第31讲 化学平衡 化学平衡常数
[目标速览] 1.了解化学反应的可逆性的特点。2.掌握化学平衡状态的建立及特征。3.了解平衡常数的概念及意义。
微考点 核心突破
考点1 可逆反应与化学平衡建立
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1.可逆反应及其特征
(1)溶液达到饱和之后,溶液中固体溶质溶解和溶质分子回到固体溶质表面的结晶过程一直在进行,而这两种过程速率相等,我们把这类过程称作____________,表述这类过程可采用________号,把从左向右的过程称作________,把从右向左的过程称作________。
(2)可逆反应指反应物和产物必须同时存在于____________,而且在________条件下,正、逆反应都能够________。
2.化学平衡状态的含义
(1)构成化学平衡体系的基本要求是反应物和所有产物均处于________,________保持不变。
(2)达到化学平衡状态时,体系中所有反应物和生成物的____________保持不变。但反应并没停止,而且正、逆反应速率________,这说明化学平衡是________平衡。
(3)化学平衡研究的对象是________反应,对于弱电解质的电离、气体的溶解和逸出、固体的溶解和结晶及盐类的水解等存在可逆过程的问题都可用平衡的观点去分析。
3.化学平衡状态的标志
以mA(g)+nB(g)xC(g)+yD(g)(m+n≠x+y)为例。
(1)实质:v正=v逆≠0,如v(B)耗=v(B)生;v(C)耗∶v(C)生=________。
(2)某物质的质量、____________、____________、________等不变。
(3)反应体系的总物质的量或______恒定。
(4)若A为有色气体,气体的______不变。
(5)单位时间内A物质化学键的________等于________。
(6)转化率不变,如α(A)不变。
(7)体系的平均相对分子质量不变。
4.化学平衡状态判断误区
(1)可逆反应不等同于可逆过程。可逆过程包括物理变化和化学变化,而可逆反应属于化学变化。
(2)化学反应的平衡状态可以从正反应方向建立,也可以从逆反应方向建立。
(3)化学反应达到化学平衡状态的正逆反应速率相等,是指同一物质的消耗速率和生成速率相等,若用不同物质表示时,反应速率不一定相等。
(4)化学反应达平衡状态时,各组分的浓度、百分含量保持不变,但不一定相等。
(5)用不同物质表示的反应速率之比等于化学计量数之比,不一定是平衡状态,因为不论是否达到平衡,该关系一定存在。
(6)各物质的物质的量之比等于方程式的化学计量数之比,不一定是平衡状态。因为此条件并不能说明各组分的物质的量不再变化。
思维辨析
判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。
1.反应2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O、Na2CO3+CO2+H2O===2NaHCO3互为可逆反应。( )
2.化学反应达到平衡后,反应物和生成物的浓度或百分含量相等 。( )
3.在1 L的密闭容器中发生反应2NO(g)+O2(g)2NO2(g),当容器中气体的颜色保持不变时,说明反应已达到平衡状态。( )
4.对于反应H2(g)+I2(g)2HI(g),当压强不变时,反应达到平衡状态。( )
5.恒温恒容下进行的可逆反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),当SO3的生成速率与SO2的消耗速率相等时,反应达到平衡状态。( )
6.在一定条件下,向密闭容器中充入1 mol N2和3 mol H2,充分反应生成2 mol NH3。( )
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化学平衡状态的判断
可逆反应达到化学平衡状态时有两个主要特征:一是正反应速率和逆反应速率相等;二是反应混合物中各组成成分的含量保持不变。这两个特征就是判断可逆反应是否达到化学平衡状态的核心依据。
(1)直接特征:v正=v逆,要求大小相等,方向相反。
①速率特征:指“等”,即v正=v逆。
有两层含义:对于同一物质而言,该物质的生成速率等于它的消耗速率;对于不同的物质而言,速率之比等于方程式中的化学计量数之比,但必须是不同方向的速率。
②含量特征:指“定”,即反应混合物中各组成成分的含量保持不变。
(2)间接特征:指所表述的内容并非直接而是间接反映“等”和“定”的意义。
①反应物的转化率保持不变。
②产物的产率保持不变。
③平衡体系的颜色保持不变。
④绝热的恒容反应体系中的温度保持不变。
(3)“特殊”特征:指所表述的内容并不能表明所有反应均已达平衡状态,只是在某些特定的情况下才能表示反应已经达到化学平衡状态。
①体系中气体物质的总质量保持不变。
②体系中气体物质的总物质的量(或体积或分子个数)保持不变。
③体系中气体物质的平均相对分子质量保持不变。
④气体的总压强不再发生改变。
⑤体系中气体的密度不再发生改变。
以上五项中,对于Δn≠0的可逆反应如2NO(g)+O2(g)2NO2(g)来说,除①外均可作为判断平衡的特征,其中⑤在容积固定时亦不是判断平衡的特征;但对于Δn=0的可逆反应,如H2(g)+I2(g)2HI(g)来说,此五项均不能作为判断平衡的特征。
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角度一 极端假设解化学平衡状态题的应用
1.在一个密闭容器中发生反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),反应过程中某一时刻测得SO2、O2、SO3的浓度分别为0.2 mol·L-1、0.2 mol·L-1、0.2 mol·L-1,当反应达到平衡时,可能出现的数据是( )
A.c(SO3)=0.4 mol·L-1
B.c(SO2)=c(SO3)=0.15 mol·L-1
C.c(SO2)=0.25 mol·L-1
D.c(SO2)+c(SO3)=0.5 mol·L-1
2.在密闭容器中进行如下反应X2(g)+Y2(g)2Z(g),已知X2、Y2、Z的起始浓度分别为0.1 mol·L-1、0.3 mol·L-1、0.2 mol·L-1,在一定条件下,当反应达到平衡时,各物质的浓度有可能是( )
A.Z为0.3 mol·L-1
B.Y2为0.4 mol·L-1
C.X2为0.2 mol·L-1
D.Z为0.4 mol·L-1
角度二 化学平衡状态及其判断
3.下列方法中可以证明2HI(g)H2(g)+I2(g)已达到平衡状态的是________(填序号)。
①单位时间内生成n mol H2的同时生成n mol HI
②一个H—H键断裂的同时有两个H—I键断裂
③HI的体积分数与I2(g)的体积分数相等
④反应速率v(H2)=v(I2)=v(HI)
⑤c(HI)∶c(H2)∶c(I2)=2∶1∶1
⑥温度和体积一定时,某一生成物浓度不再变化
⑦温度和体积一定时容器内压强不再变化
⑧条件一定,混合气体的平均相对分子质量不再变化
⑨温度和体积一定时,混合气体的颜色不再变化
⑩温度和压强一定时,混合气体的密度不再变化
讨论:在上述⑥~⑩的说法中能说明2NO2(g)N2O4(g)达到平衡状态的是________(填序号)。
4.汽车尾气净化的主要原理为2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g) ΔH<0。若该反应在绝热、恒容的密闭体系中进行,下列示意图正确且能说明反应在进行到t1时刻达到平衡状态的是________(填序号)。
考点2 化学平衡常数 化学平衡的计算
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1.化学平衡常数
(1)在一定温度下,当一个可逆反应达到化学平衡时,生成物____________________与其反应物________________________的比值是一个常数,即平衡常数,用符号______表示。
(2)对一般可逆反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),当在一定温度下达到平衡状态时,可以得出:K=____________________,K值越大,说明平衡体系中____________所占的比例越大,反应物的________越大;K只受________影响,与反应物或生成物的______变化无关,即在一定温度下,平衡常数保持不变。
2.化学平衡常数的应用
(1)判断可逆反应进行的程度。
K值大,说明反应进行的程度大,反应物的转化率高;K值小,说明反应进行的程度小,反应物的转化率低。
K <10-5 10-5~105 >105
反应程度 很难进行 反应可逆 反应可接近完全
(2)判断化学反应进行的方向。
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:Q=,称为浓度商。
Qv逆
Q=K 反应处于化学平衡状态,v正=v逆
Q>K 反应向逆反应方向进行,v正(3)判断可逆反应的热效应。
3.化学平衡常数与转化率的计算
“三段式”法是有效解答化学平衡计算题的“万能钥匙”。解题时,要注意清楚条理地列出起始量、变化量、平衡量,按题目要求进行计算,同时还要注意单位的统一。
(1)明确三个量——起始量、变化量、平衡量(单位:mol或mol·L-1)。
N2 + 3H22NH3
起始量 1 3 0
变化量 a b c
平衡量 1-a 3-b c
①反应物的平衡量=起始量-变化量。
②生成物的平衡量=起始量+变化量。
③各物质变化浓度之比等于它们在化学方程式中的化学计量数之比。变化浓度是联系化学方程式、平衡浓度、起始浓度、转化率、化学反应速率的桥梁。因此,抓变化浓度是解题的关键。
(2)掌握三个百分数。
①转化率=×100%=×100%。
②生成物的产率:实际产量占理论产量的百分数。一般来说,转化率越高,原料利用率越高,产率也就越高。
产率=×100%。
③混合物中某组分的百分含量=×100%。
(3)谨记答题模板。
