热点一化学反应速率 化学平衡考 考向指南针 本专题是高考的常考内容，主要考查考生对化学反应速率的理解，以及运用化学方程式中各物质的化学计量数比的关系进行有关的简单计算的能力。 由于反应速率与工农业生产有密切联系，“3+X”综合测试命题的一种趋势是；根据影响反应速率的时间变化曲线图像，提出合理的解释或定量计算，或者是与数学、物理学科间的综合等。 另外，由于新教材中增加了用碰撞理论解释外界条件对化学反应速率的影响这一知识点，未来高考题有可能涉及这一内容。 化学平衡是每年必考的试题，题型以选择题为主，考点集中在：①平衡状态的判断。②应用平衡移动原理判断平衡移动的方向以及由此引起的反应物的转化率，各组成成分的百分含量，气体的体积、压强，密度，混合气体的平均分子量，气体的颜色等变化，或它们的逆向思维。③等效平衡．形成等效平衡的各成分的计算。上海试题把化学平衡的移动与生产生活，科研、化学现象等实际问题相结合，考查学生应用理论分析问题和解决问题的能力。④化学平衡的计算。⑤图像题。 把化学平衡移动的原理与化工生产、生活实际相结合是命题的热点。例如，化工生产中选择适宜温度和压强，促进或抑制某反应的进行而选择碱环境等，都将成为未来考试命题的热点。 三点荟萃 [知识网络]24\n [问题透析] 一、外界条件对化学反应速率和化学平衡的影响 对于反应mA(g)+nB(g)pC(g)+ qD(g)(正反应为放热反应)，下表归纳了外界条件改变时，v正、v逆的变化情况和平衡移动的情况。外界条件措施改变瞬间瞬间υ正、υ逆的关系平衡移动的情况正反应速率逆反应速率温度升温增大增大υ正＞υ逆向逆反应方向移动降温减小减小若υ正＞υ逆向正反应方向移动浓度增大反应物浓度增大不变υ正＞υ逆向正反应方向移动减小生成物浓度不变减小υ正＞υ逆增大生成物浓度不变增大υ正＜υ逆向逆反应方向移动减小反应物浓度减小不变υ正＜υ逆压强增大压强增大增大若m＋n＞p＋q向正反应移动24\nυ正＞υ逆若m＋n＝p＋qυ正＝υ逆平衡不移动若m＋n＜p＋qυ正＜υ逆向逆反应方向移动降低压强减小减小若m＋n＞p＋qυ正＜υ逆若m＋n＝p＋qυ正=υ逆若m＋n＜p＋qυ正＞υ逆向逆反应方向移动平衡不移动向正反应方向移动催化剂使用催化剂增大增大υ正＝υ逆对平衡无影响 注意： 1．浓度 (1)可能影响化学反应速率和平衡移动的是浓度而不是质量、物质的量、体积。若质量、物质的量、体积等的改变不能使浓度改变，则化学反应速率和平衡不改变。 (2)对于溶液中进行的离子反应，改变不参与反应的离子的浓度，速率和平衡一般不移动，如FeCl3+3KSCNFe(SCN)3+3KCl，增加c(K+)或c(Cl-)，不会影响化学反应速率和平衡。 (3)浓度的变化一定会带来反应速率的变化，但不一定导致化学平衡的移动。如同等程度地增大反应各物质浓度，平衡向反应前后气体化学计量数之和减少的方向移动:同等程度地减少反应各物质浓度，平衡向反应前后气体化学计量数之和增大的方向移动；但对于反应前后气体化学计量数之和相等的反应，同等程度地改变反应各物质的浓度，平衡不移动。 (4)浓度改变瞬间时的正(逆)反应速率与反应物(生成物)浓度的变化成同一趋势，与生成物(反应物)浓度变化无关。经常可以先判断平衡移动的方向，再由此判断外界条件改变瞬间，正、逆反应速率的相对大小。 (5)温度一定时，固体、纯液体的浓度一般认为是一常数，所以，改变固体、纯液体的量，其浓度仍不变，化学反应速率和平衡无影响；但改变固体的表面积(如“块状粉末状”)，化学反应速率会增大或减小。 (6)H2O作为纯液体，虽然它的浓度为一常数(液态时)，但对于在溶液中发生的反应，改变H2O的量往往会导致其他物质的浓度增大或减少，从而引起化学反应速率和平衡的移动，如Al3++3H2OAl(OH)3+3H+，加水，其他反应物和生成物的浓度下降。使υ正、υ逆均下降且平衡右移；另外，H2O作溶质，其他物质作溶剂进行的化学反应，此时H2O的浓度不再是一常数，改变H2O的量，会引起H2O的浓度改变从而影响速率和平衡；最后注意水蒸气参加的反应，它的浓度亦不是一常数；可能随外界条件的改变而改变。 2．压强24\n (1)只有压强的变化能引起反应物质的浓度改变时，平衡才有可能移动。 如向存在可逆反应的定温定容容器中充入不反应气体，原反应各物质的浓度不变，则υ正、υ逆均不变，平衡不移动；而向存在可逆反应的定温定压容器中充入不反应气体、体积增大，相当于同等程度地减少各物质的浓度，反应速率均减小，平衡发生移动。又如对于存在反应前后气体化学计量数之和相等的可逆反应的定温容器，无论是改变体积，还是充入不反应气体，浓度可能改变，平衡却均不移动，但速率可能改变。 (2)对于某些物质，压强的变化可能改变其聚集状态，从而使平衡移动的方向出现相反的变化，如:A(g)+B(g)3C(g)，一般增压平衡向逆反应方向移动；但若压强增大到某种程度，C变为液态，A或B仍然是气态时，增压平衡就向正反应方向移动。 二、判断反应达到平衡状态的方法反 应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)是否平衡状态混合物体系中各成分的量①各物质的物质的量或各物质的物质的量分数一定是②各物质的质量或各物质的质量分数一定是③各气体的体积或体积分数一定是④总体积、总压强、总物质的量、总浓度一定 不一定不一定正反应速率与逆反应速率的关系①在单位时间内消耗了mmolA，同时生成mmolA，即υ正=υ逆是②在单位时间中消耗了nmolB、同时消耗了pmolC，则υ正=υ逆是③υA:υB:υC:υD=m:n:p:q，υ正不一定等于υ逆不一定④在单位时间内生成nmolB，同时消耗qmolD，因均指υ逆不一定压强①m＋n≠p＋q时，总压强一定(其他条件不变)是②若m＋n=p＋q，总压强一定(其他条件不变)不一定混合气体相对平均分子质量()①一定，m＋n≠p＋q是②一定，m＋n=p＋q不一定温 度任何化学反应都伴随着能量变化，当体系温度一定(其他条件不变)是体系的密度(卢)密度一定不一定 三、等效平衡 1．等效平衡 等效平衡分为量等同平衡和量分数等同平衡。 (1)量等同平衡 ①24\n定义：指相同条件下同一可逆反应从不同途径达到平衡时，各组分的物质的量(或质量)分别相等。 ②恒温、恒容、反应前后气体分子数不等的可逆反应，只能实现量等同平衡。 ③量等同则量分数一定等同。量等同平衡为量分数等同平衡的特例。 (2)量分数等同平衡 ①定义：指相同条件下同一可逆反应从不同途径达到平衡时，各组分的质量分数、体积分数(气体)或物质的量分数分别相等。 ②能实现量分数等同平衡的有： 恒温、恒压、反应前后气体分子数不等的可逆反应和恒温下任何反应前后气体分于敷相等的可逆反应。 2．“一边推法” “一边推法”：将从中间状态开始的可逆反应转化为从正方向开始或从逆方向开始的状态(即两个极端点)。常分为“正推”(即:使可逆反应正向进行到底)和“逆椎”(即:使可逆反应逆向进行到底)。 3．等效平衡题的解法 (1)量等同平衡 ①“一边推法”：将不同的起始状态“一边推”(相同的几种物质的浓度通过方程式转化为零)后比较，各组分的量分别相等。 ②原子守恒法：两状态中相同元素的原子敷分别相等。仅适用于具体的可逆反应而不适用于用字母ABC等表示的反应。 (2)量分数等同平衡 ①“一边推法”：将不同的起始状态“一边推”后．各组分的物质的量之比分别相等。 ②原子守恒法：两状态中相同元素的原予数之比分别相等。仅适用于具体的可逆反应而不适用于用字母ABC等表示的反应。 ③一边推后，后者各组分的量为前者的a倍，则平衡时后者各组分的量(质量、物质的量、气体体积)也为前者的a倍。 四、勒夏特列原理的应用 1．关于勒夏特列原理的理解 (1)该原理只适用于可逆反应(过程)，不适用不可逆反应(过程)；讲述的是平衡的移动方向(反应程度)，不涉及化学反应速率(反应快慢)！ (2)外界条件的变化造成平衡移动后，平衡移动的结果只是“削弱而不能抵消”外界条件的改变，如A(g)+B(g)C(g)，增大c(A)为原平衡时的2倍，渐平衡时c(A)(旧)＜c(A)(新)＜2c(A)(旧)；体积增大一倍，新平衡时c(A)(旧)＜c(A)(新)＜c(A)(旧)，24\np(旧)＜p(新)＜p(旧)。 (3)对于两种以上外界条件改变对平衡移动的方向影响相反时，一般只能通过实验途径判断，而不能通过理论推导解决。 2．应用 该原理广泛适用于一切平衡之中，如化学平衡(本章)、电离平衡、水解平衡、状态平衡、溶解平衡……思维不要有局限性！ 如除去Mg(OH)2中的Ca(OH)2可将其溶于适量水中，再加入MgCl2固体原理： ①Ca(OH)2(s)Ca2++2OH-(溶解平衡)。 ②Mg(OH)2(s)Mg2++2OH- 增加c(Mg2+)，②平衡逆向移动，使c(OH-)减少，促使①平衡正向移动，最终实现Mg(OH)2和Ca2+的分离(过滤)。 又如H2O(g)HH2O(1)(左→右方向为放热方向)(状态平衡)，加压、降温均使平衡正向移动；风大促使H2O(g)逃逸，降低H2O(g)浓度，平衡逆向移动。 五、有关化学平衡的计算 有关化学平衡的计算包括：求平衡时各组分含量、平衡浓度、起始浓度、反应物转化率；混合气的密度或平均相对分子质量、某物质的化学计量数等． 