第2章 化学反应的方向、限度与速率
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第2章 化学反应的方向、限度与速率
第1节 化学反应的方向
学习目标
1． 理解熵及熵变的意义。
2． 能用焓变和熵变说明化学反应进行的方向。
知识梳理
1． 焓变 ______(是，不是)决定反应能否自发进行的唯一因素。
2． 熵，符号为____，单位______，是描述_____________的物理量，熵值越大，___________。
在同一条件下，不同的物质熵值______，同一物质S(g)___S(l) ____ S(s) (＜,＞,＝)。
3． 熵变为___________________________，用符号_______表示。
产生气体的反应，气体的物质的量增大的反应，为熵值______(增大，减小，不变)的反应，熵变为______(正，负)值。
4．在___________一定的条件下，化学反应的方向是____________共同影响的结果，反应方向的判据为_______________。
当其值：大于零时，反应________________
小于零时，反应_______________
等于零时，反应________________
即在__________一定的条件下，反应_____(放热，吸热)和熵______(增大，减小，不变)都有利于反应自发进行。
5．恒压下温度对反应自发性的影响
种类 ΔH ΔS ΔH—TΔS 反应的自发性 例
1 — + 2H2O2(g)→2H2O(g)+O2(g)
2 + — 2CO(g)→2C(s)+O2(g)
3 + + 在低温在高温 CaCO3(s)→CaO(s)+CO2(g)
4 — — 在低温在高温 HCl(g)+NH3(g)→NH4Cl(s)
当ΔH，ΔS符号相同时，反应方向与温度T______(有关，无关)
当ΔH，ΔS符号相反时，反应方向与温度T______(有关，无关)
学习导航
1．方法导引
（1）通过计算或分析能确定ΔH –TΔS的符号，进而确定反应自发进行的方向是本节的重点。
（2）熵是体系微观粒子混乱程度的量度。体系混乱度越大，其熵值越大。一般情况下气态物质的熵大于液态物质的熵，液态物质的熵大于固态物质的熵；相同物态的不同物质，摩尔质量越大，或结构越复杂，熵值越大。
（3）对某化学反应，其熵变ΔS为反应产物总熵与反应物总熵之差。在化学反应过程中，如果从固态物质或液态物质生成气态物质，体系的混乱度增大；如果从少数的气态物质生成多数的气态物质，体系的混乱度也变大。这时体系的熵值将增加。根据这些现象可以判断出过程的ΔS＞0。
（4）利用ΔH -TΔS 的符号可判断恒温恒压条件下反应的方向：ΔH -TΔS＜0时，反应自发进行；ΔH –TΔS = 0时，反应达到平衡状态；ΔH–TΔS＞0反应不能自发进行。当焓变和熵变的作用相反且相差不大时，温度可能对反应的方向起决定性作用，可以估算反应发生逆转的温度（正为转向温度）：T(转)= 。化学反应体系的焓变减少（ΔH＜0）和熵变增加（ΔS＞0）都有利于反应正向进行。
※（5）在一定温度范围内，反应或过程的ΔH（T）≈ΔH（298K）, ΔS（T）≈ΔS（298K）,式中温度T既可以是298K，也可以不是298K，这是由于当温度在一定范围改变时，反应的ΔH =ΔfH(反应产物)–ΔfH(反应物)。尽管反应物与生成物的ΔfH，S均相应改变，但它们相加减的最终结果仍基本保持不变。
2．例题解析
【例1】分析下列反应自发进行的温度条件。
（1）2N2(g) + O2(g) → 2 N2O(g)；ΔH = 163 kJ. mol—1
（2）Ag (s) + Cl2( g ) → AgCl ( s)；ΔH = - 127 kJ. mol—1
（3）HgO(s)→ Hg ( l ) + O2( g )；ΔH = 91 kJ. mol—1
（4）H2O2( l ) →O2( g ) + H2O( l ) ；ΔH = - 98 kJ. mol—1
解析 反应自发进行的前提是反应的ΔH-TΔS＜0，与温度有关，反应温度的变化可能使ΔH-TΔS符号发生变化。
（1）ΔH ＞0，ΔS＜0，在任何温度下，ΔH-TΔS＞0，反应都不能自发进行。
（2）ΔH ＜0，ΔS＜0，在较低温度时，ΔH-TΔS＜0，即反应温度不能过高。
（3）ΔH ＞0，ΔS＞0，若使反应自发进行，即ΔH-TΔS＜0，必须提高温度，即反应只有较高温度时自发进行。
（4）ΔH ＜0，ΔS＞0，在任何温度时，ΔH-TΔS＜0，即在任何温度下反应均能自发进行。
【例2】通常采用的制高纯镍的方法是将粗镍在323K与CO反应，生成的Ni(CO)4经提纯后在约473K
分解得到高纯镍。Ni( s ) + 4CO(g) Ni(CO)4 ( l ) 已知反应的ΔH = -161 kJ. mol—1
ΔS = -420 J. mol—1. K—1。试分析该方法提纯镍的合理性。
解析 根据ΔH-TΔS = 0时，反应达到平衡，则反应的转折温度为：
T =
当T＜383K时，ΔH-TΔS＜0，反应正向自发进行；
当T＞383K时，ΔH-TΔS＞0，反应逆向自发进行。
粗镍在323K与CO反应能生成Ni(CO)4，Ni(CO)4为液态，很容易与反应物分离。Ni(CO)4在473K分解可得到高纯镍。因此，上述制高纯镍的方法是合理的。
基础训练
1．下列说法完全正确的是（ ）
A. 放热反应均是自发反应
B. ΔS 为正值的反应均是自发反应
C. 物质的量增加的反应，ΔS 为正值
D. 如果ΔH和ΔS 均为正值，当温度升高时，反应可能自发进行
2．反应CH3OH ( l )+ NH3( g ) = CH3NH2( g ) + H2O ( g )在某温度自发向右进行，若反应｜ΔH｜= 17kJ. mol—1，｜ΔH-TΔS｜= 17kJ. mol—1，则下列正确的是（ ）
A. ΔH ＞0，ΔH-TΔS＜0 B. ΔH ＜0，ΔH-TΔS＞0
C. ΔH ＞0，ΔH-TΔS＞0 D. ΔH ＜0，ΔH-TΔS＜0
3．下列反应中，ΔS最大的是（ ）
A. C(s)+O2(g) → CO2 (g) B. 2SO2(g)+O2(g) →2SO3(g)
C. N2（g）＋3H2（g）→ 2NH3（g） D. CuSO4(s) + 5 H2O(l)→ CuSO4· 5 H2O (s)
4．下列反应在常温下均为非自发反应，则在高温下仍为非自发的是（ ）
A. Ag2 O(s) → 2Ag(s)+O2(g) B. Fe2O3( s )+C( s ) →2Fe( s ) + CO2(g)
C. N2O4（g）→ 2NO2（g） D. 6C(s) + 5 H2O(l)→ C6H12O6 ( s )
5．某反应2AB（g） C(g)+3D(g)在高温时能自发进行，其逆反应在低温下能自发进行，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
6．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的正负符号为_______，所以CO将发生_________反应；当体系温度高于980 K时，ΔH-TΔS的正负符号为_______。在冶金工业中，以C作为还原剂温度高于980 K时的氧化产物是以_____为主，低于980 K时以_____为主。
7．有A、B、C、D四个反应：
反 应 A B C D
ΔH/ kJ. mol—1 10.5 1.80 -126 -11.7
S/ J. mol—1. K—1 30.0 -113.0 84.0 -105.0
则在任何温度都能自发进行的反应是 ；任何温度都不能自发进行的反应是 ；另两个反应中，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 。
8．下列反应：（1）C(s)+O2(g)==CO2(g) （2）2CO(g)+O2(g)==2CO2(g)
（3）NH4Cl(s)==NH3(g)+HCl(g) （4）CaCO3(s)==CaO(s)+CO2(g)
则按ΔS减小的顺序为 。
9．已知温度为298 K时，Δf H[NH3(g)]= -46.19 kJ. mol—1，Δf H[N2(g)]= 0，Δf H[H2(g)]= 0，
S[NH3(g)]= 192.5J. mol—1. K—1，S[N2(g)]= 191.49J. mol—1. K—1，S[H2(g)]= 130.59J. mol—1. K—1。
试分析氨的分解反应：2 NH3(g)→N2(g)+3 H2(g)
（1）在298 K时，能否自发进行？（2）欲使上述反应方向逆转，对温度条件有何要求？
10．已知温度为298 K时
CH4(g) Cu(s) CuO(s) CO2(g) H2O(l) H2O(g)
Δf H/ kJ. mol—1 -74.85 0 -157.3 -393.5 -285.83 -241.82
S/ J. mol—1. K—1 186.27 33.15 42.63 213.64 69.91 188.72
计算反应：CH4(g)+4 CuO(s)= CO2(g)+2 H2O(l)+4 Cu(s)
（1）298 K时的ΔH、ΔS及ΔH-TΔS。
（2）500 K时的ΔH、ΔS及ΔH-TΔS。
11．已知数据：ΔfH(Sn，白)= 0，ΔfH(Sn，灰)= - 2.1kJ. mol—1 ，S（Sn，白）= 51.5J. mol—1. K—1，S(Sn，灰)= 44.3J. mol—1. K—1，求Sn(白) Sn(灰)的转化温度。
12．铁锈的主要成分为Fe2O3，已知298 K时，由单质生成Fe2O3的ΔH=- 824kJ. mol—1，且ΔH-TΔS=
- 742.2kJ. mol—1，用计算说明在零下150℃的空气中铁是否可能发生锈蚀？
拓展提高
1．已知下列数据：
CaSO4(s) CaO(s) SO3(g)
Δf H/ kJ. mol—1 -1432.7 -635.1 -395.72
S/ J. mol—1. K—1 107.0 39.75 256.65
通过计算说明能否用CaO(s)吸收高炉废弃中的SO3气体以防止SO3污染环境。
2．在298 K时，下列反应的ΔH依次为：
C8H18(g) +O2(g)→8 CO2(g) + 9H2O(l)；△H1 = -5512.4 kJ. mol—1
C(石墨) + O2(g) → CO2(g)； △H2 = -393.5 kJ. mol—1
H2(g) + O2(g) →H2O(l)； △H3 = -285.8kJ. mol—1
正辛烷（C8H18）、氢气和石墨的熵值分别为：463.7、130.6、5.694 J. mol—1. K—1。则298 K时，由单质生成1 mol正辛烷的ΔH、ΔS及ΔH-TΔS分别为多少？
第2节 化学反应的限度
学习目标
1． 掌握化学平衡常数的数字表达式。
2． 理解化学平衡常数的意义，会用化学平衡常数判断反应进行的方向。
3． 掌握有关化学平衡的计算。
4． 掌握浓度、压强、温度对化学平衡的影响规律，会判断化学平衡移动的方向。
知识梳理
1． 化学平衡常数K及表达式
化学平衡常数可定量描述化学反应的限度。
在______一定时，对于确定的反应，K为常数，压强、浓度的改变与平衡常数______(无关，有关)。K值越大，反应进行的越________。
aA + bB c C + d D ， Kc =______________________
（1）对于有纯固体或纯液体参加的反应，如：CaCO3(s) CaO(s)+CO2(g), Kc =_______
C(B)表示____________ C0(B)表示____________ [B] 表示____________
（2）若A、B、C、D均为气体，Kp =________________
※气体分压定律：
混合气体中某组分气体_____________所表现的压强为该气体的分压强，简称分压。
总压强为混合气体各组分分压________。
混合气体中，分压之比与气体物质的量有何关系？当体积一定时，与浓度又有何关系？
__________________________________________________________________________
浓度平衡常数(Kc):由各物质_________算得的平衡常数。
（3）化学平衡常数
压强平衡常数(Kp):由各物质_________算得的平衡常数。
（4）可逆反应的化学平衡常数表达式与方程式的书写有关。
3H2(g) + N2(g) 2NH3(g) K1= __________
H2(g) +N2(g) NH3(g) K2=__________
2NH3(g) 3H2(g) + N2(g) K3=___________
K1 ，K2，K3之间的关系_____________________
2. 用化学平衡常数判断反应进行的方向
对于化学反应 aA + bB c C + d D，浓度商Qc =_______________
当 Qc =Kc时，反应________________；
Qc＞Kc时，反应________________；
Qc＜Kc时，反应________________。
3. 化学平衡的计算
（1） 可逆反应达到平衡过程中物质浓度的变化关系
反应物：平衡浓度 = ______________________;
生成物：平衡浓度 = ______________________。
各物质的转化浓度之比等于_________________之比。
（2）平衡转化率
对于化学反应 aA + bB c C + d D 反应物A的转化率α(A)=_________________
① 温度一定，反应物的转化率因反应物的不同而不同。
② 提高A在原料气中的比例，可使B的转化率________，而A的转化率_________。
提高B在原料气中的比例，可使A的转化率________，而B的转化率_________。
（3）平衡时某组分的百分含量 A%=____________________
4. 反应条件对化学平衡的影响
在其他条件不变的情况下，
（1）改变温度：升高反应体系的温度，平衡向________的方向移动；
降低反应体系的温度，平衡向________的方向移动。
温度对平衡移动的影响是通过改变_______________实现的。
（2）改变浓度：增大反应物的浓度或减小生成物的浓度，Qc ___Kc，化学平衡____移动。
增大生成物的浓度或减小反应物的浓度，Qc ___Kc，化学平衡____移动。
（3）改变压强：增大体系压强，平衡向着气体体积_________的方向移动；
减小体系压强，平衡向着气体体积_________的方向移动。
※勒夏特列原理——平衡移动原理
2SO2(g)+ O2(g) 2SO3(g)；ΔH＞0，设平衡状态下，体系中O2的物质的量浓度为a mol·L—1，SO3的物质的量浓度为bmol·L—1，气体的压强为M Pa ，气体的温度为d ℃。
（1）将平衡体系中的C(O2)增大为2a mol·L—1，则平衡将向____反应方向移动，使O2物质的量浓度______，达到新平衡时[O2]与2a mol·L—1、a mol·L—1比较为__________________。
（2）将平衡体系中的C(SO3)减小为 mol·L—1，则平衡将向____反应方向移动，使SO3物质的量浓度______，达到新平衡时[O2]与b mol·L—1、 mol·L—1比较为__________________。
（3）将体系气体温度一次性升高到2d ℃，则平衡向_____反应方向移动，使体系的温度______，达到新平衡时，温度t与d ℃、2d ℃比较为________________________。
（4）将体系气体压强一次性降到Pa，则平衡向_____反应方向移动，使体系的压强______，达到新平衡时，压强p与Pa、M Pa比较为_______________________。
学习导航
1．方法导引
（1）有关化学平衡的计算，浓度、压强、温度对化学平衡的影响规律是本节的重点。
（2）对于一个已知的化学反应，当温度一定时，化学平衡常数K为确定的值。温度对平衡移动的影响是通过改变平衡常数实现的。浓度、压强的影响是通过使Qc与Kc不再相等，而使平衡发生移动。
（3）浓度适用于有气体参加或气体生成的反应或溶液中进行的反应，所以通常认为改变固体的量时化学平衡不发生移动。
（4）反应物有两种或两种以上，增加一种物质的浓度，该物质的平衡转化率降低，而其他物质的转化率升高。
（5）不特别指明时，增大压强均指压缩体积。平衡混合物是固体或溶液时，改变压强，平衡不移动。改变体系的压强相当于改变体系的体积，也就相当于改变物质的浓度（如增大体系的压强相当于增大气体的浓度），压强对化学平衡移动的影响是由于压强改变引起气体浓度的改变而引起化学平衡移动的，若压强的改变并没有造成气体浓度的改变则平衡不移动。稀有气体（或不参加反应的气体）的加入而导致的压强变化，对化学平衡的影响，要具体分析平衡物质的浓度是否变化，即体系占据的体积是否改变。恒容时，压强增大，但体积不变，所以浓度不变，平衡不移动。恒压时，体积增大，反应物和生成物的浓度同时减小，相当于减小压强，平衡向总体积增大的方向移动。
（6）同等程度地改变反应混合物中各物质的浓度时，应视为压强的影响。
2．例题解析
【例1】密闭容器中进行如下反应： X2(g) + 3Y2(g) 2Z(g)，X2、Y2、Z起始浓度分别为0.2mol.L—1 、 0.6mol.L—1 、0.4mol.L—1 ，当平衡时，下列数据肯定不对的是（ ）
A. X2为0.4mol.L—1，Y2为1.2mol.L—1 B. Y2为1.0mol.L—1
C. X2为0.3mol.L—1，Z为0.2mol.L—1 D. Z为1.0mol.L—1
解析 若X2、Y2完全反应，则可生成Z的浓度为0.8mol.L—1，若Z完全转化为X2、Y2，则X2、Y2最多可达0.4mol.L—1、1.2mol.L—1，但反应为可逆反应，故不能进行到底。
答案：A、D
点评：化学平衡研究的是可逆反应，故解这类题目要善于利用极值法。另外，选项中将所有物质的浓度都列出来，还得注意物质的量是否守恒。
【例2】HI分解反应为2HI(g) H2(g) + I2(g)，若开始时有1 mol HI，平衡时有24.4 %的HI发生了分解。今欲将HI的分解率降到10 %，应往此平衡体系中加入I2 物质的量是多少？
解析 设容器的体积为V，应向平衡体系中加入I2 物质的量为x
2HI(g) H2(g) + I2(g)
起始浓度mol.L—1 0 0
原平衡浓度mol.L—1
新平衡浓度mol.L—1
根据题意，温度不变，则平衡常数不变：
==
答案：x = 0.372 mol
【例3】反应NH4HS(s) NH3(g)+H2S(g)在某一温度下达到平衡时，下列各种情况中，不能使平衡发生移动的是（ ）
A.温度、容积不变时，通入SO2气体 B.加入一部分NH4HS固体
C.保持容器体积不变，充入氮气 D.保持容器体积不变，通入氯气
解析 在NH4HS(s) NH3(g)+H2S(g)的平衡体系中，当恒温、恒容通入SO2时，SO2与H2S反应，将使的浓度减小；因NH4HS为固体，增加或减少其量，浓度不变；容积不变，充入氮气，体系的总压强虽然增大，但NH3和H2S的浓度却没改变；压强不变，充入氮气，相当于将容器中的NH3、H2S稀释。
答案：B、C
【例4】对反应2NO2(g) N2O4(g)，在一定条件下达到平衡，在温度不变时，欲使[NO2] / [N2O4]的比值增大，可采取的方法是（ ）
A．使体积增大到原来的2倍 B．体积不变，增加的物质的量
C．保持压强不变 ，充入 D．体积不变，增加的物质的量
解析 A. 扩大体积，容器内的压强减小，平衡向气体体积增大方向移动，即平衡左移，[NO2]增大，[N2O4]减小，[NO2] / [N2O4]变大；B. 根据[N2O4] / [NO2]2=K，可化为=，据此分析，体积不变，增加n(NO2)，即增加了C(NO2)，所以[NO2] / [N2O4]变小；同理，D体积不变，增加n(N2O4)，C(N2O4)变大，平衡左移，结果[NO2]也变大，据上式分析得[NO2] / [N2O4]变小；C压强不变，充入N2，容器体积必然扩大，平衡左移，[NO2] 增大，[N2O4] 减小，[NO2] / [N2O4]变大。
答案：A、C
【例5】由可逆反应测绘出图像如图，纵坐标为生成物在平衡混合物中的百分含量，下列对该反应的判断正确的是（ ）
A. 反应物中一定有气体 B. 生成物中一定有气体
C. 正反应一定是放热反应 D. 正反应一定是吸热反应
解析 定一议二。温度不变时，增大压强，生成物的百分含量降低，说明平衡逆向移动，逆向为体积缩小方向，而题中未给出具体的可逆反应，但是可以确定生成物中一定有气体；压强不变时，升高温度，生成物的百分含量增大，说明平衡正向移动，正向为吸热反应。
答案：B、D
【例6】 在容积相同且固定不变的四个密闭容器中，进行同样的可逆反应：2A(g) + 3B(g) 3C(g) + 2D(g)， 起始时四个容器所盛A、B的量分别是 甲：A 2mol，B 1mol；乙：A 1mol，B 1mol；丙：A 2mol，B 2mol；丁：A 1mol，B 2mol，在相同温度下建立平衡时，A或B的转化率大小关系正确的是（ ）
A. B的转化率：甲＜丙＝乙＜丁 B. A的转化率：甲＜丙＜乙＜丁
C. B的转化率：甲＞丙＞乙＞丁 D. A的转化率：甲＜乙＜丙＜丁
解析 甲、乙、丙、丁四个容器的容积相同在同温时放入A、B的物质的量不同，对于可逆反应2A(g) + B(g) 3C(g) + 2D(g)，加压时，向逆反应方向移动；减压时向正反应方向移动。我们将甲、乙、丙、丁四个容器中的变化用下列框图表示分析比较。
则B的转化率：甲＞乙＞丙＞丁，A的转化率：丁＞乙＞丙＞甲
答案：B
基础训练
1．下列关于平衡常数K的说法中，正确的是（ ）
A．在任何条件下，化学平衡常数是一个恒定值
B．改变反应物浓度或生成物浓度都会改变平衡常数K
C．平衡常数K只与温度有关，与反应浓度、压强无关
D．从平衡常数K的大小可以推断一个反应进行的程度
2．对于3Fe(s) + 4H2O(g) Fe3O4(s) + 4H2(g)反应的化学平衡常数的表达式为（ ）
A． B. C. D.
