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2020届二轮复习 化学反应速率 化学平衡 学案（全国通用）
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第3讲 化学反应速率 化学平衡
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1.了解化学反应速率的概念和定量表示方法。能正确计算化学反应的转化率(α)。2.了解反应活化能的概念，了解催化剂的重要作用。3.了解化学反应的可逆性及化学平衡的建立。4.掌握化学平衡的特征。了解化学平衡常数(K)的含义，能利用化学平衡常数进行相关计算。5.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。6.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。
考点1 化学反应速率及其影响因素
1.化学反应速率的计算方法
(1)公式法：v(B)＝＝
用上式进行某物质反应速率计算时需注意以下几点：
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)
④如题目中投料量以物质的量形式给出，一定要关注容器的容积。
(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。对于反应：mA(g)＋nB(g)===pC(g)＋qD(g)来说，则有＝＝＝。
利用比值法比较反应速率的快慢一定要统一物质、统一单位。
2.影响反应速率的因素的易错点
(1)纯液体、固体对化学反应速率的影响
在化学反应中，纯液体和固态物质的浓度为常数，故不能用纯液体和固态物质的浓度变化来表示反应速率，但是固态反应物颗粒的大小是影响反应速率的条件之一，如煤粉由于表面积大，燃烧就比煤块快得多。
(2)“稀有气体”对化学反应速率的影响
①恒容：充入“稀有气体”总压增大―→物质浓度不变(活化分子浓度不变)―→反应速率不变。
②恒压：充入“稀有气体”体积增大物质浓度减小(活化分子浓度减小)反应速率减小。
1.(2017·江苏化学，10)H2O2分解速率受多种因素影响。实验测得70 ℃时不同条件下H2O2浓度随时间的变化如图所示。下列说法正确的是( )
A.图甲表明，其他条件相同时，H2O2浓度越小，其分解速率越快
B.图乙表明，其他条件相同时，溶液pH越小，H2O2分解速率越快
C.图丙表明，少量Mn2＋存在时，溶液碱性越强，H2O2分解速率越快
D.图丙和图丁表明，碱性溶液中，Mn2＋对H2O2分解速率的影响大
解析 A项，浓度对反应速率的影响是浓度越大，反应速率越快，错误；B项，NaOH浓度越大，即pH越大，H2O2分解速率越快，错误；C项，由图可知，Mn2＋存在时，0.1 mol·L－1的NaOH时H2O2的分解速率比1 mol·L－1的NaOH时快，错误；D项，由图可知，碱性条件下，Mn2＋存在时，H2O2分解速率快，正确。
答案 D
2.(2016·课标全国Ⅲ，27节选)煤燃烧排放的烟气含有SO2和NO，形成酸雨、污染大气，采用NaClO2溶液作为吸收剂可同时对烟气进行脱硫、脱硝。
在鼓泡反应器中通入含有SO2和NO的烟气，反应温度323 K，NaClO2溶液浓度为5×10－3 mol·L－1。反应一段时间后溶液中离子浓度的分析结果如下表。
离子
SO
SO
NO
NO
Cl－
c/(mol·L－1)
8.35×10－4
6.87×10－6
1.5×10－4
1.2×10－5
3.4×10－3
由实验结果可知，脱硫反应速率________脱硝反应速率(填“大于”或“小于”)。原因是除了SO2和NO在烟气中的初始浓度不同，还可能是____________________________________________________________。
解析 由表中数据可知，反应一段时间后溶液中SO的浓度大于NO的浓度，说明脱硫反应速率大于脱硝反应速率。影响反应速率的因素①内因：反应本身，②外因：溶液中对应物质的浓度——SO2、NO二者在水中溶解度差别较大。
答案 大于 二者溶解度不同或反应的活化能不同
1.(2017·浙江4月选考)对水样中溶质M的分解速率影响因素进行研究。在相同温度下，M的物质的量浓度(mol·L－1)随时间(min)变化的有关实验数据见下表：
时间
水样
0
5
10
15
20
25
Ⅰ(pH＝2)
0.40
0.28
0.19
0.13
0.10
0.09
Ⅱ(pH＝4)
0.40
0.31
0.24
0.20
0.18
0.16
Ⅲ(pH＝4)
0.20
0.15
0.12
0.09
0.07
0.05
Ⅳ(pH＝4，含Cu2＋)
0.20
0.09
0.05
0.03
0.01
0
下列说法不正确的是( )
A.在0～20 min内，Ⅰ中M的分解速率为0.015 mol·L－1·min－1
B.水样酸性越强，M的分解速率越快
C.在0～25 min内，Ⅲ中M的分解百分率比Ⅱ大
D.由于Cu2＋存在，Ⅳ中M的分解速率比Ⅰ快
解析 分解速率＝M浓度的变化量/时间＝(起点浓度－时刻浓度)/时间，分解百分率＝(M浓度的变化量/起点浓度)。在0～20 min内，Ⅰ中M的分解速率为(0.4－0.1) mol·L－1/20 min＝0.015 mol·L－1·min－1，A正确；Ⅰ和Ⅱ比较可以得出B结论正确；Ⅱ分解百分率＝0.24/0.4＝0.6，Ⅲ分解百分率＝0.15/0.2＝0.75，后者大，C正确；Ⅳ20分钟内M变化量为0.19 mol/L，Ⅰ中为0.3 mol/L，后者大，D错误。
答案 D
2.碳酸二甲酯(CH3OCOOCH3，简称DMC)是一种应用前景广泛的新材料，用甲醇、CO2在常压、70～120 ℃和催化剂条件下合成DMC。相关反应方程式为2CH3OH(g)＋CO2(g)CH3OCOOCH3(g)＋H2O(g) ΔH＝－15.5 kJ·mol－1
在密闭容器中按n(CH3OH)∶n(CO2)＝2∶1投料直接合成DMC，一定条件下，平衡时CO2的转化率如图所示，则：
(1)v(A)、v(B)、v(C)由快到慢的顺序为_______________________；
(2)K(A)、K(B)、K(C)由大到小的顺序为______________________；
(3)下列能说明在此条件下反应达到平衡状态的是________________。
A.2v正(CH3OH)＝v逆(CO2)
B.CH3OH与CO2的物质的量之比保持不变
C.容器内气体的密度保持不变
D.各组分的物质的量分数保持改变
解析 (1)由图可知p2>p1，故pAvB>vA。(2)K只与温度有关，温度相同，K值相等，故KA＝KB，又该反应为放热反应，温度升高，平衡左移，K值减小，故KA＝KB>KC。(3)A项v正＝v逆，可说明反应达到平衡，v正(CH3OH)＝v逆(CH3OH)＝2v逆(CO2)，错误；B项投料时n(CH3OH)∶n(CO2)＝2∶1，反应中消耗的CH3OH、CO2的物质的量比为2∶1，故剩余n(CH3OH)∶n(CO2)＝2∶1，即n(CH3OH)∶n(CO2)＝2∶1为恒量，恒量不变不能说明平衡建立，错误；C项ρ＝，该反应中全部为气体，故m不变，反应为缩体反应，在常压下进行时，容器体积缩小，故未达平衡时，V减小，ρ增大，ρ为变量，变量不变说明平衡建立，正确；D项各组分的物质的量分数为变量，变量不变说明平衡建立，但物质的量分数保持改变，说明平衡未建立，错误。
答案 (1)vC>vB>vA (2)KA＝KB>KC (3)C
3.(2019·山东泰安一模)资源化利用碳及其化合物具有重要意义。CO是高炉炼铁的重要还原剂，炼铁时发生的主要反应有：
Ⅰ.Fe2O3(s)＋3C(s)2Fe(s)＋3CO(g)
ΔH＝＋489 kJ·mol－1
Ⅱ.Fe2O3(s)＋3CO(g)2Fe(s)＋3CO2(g)
ΔH＝－27 kJ·mol－1
Ⅲ.C(s)＋CO2(g)2CO(g) ΔH＝172 kJ·mol－1
(1)T1 ℃，向某恒温密闭容器中加入一定量的Fe2O3和C，发生反应Ⅰ，反应达到平衡后，在t1时刻改变某条件，v(逆)随时间(t)的变化关系如图1所示，则t1时刻改变的条件可能是________(填序号)。
a.保持温度、体积不变，使用催化剂
b.保持体积不变，升高温度
c.保持温度不变，压缩容器体积
d.保持温度、体积不变，充入CO
(2)在一定温度下，向某体积可变的恒压(p总)密闭容器中加入1 mol CO2与足量的碳发生反应Ⅲ，平衡时体系中气体体积分数与温度的关系如图2所示。
T ℃时，该反应达到平衡时下列说法不正确的是________(填序号)。
a.气体密度保持不变
b.2v正(CO2)＝v正(CO)
c.若保持其它条件不变再充入等体积的CO2和CO，平衡向逆反应方向移动
d.若保持其它条件不变再充入稀有气体，v正、v逆均减小，平衡不移动
e.若其他条件不变将容器体积压缩至一半并维持体积不变，再次达平衡时压强小于原平衡的2倍
解析 (1)由图1分析知t1为平衡点，条件改变v逆增大后逐渐减小，可判断出平衡发生了移动，a错误；但v逆与原平衡状态相同，b错；由K＝c3(CO)可知温度不变，K不变，平衡时c(CO)不变，v逆不变，故c、d正确。(2)a.平衡时，气体密度不变，正确；b.由反应Ⅲ可知2v(CO2)＝v(CO)，正确；c.原平衡时，CO、CO2的体积分数相等，再充入等体积的CO2、CO，CO、CO2的体积分数仍相等，平衡不移动，错误；d.再充入稀有气体，恒压容器，体积增大，各物质浓度减小，v正、v逆减小，平衡向正反应方向移动，错误；e.其他条件不变，将容器体积压缩至一半的瞬间，压强变为原平衡的2倍，平衡向逆反应方向移动，气体物质的量减小，压强减小，正确。
答案 (1)c、d (2)c、d
题后悟道
利用“控制变量法”的解题策略
考点2 化学平衡及其影响因素
1.判断平衡状态的两种方法
(1)动态标志v正＝v逆≠0
①同一物质：v生成＝v消耗
②不同物质：a.必须是异向速率；b.速率数值比等于化学计量数比；
③v正或v逆不变
(2)静态标志：各种“变量”不变
①混合气体中各物质的质量、物质的量、浓度不变
②混合气体中各物质的百分含量(物质的量分数、体积分数、质量分数)不变
③温度、压强、密度、颜色不变
总之，若“变量”不变，则该可逆反应达到平衡状态，若该量为“恒量”，则不能判断。
④静态标志分析判断平衡状态要注意关注以下几点：
a.关注反应容器特点：恒容恒温、恒压恒温、绝热恒容
b.关注反应本身特点：等体积还是非等体积反应、反应中是否有固体、反应中只有一端有气体
c.关注投料比：投料比是否等于化学计量数比
2.化学平衡移动的判断方法
(1)依据勒夏特列原理判断：通过比较平衡破坏瞬时的正、逆反应速率的相对大小来判断平衡移动的方向。
①若外界条件改变，引起v正＞v逆，则化学平衡向正反应方向(或向右)移动；
②若外界条件改变，引起v正＜v逆，则化学平衡向逆反应方向(或向左)移动；
③若外界条件改变，虽能引起v正和v逆变化，但变化后新的v′正和v′逆仍保持相等，则化学平衡没有发生移动。
(2)依据浓度商(Q)规则判断：通过比较浓度商(Q)与平衡常数(K)的大小来判断平衡移动的方向。
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.不能用勒夏特列原理解释的问题
(1)若外界条件改变后，无论平衡向正反应方向移动或向逆反应方向移动都无法减弱外界条件的变化，则平衡不移动。
(2)催化剂能同等程度地改变正、逆反应速率，所以催化剂不会影响化学平衡。
(3)当外界条件的改变对平衡移动的影响与生产要求不一致时，不能用勒夏特列原理解释。
1.(2019·江苏化学，15)在恒压、NO和O2的起始浓度一定的条件下，催化反应相同时间，测得不同温度下NO转化为NO2的转化率如图中实线所示(图中虚线表示相同条件下NO的平衡转化率随温度的变化)。下列说法正确的是( )
A.反应2NO(g)＋O2(g)===2NO2(g)的ΔH>0
B.图中X点所示条件下，延长反应时间能提高NO转化率
C.图中Y点所示条件下，增加O2的浓度不能提高NO转化率
D.380 ℃下，c起始(O2)＝5.0×10－4 mol·L－1，NO平衡转化率为50%，则平衡常数K>2 000
解析 A项，实线表示不同温度下相同时间内NO的转化率，虚线表示相同条件下NO的平衡转化率，由题图知，随着温度升高，NO的平衡转化率减小，即温度升高，反应2NO＋O22NO2的平衡逆向移动，说明该反应为放热反应，ΔH<0，错误；B项，X点对应NO的转化率低于该温度下NO的平衡转化率，所以反应没有达到平衡状态，延长反应时间，可以提高NO的转化率，正确；C项，Y点时反应已达平衡状态，增加O2的浓度，平衡正向移动，NO的转化率会提高，错误；D项，设起始时c(NO)＝a mol·L－1，则：
K＝＝，当0.25a＝0时，K＝2 000，但0.25a＞0，所以K＞2 000，正确。
答案 BD
2.(2018·天津理综，5)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＋HBrC2H5Br＋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
解析 加入NaOH，c(HBr)减小，平衡向逆反应方向移动，乙醇的物质的量增大，A项正确；增大HBr浓度，平衡向正反应方向移动，有利于生成C2H5Br，B项正确；若反应物按照化学计量数之比加入溶液中，则各物质的平衡转化率相等，故反应物均增大至2 mol，两种反应物平衡转化率之比不变，C项正确；若起始温度提高至60 ℃，生成物C2H5Br为气态，能够从反应体系中逸出，导致反应不断向正反应方向进行，因此不能缩短反应达到平衡的时间，D项错误。
答案 D
3.(1)[2019·全国Ⅱ，27(2)(3)]①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：(g)＋I2(g)===(g)＋2HI(g)，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
②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