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V L。
mA(g)+nB(g)pC(g) + qD(g)
起始/mol a b 0 0
变化/mol mx nx px qx
平衡/mol a-mx b-nx px qx
对于反应物:n(平)=n(始)-n(变)
对于生成物:n(平)=n(始)+n(变)
则有①平衡常数:K=______________。
②A的平衡浓度:c(A)平=____________。
③A的转化率:α(A)平=____________。
④A的体积分数:φ(A)=________________。
⑤平衡与起始压强之比:=____________。
⑥混合气体的平均密度:ρ混=___________________________________________________________。
⑦平衡时混合气体的平均摩尔质量:=________________________。
4.使用化学平衡常数应注意的问题
(1)化学平衡常数K值的大小是可逆反应正向进行程度的标志。一个反应的K值越大,表明平衡时生成物的浓度越大,反应物的浓度越小,反应物的转化率也越大。可以说,化学平衡常数是在一定温度下一个反应本身固有的内在性质的定量体现。
(2)化学平衡常数只与温度有关,与反应物或生成物的浓度无关。
(3)反应物或生成物中有固体和纯液体存在时,其浓度可看作“1”,而不计入平衡常数表达式中。
(4)化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。若反应方向改变,则平衡常数改变;若化学方程式中各物质的化学计量数等倍扩大或缩小,尽管是同一反应,平衡常数也会改变。
思维辨析
判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。
1.反应SO2(g)+2CO(g)2CO2(g)+S(l) ΔH<0在恒容的密闭容器中进行,平衡前,随着反应的进行,容器内压强始终不变。( )
2.对某一可逆反应,升高温度则化学平衡常数一定变大。( )
3.增大反应物的浓度,平衡正向移动,化学平衡常数增大。( )
4.可根据K随温度的变化情况判断反应的热效应。( )
5.化学平衡常数和转化率都能体现反应进行的程度。( )
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1.避误区
(1)不要把反应体系中纯固体、纯液体以及稀溶液中水的浓度写进平衡常数的表达式中。如
CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g),K=c(CO2)。
Cr2(aq)+H2O(l)2Cr(aq)+2H+(aq),
K=。
但非水溶液中发生的反应,若有水参加或生成,则此时水的浓度不可视为常数,应写进平衡常数的表达式中。如C2H5OH+CH3COOHCH3COOC2H5+H2O,
K=。
(2)同一化学反应,化学方程式写法不同,其平衡常数表达式及数值亦不同。如
N2O4(g)2NO2(g),K==0.36。
N2O4(g)NO2(g),
K'===0.60。
2NO2(g)N2O4(g),
K″==≈2.8。
因此书写化学平衡常数表达式及数值时,要与化学反应方程式相对应,否则意义就不明确了。
2.压强平衡常数(Kp)及计算方法
(1)理解压强平衡常数含义。
在化学平衡体系中,用各种气体物质的平衡分压代替平衡浓度计算的化学平衡常数叫压强平衡常数,用Kp表示。
(2)运用“三段式法”进行计算。
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角度三 化学平衡常数
5.研究氮氧化物与悬浮在大气中海盐粒子的相互作用时,涉及如下反应:
①2NO2(g)+NaCl(s)NaNO3(s)+ClNO(g) K1
②2NO(g)+Cl2(g)2ClNO(g) K2
(1)反应①的平衡常数表达式为___________________________________________________________。
(2)4NO2(g)+2NaCl(s)2NaNO3(s)+2NO(g)+Cl2(g)的平衡常数K=________(用K1、K2表示)。
6.在一定容积的密闭容器中进行化学反应CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g),其化学平衡常数K和温度t的关系如表所示:
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K=________________。
(2)该反应为________(填“吸热”或“放热”)反应。
(3)某温度下,各物质的平衡浓度符合下式:3c(CO2)·c(H2)=5c(CO)·c(H2O),试判断此时的温度为________℃。
(4)若830 ℃时,向容器中充入1 mol CO、5 mol H2O,反应达到平衡后,其化学平衡常数K________(填“大于”“小于”或“等于”)1.0。
(5)830 ℃时,容器中的化学反应已达到平衡。在其他条件不变的情况下,扩大容器的容积。平衡________________(填“向正反应方向”“向逆反应方向”或“不”)移动。
角度四 平衡常数的影响因素及其应用
7.某温度下反应H2(g)+I2(g)2HI(g)的平衡常数K=57.0,现向此温度下的真空容器中充入0.2 mol·L-1 H2(g)、0.5 mol·L-1 I2(g)及0.3 mol·L-1 HI(g),则下列说法正确的是( )
A.反应正好达到平衡
B.反应向左进行
C.反应向某方向进行一段时间后K<57.0
D.反应向某方向进行一段时间后c(H2)<0.2 mol·L-1
8.甲醇是重要的化学工业基础原料和清洁液体燃料。工业上可利用CO或CO2来生产燃料甲醇。已知制备甲醇的有关化学反应以及在不同温度下的化学反应平衡常数如表所示:
化学反应 平衡 常数 温度/℃
500 800
①2H2(g)+CO(g)CH3OH(g) K1 2.5 0.15
②H2(g)+CO2(g)H2O(g)+CO(g) K2 1.0 2.50
③3H2(g)+CO2(g)CH3OH(g)+H2O(g) K3
(1)据反应①与②可推导出K1、K2与K3之间的关系,则K3=______(用K1、K2表示)。
(2)反应③的ΔH________(填“>”或“<”)0。
(3)500 ℃时测得反应③在某时刻H2(g)、CO2(g)、CH3OH(g)、H2O(g)的浓度(mol·L-1)分别为0.8、0.1、0.3、0.15,则此时v正________(填“>”“=”或“<”)v逆。
角度五 有关转化率的计算及判断
9.H2S是继NO、CO之后的第三个生命体系气体信号分子,它具有参与调节神经信号传递、舒张血管减轻高血压的功能。回答下列问题:
H2S与CO2在高温下发生反应H2S(g)+CO2(g)COS(g)+H2O(g)。在610 K时,将0.10 mol CO2与0.40 mol H2S充入2.5 L的空钢瓶中,反应平衡后水的物质的量分数为0.02。
(1)H2S的平衡转化率α1=________%,反应平衡常数K=________。
(2)在620 K重复试验,平衡后水的物质的量分数为0.03,H2S的转化率α2________α1,该反应的ΔH________0。(填“>”“<”或“=”)
(3)向反应器中再分别充入下列气体,能使H2S转化率增大的是________(填字母)。
A.H2S B.CO2
C.COS D.N2
10.我国提出力争在2030年前实现“碳达峰”,2060年前实现“碳中和”。因此,二氧化碳的捕捉和利用成了科研热点。
我国科研人员提出了以Ni/Al2O3为催化剂,由CO2(g)和H2(g)转化为CH4(g)和H2O(g)的反应历程,其示意图如图1所示。
(1)该可逆反应的化学方程式为____________________________________。
图2
(2)向1 L恒容密闭容器中加入4.0 mol H2(g)、1.0 mol CO2(g),控制条件(催化剂为Ni/Al2O3、温度为T)使之发生上述反应,测得容器内气体的压强随时间的变化如图2所示。
①4 min时CO2的转化率为________。
②T温度下该反应的化学平衡常数为________。
角度六 压强平衡常数的计算
11.汽车尾气是造成雾霾天气的重要原因之一,尾气中的主要污染物为CxHy、NO、CO、SO2及固体颗粒物等。活性炭可用于处理汽车尾气中的NO,在1 L恒容密闭容器中加入 0.100 0 mol NO和2.030 mol固体活性炭,生成A、B两种气体,在不同温度下测得平衡体系中各物质的物质的量以及容器内压强如下表:
T/℃ 活性炭/mol NO/mol A/mol B/mol p/MPa
200 2.000 0.040 0 0.030 0 0.030 0 3.93
335 2.005 0.050 0 0.025 0 0.025 0 p
根据上表数据,写出容器中发生反应的化学方程式:________________________,判断p________(填“>”“<”或“=”)3.93 MPa。计算反应体系在200 ℃时的平衡常数Kp=________(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×体积分数)。
12.SO2与Cl2反应可制得磺酰氯(SO2Cl2),反应为SO2(g)+Cl2(g)SO2Cl2(g)。按投料比1∶1把SO2与Cl2充入一恒压的密闭容器中发生上述反应,SO2的转化率与温度T的关系如图所示:
若反应一直保持在p压强条件下进行,则M点的压强平衡常数Kp=________(用含p的表达式表示,用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×体积分数)。
角度七 化学平衡常数与速率常数
13.温度为T1,在三个容积均为1 L的恒容密闭容器中仅发生反应CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) ΔH=+206.3 kJ·mol-1,该反应中,正反应速率为v正=k正·c(CH4)·c(H2O),逆反应速率为v逆=k逆·c(CO)·c3(H2),k正、k逆为速率常数,受温度影响。已知T1时,k正=k逆,则该温度下,平衡常数K1=________;当温度变为T2时,若k正=1.5k逆,则T2______(填“>”“=”或“<”)T1。
