第33讲 化学平衡常数（K、Kp）、速率常数及相关计算（解析版） 高考化学【一轮 夯实基础】复习精讲精练

这是一份第33讲 化学平衡常数（K、Kp）、速率常数及相关计算（解析版） 高考化学【一轮 夯实基础】复习精讲精练，共19页。
【复习目标】
1．知道化学平衡常数的含义，能利用化学平衡常数进行计算。
2．能书写化学平衡常数表达式，能进行化学平衡常数、转化率的简单计算。
【知识精讲】
考点一 化学平衡常数的含义及应用
1．表达式
对于一般的可逆反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)
(1)浓度商：在任意时刻的eq \f(cp（C）·cq（D）,cm（A）·cn（B）)通常用Q表示。
(2)化学平衡常数
在一定温度下达到化学平衡时，eq \f(cp（C）·cq（D）,cm（A）·cn（B）)＝K，K是常数，称为化学平衡常数(平衡常数)，固体和纯液体的浓度视为常数，通常不计入平衡常数表达式中。
2．平衡常数与方程式的关系
(1)化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。
(2)在相同温度下，对于给定的可逆反应，正逆反应的平衡常数互为倒数，即K正＝eq \f(1,K逆)。
(3)方程式乘以某个系数x，则平衡常数变为原来的x次方。
(4)两方程式相加得总方程式，则总方程式的平衡常数等于两分方程式平衡常数的乘积，即K总＝K1·K2。
3．意义及影响因素
(1)K值越大，反应物的转化率越大，正反应进行的程度越大。
(2)K值只受温度的影响，与物质的浓度、压强等的变化无关。
4．应用
(1)判断正在进行的可逆反应是否达到平衡或反应进行的方向。
(2)对于可逆反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)的任意状态，浓度商Q＝eq \f(cp（C）·cq（D）,cm（A）·cn（B）)。
根据浓度商与平衡常数的大小关系，可以判断化学平衡移动的方向：
当QK时，反应向逆反应方向进行，直至达到新的平衡状态。
(3)判断可逆反应的反应热
【例题1】已知
反应①：CO(g)＋CuO(s)CO2(g)＋Cu(s)和
反应②：H2(g)＋CuO(s)Cu(s)＋H2O(g)
在相同的某温度下的平衡常数分别为K1和K2，
该温度下反应③：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)的平衡常数为K。则下列说法正确的是( )
A．反应①的平衡常数K1＝eq \f(c（CO2）·c（Cu）,c（CO）·c（CuO）)
B．反应③的平衡常数K＝eq \f(K1,K2)
C．对于反应③，恒容时，温度升高，H2浓度减小，则该反应的焓变为正值
D．对于反应③，恒温恒容时，增大压强，H2浓度一定减小
【答案】B
【解析】
在书写平衡常数表达式时，纯固体不能出现在平衡常数表达式中，A错误；由于反应③＝反应①－反应②，因此平衡常数K＝eq \f(K1,K2)，B正确；对于反应③，温度升高，H2浓度减小，则平衡左移，即逆反应为吸热反应，正反应为放热反应，因此ΔHK，所以该反应向逆反应方向进行。
考点二 化学平衡常数和转化率的有关计算
1．掌握一个方法——“三段式”法
“三段式法”是有效解答化学平衡计算题的“万能钥匙”。解题时，要注意准确地列出起始量、变化量、平衡量，按题目要求进行计算，同时还要注意单位的统一。
对以下反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，令A、B起始物质的量(ml)分别为a、b，达到平衡后，A的消耗量为mx ml，容器容积为V L。
mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)
起始/ml a b 0 0
变化/ml mx nx px qx
平衡/ml a－mx b－nx px qx
2．明确三个量的关系
(1)三个量：即起始量、变化量、平衡量。
(2)关系
①对于同一反应物，起始量－变化量＝平衡量。
②对于同一生成物，起始量＋变化量＝平衡量。
③各转化量之比等于各反应物的化学计量数之比。
3．掌握以下公式
①平衡常数：K＝eq \f(\f(px,V)p·\f(qx,V)q,\f(a－mx,V)m·\f(b－nx,V)n)。
②A的平衡浓度：c(A)＝eq \f(a－mx,V) ml·L－1。
③A的转化率：α(A)＝eq \f(mx,a)×100%，α(A)∶α(B)＝eq \f(mx,a)∶eq \f(nx,b)＝eq \f(mb,na)。
④A的体积分数：φ(A)＝eq \f(a－mx,a＋b＋p＋q－m－nx)×100%。
⑤平衡混合物中某组分的百分含量＝eq \f(某组分的平衡量,平衡时各物质的总量)×100%。
⑥平衡压强与起始压强之比：eq \f(p平,p始)＝eq \f(a＋b＋p＋q－m－nx,a＋b)。
⑦混合气体的平均密度eq \x\t(ρ)(混)＝eq \f(a·MA＋b·MB,V) g·L－1。
⑧混合气体的平均摩尔质量eq \x\t(M)＝eq \f(a·MA＋b·MB,a＋b＋p＋q－m－nx) g·ml－1。
⑨生成物的产率：实际产量(指生成物)占理论产量的百分数。一般来讲，转化率越大，原料利用率越高，产率越大。
产率＝eq \f(实际产量,理论产量)×100%。
【例题4】已知在密闭容器中发生可逆反应：M(g)＋N(g)P(g)＋Q(g) ΔH>0。某温度下，反应物的起始浓度分别为：c(M)＝1 ml·L－1，c(N)＝2.4 ml·L－1。
思考解答下列问题：
