第2课时 反应条件对化学平衡的影响
(1)化学平衡是有条件的平衡，改变条件可使化学平衡发生移动。
(2)外界条件改变，若Q＞K，平衡逆向移动，若Q＜K，平衡正向移动。
(3)在封闭体系中，如果只改变平衡系统中的一个条件时，平衡将向减弱这个条件改变的方向移动。
1.概念
可逆反应由一个平衡状态变为另一个平衡状态的过程。
2．平衡移动方向的判断
如果平衡移动的结果使反应产物浓度更大，则称平衡正向移动或向右移动，反之，称平衡逆向移动或向左移动。
3．化学平衡移动的原因及过程
(1)化学平衡移动的原因是反应条件的改变导致正、逆反应速率不相等，移动的结果是平衡混合物中各组分的含量发生相应的变化。
(2)化学平衡移动的过程：
不平衡――→新条件下平衡(Ⅱ)
v正＝v逆 v正≠v逆 v′正＝v′逆
Q＝K Q≠K Q＝K
各组分含量 各组分含量 各组分含量
保持一定 发生变化 又保持一定
1．下列说法不正确的是( )
A．反应混合物各组分百分含量发生改变，化学平衡一定发生了移动
B．外界条件的改变引起浓度商或化学平衡常数改变，则平衡一定发生移动
C．平衡移动，反应物的浓度一定减小
D．外界条件发生变化，化学平衡不一定移动
解析：外界条件的改变使正、逆反应速率不相等或Q≠K时才能使化学平衡发生移动，平衡移动时反应物的浓度有可能增大。
答案：C
(1)对反应2NO2(g)??N2O4(g) ΔH<0，升高温度，反应体系颜色加深，化学平衡向吸热方向移动。
(2)结论：在其他条件不变的情况下，升高温度，平衡向吸热反应方向移动；降低温度，平衡向放热反应方向移动。
(3)原因：温度改变使化学平衡常数改变。
(4)温度改变时化学平衡移动的判断：
反应类型 温度变化 K值变化 Q与K关系 平衡移动方向
放热反应 升温 减小 Q>K 逆向移动
降温 增大 Q吸热反应 升温 增大 Q降温 减小 Q>K 逆向移动
2．在某温度下，反应ClF(g)＋F2(g)??ClF3(g) ΔH＝268 kJ·mol－1，在密闭容器中达到平衡，下列说法中正确的是( )
A．升高温度，K不变，平衡向正反应方向移动
B．温度升高，平衡常数变小
C．升高温度，平衡向正反应方向移动，F2的转化率提高
D．降低温度，ClF3的产率提高
解析：升高温度，吸热反应的K增大，平衡向右移动，F2的转化率提高，降低温度，平衡向左移动，ClF3的产率降低。
答案：C
1.影响
在其他条件不变的情况下，增大反应物浓度或减小生成物浓度，平衡向右移动；减小反应物浓度或增大生成物浓度，平衡向左移动。
2．原因
浓度的改变导致浓度商的改变，但K不变，使Q≠K，从而导致平衡移动。但浓度的改变不一定会使化学平衡发生移动
3.浓度对化学平衡的影响
浓度变化 Q值变化 Q与K关系 平衡移动方向
反应物浓度增大 减小 Q生成物浓度减小
反应物浓度减小 增大 Q＞K 逆向移动
生成物浓度增大
4.特别提示
(1)化学平衡向右移动，生成物的产率一定增大，但生成物的浓度不一定增大，当减小生成物浓度使化学平衡右移时，生成物的浓度减小。
(2)增加固态物质的用量，化学平衡不移动。
3．向盛有5 mL 0.005 mol·L－1FeCl3溶液的试管中加入5 mL 0.01 mol·L－1KSCN溶液，充分混匀，溶液颜色深浅不再变化后建立化学平衡FeCl3＋3KSCN??Fe(SCN)3＋3KCl。下列叙述中，不正确的是( )
A．加水至溶液的体积加倍，溶液血红色变浅，但化学平衡不移动
B．再滴加少量0.1 mol·L－1KSCN溶液，溶液血红色变深，化学平衡右移
C．再滴加少量0.1 mol·L－1NaOH溶液，会有红褐色沉淀产生，上部溶液血红色变浅，化学平衡左移
D．再滴加少量0.1 mol·L－1FeCl3溶液，溶液血红色变深，化学平衡右移
解析：在溶液中反应的离子方程式为Fe3＋＋3SCN－??Fe(SCN)3加水稀释，Q变大，K不变，即Q＞K，平衡向左移动；加入SCN－或Fe3＋，Q变小，使Q＜K，平衡向右移动，血红色变深；加入NaOH溶液，与Fe3＋反应生成红褐色Fe(OH)3沉淀，使c(Fe3＋)减小，Q变大，使Q＞K，平衡向左移动。
答案：A
[自学教材·填要点]
1．影响
在其他条件不变的情况下，增大压强，平衡向气态物质系数减小的方向移动；减小压强，平衡向气态物质系数增大的方向移动。
2．原因
压强改变导致浓度改变，浓度的改变导致浓度商Q的改变，使Q≠K，从而导致平衡移动。
3．压强对化学平衡的影响
方程式中气态物质系数变化 压强变化 Q值变化 Q与K关系 平衡移动方向
Δνg＞0 增大 增大 Q>K 逆向移动
减小 减小 Q＜K 正向移动
Δνg＜0 增大 减小 Q＜K 正向移动
减小 增大 Q＞K 逆向移动
Δνg＝0 增大 不变 Q＝K 不移动
减小
[师生互动·解疑难]
(1)对于只有固体或液体参加的反应，改变压强，平衡不移动。
(2)通常所指加压即是缩小容积，减压即是增大容积。
(3)勒·夏特列原理：在封闭体系中，如果改变影响平衡的一个条件(如浓度、温度或压强)，平衡就向着能够减弱这种改变的方向移动。
(4)平衡移动的结果只能“减弱”而不能“消除”更不能“超越”这种改变。
4．压强变化不会使下列化学反应的平衡发生移动的是( )
A．H2(g)＋Br2(g)??2HBr(g)
B．3H2(g)＋N2(g)??2NH3(g)
C．2SO2(g)＋O2(g)??2SO3(g)
D．C(s)＋CO2(g)??2CO(g)
解析：压强改变对化学平衡的影响关键是看压强改变是否引起Q的改变。A项是反应前后气态物质系数不变的反应，压强改变，各物质的浓度相应改变，但Q不变，平衡不移动。
答案：A
[例1] 在一体积可变的密闭容器中，加入一定量的X、Y，发生反应mX(g)??nY(g) ΔH＝Q kJ·mol－1。反应达到平衡时，Y的物质的量浓度与温度、气体体积的关系如下表所示：
气体体积/Lc (Y)/mol·L－1温度/℃ 1 2 3
100 1.00 0.75 0.53
200 1.20 0.90 0.63
300 1.30 1.00 0.70
下列说法正确的是( )
A．m>n
B．Q<0
C．温度不变，压强增大，Y的质量分数减少
D．体积不变，温度升高，平衡向逆反应方向移动
[解析] 当温度不变时，随着容器体积的扩大，Y物质的浓度不断减小，若平衡不发生移动，在某温度时，容器为2 L时Y的浓度应为1 L时的，但由图表可知事实上容器为2 L时Y的浓度大于1 L时的，即随着容器体积的扩大，压强的减小，平衡正向移动，所以m＜n，故A错；若保持温度不变，增大压强，平衡应向体积减小的方向移动，即逆向移动，Y的质量分数减小，C正确；当容器体积不变时，随着温度的升高，Y物质的浓度增大，即平衡正向移动，正反应为吸热反应，Q＞0，故B、D错。
[答案] C
(1)外界条件改变时，只有使v正≠v逆或Q≠K时，才会发生化学平衡的移动。
(2)“惰性”气体对化学平衡的影响(“惰性”气体指不参与反应的气体)。
对于反应N2(g)＋3H2(g)??2NH3(g) ΔH<0来说：
①若体系内的压强保持恒定(容器体积是可变的)时，加入氦气，体积必增大，使c(N2)、c(H2)、c(NH3)变小，平衡向左移动(相当于减压)。
②在恒温、恒容下，加入氦气时，平衡不发生移动，这种条件下加入“惰性”气体，虽平衡体系内的压强增加，但因容器的体积不变，c(N2)、c(H2)、c(NH3)不变，所以平衡不移动。
③如果方程式中生成物和反应物的系数相等时，当惰性气体加入到已达平衡的体系中，不论什么情况都不会使平衡移动。
④催化剂会同等程度地改变v正和v逆，但v正和v逆仍然相等，平衡不移动。
若将表格中“气体体积/L”改为
“气体压强/kPa”且“1”，“3”
位置互换，则结论有何变化？
提示：若将气体体积改为气体压强，则在温度不发生变化时，随着压强的减小，气体体积增大，若平衡不发生移动，1 kPa时Y物质的浓度应为3 kPa时的，但由图表可知，1 kPa时Y物质的浓度大于3 kPa时的，即增大压强平衡逆向移动，故m＜n，即条件变化后结论与原题相同。
答案：结论与原题相同
[例2] (2011·安徽高考)电镀废液中Cr2O可通过下列反应转化成铬黄(PbCrO4)：Cr2O(aq)＋2Pb2＋(aq)＋H2O(l)??2PbCrO4(s)＋2H＋(aq) ΔH＜0该反应达平衡后，改变横坐标表示的反应条件，下列示意图正确的是( )
[解析] 该反应的正反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，平衡常数减小，A正确；随着pH的增大，即氢离子浓度逐渐减小，平衡正向移动，Cr2O的转化率逐渐增大，B不正确；升高温度正反应速率增大，C不正确；随着Pb2＋物质的量浓度的增大平衡正向移动，Cr2O的物质的量减小，D不正确。
[答案] A
化学平衡图像问题的解答方法
1．解答步骤
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)，五看量的变化(如浓度变化、温度变化)；
②想规律：联想外界条件的改变对化学反应速率和化学平衡的影响规律；
③作判断：根据图像中表现的关系与所学规律相对比，作出符合题目要求的判断。
2．解答原则
①“定一议二”原则：
在化学平衡图像中，包括纵坐标、横坐标和曲线所表示的意义三个量，确定横坐标所表示的量后，讨论纵坐标与曲线的关系或确定纵坐标所表示的量后，讨论横坐标与曲线的关系。
②“先拐先平”原则：
在转化率(或含量等)－时间曲线中，先出现拐点的曲线先达到平衡，它所代表的温度高、压强大。
如图所示为可逆反应：mA(g)＋nB(g)??xC(g) ΔH＝Q kJ·mol－1。在不同温度、压强下反应物A的转化率的变化情况如下图所示。下列对于反应的热效应Q和反应方程式A、B、C的系数的判断中，正确的是( )
A．Q>0，m＋n>x B．Q>0，m＋nC．Q<0，m＋nx
解析：由左图可知，压强为P1时达到平衡所用的时间比较短，即P1>P2，选择两压强下的平衡状态，由P2→P1，A的转化率增大，即增大压强，平衡正向移动，故m＋n>x；由右图可知，升高温度，A的含量下降，即升高温度，平衡向右移动，正反应为吸热反应，Q＞0。
答案：A
[随堂基础巩固]
1．(2011·兰州诊断)已知：可逆反应2SO2(g)＋O2(g)??2SO3(g) ΔH<0，在一定条件下达到平衡后，改变下列条件一定能使该平衡向正反应方向移动的是( )
A．升温增压 B．降温增压
C．升温减压 D．降温减压
解析：正反应是气体体积减小的放热反应，故增压、降温能使平衡向正反应方向移动。
答案：B
2．某温度下，密闭容器中发生反应aX(g)??bY(g)＋cZ(g)，达到平衡后，保持温度不变，将容器的容积压缩到原来容积的一半，当达到新平衡时，物质Y和Z的浓度均是原来的1.8倍。则下列叙述正确的是( )
A．可逆反应的系数：a>b＋c
B．压缩容器的容积时，v(正)＝v(逆)
C．达到新平衡时，物质X的转化率减小
D．达到新平衡时，混合物中Z的质量分数增大
解析：保持温度不变，将容器的容积压缩到原来容积的一半，若平衡不移动，各物质的浓度应为原来的2倍，但达到新平衡时，生成物Y和Z的浓度是原来的1.8倍，说明平衡逆向移动，a答案：C
3．反应NH4HS(s)??NH3(g)＋H2S(g)在某温度下达到平衡，下列各种情况中，不会使平衡发生移动的是( )
A．温度、容积不变时，通入SO2气体
B．移走一部分NH4HS固体
C．容器体积不变，充入HCl气体
D．保持压强不变，充入氮气
解析：通入SO2、HCl气体，可分别与H2S、NH3反应，导致平衡正向移动，保持压强不变，充入N2，会导致容器内NH3、H2S浓度减小，相当于减压，平衡正向移动，由于NH4HS为固体，移走一部分对平衡无影响。
答案：B
4．在密闭容器中进行如下反应：X2(g)＋Y2(g)??2Z(g)，在温度T1和T2时，产物的量与反应时间的关系如图所示。符合图示的正确判断是( )
A．T1B．T1C．T1>T2，正反应是放热反应
D．T1>T2，正反应是吸热反应
解析：T2温度下先达平衡，说明T2>T1，T1―→T2升高温度，Z的量减少，说明升温平衡向左移动，正反应是放热反应。
答案：A
5．在2 L密闭容器中，800 ℃时反应2NO(g)＋O2(g)??2NO2(g)体系中，n(NO)随时间的变化如表：
时间(s) 0 1 2 3 4 5
n(NO)(mol) 0.020 0.010 0.008 0.007 0.007 0.007
(1)写出该反应的平衡常数表达式：K＝________，
已知：K(300 ℃)＞K(350 ℃)，该反应是________反应(填“放热”或“吸热”)；
(2)如图中表示NO2的变化的曲线是________。
(3)能说明该反应已经达到平衡状态的是( )
a．v(NO2)＝2v(O2)
b．容器内压强保持不变
c．v逆(NO)＝2v正(O2)
d．容器内的密度保持不变
(4)可使平衡向正反应方向移动的是( )
a．及时分离出NO2气体
b．适当升高温度
c．增大O2的浓度
d．选择高效的催化剂
解析：(1)K＝，K(300 ℃)＞K(350 ℃)说明降温有利于生成物浓度增大，正向应是放热反应。
(2)根据表中给出的数据可知，开始时c(NO2)＝0,3 min时消耗的NO的物质的量为0.020－0.007＝0.013 mol，此时生成NO2 0.013 mol，c(NO2)＝0.006 5 mol/L，据此可知b线为NO2的变化曲线。
(3)a未指明正、逆反应方向，由于该容器为恒容密闭容器，因此混合气体的密度始终保持不变，a、d均不能说明反应已经达到平衡。
(4)该反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，催化剂对平衡移动无影响，降低生成物NO2的浓度或增大反应物O2的浓度，均可使平衡正向移动。
答案：(1) 放热
(2)b (3)bc (4)ac
[课时跟踪训练]
(时间45分钟 满分60分)
一、选择题(本题包括7小题，每小题3分，共21分)
1．下列可逆反应中，正反应是吸热反应的是( )
A．2NO(g)＋O2(g)??2NO2(g)：降温，颜色加深
B．NO2＋SO2??NO＋SO3：降温，SO3的体积分数增加
C．CS2＋2H2O??CO2＋2H2S：升温，CO2的平衡浓度增大
D．PCl3＋Cl2??PCl5：降温，PCl3的转化率增大
解析：正反应是吸热反应，升温，K增大，平衡向正反应方向移动，降温，平衡向逆反应方向移动。降温时A、B、D均向正反应方向移动，正反应为放热反应。
答案：C
2．对于X＋Y(s)??Z的平衡体系，若增大压强，Y的平衡转化率增大，则X和Z可能的状态是( )
A．X为气态，Z为固态 B．X为固态，Z为气态
C．X为气态，Z为气态 D．X为固态，Z为固态
解析：增大压强，Y的平衡转化率增大，说明平衡向右移动，正反应方向是气体体积减小的方向，因此X为气态，Z为非气体。
答案：A
3．[双选题]对于反应：Fe2O3(s)＋CO(g)??Fe(s)＋CO2(g) ΔH＜0，下列措施能提高CO的转化率的是( )
A．减少Fe的量 B．移出部分CO2
C．减少容器的容积 D．降低反应温度
解析：该反应的平衡常数表达式为K＝，提高CO的转化率即使平衡向右移动，当Q＜K时，平衡右移，温度不变，K不变，减少Fe的量，减小容器的容积Q也不变，平衡不移动，移出部分CO2，Q减小，平衡右移；该反应的正反应为放热反应，降低温度，K增大，Q不变，平衡右移，也可利用勒·夏特列原理进行判断。
答案：BD
4．将H2(g)和Br2(g)充入恒容闭闭容器，恒温下发生反应H2(g)＋Br2(g)??2HBr(g) ΔH＜0，平衡时Br2(g)的转化率为a；若初始条件相同，绝热下进行上述反应，平衡时Br2(g)的转化率为b。a与b的关系是( )
A．a＞b B．a＝b
C．a＜b D．无法确定
解析：正反应为放热反应，前者恒温，后者相对前者温度升高。使平衡向左移动，从而使Br2的转化率降低，所以b＜a。
答案：A
5．[双选题]三氟化氯在航天工业中常用作火箭发动机的液体助燃物，也可从辐射性燃料中回收铀元素。在某温度下，反应ClF(g)＋F2(g)??ClF3(g) ΔH＝268 kJ·mol－1，在密闭容器中达到平衡，下列说法中正确的是( )
A．温度不变，缩小体积，ClF的转化率增大
B．温度不变，增大体积，ClF3的产率提高
C．升高温度，增大体积，都有利于平衡向正反应的方向移动
D．降低温度，体积不变，F2的转化率降低
解析：温度不变，缩小体积，即增大压强，平衡正向移动，ClF的转化率增大，A正确，增大体积，即减小压强，平衡逆向移动，ClF3的产率降低，B不正确；正反应是气体体积减小、吸热的反应，升高温度、压缩体积有利于平衡向正反应的方向移动，C不正确；体积不变，降低温度，平衡向左移动，F2的转化率降低，D正确。