3.某温度，反应SO2(g)+O2(g) SO3(g)的平衡常数K=50，在同一温度下，反应2SO3(g) 2SO2(g)+O2(g) 的平衡常数K值应为( )
A. 2500 B. 100 C.4×10—4 D. 2×10—2
4. 在一定温度时，4molA在2L的密闭容器中分解，达到平衡时，测得已有50%的A分解成B和C，
A(g) 2B(g)+ C(g)。此温度时，该反应的平衡常数为（ ）
A. 4 B. 3 C.2 D.1
5.在容积为1L的密闭容器中，装有4mol NO2，在一定温度时进行下面的反应：2NO2(g) N2O4(g),在该温度下反应的平衡常数K=0.25，则平衡时该容器中NO2的物质的量为（ ）
A.0 mol B. 1 mol C. 2 mol D. 3 mol
6．在密闭容器中把CO和H2O的混合物加热到800℃，有下列平衡：CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g) ，且平衡常数K为1 ，若用2 molCO和10 molH2O相互混合并加热到800℃，则CO的转化率为( )
A. 16.7% B. 50% C. 66.7% D. 83.3%
7.对于CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g) ，某温度下平衡常数K为1 ，向一密闭容器内同时通入CO(g)，H2O(g)，CO2(g)，H2(g)各1 mol，在该温度下建立平衡时，CO的物质的量为（ ）
A.大于1 mol B.小于 1 mol C.等于 1mol D. 无法确定
8．在甲、乙两容器中各盛一定量的碳和二氧化碳（甲：12g C，22g CO2；乙：20g C，22g CO2），在同温同压下进行反应，达到平衡时，两容器中二氧化碳的转化率的关系（ ）
A．甲＞乙 B．甲＜乙 C．甲＝乙 D．不能确定
9．某温度，反应ClF(g)＋F2(g) ClF3(g)；ΔH＜0，在密闭容器中达平衡，则下列说法正确的是（ ）
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，有利于平衡向正反应方向移动
D．降低温度，体积不变，F2的转化率降低
10．在一定条件下，下列可逆反应达到化学平衡： I2(g)＋H2(g) 2HI(g)；ΔH＜0，要使混合气体的颜色加深，可以采取的方法是：（ ）
A．降低温度 B．增大H2的浓度 C．增大压强 D．减小压强
11．下列反应达到平衡后增大压强或降低温度，平衡都向正反应方向移动的是 （ ）
A．2NO2（g） N2O4（g）； ΔH＜0
B．3O2（g） 2O3（g） ； ΔH＞0
C．H2（g）＋I2（g） 2HI（g）； ΔH＜0
D．3H2(g) + N2(g) 2NH3(g) ； ΔH＜0
12．当下列反应达到平衡时保持温度不变，向容器中通入氩气，则化学平衡一定不移动的是( )
A．PCl5 (g) PCl3(g)+Cl2(g) B．N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)
C．2HI(g) H2(g)+I2(g) D．C2H4(g)+H2(g) C2H6(g)
13．一定量混合气体在密闭容器中发生如下反应：xA(g)＋yB(g) zC(g)，达到平衡后测得A气体的浓度为0.5mol·L－1；恒温将密闭容器的容积扩大两倍并再次达到平衡时，测得A的浓度为0.3mol·L－1。则下列叙述正确的是( )
A 平衡向右移动 B x＋y >z C B的转化率提高 D C的体积分数增加
14．在一定体积的容器中放入3L气体R和2L气体Q，在一定条件下发生反应：4R(g)＋3Q(g) 2X(g) ＋nY(g)，反应完全后，容器内温度不变，混合气体的压强比原来增加5%，R的浓度减小，则反应中方程式的n值是 （ ）
A 3 B 4 C 5 D 6
15．将固体NH4I置于密闭容器中，在某温度下发生下列反应：NH4I(s) NH3(g) + HI(g)，2HI(g) H2(g) + I2(g)。当反应达到平衡时，[H2]= 0.5 mol·L—1 ，[HI]= 4 mol·L—1,则NH3的平衡浓度为（ ）
A.3.5mol/L B.4mol/L C.4.5mol/L D.5mol/L
16．反应A(g) + 3B(g) 2C(g)；ΔH＜0，在不同温度，不同压强(P1＞P2)下达到平衡时，混合气体中C的百分含量随温度变化的曲线为下图中的（ ）
17．在一定温度下，在1L容器中，amol SO2与bmol O2反应2SO2+O2 2SO3达到平衡时有c mol SO2发生了反应，则：
（1） 生成______mol SO3；（2）O2 的转化率为________（3） 平衡时容器内气体总物质的量为________（4）平衡体系中SO3的百分含量（体积比）_____________
（5） 平衡浓度[SO2]=______ mol·L—1，[O2]=______ mol·L—1，[SO3]=______ mol·L—1。
18.在密闭容器中盛有HI气体，在400℃时建立如下平衡：2HI(g) H2 (g) ＋I2 (g)；ΔH＞0，改变下列条件，请填空：（填写变化情况）
（1）将温度升至480℃，混合气体的颜色 ，HI的分解率 ，化学平衡向 移动，平衡常数 ，混合气体的总质量 ；
（2） 若将密闭容器的体积压缩了，则混合气体的颜色 ，HI的分解率 ，化学平衡向 移动，平衡常数 ，混合气体的总质量 。
19．在一定条件下，可逆反应：mA+nB pC达到平衡，若：
（1） A、B、C都是气体，减少压强，平衡向正反应方向移动，则m+n和p的关系是 。
（2）A、C是气体，增加B的量，平衡不移动，则B为 态。
（3）A、C是气体，而且m + n = p，增大压强可使平衡发生移动，则平衡移动的方向是 。
（4）加热后，可使C的质量增加，则正反应是 反应（放热或吸热）。
20．将等物质的量的A、B、C、D四种物质混合，发生如下反应：aA + bB pC(s) + qD。当反应进行一段时间后，测得A减少了n mol，B减少了mol，C增加了mol，D增加了n mol，此时达到化学平衡。
（1） 该化学方程式中，各物质的系数分别为：a =______，b =______，p =_____，q =______。
（2） 若只改变压强，平衡不移动，该反应中各物质的聚集状态A _____, B _______, D_____。
（3） 若只升高温度，反应一段时间后，测知四种物质其物质的量又达到相等，则该反应为_______反应（放热、吸热）。
21.一定条件下，可逆反应A2 + B2 2C达到平衡时，各物质的平衡浓度（A2、B2、C均为气体）:
[A2]=0.5mol·L—1，[B2]=0.1mol·L—1，[C]=1.6 mol·L—1，若用a、b、c分别表示A2、B2、C表示的初始浓度（mol·L—1），则（1）a、b应满足的关系是_________________；（2）a的取值范围是____________________
22．400℃，1L容器内N2、H2、NH3 三种气体的平衡浓度分别是：[N2]=1.0mol·L—1，[H2]=0.50mol·L—1，[NH3]= 0.50mol.L—1。如果保持温度不变，而要使N2的平衡浓度增加到1.1mol·L—1，需从容器中取走多少摩尔的氢气才能使体系重新达到平衡？
拓展提高
1．当反应Cl2+H2O HCl + HClO达到平衡后，欲使HClO的浓度增大，可以在氯水中加入（ ）
A．NaOH固体 B．CaO固体 C．CaO3固体 D．水
2．在一恒压密闭容器中充入1 mol NO2建立如下平衡：2 NO2 N2O4, 此时NO2的转化率为x%，在其他条件不变的条件下，再充入1 mol NO2，待新平衡建立时测得NO2的转化率为y%，则大小关系正确的是( )
A. x ＜ y B. x ＞ y C. x ＝ y D.无法确定
3．在一定温度下，将n mol PCl5通入定容的密闭容器中，反应为：PCl5(g) PCl3(g)+ Cl2(g),达到平衡时测得压强为P1，若再向容器中通入n mol PCl5，又达平衡后，压强为P2，则下列关系式正确的是（ ）
A. P1＝2 P2 B. 2P1＝ P2 C. 2P1 ＞ P2 D. 2P1 ＜ P2
4．在10℃和4×105Pa的条件下，当反应aA(g) dD(g) + eE(g)建立平衡后，维持温度不变，逐步增大体系的压强，在不同压强下该反应建立平衡后物质D的浓度见下表（在增大压强的过程中无其它副反应发生）
压强（Pa） 4×105 6×105 1×106 2×106
D的浓度（ mol·L—1） 0.085 0.126 0.200 0.440
（1） 压强从4×105Pa增加到6×105Pa时平衡应向______反应方向移动（正、逆），
理由是_____________________________；
（2） 压强从1×106Pa增加到2×106Pa时，平衡向______反应方向移动。此时平衡向该方向移动的两个必要条件是①______________________，②________________________。
5． 钾是—种活泼的金属，工业上通常用金属钠和氯化钾在高温下反应制取。
该反应为：Na（l）＋KCl（l） NaCl（l）＋K（g）；ΔH ＞0
压强（kPa） 13.33 53.32 101.3
K的沸点（℃） 590 710 770
Na的沸点（℃） 700 830 890
KCl的沸点（℃） 1437
NaCl的沸点（℃） 1465
该反应的平衡常数可表示为：K＝[K]，各物质的沸点与压强的关系见上表。
（1）在常压下金属钾转变为气态从反应混合物中分离的最低温度约为 ，而反应的最高温度应低 于 。
（2）在制取钾的过程中，为了提高原料的转化率可以采取的措施是____________________。
（3）常压下，当反应温度升高900℃时，该反应的平衡常数可表示为：K＝______________
6．将2mol H2O和2mol CO置于1 L容器中，在一定条件下，加热至高温，发生如下可逆反应：
2H2O(g) 2H2 + O2 2CO + O2 2CO2
（1）当上述系统达到平衡时，欲求其混合气体的平衡组成，则至少还需要知道两种气体的平衡浓度，
但这两种气体不能同时是________和________，或________和________。(填它们的分子式)
（2）若平衡时O2和CO2的物质的量分别为n(O2)平 = a mol，n(C02)平= b mol。
试求n(H2O)平 = ________________。(用含a、b的代数式表示)
第3节 化学反应的速率
学习目标
1．了解化学反应分为简单反应和复杂反应。
2．了解反应速率的概念。掌握化学反应速率的表示方法。能用反应速率表达式进行简单的计算；理解同一化学反应速率用不同物质表示时数值不一定相同，但表示的意义相同。
3．理解浓度、压强、温度和催化剂对反应速率的影响，能利用上述结论分析具体的化学反应。
4．理解化学平衡与反应速率之间的联系。
知识梳理
1． ___________________称为基元反应；___________________称为反应历程，也称为________；
___________________________称为总反应；____________________称为复杂反应。
__________和__________决定一个反应的反应历程，而反应历程的差别又造成了反应速率的不同。
2．化学反应速率：
计算公式_______________
同一反应，用不同物质表示化学反应速率时，数值_________,但意义_____，故在应用时应指明______。用不同物质表示同一化学反应的速率，其速率之比等于__________________________。
对于反应 aA + bB c C + d D，也可表示为V=______________________________。
3．外界条件对化学反应速率的影响
（1）内因：参加反应的物质的_______是决定化学反应速率的主要因素。
（2）外因：
① 浓度：增大反应物的浓度，反应速率_________。固体或纯液体量的改变_______（会，不会）引起浓度的变化，_______（会，不会）引起化学反应速率的改变。
对于反应：H2O2 + 2HI H2O + I2,在HI浓度一定时，H2O2浓度每增加一倍，反应速率就增加一倍；在H2O2浓度一定时，HI浓度每增加一倍，反应速率也增加一倍。则该反应的速率方程为：V = k______________。k称为__________，表示____________________。k越大，反应进行得______， k与浓度________（有关，无关），但受________________________等因素的影响。
②温度：温度是通过影响____________，而影响反应速率的。升高温度，反应速率________。 对于某一可逆反应，升高温度，正反应速率_______，逆反应速率________，改变的倍数_________（相同，不同）。升温时，平衡向_______（吸热，放热）方向移动，即吸热反应速率增大的倍数______（等于，大于，小于）放热反应速率增大的倍数。
③催化剂：是_____________________________________，是通过________________________而提高化学反应速率的。催化剂使正反应速率和逆反应速率改变的程度_______(相同，不同)。它______（能，不能）改变化学反应的平衡常数，______（能，不能）改变平衡转化率。催化剂具有选择性。
4．影响化学平衡的因素aA(g)+ bB(g) c C(g) + d D(g)
改变条件 V正变化 V逆变化 说明 V正、V逆关系 平衡移动情况
升温 ΔH＞0ΔH＜0
降温 ΔH＞0ΔH＜0
浓度 增大反应物浓度
减小生成物浓度
增大生成物浓度
减小反应物浓度
增大压强 a+b＞c+da+b＜c+d
减小压强 a+b＞c+da+b＜c+d
催化剂
学习导航
1．方法导引
（1）有关化学反应速率的计算和外界条件对可逆反应速率的影响规律是本节的重点。
（2）化学反应速率是用来表示化学反应进行的快慢程度的，同一反应用不同的物质所表示的化学反应速率可能不同。同一反应中各物质的反应速率之比等于其化学方程式中各物质的计量数比。运用此规律，可由一种物质的反应速率求其它物质的反应速率，也可根据速率之比确定方程式中各物质的计量数。
（3）浓度对可逆反应速率的影响：可逆反应同时包含两个反应，因而必须分清某物质是哪一反应的反应物，如2SO2+O2 2SO3 ，SO2是正反应的反应物，增大SO2的浓度的瞬间V正增大，V逆不变；而增大SO3浓度的瞬间V正不变，V逆增大。溶液和气体可改变浓度；纯液体和固体的浓度为常数；固体反应物的表面积越大，反应速率越大；反应速率与产物的浓度无直接关系。
（4）无特别指明时，增大压强均指压缩体积；压强对反应速率的影响，实际上是浓度对反应速率的影响，因此反应物是固体或液体时，改变压强对反应速率无影响；用其它方式（压缩体积或扩大体积之外）改变压强，需具体分析反应物浓度是否改变。
（5）反应速率与化学平衡移动的关系
应用上述分析问题时应注意
①不要把V正增大与平衡向正反应方向移动等同起来，只有V正＞V逆时，才使平衡向正反应方向
②不要把平衡向正反应方向移动与原料转化率的提高等同起来，只有当反应物总量不变时，平衡向正反应方向移动，反应物的转化率提高；当增大一种反应物浓度，使平衡向正反应方向移动时，会使另一种反应物的转化率提高。
2．例题解析
【例1】反应A＋3B＝2C＋2D在四种不同情况下的反应速率分别为：① v(A)= 0.15mol/(L·S)②v(B)= 0.6mol/(L·S) ③v(C)= 0.4mol/(L·S)④v(D)= 0.45mol/(L·S)。其中，反应进行得最快的是（ ）
A ① B ② C ③ D ④
解析 本反应在四种不同情况下的反应速率分别用四种物质表示，由于该反应的计量系数之比不等于1，因此不能根据题干中的数据进行相对大小的比较，必须将其折算成同一物质表示的反应速率，才能比较其相对大小。若以物质A为标准，将其他物质表示的反应速率换算为用A物质表示的速率，则有：v(A)：v(B)=1：3，则②表示的v(A)= 0.2 mol/(L·S)
v(A)：v(C)=1：2，则③表示的v(A)= 0.2 mol/(L·S)
v(A)：v(D)=1：2，则④表示的v(A)= 0.225 mol/(L·S)
答案：D
【例2】反应C(s) + H2O(g) CO(g) + H2(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（ ）
A．增加C的量 B 将容器的体积缩小一半
C．保持体积不变，充入N2使体系压强增大 D保持压强不变，充入N2使体系体积增大
解析 C为固体反应物，增加其用量对反应速率几乎无影响；容器的体积缩小一半相当于压强增大一倍，浓度增大，正、逆反应速率均增大；体积不变，充入N2使体系压强增大，但反应混合物浓度未改变，反应速率基本不变；充入N2使容器容积增大，总压强不变，但反应混合物浓度同等程度减小，正、逆反应速率均变慢。
答案：A、C
【例3】反应2X(g)+Y(g) 2Z(g)在不同温度下（T1和T2）产物Z的物质的量n(Z)与反应时间t的关系如右图。下列判断正确的是
A. T1B. T1>T2 ，正反应为吸热反应
C. T1>T2 ，逆反应为吸热反应
D. T1解析 对化学平衡的函数图象分析一般要抓住以下几个方面：
（1）看图象：一看面（即纵坐标与横坐标的意义），二看线（即线的走向和变化趋势），三看点（即起点、折点、交点、终点），四看辅助线（如等温线、等压线、平衡线等），五看量的变化（如浓度变化、温度变化等）。
（2）在化学平衡图象中，先出现拐点的反应则先达到平衡，可表示温度高（如上图）或压强大。
由图可知，T1时先达到平衡，而无论正反应是放热还是吸热，升高温度都会增大反应速率，因此T1＞T2，产物Z的物质的量在高温T1时比低温T2时小，说明降低温度平衡向正反应方向移动，即正反应为放热反应。
答案：C
【例4】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）随反应时间（min）的变化情况如下表：
根据上述数据，完成下列填空：
（1）在实验1，反应在10至20分钟时间内平均速率为______________mol/(L·min)。
（2）在实验2，A的初始浓度C2＝________mol/L，反应经20分钟就达到平衡，可推测实验2中还隐含的条件是 。
（3）实验3的反应速率为V3，实验1的反应速率为V1，则V3 V1，且C3 1.0mol/L（填＞、＝、＜）。
（4）比较实验4和实验1，可推测该反应是_____反应（选填吸热、放热）。理由是___________________。
解析 本题应从化学反应速率、化学平衡、化学平衡移动原理等方面考虑。
（1）根据化学反应速率的概念可求实验1反应在10 ~ 20 min时间内的反应速率。
（2）分析实验1和实验2可知，两实验达平衡后，A的平衡浓度相同，则A的起始浓度必然相等。从题干可以看出，实验1和实验2达到平衡的时间不同，说明实验2中隐含条件，既能加快反应速率，又不影响化学平衡。
（3）由实验1数据分析： 2A B ＋ D
起始浓度（mol·L-1） 1.0 0 0
转化浓度（mol·L-1） 0.5 0.25 0.25
平衡浓度（mol·L-1） 0.5 0.25 0.25
K= = = 0.25
由实验3数据： 2A B ＋ D
起始浓度（mol·L-1） C3 0 0
转化浓度（mol·L-1）C3—0.6
平衡浓度（mol·L-1） 0.6
温度不变，平衡常数也不变：
K= =[×]/0.62 = 0.25 C3 = 1.2 mol/L
（4）比较实验1和4，起始浓度相同，温度不同，实验4中的A的平衡浓度小于实验1，说明温度升高， 平衡正向移动。
答案：（1）0.013 （2）1.0 催化剂 （3）＞，＞（4）吸热；温度升高时，平衡向右移动
基础训练
1．在相同条件下，等质量（金属颗粒大小相等）的下列金属与足量1 mol·L-1盐酸反应时，速率最快的是（ ）
A．镁 B．铝 C．钠 D．铁
2．反应4NH3+5O2 4NO+6H2O，在5L密闭容器中进行，半分钟后，NO的物质的量增加了0.3mol，则此反应的平均速率为 ( )
A．V(O2)=0.01mol·(L·S)-1 B．V(NO)=0.008mol·(L·S)-1
C．V(H2O)=0.003mol·(L·S)-1 D．V(NH3)=0.004mol·(L·S)-1
3．在密闭容器中A与B反应生成C，其反应速率分别用V(A)、V(B)、V(C)表示，已知V(A)、V(B)、V(C)之间有以下关系2 V(B)=3V(A)，3 V(C)=2V(B)。则此反应可表示为（ ）
A．2A +3B=2C B．A +3B=2C C．3A + B=2C D．A + B= C
4．在四个不同的容器中，在不同的条件下进行合成氨的反应。根据下列在相同时间内测定的结果判断生成氨的速率最大的是（ ）
A.ν(H2)=0.1mol/(L·min) B. ν(N2)=0.1mol/(L·min)
C.ν(N2)=0.2mol/(L·min) D. ν(NH3)=0.3mol/(L·min)
5．下列措施肯定能使化学反应速率增大的是（ ）
A．增大反应物的量 B．增加压强 C．升高温度 D．使用催化剂
6．将盐酸滴到碳酸钠粉末上，能使反应的最初速率加快的是（ ）
A．盐酸浓度不变，使用量增大一倍 B．盐酸浓度增加一倍，用量减少1/2
C．增大碳酸钠粉末的量 D．使反应在较高温度下进行