(1)若达到平衡后，M的转化率为60%，列出“三段式”，计算此时N的平衡浓度是多少？
(2)若反应温度升高，该反应的平衡常数、M的转化率如何变化？
(3)若反应温度不变，反应物的起始浓度分别为：c(M)＝4 ml·L－1，c(N)＝a ml·L－1；达到平衡后，c(P)＝2 ml·L－1，则M的转化率为________，N的起始浓度为________。
【答案】
(1)1.8 ml·L－1
(2)K值增大，M的转化率增大
(3)50% 6 ml·L－1
【解析】
(1) M(g) ＋ N(g)P(g) ＋ Q(g)
eq \a\vs4\al(初始浓度/,ml·L－1) 1 2.4 0 0
eq \a\vs4\al(转化浓度/,ml·L－1) 1×60% 1×60% 1×60% 1×60%
eq \a\vs4\al(平衡浓度/,ml·L－1) 0.4 1.8 0.6 0.6
由三段式得N的平衡浓度为1.8 ml·L－1。
(2)由于该反应正向为吸热反应，温度升高，平衡右移，K值增大，M的转化率增大
(3) M(g)＋N(g)P(g)＋Q(g)
eq \a\vs4\al(初始浓度/,ml·L－1) 4 a 0 0
eq \a\vs4\al(转化浓度/,ml·L－1) 2 2 2 2
eq \a\vs4\al(平衡浓度/,ml·L－1) 4－2 a－2 2 2
M的转化率＝eq \f(2,4)×100%＝50%
温度不变，平衡常数不变，K＝eq \f(0.6×0.6,0.4×1.8)＝eq \f(2×2,（4－2）×（a－2）)＝eq \f(1,2)，
解得a＝6
即反应物N的起始浓度为6 ml·L－1。
【例题5】某温度下，将2 ml A和3 ml B充入一密闭容器中，发生反应：aA(g)＋B(g)C(g)＋D(g)，5 min后达到平衡，已知该温度下其平衡常数K＝1，若温度不变时将容器的容积扩大为原来的10倍，A的转化率不发生变化，则( )
A．a＝3 B．a＝2
C．B的转化率为40% D．B的转化率为60%
【答案】C
【解析】
温度不变，扩大容器容积(相当于减小压强)时，A的转化率不变，说明反应前后气体的体积不变，即a＝1，A、B错误；设达到平衡时，B的转化量为x ml，则A、B、C、D的平衡量分别为(2－x)ml、(3－x)ml、x ml、x ml，设容器容积为1 L，则平衡常数K＝1＝eq \f(x2,（2－x）（3－x）)，解得x＝1.2，B的转化率＝eq \f(1.2 ml,3 ml)×100%＝40%，C正确，D错误。
【例题6】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的平衡常数为( )
A．10.7 B．8.5
C．9.6 D．10.2
【答案】B
【解析】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\{(\a\vs4\al\c1(x＋y＝4.5 ml·L－1,x－y＝1.7 ml·L－1))
所以x＝3.1 ml·L－1，y＝1.4 ml·L－1
所以反应①的平衡常数为K＝eq \f(c（O2）·c（N2O3）,c（N2O5）)＝eq \f(4.5×1.7,4－3.1)＝8.5。
【例题7】汽车尾气是造成雾霾天气的重要原因之一，尾气中的主要污染物为CxHy、NO、CO、SO2及固体颗粒物等。活性炭可用于处理汽车尾气中的NO，在容积为1 L的恒容密闭容器中加入 0.100 0 ml NO 和2.030 ml固体活性炭，生成A、B两种气体，在不同温度下测得平衡体系中各物质的物质的量以及容器内压强如下表：
根据上表数据，写出容器中发生反应的化学方程式：_________________，判断p________(填“＞”“＜”或“＝”)3.93 MPa。计算反应体系在200 ℃时的平衡常数Kp＝________(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×体积分数)。
【答案】C(s)＋2NO(g)N2(g)＋CO2(g) ＞ eq \f(9,16)
【解析】
1 L恒容密闭容器中加入0.100 0 ml NO和2.030 ml固体活性炭，生成A、B两种气体，从不同温度下测得平衡体系中各物质的物质的量以及容器内压强数据可以看出：Δn(C)∶Δn(NO)∶Δn(A)∶Δn(B)＝1∶2∶1∶1，所以可以推断出生成的A、B两种气体分别为N2和CO2，反应的化学方程式为C(s)＋2NO(g)N2(g)＋CO2(g)。该反应的平衡常数Kp＝eq \f(p（N2）·p（CO2）,p2（NO）)，容器的容积为1 L，平衡分压之比等于平衡浓度之比，代入表中数据计算得Kp＝eq \f(9,16)。
考点三 压强平衡常数(Kp)
1．Kp的含义
在化学平衡体系中，用各气体物质的分压代替浓度，计算的平衡常数叫压强平衡常数。
2．计算技巧
(1)根据“三段式”法计算平衡体系中各物质的物质的量或物质的量浓度。
(2)计算各气体组分的物质的量分数或体积分数。
(3)根据分压计算公式求出各气体物质的分压，某气体的分压＝气体总压强×该气体的体积分数(或物质的量分数)。
(4)根据平衡常数计算公式代入计算。例如：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，压强平衡常数表达式为Kp＝eq \f(p2（NH3）,p（N2）·p3（H2）)。
【例题8】SO2与Cl2反应可制得磺酰氯(SO2Cl2)，反应为SO2(g)＋Cl2(g)SO2Cl2(g)。按投料比1∶1把SO2与Cl2充入一恒压的密闭容器中发生上述反应，SO2的转化率与温度T的关系如下图所示：