14.利用NH3的还原性可以消除氮氧化物的污染,其中除去NO的主要反应如下:
4NH3(g)+6NO(g)5N2(g)+6H2O(l)
ΔH<0,已知该反应速率v正=k正·c4(NH3)·c6(NO),v逆=k逆·cx(N2)·cy(H2O)(k正、k逆分别是正、逆反应速率常数),该反应的平衡常数K=,则x=________,y=________。
15.乙烯、环氧乙烷是重要的化工原料,用途广泛。
实验测得2CH2==CH2(g)+O2(g)2(g) ΔH<0中,v逆=k逆·c2(),v正=k正·c2(CH2==CH2)·c(O2)(k正、k逆为速率常数,只与温度有关)。
(1)反应达到平衡后,仅降低温度,下列说法正确的是________(填字母)。
A.k正、k逆均增大,且k正增大的倍数更多
B.k正、k逆均减小,且k正减小的倍数更少
C.k正增大、k逆减小,平衡正向移动
D.k正、k逆均减小,且k逆减小的倍数更少
(2)若在1 L的密闭容器中充入1 mol CH2==CH2(g)和1 mol O2(g),在一定温度下只发生上述反应,经过10 min反应达到平衡,体系的压强变为原来的0.875倍,则0~10 min内v(O2)=______,=______。
微充电 素养提升
抢分大招——“原子守恒”和“差量法”妙解化学平衡计算题
【方法归纳】
原子守恒法:
差量法:
aX+bYcZ Δ=c-(a+b)≠0
转化量/mol k n变
则=。
【母题】 利用CO、H2和CO2可以合成生物质能源甲醇,是实现碳的固定的重要途径,有关反应如下。
反应1:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g);
反应2:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g);
反应3:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)。
(1)T0 ℃时,在密闭容器甲、乙中,分别充入1 mol CO2和3 mol H2,它们分别在有水分子筛(只允许水分子透过)和无水分子筛条件下仅发生反应1。测得CO2平衡转化率与压强的变化关系如图所示。
①使用了水分子筛的容器是________(填“甲”或“乙”)。
②M点H2的分压p(H2)=________kPa。
(2)T2 ℃时,向压强为p0 kPa的恒压密闭容器中通入1 mol CO2和3 mol H2,发生上述反应,达到平衡时,容器中CH3OH(g)为x mol,CO(g)为y mol,此时H2O(g)的分压p(H2O)=________kPa(用含x、y、p0的代数式表示),则该温度下反应3的压强平衡常数Kp=________________(用含x、y的代数式表示;用平衡分压代替平衡浓度,分压=总压×该组分的物质的量分数)。
微真题 把握方向
考向 平衡常数与平衡转化率的计算
1.(2024·浙江卷1月)反应CO2(g)+H2(g)HCOOH(g) ΔH3在恒温、恒容的密闭容器中进行,CO2和H2的投料浓度均为1.0 mol·L-1,平衡常数K=2.4×10-8,则CO2的平衡转化率为________。
2.(2024·湖北卷)用BaCO3和焦炭为原料,经反应Ⅰ、Ⅱ得到BaC2,再制备乙炔是我国科研人员提出的绿色环保新路线。
反应Ⅰ:BaCO3(s)+C(s)BaO(s)+2CO(g)
反应Ⅱ:BaO(s)+3C(s)BaC2(s)+CO(g)
回答下列问题:
(1)写出BaC2与水反应的化学方程式:________________________。
(2)已知Kp=(pCO)n、K=(n是CO的化学计量系数)。反应Ⅰ、Ⅱ的lg K与温度的关系曲线见图1。
①反应BaCO3(s)+4C(s)BaC2(s)+3CO(g)在1 585 K的Kp=________Pa3。
②保持1 320 K不变,假定恒容容器中只发生反应Ⅰ,达到平衡时pCO=________Pa,若将容器容积压缩到原来的,重新建立平衡后pCO=________Pa。
(3)恒压容器中,焦炭与BaCO3的物质的量之比为4∶1,Ar为载气。1 400 K和1 823 K下,BaC2产率随时间的关系曲线依实验数据拟合得到图2(不考虑接触面积的影响)。
①初始温度为900 K,缓慢加热至1 400 K时,实验表明BaCO3已全部消耗,此时反应体系中含Ba物种为________。
②1 823 K下,反应速率的变化特点为________________________,其原因是___________________________________________________________
___________________________________________________________。
3.(2023·全国乙卷)(1)将FeSO4置入抽空的刚性容器中,升高温度发生分解反应2FeSO4(s)Fe2O3(s)+SO2(g)+SO3(g)(Ⅰ)。平衡时-T的关系如图所示。660 K时,该反应的平衡总压p总=________kPa、平衡常数Kp(Ⅰ)=________(kPa)2。Kp(Ⅰ)随反应温度升高而______(填“增大”“减小”或“不变”)。
(2)升高温度,上述容器中进一步发生反应2SO3(g)2SO2(g)+O2(g)(Ⅱ),平衡时=________(用、表示)。在929 K时,p总=84.6 kPa、=35.7 kPa,则=________kPa,Kp(Ⅱ)=________________kPa(列出计算式)。
第31讲 化学平衡 化学平衡常数
微考点·核心突破
考点1
知识梳理
1.(1)可逆过程 正反应 逆反应
(2)同一反应体系中 相同 自发进行
2.(1)同一反应体系中 反应条件 (2)含量 相等 动态 (3)可逆
3.(1)1∶1 (2)浓度 物质的量 质量分数 (3)压强 (4)颜色 (5)断裂量 形成量
思维辨析
1.× 2.× 3.√ 4.× 5.× 6.×
知识对练
1.C 解析 2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)
c(某时刻)/(mol·L-1) 0.2 0.2 0.2
c(向右进行完全)/(mol·L-1) 0 0.1 0.4
c(向左进行完全)/(mol·L-1) 0.4 0.3 0
由于反应为可逆反应,SO3的浓度一定小于0.4 mol·L-1,A项错误;SO2与SO3的浓度不会均为0.15 mol·L-1,B项错误;由于反应为可逆反应,SO2的浓度一定小于0.4 mol·L-1大于0,则可能为0.25 mol·L-1,C项正确;根据硫元素守恒,c(SO2)+c(SO3)=0.4 mol·L-1,D项错误。
2.A 解析 用极值法:当Z完全转化为X2、Y2时,X2、Y2分别为0.2 mol·L-1、0.4 mol·L-1;当0.1 mol·L-1 X2完全转化为Z时,Y2为 0.2 mol·L-1,Z为 0.4 mol·L-1,则03.答案 ②⑥⑨ ⑥⑦⑧⑨⑩
解析 这是一个反应前后气体体积不变的反应。无论是否平衡,混合气体的总压强、、ρ都不发生变化(从其公式推导)。①②④从“v正是否等于v逆”来判断。③⑤⑥从“浓度保持不变”来判断。
4.答案 ②④⑤
解析 ①达到平衡时,v正应保持不变;②由于是放热反应,又是绝热容器,体系温度升高,平衡左移,K减小,当K不变时,温度不变,达到平衡状态;③题图中达到平衡时,CO、CO2的改变量不是1∶1;④w(NO)逐渐减小,达到平衡时保持不变;⑤因正反应放热,容器绝热,故反应开始后体系温度升高,达到平衡状态时体系温度不再发生变化;⑥ΔH是一个定值,不能用于判断可逆反应是否达到平衡状态。
考点2
知识梳理
1.(1)浓度化学计量数次幂的乘积 浓度化学计量数次幂的乘积 K
(2) 生成物 转化率 温度 浓度
3.(3)① ② mol·L-1
③×100% ④×100%
⑤ ⑥ g·L-1
⑦ g·mol-1
思维辨析
1.× 提示:反应前后气体分子数不相等,如温度不变时,平衡前容器内压强逐渐变小。
2.× 提示:对于正反应吸热的反应,升高温度平衡正向移动,K增大;对于正反应放热的反应,升高温度平衡逆向移动,K变小。
3.× 提示:增大反应物的浓度,平衡向正反应方向移动,但K不变,因为K只受温度的影响,温度不变,K不变。
4.√ 提示:若升高温度,K值增大,则正反应为吸热反应;若升高温度,K值减小,则正反应为放热反应。
5.√ 提示:化学反应达平衡时,各反应物的转化率达到最大。化学平衡常数本身就是表示化学平衡时各物质浓度的关系。故平衡常数和转化率是从两个不同的角度来反映化学反应进行的程度。
知识对练
5.答案 (1)K1= (2)
解析 K1=,K2=,K=,所以K=。
6.答案 (1) (2)吸热 (3)700 (4)等于 (5)不
解析 (2)温度越高,K值越大,说明升温平衡正向移动,正反应为吸热反应。(3)某温度下,各物质的平衡浓度有关系为3c(CO2)·c(H2)=5c(CO)·c(H2O),根据平衡常数表达式K=可知,K==0.6,平衡常数只与温度有关,温度一定则平衡常数为定值,所以此时对应的温度为700 ℃。
7.D 解析 此时的浓度商为Q==
=0.98.答案 (1)K1·K2 (2)< (3)>
解析 (1)K1=,K2=,K3=,故K3=K1·K2。
(2)根据K3=K1·K2,500 ℃、800 ℃时,反应③的平衡常数分别为2.5、0.375;升温,K值减小,平衡左移,正反应为放热反应,所以ΔH<0。(3)Q=<2.5,所以v正>v逆。
9.答案 (1)2.5 2.8×10-3 (2)> > (3)B
解析 (1) H2S(g) + CO2(g) COS(g) + H2O(g)
开始/mol 0.40 0.10 0 0
反应/mol x x x x
平衡/mol 0.40-x 0.10-x x x
