专题七　化学反应速率　化学平衡 (解析版)

这是一份专题七　化学反应速率　化学平衡 (解析版)，共58页。
专题七　化学反应速率　化学平衡
明课程标准
备关键能力
1．知道化学反应速率的表示方法，了解测定化学反应速率的简单方法。通过实验探究，了解温度、浓度、压强和催化剂对化学反应速率的影响。知道化学反应是有历程的，认识基元反应的活化能对化学反应速率的影响。
2．知道化学反应是有方向的，知道化学反应的方向与反应的焓变和熵变有关。认识化学平衡常数是表征反应限度的物理量，知道化学平衡常数的含义。了解浓度商和化学平衡常数的相对大小与反应方向间的联系。通过实验探究，了解浓度、压强、温度对化学平衡状态的影响。
1．理解与辨析：理解化学反应速率和化学平衡等概念和原理，能根据条件改变，以定性和定量等角度辨析化学反应及平衡状态。
2．分析与推测：能运用速率和平衡理论分析化学平衡状态，建立分析化学平衡问题的思维模型，分析速率变化及平衡移动。
3．探究与创新：能借助实验探究条件改变对速率、平衡的影响，并运用化学反应原理解决生产生活中的实际问题。


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GAO KAO ZHEN TI DAO HANG
　　　　　　
1．(2021·全国乙卷T)一氯化碘(ICl)是一种卤素互化物，具有强氧化性，可与金属直接反应，也可用作有机合成中的碘化剂。回答下列问题：
(1)历史上海藻提碘中得到一种红棕色液体，由于性质相似，Liebig误认为是ICl，从而错过了一种新元素的发现，该元素是__溴(或Br)__。
(2)氯铂酸钡(BaPtCl6)固体加热时部分分解为BaCl2、Pt和Cl2,376．8 ℃时平衡常数Kp＝1．0×104 Pa2，在一硬质玻璃烧瓶中加入过量BaPtCl6，抽真空后，通过一支管通入碘蒸气(然后将支管封闭)，在376．8 ℃，碘蒸气初始压强为20．0 kPa。376．8 ℃平衡时，测得烧瓶中压强为32．5 kPa，则pICl__24．8__kPa，反应2ICl(g)===Cl2(g)＋I2(g)的平衡常数K＝____(列出计算式即可)。
(3)McMorris测定和计算了在136～180 ℃范围内下列反应的平衡常数Kp。
2NO(g)＋2ICl(g)2NOCl(g)＋I2(g)　Kp1
2NOCl(g)2NO(g)＋2Cl2(g)　Kp2
得到lg Kp1～和lg Kp2～均为线性关系，如下图所示：

