高考化学二轮教师用书第1部分专题2第8讲化学反应速率与化学平衡

第8讲化学反应速率与化学平衡考纲定位命题热点及考频考题核心素养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。1.化学平衡状态的判断2017年Ⅰ卷T27(1)(3)；2017年Ⅱ卷T27；2017年Ⅲ卷T28(4)；2016年Ⅱ卷T27(1)(2)(3)；2016年Ⅲ卷T27(2)(4)；2015年Ⅱ卷T27(3)；2014年Ⅱ卷T26(1)(3)；2014年Ⅰ卷T91.变化观念——能从内因和外因、量变与质变等方面较全面地分析化学反应速率与化学平衡的实质与影响因素。2．平衡思想——能用对立统一、联系发展和动态平衡的观点考查、分析化学反应速率和化学平衡问题。3．模型认知——能运用化学平衡模型解释一些化学现象。4．科学精神——具有严谨求实的科学态度，客观分析有关化学反应速率和化学平衡问题的利弊。2.化学反应速率与化学平衡图像2016年Ⅱ卷T27(2)(3)；2016年Ⅲ卷T27(3)；2015年Ⅰ卷T28(4)；2015年Ⅱ卷T27(2)；2014年Ⅰ卷T28(3)；2014年Ⅱ卷T26(2)；2013年Ⅰ卷T28(4)3.化学反应速率与化学平衡的相关计算2017年Ⅰ卷T28(3)；2017年Ⅲ卷T28(4)③；2016年Ⅲ卷T27(3)；2015年Ⅰ卷T28(4)；2014年Ⅰ卷T28(3)命题热点1化学平衡状态的判断(对应学生用书第32页)■储知识——剖解重点难点备考·化学平衡状态的标志1．绝对标志2．相对标志eq\b\lc\\rc\}(\a\vs4\al\co1(1有气体参加的反应，气体的总压强、总,体积、总物质的量不变时，当是等体积反,应时，不一定达到平衡；当是不等体积反,应时，达到平衡。,2气体的密度\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(气体的总质量,气体的总体积)))、气体的平,均相对分子质量\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(气体的总质量,气体的总物质的量)))不变,时，要具体分析各表达式中的分子或分母,变化情况，判断是否平衡。,3如果平衡体系中的物质有颜色，则平,衡体系的颜色不变时，达到平衡。))⇒“变量”不变⇒平衡状态3．一个角度从微观的角度分析，如反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，下列各项均可说明该反应达到了平衡状态：(1)断裂1molN≡N键的同时生成1molN≡N键；(2)断裂1molN≡N键的同时生成3molH—H键；(3)断裂1molN≡N键的同时断裂6molN—H键；(4)生成1molN≡N键的同时生成6molN—H键。4．定量依据：若Qc＝K，反应处于平衡状态。■对点练——沿着高考方向训练·1．(2017·石家庄第一次摸底)恒温恒容条件下，某密闭容器中发生如下反应：H2(g)＋I2(g)2HI(g)，说明该反应已达到平衡状态的是()A．容器内总压强不随时间改变B．气体的密度不随时间改变C．单位时间内生成2molHI同时消耗1molH2D．H2的体积分数不随时间改变D[该反应前后气体总分子数不变，则恒温恒容条件下，容器内气体总压强始终不变，故不能根据总压强的不变判断反应达到平衡状态，A错误。反应物和生成物均为气体，则气体总质量不变，又知该反应在恒温恒容条件下进行，则气体的密度始终不变，故不能根据密度不变判断反应达到平衡状态，B错误。生成2molHI和消耗1molH2均表示正反应速率，故不能判断反应达到平衡状态，C错误。该反应正向进行时，H2的体积分数减小，而逆向进行时，H2的体积分数增大，当H2的体积分数不随时间改变，即v正(H2)＝v逆(H2)，则该反应达到平衡状态，D正确。]2．(2017·北京东城区期末)用Cl2生产某些含氯有机物时会生成副产物HCl，利用下列反应可实现氯的循环利用：4HCl(g)＋O2(g)2Cl2(g)＋2H2O(g)ΔH＝－115.6kJ·mol－1。恒温恒容的密闭容器中，充入一定量的反应物发生上述反应，能充分说明该反应达到化学平衡状态的是()【导学号：】A．气体的质量不再改变B．氯化氢的转化率不再改变C．断开4molH—Cl键的同时生成4molH—O键D．n(HCl)∶n(O2)∶n(Cl2)∶n(H2O)＝4∶1∶2∶2B[反应物和生成物均为气体，气体的总质量始终不变，A错误。反应正向进行时，HCl的转化率升高；反应逆向进行时，HCl的转化率降低，当HCl的转化率不再改变时，可以说明可逆反应达到平衡状态，B正确。