高考化学一轮复习第8章化学反应速率与化学平衡第39讲化学平衡状态化学平衡的移动学案

第39讲化学平衡状态化学平衡的移动1．掌握化学平衡状态的特征及判定方法。2．理解外界条件对化学平衡的影响规律，能动态分析平衡的移动方向及相关物理量的变化。考点一可逆反应与化学平衡状态1．化学平衡研究的对象——可逆反应2．化学平衡状态(1)概念：一定条件下的可逆反应，当正反应速率和逆反应速率eq\o(□,\s\up1(6))________时，反应物和生成物的浓度不再改变的状态。(2)建立过程。(3)特征。3．判断化学平衡状态的两种标志(1)动态标志：v正＝v逆≠0。①同种物质：同种物质的生成速率等于消耗速率。②不同物质：必须标明是“异向”的反应速率关系。如aA＋bB⇌cC＋dD，eq\f(v正(A),v逆(B))＝eq\f(a,b)时，反应达到平衡状态。(2)静态标志：“变量”不变。在未达到平衡时不断变化、在达到平衡时不再发生变化的各种物理量(如各物质的质量、物质的量或浓度、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。可简单总结为“正、逆相等，变量不变”。[答案自填]eq\o(□,\s\up1(1))正反应eq\o(□,\s\up1(2))逆反应eq\o(□,\s\up1(3))同时eq\o(□,\s\up1(4))小于eq\o(□,\s\up1(5))⇌eq\o(□,\s\up1(6))相等eq\o(□,\s\up1(7))最大eq\o(□,\s\up1(8))逐渐减小eq\o(□,\s\up1(9))逐渐增大eq\o(□,\s\up1(10))＝eq\o(□,\s\up1(11))保持不变eq\o(□,\s\up1(12))可逆eq\o(□,\s\up1(13))＝eq\o(□,\s\up1(14))浓度或百分含量1．在两个恒容密闭容器中进行下列两个可逆反应：(甲)C(s)＋H2O(g)⇌CO(g)＋H2(g)；(乙)CO(g)＋H2O(g)⇌CO2(g)＋H2(g)。现有下列状态：①混合气体平均相对分子质量不再改变②恒温时，气体压强不再改变③各气体组分浓度相等④断裂氢氧键的速率为断裂氢氢键速率的2倍⑤混合气体的密度不变⑥单位时间内，消耗水蒸气的质量与生成氢气的质量比为9∶1⑦同一时间内，水蒸气消耗的物质的量等于氢气消耗的物质的量其中能表明(甲)、(乙)容器中反应都达到平衡状态的是__________。答案：④⑦2．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、恒容的密闭容器中进行，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________(填序号)。解析：①达到平衡时，v正应保持不变；②由于该反应是放热反应，又是绝热容器，体系温度升高，K减小，达到平衡时，温度不变，K不变；③图中达到平衡时，CO、CO2的物质的量的变化量之比不是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：②④⑤3．一定条件下，对于可逆反应X(g)＋3Y(g)⇌2Z(g)，已知X、Y、Z的起始浓度分别为c1、c2、c3(均不为零，单位为mol·L－1)，达到平衡时，X、Y、Z的浓度分别为0.1mol·L－1、0.3mol·L－1、0.08mol·L－1。下列判断正确的是()A．c1∶c2＝3∶1B．平衡时，Y和Z的生成速率之比为2∶3C．X、Y的转化率不相等D．c1的取值范围为0<c1<0.14mol·L－1解析：选D。X、Y的平衡浓度之比为1∶3，转化浓度之比亦为1∶3，故c1∶c2＝1∶3，X、Y的转化率相等，A、C不正确；v生成(Y)表示逆反应速率，v生成(Z)表示正反应速率，平衡时v生成(Y)∶v生成(Z)＝3∶2，B不正确；利用“极值”思想，当0.08mol·L－1的Z完全转化为X时，生成X的物质的量浓度为eq\f(0.08mol·L－1,2)＝0.04mol·L－1，又c1、c2、c3均不为零，故X的起始浓度小于0.14mol·L－1，故0<c1<0.14mol·L－1，D正确。