若反应一直保持在p压强条件下进行，则M点的压强平衡常数Kp＝________(用含p的表达式表示，用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×体积分数)。
【答案】eq \f(3,p)
【解析】
据图可知M点SO2的转化率为50%，设初始投料为2 ml SO2和2 ml Cl2，列三段式有
SO2(g)＋Cl2(g)SO2Cl2(g)
起始/ml 2 2 0
转化/ml 1 1 1
平衡/ml 1 1 1
所以p(SO2)＝p(Cl2)＝p(SO2Cl2)＝eq \f(1,3)p，所以Kp＝eq \f(\f(1,3)p,\f(1,3)p×\f(1,3)p)＝eq \f(3,p)。
【例题9】丙烷无氧脱氢法制备丙烯反应如下：C3H8(g)C3H6(g)＋H2(g) ΔH＝＋124 kJ·ml－1
(1)总压分别为100 kPa、10 kPa 时发生该反应，平衡体系中C3H8和C3H6的物质的量分数随温度变化关系如图所示：
100 kPa时，C3H8和C3H6的物质的量分数随温度变化关系的曲线分别是______、______。
(2)某温度下，在刚性容器中充入C3H8，起始压强为10 kPa，平衡时总压为13.3 kPa，C3H8的平衡转化率为________。该反应的平衡常数Kp＝______kPa(保留1位小数)。
【答案】(1)a d (2)33% 1.6
【解析】
(1)C3H8(g)C3H6(g)＋H2(g) ΔH＝＋124 kJ·ml－1，正反应吸热，升高温度，平衡正向移动，C3H8(g)的物质的量分数减小，C3H6(g)的物质的量分数增大；该反应为气体体积增大的反应，增大压强，化学平衡逆向移动，因此表示100 kPa时，C3H8的物质的量分数随温度变化关系的曲线是a，C3H6的物质的量分数随温度变化关系的曲线是d。
(2)同温同体积条件下，气体的压强之比等于气体的物质的量之比，设C3H8的平衡转化率为x，
C3H8(g)C3H6(g)＋H2(g)
起始/kPa 10 0 0
反应/kPa 10x 10x 10x
平衡/kPa 10(1－x) 10x 10x
则10(1－x)＋10x＋10x＝13.3，解得：x＝0.33，
Kp＝eq \f(3.3 kPa×3.3 kPa,10－3.3kPa)≈1.6 kPa。
考点三 速率常数与平衡常数的计算
1．速率常数
(1)速率常数含义
速率常数(k)是指在给一定温度下，反应物浓度皆为1 ml·L－1时的反应速率。在相同的浓度条件下，可用速率常数大小来比较化学反应的反应速率。
化学反应速率与反应物浓度(或浓度的次方)成正比，而速率常数是其比例常数，在恒温条件下，速率常数不随反应物浓度的变化而改变。因此，可以应用速率方程求出该温度下任意浓度时的反应速率。
(2)速率方程
一定温度下，化学反应速率与反应物浓度以其计量数为指数的幂的乘积成正比。
对于基元反应(能够一步完成的反应)：aA＋bB===gG＋hH
则v＝kca(A)·cb(B)(其中k为速率常数)。如
①SO2Cl2SO2＋Cl2 v＝k1c(SO2Cl2)
②2NO22NO＋O2 v＝k2c2(NO2)
③2H2＋2NON2＋2H2O v＝k3c2(H2)·c2(NO)
(3)速率常数的影响因素
温度对化学反应速率的影响是显著的，速率常数是温度的函数，通常反应速率常数越大，反应进行的越快。同一反应，温度不同，速率常数将有不同的值，但浓度不影响速率常数。
2．相同温度下，正、逆反应的速率常数与平衡常数的关系
对于基元反应：aA(g)＋bB(g)gG(g)＋hH(g)
v(正)＝k正·ca(A)·cb(B)；
v(逆)＝k逆·cg(G)·ch(H)
平衡常数K＝eq \f(cg（G）·ch（H）,ca（A）·cb（B）)＝eq \f(k正·v逆,k逆·v正)
反应达平衡时，v正＝v逆，故K＝eq \f(k正,k逆)。
【例题10】N2O4与NO2之间存在反应N2O4(g)2NO2(g)。将一定量的N2O4放入恒容密闭容器中，在一定条件下，该反应N2O4、NO2的消耗速率与自身压强间存在关系：v(N2O4)＝k1p(N2O4)，v(NO2)＝k2p2(NO2)，其中k1、k2是与反应温度有关的常数。则一定温度下，k1、k2与平衡常数Kp的关系是k1＝________。
【答案】eq \f(1,2)Kpk2
【解析】
Kp＝eq \f(p2（NO2）,p（N2O4）)，平衡时NO2、N2O4的消耗速率比＝v(NO2)∶v(N2O4)＝k2p2(NO2)∶k1p(N2O4)＝2∶1，则Kp＝eq \f(p2（NO2）,p（N2O4）)＝eq \f(2k1,k2)，k1＝eq \f(Kpk2,2)。
【例题11】已知在一定温度下的可逆反应N2O4(g)2NO2(g)中，v正＝k正·c(N2O4)，v逆＝k逆·c2(NO2)(k正、k逆只是温度的函数)。若该温度下的平衡常数K＝10，则k正＝________k逆。升高温度，k正增大的倍数________(填“大于”“小于”或“等于”)k逆增大的倍数。
【答案】10 大于
【解析】
当反应达到平衡时，v正＝v逆，即k正·c(N2O4)＝k逆·c2(NO2)。k正＝eq \f(k逆·c2（NO2）,c（N2O4）)＝k逆·K＝10 k逆；该反应是吸热反应，升高温度，平衡向正反应方向移动，k正增大的倍数大于k逆增大的倍数。
