鲁科版高考化学一轮复习第7章第36讲化学反应的方向与限度教学课时学案

这是一份鲁科版高考化学一轮复习第7章第36讲化学反应的方向与限度教学课时学案，共32页。

1.会用复合判据判断反应进行的方向。 2.了解化学反应的可逆性的特点。 3.掌握化学平衡状态的建立及特征。 4.了解平衡常数的概念、表达式及有关基本计算。
化学反应的方向
1．自发过程(自发反应)
(1)定义：一定条件下不需要外界作用就能进行的过程(或反应)称为自发过程(或自发反应)。
(2)特点
①大多数放热反应(ΔH<0)可以自发进行。
②大多数混乱度增大的反应(熵变ΔS>0)可以自发进行。
自发反应(过程)指的是在一定条件下有自发进行的倾向而不一定发生，如燃烧反应是自发反应，但在常温下不一定燃烧。
2．熵与熵变
(1)熵：描述体系混乱程度的物理量，符号为S。熵值越大，体系混乱度越大。
(2)熵变：ΔS＝S(生成物)－S(反应物)。
(3)常见的熵增过程
①同一种物质由固态到液态再到气态：S(s)②反应后气体物质的量增加的反应。
③固体参加生成气体的反应，如C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)。
3．化学反应方向的判定
(1)判定依据
(2)一般规律
①ΔH<0、ΔS>0，任何温度下都能自发进行。
②ΔH>0、ΔS<0，任何温度下都不能自发进行。
③ΔH和ΔS的作用相反，且相差不大时，温度对反应的方向起决定性作用。当ΔH<0、ΔS<0时，低温下反应能自发进行；当ΔH>0、ΔS>0时，高温下反应能自发进行。
1．已知：ΔG＝ΔH—TΔS，当ΔG<0，反应能自发进行，ΔG>0反应不能自发进行。下列说法中正确的是( )
A．非自发反应在任何条件下都不能发生
B．熵增加且放热的反应一定是自发反应
C．自发反应一定是熵增加的反应，非自发反应一定是熵减小或不变的反应
D．凡是放热反应都是能自发进行的反应，而吸热反应都是非自发进行的反应
B [A.非自发反应在一定条件下也能发生，如碳酸钙的分解反应在常温下不能自发进行，在高温下就可以自发进行，错误；B.熵增加且放热的反应，ΔS>0、ΔH<0，则ΔG＝ΔH－TΔS<0，反应一定能自发进行，正确；C.反应能否自发进行，由熵变、焓变和反应温度共同决定，所以熵增加、熵减小或熵不变的反应都可能自发进行，错误；D.根据上述分析可知，反应能否自发进行，由熵变、焓变和反应温度共同决定，所以放热反应或吸热反应都可能自发进行，错误。]
2．回答下列问题：
(1)用钌的配合物作催化剂，一定条件下可直接光催化分解CO2，发生反应：2CO2(g)===2CO(g)＋O2(g)，该反应的ΔH________0，ΔS________0(填“>”“<”或“＝”)，在低温下，该反应________(填“能”或“不能”)自发进行。
(2)超声速飞机在平流层飞行时，尾气中的NO会破坏臭氧层。科学家正在研究利用催化技术将尾气中的NO和CO转变成CO2和N2，化学方程式为2NO＋2CO2CO2＋N2。若反应在常温下能够自发进行，则反应的ΔH________(填“>”“<”或“＝”)0。
(3)已知在100 kPa、298 K时石灰石分解反应
CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)的ΔH>0，ΔS>0。
①常温下，该反应________(填“能”或“不能”)自发进行。
②据本题反应数据分析，温度________(填“能”或“不能”)成为反应进行方向的决定因素。
(4)已知CaSO4(s)＋CO(g)CaO(s)＋SO2(g)＋CO2(g) ΔH＝＋218 kJ·ml－1，该反应能够自发进行的反应条件是________。
(5)某吸热反应能自发进行，则该反应的ΔS________(填“>”或“<”)0。
[解析] (1)由于CO在O2中燃烧生成CO2为放热反应，则二氧化碳分解生成CO和O2的反应为吸热反应，ΔH>0，根据化学方程式可知，反应后气体的化学计量数之和增加，ΔS>0，故低温下ΔG＝ΔH－TΔS>0，反应不能自发进行。(2)ΔG＝ΔH－TΔS<0时反应自发进行，通过化学方程式可知常温下ΔS<0，常温下反应能够自发进行，则ΔH<0。(3)①根据ΔG＝ΔH－TΔS<0时反应自发进行，已知ΔH>0，ΔS>0，则常温下不能自发进行；②该反应的ΔH>0、ΔS>0，高温条件下能使ΔG＝ΔH－TΔS<0，而常温条件下ΔG＝ΔH－TΔS>0，则该反应中温度能成为决定反应进行方向的因素。(4)该反应的ΔS>0、ΔH>0，则高温时ΔG＝ΔH－TΔS<0，反应能自发进行。(5)已知某吸热反应能自发进行，即ΔG＝ΔH－TΔS<0，ΔH>0，则ΔS>0。
[答案] (1)> > 不能 (2)< (3)①不能 ②能 (4)高温 (5)>
可逆反应与化学平衡状态
1．可逆反应
2．化学平衡
(1)平衡的建立
①建立过程
在一定条件下，把某一可逆反应的反应物加入固定容积的密闭容器中。反应过程如下：
②v-t图：；若开始加入生成物，从逆反应建立平衡，则v -t图为。因此，化学平衡状态的建立可以从正反应方向建立，也可以从逆反应方向建立，还可以从正、逆两反应方向同时建立，即平衡建立与反应途径无关。
(2)含义：一定条件下的可逆反应体系中，当正、逆反应速率相等时，反应物和生成物浓度均保持不变，即体系的组成不随时间而改变，表明反应中物质的转化达到了“限度”。
(3)特征
判断化学平衡状态的两种方法
①动态标志：v正＝v逆≠0
a．同种物质：同一物质的生成速率等于消耗速率。
b．不同物质：必须标明是“异向”的反应速率关系。如aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)，eq \f(v正A,v逆B)＝eq \f(a,b)时，反应达到平衡状态。