答案：AD
6．如图是温度和压强对X＋Y??2Z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．上述反应的逆反应的ΔH>0
解析：依图可知，其他条件不变，当升高温度时，Z的体积分数增大，说明正反应为吸热反应，A、D选项错；其他条件不变，当增大压强时，Z的体积分数减小，平衡逆向移动，B错。
答案：C
7．下列对化学平衡移动的分析中，不正确的是( )
①已达平衡的反应C(s)＋H2O(g)??CO(g)＋H2(g)，当增加反应物物质的量时，平衡一定向正反应方向移动
②已达平衡的反应N2(g)＋3H2(g)??2NH3(g)，当增大N2的浓度时，平衡向正反应方向移动，N2的转化率一定升高
③有气体参加的反应达到平衡时，若缩小反应器容积，平衡一定向气体体积增大的方向移动
④有气体参加的反应达平衡时，在恒压反应容器中充入稀有气体，平衡一定不移动
A．①④ B．①②③
C．②③④ D．①②③④
解析：①中反应物C是固体，增加其物质的量，化学平衡不移动；②中增大N2的浓度，平衡向正反应方向移动，N2的转化率降低；③缩小反应器容积，即增大压强，平衡向气体体积减小的方向移动；④在恒压反应容器中充入稀有气体，若反应前后气体体积发生变化，则浓度商变化，平衡会发生移动。
答案：D
二、非选择题(本题包括4小题，共39分)
8．(8分)在密闭容器中进行下列反应：CO2(g)＋C(s)2CO(g)ΔH>0。达到平衡后，改变下列条件，则指定物质的浓度及平衡如何变化：
(1)增加C，平衡________，[CO]________；
(2)减小密闭容器体积，保持温度不变，则平衡________，[CO2]________；
(3)通入N2，保持密闭容器体积和温度不变，则平衡________，[CO2]________；
(4)保持密闭容器体积不变，升高温度，则平衡________，[CO]________。
解析：(1)C为固体，增加C，其浓度并不变，平衡不发生移动；(2)减小容器体积，相当于增大压强，向气体体积减小的方向移动；(3)通入的N2不参加反应，并且密闭容器体积和温度不变时，各物质的浓度并不变，平衡不发生移动；(4)其他条件相同，升高温度，平衡向吸热方向移动。
答案：(1)不移动 不变 (2)向逆反应方向移动 增大 (3)不移动 不变 (4)向正反应方向移动 增大
9．(10分)在某一容积为2 L的密闭容器内，加入0.8 mol的H2和0.6 mol的I2，在一定的条件下发生如下反应：
H2(g)＋I2(g)??2HI(g) ΔH＝－Q kJ·mol－1
反应中各物质的浓度随时间变化情况如图1：
(1)该反应的化学平衡常数表达式为________。
(2)反应达到平衡后，第8分钟时：
①若升高温度，化学平衡常数K________(填“增大”、“减小”或“不变”)；HI浓度的变化正确的是________。(用图2中a～c的编号回答)
②若加入I2，H2浓度的变化正确的是________。(用图2中d～f的编号回答)
(3)反应达到平衡后，第8分钟时，若把容器的容积扩大一倍，请在图3中画出8分钟后HI浓度的变化情况。
解析：(1)化学反应的平衡常数等于各生成物平衡浓度的系数次幂之积与各反应物平衡浓度的系数次幂之积的比值：K＝；
(2)因为正反应是放热反应，升高温度平衡向逆反应方向移动，化学平衡常数K减小，HI浓度也减小；若加入I2，Q(3)因为该反应前后系数相等，所以当反应达到平衡后将该容器容积扩大一倍，各物质的浓度变为原来的一半，Q仍等于K，仍为平衡状态。
答案：(1)K＝
(2)①减小 c ②f
(3)如图
10．(10分)一定条件下，在体积为3 L的密闭容器中，一氧化碳与氢气反应生成甲醇(催化剂为Cu2O/ZnO)：CO(g)＋2H2(g)??CH3OH(g)
根据题意完成下列各题：
(1)反应达到平衡时，平衡常数表达式K＝______，升高温度，K值______(填“增大”“减小”或“不变”)。
(2)在其他条件不变的情况下，对处于E点的体系体积压缩到原来的，下列有关该体系的说法正确的是________。
a．氢气的浓度减少
b．反应物浓度减小，生成物浓度增大
c．甲醇的物质的量增加
d．重新平衡时n(H2)/n(CH3OH)增大
(3)作为催化剂的Cu2O也可以被CO还原，为维持Cu2O的量不变，常向反应体系中通入少量CO2，试用文字和化学方程式加以解释___________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)K＝，升高温度，甲醇的物质的量减小，平衡左移，说明正向是放热反应，K值减小。
(2)压缩体积，增大压强，反应物、生成物浓度均会增大，由于压强增大，平衡正向移动，反应物浓度会比2倍少一些。
(3)Cu2O＋CO??2Cu＋CO2，Cu2O会减少，通入少量CO2，会抑制Cu2O与CO的反应。
答案 ：(1) 减小
(2)c
(3)Cu2O＋CO??2Cu＋CO2 通入少量CO2可抑制Cu2O与CO反应，防止Cu2O因反应而减少
11．(11分)现有反应：CO(g)＋H2O(g)??CO2(g)＋H2(g) ΔH<0，在850 ℃时，平衡常数K＝1。
(1)若升高温度到950 ℃并达到平衡时，K________1(填“>”、“<”或“＝”)。
(2)850 ℃时，若向一容积可变的密闭容器中同时充入1.0 mol CO、3.0 mol H2O(g)、1.0 mol CO2和x mol H2，则：
①当x＝5.0时，上述平衡向________(填“正反应”或“逆反应”)方向进行。
②若要使上述反应开始时向正反应方向进行，则x应满足的条件是________________________________________________________________________。
(3)在850℃时，若设x＝5.0 mol和x＝6.0 mol，其他物质的投料不变，当上述反应达到平衡后，测得H2的体积分数分别为a%、b%，则a________b(填“>”、“<”或“＝”)。
解析：(1)当从850℃升高到950℃时，平衡逆向移动，K<1。
(2)850 ℃时K＝1，即平衡时[CO2]·[H2]＝[CO]·[H2O]，当x＝5.0时，Q＝>1，平衡向逆反应方向进行，若要使反应开始时向正反应方向进行，c(CO)·c(H2O)>c(CO2)·c(H2)，即0≤x<3。
(3)x＝6.0 mol条件下达到的平衡相当于在x＝5.0 mol条件下达到的平衡的基础上再加入1.0 mol H2，H2的体积分数增大。
答案：(1)< (2)①逆反应 ②0≤x<3 (3)<第3节化学反应的速率
第1课时 化学反应速率
(1)反应速率用单位时间内反应物浓度的减少量或生成物浓度的增加量表示；反应速率(v)＝(mol·L－1·s－1或mol·L－1·min－1)
(2)固体和纯液体浓度为常数，一般不用固体或纯液体表示反应速率。
(3)各物质的反应速率之比等于化学方程式中系数之比：
如aA(g)＋bB(g)??cC(g)＋dD(g)中，
v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝a∶b∶c∶d。
[自学教材·填要点]
(1)表示：
①用单位时间内某物质浓度(或质量、物质的量等)的改变量(取绝对值)来表示该物质的化学反应速率。
②计算公式：v＝，常用单位为mol·L－1·s－1、mol·L－1·min－1或mol·L－1·h－1。
(2)特点：
①同一反应选用不同物质浓度的改变量表示速率，数值可能不同，但表示的意义相同。
②各物质表示的速率之比等于该反应方程式中的各物质的系数之比。
(3)对任意一个化学反应aA＋bB===dD＋eE，化学反应速率为v＝·＝＝＝·。
[师生互动·解疑难]
(1)一个确定的化学反应涉及反应物、生成物多种物质，因而定量表示一个化学反应的反应速率时，必须指明是用哪一种物质来表示。
(2)化学反应速率通常指的是某物质在某一段时间内的平均速率，而不是在某一时刻的瞬时速率，但在速率－时间图象中经常会出现瞬时速率。
(3)对于有固体或纯液体参与的反应，由于在一定条件下，固体或纯液体的浓度可视为常数，其在化学反应中浓度不改变，因此在表示化学反应速率时，不能用固体或纯液体的浓度来表示。
1．反应4NH3(g)＋5O2(g)??4NO(g)＋6H2O(g)在10 L密闭容器中进行，半分钟后，水蒸气的物质的量增加了0.45 mol，则此反应的平均速率v(H2O)＝____________。
某同学计算过程如下：
v(H2O)＝＝0.015 mol·L－1·s－1
判断该同学计算结果是否正确？若不正确请改正。
解析：v(H2O)＝＝＝0．001 5 mol·L－1·s－1，即反应速率指单位时间内物质浓度的变化，并不是物质的量的变化。
答案：不正确 0.001 5 mol·L－1·s－1
1.利用化学方程式计算
(1)写出有关反应的化学方程式。
(2)找出各物质的起始量、转化量、某时刻量。
(3)根据已知条件列方程计算。
如反应 mA(g) ＋ nB(g) ?? pC(g)
起始浓度(mol·L－1) a b c
转化浓度(mol·L－1) x
某时刻浓度(mol·L－1) a－x b－ c＋
计算中注意以下关系：
①对反应物：c(起始)－c(转化)＝c(某时刻)，
②对生成物：c(起始)＋c(转化)＝c(某时刻)，
③转化率＝×100%。
(4)根据公式v(A)＝进行计算，
其中Δc＝c(转化)＝c(起始)－c(某时刻)。
2．根据化学反应速率之比等于系数之比计算
如对于反应mA(g)＋nB(g)??pC(g)，有关系
v(A)∶v(B)∶v(C)＝m∶n∶p，
或v(A)＝v(B)＝v(C)。
2．一定条件下，向2 L密闭容器中加入2 mol N2和10 mol H2，发生反应N2＋3H2??2NH3,2 min末时测得剩余N2为1 mol，此时表示化学反应速率不正确的是( )
A．v(N2)＝0.25 mol·L－1·min－1
B．v(H2)＝0.75 mol·L－1·min－1
C．v(NH3)＝1 mol·L－1·min－1
D．v(NH3)＝0.5 mol·L－1·min－1
解析：v(N2)＝＝0.25 mol·L－1·min－1，据各物质的反应速率之比等于系数之比得v(H2)＝3 v(N2)＝0.75 mol·L－1·min－1。
v(NH3)＝2 v(N2)＝0.5 mol·L－1·min－1。
答案：C
[例1] 在2 L的密闭容器中，加入1 mol的N2和3 mol的H2，发生N2＋3H2??2NH3，在2 s末时，测得容器中含有0.4 mol 的NH3，该反应的化学反应速率为____________。
[解析] N2 ＋ 3H2 2NH3
起始浓度 (mol·L－1) 0.5 1.5 0
转化浓度 (mol·L－1) 0.1 0.3 0.2
2 s末浓度 (mol·L－1) 0.4 1.2 0.2
则v(N2)＝＝0.05 mol·L－1·s－1
v(H2)＝＝0.15 mol·L－1·s－1
v(NH3)＝＝0.1 mol·L－1·s－1
[答案] v(N2)＝0.05 mol·L－1·s－1
v(H2)＝0.15 mol·L－1·s－1
v(NH3)＝0.1 mol·L－1·s－1
v＝中，Δc表示浓度的变化(反应物浓度的减少或生成物浓度的增加)，并不表示某时刻物质的浓度或物质的量。计算过程中要代入单位进行运算，并注意单位之间的换算。
1．(2010·海南高考)对于化学反应3W(g)＋2X(g)===4Y(g)＋3Z(g)，下列反应速率关系中，正确的是( )
A．v(W)＝3v(Z) B．2v(X)＝3v(Z)
C．2v(X)＝v(Y) D．3v(W)＝2v(X)
解析：用反应中不同物质的浓度表示反应速率时，其反应速率之比等于化学方程式中的系数之比，则有v(W)∶v(X)∶v(Y)∶v(Y)∶v(Z)＝3∶2∶4∶3。
答案：C
[例2] 对于反应A2＋3B2===2C来说，以下化学反应速率的表示中，反应速率最快的是( )
A．v(B2)＝0.8 mol·L－1·s－1
B．v(A2)＝0.4 mol·L－1·s－1
C．v(C)＝0.6 mol·L－1·s－1
D．v(B2)＝0.42 mol·L－1·s－1
[解析] 若以物质A2为标准，将其他物质表示的反应速率换算为用A2物质表示的反应速率，则有：A项，v(A2)＝＝＝0.267 mol·L－1·s－1；C项，v(A2)＝＝＝0.3 mol·L－1·s－1；D项，v(A2)＝＝＝0.14 mol·L－1·s－1。所以B项中反应速率最快。
[答案] B
比较化学反应速率大小的常用方法
(1)统一标准法：
当比较同一反应的速率相对大小时，换算成同一物质表示，单位统一，再比较数值大小，即要两个“统一”，同一物质，单位相同。
(2)比值比较法：
比较化学反应速率与其相应的系数的比值的大小，在单位相同时，数值大者反应速率大，如对于反应mA(g)＋nB(g)??pC(g)，有v(A)、v(B)、v(C)，三者中，数值大者表示的反应速率大。
2．将氮气、氢气的混合气体分别充入甲、乙、丙三个容器中进行合成氨反应，经过一段时间后，反应速率为：甲：v(H2)＝3 mol·L－1·min－1；乙：v(N2)＝2 mol·L－1·min－1；丙：v(NH3)＝1 mol·L－1·min－1，则这段时间内三个容器中合成氨的反应速率大小是( )
A．甲>乙>丙 B．甲＝乙＝丙
C．乙>甲>丙 D．甲>丙>乙
解析：由合成氨反应的方程式：N2＋3H22NH3可得：甲中v(H2)＝3 mol·L－1·min－1；乙中v(N2)＝2 mol·L－1·min－1，则v(H2)＝3v(N2)＝3×2 mol·L－1·min－1＝6 mol·L－1·min－1；丙中v(NH3)＝1 mol·L－1·min－1，则v(H2)＝v(NH3)＝×1 mol·L－1·min－1＝1.5 mol·L－1·min－1。则用H2表示的化学反应速率大小关系为乙>甲>丙。
答案：C
[例3] 根据右图填空：
(1)反应物是________；生成物是________。
(2)在2 min内用A、B、C表示的化学反应速率分别为________、________、________。
(3)该反应的化学方程式是____________________。
[解析] 已知在反应过程中反应物的量减少，生成物的量增多，故A、B为反应物，C为生成物，由速率的定义不难得出：
v(A)＝[(8－2)÷2] mol·L－1·min－1
＝3 mol·L－1·min－1，
v(B)＝[(8－4)÷2] mol·L－1·min－1
＝2 mol·L－1·min－1，
v(C)＝(6÷2) mol·L－1·min－1
＝3 mol·L－1·min－1，
故三者的化学计量数之比为3∶2∶3，又因最终各物质浓度不变且均不为零，故为可逆反应，其方程式为3A＋2B??3C。
[答案] (1)A、B C
(2)3 mol·L－1·min－1 2 mol·L－1·min－1
3 mol·L－1·min－1
(3)3A＋2B??3C
由图像确定化学方程式需要解决的问题
(1)确定反应物和反应产物(根据曲线的变化趋势)。
(2)确定反应物和反应产物的系数(根据同一时间内浓度的变化量)。
(3)反应是否为可逆反应(反应最后浓度是否不随时间的变化而变化)。
3.某温度时，在2 L容器中，X、Y、Z三种物质的物质的量随时间变化的曲线如右图所示。由图中数据分析：该反应的化学方程式为__________________________。反应开始至2 min时，用Z表示的反应速率为__________。
解析：由题图可知，X、Y的物质的量随反应的进行而减少，Z的物质的量随反应的进行而增大，则X和Y为反应物，Z为生成物。
Δn(X)＝1.0 mol－0.7 mol＝0.3 mol，
Δn(Y)＝1.0 mol－0.9 mol＝0.1 mol，
Δn(Z)＝0.2 mol－0 mol＝0.2 mol，
Δn(X)∶Δn(Y)∶Δn(Z)＝3∶1∶2，
故反应方程式为3X＋Y??2Z。
v(Z)＝＝0.05 mol·L－1·min－1。
答案：3X＋Y??2Z 0.05 mol·L－1·min－1
[随堂基础巩固]
1．下列关于化学反应速率的说法，不正确的是( )
A．化学反应速率是衡量化学反应进行快慢程度的物理量
B．单位时间内某物质的浓度变化越大，则该物质反应就越快
C．化学反应速率可以用单位时间内生成某物质的质量的多少来表示
D．化学反应速率常用单位有“mol·L－1·s－1”和“mol·L－1·min－1”
