第23讲化学平衡常数及化学反应进行的方向
考纲要求考情分析命题趋势
1.了解化学平衡常数的
含义，能利用化学平
衡常数进行相关计
算。
2．能正确计算化学反
应的转化率。
2018，全国卷Ⅰ、Ⅲ，28T
2017，全国卷Ⅰ，28T
2016，全国卷甲，26T，乙，27T
预计2020年高考将重点考查
化学平衡常数及转化率的计
算，化工生产中适宜温度、
压强及酸碱度的选择。复习
备考应特别关注：化学平衡
常数及转化率的计算，化学
平衡图像的分析，化学平衡
的思想和勒夏特列原理在其
他平衡体系中的应用等。
分值：5～10分
考点一化学平衡常数及应用
[知识梳理]
1．概念
在一定__温度__下，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__的比值是一个常数，用符号K表示。
2．表达式
对于一般的可逆反应：m A(g)＋n B(g)p C(g)＋q D(g)，在一定温度下达到平衡时：K＝
c p(C)·c q(D)
c m(A)·c n(B) (固体和纯液体的浓度视为常数，不计入平衡常数表达式中)。
3．意义
(1)K值越大，反应物的转化率__越高__，正反应进行的程度__越大__。
(2)K只受__温度__影响，与反应物或生成物的浓度变化无关，与压强变化无关。
(3)化学平衡常数是指某一具体反应“方程式”的平衡常数。
若反应方向改变或“方程式”中各物质的计量数等倍数扩大或缩小，平衡常数也会改变，但意义不变。
4．应用
(1)利用化学平衡常数，判断反应是否达到平衡或向何方向进行。
对于化学反应a A(g)＋b B(g)c C(g)＋d D(g)的任意状态，浓度商Q c＝
c c(C)·c d(D)
c a(A)·c b(B)。
Q c Q c＝K，反应处于__平衡__状态； Q c >K ，反应向__逆__反应方向进行。 (2)利用K 可判断反应的热效应：若升高温度，K 值增大，则正反应为__吸__热反应；若升高温度，K 值减小，则正反应为__放__热反应。 (3)计算转化率：利用平衡常数计算转化率的主要途径是利用温度不变时，平衡常数不变列方程求解。 (4)计算相关反应的平衡常数：若反应方向改变，则平衡常数变为其倒数；若方程式中各物质的化学计量数等倍扩大或缩小，尽管是同一反应，平衡常数也会改变同次幂，但意义不变。 [对点检测] 1．判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”。 (1)对某一可逆反应，升高温度则化学平衡常数一定变大。( ) (2)平衡常数发生变化，化学平衡必定发生移动达到新的平衡。( ) (3)改变条件，使反应物的平衡转化率都增大，该可逆反应的平衡常数一定增大。( ) (4)其他条件不变，当增加一种反应物的用量时，自身的平衡转化率降低，而其他反应物的转化率升高。 ( ) 答案 (1)× (2)√ (3)× (4)× 2．已知在600 ℃时，以下三个反应的平衡常数： 反应①：CO(g)＋CuO(s)CO 2(g)＋Cu(s) K 1 反应②：H 2(g)＋CuO(s)Cu(s)＋H 2O(g) K 2 反应③：CO(g)＋H 2O(g) CO 2(g)＋H 2(g) K 3 (1)反应①的平衡常数表达式为____________，反应2CO(g)＋2CuO(s)2CO 2(g)＋2Cu(s)的平衡常数 K 4与K 1的关系________。 (2)反应②的K 2值随着温度升高而增大，则反应②的反应热ΔH ________0。 (3)反应③的K 3值与K 1、K 2的关系是______________________________________。 (4)若其他条件不变，向反应③所在的密闭容器中充入H 2O(g)，则平衡将向______________移动，该反应的平衡常数______(填“变大”“变小”或“不变”)。 答案 (1)K 1＝c (CO 2)c (CO ) K 4＝K 21 (2)> (3)K 3＝K 1 K 2 (4)正反应方向 不变 解题技巧 ΔH 的表达式与K 的计算式间的关系 若反应中存在ΔH 3＝ΔH 1＋ΔH 2，则K 3＝K 1·K 2；若反应中存在ΔH 3＝ΔH 1－ΔH 2，则K 3＝K 1/K 2。因此，一般地，ΔH 3＝a ΔH 1＋b ΔH 2，则 K 3＝K a 1×K b 2；ΔH 3＝a ΔH 1－b ΔH 2，则 K 3＝K a 1 K b 2 。 [考法精讲] 考法 化学平衡计算的一般思路和方法 1．内容 化学平衡计算一般涉及各组分的物质的量、浓度、转化率、百分含量、气体混合物的密度、平均摩尔质量、压强等计算内容。 2．方法 (1)通常的思路是写出平衡式，列出“三段”量(起始量、变化量、平衡量)，确定各量之间的关系。 (2)列出比例式或等式或依据平衡常数求解，这种思路和方法通常称为“三段式法”。 如以下反应：m A(g)＋n B(g) p C(g)＋q D(g)，令A 、B 起始物质的量(mol)分别为a 、b ，达到平衡后， A 的消耗量(mol)为mx ，容器容积为V L 。 m A(g)＋n B(g) p C(g)＋q D(g) 起始n a b 0 0 变化n mx nx px qx 平衡n a －mx b －nx px qx 有关计算或物理量关系如下： ①K ＝c p (C )·c q (D )c m (A )·c n (B ) 。 ②对于反应物：n (平)＝n (始)－n (变)； 对于生成物：n (平)＝n (始)＋n (变)。 ③c (A)平＝n (A )平V ＝a －mx V 。 ④A 的转化率α(A)＝mx a ×100%[或等于消耗的质量(浓度)与起始质量(浓度)之比]。 α(A)∶α(B)＝mx a ∶nx b ＝mb na 。 ⑤A 的体积(物质的量)分数： φ(A)＝n (A )平n 总＝a －mx a ＋ b ＋(p ＋q －m －n )x ×100%。 ⑥ p (平)p (始)＝n (平)n (始)＝a ＋b ＋(p ＋q －m －n )x a ＋b 。 ⑦K p 用平衡分压代替平衡浓度计算。分压＝总压×物质的量分数。 名师叮嘱 “三段”量中，只有变化量一定与计量系数成正比，起始量、平衡量则不一定(但可能)与计量系数成正比。 [例](2018·全国卷Ⅰ节选)F.Daniels 等曾利用测压法在刚性反应器中研究了25℃时N 2O 5(g)分解反应： 其中NO 2二聚为N 2O 4的反应可以迅速达到平衡，体系的总压强p 随时间t 的变化如下表所示(t ＝∞时，N 2O 5(g)完全分解)： t /min 0 40 80 160 260 1 300 1 700 ∞ p /kPa 35.8 40.3 42.5. 