专题06化学反应速率和化学平衡——备战2021年高考化学纠错笔记（教师版含解析）_05高考化学_新高考复习资料_2023年新高考资料_一轮复习_2023年新高考大一轮复习讲义

v 向正反应方向移动 正 逆 减小反应物的浓度 减小 不变 v ＜v 向逆反应方向移动 正 逆 浓度 增大生成物的浓度 不变 增大 v ＜v 向逆反应方向移动 正 逆 减小生成物的浓度 不变 减小 v >v 向正反应方向移动 正 逆 增大压强 增大 增大 v >v 向正反应方向移动 正 逆 m+n>p+q 减小压强 减小 减小 v ＜v 向逆反应方向移动 正 逆 压强（通 增大压强 增大 增大 v ＜v 向逆反应方向移动 过改变体 正 逆 m+nv 向正反应方向移动 正 逆 变化） 增大压强 增大 增大 v =v 平衡不移动 正 逆 m+n=p+q 减小压强 减小 减小 v =v 平衡不移动 正 逆 容积不变充入He 不变 不变 v =v 平衡不移动 正 逆 m+n＞p+q 减小 减小 v ＜v 向逆反应方向移动 正 逆 压强不变 m+n=p+q 减小 减小 v =v 平衡不移动 充入He 正 逆 m+n＜p+q 减小 减小 v ＞v 向正反应方向移动 正 逆 升高温度 增大 增大 v ＜v 向逆反应方向移动 正 逆 ΔH＜0 温度 降低温度 减小 减小 v >v 向正反应方向移动 正 逆 ΔH>0 升高温度 增大 增大 v >v 向正反应方向移动 正 逆降低温度 减小 减小 v ＜v 向逆反应方向移动 正 逆 使用正催化剂 增大 增大 v =v 平衡不移动 正 逆 催化剂 使用负催化剂 减小 减小 v =v 平衡不移动 正 逆 浓度、压强和温度对平衡移动影响的几种特殊情况： (1)改变固体或纯液体的量，对平衡无影响。 (2)当反应混合物中不存在气态物质时，压强的改变对平衡无影响。 (3)对于反应前后气体体积无变化的反应，如H(g)+I (g) 2HI(g)，压强的改变对平衡无影响。但增大 2 2 （或减小）压强会使各物质的浓度增大（或减小），混合气体的颜色变深（或浅）。 (4)恒容时，同等程度地改变反应混合物中各物质的浓度时，应视为压强的影响，增大（减小）浓度相当于 增大（减小）压强。 (5)在恒容容器中，当改变其中一种气态物质的浓度时，必然会引起压强的改变，在判断平衡移动的方向和 物质的转化率、体积分数变化时，应灵活分析浓度和压强对化学平衡的影响。 3．化学平衡图像的理解 （1）速率−时间图像 根据v−t图像，可以很快地判断出反应进行的方向，根据v 、v 的变化情况，可以推断出外界条件的改变 正 逆 情况。 以合成氨反应为例：N(g)＋3H(g) 2NH (g) ΔH<0。 2 2 3 条件 c(N )增大 c(H )减小 c(NH )增大 2 2 3 v－t图像 平衡移动方向 正反应方向移动 逆反应方向移动 逆反应方向移动 条件 C(NH )减小 增大压强 减小压强 3 v－t图像 平衡移动方向 正反应方向移动 正反应方向移动 逆反应方向移动 条件 升高温度 降低温度 使用催化剂v－t图像 平衡移动方向 逆反应方向移动 正反应方向移动 不移动 （2）其他常见的化学平衡图像 ①浓度−时间图 此类图像能说明平衡体系中各组分在反应过程中的浓度变化情况。如A+B AB的反应情况如图。 ②总反应速率−时间图像 Zn与足量盐酸的反应，反应速率随时间变化的曲线如图所示。ab段(v渐增)，因该反应为放热反应， 随反应的进行，温度增高，导致反应速率增大；bc段(v渐小)，主要原因是随反应的进行，溶液中c(H+)渐 小，导致反应速率减小。故分析时要抓住各阶段的反应特点，认真分析。 ③含量−时间−温度图像 ④含量−时间−压强图像⑤含量−时间−有无催化剂 4．化学平衡图像题解题技巧 （1）“定一议二”原则 在化学平衡图像中，了解纵轴、横轴和曲线所表示的三个量的意义。在确定横轴所表示的量后，讨 论纵轴与曲线的关系，或在确定纵轴所表示的量后，讨论横轴与曲线的关系。 比如：反应2A(g)+B(g) 2C(g)达到化学平衡时，A的平衡转化率与压强和温度的关系如图 1所 示[A的平衡转化率（α），横轴为反应温度（T）]。 图1 定压看温度变化，升高温度曲线走势降低，说明A的转化率降低，平衡向逆反应方向移动，正反应是 放热反应。 定温看压强变化，因为此反应是反应后气体体积减小的反应，压强增大，平衡向正反应方向移动，A的 转化率增大，故p>p。 2 1 （2）“先拐先平数值大”原则对于同一化学反应在化学平衡图像中，先出现拐点的反应先达到平衡状态，先出现拐点的曲线表示的 温度较高（如图2所示，α表示反应物的转化率）或压强较大[如图3所示，φ（A）表示反应物A的体 积分数]。 图2 图3 图2：T>T，正反应放热。 