第3讲 化学平衡常数、化学反应进行的方向[考纲要求] 1.理解化学平衡常数的定义并能进行简单计算。2.了解化学反应的方向与化学反应的焓变与熵变的关系。3.掌握化学反应在一定条件下能否自发进行的判断依据，能够利用化学反应的焓变和熵变判断化学反应的方向。考点一 化学平衡常数1．概念在一定温度下，当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．表达式对于反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，K＝(固体和纯液体的浓度视为常数，通常不计入平衡常数表达式中)。3．意义(1)K值越大，反应物的转化率越大，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。(3)化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。深度思考1．对于给定反应，正逆反应的化学平衡常数一样吗？是什么关系？答案 正逆反应的化学平衡常数不一样，互为倒数关系。2．化学平衡常数只受温度的影响，温度升高，化学平衡常数是增大还是减少？答案 温度升高化学平衡常数的变化要视反应而定，若正反应是吸热反应，则温度升高K值增大，反之则减小。3．对于一个可逆反应，化学计量数扩大或缩小，化学平衡常数表达式是否改变？是什么关系？转化率是否相同？试举例说明。答案 对于一个可逆反应，化学计量数不一样，化学平衡常数表达式也就不一样，但对应物质的转化率相同。例如：26\n(1)aA(g)＋bB(g)cC(g) K1＝(2)naA(g)＋nbB(g)ncC(g)K2＝＝K或K1＝无论(1)还是(2)，A或B的转化率是相同的。题组一 化学平衡常数及其影响因素1．温度为t℃时，在体积为10L的真空容器中通入1.00mol氢气和1.00mol碘蒸气，20min后，反应达到平衡，此时测得碘蒸气的浓度为0.020mol·L－1。涉及的反应可以用下面的两个化学方程式表示：①H2(g)＋I2(g)2HI(g)②2H2(g)＋2I2(g)4HI(g)下列说法正确的是( )A．反应速率用HI表示时，v(HI)＝0.008mol·L－1·min－1B．两个化学方程式的意义相同，但其平衡常数表达式不同，不过计算所得数值相同C．氢气在两个反应方程式中的转化率不同D．第二个反应中，增大压强平衡向生成HI的方向移动答案 A解析 H2(g)＋I2(g)2HI(g)初始浓度(mol·L－1)0.1000.1000平衡浓度(mol·L－1)0.0200.0200.160转化浓度(mol·L－1)0.0800.0800.160所以，v(HI)＝0.160mol·L－1÷20min＝0.008mol·L－1·min－1，A正确；K①＝＝64，而K②＝＝K＝642＝4096，故选项B错；两个化学方程式表示的是一个反应，反应达到平衡时，氢气的浓度相同，故其转化率相同，C错；两个反应相同，只是表达形式不同，压强的改变对平衡的移动没有影响，D错。2．已知反应①：CO(g)＋CuO(s)CO2(g)＋Cu(s)和反应②：H2(g)＋CuO(s)Cu(s)＋H2O(g)在相同的某温度下的平衡常数分别为K1和K226\n，该温度下反应③：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)的平衡常数为K。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K＝C．对于反应③，恒容时，温度升高，H2浓度减小，则该反应的焓变为正值D．对于反应③，恒温恒容下，增大压强，H2浓度一定减小答案 B解析 在书写平衡常数表达式时，纯固体不能表示在平衡常数表达式中，A错误；由于反应③＝反应①－反应②，因此平衡常数K＝，B正确；反应③中，温度升高，H2浓度减小，则平衡左移，即逆反应为吸热反应，正反应为放热反应，因此ΔH<0，C错误；对于反应③，在恒温恒容下，增大压强，如充入惰性气体，则平衡不移动，H2的浓度不变，D错误。题组二 由化学平衡常数判断化学平衡移动的方向3．已知可逆反应：M(g)＋N(g)P(g)＋Q(g) ΔH>0，请回答下列问题：(1)在某温度下，反应物的起始浓度分别为c(M)＝1mol·L－1，c(N)＝2.4mol·L－1；达到平衡后，M的转化率为60%，此时N的转化率为________；(2)若反应温度升高，M的转化率________(填“增大”、“减小”或“不变”)；(3)若反应温度不变，反应物的起始浓度分别为c(M)＝4mol·L－1，c(N)＝amol·L－1；达到平衡后，c(P)＝2mol·L－1，a＝________；(4)若反应温度不变，反应物的起始浓度为c(M)＝c(N)＝bmol·L－1，达到平衡后，M的转化率为________。答案 (1)25% (2)增大 (3)6 (4)41%解析 (1) M(g) ＋ N(g) P(g)＋ Q(g)始态mol·L－112.400变化量mol·L－11×60%1×60%因此N的转化率为×100%＝25%。(2)由于该反应的ΔH>0，即该反应为吸热反应，因此升高温度，平衡右移，M的转化率增大。(3)根据(1)可求出各平衡浓度：c(M)＝0.4mol·L－1 c(N)＝1.8mol·L－1c(P)＝0.6mol·L－1 c(Q)＝0.6mol·L－126\n因此化学平衡常数K＝＝＝由于温度不变，因此K不变，达到平衡后c(P)＝2mol·L－1 c(Q)＝2mol·L－1c(M)＝2mol·L－1 c(N)＝(a－2)mol·L－1K＝＝＝解得a＝6。