2023 高考化学二轮专题复习 专题8　化学反应速率　化学平衡 专题复习（答案）考试试卷

专题8　化学反应速率　化学平衡
课标要求 命题角度
1.了解化学反应速率的概念及反应速率的定量表示方法。 2.了解化学反应的可逆性及化学平衡的建立。 3.掌握化学平衡的特征,了解化学平衡常数的含义,能够利用化学平衡常数进行相关计算。 4.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,认识其一般规律。 5.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.化学反应速率、化学平衡常数、平衡转化率、起始或平衡浓度的简单计算。 2.外界条件对化学反应速率和化学平衡的影响,化学平衡状态的判断。 3.以图像表格考查化学反应速率、化学平衡的综合应用。
考点1　化学反应速率及影响因素
　　　　化学反应速率计算
1.(2021·浙江6月选考)一定温度下,在N2O5的四氯化碳溶液(100 mL)中发生分解反应:2N2O54NO2+O2。在不同时刻测量放出的O2体积,换算成N2O5浓度如下表:
t/s 0 600 1 200 1 710 2 220 2 820 x
c(N2O5)/ (mol·L-1) 1.40 0.96 0.66 0.48 0.35 0.24 0.12
下列说法正确的是 (　　)
A.600~1 200 s,生成NO2的平均速率为5.0×10-4mol·L-1·s-1
B.反应2 220 s时,放出的O2体积为11.8 L(标准状况)
C.反应达到平衡时,v正(N2O5)=2v逆(NO2)
D.推测上表中的x为3 930
2.(2021·河北选择考)室温下,某溶液初始时仅溶有M和N且浓度相等,同时发生以下两个反应:①M+N===X+Y;②M+N===X+Z。反应①的速率可表示为v1=k1c2(M),反应②的速率可表示为v2=k2c2(M)(k1、k2为速率常数)。反应体系中组分M、Z的浓度随时间变化情况如图。下列说法错误的是 (　　)
A.0~30 min时间段内,Y的平均反应速率为6.67×10-3 mol·L-1·min-1
B.反应开始后,体系中Y和Z的浓度之比保持不变
C.如果反应能进行到底,反应结束时62.5%的M转化为Z
D.反应①的活化能比反应②的活化能大
　　　　影响化学反应速率的因素
3.(2022·广东选择考)在相同条件下研究催化剂Ⅰ、Ⅱ对反应X→2Y的影响,各物质浓度c随反应时间t的部分变化曲线如图,则 (　　)
A.无催化剂时,反应不能进行
B.与催化剂Ⅰ相比,Ⅱ使反应活化能更低
C.a曲线表示使用催化剂Ⅱ时X的浓度随t的变化
D.使用催化剂Ⅰ时,0~2 min内,v(X)=1.0 mol·L-1·min-1
【命题意图】本题通过化学反应速率的图像考查了催化剂对化学反应速率的影响,考查考生获取相关信息、识别有效证据、科学推理论证等关键能力,发展变化观念与平衡思想等学科核心素养。
加入正催化剂活化能降低普通分子变成活化分子
活化分子百分数增大单位时间内有效碰撞次数增多反应速率加快
　　　　化学反应速率计算
1.已知:氮氧化物与悬浮在大气中的海盐粒子能相互反应:
4NO2(g)+2NaCl(s)2NaNO3(s)+2NO(g)+Cl2(g)　ΔH>0在恒温条件下,向2 L恒容密闭容器中加入0.4 mol NO2和0.2 mol NaCl,10 min反应达到平衡时n(NaNO3)
=0.1 mol,下列叙述中正确的是 (　　)
A.10 min内用NO浓度变化表示的速率v(NO)=0.01 mol·L-1·min-1
B.反应速率与NaCl浓度有关
C.升高温度,正、逆反应速率均增大
D.4v(NO2)=2v(NO)=v(Cl2)
2.(2022·九江模拟)丙酮的碘代反应CH3COCH3+I2CH3COCH2I+HI的速率方程为v=k·cm(CH3COCH3)·cn(I2),半衰期(当剩余反应物恰好是起始的一半时所需的时间)为。改变反应物浓度时,反应的瞬时速率如下:
c(CH3COCH3)/ (mol·L-1) c(I2)/ (mol·L-1) v/(10-3 mol·L-1· min-1)
0.25 0.050 1.4
0.50 0.050 2.8
1.00 0.050 5.6
0.50 0.100 2.8
下列说法正确的是 (　　)
A.速率方程中的m=1、n=2
B.该反应的速率常数k=2.8×10-3 min-1
C.增大I2的浓度,反应的瞬时速率加快
D.在过量的I2存在时,反应掉87.5%的CH3COCH3所需的时间是375 min
　　　　影响化学反应速率的因素
3.(2022·日照模拟)对于反应2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g),有如下反应历程:
第一步:N2O5NO2+NO3　ΔH1　快速平衡
第二步:NO2+NO3NO+NO2+O2　ΔH2　慢反应
第三步:NO+NO32NO2　ΔH3　快反应
下列说法正确的是 (　　)
A.使用催化剂可以改变第一步中NO2平衡产量
B.第二步NO2和NO3的碰撞都是有效的
C.该过程的总反应速率由第二步决定
D.第二步反应的活化能小于第三步反应的活化能
4.(2022·保定一模)苯亲电取代反应中卤代反应的反应进程与能量变化曲线如图所示,下列说法正确的是 (　　)
A.反应分三步进行,且各步均为吸热反应
B.决速步的能垒是ΔE2
C.总反应的ΔH=ΔE1+ΔE2+ΔE3
D.升温既能加快反应速率,又能提高该卤代反应的平衡转化率
加固训练
　　1.溴水与甲酸可以发生如下反应:Br2+HCOOH2Br-+2H++CO2↑。生成二氧化碳的初始速率与反应物起始浓度关系如下:
序号 起始浓度/mol·L-1 CO2(g)初始速率/ mol·L-1·s-1
c(Br2) c(HCOOH)
1 0.01 0.02 2.0×10-6
2 0.02 0.04 8.0×10-6
3 0.03 0.02 6.0×10-6
　现将0.02 mol·L-1的溴水和0.02 mol·L-1的HCOOH溶液等体积混合,则生成二氧化碳的初始速率(单位:mol·L-1·s-1)为 (　　)
A.1.0×10-6 B.1.0×10-7
C.4.0×10-6 D.5.0×10-7
2.对于反应:N2(g)+O2(g)2NO(g),在密闭容器中进行,下列条件能加快反应速率的是 (　　)
A.增大体积压强减小
B.体积不变充入N2使压强增大
C.体积不变充入氦气使压强增大
D.使总压强不变,充入氖气
考点2　化学平衡状态及化学平衡移动
1.(2021·辽宁选择考)某温度下,在恒容密闭容器中加入一定量X,发生反应2X(s)Y(s)+Z(g),一段时间后达到平衡。下列说法错误的是 (　　)
A.升高温度,若c(Z)增大,则ΔH>0
B.加入一定量Z,达新平衡后m(Y)减小
C.加入等物质的量的Y和Z,达新平衡后c(Z)增大
D.加入一定量氩气,平衡不移动
将上题反应改为2X(g)Y(s)+Z(g)后,则下列说法错误的是 (　　)
A.压缩容器的容积,平衡向正反应方向移动
B.恒容条件下加入一定量X,达新平衡后X的转化率不变
C.加入一定量Y,平衡不移动
D.升高温度,平衡常数增大,则ΔH>0
2.(2021·广东选择考)反应X2Z经历两步:①X → Y;②Y → 2Z。反应体系中X、Y、Z的浓度c随时间t的变化曲线如图所示。下列说法不正确的是 (　　)
A.a为c(X) 随t的变化曲线
B.t1时,c(X)=c(Y)=c(Z)
C.t2时,Y的消耗速率大于生成速率
D.t3后,c(Z) = 2c0—c(Y)
平衡移动方向判断的思维模型
1.(2022·张家口一模)反应Si(s)+3HCl(g)SiHCl3(g)+H2(g)　ΔH,是工业上制备高纯硅的重要中间过程。一定压强下,起始投入原料的值和温度与SiHCl3的平衡产率的变化关系如图所示。下列说法错误的是 (　　)
A.该反应为放热反应,ΔH<0
B.M、N点SiHCl3的分压:M>N
C.的值越大,SiHCl3平衡产率越高
D.M、N点的逆反应速率:vM>vN
2.(2022·郑州模拟)NO2和N2O4存在平衡:2NO2(g)N2O4(g)　ΔH<0。下列分析正确的是 (　　)
A.1 mol平衡混合气体中含1 mol N原子
B.断裂2 mol NO2中的共价键所需能量小于断裂1 mol N2O4中的共价键所需能量
C.恒温时,缩小容积,气体颜色变深,是平衡正向移动导致的
D.恒容时,水浴加热,由于平衡正向移动导致气体颜色变浅
3.MgO可用于制备特种陶瓷,在一定条件下,通过下列反应制备:
MgSO4(s)+CO(g)MgO(s)+CO2(g)+
SO2(g)　ΔH>0,上述反应达到平衡后保持其他条件不变,下列说法正确的是(　　)
A.加入催化剂,反应的ΔH变大
B.升高温度,混合气体的密度增大
C.压缩容器,反应吸收的热量不变
D.分离出部分MgO,可增大CO的转化率
4.(2022·南昌模拟)北京航空航天大学教授团队与中科院高能物理研究所合作,合成了Y、Sc(Y1/NC,Sc1/NC)单原子催化剂,用于常温常压下的电化学催化氢气还原氮气的反应。反应历程与相对能量模拟计算结果如图所示(*表示稀土单原子催化剂)。下列说法错误的是 (　　)
A.Sc1/NC比Y1/NC更有利于吸附氮气
B.实际生产中将催化剂的尺寸处理成纳米级可提高氮气的平衡转化率
C.使用Sc1/NC单原子催化剂的反应历程中,最大能垒的反应过程可表示为*N2+HNNH
D.升高温度不一定提高氨气单位时间内的产率
加固训练
　　1.反应C2H6(g)C2H4(g)+H2(g)　ΔH>0,在一定条件下于密闭容器中达到平衡。下列各项措施中,不能提高乙烷平衡转化率的是(　　)
A.增大容器容积
B.升高反应温度
C.分离出部分氢气
D.等容下通入惰性气体