考点二化学平衡的移动1．化学平衡移动的过程2．化学平衡移动与化学反应速率的关系(1)v正＞v逆：平衡向eq\o(□,\s\up1(1))____________方向移动。(2)v正＝v逆：反应达到平衡状态。(3)v正<v逆：平衡向eq\o(□,\s\up1(2))____________方向移动。3．影响化学平衡的因素若其他条件不变，改变下列条件时，化学平衡移动的方向见下表：条件的改变(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eq\o(□,\s\up1(3))____反应方向移动减小反应物浓度或增大生成物浓度向eq\o(□,\s\up1(4))____反应方向移动压强(对有气体参与的反应)反应前后气体分子数改变增大压强(减小容器的容积)向气体体积eq\o(□,\s\up1(5))______的方向移动减小压强(增大容器的容积)向气体体积eq\o(□,\s\up1(6))______的方向移动反应前后气体分子数不变改变压强(改变容器的容积)eq\o(□,\s\up1(7))____移动温度升高温度向eq\o(□,\s\up1(8))________反应方向移动降低温度向eq\o(□,\s\up1(9))________反应方向移动催化剂使用催化剂eq\o(□,\s\up1(10))____移动4.充入无关气体与平衡移动的关系(1)恒温、恒容条件。原平衡体系eq\o(→,\s\up7(充入惰性气体))体系总压强增大→体系中各组分的浓度不变→平衡不移动(2)恒温、恒压条件。5．勒夏特列原理(1)含义：如果改变影响平衡的一个因素(如温度、压强及参加反应的物质的浓度)，平衡就向着能够减弱这种改变的方向移动。(2)注意：①勒夏特列原理的适用对象是可逆过程；②化学平衡移动的目的是“减弱”外界条件的改变，而不是“抵消”外界条件的改变，改变是不可逆转的。[答案自填]eq\o(□,\s\up1(1))正反应eq\o(□,\s\up1(2))逆反应eq\o(□,\s\up1(3))正eq\o(□,\s\up1(4))逆eq\o(□,\s\up1(5))减小eq\o(□,\s\up1(6))增大eq\o(□,\s\up1(7))不eq\o(□,\s\up1(8))吸热eq\o(□,\s\up1(9))放热eq\o(□,\s\up1(10))不一、平衡移动的判断以及相关量的变化分析1．一定量混合气体在一容积可变的密闭容器中发生反应：xA(g)＋yB(g)⇌zC(g)。该反应达到平衡后，测得A气体的浓度为0.5mol·L－1。(1)若保持容积不变，通入氦气，则平衡______移动。(2)在恒温下将密闭容器的容积扩大到原来的2倍，再次达到平衡后，测得A的浓度为0.3mol·L－1，则x＋y________z(填“>”“＝”或“<”)，C的体积分数______(填“增大”“不变”或“减小”，下同)，B的转化率_________________。解析：(1)保持容积不变，通入氦气，各物质的浓度不发生变化，平衡不移动。(2)假设容器的容积扩大到原来的2倍时，平衡不移动，则A的浓度为0.25mol·L－1，但平衡时A的浓度为0.3mol·L－1，说明平衡逆向移动，则x＋y>z，C的体积分数减小，B的转化率减小。答案：(1)不(2)＞减小减小2．对于以下三个反应，从反应开始进行至达到平衡后，保持温度、容积不变，按要求回答下列问题。(1)PCl5(g)⇌PCl3(g)＋Cl2(g)：再充入PCl5(g)，平衡向________方向移动，达到平衡后，PCl5(g)的转化率________，PCl5(g)的百分含量________。