在平衡计算中常涉及的计算公式(表达式)：A的转化率＝×100％＝×100％ 上式中“量”指：物质的量、浓度、同温同压下气体的体积、质量等。C的产率＝×100％ 各组分的体积分数()：(A)＝×100％＝×100％24\n ，(g)(标况)＝g·L-1 = 有关pV＝nRT的诸推论详见相关专题。 平均相对分子质量的变化规律： 气体平均摩尔质量：，对于上述反应，平衡前后气体总质量不发生变化，则有下列规律： a．若m＋n=p＋g，化学平衡移动，但不变； b．若m＋n＞p＋g，平衡正向移动，n(总)减小，增大； c．若m＋n＜p＋g，平衡正向移动，n(总)增大，减小。 实用总揽 一、化学反应速率的计算 相关计算并不复杂，但有关体积、时间因素的考虑、单位换算方面却是易忽略点。 典例1 某温度下在2L密闭容器中，反应2SO2+O22SO3进行一段时间后SO3的物质的量增加了0.4mol，在这段时间内用O2表示的反应速率为0.4mol·L-1·s-1，则这段时间为( ) A．0.1s B．0.25s C．0.5s D．2.5s 解析 SO3的浓度增加了=0.2mol·L-1，那么O2的浓度减小了0.1mol·L-1，因此这段时间为24\n=0.25s。 答案 B 二、平衡状态的确定 判断一定条件下，可逆反应是否达到平衡，关键是看随反应进行变化的某物理量是否还在变化，而不能看随反应进行保持不变的某物理量的情况。 典例2 一定温度下，向aL密闭容器中加人2molNO2(g)，发生如下反应：2NO2(g)2NO(g)+O2(g)，此反应达到平衡状态的标志是( ) A．混合气体的密度不再变化 B．混合气体的平均相对分子质量不再变化 C．混合气体中NO2、NO、O2的物质的量之比为2:2:1 D．单位时间内生成2nmolNO，同时消耗2nmolNO2 解析 此可逆反应中的反应物和生成物均为气体，质量不变、容积不变，则不论是否达到平衡，混合气体的密度都不会变化，A不正确。又因此反应为气体总物质的量增大的反应，m(总)不变，则当混合气体的平均相对分子质量不再变化时，说明混合气体中各组分的浓度不再变化，故B正确。单位时间内无论平衡与否，每生成2nmolNO时一定要消耗2nmolNO2，NO2的生成速率和消耗速率相等，故D不正确。 答案 B 三、化学平衡的移动 此类题型最为复杂，关键是要把握基本热点(详见前述)，使头脑清晰化。 典例3 在一密闭容器中，mA(g)+bB(g)pC(g)反应平衡时，测得c(A)为0.5mol·L-1，在温度不变的情况下，将容器体积增大一倍，当达到新的平衡时，测得c(A)为0.3mol·L-1，则下列判断中正确的是( ) A．物质B的转化率减小了 B．平衡向正反应方向移动了 C．化学计量数:m+n＜p D．物质C的质量分数增加了 解析 将容器体积增大一倍，若平衡不移动，那么c(A)=0.25mol·L-1，而c(A)=0.3mol·L-1，说明平衡向逆反应方向移动。 答案 A 典例4 24\n一定温度下，在容积固定的密闭容器中发生可逆反应A(g)+2B(g)=2Q(g)。平衡时，各物质的浓度比为c(A):c(B):c(Q)=1:1:2，保持温度不变，以1:1:2的体积比再充入A、B、Q，则下列叙述中正确的是( ) A．刚充入时反应速率υ(正)减小，υ(逆)增大 B．达到新的平衡时，反应混合物中A、B的体积分数增加 C．达到新的平衡时c(A):c(B):c(Q)仍为1:1:2 D．达到新的平衡过程中，体系压强先增大，后逐渐减小 解析 恒温恒容时，以1:1:2的体积比再充入A、B、Q时，相当于增大压强为原平衡时的2倍，由于此反应正反应方向为气体体积可缩小的反应，平衡正向移动，故B不正确，刚充入时υ(正)增大，υ(逆)增大，故A不正确；由于各计量系数之比不等于各物质的物质的量浓度之比，所以新平衡时，c(A):c(B):c(Q)≠1:1:2，C不正确；D符合勒夏特列原理，正确。 答案 D 四、等效平衡 典例5 在一固定容积的密闭容器中，充入2molA和1molB发生反应：2A(g)+B(g)χC(g)，达到平衡后，C的体积分数为W％。若维持容器体积和温度不变，按0.6molA、0.3molB和1.4molC为起始物质，达到平衡后，C的体积分数为W％，则χ的值( ) A．只能为2 B．只能为3 C．可能为2或3 D．无法确定 解析 两种不同的加入情况达到平衡后，C的体积分数均为W％，说明这两种加入情况达到平衡状态后，为等效平衡，在恒温恒容条件下，若χ＝2，将0.6molA，0.3molB和1.4molC等价转换成2molA，lmolB，与第一种加入情况相同，因此等效；若χ=3，那么此可逆反应就成为反应前后气体化学计量数之和相等的反应，将0.6molA，0.3molB和1.4molC，等价转换成molA，molB，，与第—种加入的A、B的量情况等比例，因此等效。 