2020届二轮复习化学反应速率化学平衡课件（69张）（江苏专用） 69页

专题六　化学反应速率　化学平衡 考纲要求 1. 了解化学反应速率的概念和平均反应速率的表示方法。 2. 理解温度、浓度、压强和催化剂等对化学反应速率影响的一般规律。 3. 认识催化剂在生产、生活和科学研究领域中的重大作用。 4. 认识化学反应的可逆性。能用焓变和熵变说明常见简单化学反应的方向。 5. 理解化学平衡和化学平衡常数的含义，能用化学平衡常数进行简单计算。 6. 理解浓度、温度、催化剂等对化学平衡影响的一般规律。 7. 认识化学反应速率和化学平衡的调控在生产、生活和科学研究领域中的重要作用。 考点二　化学平衡　化学平衡常数及转化率 内容索引 NEIRONGSUOYIN 考点一　化学反应速率及其影响因素 化学反应速率及其影响因素 HUA XUE FAN YING SU LV JI QI YING XIANG YIN SU 01 ( 一 ) 化学反应速率的计算及速率常数 1. 化学反应速率的计算 核心回扣 1 计算时一定要注意容器或溶液的体积，不能忽视容器或溶液的体积 V ，盲目地把 Δ n 当作 Δ c 代入公式进行计算，同时还要注意单位及规范书写，还要根据要求注意有效数字的处理。 (2) 根据化学方程式计算：对于反应 “ m A ＋ n B=== p C ＋ q D ” ，有 v (A) ∶ v (B) ∶ v (C) ∶ v (D) ＝ m ∶ n ∶ p ∶ q 。 2. 速率常数 (1) 假设基元反应 ( 能够一步完成的反应 ) 为 a A(g) ＋ b B(g)=== c C(g) ＋ d D(g) ，其速率可表示为 v ＝ kc a (A) c b (B) ，式中的 k 称为反应速率常数或速率常数，它表示单位浓度下的化学反应速率，与浓度无关，但受温度、催化剂、固体表面性质等因素的影响，通常反应速率常数越大，反应进行得越快。不同反应有不同的速率常数。 (2) 正、逆反应的速率常数与平衡常数的关系 对于基元反应 a A(g) ＋ b B(g) c C(g) ＋ d D(g) ， v 正 ＝ k 正 · c a (A)· c b (B) ， v 逆 ＝ k 逆 · c c (C)· c d (D) ， ( 二 ) 正确理解化学反应速率的影响因素 1. 内因 —— 活化能 活化能是指为了能发生化学反应，普通分子 ( 具有平均能量的分子 ) 变成活化分子所需要吸收的最小能量，即活化分子比普通分子所多出的那部分能量。相同条件下，不同化学反应的速率不同，主要是内因 —— 活化能大小不同所致，活化能小的化学反应速率快，活化能大的反应速率慢。 注意 　 反应热为正、逆反应活化能的差值。 2. 外因 相同的化学反应，在不同条件下，化学反应速率不同，主要原因是外因 —— 浓度、压强、温度、催化剂、光照、接触面积等因素不同所致。 (1) 浓度 ( c ) ：增大 ( 减小 ) 反应物浓度 → 单位体积内活化分子数目增加 ( 减少 ) ，活化分子百分数不变 → 有效碰撞频率提高 ( 降低 ) → 化学反应速率加快 ( 减慢 ) 。 (2) 压强 ( p ) ：对于气相反应来说，增大 ( 减小 ) 压强 → 相当于减小 ( 增大 ) 容器容积 → 相当于增大 ( 减小 ) 反应物的浓度 → 化学反应速率加快 ( 减慢 ) 。 注意 　 “ 惰性气体 ” 对反应速率的影响 (3) 温度 ( T ) ：升高 ( 降低 ) 温度 → 活化分子百分数增大 ( 减小 ) → 有效碰撞频率提高 ( 降低 ) → 化学反应速率加快 ( 减慢 ) 。 (4) 催化剂 ① 添加催化剂 → 降低反应的活化能 → 活化分子百分数增大 → 有效碰撞频率提高 → 化学反应速率加快。 ② 添加催化剂 → 降低反应的活化能 → 降低反应所需的温度 → 减少能耗。 ③ 添加催化剂能改变反应的路径，如乙醇的氧化实验，该实验的总反应为 2CH 3 CH 2 OH ＋ O 2 ―→ 2CH 3 CHO ＋ 2H 2 O ，活化能为 E 总 ；使用铜丝作催化剂将一步反应改变为两步反应，第一步反应为 2Cu ＋ O 2 2CuO ，活化能为 E 1 ；第二步反应为 CH 3 CH 2 OH ＋ CuO CH 3 CHO ＋ Cu ＋ H 2 O ，活化能为 E 2 ；由于 E 1 < E 总 、 E 2 < E 总 ，所以化学反应速率加快。 ④ 催化剂的选择性：对于在给定条件下反应物之间能够同时发生多个反应的情况，理想的催化剂还具有大幅度提高目标产物在最终产物中比率的作用。 ⑤ 酶作催化剂的特点：高效性、专一性 ( 高选择性，一种酶只能催化一种或一类化学反应，如蛋白酶只能催化蛋白质水解成多肽 ) 、温和性 ( 反应条件温和，温度升高，酶发生变性失去催化活性 ) 。 1. (2017· 江苏， 10) H 2 O 2 分解速率受多种因素影响。实验测得 70 ℃ 时不同条件下 H 2 O 2 浓度随时间的变化如图所示。下列说法正确的是 真题研究 2 1 2 A. 图甲表明，其他条件相同时， H 2 O 2 浓度越小，其分解速率越快 B. 图乙表明，其他条件相同时，溶液 pH 越小， H 2 O 2 分解速率越快 C. 图丙表明，少量 Mn 2 ＋ 存在时，溶液碱性越强， H 2 O 2 分解速率越快 D. 