第1节 化学反应的方向
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体
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1.通过对日常生活中自发进行的过程的认知，知道化学反应是有方向的，知道化学反应的方向与反应的焓变和熵变有关。2．认识焓判据和熵判据的局限性，会用ΔH－TΔS判断反应正向自发进行的趋势。
一、反应焓变与反应方向
1．自发过程与自发反应
自发过程
自发反应
含义
在一定条件下，不借助外部力量就能自发进行的过程
在给定的条件下，可以自发进行到显著程度的化学反应
特征
具有方向性，即过程的某个方向在一定条件下自发进行，而该过程逆方向在该条件下肯定不能自发进行
举例
高山流水，自由落体，冰雪融化
钢铁生锈
应用
(1)可被用来完成有用功。如H2燃烧可设计成原电池(2)非自发过程要想发生，必须对它做功。如通电将水分解为H2和O2
2．反应焓变与反应方向的关系
(1)多数能自发进行的化学反应是ΔH<0的反应。
(2)有些ΔH>0的反应也能自发进行。
(3)不能仅用反应焓变来判断反应能否自发进行。
二、反应熵变与反应方向
1．熵
(1)概念：描述体系无序程度的一个物理量，符号为S，单位是J·mol－1·K－1。
(2)特点：体系无序程度越大，体系的熵值就越大。
(3)影响因素
①同一物质：S(高温)＞S(低温)，S(g)＞S(l)＞S(s)。
②不同物质：相同条件下不同物质具有不同的熵值，分子结构越复杂，熵值越大。
③S(混合物)＞S(纯净物)。
2．反应熵变
3．反应熵变与反应方向
(1)二者关系
(2)结论：不能仅用反应熵变来判断反应能否自发进行。
微点拨：
熵变正负的判断
(1)物质由固态到液态、由液态到气态或由固态到气态的过程，熵变为正值，是熵增加的过程。
(2)气体体积增大的反应，熵变通常都是正值，是熵增加的反应。
(3)气体体积减小的反应，熵变通常都是负值，是熵减小的反应。
三、用焓变与熵变综合判断反应方向
1．综合判断
在等温、等压及除了体积功以外不做其他功的条件下，化学反应的方向可以用反应的焓变和熵变来综合判断，判据为ΔH－TΔS。
(1)判断方法
(2)文字表述
在等温、等压及除了体积功以外不做其他功的条件下，自发反应总是向着ΔH－TΔS＜0的方向进行，直至达到平衡状态。
2．用ΔG＝ΔH－TΔS判断反应自发进行的可能性
化学反应
ΔH/(kJ·mol－1)
ΔS/(J·mol－1·K－1)
ΔG的大小(与0比较)
能否正向自发进行
2KClO3(s)===2KCl(s)＋3O2(g)
－78.03
＋494.4
ΔG一定小于0
任何温度下都能正向自发进行
CO(g)===C(s，石墨)＋O2(g)
＋110.5
－89.4
ΔG一定大于0
任何温度下都不能正向自发进行
4Fe(OH)2(s)＋2H2O(l)＋O2(g)===
4Fe(OH)3(s)
－444.3
－280.1
低温时ΔG＜0
低温下能正向自发进行
CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)
＋178.2
＋169.6
高温时ΔG＜0
高温下能正向自发进行
注：假设反应的焓变、熵变不随温度的改变而变化。
3．ΔH－TΔS判据的局限性
(1)只能用于判断等温、等压条件下的反应，不能用于判断其他条件(如等温、等容)下的反应。
(2)只能用于判断等温、等压及除了体积功以外不做其他功条件下反应正向自发进行的趋势，并不能说明在该条件下可能正向自发进行的反应能否实际发生。
微点拨：在ΔH和ΔS确定的情况下，温度有可能对反应的方向起决定作用。
1．判断对错(对的在括号内打“√”，错的在括号内打“×”。)
(1)CaCO3(s)高温,CaO(s)＋CO2(g)是一个熵减过程。( )
(2)－10
℃的水结成冰，可用熵变的判据来解释该变化过程的自发性。( )
(3)吸热且熵增加的反应，温度越低反应越可能自发进行。( )
(4)由焓变和熵变组合而成的复合判据，将更适合于所有的过程。( )
(5)一个反应的ΔH－TΔS＝0，则该反应处于平衡状态。( )
提示：(1)× CaCO3分解反应是一个气体物质的量增多的反应，故为熵增过程。
(2)× －10
℃的水结成冰是一个熵减过程，该过程能自发进行，应用焓变的判据解释，即ΔH＜0是该过程自发进行的主要原因。
(3)× 当ΔH＞0、ΔS＞0，温度越高越可能使ΔH－TΔS＜0，即有利于反应自发进行。
(4)√ (5)√
2．水的三态的熵值的大小关系正确的是( )
A．S(s)＞S(l)＞S(g)
B．S(l)＞S(s)＞S(g)
C．S(g)＞S(l)＞S(s)
D．S(g)＞S(s)＞S(l)
C [熵是量度体系无序(或有序)程度的物理量。同一物质，S(g)＞S(l)＞S(s)。]
3．下列说法完全正确的是( )
A．自发进行的反应均是ΔH＜0的反应
B．ΔS为正值的反应均能自发进行
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
D [有些吸热反应也可以自发进行，如(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)＋NH3(g)，故A错；熵变与反应的自发性有关，但不能独立地作为自发性的判据，故B错；物质的量增加的反应，其混乱度不一定增加，即ΔS不一定为正值，如2H2S(g)＋O2(g)===2H2O(g)＋2S(s)，故C错；当ΔH和ΔS均为正值时，升高温度ΔH－TΔS可能会小于0，所以反应可能自发进行，故D正确。]
化学反应方向的判断
(素养养成——变化观念与平衡思想)
以下过程均为自发反应或自发过程：
①甲烷燃烧：CH4(g)＋2O2(g)―→CO2(g)＋2H2O(g)
ΔH＝－802.31
kJ·mol－1
②氢气与氧气反应：2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)
ΔH＝－571.6
kJ·mol－1
③钠与水反应：2Na(s)＋2H2O(l)===2NaOH(aq)＋H2(g)
ΔH＝－368.0
kJ·mol－1
④硝酸铵溶于水要吸热。
⑤冰融化要吸热。
⑥两种或两种以上互不反应的气体通入一密闭容器中，最终会混合均匀。
1．对于自发反应①②③，从能量角度分析它们为什么可以自发？
提示：①②③这三个化学反应都是放热反应，ΔH＜0。
2．对于自发过程④⑤⑥，这些过程都是自发的，与焓有关吗？是什么因素决定它们能自发进行？
提示：与焓无关。熵是用于描述体系无序程度的物理量，熵变是用来描述无序程度变化的物理量，④⑤⑥与熵变有关，体系由有序转变为无序，ΔS＞0。
3．综合分析上述反应，得出判断化学反应方向的依据是什么？
提示：判断化学反应的方向，需综合考虑焓变和熵变。
1．放热和熵增加都对ΔH－TΔS＜0有所贡献，因此放热的熵增加反应一定能自发进行，吸热的熵减小反应一定不能自发进行。
2．当反应的焓变和熵变的影响相反，且二者大小相差悬殊时，某一因素可能占主导地位。
一般常温下自发进行的放热反应，焓变对反应方向起决定性作用。
一般常温下自发进行的吸热反应，熵变对反应方向起决定性作用。
3．ΔH与ΔS共同影响一个化学反应在一定条件下能否自发进行，它们与化学反应速率无关。
[知识拓展]
如果反应的焓变和熵变的影响相反且相差不大时，温度可能对反应的方向起决定性作用。
温度与反应方向的关系：
【例1】 某反应：A＋B===C在室温下能自发进行，在高温下不能自发进行，对该反应过程ΔH、ΔS的判断正确的是( )
A．ΔH＜0、ΔS＜0
B．ΔH＞0、ΔS＜0
C．ΔH＜0、ΔS＞0
D．ΔH＞0、ΔS＞0
A [由ΔG＝ΔH－TΔS＜0反应自发进行知：ΔH＜0、ΔS＜0的反应在低温时自发进行；ΔH＞0、ΔS＜0的反应一定不能自发进行；ΔH＜0、ΔS＞0的反应一定能自发进行；ΔH＞0、ΔS＞0的反应在高温时自发进行。]
[借题发挥]
(1)若该反应在室温下不能自发进行，在高温下能自发进行，则该反应过程ΔH、ΔS的符号是怎样的？
(2)若A、B、C都是气体，而且该反应任何温度都不能自发进行，那么该反应是放热反应还是吸热反应？
[答案] (1)ΔH＞0、ΔS＞0的反应在高温时自发进行。
(2)若A、B、C都是气体，该反应是熵减的反应，而且该反应任何温度都不能自发进行，那么该反应是吸热反应。
【例2】 工业上利用甲烷制取炭黑的反应是
①CH4(g)===C(s)＋2H2(g)
ΔH(298
K)＝＋74.848
kJ·mol－1
ΔS(298
K)＝＋80.674
J·mol－1·K－1
反应过程中容易发生副反应：
②2CH4(g)===C2H2(g)＋3H2(g)
ΔH(298
K)＝＋376.426
kJ·mol－1
ΔS(298
K)＝＋220.211
J·mol－1·K－1
下列有关说法中正确的是( )
A．反应①在常温下就可以自发进行
B．焓变是副反应②自发进行的决定因素
C．制取炭黑允许的最低温度是927.8
K
D．温度越高对制取炭黑越有利
C [ΔH－TΔS＝74.848
kJ·mol－1－80.674×10－3
kJ·mol－1·K－1×298
K≈50.807
kJ·mol－1＞0，所以该反应常温下不自发进行，A错误；反应②是熵增加的吸热反应，熵变是决定该反应能否自发进行的因素，B错误；制取炭黑时，ΔH－TΔS＝74.848
kJ·mol－1－80.674×10－3
kJ·mol－1·K－1×T＜0，得T＞927.8
K，即制取炭黑的最低温度为927.8
K，C正确；温度过高时，可能会发生反应②，D错误。]
[借题发挥]
(1)C(s)＋2H2(g)===CH4(g)在常温常压下________(填“能”或“不能”)自发进行？
(2)由副反应②可知，制取乙炔的最低温度是__________________________。
[答案] (1)能 (2)1
709.4
K
(1)在利用ΔH－TΔS作为判据判断反应方向时，给出ΔH的单位通常为
kJ·mol－1，ΔS的单位通常是J·mol－1·K－1，进行计算时应将二者的单位统一。
(2)利用ΔH、ΔS的符号和ΔH－TΔS进行推理，可以减少计算量。
1．在25
℃、1.01×105
Pa下，反应2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g) ΔH＝＋56.7
kJ·mol－1能自发进行的合理解释是( )
A．该反应是分解反应
B．该反应的熵增效应大于焓变效应
C．该反应是熵减反应
D．该反应是放热反应
B [该反应是吸热反应，但不能只用焓变来判断反应进行的方向。该反应是熵增反应，且能够自发进行，说明该反应的熵增效应大于焓变效应，B项正确。]
2．对于平衡体系mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，下列结论正确的是( )
A．若此反应为放热反应，则该反应在任何条件下均可自发进行
B．若m＋n
C．若此反应的ΔH＞0、ΔS＜0，则该反应在任何条件下均可自发进行
D．无论m＋n与p＋q的大小关系如何，该反应过程均是熵增加的过程
B [放热的熵增反应才能在任何条件下均可自发进行，A、C项错误；气体分子数增加，反应的ΔS＞0，故B项正确。]
1．实验证明，多数能自发进行的反应是放热反应。对此说法的理解正确的是
( )
A．所有的放热反应都是自发进行的
B．所有的自发反应都是放热的
C．焓变是影响反应是否具有自发性的一个重要因素
D．焓变是决定反应是否具有自发性的唯一因素
C [多数能自发进行的反应是放热反应，并不是所有自发进行的反应都是放热反应，如氯化铵与氢氧化钡的反应是自发进行的吸热反应，所以只能说焓变是影响反应是否具有自发性的一个重要因素，但不是唯一因素，C正确。]
2．下列生活中的自发过程能用熵变解释的是( )
A．自然界中水由高处往低处流
B．低于0
℃时水变成冰
C．墨水滴到水中会扩散到整个水体
D．铁器暴露在潮湿的空气中会生锈并放出热量
C [熵变在某种意义上可以理解为体系无序程度的变化，体系中微观粒子排列越有序，熵越小，越无序，熵越大。C项中墨水在水中扩散开是熵增加的过程。故选C项。]
3．下列有关说法错误的是( )
A．Na与H2O的反应是熵增加的放热反应，该反应能自发进行
B．已知某吸热反应能自发进行，则该反应一定是熵增加的反应
C．一个放热且熵增加的反应也有可能非自发进行
D．已知反应NH3(g)＋HCl(g)===NH4Cl(s)在室温下可自发进行，则该反应的ΔH<0
C [Na与H2O的反应生成氢气，是一个熵增加的放热反应，则ΔH－TΔS＜0，反应可自发进行，A项正确；吸热反应的ΔH＞0，因ΔH－TΔS＜0的反应可自发进行，则该反应一定是熵增加反应，B项正确；一个放热且熵增加的反应，即ΔH－TΔS＜0，在任何温度下都能自发进行，C项错误；反应NH3(g)＋HCl(g)===NH4Cl(s)的ΔS＜0，在室温下可自发进行，即ΔH－TΔS＜0，则该反应的ΔH＜0，D项正确。]
4．下列对化学反应方向的说法正确的是( )
A．反应2A(g)＋B(g)===3C(s)＋D(g)在一定条件下能自发进行，说明该反应的ΔH>0
B．常温下，反应2Na2SO3(s)＋O2(g)===2Na2SO4(s)能自发进行，则ΔH<0
C．反应2Mg(s)＋CO2(g)C(s)＋2MgO(s)在一定条件下能自发进行，则该反应的ΔH>0
D．一定温度下，反应2NaCl(s)===2Na(s)＋Cl2(g)的ΔH<0，ΔS>0
B [ΔH－TΔS＜0，反应能自发进行。若反应的ΔS＜0，反应能自发进行，则ΔH＜0，A、C项错误，B项正确；2NaCl(s)===2Na(s)＋Cl2(g)属于分解反应，为吸热反应，ΔH>0，D项错误。]
5．(素养题)已知电子工业中清洗硅片上的SiO2(s)的反应为SiO2(s)＋4HF(g)===SiF4(g)＋2H2O(l) ΔH(298.15
K)＝－94.0
kJ·mol－1，ΔS(298.15
K)＝－75.8
J·mol－1·K－1，假设ΔH和ΔS不随温度而变化，则此反应自发进行时的温度___________________________________________________________________。
[解析] 要使反应能够自发进行，则ΔH－TΔS＜0，即－94.0
kJ·mol－1－T×(－75.8
J·mol－1·K－1)×10－3kJ·J－1＜0，故T＜≈1
240
K。
[答案] 小于1
240
K
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8第1课时 化学平衡常数 平衡转化率
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1.通过“H2(g)＋I2(g)2HI(g)”体会化学平衡常数模型构建过程，能书写化学平衡常数表达式；能进行平衡常数、转化率的简单计算。2．能利用平衡常数和浓度商的关系判断化学反应是否达到平衡状态及平衡移动的方向。
一、化学平衡常数
1．平衡常数表达式
以化学反应aA＋bBcC＋dD为例：K＝，单位：
(mol·L－1)(c＋d)－(a＋b)。
微点拨：纯固体或纯液体不列入平衡常数表达式中。
2．意义
对于同类型反应，平衡常数的大小反映了化学反应可能进行的程度(即反应限度)。平衡常数的数值越大，说明反应可以进行得越完全。
3．影响因素
(1)内因：反应物的本身性质。
(2)外因：反应体系的温度。
4．应用
(1)判断反应可能进行的程度
K值
＜10－5(或＜10－6)
10－5～105(或10－6～106)
＞105(或＞106)
反应程度
很难进行
反应可逆
进行较完全
(2)判断反应是否达到平衡状态
对化学反应aA＋bBcC＋dD的任意状态有浓度商：Q＝。
(3)判断反应的热效应
二、平衡转化率
1．表达式
对于化学反应aA＋bBcC＋dD，反应物A的平衡转化率可以表示为
α(A)＝×100%＝×100%＝×100%。
2．规律
(1)同一反应的不同反应物，其转化率可能不同；当按照反应系数之比投入反应物时，反应物转化率相同。
(2)多种反应物参加反应时，提高一种反应物的物质的量，可以提高其他反应物的转化率，而该反应物本身的转化率会降低。
微点拨：若求某一时刻的转化率，只要把平衡时的反应物物质的量改为某一时刻的反应物物质的量即可。
1．判断对错(对的在括号内打“√”，错的在括号内打“×”。)
(1)在任何条件下，化学平衡常数都是一个恒定值。( )
(2)改变反应物浓度或反应产物浓度都会改变平衡常数K。( )
(3)平衡常数K既与温度、反应物本身的性质有关，也与反应物浓度、压强有关。( )
(4)从平衡常数K的大小可以推断一个反应进行的程度。( )
(5)N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)和N2(g)＋H2(g)NH3(g)的平衡常数表达式相同。( )
提示：(1)× 不同温度下，化学平衡常数不同。
(2)× 平衡常数只受温度的影响。
(3)× 平衡常数与浓度、压强无关。
(4)√
(5)× 化学平衡常数表达式与方程式的系数有关。
2．对于可逆反应3Fe(s)＋4H2O(g)Fe3O4(s)＋4H2(g)，其化学平衡常数的表达式为( )
A．K＝
B．K＝
C．K＝
D．K＝
D [对于有纯固体或纯液体参与的反应，纯固体或纯液体不列入平衡常数的表达式中计算。]
3．实验室用4
mol
SO2与2
mol
O2进行下列反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH＝－196.64
kJ·mol－1，当放出314.624
kJ热量时，SO2的转化率为( )
A．40%
B．50%
C．80%
D．90%
C [根据放出314.624
kJ的热量可知参加反应的SO2的物质的量为×2＝3.2
mol，故SO2的转化率为×100%＝80%。]
化学平衡常数的理解与应用
(素养养成——变化观念与平衡思想)
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)的关系如下表所示：
t/℃
700
800
830
1
000
1
200
K
0.6
0.9
1.0
1.7
2.6
1．该反应的化学平衡常数K的表示式是什么？
提示：K＝。
2．该反应ΔH＞0还是ΔH＜0?