==0.02,解得x=0.01 mol,所以H2S的转化率α1=×100%=2.5%;由于该反应是反应前后气体体积相等的反应,所以在该条件下反应达到平衡时化学平衡常数K====2.8×10-3。(2)根据题目提供的数据可知温度由610 K升高到620 K时,化学反应达到平衡,水的物质的量分数由0.02变为0.03,所以H2S的转化率增大,α2>α1;根据题意可知,升高温度,化学平衡向正反应方向移动,根据平衡移动原理,升高温度,化学平衡向吸热反应方向移动,所以该反应的正反应为吸热反应,故ΔH>0。(3)增大H2S的浓度,平衡正向移动,但加入量远远大于平衡移动转化消耗量,所以H2S转化率降低,A项错误;增大CO2的浓度,平衡正向移动,使更多的H2S反应,所以H2S转化率增大,B项正确;COS是生成物,增大生成物的浓度,平衡逆向移动,H2S转化率降低,C项错误;N2是与反应体系无关的气体,充入N2不能使化学平衡发生移动,所以对H2S转化率无影响,D项错误。
10.答案 (1)CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)
(2)①75% ②6.75
解析 (2)①根据题图2可知,4 min时反应处于平衡状态,此时容器内气体总压强为0.7p0 kPa,设发生反应的CO2的物质的量为x mol,列出三段式:
在温度、体积相同的条件下,气体压强之比等于气体的物质的量之比,所以=,解得x=0.75,α(CO2)=×100%=75%。②T温度下该反应的化学平衡常数K===6.75。
11.答案 C+2NON2+CO2 >
解析 1 L恒容密闭容器中加入0.100 0 mol NO和2.030 mol固体活性炭,生成A、B两种气体,从不同温度下测得平衡体系中各物质的物质的量以及容器内压强数据可以看出:Δn(C)∶Δn(NO)∶Δn(A)∶Δn(B)=1∶2∶1∶1,所以可以推断出生成的A、B两种气体分别为N2和CO2,反应的化学方程式为C+2NON2+CO2。升高温度,压强增大,故p>3.93 MPa。该反应的平衡常数Kp=,容器的容积为1 L,平衡分压之比等于平衡浓度之比,代入表中数据计算得Kp=。
12.答案
解析 据题图可知M点SO2的转化率为50%,设初始投料为2 mol SO2和2 mol Cl2,列三段式有
所以p(SO2)=p(Cl2)=p(SO2Cl2)=p,所以Kp==。
13.答案 1 >
解析 解题步骤及过程:
步骤1 代入特殊值:
平衡时v正=v逆,即k正·c(CH4)·c(H2O)=k逆·c(CO)·c3(H2);
步骤2 适当变式求平衡常数,
K1==;k正=k逆,K1=1;
步骤3 求其他,
K2==;k正=1.5k逆,K2=1.5;1.5>1,平衡正向移动,升高温度平衡向吸热方向移动,则T2>T1。
14.答案 5 0
解析 当反应达到平衡时有v正=v逆,即k正·c4(NH3)·c6(NO)=k逆·cx(N2)·cy(H2O),变换可得=,该反应的平衡常数K=,平衡状态下K=,所以x=5,y=0。
15.答案 (1)B (2)0.025 mol·L-1·min-1 0.75
解析 (1)该反应是放热反应,反应达到平衡后,仅降低温度,k正、k逆均减小,平衡向放热方向即正向移动,正反应速率大于逆反应速率,因此k正减小的倍数更少。
(2) CH2==CH2(g)+O2(g)2(g)
起始/mol 1 1 0
变化/mol 2x x 2x
平衡/mol 1-2x 1-x 2x
=0.875,解得x=0.25,则0~10 min内v(O2)===0.025 mol·L-1·min-1,k逆·c2()=k正·c2(CH2==CH2)·c(O2),==0.75。
微充电·素养提升
母题 答案 (1)①乙 ②75 (2)p0
解析 (1)①由题图可知,压强相同时,乙中CO2平衡转化率比甲中的大,说明乙中使用了水分子筛分离出H2O,使反应1平衡正向移动。②由题图可知,M点对应的CO2平衡转化率为50%,平衡压强为150 kPa,则反应1消耗了0.5 mol CO2。
方法一:三段式法。
CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)
起始/mol 1 3 0 0
转化/mol 0.5 1.5 0.5 0.5
平衡/mol 0.5 1.5 0.5 0.5
则平衡时,混合气体的n总=(0.5+1.5+0.5+0.5) mol=3 mol,p(H2)=×150 kPa=75 kPa。
方法二:差量法。
CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) Δ=-2
转化/mol 0.5 n变
则=,n变=-1,n总=1 mol+3 mol+(-1) mol=3 mol。
n(H2)=1.5 mol,p(H2)=×150 kPa=75 kPa。
(2)方法一:三段式法。设反应1和反应3生成H2O(g)的物质的量分别为a mol、b mol。假设发生反应的顺序为反应1、反应3、反应2,且每个反应达到平衡后再发生下一个反应。
反应1: CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)
起始/mol 1 3 0 0
转化/mol a 3a a a
平衡/mol 1-a 3-3a a a
反应3: CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)
起始/mol 1-a 3-3a 0 a
转化/mol b b b b
平衡/mol 1-a-b 3-3a-b b a+b
反应2: CO(g) + 2H2(g) CH3OH(g)
起始/mol b 3-3a-b a
转化/mol x-a 2(x-a) x-a
平衡/mol b-x+a 3-a-b-2x x
由题意可知,平衡时CO(g)为y mol,可得b-x+a=y,则b+a=x+y,平衡时混合气体的总物质的量为(1-a-b) mol+(3-a-b-2x) mol+(b-x+a) mol+x mol+(a+b) mol=(4-2x) mol,平衡时n(CO2)=(1-x-y) mol,n(H2)=(3-3x-y) mol,n(CO)=y mol,n(H2O)=(x+y) mol,H2O(g)的分压p(H2O)=p0 kPa,则该温度下反应3的压强平衡常数Kp===。
方法二:原子守恒法。
碳原子守恒:n始(CO2)=n平(CO2)+n平(CO)+n平(CH3OH) n平(CO2)=(1-x-y) mol;
氧原子守恒:2n始(CO2)=2n平(CO2)+n平(CO)+n平(CH3OH)+n平(H2O) n平(H2O)=(x+y) mol;
氢原子守恒:2n始(H2)=2n平(H2)+4n平(CH3OH)+2n平(H2O) n平(H2)=(3-3x-y) mol;
n总=(1-x-y) mol+(x+y) mol+(3-3x-y) mol+x mol+y mol=(4-2x) mol,进而计算出H2O(g)的分压及反应3的压强平衡常数Kp。
微真题·把握方向
1.答案 2.4×10-6%
解析 根据三段式,设转化的CO2为x,则:
则K==2.4×10-8,x≈2.4×10-8 mol/L,则转化率=×100%=2.4×10-6%。
2.答案 (1)BaC2+2H2O===Ba(OH)2+C2H2↑ (2)①1016 ②105 105 (3)①BaO ②t1~t2阶段净反应速率为正值且恒定不变,t2后反应达到平衡,净反应速率恒为0 反应物均为固体,固体的浓度为定值,不会随着消耗而发生改变
解析 (1)BaC2与电石CaC2类似,与水反应生成C2H2(乙炔)和Ba(OH)2,该反应的化学方程式为BaC2+2H2O===Ba(OH)2+C2H2↑。(2)①将BaCO3(s)+4C(s)BaC2(s)+3CO(g)记为反应Ⅲ,由盖斯定律可知,反应Ⅲ=反应Ⅰ+反应Ⅱ,根据方程式相加,K相乘的原则,有KⅢ=KⅠ·KⅡ。由图1可知,1 585 K时lg KⅠ=2.5,lg KⅡ=-1.5,则该温度下KⅢ=102.5×10-1.5=10。根据Kp=(pCO)n、K=可知,Kp=K×(105 Pa)n,其中n为方程式中CO的化学计量数。反应Ⅲ中CO的化学计量数为3,因此反应Ⅲ的Kp=KⅢ×(105 Pa)3=1016 Pa3。②由图1可知,1 320 K时,lg KⅠ=0,即KⅠ=1。反应Ⅰ中CO的化学计量数为2,则该温度下,Kp(Ⅰ)=KⅠ×(105 Pa)2=1010 Pa2。根据反应Ⅰ可知,其分压平衡常数表达式为Kp(Ⅰ)=,因此平衡时pCO===105 Pa。平衡常数只与温度有关,将容器体积压缩到原来的,Kp(Ⅰ)不变,则pCO不变,仍为105 Pa。(3)①由图2可知,1 823 K下,BaC2产率随着时间的延长不断增加至接近100%,而1 400 K下,BaC2产率始终为0,说明反应Ⅱ在1 400 K以下没有发生,而BaCO3全部消耗,说明反应Ⅰ已完全进行,生成BaO,故此时体系中含Ba物种为BaO。②图2的横坐标为时间,纵坐标为 BaC2产率,则图像的斜率可代表反应速率,由图2可知,1 823 K下,t1~t2阶段净反应速率不变,t2后反应达到平衡,净反应速率恒为0。该体系中的反应物均为固体,固体的浓度为定值,不会随着反应消耗而发生改变,因此出现上述特点。
3.答案 (1)3.0 2.25 增大 (2) 46.26
解析 (1)将FeSO4置入抽空的刚性容器中,升高温度发生分解反应2FeSO4(s)Fe2O3(s)+SO2(g)+SO3(g)(Ⅰ)。由平衡时-T的关系图可知,660 K时,=1.5 kPa,则=1.5 kPa,因此,该反应的平衡总压p总=3.0 kPa、平衡常数Kp(Ⅰ)=1.5 kPa×1.5 kPa=2.25(kPa)2。由图中信息可知,随着温度升高而增大,因此,Kp(Ⅰ)随反应温度升高而增大。(2)升高温度,上述容器中进一步发生反应2SO3(g)2SO2(g)+O2(g)(Ⅱ),在同温同压下,不同气体的物质的量之比等于其分压之比,由于仅发生反应(Ⅰ)时=,则+2=-2,因此,平衡时=。在929 K时,p总=84.6 kPa、=35.7 kPa,则++=p总、+2=-2,联立方程组消去,可得3+5=4p总,代入相关数据可求出=46.26 kPa,则=84.6 kPa-35.7 kPa-46.26 kPa=2.64 kPa,Kp(Ⅱ)== kPa。(共107张PPT)