答案 C 五、化学反应速率和化学平衡图像分析 1．分析给出反应的特点： (1)是否可逆； (2)反应的热效应(吸热或放热)； (3)反应物和生成物的状态及化学方程式两边气体物质的化学计量数之和的大小比较。 2．分析给出图像的特点：24\n (1)达到平衡所需时间的长短； (2)条件的高低(温度高低和压强大小)； (3)外界条件改变时引起的各种物理量的变化与否和变化大小，以各种因素对化学反应速率的影响规律、化学平衡的特点及勒夏特列原理为依据来判断反应的特点，最后与新提供的条件对比而寻找答案。 3．具体的解题步骤为： (1)看图像：一看面(即纵坐标与横坐标的意义)，二看线(即线的走向和变化趋势)，三看点(即起点、折点、交点、终点)，四看辅助线(如等温线、等压线、平衡线等)，五看量的变化(如浓度变化，温度变化等)。 (2)作判断，利用外界条件的改变对化学反应速率和化学平衡的影响规律，结合化学反应方程式的特点将图像中表现的关系与所学规律对比，作出符合题目要求的判断。 ①通过“断点”判断 典例6 如图表示反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)；△H＜0在某一时间段中反应速率与反应过程的曲线关系图，则氨的百分含量最高的一段时间是( ) A．t0～t1 B．t2～t3 C．t3～t4 D．t5～t6 解析 t1时刻υ逆＞υ正，平衡向逆反应移动，直至t2～t3位于新平衡状态，t3时刻υ逆、υ正同等程度增大，平衡不移动，t4时刻υ逆＞υ正，平衡又向逆反应方向移动，所以通过对断点t1，t3，t4的速率变化的露义分析，可知t0～t1时刻NH3％最高。 答案 A ②定一议二和向横，纵坐标作垂线 即假设某一外界条件不变，分析此时随其他外界条件改变对平衡中某量的变化情况。 典例7 对于可逆反应：L(s)+G(g)2R(g)；△H＞0，外界条件(压强、温度)的变化可对逆反应的影响如图所示，则图中y轴是指( )24\n A．平衡混合气体中R的百分含量 B．平衡混合气体中G的百分含量 C．G的转化率 D．L的转化率 解析 若保持压强不变，分析任意一曲线可知，随着温度的升高，y轴表示的量减小，而根据化学方程式知，上述平衡正向移动。若保持温度不变，在横轴某点作横轴的垂线，随着压强的增大，y轴表示的量增大，而根据化学方程式如上述平衡逆向移动，综合上述两点，B选项正确． 答案 B ③通过“拐点”判断 典例8 在某密闭容器中，可逆反应：A(g)+B(g)χC(g)，符合图像(Ⅰ)所示关系．由此推断，对图像(Ⅱ)的不正确说法是( ) A．p3＞p4，y轴表示A的转化率 B．p3＞p4，y轴表示B的质量分数 C．p3＞p4，y轴表示混合气的密度 D．p3＞p4，y轴表示混合气体的平均相对分子质量 解析 由图像(Ⅰ)的三个拐点的位置可知，在压强不变时(比较b、c)，曲线b先达到平衡状态，故T1＞T2；压强不变时，降温(T1→T2)时(比较b、c)，C％增大，说明平衡正向移动，则正反应为放热反应；当温度不变时(比较a、b、c)，曲线b先达达到平衡状态，则压强p2＞p1；增大压强(p1→p2)时，(比较a、b)，C％增大，即平衡正向移动，则χ＜2，即χ=1，由图像(Ⅱ)知，保持体系压强不变，升高温度，平衡逆向移动，C％，A、B的转化率，混合气体的平均相对分子质量，混合气体的密度均减小，而A、B的质量分数增大，若保持体系温度不变，增大压强平衡正向移动，C％，A、B的转化率，混合气体的平均相对分子质量和密度均增大，故答案为B。 答案 24\nB ④通过曲线的变化情况(包括突变)判断 典例9 有可逆反应A＋B2C，在不同温度下经过一定时间，混合物C的体积分数与温度关系如下图所示，那么： (1)反应在______________温度下达到化学平衡。 (2)此反应的正反应为______________热反应。 (3)由T1向T2变化时，υ(正)______________υ(逆)(填“＞”，“＜”或“=”)。 (4)由T3向T4变化时，υ(正)______________υ(逆)(填“＞”，“＜”或“=”)。 解析 此题和其他图像题最大不同之处是本图表示的是在不同温度下同时做数次实验，测得同某(一)时刻下C的体积分数，根据绘图分析得结论，则由于此时各条件下的反应的进行程度不一样，必然会带来差异。假如正反应为吸热反应，则温度越高，平衡越正向移动，C的体积分数也越大，曲线庄一直为增函数，与图不符，故只能是放热反应；而对于放热反应。