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2020届高考化学专题三第13讲化学反应速率与化学平衡教案（含解析）
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第13讲 化学反应速率与化学平衡
[考纲·考向·素养]
考纲要求
热点考向
核心素养
(1)了解化学反应的可逆性及化学平衡的建立。
(2)理解外界条件(浓度、温度、压强、催化剂等)对反应速率和化学平衡的影响，能用相关理论解释其一般规律。
(3)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。
(4)掌握化学平衡常数的含义，能利用化学平衡常数进行计算。
(1)化学反应速率的计算及影响因素
(2)化学平衡状态的判定
(3)化学平衡的移动、影响因素及化学平衡图像
(4)化学平衡常数、转化率的相关计算
科学探究与创新意识：通过科学探究设计实验方案，探究浓度、温度、催化剂，固体表面积等对化学反应速率的影响，以及温度对化学平衡移动的影响。
证据推理与模型认知：通过平衡时反应物和生成物浓度的实验数据，论证推理平衡时反应物和生成物浓度满足的关系，建立平衡常数的概念，并利用平衡常数和浓度熵的关系，建立判断平衡移动的方法模型。
变化观念与平衡思想：利用变量与控制的方法科学探究影响速率和平衡的因素，运用平衡思想研究化学反应平衡时满足的关系和平衡状态的建立，利用变化观念讨论外界条件改变对速率和平衡移动的影响。
科学态度与社会责任：利用速率和平衡理论解决工业生产中的产量、环境保护循环利用问题，具有理论联系实际观念。
1．一念对错(正确的划“√”，错误的划“×”)
(1)随着反应的进行，化学反应速率一定逐渐减小(×)
(2)增大压强，化学反应速率一定加快(×)
(3)对于固体或纯液体反应物，其浓度视为常数，故不能用固体或纯液体物质表示化学反应速率(√)
(4)不论是放热反应还是吸热反应，升高温度化学反应速率都增大(√)
(5)对于一个化学反应来说，其反应速率越大，反应现象就越明显(×)
(6)加入少量CH3COONa晶体可以减小Zn与稀硫酸反应的速率，但不影响产生H2的总量(√)
(7)增大反应物的浓度和升高温度，均能够增大活化分子的百分含量，所以反应速率增大。(×)
(8)可逆反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，若2v(O2)＝v(SO2)，说明反应达到平衡状态。(×)
(9)催化剂能改变化学反应速率和化学平衡常数。(×)
(10)一定条件下，K值越大，平衡时反应物的转化率越大，正反应进行的程度越大。(√)
(11)改变条件，使反应物的平衡转化率增大，该可逆反应的平衡常数一定增大。(×)
(12)在3种不同条件下，分别向容积为2 L的恒容密闭容器中充入2 mol A和1 mol B，发生反应：2A(g)＋B(g)2D(g) ΔH＝Q kJ·mol－1。相关条件和数据见下表：
实验编号
实验Ⅰ
实验Ⅱ
实验Ⅲ
反应温度/℃
700
700
750
达平衡时间/min
40
5
30
n(D)平衡/mol
1.5
1.5
1
化学平衡常数
K1
K2
K3
其中，K1＝K2＞K3，实验Ⅱ可能使用了催化剂。(√)
(13)对于反应COCl2(g)CO(g)＋Cl2(g)。改变下列条件：①升温 ②恒容下通入惰性气体 ③增加COCl2浓度 ④减压 ⑤加催化剂 ⑥恒压下通入惰性气体，能加快反应速率的是①③⑤(√)
(14)CaSO4(s)＋CO(g)CaO(s)＋SO2(g)＋CO2(g) ΔH1＝218.4 kJ·mol－1，该反应能够自发进行的反应条件是高温。(√)
(15)在FeCl3溶液中滴加无色的KSCN溶液后，有以下可逆反应存在：FeCl3＋3KSCNFe(SCN)3＋3KCl。已知Fe(SCN)3呈红色，则在该平衡体系中加入少量KCl晶体后(忽略溶液体积的变化)，红色将不变(√)
2．按要求填空。
(1)形状大小相同的铁块、铝块分别与等浓度的盐酸反应生成氢气的速率：铁________(填“大于”“小于”或“等于”)铝。
(2)对于反应Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑，改变下列条件对生成氢气的速率有何影响(填“增大”“减小”或“不变”)?
①升高温度：________；
②增大盐酸浓度：________；
③增大铁的质量：________；
④增加盐酸体积：______________________________________________________；
⑤把铁片改成铁粉：________；
⑥滴入几滴CuSO4溶液：________；
⑦加入NaCl固体：________。
(3)若把(2)中的稀盐酸改成“稀硝酸”或“浓硫酸”______(填“能”或“不能”)产生H2，原因是_____________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案：(1)小于 (2)增大 增大 不变 不变 增大 增大 不变
(3)不能 稀硝酸和浓硫酸具有强氧化性，Fe与稀硝酸反应产生NO，不会生成H2；常温下，铁在浓硫酸中会发生钝化
3．一定条件下反应C(s)＋CO2(g)2CO(g) ΔH＞0，在体积不变的密闭容器中达到平衡，回答下列问题：
(1)平衡常数表达式是K＝_______________________________________________。
(2)若升高温度，平衡常数K________，平衡向________方向移动。
(3)若再通入一定量的CO2气体，反应速率________，平衡常数K________，平衡向________方向移动，CO2的转化率________。
(4)若再充入一定量的N2，反应速率________，平衡常数K________，平衡________移动。
答案：(1) (2)增大 正反应 (3)增大 不变 正反应 减小 (4)不变 不变 不
考点一 化学反应速率及影响因素
[真题引领]
1．(2019·全国Ⅰ卷，28(4))Shoichi研究了467 ℃，489 ℃时水煤气变换中CO和H2分压随时间变化关系(如图所示)，催化剂为氧化铁，实验初始时体系中的pH2O和pCO相等、pCO2和pH2相等。
计算曲线a的反应在30～90 min内的平均速率(a)＝________kpa·min－1。
解析：由图可知，30～90 min内a曲线对应物质的分压变化量Δp＝(4.08－3.80)kPa＝0.28 kPa，故曲线a的反应在30～90 min内的平均速率(a)＝＝0.0047 kPa·min－1。
答案：0.0047
2．(2018·高考北京卷)(1)I－可以作为水溶液中SO2歧化反应(3SO2＋2H2O===2H2SO4＋S↓)的催化剂，可能的催化过程如下，将ⅱ补充完整。
ⅰ.SO2＋4I－＋4H＋===S↓＋2I2＋2H2O
ⅱ.I2＋2H2O＋________===________＋________＋2I－
(2)探究ⅰ、ⅱ反应速率与SO2歧化反应速率的关系，实验如下：分别将18 mL SO2饱和溶液加入到2 mL下列试剂中，密闭放置观察现象。(已知：I2易溶解在KI溶液中)
序号
A
B
C
D
试剂
组成
0.4 mol·L－1
KI
a mol·L－1 KI
0.2 mol·L－1 H2SO4
0.2 mol·L－1
H2SO4
0.2 mol·L－1 KI
0.000 2 mol
I2
实验现象
溶液变黄，一段时间后出现浑浊
溶液变黄，出现浑浊较A快
无明显现象
溶液由棕褐色很快褪去，变成黄色，出现浑浊较A快
①B是A的对比实验，则a＝________。
②比较A、B、C，可得出的结论是_________________________________________
________________________________________________________________________。
③实验表明，SO2的歧化反应速率D>A。结合ⅰ、ⅱ反应速率解释原因：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)反应ⅰ、ⅱ的总反应为3SO2＋2H2O===2H2SO4＋S，I－可以作为水溶液中SO2歧化反应的催化剂，催化剂在反应前后质量和化学性质不变，(总反应－反应ⅰ)÷2得，反应ⅱ的离子方程式为I2＋2H2O＋SO2===4H＋＋SO＋2I－。
(2)①B是A的对比实验，采用控制变量法，B比A多加了0.2 mol/L H2SO4，A与B中KI浓度应相等，则a＝0.4。②对比A与B，加入H＋可以加快SO2歧化反应的速率；对比B与C，单独H＋不能催化SO2的歧化反应；比较A、B、C，可得出的结论是：I－是SO2歧化反应的催化剂，H＋单独存在时不具有催化作用，但H＋可以加快歧化反应速率。③对比D和A，D中加入KI的浓度小于A，D中多加了I2，反应ⅰ消耗H＋和I－，反应ⅱ中消耗I2，D中“溶液由棕褐色很快褪色，变成黄色，出现浑浊较A快”，反应速率D＞A，由此可见，反应ⅱ比反应ⅰ速率快，反应ⅱ产生H＋使c(H＋)增大，从而反应加快。
答案：(1)SO2 SO 4H＋ (2)①0.4 ②I－是SO2歧化反应的催化剂，H＋单独存在时不具有催化作用，但H＋可以加快歧化反应速率 ③反应ⅱ比ⅰ快；D中由反应ⅱ产生的H＋使反应ⅰ加快
3．(2018·全国卷Ⅲ节选)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。
比较a、b处反应速率大小：va________vb(填“大于”“小于”或“等于”)。反应速率v＝v正－v逆＝k正x2SiHCl3－k逆xSiH2Cl2xSiCl4，k正、k逆分别为正、逆向反应速率常数，x为物质的量分数，计算a处的＝________(保留1位小数)。
解析：由a处温度比b处高，所以va大于vb，由k正＝0.02，k逆＝，再由a处时的各物质的物质的量分数求得＝＝1.3。
答案：大于 1.3
[知能必备]
1．化学反应速率的计算
(1)公式法：v(B)＝＝。
①浓度变化只适用于气体和溶液中的溶质，不适用于固体和纯液体。
②化学反应速率是某段时间内的平均反应速率，而不是瞬时速率，且计算时取正值。
③对于可逆反应，通常计算的是正、逆反应抵消后的总反应速率，当达到平衡时，总反应速率为零。(注：总反应速率也可理解为净速率)
(2)比值法：同一化学反应，各物质的反应速率之比等于方程式中的化学计量数之比，所以必须注明用哪一种物质表示反应速率。
2．外界因素对化学反应速率的影响
(1)浓度：①增大反应物的浓度，化学反应速率增大，反之减小
②纯液体、固体对化学反应速率没有影响
③将块状固体粉碎，可增大固体物质的表面积，能加快反应速率
(2)压强：压强对化学反应速率的影响是通过改变方程式中气态物质的浓度实现的，所以讨论压强改变是否对反应速率产生影响时，必须明确改变压强的方式，明确压强的改变是否改变方程式中气态物质的浓度。
①若增大压强→缩小体积→反应物浓度增大→反应速率增大；
②若恒温恒容时，充入“惰性气体”→总压强增大→气体反应物浓度未改变→反应速率不变；
③恒温恒压时，充入“惰性”气体→体积增大→气体反应物浓度减小→反应速率减小
(3)温度：升高温度，化学反应速率加快，反之减小
(4)催化剂：使用催化剂，能改变化学反应速率，且正、逆反应速率的改变程度相等
3．外界条件对V正和V逆的影响
(1)当其他条件相同时，增大反应物浓度，v正增大，v逆瞬间不变，随后也增大。
(2)增大压强，缩小容器的体积，v正、v逆均增大，压强对气体系数和大的一方影响大，对于反应前后气体分子数不变的反应，改变压强可以同等程度地改变正、逆反应速率。
(3)升高温度，v正和v逆都增大，但吸热反应方向的反应速率增大的程度大；降低温度，v正和v逆都减小，但吸热方向减少的多。
(4)使用催化剂，能同等程度地改变正、逆反应速率。
[题组训练]
[题组1] 化学反应速率及其计算
1．某学习小组为了探究BrO＋5Br－＋6H＋===3Br2＋3H2O反应速率(v)与反应物浓度的关系，在20 ℃时进行实验，所得的数据如表所示(浓度单位：mol·L－1)：
实验编号
相关数据
①
②
③
④
⑤
c(H＋)
0.008
0.008
0.004
0.008
0.004
c(BrO)
0.001
0.001
0.001
0.002
0.002
c(Br－)
0.10
0.20
0.20
0.10
0.40
v/
(mol·L－1·s－1)
2.4×
10－8
4.8×
10－8
1.2×
10－8
4.8×
10－8
v1
下列结论不正确的是( )
A．若温度升高到40 ℃，则反应速率增大
B．实验②、④，探究的是c(BrO)对反应速率的影响
C．若该反应速率方程为v＝kca(BrO)·cb(Br－)·cc(H＋)(k为常数)，则c＝2
D．实验⑤中，v1＝4.8×10－8 mol·L－1·s－1
解析：B [A项，温度升高，反应速率增大，正确；B项，实验②、④中，c(Br－)也不相同，错误；C项，②、③中，c(H＋)增大1倍，速率增大到原来的4倍，故c＝2，正确；D项，⑤中的c(Br－)和c(BrO)都比③中的增大1倍，速率增大4倍，v1＝4.8×10－8 mol·L－1·s－1，正确。]
2．恒容条件下，1 mol SiHCl3发生如下反应：2SiHCl3(g)SiH2Cl2(g)＋SiCl4(g)。已知：v正＝v消耗(SiHCl3)＝k正x2(SiHCl3)，v逆＝2v消耗(SiH2Cl2)＝k逆x(SiH2Cl2)x(SiCl4)，k正、k逆分别为正、逆向反应速率常数(仅与温度有关)，x为物质的量分数。如图是不同温度下x(SiHCl3)随时间的变化。下列说法正确的是( )
A．该反应为放热反应，v正，a＜v逆，b
B．化学平衡状态时2v消耗(SiHCl3)＝v消耗(SiCl4)
C．当反应进行到a处时，＝
D．T2 K时平衡体系中再充入1 mol SiHCl3，平衡正向移动，x(SiH2Cl2)增大
解析：C [A.因两曲线对应的状态只是温度不同，由图像知达到平衡所需时间T2K小于T1K，温度越高反应速率越快，所以温度T2＞T1。又T2 K下达到平衡时SiHCl3的物质的量分数比T1 K平衡时小，说明升温平衡向正反应方向移动，由此推知该反应为吸热反应，选项A错误；B.化学平衡状态时v消耗(SiHCl3)＝2v消耗(SiCl4)，选项B错误；C.2SiHCl3(g)SiH2Cl2(g)＋SiCl4(g)反应前后分子数不变，即反应开始至达平衡的过程中混合气体总物质的量始终为1 mol，由图像知T2 K下达到平衡时SiHCl3的物质的量分数为0.75，则此时SiH2Cl2和SiCl4的物质的量分数均为0.125，因为平衡时v正＝v逆，v正＝k正x2(SiHCl3)＝0.752k正，v逆＝k逆x(SiH2Cl2)x(SiCl4)＝0.1252k逆，则0.752k正＝0.1252k逆，＝＝，因k正和k逆只与温度有关，反应进行到a点处时v正＝k正x2(SiHCl3)＝0.82k正，v逆＝k逆x(SiH2Cl2)x(SiCl4)＝0.12k逆。＝×＝×＝。选项C正确；D.恒容条件下再充入1 mol SiHCl3，相当于增大压强，而2SiHCl3(g)SiH2Cl2(g)＋SiCl4(g)反应前后气体体积不变，所以平衡不移动，x(SiH2Cl2)不变，选项D错误。]
[题组2] “变量控制”探究外界条件对速率的影响
3．某小组拟在同浓度Fe3＋的催化下，探究H2O2溶液的浓度对H2O2分解反应速率的影响。限选试剂与仪器：30% H2O2溶液、0.1 mol·L－1 Fe2(SO4)3溶液、蒸馏水、锥形瓶、双孔塞、水槽、胶管、玻璃导管、量筒、秒表、恒温水浴槽、注射器。
(1)写出本实验中H2O2分解的化学方程式并标明电子转移的方向和数目：________________________________________________________________________。
(2)设计实验方案：在不同H2O2溶液浓度下，测定____________________________
________________________________________________________________________
(要求所测得的数据能直接体现反应速率大小)。
(3)设计实验装置，完成如下装置示意图。
(4)参照下表格式，拟定实验表格，完整体现实验方案(列出所选试剂体积、需记录的待测物理量和所拟定的数据；数据用字母表示)。
物理量
实验序号
V[0.1 mol·L－1
Fe2(SO4)3/mL]
……
1
a
……
2
a
……
解析：(4)要达到实验目的，应保证催化剂的浓度相同，双氧水的浓度不同，故实验时要确保加入双氧水溶液与水的总体积相同，通过改变二者的体积，可拟定不同双氧水浓度对反应速率影响的实验方案。
答案：
(2)收集相同体积的氧气所需的时间或者相同时间内所收集氧气的体积
(3)
(4)
物理量
实验序号
V(H2O2)
/mL
V(H2O) /mL
V(O2) /mL
时间/s
1
b
c
e
d
2
c
b
e
f
4.铬是广泛存在于环境中的金属元素，在水体中主要以三价和六价铬的化合物为主，其中六价铬对人有害。通常含六价铬的酸性工业废水的处理流程为：
为进一步研究初始pH和草酸的浓度对第②步反应速率的影响，某学习小组设计对比实验如下表：
实验编号
初始pH
废水样品
的体积/m L
草酸溶液
的体积/mL
蒸馏水的
体积/mL
甲
4
60
10
30
乙
5
x
10
30
丙
5
y
5
z
(1)实验设计表中z＝________；
(2)实验甲中O～t1时间段反应速率v(Cr3＋)＝________mol·L－1·min－1(用含字母的代数式表示)。
(3)常温下，第③步反应生成的Cr(OH)3在溶液中存在以下平衡：Cr(OH)3(s)Cr3＋(aq)＋3OH－(aq)，其溶度积Ksp[Cr(OH)3]＝1×10－32，要使反应后溶液中c(Cr3＋)不高于10－5 mol·L－1，溶液的pH应调至________。
解析：(1)根据控制变量法的原理可知，要保证废水样品相同、混合后溶液总体积相同，即x＝60，y＝60，z＝35；(2)实验甲中O～t1时间段反应速率v(Cr3＋)＝2v(Cr2O)＝2× mol·L－1·min－1。
(3)常温下，第③步生成的Cr(OH)3在溶液中存在以下平衡：Cr(OH)3(s)Cr3＋(aq)＋3OH－(aq)，溶度积Ksp[Cr(OH)3]＝1×10－32，要使反应后溶液中c(Cr3＋)不高于10－5 mol·L－1，则c3(OH－)≥，即c(OH－)≥10－9 mol·L－1，所以溶液的pH应调至5(或≥5)。
答案：(1)35 (2) (3)5(或≥5)
考点二 化学平衡状态与化学平衡移动
[真题引领]
1．(2019·全国Ⅱ卷，27(3))环戊二烯容易发生聚合生成二聚体，该反应为可逆反应。不同温度下，溶液中环戊二烯浓度与反应时间的关系如图所示，下列说法正确的是________(填标号)。
A．T1＞T2
B．a点的反应速率小于c点的反应速率
C．a点的正反应速率大于b点的逆反应速率
D．b点时二聚体的浓度为0.45 mol·L－1
解析：CD [A.温度越高化学反应速率越快，单位时间内反应物浓度减少越多，故T1＜T2，故A错误；B.温度越高化学反应速率越快，因此a点反应速率大于c点反应速率，故B错误；C.a点、b点反应一直在正向进行，故v(正)>v(逆)，a点反应物浓度大于b点，故a点正反应速率大于b点，因此v正(a)>v逆(b)，故C正确；D.b点时环戊二烯浓度由1.5 mol/L减小到0.6 mol/L，减少了0.9 mol/L，因此生成二聚体的浓度为0.45 mol·L－1，故D正确。]
2．(2018·浙江自选)反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＜0，若在恒压绝热容器中发生，下列选项表明反应一定已达平衡状态的是( )
A．容器内的温度不再变化
B．容器内的压强不再变化
C．相同时间内，断开H—H键的数目和生成N—H键的数目相等
D．容器内气体的浓度c(N2)∶c(H2)∶c(NH3)＝1∶3∶2
解析：A [题干中指明为绝热容器，当温度不再改变时，此刻反应达到平衡状态，故A项正确；该反应恒压条件进行，压强保持定值，无法根据压强来判定反应是否平衡，故B项错误；断开H—H键的数目和生成N—H键的数目都是表示正向的反应速率，无法判断是否处于平衡状态，故C项错误；容器内气体的浓度c(N2)∶c(H2)∶c(NH3)＝1∶3∶2无法判断各组分浓度是否不再变化，无法判断平衡状态，故D项错误。]
[知能必备]
1．化学平衡状态判断的标志
命题角度
判断方法或结论
方程式中某一具体物质的物质的量、浓度、物质的量分数、颜色、温度不再变化
均可作为平衡标志
速率角度
①同种物质：v正＝v逆可作为标志
②不同物质，必须满足方向相反，成系数比，可作为标志
如：对于2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，若消耗SO2的物质的量与生成SO3的物质的量相等，则不是平衡标志，若消耗SO2的物质的量和消耗SO3的物质的量相等，则是平衡标志。