2.在密闭容器中投入一定量反应物发生储氢反应:LaNi5(s)+3H2(g)LaNi5H6(s)　ΔH=-301 kJ·mol-1,在某温度下,达到平衡状态后,测得氢气压强为2 MPa。下列说法不正确的　是 (　　)
A.当LaNi5的浓度不再变化时,该反应达到平衡状态
B.若温度不变,缩小容器容积至原来的一半,重新达到平衡时H2的压强仍为2 MPa
C.其他条件不变,扩大容器的容积,重新达到平衡时n(H2)增多
D.增大压强,降低温度,有利于储氢
考点3　化学平衡常数和转化率
　　　　化学平衡常数和转化率
1.(2021·海南等级考)制备水煤气的反应C(s)+H2O(g)H2(g)+CO(g)　ΔH>0,下列说法正确的是 (　　)
A.该反应ΔS<0
B.升高温度,反应速率增大
C.恒温下,增大总压,H2O(g)的平衡转化率不变
D.恒温恒压下,加入催化剂,平衡常数增大
　　　　分压平衡常数
2.(2022·湖南选择考节选)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。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1 mol H2O(g),起始压强为0.2 MPa时,发生下列反应生成水煤气:
Ⅰ.C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)ΔH1=+131.4 kJ·mol-1
Ⅱ.CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)ΔH2=-41.1 kJ·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
D.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0.1 mol。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)。
3.(2021·全国乙卷节选)氯铂酸钡(BaPtCl6)固体加热时部分分解为BaCl2、Pt和Cl2,376.8 ℃时平衡常数K'p= 1.0×104 Pa2,在一硬质玻璃烧瓶中加入过量BaPtCl6,抽真空后,通过一支管通入碘蒸气(然后将支管封闭),在376.8 ℃,碘蒸气初始压强为20.0 kPa。376.8 ℃平衡时,测得烧瓶中压强为32.5 kPa,则pICl=　　　　　kPa,反应2ICl(g)===Cl2(g)+I2(g)的平衡常数K=　　　　　(列出计算式即可)。
4.(2021·湖北选择考节选)对于反应C3H8(g)===C3H6(g)+H2(g)　ΔH1=+125 kJ·mol-1,总压恒定为100 kPa,在密闭容器中通入C3H8和N2的混合气体(N2不参与反应),从平衡移动的角度判断,达到平衡后“通入N2”的作用是 　　　　　　　。
在温度为T1时,C3H8的平衡转化率与通入气体中C3H8的物质的量分数的关系如图所示,计算T1时该反应的平衡常数Kp=　　　　　kPa。
反应物转化率=×100%
产物的产率=×100%
分压=总压×物质的量分数
(1)同温同体积:p(前)∶p(后)=n(前)∶n(后)
(2)同温同压强:=;=
(1)直接根据分压强计算压强平衡常数
(2)根据“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)”计算压强平衡常数
(3)利用“三段式”用压强表示各组分的量,计算平衡时各物质的分压,求Kp的步骤:
　　　　化学平衡常数和转化率
1.(2022·重庆模拟)无水乙醇催化脱水制备乙烯时同时发生如下三个反应:
反应Ⅰ:C2H5OH(g)C2H4(g)+H2O(g)　ΔH1=+45.5 kJ·mol-1
反应Ⅱ:2C2H5OH(g)C2H5OC2H5(g)+H2O(g)　ΔH2=-19.0 kJ·mol-1
反应Ⅲ:C2H5OC2H5(g)2C2H4(g)+H2O(g)　ΔH3=+110 kJ·mol-1。
2 L恒容密闭容器中加入2 mol C2H5OH(g)和一定量的催化剂进行反应,平衡体系中有机物的物质的量分数随温度的变化如图所示。下列说法正确的是 (　　)
A.对于反应Ⅰ,恒温恒容下,增大压强,平衡向逆方向移动,K2减小
B.图中Y代表C2H5OC2H5
C.升温、延长反应时间均可提高A点C2H4的平衡产率
D.380 ℃时,乙醇的物质的量分数接近0,则反应Ⅲ的平衡常数K=
2.(2022·泉州模拟)向容积为2 L的真空密闭容器中加入活性炭(足量)和NO,发生反应C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)　ΔH>0 ,NO和N2的物质的量变化如表所示,T1 ℃、T2 ℃下分别达到平衡时容器的总压强分别为p1 kPa、p2 kPa。下列说法错误的是 (　　)
项　目 T1/℃ T2/℃
0 5 min 10 min 15 min 20 min 25 min 30 min
NO 2.0 1.16 0.80 0.80 0.50 0.40 0.40
N2 0 0.42 0.60 0.60 0.75 0.80 0.80
A.T1 ℃时,0~10 min内,以NO表示的反应速率v(NO)=0.06p1 kPa·min-1
B.T1 ℃下,反应的平衡常数为
C.第15 min后,温度调整到T2 ℃,数据变化如表所示,则p1>p2
D.若30 min时,保持T2 ℃不变,再加入2 mol NO,再次达到平衡时NO的体积分数为20%
3.利用“化学蒸气转移法”制备TaS2晶体,发生如下反应:TaS2(s)+2I2(g)TaI4(g)+S2(g)　ΔH>0
(1)该反应的平衡常数表达式K=　　　　　　。
(2)若K=1,向某恒容密闭容器中加入1 mol I2(g)和足量TaS2(s),I2(g)的平衡转化率为　。
　　　　分压平衡常数
4.T ℃时,在恒容密闭容器中通入CH3OCH3,发生反应:CH3OCH3(g)CO(g)+H2(g)+CH4(g),测得容器内初始压强为41.6 kPa。达到平衡时,测得体系的总压强p总=121.6 kPa,则该反应的平衡常数Kp=　　　　　　kPa2(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。
5.(2022·北京丰台区模拟)丙烯(C3H6)是重要的有机化工原料。丙烷直接脱氢法制取丙烯的反应为C3H8(g)C3H6(g)+H2(g),该反应为强吸热过程,下图为丙烷和丙烯的平衡体积分数与温度、压强的关系(图中的压强分别为104Pa和105 Pa)。
(1)104 Pa时,图中表示丙烯的曲线是　　　　　(填“ⅰ”“ⅱ”“ⅲ”或“ⅳ”)。
(2)104 Pa、500 ℃时,用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp=　　　　　(已知:气体分压=气体总压×体积分数)。
加固训练
　　1.在温度为T时,将NH4HS(s)置于抽真空的容器中,当反应NH4HS(s)NH3(g)+H2S(g)达到平衡时,测得总压强为p,则该反应的平衡常数Kp为 (　　)
A.p　　B.p2　　C.p2　　D.p
2.已知反应:①CO(g)+CuO(s)CO2(g)+Cu(s);②H2(g)+CuO(s)Cu(s)+H2O(g)在相同温度下的平衡常数分别为K1和K2,该温度下反应③CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)的平衡常数为K3。则下列说法正确的是 (　　)
A.反应①的平衡常数K1=
B.反应③的平衡常数K3=
C.对于反应③,恒容时,温度升高,K3不变
D.对于反应②,恒温恒容下,增大压强,K2减小
考点4　化学反应速率及化学平衡图像
　　　　浓度(或n)、速率、转化率图像
1.(2022·浙江1月选考)在恒温恒容条件下,发生反
应A(s)+2B(g)3X(g),c(B)随时间的变化如图中曲线甲所示。下列说法不正确的是 (　　)
A.从a、c两点坐标可求得从a到c时间间隔内该化学反应的平均速率
B.从b点切线的斜率可求得该化学反应在反应开始时的瞬时速率
C.在不同时刻都存在关系:2v(B)=3v(X)
D.维持温度、容积、反应物起始的量不变,向反应体系中加入催化剂,c(B)随时间变化关系如图中曲线乙所示
　　　　温度(或压强)图像
2.(2022·湖南选择考改编)向体积均为1 L的两恒容容器中分别充入2 mol X和1 mol Y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 (　　)
A.ΔH>0
B.气体的总物质的量:na>nc
C.a点平衡常数:K>12
D.反应速率:va正　　　　“多因素影响”平衡图像
3.(2021·江苏选择考)NH3与O2作用分别生成N2、NO、N2O的反应均为放热反应。工业尾气中的NH3可通过催化氧化为N2除去。将一定比例的NH3、O2和N2的混合气体以一定流速通过装有催化剂的反应管,NH3的转化率、生成N2的选择性[×100%]与温度的关系如图所示。
下列说法正确的是 (　　)
A.其他条件不变,升高温度,NH3的平衡转化率增大
B.其他条件不变,在175~300℃范围,随温度的升高,出口处N2和氮氧化物的量均不断增大
C.催化氧化除去尾气中的NH3应选择反应温度高于250 ℃
D.高效除去尾气中的NH3,需研发低温下NH3转化率高和N2选择性高的催化剂
化学平衡图像类试题解题思维模型
　　　　浓度(或n)、速率、转化率图像
1.(2022·张家口模拟)一定温度下,向三个容积不等的恒容密闭容器(aA.A点延长反应时间,可以提高NOCl的转化率
B.A、B两点的压强之比为25∶28
C.A点的平均反应速率小于C点的平均反应速率
D.容积为a L的容器达到平衡后再投入1 mol NOCl、1 mol NO,平衡不移动