(2)(2017·全国Ⅲ，28节选)298 K时，将20 mL 3x mol·L－1Na3AsO3、20 mL 3x mol·L－1 I2和20 mL NaOH溶液混合，发生反应：AsO(aq)＋I2(aq)＋2OH－(aq)AsO(aq)＋2I－(aq)＋H2O(l)。溶液中c(AsO)与反应时间(t)的关系如图所示。
下列可判断反应达到平衡状态的是________(填标号)。
a.溶液的pH不再变化
b.v(I－)＝2v(AsO)
c.c(AsO)/c(AsO)不再变化
d.c(I－)＝y mol·L－1
(3)(2015·全国Ⅰ，28节选)已知反应2HI(g)H2(g)＋I2(g)，ΔH＞0，由实验数据计算得到v正～x(HI)和v逆～x(H2)的关系可用下图表示。当升高到某一温度时，反应重新达到平衡，相应的点分别为______________(填字母)。
解析 (1)①设容器中起始加入I2(g)和环戊烯的物质的量均为a，平衡时转化的环戊烯的物质的量为x，列出三段式：
根据平衡时总压强增加了20%，且恒温恒容时，压强之比等于气体物质的量之比，得＝，解得x＝0.4a，则环戊烯的转化率为×100%＝40%，平衡时(g)、I2(g)、(g)、HI(g)的分压分别为、、、，则Kp＝＝p总，根据p总＝1.2×105 Pa，可得Kp＝×1.2×105 Pa≈3.56×104 Pa。通入惰性气体，对反应③的平衡无影响，A项不符合题意；反应③为吸热反应，提高温度，平衡正向移动，可提高环戊烯的平衡转化率，B项符合题意；增加环戊烯浓度，能提高I2(g)的平衡转化率，但环戊烯的平衡转化率降低，C项不符合题意；增加I2(g)的浓度，能提高环戊烯的平衡转化率，D项符合题意。②由相同时间内，环戊二烯浓度减小量越大，反应速率越快可知，T1
(3)由反应2HI(g)H2(g)＋I2(g) ΔH＞0可知，升高温度，正、逆反应速率均加快，对应两点在1.6上面， 升高温度，平衡向正反应方向移动，x(HI)减小(A点符合)，x(H2)增大(E点符合)。
答案 (1)①40% 3.56×104 BD ②CD
(2)a、c (3)A、E
1.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，下列示意图正确且能说明反应在进行到t1时刻达到平衡状态的是________(填编号)。
解析 ①达到平衡时，v正应保持不变。②由于是放热反应，又是绝热容器，体系温度升高，平衡左移，K减小。③图中达到平衡时，CO、CO2的改变量应是1∶1，④w(NO)逐渐减小，达到平衡时保持不变。⑤因正反应放热，容器绝热，故反应开始后体系温度升高，达到平衡状态时，体系温度不再发生变化。⑥ΔH是一个定值，不能用于判断可逆反应是否达到平衡状态。
答案 ②④⑤
2.(2019·广东六校联考)Cu2O与ZnO组成的催化剂可用于工业上合成甲醇：
CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH＝a kJ·mol－1。
按n(H2)/n(CO)＝2，将H2与CO充入V L恒容密闭容器中，在一定条件下发生反应，测得CO的平衡转化率与温度、压强的关系如图所示。
(1)该反应的ΔH________(填“＜”或“＞”)0，图中p1、p2、p3由大到小的顺序是________。
(2)起始时，甲容器中c(H2)＝0.20 mol·L－1，c(CO)＝0.10 mol·L－1，在p3及T1 ℃下反应达到平衡，此时反应的平衡常数为________。起始时，乙容器中c(H2)＝0.40 mol·L－1，c(CO)＝0.20 mol·L－1，T1 ℃下反应达到平衡，CO的平衡转化率________。
A.大于40% B.小于40%
C.等于40% D.等于80%
解析 (1)从题图可看出，在压强相同时，升高温度，CO的平衡转化率降低，即升高温度平衡逆向移动，则该反应为放热反应，ΔH＜0。该反应为气体分子数减小的反应，相同温度下，压强越大，CO的平衡转化率越高，即p1＞p2＞p3。(2)由题图可知在p3、T1 ℃时CO的平衡转化率为40%，Δc(CO)＝Δc(CH3OH)＝0.04 mol·L－1、Δc(H2)＝0.08 mol·L－1，即平衡时c(CO)＝0.06 mol·L－1、c(H2)＝0.12 mol·L－1、c(CH3OH)＝0.04 mol·L－1，故平衡常数K＝≈46.3。乙容器中反应物起始浓度为甲容器中的2倍，则乙容器中反应达到的平衡相当于将甲容器体积压缩一半所达到的平衡，增大压强，平衡正向移动，故乙容器中CO的平衡转化率大于40%，A项正确。
答案 (1)＜ p1＞p2＞p3 (2)46.3 A
3.(2018·江苏化学，15)一定温度下，在三个容积相同的恒容密闭容器中按不同方式投入反应物，发生反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)(正反应放热)，测得反应的相关数据如下：
容器1
容器2
容器3
反应温度T/K
700
700
800
反应物投入量
2 mol SO2、
1 mol O2
4 mol SO3
2 mol SO2、
1 mol O2
平衡v正(SO2)/
mol·L－1·s－1
v1
v2
v3
平衡
c(SO3)/mol·L－1
c1
c2
c3
平衡体系总压强p/Pa
p1
p2
p3
物质的平衡转化率α
α1(SO2)
α2(SO3)
α3(SO2)
平衡常数K
K1
K2
K3
下列说法正确的是( )
A.v1＜v2，c2＜2c1
B.K1＞K3，p2＞2p3
C.v1＜v3，α1(SO2)＞α3(SO2)
D.c2＞2c3，α2(SO3)＋α3(SO2)＜1
解析 容器2中反应物投入量相当于容器1中反应物投入量的2倍，平衡时，容器2中SO2的反应速率大，容器2中反应达到的平衡相当于容器1中反应达到平衡后加压，增大压强，平衡正向移动，则平衡时SO3的浓度：c2>2c1，A项错误；平衡常数仅与温度有关，容器3中温度高，而该反应为放热反应，升温平衡逆向移动，平衡常数减小，则K1>K3，容器1和容器2中温度相同，投料量不同，平衡时p2<2p1，升温平衡逆向移动，则平衡时p1v1，升高温度，平衡逆向移动，SO2的平衡转化率减小，即α1(SO2)>α3(SO2)，C项正确；平衡时c2>2c1，c1>c3，故c2>2c3，假设容器2中投入2 mol SO3且保持容器2和容器3的反应温度相同，则两容器中的反应达到的平衡完全等效，则有α2(SO3)＋α3(SO2)＝1，现在相当于对容器2加压并降低温度，该反应是气体分子数减小的放热反应，加压、降温均会使平衡正向移动，则α2(SO3)减小，所以α2(SO3)＋α3(SO2)<1，D项正确。
答案 CD
题后悟道
“等效平衡”在平衡移动结果判定中的应用
（1）在温度、容积不变的体系中加入某种气体反应物（或生成物）的平衡移动问题：
建模法分析化学平衡
当容器Ⅱ中的投料量是容器Ⅰ中的n倍时，可通过建模思想来进行考虑。
一般解题步骤[以PCl5（g）PCl3（g）＋Cl2（g）为例]：
①建模：构建容器Ⅰ的模型：
②解模：将容器Ⅱ进行拆分，构建新的模型(用实线箭号表示状态变化的方向，用虚线箭号表示虚拟的过程)：
Ⅱ
最后将虚拟出的两个平衡状态进行加压，把体积较大的平衡状态转化为体积较小的平衡状态。即容器Ⅱ的反应相当于在虚拟容器的基础上增大压强，平衡逆向移动，容器Ⅱ相对于容器Ⅰ，PCl5的体积分数增大。
(2)在温度、压强不变的体系中加入某种气体反应物(或生成物)的平衡移动问题：
对于aA(g)bB(g)＋cC(g)或bB(g)＋cC(g)aA(g)，当T、p不变时，加入A气体，平衡移动的最终结果与原平衡等效，相当于平衡不移动；而加入B或C，则平衡的移动由浓度决定。
考点3 有关化学平衡的计算
1.转化率、产率及分压的计算
反应物转化率＝×100%
产物的产率＝×100%
分压＝总压×物质的量分数
常用的气体定律
同温同体积：p(前)∶p(后)＝n(前)∶n(后)
同温同压强：＝＝＝
2.化学平衡常数的计算
(1)意义：化学平衡常数K表示反应进行的程度，K越大，反应进行的程度越大。K＞105时，可以认为该反应已经进行完全。K的大小只与温度有关。
(2)化学平衡常数表达式：对于可逆化学反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)在一定温度下达到化学平衡时，K＝。另可用压强平衡常数表示：Kp＝[p(C)为平衡时气体C的分压]。
(3)依据化学方程式计算平衡常数
①同一可逆反应中，K正·K逆＝1；
②同一方程式中的化学计量数等倍扩大或缩小n倍，则新平衡常数K′与原平衡常数K间的关系是K′＝Kn或K′＝。
③几个可逆反应方程式相加，得总方程式，则总反应的平衡常数等于分步反应平衡常数之积。
(4)与物质状态的关系
由于固体或纯液体浓度视为常数，所以在平衡常数表达式中不再写出。
①稀溶液中进行的反应，如有水参加反应，由于水的浓度视为常数而不必出现在表达式中；
②非水溶液中进行的反应，若有水参加或生成，则水的浓度应出现在表达式中。
1.[2018·课标全国Ⅰ，28(1)]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
①已知：2N2O5(g)===2N2O4(g)＋O2(g)
ΔH1＝－4.4 kJ·mol－1
2NO2(g)===N2O4(g) ΔH2＝－55.3 kJ·mol－1
则反应N2O5(g)===2NO2(g)＋O2(g)的ΔH＝________kJ·mol－1。
②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。
③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____________________________________________________________。
④25 ℃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)。
解析 (1)①将已知热化学方程式依次编号为a、b，根据盖斯定律，由×a－b得N2O5(g)===2NO2(g)＋O2(g) ΔH＝＝kJ·mol－1＝＋53.1 kJ·mol－1。②t＝62 min时，体系中pO2＝2.9 kPa，根据三段式法得
则62 min时pN2O5＝30.0 kPa，v＝2×10－3×30.0 kPa·min－1＝6.0×10－2kPa·min－1。③刚性反应容器的体积不变，25 ℃ N2O5(g)完全分解时体系的总压强为63.1 kPa，升高温度，从两个方面分析：一方面是体积不变，升高温度，体系总压强增大；另一方面，2NO2N2O4的逆反应是吸热反应，升温，平衡向生成NO2的方向移动，气体物质的量增大，故体系总压强增大。④N2O5完全分解生成N2O4和O2，起始pN2O5＝35.8 kPa，其完全分解时pN2O4＝35.8 kPa，pO2＝17.9 kPa，设25 ℃平衡时N2O4转化了x，则
35.8 kPa－x＋2x＋17.9 kPa＝63.1 kPa，解得x＝9.4 kPa。平衡时，pN2O4＝26.4 kPa，pNO2＝18.8 kPa，K＝＝ kPa＝13.4 kPa。
答案 ①＋53.1 ②30.0 6.0×10－2 ③大于 温度升高，体积不变，总压强增大；NO2二聚为放热反应，温度提高，平衡左移，体系物质的量增加，总压强增大 ④13.4
2.(1)[2019·课标全国Ⅲ，28(1)]Deacon发明的直接氧化法为：4HCl(g)＋O2(g)===2Cl2(g)＋2H2O(g)。如图为刚性容器中，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)(2016·全国Ⅱ)在不同温度下，NaClO2溶液脱硫、脱硝的反应中SO2和NO的平衡分压pc如图所示。
①由图分析可知，反应温度升高，脱硫、脱硝反应的平衡常数均________(填“增大”“不变”或“减小”)。
②反应ClO＋2SO===2SO＋Cl－的平衡常数K表达式为____________________________________________________________。
(3)[2019·天津理综，7(5)]在1 L真空密闭容器中加入a mol PH4I固体，t ℃时发生如下反应：
PH4I(s)PH3(g)＋HI(g) ①
4PH3(g)P4(g)＋6H2(g) ②
2HI(g)H2(g)＋I2(g) ③
达平衡时，体系中n(HI)＝b mol，n(I2)＝c mol，n(H2)＝d mol，则t ℃时反应①的平衡常数K值为________(用字母表示)。
解析 (1)由题给HCl平衡转化率随温度变化的关系图可知，随温度升高，HCl平衡转化率降低，则此反应为放热反应，温度越高，平衡常数越小，即K(300 ℃)大于K(400 ℃)。结合题图可知，c(HCl)∶c(O2)＝1∶1、400 ℃时HCl的平衡转化率为84%，列出三段式：
则K(400 ℃)＝＝；进料浓度比c(HCl)∶c(O2)过低会使O2和Cl2分离的能耗较高，过高则会造成HCl转化率较低。
(2)①由图分析可知，温度升高，SO2或NO平衡分压的负对数均减小，说明升高温度，平衡逆向移动，因此脱硫、脱硝反应的平衡常数均减小。②根据反应ClO＋2SO===2SO＋Cl―可写出其平衡常数表达式为K＝。
(3)反应①生成的n(HI)＝体系中n(HI)＋2×体系中n(I2)＝(b＋2c) mol，反应②中生成的n(H2)＝体系中n(H2)－反应③中生成的n(H2)＝(d－c) mol，体系中n(PH3)＝反应①生成的n(PH3)－反应②中转化的n(PH3)＝[b＋2c－(d－c)] mol＝(b＋) mol，反应①的平衡常数K＝c(PH3)·c(HI)＝(b＋)b。
答案 (1)大于 O2和Cl2分离能耗较高 HCl转化率较低
(2)①减小 ②K＝
(3)(b＋)b
1.(2019·山东青岛一模)某温度下，N2O5气体在一体积固定的容器中发生如下反应：
2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)(慢反应) ΔH＜0
2NO2(g)N2O4(快反应) ΔH＜0
体系的总压强p总和pO2随时间的变化如图所示：
(1)图中表示O2压强变化的曲线是________(填“甲”或“乙”)。
