高考化学二轮复习 5个解答题之2 反应原理综合题（含解析）-人教版高三化学试题

反应原理综合题历年真题集中研究——明考情1．(2018·全国卷Ⅲ)三氯氢硅(SiHCl3)是制备硅烷、多晶硅的重要原料。回答下列问题：(1)SiHCl3在常温常压下为易挥发的无色透明液体，遇潮气时发烟生成(HSiO)2O等，写出该反应的化学方程式：__________________________________________________。(2)SiHCl3在催化剂作用下发生反应：2SiHCl3(g)=SiH2Cl2(g)＋SiCl4(g)ΔH1＝48kJ·mol－13SiH2Cl2(g)=SiH4(g)＋2SiHCl3(g)ΔH2＝－30kJ·mol－1则反应4SiHCl3(g)=SiH4(g)＋3SiCl4(g)的ΔH为________kJ·mol－1。(3)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323K和343K时SiHCl3的转化率随时间变化的结果如图所示。①343K时反应的平衡转化率α＝________%。平衡常数K343K＝________(保留2位小数)。②在343K下：要提高SiHCl3转化率，可采取的措施是________；要缩短反应达到平衡的时间，可采取的措施有______、______。③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xeq\o\al(2,SiHCl3)－k逆xeq\a\vs4\al(SiH2Cl2)xeq\a\vs4\al(SiCl4)，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eq\f(v正,v逆)＝____(保留1位小数)。[把脉考点]第(1)问考查化学方程式的书写第(2)问考查利用盖斯定律求算反应热第(3)问①考查转化率及平衡常数的相关计算②考查外界条件对速率和平衡的影响③考查反应速率大小比较、根据信息进行相关计算解析：(1)SiHCl3遇潮气时发烟生成(HSiO)2O等，结合原子守恒推知SiHCl3与水蒸气反应除生成(HSiO)2O外，还生成HCl，化学方程式为2SiHCl3＋3H2O=(HSiO)2O＋6HCl。(2)将题给两个热化学方程式依次编号为①、②，根据盖斯定律，由①×3＋②可得：4SiHCl3(g)=SiH4(g)＋3SiCl4(g)，则有ΔH＝3ΔH1＋ΔH2＝3×48kJ·mol－1＋(－30kJ·mol－1)＝114kJ·mol－1。(3)温度越高，反应速率越快，达到平衡的时间越短，曲线a达到平衡的时间短，则曲线a代表343K时SiHCl3的转化率变化，曲线b代表323K时SiHCl3的转化率变化。①由题图可知，343K时反应的平衡转化率α＝22%。设起始时SiHCl3(g)的浓度为1mol·L－1，则有2SiHCl3(g)=SiH2Cl2(g)＋SiCl4(g)起始浓度/mol·L－1100转化浓度/mol·L－10.220.110.11平衡浓度/mol·L－10.780.110.11则343K时该反应的平衡常数K343K＝eq\f(cSiH2Cl2·cSiCl4,c2SiHCl3)＝eq\f(0.11mol·L－12,0.78mol·L－12)≈0.02。②在343K时，要提高SiHCl3转化率，可采取的措施是及时移去产物，使平衡向右移动；要缩短反应达到平衡的时间，需加快化学反应速率，可采取的措施有提高反应物压强或浓度、改进催化剂等。答案：(1)2SiHCl3＋3H2O=(HSiO)2O＋6HCl(2)114(3)①220.02②及时移去产物改进催化剂提高反应物压强(浓度)③大于1.32．(2017·全国卷Ⅰ)近期发现，H2S是继NO、CO之后的第三个生命体系气体信号分子，它具有参与调节神经信号传递、舒张血管减轻高血压的功能。回答下列问题：(1)下列事实中，不能比较氢硫酸与亚硫酸的酸性强弱的是________(填标号)。A．氢硫酸不能与碳酸氢钠溶液反应，而亚硫酸可以B．氢硫酸的导电能力低于相同浓度的亚硫酸C．0.10mol·L－1的氢硫酸和亚硫酸的pH分别为4.5和2.1D．氢硫酸的还原性强于亚硫酸(2)下图是通过热化学循环在较低温度下由水或硫化氢分解制备氢气的反应系统原理。通过计算，可知系统(Ⅰ)和系统(Ⅱ)制氢的热化学方程式分别为______________________________________、_________________________，制得等量H2所需能量较少的是____________。(3)H2S与CO2在高温下发生反应：H2S(g)＋CO2(g)COS(g)＋H2O(g)。在610K时，将0.10molCO2与0.40molH2S充入2.5L的空钢瓶中，反应平衡后水的物质的量分数为0.02。①H2S的平衡转化率α1＝__________%，反应平衡常数K＝________。②在620K重复实验，平衡后水的物质的量分数为0.03，H2S的转化率α2______α1，该反应的ΔH______0。(填“>”“<”或“＝”)③向反应器中再分别充入下列气体，能使H2S转化率增大的是________(填标号)。A．H2S B．CO2C．COS D．N2[把脉考点]第(1)问考查酸性强弱的比较、弱电解质的电离平衡第(2)问考查应用盖斯定律书写热化学方程式、反应热大小的比较第(3)问①考查平衡转化率、平衡常数的计算②考查温度对化学平衡的影响③考查浓度对化学平衡、转化率的影响解析：(1)根据较强酸制备较弱酸原理，氢硫酸不和NaHCO3反应，亚硫酸与NaHCO3反应，说明亚硫酸、碳酸、氢硫酸的酸性依次减弱，A项正确；溶液的导电能力与离子总浓度有关，相同浓度下，氢硫酸溶液导电能力弱，说明氢硫酸的电离能力较弱，即电离出的氢离子浓度较小，B项正确；相同浓度下，亚硫酸的pH较小，故它的酸性较强，C项正确；酸性强弱与还原性无关，酸性强调酸电离出氢离子的难易，而还原性强调还原剂失电子的难易，D项错误。(2)系统(Ⅰ)和系统(Ⅱ)都是吸热反应，从热化学方程式可以看出，系统(Ⅱ)制备1molH2需要消耗20kJ能量，而系统(Ⅰ)制备1molH2需要消耗286kJ能量，故系统(Ⅱ)消耗的能量较少。(3)①用三段式法计算：该反应是等气体分子数反应，平衡时n(H2O)＝0.02×0.50mol＝0.01mol。H2S(g)＋CO2(g)COS(g)＋H2O(g)起始/mol0.400.1000转化/mol0.010.010.010.01平衡/mol0.390.090.010.01α(H2S)＝eq\f(0.01,0.40)×100%＝2.5%。对于等气体分子数反应，可直接用物质的量替代浓度计算平衡常数：K＝eq\f(cCOS·cH2O,cH2S·cCO2)＝eq\f(0.01×0.01,0.39×0.09)≈2.8×10－3。②总物质的量不变，H2O的物质的量分数增大，说明平衡向右移动，H2S的转化率增大。即升高温度，平衡向正反应方向移动，正反应是吸热反应。③平衡之后，再充入H2S，则CO2的转化率增大，H2S的转化率减小，A项错误；充入CO2，平衡向右移动，H2S的转化率增大，B项正确；充入COS，平衡向左移动，H2S的转化率减小，C项错误；充入N2，无论体积是否变化，对于气体分子数相等的反应，平衡不移动，H2S的转化率不变，D项错误。答案：(1)D(2)H2O(l)=H2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)ΔH＝＋286kJ·mol－1H2S(g)=H2(g)＋S(s)ΔH＝＋20kJ·mol－1系统(Ⅱ)(3)①2.52.8×10－3②>>③B3.