【鲁科版】高考化学一轮复习第24讲化学平衡常数化学反应进行的方向教案

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第24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．化学平衡常数的表达式
对于可逆反应：mA(g)＋nB(g)⇌pC(g)＋qD(g)，
化学平衡常数K＝
(式中各物质的浓度为平衡时的浓度)。
2．影响因素
(1)K只与温度有关。
(2)升高温度
3．应用
(1)判断可逆反应进行的程度。
(2)利用化学平衡常数，判断反应是否达到平衡或向何方向进行。
对于化学反应aA(g)＋bB(g)⇌cC(g)＋dD(g)的任意状态，浓度商：Q＝。
Q Q＝K，反应处于平衡状态；
Q>K，反应向逆反应方向进行。
(3)利用K可判断反应的热效应：若升高温度，K值增大，则正反应为吸热反应；若升高温度，K值减小，则正反应为放热反应。

1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”
(1)平衡常数表达式中，可以是物质的任一时刻的浓度(　　)
(2)化学平衡移动，化学平衡常数一定改变(　　)
(3)对某一可逆反应，升高温度则化学平衡常数一定变大(　　)
(4)反应A(g)＋3B(g)⇌2C(g)达平衡后，温度不变，增大压强，平衡正向移动，平衡常数K值增大(　　)
(5)化学平衡常数和转化率都能体现反应进行的程度(　　)
(6)其他条件不变，使用不同催化剂，反应的平衡常数不变(　　)
答案：　(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√　(6)√
2．书写下列化学平衡的平衡常数表达式。
(1)Cl2＋H2O⇌HCl＋HClO
________________________________________________________________________
(2)C(s)＋H2O(g)⇌CO(g)＋H2(g)
________________________________________________________________________
(3)CH3COOH＋C2H5OH⇌CH3COOC2H5＋H2O
________________________________________________________________________
(4)CO＋H2O⇌HCO＋OH－
________________________________________________________________________
(5)CaCO3(s)⇌CaO(s)＋CO2(g)
________________________________________________________________________
答案：　(1)K＝
(2)K＝
(3)K＝
(4)K＝
(5)K＝c(CO2)
3．一定温度下，分析下列三个反应的平衡常数的关系
①N2(g)＋3H2(g)⇌2NH3(g)　K1
②N2(g)＋H2(g)⇌NH3(g)　K2
③2NH3(g)⇌N2(g)＋3H2(g)　K3
(1)K1和K2，K1＝__________。
(2)K1和K3，K1＝__________。
答案：　(1)K　(2)

题组一　推导平衡常数之间的关系
1．已知下列反应在某温度下的平衡常数：
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)的平衡常数为(　　)
A．K1＋K2　 B．K1－K2　
C．K1×K2　 D．K1/K2
D　[由平衡常数的定义可知，K1＝，K2＝，反应H2(g)＋SO2(g)⇌O2(g)＋H2S(g)的平衡常数K＝，可知K＝K1/K2。]
2．研究氮氧化物与悬浮在大气中海盐粒子的相互作用时，涉及如下反应：
2NO2(g)＋NaCl(s)⇌NaNO3(s)＋ClNO(g)　K1
2NO(g)＋Cl2(g)⇌2ClNO(g)　K2
则4NO2(g)＋2NaCl(s)⇌2NaNO3(s)＋2NO(g)＋Cl2(g)的平衡常数K＝________(用K1、K2表示)。
解析：　K1＝，K2＝，
K＝，所以K＝。
答案：　
题组二　速率常数与平衡常数的关系
3．顺­1,2­二甲基环丙烷和反­1,2­二甲基环丙烷可发生如下转化：

