2022高考化学一轮复习第7章化学反应速率和化学平衡第2讲化学平衡及其移动教案

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第2课时　必备知识——化学平衡及其移动
知识清单
[重要概念]①可逆反应；②化学平衡状态；③化学平衡的移动
[基本规律]①化学平衡状态的判断方法；②化学平衡移动原理及规律
知识点1　可逆反应与化学平衡状态

1．化学平衡研究的对象——可逆反应

2．化学平衡状态
(1)概念
一定条件下的可逆反应，当反应进行到一定程度时，正反应速率和逆反应速率相等，反应物的浓度和生成物的浓度不再改变，称为“化学平衡状态”，简称化学平衡。化学平衡是一种动态平衡。
(2)建立过程

(3)平衡特点

3．理解化学平衡状态判断的两种标志
(1)直接标志

(2)间接标志
①有气体参加的反应，气体的总压强、总体积、总物质的量不变时，若是等体积反应时，不一定达到平衡；若是不等体积反应时，达到平衡。
②气体的密度(ρ＝)、气体的平均相对分子质量[M＝]不变时，要具体分析各表达式中的分子或分母变化情况，判断是否平衡。
③如果平衡体系中的物质有颜色，则平衡体系的颜色不变时，达到平衡。
④一定温度下，若浓度商与平衡常数相等，即Qc＝K时，化学反应处于平衡状态。
⑤根据化学键的断裂与形成判断，要考虑分子结构及所含共价键的数目。

[通关1] (易错排查)判断正误
(1)在化学平衡建立过程中，v正一定大于v逆(×)
(2)恒温恒容下进行的可逆反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，当SO3的生成速率与SO2的消耗速率相等时，反应达到平衡状态(×)
(3)在一定条件下，向密闭容器中充入1 mol N2和3 mol H2充分反应，生成2 mol NH3(×)
(4)对于反应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时达到平衡状态(√)
(5)对于反应2NO2(g)N2O4(g)，恒温恒容下，反应体系中气体的压强保持不变时达到平衡状态(√)
[通关2] (人教选修4·P32，5题改编)在一个体积固定的密闭容器中，进行的可逆反应A(s)＋3B(g)3C (g)。下列叙述中表明可逆反应一定达到平衡状态的是(　　)
①C的生成速率与C的分解速率相等；②单位时间内生成a mol A，同时生成3a mol B；③B的浓度不再变化；④混合气体总的物质的量不再发生变化；⑤A、B、C的物质的量之比为1∶3∶3；⑥混合气体的密度不再变化。
A．①②③　　　　　　　　 B．①③④⑥
C．①③⑥　　　 D．①③④
C　[C的生成速率与C的分解速率相等，说明正逆反应速率相等，①正确；化学反应速率之比等于化学计量数之比，无论是否达到平衡状态，都存在单位时间生成a mol A，同时生成3a mol B，②错误；当反应达到化学平衡状态时，各物质的浓度不变，③正确；气体反应物与气体生成物的化学计量数之和相等，无论是否达到平衡状态，混合气体总的物质的量都不变，④错误；平衡时各物质的物质的量取决于起始配料比以及转化的程度，不能作为判断是否达到平衡状态的依据，⑤错误；A为固体，当反应达到平衡状态时，气体的总质量不变，反应达到平衡状态，⑥正确。]

[通关3] (2021·吉林白城期初调研)一定温度下，反应N2O4(g) 2NO2(g)的焓变为ΔH。现将1 mol N2O4充入一恒压密闭容器中，下列示意图正确且能说明反应达到平衡状态的是(　　)

A．①② B．②④
C．③④　　　 D．①④
D　[ΔH是恒量，不能作为判断平衡状态的标志；该反应是充入1 mol N2O4，正反应速率应是逐渐减小直至不变，③曲线趋势不正确。]
[通关4] (深度思考)在一定温度下的恒容容器中，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________(填序号，下同)。
(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