断开4molH—Cl键和生成4molH—O键均表示正反应方向的反应速率，不能据此判断反应是否达到平衡状态，C错误。达到平衡状态时，各反应物和生成物的物质的量保持不变，但各物质的物质的量之比不一定等于对应的化学计量数之比，D错误。]3．可逆反应：2NO2(g)2NO(g)＋O2(g)在体积固定的密闭容器中进行，达到平衡状态的标志是()①单位时间内生成nmolO2的同时生成2nmolNO2②单位时间内生成nmolO2的同时生成2nmolNO③用NO2、NO、O2表示的反应速率之比为2∶2∶1的状态④混合气体的颜色不再改变的状态⑤混合气体的密度不再改变的状态⑥混合气体的压强不再改变的状态⑦混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态A．①④⑥⑦ B．②③⑤⑦C．①③④⑤ D．全部A[①单位时间内生成nmolO2的同时生成2nmolNO2，能说明反应达到平衡状态；②描述的都是正反应方向，无法判断是否达到平衡状态；③无论达到平衡与否，同向的反应速率之比总是等于化学计量数之比；④混合气体的颜色不变能够说明反应达到了平衡状态；⑤因容器体积固定，密度是一个常数，所以其不能说明反应达到平衡状态；该反应是一个反应前后气体体积不等的反应，容器的体积又固定，所以⑥、⑦均能说明反应达到平衡状态。]4．向某绝热密闭容器中加入一定量CO2(g)和H2(g)，发生反应：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH＝－49kJ·mol－1。下列图像中能表明此容器中的反应已处于平衡状态的是()【导学号：】ABCDB[随着反应的进行，H2的百分含量逐渐减小，A项错误；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，B项正确；ΔH是一个定值，不能用于判断可逆反应是否达到平衡状态，C项错误；该反应最终会达到平衡状态，故甲醇的生成速率不可能一直增大，D项错误。]5．1100℃时，在恒容密闭容器中，发生可逆反应：Na2SO4(s)＋4H2(g) Na2S(s)＋4H2O(g)。能判断反应达到平衡状态的是()【导学号：】A．混合气体的压强不变B．混合气体的密度不变C．混合气体的总物质的量不变D．各气体的浓度相等B[这是一个反应前后气体分子总数不变的反应，恒容条件下，气体的压强、物质的量始终保持不变，A、C项错误；反应没有达到平衡时，气体的总质量发生变化，混合气体的密度不变说明反应已经达到平衡状态，B项正确；各气体的浓度相等无法说明正、逆反应速率是否相等，D项错误。][方法技巧]化学平衡标志判断关注点■提能力——针对热点题型训练·(见专题限时集训T2、T3、T5)命题热点2化学反应速率与化学平衡图像(对应学生用书第34页)■储知识——剖解重点难点备考·1．化学反应速率和化学平衡图像题解法思路(1)两个原则①先拐先平。例如，在转化率—时间图像上，先出现拐点的曲线先达到平衡，此时逆向推理可得该曲线对应的温度高、浓度大或压强大。②定一议二。当图像中有三个量时，先确定一个量不变再讨论另外两个量的关系。(2)三个步骤2．外界条件改变对化学反应速率和化学平衡的影响外界条件改变eq\o(→,\s\up8(影响))反应速率eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(v正,v逆))eq\o(→,\s\up8(影响))eq\a\vs4\al(化学平衡，)可归纳为：■对点练——沿着高考方向训练·1．(2017·湖北八所重点中学联考)将6molCO2和8molH2充入一容积为2L的密闭容器中(温度保持不变)发生反应CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH<0。测得H2的物质的量随时间变化如图中实线所示(图中字母后的数字表示对应的坐标)。该反应在8～10min内CO2的平均反应速率是()A．0.5mol·L－1·min－1 B．0.1mol·L－1·min－1C．0mol·L－1·min－1 D．0.125mol·L－1·min－1C[由题图可知，该反应在8至10min内，H2的物质的量在对应的c、d点都是2mol，因此v(H2)＝0mol·L－1·min－1，说明反应达到平衡，各组分的物质的量的变化值为0，则v(CO2)＝0mol·L－1·min－1，故C正确。]2．(2017·郑州第一次质检)一定条件下向某密闭容器中加入0.3molA、0.1molC和一定量的B三种气体，图甲表示各物质的物质的量浓度随时间的变化，图乙表示反应速率随时间的变化，t2、t3、t4、t5时刻后各改变一种条件。