该反应的速率方程可表示为：v(正)＝k(正)·c(顺)和v(逆)＝k(逆)·c(反)，k(正)和k(逆)在一定温度时为常数，分别称作正、逆反应速率常数。
已知：t1温度下，k(正)＝0.006 s－1，k(逆)＝0.002 s－1，该温度下反应的平衡常数值K＝________。
解析：　达平衡时v(正)＝v(逆)，即有k(正)·c(顺)＝k(逆)·c(反)，整理得＝＝k
所以k＝＝＝3。
答案：　3
题组三　化学平衡常数的应用
4．在一定体积的密闭容器中，进行如下化学反应：CO2(g)＋H2(g)⇌CO(g)＋H2O(g)，其化学平衡常数K和温度t的关系如表所示：
t/℃
700
800
830
1 000
1 200
K
0.6
0.9
1.0
1.7
2.6
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 mol CO、5 mol 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。
答案：　(1)　(2)吸热　(3)700　(4)等于 (5)不
考点二　化学平衡常数的计算——“三段式”法

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
(1)步骤：书写(写出有关化学平衡的化学反应方程式)―→列变量(列出各物质的起始、变化、平衡量)―→计算(根据已知条件列方程式计算)。
(2)模式：如反应：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
①求平衡常数：K＝
②求转化率
转化率＝×100%，如α(A)平＝×100%。

1．依据知识梳理中的三段式，填空：
(1)c平(A)＝________(mol·L－1)。
(2)α(A)平＝________×100%。
(3)φ(A)＝____________×100%。
(4)＝____________。
(5)(混)＝____________(g·L－1)。
(6)＝__________(g·mol－1)。
答案：　(1)　(2)　(3)
(4)　(5)
(6)
2．将固体NH4I置于密闭容器中，在一定温度下发生下列反应：①NH4I(s)⇌NH3(g)＋HI(g)，②2HI(g)⇌H2(g)＋I2(g)。达到平衡时：c(H2)＝0.5 mol·L－1，c(HI)＝4 mol·L－1，则此温度下反应①的平衡常数为________。
解析：　由平衡时H2的浓度，可求得反应②分解消耗HI的浓度，c分解(HI)＝0.5 mol·L－1×2＝1 mol·L－1，故①式生成c(HI)＝c平衡(HI)＋c分解(HI)＝4 mol·L－1＋1 mol·L－1＝5 mol·L－1，则c平衡(NH3)＝5 mol·L－1，根据平衡常数表达式K＝c平衡(NH3)·c平衡(HI)＝5×4＝20。
答案：　20

题组一　化学平衡常数与转化率的计算
1．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2 L密闭容器中充入8 mol N2O5，加热到t ℃，达到平衡状态后O2为9 mol，N2O3为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
B　[题设中有两个反应，可理解为先发生反应①，其中生成的N2O3有一部分再发生分解反应②，且在两个反应中都有O2生成，再由已知条件列方程组求解。
设反应①中生成N2O3物质的量浓度为x，反应②中生成N2O物质的量浓度为y。则：
　　　　　　　　　N2O5(g)⇌N2O3(g)＋O2(g)
起始浓度/(mol/L) 4 0 0
转化浓度/(mol/L) x x x
　　　　　　　　　N2O3(g)⇌N2O(g)＋O2(g)
起始浓度/(mol/L) x 0 0
转化浓度/(mol/L) y y y
平衡浓度/(mol/L) x－y y y
依题意O2的平衡浓度为x＋y＝4.5 mol/L
N2O3的平衡浓度为x－y＝1.7 mol/L
解得x＝3.1 mol/L，y＝1.4 mol/L
N2O5的平衡浓度为4 mol/L－3.1 mol/L＝0.9 mol/L
N2O的平衡浓度为1.4 mol/L
则反应①平衡常数K＝(1.7×4.5)/0.9＝8.5。]
题组二　借用“题链”跟踪化学平衡常数的考查方向
2．(题链1，全国卷Ⅰ节选)乙醇是重要的有机化工原料，可由乙烯直接水合法或间接水合法生产。乙烯气相直接水合反应C2H4(g)＋H2O(g)===C2H5OH(g)，回答下列问题：
下图为气相直接水合法中乙烯的平衡转化率与温度、压强的关系[其中n(H2O)∶n(C2H4)＝1∶1]。