知识点2　化学平衡移动及影响因素

1．化学平衡移动的过程

2．化学平衡移动与化学反应速率的关系
(1)v正>v逆：平衡向正反应方向移动。
(2)v正＝v逆：反应达到平衡状态，不发生平衡移动。
(3)v正＜v逆：平衡向逆反应方向移动。
3．影响化学平衡的因素
(1)文字描述
改变的条件(其他条件不变)
化学平衡移动的方向
浓度
增大反应物浓度或减小生成物浓度
向正反应方向移动
减小反应物浓度或增大生成物浓度
向逆反应方向移动
压强(对有气体参加的反应)
反应前后气体体积改变
增大压强
向气体分子总数减小的方向移动
减小压强
向气体分子总数增大的方向移动
反应前后气体体积不变
改变压强
平衡不移动
温度
升高温度
向吸热反应方向移动
降低温度
向放热反应方向移动
催化剂
同等程度改变v正、v逆，平衡不移动
“惰性气体”(非反应气体)对化学平衡的影响
①恒温恒容条件
原平衡体系体系总压强增大→体系中各组分的浓度不变→平衡不移动。
②恒温恒压条件
原平衡体系容器容积增大，各反应气体的分压减小→体系中各组分的浓度同等倍数减小

(2)图像分析
①浓度对化学平衡的影响

②压强对化学平衡的影响


③温度对化学平衡的影响
　　
④催化剂对化学平衡的影响

4．勒夏特列原理
如果改变影响化学平衡的条件之一(如温度、压强以及参加反应的物质的浓度)，平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动。
勒夏特列原理的适用对象是处于平衡状态的可逆反应，非可逆反应及处于非平衡状态的可逆反应均不能用勒夏特列原理来解释。

[通关1] (易错排查)判断正误
(1)化学平衡发生移动，化学反应速率一定改变；化学反应速率改变，化学平衡也一定发生移动(×)
(2)升高温度，平衡向吸热反应方向移动，此时v放减小，v吸增大(×)
(3)C(s)＋CO2(g) 2CO(g)　ΔH＞0，其他条件不变时，升高温度，反应速率v(CO2)和CO2的平衡转化率均增大(√)
(4)化学平衡正向移动，反应物的转化率不一定增大(√)
(5)向平衡体系FeCl3＋3KSCNFe(SCN)3＋3KCl中加入适量KCl固体，平衡逆向移动，溶液的颜色变浅(×)
(6)在恒温恒容的密闭容器中发生反应3CO(g)＋Fe2O3(s) 2Fe(s)＋3CO2(g)到达平衡，充入氩气，原平衡不发生移动(√)
[通关2] (2021·海南三亚检测)下列事实中，不能用勒夏特列原理加以解释的是(　　)
A．夏天，打开啤酒瓶时会在瓶口逸出气体
B．浓氨水中加入氢氧化钠固体时产生较多的刺激性气味的气体
C．合成氨反应需使用催化剂，说明催化剂可以促进该平衡向生成氨的方向移动
D．将盛有二氧化氮和四氧化二氮混合气体的密闭容器置于冷水中，混合气体颜色变浅
C　[考查溶解平衡CO2(g) CO2(aq)，压强减小，则平衡向逆反应方向移动，形成大量气体逸出，A项正确；考查温度、浓度、酸碱性对NH3＋H2ONH3·H2ONH＋OH－平衡移动的影响，B项正确；催化剂同等程度地加快正、逆反应的速率，平衡不移动，C项错误；温度对平衡2NO2N2O4产生影响，而气体颜色深浅与c(NO2)有关，D项正确。]

[通关3] (人教选修4·P24，2题改编)某温度下，密闭容器中发生反应aX(g) bY(g)＋cZ(g)，达到平衡后，保持温度不变，将容器的容积压缩到原来容积的一半，当达到新平衡时，物质Y和Z的浓度均是原来的1.8倍。则下列叙述正确的是(　　)
A．可逆反应的化学方程式的化学计量数：a＞b＋c
B．压缩容器的容积时，v正增大，v逆减小
C．达到新平衡时，物质X的转化率减小
D．达到新平衡时，混合物中Z的质量分数增大
C　[体积缩小，假设平衡不移动，则Y和Z的浓度应该为原来的2倍，而实际上为1.8倍，则表明平衡向逆反应方向移动，压强增大，v正、v逆均增大，且v逆＞v正，向Y、Z消耗的方向即逆反应方向移动，则b＋c＞a，A、B项错误；X的转化率减小，C项正确；混合物中Z的质量分数减小，D项错误。]