解析：化学反应速率是用单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示的，即用单位时间内浓度的改变量来表示。
答案：C
2．反应4NH3(g)＋5O2(g)===4NO(g)＋6H2O(g)在容积为2 L的密闭容器中进行，1 min后，NH3减少了0.12 mol，则平均每秒浓度的变化表示正确的是( )
A．NO：0.0015 mol·L－1 B．H2O：0.002 mol·L－1
C．NH3：0.002 mol·L－1 D．O2：0.00 125 mol·L－1
解析：v(NH3)＝＝0.001 mol·L－1·s－1，由v(NH3)＝v(O2)＝v(NO)＝v(H2O)，得v(O2)＝0.001 25 mol·L－1·s－1，v(NO)＝v(NH3)＝0.001 mol·L－1·s－1，v(H2O)＝0.001 5 mol·L－1·s－1。
答案：D
3．某温度下，浓度都是1 mol·L－1的两种气体X2和Y2在密闭容器中反应生成气体Z，经过t min后，测得物质的浓度分别为c(X2)＝0.4 mol·L－1，c(Y2)＝0.8 mol·L－1，c(Z2)＝0.4 mol·L－1，则该反应的化学方程式可表示为( )
A．X2＋2Y2===2XY2 B．2X2＋Y2===2X2Y
C．3X2＋Y2===2X3Y D．X2＋3Y2===2XY3
解析：Δc(X2)＝0.6 mol·L－1，Δc(Y2)＝0.2 mol·L－1，Δc(Z)＝0.4 mol·L－1；所以Δc(X2)∶Δc(Y2)∶Δc(Z)＝3∶1∶2，故反应方程式为3X2＋Y2===2Z，据质量守恒定律知Z为X3Y。
答案：C
4．(2011·泉州高二检测)反应4A(s)＋3B(g)===2C(g)＋D(g)，2 min后B的浓度减小0.6 mol/L。对此反应速率的不正确表示是( )
A．用A表示的反应速率是0.4 mol/(L·min)
B．用B、C、D分别表示反应的速率，其比值是3∶2∶1
C．在2 min内的反应速率，用B表示是0.3 mol/(L·min)
D．在2 min内的反应速率，用D表示是0.1 mol/(L·min)
解析：由反应式知，A为固体，浓度为定值，不能用固体表示反应速率，A错；由反应速率之比等于化学计量数之比得v(B)∶v(C)∶v(D)＝3∶2∶1，B正确；
由2 min后Δc(B)＝0.6 mol/L知，
v(B)＝＝0.3 mol/(L·min)，
v(D)＝0.3 mol/(L·min)×＝0.1 mol/(L·min)，
故C、D正确。
答案：A
5．在25℃时，向100 mL含HCl 14.6 g的盐酸里放入5.6 g纯铁粉(不考虑反应前后溶液体积的变化)，反应开始至2 min末，收集到1.12 L(标准状况)氢气。在此之后，又经过4 min铁粉完全溶解。则：
(1)在前2 min内用FeCl2表示的平均反应速率是____________________。
(2)在后4 min内用HCl表示的平均反应速率是____________________。
(3)前2 min与后4 min相比，反应速率较快的是____________________。
解析：由题目信息“又经4 min铁粉完全溶解”知，盐酸是过量的，n(Fe)＝＝0.1 mol，n(H2)＝＝0.05 mol。由反应方程式Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑知，前2 min内消耗的铁、HCl及生成的FeCl2的物质的量分别为0.05 mol、0.1 mol、0.05 mol，故(1)v(FeCl2)＝＝0.25 mol·L－1·min－1。(2)后4 min消耗的盐酸由铁的量来求，
消耗的n(Fe)＝0.1 mol－0.05 mol＝0.05 mol，
故消耗的n(HCl)＝2n(Fe)＝0.1 mol，
v(HCl)＝＝0.25 mol·L－1·min－1。
(3)因在同一个反应里，v(HCl)＝2v(FeCl2)，可见前2 min较快。
答案：(1)0.25 mol·L－1·min－1
(2)0.25 mol·L－1·min－1
(3)前2min
[课时跟踪训练]
(时间45分钟 满分60分)
一、选择题(本题包括7小题，每小题3分，共21分)
1．反应2SO2＋O2??2SO3经一段时间后，SO3的浓度增加了0.4 mol·L－1，在这段时间内用O2表示的该反应的反应速率为0.04 mol·L－1·s－1，则这段时间为( )
A．0.1 s B．2.5 s
C．5 s D．10 s
解析：由关系式O2～2SO3可知：Δc(O2)∶Δc(SO3)＝1∶2，故Δc(O2)＝＝0.2 mol·L－1，再由Δt＝得Δt＝＝5 s。
答案：C
2．(2011·开封高二检测)对反应A＋3B??2C来说，下列反应速率中最快的是( )
A．v(A)＝0.3 mol/(L·min)
B．v(B)＝0.6 mol/(L·min)
C．v(C)＝0.5 mol/(L·min)
D．v(A)＝0.01 mol/(L·s)
解析：本题主要考查化学反应速率的应用。以“A”为基准物质，“min”为时间单位表示反应速率，则有：
A：v(A)＝0.3 mol/(L·min)；
B：v(A)＝v(B)＝×0.6 mol/(L·min)
＝0.2 mol/(L·min)；
C：v(A)＝v(C)＝×0.5 mol/(L·min)
＝0.25 mol/(L·min)；
D：v(A)＝0.01 mol/(L·s)×60 s/min
＝0.6 mol/(L·min)。
答案：D
3．[双选题]将5.6 g铁粉投入足量的100 mL 2 mol·L－1稀硫酸中，2 min时铁刚好完全溶解，下列有关这个反应的速率表示正确的是( )
A．铁的反应速率＝0.5 mol·(L·min)－1
B．硫酸的反应速率＝0.5 mol·(L·min)－1
C．硫酸亚铁的反应速率＝0.5 mol·(L·min)－1
D．氢气的反应速率＝0.5 mol·(L·min)－1
解析：一般不用固体或纯液体或敞开体系中气体的变化表示反应速率。
答案：BC
4．把0.6 mol X气体和0.4 mol Y气体混合于2 L的密闭容器中，使它们发生如下反应3X(g)＋Y(g)??nZ(g)＋2W(g)，5 min末已生成0.2 mol W，若测知以Z表示的平均反应速率为0.01 mol·(L·min)－1，则n是( )
A．1 B．2
C．3 D．4
解析：v(W)＝＝＝0.02 mol·(L·min)－1，
由＝，则n＝＝＝1。
答案：A
5．将气体A2、B2各1 mol充入1 L的密闭容器中反应，生成气体C，一段时间后，测得c(A2)为0.58 mol·L－1，c(B2)为0.16 mol·L－1，c(C)为0.84 mol·L－1，则C的化学式为( )
A．AB B．A2B
C．AB2 D．A2B2
解析：该时间段内，A2、B2两种物质按照化学方程式中的化学计量数之比进行反应。由题意可得A2、B2、C物质的量浓度的变化值，求出A2、B2、C三种物质的系数比为1∶2∶2，结合质量守恒可知C的化学式为AB2。
答案：C
6．[双选题](2011·蚌埠模拟)反应N2＋3H2??2NH3刚开始时，N2的浓度为3 mol/L，H2的浓度为5 mol/L，3 min后测得NH3浓度为0.6 mol/L，则此时间内，下列反应速率表示正确的是( )
A．v(H2)＝0.3 mol/(L·min)
B．v(N2)＝1.0 mol/(L·min)
C．v(NH3)＝0.2 mol/(L·min)
D．v(H2)＝1.67 mol/(L·min)
解析：v(NH3)＝＝0.2 mol/(L·min)，
则v(N2)＝v(NH3)＝0.1 mol/(L·min)，
v(H2)＝v(NH3)＝0.3 mol/(L·min)。
答案：AC
7．aX(g)＋bY(g)??cZ(g)＋dW(g)在一定体积的密闭容器中反应5 min达到平衡时，X减少n mol·L－1，Y减少 mol·L－1，Z增加 mol·L－1。若将体系压强增大，W的百分含量不发生变化。则化学方程式中各物质的系数之比a∶b∶c∶d应为( )
A．3∶1∶2∶1 B．1∶3∶2∶2
C．1∶3∶1∶2 D．3∶1∶2∶2
解析：增大体系压强时，W的百分含量不发生变化，说明a＋b＝c＋d。由Δc(X)∶Δc(Y)∶Δc(Z)＝n∶∶＝3∶1∶2可知a∶b∶c∶d＝3∶1∶2∶2。
答案：D
二、非选择题(本题包括4小题，共39分)
8．(9分)一定温度下，某2 L的密闭容器中，X、Y、Z三种气体的物质的量随时间变化的曲线如图所示，请回答下列问题：
(1)该反应的反应物是__________。
(2)0～10 s时，平均反应速率v(Z)＝__________。
(3)0～10 s时，平均反应速率v(X)__________(填“>”“<”或“＝”)v(Y)。
(4)该反应的化学方程式为________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)由图像信息可知，反应过程中X、Y的物质的量不断减少，故X、Y为反应物。
(2)v(Z)＝＝＝0.079 mol·L－1·s－1。
(3)0～10 s时，Δc(X)＝Δc(Y)，故v(X)＝v(Y)。
(4)由图中信息可知Δn(X)∶Δn(Y)∶Δn(Z)＝1∶1∶2，即三者在化学方程式中的系数之比为1∶1∶2，反应物、生成物共存，故为可逆反应。
答案：(1)X、Y (2)0.079 mol·L－1·s－1 (3)＝
(4)X＋Y??2Z
9．(10分)在反应aA(g)＋bB(g)??cC(g)＋dD(g)中：
(1)若开始反应时只充入了A和B，则v(正)________，而v(逆)________。
(2)若开始反应时只充入了C和D，则在达到平衡前的前t秒内都有v(正)________v(逆)；
(3)若达平衡时c(A)增大了 mol·L－1，那么在此过程中c(B)______(填“增大”或“减少”)了______mol·L－1；c(C)______(填“增大”或“减少”)了________ mol·L－1；若时间为t秒，用v(D)表示该反应的速率为__________mol·L－1·s－1且v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝________。
解析：(1)开始反应时只充入了A和B，说明反应从反应物开始的，则刚开始时，v(正)最大，v(逆)为零，反应过程中v(正)逐渐减小，v(逆)逐渐增大。
(2)开始反应时只充入了C和D，说明反应从生成物开始的，则刚开始时，v(正)为零，v(逆)最大，在达到平衡前的过程中，始终存在v(正)(3)若c(A)增加了 mol·L－1，表示反应从逆反应开始，因此，c(B)不断增加，c(C)不断减少。由＝，则Δc(B)＝· mol·L－1＝ mol·L－1，
＝，则Δc(C)＝· mol·L－1＝ mol·L－1，
同理，Δc(D)＝· mol·L－1＝ mol·L－1，
则v(D)＝＝· mol·L－1·s－1＝
mol·L－1·s－1。
根据用各物质的变化表示的反应速率的数值之比等于化学方程式中各物质的系数之比，则有：v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝a∶b∶c∶d。
答案：(1)最大 为零 (2)<
(3)增加 减少 a∶b∶c∶d
10．(10分)(2011·海口模拟)将等物质的量的A、B混合放于2 L的密闭容器中，发生反应3A(g)＋B(g)??xC(g)＋2D(g)。经5 min后达到平衡，平衡时测得D的浓度为0.5 mol·L－1，c(A)∶c(B)＝3∶5，
v(C)＝0.1 mol·L－1·min－1。
则：(1)x＝________。
(2)前5 min内B的反应速率v(B)＝________。
(3)平衡时A的转化率为________。
解析：(1)v(D)＝＝
0．1 mol·L－1·min－1＝v(C)，由此推知x＝2。
(2)v(B)＝＝＝
0．05 mol·L－1·min－1
(3) 3A(g)＋B(g)??2C(g)＋2D(g)
起始浓度/mol·L－1 a a 0 0
转化浓度/mol·L－1 0.75 0.25 0.5 0.5
平衡浓度/mol·L－1 a－0.75 a－0.25 0.5 0.5
(a－0.75)∶(a－0.25)＝3∶5
解得：a＝1.5
所以，A的转化率为αA＝×100%＝50%。
答案：(1)2 (2)0.05 mol·L－1·min－1 (3)50%
11．(10分)在100℃时，将0.200 mol的四氧化二氮气体充入2 L抽空的密闭容器中，每隔一定的时间对该容器内的物质进行分析，得到如下表格：
浓度/(mol·L－1)时间/s c(N2O4) c(NO2)
0 0.100 0.000
20 c1 0.060
40 0.050 c2
60 c3 0.120
80 a 0.120
100 b 0.120
试填空：
(1)该反应的化学方程式为________________，达到平衡时，四氧化二氮的转化率为________%，表中c2________c3、a________b(填“>”、“<”或“＝”)。
(2)20 s时四氧化二氮的浓度c1＝________ mol·L－1，在0 s～20 s时间段内，四氧化二氮的平均反应速率为________mol·L－1·s－1。
(3)若在相同情况下最初向该容器充入的是二氧化氮气体，要达到上述同样的平衡状态，二氧化氮的起始浓度是________ mol·L－1。
解析：(1)达平衡时，c(NO2)不发生变化，即为
0．120 mol·L－1，则Δc(N2O4)＝Δc(NO2)＝0.06 mol·L－1，α(N2O4)＝×100%＝60%；据表知c2＝0.100 mol·L－1，c3＝0.040 mol·L－1。
(2)由质量守恒定律可知化学方程式为N2O4??2NO2；20 s时，Δc(NO2)＝0.060 mol·L－1 Δc(N2O4)＝Δc(NO2)＝0.030 mol·L－1，则c1＝0.100 mol·L－1－0.030 mol·L－1＝0.070 mol·L－1；
0～20 s时间段内v(N2O4)＝＝＝0.015 mol·L－1·s－1。
(3)将0.200 mol N2O4完全转化为NO2时为
0．400 mol，据可逆反应的等效性，即向容器中投入0.400 mol NO2等效于投入0.200 mol N2O4。
答案：(1)N2O4(g)??2NO2(g) 60 > ＝
(2)0.070 0.001 5 (3)0.200第1节化学反应的方向
(1)自发过程在一定温度和压强下不需借助光、电等外部力量就能自动发生。
(2)熵是描述体系混乱度的物理量，用S表示，单位是J·mol－1·K－1，熵变是指反应产物总熵和反应物总熵之差，用ΔS表示。
(3)化学反应方向的判据为ΔH－TΔS。
①ΔH－TΔS＜0 自发进行
②ΔH－TΔS＝0 平衡状态
③ΔH－TΔS＞0 不能自发
(1)能自发进行的化学反应多数是放热反应，ΔH＜0。
(2)有些吸热反应在室温下能自发进行，还有一些吸热反应在较高温度下能自发进行。
(3)结论：反应焓变是与反应能否自发进行有关的一个因素，但不是唯一因素。
(4)对自发过程的理解：
①一定条件下，一个反应可以自发地进行到某种显著程度就称为自发反应。
②自发过程不借助光、电等外部力量。
③如果一个过程正向是自发的，则其逆向通常不自发。
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个重要因素
D．焓变是决定反应是否具有自发性的唯一判据
解析：“多数”自发进行的反应是放热反应。
答案：C
1.熵
(1)概念：描述体系混乱度的物理量。符号为S。
(2)特点：混乱度越大，体系越无序，体系的熵值就越大。
(3)不同情况下熵值比较：①同一物质S(高温)>S(低温)，S(g)>S(l)>S(s)。
②S(混合物)>S(纯净物)。
③相同条件下，不同物质的熵值不同。
2．反应熵变
(1)概念：反应产物总熵和反应物总熵之差。
(2)计算式：ΔS＝S(反应产物)－S(反应物)。
(3)正负判断依据：
①气体体积增大的反应，熵变通常都是正值，是熵增加的反应。
②气体体积减小的反应，熵变通常都是负值，是熵减小的反应。
3．熵变与反应方向
(1)熵增加有利于反应的自发进行。
(2)某些熵减小的反应在一定条件下也能自发进行。
(3)熵变是与反应能否自发进行有关的一个因素，但不是唯一因素。
4．重要提示