以整个容器中所有气体为研究对象，如气体的总压强、总体积、总物质的量、气体的密度、相对分子质量等不再变化
不一定是平衡标志
判断方法：根据移动结果判断，假设平衡正向移动，所给依据若改变，则该依据是平衡标志，若平衡移动后，该依据不变化，则不是平衡标志。如：密度不再变化，①对于2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH＜0，恒温恒容条件下，不论平衡向正向还是逆向移动，密度均不变，所以密度不再变化不是平衡标志；恒温恒压条件下，平衡右移，密度逐渐增大，所以密度不再变化，是平衡标志，再如：对于H2(g)＋I2(g)2HI(g)，无论是恒温恒容，还是恒温恒压，密度不再变化均不是平衡标志
不同物质的浓度或物质的量之比
如：对于2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH＜0
①c(SO2)∶c(O2)∶c(SO3)＝
2∶1∶2
②c(SO2)∶c(O2)∶c(SO3)＝
2∶1∶2不再变化
③c(SO2)∶c(O2)＝2∶1不再变化
其中①不是标志，②是标志，③不是标志
2.化学平衡移动的判断方法
(1)依据外界条件改变进行判断
①温度的影响：升高温度，化学平衡向吸热反应方向移动，降低温度，化学平衡向放热反应方向移动；②浓度的影响：增大反应物浓度或减小生成物浓度，化学平衡向正反应方向移动；减小反应物浓度或增大生成物浓度，化学平衡向逆反应方向移动；
③压强的影响：增大压强会使平衡向着气体体积减小的方向移动；减小压强会使平衡向着气体体积增大的方向移动。
(2)依据v正和v逆关系判断
若v正＝v逆，平衡不移动，若v正≠v逆，则平衡移动。
①v正和v逆谁大向谁的方向移动，也就是v正＞v逆，平衡正向移动，v正＜v逆，平衡向逆向移动。
②v正和v逆，谁减小向谁的方向移动，如：对于2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，在t0时刻增加压强，则平衡正向移动。
(3)依据比较浓度商(Q)与平衡常数(K)的大小来判断
①若Q＞K，平衡逆向移动；
②若Q＝K，平衡不移动；
③若Q＜K，平衡正向移动。
3．新旧平衡的比较
(1)速率影响：速率的变化取决于外界条件改变情况，如升温，速率加快；使用催化剂平衡不移动，但速率加快，到达平衡的时间缩短。
(2)对平衡移动引起量的变化，一般情况下外界条件改变引起量的变化往往大于平衡移动引起的对应量的变化，平衡移动只是减弱外界条件引起的改变。如：对于平衡2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH＜0反应，增大压强，达到新的平衡时SO2、O2、SO3物质的量浓度均增大。但也有例外，如：对于在一定温度下已平衡CaCO3(s)CaO(s)＋CO2(g)反应，增大压强，平衡发生移动，达到新平衡时，但CO2的浓度没有发生改变。
[题组训练]
[题组1] 化学平衡状态的判断
1．在一定温度下的定容容器中，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(均填序号)
(1)能说明2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)达到平衡状态的是________________。
(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A(s)＋2B(g)C(g)＋D(g)达到平衡状态的是________________。
(6)能说明NH2COONH4(s)2NH3(g)＋CO2(g)达到平衡状态的是________________。
(7)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)②④⑦ (6)①②③ (7)②④⑦
2．将一定量的SO2和含0.7 mol氧气的空气(忽略CO2)放入一定体积的密闭容器中，550 ℃时，在催化剂作用下发生反应：2SO2＋O22SO3(正反应放热)。反应达到平衡后，将容器中的混合气体通过过量NaOH溶液，气体体积减少了21.28 L；再将剩余气体通过焦性没食子酸的碱性溶液吸收O2，气体的体积又减少了5.6 L。(以上气体体积均为标准状况下的体积，计算结果保留—位小数)
请回答下列问题：
(1)判断该反应达到平衡状态的标志是________(填字母)。
a．SO2和SO3浓度相等
b．SO2百分含量保持不变
c．容器中气体的压强不变
d．SO3的生成速率与SO2的消耗速率相等
e．容器中混合气体的密度保持不变
(2)欲提高SO2的转化率，下列措施可行的是________(填字母)。
a．向装置中再充入N2
b．向装置中再充入O2
c．改变反应的催化剂
d．升高温度
(3)求该反应达到平衡时SO2的转化率________(用百分数表示)。
解析：(1)可逆反应达到平衡时SO2和SO3浓度不一定相等，与二氧化硫的起始浓度以及转化率有关，a项错误；可逆反应达到平衡状态时，各物质的百分含量不变，SO2百分含量保持不变时，说明达到平衡状态，b项正确；随反应进行气体的物质的量减小，恒温恒容下，容器内气体压强减小，当容器中气体的压强不变时，说明达到平衡状态，c项正确；SO3的生成速率与SO2的消耗速率都表示正反应速率，二者始终相等，不能说明达到平衡状态，d项错误；混合气体的质量不变，容器的体积不变，所以密度始终不变，不能说明达到平衡状态，e项错误。
(2)向装置中再充入N2，反应物和生成物的浓度不变，平衡不移动，所以不能提高转化率，a项错误；向装置中再充入O2，氧气浓度增大，平衡向正反应方向移动，提高了二氧化硫的转化率，b项正确；改变反应的催化剂只改变反应速率，不改变平衡，所以不能提高二氧化硫的转化率，c项错误；升高温度，平衡向逆反应方向移动，降低了二氧化硫的转化率，d项错误。
(3)混合气体通过过量NaOH溶液时，减少的气体是二氧化硫和三氧化硫，所以三氧化硫和未参加反应的二氧化硫的体积是21.28 L，剩余氧气的体积是5.6 L，则参加反应的氧气的体积＝0.7 mol× 22.4 L/mol－5.6 L＝10.08 L，根据二氧化硫、三氧化硫和氧气的关系式知，参加氧化还原反应的二氧化硫的体积＝10.08 L×2＝20.16 L，生成三氧化硫的体积＝10.08 L×2＝20.16 L，则未参加氧化还原反应的二氧化硫的体积＝21.28 L－20.16 L＝1.12 L，原来二氧化硫的体积＝20.16 L＋1.12 L＝21.28 L，所以二氧化硫的转化率＝×100%＝94.7%。
答案：(1)bc (2)b (3)94.7%
[题组2] 平衡移动
3．将一定量纯净的氨基甲酸铵置于密闭真空恒容容器中(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)，ΔH＝a kJ/mol (a＞0)。然后在恒定温度下缩小容器体积，重新达到平衡。下列分析正确的是( )
A．若2v(NH3)＝v(CO2)，则该反应达到平衡状态
B．两次平衡时，后一次平衡时c(CO2)的浓度大
C．重新达到平衡，密闭容器中氨气的体积分数不变
D．若开始时向容器中加入2 mol NH3和1 mol CO2，则达到平衡时放出a kJ热量
解析：C [A.2v(NH3)＝v(CO2)，未体现正逆的关系，反应不一定达到平衡状态，A错误；B.反应均按物质的量比例进行，前后两次为等效平衡，两次平衡时c(CO2)相等，B错误；C.反应均按物质的量比例进行，前后两次为等效平衡，重新达到平衡，密闭容器中氨气的体积分数不变，C正确；D.因反应为可逆反应，不能反应彻底，故若开始时向容器中加入2 mol NH3和1 mol CO2，则达到平衡时放出热量小于a kJ，D错误。]
4．某电路板生产企业的水质情况及国家允许排放的污水标准如下表所示。为研究废水中Cu2＋处理的最佳pH，取5份等量的废水，分别用30%的NaOH溶液调节pH至8.5、9、9.5、10、11，静置后，分析上层清液中铜元素的含量，实验结果如下图所示。
查阅资料，平衡Ⅰ：Cu(OH)2＋4NH3
[Cu(NH3)4]2＋＋2OH－；
平衡Ⅱ：Cu(OH)2＋2OH－[Cu(OH－)4]2－
项目
废水水质
排放标准
pH
1.0
6～9
Cu2＋/mg·L－1
72
≤0.5
NH/mg·L－1
2 632
≤15
下列说法不正确的是( )
A．废水中Cu2＋处理的最佳pH约为9
B．b～c段：随pH升高，Cu(OH)2的量增加，平衡Ⅰ正向移动，铜元素含量上升
C．c～d段：随pH升高，c(OH－)增加，平衡Ⅰ逆向移动，铜元素含量下降
D．d点以后，随c(OH－)增加，铜元素含量可能上升
解析：B [A.根据图像，在pH＝9时，Cu元素的含量最小，即废水中Cu2＋处理的最佳pH约为9，A正确；B.b～c段：随c(OH－)增大，NH与OH－结合生成NH3·H2O，氨气浓度增大，根据勒夏特列原理，平衡Ⅰ正向移动，[Cu(NH3)4]2＋溶液中浓度增大，B错误；C.c～d段：pH增大，c(OH－)增大，平衡Ⅰ向逆反应方向进行，铜元素含量下降，C正确；D.d点以后，c(OH－)增大，平衡Ⅱ向正反应方向进行，生成Cu[(OH－)4]2－，铜元素含量增大，D正确。]
考点三 化学平衡常数及转化率
[真题引领]
1．(2019·全国Ⅱ，27(节选))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：
对于反应：
(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①＋②，可得反应③的ΔH3＝89.3 kJ/mol；
(2)假设反应前碘单质与环戊烯均为n mol，平衡时环戊烯反应了x mol，根据题意可知；
(g)＋I2(g)===(g)＋2HI(g) 增加的物质的量
1 mol 1 mol 1 mol 2 mol 1 mol
x mol 2n×20%
得x＝0.4n mol，转化率为0.4n/n×100%＝40%；
(g) ＋ I2(g) ===(g) ＋ 2HI(g)
p(初) 0.5×105 0.5×105 0 0
Δp 0.5×105×40% 0.5×105×40% 1×105×40%
p(平) 0.3×105 0.3×105 0.2×105 0.4×105
Kp＝＝3.56×104；
A．T、V一定，通入惰性气体，由于对反应物和生成物浓度无影响，速率不变，平衡不移动，故A错误；B.升高温度，平衡向吸热方向移动，环戊烯转化率升高，故B正确；C.增加环戊烯的浓度平衡正向移动，但环戊烯转化率降低；D.增加I2的浓度，平衡正向移动，环戊烯转化率升高，故D正确。
答案：(1)89.3 (2)40% 3.56×104 BD
2．(2019·全国Ⅲ，28节选)近年来，随着聚酯工业的快速发展，氯气的需求量和氯化氢的产出量也随之迅速增长。因此，将氯化氢转化为氯气的技术成为科学研究的热点。回答下列问题：
(1)Deacon发明的直接氧化法为：4HCl(g)＋O2(g)===2Cl2(g)＋2H2O(g)。下图为刚性容器中，进料浓度比c(HCl)∶c(O2)分别等于1∶1、4∶1、7∶1时HCl平衡转化率随温度变化的关系：
可知反应平衡常数K(300 ℃)________K(400 ℃)(填“大于”或“小于”)。设HCl初始浓度为c0，根据进料浓度比c(HCl)∶c(O2)＝1∶1的数据计算K(400 ℃)＝________(列出计算式)。按化学计量比进料可以保持反应物高转化率，同时降低产物分离的能耗。进料浓度比c(HCl)∶c(O2)过低、过高的不利影响分别是________。
(2)Deacon直接氧化法可按下列催化过程进行：
CuCl2(s)===CuCl(s)＋Cl2(g) ΔH1＝83 kJ·mol－1
CuCl(s)＋O2(g)===CuO(s)＋Cl2(g) ΔH2＝－20 kJ·mol－1
CuO(s)＋2HCl(g)===CuCl2(s)＋H2O(g) ΔH3＝－121 kJ·mol－1
则4HCl(g)＋O2(g)===2Cl2(g)＋2H2O(g)的ΔH＝________kJ·mol－1。
(3)在一定温度的条件下，进一步提高HCl的转化率的方法是__________________。(写出2种)
解析：(1)根据反应方程式知，HCl平衡转化率越大，平衡常数K越大，结合图像知升高温度平衡转化率降低，说明升高温度平衡向逆反应方向进行，则K(300 ℃)＞K(400 ℃)；由图像知，400 ℃时，HCl平衡转化率为84%，用三段式法对数据进行处理得：
4HCl(g)＋O2(g)===2Cl2(g)＋2H2O(g)
起始(浓度) c0 c0 0 0
变化(浓度) 0.84c0 0.21c0 0.42c0 0.42c0
平衡(浓度) (1－0.84)c0 (1－0.21)c0 0.42c0 0.42c0
则K＝；根据题干信息知，进料浓度比过低，氧气大量剩余，导致分离产物氯气和氧气的能耗较高；进料浓度比过高，HCl不能充分反应，导致HCl转化率较低；(2)根据盖斯定律知，(反应Ⅰ＋反应Ⅱ＋反应Ⅲ)×2得4HCl(g)＋O2(g)===2Cl2(g)＋2H2O(g) ΔH＝(ΔH1＋ΔH2＋ΔH3)×2＝－116 kJ·mol－1；
(3)若想提高HCl的转化率，应该促使平衡正向移动，该反应为气体体积减小的反应，根据勒夏特列原理，可以增大压强，使平衡正向移动；也可以及时除去产物，减小产物浓度，使平衡正向移动。
答案：(1)大于 O2和Cl2分离能耗较高；HCl转化率较低
(2)－116 (3)增加反应体系压强、及时除去产物
3．(2018·全国卷Ⅰ)采用N2O5为硝化剂是一种新型的绿色硝化技术，在含能材料、医药等工业中得到广泛应用。回答下列问题：
(1)F.Daniels等曾利用测压法在刚性反应器中研究了25 ℃时N2O5(g)分解反应：
其中NO2二聚为N2O4的反应可以迅速达到平衡。体系的总压强p随时间t的变化如下表所示(t＝∞时，N2O5(g)完全分解)：
t/min
0
40
80
160
260
1 300
1 700
∞
p/kPa
35.8
40.3
42.5
45.9
49.2
61.2
62.3
63.1
已知：2NO2(g)N2O4(g) ΔH＝－55.3 kJ·mol－1
①研究表明，N2O5(g)分解的反应速率v＝2×10－3×pN2O5(kPa·min－1)。t＝62 min时，测得体系中pO2＝2.9 kPa，则此时的pN2O5＝________kPa，v＝________kPa·min－1。
②若提高反应温度至35 ℃，则N2O5(g)完全分解后体系压强p∞(35 ℃)________63.1 kPa(填“大于”“等于”或“小于”)，原因是____________________________________
________________________________________________________________________。
③25 ℃时N2O4(g)2NO2(g)反应的平衡常数Kp＝________kPa(Kp为以分压表示的平衡常数，计算结果保留1位小数)。
(2)对于反应2N2O5(g)―→4NO2(g)＋O2(g)，R.A.Ogg提出如下反应历程：
第一步 N2O5NO2＋NO3 快速平衡
第二步 NO2＋NO3―→NO＋NO2＋O2 慢反应
第三步 NO＋NO3―→2NO2 快反应
其中可近似认为第二步反应不影响第一步的平衡。下列表述正确的是________(填标号)。
A．v(第一步的逆反应)＞v(第二步反应)
B．反应的中间产物只有NO3
C．第二步中NO2与NO3的碰撞仅部分有效
D．第三步反应活化能较高
解析：(1)①根据方程式可知氧气与消耗五氧化二氮的物质的量之比是1∶2，又因为同温同体积时压强之比等于物质的量之比，所以消耗五氧化二氮减少的压强是2.9 kPa×2＝5.8 kPa，则此时五氧化二氮的压强是35.8 kPa－5.8 kPa＝30.0 kPa，所以此时反应速率v＝2.0×10－3×30＝6.0×10－2(kPa·min－1)；②由于温度升高，容器容积不变，总压强提高，且二氧化氮二聚为放热反应，温度提高，平衡左移，体系物质的量增加，总压强提高，所以若提高反应温度至35 ℃，则N2O5(g)完全分解后体系压强p∞(35 ℃)大于63.1 kPa。③根据表中数据可知五氧化二氮完全分解时的压强是63.1 kPa，根据方程式可知完全分解时最初生成的二氧化氮的压强是35.8 kPa×2＝71.6 kPa，氧气是35.8 kPa÷2＝17.9 kPa，总压强应该是71.6 kPa＋17.9 kPa＝89.5 kPa，平衡后压强减少了89.5 kPa－63.1 kPa＝26.4 kPa，所以根据方程式2NO2(g)N2O4(g)可知平衡时四氧化二氮对应的压强是26.4 kPa，二氧化氮对应的压强是71.6 kPa－26.4 kPa×2＝18.8 kPa，则反应的平衡常数Kp＝kPa≈13.4 kPa。(2)A.第一步反应快，所以第一步的逆反应速率大于第二步的逆反应速率，A正确；B.根据第二步和第三步可知中间产物还有NO，B错误；C.根据第二步反应生成物中有NO2可知，NO2与NO3的碰撞仅部分有效，C正确；D.第三步反应快，所以第三步反应的活化能较低，D错误。
答案：(1)①30.0 6.0×10－2 ②大于 温度提高，体积不变，总压强提高；NO2二聚为放热反应，温度提高，平衡左移，体系物质的量增加，总压强提高 ③13.4 (2)AC
[知能必备]
1．平衡常数K
(1)平衡常数表示法：纯液体和纯固体在平衡常数的表达式中不表示出来，其实质是把纯固体和纯液体的浓度归并入K。
例如：反应2CrO(aq)＋2H＋(aq)Cr2O(aq)＋H2O(l)中的K＝
(2)影响K的因素：K只受温度影响，温度升高，吸热反应的K增大，放热反应K减小。
(3)不同反应平衡常数K之间的联系
方程式相加减，平衡常数相乘除；方程式乘以某个系数X，平衡常数变为原来的X次方，下列反应K1、K2与K3、K4、K5与K6之间的关系：
如：①C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g) K1
②CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) K2
③C(s)＋2H2O(g)CO2(g)＋2H2(g) K3
④N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) K4
⑤2NH3(g)N2(g)＋3H2(g) K5
⑥NH3(g)N2(g)＋H2(g) K6
关系式为：K3＝K1·K2
K5＝＝K
(4)平衡常数的计算
①平衡常数的一般计算方法
例如：在一定温度下的2 L密闭容器中，分别充入2 mol SO2和1 mol O2发生2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH＜0，平衡时n(SO2)＝1 mol
若用平衡时的“物质的量”代入K计算：则K＝＝2
若用平衡时的“物质的量浓度”代入K计算，则K＝＝4
所以计算K时应注意以下问题：
a．代入的是物质的量浓度而不是物质的量
b．代入的是平衡时的物质的量浓度
c．当容器的体积为1 L或方程式两边气体系数和相等时，可以使用物质的量进行计算
②当一个容器中有多个反应发生时，某一个反应的平衡常数K求算方法
例如：在一个体积固定的密闭容器中加入一定量的固体NH4I，发生如下反应：
NH4I(s)NH3(g)＋HI(g)；①
2HI(g)H2(g)＋I2(g)；②
当反应达到平衡时，c(HI)＝4 mol/L，c(I2)＝0.5 mol/L。
反应①的平衡常数？
反应的平衡常数K1＝[NH3][HI]＝5×4＝20，而不是K1＝[NH3][HI]＝5×5＝25
当一个容器中有多个反应发生，计算某一反应的平衡常数K，应先写出该反应K的表达式，表达式中物质的浓度应是平衡时容器中真实存在的浓度，不需要考虑该物质是哪一个反应提供的，也不需要考虑该物质参与了哪些反应，也就是说求第②个方程式平衡常数K2时，HI的浓度仍是4 mol·L－1。
③恒温恒压密闭容器中Kc的计算
例如：恒温恒压下向V L的密闭容器中充入2 mol SO2和1 mol O2，
平衡时n(SO2)＝1 mol，求该反应的平衡常数？
解： 2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)
起始 2 mol 1 mol 0
转化 1 mol 0.5 mol 1 mol
平衡 1 mol 0.5 mol 1 mol
平衡时容器的体积为V′，则V′∶V＝3∶(1＋0.5＋1)
∴V′＝ V＝ V，Kc＝＝ V
而不是K′c＝＝2 V
注意事项：恒温恒压下利用物质的量计算平衡常数时，必须注意容器体积变化。
④利用分压计算平衡常数
一定条件下，可逆反应的平衡常数可以用平衡浓度计算，也可以用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数，对于可逆反应：aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)，在一定温度下利用压强表示的平衡常数为Kp＝