[通关4] (2020.7·浙江选考)一定条件下：2NO2(g)N2O4(g)　ΔH＜0。在测定NO2的相对分子质量时，下列条件中，测定结果误差最小的是(　　)
A．温度0 ℃、压强50 kPa
B．温度130 ℃、压强300 kPa
C．温度25 ℃、压强100 kPa
D．温度130 ℃、压强50 kPa
D　[测定NO2的相对分子质量时，由于存在可逆反应2NO2(g)N2O4(g)，气体中必然存在N2O4，混合气体的平均相对分子质量在46～92之间，测定结果偏大。若让误差最小，应使得平衡逆向移动，减少N2O4的含量。该反应是放热反应，升温有利于逆向进行；该反应是气体分子数减小的反应，减压有利于逆向进行，故适宜的条件应为高温、低压，选项中温度最高为130℃，压强最小为50kPa，D项符合题意。]
[通关5] (2020.7·浙江选考)5 mL 0.1 mol·L－1KI溶液与1 mL 0.1 mol·L－1FeCl3溶液发生反应：2Fe3＋(aq)＋2I－(aq)2Fe2＋(aq)＋I2(aq)，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KSCN，溶液呈血红色，表明该化学反应存在限度
C．加入FeSO4固体，平衡逆向移动
D．该反应的平衡常数K＝
D　[加入苯，I2易溶于苯，促使平衡正向移动，A项正确；根据题中数据，FeCl3少量，加入KSCN，溶液呈血红色，则萃取后的溶液中仍然存在Fe3＋，说明该反应存在限度，B项正确；加入FeSO4，c(Fe2＋)增大，平衡逆向移动，C项正确；该表达式中缺少了c(I2)，D项错误。]


训练(三十五)　化学平衡及其移动

1．(2021·河南部分重点校联考)在恒温恒容的密闭容器中发生反应4NH3(g)＋5O2(g) 4NO(g)＋6H2O(g)　ΔH＜0，下列能说明该反应达到平衡状态的是(　　)
①反应速率5v(NH3)＝4v(O2)　②体系的压强不再发生变化　③混合气体的密度不再发生变化　④气体的平均摩尔质量不再发生变化　⑤单位时间内生成5 mol O2，同时断裂12 mol O—H键　⑥NO的浓度不变
A．②④⑥　　　　　 B．①②④⑥
C．②⑤⑥　　　 D．①②③④⑤
A　[无论反应是否达到平衡，用不同物质表示的反应速率之比等于其化学计量数之比，v(NH3)∶v(O2)＝4∶5，则有5v(NH3)＝4v(O2)，①错误；该反应的正向是气体总分子数增加的反应，恒温恒容时，体系的压强不变，则气体总物质的量不变，达到平衡状态，②正确；恒容时，反应中各物质均为气体，则混合气体的密度始终不变，③错误；气体的总质量一定，平均摩尔质量不变，则气体总物质的量不变，该反应达到平衡状态，④正确；单位时间内生成5 mol O2必然消耗6 mol H2O，断裂12 mol H—O键，不能判断是否平衡，⑤错误；NO的浓度不变，则其消耗速率等于生成速率，该反应达到平衡，⑥正确。]
2．(2021·山东日照检测)对可逆反应2A(s)＋3B(g)C(g)＋2D(g)　ΔH<0，在一定条件下达到平衡。下列有关叙述正确的是(　　)
①增加A的量，平衡向正反应方向移动　②升高温度，平衡向逆反应方向移动，v(正)减小　③压强增大一倍，平衡不移动，v(正)、v(逆)不变　④增大B的浓度，v(正)>v(逆)　⑤加入催化剂，B的转化率提高
A．①② B．④
C．③　　　 D．④⑤
B　[A是固体，其量的变化对平衡无影响，①错误；而增大B的浓度，正反应速率增大，平衡向正反应方向移动，v(正)>v(逆)，④正确；升高温度，v(正)、v(逆)均增大，但v(逆)增大的程度大，平衡向逆反应方向移动，②错误；此反应为反应前后气体分子数不变的反应，故增大压强，平衡不移动，但v(正)、v(逆)都增大，③错误；催化剂不能使化学平衡发生移动，B的转化率不变，⑤错误。]
3．(2021·北京师大附中检测)实验：
①0.005 mol/L FeCl3溶液和0.015 mol/L KSCN溶液各1 mL混合得到红色溶液a，均分溶液a置于b、c两支试管中；
②向b中滴加3滴饱和FeCl3溶液，溶液颜色加深；
③再向上述b溶液中滴加3滴1 mol/L NaOH溶液，溶液颜色变浅且出现浑浊；
④向c中逐渐滴加1 mol/L KSCN溶液2 mL，溶液颜色先变深后变浅。
下列分析不正确的是(　　)
A．实验②中增大Fe3＋浓度使平衡Fe3＋＋3SCN－Fe(SCN)3正向移动
B．实验③中发生反应：Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓
C．实验③和④中溶液颜色变浅的原因相同
D．实验②、③、④均可说明浓度改变对平衡移动的影响
C　[实验②中增大Fe3＋浓度使平衡Fe3＋＋3SCN－Fe(SCN)3正向移动，c[Fe(SCN)3]增大，溶液的红色加深，A项正确；实验③中滴加3滴1 mol/L NaOH溶液，发生反应：Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓，使平衡Fe3＋＋3SCN－Fe(SCN)3逆向移动，溶液的颜色变浅，B项正确；实验④逐渐滴加1 mol/L KSCN溶液，使平衡正向移动，后继续加溶液相当于稀释，红色变浅，二者原因不同，C项错误；根据上述分析，实验②、③、④均可说明浓度改变对平衡移动的影响，D项正确。]
4．(2021·山东日照实验中学检测)一定条件下，反应CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) ΔH>0，达到平衡状态后，分别改变某个条件，下面四个说法中，条件改变、影响原因及影响结果均正确的是(　　)