列式计算乙烯水合制乙醇反应在图中A点的平衡常数Kp＝________(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)。
解析：　A点乙烯的平衡转化率是20%。根据反应列三段式：
　　　　CH2===CH2＋H2OC2H5OH
起始 1 mol 1 mol 0
转化 0.2 mol 0.2 mol 0.2 mol
平衡 0.8 mol 0.8 mol 0.2 mol
则平衡时乙烯的分压：p(C2H4)＝7.85 MPa×0.8 mol/1.8 mol＝3.488 9 MPa
水蒸气的分压：p(H2O)＝7.85 MPa×0.8 mol/1.8 mol＝3.488 9 MPa
乙醇的分压：p(C2H5OH)＝7.85 MPa×0.2 mol/1.8 mol＝0.872 2 MPa
则平衡常数Kp＝＝0.872 2 MPa/3.488 9 MPa×3.488 9 MPa＝0.07 MPa－1
答案：　0.07 MPa－1
3．[题链2，全国卷Ⅰ节选]Bodensteins研究了下列反应：
2HI(g)⇌H2(g)＋I2(g)
在716 K时，气体混合物中碘化氢的物质的量分数x(HI)与反应时间t的关系如下表：
t/min
0
20
40
60
80
120
x(HI)
1
0.91
0.85
0.815
0.795
0.784
x(HI)
0
0.60
0.73
0.773
0.780
0.784
(1)根据上述实验结果，该反应的平衡常数K的计算式为________。
(2)上述反应中，正反应速率为v正＝k正·x2(HI)，逆反应速率为v逆＝k逆·x(H2)·x(I2)，其中k正、k逆为速率常数，则k逆为________(以K和k正表示)。
解析：　(1)观察表中数据知，120 min时反应达到平衡，此时x(HI)＝0.784，x(H2)＝x(I2)＝(1－0.784)×＝0.108，故反应的平衡常数K的计算式为
＝。
(2)达平衡时，v正＝v逆，k正x2(HI)＝k逆x(H2)·x(I2)，k逆＝＝。
答案：　(1)K＝　(2)k逆＝k正/K
4．(题链3，全国卷Ⅰ节选)元素铬(Cr)在溶液中主要以Cr3＋(蓝紫色)、Cr(OH)(绿色)、Cr2O(橙红色)、CrO(黄色)等形式存在，Cr(OH)3为难溶于水的灰蓝色固体，回答下列问题：
CrO和Cr2O在溶液中可相互转化。室温下，初始浓度为1.0 mol·L－1的Na2CrO4溶液中c(Cr2O)随c(H＋)的变化如图所示。

(1)用离子方程式表示Na2CrO4溶液中的转化反应：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)由图A点数据，计算该转化反应的平衡常数为________。
解析：　根据反应并结合A点数据，列三段式：
　　　　　2CrO＋2H＋⇌Cr2O＋H2O
起始(mol/L) 1.0 0
转化(mol/L) 0.5 0.25
平衡(mol/L) 0.5　1.0×10－7 0.25
K＝＝＝1.0×1014
答案：　(1)2CrO＋2H＋⇌Cr2O＋H2O
(2)1.0×1014


题链1
题链2
题链3
知识
内容
压强平衡常数
平衡常数、质量作用定律
平衡常数
解题
难点
用平衡分压代替平衡浓度计算平衡常数
用物质的量分数代替平衡分压计算平衡常数，理解表达式与计算式的区别
图中数据信息的读取
思维
突破
由平衡常数迁移到压强平衡常数，貌似新概念，实质是对信息的理解
利用平衡时v正＝v逆，找到k正、k逆和K的联系
对教材中平衡常数的理解和题中数据的处理
化学
观念
压强平衡常数也是研究可逆反应平衡状态的一种手段、工具
物质的量分数计算平衡常数同样也是研究可逆反应平衡状态的手段、工具
平衡常数是研究可逆反应平衡状态的一种手段、工具
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，不需要借助光、电等外力作用就能自动进行的过程。
(2)特点

