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高考化学一轮复习 第七章 第3讲 化学平衡常数、化学反应进行的方向教案（含解析）
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第3讲 化学平衡常数、化学反应进行的方向
[考纲要求] 1.理解化学平衡常数的含义并能进行简单计算。2.了解化学反应的方向与化学反应的焓变与熵变的关系。3.掌握化学反应在一定条件下能否自发进行的判断依据，能够利用化学反应的焓变和熵变判断化学反应的方向。
考点一 化学平衡常数
1．概念
在一定温度下，当一个可逆反应达到化学平衡时，生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值是一个常数，用符号K表示。
2．表达式
对于反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，
K＝(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)。
3．意义
(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只受温度影响，与反应物或生成物的浓度变化无关。
(3)化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。
深度思考
1．对于N2＋3H22NH3 K1
2NH3N2＋3H2 K2
试分别写出平衡常数表达式，并判断其关系
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 K1＝
K2＝
K1＝
2．试写出下面可逆反应的平衡常数表达式：
C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)
K＝________________________________________________________________________。
答案 K＝
3．化学平衡常数只受温度的影响，温度升高，化学平衡常数是增大还是减小？
答案 温度升高化学平衡常数的变化要视反应而定，若正反应是吸热反应，则温度升高K值增大，反之则减小。
4．对于一个可逆反应，化学计量数扩大或缩小，化学平衡常数表达式是否改变？是什么关系？转化率是否相同？试举例说明。
答案 对于一个可逆反应，化学计量数不一样，化学平衡常数表达式也就不一样，但对应物质的转化率相同。例如：
(1)aA(g)＋bB(g)cC(g) K1＝
(2)naA(g)＋nbB(g)ncC(g)
K2＝＝K或K1＝
无论(1)还是(2)，A或B的转化率是相同的。
5．判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”
(1)平衡常数表达式中，可以是物质的任一浓度 ( )
(2)催化剂能改变化学反应速率，也能改变平衡常数 ( )
(3)平衡常数发生变化，化学平衡不一定发生移动 ( )
(4)化学平衡发生移动，平衡常数不一定发生变化 ( )
答案 (1)× (2)× (3)× (4)√
题组一 化学平衡常数及其影响因素
1．温度为T ℃时，在体积为10 L的真空容器中通入1.00 mol氢气和1.00 mol碘蒸气，20 min后，反应达到平衡，此时测得碘蒸气的浓度为0.020 mol·L－1。涉及的反应可以用下面的两个化学方程式表示：
①H2(g)＋I2(g)2HI(g)
②2H2(g)＋2I2(g)4HI(g)
下列说法正确的是 ( )
A．反应速率用HI表示时，v(HI)＝0.008 mol·L－1·min－1
B．两个化学方程式的意义相同，但其平衡常数表达式不同，不过计算所得数值相同
C．氢气在两个反应方程式中的转化率不同
D．第二个反应中，增大压强平衡向生成HI的方向移动
答案 A
解析 H2(g)＋I2(g)2HI(g)
初始浓度
(mol·L－1) 0.100 0.100 0
平衡浓度
(mol·L－1) 0.020 0.020 0.160
转化浓度
(mol·L－1) 0.080 0.080 0.160
所以，v(HI)＝0.160 mol·L－1÷20 min＝0.008 mol·L－1·min－1，A正确；K①＝＝64，而K②＝＝K＝642＝4 096，故选项B错；两个化学方程式表示的是一个反应，反应达到平衡时，氢气的浓度相同，故其转化率相同，C错；两个反应相同，只是表达形式不同，压强的改变对平衡的移动没有影响，D错。
2．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＝
B．反应③的平衡常数K＝
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，恒温恒容下，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，纯固体不能表示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＝，B正确；反应③中，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ΔH<0，C错误；对于反应③，在恒温恒容下，增大压强，如充入惰性气体，则平衡不移动，H2的浓度不变，D错误。
题组二 化学平衡常数及其应用
3．在体积为1 L的密闭容器中，进行如下化学反应：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)，化学平衡常数K与温度T的关系如下表：
T/℃
700
800
850
1 000
1 200
K
0.6
0.9
1.0
1.7
2.6
回答下列问题：
(1)升高温度，化学平衡向________(填“正反应”或“逆反应”)方向移动。
(2)能判断该反应达到化学平衡状态的依据是________。
A．c(CO2)＝c(CO) B．K不变
C．容器中的压强不变 D．v正(H2)＝v正(CO2)
E．c(H2)保持不变
(3)若某温度下，平衡浓度符合下列关系：c(CO2)·c(H2)＝c(CO)·c(H2O)，此时的温度为__________；在此温度下，若该容器中含有1 mol CO2、1.2 mol H2、0.75 mol CO、1.5 mol H2O，则此时反应所处的状态为__________(填“向正反应方向进行中”、“向逆反应方向进行中”或“平衡状态”)。
答案 (1)正反应 (2)E
(3)850 ℃ 向正反应方向进行中
解析 (1)由表格数据可得，随着温度升高，平衡常数增大，说明化学平衡向正反应方向移动；(2)A项，达到平衡时c(CO2)不一定等于c(CO)，反之相等时也不一定处于平衡状态；B项，温度不变K不变，不正确；C项，此反应不论是否平衡，压强均不改变，故不正确；D项，v正(CO2)与v正(H2)表示的反应方向一致，故不能判断是否达到平衡；E项，达到平衡时，各种反应物、生成物的浓度保持不变。(3)由c(CO2)·c(H2)＝c(CO)·c(H2O)，则计算出K＝1.0，即此时温度为850 ℃，此温度下＝＝0.94<1.0，故反应向正反应方向进行中。
借助平衡常数可以判断一个化
学反应是否达到化学平衡状态
对于可逆反应aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)，在一定温度下的任意时刻，反应物与生成物浓度有如下关系：
＝Q，称为浓度商。
Q
考点二 有关化学平衡的计算
1．分析三个量：即起始量、变化量、平衡量。
2．明确三个关系：
(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．计算方法：三段式法
化学平衡计算模式：对以下反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，令A、B起始物质的量(mol)分别为a、b，达到平衡后，A的消耗量为mx，容器容积为V L。
mA(g) ＋ nB(g)pC(g)＋qD(g)
起始(mol) a b 0 0
变化(mol) mx nx px qx
平衡(mol) a－mx b－nx px qx
则有：(1)K＝
(2)c平(A)＝ (mol·L－1)。
(3)α(A)平＝×100%，α(A)∶α(B)＝∶＝。
(4)φ(A)＝×100%。
(5)＝。
(6)(混)＝(g·L－1)。
(7)＝(g·mol－1)。
题组一 有关转化率的计算及判断
1．已知可逆反应：M(g)＋N(g)P(g)＋Q(g) ΔH>0，请回答下列问题：
(1)在某温度下，反应物的起始浓度分别为c(M)＝1 mol·L－1，c(N)＝2.4 mol·L－1；达到平衡后，M的转化率为60%，此时N的转化率为________；
(2)若反应温度升高，M的转化率________(填“增大”、“减小”或“不变”)；
(3)若反应温度不变，反应物的起始浓度分别为c(M)＝4 mol·L－1，c(N)＝a mol·L－1；达到平衡后，c(P)＝2 mol·L－1，a＝________；
(4)若反应温度不变，反应物的起始浓度为c(M)＝c(N)＝b mol·L－1，达到平衡后，M的转化率为________。
答案 (1)25% (2)增大 (3)6 (4)41%
解析 (1) M(g) ＋ N(g) P(g)＋ Q(g)
始态mol·L－1 1 2.4 0 0
变化量mol·L－1 1×60% 1×60%
因此N的转化率为×100%＝25%。
(2)由于该反应的ΔH>0，即该反应为吸热反应，因此升高温度，平衡右移，M的转化率增大。
(3)根据(1)可求出各平衡浓度：
c(M)＝0.4 mol·L－1 c(N)＝1.8 mol·L－1
c(P)＝0.6 mol·L－1 c(Q)＝0.6 mol·L－1
因此化学平衡常数K＝＝＝
由于温度不变，因此K不变，新状态达到平衡后
c(P)＝2 mol·L－1 c(Q)＝2 mol·L－1
c(M)＝2 mol·L－1 c(N)＝(a－2) mol·L－1
K＝＝＝
解得a＝6。
(4)设M的转化率为x，则达到平衡后各物质的平衡浓度分别为
c(M)＝b(1－x) mol·L－1 c(N)＝b(1－x) mol·L－1
c(P)＝bx mol·L－1 c(Q)＝bx mol·L－1
K＝＝＝
解得x≈41%。
题组二 综合应用
2．苯乙烷(C8H10)可生产塑料单体苯乙烯(C8H8)，其反应原理是
C8H10(g)C8H8(g)＋H2(g) ΔH＝＋125 kJ·mol－1
Ⅰ.某温度下，将0.40 mol苯乙烷，充入2 L真空密闭容器中发生反应，测定不同时间该容器内物质的量，得到数据如下表：
时间/min
0
10
20
30
40
n(C8H10)/mol
0.40
0.30
0.26
n2
n3
n(C8H8)/mol
0.00
0.10
n1
0.16
0.16
(1)当反应进行到20 min时，该段时间内H2的平均反应速率是________。
(2)该温度下，该反应的化学平衡常数是________________。
(3)若保持其他条件不变，用0.40 mol H2(g)和0.40 mol C8H8(g)合成C8H10(g)，当有30 kJ热量放出时，该反应中H2的转化率是________________。此时，该反应是否达到了平衡状态？________(填“是”或“否”)。
Ⅱ.工业上以高温水蒸气作为反应体系的稀释剂(不参与反应)，C8H10(g)的平衡转化率与水蒸气的用量、体系的温度、压强的关系如图Ⅰ、图Ⅱ所示。
(4)由图Ⅰ可知，T1________T2(填“大于”、“小于”或“等于”)。