(2)2HI(g)⇌I2(g)＋H2(g)：再充入HI(g)，平衡向________方向移动，达到平衡后，HI的分解率________，HI的百分含量________。(3)2NO2(g)⇌N2O4(g)：再充入NO2(g)，平衡向________方向移动，达到平衡后，NO2(g)的转化率________，NO2(g)的百分含量________。答案：(1)正反应减小增大(2)正反应不变不变(3)正反应增大减小[反思归纳]转化率的变化分析方法反应类型条件的改变反应物转化率[α(A或B)]的变化反应物多种：mA(g)＋nB(g)⇌pC(g)＋qD(g)恒容时增加A的用量α(A)减小，α(B)增大同等倍数地增大A、B的量恒温恒压反应物转化率不变恒温恒容m＋n＞p＋qα(A)、α(B)均增大m＋n＜p＋qα(A)、α(B)均减小m＋n＝p＋qα(A)、α(B)均不变反应物仅有一种：mA(g)⇌nB(g)＋pC(g)增加A的用量恒温恒压反应物转化率不变恒温恒容m＞n＋pα(A)增大m＜n＋pα(A)减小m＝n＋pα(A)不变二、虚拟法判断平衡移动的结果3．(2024·惠州阶段测试)一定条件下存在反应：2SO2(g)＋O2(g)⇌2SO3(g)，其正反应放热。图1、2表示起始时容器甲、丙的体积都是V，容器乙、丁的体积都是eq\f(V,2)；向容器甲、丙内都充入2amolSO2和amolO2并保持恒温；向容器乙、丁内都充入amolSO2和0.5amolO2并保持绝热(即与外界无热量交换)，在一定温度时开始反应。下列说法正确的是()A．图1达平衡时，c(SO2)：甲＝乙B．图1达平衡时，平衡常数K：甲<乙C．图2达平衡时，所需时间t：丙>丁D．图2达平衡时，体积分数φ(SO3)：丙<丁解析：选C。甲和乙若都是恒温恒压，则二者等效，但乙为绝热恒压，又因为该反应的正反应为放热反应，则体系温度：甲<乙，温度升高平衡向逆反应方向移动，c(SO2)：甲<乙，平衡常数K：甲>乙，A、B项错误；丙和丁若都是恒温恒容，则二者等效，但丁为绝热恒容，则体系温度：丙<丁，温度越高，反应速率越大，到达平衡的时间越短，则达平衡时所需时间：丙>丁，C项正确；温度升高，平衡向逆反应方向移动，体积分数φ(SO3)：丙>丁，D项错误。[思维建模](1)构建恒温恒容平衡思维模式。新平衡状态可认为是两个原平衡状态简单地叠加并压缩而成，相当于增大压强。(2)构建恒温恒压平衡思维模式(以气体物质的量增加的反应为例，见图示)。新平衡状态可以认为是两个原平衡状态简单地叠加，压强不变，平衡不移动。1．(2023·新高考北京卷)下列事实能用平衡移动原理解释的是()A．H2O2溶液中加入少量MnO2固体，促进H2O2分解B．密闭烧瓶内的NO2和N2O4的混合气体，受热后颜色加深C．铁钉放入浓硝酸中，待不再变化后，加热能产生大量红棕色气体D．锌片与稀硫酸反应过程中，加入少量CuSO4固体，促进H2的产生答案：B2．(2022·新高考海南卷)某温度下，反应CH2=CH2(g)＋H2O(g)⇌CH3CH2OH(g)在密闭容器中达到平衡，下列说法正确的是()A．增大压强，v正>v逆，平衡常数增大B．加入催化剂，平衡时CH3CH2OH(g)的浓度增大C．恒容下，充入一定量的H2O(g)，平衡向正反应方向移动D．恒容下，充入一定量的CH2=CH2(g)，CH2=CH2(g)的平衡转化率增大解析：选C。A．该反应前后气体分子数减少，增大压强平衡向正反应方向移动，v正>v逆，由于温度不变，故平衡常数不变，A不正确；B．催化剂不影响化学平衡状态，因此，加入催化剂不影响平衡时CH3CH2OH(g)的浓度，B不正确；C．恒容下，充入一定量的H2O(g)，反应物浓度增大，平衡向正反应方向移动，C正确；D．恒容下，充入一定量的CH2=CH2(g)，平衡向正反应方向移动，但CH2=CH2(g)的平衡转化率减小，D不正确。3．(2022·新高考广东卷)恒容密闭容器中，BaSO4(s)＋4H2(g)⇌BaS(s)＋4H2O(g)在不同温度下达平衡时，各组分的物质的量(n)如图所示。