2．熵、熵变
(1)熵是量度体系混乱程度的物理量，符号为S。
(2)影响熵大小的因素。
①相同条件下，物质不同熵不同。
②同一物质：S(g)>S(l)>S(s)。
(3)熵变＝生成物的总熵－反应物的总熵。
3．化学反应方向的判据
(1)判据

(2)一般规律
①ΔH<0，ΔS>0的反应任何温度下都能自发进行；
②ΔH>0，ΔS<0的反应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．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)CaCO3(s)CaO(s)＋CO2(g)是一个熵增加的过程(　　)
(2)ΔH<0，ΔS>0的反应，一定是自发反应(　　)
(3)吸热且熵增加的反应，当温度升高时，反应一定能自发进行(　　)
(4)由能量判据和熵判据组合而成的复合判据，将更适合于所有的过程(　　)
(5)凡是放热反应都是自发的，吸热反应都是非自发的(　　)
(6)－10 ℃的水结成冰，可用熵变的判据来解释反应的自发性(　　)
答案：　(1)√　(2)√　(3)×　(4)√　(5)×　(6)×
2．能自发进行的反应一定能实际发生吗？
答案：　不一定，化学反应进行的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等问题。

1．(2019·山东泰安一中考试)实现“节能减排”和“低碳经

济”的一项重要课题就是如何将CO2转化为可利用的资源。目前工业上有一种方法是用CO2来生产燃料甲醇。一定条件下发生反应CO2(g)＋3H2(g)⇌CH3OH(g)＋H2O(g)，该反应过程中能量的变化如图，下列关于该反应的说法正确的是(　　)
A．ΔH>0，ΔS>0 B．ΔH>0，ΔS<0
C．ΔH<0，ΔS>0 D．ΔH<0，ΔS<0
D　[由方程式可知，该反应的ΔS<0，由图可知该反应的ΔH<0，D项正确。]
2．(2019·辽宁阜新海州高中月考)已知气体分子总数增多的反应一定是熵增大的反应。任何条件下，下列反应不能自发进行的是(　　)
A．2O3(g)===3O2(g)　ΔH<0
B．2CO(g)===2C(s)＋O2(g)　ΔH>0
C．N2(g)＋3H2(g)===2NH3(g)　ΔH<0
D．CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)　ΔH>0
B　[满足ΔG＝ΔH－TΔS<0，反应能自发进行。A项ΔH<0，ΔS>0，反应能自发进行；B项ΔS<0，ΔH>0，ΔG＝ΔH－TΔS>0，反应不能自发进行；C项ΔS<0，ΔH<0，低温下反应能自发进行；D项ΔS>0，ΔH>0，高温下反应能自发进行。]
3．(2019·河南洛阳联考)下列有关化学反应的描述正确的是(　　)
A．常温下能自发进行的反应，其ΔH<0
B．一定条件下能自发进行的反应，其ΔS>0
C．自发反应一定能自动进行，而非自发反应一定不能发生
D．ΔH>0和ΔS<0的反应，在任何温度下都不能自发进行
D　[常温下能自发进行的反应不一定是放热反应，如Ba(OH)2和NH4Cl的反应为吸热反应，但该反应在常温下可以自发进行，A项错误；有些熵减的反应也能自发进行，B项错误；某些自发反应需在一定条件下才能发生，而非自发反应具备了一定条件也能发生，C项错误；ΔH－T·ΔS<0时反应能自发进行，因此ΔH>0、ΔS<0的反应，ΔH－T·ΔS>0恒成立，该反应在任何温度下都不能自发进行，D项正确。]
4．灰锡结构松散，不能用于制造器皿，而白锡结构坚固，可以用于制造器皿。已知在0 ℃、100 kPa条件下，白锡转化为灰锡的ΔH＝－2.18 kJ·mol－1，ΔS＝－6.61 J·mol－1·K－1。现把由白锡制成的器皿在0℃、100 kPa的室内存放，它会不会变成灰锡而不能继续使用(　　)
A．会　　　　　　　 B．不会
C．不能确定 D．升高温度才会
A　[在0 ℃、100 kPa条件下，白锡转化为灰锡的ΔG＝ΔH－TΔS＝－2.18 kJ·mol－1－273 K×(－6.61×10－3 kJ·mol－1·K－1)＝－0.375 kJ·mol－1<0，因此在该条件下白锡会变为灰锡。]
　“速率、平衡”原理在物质制备中的应用