图丙和图丁表明，碱性溶液中， Mn 2 ＋ 对 H 2 O 2 分解速率的影响大 √ 解析　 A 项，浓度对反应速率的影响是浓度越大，反应速率越快，错误； B 项， NaOH 浓度越大，即 pH 越大， H 2 O 2 分解速率越快，错误； C 项，由图可知， Mn 2 ＋ 存在时， 0.1 mol·L － 1 NaOH 溶液中 H 2 O 2 的分解速率比 1.0 mol·L － 1 的 NaOH 中的快，错误； D 项，由图可知，碱性条件下， Mn 2 ＋ 存在时，对 H 2 O 2 分解速率影响大，正确。 1 2 2. (2017· 浙江 4 月选考， 21) 对水样中溶质 M 的分解速率影响因素进行研究。在相同温度下， M 的物质的量浓度 (mol·L － 1 ) 随时间 (min) 变化的有关实验数据见下表。 1 2 时间 水样　　　 0 5 10 15 20 25 Ⅰ (pH ＝ 2) 0.40 0.28 0.19 0.13 0.10 0.09 Ⅱ (pH ＝ 4) 0.40 0.31 0.24 0.20 0.18 0.16 Ⅲ (pH ＝ 4) 0.20 0.15 0.12 0.09 0.07 0.05 Ⅳ (pH ＝ 4 含 Cu 2 ＋ ) 0.20 0.09 0.05 0.03 0.01 0 下列说法不正确的是 A. 在 0 ～ 20 min 内， Ⅰ 中 M 的分解速率为 0.015 mol·L － 1 ·min － 1 B. 水样酸性越强， M 的分解速率越快 C. 在 0 ～ 25 min 中， Ⅲ 中 M 的分解百分率比 Ⅱ 大 D. 由于 Cu 2 ＋ 存在， Ⅳ 中 M 的分解速率比 Ⅰ 快 √ 1 2 根据实验 Ⅰ 、 Ⅱ 数据对比可判断水样酸性越强， M 的分解速率越快， B 正确； 时间 水样　　　 0 5 10 15 20 25 Ⅰ (pH ＝ 2) 0.40 0.28 0.19 0.13 0.10 0.09 Ⅱ (pH ＝ 4) 0.40 0.31 0.24 0.20 0.18 0.16 Ⅲ (pH ＝ 4) 0.20 0.15 0.12 0.09 0.07 0.05 Ⅳ (pH ＝ 4 含 Cu 2 ＋ ) 0.20 0.09 0.05 0.03 0.01 0 1.CaCO 3 与稀盐酸反应 ( 放热反应 ) 生成 CO 2 的量与反应时间的关系如图所示。下列结论不正确的是 题组集训 3 1 2 3 A. 反应开始 2 min 内平均反应速率最大 B. 反应 4 min 后平均反应速率最小 C. 反应开始 4 min 内温度对反应速率的影响比浓度大 D. 反应 4 min 后反应速率下降的原因是盐酸浓度逐渐减小 √ 碳酸钙与盐酸的反应是放热反应，在反应 4 min 后由于物质的浓度降低，所以平均反应速率也逐渐减小，由于在相同时间段内反应产生二氧化碳物质的量最小，故该时间段内的反应速率最小， B 正确； 碳酸钙与盐酸的反应是放热反应，在开始的不长时间段内，随着反应的进行，溶液的温度逐渐升高，反应速率逐渐加快，根据图示可知在反应开始 4 min 内温度对反应速率的影响比浓度大， C 正确； 反应 4 min 后盐酸浓度降低，反应速率减小，反应速率下降的原因是盐酸浓度逐渐减小， D 正确。 解析　 根据图示可知在前 2 min 内反应产生 CO 2 的物质的量是 0.1 mol ，在 2 ～ 4 min 内反应产生 0.2 mol CO 2 ，在 4 ～ 6 min 内反应产生的 CO 2 小于 0.1 mol ，所以在第 2 ～ 4 min 内反应速率最快， A 错误； 1 2 3 2. 二氧化钛在一定波长光的照射下，可有效降解甲醛、苯等有机物，效果持久，且自身对人体无害。某课题组研究了溶液的酸碱性对 TiO 2 光催化染料 R 降解反应的影响，结果如图所示。下列判断正确的是 A. 在 0 ～ 50 min 之间， R 的降解百分率 pH ＝ 2 大于 pH ＝ 7 B. 溶液酸性越强， R 的降解速率越大 C.R 的起始浓度不同，无法判断溶液的酸碱性对 R 的降解 速率的影响 D. 在 20 ～ 25 min 之间， pH ＝ 10 时 R 的降解速率为 0.04 mol·L － 1 ·min － 1 1 2 3 √ 解析　 在 0 ～ 50 min 之间， pH ＝ 2 和 pH ＝ 7 时反应物 R 都能完全反应，降解率都是 100% ， A 错误； 由斜率可知 pH 越小降解速率越大，即溶液的酸性越强， R 的降解速率越大， B 正确； 浓度越大化学反应速率越大，所以起始浓度越小降解速率越小， C 错误； 1 2 3 3. 用 Na 2 FeO 4 溶液氧化废水中的还原性污染物 M ，为研究降解效果，设计如下对比实验探究温度、浓度、 pH 、催化剂对降解速率和效果的影响，实验测得 M 的浓度与时间关系如图所示： 1 2 3 实验编号 温度 ℃ pH ① 25 1 ② 45 1 ③ 25 7 ④ 25 1 下列说法正确的是 A. 实验 ① 在 15 min 内 M 的降解速率为 1.33 × 10 － 2 mol·L － 1 ·min － 1 B. 若其他条件相同，实验 ①② 说明升高温度， M 降解速率增大 C. 若其他条件相同，实验 ①③ 证明 pH 越高，越有利于 M 的降解 D. 