下列说法正确的是()A．该反应的ΔH<0B．a为n(H2O)随温度的变化曲线C．向平衡体系中充入惰性气体，平衡不移动D．向平衡体系中加入BaSO4，H2的平衡转化率增大解析：选C。温度越高，达到平衡时，H2的物质的量越小，说明升高温度，平衡正向移动，该反应的ΔH＞0，A项错误；结合起始组成及化学方程式中各物质的化学计量数，由图像曲线变化趋势可知，a上面的曲线为n(H2O)随温度的变化曲线，B项错误；恒容密闭容器中，向平衡体系中充入惰性气体，各组分浓度不变，平衡不移动，C项正确；BaSO4为固体，向平衡体系中加入BaSO4，平衡不移动，H2的平衡转化率不变，D项错误。4.(2021·新高考湖南卷改编)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()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φ：φ(Ⅱ)<φ(Ⅰ)D．平衡常数K：K(Ⅱ)<K(Ⅰ)解析：选B。该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，条件改变瞬间正反应速率不变，后逐渐增大，说明平衡逆向移动，改变的条件为向容器中加入C，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，则与状态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φ(Ⅱ)＞φ(Ⅰ)，C错误；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。课时跟踪练[基础巩固]1．下列事实不能用勒夏特列原理解释的是()A．用排饱和食盐水的方法收集氯气B．打开啤酒瓶盖时会从瓶口逸出气体C．对2HI(g)⇌H2(g)＋I2(g)，减小容器容积，气体颜色变深D．久置的氯水pH逐渐减小解析：选C。A．氯气和水反应生成盐酸和次氯酸，存在平衡：Cl2＋H2O⇌H＋＋Cl－＋HClO，饱和食盐水中含有氯化钠电离出来的氯离子，抑制了氯气的溶解，故可以用排饱和食盐水的方法收集氯气，能用勒夏特列原理解释；B．啤酒中存在二氧化碳的溶解平衡，打开啤酒瓶盖后，瓶内压强减小，二氧化碳气体逸出，能用勒夏特列原理解释；C．对2HI(g)⇌H2(g)＋I2(g)，减小容器容积，平衡不移动，气体颜色变深是减小容积使I2浓度增大所致，不能用勒夏特列原理解释；D．氯水中存在平衡：Cl2＋H2O⇌H＋＋Cl－＋HClO，次氯酸见光分解使平衡正向移动，pH逐渐减小，能用勒夏特列原理解释。2．(2024·江门阶段测试模拟)在恒温恒容密闭容器中进行反应：CO(g)＋N2O(g)⇌N2(g)＋CO2(g)。下列能作为反应已达到平衡状态的依据的是()A．eq\f(c(N2)·c(CO2),c(CO)·c(N2O))不再变化B．反应速率：v正(CO)＝v正(N2)C．容器内气体的压强不再变化D．容器内气体的密度不再变化解析：选A。A．反应CO(g)＋N2O(g)⇌N2(g)＋CO2(g)的平衡常数K＝eq\f(c(N2)·c(CO2),c(CO)·c(N2O))，当eq\f(c(N2)·c(CO2),c(CO)·c(N2O))不再变化时，说明反应达到平衡，故A选；B．反应速率：v正(CO)＝v正(N2)，不能说明正、逆反应速率相等，不能说明反应达到平衡，故B不选；C．该反应是气体体积不变的反应，反应过程中容器内气体的压强始终不变，当容器内气体的压强不再变化时，不能说明反应达到平衡，故C不选；D．反应过程中气体总质量和总体积不变，气体的密度是定值，当容器内气体的密度不再变化时，不能说明反应达到平衡，故D不选。3．(2024·广东联考)对于反应NO2(g)＋SO2(g)⇌SO3(g)＋NO(g)ΔH＝－41.8kJ·mol－1，下列有关说法正确的是()A．