7.把下列四种X溶液分别加入到四个盛有10ml 2mol/L盐酸的烧杯中，均加水稀释到50ml，此时X和盐酸反应的速率最大的是（ ）
A．20ml 3mol/L 的X溶液 B．20ml 2mol/L 的X溶液
C. 10ml 4mol/L 的X溶液 D．10ml 2mol/L 的X溶液
8．在恒温恒容条件下，能使A（g）+B（g） C（g）+D（g）正反应速率增大的措施是( )
A．减小C或D的浓度 B．增大D的浓度
C．减小B的浓度 D．增大A或B的浓度
9.对某一可逆反应来说，使用催化剂的作用是( )
A．提高反应物的转化率 B．同等程度改变正逆反应的速率
C．增大正反应速率，减少逆反应速率 D．改变平衡混合物的组成
10. 反应2A（g） 2B( g )＋E( g )；△H＞0达到平衡时，要使正反应速率降低，A的浓度增大，应采取的措施是( )
A．加压 B．减压 C．减少E的浓度 D．降温
11.在已经处于化学平衡状态的体系中，如果下列量发生变化，其中一定能表明平衡发生移动的是( ) A．反应混合物中各物质的浓度 B．反应混合物的压强
C．反应物的转化率 D．正逆反应速率
12．反应：A（g）＋3B（g） 2C（g）；△H＜0达平衡后，将气体混和物的温度降低，下列叙述中正确的是（ ）
A． 正反应速率加大，逆反应速率变小，平衡向正反应方向移动
B． 正反应速率变小，逆反应速率加大，平衡向逆反应方向移动
C． 正反应速率和逆反应速率变小，平衡向正反应方向移动
D． 正反应速率和逆反应速率变小，平衡向逆反应方向移动
13．冰箱致冷剂氟氯甲烷在高空中受紫外线辐射产生Cl原子，并进行下列反应：Cl+O3→ClO+O2 ，ClO+O→Cl+O2下列说法不正确的是（ ）
A． 反应后将O3转变为O2 B．Cl原子是总反应的催化剂
C．氟氯甲烷是总反应的催化剂 D．Cl原子反复起分解O3的作用
14．下图表示可逆反应mA（g）＋nB（g） pC（g）在不同温度（T）、压强（p）下，生成物C的物 质的量分数x（C）的变化情况．下列关于该正反应热效应及方程式中A、B、C的化学计量数的判断中，正确的是（ ）
A．吸热反应，m＋n＜p B．吸热反应，m＋n＞p
C．放热反应，m＋n＜p D．放热反应，m＋n＞p
15．对于热化学方程式：SO3（g） SO2（g）+O2（g）；△H= +98.3kJ/mol的描述有如下四个图象（y表示SO2的质量分数），其中正确的是( )
16．在容积固定的密闭容器中存在如下反应：A(g)+3B(g) 2C(g)； △H<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，并根据实验数据作出下列关系图：
下列判断一定错误的是( )
A．图I研究的是不同催化剂对反应的影响，且乙使用的催化剂效率较高
B．图Ⅱ研究的是压强对反应的影响，且甲的压强较高
C．图Ⅱ研究的是温度对反应的影响，且甲的温度较高
D．图Ⅲ研究的是不同催化剂对反应的影响，且甲使用的催化剂效率较高
17．将气体A、B置于容积为2L的密闭容器中，发生如下反应：4A(g)+ B(g)= 2C(g)，反应进行到4s末，测得A为0.5mol，B为0.4mol，C为0.2mol。则：用生成物C浓度的增加来表示该反应的速率为______，
用反应物B浓度的减少来表示该反应的速率为______，用反应物A浓度的减少来表示该反应的速率为______。
18．在一密闭容器中充入1mol I2和1mol H2，压强为p(Pa)，并在一定温度下使其发生反应：H2(g)+I2(g)=2HI(g)； △H<0。
（1）保持容器容积不变，向其中加入1mol H2，反应速率加快吗？理由是____________________；
（2）保持容器容积不变，向其中加入1mol N2（N2不参加反应），反应速率也加快吗？理由是___________；
（3）保持容器内气体压强不变，向其中加入1mol N2（N2不参加反应），反应速率________，理由是____________________。
（4）保持容器内气体压强不变，向其中加入1mol H2和1mol I2，反应速率________，理由是____________。
（5）提高起始的反应温度，反应速率________，理由是________________________。
19．有两只密闭容器 A和B，A容器有一个可移动的活塞能使容器内保持恒压，B容器保持恒容，起始时向这两只容器中分别充入等量的SO2与O2的混合气体，并使初始容积相等，在催化剂存在并保持4500C时使之发生如下反应：2SO2( g ) + O2( g ) 2SO3( g )
（1）两容器中的反应速率大小关系，反应开始时： ；建立平衡过程中：_________。
（2）两容器中反应达到平衡后SO2的转化率大小关系： 。
（3）达到平衡后，向两容器中通入少量且等量的氩气，A容器化学平衡 移动，B容器化学平衡 移动（填向右、向左或不）。
（4）达到平衡后，若向两容器中通入等量的原反应气体，达到新平衡时A容器的SO3体积分数 ，B容器中的SO3体积分数 （填增大、减小或不变）。
20．高炉炼铁中发生的基本反应之一如下：FeO（s）+CO（g） Fe（s）+CO2（g）；△H＞0，其平衡常数可表达为K=__________，已知1100℃时，K=0.263。
（1）温度升高，化学平衡移动后达到新的平衡，高炉内CO2和CO的体积比值________,平衡常数K 值 。（本小题空格均备选：增大、减小或不变）
（2）1100℃时测得高炉中C（CO2）=0.025mol/L C（CO）=0.1mol/L，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，化学反应速度是V正 V逆（选填大于、小于或等于），其原因是 。
拓展提高
1．丙酮和碘在酸性溶液中发生以下反应：CH3COCH3 + I2 CH3COCH2I + H+ + I —。25℃时，该反应速率由下列经验式决定V = k[CH3COCH3][ H+]，式中，k = 2.73×10—5mol/(L.s)。25℃时，已知反应开始时C（I2）=0.01mol/L，C（CH3COCH3）=0.1mol/L，C（H+）=0.02mol/L。求：
（1）反应开始时的速率_____________。
（2）当溶液中的I2反应掉一半时，反应速率比开始时慢还是快？为什么？
2．Fe3+和I-在水溶液中的反应如下：2I-+2Fe3+ 2Fe2++I2（水溶液）
（1）该反应的平衡常数K的表达式为：K=____________。
当上述反应达到平衡后，加入CCl4萃取I2，且温度不变，上述平衡 移动（向右、向左、不）。
（2）上述反应的正向反应速率和I-、Fe3+的浓度关系为：V =k[I—]m[Fe3+]n
[I—](mol/L) [Fe3+] (mol/L) V (mol/L·s)
1 0.20 0.80 0.032κ
2 0.60 0.40 0.144κ
3 0.80 0.20 0.128κ
通过所给的数据计算：在V =k[I—]m[Fe3+]n中，m、n的值为
A.m=1，n=1 B. m=1，n=2 C. m=2，n=1 D. m=2，n=2
I-浓度对反应速度的影响 Fe3+浓度对反应速度的影响。（选填：小于、大于、等于）
3． 在一定条件下，二氧化硫和氧气发生如下反应：2SO2（g）＋O2(g) 2SO3(g)；△H＜0
（1）写出该反应的化学平衡常数表达式K＝_______________
（2）降低温度，该反应K值________，二氧化碳转化率________，化学反应速度_________（以上均填 增大、减小或不变）
（3）600℃时，在一密闭容器中，将二氧化碳和氧气混合，反应过程中SO2、O2、SO3物质的量变化如图，反应处于平衡状态的时间是_____________。
（4）据图判断，反应进行至20min时，曲线发生变化的原因是______________________（用文字表达）；
10min到15min的曲线变化的原因可能是__________（填写编号）。
A ．加了催化剂 B ．缩小容器体积
C． 降低温度 D ．增加SO3的物质的量
第4节 化学反应条件的优化——工业合成氨
学习目标
1．理解如何应用化学反应速率和化学平衡原理，选择合成氨的适宜条件。
2．了解应用化学原理选择化工生产条件的思维和方法。
知识梳理
1．合成氨条件的选择
合成氨反应式____________________；
反应特点__________________________________________；
速率方程_______________________________
生产要求 综合选择
生成NH3速率大 NH3的平衡浓度大
各物质浓度
温度
压强
催化剂
※2. 合成氨工业
（1）原理__________________________
（2）生产过程包括造气、净化 、合成氨三部分。
① 造气：N2来自于___________________，H2__________________________。
② 净化的目的____________________________________；
③ 合成氨包括_____________、_______________、________________等。
学习导航
1．方法导引
以合成氨为例掌握化工生产中适宜条件选择的一般原则：
（1）从化学反应速率分析（C、P、T、催化剂）
（2）从化学平衡移动分析（C、P、T、催化剂）
（3）从原料的利用率分析（增加易得廉价原料，提高难得高价原料的利用率，降低成本）
（4）从实际生产能力分析（如设备的承温承压能力）
总之，实际化工生产中受诸多因素的影响，必须综合分析选出适合工厂生产的最适宜条件。
2．例题解析
【例1】可逆反应3H2(g) + N2(g) 2NH3(g)；△H＜0，达到平衡后，为了使H2 的转化率增大，下列选项中采用的三种方法都正确的是（ ）
A．升高温度，降低压强，增加氮气 B．降低温度，增大压强，加入催化剂
C．升高温度，增大压强，增加氮气 D．降低温度，增大压强，分离出部分氨
解析 本题要求增加合成氨反应中氢气的转化率，就是在不增加氢气的情况下，改变合成氨反应的其他条件，使更多的氢气转化为氨。从化学平衡分析也就是向正反应方向移动。先分析温度的影响，合成氨是放热反应，从理论上分析应采用尽可能低的温度，选项A、C中升高温度是错误的。合成氨反应前后都是气体物质，反应前气体体积比反应后气体体积更大，所以增加压强会使平衡向着气体体积减小的方向进行，即向正反应方向移动，选项A是错误的，其他选项中增大压强是正确的。有关浓度的影响，增加反应物浓度或减小生成物浓度，会使平衡向着正反应方向移动，在合成氨反应中即是增加氮气和减少（分离出）氨是正确的选项。加入催化剂可加速反应的进行，但对平衡移动无影响，选项B是错误的。所以只有选项D是正确的。
答案：D
【例2】在容积相同的不同密闭容器中内，分别充入同量的N2和H2，在不同温度下，任其发生反应：3H2 + N2 2NH3，并分别在t0秒时测定其中NH3的体积分数[x(NH3)]，绘成如图的曲线。
（1）A、B、C、D、E五点中，尚未达到
化学平衡状态的点是_____________。
（2）此可逆反应的正反应是____热反应。
（3）AC段曲线是增函数，CE段曲线是减函数，
试从化学反应速率和化学平衡角度说明理由。
解析 C点左侧因x(NH3)不断增大，所以反应尚未达到化学平衡，即图中A、B点为尚未达到化学平衡的点。C点则为刚好达到平衡的点。右侧则以化学平衡移动为主，因升温，NH3的体积分数逐渐降低，平衡向左移动，所以正反应为放热反应。
答案；（1）A、B （2）放热
基础训练
1．下列事实中能应用平衡移动原理解释的是：( )
A．H2、I2、HI平衡混合气加压后颜色变深 B．加入催化剂有利于氨氧化的反应
C．500℃左右比室温更有利于合成氨的反应 D．高压有利于合成氨的反应
2．关于催化剂的叙述，正确的是（ ）
A．催化剂在化学反应前后性质不变
B．催化剂在反应前后质量不变，故催化剂不参加化学反应
C．反应物中的某些杂质能使催化剂失去活性，造成催化剂“中毒”
D．催化剂可以提高反应物的转化率
3．合成氨工业中，常加热至500℃，下列叙述中不正确的是（ ）
A．加快反应速率，缩短达到化学平衡所需时间 B．加快V正，减小V逆
C．使平衡向合成氨方向移动 D．提高原料转化率
4．已知反应N2（g）+ CO2(g) NO(g) + CO(g)；ΔH = 373.2kJ. mol—1，要有利于取得有毒气体NO和CO的最大转化率，可采取的措施是（ ）
A．低温低压 B．高温高压 C．低温高压 D．高温低压
5．在密闭容器中可逆反应：N2+3H2 2NH3达到平衡后，若保持温度不变，缩小容器体积，达到新平衡时，下列说法正确的是（ ）
① NH3的浓度增大，N2和H2的浓度减少 ② NH3的物质的量增大，N2和H2的物质的量减少
③ H2的转化率增大，N2的转化率不变 ④ 混合气体的平均分子量增大
A．①④ B．②④ C．①② D．③④
6．合成氨所用的H2可由煤与H2O反应制得，其中有一步反应为CO (g) +H2O (g) CO2 (g) +H2 (g)；
ΔH＜0，欲提高提高CO的转化率，可采用的方法可能有：①降低温度②增大压强③使用催化剂④增大CO的浓度⑤增大水蒸气的浓度，其中正确的组合有（ ）
A．①②③ B．④⑤ C．①⑤ D．⑤
7．在一定条件下，合成氨气反应N2+3H2 2NH3达到平衡时，有50%H2转化为NH3，若N2的转化率为25%，则起始时充入容器中的N2和H2的物质的量之比为( )
A．3：2 B．1：2 C．1：3 D．2：3
8．在一固定容积的反应器中发生反应：2SO2 + O2 2SO3；ΔH＜0，下述三种情况，其中开始反应时反应速率最快，达到平衡时，SO2的转化率最低的是（ ）
①400℃，10mol SO2 和5 mol O2反应 ②400℃，20mol SO2 和5 mol O2反应
③400℃，10mol SO2 和5 mol O2反应
A．① B．② C．③ D．无法确定
9．在一定温度下，将1molCO和1molH2O(气)充入某固定容积的反应器中反应：CO+H2O(g) CO2(g)+H2(g)达到平衡得CO2为0.6mol，再通入4molH2O(g)，达到新平衡后，CO2的物质的量是( )
A.等于0.6 mol B.等于1mol C.大于0.6 mol小于1mol D.大于1mol
10．对于平衡体系mA(g) + nB(g) pC(g) + qD(g)；ΔH＜0，有下列判断，其中正确的是（ ）
A．若温度不变，将容器的体积增大1倍，此时A的浓度变为原来的0.48倍，则m + n＞p + q
B．若平衡时，A、B的转化率相等，说明反应开始时，A、B的物质的量之比为m：n
C．若平衡体系共有气体a mol，再向其中加入b mol B，当重新达到平衡时，气体的总物质的量等于（a+ b）mol，则m + n = p + q
D．温度不变时，若压强增大至原来的2倍，达到新平衡时，总体积一定比原体积的1/2要小
11．将颜色相近的NO2和Br2 (g)分别装入注射器中，将活塞同时向外拉，使气体体积扩大1倍，下列叙述错误的是（ ）
A．NO2的颜色比Br2 (g)颜色深 B．两种气体的颜色均比原来浅
C．Br2 (g)的压强比NO2变化小 D．Br2 (g)的压强比NO2变化大
12．在一定条件下，把1体积N2和3体积H2的混合气体充入一密闭容器中，使之反应并达到平衡，此时H2的转化率为30%，请解答（填> 、<或=）
（1）假定此时N2的转化率为α，则α______30%。
（2）假定只升高温度，平衡时N2的转化率为b，则b_______α。
（3）假定只增大压强，平衡时N2的转化率为c，则c_______α。(=,<,>)
（4）在上述条件下，把1体积N2和m体积H2混合并达到平衡，若此时H2的转化率为35%，则m____3。
13．合成氨工业的原料气中含有少量CO，CO会使催化剂中毒，因此，在进入合成塔前必须将其除去。一般用醋酸二氨合铜（Ⅰ）溶液来吸收原料气中的CO，其反应为：
Cu(NH3)2Ac + CO + NH3 [Cu(NH3)3]Ac ·CO ΔH＜0
（1）醋酸二氨合铜（Ⅰ）吸收CO的生产适宜条件是_____________；
（2）吸收CO后的醋酸铜氨溶液经处理后可再生，恢复其吸收CO的能力以供循环使用。醋酸铜氨溶液再生的生产适宜条件是_____________。
14．对于反应aA + bB c C + d D，瞬时速率V (正)= k1C(A)a .C(B)b。将4 mol SO2和2mol O2充入容积为2L的密闭容器中，500℃进行反应并保持温度不变，反应达到平衡时，SO2的转化率为50%，则：
（1）起始时正反应速率是平衡时的_____倍。
（2）500℃时该反应的平衡常数K=________。
（3）在温度不变时再向平衡体系中加入2mol SO3、2mol O2和4 mol SO2，平衡将向________移动。
15．一定条件下，将1mol A投入容积为1 L的密闭容器中发生如下反应：2A(g) B(g) + x C(g)；
ΔH＞0，经t min，反应达到平衡，此时A的转化率为p%，容器内压强也增大p%。计算该反应方程式中的x值。
拓展提高
1．反应CaCO3(s) CaO(s) + CO2↑在不同温度下CO2的平衡压强如下表：
温度/℃ 550 650 750 850 897
压强/Pa 5.32×101 9.17×102 8.37×103 4.94×104 1.01×105
（1）若升高原CaCO3分解平衡体系的压强，同时给反应容器加压，则原平衡（ ）
A．向左移动 B．向右移动 C．不移动 D．无法确定平衡移动
（2）在一个与外界不能进行热交换的密闭容器中，足量的CaCO3在850℃时建立了分解平衡。若将该容器的容积扩大为原来的2倍，当重新达到平衡时，容器内的温度将________，CO2的平衡压强将______4.94×104(＞,＜,＝)，理由是____________________________。
2．在一定条件下，用CO和H2为原料合成甲醇，其反应方程式为：CO +2H2 CH3OH(g)。当原料气中H2和CO的比例不同时，对CO的转化率以及平衡混合物中CH3OH的体积分数都有影响。
（1）以m表示H2和CO的物质的量之比（即H2：CO= m：1），α表示CO的平衡转化率，x为平衡中CH3OH的体积分数，则x =_______________
（2）下表列出m = 1，2，3，4时部分实验数据，据此数据得出反应物的比例对CO转化率（α）以及平衡混合物中CH3OH的体积分数（x）产生影响的结论，并在实际生产中选择最佳的反应配比。
m 1 2 3 4
α 0.25 0.45 0.56 0.62
x 16.7 % 21.5 % 19.4 % 16.4 %
①所得结论是___________________________________；
②反应物的最佳配比是__________。
3．已知T℃、P kPa时，在容积为V L密闭容器中充有1molA和1molB。保持恒温恒压，使反应：A(g) + B(g) C(g)达到平衡时，C的体积分数为40%。试回答有关问题：
（1）欲使温度和压强在上述条件下恒定不变，在密闭容器中充入2molA和2molB，则反应达到平衡时，容器的容积为________，C的体积分数为_______。
（2）若另选一容积固定不变的密闭容器，仍控制温度为T℃，使1molA和1molB反应达到平衡状态时，C的体积分数仍为40%，则该密闭容器的容积为________。
科学前沿
“压”出来的变化
由于固体、液体的体积受压强影响较小，当一个平衡体系中只有固体或液体时，可以认为改变压强平衡不移动。然而，这一结论仅适用于在一定范围内改变压强，如果压强的增大超过一定限度，则常常会出现一些奇妙而有趣的变化。
我们知道石墨和金刚石互为同素异形体，它们的密度分别为2.22g.cm-3和3.51g.cm-3。根据化学平衡移动原理，增加压强应有利于金刚石的合成，科学家为此进行了长达数十年的探索。终于，在20世纪50年代，美国通用汽车公司利用高温（2000℃）、高压（20000atm）将石墨转化为了金刚石。此后，许多科学家对这种超高压的神奇作用产生了浓厚的兴趣。1989年，日本科研人员有别处心裁地将炸药和炭粉混合并用石蜡固化后装入钢制敞口容器，沉入一个直径8m，深约5m的混凝土制水槽内（防止炭被空气中的氧气氧化），点火起爆，最后将容器中的水取出静置，获得了直径为0.002μm ~ 0.003μm的金刚石粉末，巧妙地利用了爆炸瞬间产生的超高压（40万个大气压）。同样利用高温、高压，科学家还把常温常压下跟石墨一样很软很滑的六角结构的氮化硼（俗称白石墨）合成了立方结构的氮化硼，其硬度仅次于金刚石。这种人造的超硬材料被称为工业的牙齿，制成磨具、刀具用来加工石材、钢材，大大提高了加工效率。
氢能是一种高效无污染的新能源，但其缺点是储存时所占的体积过大。科学家设想：既然氢与锂、钠、钾等同属ⅠA族元素，如果给氢分子加上高压，将氢分子压跨，每个氢原子的电子就可能和临近的原子核十分接近而成为所有的氢原子共同占有的自由电子，非金属氢转变成金属氢。而一旦得到稳定的金属氢，人们便获得一种高能量密度的无污染能源。美国华盛顿卡内基研究所的毛何匡和鲁塞尔.赫姆利根据这一分析，并通过艰苦努力，终于用250万个大气压在—196℃的条件下将气体“氢”压成了金属氢，不过，当压力解除后，金属氢又变成了普通氢气，科学家相信这一难题必将被攻克，孕育中的金属氢一定会成为人类最理想的高效能源材料。与此类似，科学家还将稀有气体Xe在低温高压下变成了绝缘固体后，又进一步将温度降至77K，压力升至132，Xe变成了具有金属导电性的金属氙。物质受到这种超高压的作用，除发生上述变化外还可能引起物质导电性的突变，如锗在常温常压下是半导体，当锗受到高压作用后会转变为白锡结构而具有超导性，这给科学家研究超导现象开创了新的领域。由此可见，在超高压作用下的物质不仅可能发生原子结构的变化，还有可能发生电性质的变化。