实验 ②④ 说明 M 的浓度越小，降解的速率越慢 1 2 3 实验编号 温度 ℃ pH ① 25 1 ② 45 1 ③ 25 7 ④ 25 1 √ 其他条件相同， ①② 温度不同， ② 的温度高于 ① 的，而 ② 中浓度变化大于 ① ，说明 ② 的降解速率大，故 B 正确； 其他条件相同， ①③ 的 pH 不同， ③ 的 pH 大于 ① ，在相同时间段内， ① 中 M 的浓度变化大于 ③ ，说明 ① 的降解速率大于 ③ ，故 C 错误； ②④ 这两组实验温度不同，浓度也不同，不是单一变量，无法比较浓度对此反应的影响，故 D 错误。 1 2 3 返回 02 化学平衡　化学平衡常数及转化率 HUA XUE PING HENG HUA XUE PING HENG CHANG SHU JI ZHUAN HUAN LV 核心回扣 1 1. 化学平衡状态的判断标志 (1) 等速标志 ( v 正 ＝ v 逆 ) ： ① 用同一种物质表示的消耗速率等于生成速率。 ② 用不同物质表示时，必须标明是 “ 异向 ” 的反应速率关系且反应速率之比等于化学方程式中对应的化学计量数之比。 (2) 各组分浓度不变：当 v 正 ＝ v 逆 ≠ 0 时，同一瞬间、同一物质的生成量等于消耗量，所以混合体系中各组分的物质的量、质量、物质的量浓度、各组分的百分含量 ( 体积分数、质量分数 ) 、转化率等不随时间而改变。 (3) 有气体参与的可逆反应 ① 从反应混合气体的平均相对分子质量考虑 若各物质均为气体 当 Δ n ( g ) ≠ 0 ，平均相对分子质量为定值时，可作为判断化学反应达 到平衡状态的标志 当 Δ n ( g ) ＝ 0 ，平均相对分子质量为定值时，不能作为判断化学反应 达到平衡状态的标志 若有非气体物质参与反应，无论 Δ n (g) 是否等于 0 ，当平均相对分子质量为定值时，即可判断化学反应达到平衡状态。 若各物质均为气体 恒容： ρ 为定值时，不能作为判断化学反应达到平衡状态的标志 恒压 Δ n ( g ) ＝ 0 ， ρ 为定值时，不能作为判断化学反应达到平衡 状态的标志 Δ n ( g ) ≠ 0 ， ρ 为定值时，可作为判断化学反应达到平衡 状态的标志 若有非气体物质参与反应 恒容： ρ 为定值时，可作为判断化学反应达到平衡状态的标志 恒压： Δ n ( g ) ＝ 0 ， ρ 为定值时，可作为判断化学反应达到平衡状态的标志 恒温恒容时 Δ n ( g ) ＝ 0 ， p 为定值时，不能作为判断化学反应达到平衡状态的标志 Δ n ( g ) ≠ 0 ， p 为定值时，可作为判断化学反应达到平衡状态的标志 ③ 从体系总压强考虑 ④ 从体系内部温度考虑：当化学平衡尚未建立或平衡正在移动的过程中，反应总要放出或吸收热量，所以对于绝热体系，当体系温度不变时，则达到平衡状态。 2. 掌握化学平衡移动的判断方法 (1) 依据勒夏特列原理判断 通过比较平衡破坏瞬时的正、逆反应速率的相对大小来判断平衡移动的方向。 ① 若外界条件改变，引起 v 正 ＞ v 逆 ，此时正反应占优势，则化学平衡向正反应方向 ( 或向右 ) 移动； ② 若外界条件改变，引起 v 正 ＜ v 逆 ，此时逆反应占优势，则化学平衡向逆反应方向 ( 或向左 ) 移动； ③ 若外界条件改变，虽能引起 v 正 和 v 逆 变化，但变化后新的 v 正 ′ 和 v 逆 ′ 仍保持相等，则化学平衡没有发生移动。 (2) 依据浓度商 ( Q ) 规则判断 通过比较浓度商 ( Q ) 与平衡常数 ( K ) 的大小来判断平衡移动的方向。 ① 若 Q ＞ K ，平衡逆向移动； ② 若 Q ＝ K ，平衡不移动； ③ 若 Q ＜ K ，平衡正向移动。 3. 理解不能用勒夏特列原理解释的问题 (1) 若外界条件改变后，无论平衡向正反应方向移动或向逆反应方向移动都无法减弱外界条件的变化，则平衡不移动。如对于 H 2 (g) ＋ Br 2 (g) 2HBr(g) ，由于反应前后气体的分子总数不变，外界压强增大或减小时，平衡无论正向或逆向移动都不能减弱压强的改变。所以对于该反应，压强改变，平衡不发生移动。 (2) 催化剂能同等程度地改变正、逆反应速率，所以催化剂不会影响化学平衡。 4. 化学平衡常数及转化率 (1) 化学平衡常数 ① 意义：化学平衡常数 K 表示反应进行的程度， K 越大，反应进行的程度越大。 K ＞ 10 5 时，可以认为该反应已经进行完全。 K 的大小只与温度有关。 ③ 依据化学方程式计算平衡常数 a. 同一可逆反应中， K 正 · K 逆 ＝ 1 。 c. 几个可逆反应方程式相加，得总方程式，则总反应的平衡常数等于各分步反应平衡常数之积。 (2) 转化率、产率及分压的计算 分压＝总压 × 物质的量分数 (3) 常用的气体定律 同温同体积： p ( 前 ) ∶ p ( 后 ) ＝ n ( 前 ) ∶ n ( 后 ) 1. (2019· 江苏， 15) 在恒压、 NO 和 O 2 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 NO 2 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 ) 。下列说法正确的是 A. 