条件改变
影响原因
影响结果
A
适当缩小容器的容积
活化分子所占百分比增大，正逆反应速率均同等程度加快
平衡不移动
B
适当升高温度
活化分子所占百分比增大，正逆反应速率加快，逆反应速率减慢
平衡正向移动
C
加入催化剂
分子能量增大，活化分子所占百分比增大，正逆反应速率均同等程度加快
平衡不移动
D
适当扩大容器的容积
活化分子所占百分比不变，但是单位体积内的活化分子数减少，正逆反应速率同等程度减慢
平衡不移动
D　[缩小容器的容积，单位体积内活化分子的数目增大，正、逆反应速率同等程度加快，平衡不移动，但活化分子所占百分比不变，A项错误；适当升高温度，活化分子所占百分比增大，正、逆反应速率均增大，但正反应速率增大倍数大于逆反应速率，平衡正向移动，B项错误；加入催化剂，降低了活化能，分子能量不变，活化分子数目及所占百分比均增大，正、逆反应速率同等程度加快，平衡不移动，C项错误；扩大容器的容积，单位体积内活化分子数目减少，正、逆反应速率均同等程度地减慢，平衡不移动，D项正确。]
5．下列说法正确的是(　　)
A． (海南卷)已知反应CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)
ΔH<0。在一定温度和压强下于密闭容器中，反应达到平衡，若减小压强，n(CO2)增加；若充入一定量的氮气，n(H2)不变
B．(天津卷)常压下，羰基化法精炼镍的原理为：Ni(s)＋4CO(g)Ni(CO)4(g)，该反应达到平衡时，
v生成[Ni(CO)4]＝4v生成(CO)
C．(天津卷)在恒温恒容的密闭容器中，某储氢反应：
MHx(s)＋yH2(g) MHx＋2y(s)　ΔH<0，若容器内气体压强保持不变，达到化学平衡
D．(天津卷)在恒温恒容的密闭容器中，某储氢反应：
MHx(s)＋yH2(g)MHx＋2y(s)　ΔH<0，达到化学平衡，若向容器内通入少量氢气，则v(放氢)>v(吸氢)
C　[减压平衡不移动，n(CO2)不变，恒压充入氮气，体积增大，效果等同于减压，平衡不移动，n(H2)不变，A项错误；达到平衡时，4v生成[Ni(CO)4]＝v生成(CO)，B项错误；该反应是气体压强减小的反应，所以压强不变可以说明达到了平衡状态，C项正确；加入氢气正反应速率增大，v(放氢)
6．(2021·山东烟台一中检测)在密闭容器中进行反应：
A(g)＋3B(g) 2C(g)，下列有关图像的说法不正确的是(　　)