2.(2022·吉安模拟)有效去除大气中的SO2是环境保护的重要课题。
(1)碘硫热化学循环中,SO2水溶液还原I2的反应包括:SO2+I2+2H2O3H++HS+2I-,I-+I2,若起始时n(SO2)=n(I2)=1 mol,I-、、H+、HS的物质的量随起始投料的变化如图所示:
图中曲线a表示的微粒为H+,b为　　　　　,c为　　　　　。
(2)反应HI(g)H2(g)+I2(g),起始时HI的物质的量为1 mol,起始压强为0.1 MPa,平衡时HI(g)和H2(g)的物质的量随温度变化如图所示:
①该反应的ΔH　　　　　(填“>”或“<”)0。
②600 ℃时,反应的平衡常数Kp=　　　　　(Kp为分压表示的平衡常数)。
　　　　温度(或压强)图像
3.一定条件下合成乙烯:6H2(g)+2CO2(g)CH2CH2(g)+4H2O(g)。已知温度对CO2的平衡转化率和催化剂催化效率的影响如图。下列说法正确的是 (　　)
A.M点的正反应速率v正大于N点的逆反应速率v正
B.若投料比n(H2)∶n(CO2) =4∶1,则图中M点乙烯的体积分数为5.88%
C.250 ℃,催化剂对CO2平衡转化率的影响最大
D.当温度高于250℃,升高温度,平衡逆向移动导致催化剂的催化效率降低
4.(2022·沈阳一模)工业废气中CO分离后可以再利用,一定条件下用CO和H2合成CH3OH的反应为CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)。在2 L恒容密闭容器中充入3 mol CO和5 mol H2,在催化剂作用下充分反应。当改变某一外界条件(温度或压强)时,CH3OH的平衡体积分数φ(CH3OH)变化趋势如图所示(已知a(1)用CO和H2合成CH3OH的反应是 (填“吸热”或“放热”)反应,理由是 　。
(2)300 ℃、d kPa时,该反应的化学平衡常数K=　　　　　　,平衡后H2的平衡转化率为　　　　　　　。向平衡混合物中再加入1 mol CO、1 mol H2和12 mol CH3OH(g),平衡　　　　　(选填“向正反应方向”“向逆反应方向”或“不”)移动。
　　　　“多因素影响”平衡图像
5.(2022·衡阳模拟)(1)由丙烷制丙烯的方法如下:C3H8(g)+O2(g)C3H6(g)+H2O(g)　ΔH1=-118 kJ·mol-1。在催化剂作用下,C3H8氧化脱氢除生成C3H6外,还生成CO、CO2等物质。C3H8的转化率和C3H6的产率随温度变化关系如图所示。
①图中C3H8的转化率随温度升高而上升的原因是 　。
②在550℃时,C3H6的选择性为　　　　　(保留1位小数)(C3H6的选择性=
×100%)。
③C3H6的选择性:550℃　　　　　(填“大于”或“小于”)575 ℃。
(2)工业上常用氨气去除一氧化氮的污染,反应原理为4NH3(g)+6NO(g)5N2(g)+6H2O(g)。测得该反应的平衡常数与温度的关系为lgKp=5.0+(T为开氏温度)。
①该反应ΔH　　　　　(填“>”“=”或“<”)0。
②一定温度下,按进料比n(NH3)∶n(NO)=1∶1,匀速通入装有锰、镁氧化物作催化剂的反应器中反应。反应相同时间,NO的去除率随反应温度的变化曲线如上图。NO的去除率先迅速上升的主要原因是 　;
当反应温度高于380 ℃时,NO的去除率迅速下降的原因可能是 　。
加固训练
　　1.合成氨工艺是人工固氮最重要的途径。N2和H2生成NH3的反应为N2(g)+H2(g)NH3(g)　ΔH(298 K)=-46.2 kJ·mol-1
(1)利于提高合成氨平衡产率的条件有 (填字母)。
　A.低温　　B.高温　　C.低压　　D.高压　　E.催化剂
(2)标准平衡常数Kθ=,其中pθ为标准压强(1×105 Pa),p(NH3)、p(N2)和p(H2)为各组分的平衡分压,如p(NH3)=x(NH3)p,p为平衡总压,x(NH3)为平衡体系中NH3的物质的量分数。
①N2和H2起始物质的量之比为1∶3,反应在恒定温度和标准压强下进行,NH3的平衡产率为w,则标准平衡常数Kθ=　　　　　(用含w的最简式表示)。
②下图中可以表示标准平衡常数Kθ随温度T变化趋势的是　　　　　。
(3)实际生产中,常用工艺条件:Fe作催化剂,控制温度为773 K、压强为3.0×105 Pa,原料气中N2和H2物质的量之比为1∶2.8。
①分析说明原料气中N2过量的理由 　　　　　　　　　　　　　　　　　。
②关于合成氨工艺的下列理解,正确的是　　　　　(填字母)。
A.合成氨反应在不同温度下的ΔH和ΔS都小于零
B.控制温度(773 K)远高于室温,是为了保证尽可能高的平衡转化率和加快反应速率
C.当温度、压强一定时,在原料气(N2和H2的比例不变)中添加少量惰性气体,有利于提高平衡转化率
D.基于NH3有较强的分子间作用力可将其液化,不断将液氨移去,利于反应正向进行
E.分离空气可得N2,通过天然气和水蒸气转化可得H2,原料气须经过净化处理,以防止催化剂中毒和安全事故发生
2.甲醇是重要的化工原料。
(1)工业上常利用CH4来吸收CO2生成CO和H2,再用H2和CO合成甲醇。如在恒容密闭容器中通入物质的量浓度均为1.0 mol·L-1的CH4与CO2,在一定条件下仅发生反应:CO2(g)+CH4(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1所示:
①该反应的ΔH　　　　　　(填“<”“=”或“>”)0。
②压强p1、p2、p3、p4由大到小的关系为　　　　　　　　　　　　　　 。压强为p4时,在b点:v(正)　　　　　　(填“<”“=”或“>”)v(逆)。
③对于气相反应,用某组分(B)的平衡压强p(B)代替物质的量浓度c(B)也可表示平衡常数(记作Kp),当p4=0.36 MPa,则a点的平衡常数Kp=　　　　　　(保留3位有效数字,用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。
　(2)燃煤烟气中硫的回收反应为2CO(g)+SO2(g)===2CO2(g)+S(l)。在其他条件相同、催化剂不同时,硫的回收反应中SO2的转化率随反应温度的变化如图2所示。260 ℃时,　　　　　(填“La2O3”“NiO”或“TiO2”)的催化效率最高。La2O3和NiO作催化剂均可能使SO2的转化率达到很高,不考虑价格因素,选择La2O3的主要优点是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　。 专题8　化学反应速率　化学平衡
课标要求 命题角度
1.了解化学反应速率的概念及反应速率的定量表示方法。 2.了解化学反应的可逆性及化学平衡的建立。 3.掌握化学平衡的特征,了解化学平衡常数的含义,能够利用化学平衡常数进行相关计算。 4.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,认识其一般规律。 5.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.化学反应速率、化学平衡常数、平衡转化率、起始或平衡浓度的简单计算。 2.外界条件对化学反应速率和化学平衡的影响,化学平衡状态的判断。 3.以图像表格考查化学反应速率、化学平衡的综合应用。
考点1　化学反应速率及影响因素
　　　　化学反应速率计算
1.(2021·浙江6月选考)一定温度下,在N2O5的四氯化碳溶液(100 mL)中发生分解反应:2N2O54NO2+O2。在不同时刻测量放出的O2体积,换算成N2O5浓度如下表:
t/s 0 600 1 200 1 710 2 220 2 820 x
c(N2O5)/ (mol·L-1) 1.40 0.96 0.66 0.48 0.35 0.24 0.12
下列说法正确的是 (　　)
A.600~1 200 s,生成NO2的平均速率为5.0×10-4mol·L-1·s-1
B.反应2 220 s时,放出的O2体积为11.8 L(标准状况)
C.反应达到平衡时,v正(N2O5)=2v逆(NO2)
D.推测上表中的x为3 930
解析:选D。A.600~1 200 s,N2O5的变化量为(0.96-0.66) mol·L-1=0.3 mol·L-1,在此时间段内NO2的变化量为其2倍,即0.6 mol·L-1,因此,生成NO2的平均速率为=1.0×10-3mol·L-1·s-1,A说法不正确;B.由表中数据可知,反应2 220 s时,N2O5的变化量为(1.40-0.35) mol·L-1=1.05 mol·L-1,其物质的量的变化量为1.05 mol·L-1×0.1 L=0.105 mol,O2的变化量是其,即0.052 5 mol,因此,放出的O2在标准状况下的体积为0.052 5 mol ×22.4 L·mol-1=1.176 L,B说法不正确;C.反应达到平衡时,正反应速率等于逆反应速率,用不同物质表示该反应的速率时,其数值之比等于化学计量数之比,2v正(N2O5)=v逆(NO2),C说法不正确;D.分析表中数据可知,该反应经过1 110 s(600~1 710,1 710~2 820)后N2O5的浓度会变为原来的,因此,N2O5的浓度由0.24 mol·L-1变为0.12 mol·L-1时,可以推测上表中的x为(2 820+1 110)=3 930,D说法正确。
2.(2021·河北选择考)室温下,某溶液初始时仅溶有M和N且浓度相等,同时发生以下两个反应:①M+N===X+Y;②M+N===X+Z。反应①的速率可表示为v1=k1c2(M),反应②的速率可表示为v2=k2c2(M)(k1、k2为速率常数)。反应体系中组分M、Z的浓度随时间变化情况如图。下列说法错误的是 (　　)
A.0~30 min时间段内,Y的平均反应速率为6.67×10-3 mol·L-1·min-1
B.反应开始后,体系中Y和Z的浓度之比保持不变
C.如果反应能进行到底,反应结束时62.5%的M转化为Z