温度越低，平衡时C的体积分数应越高，而图中T1、T2时均小于T1，但T4时的体积分数却也比T3时小，故T1、T2时均表达平衡，C的体积分数主要受反应速率的控制，温度升高，速率增大，反应应正向移动υ(正)＞υ(逆)；又∵从T3点开始，C的体积分数开始下降，故此后，主要受平衡因素的控制，温度升高，反应向逆反应方向进行，υ(正)＜υ(逆)。 答案 (1)T3 (2)放 (3)＞ (4)＜ 六、化学平衡的计算 1．三段分析法 化学平衡计算的基本方法是“始”、“变”、“平”三段分析法。如： mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g) 起始 a b 0 24\n0 变化 χ χ χ χ 平衡 a-χ b-χ χ χ 说明： a、b表示反应物的物质的量或反应物的浓度或同温同压下气体的体积。 典例10 在合成氨反应过程中，某一时刻混合气体中各成分的体积比为V(N2):V(H2):V(NH3)=6:18:1，反应一段时间后，混合气体中体积比变为V(N2):V(H2):V(NH3)=9:27:8，则这一段时间内H2转化率为___________(气体体积在相同条件下测定)。 解析 假定反应开始时，混合气体中N2有6体积、H2有18体积、NH3有1体积，反应中有工体积H2转化为NH3。 N2 ＋ 3H22NH3 起始 6 18 1 变化 χ χ 平衡 6- 18-χ 1+χ 则有(6-):(18-χ):(1+χ)=9:27:8 (6-):(1+χ)=9:8，解得χ=4.5 H2的转化率=×100％=25％。 答案 25％ 2．极值法 找两个极端假设点：一是假设某(一)反应物完全反应完时量的特征点；一是假设某(一)反应物完全不反应(转化)时量的特征点，由这两点来进行有关计算判断。 典例11 某密闭容器中进行如下反应：X(g)+2Y(g)24\n2Z(g)，若要使平衡时反应物总物质的量与生成物总物质的量相等，则X、Y的初始物质的量之比应满足( ) A．1＜＜3 B．＜＜ C．3＜＜4 D．＜＜ 解析 若反应物X全部转化，则Y-2X=2X，= 若反应物Y全部转化，则X-=Y，=； 由于可逆反应不可能全部转化，故＜＜。 答案 B 3．差量法 可以是体积差量法，压强差量法，物质的量差量法等等。 典例12 某温度下，在密闭容器中发生如下反应，2A(g)2B(g)+C(g)，若开始时只充入2molA气体，达平衡时，混合气体的压强比起始时增大了20％，则平衡时A的体积分数为______________。 解析 定温定容下，压强增大了20％，也就是气体的物质的量增多了2mol×20％=0.4mol。 2A(g) 2B(g) + C(g) △n 2 2 1 1 0.8mol 0.8mol 0.4mol 0.4mol 平衡时，n(A)=2mol-0.8mol=1.2mol，故A的体积分数为了×100％=50％。 答案 50％ 4．模型法24\n 注意此方法的广泛推广运用。 典例1 31molPCl5加热到200℃时发生如下反应：PCl5(g)PCl3(g)+Cl2(g)，反应达平衡后，PCl5转化率为M％。若在同一温度和同一容积固定不变的密闭容器中，最初投入的是2molPCl5(g)，反应达平衡时，PCl5转化率为N％。则M和N的正确关系是( ) A．M＞N B．M＜N C．M=N D．无法比较 解析 容器2体积为容器1的2倍，中间有一块可移开的隔板将容器2分为体积相等的两部分，容器2内的PCl5达到平衡状态后，两部分中PCl5的转化率均为M％，然后抽掉隔板，将容器的体积压缩到与容器1的体积相等，在这过程中，平衡逆向移动达新平衡后；PCl5的转化率增大，因此N＜M。 答案 A 5．守恒法 运用反应前后某元素的物质的量不变，设未知数，列等式解题。 典例14 一定温度下，反应2SO2+＋O22SO3达到平衡时，n(SO2):n(O2):n(SO3)=2:3:4。缩小体积，反应再次达到平衡时，n(O2)=0.8mol，n(SO3)=1.4mol，此时SO2的物质的量应是( ) A．0.4mol B．0.6mol C．0.8mol D．1.2mol 解析 设第一次平衡时n(SO2)、n(O2)、n(SO3)分别为2χmol、4χmol，第二次平衡时n(SO2)=ymol。 24\n 解之即得χ=0.3，y=0.4mol 答案 A 6．运用气体状态方程 有关气体密度、压强、相对平均分子质量的计算往往离不开气体状态方程pV=nRT的有关推论。 