计算方法举例如下：
a．在一定温度下，压强为p的体积可变的密闭容器中，分别充入2 mol SO2和1 mol O2，达到平衡时，n(SO2)＝1 mol，求Kp
2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)
起始 2 mol 1mol 0
转化 1 mol 0.5 mol 1 mol
平衡 1 mol 0.5 mol 1 mol
Kp＝＝＝
b．在一定温度下，在体积为1 L压强为p的恒容密闭容器中，分别充入2 mol SO2和1 mol O2，达到平衡时，n(SO2)＝1 mol，求：Kp
2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)
起始 2 mol 1mol 0
转化 1 mol 0.5 mol 1 mol
平衡 1 mol 0.5 mol 1 mol
设平衡时压强为p平，则p平∶p＝2.5 mol∶3 mol
∴p平＝p
Kp＝＝
(5)平衡常数的应用
应用
条件
结果
判断反应
转化率大小
K越大
反应物转化率越大
K越小
反应物转化率越小
判断正在
进行的可
逆反应是
否达到平
衡及反应
进行的
方向
对于可逆反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，在一定温度下的任意时刻，反应物的浓度和生成物的浓度有如下关系：Qc＝，Qc叫该反应的浓度商
Qc＜K
反应向正反应方向进行
Qc＝K
反应处于平衡状态
Qc＞K
反应向逆反应方向进行
判断反应
的热效应
升高温度，K增大
正反应为吸热反应
升高温度，K减小
正反应为放热反应
2.外界条件对转化率的影响
转化率分为非平衡态转化率和平衡转化率，其中非平衡态转化率随反应速率增大而增大；平衡转化率的变化举例如下：
条件
可逆反应特点
转化率变化
升温
(降温)
正反应吸热
增大(减小)
正反应放热
减小(增大)
通过改变
体积加压
(减压)
正反应气体分子数增加
减小(增大)
正反应气体分子数减少
增大(减小)
气体分子数不变
不变
催化剂
不变
增加某反
应物浓度
(反应物
多种)
该反应物转化率减小，其他反应
物转化率增大
[题组训练]
[题组1] 化学平衡常数的意义和计算
1．已知在25 ℃时，下列反应的平衡常数如下：
①N2(g)＋O2(g)2NO(g) K1＝1×10－30
②2H2(g)＋O2(g)2H2O(g) K2＝2×1081
③2CO2(g)2CO(g)＋O2(g) K3＝4×10－92
下列说法正确的是( )
A．NO分解反应：NO(g)N2(g)＋O2(g)的平衡常数为1×10－30
B．根据K2的值可以判断常温下H2和O2很容易反应生成H2O
C．常温下，NO、H2O、CO2三种物质分解放出O2的倾向顺序为NO＞H2O＞CO2
D．温度升高，上述三个反应的平衡常数均增大
解析：C [A项，NO(g)N2(g)＋O2(g)的平衡常数为＝1015，错误；B项，根据平衡常数可判断反应进行的程度但并不能判断反应的难易，错误；C项，常温下，NO、H2O、CO2三种物质分解放出O2的平衡常数依次为1×1030、5×10－82、4×10－92，平衡常数越大，则反应进行的程度越大，正确；D项，反应②为放热反应，升高温度平衡逆向移动，平衡常数减小，错误。]
2．肌红蛋白(Mb)是由肽链和血红素辅基组成的可结合氧的蛋白，广泛存在于肌肉中。肌红蛋白结合氧的反应为：Mb(aq)＋O2(g)MbO2(aq)。肌红蛋白的结合度(即转化率α)与氧气分压p(O2)密切相关，37 ℃时，反应达平衡时测得的一组实验数据如图所示。回答下列问题：
(1)37 ℃时，上述反应的平衡常数K＝________ kPa－1(气体和溶液中的溶质分别用分压和物质的量浓度表达)；
(2)平衡时，肌红蛋白的结合度α＝________[用含p(O2)和K的代数式表示]；37 ℃时，若空气中氧气分压为20.0 kPa，人正常呼吸时α的最大值为________%结果保留2位小数)；
(3)一般情况下，高烧患者体内MbO2的浓度会比其健康时________(填“高”或“低”)；在温度不变的条件下，游客在高山山顶时体内MbO2的浓度比其在山下时________(填“高”或“低”)；
(4)上述反应的正反应速率v正＝k正c(Mb)p(O2)，逆反应速率v逆＝k逆c(MbO2)。k正和k逆分别是正向和逆向反应的速率常数。37 ℃时，上图中坐标为(1.00,50.0)的点对应的反应状态为向________进行(填“左”或“右”)，此时v正︰v逆＝________(填数值)。
解析：(1)反应Mb(aq)＋O2(g)MbO2(aq)的平衡常数表达式K＝。图中，37 ℃、肌红蛋白结合度为50%时，c(Mb)＝c(MbO2)、p(O2)＝0.5 kPa，求得K＝2 kPa－1。
(2)平衡时，肌红蛋白的结合度α，则＝，代入K表达式得α＝；37℃时，将K＝2 kPa－1、p(O2)＝20.0 kPa代入，得到α最大值为97.56%。
(3)高烧患者体温超过37 ℃，血液中O2浓度降低，MbO2浓度会比健康时低；高山山顶O2分压比地面低，使Mb(aq)＋O2(g)MbO2(aq)左移，MbO2浓度也会降低。
(4)当上述反应达到化学平衡时，有v正＝v逆，即k正c(Mb)·p(O2)＝k逆c(MbO2)。得＝＝K。
图中点(1.00,50.0)不在曲线上，37 ℃时不是化学平衡状态。此时c(Mb)＝c(MbO2)、p(O2)＝1.00 kPa，得Q＝1 kPa－1＜K＝2 kPa－1，故反应向右进行。v正︰v逆＝[k正c(Mb)·p(O2)]∶[k逆c(MbO2)]＝k正∶k逆＝K＝2。
答案：(1)2 (2) 97.56 (3)低 低 (4)右 2
[题组2] 化学平衡常数的应用
3．在一定体积的密闭容器中，进行如下化学反应：C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(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________反应(填“吸热”或“放热”)。
(3)某温度下，各物质的平衡浓度符合下式：3c(H2O)＝5c(CO)·c(H2)，试判断此时的温度为________。
(4)830 ℃时，容器中的反应已达到平衡。在其他条件不变的情况下，扩大容器的体积，平衡________移动。(填“向正反应方向”“向逆反应方向”或“不”，下同)
(5)已知可逆反应CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)，K＝3.5,1 200 ℃时，在某时刻体系中CO2、H2、CO、H2O的浓度分别为2 mol·L－1、2 mol·L－1、4 mol·L－1、4 mol·L－1，则此时上述反应的平衡移动方向为________移动。
解析：(1)碳为固体，根据化学平衡常数表达式可得K＝。(2)根据表中数据，由于温度升高，该反应的化学平衡常数增大，平衡向正反应方向移动，则正反应为吸热反应。(3)平衡浓度符合下式：3c(H2O)＝5c(CO)·c(H2)，则K＝＝＝0.6，则温度为700 ℃。(4)830 ℃时，容器中的反应已达到平衡。在其他条件不变的情况下，扩大容器的体积，相当于减小了压强，平衡向气体体积增大的方向移动，故对于该反应而言，平衡向正反应方向移动。(5)若1 200 ℃时，平衡常数K为3.5，因为CO2、H2、CO、H2O的浓度分别为2 mol·L－1、2 mol·L－1、4 mol·L－1、4 mol·L－1，其浓度商Q为＝4＞3.5，所以此时反应平衡向逆反应方向移动。
答案：(1) (2)吸热 (3)700 ℃
(4)向正反应方向 (5)向逆反应方向
[题组3] 转化率的计算及其应用
4．三氯氢硅(SiHCl3)是光伏产业的一种关键化学原料，制备反应的方程式为Si(s)＋3HCl(g)SiHCl3(g)＋H2(g)，同时还有其他副反应发生。当反应体系的压强为0.05 MPa时，分别改变进料比[n(HCl)∶n(Si)]和反应温度，二者对SiHCl3产率影响如图所示。下列说法正确的是( )
A．降低压强有利于提高SiHCl3的产率
B．制备SiHCl3的反应为放热反应
C．温度为450 K，平衡常数：K(x)＞K(y)＞K(z)
D．增加HCl的用量，SiHCl3的产率一定会增加
解析：B [A.Si(s)＋3HCl(g)===SiHCl3(g)＋H2(g)的反应正向为气体体积减小的方向，由于降低压强平衡向气体体积增大的方向移动，则对应此反应降低压强平衡向逆向移动，SiHCl3的产率会降低，故A错误；B.如图所示，升高温度，曲线是向下倾斜的，即升高温度，SiHCl3的产率会降低，则升温平衡向逆向移动，逆向为吸热反应，则正向为放热反应，故B正确；C.平衡常数与温度有关，温度不变，平衡常数是一个定值，则温度为450 K，平衡常数：K(x)＝K(y)＝K(z)，故C错误；D.如图所示，当n(HCl)∶n(Si)的进料比由1∶1增大到3∶1时，SiHCl3的产率是增加的，当增大到6∶1时，SiHCl3的产率反而减小，故D错误。]
5．近年来环保要求日益严格，烟气脱硫脱硝技术也逐步完善，目前比较成熟的“氨水—臭氧组合高效脱硫脱硝技术方案”原理如图1所示：
(1)静电除尘处理的烟气属于________(填分散系名称)，脱硫脱硝塔中待处理烟气从塔底充入而氨水从中上部喷淋的主要目的是_______________________________________
________________________________________________________________________。
(2)已知：2NO2(g)2NO(g)＋O2(g)
ΔH1＝＋115.2 kJ·mol－1；
2O3(g)3O2(g) ΔH2＝－286.6 kJ·mol－1。
写出臭氧与NO作用产生NO2和O2的热化学方程式：
________________________________________________________________________。
(3)恒容密闭体系中NO氧化率随值的变化以及随温度的变化曲线如图2所示。NO氧化率随值增大而增大的主要原因是________________________。当温度高于100 ℃时，O3分解产生活性极高的氧原子，NO转化率随温度升高而降低的可能原因：①平衡后，温度升高平衡逆移；②发生反应_____________________________________________。
(4)已知2NO(g)＋2CO(g)2CO2(g)＋N2(g) ΔH＝－744 kJ·mol－1。为研究汽车尾气转化为无毒无害物质的有关反应，在密闭容器中充入10 mol CO和8 mol NO发生反应，如图3所示为平衡时NO的体积分数与温度、压强的关系。当压强为10 MPa、温度为T1时，该温度下平衡常数Kp＝________MPa－1(保留2位有效数字)(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：(1)利用胶体的电泳可以将烟气进行静电除尘；气体从下往上扩散而氨水从上往下喷淋，增大被吸收气体与氨水的接触面积，延长反应时间，能让烟气中的SO2和产生的NO2充分被氨水吸收。
(2)利用盖斯定律ΔH2－ΔH1再除以2即可得。
(3)根据平衡移动原理，增大n(O3)/n(NO)比值，O3 浓度增加，有利于平衡NO(g)＋O3(g)NO2(g)＋O2(g) 正向移动，使NO氧化率增大； 当温度高于100 ℃时，O3分解生成活性极高的氧原子，NO转化率降低，说明反应中NO2转化为NO，故考虑发生了反应NO2＋ONO＋O2。
(4)体积分数为物质的量分数。
2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g)
初始(mol)： 8 10 0 0
变化(mol)： 2x 2x x 2x
平衡(mol)： 8－2x 10－2x x 2x
体积分数＝＝＝25%，x＝2
故Kp＝
＝＝0.089 MPa－1。
答案：(1)胶体 利用逆流原理(增大SO2、NO2与氨水的接触面积)，让烟气中的SO2和产生的NO2充分被氨水吸收
(2)NO(g)＋O3(g)NO2(g)＋O2(g) ΔH＝－200.9 kJ·mol－1
(3)值增大，O3浓度增加，有利于平衡NO(g)＋O3(g)NO2(g)＋O2(g)正向移动，NO氧化率增大 NO2＋ONO＋O2
(4)0.089
1．下列说法中，正确的是( )
A．反应产物的总能量大于反应物的总能量时，ΔH＜0
B．已知反应H2(g)＋I2(g)2HI(g)平衡常数为K，则2H2(g)＋2I2(g)4HI(g)的平衡常数为2K
C．ΔH＜0、ΔS＞0的反应在温度低时不能自发进行
D．在其他外界条件不变的情况下，使用催化剂，不能改变化学反应进行的方向
解析：D [ΔH＝生成物能量和－反应物能量和，当反应产物的总能量大于反应物的总能量时，ΔH＞0，A错误；因为相同温度下，系数变为原来的n倍，则化学平衡常数为原来的n次方，所以反应2H2(g)＋2I2(g)4HI(g)的平衡常数为K2，B错误；根据ΔG＝ΔH－TΔS判断，对于ΔH＜0、ΔS＞0的反应在温度低时ΔG＜0，反应能自发进行，C错误；催化剂只改变反应速率，不改变化学反应进行的方向，D正确。]
2．只改变一个影响化学平衡的因素，平衡常数K与化学平衡移动的关系叙述不正确的是( )
A．K值不变，平衡可能移动
B．平衡向右移动时，K值不一定变化
C．K值有变化，平衡一定移动
D．相同条件下，同一个反应的方程式的系数增大2倍，K值也增大两倍
解析：D [因改变压强或浓度引起化学平衡移动时，K值不变，A项和B项均正确；K值只与温度有关，K值发生了变化，说明体系的温度改变，则平衡一定移动，C项正确；相同条件下，同一个反应的方程式的系数增大2倍，K值应该变为[K(原)]2，D项错误。]
3．将NO2装入带有活塞的密闭容器中，当反应2NO2(g)N2O4(g)达到平衡后，改变下列一个条件，下列叙述正确的是( )
A．升高温度，气体颜色加深，则此反应为吸热反应
B．慢慢压缩气体体积，平衡向正反应方向移动，混合气体的颜色变浅
C．慢慢压缩气体体积，若体积减小一半，压强增大，但小于原来的两倍
D．恒温恒容时，充入稀有气体，压强增大，平衡向正反应方向移动，混合气体的颜色变浅
解析：C [升高温度，气体颜色加深，则平衡向逆反应方向移动，故正反应为放热反应，A错误；首先假设平衡不移动，增大压强，气体颜色加深，但平衡向正反应方向移动，使混合气体的颜色在加深后的基础上变浅，但一定比原平衡的颜色深，B错误；同理C项，首先假设平衡不移动，若体积减小一半，则压强变为原来的两倍，但平衡向正反应方向移动，使压强在原平衡两倍的基础上减小，正确；体积不变，反应物及生成物浓度不变，正、逆反应速率均不变，平衡不移动，颜色不变化，D错误。]
4．汽车尾气净化的主要原理为2NO(g)＋2CO(g)2CO2(g)＋N2(g) ΔH＜0。若该反应在绝热、恒容的密闭体系中进行，下列示意图正确且说明反应在进行到t1时刻达到平衡状态的是( )
解析：B [由于是绝热、恒容密闭体系。随着反应的进行，体系的温度升高，K不断减小，当K不变时，即温度保持不变，该反应达到平衡状态。]
5．下列实验方案和结论都正确且能证明物质性质决定反应速率大小的是( )
选项
实验方案
实验结论
A
常温下，相同形状、大小的钠粒分别与水、乙醇反应
钠与水反应比钠与乙醇反应快
B
常温下，浓硫酸、稀硫酸分别与铝片反应
浓硫酸与铝片反应较快
C
硫黄分别在空气中、氧气中燃烧
硫黄在氧气中燃烧生成SO3
D
铁丝在空气中不能燃烧，在纯氧气中能燃烧
纯氧气中O2比空气中O2活泼
解析：A [A项，水中氢比乙醇中羟基上氢活泼，相同形状、大小的钠粒与水反应速率大于乙醇，说明物质性质决定化学反应速率大小，正确；B项，浓硫酸、稀硫酸中溶质相同，但是浓度不同，物质性质不同，常温下浓硫酸与铝片发生钝化现象，铝片表面生成一层致密保护膜，氧化膜阻止浓硫酸与内部铝接触，结论错误；C项，硫在氧气中燃烧比在空气中燃烧剧烈，S在O2中燃烧生成SO2，结论错误；D项，空气中O2和氧气中O2的化学性质相同，铁丝在空气中不能燃烧，在氧气中能燃烧，是因为O2浓度不同，结论错误。]
6．一定量的CO2与足量的碳在体积可变的恒压密闭容器中反应：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所示：
已知：气体分压(p分)＝气体总压(p总)×体积分数。
下列说法正确的是( )
A．550 ℃时，若充入惰性气体，v正、v逆均减小，平衡不移动
B．650 ℃时，反应达平衡后CO2的转化率为40.0%
C．T ℃时，若充入等体积的CO2和CO，平衡向逆反应方向移动
D．925 ℃时，用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp＝23.04p总
解析：D [恒压密闭容器中充入惰性气体，容器体积增大，各组分浓度减小，正、逆反应速率均减小，相当于减小压强，平衡向右移动，A错误；根据图像可知，650 ℃时CO的体积分数为40.0%，设开始时加入CO2 1 mol，反应转化了x mol，根据三段式计算可得反应达平衡后CO、CO2的物质的量分别为2x mol、(1－x) mol，由CO的体积分数为40%，列式可得＝0.4，解得x＝0.25，则平衡时CO2的转化率为×100%＝25.0%，B错误；由图可知T ℃时，CO与CO2的平衡浓度相等，因此在恒温恒压条件下再充入等体积的CO与CO2，此时与原平衡状态互为等效平衡，故平衡不发生移动，C错误；925 ℃时，根据图像可得平衡时CO的体积分数为96.0%，CO2的体积分数为4.0%，用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp＝＝＝23.04p总，D正确。]
7．下列叙述与图示相符的是( )
A．图甲表示反应：4CO(g)＋2NO2(g)===N2(g)＋4CO2(g) ΔH＜0，在其他条件不变的情况下，改变起始时CO的物质的量对此反应平衡的影响，则有T1＜T2，b点处NO2的转化率最大
B．图乙表示某条件对反应2A(g)＋B(g)===3C(g)的影响，乙一定使用了催化剂
C．图丙表示的某可逆反应是吸热反应，该图表明催化剂能同时改变正、逆反应的活化能
D．图丁表示等量NO2在容积相同的恒容密闭容器中，不同温度下分别发生反应：2NO2(g)N2O4(g)，相同时间后测得NO2含量的曲线，则该反应的ΔH＞0
解析：C [由图甲可知，当起始n(CO)一定时，T1达到平衡时N2的含量较大，该反应的ΔH＜0，升高温度，平衡逆向移动，N2的百分含量降低，则有T2＞T1；增大起始时CO的浓度，NO2的转化率增大，因此b点NO2的转化率不是最大，A错误。该反应反应前后气体分子总数不变，乙比甲达到平衡所需的时间短，但平衡不移动，则乙可能是使用了催化剂或增大压强，B错误。根据图丙，反应物总能量小于生成物总能量，该反应是吸热反应；使用催化剂，降低了正、逆反应的活化能，但反应热不变，C正确。NO2含量最小时，说明反应达到平衡，温度升高，NO2含量增大，说明平衡逆向移动，根据勒夏特列原理，该反应的正反应是放热反应，即ΔH＜0，D错误。]
8．I2在KI溶液中存在平衡I2(aq)＋I(aq)===I(aq)。某I2、KI混合溶液中，I的物质的量浓度c(I)与温度T的关系如图所示(曲线上的任何点都表示平衡状态)。下列说法正确的是( )
①I2(aq)＋I－(aq)===I(ag) ΔH＞0
②若温度为T1、T2时反应的平衡常数分别为K1、K2，则K1＞K2
③若反应进行到状态D时，一定有v正＞v逆
④状态A与状态B相比，状态A的c(I2)大
⑤保持温度不变，向该混合溶液中加水，将变大
A．只有①② B．只有②③
C．只有③④ D．只有④⑤
解析：B [①由图像曲线的变化趋势可以知道，当温度升高时，I的物质的量浓度减小，说明升高温度平衡逆向移动，则该反应的正反应为放热反应，ΔH＜0，错误；②升高温度，平衡向逆反应方向移动，温度越高平衡常数越小、温度为T1＜T2，反应的平衡常数分别为K1、K2，则K1＞K2，正确；③若反应进行到状态D时，反应未达到平衡状态，若反应趋向于平衡，则反应向生成I的方向移动，则v正＞v逆，正确；④温度升高，平衡向逆反应方向移动，c(I)变小，则c(I2)应变大，所以状态B的c(I2)大，错误；⑤＝K×c(I－)，在该混合液中加水，c(I－)降低，温度不变平衡常数不变，则减小，错误。]
9．已知：向体积可变的密闭容器中充入一定量的CH4(g)和O2(g)发生反应，CH4(g)的平衡转化率与温度(T)和压强(p)的关系如下图所示(已知T1＞T2)。
下列说法正确的是( )
A．该反应的ΔH＞0
B．M、N两点的H2的物质的量浓度：c(M)＞c(N)
C．温度不变时，增大压强可由N点到P点
D．N、P两点的平衡常数：K(N)＜K(P)