此外，高压研究的另一个重要的方面是高压引起的物质相变。水在常温下是液体，但在高压下会变成固体，科学研究表明在小于200 GPa的高压范围内，水有8个高压相，即8种不同的冰。高压对物质的熔点也会产生影响，对固态熔化成液态体积增大的物质，增加压强，熔点升高。如水银的熔点在1atm下为—39℃，而在15000atm下为10 ℃。对熔融时体积缩小的物质，压强增大，熔点降低，如冰在1atm下熔点是0℃，实验证明，每增加134atm，冰的熔点降低1℃。目前，物质在高压条件下的变化研究已日渐成为人们关注的热点课题之一。
非平衡态化学
长期以来，物理学家认为自发过程总是使体系趋于平衡。有序原理是唯一的支持从无序列到有序的物理学原理，但当用这个有序原理来解释生物学现象时却碰到了很大麻烦。按照几率观点，生物有序状态的形成是一种高度不可几的事件。大家都知道，自然界中约有20种不同的氨基酸，一个蛋白质分子可以包括成千上万个氨基酸，这成千上万个氨基酸分子可以有许多种不同的排列方式，假定各种排列方式的出现几率是相等的，那么形成某种特定氨基酸排列方式的蛋白质分子的几率是极小的。假如蛋白质分子中的氨基酸排列方式可以自动调整，若要得到一个具有特定结构的蛋白质分子，需要等待的时间长得不可想象。比方说一个具有100个氨基酸的蛋白质分子，这些氨基酸分子中包括20个不同的种类，那么这100个氨基酸分子可有多达约10130种不同的排列方式。假定蛋白质分子每秒可变换其氨基酸分子的排列方式有100万次（实际上显然不可能这么快）， 那么要形成一个特定结构的蛋白质分子， 需要等待长达10124秒，而根据目前资料表明地球的年龄才只有1017秒，因此上面的推理显然不正确。这清楚地说明根本不可能用有序原理的几率概念来解释生物有序的现象。实际上即使在无生命界也能发现许多自发形成的有序结构现象，比如天空中时而形成的鱼鳞状白云，一些岩石的规则花纹，松花蛋中的漂亮“松花”等等。这些自组织现象显然是一种高度不可几事件，只能用非平衡原理来解释。
按照经典热力学的观点，非平衡只是一种暂时的现象，不可逆过程总是起一种耗散能量和破坏有序结构的作用。为了描述实际体系和实际过程必须抛弃热力学方法而采用动力学的方法。在某些条件下，体系通过和外界环境不断交换物质和能量以及通过内部的不可逆过程（能量耗散），无序态有可能失去稳定性，某些涨落可被放大而体系达到某种有序的状态，这种有序状态被称为耗散结构（Dissipative Structure），因为他们的形成需要能量的耗散。
耗散结构这一新概念的确立，使得人们对自然界的发展规律有了更完整的认识，它第一次使人们认识到非平衡态和不可逆过程也可以在建立有序方面起到积极的作用。这不仅有利于人们认识自然界中的各种有序现象，也有利于去利用这些有序现象，因而它展示了广阔的应用前景。
大气臭氧层中的化学平衡
地球表面有大气层覆盖，离地面大约12km以上的高空中有一臭氧层（实质是臭氧浓度较高些），它是地球生命的保护屏障。
我们知道，太阳辐射对生命危害极大的是紫外线。当太阳辐射通过臭氧层时，被吸收了约90%的紫外线，或者说把这些紫外辐射能量转变为热量，使地面生命免受伤害。这其中的奥妙就在于臭氧层中存在以下动态平衡的缘故： O2 + O O3
现在来分析臭氧层中的这一平衡是怎样建立的，又怎样把紫外辐射能转变为热能的。
首先，太阳辐射把高空的氧气分子分裂为2个氧原子，性质异常活泼的氧原子跟氧气分子结合成臭氧：
O2→O + O O2+ O→O3
然后，在紫外线作用下，臭氧转化成氧气，并放出热量：2O3→3O2 ；△H＜0
这一反应被看做臭氧能吸收紫外线，即从能量角度看，相当于把紫外辐射能转变成热能。
臭氧分解而生成氧气，又会被太阳辐射作用生成氧原子，氧原子又会和氧气分子结合成臭氧，臭氧又吸收紫外线分解成氧，所以在臭氧层中，O3、O2和O处于动态平衡，构成了地球生命免受紫外线杀伤的天然屏障。
本章测试题
(时间：90分钟 共100分)
相原子质量：H 1 C 12 N 14 O 16 Na 23 Al 27 S 32 Cl 35.5
第Ⅰ卷（选择题 共50分）
一、选择题（本题包括10小题，每小题2分，共20分。每小题只有一个选项符合题意。）
1．在体积为2L的密闭容器中合成氨，已知在时间t内，氨的物质的量增加了0.6 mol，在此时间内，用H2表示的平均反应速率是0.45mol/（L·s），则t是( )
A．0.44s B．1s C．1.33s D．2s
2．一定条件下，在2L的密闭容器中充入2 molSO2和一定量的O2，发生反应2 SO2+ O2 2 SO3进行到4min时，测得n(SO2)= 0.4 mol，若反应进行到2min时，容器中n(SO2)为（ ）
A．1.6mol B．1.2mol C．大于1.6mol D．小于1.2mol
3．二氧化氮能形成二聚分子：2NO2(g) N2O4(g)；△H<0 。现欲测定二氧化氮的式量，应采取的措施是（ ）
A．低温、高压 B．低温、低压 C．高温、低压 D．高温、高压
4．在一定温度下的定容密闭容器中，当下列物理量不再改变时，表明反应：A(s)＋2B(g) C(g)＋D(g)已达平衡的是（ ）
A．混合气体的压强 B．混合气体的密度 C．B物质的分子量 D．气体的总物质的量
5．某反应2C(g) A(g)+2B(g)，已知△H<0，下列判断正确的是（ ）
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
6．可逆反应2NO(g) O2(g) + N2(g)；ΔH = -180 kJ. mol—1，对此反应的逆反应，下列说法正确的是（ ）
A．升高温度平衡常数K增大 B．升高温度平衡常数K减小
C．增大压力则平衡移动 D．增大N2浓度，则NO分解率增大
7．在一定条件下，反应CO＋NO2 CO2＋NO 达到平衡后，降低温度，混合气体的颜色变浅。下列判断正确的是（ ）
A．正反应为吸热反应 B．正反应为放热反应 C．CO的浓度增大 D．各物质的浓度不变
8．设C+CO2 2CO；△H＞0反应速度为V1 ；N2+3H2 2NH3 ；△H<0反应速度为V2，对于上述反应，当温度升高时，V1和V2的变化情况为（ ）
A．同时增大 B．同时减小 C．增大，减小 D．减小，增大
9．100mL浓度为2mol/L的盐酸跟过量的锌片反应，为加快反应速率，又不影响生成的氢气的总量，可采用的方法是（ ）
A．加入适量的6mol/L的盐酸 B．不用锌片改用锌粉
C．加入适量蒸馏水 D．加入适量的氯化钠溶液
10．已建立化学平衡的某可逆反应，当条件改变使化学平衡向正反应方向移动时，下列叙述正确的是（ ）
①生成物的质量分数一定增加；②生成物产量一定增加；③反应物的转化率一定增大；④反应物的浓度一定降低；⑤正反应速率一定大于逆反应速率；⑥一定使用催化剂
A．①②③ B．③④⑤ C．②⑤ D．④⑥
二、选择题（本题包括10小题，每小题3分，共30分。每小题有一至两个选项符合题意。）
11．1 mol X气体跟a mol Y气体在体积可变的密闭容器中发生如下反应： X(g) + a Y(g) b Z(g)
反应达到平衡后，测得X的转化率为50% 。而且，在同温同压下还测得反应前混合气体的密度是反应后混合气体密度的3／4，则a和b的数值可能是( )
A．a=l，b=l B．a=2，b=1 C．a=2，b=2 D．a=3，b=2
12．一定量混合物在密闭容器中发生反应：mA（g）+nB（g） pC（g），达平衡后，将气体体积缩小到原来的1/2，当达到新的平衡时，B物质的浓度为原来的1.9倍，若压缩过程中保持温度不变，则下列说法正确的是( )
A．m+n＜p B．平衡向逆反应方向移动 C．A的转化率降低 D．C的体积分数增
13．将1molCO和1molH2O(g)充入某固定容积的反应器中，在一定条件下CO+H2O(g) CO2(g)+H2(g)达到平衡时，有2/3的CO转化为CO2， 在条件相同时，将1molCO和2molH2O(g)充入同一反应器中，当反应达到平衡后，混合气 体中CO2的体积分数可能为( )
A.22.2% B.28.2% C.33.3% D.37.8%
14．在恒压容器a和恒容容器b中，分别充入体积比为1∶3的N2和H2。若开始时两容器的体积相等，且在相同的条件下达到平衡时，两容器的N2的转化率应当是( )
A．a中大 B．b中大 C．a、b一样大 D．无法判断
15．右图所示为8000C时A、B、C三种气体在密闭容器中反应时浓度的变化，只从图上分析不能得出的结论是 （ ）
A．A是反应物
B．前2 min A的分解速率为0.1mol/(L min)
C．达平衡后，若升高温度，平衡向正反应方向移动
D．达平衡后，若增大压强，平衡向逆反应方向移动
16．反应A2+B2 2AB；△H=Q在不同温度和压强改变的条件下，产物AB和AB%生成情况，如图，a为500℃时的情况；b为300℃时的情况，c为反应在300℃时从时间t3开始向容器中加压的情况，则下列叙述正确的是 ( )
A．A2、B2及AB均为气体，Q>0
B．AB为气体，A2、B2中至少有一种为非气体，Q<0
C．AB为气体，A2、B2中有一种为非气体，Q<0
D．AB为固体，A2、B2中有一种为非气体，Q>0
17.反应L(s)+aG(g)＝bR(g)达到平衡时，温度和压强对该反应的影响如图所示，图中：压强 P1>P2，X轴 表示温度，Y轴表示平衡混合气中G的体积分数。据此可判断( )
A．上述反应是放热反应 B．上述反应是吸热反应
C．a>b D．a＝b
18．以物质的量之比2：3的N2和H2，在一定条件下反应，并达到平衡。在此过程中，下列说法正确的是（ ）
A．在建立平衡的过程中，N2和H2的物质的量之比始终是2：3
B．N2的转化率始终为H2转化率的2倍
C．N2的转化率始终为H2转化率的1/2
D．达到平衡时，平衡体系的总物质的量与起始时的总物质的量之比可为1：2
19．一定温度下，某密闭容器中发生如下可逆反应：CO(g)+ H2O(g) CO2(g)+ H2(g)；△H＞0，当反应达到平衡时，测得容器中各物质均为n mol。欲使H2的平衡浓度增大一倍，在其他条件不变时，下列措施中可采用的是（ ）
A．升高温度 B．增大压强
C．再通入n mol CO和n mol H2O(g) D．再通入2n mol CO和2n mol H2O(g)
20．在密闭容器内进行下列反就:X2(气)+Y2(气) 2Z(气)。已知X2、Y2、Z的起始浓度分别为0.1mol/L、0.3mol/L、0.2mol/L，当反应在一定条件下达到平衡时各物质浓度可能是（ ）
A．Z为0.3 mol/L B．Y2为0.35 mol/L C．X2为0.2 mol/L D．Z为0.4 mol/L
三、（本小题包括8小题，共36分）
21.（3分）在4个同样的密闭容器中发生反应:A(g)+3B(g) 2C(g)；△H<0,在同一时间内测得容器中的反应速率分别为:甲,VA= 3mol/(L min)；乙，VB= 4.5mol/(L min)；丙，VC= 4mol/(L min)；丁，VA= 0.075mol/(L S)。若其它条件相同，温度不同，则温度由低到高的顺序是______________________。
22．（3分）两种浓度都是1mol/L 的气体X2、Y2在密闭容器中的反应生成Z，平衡时测得各物质的浓度是：[X2]=0.58mol/L，[Y2]=0.16mol/L，[Z]=0.84mol/L，则Z的化学式为 。
23．（7分）在密闭容器中的可逆反应：CO＋NO2 CO2＋NO；△H<0，达到平衡后，只改变下列中的一个条件，填写有关的空白：
（1）增大容器体积，平衡________，C（NO）将________，反应混合物的颜色__________。
（2）升高温度，平衡________，体系压强__________。
（3）加入催化剂，平衡________，NO2的物质的量_________。
24．（6分）可逆反应aA(g) + bB(g) c C(g) + d D(g)达平衡后，改变下列条件：
（1）增大C（A）：A的转化率_______，B的转化率___________。
（2）增大C（C）：新平衡时，[C]新______[C]原。
（3）若A为固体或纯液体，增减A的量，平衡_________。
（4）增大A的浓度，达到新平衡时，[C]新______[C]原，生成物占反应混合物的百分比_________（一定、不一定）提高。
25．（2分）MgCO3(s) MgO(s)+ CO2(g), ΔH = 100.6kJ. mol—1，ΔS = 174.9J. mol—1. K—1，则该反应的转向温度T为________。
26．（6分）两种气态单质X和Y能直接化合生成Z（可逆反应），
如果将X和Y按一定比例混合并压入密闭容器中，在不同温度下
经过一段时间后，反应混合物中X的含量变化如图所示，
回答下列问题：
（1）上述X与Y化合生成Z的反应是_______反应（放热或吸热）；
（2）温度低于t℃时，反应混合物中X的含量________，原因是__________________________；
温度高于t℃时，反应混合物中X的含量________，原因是____________________________。
27．（4分）反应2A B＋C，在某一温度时，达到平衡。
（1）若温度升高，A的转化率变小，则正反应是 热反应；
（2）若B是固体，降低压强时，平衡向左移动，则A是 态物质；
（3）若A是气态物质，加压时，平衡不移动，则B为 态，C为 态。
28．（5分）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的关系如下表：
t℃ 700 800 830 1000 1200
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 反应（选填吸热、放热）。
（3）能判断该反应是否达到化学平衡状态的依据是 （多选扣分）。
（a）容器中压强不变 （b）混合气体中 [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]，试判断此时的温度为 ℃
四、计算题（本题包括2小题，共14分）
29．（6分）恒温下，将a mol N2与bmol H2的混合气体通入一个固定容积的密闭容器中，发生如下反应：N2 (g) + 3 H2(g) 2NH3(g)
（1）若反应进行到某时刻t时，nt (N2) = 13mol，nt (NH3) = 6mol，计算a的值_________。
（2）反应达平衡时，混合气体的体积为726.8L(标况下)，其中NH3的含量(体积分数)为25%。
计算平衡时NH3的物质的量__________。
（3）原混合气体与平衡混合气体的总物质的量之比(写出最简整数比，下同)，n(始)∶n(平) =________。
（4）原混合气体中，a∶b=_________。
（5）达到平衡时，N2和H2的转化率之比， (N2)∶ (H2)=__________。
（6）平衡混合气体中，n(N2)∶n(H2)∶n(NH3) =_________。
30．（8分）在2L的密闭容器中，加入2 molCO和2 molH2O，800℃时CO＋H2O CO2＋H2，达到平衡，若测得平衡常数K= 1，求CO的转化率。若温度不变，要使CO的转化率达到90%，还需通入多少molH2O(g)？
【参考答案】
第2章 化学反应的方向、限度与速率
第1节 化学反应的方向
基础训练
1．D 2．A 3．A 4．D 5．C
6．负，岐化，正，CO，CO2
7．C，B，77，A，-161.6，D
8．3，4，1，2
9．（1）ΔH=92.38 kJ. mol—1，ΔS=198.26J. mol—1. K—1，ΔH –TΔS=33.3kJ. mol—1，不能自发进行；
（2）T＞466 K
10．（1）ΔH=-261.11 kJ. mol—1，ΔS=129.27J. mol—1. K—1，ΔH –TΔS=-299.65kJ. mol—1，能自发进行；
（2）ΔH=-173.09kJ. mol—1，ΔS=366.89J. mol—1. K—1，ΔH –TΔS=-356.54kJ. mol—1，能自发进行。
11．291.7K
12．ΔS=-274.5J. mol—1. K—1，150℃时ΔH –TΔS=-790.24kJ. mol—1，能自发进行。
拓展提高
1． 反应在常温下能自发进行，同时反应的转折温度较高，为2122K，因此是可行的。
2． ΔH=-207.8kJ. mol—1，ΔS=-753.3J. mol—1. K—1，ΔH –TΔS=17.861kJ. mol—1
第2节 化学反应的限度
基础训练
1． CD 2．D 3．C 4．A 5．C 6．D 7．C 8．C 9．A 10．C 11．AD 12．C
13．B 14．D 15．D 16．C
17．（1）c mol（2）（3）（a + b —）mol （4）（5）a -c；b-；c
18．（1）变深，增大，向正反应方向，增大，不变；（2）变深，不变，不，不变，不变
19．（1）m + n ＜ p （2）固态或纯液体 （3）逆 （4）吸热
20．（1）2，1，3，2 （2）气态，固或液态，气态 （3）放热
21．（1）a-b = 0.4 （2）0.4≤a≤1.3
22. 0.46mol.L—1
拓展提高
1．C 2．C 3．C
4．（1）逆（2）正，a＞d，E为非气态物质
5．（1）770℃,890℃（2）降低压强或移去钾蒸气，适当升高温度；（3）K=
6．（1）H2O H2，CO CO2 （2）(2-2a-b) mol
第3节 化学反应速率
基础训练
1．C 2．C 3．A 4．C 5．CD 6．BD 7．A 8．D 9．B 10．D 11．C
12．C 13．C 14．D 15．D 16．AB
17．0.025 mol·(L·S)-1；0.0125 mol·(L·S)-1；0.05 mol·(L·S)-1
18．（1）加快，因为反应物H2的浓度增大了。（2）不变，因为反应物浓度未变。（3）减小，因为容器体积增大，反应物浓度减小（4）不变，因为反应物浓度未变。（5）增大，升温不管正反应吸热放热速率都增大。
19．（1）VA=VB；VA＞VB（2）A＞B（3）向右；不移动（4）不变；增大。
20．（1）增大，增大（2）否；大于；因为此时QC＜KC，反应正在正向进行。
拓展提高
1．5.46×10—8mol/(L.s)，快
2．（1） 向右（2）C；大于
3．（1）（2）增大；增大；减小（3）15～20min和25～30 min （4）增加了O2的量；AB
第4节 化学反应条件的优化——工业合成氨
基础训练
1．D 2．C 3．A 4．C 5．B 6．C 7．D 8．B 9．B 10．BC 11．C
12．（1）= （2）＜（3）＞（4）＜
13．（1）低温，加压（2）高温，低压
14．（1）8（2）2（3）正
15．x = 3
拓展提高
1．（1）D（2）降低；小于；增大体积使CO2压强减小，平衡向右移动，因正反应吸热，故使体系温度降低，重新平衡时，CO2压强必小于850℃时平衡压强
2．（1）α/（1+ m -2α）×100%（2）增大H2的浓度只能在一定范围内提高CH3OH的体积分数；2：1
3．（1）10/7 V；40%（2）5/7 V
本章检测题
一、1．D 2．D 3．C 4．B 5．C 6．A 7．B 8．A 9．B 10．C
二、11．AD 12．D 13．B 14．A 15．C 16．B 17．B 18．C 19．BD 20．AB
三、21．乙丙甲丁 22．XY2
23．（1）不移动，减小，变浅（2）向逆反应方向移动，增大（3）不移动，不变
24．（1）降低；增大（2）＞（3）不移动（4）＞；不一定 25．575.2K
26．（1）放热（2）较高；温度低，反应慢，生成物少；逐渐升高；升温，平衡向逆反应方向移动。
27．⑴ 放，⑵固态，⑶气态，气态。 28．(1) （2）吸热（3）b、c （4）830
四、29．（1）16 （2）n平(NH3) = 8mol （3）5∶4 （4）2∶3 （5）1∶2（6）3∶3∶2 30．50%；16 mol
323K
473K
甲
A 2 mol
B 1mol
乙
A 1 mol
B 1mol
丙
A 2 mol
B 2mol
丁
A 1 mol
B 2mol
相当于增加反应物B的浓度，故A的转化率：丙＞甲，B的转化率：丙＜甲
相当于增加反应物A的浓度
A的转化率：甲＜乙
B的转化率：甲＞乙
A的转化率：乙＞丙
B的转化率：乙＞丙
A的转化率：丁＞丙
B的转化率：丁＜丙
A的转化率：丁＞丙
B的转化率：丁＜丙
相当于增加反应物A的浓度
相当于将2个乙容器加
压缩小成一个乙容器
相当于增加反
应物B的浓度
A的转化率：甲＜乙
B的转化率：甲＞乙
A的转化率：乙＞丙
B的转化率：乙＞丙
A的转化率：丁＞乙
B的转化率：丁＜乙
相当于增加反
应物B的浓度
相当于增加反应物A的浓度
丁
A 1mol
B 2mol
A的转化率：丁＞丙
B的转化率：丁＜丙
温度
压强
改变条件
速率不变：如容积不变时充入惰性气体
速率改变
程度相同
V正 = V逆
使用催化剂或对气体体积无变化的反应改变压强
程度不同V正≠V逆
平衡不移动
浓度
压强
温度
平衡移动
：平衡不移动
n(Z)
t
T1
T2
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第2章 化学反应的方向、限度与速率
第1节 化学反应的方向
学习目标
1． 理解熵及熵变的意义。
2． 能用焓变和熵变说明化学反应进行的方向。
知识梳理
1． 焓变 ______(是，不是)决定反应能否自发进行的唯一因素。