②静态标志：“变量”不变
a．各物质的质量、物质的量或浓度不变。
b．各物质的百分含量(物质的量分数、质量分数等)不变。
c．温度、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。
d．有固体或纯液体参加的反应，混合物密度、平均摩尔质量不变。
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)2H2＋O2eq \(,\s\up10(点燃),\s\d9(通电))2H2O为可逆反应。( )
(2)一定条件下，1 ml N2与足量H2充分反应可生成2 ml NH3。( )
(3)可逆反应达到平衡时反应物与生成物的浓度相等。( )
(4)对于aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)反应，若v(A)∶v(B)＝a∶b，则反应达到平衡状态。( )
(5)从正反应建立平衡时，平衡前v正>v逆。( )
[答案] (1)× (2)× (3)× (4)× (5)√
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：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
可逆反应判定的实验设计
1．某研究性小组决定用实验探究的方法证明化学反应具有一定的限度。取5 mL 0.1 ml/L KI溶液于试管中，滴加0.1 ml/L FeCl3溶液2 mL，发生如下反应：2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2。为证明该反应具有可逆性且具有限度，他们设计了如下实验：
①取少量反应液，滴加AgNO3溶液，发现有少量黄色沉淀(AgI)，证明反应物没有反应完全；
②再取少量反应液，加入少量CCl4，振荡，发现CCl4层显浅紫色，证明萃取到I2，即有I2生成。综合①②的结论，他们得出该反应具有一定的可逆性，在一定条件下会达到反应限度。
(1)老师指出他们上述实验中①不合理，你认为是________________________ __________________________________________________________________；
在不改变反应物用量的前提下，改进的方法是__________________________ __________________________________________________________________。
(2)有人认为步骤②适合检验生成I2较多的情况，还有一种简便方法可以灵敏地检验是否生成了I2，这种方法是__________________________________________ __________________________________________________________________。
[解析] (1)实验①中，n(KI)＝0.1 ml/L×0.005 L＝0.000 5 ml，n(FeCl3)＝0.1 ml/L×0.002 L＝0.000 2 ml，该反应中KI过量，不能直接检验是否含I－判断反应的可逆性，实验①不合理。在不改变反应物用量的前提下，要证明反应有一定的限度，应检验反应后的溶液中是否含Fe3＋，改进的方法是：取少量反应液，滴加KSCN溶液，若溶液变红，则证明还有Fe3＋未完全反应，证明反应具有可逆性。(2)检验I2，可以用淀粉溶液。
[答案] (1)该反应中KI过量，故不能直接检验是否存在I－ 取少量反应液，滴加KSCN溶液，若溶液变红，则证明还有Fe3＋未完全反应 (2)取少量反应液，滴加淀粉溶液，若溶液变蓝，则说明生成了I2

化学反应具有可逆性的实验设计关键
实验时取一定量的两反应物，让一种反应物过量，然后充分反应，最后用特效试剂检验少量的那种反应物是否剩余，可以确定反应是否可逆。
化学平衡状态的定量关系
2．在一个密闭容器中发生反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，反应过程中某一时刻测得SO2、O2、SO3的浓度分别为0.2 ml·L－1、0.2 ml·L－1、0.2 ml·L－1，当反应达到平衡时，不可能出现的数据是( )
A．c(SO3)＝0.4 ml·L－1
B．0.1 ml·L－1C．0D．c(SO2)＋c(SO3)＝0.4 ml·L－1
A [c(SO3)＝0.4 ml·L－1时，c(SO2)＝0 ml·L－1，不合理，A错误，根据极值转化法和守恒法，B、C、D正确。]

极值转化法确定范围的思维模板
说明：可逆反应的平衡物理量一定在最大值和最小值之间，但起始物理量可以为最大值或最小值。
化学平衡的建立、特征和判定
3．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．v正(N2)＝3v逆(H2)
A [已知反应为放热反应，当容器内的温度不变时，平衡不再移动，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v正(N2)∶v逆(H2)＝1∶3，即v正(N2)＝eq \f(1,3)v逆(H2)时反应达到平衡，D项不符合题意。]
4．在一个体积固定的真空密闭容器中充入等物质的量的CO2和NH3，在恒定温度下使其发生反应2NH3(g)＋CO2(g)CO(NH2)2(s)＋H2O(g)并达到平衡，混合气体中氨气的体积分数随时间的变化如图所示：
(1)A点的v正(CO2)________(填“>”“<”或“＝”)A点的v逆(CO2)。