(5)由图Ⅱ可知，当其他条件不变时，水蒸气的用量越大，C8H10的平衡转化率将________(填“越大”、“越小”或“不变”)，原因是________________________________________________________________________。
答案 (1)0.003 5 mol·L－1·min－1
(2)4/75或0.053
(3)60% 是 (4)大于
(5)越大 随着水蒸气的加入，扩大了容器的体积，相当于对反应体系减小压强(或使得浓度商Q＜K)平衡右移，转化率增大
解析 (1)v(H2)＝v(C8H10)＝＝0.003 5 mol·L－1·min－1
(2) C8H10(g)C8H8(g)＋H2(g)
起始/mol·L－1 0.20 0 0
平衡/mol·L－1 0.12 0.08 0.08
K＝＝
(3) C8H8(g)＋H2(g)C8H10(g)
起始/mol 0.40 0.40 0
某时刻/mol 0.40－x 0.40－x x
125 kJ·mol－1×x＝30 kJ
x＝0.24 mol
α(H2)＝×100%＝60%
Q＝＝＝，所以处于平衡状态。
(4)升温，平衡右移，C8H10的平衡转化率增大，所以T1大于T2。
(5)随着水蒸气的加入，扩大了容器的体积，相当于对反应体系减小压强，平衡右移，转化率增大。
考点三 化学反应进行的方向
1．自发过程
(1)含义
在一定条件下，不需要借助外力作用就能自动进行的过程。
(2)特点
①体系趋向于从高能状态转变为低能状态(体系对外部做功或释放热量)。
②在密闭条件下，体系有从有序转变为无序的倾向性(无序体系更加稳定)。
2．自发反应
在一定条件下无需外界帮助就能自发进行的反应称为自发反应。
3．判断化学反应方向的依据
(1)焓变与反应方向
研究表明，对于化学反应而言，绝大多数放热反应都能自发进行，且反应放出的热量越多，体系能量降低得也越多，反应越完全。可见，反应的焓变是制约化学反应能否自发进行的因素之一。
(2)熵变与反应方向
①研究表明，除了热效应外，决定化学反应能否自发进行的另一个因素是体系的混乱度。大多数自发反应有趋向于体系混乱度增大的倾向。
②熵和熵变的含义
a．熵的含义
熵是衡量一个体系混乱度的物理量。用符号S表示。
同一条件下，不同物质有不同的熵值，同一物质在不同状态下熵值也不同，一般规律是S(g)>S(l)>S(s)。
b．熵变的含义
熵变是反应前后体系熵的变化，用ΔS表示，化学反应的ΔS越大，越有利于反应自发进行。
(3)综合判断反应方向的依据
①ΔH－TΔS<0，反应能自发进行。
②ΔH－TΔS＝0，反应达到平衡状态。
③ΔH－TΔS>0，反应不能自发进行。
深度思考
1．能自发进行的反应一定能实际发生吗？
答案 不一定，化学反应方向的判据指出的仅仅是在一定条件下化学反应自发进行的趋势，并不能说明在该条件下反应一定能实际发生，还要考虑化学反应的快慢问题。
2．判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”
(1)放热过程有自发进行的倾向性，但并不一定能自发进行，吸热过程没有自发进行的倾向性，但在一定条件下也可自发进行 ( )
(2)反应能否自发进行需综合考虑焓变和熵变对反应的影响 ( )
答案 (1)√ (2)√
题组一 焓变与自发反应
1．实验证明，多数能自发进行的反应都是放热反应。对此说法的理解正确的是 ( )
A．所有的放热反应都是自发进行的
B．所有的自发反应都是放热的
C．焓变是影响反应是否具有自发性的一种重要因素
D．焓变是决定反应是否具有自发性的唯一判据
答案 C
题组二 熵变与自发反应
2．下列过程属于熵增加的是 ( )
A．一定条件下，水由气态变成液态
B．高温高压条件下使石墨转变成金刚石
C．4NO2(g)＋O2(g)===2N2O5 (g)
D．固态碘升华
答案 D
3．下列反应中，熵显著增加的反应是 ( )
A．CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(g)
B．CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑
C．C(s)＋O2(g)===CO2(g)
D．2Hg(l)＋O2(g)===2HgO(s)
答案 B
解析 反应中若生成气体或气体的量增加，都会使混乱度增大，熵增加。
题组三 复合判据的应用
4．已知：(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)＋NH3(g) ΔH＝＋74.9 kJ·mol－1。下列说法中正确的是 ( )
A．该反应中熵变小于0，焓变大于0
B．该反应是吸热反应，因此一定不能自发进行
C．碳酸盐分解反应中熵增加，因此任何条件下所有碳酸盐分解一定自发进行
D．判断反应能否自发进行需要根据ΔH与ΔS综合考虑
答案 D
5．灰锡结构松散，不能用于制造器皿，而白锡结构坚固，可以制造器皿，现把白锡制成的器皿放在0 ℃、100 kPa的室内存放，它会不会变成灰锡而不能再继续使用？
已知：在0 ℃、100 kPa条件下白锡转化为灰锡的反应焓变和熵变分别为ΔH＝－2 180.9 J·mol－1，ΔS＝－6.61 J·mol－1·K－1。
答案 会自发变成灰锡，不能再继续使用。
解析 ΔH－TΔS＝－2 180.9 J·mol－1×10－3－273 K×(－6.61 J·mol－1·K－1)×10－3≈－0.38 kJ·mol－1<0，能自发进行。
焓变、熵变和温度对化学反应方向的影响
ΔH
ΔS
ΔH－TΔS
反应情况
－
＋
永远是负值
在任何温度下过程均自发进行
＋
－
永远是正值
在任何温度下过程均非自发进行
＋
＋
低温为正高温为负
低温时非自发，高温时自发
－
－
低温为负高温为正
低温时自发，高温时非自发
探究高考 明确考向
1．(2013·安徽理综，11)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变化趋势合理的是 ( )
选项
x
y
A
温度
容器内混合气体的密度
B
CO的物质的量
CO2与CO的物质的量之比
C
SO2的浓度
平衡常数K
D
MgSO4的质量(忽略体积)
CO的转化率
答案 A
解析 由于此反应为吸热反应，升高温度，平衡正向移动，混合气体质量增加，密度增大，A正确；当增加CO的物质的量时，相当于增大体系的压强，CO的转化率减小，CO2与CO的物质的量之比减小，B错误；平衡常数只与温度有关，与SO2的浓度无关，C错误；MgSO4为固体，增加其质量对平衡无影响，所以CO的转化率不变，D错误。
2．(2013·四川理综，6)在一定温度下，将气体X和气体Y各0.16 mol充入10 L恒容密闭容器中，发生反应X(g)＋Y(g)2Z(g) ΔH＜0，一段时间后达到平衡。反应过程中测定的数据如下表：
t/min
2
4
7
9
n(Y)/mol
0.12
0.11
0.10
0.10
下列说法正确的是 ( )
A．反应前2 min的平均速率v(Z)＝2.0×10－3mol·L－1·min－1
B．其他条件不变，降低温度，反应达到新平衡前v(逆)＞v(正)
C．该温度下此反应的平衡常数K＝1.44
D．其他条件不变，再充入0.2 mol Z，平衡时X的体积分数增大
答案 C
解析 根据表格中的数据，列出平衡三段式，逐项分析。
A项根据表中的数据可求得在前2 min内生成Z为0.08 mol，故v(Z)＝＝4×10－3 mol·L－1·min－1。B项由于该反应的正反应是放热反应，降低温度，平衡正向移动，v(逆)
A．容器Ⅰ、Ⅱ中正反应速率相同
B．容器Ⅰ、Ⅲ中反应的平衡常数相同
C．容器Ⅰ中CO的物质的量比容器Ⅱ中的多
D．容器Ⅰ中CO的转化率与容器Ⅱ中CO2的转化率之和等于1
答案 C
解析 分析题给化学方程式的特点，应用化学平衡移动原理分析、解决问题。
容器Ⅰ中反应正向进行，放出热量，容器Ⅱ中反应逆向进行，吸收热量，两个容器中反应温度不同，则Ⅰ、Ⅱ中正反应速率不相同，A错。容器Ⅲ中加入反应物的量比容器Ⅰ中多，由于该反应为放热反应，Ⅲ中放出热量比Ⅰ多，Ⅲ中反应正向进行的程度比Ⅰ小，因此容器Ⅲ中反应的化学平衡常数比Ⅰ小，B错。Ⅰ中反应正向进行，放出热量，Ⅱ中反应逆向进行，吸收热量，由于容器均为绝热容器，Ⅰ和Ⅱ中反应进行的程度均较小，则C正确D错误。
4．(2013·新课标全国卷Ⅱ，28)在1.0 L密闭容器中放入0.10 mol A(g)，在一定温度进行如下反应：
A(g)B(g)＋C(g) ΔH＝＋85.1 kJ·mol－1
反应时间(t)与容器内气体总压强(p)的数据见下表：
时间t/h
0
1
2
4
8
16
20
25
30
总压强p/100 kPa
4.91
5.58
6.32
7.31
8.54
9.50
9.52
9.53
9.53
回答下列问题：
(1)欲提高A的平衡转化率，应采取的措施为____________。
(2)由总压强p和起始压强p0计算反应物A的转化率α(A)的表达式为______________。平衡时A的转化率为__________，列式并计算反应的平衡常数K__________。
(3)①由总压强p和起始压强p0表示反应体系的总物质的量n总和反应物A的物质的量n(A)，n(总)＝______ mol，n(A)＝________ mol。
②下表为反应物A浓度与反应时间的数据，计算：a＝________。
反应时间t/h
0
4
8
16
c(A)/(mol·L－1)
0.10
a
0.026
0.006 5
分析该反应中反应物的浓度c(A)变化与时间间隔(Δt)的规律，得出的结论是________________，由此规律推出反应在12 h时反应物的浓度c(A)为__________ mol·L－1。
答案 (1)升高温度、降低压强
(2)(－1)×100% 94.1%
A(g) B(g) ＋ C(g)
起始浓度/mol·L－1 0.10 0 0
平衡浓度/mol·L－1 0.10×(1－94.1%) 0.10×94.1% 0.10×94.1%
K＝≈1.5
(3)①0.10× 0.10×(2－) ②0.051 达到平衡前每间隔4 h，c(A)减少约一半 0.013
解析 通过分析表格中数据，根据压强之比等于物质的量之比入手解决相关问题。
(1)要提高A的转化率，应通过改变条件使平衡正向移动，可以从浓度、温度、压强三个方面考虑，可从容器中分离出B、C或扩大容器的体积(降低压强)或升高温度。
(2)相同条件下，在密闭容器中气体的压强之比等于物质的量之比，设反应后气体的总物质的量为x，则有＝，故x＝ mol，而气体的物质的量的增加量等于消耗的A的物质的量，故A的转化率为×100%＝(－1)×100%，将表中的数据代入公式中可得平衡时A的转化率为(－1)×100%≈94.1%；根据化学方程式列出平衡三段式，注意三段式中使用的都是浓度，即可求得平衡常数。
(3)结合(2)的解析可知n(A)＝0.10 mol－(－0.10) mol＝0.10×(2－) mol；根据表中的数据，可知a＝0.10×(2－) mol·L－1≈0.051 mol·L－1，通过表中的数据可知，在达到平衡前每间隔4 h，A的浓度减少约一半，故反应在12 h时，A的浓度为0.5×0.026 mol·L－1＝0.013 mol·L－1。
5．(2013·广东理综，31)大气中的部分碘源于O3对海水中I－的氧化，将O3持续通入NaI溶液中进行模拟研究。
(1)O3将I－氧化成I2的过程由3步反应组成：
①I－(aq)＋O3(g)===IO－(aq)＋O2(g)ΔH1
②IO－(aq)＋H＋(aq)HOI(aq)ΔH2
③HOI(aq)＋I－(aq)＋H＋(aq)I2(aq)＋H2O(l)ΔH3
总反应的化学方程式为____________________，其反应热ΔH＝__________。
(2)在溶液中存在化学平衡：I2(aq)＋I－(aq)I(aq)，其平衡常数表达式为______________。
