高考化學(xué) 熱點(diǎn)題型和提分秘籍 專題7_3 化學(xué)平衡常數(shù) 化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向（含解析）

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專題7.3 化學(xué)平衡常數(shù) 化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向 1．了解化學(xué)平衡常數(shù)的含義，能夠利用化學(xué)平衡常數(shù)進(jìn)行簡單的計算。 2．了解化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的調(diào)控在生活、生產(chǎn)和科學(xué)研究中的重要作用。 熱點(diǎn)題型一 化學(xué)平衡常數(shù)及其應(yīng)用 例1、(2015天津卷)某溫度下，在2 L的密閉容器中，加入 1 mol X(g)和2 mol Y(g)發(fā)生反應(yīng)：X(g)＋mY(g) 3Z(g)。平衡時，X、Y、Z的體積分?jǐn)?shù)分別為30%、60%、10%。在此平衡體系中加入1 mol Z(g)，再次達(dá)到平衡后，X、Y、Z的體積分?jǐn)?shù)不變。下列敘述不正確的是(　　) A．m＝2 B．兩次平衡的平衡常數(shù)相同 C．X與Y的平衡轉(zhuǎn)化率之比為1∶1 D．第二次平衡時，Z的濃度為0.4 molL－1 【答案】D 【提分秘籍】 1．化學(xué)平衡常數(shù)的理解 (1)化學(xué)平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，與濃度、壓強(qiáng)和催化劑等均無關(guān)。 (2)在平衡常數(shù)表達(dá)式中：水(l)的濃度、固體物質(zhì)的濃度均不寫，但是水蒸氣的濃度要寫。 (3)平衡常數(shù)表達(dá)式中各物質(zhì)的濃度為平衡時的濃度，其書寫形式與化學(xué)方程式的書寫有關(guān)。 N2＋3H22NH3，K＝a，則有2NH3N2＋3H2， K′＝1/a；N2＋H2NH3，K″＝。 2．化學(xué)平衡常數(shù)的應(yīng)用 (1)判斷、比較可逆反應(yīng)進(jìn)行的程度。 一般來說，一定溫度下的一個具體的可逆反應(yīng)： K值 正反應(yīng)進(jìn)行 的程度 平衡時生成 物濃度 平衡時反 應(yīng)物濃度 反應(yīng)物 轉(zhuǎn)化率 越大 越大 越大 越小 越高 越小 越小 越小 越大 越低 一般地說，當(dāng)K>105時，就認(rèn)為反應(yīng)基本進(jìn)行完全了，當(dāng)K<10－5時，認(rèn)為反應(yīng)很難進(jìn)行。 (2)判斷反應(yīng)反應(yīng)進(jìn)行的方向。 對于化學(xué)反應(yīng)aA(g)＋bB(g) cC(g)＋dD(g)的任意狀態(tài)，濃度商：Q＝，有： (3)計算反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率。 ①表達(dá)式 對于化學(xué)反應(yīng)：aA(g)＋bB(g) cC(g)＋dD(g)，反應(yīng)物A的轉(zhuǎn)化率為：α(A)＝100%。 ②規(guī)律 A．同一反應(yīng)的不同反應(yīng)物，其轉(zhuǎn)化率可能不同；當(dāng)按照化學(xué)計量數(shù)之比投入反應(yīng)物時，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率相同。 B．相同條件下，增大某一反應(yīng)物的濃度，可增大另一反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，而增大濃度的反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率會減小。 【舉一反三】 已知：反應(yīng)①Fe(s)＋CO2(g) FeO(s)＋CO(g)的平衡常數(shù)為K1，反應(yīng)②Fe(s)＋H2O(g) FeO(s)＋H2(g)的平衡常數(shù)為K2，不同溫度下K1、K2的值如下表所示： 溫度 K1 K2 973 K 1.47 2.38 1 173 K 2.15 1.67 (1)從表中數(shù)據(jù)可以推斷：反應(yīng)①是________(填“吸”或“放”)熱反應(yīng)。 (2)現(xiàn)有反應(yīng)③CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)，寫出該反應(yīng)的平衡常數(shù)K3的表達(dá)式：________________。 (3)根據(jù)反應(yīng)①與②，可推導(dǎo)出K1、K2與K3之間的關(guān)系式。據(jù)此關(guān)系式及表中數(shù)據(jù)，也能推斷出反應(yīng)③是________(填“吸熱”或“放熱”)反應(yīng)。欲使反應(yīng)③在一定條件下建立的平衡向正反應(yīng)方向移動，可采用的措施有________(填序號)。 A．縮小反應(yīng)容器容積 B．?dāng)U大反應(yīng)容器容積 C．降低溫度 D．升高溫度 E．使用合適的催化劑 F．減少CO的量 熱點(diǎn)題型二 化學(xué)平衡的計算方法——“三段式法” 例2、在一體積為1 L的密閉容器中，通入一定量的CO和H2O(g)，在850 ℃發(fā)生反應(yīng)：CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)　ΔH<0。