2 1 图3：p0，B项错误；实验②加水稀释， 溶液变为粉红色，加水稀释，溶液的体积增大，[Co(H O) ]2+、[CoCl ]2−、Cl−浓度都减小，[Co(H O) ]2+、 2 6 4 2 6 Cl−的化学计量数之和大于[CoCl ]2−的化学计量数，则瞬时浓度商>化学平衡常数，平衡逆向移动，C项错误； 4 实验③加入少量ZnCl 固体，溶液变为粉红色，说明Zn2+与Cl−结合成更稳定的[ZnCl ]2−，导致溶液中c 2 4 （Cl−）减小，平衡逆向移动，则由此说明稳定性：[ZnCl ]2−>[CoCl ]2−，D项正确。答案选D。 4 4 【点睛】本题有两个易错点：A项中[Co(H O) ]2+中不仅有Co2+与HO分子间的配位键，而且每个HO分子 2 6 2 2 中还有两个O—Hσ键；C项中HO为溶剂，视为纯液体，加水稀释，溶液体积增大，相当于利用“对气体 2参与的反应，增大体积、减小压强，平衡向气体系数之和增大的方向移动”来理解。 5．[2019江苏]在恒压、NO和O 的起始浓度一定的条件下，催化反应相同时间，测得不同温度下NO转化为 2 NO 的转化率如图中实线所示(图中虚线表示相同条件下NO的平衡转化率随温度的变化)。下列说法正确的 2 是 A．反应2NO(g)+O (g) 2NO (g)的ΔH>0 2 2 B．图中X点所示条件下，延长反应时间能提高NO转化率 C．图中Y点所示条件下，增加O的浓度不能提高NO转化率 2 D．380℃下，c (O )=5.0×10−4 mol·L−1，NO平衡转化率为50%，则平衡常数K>2000 起始 2 【答案】BD 【解析】随温度升高NO的转化率先升高后降低，说明温度较低时反应较慢，一段时间内并未达到平衡， 分析温度较高时，已达到平衡时的NO转化率可知，温度越高NO转化率越低，说明温度升高平衡向逆方 向移动，根据勒夏特列原理分析该反应为放热反应， H<0，A项错误；根据上述分析，X点时，反应还未 到达平衡状态，反应正向进行，所以延长反应时间能∆提高NO的转化率，B项正确；Y点，反应已经达到 平衡状态，此时增加O 的浓度，使得正反应速率大于逆反应速率，平衡向正反应方向移动，可以提高NO 2 的转化率，C项错误；D.设NO起始浓度为a mol/L，NO的转化率为50%，则平衡时NO、O 和NO 的浓 2 2 度分别为0.5a mol/L、(5×10-4-0.25a)mol/L、0.5a mol/L，根据平衡常数表达式K= > =2000，D项正确。答案选BD。 【名师点睛】解本题时需要注意：实线中在最高点之前反应没有达到平衡状态，主要讨论温度对化学反应 速率的影响；最高点之后反应达到平衡状态，可以研究温度对化学平衡的影响。 6．[2018天津卷]室温下，向圆底烧瓶中加入1 molC HOH和含1molHBr的氢溴酸，溶液中发生反应； 2 5 C HOH+HBr C HBr+H O，充分反应后达到平衡。已知常压下，C HBr和C HOH的沸点分别为 2 5 2 5 2 2 5 2 5 38.4℃和78.5℃。下列有关叙述错误的是A．加入NaOH，可增大乙醇的物质的量 B．增大HBr浓度，有利于生成C HBr 2 5 C．若反应物增大至2 mol，则两种反应物平衡转化率之比不变 D．若起始温度提高至60℃，可缩短反应达到平衡的时间 【答案】D 【解析】加入NaOH，中和HBr，平衡逆向移动，可增大乙醇的物质的量，A项正确；增大HBr浓度，平 衡正向移动，有利于生成C HBr，B项正确；若反应物增大至2 mol，实际上就是将反应的浓度都增大至 2 5 原来的2倍，比例不变（两次实验反应物的比例都是1:1，等于方程式中的系数比），这里有一个可以直接 使用的结论：只要反应物的投料比等于系数比，达平衡时反应物的转化率一定是相等的。所以两种反应物 的转化率一定是1:1，C项正确；若起始温度提高至60℃，考虑到HBr是挥发性酸，在此温度下会挥发出 去，降低HBr的浓度减慢速率，增加了反应时间，D项错误。答案选D。 【名师点睛】本题中的反应是反应前后物质的量不变的反应，但是考虑到反应是在水溶液中进行的，而生 成的溴乙烷是不溶于水的，即本题中的溴乙烷应该是没有浓度的，所以选项 D中是不需要考虑温度升高将 溴乙烷蒸出的影响的。 7．[2018江苏卷]（双选）一定温度下，在三个容积相同的恒容密闭容器中按不同方式投入反应物，发生反 应2SO (g)+ O (g) 2SO (g)(正反应放热)，测得反应的相关数据如下： 2 2 3 下列说法正确的是 A．v< v，c< 2c 1 2 2 1 B．K > K ，p> 2p 1 3 2 3 C．v< v，α(SO ) >α (SO ) 1 3 1 2 3 2 D．c> 2c，α(SO )+α(SO )<1 2 3 2 3 3 2 【答案】CD 【解析】对比容器的特点，将容器1和容器2对比，将容器1和容器3对比。