45.9 49.2 61.2 62.3 63.1 (1)研究表明，N 2O 5(g)分解的反应速率v ＝2×10－ 3×p N 2O 5(kPa·min － 1)。t ＝62 min 时，测得体系中p O 2 ＝2.9 kPa ，则此时的p N 2O 5＝________kPa ，v ＝________kPa·min － 1。 (2)若提高反应温度至35 ℃，则N 2O 5(g)完全分解后体系压强p ∞(35 ℃)________63.1 kPa(填“大于”“等于”或“小于”)，原因是________。 (3)25℃时N 2O 4(g)2NO 2(g) 反应的平衡常数K p ＝________kPa(K p 为以分压表示的平衡常数，计算 结果保留一位小数)。 解析 (1)t ＝62 min 时。体系中p O 2＝2.9 kPa ，根据三段式法得 2N 2O 5(g)===2N 2O 4(g)＋O 2(g) 起始 35.8 kPa 0 0 转化 5.8 kPa 5.8 kPa 2.9 kPa 62 min 30.0 kPa 5.8 kPa 2.9 kPa 则62 min 时p N 2O 5＝30.0 kPa ，v ＝2×10－ 3×30.0 kPa·min － 1＝6.0×10－ 2 kPa·min － 1。(2)刚性反应容器的体积不变，25 ℃ N 2O 5(g)完全分解时体系的总压强为63.1 kPa ，升高温度，从两个方面分析：一方面是体积不变，升高温度，体系总压强增大；另一方面，2NO 2 N 2O 4的逆反应是吸热反应，升温，平衡向生成 NO 2的方向移动，体系物质的量增大，故体系总压强增大。(3)N 2O 5完全分解生成N 2O 4和O 2，起始p N 2O 5＝35.8 kPa ，其完全分解时p N 2O 4＝35.8 kPa ，p O 2＝17.9 kPa ，设25 ℃平衡时N 2O 4转化了x ，则 N 2O 4 2NO 2 平衡 35.8 kPa －x 2x 35．8 kPa －x ＋2x ＋17.9 kPa ＝63.1 kPa ，解得x ＝9.4 kPa 。平衡时，p N 2O 4＝26.4 kPa ，p NO 2＝18.8 kPa ，K ＝p 2NO 2p N 2O 4 kPa ＝13.4 kPa 。 答案 (1)30.0 6.0×10－ 2 (2)大于 温度提高，体积不变，总压强提高；NO 2二聚为放热反应，温度提高，平衡左移，体系物质的量增加，总压强提高 (3)13.4 [递进题组] 1．(2019·成都月考)在10 L 恒容密闭容器中充入X(g)和Y(g)，发生反应X(g)＋Y(g)M(g)＋N(g)， 所得实验数据如下表： 实验编号 温度/℃ 起始时物质的量/mol 平衡时物质的量/mol n (X) n (Y) n (M) ① 700 0.40 0.10 0.090 ② 800 0.10 0.40 0.080 ③ 800 0.20 0.30 a ④9000.100.15b A．实验①中，若5 min时测得n(M)＝0.050 mol，则0至5 min时间内，用N表示的平均反应速率v(N)＝1.0×10－2 mol/(L·min) B．实验②中，该反应的平衡常数K＝2.0 C．实验③中，达到平衡时，X的转化率为60% D．实验④中，达到平衡时，b>0.060 解析该反应是气体分子数相等的反应，由实验①②数据知：温度升高，M的产率减小，所以该反应的正反应是放热反应。实验①中，0～5 min内，v(N)＝v(M)＝ 0.05 mol 10 L 5 min＝1×10 －3mol/(L·min)，A项错误；实验②中，达到平衡时，c(X)＝(0.1－0.08) mol/10 L＝0.002 mol/L，c(Y)＝(0.4－0.08)mol/10 L＝0.032 mol/L，c(M)＝c(N)＝0.08 mol/10 L＝0.008 mol/L，K＝ 0.0082 0.002×0.032＝1，B项错误；实验③温度与实验②相同，所以平衡常数相同，K＝ a 10× a 10 (0.2－a) 10× (0.3－a) 10 ＝1，解得a＝0.12，所以反应转化的X也是0.12 mol，X的平衡转化率为 0.12 0.2×100%＝60%，C项正确；实验④中反应物起始浓度均为实验③的一半，两实验中反应物比值相等，因该反应是气体分子数不变的反应，所以若在恒温恒容条件下两实验所达平衡是等效的，即实验④若在800 ℃达平衡时，n(M)＝0.06 mol，现在温度是900 ℃，升高温度，平衡逆向移动，故b<0.060，D项错误。 2．(2018·全国卷Ⅲ)对于反应2SiHCl3(g)SiH2Cl2(g)＋SiCl4(g)，采用大孔弱碱性阴离子交换树脂催化剂，在323 K和343 K时SiHCl3的转化率随时间变化的结果如图所示。 (1)343 K时反应的平衡转化率α＝________%。平衡常数K343 K＝________(保留2位小数)。 (2)在343 K下：要提高SiHCl3转化率，可采取的措施是______________；要缩短反应达到平衡的时间，可采取的措施有________、________________。 (3)比较a、b处反应速率大小：v a______v b(填“大于”“小于”或“等于”)。反应速率v＝v正－v逆＝k正x2SiHCl3－k逆x SiH2Cl2x SiCl4，k正、k逆分别为正、逆向反应速率常数，x为物质的量分数，计算a处的v正 v逆＝______(保留1位小数)。 解析(1)温度越高，反应越先达到平衡，根据图示，左侧曲线对应的温度为343 K,343 K时反应的平衡转化率为22%。设开始时加入SiHCl3的浓度为a mol·L－1，根据化学方程式和SiHCl3的平衡转化率知，达 平衡时，SiHCl 3、SiH 2Cl 2、SiCl 4的浓度分别为0.78a mol·L －1、0.11a mol·L －1、0.11a mol·L － 1，化学平衡常数K ＝0.11a ×0.11a (0.78a )2≈0.02。(2)根据化学平衡移动原理并结合该反应特点，及时分离出生成物可提高反应物 的转化率。缩短反应达到平衡的时间，实质就是提高反应速率，可采用加压的方式或选择更为高效的催化剂。(3)温度越高，反应速率越大，a 点所在曲线对应的温度高于b 点所在曲线对应的温度，所以a 点反应速率大于b 点反应速率。