CO和H2O(g)濃度變化如圖： (1)0～4 min的平均反應(yīng)速率v(CO)＝________mol/(Lmin)。 (2)850 ℃時，平衡常數(shù)K＝________。 (3)850 ℃時，若向該容器中充入1.0 mol CO、3.0 mol H2O，則CO的平衡轉(zhuǎn)化率為______________。 【提分秘籍】 “三段式法”是有效解答化學(xué)平衡計算題的“萬能鑰匙”。解題時，要注意清楚條理地列出起始量、轉(zhuǎn)化量、平衡量，按題目要求進(jìn)行計算，同時還要注意單位的統(tǒng)一。 1．計算步驟 (1)寫出有關(guān)化學(xué)平衡的反應(yīng)方程式。 (2)確定各物質(zhì)的起始量、變化量和平衡量。 (2)根據(jù)問題建立相應(yīng)的關(guān)系式進(jìn)行解答。 2．計算模式(“三段式法”) 具體可按下列模式進(jìn)行計算：如mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)，令A(yù)、B起始物質(zhì)的量濃度分別為a molL－1、b molL－1，達(dá)到平衡后消耗A的物質(zhì)的量濃度為mx molL－1。 　　　　　 mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g) 起始(molL－1)　　a　　　b　　　　 0　　　0 變化(molL－1) mx nx px qx 平衡(molL－1) a－mx b－nx px qx 相關(guān)計算： ① 平衡常數(shù)：K＝。 ②A的平衡轉(zhuǎn)化率：α(A)平＝100%。 ③A的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)： w(A)＝100%。 ④混合氣體的平均密度：混＝。 ⑤混合氣體的平均相對分子質(zhì)量：＝。 3．有關(guān)化學(xué)平衡計算的三點(diǎn)注意事項(xiàng) (1)注意反應(yīng)物和生成物的濃度關(guān)系：反應(yīng)物：c(平)＝c(始)－c(變)；生成物：c(平)＝c(始)＋c(變)。 (2)利用④混＝和⑤＝計算時要注意m總應(yīng)為氣體的質(zhì)量， V應(yīng)為反應(yīng)容器的體積，n總應(yīng)為氣體的物質(zhì)的量。 (3)起始濃度、平衡濃度不一定呈現(xiàn)化學(xué)計量數(shù)比，但物質(zhì)之間是按化學(xué)計量數(shù)反應(yīng)和生成的，故各物質(zhì)的濃度變化之比一定等于化學(xué)計量數(shù)比，這是計算的關(guān)鍵。 【舉一反三】 已知可逆反應(yīng)：M(g)＋N(g) P(g)＋Q(g)　ΔH>0，請回答下列問題： (1)在某溫度下，反應(yīng)物的起始濃度分別為：c(M)＝1 molL－1，c(N)＝2.4 molL－1；達(dá)到平衡后，M的轉(zhuǎn)化率為60%，此時N的轉(zhuǎn)化率為________； (2)若反應(yīng)溫度升高，M的轉(zhuǎn)化率________(填“增大”、“減小”或“不變”)； (3)若反應(yīng)溫度不變，反應(yīng)物的起始濃度分別為：c(M)＝4 molL－1，c(N)＝a molL－1；達(dá)到平衡后，c(P)＝2 molL－1，a＝________； (4)若反應(yīng)溫度不變，反應(yīng)物的起始濃度為：c(M)＝c(N)＝b molL－1，達(dá)到平衡后，M的轉(zhuǎn)化率為________。 【解析】(1)M(g)　?。　(g) P(g)＋Q(g) 始態(tài)　　　1 mol/L　　　2.4 mol/L　　 0　　0 變化量 1 mol/L60% 1 mol/L60% 因此N的轉(zhuǎn)化率為：100%＝25% (2)由于該反應(yīng)的ΔH>0，即該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，因此升高溫度，平衡右移，M的轉(zhuǎn)化率增大。 (3)根據(jù)(1)可求出各平衡濃度：c(M)＝0.4 mol/L　c(M)＝1.8 mol/L　c(P)＝0.6 mol/L　 c(Q)＝0.6 mol/L 因此化學(xué)平衡常數(shù)K＝＝＝ 熱點(diǎn)題型三 等效平衡 例3．在一固定容積的密閉容器中，保持一定溫度，在一定條件下進(jìn)行反應(yīng)A(g)＋2B(g) 3C(g)，已知加入1 mol A和3 mol B，且達(dá)到平衡后，生成a mol C。 (1)達(dá)到平衡時，C在混合氣體中的體積分?jǐn)?shù)是________(用字母a表示)。 (2)在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，若加入2 mol A和6 mol B，達(dá)到平衡后，C的物質(zhì)的量為________mol(用字母a表示)，此時C在反應(yīng)混合氣體中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)________(填“增大”、“減小”或“不變”)。 (3)在相同實(shí)驗(yàn)條件下，若改為加入2 mol A和8 mol B，若要求平衡后C在反應(yīng)混合氣體中質(zhì)量分?jǐn)?shù)不變，則還應(yīng)加入C________mol。 【提分秘籍】 1．等效平衡的含義 在一定條件下(恒溫恒容或恒溫恒壓)，對同一可逆反應(yīng)體系，起始時加入物質(zhì)的物質(zhì)的量不同，而達(dá)到化學(xué)平衡時，同種物質(zhì)的百分含量相同。