容器2中加入4 mol SO 等效 3 于在相同条件下反应物投入量为4 mol SO 和2 mol O ，容器2中起始反应物物质的量为容器1的两倍，容 2 2 器2相当于在容器1达平衡后增大压强，将容器的体积缩小为原来的一半，增大压强化学反应速率加快，υ＞υ，增大压强平衡向正反应方向移动，平衡时c＞2c，p＜2p，α（SO ）+α（SO ）＜1，容器1和容 2 1 2 1 2 1 1 2 2 3 器2温度相同，K =K ；容器3相当于在容器1达到平衡后升高温度，升高温度化学反应速率加快，υ ＞ 1 2 3 υ ，升高温度平衡向逆反应方向移动，平衡时 c ＜c ，p ＞p ，α （SO ）＜α （SO ），K ＜K 。根据上述 1 3 1 3 1 3 2 1 2 3 1 分析。υ ＞υ ，c ＞2c ，A项错误；K ＜K ，p ＜2p ，p ＞p ，则p ＜2p ，B项错误；υ ＞υ ，α （SO ）＜ 2 1 2 1 3 1 2 1 3 1 2 3 3 1 3 2 α（SO ），C项正确；c＞2c，c＜c，则c＞2c，α（SO ）+α（SO ）＜1，α（SO ）＜α（SO ），则 1 2 2 1 3 1 2 3 1 2 2 3 3 2 1 2 α（SO ）+α（SO ）＜1，D项正确。答案选CD。 2 3 3 2 【名师点睛】本题考查化学平衡时各物理量之间的关系，解题时巧妙设计中间状态，利用外界条件对化学 反应速率和化学平衡的影响判断。如容器2先设计其完全等效平衡的起始态为4 mol SO 和2 mol O ，4 mol 2 2 SO 和2 mol O 为两倍容器1中物质的量，起始物质的量成倍变化时相当于增大压强。 2 2 8．某研究性学习小组利用HC O 溶液和酸性KMnO 溶液的反应探究“外界条件的改变对化学反应速率的 2 2 4 4 影响”，进行了如下实验。下列说法错误的是 有关物质 实验 溶液颜色褪 实验 温 酸性KMnO 溶液 HC O 溶液 HO 至无色所用 序号 4 2 2 4 2 度/K 时间/s V/mL c/mol·L－1 V/mL c/mol·L－1 V/mL ① 293 2 0.02 4 0.1 0 t 1 ② 293 2 0.02 3 0.1 1 8 ③ 313 2 0.02 3 0.1 1 t 2 A．实验①②探究的是浓度对反应速率的影响 B．实验①③探究的是温度对反应速率的影响 C．t<8 2 D．计算可得实验②中v(KMnO)≈8.3×10-4mol•L-1•s-1(忽略溶液体积变化) 4 【答案】B 【解析】实验①②对比，变量为HC O 溶液的浓度，所以探究的是浓度对反应速率的影响，A项正确；实 2 2 4 验①③对比，变量不唯一，无法判断探究的是哪种因素对反应速率的影响，B项错误；实验②③对比，单 一变量为温度，温度越高，反应速率越快，实验③的温度更高，所以反应速率比实验②的要快，t<8，C 2 项正确；实验②中，高锰酸钾完全反应需要的时间为8s，高锰酸钾的物质的量为0.02mol•L-1×0.002L＝ 0.00004mol，混合后溶液中高锰酸钾的浓度为=mol/L，v(KMnO)≈＝＝8.3×10-4mol•L-1•s-1，D项正确。答案 4 选B。 9．HI在一定条件下可发生反应 2HI(g) H (g)+I(g) ΔH，在2L恒容密闭容器中，充入一定量的 2 2HI(g)，反应物的物质的量 n（ mol）随时间t（min）变化的数据如下： 根据表中数据，下列说法正确的是 A．实验 1中，反应在 0至 10min内，v(HI)=0.02 mol·L−1 ·min−1 B．800℃时，该反应的平衡常数K=0.25 C．根据实验 1和实验2可说明：反应物浓度越大，反应速率越快 D．ΔH<0 【答案】B 【解析】实验 1中，反应在 0至 10min内，v(HI)= =0.01 mol/(L ·min)，A项错误；根据反应方程 式可知：每有2 molHI反应，会产生1 molH、1 molI ，则800℃时，当反应达到平衡时，反应了0.5 2 2 molHI，则反应产生H、I 的物质的量都是0.25 mol，由于反应前后气体的物质的量相等，所以浓度比等于 2 2 气体的物质的量的比，故该反应的平衡常数K= =0.25，B项正确；温度相同， 平衡时HI的物质的量相同，实验2反应速率快，可能同时使用了催化剂，改变了其它反应条件，不能说反 应物浓度越大，反应速率越快，C项错误；根据实验1、3可知：反应物的起始浓度相等，达到平衡时HI 的浓度实验1>实验3，说明升高温度，平衡正向移动，根据平衡移动原理，升高温度，化学平衡向吸热反 应方向移动，正反应方向为吸热反应，ΔH>0，D项错误。答案选B。 10．X不同条件下能分别转化为Y或Z，转化过程的能量变化如图所示。下列说法正确的是 A．反应X→Y为放热反应 B．加入催化剂曲线a变为曲线bC．反应2X(g)=Z(g)吸收的热量为(E -E ) 2 1 D．