①由图可知，NOCl分解为NO和Cl2反应的ΔH__大于__0；(填“大于”或“小于”)
②反应2ICl(g)===Cl2(g)＋I2(g)的K＝__Kp1·Kp2__(用Kp1、Kp2表示)：该反应的ΔH__大于__0(填“大于”或“小于”)，写出推理过程__设T′>T，即|lg Kp1(T′)###
！！！－lg_Kp1(T)|＝lg_Kp1(T)－lg_Kp1(T′)，则：lg[Kp2(T′)·Kp1(T′)]>lg[Kp2(T)·Kp1(T)]，即K(T′)>K(T)，因此该反应正反应为吸热反应，即ΔH大于0__。
(4)Kistiakowsky曾研究了NOCl光化学分解反应，在一定频率(ν)光的照射下机理为：
NOCl＋hν―→NOCl*
NOCl＋NOCl*―→2NO＋Cl2
其中hν表示一个光子能量，NOCl*表示NOCl的激发态。可知，分解1 mol的NOCl需要吸收__0．5__mol光子。
【解析】　(1)红棕色液体，推测为溴单质，因此错过发现的元素是溴(或Br)；
(2)由题意知376．8 ℃时玻璃烧瓶中发生两个反应：BaPtCl6(s)BaCl2(s)＋Pt(s)＋2Cl2(g)、Cl2(g)＋I2(g)2ICl(g)。BaPtCl6(s)BaCl2(s)＋Pt(s)＋2Cl2(g)的平衡常数Kp′＝1．0×104Pa2，则平衡时p2(Cl2)＝1．0×104Pa2，平衡时p(Cl2)＝100 Pa，设到达平衡时I2(g)的分压减小pkPa，则
Cl2(g)　＋　I2(g)2ICl(g)
开始/(kPa) 20．0 0
变化/(kPa) p 2p
平衡/(kPa) 0．1 20．0－p 2p
376．8 ℃平衡时，测得烧瓶中压强为32．5 kPa，则0．1＋20．0＋p＝32．5，解得p＝12．4，则平衡时PICl＝2p kPa＝2×12．4 kPa＝24．8 kPa；则平衡时，I2(g)的分压为(20．0－p)kPa＝(20×103－12．4×103)Pa，PICl＝24．8 kPa＝24．8×103Pa，p(Cl2)＝0．1 kPa＝100 Pa，因此反应2ICl(g)===Cl2(g)＋I2(g)的平衡常数K＝；
(3)①结合图可知，温度越高，越小，lg Kp2越大，即Kp2越大，说明升高温度平衡2NOCl(g)2NO(g)＋Cl2(g)正向移动，则NOCl分解为NO和Cl2反应的ΔH大于0；
②Ⅰ．2NO(g)＋2ICl(g)2NOCl(g)＋I2(g)　Kp1
Ⅱ．2NOCl(g)2NO(g)＋Cl2(g)　Kp2
Ⅰ＋Ⅱ得2ICl(g)===Cl2(g)＋I2(g)，则2ICl(g)===Cl2(g)＋I2(g)的K＝Kp1·Kp2；该反应的ΔH大于0；推理过程如下：设T′>T，即|lg Kp1(T′)－lg Kp1(T)|＝lg Kp1(T)－lg Kp1(T′)，
则：lg[Kp2(T′)·Kp1(T′)]>lg[Kp2(T)·Kp1(T)]，即K(T′)>K(T)，因此该反应正反应为吸热反应，即ΔH大于0；
(4)Ⅰ．NOCl＋hν―→NOCl*
Ⅱ．NOCl＋NOCl*―→2NO＋Cl2
Ⅰ＋Ⅱ得总反应为2NOCl＋hν===2NO＋Cl2，因此2 mol NOCl分解需要吸收1 mol光子能量，则分解1 mol的NOCl需要吸收0．5 mol光子。
2．(2021·全国甲卷节选)二氧化碳催化加氢制甲醇，有利于减少温室气体二氧化碳。回答下列问题：
(1)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)
该反应一般认为通过如下步骤来实现：
①CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g)　ΔH1＝＋41 kJ·mol－1
②CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(g)　ΔH2＝－90 kJ·mol－1
总反应的ΔH__－49__kJ·mol－1；
(2)合成总反应在起始物n(H2)/n(CO2)＝3时，在不同条件下达到平衡，设体系中甲醇的物质的量分数为x(CH3OH)，在t＝250 ℃下的x(CH3OH)～p、在p＝5×105 Pa下的x(CH3OH)～t如图所示。

①用各物质的平衡分压表示总反应的平衡常数，表达式Kp＝____；
②图中对应等压过程的曲线是__b__，判断的理由是__总反应ΔH0为例：反应速率－时间(v－t)图像中，在平衡后的某时刻t1改变某一条件后，v(正)与v(逆)的变化有两种情况：
(1)v(正)、v(逆)同时突变


(2)v(正)、v(逆)之一渐变

3．化学平衡图像的三种类型
对于反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，m＋n>p＋q，且ΔH>0。
(1)速率－时间图

t1时增大反应物的浓度，正反应速率瞬间增大，然后逐渐减小，而逆反应速率逐渐增大；t2时升高温度，对任何反应，正反应和逆反应速率均增大，吸热反应的正反应速率增大较快；t3时减小压强，正反应速率和逆反应速率均减小；t4时使用催化剂，正反应速率和逆反应速率均瞬间增大。
(2)转化率(或含量)－时间图

甲表示压强对反应物转化率的影响，对于气体反应物化学计量数之和大于气体生成物化学计量数之和的反应，压强越大，反应物的转化率越大；乙表示温度对反应物转化率的影响，对于吸热反应，温度越高，反应物的转化率越大；丙表示催化剂对反应物转化率的影响，催化剂只能改变化学反应速率，不能改变平衡时反应物的转化率。
(3)恒压(温)线