其實(shí)質(zhì)是平衡的建立與反應(yīng)途徑無關(guān)。 2．等效平衡原理 同一可逆反應(yīng)，當(dāng)外界條件一定時，反應(yīng)無論從正反應(yīng)開始，還是從逆反應(yīng)開始，最后都能達(dá)到平衡狀態(tài)。其中平衡混合物中各物質(zhì)的含量相同。 由于化學(xué)平衡狀態(tài)與條件有關(guān)，而與建立平衡的途徑無關(guān)。因而，同一可逆反應(yīng)，從不同的狀態(tài)開始，只要達(dá)到平衡時條件(溫度、濃度、壓強(qiáng)等)完全相同，則可形成等效平衡。 3．分類及方法指導(dǎo) (1)在等溫等容條件下，可逆反應(yīng)：2A(g)＋B(g) 3C(g)＋D(g)起始物質(zhì)的量如下表所示： A B C D 等效說明 ① 2 mol 1 mol 0 0 ①③⑤互為等效平衡。表現(xiàn)在達(dá)到平衡后各物質(zhì)的物質(zhì)的量、質(zhì)量、體積、物質(zhì)的量濃度、組分百分含量(物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)、質(zhì)量分?jǐn)?shù)、體積分?jǐn)?shù))相同 方法指導(dǎo)：等溫、等容條件下，對于左右氣相物質(zhì)的化學(xué)計量數(shù)不等的可逆反應(yīng)，改變起始時加入物質(zhì)的物質(zhì)的量，若按可逆反應(yīng)化學(xué)計量數(shù)之比換算成同一半邊物質(zhì)(一邊倒)，其物質(zhì)的量對應(yīng)相同，則它們互為等效平衡(等量加料)。 (2)在等溫等容條件下，可逆反應(yīng)：2A(g)＋B(g) 3C(g)＋D(s)起始物質(zhì)的量如下表所示： A B C D 等效說明 ① 2 mol 1 mol 0 0 ①②③⑤互為等效平衡。表現(xiàn)在達(dá)到平衡后組分百分含量(物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)、質(zhì)量分?jǐn)?shù)、體積分?jǐn)?shù))相同 ② 4 mol 2 mol 0 0 ③ 1 mol 0.5 mol 1.5 mol 0.5 mol ④ 0 1 mol 3 mol 1 mol ⑤ 0 0 3 mol 1 mol 方法指導(dǎo)：等溫、等容條件下，對于左右氣相物質(zhì)的化學(xué)計量數(shù)相等的可逆反應(yīng)，改變起始時加入物質(zhì)的物質(zhì)的量，若按可逆反應(yīng)計量數(shù)之比換算成同一半邊物質(zhì)(一邊倒)，其物質(zhì)的量對應(yīng)成比例，則它們互為等效平衡(等比加料)。 (3)在等溫等壓條件下，可逆反應(yīng)2A(g)＋B(g) 3C(g)＋D(g)起始物質(zhì)的量如下表所示： A B C D 等效說明 ① 2 mol 1 mol 0 0 ①②③⑤互為等效平衡。表現(xiàn)在達(dá)到平衡后各物質(zhì)的物質(zhì)的量濃度、組分百分含量(物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)、質(zhì)量分?jǐn)?shù)、體積分?jǐn)?shù))相同 ② 4 mol 2 mol 0 0 ③ 1 mol 0.5 mol 1.5 mol 0.5 mol ④ 0 1 mol 3 mol 1 mol ⑤ 0 0 3 mol 1 mol 方法指導(dǎo)：等溫、等壓條件下，對于任何有氣相物質(zhì)參加的可逆反應(yīng)，改變起始時加入物質(zhì)的物質(zhì)的量，若按可逆反應(yīng)化學(xué)計量數(shù)之比換算成同一半邊物質(zhì)(一邊倒)，其物質(zhì)的量對應(yīng)成比例，則它們互為等效平衡(等比加料)。 4．等效平衡判斷“四步曲” 第二步，看，觀察可逆反應(yīng)特點(diǎn)(物質(zhì)狀態(tài)、氣體分子數(shù))，判斷反應(yīng)是反應(yīng)前后等氣體分子數(shù)的可逆反應(yīng)還是反應(yīng)前后不等氣體分子數(shù)的可逆反應(yīng)；第二步，挖，挖掘題目條件，區(qū)分恒溫恒容和恒溫恒壓，注意密閉容器不等于恒容容器；第三步，倒，采用一邊倒法，將起始物質(zhì)轉(zhuǎn)化成一邊的物質(zhì)；第四步，聯(lián)，聯(lián)系等效平衡判斷依據(jù)，結(jié)合題目條件判斷是否達(dá)到等效平衡。 【舉一反三】 在恒溫恒容的密閉容器中，發(fā)生反應(yīng)：3A(g)＋B(g) xC(g)。Ⅰ.將3 mol A和2 mol B在一定條件下反應(yīng)，達(dá)平衡時C的體積分?jǐn)?shù)為a；Ⅱ.若起始時A、B、C投入的物質(zhì)的量分別為n(A)、n(B)、n(C)，平衡時C的體積分?jǐn)?shù)也為a。下列說法正確的是(　　) A．若Ⅰ達(dá)平衡時，A、B、C各增加1 mol，則B的轉(zhuǎn)化率將一定增大 B．若向Ⅰ平衡體系中再加入3 mol A和2 mol B，C的體積分?jǐn)?shù)若大于a，可斷定x>4 C．若x＝2，則Ⅱ體系起始物質(zhì)的量應(yīng)滿足3n(B)>n(A)＋3 D．若Ⅱ體系起始物質(zhì)的量滿足3n(C)＋8n(A)＝12n(B)，則可判斷x＝4 【答案】D 1．【2016年高考新課標(biāo)Ⅰ卷】 (15分) 元素鉻(Cr)在溶液中主要以Cr3+(藍(lán)紫色)、Cr(OH)4?(綠色)、Cr2O72?(橙紅色)、CrO42?(黃色)等形式存在，Cr(OH)3為難溶于水的灰藍(lán)色固體，回答下列問題： （2）CrO42?和Cr2O72?在溶液中可相互轉(zhuǎn)化。室溫下，初始濃度為1.0 molL?1的Na2CrO4溶液中c(Cr2O72?)