a 点所在曲线达到平衡时，v 正＝v 逆，即k 正x 2SiHCl 3＝ k 逆x SiH 2Cl 2x SiCl 4，从题图上可知a 点所在曲线平衡时SiH 2Cl 2的转化率为22%，设投入SiHCl 3 y mol ，则根据三段式法得 2SiHCl 3(g)===SiH 2Cl 2(g)＋SiCl 4(g) 开始/mol y 0 0 转化/mol 0.22y 0.11y 0.11y 平衡/mol 0.78y 0.11y 0.11y 代入k 正x 2 SiHCl 3＝ k 逆x SiH 2Cl 2x SiCl 4，得，k 正0.782＝k 逆 0.112， k 正k 逆＝0.1120.782 ① 在a 处SiHCl 3的转化率为20%，根据三段式法得 2SiHCl 3(g)===SiH 2Cl 2(g)＋SiCl 4(g) 开始/mol y 0 0 转化/mol 0.2y 0.1y 0.1y 平衡/mol 0.8y 0.1y 0.1y 则v 正v 逆＝k 正x 2SiHCl k 逆x SiH 2Cl 2x SiCl 4＝k 正k 逆×0.820.12，将①代入计算得出 v 正/v 逆≈1.3。 答案 (1)22 0.02 (2)及时分离出产物 改进催化剂 提高反应物压强(浓度) (3)大于 1.3 [典例诊断] [例]一定量的CO 2与足量的碳在体积可变的恒压密闭容器中反应：C(s)＋CO 2(g)2CO(g)，平衡时， 体系中气体体积分数与温度的关系如图所示： 已知：气体分压(p 分)＝气体总压(p 总)×体积分数。下列说法正确的是( ) A ．550 ℃时，若充入惰性气体，v 正、v 逆均减小，平衡不移动 B ．650 ℃时，反应达平衡后CO 2的转化率为25.0% C ．T ℃时，若充入等体积的CO 2和CO ，平衡向逆反应方向移动 D ．925 ℃时，用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数K p ＝24.0p 总 [答题送检]…………………………………………………………来自阅卷名师报告 错误 致错原因 扣分 A 忽略了反应条件为恒压，充入惰性气体时，气体的物质的量增大，体积必然随之膨胀，导致反应物与生成物的分压减小，即相当于在原平衡的基础上减压 －6 [解析] A 项，550 ℃时，若充入惰性气体，体积增大，反应体系中反应物和产物的分压均减小，v 正、v 逆均减小，平衡右移；B 项，650 ℃时，设CO 2起始体积为1 L ，平衡后转化体积为x L ，则： C(s)＋CO 2(g) 2CO(g) 起始体积/L 1 0 转化体积/L x 2x 平衡体积/L 1－x 2x 平衡时CO 的体积分数为40%，则2x 1－x ＋2x ＝40%，x ＝0.25，则CO 2的转化率为25.0%；C 项，由图 像知，T ℃平衡时，CO 2和CO 的体积分数相等，若充入等体积的CO 2和CO ，由于在恒压容器中，则平衡不移动；D 项，925 ℃时，平衡时CO 的体积分数为96%，则CO 2的体积分数为4%，则K p ＝(96%p 总)2 4%p 总＝ 23.04p 总。 [答案] B [规范迁移] 1．(2019·青岛月考)在体积恒定的密闭容器中，一定量的SO 2与1.25 mol O 2在催化剂作用下加热到600 ℃发生反应：2SO 2(g)＋O 2(g) 催化剂加热 2SO 3(g) ΔH <0。当30 s 气体的物质的量减少0.45 mol 时反应达 到平衡，在相同的温度下测得气体压强为反应前的80%。下列有关叙述正确的是( B ) A ．达到平衡时，气体的密度是反应前的80% B ．将平衡混合气体通入过量BaCl 2溶液中，得到沉淀的质量为209.7 g C ．该温度下的平衡常数为101.25 L·mol － 1 D ．0～30 s SO 3生成速率为3.0×10－ 2 mol·(L·s)－ 1 解析 反应体系全为气体物质，气体总质量不变，且容器体积恒定，因此气体的密度始终不变，A 项错误；设起始时SO 2的物质的量为a mol ，根据三段式法得 2SO 2(g)＋O 2(g) 2SO 3(g) Δn 开始/mol a 1.25 0 0 转化/mol 0.9 0.45 0.9 0.45 平衡/mol a －0.9 0.8 0.9 则有(a －0.9＋0.8＋0.9)/(a ＋1.25)＝80%，解得a ＝1。平衡时混合气体中含有0.1 mol SO 2、0.8 mol O 2、0.9 mol SO 3，将平衡混合气体通入过量BaCl 2溶液中，SO 2与BaCl 2不反应，可得到0.9 mol BaSO 4，沉淀的质量为0.9 mol ×233 g·mol － 1＝209.7 g ，B 项正确；没有提供容器的体积，平衡时各物质的浓度无法计算， 因此平衡常数无法计算，C 项错误；没有提供容器的体积，SO 3的浓度变化无法计算，SO 3的生成速率无法计算，D 项错误。 2．(1)(2019·黄冈月考)高温下，CO 2与足量的碳在密闭容器中实现反应：C(s)＋CO 2(g) 2CO(g)。 向压强为p 、体积可变的恒压容器中充入一定量CO 2,650℃时反应达到平衡，CO 的体积分数为40.0%，则CO 2的转化率为______________。气体分压(p 分)＝气体总压(p 总)×体积分数，用某物质的平衡分压代替物质的量浓度也可以表示化学平衡常数(记作K p )，此温度下，该反应的化学平衡常数K p ＝__________________(用含p 的代数式表示)，若向平衡体系中再充入V (CO 2)∶V (CO)＝5∶4 的混合气体，平衡________(填“正向”“逆向”或“不”)移动。 (2)已知t ℃时，反应FeO(s)＋CO(g) Fe(s)＋CO 2(g)的平衡常数K ＝0.25。 ①t ℃时，反应达到平衡时n (CO)∶n (CO 2)＝________。 ②若在1 L 密闭容器中加入0.02 mol FeO(s)，并通入x mol CO ，t ℃时反应达到平衡。此时FeO(s)的转化率为50%，则x ＝________。 解析 设CO 2的初始浓度为a mol·L － 1，转化浓度为x mol·L － 1，根据三段式法进行计算： C(s)＋CO 2(g) 2CO(g) 初始浓度(mol·L － 1) a 0 转化浓度(mol·L － 1) x 2x 平衡浓度(mol·L －1) a －x 2x 则有：2x a ＋x ×100%＝40.0%，解得x ＝14a ，所以CO 2的转化率为0.25a a ×100%＝25%。