D.反应①的活化能比反应②的活化能大
解析:选A。由图中数据可知,30 min时,M、Z的浓度分别为0.300 mol·L-1和0.125 mol·L-1,则M的变化量为0.5 mol·L-1-0.300 mol·L-1=0.200 mol·L-1,其中转化为Y的变化量为0.200 mol·L-1-0.125 mol·L-1=0.075 mol·L-1。因此,0~30 min时间段内,Y的平均反应速率为=0.002 5 mol·L-1·min-1,A错误;由题中信息可知,反应①和反应②的速率之比为,Y和Z分别为反应①和反应②的产物,且两者与M的化学计量数均为1,反应开始后,体系中Y和Z的浓度之比等于,由于k1、k2为速率常数,比值保持不变,B正确;反应开始后,在相同的时间内体系中Y和Z的浓度之比等于==,如果反应能进行到底,反应结束时有的M转化为Z,即62.5%的M转化为Z,C正确;在相同的时间内生成Z较多、生成Y较少,因此,反应①的化学反应速率较小,在同一体系中,活化能较小的化学反应速率较快,故反应①的活化能比反应②的活化能大,D正确。
　　　　影响化学反应速率的因素
3.(2022·广东选择考)在相同条件下研究催化剂Ⅰ、Ⅱ对反应X→2Y的影响,各物质浓度c随反应时间t的部分变化曲线如图,则 (　　)
A.无催化剂时,反应不能进行
B.与催化剂Ⅰ相比,Ⅱ使反应活化能更低
C.a曲线表示使用催化剂Ⅱ时X的浓度随t的变化
D.使用催化剂Ⅰ时,0~2 min内,v(X)=1.0 mol·L-1·min-1
【命题意图】本题通过化学反应速率的图像考查了催化剂对化学反应速率的影响,考查考生获取相关信息、识别有效证据、科学推理论证等关键能力,发展变化观念与平衡思想等学科核心素养。
　解析:选D。催化剂只是改变反应速率,由图可知,在无催化剂条件下,反应也能进行,故A错误;由图可知,催化剂Ⅰ比催化剂Ⅱ催化效果好,说明催化剂Ⅰ使反应活化能更低,反应更快,故B错误;2 min时,X转化的浓度为2 mol·L-1,X与Y的系数比为1∶2,则Y增加的量为4 mol·L-1,对应的曲线为Ⅰ,故C错误;由C可知使用催化剂Ⅰ,X的浓度随t的变化为a,0~2 min内,v(X)===1.0 mol·L-1·min-1,故D正确。
1.解答速率计算题目的思维模型如下
2.催化剂、活化能与化学反应速率的关系
加入正催化剂活化能降低普通分子变成活化分子
活化分子百分数增大单位时间内有效碰撞次数增多反应速率加快
3.四大因素对化学反应速率的影响
　　　　化学反应速率计算
1.已知:氮氧化物与悬浮在大气中的海盐粒子能相互反应:
4NO2(g)+2NaCl(s)2NaNO3(s)+2NO(g)+Cl2(g)　ΔH>0在恒温条件下,向2 L恒容密闭容器中加入0.4 mol NO2和0.2 mol NaCl,10 min反应达到平衡时n(NaNO3)
=0.1 mol,下列叙述中正确的是 (　　)
A.10 min内用NO浓度变化表示的速率v(NO)=0.01 mol·L-1·min-1
B.反应速率与NaCl浓度有关
C.升高温度,正、逆反应速率均增大
D.4v(NO2)=2v(NO)=v(Cl2)
解析:选C。10 min内用NO浓度变化表示的速率v(NO)=0.005 mol·L-1·min-1,A项错误;NaCl是固体,故反应速率与NaCl的浓度无关,B项错误;升高温度,正、逆反应速率均增大,C项正确;v(NO2)∶v(NO)∶v(Cl2)=4∶2∶1,故v(NO2)=2v(NO)=
4v(Cl2),D项错误。
2.(2022·九江模拟)丙酮的碘代反应CH3COCH3+I2CH3COCH2I+HI的速率方程为v=k·cm(CH3COCH3)·cn(I2),半衰期(当剩余反应物恰好是起始的一半时所需的时间)为。改变反应物浓度时,反应的瞬时速率如下:
c(CH3COCH3)/ (mol·L-1) c(I2)/ (mol·L-1) v/(10-3 mol·L-1· min-1)
0.25 0.050 1.4
0.50 0.050 2.8
1.00 0.050 5.6
0.50 0.100 2.8
下列说法正确的是 (　　)
A.速率方程中的m=1、n=2
B.该反应的速率常数k=2.8×10-3 min-1
C.增大I2的浓度,反应的瞬时速率加快
D.在过量的I2存在时,反应掉87.5%的CH3COCH3所需的时间是375 min
解析:选D。由第一组数据和第二组数据可得()m=,则m=1,由第二组数据和第四组数据可得()n=,则n=0,A错误;由m=1,n=0,则v=k·c(CH3COCH3),代入第一组数据可得,k=5.6×10-3 min-1,B错误;由第二组和第四组数据分析可知,当其他条件不变时,增大I2的浓度,反应的瞬时速率不变,C错误;存在过量的I2时,反应掉87.5%可以看作经历3个半衰期,即50%+25%+12.5%,因此所需的时间为=375 min,D正确。
　　　　影响化学反应速率的因素
3.(2022·日照模拟)对于反应2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g),有如下反应历程:
第一步:N2O5NO2+NO3　ΔH1　快速平衡
第二步:NO2+NO3NO+NO2+O2　ΔH2　慢反应
第三步:NO+NO32NO2　ΔH3　快反应
下列说法正确的是 (　　)
A.使用催化剂可以改变第一步中NO2平衡产量
B.第二步NO2和NO3的碰撞都是有效的
C.该过程的总反应速率由第二步决定
D.第二步反应的活化能小于第三步反应的活化能
解析:选C。催化剂只能改变化学反应速率,不能改变第一步中NO2平衡产量,A错误;第二步反应生成物中有NO2,说明NO2与NO3的碰撞仅部分有效,B错误;第二步是慢反应,总反应速率由第二步决定,C正确;第二步属于慢反应,说明反应不容易进行,第三步属于快反应,说明反应容易进行,则第二步反应的活化能大于第三步反应的活化能,D错误。
4.(2022·保定一模)苯亲电取代反应中卤代反应的反应进程与能量变化曲线如图所示,下列说法正确的是 (　　)
A.反应分三步进行,且各步均为吸热反应
B.决速步的能垒是ΔE2
C.总反应的ΔH=ΔE1+ΔE2+ΔE3
D.升温既能加快反应速率,又能提高该卤代反应的平衡转化率
解析:选B。由图可知反应分三步进行,前两步是吸热反应,第三步是放热反应,A错误;第二步是决速步,其能垒是ΔE2,B正确;由图可知,总反应的ΔH<0,而ΔE1+ΔE2+ΔE3>0,所以ΔH≠ΔE1+ΔE2+ΔE3,C错误;由于总反应是放热反应,升温可以加快反应速率,不能提高该卤代反应的平衡转化率,D错误。
加固训练
　　1.溴水与甲酸可以发生如下反应:Br2+HCOOH2Br-+2H++CO2↑。生成二氧化碳的初始速率与反应物起始浓度关系如下:
序号 起始浓度/mol·L-1 CO2(g)初始速率/ mol·L-1·s-1
c(Br2) c(HCOOH)
1 0.01 0.02 2.0×10-6
2 0.02 0.04 8.0×10-6
3 0.03 0.02 6.0×10-6
　现将0.02 mol·L-1的溴水和0.02 mol·L-1的HCOOH溶液等体积混合,则生成二氧化碳的初始速率(单位:mol·L-1·s-1)为 (　　)
A.1.0×10-6 B.1.0×10-7
C.4.0×10-6 D.5.0×10-7
解析:选A。由表中数据可知,生成CO2气体的初始速率与反应物的起始浓度成正比,且v(CO2)在数值上等于10-2×c(Br2)×c(HCOOH),故当等浓度的两者等体积混合后,两者的浓度都变为0.01 mol·L-1,根据总结的速率计算式可知只有A正确。
2.对于反应:N2(g)+O2(g)2NO(g),在密闭容器中进行,下列条件能加快反应速率的是 (　　)
A.增大体积压强减小
B.体积不变充入N2使压强增大
C.体积不变充入氦气使压强增大
D.使总压强不变,充入氖气
解析:选B。增大体积使压强减小,反应速率减小,A错误;体积不变充入N2使压强增大,氮气的浓度增大,反应速率加快,B正确;体积不变充入氦气使压强增大,但参加反应的气体的浓度不变,则反应速率不变,C错误;保持总压强不变,充入氖气,体积增大,参加反应的气体的浓度减小,反应速率减小,D错误。
考点2　化学平衡状态及化学平衡移动
1.(2021·辽宁选择考)某温度下,在恒容密闭容器中加入一定量X,发生反应2X(s)Y(s)+Z(g),一段时间后达到平衡。下列说法错误的是 (　　)
A.升高温度,若c(Z)增大,则ΔH>0
B.加入一定量Z,达新平衡后m(Y)减小
C.加入等物质的量的Y和Z,达新平衡后c(Z)增大
D.加入一定量氩气,平衡不移动
解析:选C。A.根据勒夏特列原理可知,升高温度,化学平衡向着吸热反应方向移动,而c(Z)增大,说明平衡正向移动,故ΔH>0,A正确;B.加入一定量Z,Z的浓度增大,平衡逆向移动,故达新平衡后m(Y)减小,B正确;C.加入等物质的量的Y和Z,Z的浓度增大,平衡逆向移动,由于X、Y均为固体,故K=c(Z),达新平衡后c(Z)不变,C错误;D.加入一定量氩气,Z的浓度保持不变,故正、逆反应速率不变,故平衡不移动,D正确。
将上题反应改为2X(g)Y(s)+Z(g)后,则下列说法错误的是 (　　)
A.压缩容器的容积,平衡向正反应方向移动
B.恒容条件下加入一定量X,达新平衡后X的转化率不变
C.加入一定量Y,平衡不移动
D.升高温度,平衡常数增大,则ΔH>0
解析:选B。压缩容器的容积,压强增大,Y是固体,所以平衡向正反应方向移动,A正确;恒容条件下加入一定量X,相当于增大压强,平衡向正反应方向移动,但到达新平衡时X的转化率会减小,B错误;加入一定量Y,Y是固体,平衡不移动,C正确;升高温度,平衡常数增大,平衡向正反应方向移动,则ΔH>0,D正确。
2.(2021·广东选择考)反应X2Z经历两步:①X → Y;②Y → 2Z。反应体系中X、Y、Z的浓度c随时间t的变化曲线如图所示。下列说法不正确的是 (　　)