(2016·全国卷Ⅲ)煤燃烧排放的烟气含有SO2和NOx，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。回答下列问题：(1)NaClO2的化学名称为________。(2)在鼓泡反应器中通入含有SO2和NO的烟气，反应温度323K，NaClO2溶液浓度为5×10－3mol·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SOeq\o\al(2－,4)SOeq\o\al(2－,3)NOeq\o\al(－,3)NOeq\o\al(－,2)Cl－c/(mol·L－1)8.35×10－46.87×10－61.5×10－41.2×10－53.4×10－3①写出NaClO2溶液脱硝过程中主要反应的离子方程式________________________。增加压强，NO的转化率________(填“提高”“不变”或“降低”)。②随着吸收反应的进行，吸收剂溶液的pH逐渐________(填“增大”“不变”或“减小”)。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________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)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pe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ClOeq\o\al(－,2)＋2SOeq\o\al(2－,3)2SOeq\o\al(2－,4)＋Cl－的平衡常数K表达式为__________________。(4)如果采用NaClO、Ca(ClO)2替代NaClO2，也能得到较好的烟气脱硫效果。①从化学平衡原理分析，Ca(ClO)2相比NaClO具有的优点是________________________________________________________________________。②已知下列反应：SO2(g)＋2OH－(aq)=SOeq\o\al(2－,3)(aq)＋H2O(l)ΔH1ClO－(aq)＋SOeq\o\al(2－,3)(aq)=SOeq\o\al(2－,4)(aq)＋Cl－(aq)ΔH2CaSO4(s)=Ca2＋(aq)＋SOeq\o\al(2－,4)(aq)ΔH3则反应SO2(g)＋Ca2＋(aq)＋ClO－(aq)＋2OH－(aq)=CaSO4(s)＋H2O(l)＋Cl－(aq)的ΔH＝________。[把脉考点]第(1)问考查化学用语规范第(2)问①考查压强对转化率的影响②考查反应过程中离子浓度的变化③考查外界条件对反应速率的影响第(3)问①考查根据图像分析气体的平衡分压对平衡常数的影响②考查平衡常数表达式的书写第(4)问①考查外界条件对化学平衡的影响②考查利用盖斯定律求算反应热解析：(1)NaClO2中Cl元素的化合价为＋3，其化学名称为亚氯酸钠。(2)①分析表中数据可知，NaClO2溶液脱硝过程中主要生成Cl－和NOeq\o\al(－,3)，结合电子守恒和元素守恒写出离子方程式：4NO＋3ClOeq\o\al(－,2)＋4OH－=4NOeq\o\al(－,3)＋3Cl－＋2H2O。该反应中只有NO是气体，增加压强，有利于NO的吸收，NO的转化率提高。②由于吸收SO2和NO过程中生成H＋，溶液中c(H＋)不断增大，溶液的pH逐渐减小。③由表中数据可知，相同时间内，c(SOeq\o\al(2－,4))比c(NOeq\o\al(－,3))增加得多，说明脱硫反应速率大于脱硝反应速率，其原因除了SO2和NO在烟气中的初始浓度不同外，还可能是NO溶解度较低或脱硝反应活化能较高。(3)①由图可知，温度升高，SO2和NO的平衡分压pe对应的－lgpe逐渐减小，说明SO2和NO的平衡分压pe逐渐增大，则脱硫、脱硝反应逆向进行，平衡常数均减小。②反应ClOeq\o\al(－,2)＋2SOeq\o\al(2－,3)2SOeq\o\al(2－,4)＋Cl－的平衡常数K的表达式为K＝eq\f(c2SO\o\al(2－,4)·cCl－,c2SO\o\al(2－,3)·cClO\o\al(－,2))。(4)①利用Ca(ClO)2替代NaClO2，形成CaSO4沉淀，反应平衡向产物方向移动，SO2转化率高。②将题给三个热化学方程式分别标号为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，根据盖斯定律，由Ⅰ＋Ⅱ－Ⅲ可得：SO2(g)＋Ca2＋(aq)＋ClO－(aq)＋2OH－(aq)=CaSO4(s)＋H2O(l)＋Cl－(aq)，则有ΔH＝ΔH1＋ΔH2－ΔH3。答案：(1)亚氯酸钠(2)①4NO＋3ClOeq\o\al(－,2)＋4OH－=4NOeq\o\al(－,3)＋3Cl－＋2H2O提高②减小③大于NO溶解度较低或脱硝反应活化能较高(3)①减小②K＝eq\f(c2SO\o\al(2－,4)·cCl－,c2SO\o\al(2－,3)·cClO\o\al(－,2))(4)①形成CaSO4沉淀，反应平衡向产物方向移动，SO2转化率提高②ΔH1＋ΔH2－ΔH3化学反应原理综合题是高考必考题型，常与生产、生活、科技等紧密联系的物质为背景材料，把热化学、电化学及四大平衡知识融合在一起命制，题目设问较多，涉及内容也较多，多数题目含有图像或图表，导致思维转换角度较大，对考生思维能力的要求较高。主要考查学生的信息处理能力、学科内综合分析能力，应用反应原理解决生产实际中的具体问题，体现了“变化观念与平衡思想”的核心素养。高考题点逐一研究——清盲点化学反应原理综合题是高考的重点和难点，是考生主要失分点，要想顺利突破此点，需从两方面着手：一要抓住两条知识主线：一条是能量线，由此可串联化学反应的反应热和电化学知识；另一条是平衡线，由此可串联化学平衡、电离平衡、水解平衡和沉淀溶解平衡。特别注意平衡移动原理适用于所有的动态平衡，可以用平衡移动原理对四大平衡进行分析比较，以加深对平衡的特点、本质及平衡移动方向等的理解，还可以借助图表来直观理解平衡移动原理，达到一提一条线，一串串一片。二要从反应热的计算、化学平衡状态的标志及平衡移动方向的判断、平衡转化率及平衡常数的相关计算、信息图像题的综合分析四个命题角度掌握解题技法，做到举一通百，万变不离其中。命题点一反应热的计算(一)求反应热的几种方法1．从宏观角度分析计算ΔH＝H1(生成物的总能量)－H2(反应物的总能量)2．从微观角度分析计算ΔH＝E1(反应物的键能总和)－E2(生成物的键能总和)3．从活化能角度分析计算ΔH＝E1(正反应的活化能)－E2(逆反应的活化能)4．根据盖斯定律计算(1)计算步骤(2)计算方法(二)化学反应中反应热的大小比较1．同一反应的比较(1)反应物状态不同例如：S(g)＋O2(g)=SO2(g)ΔH1＜0S(s)＋O2(g)=SO2(g)ΔH2＜0因为等量反应物S(g)比S(s)所具有的能量多，反应放出热量就多，所以ΔH1＜ΔH2。(2)生成物状态不同例如：H2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=H2O(g)ΔH1＜0H2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=H2O(l)ΔH2＜0因为等量产物H2O(g)比H2O(l)所具有的能量多，反应放出热量少，所以ΔH1＞ΔH2。(注意：ΔH为负，放热越多，ΔH越小)(3)化学计量数不同例如：H2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=H2O(l)ΔH1＜02H2(g)＋O2(g)=2H2O(l)ΔH2＜0有2ΔH1＝ΔH2且ΔH1＞ΔH2。