隨c(H+)的變化如圖所示。 ①離子方程式表示Na2CrO4溶液中的轉(zhuǎn)化反應(yīng)____________。 ②由圖可知，溶液酸性增大，CrO42?的平衡轉(zhuǎn)化率__________(填“增大“減小”或“不變”)。根據(jù)A點(diǎn)數(shù)據(jù)，計算出該轉(zhuǎn)化反應(yīng)的平衡常數(shù)為__________。 ③升高溫度，溶液中CrO42?的平衡轉(zhuǎn)化率減小，則該反應(yīng)的ΔH_________(填“大于”“小于”或“等于”)。 【答案】 (2)①2CrO42-+2H＋Cr2O72-+H2O； ② 增大；1.01014 ；③小于； 2．【2016年高考浙江卷】（15分）催化還原CO2是解決溫室效應(yīng)及能源問題的重要手段之一。研究表明，在Cu/ZnO催化劑存在下，CO2和H2可發(fā)生兩個平衡反應(yīng)，分別生成CH3OH和CO。反應(yīng)的熱化學(xué)方程式如下： CO2（g）+3 H2（g） CH3OH（g）+H2O（g）ΔH1=-53.7kJmol-1 I CO2（g）+ H2（g） CO（g）+H2O（g）ΔH2 II 某實(shí)驗(yàn)室控制CO2和H2初始投料比為1:2.2，經(jīng)過相同反應(yīng)時間測得如下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)： 【備注】Cat.1:Cu/ZnO納米棒；Cat.2:Cu/ZnO納米片；甲醇選擇性：轉(zhuǎn)化的CO2中生成甲醛的百分比 已知：①CO和H2的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱分別為-283.0kJmol-1和-285.8kJmol-1 ②H2O（l） H2O（g） ΔH3=44.0kJmol-1 請回答（不考慮溫度對ΔH的影響）： （1）反應(yīng)I的平衡常數(shù)表達(dá)式K= ；反應(yīng)II的ΔH2= kJmol-1。 （2）有利于提高CO2轉(zhuǎn)化為CH3OH平衡轉(zhuǎn)化率的措施有 。 A．使用催化劑Cat.1 B．使用催化劑Cat.2 C．降低反應(yīng)溫度 D．投料比不變，增加反應(yīng)物的濃度 E．增大CO2和H2的初始投料比 （3）表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，在相同溫度下不同的催化劑對CO2轉(zhuǎn)化成CH3OH的選擇性有顯著的影響，其原因是 。 【答案】（1） +41.2 （2）CD （3）表中數(shù)據(jù)表明此時反應(yīng)未達(dá)到平衡，不同的催化劑對反應(yīng)Ⅰ的催化能力不同，因而在該時刻下對甲醇選擇性有影響。 【解析】（1）根據(jù)平衡常數(shù)的公式，生成物的濃度冪之積與反應(yīng)物濃度的冪之積的比值，書寫平衡常數(shù)為。已知熱化學(xué)方程式：a:CO（g）+O2（g）=CO2（g）△H= -283.0kJmol-1 b：H2（g）+O2（g）=H2O （l）△H=-285.8kJmol-1 c: H2O（l）= H2O（g） ΔH3=44.0kJmol-1根據(jù)蓋斯定律分析，b-a+c即可得熱化學(xué)方程式為：CO2（g）+ H2（g） CO（g）+H2O（g）ΔH2=-285.8+283.0+44=+41.2 kJmol-1。（2）反應(yīng)Ⅰ中A、使用催化劑，平衡不移動，不能提高轉(zhuǎn)化率，錯誤；B、使用催化劑，平衡不移動，不能提高轉(zhuǎn)化率，錯誤；C、降低反應(yīng)溫度，平衡正向移動，提高二氧化碳的轉(zhuǎn)化率，正確；D、投料比不變，增加反應(yīng)的濃度，平衡正向移動，提高二氧化碳的轉(zhuǎn)化率，正確；E、增大二氧化碳和氫氣的初始投料比，能提高氫氣的轉(zhuǎn)化率，二氧化碳的會降低，故錯誤。故選CD。（3）從表格數(shù)據(jù)分析，在相同的溫度下，不同的催化劑，相同的反應(yīng)時間內(nèi)，其二氧化碳的轉(zhuǎn)化率也不同，說明不同的催化劑的催化能力不同；相同催化劑不同的溫度，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率不同，且溫度高的轉(zhuǎn)化率大，因?yàn)檎磻?yīng)為放熱反應(yīng)，說明表中數(shù)據(jù)是未到平衡數(shù)據(jù)。所以答案為：表中數(shù)據(jù)表明此時反應(yīng)未達(dá)到平衡，不同的催化劑對反應(yīng)Ⅰ的催化能力不同，因而在該時刻下對甲醇選擇性有影響。 1．(2015重慶理綜，7)羰基硫(COS)可作為一種糧食熏蒸劑，能防止某些昆蟲、線蟲和真菌的危害。在恒容密閉容器中，將CO和H2S混合加熱并達(dá)到下列平衡： CO(g)＋H2S(g) COS(g)＋H2(g)　K＝0.1 反應(yīng)前CO物質(zhì)的量為10mol，平衡后CO物質(zhì)的量為8mol。下列說法正確的是(　　) A．升高溫度，H2S濃度增加，表明該反應(yīng)是吸熱反應(yīng) B．通入CO后，正反應(yīng)速率逐漸增大 C．反應(yīng)前H2S物質(zhì)的量為7mol D．CO的平衡轉(zhuǎn)化率為80% 【答案】C 2．氨是合成硝酸、銨鹽和氮肥的基本原料?；卮鹣铝袉栴}： 硝酸銨加熱分解可得到N2O和H2O。250℃時，硝酸銨在密閉容器中分解達(dá)到平衡，該分解反應(yīng)的化學(xué)方程式為___________________________________________， 平衡常數(shù)表達(dá)式為________________________________； 若有1mol硝酸銨完全分解，轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為________mol。 