2． 熵，符号为____，单位______，是描述_____________的物理量，熵值越大，___________。
在同一条件下，不同的物质熵值______，同一物质S(g)___S(l) ____ S(s) (＜,＞,＝)。
3． 熵变为___________________________，用符号_______表示。
产生气体的反应，气体的物质的量增大的反应，为熵值______(增大，减小，不变)的反应，熵变为______(正，负)值。
4．在___________一定的条件下，化学反应的方向是____________共同影响的结果，反应方向的判据为_______________。
当其值：大于零时，反应________________
小于零时，反应_______________
等于零时，反应________________
即在__________一定的条件下，反应_____(放热，吸热)和熵______(增大，减小，不变)都有利于反应自发进行。
5．恒压下温度对反应自发性的影响
种类 ΔH ΔS ΔH—TΔS 反应的自发性 例
1 — + 2H2O2(g)→2H2O(g)+O2(g)
2 + — 2CO(g)→2C(s)+O2(g)
3 + + 在低温在高温 CaCO3(s)→CaO(s)+CO2(g)
4 — — 在低温在高温 HCl(g)+NH3(g)→NH4Cl(s)
当ΔH，ΔS符号相同时，反应方向与温度T______(有关，无关)
当ΔH，ΔS符号相反时，反应方向与温度T______(有关，无关)
学习导航
1．方法导引
（1）通过计算或分析能确定ΔH –TΔS的符号，进而确定反应自发进行的方向是本节的重点。
（2）熵是体系微观粒子混乱程度的量度。体系混乱度越大，其熵值越大。一般情况下气态物质的熵大于液态物质的熵，液态物质的熵大于固态物质的熵；相同物态的不同物质，摩尔质量越大，或结构越复杂，熵值越大。
（3）对某化学反应，其熵变ΔS为反应产物总熵与反应物总熵之差。在化学反应过程中，如果从固态物质或液态物质生成气态物质，体系的混乱度增大；如果从少数的气态物质生成多数的气态物质，体系的混乱度也变大。这时体系的熵值将增加。根据这些现象可以判断出过程的ΔS＞0。
（4）利用ΔH -TΔS 的符号可判断恒温恒压条件下反应的方向：ΔH -TΔS＜0时，反应自发进行；ΔH –TΔS = 0时，反应达到平衡状态；ΔH–TΔS＞0反应不能自发进行。当焓变和熵变的作用相反且相差不大时，温度可能对反应的方向起决定性作用，可以估算反应发生逆转的温度（正为转向温度）：T(转)= 。化学反应体系的焓变减少（ΔH＜0）和熵变增加（ΔS＞0）都有利于反应正向进行。
※（5）在一定温度范围内，反应或过程的ΔH（T）≈ΔH（298K）, ΔS（T）≈ΔS（298K）,式中温度T既可以是298K，也可以不是298K，这是由于当温度在一定范围改变时，反应的ΔH =ΔfH(反应产物)–ΔfH(反应物)。尽管反应物与生成物的ΔfH，S均相应改变，但它们相加减的最终结果仍基本保持不变。
2．例题解析
【例1】分析下列反应自发进行的温度条件。
（1）2N2(g) + O2(g) → 2 N2O(g)；ΔH = 163 kJ. mol—1
（2）Ag (s) + Cl2( g ) → AgCl ( s)；ΔH = - 127 kJ. mol—1
（3）HgO(s)→ Hg ( l ) + O2( g )；ΔH = 91 kJ. mol—1
（4）H2O2( l ) →O2( g ) + H2O( l ) ；ΔH = - 98 kJ. mol—1
解析 反应自发进行的前提是反应的ΔH-TΔS＜0，与温度有关，反应温度的变化可能使ΔH-TΔS符号发生变化。
（1）ΔH ＞0，ΔS＜0，在任何温度下，ΔH-TΔS＞0，反应都不能自发进行。
（2）ΔH ＜0，ΔS＜0，在较低温度时，ΔH-TΔS＜0，即反应温度不能过高。
（3）ΔH ＞0，ΔS＞0，若使反应自发进行，即ΔH-TΔS＜0，必须提高温度，即反应只有较高温度时自发进行。
（4）ΔH ＜0，ΔS＞0，在任何温度时，ΔH-TΔS＜0，即在任何温度下反应均能自发进行。
【例2】通常采用的制高纯镍的方法是将粗镍在323K与CO反应，生成的Ni(CO)4经提纯后在约473K
分解得到高纯镍。Ni( s ) + 4CO(g) Ni(CO)4 ( l ) 已知反应的ΔH = -161 kJ. mol—1
ΔS = -420 J. mol—1. K—1。试分析该方法提纯镍的合理性。
解析 根据ΔH-TΔS = 0时，反应达到平衡，则反应的转折温度为：
T =
当T＜383K时，ΔH-TΔS＜0，反应正向自发进行；
当T＞383K时，ΔH-TΔS＞0，反应逆向自发进行。
粗镍在323K与CO反应能生成Ni(CO)4，Ni(CO)4为液态，很容易与反应物分离。Ni(CO)4在473K分解可得到高纯镍。因此，上述制高纯镍的方法是合理的。
基础训练
1．下列说法完全正确的是（ ）
A. 放热反应均是自发反应
B. ΔS 为正值的反应均是自发反应
C. 物质的量增加的反应，ΔS 为正值
D. 如果ΔH和ΔS 均为正值，当温度升高时，反应可能自发进行
2．反应CH3OH ( l )+ NH3( g ) = CH3NH2( g ) + H2O ( g )在某温度自发向右进行，若反应｜ΔH｜= 17kJ. mol—1，｜ΔH-TΔS｜= 17kJ. mol—1，则下列正确的是（ ）
A. ΔH ＞0，ΔH-TΔS＜0 B. ΔH ＜0，ΔH-TΔS＞0
C. ΔH ＞0，ΔH-TΔS＞0 D. ΔH ＜0，ΔH-TΔS＜0
3．下列反应中，ΔS最大的是（ ）
A. C(s)+O2(g) → CO2 (g) B. 2SO2(g)+O2(g) →2SO3(g)
C. N2（g）＋3H2（g）→ 2NH3（g） D. CuSO4(s) + 5 H2O(l)→ CuSO4· 5 H2O (s)
4．下列反应在常温下均为非自发反应，则在高温下仍为非自发的是（ ）
A. Ag2 O(s) → 2Ag(s)+O2(g) B. Fe2O3( s )+C( s ) →2Fe( s ) + CO2(g)
C. N2O4（g）→ 2NO2（g） D. 6C(s) + 5 H2O(l)→ C6H12O6 ( s )
5．某反应2AB（g） C(g)+3D(g)在高温时能自发进行，其逆反应在低温下能自发进行，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
6．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的正负符号为_______，所以CO将发生_________反应；当体系温度高于980 K时，ΔH-TΔS的正负符号为_______。在冶金工业中，以C作为还原剂温度高于980 K时的氧化产物是以_____为主，低于980 K时以_____为主。
7．有A、B、C、D四个反应：
反 应 A B C D
ΔH/ kJ. mol—1 10.5 1.80 -126 -11.7
S/ J. mol—1. K—1 30.0 -113.0 84.0 -105.0
则在任何温度都能自发进行的反应是 ；任何温度都不能自发进行的反应是 ；另两个反应中，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 。
8．下列反应：（1）C(s)+O2(g)==CO2(g) （2）2CO(g)+O2(g)==2CO2(g)
（3）NH4Cl(s)==NH3(g)+HCl(g) （4）CaCO3(s)==CaO(s)+CO2(g)
则按ΔS减小的顺序为 。
9．已知温度为298 K时，Δf H[NH3(g)]= -46.19 kJ. mol—1，Δf H[N2(g)]= 0，Δf H[H2(g)]= 0，
S[NH3(g)]= 192.5J. mol—1. K—1，S[N2(g)]= 191.49J. mol—1. K—1，S[H2(g)]= 130.59J. mol—1. K—1。
试分析氨的分解反应：2 NH3(g)→N2(g)+3 H2(g)
（1）在298 K时，能否自发进行？（2）欲使上述反应方向逆转，对温度条件有何要求？
10．已知温度为298 K时
CH4(g) Cu(s) CuO(s) CO2(g) H2O(l) H2O(g)
Δf H/ kJ. mol—1 -74.85 0 -157.3 -393.5 -285.83 -241.82
S/ J. mol—1. K—1 186.27 33.15 42.63 213.64 69.91 188.72
计算反应：CH4(g)+4 CuO(s)= CO2(g)+2 H2O(l)+4 Cu(s)
（1）298 K时的ΔH、ΔS及ΔH-TΔS。
（2）500 K时的ΔH、ΔS及ΔH-TΔS。
11．已知数据：ΔfH(Sn，白)= 0，ΔfH(Sn，灰)= - 2.1kJ. mol—1 ，S（Sn，白）= 51.5J. mol—1. K—1，S(Sn，灰)= 44.3J. mol—1. K—1，求Sn(白) Sn(灰)的转化温度。
12．铁锈的主要成分为Fe2O3，已知298 K时，由单质生成Fe2O3的ΔH=- 824kJ. mol—1，且ΔH-TΔS=
- 742.2kJ. mol—1，用计算说明在零下150℃的空气中铁是否可能发生锈蚀？
拓展提高
1．已知下列数据：
CaSO4(s) CaO(s) SO3(g)
Δf H/ kJ. mol—1 -1432.7 -635.1 -395.72
S/ J. mol—1. K—1 107.0 39.75 256.65
通过计算说明能否用CaO(s)吸收高炉废弃中的SO3气体以防止SO3污染环境。
2．在298 K时，下列反应的ΔH依次为：
C8H18(g) +O2(g)→8 CO2(g) + 9H2O(l)；△H1 = -5512.4 kJ. mol—1
C(石墨) + O2(g) → CO2(g)； △H2 = -393.5 kJ. mol—1
H2(g) + O2(g) →H2O(l)； △H3 = -285.8kJ. mol—1
正辛烷（C8H18）、氢气和石墨的熵值分别为：463.7、130.6、5.694 J. mol—1. K—1。则298 K时，由单质生成1 mol正辛烷的ΔH、ΔS及ΔH-TΔS分别为多少？
第2节 化学反应的限度
学习目标
1． 掌握化学平衡常数的数字表达式。
2． 理解化学平衡常数的意义，会用化学平衡常数判断反应进行的方向。
3． 掌握有关化学平衡的计算。
4． 掌握浓度、压强、温度对化学平衡的影响规律，会判断化学平衡移动的方向。
知识梳理
1． 化学平衡常数K及表达式
化学平衡常数可定量描述化学反应的限度。
在______一定时，对于确定的反应，K为常数，压强、浓度的改变与平衡常数______(无关，有关)。K值越大，反应进行的越________。
aA + bB c C + d D ， Kc =______________________
（1）对于有纯固体或纯液体参加的反应，如：CaCO3(s) CaO(s)+CO2(g), Kc =_______
C(B)表示____________ C0(B)表示____________ [B] 表示____________
（2）若A、B、C、D均为气体，Kp =________________
※气体分压定律：
混合气体中某组分气体_____________所表现的压强为该气体的分压强，简称分压。
总压强为混合气体各组分分压________。
混合气体中，分压之比与气体物质的量有何关系？当体积一定时，与浓度又有何关系？
__________________________________________________________________________
浓度平衡常数(Kc):由各物质_________算得的平衡常数。
（3）化学平衡常数
压强平衡常数(Kp):由各物质_________算得的平衡常数。
（4）可逆反应的化学平衡常数表达式与方程式的书写有关。
3H2(g) + N2(g) 2NH3(g) K1= __________
H2(g) +N2(g) NH3(g) K2=__________
2NH3(g) 3H2(g) + N2(g) K3=___________
K1 ，K2，K3之间的关系_____________________
2. 用化学平衡常数判断反应进行的方向
对于化学反应 aA + bB c C + d D，浓度商Qc =_______________
当 Qc =Kc时，反应________________；
Qc＞Kc时，反应________________；
Qc＜Kc时，反应________________。
3. 化学平衡的计算
（1） 可逆反应达到平衡过程中物质浓度的变化关系
反应物：平衡浓度 = ______________________;
生成物：平衡浓度 = ______________________。
各物质的转化浓度之比等于_________________之比。
（2）平衡转化率
对于化学反应 aA + bB c C + d D 反应物A的转化率α(A)=_________________
① 温度一定，反应物的转化率因反应物的不同而不同。
② 提高A在原料气中的比例，可使B的转化率________，而A的转化率_________。
提高B在原料气中的比例，可使A的转化率________，而B的转化率_________。
（3）平衡时某组分的百分含量 A%=____________________
4. 反应条件对化学平衡的影响
在其他条件不变的情况下，
（1）改变温度：升高反应体系的温度，平衡向________的方向移动；
降低反应体系的温度，平衡向________的方向移动。
温度对平衡移动的影响是通过改变_______________实现的。
（2）改变浓度：增大反应物的浓度或减小生成物的浓度，Qc ___Kc，化学平衡____移动。
增大生成物的浓度或减小反应物的浓度，Qc ___Kc，化学平衡____移动。
（3）改变压强：增大体系压强，平衡向着气体体积_________的方向移动；
减小体系压强，平衡向着气体体积_________的方向移动。
※勒夏特列原理——平衡移动原理
2SO2(g)+ O2(g) 2SO3(g)；ΔH＞0，设平衡状态下，体系中O2的物质的量浓度为a mol·L—1，SO3的物质的量浓度为bmol·L—1，气体的压强为M Pa ，气体的温度为d ℃。
（1）将平衡体系中的C(O2)增大为2a mol·L—1，则平衡将向____反应方向移动，使O2物质的量浓度______，达到新平衡时[O2]与2a mol·L—1、a mol·L—1比较为__________________。
（2）将平衡体系中的C(SO3)减小为 mol·L—1，则平衡将向____反应方向移动，使SO3物质的量浓度______，达到新平衡时[O2]与b mol·L—1、 mol·L—1比较为__________________。
（3）将体系气体温度一次性升高到2d ℃，则平衡向_____反应方向移动，使体系的温度______，达到新平衡时，温度t与d ℃、2d ℃比较为________________________。
（4）将体系气体压强一次性降到Pa，则平衡向_____反应方向移动，使体系的压强______，达到新平衡时，压强p与Pa、M Pa比较为_______________________。
学习导航
1．方法导引
（1）有关化学平衡的计算，浓度、压强、温度对化学平衡的影响规律是本节的重点。
（2）对于一个已知的化学反应，当温度一定时，化学平衡常数K为确定的值。温度对平衡移动的影响是通过改变平衡常数实现的。浓度、压强的影响是通过使Qc与Kc不再相等，而使平衡发生移动。
（3）浓度适用于有气体参加或气体生成的反应或溶液中进行的反应，所以通常认为改变固体的量时化学平衡不发生移动。
（4）反应物有两种或两种以上，增加一种物质的浓度，该物质的平衡转化率降低，而其他物质的转化率升高。
（5）不特别指明时，增大压强均指压缩体积。平衡混合物是固体或溶液时，改变压强，平衡不移动。改变体系的压强相当于改变体系的体积，也就相当于改变物质的浓度（如增大体系的压强相当于增大气体的浓度），压强对化学平衡移动的影响是由于压强改变引起气体浓度的改变而引起化学平衡移动的，若压强的改变并没有造成气体浓度的改变则平衡不移动。稀有气体（或不参加反应的气体）的加入而导致的压强变化，对化学平衡的影响，要具体分析平衡物质的浓度是否变化，即体系占据的体积是否改变。恒容时，压强增大，但体积不变，所以浓度不变，平衡不移动。恒压时，体积增大，反应物和生成物的浓度同时减小，相当于减小压强，平衡向总体积增大的方向移动。
（6）同等程度地改变反应混合物中各物质的浓度时，应视为压强的影响。
2．例题解析
【例1】密闭容器中进行如下反应： X2(g) + 3Y2(g) 2Z(g)，X2、Y2、Z起始浓度分别为0.2mol.L—1 、 0.6mol.L—1 、0.4mol.L—1 ，当平衡时，下列数据肯定不对的是（ ）
A. X2为0.4mol.L—1，Y2为1.2mol.L—1 B. Y2为1.0mol.L—1
C. X2为0.3mol.L—1，Z为0.2mol.L—1 D. Z为1.0mol.L—1
解析 若X2、Y2完全反应，则可生成Z的浓度为0.8mol.L—1，若Z完全转化为X2、Y2，则X2、Y2最多可达0.4mol.L—1、1.2mol.L—1，但反应为可逆反应，故不能进行到底。
答案：A、D
点评：化学平衡研究的是可逆反应，故解这类题目要善于利用极值法。另外，选项中将所有物质的浓度都列出来，还得注意物质的量是否守恒。
【例2】HI分解反应为2HI(g) H2(g) + I2(g)，若开始时有1 mol HI，平衡时有24.4 %的HI发生了分解。今欲将HI的分解率降到10 %，应往此平衡体系中加入I2 物质的量是多少？
解析 设容器的体积为V，应向平衡体系中加入I2 物质的量为x
2HI(g) H2(g) + I2(g)
起始浓度mol.L—1 0 0
原平衡浓度mol.L—1
新平衡浓度mol.L—1
根据题意，温度不变，则平衡常数不变：
==
答案：x = 0.372 mol
【例3】反应NH4HS(s) NH3(g)+H2S(g)在某一温度下达到平衡时，下列各种情况中，不能使平衡发生移动的是（ ）
A.温度、容积不变时，通入SO2气体 B.加入一部分NH4HS固体
C.保持容器体积不变，充入氮气 D.保持容器体积不变，通入氯气
解析 在NH4HS(s) NH3(g)+H2S(g)的平衡体系中，当恒温、恒容通入SO2时，SO2与H2S反应，将使的浓度减小；因NH4HS为固体，增加或减少其量，浓度不变；容积不变，充入氮气，体系的总压强虽然增大，但NH3和H2S的浓度却没改变；压强不变，充入氮气，相当于将容器中的NH3、H2S稀释。
答案：B、C
【例4】对反应2NO2(g) N2O4(g)，在一定条件下达到平衡，在温度不变时，欲使[NO2] / [N2O4]的比值增大，可采取的方法是（ ）
A．使体积增大到原来的2倍 B．体积不变，增加的物质的量
C．保持压强不变 ，充入 D．体积不变，增加的物质的量
解析 A. 扩大体积，容器内的压强减小，平衡向气体体积增大方向移动，即平衡左移，[NO2]增大，[N2O4]减小，[NO2] / [N2O4]变大；B. 根据[N2O4] / [NO2]2=K，可化为=，据此分析，体积不变，增加n(NO2)，即增加了C(NO2)，所以[NO2] / [N2O4]变小；同理，D体积不变，增加n(N2O4)，C(N2O4)变大，平衡左移，结果[NO2]也变大，据上式分析得[NO2] / [N2O4]变小；C压强不变，充入N2，容器体积必然扩大，平衡左移，[NO2] 增大，[N2O4] 减小，[NO2] / [N2O4]变大。
答案：A、C
【例5】由可逆反应测绘出图像如图，纵坐标为生成物在平衡混合物中的百分含量，下列对该反应的判断正确的是（ ）
A. 反应物中一定有气体 B. 生成物中一定有气体
C. 正反应一定是放热反应 D. 正反应一定是吸热反应
解析 定一议二。温度不变时，增大压强，生成物的百分含量降低，说明平衡逆向移动，逆向为体积缩小方向，而题中未给出具体的可逆反应，但是可以确定生成物中一定有气体；压强不变时，升高温度，生成物的百分含量增大，说明平衡正向移动，正向为吸热反应。
答案：B、D
【例6】 在容积相同且固定不变的四个密闭容器中，进行同样的可逆反应：2A(g) + 3B(g) 3C(g) + 2D(g)， 起始时四个容器所盛A、B的量分别是 甲：A 2mol，B 1mol；乙：A 1mol，B 1mol；丙：A 2mol，B 2mol；丁：A 1mol，B 2mol，在相同温度下建立平衡时，A或B的转化率大小关系正确的是（ ）
A. B的转化率：甲＜丙＝乙＜丁 B. A的转化率：甲＜丙＜乙＜丁
C. B的转化率：甲＞丙＞乙＞丁 D. A的转化率：甲＜乙＜丙＜丁
解析 甲、乙、丙、丁四个容器的容积相同在同温时放入A、B的物质的量不同，对于可逆反应2A(g) + B(g) 3C(g) + 2D(g)，加压时，向逆反应方向移动；减压时向正反应方向移动。我们将甲、乙、丙、丁四个容器中的变化用下列框图表示分析比较。
则B的转化率：甲＞乙＞丙＞丁，A的转化率：丁＞乙＞丙＞甲
答案：B
基础训练
1．下列关于平衡常数K的说法中，正确的是（ ）
A．在任何条件下，化学平衡常数是一个恒定值
B．改变反应物浓度或生成物浓度都会改变平衡常数K
C．平衡常数K只与温度有关，与反应浓度、压强无关
D．从平衡常数K的大小可以推断一个反应进行的程度
2．对于3Fe(s) + 4H2O(g) Fe3O4(s) + 4H2(g)反应的化学平衡常数的表达式为（ ）
A． B. C. D.