根据题意可知， 气体总浓度为a 2＋3a 4＝5a 4(mol·L － 1)。CO 2的分压为p ×(3a 4÷5a 4)＝0.6p 。原平衡体系中V (CO 2)∶V (CO)＝3∶2， 恒压条件下，向原平衡体系中再充入V (CO 2)∶V (CO)＝5∶4的混合气体，相当于在原平衡的基础上再通入CO ，所以平衡逆向移动。 答案 (1)25% 4p 15 (或0.267p ) 逆向 (2)①4∶1 ②0.05 考点二 化学反应进行的方向 [知识梳理] 1．自发过程 (1)含义：在一定条件下，不需要借助外力作用就能自动进行的过程。 (2)特点 ①体系趋向于从__高能__状态转变为__低能__状态(体系对外部__做功__或__放出__热量)。 ②在密闭条件下，体系有从__有序__转变为__无序__的倾向性(无序体系更加稳定)。 2．自发反应 在一定条件下__无需外界帮助__就能自发进行的反应称为自发反应。 3．化学反应方向的判据 (1)焓判据 放热过程中体系能量__降低__，ΔH __＜__0，具有自发进行的倾向，但有些吸热反应也可以自发进行，故只用焓变判断反应方向不全面。 (2)熵判据 ①熵：描述体系__混乱__程度的物理量，符号为__S __。熵值越大，体系混乱度__越大__。 ②常见的熵增过程 a ．气体的扩散； b ．不同状态的同一种物质：S (g)__>__S (l)__>__S (s)； c ．反应前无气体，反应后有气体产生的过程； d ．反应前后都有气体，但气体的物质的量增加的反应。 ③熵判据：体系的混乱度__增大__，ΔS >0，反应有自发进行的倾向。但有些熵减的过程也能自发进行，故只用熵变来判断反应方向也不全面。 (3)复合判据 在温度、压强一定的条件下，化学反应方向是反应的焓变和熵变共同影响的结果，反应方向的复合判据为ΔG ＝ΔH －T ΔS 。 当ΔG ＝ΔH －T ΔS ???? ? <0时，反应 能够 自发进行＝0时，反应达到 平衡 状态 >0时，反应 不能 自发进行 [对点检测] 1．判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”。 (1)(2017·江苏卷)反应N 2(g)＋3H 2(g) 2NH 3(g)的ΔH <0，ΔS ＞0。( ) (2)C 3H 6(g)＋NH 3(g)＋32O 2(g)===C 3H 3N(g)＋3H 2O(g)ΔH ＝－515 kJ·mol － 1和C 3H 6(g)＋O 2(g)===C 3H 4O(g) ＋H 2O(g) ΔH ＝－353 kJ·mol －1 两个反应在热力学上趋势均很大。( ) (3)ΔH <0、ΔS >0的反应在温度低时不能自发进行。( ) (4)NH 4HCO 3(g)===NH 3(g)＋H 2O(g)＋CO 2(g) ΔH ＝＋185.57 kJ·mol －1 能自发进行，原因是体系有自发 地向混乱度增加的方向转变的倾向。( ) (5)一定温度下，反应MgCl 2(l) Mg(l)＋Cl 2(g)的ΔH >0、ΔS >0。( ) (6)反应NH 3(g)＋HCl(g)===NH 4Cl(s)在室温下可自发进行，则该反应的ΔH <0。( ) (7)因为焓变和熵变都与反应的自发性有关，因此焓变或熵变均可以单独作为反应自发性的判据。 ( ) 答案 (1)× (2)√ (3)× (4)√ (5)√ (6)√ (7)× 2．下列反应中，熵显著增加的反应是( B ) A ．CO(g)＋2H 2(g)===CH 3OH(g) B ．CaCO 3＋2HCl===CaCl 2＋H 2O ＋CO 2↑ C．C(s)＋O2(g)===CO2(g) D．2Hg(l)＋O2(g)===2HgO(s) [考法精讲] 考法焓变、熵变和温度对化学反应方向的影响 ΔHΔSΔG＝ΔH－TΔS反应情况 －＋永远是负值在任何温度下过程均自发进行 ＋－永远是正值在任何温度下过程均非自发进行 ＋＋低温为正，高温为负低温时非自发，高温时自发 －－低温为负，高温为正低温时自发，高温时非自发[例]已32钾的分解②2KClO3(s)===2KCl(s)＋3O2(g)在任何温度下都自发进行。下面有几组焓变数据，其中可能正确的是(B) A．ΔH1＝－178.32 kJ·mol－1ΔH2＝－78.3 kJ·mol－1 B．ΔH1＝＋178.32 kJ·mol－1ΔH2＝－78.3 kJ·mol－1 C．ΔH1＝－178.32 kJ·mol－1ΔH2＝＋78.3 kJ·mol－1 D．ΔH1＝＋178.32 kJ·mol－1ΔH2＝＋78.3 kJ·mol－1 [递进题组] 1．(2019·沈阳段考)下列内容与结论不对应的是(A) 选项内容结论 A H2O(g)变成H2O(l)该过程的ΔS>0 B硝酸铵溶于水可自发进行因为ΔS>0 C一个反应的ΔH>0、ΔS<0该反应一定不能自发进行 D H2(g)＋F2(g)===2HF(g)的ΔH＝－271 kJ·mol －1、ΔS＝8 J·mol－1·K－1 该反应在任何温度下均可自发进行2243 进行的吸热过程，则有ΔS＞0，B项正确；若一个反应的ΔH＞0、ΔS＜0，则ΔH－TΔS＞0，该反应不能自发进行，C项正确；反应H2(g)＋F2(g)＝2HF(g)ΔH＜0，ΔS＞0，则有ΔH－TΔS＜0，该反应在任何温度下均可自发进行，D项正确。 2．下列说法不正确的是(C) A．Na与H2O的反应是熵增的放热反应，该反应能自发进行 B．饱和Na2SO4溶液或浓硝酸均可使蛋白质溶液产生沉淀，但原理不同 C．FeCl3和MnO2均可加快H2O2分解，同等条件下二者对H2O2分解速率的改变相同 D．Mg(OH)2固体在溶液中存在平衡：Mg(OH)2(s)Mg2＋(aq)＋2OH－(aq)，该固体可溶于NH4Cl溶液 [典例诊断] [例]下列有关说法正确的是() A．若在海轮外壳上附着一些铜块，则可以减缓海轮外壳的腐蚀 B．2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)在常温下能自发进行，则该反应的ΔH>0 C．加热0.1 mol·L－1 Na2CO3溶液，CO2－3的水解程度和溶液的pH均增大 D．