(2)已知N2O5分解的反应速率v＝0.12 pN2O5(kPa·h－1)，t＝10 h时，pN2O5＝________kPa，v＝________kPa·h－1(结果保留两位小数，下同)。
(3)该温度下2NO2N2O4反应的平衡常数Kp＝________kPa－1(Kp为以分压表示的平衡常数)。
解析 (1)由甲、乙起点坐标可知乙表示O2压强变化曲线。(2)由甲知p始N2O5＝53.8 kPa，由已知t＝10 h时，pO2＝12.8 kPa，
故10 h时，pN2O5＝28.2 kPa，v＝0.12pN2O5(kPa·h－1)＝0.12×28.2(kPa·h－1)＝3.38(kPa·h－1)
可知N2O5完全分解气体总压强为107.6＋26.9＝134.5(kPa)
故107.6－x＋＋26.9＝94.7
x＝79.6
K＝＝＝0.05
答案 (1)乙 (2)28.2 3.38 (3)0.05
2.(2019·山东潍坊二模)CH4超干重整CO2技术可得到富含CO的化工原料。回答下列问题
(1)CH4超干重整CO2的催化转化如图所示：
①关于上述过程Ⅱ的说法不正确的是________(填序号)。
a.实现了含碳物质与含氢物质的分离
b.可表示为CO2＋H2===H2O(g)＋CO
c.CO未参与反应
d.Fe3O4、CaO为催化剂，降低了反应的ΔH
②其他条件不变，在不同催化剂(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)作用下，反应CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)进行相同时间后，CH4的转化率随反应温度的变化如图所示。a点所代表的状态________(填“是”或“不是”)平衡状态；b点CH4的转化率高于c点，原因是____________________________________________________________。
(2)在一刚性密闭容器中，CH4和CO2的分压分别为20 kPa、25 kPa，加入Ni/α－Al2O3催化剂并加热至1 123 K使其发生反应CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)。
①研究表明CO的生成速率v(CO)＝1.3×10－2·p(CH4)·p(CO2) mol·g－1·s－1，某时刻测得p(CO)＝20 kPa，则p(CO2)＝________kPa，v(CO)＝________mol·g－1·s－1。
②达到平衡后测得体系压强是起始时的1.8倍，则该反应的平衡常数的计算式为Kp＝________(kPa)2。(用各物质的分压代替物质的量浓度计算)
解析 (1)①由过程Ⅱ分析知H2→H2O(g)，CO2、CO→CO和惰性气体，分离开来，a正确；由过程Ⅱ可分析知H2→H2O(g)，CO2→CO，故反应的方程式为CO2＋H2===H2O(g)＋CO，b正确；由过程Ⅱ分析知CO、CO2→CaCO3，CO参与反应，c不正确；催化剂不改变反应的ΔH，d不正确。②若a点为平衡状态，相同温度下Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中CH4的转化率应相同，故a点不是平衡状态。
故p(CO2)＝15 kPa
v(CO)＝1.3×10－2·p(CH4)·p(CO2)mol·g－1·s－1
＝1.3×10－2×10×15 mol·g－1·s－1
＝1.95 mol·g－1·s－1
20 kPa－x＋25 kPa－x＋2x＋2x＝1.8×(20 kPa＋25 kPa)
x＝18
平衡时p(CH4)＝2 kPa，p(CO2)＝7 kPa，p(CO)＝p(H2)＝36 kPa
Kp＝＝
答案 (1)①c、d ②不是 b、c均未达到平衡，b点温度高，反应速率快，消耗CH4量多，故转化率高
(2)①15 1.95 ②
题后悟道
“三段式”计算解题模型
(1)分析三个量：即起始量、转化量、平衡量。
(2)明确三个关系
①对于同一反应物，起始量－转化量＝平衡量。
②对于同一生成物，起始量＋转化量＝平衡量。
③各转化量之比等于各物质的化学计量数之比。
(3)计算模式
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。计算模式如下：
则有：①平衡常数：K＝
②A的平衡浓度：c(A)平＝mol·L－1。
③A的转化率：α(A)平＝×100%，α(A)∶α(B)＝∶＝。
④A的体积分数：φ(A)＝×100%。
⑤平衡与起始压强之比：＝。
⑥混合气体的平均密度：ρ混＝ g·L－1。
⑦混合气体的平均摩尔质量：M＝g·mol－1。
考点4 有关化学反应速率、化学平衡的图像分析
1.化学平衡的常见图像
转化率(或含量)—时间图像
反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，m＋n＞p＋q，且ΔH＞0
(1)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；
(2)图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；
(3)图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，不能改变反应物的转化率。
2.恒压(温)线
反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，m＋n＞p＋q，且ΔH＞0
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。
3.特殊类型图像
(1)对于化学反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋q(D)g，M点前，表示从反应物开始，v正＞v逆；M点为刚达到平衡点(如下图)；M点后为平衡受温度的影响情况，即升温，A的百分含量增加或C的百分含量减少，平衡左移，故正反应ΔH＜0。
(2)对于化学反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，L线上所有的点都是平衡点(如图)。L线的左上方(E点)，A的百分含量大于此压强时平衡体系的A的百分含量，所以E点v正＞v逆；则L线的右下方(F点)，v正＜v逆。
1.(2018·课标全国Ⅱ，27)CH4－CO2催化重整不仅可以得到合成气(CO和H2)，还对温室气体的减排具有重要意义。回答下列问题：
(1)CH4－CO2催化重整反应为：CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)。
已知：C(s)＋2H2(g)===CH4(g) ΔH＝－75 kJ·mol－1
C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH＝－394 kJ·mol－1
C(s)＋O2(g)===CO(g) ΔH＝－111 kJ·mol－1
该催化重整反应的ΔH＝________kJ·mol－1。有利于提高CH4平衡转化率的条件是________(填标号)。
A.高温低压 B.低温高压
C.高温高压 D.低温低压
某温度下，在体积为2 L的容器中加入2 mol CH4、1 mol CO2以及催化剂进行重整反应，达到平衡时CO2的转化率是50%，其平衡常数为________ mol2·L－2。
(2)反应中催化剂活性会因积碳反应而降低，同时存在的消碳反应则使积碳量减少。相关数据如下表：
积碳反应
CH4(g)===
C(s)＋2H2(g)
消碳反应
CO2(g)＋C(s)
===2CO(g)
ΔH/(kJ·mol－1)
75
172
活化能
催化剂X
33
91
(kJ·mol－1)
催化剂Y
43
72
①由上表判断，催化剂X________Y(填“优于”或“劣于”)，理由是____________________________________________________________。
在反应进料气组成、压强及反应时间相同的情况下，某催化剂表面的积碳量随温度的变化关系如图1所示，升高温度时，下列关于积碳反应、消碳反应的平衡常数(K)和速率(v)的叙述正确的是________(填标号)。
A.K积、K消均增加
B.v积减小、v消增加
C.K积减小、K消增加
D.v消增加的倍数比v积增加的倍数大
②在一定温度下，测得某催化剂上沉积碳的生成速率方程为v＝k·p(CH4)·[p(CO2)]－0.5(k为速率常数)。在p(CH4)一定时，不同p(CO2)下积碳量随时间的变化趋势如图2所示，则pa(CO2)、pb(CO2)、pc(CO2)从大到小的顺序为____________________________________________________________。
解析 (1)将已知中3个反应依次记为①、②、③，根据盖斯定律③×2－①－②得该催化重整反应的ΔH＝[(－111)×2＋75＋394]kJ·mol－1＝＋247 kJ·mol－1。由于该反应为吸热且气体体积增大的反应，要提高CH4的平衡转化率，需在高温低压下进行。根据平衡时消耗的CO2为1 mol×50%＝0.5 mol，则消耗的CH4为0.5 mol，生成的CO和H2均为1 mol，根据三段式法可知平衡时CH4、CO2、CO和H2的平衡浓度分别为0.75 mol·L－1、0.25 mol·L－1、0.5 mol·L－1、0.5 mol·L－1，则平衡常数K＝＝ mol2·L－2。(2)①从表格中数据可看出相对于催化剂X，用催化剂Y催化时积碳反应的活化能大，则积碳反应的反应速率小，而消碳反应活化能相对小，则消碳反应的反应速率大，再根据题干信息“反应中催化剂活性会因积碳反应而降低”可知催化剂X劣于催化剂Y。两个反应均吸热，故随温度升高，K积和K消均增加，且消碳反应速率增加的倍数比积碳反应的大，故A、D正确。②由该图像可知在反应时间和p(CH4)相同时，图像中速率关系va>vb>vc，结合沉积碳的生成速率方程v＝k·p(CH4)·[p(CO2)]－0.5，在p(CH4)相同时，随着p(CO2)增大，反应速率逐渐减慢，即可判断：pc(CO2)>pb(CO2)>pa(CO2)。
答案 (1)＋247 A
(2)①劣于 相对于催化剂X，催化剂Y积碳反应的活化能大，积碳反应的速率小；而消碳反应活化能相对小，消碳反应速率大 AD ②pc(CO2)>pb(CO2)>pa(CO2)
2.[2019·天津理综，10Ⅱ(2)(3)(4)]将SiCl4氢化为SiHCl3有三种方法，对应的反应依次为：
①SiCl4(g)＋H2(g)SiHCl3(g)＋HCl(g) ΔH1＞0
②3SiCl4(g)＋2H2(g)＋Si(s)4SiHCl3(g) ΔH2＜0
③2SiCl4(g)＋H2(g)＋Si(s)＋HCl(g)3SiHCl3(g) ΔH3
(2)已知体系自由能变ΔG＝ΔH－TΔS，ΔG＜0时反应自发进行。三个氢化反应的ΔG与温度的关系如图1所示，可知：反应①能自发进行的最低温度是________；相同温度下，反应②比反应①的ΔG小，主要原因是____________________________________________________________
____________________________________________________________。
(3)不同温度下反应②中SiCl4转化率如图2所示。下列叙述正确的是________(填序号)。
a.B点：v正＞v逆 b.v正：A点＞E点
c.反应适宜温度：480～520 ℃
(4)反应③的ΔH3＝________(用ΔH1，ΔH2表示)。温度升高，反应③的平衡常数K________(填“增大”、“减小”或“不变”)。
解析 (2)ΔG<0时，反应能自发进行，故反应①自发进行的最低温度为1 000 ℃。由于ΔG＝ΔH－TΔS，反应②的ΔH2<0，而反应①的ΔH1>0，ΔH2<ΔH1，ΔS1>ΔS2，因此相同温度下反应②比反应①的ΔG小的主要原因为ΔH2<ΔH1。(3)a项，同一点比较正、逆反应速率看反应进行方向，B点反应正向进行，所以v正>v逆，正确.b项，不同点比较正、逆反应速率看反应条件，A点温度低于E点温度，所以v正：A点0知ΔH3<0，反应③为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，平衡常数减小。
答案 (2)1 000 ℃ ΔH2＜ΔH1导致反应②的ΔG小
(3)ac
(4)ΔH2－ΔH1 减小
题组一 图像、表格题的信息提取与应用
1.T ℃下，向一容积不变的密闭容器中，通入一定量的NO和CO，用气体传感器测得不同时间NO和CO浓度如下表：
时间/s
0
1
2
3
4
5
c(NO)/10－4mol/L
10.0
4.50
c1
1.50
1.00
1.00
c(CO)/10－3mol/L
3.60
3.05
c2
2.75
2.70
2.70
(1)则c2合理的数值为________(填字母标号)。
A.4.20 B.4.00
C.2.95 D.2.80
(2)将不同物质的量的H2O(g)和CO(g)分别通入体积为2 L的恒容密闭容器中，进行反应：H2O(g)＋CO(g)CO2(g)＋H2(g)，得到如下三组数据：
实验组
温度/℃
起始量/mol
平衡量/mol
达到平衡所需时间/min
H2O
CO
CO
H2
Ⅰ
650
2
4
2.4
1.6
5
Ⅱ
900
1
2
1.6
0.4
3
Ⅲ
900
a
b
c
d
t
若a＝2，b＝1，则c＝________，达平衡时实验组Ⅱ中H2O(g)和实验组Ⅲ中CO的转化率的关系为αⅡ(H2O)________αⅢ(CO)(填“<”“>”或“＝”)。
(3)二甲醚是清洁能源，用CO在催化剂存在下制备二甲醚的反应原理为：2CO(g)＋4H2(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)，已知一定条件下，该反应中CO的平衡转化率随温度、投料比的变化曲线如图所示。
①a、b、c按从大到小的顺序为________。
②根据图像可以判断该反应为放热反应，理由是____________________________________________________________