(3)为探究Fe2＋对O3氧化I－反应的影响(反应体系如图1)，某研究小组测定两组实验中I浓度和体系pH，结果见图2和下表。
编号
反应物
反应前pH
反应后pH
第1组
O3＋I－
5.2
11.0
第2组
O3＋I－＋Fe2＋
5.2
4.1
第1组实验中，导致反应后pH升高的原因是
________________________________________________________________________。
②图1中的A为__________，由Fe3＋生成A的过程能显著提高I－的转化率，原因是________________________________________________________________________。
③第2组实验进行18 s后，I浓度下降，导致下降的直接原因有(双选)________。
A．c(H＋)减小 B．c(I－)减小
C．I2(g)不断生成 D．c(Fe3＋)增加
(4)据图2，计算3～18 s内第2组实验中生成I的平均反应速率(写出计算过程，结果保留两位有效数字)。
答案 (1)2I－(aq)＋O3(g)＋2H＋(aq)I2(aq)＋O2(g)＋H2O(l) ΔH1＋ΔH2＋ΔH3
(2)K＝
(3)①由于2I－＋O3＋2H＋===I2＋O2＋H2O，既消耗H＋又生成水，导致溶液的酸性减弱，pH升高
②Fe2＋ Fe3＋氧化I－生成I2，使I－的转化率显著提高
③BD
(4)v(I)＝＝5.5×10－4 mol·L－1·s－1
解析 利用盖斯定律、化学反应速率、化学平衡的影响因素等分析及计算，逐步解决问题。(1)根据盖斯定律，由①＋②＋③可得总反应为2I－(aq)＋O3(g)＋2H＋(aq)===I2(aq)＋O2(g)＋H2O(l)，则ΔH＝ΔH1＋ΔH2＋ΔH3。
(2)所给反应的平衡常数表达式为K＝。(3)①第1组实验中 ，pH升高是因为反应消耗了H＋。②图1中的A为Fe2＋，由Fe3＋生成Fe2＋的过程中，I－被氧化为I2，因此I－的转化率显著提高。③导致I浓度下降的原因是c(Fe3＋)增加，使c(I－)减小，平衡I2(aq)＋I－(aq)I(aq)逆向移动。
(4)v(I)＝≈5.5×10－4 mol·L－1·s－1。
6．[2013·福建理综，23(2)①]利用H2S废气制取氢气的方法有多种。
高温热分解法
已知：H2S(g)H2(g)＋S2(g)
在恒容密闭容器中，控制不同温度进行H2S分解实验。以H2S起始浓度均为c mol·L－1测定H2S的转化率，结果见下图。图中a为H2S的平衡转化率与温度关系曲线，b曲线表示不同温度下反应经过相同时间且未达到化学平衡时H2S的转化率。据图计算985 ℃时H2S按上述反应分解的平衡常数K＝________；说明随温度的升高，曲线b向曲线a逼近的原因：______________________________。
答案 温度升高，反应速率加快，达到平衡所需的时间缩短(或其他合理答案)
解析 由图知，985 ℃时H2S的平衡转化率为40%，则：
H2S(g)H2(g)＋S2(g)
起始时浓度(mol·L－1) c 0 0
平衡时浓度(mol·L－1) 0.6 c 0.4 c 0.2 c
则K＝＝＝
b曲线表示未达到平衡时H2S的转化率，温度越高，b曲线上的转化率越接近平衡值，原因是温度升高，反应速率加快，达到平衡所需的时间缩短。
7．[2013·山东理综，29(1)]利用“化学蒸气转移法”制备TaS2晶体，发生如下反应：
TaS2(s)＋2I2(g)TaI4(g)＋S2(g) ΔH>0 (Ⅰ)
反应(Ⅰ)的平衡常数表达式K＝________，若K＝1，向某恒容容器中加入1 mol I2(g)和足量TaS2(s)，I2(g)的平衡转化率为________________。
答案 66.7%
解析 反应(Ⅰ)中，TaS2为固体，则平衡常数表达式为K＝[c(TaI4)·c(S2)]/c2(I2)。设平衡时，I2转化的物质的量为x，则有
TaS2(s)＋2I2(g)TaI4(g)＋S2(g)
起始/mol 1 0 0
转化/mol x 0.5x 0.5x
平衡/mol 1－x 0.5x 0.5x
此时平衡常数K为1，则有[(0.5x)·(0.5x)]/(1－x)2＝1，从而可得x＝2/3 mol，I2(g)的转化率为(2/3 mol)/1 mol×100%≈66.7%。
8．[2012·福建理综，23(5)]在恒容绝热(不与外界交换能量)条件下进行2A(g)＋B(g)2C(g)＋D(s)反应，按下表数据投料，反应达到平衡状态，测得体系压强升高。简述该反应的平衡常数与温度的变化关系：
________________________________________________________________________。
物质
A
B
C
D
起始投料/mol
2
1
2
0
答案 平衡常数随温度升高而变小(或其他合理答案)
解析 表中数据D为0，按表中数据投料，起始至平衡阶段，反应一定向正反应方向进行。又该反应的正反应是一个气体分子数减小的反应，反应达到平衡状态，体系压强升高，说明正反应一定是一个放热反应，升高温度，平衡向左移动，即化学平衡常数随温度升高而减小。
9．[2012·海南，15(1)(2)(4)]已知A(g)＋B(g)C(g)＋D(g)反应的平衡常数和温度的关系如下：
温度/℃
700
900
830
1 000
1 200
平衡常数
1.7
1.1
1.0
0.6
0.4
回答下列问题：
(1)该反应的平衡常数表达式K＝__________，ΔH______0
(填“<”、“>”或“＝”)；
(2)830 ℃时，向一个5 L的密闭容器中充入0.20 mol的A和0.80 mol的B，如反应初始6 s内A的平均反应速率v(A)＝0.003 mol·L－1·s－1。则6 s时c(A)＝________mol·L－1，C的物质的量为________mol；若反应经一段时间后，达到平衡时A的转化率为______，如果这时向该密闭容器中再充入1 mol氩气，平衡时A的转化率为________；
(4)1 200 ℃时反应C(g)＋D(g)A(g)＋B(g)的平衡常数的值为__________。
答案 (1) < (2)0.022 0.09 80% 80% (4)2.5
解析 (1)根据反应A(g)＋B(g)C(g)＋D(g)，可写出平衡常数K＝，随着温度升高，K值减小，即升温平衡逆向移动，正反应为放热反应，ΔH<0。
(2)6 s内消耗的A为0.003 mol·L－1·s－1×6 s×5 L＝0.09 mol，则此时A的物质的量浓度为＝0.022 mol·L－1；生成C的物质的量与消耗A的物质的量相等，均为0.09 mol。设平衡时参加反应的A为x mol，则平衡时A、B、C、D的物质的量分别为(0.20－x)mol、(0.80－x)mol、x mol、x mol，根据平衡常数的表达式和此时K＝1.0求得x＝0.16，即平衡时A的转化率为80%；向该平衡体系中充入氩气等稀有气体，对该平衡无影响，即平衡时A的转化率依然为80%。
10．[2011·浙江理综，27(1)②③]某研究小组在实验室探究氨基甲酸铵(NH2COONH4)分解反应平衡常数的测定。
将一定量纯净的氨基甲酸铵固体置于特制的密闭真空容器中(假设容器体积不变，固体试样体积忽略不计)，在恒定温度下使其达到分解平衡：NH2COONH4(s)2NH3(g)＋CO2(g)
实验测得不同温度下的平衡数据列于下表：
温度/℃
15.0
20.0
25.0
30.0
35.0
平衡总压强/kPa
5.7
8.3
12.0
17.1
24.0
平衡气体总浓度/mol·L－1
2.4×10－3
3.4×10－3
4.8×10－3
6.8×10－3
9.4×10－3
②根据表中数据，列式计算25.0 ℃时的分解平衡常数：____________。
③取一定量的氨基甲酸铵固体放在一个带活塞的密闭真空容器中，在25.0 ℃下达到分解平衡。若在恒温下压缩容器体积，氨基甲酸铵固体的质量将________(填“增加”、“减少”或“不变”)。
答案 ②K＝c2(NH3)·c(CO2)＝2·＝×(4.8×10－3 mol·L－1)3≈1.6×10－8 (mol·L－1)3
③增加
解析 ②根据K＝c2(NH3)·c(CO2)
＝2·
≈1.6×10－8 (mol·L－1)3。
③由NH2COONH4(s)2NH3(g)＋CO2(g)正反应气体分子数增加，增大压强平衡向逆反应方向移动。
练出高分
1．下列说法正确的是 ( )
A．凡是放热反应都是自发的，因为吸热反应都是非自发的
B．自发反应的熵一定增大，非自发反应的熵一定减小
C．常温下，反应C(s)＋CO2(g)2CO(g)不能自发进行，则该反应的ΔH>0
D．反应2Mg(s)＋CO2(g)===C(s)＋2MgO(s)能自发进行，则该反应的ΔH>0
答案 C
解析 反应的自发性是由熵变和焓变共同决定的。若ΔH<0，ΔS>0，则一定自发，若ΔH>0，ΔS<0，则一定不能自发，若ΔH<0，ΔS<0或ΔH>0，ΔS>0，反应能否自发，和温度有关，A、B错误；C项中反应的ΔS>0，若ΔH<0，则一定自发，现常温下不自发，说明ΔH>0，正确；D项中反应的ΔS<0，能自发，说明ΔH<0，错误。
2．反应Fe(s)＋CO2(g)FeO(s)＋CO(g)，700 ℃时平衡常数为1.47,900 ℃时平衡常数为2.15。下列说法正确的是 ( )
A．升高温度该反应的正反应速率增大，逆反应速率减小
B．该反应的化学平衡常数表达式为K＝
C．该反应的正反应是吸热反应
D．增大CO2浓度，平衡常数增大
答案 C
解析 A项，升温，正、逆反应速率均增大，不正确；B项，该化学平衡常数表达式为；C项，升温，平衡常数增大，表明平衡向正反应方向移动，即正反应为吸热反应，故正确；D项，增大反应物浓度，平衡常数不变，故不正确。
3．某温度下，在一个2 L的密闭容器中加入4 mol A和2 mol B进行如下反应：3A(g)＋2B(g)4C(s)＋D(g)，反应2 min后达到平衡，测得生成1.6 mol C，下列说法正确的是
( )
A．前2 min，D的平均反应速率为0.2 mol·L－1·min－1
B．此时，B的平衡转化率是40%
C．增大该体系的压强，平衡不移动，化学平衡常数不变
D．增加B，平衡向右移动，B的平衡转化率增大
答案 B
解析 生成1.6 mol C的同时消耗0.8 mol B，生成0.4 mol D，则前2 min，v(D)＝＝0.1 mol·L－1·min－1，B的平衡转化率为×100%＝40%，A错，B对；增大该体系的压强，平衡向正反应方向移动，但平衡常数不变，C错；增加B，平衡向右移动，A的平衡转化率增大但B的平衡转化率减小，D错。
4．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)，已知该反应的平衡常数与温度的关系如下表：
温度/℃
25
80
230
平衡常数
5×104
2
1.9×10－5
下列说法不正确的是 ( )
A．上述生成Ni(CO)4的反应为放热反应
B．25 ℃时反应Ni(CO)4(g)Ni(s)＋4CO(g)的平衡常数为2×10－5
C．在80 ℃时，测得某时刻Ni(CO)4、CO的浓度均为0.5 mol·L－1，则此时v正＞v逆
D．80 ℃达到平衡时，测得n(CO)＝0.3 mol，则Ni(CO)4的平衡浓度为2 mol·L－1
答案 C
解析 温度升高，平衡常数减小，说明平衡向逆反应方向移动，正反应为放热反应，A正确。Ni(CO)4(g)Ni(s)＋4CO(g)为题给反应的逆反应，两个反应的平衡常数互为倒数关系，B正确。C项中该时刻Q＝＝8＞K，反应逆向进行，v逆＞v正，C错误。D项中CO的平衡浓度为1 mol·L－1，由K＝2可计算出Ni(CO)4的平衡浓度为2 mol·L－1。