提示：ΔH＞0，该反应为吸热反应，因K随温度升高而增大。
3．在800
℃时，发生上述反应，某一时刻测得容器内各物质的浓度分别为c(CO2)为2
mol·L－1、c(H2)为1.5
mol·L－1、c(CO)为1
mol·L－1、c(H2O)为3
mol·L－1，则下一时刻，反应向哪个方向进行？
提示：向逆反应方向进行。判断反应进行的方向时，可根据Q与K的大小关系判断，此时刻下，Q＝＝＝1＞0.9，所以反应向逆反应方向进行。
1．化学平衡常数应用中的注意事项
(1)化学平衡常数只与温度有关，与反应物或反应产物的浓度、压强、催化剂无关。
(2)反应物或反应产物中有固体或纯液体存在时，由于其浓度可看作“1”而不代入公式。
(3)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，则平衡常数变为倒数。若同一反应方程式中各物质的系数等倍扩大或缩小，平衡常数也会改变。
2．化学平衡常数的应用
(1)判断反应进行程度的大小。
(2)判断反应是否平衡及不平衡时的反应方向。
(3)判断反应的热效应。
【例1】 已知某化学反应的平衡常数表达式为K＝，在不同的温度下该反应的平衡常数如表所示：
t/℃
700
800
830
1
000
1
200
K
1.67
1.11
1.00
0.60
0.38
下列有关叙述不正确的是( )
A．该反应的化学方程式是CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)
B．上述反应的正反应是放热反应
C．若在1
L的密闭容器中通入CO2和H2各1
mol,5
min后温度升高到830
℃，此时测得CO为0.4
mol，则该反应达到平衡状态
D．若平衡浓度符合下列关系式：＝，则此时的温度为1
000
℃
C [由平衡常数表达式可判断该反应的化学方程式是CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)，A正确；分析表中数据，平衡常数随温度的升高而减小，说明升温平衡逆向移动，逆反应是吸热反应，正反应是放热反应，B正确；依据化学平衡三段式列式计算浓度商，并与该温度下的平衡常数进行比较：
CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)
初始量/mol
0
0
1
1
变化量/mol
0.4
0.4
0.4
0.4
5
min末量/mol
0.4
0.4
0.6
0.6
反应前后气体总物质的量不变，可以用其物质的量代替浓度计算浓度商，Q＝＝2.25≠1.00，此时反应没有达到平衡状态，C错误；依据平衡常数表达式和平衡常数数值计算分析，若平衡浓度符合＝，则＝＝0.60＝K，反应达到平衡状态，说明此时温度为1
000
℃，D正确。]
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K都是一个恒定值
B．平衡常数K只与温度有关，与反应物浓度、压强无关
C．从平衡常数K的大小不能推断一个反应进行的程度
D．对于可逆反应C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)在一定温度下达到平衡时，其平衡常数表达式为K＝
B [化学平衡常数随温度的改变而改变，故A错误；平衡常数K只与温度有关，与反应物浓度、压强无关，故B正确；从平衡常数K的大小可以推断一个反应进行的程度，平衡常数越大，反应进行得越彻底，故C错误；对于可逆反应C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)在一定温度下达到平衡时，其平衡常数表达式为K＝，故D错误。]
2．已知反应2CH3OH(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)在某温度下的平衡常数为400。此温度下，在密闭容器中加入CH3OH，反应进行到某时刻测得各组分的浓度如下：
物质
CH3OH
CH3OCH3
H2O
浓度/(mol·L－1)
0.44
0.6
0.6
下列叙述中正确的是( )
A．该反应的平衡常数表达式为K＝
B．该时刻正、逆反应速率的大小：v正＜v逆
C．平衡时，c平(CH3OH)＝0.04
mol·L－1
D．若加入CH3OH后，经10
min反应达到平衡，该时间内反应速率v(CH3OH)＝1.6
mol·L－1·min－1
C [该反应的平衡常数表达式为K＝，A错误；用所给浓度求得浓度商Q＝≈1.86＜400，故反应向正反应方向进行，正反应速率大于逆反应速率，即v正＞v逆，B错误；由表中数据可知，CH3OH初始浓度为0.44
mol·L－1＋2×0.6
mol·L－1＝1.64
mol·L－1，设平衡时CH3OCH3的浓度为x
mol·L－1，则列三段式为
2CH3OH(g)===CH3OCH3(g)＋H2O(g)
初始浓度/(mol·L－1)
1.64
0
0
转化浓度/(mol·L－1)
2x
x
x
平衡浓度/(mol·L－1)
1.64－2x
x
x
K＝＝400，解得x＝0.8，故平衡时c平(CH3OH)＝1.64
mol·L－1－0.8
mol·L－1×2＝0.04
mol·L－1，C正确；v(CH3OH)＝＝0.16
mol·L－1·min－1，D错误。]
有关化学平衡常数及平衡转化率的计算
(素养养成——变化观念与平衡思想)
平衡常数、转化率与浓度之间的关系
1．一种物质的平衡浓度、初始浓度、转化浓度三者之间有什么关系？
提示：平衡浓度＝初始浓度±转化浓度。
2．你能利用乙中什么浓度计算平衡常数和平衡转化率？
提示：①利用平衡浓度计算平衡常数。
②利用初始浓度和转化浓度计算平衡转化率。
1．模式——三段式
mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)
初始浓度/(mol·L－1)
a
b
0
0
转化浓度/(mol·L－1)
mx
nx
px
qx
平衡浓度/(mol·L－1)
a－mx
b－nx
px
qx
2．物质浓度的变化关系
(1)反应物：平衡浓度＝初始浓度－转化浓度；
(2)反应产物：平衡浓度＝初始浓度＋转化浓度；
(3)转化浓度之比等于化学方程式中各物质系数之比。
3．化学平衡常数和平衡转化率的区别与联系
(1)对某一个具体反应，在温度一定时，只有一个化学平衡常数；但不同反应物的平衡转化率可能不同。故必须指明是哪一反应物的平衡转化率。
(2)平衡常数和平衡转化率都能定量表示化学反应的限度。平衡常数只与温度有关，而平衡转化率的影响因素有温度、浓度、压强等。
(3)温度一定，平衡常数越大，平衡转化率不一定越大。
【例2】 (1)反应SO2(g)＋NO2(g)SO3(g)＋NO(g)，若在一定温度下，将物质的量浓度均为2
mol·L－1的SO2(g)和NO2(g)注入一密闭容器中，当达到平衡状态时，测得容器中SO2(g)的转化率为50%，试求在该温度下，此反应的平衡常数________。
(2)在(1)中温度下，若SO2(g)的初始浓度增大到3
mol·L－1，NO2(g)的初始浓度仍为2
mol·L－1，试求达到化学平衡时各物质的浓度_______________________
___________________________________________________________________。
[解析] (1)设平衡时SO2的浓度为x
mol·L－1
SO2(g)＋NO2(g)SO3(g)＋NO(g)
2
2
0
0
2－x
2－x
2－x
2－x
x
x
2－x
2－x
由题意可知×100%＝50%，x＝1，
K＝＝＝1。
(2)设达平衡时NO的浓度为y
mol·L－1，
SO2(g)＋NO2(g)SO3(g)＋NO(g)
3
2
0
0
y
y
y
y
3－y
2－y
y
y
因为温度不变，平衡常数不变K＝1
则＝1，y＝1.2
平衡浓度：c平(SO2)＝3
mol·L－1－1.2
mol·L－1＝1.8
mol·L－1，
c平(NO2)＝2
mol·L－1－1.2
mol·L－1＝0.8
mol·L－1，
c平(SO3)＝c平(NO)＝1.2
mol·L－1。
[答案] (1)1 (2)c平(SO3)＝c平(NO)＝1.2
mol·L－1，c平(SO2)＝1.8
mol·L－1，
c平(NO2)＝0.8
mol·L－1
[借题发挥]
计算(1)中NO2的转化率，(2)中SO2、NO2的转化率并比较，你能得出什么结论？
[答案] (1)α(NO2)＝×100%＝50%
(2)α(SO2)＝×100%＝40%
α(NO2)＝×100%＝60%
结论：两种反应物参加反应时，提高一种反应物的浓度，可以提高另一种反应物的转化率，而该反应物的转化率会降低。
1．(双选)在一定温度下，将气体X和气体Y各0.16
mol充入10
L恒容密闭容器中，发生反应X(g)＋Y(g)2Z(g) ΔH＜0，一段时间后达到平衡。反应过程中测定的数据如下表：
t/min
2
4
7
9
n(Y)/mol
0.12
0.11
0.10
0.10
下列说法正确的是( )
A．反应前2
min的平均速率v(Z)＝4.0×10－3
mol·L－1·min－1
B．其他条件不变，降低温度，反应达到新平衡前v逆＞v正
C．该温度下此反应的平衡常数K＝1.44
D．其他条件不变，再充入0.2
mol
Z，平衡时X的体积分数增大
AC [利用反应方程式可知v(Z)＝2v(Y)＝2×＝4.0×10－3
mol·L－1·min－1，A项正确；正反应放热，降温平衡正向移动，v正＞v逆，B项错误；依据化学平衡三段式列式：
X(g)＋Y(g) 2Z(g)
初始浓度/(mol·L－1)
0.016
0.016
0
转化浓度/(mol·L－1)
0.006
0.006
0.012
平衡浓度/(mol·L－1)
0.010
0.010
0.012
K＝＝＝1.44，C项正确；因反应前后气体总物质的量不变，故再充入0.2
mol
Z，重新达到的新平衡与原平衡相同，平衡时X的体积分数不变，D项错误。]
2．某硫酸厂的基本反应是2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，现将0.05
mol
SO2(g)和0.03
mol
O2注入体积为1.0
L的密闭容器中，并置于某较高温度的恒温环境中，达化学平衡后，测得反应器中有0.04
mol
SO3(g)，求：
(1)该温度下反应的平衡常数_______________________________________。
(2)SO2、O2的平衡转化率________、________。
[解析] 2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)
初始浓度/(mol·L－1)
0.05
0.03
0
转化浓度/(mol·L－1)
0.04
0.02
0.04
平衡浓度/(mol·L－1)
0.01
0.01
0.04
(1)K＝
＝
＝1
600
(mol·L－1)－1。
(2)α(SO2)＝×100%
＝×100%＝80%。
α(O2)＝×100%
＝×100%≈66.7%。
[答案] (1)1
600
(mol·L－1)－1 (2)80% 66.7%
已知在密闭容器中发生可逆反应：M(g)＋N(g)P(g)＋Q(g) ΔH＞0。某温度下，反应物的初始浓度分别为c始(M)＝1
mol·L－1，c始(N)＝2.4
mol·L－1。
1．若达到平衡后，M的转化率为60%，此时N的平衡浓度是多少？
提示： M(g)
＋
N(g)
P(g)
＋
Q(g)
1
2.4
0
0
1×60%
1×60%
1×60%
1×60%
0.4
1.8
0.6
0.6
由三段式得N的平衡浓度为1.8
mol·L－1。
2．若反应温度升高，该反应的平衡移动吗？化学平衡常数如何变化？M的转化率变化吗？
提示：由于该反应正向为吸热反应，温度升高，平衡向右移，K值增大，M的转化率增大。
3．若反应温度不变，反应物的初始浓度分别为c始(M)＝4
mol·L－1，c始(N)＝a
mol·L－1；达到平衡后，c平(P)＝2
mol·L－1，则反应物N的初始浓度为多少？
提示：温度不变，平衡常数不变，
K＝＝
＝，解得a＝6
即反应物N的初始浓度为6
mol·L－1。
通过本情境素材中对平衡常数及转化率的探究，提升了学生思考问题、解决问题的能力，培养并提升了“变化观念与平衡思想”的学科素养。
1．一定条件下，反应2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)在容积不变的密闭容器中发生，下列对该反应达到平衡状态的标志的描述中错误的是( )
A．混合气体的总分子数不再变化
B．混合气体的颜色不再变化
C．容器的总压强不再变化
D．混合气体的总质量不再变化
D [该反应为气体分子数改变的反应，恒容条件下，该可逆反应在建立平衡的过程中会有压强的改变、气体总分子数的改变、颜色的改变，一旦这些可变量不变了，则证明反应达到平衡了，而混合气体的总质量在任何情况下都不发生变化。]
2．一定温度下，已知反应：①H2(g)＋S(s)
H2S(g) K1，②S(s)＋O2(g)SO2(g) K2，则相同温度下，反应H2(g)＋SO2(g)H2S(g)＋O2(g)的平衡常数K等于( )
A．K1＋K2
kB．K1－K2
C．K1·K2
D．
D [由①－②可得反应H2(g)＋SO2(g)H2S(g)＋O2(g)，K1＝，K2＝，K＝，所以K＝。]
3．1
000
K下，反应C(s)＋2H2(g)CH4(g)的平衡常数K＝8.28×107
(mol·L－1)－1。当各气体的物质的量浓度分别为H2：0.7
mol·L－1，CH4：0.2
mol·L－1时，上述反应( )
A．正向进行
B．逆向进行
C．达到平衡
D．无法确定
A [Q＝≈0.41(mol·L－1)－1＜K，故反应正向进行，A项正确。]
4．将6
mol
A和5
mol
B混合于4
L密闭容器中，发生反应：3A(g)＋B(g)nC(g)＋2D(g)，5