2．不同反应的比较(1)根据反应物的本性比较等物质的量的不同物质与同一种物质反应时，越活泼的物质反应放热越多。例如：H2(g)＋Cl2(g)=2HCl(g)ΔH1H2(g)＋Br2(g)=2HBr(g)ΔH2因Cl2比Br2活泼，故ΔH1＜ΔH2。(2)根据反应程度不同比较例如：C(s)＋O2(g)=CO2(g)ΔH1＜0C(s)＋eq\f(1,2)O2(g)=CO(g)ΔH2＜0反应间存在关系，各步转化都是放热反应，第一个反应程度大，放热多，故ΔH1＜ΔH2。[注意]比较ΔH的大小时，要将其数值和前面的符号“＋”“－”看作一个整体进行比较，不能只比较数值的大小。[对点训练]1．(2017·全国卷Ⅲ节选)砷(As)是第四周期ⅤA族元素，可以形成As2S3、As2O5、H3AsO3、H3AsO4等化合物，有着广泛的用途。已知：As(s)＋eq\f(3,2)H2(g)＋2O2(g)=H3AsO4(s)ΔH1H2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=H2O(l)ΔH22As(s)＋eq\f(5,2)O2(g)=As2O5(s)ΔH3则反应As2O5(s)＋3H2O(l)=2H3AsO4(s)的ΔH＝________。解析：将已知热化学方程式依次编号为①、②、③，根据盖斯定律，由①×2－②×3－③可得：As2O5(s)＋3H2O(l)=2H3AsO4(s)ΔH＝2ΔH1－3ΔH2－ΔH3。答案：2ΔH1－3ΔH2－ΔH32．化学反应的焓变既可以通过实验测定，也可以根据理论计算。(1)一氧化碳还原氧化铁是工业炼铁的原理。已知：①Fe2O3(s)＋3CO(g)=2Fe(s)＋3CO2(g)ΔH1＝－26.7kJ·mol－1②3Fe2O3(s)＋CO(g)=2Fe3O4(s)＋CO2(g)ΔH2＝－50.8kJ·mol－1③Fe3O4(s)＋CO(g)=3FeO(s)＋CO2(g)ΔH3＝－36.5kJ·mol－1试写出CO气体还原固态FeO生成固态Fe和CO2气体的热化学方程式：________________________________________________________________________。(2)请根据表中的数据计算ΔH1和ΔH2。物质石墨H2COCH4燃烧热/(kJ·mol－1)393.5285.8283.0890.3化学键H—HC=OH—OC—HE/(kJ·mol－1)4367991076465413CO2(g)＋4H2(g)=CH4(g)＋2H2O(g)的ΔH1＝________kJ·mol－1；CH4(g)＋H2O(l)=3H2(g)＋CO(g)的ΔH2＝________kJ·mol－1。解析：(1)根据盖斯定律，由(①×3－②－③×2)×eq\f(1,6)得FeO(s)＋CO(g)=Fe(s)＋CO2(g)ΔH＝(ΔH1×3－ΔH2－ΔH3×2)×eq\f(1,6)≈＋7.3kJ·mol－1。(2)ΔH1＝2E(C=O)＋4E(H—H)－4E(C—H)－4E(H—O)＝(2×799＋4×436－4×413－4×465)kJ·mol－1＝－170kJ·mol－1。根据燃烧热写出如下热化学方程式：CH4(g)＋2O2(g)=CO2(g)＋2H2O(l)ΔH3＝－890.3kJ·mol－1；H2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=H2O(l)ΔH4＝－285.8kJ·mol－1；CO(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=CO2(g)ΔH5＝－283.0kJ·mol－1。根据盖斯定律可得ΔH2＝ΔH3－3ΔH4－ΔH5＝(－890.3＋3×285.8＋283.0)kJ·mol－1＝＋250.1kJ·mol－1。答案：(1)FeO(s)＋CO(g)=Fe(s)＋CO2(g)ΔH＝＋7.3kJ·mol－1(2)－170＋250.13．(2018·贵阳摸底)氮及其化合物在生活及工业生产中有着重要应用。请回答以下问题：(1)如图是N2(g)、H2(g)与NH3(g)之间转化的能量关系图，则：①N2(g)与H2(g)反应生成NH3(g)的热化学方程式为________________________________________________________________________。②过程Ⅰ和过程Ⅱ的反应热________(填“相同”或“不同”)，原因是________________________________________________________________________。③一定温度下，在容积为1L的密闭容器中充入1molN2(g)、3molH2(g)，达到平衡时，混合气体的总量为2.8mol，则该条件下反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)的平衡常数为________，H2的平衡转化率为_____________________________________________。(2)用NH3可以消除氮氧化物的污染，已知：反应Ⅰ：4NH3(g)＋3O2(g)2N2(g)＋6H2O(g)ΔH1＝akJ·mol－1反应Ⅱ：N2(g)＋O2(g)2NO(g)ΔH2＝bkJ·mol－1反应Ⅲ：4NH3(g)＋6NO(g)5N2(g)＋6H2O(g)ΔH3＝ckJ·mol－1则反应Ⅱ中的b＝________(用含a、c的代数式表示)，反应Ⅲ中的ΔS________(填“＞”“＜”或“＝”)0。解析：(1)①由题图可确定N2(g)与H2(g)反应生成NH3(g)的热化学方程式为N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝－92kJ·mol－1。②反应热只与反应体系的始态和终态有关，而与反应的途径无关，所以过程Ⅰ和过程Ⅱ的反应热相同。③设该条件下反应达到平衡时，有xmolN2发生反应，根据三段式法得N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)起始/mol130转化/molx3x2x平衡/mol1－x3－3x2x由达到平衡时，混合气体的总量为2.8mol，可得(1－x)＋(3－3x)＋2x＝2.8，解得x＝0.6。则平衡时c(N2)＝0.4mol·L－1，c(H2)＝1.2mol·L－1，c(NH3)＝1.2mol·L－1，平衡常数K＝eq\f(c2NH3,cN2·c3H2)＝eq\f(25,12)。H2的平衡转化率为3×0.6÷3×100%＝60%。(2)根据盖斯定律，由(反应Ⅰ－反应Ⅲ)÷3，得N2(g)＋O2(g)2NO(g)ΔH2＝eq\f(a－c,3)kJ·mol－1。反应Ⅲ中生成物气体的物质的量大于反应物气体的物质的量，所以反应Ⅲ是熵增反应，ΔS＞0。答案：(1)①N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝－92kJ·mol－1②相同反应热只与反应体系的始态和终态有关，而与反应的途径无关③eq\f(25,12)60%(2)eq\f(a－c,3)＞4．(2018·黄冈调研)中科院大连化学物理研究所的一项最新成果实现了甲烷高效生产乙烯，甲烷在催化作用下脱氢，在气相中经自由基偶联反应生成乙烯，如图所示。物质燃烧热/(kJ·mol－1)氢气285.8甲烷890.3乙烯1411.0已知相关物质的燃烧热如上表，写出甲烷制备乙烯的热化学方程式________________________________________________________________________。