A.a为c(X) 随t的变化曲线
B.t1时,c(X)=c(Y)=c(Z)
C.t2时,Y的消耗速率大于生成速率
D.t3后,c(Z) = 2c0—c(Y)
解析:选D。由题中信息可知,反应X===2Z经历两步:①X→Y;②Y→2Z。因此,图中呈不断减小趋势的a线为X的浓度c随时间t的变化曲线,呈不断增加趋势的线为Z的浓度c随时间t的变化曲线,先增加后减小的线为Y的浓度c随时间t的变化曲线。X是唯一的反应物,随着反应的发生,其浓度不断减小,因此,由图可知,a为c(X)随t的变化曲线,A正确;由图可知,分别代表3种不同物质的曲线相交于t1时刻,因此,t1时c(X)=c(Y)=c(Z),B正确;由图中信息可知,t2时刻以后,Y的浓度仍在不断减小,说明t2时刻反应两步仍在向正反应方向发生,而且反应①生成Y的速率小于反应②消耗Y的速率,即t2时Y的消耗速率大于生成速率,C正确;由图可知,t3时刻反应①完成,X完全转化为Y,若无反应②发生,则c(Y)=c0,由于反应②Y→2Z的发生,t3时刻Y浓度的变化量为c0-c(Y),变化量之比等于化学计量数之比,所以Z的浓度的变化量为2[c0-c(Y)],这种关系在t3后仍成立, 因此,D不正确。
平衡移动方向判断的思维模型
1.(2022·张家口一模)反应Si(s)+3HCl(g)SiHCl3(g)+H2(g)　ΔH,是工业上制备高纯硅的重要中间过程。一定压强下,起始投入原料的值和温度与SiHCl3的平衡产率的变化关系如图所示。下列说法错误的是 (　　)
A.该反应为放热反应,ΔH<0
B.M、N点SiHCl3的分压:M>N
C.的值越大,SiHCl3平衡产率越高
D.M、N点的逆反应速率:vM>vN
解析:选C。由图可知温度越高SiHCl3产率越小,正反应是放热反应,A正确;气体压强之比等于物质的量之比,由图可知M、N点SiHCl3的平衡产率M>N,所以M、N点SiHCl3的分压:M>N,B正确;由图知增加HCl的用量,SiHCl3的平衡产率可能增加也可能减小,C错误;M点温度较高,SiHCl3浓度较大,逆反应速率M>N,D正确。
2.(2022·郑州模拟)NO2和N2O4存在平衡:2NO2(g)N2O4(g)　ΔH<0。下列分析正确的是 (　　)
A.1 mol平衡混合气体中含1 mol N原子
B.断裂2 mol NO2中的共价键所需能量小于断裂1 mol N2O4中的共价键所需能量
C.恒温时,缩小容积,气体颜色变深,是平衡正向移动导致的
D.恒容时,水浴加热,由于平衡正向移动导致气体颜色变浅
解析:选B。1 mol NO2含有1 mol N原子,1 mol N2O4含有2 mol N原子,1 mol平衡混合气体中所含N原子大于1 mol,A错误;反应2NO2(g)N2O4(g)为放热反应,完全断开2 mol NO2分子中的共价键所吸收的热量比完全断开1 mol N2O4分子中的共价键所吸收的热量少,B正确;气体体积压缩,颜色变深是因为体积减小,浓度变大引起的,C错误;放热反应,温度升高,平衡逆向移动,颜色加深,D错误。
3.MgO可用于制备特种陶瓷,在一定条件下,通过下列反应制备:
MgSO4(s)+CO(g)MgO(s)+CO2(g)+
SO2(g)　ΔH>0,上述反应达到平衡后保持其他条件不变,下列说法正确的是(　　)
A.加入催化剂,反应的ΔH变大
B.升高温度,混合气体的密度增大
C.压缩容器,反应吸收的热量不变
D.分离出部分MgO,可增大CO的转化率
解析:选B。反应热与是否使用催化剂无关,A错误;该反应是吸热反应,升高温度平衡正向移动,混合气体的质量增大,又容器体积不变,因此混合气体的密度增大,B正确;压缩容器,平衡逆向移动,反应吸收的热量减小,C错误;MgO是固体,改变其量对平衡无影响,D错误。
4.(2022·南昌模拟)北京航空航天大学教授团队与中科院高能物理研究所合作,合成了Y、Sc(Y1/NC,Sc1/NC)单原子催化剂,用于常温常压下的电化学催化氢气还原氮气的反应。反应历程与相对能量模拟计算结果如图所示(*表示稀土单原子催化剂)。下列说法错误的是 (　　)
A.Sc1/NC比Y1/NC更有利于吸附氮气
B.实际生产中将催化剂的尺寸处理成纳米级可提高氮气的平衡转化率
C.使用Sc1/NC单原子催化剂的反应历程中,最大能垒的反应过程可表示为*N2+HNNH
D.升高温度不一定提高氨气单位时间内的产率
解析:选B。由图可知,使用Sc1/NC的反应活化能小于使用Y1/NC的反应活化能,说明Sc1/NC比Y1/NC更有利于吸附N2,A正确;催化剂只能改变反应的活化能,不影响平衡移动,氮气的平衡转化率不变,B错误;由图可知,使用Sc1/NC单原子催化剂时,*N2与H结合生成*NNH的活化能最大,则历程中最大能垒的反应为*N2+HNNH,C正确;由图可知,该反应的ΔH<0,升高温度平衡逆向移动,且温度越高,催化剂吸附N2越困难,故升高温度,虽然可增大反应速率,但不一定能提高单位时间内NH3的产率,D正确。
加固训练
　　1.反应C2H6(g)C2H4(g)+H2(g)　ΔH>0,在一定条件下于密闭容器中达到平衡。下列各项措施中,不能提高乙烷平衡转化率的是(　　)
A.增大容器容积
B.升高反应温度
C.分离出部分氢气
D.等容下通入惰性气体
解析:选D。增大反应容器的容积,体系的压强减小,化学平衡正向移动,能提高乙烷平衡转化率,A不符合题意;升高反应温度,化学平衡正向移动,可提高乙烷的平衡转化率,B不符合题意;分离出部分氢气,平衡正向移动,可提高乙烷的平衡转化率,C不符合题意;等容下通入惰性气体,体系的总压强增大,但参加反应的物质的浓度不变,因此化学平衡不移动,对乙烷的平衡转化率无影响,D符合题意。
2.在密闭容器中投入一定量反应物发生储氢反应:LaNi5(s)+3H2(g)LaNi5H6(s)　ΔH=-301 kJ·mol-1,在某温度下,达到平衡状态后,测得氢气压强为2 MPa。下列说法不正确的　是 (　　)
A.当LaNi5的浓度不再变化时,该反应达到平衡状态
B.若温度不变,缩小容器容积至原来的一半,重新达到平衡时H2的压强仍为2 MPa
C.其他条件不变,扩大容器的容积,重新达到平衡时n(H2)增多
D.增大压强,降低温度,有利于储氢
解析:选A。LaNi5是固体,不能判断反应是否达到平衡状态,A错误;温度不变,缩小容器容积至原来的一半,平衡常数不变,则重新达到平衡时H2的压强仍为2 MPa,B正确;温度不变,平衡常数不变,平衡时c(H2)不变,容积增大,则n(H2)增多,C正确;该反应的正反应是气体总分子数减小的放热反应,因此增大压强、降低温度,平衡正向移动,有利于储氢,D正确。
考点3　化学平衡常数和转化率
　　　　化学平衡常数和转化率
1.(2021·海南等级考)制备水煤气的反应C(s)+H2O(g)H2(g)+CO(g)　ΔH>0,下列说法正确的是 (　　)
A.该反应ΔS<0
B.升高温度,反应速率增大
C.恒温下,增大总压,H2O(g)的平衡转化率不变
D.恒温恒压下,加入催化剂,平衡常数增大
解析:选B。该反应的正反应是气体体积增大的反应,ΔS>0,A错误;升高温度,有效碰撞次数增加,化学反应速率增大,B正确;恒温下,增大总压,化学平衡向逆反应方向移动,使H2O(g)的平衡转化率减小,C错误;恒温恒压下,加入催化剂,化学平衡不移动,因此化学平衡常数不变,D错误。
　　　　分压平衡常数
2.(2022·湖南选择考节选)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。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1 mol H2O(g),起始压强为0.2 MPa时,发生下列反应生成水煤气:
Ⅰ.C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)ΔH1=+131.4 kJ·mol-1
Ⅱ.CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)ΔH2=-41.1 kJ·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
D.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0.1 mol。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错误;在反应中有固体C转化为气体,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,由于可逆反应有一定的限度,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,C错误;将炭块粉碎可以增大其与H2O(g)的接触面积,因此可加快反应速率,D正确;
②反应平衡时,H2O(g)的转化率为50%,则水的变化量为0.5 mol,水的平衡量也是0.5 mol,由于CO的物质的量为0.1 mol,则根据O原子守恒可知CO2的物质的量为0.2 mol,则反应Ⅰ生成CO的总物质的量为0.3 mol,根据相关反应的热化学方程式可知,生成0.3 mol CO要吸收热量39.42 kJ,生成0.2 mol CO2要放出热量8.22 kJ,因此整个体系吸收热量39.42 kJ-8.22 kJ=31.2 kJ;由H原子守恒可知,平衡时H2的物质的量为0.5 mol,CO的物质的量为0.1 mol,CO2的物质的量为0.2 mol,水的物质的量为0.5 mol,则平衡时气体的总物质的量为0.5 mol+0.1 mol+0.2 mol+0.5 mol=1.3 mol,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0.2 MPa×1.3=0.26 MPa,反应Ⅰ(C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g))的平衡常数Kp=×p总=×0.26 MPa=0.02 MPa。
