第二讲 化学反应进行的方向和化学平衡状态(时间：45分钟 满分：100分)考 点题 号化学反应的方向1、2化学平衡状态判断3、4、6、8、9化学平衡的有关计算5、7、10、11一、选择题(本题共7个小题，每题6分，共42分。每个小题只有一个选项符合题意)1．下列关于ΔH－TΔS说法中正确的是( )。A．ΔH－TΔS可用于判断所有条件下的反应能否自发进行B．ΔH－TΔS只用于判断温度、体积一定的反应能否自发进行C．ΔH－TΔS只用于判断温度、压强一定的反应能否自发进行D．ΔH－TΔS＜0的反应，在该条件下一定剧烈反应解析 ΔH－TΔS判据只适用判断一定温度和压强下的反应能否自发进行，A、B错误，C正确；ΔH－TΔS＜0的反应可以自发进行，但不一定是剧烈反应，D错误。答案 C2．分析下列反应在任何温度下均能自发进行的是( )。A．2N2(g)＋O2(g)===2N2O(g)ΔH＝＋163kJ·mol－1B．Ag(s)＋Cl2(g)===AgCl(s)ΔH＝－127kJ·mol－1C．HgO(s)===Hg(l)＋O2(g) ΔH＝＋91kJ·mol－1D．H2O2(l)===O2(g)＋H2O(l) ΔH＝－98kJ·mol－1解析 反应自发进行的前提条件是反应的ΔH－TΔS<0，温度的变化可能使ΔH－TΔS的符号发生变化。对于A项，ΔH>0，ΔS<0，在任何温度下，ΔH－TΔS>0，即任何温度下，反应都不能自发进行；对于B项，ΔH<0，ΔS<0，在较低温度下，ΔH－TΔS<0，即反应温度不能过高；对于C项，ΔH>0，ΔS>0，若使反应自发进行，即ΔH－TΔS9\n<0，必须提高温度，即反应只有在较高温度时能自发进行；对于D项，ΔH<0，ΔS>0，在任何温度下，ΔH－TΔS<0，即在任何温度下反应均能自发进行。答案 D3．向一密闭容器中充入1molN2和3molH2，在一定条件下使反应N2＋3H22NH3发生，有关说法正确的是( )。A．达到化学平衡时，N2将完全转化为NH3B．达到化学平衡时，N2、H2和NH3的物质的量浓度一定相等C．达到化学平衡时，N2、H2和NH3的物质的量浓度不再变化D．达到化学平衡时，正反应和逆反应的速率都为零解析 可逆反应不可能进行到底，A错；此反应中的任何时刻N2、H2浓度都不可能相等，B错；达到化学平衡时正、逆反应速率相等但不为零，D错。答案 C4．(2022·宜宾模拟)一定条件下，对于可逆反应X(g)＋3Y(g)2Z(g)，若X、Y、Z的起始浓度分别为c1、c2、c3(均不为零)，达到平衡时，X、Y、Z的浓度分别为0.1mol·L－1、0.3mol·L－1、0.08mol·L－1，则下列判断正确的是( )。A．c1∶c2＝3∶1B．平衡时，Y和Z的生成速率之比为2∶3C．X、Y的转化率不相等D．c1的取值范围为0mol·L－1<c1<0.14mol·L－1答案 D5．已知某化学反应的平衡常数表达式为K＝，在不同的温度下该反应的平衡常数如下表：t℃70080083010001200K1.671.111.000.600.38下列有关叙述不正确的是( )。A．该反应的化学方程式是CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)B．上述反应的正反应是放热反应C．若在1L的密闭容器中通入CO2和H2各1mol,5min后温度升高到830℃，此时测得CO2为0.4mol，该反应达到平衡状态D．若平衡浓度符合关系式＝，则此时的温度为1000℃解析 依平衡常数的表达式可知A正确；升高温度K9\n减小，平衡左移，正反应为放热反应，B正确；5min后CO、H2O、CO2、H2的浓度分别为0.6mol·L－1、0.6mol·L－1、0.4mol·L－1、0.4mol·L－1，＝<1，平衡向右移动，C错误；＝，D正确。答案 C6．在可逆反应2SO2＋O22SO3的平衡状态下，保持恒温恒容向容器中加入一定量的O2，下列说法正确的是(K为平衡常数，Qc为浓度商)( )。A．Qc不变，K变大，O2转化率增大B．Qc不变，K变大，SO2转化率增大C．Qc变小，K不变，O2转化率减小D．Qc增大，K不变，SO2转化率增大解析 平衡常数只与温度有关，温度一定，平衡常数不变，O2浓度增大，浓度商减小，增大O2浓度，O2转化率减小，SO2转化率增大，故选C。答案 C7．(2022·眉山联考)N2O5是一种新型硝化剂，在一定温度下可发生下列反应：2N2O5(g)4NO2(g)＋O2(g) ΔH＞0T1温度下的部分实验数据为：t/s050010001500c(N2O5)/(mol·L－1)5.003.522.502.50下列说法不正确的是( )。A．500s内N2O5分解速率为2.96×10－3mol·L－1·s－1B．T1温度下的平衡常数为K1＝125,1000s时转化率为50%C．其他条件不变时，T2温度下反应到1000s时测得N2O5(g)浓度为2.98mol·L－1，则T1＜T2D．