达到平衡后，升高温度，c(SO3)增大B．使用催化剂能缩短该反应达到平衡的时间C．1molNO2(g)与1molSO2(g)混合后，充分反应会放出41.8kJ热量D．在恒温恒容条件下，当反应容器内总压强不变时，说明该反应已达到平衡解析：选B。A．该反应为放热反应，达到平衡后，升高温度，平衡逆向移动，c(SO3)减小，故A错误；B．催化剂能增大反应速率，所以使用催化剂能缩短该反应达到平衡的时间，故B正确；C．该反应是可逆反应，故1molNO2(g)与1molSO2(g)混合后，反应物不能完全反应，放出的热量小于41.8kJ，故C错误；D．在恒温恒容条件下，对于反应前后气体分子数相等的可逆反应，总压强一直不变，所以压强不变，不能说明该反应达到平衡状态，故D错误。4．温度为T℃时，向某密闭容器中加入足量活性炭，并充入1molNO2，发生反应：2C(s)＋2NO2(g)⇌N2(g)＋2CO2(g)ΔH，反应达到平衡。下列说法正确的是()A．使用催化剂，可以改变该反应的ΔH和活化能B．粉碎活性炭固体，正反应速率增大，平衡正向移动C．降低压强，平衡正向移动，平衡常数K增大D．恒压下，充入稀有气体，利于提高NO2的转化率解析：选D。A．使用催化剂，可以改变反应的活化能，但不改变反应的ΔH，故A错误；B．粉碎活性炭固体，可增大反应物间的接触面积，从而增大反应速率，但对平衡无影响，故B错误；C．平衡常数K只受温度影响，不受压强影响，故C错误；D．恒压下，充入稀有气体，容器容积增大，相当于减压，平衡向气体分子数增大的方向移动，即正向移动，有利于提高二氧化氮的转化率，故D正确。5．室温下，向圆底烧瓶中加入1molC2H5OH和含1molHBr的氢溴酸，溶液中发生反应：C2H5OH＋HBr⇌C2H5Br＋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．增大C2H5OH浓度，有利于生成C2H5BrB．加入的反应物的物质的量均增大至3mol时，两种反应物平衡转化率之比不变C．为缩短反应达到平衡的时间，将起始温度提高至50℃D．加入NaOH，可增大乙醇的物质的量解析：选C。A．增大C2H5OH浓度，平衡正向移动，有利于生成C2H5Br，A正确；B．当投料比与化学计量数之比相等时，各物质的转化率相等，投料比不变，转化率之比不变，B正确；C．温度升高至50℃，C2H5Br汽化，难以在短时间内达到平衡，C错误；D．加入NaOH，与HBr反应，平衡逆向移动，乙醇的物质的量增大，D正确。6．用活性炭还原处理氮氧化物的有关反应为C(s)＋2NO(g)⇌CO2(g)＋N2(g)ΔH<0。向容积可变的密闭容器中加入(足量的)活性炭，并充入NO，在t2时刻改变某一条件，反应速率-时间图像如下图所示。下列说法正确的是()A．给该反应升温，v正减小，v逆增大B．t2时刻改变的条件是向密闭容器中充入NOC．t1时刻的v逆大于t2时刻的v正D．若气体的密度不变，则不能说明该反应达到平衡解析：选B。A．升高温度，v正、v逆均增大，A错误；B．由题图可知，t2时刻改变条件后，逆反应速率瞬间减小，达到新平衡时，与原平衡反应速率相同，故改变的条件是向密闭容器中充入NO，B正确；C．t2时刻改变的条件是向密闭容器中充入NO，正反应速率增大，逆反应速率减小，故t1时刻的v逆小于t2时刻的v正，C错误；D．该反应前后气体的物质的量不变，即恒温下容器的容积保持不变，反应正向气体质量增加，若气体的密度不变，则气体质量不变，说明该反应达到平衡，D错误。7．(2024·云浮调研)一定温度下，向1L密闭容器中充入2molX和1molY，发生反应2X(g)＋Y(g)⇌3Z(？)。达到平衡时，容器的压强从原来的p0变为0.4p0。下列说法错误的是()A．Z不可能为气体B．达到平衡时容器内有1.8molZC．压缩容器容积，再次达到平衡时，X的浓度不变D．Y的体积分数不变说明反应达到平衡状态解析：选D。