____________________________________________________________
____________________________________________________________。
解析 (1)根据浓度对反应速率的影响，v1～2>v2～3，即Δc1～2>Δc2～3，3.05－c2>c2－2.75，故c2<2.90。(2)由H2O(g)＋CO(g)CO2(g)＋H2(g)，可知在H2O 1 mol、CO 1 mol的基础上再加1 mol H2O或再加1 mol CO对平衡的影响一样，故αⅡ(H2O)＝αⅢ(CO)，c＝0.6。
(3)①对2CO(g)＋4H2(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)，同一温度下，n(H2)/n(CO)的值越大，α(CO)越大，故a>b>c。②同一投料比时T越高，α(CO)越小，故该反应为放热反应。
答案 (1)D (2)0.6 ＝ (3)①a＞b＞c
②温度升高，平衡向逆反应方向移动，α(CO)减小，故该反应为放热反应
2.(2019·大联盟教育二模)(1)373 K时，向1 L密闭容器中充入2 mol CO2和一定量H2的混合气体，发生反应CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH＜0，两种气体的平衡转化率(α)与起始的物质的量之比的关系如图所示：
①能表示CO2的平衡转化率的曲线是________(填“L1”或“L2”)，a的值是________。
②已知该温度下b＝0.5，则化学平衡常数K＝________。
③反应aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)，某一时刻的瞬时速率计算公式如下：正反应速率为v正＝k正·ca(A)·cb(B)；逆反应速率为v逆＝k逆·cc(C)·cd(D)，其中k正、k逆为速率常数。合成甲醇的反应在上述条件下k正∶k逆＝________。
(2)一定温度下，向1 L密闭容器中充入2 mol CO2和6 mol H2的混合气体，发生反应CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)，如图是该反应平衡常数的pK(pK＝－lg K)与温度的变化关系图。
A点的数值为________(已知lg3＝0.5)，当升温到某一温度时，反应重新达到平衡，A点可能变化为________点。
解析 (1)①当＝时，二者的转化率相同。继续加CO2、αCO2减小，故L2表示CO2的平衡转化率。②充入CO2的物质的量为2 mol，由a＝知此时充入H2的物质的量为6 mol，
故K＝＝＝
③当反应建立平衡时v正＝v逆，即v正＝k正c(CO2)·c3(H2)＝v逆＝k逆·c(CH3OH)·c(H2O)
k正∶k逆＝＝K＝
(2)373 K时，反应的平衡常数K＝，pK＝－lg＝1.5
放热反应升温时平衡向逆反应移动，K值减小，pK值增大，故A点可能变化为C、D。
答案 (1)①L2 ② ③ (2)1.5 C、D
题后悟道
化学平衡图像的解题模型
题组二 根据图像选择最佳反应条件
3.(2016·全国卷Ⅱ节选)以丙烯、氨、氧气为原料，在催化剂存在下生成丙烯腈(C3H3N)和副产物丙烯醛(C3H4O)的热化学方程式如下：
①C3H6(g)＋NH3(g)＋O2(g)===C3H3N(g)＋3H2O(g) ΔH＝－515 kJ·mol－1
②C3H6(g)＋O2(g)===C3H4O(g)＋H2O(g) ΔH＝－353 kJ·mol－1
丙烯腈和丙烯醛的产率与的关系如图所示。由图可知，最佳约为________。
解析 由图可知，当＝1时，丙烯腈的产率最高，而丙烯醛的产率已趋近于0，如果再增大，丙烯腈的产率反而降低，故最佳约为1。
答案 1
4.用催化转化装置净化汽车尾气，装置中涉及的反应之一为2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g)。探究上述反应中NO的平衡转化率与压强、温度的关系，得到如图所示的曲线。催化装置比较适合的温度和压强是________。
解析 从图中看出400 K，1 MPa时NO的转化率已比较高。结合再加压，动力能源成本较高，故选400 K、1 MPa。
答案 400 K、1 MPa
题组三 解释图像的变化趋势
5.6NO(g)＋4NH3(g)5N2(g)＋6H2O(g) ΔH＝－1 807.0 kJ·mol－1；NO和NH3在Ag2O催化剂表面的反应活性随温度的变化曲线见下图。
随着反应温度的进一步升高，在有氧的条件下NO的转化率明显下降的可能原因是____________________________________________________________。
解析 可逆反应转化率的变化一般可以从平衡移动的角度去分析，该反应是放热反应，升高温度反应更有利于向逆反应方向进行；也可从高温条件下会发生4NH3＋5O2===4NO＋6H2O副反应，使NO转化率降低。
答案 ①温度升高， 平衡逆向移动
②有氧条件下，高温发生4NH3＋5O2===4NO＋6H2O，生成NO
6.NH3催化还原氮氧化物(SCR)技术是目前应用最广泛的烟气氮氧化物脱除技术。在氨气足量的情况下，不同c(NO2)/c(NO)、不同温度对脱氮率的影响如图所示(已知氨气催化还原氮氧化物的正反应为放热反应)，请回答温度对脱氮率的影响：____________________________________________________________。
解析 根据图示信息：300 ℃之前，温度升高脱氮率逐渐增大；300 ℃之后，温度升高脱氮率逐渐减小。说明300 ℃之前，反应未平衡，反应向右进行，脱氮率增大；300 ℃时反应达平衡后，升温平衡逆向移动，脱氮率减小。
答案 300 ℃前反应未达平衡，300 ℃后升温平衡逆向移动，脱氮率减小
考点5 基元反应的反应速率及速率常数
1.基元反应
基元反应又称为简单反应。是指反应中反应物一步直接转化为产物的反应，没有中间产物。
2.速率方程
基元反应的反应速率与反应物浓度计量数幂的乘积成正比。
如A→产物v＝kc(A) A＋B→产物v＝kc(A)c(B)
2A→产物v＝kc2(A)
3.速率常数
上述速率方程中的k即为速率常数。影响因素：温度、催化剂，与反应浓度无关
4.应用
反应速率的比较与计算，k值的计算。
1.(1)[2018·全国Ⅰ，28(3)]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 A对：第一步反应快速平衡，说明正、逆反应速率很大，极短时间内即可达到平衡。C对：第二步反应慢，说明有效碰撞次数少。B错：由题给三步反应可知，反应的中间产物有NO3和NO。D错：反应快，说明反应的活化能较低。
答案 AC
(2)(2018·全国Ⅲ)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 温度越高，反应速率越大，a点所在曲线对应的温度高于b点所在曲线对应的温度，所以a点反应速率大于b点反应速率。a点所在曲线达到平衡时，v正＝v逆，即k正x2SiHCl3＝k逆xSiH2Cl2xSiCl4，从题图上可知a点所在曲线平衡时SiHCl3的转化率为22%，设投入SiHCl3 y mol，则根据三段式法得
代入k正x2SiHCl3＝k逆xSiH2Cl2xSiCl4得，k正0.782＝k逆0.112，＝ ①
在a处SiHCl3的转化率为20%，根据三段式法得
则＝＝×，将①代入计算得出v正/v逆≈1.3。
答案 大于 1.3
2.(1)(2015·课标全国Ⅰ，28节选)碘及其化合物在合成杀菌剂、药物等方面具有广泛用途。回答下列问题：
Bodensteins研究了下列反应：2HI(g)H2(g)＋I2(g)在716 K时，气体混合物中碘化氢的物质的量分数x(HI)与反应时间t的关系如下表：
t/min
0
20
40
60
80
120
x(HI)
1
0.91
0.85
0.815
0.795
0.784
x(HI)
0
0.60
0.73
0.773
0.780
0.784
上述反应中，正反应速率为v正＝k正x2(HI)，逆反应速率为v逆＝k逆x(H2)x(I2)，其中k正、k逆为速率常数，则k逆为______________________(以K和k正表示)。若k正＝0.002 7 min－1，在t＝40 min时，v正＝________min－1。
解析 到达平衡时，v正＝v逆，即k正x2(HI)＝k逆x(H2)x(I2)，k逆＝k正·＝k正/K，在t＝40 min时，x(HI)＝0.85，v正＝k正x2(HI)＝0.002 7 min－1×(0.85)2＝1.95×10－3 min－1。
答案 1.95×10－3
(2)(2016·海南化学，16)顺－1，2－二甲基环丙烷和反－1，2－二甲基环丙烷可发生如下转化：
该反应的速率方程可表示为：v(正)＝k(正)c(顺)和v(逆)＝k(逆)c(反)，k(正)和k(逆)在一定温度时为常数，分别称作正、逆反应速率常数。回答下列问题：
已知：t1温度下，k(正)＝0.006 s－1，k(逆)＝0.002 s－1，该温度下反应的平衡常数值K1＝________；该反应的活化能Ea(正)小于Ea(逆)，则ΔH________0(填“小于”“等于”或“大于”)。
解析 根据v(正)＝k(正)c(顺)，k(正)＝0.006 s－1，则v(正)＝0.006 c(顺)，v(逆)＝k(逆)c(反)，k(逆)＝0.002 s－1，v(逆)＝k(逆)c(反)＝0.002 c(反)，化学平衡状态时正逆反应速率相等，则0.006 c(顺)＝0.002 c(反)，K＝c(反)/c(顺)＝0.006÷0.002＝3；该反应的活化能Ea(正)小于Ea(逆)，说明断键吸收的能量小于成键释放的能量，即该反应为放热反应，则ΔH小于零。
答案 3 小于
1.(2019·大教育联盟二模)在反应H2(g)＋2ICl(g)2HCl(g)＋I2(g)中，反应速率方程为v＝k·cn(H2)·cm(ICl)(其中，k为速率常数，只与温度有关，m、n为反应级数)。某温度下，测得速率与浓度关系的实验数据如表所示：
实验
c(H2)/mol·L－1
c(ICl)/mol·L－1
v/(mol·L－1·min－1)
Ⅰ
0.10
0.10
2.0×10－4
Ⅱ
0.20
0.10
4.0×10－4
Ⅲ
0.10
0.30
6.0×10－4
(1)该反应的总级数(n＋m)为________。
(2)如果化学反应分步进行，由较慢的一步反应控制总反应速率。研究工作者对上述反应提出如下4个可能的历程：
A.2ICl(g)＋H2(g)2HCl(g)＋I2(g)
B.H2(g)＋ICl(g)HI(g)＋HCl(g)(慢)，HI(g)＋ICl(g)HCl(g)＋I2(g)(快)
C.H2(g)＋ICl(g)HI(g)＋HCl(g)(快)，HI(g)＋ICl(g)HCl(g)＋I2(g)(慢)
D.H2(g)＋ICl(g)HClI(g)＋H(g)(慢)，H(g)＋ICl(g)HCl(g)＋I(g)(快)，HClI(g)HCl(g)＋I(g)(快)，I(g)＋I(g)I2(g)(快)
上述历程中，可能是________(填字母)。
(3)慢反应的活化能________快反应的活化能(填“大于”、“小于”或“等于”)。
(4)在该温度下，向2 L恒容密闭容器中充入1.6 mol H2(g)和2 mol ICl(g)发生上述反应，反应体系中c(HCl)＝0.8 mol·L－1时，该反应速率v＝________ mol·L－1·min－1。
解析 (1)由表中数据分析知v＝k·c(H2)·c(ICl)，故n＝1，m＝1，n＋m＝2；(2)由于较慢的反应控制总反应速率，又反应速率方程为v＝k·c(H2)·c(ICl)，可知H2、ICl为慢反应中的反应物且计量系数均为1，故上述历程可能为B、D。(3)慢反应活化能大，活化分子百分数小，有效碰撞次数少。
(4)由三段式知
v＝k×0.4×0.2＝0.08k
由实验Ⅰ知v＝k×0.1×0.1＝2.0×10－4，k＝2.0×10－2
v＝2.0×10－2×0.08＝1.6×10－3(mol·L－1·min－1)
答案 (1)2 (2)B、D (3)大于 (4)1.6×10－3
2.(2019·山东威海二模)(1)对于反应2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)的反应历程如下：
第一步：2NO(g)N2O2(g)(快速平衡)
第二步：N2O2(g)＋O2(g)2NO2(g)(慢反应)
其中可近似认为第二步反应不影响第一步的平衡，第一步反应中：v正＝k1正·c2(NO)，v逆＝k1逆·c(N2O2)，k1正、k1逆为速率常数，仅受温度影响。下列叙述正确的是________(填标号)
A.整个反应的速率由第一步反应速率决定
B.同一温度下，平衡时第一步反应的k1正/k1逆越大，反应正向程度越大
C.第二步反应速率低，因而转化率也低
D.第二步反应的活化能比第一步反应的活化能高
(2)汽车排气管装有的三元催化装置，可以消除CO、NO等的污染，反应机理如下：
Ⅰ：NO＋Pt(s)===NO(*) [Pt(s)表示催化剂，NO(*)表示吸附态NO，下同]
Ⅱ：CO＋Pt(s)===CO(*)
Ⅲ：NO(*)===N(*)＋O(*)
Ⅳ：CO(*)＋O(*)===CO2＋2Pt(s)
Ⅴ：N(*)＋N(*)===N2＋2Pt(s)
Ⅵ：NO(*)＋N(*)===N2O＋2Pt(s)
尾气中反应物及生成物浓度随温度的变化关系如下图。
①330 ℃以下的低温区发生的主要反应的化学方程式是
____________________________________________________________。
②反应V的活化能________反应Ⅵ的活化能(填“＜”、“＞”或“＝”)，理由是____________________________________________________________