升高温度可以提高反应物分子的能量，从而使化学反应速率加快 【答案】D 【解析】图中生成物Y的能量比反应物X高，反应X→Y为吸热反应，A项错误；加入催化剂只能改变反 应的活化能，不能改变反应的焓变，曲线a变为曲线b改变了生成物所具有的能量，B项错误；反应 2X(g)=Z(g)放出的热量为(E -E )，C项错误；升高温度可以提高反应物分子的能量，提高活化分子百分数， 2 1 从而使化学反应速率加快，D项正确；答案选D。 11．在一定温度下，容器内某一反应中M、N的物质的量随反应时间变化的曲线如图，下列表述正确的是 A．反应的化学方程式：2MN B．t 时，正、逆反应速率相等，达到平衡 2 C．t 时，正反应速率大于逆反应速率 3 D．t 时N的浓度是M浓度的2倍 1 【答案】D 【解析】由图像可知，反应中M的物质的量增减增多，N的物质的量增减减少，则在反应中N为反应物， M为生成物，图像中，在相等的时间内消耗的N和M的物质的量之比为2:1，所以反应方程式为： 2N⇌M，A项错误；由图像可知t2时，反应没有达到平衡，此时反应继续向正向进行，正反应速率大于逆 反应速率，B项错误；由图像可知t3时，反应达到平衡，正逆反应速率相等，C项错误；t1时N的物质的 量为6mol，M的物质的量为3mol，即N的浓度是M浓度的2倍，D项正确。答案选D。 12．某化学科研小组研究在其他条件不变时，改变某一条件对A(g)＋3B (g)2AB (g)化学平衡状态的影响， 2 2 3 得到如下图所示的变化规律(图中T表示温度，n表示物质的量)，根据图示得出的判断结论正确的是 A．反应速率a>b>cB．达到平衡时A 的转化率大小为：b>a>c 2 C．若T>T，则正反应是放热反应 2 1 D．达到平衡时，AB 的物质的量大小为：c>b>a 3 【答案】D 【解析】由图可知，B 起始相同时，T 对应的AB 的含量大，则若该正反应为吸热反应，则T>T，若该 2 2 3 2 1 正反应为放热反应，则TT，由图象可知温度升高生成物的物质的量增大， 2 2 1 说明升高温度平衡向正反应方向移动，则正反应为吸热反应，C项错误；对于可逆反应来说，增大一种反 应物的物质的量或浓度，有利于平衡向正反应方向移动，生成物的物质的量增多，所以达到平衡时，AB 3 的物质的量大小为c>b>a，D项正确。答案选D。 13．用来表示可逆反应：2A(g)+B（g）3C（g） ΔH <0的正确图象是图中的 A． B． C． D． 【答案】A 【解析】 ，此图表示降低温度，C%增大，即降低温度，平衡正向移动，从而得出正反应 为放热反应，A项正确； ，此图表示温度升高，正、逆反应速率减慢，与客观实际不符，B项错误； ，此图表示压强增大，平衡正向移动，反应物的气体分子数大于生成物的气 体分子数，与温度无关，C项错误； ，此图表示相同压强时，升高温度，A的转化 率增大，说明升高温度，平衡正向移动，正反应为吸热反应，D项错误。答案选A。 14．（双选）在三个容积均为2 L的密闭容器中按不同方式投入反应物，发生反应： CO(g)+HO(g) CO(g)+H(g) ΔH=−a kJ· mol−1(a>0) 2 2 2 相关反应数据如下： 起始物质的量/ mol 容器 容器类型 起始温度/ 平衡时H 物质的量/ mol 2 CO HO CO H 2 2 2 Ⅰ 恒温恒容 800 1.2 0.6 0 0 0.4 Ⅱ 恒温恒容 900 0.7 0.1 0.5 0.5 Ⅲ 绝热恒容 800 0 0 1.2 0.8 下列说法正确的是 A．容器Ⅰ中反应经10 min建立平衡，0～10 min内，平均反应速率v(CO)=0.04 mol·L−1·min−1 B．若向容器Ⅰ平衡体系中再加入CO、HO、CO、H 各0.1 mol，平衡将正向移动 2 2 2 C．达到平衡时，容器Ⅱ中反应吸收的热量小于0.1a kJ D．达平衡时，容器Ⅲ中n(CO)<0.48 mol 【答案】BD 【解析】 容器Ⅰ中反应经10 min建立平衡，0～10 min内， n(H )=0.4 mol，根据反应可知， n(CO)=0.4 2 mol，平均反应速率v(CO)= =0.02 mol·L−1·min−1，A项错误；根据表中数据可知，平衡时CO、HO、 2 CO、H 各浓度为0.4 mol/L、0.1 mol/L、0.2 mol/L、0.2 mol/L，K= ，若向容器Ⅰ平衡体系中再加 2 2入CO、HO、CO、H 各0.1 mol，Q= ，平衡将正向移动，B项正确；若与Ⅰ温度 2 2 2 相同，则为等效平衡，达平衡时应生成0.8 mol CO，吸收热量0.1a kJ，但由于升高温度平衡向吸热反应的 逆反应移动，生成更多的CO，达到平衡时，容器Ⅱ中反应吸收的热量大于0.1a kJ，C项错误；若为恒温 恒容，根据三段式，设CO 转化率为x， 2 CO(g)+HO(g) CO(g)+H(g) 2 2 2 开始/ mol/L 0 0 0.6 0.4 改变/ mol/L 0.6x 0.6x 0.6x 0.6x 平衡/ mol/L 0.6x 0.6x 0.6−0.6x 0.4−0.6x K= ，解得x=0.4，故平衡时，n(CO)=0.48 mol，因反应为放热反应，绝热恒容时相当 于升高温度，平衡逆向移动，则平衡时，容器Ⅲ中n(CO)<0.48 mol，D项正确。