分析时可沿横轴作一条平行于纵轴的虚线，即为等压线或等温线，然后分析另一条件变化对该反应的影响。

关键能力·突破
GUAN JIAN NENG LI TU PO
考点一　化学反应速率、化学平衡及其影响因素
角度　化学反应速率的影响因素及计算
典例1　＋＋＋(2021·太原模拟)利用活性炭可以处理NO的污染，其原理为C(s)＋2NO(g)N2(g)＋CO2(g)　ΔHm2>m3__，理由是__温度相同时，c(H2)增大，CO2平衡转化率增大，平衡向正反应方向移动__。

(3)在Cu/ZnO催化剂存在下，将CO2与H2混合可合成甲醇，同时发生以下两个平行反应：
反应ⅠCO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)
ΔH1＝－53．7 kJ/mol
反应ⅡCO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)
ΔH2＝＋41．2 kJ/mol
控制一定的CO2和H2初始投料比，在相同压强下，经过相同反应时间测得如下实验数据(其中“甲醇选择性”是指转化的CO2中生成甲醇的百分比)：
实验序号
T/K
催化剂
CO2转化率/%
甲醇选择性/%
实验1
543
Cu/ZnO纳米棒
12．3
42．3
实验2
543
Cu/ZnO纳米片
10．9
72．7
实验3
553
Cu/ZnO纳米棒
15．3
39．1
实验4
553
Cu/ZnO纳米片
12．0
71．6

①对比实验1和实验3可发现：同样催化剂条件下，温度升高，CO2转化率升高，而甲醇的选择性却降低，请解释甲醇选择性降低的可能原因__反应Ⅰ是放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，因此甲醇的产率减小，甲醇的选择性降低__；
②对比实验1和实验2可发现：在同样温度下，采用Cu/ZnO纳米片使CO2转化率降低，而甲醇的选择性却提高，请解释甲醇的选择性提高的可能原因__Cu/ZnO纳米片对反应Ⅰ的催化作用更好，测定时间内得到的甲醇较多，甲醇选择性提高__。
③有利于提高CO2转化为CH3OH平衡转化率的措施有__cd__。
a．使用Cu/ZnO纳米棒做催化剂
b．使用Cu/ZnO纳米片做催化剂
c．降低反应温度
d．投料比不变，增加反应物的浓度
e．增大的初始投料比
(4)以纳米二氧化钛膜为工作电极，稀硫酸为电解质溶液，在一定条件下通入CO2，电解，在阴极可制得低密度聚乙烯H2C—CH2(简称LDPE)。
①电解时，阴极的电极反应式是__2n CO2＋12n H＋＋12n e－===H2C—CH2＋4n H2O__。
②工业上生产1．4×104 kg的LDPE，理论上需要标准状况下__2．24×107__L的CO2。
【解析】　(1)①2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH＝－571．6 kJ/mol；②2C8H18(l)＋25O2(g)===16CO2(g)＋18H2O(l)　ΔH＝－11 036 kJ/mol，(①×25－②)÷2，整理可得：8CO2(g)＋25H2(g)===C8H18(l)＋16H2O(l)　ΔH＝－1 627 kJ/mol；
(2)CO2催化加氢合成乙醇的反应原理是2CO2(g)＋6H2(g)C2H5OH(g)＋3H2O(g)　ΔH＝－173．6 kJ/mol，根据方程式可知：CO2、H2都是反应物，根据平衡移动原理可知，在温度不变时，c(H2)增大，平衡正向移动，CO2转化率增大，即一定温度下二氧化碳转化率随m(为起始时的投料比)增大而增大，根据图示可知转化率：m1＞m2＞m3，所以m1、m2、m3投料比从大到小的顺序为m1＞m2＞m3；
(3)①同样催化剂条件下，温度升高，CO2转化率升高，而甲醇的选择性却降低的原因是反应Ⅰ为生成甲醇的反应，该反应是放热反应，升高温度，平衡逆向移动，因此甲醇的产率减小，甲醇的选择性降低；②在同样温度下，采用Cu/ZnO纳米片使CO2转化率降低，而甲醇的选择性却提高的可能原因是在该时间内，使用Cu/ZnO纳米片催化剂使反应Ⅰ速率增加，因此测得该时间内得到的甲醇较多，甲醇选择性提高；③a．使用Cu/ZnO纳米棒做催化剂，对化学平衡无影响，无法提高CO2转化为CH3OH平衡转化率，a错误；b．使用Cu/ZnO纳米片做催化剂，催化剂不影响化学平衡移动，无法提高CO2转化为CH3OH平衡转化率，b错误；c．该反应为放热反应，降低反应温度，平衡向正反应方向移动，可提高CO2转化为CH3OH平衡转化率，c正确；d．投料比不变，增加反应物氢气的浓度，可提高CO2转化为CH3OH平衡转化率，d正确；e．增大CO2和H2的初始投料比，二氧化碳浓度增大，则CO2转化率降低，e错误。故合理选项为cd；
(4)电解过程中阴极上CO2发生还原反应生成H2C—CH2：由C原子守恒可知关系式为2nCO2→H2C—CH2，碳的化合价从＋4变为－2，每个C原子得到6个电子，则2nCO2总共得到12n个电子，结合电荷守恒可得该电极反应式为2nCO2＋12e－＋12n H＋===H2C—CH2＋4n H2O，需要二氧化碳的物质的量为n(CO2)＝＝×2n＝1×106 mol，则在标准状况下CO2的体积为V(CO2)＝1×106 mol×22．4 L/mol＝2．24×107 L。

