2024届新高考一轮复习人教版 第七章 第2讲　化学平衡 学案

第2讲化学平衡一、可逆反应和化学平衡状态1.可逆反应正逆同时,不彻底定义在同一条件下既可以向正反应方向进行,同时又可以向逆反应方向进行的化学反应特征两同指正、逆反应是在同一条件下,同时进行;化学方程式一般用“”表示共存反应物与生成物同时存在,即任一组分的转化率小于100%2.化学平衡状态(1)概念:在一定条件下的可逆反应中,当反应进行到一定“限度”时,正反应速率和逆反应速率相等,反应物的浓度和生成物的浓度均保持不变的状态。(2)建立。在一定条件下,把某一可逆反应的反应物加入固定容积的密闭容器中,反应过程如下:以上过程可用v-t(图1)或c-t(图2)图表示:(3)特征。[理解·辨析]判断正误:正确的画“√”,错误的画“×”。(1)2H2+O22H2O为可逆反应。()(2)可逆反应到达平衡时,各组分的浓度相等。()(3)可逆反应平衡时,生成物不再变化,反应停止了。()(4)到达平衡前的v正一定大于v逆。()解析:(1)不是在同一条件下同时进行。(2)可逆反应到达平衡时,各组分的浓度保持不变但不一定相等。(3)可逆反应平衡时,v正=v逆≠0。(4)若反应正向进行达到平衡,平衡前的v正大于v逆,若反应逆向进行达到平衡,平衡前的v逆大于v正。答案:(1)×(2)×(3)×(4)×二、化学平衡常数1.概念在一定温度下,当一个可逆反应达到化学平衡时,生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值,用符号K表示。2.表达式对于反应:mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),K=cp(C3.意义及影响因素意义K越大(一般来说,当K>105时,认为反应基本完全)正反应进行的程度越大反应物的转化率越大影响因素可据此判断可逆反应反应热内因反应物本身的性质外因温度升高ΔH<0,K减小ΔH>0,K增大温度降低ΔH<0,K增大ΔH>0,K减小4.应用判断可逆反应的反应方向(或化学平衡移动的方向)以及反应是否达到平衡。Q=K体系处于平衡状态Q<K反应正向进行(v正>v逆)Q>K反应逆向进行(v正<v逆)[理解·辨析]利用反应:①CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)ΔH1<0,平衡常数为K1,可减少CO2排放并合成清洁能源。该反应一般认为通过如下步骤来实现:②CO2(g)+H2(g)H2O(g)+CO(g)ΔH2>0,平衡常数为K2;③CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)ΔH3<0,平衡常数为K3。(1)升高温度,K1、K2、K3如何变化?提示:放热反应,升高温度K减小,吸热反应,升高温度K增大。因此,升高温度,K1、K3减小,K2增大。(2)其他条件不变,增大压强,此时K1如何变化?提示:平衡常数只与温度有关,故增大压强,K1不变。(3)K1与K2、K3有何数量关系?提示:由盖斯定律可知,反应①=②+③,则K1=K2·K3。三、影响化学平衡的因素1.化学平衡的移动(1)v正>v逆:平衡向正反应方向移动。(2)v正=v逆:反应达到平衡状态,平衡不移动。(3)v正<v逆:平衡向逆反应方向移动。2.影响化学平衡的外界因素改变的条件(其他条件不变)化学平衡移动的方向浓度增大反应物浓度或减小生成物浓度向正反应方向移动减小反应物浓度或增大生成物浓度向逆反应方向移动压强(对于有气体参加的可逆反应)反应前后气体体积改变增大压强向气体分子总数减小的方向移动减小压强向气体分子总数增大的方向移动反应前后气体体积不变改变压强平衡不移动温度升高温度向吸热反应方向移动降低温度向放热反应方向移动催化剂同等程度地改变v正、v逆,平衡不移动3.勒夏特列原理及应用[理解·辨析]在一恒容密闭容器中,反应aA(g)+bB(s)cC(g)+dD(g)ΔH<0,达到平衡后:(1)其他条件不变,加入一定物质的量的A或B,结合v-t图说明平衡是否移动?升高温度,平衡是否移动?提示:加入一定物质的量的A,,平衡正向(向右)移动;加入一定物质的量的B,,平衡不移动;升高温度,,平衡逆向(向左)移动。(2)保持温度不变,将容器容积缩小为原来的一半,当达到新的平衡时,A的浓度是原来的1.6倍,平衡是否发生了移动?说明方程式中各物质化学计量数间存在什么大小关系?提示:将容器容积缩小为原来的一半,若平衡不移动,则A的浓度应变为原来的2倍,而实际浓度是原来的1.6倍,说明平衡正向(向右)移动;a>c+d。(3)保持温度不变,若向该容器中充入一定量的“惰性气体”,平衡是否移动?若改为恒温恒压容器,反应达到平衡后亦向其中充入一定量的“惰性气体”,平衡是否移动?提示:恒温、恒容条件,恒温、恒压条件,(4)若上述反应中B为气体时,建立平衡后,当同等倍数地加入A(g)和B(g),达到新的平衡时,A、B的转化率如何变化?若将容器改为恒温恒压呢?提示:可通过虚拟“中间态”判断平衡移动的结果,恒温恒容新平衡状态可认为是两个原平衡状态简单的叠加并压缩而成,相当于增大压强。若a+b<c+d,A、B的转化率都减小;若a+b>c+d,A、B的转化率都增大;若a+b=c+d,A、B的转化率都不变。若为恒温恒压容器,新平衡状态可以认为是两个原平衡状态简单的叠加,压强不变,平衡不移动,A、B的转化率都不变。考点一可逆反应与化学平衡的建立可逆反应及其特征判断1.向10mL0.2mol·L-1NaI溶液中滴加4～5滴0.1mol·L-1FeCl3溶液后,再进行下列实验,可证明FeCl3溶液和NaI溶液的反应为可逆反应的是(D)A.再滴加AgNO3溶液,观察是否有AgI沉淀产生B.加入CCl4振荡后,观察下层液体颜色C.加入CCl4振荡后,取上层清液,滴加AgNO3溶液,观察是否有AgCl沉淀产生D.加入CCl4振荡后,取上层清液,滴加KSCN溶液,观察是否出现红色解析:可逆反应的特点是不能进行彻底,FeCl3溶液和过量的碘化钠溶液反应,若仍有三价铁离子存在,则说明该反应为可逆反应,所以加入CCl4振荡后,取上层清液,滴加KSCN溶液,若溶液变红色,证明有三价铁离子存在,说明该反应为可逆反应。2.在一密闭容器中进行反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),已知反应过程中某一时刻SO2、O2、SO3的浓度分别为0.2mol/L、0.1mol/L、0.2mol/L,当反应达平衡时,可能存在的数据是(C)A.SO2为0.4mol/L、O2为0.2mol/LB.SO2、SO3均为0.15mol/LC.SO3为0.25mol/LD.SO3为0.4mol/L解析:假设该反应完全转化,列三段式2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)某时刻浓度/(mol/L) 0.2 0.1 0.2逆反应极限转化/(mol/L) 0.4 0.2 0正反应极限转化/(mol/L) 0 0 0.4则SO2的浓度范围为0<c(SO2)<0.4mol/L,O2的浓度范围为0<c(O2)<0.2mol/L,SO3的浓度范围为0<c(SO3)<0.4mol/L。[思维建模]极值法确定浓度范围的方法化学平衡状态的建立和判定3.298K时,将20mL3xmol·L-1Na3AsO3、20mL3xmol·L-1I2和20mLNaOH溶液混合,发生反应:AsO33-(aq)+I2(aq)+2OH-(aq)AsO43-(aq)+2I-(1)下列可判断反应达到平衡的是(填字母)。