(1)混合物混合均匀时形成体系的熵最大。
(2)产生气体的反应，气体的物质的量增大的反应都是熵增加的反应。
(3)熵、熵变的单位通常为J·mol－1·K－1。
2．下列关于熵变的叙述中，正确的是( )
A．熵变为正值的反应一定能自发进行
B．熵变为负值的反应一定能自发进行
C．自发进行的反应的熵变可能是正的，也可能是负的
D．熵变的正负不影响反应的自发性
解析：熵变是与反应能否自发进行有关的一个因素，熵增加(ΔS＞0)有利于反应自发，但不是唯一因素，有些熵减小(ΔS＜0)反应在一定条件下也能自发进行。
答案：C
[自学教材·填要点]
1．反应方向的判据
在温度、压强一定时，反应的方向应用ΔH－TΔS作为判据。
ΔH－TΔS<0 反应能自发进行，
ΔH－TΔS＝0 反应达到平衡状态，
ΔH－TΔS>0 反应不能自发进行。
2．文字描述
在温度、压强一定的条件下，自发反应总是向ΔH－TΔS<0的方向进行，直至达到平衡状态。
3．局限性
(1)该判据只能用于恒温恒压条件下的反应，不能用于其他条件下的反应。
(2)该判据仅仅可以用于判断恒温恒压下反应发生的可能性，不能说明反应在该条件下能否实际发生。
[师生互动·解疑难]
(1)放热和熵增加都对ΔH－TΔS＜0有所贡献，因此放热的熵增加反应一定能自发进行，吸热的熵减小反应一定不能自发进行。
(2)当反应的焓变和熵变的影响相反时，如果二者相差悬殊，某一因素可能占主导地位，若二者相差不大时，温度有可能对反应的方向起决定性作用。
3．下列说法不正确的是( )
A．放热有利于反应的自发进行
B．熵增加有利于反应的自发进行
C．ΔH<0，ΔS<0时反应在低温下能自发进行
D．ΔH>0，ΔS<0时反应在高温下能自发进行
解析：利用判据进行分析；当ΔH＜0或ΔS＞0时，对ΔH－TΔS＜0有贡献，有利于反应自发进行；ΔH＜0，ΔS＜0在低温时能使ΔH－TΔS＜0，反应自发进行；ΔH＞0，ΔS＜0时ΔH－TΔS＞0，在任何条件下不能自发进行。
答案：D
[例] 已知某反应2C(g)??A(g)＋2B(g) ΔH＜0，下列说法正确的是( )
A．仅常温下反应可以自发进行
B．仅高温下反应可以自发进行
C．任何温度下反应均可以自发进行
D．任何温度下反应均难以自发进行
[解析] 由方程式可知该反应是气体物质的量增加的反应，即该反应为熵增加的反应，其ΔS＞0。又知该反应的ΔH＜0，故ΔH－TΔS＜0，所以该反应在任何温度下均能自发进行。
[答案] C
(1)在利用ΔH－TΔS作为判据判断反应方向时，给出ΔH的单位通常为kJ·mol－1，ΔS的单位通常为J·mol－1·K－1，进行判断时要将二者的单位统一，即将ΔS的单位换算为kJ·mol－1·K－1或将ΔH的单位换算为J·mol－1，然后再进行判断。
(2)温度与反应方向的关系：
闪电时空气中的N2和O2会发生反应：N2(g)＋O2(g)??2NO(g) ΔH＝＋180.50 kJ·mol－1 ΔS＝247.7 J·mol－1·K－1，若不考虑温度对该反应焓变的影响，则下列说法中正确的是( )
A．在1 000 ℃时，此反应能自发进行
B．在1 000 ℃时，此反应不能自发进行
C．该反应能自发进行的最低温度约为729 ℃
D．该反应能自发进行的最高温度约为729 K
解析：题中反应ΔH>0，ΔS>0，对反应的影响相反，在1 000 ℃时，ΔH－T·ΔS＝180.50 kJ·mol－1－1 273 K×247.7×10－3kJ·mol－1·K－1＝－134.82 kJ·mol－1<0，反应能自发进行；若反应自发进行，则ΔH－TΔS<0，所以T>＝729 K。
答案：A
[随堂基础巩固]
1．碳酸铵[(NH4)2CO3]在室温下就能自发地分解产生氨气，对其说法正确的是( )
A．碳酸铵分解是因为生成了易挥发的气体，使体系的熵增大
B．碳酸铵分解是因为外界给予了能量
C．碳酸铵分解是吸热反应，根据焓判据不能自发分解
D．碳酸盐都不稳定，都能自发分解
解析：碳酸铵自发分解，是因为反应生成气体，使体系熵增大。
答案：A
2．下列反应一定能够自发进行的是( )
A．熵增加的反应 B．放热反应
C．吸热反应 D．放热的熵增加反应
解析：放热的熵增加反应的ΔH－TΔS一定小于零。
答案：D
3．某反应2AB(g)??C(g)＋3D(g)在高温时能自发进行，其逆反应在低温时能自发进行，则该反应的ΔH、ΔS应为( )
A．ΔH<0、ΔS>0 B．ΔH<0、ΔS<0
C．ΔH>0、ΔS>0 D．ΔH>0、ΔS<0
解析：在高温时能自发进行，即ΔH－TΔS<0，说明ΔH>0，ΔS>0。
答案：C
4．反应CH3OH(l)＋NH3(g)===CH3NH2(g)＋H2O(g)，在某温度下自发向右进行，若反应的|ΔH|＝17 kJ·mol－1，|ΔH－TΔS|＝17 kJ·mol－1，则下列说法正确的是( )
A．ΔH>0，ΔH－TΔS<0
B．ΔH<0，ΔH－TΔS>0
C．ΔH>0，ΔH－TΔS>0
D．ΔH<0，ΔH－TΔS<0
解析：该反应是熵增反应，ΔS>0，因反应是在某温度下自发向右进行，所以ΔH－T·ΔS<0，即ΔH－TΔS＝－17 kJ·mol－1，因此ΔH应为17 kJ·mol－1，大于零。
答案：A
5．有A、B、C、D四个反应：
反应ΔH/kJ·mol－1 A＋10.5 B＋1.80 C－126 D－11.7
ΔS/J·mol－1·K－1 30.0 －113.0 84.0 －105.0
则在任何温度下都能自发进行的反应是________。任何温度下都不能自发进行的反应是________。另外两个反应中，在温度高于________℃时可自发进行的反应是________，在温度低于________℃时可自发进行的反应是________。
解析：据ΔH－TΔS判断。C反应是放热熵增加的反应，ΔH－TΔS恒小于零，在任何温度下都能自发进行，B反应是吸热熵减少的反应，ΔH－TΔS恒大于零，在任何温度下都不能自发进行。
A反应：当ΔH－T·ΔS<0时自发进行，即10.5 kJ·mol－1－T·30.0×10－3 kJ·mol－1·K－1<0则T> K＝350 K，所以A反应在温度高于77 ℃自发进行。
D反应：当ΔH－TΔS<0时自发进行，
即－11.7 kJ·mol－1－T·(－105×10－3 kJ·mol－1·K－1)<0则T< K＝111.4 K，所以D反应在温度低于－161.6 ℃时自发进行。
答案：C B 77 A －161.6 D
[课时跟踪训练]
(时间45分钟 满分60分)
一、选择题(本题包括7小题，每小题3分，共21分)
1．下列过程中ΔS<0的是( )
A．H2O(l)===H2O(g)
B．C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)
C．N2(g)＋3H2(g)===2NH3(g)
D．2H2O(g)===2H2(g)＋O2(g)
解析：ΔS<0的过程是熵减少的过程，A、B、D三反应均为气体的物质的量增加的反应，都是熵增加的反应。C中气体的物质的量减少，属于熵减少的反应。
答案：C
2．下列说法正确的是( )
A．熵变和焓变共同决定反应方向
B．如果一个反应ΔH>0，ΔS>0反应就不可能自发进行
C．如果一个反应ΔH>0，ΔS<0反应就不可能自发进行
D．任何体系都可用ΔH－TΔS来判断反应能否自发进行
解析：熵变和焓变是影响反应自发性的两个因素，在温度、压强一定的条件下，焓因素和熵因素共同影响一个化学反应的方向，当ΔH>0，ΔS>0时，温度对反应方向起决定性作用，温度适宜也可能使反应自发进行，利用ΔH－TΔS是否小于零来判断反应的自发性。
答案：C
3．已知反应Te(s)＋H2(g)===H2Te(g)的ΔH为正值，ΔS为负值，设ΔH与ΔS不随温度而变，下列说法中正确的是( )
A．低温下是自发反应
B．高温下是自发反应
C．低温下是非自发反应，高温下是自发反应
D．任何温度下都是非自发变化
解析：由知ΔH－TΔS＞0，且随温度的升高而增大。
答案：D
4．下列反应一定不能自发进行的是( )
A．2KClO3(s)===2KCl(s)＋3O2(g)
ΔH＝－78.03 kJ·mol－1
ΔS＝494.4 J·mol－1·K－1
B．CO(g)===C(s，石墨)＋O2(g)
ΔH＝110.5 kJ·mol－1
ΔS＝－89.36 J·mol－1·K－1
C．4Fe(OH)2(s)＋2H2O(l)＋O2(g)===4Fe(OH)3(s)
ΔH＝－444.3 kJ·mol－1
ΔS＝－280.1 J·mol－1·K－1
D．NH4HCO3(s)＋CH3COOH(aq)===CO2(g)＋CH3COONH4(aq)＋H2O(l)
ΔH＝37.301 kJ·mol－1
ΔS＝184.0 J·mol－1·K－1
解析：将题中各反应的ΔH、ΔS代入ΔH－TΔS，可知A在任意温度可自发进行，C、D在一定温度能自发进行；而B中ΔH－TΔS在任意温度时都大于零，所以B反应一定不能自发进行。
答案：B
5．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．现把白锡制造的器皿放在0 ℃ 100 kPa的室内存放，它会不会变成灰锡而不能继续使用(已知在0 ℃ 100 kPa条件下白锡转化为灰锡反应的焓变和熵变分别为ΔH＝－2 180.9 J·mol－1；ΔS＝－6.61 J·mol－1·K－1)( )
A．会变 B．不会变
C．不能确定 D．升高温度才会变
解析：在等温、等压条件下，自发反应总是向着ΔH－TΔS<0的方向进行，直至达到平衡态。该条件下白锡转化为灰锡反应的。ΔH－TΔS＝－2 180.9 J·mol－1－273 K×(－6.61 J·mol－1·K－1)＝－376.37 J·mol－1<0，因此在该条件下白锡会变为灰锡。
答案：A
6．(2011·滨州模拟)下列说法正确的是( )
A．在常温下，放热反应一般能自发进行，吸热反应都不能自发进行
B．NH4HCO3(s)===CO2(g)＋NH3(g)＋H2O(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
C．因为焓变和熵变都与反应的自发性有关，因此焓变和熵变均可以单独作为反应自发性的判据
D．熵增加的反应都能自发进行
解析：常温下有些吸热反应也能自发进行，A错；反应的自发性需依据ΔH－TΔS进行判断，C错；熵增加的反应不一定都能自发进行，D错。
答案：B
7．[双选题]对于化学反应方向的确定，下列说法正确的是( )
A．在温度、压强一定的条件下，焓变和熵变共同决定一个化学反应的方向
B．温度、压强一定时，放热的熵增加反应一定能自发进行
C．焓变是决定反应能否自发进行的唯一因素
D．固体的溶解过程与焓变有关
解析：ΔH－TΔS＜0，一定温度、压强下反应能自发进行，所以焓变和熵变都是一定温度、压强下化学反应能否自发进行的影响因素，所以A正确，C不正确。放热反应的焓变小于零，熵增加反应的熵变大于零，都对ΔH－TΔS＜0做出贡献。显然，放热的熵增加反应一定能自发进行，所以B正确。固体的溶解过程中体系的混乱度增大，它是熵增加的过程，所以D不正确。
答案：AB
二、非选择题(本题包括4小题，共39分)
8．(10分)某化学兴趣小组专门研究了氧族元素及其某些化合物的部分性质。所查资料信息如下：
①酸性：H2SO4>H2SeO4>H2TeO4
②氧、硫、硒与氢气化合越来越难，碲与氢气不能直接化合
③由元素的单质生成等物质的量的氢化物的焓变情况如图
请回答下列问题：
(1)H2与硫化合的反应________热量(填“放出”或“吸收”)；
(2)已知H2Te分解反应的ΔS>0，请解释为什么Te和H2不能直接化合：__________________________；
(3)上述资料信息中能够说明硫元素非金属性强于硒元素的是________(填序号)。
解析：H2与硫化合的反应ΔH<0，放出热量；H2Te分解反应的ΔS>0，Te与H2反应的ΔS<0，又ΔH>0，所以Te与H2化合的ΔH－TΔS>0，不能自发进行。
答案：(1)放出
(2)因为化合时ΔH>0，ΔS<0，ΔH－TΔS>0，故反应不能自发进行
(3)①②③
9．(9分)(2012·青岛质检)在冶金工业中，以C作为还原剂，如温度高于980 K时，氧化产物以CO为主，低于980 K时以CO2为主。
(1)已知2CO(g)??CO2(g)＋C(s), T＝980 K时ΔH－TΔS＝0。当体系温度低于980 K时，估计ΔH－TΔS________0(选填“大于”、“小于”或“等于”)；当体系温度高于980 K时，该反应________自发进行(填“能”或“不能”)
(2)电子工业中清洗硅片上的SiO2(s)的反应为：
SiO2(s)＋4HF(g)===SiF4(g)＋2H2O(g)
ΔH(298.15 K)＝－94.0 kJ·mol－1
ΔS(298.15 K)＝－75.8 J·mol－1·K－1，设ΔH和ΔS不随温度变化而变化，则此反应自发进行的温度是________。
解析：(1)C(s)＋CO2(g)??2CO(g)的反应为吸热反应，ΔH＞0，则2CO(g)??CO2(g)＋C(s)为放热反应，温度低于980 K时以CO2为主，说明反应自发向右进行，则当T＜980 K时ΔH－TΔS＜0；T＞980 K时ΔH－TΔS＞0，该反应不能自发进行。
(2)由题给信息，要使反应能自发进行，须有ΔH－TΔS＜0，即－94.0 kJ·mol－1－T×(－75.8 J·mol－1·K－1×10－3kJ·J－1)＜0，
则T＜＝1.24×103 K。
答案：小于 不能 (2)小于1 240 K
10．(10分)合成氨反应是一个可逆反应：
N2(g)＋3H2(g)??2NH3(g)
ΔH＝－92.2 kJ·mol－1
ΔS＝－198.2 J·mol－1·K－1。
(1)请你根据正反应的焓变和熵变分析298 K下合成氨反应能否自发进行(写出计算式)__________________________。
(2)小明查阅资料发现工业上合成氨时采用的温度是700 K，可是他按照上述数据计算的结果却是反应无法自发向正反应方向进行，你认为这是为什么？
解析：(1)利用ΔH－TΔS进行判断：
ΔH－TΔS＝－92.2 kJ·mol－1－298 K×(－198.2)×10－3 kJ·mol－1·K－1＝－33.136 4 kJ·mol－1<0。
(2)化学反应中的ΔH、ΔS均会随着温度的变化而变化，这种变化有时可以忽略不计，但有时也会对反应自发性的判断有着较为重要的影响。小明计算时选用的数据是298 K时的ΔH、ΔS，用这时的数据套用700 K的温度，肯定会出现误差，甚至是错误。
答案：(1)ΔH－TΔS＝－92.2 kJ·mol－1－298 K×(－198.2)×10－3 kJ·mol－1·K－1＝
－33.136 4 kJ·mol－1<0，反应在298 K时可以自发进行。
(2)化学反应中的ΔH、ΔS均会随着温度的变化而变化，计算时不能随便套用数据。
11．(10分)已知下列数据：CaSO4(s)===CaO(s)＋SO3(g)
ΔH＝401.88 kJ·mol－1
ΔS＝403.4 J·mol－1·K－1，通过计算说明在常温下(25℃)能否用CaO固体吸收高炉废气中的SO3气体以防止SO3污染环境。
解析：ΔH－TΔS＜0的反应能自发进行，－401.8 8kJ·mol－－[298 K×(－0.403 4 kJ·mol－1·K－1)]＝
－281.67 kJ·mol－1＜0。
答案：当一个反应逆向发生时，其ΔH、ΔS数值不变，但符号相反，即CaO(s)＋SO3(g)===CaSO4(s) ΔH＝－401.88 kJ·mol－1 ΔS＝－403.4 J·mol－1·K－1，通过计算可知，在常温下ΔH－TΔS＜0，故反应在常温下能自发进行。第2课时 影响化学反应速率的因素
(1)决定反应速率快慢的主要因素是反应物本身的性质。
(2)升温，加快反应速率；降温，减慢反应速率。
(3)增大反应物浓度，加快反应速率；反之，减慢反应速率。
(4)对于有气体参与的反应，增大压强(缩小体积)加快反应速率。
(5)使用催化剂，能加快反应速率。
[自学教材·填要点]
(1)对于反应H2O2＋2HI===2H2O＋I2，其反应速率v＝kc(H2O2)·c(HI)，k称为反应速率常数，k越大，反应进行的越快，k与浓度无关，但受温度、催化剂、固体表面性质等因素的影响。
(2)基本规律：在其他条件不变时，增大反应物的浓度可以提高化学反应速率，减小反应物的浓度可以降低化学反应速率。
(3)压强对化学反应速率的影响：
压强对反应速率的影响是通过改变气体浓度实现的。
[师生互动·解疑难]