反应 2NO(g) ＋ O 2 (g)===2NO 2 (g) 的 Δ H ＞ 0 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 2 的浓度不能提高 NO 转化率 D.380 ℃ 下， c 起始 (O 2 ) ＝ 5.0 × 10 － 4 mol·L － 1 ， NO 平衡 转化率为 50% ，则平衡常数 K ＞ 2 000 真题研究 2 1 2 3 √ √ 解析　 A 项，实线表示不同温度下相同时间内 NO 的转化率，虚线表示相同条件下 NO 的平衡转化率，由题图知，随着温度升高， NO 的平衡转化率减小，即温度升高，反应 2NO ＋ O 2  2NO 2 的平衡逆向移动，说明该反应为放热反应， Δ H ＜ 0 ，错误； 1 2 3 B 项， X 点对应 NO 的转化率低于该温度下 NO 的平衡转化率，所以反应没有达到平衡状态，延长反应时间，可以提高 NO 的转化率，正确； C 项， Y 点时反应已达平衡状态，增加 O 2 的浓度，平衡正向移动， NO 的转化率会提高，错误； D 项，设起始时 c (NO) ＝ a mol·L － 1 ，则： 　　　　　　 2NO 　＋ O 2 　　  　　　　 2NO 2 起始 /mol·L － 1 a 5.0 × 10 － 4 0 转化 /mol·L － 1 0.5 a 0.25 a 0.5 a 平衡 /mol·L － 1 0.5 a 5.0 × 10 － 4 － 0.25 a 0.5 a 1 2 3 当 0.25 a ＝ 0 时， K ＝ 2 000 ，但 0.25 a ＞ 0 ，所以 K ＞ 2 000 ，正确。 2.( 2018· 江苏， 15 ) 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 2 (g) ＋ O 2 (g) 2SO 3 (g)( 正反应放热 ) ，测得反应的相关数据如下：   容器 1 容器 2 容器 3 反应温度 T /K 700 700 800 反应物投入量 2 mol SO 2 、 1 mol O 2 4 mol SO 3 2 mol SO 2 、 1 mol O 2 平衡 v 正 (SO 2 )/mol·L － 1 ·s － 1 v 1 v 2 v 3 平衡 c (SO 3 )/mol·L － 1 c 1 c 2 c 3 平衡体系总压强 p /Pa p 1 p 2 p 3 物质的平衡转化率 α α 1 (SO 2 ) α 2 (SO 3 ) α 3 (SO 2 ) 平衡常数 K K 1 K 2 K 3 下列说法正确的是 A. v 1 ＜ v 2 ， c 2 ＜ 2 c 1 B. K 1 ＞ K 3 ， p 2 ＞ 2 p 3 C. v 1 ＜ v 3 ， α 1 (SO 2 ) ＞ α 3 (SO 2 ) D. c 2 ＞ 2 c 3 ， α 2 (SO 3 ) ＋ α 3 (SO 2 ) ＜ 1 √ √ 1 2 3 解析　 由题中表格信息可知，容器 2 建立的平衡相当于容器 1 建立平衡后再将容器的容积缩小为原来的 1/2( 相当于压强增大为原来的 2 倍 ) 后平衡移动的结果。由于加压，化学反应速率加快，则 v 1 ＜ v 2 ； 题给平衡右移，则 α 1 (SO 2 ) ＜ α 2 (SO 2 ) ，根据勒夏特列原理可得 c 2 ＞ 2 c 1 ， p 1 ＜ p 2 ＜ 2 p 1 。容器 3 中建立的平衡相当于容器 1 建立的平衡升温后平衡移动的结果。升高温度，化学反应速率加快，则 v 1 ＜ v 3 ； 题给平衡左移，则 α 1 (SO 2 ) ＞ α 3 (SO 2 ) ， c 1 ＞ c 3 。由于温度升高，气体物质的量增加，故 p 3 ＞ p 1 。对于特定反应，平衡常数仅与温度有关，温度升高，题给平衡左移，平衡常数减小，则 K 1 ＝ K 2 ＞ K 3 。 C 对：由以上分析可得结论 v 1 ＜ v 3 ， α 1 (SO 2 ) ＞ α 3 (SO 2 ) 。 1 2 3 D 对：因为 c 2 ＞ 2 c 1 ， c 1 ＞ c 3 ，则 c 2 ＞ 2 c 3 。若容器 2 的容积是容器 1 的 2 倍，则两者建立的平衡完全相同，根据平衡特点，此时应存在 α 1 (SO 2 ) ＋ α 2 (SO 3 ) ＝ 1 ，由于容器 2 的平衡相当于容器 1 的平衡加压，故 α 2 (SO 3 ) 将减小，则 α 1 (SO 2 ) ＋ α 2 (SO 3 ) ＜ 1 ，结合 α 1 (SO 2 ) ＞ α 3 (SO 2 ) ，则 α 2 (SO 3 ) ＋ α 3 (SO 2 ) ＜ 1 。 A 错：由以上分析可知 c 2 ＞ 2 c 1 。 B 错：由以上分析可知 p 1 ＜ p 2 ＜ 2 p 1 ， p 1 ＜ p 3 ，则 p 2 ＜ 2 p 3 。 1 2 3 3. (2017· 江苏， 15) 温度为 T 1 时，在三个容积均为 1 L 的恒容密闭容器中仅发生反应： 2NO 2 (g) 2NO(g) ＋ O 2 (g)( 正反应吸热 ) 。实验测得 v 正 ＝ v (NO 2 ) 消耗 ＝ k 正 c 2 (NO 2 ) ， v 逆 ＝ v (NO) 消耗 ＝ 2 v (O 2 ) 消耗 ＝ k 逆 c 2 (NO)· c (O 2 ) ， k 正 、 k 逆 为速率常数，受温度影响。下列说法正确的是 1 2 3 容器编号 物质的起始浓度 (mol·L － 1 ) 物质的平衡浓度 (mol·L － 1 ) c (NO 2 ) c (NO) c (O 2 ) c (O 2 ) Ⅰ 0.6 0 0 0.2 Ⅱ 0.3 0.5 0.2   Ⅲ 0 0.5 0.35   A. 