　在最新考试大纲中明确提出：了解化学反应速率和化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。所以在全国新课标卷以及各省市高考卷中均有所涉及，且具有一定的难度，属于难点拉分型题目，做该类题目应注意以下两个方面：
1．化工生产适宜条件选择的一般原则
(1)从化学反应速率分析，既不能过快，又不能太慢。
(2)从化学平衡移动分析，既要注意外界条件对速率和平衡影响的一致性，又要注意二者影响的矛盾性。
(3)从原料的利用率分析，增加易得廉价原料，提高难得高价原料的利用率，从而降低生产成本。
(4)从实际生产能力分析，如设备承受高温、高压能力等。
(5)注意催化剂的活性对温度的限制。
2．平衡类问题需综合考虑的几个方面
(1)原料的来源、除杂，尤其考虑杂质对平衡的影响。
(2)原料的循环利用。
(3)产物的污染处理。
(4)产物的酸碱性对反应的影响。
(5)气体产物的压强对平衡造成的影响。
(6)改变外界条件对多平衡体系的影响。
3．化工生产中反应条件的选择方法(以合成氨为例)
(1)反应原理
N2(g)＋3H2(g)⇌2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ·mol－1
(2)反应特点：①反应为可逆反应；②正反应为放热反应；③反应物、生成物均为气态，且正反应为气体物质的量减小的反应。
(3)反应条件的选择
反应
条件
应速率的影响
对平衡混合物中氨含量的影响
合成氨条件的选择
增大压强
增大反应速率
平衡正向移动，提高平衡混合物中氨的含量
压强增大，有利于氨的合成，但需要动力大，对材料、设备的要求高。故采用10～30 MPa的高压
升高温度
增大反应速率
平衡逆向移动，降低平衡混合物中氨的含量
温度要适宜，既要保证反应有较快的速率，又要使反应物的转化率不能太低。故采用400～500 ℃左右的温度，并且在该温度下催化剂的活性最大
使用催化剂
增大反应速率
没有影响
工业上一般选用铁触媒作催化剂
(4)原料气的充分利用
合成氨反应的转化率较低，从原料充分利用的角度分析，工业生产中可采用循环操作的方法可提高原料的利用率。
[集训1]　合成氨工业中，原料气(N2、H2及少量CO、NH3的混合气)在进入合成塔前常用醋酸二氨合铜(Ⅰ)溶液来吸收原料气中的CO，其反应是Cu(NH3)2Ac＋CO＋NH3⇌Cu(NH3)3Ac·CO　ΔH<0。
(1)必须除去原料气中CO的原因是
________________________________________________________________________。
(2)醋酸二氨合铜(Ⅰ)吸收CO的生产适宜条件应是
________________________________________________________________________。
(3)吸收CO后的醋酸二氨合铜(Ⅰ)溶液经过适当处理又可再生，恢复其吸收CO的能力以供循环使用。醋酸二氨合铜(Ⅰ)溶液再生的生产适宜条件应是
________________________________________________________________________。
解析：　合成氨的流程中的除杂，是为了除去能使催化剂中毒的物质。题中指出：在合成氨的过程中必须除去CO，因此CO是属于使催化剂中毒的物质。从吸收CO的化学方程式可得：吸收CO的反应是正反应为气体体积缩小的放热反应，因此为了使CO尽最大可能地被吸收，应采取高压、低温的办法使平衡正向移动，要使醋酸二氨合铜(Ⅰ)溶液再生，即使平衡逆向移动，故必须采取低压、高温的办法。
答案：　(1)防止CO使催化剂中毒
(2)低温、高压　(3)高温、低压
[集训2]　化学反应原理在科研和生产中有广泛应用。
(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)。
如图所示，反应(Ⅰ)在石英真空管中进行，先在温度为T2的一端放入未提纯的TaS2粉末和少量I2(g)，一段时间后，在温度为T1的一端得到了纯净TaS2晶体，则温度T1________T2(填“>”“<”或“＝”)。上述反应体系中循环使用的物质是________。