解析：B [A.已知T1＞T2，升高温度，CH4的平衡转化率降低，平衡向逆反应方向移动，逆反应为吸热反应，正反应为放热反应，故ΔH＜0，故A错误； B．2CH4＋O22CO＋4H2，压强增大，各组分的浓度都增大，虽然平衡向逆反应方向移动、甲烷的转化率减小，但是根据平衡移动原理可以判断，平衡移动只能减弱氢气浓度的增大，不能阻止氢气浓度的增大，故H2的物质的量浓度c(M)＞c(N)，故B正确；C.两条线的温度不同，增大压强不能从N点到P点，故C错误；D.平衡常数只和温度有关，T1＞T2，升高温度，平衡向逆反应方向移动，所以平衡常数变小，故K(N)＞K(P)，故D错误。]
10．一定条件下，CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH＝－57.3 kJ/mol，往2 L恒容密闭容器中充入1 mol CO2和3 mol H2，在不同催化剂作用下发生反应①、反应②与反应③，相同时间内CO2的转化率随温度变化如下图所示，b点反应达到平衡状态，下列说法正确的是( )
A．a点v(正)＞v(逆)
B．b点反应放热53.7 kJ
C．催化剂效果最佳的反应是③
D．c点时该反应的平衡常数K＝(mol－2·L－2)
解析：A [a要达到平衡，CO2的转化率增大，反应正向进行，所以v(正)＞v(逆)，故A正确；b点反应达到平衡状态，参加反应的CO2小于1mol，反应放热小于53.7 kJ，故B错误；相同温度下，反应①最快，所以催化剂效果最佳的反应是①，故C错误；c点CO2的转化率是，
CO2(g)＋3H2(g)H2O(g)＋CH3OH(g)
开始/mol·L－1 0.5 1.5 0 0
转化/mol·L－1 ×0.5 ×0.5×3 ×0.5 ×0.5
平衡/mol·L－1 0.5
K＝(mol－2·L－2)，故D错误。]
11．探究2KMnO4＋5H2C2O4＋3H2SO4===K2SO4＋2MnSO4＋10CO2↑＋8H2O反应速率的影响因素，有关实验数据如下表所示。下列说法不正确的是( )
实验
编号
温度
催化剂
用量(g)
酸性KMnO4溶液
H2C2O4溶液
KMnO4溶液褪色
平均时间min
体积
(mL)
浓度
mol·L－1
体积(mL)
浓度mol·L－1
1
25
0.5
4
0.1
8
0.2
12.7
2
80
0.5
4
0.1
8
0.2
a
3
25
0.5
4
0.01
8
0.2
6.7
4
25
0
4
0.01
8
0.2
b
A.a＜12.7，b＞6.7
B．用KMnO4表示该反应速率，v(实验3)＜v(实验1)
C．用H2C2O4表示该反应速率，v(实验1)约为7.87×10－5 mol·L－1·min－1
D．可通过比较收集相同体积CO2所消耗的时间来判断反应速率快慢
解析：C [A.温度越高反应速率越快，催化剂可加快反应速率，则a＜12.7，b＞6.7，故A项正确；B.实验编号1和3对照发现，只有高锰酸钾的浓度不同，且实验1中其高锰酸钾的浓度大，则反应速率：v(实验3)＜v(实验1)，故B项正确；C.实验1中，高锰酸钾的用量少，根据关系式2KMnO4～5H2C2O4可知，消耗的H2C2O4的物质的量浓度为×＝ mol/L，则用H2C2O4表示实验1的反应速率时，其值为≈ 6.56×10－3 mol·L－1·min－1，故C项错误；D.比较收集相同体积CO2所消耗的时间，可知反应速率大小，进而可判断反应速率快慢，故D项正确。]
12．二氧化碳是潜在的碳资源，无论是天然的二氧化碳气体，还是各种炉气、尾气、副产气，进行分离回收和提浓，合理利用，意义重大。
(1)在空间站中常利用CO2(g)＋2H2(g)C(s)＋2H2O(g)，再电解水实现O2的循环利用，350 ℃时，向体积为2 L的恒容密闭容器中通入8 mol H2和4 mol CO2发生以上反应。
①若反应起始和平衡时温度相同(均为350°)，测得反应过程中压强(p)随时间(t)的变化如图中a所示，则上述反应的ΔH________0(填“>”或“<”)；其他条件相同时，若仅改变某一条件，测得其压强(p)随时间(t)的变化如下图中曲线b所示，则改变的条件是__________________
________________________________________________________________________。
②下图b是反应平衡常数的对数值与温度的变化关系图，m的值为________。
图b
(2)CO2在CuZnO催化下，同时发生如下反应Ⅰ、Ⅱ，是解决温室效应和能源短缺的重要手段。
Ⅰ.CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH1＜0
Ⅱ.CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH2＞0
保持温度T时，在容积不变的密闭容器中，充入一定量的CO2及H2，起始及达平衡时，容器内各气体物质的量及总压强如下表：
CO2
H2
CH3OH(g)
CO
H2O(g)
总压强/kPa
起始/mol
0.5
0.9
0
0
0
p0
平衡/mol
n
0.3
p
若反应Ⅰ、Ⅱ均达平衡时，p0＝1.4p，则表中n＝__________；反应1的平衡常数Kp＝________(kPa)－2。(用含p的式子表示)
解析：(1)①根据PV＝nRT，此反应V一定，正反应n在减小，图像显示压强在增大，确定温度在升高，所以正反应为放热反应，ΔH＜0；根据图像分析发现b线相对于a线不同点只是速率加快，达到平衡时间缩短，确定改变的条件是催化剂；
②列三行式：
CO2(g)＋2H2(g)C(s)＋2H2O(g)
c(初)/mol·L－1 2 4 0
Δc/mol·L－1 x 2x 2x
c(平)/mol·L－1 2－x 4－2x 2x
＝
x＝1
K＝＝1，lg K＝lg1＝0
(2)根据表格列出各物质的量变化：
Ⅰ CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)
ΔH1＜0
Δn n 3n n n
Ⅱ.CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH2＞0
0.3－n 0.3－n 0.3－n 0.3－n Δn
平衡时各物质的量为：CO2(g)：0.5－n－0.3＋n＝0.2mol
H2(g)：0.9－3n－0.3＋n＝0.6－2n
CH3OH (g)：n H2O(g)：0.3 CO(g)：0.3－n
根据T、V一定时，压强比等于物质的量之比计算n
＝＝1.4，
计算得出n＝0.2；
平衡后物质的总量：0.2＋0.6－2×0.2＋0.2＋0.3＋0.3－0.2＝1.0 mol
平衡后各物质分压： CO2(g)：(0.2/1)p＝0.2p
H2(g)：(0.2/1)p＝0.2 p
CH3OH(g)：(0.2/1)p＝0.2 p
H2O(g)：(0.3/1)p＝0.3 p
Kp＝＝
答案：(1)①＜ 加入催化剂 ②0 (2)0.2
13．肼(N2H4)与N2O4是火箭发射中最常用的燃料与助燃剂，回答下列问题：
(1)T ℃时，将一定量的NO2或N2O4充入一个容积为2 L的恒容密闭容器中，发生反应2NO2(g)N2O4(g)，保持温度不变，各物质的浓度随时间变化关系如下表：
时间/s
0
20
40
60
80
100
c(X)/
mol·L－1
0
0.080
0.110
0.120
0.120
0.200
c(Y)/
mol·L－1
0.100
0.060
0.045
0.040
0.040
0.040
①c(Y)代表________(填化学式)的浓度，20～40 s内，用NO2表示的化学反应速率为________________________________________________________________________。
②该反应的平衡常数K＝________。
③60 s时容器内混合气体的密度为________g·L－1。
④100 s时改变的条件是________，重新达到平衡时，与原平衡比较，NO2的体积分数将________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(2)①已知2N2H4(g)＋N2O4(g)3N2(g)＋4H2O(g) ΔH＝－Q kJ·mol－1，相关化学键的键能如表所示。
化学键
N—H
N—N
N≡N
O—H
键能(kJ·mol－1)
a
b
c
d
使1 mol N2O4(g)完全分解成相应的原子时需要吸收的能量是________kJ(用代数式表示)
②相同温度下，向Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个恒压密闭容器中均充入1 mol N2H4(g)和1 mol N2O4(g)，三个容器的反应压强分别为p1、p2、p3。在其他条件相同的情况下，反应进行到t min时，N2的体积分数如图所示，此时容器Ⅰ________(填“处于”或“不处于”)化学平衡状态，原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)①通过表格分析，前20秒，X改变了0.080 mol·L－1，而Y改变了(0.100－0.060) mol·L－1＝0.040 mol·L－1，说明Y为N2O4；20～40 s内，用NO2表示的化学反应速率为 mol·(L·s)－1＝1.5×10－3 mol·(L·s)－1；②反应2NO2(g)NO4(g)的平衡常数为＝mol·L－1 ；③容器的体积不变，全为气体，所以密度不变，混合气体的密度＝0.100×92＝9.2 g·L－1; ④从表格分析，100 s时加入(0.200－0.120)×2 mol＝0.16 mol NO2，体系相当于加压，平衡向正向移动，二氧化氮的体积分数减小；(2)①假设使1 mol N2O4(g)完全分解成相应的原子时需要吸收的能量为x，则有ΔH＝－Q＝2(4a＋b) ＋x－3c－8d，x＝3c＋8d－8a－2b－Q; ②根据方程式分析，压强越小，平衡时氮气的含量越大，容器Ⅰ压强最小，反应速率最慢，若达平衡，氮气的百分含量应该最大，图像与此不符。
答案：(1)①N2O4 1.5×10－3 mol·L－1 ② L·mol－1 ③9.2 ④加入0.16 mol NO2 减小 (2)①3c＋8d－8a－2b－Q ②不处于 p1＜p2＜p3，压强越小，平衡时氮气的含量越大，容器Ⅰ压强最小，反应速率最慢，若达平衡，氮气的百分含量应该最大，图像与此不符
14．在体积为2 L的真空密闭容器中加入1 mol CaCO3，发生反应：CaCO3(s)CaO(s)＋CO2(g)。测得二氧化碳的物质的量浓度随温度的变化如图所示。图中曲线A表示CO2的平衡浓度与温度的关系；B是不同温度下，反应经过相同的时间时，CO2物质的量浓度的变化曲线。
请回答下列问题：
(1)①温度为T5 ℃时，反应CaCO3(s)CaO(s)＋CO2(g) ΔH＝＋178.5 kJ·mol－1耗时20 s达到平衡，则20 s内该反应的反应速率为v(CO2)＝________；反应的平衡常数为________mol·L－1。
②如果该反应的平衡常数K值变大，该反应________(选填编号)。
A．一定向逆反应方向移动
B．在平衡移动时正反应速率先增大后减小
C．一定向正反应方向移动
D．在平衡移动时逆反应速率先减小后增大
(2)在T5 ℃下，维持温度和容器体积不变，充入CO2气体，则达到平衡时CaCO3的质量________(填“增大”、“减小”或“不变”)。
(3)在T5 ℃下，反应达到平衡状态后，再压缩容器为1 L，重新达到平衡时，CO2的浓度________(填“增大”、“减小”或“不变”)
(4)随着温度的升高，曲线B向曲线A逼近的原因是_________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)①T5 ℃时，平衡时二氧化碳的浓度为0.2 mol·L－1，反应前二氧化碳的物质的量为0，v(CO2)＝0.2 mol·L－1/20 s＝0.01 mol/(L·s)；K＝c(CO2)＝0.2，K增大，则平衡正向移动，A.平衡逆向移动，与题意不符，A错误；B.正反应速率先增大后减小，二氧化碳的浓度增大，B正确；C.一定向正反应方向移动，C正确；D.逆反应速率先减小后增大，平衡逆向移动，二氧化碳浓度减小，D错误；(2)在T5 ℃下，维持温度和容器体积不变，充入CO2气体，则二氧化碳的浓度增大，则KQ增大，平衡逆向移动，则碳酸钙的质量增加；(3)在T5 ℃下，反应达到平衡状态后，温度不变，化学平衡常数不变，则CO2的浓度不变；(4)根据温度对反应速率的影响可知，随着温度升高，反应速率加快，达到平衡所需要的时间变短，所以曲线B向曲线A逼近。
答案：(1)①0.01mol/(L·s) 0.2 ②BC
(2)增大 (3)不变
(4)温度升高，化学反应速率加快，达平衡的时间缩短
15．羰基硫(COS)是全球硫循环的重要中间体，也是有机合成中的重要原料，是化学工作者重要的研究对象。已知：
Ⅰ.COS(g)＋H2(g) H2S(g)＋CO(g)
ΔH1＝－17 kJ/mol；
Ⅱ.COS(g)＋H2O(g)H2S(g)＋CO2(g) ΔH2＝－35 kJ/mol。
回答下列问题：
(1)反应CO(g)＋H2O(g)H2(g)＋CO2(g)的ΔH＝________。
(2)在充有催化剂的恒压密闭容器中进行反应Ⅰ。设起始充入的n(H2)∶n(COS)＝m，相同时间内测得COS转化率与m和温度(T)的关系如图所示。
①m1________m2(填＞、＜或＝)。
②温度高于T0时，COS转化率减小的可能原因为________。
A．有副反应发生
B．反应的ΔH增大
C．催化剂活性降低
D．逆反应速率增大的倍数小于正反应速率增大的倍数
(3)在恒温、恒容密闭容器中，进行反应Ⅰ。下列说法中能说明反应Ⅰ已达到平衡状态的是________。
A．c(H2S)＝c(CO)
B．v正(H2)＝v逆(H2S)
C．容器中气体密度保持不变
D．容器中混合气体平均摩尔质量保持不变
E．c(COS)保持不变
(4)某温度下，向体积为2 L的恒容密闭容器中通入5 mol COS(g)和5 mol H2O(g)，发生反应Ⅱ，5 min后反应达到平衡，测得COS(g)的转化率为80%。
①反应从起始至5 min内，用H2S浓度变化表示的平均反应速率v(H2S)＝________。
②该温度下，上述反应的平衡常数K＝________。
③其他条件相同时，既能使上述反应中COS的平衡转化率降低，又能使反应速率加快的做法是________。
A．缩小容器容积
B．升高温度
C．分离出硫化氢
D．加入一定量H2O(g)
解析：(1)根据盖斯定律，反应Ⅱ－反应Ⅰ得：CO(g)＋H2O(g)H2(g)＋CO2(g) ΔH＝－35 kJ·mol－1＋17 kJ·mol－1＝－18 kJ·mol－1。
(2)①相同条件下，n(H2)/n(COS)增大，COS转化率增大，所以m1＞m2。
②T0前，升高温度，正反应速率加快，COS转化率增大；温度高于T0时，催化剂的活性降低，发生副反应，逆反应速率增大的倍数大于正反应速率增大的倍数，都有可能导致COS转化率减小，焓变与温度无关 。
(3)反应Ⅰ.COS(g)＋H2(g)H2S(g)＋CO(g) ΔH1＝－17 kJ/mol；A.c(H2S)＝c(CO)，没有指明反应速率进行的方向，无法判定反应Ⅰ已达到平衡状态，错误；B.v正(H2)＝v逆(H2S)，指明正逆反应速率的方向，且满足速率之比和系数成正比，可以判定反应I已达到平衡状态，正确；C.反应前后气体的总质量不变，容器的体积不变，所以容器中气体密度始终保持不变，无法判定反应Ⅰ已达到平衡状态，错误；D.反应前后气体的总质量不变，反应前后气体的总量也保持不变，根据＝m(总)/n(总) 可知，容器中混合气体平均摩尔质量始终保持不变，无法判定反应Ⅰ已达到平衡状态，错误；E.c(COS)保持不变，可以判定反应Ⅰ已达到平衡状态，正确；
(4)COS(g)＋H2O(g)H2S(g)＋CO2(g)
起始量/mol 5 5 0 0
变化量/mol5×80% 5×80% 5×80% 5×80%
5 min后量/mol 1 1 4 4
①反应从起始至5 min内，用H2S浓度变化表示的平均反应速率v(H2S)＝＝0.4 mol·(L·min)－1；②该温度下，反应达到平衡后，c(COS)＝ mol·L－1＝0.5 mol·L－1，c(H2O )＝ mol·L－1＝0.5 mol·L－1，c(H2S)＝ mol·L－1＝2 mol·L－1，c(CO2)＝ mol·L－1＝2 mol·L－1，平衡常数K＝2××0.5＝16；
③A.因为反应前后体积不变，缩小容器容积 ，增大压强，反应速率加快，平衡不移动 ，COS的平衡转化率不变，错误；B.该反应为放热反应，升高温度，平衡左移，速率加快，COS的平衡转化率减小，正确；C.分离出硫化氢，减小生成物浓度，平衡右移，COS的平衡转化率增大，速率减慢，错误；D.加入一定量H2O(g)，平衡右移，反应速率加快，COS的平衡转化率增大，错误。
答案：(1)－18 kJ·mol－1 (2)①＞ ②AC (3)B E (4)①0.4 mol·(L·min)－1 ②16 ③B
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[考纲·考向·素养]
考纲要求
热点考向
核心素养
(1)了解化学反应的可逆性及化学平衡的建立。
(2)理解外界条件(浓度、温度、压强、催化剂等)对反应速率和化学平衡的影响，能用相关理论解释其一般规律。
(3)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。
(4)掌握化学平衡常数的含义，能利用化学平衡常数进行计算。
(1)化学反应速率的计算及影响因素
(2)化学平衡状态的判定
(3)化学平衡的移动、影响因素及化学平衡图像
(4)化学平衡常数、转化率的相关计算
科学探究与创新意识：通过科学探究设计实验方案，探究浓度、温度、催化剂，固体表面积等对化学反应速率的影响，以及温度对化学平衡移动的影响。
证据推理与模型认知：通过平衡时反应物和生成物浓度的实验数据，论证推理平衡时反应物和生成物浓度满足的关系，建立平衡常数的概念，并利用平衡常数和浓度熵的关系，建立判断平衡移动的方法模型。
变化观念与平衡思想：利用变量与控制的方法科学探究影响速率和平衡的因素，运用平衡思想研究化学反应平衡时满足的关系和平衡状态的建立，利用变化观念讨论外界条件改变对速率和平衡移动的影响。
科学态度与社会责任：利用速率和平衡理论解决工业生产中的产量、环境保护循环利用问题，具有理论联系实际观念。
1．一念对错(正确的划“√”，错误的划“×”)
(1)随着反应的进行，化学反应速率一定逐渐减小(×)
(2)增大压强，化学反应速率一定加快(×)
(3)对于固体或纯液体反应物，其浓度视为常数，故不能用固体或纯液体物质表示化学反应速率(√)
(4)不论是放热反应还是吸热反应，升高温度化学反应速率都增大(√)
(5)对于一个化学反应来说，其反应速率越大，反应现象就越明显(×)
(6)加入少量CH3COONa晶体可以减小Zn与稀硫酸反应的速率，但不影响产生H2的总量(√)
(7)增大反应物的浓度和升高温度，均能够增大活化分子的百分含量，所以反应速率增大。(×)
(8)可逆反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，若2v(O2)＝v(SO2)，说明反应达到平衡状态。(×)
(9)催化剂能改变化学反应速率和化学平衡常数。(×)
(10)一定条件下，K值越大，平衡时反应物的转化率越大，正反应进行的程度越大。(√)
(11)改变条件，使反应物的平衡转化率增大，该可逆反应的平衡常数一定增大。(×)
(12)在3种不同条件下，分别向容积为2 L的恒容密闭容器中充入2 mol A和1 mol B，发生反应：2A(g)＋B(g)2D(g) ΔH＝Q kJ·mol－1。相关条件和数据见下表：
实验编号
实验Ⅰ
实验Ⅱ
实验Ⅲ
反应温度/℃
700
700
750
达平衡时间/min
40
5
30
n(D)平衡/mol
1.5
1.5
1
化学平衡常数
K1
K2
K3
其中，K1＝K2＞K3，实验Ⅱ可能使用了催化剂。(√)
(13)对于反应COCl2(g)CO(g)＋Cl2(g)。改变下列条件：①升温 ②恒容下通入惰性气体 ③增加COCl2浓度 ④减压 ⑤加催化剂 ⑥恒压下通入惰性气体，能加快反应速率的是①③⑤(√)
(14)CaSO4(s)＋CO(g)CaO(s)＋SO2(g)＋CO2(g) ΔH1＝218.4 kJ·mol－1，该反应能够自发进行的反应条件是高温。(√)
(15)在FeCl3溶液中滴加无色的KSCN溶液后，有以下可逆反应存在：FeCl3＋3KSCNFe(SCN)3＋3KCl。已知Fe(SCN)3呈红色，则在该平衡体系中加入少量KCl晶体后(忽略溶液体积的变化)，红色将不变(√)
2．按要求填空。
(1)形状大小相同的铁块、铝块分别与等浓度的盐酸反应生成氢气的速率：铁________(填“大于”“小于”或“等于”)铝。
(2)对于反应Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑，改变下列条件对生成氢气的速率有何影响(填“增大”“减小”或“不变”)?