(4)设M的转化率为x，则达到平衡后各物质的平衡浓度分别为c(M)＝b(1－x)mol·L－1 c(N)＝b(1－x)mol·L－1c(P)＝bxmol·L－1 c(Q)＝bxmol·L－1K＝＝＝解得x≈41%。4．在体积为1L的密闭容器中，进行如下化学反应：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)，化学平衡常数K与温度T的关系如下表：T/℃70080085010001200K0.60.91.01.72.6回答下列问题：(1)升高温度，化学平衡向________(填“正反应”或“逆反应”)方向移动。(2)能判断该反应达到化学平衡状态的依据是________。A．c(CO2)＝c(CO)B．K不变C．容器中的压强不变D．v正(H2)＝v正(CO2)E．c(H2)保持不变(3)若某温度下，平衡浓度符合下列关系：c(CO2)·c(H2)＝c(CO)·c(H2O)，此时的温度为__________；在此温度下，若该容器中含有1molCO2、1.2molH2、0.75molCO、1.5molH2O，则此时反应所处的状态为____________(填“向正反应方向进行中”、“向逆反应方向进行中”或“平衡状态”)。答案 (1)正反应 (2)E(3)850℃ 向正反应方向进行中26\n解析 (1)由表格数据可得，随着温度升高，平衡常数增大，说明化学平衡向正反应方向移动；(2)A项，达到平衡时c(CO2)不一定等于c(CO)，反之相等时也不一定处于平衡状态；B项，温度不变K不变，不正确；C项，此反应不论是否平衡，压强均不改变，故不正确；D项，v正(CO2)与v正(H2)表示的反应方向一致，故不能判断是否达到平衡；E项，达到平衡时，各种反应物、生成物的浓度保持不变。(3)由c(CO2)·c(H2)＝c(CO)·c(H2O)，则计算出K＝1.0，即此时温度为850℃，此温度下＝＝0.94<1.0，故反应向正反应方向进行中。 借助平衡常数可以判断一个化学反应是否达到化学平衡状态对于可逆反应aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)，在一定温度下的任意时刻，反应物与生成物浓度有如下关系：＝Qc，称为浓度商。Qc考点二 有关化学平衡的计算【思路梳理】1．分析三个量：即起始量、变化量、平衡量。2．明确三个关系：(1)对于同一反应物，起始量－变化量＝平衡量。(2)对于同一生成物，起始量＋变化量＝平衡量。(3)各转化量之比等于各反应物的化学计量数之比。3．计算方法：三段式法化学平衡计算模式：对以下反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，令A、B起始物质的量(mol)分别为a、b，达到平衡后，A的消耗量为mx，容器容积为VL。 mA(g) ＋ nB(g)pC(g)＋qD(g)起始(mol)ab00变化(mol)mxnxpxqx平衡(mol)a－mxb－nxpxqx则有：(1)K＝(2)c平(A)＝(mol·L－1)。26\n(3)α(A)平＝×100%，α(A)∶α(B)＝∶＝。(4)φ(A)＝×100%。(5)＝。(6)(混)＝(g·L－1)。(7)＝(g·mol－1)。题组一 有关转化率、反应速率等的基本计算1．在100℃时，把0.5molN2O4通入体积为5L的真空密闭容器中，立即出现红棕色。反应进行到2s时，NO2的浓度为0.02mol·L－1。在60s时，体系已达平衡，此时容器内压强为开始时的1.6倍。下列说法正确的是( )A．前2s以N2O4的浓度变化表示的反应速率为0.01mol·L－1·s－1B．在2s时体系内的压强为开始时的1.1倍C．在平衡时体系内含N2O40.25molD．平衡时，N2O4的转化率为40%答案 B解析 N2O4和NO2之间存在如下转化关系： N2O4(g) 2NO2(g)起始(mol)0.50反应(mol)0.050.02×52s时(mol)0.5－0.050.02×5v(N2O4)＝＝0.005mol·L－1·s－1气体总的物质的量为0．5mol－0.05mol＋0.02mol·L－1×5L＝0.55mol2s时的压强与开始时压强之比为p2s∶p始＝0.55∶0.5＝1.1∶1。60s达到平衡时，设有xmolN2O4反应。则有 N2O4(g) 2NO2(g)起始(mol)0.50反应(mol)x2x26\n平衡(mol)0.5－x2x平衡时，气体总的物质的量为0.5mol－xmol＋2xmol＝(0.5＋x)mol，所以有＝1.6，解得x＝0.3。平衡体系中含0.2molN2O4，N2O4的转化率为×100%＝60%。2．某温度下，H2(g)＋CO2(g)H2O(g)＋CO(g)的平衡常数K＝9/4，该温度下在甲、乙、丙三个恒容密闭容器中，投入H2(g)和CO2(g)，其起始浓度如表所示：起始浓度甲乙丙c(H2)/mol·L－10.0100.0200.020c(CO2)/mol·L－10.0100.0100.020下列判断不正确的是( )A．平衡时，乙中CO2的转化率大于60%B．平衡时，甲中和丙中H2的转化率均是60%C．平衡时，丙中c(CO2)是甲中的2倍，是0.012mol·L－1D．