(2)A点的v正(CO2)________(填“>”“<”或“＝”)B点的v逆(H2O)，原因是_________________________________________________________________。
(3)B点v正(CO2)与v逆(NH3)的定量关系式为______________________。
(4)A点v逆(CO2)与B点v正(CO2)的大小关系为________。
(5)当n(NH3)与n(CO2)的比值不变时，反应是否达到平衡？________。
[答案] (1)> (2)> 由图像知，A点未达平衡，B点已达平衡，A点v正(CO2)>B点v正(CO2)＝B点v逆(CO2)＝B点v逆(H2O)，故A点v正(CO2)>B点v逆(H2O) (3)v正(CO2)＝eq \f(1,2)v逆(NH3) (4)A点v逆(CO2)
化学平衡状态判定思路
第一步：审题干
一审“反应条件”：恒温恒容或恒温恒压。
二审“反应特点”：等体积反应或非等体积反应或是否有固、液体参与反应等。
第二步：审标志
一审“正逆相等”：反应速率必须一个是正反应的速率，一个是逆反应的速率，且经过换算后同一种物质的消耗速率和生成速率相等。
二审“变量不变”：如果是随反应进行而改变的物理量，当其不变时为平衡状态；随反应的进行而保持不变的物理量，不能作为平衡状态的判断依据。
化学平衡常数
1．化学平衡常数
(1)表达式及实例
对于反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)
①浓度商Q＝eq \f(cpC·cqD,cmA·cnB)，其中的浓度为任一时刻浓度。
②平衡常数K＝eq \f(cpC·cqD,cmA·cnB)，其中的浓度为平衡时浓度。
[示例]
①Cl2(g)＋H2O(l)HClO(aq)＋H＋(aq)＋Cl－(aq)
K＝eq \f(cHClO·cH＋·cCl－,cCl2)。
②C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g) K＝eq \f(cCO·cH2,cH2O)。
③COeq \\al(2－,3)(aq)＋H2O(l)HCOeq \\al(－,3)(aq)＋OH－(aq)
K＝eq \f(cHCO\\al(－,3)·cOH－,cCO\\al(2－,3))。
④CaCO3(s)CaO(s)＋CO2(g) K＝c(CO2)。
(2)平衡常数的有关换算
①对于N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) K1
2NH3(g)N2(g)＋3H2(g) K2
NH3(g)eq \f(1,2)N2(g)＋eq \f(3,2)H2(g) K3
K1、K2、K3的表达式分别为K1＝eq \f(c2NH3,cN2·c3H2)，K2＝eq \f(cN2·c3H2,c2NH3)，K3＝eq \f(c eq \s\up10(\f(1,2))N2·c eq \s\up10(\f(3,2))H2,cNH3)；K1与K2的关系为K1＝eq \f(1,K2)，K2与K3的关系为K2＝Keq \\al(2,3)。
②已知：H2(g)＋S(s)H2S(g) K1
S(s)＋O2(g)SO2(g) K2
则在该温度下反应H2(g)＋SO2(g)O2(g)＋H2S(g)的平衡常数K为eq \f(K1,K2)(用“K1、K2”表示)。
①固体或液体纯物质不列入浓度商和平衡常数表达式。
②化学平衡常数是指某一具体化学反应的平衡常数。若反应方向改变，则平衡常数改变；若化学方程式中各物质的化学计量数等倍扩大或缩小，对于同一反应，平衡常数值也会改变，但含义不变。
(3)意义：平衡常数越大，化学反应程度或限度越大，反应物的转化率越大。一般来说，当K>105(或106)时就认为反应完全，当K<10－5(或10－6)时认为反应很难进行。
(4)平衡常数的影响因素
对于确定的化学反应，平衡常数K只与温度有关，与浓度、压强无关。
①对于吸热反应，升高温度，K增大。
②对于放热反应，升高温度，K减小。
2．平衡常数的三大应用
(1)判断化学反应进行的方向
(2)判断可逆反应的热效应
(3)判断反应程度：K越大，转化率越大，反应程度越大，反之也成立。
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)对于一个具体的可逆反应，化学平衡常数为一定值。( )
(2)升高温度，若平衡正向移动，则K增大。( )
(3)增大压强，N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)平衡向正反应方向移动，K增大。( )
(4)当浓度商Q大于平衡常数K时，平衡向正反应方向移动。( )
[答案] (1)× (2)√ (3)× (4)×
2．在一定温度下，1 L的密闭容器中发生反应：C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)，平衡时测得C、H2O、CO、H2的物质的量都为0.1 ml。
(1)该反应的平衡常数表达式为K＝________，值为________。
(2)若升高平衡体系的温度，该反应的平衡常数会增大，则该反应的ΔH________0(填“>”或“<”)。
(3)该温度下，再充入0.1 ml H2O(g)，平衡向________方向移动，该反应的平衡常数K′＝________。
(4)该温度下，加压，平衡向________方向移动，H2O的转化率如何变化？平衡常数如何变化？________________________。
(5)该温度下，CO(g)＋H2(g)C(s)＋H2O(g)的K′＝________。