(2)CO可用于合成甲醇，反应方程式为CO(g)＋2H2(g)⇌CH3OH(g)。CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图所示。该反应ΔH______0(填“>”或“<”)。实际生产条件控制在250 ℃、1.3×104 kPa左右，选择此压强的理由是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。

答案：　(1)<　I2
(2)<　在1.3×104 kPa下，CO的转化率已较高，再增大压强CO转化率提高不大，同时生产成本增加，得不偿失
[集训3]　(2019·山东泰安期末)丙烯是重要的有机化工原料，主要用于生产聚丙烯、丙烯腈、环氧丙烷等。
Ⅰ.以丁烯和乙烯为原料反应生成丙烯的方法被称为“烯烃歧化法”，反应为C4H8(g)＋C2H4(g)2C3H6(g)。
(1)该反应中正反应速率v正＝k正·p(C4H8)·p(C2H4)，逆反应速率v逆＝k逆·p2(C3H6)，其中k正、k逆为速率常数，则用反应体系中气体物质的分压p(B)表示的平衡常数Kp为________(用k正、k逆表示)。
(2)一定温度下，在容积为V L的恒容密闭容器中充入C4H8和C2H4发生上述反应。t min时达到平衡状态，此时容器中n(C4H8)＝a mol，n(C2H4)＝2a mol，n(C3H6)＝b mol，且C3H6占平衡总体积的。该时间段内的反应速率v(C4H8)＝________mol·L－1·min－1(用含a、V、t的式子表示)。
Ⅱ.“丁烯裂解法”是另一种重要的丙烯生产法，在生产过程中会有生成乙烯的副反应发生。反应如下：
主反应：3C4H8(g)4C3H6(g)；
副反应：C4H8(g)2C2H4(g)。
测得上述两反应的平衡体系中，各组分的质量分数(w)随温度(T)和压强(p)变化的趋势分别如图甲和图乙所示：

(3)平衡体系中的C3H6(g)和C2H4(g)的质量比是工业生产C3H6(g)时选择反应条件的重要依据之一，从产物的纯度考虑，该数值越高越好，据图甲和图乙判断，反应条件应选择________(填序号)。
A．300 ℃、0.1 MPa B．700 ℃、0.1 MPa
C．300 ℃、0.5 MPa D．700 ℃、0.5 MPa
(4)有研究者结合图甲数据并综合考虑各种因素，认为450 ℃的反应温度比300 ℃或700 ℃更合适，从反应原理角度分析其理由可能是
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解析：　(1)达到平衡状态时，v正＝v逆，则有k正·p(C4H8)·p(C2H4)＝k逆·p2(C3H6)，则该反应体系中气体物体的分压p(B)表示的平衡常数Kp＝＝。(2)t min时达到平衡状态，n(C3H6)＝b mol，则消耗C4H8(g)、C2H4(g)均为0.5b mol，平衡时气体总物质的量为a mol＋2a mol＋b mol＝(3a＋b)mol。C3H6占平衡总体积的，根据阿伏加德罗定律及推论可得＝，则有a＝b，故该时间段内的反应速率v(C4H8)＝＝mol·L－1·min－1。(3)由图甲可知，300 ℃时C2H4(g)的质量分数接近于0，而温度升高，C2H4(g)的质量分数增大，故选择300 ℃；由图乙可知，压强增大，C2H4(g)的质量分数减小，C3H6(g)的质量分数增大，故选0.5 MPa，因此控制反应条件为300 ℃、0.5 MPa。(4)温度越低，反应速率越慢，由图甲可知，300 ℃时反应速率慢；温度升高，C2H4(g)的质量分数增大，700 ℃的副反应的转化率大于丁烯转化成丙烯的转化率。而450 ℃时，C3H6(g)的质量分数达最大值，且C2H4(g)的质量分数在10%左右，产物中C3H6(g)的含量较高，故450 ℃更合适。
答案：　(1)　(2)　(3)C
(4)300 ℃反应速率慢，700 ℃副反应的转化率大于丁烯转化成丙烯的转化率