a.溶液的pH不再变化b.v(I-)=2v(AsO3c.c(d.c(I-)=ymol·L-1(2)tm时,v正(填“大于”“小于”或“等于”)v逆。

(3)tm时,v逆(填“大于”“小于”或“等于”)tn时v逆,理由是。

答案:(1)ac(2)大于(3)小于tm时生成物浓度较低[方法规律]判断化学平衡状态的方法——“正逆相等,变量不变”(1)动态标志:v正=v逆≠0,先看“正逆”,后判相等。①同种物质:同一物质的生成(正)速率等于消耗(逆)速率。②不同物质:必须标明是“异向”(即正、逆)的反应速率且其速率之比等于化学计量数之比。如aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g),v正(A)(2)静态标志:“变量”不变,平衡出现,始终不变,不能判断。在未达到平衡时不断变化、达到平衡时不再发生变化的各种物理量(如各物质的质量、物质的量、浓度、百分含量、压强、密度或颜色等),如果不再发生变化,即达到平衡状态。影响化学平衡的因素辨析4.(2022·天津九十五中月考)可逆反应2A(s)+3B(g)C(g)+3D(g)ΔH<0,在一固定容器中发生并达到平衡,下列有关叙述正确的是(B)①增加A的量,平衡向正反应方向移动②升高温度,平衡向逆反应方向移动,v正减小③压强增大一倍,平衡不移动,v正、v逆不变④增大B的浓度,v正>v逆,平衡常数K增大⑤加入催化剂,平衡时反应体系压强不发生改变A.①② B.仅⑤ C.①⑤ D.④⑤解析:A为固体,增加A的量,化学平衡不移动,①错误;升高温度,v正、v逆都增大,由于v逆增大的倍数大于v正增大的倍数,所以化学平衡向吸热的逆反应方向移动,②错误;该反应有气体参加,是反应前后气体物质的量不等的反应,所以压强增大一倍,v正、v逆都增大,化学平衡向气体体积减小的逆反应方向移动,③错误;增大B的浓度,v正>v逆,化学平衡向正反应方向移动,但平衡常数只与温度有关,温度不变,化学平衡常数K不变,④错误;加入催化剂,能够降低反应的活化能,更多的普通分子变为活化分子,从而使v正、v逆都增大,由于v正、v逆增大的倍数相同,因此化学平衡不发生移动,气体的物质的量不变,体系的压强不变,⑤正确。5.(不定项)(2022·山东滕州一中期中)下列实验操作或现象能用平衡移动原理解释的是(BD)A.锌与稀硫酸反应,加入少量硫酸铜,反应速率加快B.可用浓氨水和氢氧化钠固体快速制取氨气C.淀粉在不同条件下水解(如图)D.钠与氯化钾共融制备钾:Na(l)+KCl(l)K(g)+NaCl(l)解析:锌与稀硫酸反应,加入少量硫酸铜,Zn与硫酸铜反应置换出铜,形成ZnCu、稀硫酸原电池,加快反应速率,不存在可逆反应,则不能用平衡移动原理解释,故A不符合题意;浓氨水中加入氢氧化钠固体,氢氧根离子浓度增大,化学平衡NH3+H2ONH3·H2ONH4++OH-逆向进行,放出氨气,能用平衡移动原理解释,故B符合题意;唾液为催化剂,催化剂不影响平衡,不能用平衡移动原理解释,故C不符合题意;K在该条件下为气体,K蒸气离开反应体系,K的浓度减小,可使平衡正向移动,能用平衡移动原理解释,故D符合题意。[思维建模]判断化学平衡移动问题的思维步骤考点二化学平衡常数、转化率及相关计算1.在25℃时,密闭容器中X、Y、Z三种气体的初始浓度和平衡浓度如下表:物质XYZ初始浓度/(mol·L-1)0.10.20平衡浓度/(mol·L-1)0.050.050.1下列说法错误的是(C)A.反应达到平衡时,X的转化率为50%B.反应可表示为X+3Y2Z,其平衡常数为1600C.增大压强使平衡向生成Z的方向移动,平衡常数增大D.改变温度可以改变此反应的平衡常数解析:X、Y反应的物质的量浓度分别为0.05mol·L-1、0.15mol·L-1,Z生成的物质的量浓度为0.1mol·L-1,则该反应的化学方程式为X+3Y2Z。显然,X的转化率为50%;平衡常数K=0.12.(不定项)(2022·山东济南外国语学校月考)在3个容积均为2.0L的恒容密闭容器中,反应H2O(g)+C(s)CO(g)+H2(g)ΔH>0分别在一定温度下达到化学平衡状态。下列说法正确的是(AC)容器温度(T1>T2)起始时物质的量/mol平衡时物质的量/moln(H2O)n(C)n(CO)n(H2)n(CO)ⅠT10.61.2000.2ⅡT11.21.200xⅢT2000.60.6yA.当温度为T1时,该反应的化学平衡常数为0.05B.若5min时容器Ⅰ中达到平衡,则5min内的平均反应速率:v(H2)=0.04mol/(L·min)C.达到平衡时,容器Ⅱ中H2O的转化率比容器Ⅰ中的小D.达到平衡时,容器Ⅲ中的CO的转化率小于66.7%解析:当温度为T1时,容器Ⅰ中平衡时n(CO)=0.2mol,H2O(g)+C(s)CO(g)+H2(g)起始/mol 0.6 1.2 0 0变化/mol 0.2 0.2 0.2 0.2平衡/mol 0.4 1.0 0.2 0.2该反应的化学平衡常数为K=c(CO)·c(H2)c(H2O)=0.22×0.223.二甲醚(DME)正逐渐替代化石燃料。一种由合成气制二甲醚的原理为4H2(g)+2CO(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)ΔH=-204.7kJ/mol。300℃,1L恒容密闭容器中充入4molH2和2molCO,测得容器内压强变化如下:反应时间/min0510152025压强/MPa12.410.28.47.06.26.2(1)能表示该反应的平衡常数K与温度T的关系的直线为(填“x”“y”或“z”)。

(2)反应进行到20min时,H2的转化率为,CO的平均反应速率v(CO)=mol/(L·min)。该温度下的平衡常数K=。

(3)若25min后,保持温度不变,向该容器中再充入CH3OCH3(g)、H2O(g)各0.25mol、CO(g)0.5mol,平衡将(填“正向”“逆向”或“不”)移动。

解析:(1)由题意知题给反应为放热反应,T减小,1T(2)从反应开始到20min时,设H2的物质的量的变化量是xmol,则4H2(g)+2CO(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)起始量/mol4200转化量/mol x 0.5x 0.25x 0.25x平衡量/mol 4-x 2-0.5x 0.25x 0.25x根据反应前后压强之比等于物质的量之比,则12.4∶6.2=6∶(6-x),解得x=3;反应进行到20min时,H2的转化率为34×100%=75%,CO的平均反应速率v(CO)=ΔcΔt=1.5mol/L20min=0.075mol/(L·min);平衡时,CO、H2(3)容器中再充入CH3OCH3(g)、H2O(g)各0.25mol,CO(g)0.5mol后,Q=1×11答案:(1)x(2)75%0.0752.25(3)正向[思维建模]化学平衡常数、转化率等相关计算的解题模板掌握一个方法——“三段式”法反应:mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),令A、B起始物质的量分别为amol、bmol,达到平衡后,A的转化量为mxmol,容器容积为VL,则有以下关系:则有①K=(②c平(A)=a-mxVmol③α平(A)=mxa×100%,α(A)∶α(B)=mxa∶nxb④(A)=a-mxa⑤p平p⑥ρ混=a·M(A⑦平衡时体系的平均摩尔质量:M=a·M(A微专题17高考热点——压强平衡常数及其应用1.Kp含义在化学平衡体系中,用各气体物质的分压代替浓度,计算得到的平衡常数叫压强平衡常数,其单位与表达式有关。2.Kp计算(1)根据“三段式”法计算平衡体系中各物质的物质的量或物质的量浓度。(2)计算各气体组分的物质的量分数或体积分数。(3)根据分压计算公式求出各气体物质的分压,某气体的分压=气体总压强×该气体的体积分数(或物质的量分数)。(4)根据平衡常数计算公式代入计算。(5)计算技巧。①在恒温恒容容器中,分压之比等于物质的量之比,因而在计算过程中,可以将气体分压理解为物质的量直接进行计算。②在恒温恒压容器中,利用分压等于总压强乘以体积分数(或物质的量分数)计算。③若反应前后气体分子数不变,如mA(g)+nB(g)eC(g)+fD(g),m+n=e+f,则Kp=Kc=xe((2021·广东卷,节选)我国力争于2030年前做到碳达峰,2060年前实现碳中和。CH4与CO2重整是CO2利用的研究热点之一。该重整反应体系主要涉及以下反应:a)CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)ΔH1b)CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH2c)CH4(g)C(s)+2H2(g)ΔH3d)2CO(g)CO2(g)+C(s)ΔH4e)CO(g)+H2(g)H2O(g)+C(s)ΔH5设Kpr为相对压力平衡常数,其表达式写法:在浓度平衡常数表达式中,用相对分压代替浓度。气体的相对分压等于其分压(单位为kPa)除以p0(p0=100kPa)。反应a、c、e的lnKp(1)反应a、c、e中,属于吸热反应的有(填字母)。