第31讲
大单元六 化学反应速率与化学平衡
化学平衡
化学平衡常数
目
标
速
览
1.了解化学反应的可逆性的特点。2.掌握化学平衡状态的建立及特征。3.了解平衡常数的概念及意义。
考点1 可逆反应与化学平衡建立
微考点/核心突破
第一部分
1.可逆反应及其特征
(1)溶液达到饱和之后，溶液中固体溶质溶解和溶质分子回到固体溶质表面的结晶过程一直在进行，而这两种过程速率相等，我们把这类过程称作__________，表述这类过程可采用_____号，把从左向右的过程称作_________，把从右向左的过程称作_________。
(2)可逆反应指反应物和产物必须同时存在于______________，而且在_________条件下，正、逆反应都能够____________。
可逆过程
正反应
逆反应
同一反应体系中
相同
自发进行
2.化学平衡状态的含义
(1)构成化学平衡体系的基本要求是反应物和所有产物均处于_______
___________，_________保持不变。
(2)达到化学平衡状态时，体系中所有反应物和生成物的______保持不变。但反应并没停止，而且正、逆反应速率______，这说明化学平衡是______平衡。
(3)化学平衡研究的对象是______反应，对于弱电解质的电离、气体的溶解和逸出、固体的溶解和结晶及盐类的水解等存在可逆过程的问题都可用平衡的观点去分析。
同一反
应体系中
反应条件
含量
相等
动态
可逆
3.化学平衡状态的标志
以mA(g)+nB(g) xC(g)+yD(g)(m+n≠x+y)为例。
(1)实质：v正=v逆≠0，如v(B)耗=v(B)生；v(C)耗∶v(C)生=_______。
(2)某物质的质量、_______、___________、 ___________等不变。
(3)反应体系的总物质的量或______恒定。
(4)若A为有色气体，气体的______不变。
(5)单位时间内A物质化学键的___________等于_________。
(6)转化率不变，如α(A)不变。
(7)体系的平均相对分子质量不变。
1∶1
浓度
物质的量
质量分数
压强
颜色
断裂量
形成量
4.化学平衡状态判断误区
(1)可逆反应不等同于可逆过程。可逆过程包括物理变化和化学变 化，而可逆反应属于化学变化。
(2)化学反应的平衡状态可以从正反应方向建立，也可以从逆反应方向建立。
(3)化学反应达到化学平衡状态的正逆反应速率相等，是指同一物质的消耗速率和生成速率相等，若用不同物质表示时，反应速率不一定相等。
(4)化学反应达平衡状态时，各组分的浓度、百分含量保持不变，但不一定相等。
(5)用不同物质表示的反应速率之比等于化学计量数之比，不一定是平衡状态，因为不论是否达到平衡，该关系一定存在。
(6)各物质的物质的量之比等于方程式的化学计量数之比，不一定是平衡状态。因为此条件并不能说明各组分的物质的量不再变化。
化学平衡状态的判断
可逆反应达到化学平衡状态时有两个主要特征：一是正反应速率和逆反应速率相等；二是反应混合物中各组成成分的含量保持不 变。这两个特征就是判断可逆反应是否达到化学平衡状态的核心依据。
(1)直接特征：v正=v逆，要求大小相等，方向相反。
①速率特征：指“等”，即v正=v逆。
有两层含义：对于同一物质而言，该物质的生成速率等于它的消耗速率；对于不同的物质而言，速率之比等于方程式中的化学计量数之比，但必须是不同方向的速率。
②含量特征：指“定”，即反应混合物中各组成成分的含量保持不变。
(2)间接特征：指所表述的内容并非直接而是间接反映“等”和 “定”的意义。
①反应物的转化率保持不变。
②产物的产率保持不变。
③平衡体系的颜色保持不变。
④绝热的恒容反应体系中的温度保持不变。
(3)“特殊”特征：指所表述的内容并不能表明所有反应均已达平衡状态，只是在某些特定的情况下才能表示反应已经达到化学平衡状态。
①体系中气体物质的总质量保持不变。
②体系中气体物质的总物质的量(或体积或分子个数)保持不变。
③体系中气体物质的平均相对分子质量保持不变。
④气体的总压强不再发生改变。
⑤体系中气体的密度不再发生改变。
角度一 极端假设解化学平衡状态题的应用
1.在一个密闭容器中发生反应2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)，反应过程中某一时刻测得SO2、O2、SO3的浓度分别为0.2 mol·L-1、0.2 mol· L-1、0.2 mol·L-1，当反应达到平衡时，可能出现的数据是( )
A.c(SO3)=0.4 mol·L-1
B.c(SO2)=c(SO3)=0.15 mol·L-1
C.c(SO2)=0.25 mol·L-1
D.c(SO2)+c(SO3)=0.5 mol·L-1
2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)
c(某时刻)/(mol·L-1) 0.2 0.2 0.2
c(向右进行完全)/(mol·L-1) 0 0.1 0.4
c(向左进行完全)/(mol·L-1) 0.4 0.3 0
由于反应为可逆反应，SO3的浓度一定小于0.4 mol·L-1，A项错 误；SO2与SO3的浓度不会均为0.15 mol·L-1，B项错误；由于反应为可逆反应，SO2的浓度一定小于0.4 mol·L-1大于0，则可能为0.25 mol·L-1，C项正确；根据硫元素守恒，c(SO2)+c(SO3)=0.4 mol·L-1，D项错误。
解析
用极值法：当Z完全转化为X2、Y2时，X2、Y2分别为0.2 mol· L-1、0.4 mol·L-1；当0.1 mol·L-1 X2完全转化为Z时，Y2为 0.2 mol·L-1，Z为 0.4 mol·L-1，则0解析
②⑥⑨
⑥⑦⑧⑨⑩
这是一个反应前后气体体积不变的反应。无论是否平衡，混合气体的总压强、、ρ都不发生变化(从其公式推导)。①②④从“v正是否等于v逆”来判断。③⑤⑥从“浓度保持不变”来判断。
解析
②④⑤
①达到平衡时，v正应保持不变；②由于是放热反应，又是绝热容器，体系温度升高，平衡左移，K减小，当K不变时，温度不变，达到平衡状态；③题图中达到平衡时，CO、CO2的改变量不是1∶1；④w(NO)逐渐减小，达到平衡时保持不变；⑤因正反应放热，容器绝热，故反应开始后体系温度升高，达到平衡状态时体系温度不再发生变化；⑥ΔH是一个定值，不能用于判断可逆反应是否达到平衡状态。
解析
考点2 化学平衡常数
化学平衡的计算
微考点/核心突破
第一部分
1.化学平衡常数
(1)在一定温度下，当一个可逆反应达到化学平衡时，生成物_______
___________________与其反应物_____________________________的比值是一个常数，即平衡常数，用符号____表示。
浓度化学计量数次幂的乘积
浓度化学计量数次幂的乘积
K
(2)对一般可逆反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g)，当在一定温度下
达到平衡状态时，可以得出：K=_____________，K值越大，说明平衡体系中________所占的比例越大，反应物的________越大；K只受______影响，与反应物或生成物的________变化无关，即在一定温度下，平衡常数保持不变。
生成物
转化率
温度
浓度
2.化学平衡常数的应用
(1)判断可逆反应进行的程度。
K值大，说明反应进行的程度大，反应物的转化率高；K值小，说明反应进行的程度小，反应物的转化率低。
K <10-5 10-5~105 >105
反应程度 很难进行 反应可逆 反应可接近完全
(3)判断可逆反应的热效应。
3.化学平衡常数与转化率的计算
“三段式”法是有效解答化学平衡计算题的“万能钥匙”。解题 时，要注意清楚条理地列出起始量、变化量、平衡量，按题目要求进行计算，同时还要注意单位的统一。
(1)明确三个量——起始量、变化量、平衡量(单位：mol或mol· L-1)。
N2 + 3H2 2NH3
起始量 1 3 0
变化量 a b c
平衡量 1-a 3-b c
①反应物的平衡量=起始量-变化量。
②生成物的平衡量=起始量+变化量。
mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g)
起始/mol a b 0 0
变化/mol mx nx px qx
平衡/mol a-mx b-nx px qx
对于反应物：n(平)=n(始)-n(变)
对于生成物：n(平)=n(始)+n(变)
则有①平衡常数：K=___________________。
②A的平衡浓度：c(A)平=_________________。
③A的转化率：α(A)平=______________。
④A的体积分数：φ(A)=_________________________。
mol·L-1
×100%
×100%
g·L-1
g·mol-1
4.使用化学平衡常数应注意的问题
(1)化学平衡常数K值的大小是可逆反应正向进行程度的标志。一个反应的K值越大，表明平衡时生成物的浓度越大，反应物的浓度越小，反应物的转化率也越大。可以说，化学平衡常数是在一定温度下一个反应本身固有的内在性质的定量体现。
(2)化学平衡常数只与温度有关，与反应物或生成物的浓度无关。
(3)反应物或生成物中有固体和纯液体存在时，其浓度可看作“1”，而不计入平衡常数表达式中。
(4)化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。若反应方向改变，则平衡常数改变；若化学方程式中各物质的化学计量数等倍扩大或缩小，尽管是同一反应，平衡常数也会改变。
思维辨析
判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。
1.反应SO2(g)+2CO(g) 2CO2(g)+S(l) ΔH<0在恒容的密闭容器中进行，平衡前，随着反应的进行，容器内压强始终不变。( )
2.对某一可逆反应，升高温度则化学平衡常数一定变大。( )
提示：反应前后气体分子数不相等，如温度不变时，平衡前容器内压强逐渐变小。
提示：对于正反应吸热的反应，升高温度平衡正向移动，K增大；对于正反应放热的反应，升高温度平衡逆向移动，K变小。