5．将2 mol X和2 mol Y充入2 L密闭容器中发生反应：X(g)＋3Y(g)2Z(g)＋aQ(g)。2 min时达到平衡，生成0.8 mol Z，测得Q的浓度为0.4 mol·L－1，下列叙述错误的是( )
A．a的值为2
B．平衡时X的浓度为0.8 mol·L－1
C．Y的转化率为60%
D．反应速率v(Y)＝0.2 mol·L－1·min－1
答案 D
解析 生成Q的物质的量为0.8 mol，a＝2，A正确；
X(g)＋3Y(g)2Z(g)＋2Q(g)
n(始)(mol) 2 2 0 0
n(变)(mol) 0.4 1.2 0.8 0.8
n(2 min)(mol) 1.6 0.8 0.8 0.8
X的平衡浓度为0.8 mol·L－1，Y的转化率为60%，B、C正确；v(Y)＝0.3 mol·L－1·min－1，D项错误。
6．汽车尾气净化中的一个反应为2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g) ΔH＝－746.8 kJ·mol－1。在恒容的密闭容器中，反应达到平衡后，当改变其中一个条件x，y随x的变化符合图中曲线的是 ( )
A．当x表示温度时，y表示平衡常数K
B．当x表示温度时，y表示CO的转化率
C．当x表示N2的物质的量时，y表示NO的转化率
D．当x表示NO的物质的量时，y表示平衡常数K
答案 D
解析 温度升高，平衡向逆反应方向移动，平衡常数减小，CO的转化率降低，A、B错误；增大N2的浓度，平衡向逆反应方向移动，NO的转化率降低，C错误；平衡常数仅与温度有关，D正确。
7．用CO合成甲醇(CH3OH)的化学方程式为CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH<0，按照相同的物质的量投料，测得CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如下图所示。下列说法正确的是 ( )
A．温度：T1>T2>T3
B．正反应速率：v(a)>v(c) v(b)>v(d)
C．平衡常数：K(a)>K(c) K(b)＝K(d)
D．平均摩尔质量：M(a)M(d)
答案 C
解析 A项，因为ΔH<0，温度越高，CO的转化率越小，所以T3>T2>T1，错误；B项，由于T3>T1，所以v(c)>v(a)，由于p(b)>p(d)，所以v(b)>v(d)，错误；C项，平衡常数只受温度影响，由于ΔH<0，温度越高，平衡常数越小，正确；D项，升温，平衡左移，M减小，M(a)>M(c)，加压，平衡右移，M增大，M(b)>M(d)，错误。
8．恒温、恒压下，将1 mol O2和2 mol SO2气体充入一体积可变的容器中(状态Ⅰ)，发生反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，状态Ⅱ时达平衡，则O2的转化率为 ( )
A．60% B．40% C．80% D．90%
答案 A
解析 恒温、恒压下，气体的体积之比等于物质的量之比。设O2的转化率为x，则：
2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)
n(始)(mol) 2 1 0
n(变)(mol) 2x x 2x
n(平)(mol) 2－2x 1－x 2x
(2－2x)＋(1－x)＋2x＝3×，解得x＝0.6。
9．加热N2O5，依次发生分解反应：①N2O5(g)N2O3(g)＋O2(g)、②N2O3(g)N2O(g)＋O2(g)。在体积为2 L的恒容密闭容器中充入8 mol N2O5，加热到T ℃时反应达到平衡状态，此时O2和N2O3的物质的量分别为9 mol、3.4 mol，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 设分解的N2O5的浓度为x mol·L－1，生成的N2O浓度为y mol·L－1。
N2O5(g)N2O3(g)＋O2(g)
c(始)(mol·L－1) 4 0 0
c(变)(mol·L－1) x x x
c(平)(mol·L－1) 4－x x x
N2O3(g)N2O(g)＋O2(g)
c(始)(mol·L－1) x 0 x
c(变)(mol·L－1) y y y
c(平)(mol·L－1) x－y y x＋y
根据题意有x－y＝1.7，x＋y＝4.5，解得x＝3.1，y＝1.4
则平衡时，c(N2O5)＝0.9 mol·L－1，c(N2O3)＝1.7 mol·L－1，c(O2)＝4.5 mol·L－1。
K＝＝＝8.5。
10．甲醇来源丰富、价格低廉、运输贮存方便，是一种重要的化工原料，有着重要的用途和应用前景。
(1)若在恒温恒容的容器内进行反应CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)，则可用来判断该反应达到平衡状态的标志有________(填字母序号)。
A．CO的百分含量保持不变
B．容器中H2的浓度与CO的浓度相等
C．容器中混合气体的密度保持不变
D．CO的生成速率与CH3OH的生成速率相等
(2)工业上利用甲醇制备氢气的常用方法有两种：
①甲醇蒸气重整法。该法中的一个主要反应为CH3OH(g)CO(g)＋2H2(g)，此反应能自发进行的原因是
________________________________________________________________________。
②甲醇部分氧化法。在一定温度下以Ag/CeO2ZnO为催化剂时原料气比例对反应的选择性(选择性越大，表示生成的该物质越多)影响关系如图所示。则当n(O2)/n(CH3OH)＝0.25时，CH3OH与O2发生的主要反应方程式为
________________________________________________________________________；
在制备H2时最好控制n(O2)/n(CH3OH)＝________。
答案 (1)AD
(2)①该反应是一个熵增的反应(或ΔS＞0) ②2CH3OH＋O22HCHO＋2H2O 0.5
解析 (1)浓度相等不能说明其浓度不再变化，B错误；气体总质量一定，容器体积一定，密度始终不变，C错误。(2)①无法判断该反应的焓变化，但该反应是一个熵增的反应。若是放热反应，则一定能自发进行，若是吸热反应，则一定条件下能自发进行。②n(O2)/n(CH3OH)＝0.25时，主要生成甲醛。制备H2，则H2的选择性要好，由图可知在n(O2)/n(CH3OH)＝0.5时，H2的选择性接近100%。
11．哈伯因发明了氮气和氢气合成氨气的方法而获得1918年诺贝尔化学奖，N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＜0。下图表示某温度时，向1 L 容器中加入1 mol氮气、3 mol氢气，该反应在110 s内反应进行的程度：
(1)此反应在50～60 s时化学平衡常数为K1＝______________________(保留两位有效数字)。
(2)反应进行到60 s时，改变的条件可能是______________________。
A．加入催化剂 B．扩大容器的体积
C．升高温度 D．减小氨气的浓度
在该条件下，氮气的化学反应速率________(填“变小”、“变大”或“不变”)。
(3)该反应在80 s后化学平衡常数为K2，则K1________K2(填“＞”、“＜”或“＝”)，此时氮气的转化率为____________________。
(4)若在110 s后向该平衡体系中再加入1 mol氨气，则再次达到平衡后，氨气在平衡体系中的体积分数________(填“变小”、“变大”或“不变”)
答案 (1)2.9×10－2
(2)C 变大
(3)＞ 20%
(4)变大
解析 图中曲线代表NH3浓度的变化。
(1)K1＝＝＝≈2.9×10－2；(2)反应进行到60 s时，NH3的浓度逐渐降低，改变的条件应是升高温度，升温，N2的反应速率应变大；(3)升温，平衡左移，平衡常数减小，所以K2＜K1，在80 s时，n(NH3)＝0.4 mol，转化的N2为＝0.2 mol，α(N2)＝×100%＝20%；(4)再通NH3，相当于加压，平衡右移，NH3的体积分数变大。
12．碳单质在工业上有多种用途。例如焦炭可用来制取水煤气、冶炼金属，活性炭可处理大气污染物NO。
一定条件下，在2 L密闭容器中加入NO和活性炭(无杂质)反应生成气体A和B。当温度在T1 ℃时，测得各物质平衡时物质的量如下表：
活性炭
NO(mol)
A(mol)
B(mol)
初始
2.030
0.100
0
0
平衡
2.000
0.040
0.030
0.030
(1)该反应方程式为
________________________________________________________________________。
(2)在T1 ℃下反应达到平衡后，下列措施能改变NO的转化率的是________(填字母序号)。
a．增大活性炭的量 b．增大压强
c．升高温度 d．移去部分B
(3)结合上表数据，该反应的平衡常数表达式为
____________________________________(生成物A、B用相应的化学式表示)。若T1 ℃时的平衡常数为K1，T2 ℃时的平衡常数为K2，且K1＞K2，能否判断该反应是吸热反应还是放热反应，说明理由
________________________________________________________________________。
答案 (1)C(s)＋2NO(g)===CO2(g)＋N2(g)
(2)cd
(3)K＝ 不能，无法确定T1、T2的相对高低(或能，当T1＞T2时，反应是吸热反应，当T1＜T2时，反应是放热反应)
解析 (1)由表中数据知平衡时消耗C和NO的物质的量之比为1∶2，NO被还原成N2，转移4e－，则C得4e－，变为＋4价，所以生成物应为N2和CO2，反应方程式为C(s)＋2NO(g)===CO2(g)＋N2(g)；(2)改变温度，平衡一定发生移动，NO的转化率一定改变；移去部分CO2或N2，平衡右移，NO的转化率增大；(3)由于无法确定T1、T2的高低，所以不能确定该反应的焓变(或用假设法判断)。
13．研究NO2、SO2、CO等大气污染物的处理具有重要意义。NO2可用下列反应来处理：
6NO2(g)＋8NH3(g)7N2(g)＋12H2O(g) ΔH＜0
完成下列填空：
(1)反应的平衡常数大，处理NO2的效率高。增大该反应平衡常数的措施有________________。
(2)一定条件下上述反应在某体积固定的密闭容器中进行，能说明该反应已经达到平衡状态的是________(填字母序号)。
a．c(NO2)∶c(NH3)＝3∶4
b．6v(NO2)＝7v(N2)
c．容器内气体总压强不再变化
d．容器内气体密度不再变化
(3)若平衡时NO2和N2的浓度之比为m/n，保持其它条件不变，缩小反应容器的体积后达到新的平衡，此时NO2和N2的浓度之比________m/n(填“大于”、“等于”或“小于”)。
(4)某温度下，在一个容积为2 L的反应容器内，上述反应2 min后达到平衡，测得刚好有3 mol电子发生转移，则在2 min内NH3的平均反应速率为v(NH3)＝________________________。
答案 (1)降低温度 (2)c
(3)大于 (4)0.25 mol·L－1·min－1
解析 (1)平衡常数只受温度的影响，降温，平衡右移，平衡常数增大；(2)由于体积固定且反应物与生成物均为气体，所以密度不能作为达到平衡状态的标志；(3)压缩体积，平衡左移，NO2与N2的浓度之比大于；(4)有8 mol NH3参加反应时，转移电子为24 mol，当有3 mol电子转移时，参加反应的NH3应为1 mol，所以v(NH3)＝＝0.25 mol·L－1·min－1。