[答案] (1)eq \f(cCO·cH2,cH2O) 0.1 (2)> (3)正反应 0.1
(4)逆反应 α(H2O)减小，K不变 (5)10
化学平衡常数及其应用
1．化学平衡常数K的数值大小是衡量化学反应进行程度的标志，在常温下，下列反应的平衡常数如下：
2NO(g)N2(g)＋O2(g) K1＝1×1030
2H2(g)＋O2(g)2H2O(g) K2＝2×1081 (ml·L－1)－1
2CO2(g)2CO(g)＋O2(g) K3＝4×10－92 ml·L－1。
以下说法正确的是( )
A．常温下，NO分解产生O2的反应的平衡常数表达式为K1＝c(N2)·c(O2)
B．常温下，水分解产生O2，此时平衡常数约为5×10－80 ml·L－1
C．常温下，NO、H2O、CO2三种化合物分解放出O2的倾向由大到小的顺序为NO>H2O>CO2
D．常温下，CO2(g)CO(g)＋eq \f(1,2)O2(g)的平衡常数为2×10－92(ml·L－1) eq \s\up10(\f(1,2))
C [K1的表达式应为K1＝eq \f(cN2·cO2,c2NO)，A错误；常温下，水分解产生O2，是H2和O2化合生成H2O的逆反应，因此其平衡常数应为K2的倒数，为5×10－82 ml·L－1，B错误；由于三个反应都处在常温下，根据K的大小可以得出三种化合物分解放出O2的倾向由大到小的顺序为NO>H2O>CO2，C正确；CO2(g)CO(g)＋eq \f(1,2)O2(g)的K＝Keq \\al( eq \s\up10(\f(1,2)),3)＝2×10－46(ml·L－1) eq \s\up10(\f(1,2))，D错误。]
2．甲醇是重要的化学工业基础原料和清洁液体燃料。工业上可利用CO或CO2来生产燃料甲醇。已知制备甲醇的有关化学反应以及在不同温度下的化学反应平衡常数如下表所示：
(1)据反应①、②与③可推导出K1、K2与K3之间的关系，则K3＝________(用K1、K2表示)。
(2)反应③的ΔH________0(填“>”或“<”)。
(3)500 ℃时测得反应③在某时刻H2(g)、CO2(g)、CH3OH(g)、H2O(g)的浓度(ml·L－1)分别为0.8、0.1、0.3、0.15，则此时v正________v逆(填“>”“＝”或“<”)。
[解析] (1)反应③可通过反应①、②加和得到，故K3＝K1·K2。
(2)500 ℃时K3＝2.5(ml·L－1)－2×1.0＝2.5(ml·L－1)－2,800 ℃时K3＝0.15(ml·L－1)－2×2.50＝0.375(ml·L－1)－2<2.5(ml·L－1)－2，故升温，K减小，平衡左移，ΔH<0。
(3)Q＝eq \f(0.3×0.15,0.83×0.1)(ml·L－1)－2≈0.88(ml·L－1)－2<2.5(ml·L－1)－2，反应向正反应方向移动，v正>v逆。
[答案] (1)K1·K2 (2)< (3)>
“三段式”突破K、α的计算

mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)
起始/(ml·L－1) a b 0 0
变化/(ml·L－1) mx nx px qx
平衡/(ml·L－1) a－mxb－nx px qx
①平衡常数：K＝eq \f(pxp·qxq,a－mxm·b－nxn)。
②A的平衡转化率：α(A)平＝eq \f(mx,a)×100%。
③v(A)＝eq \f(mx,Δt)。
3．(2022·日照模拟)我国首创的大气氨有机处理法，可有效消除氨污染同时得到副产品香料(C6H4N2)，反应原理为2C6H7N(s)＋3O2(g)＋2NH3(g)2C6H4N2(s)＋6H2O(g) ΔH<0(O2和NH3只参与本反应)。
在10 L恒容容器中加入8.78 ml C6H7N、20.00 ml O2、16.67 ml NH3在不同温度下进行反应，测得数据如表：(已知：①数据测量时间均为1 h；②有效收率＝转化率×选择性)
(1)该催化剂的最佳催化温度范围是________。
(2)表中φ＝________%(保留一位小数)；400 ℃时，测量时间内，v(NH3)＝________ ml·L－1·h－1(保留两位小数)。
(3)某同学通过数据分析，认为表中360 ℃时C6H7N的转化率不是平衡转化率，理由是_______________________________________________________。
(4)390 ℃时，达到平衡后n(O2)＝10.00 ml，则该温度下本反应的平衡常数K＝________ ml·L－1。
[解析] (1)由表中数据可得，温度低于370 ℃时，虽催化剂选择性较高但转化率较低，温度高于380 ℃时，催化剂选择性明显降低，则370～380 ℃为最佳催化温度。(2)有效收率＝转化率×选择性，则φ＝66.2%×96.6%≈63.9%；400 ℃时，参与反应的n(NH3)＝n(C6H7N)＝8.78 ml×97.7%×58.1%≈4.98 ml，v(NH3)＝eq \f(Δn,VΔt)＝eq \f(4.98 ml,10 L×1 h)≈0.50 ml·L－1·h－1。(3)若化学反应达到平衡状态，升温后平衡转化率应减小，表中数据升温后转化率增大，即未达平衡；(4)390 ℃时，达平衡后n(O2)＝10.00 ml，c(O2)＝eq \f(nO2,V)＝1 ml·L－1，列三段式：
2C6H7N(s)＋3O2(g)＋2NH3(g)2C6H4N2(s)＋6H2O(g)
起始浓度/(ml·L－1) 2 1.667 0
转化浓度/(ml·L－1) 1 0.667 2
平衡浓度/(ml·L－1) 1 1 2
则该温度下本反应的平衡常数K＝eq \f(26,13×12) ml·L－1＝64 ml·L－1。