(1)对于固体或纯液体物质，一般情况下其浓度可视为常数，因此改变固体或纯液体的用量对化学反应速率无影响，但固体物质的表面积的大小会影响化学反应速率，一般地，固体的颗粒越细，表面积就越大，反应速率就越快，改变溶液的用量时，由于浓度不变，因此对化学反应速率无影响。
(2)一个反应的化学反应速率与参与反应的物质的浓度的关系式是实验测定的结果，不能随意根据反应的化学方程式直接写出。
(3)不同物质浓度的改变对化学反应速率的影响程度可能相同，也可能不同。
(4)对于有气体参加的化学反应，温度一定时：
1．对于反应N2(g)＋O2(g)??2NO(g)，在密闭容器中进行，下列条件中能使该反应的平衡速率加快的是( )
A．缩小体积使压强增大
B．压强不变充入He使体积增大
C．体积不变充入He使压强增大
D．压强不变充入NO使体积增大
解析：A项增大了物质浓度，反应速率加快；B项反应体系中物质浓度减小，反应速率减小；C、D项反应体系中物质浓度不变，反应速率不变。
答案：A
[自学教材·填要点]
1．规律
2．化学反应速率与温度的定量关系
(1)经验规律：
对于在溶液中发生的反应，温度每升高10 K，反应速率增加到2～4倍，此近似规律只对一些反应的化学反应速率做粗略估计。
(2)经验公式：
K＝Ae－。
Ea为活化能，单位：kJ·mol－1。
当Ea>0时，升高温度，反应速率常数K增大，化学反应速率增大。
(3)活化能是普通反应物分子形成活化分子所吸收的能量，活化能越高，反应越难发生。
(4)反应不同活化能不同，因此温度对不同反应速率的影响程度不同。
[师生互动·解疑难]
(1)温度对化学反应速率的影响是通过影响反应速率常数实现的。
(2)对于大多数反应，温度升高化学反应速率加快，但加快的程度不同。
(3)升温可以提高分子的能量，使活化分子增加，有效碰撞增多。
2．设C(s)＋CO2(g)??2CO(g) ΔH>0，反应速率为v1，N2＋3H2??2NH3 ΔH<0，反应速率为v2，对上述反应，当升高温度时，v1和v2的变化情况为( )
A．同时增大 B．同时减小
C．v1增大，v2减小 D．v1减小，v2增大
解析：对于大多数反应，升高温度，化学反应速率加快。
答案：A
1.催化剂
(1)概念：能加快化学反应速率而在反应前后本身的质量和化学性质不变的物质。
(2)反应历程：包括有催化剂参与的反应和有催化剂再生成的反应。
2．催化原理
通过参与反应，改变反应历程，降低反应的活化能来提高化学反应速率。
3．特点
催化剂对化学反应速率的影响是通过改变化学反应速率常数来实现的，且与其他因素相比，影响程度较大。
(1)选择性：只对某一反应或某类反应起催化作用。不同的反应有不同的催化剂，且催化剂具有一定的活化温度，催化剂不同，活化温度不同。
(2)高效性：可以大幅度降低反应的活化能，从而有效地提高化学反应速率。
4．催化剂对化学平衡的影响
对于可逆反应，加入催化剂可同等程度地加快正、逆反应速率，不会引起平衡移动，也不会改变平衡常数和反应物的转化率。
3．下列说法中不正确的是( )
A．催化剂能改变化学反应速率
B．催化剂降低化学反应的活化能
C．催化剂在反应前后质量和化学性质不变化
D．只要加入催化剂，反应速率就加快，任何温度下都可以
解析：催化剂有一定的活化温度。
答案：D
[例1] 500 mL 1 mol/L的稀HCl与锌粒反应，不会使反应速率加快的是( )
A．升高温度
B．将500 mL 1 mol/L的HCl改为1000 mL 1 mol/L的HCl
C．用1 mol/L的H2SO4代替1 mol/L的HCl
D．用锌粉代替锌粒
[解析] 升温、增大反应物浓度均可使反应速率加快；锌粉比锌粒的表面积大，也可加快反应速率，而将等浓度的HCl由500 mL变为1000 mL，只是改变了反应物的用量，并不改变其浓度，所以反应速率不变。
[答案] B
能增大反应速率的措施
(1)增大浓度。
(2)增大压强(对有气体参与的反应)。
(3)升高温度。
(4)使用催化剂。
(5)增大固体物质的表面积，如将Zn粒改为粉末状。
本题中若将1 mol/L的HCl
改为2 mol/L的HNO3，能否
使产生H2的速率加快？
[例2] [双选题]下列表格中的各种情况，可以用下面对应选项中的图像曲线表示的是( )
选项 反应 纵坐标 甲 乙
A 外形、大小相近的金属和水反应 反应速率 K Na
B 4 mL 0.01 mol/L的KMnO4溶液，分别和不同浓度的H2C2O4(草酸)溶液各2 mL反应 0.1 mol/L的H2C2O4溶液 0.2 mol/L的H2C2O4溶液
C 5 mL 0.1 mol/L Na2S2O3溶液和5 mL 0.1 mol/L H2SO4溶液反应 热水 冷水
D 5 mL 4%的过氧化氢溶液分解放出O2 无MnO2粉末 加MnO2粉末
[解析] 反应速率与物质的本性有关，由于K比Na活泼，故K的反应速率快，且Na、K与水反应放热，反应速率逐渐加快，图像A正确；由于起始乙中H2C2O4浓度大，故反应速率比甲中快，图像B错误；甲中热水的温度高、反应速率快，随着反应的进行反应物的浓度逐渐减小，故甲、乙中反应速率逐渐减小，图像C正确；MnO2在H2O2的分解中起催化作用，故乙中反应速率大于甲，图像D错误。
[答案] AC
对于时间——速率图像要注意的3点
(1)看清起点、终点，分清反应物和反应产物。
(2)抓住变化趋势，分清正、逆反应，吸、放热反应，要特别注意分析渐变和突变的原因。
(3)增大反应物浓度的瞬间，v正突变，v逆渐变。升高温度，使用催化剂，v正、v逆均突变。
1．试分析下列可逆反应2A(g)＋B(g)??2C(g)的反应速率随压强变化的曲线图，正确的是( )
解析：增大压强，正、逆反应的反应速率均增大，选项A、B、D错误。
答案：C
[例3] (2011·广州调研)某实验小组以H2O2分解为例，研究浓度、催化剂、溶液酸碱性对反应速率的影响。在常温下按照如下方案完成实验。
实验编号 反应物 催化剂
① 10 mL 2% H2O2溶液 无
② 10 mL 5% H2O2溶液 无
③ 10 mL 5% H2O2溶液 1 mL 0.1 mol/L FeCl3溶液
④ 10 mL 5% H2O2溶液＋少量HCl溶液 1 mL 0.1 mol/L FeCl3溶液
⑤ 10 mL 5% H2O2溶液＋少量NaOH溶液 1 mL 0.1 mol/L FeCl3溶液
(1)催化剂能加快化学反应速率的原因是______________________________________。
(2)实验①和②的目的是____________________________________________________。
实验时由于没有观察到明显现象而无法得出结论；资料显示，通常条件下H2O2较稳定，不易分解，为了达到实验目的，你对原实验方案的改进是________________________。
(3)实验③、④、⑤中，测得生成氧气的体积随时间变化的关系如下图：
分析上图能够得出什么实验结论？
[解析] (1)加入催化剂能使化学反应速率加快，其原因是加入催化剂降低了反应的活化能，使更多的普通分子变为活化分子，增大了活化分子的碰撞几率，使活化分子的有效碰撞增多，从而加快反应速率。
(2)实验①和②的区别是①中H2O2的浓度小，②中H2O2的浓度大，所以实验①和②的目的是探究浓度对反应速率的影响。为了能够通过实验①和②探究浓度对反应速率的影响，对原实验方案进行改进，可向反应物中加入等量同种催化剂或将盛有反应物的试管放入同一热水浴中观察实验现象。
(3)由图像知实验⑤反应速率最快，实验④反应速率最慢，说明碱性环境能增大H2O2分解的速率，酸性环境能减小H2O2分解的速率。
[答案] (1)降低了反应的活化能
(2)探究浓度对反应速率的影响 向反应物中加入等量同种催化剂(或将盛有反应物的试管放入同一热水浴中)
(3)碱性环境能增大H2O2分解的速率，酸性环境能减小H2O2分解的速率。
通过对比实验数据、分析实验现象，总结实验规律。影响化学反应速率的因素有很多，用实验的方法研究外界因素对化学反应速率的影响时，必须要控制实验的条件，一次只能改变一个影响因素，否则就无法得出正确的结论。
2．(2011·东北师大附中期中)下表是稀硫酸与某金属反应的实验数据：
实验序号 金属质量/g 金属状态 c(H2SO4) /mol·L－1 V(H2SO4) /mL 溶液温度/℃ 金属消失的时间/s
反应前 反应后
1 0.10 丝 0.5 50 20 34 500
2 0.10 粉末 0.5 50 20 35 50
3 0.10 丝 0.7 50 20 36 250
4 0.10 丝 0.8 50 20 35 200
5 0.10 粉末 0.8 50 20 36 25
6 0.10 丝 1.0 50 20 35 125
7 0.10 丝 1.0 50 35 50 50
8 0.10 丝 1.1 50 20 34 100
9 0.10 丝 1.1 50 30 44 40
分析上述数据，回答下列问题：
(1)实验4和5表明：________________对反应速率有影响，________________反应速率越快，能表明同一规律的实验还有__________________(填实验序号)。
(2)仅表明反应物浓度对反应速率产生影响的实验有____________________(填实验序号)。
(3)本实验中影响反应速率的其他因素还有_____________________________________，
其实验序号是______。
(4)实验中的所有反应，反应前后溶液的温度变化值(约15℃)相近，推测其原因：____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________。
解析：(1)4、5不同之处是金属的表面积，粉末状的金属消失的快，说明其反应速率快，其中1、2也可以说明这一点。
(2)仅表明反应的浓度对反应速率产生影响的实验，其他条件应完全相同，则为1、3、4、6、8及2、5。
(3)从表中可以看出，溶液反应前的温度不同，其他条件都相同的是6、7或8、9。
(4)在所有反应中，该金属的质量和硫酸溶液体积均相等，且H2SO4过量，则产生热量相等，故溶液温度变化值相近。
答案：(1)固体反应物的表面积 表面积越大 1和2
(2)3和4(其他合理答案也正确)
(3)开始反应温度 6和7(或8和9)
(4)一定量的该金属与足量的硫酸反应放出的热量相同
[随堂基础巩固]
1．下列说法正确的是( )
A．决定反应速率的因素只有催化剂
B．食物放在冰箱中会减慢食物变质的速率
C．锌与稀硫酸反应时，加入少量水能加快产生氢气的速率
D．2 mol SO2与1 mol O2混合一定能生成2 mol SO3
解析：决定反应速率的主要因素是反应物本身的性质，影响反应速率的因素有浓度、温度、压强、催化剂等，A错误。降低温度，反应速率减小，B正确。加水稀释，H＋浓度减小，反应速率减小，C错误。SO2和O2生成SO3是可逆反应，不可能进行到底，D错误。
答案：B
2．下列各组溶液，同时开始反应，出现浑浊最早的是( )
A．20℃时5 mL 0.05 mol/L Na2S2O3溶液与5 mL 0.1 mol/L硫酸混合
B．20℃时5 mL 0.1 mol/L Na2S2O3溶液与5 mL0.1 mol/L硫酸混合
C．10℃时5 mL 0.05 mol/L Na2S2O3溶液与5 mL 0.1 mol/L硫酸混合
D．10℃时5mL 0.1 mol/L Na2S2O3溶液与5 mL 0.1 mol/L硫酸混合
解析：温度越高，反应速率越快；浓度越大，反应速率越快。故选B。
答案：B
3．增大压强对下列反应的速率无影响的是( )
A．CO2(g)＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋H2O
B．H2(g)＋I2(g)===2HI(g)
C．NaCl＋AgNO3??AgCl↓＋NaNO3
D．N2(g)＋3H2(g)??2NH3(g)
解析：对于反应前后没有气体参与或生成的反应，如选项C中的反应，则压强对化学反应速率无影响。
答案：C
4．判断正误(正确的打“√”错误的打“×”)。
(1)活化分子间的碰撞一定能发生化学反应。 ( )
(2)一般说来，活化分子比普通分子具有更高的能量。 ( )
(3)催化剂能改变化学反应速率，但不能改变反应的活化能。 ( )
(4)催化剂能改变化学反应的焓变。 ( )
答案：(1)× (2)√ (3)× (4)×
5．把下列化学反应与影响因素连线：
(1)点燃镁条时，H2和Cl2的混合气体发生爆炸 A．催化剂
(2)黄铁矿燃烧时粉碎成矿粒 B．反应物本身的性质
(3)H2O2溶液中加入MnO2很快产生气体 C．温度
(4)相同条件下，锌粒与镁条与盐酸反应产生气体快慢不同 D．固体表面积
(5)夏天的食物比冬天更易霉变 E．光照
答案：(1)—E，(2)—D，(3)—A，(4)—B，(5)—C
[课时跟踪训练]
(时间45分钟 满分60分)
一、选择题(本题包括7小题，每小题3分，共21分)
1．[双选题]盐酸与碳酸钠固体反应时，能使反应的最初速率明显加快的是( )
A．增加碳酸钠固体的量 B．盐酸的量增加一倍
C．盐酸的用量减半浓度加倍 D．温度升高40℃
解析：盐酸与Na2CO3固体反应的实质为
CO＋2H＋===CO2↑＋H2O或CO＋H＋===HCO。增大c(CO)、c(H＋)、升温均能加快反应速率。
答案：CD
2．对于在一密闭容器中进行的反应：C(s)＋O2(g)??CO2(g)，下列说法中错误的是( )
A．将木炭粉碎成粉末状可以加快化学反应速率
B．升高温度可以加快化学反应速率
C．增加压强可以加快化学反应速率
D．增加木炭的量不能加快化学反应速率
解析：A.粉碎木炭可增加表面积，可增加反应速率；B.升高温度，反应速率增加；C.如果增大压强不是通过缩小体积来实现，而是恒容条件下充入稀有气体，速率不变；D.固体物质在参加反应时，其浓度可看作为一定值，故加入木炭对反应速率无影响。
答案：C
3．下表中的反应是在温度相同时发生的，则产生浑浊现象最快的是(已知：Na2S2O3＋H2SO4===Na2SO4＋S＋SO2＋H2O)( )
选项 反应物
硫代硫酸钠溶液 硫酸溶液
A 0.2 mol·L－1,20 mL 0.2 mol·L－1,20 mL
B 0.5 mol·L－1,20 mL 0.5 mol·L－1,20 mL
C 1.0 mol·L－1,20 mL 1.0 mol·L－1,20 mL
D 1.0 mol·L－1,20 mL 1.2 mol·L－1,20 mL
解析：反应物浓度越大，反应速率越快，产生浑浊现象的时间越短。
答案：D
4．(2011·潍坊统考)下列有关化学反应速率的说法中，正确的是( )
A．100 mL 2 mol·L－1的盐酸与锌反应时，加入适量的氯化钠溶液，生成氢气的速率不变
B．用铁片和稀硫酸反应制取氢气时，改用铁片和浓硫酸可以加快产生氢气的速率
C．二氧化硫的催化氧化是一个放热反应，所以升高温度，反应速率减慢
D．汽车尾气中的CO和NO可以缓慢反应生成N2和CO2，减小压强，反应速率减慢
解析：选项A中，加入氯化钠溶液，相当于对盐酸稀释，浓度降低，反应速率减慢；选项B中，改用铁片与浓硫酸反应时，如常温则发生钝化，如加热，则反应生成二氧化硫气体，得不到氢气；选项C中，升温，化学反应速率加快；D项对有气体参与的反应，减小压强，反应速率减慢。
答案：D
5．可逆反应2X(g)＋Y(s)??2Z(g)在t1时刻达到平衡状态。当增大平衡体系压强(减小容器体积)时，下列有关正、逆反应速率(v)随时间变化的图像正确的是( )
解析：此可逆反应是等体积反应，达到平衡状态后，增大平衡体系的压强，正、逆反应速率仍相等，但由于压强增大，所以反应速率都增大。
答案：C
6．对已达化学平衡的下列反应2X(g)＋Y(g)??2Z(g)，减小压强时，对反应产生的影响是( )
A．逆反应速率增大，正反应速率减小，平衡向逆反应方向移动
B．逆反应速率减小，正反应速率增大，平衡向正反应方向移动
C．正、逆反应速率都减小，平衡向逆反应方向移动
D．正、逆反应速率都增大，平衡向正反应方向移动
解析：减小压强时，反应物浓度和生成物浓度均减小，故v(正)、v(逆)均减小；由于该反应正方向为气体体积减小的反应，故减小压强时，平衡向体积增大的方向移动，即逆向移动。
答案：C
7．在容积不变的密闭容器中存在如下反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH＜0，某研究小组研究了其他条件不变时，改变某一条件对上述反应的影响，下列分析正确的是( )
A．图Ⅰ表示的是t1时刻增大O2的浓度对反应速率的影响
B．图Ⅱ表示的是t1时刻加入催化剂后对反应速率的影响