反应开始时，丙中的反应速率最快，甲中的反应速率最慢答案 C解析 甲： H2(g) ＋ CO2(g)H2O(g)＋CO(g)起始量/mol·L－10.0100.01000变化量/mol·L－1xxxx平衡量/mol·L－10.010－x0.010－xxxK＝x2/(0.010－x)2＝9/4解得x＝0.0060mol·L－1c(H2)＝0.010－x＝c(CO2)＝0.0040mol·L－1c(H2O)＝c(CO)＝0.0060mol·L－1α(H2)＝0.0060mol·L－1/0.010mol·L－1×100%＝60%，又因乙组中H2的起始浓度大于甲组的，故乙组中的反应相当于在甲组平衡的基础上再加入0.010mol·L－1的H2，使平衡又继续正向移动，导致乙中CO2的转化率大于60%，因此A项正确；丙可看作是2个甲合并而成的，又因H2(g)＋CO2(g)H2O(g)＋CO(g)是平衡不受压强影响的反应，故丙组达到平衡时，物质的转化率不变，仅各物质的浓度是甲组达到平衡时各物质浓度的2倍，所以B项正确，C项错误；由于甲、乙、丙组中，丙中各物质的浓度最大，甲中各物质的浓度最小，所以丙反应速率最快，甲反应速率最慢，故D项正确。题组二 综合应用26\n3．煤化工中常需研究不同温度下平衡常数、投料比及产率等问题。已知CO(g)＋H2O(g)H2(g)＋CO2(g)的平衡常数随温度的变化如下表：温度/℃4005008301000平衡常数K10910.6试回答下列问题：(1)上述反应的正反应是________反应(填“放热”或“吸热”)。(2)某温度下，上述反应达到平衡后，保持容器体积不变升高温度，正反应速率________(填“增大”、“减小”或“不变”)，容器内混合气体的压强________(填“增大”、“减小”或“不变”)。(3)830℃时，在恒容反应器中发生上述反应，按下表中的物质的量投入反应混合物，其中向正反应方向进行的有______(选填字母)投料ABCDn(CO2)/mol3101n(H2)/mol2101n(CO)/mol1230.5n(H2O)/mol5232(4)在830℃时，在2L的密闭容器中加入4molCO(g)和6molH2O(g)达到平衡时，CO的转化率是__________。答案 (1)放热 (2)增大 增大 (3)BC (4)60%解析 (1)由表格可知，升温，化学平衡常数减小，故正反应为放热反应。(2)升高温度，正、逆反应速率均增大；容器体积不变的情况下，升高温度，则容器内混合气体的压强增大。(3)830℃时，化学平衡常数为1，即若n(CO2)×n(H2)<n(CO)×n(H2O)，则反应向正反应方向进行，符合此要求的是B、C。(4)830℃时，化学平衡常数为1， CO(g)＋H2O(g)H2(g)＋CO2(g)起始浓度(mol·L－1)2300转化浓度(mol·L－1)xxxx平衡浓度(mol·L－1)2－x3－xxx平衡常数K＝＝＝1，解得x＝1.2，则CO的转化率＝×100%＝60%。26\n4．在一固定容积的密闭容器中，保持一定温度，在一定条件下进行反应：A(g)＋2B(g)3C(g)，已知加入1molA和3molB且达到平衡后生成了amolC，请填写下列空白：(1)平衡时C在反应混合气体中的体积分数是______________________________(用字母a表示)。(2)在相同实验条件下，若在同一容器中改为加入2molA和6molB，达到平衡后，C的物质的量为______mol(用字母a表示)。此时C在反应混合气体中的体积分数______(填“增大”、“减少”或“不变”)。(3)在相同实验条件下，若在同一容器中改为加入2molA和8molB，若要求平衡后C在反应混合气体中的体积分数不变，则还应加入C________mol。(4)在同一容器中加入nmolA和3nmolB，达到平衡时C的物质的量为mmol，若改变实验条件，可以使C的物质的量在mmol～2mmol之间变化，那么n与m的关系应是____________(用字母“m”、“n”表示)。答案 (1)a/4 (2)2a 不变 (3)6 (4)n>2m/3解析 (1) A(g) ＋ 2B(g) 3C(g)起始物质的量1mol3mol0转化物质的量a/3mol2a/3molamol平衡物质的量(1－a/3)mol(3－2a/3)molamol依题意得：C在反应混合气体中的体积分数是＝a/4。(2)C的体积分数不变，物质的量是原来的2倍。(3)只需满足将C转化为A和B后满足n(A)∶n(B)＝1∶3即可。(4)若C的物质的量为mmol时，求得：n>m/3；若C的物质的量为2mmol时，求得：n>2m/3；综合两种情况，n与m的关系应是n>2m/3。考点三 化学反应进行的方向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(体系对外部做功或释放热量)。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26\n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．判断化学反应方向的依据(1)焓变与反应方向研究表明，对于化学反应而言，绝大多数放热反应都能自发进行，且反应放出的热量越多，体系能量降低得也越多，反应越完全。可见，反应的焓变是制约化学反应能否自发进行的因素之一。(2)熵变与反应方向①研究表明，除了热效应外，决定化学反应能否自发进行的另一个因素是体系的混乱度。大多数自发反应有趋向于体系混乱度增大的倾向。②熵和熵变的含义a．熵的含义熵是衡量一个体系混乱度的物理量。用符号S表示。同一条件下，不同物质有不同的熵值，同一物质在不同状态下熵值也不同，一般规律是S(g)>S(l)>S(s)。b．熵变的含义熵变是反应前后体系熵的变化，用ΔS表示，化学反应的ΔS越大，越有利于反应自发进行。(3)综合判断反应方向的依据①ΔH－TΔS<0，反应能自发进行。②ΔH－TΔS＝0，反应达到平衡状态。③ΔH－TΔS>0，反应不能自发进行。深度思考能自发进行的反应一定能实际发生吗？答案 不一定，化学反应方向的判据指出的仅仅是在一定条件下化学反应自发进行的趋势，并不能说明在该条件下反应一定能实际发生，还要考虑化学反应的快慢问题。