【答案】NH4NO3N2O↑＋2H2O↑　K＝c(N2O)c2(H2O)　4 解析　根據(jù)題意可寫出化學(xué)方程式，但應(yīng)注意該反應(yīng)為可逆反應(yīng)；根據(jù)平衡常數(shù)定義，可得出K的表達(dá)式，注意硝酸銨為固體，不應(yīng)列入平衡常數(shù)表達(dá)式中；NH4NO3的分解反應(yīng)中，NO中氮元素的化合價從＋5價降低至＋1價，NH中氮元素的化合價從－3價升高至＋1價，轉(zhuǎn)移4個電子，故有1molNH4NO3完全分解時轉(zhuǎn)移4mol電子。 3．乙苯催化脫氫制苯乙烯反應(yīng)： (2)維持體系總壓p恒定，在溫度T時，物質(zhì)的量為n、體積為V的乙苯蒸氣發(fā)生催化脫氫反應(yīng)。已知乙苯的平衡轉(zhuǎn)化率為α，則在該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝________(用α等符號表示)。 (3)工業(yè)上，通常在乙苯蒸氣中摻混水蒸氣(原料氣中乙苯和水蒸氣的物質(zhì)的量之比為1∶9)，控制反應(yīng)溫度600℃，并保持體系總壓為常壓的條件下進(jìn)行反應(yīng)。在不同反應(yīng)溫度下，乙苯的平衡轉(zhuǎn)化率和某催化劑作用下苯乙烯的選擇性(指除了H2以外的產(chǎn)物中苯乙烯的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))示意圖如下： ①摻入水蒸氣能提高乙苯的平衡轉(zhuǎn)化率，解釋說明該事實(shí)______________。 ②控制反應(yīng)溫度為600℃的理由是________。 (4)某研究機(jī)構(gòu)用CO2代替水蒸氣開發(fā)了綠色化學(xué)合成工藝——乙苯二氧化碳耦合催化脫氫制苯乙烯。保持常壓和原料氣比例不變，與摻水蒸氣工藝相比，在相同的生產(chǎn)效率下，可降低操作溫度；該工藝中還能夠發(fā)生反應(yīng)：CO2＋H2===CO＋H2O，CO2＋C===2CO。新工藝的特點(diǎn)有________(填編號)。 ①CO2與H2反應(yīng)，使乙苯脫氫反應(yīng)的化學(xué)平衡右移 ②不用高溫水蒸氣，可降低能量消耗 ③有利于減少積炭 ④有利于CO2資源利用 【答案】(2)p或 (3)①正反應(yīng)方向氣體分子數(shù)增加，加入水蒸氣稀釋，相當(dāng)于起減壓的效果 ②600℃，乙苯的轉(zhuǎn)化率和苯乙烯的選擇性均較高。溫度過低，反應(yīng)速率慢，轉(zhuǎn)化率低；溫度過高，選擇性下降。高溫還可能使催化劑失活，且能耗大 (4)①②③④ 【解析】(2)根據(jù)反應(yīng)： 起始物質(zhì)的量　n　　　　　　　　0　　　　　　0 改變物質(zhì)的量　nαnαnα 平衡物質(zhì)的量　(1－α)nnαnα 平衡時體積為(1＋α)V 平衡常數(shù)K＝＝ 另外利用分壓也可以計算出：Kp＝p (3)①正反應(yīng)方向氣體分子數(shù)增加，摻入水蒸氣作稀釋劑，相當(dāng)于降低反應(yīng)體系的分壓，平衡正向移動，可以提高平衡轉(zhuǎn)化率；②由圖可知，溫度為600℃時，乙苯的平衡轉(zhuǎn)化率較大，苯乙烯的選擇性較高。 (4)①CO2與H2反應(yīng)，H2濃度減小，使乙苯脫氫反應(yīng)的化學(xué)平衡右移，正確；②不用高溫水蒸氣，可降低能量消耗，正確；③CO2能與碳反應(yīng)，生成CO，減少積炭，正確；④充分利用CO2資源，正確。故選①②③④。 4．Bodensteins研究了下列反應(yīng)： 2HI(g) H2(g)＋I(xiàn)2(g) 在716K時，氣體混合物中碘化氫的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)x(HI)與反應(yīng)時間t的關(guān)系如下表： t/min 0 20 40 60 80 120 x(HI) 1 0.91 0.85 0.815 0.795 0.784 x(HI) 0 0.60 0.73 0.773 0.780 0.784 ①根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K的計算式為 _____________________________________________。 ②上述反應(yīng)中，正反應(yīng)速率為v正＝k正x2(HI)，逆反應(yīng)速率為v逆＝k逆x(H2)x(I2)，其中k正、k逆為速率常數(shù)，則k逆為________(以K和k正表示)。若k正＝0.0027min－1，在t＝40min時，v正＝________min－1。 ③由上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計算得到v正～x(HI)和v逆～x(H2)的關(guān)系可用下圖表示。當(dāng)升高到某一溫度時，反應(yīng)重新達(dá)到平衡，相應(yīng)的點(diǎn)分別為______________(填字母)。 【答案】①　②k正/K　1.9510－3　③A點(diǎn)、E點(diǎn) 5．