若t4时刻改变条件是压强，则下列说法错误的是()A．若t1＝15s，则前15s的平均反应速率v(C)＝0.004mol·L－1·s－1B．该反应的化学方程式为3A(g)B(g)＋2C(g)C．t2、t3、t5时刻改变的条件分别是升高温度、加入催化剂、增大反应物浓度D．B的起始物质的量为0.04molC[由题图甲可知，15s内c(C)由0.05mol·L－1升高到0.11mol·L－1，则有v(C)＝eq\f(0.11－0.05mol·L－1,15s)＝0.004mol·L－1·s－1，A正确。由题图甲可知，t1时刻达到平衡状态时，Δc(A)、Δc(C)分别为0.09mol·L－1、0.06mol·L－1，则A、C的化学计量数之比为3∶2；由题图乙可知，t4时刻改变压强，正、逆反应速率同等程度变化，说明反应前后气体总分子数相等，从而推知该反应为3A(g)B(g)＋2C(g)，B正确。t2时刻正、逆反应速率均增大，可能是升高温度；t3时刻正、逆反应速率均同等程度增大，可能是加入了催化剂；t5时刻正、逆反应速率均增大，不可能是仅增大反应物浓度引起，C错误。起始时加入0.1molC，此时c(C)＝0.05mol·L－1，则容器容积为eq\f(0.1mol,0.05mol·L－1)＝2L；由题图甲可知，反应中消耗0.09mol·L－1A，则生成0.03mol·L－1B，故B的起始物质的量为0.05mol·L－1×2L－0.03mol·L－1×2L＝0.04mol，D正确。]3．(2017·江西师大附中三模)CO2经催化加氢可合成乙烯：2CO2(g)＋6H2(g)C2H4(g)＋4H2O(g)。0.1MPa时，按n(CO2)∶n(H2)＝1∶3投料，测得不同温度下平衡时体系中各物质浓度的关系如图。下列叙述不正确的是()【导学号：】A．该反应的ΔH<0B．曲线b代表H2OC．N点和M点所处状态的c(H2)不一样D．其他条件不变，T1℃、0.2MPa下反应达平衡时c(HC[温度升高，H2的浓度增大，平衡逆向移动，则逆反应是吸热反应，正反应是放热反应，ΔH<0，则曲线a代表CO2，根据反应方程式可知，b代表H2O，曲线c代表C2H4，故A、B正确；N点和M点处于相同温度下，所处状态相同，则c(H2)相同，C错误；其它条件不变，T1℃、0.2MPa下相对于0.1MPa增大了压强，体积减小，c(H2)增大，即达平衡时c(H24．(2017·安徽“江南十校”第一次摸底)对于密闭容器中的可逆反应A2(g)＋3B2(g)2AB3(g)，探究单一条件改变情况下，可能引起平衡状态的改变，得到如图所示的曲线(图中T表示温度，n表示物质的量)。下列判断正确的是()【导学号：】A．加入催化剂可以使状态d变为状态bB．若T1>T2，则逆反应一定是放热反应C．达到平衡时，A2的转化率大小为b>a>cD．在T2和n(A2)不变时达到平衡，AB3的物质的量的大小为c>b>aD[加入催化剂只改变反应速率，不能使平衡发生移动，故加入催化剂不能使状态d变为状态b，A错误。若T1>T2，由题图可知，温度升高，n(B2)不变时，平衡时AB3的体积分数减小，说明升高温度，平衡逆向移动，则逆反应是吸热反应，B错误。图中横坐标为n起始(B2)，增大一种反应物的量会提高另一种反应物的转化率，则n起始(B2)越大，平衡时A2的转化率越大，即达到平衡时A2的转化率大小为c>b>a，C错误。其他条件相同时，n起始(B2)越大，平衡时A2的转化率越大，则平衡时AB3的物质的量越大，故平衡时AB3的物质的量的大小为c>b>a，D正确。]5.工业上用下列反应合成甲醇：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)。在固定容积为2L的密闭容器中，由CO2和H2合成甲醇，在其他条件不变的情况下，研究温度对反应的影响，实验结果如图所示(注：T1、T2均大于300℃)。下列说法正确的是()【导学号：】A．温度为T1时，从反应开始到平衡，生成甲醇的平均速率为v(CH3OH)＝eq\f(n1,t1)mol·L－1·min－1B．该反应在温度为T1时的平衡常数比温度为T2时的小C．该反应的正反应为放热反应D．处于A点的反应体系从T1变到T2，达到平衡时eq\f(nH2,nCH3OH)减小C[由图像可知在温度为T2时反应先达到平衡，因此温度T2>T1，温度高反应达平衡时甲醇的物质的量反而低，说明正反应是放热反应，升高温度平衡常数减小，故B项错误，C项正确。温度为T1时，从反应开始到达到平衡，生成甲醇的物质的量为n1mol，此时甲醇的浓度为eq\f(n1,2)mol·L－1，所以生成甲醇的平均速率为v(CH3OH)＝eq\f(n1,2t1)mol·L－1·min－1，A项错误。