题组一 焓变与自发反应1．实验证明，多数能自发进行的反应都是放热反应。对此说法的理解正确的是( )A．所有的放热反应都是自发进行的B．所有的自发反应都是放热的C．焓变是影响反应是否具有自发性的一种重要因素D．焓变是决定反应是否具有自发性的唯一判据答案 C26\n题组二 熵变与自发反应2．下列过程属于熵增加的是( )A．一定条件下，水由气态变成液态B．高温高压条件下使石墨转变成金刚石C．4NO2(g)＋O2(g)===2N2O5(g)D．散落的火柴的无序排列答案 D3．下列反应中，熵显著增加的反应是( )A．CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(g)B．CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑C．C(s)＋O2(g)===CO2(g)D．2Hg(l)＋O2(g)===2HgO(s)答案 B解析 反应中若生成气体或气体的量增加，都会使混乱度增加，熵增加。4．碳铵[(NH4)2CO3]在室温下就能自发的分解产生氨气，对其说法中正确的是( )A．碳铵分解是因为生成易挥发的气体，使体系的熵增大B．碳铵分解是因为外界给予了能量C．碳铵分解是吸热反应，根据能量判断能自发分解D．碳酸盐都不稳定，都能自发分解答案 A题组三 复合判据的应用5．下列组合中在任何温度下反应均能自发进行的是( )A．ΔH>0，ΔS>0B．ΔH<0，ΔS<0C．ΔH>0，ΔS<0D．ΔH<0，ΔS>0答案 D6．试判断用于汽车净化的一个反应2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)在298K、100kPa下能否自发进行？已知：在298K、100kPa下该反应的ΔH＝－113.0kJ·mol－1，ΔS＝－145.3J·mol－1·K－1。答案 可以自发进行。解析 ΔH－TΔS＝－113.0kJ·mol－1－298K×(－145.3J·mol－1·K－1)×10－3≈－69.7kJ·mol－1<0，可以自发进行。7．灰锡结构松散，不能用于制造器皿，而白锡结构坚固，可以制造器皿，现把白锡制成的器皿放在0℃，100kPa的室内存放，它会不会变成灰锡而不能再继续使用？26\n已知：在0℃、100kPa条件下白锡转化为灰锡的反应焓变和熵变分别为ΔH＝－2180.9J·mol－1，ΔS＝－6.61J·mol－1·K－1。答案 会自发变成灰锡，不能再继续使用。解析 ΔH－TΔS＝－2180.9J·mol－1×10－3－298K×(－6.61J·mol－1·K－1)×10－3≈－0.21kJ·mol－1<0，自发进行。焓判据和熵判据能作为反应自发进行的一般判据，而由焓判据和熵判据组成的复合判据才是反应是否自发进行的根本判据：反应是否自发与温度有关，一般低温时焓变影响为主；高温时熵变影响为主。根据ΔH－TΔS可准确判断反应进行的方向。1．(2022·山东理综，14)高温下，某反应达平衡，平衡常数K＝。恒容时，温度升高，H2浓度减小。下列说法正确的是( )A．该反应的焓变为正值B．恒温恒容下，增大压强，H2浓度一定减小C．升高温度，逆反应速率减小D．该反应的化学方程式为CO＋H2OCO2＋H2答案 A解析 由平衡常数K＝。温度升高时H2浓度减小，说明在恒容时平衡正向移动，ΔH>0，A正确；恒容时反应CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)，在增大压强时H2的浓度不变，升高温度，v正和v逆都增大。2．(2022·安徽理综，11)汽车尾气净化中的一个反应如下：NO(g)＋CO(g)N2(g)＋CO2(g)ΔH＝－373.4kJ·mol－1在恒容的密闭容器中，反应达到平衡后，改变某一条件，下列示意图正确的是( )26\n答案 C解析 对于放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，K值减小，CO转化率降低，A、B错误；温度不变，K值不变，C正确；增加N2的量，平衡向逆反应方向移动，NO转化率降低，D错误。3．[2022·福建理综，23(5)]在恒容绝热(不与外界交换能量)条件下进行2A(g)＋B(g)2C(g)＋D(s)反应，按下表数据投料，反应达到平衡状态，测得体系压强升高。简述该反应的平衡常数与温度的变化关系：_______________________________。物质ABCD起始投料/mol2120答案 平衡常数随温度升高而变小(或其他合理答案)解析 表中数据D为0，按表中数据投料，起始至平衡阶段，反应一定向正反应方向进行。又该反应的正反应是一个气体分子数减小的反应，反应达到平衡状态，体系压强升高，说明正反应一定是一个放热反应，升高温度，平衡向左移动，即化学平衡常数随温度升高而减小。4．(2022·福建理综，12)25℃时，在含有Pb2＋、Sn2＋的某溶液中，加入过量金属锡(Sn)，发生反应：Sn(s)＋Pb2＋(aq)Sn2＋(aq)＋Pb(s)，体系中c(Pb2＋)和c(Sn2＋)变化关系如图所示。下列判断正确的是( )A．往平衡体系中加入金属铅后，c(Pb2＋)增大B．往平衡体系中加入少量Sn(NO3)2固体后，c(Pb2＋)变小C．升高温度，平衡体系中c(Pb2＋)增大，说明该反应ΔH>026\nD．25℃时，该反应的平衡常数K＝2.2答案 D解析 体系中有过量的锡且金属活动性：Sn>Pb，向平衡体系中加入铅后，c(Pb2＋)不变，A错误；加入少量Sn(NO3)2固体，c(Sn2＋)增大，平衡逆向移动，c(Pb2＋)增大，B错误；升温使c(Pb2＋)增大，说明平衡逆向移动，ΔH<0，正反应为放热反应，C错误；由化学方程式和图中数据得平衡常数K＝＝＝2.2，D正确。