C．图Ⅲ表示的是催化剂对平衡的影响，且甲的催化效率比乙高
D．图Ⅲ表示的是压强对化学平衡的影响，且乙的压强较高
解析：若增大氧气的浓度，正反应速率应突然变大，逆反应速率逐渐变大，A选项不正确；加入催化剂正逆反应速率同等倍数的增大，但平衡不移动，B正确；观察图Ⅲ，达到平衡时α(SO2)不相等，故甲、乙两条曲线不可能是由催化剂引起的，C选项不正确；增大压强反应速率加快，达到平衡的时间缩短，SO2的转化率增大，D选项不正确。
答案：B
二、非选择题(本题包括4小题，共39分)
8．(9分)(1)判断下列各组反应速率是否相同？
①0.1 mol·L－1的盐酸和0.1 mol·L－1的醋酸分别与大小相同的锌粒反应：__________。
②0.1 mol·L－1的盐酸和0.1 mol·L－1的HNO3分别与大小相同的大理石反应：__________。
③Mg和Fe分别与0.1 mol·L－1的盐酸反应：__________。
④大理石块和大理石粉分别与0.1mol·L－1的盐酸反应：__________。
(2)反应3Fe(s)＋4H2O(g)Fe3O4(s)＋4H2(g)在一可变容积的密闭容器中进行，下列条件的改变对其反应速率几乎无影响的是( )
①增加原料Fe的量
②将容器的体积缩小一半
③保持体积不变，充入N2使体系压强增大
④保持压强不变，充入N2使容器体积增大
A．①② B．②③
C．③④ D．①③
答案：(1)①不同 ②相同 ③不同 ④不同
(2)D
9．(8分)“碘钟”实验中，3I－＋S2O===I＋2SO的反应速率可以用I与加入淀粉溶液显蓝色的时间t来度量，t越小，反应速率越大。某探究性学习小组在20℃进行实验，得到的数据如下表：
实验编号 ① ② ③ ④ ⑤
c(I－)/(mol·L－1) 0.040 0.080 0.080 0.160 0.120
c(S2O)/(mol·L－1) 0.040 0.040 0.080 0.020 0.040
t/s 88.0 44.0 22.0 44.0 t1
回答下列问题：
(1)该实验的目的是_________________________________________________________。
(2)显色时间t1＝__________。
(3)温度对反应速率的影响符合一般规律，若在40℃条件下进行编号③对应浓度的实验，显色时间t2的范围为( )
A．<22.0 s B．22.0 s～44.0 s
C．>44.0 s D．数据不足，无法判断
解析：(1)据题中提供数据知，该实验的目的是探究c(I－)、c(S2O)浓度的大小对反应速率(反应时间t)的影响。
(2)比较①、②知：c(S2O)不变，c(I－)增大1倍，反应时间为原来的一半，则比较①⑤知：c(S2O)不变，c(I－)增大到原来的3倍，则时间为原来的1/3，即t1＝88 s/3＝29.3 s。
(3)温度升高反应速率加快，则t2<22.0 s。
答案：(1)探究反应物I－与S2O的浓度对反应速率的影响
(2)29.3 s (3)A
10．(11分)(2010·全国高考，有改动)某同学在用稀硫酸与锌反应制取氢气的实验中，发现加入少量硫酸铜溶液可加快氢气的生成速率。请回答下列问题：
(1)上述实验中发生反应的化学方程式有________________________________________
__________________________________________________________________________；
(2)硫酸铜溶液可以加快氢气生成速率的原因是__________________________________
__________________________________________________________________________；
(3)实验室中现有Na2SO4、MgSO4、Ag2SO4、K2SO4等4种溶液，可与上述实验中CuSO4溶液起相似作用的是________；
(4)要加快上述实验中气体产生的速率，还可采取的措施有_____________________(答两种)。
答案：(1)Zn＋CuSO4===ZnSO4＋Cu，
Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑
(2)CuSO4与Zn反应产生的Cu与Zn形成Cu Zn微电池，加快了氢气产生的速率
(3)Ag2SO4
(4)升高反应温度、适当增加硫酸的浓度、增加锌粒的比表面积等(任写两种即可)
11．(11分)某化学反应2A??B＋D在四种不同条件下进行。B、D起始浓度为0，反应物A的浓度(mol·L－1)随反应时间(min)的变化情况如下表：
实验序号 0 10 20 30 40 50 60
1 800℃ 1.0 0.80 0.67 0.57 0.50 0.50 0.50
2 800℃ c2 0.60 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50
3 800℃ c3 0.92 0.75 0.63 0.60 0.60 0.60
4 820℃ 1.0 0.40 0.25 0.20 0.20 0.20 0.20
根据上述数据，完成下列填空：
(1)实验1，反应在10至20分钟内的平均速率为____________ mol·L－1·min－1。
(2)实验2，A的初始浓度c2＝________ mol·L－1，反应经20分钟就可达到平衡，可推测实验2中还隐含的条件是__________________________________________________。
(3)设实验3的反应速率为v3，实验1的反应速率为v1，则v3________v1(填“>”“<”或“＝”)且c3________1.0 mol·L－1(填“>”“<”或“＝”)。
(4)比较实验4和实验1，可推测该反应是________反应(填“吸热”或“放热”)，理由是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：从数据中隐含的信息探究影响v的条件是命题方向之一，在本题中：
(1)实验1，反应在10至20分钟内的平均反应速率为＝
0．013 mol·L－1·min－1。
(2)由实验1、2知：反应达平衡时，1、2中A的平衡浓度相同，因此初始浓度也相同，即2中A的初始浓度也为1 mol·L－1；由表中数据可看出：温度相同时2中反应达到平衡所需要的时间大大缩短了，因此隐含的条件为使用催化剂。
(3)比较实验1、3的平衡浓度，可知3的平衡浓度大于1的平衡浓度，由温度相同，可知3的初始浓度大于1的初始浓度，从而确定3的反应速率大于1的反应速率。
(4)比较实验1、4的平衡浓度，可知1的平衡浓度大于4的平衡浓度，且初始浓度相同，说明升高温度，平衡正移(正反应吸热)。
答案：(1)0.013 (2)1.0 使用催化剂 (3)> >
(4)吸热 温度升高，平衡向右移动第2节化学反应的限度
第1课时 化学平衡常数 平衡转化率
(1)化学平衡常数的数值与温度和化学方程式的书写方式有关。
(2)化学平衡常数K的数值越大，说明反应进行的越完全。
(3)浓度商(Q)：
①Q＝K时，反应达到平衡状态。
②Q＜K时，反应向正反应方向进行。
③Q＞K时，反应向逆反应方向进行。
(4)根据化学平衡常数可以计算反应混合物中各物质的平衡浓度及反应物的平衡转化率。
[自学教材·填要点]
1．定义
在一定温度下，当一个可逆反应达到化学平衡状态时，生成物平衡浓度的系数次幂之积与反应物平衡浓度的系数次幂之积的比值是一个常数，这个常数就是该反应的化学平衡常数(简称常数)，用符号K表示。
2．表达式
对于某一个可逆反应，mA(g)＋nB(g)??pC(g)＋qD(g)，在一定温度下其平衡常数表达式为K＝。
3.应用
(1)判断反应进行的限度：
K <10－5 10－5～105 >105
反应程度 很难进行 反应可逆 进行完全
(2)判断反应状态：
Q＝K时反应达到平衡状态；
QQ>K时反应向逆反应方向进行。
[师生互动·解疑难]
(1)平衡常数表达式与化学方程式的书写方式有关，对于同一化学反应，由于书写方式不同，各反应物、生成物的系数不同，平衡常数的表达式就不同，平衡常数的单位与化学方程式的表示形式一一对应。
(2)对于纯固体或纯液体参加的反应，它们不列入平衡常数的表达式中，因为纯固体或纯液体浓度不发生变化。
(3)对于给定的化学反应，正、逆反应的平衡常数互为倒数。
(4)对于某一可逆反应，平衡常数只受温度影响，与反应物或生成物的起始浓度变化无关，升温，吸热反应的平衡常数增大，放热反应的平衡常数减小。
1．反应C(s)＋H2O(g)??CO(g)＋H2(g)的平衡常数表达式为( )
A．K＝ B．K＝
C．K＝ D．K＝
解析：平衡常数是生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值，固体和纯液体不出现在平衡常数表达式中。
答案：C
[自学教材·填要点]
1．表达式
对于化学反应aA＋bB??cC＋dD反应物A的平衡转化率可表示为：α(A)＝×100%，其中c0(A)和[A]分别表示A的初始浓度和A的平衡浓度。
2．影响因素
(1)初始浓度和平衡浓度。
(2)多种反应物参加反应时，提高某一种反应物的浓度，可以提高其他反应物的转化率，而该物质本身转化率会降低。
[师生互动·解疑难]
(1)一个已标明化学方程式的化学反应，在温度一定的条件下达到平衡，其平衡常数只有一个，但不同反应物的平衡转化率可能不同。
(2)多种反应物参加反应时，提高一种反应物的浓度，可以提高其他物质的平衡转化率。一定条件下的平衡转化率能表示在一定温度下反应进行的限度，它是在该条件下的最大转化率。
(3)可逆反应达到平衡后各物质浓度的变化关系：
①反应物：平衡浓度＝起始浓度－转化浓度；
②生成物：平衡浓度＝起始浓度＋转化浓度；
③各物质的转化浓度之比等于它们在化学方程式中相应的系数之比。
(4)同一个反应用不同的反应物来表示的平衡转化率不一定相等。当起始量之比等于方程式中系数比时，各反应物的平衡转化率才相等。
2．将2.00 mol SO2和2.00 mol O2通入1.00 L的密闭容器中，在1 500 K时反应达到平衡，测得SO3的物质的量浓度为0.64 mol·L－1，计算平衡时SO2的转化率。
解析：设平衡时转化的SO2的浓度为x
2SO2(g)＋O2(g)??2SO3(g)
初始浓度(mol·L－1) 2.00 2.00 0
转化浓度(mol·L－1) x x
平衡浓度(mol·L－1) 2.00－x 2.00－ x
则x＝0.64 mol·L－1，[SO2]＝1.36 mol·L－1
α(SO2)＝×100%
×100%＝32%。
答案：32%
[例1] 在一定体积的密闭容器中，进行如下化学反应：
CO2(g)＋H2(g)??CO(g)＋H2O(g)，其化学平衡常数K和温度T的关系如表：
T/℃ 700 800 830 1 000 1 200
K 0.6 0.9 1.0 1.7 2.6
回答下列问题：
(1)该反应的化学平衡常数表达式为________。
(2)该反应为________(填“吸热”或“放热”)反应。
(3)能判断该反应是否达到化学平衡状态的依据是( )
A．容器中压强不变 B．混合气体中c(CO)不变
C．v正(H2)＝v逆(H2O) D．c(CO2)＝c(CO)
(4)某温度下，平衡浓度符合下式：[CO2]·[H2]＝[CO]·[H2O]，则此时的温度为________℃。
[解析] (1)根据化学平衡常数的定义即可写出该反应的平衡常数表达式K＝。
(2)由表中数据可以看出温度越高，平衡常数值越大，升温吸热反应的平衡常数增大，正反应为吸热反应。
(3)该反应为气体物质的物质的量不变的反应，反应过程中压强始终不变，与是否平衡无关。D项中c(CO2)＝c(CO)不能判断反应是否达到平衡状态，只是表示某时刻CO2与CO的浓度相等。
(4)当[CO2]·[H2]＝[CO]·[H2O]时，K＝1.0，此时的温度由表中数据可知为830 ℃。
[答案] (1)K＝ (2)吸热 (3)BC (4)830
(1)化学平衡常数有单位，同一反应写法不同K的单位不同，将浓度的单位代入平衡常数表达式可得平衡常数的单位。
(2)化学方程式中各物质的系数等倍扩大或缩小，平衡常数表达式也要相应改变，K值不同。
(3)对于一个可逆反应，当化学方程式逆向书写时，其平衡常数为原反应的倒数，当化学方程式相加减时，其平衡常数相乘除。
(4)利用平衡常数和Q的关系可判断可逆反应是否平衡，利用K与温度的变化关系可判断反应是吸热反应还是放热反应。
高炉炼铁中发生的基本反应之一如下：
FeO(s)＋CO(g)??Fe(s)＋CO2(g) ΔH<0。
其平衡常数可表示为K＝，已知1 100 ℃时 K＝0.263。化学平衡常数只与温度有关，不随浓度和压强的变化而变化。
(1)当温度升高后，该反应的平衡常数将________(选填“增大”、“减小”或“不变”)。
(2)1 100℃时测得高炉中c(CO2)＝0.025 mol·L－1，c(CO)＝0.1 mol·L－1，在这种情况下，该反应是否处于化学平衡状态________(选填“是”或“否”)，此时，化学反应速率是v正________v逆(选填“大于”、“小于”或“等于”)。
解析：(1)该反应ΔH<0，是放热反应，所以温度升高K将减小。
(2)此时反应的Q＝＝0.25v逆。
答案：(1)减小 (2)否 大于
[例2] 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)＝1 mol·L－1，c(N)＝2.4 mol·L－1，达到平衡后，M的转化率为60%，此时N的转化率为________。
(2)若反应温度不变，反应物的起始浓度分别为：
c(M)＝4 mol·L－1，c(N)＝a mol·L－1，达到平衡后，c(P)＝2 mol·L－1，a＝________。
(3)若反应温度不变，反应物的起始浓度为：c(M)＝c(N)＝b mol·L－1，达到平衡后，M的转化率为________。
[解析] (1)M的转化率为60%，则参加反应的M为0.6 mol·L－1，同时消耗N 0.6 mol·L－1，因此N的转化率为×100%＝25%。
(2)根据反应方程式： M(g)＋N(g)??P(g)＋Q(g)
起始浓度mol·L－1 1 2.4 0 0
转化浓度mol·L－1 0.6 0.6 0.6 0.6
平衡浓度mol·L－1 0.4 1.8 0.6 0.6
则K＝＝＝。
由于温度不变，K不变，因此：
M(g)＋N(g)??P(g)＋Q(g)
起始浓度mol·L－1 4 a 0 0
平衡浓度mol·L－1 4－2 a－2 2 2
则有K＝＝＝
解之得：a＝6。
(3)设反应达到平衡后M的转化率为x，因此有：
K＝＝ 解之得x＝41%。
[答案] (1)25% (2)6 (3)41%
有关化学平衡的计算可采用“三段式”计算模式，其基本解题思路：
(1)设未知数：具体题目要具体分析，灵活设立，一般设某物质的转化量为x。
(2)确定三个量：根据反应物、生成物及转化量的三者关系代入未知数确定平衡体系中各物质的起始量、转化量、平衡量，并按例2(2)中“模式”列出。
(3)解答题设问题：明确了“始”、“转”、“平”三个量的具体数值，再根据相应关系求反应物转化率、混合气体的密度、平均相对分子质量等，给出题目答案。
(1)若第(1)题中c(N)＝1 mol·L－1，则N的转化率为________。
(2)若在该温度下M的转化率为50%，则N的转化率________
50%(填“大于”、“等于”、“小于”或“无法判断”)。
提示：(1)若c(N)＝1 mol·L－1，则M与N的物质的量浓度之比等于化学方程式中系数之比，二者的转化率相等，都为60%。
(2)M的转化率为50%，转化量M与N相等，但N的起始量大小不能确定，因此N的转化率的大小无法判断。
答案：(1)60% (2)无法判断
[随堂基础巩固]
1．在某温度下，可逆反应mA＋nB??pC＋qD的平衡常数为K，下列说法正确的是( )
A．K越大，达到平衡时，反应进行的程度越小
B．K越小，达到平衡时，反应物的转化率越大
C．K随反应物浓度的改变而改变
D．K随温度的改变而改变
解析：平衡常数与温度有关，对于给定的可逆反应，温度一定时，平衡常数为定值。
答案：D
2．已知下列反应的平衡常数：①H2(g)＋S(s)??H2S(g) K1；②S(s)＋O2(g)??SO2(g) K2；则反应
③H2(g)＋SO2(g)??O2(g)＋H2S(g)的平衡常数是( )
A．K1＋K2 B．K1－K2
C．K1×K2 D.