(2015全國卷Ⅱ，27)甲醇既是重要的化工原料，又可作為燃料，利用合成氣(主要成分為CO、CO2和H2)在催化劑作用下合成甲醇，發(fā)生的主要反應(yīng)如下： ①CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g)　ΔH1 ②CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH2 ③CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)　ΔH3 回答下列問題： (1)已知反應(yīng)①中相關(guān)的化學(xué)鍵鍵能數(shù)據(jù)如下： 化學(xué)鍵 H—H C—O C≡O(shè) H—O C—H E/kJmol－1 436 343 1076 465 413 由此計算ΔH1＝________kJmol－1；已知ΔH2＝－58kJmol－1，則ΔH3＝________kJmol－1。 (2)反應(yīng)①的化學(xué)平衡常數(shù)K表達(dá)式為________；圖1中能正確反映平衡常數(shù)K隨溫度變化關(guān)系的曲線為______(填曲線標(biāo)記字母)，其判斷理由是______________________________________________。 圖1 圖2 (3)合成氣組成n(H2)/n(CO＋CO2)＝2.60時，體系中的CO平衡轉(zhuǎn)化率(α)與溫度和壓強(qiáng)的關(guān)系如圖2所示。α(CO)值隨溫度升高而________(填“增大”或“減小”)，其原因是_________________________________； 圖2中的壓強(qiáng)由大到小為________，其判斷理由是________________。 【答案】(1)－99?。?1 (2)K＝　a　反應(yīng)①為放熱反應(yīng)，平衡常數(shù)數(shù)值應(yīng)隨溫度升高變小 (3)減小　升高溫度時，反應(yīng)①為放熱反應(yīng)，平衡向左移動，使得體系中CO的量增大；反應(yīng)③為吸熱反應(yīng)，平衡向右移動，又使產(chǎn)生CO的量增大；總結(jié)果，隨溫度升高，使CO的轉(zhuǎn)化率降低　p3>p2>p1　相同溫度下，由于反應(yīng)①為氣體分?jǐn)?shù)減小的反應(yīng)，加壓有利于提高CO的轉(zhuǎn)化率；而反應(yīng)③為氣體分子數(shù)不變的反應(yīng)，產(chǎn)生CO的量不受壓強(qiáng)影響。故增大壓強(qiáng)時，有利于CO的轉(zhuǎn)化率升高 反應(yīng)①的正反應(yīng)為氣體總分子數(shù)減小的反應(yīng)，溫度一定時，增大壓強(qiáng)，平衡正向移動，CO的平衡轉(zhuǎn)化率增大，而反應(yīng)③為氣體總分子數(shù)不變的反應(yīng)，產(chǎn)生CO的量不受壓強(qiáng)的影響，因此增大壓強(qiáng)時，CO的轉(zhuǎn)化率提高，故壓強(qiáng)p1、p2、p3的關(guān)系為p10.060 【答案】C 2．(2014新課標(biāo)全國卷Ⅱ，26)在容積為1.00 L的容器中，通入一定量的N2O4，發(fā)生反應(yīng)N2O4(g) 2NO2(g)，隨溫度升高，混合氣體的顏色變深。 回答下列問題： (1)反應(yīng)的ΔH________0(填“大于”或“小于”)；100 ℃時，體系中各物質(zhì)濃度隨時間變化如上圖所示。在0～60 s時段，反應(yīng)速率v(N2O4)為________molL－1s－1；反應(yīng)的平衡常數(shù)K1為________。 (2)100 ℃時達(dá)平衡后，改變反應(yīng)溫度為T，c(N2O4)以0.002 0 molL－1s－1的平均速率降低，經(jīng)10 s又達(dá)到平衡。 ①T________100 ℃(填“大于”或“小于”)，判斷理由是________________________________________ ________________________________________________________________________。 ②列式計算溫度T時反應(yīng)的平衡常數(shù)K2_____________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)溫度T時反應(yīng)達(dá)平衡后，將反應(yīng)容器的容積減少一半。平衡向________(填“正反應(yīng)”或“逆反應(yīng)”)方向移動，判斷理由是________________________________________________________________________。 【答案】 (1)大于　0.001 0　0.36 molL－1 (2)①大于　正反應(yīng)吸熱，反應(yīng)向吸熱方向進(jìn)行，故溫度升高 ②平衡時，c(NO2)＝0.120 molL－1＋0.002 0 molL－110 s2＝0.160 molL－1 c(N2O4)＝0.040 molL－1－0.002 0 molL－1s－110 s＝0.020 molL－1 K2＝≈1.3 (3)逆反應(yīng)　將反應(yīng)容器的體積減小一半，即增大壓強(qiáng)，當(dāng)其他條件不變時，增大壓強(qiáng)，平衡向氣體物質(zhì)的量減小的方向移動，即向逆反應(yīng)方向移動 【解析】(1)由題意及圖示知，在1.00 L的容器中，通入0.100 mol的N2O4，發(fā)生反應(yīng)：N2O4(g)2NO2(g)，隨溫度升高混合氣體的顏色變深，說明反應(yīng)向生成NO2的方向移動，即向正反應(yīng)方向移動，所以正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，即ΔH>0；由圖示知60 s時該反應(yīng)達(dá)到平衡，消耗N2O4為0.100 molL－1－0.040 molL－1＝0.060 molL－1，根據(jù)v＝可知：v(N2O4)＝＝0.001 0 molL－1s－1； 由圖中NO2和N2O4的平衡濃度，可求： K1＝＝＝0.36。 (2)100 ℃時達(dá)到平衡后，改變反應(yīng)溫度為T，c(N2O4)降低，說明平衡N2O4(g)2NO2(g)向正反應(yīng)方向移動，根據(jù)勒夏特列原理，溫度升高，向吸熱反應(yīng)方向移動，即向正反應(yīng)方向移動，故T>100 ℃；由c(N2O4)以0.002 0 molL－1s－1的平均速率降低，經(jīng)10 s又達(dá)到平衡，可知此時消耗的c(N2O4)為0.002 0 molL－1s－110 s＝0.020 molL－1，由三段式； N2O4(g) 2NO2(g)　　　　　 起始量/(molL－1)　　0.040　　 0.120 轉(zhuǎn)化量/(molL－1)　　0.020　　 0.040 平衡量/(molL－1)　　0.020　　 0.160 K2＝＝≈1.3。 (3)溫度T時反應(yīng)達(dá)到平衡后，將反應(yīng)容器的容積減小一半，壓強(qiáng)增大，平衡會向氣體體積減小的方向移動，該反應(yīng)的逆反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，故平衡向逆反應(yīng)方向移動。 3．(2014山東，29節(jié)選)研究氮氧化物與懸浮在大氣中海鹽粒子的相互作用時，涉及如下反應(yīng)： 2NO2(g)＋NaCl(s) NaNO3(s)＋ClNO(g) 　K1　ΔH1<0　(Ⅰ) 2NO(g)＋Cl2(g) 2ClNO(g)　K2　ΔH2<0　(Ⅱ) (1)4NO2(g)＋2NaCl(s) 2NaNO3(s)＋2NO(g)＋Cl2(g)的平衡常數(shù)K＝________(用K1、K2表示)。 (2)為研究不同條件對反應(yīng)(Ⅱ)的影響，在恒溫條件下，向2 L恒容密閉容器中加入0.2 mol NO和0.1 mol Cl2，10 min時反應(yīng)(Ⅱ)達(dá)到平衡。測得10 min內(nèi)v(ClNO)＝7.510－3 molL－1min－1，則平衡后n(Cl2)＝________mol，NO的轉(zhuǎn)化率α1＝________。其他條件保持不變，反應(yīng)(Ⅱ)在恒壓條件下進(jìn)行，平衡時NO的轉(zhuǎn)化率α2________α1(填“>”“<”或“＝”)，平衡常數(shù)K2________(填“增大”“減小”或“不變”)。若要使K2減小，可采取的措施是________。 【答案】(1)　(2)2.510－2　75%　>　不變　升高溫度 1．已知某化學(xué)反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為K＝，在不同的溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)值分別為： t ℃ 700 800 830 1 000 1 200 K 1.67 1.11 1.00 0.60 0.38 下列有關(guān)敘述不正確的是(　　) A．該反應(yīng)的化學(xué)方程式是CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g) B．上述反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng) C．如果在一定體積的密閉容器中加入CO2和H2各1 mol,5 min后溫度升高到830 ℃，此時測得CO為0.4 mol時，該反應(yīng)為平衡狀態(tài) D．某溫度下，如果平衡濃度符合下列關(guān)系式：＝，判斷此時的溫度是1 000 ℃ 【答案】C 2．2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)是工業(yè)制硫酸的主要反應(yīng)之一。一定溫度下，在甲、乙、丙三個容積均為2 L的恒容密閉容器中投入SO2(g)和O2(g)，其起始物質(zhì)的量及SO2的平衡轉(zhuǎn)化率如下表所示： 下列判斷中，正確的是(　　) A．甲中反應(yīng)的平衡常數(shù)小于乙 B．該溫度下，平衡常數(shù)值為400 C．平衡時，丙中c(SO3)是甲中的2倍 D．平衡時，甲中O2的轉(zhuǎn)化率大于乙中O2的轉(zhuǎn)化率 【答案】B 【解析】在反應(yīng)方程式確定的情況下，平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，甲、乙處于相同溫度，平衡常數(shù)相同，A項(xiàng)錯誤。利用甲組數(shù)據(jù)計算得平衡常數(shù)為400，B項(xiàng)正確。丙中SO2(g)、O2(g)的起始濃度為甲的兩倍，相當(dāng)于增壓，平衡正向移動，丙中c(SO3)大于甲中的2倍，C項(xiàng)錯誤。乙相當(dāng)于在甲中增加0.4 mol SO2(g)，平衡正向移動，乙中O2的轉(zhuǎn)化率大，D項(xiàng)錯誤。 3．恒溫恒容下，向容積為2 L的密閉容器中加入MgSO4(s)和CO(g)，發(fā)生MgSO4(s)＋CO(g) MgO(s)＋CO2(g)＋SO2(g)反應(yīng)過程中測定的部分?jǐn)?shù)據(jù)見下表： 反應(yīng)時間/min n(MgSO4)/mol n(CO)/mol n(SO2)/mol 0 2.0 2.0 0 2 0.8 4 1.2 6 1.2 2.8 下列說法正確的是(　　) A．0～2 min內(nèi)的平均反應(yīng)速率為v(CO)＝0.6 mol/(Lmin) B．4 min后，平衡移動的原因可能是向容器中加入了2.0 mol的SO2 C．若升高溫度，反應(yīng)的平衡常數(shù)變?yōu)?.0，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng) D．