①升高温度：________；
②增大盐酸浓度：________；
③增大铁的质量：________；
④增加盐酸体积：______________________________________________________；
⑤把铁片改成铁粉：________；
⑥滴入几滴CuSO4溶液：________；
⑦加入NaCl固体：________。
(3)若把(2)中的稀盐酸改成“稀硝酸”或“浓硫酸”______(填“能”或“不能”)产生H2，原因是_____________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案：(1)小于 (2)增大 增大 不变 不变 增大 增大 不变
(3)不能 稀硝酸和浓硫酸具有强氧化性，Fe与稀硝酸反应产生NO，不会生成H2；常温下，铁在浓硫酸中会发生钝化
3．一定条件下反应C(s)＋CO2(g)2CO(g) ΔH＞0，在体积不变的密闭容器中达到平衡，回答下列问题：
(1)平衡常数表达式是K＝_______________________________________________。
(2)若升高温度，平衡常数K________，平衡向________方向移动。
(3)若再通入一定量的CO2气体，反应速率________，平衡常数K________，平衡向________方向移动，CO2的转化率________。
(4)若再充入一定量的N2，反应速率________，平衡常数K________，平衡________移动。
答案：(1) (2)增大 正反应 (3)增大 不变 正反应 减小 (4)不变 不变 不
考点一 化学反应速率及影响因素
[真题引领]
1．(2019·全国Ⅰ卷，28(4))Shoichi研究了467 ℃，489 ℃时水煤气变换中CO和H2分压随时间变化关系(如图所示)，催化剂为氧化铁，实验初始时体系中的pH2O和pCO相等、pCO2和pH2相等。
计算曲线a的反应在30～90 min内的平均速率(a)＝________kpa·min－1。
解析：由图可知，30～90 min内a曲线对应物质的分压变化量Δp＝(4.08－3.80)kPa＝0.28 kPa，故曲线a的反应在30～90 min内的平均速率(a)＝＝0.0047 kPa·min－1。
答案：0.0047
2．(2018·高考北京卷)(1)I－可以作为水溶液中SO2歧化反应(3SO2＋2H2O===2H2SO4＋S↓)的催化剂，可能的催化过程如下，将ⅱ补充完整。
ⅰ.SO2＋4I－＋4H＋===S↓＋2I2＋2H2O
ⅱ.I2＋2H2O＋________===________＋________＋2I－
(2)探究ⅰ、ⅱ反应速率与SO2歧化反应速率的关系，实验如下：分别将18 mL SO2饱和溶液加入到2 mL下列试剂中，密闭放置观察现象。(已知：I2易溶解在KI溶液中)
序号
A
B
C
D
试剂
组成
0.4 mol·L－1
KI
a mol·L－1 KI
0.2 mol·L－1 H2SO4
0.2 mol·L－1
H2SO4
0.2 mol·L－1 KI
0.000 2 mol
I2
实验现象
溶液变黄，一段时间后出现浑浊
溶液变黄，出现浑浊较A快
无明显现象
溶液由棕褐色很快褪去，变成黄色，出现浑浊较A快
①B是A的对比实验，则a＝________。
②比较A、B、C，可得出的结论是_________________________________________
________________________________________________________________________。
③实验表明，SO2的歧化反应速率D>A。结合ⅰ、ⅱ反应速率解释原因：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)反应ⅰ、ⅱ的总反应为3SO2＋2H2O===2H2SO4＋S，I－可以作为水溶液中SO2歧化反应的催化剂，催化剂在反应前后质量和化学性质不变，(总反应－反应ⅰ)÷2得，反应ⅱ的离子方程式为I2＋2H2O＋SO2===4H＋＋SO＋2I－。
(2)①B是A的对比实验，采用控制变量法，B比A多加了0.2 mol/L H2SO4，A与B中KI浓度应相等，则a＝0.4。②对比A与B，加入H＋可以加快SO2歧化反应的速率；对比B与C，单独H＋不能催化SO2的歧化反应；比较A、B、C，可得出的结论是：I－是SO2歧化反应的催化剂，H＋单独存在时不具有催化作用，但H＋可以加快歧化反应速率。③对比D和A，D中加入KI的浓度小于A，D中多加了I2，反应ⅰ消耗H＋和I－，反应ⅱ中消耗I2，D中“溶液由棕褐色很快褪色，变成黄色，出现浑浊较A快”，反应速率D＞A，由此可见，反应ⅱ比反应ⅰ速率快，反应ⅱ产生H＋使c(H＋)增大，从而反应加快。
答案：(1)SO2 SO 4H＋ (2)①0.4 ②I－是SO2歧化反应的催化剂，H＋单独存在时不具有催化作用，但H＋可以加快歧化反应速率 ③反应ⅱ比ⅰ快；D中由反应ⅱ产生的H＋使反应ⅰ加快
3．(2018·全国卷Ⅲ节选)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。
比较a、b处反应速率大小：va________vb(填“大于”“小于”或“等于”)。反应速率v＝v正－v逆＝k正x2SiHCl3－k逆xSiH2Cl2xSiCl4，k正、k逆分别为正、逆向反应速率常数，x为物质的量分数，计算a处的＝________(保留1位小数)。
解析：由a处温度比b处高，所以va大于vb，由k正＝0.02，k逆＝，再由a处时的各物质的物质的量分数求得＝＝1.3。
答案：大于 1.3
[知能必备]
1．化学反应速率的计算
(1)公式法：v(B)＝＝。
①浓度变化只适用于气体和溶液中的溶质，不适用于固体和纯液体。
②化学反应速率是某段时间内的平均反应速率，而不是瞬时速率，且计算时取正值。
③对于可逆反应，通常计算的是正、逆反应抵消后的总反应速率，当达到平衡时，总反应速率为零。(注：总反应速率也可理解为净速率)
(2)比值法：同一化学反应，各物质的反应速率之比等于方程式中的化学计量数之比，所以必须注明用哪一种物质表示反应速率。
2．外界因素对化学反应速率的影响
(1)浓度：①增大反应物的浓度，化学反应速率增大，反之减小
②纯液体、固体对化学反应速率没有影响
③将块状固体粉碎，可增大固体物质的表面积，能加快反应速率
(2)压强：压强对化学反应速率的影响是通过改变方程式中气态物质的浓度实现的，所以讨论压强改变是否对反应速率产生影响时，必须明确改变压强的方式，明确压强的改变是否改变方程式中气态物质的浓度。
①若增大压强→缩小体积→反应物浓度增大→反应速率增大；
②若恒温恒容时，充入“惰性气体”→总压强增大→气体反应物浓度未改变→反应速率不变；
③恒温恒压时，充入“惰性”气体→体积增大→气体反应物浓度减小→反应速率减小
(3)温度：升高温度，化学反应速率加快，反之减小
(4)催化剂：使用催化剂，能改变化学反应速率，且正、逆反应速率的改变程度相等
3．外界条件对V正和V逆的影响
(1)当其他条件相同时，增大反应物浓度，v正增大，v逆瞬间不变，随后也增大。
(2)增大压强，缩小容器的体积，v正、v逆均增大，压强对气体系数和大的一方影响大，对于反应前后气体分子数不变的反应，改变压强可以同等程度地改变正、逆反应速率。
(3)升高温度，v正和v逆都增大，但吸热反应方向的反应速率增大的程度大；降低温度，v正和v逆都减小，但吸热方向减少的多。
(4)使用催化剂，能同等程度地改变正、逆反应速率。
[题组训练]
[题组1] 化学反应速率及其计算
1．某学习小组为了探究BrO＋5Br－＋6H＋===3Br2＋3H2O反应速率(v)与反应物浓度的关系，在20 ℃时进行实验，所得的数据如表所示(浓度单位：mol·L－1)：
实验编号
相关数据
①
②
③
④
⑤
c(H＋)
0.008
0.008
0.004
0.008
0.004
c(BrO)
0.001
0.001
0.001
0.002
0.002
c(Br－)
0.10
0.20
0.20
0.10
0.40
v/
(mol·L－1·s－1)
2.4×
10－8
4.8×
10－8
1.2×
10－8
4.8×
10－8
v1
下列结论不正确的是( )
A．若温度升高到40 ℃，则反应速率增大
B．实验②、④，探究的是c(BrO)对反应速率的影响
C．若该反应速率方程为v＝kca(BrO)·cb(Br－)·cc(H＋)(k为常数)，则c＝2
D．实验⑤中，v1＝4.8×10－8 mol·L－1·s－1
解析：B [A项，温度升高，反应速率增大，正确；B项，实验②、④中，c(Br－)也不相同，错误；C项，②、③中，c(H＋)增大1倍，速率增大到原来的4倍，故c＝2，正确；D项，⑤中的c(Br－)和c(BrO)都比③中的增大1倍，速率增大4倍，v1＝4.8×10－8 mol·L－1·s－1，正确。]
2．恒容条件下，1 mol SiHCl3发生如下反应：2SiHCl3(g)SiH2Cl2(g)＋SiCl4(g)。已知：v正＝v消耗(SiHCl3)＝k正x2(SiHCl3)，v逆＝2v消耗(SiH2Cl2)＝k逆x(SiH2Cl2)x(SiCl4)，k正、k逆分别为正、逆向反应速率常数(仅与温度有关)，x为物质的量分数。如图是不同温度下x(SiHCl3)随时间的变化。下列说法正确的是( )
A．该反应为放热反应，v正，a＜v逆，b
B．化学平衡状态时2v消耗(SiHCl3)＝v消耗(SiCl4)
C．当反应进行到a处时，＝
D．T2 K时平衡体系中再充入1 mol SiHCl3，平衡正向移动，x(SiH2Cl2)增大
解析：C [A.因两曲线对应的状态只是温度不同，由图像知达到平衡所需时间T2K小于T1K，温度越高反应速率越快，所以温度T2＞T1。又T2 K下达到平衡时SiHCl3的物质的量分数比T1 K平衡时小，说明升温平衡向正反应方向移动，由此推知该反应为吸热反应，选项A错误；B.化学平衡状态时v消耗(SiHCl3)＝2v消耗(SiCl4)，选项B错误；C.2SiHCl3(g)SiH2Cl2(g)＋SiCl4(g)反应前后分子数不变，即反应开始至达平衡的过程中混合气体总物质的量始终为1 mol，由图像知T2 K下达到平衡时SiHCl3的物质的量分数为0.75，则此时SiH2Cl2和SiCl4的物质的量分数均为0.125，因为平衡时v正＝v逆，v正＝k正x2(SiHCl3)＝0.752k正，v逆＝k逆x(SiH2Cl2)x(SiCl4)＝0.1252k逆，则0.752k正＝0.1252k逆，＝＝，因k正和k逆只与温度有关，反应进行到a点处时v正＝k正x2(SiHCl3)＝0.82k正，v逆＝k逆x(SiH2Cl2)x(SiCl4)＝0.12k逆。＝×＝×＝。选项C正确；D.恒容条件下再充入1 mol SiHCl3，相当于增大压强，而2SiHCl3(g)SiH2Cl2(g)＋SiCl4(g)反应前后气体体积不变，所以平衡不移动，x(SiH2Cl2)不变，选项D错误。]
[题组2] “变量控制”探究外界条件对速率的影响
3．某小组拟在同浓度Fe3＋的催化下，探究H2O2溶液的浓度对H2O2分解反应速率的影响。限选试剂与仪器：30% H2O2溶液、0.1 mol·L－1 Fe2(SO4)3溶液、蒸馏水、锥形瓶、双孔塞、水槽、胶管、玻璃导管、量筒、秒表、恒温水浴槽、注射器。
(1)写出本实验中H2O2分解的化学方程式并标明电子转移的方向和数目：________________________________________________________________________。
(2)设计实验方案：在不同H2O2溶液浓度下，测定____________________________
________________________________________________________________________
(要求所测得的数据能直接体现反应速率大小)。
(3)设计实验装置，完成如下装置示意图。
(4)参照下表格式，拟定实验表格，完整体现实验方案(列出所选试剂体积、需记录的待测物理量和所拟定的数据；数据用字母表示)。
物理量
实验序号
V[0.1 mol·L－1
Fe2(SO4)3/mL]
……
1
a
……
2
a
……
解析：(4)要达到实验目的，应保证催化剂的浓度相同，双氧水的浓度不同，故实验时要确保加入双氧水溶液与水的总体积相同，通过改变二者的体积，可拟定不同双氧水浓度对反应速率影响的实验方案。
答案：
(2)收集相同体积的氧气所需的时间或者相同时间内所收集氧气的体积
(3)
(4)
物理量
实验序号
V(H2O2)
/mL
V(H2O) /mL
V(O2) /mL
时间/s
1
b
c
e
d
2
c
b
e
f
4.铬是广泛存在于环境中的金属元素，在水体中主要以三价和六价铬的化合物为主，其中六价铬对人有害。通常含六价铬的酸性工业废水的处理流程为：
为进一步研究初始pH和草酸的浓度对第②步反应速率的影响，某学习小组设计对比实验如下表：
实验编号
初始pH
废水样品
的体积/m L
草酸溶液
的体积/mL
蒸馏水的
体积/mL
甲
4
60
10
30
乙
5
x
10
30
丙
5
y
5
z
(1)实验设计表中z＝________；
(2)实验甲中O～t1时间段反应速率v(Cr3＋)＝________mol·L－1·min－1(用含字母的代数式表示)。
(3)常温下，第③步反应生成的Cr(OH)3在溶液中存在以下平衡：Cr(OH)3(s)Cr3＋(aq)＋3OH－(aq)，其溶度积Ksp[Cr(OH)3]＝1×10－32，要使反应后溶液中c(Cr3＋)不高于10－5 mol·L－1，溶液的pH应调至________。
解析：(1)根据控制变量法的原理可知，要保证废水样品相同、混合后溶液总体积相同，即x＝60，y＝60，z＝35；(2)实验甲中O～t1时间段反应速率v(Cr3＋)＝2v(Cr2O)＝2× mol·L－1·min－1。
(3)常温下，第③步生成的Cr(OH)3在溶液中存在以下平衡：Cr(OH)3(s)Cr3＋(aq)＋3OH－(aq)，溶度积Ksp[Cr(OH)3]＝1×10－32，要使反应后溶液中c(Cr3＋)不高于10－5 mol·L－1，则c3(OH－)≥，即c(OH－)≥10－9 mol·L－1，所以溶液的pH应调至5(或≥5)。
答案：(1)35 (2) (3)5(或≥5)
考点二 化学平衡状态与化学平衡移动
[真题引领]
1．(2019·全国Ⅱ卷，27(3))环戊二烯容易发生聚合生成二聚体，该反应为可逆反应。不同温度下，溶液中环戊二烯浓度与反应时间的关系如图所示，下列说法正确的是________(填标号)。
A．T1＞T2
B．a点的反应速率小于c点的反应速率
C．a点的正反应速率大于b点的逆反应速率
D．b点时二聚体的浓度为0.45 mol·L－1
解析：CD [A.温度越高化学反应速率越快，单位时间内反应物浓度减少越多，故T1＜T2，故A错误；B.温度越高化学反应速率越快，因此a点反应速率大于c点反应速率，故B错误；C.a点、b点反应一直在正向进行，故v(正)>v(逆)，a点反应物浓度大于b点，故a点正反应速率大于b点，因此v正(a)>v逆(b)，故C正确；D.b点时环戊二烯浓度由1.5 mol/L减小到0.6 mol/L，减少了0.9 mol/L，因此生成二聚体的浓度为0.45 mol·L－1，故D正确。]
2．(2018·浙江自选)反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＜0，若在恒压绝热容器中发生，下列选项表明反应一定已达平衡状态的是( )
A．容器内的温度不再变化
B．容器内的压强不再变化
C．相同时间内，断开H—H键的数目和生成N—H键的数目相等
D．容器内气体的浓度c(N2)∶c(H2)∶c(NH3)＝1∶3∶2
解析：A [题干中指明为绝热容器，当温度不再改变时，此刻反应达到平衡状态，故A项正确；该反应恒压条件进行，压强保持定值，无法根据压强来判定反应是否平衡，故B项错误；断开H—H键的数目和生成N—H键的数目都是表示正向的反应速率，无法判断是否处于平衡状态，故C项错误；容器内气体的浓度c(N2)∶c(H2)∶c(NH3)＝1∶3∶2无法判断各组分浓度是否不再变化，无法判断平衡状态，故D项错误。]
[知能必备]
1．化学平衡状态判断的标志
命题角度
判断方法或结论
方程式中某一具体物质的物质的量、浓度、物质的量分数、颜色、温度不再变化
均可作为平衡标志
速率角度
①同种物质：v正＝v逆可作为标志
②不同物质，必须满足方向相反，成系数比，可作为标志
如：对于2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，若消耗SO2的物质的量与生成SO3的物质的量相等，则不是平衡标志，若消耗SO2的物质的量和消耗SO3的物质的量相等，则是平衡标志。
以整个容器中所有气体为研究对象，如气体的总压强、总体积、总物质的量、气体的密度、相对分子质量等不再变化
不一定是平衡标志
判断方法：根据移动结果判断，假设平衡正向移动，所给依据若改变，则该依据是平衡标志，若平衡移动后，该依据不变化，则不是平衡标志。如：密度不再变化，①对于2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH＜0，恒温恒容条件下，不论平衡向正向还是逆向移动，密度均不变，所以密度不再变化不是平衡标志；恒温恒压条件下，平衡右移，密度逐渐增大，所以密度不再变化，是平衡标志，再如：对于H2(g)＋I2(g)2HI(g)，无论是恒温恒容，还是恒温恒压，密度不再变化均不是平衡标志
不同物质的浓度或物质的量之比
如：对于2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH＜0
①c(SO2)∶c(O2)∶c(SO3)＝
2∶1∶2
②c(SO2)∶c(O2)∶c(SO3)＝
2∶1∶2不再变化
③c(SO2)∶c(O2)＝2∶1不再变化
其中①不是标志，②是标志，③不是标志
2.化学平衡移动的判断方法
(1)依据外界条件改变进行判断
①温度的影响：升高温度，化学平衡向吸热反应方向移动，降低温度，化学平衡向放热反应方向移动；②浓度的影响：增大反应物浓度或减小生成物浓度，化学平衡向正反应方向移动；减小反应物浓度或增大生成物浓度，化学平衡向逆反应方向移动；
③压强的影响：增大压强会使平衡向着气体体积减小的方向移动；减小压强会使平衡向着气体体积增大的方向移动。
(2)依据v正和v逆关系判断
若v正＝v逆，平衡不移动，若v正≠v逆，则平衡移动。
①v正和v逆谁大向谁的方向移动，也就是v正＞v逆，平衡正向移动，v正＜v逆，平衡向逆向移动。
②v正和v逆，谁减小向谁的方向移动，如：对于2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，在t0时刻增加压强，则平衡正向移动。
(3)依据比较浓度商(Q)与平衡常数(K)的大小来判断
①若Q＞K，平衡逆向移动；
②若Q＝K，平衡不移动；
③若Q＜K，平衡正向移动。
3．新旧平衡的比较