3.增大反应物的浓度，平衡正向移动，化学平衡常数增大。( )
4.可根据K随温度的变化情况判断反应的热效应。( )
提示：增大反应物的浓度，平衡向正反应方向移动，但K不变，因为K只受温度的影响，温度不变，K不变。
提示：若升高温度，K值增大，则正反应为吸热反应；若升高温度，K值减小，则正反应为放热反应。
5.化学平衡常数和转化率都能体现反应进行的程度。( )
提示：化学反应达平衡时，各反应物的转化率达到最大。化学平衡常数本身就是表示化学平衡时各物质浓度的关系。故平衡常数和转化率是从两个不同的角度来反映化学反应进行的程度。
(2)运用“三段式法”进行计算。
K1=
K1=,K2=,K=,所以K=。
解析
吸热
700
等于
不
(2)温度越高,K值越大,说明升温平衡正向移动,正反应为吸热反应。(3)某温度下,各物质的平衡浓度有关系为3c(CO2)·c(H2)=5c(CO)·
c(H2O),根据平衡常数表达式K=可知,K==0.6,平衡常数只与温度有关,温度一定则平衡常数为定值,所以此时对应的温度为700 ℃。
解析
此时的浓度商为Q===0.9解析
K1·K2
<
>
(1)K1=,K2=,K3=,故K3=K1·K2。
(2)根据K3=K1·K2,500 ℃、800 ℃时,反应③的平衡常数分别为 2.5、0.375;升温,K值减小,平衡左移,正反应为放热反应,所以ΔH< 0。(3)Q=<2.5,所以v正>v逆。
解析
(1)H2S的平衡转化率α1=_______ %，反应平衡常数K=__________。
(2)在620 K重复试验，平衡后水的物质的量分数为0.03，H2S的转化率α2______α1，该反应的ΔH ______ 0。(填“>”“<”或“=”)
(3)向反应器中再分别充入下列气体，能使H2S转化率增大的是_________
(填字母)。
A.H2S B.CO2
C.COS D.N2
2.5
2.8×10-3
>
>
B
(1) H2S(g) + CO2(g) COS(g) + H2O(g)
开始/mol 0.40 0.10 0 0
反应/mol x x x x
平衡/mol 0.40-x 0.10-x x x
==0.02，解得x=0.01 mol，所以H2S的转化率α1=×100%=2.5%；由于该反应是反应前后气体体积相
解析
等的反应，所以在该条件下反应达到平衡时化学平衡常数K====2.8×10-3。(2)根据题目提供的数据可知温度由610 K升高到620 K时，化学反应达到平衡，水的物质的量分数由0.02变为0.03，所以H2S的转化率增大，α2>α1；根据题意可知，升高温度，化学平衡向正反应方向移动，根据平衡移动原理，升高温度，化学平衡向吸热反应方向移动，所以该反应的正反应为吸热反应，故ΔH>0。(3)增大H2S的浓
解析
度，平衡正向移动，但加入量远远大于平衡移动转化消耗量，所以H2S转化率降低，A项错误；增大CO2的浓度，平衡正向移动，使更多的H2S反应，所以H2S转化率增大，B项正确；COS是生成物，增大生成物的浓度，平衡逆向移动，H2S转化率降低，C项错误；N2是与反应体系无关的气体，充入N2不能使化学平衡发生移动，所以对H2S转化率无影响，D项错误。
解析
CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+
2H2O(g)
75%
6.75
(2)①根据题图2可知，4 min时反应处于平衡状态，此时容器内气体总压强为0.7p0 kPa，设发生反应的CO2的物质的量为x mol，列出三段式：
CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g)
起始/mol 1.0 4.0 0 0
变化/mol x 4 x x 2 x
平衡/mol 1.0-x 4.0-4 x x 2 x
解析
在温度、体积相同的条件下，气体压强之比等于气体的物质的量之比，所以=，解得x=0.75，α(CO2)=
×100%=75%。②T温度下该反应的化学平衡常数K=
==6.75。
解析
角度六 压强平衡常数的计算
11.汽车尾气是造成雾霾天气的重要原因之一，尾气中的主要污染物为CxHy、NO、CO、SO2及固体颗粒物等。活性炭可用于处理汽车尾气中的NO，在1 L恒容密闭容器中加入 0.100 0 mol NO和2.030 mol固体活性炭，生成A、B两种气体，在不同温度下测得平衡体系中各物质的物质的量以及容器内压强如下表：
根据上表数据，写出容器中发生反应的化学方程式：_____________
___________，判断p______(填“>”“<”或“=”)3.93 MPa。计算反应体系在200 ℃时的平衡常数Kp=_______(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×体积分数)。
T/℃ 活性炭/mol NO/mol A/mol B/mol p/MPa
200 2.000 0.040 0 0.030 0 0.030 0 3.93
335 2.005 0.050 0 0.025 0 0.025 0 p
C+2NO
N2+CO2
>
解析
据题图可知M点SO2的转化率为50%，设初始投料为2 mol SO2和
2 mol Cl2，列三段式有
SO2(g)+Cl2(g) SO2Cl2(g)
起始/mol 2 2 0
变化/mol 1 1 1
平衡/mol 1 1 1
所以p(SO2)=p(Cl2)=p(SO2Cl2)=p，所以Kp==。
解析
1
>
解题步骤及过程:
步骤1 代入特殊值:
平衡时v正=v逆,即k正·c(CH4)·c(H2O)=k逆·c(CO)·c3(H2);
步骤2 适当变式求平衡常数,K1==;k正=k逆,K1=1;
步骤3 求其他,K2==;k正=1.5k逆,K2=1.5;1.5>1,平衡正向移动,升高温度平衡向吸热方向移动,则T2>T1。
解析
5
0
当反应达到平衡时有v正=v逆,即k正·c4(NH3)·c6(NO)=k逆·cx(N2)·
cy(H2O),变换可得=,该反应的平衡常数K=,平衡状态下K=,所以x=5,y=0。
解析
B
0.025 mol·L-1·
min-1
0.75
解析
解析
抢分大招——“原子守恒”和“差量法”妙解化学平衡计算题
微充电/素养提升
第二部分
【方法归纳】
原子守恒法：
【母题】 利用CO、H2和CO2可以合成生物质能源甲醇，是实现碳的固定的重要途径，有关反应如下。
反应1：CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)；
反应2：CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)；
反应3：CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)。
(1)T0 ℃时，在密闭容器甲、乙中，分别充入1 mol CO2和3 mol H2，它们分别在有水分子筛(只允许水分子透过)和无水分子筛条件下仅发生反应1。测得CO2平衡转化率与压强的变化关系如图所示。
①使用了水分子筛的容器是_____(填“甲”或“乙”)。
②M点H2的分压p(H2)=______kPa。
乙
75
(2)T2 ℃时，向压强为p0 kPa的恒压密闭容器中通入1 mol CO2和3 mol H2，发生上述反应，达到平衡时，容器中CH3OH(g)为x mol，CO(g)为y mol，此时H2O(g)的分压p(H2O)=_________ kPa(用含x、y、p0的代数式表示)，则该温度下反应3的压强平衡常数Kp=_______________
(用含x、y的代数式表示；用平衡分压代替平衡浓度，分压=总压×该组分的物质的量分数)。
p0
(1)①由题图可知，压强相同时，乙中CO2平衡转化率比甲中的 大，说明乙中使用了水分子筛分离出H2O，使反应1平衡正向移 动。②由题图可知，M点对应的CO2平衡转化率为50%，平衡压强为150 kPa，则反应1消耗了0.5 mol CO2。
方法一：三段式法。
CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)
起始/mol 1 3 0 0
转化/mol 0.5 1.5 0.5 0.5
平衡/mol 0.5 1.5 0.5 0.5
解析
解析
解析
解析
解析
解析
解析
微真题/把握方向
第三部分
2.4×10-6%
解析
BaC2+2H2O===Ba(OH)2
+C2H2↑
1016
105
105
①初始温度为900 K，缓慢加热至1 400 K时，实验表明BaCO3已全部消耗，此时反应体系中含Ba物种为_________。
②1 823 K下，反应速率的变化特点为___________________________
_________________________________________，其原因是________
_________________________________________________。
BaO
t1~t2阶段净反应速率为正值且恒定不变,t2后反应达到平衡,净反应速率恒为0
反应物均为固体,固体的浓度为定值,不会随着消耗而发生改变
(1)BaC2与电石CaC2类似，与水反应生成C2H2(乙炔)和Ba(OH)2，该反应的化学方程式为BaC2+2H2O===Ba(OH)2+C2H2↑。(2)①将BaCO3(s)+4C(s) BaC2(s)+3CO(g)记为反应Ⅲ，由盖斯定律可知，反应Ⅲ=反应Ⅰ+反应Ⅱ，根据方程式相加，K相乘的原则，有KⅢ=KⅠ·KⅡ。由图1可知，1 585 K时lg KⅠ=2.5，lg KⅡ=-1.5，则该温度下KⅢ=102.5×10-1.5=10。根据Kp=(pCO)n、K=可 知，Kp=K×(105 Pa)n，其中n为方程式中CO的化学计量数。反应
解析
Ⅲ中CO的化学计量数为3，因此反应Ⅲ的Kp=KⅢ×(105 Pa)3= 1016 Pa3。②由图1可知，1 320 K时，lg KⅠ=0，即KⅠ=1。反应Ⅰ中CO的化学计量数为2，则该温度下，Kp(Ⅰ)=KⅠ×(105 Pa)2=1010 Pa2。根据反应Ⅰ可知，其分压平衡常数表达式为Kp(Ⅰ)=，因此平衡时pCO===105 Pa。平衡常数只与温度有关，将容器体积压缩到原来的，Kp(Ⅰ)不变，则pCO不变，仍为105 Pa。(3)①由图2可知，1 823 K下，BaC2产率随着时间的延长不断增加