(2)反应c的相对压力平衡常数表达式为Kpr=(3)在图中A点对应温度下、原料组成为n(CO2)∶n(CH4)=1∶1、初始总压为100kPa的恒容密闭容器中进行反应,体系达到平衡时H2的分压为40kPa。计算CH4的平衡转化率,写出计算过程:

。

答案:(1)ac(2)p2(H2)p(CH4)·p0(3)由图可知,A点对应温度下反应c的lnKpr=0,即Kpr=p2((1)可用反应a的逆过程合成甲烷:2CO(g)+2H2(g)CH4(g)+CO2(g)。T℃将等物质的量的CO和H2充入恒压(200kPa)的密闭容器中。已知逆反应速率v逆=k逆·p(CH4)·p(CO2),其中p为分压,该温度下k逆=5.0×10-4kPa-1·s-1。反应达平衡时测得v正=516kPa·s-1。CO的平衡转化率为,该温度下反应的Kp=kPa-2(用各气体组分的分压计算的平衡常数)。

提示:设起始通入一氧化碳和氢气的物质的量都为2mol、生成甲烷的物质的量为amol,由题意可建立如下三段式2CO(g)+2H2(g)CH4(g)+CO2(g)起始/mol 2 2 0 0变化/mol 2a 2a a a平衡/mol 2-2a 2-2a a a平衡时正、逆反应速率相等,由三段式数据可得5.0×10-4×(a4-2a×200)×(a4-2a×200)=516,解得a=0.4,则一氧化碳的平衡转化率为2×0.4mol2mol(2)乙烯是比甲烷应用更广泛的有机原料。乙烯直接氧化法可获得重要的杀菌剂和工业合成原料环氧乙烷(,别称EO):反应Ⅰ:CH2CH2(g)+12O2(g)(g)ΔH1反应Ⅱ:CH2CH2(g)+3O2(g)2CO2(g)+2H2O(g)ΔH2反应Ⅰ、Ⅱ对应的-lnKpr随①ΔH2(填“>”或“<”)0。

②在T℃的恒温、恒容密闭容器中,按体积分数充入反应混合气体:乙烯30%、氧气7%,其余混合气63%(致稳气),发生反应Ⅰ(忽略反应Ⅱ)。平衡时体系压强为2000kPa,乙烯的转化率为α,则T℃下反应Ⅰ的相对压力平衡常数Kpr=提示:①由图像可知自左向右随着温度T降低,反应Ⅱ对应-lnKpr的值逐渐减小,即KpCH2CH2(g)+12O2(g)(g)V0 30 7 0ΔV -30α -15α +30αV平衡 30(1-α) 7-15α 30αKpr=30α1.(不定项)(2022·山东滕州一中月考)在200℃时,向5L带气压计的恒容密闭容器中通入2molCO2和2molCH4发生反应CO2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g),测得初始压强为p0kPa,反应过程中容器内总压强(p)随时间(t)变化(反应达到平衡时的温度与起始温度相同)如图所示。下列说法错误的是(BD)A.该反应为吸热反应B.0～4min内,反应的平均反应速率v(CO2)=0.1mol·L-1·min-1C.用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp=0.01p02D.该反应在建立平衡过程中气体的物质的量先减小后增大解析:根据题意列三段式如下CO2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g)初始/mol 2 2 0 0变化/mol x x 2x 2x平衡/mol 2-x 2-x 2x 2x由图可知平衡时总压为1.2p0,则p01.正反应气体物质的量增多,0～2min压强减小,说明容器内温度降低,该反应为吸热反应,故A正确;0～4min内,反应的平均反应速率v(CO2)=0.4mol5L×4min=0.02mol·L-1·min-1,故B错误;用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp=(2.(2022·山东济宁二模)氮氧化物(NOx)是一类特殊的污染物,它本身会对生态系统和人体健康造成危害,必须进行治理或综合利用。(1)在温度为500K时,向盛有食盐的恒容密闭容器中加入NO2、NO和Cl2,发生如下两个反应:Ⅰ.2NO2(g)+NaCl(s)NaNO3(s)+NOCl(g)ΔH1Ⅱ.2NO(g)+Cl2(g)2NOCl(g)ΔH2关于恒温恒容密闭容器中进行的反应Ⅰ和Ⅱ的下列说法中,正确的是(填字母)。

a.ΔH1和ΔH2不再变化,说明反应达到平衡状态b.反应体系中混合气体的颜色保持不变,说明反应Ⅰ达到平衡状态c.同等条件下,反应Ⅰ的速率远远大于反应Ⅱ,说明反应Ⅰ的活化能小,ΔH1<ΔH2d.达到平衡后,向反应体系中再通入一定量NOCl(g),NO2(g)和NO(g)的百分含量均减小(2)若向2L恒容密闭容器中加入0.2molNO和0.1molCl2发生反应Ⅱ,起始总压为p0。10分钟后达到平衡,用NOCl(g)表示平均反应速率v平(NOCl)=0.008mol·L-1·min-1。则NO的平衡转化率α=,该反应的平衡常数Kp=(以分压表示,分压=总压×物质的量分数)。