[考纲要求] 1.理解化学平衡常数的含义并能进行简单计算。2.了解化学反应的方向与化学反应的焓变与熵变的关系。3.掌握化学反应在一定条件下能否自发进行的判断依据，能够利用化学反应的焓变和熵变判断化学反应的方向。
考点一 化学平衡常数
1．概念
在一定温度下，当一个可逆反应达到化学平衡时，生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值是一个常数，用符号K表示。
2．表达式
对于反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，
K＝(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)。
3．意义
(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只受温度影响，与反应物或生成物的浓度变化无关。
(3)化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。
深度思考
1．对于N2＋3H22NH3 K1
2NH3N2＋3H2 K2
试分别写出平衡常数表达式，并判断其关系
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 K1＝
K2＝
K1＝
2．试写出下面可逆反应的平衡常数表达式：
C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)
K＝________________________________________________________________________。
答案 K＝
3．化学平衡常数只受温度的影响，温度升高，化学平衡常数是增大还是减小？
答案 温度升高化学平衡常数的变化要视反应而定，若正反应是吸热反应，则温度升高K值增大，反之则减小。
4．对于一个可逆反应，化学计量数扩大或缩小，化学平衡常数表达式是否改变？是什么关系？转化率是否相同？试举例说明。
答案 对于一个可逆反应，化学计量数不一样，化学平衡常数表达式也就不一样，但对应物质的转化率相同。例如：
(1)aA(g)＋bB(g)cC(g) K1＝
(2)naA(g)＋nbB(g)ncC(g)
K2＝＝K或K1＝
无论(1)还是(2)，A或B的转化率是相同的。
5．判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”
(1)平衡常数表达式中，可以是物质的任一浓度 ( )
(2)催化剂能改变化学反应速率，也能改变平衡常数 ( )
(3)平衡常数发生变化，化学平衡不一定发生移动 ( )
(4)化学平衡发生移动，平衡常数不一定发生变化 ( )
答案 (1)× (2)× (3)× (4)√
题组一 化学平衡常数及其影响因素
1．温度为T ℃时，在体积为10 L的真空容器中通入1.00 mol氢气和1.00 mol碘蒸气，20 min后，反应达到平衡，此时测得碘蒸气的浓度为0.020 mol·L－1。涉及的反应可以用下面的两个化学方程式表示：
①H2(g)＋I2(g)2HI(g)
②2H2(g)＋2I2(g)4HI(g)
下列说法正确的是 ( )
A．反应速率用HI表示时，v(HI)＝0.008 mol·L－1·min－1
B．两个化学方程式的意义相同，但其平衡常数表达式不同，不过计算所得数值相同
C．氢气在两个反应方程式中的转化率不同
D．第二个反应中，增大压强平衡向生成HI的方向移动
答案 A
解析 H2(g)＋I2(g)2HI(g)
初始浓度
(mol·L－1) 0.100 0.100 0
平衡浓度
(mol·L－1) 0.020 0.020 0.160
转化浓度
(mol·L－1) 0.080 0.080 0.160
所以，v(HI)＝0.160 mol·L－1÷20 min＝0.008 mol·L－1·min－1，A正确；K①＝＝64，而K②＝＝K＝642＝4 096，故选项B错；两个化学方程式表示的是一个反应，反应达到平衡时，氢气的浓度相同，故其转化率相同，C错；两个反应相同，只是表达形式不同，压强的改变对平衡的移动没有影响，D错。
2．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＝
B．反应③的平衡常数K＝
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，恒温恒容下，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，纯固体不能表示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＝，B正确；反应③中，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ΔH<0，C错误；对于反应③，在恒温恒容下，增大压强，如充入惰性气体，则平衡不移动，H2的浓度不变，D错误。
题组二 化学平衡常数及其应用
3．在体积为1 L的密闭容器中，进行如下化学反应：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)，化学平衡常数K与温度T的关系如下表：
T/℃
700
800
850
1 000
1 200
K
0.6
0.9
1.0
1.7
2.6
回答下列问题：
(1)升高温度，化学平衡向________(填“正反应”或“逆反应”)方向移动。
(2)能判断该反应达到化学平衡状态的依据是________。
A．c(CO2)＝c(CO) B．K不变
C．容器中的压强不变 D．v正(H2)＝v正(CO2)
E．c(H2)保持不变
(3)若某温度下，平衡浓度符合下列关系：c(CO2)·c(H2)＝c(CO)·c(H2O)，此时的温度为__________；在此温度下，若该容器中含有1 mol CO2、1.2 mol H2、0.75 mol CO、1.5 mol H2O，则此时反应所处的状态为__________(填“向正反应方向进行中”、“向逆反应方向进行中”或“平衡状态”)。
答案 (1)正反应 (2)E
(3)850 ℃ 向正反应方向进行中
解析 (1)由表格数据可得，随着温度升高，平衡常数增大，说明化学平衡向正反应方向移动；(2)A项，达到平衡时c(CO2)不一定等于c(CO)，反之相等时也不一定处于平衡状态；B项，温度不变K不变，不正确；C项，此反应不论是否平衡，压强均不改变，故不正确；D项，v正(CO2)与v正(H2)表示的反应方向一致，故不能判断是否达到平衡；E项，达到平衡时，各种反应物、生成物的浓度保持不变。(3)由c(CO2)·c(H2)＝c(CO)·c(H2O)，则计算出K＝1.0，即此时温度为850 ℃，此温度下＝＝0.94<1.0，故反应向正反应方向进行中。
借助平衡常数可以判断一个化
学反应是否达到化学平衡状态
对于可逆反应aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)，在一定温度下的任意时刻，反应物与生成物浓度有如下关系：
＝Q，称为浓度商。
Q
考点二 有关化学平衡的计算
1．分析三个量：即起始量、变化量、平衡量。
2．明确三个关系：
(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．计算方法：三段式法
化学平衡计算模式：对以下反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，令A、B起始物质的量(mol)分别为a、b，达到平衡后，A的消耗量为mx，容器容积为V L。
mA(g) ＋ nB(g)pC(g)＋qD(g)
起始(mol) a b 0 0
变化(mol) mx nx px qx
平衡(mol) a－mx b－nx px qx
则有：(1)K＝
(2)c平(A)＝ (mol·L－1)。
(3)α(A)平＝×100%，α(A)∶α(B)＝∶＝。
(4)φ(A)＝×100%。
(5)＝。
(6)(混)＝(g·L－1)。
(7)＝(g·mol－1)。
题组一 有关转化率的计算及判断
1．已知可逆反应：M(g)＋N(g)P(g)＋Q(g) ΔH>0，请回答下列问题：
(1)在某温度下，反应物的起始浓度分别为c(M)＝1 mol·L－1，c(N)＝2.4 mol·L－1；达到平衡后，M的转化率为60%，此时N的转化率为________；
(2)若反应温度升高，M的转化率________(填“增大”、“减小”或“不变”)；
(3)若反应温度不变，反应物的起始浓度分别为c(M)＝4 mol·L－1，c(N)＝a mol·L－1；达到平衡后，c(P)＝2 mol·L－1，a＝________；
(4)若反应温度不变，反应物的起始浓度为c(M)＝c(N)＝b mol·L－1，达到平衡后，M的转化率为________。
答案 (1)25% (2)增大 (3)6 (4)41%
解析 (1) M(g) ＋ N(g) P(g)＋ Q(g)
始态mol·L－1 1 2.4 0 0
变化量mol·L－1 1×60% 1×60%
因此N的转化率为×100%＝25%。
(2)由于该反应的ΔH>0，即该反应为吸热反应，因此升高温度，平衡右移，M的转化率增大。
(3)根据(1)可求出各平衡浓度：
c(M)＝0.4 mol·L－1 c(N)＝1.8 mol·L－1
c(P)＝0.6 mol·L－1 c(Q)＝0.6 mol·L－1
因此化学平衡常数K＝＝＝
由于温度不变，因此K不变，新状态达到平衡后
c(P)＝2 mol·L－1 c(Q)＝2 mol·L－1
c(M)＝2 mol·L－1 c(N)＝(a－2) mol·L－1
K＝＝＝
解得a＝6。
(4)设M的转化率为x，则达到平衡后各物质的平衡浓度分别为
c(M)＝b(1－x) mol·L－1 c(N)＝b(1－x) mol·L－1
c(P)＝bx mol·L－1 c(Q)＝bx mol·L－1
K＝＝＝
解得x≈41%。
题组二 综合应用
2．苯乙烷(C8H10)可生产塑料单体苯乙烯(C8H8)，其反应原理是
C8H10(g)C8H8(g)＋H2(g) ΔH＝＋125 kJ·mol－1
Ⅰ.某温度下，将0.40 mol苯乙烷，充入2 L真空密闭容器中发生反应，测定不同时间该容器内物质的量，得到数据如下表：
时间/min
0
10
20
30
40
n(C8H10)/mol
0.40
0.30
0.26
n2
n3
n(C8H8)/mol
0.00
0.10
n1
0.16
0.16
(1)当反应进行到20 min时，该段时间内H2的平均反应速率是________。
(2)该温度下，该反应的化学平衡常数是________________。
(3)若保持其他条件不变，用0.40 mol H2(g)和0.40 mol C8H8(g)合成C8H10(g)，当有30 kJ热量放出时，该反应中H2的转化率是________________。此时，该反应是否达到了平衡状态？________(填“是”或“否”)。
Ⅱ.工业上以高温水蒸气作为反应体系的稀释剂(不参与反应)，C8H10(g)的平衡转化率与水蒸气的用量、体系的温度、压强的关系如图Ⅰ、图Ⅱ所示。
(4)由图Ⅰ可知，T1________T2(填“大于”、“小于”或“等于”)。
(5)由图Ⅱ可知，当其他条件不变时，水蒸气的用量越大，C8H10的平衡转化率将________(填“越大”、“越小”或“不变”)，原因是________________________________________________________________________。