思维建模
解答化学平衡移动问题的步骤

其中条件改变可以按以下思路分析：


〔类题通关〕
1．(2021·人大附中模拟)一定温度下，在容积恒为1 L的容器中通入一定量N2O4，发生反应N2O4(g)===2NO2(g)　ΔH>0，各组分浓度随时间(t)的变化如下表。
t/s
0
10
20
30
40
c(N2O4)/(mol/L)
0．100
0．062
0．048
0．040
0．040
c(NO2)/(mol/L)
0
0．076
0．104
0．120
0．120

下列说法不正确的是(　C　)
A．0～30 s，N2O4的平均反应速率为v＝0．12 mol/(L·min)
B．降低温度，反应的化学平衡常数值减小
C．40 s时，再充入N2O4 0．04 mol、NO2 0．2 mol，平衡不移动
D．增大容积使平衡正移，达新平衡后混合气颜色比原平衡时浅
【解析】　由表中数据知，0～30 s，N2O4的浓度由0．100 mol/L变为0．040 mol/L，则N2O4的平均反应速率为v＝＝0．002 mol/(L·s)＝0．12 mol/(L·min)，A正确；该反应ΔH>0，降低温度，平衡逆向移动，反应的化学平衡常数值减小，B正确；40 s时，反应已达平衡，据表中数据，平衡常数K＝＝＝0．36,40 s时，充入N2O4 0．04 mol、NO2 0．2 mol后，c(NO2)＝0．32 mol/L，c(N2O4)＝0．080 mol/L，此时浓度商Qc＝＝1．28>K，则平衡会逆向移动，C错误；增大容积平衡正移，由勒夏特列原理，混合气体颜色先变浅后变深，最终颜色比原平衡时浅，D正确。
2．(2021·绍兴模拟)T0温度下，向2 L真空密闭容器中加入N2O3固体，发生反应：N2O3(s)NO2(g)＋X(g)(未配平)，反应过程如图，下列说法正确的是(　B　)

A．X可能为N2
B．0～2 min用N2O3表示的反应速率为1 mol·min－1
C．第2 min时逆反应速率大于第4 min时逆反应速率
D．第4 min时，保持温度和容积不变，向容器中再加入N2O3，混合气体颜色加深
【解析】　由图像可知，2 min时N2O3物质的量变化为2 mol、NO2的物质的量变化为2 mol，N2O3、NO2系数比为1∶1，根据元素守恒，X为NO，A错误；0～2 min内N2O3物质的量变化为2 mol，所以0～2 min用N2O3表示的反应速率为1 mol·min－1，B正确；第2 min时NO2的浓度小于第4 min时NO2的浓度，所以第2 min时逆反应速率小于第4 min时逆反应速率，C错误；N2O3是固体，第4 min时，保持温度和容积不变，向容器中再加入N2O3，平衡不移动，混合气体颜色不变，D错误。
3．(2021·贵阳模拟)煤制天然气的过程中涉及到煤气化反应和水气变换反应。
煤气化反应Ⅰ：C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)　ΔH＝＋135 kJ·mol－1
水气变换反应Ⅱ：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　ΔH＝－42．3 kJ·mol－1
回答下列问题：
(1)C(s)＋2H2O(g)CO2(g)＋2H2(g)　ΔH＝__＋92．7_kJ·mol－1__．
(2)图1表示不同温度条件下，反应Ⅰ发生后的汽气比(水蒸气与CO物质的量之比)与CO平衡转化率的变化关系．
①判断T1、T2和T3由大到小的关系为__T3>T2>T1__；
②若经反应Ⅰ发生后的汽气比为0．8，所得混合气体经反应Ⅱ后，得到CO与H2的物质的量之比为1∶3，则反应Ⅱ应选择的温度是__T3__(填“T1”“T2”或“T3”)。