典例15 1molX气体跟amolY气体在体积可变的密闭容器中发生如下反应：X(g)＋aY(g)bZ(g) 反应到达平衡后，测得X的转化率为50％，而且，在同温同压下还测得反应前混合气体的密度是反应后混合气体密度的3／4，则d和^的数值可能是( ) A．a=1，b=2 B．a=2，b=1 C．a=2，b=2 D．a=3，b=2 解析 ∵反应各物质均为气体，别气体总质量不变 同温同压下： 因为X的转化率为50％ 所以 X(g) ＋ aY(g) bZ(g) 起始 1mol amol 0 反应 0.5mol 0.5amol 0.5bmol 平衡 0.5mol 0.5amol 0.5bmol 得a=2b-1 结合选项可知D正确 答案 D 7．化学平衡的热效应 相关计算依据，反应热与参加反应各物质的物质的量成正比。 典例1 6把1.5molX气体和6molY气体通入到一个1L的密闭容器中，在一定温度下发生如下反应；X(g)+3Y(g)2Z(g)；△H=-QkJ·mol-124\n(Q＞0)，当反应达到平衡时，此时，放出的热量为0.75QkJ，则此时Y的浓度为______________mol·L-1。 解析 平衡时放出的热量为QkJ，说明X转化了0.75mol，由反应式可知，剩余n(Y)=6mol－0.75mol×3=3.75mol，故Y的浓度为3.75mol·L-1。 答案 3.75mol·L-1 体验高考 1．下图是温度和压强对X＋Y2Z反应影响的示意图，图中横坐标表示温度，纵坐标表示平衡混合气体中Z的体积分数。下列叙述中正确的是( ) A．上述可逆反应的正反应为放热反应 B．X、Y、Z均为气态 C．X和Y中只有一种为气态，Z为气态 D．上述反应的逆反应为△H＞0 解析 根据示意图，在压强不变的情况下，随着温度的升高，Z的体积分数增大，即随着温度的升高，平衡向正反应方向移动，所以，正反应为吸热反应，△H＞0；逆反应为放热反应，△H＜0；所以A、D错误。同样，在温度不变的情况下，随着压强的减小，Z的体积分数增大，即随着压强的减小，平衡向正反应方向移动，正反应为气体体积增大的反应，所以C正确。 答案 C 2．在一定温度不同压强(p1＜p2＝下，可逆反应2X(g)2Y(g)+Z(g)中，生成物Z在反应混合物中的体积分数()与反应时间(t)的关系有以下图示，其中正确的是( )24\n 解析 对2X(g)2Y(g)+Z(g)，压强越大，正、逆反应速率越大，达到化学平衡所需时间越短，在-t图中表现为曲线从上升(表示体系在达到平衡过程中)到水平的转折点(表示体系刚好达到平衡)再到水平(表示体系处于平衡状态)。因为p1＜p2，可知A、C错误。 对2X(g)2Y(g)+2(g)，压强越大，形成的平衡中Z的体积分数越小，在-t图中表现为曲线的水平部分越低，所以B正确。 答案 B 3．对可逆反应4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)，则下列叙述中正确的是( ) A．达到化学平衡时，4υ正(O2)＝5υ逆(NO) B．若单位时间内生成χmolNO的同时，消耗χmolNH3，则反应达到平衡状态 C．达到化学平衡时，若增加容器体积，则正反应速率减小，逆反应速率增大 D．化学反应速率关系是：2υ正(NH3)＝3υ正(H2O) 解析 本题综合考查化学平衡的建立及外界条件时化学反应速率的影响。根据不同物质表示同一反应时的速率关系可知，υ逆(O2):υ逆(NO)＝5:4，υ逆(NO)＝υ逆(O2)，代入A中表选式知υ正(O2)＝υ逆(O2)，A正确，NO的生成与NH3的消耗同时表示正反应在任意时刻都成比例，故B不正确；达到平衡时，增加容器体积，反应物、生成物浓度同时减小，正逆反应速率同时减小，C不正确；在反应的任意状态总有υ逆(NH3):υ正(H2O)＝4:6，即3υ正(NH3)＝2υ正(H2O)，D不正确。 答案 A 4．在一定条件下，二氧化硫和氧气发生如下反应：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)；△H＜0。 (1)600℃时，在一密闭容器中，将二氧化硫和氧气混合，反应过程中SO2、O2、SO3物质的量变化如下图，则反应处于平衡状态的时间是______________。24\n (2)据图判断，反应进行至20min时，曲线发生变化的原因是______________(用文字表达)。10min～15min的曲线变化的原因可能是______________(填写编号)。 A．加了催化剂 B．缩小容器体积 C．降低温度 D．增加SO3的物质的量 解析 (1)降低温度，平衡正向移动，故SO2的转化率增大，化学反应速率减小。