[答案] (1)370～380 ℃ (2)63.9 0.50 (3)若化学反应达到平衡状态，升温后平衡转化率减小，表中数据升温后转化率增大，即未达平衡 (4)64
多反应体系中平衡常数的计算

多反应体系平衡常数计算的分析思路
(1)明确体系中发生的可逆反应。
(2)根据“三段式”分别找出或设出各反应相应各物质的三种量——起始量、转化量和平衡量。
(3)根据守恒或题意列出定量关系，进而确定某反应的平衡浓度，最后求算平衡常数。
4．加热N2O5，依次发生的分解反应为①N2O5(g)N2O3(g)＋O2(g)，②N2O3(g) N2O(g)＋O2(g)。在容积为2 L的密闭容器中充入8 ml N2O5，加热到t ℃，达到平衡状态后O2为9 ml，N2O3为3.4 ml，则t ℃时反应①平衡常数的数值为( )
A．10.7 B．8.5
C．9.6 D．10.2
B [设N2O5的转化浓度为x ml·L－1，N2O3的转化浓度为y ml·L－1。
N2O5(g)N2O3(g)＋O2(g)
开始/(ml·L－1) 4 0 0
转化/(ml·L－1) x x x
平衡/(ml·L－1) 4－x x x
N2O3(g)N2O(g)＋O2(g)
开始/(ml·L－1) x 0 x
转化/(ml·L－1) y y y
平衡/(ml·L－1) x－y y x＋y
根据题意得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(x＋y＝4.5,x－y＝1.7))
故：x＝3.1，y＝1.4，
所以平衡体系中，c(N2O5)＝4 ml·L－1－x ml·L－1＝0.9 ml·L－1，
c(N2O3)＝x ml·L－1－y ml·L－1＝1.7 ml·L－1，c(O2)＝4.5 ml·L－1，K①＝eq \f(4.5×1.7,0.9) ml·L－1＝8.5 ml·L－1。]
5．富氢气氛下，CO、CO2均可与H2发生甲烷化反应。
Ⅰ.CO(g)＋3H2(g)CH4(g)＋H2O(g)，
Ⅱ.CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g)。
400 ℃时，选用镍基催化剂，向1 L密闭容器中通入10 ml CO、10 ml CO2和40 ml H2进行反应，平衡后测得n(H2)＝9 ml，n(CH4)＝10 ml。
(1)CO2的平衡转化率为________。
(2)400 ℃时反应Ⅱ的化学平衡常数为________(ml·L－1)－2。
[解析] 设CO和CO2的平衡转化量分别为x ml、y ml。
CO(g)＋3H2(g)CH4(g)＋H2O(g)
起始量(ml)10 40 0 0
转化量(ml)x 3x x x
平衡量(ml)10－x 40－3x x x
CO2(g)＋4H2(g)  CH4(g)＋2H2O(g)
起始量(ml) 10 40－3x x x
转化量(ml)y 4y y 2y
平衡量(ml) 10－y 40－3x－4y x＋y x＋2y
根据题意：eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(40－3x－4y＝9,x＋y＝10))
故x＝9，y＝1。
(1)α(CO2)＝eq \f(1,10)×100%＝10%。
(2)平衡时，c(CO2)＝eq \f(10－1,1) ml/L＝9 ml/L，c(H2)＝9 ml/L，c(CH4)＝10 ml/L，c(H2O)＝(9＋2)ml/L＝11 ml/L。
K(Ⅱ)＝eq \f(10×112,9×94)(ml·L－1)－2≈0.02(ml·L－1)－2。
[答案] (1)10% (2)0.02
1．(2022·浙江1月选考，T20)AB型强电解质在水中的溶解(可视作特殊的化学反应)表示为AB(s)===An＋(aq)＋Bn－(aq)，其焓变和熵变分别为ΔH和ΔS。对于不同组成的AB型强电解质，下列说法正确的是( )
A．ΔH和ΔS均大于零
B．ΔH和ΔS均小于零
C．ΔH可能大于零或小于零，ΔS大于零
D．ΔH和ΔS均可能大于零或小于零
C [强电解质在水中溶解，有的吸热有的放热，但混乱度增大，C正确。]
2. (2022·湖南选择性考试，T14)向体积均为1 L的两恒容容器中分别充入2 ml X和1 ml Y发生反应：2X(g)＋Y(g)Z(g) ΔH，其中甲为绝热过程，乙为恒温过程，两反应体系的压强随时间的变化曲线如图所示。下列说法正确的是( )
A．ΔH>0
B．气体的总物质的量：naC．a点平衡常数：K>12
D．反应速率：va正BC [A项，根据甲曲线可知反应放热，ΔH<0，错误；B项，p相同，a点对应的温度高，气体物质的量小，na 2X(g)＋Y(g)Z(g)
起始量/ml 2 1 0
变化量/ml 2x x x
平衡量/ml 2－2x1－x x
a点时压强为起始压强的一半，则3－2x＝1.5，解得x＝0.75，K＝eq \f(0.75,2－1.52×1－0.75)＝12，而a点平衡实际上是绝热条件下达到的平衡，要使平衡压强为p，体系中的气体总物质的量应小于1.5 ml，计算得到的x偏大，故a点平衡常数K>12，正确；D项，a点对应温度高且压强大，va正>vb正，错误。]
3．(2022·海南等级考，T16节选)已知：CO2(g)＋4H2(g)eq \(,\s\up7(催化剂))2H2O(g)＋CH4(g)的平衡常数(K)与反应温度(t)之间的关系如图1所示。
图1
(1)若反应为基元反应，且反应的ΔH与活化能(Ea)的关系为|ΔH|>Ea。补充完成该反应过程的能量变化示意图(图2)。
图2