达平衡时，容器 Ⅰ 与容器 Ⅱ 中的总压强之比为 4 ∶ 5 B. 达平衡时，容器 Ⅱ 中 比容器 Ⅰ 中的大 C. 达平衡时，容器 Ⅲ 中 NO 的体积分数小于 50% D. 当温度改变为 T 2 时，若 k 正 ＝ k 逆 ，则 T 2 > T 1 √ √ 解析　 由 Ⅰ 中数据可计算温度 T 1 时反应的平衡常数。 　　　　　　 2NO 2 (g)  2NO(g) ＋ O 2 (g) 起始 /mol·L － 1 0.6 0 0 转化 /mol·L － 1 0.4 0.4 0.2 平衡 /mol·L － 1 0.2 0.4 0.2 平衡后气体总物质的量： n ( 气体 ) ＝ (0.2 mol·L － 1 ＋ 0.4 mol·L － 1 ＋ 0.2 mol·L － 1 ) × 1 L ＝ 0.8 mol 。 反应正向进行建立平衡，由于反应正向进行，气体的物质的量增加，故建立平衡后 n ( 气体 )>(0.3 mol·L － 1 ＋ 0.5 mol·L － 1 ＋ 0.2 mol·L － 1 ) × 1 L ＝ 1.0 mol ，则达到平衡后容器 Ⅰ 和容器 Ⅱ 中的总压强之比 p ( Ⅰ ) ∶ p ( Ⅱ )<0.8 mol ∶ 1.0 mol ＝ 4 ∶ 5 ，错误； 1 2 3 1 2 3 1 2 3 题组一　利用图像、 Q 与 K 的关系判断化学平衡状态 1. 汽车尾气净化的主要原理为 2NO(g) ＋ 2CO(g) 2CO 2 (g) ＋ N 2 (g) 　 Δ H ＜ 0 。若该反应在绝热、恒容的密闭体系中进行，下列示意图正确且能说明反应在进行到 t 1 时刻达到平衡状态的是 ________( 填标号 ) 。 题组集训 3 1 2 3 4 5 ②④⑤ 6 7 8 9 解析　 ① 达到平衡时， v 正 应保持不变。 ② 由于是放热反应，又是绝热容器，体系温度升高，平衡左移， K 减小。 ③ 图中达到平衡时， CO 、 CO 2 的物质的量的变化量之比不是 1 ∶ 1 。 ④ w (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。 ⑥ Δ H 是一个定值，不能用于判断可逆反应是否达到平衡状态。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 2. 一定温度下，将 2 mol NO 、 1 mol CO 充入 1 L 固定容积的密闭容器中发生反应： 2NO(g) ＋ 2CO(g) N 2 (g) ＋ 2CO 2 (g) 　 Δ H ＜ 0 。反应过程中部分物质浓度变化如图所示： 若 15 min 时再向容器中充入 CO 、 N 2 各 0.6 mol ，该反应是否处于平衡状态？ 答案　 该反应处于平衡状态。 解析　 由图像知， 10 min 时反应达到平衡状态， 所以该反应仍处于平衡状态。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 题组二　 “ 建模、解模 ” 分析法在平衡移动结果判定中的应用 3. 在一定条件下，可逆反应 2NO 2 (g) N 2 O 4 (g) 　 Δ H ＜ 0 达到平衡，当分别改变下列条件时，请回答下列问题： (1) 保持容器容积不变，通入一定量 NO 2 ，则达到平衡时 NO 2 的百分含量 ________( 填 “ 增大 ”“ 减小 ” 或 “ 不变 ” ，下同 ) ；保持容器容积不变，通入一定量 N 2 O 4 ，则达到平衡时 NO 2 的百分含量 ______ 。 4 5 解析　 保持容器容积不变，通入一定量 NO 2 ，等效为增大压强，平衡正向移动， NO 2 的百分含量减小；保持容器容积不变，通入一定量 N 2 O 4 ，等效为增大压强，平衡正向移动，所以 NO 2 的百分含量减小。 减小 减小 6 7 8 9 1 2 3 (2) 保持压强不变，通入一定量 NO 2 ，则达到平衡时 NO 2 的百分含量 ______ ；保持压强不变，通入一定量 N 2 O 4 ，则达到平衡时 NO 2 的百分含量 ______ 。 4 5 解析　 保持压强不变，通入一定量 NO 2 或 N 2 O 4 ，不影响平衡，所以 NO 2 的百分含量不变。 不变 不变 6 7 8 9 1 2 3 (3) 保持容器容积不变，通入一定量氖气，则达到平衡时 NO 2 的转化率 _______ ；保持压强不变，通入氖气使体系的容积增大一倍，则达到平衡时 NO 2 的转化率 ______ 。 4 5 解析　 保持容器容积不变，通入一定量氖气，此过程中各物质的物质的量浓度都没有发生改变，所以平衡不移动， NO 2 的转化率不变； 保持压强不变，通入氖气使体系的容积增大一倍，则相当于减小压强，所以平衡向生成 NO 2 的方向移动，所以 NO 2 的转化率会减小。 不变 减小 6 7 8 9 反思归纳 1. 对于反应物或生成物只有一种的可逆反应而言，在改变物质浓度而引起化学平衡移动时应遵循或应用下列方法进行分析： (1) 建模法分析化学平衡 当容器 Ⅱ 中的投料量是容器 Ⅰ 中的 n 倍时，可通过建模思想来进行考虑。 