其他條件不變，若起始時容器中MgSO4、CO均為1.0 mol，則平衡時n(SO2)＝0.6 mol 【答案】B 4.已知甲為恒壓容器、乙為恒容容器。相同條件下充入等物質(zhì)的量的NO2氣體，且起始時體積相同。發(fā)生反應(yīng)：2NO2(g) N2O4(g)　ΔH<0。一段時間后相繼達(dá)到平衡狀態(tài)。下列說法中正確的是(　　) A．平衡時NO2的體積分?jǐn)?shù)：甲>乙 B．達(dá)到平衡所需時間：甲>乙 C．給甲升溫，可以使甲中NO2的體積分?jǐn)?shù)和乙中相等 D．若兩容器內(nèi)氣體的壓強(qiáng)保持不變，均說明反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài) 【答案】C 【解析】以乙作參照，甲相當(dāng)于在乙平衡的基礎(chǔ)上縮小體積，平衡右移。A項(xiàng)平衡時，NO2的體積分?jǐn)?shù)甲<乙；B項(xiàng)，甲中恒壓，隨著反應(yīng)進(jìn)行體積縮小，各物質(zhì)濃度始終大于乙，反應(yīng)速率甲>乙，所需時間甲<乙；C項(xiàng)，正反應(yīng)放熱，給甲升溫，平衡左移，可以使甲中NO2的體積分?jǐn)?shù)和乙中相等；D項(xiàng)，甲為恒壓，不論反應(yīng)是否達(dá)到平衡壓強(qiáng)均為定值。 5．在2 L恒容密閉容器中充入2 mol X和1 mol Y發(fā)生反應(yīng)：2X(g)＋Y(g) 3Z(g)　ΔH<0。反應(yīng)過程中持續(xù)升高溫度，測得混合體積X的體積分?jǐn)?shù)與溫度的關(guān)系如圖所示。下列推斷正確的是(　　) A．升高溫度，平衡常數(shù)增大 B．W點(diǎn)X的正反應(yīng)速率等于M點(diǎn)X的正反應(yīng)速率 C．Q點(diǎn)時，Y的轉(zhuǎn)化率最大 D．平衡時充入Z，達(dá)到新平衡時Z的體積分?jǐn)?shù)比原平衡時大 【答案】C 6．現(xiàn)有甲、乙兩個實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行反應(yīng)N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)；丙、丁兩個實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行反應(yīng)H2(g)＋I(xiàn)2(g) 2HI(g)　ΔH＝－a kJmol－1，實(shí)驗(yàn)條件和起始投料如下表所示。以下結(jié)論正確的是(　　) A.甲組中，若平衡時N2和NH3的轉(zhuǎn)化率分別為α1和α2，則α1＋α2＝1 B．乙組中，平衡Ⅱ中NH3的濃度是平衡Ⅰ的二倍 C．丙組中，若達(dá)平衡時Ⅰ中放熱Q1 kJ，Ⅱ中吸熱Q2 kJ，則Q1＋Q2＝a D．丁組中，達(dá)平衡所需時間：Ⅰ小于Ⅱ 【答案】C 7．在一定條件下，將A和B各0.32 mol充入容積為10 L的恒容密閉容器中，發(fā)生反應(yīng)：A(g)＋B(g) 2C(g)　ΔH<0，反應(yīng)過程中測定的數(shù)據(jù)如下表。下列說法正確的是(　　) t/min 0 2 4 7 9 n(B)/mol 0.32 0.24 0.22 0.20 0.20 A.反應(yīng)前2 min的平均速率v(C)＝0.004 molL－1min－1 B．其他條件不變，降低溫度，反應(yīng)達(dá)到新平衡前v(逆)＞v(正) C．保持其他條件不變，起始時向容器中充入0.64 mol A和0.64 mol B，平衡時n(C)<0.48 mol D．其他條件不變，向平衡體系中再充入0.32 mol A，再次平衡時，B的轉(zhuǎn)化率增大 【答案】D 【解析】A項(xiàng)，v(C)＝2v(B)＝2＝0.008 molL－1min－1。B項(xiàng)，正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，降低溫度，平衡正向移動，故達(dá)新平衡前v(正)>v(逆)。C項(xiàng)，原平衡時，生成n(C)＝(0.32－0.20) mol2＝0.24 mol，若充入0.64 mol A和0.64 mol B相等于把兩個反應(yīng)容器壓縮至一個，平衡不移動，故n(C)＝0.48 mol。D項(xiàng)，正確。 8．已知反應(yīng)：N2(g)＋O2(g) 2SO3(g)　ΔH<0。某溫度下，將2 mol SO2和1 mol O2置于容積為10 L的密閉容器中，反應(yīng)達(dá)到平衡后，SO2的平衡轉(zhuǎn)化率(α)與體系總壓強(qiáng)(p)的關(guān)系如圖甲所示。則下列說法正確的是(　　) A．由圖甲推斷，B點(diǎn)SO2的平衡濃度為0.3 molL－1 B．由圖甲推斷，A點(diǎn)對應(yīng)溫度下的平衡常數(shù)為80 C．達(dá)平衡后，縮小容器體積，則反應(yīng)速率變化圖像可以用圖乙表示 D．壓強(qiáng)為0.50 MPa時，不同溫度下SO2的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度關(guān)系如圖丙所示，則T2>T1 【答案】C 【解析】由圖甲計算可得B點(diǎn)SO2的平衡濃度為0.03 molL－1，A點(diǎn)對應(yīng)溫度下的平衡常數(shù)為800，A、B均不正確。達(dá)平衡后，縮小容器容積，v(正)、v(逆)均增大，平衡正向移動，v′(正)>v′(逆)，故C項(xiàng)正確。D項(xiàng)，題圖丙中T1先達(dá)到平衡，T1>T2，D項(xiàng)錯誤。