解析
至接近100%，而1 400 K下，BaC2产率始终为0，说明反应Ⅱ在 1 400 K以下没有发生，而BaCO3全部消耗，说明反应Ⅰ已完全进行，生成BaO，故此时体系中含Ba物种为BaO。②图2的横坐标为时间，纵坐标为 BaC2产率，则图像的斜率可代表反应速率，由图2可知，1 823 K下，t1~t2阶段净反应速率不变，t2后反应达到平 衡，净反应速率恒为0。该体系中的反应物均为固体，固体的浓度为定值，不会随着反应消耗而发生改变，因此出现上述特点。
解析
3.(2023·全国乙卷)(1)将FeSO4置入抽空的刚性容器中，升高温度发生分解反应2FeSO4(s)
Fe2O3(s)+SO2(g)+SO3(g)(Ⅰ)。平衡时-T的关系如图所示。660 K时，该反应的平衡总压p总=_______ kPa、平衡常数Kp(Ⅰ)=_______ (kPa)2。Kp(Ⅰ)随反应温度升高而________ (填“增大”“减小”或“不变”)。
3.0
2.25
增大
(2)升高温度，上述容器中进一步发生反应2SO3(g) 2SO2(g)+
O2(g)(Ⅱ)，平衡时=_____________ (用、表示)。在929 K时，p总=84.6 kPa、=35.7 kPa，则=______________ kPa，Kp(Ⅱ)=_____________ kPa(列出计算式)。
46.26
解析
解析课时微练(三十一) 化学平衡 化学平衡常数
基础训练
1.模型法是化学中把微观问题宏观化的最常见方法。对于2HBr(g)H2(g)+Br2(g)反应,下列四个图中可以表示该反应在一定条件下为可逆反应的是( )
2.恒温、恒压下,将1 mol O2和2 mol SO2气体充入一容积可变的容器中(状态Ⅰ),发生反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),状态Ⅱ时达到平衡,则O2的转化率为( )
A.60% B.40% C.80% D.90%
3.已知450 ℃时,反应H2(g)+I2(g)2HI(g)的K=50,由此推测在450 ℃时,反应2HI(g)H2(g)+I2(g)的化学平衡常数为( )
A.50 B.0.02
C.100 D.无法确定
4.O3是一种很好的消毒剂,具有高效、洁净、方便、经济等优点。O3可溶于水,在水中易分解,产生的[O]为游离氧原子,有很强的杀菌消毒能力。常温常压下发生反应如下:
反应① O3O2+[O] ΔH>0 平衡常数为K1;
反应② [O]+O32O2 ΔH<0 平衡常数为K2;
总反应:2O33O2 ΔH<0 平衡常数为K。
下列叙述正确的是( )
A.降低温度,K减小
B.K=K1+K2
C.适当升温,可提高消毒效率
D.压强增大,K2减小
5.用尿素水解生成的NH3催化还原NO,是柴油机车辆尾气净化的主要方法。反应为4NH3(g)+O2(g)+4NO(g)4N2(g)+6H2O(g),下列说法正确的是( )
A.上述反应ΔS<0
B.上述反应平衡常数
K=
C.上述反应中消耗1 mol NH3,转移电子的数目为2×6.02×1023
D.实际应用中,加入尿素的量越多,柴油机车辆排放的尾气对空气污染程度越小
6.T ℃时,在一固定容积的密闭容器中发生反应A(g)+B(g)C(s) ΔH<0,按照不同配比充入A、B,达到平衡时容器中A、B的浓度变化如图中曲线(实线)所示,下列判断正确的是( )
A.T ℃时,该反应的平衡常数为4
B.c点没有达到平衡,此时反应向逆反应方向进行
C.若c点为平衡点,则此时容器内的温度高于T ℃
D.T ℃时,直线cd上的点均为平衡状态
7.下列描述的化学反应状态,不一定是平衡状态的是( )
A.H2(g)+Br2(g)2HBr(g),恒温、恒容下,反应体系中气体的颜色保持不变
B.2NO2(g)N2O4(g),恒温、恒容下,反应体系中气体的压强保持不变
C.CaCO3(s)CO2(g)+CaO(s),恒温、恒容下,反应体系中气体的密度保持不变
D.N2(g)+3H2(g)2NH3(g),反应体系中H2与N2的物质的量之比保持3∶1
8.温度恒定的条件下,在2 L容积不变的密闭容器中,发生反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)。开始充入4 mol的SO2和2 mol的O2,10 s后达到平衡状态时c(SO3)=0.5 mol·L-1,下列说法不正确的是( )
A.v(SO2)∶v(O2)=2∶1
B.10 s内,v(SO3)=0.05 mol·L-1·s-1
C.SO2的平衡转化率为25%
D.平衡时容器内的压强是反应前的倍
9.某温度下,在2 L的密闭容器中,加入1 mol X(g)和2 mol Y(g)发生反应X(g)+mY(g)3Z(g),平衡时,X、Y、Z的体积分数分别为30%、60%、10%。在此平衡体系中加入1 mol Z(g),再次达到平衡后,X、Y、Z的体积分数不变。下列叙述不正确的是( )
A.m=2
B.两次平衡的平衡常数相同
C.X与Y的平衡转化率之比为1∶1
D.第二次平衡时,Z的浓度为0.4 mol·L-1
10.(2025·湖南模拟)利用测压法在恒容反应器中研究25 ℃时N2O5(g)分解反应:
其中NO2二聚为N2O4的反应可以迅速达到平衡。体系的总压强p随时间t的变化如下表所示:
t/min 0 40 80 160 260 1 300 1 700 ∞
p/kPa 35.8 40.3 42.5 45.9 49.2 61.2 62.3 63.1
已知:①t=∞时,N2O5(g)完全分解;
②2NO2(g)N2O4(g) ΔH<0;
③NO2为红棕色气体。
下列说法错误的是( )
A.N2O5(g)完全分解后,p∞(O2)=17.9 kPa
B.若升高温度到35 ℃,则N2O5(g)完全分解后体系压强p∞(35 ℃)大于63.1 kPa
C.若缩小起始时容器的容积,反应达到平衡后颜色将变浅
D.25 ℃时,反应达到平衡后,反应N2O4(g)2NO2(g)的平衡常数Kp=13.4 kPa
能力训练
11.某兴趣小组进行了实验探究。在一定温度和催化剂的条件下,将0.1 mol NH3通入3 L的密闭容器中进行NH3分解为N2和H2的反应(此时容器内总压为200 kPa),各物质的分压随时间的变化曲线如图所示。
(1)若保持容器容积不变,t1时反应达到平衡,用H2的浓度变化表示0~t1时间内的反应速率v(H2)=________mol·L-1·min-1。(用含t1的代数式表示)
(2)t2时将容器容积迅速缩小至原来的一半并保持不变,图中能正确表示压缩后N2分压变化趋势的曲线是________(用图中a、b、c、d表示),理由是________________________________________________________________________。
(3)在该温度下,反应的标准平衡常数KΘ=________。(已知:分压=总压×该组分物质的量分数,对于反应dD(g)+eE(g)gG(g)+hH(g),KΘ=,其中pΘ=100 kPa,pG、pH、pD、pE为各组分的平衡分压)。
12.已知:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH
(1)经测定不同温度下该反应的平衡常数如下:
温度/ ℃ 250 300 350
K 2.041 0.270 0.012
该反应为________(填“放热”或“吸热”)反应。
(2)250 ℃时,某时刻测得该反应的反应物与生成物浓度为c(CO)=0.4 mol·L-1、c(H2)=0.4 mol·L-1、c(CH3OH)=0.8 mol·L-1,则此时v正________(填“>”“=”或“<”)v逆。
(3)某温度下,在容积固定的2 L密闭容器中将1 mol CO和2 mol H2混合,使反应达到平衡,实验测得平衡时与起始时的气体压强比值为0.7,则该反应的平衡常数为________(结果保留一位小数)。
课时微练(三十一) 化学平衡 化学平衡常数
1.C 解析 HBr、H2和Br2都是双原子分子,反应物和生成物共存,说明体系中应含有3种双原子分子。A项有一种双原子分子和2种单原子分子,A项错误;B项有2种双原子分子,B项错误;C项有3种双原子分子,C项正确;D项有3种双原子分子和2种单原子分子,D项错误。
2.A 解析 恒温、恒压下,气体的体积比等于物质的量之比。设O2的转化率为x。
2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)
起始/mol 2 1 0
变化/mol 2x x 2x
平衡/mol 2-2x 1-x 2x
有(2-2x)+(1-x)+2x=3×,解得x=0.6。
3.B 解析 题中两反应互为逆反应,相同温度下其化学平衡常数互为倒数,故所求反应的化学平衡常数为=0.02。
4.C 解析 降温,总反应平衡右移,K增大,A项错误;K1=、K2=、K==K1·K2,B项错误;升温,反应①右移,c([O])增大,提高消毒效率,C项正确;对于给定的反应,平衡常数只与温度有关,D项错误。
5.B 解析 由方程式可知,该反应是一个气体分子数增大的反应,即熵增的反应,反应ΔS>0,A项错误;由方程式可知,反应平衡常数K=,B项正确;由方程式可知,每消耗4 mol 氨气,反应转移12 mol 电子,则消耗1 mol 氨气转移电子的数目为3×6.02×1023,C项错误;实际应用中,加入尿素的量越多,尿素水解生成的氨气越多,柴油机车辆排放的氨气对空气污染程度增大,D项错误。
6.C 解析 根据平衡常数的表达式并结合图中曲线可知,K==,A项错误;c点没有达到平衡,如果要达到平衡,应向d点移动,A、B的浓度降低,说明反应向正反应方向进行,B项错误;如果c点达到平衡,此时的平衡常数小于T ℃时的平衡常数,说明平衡向逆反应方向移动,即温度升高,C项正确;温度不变,则平衡常数不变,T ℃时曲线ab上各点为平衡状态,其他点不是平衡状态,D项错误。