____________________________________________________________。
解析 (1)A项，反应的反应速率取决于慢反应，即第二步反应，错误；B项，v正＝k1正·c2(NO)，v逆＝k1逆·c(N2O2)，当反应达到平衡时，v正＝v逆，故k1正c2(NO)＝k1逆·c(N2O2)，＝＝K，K越大，反应正向进行的程度越大，正确；C项，第二步反应为慢反应，为限速反应，但反应时间较长，则反应物转化量大，转化率高，错误；D项，慢反应的活化能大，正确。答案为B、D。(2)①由图可知反应物为CO、NO，生成物为CO2，330 ℃以下为N2O，330 ℃以上为N2。故低温区主要反应的化学方程式为CO＋2NOCO2＋N2O。②由图知330 ℃以下生成N2O的选择性高，说明此条件下反应Ⅵ的反应速率快，故活化能小，小于反应Ⅴ的活化能。
答案 (1)B、D
(2)①CO＋2NOCO2＋N2O ②＞ 生成N2O的选择性高，说明反应Ⅵ的化学反应速率大，该反应的活化能就小
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1.了解化学反应速率的概念和定量表示方法。能正确计算化学反应的转化率(α)。2.了解反应活化能的概念，了解催化剂的重要作用。3.了解化学反应的可逆性及化学平衡的建立。4.掌握化学平衡的特征。了解化学平衡常数(K)的含义，能利用化学平衡常数进行相关计算。5.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。6.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。
考点1 化学反应速率及其影响因素
1.化学反应速率的计算方法
(1)公式法：v(B)＝＝
用上式进行某物质反应速率计算时需注意以下几点：
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)
④如题目中投料量以物质的量形式给出，一定要关注容器的容积。
(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。对于反应：mA(g)＋nB(g)===pC(g)＋qD(g)来说，则有＝＝＝。
利用比值法比较反应速率的快慢一定要统一物质、统一单位。
2.影响反应速率的因素的易错点
(1)纯液体、固体对化学反应速率的影响
在化学反应中，纯液体和固态物质的浓度为常数，故不能用纯液体和固态物质的浓度变化来表示反应速率，但是固态反应物颗粒的大小是影响反应速率的条件之一，如煤粉由于表面积大，燃烧就比煤块快得多。
(2)“稀有气体”对化学反应速率的影响
①恒容：充入“稀有气体”总压增大―→物质浓度不变(活化分子浓度不变)―→反应速率不变。
②恒压：充入“稀有气体”体积增大物质浓度减小(活化分子浓度减小)反应速率减小。
1.(2017·江苏化学，10)H2O2分解速率受多种因素影响。实验测得70 ℃时不同条件下H2O2浓度随时间的变化如图所示。下列说法正确的是( )
A.图甲表明，其他条件相同时，H2O2浓度越小，其分解速率越快
B.图乙表明，其他条件相同时，溶液pH越小，H2O2分解速率越快
C.图丙表明，少量Mn2＋存在时，溶液碱性越强，H2O2分解速率越快
D.图丙和图丁表明，碱性溶液中，Mn2＋对H2O2分解速率的影响大
解析 A项，浓度对反应速率的影响是浓度越大，反应速率越快，错误；B项，NaOH浓度越大，即pH越大，H2O2分解速率越快，错误；C项，由图可知，Mn2＋存在时，0.1 mol·L－1的NaOH时H2O2的分解速率比1 mol·L－1的NaOH时快，错误；D项，由图可知，碱性条件下，Mn2＋存在时，H2O2分解速率快，正确。
答案 D
2.(2016·课标全国Ⅲ，27节选)煤燃烧排放的烟气含有SO2和NO，形成酸雨、污染大气，采用NaClO2溶液作为吸收剂可同时对烟气进行脱硫、脱硝。
在鼓泡反应器中通入含有SO2和NO的烟气，反应温度323 K，NaClO2溶液浓度为5×10－3 mol·L－1。反应一段时间后溶液中离子浓度的分析结果如下表。
离子
SO
SO
NO
NO
Cl－
c/(mol·L－1)
8.35×10－4
6.87×10－6
1.5×10－4
1.2×10－5
3.4×10－3
由实验结果可知，脱硫反应速率________脱硝反应速率(填“大于”或“小于”)。原因是除了SO2和NO在烟气中的初始浓度不同，还可能是____________________________________________________________。
解析 由表中数据可知，反应一段时间后溶液中SO的浓度大于NO的浓度，说明脱硫反应速率大于脱硝反应速率。影响反应速率的因素①内因：反应本身，②外因：溶液中对应物质的浓度——SO2、NO二者在水中溶解度差别较大。
答案 大于 二者溶解度不同或反应的活化能不同
1.(2017·浙江4月选考)对水样中溶质M的分解速率影响因素进行研究。在相同温度下，M的物质的量浓度(mol·L－1)随时间(min)变化的有关实验数据见下表：
时间
水样
0
5
10
15
20
25
Ⅰ(pH＝2)
0.40
0.28
0.19
0.13
0.10
0.09
Ⅱ(pH＝4)
0.40
0.31
0.24
0.20
0.18
0.16
Ⅲ(pH＝4)
0.20
0.15
0.12
0.09
0.07
0.05
Ⅳ(pH＝4，含Cu2＋)
0.20
0.09
0.05
0.03
0.01
0
下列说法不正确的是( )
A.在0～20 min内，Ⅰ中M的分解速率为0.015 mol·L－1·min－1
B.水样酸性越强，M的分解速率越快
C.在0～25 min内，Ⅲ中M的分解百分率比Ⅱ大
D.由于Cu2＋存在，Ⅳ中M的分解速率比Ⅰ快
解析 分解速率＝M浓度的变化量/时间＝(起点浓度－时刻浓度)/时间，分解百分率＝(M浓度的变化量/起点浓度)。在0～20 min内，Ⅰ中M的分解速率为(0.4－0.1) mol·L－1/20 min＝0.015 mol·L－1·min－1，A正确；Ⅰ和Ⅱ比较可以得出B结论正确；Ⅱ分解百分率＝0.24/0.4＝0.6，Ⅲ分解百分率＝0.15/0.2＝0.75，后者大，C正确；Ⅳ20分钟内M变化量为0.19 mol/L，Ⅰ中为0.3 mol/L，后者大，D错误。
答案 D
2.碳酸二甲酯(CH3OCOOCH3，简称DMC)是一种应用前景广泛的新材料，用甲醇、CO2在常压、70～120 ℃和催化剂条件下合成DMC。相关反应方程式为2CH3OH(g)＋CO2(g)CH3OCOOCH3(g)＋H2O(g) ΔH＝－15.5 kJ·mol－1
在密闭容器中按n(CH3OH)∶n(CO2)＝2∶1投料直接合成DMC，一定条件下，平衡时CO2的转化率如图所示，则：
(1)v(A)、v(B)、v(C)由快到慢的顺序为_______________________；
(2)K(A)、K(B)、K(C)由大到小的顺序为______________________；
(3)下列能说明在此条件下反应达到平衡状态的是________________。
A.2v正(CH3OH)＝v逆(CO2)
B.CH3OH与CO2的物质的量之比保持不变
C.容器内气体的密度保持不变
D.各组分的物质的量分数保持改变
解析 (1)由图可知p2>p1，故pA
答案 (1)vC>vB>vA (2)KA＝KB>KC (3)C
3.(2019·山东泰安一模)资源化利用碳及其化合物具有重要意义。CO是高炉炼铁的重要还原剂，炼铁时发生的主要反应有：
Ⅰ.Fe2O3(s)＋3C(s)2Fe(s)＋3CO(g)
ΔH＝＋489 kJ·mol－1
Ⅱ.Fe2O3(s)＋3CO(g)2Fe(s)＋3CO2(g)
ΔH＝－27 kJ·mol－1
Ⅲ.C(s)＋CO2(g)2CO(g) ΔH＝172 kJ·mol－1
(1)T1 ℃，向某恒温密闭容器中加入一定量的Fe2O3和C，发生反应Ⅰ，反应达到平衡后，在t1时刻改变某条件，v(逆)随时间(t)的变化关系如图1所示，则t1时刻改变的条件可能是________(填序号)。
a.保持温度、体积不变，使用催化剂
b.保持体积不变，升高温度
c.保持温度不变，压缩容器体积
d.保持温度、体积不变，充入CO
(2)在一定温度下，向某体积可变的恒压(p总)密闭容器中加入1 mol CO2与足量的碳发生反应Ⅲ，平衡时体系中气体体积分数与温度的关系如图2所示。
T ℃时，该反应达到平衡时下列说法不正确的是________(填序号)。
a.气体密度保持不变
b.2v正(CO2)＝v正(CO)
c.若保持其它条件不变再充入等体积的CO2和CO，平衡向逆反应方向移动
d.若保持其它条件不变再充入稀有气体，v正、v逆均减小，平衡不移动
e.若其他条件不变将容器体积压缩至一半并维持体积不变，再次达平衡时压强小于原平衡的2倍
解析 (1)由图1分析知t1为平衡点，条件改变v逆增大后逐渐减小，可判断出平衡发生了移动，a错误；但v逆与原平衡状态相同，b错；由K＝c3(CO)可知温度不变，K不变，平衡时c(CO)不变，v逆不变，故c、d正确。(2)a.平衡时，气体密度不变，正确；b.由反应Ⅲ可知2v(CO2)＝v(CO)，正确；c.原平衡时，CO、CO2的体积分数相等，再充入等体积的CO2、CO，CO、CO2的体积分数仍相等，平衡不移动，错误；d.再充入稀有气体，恒压容器，体积增大，各物质浓度减小，v正、v逆减小，平衡向正反应方向移动，错误；e.其他条件不变，将容器体积压缩至一半的瞬间，压强变为原平衡的2倍，平衡向逆反应方向移动，气体物质的量减小，压强减小，正确。
答案 (1)c、d (2)c、d
题后悟道
利用“控制变量法”的解题策略
考点2 化学平衡及其影响因素
1.判断平衡状态的两种方法
(1)动态标志v正＝v逆≠0
①同一物质：v生成＝v消耗
②不同物质：a.必须是异向速率；b.速率数值比等于化学计量数比；
③v正或v逆不变
(2)静态标志：各种“变量”不变
①混合气体中各物质的质量、物质的量、浓度不变
②混合气体中各物质的百分含量(物质的量分数、体积分数、质量分数)不变
③温度、压强、密度、颜色不变
总之，若“变量”不变，则该可逆反应达到平衡状态，若该量为“恒量”，则不能判断。
④静态标志分析判断平衡状态要注意关注以下几点：
a.关注反应容器特点：恒容恒温、恒压恒温、绝热恒容
b.关注反应本身特点：等体积还是非等体积反应、反应中是否有固体、反应中只有一端有气体
c.关注投料比：投料比是否等于化学计量数比
2.化学平衡移动的判断方法
(1)依据勒夏特列原理判断：通过比较平衡破坏瞬时的正、逆反应速率的相对大小来判断平衡移动的方向。
①若外界条件改变，引起v正＞v逆，则化学平衡向正反应方向(或向右)移动；
②若外界条件改变，引起v正＜v逆，则化学平衡向逆反应方向(或向左)移动；
③若外界条件改变，虽能引起v正和v逆变化，但变化后新的v′正和v′逆仍保持相等，则化学平衡没有发生移动。
(2)依据浓度商(Q)规则判断：通过比较浓度商(Q)与平衡常数(K)的大小来判断平衡移动的方向。
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.不能用勒夏特列原理解释的问题
(1)若外界条件改变后，无论平衡向正反应方向移动或向逆反应方向移动都无法减弱外界条件的变化，则平衡不移动。
(2)催化剂能同等程度地改变正、逆反应速率，所以催化剂不会影响化学平衡。
(3)当外界条件的改变对平衡移动的影响与生产要求不一致时，不能用勒夏特列原理解释。
1.(2019·江苏化学，15)在恒压、NO和O2的起始浓度一定的条件下，催化反应相同时间，测得不同温度下NO转化为NO2的转化率如图中实线所示(图中虚线表示相同条件下NO的平衡转化率随温度的变化)。下列说法正确的是( )
A.反应2NO(g)＋O2(g)===2NO2(g)的ΔH>0
B.图中X点所示条件下，延长反应时间能提高NO转化率
C.图中Y点所示条件下，增加O2的浓度不能提高NO转化率
D.380 ℃下，c起始(O2)＝5.0×10－4 mol·L－1，NO平衡转化率为50%，则平衡常数K>2 000
解析 A项，实线表示不同温度下相同时间内NO的转化率，虚线表示相同条件下NO的平衡转化率，由题图知，随着温度升高，NO的平衡转化率减小，即温度升高，反应2NO＋O22NO2的平衡逆向移动，说明该反应为放热反应，ΔH<0，错误；B项，X点对应NO的转化率低于该温度下NO的平衡转化率，所以反应没有达到平衡状态，延长反应时间，可以提高NO的转化率，正确；C项，Y点时反应已达平衡状态，增加O2的浓度，平衡正向移动，NO的转化率会提高，错误；D项，设起始时c(NO)＝a mol·L－1，则：
K＝＝，当0.25a＝0时，K＝2 000，但0.25a＞0，所以K＞2 000，正确。
答案 BD
2.(2018·天津理综，5)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＋HBrC2H5Br＋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
解析 加入NaOH，c(HBr)减小，平衡向逆反应方向移动，乙醇的物质的量增大，A项正确；增大HBr浓度，平衡向正反应方向移动，有利于生成C2H5Br，B项正确；若反应物按照化学计量数之比加入溶液中，则各物质的平衡转化率相等，故反应物均增大至2 mol，两种反应物平衡转化率之比不变，C项正确；若起始温度提高至60 ℃，生成物C2H5Br为气态，能够从反应体系中逸出，导致反应不断向正反应方向进行，因此不能缩短反应达到平衡的时间，D项错误。
答案 D
3.(1)[2019·全国Ⅱ，27(2)(3)]①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：(g)＋I2(g)===(g)＋2HI(g)，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
②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
(2)(2017·全国Ⅲ，28节选)298 K时，将20 mL 3x mol·L－1Na3AsO3、20 mL 3x mol·L－1 I2和20 mL NaOH溶液混合，发生反应：AsO(aq)＋I2(aq)＋2OH－(aq)AsO(aq)＋2I－(aq)＋H2O(l)。溶液中c(AsO)与反应时间(t)的关系如图所示。