3.某温度，反应SO2(g)+O2(g) SO3(g)的平衡常数K=50，在同一温度下，反应2SO3(g) 2SO2(g)+O2(g) 的平衡常数K值应为( )
A. 2500 B. 100 C.4×10—4 D. 2×10—2
4. 在一定温度时，4molA在2L的密闭容器中分解，达到平衡时，测得已有50%的A分解成B和C，
A(g) 2B(g)+ C(g)。此温度时，该反应的平衡常数为（ ）
A. 4 B. 3 C.2 D.1
5.在容积为1L的密闭容器中，装有4mol NO2，在一定温度时进行下面的反应：2NO2(g) N2O4(g),在该温度下反应的平衡常数K=0.25，则平衡时该容器中NO2的物质的量为（ ）
A.0 mol B. 1 mol C. 2 mol D. 3 mol
6．在密闭容器中把CO和H2O的混合物加热到800℃，有下列平衡：CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g) ，且平衡常数K为1 ，若用2 molCO和10 molH2O相互混合并加热到800℃，则CO的转化率为( )
A. 16.7% B. 50% C. 66.7% D. 83.3%
7.对于CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g) ，某温度下平衡常数K为1 ，向一密闭容器内同时通入CO(g)，H2O(g)，CO2(g)，H2(g)各1 mol，在该温度下建立平衡时，CO的物质的量为（ ）
A.大于1 mol B.小于 1 mol C.等于 1mol D. 无法确定
8．在甲、乙两容器中各盛一定量的碳和二氧化碳（甲：12g C，22g CO2；乙：20g C，22g CO2），在同温同压下进行反应，达到平衡时，两容器中二氧化碳的转化率的关系（ ）
A．甲＞乙 B．甲＜乙 C．甲＝乙 D．不能确定
9．某温度，反应ClF(g)＋F2(g) ClF3(g)；ΔH＜0，在密闭容器中达平衡，则下列说法正确的是（ ）
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，有利于平衡向正反应方向移动
D．降低温度，体积不变，F2的转化率降低
10．在一定条件下，下列可逆反应达到化学平衡： I2(g)＋H2(g) 2HI(g)；ΔH＜0，要使混合气体的颜色加深，可以采取的方法是：（ ）
A．降低温度 B．增大H2的浓度 C．增大压强 D．减小压强
11．下列反应达到平衡后增大压强或降低温度，平衡都向正反应方向移动的是 （ ）
A．2NO2（g） N2O4（g）； ΔH＜0
B．3O2（g） 2O3（g） ； ΔH＞0
C．H2（g）＋I2（g） 2HI（g）； ΔH＜0
D．3H2(g) + N2(g) 2NH3(g) ； ΔH＜0
12．当下列反应达到平衡时保持温度不变，向容器中通入氩气，则化学平衡一定不移动的是( )
A．PCl5 (g) PCl3(g)+Cl2(g) B．N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)
C．2HI(g) H2(g)+I2(g) D．C2H4(g)+H2(g) C2H6(g)
13．一定量混合气体在密闭容器中发生如下反应：xA(g)＋yB(g) zC(g)，达到平衡后测得A气体的浓度为0.5mol·L－1；恒温将密闭容器的容积扩大两倍并再次达到平衡时，测得A的浓度为0.3mol·L－1。则下列叙述正确的是( )
A 平衡向右移动 B x＋y >z C B的转化率提高 D C的体积分数增加
14．在一定体积的容器中放入3L气体R和2L气体Q，在一定条件下发生反应：4R(g)＋3Q(g) 2X(g) ＋nY(g)，反应完全后，容器内温度不变，混合气体的压强比原来增加5%，R的浓度减小，则反应中方程式的n值是 （ ）
A 3 B 4 C 5 D 6
15．将固体NH4I置于密闭容器中，在某温度下发生下列反应：NH4I(s) NH3(g) + HI(g)，2HI(g) H2(g) + I2(g)。当反应达到平衡时，[H2]= 0.5 mol·L—1 ，[HI]= 4 mol·L—1,则NH3的平衡浓度为（ ）
A.3.5mol/L B.4mol/L C.4.5mol/L D.5mol/L
16．反应A(g) + 3B(g) 2C(g)；ΔH＜0，在不同温度，不同压强(P1＞P2)下达到平衡时，混合气体中C的百分含量随温度变化的曲线为下图中的（ ）
17．在一定温度下，在1L容器中，amol SO2与bmol O2反应2SO2+O2 2SO3达到平衡时有c mol SO2发生了反应，则：
（1） 生成______mol SO3；（2）O2 的转化率为________（3） 平衡时容器内气体总物质的量为________（4）平衡体系中SO3的百分含量（体积比）_____________
（5） 平衡浓度[SO2]=______ mol·L—1，[O2]=______ mol·L—1，[SO3]=______ mol·L—1。
18.在密闭容器中盛有HI气体，在400℃时建立如下平衡：2HI(g) H2 (g) ＋I2 (g)；ΔH＞0，改变下列条件，请填空：（填写变化情况）
（1）将温度升至480℃，混合气体的颜色 ，HI的分解率 ，化学平衡向 移动，平衡常数 ，混合气体的总质量 ；
（2） 若将密闭容器的体积压缩了，则混合气体的颜色 ，HI的分解率 ，化学平衡向 移动，平衡常数 ，混合气体的总质量 。
19．在一定条件下，可逆反应：mA+nB pC达到平衡，若：
（1） A、B、C都是气体，减少压强，平衡向正反应方向移动，则m+n和p的关系是 。
（2）A、C是气体，增加B的量，平衡不移动，则B为 态。
（3）A、C是气体，而且m + n = p，增大压强可使平衡发生移动，则平衡移动的方向是 。
（4）加热后，可使C的质量增加，则正反应是 反应（放热或吸热）。
20．将等物质的量的A、B、C、D四种物质混合，发生如下反应：aA + bB pC(s) + qD。当反应进行一段时间后，测得A减少了n mol，B减少了mol，C增加了mol，D增加了n mol，此时达到化学平衡。
（1） 该化学方程式中，各物质的系数分别为：a =______，b =______，p =_____，q =______。
（2） 若只改变压强，平衡不移动，该反应中各物质的聚集状态A _____, B _______, D_____。
（3） 若只升高温度，反应一段时间后，测知四种物质其物质的量又达到相等，则该反应为_______反应（放热、吸热）。
21.一定条件下，可逆反应A2 + B2 2C达到平衡时，各物质的平衡浓度（A2、B2、C均为气体）:
[A2]=0.5mol·L—1，[B2]=0.1mol·L—1，[C]=1.6 mol·L—1，若用a、b、c分别表示A2、B2、C表示的初始浓度（mol·L—1），则（1）a、b应满足的关系是_________________；（2）a的取值范围是____________________
22．400℃，1L容器内N2、H2、NH3 三种气体的平衡浓度分别是：[N2]=1.0mol·L—1，[H2]=0.50mol·L—1，[NH3]= 0.50mol.L—1。如果保持温度不变，而要使N2的平衡浓度增加到1.1mol·L—1，需从容器中取走多少摩尔的氢气才能使体系重新达到平衡？
拓展提高
1．当反应Cl2+H2O HCl + HClO达到平衡后，欲使HClO的浓度增大，可以在氯水中加入（ ）
A．NaOH固体 B．CaO固体 C．CaO3固体 D．水
2．在一恒压密闭容器中充入1 mol NO2建立如下平衡：2 NO2 N2O4, 此时NO2的转化率为x%，在其他条件不变的条件下，再充入1 mol NO2，待新平衡建立时测得NO2的转化率为y%，则大小关系正确的是( )
A. x ＜ y B. x ＞ y C. x ＝ y D.无法确定
3．在一定温度下，将n mol PCl5通入定容的密闭容器中，反应为：PCl5(g) PCl3(g)+ Cl2(g),达到平衡时测得压强为P1，若再向容器中通入n mol PCl5，又达平衡后，压强为P2，则下列关系式正确的是（ ）
A. P1＝2 P2 B. 2P1＝ P2 C. 2P1 ＞ P2 D. 2P1 ＜ P2
4．在10℃和4×105Pa的条件下，当反应aA(g) dD(g) + eE(g)建立平衡后，维持温度不变，逐步增大体系的压强，在不同压强下该反应建立平衡后物质D的浓度见下表（在增大压强的过程中无其它副反应发生）
压强（Pa） 4×105 6×105 1×106 2×106
D的浓度（ mol·L—1） 0.085 0.126 0.200 0.440
（1） 压强从4×105Pa增加到6×105Pa时平衡应向______反应方向移动（正、逆），
理由是_____________________________；
（2） 压强从1×106Pa增加到2×106Pa时，平衡向______反应方向移动。此时平衡向该方向移动的两个必要条件是①______________________，②________________________。
5． 钾是—种活泼的金属，工业上通常用金属钠和氯化钾在高温下反应制取。
该反应为：Na（l）＋KCl（l） NaCl（l）＋K（g）；ΔH ＞0
压强（kPa） 13.33 53.32 101.3
K的沸点（℃） 590 710 770
Na的沸点（℃） 700 830 890
KCl的沸点（℃） 1437
NaCl的沸点（℃） 1465
该反应的平衡常数可表示为：K＝[K]，各物质的沸点与压强的关系见上表。
（1）在常压下金属钾转变为气态从反应混合物中分离的最低温度约为 ，而反应的最高温度应低 于 。
（2）在制取钾的过程中，为了提高原料的转化率可以采取的措施是____________________。
（3）常压下，当反应温度升高900℃时，该反应的平衡常数可表示为：K＝______________
6．将2mol H2O和2mol CO置于1 L容器中，在一定条件下，加热至高温，发生如下可逆反应：
2H2O(g) 2H2 + O2 2CO + O2 2CO2
（1）当上述系统达到平衡时，欲求其混合气体的平衡组成，则至少还需要知道两种气体的平衡浓度，
但这两种气体不能同时是________和________，或________和________。(填它们的分子式)
（2）若平衡时O2和CO2的物质的量分别为n(O2)平 = a mol，n(C02)平= b mol。
试求n(H2O)平 = ________________。(用含a、b的代数式表示)
第3节 化学反应的速率
学习目标
1．了解化学反应分为简单反应和复杂反应。
2．了解反应速率的概念。掌握化学反应速率的表示方法。能用反应速率表达式进行简单的计算；理解同一化学反应速率用不同物质表示时数值不一定相同，但表示的意义相同。
3．理解浓度、压强、温度和催化剂对反应速率的影响，能利用上述结论分析具体的化学反应。
4．理解化学平衡与反应速率之间的联系。
知识梳理
1． ___________________称为基元反应；___________________称为反应历程，也称为________；
___________________________称为总反应；____________________称为复杂反应。
__________和__________决定一个反应的反应历程，而反应历程的差别又造成了反应速率的不同。
2．化学反应速率：
计算公式_______________
同一反应，用不同物质表示化学反应速率时，数值_________,但意义_____，故在应用时应指明______。用不同物质表示同一化学反应的速率，其速率之比等于__________________________。
对于反应 aA + bB c C + d D，也可表示为V=______________________________。
3．外界条件对化学反应速率的影响
（1）内因：参加反应的物质的_______是决定化学反应速率的主要因素。
（2）外因：
① 浓度：增大反应物的浓度，反应速率_________。固体或纯液体量的改变_______（会，不会）引起浓度的变化，_______（会，不会）引起化学反应速率的改变。
对于反应：H2O2 + 2HI H2O + I2,在HI浓度一定时，H2O2浓度每增加一倍，反应速率就增加一倍；在H2O2浓度一定时，HI浓度每增加一倍，反应速率也增加一倍。则该反应的速率方程为：V = k______________。k称为__________，表示____________________。k越大，反应进行得______， k与浓度________（有关，无关），但受________________________等因素的影响。
②温度：温度是通过影响____________，而影响反应速率的。升高温度，反应速率________。 对于某一可逆反应，升高温度，正反应速率_______，逆反应速率________，改变的倍数_________（相同，不同）。升温时，平衡向_______（吸热，放热）方向移动，即吸热反应速率增大的倍数______（等于，大于，小于）放热反应速率增大的倍数。
③催化剂：是_____________________________________，是通过________________________而提高化学反应速率的。催化剂使正反应速率和逆反应速率改变的程度_______(相同，不同)。它______（能，不能）改变化学反应的平衡常数，______（能，不能）改变平衡转化率。催化剂具有选择性。
4．影响化学平衡的因素aA(g)+ bB(g) c C(g) + d D(g)
改变条件 V正变化 V逆变化 说明 V正、V逆关系 平衡移动情况
升温 ΔH＞0ΔH＜0
降温 ΔH＞0ΔH＜0
浓度 增大反应物浓度
减小生成物浓度
增大生成物浓度
减小反应物浓度
增大压强 a+b＞c+da+b＜c+d
减小压强 a+b＞c+da+b＜c+d
催化剂
学习导航
1．方法导引
（1）有关化学反应速率的计算和外界条件对可逆反应速率的影响规律是本节的重点。
（2）化学反应速率是用来表示化学反应进行的快慢程度的，同一反应用不同的物质所表示的化学反应速率可能不同。同一反应中各物质的反应速率之比等于其化学方程式中各物质的计量数比。运用此规律，可由一种物质的反应速率求其它物质的反应速率，也可根据速率之比确定方程式中各物质的计量数。
（3）浓度对可逆反应速率的影响：可逆反应同时包含两个反应，因而必须分清某物质是哪一反应的反应物，如2SO2+O2 2SO3 ，SO2是正反应的反应物，增大SO2的浓度的瞬间V正增大，V逆不变；而增大SO3浓度的瞬间V正不变，V逆增大。溶液和气体可改变浓度；纯液体和固体的浓度为常数；固体反应物的表面积越大，反应速率越大；反应速率与产物的浓度无直接关系。
（4）无特别指明时，增大压强均指压缩体积；压强对反应速率的影响，实际上是浓度对反应速率的影响，因此反应物是固体或液体时，改变压强对反应速率无影响；用其它方式（压缩体积或扩大体积之外）改变压强，需具体分析反应物浓度是否改变。
（5）反应速率与化学平衡移动的关系
应用上述分析问题时应注意
①不要把V正增大与平衡向正反应方向移动等同起来，只有V正＞V逆时，才使平衡向正反应方向
②不要把平衡向正反应方向移动与原料转化率的提高等同起来，只有当反应物总量不变时，平衡向正反应方向移动，反应物的转化率提高；当增大一种反应物浓度，使平衡向正反应方向移动时，会使另一种反应物的转化率提高。
2．例题解析
【例1】反应A＋3B＝2C＋2D在四种不同情况下的反应速率分别为：① v(A)= 0.15mol/(L·S)②v(B)= 0.6mol/(L·S) ③v(C)= 0.4mol/(L·S)④v(D)= 0.45mol/(L·S)。其中，反应进行得最快的是（ ）
A ① B ② C ③ D ④
解析 本反应在四种不同情况下的反应速率分别用四种物质表示，由于该反应的计量系数之比不等于1，因此不能根据题干中的数据进行相对大小的比较，必须将其折算成同一物质表示的反应速率，才能比较其相对大小。若以物质A为标准，将其他物质表示的反应速率换算为用A物质表示的速率，则有：v(A)：v(B)=1：3，则②表示的v(A)= 0.2 mol/(L·S)
v(A)：v(C)=1：2，则③表示的v(A)= 0.2 mol/(L·S)
v(A)：v(D)=1：2，则④表示的v(A)= 0.225 mol/(L·S)
答案：D
【例2】反应C(s) + H2O(g) CO(g) + H2(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（ ）
A．增加C的量 B 将容器的体积缩小一半
C．保持体积不变，充入N2使体系压强增大 D保持压强不变，充入N2使体系体积增大
解析 C为固体反应物，增加其用量对反应速率几乎无影响；容器的体积缩小一半相当于压强增大一倍，浓度增大，正、逆反应速率均增大；体积不变，充入N2使体系压强增大，但反应混合物浓度未改变，反应速率基本不变；充入N2使容器容积增大，总压强不变，但反应混合物浓度同等程度减小，正、逆反应速率均变慢。
答案：A、C
【例3】反应2X(g)+Y(g) 2Z(g)在不同温度下（T1和T2）产物Z的物质的量n(Z)与反应时间t的关系如右图。下列判断正确的是
A. T1
C. T1>T2 ，逆反应为吸热反应
D. T1
（1）看图象：一看面（即纵坐标与横坐标的意义），二看线（即线的走向和变化趋势），三看点（即起点、折点、交点、终点），四看辅助线（如等温线、等压线、平衡线等），五看量的变化（如浓度变化、温度变化等）。
（2）在化学平衡图象中，先出现拐点的反应则先达到平衡，可表示温度高（如上图）或压强大。
由图可知，T1时先达到平衡，而无论正反应是放热还是吸热，升高温度都会增大反应速率，因此T1＞T2，产物Z的物质的量在高温T1时比低温T2时小，说明降低温度平衡向正反应方向移动，即正反应为放热反应。
答案：C
【例4】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）随反应时间（min）的变化情况如下表：
根据上述数据，完成下列填空：
（1）在实验1，反应在10至20分钟时间内平均速率为______________mol/(L·min)。
（2）在实验2，A的初始浓度C2＝________mol/L，反应经20分钟就达到平衡，可推测实验2中还隐含的条件是 。
（3）实验3的反应速率为V3，实验1的反应速率为V1，则V3 V1，且C3 1.0mol/L（填＞、＝、＜）。
（4）比较实验4和实验1，可推测该反应是_____反应（选填吸热、放热）。理由是___________________。
解析 本题应从化学反应速率、化学平衡、化学平衡移动原理等方面考虑。
（1）根据化学反应速率的概念可求实验1反应在10 ~ 20 min时间内的反应速率。
（2）分析实验1和实验2可知，两实验达平衡后，A的平衡浓度相同，则A的起始浓度必然相等。从题干可以看出，实验1和实验2达到平衡的时间不同，说明实验2中隐含条件，既能加快反应速率，又不影响化学平衡。
（3）由实验1数据分析： 2A B ＋ D
起始浓度（mol·L-1） 1.0 0 0
转化浓度（mol·L-1） 0.5 0.25 0.25
平衡浓度（mol·L-1） 0.5 0.25 0.25
K= = = 0.25
由实验3数据： 2A B ＋ D
起始浓度（mol·L-1） C3 0 0
转化浓度（mol·L-1）C3—0.6
平衡浓度（mol·L-1） 0.6
温度不变，平衡常数也不变：
K= =[×]/0.62 = 0.25 C3 = 1.2 mol/L
（4）比较实验1和4，起始浓度相同，温度不同，实验4中的A的平衡浓度小于实验1，说明温度升高， 平衡正向移动。
答案：（1）0.013 （2）1.0 催化剂 （3）＞，＞（4）吸热；温度升高时，平衡向右移动
基础训练
1．在相同条件下，等质量（金属颗粒大小相等）的下列金属与足量1 mol·L-1盐酸反应时，速率最快的是（ ）
A．镁 B．铝 C．钠 D．铁
2．反应4NH3+5O2 4NO+6H2O，在5L密闭容器中进行，半分钟后，NO的物质的量增加了0.3mol，则此反应的平均速率为 ( )
A．V(O2)=0.01mol·(L·S)-1 B．V(NO)=0.008mol·(L·S)-1
C．V(H2O)=0.003mol·(L·S)-1 D．V(NH3)=0.004mol·(L·S)-1
3．在密闭容器中A与B反应生成C，其反应速率分别用V(A)、V(B)、V(C)表示，已知V(A)、V(B)、V(C)之间有以下关系2 V(B)=3V(A)，3 V(C)=2V(B)。则此反应可表示为（ ）
A．2A +3B=2C B．A +3B=2C C．3A + B=2C D．A + B= C
4．在四个不同的容器中，在不同的条件下进行合成氨的反应。根据下列在相同时间内测定的结果判断生成氨的速率最大的是（ ）
A.ν(H2)=0.1mol/(L·min) B. ν(N2)=0.1mol/(L·min)
C.ν(N2)=0.2mol/(L·min) D. ν(NH3)=0.3mol/(L·min)
5．下列措施肯定能使化学反应速率增大的是（ ）
A．增大反应物的量 B．增加压强 C．升高温度 D．使用催化剂
6．将盐酸滴到碳酸钠粉末上，能使反应的最初速率加快的是（ ）
A．盐酸浓度不变，使用量增大一倍 B．盐酸浓度增加一倍，用量减少1/2
C．增大碳酸钠粉末的量 D．使反应在较高温度下进行