解析:(1)反应的焓变与方程式有关,方程式确定,反应的焓变始终不会改变,不能判断是否达到平衡状态,故a错误;气体的颜色代表浓度,颜色不变说明气体的浓度不变,是平衡判断的标志,故b正确;同等条件下,反应Ⅰ的活化能小,说明速率大,但不能确定ΔH的相对大小,故c错误;平衡后,再通入NOCl(g),对于反应Ⅱ相当于等压条件下达到等效平衡后增大压强,平衡正向移动,NO(g)的百分含量减小,对于反应Ⅰ,平衡逆向移动,但移动生成的NO2(g)的量比加入的NOCl(g)的量少,所以NO2(g)的百分含量减小,故d正确。(2)v=ΔcΔt=Δc(NOCl)10min=0.008mol·L-1·min-1,Δc(NOCl)=0.008mol·L-1·min-1×10min=0.08mol·2NO(g)+Cl2(g)2NOCl(g)起始/mol0.20.10转化/mol 0.16 0.08 0.16平衡/mol 0.04 0.02 0.16NO的平衡转化率α=0.16mol恒温恒容条件下,压强之比等于物质的量之比,p0p平=0.30.22,所以平衡时总压p平=1115p0,因为分压=总压×物质的量分数,平衡时各气体的分压为p(NO)=0.040.22×1115p0=215p0,p(Cl2)=0.020.22×1115p0=答案:(1)bd(2)80%240学生必做实验(七)探究影响化学平衡移动的因素1.浓度对化学平衡的影响(1)FeCl3溶液与KSCN溶液的反应。在小烧杯中加入10mL蒸馏水,再滴入5滴0.05mol·L-1FeCl3溶液、5滴0.15mol·L-1KSCN溶液,用玻璃棒搅拌,使其充分混合,将混合均匀的溶液平均注入a、b、c三支试管中。实验内容步骤1步骤2向试管a中滴入5滴0.05mol·L-1FeCl3溶液,与试管c进行对比向试管b中滴入5滴0.15mol·L-1KSCN溶液,与试管c进行对比向试管a中加入少量铁粉向试管b中加入少量铁粉实验现象红色加深红色加深红色变浅红色变浅结论在其他条件不变时,增大反应物的浓度,平衡正向移动在其他条件不变时,减小反应物的浓度,平衡逆向移动[因为2Fe3++Fe3Fe2+,c(Fe3+)减小](2)在K2Cr2O7溶液中存在如下平衡:C取一支试管,加入2mL0.1mol·L-1K2Cr2O7溶液,然后按下表中的步骤进行实验,观察溶液颜色的变化,判断平衡是否发生移动及移动的方向。实验步骤①向试管中滴加5～10滴6mol·L-1NaOH溶液②向试管中继续滴加5～10滴6mol·L-1H2SO4溶液实验现象黄色加深橙色加深结论在其他条件不变时,减小生成物的浓度,平衡正向移动在其他条件不变时,增大生成物的浓度,平衡逆向移动2.温度对化学平衡的影响(1)在CuCl2溶液中存在如下平衡:[Cu(H2O)4]2++4Cl-[CuCl4]2-+4H2OΔH>0 (蓝色) (黄色)取两支试管,分别加入2mL0.5mol·L-1CuCl2溶液,将其中的一支试管先加热,然后置于冷水中,观察并记录实验现象,与另一支试管进行对比。实验步骤实验现象结论①加热试管溶液由蓝色变为绿色在其他条件不变时,升高温度,平衡正向移动②将上述试管置于冷水中溶液由绿色变回蓝色,且蓝色加深在其他条件不变时,降低温度,平衡逆向移动(2)取两个封装有NO2和N2O4混合气体的圆底烧瓶(编号分别为1和2),将它们分别浸泡在热水和冷水中,比较两个烧瓶里气体的颜色。将两个烧瓶互换位置,稍等片刻,再比较两个烧瓶里气体的颜色。完成下表[2NO2(g)N2O4(g)ΔH<0]。烧瓶编号12实验步骤①置于热水①置于冷水实验现象红棕色加深红棕色变浅实验步骤②置于冷水②置于热水实验现象红棕色变浅红棕色加深结论在其他条件不变时,降低温度,平衡正向移动;升高温度,平衡逆向移动(1)对于反应:FeCl3+3KSCNFe(SCN)3+3KCl,加入少量KCl固体(不考虑溶液体积的变化),平衡移动吗?提示:FeCl3+3KSCNFe(SCN)3+3KCl反应的实质是Fe3++3SCN-Fe(SCN)3,KCl对于该平衡来说无关,浓度改变对平衡无影响,平衡不移动。(2)在对CuCl2溶液加热时,你是否观察到了[CuCl4]2-的黄色?你能说出原因吗?提示:在对CuCl2溶液加热时,不能观察到[CuCl4]2-的黄色。因为加热时,平衡正向移动,[Cu(H2O)4]2+有一部分转化为[CuCl4]2-,[Cu(H2O)4]2+显蓝色,[CuCl4]2-显黄色,而两者的混合色为绿色,所以看不到黄色。(3)在进行浓度、温度对化学平衡影响的实验时,应注意哪些问题?提示:应注意变量控制、对照实验、科学归纳法等科学方法的运用。1.将5mL0.005mol·L-1FeCl3溶液和5mL0.015mol·L-1KSCN溶液混合,达到平衡后混合液呈红色。再将混合液分为5等份,分别进行如下实验:实验①:滴加4滴水,振荡实验②:滴加4滴饱和FeCl3溶液,振荡实验③:滴加4滴1mol·L-1KCl溶液,振荡实验④:滴加4滴1mol·L-1KSCN溶液,振荡实验⑤:滴加4滴6mol·L-1NaOH溶液,振荡下列说法不正确的是(B)A.实验②中溶液颜色比实验①中深B.对比实验①和③,可证明增大生成物中某些离子的浓度,平衡逆向移动C.对比实验①和④,可证明增大反应物浓度,平衡正向移动D.对比实验①和⑤,可证明减小反应物浓度,平衡逆向移动解析:对比实验①和②,FeCl3浓度增加,平衡正向移动,实验②中溶液颜色比实验①中深,故A正确;对比实验①和③,KCl实际不参加反应,且溶液总体积变大,浓度减小,不能证明增大生成物中某些离子的浓度,平衡逆向移动,故B错误;对比实验①和④,KSCN浓度变化,可证明增大反应物浓度,平衡正向移动,故C正确;对比实验①和⑤,加NaOH溶液可降低铁离子浓度,可证明减小反应物浓度,平衡逆向移动,故D正确。2.(2022·辽宁大连联考)5mL0.1mol/LKI溶液与1mL0.1mol/LFeCl3溶液发生反应:2Fe3+(aq)+2I-(aq)2Fe2+(aq)+I2(aq),达到平衡。下列说法不正确的是(D)A.加入苯,振荡,平衡正向移动B.经苯2次萃取分离后,在水溶液中加入KSCN溶液,溶液呈红色,表明该化学反应存在限度C.加入FeSO4固体,平衡逆向移动D.该反应的平衡常数K=c解析:加入苯,振荡,碘单质溶于有机溶剂,溶液中c(I2)减小,平衡正向移动,故A正确;FeCl3与过量KI溶液充分反应后的溶液经苯2次萃取分离后,向水溶液中滴加KSCN溶液,若溶液出现红色,说明溶液中还存在Fe3+,表明该反应存在限度,故B正确;加入FeSO4固体,溶液中c(Fe2+)增大,平衡逆向移动,故C正确;反应为2Fe3+(aq)+2I-(aq)2Fe2+(aq)+I2(aq),平衡常数K=c2(3.某兴趣小组以重铬酸钾(K2Cr2O7)溶液为研究对象,结合所学反应原理的知识改变条件使其发生“色彩变幻”。已知:①K2Cr2O7溶液中存在平衡:Cr2O72-+H2O2CrO4②含铬元素的离子在溶液中的颜色:Cr2O72-(橙色)、CrO(1)ⅰ可证明反应Cr2O72-+H2O2CrO42-(2)ⅱ是验证“只降低生成物的浓度,该平衡正向移动”,试剂a是(填化学式)。

(3)ⅲ的目的是要验证“增大生成物的浓度,该平衡逆向移动”,此实验能否达到预期目的?(填“能”或“不能”),理由是

。

(4)根据实验Ⅱ中不同现象,可以得出的结论是

。

(5)继续实验①解释溶液变黄的主要原因:

。

②溶液变绿色,该反应的离子方程式是

。

解析:(1)升高温度,平衡Cr2O72-+H2O2CrO42-+2H+向着吸热反应方向移动,实验中加热溶液,溶液橙色加深,根据题意Cr2O72-在溶液中显橙色,平衡逆向移动,所以反应Cr2O7(2)“只降低生成物的浓度,该平衡正向移动”,则需要加入的试剂a必须是可以和产物离子如氢离子反应的物质,可以是氢氧化钾或碳酸钾等。(3)加入浓硫酸,不仅要考虑增加氢离子浓度使平衡逆向移动的情况,同时应考虑浓硫酸溶于水放出大量的热的情况,浓硫酸溶于水放出大量的热,平衡也会逆向移动。(5)①亚硫酸根离子可以和氢离子结合,降低氢离子浓度,引起平衡Cr2O72-+H2O2CrO4②溶液变绿色,则出现的是Cr3+(绿色),重铬酸根离子和亚硫酸根离子之间发生氧化还原反应Cr2O72-+8H++3SO32-2Cr3+答案:(1)放热(2)KOH(合理即可)(3)不能浓硫酸溶于水放出大量的热,平衡会逆向移动,所以溶液橙色加深,不能说明是由于氢离子浓度的增大使平衡逆向移动引起的(4)在酸性条件下,K2Cr2O7的氧化性更强(5)①K2Cr2O7溶液中存在平衡Cr2O72-+H2O2CrO4②Cr2O72-+8H++3SO32-2Cr3+微专题18化学反应速率和化学平衡图像图像中蕴含着丰富的信息,具有简明、直观、形象的特点,命题形式灵活。化学平衡图像类试题是高考的热点题型,高考题中涉及的化学平衡图像题目千变万化,巧妙灵活的图像题把数学的图像和化学平衡理论有机结合,要求考生能将数理思维应用于解决化学问题。此类题解题的关键是根据反应特点,明确反应条件,认真分析图像充分挖掘蕴含的信息,紧扣化学原理,找准切入点解决问题。1.图像解读的思维趋向和关注点(1)面,看横坐标与纵坐标的含义,明确自变量与因变量。(2)线,看线的走向与斜率,即看随着横坐标自变量的改变,纵坐标因变量的变化趋势,比较不同曲线或同一条曲线不同部分的斜率,确定平衡移动方向、结果或推导反应体系特点、外界条件改变等。(3)点,寻找化学平衡图像中的“重点”,即化学平衡图像中的起点、拐点、终点、交点、突变点等,借助这些“重点”中的有效信息,快速地找到解题的思路或定量计算所需数据,突破难点。2.常见图像类型的解答思路“点”到为止,解决单一变量的平衡图像。(1)分析“断点”,解读v-t图。例:,t1时其他条件不变,增大反应物的浓度;,t1时刻所改变的条件为升高温度(ΔH<0)或增大压强(ΔVg>0)。(2)“先拐先平”解决折线图。以mA(g)+nB(g)pC(g)中反应物A的转化率αA为例说明“先拐先平,数值大”原则分析反应由开始(起始物质相同时)达到平衡所用时间的长短可推知反应条件的变化。①若为温度变化引起,温度较高时,反应达平衡所需时间短。如图甲中T2>T1。②若为压强变化引起,压强较大时,反应达平衡所需时间短。如图乙中p1>p2。③若为使用催化剂引起,使用适宜催化剂时,反应达平衡所需时间短。如图丙中a使用催化剂。(3)“峰回路转”,认识“V”形(或倒“V”形)图。明确线上点是否全为平衡点,然后分段分析:①包含未平衡点(可通过假设法判定),则一般拐点后为平衡点,应用平衡移动原理分析,如,图像为不同温度,相同时间测得的反应物A的百分含量,则M后为平衡点,ΔH<0。②全部为平衡点,则拐点为某特殊值点,如合成氨反应,,则b点n(H2)∶n(N2)=3∶1。③不是平衡点,往往涉及工业生产的条件选择,可综合考虑催化剂活性影响、副反应的干扰或影响等。3.“定一议二”解决多变量的平衡图像以反应mA(g)+nB(g)qC(g)为例“定一议二”原则:如图甲,通过分析相同压强下,不同温度时反应物A的转化率大小来判断平衡移动的方向,从而确定该化学反应的热效应,即ΔH<0。图乙,通过分析相同温度下,不同压强时反应物A的转化率大小来判断平衡移动的方向,从而确定化学方程式中反应物与生成物气体物质间的化学计量数的大小关系,即m+n>q。4.综合融通,综合思维解决复杂图像在工业生产过程中,如何提升原料利用率、优化化学反应条件、提高产物的产率等是化学工作者研究的重要课题。命题者可以根据实际工业生产,结合图像,从分析投料比、转化率、产率等角度来命题,因此是现代高考及平时模拟考试的常驻题型。解读此类图像需综合利用以上技巧,分析“面—线—点”并结合题设情境进行解答。(2021·全国甲卷,节选)二氧化碳催化加氢制甲醇,有利于减少温室气体二氧化碳。其总反应可表示为CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)ΔH=-49kJ·mol-1。回答下列问题。合成总反应在起始物n(H2)n(CO2)=3时,在不同条件下达到平衡,设体系中甲醇的物质的量分数为x(CH(1)用各物质的平衡分压表示总反应的平衡常数,表达式Kp=。

(2)图中对应等压过程的曲线是,判断的理由是

。

(3)当x(CH3OH)=0.10时,CO2的平衡转化率α=,反应条件可能为或。

明标明确横、纵坐标含义,用变量的观点分析坐标,找出横、纵坐标的关系:b.x(CH3OH)～t;a.x(CH3OH)～p析线正确分析曲线的变化趋势:b因变量随自变量变小,总反应ΔH<0,升高温度时平衡向逆反应方向移动,甲醇的物质的量分数变小;a因变量随自变量增大,总反应ΔVg<0,增大压强时平衡向正反应方向移动,甲醇的物质的量分数变大找点当x(CH3OH)=0.10时,与等温线、等压线各有一交点解析:(3)设起始n(CO2)=1mol,n(H2)=3mol,则3H2(g)+CO2(g)CH3OH(g)+H2O(g)起始/mol 3 1 0 0转化/mol 3x x x x平衡/mol 3-3x 1-x x x当平衡时,若x(CH3OH)=0.10,x(3-3x)+(1-x)+x+x=0.10,解得x=1答案:(1)p(H2O)·p(CH(1)在其他条件不变的情况下,考查温度对该反应(2L恒容密闭容器内)的影响,实验结果如图所示(注:T1、T2均大于300℃)。下列说法正确的有哪些?①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)=nAtAmol·L-1②该反应在T1时的平衡常数比T2时的小③处于A点的反应体系从T1变到T2,达到平衡时n(提示:①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)=ΔcΔt=nAVtA=nA2tAmol·L-1·min-1,错误;②由题图可知,温度T1下生成甲醇的物质的量比T2下更多,即平衡正向移动,则该反应在T1时的平衡常数比T2时的大,错误;③该反应是一个放热反应,处于A点的反应体系从T(2)在一定温度和催化剂条件下,将1molCO2和3molH2通入2L密闭容器中进行反应(此时容器内总压强为200kPa),H2的分压随时间的变化曲线如图所示。①若保持容器容积不变,t1min时反应达到平衡。0～t1min内,用CH3OH的浓度变化表示的平均反应速率v(CH3OH)=mol/(L·min)(用含t1的代数式表示);此时反应的平衡常数Kp=kPa-2(Kp为以分压表示的平衡常数,列出计算式即可)。