(3)为了进一步探究反应条件对反应Ⅱ的影响，某活动小组设计了三个实验，实验曲线如图2所示：
编号
温度
压强
c始(CO)
c始(H2O)
甲
530 ℃
3 MPa
1．0 mol·L－1
3．0 mol·L－1
乙
X
Y
1．0 mol·L－1
3．0 mol·L－1
丙
630 ℃
5 MPa
1．0 mol·L－1
3．0 mol·L－1


①请依据图2的实验曲线补充完整表格中的实验条件：X＝__530__℃，Y＝__5__MPa。
②实验丙从开始至5 min末，平均反应速率v(CO)＝__0．12_mol·L－1·min－1__。
③达平衡时CO的转化率：实验乙__大于__实验丙(填“大于”“小于”或“等于”)。
④530 ℃时，反应Ⅱ的平衡常数K＝1。若往某刚性容器中投入0．2 mol CO(g)、0．2 mol H2O(g)、0．1 mol CO2(g)、0．1 mol H2(g)，列简式计算并说明该反应进行的方向__Qc＝＝T2>T1；
②经反应Ⅰ发生后的汽气比为0．8，则设此时水蒸气物质的量为0．8 mol，CO物质的量为1 mol，根据反应Ⅰ可知此时氢气的物质的量为1 mol，设CO的转化率为x，则对于反应Ⅱ列三段式：
CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)
起始/mol 1 0．8 0 1
变化/mol x x x x
平衡/mol 1－x 0．8－x x 1＋x
经反应Ⅱ后，得到CO与H2的物质的量之比为1∶3，则(1－x)∶(1＋x)＝1∶3，解得x＝0．5，对比图可知，反应Ⅱ应选择的温度是T3；
(3)为了进一步探究反应条件对反应Ⅱ的影响，则应该控制变量：
①由表格可知CO、水蒸气起始浓度相同，则X为530 ℃或630 ℃，Y为3 MPa或5 MPa，结合图可知乙和甲平衡时CO浓度相同，乙先达平衡，则说明甲和乙不同的是压强，乙的压强比甲大，因此Y＝5 MPa，丙和乙不同的是温度且乙的温度较低，因此X＝530 ℃，即填530；5；
②实验丙从开始至5 min末，CO浓度减小1．0 mol/L－0．4 mol/L＝0．6 mol/L，平均反应速率v(CO)＝0．6 mol/L÷5 min＝0．12 mol·L－1·min－1；
③实验乙和丙起始CO浓度相同，平衡时实验乙的CO浓度更小，则实验乙中CO的转化率更大，即达平衡时CO的转化率实验乙大于实验丙；
④若往某刚性容器中投入0．2 mol CO(g)、0．2 mol H2O(g)、0．1 mol CO2(g)、0．1 mol H2(g)，设体积为1 L，则此时反应Ⅱ的Qc＝＝__0。相同温度下CO2转化率低于乙苯，推知发生了副反应CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)，由图像知该反应ΔH__>__0。
(3)某研究团队找到乙苯直接脱氢的高效催化剂，反应原理如图：
(g)H2(g)＋ (g)　ΔH1
①已知部分化学键键能数据如表所示：
共价键
C—C
C—H
C==C
H—H
键能(kJ/mol)
347．7
413．4
615
436

则ΔH1＝__＋123．5_kJ/mol__。
②实际过程中，通常向乙苯中掺入水蒸气，保持体系总压为100 kPa的条件下进行。乙苯平衡转化率与温度、投料比m的关系如图3。则投料比m1、m2、m3由大到小的关系为__m3>m2>m1__。
③若m2＝5∶1，则A点温度下，该反应的平衡常数Kp＝__50_kPa__。若其他条件不变，将恒压调整为恒容状态，则A点对应的乙苯的平衡转化率__减小__(填“增大”“不变”或“减小”)。