s后反应达到平衡状态，生成2
mol
D和2
mol
C，则下列结论中不正确的是( )
A．该温度下反应的化学平衡常数为
B．n值等于2
C．平衡时B的浓度为1
mol·L－1
D．平衡时B的转化率为50%
D [利用“三段式”法进行计算时，只有转化量与化学方程式中物质的系数成正比，初始量和平衡量与化学方程式中各物质的系数无关。生成C、D的物质的量相等，C、D的系数也相等，n＝2，设转化的B的物质的量为x，则有
3A(g)＋B(g)2C(g)＋2D(g)
初始/mol 6
5
0 0
转化/mol
3x
x
2x
2x
平衡/mol
6－3
x
5－x
2x
2x
根据题意得2x＝2
mol，x＝1
mol
平衡时B的浓度c平(B)＝＝1
mol·L－1，转化率α(B)＝×100%＝20%。
K＝＝。]
5．在某温度下，将H2和I2各0.10
mol的气态混合物充入10
L的密闭容器中，充分反应，达到平衡后，测得c平(H2)＝0.008
0
mol·L－1。
(1)求该反应的平衡常数K________。
(2)在上述温度下，该容器中若通入H2和I2蒸气各0.20
mol，试求达到化学平衡状态时HI的物质的量浓度：________________________________________。
[解析] (1)根据题意知：
H2(g) ＋ I2(g)2HI(g)
初始浓度/(mol·L－1)
0.010
0.010
0
转化浓度/(mol·L－1)
0.002
0
0.002
0
0.004
0
平衡浓度/(mol·L－1)
0.008
0
0.008
0
0.004
0
K＝＝＝0.25。
(2)设转化的H2的物质的量浓度为x
mol·L－1。依据题意知：
H2(g) ＋ I2(g)2HI(g)
初始浓度/(mol·L－1)
0.020
0.020
0
转化浓度/(mol·L－1)
x
x
2x
平衡浓度/(mol·L－1)
0.020－x
0.020－x
2x
由于温度不变，K不变，则有：
K＝＝＝0.25
解得x＝0.004
0
平衡时c平(HI)＝0.008
0
mol·L－1。
[答案] (1)0.25 (2)0.008
0
mol·L－1
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12第2课时 反应条件对化学平衡的影响
发
展
目
标
体
系
构
建
1.通过实验探究，了解浓度、压强、温度对化学平衡状态的影响。2.能运用浓度、压强、温度对化学平衡的影响规律，推测平衡移动方向及浓度、转化率等相关物理量的变化。3.能用勒·夏特列原理解释常见现象。
1．化学平衡的移动
(1)内容：受温度、压强或浓度变化的影响，化学反应由一种平衡状态变为另一种平衡状态的过程。
(2)图示表示
2．平衡移动方向的判断
(1)根据速率判断
①若v(正)＞v(逆)，则平衡正向移动。
②若v(正)＝v(逆)，则平衡不移动。
③若v(正)＜v(逆)，则平衡逆向移动。
(2)根据结果判断
对于一个已达到化学平衡状态的反应，如平衡移动的结果使反应产物浓度更大，则称平衡正向移动或向右移动；反之，称平衡逆向移动或向左移动。
微点拨：反应速率改变时平衡不一定移动，但平衡移动时反应速率一定改变。
3．外界条件对化学平衡的影响
(1)温度的影响
①实验
2NO2(g)N2O4(g) ΔH＝－57.2
kJ·mol－1
红棕色 无色
实验内容
实验现象
实验结论
将充有NO2的球形容器放入热水中
红棕色明显加深(填“加深”或“变浅”，下同)
升高温度，平衡向吸热方向移动
将充有NO2的球形容器放入冷水中
红棕色明显变浅
降低温度，平衡向放热方向移动
②结论：研究发现，升高温度，化学平衡向吸热反应方向移动；降低温度，化学平衡向放热反应方向移动。
③原因：温度改变使平衡常数改变。
微点拨：化学平衡移动，平衡常数不一定改变；平衡常数改变，平衡一定移动。
(2)浓度的影响
①
②原因：浓度的改变导致浓度商的改变，但K不变，使Q≠K，从而导致平衡移动。
微点拨：浓度的改变不一定会使化学平衡移动。
(3)压强的影响
①Δvg＝(化学方程式中气态反应产物化学式前系数之和)－(化学方程式中气态反应物化学式前系数之和)。
②结论：Δvg＝0 改变压强，化学平衡状态不变；
Δvg≠0 增大压强，化学平衡向化学方程式中气态物质化学式前系数减小的方向移动。
③原因：压强改变导致浓度改变，浓度的改变导致浓度商(Q)的改变，使Q≠K，从而导致平衡移动。
微点拨：压强的改变只影响有气体参加或生成的可逆反应，增大压强时各气体组分的浓度变大，减小压强时各气体组合的浓度减小。
(4)规律总结
升高温度，有利于平衡向吸热方向移动
改变浓度，若Q＞K，平衡逆向移动；若Q＜K，平衡正向移动
改变压强，若Q＞K，平衡逆向移动；若Q＜K，平衡正向移动(对有气体参与的反应)
4．平衡移动原理
在均相、封闭体系中，只改变平衡体系中的一个条件(如浓度、温度或压强)时，平衡将向减弱这个改变的方向移动。
微点拨：平衡移动的结果是“减弱”外界条件的改变而不是“消除”。
1．判断对错(对的在括号内打“√”，错的在括号内打“×”。)
(1)温度改变，平衡一定发生移动。( )
(2)平衡正向移动，反应物的转化率一定增大。( )
(3)改变压强时，平衡一定发生移动。( )
(4)改变外界条件使平衡正向移动的原因是v(正)增大，v(逆)减小。( )
(5)对于2NO2(g)N2O4(g)达到平衡时，若缩小反应容器的体积，则c(NO2)减小。( )
提示：(1)√
(2)× 若增大某反应物浓度使平衡正向移动，则该反应物转化率减小。
(3)× 对于反应前后气体系数相等的或反应体系中无气体参加的反应，改变压强平衡不移动。
(4)× 平衡正向移动时，v(正)＞v(逆)，v(正)不一定增大，v(逆)不一定减小。
(5)× 增大压强，c(NO2)和c(N2O4)均增大。
2．压强变化不会使下列化学反应的平衡发生移动的是( )
A．H2(g)＋Br2(g)2HBr(g)
B．N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)
C．2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)
D．C(s)＋CO2(g)2CO(g)
A [对于反应前后气体分子数目不变的反应，改变压强对平衡无影响。]
3．下列说法正确的是( )
A．可逆反应的特征是正反应速率和逆反应速率相等
B．在其他条件不变时，使用催化剂只能改变反应速率，而不能改变化学平衡状态
C．在其他条件不变时，升高温度可以使平衡向放热反应方向移动
D．在其他条件不变时，增大压强一定会破坏气体反应的平衡状态
B [可逆反应的特征是反应过程中，任何物质都不能完全转化，A错；催化剂改变反应的途径，降低反应所需的活化能，从而改变(主要是增大)反应速率，缩短达到平衡的时间，但不能影响化学平衡，B正确；在其他条件不变时，升高温度可以使平衡向吸热反应方向移动，C错；增大压强对于非等体积可逆反应来说，一定会破坏气体反应的平衡状态，但对于无气体参与的反应或等体积的可逆反应，均无影响，D错。]
外界条件对化学平衡的影响
(素养养成——科学探究与创新意识)
已知常温下红棕色的NO2能自动生成无色的N2O4,2NO2(g)N2O4(g) ΔH＜0。现在做下面的实验，装置如图所示：
在三个连通的烧瓶里盛有NO2和N2O4的混合气体，然后用夹子夹住橡皮管。先将三个烧瓶分别放入盛有室温水的烧杯里，可以观察到混合气体颜色无变化，接着向甲烧杯里加入致热盐无水CaCl2(加MgSO4、AlCl3、BaCl2中任一种)，向丙烧杯里加入致冷盐KNO3(加NaNO3、NH4NO3、NH4Cl中任一种)，不断搅拌直至溶液饱和，可以看到，随着盐的加入，甲中混合气体的颜色变深，丙中混合气体的颜色变浅，乙中混合气体的颜色不变。
1．根据上述实验现象，请你从K与Q之间的关系角度，分析产生上述实验现象的原因。
提示：甲中温度升高，正反应K值减小，Q>K，平衡逆向移动，NO2浓度增大，颜色加深；乙中温度不变，K不变，Q＝K，平衡不发生移动，NO2浓度不变，颜色不变；丙中温度降低，正反应K增大，Q2．①若在乙中再充入适量的NO2气体，容器内的颜色将如何变化？②若向乙中再充入适量的N2，装置内气体的颜色是否发生变化？上述两种情况，装置乙中的压强有什么变化？通过该实验你能得到什么启示？
提示：①充入NO2时，NO2浓度增大，烧瓶内颜色加深，然后气体颜色变浅，最终气体颜色比未充入NO2时颜色深。
②充入N2时，烧瓶中气体颜色没有发生任何变化。不管充入NO2还是充入N2，烧瓶内压强都增大。增大压强化学平衡不一定发生移动，压强的改变必须引起反应物、反应产物浓度发生变化，致使Q≠K，化学平衡才会发生移动。
1．温度对化学平衡的影响
反应类型
温度变化
K值变化
Q与K关系
平衡移动方向
放热反应
升温
减小
Q＞K
逆向移动
降温
增大
Q＜K
正向移动
吸热反应
升温
增大
Q＜K
正向移动
降温
减小
Q＞K
逆向移动
2．浓度对化学平衡的影响
浓度变化
Q值变化
Q与K关系
平衡移动方向
反应物浓度增大
减小
Q＜K
正向移动
反应产物浓度减小
反应物浓度减小
增大
Q＞K
逆向移动
反应产物浓度增大
3．压强对化学平衡的影响
对于反应体系中有气体参与的反应
方程式中气态物质系数变化
压强变化
Q值变化
Q与K关系
平衡移动方向
增大
增大
增大
Q＞K
逆向移动
减小
减小
Q＜K
正向移动
减小
增大
减小
Q＜K
正向移动
减小
增大
Q＞K
逆向移动
不变
增大
不变
Q＝K
不移动
减小
4.“惰性”气体对化学平衡的影响
(1)对于反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH<0；
①若体系内的压强保持恒定(容器体积是可变的)时，充入氦气，由于体系内压强恒定，体积必增大，使c(N2)、c(H2)、c(NH3)减小，平衡向左移动(相当于减压)。
②在恒温、恒容下，充入氦气时，平衡不发生移动。这种条件下充入“惰性”气体，虽平衡体系内的总压强增加，但因容器的体积不变，c(N2)、c(H2)、c(NH3)不变，所以平衡不发生移动。
(2)对于反应H2(g)＋I2(g)2HI(g) ΔH＜0；充入“惰性”气体，虽然压强或浓度发生变化，但平衡不移动。
5．对“勒·夏特列原理”的理解
可逆反应达到平衡后，若改变外界条件，平衡可能会发生移动，平衡移动的结果会对外界条件的改变产生影响。
(1)平衡移动的结果只能减弱(不可能抵消)外界条件的变化。如升高温度时，平衡向着吸热的反应方向移动；增加反应物浓度，平衡向反应物浓度减小的方向移动；增大压强，平衡向气体体积减小的方向移动等。
(2)这种“减弱”并不能抵消外界条件的变化，更不会“超越”这种变化。如原平衡体系的压强为p，若其他条件不变，将体系压强增大到2p，平衡将向气体体积减小的方向移动，达到新平衡时的体系的压强将介于p～2p之间。
1．在密闭容器中，一定量混合气体发生反应：xA(g)＋yB(g)zC(g)，达到平衡时，测得A的浓度为0.5
mol·L－1，在温度不变的条件下，将容器的容积扩大到原来的两倍，再达到平衡时，测得A的浓度减小为0.3
mol·L－1，下列有关说法正确的是( )
A．x＋y＜z
B．平衡向正反应方向移动
C．B的浓度增大
D．C的体积分数减小
D [恒温条件下扩大容器容积，则体系的压强减小，平衡向气体总体积增大的方向移动。原平衡时A的浓度为0.5
mol·L－1，当容器容积扩大为原来的两倍，假设平衡不移动，则A的浓度将变为0.25
mol·L－1，而实际达到新平衡时A的浓度为0.3
mol·L－1，说明平衡向生成A的方向移动，即平衡向逆反应方向移动，所以生成A的方向为气体总体积增大的方向，即x＋y>z，A错误；平衡向逆反应方向移动，B错误；虽然平衡向逆反应方向移动，但根据勒·夏特列原理可知，达到新平衡时，B的浓度依然比原平衡时小，C错误；平衡向逆反应方向移动，消耗C，则C的体积分数减小，D正确。]
2．(双选)对于可逆反应A(g)＋2B(g)2C(g) ΔH＜0，达到平衡时，要使正反应速率增大，且使A的转化率增大，以下采取的措施可行的是( )
A．降低温度
B．增大A的浓度
C．减小C的浓度
D．增大压强
AD [该反应的ΔH＜0，降低温度，平衡向正反应方向移动，A的转化率增大，A符合题意；增大A的浓度，A的转化率减小，故B不符合题意；减小C的浓度，正反应速率逐渐减小，C不符合题意；增大压强，正、逆反应速率都增大，平衡向正反应方向移动，A的转化率增大，D符合题意。]
3．下列事实不能用勒·夏特列原理解释的是( )
A．对NO2加压后，气体颜色先变深后变浅
B．Fe(SCN)3溶液中加入固体KSCN后，溶液颜色变深
C．氯水宜保存在低温、避光条件下
D．加催化剂，使氮气和氢气在一定条件下转化为氨气
D [A项，存在平衡：2NO2(g)N2O4(g)，加压条件下气体体积减小，浓度增大，混合气体颜色变深，但压强增大平衡正向移动，向新平衡移动的过程中，气体颜色变浅，能用勒·夏特列原理解释；B项，存在平衡：Fe3＋＋3SCN－Fe(SCN)3，加入固体KSCN，SCN－的浓度增大，平衡正向移动，溶液颜色加深，能用勒·夏特列原理解释；C项，存在平衡：Cl2＋H2OHCl＋HClO，生成的HClO见光易分解，平衡正向移动，氯水保存在低温、避光条件下，抑制平衡的移动，避免氯水变质，能用勒·夏特列原理解释；D项，存在平衡：N2＋3H22NH3，催化剂能加快反应速率，但对化学平衡移动没有影响，不能用勒·夏特列原理解释。]
解答化学平衡图像题的步骤与原则
(素养养成——变化观念与平衡思想)
可逆反应mA(g)＋nB(g)xC(g) ΔH＝Q
kJ·mol－1在不同温度、压强下反应物A的转化率的变化情况如下图所示。
甲
乙
1．分析图甲A的转化率与压强随时间变化的图像，p1与p2之间的大小关系如何？m、n、x之间又有什么样的关系？
提示：p1＞p2；m＋n＞x。
2．分析图乙A的转化率与温度之间变化关系，判断Q的正、负？若纵坐标改为A的百分含量，曲线不变，则该反应正反应属于放热反应还是吸热反应？