对于乙酸与乙醇的酯化反应(ΔH<0)，加入少量浓硫酸并加热，该反应的反应速率和平衡常数均增大 [答题送检]…………………………………………………………来自阅卷名师报告 错误致错原因扣分 B此反应的ΔS<0，ΔG＝ΔH－T·ΔS，记错结论，误以为ΔG>0为自发反应－4 反应是一个熵减的反应，若常温下能自发进行，则需要ΔH<0，错误；碳酸钠水解吸热，加热促进水解，氢氧根离子浓度增大，碱性增强，C项正确；因为此反应放热，加热平衡逆向移动，平衡常数减小，D项错误。 [答案] C [规范迁移] 1．(2018·江苏卷)下列说法正确的是(C) A．氢氧燃料电池放电时化学能全部转化为电能 B．反应4Fe(s)＋3O2(g)===2Fe2O3(s)常温下可自发进行，该反应为吸热反应 C．3 mol H2与1 mol N2混合反应生成NH3，转移电子的数目小于6×6.02×1023 D．在酶催化淀粉水解反应中，温度越高淀粉水解速率越快 解析电池放电时化学能除了转化为电能外，还可能转化为热能、光能等，A项错误；该反应是熵减反应，但是能自发进行，故一定属于放热反应，B项错误；N2与H2合成NH3反应属于可逆反应，1 mol N2与3 mol H2反应的过程中，由于N2不可能完全转化为NH3，故转移电子数小于6×6.02×1023，C项正确；催化淀粉水解的酶属于蛋白质，在高温下蛋白质会发生变性而失去催化活性，故在高温下，淀粉水解速率反而变小，D项错误。 限时规范训练[单独成册]限时50分钟 A组(20分钟) 1．下列关于化学平衡常数的说法中，正确的是() A．在任何条件下，化学平衡常数都是一个定值 B．化学平衡常数K可以推断一个可逆反应进行的程度 C．化学平衡常数K只与温度、反应物浓度、体系的压强有关 D．当改变反应物的浓度时，化学平衡常数会发生改变 解析：选B。A.在给定的反应方程式中，化学平衡常数只受温度的影响，温度改变则化学平衡常数改 变，故错误；B.任何时刻Q c >K ，说明平衡向逆反应方向进行，Q c ＜K ，说明平衡向正反应方向进行，Q c ＝K ，说明反应达到平衡，故正确；C.化学平衡常数只受温度影响，故错误；D.根据选项C 分析，故错误。 2．(2018·辽宁省五校高三上学期期末考试)在体积恒定的密闭容器中，一定量的SO 2与1.25 mol O 2在 催化剂作用下加热到600 ℃发生反应： 2SO 2(g)＋O 2(g) 催化剂 加热 2SO 3(g) ΔH <0。30 s 气体的物质的量减少 0.45 mol 时反应达到平衡，在相同的温度下测得气体压强为反应前的80%。下列有关叙述正确的是( ) A. 达到平衡时，气体的密度是反应前的80% B ．将平衡混合气体通入过量BaCl 2溶液中，得到沉淀的质量为209.7 g C ．该温度下的平衡常数为101.25 D ．0～30 s 时SO 3生成速率为3.0×10－ 2 mol/(L·s) 解析：选B 。气体的物质的量减少0.45 mol 时，根据反应方程式可知，有0.45 mol 的氧气参加反应，设二氧化硫起始的物质的量为a mol ，利用三段式分析， 2SO 2(g)＋O 2(g) 催化剂 加热 2SO 3(g) 起始(mol) a 1.25 0 转化(mol) 0.9 0.45 0.9 平衡(mol) a －0.9 0.8 0.9 根据压强之比等于物质的量之比有a －0.9＋0.8＋0.9 a ＋1.25＝80%，所以a ＝1。A.该反应前后气体的质量不变， 容器的体积不变，气体的密度始终不变，故A 错误；B.平衡混合气体中三氧化硫的物质的量为0.9 mol ，与氯化钡反应生成硫酸钡的质量为209.7 g ，故B 正确；C.根据平衡常数K ＝c 2(SO 3) c (O 2)·c 2(SO 2)，而该反应中容器 的体积未知，无法计算平衡常数，故C 错误；D.该反应中容器的体积未知，无法计算SO 3生成速率，故D 错误。 3．已知反应：2SO 3(g) 2SO 2(g)＋O 2(g) ΔH >0，某温度下，将2 mol SO 3置于10 L 密闭容器中， 反应达平衡后，SO 3的平衡转化率(α)与体系总压强(p )的关系如图甲所示。则下列说法正确的是( ) ①由图甲推断，B 点SO 2的平衡浓度为0.3 mol/L ②由图甲推断，A 点对应温度下的平衡常数为1.25×10－ 3 ③达平衡后，压缩容器容积，则反应速率变化图像可以用图乙表示 ④相同压强、不同温度下SO 3的转化率与温度关系如丙图所示 A ．①② B ．②③ C ．③④ D ．①④ 解析：选B 。三氧化硫起始浓度为2 mol 10 L ＝0.2 mol/L ，由甲图可知B 点SO 3的转化率为15%，根据浓度 变化量之比等于化学计量数之比，所以Δc(SO2)＝Δc(SO3)＝15%×0.2 mol/L＝0.03 mol/L，故二氧化硫的平衡浓度为0.03 mol/L，①错误；A点时，SO3的转化率为20%，Δc(SO3)＝20%×0.2 mol/L＝0.04 mol/L，平 衡时，SO3、SO2、O2的浓度分别为0.16 mol/L、0.04 mol/L、0.02 mol/L，K＝c2(SO2)·c(O2) c2(SO3)＝ 0.042×0.02 0.162＝ 1.25×10－3，②正确；此反应为不等体反应，压缩体积，相当于增大压强，平衡向气体体积减小的方向移动，即逆向移动，因体积减小，各物质的浓度增大，故化学反应速率加快，③正确；升高温度平衡向吸热的方向移动，即正向移动，SO3的转化率将增大，与图像(图像上根据先拐先平的原则，T1大于T2，升高温度，SO3的转化率减小) 不符合，④错误。综上所述，故选B。 4．(2018·湖北黄冈高三上学期元月调研)已知反应： CH2===CHCH3(g)＋Cl2(g)CH2===CHCH2Cl(g)＋HCl(g)。在一定压强下，按w＝n() Cl2 n() CH2===CHCH3向密闭容器中充入氯气与丙烯。图甲表示平衡时丙烯的体积分数(φ) 与温度(T)、w的关系，图乙表示逆反应的平衡常数与温度的关系。则下列说法错误的是() A．图甲中，w2>1 B．图乙中，A线表示逆反应的平衡常数 C．温度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：选C。A.根据图甲中信息可知，增大n(Cl2)，w＝n() Cl2 n() CH2===CHCH3增大，平衡正向移动，丙烯的体积分数(φ) 减小，故w2>1，选项A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，图乙中，A线表示逆反应的平衡常数，选项B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CH2===CHCH3和Cl2的物质的量分别 为a、2a，参加反应的Cl2的物质的量为b，利用三段式可列关系b2 () a－b() 2a－b ＝1，解得 b 2a×100%＝33.3%， Cl2的转化率为33.3%，选项C错误；D.