7.把下列四种X溶液分别加入到四个盛有10ml 2mol/L盐酸的烧杯中，均加水稀释到50ml，此时X和盐酸反应的速率最大的是（ ）
A．20ml 3mol/L 的X溶液 B．20ml 2mol/L 的X溶液
C. 10ml 4mol/L 的X溶液 D．10ml 2mol/L 的X溶液
8．在恒温恒容条件下，能使A（g）+B（g） C（g）+D（g）正反应速率增大的措施是( )
A．减小C或D的浓度 B．增大D的浓度
C．减小B的浓度 D．增大A或B的浓度
9.对某一可逆反应来说，使用催化剂的作用是( )
A．提高反应物的转化率 B．同等程度改变正逆反应的速率
C．增大正反应速率，减少逆反应速率 D．改变平衡混合物的组成
10. 反应2A（g） 2B( g )＋E( g )；△H＞0达到平衡时，要使正反应速率降低，A的浓度增大，应采取的措施是( )
A．加压 B．减压 C．减少E的浓度 D．降温
11.在已经处于化学平衡状态的体系中，如果下列量发生变化，其中一定能表明平衡发生移动的是( ) A．反应混合物中各物质的浓度 B．反应混合物的压强
C．反应物的转化率 D．正逆反应速率
12．反应：A（g）＋3B（g） 2C（g）；△H＜0达平衡后，将气体混和物的温度降低，下列叙述中正确的是（ ）
A． 正反应速率加大，逆反应速率变小，平衡向正反应方向移动
B． 正反应速率变小，逆反应速率加大，平衡向逆反应方向移动
C． 正反应速率和逆反应速率变小，平衡向正反应方向移动
D． 正反应速率和逆反应速率变小，平衡向逆反应方向移动
13．冰箱致冷剂氟氯甲烷在高空中受紫外线辐射产生Cl原子，并进行下列反应：Cl+O3→ClO+O2 ，ClO+O→Cl+O2下列说法不正确的是（ ）
A． 反应后将O3转变为O2 B．Cl原子是总反应的催化剂
C．氟氯甲烷是总反应的催化剂 D．Cl原子反复起分解O3的作用
14．下图表示可逆反应mA（g）＋nB（g） pC（g）在不同温度（T）、压强（p）下，生成物C的物 质的量分数x（C）的变化情况．下列关于该正反应热效应及方程式中A、B、C的化学计量数的判断中，正确的是（ ）
A．吸热反应，m＋n＜p B．吸热反应，m＋n＞p
C．放热反应，m＋n＜p D．放热反应，m＋n＞p
15．对于热化学方程式：SO3（g） SO2（g）+O2（g）；△H= +98.3kJ/mol的描述有如下四个图象（y表示SO2的质量分数），其中正确的是( )
16．在容积固定的密闭容器中存在如下反应：A(g)+3B(g) 2C(g)； △H<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，并根据实验数据作出下列关系图：
下列判断一定错误的是( )
A．图I研究的是不同催化剂对反应的影响，且乙使用的催化剂效率较高
B．图Ⅱ研究的是压强对反应的影响，且甲的压强较高
C．图Ⅱ研究的是温度对反应的影响，且甲的温度较高
D．图Ⅲ研究的是不同催化剂对反应的影响，且甲使用的催化剂效率较高
17．将气体A、B置于容积为2L的密闭容器中，发生如下反应：4A(g)+ B(g)= 2C(g)，反应进行到4s末，测得A为0.5mol，B为0.4mol，C为0.2mol。则：用生成物C浓度的增加来表示该反应的速率为______，
用反应物B浓度的减少来表示该反应的速率为______，用反应物A浓度的减少来表示该反应的速率为______。
18．在一密闭容器中充入1mol I2和1mol H2，压强为p(Pa)，并在一定温度下使其发生反应：H2(g)+I2(g)=2HI(g)； △H<0。
（1）保持容器容积不变，向其中加入1mol H2，反应速率加快吗？理由是____________________；
（2）保持容器容积不变，向其中加入1mol N2（N2不参加反应），反应速率也加快吗？理由是___________；
（3）保持容器内气体压强不变，向其中加入1mol N2（N2不参加反应），反应速率________，理由是____________________。
（4）保持容器内气体压强不变，向其中加入1mol H2和1mol I2，反应速率________，理由是____________。
（5）提高起始的反应温度，反应速率________，理由是________________________。
19．有两只密闭容器 A和B，A容器有一个可移动的活塞能使容器内保持恒压，B容器保持恒容，起始时向这两只容器中分别充入等量的SO2与O2的混合气体，并使初始容积相等，在催化剂存在并保持4500C时使之发生如下反应：2SO2( g ) + O2( g ) 2SO3( g )
（1）两容器中的反应速率大小关系，反应开始时： ；建立平衡过程中：_________。
（2）两容器中反应达到平衡后SO2的转化率大小关系： 。
（3）达到平衡后，向两容器中通入少量且等量的氩气，A容器化学平衡 移动，B容器化学平衡 移动（填向右、向左或不）。
（4）达到平衡后，若向两容器中通入等量的原反应气体，达到新平衡时A容器的SO3体积分数 ，B容器中的SO3体积分数 （填增大、减小或不变）。
20．高炉炼铁中发生的基本反应之一如下：FeO（s）+CO（g） Fe（s）+CO2（g）；△H＞0，其平衡常数可表达为K=__________，已知1100℃时，K=0.263。
（1）温度升高，化学平衡移动后达到新的平衡，高炉内CO2和CO的体积比值________,平衡常数K 值 。（本小题空格均备选：增大、减小或不变）
（2）1100℃时测得高炉中C（CO2）=0.025mol/L C（CO）=0.1mol/L，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，化学反应速度是V正 V逆（选填大于、小于或等于），其原因是 。
拓展提高
1．丙酮和碘在酸性溶液中发生以下反应：CH3COCH3 + I2 CH3COCH2I + H+ + I —。25℃时，该反应速率由下列经验式决定V = k[CH3COCH3][ H+]，式中，k = 2.73×10—5mol/(L.s)。25℃时，已知反应开始时C（I2）=0.01mol/L，C（CH3COCH3）=0.1mol/L，C（H+）=0.02mol/L。求：
（1）反应开始时的速率_____________。
（2）当溶液中的I2反应掉一半时，反应速率比开始时慢还是快？为什么？
2．Fe3+和I-在水溶液中的反应如下：2I-+2Fe3+ 2Fe2++I2（水溶液）
（1）该反应的平衡常数K的表达式为：K=____________。
当上述反应达到平衡后，加入CCl4萃取I2，且温度不变，上述平衡 移动（向右、向左、不）。
（2）上述反应的正向反应速率和I-、Fe3+的浓度关系为：V =k[I—]m[Fe3+]n
[I—](mol/L) [Fe3+] (mol/L) V (mol/L·s)
1 0.20 0.80 0.032κ
2 0.60 0.40 0.144κ
3 0.80 0.20 0.128κ
通过所给的数据计算：在V =k[I—]m[Fe3+]n中，m、n的值为
A.m=1，n=1 B. m=1，n=2 C. m=2，n=1 D. m=2，n=2
I-浓度对反应速度的影响 Fe3+浓度对反应速度的影响。（选填：小于、大于、等于）
3． 在一定条件下，二氧化硫和氧气发生如下反应：2SO2（g）＋O2(g) 2SO3(g)；△H＜0
（1）写出该反应的化学平衡常数表达式K＝_______________
（2）降低温度，该反应K值________，二氧化碳转化率________，化学反应速度_________（以上均填 增大、减小或不变）
（3）600℃时，在一密闭容器中，将二氧化碳和氧气混合，反应过程中SO2、O2、SO3物质的量变化如图，反应处于平衡状态的时间是_____________。
（4）据图判断，反应进行至20min时，曲线发生变化的原因是______________________（用文字表达）；
10min到15min的曲线变化的原因可能是__________（填写编号）。
A ．加了催化剂 B ．缩小容器体积
C． 降低温度 D ．增加SO3的物质的量
第4节 化学反应条件的优化——工业合成氨
学习目标
1．理解如何应用化学反应速率和化学平衡原理，选择合成氨的适宜条件。
2．了解应用化学原理选择化工生产条件的思维和方法。
知识梳理
1．合成氨条件的选择
合成氨反应式____________________；
反应特点__________________________________________；
速率方程_______________________________
生产要求 综合选择
生成NH3速率大 NH3的平衡浓度大
各物质浓度
温度
压强
催化剂
※2. 合成氨工业
（1）原理__________________________
（2）生产过程包括造气、净化 、合成氨三部分。
① 造气：N2来自于___________________，H2__________________________。
② 净化的目的____________________________________；
③ 合成氨包括_____________、_______________、________________等。
学习导航
1．方法导引
以合成氨为例掌握化工生产中适宜条件选择的一般原则：
（1）从化学反应速率分析（C、P、T、催化剂）
（2）从化学平衡移动分析（C、P、T、催化剂）
（3）从原料的利用率分析（增加易得廉价原料，提高难得高价原料的利用率，降低成本）
（4）从实际生产能力分析（如设备的承温承压能力）
总之，实际化工生产中受诸多因素的影响，必须综合分析选出适合工厂生产的最适宜条件。
2．例题解析
【例1】可逆反应3H2(g) + N2(g) 2NH3(g)；△H＜0，达到平衡后，为了使H2 的转化率增大，下列选项中采用的三种方法都正确的是（ ）
A．升高温度，降低压强，增加氮气 B．降低温度，增大压强，加入催化剂
C．升高温度，增大压强，增加氮气 D．降低温度，增大压强，分离出部分氨
解析 本题要求增加合成氨反应中氢气的转化率，就是在不增加氢气的情况下，改变合成氨反应的其他条件，使更多的氢气转化为氨。从化学平衡分析也就是向正反应方向移动。先分析温度的影响，合成氨是放热反应，从理论上分析应采用尽可能低的温度，选项A、C中升高温度是错误的。合成氨反应前后都是气体物质，反应前气体体积比反应后气体体积更大，所以增加压强会使平衡向着气体体积减小的方向进行，即向正反应方向移动，选项A是错误的，其他选项中增大压强是正确的。有关浓度的影响，增加反应物浓度或减小生成物浓度，会使平衡向着正反应方向移动，在合成氨反应中即是增加氮气和减少（分离出）氨是正确的选项。加入催化剂可加速反应的进行，但对平衡移动无影响，选项B是错误的。所以只有选项D是正确的。
答案：D
【例2】在容积相同的不同密闭容器中内，分别充入同量的N2和H2，在不同温度下，任其发生反应：3H2 + N2 2NH3，并分别在t0秒时测定其中NH3的体积分数[x(NH3)]，绘成如图的曲线。
（1）A、B、C、D、E五点中，尚未达到
化学平衡状态的点是_____________。
（2）此可逆反应的正反应是____热反应。
（3）AC段曲线是增函数，CE段曲线是减函数，
试从化学反应速率和化学平衡角度说明理由。
解析 C点左侧因x(NH3)不断增大，所以反应尚未达到化学平衡，即图中A、B点为尚未达到化学平衡的点。C点则为刚好达到平衡的点。右侧则以化学平衡移动为主，因升温，NH3的体积分数逐渐降低，平衡向左移动，所以正反应为放热反应。
答案；（1）A、B （2）放热
基础训练
1．下列事实中能应用平衡移动原理解释的是：( )
A．H2、I2、HI平衡混合气加压后颜色变深 B．加入催化剂有利于氨氧化的反应
C．500℃左右比室温更有利于合成氨的反应 D．高压有利于合成氨的反应
2．关于催化剂的叙述，正确的是（ ）
A．催化剂在化学反应前后性质不变
B．催化剂在反应前后质量不变，故催化剂不参加化学反应
C．反应物中的某些杂质能使催化剂失去活性，造成催化剂“中毒”
D．催化剂可以提高反应物的转化率
3．合成氨工业中，常加热至500℃，下列叙述中不正确的是（ ）
A．加快反应速率，缩短达到化学平衡所需时间 B．加快V正，减小V逆
C．使平衡向合成氨方向移动 D．提高原料转化率
4．已知反应N2（g）+ CO2(g) NO(g) + CO(g)；ΔH = 373.2kJ. mol—1，要有利于取得有毒气体NO和CO的最大转化率，可采取的措施是（ ）
A．低温低压 B．高温高压 C．低温高压 D．高温低压
5．在密闭容器中可逆反应：N2+3H2 2NH3达到平衡后，若保持温度不变，缩小容器体积，达到新平衡时，下列说法正确的是（ ）
① NH3的浓度增大，N2和H2的浓度减少 ② NH3的物质的量增大，N2和H2的物质的量减少
③ H2的转化率增大，N2的转化率不变 ④ 混合气体的平均分子量增大
A．①④ B．②④ C．①② D．③④
6．合成氨所用的H2可由煤与H2O反应制得，其中有一步反应为CO (g) +H2O (g) CO2 (g) +H2 (g)；
ΔH＜0，欲提高提高CO的转化率，可采用的方法可能有：①降低温度②增大压强③使用催化剂④增大CO的浓度⑤增大水蒸气的浓度，其中正确的组合有（ ）
A．①②③ B．④⑤ C．①⑤ D．⑤
7．在一定条件下，合成氨气反应N2+3H2 2NH3达到平衡时，有50%H2转化为NH3，若N2的转化率为25%，则起始时充入容器中的N2和H2的物质的量之比为( )
A．3：2 B．1：2 C．1：3 D．2：3
8．在一固定容积的反应器中发生反应：2SO2 + O2 2SO3；ΔH＜0，下述三种情况，其中开始反应时反应速率最快，达到平衡时，SO2的转化率最低的是（ ）
①400℃，10mol SO2 和5 mol O2反应 ②400℃，20mol SO2 和5 mol O2反应
③400℃，10mol SO2 和5 mol O2反应
A．① B．② C．③ D．无法确定
9．在一定温度下，将1molCO和1molH2O(气)充入某固定容积的反应器中反应：CO+H2O(g) CO2(g)+H2(g)达到平衡得CO2为0.6mol，再通入4molH2O(g)，达到新平衡后，CO2的物质的量是( )
A.等于0.6 mol B.等于1mol C.大于0.6 mol小于1mol D.大于1mol
10．对于平衡体系mA(g) + nB(g) pC(g) + qD(g)；ΔH＜0，有下列判断，其中正确的是（ ）
A．若温度不变，将容器的体积增大1倍，此时A的浓度变为原来的0.48倍，则m + n＞p + q
B．若平衡时，A、B的转化率相等，说明反应开始时，A、B的物质的量之比为m：n
C．若平衡体系共有气体a mol，再向其中加入b mol B，当重新达到平衡时，气体的总物质的量等于（a+ b）mol，则m + n = p + q
D．温度不变时，若压强增大至原来的2倍，达到新平衡时，总体积一定比原体积的1/2要小
11．将颜色相近的NO2和Br2 (g)分别装入注射器中，将活塞同时向外拉，使气体体积扩大1倍，下列叙述错误的是（ ）
A．NO2的颜色比Br2 (g)颜色深 B．两种气体的颜色均比原来浅
C．Br2 (g)的压强比NO2变化小 D．Br2 (g)的压强比NO2变化大
12．在一定条件下，把1体积N2和3体积H2的混合气体充入一密闭容器中，使之反应并达到平衡，此时H2的转化率为30%，请解答（填> 、<或=）
（1）假定此时N2的转化率为α，则α______30%。
（2）假定只升高温度，平衡时N2的转化率为b，则b_______α。
（3）假定只增大压强，平衡时N2的转化率为c，则c_______α。(=,<,>)
（4）在上述条件下，把1体积N2和m体积H2混合并达到平衡，若此时H2的转化率为35%，则m____3。
13．合成氨工业的原料气中含有少量CO，CO会使催化剂中毒，因此，在进入合成塔前必须将其除去。一般用醋酸二氨合铜（Ⅰ）溶液来吸收原料气中的CO，其反应为：
Cu(NH3)2Ac + CO + NH3 [Cu(NH3)3]Ac ·CO ΔH＜0
（1）醋酸二氨合铜（Ⅰ）吸收CO的生产适宜条件是_____________；
（2）吸收CO后的醋酸铜氨溶液经处理后可再生，恢复其吸收CO的能力以供循环使用。醋酸铜氨溶液再生的生产适宜条件是_____________。
14．对于反应aA + bB c C + d D，瞬时速率V (正)= k1C(A)a .C(B)b。将4 mol SO2和2mol O2充入容积为2L的密闭容器中，500℃进行反应并保持温度不变，反应达到平衡时，SO2的转化率为50%，则：
（1）起始时正反应速率是平衡时的_____倍。
（2）500℃时该反应的平衡常数K=________。
（3）在温度不变时再向平衡体系中加入2mol SO3、2mol O2和4 mol SO2，平衡将向________移动。
15．一定条件下，将1mol A投入容积为1 L的密闭容器中发生如下反应：2A(g) B(g) + x C(g)；
ΔH＞0，经t min，反应达到平衡，此时A的转化率为p%，容器内压强也增大p%。计算该反应方程式中的x值。
拓展提高
1．反应CaCO3(s) CaO(s) + CO2↑在不同温度下CO2的平衡压强如下表：
温度/℃ 550 650 750 850 897
压强/Pa 5.32×101 9.17×102 8.37×103 4.94×104 1.01×105
（1）若升高原CaCO3分解平衡体系的压强，同时给反应容器加压，则原平衡（ ）
A．向左移动 B．向右移动 C．不移动 D．无法确定平衡移动
（2）在一个与外界不能进行热交换的密闭容器中，足量的CaCO3在850℃时建立了分解平衡。若将该容器的容积扩大为原来的2倍，当重新达到平衡时，容器内的温度将________，CO2的平衡压强将______4.94×104(＞,＜,＝)，理由是____________________________。
2．在一定条件下，用CO和H2为原料合成甲醇，其反应方程式为：CO +2H2 CH3OH(g)。当原料气中H2和CO的比例不同时，对CO的转化率以及平衡混合物中CH3OH的体积分数都有影响。
（1）以m表示H2和CO的物质的量之比（即H2：CO= m：1），α表示CO的平衡转化率，x为平衡中CH3OH的体积分数，则x =_______________
（2）下表列出m = 1，2，3，4时部分实验数据，据此数据得出反应物的比例对CO转化率（α）以及平衡混合物中CH3OH的体积分数（x）产生影响的结论，并在实际生产中选择最佳的反应配比。
m 1 2 3 4
α 0.25 0.45 0.56 0.62
x 16.7 % 21.5 % 19.4 % 16.4 %
①所得结论是___________________________________；
②反应物的最佳配比是__________。
3．已知T℃、P kPa时，在容积为V L密闭容器中充有1molA和1molB。保持恒温恒压，使反应：A(g) + B(g) C(g)达到平衡时，C的体积分数为40%。试回答有关问题：
（1）欲使温度和压强在上述条件下恒定不变，在密闭容器中充入2molA和2molB，则反应达到平衡时，容器的容积为________，C的体积分数为_______。
（2）若另选一容积固定不变的密闭容器，仍控制温度为T℃，使1molA和1molB反应达到平衡状态时，C的体积分数仍为40%，则该密闭容器的容积为________。
科学前沿
“压”出来的变化
由于固体、液体的体积受压强影响较小，当一个平衡体系中只有固体或液体时，可以认为改变压强平衡不移动。然而，这一结论仅适用于在一定范围内改变压强，如果压强的增大超过一定限度，则常常会出现一些奇妙而有趣的变化。
我们知道石墨和金刚石互为同素异形体，它们的密度分别为2.22g.cm-3和3.51g.cm-3。根据化学平衡移动原理，增加压强应有利于金刚石的合成，科学家为此进行了长达数十年的探索。终于，在20世纪50年代，美国通用汽车公司利用高温（2000℃）、高压（20000atm）将石墨转化为了金刚石。此后，许多科学家对这种超高压的神奇作用产生了浓厚的兴趣。1989年，日本科研人员有别处心裁地将炸药和炭粉混合并用石蜡固化后装入钢制敞口容器，沉入一个直径8m，深约5m的混凝土制水槽内（防止炭被空气中的氧气氧化），点火起爆，最后将容器中的水取出静置，获得了直径为0.002μm ~ 0.003μm的金刚石粉末，巧妙地利用了爆炸瞬间产生的超高压（40万个大气压）。同样利用高温、高压，科学家还把常温常压下跟石墨一样很软很滑的六角结构的氮化硼（俗称白石墨）合成了立方结构的氮化硼，其硬度仅次于金刚石。这种人造的超硬材料被称为工业的牙齿，制成磨具、刀具用来加工石材、钢材，大大提高了加工效率。
氢能是一种高效无污染的新能源，但其缺点是储存时所占的体积过大。科学家设想：既然氢与锂、钠、钾等同属ⅠA族元素，如果给氢分子加上高压，将氢分子压跨，每个氢原子的电子就可能和临近的原子核十分接近而成为所有的氢原子共同占有的自由电子，非金属氢转变成金属氢。而一旦得到稳定的金属氢，人们便获得一种高能量密度的无污染能源。美国华盛顿卡内基研究所的毛何匡和鲁塞尔.赫姆利根据这一分析，并通过艰苦努力，终于用250万个大气压在—196℃的条件下将气体“氢”压成了金属氢，不过，当压力解除后，金属氢又变成了普通氢气，科学家相信这一难题必将被攻克，孕育中的金属氢一定会成为人类最理想的高效能源材料。与此类似，科学家还将稀有气体Xe在低温高压下变成了绝缘固体后，又进一步将温度降至77K，压力升至132，Xe变成了具有金属导电性的金属氙。物质受到这种超高压的作用，除发生上述变化外还可能引起物质导电性的突变，如锗在常温常压下是半导体，当锗受到高压作用后会转变为白锡结构而具有超导性，这给科学家研究超导现象开创了新的领域。由此可见，在超高压作用下的物质不仅可能发生原子结构的变化，还有可能发生电性质的变化。