5．(2022·海南，15)氯气在298K、100kPa时，在1L水中可溶解0.09mol，实验测得溶于水的Cl2约有三分之一与水反应。请回答下列问题：(1)该反应的离子方程式为________；(2)估算该反应的平衡常数________(列式计算)；(3)在上述平衡体系中加入少量NaOH固体，平衡将向________移动；(4)如果增大氯气的压强，氯气在水中的溶解度将________(填“增大”、“减小”或“不变”)，平衡将向________移动。答案 (1)Cl2＋H2OH＋＋Cl－＋HClO(2)K＝＝＝0.015(3)正反应方向(4)增大 正反应方向解析 Cl2溶于水时与水反应，生成HClO和HCl，反应的离子方程式为Cl2＋H2OH＋＋Cl－＋HClO。(2)按1L水中溶解0.09molCl2进行计算，有0.09mol×＝0.03molCl2参加反应： Cl2＋H2O HCl＋HClO开始(mol)0.0900转化(mol)0.030.030.03平衡(mol)0.060.030.03则平衡常数K＝＝＝0.015(3)加入少量NaOH固体，OH－与H＋反应生成H2O，OH－与HClO反应生成ClO－和H2O，生成物的浓度减小，平衡向正反应方向移动。(4)增大Cl2的压强，Cl2在水中的溶解度增大，溶液中c(Cl226\n)增大，平衡向正反应方向移动。6．[2022·海南，15(1)(2)(4)]已知A(g)＋B(g)C(g)＋D(g)反应的平衡常数和温度的关系如下：温度/℃70090083010001200平衡常数1.71.11.00.60.4回答下列问题：(1)该反应的平衡常数表达式K＝__________，ΔH______0(填“<”、“>”或“＝”)；(2)830℃时，向一个5L的密闭容器中充入0.20mol的A和0.80mol的B，如反应初始6s内A的平均反应速率v(A)＝0.003mol·L－1·s－1。则6s时c(A)＝________mol·L－1，C的物质的量为________mol；若反应经一段时间后，达到平衡时A的转化率为________，如果这时向该密闭容器中再充入1mol氩气，平衡时A的转化率为__________；(4)1200℃时反应C(g)＋D(g)A(g)＋B(g)的平衡常数的值为__________。答案 (1) <(2)0.022 0.09 80% 80%(4)2.5解析 (1)根据反应A(g)＋B(g)C(g)＋D(g)，可写出平衡常数K＝，随着温度升高，K值减小，即升温平衡逆向移动，正反应为放热反应，ΔH<0。(2)6s内消耗的A为0.003mol·L－1·s－1×6s×5L＝0.09mol，则此时A的物质的量浓度为＝0.022mol·L－1；生成C的物质的量与消耗A的物质的量相等，均为0.09mol。设平衡时参加反应的A为xmol，则平衡时A、B、C、D的物质的量分别为(0.20－x)mol、(0.80－x)mol、xmol、xmol，根据平衡常数的表达式和此时K＝1.0求得x＝0.16，即平衡时A的转化率为80%；向该平衡体系中充入氩气等稀有气体，对该平衡无影响，即平衡时A的转化率依然为80%。7．[2022·课标全国卷，26(4)]将0.23molSO2和0.11mol氧气放入容积为1L的密闭容器中，发生反应2SO2＋O22SO3，在一定温度下，反应达到平衡，得到0.12molSO3，则反应的平衡常数K＝______________。若温度不变，再加入0.50mol氧气后重新达到平衡，则SO2的平衡浓度__________(填“增大”“不变”或“减小”)，氧气的转化率________(填“升高”“不变”或“降低”)，SO326\n的体积分数________(填“增大”“不变”或“减小”)。答案 23.8L·mol－1 减小 降低 减小解析 2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH<0初始浓度/mol·L－10.230.110变化浓度/mol·L－10.120.060.12平衡浓度/mol·L－10.110.050.12据此可计算出该温度下的化学平衡常数：K＝≈23.8L·mol－1；保持温度不变，向容器中再加入一定量的氧气后，氧气的浓度增大，转化率降低，化学平衡向正反应方向移动，故二氧化硫的转化率增大，其平衡浓度减小，所得混合气体中三氧化硫的体积分数减小。因为三氧化硫增大的浓度最大值为0.11mol·L－1，而氧气增大的浓度远大于该值，故三氧化硫的体积分数减小了。8．[2022·山东理综，28(2)节选]一定温度下，向1L密闭容器中加入1molHI(g)，发生反应2HIH2＋I2，H2物质的量随时间的变化如右图所示。该温度下，H2(g)＋I2(g)2HI(g)的平衡常数K＝________。相同温度下，若开始加入HI(g)的物质的量是原来的2倍，则________是原来的2倍。a．平衡常数b．HI的平衡浓度c．达到平衡的时间d．平衡时H2的体积分数答案 64 b解析 2HI(g) H2(g) ＋ I2(g)初始：1mol·L－100平衡：0.8mol·L－10.1mol·L－10.1mol·L－1该反应的平衡常数K1＝＝＝相同温度下，H2(g)＋I2(g)2HI(g)的平衡常数K＝＝64。9．[2022·浙江理综，27(1)②③]某研究小组在实验室探究氨基甲酸铵(NH2COONH4)分解反应平衡常数的测定。