(2)某研究小组模拟该反应，温度t下，向容积为10 L的抽空的密闭容器中通入0.1 ml CO2和0.4 ml H2，反应平衡后测得容器中n(CH4)＝0.05 ml。则CO2的转化率为________，反应温度t约为________℃。
[解析] (1)K随温度的升高而减小，ΔH<0，又因为|ΔH|>Ea，可画出能量变化示意图为
。
(2) CO2(g)＋4H2(g)2H2O(g)＋CH4(g)
c(始)(ml/L) 0.01 0.04 0 0
Δc(ml/L) 0.005 0.02 0.01 0.005
c(平)(ml/L) 0.005 0.02 0.01 0.005
α(CO2)＝eq \f(0.005,0.01)×100%＝50%，
K＝eq \f(0.005×0.012,0.005×0.024)＝625，根据图示可知温度t约为660.2 ℃。
[答案] (1) (2)50% 660.2
4．(2020·山东等级考，T18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·ml－1
Ⅱ.CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH2＝－90.4 kJ·ml－1
Ⅲ.CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH3＝＋40.9 kJ·ml－1
一定条件下，向体积为V L的恒容密闭容器中通入1 ml CO2和3 ml H2发生上述反应，达到平衡时，容器中CH3OH(g)为a ml，CO为b ml，此时H2O(g)的浓度为____________ml·L－1(用含a、b、V的代数式表示，下同)，反应Ⅲ的平衡常数为____________________。
[解析] 由题给反应方程式可知，对于反应Ⅰ，每生成 1 ml 甲醇的同时生成1 ml 水；对于反应Ⅲ，每生成 1 ml 一氧化碳的同时生成1 ml水；对于反应Ⅱ，每消耗 1 ml 一氧化碳的同时生成 1 ml 甲醇；由此可知，生成的水的物质的量等于生成的甲醇和一氧化碳的物质的量之和，即生成水的物质的量为(a＋b) ml，即水的浓度为eq \f(a＋b,V) ml·L－1。由碳原子守恒可知，平衡时混合气体中CO2的物质的量为(1－a－b)ml，由氢原子守恒可知，平衡时混合气体中H2的物质的量为[3－2a－(a＋b)]ml，因此平衡常数K＝eq \f(ba＋b,1－a－b3－3a－b)。
[答案] eq \f(a＋b,V) eq \f(ba＋b,1－a－b3－3a－b)
课时分层作业(三十六) 化学反应的方向与限度
一、选择题(每小题有一个或两个选项符合题目要求)
1．(2022·合肥模拟)已知①碳酸钙的分解CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g) ΔH1仅在高温下自发进行；②氯酸钾的分解2KClO3(s)===2KCl(s)＋3O2(g) ΔH2在任何温度下都自发进行，下面有几组焓变数据，其中可能正确的是( )
A．ΔH1＝－178.32 kJ·ml－1 ΔH2＝－78.3 kJ·ml－1
B．ΔH1＝＋178.32 kJ·ml－1 ΔH2＝－78.3 kJ·ml－1
C．ΔH1＝－178.32 kJ·ml－1 ΔH2＝＋78.3 kJ·ml－1
D．ΔH1＝＋178.32 kJ·ml－1 ΔH2＝＋78.3 kJ·ml－1
B [CaCO3仅在高温下分解说明ΔH1>0，KClO3在任何温度下均分解说明ΔH2<0，B正确。]
2．下列描述的化学反应状态，不一定是平衡状态的是( )
A．H2(g)＋Br2(g)2HBr(g)，恒温、恒容下，反应体系中气体的颜色保持不变
B．2NO2(g)N2O4(g)，恒温、恒容下，反应体系中气体的压强保持不变
C．CaCO3(s)eq \(,\s\up7(高温))CO2(g)＋CaO(s)，恒温、恒容下，反应体系中气体的密度保持不变
D．N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，反应体系中H2与N2的物质的量之比保持3∶1
[答案] D
3．一定温度下，在一体积为2 L的恒容密闭容器中充入2 ml SO2、1 ml O2，发生反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH＝－196 kJ·ml－1，达到平衡后放出热量156.8 kJ，下列说法不正确的是( )
A．平衡时SO2的转化率为80%
B．若升高温度，该反应的平衡常数将减小
C．反应过程中转移3.2 ml e－
D．相同条件下初始若向容器中只充入2 ml SO3，达到平衡时吸收热量156.8 kJ
D [D项，相同条件下，从正、逆两向建立平衡的过程中，转化量不同，能量变化不同，错误。]
4．某温度下气体反应达到化学平衡状态，平衡常数K＝eq \f(cA·c2B,c2E·cF)，恒容时，若温度适当降低，F的浓度增大。下列说法中正确的是( )
A．该反应的方程式为A(g)＋2B(g)2E(g)＋F(g)
B．该反应的焓变ΔH<0
C．升高温度，平衡常数增大
D．增大c(E)，平衡常数减小
[答案] C
5．在淀粉-KI溶液中存在下列平衡：I2(aq)＋I－(aq)Ieq \\al(－,3)(aq)。测得不同温度下该反应的平衡常数K如表所示：
下列说法正确的是( )
A．反应I2(aq)＋I－(aq)Ieq \\al(－,3)(aq)的ΔH>0
B．其他条件不变，升高温度，溶液中c(Ieq \\al(－,3))减小
C．该反应的平衡常数表达式为K＝eq \f(cI2·cI－,cI\\al(－,3))
D．25 ℃时，向溶液中加入少量KI固体，平衡常数K为689(ml·L－1)－1