解析：反应③的平衡常数表达式为K＝＝·＝×K1。
答案：D
3．X、Y、Z为三种气体，把a mol X和b mol Y充入一密闭容器中，发生反应X＋2Y??2Z。达到平衡时，若它们的物质的量满足：n(X)＋n(Y)＝n(Z)，则Y的转化率为( )
A.×100% B.×100%
C.×100% D.×100%
解析：设参加反应的X为n mol，则
X ＋ 2Y ?? 2Z
起始物质的量/mol a b 0
平衡物质的量/mol a－n b－2n 2n
据题意：(a－n)＋(b－2n)＝2n
解得n＝。
故Y的转化率为×100%。
答案：B
4．在1 000 K时，已知反应Ni(s)＋H2O(g)??NiO(s)＋H2(g)的平衡常数K＝0.059，当水蒸气和氢气的物质的量浓度相等时，此反应( )
A．已达平衡状态
B．未达平衡状态，反应正向进行
C．未达平衡状态，反应逆向进行
D．无法确定
解析：该反应的K＝0.059，当水蒸气和氢气的物质的量浓度相等时，其浓度商Q＝＝1>0.059，所以反应逆向进行。
答案：C
5．在某温度下，将H2和I2各0.10 mol的气态混合物充入10 L的密闭容器中，充分反应，达到平衡后，测得[H2]＝0.008 0 mol·L－1。
(1)H2的转化率为____________；反应的平衡常数为____________。
(2)在上述温度下，该容器中若通入H2和I2各0.20 mol的气态混合物，则达到化学平衡状态时HI的物质的量浓度为________。H2的转化率为________。
解析：(1)根据题意
H2(g) ＋ I2(g)??2HI(g)
起始浓度(mol·L－1) 0.010 0.010 0
转化浓度(mol·L－1) 0.002 0 0.002 0 0.004 0
平衡浓度(mol·L－1) 0.008 0 0.008 0 0.004 0
α(H2)＝0.002 0 mol·L－1÷0.010 mol·L－1×100%＝20%，
K＝＝＝0.25。
(2)设转化的H2的物质的量浓度为x mol·L－1，
H2(g) ＋ I2(g)??2HI(g)
起始浓度(mol·L－1) 0.020 0.020 0
转化浓度(mol·L－1) x x 2x
平衡浓度(mol·L－1) 0.020－x 0.020－x 2x
K＝＝＝0.25，
解得x＝0.004 0，平衡时，[HI]＝0.008 0 mol·L－1。
α(H2)＝×100%＝
×100%＝20%。
答案：(1)20% 0.25 (2)0.0080 mol·L－1 20%
[课时跟踪训练]
(时间45分钟 满分60分)
一、选择题(本题包括7小题，每小题3分，共21分)
1．对于反应3Fe(s)＋4H2O(g)??Fe3O4(s)＋4H2(g)的平衡常数，下列说法正确的是( )
A．K＝
B．K＝
C．增大H2O(g)的浓度或减小H2的浓度，会使平衡常数减小
D．改变反应的温度，平衡常数不一定变化
解析：固体、纯液体的浓度视为常数，不写入平衡常数的表达式中，故该反应的平衡常数K＝，K只与温度有关，与浓度、压强无关。
答案：B
2．在5 L的密闭容器中充入2 mol A气体和1 mol B气体，在一定条件下发生反应：2A(g)＋B(g)??2C(g)，达到平衡时，在相同温度下测得容器内混合气体的压强是反应前的，则A的转化率为( )
A．67% B．50%
C．25% D．5%
解析：在同温度、同容积时，反应前后的压强之比等于反应前后气体的物质的量之比，所以反应后气体的总物质的量为
×(2 mol＋1 mol)＝2.5 mol，设A转化了x mol
2A(g) ＋B(g)??2C(g)
初始/mol 2 1 0
转化/mol x x
平衡/mol 2－x 1－ x
(2－x)mol＋(1－)mol＋x mol＝2.5 mol得x＝1
转化率α(A)＝×100%＝50%。
答案：B
3．下列关于平衡常数的说法中，正确的是( )
A．在平衡常数表达式中，反应物浓度用初始浓度，生成物用平衡浓度
B．在任何条件下，化学平衡常数是一个恒定值
C．平衡常数的大小只与浓度有关，而与温度、压强、催化剂等无关
D．从平衡常数的大小可以推断一个反应可以进行的程度
解析：平衡常数计算中，无论是反应物还是生成物，均用其平衡浓度；对于给定的反应方程式来说，平衡常数只与温度有关，与其他条件无关。
答案：D
4．[双选题]将6 mol A和5 mol B混合于4 L密闭容器中，发生如下反应：3A(g)＋B(g)??nC(g)＋2D(g)，5 s后反应达到平衡状态，生成2 mol D和2 mol C，则下列结论中正确的是( )
A．该温度下反应的化学平衡常数为
B．n值等于1
C．平衡时B的浓度为1 mol·L－1
D．平衡时B的转化率为50%
解析：生成C、D的物质的量相等，C、D的计量数也相等，n＝2，则有
3A(g)＋B(g)??2 C(g)＋2 D(g)
初/mol 6 5 0 0
转/mol 3x x 2x 2x
平/mol 6－3x 5－x 2x 2x
2x＝2 mol，x＝1
平衡时B的浓度为[B]＝＝1 mol·L－1，转化率为α(B)＝×100%＝20%。
K＝＝。
答案：AC
5．在一定温度下，反应H2(g)＋X2(g)??HX(g)的平衡常数为10。若将1.0 mol的HX(g)通入体积为1.0 L的密闭容器中，在该温度下HX(g)的最大分解率接近于( )
A．5% B．17%
C．25% D．33%
解析：反应HX(g)??H2(g)＋X2(g)在该温度下的平衡常数为，设分解的HX的物质的量浓度为x mol·L－1
HX(g)??H2(g)＋X2(g)
初/mol·L－1 1.0 0 0
转/mol·L－1 x x x
平/mol·L－1 1.0－x x x
K＝＝＝，
x＝mol·L－1。
α(HX)＝×100%＝17%。
答案：B
6．在一固定容积的密闭容器中，加入2 L X和3 L Y气体，发生如下反应nX(g)＋5Y(g)??4R(g)＋6Q(g)，反应达到平衡时，测知X和Y的转化率分别为60%和50%，则化学方程式中的n值为( )
A．2 B．3
C．4 D．5
解析：转化的X为2 L×60%＝1.2 L，转化的Y为3 L×50%＝1.5 L，二者转化的物质的量之比等于方程式中系数之比，即＝，所以n＝4。
答案：C
7．[双选题]I2在KI溶液中存在下列平衡：
I2(aq)＋I－(aq)??I(aq)
某I2、KI混合溶液中，I的物质的量浓度[I]与温度T的关系如图所示(曲线上任何一点都表示平衡状态)。下列说法正确的是( )
A．反应I2(aq)＋I－(aq)??
I(aq)的ΔH>0
B．若温度为T1、T2，反应的平衡常数分别为K1、K2，则K1>K2
C．若反应进行到状态D时，一定有v正>v逆
D．状态A与状态B相比，状态A的[I2]大
解析：由图象可知[I]随温度升高而减小，故升温时反应逆向进行，说明升温时K减小，Q＞K，因此正反应为放热反应，ΔH＜0；由于T2＞T1，所以K1＞K2；曲线下方的D点还未达平衡，由于c(I)小于平衡时的浓度，故反应向正反应方向进行，所以v正＞v逆；B点[I]比A点小，说明从A到B反应向逆向进行，故B点的[I2]比A点的大。
答案：BC
二、非选择题(本题包括4小题，共39分)
8．(9分)PCl5的热分解反应如下：
PCl5(g)??PCl3(g)＋Cl2(g)。
写出反应的平衡常数表达式________________。
(2)已知某温度下，在容积为10.0 L的密闭容器中充入2.00 mol PCl5，达到平衡后，测得容器内PCl3的浓度为0.150 mol·L－1，该温度下的平衡常数为________。
解析：(1)K＝。
(2)设分解的PCl5的物质的量为x mol，
PCl5(g)??PCl3(g)＋Cl2(g)
初始物质的量(mol) 2 0 0
转化物质的量(mol) x x x
平衡物质的量(mol) 2－x x x
x＝0.15 mol·L－1×10.0 L＝1.5 mol，
平衡时PCl5、PCl3、Cl2的浓度分别为0.05 mol·L－1、0.15 mol·L－1、0.15 mol·L－1，则平衡常数K＝＝ mol·L－1＝0.45 mol·L－1。
答案：(1)K＝
(2)0.45 mol·L－1
9．(9分)二氧化硫和氮的氧化物是常用的化工原料，但也是大气的主要污染物。综合治理其污染是环境化学当前的重要研究内容之一。硫酸生产中，SO2催化氧化生成SO3：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)某温度下，SO2的平衡转化率(α)与体系总压强(p)的关系如图所示。根据图示回答下列问题：
(1)将2.0 mol SO2和1.0 mol O2置于10 L密闭容器中，反应达平衡后，体系总压强为0.10 MPa。该反应的平衡常数等于________。
(2)平衡状态由A变到B时，平衡常数K(A)________K(B)(填“>”、“<”或“＝”)。
解析：(1) 2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)
0
×0.8 ×0.8 0.16
0.04 0.02 0.16
K＝
＝800 L·mol－1。
(2)平衡状态由A变到B时，条件的改变是增大压强，温度没有变化，所以平衡常数不变，K(A)＝K(B)。
答案：(1)800 L·mol－1 (2)＝
10．(10分)在1000 K恒温下，在密闭容器中放入一定量的A、B气体使之发生反应：A(g)＋3B(g)??2C(g)，并达到平衡。测得其平衡时的浓度分别为c(A)＝2 mol·L－1，c(B)＝5 mol·L－1，c(C)＝3 mol·L－1：
填写下列空白
(1)起始时：A的物质的量浓度____________________，B的物质的量浓度________________。
(2)A的转化率________________。
(3)1000 K时，上述反应的平衡常数________________。
解析：A(g)＋3B(g)??2C(g)
起 3.5 9.5 0
转 1.5 4.5 3
平 2 5 3
c(A)初＝3.5 mol·L－1，c(B)初＝9.5 mol·L－1，
则A的转化率为×100%＝42.9%
K＝＝。
答案：(1)3.5 mol·L－1 9.5 mol·L－1
(2)42.9% (3)
11．(11分)在557 ℃密闭容器中进行反应CO(g)＋H2O(g)??CO2(g)＋H2(g)，若CO的起始浓度为2 mol·L－1，水蒸气的起始浓度为2 mol·L－1，达平衡后，测得CO2的浓度为1.2 mol·L－1。
(1)求该温度下反应的平衡常数及此状态下CO的平衡转化率。
(2)当起始投料c0(CO)＝2 mol·L－1，c0(H2O)＝3 mol·L－1时CO的平衡转化率；
(3)当起始投料c0(CO)＝2 mol·L－1，c0(H2O)＝1 mol·L－1时CO的平衡转化率。
解析：(1)设达到平衡的过程中实际转化(消耗)的CO的浓度为c，根据反应方程式计算：
CO(g)＋H2O(g)??CO2(g)＋H2(g)
2 2 0 0
c c c c
2－c 2－c c c
由于达平衡后，CO2的浓度为1.2 mol·L－1，故c＝1.2，则平衡后[H2]＝1.2 mol·L－1，[CO]＝[H2O]＝(2－1.2) mol·L－1＝0.8 mol·L－1，
K＝＝＝2.25，
CO的平衡转化率α(CO)＝×100%
＝×100%＝60%。
(2)设达到平衡的过程中实际转化(消耗)的CO的浓度为x，根据方程式计算：
CO(g)＋H2O(g)??CO2(g)＋H2(g)
起始浓度/mol·L－1 2 3 0 0
转化浓度/mol·L－1 x x x x
平衡浓度/mol·L－1 2－x 3－x x x
K＝＝＝2.25，
解得：x1＝1.43 mol·L－1，
x2＝7.57 mol·L－1>2 mol·L－1(无意义，舍去)。
CO的平衡转化率α(CO)＝×100%＝71.5%。
(3)同理可解得当起始投料c0(CO)＝2 mol·L－1，
c0(H2O)＝1 mol·L－1时，α(CO)＝39%。
答案：(1)2.25 60% (2)71.5% (3)39%第4节化学反应条件的优化—工业合成氨
(1)增大反应物浓度和增大压强使平衡向合成氨的方向移动。
(2)使用催化剂、升高温度、增大压强等可提高合成氨反应的速率。
(3)选择合适的条件应从理论分析和生产实际考虑。
(1)合成氨反应是一个能自发进行的、放热的、气体体积减小的可逆反应。
(2)降低温度、增大压强有利于化学平衡向生成氨的方向移动。
(3)在一定的温度和压强下，反应物中N2和H2的体积比为1∶3时平衡混合物中氨的含量最高。
(4)合成氨反应N2(g)＋3H2(g)??2NH3(g)在298 K时ΔH－TΔS＜0，其平衡常数K＝4.1×106(mol·L－1)－2，只能说明反应在此条件下进行得较完全，不能说明反应速率的快慢。
1．利用原料气在合成塔中合成氨时，为提高N2的转化率所采取的措施是( )
A．高温 B．高压
C．使用催化剂 D．增大N2的浓度
解析：提高N2的转化率应使平衡向右移动，使用催化剂对平衡无影响，升高温度平衡向左移动，高压和增大N2的浓度平衡向右移动，但增大N2的浓度，N2的转化率会降低。
答案：B
(1)在特定条件下，合成氨反应的速率与参加反应的物质的浓度的关系式为v＝k c(N2)·c1.5(H2)·c－1(NH3)，由关系式可知，增大N2或H2的浓度，减小NH3的浓度，都有利于提高合成氨的速率。
(2)使用催化剂，可显著降低反应的活化能，使反应速率提高上万亿倍。
(3)温度对合成氨反应的速率也有显著影响：温度越高，反应进行得越快。
2．在一定条件下，合成氨反应的速率与各物质的浓度关系为v＝kc(N2)c1.5(H2)c－1(NH3)，下列条件不能加快反应速率的是( )
A．加入催化剂 B．增大H2的浓度
C．升高温度 D．增大NH3的浓度
解析：加入催化剂、升高温度均能加快反应速率，由速率方程知增大H2的浓度反应速率加快，增大NH3的浓度速率减慢。
答案：D
[自学教材·填要点]
1．合成氨反应条件的选择原则
(1)尽量增大反应物的转化率，充分利用原料；
(2)选择较快的反应速率，提高单位时间内的产量；
(3)考虑设备和技术条件。
2．合成氨反应的适宜条件
(1)压强：压强越大越有利于合成氨，但在实际生产中，应根据反应设备可使用的钢材质量及综合指标来选择压强，大致分为低压、中压和高压三种类型。
(2)温度：温度越高，反应速率越大，但不利于氨的合成，在实际生产中一般控制反应温度在700 K左右(且在此温度时催化剂的活性最大)。
(3)催化剂：使用催化剂可以大幅度提高反应速率，合成氨生产一般选择铁做催化剂。
(4)浓度：合成氨生产通常采用N2和H2物质的量之比为1∶2.8的投料比，并且及时将氨气从反应混合物中分离出去，此外，还应考虑原料的价格，未转化的合成气的循环使用、反应热的综合利用等问题。
[师生互动·解疑难]
(1)由于N2在催化剂上的吸附为总反应中最难发生的步骤，适当提高N2的比例更能加快合成氨反应的进行。
(2)运用化学理论选择实际工业生产的条件时，要考虑实际化工生产中的动力、材料、设备、催化剂等综合因素的影响，选取适宜条件。
3．工业上合成氨一般采用700 K左右的温度，其原因是( )
①适当提高氨的合成速率 ②提高H2的转化率
③提高氨的产率 ④催化剂在700 K时活性最大
A．只有① B．①②
C．②③④ D．①④
解析：合成氨反应为放热反应，温度高，转化率低，但反应速率快，同时要考虑催化剂的活性。
答案：D
[例] 合成氨工业对化学工业和国防工业具有重要意义。工业合成氨生产示意图如图所示。
(1)X的化学式为________；
(2)图中条件选定的主要原因是________(填字母编号)；
A．温度、压强对化学平衡的影响
B．铁触媒在该温度时活性大
C．工业生产受动力、材料、设备等条件的限制
(3)改变反应条件，会使平衡发生移动。
如图表示随条件改变，氨气的百分含量的变化趋势。
当横坐标为压强时，变化趋势正确的是________，当横坐标为温度时，变化趋势正确的是________。(填字母编号)
[解析] (1)原料气N2和H2经一定条件下的反应，生成的NH3(X)冷却后从设备中分离出来，同时尾气中含有的N2(Y)和H2(Y)进行循环利用。(2)中A温度选择在500 ℃并不是从化学平衡的影响分析的，而是因为催化剂在此温度时活性大，而且还可以适当提高化学反应速率，压强选择20～50 MPa是从化学平衡理论分析的压强越大，平衡向生成NH3的方向移动，但不能过大，因为压强过大，对设备、材料的要求高，投资大，这样就不经济。(3)中考查压强、温度对化学平衡的影响。