【例题12】肌肉中的肌红蛋白(Mb)与O2结合生成MbO2，其反应原理可表示为：Mb(aq)＋O2(g)MbO2(aq)，该反应的平衡常数可表示为：K＝eq \f(c（MbO2）,c（Mb）·p（O2）)。在37 ℃条件下达到平衡时，测得肌红蛋白的结合度(α)与p(O2)的关系如图所示[α＝eq \f(生成的c（MbO2）,初始的c（Mb）)×100%]。研究表明正反应速率v正＝k正·c(Mb)·p(O2)，逆反应速率v逆＝k逆·c(MbO2)(其中k正和k逆分别表示正反应和逆反应的速率常数)。
(1)试写出平衡常数K与速率常数k正、k逆之间的关系式为K＝________(用含有k正、k逆的式子表示)。
(2)试求出图中c点时，上述反应的平衡常数K＝________。已知k逆＝60 s－1，则速率常数k正＝________s－1·kPa－1。
【答案】(1)eq \f(k正,k逆) (2)2 kPa－1 120
【解析】
(1)可逆反应达到平衡状态时，v正＝v逆，由于v正＝k正·c(Mb)·p(O2)，v逆＝k逆·c(MbO2)，所以k正·c(Mb)·p(O2)＝k逆·c(MbO2)，eq \f(k正,k逆)＝eq \f(c（MbO2）,c（Mb）·p（O2）)，而反应Mb(aq)＋O2(g)MbO2(aq)的平衡常数K＝eq \f(c（MbO2）,c（Mb）·p（O2）)＝eq \f(k正,k逆)。
(2)将c点时，p(O2)＝4.5 kPa，肌红蛋白的结合度(α)是90%带入平衡常数表达式中可得K＝eq \f(c（MbO2）,c（Mb）·p（O2）)＝eq \f(0.9,（1－0.9）×4.5) kPa－1＝2 kPa－1；K＝eq \f(k正,k逆)，由于K＝2，k逆＝60 s－1代入该式子，可得k正＝K·k逆＝2×60 s－1·kPa－1＝120 s－1·kPa－1。
【真题演练】
1．（2017·天津·高考真题）常压下羰基化法精炼镍的原理为：
Ni(s)+4CO(g) Ni(CO)4(g)。230℃时，该反应的平衡常数K=2×10−5。
已知：Ni(CO)4的沸点为42.2℃，固体杂质不参与反应。
第一阶段：将粗镍与CO反应转化成气态Ni(CO)4；
第二阶段：将第一阶段反应后的气体分离出来，加热至230℃制得高纯镍。
下列判断正确的是（ ）
A．增加c(CO)，平衡向正向移动，反应的平衡常数增大
B．第一阶段，在30℃和50℃两者之间选择反应温度，选50℃
C．第二阶段，Ni(CO)4分解率较低
D．该反应达到平衡时，v生成[Ni(CO)4]=4v生成(CO)
【答案】B
【详解】A．平衡常数只与温度有关，与浓度无关，A错误；
B．50℃时，Ni(CO)4以气态存在，有利于分离，从而促使平衡正向移动，B正确；
C．230℃时，Ni(CO)4分解Ni(CO)4 (g) Ni(s)+4CO(g)的平衡常数为K’== =5×104，可知分解率较高，C错误；
D．平衡时，正逆反应速率相等，即4v生成[Ni(CO)4]= v生成(CO)，D错误；
故选B。
2．（2020·海南·高考真题）NO与CO是燃油汽车尾气中的两种有害气体，常温常压下它们之间的反应：
CO(g)+ NO(g)=CO2(g)+N2(g) ΔH= -374.3 kJ·ml-1 K=2.5×1060，反应速率较小。有关该反应的说法正确的是（ ）
A．K很大，NO与CO在排入大气之前就已反应完全
B．增大压强，平衡将向右移动，K> 2.5×1060
C．升高温度，既增大反应速率又增大K
D．选用适宜催化剂可达到尾气排放标准
【答案】D
【详解】
A．平衡常数很大，表示该反应所能进行的程度大，由于NO与CO反应速率较小，在排入大气之前没有反应完全，故A错误；
B．平衡常数只与温度有关，增大压强，K不变，故B错误；
C．CO(g)+ NO(g)=CO2(g)+N2(g)正反应放热，升高温度，速率加快，平衡逆向移动，K减小，故C错误；
D．选用适宜催化剂可加快反应速率，使尾气得到净化，达到尾气排放标准，故D正确；
选D。
3．（2020·浙江·高考真题）溶液与溶液发生反应：，达到平衡。下列说法不正确的是（ ）
A．加入苯，振荡，平衡正向移动
B．经苯2次萃取分离后，在水溶液中加入，溶液呈血红色，表明该化学反应存在限度
C．加入固体，平衡逆向移动
D．该反应的平衡常数
【答案】D
【详解】
A.加入苯振荡，苯将I2萃取到苯层，水溶液中c（I2）减小，平衡正向移动，A正确；
B.将5mL0.1ml/LKI溶液与1mL0.1ml/LFeCl3溶液混合，参与反应的Fe3+与I-物质的量之比为1:1，反应后I-一定过量，经苯2次萃取分离后，在水溶液中加入KSCN溶液呈血红色，说明水溶液中仍含有Fe3+，即Fe3+没有完全消耗，表明该化学反应存在限度，B正确；
C.加入FeSO4固体溶于水电离出Fe2+，c（Fe2+）增大，平衡逆向移动，C正确；
D.该反应的平衡常数K=，D错误；
答案选D。
4．（2022·湖南·高考真题）向体积均为1L的两恒容容器中分别充入和发生反应：，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．B．气体的总物质的量：
C．a点平衡常数：D．反应速率：
【答案】BC
【详解】
A．甲容器在绝热条件下，随着反应的进行，压强先增大后减小，根据理想气体状态方程PV=nRT可知，刚开始压强增大的原因是因为容器温度升高，则说明上述反应过程放热，即＜0，故A错误；
B．根据A项分析可知，上述密闭溶液中的反应为放热反应，图中a点和c点的压强相等，因甲容器为绝热过程，乙容器为恒温过程，若两者气体物质的量相等，则甲容器压强大于乙容器压强，则说明甲容器中气体的总物质的量此时相比乙容器在减小即气体总物质的量：na＜nc，故B正确；