答案 (1)0.003 5 mol·L－1·min－1
(2)4/75或0.053
(3)60% 是 (4)大于
(5)越大 随着水蒸气的加入，扩大了容器的体积，相当于对反应体系减小压强(或使得浓度商Q＜K)平衡右移，转化率增大
解析 (1)v(H2)＝v(C8H10)＝＝0.003 5 mol·L－1·min－1
(2) C8H10(g)C8H8(g)＋H2(g)
起始/mol·L－1 0.20 0 0
平衡/mol·L－1 0.12 0.08 0.08
K＝＝
(3) C8H8(g)＋H2(g)C8H10(g)
起始/mol 0.40 0.40 0
某时刻/mol 0.40－x 0.40－x x
125 kJ·mol－1×x＝30 kJ
x＝0.24 mol
α(H2)＝×100%＝60%
Q＝＝＝，所以处于平衡状态。
(4)升温，平衡右移，C8H10的平衡转化率增大，所以T1大于T2。
(5)随着水蒸气的加入，扩大了容器的体积，相当于对反应体系减小压强，平衡右移，转化率增大。
考点三 化学反应进行的方向
1．自发过程
(1)含义
在一定条件下，不需要借助外力作用就能自动进行的过程。
(2)特点
①体系趋向于从高能状态转变为低能状态(体系对外部做功或释放热量)。
②在密闭条件下，体系有从有序转变为无序的倾向性(无序体系更加稳定)。
2．自发反应
在一定条件下无需外界帮助就能自发进行的反应称为自发反应。
3．判断化学反应方向的依据
(1)焓变与反应方向
研究表明，对于化学反应而言，绝大多数放热反应都能自发进行，且反应放出的热量越多，体系能量降低得也越多，反应越完全。可见，反应的焓变是制约化学反应能否自发进行的因素之一。
(2)熵变与反应方向
①研究表明，除了热效应外，决定化学反应能否自发进行的另一个因素是体系的混乱度。大多数自发反应有趋向于体系混乱度增大的倾向。
②熵和熵变的含义
a．熵的含义
熵是衡量一个体系混乱度的物理量。用符号S表示。
同一条件下，不同物质有不同的熵值，同一物质在不同状态下熵值也不同，一般规律是S(g)>S(l)>S(s)。
b．熵变的含义
熵变是反应前后体系熵的变化，用ΔS表示，化学反应的ΔS越大，越有利于反应自发进行。
(3)综合判断反应方向的依据
①ΔH－TΔS<0，反应能自发进行。
②ΔH－TΔS＝0，反应达到平衡状态。
③ΔH－TΔS>0，反应不能自发进行。
深度思考
1．能自发进行的反应一定能实际发生吗？
答案 不一定，化学反应方向的判据指出的仅仅是在一定条件下化学反应自发进行的趋势，并不能说明在该条件下反应一定能实际发生，还要考虑化学反应的快慢问题。
2．判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”
(1)放热过程有自发进行的倾向性，但并不一定能自发进行，吸热过程没有自发进行的倾向性，但在一定条件下也可自发进行 ( )
(2)反应能否自发进行需综合考虑焓变和熵变对反应的影响 ( )
答案 (1)√ (2)√
题组一 焓变与自发反应
1．实验证明，多数能自发进行的反应都是放热反应。对此说法的理解正确的是 ( )
A．所有的放热反应都是自发进行的
B．所有的自发反应都是放热的
C．焓变是影响反应是否具有自发性的一种重要因素
D．焓变是决定反应是否具有自发性的唯一判据
答案 C
题组二 熵变与自发反应
2．下列过程属于熵增加的是 ( )
A．一定条件下，水由气态变成液态
B．高温高压条件下使石墨转变成金刚石
C．4NO2(g)＋O2(g)===2N2O5 (g)
D．固态碘升华
答案 D
3．下列反应中，熵显著增加的反应是 ( )
A．CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(g)
B．CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑
C．C(s)＋O2(g)===CO2(g)
D．2Hg(l)＋O2(g)===2HgO(s)
答案 B
解析 反应中若生成气体或气体的量增加，都会使混乱度增大，熵增加。
题组三 复合判据的应用
4．已知：(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)＋NH3(g) ΔH＝＋74.9 kJ·mol－1。下列说法中正确的是 ( )
A．该反应中熵变小于0，焓变大于0
B．该反应是吸热反应，因此一定不能自发进行
C．碳酸盐分解反应中熵增加，因此任何条件下所有碳酸盐分解一定自发进行
D．判断反应能否自发进行需要根据ΔH与ΔS综合考虑
答案 D
5．灰锡结构松散，不能用于制造器皿，而白锡结构坚固，可以制造器皿，现把白锡制成的器皿放在0 ℃、100 kPa的室内存放，它会不会变成灰锡而不能再继续使用？
已知：在0 ℃、100 kPa条件下白锡转化为灰锡的反应焓变和熵变分别为ΔH＝－2 180.9 J·mol－1，ΔS＝－6.61 J·mol－1·K－1。
答案 会自发变成灰锡，不能再继续使用。
解析 ΔH－TΔS＝－2 180.9 J·mol－1×10－3－273 K×(－6.61 J·mol－1·K－1)×10－3≈－0.38 kJ·mol－1<0，能自发进行。
焓变、熵变和温度对化学反应方向的影响
ΔH
ΔS
ΔH－TΔS
反应情况
－
＋
永远是负值
在任何温度下过程均自发进行
＋
－
永远是正值
在任何温度下过程均非自发进行
＋
＋
低温为正高温为负
低温时非自发，高温时自发
－
－
低温为负高温为正
低温时自发，高温时非自发
探究高考 明确考向
1．(2013·安徽理综，11)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变化趋势合理的是 ( )
选项
x
y
A
温度
容器内混合气体的密度
B
CO的物质的量
CO2与CO的物质的量之比
C
SO2的浓度
平衡常数K
D
MgSO4的质量(忽略体积)
CO的转化率
答案 A
解析 由于此反应为吸热反应，升高温度，平衡正向移动，混合气体质量增加，密度增大，A正确；当增加CO的物质的量时，相当于增大体系的压强，CO的转化率减小，CO2与CO的物质的量之比减小，B错误；平衡常数只与温度有关，与SO2的浓度无关，C错误；MgSO4为固体，增加其质量对平衡无影响，所以CO的转化率不变，D错误。
2．(2013·四川理综，6)在一定温度下，将气体X和气体Y各0.16 mol充入10 L恒容密闭容器中，发生反应X(g)＋Y(g)2Z(g) ΔH＜0，一段时间后达到平衡。反应过程中测定的数据如下表：
t/min
2
4
7
9
n(Y)/mol
0.12
0.11
0.10
0.10
下列说法正确的是 ( )
A．反应前2 min的平均速率v(Z)＝2.0×10－3mol·L－1·min－1
B．其他条件不变，降低温度，反应达到新平衡前v(逆)＞v(正)
C．该温度下此反应的平衡常数K＝1.44
D．其他条件不变，再充入0.2 mol Z，平衡时X的体积分数增大
答案 C
解析 根据表格中的数据，列出平衡三段式，逐项分析。
A项根据表中的数据可求得在前2 min内生成Z为0.08 mol，故v(Z)＝＝4×10－3 mol·L－1·min－1。B项由于该反应的正反应是放热反应，降低温度，平衡正向移动，v(逆)
A．容器Ⅰ、Ⅱ中正反应速率相同
B．容器Ⅰ、Ⅲ中反应的平衡常数相同
C．容器Ⅰ中CO的物质的量比容器Ⅱ中的多
D．容器Ⅰ中CO的转化率与容器Ⅱ中CO2的转化率之和等于1
答案 C
解析 分析题给化学方程式的特点，应用化学平衡移动原理分析、解决问题。
容器Ⅰ中反应正向进行，放出热量，容器Ⅱ中反应逆向进行，吸收热量，两个容器中反应温度不同，则Ⅰ、Ⅱ中正反应速率不相同，A错。容器Ⅲ中加入反应物的量比容器Ⅰ中多，由于该反应为放热反应，Ⅲ中放出热量比Ⅰ多，Ⅲ中反应正向进行的程度比Ⅰ小，因此容器Ⅲ中反应的化学平衡常数比Ⅰ小，B错。Ⅰ中反应正向进行，放出热量，Ⅱ中反应逆向进行，吸收热量，由于容器均为绝热容器，Ⅰ和Ⅱ中反应进行的程度均较小，则C正确D错误。
4．(2013·新课标全国卷Ⅱ，28)在1.0 L密闭容器中放入0.10 mol A(g)，在一定温度进行如下反应：
A(g)B(g)＋C(g) ΔH＝＋85.1 kJ·mol－1
反应时间(t)与容器内气体总压强(p)的数据见下表：
时间t/h
0
1
2
4
8
16
20
25
30
总压强p/100 kPa
4.91
5.58
6.32
7.31
8.54
9.50
9.52
9.53
9.53
回答下列问题：
(1)欲提高A的平衡转化率，应采取的措施为____________。
(2)由总压强p和起始压强p0计算反应物A的转化率α(A)的表达式为______________。平衡时A的转化率为__________，列式并计算反应的平衡常数K__________。
(3)①由总压强p和起始压强p0表示反应体系的总物质的量n总和反应物A的物质的量n(A)，n(总)＝______ mol，n(A)＝________ mol。
②下表为反应物A浓度与反应时间的数据，计算：a＝________。
反应时间t/h
0
4
8
16
c(A)/(mol·L－1)
0.10
a
0.026
0.006 5
分析该反应中反应物的浓度c(A)变化与时间间隔(Δt)的规律，得出的结论是________________，由此规律推出反应在12 h时反应物的浓度c(A)为__________ mol·L－1。
答案 (1)升高温度、降低压强
(2)(－1)×100% 94.1%
A(g) B(g) ＋ C(g)
起始浓度/mol·L－1 0.10 0 0
平衡浓度/mol·L－1 0.10×(1－94.1%) 0.10×94.1% 0.10×94.1%
K＝≈1.5
(3)①0.10× 0.10×(2－) ②0.051 达到平衡前每间隔4 h，c(A)减少约一半 0.013
解析 通过分析表格中数据，根据压强之比等于物质的量之比入手解决相关问题。
(1)要提高A的转化率，应通过改变条件使平衡正向移动，可以从浓度、温度、压强三个方面考虑，可从容器中分离出B、C或扩大容器的体积(降低压强)或升高温度。
(2)相同条件下，在密闭容器中气体的压强之比等于物质的量之比，设反应后气体的总物质的量为x，则有＝，故x＝ mol，而气体的物质的量的增加量等于消耗的A的物质的量，故A的转化率为×100%＝(－1)×100%，将表中的数据代入公式中可得平衡时A的转化率为(－1)×100%≈94.1%；根据化学方程式列出平衡三段式，注意三段式中使用的都是浓度，即可求得平衡常数。
(3)结合(2)的解析可知n(A)＝0.10 mol－(－0.10) mol＝0.10×(2－) mol；根据表中的数据，可知a＝0.10×(2－) mol·L－1≈0.051 mol·L－1，通过表中的数据可知，在达到平衡前每间隔4 h，A的浓度减少约一半，故反应在12 h时，A的浓度为0.5×0.026 mol·L－1＝0.013 mol·L－1。
5．(2013·广东理综，31)大气中的部分碘源于O3对海水中I－的氧化，将O3持续通入NaI溶液中进行模拟研究。
(1)O3将I－氧化成I2的过程由3步反应组成：
①I－(aq)＋O3(g)===IO－(aq)＋O2(g)ΔH1
②IO－(aq)＋H＋(aq)HOI(aq)ΔH2
③HOI(aq)＋I－(aq)＋H＋(aq)I2(aq)＋H2O(l)ΔH3
总反应的化学方程式为____________________，其反应热ΔH＝__________。
(2)在溶液中存在化学平衡：I2(aq)＋I－(aq)I(aq)，其平衡常数表达式为______________。
(3)为探究Fe2＋对O3氧化I－反应的影响(反应体系如图1)，某研究小组测定两组实验中I浓度和体系pH，结果见图2和下表。
编号
反应物
反应前pH
反应后pH