A．若Z为气体，则反应前后气体的压强不变，根据压强从原来的p0变为0.4p0可知，Z不可能为气体，故A正确；B．设Y的物质的量的变化量为xmol，列“三段式”：eq\f(3,3－3x)＝eq\f(p0,0.4p0)，解得x＝0.6，达到平衡时容器内有1.8molZ，故B正确；C．平衡常数K＝eq\f(1,c2(X)·c(Y))，压缩容器容积，平衡正向移动，但K不变，故再次达到平衡时，X的浓度不变，故C正确；D．反应起始时X、Y的投料量之比为化学计量数之比，容器内只有X和Y为气体，Y的体积分数始终为eq\f(1,3)，故Y的体积分数不变不能说明反应达到平衡状态，故D错误。8．聚丙烯腈纤维俗名人造羊毛，由丙烯腈聚合而得。用丙烯合成丙烯腈的反应如下：2C3H6(g)＋2NH3(g)＋3O2(g)⇌2C3H3N(g)＋6H2O(g)ΔH＝－1030kJ·mol－1。(1)某密闭容器中发生上述反应，生成丙烯腈的反应速率与反应时间的关系如图甲所示。t1时刻表示体系改变的反应条件为____________；t2时刻表示体系改变了另一反应条件，此时平衡__________移动(填“正向”“逆向”或“不”)。(2)丙烯的转化率与反应温度的关系如图乙所示：①有利于提高丙烯平衡转化率的反应条件有___________________。②最大转化率所对应的温度为460℃。当温度低于460℃时，丙烯的转化率______(填“是”或“不是”)所对应温度下的平衡转化率，理由是_________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)一定条件下，在2L恒容密闭容器中，通入84gC3H6、34gNH3、96gO2，若该反应5min到达a点，则0～5min内丙烯的平均反应速率为________mol·L－1·min－1。解析：(1)t1时刻正、逆反应速率都增大，且增大程度相等，故改变的反应条件为使用催化剂；由于生成丙烯腈的反应是气体体积增大的放热反应，t2时刻改变反应条件，正、逆反应速率都降低，可能为降低温度，也可能是减小压强，无论是降低温度还是减小压强，平衡都正向移动。(2)①该反应是气体体积增大的放热反应，故有利于提高丙烯平衡转化率的反应条件有降低温度、减小压强。②该反应的正反应为放热反应，平衡状态下，若升高温度，平衡逆向移动，则平衡转化率降低，而当温度低于460℃时，丙烯的转化率随温度升高而逐渐升高，因此温度低于460℃时，丙烯的转化率不是所对应温度下的平衡转化率。(3)一定条件下，在2L恒容密闭容器中，通入84g(2mol)C3H6、34g(2mol)NH3、96g(3mol)O2，若该反应5min到达a点，则0～5min内丙烯的平均反应速率为v(丙烯)＝eq\f(2mol×0.6,2L×5min)＝0.12mol·L－1·min－1。答案：(1)使用催化剂正向(2)①降低温度、减小压强②不是该反应的正反应为放热反应，平衡状态下，若升高温度，平衡逆向移动，则平衡转化率将降低(3)0.129．(2021·新高考天津卷)CS2是一种重要的化工原料。工业上可以利用硫(S8)与CH4为原料制备CS2，S8受热分解成气态S2，发生反应2S2(g)＋CH4(g)⇌CS2(g)＋2H2S(g)。回答下列问题：(1)某温度下，若S8完全分解成气态S2。在恒温密闭容器中，S2与CH4物质的量比为2∶1时开始反应。①当CS2的体积分数为10%时，CH4的转化率为____________。②当以下数值不变时，能说明该反应达到平衡的是________(填标号)。a．气体密度b．气体总压c．CH4与S2体积比d．CS2的体积分数(2)一定条件下，CH4与S2反应中CH4的平衡转化率、S8分解产生S2的体积分数随温度的变化曲线如下图所示。据图分析，生成CS2的反应为________(填“放热”或“吸热”)反应。