提示：Q为负值；吸热反应。
1．化学平衡图像题的解题“三步骤”
(1)看图像
一看面(即纵坐标与横坐标的意义)，二看线(即线的走向和变化趋势)，三看点(即起点、折点、交点、终点)，四看辅助线(如等温线、等压线、平衡线等)，五看量的变化(如浓度变化、温度变化等)。
(2)想规律
联想外界条件的改变对化学反应速率和化学平衡的影响规律。
(3)作判断
根据图像中表现的关系与所学规律相对比，作出符合题目要求的判断。
2．化学平衡图像题的解答“两原则”
(1)“定一议二”原则
在化学平衡图像中，了解纵坐标、横坐标和曲线所表示的三个量的意义。在确定横坐标所表示的量后，讨论纵坐标与曲线的关系，或在确定纵坐标所表示的量后，讨论横坐标与曲线的关系。
例如，反应2A(g)＋B(g)2C(g)达到平衡，A的平衡转化率与压强和温度的关系如图。
定压看温度变化，升温，曲线走势降低，说明A的转化率降低，平衡向左移动，正反应是放热反应。
定温看压强变化，因为此反应是反应前后气体体积减小的反应，压强增大，平衡向右移动，A的转化率增大，故p2>p1。
(2)“先拐先平，数值大”原则
对于同一化学反应在化学平衡图像中，先出现拐点的反应先达到平衡，先出现拐点的曲线表示的温度较高(如下图甲所示，表示反应物的转化率)或表示的压强较大[如下图乙所示，φ(A)表示反应物的体积分数]。
甲
乙
甲表示：T2＞T1；正反应放热。
乙表示：p1＜p2；正反应为气体总体积缩小的反应。
1．已知可逆反应：4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g) ΔH＝－1
025
kJ·mol－1。若反应物初始物质的量相同，下列关于该反应的示意图不正确的是( )
D [升高温度，平衡向逆反应方向移动，平衡时NO的含量小，且达到平衡时需要的时间短，故A项正确，D项错误；B项增大压强，平衡向逆反应方向移动，平衡时NO的含量小，且达到平衡时需要的时间短，故正确；C项有无催化剂只影响到达平衡状态的时间，不影响平衡移动，故正确。]
2．对于反应：2A(g)＋B(g)2C(g) ΔH＜0，下列图像正确的是( )
A．①②
B．②③
C．③④
D．①④
D [该反应的特点是气体物质分子数目减小的放热反应，增大压强，平衡向正反应方向移动，A的转化率增大，B的含量减小，C的物质的量分数增大；升高温度，平衡向逆反应方向移动，A的转化率减小，B的物质的量分数增大，C的物质的量分数减小，达到平衡的时间短，故①④正确。]
3．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轴表示平衡混合气体中G的体积分数。据此可判断( )
A．上述反应正方向是吸热反应
B．上述反应正方向是放热反应
C．a＞b
D．a＋1＜b
[答案] A
1．下列叙述中一定能判断某化学平衡发生移动的是( )
A．混合物中各组分的浓度改变
B．正、逆反应速率改变
C．混合物中各组分的含量改变
D．混合体系的压强发生改变
C [对于反应前后气体总物质的量不变的反应，缩小容器的容积，混合物中各组分浓度改变，但平衡不发生移动，A项不符合题意；使用合适的催化剂，正、逆反应速率都改变，但平衡不移动，B项不符合题意；如果反应前后气体总物质的量不变，则压强的变化对平衡无影响，D项不符合题意。]
2．(素养题)已知在K2Cr2O7溶液中存在着如下平衡：
Cr2O＋H2O2CrO＋2H＋
(橙色)
(黄色)
加入下列物质能使溶液显橙色的是( )
A．氨水
B．稀硫酸
C．碳酸氢钠溶液
D．水
B [加入氨水，与溶液中的H＋反应，c(H＋)减小，平衡向正反应方向移动，c(Cr2O)减小，c(CrO)增大，溶液显黄色，A错误；加入稀硫酸，溶液中c(H＋)增大，平衡向逆反应方向移动，c(CrO)减小，c(Cr2O)增大，溶液显橙色，B正确；加入碳酸氢钠会消耗H＋，c(H＋)减小，平衡向正反应方向移动，c(Cr2O)减小，c(CrO)增大，溶液显黄色，C错误；加水稀释，平衡正向移动，溶液显黄色，D错误。]
3．(双选)制取水煤气的反应为C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)，欲使平衡向正反应方向移动，可采取的措施是( )
A．增大水蒸气的浓度
B．增大C(s)的量
C．减小CO(g)的浓度
D．增大压强
AC [增大反应物浓度促使平衡正向移动；增大固体反应物的量对平衡无影响；减小反应产物CO(g)的浓度，平衡正向移动；增大压强平衡逆向(气体系数减小的方向)移动。]
4．如图表示外界条件(温度、压强)的变化对反应：L(s)＋G(g)2R(g) ΔH＞0的影响，则在图中Y表示( )
A．平衡混合气体中R的质量分数
B．平衡混合气体中G的体积分数
C．G的平衡转化率
D．L的平衡转化率
B [该反应的正反应为气体分子数增大的反应，且是吸热反应。压强不变，随着温度的升高，平衡正向移动，则平衡混合气体中R的质量分数增大，G的体积分数降低，反应物的转化率均增大，故B项正确，A、C、D项均错误；温度不变，随着压强的增大，平衡向逆反应方向移动，则平衡混合气体中R的质量分数减小，G的体积分数增大，反应物的转化率均降低，同样可以确定B项正确，A、C、D项错误。]
5．反应A(g)B(g)＋C(g)在容积为1.0
L的密闭容器中进行，A的初始浓度为0.050
mol·L－1。温度T1和T2条件下，A的浓度与时间的关系如图所示。试回答下列问题：
(1)上述反应的温度T1________T2(填“＞”“＜”或“＝”，下同)，平衡常数K(T1)________K(T2)。
(2)温度为T2时，5
min后反应达到平衡状态，A的转化率为70%，则反应的平衡常数K＝________________________________________________________。
[解析] (1)温度为T2时反应达到平衡所用的时间少，所以T1＜T2；温度越高，平衡时c平(A)越小，可判断该反应的正反应为吸热反应，则升高温度K增大，即K(T1)＜K(T2)。
(2) A(g)B(g) ＋ C(g)
初始浓度/(mol·L－1)
0.050
0
0
转化浓度/(mol·L－1)
0.035
0.035
0.035
平衡浓度/(mol·L－1)
0.015
0.035
0.035
K＝≈0.082
mol·L－1。
[答案] (1)＜ ＜ (2)0.082
mol·L－1
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11第1课时 化学反应速率
发
展
目
标
体
系
构
建
1.通过对氢气与氧气反应历程的探究知道化学反应是有历程的。2.通过“镁条与盐酸反应”实验探究，知道化学反应速率的表示方法，能进行化学反应速率的简单计算。
一、化学反应是有历程的
1．基元反应：大多数化学反应都是分几步完成的，其中的每一步反应称为基元反应。例如H·＋O2―→·OH＋O·即为氢气与氧气生成水的反应中的一个基元反应。
2．反应历程
(1)含义：基元反应构成的反应序列。
(2)特点
①反应不同，反应历程不相同。
②同一反应，在不同条件下的反应历程也可能不同。
(3)决定因素：反应历程由反应物的结构和反应条件决定。
(4)作用：反应历程的差别造成了化学反应速率的不同。
3．从反应机理角度对化学反应的分类
微点拨：(1)对于由多个基元反应组成的化学反应，其反应的快慢由最慢的一步基元反应决定。
(2)微粒H·、·OH和O·存在未成对电子，它们称为自由基(H·和O·也称为自由原子)。自由基反应活性很强，寿命极短。
二、化学反应速率
1．化学反应速率
(1)表示方法
对于反应体系体积不变的化学反应aA＋bB===dD＋eE，可以用单位时间内某物质浓度(或质量、物质的量等)的改变量(取绝对值)来表示。
(2)数学表达式及单位
v(A)＝，单位为mol·L－1·s－1或mol·L－1·min－1。
(3)特点
①同一反应选用不同的反应物或反应产物表示化学反应速率，数值可能不同，但表示的意义相同。
②各物质表示的化学反应速率的数值之比等于化学方程式中各物质化学式前的系数之比。
微点拨：(1)不用固体或纯液体表示反应速率。
(2)反应速率表示一段时间内反应的平均速率，不是瞬时速率。
2．化学反应速率的物理测定方法
主要有量气法、比色法、电导法。
1．判断对错(对的在括号内打“√”，错的在括号内打“×”。)
(1)化学反应速率适用于可逆反应，不适用于非可逆反应。( )
(2)在可逆反应中，正反应的化学反应速率是正值，逆反应的化学反应速率是负值。( )
(3)在同一化学反应中，化学反应速率可以用反应物浓度的改变来表示，也可以用反应产物浓度的改变来表示，其数值可能相同，也可能不相同。( )
(4)化学反应速率的单位可以是g·(L·s)－1，也可以是kg·
(L·s)－1，甚至可以是t·(L·s)－1等。( )
(5)所有化学反应的反应历程均包含至少2个基元反应。( )
提示：(1)× 化学反应速率适用于可逆反应和非可逆反应。
(2)× 化学反应速率均为正值。
(3)√
(4)× 化学反应速率的单位为mol·L－1·s－1或mol·L－1·min－1。
(5)× 简单反应的总反应就是基元反应。
2．下面有关化学反应速率的说法中正确的是( )
A．对任何化学反应来说，反应速率越大，反应现象就越明显
B．化学反应速率通常用单位时间内任何一种反应物浓度的减少或任何一种反应产物浓度的增加来表示
C．若某化学反应的反应速率为0.5
mol·(L·s)－1就是指在该时间内反应物和反应产物的浓度变化都为0.5
mol·L－1
D．化学反应速率是用来衡量化学反应进行快慢的尺度
D [不是所有化学反应都有明显的现象，A错误；不是所有的物质都可以用来表示反应速率，固体和纯液体一般不用来表示反应速率，因为固体和纯液体的浓度不发生变化，视为常数，B错误；反应速率应该指单位时间内反应物或反应产物的浓度变化，C错误。]
3．在2
L密闭容器内，某气体反应物在2
s内由8
mol变为7.2
mol，则用该气体表示该反应的平均反应速率为( )
A．0.4
mol·L－1·s－1
B．0.3
mol·L－1·s－1
C．0.2
mol·L－1·s－1
D．0.1
mol·L－1·s－1
[答案] C
化学反应速率的计算方法
(素养养成——证据推理与模型认知)
1．利用化学方程式计算
(1)写出有关反应的化学方程式。
(2)找出各物质的初始量、转化量、某时刻量。
(3)根据已知条件列方程式计算。
如反应： mA(g)＋nB(g) pC(g)
初始浓度/(mol·L－1)
a b c
转化浓度/(mol·L－1)
x
某时刻浓度/(mol·L－1)
a－x b－ c＋
(4)根据公式v(A)＝进行计算。
2．根据化学反应速率之比等于各物质化学式前的系数之比计算
如对于反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)，有关系v(A)∶v(B)∶v(C)＝m∶n∶p，或v(A)＝v(B)＝v(C)。
【例1】 一定条件下，向2
L密闭容器中加入2
mol
N2和10
mol
H2，发生反应N2＋3H22NH3,2
min时测得剩余的N2为1
mol，下列化学反应速率不正确的是( )
A．v(N2)＝0.25
mol·L－1·min－1
B．v(H2)＝0.75
mol·L－1·min－1
C．v(NH3)＝1
mol·L－1·min－1
D．v(NH3)＝0.5
mol·L－1·min－1
C [v(N2)＝＝0.25
mol·L－1·min－1。因为v(N2)∶v(H2)∶v(NH3)＝1∶3∶2，故v(H2)＝0.75
mol·L－1·min－1，v(NH3)＝0.5
mol·L－1·min－1。]
1．化学反应4A(s)＋3B(g)2C(g)＋D(g)，经2
min，物质B的浓度减少0.6
mol·L－1。对此反应速率的表示正确的是( )
A．用A表示的反应速率是0.4
mol·L－1·min－1
B．2
min内，v正(B)和v逆(C)表示的反应速率的值都是逐渐减小的
C．2
min末的反应速率用B表示是0.3
mol·L－1·min－1
D．分别用B、C、D表示的反应速率的比值是3∶2∶1
D [物质A是固体，浓度不变，不能用A表示该反应的反应速率，故A错误；B是反应物，浓度降低，v正(B)逐渐减小，C是反应产物，浓度增大，v逆(C)逐渐增大，故B错误；2
min末的反应速率为瞬时速率，用B表示的反应速率0.3
mol·L－1·min－1是2
min内的平均反应速率，故C错误；反应速率之比等于化学方程式中相应物质化学式前的系数之比，则v(B)∶v(C)∶v(D)＝3∶2∶1，故D正确。]
2．在铝与稀硫酸的反应中，已知10
s内硫酸的浓度减少了0.6
mol·L－1，若不考虑反应过程中溶液体积的变化，则10
s内生成硫酸铝的平均反应速率是
( )
A．0.02
mol·L－1·s－1
B．1.8
mol·L－1·s－1
C．1.2
mol·L－1·s－1
D．0.18
mol·L－1·s－1
A [由v＝可知，v(H2SO4)＝＝0.06
mol·L－1·s－1；由反应2Al＋3H2SO4===Al2(SO4)3＋3H2↑可知，v(H2SO4)∶v[Al2(SO4)3]＝3∶1，则v[Al2(SO4)3]＝＝0.02
mol·L－1·s－1。]
3．根据图回答下列问题：
(1)反应物是________；反应产物是________。
(2)在2
min内用A、B、C表示的化学反应速率分别为________、________、________。
(3)该反应的化学方程式是_________________________________________。
[答案] (1)A、B C (2)3
mol·L－1·min－1 2
mol·L－1·min－1 3
mol·L－1·min－1 (3)3A＋2B3C
比较化学反应速率大小的方法
(素养养成——证据推理与模型认知)
1．统一标准法
当比较同一反应的化学反应速率的相对大小时，按相应的化学方程式中各物质化学式前的系数之比换算成同一物质表示的化学反应速率，单位统一，再比较数值大小。