A．依据图a可判断正反应为放热反应
B．在图b中，虚线可表示使用了催化剂时的变化情况
C．若ΔH<0，图c可表示升高温度使平衡向逆反应方向移动
D．由图d中混合气体的平均相对分子质量随温度的变化情况，可推知正反应吸热
D　[根据图a曲线可知，温度越高，逆反应速率与正反应速率差值越大，故升高温度平衡逆向移动，正反应为放热反应，A项正确；催化剂能加快反应速率，缩短达到平衡所用的时间，但不能使平衡发生移动，B项正确；升高温度，平衡向吸热方向移动，C项正确；根据图像曲线可知，温度越高，混合气体的平均相对分子质量越小，故升高温度平衡逆向移动，因此可判断正反应为放热反应，D项错误。]
7．(2021·湖南娄底调研)下列说法正确的是(　　)
A．H2(g)＋I2(g)2HI(g)，其他条件不变，缩小反应容器体积，正逆反应速率不变
B．C(s)＋H2O(g)H2(g)＋CO(g)，碳的质量不再改变说明反应已达平衡
C．若压强不再随时间变化能说明反应2A(？)＋B(g)2C(？)已达平衡，则A、C不能同时是气体
D．1 mol N2和3 mol H2反应达到平衡时H2转化率为10%，放出的热量为Q1；在相同温度和压强下，当2 mol NH3分解为N2和H2的转化率为10%时，吸收的热量为Q2，Q2不等于Q1
B　[该可逆反应的反应前后气体的化学计量数不发生变化，当缩小反应容器体积，相当于加压，正逆反应速率同等程度增加，A项错误；在建立平衡前，碳的质量不断改变，达到平衡时，质量不变，因而碳的质量不再改变说明反应已达平衡，B项正确；若压强不再改变说明反应达到平衡，表明反应前后气体的化学计量数不等，故A、C可能均为气体，C项错误；N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH，合成氨气实际参与反应n(H2)＝3 mol×10%＝0.3 mol，因而Q1＝×|ΔH|＝0.1|ΔH|，分解氨气时实际消耗的n(NH3)＝2 mol×10%＝0.2 mol，Q2＝×|ΔH|＝0.1|ΔH|，则Q1＝Q2，D项错误。]
8．(2021·天津滨海区四校联考)向一体积为2 L的恒容密闭容器里充入1 mol N2和4 mol H2，在一定温度下发生反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH<0。10 s时达到平衡，c(NH3)为0.4 mol·L－1。下列说法正确的是(　　)
A．该反应达到平衡时H2的转化率为40%
B．降低温度能使混合气体的密度增大
C．向该容器中充入N2，平衡正向移动
D．研发高效催化剂可大大提高NH3的产率
C　[根据题中数据可知，NH3的生成量为0.8 mol，则H2的减少量为1.2 mol，α(H2)＝×100%＝30%，A项错误；降低温度，平衡正向移动，但气体总质量不变，容器体积不变，则密度不变，B项错误；体积不变，充入N2，c(N2)增大，平衡正向移动，C项正确；催化剂不能使平衡发生移动，因此各物质的转化率不变、产率不变，D项错误。]
9．(2021·辽宁大连期初调研)已知反应：CO(g)＋3H2(g) CH4(g)＋H2O(g)。起始以物质的量之比为1∶1充入反应物，不同压强条件下，H2的平衡转化率随温度的变化情况如图所示(M、N点标记为▲)。下列有关说法正确的是(　　)