C．a点为平衡点，此时容器的总压为p，根据理想气体状态方程PV=nRT可知，在恒容条件下进行，气体的物质的量之比等于整体之比，根据A项分析可知，绝热条件下，反应到平衡状态放热，所以Ta＞T始，压强：Pa=P始，则na＜n始，可设Y转化的物质的量浓度为xml∙L−1，则列出三段式如下：，则有＜，计算得到x＞0.75，那么化学平衡常数K=＞，故C正确；
D．根据图像可知，甲容器达到平衡的时间短，温度高，所以达到平衡的速率相对乙容器的快，即Va正＞Vb正，故D错误。
综上所述，答案为BC。
5．（2021·湖南·高考真题）已知：，向一恒温恒容的密闭容器中充入和发生反应，时达到平衡状态I，在时改变某一条件，时重新达到平衡状态Ⅱ，正反应速率随时间的变化如图所示。下列说法正确的是（ ）
A．容器内压强不变，表明反应达到平衡
B．时改变的条件：向容器中加入C
C．平衡时A的体积分数：
D．平衡常数K：
【答案】BC
【分析】根据图像可知，向恒温恒容密闭容器中充入1mlA和3mlB发生反应，反应时间从开始到t1阶段，正反应速率不断减小，t1-t2时间段，正反应速率不变，反应达到平衡状态，t2-t3时间段，改变条件使正反应速率逐渐增大，平衡向逆反应方向移动，t3以后反应达到新的平衡状态，据此结合图像分析解答。
【详解】
A.容器内发生的反应为A(g)+2B(g)3C(g)，该反应是气体分子数不变的可逆反应，所以在恒温恒容条件下，气体的压强始终保持不变，则容器内压强不变，不能说明反应达到平衡状态，A错误；
B.根据图像变化曲线可知，t2t3过程中，t2时，瞬间不变，平衡过程中不断增大，则说明反应向逆反应方向移动，且不是“突变”图像，属于“渐变”过程，所以排除温度与催化剂等影响因素，改变的条件为：向容器中加入C，B正确；
C.最初加入体系中的A和B的物质的量的比值为1：3，当向体系中加入C时，平衡逆向移动，最终A和B各自物质的量增加的比例为1：2，因此平衡时A的体积分数(II)>(I)，C正确；
D.平衡常数K与温度有关，因该反应在恒温条件下进行，所以K保持不变，D错误。
故选BC。
6．（2022·山东·高考真题）利用丁内酯(BL)制备1，丁二醇(BD)，反应过程中伴有生成四氢呋喃(THF)和丁醇(BuOH)的副反应，涉及反应如下：
已知：
①反应Ⅰ为快速平衡，可认为不受慢反应Ⅱ、Ⅲ的影响；
②因反应Ⅰ在高压氛围下进行，故压强近似等于总压。
回答下列问题：
(1)以或BD为初始原料，在、的高压氛围下，分别在恒压容器中进行反应。达平衡时，以BL为原料，体系向环境放热；以BD为原料，体系从环境吸热。忽略副反应热效应，反应Ⅰ焓变_______。
(2)初始条件同上。表示某物种i的物质的量与除外其它各物种总物质的量之比，和随时间t变化关系如图甲所示。实验测得，则图中表示变化的曲线是_______；反应Ⅰ平衡常数_______(保留两位有效数字)。以BL为原料时，时刻_______，BD产率=_______(保留两位有效数字)。
(3)为达平衡时与的比值。、、三种条件下，以为初始原料，在相同体积的刚性容器中发生反应，随时间t变化关系如图乙所示。因反应在高压氛围下进行，可忽略压强对反应速率的影响。曲线a、b、c中，最大的是_______(填代号)；与曲线b相比，曲线c达到所需时间更长，原因是_____________。
【答案】
(1)-200(X+Y)
(2)a或c 8.3×10-8 0.08 39%
(3)c 由于b和c代表的温度相同，而压强对反应速率的影响可忽略，压强增大反应Ⅱ、Ⅲ均是逆向移动，增大，故=1.0所需时间更长
【解析】
（1）依题意，结合已知信息，可推定在同温同压下，以同物质的量的BL或BD为初始原料，达到平衡时的状态相同，两个平衡完全等效。则以5.0×10-3ml的BL为原料，达到平衡时放出XkJ热量与同物质的量的BD为原料达到平衡时吸收YkJ热量的能量二者能量差值为(X+Y)kJ，则1ml时二者能量和为200(X+Y)kJ，反应I为放热反应，因此焓变=-200(X+Y)kJ·ml-1。
（2）实验测定Xb
C．160℃时，该反应的平衡常数K=9
D．当容器中混合气体的密度不随时间变化时，该反应达到平衡状态
【答案】C
【详解】
A．ac段，时间从2min变成10min，的物质的量0.4ml变成1.2ml，该反应容器容积为2L，所以的平均反应速率为，A错误；
B．图示分别为160℃、200℃条件下的两个平衡，由图可知ac线先达到平衡，即该平衡反应速率快，为200℃条件下达到的平衡，则bd线为160℃条件下达到的平衡，所以c的速率最快，B错误；
C．依据题目信息， CO和起始浓度均为，结合图示，160℃条件下，的浓度变化值为，列出平衡三段式进行计算：
平衡常数：
所以160℃时，该反应的平衡常数K=9，C正确；
D．该反应所有反应物均为气体，依据质量守恒定律，气体总质量保持不变，而反应容器也是固定为2L，则密度一直保持不变，不能作为判断是否达到平衡状态的标准，D错误；
故合理选项为C。
10．（2022·江苏无锡）二氧化碳加氢制甲醇的总反应可表示为CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H，一般认为通过如下步骤来实现：
①CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H1
②CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H2
体系能量变化如图所示。下列有关说法不正确的是（ ）
A．△H1＞△H2
B．步骤②反应△S＜0
C．二氧化碳加氢制甲醇的总反应速率取决于步骤①
D．二氧化碳加氢制甲醇的总反应的平衡常数K=
【答案】D
【详解】
A．由图示可知，反应①为吸热反应ΔH1＞0，反应②为放热反应ΔH2＜0，则ΔH1＞ΔH2，A正确；