答案选BD。 15．[2020年新课标Ⅲ]二氧化碳催化加氢合成乙烯是综合利用CO 的热点研究领域。回答下列问题： 2 (1)CO 催化加氢生成乙烯和水的反应中，产物的物质的量之比n(C H)∶n(H O)=__________。当反应达到平 2 2 4 2 衡时，若增大压强，则n(C H)___________(填“变大”“变小”或“不变”)。 2 4 (2)理论计算表明，原料初始组成n(CO)∶n(H )=1∶3，在体系压强为0.1MPa，反应达到平衡时，四种组分的 2 2 物质的量分数x随温度T的变化如图所示。 图中，表示C H、CO 变化的曲线分别是______、______。CO 催化加氢合成C H 反应的ΔH______0(填 2 4 2 2 2 4 “大于”或“小于”)。 (3)根据图中点A(440K，0.39)，计算该温度时反应的平衡常数K =_________(MPa)−3(列出计算式。以分压表 p 示，分压=总压×物质的量分数)。 (4)二氧化碳催化加氢合成乙烯反应往往伴随副反应，生成C H、C H、C H 等低碳烃。一定温度和压强条 3 6 3 8 4 8 件下，为了提高反应速率和乙烯选择性，应当___________________。【答案】（1）1∶4 变大 （2）d c 小于 （3） 或 等 （4）选择合适催化剂等 【解析】根据质量守恒定律配平化学方程式，可以确定产物的物质的量之比。根据可逆反应的特点分析增 大压强对化学平衡的影响。根据物质的量之比等于化学计量数之比，从图中找到关键数据确定代表各组分 的曲线，并计算出平衡常数。根据催化剂对化反应速率的影响和对主反应的选择性，工业上通常要选择合 适的催化剂以提高化学反应速率、减少副反应的发生。 【详解】(1)CO 2 催化加氢生成乙烯和水，该反应的化学方程式可表示为2CO 2 +6H 2 ⇌ CH 2 = CH 2 +4H 2 O，因 此，该反应中产物的物质的量之比n(C H)：n(H O)=1：4。由于该反应是气体分子数减少的反应，当反应 2 4 2 达到平衡状态时，若增大压强，则化学平衡向正反应方向移动，n(C H)变大。 2 4 (2)由题中信息可知，两反应物的初始投料之比等于化学计量数之比；由图中曲线的起点坐标可知，c和a 所表示的物质的物质的量分数之比为1:3、d和b表示的物质的物质的量分数之比为1:4，则结合化学计量 数之比可以判断，表示乙烯变化的曲线是d，表示二氧化碳变化曲线的是c。由图中曲线的变化趋势可知， 升高温度，乙烯的物质的量分数减小，则化学平衡向逆反应方向移动，则该反应为放热反应，∆H小于0。 (3)原料初始组成n(CO)∶n(H )=1∶3，在体系压强为0.1Mpa建立平衡。由A点坐标可知，该温度下，氢气和 2 2 水的物质的量分数均为0.39，则乙烯的物质的量分数为水的四分之一，即 ，二氧化碳的物质的量分 数为氢气的三分之一，即 ，因此，该温度下反应的平衡常数 (MPa)−3= (MPa)−3。 (4)工业上通常通过选择合适的催化剂，以加快化学反应速率，同时还可以提高目标产品的选择性，减少副 反应的发生。因此，一定温度和压强下，为了提高反应速率和乙烯的选择性，应当选择合适的催化剂。【点睛】本题确定图中曲线所代表的化学物质是难点，其关键在于明确物质的量的分数之比等于各组分的 物质的量之比，也等于化学计量数之比（在初始投料之比等于化学计量数之比的前提下，否则不成立）。 16．[2019新课标Ⅰ]水煤气变换[CO(g)+H O(g)=CO(g)+H(g)]是重要的化工过程，主要用于合成氨、制氢 2 2 2 以及合成气加工等工业领域中。回答下列问题： （1）Shibata曾做过下列实验：①使纯H 缓慢地通过处于721 ℃下的过量氧化钴CoO(s)，氧化钴部分被 2 还原为金属钴Co(s)，平衡后气体中H的物质的量分数为0.0250。 2 ②在同一温度下用CO还原CoO(s)，平衡后气体中CO的物质的量分数为0.0192。 根据上述实验结果判断，还原CoO(s)为Co(s)的倾向是CO_________H （填“大于”或“小于”）。 2 （2）721 ℃时，在密闭容器中将等物质的量的CO(g)和HO(g)混合，采用适当的催化剂进行反应，则平 2 衡时体系中H的物质的量分数为_________（填标号）。 2 A．＜0.25 B．0.25 C．0.25~0.50 D．0.50 E．