(1)速率影响：速率的变化取决于外界条件改变情况，如升温，速率加快；使用催化剂平衡不移动，但速率加快，到达平衡的时间缩短。
(2)对平衡移动引起量的变化，一般情况下外界条件改变引起量的变化往往大于平衡移动引起的对应量的变化，平衡移动只是减弱外界条件引起的改变。如：对于平衡2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH＜0反应，增大压强，达到新的平衡时SO2、O2、SO3物质的量浓度均增大。但也有例外，如：对于在一定温度下已平衡CaCO3(s)CaO(s)＋CO2(g)反应，增大压强，平衡发生移动，达到新平衡时，但CO2的浓度没有发生改变。
[题组训练]
[题组1] 化学平衡状态的判断
1．在一定温度下的定容容器中，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(均填序号)
(1)能说明2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)达到平衡状态的是________________。
(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A(s)＋2B(g)C(g)＋D(g)达到平衡状态的是________________。
(6)能说明NH2COONH4(s)2NH3(g)＋CO2(g)达到平衡状态的是________________。
(7)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)②④⑦ (6)①②③ (7)②④⑦
2．将一定量的SO2和含0.7 mol氧气的空气(忽略CO2)放入一定体积的密闭容器中，550 ℃时，在催化剂作用下发生反应：2SO2＋O22SO3(正反应放热)。反应达到平衡后，将容器中的混合气体通过过量NaOH溶液，气体体积减少了21.28 L；再将剩余气体通过焦性没食子酸的碱性溶液吸收O2，气体的体积又减少了5.6 L。(以上气体体积均为标准状况下的体积，计算结果保留—位小数)
请回答下列问题：
(1)判断该反应达到平衡状态的标志是________(填字母)。
a．SO2和SO3浓度相等
b．SO2百分含量保持不变
c．容器中气体的压强不变
d．SO3的生成速率与SO2的消耗速率相等
e．容器中混合气体的密度保持不变
(2)欲提高SO2的转化率，下列措施可行的是________(填字母)。
a．向装置中再充入N2
b．向装置中再充入O2
c．改变反应的催化剂
d．升高温度
(3)求该反应达到平衡时SO2的转化率________(用百分数表示)。
解析：(1)可逆反应达到平衡时SO2和SO3浓度不一定相等，与二氧化硫的起始浓度以及转化率有关，a项错误；可逆反应达到平衡状态时，各物质的百分含量不变，SO2百分含量保持不变时，说明达到平衡状态，b项正确；随反应进行气体的物质的量减小，恒温恒容下，容器内气体压强减小，当容器中气体的压强不变时，说明达到平衡状态，c项正确；SO3的生成速率与SO2的消耗速率都表示正反应速率，二者始终相等，不能说明达到平衡状态，d项错误；混合气体的质量不变，容器的体积不变，所以密度始终不变，不能说明达到平衡状态，e项错误。
(2)向装置中再充入N2，反应物和生成物的浓度不变，平衡不移动，所以不能提高转化率，a项错误；向装置中再充入O2，氧气浓度增大，平衡向正反应方向移动，提高了二氧化硫的转化率，b项正确；改变反应的催化剂只改变反应速率，不改变平衡，所以不能提高二氧化硫的转化率，c项错误；升高温度，平衡向逆反应方向移动，降低了二氧化硫的转化率，d项错误。
(3)混合气体通过过量NaOH溶液时，减少的气体是二氧化硫和三氧化硫，所以三氧化硫和未参加反应的二氧化硫的体积是21.28 L，剩余氧气的体积是5.6 L，则参加反应的氧气的体积＝0.7 mol× 22.4 L/mol－5.6 L＝10.08 L，根据二氧化硫、三氧化硫和氧气的关系式知，参加氧化还原反应的二氧化硫的体积＝10.08 L×2＝20.16 L，生成三氧化硫的体积＝10.08 L×2＝20.16 L，则未参加氧化还原反应的二氧化硫的体积＝21.28 L－20.16 L＝1.12 L，原来二氧化硫的体积＝20.16 L＋1.12 L＝21.28 L，所以二氧化硫的转化率＝×100%＝94.7%。
答案：(1)bc (2)b (3)94.7%
[题组2] 平衡移动
3．将一定量纯净的氨基甲酸铵置于密闭真空恒容容器中(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)，ΔH＝a kJ/mol (a＞0)。然后在恒定温度下缩小容器体积，重新达到平衡。下列分析正确的是( )
A．若2v(NH3)＝v(CO2)，则该反应达到平衡状态
B．两次平衡时，后一次平衡时c(CO2)的浓度大
C．重新达到平衡，密闭容器中氨气的体积分数不变
D．若开始时向容器中加入2 mol NH3和1 mol CO2，则达到平衡时放出a kJ热量
解析：C [A.2v(NH3)＝v(CO2)，未体现正逆的关系，反应不一定达到平衡状态，A错误；B.反应均按物质的量比例进行，前后两次为等效平衡，两次平衡时c(CO2)相等，B错误；C.反应均按物质的量比例进行，前后两次为等效平衡，重新达到平衡，密闭容器中氨气的体积分数不变，C正确；D.因反应为可逆反应，不能反应彻底，故若开始时向容器中加入2 mol NH3和1 mol CO2，则达到平衡时放出热量小于a kJ，D错误。]
4．某电路板生产企业的水质情况及国家允许排放的污水标准如下表所示。为研究废水中Cu2＋处理的最佳pH，取5份等量的废水，分别用30%的NaOH溶液调节pH至8.5、9、9.5、10、11，静置后，分析上层清液中铜元素的含量，实验结果如下图所示。
查阅资料，平衡Ⅰ：Cu(OH)2＋4NH3
[Cu(NH3)4]2＋＋2OH－；
平衡Ⅱ：Cu(OH)2＋2OH－[Cu(OH－)4]2－
项目
废水水质
排放标准
pH
1.0
6～9
Cu2＋/mg·L－1
72
≤0.5
NH/mg·L－1
2 632
≤15
下列说法不正确的是( )
A．废水中Cu2＋处理的最佳pH约为9
B．b～c段：随pH升高，Cu(OH)2的量增加，平衡Ⅰ正向移动，铜元素含量上升
C．c～d段：随pH升高，c(OH－)增加，平衡Ⅰ逆向移动，铜元素含量下降
D．d点以后，随c(OH－)增加，铜元素含量可能上升
解析：B [A.根据图像，在pH＝9时，Cu元素的含量最小，即废水中Cu2＋处理的最佳pH约为9，A正确；B.b～c段：随c(OH－)增大，NH与OH－结合生成NH3·H2O，氨气浓度增大，根据勒夏特列原理，平衡Ⅰ正向移动，[Cu(NH3)4]2＋溶液中浓度增大，B错误；C.c～d段：pH增大，c(OH－)增大，平衡Ⅰ向逆反应方向进行，铜元素含量下降，C正确；D.d点以后，c(OH－)增大，平衡Ⅱ向正反应方向进行，生成Cu[(OH－)4]2－，铜元素含量增大，D正确。]
考点三 化学平衡常数及转化率
[真题引领]
1．(2019·全国Ⅱ，27(节选))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：
对于反应：
(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①＋②，可得反应③的ΔH3＝89.3 kJ/mol；
(2)假设反应前碘单质与环戊烯均为n mol，平衡时环戊烯反应了x mol，根据题意可知；
(g)＋I2(g)===(g)＋2HI(g) 增加的物质的量
1 mol 1 mol 1 mol 2 mol 1 mol
x mol 2n×20%
得x＝0.4n mol，转化率为0.4n/n×100%＝40%；
(g) ＋ I2(g) ===(g) ＋ 2HI(g)
p(初) 0.5×105 0.5×105 0 0
Δp 0.5×105×40% 0.5×105×40% 1×105×40%
p(平) 0.3×105 0.3×105 0.2×105 0.4×105
Kp＝＝3.56×104；
A．T、V一定，通入惰性气体，由于对反应物和生成物浓度无影响，速率不变，平衡不移动，故A错误；B.升高温度，平衡向吸热方向移动，环戊烯转化率升高，故B正确；C.增加环戊烯的浓度平衡正向移动，但环戊烯转化率降低；D.增加I2的浓度，平衡正向移动，环戊烯转化率升高，故D正确。
答案：(1)89.3 (2)40% 3.56×104 BD
2．(2019·全国Ⅲ，28节选)近年来，随着聚酯工业的快速发展，氯气的需求量和氯化氢的产出量也随之迅速增长。因此，将氯化氢转化为氯气的技术成为科学研究的热点。回答下列问题：
(1)Deacon发明的直接氧化法为：4HCl(g)＋O2(g)===2Cl2(g)＋2H2O(g)。下图为刚性容器中，进料浓度比c(HCl)∶c(O2)分别等于1∶1、4∶1、7∶1时HCl平衡转化率随温度变化的关系：
可知反应平衡常数K(300 ℃)________K(400 ℃)(填“大于”或“小于”)。设HCl初始浓度为c0，根据进料浓度比c(HCl)∶c(O2)＝1∶1的数据计算K(400 ℃)＝________(列出计算式)。按化学计量比进料可以保持反应物高转化率，同时降低产物分离的能耗。进料浓度比c(HCl)∶c(O2)过低、过高的不利影响分别是________。
(2)Deacon直接氧化法可按下列催化过程进行：
CuCl2(s)===CuCl(s)＋Cl2(g) ΔH1＝83 kJ·mol－1
CuCl(s)＋O2(g)===CuO(s)＋Cl2(g) ΔH2＝－20 kJ·mol－1
CuO(s)＋2HCl(g)===CuCl2(s)＋H2O(g) ΔH3＝－121 kJ·mol－1
则4HCl(g)＋O2(g)===2Cl2(g)＋2H2O(g)的ΔH＝________kJ·mol－1。
(3)在一定温度的条件下，进一步提高HCl的转化率的方法是__________________。(写出2种)
解析：(1)根据反应方程式知，HCl平衡转化率越大，平衡常数K越大，结合图像知升高温度平衡转化率降低，说明升高温度平衡向逆反应方向进行，则K(300 ℃)＞K(400 ℃)；由图像知，400 ℃时，HCl平衡转化率为84%，用三段式法对数据进行处理得：
4HCl(g)＋O2(g)===2Cl2(g)＋2H2O(g)
起始(浓度) c0 c0 0 0
变化(浓度) 0.84c0 0.21c0 0.42c0 0.42c0
平衡(浓度) (1－0.84)c0 (1－0.21)c0 0.42c0 0.42c0
则K＝；根据题干信息知，进料浓度比过低，氧气大量剩余，导致分离产物氯气和氧气的能耗较高；进料浓度比过高，HCl不能充分反应，导致HCl转化率较低；(2)根据盖斯定律知，(反应Ⅰ＋反应Ⅱ＋反应Ⅲ)×2得4HCl(g)＋O2(g)===2Cl2(g)＋2H2O(g) ΔH＝(ΔH1＋ΔH2＋ΔH3)×2＝－116 kJ·mol－1；
(3)若想提高HCl的转化率，应该促使平衡正向移动，该反应为气体体积减小的反应，根据勒夏特列原理，可以增大压强，使平衡正向移动；也可以及时除去产物，减小产物浓度，使平衡正向移动。
答案：(1)大于 O2和Cl2分离能耗较高；HCl转化率较低
(2)－116 (3)增加反应体系压强、及时除去产物
3．(2018·全国卷Ⅰ)采用N2O5为硝化剂是一种新型的绿色硝化技术，在含能材料、医药等工业中得到广泛应用。回答下列问题：
(1)F.Daniels等曾利用测压法在刚性反应器中研究了25 ℃时N2O5(g)分解反应：
其中NO2二聚为N2O4的反应可以迅速达到平衡。体系的总压强p随时间t的变化如下表所示(t＝∞时，N2O5(g)完全分解)：
t/min
0
40
80
160
260
1 300
1 700
∞
p/kPa
35.8
40.3
42.5
45.9
49.2
61.2
62.3
63.1
已知：2NO2(g)N2O4(g) ΔH＝－55.3 kJ·mol－1
①研究表明，N2O5(g)分解的反应速率v＝2×10－3×pN2O5(kPa·min－1)。t＝62 min时，测得体系中pO2＝2.9 kPa，则此时的pN2O5＝________kPa，v＝________kPa·min－1。
②若提高反应温度至35 ℃，则N2O5(g)完全分解后体系压强p∞(35 ℃)________63.1 kPa(填“大于”“等于”或“小于”)，原因是____________________________________
________________________________________________________________________。
③25 ℃时N2O4(g)2NO2(g)反应的平衡常数Kp＝________kPa(Kp为以分压表示的平衡常数，计算结果保留1位小数)。
(2)对于反应2N2O5(g)―→4NO2(g)＋O2(g)，R.A.Ogg提出如下反应历程：
第一步 N2O5NO2＋NO3 快速平衡
第二步 NO2＋NO3―→NO＋NO2＋O2 慢反应
第三步 NO＋NO3―→2NO2 快反应
其中可近似认为第二步反应不影响第一步的平衡。下列表述正确的是________(填标号)。
A．v(第一步的逆反应)＞v(第二步反应)
B．反应的中间产物只有NO3
C．第二步中NO2与NO3的碰撞仅部分有效
D．第三步反应活化能较高
解析：(1)①根据方程式可知氧气与消耗五氧化二氮的物质的量之比是1∶2，又因为同温同体积时压强之比等于物质的量之比，所以消耗五氧化二氮减少的压强是2.9 kPa×2＝5.8 kPa，则此时五氧化二氮的压强是35.8 kPa－5.8 kPa＝30.0 kPa，所以此时反应速率v＝2.0×10－3×30＝6.0×10－2(kPa·min－1)；②由于温度升高，容器容积不变，总压强提高，且二氧化氮二聚为放热反应，温度提高，平衡左移，体系物质的量增加，总压强提高，所以若提高反应温度至35 ℃，则N2O5(g)完全分解后体系压强p∞(35 ℃)大于63.1 kPa。③根据表中数据可知五氧化二氮完全分解时的压强是63.1 kPa，根据方程式可知完全分解时最初生成的二氧化氮的压强是35.8 kPa×2＝71.6 kPa，氧气是35.8 kPa÷2＝17.9 kPa，总压强应该是71.6 kPa＋17.9 kPa＝89.5 kPa，平衡后压强减少了89.5 kPa－63.1 kPa＝26.4 kPa，所以根据方程式2NO2(g)N2O4(g)可知平衡时四氧化二氮对应的压强是26.4 kPa，二氧化氮对应的压强是71.6 kPa－26.4 kPa×2＝18.8 kPa，则反应的平衡常数Kp＝kPa≈13.4 kPa。(2)A.第一步反应快，所以第一步的逆反应速率大于第二步的逆反应速率，A正确；B.根据第二步和第三步可知中间产物还有NO，B错误；C.根据第二步反应生成物中有NO2可知，NO2与NO3的碰撞仅部分有效，C正确；D.第三步反应快，所以第三步反应的活化能较低，D错误。
答案：(1)①30.0 6.0×10－2 ②大于 温度提高，体积不变，总压强提高；NO2二聚为放热反应，温度提高，平衡左移，体系物质的量增加，总压强提高 ③13.4 (2)AC
[知能必备]
1．平衡常数K
(1)平衡常数表示法：纯液体和纯固体在平衡常数的表达式中不表示出来，其实质是把纯固体和纯液体的浓度归并入K。
例如：反应2CrO(aq)＋2H＋(aq)Cr2O(aq)＋H2O(l)中的K＝
(2)影响K的因素：K只受温度影响，温度升高，吸热反应的K增大，放热反应K减小。
(3)不同反应平衡常数K之间的联系
方程式相加减，平衡常数相乘除；方程式乘以某个系数X，平衡常数变为原来的X次方，下列反应K1、K2与K3、K4、K5与K6之间的关系：
如：①C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g) K1
②CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) K2
③C(s)＋2H2O(g)CO2(g)＋2H2(g) K3
④N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) K4
⑤2NH3(g)N2(g)＋3H2(g) K5
⑥NH3(g)N2(g)＋H2(g) K6
关系式为：K3＝K1·K2
K5＝＝K
(4)平衡常数的计算
①平衡常数的一般计算方法
例如：在一定温度下的2 L密闭容器中，分别充入2 mol SO2和1 mol O2发生2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH＜0，平衡时n(SO2)＝1 mol
若用平衡时的“物质的量”代入K计算：则K＝＝2
若用平衡时的“物质的量浓度”代入K计算，则K＝＝4
所以计算K时应注意以下问题：
a．代入的是物质的量浓度而不是物质的量
b．代入的是平衡时的物质的量浓度
c．当容器的体积为1 L或方程式两边气体系数和相等时，可以使用物质的量进行计算
②当一个容器中有多个反应发生时，某一个反应的平衡常数K求算方法
例如：在一个体积固定的密闭容器中加入一定量的固体NH4I，发生如下反应：
NH4I(s)NH3(g)＋HI(g)；①
2HI(g)H2(g)＋I2(g)；②
当反应达到平衡时，c(HI)＝4 mol/L，c(I2)＝0.5 mol/L。
反应①的平衡常数？
反应的平衡常数K1＝[NH3][HI]＝5×4＝20，而不是K1＝[NH3][HI]＝5×5＝25
当一个容器中有多个反应发生，计算某一反应的平衡常数K，应先写出该反应K的表达式，表达式中物质的浓度应是平衡时容器中真实存在的浓度，不需要考虑该物质是哪一个反应提供的，也不需要考虑该物质参与了哪些反应，也就是说求第②个方程式平衡常数K2时，HI的浓度仍是4 mol·L－1。
③恒温恒压密闭容器中Kc的计算
例如：恒温恒压下向V L的密闭容器中充入2 mol SO2和1 mol O2，
平衡时n(SO2)＝1 mol，求该反应的平衡常数？
解： 2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)
起始 2 mol 1 mol 0
转化 1 mol 0.5 mol 1 mol
平衡 1 mol 0.5 mol 1 mol
平衡时容器的体积为V′，则V′∶V＝3∶(1＋0.5＋1)
∴V′＝ V＝ V，Kc＝＝ V
而不是K′c＝＝2 V
注意事项：恒温恒压下利用物质的量计算平衡常数时，必须注意容器体积变化。
④利用分压计算平衡常数
一定条件下，可逆反应的平衡常数可以用平衡浓度计算，也可以用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数，对于可逆反应：aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)，在一定温度下利用压强表示的平衡常数为Kp＝
计算方法举例如下：