②t2min时将容器容积迅速扩大至4L并保持不变,图中能正确表示扩大容积后H2分压变化趋势的曲线是a、b、c、d中的哪条?理由是什么?提示:①设二氧化碳转化的物质的量为xmol,依据题意列三段式CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)起始/mol 1 3 0 0转化/mol x 3x x x平衡/mol 1-x 3-3x x x相同温度、相同体积下,压强之比等于物质的量之比,则有200kPa120kPa=43-3x,解得x=0.2,平衡时,总压为4-2x4×200kPa=180kPa,甲醇的平均反应速率为0.2mol2Lt1min=0.1②容器容积迅速扩大至4L并保持不变,H2分压瞬间变为原来的12,但减小压强,平衡逆向移动,H2分压逐渐比原来的12要大,因此表示扩大容积后H(3)若往此2L恒容密闭容器中充入1.2molCO2和3.6molH2,在不同催化剂作用下发生反应Ⅰ、反应Ⅱ与反应Ⅲ,相同时间内CO2转化率随温度变化的数据如表所示,据表中数据绘制图像:相同时间内CO2转化率T1T2T3T4T5反应Ⅰ65%77%80%80%66.67%反应Ⅱ56%67%76%80%66.67%反应Ⅲ48%62%72%80%66.67%(T5时,图中c点转化率为66.67%,即转化了23①催化剂效果最佳的反应是哪组?②T3的b点v(正)、v(逆)关系如何?③T4的a点转化率比T5的c点转化率高的原因是什么?④在温度为T5时,试求算该反应的平衡常数K。提示:①反应Ⅰ②v(正)>v(逆)③该反应为放热反应,温度升高,平衡逆向移动④K=10027[思维建模]平衡图像题解题流程1.(2022·黑龙江哈尔滨六中月考)根据如图有关图像,下列说法正确的是(B)A.由图Ⅰ知,反应在T1、T3处达到平衡,且该反应的ΔH<0B.由图Ⅱ知,t1～t6时间段内反应在t6时刻,NH3体积分数最小C.由图Ⅱ知,t3时采取降低反应体系温度的措施D.图Ⅲ表示在10L容器、850℃时的反应,由图知,到4min时,反应放出5.16kJ的热量解析:根据图Ⅰ,T2℃下反应物X体积分数达到最小,生成物Z的体积分数达到最大,T2℃反应达到平衡,T1℃没有达到平衡,T2℃以后,X的体积分数增大,Z的体积分数减小,随着温度的升高,平衡向逆反应方向进行,正反应为放热反应,即ΔH<0,故A错误;t2时刻正、逆反应速率相等,平衡不移动,根据图像Ⅱ,t3后,反应向逆反应方向进行,NH3的量减少,t5后,反应又向逆反应方向进行,NH3的量又减少,故在t6时刻,NH3体积分数最小,故B正确;根据图像Ⅱ,t3时,正、逆反应速率都降低,改变的因素是降低温度或减小压强,根据图像Ⅱ,t3时,反应向逆反应方向移动,如果降低温度,该反应为放热反应,平衡向正反应方向移动,即v′正>v′逆,不符合图像,t3时刻采取的是减小压强,故C错误;根据图Ⅲ,0～4min变化的物质的量为0.12mol/L×10L=1.2mol,即放出的热量为1.2mol×43kJ/mol=51.6kJ,故D错误。2.(2022·山东省实验中学二诊)已知反应:Cl2(g)+CH2CHCH3(g)CH2CHCH2Cl(g)+HCl(g)。在一定压强下,按w=n(Cl2)nA.图甲中,w2>1B.图乙中,A线表示逆反应的平衡常数C.温度为T1、w=2时,Cl2的转化率为50%D.若在恒容绝热装置中进行上述反应,达到平衡时,装置内的气体压强将增大解析:A.根据图甲中信息可知,增大n(Cl2),w增大,平衡正向移动,丙烯的体积分数()减小,故w2>1,正确;B.根据图甲可知,升高温度,丙烯的体积分数增大,说明平衡逆向移动,逆反应为吸热反应,正反应为放热反应,则升高温度,正反应的平衡常数减小,逆反应的平衡常数增大,则图乙中,A线表示逆反应的平衡常数,正确;C.由图乙知,温度为T1时,正、逆反应的平衡常数相等,又因两者互为倒数,则平衡常数K=1,w=2时,设CH2CHCH3和Cl2的物质的量分别为amol、2amol,参加反应的Cl2的物质的量为bmol,利用三段式可列关系式b2(a-b)(23.H2S分解反应2H2S(g)2H2(g)+S2(g)在无催化剂及Al2O3催化下,恒容密闭容器中只充入H2S,在反应器中不同温度下反应,每间隔相同时间测定一次H2S的转化率,其转化率与温度的关系如图所示:下列说法错误的是(D)A.该反应的ΔH>0B.由图可知,1100℃时Al2O3几乎失去催化活性C.不加催化剂时,温度越高,反应速率越快,达到平衡的时间越短D.A点达到平衡时,若此时气体总压强为p,则平衡常数Kp=0.25p解析:由题图可知,升高温度,H2S的平衡转化率增大,说明升高温度,平衡向正反应方向移动,正反应为吸热反应,ΔH>0,A项正确;1100℃时,有催化剂和无催化剂时H2S的转化率相等,表明Al2O3几乎失去催化活性,B项正确;不加催化剂时,温度越高,反应速率越快,达到平衡的时间越短,C项正确;A点达到平衡时,H2S的平衡转化率为50%,设加入的H2S的物质的量为xmol,列出三段式2H2S(g)2H2(g)+S2(g)起始/mol x 0 0转化/mol 0.5x 0.5x 0.25x平衡/mol 0.5x 0.5x 0.25x达平衡时总物质的量为1.25xmol,Kp=p2(H1.(不定项)(2022·湖南卷)向体积均为1L的两恒容容器中分别充入2molX和1molY发生反应:2X(g)+Y(g)Z(g)ΔH,其中甲为绝热过程,乙为恒温过程,两反应体系的压强随时间的变化曲线如图所示。下列说法正确的是(BC)A.ΔH>0B.气体的总物质的量:na<ncC.a点平衡常数:K>12D.反应速率:va正<vb正解析:甲容器在绝热条件下,随着反应的进行,压强先增大后减小,根据理想气体状态方程pV=nRT可知,刚开始压强增大的原因是容器温度升高,则说明题述反应为放热反应,即ΔH<0,故A错误;因温度a点高于c点,压强相等时,na<nc,故B正确;a点为平衡点,此时容器的总压为p,假设在恒温恒容条件下进行,则气体的压强之比等于气体的物质的量(物质的量浓度)之比,所以可设Y转化的物质的量浓度为xmol·L-1,则列出三段式如下2X(g)+Y(g)Z(g)c0/(mol·L-1) 2 1 0Δc/(mol·L-1) 2x x xc平/(mol·L-1) 2-2x 1-x x则有(2-2x)+(1-x)+x2.(不定项)(2021·湖南卷)已知:A(g)+2B(g)3C(g)ΔH<0,向一恒温恒容的密闭容器中充入1molA和3molB发生反应,t1时达到平衡状态Ⅰ,在t2时改变某一条件,t3时重新达到平衡状态Ⅱ,正反应速率随时间的变化如图所示。下列说法正确的是(BC)A.容器内压强不变,表明反应达到平衡B.t2时改变的条件:向容器中加入CC.平衡时A的体积分数:(Ⅱ)>(Ⅰ)D.平衡常数K:K(Ⅱ)<K(Ⅰ)解析:题给反应是反应前后气体分子数不变的反应,随着反应的进行,气体的总物质的量始终不变,总压强始终不变,A错误;t2时,设向容器中加入3molC,正反应速率逐渐增大,达到新的平衡后保持不变,变化情况与图像相符,B正确;t2时,设向容器中加入3molC,相当于加入1molA和2molB,则状态Ⅱ相当于起始投料为2molA和5molB,若是投料为2molA和6molB与状态Ⅰ等效,即状态Ⅱ相当于减少了B的投料,平衡逆向移动,A的体积分数变大,即(Ⅱ)>(Ⅰ),C正确;化学平衡常数只与温度有关,温度不变,平衡常数不变,即K(Ⅱ)=K(Ⅰ),D错误。3.(2022·湖南卷,节选)2021年我国制氢量位居世界第一,煤的气化是一种重要的制氢途径。回答下列问题:在一定温度下,向体积固定的密闭容器中加入足量的C(s)和1molH2O(g),起始压强为0.2MPa时,发生下列反应生成水煤气:Ⅰ.C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)ΔH1=+131.4kJ·mol-1Ⅱ.CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)ΔH2=-41.1kJ·mol-1(1)下列说法正确的是。

A.平衡时向容器中充入惰性气体,反应Ⅰ的平衡逆向移动B.混合气体的密度保持不变时,说明反应体系已达到平衡C.平衡时H2的体积分数可能大于2D.将炭块粉碎,可加快反应速率(2)反应平衡时,H2O(g)的转化率为50%,CO的物质的量为0.1mol。此时,整个体系(填“吸收”或“放出”)热量kJ,反应Ⅰ的平衡常数Kp=(以分压表示,分压=总压×物质的量分数)。

解析:(1)在恒温恒容条件下,平衡时向容器中充入惰性气体不能改变反应混合物的浓度,因此反应Ⅰ的平衡不移动,A不正确;在反应中,气体的质量增加,而容器的体积不变,因此气体的密度在反应过程中不断增大,当混合气体的密度保持不变时,说明反应体系已达到平衡,B正确;若C(s)和H2O(g)完全反应全部转化为CO2(g)和H2(g),由C(s)+2H2O(g)CO2(g)+2H2(g)可知,H2的体积分数的极值为23,但可逆反应反应物不可能全部转化为生成物,因此,平衡时H2的体积分数不可能大于23,C不正确;将炭块粉碎可以增大其与H2(2)反应平衡时,H2O(g)的转化率为50%,则水的物质的量的变化量为0.5mol,水的平衡量也是0.5mol,由于CO的物质的量为0.1mol,则根据O原子守恒可知CO2的物质的量为0.2mol,根据相关反应的热化学方程式可知,生成0.3molCO过程中要吸收热量39.42kJ,生成0.2molCO2要放出热量8.22kJ,此时,整个体系吸收热量39.42kJ-8.22kJ=31.2kJ;由H原子守恒可知,平衡时H2的物质的量为0.5mol,CO的物质的量为0.1mol,CO2的物质的量为0.2mol,水的物质的量为0.5mol,则平衡时气体的总物质的量为0.5mol+0.1mol+0.2mol+0.5mol=1.3mol,在同温、同体积条件下,气体的总压之比等于气体的总物质的量之比,则平衡体系的总压为0.2MPa×1.3=0.26MPa,反应Ⅰ[C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)]的平衡常数Kp=0.1答案:(1)BD(2)吸收31.20.02MPa4.(2022·河北卷,节选)氢能是极具发展潜力的清洁能源,以氢燃料为代表的燃料电池有良好的应用前景。工业上常用甲烷水蒸气重整制备氢气,体系中发生如下反应。Ⅰ.CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)Ⅱ.CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)(1)下列操作中,能提高CH4(g)平衡转化率的是(填标号)。