＞0.50 （3）我国学者结合实验与计算机模拟结果，研究了在金催化剂表面上水煤气变换的反应历程，如图所 示，其中吸附在金催化剂表面上的物种用❉标注。 可知水煤气变换的ΔH________0（填“大于”“等于”或“小于”），该历程中最大能垒（活化 能）E =_________eV，写出该步骤的化学方程式_______________________。 正 （4）Shoichi研究了467 ℃、489 ℃时水煤气变换中CO和H 分压随时间变化关系（如下图所示），催化 2 剂为氧化铁，实验初始时体系中的 和 相等、 和 相等。计算曲线a的反应在30~90 min内的平均速率 (a)=___________kPa·min−1。467 ℃时 和 随时 间变化关系的曲线分别是___________、___________。489 ℃时 和 随时间变化关系的曲 线分别是___________、___________。 【答案】（1）大于 （2）C （3）小于 2.02 COOH*+H*+H O* COOH*+2H*+OH*（或HO* H*+OH*） 2 2 （4）0.0047 b c a d 【解析】（1）H 还原氧化钴的方程式为：H(g)＋CoO(s) Co(s)＋HO(g)；CO还原氧化钴的方程式为： 2 2 2 CO(g)＋CoO(s) Co(s)＋CO(g)，平衡时H 还原体系中H 的物质的量分数（ ）高于 2 2 2 CO还原体系中CO的物质的量分数（ ），故还原CoO(s)为Co(s)的倾向是CO大于H； 2 （2）721 ℃时，在密闭容器中将等物质的量的CO(g)和HO(g)混合，可设其物质的量为1mol，则 2 CO(g)+HO(g) CO(g)+H(g) 2 2 2 起始（mol） 1 1 0 0 转化（mol） x x x x 平衡（mol） 1-x 1-x x x则平衡时体系中H 的物质的量分数= ，因该反应为可逆反应，故 2 x<1，可假设二者的还原倾向相等，则x=0.5，由（1）可知CO的还原倾向大于H，所以CO更易转化为 2 H，故x>0.5，由此可判断最终平衡时体系中H 的物质的量分数介于0.25~0.50，故答案为C； 2 2 （3）根据水煤气变换[CO(g)+H O(g)=CO(g)+H(g)]并结合水煤气变换的反应历程相对能量可知，CO(g) 2 2 2 +H O(g)的能量（-0.32eV）高于CO(g)+H(g)的能量（-0.83eV），故水煤气变换的ΔH小于0；活化能即反 2 2 2 应物状态达到活化状态所需能量，根据变换历程的相对能量可知，最大差值为： 其最大能垒（活化能）E =1.86-(-0.16)eV=2.02eV；该步骤的反应物为COOH +H +H O ＝COOH +2H 正 2 +OH ；因反应前后COOH 和1个H 未发生改变，也可以表述成HO ＝H +OH ； 2 （4）由图可知，30~90 min内a曲线对应物质的分压变化量Δp=（4.08-3.80）kPa=0.28 kPa，故曲线a的反 应在30~90 min内的平均速率 (a)= =0.0047 kPa·min−1；由（2）中分析得出H 的物质的量分数介 2 于0.25~0.5，CO的物质的量分数介于0~0.25，即H 的分压始终高于CO的分压，据此可将图分成两部分： 2由此可知，a、b表示的是H 的分压，c、d表示的是CO的分压，该反应为放热反应，故升高温度，平衡逆 2 向移动，CO分压增加，H 分压降低，故467 ℃时P 和P 随时间变化关系的曲线分别是b、c；489 ℃时 2 H2 CO P 和P 随时间变化关系的曲线分别是a、d。 H2 CO 17．[2019新课标Ⅲ节选]近年来，随着聚酯工业的快速发展，氯气的需求量和氯化氢的产出量也随之迅速 增长。因此，将氯化氢转化为氯气的技术成为科学研究的热点。回答下列问题： （1）Deacon发明的直接氧化法为：4HCl(g)+O (g)=2Cl (g)+2HO(g)。下图为刚性容器中，进料浓度比 2 2 2 c(HCl) ∶c(O )分别等于1∶1、4∶1、7∶1时HCl平衡转化率随温度变化的关系： 2 可知反应平衡常数K（300℃）____________K（400℃）（填“大于”或“小于”）。设HCl初 始浓度为c ，根据进料浓度比c(HCl)∶c(O )=1∶1的数据计算K（400℃）=____________（列出计算 0 2 式）。按化学计量比进料可以保持反应物高转化率，同时降低产物分离的能耗。进料浓度比 c(HCl)∶c(O )过低、过高的不利影响分别是____________。 2 （2）Deacon直接氧化法可按下列催化过程进行： CuCl (s)=CuCl(s)+ Cl(g) ΔH=83 kJ·mol-1 2 2 1 CuCl(s)+ O(g)=CuO(s)+ Cl(g) ΔH=-20 kJ·mol-1 2 2 2 CuO(s)+2HCl(g)=CuCl (s)+HO(g) ΔH=-121 kJ·mol-1 2 2 3 则4HCl(g)+O (g)=2Cl (g)+2HO(g)的ΔH=_________ kJ·mol-1。 