此外，高压研究的另一个重要的方面是高压引起的物质相变。水在常温下是液体，但在高压下会变成固体，科学研究表明在小于200 GPa的高压范围内，水有8个高压相，即8种不同的冰。高压对物质的熔点也会产生影响，对固态熔化成液态体积增大的物质，增加压强，熔点升高。如水银的熔点在1atm下为—39℃，而在15000atm下为10 ℃。对熔融时体积缩小的物质，压强增大，熔点降低，如冰在1atm下熔点是0℃，实验证明，每增加134atm，冰的熔点降低1℃。目前，物质在高压条件下的变化研究已日渐成为人们关注的热点课题之一。
非平衡态化学
长期以来，物理学家认为自发过程总是使体系趋于平衡。有序原理是唯一的支持从无序列到有序的物理学原理，但当用这个有序原理来解释生物学现象时却碰到了很大麻烦。按照几率观点，生物有序状态的形成是一种高度不可几的事件。大家都知道，自然界中约有20种不同的氨基酸，一个蛋白质分子可以包括成千上万个氨基酸，这成千上万个氨基酸分子可以有许多种不同的排列方式，假定各种排列方式的出现几率是相等的，那么形成某种特定氨基酸排列方式的蛋白质分子的几率是极小的。假如蛋白质分子中的氨基酸排列方式可以自动调整，若要得到一个具有特定结构的蛋白质分子，需要等待的时间长得不可想象。比方说一个具有100个氨基酸的蛋白质分子，这些氨基酸分子中包括20个不同的种类，那么这100个氨基酸分子可有多达约10130种不同的排列方式。假定蛋白质分子每秒可变换其氨基酸分子的排列方式有100万次（实际上显然不可能这么快）， 那么要形成一个特定结构的蛋白质分子， 需要等待长达10124秒，而根据目前资料表明地球的年龄才只有1017秒，因此上面的推理显然不正确。这清楚地说明根本不可能用有序原理的几率概念来解释生物有序的现象。实际上即使在无生命界也能发现许多自发形成的有序结构现象，比如天空中时而形成的鱼鳞状白云，一些岩石的规则花纹，松花蛋中的漂亮“松花”等等。这些自组织现象显然是一种高度不可几事件，只能用非平衡原理来解释。
按照经典热力学的观点，非平衡只是一种暂时的现象，不可逆过程总是起一种耗散能量和破坏有序结构的作用。为了描述实际体系和实际过程必须抛弃热力学方法而采用动力学的方法。在某些条件下，体系通过和外界环境不断交换物质和能量以及通过内部的不可逆过程（能量耗散），无序态有可能失去稳定性，某些涨落可被放大而体系达到某种有序的状态，这种有序状态被称为耗散结构（Dissipative Structure），因为他们的形成需要能量的耗散。
耗散结构这一新概念的确立，使得人们对自然界的发展规律有了更完整的认识，它第一次使人们认识到非平衡态和不可逆过程也可以在建立有序方面起到积极的作用。这不仅有利于人们认识自然界中的各种有序现象，也有利于去利用这些有序现象，因而它展示了广阔的应用前景。
大气臭氧层中的化学平衡
地球表面有大气层覆盖，离地面大约12km以上的高空中有一臭氧层（实质是臭氧浓度较高些），它是地球生命的保护屏障。
我们知道，太阳辐射对生命危害极大的是紫外线。当太阳辐射通过臭氧层时，被吸收了约90%的紫外线，或者说把这些紫外辐射能量转变为热量，使地面生命免受伤害。这其中的奥妙就在于臭氧层中存在以下动态平衡的缘故： O2 + O O3
现在来分析臭氧层中的这一平衡是怎样建立的，又怎样把紫外辐射能转变为热能的。
首先，太阳辐射把高空的氧气分子分裂为2个氧原子，性质异常活泼的氧原子跟氧气分子结合成臭氧：
O2→O + O O2+ O→O3
然后，在紫外线作用下，臭氧转化成氧气，并放出热量：2O3→3O2 ；△H＜0
这一反应被看做臭氧能吸收紫外线，即从能量角度看，相当于把紫外辐射能转变成热能。
臭氧分解而生成氧气，又会被太阳辐射作用生成氧原子，氧原子又会和氧气分子结合成臭氧，臭氧又吸收紫外线分解成氧，所以在臭氧层中，O3、O2和O处于动态平衡，构成了地球生命免受紫外线杀伤的天然屏障。
本章测试题
(时间：90分钟 共100分)
相原子质量：H 1 C 12 N 14 O 16 Na 23 Al 27 S 32 Cl 35.5
第Ⅰ卷（选择题 共50分）
一、选择题（本题包括10小题，每小题2分，共20分。每小题只有一个选项符合题意。）
1．在体积为2L的密闭容器中合成氨，已知在时间t内，氨的物质的量增加了0.6 mol，在此时间内，用H2表示的平均反应速率是0.45mol/（L·s），则t是( )
A．0.44s B．1s C．1.33s D．2s
2．一定条件下，在2L的密闭容器中充入2 molSO2和一定量的O2，发生反应2 SO2+ O2 2 SO3进行到4min时，测得n(SO2)= 0.4 mol，若反应进行到2min时，容器中n(SO2)为（ ）
A．1.6mol B．1.2mol C．大于1.6mol D．小于1.2mol
3．二氧化氮能形成二聚分子：2NO2(g) N2O4(g)；△H<0 。现欲测定二氧化氮的式量，应采取的措施是（ ）
A．低温、高压 B．低温、低压 C．高温、低压 D．高温、高压
4．在一定温度下的定容密闭容器中，当下列物理量不再改变时，表明反应：A(s)＋2B(g) C(g)＋D(g)已达平衡的是（ ）
A．混合气体的压强 B．混合气体的密度 C．B物质的分子量 D．气体的总物质的量
5．某反应2C(g) A(g)+2B(g)，已知△H<0，下列判断正确的是（ ）
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
6．可逆反应2NO(g) O2(g) + N2(g)；ΔH = -180 kJ. mol—1，对此反应的逆反应，下列说法正确的是（ ）
A．升高温度平衡常数K增大 B．升高温度平衡常数K减小
C．增大压力则平衡移动 D．增大N2浓度，则NO分解率增大
7．在一定条件下，反应CO＋NO2 CO2＋NO 达到平衡后，降低温度，混合气体的颜色变浅。下列判断正确的是（ ）
A．正反应为吸热反应 B．正反应为放热反应 C．CO的浓度增大 D．各物质的浓度不变
8．设C+CO2 2CO；△H＞0反应速度为V1 ；N2+3H2 2NH3 ；△H<0反应速度为V2，对于上述反应，当温度升高时，V1和V2的变化情况为（ ）
A．同时增大 B．同时减小 C．增大，减小 D．减小，增大
9．100mL浓度为2mol/L的盐酸跟过量的锌片反应，为加快反应速率，又不影响生成的氢气的总量，可采用的方法是（ ）
A．加入适量的6mol/L的盐酸 B．不用锌片改用锌粉
C．加入适量蒸馏水 D．加入适量的氯化钠溶液
10．已建立化学平衡的某可逆反应，当条件改变使化学平衡向正反应方向移动时，下列叙述正确的是（ ）
①生成物的质量分数一定增加；②生成物产量一定增加；③反应物的转化率一定增大；④反应物的浓度一定降低；⑤正反应速率一定大于逆反应速率；⑥一定使用催化剂
A．①②③ B．③④⑤ C．②⑤ D．④⑥
二、选择题（本题包括10小题，每小题3分，共30分。每小题有一至两个选项符合题意。）
11．1 mol X气体跟a mol Y气体在体积可变的密闭容器中发生如下反应： X(g) + a Y(g) b Z(g)
反应达到平衡后，测得X的转化率为50% 。而且，在同温同压下还测得反应前混合气体的密度是反应后混合气体密度的3／4，则a和b的数值可能是( )
A．a=l，b=l B．a=2，b=1 C．a=2，b=2 D．a=3，b=2
12．一定量混合物在密闭容器中发生反应：mA（g）+nB（g） pC（g），达平衡后，将气体体积缩小到原来的1/2，当达到新的平衡时，B物质的浓度为原来的1.9倍，若压缩过程中保持温度不变，则下列说法正确的是( )
A．m+n＜p B．平衡向逆反应方向移动 C．A的转化率降低 D．C的体积分数增
13．将1molCO和1molH2O(g)充入某固定容积的反应器中，在一定条件下CO+H2O(g) CO2(g)+H2(g)达到平衡时，有2/3的CO转化为CO2， 在条件相同时，将1molCO和2molH2O(g)充入同一反应器中，当反应达到平衡后，混合气 体中CO2的体积分数可能为( )
A.22.2% B.28.2% C.33.3% D.37.8%
14．在恒压容器a和恒容容器b中，分别充入体积比为1∶3的N2和H2。若开始时两容器的体积相等，且在相同的条件下达到平衡时，两容器的N2的转化率应当是( )
A．a中大 B．b中大 C．a、b一样大 D．无法判断
15．右图所示为8000C时A、B、C三种气体在密闭容器中反应时浓度的变化，只从图上分析不能得出的结论是 （ ）
A．A是反应物
B．前2 min A的分解速率为0.1mol/(L min)
C．达平衡后，若升高温度，平衡向正反应方向移动
D．达平衡后，若增大压强，平衡向逆反应方向移动
16．反应A2+B2 2AB；△H=Q在不同温度和压强改变的条件下，产物AB和AB%生成情况，如图，a为500℃时的情况；b为300℃时的情况，c为反应在300℃时从时间t3开始向容器中加压的情况，则下列叙述正确的是 ( )
A．A2、B2及AB均为气体，Q>0
B．AB为气体，A2、B2中至少有一种为非气体，Q<0
C．AB为气体，A2、B2中有一种为非气体，Q<0
D．AB为固体，A2、B2中有一种为非气体，Q>0
17.反应L(s)+aG(g)＝bR(g)达到平衡时，温度和压强对该反应的影响如图所示，图中：压强 P1>P2，X轴 表示温度，Y轴表示平衡混合气中G的体积分数。据此可判断( )
A．上述反应是放热反应 B．上述反应是吸热反应
C．a>b D．a＝b
18．以物质的量之比2：3的N2和H2，在一定条件下反应，并达到平衡。在此过程中，下列说法正确的是（ ）
A．在建立平衡的过程中，N2和H2的物质的量之比始终是2：3
B．N2的转化率始终为H2转化率的2倍
C．N2的转化率始终为H2转化率的1/2
D．达到平衡时，平衡体系的总物质的量与起始时的总物质的量之比可为1：2
19．一定温度下，某密闭容器中发生如下可逆反应：CO(g)+ H2O(g) CO2(g)+ H2(g)；△H＞0，当反应达到平衡时，测得容器中各物质均为n mol。欲使H2的平衡浓度增大一倍，在其他条件不变时，下列措施中可采用的是（ ）
A．升高温度 B．增大压强
C．再通入n mol CO和n mol H2O(g) D．再通入2n mol CO和2n mol H2O(g)
20．在密闭容器内进行下列反就:X2(气)+Y2(气) 2Z(气)。已知X2、Y2、Z的起始浓度分别为0.1mol/L、0.3mol/L、0.2mol/L，当反应在一定条件下达到平衡时各物质浓度可能是（ ）
A．Z为0.3 mol/L B．Y2为0.35 mol/L C．X2为0.2 mol/L D．Z为0.4 mol/L
三、（本小题包括8小题，共36分）
21.（3分）在4个同样的密闭容器中发生反应:A(g)+3B(g) 2C(g)；△H<0,在同一时间内测得容器中的反应速率分别为:甲,VA= 3mol/(L min)；乙，VB= 4.5mol/(L min)；丙，VC= 4mol/(L min)；丁，VA= 0.075mol/(L S)。若其它条件相同，温度不同，则温度由低到高的顺序是______________________。
22．（3分）两种浓度都是1mol/L 的气体X2、Y2在密闭容器中的反应生成Z，平衡时测得各物质的浓度是：[X2]=0.58mol/L，[Y2]=0.16mol/L，[Z]=0.84mol/L，则Z的化学式为 。
23．（7分）在密闭容器中的可逆反应：CO＋NO2 CO2＋NO；△H<0，达到平衡后，只改变下列中的一个条件，填写有关的空白：
（1）增大容器体积，平衡________，C（NO）将________，反应混合物的颜色__________。
（2）升高温度，平衡________，体系压强__________。
（3）加入催化剂，平衡________，NO2的物质的量_________。
24．（6分）可逆反应aA(g) + bB(g) c C(g) + d D(g)达平衡后，改变下列条件：
（1）增大C（A）：A的转化率_______，B的转化率___________。
（2）增大C（C）：新平衡时，[C]新______[C]原。
（3）若A为固体或纯液体，增减A的量，平衡_________。
（4）增大A的浓度，达到新平衡时，[C]新______[C]原，生成物占反应混合物的百分比_________（一定、不一定）提高。
25．（2分）MgCO3(s) MgO(s)+ CO2(g), ΔH = 100.6kJ. mol—1，ΔS = 174.9J. mol—1. K—1，则该反应的转向温度T为________。
26．（6分）两种气态单质X和Y能直接化合生成Z（可逆反应），
如果将X和Y按一定比例混合并压入密闭容器中，在不同温度下
经过一段时间后，反应混合物中X的含量变化如图所示，
回答下列问题：
（1）上述X与Y化合生成Z的反应是_______反应（放热或吸热）；
（2）温度低于t℃时，反应混合物中X的含量________，原因是__________________________；
温度高于t℃时，反应混合物中X的含量________，原因是____________________________。
27．（4分）反应2A B＋C，在某一温度时，达到平衡。
（1）若温度升高，A的转化率变小，则正反应是 热反应；
（2）若B是固体，降低压强时，平衡向左移动，则A是 态物质；
（3）若A是气态物质，加压时，平衡不移动，则B为 态，C为 态。
28．（5分）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的关系如下表：
t℃ 700 800 830 1000 1200
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 反应（选填吸热、放热）。
（3）能判断该反应是否达到化学平衡状态的依据是 （多选扣分）。
（a）容器中压强不变 （b）混合气体中 [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]，试判断此时的温度为 ℃
四、计算题（本题包括2小题，共14分）
29．（6分）恒温下，将a mol N2与bmol H2的混合气体通入一个固定容积的密闭容器中，发生如下反应：N2 (g) + 3 H2(g) 2NH3(g)
（1）若反应进行到某时刻t时，nt (N2) = 13mol，nt (NH3) = 6mol，计算a的值_________。
（2）反应达平衡时，混合气体的体积为726.8L(标况下)，其中NH3的含量(体积分数)为25%。
计算平衡时NH3的物质的量__________。
（3）原混合气体与平衡混合气体的总物质的量之比(写出最简整数比，下同)，n(始)∶n(平) =________。
（4）原混合气体中，a∶b=_________。
（5）达到平衡时，N2和H2的转化率之比， (N2)∶ (H2)=__________。
（6）平衡混合气体中，n(N2)∶n(H2)∶n(NH3) =_________。
30．（8分）在2L的密闭容器中，加入2 molCO和2 molH2O，800℃时CO＋H2O CO2＋H2，达到平衡，若测得平衡常数K= 1，求CO的转化率。若温度不变，要使CO的转化率达到90%，还需通入多少molH2O(g)？
【参考答案】
第2章 化学反应的方向、限度与速率
第1节 化学反应的方向
基础训练
1．D 2．A 3．A 4．D 5．C
6．负，岐化，正，CO，CO2
7．C，B，77，A，-161.6，D
8．3，4，1，2
9．（1）ΔH=92.38 kJ. mol—1，ΔS=198.26J. mol—1. K—1，ΔH –TΔS=33.3kJ. mol—1，不能自发进行；
（2）T＞466 K
10．（1）ΔH=-261.11 kJ. mol—1，ΔS=129.27J. mol—1. K—1，ΔH –TΔS=-299.65kJ. mol—1，能自发进行；
（2）ΔH=-173.09kJ. mol—1，ΔS=366.89J. mol—1. K—1，ΔH –TΔS=-356.54kJ. mol—1，能自发进行。
11．291.7K
12．ΔS=-274.5J. mol—1. K—1，150℃时ΔH –TΔS=-790.24kJ. mol—1，能自发进行。
拓展提高
1． 反应在常温下能自发进行，同时反应的转折温度较高，为2122K，因此是可行的。
2． ΔH=-207.8kJ. mol—1，ΔS=-753.3J. mol—1. K—1，ΔH –TΔS=17.861kJ. mol—1
第2节 化学反应的限度
基础训练
1． CD 2．D 3．C 4．A 5．C 6．D 7．C 8．C 9．A 10．C 11．AD 12．C
13．B 14．D 15．D 16．C
17．（1）c mol（2）（3）（a + b —）mol （4）（5）a -c；b-；c
18．（1）变深，增大，向正反应方向，增大，不变；（2）变深，不变，不，不变，不变
19．（1）m + n ＜ p （2）固态或纯液体 （3）逆 （4）吸热
20．（1）2，1，3，2 （2）气态，固或液态，气态 （3）放热
21．（1）a-b = 0.4 （2）0.4≤a≤1.3
22. 0.46mol.L—1
拓展提高
1．C 2．C 3．C
4．（1）逆（2）正，a＞d，E为非气态物质
5．（1）770℃,890℃（2）降低压强或移去钾蒸气，适当升高温度；（3）K=
6．（1）H2O H2，CO CO2 （2）(2-2a-b) mol
第3节 化学反应速率
基础训练
1．C 2．C 3．A 4．C 5．CD 6．BD 7．A 8．D 9．B 10．D 11．C
12．C 13．C 14．D 15．D 16．AB
17．0.025 mol·(L·S)-1；0.0125 mol·(L·S)-1；0.05 mol·(L·S)-1
18．（1）加快，因为反应物H2的浓度增大了。（2）不变，因为反应物浓度未变。（3）减小，因为容器体积增大，反应物浓度减小（4）不变，因为反应物浓度未变。（5）增大，升温不管正反应吸热放热速率都增大。
19．（1）VA=VB；VA＞VB（2）A＞B（3）向右；不移动（4）不变；增大。
20．（1）增大，增大（2）否；大于；因为此时QC＜KC，反应正在正向进行。
拓展提高
1．5.46×10—8mol/(L.s)，快
2．（1） 向右（2）C；大于
3．（1）（2）增大；增大；减小（3）15～20min和25～30 min （4）增加了O2的量；AB
第4节 化学反应条件的优化——工业合成氨
基础训练
1．D 2．C 3．A 4．C 5．B 6．C 7．D 8．B 9．B 10．BC 11．C
12．（1）= （2）＜（3）＞（4）＜
13．（1）低温，加压（2）高温，低压
14．（1）8（2）2（3）正
15．x = 3
拓展提高
1．（1）D（2）降低；小于；增大体积使CO2压强减小，平衡向右移动，因正反应吸热，故使体系温度降低，重新平衡时，CO2压强必小于850℃时平衡压强
2．（1）α/（1+ m -2α）×100%（2）增大H2的浓度只能在一定范围内提高CH3OH的体积分数；2：1
3．（1）10/7 V；40%（2）5/7 V
本章检测题
一、1．D 2．D 3．C 4．B 5．C 6．A 7．B 8．A 9．B 10．C
二、11．AD 12．D 13．B 14．A 15．C 16．B 17．B 18．C 19．BD 20．AB
三、21．乙丙甲丁 22．XY2
23．（1）不移动，减小，变浅（2）向逆反应方向移动，增大（3）不移动，不变
24．（1）降低；增大（2）＞（3）不移动（4）＞；不一定 25．575.2K
26．（1）放热（2）较高；温度低，反应慢，生成物少；逐渐升高；升温，平衡向逆反应方向移动。
27．⑴ 放，⑵固态，⑶气态，气态。 28．(1) （2）吸热（3）b、c （4）830
四、29．（1）16 （2）n平(NH3) = 8mol （3）5∶4 （4）2∶3 （5）1∶2（6）3∶3∶2 30．50%；16 mol
323K
473K
甲
A 2 mol
B 1mol
乙
A 1 mol
B 1mol
丙
A 2 mol
B 2mol
丁
A 1 mol
B 2mol
相当于增加反应物B的浓度，故A的转化率：丙＞甲，B的转化率：丙＜甲
相当于增加反应物A的浓度
A的转化率：甲＜乙
B的转化率：甲＞乙
A的转化率：乙＞丙
B的转化率：乙＞丙
A的转化率：丁＞丙
B的转化率：丁＜丙
A的转化率：丁＞丙
B的转化率：丁＜丙
相当于增加反应物A的浓度
相当于将2个乙容器加
压缩小成一个乙容器
相当于增加反
应物B的浓度
A的转化率：甲＜乙
B的转化率：甲＞乙
A的转化率：乙＞丙
B的转化率：乙＞丙
A的转化率：丁＞乙
B的转化率：丁＜乙
相当于增加反
应物B的浓度
相当于增加反应物A的浓度
丁
A 1mol
B 2mol
A的转化率：丁＞丙
B的转化率：丁＜丙
温度
压强
改变条件
速率不变：如容积不变时充入惰性气体
速率改变
程度相同
V正 = V逆
使用催化剂或对气体体积无变化的反应改变压强
程度不同V正≠V逆
平衡不移动
浓度
压强
温度
平衡移动
：平衡不移动
n(Z)
t
T1
T2
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