因为温度T2>T1，所以A点的反应体系从T1变到T2时，平衡会向逆反应方向移动，即生成物浓度减小而反应物浓度增大，所以D项错误。]■提能力——针对热点题型训练·(见专题限时集训T1、T8、T9、T10)命题热点3化学反应速率与化学平衡的相关计算(对应学生用书第35页)■储知识——剖解重点难点备考·1．化学反应速率计算关键抓公式，注意v(A)＝eq\f(ΔcA,Δt)＝eq\f(nΔA,V·Δt)，注意A状态不能是固体或纯液体。2．“三段式法”计算化学平衡常数和转化率明确三个量：起始量、变化量、平衡量如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－1ab00变化/mol·L－1mxnxpxqx平衡/mol·L－1a－mxb－nxpxqx(1)计算平衡常数K＝eq\f(pxp·qxq,a－mxm·b－nxn)(2)计算“三个量”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：实际产量占理论产量的百分数。一般来说，转化率越高，原料利用率越高，产率越高。产率＝eq\f(产物实际质量,理论产量)×100%。③混合物中某组分的百分含量＝eq\f(平衡量,平衡总量)×100%。■悟真题——挖掘关键信息解题·[例](2017·全国Ⅰ卷节选)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。H2S与CO2在高温下发生反应：H2S(g)＋CO2(g)COS(g)＋H2O(g)。在610K时，将eq\a\vs4\al(0.10molCO2与0.40molH2S充入2.5L)①的空钢瓶中，反应eq\a\vs4\al(平衡后水的物质的量分数为0.02)②。(1)H2S的eq\a\vs4\al(平衡转化率)③α1＝________%，反应eq\a\vs4\al(平衡常数)③K＝________。(2)在eq\a\vs4\al(620K重复实验，平衡后水的物质的量分数为0.03)④，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[审题指导]题眼挖掘关键信息①已知平衡体系物质的起始量和体积②平衡时产物H2O(g)的物质的量分数③平衡转化率和平衡常数的含义④温度升高，生成物含量增大【解析】(1)解：设平衡时H2S转化的物质的量为x。H2S(g)＋CO2(g)COS(g)＋H2O(g)初始/mol0.400.1000转化/molxxxx平衡/mol0.40－x0.10－xxx由题意得：eq\f(x,0.40mol－x＋0.10mol－x＋x＋x)＝0.02解得：x＝0.01molH2S的平衡转化率α1＝eq\f(0.01mol,0.40mol)×100%＝2.5%。K＝eq\f(cCOS·cH2O,cH2S·cCO2)＝eq\f(\f(0.01,2.5)×\f(0.01,2.5),\f(0.40－0.01,2.5)×\f(0.10－0.01,2.5))＝eq\f(1,351)≈2.8×10－3。(2)温度升高，水的平衡物质的量分数增大，平衡右移，则H2S的转化率增大，故α2>α1。温度升高，平衡向吸热反应方向移动，故ΔH>0。(3)A项，充入H2S，H2S的转化率反而减小。B项，充入CO2，增大了一种反应物的浓度，能够提高另一种反应物的转化率，故H2S的转化率增大。C项，充入COS，平衡左移，H2S的转化率减小。D项，充入N2，对平衡无影响，不改变H2S的转化率。【答案】(1)2.52.8×10－3(2)>>(3)B■对点练——沿着高考方向训练·1．(2017·云南大理第二次统测)在300mL的密闭容器中，放入镍粉并充入一定量的CO气体，一定条件下发生反应：Ni(s)＋4CO(g)Ni(CO)4(g)，已知该反应平衡常数与温度的关系如下表：温度/℃2580230平衡常数5×10421.9×10－5下列说法不正确的是() 【导学号：】A．上述生成Ni(CO)4(g)的反应为放热反应B．25℃时，反应Ni(CO)4(g)Ni(s)＋4CO(g)的平衡常数为2×10－5C．80℃达到平衡时，测得n(CO)＝0.3mol，则Ni(CO)42mol·L－1D．