a．在一定温度下，压强为p的体积可变的密闭容器中，分别充入2 mol SO2和1 mol O2，达到平衡时，n(SO2)＝1 mol，求Kp
2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)
起始 2 mol 1mol 0
转化 1 mol 0.5 mol 1 mol
平衡 1 mol 0.5 mol 1 mol
Kp＝＝＝
b．在一定温度下，在体积为1 L压强为p的恒容密闭容器中，分别充入2 mol SO2和1 mol O2，达到平衡时，n(SO2)＝1 mol，求：Kp
2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)
起始 2 mol 1mol 0
转化 1 mol 0.5 mol 1 mol
平衡 1 mol 0.5 mol 1 mol
设平衡时压强为p平，则p平∶p＝2.5 mol∶3 mol
∴p平＝p
Kp＝＝
(5)平衡常数的应用
应用
条件
结果
判断反应
转化率大小
K越大
反应物转化率越大
K越小
反应物转化率越小
判断正在
进行的可
逆反应是
否达到平
衡及反应
进行的
方向
对于可逆反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，在一定温度下的任意时刻，反应物的浓度和生成物的浓度有如下关系：Qc＝，Qc叫该反应的浓度商
Qc＜K
反应向正反应方向进行
Qc＝K
反应处于平衡状态
Qc＞K
反应向逆反应方向进行
判断反应
的热效应
升高温度，K增大
正反应为吸热反应
升高温度，K减小
正反应为放热反应
2.外界条件对转化率的影响
转化率分为非平衡态转化率和平衡转化率，其中非平衡态转化率随反应速率增大而增大；平衡转化率的变化举例如下：
条件
可逆反应特点
转化率变化
升温
(降温)
正反应吸热
增大(减小)
正反应放热
减小(增大)
通过改变
体积加压
(减压)
正反应气体分子数增加
减小(增大)
正反应气体分子数减少
增大(减小)
气体分子数不变
不变
催化剂
不变
增加某反
应物浓度
(反应物
多种)
该反应物转化率减小，其他反应
物转化率增大
[题组训练]
[题组1] 化学平衡常数的意义和计算
1．已知在25 ℃时，下列反应的平衡常数如下：
①N2(g)＋O2(g)2NO(g) K1＝1×10－30
②2H2(g)＋O2(g)2H2O(g) K2＝2×1081
③2CO2(g)2CO(g)＋O2(g) K3＝4×10－92
下列说法正确的是( )
A．NO分解反应：NO(g)N2(g)＋O2(g)的平衡常数为1×10－30
B．根据K2的值可以判断常温下H2和O2很容易反应生成H2O
C．常温下，NO、H2O、CO2三种物质分解放出O2的倾向顺序为NO＞H2O＞CO2
D．温度升高，上述三个反应的平衡常数均增大
解析：C [A项，NO(g)N2(g)＋O2(g)的平衡常数为＝1015，错误；B项，根据平衡常数可判断反应进行的程度但并不能判断反应的难易，错误；C项，常温下，NO、H2O、CO2三种物质分解放出O2的平衡常数依次为1×1030、5×10－82、4×10－92，平衡常数越大，则反应进行的程度越大，正确；D项，反应②为放热反应，升高温度平衡逆向移动，平衡常数减小，错误。]
2．肌红蛋白(Mb)是由肽链和血红素辅基组成的可结合氧的蛋白，广泛存在于肌肉中。肌红蛋白结合氧的反应为：Mb(aq)＋O2(g)MbO2(aq)。肌红蛋白的结合度(即转化率α)与氧气分压p(O2)密切相关，37 ℃时，反应达平衡时测得的一组实验数据如图所示。回答下列问题：
(1)37 ℃时，上述反应的平衡常数K＝________ kPa－1(气体和溶液中的溶质分别用分压和物质的量浓度表达)；
(2)平衡时，肌红蛋白的结合度α＝________[用含p(O2)和K的代数式表示]；37 ℃时，若空气中氧气分压为20.0 kPa，人正常呼吸时α的最大值为________%结果保留2位小数)；
(3)一般情况下，高烧患者体内MbO2的浓度会比其健康时________(填“高”或“低”)；在温度不变的条件下，游客在高山山顶时体内MbO2的浓度比其在山下时________(填“高”或“低”)；
(4)上述反应的正反应速率v正＝k正c(Mb)p(O2)，逆反应速率v逆＝k逆c(MbO2)。k正和k逆分别是正向和逆向反应的速率常数。37 ℃时，上图中坐标为(1.00,50.0)的点对应的反应状态为向________进行(填“左”或“右”)，此时v正︰v逆＝________(填数值)。
解析：(1)反应Mb(aq)＋O2(g)MbO2(aq)的平衡常数表达式K＝。图中，37 ℃、肌红蛋白结合度为50%时，c(Mb)＝c(MbO2)、p(O2)＝0.5 kPa，求得K＝2 kPa－1。
(2)平衡时，肌红蛋白的结合度α，则＝，代入K表达式得α＝；37℃时，将K＝2 kPa－1、p(O2)＝20.0 kPa代入，得到α最大值为97.56%。
(3)高烧患者体温超过37 ℃，血液中O2浓度降低，MbO2浓度会比健康时低；高山山顶O2分压比地面低，使Mb(aq)＋O2(g)MbO2(aq)左移，MbO2浓度也会降低。
(4)当上述反应达到化学平衡时，有v正＝v逆，即k正c(Mb)·p(O2)＝k逆c(MbO2)。得＝＝K。
图中点(1.00,50.0)不在曲线上，37 ℃时不是化学平衡状态。此时c(Mb)＝c(MbO2)、p(O2)＝1.00 kPa，得Q＝1 kPa－1＜K＝2 kPa－1，故反应向右进行。v正︰v逆＝[k正c(Mb)·p(O2)]∶[k逆c(MbO2)]＝k正∶k逆＝K＝2。
答案：(1)2 (2) 97.56 (3)低 低 (4)右 2
[题组2] 化学平衡常数的应用
3．在一定体积的密闭容器中，进行如下化学反应：C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(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________反应(填“吸热”或“放热”)。
(3)某温度下，各物质的平衡浓度符合下式：3c(H2O)＝5c(CO)·c(H2)，试判断此时的温度为________。
(4)830 ℃时，容器中的反应已达到平衡。在其他条件不变的情况下，扩大容器的体积，平衡________移动。(填“向正反应方向”“向逆反应方向”或“不”，下同)
(5)已知可逆反应CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)，K＝3.5,1 200 ℃时，在某时刻体系中CO2、H2、CO、H2O的浓度分别为2 mol·L－1、2 mol·L－1、4 mol·L－1、4 mol·L－1，则此时上述反应的平衡移动方向为________移动。
解析：(1)碳为固体，根据化学平衡常数表达式可得K＝。(2)根据表中数据，由于温度升高，该反应的化学平衡常数增大，平衡向正反应方向移动，则正反应为吸热反应。(3)平衡浓度符合下式：3c(H2O)＝5c(CO)·c(H2)，则K＝＝＝0.6，则温度为700 ℃。(4)830 ℃时，容器中的反应已达到平衡。在其他条件不变的情况下，扩大容器的体积，相当于减小了压强，平衡向气体体积增大的方向移动，故对于该反应而言，平衡向正反应方向移动。(5)若1 200 ℃时，平衡常数K为3.5，因为CO2、H2、CO、H2O的浓度分别为2 mol·L－1、2 mol·L－1、4 mol·L－1、4 mol·L－1，其浓度商Q为＝4＞3.5，所以此时反应平衡向逆反应方向移动。
答案：(1) (2)吸热 (3)700 ℃
(4)向正反应方向 (5)向逆反应方向
[题组3] 转化率的计算及其应用
4．三氯氢硅(SiHCl3)是光伏产业的一种关键化学原料，制备反应的方程式为Si(s)＋3HCl(g)SiHCl3(g)＋H2(g)，同时还有其他副反应发生。当反应体系的压强为0.05 MPa时，分别改变进料比[n(HCl)∶n(Si)]和反应温度，二者对SiHCl3产率影响如图所示。下列说法正确的是( )
A．降低压强有利于提高SiHCl3的产率
B．制备SiHCl3的反应为放热反应
C．温度为450 K，平衡常数：K(x)＞K(y)＞K(z)
D．增加HCl的用量，SiHCl3的产率一定会增加
解析：B [A.Si(s)＋3HCl(g)===SiHCl3(g)＋H2(g)的反应正向为气体体积减小的方向，由于降低压强平衡向气体体积增大的方向移动，则对应此反应降低压强平衡向逆向移动，SiHCl3的产率会降低，故A错误；B.如图所示，升高温度，曲线是向下倾斜的，即升高温度，SiHCl3的产率会降低，则升温平衡向逆向移动，逆向为吸热反应，则正向为放热反应，故B正确；C.平衡常数与温度有关，温度不变，平衡常数是一个定值，则温度为450 K，平衡常数：K(x)＝K(y)＝K(z)，故C错误；D.如图所示，当n(HCl)∶n(Si)的进料比由1∶1增大到3∶1时，SiHCl3的产率是增加的，当增大到6∶1时，SiHCl3的产率反而减小，故D错误。]
5．近年来环保要求日益严格，烟气脱硫脱硝技术也逐步完善，目前比较成熟的“氨水—臭氧组合高效脱硫脱硝技术方案”原理如图1所示：
(1)静电除尘处理的烟气属于________(填分散系名称)，脱硫脱硝塔中待处理烟气从塔底充入而氨水从中上部喷淋的主要目的是_______________________________________
________________________________________________________________________。
(2)已知：2NO2(g)2NO(g)＋O2(g)
ΔH1＝＋115.2 kJ·mol－1；
2O3(g)3O2(g) ΔH2＝－286.6 kJ·mol－1。
写出臭氧与NO作用产生NO2和O2的热化学方程式：
________________________________________________________________________。
(3)恒容密闭体系中NO氧化率随值的变化以及随温度的变化曲线如图2所示。NO氧化率随值增大而增大的主要原因是________________________。当温度高于100 ℃时，O3分解产生活性极高的氧原子，NO转化率随温度升高而降低的可能原因：①平衡后，温度升高平衡逆移；②发生反应_____________________________________________。
(4)已知2NO(g)＋2CO(g)2CO2(g)＋N2(g) ΔH＝－744 kJ·mol－1。为研究汽车尾气转化为无毒无害物质的有关反应，在密闭容器中充入10 mol CO和8 mol NO发生反应，如图3所示为平衡时NO的体积分数与温度、压强的关系。当压强为10 MPa、温度为T1时，该温度下平衡常数Kp＝________MPa－1(保留2位有效数字)(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：(1)利用胶体的电泳可以将烟气进行静电除尘；气体从下往上扩散而氨水从上往下喷淋，增大被吸收气体与氨水的接触面积，延长反应时间，能让烟气中的SO2和产生的NO2充分被氨水吸收。
(2)利用盖斯定律ΔH2－ΔH1再除以2即可得。
(3)根据平衡移动原理，增大n(O3)/n(NO)比值，O3 浓度增加，有利于平衡NO(g)＋O3(g)NO2(g)＋O2(g) 正向移动，使NO氧化率增大； 当温度高于100 ℃时，O3分解生成活性极高的氧原子，NO转化率降低，说明反应中NO2转化为NO，故考虑发生了反应NO2＋ONO＋O2。
(4)体积分数为物质的量分数。
2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g)
初始(mol)： 8 10 0 0
变化(mol)： 2x 2x x 2x
平衡(mol)： 8－2x 10－2x x 2x
体积分数＝＝＝25%，x＝2
故Kp＝
＝＝0.089 MPa－1。
答案：(1)胶体 利用逆流原理(增大SO2、NO2与氨水的接触面积)，让烟气中的SO2和产生的NO2充分被氨水吸收
(2)NO(g)＋O3(g)NO2(g)＋O2(g) ΔH＝－200.9 kJ·mol－1
(3)值增大，O3浓度增加，有利于平衡NO(g)＋O3(g)NO2(g)＋O2(g)正向移动，NO氧化率增大 NO2＋ONO＋O2
(4)0.089
1．下列说法中，正确的是( )
A．反应产物的总能量大于反应物的总能量时，ΔH＜0
B．已知反应H2(g)＋I2(g)2HI(g)平衡常数为K，则2H2(g)＋2I2(g)4HI(g)的平衡常数为2K
C．ΔH＜0、ΔS＞0的反应在温度低时不能自发进行
D．在其他外界条件不变的情况下，使用催化剂，不能改变化学反应进行的方向
解析：D [ΔH＝生成物能量和－反应物能量和，当反应产物的总能量大于反应物的总能量时，ΔH＞0，A错误；因为相同温度下，系数变为原来的n倍，则化学平衡常数为原来的n次方，所以反应2H2(g)＋2I2(g)4HI(g)的平衡常数为K2，B错误；根据ΔG＝ΔH－TΔS判断，对于ΔH＜0、ΔS＞0的反应在温度低时ΔG＜0，反应能自发进行，C错误；催化剂只改变反应速率，不改变化学反应进行的方向，D正确。]
2．只改变一个影响化学平衡的因素，平衡常数K与化学平衡移动的关系叙述不正确的是( )
A．K值不变，平衡可能移动
B．平衡向右移动时，K值不一定变化
C．K值有变化，平衡一定移动
D．相同条件下，同一个反应的方程式的系数增大2倍，K值也增大两倍
解析：D [因改变压强或浓度引起化学平衡移动时，K值不变，A项和B项均正确；K值只与温度有关，K值发生了变化，说明体系的温度改变，则平衡一定移动，C项正确；相同条件下，同一个反应的方程式的系数增大2倍，K值应该变为[K(原)]2，D项错误。]
3．将NO2装入带有活塞的密闭容器中，当反应2NO2(g)N2O4(g)达到平衡后，改变下列一个条件，下列叙述正确的是( )
A．升高温度，气体颜色加深，则此反应为吸热反应
B．慢慢压缩气体体积，平衡向正反应方向移动，混合气体的颜色变浅
C．慢慢压缩气体体积，若体积减小一半，压强增大，但小于原来的两倍
D．恒温恒容时，充入稀有气体，压强增大，平衡向正反应方向移动，混合气体的颜色变浅
解析：C [升高温度，气体颜色加深，则平衡向逆反应方向移动，故正反应为放热反应，A错误；首先假设平衡不移动，增大压强，气体颜色加深，但平衡向正反应方向移动，使混合气体的颜色在加深后的基础上变浅，但一定比原平衡的颜色深，B错误；同理C项，首先假设平衡不移动，若体积减小一半，则压强变为原来的两倍，但平衡向正反应方向移动，使压强在原平衡两倍的基础上减小，正确；体积不变，反应物及生成物浓度不变，正、逆反应速率均不变，平衡不移动，颜色不变化，D错误。]
4．汽车尾气净化的主要原理为2NO(g)＋2CO(g)2CO2(g)＋N2(g) ΔH＜0。若该反应在绝热、恒容的密闭体系中进行，下列示意图正确且说明反应在进行到t1时刻达到平衡状态的是( )
解析：B [由于是绝热、恒容密闭体系。随着反应的进行，体系的温度升高，K不断减小，当K不变时，即温度保持不变，该反应达到平衡状态。]
5．下列实验方案和结论都正确且能证明物质性质决定反应速率大小的是( )
选项
实验方案
实验结论
A
常温下，相同形状、大小的钠粒分别与水、乙醇反应
钠与水反应比钠与乙醇反应快
B
常温下，浓硫酸、稀硫酸分别与铝片反应
浓硫酸与铝片反应较快
C
硫黄分别在空气中、氧气中燃烧
硫黄在氧气中燃烧生成SO3
D
铁丝在空气中不能燃烧，在纯氧气中能燃烧
纯氧气中O2比空气中O2活泼
解析：A [A项，水中氢比乙醇中羟基上氢活泼，相同形状、大小的钠粒与水反应速率大于乙醇，说明物质性质决定化学反应速率大小，正确；B项，浓硫酸、稀硫酸中溶质相同，但是浓度不同，物质性质不同，常温下浓硫酸与铝片发生钝化现象，铝片表面生成一层致密保护膜，氧化膜阻止浓硫酸与内部铝接触，结论错误；C项，硫在氧气中燃烧比在空气中燃烧剧烈，S在O2中燃烧生成SO2，结论错误；D项，空气中O2和氧气中O2的化学性质相同，铁丝在空气中不能燃烧，在氧气中能燃烧，是因为O2浓度不同，结论错误。]
6．一定量的CO2与足量的碳在体积可变的恒压密闭容器中反应：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所示：
已知：气体分压(p分)＝气体总压(p总)×体积分数。
下列说法正确的是( )
A．550 ℃时，若充入惰性气体，v正、v逆均减小，平衡不移动
B．650 ℃时，反应达平衡后CO2的转化率为40.0%
C．T ℃时，若充入等体积的CO2和CO，平衡向逆反应方向移动
D．925 ℃时，用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp＝23.04p总
解析：D [恒压密闭容器中充入惰性气体，容器体积增大，各组分浓度减小，正、逆反应速率均减小，相当于减小压强，平衡向右移动，A错误；根据图像可知，650 ℃时CO的体积分数为40.0%，设开始时加入CO2 1 mol，反应转化了x mol，根据三段式计算可得反应达平衡后CO、CO2的物质的量分别为2x mol、(1－x) mol，由CO的体积分数为40%，列式可得＝0.4，解得x＝0.25，则平衡时CO2的转化率为×100%＝25.0%，B错误；由图可知T ℃时，CO与CO2的平衡浓度相等，因此在恒温恒压条件下再充入等体积的CO与CO2，此时与原平衡状态互为等效平衡，故平衡不发生移动，C错误；925 ℃时，根据图像可得平衡时CO的体积分数为96.0%，CO2的体积分数为4.0%，用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp＝＝＝23.04p总，D正确。]
7．下列叙述与图示相符的是( )
A．图甲表示反应：4CO(g)＋2NO2(g)===N2(g)＋4CO2(g) ΔH＜0，在其他条件不变的情况下，改变起始时CO的物质的量对此反应平衡的影响，则有T1＜T2，b点处NO2的转化率最大
B．图乙表示某条件对反应2A(g)＋B(g)===3C(g)的影响，乙一定使用了催化剂
C．图丙表示的某可逆反应是吸热反应，该图表明催化剂能同时改变正、逆反应的活化能
D．图丁表示等量NO2在容积相同的恒容密闭容器中，不同温度下分别发生反应：2NO2(g)N2O4(g)，相同时间后测得NO2含量的曲线，则该反应的ΔH＞0
解析：C [由图甲可知，当起始n(CO)一定时，T1达到平衡时N2的含量较大，该反应的ΔH＜0，升高温度，平衡逆向移动，N2的百分含量降低，则有T2＞T1；增大起始时CO的浓度，NO2的转化率增大，因此b点NO2的转化率不是最大，A错误。该反应反应前后气体分子总数不变，乙比甲达到平衡所需的时间短，但平衡不移动，则乙可能是使用了催化剂或增大压强，B错误。根据图丙，反应物总能量小于生成物总能量，该反应是吸热反应；使用催化剂，降低了正、逆反应的活化能，但反应热不变，C正确。NO2含量最小时，说明反应达到平衡，温度升高，NO2含量增大，说明平衡逆向移动，根据勒夏特列原理，该反应的正反应是放热反应，即ΔH＜0，D错误。]