[答案] (1)NH3 (2)BC (3)c a
选取适宜的化工生产条件时，要运用反应速率和化学平衡移动原理，同时考虑化工生产中的动力、材料、设备、催化剂等因素的影响，综合选取适宜条件。
外界条件 有利于加快速率的条件控制 有利于平衡移动的条件控制 综合分析结果
浓度 增大反应物的浓度 增大反应物的浓度、减小生成物的浓度 不断地补充反应物、及时地分离出生成物
催化剂 加合适的催化剂 无影响 加合适的催化剂
温度 高温 ΔH<0 低温 兼顾速率和平衡，考虑催化剂的适宜温度
ΔH>0 高温 在设备条件允许的前提下，尽量采取高温并选取适宜的催化剂
压强 高压(有气体参加) Δγ(g)<0 高压 在设备条件允许的前提下，尽量采取高压
Δγ(g)＞0 低压 兼顾速率和平衡，选取适宜的压强
有平衡体系：CO(g)＋2H2(g)??CH3OH(g) ΔH<0，为了增加甲醇(CH3OH)的产量，应采用的正确措施是( )
A．高温，高压 B．适宜温度，高压，催化剂
C．低温，低压 D．高温、高压，催化剂
解析：该反应是一个正向放热，气体体积减小的反应，为增加甲醇的产量，需平衡正向移动，理论上可采用低温，高压的方式，但在实际生产中还需考虑反应速率，设备承受的压力及催化剂的活性等因素的影响。
答案：B
[随堂基础巩固]
1．合成氨时，既要使H2的转化率增大，又要使反应速率增大，可采取的方法是( )
A．补充H2 B．升高温度
C．增大压强 D．使用催化剂
解析：合成氨反应是放热的，气体体积减小的反应，补充H2，升高温度，增大压强、使用催化剂都能使反应速率增大，但补充H2会使H2的转化率减小，升温使平衡左移，H2的转化率减小，使用催化剂，平衡不移动，H2的转化率不变；只有增大压强会使平衡右移，H2的转化率增大。
答案：C
2．根据合成氨反应的特点分析，当前最有前途的研究发展方向是( )
A．研制耐高压的合成塔
B．采用超大规模的工业生产
C．研制耐低温复合催化剂
D．探索不用H2和N2合成氨的新途径
解析：在其他条件相同的情况下，使用催化剂可以使合成氨反应的速率提高上万亿倍。
答案：C
3．合成氨所需要的H2可由煤和水反应制得：
(1)H2O(g)＋C(s)??CO(g)＋H2(g) ΔH>0
(2)CO(g)＋H2O(g)??CO2(g)＋H2(g) ΔH<0
工业生产中，欲提高CO的转化率，所采取的下列措施正确的最佳组合是( )
①降低温度 ②增大压强 ③使用催化剂 ④增大CO浓度 ⑤增大H2O(g)的浓度
A．①⑤ B．②③
C．②④⑤ D．③⑤
解析：①降低温度，平衡向右移动，则CO的转化率提高；②因反应前后气体的总体积不变，故增大压强，平衡不移动，则CO的转化率不变；③催化剂不能使平衡移动，故CO的转化率不变；④增大CO的浓度，则CO的转化率降低，⑤增大水蒸气的浓度，则平衡向右移动，CO的转化率升高。
答案：A
4．(2012·泰安月考)合成氨工业上采用了循环操作，主要原因是( )
A．加快反应速率 B．提高NH3的平衡浓度
C．降低NH3的沸点 D．提高N2和H2的利用率
解析：合成氨是可逆反应，在中压工艺条件下合成氨厂出口气中的氨含量一般为13%～14%，循环使用可提高N2和H2的利用率。
答案：D
5．科学家一直致力于研究常温、常压下“人工固氮”的新方法。曾有报道：在常温、常压、光照条件下，N2在催化剂(掺有少量Fe2O3的TiO2)表面与水发生反应，生成的主要产物为NH3，进一步研究NH3生成量与温度的关系，部分实验数据见下表(光照、N2压力1.0×105 Pa、反应时间3 h)：
T/K 303 313 323 353
NH3生成量/(10－6 mol) 4.8 5.9 6.0 2.0
相应的热化学方程式如下：
N2(g)＋3H2O(l)===2NH3(g)＋O2(g)
ΔH＝＋765.2 kJ·mol－1
回答下列问题：
(1)请画出上述反应在有催化剂与无催化剂两种情况下反应过程中体系能量变化示意图，并进行必要标注。
(2)与目前广泛使用的工业合成氨方法相比，该方法中固氮反应速率慢。请提出可提高其反应速率且增大NH3生成量的建议：_______________________________________________。
(3)工业合成氨的反应为N2(g)＋3H2(g)??2NH3(g)，设在容积为2.0 L的密闭容器中充入0.60 mol N2(g)和1.60 mol H2(g)，反应在一定条件下达到平衡时，NH3的物质的量分数(NH3的物质的量与反应体系中总的物质的量之比)为。计算
①该条件下N2的平衡转化率；
②该条件下反应2NH3(g)??N2(g)＋3H2(g)的平衡常数。
解析：(1)以反应进程为横坐标，能量变化为纵坐标画图，有催化剂时反应进行需要的能量低，且反应后生成物能量高于反应物能量。注意体现出催化剂参与反应改变了反应历程。
(2)升温或增大N2浓度均能使平衡向正反应方向移动，从而提高反应速率，增大NH3生成量。
(3)设N2转化的物质的量浓度为x mol·L－1
N2(g)＋3H2(g)??2NH3(g)
起始浓度(mol·L－1)0.3 0.8 0
转化浓度(mol·L－1)x 3x 2x
平衡浓度(mol·L－1)0.3－x 0.8－3x 2x
所以＝ 解得x＝0.2
N2转化率为×100%＝66.7%
反应2NH3(g)??N2(g)＋3H2(g)的平衡常数
K＝＝＝
0．005(mol2·L－2)。
答案：(1)
(2)升高温度，增大反应物N2的浓度
(3)①66.7% ②0.005 mol2·L－2
[课时跟踪训练]
(时间45分钟 满分60分)
一、选择题(本题包括7小题，每小题3分，共21分)
1．下列事实能用勒·夏特列原理解释的是( )
A．使用铁触媒有利于氨的合成
B．高压比常压条件更有利于合成氨的反应
C．500 ℃左右比室温更有利于合成氨的反应
D．合成氨时采用循环操作，可提高原料的利用率
解析：合成氨反应是气体体积减小的放热反应，增大压强，平衡向右移动，有利于合成氨的反应。
答案：B
2．某工业生产中发生反应：2A(g)＋B(g)??2M(g)
ΔH＜0。下列有关该工业生产的说法正确的是( )
A．工业上合成M时，一定采用高压条件，因为高压有利于M的生成
B．若物质B价廉易得，工业上一般采用加入过量的B以提高A和B的转化率
C．工业上一般采用较高温度合成M，因温度越高，反应物的转化率越高
D．工业生产中常采用催化剂，因为生产中使用催化剂可提高M的日产量
解析：工业上合成M可能采用常压，如硫酸工业中SO3的生成；加入过量B只能提高A的转化率，B的转化率降低；温度越高，平衡逆向移动，反应物的转化率降低；使用催化剂可降低反应的活化能，提高反应速率。
答案：D
3．1913年德国化学家哈伯发明了以低成本制造大量氨的方法，从而大大满足了当时日益增长的人口对粮食的需求。下列是哈伯法的流程图，其中为提高原料转化率而采取的措施是( )
A．①②③ B．②④⑤
C．①③⑤ D．②③④
解析：合成氨反应为N2(g)＋3H2(g)??2NH3(g)
ΔH<0，加压、降温、减小NH3的浓度均有利于平衡向正反应方向移动，②、④正确；将原料气循环利用也可提高原料的转化率，⑤正确。
答案：B
4．[双选题]下列有关工业合成氨的叙述中正确的是( )
A．温度升高，不利于提高合成氨的反应速率
B．工业上选择合适的条件，可以使氮气全部转化为氨
C．合成氨反应化学平衡的移动受到温度、反应物浓度、压强等因素的影响
D．使用铁触媒，可以使氮气和氢气化合的速率明显加快
解析：合成氨反应是可逆反应，N2不能全部转化为氨；温度升高，化学反应速率加快。
答案：CD
5．有关合成氨工业的说法中，正确的是( )
A．从合成塔出来的混合气体，其中NH3只占15%，所以生产氨的工厂的效率都很低
B．由于氨易液化，N2、H2在实际生产中是循环使用，所以总体来说氨的产率较高
C．合成氨工业的反应温度控制在700 K左右，目的是使化学平衡向正反应方向移动
D．合成氨厂采用的压强是2×107 Pa～5×107 Pa，因为该压强下铁的活性最大
解析：合成氨的反应在适宜的生产条件下达到平衡时，原料的转化率并不高，但生成的NH3分离出后，再将未反应的N2、H2循环利用，这样处理后，可使氨的产率较高，A错误，B正确；合成氨工业选择700 K左右的温度，主要从反应速率和催化剂活性两方面考虑，合成氨的反应是放热反应，低温才有利于平衡向正反应方向移动，C错误；不论从反应速率还是化学平衡考虑，高压更有利于合成氨，但压强太大，对设备、动力的要求更高，因此选择20 MPa～50 MPa，D错误。
答案：B
6．[双选题]合成氨时，既要使氨的产率增大，又要使反应速率加快，可采取的措施是( )
A．不断地充入N2和H2
B．升高温度
C．增大压强
D．不断地分离出NH3
解析：A、B、C项均能使反应速率加快，但升高温度平衡向左移动，产率降低。
答案：AC
7．对于合成氨的反应来说，使用催化剂和施以高压，下列叙述中正确的是( )
A．都能提高反应速率，都对化学平衡状态无影响
B．都对化学平衡状态有影响，都不影响达到平衡状态所用的时间
C．都能缩短达到平衡状态所用的时间，只有压强对化学平衡状态有影响
D．催化剂能缩短反应达到平衡状态所用的时间，而压强无此作用
解析：对化学反应N2(g)＋3H2(g)??2NH3(g)，催化剂和高压均能缩短达到平衡的时间，但只有高压可使平衡向生成NH3的方向移动，催化剂不影响平衡。
答案：C
二、非选择题(本题包括4小题，共39分)
8．(9分)合成氨反应在工业生产中的大量运用，满足了人口的急剧增长对粮食的需求，也为有机合成提供了足够的原料——氨。合成氨反应是一个可逆反应：N2(g)＋3H2(g)??2NH3(g)。在298 K时：ΔH＝－92.4 kJ·mol－1，ΔS＝－198.2 J·K－1·mol－1，K＝6.6×105(mol·L－1)－2。(忽略温度对ΔH和ΔS的影响)
(1)从平衡常数来看，反应的限度已经很大了，为什么还需要使用催化剂？_____________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
(2)试分析实际工业生产中采取700 K左右的温度的原因：____________________________
_____________________________________________________________________________。
(3)298 K,1.01×105 kPa，在恒压的密闭容器中充入10 mol N2、30 mol H2和20 mol NH3，开始的瞬间，反应向________(填“正”或“逆”)方向进行，反应一段时间(t min)后体系能量的变化为________(填“吸收”或“放出”)184.8 kJ，容器的体积变为原来的________倍，t min时反应物(若正向进行则为氮气，若逆向进行则为氨气)的转化率为________。
解析：化工生产是在遵循科学原理的前提下，重点考虑综合经济效益，即提高生产率、降低成本和保护生态环境。如对合成氨工业适宜条件的选择应是尽量提高反应速率和加大反应进程(多获得产品)，前者属于化学动力学问题，后者属于化学热力学即化学平衡问题。在298 K，101×105 kPa时，把10 mol N2、30 mol H2、20 mol NH3代入平衡常数表达式得<6.6×105 mol－2·L2，反应向正反应方向进行，且放出能量，放热184.8 kJ，说明生成NH3×2 mol＝4 mol，
N2 ＋3H22NH3
开始/mol 10 30 20
t min/mol 10－2 30－6 20＋4
在恒压容器中容器的体积变为原来的
＝＝，氮气的转化率为：
×100%＝20%。
答案：(1)“从平衡常数来看，反应的限度已经很大”，属于化学平衡问题，而使用催化剂是为了加快化学反应的速率，提高单位时间的产量，属化学反应速率的问题，催化剂不能改变反应的限度
(2)温度升高，化学反应速率增大，但不利于提高平衡混合物中NH3的含量，因此合成氨时温度要适宜，工业上一般采用700 K左右的温度，在这个温度时，催化剂的活性最大
(3)正 放出 14/15 20%
9．(9分)合成氨工业中，原料气(N2、H2及少量CO、NH3的混合气)在进入合成塔前常用醋酸二氨合铜(Ⅰ)溶液来吸收原料气中的CO，其反应是：
Cu(NH3)2(CH3COO)＋CO＋NH3??
Cu(NH3)3(CH3COO)·CO ΔH<0
(1)必须除去原料气中CO的原因是_________________________________________
_______________________________________________________________________。
(2)醋酸二氨合铜(Ⅰ)吸收CO的生产适宜条件应是__________________________。
(3)吸收CO后的醋酸铜氨溶液经过适当处理又可再生，恢复吸收CO的能力以供循环使用。醋酸铜氨溶液再生生产的适宜条件应是______________________________________。
解析：CO可使催化剂中毒而失去催化活性，所以原料气在进入合成塔前一定要将CO除去。吸收CO的反应是气体体积减小的放热反应，低温、高压有利于反应向右进行；醋酸铜氨的生成反应是其逆反应，高温、低压有利于其再生。
答案：(1)防止催化剂中毒 (2)低温高压 (3)高温低压
10．(9分)工业上合成氨是在一定条件下进行如下反应：N2(g)＋3H2(g)??2NH3(g)
ΔH＝－92.44 kJ·mol－1，
其部分工艺流程如图所示：
反应体系中各组分的部分性质见下表
气体 氮气 氢气 氨
熔点/℃ －210.01 －259.77 －77.74
沸点/℃ －195.79 －252.23 －33.42
回答下列问题：
(1)写出该反应的化学平衡常数表达式：K＝________。随着温度升高，K值________(填“增大”、“减小”或“不变”)。
(2)K值越大，表明________(填字母)。
A．其他条件相同时N2的转化率越高
B．其他条件相同时NH3的产率越大
C．原料中N2的含量越高
D．化学反应速率越快
(3)在工业上采取气体循环的流程，即反应后通过把混合气体的温度降低到________使________分离出来；继续循环的气体是________。
解析：(1)由化学方程式N2(g)＋3H2(g)??2NH3(g)不难写出：K＝，此反应ΔH<0，说明正反应为放热反应，升高温度，平衡向吸热方向移动，即向左移动，[NH3]减小，[N2]和[H2]增大，故K减小。(2)K值越大，说明[NH3]越大，[N2]和[H2]就越小，说明反应进行的程度大，故其他条件相同时N2的转化率就越高，NH3的产率就越大。(3)根据气体的熔、沸点可知，氨气容易液化，使其分离可使平衡正向移动，剩余N2和H2循环使用，以提高产率。
[答案] (1) 减小
(2)A、B (3)－33.42 ℃ 氨 N2和H2
11．(12分)在硫酸工业中，通过下列反应使SO2氧化成SO3：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)
ΔH＝－198 kJ·mol－1。(已知制SO3过程中催化剂是V2O5，它在400～500 ℃时催化效果最好)
下表为不同温度和压强下SO2的转化率(%)：
强压转化率温度 1×105 Pa 1×106 Pa 5×106 Pa 1×107 Pa
450 ℃ 97.5% 99.2% 99.6% 99.7%
550 ℃ 85.6% 94.9% 97.7% 98.3%
(1)根据化学原理综合分析，为了使SO2尽可能转化为SO3，可控制的条件是____________________________。
(2)实际生产中，选定400～500 ℃作为操作温度，其___________________________。
(3)实际生产中，采用的压强为常压，其原因是___________________________________。
(4)在生产中，通入过量空气的目的是__________________________________________。
(5)尾气中有SO2必须回收是为了________________。
解析：从提高反应速率考虑，合成SO3需要加入催化剂和升温、加压；从增大反应物的转化率方面考虑，合成SO3需低温、加压、通入廉价空气；从表中数据和设备材料的要求以及催化剂的活性方面综合考虑，选择最适宜条件。
答案：(1)常压、450 ℃、催化剂
(2)在此温度下催化剂的活性最高
(3)在常压下SO2的转化率就已经很高了(97.5%)，若采用高压，平衡能向右移动，但效果并不明显，比起高压设备，得不偿失
(4)增大反应物O2的浓度，提高SO2的转化率
(5)防止污染环境