一般解题步骤 [ 以 PCl 5 (g) PCl 3 (g) ＋ Cl 2 (g) 为例 ] ： ① 建模：构建容器 Ⅰ 的模型： 　 p Ⅰ ( 始 ) 　　　　 p Ⅰ ( 平 ) ② 解模：将容器 Ⅱ 进行拆分，构建新的模型 ( 用实线箭号表示状态变化的方向，用虚线箭号表示虚拟的过程 ) ： Ⅱ 最后将虚拟出的两个平衡状态进行加压，把体积较大的平衡状态转化为体积较小的平衡状态。即容器 Ⅱ 的反应相当于在虚拟容器的基础上增大压强，平衡逆向移动，容器 Ⅱ 相对于容器 Ⅰ ， PCl 5 的体积分数增大。 (2) 在温度、压强不变的体系中加入某种气体反应物 ( 或生成物 ) 的平衡移动问题： 对于 a A(g) b B(g) ＋ c C(g) 或 b B(g) ＋ c C(g) a A(g) ，当 T 、 p 不变时，加入 A 气体，平衡移动的最终结果与原平衡等效，相当于平衡不移动；而加入 B 或 C ，则平衡的移动由浓度决定。 2. 转化率的变化分析 在一恒容密闭容器中通入 a mol A 、 b mol B 发生反应 a A(g) ＋ b B(g) c C(g) ，达到平衡后，改变下列条件，分析转化率的变化情况： (1) 再通入 b mol B ， α (A) 增大， α (B) 减小。 (2) 再通入 a mol A 、 b mol B ： 若 a ＋ b ＞ c ， α (A) 增大、 α (B) 增大； 若 a ＋ b ＝ c ， α (A) 不变、 α (B) 不变； 若 a ＋ b ＜ c ， α (A) 减小、 α (B) 减小。 题组三　反应热与化学平衡移动 4. 已知 298 K 时， 2SO 2 (g) ＋ O 2 (g) 2SO 3 (g) 　 Δ H ＝－ 197 kJ·mol － 1 ，在相同温度下，向密闭容器中通入 2 mol SO 2 和 1 mol O 2 ，达到平衡时放出热量 Q 1 ；向另一体积相同的密闭容器中通入 1 mol SO 2 和 1 mol O 2 ，达到平衡时放出热量 Q 2 。则下列关系正确的是 A.2 Q 2 ＝ Q 1 B.2 Q 2 ＜ Q 1 C. Q 2 ＜ Q 1 ＜ 197 kJ D. Q 2 ＝ Q 1 ＜ 197 kJ 1 2 3 4 √ 5 6 7 8 9 解析　 反应的热化学方程式： 2SO 2 (g) ＋ O 2 (g)  2SO 3 (g)Δ H ＝－ 197 kJ·mol － 1 ，由热化学方程式可知，加入 2 mol SO 2 和 1 mol O 2 ，生成的 SO 3 量小于 2 mol ，所以 Q 1 ＜ 197 kJ,1 mol SO 2 和 1 mol O 2 相当于在 2 mol SO 2 和 1 mol O 2 达到平衡的基础上，减少反应物的浓度，平衡逆向移动，即 Q 2 ＜ Q 1 ，综上： Q 2 ＜ Q 1 ＜ 197 kJ ，故选 C 。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 5. 已知 2SO 2 (g) ＋ O 2 (g) 2SO 3 (g) 　 Δ H ＝－ 197 kJ·mol － 1 。在 25 ℃ 时，向恒压密闭容器中通入 2 mol SO 2 和 1 mol O 2 ，达到平衡时放出热量 a 1 ；若 25 ℃ 时，在此恒压密闭容器中只通入 1 mol SO 2 和 0.5 mol O 2 ，达到平衡时放出热量 a 2 。则下列关系正确的是 A.2 a 2 ＝ a 1 ＝ 197 kJ B.197 kJ ＞ a 1 ＝ 2 a 2 C. a 2 ＞ a 1 ＞ 197 kJ D.2 a 2 ＜ a 1 ＜ 197 kJ 1 2 3 解析　 恒温恒压下，对于可逆反应 2SO 2 (g) ＋ O 2 (g)  2SO 3 (g) ，向恒压密闭容器中通入 2 mol SO 2 和 1 mol O 2 与只通入 1 mol SO 2 和 0.5 mol O 2 互为等效平衡，达到平衡时反应物的转化率一定相等，则反应放出的热量关系： a 1 ＝ 2 a 2 ； 在可逆反应的热化学方程式中，反应热是指完全转化吸收或放出的热量，所以 a 1 ＜ 197 kJ ，即 197 kJ ＞ a 1 ＝ 2 a 2 ，故选 B 。 √ 4 5 6 7 8 9 题组四　 “ 极限转化法 ” 在等效平衡中的应用 6. 在温度、容积相同的 3 个密闭容器中，按不同方式投入反应物，保持恒温、恒容，测得反应达到平衡时的有关数据如下 [ 已知 N 2 (g) ＋ 3H 2 (g) 2NH 3 (g) 　 Δ H ＝ － 92.4 kJ·mol － 1 ] ，下列说法正确的是 1 2 3 4 5 容器 甲 乙 丙 反应物投入量 1 mol N 2 、 3 mol H 2 2 mol NH 3 4 mol NH 3 NH 3 的浓度 / mol·L － 1 c 1 c 2 c 3 反应的能量变化 放出 a kJ 吸收 b kJ 吸收 c kJ 体系压强 (Pa) p 1 p 2 p 3 反应物转化率 α 1 α 2 α 3 A.2 c 1 ＞ c 3 B. a ＋ b ＞ 92.4 C.2 p 2 ＜ p 3 D. α 1 ＋ α 3 ＜ 1 √ 6 7 8 9 解析　 甲容器投入 1 mol N 2 、 3 mol H 2 ，乙容器投入 2 mol NH 3 ，恒温恒容条件下，甲容器与乙容器是等效平衡，各组分的物质的量、百分含量等完全相等；而甲容器投入 1 mol N 2 、 3 mol H 2 ，丙容器加入 4 mol NH 3 ，采用极限转化法，丙相当于加入 2 mol N 2 、 6 mol H 2 ，丙中加入量是甲中的二倍，如果恒温且丙容器容积是甲容器二倍，则甲容器与丙容器为等效平衡，所以丙所到达的平衡可以看作在恒温且容积是甲容器二倍条件下到达平衡后，再压缩体积至与甲容器体积相等所达到的平衡，由于该反应是体积减小的反应，缩小容器体积，增大了压强，平衡正向移动，所以丙中氮气、氢气转化率大于甲和乙的。 