8．I2在KI溶液中存在平衡I2(aq)＋I(aq)===I(aq)。某I2、KI混合溶液中，I的物质的量浓度c(I)与温度T的关系如图所示(曲线上的任何点都表示平衡状态)。下列说法正确的是( )
①I2(aq)＋I－(aq)===I(ag) ΔH＞0
②若温度为T1、T2时反应的平衡常数分别为K1、K2，则K1＞K2
③若反应进行到状态D时，一定有v正＞v逆
④状态A与状态B相比，状态A的c(I2)大
⑤保持温度不变，向该混合溶液中加水，将变大
A．只有①② B．只有②③
C．只有③④ D．只有④⑤
解析：B [①由图像曲线的变化趋势可以知道，当温度升高时，I的物质的量浓度减小，说明升高温度平衡逆向移动，则该反应的正反应为放热反应，ΔH＜0，错误；②升高温度，平衡向逆反应方向移动，温度越高平衡常数越小、温度为T1＜T2，反应的平衡常数分别为K1、K2，则K1＞K2，正确；③若反应进行到状态D时，反应未达到平衡状态，若反应趋向于平衡，则反应向生成I的方向移动，则v正＞v逆，正确；④温度升高，平衡向逆反应方向移动，c(I)变小，则c(I2)应变大，所以状态B的c(I2)大，错误；⑤＝K×c(I－)，在该混合液中加水，c(I－)降低，温度不变平衡常数不变，则减小，错误。]
9．已知：向体积可变的密闭容器中充入一定量的CH4(g)和O2(g)发生反应，CH4(g)的平衡转化率与温度(T)和压强(p)的关系如下图所示(已知T1＞T2)。
下列说法正确的是( )
A．该反应的ΔH＞0
B．M、N两点的H2的物质的量浓度：c(M)＞c(N)
C．温度不变时，增大压强可由N点到P点
D．N、P两点的平衡常数：K(N)＜K(P)
解析：B [A.已知T1＞T2，升高温度，CH4的平衡转化率降低，平衡向逆反应方向移动，逆反应为吸热反应，正反应为放热反应，故ΔH＜0，故A错误； B．2CH4＋O22CO＋4H2，压强增大，各组分的浓度都增大，虽然平衡向逆反应方向移动、甲烷的转化率减小，但是根据平衡移动原理可以判断，平衡移动只能减弱氢气浓度的增大，不能阻止氢气浓度的增大，故H2的物质的量浓度c(M)＞c(N)，故B正确；C.两条线的温度不同，增大压强不能从N点到P点，故C错误；D.平衡常数只和温度有关，T1＞T2，升高温度，平衡向逆反应方向移动，所以平衡常数变小，故K(N)＞K(P)，故D错误。]
10．一定条件下，CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH＝－57.3 kJ/mol，往2 L恒容密闭容器中充入1 mol CO2和3 mol H2，在不同催化剂作用下发生反应①、反应②与反应③，相同时间内CO2的转化率随温度变化如下图所示，b点反应达到平衡状态，下列说法正确的是( )
A．a点v(正)＞v(逆)
B．b点反应放热53.7 kJ
C．催化剂效果最佳的反应是③
D．c点时该反应的平衡常数K＝(mol－2·L－2)
解析：A [a要达到平衡，CO2的转化率增大，反应正向进行，所以v(正)＞v(逆)，故A正确；b点反应达到平衡状态，参加反应的CO2小于1mol，反应放热小于53.7 kJ，故B错误；相同温度下，反应①最快，所以催化剂效果最佳的反应是①，故C错误；c点CO2的转化率是，
CO2(g)＋3H2(g)H2O(g)＋CH3OH(g)
开始/mol·L－1 0.5 1.5 0 0
转化/mol·L－1 ×0.5 ×0.5×3 ×0.5 ×0.5
平衡/mol·L－1 0.5
K＝(mol－2·L－2)，故D错误。]
11．探究2KMnO4＋5H2C2O4＋3H2SO4===K2SO4＋2MnSO4＋10CO2↑＋8H2O反应速率的影响因素，有关实验数据如下表所示。下列说法不正确的是( )
实验
编号
温度
催化剂
用量(g)
酸性KMnO4溶液
H2C2O4溶液
KMnO4溶液褪色
平均时间min
体积
(mL)
浓度
mol·L－1
体积(mL)
浓度mol·L－1
1
25
0.5
4
0.1
8
0.2
12.7
2
80
0.5
4
0.1
8
0.2
a
3
25
0.5
4
0.01
8
0.2
6.7
4
25
0
4
0.01
8
0.2
b
A.a＜12.7，b＞6.7
B．用KMnO4表示该反应速率，v(实验3)＜v(实验1)
C．用H2C2O4表示该反应速率，v(实验1)约为7.87×10－5 mol·L－1·min－1
D．可通过比较收集相同体积CO2所消耗的时间来判断反应速率快慢
解析：C [A.温度越高反应速率越快，催化剂可加快反应速率，则a＜12.7，b＞6.7，故A项正确；B.实验编号1和3对照发现，只有高锰酸钾的浓度不同，且实验1中其高锰酸钾的浓度大，则反应速率：v(实验3)＜v(实验1)，故B项正确；C.实验1中，高锰酸钾的用量少，根据关系式2KMnO4～5H2C2O4可知，消耗的H2C2O4的物质的量浓度为×＝ mol/L，则用H2C2O4表示实验1的反应速率时，其值为≈ 6.56×10－3 mol·L－1·min－1，故C项错误；D.比较收集相同体积CO2所消耗的时间，可知反应速率大小，进而可判断反应速率快慢，故D项正确。]
12．二氧化碳是潜在的碳资源，无论是天然的二氧化碳气体，还是各种炉气、尾气、副产气，进行分离回收和提浓，合理利用，意义重大。
(1)在空间站中常利用CO2(g)＋2H2(g)C(s)＋2H2O(g)，再电解水实现O2的循环利用，350 ℃时，向体积为2 L的恒容密闭容器中通入8 mol H2和4 mol CO2发生以上反应。
①若反应起始和平衡时温度相同(均为350°)，测得反应过程中压强(p)随时间(t)的变化如图中a所示，则上述反应的ΔH________0(填“>”或“<”)；其他条件相同时，若仅改变某一条件，测得其压强(p)随时间(t)的变化如下图中曲线b所示，则改变的条件是__________________
________________________________________________________________________。
②下图b是反应平衡常数的对数值与温度的变化关系图，m的值为________。
图b
(2)CO2在CuZnO催化下，同时发生如下反应Ⅰ、Ⅱ，是解决温室效应和能源短缺的重要手段。
Ⅰ.CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH1＜0
Ⅱ.CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH2＞0
保持温度T时，在容积不变的密闭容器中，充入一定量的CO2及H2，起始及达平衡时，容器内各气体物质的量及总压强如下表：
CO2
H2
CH3OH(g)
CO
H2O(g)
总压强/kPa
起始/mol
0.5
0.9
0
0
0
p0
平衡/mol
n
0.3
p
若反应Ⅰ、Ⅱ均达平衡时，p0＝1.4p，则表中n＝__________；反应1的平衡常数Kp＝________(kPa)－2。(用含p的式子表示)
解析：(1)①根据PV＝nRT，此反应V一定，正反应n在减小，图像显示压强在增大，确定温度在升高，所以正反应为放热反应，ΔH＜0；根据图像分析发现b线相对于a线不同点只是速率加快，达到平衡时间缩短，确定改变的条件是催化剂；
②列三行式：
CO2(g)＋2H2(g)C(s)＋2H2O(g)
c(初)/mol·L－1 2 4 0
Δc/mol·L－1 x 2x 2x
c(平)/mol·L－1 2－x 4－2x 2x
＝
x＝1
K＝＝1，lg K＝lg1＝0
(2)根据表格列出各物质的量变化：
Ⅰ CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)
ΔH1＜0
Δn n 3n n n
Ⅱ.CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH2＞0
0.3－n 0.3－n 0.3－n 0.3－n Δn
平衡时各物质的量为：CO2(g)：0.5－n－0.3＋n＝0.2mol
H2(g)：0.9－3n－0.3＋n＝0.6－2n
CH3OH (g)：n H2O(g)：0.3 CO(g)：0.3－n
根据T、V一定时，压强比等于物质的量之比计算n
＝＝1.4，
计算得出n＝0.2；
平衡后物质的总量：0.2＋0.6－2×0.2＋0.2＋0.3＋0.3－0.2＝1.0 mol
平衡后各物质分压： CO2(g)：(0.2/1)p＝0.2p
H2(g)：(0.2/1)p＝0.2 p
CH3OH(g)：(0.2/1)p＝0.2 p
H2O(g)：(0.3/1)p＝0.3 p
Kp＝＝
答案：(1)①＜ 加入催化剂 ②0 (2)0.2
13．肼(N2H4)与N2O4是火箭发射中最常用的燃料与助燃剂，回答下列问题：
(1)T ℃时，将一定量的NO2或N2O4充入一个容积为2 L的恒容密闭容器中，发生反应2NO2(g)N2O4(g)，保持温度不变，各物质的浓度随时间变化关系如下表：
时间/s
0
20
40
60
80
100
c(X)/
mol·L－1
0
0.080
0.110
0.120
0.120
0.200
c(Y)/
mol·L－1
0.100
0.060
0.045
0.040
0.040
0.040
①c(Y)代表________(填化学式)的浓度，20～40 s内，用NO2表示的化学反应速率为________________________________________________________________________。
②该反应的平衡常数K＝________。
③60 s时容器内混合气体的密度为________g·L－1。
④100 s时改变的条件是________，重新达到平衡时，与原平衡比较，NO2的体积分数将________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(2)①已知2N2H4(g)＋N2O4(g)3N2(g)＋4H2O(g) ΔH＝－Q kJ·mol－1，相关化学键的键能如表所示。
化学键
N—H
N—N
N≡N
O—H
键能(kJ·mol－1)
a
b
c
d
使1 mol N2O4(g)完全分解成相应的原子时需要吸收的能量是________kJ(用代数式表示)
②相同温度下，向Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个恒压密闭容器中均充入1 mol N2H4(g)和1 mol N2O4(g)，三个容器的反应压强分别为p1、p2、p3。在其他条件相同的情况下，反应进行到t min时，N2的体积分数如图所示，此时容器Ⅰ________(填“处于”或“不处于”)化学平衡状态，原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)①通过表格分析，前20秒，X改变了0.080 mol·L－1，而Y改变了(0.100－0.060) mol·L－1＝0.040 mol·L－1，说明Y为N2O4；20～40 s内，用NO2表示的化学反应速率为 mol·(L·s)－1＝1.5×10－3 mol·(L·s)－1；②反应2NO2(g)NO4(g)的平衡常数为＝mol·L－1 ；③容器的体积不变，全为气体，所以密度不变，混合气体的密度＝0.100×92＝9.2 g·L－1; ④从表格分析，100 s时加入(0.200－0.120)×2 mol＝0.16 mol NO2，体系相当于加压，平衡向正向移动，二氧化氮的体积分数减小；(2)①假设使1 mol N2O4(g)完全分解成相应的原子时需要吸收的能量为x，则有ΔH＝－Q＝2(4a＋b) ＋x－3c－8d，x＝3c＋8d－8a－2b－Q; ②根据方程式分析，压强越小，平衡时氮气的含量越大，容器Ⅰ压强最小，反应速率最慢，若达平衡，氮气的百分含量应该最大，图像与此不符。
答案：(1)①N2O4 1.5×10－3 mol·L－1 ② L·mol－1 ③9.2 ④加入0.16 mol NO2 减小 (2)①3c＋8d－8a－2b－Q ②不处于 p1＜p2＜p3，压强越小，平衡时氮气的含量越大，容器Ⅰ压强最小，反应速率最慢，若达平衡，氮气的百分含量应该最大，图像与此不符
14．在体积为2 L的真空密闭容器中加入1 mol CaCO3，发生反应：CaCO3(s)CaO(s)＋CO2(g)。测得二氧化碳的物质的量浓度随温度的变化如图所示。图中曲线A表示CO2的平衡浓度与温度的关系；B是不同温度下，反应经过相同的时间时，CO2物质的量浓度的变化曲线。
请回答下列问题：
(1)①温度为T5 ℃时，反应CaCO3(s)CaO(s)＋CO2(g) ΔH＝＋178.5 kJ·mol－1耗时20 s达到平衡，则20 s内该反应的反应速率为v(CO2)＝________；反应的平衡常数为________mol·L－1。
②如果该反应的平衡常数K值变大，该反应________(选填编号)。
A．一定向逆反应方向移动
B．在平衡移动时正反应速率先增大后减小
C．一定向正反应方向移动
D．在平衡移动时逆反应速率先减小后增大
(2)在T5 ℃下，维持温度和容器体积不变，充入CO2气体，则达到平衡时CaCO3的质量________(填“增大”、“减小”或“不变”)。
(3)在T5 ℃下，反应达到平衡状态后，再压缩容器为1 L，重新达到平衡时，CO2的浓度________(填“增大”、“减小”或“不变”)
(4)随着温度的升高，曲线B向曲线A逼近的原因是_________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)①T5 ℃时，平衡时二氧化碳的浓度为0.2 mol·L－1，反应前二氧化碳的物质的量为0，v(CO2)＝0.2 mol·L－1/20 s＝0.01 mol/(L·s)；K＝c(CO2)＝0.2，K增大，则平衡正向移动，A.平衡逆向移动，与题意不符，A错误；B.正反应速率先增大后减小，二氧化碳的浓度增大，B正确；C.一定向正反应方向移动，C正确；D.逆反应速率先减小后增大，平衡逆向移动，二氧化碳浓度减小，D错误；(2)在T5 ℃下，维持温度和容器体积不变，充入CO2气体，则二氧化碳的浓度增大，则KQ增大，平衡逆向移动，则碳酸钙的质量增加；(3)在T5 ℃下，反应达到平衡状态后，温度不变，化学平衡常数不变，则CO2的浓度不变；(4)根据温度对反应速率的影响可知，随着温度升高，反应速率加快，达到平衡所需要的时间变短，所以曲线B向曲线A逼近。
答案：(1)①0.01mol/(L·s) 0.2 ②BC
(2)增大 (3)不变
(4)温度升高，化学反应速率加快，达平衡的时间缩短
15．羰基硫(COS)是全球硫循环的重要中间体，也是有机合成中的重要原料，是化学工作者重要的研究对象。已知：
Ⅰ.COS(g)＋H2(g) H2S(g)＋CO(g)
ΔH1＝－17 kJ/mol；
Ⅱ.COS(g)＋H2O(g)H2S(g)＋CO2(g) ΔH2＝－35 kJ/mol。
回答下列问题：
(1)反应CO(g)＋H2O(g)H2(g)＋CO2(g)的ΔH＝________。
(2)在充有催化剂的恒压密闭容器中进行反应Ⅰ。设起始充入的n(H2)∶n(COS)＝m，相同时间内测得COS转化率与m和温度(T)的关系如图所示。
①m1________m2(填＞、＜或＝)。
②温度高于T0时，COS转化率减小的可能原因为________。
A．有副反应发生
B．反应的ΔH增大
C．催化剂活性降低
D．逆反应速率增大的倍数小于正反应速率增大的倍数
(3)在恒温、恒容密闭容器中，进行反应Ⅰ。下列说法中能说明反应Ⅰ已达到平衡状态的是________。
A．c(H2S)＝c(CO)
B．v正(H2)＝v逆(H2S)
C．容器中气体密度保持不变
D．容器中混合气体平均摩尔质量保持不变
E．c(COS)保持不变
(4)某温度下，向体积为2 L的恒容密闭容器中通入5 mol COS(g)和5 mol H2O(g)，发生反应Ⅱ，5 min后反应达到平衡，测得COS(g)的转化率为80%。
①反应从起始至5 min内，用H2S浓度变化表示的平均反应速率v(H2S)＝________。
②该温度下，上述反应的平衡常数K＝________。
③其他条件相同时，既能使上述反应中COS的平衡转化率降低，又能使反应速率加快的做法是________。
A．缩小容器容积
B．升高温度
C．分离出硫化氢
D．加入一定量H2O(g)
解析：(1)根据盖斯定律，反应Ⅱ－反应Ⅰ得：CO(g)＋H2O(g)H2(g)＋CO2(g) ΔH＝－35 kJ·mol－1＋17 kJ·mol－1＝－18 kJ·mol－1。
(2)①相同条件下，n(H2)/n(COS)增大，COS转化率增大，所以m1＞m2。
②T0前，升高温度，正反应速率加快，COS转化率增大；温度高于T0时，催化剂的活性降低，发生副反应，逆反应速率增大的倍数大于正反应速率增大的倍数，都有可能导致COS转化率减小，焓变与温度无关 。
(3)反应Ⅰ.COS(g)＋H2(g)H2S(g)＋CO(g) ΔH1＝－17 kJ/mol；A.c(H2S)＝c(CO)，没有指明反应速率进行的方向，无法判定反应Ⅰ已达到平衡状态，错误；B.v正(H2)＝v逆(H2S)，指明正逆反应速率的方向，且满足速率之比和系数成正比，可以判定反应I已达到平衡状态，正确；C.反应前后气体的总质量不变，容器的体积不变，所以容器中气体密度始终保持不变，无法判定反应Ⅰ已达到平衡状态，错误；D.反应前后气体的总质量不变，反应前后气体的总量也保持不变，根据＝m(总)/n(总) 可知，容器中混合气体平均摩尔质量始终保持不变，无法判定反应Ⅰ已达到平衡状态，错误；E.c(COS)保持不变，可以判定反应Ⅰ已达到平衡状态，正确；
(4)COS(g)＋H2O(g)H2S(g)＋CO2(g)
起始量/mol 5 5 0 0
变化量/mol5×80% 5×80% 5×80% 5×80%
5 min后量/mol 1 1 4 4
①反应从起始至5 min内，用H2S浓度变化表示的平均反应速率v(H2S)＝＝0.4 mol·(L·min)－1；②该温度下，反应达到平衡后，c(COS)＝ mol·L－1＝0.5 mol·L－1，c(H2O )＝ mol·L－1＝0.5 mol·L－1，c(H2S)＝ mol·L－1＝2 mol·L－1，c(CO2)＝ mol·L－1＝2 mol·L－1，平衡常数K＝2××0.5＝16；
③A.因为反应前后体积不变，缩小容器容积 ，增大压强，反应速率加快，平衡不移动 ，COS的平衡转化率不变，错误；B.该反应为放热反应，升高温度，平衡左移，速率加快，COS的平衡转化率减小，正确；C.分离出硫化氢，减小生成物浓度，平衡右移，COS的平衡转化率增大，速率减慢，错误；D.加入一定量H2O(g)，平衡右移，反应速率加快，COS的平衡转化率增大，错误。
答案：(1)－18 kJ·mol－1 (2)①＞ ②AC (3)B E (4)①0.4 mol·(L·min)－1 ②16 ③B
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