因为在15min～20min和25min～30min时，曲线为一水平线，说明SO2、O2、SO3的物质的量保持不变，所以在此时间段反应达到了平衡状态。 (2)在20min时，n(O2)突然增大，且n(SO2)、n(SO3)保持不变，故在此时刻应该是增加了O2的量。在10min～15min内，三条曲线斜率均增大，说明正逆反应速率均增大。 答案 (1)15min～20min和25min～30min (2)增加了O2的量；ab 演习战场 1．某温度下，反应H2(g)+I2(g)2HI(g)；△H＜0，在带有活塞的密闭容器中达到平衡，下列说法中正确的是( ) A．体积不变。升温正反应速率减小 B．温度、压强均不变，充入HI气体，开始时正反应速率增大 C．温度不变，压缩气体的体积，平衡不移动，颜色加深 D．体积，温度不变，充入氮气后，容器内压强增大，正逆反应速率都增大 答案 C 2．在一定条件下有可逆反应X(g)+3Y(g)2Z(g)，若X、Y、Z起始浓度分别为c1、c2、c3(均不为0)，经过2min后达平衡，平衡时X、Y、Z的浓度分别为0.1mol·L-1、0.3mol·L-1、0.04mol·L-1，则下列判断中不合理的是( ) A．υ(Z)=0.02mol·L·min-124\n D．平衡时，X与Z的生成速率之比为1:2 C．c1:c2=1:3 D．X、Y的转化率相等 答案 A 3．在一定温度时，将1molA和2lmolB放人容积为5L的某密闭容器中发生如下反应：A(s)+2B(g)C(g)+2D(g)，经5min后，测得容器内B的浓度减少了0.2mol·L-1。下列叙述中不正确的是( ) A．在5min内该反应用C的浓度变化表示的反应速率为0.02mol·L·min-1 B．在5min时，容器内D的浓度为0.2mol·L-1 C．当容器内压强保持恒定时，该可逆反应达到平衡状态 D．5min时容器内气体总的物质的量为3mol 答案 D 4．在一定温度下的定容容器中，当下列哪些物理量不再发生变化时，表明反应A(s)+2B(g)C(g)+D(g)已达到平衡状态的是( ) ①混合气体的压强 ②混合气体的密度 ③B的物质的量浓度 ④气体总物质的量 ⑤混合气体的平均相对分子质量 ⑥υ(C)与υ(D)的比值 A．②③⑤ B．①②③ C．②③④⑥ D．①③④⑤ 答案 A 5．可逆反应aX(g)+bY(g)cZ(g)在一定温度下的一密闭容器内达到平衡后，t′时改变某一外界条件，化学反应速率(υ)—时间(t)图像如右图。则下列说法中正确的是( ) A．若a+b=c，则t′时只能是增大了容器的压强 B．若a+b=c，则t′时只能是加入催化剂 C．若a+b≠c，则t′时只能是增大了容器压强 24\n D．若a+b≠c，则t′时只能是加入了催化剂 答案 D 6．将1molSO2和1molO2通入固定体积的密闭容器中，在一定条件下反应达到平衡，平衡时SO2达到0.3mol，此时若移走0.5molSO2和0.5molO2，则反应达到新的平衡时，SO3的物质的量是( ) A．0.3mol B．0.15mol C．小于0.15mol D．大于0.15mol，小于0.3mol 答案 C 7．密闭容器中有可逆反应3A(g)3B+C；△H＝+890kJ·mol-1(A的式量为120)，随着温度升高，容器中气体相对平均分子质量减小，则下列判断中正确的是( ) A．若C为固体，则B一定是气体 B．B和C一定都是气体 C．若起始时往容器中投入18gA，则反应吸收的热量为44.5kJ D．若起始时往容器中投入18gA，则反应放出的热量为44.5kJ 答案 A 8．在一容积可变的密闭容器中，反应aA(气)bB(气)达到平衡后，保持温度不变，将容器容积压缩为原来的1／2倍，当达到新平衡时，B的浓度是原来的2.3倍，则下列说法中不正确的是( ) A．平衡向正反应方向移动 B．物质A的转化率增大 C．平衡混合物的摩尔质量增大 D．化学计量数a＜b 答案 D 9．在一密闭的容器中。用等物质的量的A和B发生如下反应：A(g)+2B(g)2C(g)，反应达到平衡时，若混合气体中A和B的物质的量之和与C的物质的量相等，则此时A的转化率为( ) A．40％ B．50％ C．60％ D．70％ 答案 A 10．某温度下在密闭容器中发生如下反应：2M(g)+N(g)？2E(g)，若开始时充入2molM和1molN的混合气体，达平衡时，M的转化率为60％；若开始时只充入2mol24\nE(g)，达平衡时混合气体的压强比起始时增大了( ) A．20％ B．40％ C．60％ D．80％ 答案 A 11．