BD [A项，温度升高，平衡常数减小，因此该反应是放热反应，ΔH<0，错误；B项，升高温度，平衡逆向移动，c(Ieq \\al(－,3))减小，正确；C项，K＝eq \f(cI\\al(－,3),cI2·cI－)，错误；D项，平衡常数仅与温度有关，25 ℃时，向溶液中加入少量KI固体，平衡正向移动，但平衡常数不变，仍然是689(ml·L－1)－1，正确。]
6．利用CH4可消除NO2的污染，反应原理为CH4(g)＋2NO2(g)N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)，在10 L恒容密闭容器中分别加入0.50 ml CH4和1.2 ml NO2，测得不同温度下n(CH4)随时间变化的有关实验数据如表所示。
下列说法错误的是( )
A．该反应为吸热反应，M＝0.15
B．T1 K下，0～10 min内，NO2的平均反应速率为0.003 ml·L－1·min－1
C．T2 K下，化学平衡常数K＝eq \f(0.0352×0.072,0.015×0.052) ml·L－1
D．T1 K下，50 min时再往容器中投入与起始等量的反应物，CH4的平衡转化率会增大
AD [对比题表中实验数据发现，反应物起始浓度相同，未达平衡时，相同时间内，T2 K比T1 K对应的平均反应速率大，说明T1CH4(g)＋2NO2(g)N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)
起始量/ml 0.50 1.2 0 0 0
变化量/ml 0.35 0.7 0.35 0.35 0.7
平衡量/ml 0.15 0.5 0.35 0.35 0.7
依据化学平衡常数表达式求出K＝eq \f(\f(0.35,10)×\f(0.35,10)×\f(0.7,10)2,\f(0.15,10)×\f(0.5,10)2) ml·L－1＝eq \f(0.0352×0.072,0.015×0.052) ml·L－1，故C正确；T1 K下，反应达到平衡后，再往恒容密闭容器中投入0.50 ml CH4和1.2 ml NO2，相当于增大压强，而增大压强该平衡逆向移动，故CH4的平衡转化率会减小，D错误。]
7．在300 mL的密闭容器中，放入镍粉并充入一定量的CO气体，一定条件下发生反应：Ni(s)＋4CO(g)Ni(CO)4(g)，已知该反应平衡常数与温度的关系如下：
下列说法不正确的是( )
A．上述生成Ni(CO)4(g)的反应为吸热反应
B．25 ℃时，反应Ni(CO)4(g)Ni(s)＋4CO(g)的平衡常数为2×10－5(ml·L－1)3
C．在80 ℃时，测得某时刻，Ni(CO)4、CO浓度均为0.5 ml·L－1，则此时v(正)D．80 ℃达到平衡时，测得n(CO)＝0.3 ml，则Ni(CO)4的平衡浓度为2 ml·L－1
A [根据表中数据可知，温度升高平衡常数减小，则该反应为放热反应，A项错误；25 ℃时，K′＝eq \f(c4CO,c[NiCO4])＝eq \f(1,K)＝eq \f(1,5×104)(ml·L－1)3＝2×10－5(ml·L－1)3，B项正确；Q＝eq \f(c[NiCO4],c4CO)＝eq \f(0.5,0.54)(ml·L－1)－3＝8(ml·L－1)－3>2(ml·L－1)－3，反应逆向进行，故v(正)二、非选择题
8．(1)对于反应4CO(g)＋2NO2(g)4CO2(g)＋N2(g) ΔH<0。恒温恒容条件下，不能说明该反应已达到平衡状态的是________(填字母)。
A．容器内混合气体颜色不再变化
B．容器内的压强保持不变
C．2v逆(NO2)＝v正(N2)
D．容器内混合气体密度保持不变
(2)在密闭容器中，CCl4(g)＋H2(g)eq \(,\s\up10(催化剂),\s\d8(△))CHCl3(g)＋HCl(g)达到平衡状态后，测得如下数据(假设不考虑副反应)。
①实验1中，CCl4的转化率α1________50%(填“大于”“小于”或“等于”)。
②实验2中，反应进行到10 h时达到平衡，在这10 h内，H2的平均反应速率约为________ ml·L－1·min－1。
③110 ℃时，该反应的化学平衡常数的数值为________。
④实验3中，α3的值________。
A．等于50% B．大于50%
C．小于50% D．依题所给信息无法判断
[解析] (2)①实验1中，当H2的初始浓度为0.8 ml·L－1时，CCl4的转化率为50%，现增大H2的浓度为1.2 ml·L－1，平衡正向移动，CCl4的转化率增大，从而得出CCl4的转化率α1大于50%；②实验2中，
CCl4(g)＋H2(g)eq \(,\s\up10(催化剂),\s\d9(△))CHCl3(g)＋HCl(g)
起始浓度/(ml·L－1) 1 1 0 0
变化浓度/(ml·L－1) 0.5 0.5 0.5 0.5
平衡浓度/(ml·L－1) 0.5 0.5 0.5 0.5
反应进行到10 h时达到平衡， H2的平均反应速率为eq \f(0.5 ml·L－1,600 min)≈8.3×10－4 ml·L－1·min－1；
③110 ℃时，该反应的化学平衡常数的数值为eq \f(0.5×0.5,0.5×0.5)＝1；④与实验2进行比较，可认为实验3是在实验2的基础上完成的，由于不知反应的焓变，所以无法确定降温时平衡移动的方向。
[答案] (1)CD (2)①大于 ②8.3×10－4 ③1 ④D
9．内酯在化工、医药、农林等领域有广泛的应用。内酯可以通过有机羧酸异构化制得。某羧酸A在0.2 ml·L－1盐酸中转化为内酯B的反应可表示为A(aq)B(aq)，忽略反应前后溶液体积变化。一定温度下，当A的起始浓度为a ml·L－1时，A的转化率随时间的变化如下表所示：