B．步骤②CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)为气体分子数减小的反应，为熵减反应，ΔS＜0，B正确；
C．二氧化碳加氢制甲醇的总反应速率取决于步骤①，因为①反应的活化能大于②反应，活化能越大的为决速步骤，C正确；
D．由总反应：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)可知，二氧化碳加氢制甲醇的总反应的平衡常数K=，D错误；
答案选D。
11．（2022·浙江·乐清市知临中学）工业上合成尿素的反应在进行时分为如下两步：
第一步：(氨基甲酸铵)
第二步：
某实验小组模拟工业上合成尿素的条件，在一体积为0.5L密闭容器中投入4ml氨和1ml二氧化碳，实验测得反应中各组分随时间的变化如图Ⅰ所示。
下列说法中正确的是（ ）
A．由图可知，第一步反应的活化能小于第二步反应
B．当氨基甲酸铵的物质的量达到最大值时，合成尿素的反应达到化学平衡状态
C．0~10min中，用表示的第一步反应的速率
D．已知第二步反应的化学平衡常数K随温度的变化如图Ⅱ所示。则其它条件不变时，温度升高，尿素的产率一定增大
【答案】A
【详解】
A．由图I可知在15分钟左右，氨气和二氧化碳反应生成氨基甲酸铵后不再变化发生的是第一步反应，氨基甲酸铵先增大再减小最后达到平衡，发生的是第二步反应，从曲线斜率不难看出第二步反应速率慢，活化能越大反应速率越慢，则第一步反应的活化能小于第二步反应，A正确；
B．由图I变化可知当进行到55分钟时，反应达到平衡，此时氨基甲酸铵的物质的量不是最大值，B错误；
C．依据图I分析，二氧化碳再进行到 10min时物质的量为0.26ml，所以此时的反应速率，C错误；
D．由图II可知第二步反应的平衡常数K随温度的升高增大，说明反应是吸热反应，∆H2＞0，由于未知∆H1的值，第一步反应可能是放热反应，升高温度可能第一步平衡逆向移动，氨基甲酸铵浓度减小，导致第二步因反应物浓度减小而平衡逆向移动，尿素的产率可能降低，D错误；
故选：A。
12．（2022·北京·北大附中三模）某同学设计实验方案，利用沉淀滴定法测定“Ag++Fe2+Fe3++Ag↓”的平衡常数K。一定温度下，先将0.0100ml·L-1Ag2SO4溶液与0.0400ml·L-1FeSO4溶液(pH=1)等体积混合，待反应达到平衡时，过滤，取vmL滤液用c1ml·L-1KSCN标准溶液滴定Ag+，至出现稳定的浅红色时消耗KSCN标准溶液v1mL。
已知：Ag++SCN-AgSCN↓(白色) K1
Fe3++SCN-FeSCN2+(红色) K2
下列说法正确的是（ ）
A．Ag2SO4溶液和FeSO4溶液(pH=1)可替换为AgNO3溶液和Fe(NO3)2溶液(pH=1)
B．K1>>K2，Fe3+是滴定终点的指示剂
C．若不过滤，直接用浊液做滴定实验测定c(Ag+)，则所测K值偏大
D．若改为测定滤液中c(Fe3+)，选择合适的滴定方法直接滴定滤液，也能达到目的
【答案】B
【分析】Ag++Fe2+Fe3++Ag↓为可逆反应，要计算平衡常数，需要知道平衡时各离子的浓度。反应完全时，过滤，滤液用KSCN溶液滴定，可计算出平衡时的银离子浓度，从而可知平衡时各离子浓度，K值也可计算。
【详解】
A．由于硝酸根在酸性环境下具有强氧化性，能将亚铁离子氧化为铁离子，会干扰实验，故不可用AgNO3溶液和Fe(NO3)2溶液(pH=1) 替换原试剂，A错误；
B．用标准KSCN标准溶液滴定Ag+，至出现稳定的浅红色时实验达到终点，说明SCN-先与Ag+反应完全后再与Fe3+反应，故K1>>K2；出现稳定的浅红色时实验达到终点，说明Fe3+是滴定终点的指示剂，B正确；
C．若不过滤，直接用浊液做滴定实验测定c(Ag+)，滴入KSCN溶液时发生反应Ag++SCN-AgSCN↓，使Ag++Fe2+Fe3++Ag↓逆向移动，使银离子浓度增大，，K值偏小，C错误；
D．若改为测定滤液中c(Fe3+)，Fe2+容易被空气中的氧气氧化为Fe3+，滴定结果不准确，D错误；
故选B。
13．（2022·安徽·高三开学考试）已知一定条件下，氢气与一氧化碳发生反应的热化学方程式为 。向体积为2L的恒容容器中充入和，2h后，测得CO的转化率随温度变化关系如图。下列选项中正确的是（ ）
A．正反应为吸热反应，
B．a、c两点对应条件下，反应进行的平均速率相等
C．延长反应时间至3h，c点对应条件下CO的转化率升高
D．b点对应条件下，向容器中继续通入、和，达到平衡状态后，
【答案】D
【详解】
A．根据图像分析，t1℃以后为平衡转化率，温度升高，降低，平衡向吸热方向移动，故正反应为放热反应，，A项错误；
B．c点对应条件温度高于a点，反应速率快，B项错误；
C．c点为平衡转化率，延长反应时间无法提高转化率，C项错误；
D．初始投料和，是按照化学计量数之比投料，继续通入和仍为按比例投料，平衡时，D项正确；
故选D。
14．（2022·江苏·南京市第十三中学模拟预测）容积均为1L的甲、乙两个刚性容器，其中甲为绝热容器，乙为恒温容器。相同温度下，分别充入，发生反应。甲容器中的相关量随时间变化关系如下图所示。下列说法正确的是（ ）
A．3s时甲容器中反应达到化学平衡状态
B．内，甲容器中反应速率增大说明该反应的速率与浓度无关
C．3s时乙容器中c()小于0.20ml/L，乙容器中该反应的化学平衡常数大于22.5
D．甲、乙两容器均达平衡后，欲使两者的体积分数相等，可向乙容器中再充入少量气体
【答案】C
【详解】
A．3s时甲容器中NO2的反应速率达到最大，然后逐渐减小，8s是达到反应达到化学平衡状态，故A错误；