解析：根据H2、CH4和C2H4的燃烧热数据可写出热化学方程式：①H2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=H2O(l)ΔH＝－285.8kJ·mol－1，②CH4(g)＋2O2(g)=CO2(g)＋2H2O(l)ΔH＝－890.3kJ·mol－1，③C2H4(g)＋3O2(g)=2CO2(g)＋2H2O(l)ΔH＝－1411.0kJ·mol－1，根据盖斯定律，由②×2－③－①×2得2CH4(g)C2H4(g)＋2H2(g)ΔH＝＋202.0kJ·mol－1。答案：2CH4(g)C2H4(g)＋2H2(g)ΔH＝＋202.0kJ·mol－1[或CH4(g)eq\f(1,2)C2H4(g)＋H2(g)ΔH＝＋101.0kJ·mol－1][题后悟道]反应热计算中的注意事项1.物理变化也会有热效应在物理变化过程中，也会有能量变化，虽然不属于吸热反应或放热反应，但在进行相关反应热计算时，必须要考虑发生物理变化时的热效应，如物质的三态变化或物质的溶解过程中的能量变化等。2.不可忽视化学键的物质的量根据键能计算反应热时，要注意弄清各种化学键的物质的量，既要考虑热化学方程式中物质的化学计量数，又要考虑物质中各种化学键的个数，再进行计算。反应热(ΔH)等于反应物中的键能总和减去生成物中的键能总和，即ΔH＝ΣE反－ΣE生(E表示键能)。如反应3H2(g)＋N2(g)2NH3(g)ΔH＝3E(H—H)＋E(N≡N)－6E(N—H)。3.严格保证热化学方程式与ΔH变化的一致性(1)热化学方程式乘以某一个数时，反应热数值也必须乘上该数。(2)热化学方程式相加减时，相同状态的同种物质之间可相加减，反应热也随之相加减。(3)将一个热化学方程式颠倒时，ΔH的“＋”“－”号必须随之改变。命题点二化学平衡状态的标志及平衡移动方向的判断(一)化学反应速率问题1．外界条件对化学反应速率的影响(1)纯液体和固体浓度视为常数，它们的量的改变不会影响化学反应速率。但固体颗粒的大小导致接触面积的大小发生变化，故影响反应速率。(2)对于固体、液体物质，由于压强改变对它们的体积影响很小，因而压强对它们浓度的影响可看作不变，压强对无气体参加的化学反应的速率无影响。(3)升高温度，不论吸热反应还是放热反应，也不论正反应速率还是逆反应速率都增大。(4)使用催化剂催化的化学反应，由于催化剂只有在适宜的温度下活性最大，反应速率才能达到最大，故在许多工业生产中温度的选择还需考虑催化剂的活性温度范围。(5)“惰性气体”(不参加反应的气体)对反应速率的影响。①恒温恒容：充入“惰性气体”eq\o(→,\s\up7(引起))总压强增大→物质浓度不变(活化分子浓度不变)，反应速率不变。②恒温恒压：充入“惰性气体”eq\o(→,\s\up7(引起))体积增大eq\o(→,\s\up7(引起))物质浓度减小(活化分子浓度减小)eq\o(→,\s\up7(引起))反应速率减小。2．化学反应速率的相关计算(1)根据图表中数据和定义计算v(X)＝eq\f(X的浓度变化量mol·L－1,时间的变化量s或min或h)，即v(X)＝eq\f(|Δc|,Δt)＝eq\f(|Δn|,V·Δt)，计算时一定要注意容器或溶液的体积，不能忽视容器或溶液的体积V，盲目地把Δn当作Δc代入公式进行计算。(2)根据化学方程式计算对于反应“mA(g)＋nB(g)=pC(g)＋qD(g)”，有v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝m∶n∶p∶q或eq\f(vA,m)＝eq\f(vB,n)＝eq\f(vC,p)＝eq\f(vD,q)。(二)化学平衡问题1．化学平衡的标志(1)直接判断依据eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(①v正＝v逆,②各组分的物质的量或质量不变,③各组分的含量w、φ不变))(2)间接判断依据①对于有有色气体存在的反应体系，如2NO2(g)N2O4(g)等，若体系的颜色不再发生改变，则反应已达平衡状态。②对于有气体存在且反应前后气体的物质的量发生改变的反应，如N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，若反应体系的压强不再发生变化或平均相对分子质量不再发生变化，则说明反应已达平衡状态。③对于有气体存在且反应前后气体的物质的量不发生改变的反应，如2HI(g)H2(g)＋I2(g)，反应过程中的任何时刻体系的压强、气体的物质的量、平均相对分子质量都不变，故体系压强、气体的物质的量、平均相对分子质量不变均不能说明反应已达平衡状态。2．外界条件对化学平衡移动的影响规律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压强的影响增大压强会使平衡向气体体积减小的方向移动；减小压强会使平衡向气体体积增大的方向移动[对点训练]1．(2017·全国卷Ⅲ节选)砷(As)是第四周期ⅤA族元素，可以形成As2S3、As2O5、H3AsO3、H3AsO4等化合物，有着广泛的用途。298K时，将20mL3xmol·L－1Na3AsO3、20mL3xmol·L－1I2和20mLNaOH溶液混合，发生反应：AsOeq\o\al(3－,3)(aq)＋I2(aq)＋2OH－(aq)AsOeq\o\al(3－,4)(aq)＋2I－(aq)＋H2O(l)。溶液中c(AsOeq\o\al(3－,4))与反应时间(t)的关系如图所示。(1)下列可判断反应达到平衡的是________(填标号)。a．溶液的pH不再变化b．v(I－)＝2v(AsOeq\o\al(3－,3))c．c(AsOeq\o\al(3－,4))/c(AsOeq\o\al(3－,3))不再变化d．c(I－)＝ymol·L－1(2)tm时，v正________v逆(填“大于”“小于”或“等于”)。(3)tm时v逆________tn时v逆(填“大于”“小于”或“等于”)，理由是____________________________________。(4)若平衡时溶液的pH＝14，则该反应的平衡常数K为______________________。解析：(1)溶液的pH不再变化，即OH－的浓度不再变化，所以平衡体系中各组分的浓度均不再变化，说明反应达到平衡状态，a项正确；当v正(I－)＝2v逆(AsOeq\o\al(3－,3))或v逆(I－)＝2v正(AsOeq\o\al(3－,3))时反应达到平衡状态，选项中的速率未指明是正反应速率还是逆反应速率，故b项错误；反应达到平衡之前，c(AsOeq\o\al(3－,3))逐渐减小而c(AsOeq\o\al(3－,4))逐渐增大，故c(AsOeq\o\al(3－,4))/c(AsOeq\o\al(3－,3))逐渐增大，当c(AsOeq\o\al(3－,4))/c(AsOeq\o\al(3－,3))不变时反应达到平衡状态，c项正确；根据离子方程式可知反应体系中恒有c(I－)＝2c(AsOeq\o\al(3－,4))，观察图像可知反应达到平衡时c(AsOeq\o\al(3－,4))＝ymol·L－1，此时c(I－)＝2ymol·L－1，故d项错误。(2)tm时反应未达到平衡状态，所以v正大于v逆。(3)从tm到tn，反应逐渐趋于平衡状态，反应物浓度逐渐减小而生成物浓度逐渐增大，所以正反应速率逐渐减小，逆反应速率逐渐增大，故tm时v逆小于tn时v逆。(4)根据题意，起始时c(AsOeq\o\al(3－,3))＝c(I2)＝xmol·L－1。