答案:①BD　②吸收　31.2　0.02 MPa
3.(2021·全国乙卷节选)氯铂酸钡(BaPtCl6)固体加热时部分分解为BaCl2、Pt和Cl2,376.8 ℃时平衡常数K'p= 1.0×104 Pa2,在一硬质玻璃烧瓶中加入过量BaPtCl6,抽真空后,通过一支管通入碘蒸气(然后将支管封闭),在376.8 ℃,碘蒸气初始压强为20.0 kPa。376.8 ℃平衡时,测得烧瓶中压强为32.5 kPa,则pICl=　　　　　kPa,反应2ICl(g)===Cl2(g)+I2(g)的平衡常数K=　　　　　(列出计算式即可)。
解析:BaPtCl6BaCl2+Pt+2Cl2↑,376.8 ℃时Kp'=p2(Cl2)=1.0×104 Pa2,说明p(Cl2)始终为0.1 kPa,在376.8 ℃,碘蒸气初始压强为20.0 kPa,设Δp(I2)=x kPa,
　　　　　　 2ICl(g)===Cl2(g)+I2(g)
起始(kPa) 0 0.1+x 20
转化(kPa) 2x x x
平衡(kPa) 2x 0.1 20-x
376.8 ℃平衡时,测得烧瓶中压强为32.5 kPa,则(2x+0.1+20-x)kPa=32.5 kPa,解得x=12.4,则pICl=2×12.4 kPa=24.8 kPa;p(I2)=20 kPa-12.4 kPa=7.6 kPa,该反应是气体体积不变的反应,则K=Kp=。
答案:24.8　
4.(2021·湖北选择考节选)对于反应C3H8(g)===C3H6(g)+H2(g)　ΔH1=+125 kJ·mol-1,总压恒定为100 kPa,在密闭容器中通入C3H8和N2的混合气体(N2不参与反应),从平衡移动的角度判断,达到平衡后“通入N2”的作用是 　　　　　　　。
在温度为T1时,C3H8的平衡转化率与通入气体中C3H8的物质的量分数的关系如图所示,计算T1时该反应的平衡常数Kp=　　　　　kPa。
解析:达到平衡后,通入N2,由于总压恒定为100 kPa,则容器体积增大,平衡向正反应方向移动,C3H8(g)的转化率增大;根据题图,C3H8的物质的量分数为0.4时,其平衡转化率为50%;假设混合气体为1 mol,则起始时C3H8为0.4 mol,N2为0.6 mol,运用三段式法计算:
　　　　　　C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)
开始量(mol) 0.40 0 0
变化量(mol) 0.20 0.20 0.20
平衡量(mol) 0.20 0.20 0.20
由于总压恒定为100 kPa,平衡时C3H8为0.2 mol,C3H6为0.2 mol,H2为0.2 mol,N2为0.6 mol,则C3H8(g)、C3H6(g)、H2(g)的分压均为100 kPa×= kPa,故T1时该反应的平衡常数Kp=≈16.7 kPa。
答案:减小气体浓度,使平衡正向移动,提高C3H8(g)转化率　16.7
1.转化率、产率及分压的计算
反应物转化率=×100%
产物的产率=×100%
分压=总压×物质的量分数
2.常用的气体定律
(1)同温同体积:p(前)∶p(后)=n(前)∶n(后)
(2)同温同压强:=;=
3.解答压强平衡常数题目的方法
(1)直接根据分压强计算压强平衡常数
(2)根据“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)”计算压强平衡常数
(3)利用“三段式”用压强表示各组分的量,计算平衡时各物质的分压,求Kp的步骤:
　　　　化学平衡常数和转化率
1.(2022·重庆模拟)无水乙醇催化脱水制备乙烯时同时发生如下三个反应:
反应Ⅰ:C2H5OH(g)C2H4(g)+H2O(g)　ΔH1=+45.5 kJ·mol-1
反应Ⅱ:2C2H5OH(g)C2H5OC2H5(g)+H2O(g)　ΔH2=-19.0 kJ·mol-1
反应Ⅲ:C2H5OC2H5(g)2C2H4(g)+H2O(g)　ΔH3=+110 kJ·mol-1。
2 L恒容密闭容器中加入2 mol C2H5OH(g)和一定量的催化剂进行反应,平衡体系中有机物的物质的量分数随温度的变化如图所示。下列说法正确的是 (　　)
A.对于反应Ⅰ,恒温恒容下,增大压强,平衡向逆方向移动,K2减小
B.图中Y代表C2H5OC2H5
C.升温、延长反应时间均可提高A点C2H4的平衡产率
D.380 ℃时,乙醇的物质的量分数接近0,则反应Ⅲ的平衡常数K=
解析:选D。平衡常数只与温度有关,A错误;生成乙烯的反应均为吸热反应,升高温度,平衡向正反应方向移动,乙烯的物质的量分数增大,图中Y代表的是C2H4,B错误;平衡常数与时间无关,延长反应时间不能提高A点C2H4的平衡产率,C错误;平衡时设乙烯为x mol,乙醚为y mol,380 ℃时,由图像可知x=4y,由于乙醇完全消耗,根据碳元素守恒,n(C2H5OH)=n(C2H4)+2n(C2H5OC2H5),则x+2y=2,解得:x=,y=,再根据氢元素守恒,n(H2O)=×(2×6-×10-×4) mol= mol,
K===,D正确。
2.(2022·泉州模拟)向容积为2 L的真空密闭容器中加入活性炭(足量)和NO,发生反应C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)　ΔH>0 ,NO和N2的物质的量变化如表所示,T1 ℃、T2 ℃下分别达到平衡时容器的总压强分别为p1 kPa、p2 kPa。下列说法错误的是 (　　)
项　目 T1/℃ T2/℃
0 5 min 10 min 15 min 20 min 25 min 30 min
NO 2.0 1.16 0.80 0.80 0.50 0.40 0.40
N2 0 0.42 0.60 0.60 0.75 0.80 0.80
A.T1 ℃时,0~10 min内,以NO表示的反应速率v(NO)=0.06p1 kPa·min-1
B.T1 ℃下,反应的平衡常数为
C.第15 min后,温度调整到T2 ℃,数据变化如表所示,则p1>p2
D.若30 min时,保持T2 ℃不变,再加入2 mol NO,再次达到平衡时NO的体积分数为20%
解析:选C。该反应是等体积反应,T1 ℃时,根据压强之比等于物质的量之比,因此0~10 min内,以NO表示的反应速率v(NO)==0.06p1 kPa·min-1,A正确;T1 ℃下,反应的平衡常数为K==,B正确;第15 min后,温度调整到T2 ℃,NO物质的量减少,说明平衡正向移动,正向是吸热反应,说明是升温,温度越高,压强越大,因此得到p2>p1,C错误;若30 min时,NO物质的量为0.4 mol,N2、CO2物质的量为0.8 mol,NO的体积分数为×100%=20%,保持T2 ℃不变,加入2 mol NO,相当于加压,平衡不移动,再次达到平衡时NO的体积分数为20%,D正确。
3.利用“化学蒸气转移法”制备TaS2晶体,发生如下反应:TaS2(s)+2I2(g)TaI4(g)+S2(g)　ΔH>0
(1)该反应的平衡常数表达式K=　　　　　　。
(2)若K=1,向某恒容密闭容器中加入1 mol I2(g)和足量TaS2(s),I2(g)的平衡转化率为　。
解析:(1)根据题意该反应的平衡常数表达式K=;
(2)若K=1,设I2的平衡转化率为x,则参加反应的I2为x mol,平衡时生成TaI4和S2各0.5x mol,剩余I2为(1-x) mol,根据K===1,解得x≈66.7%。
答案:(1)　(2)66.7%
　　　　分压平衡常数
4.T ℃时,在恒容密闭容器中通入CH3OCH3,发生反应:CH3OCH3(g)CO(g)+H2(g)+CH4(g),测得容器内初始压强为41.6 kPa。达到平衡时,测得体系的总压强p总=121.6 kPa,则该反应的平衡常数Kp=　　　　　　kPa2(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。
解析:达到平衡时,测得体系的总压强p(总)=121.6 kPa,设平衡转化率为α,则:
　　　　　　　CH3OCH3(g)CO(g)+H2(g)+CH4(g)
起始p(kPa): 41.6 0 0 0
转化p(kPa): 41.6α 41.6α 41.6α 41.6α
平衡p(kPa): 41.6(1-α) 41.6α 41.6α 41.6α
根据达到平衡时,41.6(1-α)+41.6α+41.6α+41.6α=121.6,解得α=,则平衡时CH3OCH3(g)、CO(g)、H2(g)、CH4(g)分压分别为1.6 kPa、40 kPa、40 kPa、40 kPa,则该反应的平衡常数Kp==4×104(kPa2)。
答案:4×104
5.(2022·北京丰台区模拟)丙烯(C3H6)是重要的有机化工原料。丙烷直接脱氢法制取丙烯的反应为C3H8(g)C3H6(g)+H2(g),该反应为强吸热过程,下图为丙烷和丙烯的平衡体积分数与温度、压强的关系(图中的压强分别为104Pa和105 Pa)。
(1)104 Pa时,图中表示丙烯的曲线是　　　　　(填“ⅰ”“ⅱ”“ⅲ”或“ⅳ”)。
(2)104 Pa、500 ℃时,用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp=　　　　　(已知:气体分压=气体总压×体积分数)。
解析:(1)丙烷脱氢制丙烯为强吸热过程,一定压强下,温度升高,丙烷的平衡体积分数减小,故ⅰ、ⅲ代表丙烯,ⅱ、ⅳ代表丙烷;丙烷脱氢制丙烯为气体体积增大的反应,温度一定时增大压强,平衡向逆反应方向移动,丙烯的平衡体积分数减小,故曲线ⅰ代表104 Pa时丙烯的平衡体积分数;(2)104 Pa、500 ℃时,丙烯的平衡体积分数为33%,设起始丙烷为1 mol,转化率为x,由题意建立如下三段式:
　　　　　　C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)
起始n(mol) 1 0 0
转化n(mol) x x x
平衡n(mol) 1-x x x
则由丙烯的平衡体积分数为33%可得,=0.33,解得x≈0.5,丙烷、丙烯和氢气的分压均为104Pa×,则用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp=(104 Pa×)×(104 Pa×)/(104 Pa×)=104 Pa×≈3.3×103Pa。
答案:(1)ⅰ　(2)3.3×103 Pa
加固训练
　　1.在温度为T时,将NH4HS(s)置于抽真空的容器中,当反应NH4HS(s)NH3(g)+H2S(g)达到平衡时,测得总压强为p,则该反应的平衡常数Kp为 (　　)
A.p　　B.p2　　C.p2　　D.p
解析:选C。
　　　　　NH4HS(s)NH3(g)+H2S(g)
开始时: 0 0
平衡时: p p
则该反应的平衡常数Kp=p(H2S)·p(NH3)=p·p=p2。
2.已知反应:①CO(g)+CuO(s)CO2(g)+Cu(s);②H2(g)+CuO(s)Cu(s)+H2O(g)在相同温度下的平衡常数分别为K1和K2,该温度下反应③CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)的平衡常数为K3。则下列说法正确的是 (　　)
A.反应①的平衡常数K1=
B.反应③的平衡常数K3=
C.对于反应③,恒容时,温度升高,K3不变
D.对于反应②,恒温恒容下,增大压强,K2减小
解析:选B。纯固体不能出现在平衡常数表达式中,A错误;由反应③=①-②得K3=,B正确;对于反应③,温度升高,K3改变,C错误;对于反应②,恒温恒容下,增大压强,平衡常数不变,D错误。
考点4　化学反应速率及化学平衡图像
　　　　浓度(或n)、速率、转化率图像
1.(2022·浙江1月选考)在恒温恒容条件下,发生反
应A(s)+2B(g)3X(g),c(B)随时间的变化如图中曲线甲所示。下列说法不正确的是 (　　)
A.从a、c两点坐标可求得从a到c时间间隔内该化学反应的平均速率
B.从b点切线的斜率可求得该化学反应在反应开始时的瞬时速率
C.在不同时刻都存在关系:2v(B)=3v(X)
D.维持温度、容积、反应物起始的量不变,向反应体系中加入催化剂,c(B)随时间变化关系如图中曲线乙所示
解析:选C。图像中可以得到单位时间内的浓度变化,从a、c两点坐标可求得从a到c时间间隔内该化学反应的平均速率,A正确;b点处的切线的斜率是此时刻物质浓度除以此时刻时间,为反应物B在反应开始时的瞬时速率,B正确;在不同时刻都存在关系:3v(B)=2v(X),C错误;维持温度、容积不变,向反应体系中加入催化剂,平衡不移动,反应速率增大,达到新的平衡状态时,平衡状态与原来的平衡状态相同,D正确。
　　　　温度(或压强)图像
2.(2022·湖南选择考改编)向体积均为1 L的两恒容容器中分别充入2 mol X和1 mol Y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 (　　)
A.ΔH>0
B.气体的总物质的量:na>nc
C.a点平衡常数:K>12
D.反应速率:va正解析:选C。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因为容器温度升高,则说明上述反应过程放热,即ΔH<0,故A错误;根据A项分析可知,上述密闭容器中的反应为放热反应,图中a点和c点的压强相等,因甲容器为绝热过程,乙容器为恒温过程,若两者气体物质的量相等,则甲容器压强大于乙容器压强,则说明甲容器中气体的总物质的量此时相比乙容器小,即气体总物质的量:na　　　　　　　2X(g)+Y(g)Z(g)
c0/mol·L-1 2 1 0
Δc/mol·L-1 2x x x
c平/mol·L-1 2-2x 1-x x,
则有=,计算得到x=0.75,那么化学平衡常数K===12,甲容器为绝热条件,当Q=12时,因反应为放热反应,此时压强会大于p,要使压强等于p,反应体系气体物质的量需进一步减小,即反应会继续正向移动,当达到平衡时,K>12,故C正确;根据图像可知,甲容器达到平衡的时间短,温度高,所以达到平衡的速率相对乙容器的快,即va正>vb正,故D错误。
　　　　“多因素影响”平衡图像
3.(2021·江苏选择考)NH3与O2作用分别生成N2、NO、N2O的反应均为放热反应。工业尾气中的NH3可通过催化氧化为N2除去。将一定比例的NH3、O2和N2的混合气体以一定流速通过装有催化剂的反应管,NH3的转化率、生成N2的选择性[×100%]与温度的关系如图所示。
下列说法正确的是 (　　)
A.其他条件不变,升高温度,NH3的平衡转化率增大
B.其他条件不变,在175~300℃范围,随温度的升高,出口处N2和氮氧化物的量均不断增大
C.催化氧化除去尾气中的NH3应选择反应温度高于250 ℃
D.高效除去尾气中的NH3,需研发低温下NH3转化率高和N2选择性高的催化剂
解析:选D。图示中NH3的转化率不是指平衡转化率而是一定流速下的NH3的转化率,NH3与O2作用分别生成N2、NO、N2O的反应均为放热反应,升高温度,平衡向逆反应方向进行,氨气的平衡转化率降低,A错误;根据图像,在175~300 ℃范围,随温度的升高,N2的选择性降低,即产生氮气的量减少,B错误;根据图像,温度高于250 ℃,N2的选择性降低,且氨气的转化率变化并不大,浪费能源,根据图像,温度应略小于225 ℃,此时氨气的转化率、氮气的选择性较大,C错误;NH3转化的反应为放热反应,则在低温下NH3的转化率较高,并且低温下N2的选择性高,但低温下反应速率较慢,单位时间内NH3的转化率不高,故需要研发低温下促进NH3转化的催化剂,D正确。
化学平衡图像类试题解题思维模型
　　　　浓度(或n)、速率、转化率图像
1.(2022·张家口模拟)一定温度下,向三个容积不等的恒容密闭容器(aA.A点延长反应时间,可以提高NOCl的转化率
B.A、B两点的压强之比为25∶28
C.A点的平均反应速率小于C点的平均反应速率
D.容积为a L的容器达到平衡后再投入1 mol NOCl、1 mol NO,平衡不移动
解析:选D。容器体积越大,压强越小,反应速率越小,容积为a L的容器反应速率大于容积为b L的容器,t min后, A点的转化率小于B,说明A点达到平衡状态,A点延长反应时间,NOCl的转化率不变,A错误;投入2 mol NOCl,列三段式
　　　　　　　　2NOCl(g)2NO(g)+Cl2(g)
起始量/mol 2 0 0
A点物质的量/mol 1 1 0.5
B点物质的量/mol 0.4 1.6 0.8
A、B两点的气体物质的量之比为(1+1+0.5)∶(0.4+1.6+0.8)=25∶28,但容器的体积不同,所以压强之比不是25∶28,B错误;其他条件不变时,容积越大,相当于减小压强,反应速率越小,A点容积小于C点容积,则A点的平均反应速率大于C点的平均反应速率,C错误;A点为平衡点,根据A点数据,K==,再投入1 mol NOCl、1 mol NO,Q==,Q=K,平衡不移动,D正确。
2.(2022·吉安模拟)有效去除大气中的SO2是环境保护的重要课题。
(1)碘硫热化学循环中,SO2水溶液还原I2的反应包括:SO2+I2+2H2O3H++HS+2I-,I-+I2,若起始时n(SO2)=n(I2)=1 mol,I-、、H+、HS的物质的量随起始投料的变化如图所示:
图中曲线a表示的微粒为H+,b为　　　　　,c为　　　　　。
(2)反应HI(g)H2(g)+I2(g),起始时HI的物质的量为1 mol,起始压强为0.1 MPa,平衡时HI(g)和H2(g)的物质的量随温度变化如图所示:
①该反应的ΔH　　　　　(填“>”或“<”)0。
②600 ℃时,反应的平衡常数Kp=　　　　　(Kp为分压表示的平衡常数)。
解析:(1)题图中横坐标的增大,意味水的增加,即加水稀释,SO2+I2+2H2O3H++HS+2I-平衡正向移动,I-+I2平衡逆向移动,则n(H+)、n(I-)增大,n()减小,曲线a为H+,曲线b为I-,曲线d为,曲线c为HS(稀释后HS电离程度增大,故其浓度基本不变);
(2)①由图像知,随着温度升高,HI量逐渐减少,故平衡正向移动,该反应ΔH>0;
②结合图像列三段式如下:
　　　　　HI(g)H2(g)+I2(g)
起始 1 mol 0 0
转化 0.25 mol 0.125 mol 0.125 mol
平衡 0.75 mol 0.125 mol 0.125 mol
故平衡时各气体的物质的量分数
x(HI)==,
x(H2)=x(I2)==,
则Kp===。
答案:(1)I-　 HS
(2)①>　②
　　　　温度(或压强)图像
3.一定条件下合成乙烯:6H2(g)+2CO2(g)CH2CH2(g)+4H2O(g)。已知温度对CO2的平衡转化率和催化剂催化效率的影响如图。下列说法正确的是 (　　)
A.M点的正反应速率v正大于N点的逆反应速率v正
B.若投料比n(H2)∶n(CO2) =4∶1,则图中M点乙烯的体积分数为5.88%
C.250 ℃,催化剂对CO2平衡转化率的影响最大
D.当温度高于250℃,升高温度,平衡逆向移动导致催化剂的催化效率降低
解析:选B。化学反应速率随温度的升高而加快,由图可得,当温度高于250 ℃时,催化剂的催化效率随温度的升高而降低,所以无法判断M点的正反应速率v正和N点的逆反应速率v逆的大小关系,A错误;设开始投料n(H2)为4 mol,则n(CO2)为1 mol,如图当在M点平衡时二氧化碳的转化率为50%,列三段式得:
　　　　　　6H2(g)+2CO2(g)CH2CH2(g)+4H2O(g)