B．甲为绝热容器，反应为放热反应，放出的热量对反应速率影响大，0～3s内，甲容器中NO2的反应速率增大的原因是：0-3s内温度升高对反应速率影响大于浓度降低的影响，3～8s反应速率降低是因为二氧化氮的浓度降低，故B错误；
C．相同温度下，分别充入0.2ml的NO2，发生反应：△H＜0，达到平衡状态时二氧化氮浓度为0.02ml/L，结合三行计算列式计算得到平衡浓度计算平衡常数， ，平衡常数K甲==225L/ml，容积均为1L的甲、乙两个容器，其中甲为绝热容器，乙为恒温容器，相同温度下，分别充入0.2ml的NO2，发生反应：2NO2(g)≒N2O4(g)△H＜0，甲容器中温度升高，平衡逆向进行，平衡常数K甲＜K乙，K乙＞225L/ml，故C正确；
D．甲为绝热恒容，容器温度升高，抑制二氧化氮的转化，乙为恒温恒容，则转化率α甲＜α乙，NO2的体积分数甲＞乙，分离出NO2使平衡正向移动NO2的体积分数减小，欲使甲、乙两容器中NO2的体积分数相等可分离部分乙容器中的N2O4，故D错误；
故选：C。
15．（2022·河南·模拟预测）常温下，酒石酸(记作H2T)中各含T微粒占所有含T微粒的物质的量分数随pH的变化曲线如下图所示：
下列说法错误的是（ ）
A．lgKa1=-2.98
B．向H2T溶液中滴加NaOH溶液至pH=4.34时：c(Na+)＜3c(HT-)
C．反应H2T+T2-2HT-的平衡常数的对数值lgK=-1.36
D．0.1ml·L-1NaHT溶液中：c(HT-)＞c(T2-)＞c(H2T)
【答案】C
【分析】随着pH的增大，溶液中H2T逐渐转化为HT-，因此开始时H2T逐渐减小，HT-逐渐增大，随着pH的进一步增大，HT-逐渐减小，T2-逐渐增大，因此曲线①为H2T，曲线②为HT-，曲线③为T2-；H2T为二元弱酸，电离方程式为H2TH++ HT-，HT-H++T2-，电离平衡常数Ka1=，Ka2=，X点时c(H2T)=c(HT-)，Ka1==c(H+)=10-2.98，Z点时c(HT-)=c(T2-)，Ka2==c(H+)=10-4.34。
【详解】
A．根据分析，Ka1=10-2.98，lgKa1=-2.98，A正确；
B．pH=4.34时，对应图中的Z点，Z点的电荷守恒为c(Na+)+c(H+)=c(OH-)+c(HT-)+2c(T2-)，该点处c(HT-)=c(T2-)，c(Na+)+c(H+)=c(OH-)+3c(HT-)，pH=4.34说明溶液为酸性，即c(H+)＞c(OH-)，故c(Na+)＜3c(HT-)，B正确；
C．反应H2T+T2-2HT-的平衡常数K====101.36，lgK=1.36，C错误；
D．HT-的电离平衡常数Ka2=10-4.34，水解平衡常数Kh2===10-11.02，Ka2＞Kh2，即HT-的电离大于水解，因此在0.1ml·L-1NaHT溶液中c(HT-)＞c(T2-)＞c(H2T)，D正确；
故选C。
16．（2022·辽宁实验中学）燃煤烟气的脱硫技术是环境科学研究的热点，利用反应可实现从燃煤烟气中回收硫。向两个体积相同的恒容密闭容器中通入2mlCO(g)和1ml(g)发生上述反应，体系的总压强随时间的变化如图所示。下列说法错误的是（ ）
A．实验a平衡时CO的物质的量为1.5ml
B．实验b中，40min内CO的平均反应速率
C．与实验a相比，实验b改变的条件是加入催化剂
D．实验b中的转化率是75%
【答案】A
【详解】
A．假设达到平衡时，CO转化了x ml，则有如下三段式： ，在恒温恒容的条件下，体系的压强之比等于气体的物质的量之比，根据图像有：，则x=1.5，所以实验a平衡时CO的物质的量为2ml-1.5ml=0.5ml，A项错误；
B．根据反应，可知体系中物质的量的减小量等于二氧化硫的物质的量，又根据恒温恒容下压强之比等于物质的量之比，故40min内二氧化硫的压强减小量为40kPa，则CO的压强减小量为80 kPa，故40min内CO的平均反应速率=2.0，B项正确；
C．与实验a相比，实验b的速率加快，平衡状态相同，故实验b改变的条件是加入催化剂，C项正确；
D．实验b的平衡状态与实验a相同，所以根据A项的分析，可知达到平衡时二氧化硫转化了0.75ml，故二氧化硫的转化率为×100%=75%，D项正确；
答案选A。
第II卷（非选择题）
17．（2022·河北·高三阶段练习）甲烷作为燃料，广泛应用于民用和工业中；作为化工原料，可以用来生产一系列化工有机物。回答下列问题：
Ⅰ.加氢制甲烷
反应①：
反应②： ∆H2
(1)100下，由最稳定单质生成1物质B的焓变，叫做物质B的标准摩尔生成焓()。298K，几种气态物质的标准摩尔生成焓如下表。则∆H2=_______。
(2)恒压条件下，向密闭容器中通入1和4，在催化剂作用下发生
反应①[]和
反应②[C]，
测得的平衡转化率、和的选择性随反应温度的变化情况如图所示。已知：选择性，
选择性。
则表示选择性的曲线是_______(填“”或“”)，原因是___________________。
(3)由(2)题图可知，500℃时，平衡体系中的物质的量为_______，反应②的压强平衡常数_____________(列出计算式即可，用分压代替浓度计算，分压=总压×物质的量分数)。
Ⅱ.电化学法制甲烷
西安交通大学柳永宁教授团队以氢氧燃料电池成熟的膜电极为核心部件，设计并构筑了一种纳米团簇异质结构，可有效吸附并提高反应速率，简图如图所示。
(4)通入一极的电极反应式为___________________。
Ⅲ.木质纤维素制甲烷
中科院大连化物所路芳研究员团队设计并制备了一种介孔二氧化硅纳米球催化剂，可通过催化断裂生物质中键和键，而将木质纤维素生物质直接高效转化为天然气，生物质衍生醇1-丙醇和2-丙醇在催化剂表面的反应历程如图所示：