一定温度下，在容积为VL的密闭容器中进行aN(g)bM(g)的化学反应，M、N的物质的量随时间的变化曲线如图所示： (1)此反应的化学方程式中，a／b=______________。 (2)t1到t2时刻，以M的浓度变化表示的化学反应速率为______________。 (3)此反应达到平衡时，反应物的转化率为______________。 (4)下列描述能说明上述反应达到平衡状态的是______________。 A．反应中M与N的物质的量之比为1：1 B．混合气体的总质量不随时间的变化而变化 C．混合气体的总物质的量不随时间的变化而变化 D．单位时间内消耗amolN，同时生成bmolM E．混合气体的压强不随时间的变化而变化 F．N的转化串达到最大，且保持不变(5)当反应aN(g)bM(g)达到平衡后若再充入N，达到新平衡后，N的百分含量将______________(填“增大”、“减小”或“不变”)。 答案 (1)2 (2)mol·L-1·min-1 (3)75％ (4)C、E、F (5)减小 12．在一定温度和压强下，有如下反应：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)，将1.6molSO2和0.8molO224\n放人一体积可变的密闭容器中，测得容器的起始容积为100L。经一段时间后，反应达到平衡，测得混合气体的密度为1.6g·L-1。请回答下列问题： (1)达平衡时混合气体的体积为______________，SO2的转化率为______________。 (2)若起始时加入amolSO2、bmolO2，且a:b＝2:1，在同样温度和压强下，反应达到平衡时，测得混合气体的容积为120L。则a、b的值分别为：a=______________，b=______________。 (3)若容器为体积不变的密闭容器，其容积为100L。起始时加入χmolSO2、ymolO2和zmolSO3，反应达平衡时，温度和压强与(2)完全相同，容器内各气体的体积分数也与(2)达平衡时的情况完全相同，则χ、y应该满足的关系式为______________，χ、z应该满足的关系式为______________。 解析 (1)由V＝求之，SO2的转化率从等t1、p下开始，再用差量法求之。 (2)量分数等效平衡，(2)中最终容器体积也要减少[同(1)中]。 (3)量分数等效平衡，(3)中硫原子总数与(2)中硫原于总数之比应等于二者容器体积之比。 答案 (1)80L；60％ (2)2.4；1.2 (3)χ:y=2:1；χ+z=2 13．在一个容积不变的反应器中，要求通过调节体系的温度使下列可逆反应达到平衡时，保持容器内气体总物质的量为12mol。已知A(g)+2B(g)2C(g)，现向反应器中加人6.5molA，χmolB，2.0molC。 (1)若χ=5.5时，需要降低体系温度使反应在平衡时达到题设条件，则正反应为______________热反应。 (2)欲使起始反应维持向逆反应方向移动，则χ的取值范围为______________。 (3)在一定温度下的上述平衡体系中，若按1:2的物质的量之比充入D、E两种气体，发生下列可逆反应：D(g)+E(g)2F(g)，当反应达到平衡时，D在此三种平衡混合气体中的体积分数为p％；若向容器中投入mmolD、nmolF和一定物质的量的E，在此三种物质新的平衡体系中D的体积分数仍为p％，则新投入的E的物质的量是______________mol。(设A、B、C不与D、E、F发生反应) 提示： (1)正反应方向为气体化学甘量数之和减少的方向 (2)极值法 (3)量分数等效平衡 答案 24\n (1)放 (2)2.5＜χ＜3.5 (3)2m+ 14．如图所示，将4molSO2和2molO2混合置于体积可变的等压密闭容器中，在一定温度下发生如下反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)；△H＜0。该反应达到平衡状态时，测得气体的总物质的量为4.2mol。试回答： (1)在该平衡状态时n(SO3)=______________。 (2)若起始时加入1.2molSO2、0.6molO2和χmolSO3，达到平衡状态后，各气体的体积分数与上述平衡状态相等，χ的取值为______________。 (3)若反应开始时的υ(逆)＞υ(正)，达到上述平衡状态时，气体的总物质的量仍为4.2mol。则起始时，n(SO3)的取值范围是______________。 解析 (1)差量法 (2)量分数等效平衡 (3)量分数等效平衡和极值法 答案 (1)3.6mol (2)χ≥0 (3)3.6mol＜n(SO3)≤4mol24