26\n将一定量纯净的氨基甲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：NH2COONH4(s)2NH3(g)＋CO2(g)实验测得不同温度下的平衡数据列于下表：温度/℃15.020.025.030.035.0平衡总压强/kPa5.78.312.017.124.0平衡气体总浓度/mol·L－12.4×10－33.4×10－34.8×10－36.8×10－39.4×10－3②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”)。答案 ②K＝c2(NH3)·c(CO2)＝2·＝×(4.8×10－3mol·L－1)3≈1.6×10－8(mol·L－1)3 ③增加解析 ②根据K＝c2(NH3)·c(CO2)＝2·≈1.6×10－8(mol·L－1)3。③由NH2COONH4(s)2NH3(g)＋CO2(g)正反应气体分子数增加，增大压强平衡向逆反应方向移动。1．下列说法正确的是( )A．凡是放热反应都是自发的，因为吸热反应都是非自发的B．自发反应的熵一定增大，非自发反应的熵一定减小C．常温下，反应C(s)＋CO2(g)2CO(g)不能自发进行，则该反应的ΔH>0D．反应2Mg(s)＋CO2(g)===C(s)＋2MgO(s)能自发进行，则该反应的ΔH>0答案 C解析 反应的自发性是由熵变和焓变共同决定的。若ΔH<0，ΔS>0，则一定自发，若ΔH>0，ΔS<0，则一定不能自发，若ΔH<0，ΔS<0或ΔH>0，ΔS26\n>0，反应能否自发，和温度有关，A、B错误；C项中反应的ΔS>0，若ΔH<0，则一定自发，现常温下不自发，说明ΔH>0，正确；D项中反应的ΔS<0，能自发，说明ΔH<0，错误。2．反应Fe(s)＋CO2(g)FeO(s)＋CO(g)，700℃时平衡常数为1.47,900℃时平衡常数为2.15。下列说法正确的是( )A．升高温度该反应的正反应速率增大，逆反应速率减小B．该反应的化学平衡常数表达式为K＝C．该反应的正反应是吸热反应D．增大CO2浓度，平衡常数增大答案 C解析 A项，升温，正、逆反应速率均增大，不正确；B项，该化学平衡常数表达式为；C项，升温，平衡常数增大，表明平衡向正反应方向移动，即正反应为吸热反应，故正确；D项，增大反应物浓度，平衡常数不变，故不正确。3．加热N2O5，依次发生的分解反应为①N2O5(g)N2O3(g)＋O2(g)，②N2O3(g)N2O(g)＋O2(g)。在容积为2L的密闭容器中充入8molN2O5，加热到t℃，达到平衡状态后O2为9mol，N2O3为3.4mol，则t℃时反应①的平衡常数为( )A．10.7B．8.5C．9.6D．10.2答案 B解析 N2O5N2O3＋O2起始/mol800平衡/mol8－xxx N2O3N2O＋O2起始/molx00平衡/molx－yyy，则所以K(①)＝＝＝8.5，B正确。4．在300mL的密闭容器中，放入镍粉并充入一定量的CO气体，一定条件下发生反应：Ni(s)＋4CO(g)Ni(CO)4(g)，已知该反应的平衡常数与温度的关系如下表：温度/℃2580230平衡常数5×10421.9×10－526\n下列说法不正确的是( )A．上述生成Ni(CO)4的反应为放热反应B．25℃时反应Ni(CO)4(g)Ni(s)＋4CO(g)的平衡常数为2×10－5C．在80℃时，测得某时刻Ni(CO)4、CO的浓度均为0.5mol·L－1，则此时v正>v逆D．80℃达到平衡时，测得n(CO)＝0.3mol，则Ni(CO)4的平衡浓度为2mol·L－1答案 C解析 温度升高，平衡常数减小，说明平衡向逆反应方向移动，正反应为放热反应，A正确；Ni(CO)4(g)Ni(s)＋4CO(g)为题给反应的逆反应，两个反应的平衡常数互为倒数关系，B正确；C项中该时刻Qc＝＝8>K，反应逆向进行，v逆>v正，C错误；D项中CO的平衡浓度为1mol·L－1，由K＝2可计算出Ni(CO)4的平衡浓度为2mol·L－1。5．已知可逆反应X(g)＋2Y(g)Z(g) ΔH<0，一定温度下，在体积为2L的密闭容器中加入4molY和一定量的X后，X的浓度随时间的变化情况如图所示，则下列说法正确的是( )A．a点正反应速率大于逆反应速率B．增大X的浓度，X的转化率增大C．容器中压强恒定时，不能说明反应已达平衡状态D．保持温度和密闭容器的容积不变，再充入1molX和2molY，再次达到平衡时n(Z)/n(X)的值会变小答案 A解析 由图像可知，a点尚未达到平衡状态，此时正反应速率大于逆反应速率，A项正确；增大X的浓度，平衡正向移动，但根据平衡移动原理可知X的转化率减小，B项错误；该反应为反应前后气体分子数不相等的反应，由压强不变可判断反应已达到平衡，C项错误；由题意，起始加入4molY，由图像可知起始时加入2molX，达到平衡后，再充入1molX和2molY所达到的平衡相当于在原平衡的基础上增大压强，平衡正向移动，所以n(Z)/n(X)的值会变大，D项错误。6．一定温度下，在容积为2L的密闭容器中发生反应CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)，部分数据见下表(表中t2>t1)。反应时间/minn(CO)/moln(H2O)/moln(CO2)/moln(H2)/mol26\n01.200.6000t10.80t20.20下列说法正确的是( )A．反应在t1min内的反应速率为v(H2)＝mol·L－1·min－1B．平衡时CO的转化率为66.67%C．该温度下反应的平衡常数为1D．其他条件不变，若起始时n(CO)＝0.60mol，n(H2O)＝1.20mol，则平衡时n(CO2)＝0.20mol答案 C解析 根据化学方程式可知在t1min内生成0.40molH2，因此在t1min内的反应速率为v(H2)＝＝mol·L－1·min－1，故A错误；根据化学方程式可知t1、t2时刻均有n(CO)＝0.80mol，n(H2O)＝0.20mol，n(CO2)＝n(H2)＝0.40mol，故表格中t1、t2时的数据均为平衡时的物质的量。