在80℃时，测得某时刻Ni(CO)4、CO的浓度均为0.5mol·L－1v(正)>v(逆)D[随着温度升高，平衡常数减小，说明平衡逆向进行，逆向是吸热反应，正向是放热反应，故A正确；25℃时，反应Ni(CO)4(g)Ni(s)＋4CO(g)的平衡常数与Ni(s)＋4CO(g)Ni(CO)4(g)的平衡常数互为倒数，即平衡常数为eq\f(1,5×104)＝2×10－5，故B正确；80℃达到平衡时，测得n(CO)＝0.3mol，则c(CO)＝eq\f(0.3mol,0.3L)＝1mol·L－1，依据平衡常数计算式K＝eq\f(c[NiCO4],c4CO)＝2，则Ni(CO)4的平衡浓度为2mol·L－1，故C正确；在80℃时，测得某时刻Ni(CO)4、CO的浓度均为0.5mol·L－1，Qc＝eq\f(c[NiCO4],c4CO)＝eq\f(0.5,0.54)＝8>2，说明平衡逆向进行，则此时v(正)<v(逆)，故D错误。]2．(2017·湖北黄冈模拟)在恒温恒容的容器中，发生反应：H2(g)＋CO(g)C(s)＋H2O(g)，初始时加入平均相对分子质量为15的H2、CO混合气，一段时间后测得气体的平均相对分子质量为16，下列说法正确的是()A．反应前后气体的压强之比为2∶1B．反应前后气体的密度之比为15∶16C．此时CO的转化率为50%D．如果反应继续正向进行，气体的平均相对分子质量将减小C[设初始时加入H2、CO分别为xmol、ymol，则由平均相对分子质量为15有eq\f(2x＋28y,x＋y)＝15，解得x∶y＝1∶1，可令初始时加入H2、CO都为1mol，设一段时间后变化的物质的量为zmol，则H2(g)＋CO(g)C(s)＋H2O(g)起始的物质的量：1mol1mol00变化的物质的量：zmolzmolzmolzmol一段时间后物质的量：(1－z)mol(1－z)molzmolzmol由题意可知：eq\f(2×1－z＋28×1－z＋18z,2－z)＝16，解得z＝0.5，据此分析解答。根据以上分析，反应前后气体的压强之比为2∶(2－0.5)＝4∶3，故A错误；因为在恒温恒容的容器中反应，所以反应前后气体的密度之比即为气体质量之比，故为(2×1＋28×1)∶(2×0.5＋28×0.5＋18×0.5)＝5∶4，故B错误；根据以上分析，CO的转化率为eq\f(0.5mol,1mol)×100%＝50%，故C正确；如果反应继续正向进行，则生成更多的水蒸气，所以气体的平均相对分子质量将增大，故D错误。]3．(2017·山西太原适应性考试)京津晋冀等地曾多次出现严重的雾霾天气。雾霾中含有大量的气体污染物，其主要成分是氮的氧化物、一氧化碳和二氧化硫。回答下列问题： 【导学号：】(1)有机物乙烯可以消除氮的氧化物的污染。已知：①乙烯的燃烧热ΔH＝－1411.1kJ·mol－1；②N2(g)＋O2(g)2NO(g)ΔH＝＋180kJ·mol－1。则乙烯和NO反应的热化学方程式：C2H4(g)＋6NO(g)2CO2(g)＋3N2(g)＋2H2O(l)ΔH＝________kJ·mol－1。(2)NH3催化还原可以消除氮的氧化物的污染。①相同条件下，在固定容积的密闭容器中选用不同的催化剂(a、b、c)发生反应：4NH3(g)＋6NO(g)5N2(g)＋6H2O(g)，反应产生N2的物质的量浓度随时间变化如图所示。下列说法错误的是________(填序号)。A．催化剂的催化效率：a>b>cB．X点时，NH3的化学反应速率为0.5mol·L－1·min－1C．达到平衡时，使用催化剂c时NO的转化率最小D．若在恒容绝热的密闭容器中发生该反应，当K值不变时，说明反应已经达到平衡②恒温恒容下，向容积为1.0L的密闭容器中充入1.8molNH3和2.4molNO，在一定条件下发生反应，达到平衡时平衡体系的压强为反应前压强的eq\f(22,21)倍，则化学平衡常数K＝________(保留两位有效数字)。若上述反应改在恒温恒压条件下进行，则反应达到平衡时NH3的体积分数________(填“变大”“变小”或“不变”)。【解析】(1)乙烯的燃烧热ΔH＝－1411.1kJ·mol－1，据此写出热化学方程式：①C2H4(g)＋3O2(g)2CO2(g)＋2H2O(l)ΔH＝－1411.1kJ·mol－1；根据盖斯定律，由①－②×3可得：C2H4(g)＋6NO(g)2CO2(g)＋2H2O(l)＋3N2(g)，则有ΔH＝(－1411.1kJ·mol－1)－(＋180kJ·mol－1)×3＝－1951.1kJ·mol－1。(2)①由图可知，在相同时间内，分别使用催化剂a、b、c时，c(N2)逐渐减小，故催化剂的催化效率：a>b>c，A正确；X点c(N2)＝2.5mol·L－1，则前4min内消耗NH3的浓度Δc(NH3)＝eq\f(4,5)×2.5mol·L－1＝2mol·L－1，故前4min内v(NH3)＝eq\f(2mol·L－1,4min)＝0.5mol·L－1·min－1，但不能确定X点的瞬时速率，B错误；使用催化剂只能改变反应速率，但不能使平衡发生移动，故使用催化剂c时NO的转化率跟使用催化剂a、b时相等，C错误；在恒温绝热的密闭容器中进行反应，在未达到平衡前，温度会不断变化，则K值不断变化，当K值不变时，容器内温度不变，说明该反应达到平衡状态，D正确。