第1组
O3＋I－
5.2
11.0
第2组
O3＋I－＋Fe2＋
5.2
4.1
第1组实验中，导致反应后pH升高的原因是
________________________________________________________________________。
②图1中的A为__________，由Fe3＋生成A的过程能显著提高I－的转化率，原因是________________________________________________________________________。
③第2组实验进行18 s后，I浓度下降，导致下降的直接原因有(双选)________。
A．c(H＋)减小 B．c(I－)减小
C．I2(g)不断生成 D．c(Fe3＋)增加
(4)据图2，计算3～18 s内第2组实验中生成I的平均反应速率(写出计算过程，结果保留两位有效数字)。
答案 (1)2I－(aq)＋O3(g)＋2H＋(aq)I2(aq)＋O2(g)＋H2O(l) ΔH1＋ΔH2＋ΔH3
(2)K＝
(3)①由于2I－＋O3＋2H＋===I2＋O2＋H2O，既消耗H＋又生成水，导致溶液的酸性减弱，pH升高
②Fe2＋ Fe3＋氧化I－生成I2，使I－的转化率显著提高
③BD
(4)v(I)＝＝5.5×10－4 mol·L－1·s－1
解析 利用盖斯定律、化学反应速率、化学平衡的影响因素等分析及计算，逐步解决问题。(1)根据盖斯定律，由①＋②＋③可得总反应为2I－(aq)＋O3(g)＋2H＋(aq)===I2(aq)＋O2(g)＋H2O(l)，则ΔH＝ΔH1＋ΔH2＋ΔH3。
(2)所给反应的平衡常数表达式为K＝。(3)①第1组实验中 ，pH升高是因为反应消耗了H＋。②图1中的A为Fe2＋，由Fe3＋生成Fe2＋的过程中，I－被氧化为I2，因此I－的转化率显著提高。③导致I浓度下降的原因是c(Fe3＋)增加，使c(I－)减小，平衡I2(aq)＋I－(aq)I(aq)逆向移动。
(4)v(I)＝≈5.5×10－4 mol·L－1·s－1。
6．[2013·福建理综，23(2)①]利用H2S废气制取氢气的方法有多种。
高温热分解法
已知：H2S(g)H2(g)＋S2(g)
在恒容密闭容器中，控制不同温度进行H2S分解实验。以H2S起始浓度均为c mol·L－1测定H2S的转化率，结果见下图。图中a为H2S的平衡转化率与温度关系曲线，b曲线表示不同温度下反应经过相同时间且未达到化学平衡时H2S的转化率。据图计算985 ℃时H2S按上述反应分解的平衡常数K＝________；说明随温度的升高，曲线b向曲线a逼近的原因：______________________________。
答案 温度升高，反应速率加快，达到平衡所需的时间缩短(或其他合理答案)
解析 由图知，985 ℃时H2S的平衡转化率为40%，则：
H2S(g)H2(g)＋S2(g)
起始时浓度(mol·L－1) c 0 0
平衡时浓度(mol·L－1) 0.6 c 0.4 c 0.2 c
则K＝＝＝
b曲线表示未达到平衡时H2S的转化率，温度越高，b曲线上的转化率越接近平衡值，原因是温度升高，反应速率加快，达到平衡所需的时间缩短。
7．[2013·山东理综，29(1)]利用“化学蒸气转移法”制备TaS2晶体，发生如下反应：
TaS2(s)＋2I2(g)TaI4(g)＋S2(g) ΔH>0 (Ⅰ)
反应(Ⅰ)的平衡常数表达式K＝________，若K＝1，向某恒容容器中加入1 mol I2(g)和足量TaS2(s)，I2(g)的平衡转化率为________________。
答案 66.7%
解析 反应(Ⅰ)中，TaS2为固体，则平衡常数表达式为K＝[c(TaI4)·c(S2)]/c2(I2)。设平衡时，I2转化的物质的量为x，则有
TaS2(s)＋2I2(g)TaI4(g)＋S2(g)
起始/mol 1 0 0
转化/mol x 0.5x 0.5x
平衡/mol 1－x 0.5x 0.5x
此时平衡常数K为1，则有[(0.5x)·(0.5x)]/(1－x)2＝1，从而可得x＝2/3 mol，I2(g)的转化率为(2/3 mol)/1 mol×100%≈66.7%。
8．[2012·福建理综，23(5)]在恒容绝热(不与外界交换能量)条件下进行2A(g)＋B(g)2C(g)＋D(s)反应，按下表数据投料，反应达到平衡状态，测得体系压强升高。简述该反应的平衡常数与温度的变化关系：
________________________________________________________________________。
物质
A
B
C
D
起始投料/mol
2
1
2
0
答案 平衡常数随温度升高而变小(或其他合理答案)
解析 表中数据D为0，按表中数据投料，起始至平衡阶段，反应一定向正反应方向进行。又该反应的正反应是一个气体分子数减小的反应，反应达到平衡状态，体系压强升高，说明正反应一定是一个放热反应，升高温度，平衡向左移动，即化学平衡常数随温度升高而减小。
9．[2012·海南，15(1)(2)(4)]已知A(g)＋B(g)C(g)＋D(g)反应的平衡常数和温度的关系如下：
温度/℃
700
900
830
1 000
1 200
平衡常数
1.7
1.1
1.0
0.6
0.4
回答下列问题：
(1)该反应的平衡常数表达式K＝__________，ΔH______0
(填“<”、“>”或“＝”)；
(2)830 ℃时，向一个5 L的密闭容器中充入0.20 mol的A和0.80 mol的B，如反应初始6 s内A的平均反应速率v(A)＝0.003 mol·L－1·s－1。则6 s时c(A)＝________mol·L－1，C的物质的量为________mol；若反应经一段时间后，达到平衡时A的转化率为______，如果这时向该密闭容器中再充入1 mol氩气，平衡时A的转化率为________；
(4)1 200 ℃时反应C(g)＋D(g)A(g)＋B(g)的平衡常数的值为__________。
答案 (1) < (2)0.022 0.09 80% 80% (4)2.5
解析 (1)根据反应A(g)＋B(g)C(g)＋D(g)，可写出平衡常数K＝，随着温度升高，K值减小，即升温平衡逆向移动，正反应为放热反应，ΔH<0。
(2)6 s内消耗的A为0.003 mol·L－1·s－1×6 s×5 L＝0.09 mol，则此时A的物质的量浓度为＝0.022 mol·L－1；生成C的物质的量与消耗A的物质的量相等，均为0.09 mol。设平衡时参加反应的A为x mol，则平衡时A、B、C、D的物质的量分别为(0.20－x)mol、(0.80－x)mol、x mol、x mol，根据平衡常数的表达式和此时K＝1.0求得x＝0.16，即平衡时A的转化率为80%；向该平衡体系中充入氩气等稀有气体，对该平衡无影响，即平衡时A的转化率依然为80%。
10．[2011·浙江理综，27(1)②③]某研究小组在实验室探究氨基甲酸铵(NH2COONH4)分解反应平衡常数的测定。
将一定量纯净的氨基甲酸铵固体置于特制的密闭真空容器中(假设容器体积不变，固体试样体积忽略不计)，在恒定温度下使其达到分解平衡：NH2COONH4(s)2NH3(g)＋CO2(g)
实验测得不同温度下的平衡数据列于下表：
温度/℃
15.0
20.0
25.0
30.0
35.0
平衡总压强/kPa
5.7
8.3
12.0
17.1
24.0
平衡气体总浓度/mol·L－1
2.4×10－3
3.4×10－3
4.8×10－3
6.8×10－3
9.4×10－3
②根据表中数据，列式计算25.0 ℃时的分解平衡常数：____________。
③取一定量的氨基甲酸铵固体放在一个带活塞的密闭真空容器中，在25.0 ℃下达到分解平衡。若在恒温下压缩容器体积，氨基甲酸铵固体的质量将________(填“增加”、“减少”或“不变”)。
答案 ②K＝c2(NH3)·c(CO2)＝2·＝×(4.8×10－3 mol·L－1)3≈1.6×10－8 (mol·L－1)3
③增加
解析 ②根据K＝c2(NH3)·c(CO2)
＝2·
≈1.6×10－8 (mol·L－1)3。
③由NH2COONH4(s)2NH3(g)＋CO2(g)正反应气体分子数增加，增大压强平衡向逆反应方向移动。
练出高分
1．下列说法正确的是 ( )
A．凡是放热反应都是自发的，因为吸热反应都是非自发的
B．自发反应的熵一定增大，非自发反应的熵一定减小
C．常温下，反应C(s)＋CO2(g)2CO(g)不能自发进行，则该反应的ΔH>0
D．反应2Mg(s)＋CO2(g)===C(s)＋2MgO(s)能自发进行，则该反应的ΔH>0
答案 C
解析 反应的自发性是由熵变和焓变共同决定的。若ΔH<0，ΔS>0，则一定自发，若ΔH>0，ΔS<0，则一定不能自发，若ΔH<0，ΔS<0或ΔH>0，ΔS>0，反应能否自发，和温度有关，A、B错误；C项中反应的ΔS>0，若ΔH<0，则一定自发，现常温下不自发，说明ΔH>0，正确；D项中反应的ΔS<0，能自发，说明ΔH<0，错误。
2．反应Fe(s)＋CO2(g)FeO(s)＋CO(g)，700 ℃时平衡常数为1.47,900 ℃时平衡常数为2.15。下列说法正确的是 ( )
A．升高温度该反应的正反应速率增大，逆反应速率减小
B．该反应的化学平衡常数表达式为K＝
C．该反应的正反应是吸热反应
D．增大CO2浓度，平衡常数增大
答案 C
解析 A项，升温，正、逆反应速率均增大，不正确；B项，该化学平衡常数表达式为；C项，升温，平衡常数增大，表明平衡向正反应方向移动，即正反应为吸热反应，故正确；D项，增大反应物浓度，平衡常数不变，故不正确。
3．某温度下，在一个2 L的密闭容器中加入4 mol A和2 mol B进行如下反应：3A(g)＋2B(g)4C(s)＋D(g)，反应2 min后达到平衡，测得生成1.6 mol C，下列说法正确的是
( )
A．前2 min，D的平均反应速率为0.2 mol·L－1·min－1
B．此时，B的平衡转化率是40%
C．增大该体系的压强，平衡不移动，化学平衡常数不变
D．增加B，平衡向右移动，B的平衡转化率增大
答案 B
解析 生成1.6 mol C的同时消耗0.8 mol B，生成0.4 mol D，则前2 min，v(D)＝＝0.1 mol·L－1·min－1，B的平衡转化率为×100%＝40%，A错，B对；增大该体系的压强，平衡向正反应方向移动，但平衡常数不变，C错；增加B，平衡向右移动，A的平衡转化率增大但B的平衡转化率减小，D错。
4．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)，已知该反应的平衡常数与温度的关系如下表：
温度/℃
25
80
230
平衡常数
5×104
2
1.9×10－5
下列说法不正确的是 ( )
A．上述生成Ni(CO)4的反应为放热反应
B．25 ℃时反应Ni(CO)4(g)Ni(s)＋4CO(g)的平衡常数为2×10－5
C．在80 ℃时，测得某时刻Ni(CO)4、CO的浓度均为0.5 mol·L－1，则此时v正＞v逆
D．80 ℃达到平衡时，测得n(CO)＝0.3 mol，则Ni(CO)4的平衡浓度为2 mol·L－1
答案 C
解析 温度升高，平衡常数减小，说明平衡向逆反应方向移动，正反应为放热反应，A正确。Ni(CO)4(g)Ni(s)＋4CO(g)为题给反应的逆反应，两个反应的平衡常数互为倒数关系，B正确。C项中该时刻Q＝＝8＞K，反应逆向进行，v逆＞v正，C错误。D项中CO的平衡浓度为1 mol·L－1，由K＝2可计算出Ni(CO)4的平衡浓度为2 mol·L－1。
5．将2 mol X和2 mol Y充入2 L密闭容器中发生反应：X(g)＋3Y(g)2Z(g)＋aQ(g)。2 min时达到平衡，生成0.8 mol Z，测得Q的浓度为0.4 mol·L－1，下列叙述错误的是( )