据此可求出CO的平衡转化率为0.40mol/1.2mol×100%＝33.33%，故B错误；由于该反应是一个气体体积不变的反应，将平衡时的物质的量代入平衡常数表达式，可计算出反应的平衡常数为1，C正确；根据平衡常数值可计算出D选项中平衡时n(CO2)＝0.40mol，故D错误。7．用CO合成甲醇(CH3OH)的化学方程式为CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH<0，按照相同的物质的量投料，测得CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如右图所示。下列说法正确的是( )A．温度：T1>T2>T3B．正反应速率：v(a)>v(c) v(b)>v(d)C．平衡常数：K(a)>K(c) K(b)＝K(d)D．平均摩尔质量：M(a)<M(c) M(b)>M(d)答案 C解析 A项，因为ΔH<0，温度越高，CO的转化率越小，所以T3>T2>T1，错误；B项，由于T3>T1，所以v(c)>v(a)，由于p(b)>p(d)，所以v(b)>v(d)，错误；C项，平衡常数只受温度影响，由于ΔH<0，温度越高，平衡常数越小，正确；D项，升温，平衡左移，M减小，M(a)>M(c)，加压，平衡右移，M增大，M(b)>M(d)，错误。26\n8．已知：3A(g)＋B(g)2C(g)，在不同温度和压强时A的转化率如表所示。由此可知，下列图像正确的是( )p1(MPa)p2(MPa)200℃89.776.3600℃83.871.6答案 A解析 由题表分析知，该反应的正反应为放热反应，且p1>p2。选项A，减小压强，平衡逆向移动，v逆>v正，A正确；其他条件不变时，温度高则反应先达到平衡，B错误；温度不变时，增大压强平衡正向移动，C的百分含量增大，故C错误；其他条件不变时升高温度，平衡逆向移动，平衡常数减小，D错误。9．二氧化碳捕集、存储和转化是当今化学研究的热点问题之一。(1)用钌的配合物作催化剂，一定条件下可直接光催化分解CO2，发生反应：2CO2(g)===2CO(g)＋O2(g)，该反应的ΔH______0，ΔS______0(选填“>”、“<”或“＝”)，在低温下，该反应________(填“能”或“不能”)自发进行。(2)CO2转化途径之一是利用太阳能或生物质能分解水制H2，然后将H2与CO2转化为甲醇或其他化学品。你认为该方法需要解决的技术问题有________。a．开发高效光催化剂b．将光催化制取的氢气从反应体系中有效分离，并与CO2发生催化转化c．二氧化碳及水资源的供应答案 (1)> > 不能 (2)ab解析 该反应是分解反应，且CO燃烧时放热，所以该反应为吸热反应，即ΔH26\n>0，因气体的物质的量增多，所以ΔS>0。ΔH－TΔS<0时，反应可自发进行，所以在低温下，该反应不能自发进行。10．活性炭可用于处理大气污染物NO。在1L密闭容器中加入NO和活性炭(无杂质)，生成气体E和F。当温度分别在T1℃和T2℃时，测得平衡时各物质的物质的量如下表：物质n/molT/℃活性炭NOEF初始2.0300.10000T12.0000.0400.0300.030T22.0050.0500.0250.025(1)请结合上表数据，写出NO与活性炭反应的化学方程式：__________________。(2)上述反应在T1℃时的平衡常数为K1，在T2℃时的平衡常数为K2。①计算K1＝__________________。②根据上述信息判断，T1和T2的关系是__________。a．T1>T2b．T1<T2c．无法比较(3)在T1℃下反应达到平衡后，下列措施不能改变NO的转化率的是________(填序号)。a．增大c(NO)b．增大压强c．升高温度d．移去部分F答案 (1)C＋2NON2＋CO2(2)①9/16 ②c (3)ab解析 (1)由T1℃、T2℃时，活性炭、NO物质的量变化与E、F物质的量变化关系可知化学计量数之比为1∶2∶1∶1，由此写出化学方程式。(2)①T1℃时，NO的平衡浓度为0.04mol·L－1，而CO2、N2的平衡浓度均为0.03mol·L－1，则K1＝＝9/16(注意活性炭为固体)。②由于无法判断反应的热效应，故无法判断T1和T2的关系。(3)该反应为气体分子数不变的反应，因此选择ab。11．在恒温恒容条件下，将一定量NO2和N2O4的混合气体通入容积为2L的密闭容器中发生反应：N2O4(g)2NO2(g) ΔH>0，反应过程中各物质的物质的量浓度(c)随时间(t)的变化曲线如图所示。26\n(1)该温度下，该反应的平衡常数为______________，若温度升高，K值将________(填“增大”、“减小”或“不变”)。(2)a、b、c、d四个点中，表示化学反应处于平衡状态的是________点。从起点开始首次达到平衡时，以NO2表示的反应速率为____________。(3)25min时，加入了__________(填加入物质的化学式及加入的物质的量)，使平衡发生了移动。(4)d点对应NO2的物质的量浓度________(填“大于”、“小于”或“等于”)0.8mol·L－1，理由是____________________________________________________。