工业上通常采用在600～650℃的条件下进行此反应，不采用低于600℃的原因是_____________________________________。解析：(1)①在恒温密闭容器中，S2与CH4物质的量比为2∶1时开始反应，列“三段式”：当CS2的体积分数为10%时，即eq\f(xmol,3amol)×100%＝10%，解得x＝0.3a，CH4的转化率为eq\f(xmol,amol)×100%＝30%。②a.恒温密闭容器中，反应前后气体体积不变，气体质量不变，故密度一直不变，故密度不变不一定平衡，不选；b.反应前后气体的物质的量不变，故压强也一直不变，故压强不变不一定平衡，不选；c.CH4与S2体积比一直为1∶2，故CH4与S2体积比不变不一定平衡，不选；d.CS2的体积分数不变，说明反应已经达到平衡，选。(2)由题图可知，随温度升高，甲烷的平衡转化率降低，故生成CS2的反应为放热反应。工业上通常采用在600～650℃的条件下进行此反应，不采用低于600℃的原因是600℃时甲烷平衡转化率高达99%，低于600℃时，S2浓度明显偏小，且反应速率小。答案：(1)①30%②d(2)放热600℃时甲烷平衡转化率高达99%，低于600℃时，S2浓度明显偏小，且反应速率小[素养提升]10．某实验小组探究温度对化学反应H2(g)＋I2(g)⇌2HI(g)的影响，在其他条件相同时，将1molH2(g)和1molI2(g)充入容积为2L的恒容密闭容器中，测得不同温度下HI(g)的物质的量分数随时间变化的实验数据见下表：时间/min020406080100HI(g)的物质的量分数T100.500.680.760.800.80T200.600.720.750.750.75下列说法正确的是()A．T1温度下，0～20min内，H2的平均反应速率为0.0125mol·L－1·min－1B．在T1温度下，该反应有可能在70min时已达到平衡状态C．由表中数据推测，T1>T2D．由表中数据可知，温度越高，H2(g)与I2(g)的反应限度越大解析：选A。T1温度下，0～20min内，HI的物质的量分数为0.50，反应前后气体的物质的量不变，说明生成1molHI，消耗了0.5molH2，H2的平均反应速率为eq\f(0.5mol,2L×20min)＝0.0125mol·L－1·min－1，选项A正确；在T1温度下，每间隔20min，HI物质的量分数增加值逐渐减小，反应从40～60min，HI(g)的物质的量分数的变化量为0.08，故50～60min、60～70minHI(g)的物质的量分数的变化量应小于0.04，故该反应70min时没有达到平衡状态，选项B错误；T2温度下，反应更快达到平衡，据此可推断T2>T1，选项C错误；T2>T1，温度越高，H2(g)与I2(g)的反应限度越小，选项D错误。11．有两个相同带活塞的容器a、b，向容器a中充入NO2(g)待颜色不再变化，再向容器b中充入Br2(g)，使两容器的颜色相同、体积相等[注：同浓度的NO2(g)和Br2(g)颜色相同，2NO2(g)⇌N2O4(g)(无色)]，迅速将两容器同时压缩(假设气体不液化)。下列说法正确的是()A．a→a′过程中，颜色突然加深，然后逐渐变浅，最终颜色比原来的浅B．若对a和b以极慢的速度缓缓压缩，则a和b的颜色均慢慢加深，但在每一个相同的时间点，b的颜色总比a的深C．假设容器和活塞均为无色，从容器左侧观察a和a′，a′的颜色比a的浅D．气体的物质的量：n(a′)一定大于n(b′)解析：选B。A项，a→a′过程中，开始时容器的容积瞬间减小，NO2的浓度瞬间增大，颜色突然加深，2NO2(g)⇌N2O4(g)平衡正向移动，NO2的浓度逐渐减小，颜色又逐渐变浅，但新平衡时各气体物质的浓度均比旧平衡时大，最终颜色比原来的深，故A错误；B项，在以极慢的速度缓缓压缩的过程中，a中2NO2(g)⇌N2O4(g)平衡正向移动，有一定量的NO2转化成N2O4，而b→b′过程中，Br2(g)的物质的量不变，故在每一个相同的时间点，Br2(g)的浓度总是比NO2的浓度大，即b的颜色总比a的深，故B正确；C项，由A项分析可知，从容器左侧观察a和a′，a′的颜色更深，故C错误；D项，由于a′中存在平衡移动，且是向着气体物质的量减小的方向移动，所以气体的物质的量：n(a′)小于n(b′)，故D错误。