1．[2019·全国卷Ⅰ，28(1)(2)]水煤气变换[CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)]是重要的化工过程，主要用于合成氨、制氢以及合成气加工等工业领域中。回答下列问题：
(1)Shibata曾做过下列实验：①使纯H2缓慢地通过处于721 ℃下的过量氧化钴CoO(s)，氧化钴部分被还原为金属钴Co(s)，平衡后气体中H2的物质的量分数为0.025 0。
②在同一温度下用CO还原CoO(s)，平衡后气体中CO的物质的量分数为0.019 2。
根据上述实验结果判断，还原CoO(s)为Co(s)的倾向是CO________H2(填“大于”或“小于”)。
(2)721 ℃时，在密闭容器中将等物质的量的CO(g)和H2O(g)混合，采用适当的催化剂进行反应，则平衡时体系中H2的物质的量分数为________(填标号)。
A．<0.25 B．0.25
C．0.25～0.50 D．0.50
E．>0.50
解析：　(1)由题给信息①可知，H2(g)＋CoO(s)⇌Co(s)＋H2O(g)(ⅰ)　K1＝＝＝39，由题给信息②可知，CO(g)＋CoO(s)⇌Co(s)＋CO2(g)(ⅱ)　K2＝＝≈51.08。相同温度下，平衡常数越大，反应倾向越大，故CO还原氧化钴的倾向大于H2。(2)第(1)问和第(2)问的温度相同，利用盖斯定律，由(ⅱ)－(ⅰ)得CO(g)＋H2O(g)⇌CO2(g)＋H2(g)　K＝＝≈1.31。设起始时CO(g)、H2O(g)的物质的量都为1 mol，容器体积为1 L，在721 ℃下，反应达平衡时H2的物质的量为x mol。
　　　CO(g)　＋　H2O(g)　⇌　H2(g)　＋　CO2(g)
起始1 mol 1 mol 0 0
转化x mol x mol x mol x mol
平衡(1－x) mol (1－x) mol x mol x mol
K＝＝1.31，若K取1，则x＝0.5，φ(H2)＝0.25；若K取4，则x≈0.67，φ(H2)≈0.33。氢气的物质的量分数介于0.25与0.33之间，故选C。
答案：　(1)大于　(2)C
2．[2019·全国卷Ⅱ，27(1)(2)]环戊二烯()是重要的有机化工原料，广泛用于农药、橡胶、塑料等生产。回答下列问题：
(1)已知：(g)===(g)＋H2(g)
ΔH1＝100.3 kJ·mol－1　①
H2(g)＋I2(g)===2HI(g)　ΔH2＝－11.0 kJ·mol－1　②
对于反应：(g)＋I2(g)===(g)＋2HI(g)　③
ΔH3＝________kJ·mol－1。
(2)某温度下，等物质的量的碘和环戊烯()在刚性容器内发生反应③，起始总压为105 Pa，平衡时总压增加了20%，环戊烯的转化率为________，该反应的平衡常数Kp＝________Pa。达到平衡后，欲增加环戊烯的平衡转化率，可采取的措施有________ (填标号)。
A．通入惰性气体 B．提高温度
C．增加环戊烯浓度 D．增加碘浓度
解析：　(1)根据盖斯定律，由反应①＋反应②得反应③，则ΔH3＝ΔH1＋ΔH2＝(100.3－11.0)kJ·mol－1＝＋89.3 kJ·mol－1。(2)设容器中起始加入I2(g)和环戊烯的物质的量均为a，平衡时转化的环戊烯的物质的量为x，列出三段式：
(g)　＋　I2(g)===(g)＋2HI(g)
起始：a a 0 0
转化：x x x 2x
平衡：a－x a－x x 2x
根据平衡时总压强增加了20%，且恒温恒容时，压强之比等于气体物质的量之比，得＝，解得x＝0.4a，则环戊烯的转化率为×100%＝40%，平衡时(g)、I2(g)、(g)、HI(g)的分压分别为、、、，则Kp＝＝p总，根据p总＝1.2×105 Pa，可得Kp＝×1.2×105 Pa≈3.56×104 Pa。通入惰性气体，对反应③的平衡无影响，A项不符合题意；反应③为吸热反应，提高温度，平衡正向移动，可提高环戊烯的平衡转化率，B项符合题意；增加环戊烯浓度，能提高I2(g)的平衡转化率，但环戊烯的平衡转化率降低，C项不符合题意；增加I2(g)的浓度，能提高环戊烯的平衡转化率，D项符合题意。
答案：　(1)89.3　(2)40%　3.56×104　BD
3．[2018·全国卷Ⅲ，28(3)①]对于反应2SiHCl3(g)===SiH2Cl2(g)＋SiCl4(g)，采用大孔弱碱性阴离子交换树脂催化剂，在323 K和343 K时SiHCl3的转化率随时间变化的结果如图所示。

