H2按照1∶2反应，所以任意时刻二者的转化率之比均为1∶1，故B正确；N点和M点温度相同，则平衡常数相同，容器体积为5 L，M点H2的转化率为50%，可根据该点列三段式
下列说法中正确的是( )A．容器Ⅰ中前5 min的平均反应速率v(CO)＝0.16 ml·L－1·min－1B．该反应正反应为放热反应C．容器Ⅱ中起始时Cl2的物质的量为0.75 mlD．若起始时向容器Ⅰ加入0.8 ml CO、0.8 ml Cl2，达到平衡时CO转化率大于80%
解析根据题中SiHCl3转化率t图，可知a点所在的曲线为343 K时SiHCl3的转化率－时间曲线，b点所在的曲线为323 K时SiHCl3的转化率－时间曲线，A错误；由图可知，a、b两点的转化率相等，可认为各物质的浓度对应相等，而a点的温度更高，所以速率更快，即a点的反应速率大于b点的反应速率，B错误；由图可知，343 K时SiHCl3的转化率为22%，设起始时SiHCl3的浓度为1 ml·L－1，则根据三段式有：
(2)往2 L恒容密闭容器中投入2 ml CH4和2 ml CO2，仅发生重整反应。平衡体系中CH4和CO的物质的量分数φ随温度变化如图所示。①n点CH4的物质的量分数为 。②m点逆反应速率 n点逆反应速率(填“>”“<”“＝”或“无法确定”)，理由是 。③T1 K下该反应的平衡常数K＝ ml2·L－2。
与m点相比，n点温度更高且CO、H2浓度更大
(2)反应Ⅰ在 (填“高温”“低温”或“任意温度”)下可自发进行；恒温，体系达到平衡后，若压缩容器体积，则反应Ⅱ的平衡移动方向为 (填“正反应方向”“逆反应方向”或“不移动”)。(3)根据反应的特点，在原料中加入一定量水蒸气有多种好处，下列说法正确的是 。A．加入水蒸气可促使产物从催化剂表面解吸出来，从而避免丙烯腈深度氧化B．加入水蒸气可防止原料混合气中丙烯与空气的比例处于爆炸范围内产生危险C．加入水蒸气可以带走大量的反应生成热，使反应温度易于控制D．加入水蒸气对催化剂表面的积炭有清除作用
[(3a＋b)/(5＋0.5a)]×16pθ
[(3a＋b)b]/[(1－a－b)(3－1.5a－b)]
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