A.增加CH4(g)用量B.恒温恒压下通入惰性气体C.移除CO(g) D.加入催化剂(2)恒温恒压条件下,1molCH4(g)和1molH2O(g)反应达平衡时,CH4(g)的转化率为α,CO2(g)的物质的量为bmol,则反应Ⅰ的平衡常数Kx=[写出含有α、b的计算式;对于反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),Kx=xp(C)·xq(D解析:(1)增加CH4(g)用量可以提高H2O(g)的转化率,但是CH4(g)的平衡转化率减小,A不符合题意;恒温恒压下通入惰性气体,相当于减小体系压强,反应混合物中各组分的浓度减小,反应Ⅰ的化学平衡正向移动,能提高CH4(g)平衡转化率,B符合题意;移除CO(g),减小了反应混合物中CO(g)的浓度,反应Ⅰ的化学平衡正向移动,能提高CH4(g)平衡转化率,C符合题意;加入催化剂不能改变平衡状态,故不能提高CH4(g)平衡转化率,D不符合题意。(2)恒温恒压条件下,1molCH4(g)和1molH2O(g)反应达平衡时,CH4(g)的转化率为α,CO2(g)的物质的量为bmol,则转化的CH4(g)为αmol,剩余的CH4(g)为(1-α)mol,根据C元素守恒可知,CO(g)的物质的量为(α-b)mol,根据H和O守恒可知,H2O(g)的物质的量为(1-α-b)mol,H2(g)的物质的量为(3α+b)mol,则反应混合物的总物质的量为(2α+2)mol,平衡体系中,CH4(g)、H2O(g)、CO(g)、H2(g)的物质的量分数分别为1-α2+2α、1-α-b2+2α、α-b2+2α、3α+b2+2α,因此,反应Ⅰ的平衡常数Kx=α-b答案:(1)BC(2)(α(40分钟)选题表知识点题号基础能力创新可逆反应与化学平衡状态1化学平衡常数、转化率的计算与应用36,7,811化学平衡的移动及化学平衡图像25综合49,10121.已知反应:NO2(g)+SO2(g)SO3(g)+NO(g),起始时向某密闭容器中通入1molNO2、2molS18O2,反应达到平衡后,下列有关说法正确的是(C)A.NO2中不可能含18OB.有1molN18O生成C.S18O2的物质的量不可能为0.8molD.SO2、SO3、NO、NO2均含18O时,说明该反应达到平衡解析:该反应为可逆反应,则通入1molNO2、2molS18O2,反应达到平衡后,SO2、SO3、NO、NO2均含18O,A错误;该反应为可逆反应,反应物不可能完全消耗,所以通入1molNO2、2molS18O2,不可能有1molN18O生成,B错误;该反应为可逆反应,反应物不可能完全消耗,所以通入1molNO2、2molS18O2,NO2、S18O2消耗都小于1mol,所以S18O2的物质的量不可能为0.8mol,C正确;该反应为可逆反应,SO2、SO3、NO、NO2均含18O时,不能说明该反应达到平衡,D错误。2.(2022·贵州六盘水高级中学月考)臭氧在烟气脱硝中的反应为2NO2(g)+O3(g)N2O5(g)+O2(g)。若此反应在恒容密闭容器中进行,下列选项中有关图像对应的分析正确的是(C)解析:由图可知,反应物总能量高于生成物总能量,正反应为放热反应,升高温度,平衡向逆反应方向移动,NO2的含量增大,故A错误;由图可知,0～2s内,二氧化氮的浓度变化量为0.8mol·L-1-0.4mol·L-1=0.4mol·L-1,故v(NO2)=0.4mol·L-12s=0.2mol·L-1·0.1mol·L-1·s-1,故B错误;温度高,化学反应速率快,b点温度高于a点,故v正为b点>a点,b点NO2的体积分数未达到平衡时的体积分数,则平衡向生成NO2的方向移动,即反应向逆反应方向进行,故b点v逆>v正,故C正确;容器中充入反应物,正反应速率瞬间增大,逆反应速率不变,然后平衡移动至建立新平衡,该过程速率图像与图示不符,故D错误。3.(2022·山东济南历城二中开学考)在容积恒为1L的密闭容器中通入一定量N2O4,发生反应N2O4(g)2NO2(g)ΔH>0。假设温度不变,体系中各组分浓度随时间(t)的变化如下表。下列说法错误的是(B)t/s020406080c(N2O4)/(mol/L)0.1000.0620.0480.0400.040c(NO2)/(mol/L)00.0760.1040.1200.120A.0～40s,N2O4的平均反应速率为0.078mol/(L·min)B.80s时,再充入N2O4、NO2各0.12mol,平衡移动C.升高温度,反应的化学平衡常数增大D.若压缩容器,达到新平衡后,混合气颜色比原平衡时深解析:A.在0～40s,N2O4的浓度变化量为0.100mol/L-0.048mol/L=0.052mol/L,则用N2O4的浓度变化表示的平均反应速率v(N2O4)=0.052mol/L40c2(NO2)c(N2O0.240204.密闭容器中用Na2CO3(s)作固硫剂,同时用一定量氢气还原辉钼矿(MoS2)的原理是MoS2(s)+4H2(g)+2Na2CO3(s)Mo(s)+2CO(g)+4H2O(g)+2Na2S(s)ΔH,实验测得平衡时的有关变化曲线如图所示:(1)由图可知,该反应的ΔH(填“>”或“<”)0;p2(填“>”或“<”)0.1MPa。

(2)如果上述反应在容积不变的密闭容器中达到平衡状态,下列说法错误的是(填字母)。

A.v正(H2)=v逆(H2O)B.再加入MoS2,则H2的转化率增大C.容器内气体的密度不变时,一定达平衡状态D.容器内压强不变时,一定达平衡状态(3)由图可知M点时氢气的平衡转化率为(计算结果保留0.1%)。