A 项，丙容器反应物投入 4 mol NH 3 ，采用极限转化法转化为反应物为 2 mol N 2 、 6 mol H 2 ，是甲中的二倍，若平衡不移动， c 3 ＝ 2 c 1 ，丙相当于增大压强，平衡正向移动，所以丙中氨气的浓度大于甲中氨气浓度的二倍，即 c 3 ＞ 2 c 1 ，错误； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 B 项，甲投入 1 mol N 2 、 3 mol H 2 ，乙中投入 2 mol NH 3 ，则甲与乙是完全等效的，根据盖斯定律可知，甲与乙反应的能量变化之和为 92.4 kJ ，故 a ＋ b ＝ 92.4 ，错误； C 项，丙容器反应物投入 4 mol NH 3 ，是乙的二倍，若平衡不移动，丙中压强为乙的二倍，由于丙中相当于增大压强，平衡正向移动，所以丙中压强减小，小于乙的 2 倍，即 2 p 2 ＞ p 3 ，错误； D 项，丙容器反应物投入 4 mol NH 3 ，是乙的二倍，若平衡不移动，转化率 α 1 ＋ α 3 ＝ 1 ，由于丙中相当于增大压强，平衡正向移动，氨气的转化率减小，所以转化率 α 1 ＋ α 3 ＜ 1 ，正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 7. T ℃ 时，在容积为 2 L 的 3 个恒容密闭容器中发生反应： 3A(g) ＋ B(g) x C(g) ，按不同方式投入反应物，测得反应达到平衡时的有关数据如下： 1 2 3 4 5 容器 甲 乙 丙 反应物的投入量 3 mol A 、 2 mol B 6 mol A 、 4 mol B 2 mol C 达到平衡的时间 /min 5   8 A 的浓度 /mol·L － 1 c 1 c 2   C 的体积分数 % w 1   w 3 混合气体的密度 /g·L － 1 ρ 1 ρ 2   下列说法正确的是 A. 若 x ＜ 4 ，则 2 c 1 ＜ c 2 B. 若 x ＝ 4 ，则 w 1 ＝ w 3 C. 无论 x 的值是多少，均有 2 ρ 1 ＝ ρ 2 D. 甲容器达到平衡所需的时间比乙容器达到平衡所需的时间短 √ 6 7 8 9 解析　 若 x ＜ 4 ，则正反应为气体分子数减小的反应，乙容器对于甲容器而言，相当于加压，平衡正向移动，所以 2 c 1 ＞ c 2 ， A 项错误； 若 x ＝ 4 ，则反应前后气体分子数相等，由于起始时甲容器中 A 、 B 的投入量之比与化学方程式中对应化学计量数之比不相等，故 w 3 不可能等于 w 1 ， B 项错误； 起始时乙容器中 A 、 B 的投入量是甲容器的 2 倍，两容器的容积相等，故恒有 2 ρ 1 ＝ ρ 2 ， C 项正确； 起始时乙容器中 A 、 B 的浓度是甲容器中的 2 倍，故乙容器达到平衡所需的时间比甲容器达到平衡所需的时间短， D 项错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 反思归纳 三种等效平衡模型 等效模型 实例 起始投料 平衡时等量 备注 恒温恒容 Δ n (g) ≠ 0 N 2 (g) ＋ 3H 2 (g) 2NH 3 (g) 甲： 1 mol N 2 ＋ 3 mol H 2 乙： 2 mol NH 3 ( 转化为同种物质完全等同 ) 两容器中各组分的 n 、 c 、 w 等同 α (N 2 ) ＋ α (NH 3 ) ＝ 1 恒温恒容 Δ n (g) ＝ 0 I 2 (g) ＋ H 2 (g) 2HI(g) 甲： 1 mol I 2 ＋ 1 mol H 2 乙： 2 mol I 2 ＋ 2 mol H 2 ( 或 4 mol HI)( 成比例 ) 两容器中各组分的 w 等同， n 、 c 成倍数关系   恒温恒压 N 2 (g) ＋ 3H 2 (g) 2NH 3 (g) 甲： 1 mol N 2 ＋ 3 mol H 2 乙： 2 mol N 2 ＋ 6 mol H 2 ( 或 4 mol NH 3 )( 成比例 ) 两容器中各组分的 w 、 c 等同， n 成倍数关系   题组五　平衡常数、转化率的综合 8. (2019· 南京市、盐城市调研 ) CO 2 与 CH 4 可制得合成气： CH 4 (g) ＋ CO 2 (g) 2CO(g) ＋ 2H 2 (g) 　 Δ H ＝＋ 247 kJ·mol － 1 。初始温度均为 T K 时，在 3 个容器中按不同方式投入反应物，发生上述反应，相关信息如下表： 1 2 3 4 5 容器 起始物质的量 /mol CO 2 平衡转化率 α 编号 容积 /L 条件 CH 4 (g) CO 2 (g) CO(g) H 2 (g) Ⅰ 2 恒温恒容 2 1 0 0 50% Ⅱ 1 0.5 1 0 0   Ⅲ 1 绝热恒容 1 0.5 0 0 － 6 7 8 9 下列说法正确的是 A. T K 时，反应 CH 4 (g) ＋ CO 2 (g) 2CO(g) ＋ 2H 2 (g) 的平衡常数为 B. 