该反应为前后气体体积不变的放热反应，反应向正反应方向进行，体系温度升高，气体膨胀，达到平衡时，装置内的气体压强将增大，选项D正确。 5．一定温度下，在甲、乙、丙、丁四个恒容密闭容器中投入SO2(g)和O2(g)，进行反应，2SO2＋O22SO3，其起始物质的量及SO2的平衡转化率如下表所示。下列判断中正确的是() 甲乙丙丁密闭容器体积/L2221起始物质的量n(SO2)/mol0.400.800.800.40 n(O2)/mol0.240.240.480.24 SO2的平衡转化率%80α1α2α3 A.甲中反应的平衡常数小于乙 B ．该温度下，该反应的平衡常数K 为400 C ．SO 2的平衡转化率：α1>α2＝α3 D ．容器中SO 3的物质的量浓度：丙＝丁<甲 解析：选B 。A.温度一定，平衡常数不变，错误；B.甲中平衡常数K ＝c 2(SO 3)c 2(SO 2)·c (O 2)＝0.162 0.042×0.04＝400， 正确；C.乙和丙中二氧化硫起始量相同，但丙中氧气物质的量大于乙中氧气物质的量，所以α1<α2，丙和丁中二氧化硫和氧气起始浓度相同，平衡等效，二氧化硫转化率相等，错误；D.丙和丁平衡等效，三氧化硫浓度相同；丙中二氧化硫和氧气起始浓度是甲中二氧化硫和氧气起始浓度的2倍，浓度加倍等效于增大压强，所以丙中三氧化硫浓度大于甲中三氧化硫浓度，错误。 6．向某密闭容器中充入1 mol X 与2 mol Y 发生反应：X(g)＋2Y(g) a Z(g) ΔH ＜0，达到平衡后， 改变某一条件(温度或容器体积)，X 的平衡转化率的变化如图所示。下列说法中正确的是( ) A ．a ＝2 B ．T 2＞T 1 C ．A 点的反应速率：v 正(X)＝1 3 v 逆(Z) D ．用Y 表示A 、B 两点的反应速率：v (A)＞v (B) 解析：选C 。改变压强，X 的平衡转化率不变，说明反应前后气体的化学计量数之和相等，所以a ＝3，A 项错误；此反应为放热反应，升高温度，X 的平衡转化率减小，故T 1＞T 2，B 项错误；A 点时，反应达到平衡状态，正逆反应速率相等，同时化学反应速率之比等于化学计量数之比，所以v 正(X)＝1 3v 逆(Z)， C 项正确；温度越高，化学反应速率越快，v (A)＜v (B)， D 项错误。 7．将 1 mol N 2和 3 mol H 2充入体积可变的恒温密闭容器中，在380 ℃下发生反应：N 2(g)＋ 3H 2(g)催化剂 高温、高压 2NH 3(g) 平衡时，体系中氨的体积分数φ(NH 3)随压强变化的情况如下表： 压强/MPa 10 20 30 40 φ(NH 3) 0.30 0.45 0.54 0.60 下列说法正确的是( A ．10 MPa 时，H 2的转化率为75% B ．20 MPa 时，NH 3的物质的量是10 MPa 时的1.5倍 C ．40 MPa 时，若容器的体积为V L ，则平衡常数K ＝64V 2 3 D ．30 MPa 时，若向容器中充入惰性气体，则平衡向正反应方向移动 解析：选C 。 N 2(g)＋3H 2(g) 催化剂 高温、高压 2NH 3(g) 开始(mol) 1 3 0 反应(mol) x 3x 2x 平衡(mol) 1－x 3－3x 2x A ．10 MPa 时，2x ＝0.3×(4－2x ) mol ，解得x ＝613 mol ，H 2的转化率为6 13，故A 错误；B.20 MPa 时， 2x mol ＝0.45×(4－2x ) mol ，解得x ＝1829 mol ，NH 3的物质的量是10 MPa 时的1829×2÷2×613＝39 29倍，故B 错 误；C.40 MPa 时，2x mol ＝0.60×(4－2x ) mol ，解得x ＝0.75 mol ，若容器的体积为V L ，则平衡常数K ＝ ????1.5V 2 0.25V ×????0.75V 3 ＝64V 2 3，故C 正确；D.30 MPa 时，若向容器中充入惰性气体，相当于减小压强，平衡向逆反 应方向移动，故D 错误。 8．将E 和F 加入密闭容器中，在一定条件下发生反应：E(g)＋F(s)2G(g)。忽略固体体积，平衡时 G 的体积分数(%)随温度和压强的变化如下表所示： 压强/MPa 体积分数/% 温度/℃ 1.0 2.0 3.0 810 54.0 a b 915 c 75.0 d 1 000 e f 83.0 ①b ②915 ℃、2.0 MPa 时E 的转化率为60% ③该反应的ΔS >0 ④K (1 000 ℃)>K (810 ℃) 上述①～④中正确的有( ) A ．4个 B ．3个 C ．2个 D ．1个 解析：选A 。该反应的气体系数由1变为2，气体的物质的量增大，则ΔS >0，③正确；设E 的初始物质的量为n ，反应的物质的量为x ，则生成G 的物质的量为2x,915 ℃、2.0 MPa 时，平衡时G 的体积分数为75.0%。可得2x n －x ＋2x ＝75.0%，解得x ＝0.6n ，E 的转化率为60%，②正确；根据表中给出的三个体积 分数可以看出，随着压强增大、温度升高，平衡时G 的体积分数增大，而压强增大，化学平衡向逆反应方向移动，说明温度升高一定使平衡向正反应方向移动，正反应为吸热反应，④正确；f 比b 的温度高，压强小，使平衡向正反应方向移动，G 的体积分数增大，①正确。故选A 。 B 组(30分钟) 9．[2018·广东韶关高三模拟考试(二模)]NH 3作为一种重要化工原料，被大量应用于工业生产，与其有关性质反应的催化剂研究曾被列入国家863计划。 (1)催化剂常具有较强的选择性。已知： 反应Ⅰ：4NH 3(g)＋5O 2(g) Pt/Ru 高温 4NO(g)＋6H 2O(g) ΔH 1＝－905 kJ·mol － 1 反应Ⅱ：4NH 3(g)＋3O 2(g)Cu/TiO 2,高温2N 2(g)＋6H 2O(g) ΔH 2＝－1 266.6 kJ·mol － 1 写出NO 分解生成N 2与O 2的热化学方程式______________________________________。 (2)N 2O 也可分解生成N 2与O 2。在四个恒容密闭容器中按下表相应量充入气体，发生2N 2O(g)2N 2(g) ＋O 2(g)，容器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中N 2O 平衡转化率如图所示。 