343 K时反应的平衡转化率α＝______%。平衡常数K343 K＝________(保留2位小数)。
解析：　温度越高，反应越先达到平衡，根据图示，左侧曲线对应的温度为343 K,343 K时反应的平衡转化率为22%。设开始时加入SiHCl3的浓度为a mol·L－1，根据化学方程式和SiHCl3的平衡转化率知，达平衡时，SiHCl3、SiH2Cl2、SiCl4的浓度分别为0.78a mol·L－1、0.11a mol·L－1、0.11a mol·L－1，化学平衡常数K＝＝0.02。
答案：　22　0.02
4．[2017·全国卷Ⅰ，28(3)]H2S与CO2在高温下发生反应：H2S(g)＋CO2(g)⇌COS(g)＋H2O(g)。在610 K时，将0.10 mol CO2与0.40 mol H2S充入2.5 L的空钢瓶中，反应平衡后水的物质的量分数为0.02。
(1)H2S的平衡转化率α1＝________%，反应平衡常数K＝________。
(2)在620 K重复实验，平衡后水的物质的量分数为0.03，H2S的转化率α2________α1，该反应的ΔH________0。(填“>”“<”或“＝”)
(3)向反应器中再分别充入下列气体，能使H2S转化率增大的是________(填标号)。
A．H2S　　 B．CO2　　
C．COS　　 D．N2
解析：　(1)用三段式法计算：该反应是等气体分子数反应，平衡时n(H2O)＝0.02×0.50 mol＝0.01 mol。
　　　　　H2S(g)＋CO2(g)⇌COS(g)＋H2O(g)
起始/mol 0.40 0.10 0 0
转化/mol 0.01 0.01 0.01 0.01
平衡/mol 0.39 0.09 0.01 0.01
α(H2S)＝×100%＝2.5%。对于等气体分子数反应，可直接用物质的量替代浓度计算平衡常数：K＝＝≈2.8×10－3。(2)总物质的量不变，H2O的物质的量分数增大，说明平衡向右移动，H2S的转化率增大。即升高温度，平衡向正反应方向移动，正反应是吸热反应。(3)平衡之后，再充入H2S，则CO2的转化率增大，H2S的转化率减小，A项错误；充入CO2，平衡向右移动，H2S的转化率增大，B项正确；充入COS，平衡向左移动，硫化氢的转化率减小，C项错误；充入氮气，无论体积是否变化，对于气体分子数相等的反应，平衡不移动，硫化氢的转化率不变，D项错误。
答案：　(1)2.5　2.8×10－3　(2)>　>　(3)B