(4)实验测得，乙苯脱氢的速率方程为v正＝k正p乙苯，v逆＝k逆p苯乙烯p氢气(k正、k逆为速率常数，只与温度有关)，图4中③代表lg k逆随的变化关系，则能代表lg k正随的变化关系的是__④__。
【解析】　(1)根据图1所示信息可知，途径2反应分别为：Ⅰ． (g)=== (g)＋H2(g)
Ⅱ．CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g)，
途径1反应为：
Ⅲ．CO2(g)＋ (g) (g)＋CO(g)＋H2O(g)则Ⅲ＝Ⅰ＋Ⅱ，故K3＝K1×K2；
(2)由图2所示信息可知，温度越高苯乙烯的体积分数越大，说明反应的化学平衡正向移动，故正反应为吸热反应ΔH3＞0；相同温度下CO2转化率低于乙苯，说明副反应生成的CO2随温度升高也越来越多，即升高温度副反应CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)化学平衡正向移动，由图像知该反应ΔH＞0；
(3)①根据反应热等于反应物的键能之和减去生成物的键能之和可知，反应物和生成物中均含有苯环，故苯环上的化学键未改变，故反应物中断裂了两个C—H和1个C—C，生成物生成了一个C===C和一个H—H，则ΔH1＝E(C—C)＋2E(C—H)－E(C===C)－E(H—H)＝347．7 kJ/mol＋2×413．4 kJ/mol－615 kJ/mol－436 kJ/mol＝＋123．5 kJ/mol；
②该反应是气体体积增大的反应，恒压条件下，向乙苯蒸气中掺入水蒸气，相当于减小压强，平衡正向移动，乙苯平衡转化率增大，即投料比越大，乙苯的平衡转化率越小，由图可知，在m1、m2、m3条件乙苯平衡转化率依次减小，则m3＞m2＞m1；
③若m2＝5∶1，设乙苯的物质的量为5a mol，则水蒸气为a mol，根据三段式计算可知：
乙苯(g)H2(g)＋苯乙烯(g)
起始量(mol) 5a 0 0
转化量(mol) 5a×60% 3a 3a
平衡量(mol) 2a 3a 3a
则A点温度下，乙苯的平衡分压为：p(乙苯)＝×100 kPa＝ kPa，H2和苯乙烯的平衡分压为p(H2)＝p(苯乙烯)＝×100 kPa＝ kPa，该反应的平衡常数Kp＝＝＝50 kPa，由于该反应的正反应为气体体积增大的方向，若其他条件不变，将恒压调整为恒容状态，相当于增大压强，平衡逆向移动，故则A点对应的乙苯的平衡转化率减小；
(4)实验测得，乙苯脱氢的速率方程为v正＝k正p乙苯，v逆＝k逆p苯乙烯p氢气(k正、k逆为速率常数，只与温度有关)，图4中③代表lg k逆随的变化关系，达到平衡时，v正＝v逆，即k正p乙苯＝k逆p苯乙烯p氢气，则有＝＝K，由(3)①可知该反应正反应是一个吸热反应，故温度越高平衡正向移动，K增大，越大，T越小，则K越小，即越小，故能代表lg k正随的变化关系的是④。

方法技巧
化学平衡计算的一般方法——“三段式法”
对于反应：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)＋n(B)(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
建立等式求解：
(1)K＝
(2)c(A)平＝ mol·L－1
(3)α(A)平＝×100%
α(A)∶α(B)＝∶＝
(4)φ(A)＝×100%
(5)＝
(6)(混)＝ g·L－1

〔类题通关〕
1．(2021·南昌模拟)在体积可变的恒压密闭容器中，一定量的CO2与足量碳发生反应：C(s)＋CO2(g)2CO(g)。平衡时，体系中气体体积分数与温度的关系如图。下列说法正确的是(　C　)