2．比值比较法
比较化学反应速率与其相应化学方程式中各物质化学式前的系数的比值大小，在单位相同时，数值大者反应速率大，如对于反应mA(g)＋nB(g)===pC(g)，有v(A)、v(B)、v(C)三者中，单位相同时数值大者表示的反应速率大。
【例2】 反应4A(g)＋3B(g)===2C(g)＋5D(g)在四种不同条件下的反应速率分别为
①v(A)＝0.02
mol·L－1·s－1；
②v(B)＝0.6
mol·L－1·min－1；
③v(C)＝0.3
mol·L－1·min－1；
④v(D)＝1.2
mol·L－1·min－1。
其中表示该反应速率最慢的是( )
A．①
B．②
C．③
D．④
C [根据反应4A(g)＋3B(g)===2C(g)＋5D(g)，可以选择物质D为参照，根据化学反应速率之比等于化学方程式中各物质化学式前的系数之比，将题给的反应速率均转化为用同种物质表示的反应速率为①v(A)＝0.02
mol·L－1·s－1＝1.2
mol·L－1·min－1，v(D)＝1.2
mol·L－1·min－1×＝1.5
mol·L－1·min－1；②v(D)＝0.6
mol·L－1·min－1×＝1
mol·L－1·min－1；③v(D)＝0.3
mol·L－1·min－1×＝0.75
mol·L－1·min－1；④v(D)＝1.2
mol·L－1·min－1；所以表示该反应速率最慢的是③，C正确。]
比较反应速率大小时，一定注意单位是否统一。
1．下列四个数据都表示合成氨的反应速率，其中能代表是同一反应的是
( )
①v(N2)＝0.3
mol·L－1·min－1
②v(NH3)＝0.9
mol·L－1·min－1
③v(H2)＝0.6
mol·L－1·min－1
④v(H2)＝0.022
5
mol·L－1·s－1
A．①②
B．①③
C．③④
D．②④
D [将不同物质表示的反应速率转化为同一物质表示的反应速率，若相等，则能代表同一反应。①v(N2)＝0.3
mol·L－1·min－1，②v(N2)∶v(NH3)＝1∶2，则v(N2)＝0.45
mol·L－1·min－1，③v(N2)∶v(H2)＝1∶3，则v(N2)＝0.2
mol·L－1·min－1，④v(N2)∶v(H2)＝1∶3，则v(N2)＝×0.022
5×60
mol·L－1·min－1＝0.45
mol·L－1·min－1，故②④能代表同一反应，D项正确。]
2．反应A(g)＋3B(g)2C(g)＋2D(g)，在四种不同情况下的反应速率分别为①v(A)＝0.45
mol·L－1·s－1、②v(B)＝0.6
mol·L－1·s－1、③v(C)＝0.4
mol·L－1·s－1、④v(D)＝0.45
mol·L－1·s－1，该反应在四种不同情况下进行的快慢顺序为( )
A．①＞③＝②＞④
B．④＞②＝③＞①
C．②＞①＝④＞③
D．①＞④＞②＝③
D [同一化学反应中，在单位相同条件下，化学反应速率与其计量数的比值越大，反应速率越快，
①v(A)＝0.45
mol·L－1·s－1；
②v(A)＝＝×0.6
mol·L－1·s－1＝0.2
mol·L－1·s－1；
③v(A)＝＝mol·L－1·s－1＝0.2
mol·L－1·s－1；
④v(A)＝＝mol·L－1·s－1＝0.225
mol·L－1·s－1；所以其反应速率快慢关系为①＞④＞②＝③。]
1．下列关于化学反应速率说法中不正确的是( )
A．可逆反应达到化学平衡状态时，正、逆反应速率都为0
B．决定化学反应速率的主要因素是反应物自身的性质
C．反应速率用于衡量化学反应进行的快慢
D．增大反应物的浓度、提高反应温度都能增大反应速率
A [化学平衡是动态平衡，可逆反应达到化学平衡状态时，正、逆反应都在进行，正、逆反应速率相等且不为0，A错误；决定反应速率的主要因素是反应物自身的性质，例如：钾和水反应比钠和水反应快，是因为钾比钠的金属性强，B正确；反应速率用于衡量化学反应进行的快慢，C正确；增大反应物的浓度、提高反应温度都能增大反应速率，D正确。]
2．在N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)的反应中，经过一段时间后，NH3的浓度增加了0.6
mol·L－1，在此段时间内用N2表示的平均反应速率为0.15
mol·L－1·s－1，则此段时间是( )
A．1
s
B．2
s
C．4
s
D．1.33
s
B [NH3的浓度增加了0.6
mol·L－1，则N2的浓度减小了0.3
mol·L－1，根据v＝，可得Δt＝＝＝2
s，B正确。]
3．(双选)已知：4NH3(g)＋5O2(g)===4NO(g)＋6H2O(g)。若反应速率分别用v(NH3)、v(O2)、v(NO)、v(H2O)表示，则下列关系式正确的是( )
A．5v(NH3)＝4v(O2)
B．5v(O2)＝6v(H2O)
C．3v(NH3)＝2v(H2O)
D．5v(O2)＝4v(NO)
AC [由于反应速率之比等于化学方程式中各物质化学式前的系数之比，则根据反应的化学方程式可知v(NH3)∶v(O2)∶v(NO)∶v(H2O)＝4∶5∶4∶6，则A、C项中的关系式正确。]
4．(素养题)某温度下按如图装置进行实验，锥形瓶内盛有6.5
g锌粒(颗粒大小基本相同)，通过分液漏斗加入40
mL
2.5
mol·L－1的硫酸溶液，将产生的H2收集在一个注射器中，用时10
s时恰好收集到气体的体积为
50
mL(若折合成0
℃、101
kPa条件下的H2体积为44.8
mL)，在该温度下，下列说法不正确的是( )
A．用锌粒表示的10
s内该反应的速率为0.013
g·s－1
B．忽略锥形瓶内溶液体积的变化，用H＋表示的10
s内该反应的速率为0.01
mol·L－1·s－1
C．忽略锥形瓶内溶液体积的变化，用Zn2＋表示的10
s内该反应的速率为0.01
mol·L－1·s－1
D．用H2表示的10
s内该反应的速率为0.000
2
mol·L－1·s－1
C [0
℃、101
kPa条件下，H2的体积为44.8
mL，其物质的量为0.002
mol，则根据Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑反应可知：Zn～H2SO4～ZnSO4～H2，Δn(Zn)＝Δn(H2SO4)＝Δn(ZnSO4)＝Δn(H2)＝0.002
mol；Δm(Zn)＝0.002
mol×65
g·mol－1＝0.13
g，v(Zn)＝＝0.013
g·s－1，v(H＋)＝＝0.01
mol·L－1·s－1，v(Zn2＋)＝＝0.005
mol·L－1·s－1，v(H2)＝＝0.000
2
mol·s－1，故C错误。]
5．在2
L密闭容器中进行反应：mX(g)＋nY(g)pZ(g)＋qQ(g)，式中m、n、p、q为该反应的各物质化学式前的系数。在0～3
min内，各物质物质的量的变化如下表所示：
物质
X
Y
Z
Q
起始量/mol
0.7
1
2
min末量/mol
0.8
2.7
0.8
2.7
3
min末量/mol
0.8
已知2
min内v(Q)＝0.075
mol·L－1·min－1，v(Z)∶v(Y)＝1∶2。
(1)试确定：起始时n(Y)＝________，n(Q)＝________。
(2)方程式中m＝________，n＝________，p＝________，q＝________。
(3)用Z表示2
min内的平均反应速率为______________________________。
[解析] 2
min内v(Q)＝0.075
mol·L－1·min－1，则Δn(Q)＝0.075
mol·L－1·min－1×2
min×2
L＝0.3
mol，根据表中数据可知，2
min内X的物质的量变化为Δn(X)＝0.8
mol－0.7
mol＝0.1
mol，Z的物质的量变化为Δn(Z)＝1
mol－0.8
mol＝0.2
mol，根据v(Z)∶v(Y)＝1∶2可知，Y的物质的量的变化为Δn(Y)＝2Δn(Z)＝0.4
mol，反应中各物质的Δn之比等于其在化学方程式中各物质化学式前的系数之比，则m∶n∶p∶q＝0.1
mol∶0.4
mol∶0.2
mol∶0.3
mol＝1∶4∶2∶3，所以m＝1、n＝4、p＝2、q＝3，反应方程式是X(g)＋4Y(g)2Z(g)＋3Q(g)。
(1)2
min内生成0.1
mol
X，根据X(g)＋4Y(g)2Z(g)＋3Q(g)可知，生成Y的物质的量是0.4
mol，则起始时Y的物质的量为2.7
mol－0.4
mol＝2.3
mol；Q在2
min内减少了0.3
mol，所以Q的起始物质的量是2.7
mol＋0.3
mol＝3
mol。
(2)根据以上分析可知，m＝1、n＝4、p＝2、q＝3。
(3)2
min内消耗的Z的物质的量是0.2
mol，则用Z表示2
min内的平均反应速率v(Z)＝＝0.05
mol·L－1·min－1。
[答案] (1)2.3
mol 3
mol (2)1 4 2 3 (3)0.05
mol·L－1·min－1
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8第2课时 影响化学反应速率的因素
发
展
目
标
体
系
构
建
1.通过实验探究，了解温度、浓度、压强和催化剂对化学反应速率的影响，认识其一般规律。2.通过对化学反应历程的认知，认识基元反应活化能对化学反应速率的影响。3.通过“外界条件对化学反应速率影响”等实验活动，形成并发展控制变量法的实验思想。
1．浓度对化学反应速率的影响
(1)基本规律：其他条件不变时，增大反应物的浓度，反应速率加快；减小反应物的浓度，反应速率减慢。
(2)反应速率与反应物浓度的定量关系
①速率方程：对于反应H2O2＋2HI===2H2O＋I2，其反应速率与反应物浓度间的关系v＝kc(H2O2)·c(HI)，其中，k为反应速率常数。
②反应速率常数(k)：k越大，反应进行得越快。k与浓度无关，但受温度、催化剂、固体表面性质等因素的影响。
③反应速率与参与反应的物质浓度的关系式是实验测定的结果，不能随意根据反应的化学方程式直接写出。
化学反应速率与参与反应的物质的浓度的关系式是怎样得到的？应注意什么？
提示：一个化学反应的速率与参与反应的物质的浓度的关系式是实验测定的结果，不能随意根据反应的化学方程式直接写出。对于很多反应，这种关系式中浓度的方次与化学方程式中各物质化学式前的系数并无确定关系。
2．压强对化学反应速率的影响
(1)基本规律(对于气体参与的反应)
(2)解释
压强增大→→化学反应速率加快；
反之，压强减小，化学反应速率减慢。
增大压强，化学反应速率一定增大吗？
提示：不一定，对于只涉及固体和液体的反应，压强的改变对化学反应速率几乎没有影响。
3．温度对化学反应速率的影响
(1)基本规律
(2)经验规律——范托夫规律：对于在溶液中发生的反应，温度每升高10
K，反应速率提高到原来的2～4倍。这个经验规律可以对一些化学反应的速率做粗略的估计，但适用范围有限。
(3)过渡态及活化能
①过渡态：一种旧键没有完全断裂、新键没有完全形成的高能量的中间状态。
②活化能：
a．定义：过渡态的能量与反应物的平均能量之间的差值。
b．符号：Ea。
c．单位：kJ·mol－1或J·mol－1。
(4)解释：升高温度可以提高反应物分子的能量，增大反应物之间的碰撞频率，增大反应物分子形成过渡态的比例，故升高温度可以提高化学反应的速率。
4．催化剂对化学反应速率的影响
(1)催化剂：能改变化学反应速率而在反应前后本身的质量和化学性质不变的物质。
(2)催化原理：通过参与反应改变反应历程、改变反应的活化能来改变化学反应速率。
(3)催化剂的特点
微点拨：催化剂不能改变化学反应的平衡常数，不能改变平衡转化率。
1．判断对错(对的在括号内打“√”，错的在括号内打“×”。)
(1)向一堆篝火中“鼓风”，有利于它继续燃烧下去。( )
(2)二氧化锰在过氧化氢的分解前后质量减少。( )
(3)升高温度能加快吸热反应速率，减慢放热反应速率。( )
(4)反应C2H4(g)＋O2(g)和C2H4(g)＋3O2(g)―→2CO2＋2H2O(g)体现了催化剂的选择性。( )
(5)化学反应达到最大限度时，正、逆反应速率也达到最大且相等。( )
提示：(1)√
(2)× 催化剂在反应前后质量不变。
(3)× 升高温度，吸热反应和放热反应的反应速率均加快。
(4)√
(5)× 化学反应达到最大限度时，正、逆反应速率不一定达到最大。
2．在恒温、恒容条件下，能使A(g)＋B(g)C(g)＋D(s)正反应速率增大的措施是( )
A．减小C或D的浓度
B．再加入一定量D
C．减小B的浓度
D．增大A或B的浓度
D [D为固体，减小D的量或增加D的量，对反应速率无影响，故A、B错误；减小B的浓度，正反应速率减小，C错误；增大A或B的浓度，都可以增大正反应速率，D正确。]
3．设反应2NO2(g)N2O4(g)(ΔH＜0)的正、逆反应速率分别为v1和v2，则温度升高时，v1和v2的变化情况为( )
A．v1增大，v2减小
B．v1减小，v2增大
C．v1和v2均增大
D．v1和v2均减小
C [升高温度，化学反应的正、逆反应速率均增大，故C正确。]
外界条件对化学反应速率的影响
(素养养成——科学探究与创新意识)
以下是投篮球的三种情况：第一种，能量不够；第二种，方向不合适；第三种，足够的能量和合适的方向。化学反应也有类似的情况，碰撞理论认为改变外界条件可使单位体积内的活化分子数改变，从而使反应速率改变。
1．为什么增大反应物的浓度会影响化学反应速率呢？
提示：其他条件不变，当增大反应物的浓度时，单位体积中活化分子的数量增加，有效碰撞的频率增大，导致化学反应速率增大。
2．增大压强一定能增大反应速率，减小压强一定能减小反应速率吗？为什么？如何理解“改变体系压强可改变反应速率”？
提示：其他条件不变时，增大压强不一定增大反应物的浓度，单位体积中活化分子的数量不一定增加，有效碰撞的频率不一定增大，反应速率不一定增大。其他条件不变时，减小压强不一定减小反应物的浓度，单位体积中活化分子的数量不一定减少，有效碰撞的频率不一定减小，反应速率不一定减小。所以，只有改变了压强，导致反应物浓度改变时，才能改变化学反应速率。