A．上述反应的ΔH<0
B．N点时的反应速率一定比M点的快
C．降低温度，H2的转化率可达到100%
D．工业上用此法制取甲烷应采用更高的压强
A　[根据图像，随着温度的升高，H2的转化率降低，说明平衡向逆反应方向移动，根据勒夏特列原理，正反应为放热反应，ΔH<0，A项正确；N点压强大于M点，但是M点温度大于N点，故无法判断N点与M点的速率大小，B项错误；此反应是可逆反应，不能完全进行到底，C项错误；在温度(400－600)K，1.01×106 Pa的压强下，H2的转化率已然很高，提高压强转化率上升不大，性价比不高，D项错误。]
10．(2018·天津卷)室温下，向圆底烧瓶中加入1 mol C2H5OH和含1 mol HBr的氢溴酸，溶液中发生反应：C2H5OH＋HBrC2H5Br＋H2O，充分反应后达到平衡。已知常压下，C2H5Br和C2H5OH的沸点分别为38.4 ℃和78.5 ℃。下列有关叙述错误的是(　　)
A．加入NaOH，可增大乙醇的物质的量
B．增大HBr浓度，有利于生成C2H5Br
C．若反应物均增大至2 mol，则两种反应物平衡转化率之比不变
D．若起始温度提高至60 ℃，可缩短反应达到平衡的时间
D　[D错：温度提高至60 ℃，化学反应速率虽然加快，但溴乙烷的沸点较低，会挥发出大量的溴乙烷，导致逆反应速率减小，故无法判断达到平衡的时间。A对：加入NaOH，消耗HBr，平衡左移，乙醇的物质的量增大。B对：增大HBr浓度，平衡右移，有利于生成溴乙烷。C对：原反应物按物质的量之比1∶1加入，又按物质的量之比1∶1反应，两者的平衡转化率之比为1∶1，若将反应物均增大至2 mol，其平衡转化率之比仍为1∶1。]
11．(2021·辽宁营口期中)在密闭容器中投入一定量反应物发生储氢反应：LaNi5(s)＋3H2(g) LaNi5H6(s)　△H＝－301 kJ·mol－1。在某温度下，达到平衡状态，测得氢气压强为2 MPa。下列说法不正确的是(　　)
A．当LaNi5的浓度不再变化时，该反应达到平衡状态
B．若温度不变，缩小容积至原来的一半，重新达到平衡时H2的压强仍为2 MPa
C．扩大容器的容积，重新达到平衡时n(H2)增多
D．增大压强，降低温度，有利于储氢
A　[LaNi5是固体，在反应过程中，其浓度始终不变，不能根据固体的浓度判断是否达到平衡状态，A项错误；温度不变，缩小容积至原来的一半，平衡常数Kp不变，则重新达到平衡时H2的压强仍为2 MPa，B项正确；扩大容器的容积，相当于减小压强，平衡向逆反应方向移动，重新达到平衡时n(H2)增多，C项正确；该反应的正反应是气体总分子数减小的放热反应，因此增大压强、降低温度，平衡正向移动，有利于储氢，D项正确。]

12．(2021·山西长治二中检测)利用化学反应原理研究化学反应有重要意义。
(1)CO2的减排和综合利用是解决温室及能源问题的有效途径。一定温度下，在体积为1 L的密闭容器中，充入1 mol CO2和3 mol H2，此时压强为p0 kPa，发生反应：CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)，测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图所示。

①0～4 min，H2的平均反应速率v(H2)＝_______mol·L－1·min－1。
②下列能说明该反应已达到平衡状态的是_______(填字母)。
A．v正(CH3OH)＝3v逆(H2)
B．CO2、H2、CH3OH和H2O浓度之比为1∶3∶1∶1
C．恒温恒容下，气体的密度不再变化
D．恒温恒压下，气体的体积不再变化
③测得某时刻，CO2(g)、H2(g)、CH3OH(g)和H2O(g)的浓度均为0.5 mol/L，则此时v(正)________v(逆)(填“＞”“＜”或“＝”)。
(2)工业中，CO2和H2在催化剂Cu/ZnO作用下可发生两个平行反应，分别生成CH3OH和CO。
反应①：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)
反应②：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)
控制CO2和H2初始投料比为1∶3时，温度对CO2平衡转化率及甲醇和CO产率的影响如图所示。