根据图像可知平衡时c(AsOeq\o\al(3－,4))＝ymol·L－1，则此时c(I－)＝2ymol·L－1，c(AsOeq\o\al(3－,3))＝c(I2)＝(x－y)mol·L－1，平衡时溶液的pH＝14，则c(OH－)＝1mol·L－1，故该反应的平衡常数K＝eq\f(cAsO\o\al(3－,4)·c2I－,cAsO\o\al(3－,3)·cI2·c2OH－)＝eq\f(4y3,x－y2)。答案：(1)ac(2)大于(3)小于tm时生成物浓度较低(4)eq\f(4y3,x－y2)2．污染性气体NO2与CO在一定条件下的反应为2NO2(g)＋4CO(g)4CO2(g)＋N2(g)ΔH＜0，某温度下，在1L恒容密闭容器中充入0.1molNO2和0.2molCO，此时容器内的压强为1个大气压，5s时反应达到平衡，容器内的压强变为原来的eq\f(29,30)。(1)反应从开始到平衡NO2的转化率α(NO2)＝______，平衡常数K＝________(只列代数式)。(2)下列说法不能说明该反应已达到平衡状态的是____。(填字母)A．容器内混合气体颜色不再变化B．容器内的压强保持不变C．2v逆(NO2)＝v正(N2)D．容器内混合气体密度保持不变(3)能使该反应的反应速率增大，且平衡逆向移动的是________。(填字母)A．及时分离出CO2B．适当升高温度C．减小容器体积使体系压强增大D．选择高效催化剂解析：(1)反应前容器内有0.3mol气体，容器内的压强为1个大气压，反应达到平衡时，容器内的压强变为原来的eq\f(29,30)，即总物质的量变为原来的eq\f(29,30)，所以平衡时容器内气体的物质的量为0.3mol×eq\f(29,30)＝0.29mol，相对初始物质的量减少了0.01mol，根据化学方程式中各物质系数关系可知，反应从开始到平衡，有0.02molNO2发生反应，故NO2的转化率α(NO2)＝eq\f(0.02mol,0.1mol)×100%＝20%。根据三段式法可求出平衡常数K＝eq\f(0.01×0.044,0.082×0.164)。(2)该反应体系中只有NO2为有色气体，其余均无色，容器内混合气体颜色不再变化，说明NO2的浓度不变，即反应达到平衡状态，A不合题意；该反应为气体分子数减小的反应，恒容条件下容器内的压强不变，说明反应达到平衡状态，B不合题意；v逆(NO2)＝2v正(N2)时说明反应达到平衡状态，C符合题意；容器的容积不变，气体质量不变，故气体密度一直不变，所以，容器内混合气体密度不变不能说明反应达到平衡状态，D符合题意。(3)及时分离出CO2，反应速率减小，平衡正向移动，A错误；该反应的正反应放热，升高温度，反应速率加快，平衡逆向移动，B正确；该反应为气体分子数减小的反应，减小容器体积使体系压强增大，反应速率加快，平衡正向移动，C错误；催化剂能加快反应速率，但不改变平衡状态，D错误。答案：(1)20%eq\f(0.01×0.044,0.082×0.164)(2)CD(3)B3．在一定温度下，向2L固定容积的密闭容器中通入2molCO2、3molH2，发生反应CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH＜0。回答下列问题：(1)能说明该反应已达平衡状态的是________(填字母，下同)。A．CO2的体积分数保持不变B．体系中n(CO2)/n(H2)的值保持不变C．混合气体的密度保持不变D．单位时间内有nmolH—H键断裂，同时有nmolO—H键生成(2)下列措施能使n(CH3OH)/n(CO2)的值增大的是________。A．升高温度B．恒温恒容下，充入HeC．使用高效催化剂D．恒温恒容下，再充入2molCO2、3molH2(3)反应10min时体系达到平衡状态，此时CO2的转化率为25%，该反应的反应速率v(H2)＝________，反应的平衡常数K＝________(保留三位有效数字)；若使K的值变为1，则应采取的措施是________。A．增大压强 B．恒压下加入一定量H2C．降低温度 D．升高温度解析：(1)各物质的物质的量分数或体积分数保持不变，说明反应达到平衡状态；该反应的投料比不等于其化学计量数之比，当反应物的物质的量之比保持不变时，说明反应达到平衡状态；反应中物质的总质量和体积恒定不变，不管反应是否达到平衡，混合气体的密度都不变，无法说明反应是否达到平衡状态；H—H键的断裂和O—H键的生成都表示正反应，无法说明反应是否达到平衡状态。(2)反应正向移动时，n(CH3OH)/n(CO2)的值增大。升高温度，平衡逆向移动；恒温恒容下，充入He，平衡不移动；催化剂不影响化学平衡的移动；D项条件可等效为增大压强，平衡正向移动。(3)达到平衡时CO2的转化率为25%，即CO2反应了2mol×25%＝0.5mol，则CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)起始/mol2300转化/mol0.51.50.50.5平衡/mol1.51.50.50.5平衡时c(CO2)＝c(H2)＝0.75mol·L－1，c(CH3OH)＝c(H2O)＝0.25mol·L－1，v(H2)＝eq\f(1.5mol,2L×10min)＝0.075mol·L－1·min－1，平衡常数K＝eq\f(0.25×0.25,0.75×0.753)≈0.198。K只与温度有关，若使K的值变为1，则应改变温度使平衡正向移动，应采取的措施是降低温度。答案：(1)AB(2)D(3)0.075mol·L－1·min－10.198C4．(1)在400℃时，向1L的恒容反应器中充入1molCH4，发生反应2CH4(g)C2H4(g)＋2H2(g)ΔH＝＋202.0kJ·mol－1，测得平衡混合气体中C2H4的体积分数为20.0%。则在该温度下，其平衡常数K＝____。按化学平衡移动原理，在图1中画出CH4的平衡转化率与温度及压强(p1＞p2)的关系曲线。(2)在制备C2H4时，通常存在副反应：2CH4(g)C2H6(g)＋H2(g)。在常温下，向体积为1L的恒容反应器中充入1molCH4，然后不断升高温度，得到图2所示C2H4与C2H6的体积分数关系。①在200℃时，测出乙烷的量比乙烯多的主要原因是_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。②在600℃后，乙烯的体积分数减少的主要原因是___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)设平衡时转化的CH4的物质的量为2xmol，根据三段式法进行计算：2CH4(g)C2H4(g)＋2H2(g)起始/mol100转化/mol2xx2x平衡/mol1－2xx2x则eq\f(x,1－2x＋x＋2x)×100%＝20.0%，解得x＝0.25，则平衡时CH4、C2H4、H2的物质的量浓度分别为0.50mol·L－1、0.25mol·L－1和0.50mol·L－1，则K＝eq\f(0.25×0.502,0.502)＝0.25。该反应为吸热反应，升高温度，CH4的平衡转化率增大；该反应为气体分子数增大的反应，温度相同时增大压强，CH4的平衡转化率降低，据此画出图像。(2)①题图中200℃时乙烷的量比乙烯多，这是因为该条件下乙烷的生成速率比乙烯的快。②在600℃后，乙烯的体积分数减少，主要是因为乙烯发生了分解反应。答案：(1)0.25如图所示(2)①在200℃时，乙烷的生成速率比乙烯的快②在600℃后，乙烯开始分解为碳和氢气[题后悟道]1.判断平衡状态的技巧可逆反应达到平衡状态的两个直接标志是正逆反应速率相等、反应物与生成物浓度保持不变；间接标志是“变量不变”，可采用极端假设的方法，对比反应前和完全反应后该物理量如何变化，如果该物理量是可变的而题目给出一定条件下保持不变即可认为该条件下反应达到化学平衡状态。