3．为什么温度的变化会影响化学反应速率？
提示：在其他条件不变时，升高温度，可以使反应物分子能量增大，一部分原来能量较低的普通分子变成活化分子，使活化分子百分数增加，有效碰撞次数增多，化学反应速率增大。
4．催化剂对化学反应速率的影响有何特点？
提示：不同的催化剂对化学反应速率的催化效果不同。
1．纯液体和固体的反应速率的影响因素分析
纯液体和固体浓度视为常数，它们的量的改变不会影响化学反应速率。但固体颗粒的大小导致接触面积的大小发生变化，故影响反应速率。
2．压强对化学反应速率影响的分析
(1)恒温时
增大压强体积缩小反应速率增大。
(2)恒温恒容时
①充入反应气体该物质浓度增大该反应速率迅速增大。
②充入“无关气体”(如He、Ne、Ar等不参与本反应也不干扰本反应的气体，下同)
总压强增大，但反应混合物的各组分浓度没有改变，反应速率不变。
(3)恒温恒压时
充入“无关气体”体积增大反应混合物各组分的浓度减小反应速率减小。
3．温度对化学反应速率影响的分析
升高温度，可以增加分子能量，增大活化分子百分数，且加快分子运动，增大分子的碰撞频率，因此升高温度可以加快化学反应的速率。反之，降低温度可以减小化学反应的速率。
4．催化剂对化学反应速率的影响
(1)催化剂能同等程度地改变正、逆反应速率，故能改变反应达到平衡的时间，但催化剂不能改变反应物的浓度和反应的平衡常数，所以催化剂不能使化学平衡发生移动，不能改变反应物的转化率。
(2)理论解释：使用催化剂→降低反应所需的能量→更多的反应物分子成为活化分子→大大增加单位体积内的活化分子百分数→成千成万倍地增大化学反应速率。
(3)用催化剂催化的反应，由于催化剂只有在适宜的温度下活性最大，反应速率才能达到最大，故在许多工业生产中温度的选择还需考虑催化剂的活性温度范围。
【例1】 下列四支试管中，过氧化氢分解产生氧气的化学反应速率最大的是( )
试管
温度
过氧化氢浓度
催化剂
A
室温(25
℃)
12%
有
B
水浴加热(50
℃)
4%
无
C
水浴加热(50
℃)
12%
有
D
室温(25
℃)
4%
无
C [一般来说升高温度、增大反应物浓度和加入催化剂，都可使反应速率增大，比较题中四个选项可知，C中化学反应速率最大。]
【例2】 已知反应2HI(g)H2(g)＋I2(g)的能量变化如图所示。下列说法正确的是( )
A．常温下，向体积为V
L的容器中充入2
mol
HI(g)充分反应，可吸收12.5
kJ的热量
B．加入催化剂，分子的能量不变，但单位体积内活化分子数增多，反应速率加快
C．其他条件不变，升高温度，反应速率加快，HI的分解率不变
D．H2(g)＋I2(g)2HI(g)的活化能为12.5
kJ·mol－1
B [该反应为可逆反应，充入2
mol
HI(g)充分反应，反应不能进行到底，所以吸收的热量小于12.5
kJ，A错误；加入催化剂，单位体积内活化分子数增多，有效碰撞增多，反应速率加快，B正确；从题图可知，该反应为吸热反应，其他条件不变，升高温度，反应速率加快，平衡右移，HI的分解率增大，C错误；由题图分析可知，H2(g)＋I2(g)2HI(g)的活化能Ea＝(185－12.5)kJ·mol－1＝172.5
kJ·mol－1，D错误。]
温度、压强对化学反应速率的影响
(1)改变温度对正、逆反应速率的影响是一致的。对于一个放热反应，升温时正、逆反应速率同时加快，但是v(逆)增加的程度大于v(正)，使得v(逆)>v(正)，平衡左移，而不能误认为v(逆)变大，v(正)减小(或不变)。
(2)压强的影响归根到底是对浓度的影响，如果增大压强不会改变参加反应物质的浓度，则反应速率不会增大，如恒温恒容条件下，向容器中充入不参与反应的惰性气体，虽然压强增大了，但反应速率并没有改变。
1．对于某一可逆反应，使用催化剂的作用在于( )
A．提高反应物的平衡转化率
B．同等程度地改变正、逆反应速率
C．增大正反应速率，减小逆反应速率
D．改变平衡状态
B [催化剂不影响物质的平衡转化率，不影响化学平衡，只能同等程度地改变正、逆反应速率。]
2．Zn与足量盐酸反应，反应速率随时间的变化情况如图所示。下列关于反应速率变化的原因分析正确的是( )
A．AB段，因为该反应为放热反应，随着反应的进行，体系温度升高，导致反应速率增大；BC段，因为反应吸收热量，体系温度降低，反应速率下降
B．BC段反应速率下降是因为随着反应的进行，溶液中c(H＋)减小
C．BC段反应速率下降是因为溶液中的Cl－随着反应的进行被消耗，浓度降低
D．B点反应速率最大是因为此时的体系温度最高，反应物浓度最大
B [AB段，因为该反应为放热反应，随着反应的进行，体系温度升高，导致反应速率增大；BC段，随着反应的进行，溶液中c(H＋)减小，导致反应速率减小。故B项正确。]
可逆反应的速率—时间(v?t)图像
(素养养成——证据推理与模型认知)
平衡体系
条件变化
速率变化
平衡变化
速率变化曲线
任一平衡体系
增大反应物的浓度
v(正)、v(逆)均增大，且v′(正)＞v′(逆)
正向移动
减小反应物的浓度
v(正)、v(逆)均减小，且v′(逆)＞v′(正)
逆向移动
增大反应产物的浓度
v(正)、v(逆)均增大，且v′(逆)＞v′(正)
逆向移动
减小反应产物的浓度
v(正)、v(逆)均减小，且v′(正)＞v′(逆)
正向移动
正反应方向为气体体积增大的放热反应
增大压强或升高温度
v(正)、v(逆)均增大，且v′(逆)＞v′(正)
逆向移动
减小压强或降低温度
v(正)、v(逆)均减小，且v′(正)＞v′(逆)
正向移动
任意平衡或反应前后气体系数和相等的平衡
正催化剂或增大压强
v(正)、v(逆)同等倍数增大
平衡不移动
负催化剂或减小压强
v(正)、v(逆)同等倍数减小
【例3】 已知反应X(g)＋Y(g)nZ(g) ΔH>0，将X和Y以一定比例混合通入密闭容器中进行反应，各物质的浓度随时间的变化如图所示。下列说法不正确的是( )
A．10
min时，曲线发生变化的原因是升高温度
B．10
min时，曲线发生变化的原因是增大压强
C．反应方程式中n＝1
D．0～5
min内，用X表示的反应速率为v(X)＝0.08
mol·L－1·min－1
A [升高温度，10
min时反应物和反应产物浓度不会瞬间同时增大，A错误；0～5
min内，用X表示的反应速率v(X)＝＝0.08
mol·L－1·min－1，用Z表示的反应速率v(Z)＝＝0.08
mol·L－1·min－1，根据反应速率之比等于系数之比可知，反应方程式中n＝1，C、D正确；正反应是气体体积减小的反应，则增大压强，各物质的浓度均增大，平衡向正反应方向移动，B正确。]
v?t图像中，若v(正)和v(逆)中有一个在原平衡点连续渐变，则一定为改变反应物或反应产物之一浓度引起的速率变化；若v(正)和v(逆)都在原平衡点向平衡线同侧突变，则一定为改变温度或压强引起反应速率的变化。
1．反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH＜0已达到平衡，在其他条件不变时，下列操作与图像不符的是(O～t1：v正＝v逆；t1时改变条件，t2时重新建立平衡)( )
A．增加氧气的浓度
B．增大压强(减小反
应器的体积)
C．升高温度
D．加入催化剂
C [分析时要注意改变条件瞬间v(正)、v(逆)的变化。增加O2浓度的瞬间，v(正)增大，v(逆)不变，A项正确；减小反应器的体积、增大压强的瞬间，v(正)、v(逆)都增大，且v(正)增大的程度大于v(逆)，B项正确；升高温度的瞬间，v(正)、v(逆)都增大，C项错误；加入催化剂，v(正)、v(逆)同时、同等倍数增大，D项正确。]
2．一定条件下，在一体积不变的密闭容器中发生反应2A(g)＋B(g)3C(g) ΔH＝a
kJ·mol－1。
图为反应体系中反应速率随时间变化的情况，且t2、t3、t4各改变一种不同的条件。
(1)t3时改变的条件为________，t4时改变的条件为________。
(2)a________0(填“>”或“<”)。
[解析] 该反应前后是气体物质的量相等的反应，故改变压强对化学平衡无影响。由图像变化分析可知：t3时刻改变的条件是减小压强(或使用负催化剂)，可同程度地减小正、逆反应速率；t4时刻平衡正向移动，且v(正)、v(逆)出现跳跃，则应是升高温度，结合v(正)>v(逆)可知正反应吸热，ΔH>0。
[答案] (1)减小压强(或使用负催化剂) 升高温度 (2)>
外界条件对实验室用锌和稀硫酸反应制取H2时反应速率的影响：
实验用品：锥形瓶、双孔塞、分液漏斗、直角导气管、50
mL注射器、铁架台、秒表、锌粒、锌粉、1
mol·L－1的H2SO4溶液、4
mol·L－1的H2SO4溶液、CuSO4溶液、热水。
实验要求：测量收集10
mL
H2所需时间。
实验方案：设计如下表。
实验编号
T/K
锌的规格
H2SO4溶液的浓度
①
298
锌粒
1
mol·L－1H2SO4溶液
②
298
锌粒
4
mol·L－1H2SO4溶液
③
298
锌粉
1
mol·L－1H2SO4溶液
④
298
锌粒
1
mol·L－1H2SO4与少量CuSO4混合液
⑤
348
锌粒
1
mol·L－1H2SO4溶液
注意事项：(1)锌粒的质量和表面积力求相同。(2)每次实验取用20
mL
H2SO4溶液。
1．该实验方案主要探究哪些外界条件对化学反应速率的影响？
提示：浓度、温度、固体反应物的表面积、Zn－Cu原电池。
2．该实验方案中哪一方面最难做到？
提示：锌粒的表面积相同。
通过本情境素材中对实验室用锌和稀硫酸制氢气反应速率的影响因素的探究，提升了“科学探究与创新意识”的学科素养。培养了利用“控制变量法”探究问题的能力。
1．对于反应CO(g)＋H2O(g)H2(g)＋CO2(g) ΔH＜0，下列措施能加快反应速率但不改变反应放出的热量的是( )
A．升高温度
B．减小压强
C．加入CO
D．加入催化剂
D [该反应为放热反应，升高温度反应速率增大，平衡向逆反应方向移动，反应放出的热量减少，A项错误；该反应为反应前后气体分子数不变的反应，减小压强平衡不移动，反应放出的热量不变，但反应速率降低，B项错误；加入CO，反应速率增大，平衡向正反应方向移动，反应放出的热量增加，C项错误；加入催化剂平衡不移动，反应放出的热量不变，反应速率增大，D项正确。]
2．下列条件的改变可使活化分子百分数增大的是( )
①增大反应物的浓度 ②增大气体的压强 ③升高体系的温度 ④使用催化剂
A．①②
B．②③
C．①④
D．③④
D [增大反应物的浓度，单位体积内的活化分子数增大，没有改变活化分子百分数，故①错误；增大压强，相当于增大反应物的浓度，单位体积内的活化分子数增大，没有改变活化分子百分数，故②错误；升高温度使分子获得更高的能量，活化分子百分数增大，故③正确；加入催化剂，降低了反应活化能，活化分子百分数增大，故④正确，D项符合题意。]
3．一定量的锌粉和6
mol·L－1的过量盐酸反应，当向其中加入少量的下列物质时，能够加快反应速率，但不影响产生H2的总量的是( )
①石墨粉 ②CuO ③铜粉 ④铁粉 ⑤浓盐酸
A．①②⑤
B．①③⑤
C．③④⑤
D．①③④
B [①加入石墨粉，构成原电池，反应速率加快，不影响锌粉的量，即不影响产生H2的总量；②加入CuO，CuO与盐酸反应生成氯化铜，氯化铜与锌反应生成铜，形成原电池，加快反应速率，但与盐酸反应的锌的量减少，故生成氢气的总量减少；③加入铜粉，构成原电池，反应速率加快，不影响锌粉的量，即不影响产生H2的总量；④加入铁粉，构成原电池，反应速率加快，锌反应完全后，铁也可以与盐酸反应生成氢气，产生H2的总量增加；⑤加入浓盐酸，氢离子浓度增大，反应速率加快，不影响锌粉的量，即不影响产生H2的总量。本题选B。]
4．(双选)下列关于反应速率与参与反应物质的浓度的关系式v＝kca(A)·cb(B)的叙述中，正确的是( )
A．对于所有的化学反应，k是数值和单位都不变的常数
B．a、b是化学方程式中A和B的系数
C．对于某个特定的化学反应，k与反应物质的浓度无关
D．v＝kca(A)·cb(B)需要通过实验来确定，不能随意根据化学方程式直接写出
CD [在反应速率与参与反应物质的浓度的关系式中，k是反应速率常数，它表示单位浓度下的化学反应速率，与浓度无关，但受温度、催化剂、固体表面性质等因素的影响。通常，反应速率常数越大，反应进行得越快，对于很多反应，这种关系式中浓度的方次与化学方程式中的系数并无确定关系。由此可见，A、B项均错误。]
5．可逆反应A(g)＋2B(g)2C(g) ΔH＞0速率图像如图所示。导致t′时刻的速率图线变化的原因可能是( )
A．增大了A的浓度
B．使用了催化剂
C．增大了压强
D．升高了温度
B [因为在t′时刻v′(正)和v′(逆)同等倍数的增大，又因该反应为气体体积缩小的反应，所以只有使用催化剂符合题意。]
6．在500
℃时，2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH＜0的体系中，只改变下列条件，请把影响结果填入表中。
改变条件
正反应速率
逆反应速率
(1)增大O2的浓度
(2)增大SO2的浓度
(3)减小SO3的浓度
(4)压缩体积增大压强
(5)升高温度
(6)加入催化剂
(7)体积不变充入氖气
[解析] 增大反应物或反应产物的浓度，正、逆反应速率均增大，减小反应物或反应产物的浓度，反应速率均减小；压缩体积增大压强、升高温度、使用催化剂均会使反应速率增大。
[答案]
改变条件
正反应速率
逆反应速率
(1)增大O2的浓度
增大
增大
(2)增大SO2的浓度
增大
增大
(3)减小SO3的浓度
减小
减小
(4)压缩体积增大压强
增大
增大
(5)升高温度
增大
增大
(6)加入催化剂
增大
增大
(7)体积不变充入氖气
不变
不变
PAGE
12第4节
化学反应条件的优化—工业合成氨
发
展
目
标
体
系
构
建
1.结合生产实例，讨论化学反应条件的选择和优化，形成从限度、速率、能耗的多角度综合调控化学反应的基本思路，发展“绿色化学”的观念和辩证思维的能力。2.能运用温度、浓度、压强和催化剂对化学反应速率的影响规律解释生产、生活、实验室中的实际问题。