(1)反应进行到100 min时，B的浓度为________ ml·L－1。
(2)v正(t＝50 min)________v逆(t＝∞ min)(填“>”“<”或“＝”)。
(3)增加A的起始浓度，A在t＝∞ min时转化率将________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(4)该温度下，平衡常数K＝________；在相同条件下，若反应开始时只加入B，B的起始浓度也为a ml·L－1，平衡时B的转化率为________。
[解析] (1)由表知，反应进行到100 min时，A的转化率为45.0%，则根据化学方程式A(aq)B(aq)可知，B的浓度为0.45a ml·L－1。(2)一定温度下，化学反应速率受反应物浓度影响，在反应建立平衡的过程中，反应物浓度在不断减小，所以v正(t＝50 min)>v正(t＝∞ min)＝v逆(t＝∞ min)。(3)设A的转化率为α，
A(aq)B(aq)
起始/(ml·L－1)c 0
转化/(ml·L－1)cα cα
平衡/(ml·L－1) c－cα cα
K＝eq \f(cα,c－cα)＝eq \f(α,1－α)，温度一定时，K是常数，则增加A的起始浓度，A在t＝∞ min时转化率将不变。(4)由表知，该温度下，A在t＝∞ min时转化率为75%，则平衡常数K＝eq \f(cα,c－cα)＝eq \f(α,1－α)＝eq \f(75%,1－75%)＝3；在相同条件下，若反应开始时只加入B，B的起始浓度也为a ml·L－1，设B的浓度变化为x ml·L－1，则
A(aq)B(aq)
起始/(ml·L－1) 0 a
转化/(ml·L－1) x x
平衡/(ml·L－1) x a－x
则K＝eq \f(a－x,x)＝3，得x＝0.25a，平衡时B的转化率为eq \f(0.25a,a)×100%＝25%。
[答案] (1)0.45a (2)> (3)不变 (4)3 25%
10．环戊烯()常用于有机合成及树脂交联等。在催化剂作用下，可通过环戊二烯()选择性氢化制得，体系中同时存在如下反应：
反应Ⅰ：(g)＋H2(g)eq \(,\s\up7(K1),\s\d5( ))(g) ΔH1＝－100.3 kJ·ml－1
反应Ⅱ：(g)＋H2(g)eq \(,\s\up7(K2),\s\d5( ))(g) ΔH2＝－109.4 kJ·ml－1
反应Ⅲ：(g)＋(g)eq \(,\s\up7(K3),\s\d5( ))2(g) ΔH3
已知：选择性指生成目标产物所消耗的原料量在全部消耗原料量中所占的比例。回答下列问题：
(1)反应Ⅲ的ΔH3＝________ kJ·ml－1。
(2)为研究上述反应的平衡关系，在T ℃下，向某密闭容器中加入a ml环戊二烯和4 ml H2，测得平衡时，容器中环戊二烯和环戊烷()的物质的量相等，环戊烯的选择性为80%，此时H2的转化率为________%(用含a的式子表示)，反应Ⅲ以物质的量分数表示的平衡常数Kx3＝________。
[解析] (2)设反应Ⅰ中消耗x ml环戊二烯，反应Ⅲ中消耗y ml环戊二烯，根据题意可知，达到平衡时n(环戊二烯)＝n(环戊烷)＝(a－x－y)ml，反应Ⅲ中消耗y ml环戊二烯的同时消耗环戊烷的物质的量为y ml，则反应Ⅱ共生成环戊烷的物质的量为(a－x－y＋y)ml＝(a－x)ml，反应Ⅱ消耗氢气的物质的量为(a－x)ml，因此达到平衡时整个容器共消耗氢气的物质的量为(a－x＋x)ml＝a ml，氢气的转化率为eq \f(a ml,4 ml)×100%＝25a%；依据选择性的定义，推出生成环戊烯的物质的量为0.8(x＋y)ml，达到平衡时环戊二烯的物质的量为0.2(x＋y)ml，环戊烷的物质的量也为0.2(x＋y)ml，根据反应Ⅲ的特点，反应前后气体化学计量数之和相等，以物质的量分数表示的平衡常数与以物质的量表示的平衡常数是相等的，即Kx3＝eq \f([0.8x＋y]2,0.2x＋y×0.2x＋y)＝16。
[答案] (1)＋9.1 (2)25a 16
Q反应向正反应方向进行，v正>v逆
Q＝K
反应处于化学平衡状态，v正＝v逆
Q>K
反应向逆反应方向进行，v正化学反应
平衡
常数
温度/℃
500
800
①2H2(g)＋CO(g)CH3OH(g)
K1
2.5(ml·L－1)－2
0.15(ml·L－1)－2
②H2(g)＋CO2(g)H2O(g)＋CO(g)
K2
1.0
2.50
③3H2(g)＋CO2(g)
CH3OH(g)＋H2O(g)
K3
温度/℃
C6H7N的转化率/%
催化剂的选择性/%
有效收率/%
350
66.2
96.6
φ
360
80.7
95.0
76.7
370
86.5
95.5
82.6
380
91.1
93.5
85.2
390
95.0
80.0
76.0
400
97.7
58.1
56.8
t/℃
5
15
25
35
50
K/(ml·L－1)－1
1 100
841
689
533
409
时间/min
0
10
20
40
50
T1 K下n(CH4)/ml
0.50
0.35
0.25
0.10
0.10
T2 K下n(CH4)/ml
0.50
0.30
0.18
M
0.15
温度/℃
25
80
230
平衡常数/(ml·L－1)－3
5×104
2
1.9×10－5
实验序号
温度/℃
初始CCl4浓度
/(ml·L－1)
初始H2浓度/
(ml·L－1)
CCl4的平
衡转化率
1
110
0.8
1.2
α1
2
110
1
1
50%
3
100
1
1
α3
t/min
0
21
36
50
65
80
100
∞
A的转化率/%
0
13.3
20.0
27.8
33.3
40.0
45.0
75.0