下列可判断反应达到平衡状态的是________(填标号)。
a.溶液的pH不再变化
b.v(I－)＝2v(AsO)
c.c(AsO)/c(AsO)不再变化
d.c(I－)＝y mol·L－1
(3)(2015·全国Ⅰ，28节选)已知反应2HI(g)H2(g)＋I2(g)，ΔH＞0，由实验数据计算得到v正～x(HI)和v逆～x(H2)的关系可用下图表示。当升高到某一温度时，反应重新达到平衡，相应的点分别为______________(填字母)。
解析 (1)①设容器中起始加入I2(g)和环戊烯的物质的量均为a，平衡时转化的环戊烯的物质的量为x，列出三段式：
根据平衡时总压强增加了20%，且恒温恒容时，压强之比等于气体物质的量之比，得＝，解得x＝0.4a，则环戊烯的转化率为×100%＝40%，平衡时(g)、I2(g)、(g)、HI(g)的分压分别为、、、，则Kp＝＝p总，根据p总＝1.2×105 Pa，可得Kp＝×1.2×105 Pa≈3.56×104 Pa。通入惰性气体，对反应③的平衡无影响，A项不符合题意；反应③为吸热反应，提高温度，平衡正向移动，可提高环戊烯的平衡转化率，B项符合题意；增加环戊烯浓度，能提高I2(g)的平衡转化率，但环戊烯的平衡转化率降低，C项不符合题意；增加I2(g)的浓度，能提高环戊烯的平衡转化率，D项符合题意。②由相同时间内，环戊二烯浓度减小量越大，反应速率越快可知，T1
(3)由反应2HI(g)H2(g)＋I2(g) ΔH＞0可知，升高温度，正、逆反应速率均加快，对应两点在1.6上面， 升高温度，平衡向正反应方向移动，x(HI)减小(A点符合)，x(H2)增大(E点符合)。
答案 (1)①40% 3.56×104 BD ②CD
(2)a、c (3)A、E
1.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，下列示意图正确且能说明反应在进行到t1时刻达到平衡状态的是________(填编号)。
解析 ①达到平衡时，v正应保持不变。②由于是放热反应，又是绝热容器，体系温度升高，平衡左移，K减小。③图中达到平衡时，CO、CO2的改变量应是1∶1，④w(NO)逐渐减小，达到平衡时保持不变。⑤因正反应放热，容器绝热，故反应开始后体系温度升高，达到平衡状态时，体系温度不再发生变化。⑥ΔH是一个定值，不能用于判断可逆反应是否达到平衡状态。
答案 ②④⑤
2.(2019·广东六校联考)Cu2O与ZnO组成的催化剂可用于工业上合成甲醇：
CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH＝a kJ·mol－1。
按n(H2)/n(CO)＝2，将H2与CO充入V L恒容密闭容器中，在一定条件下发生反应，测得CO的平衡转化率与温度、压强的关系如图所示。
(1)该反应的ΔH________(填“＜”或“＞”)0，图中p1、p2、p3由大到小的顺序是________。
(2)起始时，甲容器中c(H2)＝0.20 mol·L－1，c(CO)＝0.10 mol·L－1，在p3及T1 ℃下反应达到平衡，此时反应的平衡常数为________。起始时，乙容器中c(H2)＝0.40 mol·L－1，c(CO)＝0.20 mol·L－1，T1 ℃下反应达到平衡，CO的平衡转化率________。
A.大于40% B.小于40%
C.等于40% D.等于80%
解析 (1)从题图可看出，在压强相同时，升高温度，CO的平衡转化率降低，即升高温度平衡逆向移动，则该反应为放热反应，ΔH＜0。该反应为气体分子数减小的反应，相同温度下，压强越大，CO的平衡转化率越高，即p1＞p2＞p3。(2)由题图可知在p3、T1 ℃时CO的平衡转化率为40%，Δc(CO)＝Δc(CH3OH)＝0.04 mol·L－1、Δc(H2)＝0.08 mol·L－1，即平衡时c(CO)＝0.06 mol·L－1、c(H2)＝0.12 mol·L－1、c(CH3OH)＝0.04 mol·L－1，故平衡常数K＝≈46.3。乙容器中反应物起始浓度为甲容器中的2倍，则乙容器中反应达到的平衡相当于将甲容器体积压缩一半所达到的平衡，增大压强，平衡正向移动，故乙容器中CO的平衡转化率大于40%，A项正确。
答案 (1)＜ p1＞p2＞p3 (2)46.3 A
3.(2018·江苏化学，15)一定温度下，在三个容积相同的恒容密闭容器中按不同方式投入反应物，发生反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)(正反应放热)，测得反应的相关数据如下：
容器1
容器2
容器3
反应温度T/K
700
700
800
反应物投入量
2 mol SO2、
1 mol O2
4 mol SO3
2 mol SO2、
1 mol O2
平衡v正(SO2)/
mol·L－1·s－1
v1
v2
v3
平衡
c(SO3)/mol·L－1
c1
c2
c3
平衡体系总压强p/Pa
p1
p2
p3
物质的平衡转化率α
α1(SO2)
α2(SO3)
α3(SO2)
平衡常数K
K1
K2
K3
下列说法正确的是( )
A.v1＜v2，c2＜2c1
B.K1＞K3，p2＞2p3
C.v1＜v3，α1(SO2)＞α3(SO2)
D.c2＞2c3，α2(SO3)＋α3(SO2)＜1
解析 容器2中反应物投入量相当于容器1中反应物投入量的2倍，平衡时，容器2中SO2的反应速率大，容器2中反应达到的平衡相当于容器1中反应达到平衡后加压，增大压强，平衡正向移动，则平衡时SO3的浓度：c2>2c1，A项错误；平衡常数仅与温度有关，容器3中温度高，而该反应为放热反应，升温平衡逆向移动，平衡常数减小，则K1>K3，容器1和容器2中温度相同，投料量不同，平衡时p2<2p1，升温平衡逆向移动，则平衡时p1
答案 CD
题后悟道
“等效平衡”在平衡移动结果判定中的应用
（1）在温度、容积不变的体系中加入某种气体反应物（或生成物）的平衡移动问题：
建模法分析化学平衡
当容器Ⅱ中的投料量是容器Ⅰ中的n倍时，可通过建模思想来进行考虑。
一般解题步骤[以PCl5（g）PCl3（g）＋Cl2（g）为例]：
①建模：构建容器Ⅰ的模型：
②解模：将容器Ⅱ进行拆分，构建新的模型(用实线箭号表示状态变化的方向，用虚线箭号表示虚拟的过程)：
Ⅱ
最后将虚拟出的两个平衡状态进行加压，把体积较大的平衡状态转化为体积较小的平衡状态。即容器Ⅱ的反应相当于在虚拟容器的基础上增大压强，平衡逆向移动，容器Ⅱ相对于容器Ⅰ，PCl5的体积分数增大。
(2)在温度、压强不变的体系中加入某种气体反应物(或生成物)的平衡移动问题：
对于aA(g)bB(g)＋cC(g)或bB(g)＋cC(g)aA(g)，当T、p不变时，加入A气体，平衡移动的最终结果与原平衡等效，相当于平衡不移动；而加入B或C，则平衡的移动由浓度决定。
考点3 有关化学平衡的计算
1.转化率、产率及分压的计算
反应物转化率＝×100%
产物的产率＝×100%
分压＝总压×物质的量分数
常用的气体定律
同温同体积：p(前)∶p(后)＝n(前)∶n(后)
同温同压强：＝＝＝
2.化学平衡常数的计算
(1)意义：化学平衡常数K表示反应进行的程度，K越大，反应进行的程度越大。K＞105时，可以认为该反应已经进行完全。K的大小只与温度有关。
(2)化学平衡常数表达式：对于可逆化学反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)在一定温度下达到化学平衡时，K＝。另可用压强平衡常数表示：Kp＝[p(C)为平衡时气体C的分压]。
(3)依据化学方程式计算平衡常数
①同一可逆反应中，K正·K逆＝1；
②同一方程式中的化学计量数等倍扩大或缩小n倍，则新平衡常数K′与原平衡常数K间的关系是K′＝Kn或K′＝。
③几个可逆反应方程式相加，得总方程式，则总反应的平衡常数等于分步反应平衡常数之积。
(4)与物质状态的关系
由于固体或纯液体浓度视为常数，所以在平衡常数表达式中不再写出。
①稀溶液中进行的反应，如有水参加反应，由于水的浓度视为常数而不必出现在表达式中；
②非水溶液中进行的反应，若有水参加或生成，则水的浓度应出现在表达式中。
1.[2018·课标全国Ⅰ，28(1)]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
①已知：2N2O5(g)===2N2O4(g)＋O2(g)
ΔH1＝－4.4 kJ·mol－1
2NO2(g)===N2O4(g) ΔH2＝－55.3 kJ·mol－1
则反应N2O5(g)===2NO2(g)＋O2(g)的ΔH＝________kJ·mol－1。
②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。
③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____________________________________________________________。
④25 ℃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)。
解析 (1)①将已知热化学方程式依次编号为a、b，根据盖斯定律，由×a－b得N2O5(g)===2NO2(g)＋O2(g) ΔH＝＝kJ·mol－1＝＋53.1 kJ·mol－1。②t＝62 min时，体系中pO2＝2.9 kPa，根据三段式法得
则62 min时pN2O5＝30.0 kPa，v＝2×10－3×30.0 kPa·min－1＝6.0×10－2kPa·min－1。③刚性反应容器的体积不变，25 ℃ N2O5(g)完全分解时体系的总压强为63.1 kPa，升高温度，从两个方面分析：一方面是体积不变，升高温度，体系总压强增大；另一方面，2NO2N2O4的逆反应是吸热反应，升温，平衡向生成NO2的方向移动，气体物质的量增大，故体系总压强增大。④N2O5完全分解生成N2O4和O2，起始pN2O5＝35.8 kPa，其完全分解时pN2O4＝35.8 kPa，pO2＝17.9 kPa，设25 ℃平衡时N2O4转化了x，则
35.8 kPa－x＋2x＋17.9 kPa＝63.1 kPa，解得x＝9.4 kPa。平衡时，pN2O4＝26.4 kPa，pNO2＝18.8 kPa，K＝＝ kPa＝13.4 kPa。
答案 ①＋53.1 ②30.0 6.0×10－2 ③大于 温度升高，体积不变，总压强增大；NO2二聚为放热反应，温度提高，平衡左移，体系物质的量增加，总压强增大 ④13.4
2.(1)[2019·课标全国Ⅲ，28(1)]Deacon发明的直接氧化法为：4HCl(g)＋O2(g)===2Cl2(g)＋2H2O(g)。如图为刚性容器中，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)(2016·全国Ⅱ)在不同温度下，NaClO2溶液脱硫、脱硝的反应中SO2和NO的平衡分压pc如图所示。
①由图分析可知，反应温度升高，脱硫、脱硝反应的平衡常数均________(填“增大”“不变”或“减小”)。
②反应ClO＋2SO===2SO＋Cl－的平衡常数K表达式为____________________________________________________________。
(3)[2019·天津理综，7(5)]在1 L真空密闭容器中加入a mol PH4I固体，t ℃时发生如下反应：
PH4I(s)PH3(g)＋HI(g) ①
4PH3(g)P4(g)＋6H2(g) ②
2HI(g)H2(g)＋I2(g) ③
达平衡时，体系中n(HI)＝b mol，n(I2)＝c mol，n(H2)＝d mol，则t ℃时反应①的平衡常数K值为________(用字母表示)。
解析 (1)由题给HCl平衡转化率随温度变化的关系图可知，随温度升高，HCl平衡转化率降低，则此反应为放热反应，温度越高，平衡常数越小，即K(300 ℃)大于K(400 ℃)。结合题图可知，c(HCl)∶c(O2)＝1∶1、400 ℃时HCl的平衡转化率为84%，列出三段式：
则K(400 ℃)＝＝；进料浓度比c(HCl)∶c(O2)过低会使O2和Cl2分离的能耗较高，过高则会造成HCl转化率较低。
(2)①由图分析可知，温度升高，SO2或NO平衡分压的负对数均减小，说明升高温度，平衡逆向移动，因此脱硫、脱硝反应的平衡常数均减小。②根据反应ClO＋2SO===2SO＋Cl―可写出其平衡常数表达式为K＝。
(3)反应①生成的n(HI)＝体系中n(HI)＋2×体系中n(I2)＝(b＋2c) mol，反应②中生成的n(H2)＝体系中n(H2)－反应③中生成的n(H2)＝(d－c) mol，体系中n(PH3)＝反应①生成的n(PH3)－反应②中转化的n(PH3)＝[b＋2c－(d－c)] mol＝(b＋) mol，反应①的平衡常数K＝c(PH3)·c(HI)＝(b＋)b。
答案 (1)大于 O2和Cl2分离能耗较高 HCl转化率较低
(2)①减小 ②K＝
(3)(b＋)b
1.(2019·山东青岛一模)某温度下，N2O5气体在一体积固定的容器中发生如下反应：
2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)(慢反应) ΔH＜0
2NO2(g)N2O4(快反应) ΔH＜0
体系的总压强p总和pO2随时间的变化如图所示：
(1)图中表示O2压强变化的曲线是________(填“甲”或“乙”)。
(2)已知N2O5分解的反应速率v＝0.12 pN2O5(kPa·h－1)，t＝10 h时，pN2O5＝________kPa，v＝________kPa·h－1(结果保留两位小数，下同)。
(3)该温度下2NO2N2O4反应的平衡常数Kp＝________kPa－1(Kp为以分压表示的平衡常数)。
解析 (1)由甲、乙起点坐标可知乙表示O2压强变化曲线。(2)由甲知p始N2O5＝53.8 kPa，由已知t＝10 h时，pO2＝12.8 kPa，
故10 h时，pN2O5＝28.2 kPa，v＝0.12pN2O5(kPa·h－1)＝0.12×28.2(kPa·h－1)＝3.38(kPa·h－1)
可知N2O5完全分解气体总压强为107.6＋26.9＝134.5(kPa)
故107.6－x＋＋26.9＝94.7