A．升高温度，反应速率增大，K减小
B．550 ℃时，在平衡体系中充入惰性气体，平衡不移动
C．650 ℃时，CO2的平衡转化率为25．0%
D．T1 ℃时，在平衡体系中充入等体积的CO2和CO，平衡将向左移动
【解析】　由图可知，温度越高，CO的体积分数越大，为吸热反应，K与温度有关，则升高温度，反应速率增大，平衡正向移动，K增大，故A错误；可变的恒压密闭容器中反应，550 ℃时若充入惰性气体，相当于减小压强，则v正，v逆均减小，又该反应是气体体积增大的反应，则平衡正向移动，故B错误；由图可知，650 ℃时，反应达平衡后CO的体积分数为40%，设开始加入的二氧化碳为1 mol，转化了x mol，则生成CO2 x mol，×100%＝40%，解得x＝0．25 mol，CO2的平衡转化率为×100%＝25%，故C正确；T1 ℃时，若再充入1 mol CO2和1 mol CO，气体压强不变导致容器体积增大，气体反应物和生成物浓度不变，平衡不移动，故D错误。
2．(2021·郑州模拟)二甲醚(DME)正逐渐替代化石燃料。有多种方法制备二甲醚，回答下列问题。
(1)合成气制二甲醚：4H2(g)＋2CO(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)　ΔH＝－204．7 kJ·mol－1
①已知：H2O(g)===H2O(l)　ΔH＝－44．0 kJ·mol－1，H2(g)的燃烧热ΔH＝－285．8 kJ·mol－1，CO(g)的燃烧热ΔH＝－283．0 kJ·mol－1。则二甲醚的燃烧热ΔH＝__－1_460．5__kJ·mol－1。
②300 ℃，1 L恒容密闭容器中充入4 mol H2和2 mol CO，测得容器内压强变化如下：
反应时间/min
0
5
10
15
20
25
压强/MPa
12．4
10．2
8．4
7．0
6．2
6．2

反应进行到20 min时，H2的转化率为__75%__，CO的平均反应速率v(CO)＝__0．075__mol·L－1·min－1。该温度下的平衡常数K＝__3__(mol·L)－4。
(2)CO2催化加氢制二甲醚，可以实现CO2的再利用。该过程主要发生如下反应：
Ⅰ．CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)　ΔH＝＋41．7 kJ·mol－1
Ⅱ．2CO2(g)＋6H2(g)CH3OCH3(g)＋3H2O(g)　ΔH＝－122．5 kJ·mol－1
恒压条件下，CO2、H2起始量相等时，CO2的平衡转化率和CH3OCH3的选择性随温度变化如图。已知：CH3OCH3的选择性＝×100%

①300 ℃时，通入CO2、H2各1 mol，平衡时CH3OCH3的选择性、CO2的平衡转化率都为30%，平衡时生成CH3OCH3的物质的量＝__0．045__mol。温度高于300 ℃，CO2的平衡转化率随温度升高而上升的原因是__升高温度，反应Ⅰ正向进行，CO2的平衡转化率上升；反应Ⅱ逆向进行，CO2的平衡转化率下降，300_℃后升温，上升幅度大于下降幅度__。
②220 ℃时，CO2和H2反应一段时间后，测得A点CH3OCH3的选择性为48%，不改变反应时间和温度，一定能提高CH3OCH3的选择性的措施有__增大压强、使用对反应Ⅱ催化活性更高的催化剂__。
【解析】　(1)①(ⅰ)H2(g)的燃烧热化学方程式为H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH＝－285．8 kJ·mol－1，
(ⅱ)CO(g)的燃烧热化学方程式为CO(g)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝－283．0 kJ·mol－1，
(ⅲ)4H2(g)＋2CO(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)　ΔH＝－204．7 kJ·mol－1，
(ⅳ)H2O(g)===H2O(l)　ΔH＝－44．0 kJ·mol－1，
由盖斯定律，反应4(ⅰ)＋2(ⅱ)－(ⅲ)－(ⅳ)得到二甲醚的燃烧热化学方程式CH3OCH3(g)＋3O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(l)　ΔH＝[4×(－285．8)＋2(－283．0)－(－204．7)－(－44．0)]kJ·mol－1＝－1 460．5 kJ·mol－1；
②从反应开始到20 min时，设CO的浓度变化量是x，
CO(g)　＋　2H2(g)CH3OH(g)
初始浓度/mol/L 2 4 0
变化浓度/mol/L x 2x x
平衡浓度/mol/L 2－x 4－2x x
根据反应前后压强之比等于物质的量之比，则＝，解得x＝1．5 mol/L；反应进行到20 min时，H2的转化率为×100%＝75%，CO的平均反应速率v(CO)＝＝＝0．075 mol/(L·min)，平衡时，CO、H2、CH3OH的浓度分别为0．5 mol/L、1 mol/L、1．5 mol/L，该温度下的平衡常数K＝＝＝3；
(2)①300 ℃时CO2的平衡转化率为30%，则消耗CO2 0．3 mol，CH3OCH3的选择性为30%，则生成CH3OCH3的物质的量为0．3×0．3 mol÷2＝0．045 mol；
根据图中信息，温度高于300 ℃时，CO2平衡转化率随温度升高而上升的原因是反应Ⅰ是吸热反应，反应向吸热反应方向移动即正向移动，反应Ⅱ是放热反应，升高温度，平衡向吸热反应方向移动即逆向移动，升高温度，对反应Ⅱ的影响大于反应Ⅰ，因此CO2平衡转化率随温度升高而上升；
②提高CH3OCH3选择性，即要使反应Ⅱ平衡正向移动，由题意得，反应Ⅰ是气体体积不变的反应，而反应Ⅱ是气体体积减小的反应，增大压强，反应Ⅱ平衡正向移动，而对反应Ⅰ没有影响，还可以选择对反应Ⅱ催化活性更高的催化剂。
考点三　化学反应速率和化学平衡图像分析
角度　解释曲线变化的原因
典例1　＋＋＋正戊烷异构化为异戊烷是油品升级的一项重要技术，正戊烷和异戊烷的部分性质如表所示。在合适的催化剂和一定压强下正戊烷异构化为异戊烷，正戊烷的平衡转化率(α)随温度的变化关系如图所示。下列说法正确的是(　A　)
名称
结构简式
熔点/℃
沸点/℃
正戊烷
CH3CH2CH2CH2CH3
－129．7
36
异戊烷
(CH3)2CHCH2CH3
－159．9
27．8