容器 Ⅱ 中反应达到平衡时， α (CO 2 ， Ⅱ ) ＝ 50% C. 容器 Ⅱ 、 Ⅲ 中反应达到平衡时， c (CH 4 ， Ⅱ ) ＋ c (CH 4 ， Ⅲ )<1 mol·L － 1 D. 容器 Ⅱ 中反应达到平衡时，再投入 0.5 mol CH 4 、 0.25 mol CO ，反应达到新平衡前， v 正 > v 逆 容器 起始物质的量 /mol CO 2 平衡转化率 α 编号 容积 /L 条件 CH 4 (g) CO 2 (g) CO(g) H 2 (g) Ⅰ 2 恒温恒容 2 1 0 0 50% Ⅱ 1 0.5 1 0 0   Ⅲ 1 绝热恒容 1 0.5 0 0 － √ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 CH 4 (g) ＋ CO 2 (g)  2CO(g) ＋ 2H 2 (g) 起始量 /mol·L － 1 1 　　 0.5 　　 0 　　　 0 转化量 /mol·L － 1 0.25 0.25 0.5 0.5 平衡量 /mol·L － 1 0.75 0.25 0.5 0.5 α (CH 4 ， Ⅰ ) ＝ 25% ， A 项正确； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 与容器 Ⅰ 相比，若向容器 Ⅱ 中加入 1 mol CH 4 和 0.5 mol CO 2 ，则建立与容器 Ⅰ 等效的平衡， α (CO 2 ， Ⅱ ) ＝ 50% ，由于两种反应物的化学计量数相同，则向容器 Ⅱ 中加入 0.5 mol CH 4 和 1 mol CO 2 ，则平衡状态下， α (CH 4 ， Ⅱ ) ＝ 50% ， CO 2 的平衡转化率等于 25% ， B 项错误； 该反应正方向为吸热反应，则绝热恒容，等效于恒容、降温条件，与容器 Ⅰ 相比，容器 Ⅲ 平衡向逆反应方向移动，则达到平衡时， CO 2 的平衡转化率小于 50% ， CH 4 的转化率也同时变小， c (CH 4 ， Ⅱ ) ＋ c (CH 4 ， Ⅲ ) >1 mol·L － 1 ， C 项错误； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 　　　　　　 CH 4 (g) ＋ CO 2 (g)  2CO(g) ＋ 2H 2 (g) 起始量 /mol·L － 1 　 0.5 　　 1 　　　　 0 　　　 0 转化量 /mol·L － 1 0.25 0.25 0.5 0.5 平衡量 /mol·L － 1 0.25 0.75 0.5 0.5 容器 Ⅱ 中反应达到平衡时，根据 B 项分析可知， α (CH 4 ， Ⅱ ) ＝ 50% ， CO 2 的平衡转化率等于 25% ，则 1 2 3 4 5 6 7 8 9 9. (2019· 江苏四校联考 ) 一定温度下，有两个容积均为 2.0 L 的恒容密闭容器 Ⅰ 和 Ⅱ ，向 Ⅰ 中加入 1 mol CO 和 2 mol H 2 ，向 Ⅱ 中加入 2 mol CO 和 4 mol H 2 ，均发生下列反应并建立平衡： CO(g) ＋ 2H 2 (g) CH 3 OH(g) ，测得不同温度下 CO 的平衡转化率如图所示。下列说法正确的是 A. 该反应的 Δ H >0 B.N 点的化学平衡常数 K ＝ 0.59 C.L 、 M 两点容器内压强： p (M)>2 p (L) D. 向 N 点平衡体系中再加入 1 mol CH 3 OH ，建立新平衡时 被分解的 CH 3 OH 的物质的量小于 0.4 mol 1 2 3 4 5 √ √ 6 7 8 9 平衡常数随温度变化， M 、 N 点温度相同，化学平衡常数相同， B 错误； 解析　 图像分析可知， CO(g) ＋ 2H 2 (g)  CH 3 OH(g) ，反应中 CO 转化率随温度升高减小，说明升温逆向移动，逆反应为吸热反应，正反应为放热反应， Δ H <0 ， A 错误； 根据化学平衡三段式列式计算 M 点平衡浓度， CO 的转化率为 60% ， 　 　　　　　　　　 CO(g) ＋ 2H 2 (g)  CH 3 OH(g) ， 起始量 /mol·L － 1 　　 1 　　　 2 　　　 0 变化量 /mol·L － 1 0.6 1.2 0.6 平衡量 /mol·L － 1 0.4 0.8 0.6 1 2 3 4 5 6 7 8 9 L 、 M 两点容器内压强之比等于气体的物质的量之比等于 1 ∶ 2 ， p (M) ＝ 2 p (L) ，但温度升高， M 点压强增大， p (M) >2 p (L) ， C 正确； N 点平衡体系中再加入 1 mol CH 3 OH ，相当于 Ⅰ 中再加入 1 mol CO 和 2 mol H 2 ，最后达到平衡状态和 Ⅱ 中加入 2 mol CO 和 4 mol H 2 的平衡状态相同，最后平衡状态甲醇为 1.2 mol ， CO 转化率 60% ，则相当于逆向进行甲醇分解率为 40% ，加入 1 mol 甲醇增大压强平衡正向进行，则分解率小于 40% ，分解的甲醇小于 0.4 mol ， D 正确。 返回 1 2 3 4 5 6 7 8 9