答案 (1)0.9 增大 (2)bd 0.04mol·L－1·min－1 (3)0.8molNO2(4)小于 假设平衡时二氧化氮的浓度为0.8mol·L－1，则此时Qc＝1.28>K＝0.9，平衡要逆向移动，使二氧化氮的浓度降低，所以平衡时二氧化氮的浓度小于0.8mol·L－1解析 (1)由题图可知，平衡时c(NO2)＝0.6mol·L－1，c(N2O4)＝0.4mol·L－1，故该温度下该反应的平衡常数K＝0.62/0.4＝0.9；升温，反应正向进行(正反应为吸热反应)，平衡常数增大。(2)由题图知，a、b、c、d四点中只有b、d点处于平衡状态；v(NO2)＝(0.6mol·L－1－0.2mol·L－1)/10min＝0.04mol·L－1·min－1。(3)利用25min后的物质的浓度变化可知在25min时加入了NO2，其加入的物质的量＝(1.0mol·L－1－0.6mol·L－1)×2L＝0.8mol。(4)假设平衡时二氧化氮的浓度为0.8mol·L－1，则此时Qc＝1.28>K＝0.9，平衡要逆向移动，使二氧化氮的浓度降低，所以平衡时二氧化氮的浓度小于0.8mol·L－1。12．在0.5L的密闭容器中，一定量的氮气与氢气进行如下反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝akJ·mol－1，其化学平衡常数K与温度的关系如下。温度/℃200300400K1.00.860.5请回答下列问题。(1)写出该反应的化学平衡常数表达式：_______________________________，a________(填“大于”、“小于”或“等于”)0。26\n(2)400℃时，2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)的化学平衡常数为__________，测得氨气、氮气、氢气的物质的量分别为3mol、2mol、1mol时，该反应的v正(N2)________(填“大于”、“小于”或“等于”)v逆(N2)。答案 (1)K＝ 小于(2)2 大于解析 (1)根据平衡常数的定义可写出该反应的平衡常数表达式为K＝。由表中数据可知，温度升高，平衡常数减小，即平衡逆向移动，故正反应为放热反应，所以a<0。(2)N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)与2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)的平衡常数互为倒数，故400℃时2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)的化学平衡常数K＝1/0.5＝2。当氨气、氮气、氢气的物质的量分别为3mol、2mol、1mol时，三者的浓度分别为6mol·L－1、4mol·L－1、2mol·L－1，此时的浓度商Qc＝＝<K，所以平衡正向移动，v正(N2)>v逆(N2)。13．甲醇(CH3OH)是一种重要的化工原料，合成甲醇的主要反应为CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)，反应过程中的能量变化如图所示。(1)CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH______0(填“<”、“＝”或“>”)。(2)在一定条件下，上述反应在一密闭容器中达到平衡。该反应平衡常数的表达式为______________________；结合该表达式分析，在保证H2浓度不变的情况下，增大容器的压强，平衡________(填字母)。A．向正反应方向移动B．向逆反应方向移动C．不移动(3)如图表示该反应在某一时间段中反应速率与时间的关系(t2、t4、t5时刻改变的条件都只有一个，且各不相同)。各阶段对应的平衡常数如表所示：t1～t2t3～t4t4～t5t6～t7K1K2K3K426\n请判断各平衡常数之间的大小关系为__________(用“>”、“<”或“＝”连接)。(4)原料气的加工过程中常常混有一定量CO2，为了研究不同温度下CO2对该反应的影响，以CO2、CO和H2的混合气体为原料在一定条件下进行实验，结果表明，原料气各组分含量不同时，反应生成甲醇和副产物甲烷的碳转化率都是不相同的。实验数据见下表：由上表数据可得出多个结论。结论一：在一定条件下，反应温度越高，生成甲醇的碳转化率________。结论二：_______________________________________________________。答案 (1)< (2)K＝c(CH3OH)/[c(CO)·c2(H2)] C (3)K1>K2＝K3＝K4 (4)越高 原料气含少量CO2有利于提高生成甲醇的碳转化率，CO2含量过高生成甲醇的碳转化率又降低解析 (1)由题图可知，生成物的能量低于反应物，所以反应为放热反应。(2)在一密闭容器中，在保证H2浓度不变的情况下，增大容器的压强，因为H2浓度不变，根据表达式知体系内其他组分浓度也不变，正逆反应速率也不会变化，故平衡不移动。(3)分析图像：t2时刻改变条件后，v正、v逆都增大，且v逆>v正，平衡逆向移动(向吸热方向移动)，综合影响化学反应速率和化学平衡的主要因素可知：t2时刻所改变的条件是升高温度，由平衡常数的表达式可知，平衡逆向移动，平衡常数变小，故K1>K2；t4时刻改变条件，正逆反应速率都增大，但平衡不移动，故t4时刻所改变的条件是使用催化剂，平衡常数不变，K3＝K2；t5时刻改变条件，正逆反应速率都减小，且v逆>v正，平衡逆向移动了，分析知：改变的条件是降低压强，因平衡常数是温度的函数，温度不变，平衡常数不变化，故K3＝K4，综合知：K1>K2＝K3＝K4。(4)由表格分析得出结论：在一定条件下，反应温度越高，生成甲醇的碳转化率越高；原料气含少量CO2有利于提高生成甲醇的碳转化率，CO226\n含量过高生成甲醇的碳转化率又降低。26