②恒温恒容条件下，气体的压强之比等于其物质的量之比，反应前混合气体总物质的量为1.8mol＋2.4mol＝4.2mol，达到平衡时平衡体系的压强为反应前压强的eq\f(22,21)倍，则平衡时混合气体的总物质的量为4.2mol×eq\f(22,21)＝4.4mol，设转化的NH3为4xmol，则有4NH3(g)＋6NO(g)5N2(g)＋6H2O(g)起始量/mol1.82.400转化量/mol4x6x5x6x平衡量/mol1.8－4x2.4－6x5x6x则有(1.8－4x)mol＋(2.4－6x)mol＋5xmol＋6xmol＝4.4mol，解得x＝0.2，达到平衡时NH3(g)、NO(g)、N2(g)和H2O(g)的浓度(mol·L－1)分别为1.0、1.2、1.0、1.2，故化学平衡常数K＝eq\f(c5N2·c6H2O,c4NH3·c6NO)＝eq\f(1.05×1.26,1.04×1.26)＝1.0。若改为恒温恒压条件下进行该反应，反应正向进行，气体的总物质的量增大，则容器的容积增大，相当于在恒温恒容达到平衡后，再扩大容器的容积，而扩大容器容积的过程中，平衡正向移动，NH3的体积分数变小。【答案】(1)－1951.1(2)①BC②1.0变小[思维建模]化学平衡相关计算中的2种思维路径(1)化学平衡的计算解题思维路径(2)化学平衡常数解题思维路径■提能力——针对热点题型训练·(见专题限时集训T4、T6、T7、T8、T9、T10)复习效果验收|真题试做预测尝鲜(对应学生用书第36页)■体验高考真题·1．(2017·全国Ⅱ卷节选)丁烯是一种重要的化工原料，可由丁烷催化脱氢制备。回答下列问题：(1)正丁烷(C4H10)脱氢制1­丁烯(C4H8)的热化学方程式如下：①C4H10(g)C4H8(g)＋H2(g)ΔH1已知：②C4H10(g)＋eq\f(1,2)O2(g)C4H8(g)＋H2O(g)ΔH2＝－119kJ·mol－1③H2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)H2O(g)ΔH3＝－242kJ·mol－1图(a)是反应①平衡转化率与反应温度及压强的关系图，x________0.1(填“大于”或“小于”)；欲使丁烯的平衡产率提高，应采取的措施是________(填标号)。A．升高温度 B．降低温度C．增大压强 D．降低压强图(a)图(b)图(c)(2)丁烷和氢气的混合气体以一定流速通过填充有催化剂的反应器(氢气的作用是活化催化剂)，出口气中含有丁烯、丁烷、氢气等。图(b)为丁烯产率与进料气中n(氢气)/n(丁烷)的关系。图中曲线呈现先升高后降低的变化趋势，其降低的原因是___________________________________________________________________________________________________________________。(3)图(c)为反应产率和反应温度的关系曲线，副产物主要是高温裂解生成的短碳链烃类化合物。丁烯产率在590℃之前随温度升高而增大的原因可能是________、________；590________________________________________________________________。【解析】(1)由图(a)可知，同温下，xMPa时丁烯的平衡产率高于0.1MPa时的，根据压强减小平衡向右移动可知，x小于0.1。欲提高丁烯的平衡产率，应使平衡向右移动，该反应的正反应为吸热反应，因此可以通过升高温度的方法使平衡向右移动；该反应为气体体积增大的反应，因此可以通过降低压强的方法使平衡向右移动，所以A、D选项正确。(2)由于氢气是产物之一，随着n(氢气)/n(丁烷)增大，逆反应速率增大，所以丁烯产率降低。(3)该反应的正反应为吸热反应，因此升高温度可以使平衡向右移动，使丁烯的产率增大，另外，反应速率也随温度的升高而增大。由题意知，丁烯在高温条件下能够发生裂解，因此当温度超过590℃【答案】(1)小于AD(2)氢气是产物之一，随着n(氢气)/n(丁烷)增大，逆反应速率增大(3)升高温度有利于反应向吸热方向进行温度升高反应速率加快丁烯高温裂解生成短链烃类2．(2017·全国Ⅲ卷节选)298K时，将20mL3xmol·L－1Na3AsO3、20mL 3xmol·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－1②tm时，v正________v逆(填“大于”“小于”或“等于”)。