1．合成氨反应的限度
(1)反应原理
N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)
ΔH＝－92.2
kJ·mol－1，ΔS＝－198.2
J·K－1·mol－1。
(2)反应特点
(3)影响因素
①外界条件：降低温度、增大压强，有利于化学平衡向生成氨的方向移动。
②投料比：温度、压强一定时，N2、H2的体积比为1∶3时平衡混合物中氨的含量最高。
微点拨：合成氨反应中，为了提高原料转化率，常采用将未能转化的N2、H2循环使用的措施。
2．合成氨反应的速率
(1)提高合成氨反应速率的方法
(2)浓度与合成氨反应速率之间的关系
在特定条件下，合成氨反应的速率与参与反应的物质的浓度的关系式为v＝kc(N2)·c1.5(H2)·c－1(NH3)，由速率方程可知：增大N2或H2的浓度，减小NH3的浓度，都有利于提高合成氨反应的速率。
微点拨：温度升高k值增加，会加快反应速率；同时加入合适的催化剂能降低合成氨反应的活化能，使合成氨反应的速率提高。
3．合成氨生产的适宜条件
(1)合成氨反应适宜条件分析
工业生产中，必须从反应速率和反应限度两个角度选择合成氨的适宜条件，既要考虑尽量增大反应物的转化率，充分利用原料，又要选择较快的反应速率，提高单位时间内的产量，同时还要考虑设备的要求和技术条件。
(2)合成氨的适宜条件
序号
影响因素
选择条件
1
温度
反应温度控制在700_K左右
2
物质的量
N2、H2投料比1∶2.8
3
压强
1×107～1×108
Pa
4
催化剂
选择铁做催化剂
5
浓度
使气态NH3变成液态NH3并及时分离出去，同时补充N2、H2
(3)合成氨的生产流程的三阶段
1．判断对错(对的在括号内打“√”，错的在括号内打“×”。)
(1)合成氨反应在高温下能自发进行。( )
(2)温度越高越利于合成氨反应平衡正向移动。( )
(3)合成氨反应中，压强越大越利于反应速率加快和平衡正向移动。( )
(4)使用催化剂能提高合成氨反应物的平衡转化率。( )
提示：(1)× 合成氨反应ΔH＜0，ΔS＜0，ΔH－TΔS的值在低温时小于0。
(2)× 合成氨反应ΔH＜0，温度越低越利于平衡正向移动。
(3)√
(4)× 催化剂同倍数的加快正、逆反应速率，对转化率无影响。
2．在其他条件不变的情况下，能使合成氨反应进行程度增大的方法是( )
A．升高温度
B．减小压强
C．使用催化剂
D．及时分离出氨气
D [合成氨的反应是放热反应，且反应前后气体体积减小。升高温度，会使平衡向吸热的逆反应方向移动，使合成氨反应进行程度减小，A项不符合题意；减小压强，平衡会向气体体积增大的逆反应方向移动，使合成氨反应进行程度减小，B项不符合题意；使用催化剂，平衡不移动，合成氨反应进行程度不发生变化，C项不符合题意；及时分离出氨气，减小反应产物浓度，平衡正向移动，能使合成氨反应进行程度增大，D项符合题意。]
3．工业上用氮气和氢气合成氨：N2＋3H22NH3(反应放热)，从反应速率和化学平衡两方面看，合成氨的适宜条件一般为压强：10～30
MPa，温度：500
℃左右，催化剂：铁触媒。下列有关合成氨工业的叙述不正确的是( )
A．使用铁触媒，可使氮气和氢气混合气体之间的反应在较低温度下取得较高的反应速率
B．工业上选择上述条件下合成氨，可以使氮气全部转化为氨
C．上述化学平衡的移动受到温度、反应物的浓度、压强等因素的影响
D．温度升高，不利于提高氮气的转化率
B [合成氨的反应是可逆反应，反应物的平衡转化率不可能达到100%，B项错误。]
工业生产中选择适宜生产条件的原则
(素养养成——科学态度与社会责任)
1．实验研究表明，在特定条件下，合成氨反应的速率与参与反应的物质的浓度的关系式为v＝kc(N2)·c1.5(H2)·c－1(NH3)，请你根据该关系式分析，各物质的浓度对反应速率有哪些影响？可以采取哪些措施来提高反应速率？
提示：由合成氨反应的化学反应速率公式可知，在一定温度、压强下，化学反应速率与反应物浓度[c(N2)或c1.5(H2)]成正比关系，与反应产物浓度[c(NH3)]成反比关系。由此在一定温度、压强下，可采取增大反应物浓度、减小反应产物浓度来提高化学反应速率。另外还可采取升高温度，使用合适的催化剂降低反应活化能来加快反应速率。
2．已知：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH(298
K)＝－92.2
kJ·mol－1，K＝6.6×105(mol·L－1)－2，思考：
(1)从平衡常数来看，反应的限度已经很大了，为什么还需要使用催化剂？
(2)试分析实际工业生产中采取700
K左右的温度的原因。
提示：(1)为了加快化学反应的速率，提高单位时间内NH3的产量。
(2)在此温度时，催化剂的活性最大。
1．从可逆性、反应前后气态物质系数的变化、焓变三个角度分析化学反应的特点。
2．根据反应特点具体分析外界条件对速率和平衡的影响；从速率和平衡的角度进行综合分析，再充分考虑实际情况，选出适宜的外界条件。
外界条件
有利于加快速率的条件控制
有利于平衡正向移动的条件控制
综合分析结果
浓度
增大反应物的浓度
增大反应物的浓度、减小反应产物的浓度
不断地补充反应物，及时地分离出反应产物
催化剂
加合适的催化剂
不需要
加合适的催化剂
温度
高温
ΔH＜0
低温
兼顾速率和平衡，考虑催化剂的适宜温度
ΔH＞0
高温
在设备条件允许的前提下，尽量采取高温并考虑催化剂的活性
压强
高压(有气体参加)
Δvg＜0
高压
在设备条件允许的前提下，尽量采取高压
Δvg＞0
低压
兼顾速率和平衡，选取适宜的压强
【例题】 可逆反应3H2(g)＋N2(g)2NH3(g) ΔH＜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，减小压强，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
D [本题要求增大合成氨反应中氢气的转化率，即在不增加氢气的情况下改变条件，使平衡正向移动。因合成氨是放热反应，升高温度平衡逆向移动，降低温度平衡正向移动，故A、C项错误；加入催化剂可加快反应速率，但对平衡移动无影响，B项错误；因合成氨的正反应是气体体积减小的反应，所以增大压强会使平衡向正反应方向移动，增加反应物浓度或减小反应产物浓度会使平衡向正反应方向移动，D项正确。]
[借题发挥]
(1)既然增大压强既可提高反应速率，又可提高氨的产量，那么在合成氨工业中压强是否越大越好？为什么？
(2)既然降低温度有利于平衡向生成氨的方向移动，那么生产中是否温度越低越好？为什么？
(3)在合成氨工业中要使用催化剂，既然催化剂对化学平衡的移动没有影响，为什么还要使用呢？
[答案] (1)不是。因为温度一定时，增大混合气体的压强对合成氨的速率和平衡都有利，但压强越大需要的动力越大，对材料的压强和设备的制造要求越高，一般采用2×107～5×107Pa
(2)不是。因为从平衡的角度考虑，合成氨低温有利，但是温度过低反应速率很慢，需要很长时间才能达到平衡，很不经济，所以实际生产中，采用500
℃左右的适宜温度(在此温度时催化剂的活性最大)。
(3)为了加快反应速率，采用以铁为主的催化剂。
1．工业合成氨的反应为N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH<0，该反应应采取的适宜条件是( )
A．低温、高压、催化剂
B．适宜的温度、高压、催化剂
C．低温、常压、催化剂
D．适宜的温度和压强、催化剂
D [降温，平衡右移，但反应速率太慢，从反应速率和催化剂的活性考虑，温度选在500
℃左右；增大压强，平衡右移，但压强太大，对设备要求很高，所以也要选择适宜的压强；催化剂能增大反应速率，要选择催化剂，故D项符合题意。]
2．有关合成氨工业的说法中，正确的是( )
A．增大H2的浓度，可提高H2的转化率
B．由于氨易液化，N2、H2在实际生产中是循环使用，所以总体来说氨的产率很高
C．合成氨工业的反应温度控制在500
℃，目的是使化学平衡向正反应方向移动
D．合成氨厂采用的压强是2×107～5×107
Pa，因为该压强下铁触媒的活性最大
B [A项，增大H2的浓度，H2的转化率减小；C项，温度控制在500
℃的目的是催化剂活性最大；D项，压强采用2×107～5×107
Pa是考虑对设备材料的要求。]
3．某工业生产中发生反应：2A(g)＋B(g)2M(g)
ΔH<0。下列有关该工业生产的说法正确的是( )
A．工业上合成M时，一定采用高压条件，因为高压有利于M的生成
B．若物质B价廉易得，工业上一般采用加入过量的B以提高A和B的转化率
C．工业上一般采用较高温度合成M，因温度越高，反应物的转化率越高
D．工业生产中常采用催化剂，因为生产中使用催化剂可提高M的日产量
D [工业上合成M可能采用常压，如H2SO4工业中SO3的生成；加入过量B只能提高A的转化率，B的转化率降低；温度升高，平衡逆向移动，反应物的转化率降低；使用催化剂可降低反应的活化能，提高反应速率。]
1．有平衡体系：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH<0，为了增加甲醇(CH3OH)的产量，应采取的正确措施是( )
A．高温、高压
B．适宜温度、高压、催化剂
C．低温、低压
D．高温、高压、催化剂
B [该反应是一个正向放热，气体体积减小的反应，为增加甲醇的产量，需平衡正向移动，理论上可采用低温、高压的方式，但在实际生产中还需考虑反应速率，设备承受的压力及催化剂的活性等因素的影响。]
2．下列有关合成氨工业的说法正确的是( )
A．N2的量越多，H2的转化率越大，因此，充入的N2越多越有利于NH3的合成
B．恒容条件下充入稀有气体有利于NH3的合成
C．工业合成氨的反应是熵增加的放热反应，在任何温度下都可自发进行
D．工业合成氨的反应是熵减小的放热反应，在常温时可自发进行
D [A项，投料比为n(N2)∶n(H2)＝1∶2.8时，更有利于NH3的合成；B项，恒容条件下，充入稀有气体对平衡无影响；C、D项，ΔH－TΔS＜0时反应自发进行，而合成氨反应的ΔH＜0、ΔS＜0，故在常温条件下该反应能自发进行。]
3．在合成氨工业中，要使氨的产率增大，同时又能提高化学反应速率，可采取的措施有( )
①增大容器体积使压强减小 ②减小容器体积使压强增大 ③升高温度 ④降低温度 ⑤恒温恒容，再充入等量的N2和H2 ⑥恒温恒压，再充入等量的N2和H2 ⑦及时分离产生的NH3 ⑧使用催化剂
A．②④⑤⑥⑦
B．②③④⑤⑦⑧
C．②⑤
D．①②③⑤⑧
C [从反应速率的角度分析，①④⑦均使化学反应速率降低，②③⑤⑧均使化学反应速率升高，⑥不影响化学反应速率。从平衡移动的角度分析，②⑤使化学平衡向右移动，使氨的产率增大，⑧不影响化学平衡，③使化学平衡向左移动。]
4．(双选)合成氨工业对国民经济和社会发展具有重要的意义。对于密闭容器中的反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，在673
K、30
MPa下，n(NH3)和n(H2)随时间的变化关系如图所示。下列说法正确的是( )
A．c点处反应未达到平衡
B．d点(t1时刻)和e点(t2时刻)处n(N2)不同
C．其他条件不变，773
K下反应至t1时刻，n(H2)比图中的d点的值要大
D．a点的正反应速率比b点的小
AC [A项，c点是氢气和氨气物质的量相等的点，该点以后，氢气的量还在减少，氨气的量还在增加，故c点没有达到平衡，A项正确。B项，t1和t2两个时刻反应均处于平衡状态，体系中各物质的物质的量不再变化，故d、e两点氮气的物质的量相等，B项错误。773
K＞673
K，工业合成氨为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，氢气的物质的量增大，C项正确。在反应达到平衡前，a点反应物浓度大于b点，因此a点的正反应速率比b点的大，D项错误。]
5．(素养题)在硫酸工业中，通过下列反应使SO2氧化成SO3：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH＝－198
kJ·mol－1。(已知制SO3过程中催化剂是V2O5，它在400～500
℃时催化效果最好)下表为不同温度和压强下SO2的转化率(%)：
压强转化率温度
1×105
Pa
1×106
Pa
5×106
Pa
1×107
Pa
450
℃
97.5%
99.2%
99.6%
99.7%
550
℃
85.6%
94.9%
97.7%
98.3%
(1)根据化学原理综合分析，从化学反应速率和原料转化率角度分析，生产中应采取的条件是______________________________________________________。
(2)实际生产中，选定400～500
℃作为操作温度，其原因是_____________。
(3)实际生产中，采用的压强为常压，其原因是_________________________
________________________________________________________________。
(4)在生产中，通入过量空气的目的是_________________________________
_________________________________________________________________。
(5)尾气中有SO2必须回收是为了____________________________________。
[答案] (1)常压、450
℃、催化剂
(2)在此温度下催化剂的活性最高
(3)在常压下SO2的转化率就已经很高了(97.5%)，若采用高压，平衡能向右移动，但效果并不明显，比起高压设备，得不偿失
(4)增大反应物O2的浓度，提高SO2的转化率
(5)防止污染环境