(4)平衡常数可用平衡分压代替平衡浓度计算,气体分压=气体总压×物质的量分数。求图中M点的平衡常数Kp=MPa2。

解析:(1)由图可知,在相同的压强下,反应物氢气的体积分数随温度的升高而减小,故该反应为吸热反应,该反应的ΔH>0;该反应为气体分子数增大的反应,在相同温度下,压强越小,氢气的转化率越大,则氢气的体积分数越小,故p2>0.1MPa。(2)v正(H2)=v逆(H2O),能表示正反应速率和逆反应速率相等,A正确;MoS2是固体,再加入MoS2不能改变其浓度,故不能使平衡发生移动,则H2的转化率不变,B错误;反应前后有固体参与,气体的密度发生变化,故当容器内气体的密度不变时,一定达平衡状态,C正确;反应前后的气体分子数不等,容器内压强不变时,一定达平衡状态,D正确。(3)由图可知M点时氢气的体积分数为25%,设氢气的起始量为4mol,转化率为α,则氢气的变化量为4αmol,CO和H2O的变化量分别为2αmol和4αmol,三者的平衡量分别为(4-4α)mol、2αmol和4αmol,则有4-4α4-4α+2α+4α=25%,解得α=23,故M点时H2的平衡转化率约为66.7%。(4)平衡常数可用平衡分压代替平衡浓度计算,气体分压=气体总压0.01MPa2。答案:(1)>>(2)B(3)66.7%(4)0.015.(2022·河南信阳二模)在恒温恒压下,某一容积可变的密闭容器中发生反应A(g)+B(g)2C(g)ΔH<0,t1时达到平衡,在t2时改变某一条件,其反应过程如图所示。下列说法正确的是(B)A.Ⅰ、Ⅱ两过程达到平衡时,A的体积分数:Ⅰ>ⅡB.t2时改变的条件是向密闭容器中加入物质CC.0～t2时,v正>v逆D.Ⅰ、Ⅱ两过程达到平衡时,平衡常数:K(Ⅰ)<K(Ⅱ)解析:反应速率与其物质的量浓度成正比,Ⅰ、Ⅱ达到平衡状态时逆反应速率相等,说明Ⅰ、Ⅱ达到平衡状态时各物质的物质的量浓度不变,则A的体积分数为Ⅰ=Ⅱ,故A错误;向容积可变的密闭容器中加入物质C,逆反应速率瞬间增大,再次建立的平衡与原平衡等效,说明v逆和原平衡相等,符合图像,故B正确;由题中图示可知,0～t1时,逆反应速率增大,说明反应正向进行,反应正向进行时,正反应速率大于逆反应速率,即v正>v逆,t1～t2时,逆反应速率不变,说明处于平衡状态,平衡状态时,正反应速率等于逆反应速率,即v正=v逆,故C错误;化学平衡常数只与温度有关,Ⅰ、Ⅱ温度相同,其平衡常数相同,故D错误。6.(2022·湖南长沙雅礼中学月考)500K时,在三个容积均为2L的恒容密闭容器中,发生反应:A(g)+2B(g)2C(g)ΔH<0。实验测得:v正=k正c(A)c2(B),v逆=k逆c2(C),其中k正、k逆为速率常数,受温度影响。下列说法正确的是(B)容器编号起始物质的量/mol平衡时A的物质的量/molABCⅠ001.20.4Ⅱ0.41.00.6Ⅲ0.71.00A.达平衡时,容器Ⅰ与容器Ⅱ中的总压强之比为4∶5B.达平衡时,容器Ⅲ中B的体积分数小于50%C.达平衡时,容器Ⅱ中c(D.当温度改变为T时,若k正=k逆,则T<500K解析:由表中数据和容器Ⅰ的反应,列三段式A(g)+2B(g)2C(g)起始/(mol/L) 0 0 0.6转化/(mol/L) 0.2 0.4 0.4平衡/(mol/L) 0.2 0.4 0.2平衡常数为K=c2(C)c0.2)mol/L×2L=1.6mol,若平衡时容器Ⅰ与容器Ⅱ中的总压强之比为4∶5,则容器Ⅱ平衡时的总物质的量为2.0mol,对容器Ⅱ列三段式A(g)+2B(g)2C(g)起始/(mol/L) 0.2 0.5 0.3转化/(mol/L) x 2x 2x平衡/(mol/L) 0.2-x 0.5-2x 0.3+2x由假设可得(0.2-x+0.5-2x+0.3+2x)mol/L×2L=2.0mol,解得x=0,说明反应刚开始就已经达到平衡状态,而该时刻的Q=0.K=1.25,由此可知该时刻反应未达到平衡状态,两者出现矛盾,则说明平衡时,容器Ⅰ与容器Ⅱ中的总压强之比不是4∶5,故A错误;若容器Ⅲ在某时刻,B的体积分数为50%,A(g)+2B(g)2C(g)起始/(mol/L) 0.35 0.5 0转化/(mol/L) y 2y 2y某时刻/(mol/L) 0.35-y 0.5-2y 2yB的体积分数为0.5-2y0.35-yk正=k逆,反应达平衡时,v正=v逆,则v正=k正c(A)c2(B)=v逆=k逆c2(C),可得c(A)c2(B)=c2(C),由平衡常数表达式K=c2(C)c(A7.(2023·吉林长春模拟)固体碘化铵置于密闭容器中,加热至一定温度后保持温度不变,容器中发生反应:①NH4I(s)NH3(g)+HI(g)、②2HI(g)H2(g)+I2(g),测得平衡时c(I2)=0.5mol·L-1,反应①的平衡常数为20,则下列结论不正确的是(D)A.平衡时c(NH3)=5mol·L-1B.平衡时HI分解率为20%C.混合气体的平均摩尔质量不再发生变化不可以作为判断该反应达到平衡状态的标志D.平衡后缩小容器容积,NH4I的物质的量增加,I2的物质的量不变解析:设碘化铵生成氨气和碘化氢的浓度为xmol·L-1,则2HI(g)H2(g)+I2(g)起始/(mol·L-1) x 0 0变化/(mol·L-1) 1 0.5 0.5平衡/(mol·L-1) x-1 0.50.5根据反应①的平衡常数为20,得x(x-1)=20,解得x=5,c(NH3)=5mol·L-1,A项正确;平衡时HI分解率为1mol·L-15mol·8.(不定项)(2022·山东德州三模)用CO还原N2O可减轻汽车尾气对空气的污染,该反应的热化学方程式为N2O(g)+CO(g)CO2(g)+N2(g)ΔH<0。在容积为1L的密闭容器A(500℃,恒温)、B(起始500℃,绝热)中分别加入0.1molN2O和0.4molCO,测得容器中N2O转化率随时间变化关系如图。下列说法正确的是(BC)A.A容器中N2O的转化率随时间的变化关系是图中的曲线aB.可通过缩小容器容积来缩短b曲线对应容器达到平衡的时间,同时不改变N2O的平衡转化率C.500℃该反应的化学平衡常数K=1D.在平衡后向A容器中加入0.075molN2O与0.025molCO2,则平衡正向移动解析:反应放热,绝热容器中随着反应进行温度升高,反应速率不断加快,达到平衡的时间缩短,同时温度升高不利于反应正向进行,则到达平衡时,B容器相对于A容器,N2O的转化率降低,但达到平衡的时间缩短,所以曲线a表示B容器中N2O的转化率随时间的变化关系,A错误;反应为气体分子数不变的反应,反应前后体系压强不变,增大压强可以增大化学反应速率,缩短到达平衡的时间,同时不影响反应物的平衡转化率,具体措施可以减小容器容积,B正确;根据图像可知,500℃时,N2O的平衡转化率为25%,起始时充入0.1molN2O、0.4molCO反应,N2O(g)+CO(g)CO2(g)+N2(g)起始/mol 0.1 0.4 0 0转化/mol 0.0250.025 0.025 0.025平衡/mol 0.075 0.375 0.025 0.025则平衡常数K=c(N2)·c(CO2)c(N2O9.(不定项)(2022·山东烟台三模)已知环戊二烯制备二聚环戊二烯的反应:ΔH<0。某实验小组分别在2L的恒容密闭容器中各充入3.0mol环戊二烯,测得在T1℃和T2℃下环戊二烯气体的浓度随反应时间的变化曲线如图所示。下列说法错误的是(D)A.M、N、P、Q四点的逆反应速率大小关系:Q>N>P>MB.T2℃,用二聚环戊二烯表示0～0.5h的平均反应速率为0.5mol·L-1·h-1C.P点可能处于化学平衡状态D.T1℃,若向Q点再充入1.0mol环戊二烯达到平衡时反应物的转化率将小于86.7%解析:由图像可知T1℃时的反应速率快,可知T1>T2,温度越高反应速率越快,且Q、N点的二聚环戊二烯的浓度均比P点的高,则N、Q点对应的逆反应速率比P点对应的逆反应速率快,N点到Q点的过程反应正向进行,Q点逆反应速率大于N点,M点到P点的过程中反应正向进行,则P点的逆反应速率大于M点,则四点的逆反应速率Q>N>P>M,故A正确;T2℃,用环戊二烯表示0～0.5h的平均反应速率为0.1.0mol·L-1·h-1,根据速率之比等于化学计量数之比可知用二聚环戊二烯表示0～0.5h的平均反应速率为0.5mol·L-1·h-1,故B正确;由图像可知P点之前环戊二烯的浓度一直减小,反应未达平衡,P点之后的浓度可能保持不变,则P点可能处于化学平衡状态,故C正确;T1℃,若向Q点再充入1.0mol环戊二烯,根据等效平衡思想,可视为增大体系内压强,而增大压强平衡正向移动,能提高环戊二烯的转化率,由图中数据可知,原平衡时其转化率约为86.7%,则充入环戊二烯再次平衡时反应物的转化率将大于86.7%,故D错误。10.(2022·吉林延边模拟)CO2和CH4是两种重要的温室气体,通过CH4和CO2反应制造更高价值的化学品是目前的研究目标。请回答下列问题。Ⅰ.工业上可以利用CO2和H2合成CH3OH:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)ΔH<0。该反应在起始温度和容积均相同(T℃、1L)的两个密闭容器中分别进行,反应物起始物质的量见下表:项目CO2(mol)H2(mol)CH3OH(mol)H2O(mol)反应a(恒温恒容)1300反应b(绝热恒容)0011(1)达到平衡时,反应a、b对比:CO2的体积分数(a)(填“>”“<”或“=”)(b)。

(2)下列能说明反应a达到平衡状态的是(填字母)。

A.v正(CO2)=3v逆(H2)B.混合气体的平均摩尔质量不再改变C.c(CH3OH)=c(H2O)D.容器内压强不再改变Ⅱ.我国科学家研究了不同反应温度对含碳产物组成的影响。已知:反应1.CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)ΔH<0反应2.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH>0在密闭容器中通入3mol的H2和1mol的CO2,分别在1MPa和10MPa下进行反应。实验中对平衡体系组成的三种含碳物质(CO2、CO、CH4)进行分析,其中温度对CO和CH4的影响如图所示。(3)10MPa时,表示CH4和CO平衡组成随温度变化关系的曲线