①由图可知，温度升高时CO的产率上升，其主要原因可能是________________________________________________________________________。
②由图可知，获取CH3OH最适宜的温度是______。下列措施有利于提高CO2转化为CH3OH的平衡转化率的有________(填字母)。
A．使用对反应①选择性更高的催化剂
B．压缩体积
C．增大CO2和H2的初始投料比
解析　(1)①0～4 min内，图中Δc(CH3OH)＝0.5 mol·L－1，则有v(CH3OH)＝(0.5 mol·L－1)/4 min＝0.125 mol·L－1·min－1，故反应速率v(H2)＝3v(CH3OH)＝3×0.125 mol·L－1·min－1＝0.375 mol·L－1·min－1。
②v正(CH3OH)代表正反应速率，v逆(H2)代表逆反应速率，达到平衡时，二者之比等于其化学计量数之比，则有3v正(CH3OH)＝v逆(H2)，A错误；达到平衡时，各物质的浓度均保持不变，但CO2、H2、CH3OH和H2O浓度之比为1∶3∶1∶1时，不一定达到平衡状态，B错误；恒温恒容下，气体的总质量和体积不变，则气体的密度始终不变，C错误；恒温恒压下，气体的体积与其物质的量成正比，当气体的体积不再变化时，气体总物质的量不变，该反应达到平衡状态，D正确。
③达平衡时K＝＝5.3，该时刻Qc＝＝4＜5.3，所以平衡正向移动，则此时v(正)>v(逆)。
(2)①由图可知，温度升高时CO的产率上升，说明反应②是吸热反应，升高温度平衡正向移动，CO的产率升高。
②图中250 ℃时CH3OH产率最大，随后升高温度，CH3OH产率下降，故获取CH3OH最适宜的温度是250 ℃。提高CO2转化为CH3OH的平衡转化率，可使用对反应①选择性更高的催化剂，促使反应①更有利于发生，A正确；压缩体积，反应①正向移动，CH3OH的平衡转化率增大，反应②的平衡不移动，B正确；增大CO2和H2的初始投料比，CO2的转化率降低，C错误。
答案　(1)①0.375　②D　③>
(2)①反应②是吸热反应，升高温度平衡正向移动，CO产率升高
②250 ℃　AB
13．(2021·辽宁六校协作体联考)CO2和H2充入一定体积的密闭容器中，反应过程和在两种温度下CH3OH的物质的量随时间的变化如图1所示。

图1
(1)已知图1所示反应每消耗1 mol H2，热量变化是16.3 kJ，则反应的热化学方程式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
曲线Ⅰ、Ⅱ对应的平衡常数大小关系为KⅠ________KⅡ(填“>”“＝”或“<”)。
(2)一定温度下，若此反应在恒压容器中进行，能判断该反应达到化学平衡状态的依据是________(填字母)。
a．容器中压强不变
b．H2的体积分数不变
c．c(H2)＝3c(CH3OH)
d．容器中密度不变
e．2个C===O断裂的同时有3个H—H断裂
(3)一定比例的合成气在装有催化剂的反应器中反应12小时，体系中甲醇的产率和催化剂的催化活性与温度的关系如图2所示。

图2
当温度为470 K时，图中P点________(填“是”或“不是”)处于平衡状态。490 K之后，甲醇产率下降的原因是__________________________________________________________。
解析　(1)由题意知每消耗1 mol H2，热量变化是16.3 kJ，又由图1中CH3OH的物质的量随时间的变化图像可知该反应的正反应为放热反应，则该反应的热化学方程式为CO2(g)＋3H2(g)===CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH＝－48.9 kJ·mol－1；该反应正反应为放热反应，温度越高该反应的平衡常数越小，所以对应的平衡常数大小关系为KⅠ>KⅡ。
(2)一定温度下发生反应CO2(g)＋3H2(g)===CH3OH(g)＋H2O(g)。因为此反应是在恒压容器中进行，容器中压强始终不变，所以压强不变不能判断反应达到化学平衡状态，a项错误；因为压强恒定，且化学方程式两边计量数之和是不等的，所以H2的体积分数不变能说明反应达到化学平衡状态，b项正确；c(H2)＝3c(CH3OH)不能说明正、逆反应速率相等，所以不能判断化学反应是否达到平衡状态，c项错误；容器中密度ρ＝，反应物和生成物都是气体，因为反应是在恒压容器中进行且反应后气体体积减小，所以密度不变可以说明反应达到化学平衡状态，d项正确；CO2和H2都是反应物，只要2个C===O断裂的同时就有3个H—H断裂，不能说明正反应速率和逆反应速率相等，e项错误。
(3)在490 K之前，甲醇产率随着温度升高而增大的原因是：反应尚未达到平衡，温度越高化学反应速率越快；490 K之后，甲醇产率下降的原因是：反应达到平衡后升高温度，平衡逆向移动，且催化剂活性降低。
答案　(1)CO2(g)＋3H2(g)===CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH＝－48.9 kJ·mol－1　>
(2)bd　(3)不是　反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，且催化剂活性降低