x＝79.6
K＝＝＝0.05
答案 (1)乙 (2)28.2 3.38 (3)0.05
2.(2019·山东潍坊二模)CH4超干重整CO2技术可得到富含CO的化工原料。回答下列问题
(1)CH4超干重整CO2的催化转化如图所示：
①关于上述过程Ⅱ的说法不正确的是________(填序号)。
a.实现了含碳物质与含氢物质的分离
b.可表示为CO2＋H2===H2O(g)＋CO
c.CO未参与反应
d.Fe3O4、CaO为催化剂，降低了反应的ΔH
②其他条件不变，在不同催化剂(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)作用下，反应CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)进行相同时间后，CH4的转化率随反应温度的变化如图所示。a点所代表的状态________(填“是”或“不是”)平衡状态；b点CH4的转化率高于c点，原因是____________________________________________________________。
(2)在一刚性密闭容器中，CH4和CO2的分压分别为20 kPa、25 kPa，加入Ni/α－Al2O3催化剂并加热至1 123 K使其发生反应CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)。
①研究表明CO的生成速率v(CO)＝1.3×10－2·p(CH4)·p(CO2) mol·g－1·s－1，某时刻测得p(CO)＝20 kPa，则p(CO2)＝________kPa，v(CO)＝________mol·g－1·s－1。
②达到平衡后测得体系压强是起始时的1.8倍，则该反应的平衡常数的计算式为Kp＝________(kPa)2。(用各物质的分压代替物质的量浓度计算)
解析 (1)①由过程Ⅱ分析知H2→H2O(g)，CO2、CO→CO和惰性气体，分离开来，a正确；由过程Ⅱ可分析知H2→H2O(g)，CO2→CO，故反应的方程式为CO2＋H2===H2O(g)＋CO，b正确；由过程Ⅱ分析知CO、CO2→CaCO3，CO参与反应，c不正确；催化剂不改变反应的ΔH，d不正确。②若a点为平衡状态，相同温度下Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中CH4的转化率应相同，故a点不是平衡状态。
故p(CO2)＝15 kPa
v(CO)＝1.3×10－2·p(CH4)·p(CO2)mol·g－1·s－1
＝1.3×10－2×10×15 mol·g－1·s－1
＝1.95 mol·g－1·s－1
20 kPa－x＋25 kPa－x＋2x＋2x＝1.8×(20 kPa＋25 kPa)
x＝18
平衡时p(CH4)＝2 kPa，p(CO2)＝7 kPa，p(CO)＝p(H2)＝36 kPa
Kp＝＝
答案 (1)①c、d ②不是 b、c均未达到平衡，b点温度高，反应速率快，消耗CH4量多，故转化率高
(2)①15 1.95 ②
题后悟道
“三段式”计算解题模型
(1)分析三个量：即起始量、转化量、平衡量。
(2)明确三个关系
①对于同一反应物，起始量－转化量＝平衡量。
②对于同一生成物，起始量＋转化量＝平衡量。
③各转化量之比等于各物质的化学计量数之比。
(3)计算模式
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。计算模式如下：
则有：①平衡常数：K＝
②A的平衡浓度：c(A)平＝mol·L－1。
③A的转化率：α(A)平＝×100%，α(A)∶α(B)＝∶＝。
④A的体积分数：φ(A)＝×100%。
⑤平衡与起始压强之比：＝。
⑥混合气体的平均密度：ρ混＝ g·L－1。
⑦混合气体的平均摩尔质量：M＝g·mol－1。
考点4 有关化学反应速率、化学平衡的图像分析
1.化学平衡的常见图像
转化率(或含量)—时间图像
反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，m＋n＞p＋q，且ΔH＞0
(1)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；
(2)图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；
(3)图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，不能改变反应物的转化率。
2.恒压(温)线
反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，m＋n＞p＋q，且ΔH＞0
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。
3.特殊类型图像
(1)对于化学反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋q(D)g，M点前，表示从反应物开始，v正＞v逆；M点为刚达到平衡点(如下图)；M点后为平衡受温度的影响情况，即升温，A的百分含量增加或C的百分含量减少，平衡左移，故正反应ΔH＜0。
(2)对于化学反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，L线上所有的点都是平衡点(如图)。L线的左上方(E点)，A的百分含量大于此压强时平衡体系的A的百分含量，所以E点v正＞v逆；则L线的右下方(F点)，v正＜v逆。
1.(2018·课标全国Ⅱ，27)CH4－CO2催化重整不仅可以得到合成气(CO和H2)，还对温室气体的减排具有重要意义。回答下列问题：
(1)CH4－CO2催化重整反应为：CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)。
已知：C(s)＋2H2(g)===CH4(g) ΔH＝－75 kJ·mol－1
C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH＝－394 kJ·mol－1
C(s)＋O2(g)===CO(g) ΔH＝－111 kJ·mol－1
该催化重整反应的ΔH＝________kJ·mol－1。有利于提高CH4平衡转化率的条件是________(填标号)。
A.高温低压 B.低温高压
C.高温高压 D.低温低压
某温度下，在体积为2 L的容器中加入2 mol CH4、1 mol CO2以及催化剂进行重整反应，达到平衡时CO2的转化率是50%，其平衡常数为________ mol2·L－2。
(2)反应中催化剂活性会因积碳反应而降低，同时存在的消碳反应则使积碳量减少。相关数据如下表：
积碳反应
CH4(g)===
C(s)＋2H2(g)
消碳反应
CO2(g)＋C(s)
===2CO(g)
ΔH/(kJ·mol－1)
75
172
活化能
催化剂X
33
91
(kJ·mol－1)
催化剂Y
43
72
①由上表判断，催化剂X________Y(填“优于”或“劣于”)，理由是____________________________________________________________。
在反应进料气组成、压强及反应时间相同的情况下，某催化剂表面的积碳量随温度的变化关系如图1所示，升高温度时，下列关于积碳反应、消碳反应的平衡常数(K)和速率(v)的叙述正确的是________(填标号)。
A.K积、K消均增加
B.v积减小、v消增加
C.K积减小、K消增加
D.v消增加的倍数比v积增加的倍数大
②在一定温度下，测得某催化剂上沉积碳的生成速率方程为v＝k·p(CH4)·[p(CO2)]－0.5(k为速率常数)。在p(CH4)一定时，不同p(CO2)下积碳量随时间的变化趋势如图2所示，则pa(CO2)、pb(CO2)、pc(CO2)从大到小的顺序为____________________________________________________________。
解析 (1)将已知中3个反应依次记为①、②、③，根据盖斯定律③×2－①－②得该催化重整反应的ΔH＝[(－111)×2＋75＋394]kJ·mol－1＝＋247 kJ·mol－1。由于该反应为吸热且气体体积增大的反应，要提高CH4的平衡转化率，需在高温低压下进行。根据平衡时消耗的CO2为1 mol×50%＝0.5 mol，则消耗的CH4为0.5 mol，生成的CO和H2均为1 mol，根据三段式法可知平衡时CH4、CO2、CO和H2的平衡浓度分别为0.75 mol·L－1、0.25 mol·L－1、0.5 mol·L－1、0.5 mol·L－1，则平衡常数K＝＝ mol2·L－2。(2)①从表格中数据可看出相对于催化剂X，用催化剂Y催化时积碳反应的活化能大，则积碳反应的反应速率小，而消碳反应活化能相对小，则消碳反应的反应速率大，再根据题干信息“反应中催化剂活性会因积碳反应而降低”可知催化剂X劣于催化剂Y。两个反应均吸热，故随温度升高，K积和K消均增加，且消碳反应速率增加的倍数比积碳反应的大，故A、D正确。②由该图像可知在反应时间和p(CH4)相同时，图像中速率关系va>vb>vc，结合沉积碳的生成速率方程v＝k·p(CH4)·[p(CO2)]－0.5，在p(CH4)相同时，随着p(CO2)增大，反应速率逐渐减慢，即可判断：pc(CO2)>pb(CO2)>pa(CO2)。
答案 (1)＋247 A
(2)①劣于 相对于催化剂X，催化剂Y积碳反应的活化能大，积碳反应的速率小；而消碳反应活化能相对小，消碳反应速率大 AD ②pc(CO2)>pb(CO2)>pa(CO2)
2.[2019·天津理综，10Ⅱ(2)(3)(4)]将SiCl4氢化为SiHCl3有三种方法，对应的反应依次为：
①SiCl4(g)＋H2(g)SiHCl3(g)＋HCl(g) ΔH1＞0
②3SiCl4(g)＋2H2(g)＋Si(s)4SiHCl3(g) ΔH2＜0
③2SiCl4(g)＋H2(g)＋Si(s)＋HCl(g)3SiHCl3(g) ΔH3
(2)已知体系自由能变ΔG＝ΔH－TΔS，ΔG＜0时反应自发进行。三个氢化反应的ΔG与温度的关系如图1所示，可知：反应①能自发进行的最低温度是________；相同温度下，反应②比反应①的ΔG小，主要原因是____________________________________________________________
____________________________________________________________。
(3)不同温度下反应②中SiCl4转化率如图2所示。下列叙述正确的是________(填序号)。
a.B点：v正＞v逆 b.v正：A点＞E点
c.反应适宜温度：480～520 ℃
(4)反应③的ΔH3＝________(用ΔH1，ΔH2表示)。温度升高，反应③的平衡常数K________(填“增大”、“减小”或“不变”)。
解析 (2)ΔG<0时，反应能自发进行，故反应①自发进行的最低温度为1 000 ℃。由于ΔG＝ΔH－TΔS，反应②的ΔH2<0，而反应①的ΔH1>0，ΔH2<ΔH1，ΔS1>ΔS2，因此相同温度下反应②比反应①的ΔG小的主要原因为ΔH2<ΔH1。(3)a项，同一点比较正、逆反应速率看反应进行方向，B点反应正向进行，所以v正>v逆，正确.b项，不同点比较正、逆反应速率看反应条件，A点温度低于E点温度，所以v正：A点
答案 (2)1 000 ℃ ΔH2＜ΔH1导致反应②的ΔG小
(3)ac
(4)ΔH2－ΔH1 减小
题组一 图像、表格题的信息提取与应用
1.T ℃下，向一容积不变的密闭容器中，通入一定量的NO和CO，用气体传感器测得不同时间NO和CO浓度如下表：
时间/s
0
1
2
3
4
5
c(NO)/10－4mol/L
10.0
4.50
c1
1.50
1.00
1.00
c(CO)/10－3mol/L
3.60
3.05
c2
2.75
2.70
2.70
(1)则c2合理的数值为________(填字母标号)。
A.4.20 B.4.00
C.2.95 D.2.80
(2)将不同物质的量的H2O(g)和CO(g)分别通入体积为2 L的恒容密闭容器中，进行反应：H2O(g)＋CO(g)CO2(g)＋H2(g)，得到如下三组数据：
实验组
温度/℃
起始量/mol
平衡量/mol
达到平衡所需时间/min
H2O
CO
CO
H2
Ⅰ
650
2
4
2.4
1.6
5
Ⅱ
900
1
2
1.6
0.4
3
Ⅲ
900
a
b
c
d
t
若a＝2，b＝1，则c＝________，达平衡时实验组Ⅱ中H2O(g)和实验组Ⅲ中CO的转化率的关系为αⅡ(H2O)________αⅢ(CO)(填“<”“>”或“＝”)。
(3)二甲醚是清洁能源，用CO在催化剂存在下制备二甲醚的反应原理为：2CO(g)＋4H2(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)，已知一定条件下，该反应中CO的平衡转化率随温度、投料比的变化曲线如图所示。
①a、b、c按从大到小的顺序为________。
②根据图像可以判断该反应为放热反应，理由是____________________________________________________________
____________________________________________________________
____________________________________________________________。
解析 (1)根据浓度对反应速率的影响，v1～2>v2～3，即Δc1～2>Δc2～3，3.05－c2>c2－2.75，故c2<2.90。(2)由H2O(g)＋CO(g)CO2(g)＋H2(g)，可知在H2O 1 mol、CO 1 mol的基础上再加1 mol H2O或再加1 mol CO对平衡的影响一样，故αⅡ(H2O)＝αⅢ(CO)，c＝0.6。
(3)①对2CO(g)＋4H2(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)，同一温度下，n(H2)/n(CO)的值越大，α(CO)越大，故a>b>c。②同一投料比时T越高，α(CO)越小，故该反应为放热反应。