③tm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】①a对：溶液pH不变时，则c(OH－)也保持不变，反应处于平衡状态。b错：根据反应方程式，始终存在速率关系：v(I－)＝2v(AsOeq\o\al(3－,3))，反应不一定处于平衡状态。c对：由于Na3AsO3总量一定，当c(AsOeq\o\al(3－,4))/c(AsOeq\o\al(3－,3))不再变化时，c(AsOeq\o\al(3－,4))、c(AsOeq\o\al(3－,3))也保持不变，反应建立平衡。d错：由图可知，建立平衡时c(I－)＝2c(AsOeq\o\al(3－,4))＝2ymol·L－1，因此c(I－)＝ymol·L－1时，反应没有建立平衡。②tm时，反应正向进行，故v正大于v逆。③由于tm时生成物AsOeq\o\al(3－,4)的浓度小于tn时AsOeq\o\al(3－,4)的浓度，因v逆的大小取决于生成物浓度的大小，故tm时的v逆小于tn时的v逆。④反应前，三种溶液混合后，c(Na3AsO3)＝3xmol·L－1×eq\f(20mL,20mL＋20mL＋20mL)＝xmol·L－1，同理，c(I2)＝xmol·L－1，反应情况如下：AsOeq\o\al(3－,3)(aq)＋I2(aq)＋2OH－(aq)AsOeq\o\al(3－,4)(aq)＋2I－(aq)＋H2O(l)eq\a\vs4\al(起始浓度/mol·L－1)xx00eq\a\vs4\al(平衡浓度/mol·L－1)x－yx－y1y2yK＝eq\f(y·2y2,x－y·x－y×12)＝eq\f(4y3,x－y2)。【答案】①ac②大于③小于tm时生成物浓度较低④eq\f(4y3,x－y2)3．(2016·全国Ⅰ卷节选)元素铬(Cr)在溶液中主要以Cr3＋(蓝紫色)、Cr(OH)eq\o\al(－,4)(绿色)、Cr2Oeq\o\al(2－,7)(橙红色)、CrOeq\o\al(2－,4)(黄色)等形式存在，Cr(OH)3为难溶于水的灰蓝色固体，回答下列问题：(1)Cr3＋与Al3＋的化学性质相似，在Cr2(SO4)3溶液中逐滴加入NaOH溶液直至过量，可观察到的现象是_________________________________________________________________________________________________________。(2)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。①用离子方程式表示Na2CrO4溶液中的转化反应________________________________________________________________________________________。②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________。③升高温度，溶液中CrOeq\o\al(2－,4)的平衡转化率减小，则该反应的ΔH________0(填“大于”“小于”或“等于”)。【解析】(1)由信息Cr3＋与Al3＋的化学性质相似知，向Cr2(SO4)3溶液中逐滴加入NaOH溶液直至过量的现象是蓝紫色溶液变浅，同时有灰蓝色沉淀生成，然后沉淀逐渐溶解，溶液变为绿色。(2)①由信息CrOeq\o\al(2－,4)和Cr2Oeq\o\al(2－,7)在溶液中可相互转化，再结合图像知，Na2CrO4溶液中的转化反应为2CrOeq\o\al(2－,4)＋2H＋Cr2Oeq\o\al(2－,7)＋H2O。②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。③溶液中CrOeq\o\al(2－,4)的平衡转化率减小，说明平衡向逆反应方向移动，由升高温度平衡向吸热的方向移动，得出正反应为放热反应，ΔH小于0。【答案】(1)蓝紫色溶液变浅，同时有灰蓝色沉淀生成，然后沉淀逐渐溶解形成绿色溶液(2)①2CrOeq\o\al(2－,4)＋2H＋Cr2Oeq\o\al(2－,7)＋H2O②增大1.0×1014③小于4．(2015·全国Ⅱ卷改编)甲醇既是重要的化工原料，又可作为燃料，利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)在催化剂作用下合成甲醇。