(5)2-丙醇转化为1-丙醇的反应属于_____________(填“吸热”或“放热”)反应，由制备的反应历程中最大能垒(活化能)_______。
【答案】
(1)+41.2
(2) 生成甲烷的反应为放热反应，温度升高，平衡逆向移动，导致甲烷的产率下降，甲烷的选择性下降
(3)3.4ml
(4)CO2+8H++8e-=CH4+2H2O
(5)吸热 1.42
【解析】
（1）反应的焓变等于生成物的焓变和减去反应物的焓变和，则∆H2=（-241.8）+（-110.5）-（-393.5）=+41.2。
（2）生成一氧化碳的反应为吸热反应，升高温度，平衡正向移动，一氧化碳选择性增加；生成甲烷的反应为放热反应，温度升高，平衡逆向移动，导致甲烷的产率下降，甲烷的选择性下降，故表示选择性的曲线是；
（3）由(2)题图可知，500℃时，二氧化碳的转化率为60%，反应二氧化碳的物质的量为0.6ml；
选择性、选择性分别为85%、15%；由三段式可知，=85%，x=0.51ml；故平衡体系中的物质的量为4-0.51ml-（0.6ml-0.51ml）=3.4ml；
反应后二氧化碳、氢气、一氧化碳、水的物质的量分别为0.4ml、3.4ml、0.09ml、1.11ml，设反应后总物质的量、总压强分别为n、P，则反应②的压强平衡常数；
（4）通入一极的电极反应为二氧化碳得到电子发生还原反应生成甲烷，反应为CO2+8H++8e-=CH4+2H2O；
（5）由图可知，2-丙醇能量低于1-丙醇，故2-丙醇转化为1-丙醇的反应属于吸热反应；
过渡态物质的总能量与反应物总能量的差值为活化能，即图中峰值越大则活化能越大，图中峰值越小则活化能越小，结合图像可知，由制备的反应历程中最大能垒(活化能)-2.30-（-3.72）=1.42。
18．（2022·山东日照·高三开学考试）以为原料合成乙酸，是综合开发温室气体资源的新方向。回答下列问题：
I.两步法制乙酸
(1)反应不能自发进行。将该反应拆分成两个连续的步骤进行，可在较温和的条件下实现上述转化，具体过程如下：
①写出第二步的化学反应方程式：___________。
②为增大的平衡产率，下列说法正确的是___________(填标号)。
A．第一步反应在高温下进行，第二步反应在低温进行
B．第一步减小氢气的压强，第二步增大氢气的压强
C．其他条件不变，使用更高效的催化剂
II．催化重整间接制乙酸
用催化重整制合成气，再利用合成气制乙酸，涉及的反应如下：
反应1：
反应2：
反应3：
已知：反应1为快速平衡，可认为不受慢反应2、3的影响；
(2)在、盛有催化剂的刚性密闭容器中，分别以和或和为初始原料进行反应1。反应1达到平衡时，以和为原料，体系从环境吸热；以和为原料，体系向环境放热。忽略慢反应2、3热效应，则“反应1”的___________。
(3)初始条件同上。最终所有反应都达到平衡时，容器中为，为，此时的浓度为___________(用含a、b的代数式表示，下同)，反应2的平衡常数为___________。
(4)“反应1”的化学反应速率，k为速率常数。和时，分别保持或不变，测得速率v与、的关系如图所示：
①图可知，下列叙述正确的是___________(填标号)。
A．a、b、c三点速率常数的大小关系为：
B．当时，
C．其他条件不变，增大，速率常数k可能增大
②若初始时按进气，且b点的速率常数为，则b点的化学反应速率___________。
【答案】
(1)C3C+CO2(g)+2H2(g)CH3COOH(g)+3C AB
(2)(X+Y)
(3) ml-2·L2
(4)BC 5.2
【解析】
（1）①根据图示可知，C3C、CO2和H2反应生成CH3COOH和C，反应方程式为C3C+CO2(g)+2H2(g)CH3COOH(g)+3C。②
A．从图中可知，第一步反应为吸热反应，高温下有利于化学平衡正向移动，第二步为放热反应，低温下进行有利于化学平衡正向移动，两个措施均有利于增大乙酸的平衡产率，A正确；
B．第一步反应为CH4(g)+3C=C3C+2H2(g)，是气体体积增大的反应，减小压强有利于平衡正向移动，第二步是气体体积减小的反应，增大压强，化学平衡正向移动，两个措施都有利于增大乙酸的平衡产率，B正确；
C．催化剂只能改变反应速率，并不能提高乙酸的平衡产率，C错误；
故答案选AB。
（2）根据题干可知，两种初始原料最终达到的平衡状态相同，0.05mlCH4和0.05mlCO2为原料达平衡时吸热XkJ，0.1mlH2和0.1mlCO为原料达平衡时放热YkJ，说明反应1正反应为吸热反应，ΔH=(X+Y)kJ/ml。
（3）设达平衡后反应1消耗CH4Xml，则，设达平衡后反应2消耗COYml，则，设达平衡时反应3消耗CH3OHZml，则，Y-Z=a，2X-Y-Z=b，则2X-2Y=b-a，因此H2浓度为ml/L。反应2平衡常数=ml-2·L2。
（4）A．由图像可知，va>vb>vc，而p(CH4)也是a>b>c，因此无法比较ka、kb、kc的大小关系，A错误；
B．当10kPa≤p(CO2)≤20kPa时，此时[p(CO2)]n前面部分可视为一个常数不妨设为a，则v=a[p(CO2)]n，从图中可知10-20kPa区间内，图象为直线，只有当n=1时可保证图像为直线，B正确；
C．从图2中可知，在斜线阶段，v=k[p(CH4)]m[p(CO2)]n，其中n=1，[p(CH4)]m为常数，此时k不变，在水平线阶段，v=k[p(CH4)]m[p(CO2)]n，[p(CH4)]m为常数，此时v不变，p(CO2)增大，若[p(CH4)]m随p(CO2)增大而减小(如n”“”或“