如对于某恒容容器中的反应C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)，未反应时，气体的密度最小，反应物全部转化为生成物时，气体的密度最大，若一定条件下该反应体系中气体的密度不变，则说明反应达到化学平衡状态。2.利用平衡常数判断平衡移动方向除利用平衡移动原理确定平衡移动的方向外，还可以通过平衡常数确定，当Q＜K，平衡正向移动，当Q＞K，平衡逆向移动。平衡正向移动时，反应物的转化率不一定都增大，如对于反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，增大O2的浓度，平衡正向移动，SO2的转化率增大，但O2的转化率减小。浓度变化一般会引起化学平衡移动，但有特殊情况，如对于反应H2(g)＋I2(g)2HI(g)，当容器的体积缩小时，相当于增大压强，各物质的浓度都发生改变，但平衡不移动。命题点三转化率及平衡常数的相关计算(一)化学平衡常数1．注意事项(1)化学平衡常数只与温度有关，与反应物或生成物的浓度变化无关。(2)反应物或生成物中有固体或纯液体存在时，由于其浓度可看作“1”而不代入化学平衡常数公式。(3)化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。若方程式中各物质的化学计量数等比例扩大或缩小，尽管是同一反应，平衡常数也会改变。如N2＋3H22NH3K＝a，则有：2NH3N2＋3H2K′＝eq\f(1,a)eq\f(1,2)N2＋eq\f(3,2)H2NH3K″＝a2．具体应用(1)K值越大，说明平衡体系中生成物所占的比例越大，正向反应进行的程度越大，即该反应进行得越完全，反应物转化率越大；反之，就越不完全，转化率就越小。(2)若用任意状态的浓度幂之积的比值(称为浓度商，用Q表示)与K比较，可判断可逆反应是否达到平衡状态和反应进行的方向。即：对于反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，Q＝eq\f(cpC·cqD,cmA·cnB)。Q＜K反应向正反应方向进行Q＝K反应达到平衡状态Q＞K反应向逆反应方向进行(3)利用K可判断反应的热效应。若升高温度，K值增大，则正反应为吸热反应；若升高温度，K值减小，则正反应为放热反应。(4)计算转化率。依据起始浓度(或平衡浓度)和平衡常数可以计算平衡浓度(或起始浓度)，从而计算反应物的转化率。(二)化学平衡常数与转化率的计算1．明确四个量(起始量、变化量、平衡量和差量)N2＋3H2eq\o(,\s\up7(催化剂),\s\do5(高温、高压))2NH3Δn＝2起始量130变化量abcc平衡量1－a3－bc(1)反应物的平衡量＝起始量－转化量。(2)生成物的平衡量＝起始量＋转化量。(3)各物质变化浓度之比等于它们在化学方程式中的化学计量数之比。变化浓度是联系化学方程式、平衡浓度、起始浓度、转化率、化学反应速率的桥梁。因此，抓变化浓度是解题的关键。(4)化学平衡前后，同种元素原子的物质的量相等。2．掌握三个百分数(1)转化率＝eq\f(n转化,n起始)×100%＝eq\f(c转化,c起始)×100%(2)生成物的产率：实际产量(指生成物)占理论产量的百分数。一般来讲，转化率越大，原料利用率越高，产率越大。产率＝eq\f(产物实际产量,理论产量)×100%(3)平衡混合物某组分的百分含量＝eq\f(某组分平衡量,平衡总量)×100%3．牢记一个万能模式(“三段式”法)如mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，令A、B起始物质的量浓度分别为amol·L－1、bmol·L－1，达到平衡后消耗A的物质的量浓度为mxmol·L－1。mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)起始/(mol·L－1)ab00变化/(mol·L－1)mxnxpxqx平衡/(mol·L－1)a－mxb－nxpxqxK＝eq\f(pxp·qxq,a－mxm·b－nxn)[对点训练]1．(2018·全国卷Ⅰ节选)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。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：2N2O5(g)→4NO2(g)＋O2(g)2N2O4(g)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/min0408016026013001700∞p/kPa35.840.342.545.949.261.262.363.1(1)已知：2N2O5(g)=2N2O4(g)＋O2(g)ΔH1＝－4.4kJ·mol－12NO2(g)=N2O4(g)ΔH2＝－55.3kJ·mol－1则反应N2O5(g)=2NO2(g)＋eq\f(1,2)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×peq\a\vs4\al(N2O5)(kPa·min－1)。t＝62min时，测得体系中peq\a\vs4\al(O2)＝2.9kPa，则此时的peq\a\vs4\al(N2O5)＝________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℃)________63.1kPa(填“大于”“等于”或“小于”)，原因是_____________________________________________________________________。(4)25℃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)把已知两反应按顺序编号为a、b，根据盖斯定律，a式×eq\f(1,2)－b式可得：N2O5(g)=2NO2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)ΔH＝53.1kJ·mol－1(2)由方程式2N2O5(g)=4NO2(g)＋O2(g)可知，62min时，peq\a\vs4\al(O2)＝2.9kPa，则减小的N2O5为5.8kPa，此时peq\a\vs4\al(N2O5)＝35.8kPa－5.8kPa＝30.0kPa，则v(N2O5)＝2×10－3×30.0kPa·min－1＝6.0×10－2kPa·min－1。(3)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。(4)时间无限长时N2O5完全分解，故由2N2O5(g)=4NO2(g)＋O2(g)知，此时生成的peq\a\vs4\al(NO2)＝2peq\a\vs4\al(N2O5)＝2×35.8kPa＝71.6kPa，peq\a\vs4\al(O2)＝0.5×35.8kPa＝17.9kPa。由题意知，平衡时体系的总压强为63.1kPa，则平衡体系中NO2、N2O4的压强和为63.1kPa－17.9kPa＝45.2kPa，设N2O4的压强为xkPa，则N2O4(g)2NO2(g)初始压强/kPa071.6转化压强/kPax2x平衡压强/kPax71.6－2x则x＋(71.6－2x)＝45.2，解得x＝26.4,71.6kPa－26.4kPa×2＝18.8kPa，Kp＝eq\f(p2NO2,pN2O4)＝eq\f(18.8kPa2,26.4kPa)≈13.4kPa。答案：(1)53.1(2)30.06.0×10－2(3)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(4)13.42．