发生的主要反应如下：①CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)ΔH1<0②CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH2③CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)ΔH3>0回答下列问题： 【导学号：】(1)反应①的化学平衡常数K表达式为________________________________；图1中能正确反映平衡常数K随温度变化关系的曲线为________(填曲线标记字母)，其判断理由是___________________________________________________________________________________________________________。图1(2)合成气组成n(H2)/n(CO＋CO2)＝2.60时，体系中的CO平衡转化率(α)与温度和压强的关系如图2所示。α(CO)值随温度升高而________(填“增大”或“减小”)，其原因是_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________；图2中的压强由大到小为________，其判断理由是_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________。图2【解析】(1)根据化学平衡常数的书写要求可知，反应①的化学平衡常数为K＝c(CH3OH)/[c(CO)·c2(H2)]。反应①为放热反应，温度升高，平衡逆向移动，平衡常数K减小，故曲线a符合要求。(2)由图2可知，压强一定时，CO的平衡转化率随温度的升高而减小，其原因是反应①为放热反应，温度升高，平衡逆向移动，反应③为吸热反应，温度升高，平衡正向移动，又使产生CO的量增大，而总结果是随温度升高，CO的转化率减小。反应①的正反应为气体总分子数减小的反应，温度一定时，增大压强，平衡正向移动，CO的平衡转化率增大，而反应③为气体总分子数不变的反应，产生CO的量不受压强的影响，因此增大压强时，CO的转化率提高，故压强p1、p2、p3的关系为p1＜p2＜p3。【答案】(1)K＝eq\f(cCH3OH,cCO·c2H2)[或Kp＝eq\f(pCH3OH,pCO·p2H2)]a反应①为放热反应，平衡常数数值应随温度升高变小(2)减小升高温度时，反应①为放热反应，平衡向左移动，使得体系中CO的量增大；反应③为吸热反应，平衡向右移动，又使产生CO的量增大；总结果，随温度升高，使CO的转化率降低p3＞p2＞p1相同温度下，由于反应①为气体总分子数减小的反应，加压有利于提升CO的转化率；而反应③为气体分子数不变的反应，产生CO的量不受压强影响。故增大压强时，有利于CO的转化率升高5．(2015·全国Ⅰ卷节选)Bodensteins研究了下列反应：2HI(g)H2(g)＋I2(g)在716K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： 【导学号：】t/min020406080120x(HI)10.910.850.8150.7950.784x(HI)00.600.730.7730.7800.784(1)根据上述实验结果，该反应的平衡常数K的计算式为________。(2)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＝0.0027min－1，在t＝40min时，v正＝________min－1。(3)由上述实验数据计算得到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)由表中数据可知，无论是从正反应方向开始，还是从逆反应方向开始，最终x(HI)均为0.784，说明此时已达到了平衡状态。设HI的初始浓度为1mol·L－1，则：2HI(g)H2(g)＋I2(g)初始浓度/mol·L－1100eq\a\vs4\al(转化浓度/mol·L－1)0.2160.1080.108eq\a\vs4\al(平衡浓度/mol·L－1)0.7840.1080.108K＝eq\f(cH2·cI2,c2HI)＝eq\f(0.108×0.108,0.7842)。(2)建立平衡时，v正＝v逆，即k正x2(HI)＝k逆x(H2)·x(I2)，k逆＝eq\f(x2HI,xH2·xI2)k正。由于该反应前后气体分子数不变，故k逆＝eq\f(x2HI,xH2·xI2)k正＝eq\f(c2HI,cH2·cI2)k正＝eq\f(k正,K)。在40min时，x(HI)＝0.85，则v正＝0.0027min－1×0.852≈1.95×10－3min－1。(3)因2HI(g)H2(g)