2 2 2 （3）在一定温度的条件下，进一步提高HCl的转化率的方法是______________。（写出2种） 【答案】（1）大于 O和Cl分离能耗较高、HCl转化率较低 2 2 （2）﹣116 （3）增加反应体系压强、及时除去产物【解析】 【详解】（1）根据反应方程式知，HCl平衡转化率越大，平衡常数K越大，结合图像知升高温度平衡转化 率降低，说明升高温度平衡向逆反应方向进行，则K(300℃)>K(400℃)； 由图像知，400℃时，HCl平衡转化率为84%，用三段式法对数据进行处理得： 起始（浓度） c c 0 0 0 0 变化（浓度） 0.84c 0.21c 0.42c 0.42c 0 0 0 0 平衡（浓度）(1-0.84)c (1-0.21)c 0.42c 0.42c 0 0 0 0 则K= ；根据题干信息知，进料浓度比过低，氧气大量剩余，导致分离产物氯气和氧 气的能耗较高；进料浓度比过高，HCl不能充分反应，导致HCl转化率较低； （2）根据盖斯定律知，（反应I+反应II+反应III）×2得 ∆H= （∆H+∆H+∆H）×2=-116kJ·mol-1； 1 2 3 （3）若想提高HCl的转化率，应该促使平衡正向移动，该反应为气体体积减小的反应，根据勒夏特列原 理，可以增大压强，使平衡正向移动；也可以及时除去产物，减小产物浓度，使平衡正向移动； 18．已知反应Fe(s)+CO (g) FeO(s)+CO(g) △H=akJ/mol ，测得在不同温度下，反应的平衡常数K随温 2 度的变化如下： 温度/℃ 500 700 900 K (1)若500℃时进行该反应，CO 起始浓度为2mol/L，CO的平衡浓度为__________。 2 (2)反应中的a__________（填“大于”“小于”或“等于”）0。 (3)700℃反应达到平衡，要使该平衡正向移动，其他条件不变时，可以采取的措施有__________（填序 号）。 A．缩小反应器体积 B．通入CO 2 C．升高温度到900℃ D．使用合适的催化剂 (4)下列图像符合反应的是__________（填序号）。(图中v是速率、ψ为混合物中CO含量，T为温度且T 1 ＞T) 2【答案】(1)1mol/L (2)大于 (3)BC (4)A 【解析】 【详解】 (1) Fe(s)+CO (g) FeO(s)+CO(g) 2 起始浓度（mol/L） 2 0 转化浓度（mol/L） x x 平衡浓度（mol/L） 2－x x 则根据500℃时平衡常数可知＝1，解得x＝1，所以CO的平衡浓度为1mol/L。 (2)随着温度的升高，平衡常数逐渐增大，说明升高温度平衡向正反应方向进行，因此正反应是吸热反应， 则反应中的a大于0。 (3)反应前后气体体积不变，缩小反应器体积平衡不移动，A项错误；通入CO 反应物浓度增大，平衡向正 2 反应方向进行，B项正确；正反应吸热，升高温度到900℃平衡向正反应方向移动，C项正确；使用合适的 催化剂平衡不移动，D项错误。 (4)升高温度正、逆反应速率均增大，平衡向正反应方向进行，A项正确；最高点是平衡点，升高温度正、 逆反应速率均增大，平衡向正反应方向进行，B项错误；首先达到平衡的温度高，即T＞T，升高温度正、 1 2 逆反应速率均增大，平衡向正反应方向进行，CO含量增大，C项错误。 19．某研究小组在实验室探究氨基甲酸铵(NH COONH)分解反应平衡常数的测定。将一定量纯净的氨基甲 2 4 酸铵固体置于特制的密闭真空容器中(假设容器体积不变，固体试样体积忽略不计)，在恒定温度下使其达 到分解平衡：NH COONH(s)＝2NH (g)＋CO(g),实验测得不同温度下的平衡数据列于下表： 2 4 3 2 温度/℃ 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0 平衡总压强/kPa 5.7 8.3 12.0 17.1 24.0 平衡气体总浓度/mol·L－1 2.4×10－3 3.4×10－3 4.8×10－3 6.8×10－3 9.4×10－3 (1)可以判断该分解反应已经达到平衡的是________(填字母序号)。 A．2v(NH )＝v(CO) 3 2 B．密闭容器中总压强不变C．密闭容器中混合气体的密度不变 D．密闭容器中氨气的体积分数不变 (2)根据表中数据，列式计算25.0 ℃时的分解平衡常数：__________。 (3)取一定量的氨基甲酸铵固体放在一个带活塞的密闭真空容器中，在25.0 ℃下达到分解平衡。若在恒温下 压缩容器体积，氨基甲酸铵固体的质量将________(填“增加”“减少”或“不变”)。 (4)氨基甲酸铵分解反应的焓变ΔH____0(填“＞”“＝”或“＜”，下同)，熵变ΔS____0。 【答案】(1)BC (2) K＝c2(NH )·c(CO)≈1.6×10－8 (3)增加 (4)＞ ＞ 3 2 【解析】（1）当化学反应达到平衡状态时，正逆反应速率比等于化学计量数之比；化学反应中变化的量 不在发生变化，说明达到平衡，以此解答该题； （2）根据K＝c2(NH )·c(CO)计算； 3 2 （3）增大压强，平衡向气体分子数减小的方向移动； （4）根据表中数据可知，随着温度的升高，平衡气体总浓度增大，这说明升高温度平衡向生成氨气和CO 2 的方向进行。 【详解】（1）未说反应速率的正逆，A项错误；随着反应的进行，体系压强逐渐增大,当容器内压强不变 时，说明达平衡状态，B项正确；随着反应的进行,混合气体的总质量增大，而容器的体积不变,密闭容器中 混合气体的密度增大,当密度不变时，说明达平衡状态，C项正确；氨气与二氧化碳比例始终为2:1，不会 随反应方向变化而变化,与平衡无关,不能判断该分解反应已经达到化学平衡，D项错误； （2）K＝c2(NH )·c(CO)=（4.8×2/3×10－3）2×(4.8×1/3×10－3)≈1.6×10－8； 3 2 （3）压缩容器体积，增大了压强，平衡向逆反应方向移动，氨基甲酸铵固体的质量增加。 （4）根据表中数据可知，随着温度的升高，平衡气体总浓度增大，这说明升高温度平衡向生成氨气和CO 2 的方向进行，即分解反应是吸热反应，因此该分解反应的焓变ΔH＞0；正反应为气体物质的量增大的反应， 因此ΔS＞0。 20．氮的化合物在化肥、医药、炸药、材料等领域中有着极其重要用途。 （1）羟氨能与溴化银悬浊液反应：2NH OH+2AgBr=N ↑+2Ag+2HBr+2H O，羟氨的电子式为________； 2 2 2 反应中烃氨表现________性。 （2）已知：a.N (g)+3H(g)=2NH (g) ΔH=−92.2kJ/ mol 2 2 3 b.H (g)+Cl (g)=2HCl(g) ΔH=−184.6kJ/ mol 2 2 c.2NH (g)+3Cl (g)=N(g)+6HCl(g) ΔH 3 2 2 3 ①ΔH=________。 3 ②反应c在常温下能快速进行的原因为________。 （3）容积均为1L的甲、乙两个容器，其中甲为绝热容器，乙为恒温容器．相同温度下，分别充入0.2 mol的NO ，发生反应：2NO (g) NO(g) ΔH<0，甲中NO 的相关量随时间变化如下图 2 2 2 4 2 所示。 ①0~3s内，甲容器中NO 的反应速率增大的原因是________． 2 ②甲达平衡时，温度若为T ℃，此温度下的平衡常数K=________． c ③平衡时，K ________K (填“>”、“<”或“=”，下同)，P ________P 甲 乙 甲 乙 （4）化学工作者对NO与H 的反应进行研究，提出下列3步机理：(k为速率常数) 2 第一步2NO=N O 快反应，平衡时：v =k ·c2(NO)=v =k ·c(N O) 2 2 正 正 逆 逆 2 2 第二步NO+H ==N O+HO 慢反应 2 2 2 2 2 第三步NO+H=N +H O 快反应 2 2 2 2 其中可近似认为第二步反应不影响第一步平衡，下列说法正确的是_____。(填字母标号) A．v(第一步逆反应) （4）BD 【解析】（1）由其分子式可推出电子式为 ，反应中N化合价升高，烃氨表现还原性； （2）①设a式反应热为ΔH，b式反应热为ΔH，则由盖斯定律，ΔH=3ΔH−ΔH=−184.6×3− 1 2 3 2 1 (−92.2)=−461.6 kJ/ mol；②常温下能快速进行，其原因可能是该反应的活化能较小或反应物分子中共价键 键能较小； （3）①该反应为放热反应，故0−3s内温度升高对速率的影响大于浓度降低的影响，导致反应速率增大； ②到达平衡时，c(NO )=0.02 mol/L，c(N O)=0.09 mol/L，K=0.09/0.022=225；③甲为绝热容器，乙为恒温容 2 2 4器，该反应为放热反应，则到达平衡时甲的温度高于乙，故K p ； 甲 乙 （4）A.第二步为慢反应，故其反应速率应小于第一步，A项错误；总反应快慢应由慢反应决定，即主要由 第二步反应决定，B项正确；C. 到达平衡时k ·c2(NO)=k ·c(N O)，k 、k 值未知，故两者浓度大小关系 正 逆 2 2 正 逆 未知，C项错误；D.达到平衡时，K= c(N O)/ c2(NO)，又v =k ·c2(NO)=v =k ·c(N O)， 故K=k / k ， 2 2 正 正 逆 逆 2 2 正 逆 D项正确。 ________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________