答案 (1)D (2)0.6 ＝ (3)①a＞b＞c
②温度升高，平衡向逆反应方向移动，α(CO)减小，故该反应为放热反应
2.(2019·大联盟教育二模)(1)373 K时，向1 L密闭容器中充入2 mol CO2和一定量H2的混合气体，发生反应CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH＜0，两种气体的平衡转化率(α)与起始的物质的量之比的关系如图所示：
①能表示CO2的平衡转化率的曲线是________(填“L1”或“L2”)，a的值是________。
②已知该温度下b＝0.5，则化学平衡常数K＝________。
③反应aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)，某一时刻的瞬时速率计算公式如下：正反应速率为v正＝k正·ca(A)·cb(B)；逆反应速率为v逆＝k逆·cc(C)·cd(D)，其中k正、k逆为速率常数。合成甲醇的反应在上述条件下k正∶k逆＝________。
(2)一定温度下，向1 L密闭容器中充入2 mol CO2和6 mol H2的混合气体，发生反应CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)，如图是该反应平衡常数的pK(pK＝－lg K)与温度的变化关系图。
A点的数值为________(已知lg3＝0.5)，当升温到某一温度时，反应重新达到平衡，A点可能变化为________点。
解析 (1)①当＝时，二者的转化率相同。继续加CO2、αCO2减小，故L2表示CO2的平衡转化率。②充入CO2的物质的量为2 mol，由a＝知此时充入H2的物质的量为6 mol，
故K＝＝＝
③当反应建立平衡时v正＝v逆，即v正＝k正c(CO2)·c3(H2)＝v逆＝k逆·c(CH3OH)·c(H2O)
k正∶k逆＝＝K＝
(2)373 K时，反应的平衡常数K＝，pK＝－lg＝1.5
放热反应升温时平衡向逆反应移动，K值减小，pK值增大，故A点可能变化为C、D。
答案 (1)①L2 ② ③ (2)1.5 C、D
题后悟道
化学平衡图像的解题模型
题组二 根据图像选择最佳反应条件
3.(2016·全国卷Ⅱ节选)以丙烯、氨、氧气为原料，在催化剂存在下生成丙烯腈(C3H3N)和副产物丙烯醛(C3H4O)的热化学方程式如下：
①C3H6(g)＋NH3(g)＋O2(g)===C3H3N(g)＋3H2O(g) ΔH＝－515 kJ·mol－1
②C3H6(g)＋O2(g)===C3H4O(g)＋H2O(g) ΔH＝－353 kJ·mol－1
丙烯腈和丙烯醛的产率与的关系如图所示。由图可知，最佳约为________。
解析 由图可知，当＝1时，丙烯腈的产率最高，而丙烯醛的产率已趋近于0，如果再增大，丙烯腈的产率反而降低，故最佳约为1。
答案 1
4.用催化转化装置净化汽车尾气，装置中涉及的反应之一为2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g)。探究上述反应中NO的平衡转化率与压强、温度的关系，得到如图所示的曲线。催化装置比较适合的温度和压强是________。
解析 从图中看出400 K，1 MPa时NO的转化率已比较高。结合再加压，动力能源成本较高，故选400 K、1 MPa。
答案 400 K、1 MPa
题组三 解释图像的变化趋势
5.6NO(g)＋4NH3(g)5N2(g)＋6H2O(g) ΔH＝－1 807.0 kJ·mol－1；NO和NH3在Ag2O催化剂表面的反应活性随温度的变化曲线见下图。
随着反应温度的进一步升高，在有氧的条件下NO的转化率明显下降的可能原因是____________________________________________________________。
解析 可逆反应转化率的变化一般可以从平衡移动的角度去分析，该反应是放热反应，升高温度反应更有利于向逆反应方向进行；也可从高温条件下会发生4NH3＋5O2===4NO＋6H2O副反应，使NO转化率降低。
答案 ①温度升高， 平衡逆向移动
②有氧条件下，高温发生4NH3＋5O2===4NO＋6H2O，生成NO
6.NH3催化还原氮氧化物(SCR)技术是目前应用最广泛的烟气氮氧化物脱除技术。在氨气足量的情况下，不同c(NO2)/c(NO)、不同温度对脱氮率的影响如图所示(已知氨气催化还原氮氧化物的正反应为放热反应)，请回答温度对脱氮率的影响：____________________________________________________________。
解析 根据图示信息：300 ℃之前，温度升高脱氮率逐渐增大；300 ℃之后，温度升高脱氮率逐渐减小。说明300 ℃之前，反应未平衡，反应向右进行，脱氮率增大；300 ℃时反应达平衡后，升温平衡逆向移动，脱氮率减小。
答案 300 ℃前反应未达平衡，300 ℃后升温平衡逆向移动，脱氮率减小
考点5 基元反应的反应速率及速率常数
1.基元反应
基元反应又称为简单反应。是指反应中反应物一步直接转化为产物的反应，没有中间产物。
2.速率方程
基元反应的反应速率与反应物浓度计量数幂的乘积成正比。
如A→产物v＝kc(A) A＋B→产物v＝kc(A)c(B)
2A→产物v＝kc2(A)
3.速率常数
上述速率方程中的k即为速率常数。影响因素：温度、催化剂，与反应浓度无关
4.应用
反应速率的比较与计算，k值的计算。
1.(1)[2018·全国Ⅰ，28(3)]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 A对：第一步反应快速平衡，说明正、逆反应速率很大，极短时间内即可达到平衡。C对：第二步反应慢，说明有效碰撞次数少。B错：由题给三步反应可知，反应的中间产物有NO3和NO。D错：反应快，说明反应的活化能较低。
答案 AC
(2)(2018·全国Ⅲ)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 温度越高，反应速率越大，a点所在曲线对应的温度高于b点所在曲线对应的温度，所以a点反应速率大于b点反应速率。a点所在曲线达到平衡时，v正＝v逆，即k正x2SiHCl3＝k逆xSiH2Cl2xSiCl4，从题图上可知a点所在曲线平衡时SiHCl3的转化率为22%，设投入SiHCl3 y mol，则根据三段式法得
代入k正x2SiHCl3＝k逆xSiH2Cl2xSiCl4得，k正0.782＝k逆0.112，＝ ①
在a处SiHCl3的转化率为20%，根据三段式法得
则＝＝×，将①代入计算得出v正/v逆≈1.3。
答案 大于 1.3
2.(1)(2015·课标全国Ⅰ，28节选)碘及其化合物在合成杀菌剂、药物等方面具有广泛用途。回答下列问题：
Bodensteins研究了下列反应：2HI(g)H2(g)＋I2(g)在716 K时，气体混合物中碘化氢的物质的量分数x(HI)与反应时间t的关系如下表：
t/min
0
20
40
60
80
120
x(HI)
1
0.91
0.85
0.815
0.795
0.784
x(HI)
0
0.60
0.73
0.773
0.780
0.784
上述反应中，正反应速率为v正＝k正x2(HI)，逆反应速率为v逆＝k逆x(H2)x(I2)，其中k正、k逆为速率常数，则k逆为______________________(以K和k正表示)。若k正＝0.002 7 min－1，在t＝40 min时，v正＝________min－1。
解析 到达平衡时，v正＝v逆，即k正x2(HI)＝k逆x(H2)x(I2)，k逆＝k正·＝k正/K，在t＝40 min时，x(HI)＝0.85，v正＝k正x2(HI)＝0.002 7 min－1×(0.85)2＝1.95×10－3 min－1。
答案 1.95×10－3
(2)(2016·海南化学，16)顺－1，2－二甲基环丙烷和反－1，2－二甲基环丙烷可发生如下转化：
该反应的速率方程可表示为：v(正)＝k(正)c(顺)和v(逆)＝k(逆)c(反)，k(正)和k(逆)在一定温度时为常数，分别称作正、逆反应速率常数。回答下列问题：
已知：t1温度下，k(正)＝0.006 s－1，k(逆)＝0.002 s－1，该温度下反应的平衡常数值K1＝________；该反应的活化能Ea(正)小于Ea(逆)，则ΔH________0(填“小于”“等于”或“大于”)。
解析 根据v(正)＝k(正)c(顺)，k(正)＝0.006 s－1，则v(正)＝0.006 c(顺)，v(逆)＝k(逆)c(反)，k(逆)＝0.002 s－1，v(逆)＝k(逆)c(反)＝0.002 c(反)，化学平衡状态时正逆反应速率相等，则0.006 c(顺)＝0.002 c(反)，K＝c(反)/c(顺)＝0.006÷0.002＝3；该反应的活化能Ea(正)小于Ea(逆)，说明断键吸收的能量小于成键释放的能量，即该反应为放热反应，则ΔH小于零。
答案 3 小于
1.(2019·大教育联盟二模)在反应H2(g)＋2ICl(g)2HCl(g)＋I2(g)中，反应速率方程为v＝k·cn(H2)·cm(ICl)(其中，k为速率常数，只与温度有关，m、n为反应级数)。某温度下，测得速率与浓度关系的实验数据如表所示：
实验
c(H2)/mol·L－1
c(ICl)/mol·L－1
v/(mol·L－1·min－1)
Ⅰ
0.10
0.10
2.0×10－4
Ⅱ
0.20
0.10
4.0×10－4
Ⅲ
0.10
0.30
6.0×10－4
(1)该反应的总级数(n＋m)为________。
(2)如果化学反应分步进行，由较慢的一步反应控制总反应速率。研究工作者对上述反应提出如下4个可能的历程：
A.2ICl(g)＋H2(g)2HCl(g)＋I2(g)
B.H2(g)＋ICl(g)HI(g)＋HCl(g)(慢)，HI(g)＋ICl(g)HCl(g)＋I2(g)(快)
C.H2(g)＋ICl(g)HI(g)＋HCl(g)(快)，HI(g)＋ICl(g)HCl(g)＋I2(g)(慢)
D.H2(g)＋ICl(g)HClI(g)＋H(g)(慢)，H(g)＋ICl(g)HCl(g)＋I(g)(快)，HClI(g)HCl(g)＋I(g)(快)，I(g)＋I(g)I2(g)(快)
上述历程中，可能是________(填字母)。
(3)慢反应的活化能________快反应的活化能(填“大于”、“小于”或“等于”)。
(4)在该温度下，向2 L恒容密闭容器中充入1.6 mol H2(g)和2 mol ICl(g)发生上述反应，反应体系中c(HCl)＝0.8 mol·L－1时，该反应速率v＝________ mol·L－1·min－1。
解析 (1)由表中数据分析知v＝k·c(H2)·c(ICl)，故n＝1，m＝1，n＋m＝2；(2)由于较慢的反应控制总反应速率，又反应速率方程为v＝k·c(H2)·c(ICl)，可知H2、ICl为慢反应中的反应物且计量系数均为1，故上述历程可能为B、D。(3)慢反应活化能大，活化分子百分数小，有效碰撞次数少。
(4)由三段式知
v＝k×0.4×0.2＝0.08k
由实验Ⅰ知v＝k×0.1×0.1＝2.0×10－4，k＝2.0×10－2
v＝2.0×10－2×0.08＝1.6×10－3(mol·L－1·min－1)
答案 (1)2 (2)B、D (3)大于 (4)1.6×10－3
2.(2019·山东威海二模)(1)对于反应2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)的反应历程如下：
第一步：2NO(g)N2O2(g)(快速平衡)
第二步：N2O2(g)＋O2(g)2NO2(g)(慢反应)
其中可近似认为第二步反应不影响第一步的平衡，第一步反应中：v正＝k1正·c2(NO)，v逆＝k1逆·c(N2O2)，k1正、k1逆为速率常数，仅受温度影响。下列叙述正确的是________(填标号)
A.整个反应的速率由第一步反应速率决定
B.同一温度下，平衡时第一步反应的k1正/k1逆越大，反应正向程度越大
C.第二步反应速率低，因而转化率也低
D.第二步反应的活化能比第一步反应的活化能高
(2)汽车排气管装有的三元催化装置，可以消除CO、NO等的污染，反应机理如下：
Ⅰ：NO＋Pt(s)===NO(*) [Pt(s)表示催化剂，NO(*)表示吸附态NO，下同]
Ⅱ：CO＋Pt(s)===CO(*)
Ⅲ：NO(*)===N(*)＋O(*)
Ⅳ：CO(*)＋O(*)===CO2＋2Pt(s)
Ⅴ：N(*)＋N(*)===N2＋2Pt(s)
Ⅵ：NO(*)＋N(*)===N2O＋2Pt(s)
尾气中反应物及生成物浓度随温度的变化关系如下图。
①330 ℃以下的低温区发生的主要反应的化学方程式是
____________________________________________________________。
②反应V的活化能________反应Ⅵ的活化能(填“＜”、“＞”或“＝”)，理由是____________________________________________________________
____________________________________________________________。
解析 (1)A项，反应的反应速率取决于慢反应，即第二步反应，错误；B项，v正＝k1正·c2(NO)，v逆＝k1逆·c(N2O2)，当反应达到平衡时，v正＝v逆，故k1正c2(NO)＝k1逆·c(N2O2)，＝＝K，K越大，反应正向进行的程度越大，正确；C项，第二步反应为慢反应，为限速反应，但反应时间较长，则反应物转化量大，转化率高，错误；D项，慢反应的活化能大，正确。答案为B、D。(2)①由图可知反应物为CO、NO，生成物为CO2，330 ℃以下为N2O，330 ℃以上为N2。故低温区主要反应的化学方程式为CO＋2NOCO2＋N2O。②由图知330 ℃以下生成N2O的选择性高，说明此条件下反应Ⅵ的反应速率快，故活化能小，小于反应Ⅴ的活化能。
答案 (1)B、D
(2)①CO＋2NOCO2＋N2O ②＞ 生成N2O的选择性高，说明反应Ⅵ的化学反应速率大，该反应的活化能就小
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