容器 容积/L 起始物质的量/mol N 2O N 2 O 2 Ⅰ V 1 0.1 0 0 Ⅱ 1.0 0.1 0 0 Ⅲ V 2 0.1 0 0 Ⅳ 1.0 0.06 0.06 0.04 ①该反应的ΔH __________0(填“>”“＝”或“<”)； ②图中A 、B 、C 三点处容器内的总压强，由大到小的顺序是_____________________； ③容器Ⅳ在470 ℃进行反应时，起始速率：v (N 2O)正______v (N 2O)逆(填“>”“＝”或“<”)。 (3)氨催化氧化时会发生上述两个竞争反应Ⅰ、Ⅱ。为分析某催化剂对该反应的选择性，在20 L 密闭容器中充入1 mol NH 3和2 mol O 2，测得一定时间内有关物质的物质的量与温度的关系如图： ①该催化剂在低温时选择反应________(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。 ②C 点比B 点所产生的NO 的物质的量少的原因可能是 ________________________________________________________________________。 解析：(1)NO 分解生成N 2与O 2的方程式为2NO(g) N 2(g)＋O 2(g)，根据已知的反应Ⅰ和反应Ⅱ， 要得到该方程，则：Ⅱ－Ⅰ2，则ΔH ＝ΔH 2－ΔH 12＝－1 266.6 kJ·mol － 1＋905 kJ·mol － 1 2＝－180.8 kJ/mol 。(2)① 根据图像，温度升高，转化率增大，则平衡向右移动，说明正向吸热，则反应的ΔH >0；②A 、B 、C 三点中N 2O 的转化率相同，则容器中反应物生成物的量均相同，则容器的压强取决于容器的体积，根据图像，相同温度时：转化率大小为：Ⅰ>Ⅱ>Ⅲ，则反应正向进行的程度为Ⅰ>Ⅱ>Ⅲ，且该反应为气体分子数增加的反应，增大容器体积，减小压强平衡向右移动，则说明容器体积大小为Ⅰ>Ⅱ>Ⅲ，故A 、B 、C 三点处 容器内的总压强由大到小的顺序是p (C)>p (B)>p (A)；③Ⅱ中在470 ℃下达到平衡时N 2O 的转化率是0.6，则该反应在470 ℃下平衡常数是0.03×0.0620.04＝0.067 5，容器Ⅳ在470 ℃进行反应时，浓度熵＝ 0.04×0.062 0.062＝0.04<0.067 5，所以反应向正反应方向进行，则起始速率：v (N 2O)正>v (N 2O)逆。(3)①根据图像，在低温时，N 2的量相对多一些，而N 2是反应Ⅱ的生成物，故该催化剂在低温时选择反应Ⅱ；②根据图像，该催化剂在高温时选择反应Ⅰ，而反应Ⅰ为放热反应，达到平衡后，温度升高平衡向逆反应方向移动，使得C 点比B 点所产生的NO 的物质的量少；或者可能是由于温度升高催化剂失去了活性等原因。 答案：(1)2NO(g) N 2(g)＋O 2(g)ΔH ＝－180.8 kJ/mol (2)①> ②p (C)>p (B)>p (A)或C>B>A ③> (3)①Ⅱ ②该反应为放热反应，温度升高，平衡向逆反应方向移动或催化剂活性降低 10．(2018·河南洛阳高三下学期尖子生第二次联考)二甲醚又称甲醚，简称DME ，熔点－141.5 ℃，沸点－24.9 ℃，与石油液化气(LPG)相似，被誉为“21世纪的清洁燃料”。制备原理如下： Ⅰ.由天然气催化制备二甲醚： ①2CH 4(g)＋O 2(g)CH 3OCH 3(g)＋H 2O(g) ΔH 1 Ⅱ.由合成气制备二甲醚： ②CO(g)＋2H 2(g) CH 3OH(g) ΔH 2＝－90.7 kJ·mol － 1 ③2CH 3OH(g)CH 3OCH 3(g)＋H 2O(g) ΔH 3 回答下列问题： (1)若甲烷和二甲醚的燃烧热分别是890.3 kJ·mol － 1、1 453.0 kJ·mol － 1；1 mol 液态水变为气态水要吸收44.0 kJ 的热量。反应③中的相关的化学键键能数据如表： 化学键 H －H C －O H －O(水) H －O(醇) C －H E (kJ · mol － 1) 436 343 465 453 413 则1－3－ (2)反应③的化学平衡常数表达式为______________。制备原理Ⅰ中，在恒温、恒容的密闭容器中合成，将气体按n (CH 4)∶n (O 2)＝2∶1混合，能正确反映反应①中CH 4 的体积分数随温度变化的曲线是_________________。下列能表明反应①达到化学平衡状态的是_______________。 A ．混合气体的密度不变 B ．反应容器中二甲醚的百分含量不变 C ．反应物的反应速率与生成物的反应速率之比等于化学计量数之比 D ．混合气体的压强不变 (3)有人模拟制备原理Ⅱ，在500 K 时的2 L 的密闭容器中充入2 mol CO 和6 mol H 2,8 min 达到平衡，平衡时CO 的转化率为80%，c (CH 3OCH 3)＝0.3 mol·L － 1，用H 2表示反应②的速率是__________；可逆反 应③的平衡常数K 3＝_________。若在500 K 时，测得容器中n (CH 3OH)＝n (CH 3OCH 3)，此时反应③v (正)_________v (逆)，说明原因____________________。 解析：(1)若甲烷和二甲醚的燃烧热分别是890.3 kJ·mol － 1、1 453.0 kJ·mol － 1；得到甲烷、二甲醚的燃烧热化学方程式分别为④CH 4(g)＋2O 2(g) CO 2(g)＋2H 2O(l) ΔH 4＝－890.3 kJ·mol － 1 ⑤CH 3OCH 3(g)＋3O 2(g) 2CO 2(g)＋3H 2O(l) ΔH 5＝－1 453.0 kJ·mol － 1 故④×2－⑤＝①得到：2CH 4(g)＋O 2(g)CH 3OCH 3(g)＋H 2O(l)，且1 mol 液态水变为气态水要吸收 44.0 kJ 的热量，故则ΔH 1＝(－890.3×2＋1 453＋44.0) kJ·mol － 1＝－283.6 kJ·mol － 1，根据所给键能， ③2CH 3OH(g) CH 3OCH 3(g)＋H 2O(g)，反应物总键能－生成物总键能＝反应热，故ΔH 3＝－24 kJ·mol － 1；(2)反应③的化学平衡常数表达式为 K ＝c (CH 3OCH 3)·c (H 2O )c 2(CH 3OH ) ；反应①是放热反应，故温度升高，平衡逆 向移动，CH 4的体积分数随温度升高而升高，故能正确反映反应①中CH 4的体积分数随温度变化的曲线是M ；制备原理Ⅰ中，由于是在恒温、恒容的密闭容器中合成，且反应①各物质均是气态，A.