A．28～36 ℃时，随温度的升高，正戊烷的平衡转化率增大，原因是异戊烷汽化从平衡体系中分离出去致使平衡正向移动
B．28～36 ℃时，随温度的升高，正戊烷异构化为异戊烷的反应平衡常数减小
C．150 ℃时，若将平衡体系压强从100 kPa升高到500 kPa，正戊烷的平衡转化率增大
D．150 ℃时，若正戊烷异构化为异戊烷的反应平衡常数为，则正戊烷的平衡转化率为23．8%
【解析】

设150 ℃时CH3CH2CH2CH2CH3(g) 的起始物质的量为1 mol，根据题图可知，达到平衡时正戊烷反应了m mol，则有
CH3CH2CH2CH2CH3(g)(CH3)2CHCH2CH3(g)
开始量/mol 1 0
转化量/mol m m
平衡量/mol 1－m m
K＝＝，解得m＝0．4，则正戊烷的平衡转化率＝×100%＝40%，D项错误。
角度　综合分析与判断
典例2　＋＋＋含氮化合物对环境、生产和人类生命活动等具有很大的影响。请按要求回答下列问题：
(1)利用某分子筛作催化剂，NH3可脱除工厂废气中的NO、NO2，反应机理如下图所示。A包含物质为H2O和__N2__(填化学式)

(2)已知：4NH3(g)＋6NO(g)===5N2(g)＋6H2O(g)　ΔH1＝－a kJ/mol
4NH3(g)＋5O2(g)===4NO(g)＋6H2O(g)　ΔH2＝－b kJ/mol
H2O(l)===H2O(g)　ΔH3＝＋c kJ/mol
则反应4NH3(g)＋3O2(g)===2N2(g)＋6H2O(l)的ΔH＝__－(2a＋3b＋30c)__kJ/mol
(3)工业上利用氨气生产氢氰酸(HCN)的反应为CH4(g)＋NH3(g)HCN(g)＋3H2(g)　ΔH>0。
①其他条件一定，达到平衡时NH3转化率随外界条件X变化的关系如图甲所示。则X可以是__bd__(填字母序号)

a．温度　　　　　　 b．压强
c．催化剂 d．
②在一定温度下，向2 L密闭容器中加入n mol CH4和2 mol NH3，平衡时NH3体积分数随n变化的关系如图乙所示。

a点时，CH4的转化率为__25__%；平衡常数：K(a)__＝__K(b)(填“>”“＝”或“__T2(填“>”或“