T1温度下的平衡常数为K1，T3温度下的平衡常数为K3，若K1＞K3，则T1＞T3解析 v(N2O5)＝≈2.96×10－3mol·L－1·s－1，A正确；1000s后N2O5的浓度不再发生变化，即达到了化学平衡，列出三种量如下： 2N2O54NO2＋O2起始/(mol·L－1)5.0000平衡/(mol·L－1)2.505.001.25则K＝＝＝125，α(N2O5)＝×100%＝50%，B正确；T2温度下的N2O5浓度大于T19\n温度下的，则改变温度使平衡逆向移动了，逆向是放热反应，则降低温度平衡向放热反应方向移动，即T2＜T1，C错误；对于吸热反应来说，T越高，K越大，若K1＞K3，则T1＞T3，D正确。答案 C二、非选择题(本题共4个小题，共58分)8．(12分)(2022·潍坊质量检测)由于温室效应和资源短缺等问题，如何降低大气中的CO2含量并加以开发利用引起了各界的普遍重视。目前工业上有一种方法是用CO2生产燃料甲醇。一定条件下发生反应：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)，该反应的能量变化如图所示：(1)上述反应平衡常数K的表达式为_______________________________________________________________，温度降低，平衡常数K________(填“增大”、“不变”或“减小”)。(2)在体积为2L的密闭容器中，充入1molCO2和3molH2，测得CO2的物质的量随时间变化如下表所示。从反应开始到5min末，用氢气浓度变化表示的平均反应速率v(H2)＝________。t/min0251015n(CO2)/mol10.750.50.250.25(3)在相同温度容积不变的条件下，能说明该反应已达平衡状态的是________(填写序号字母)。a．n(CO2)∶n(H2)∶n(CH3OH)∶n(H2O)＝1∶3∶1∶1b．容器内压强保持不变c．H2的消耗速率与CH3OH的消耗速率之比为3∶1d．容器内的密度保持不变解析 (1)该反应生成物比反应物能量低，是放热反应；温度降低，平衡正向移动，K值增大。(2)v(H2)＝3v(CO2)＝×3＝0.15mol·L－1·min－1。(3)反应过程中n(CO2)∶n(H2)∶n(CH3OH)∶n(H2O)之比不能作为判断反应达到化学平衡状态的依据。该反应是一个反应前后气体物质的量不相等的反应，当容器内压强不变时，说明正反应速率和逆反应速率相等，反应达到平衡。当氢气的消耗速率与甲醇的消耗速率之比为3∶1时，说明氢气的消耗速率和生成速率相等，反应达到平衡。无论反应是否达到平衡，容器内气体的密度都不变。9\n答案 (1)K＝ 增大(2)0.15mol·L－1·min－1 (3)bc9．(12分)(2022·南充预测)一定条件下，在体积为3L的密闭容器中反应CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH＝akJ·mol－1，ΔS＝bJ·mol－1·K－1(a、b均为正数)，达到化学平衡状态。(1)500℃时，从反应开始到达到化学平衡，以H2的浓度变化表示的化学反应速率是__________(用nB、tB表示)。(2)判断该可逆反应达到化学平衡状态的标志是________(填字母)。a．v生成(CH3OH)＝v消耗(CO)b．混合气体的密度不再改变c．混合气体的平均相对分子质量不再改变d．CO、H2、CH3OH的浓度均不再变化(3)300℃时，将容器的容积压缩到原来的，在其他条件不变的情况下，对平衡体系产生的影响是________(填字母)。a．c(H2)减小b．正反应速率加快，逆反应速率减慢c．CH3OH的物质的量增加d．重新平衡时减小解析 (1)tB时间内，生成nBmolCH3OH，则消耗2nBmolH2，则Δc(H2)＝mol·L－1，v(H2)＝mol·L－1·min－1。(2)选项a，任何时刻都有v生成(CH3OH)＝v消耗(CO)；选项b，因体积不变，气体的质量不变，任何时刻密度都不变；选项c，根据＝，m气体总不变，不变，说明n气体总不变，所以反应达到平衡状态；选项d，各物质的浓度不变，反应也达到平衡状态。9\n(3)增大压强平衡向着正反应方向移动，正、逆反应速率都增大，H2的物质的量减小，CH3OH的物质的量增大，体积缩小，但K不变，则达到新平衡时c(H2)比原平衡的大，重新平衡时减小，所以选项ab错误，cd正确。答案 (1)mol·L－1·min－1 (2)cd (3)cd10．(17分)(2022·福州模拟)在一定温度下将3molCO2和2molH2混合于2L的密闭容器中，发生如下反应：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)(1)该反应的化学平衡常数表达式K＝________。(2)已知在700℃时，该反应的平衡常数K1＝0.6，则该温度下反应CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)的平衡常数K2＝________，反应CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)的平衡常数K3＝________。