混合气体的密度一直不变，不能说明反应达到平衡状态；B.当反应容器中二甲醚的百分含量不变时，该反应达到平衡状态；C.反应物的反应速率与生成物的反应速率之比等于化学计量数之比在任何时候都成立，故不能说明反应达到平衡状态；D.该装置是恒容容器，混合气体的压强不变，说明气体总物质的量不变，且该反应前后气体分子总数不等，故达到平衡状态；故选BD ；(3)由合成气制备二甲醚： ② CO(g)＋2H 2(g) CH 3OH(g) 起始时(mol/L) 1 3 0 转化(mol/L) 0.8 1.6 0.8 平衡时(mol/L) 0.2 1.4 0.8 ③ 2CH 3OH(g) CH 3OCH 3(g)＋H 2O(g) 起始时(mol/L) 0.8 0 0 转化(mol/L) 0.6 0.3 0.3 平衡时(mol/L) 0.2 0.3 0.3 H 2表示反应②的速率是v (H 2)＝ 1.68 mol·L －1·min － 1＝0.2 mol/(L·min)；可逆反应③的平衡常数K 3＝c (CH 3OCH 3)·c (H 2O )c 2(CH 3OH )＝0.3×0.3 0.04＝2.25；若在500 K 时，测得容器中n (CH 3OH)＝n (CH 3OCH 3)，则说明c (CH 3OH) ＝c (CH 3OCH 3)＝c (H 2O)，则此时Q c ＝c (CH 3OCH 3)·c (H 2O )c 2(CH 3OH ) ＝x ·x x 2＝1< 2.25，故反应正向进行，v (正)>v (逆)。 答案：(1)－283.6 －24 (2)c (CH 3OCH 3)·c (H 2O ) c 2(CH 3OH ) M BD (3)0.2 mol/(L·min) 2.25 > 浓度商Q c ＝ c (CH 3OCH 3)·c (H 2O )c 2(CH 3OH )＝x ·x x 2＝1< 2.25，反应正向进行，v (正)>v (逆) 11．(2018·河南濮阳高三第三次模拟考试)甲烷、甲醇都是清洁能源。 (1)已知下列热化学方程式 ①CO 2(g)＋3H 2(g)===CH 3OH(g)＋H 2O (g) ΔH ＝－49.0 kJ/mol ②CH 4(g)＋2O 2(g)===2H 2O(g)＋CO 2(g) ΔH ＝－802.3 kJ/mol ③2H 2(g)＋O 2(g)===2H 2O(l) ΔH ＝－571.6 kJ/mol ④H 2O(g)===H 2O(l) ΔH ＝－44.0 kJ/mol 则CH 4(g)＋1 2O 2(g)===CH 3OH(g) ΔH ＝____________。 (2)工业上合成甲醇的另一种方法是2H 2(g)＋CO(g) CH 3OH(g) ΔH 。 一定温度下在3个体积均为1.0 L 的恒容密闭容器中发生上述反应，相关物理量见下表： 容器 温度/K 物质的起始 浓度/mol·L － 1 物质的平衡 浓度/mol·L － 1 c (H 2) c (CO) c (CH 3OH) c (CH 3OH) Ⅰ 400 0.20 0.10 0 0.080 Ⅱ 400 0.40 0.20 0 Ⅲ 500 0.10 0.025 ②达到平衡时，容器Ⅱ中c (CH 3OH)_____0.16 mol/L(填“>” “<” 或“＝”)。 ③400 K 时该反应的平衡常数K ＝________。 (3)文献报道某课题组利用CO 2催化氧化制甲烷的研究过程如下： 反应结束后，气体中检测到CH 4和H 2，滤液中检测到HCOOH ，固体中检测到镍粉和Fe 3O 4。CH 4、HCOOH 、H 2 的产量和镍粉用量的关系如图所示(仅改变镍粉用量，其他条件不变)。研究人员根据实验结果得出结论：HCOOH 是CO 2转化为CH 4 的中间体，即：CO 2――→Ⅰ HCOOH ――→Ⅱ CH 4 ①写出产生H 2的反应方程式_____________________________________________。 ②由图可知，镍粉是_______(填字母)。 a ．反应Ⅰ的催化剂 B ．反应Ⅱ的催化剂 c ．反应Ⅰ和Ⅱ的催化剂 D ．不是催化剂 ③当镍粉用量从1 mmol 增加到10 mmol ，反应速率的变化情况是______(填字母)。 a ．反应Ⅰ的速率增加，反应Ⅱ的速率不变 b ．反应Ⅰ的速率不变，反应Ⅱ的速率增加 c ．反应Ⅰ、Ⅱ的速率均不变 d ．反应Ⅰ、Ⅱ的速率均增加，且反应Ⅰ的速率增加得快 e ．反应Ⅰ、Ⅱ的速率均增加，且反应Ⅱ的速率增加得快 f ．反应Ⅰ的速率减小，反应Ⅱ的速率增加 解析：(1)根据盖斯定律，①＋②－③×32＋④×3得出：CH 4(g)＋1 2O 2(g)===CH 3OH(g) ΔH ＝－125.9 kJ·mol － 1；(2)①对比Ⅰ和Ⅲ，升高温度，甲醇的物质的量浓度降低，根据勒夏特列原理，正反应方向是放热反应，即ΔH <0；②Ⅱ在Ⅰ的基础上再通入0.2 mol·L － 1H 2和0.1 mol·L － 1 CO ，相当于在Ⅰ的基础上增大压强，平衡向正反应方向移动，即c (CH 3OH)>0.16 mol·L －1； ③ 2H 2(g)＋CO(g) CH 3OH(g) 起始： 0.2 0.1 0 变化： 0.16 0.08 0.08 平衡： 0.04 0.02 0.08 K ＝c (CH 3OH )c (CO )×c 2(H 2)＝0.08 0.02×0.042 ＝2 500；(3)①根据信息得到氢气和Fe 3O 4，显然是铁在高温下与水蒸 气发生反应得到氢气，即化学反应方程式为3Fe ＋4H 2O=====300 ℃ Fe 3O 4＋4H 2；②根据信息，反应前后均有镍粉，从图像上看，随着镍粉的用量不同，曲线的走势不同，即反应的快慢不同，满足催化剂的条件，故选项c 正确；③从图像上分析，当镍粉用量从1 mmol 增加到10 mmol ，H 2和HCOOH 的量均快速减少，即反应速率增大，由于甲酸的消耗速率大于其生成速率，则说明反应Ⅱ速率较快，故选项e 正确。 答案：(1)－125.9 kJ/mol (2)① < ② > ③2.5×103(L/mol)2 (3)①3Fe ＋4H 2O =====300 ℃ Fe 3O 4＋4H 2 ②c ③ e
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