(2019届高三·襄阳调研)用天然气与CO2反应可制备合成气(CO和H2的混合气体)，在10L密闭容器中通入1molCH4与1molCO2，在一定条件下发生反应CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)，测得CH4的平衡转化率与温度及压强的关系如图所示。(1)1100℃、p2下，气体混合后反应经过10min至x点所对应的平衡，用CO的变化量表示反应速率v(CO)＝____________________________。(2)由图可知，压强p1________p2(填“大于”或“小于”)；压强为p2时，在y点v正________v逆(填“大于”“小于”或“等于”)；y点对应的反应的平衡常数K＝________。解析：(1)x点对应的CH4的平衡转化率为80%，反应消耗CH4、CO2的物质的量均为0.8mol，生成CO、H2的物质的量均为1.6mol，v(CO)＝eq\f(1.6mol,10L×10min)＝0.016mol·L－1·min－1。(2)该反应是一个气体分子数增大的反应，减小压强，平衡正向移动，CH4的平衡转化率增大，相同温度下p1时CH4的平衡转化率大，故p1＜p2。压强为p2时，y点对应的CH4的转化率小于平衡转化率，即反应正向进行，故v正＞v逆。平衡常数只与温度有关，y点对应反应的平衡常数与x点对应的平衡常数相等，x点对应的平衡常数K＝eq\f(0.162×0.162,0.02×0.02)＝1.6384。答案：(1)0.016mol·L－1·min－1(2)小于大于1.63843．亚硝酰氯(ClNO)是有机合成中的重要试剂，工业上可用NO与Cl2合成，回答下列问题：(1)一定条件下，氮氧化物与悬浮在大气中的海盐粒子相互作用时会生成亚硝酰氯，涉及有关反应的热化学方程式和平衡常数如表：反应热化学方程式平衡常数①2NO2(g)＋NaCl(s)NaNO3(s)＋ClNO(g)ΔH1K1②4NO2(g)＋2NaCl(s)2NaNO3(s)＋2NO(g)＋Cl2(g)ΔH2K2③2NO(g)＋Cl2(g)2ClNO(g)ΔH3K3则ΔH3＝________(用ΔH1、ΔH2表示)；K3＝________(用K1、K2表示)。(2)300℃时，在一密闭容器中发生反应：2ClNO(g)2NO(g)＋Cl2(g)，其正反应速率表达式v正＝k·cn(ClNO)。测得正反应速率和对应浓度的数据如表：序号c(ClNO)/(mol·L－1)v正/(mol·L－1·s－1)①0.303.60×10－9②0.601.44×10－8③0.903.24×10－8则n＝________，k＝________；达到平衡后，若减小压强，则混合气体的平均相对分子质量将________(填“增大”“减小”或“不变”)。(3)25℃时，向体积为2L且带气压计的恒容密闭容器中通入0.08molNO和0.04molCl2发生反应：2NO(g)＋Cl2(g)2ClNO(g)ΔH。已知：反应起始和平衡时温度相同。①测得反应过程中压强(p)随时间(t)的变化如图1曲线a所示，则ΔH________(填“＞”“＜”或“不确定”)0；若其他条件相同，仅改变某一条件时，测得压强(p)随时间(t)的变化如图1曲线b所示，则改变的条件是________________________。②图2是两位同学描绘的上述反应平衡常数的对数值(lgK)与温度的变化关系图像，其中正确的曲线是____(填“甲”或“乙”)；m的值为________。解析：(1)根据盖斯定律可知，反应③＝2×反应①－反应②，则ΔH3＝2ΔH1－ΔH2，K3＝Keq\o\al(2,1)/K2。(2)3.60×10－9＝k×0.30n,1.44×10－8＝k×0.60n，解得n＝2，k＝4.0×10－8；减小压强，平衡正向移动，则混合气体的平均相对分子质量将减小。(3)①分析题图1曲线a知反应过程中压强先增大后减小直至不变，压强先增大是因为正反应放热，随着反应的进行，反应物浓度减小，压强又减小直至不变，故ΔH＜0。曲线b与曲线a相比，反应速率加快，平衡状态不变，故改变的条件是加入催化剂。②该反应为放热反应，则升温平衡逆向移动，平衡常数减小，lgK减小，故曲线乙正确。设反应达到平衡时，Cl2转化了xmol·L－1，由三段式法计算：2NO(g)＋Cl2(g)2ClNO(g)起始/(mol·L－1)0.040.020转化/(mol·L－1)2xx2x平衡/(mol·L－1)0.04－2x0.02－x2x根据反应起始和平衡时温度相同，且反应在恒容容器中进行，则有eq\f(0.06,0.06－x)＝eq\f(6p,5p)，解得x＝0.01，故25℃时平衡常数K＝eq\f(c2ClNO,c2NO·cCl2)＝eq\f(0.022,0.022×0.01)＝100，lgK＝2。答案：(1)2ΔH1－ΔH2Keq\o\al(2,1)/K2(2)24.0×10－8减小(3)①＜加入催化剂②乙24．能源问题一直是社会关注的热点话题，研究得出DME(二甲醚，CH3OCH3)属于未来清洁能源之一，回答下列问题：(1)已知：①C(s)＋CO2(g)2CO(g)ΔH1②CH3OCH3(g)＋H2O(g)2CO(g)＋4H2(g)ΔH2③C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)ΔH3则3CO(g)＋3H2(g)CH3OCH3(g)＋CO2(g)ΔH＝________(用含ΔH1、ΔH2、ΔH3的表达式表示)。(2)针对反应3CO(g)＋3H2(g)CH3OCH3(g)＋CO2(g)，在恒定压强下，该反应的反应物CO的平衡转化率随温度和不同投料比的变化如图所示。①该反应的ΔH________(填“＞”或“＜”)0，则该反应在________(填“高温”“低温”或“任意温度”)下能自发进行。若仅提高投料比[n(H2)/n(CO)]，则该反应的平衡常数K将________(填“增大”“减小”或“不变”)。②研究发现，使用Cu­Mn合金作催化剂，可以有效加快该反应的反应速率，实验测得反应体系中各物质的产率或转化率与催化剂中n(Mn)/n(Cu)的关系如图所示。则催化剂中n(Mn)/n(Cu)约为________时最有利于二甲醚的合成。③在实际生产过程中，需要加入催化剂，而且反应器必须要进行热交换，以保证反应器的温度控制在270～340℃，其原因是____________________________________________________________________________________。(3)300℃时，在2L恒容密闭容器中，通入物质的量均为3mol的CO、H2，发生反应3CO(g)＋3H2(g)CH3OCH3(g)＋CO2(g)，5min时反应达到平衡，测得CH3OCH3(g)的浓度为0.45mol·L－1。①此反应的平衡常数为________________。②反应物CO的转化率为________________。③改变下列条件，可以提高反应物CO的转化率的是________(填字母)。a．增加CO的物质的量b．增加H2的物质的量c．加入惰性气体He，增大压强d．将二甲醚液化，及时从生成物中转移走解析：(1)根据盖斯定律，由③－①－②可以得出3CO(g)＋3H2(g)CH3OCH3(g)＋CO2(g)ΔH＝ΔH3－ΔH1－ΔH2。(2)①当投料比一定时，温度越高，CO的平衡转化率越低，所以升温，平衡左移，该反应的正反应为放热反应，且该反应的ΔS＜0，根据ΔH－TΔS＜0时反应可自发进行，知反应温度不宜太高，故在低温时可自发进行。平衡常数只与温度有关，不随投料比的变化而变化。②由题图可知当催化剂中n(Mn)/n(Cu)约为2.0时，CO的转化率最大，生成的二甲醚最多。