7.D 解析 恒温、恒容下,H2(g)+Br2(g)2HBr(g),反应体系中气体的颜色保持不变,说明溴单质的浓度不再变化,达到了平衡,A项不符合题意;2NO2(g)N2O4(g)是前后气体系数和变化的反应,当恒温、恒容下,反应体系中气体的压强保持不变,达到了平衡,B项不符合题意;CaCO3(s)CO2(g)+CaO(s),恒温、恒容下,反应体系中气体的密度等于气体质量和体积的比值,质量变化,体积不变,所以密度变化,当气体密度保持不变的状态是平衡状态,C项不符合题意;3H2(g)+N2(g)2NH3(g)反应体系中H2与N2的物质的量之比保持3∶1,不能证明正、逆速率相等,不一定是平衡状态,D项符合题意。
思维模型 判断化学平衡状态的两种方法
(1)动态标志:v正=v逆≠0
①同种物质:同一物质的生成速率等于消耗速率。
②不同物质:必须标明是“异向”的反应速率关系。如aA+bBcC+dD,=时,反应达到平衡状态。
(2)“变量→不变”标志
一定条件下,当可逆反应进行时,某“物理量”应当伴随变化,当该“物理量”不再变化时,该反应达到限度,即化学平衡状态。
8.D 解析 根据2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),任何时刻都存在v(SO2)∶v(O2)=2∶1,A项正确;10 s内,v(SO3)==0.05 mol·L-1·s-1,B项正确;达到平衡状态时c(SO3)=0.5 mol·L-1,则生成的SO3为1 mol,反应的SO2也是1 mol,则SO2的平衡转化率为×100%=25%,C项正确;同温同体积时,气体的压强之比等于物质的量之比,平衡时容器内SO2为3 mol,O2为1.5 mol,SO3为1 mol,平衡时压强是反应前的=倍,D项错误。
9.D 解析 在此平衡体系中加入1 mol Z(g),在合并瞬间X、Y、Z的体积分数不变,但单位体积内体系分子总数增多,依据勒夏特列原理,平衡应向使单位体积内分子总数减小的方向移动,但再次达到平衡后,X、Y、Z的体积分数不变,则说明m+1=3,故m=2,A项正确;同一化学反应的平衡常数只与温度有关,两次平衡温度不变,平衡常数不变,B项正确;m=2,则起始量X与Y的物质的量之比为1∶2,则反应过程中由方程式可知反应的X与Y的物质的量之比为1∶2,故X与Y的平衡转化率之比为1∶1,C项正确;m=2,则该反应为反应前后气体总量不变的反应,故第二次平衡时Z的物质的量为(3+1)×10% mol=0.4 mol,故Z的浓度为0.4 mol÷2 L=0.2 mol·L-1,D项错误。
10.C 解析 N2O5的分解不是可逆反应,因此当N2O5完全分解后,产生的O2的压强必为17.9 kPa,A项正确;升高温度后,假设平衡不移动,由于热胀冷缩,压强将增大。升温,平衡向着生成NO2的方向移动,压强也会增大,B项正确;缩小容器的容积,虽然平衡向着生成N2O4的方向移动,但压缩容积将会导致NO2浓度增大,颜色加深,C项错误;平衡时总压强=63.1 kPa,此时p(O2)=17.9 kPa,若不发生反应2NO2(g)N2O4(g),生成的NO2气体压强应为71.6 kPa,由差量法求得生成N2O4气体的分压为26.4 kPa,则NO2气体压强为(63.1-17.9-26.4)=18.8 kPa,平衡常数Kp= kPa≈13.4 kPa,D项正确。
11.答案 (1) (2)b 开始时容积减半,N2分压变为原来的2倍,随后由于加压平衡逆向移动,N2分压比原来的2倍要小 (3)0.48
解析 (1)设t1时达到平衡,转化的NH3的物质的量为2x,列出三段式:
2NH3(g)N2(g)+3H2(g)
起始/mol 0.1 0 0
变化/mol 2x x 3x
平衡/mol 0.1-2x x 3x
温度、容积不变时,压强之比等于气体的物质的量之比,=,解得x=0.02 mol,v(H2)== mol·L-1·min-1。(2)t2时将容器容积压缩到原来的一半,开始时N2分压变为原来的2倍,随后由于加压后平衡逆向移动,N2分压比原来的2倍要小,故b曲线符合。(3)由图可知,平衡时,NH3、N2、H2的分压分别为120 kPa、40 kPa、120 kPa,反应的标准平衡常数KΘ==0.48。
12.答案 (1)放热 (2)< (3)2.7
解析 (1)根据数据可知,随着温度的升高,平衡常数减小,平衡逆向移动,逆反应为吸热反应,则正反应为放热反应。(2)对于某时刻,浓度商Q===12.5,大于250 ℃的平衡常数,反应逆向进行,正反应速率小于逆反应速率。(3)同温同体积的情况下,压强之比等于物质的量之比,平衡时与起始时的气体压强比值为0.7,起始的物质的量为1 mol+2 mol=3 mol,则平衡时的物质的量为3 mol×0.7=2.1 mol。设CO转化的物质的量为x mol,列三段式:
CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)
起始/mol 1 2 0
转化/mol x 2x x
平衡/mol 1-x 2-2x x
1-x+2-2x+x=2.1,得x=0.45;容积为2 L,则有K==≈2.7。(共35张PPT)
课时微练(三十一)
化学平衡 化学平衡常数
基础训练
1
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2
3
4
HBr、H2和Br2都是双原子分子，反应物和生成物共存，说明体系中应含有3种双原子分子。A项有一种双原子分子和2种单原子分子，A项错误；B项有2种双原子分子，B项错误；C项有3种双原子分子，C项正确；D项有3种双原子分子和2种单原子分子，D项错误。
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题中两反应互为逆反应，相同温度下其化学平衡常数互为倒数，故所求反应的化学平衡常数为=0.02。
解析
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下列叙述正确的是( )
A.降低温度，K减小 B.K=K1+K2
C.适当升温，可提高消毒效率 D.压强增大，K2减小
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A.T ℃时，该反应的平衡常数为4
B.c点没有达到平衡，此时反应向逆反应方向进行
C.若c点为平衡点，则此时容器内的温度高于T ℃
D.T ℃时，直线cd上的点均为平衡状态
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(2)“变量→不变”标志
一定条件下，当可逆反应进行时，某“物理量”应当伴随变化，当该“物理量”不再变化时，该反应达到限度，即化学平衡状态。
思维模型
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在此平衡体系中加入1 mol Z(g)，在合并瞬间X、Y、Z的体积分数不变，但单位体积内体系分子总数增多，依据勒夏特列原理，平衡应向使单位体积内分子总数减小的方向移动，但再次达到平衡后，X、Y、Z的体积分数不变，则说明m+1=3，故m=2，A项正 确；同一化学反应的平衡常数只与温度有关，两次平衡温度不 变，平衡常数不变，B项正确；m=2，则起始量X与Y的物质的量之比为1∶2，则反应过程中由方程式可知反应的X与Y的物质的量
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之比为1∶2，故X与Y的平衡转化率之比为1∶1，C项正确；m= 2，则该反应为反应前后气体总量不变的反应，故第二次平衡时Z的物质的量为(3+1)×10% mol=0.4 mol，故Z的浓度为0.4 mol÷ 2 L=0.2 mol·L-1，D项错误。
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t/min 0 40 80 160 260 1 300 1 700 ∞
p/kPa 35.8 40.3 42.5 45.9 49.2 61.2 62.3 63.1
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11.某兴趣小组进行了实验探究。在一定温度和催化剂的条件下，将0.1 mol NH3通入3 L的密闭容器中进行NH3分解为N2和H2的反应(此时容器内总压为200 kPa)，各物质的分压随时间的变化曲线如图所示。
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能力训练
(1)若保持容器容积不变，t1时反应达到平衡，用H2的浓度变化表示
0~t1时间内的反应速率v(H2)=_______mol·L-1·min-1。(用含t1的代数式表示)
(2)t2时将容器容积迅速缩小至原来的一半并保持不变，图中能正确表示压缩后N2分压变化趋势的曲线是 (用图中a、b、c、d表示)，理由是_______________________________________________________
_____________________________________。
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b
开始时容积减半，N2分压变为原来的2倍，随后由于加压平衡逆向移动，N2分压比原来的2倍要小
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温度/ ℃ 250 300 350
K 2.041 0.270 0.012
放热
(2)250 ℃时，某时刻测得该反应的反应物与生成物浓度为c(CO)=
0.4 mol·L-1、c(H2)=0.4 mol·L-1、c(CH3OH)=0.8 mol·L-1，则此时
v正 (填“>”“=”或“<”)v逆。
(3)某温度下，在容积固定的2 L密闭容器中将1 mol CO和2 mol H2混合，使反应达到平衡，实验测得平衡时与起始时的气体压强比值为0.7，则该反应的平衡常数为 (结果保留一位小数)。
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2.7
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