A．a的值为2
B．平衡时X的浓度为0.8 mol·L－1
C．Y的转化率为60%
D．反应速率v(Y)＝0.2 mol·L－1·min－1
答案 D
解析 生成Q的物质的量为0.8 mol，a＝2，A正确；
X(g)＋3Y(g)2Z(g)＋2Q(g)
n(始)(mol) 2 2 0 0
n(变)(mol) 0.4 1.2 0.8 0.8
n(2 min)(mol) 1.6 0.8 0.8 0.8
X的平衡浓度为0.8 mol·L－1，Y的转化率为60%，B、C正确；v(Y)＝0.3 mol·L－1·min－1，D项错误。
6．汽车尾气净化中的一个反应为2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g) ΔH＝－746.8 kJ·mol－1。在恒容的密闭容器中，反应达到平衡后，当改变其中一个条件x，y随x的变化符合图中曲线的是 ( )
A．当x表示温度时，y表示平衡常数K
B．当x表示温度时，y表示CO的转化率
C．当x表示N2的物质的量时，y表示NO的转化率
D．当x表示NO的物质的量时，y表示平衡常数K
答案 D
解析 温度升高，平衡向逆反应方向移动，平衡常数减小，CO的转化率降低，A、B错误；增大N2的浓度，平衡向逆反应方向移动，NO的转化率降低，C错误；平衡常数仅与温度有关，D正确。
7．用CO合成甲醇(CH3OH)的化学方程式为CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH<0，按照相同的物质的量投料，测得CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如下图所示。下列说法正确的是 ( )
A．温度：T1>T2>T3
B．正反应速率：v(a)>v(c) v(b)>v(d)
C．平衡常数：K(a)>K(c) K(b)＝K(d)
D．平均摩尔质量：M(a)
答案 C
解析 A项，因为ΔH<0，温度越高，CO的转化率越小，所以T3>T2>T1，错误；B项，由于T3>T1，所以v(c)>v(a)，由于p(b)>p(d)，所以v(b)>v(d)，错误；C项，平衡常数只受温度影响，由于ΔH<0，温度越高，平衡常数越小，正确；D项，升温，平衡左移，M减小，M(a)>M(c)，加压，平衡右移，M增大，M(b)>M(d)，错误。
8．恒温、恒压下，将1 mol O2和2 mol SO2气体充入一体积可变的容器中(状态Ⅰ)，发生反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，状态Ⅱ时达平衡，则O2的转化率为 ( )
A．60% B．40% C．80% D．90%
答案 A
解析 恒温、恒压下，气体的体积之比等于物质的量之比。设O2的转化率为x，则：
2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)
n(始)(mol) 2 1 0
n(变)(mol) 2x x 2x
n(平)(mol) 2－2x 1－x 2x
(2－2x)＋(1－x)＋2x＝3×，解得x＝0.6。
9．加热N2O5，依次发生分解反应：①N2O5(g)N2O3(g)＋O2(g)、②N2O3(g)N2O(g)＋O2(g)。在体积为2 L的恒容密闭容器中充入8 mol N2O5，加热到T ℃时反应达到平衡状态，此时O2和N2O3的物质的量分别为9 mol、3.4 mol，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 设分解的N2O5的浓度为x mol·L－1，生成的N2O浓度为y mol·L－1。
N2O5(g)N2O3(g)＋O2(g)
c(始)(mol·L－1) 4 0 0
c(变)(mol·L－1) x x x
c(平)(mol·L－1) 4－x x x
N2O3(g)N2O(g)＋O2(g)
c(始)(mol·L－1) x 0 x
c(变)(mol·L－1) y y y
c(平)(mol·L－1) x－y y x＋y
根据题意有x－y＝1.7，x＋y＝4.5，解得x＝3.1，y＝1.4
则平衡时，c(N2O5)＝0.9 mol·L－1，c(N2O3)＝1.7 mol·L－1，c(O2)＝4.5 mol·L－1。
K＝＝＝8.5。
10．甲醇来源丰富、价格低廉、运输贮存方便，是一种重要的化工原料，有着重要的用途和应用前景。
(1)若在恒温恒容的容器内进行反应CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)，则可用来判断该反应达到平衡状态的标志有________(填字母序号)。
A．CO的百分含量保持不变
B．容器中H2的浓度与CO的浓度相等
C．容器中混合气体的密度保持不变
D．CO的生成速率与CH3OH的生成速率相等
(2)工业上利用甲醇制备氢气的常用方法有两种：
①甲醇蒸气重整法。该法中的一个主要反应为CH3OH(g)CO(g)＋2H2(g)，此反应能自发进行的原因是
________________________________________________________________________。
②甲醇部分氧化法。在一定温度下以Ag/CeO2ZnO为催化剂时原料气比例对反应的选择性(选择性越大，表示生成的该物质越多)影响关系如图所示。则当n(O2)/n(CH3OH)＝0.25时，CH3OH与O2发生的主要反应方程式为
________________________________________________________________________；
在制备H2时最好控制n(O2)/n(CH3OH)＝________。
答案 (1)AD
(2)①该反应是一个熵增的反应(或ΔS＞0) ②2CH3OH＋O22HCHO＋2H2O 0.5
解析 (1)浓度相等不能说明其浓度不再变化，B错误；气体总质量一定，容器体积一定，密度始终不变，C错误。(2)①无法判断该反应的焓变化，但该反应是一个熵增的反应。若是放热反应，则一定能自发进行，若是吸热反应，则一定条件下能自发进行。②n(O2)/n(CH3OH)＝0.25时，主要生成甲醛。制备H2，则H2的选择性要好，由图可知在n(O2)/n(CH3OH)＝0.5时，H2的选择性接近100%。
11．哈伯因发明了氮气和氢气合成氨气的方法而获得1918年诺贝尔化学奖，N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＜0。下图表示某温度时，向1 L 容器中加入1 mol氮气、3 mol氢气，该反应在110 s内反应进行的程度：
(1)此反应在50～60 s时化学平衡常数为K1＝______________________(保留两位有效数字)。
(2)反应进行到60 s时，改变的条件可能是______________________。
A．加入催化剂 B．扩大容器的体积
C．升高温度 D．减小氨气的浓度
在该条件下，氮气的化学反应速率________(填“变小”、“变大”或“不变”)。
(3)该反应在80 s后化学平衡常数为K2，则K1________K2(填“＞”、“＜”或“＝”)，此时氮气的转化率为____________________。
(4)若在110 s后向该平衡体系中再加入1 mol氨气，则再次达到平衡后，氨气在平衡体系中的体积分数________(填“变小”、“变大”或“不变”)
答案 (1)2.9×10－2
(2)C 变大
(3)＞ 20%
(4)变大
解析 图中曲线代表NH3浓度的变化。
(1)K1＝＝＝≈2.9×10－2；(2)反应进行到60 s时，NH3的浓度逐渐降低，改变的条件应是升高温度，升温，N2的反应速率应变大；(3)升温，平衡左移，平衡常数减小，所以K2＜K1，在80 s时，n(NH3)＝0.4 mol，转化的N2为＝0.2 mol，α(N2)＝×100%＝20%；(4)再通NH3，相当于加压，平衡右移，NH3的体积分数变大。
12．碳单质在工业上有多种用途。例如焦炭可用来制取水煤气、冶炼金属，活性炭可处理大气污染物NO。
一定条件下，在2 L密闭容器中加入NO和活性炭(无杂质)反应生成气体A和B。当温度在T1 ℃时，测得各物质平衡时物质的量如下表：
活性炭
NO(mol)
A(mol)
B(mol)
初始
2.030
0.100
0
0
平衡
2.000
0.040
0.030
0.030
(1)该反应方程式为
________________________________________________________________________。
(2)在T1 ℃下反应达到平衡后，下列措施能改变NO的转化率的是________(填字母序号)。
a．增大活性炭的量 b．增大压强
c．升高温度 d．移去部分B
(3)结合上表数据，该反应的平衡常数表达式为
____________________________________(生成物A、B用相应的化学式表示)。若T1 ℃时的平衡常数为K1，T2 ℃时的平衡常数为K2，且K1＞K2，能否判断该反应是吸热反应还是放热反应，说明理由
________________________________________________________________________。
答案 (1)C(s)＋2NO(g)===CO2(g)＋N2(g)
(2)cd
(3)K＝ 不能，无法确定T1、T2的相对高低(或能，当T1＞T2时，反应是吸热反应，当T1＜T2时，反应是放热反应)
解析 (1)由表中数据知平衡时消耗C和NO的物质的量之比为1∶2，NO被还原成N2，转移4e－，则C得4e－，变为＋4价，所以生成物应为N2和CO2，反应方程式为C(s)＋2NO(g)===CO2(g)＋N2(g)；(2)改变温度，平衡一定发生移动，NO的转化率一定改变；移去部分CO2或N2，平衡右移，NO的转化率增大；(3)由于无法确定T1、T2的高低，所以不能确定该反应的焓变(或用假设法判断)。
13．研究NO2、SO2、CO等大气污染物的处理具有重要意义。NO2可用下列反应来处理：
6NO2(g)＋8NH3(g)7N2(g)＋12H2O(g) ΔH＜0
完成下列填空：
(1)反应的平衡常数大，处理NO2的效率高。增大该反应平衡常数的措施有________________。
(2)一定条件下上述反应在某体积固定的密闭容器中进行，能说明该反应已经达到平衡状态的是________(填字母序号)。
a．c(NO2)∶c(NH3)＝3∶4
b．6v(NO2)＝7v(N2)
c．容器内气体总压强不再变化
d．容器内气体密度不再变化
(3)若平衡时NO2和N2的浓度之比为m/n，保持其它条件不变，缩小反应容器的体积后达到新的平衡，此时NO2和N2的浓度之比________m/n(填“大于”、“等于”或“小于”)。
(4)某温度下，在一个容积为2 L的反应容器内，上述反应2 min后达到平衡，测得刚好有3 mol电子发生转移，则在2 min内NH3的平均反应速率为v(NH3)＝________________________。
答案 (1)降低温度 (2)c
(3)大于 (4)0.25 mol·L－1·min－1
解析 (1)平衡常数只受温度的影响，降温，平衡右移，平衡常数增大；(2)由于体积固定且反应物与生成物均为气体，所以密度不能作为达到平衡状态的标志；(3)压缩体积，平衡左移，NO2与N2的浓度之比大于；(4)有8 mol NH3参加反应时，转移电子为24 mol，当有3 mol电子转移时，参加反应的NH3应为1 mol，所以v(NH3)＝＝0.25 mol·L－1·min－1。
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