③由上述分析可知，该反应的正反应为放热反应，反应过程中，容器内的温度必然升高，从平衡移动角度分析，不利于产物的生成，另外，温度不断升高，催化剂的活性将降低，反应速率会变慢。(3)①设此时间段内CO转化的物质的量浓度为xmol·L－1，根据三段式法有3CO(g)＋3H2(g)CH3OCH3(g)＋CO2(g)初始/(mol·L－1)1.51.500转化/(mol·L－1)xxeq\f(1,3)xeq\f(1,3)x平衡/(mol·L－1)1.5－x1.5－xeq\f(1,3)xeq\f(1,3)x由题意知，eq\f(1,3)x＝0.45，解得x＝1.35，该反应的平衡常数K＝eq\f(0.45×0.45,0.153×0.153)＝eq\f(16,9)×104。②反应物CO的转化率为eq\f(1.35mol·L－1,1.5mol·L－1)×100%＝90%。③增加CO的物质的量可以提高H2的转化率，而CO的转化率降低，a错误；增加H2的物质的量则可以提高CO的转化率，b正确；加入惰性气体He，尽管可增大反应体系压强，但是各反应物的浓度均没有改变，平衡不移动，反应物CO的转化率不变，c错误；将二甲醚液化，及时从生成物中转移走，可以使平衡向正反应方向移动，反应物CO的转化率提高，d正确。答案：(1)ΔH3－ΔH1－ΔH2(2)①＜低温不变②2.0(与2.0接近的值均算正确，如2.1)③制取二甲醚的反应是放热反应，随着反应的进行，反应器内的温度必然升高，而温度升高，化学平衡向左移动，同时，温度不断升高，催化剂的活性将降低，均不利于二甲醚的合成(3)①eq\f(16,9)×104②90%③bd[题后悟道]1.涉及化学平衡常数考查中应注意的问题(1)固体物质、纯液体物质、在水溶液中进行的反应中的H2O不列入平衡常数的计算表达式中；气体反应、有机反应中的H2O的浓度要列入平衡常数的计算表达式中。(2)平衡常数(K)式中的浓度是平衡状态时物质的量浓度，而浓度商(Q)式中的浓度是任意时刻的物质的量浓度。2.反应aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)的转化率分析(1)若反应物起始物质的量之比等于化学计量数之比，达到平衡后，它们的转化率相等。(2)若只增加A的量，平衡向正反应方向移动，B的转化率增大，但A的转化率减小。如[2017·全国卷ⅠT28(3)]H2S与CO2在高温下发生反应：H2S(g)＋CO2(g)COS(g)＋H2O(g)。向反应器中再分别充入下列气体，能使H2S转化率增大的是B(填标号)。A.H2S B．CO2C.COS D．N2(3)若按原比例同倍数增大(或减小)A、B的浓度，等效于压缩(或扩大)容器容积，则气体反应物的转化率与其化学计量数有关。eq\a\vs4\al(同倍数增大或减小cA和cB)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(a＋b＝c＋dA、B的转化率不变,a＋b＞c＋dA、B的转化率增大或减小,a＋b＜c＋dA、B的转化率减小或增大))命题点四信息图像题的综合分析(一)宏观把握两类图像1．速率变化图像反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)ΔH＞0。反应速率—时间(v­t)图像中，在平衡后的某时刻t1改变某一条件后，v正与v逆的变化有两种情况：(1)v正、v逆同时突变(2)v正、v逆之一渐变2．平衡移动图像反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，m＋n＞p＋q，且ΔH＞0。(1)速率—时间图——注意断点t1时增大反应物的浓度，正反应速率瞬间增大，然后逐渐减小，而逆反应速率逐渐增大；t2时升高温度，对任何反应，正反应和逆反应速率均增大，吸热反应的正反应速率增大较快；t3时减小压强，容器容积增大，浓度变小，正反应速率和逆反应速率均减小；t4时使用催化剂，正反应速率和逆反应速率均瞬间增大。(2)转化率(或含量)—时间图——先拐先平甲表示压强对反应物转化率的影响，对于气体反应物化学计量数之和大于气体生成物化学计量数之和的反应，压强越大，反应物的转化率越大；乙表示温度对反应物转化率的影响，对于吸热反应，温度越高，反应物的转化率越大；丙表示催化剂对反应物转化率的影响，催化剂只能改变化学反应速率，不能改变反应物的转化率。(3)恒压(温)线——定一议二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。(二)微观精研三种常考题型化学理论综合题中最容易失分的是速率与平衡的陌生图像，在非选择题中的陌生图像打破了传统的速率平衡图像模式，反应体系不再局限于气相反应，引入了更多的液相反应，纵坐标和横坐标不再局限于时间、温度、压强、速率、转化率等物理量，而是引入了更多的变量，如两种物质的物质的量之比、气体分压的负对数等，使得图像更新颖、信息容量更大、题目难度更大。题型一根据图像判断转化率和平衡常数[典例1](2016·全国卷Ⅰ节选)CrOeq\o\al(2－,4)和Cr2Oeq\o\al(2－,7)在溶液中可相互转化。室温下，初始浓度为1.0mol·L－1的Na2CrO4溶液中c(Cr2Oeq\o\al(2－,7))随c(H＋)的变化如图所示。由图可知，溶液酸性增大，CrOeq\o\al(2－,4)的平衡转化率______(填“增大”“减小”或“不变”)。根据A点数据，计算出该转化反应的平衡常数为________。[图像分析]由图可知，溶液的酸性增强，Cr2Oeq\o\al(2－,7)的浓度越大，平衡向正反应方向移动，因此CrOeq\o\al(2－,4)的平衡转化率增大；由反应2CrOeq\o\al(2－,4)＋2H＋Cr2Oeq\o\al(2－,7)＋H2O得该转化反应的平衡常数表达式为eq\f(cCr2O\o\al(2－,7),c2CrO\o\al(2－,4)·c2H＋)，根据A点数据可以得出c(H＋)＝1.0×10－7mol·L－1、c(Cr2Oeq\o\al(2－,7))＝0.25mol·L－1，可求出转化的c(CrOeq\o\al(2－,4))＝0.25mol·L－1×2＝0.5mol·L－1，进一步可得平衡时c(CrOeq\o\al(2－,4))＝0.5mol·L－1，代入表达式中得平衡常数K＝1.0×1014。[典例2](2016·全国卷Ⅲ节选)煤燃烧排放的烟气含有SO2和NOx，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。在不同温度下，NaClO2溶液脱硫、脱硝的反应中SO2和NO的平衡分压pe如图所示。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”)。[图像分析]由图可知，温度升高，SO2和NO的平衡分压pe对应的－lgpe逐渐减小，说明SO2和NO的平衡分压pe逐渐增大，则脱硫、脱硝反应逆向进行，平衡常数均减小。[典例3]二氧化碳的捕集、利用与封存是我国能源领域的一个重要战略方向，发展成一项重要的新兴产业。二氧化碳催化加氢合成低碳烯烃，起始时以0.1MPa，n(H2)∶n(CO2)＝3∶1的投料比充入反应器中，发生反应：2CO2(g)＋6H2(g)C2H4(g)＋4H2O(g)ΔH。则不同温度下平衡时的四种气态物质的物质的量如图所示：b曲线代表的物质是________；T1温度下的平衡转化率为________。[图像分析]由图中n(H2)的变化趋势可知，随着温度的升高，n(H2)的量增大，平衡左移，ΔH＜0；且方程式同侧物质的物质的量变化趋势是一致的，故a曲线代表的物质为CO2；再由b的变化幅度大于c的，可知，b、c两曲线分别代表的物质为H2O和C2H4。求解平衡