(3)已知在1000℃时，该反应的平衡常数K4为1.0，则该反应为________反应(填“吸热”或“放热”)。(4)能判断该反应达到化学平衡状态的依据是________。(填编号)A．容器中压强不变B．c(CO2)＝c(CO)C．生成amolCO2的同时消耗amolH2D．混合气体的平均相对分子质量不变(5)在1000℃下，某时刻CO2的物质的量为2.0mol，则此时v正________v逆(填“>”、“＝”或“<”)。该温度下反应达到平衡时，CO2的转化率为________。解析 (2)K2＝，K3＝K1(3)升高温度，平衡常数增大，说明平衡向正反应方向移动即正反应是一个吸热反应。(4)因为该反应为反应前后气体体积不变的反应，所以压强不变，平均相对分子质量不变，均不能说明达到平衡状态，A、D错；选项B中CO2和CO的浓度相等，不能说明其浓度不再变化，故B错；生成CO2代表逆反应，消耗H2代表正反应，且比值等于反应化学方程式中的化学计量数之比，选项C正确。(5)CO2的物质的量为2.0mol时，H2为1.0mol，CO为1.0mol，H2O(g)为1.0mol，其浓度分别为1.0mol·L－1、0.5mol·L－1、0.5mol·L－1、0.5mol·L－1，则Qc＝＝<1，该反应向正反应方向进行，v正>v逆。9\n起始时，c(CO2)＝＝1.5mol·L－1c(H2)＝＝1mol·L－1设达到平衡时，CO的浓度为xCO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)1.5100xxxx1.5－x1－xxxK＝＝＝1，解得：x＝0.6mol·L－1所以，α(CO2)＝×100%＝40%。答案 (1) (2)1.67 0.77 (3)吸热 (4)C (5)> 40%11．(17分)(2022·烟台联考)硫—碘循环分解水制氢主要涉及下列反应：Ⅰ SO2＋2H2O＋I2===H2SO4＋2HIⅡ 2HIH2＋I2Ⅲ 2H2SO4===2SO2＋O2＋2H2O(1)分析上述反应，下列判断正确的是________。a．反应Ⅲ易在常温下进行b．反应Ⅰ中SO2氧化性比HI强c．循环过程中需补充H2Od．循环过程产生1molO2的同时产生1molH2(2)一定温度下，向1L密闭容器中加入1molHI(g)，发生反应Ⅱ，H2物质的量随时间的变化如图所示。0～2min内的平均反应速率v(HI)＝________。该温度下，H2(g)＋I29\n(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(3)实验室用Zn和稀硫酸制取H2，反应时溶液中水的电离平衡________移动(填“向左”、“向右”或“不”)；若加入少量下列试剂中的________，产生H2的速率将增大。a．NaNO3b．CuSO4c．Na2SO4d．NaHSO3(4)以H2为燃料可制作氢氧燃料电池。已知 2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH＝－572kJ·mol－1某氢氧燃料电池释放228.8kJ电能时，生成1mol液态水，该电池的能量转化率为________。解析 本题主要考查平衡理论和反应热中的相关概念，意在考查考生综合分析问题的能力。(1)题中3个反应相加，即得总反应式2H2O2H2↑＋O2↑，因此选项c符合题意。由于H2SO4是一种强酸，很稳定，因此使H2SO4分解需要相当高的温度，选项a错；反应Ⅰ中SO2作还原剂，HI是还原产物，故还原性SO2强于HI，则氧化性HI强于SO2，b错；根据总反应式可知选项d也错。本题应选c。(2)结合图像根据化学反应速率的定义v＝可得v(H2)＝＝0.05mol·L－1·min－1，根据化学反应速率之比等于化学方程式中化学式的化学计量数之比得v(HI)＝2v(H2)＝0.1mol·L－1·min－1。该反应的平衡常数K＝＝＝64。由于平衡常数只与温度有关，温度不变，平衡常数不变，a错。由于题中反应是一个气体体积不变的反应，故改变条件后的平衡和原平衡等效，因此选项b正确，d错误。HI的浓度是原来的2倍，由于浓度增大，反应速率加快，达到平衡所需的时间短，c错。(3)随着反应的进行，硫酸浓度减小，溶液中c(H＋)减小，酸性减弱，故水的电离平衡向右移动。若加入NaNO3(s)，则相当于溶液中存在HNO3，此时将不产生H2而产生NOx；加入CuSO4(s)后形成原电池，反应速率加快；加入Na2SO4(s)后对反应速率无影响；加入NaHSO3(s)后，由于发生反应H＋＋HSO===SO2↑＋H2O，溶液中c(H＋)减小，反应速率减小。综上分析可知选项b符合题意。(4)当生成1mol液态水时，共放热286kJ，故能量利用率为×100%＝80%。9\n答案 (1)c (2)0.1mol·L－1·min－1 64 b(3)向右 b (4)80%9