12．(2024·珠海月考)一种制备蓝氢的原理是CH4(g)＋CO2(g)⇌2CO(g)＋2H2(g)。向一容积为1L的恒容密闭容器中充入1molCH4(g)和2molCO2(g)，在一定条件下发生上述反应，测得H2的物质的量与时间的关系见下表。下列叙述错误的是()t/min0510152025n(H2)/mol00.50.750.850.90.9A．0～10min，v(CO2)＝0.15mol·L－1·min－1B．CO的体积分数不变时，反应达到平衡状态C．上述反应中，CH4的转化率大于CO2的转化率D．若其他条件不变，加入高效催化剂，则CH4的转化率达到45%时所用时间小于20min解析：选A。A．0～10min，v(H2)＝eq\f(0.75mol,1L×10min)＝0.075mol·L－1·min－1，由题给化学方程式可知，v(CO2)＝eq\f(1,2)v(H2)＝eq\f(1,2)×0.075mol·L－1·min－1＝0.0375mol·L－1·min－1，故A错误；B．CO的体积分数不变时，说明CO的物质的量不变，反应达到平衡状态，故B正确；C．达到平衡时，n(H2)＝0.9mol，由化学方程式的化学计量数关系可知，CH4的转化率为eq\f(0.9mol×\f(1,2),1mol)×100%＝45%，CO2的转化率为eq\f(0.9mol×\f(1,2),2mol)×100%＝22.5%，CH4的转化率大于CO2的转化率，故C正确；D．若其他条件不变，加入高效催化剂，反应速率增大，但不影响最终平衡时CH4的转化率，则CH4的转化率达到45%时所用时间小于20min，故D正确。13．在600K下，按初始投料比n(CO)∶n(H2)分别为1∶1、1∶2、1∶3投料，发生反应CO(g)＋2H2(g)⇌CH3OH(g)ΔH<0。测得不同压强下，CO平衡转化率如下图所示。下列叙述正确的是()A．曲线X代表起始投料比为1∶1B．当2v正(H2)＝v逆(CH3OH)时，该反应达到平衡状态C．若其他条件不变，升高温度会使对应的曲线上移D．m点对应的H2的平衡转化率为60%解析：选D。A．相同温度下，氢气投料增多，平衡正向移动，CO的平衡转化率增大，故曲线X代表起始投料比为1∶3，A项错误；B．该反应达到平衡时，v正(H2)＝2v逆(CH3OH)，B项错误；C．该反应是放热反应，其他条件不变，升高温度，平衡逆向移动，CO的平衡转化率降低，平衡曲线均下移，C项错误；D．曲线Y代表起始投料比为1∶2，即起始按化学计量数之比投料，CO、H2的平衡转化率相等，即m点对应的CO、H2的平衡转化率均为60%，D项正确。14．CO2和CH4是两种重要的温室气体，通过CH4和CO2反应制造具有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n(CO2)/moln(H2)/moln(CH3OH)/moln(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φ(a)________(填“>”“＜”或“＝”)φ(b)。(2)下列能说明反应a达到平衡状态的是________。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①CO2(g)＋4H2(g)⇌CH4(g)＋2H2O(g)ΔH＜0；反应②CO2(g)＋H2(g)⇌CO(g)＋H2O(g)ΔH>0。在密闭容器中通入3molH2和1molCO2，分别在1MPa和10MPa下进行反应。实验中对组成平衡体系的三种物质(CO2、CO、CH