n(开始/mol) 4 1 0 0
n(转化/mol) 1.5 0.5 0.25 1
n(平衡/mol) 2.5 0.5 0.25 1
乙烯的体积分数为0.25÷(2.5+0.5+0.25+1)×100%≈5.88%,B正确;催化剂不影响平衡转化率,只影响化学反应速率,C错误;根据图像,当温度高于250℃,升高温度二氧化碳的平衡转化率降低,则说明平衡逆向移动,但催化剂与化学平衡没有关系,D错误。
4.(2022·沈阳一模)工业废气中CO分离后可以再利用,一定条件下用CO和H2合成CH3OH的反应为CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)。在2 L恒容密闭容器中充入3 mol CO和5 mol H2,在催化剂作用下充分反应。当改变某一外界条件(温度或压强)时,CH3OH的平衡体积分数φ(CH3OH)变化趋势如图所示(已知a(1)用CO和H2合成CH3OH的反应是 (填“吸热”或“放热”)反应,理由是 　。
(2)300 ℃、d kPa时,该反应的化学平衡常数K=　　　　　　,平衡后H2的平衡转化率为　　　　　　　。向平衡混合物中再加入1 mol CO、1 mol H2和12 mol CH3OH(g),平衡　　　　　(选填“向正反应方向”“向逆反应方向”或“不”)移动。
解析:(1)升高温度,CH3OH的平衡体积分数减小,平衡逆向移动,说明该反应为放热反应;
(2)300 ℃、d kPa时,φ(CH3OH)=50%,设CO转化物质的量为x mol,列化学平衡三段式:
　　　　　　CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)
起始(mol): 3 5 0
转化(mol): x 2x x
平衡(mol): 3-x 5-2x x
φ(CH3OH)=×100%=50%,解得x=2,K=,代入数据求得K=8,平衡后H2的平衡转化率为×100%=80%;向平衡混合物中再加入1 mol CO、1 mol H2和12 mol CH3OH(g),Qc==7答案:(1)放热　由图可知,升高温度,CH3OH的平衡体积分数减小,平衡逆向移动
(2)8　80%　向正反应方向
　　　　“多因素影响”平衡图像
5.(2022·衡阳模拟)(1)由丙烷制丙烯的方法如下:C3H8(g)+O2(g)C3H6(g)+H2O(g)　ΔH1=-118 kJ·mol-1。在催化剂作用下,C3H8氧化脱氢除生成C3H6外,还生成CO、CO2等物质。C3H8的转化率和C3H6的产率随温度变化关系如图所示。
①图中C3H8的转化率随温度升高而上升的原因是 　。
②在550℃时,C3H6的选择性为　　　　　(保留1位小数)(C3H6的选择性=
×100%)。
③C3H6的选择性:550℃　　　　　(填“大于”或“小于”)575 ℃。
(2)工业上常用氨气去除一氧化氮的污染,反应原理为4NH3(g)+6NO(g)5N2(g)+6H2O(g)。测得该反应的平衡常数与温度的关系为lgKp=5.0+(T为开氏温度)。
①该反应ΔH　　　　　(填“>”“=”或“<”)0。
②一定温度下,按进料比n(NH3)∶n(NO)=1∶1,匀速通入装有锰、镁氧化物作催化剂的反应器中反应。反应相同时间,NO的去除率随反应温度的变化曲线如上图。NO的去除率先迅速上升的主要原因是 　;
当反应温度高于380 ℃时,NO的去除率迅速下降的原因可能是 　。
解析:(1)①由题干信息可知该反应为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,C3H8的转化率应该降低,但实际上C3H8的转化率随温度的升高而增大,可能是升高温度,催化剂的活性增大,反应速率加快的缘故。
②由图可知,550 ℃时,C3H8的转化率为13%,C3H6的产率为8%,设参加反应的C3H8的物质的量为100 mol,则反应的C3H8的物质的量为13 mol,生成的C3H6的物质的量为8 mol,则C3H6的选择性为×100%≈61.5%。
③550 ℃时,C3H6的选择性为61.5%,575 ℃时,C3H6的选择性为×100%≈51.5%,因此550 ℃时C3H6的选择性大于575 ℃时C3H6的选择性。
(2)①根据该反应的平衡常数与温度的关系式lgKp=5.0+可知,随着温度升高,平衡常数降低,说明升高温度,化学平衡逆向移动,所以该反应的正反应为放热反应。
②该反应为放热反应,随反应温度变化,在反应开始时迅速上升是因为催化剂活性增强;当反应温度高于380 ℃时,NO的去除率迅速下降的原因可能是催化剂失去催化活性。
答案:(1)①温度升高,催化剂活性增大,反应速率加快
②61.5%　③大于
(2)①<　②催化剂活性增强　催化剂失活
加固训练
　　1.合成氨工艺是人工固氮最重要的途径。N2和H2生成NH3的反应为N2(g)+H2(g)NH3(g)　ΔH(298 K)=-46.2 kJ·mol-1
(1)利于提高合成氨平衡产率的条件有 (填字母)。
　A.低温　　B.高温　　C.低压　　D.高压　　E.催化剂
(2)标准平衡常数Kθ=,其中pθ为标准压强(1×105 Pa),p(NH3)、p(N2)和p(H2)为各组分的平衡分压,如p(NH3)=x(NH3)p,p为平衡总压,x(NH3)为平衡体系中NH3的物质的量分数。
①N2和H2起始物质的量之比为1∶3,反应在恒定温度和标准压强下进行,NH3的平衡产率为w,则标准平衡常数Kθ=　　　　　(用含w的最简式表示)。
②下图中可以表示标准平衡常数Kθ随温度T变化趋势的是　　　　　。
(3)实际生产中,常用工艺条件:Fe作催化剂,控制温度为773 K、压强为3.0×105 Pa,原料气中N2和H2物质的量之比为1∶2.8。
①分析说明原料气中N2过量的理由 　　　　　　　　　　　　　　　　　。
②关于合成氨工艺的下列理解,正确的是　　　　　(填字母)。
A.合成氨反应在不同温度下的ΔH和ΔS都小于零
B.控制温度(773 K)远高于室温,是为了保证尽可能高的平衡转化率和加快反应速率
C.当温度、压强一定时,在原料气(N2和H2的比例不变)中添加少量惰性气体,有利于提高平衡转化率
D.基于NH3有较强的分子间作用力可将其液化,不断将液氨移去,利于反应正向进行
E.分离空气可得N2,通过天然气和水蒸气转化可得H2,原料气须经过净化处理,以防止催化剂中毒和安全事故发生
　解析:(1)合成氨反应是气体分子数减小的放热反应,所以低温、高压有利于提高合成氨的平衡产率,A、D正确。
(2)①Kθ===
设平衡时生成a mol的氨气,起始时N2的物质的量为 mol,H2的物质的量为 mol
　　　　　　　N2(g)+H2(g)NH3(g)
起始n/mol: 0
平衡n/mol: -a -a a
根据题意得:=w
Kθ=======。
②温度升高,平衡左移,标准平衡常数减小,应选A。
(3)①N2在空气中大量存在,容易得到,所以N2可适度过量,以便提高H2的转化率;
②根据合成氨反应的特点及平衡移动原理分析
　可知,A、D、E正确。
答案:(1)AD
(2)①　②A
(3)①原料气中N2相对易得,适度过量有利于提高H2的转化率
②ADE
2.甲醇是重要的化工原料。
(1)工业上常利用CH4来吸收CO2生成CO和H2,再用H2和CO合成甲醇。如在恒容密闭容器中通入物质的量浓度均为1.0 mol·L-1的CH4与CO2,在一定条件下仅发生反应:CO2(g)+CH4(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1所示:
①该反应的ΔH　　　　　　(填“<”“=”或“>”)0。
②压强p1、p2、p3、p4由大到小的关系为　　　　　　　　　　　　　　 。压强为p4时,在b点:v(正)　　　　　　(填“<”“=”或“>”)v(逆)。
③对于气相反应,用某组分(B)的平衡压强p(B)代替物质的量浓度c(B)也可表示平衡常数(记作Kp),当p4=0.36 MPa,则a点的平衡常数Kp=　　　　　　(保留3位有效数字,用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。
　(2)燃煤烟气中硫的回收反应为2CO(g)+SO2(g)===2CO2(g)+S(l)。在其他条件相同、催化剂不同时,硫的回收反应中SO2的转化率随反应温度的变化如图2所示。260 ℃时,　　　　　(填“La2O3”“NiO”或“TiO2”)的催化效率最高。La2O3和NiO作催化剂均可能使SO2的转化率达到很高,不考虑价格因素,选择La2O3的主要优点是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　。
解析:(1)①根据图示,压强不变时,升高温度,甲烷的平衡转化率增大,说明正反应为吸热反应,ΔH>0;
②温度不变时,降低压强,平衡向正反应方向移动,甲烷的平衡转化率增大,p4>p3>p2>p1,压强为p4时,b点未达到平衡,反应正向进行,故v(正) >v(逆);③由用平衡浓度表示的平衡常数类推可知,用平衡压强表示的压强常数Kp=,p4时a点甲烷的平衡转化率为80%,则平衡时c(CH4) =c(CO2)=0.2
　mol·L-1,c(CO)=c(H2)=1.6 mol·L-1,Kp=
≈1.64 (MPa)2;
(2)由图2可知,260 ℃时,TiO2作催化剂时,SO2的转化率最高,故TiO2的催化效率最高,随着温度升高,SO2的转化率逐渐升高,但使用不同催化剂对SO2转化率的增加程度不一样,在340 ℃时,La2O3催化下SO2的转化率接近90%然后维持在较高水平,同期NiO和TiO2催化下的SO2的转化率较低,到420 ℃时,NiO催化下SO2的转化率与La2O3相同,此时TiO2的较低。
答案:(1)①>
②p4>p3>p2>p1　>
③1.64(MPa)2
(2)TiO2　　La2O3在相对较低温度催化效率更高(或其他合理表述)