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7微项目 探讨如何利用工业废气中的二氧化碳合成甲醇——化学反应选择与反应条件优化
通过利用工业废气中的二氧化碳合成甲醇反应的选择以及对反应条件的优化，体会反应的焓变、熵变、化学平衡和速率相关知识的应用价值，形成从物质转化以及反应的方向、限度、快慢等多个角度综合分析、解决工业生产实际问题的基本思路。
通过本项目的学习，树立绿色化学理念，认识到利用化学反应将无用物质转化为有用物质是解决环境问题的重要途径之一。
[必备知识]
1．目前有机原料按消费量排序，前4位从大到小依次是乙烯、丙烯、苯、甲醇。
2．合成甲醇的原料
3．选择CO2作碳源合成甲醇的原因
(1)工业废气中含大量CO2，排放到空气中会带来环境问题；
(2)天然气、煤、石油属于不可再生资源，日渐减少；
(3)用CO2合成甲醇符合绿色化学要求。
项目活动1 选择合适的化学反应
假设反应焓变和熵变不随温度的改变而变化，已知298
K，100
kPa时，有如下反应：
①CO2(g)＋3H2(g)===CH3OH(g)＋H2O(g)
ΔH＝－48.97
kJ·mol－1 ΔS＝－177.16
J·mol－1·K－1
②CO2(g)＋2H2O(g)===CH3OH(g)＋O2(g)
ΔH＝＋676.48
kJ·mol－1 ΔS＝－43.87
J·mol－1·K－1
③CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g)
ΔH＝＋41.17
kJ·mol－1 ΔS＝＋42.08
J·mol－1·K－1
[思考]
1．请根据焓变和熵变复合判据判断上述三个反应是否正向自发进行？
提示：反应①，ΔH－TΔS＝－48.97
kJ·mol－1－298
K×(－0.177
16)
kJ·mol－1·K－1≈3.82
kJ·mol－1＞0，该反应属于放热熵减反应，降低温度时正向反应自发进行。
反应②，ΔH－TΔS＝＋676.48
kJ·mol－1－298
K×(－0.043
87)kJ·mol－1·K－1≈＋689.55
kJ·mol－1＞0，该反应属于吸热熵减反应，在任何温度下正向反应均不自发进行。
反应③，ΔH－TΔS＝＋41.17
kJ·mol－1－298
K×0.042
08
kJ·mol－1·K－1≈＋28.63
kJ·mol－1＞0，该反应属于吸热熵增反应，在高温下正向反应自发进行。
2．用CO2合成甲醇时发生的反应有哪些？
提示：有反应①、③，其中反应③是较高温度时的副反应。
项目活动2 选择适宜的反应条件
1．理论分析
角度1：反应限度(转化率)
反应①在低温时自发进行，Δvg＜0，加压有利于合成甲醇。据此可知，合成甲醇应选择什么条件？
提示：需在低温、高压条件下进行。
角度2：反应速率
为提高单位时间内甲醇的产量需加快反应速率。升温、使用催化剂均可加快反应速率。
矛盾之处——发现问题：
升温，不利于反应①的平衡正向移动，同时副反应③正向移动，副产物增多；使用催化剂加快反应速率，但不影响反应转化率，同时催化剂活性受温度影响。
理论分析条件的选择
工业生产的目的是获得利润，因此选择合成甲醇的适宜条件时，既不能片面追求高转化率，也不能片面追求高反应速率、应选择以较高反应速率获得适当平衡转化率的反应条件。
2．例证——实际合成甲醇条件的选择
(1)不同n(H2)∶n(CO2)对反应的影响
n(H2)∶n(CO2)
2∶1
3∶1
5∶1
7∶1
α(CO2)/%
11.63
13.68
15.93
18.71
φ(CH3OH)/%
3.04
4.12
5.26
6.93
分析表中数据看出，n(H2)∶n(CO2)数值增大，CO2转化率变化不明显，为避免造成大量氢气浪费，合成甲醇时并不是n(H2)∶n(CO2)的比值越大越好。
(2)改变压强对反应的影响
不同总压对甲醇产率的影响
523
K，n(H2)∶n(CO)2＝3∶1，
催化剂为Cu/Zn/Al/Zr纳米纤维
从图中数据变化可看出，压强越高，甲醇的产率越高，但从设备成本看，压强越高生产成本越高。
(3)温度对反应的影响
不同温度对甲醇产率的影响
总压5
MPa，n(H2)∶n(CO2)＝3∶1，
催化剂为Cu/Zn/Al/Zr纳米纤维
从图中信息看出温度过高后甲醇产率下降。
[思考]
1．从以上(1)、(2)、(3)的分析，合成甲醇的适宜条件应如何选择？
提示：应选择合适的n(H2)∶n(CO2)、较高的总压强、适宜的温度和催化剂有利于合成甲醇。
2．从工业生产流程考虑还有哪些手段可提高甲醇的产率？
提示：配置二氧化碳富集装置、甲醇—水分离装置以及副产物一氧化碳回收装置等。
设计化学反应来解决实际问题的一般思路
在生产和科研实际中，我们常常需要设计新的反应路线或设计试制新的化学品。这时，首先需要判断所设计反应是否可行，即判断在某种条件下所设计反应是否能够正向自发进行、能进行到什么程度。只有在确知所设计反应可以正向自发进行时，才能进一步考虑反应的速率问题并采取具体措施，如选用催化剂等。
1．一定条件下合成乙烯：6H2(g)＋2CO2(g)CH2===CH2(g)＋4H2O(g)。已知温度对CO2的平衡转化率和催化剂催化效率的影响如图。下列说法正确的是
( )
A．M点的正反应速率v(正)大于N点的逆反应速率v(逆)
B．若投料比n(H2)∶n(CO2)＝4∶1，则图中M点对应乙烯的体积分数为5.88%
C．250
℃，催化剂对CO2平衡转化率的影响最大
D．当温度高于250
℃，升高温度，平衡逆向移动导致催化剂的催化效率降低
B [化学反应速率随温度的升高而加快，由题图可知，当温度高于250
℃时，催化剂的催化效率随温度的升高而降低，所以M点的正反应速率v(正)有可能小于N点的逆反应速率v(逆)，A错误；设开始投料时n(H2)为4
mol，则n(CO2)为1
mol，在M点对应的平衡体系中二氧化碳的转化率为50%，列三段式得：
6H2(g)＋2CO2(g)CH2===CH2(g)＋4H2O(g)
开始物质的量/mol
4
1
0
0
转化物质的量/mol
1.5
0.5
0.25
1
平衡物质的量/mol
2.5
0.5
0.25
1
所以乙烯的体积分数为×100%≈5.88%，B正确；催化剂不影响平衡转化率，只影响化学反应速率，C错误；根据题图可知，当温度高于250
℃时，升高温度二氧化碳的平衡转化率降低，则说明平衡逆向移动，但催化剂的催化效率与化学平衡没有关系，并不是平衡逆向移动导致催化剂的催化效率降低，D错误。]
2．利用CO和H2可以合成甲醇，反应原理为CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)。一定条件下，在容积为V
L的密闭容器中充入a
mol
CO与2a
mol
H2合成甲醇，CO的平衡转化率与温度、压强的关系如图所示。
(1)p1________p2(填“＞”“＜”或“＝”)，理由是____________________
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________。
(2)该甲醇合成反应在A点的平衡常数K＝________________________(用a和V表示)。
(3)该反应达到平衡时，反应物的转化率：CO________H2(填“＞”“＜”或“＝”)。
(4)下列措施中能够同时满足增大反应速率和提高CO转化率的是________(填字母)。
A．使用高效催化剂
B．降低反应温度
C．增大体系压强
D．不断将CH3OH从反应混合物中分离出来
E．加入等物质的量的CO和H2
[解析] (1)由图像可知，相同温度下，p2压强下CO的平衡转化率大于p1压强下CO的平衡转化率，正反应是气体体积减小的反应，压强增大，平衡正向移动，所以p1＜p2。
(2)向V
L恒容密闭容器中充入a
mol
CO与2a
mol
H2，A点时CO的平衡转化率为75%，故CO的变化量为0.75a
mol，则根据CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)，H2的变化量为0.75
amol×2＝1.5a
mol，CH3OH的变化量为0.75a
mol，平衡时CO的浓度为
mol·L－1、H2的浓度为
mol·L－1、CH3OH的浓度为
mol·L－1，平衡常数K＝，代入数据得K＝
(mol·L－1)－2。
(3)CO和H2的初始加入量之比为1∶2，等于其系数之比，故CO和H2的转化率相等。
(4)使用高效催化剂可以加快反应速率，但不影响平衡的移动，故A错误；降低反应温度，反应速率减慢，故B错误；增大体系压强，反应速率加快，平衡正向移动，CO的转化率增大，故C正确；不断将CH3OH从反应混合物中分离出来，降低浓度，反应速率减慢，故D错误；加入等物质的量的CO和H2，反应速率增大，但CO的转化率降低，故E错误。
[答案] (1)＜ 甲醇的合成反应是气体分子数减少的反应，相同温度下，增大压强，CO的平衡转化率提高 (2)
(mol·L－1)－2 (3)＝ (4)C
一、化学反应的方向
[答案] ①能 ②不能 ③< ④＝ ⑤>
二、化学反应的限度
[答案] ① ②温度 ③×100% ④吸热 ⑤放热 ⑥正向 ⑦逆向 ⑧减小 ⑨增大
三、化学反应的速率
[答案] ① ②mol·L－1·s－1或mol·L－1·min－1 ③反应物本身的性质 ④增大
四、化学反应条件的优化——工业合成氨
[答案] ①降低 ②增大 ③反应温度 ④催化剂 ⑤氮气 ⑥产物氨
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7微专题5 有关化学平衡的计算
1．有关化学平衡的计算，可采用“三段式法”求解
所谓“三段式”就是“初始”“转化”“平衡”三个阶段。在解题时，给每一种反应物或反应产物填上或计算出这三个阶段的物质的量或物质的量浓度。未知的量可设为未知数，最后根据题目要求列出方程求解。
2．主要计算类型
(1)化学平衡常数的有关计算；
(2)转化率的有关计算；
(3)反应中某组分的量的计算。
3．温度和压强对转化率(α)的影响
温度或压强改变后，若引起平衡向正反应方向移动，则反应物的转化率一定增大，反之，则转化率减小。
4．改变反应物用量对转化率(α)的影响
(1)反应物不止一种时，如mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)。
①只增大一种反应物的浓度，该物质本身转化率减小，其他反应物转化率增大。如增大c(A)，则平衡正向移动，α(A)减小，α(B)增大。
②若同等比例同倍数增大c(A)、c(B)，其影响结果相当于增大压强，
当m＋n＝p＋q时，α(A)、α(B)不变；
当m＋n＞p＋q时，α(A)、α(B)增大；
当m＋n＜p＋q时，α(A)、α(B)减小。
(2)反应物只有一种时，如aA(g)bB(g)＋cC(g)，增大c(A)，其影响结果相当于增大压强，
当a＝b＋c时，α(A)不变；
当a＞b＋c时，α(A)增大；
当a＜b＋c时，α(A)减小。
5．产物的产率＝×100%(产物的量包括物质的量、质量、气体体积、浓度)。
【例题】 将0.050
mol
SO2(g)和0.030
mol
O2(g)放入容积为1
L的密闭容器中，发生反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)。在一定条件下达到平衡，测得c平(SO2)＝0.040
mol·L－1。
(1)该条件下的平衡常数为__________________。
(2)平衡时SO2的平衡转化率是________。
(3)相同条件下，再向容器中加入0.050
mol
SO2(g)和0.030
mol
O2(g)，到达新的平衡时，SO2的平衡转化率将______(填“增大”“减小”或“不变”)。
[思维模板]
信息提取
形成思路
①
已知反应物的物质的量及容器的体积可以计算反应物的初始浓度
根据反应物的物质的量及容器的体积计算反应物的初始浓度；根据二氧化硫的平衡浓度可以计算出其转化浓度。然后根据三段式解法便可进行所有计算
②
已知二氧化硫的平衡浓度可以计算出其转化浓度
[解析] (1) 2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)
c始/(mol·L－1)
0.050
0.030
0
Δc/(mol·L－1)
0.010
0.005
0.010
c平/(mol·L－1)
0.040
0.025
0.010
所以，平衡常数K＝(
mol·L－1)－1＝2.5
(mol·L－1)－1。(2)平衡时SO2的平衡转化率：×100%＝20%。(3)相同条件下，再向容器中加入0.050
mol
SO2(g)和0.030
mol
O2(g)，平衡向正反应方向移动，且压强增大促进正反应方向的进行，故SO2的平衡转化率将增大。
[答案] (1)2.5(
mol·L－1)－1 (2)20% (3)增大
1．高炉炼铁过程中发生反应：Fe2O3(s)＋CO(g)Fe(s)＋CO2(g)，已知该反应在不同温度下的平衡常数如下表：
温度/℃
1
000
1
150
1
300
平衡常数
4.0
3.7
3.5
下列说法正确的是( )
A．ΔH＞0
B．1
000
℃时，在固定容积的密闭容器中，某时刻测得上述体系中，CO、CO2的物质的量分别为0.5
mol、1.8
mol，此时反应向正反应方向进行
C．其他条件不变，向平衡体系中充入CO2气体，K减小
D．其他条件不变，升高温度，可以提高CO的平衡转化率
B [根据表格提供的信息可知，温度升高，K减小，则正反应为放热反应，ΔH＜0，A项错误；根据化学方程式可得Q＝＝3.6＜K＝4.0，此时反应向正反应方向进行，B项正确；K与温度有关，温度不变，K不变，C项错误；根据上述分析，正反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，CO的平衡转化率降低，D项错误。]
2．温度为T时，向2.0
L恒容密闭容器中充入1.0
mol
PCl5，发生反应PCl5(g)PCl3(g)＋Cl2(g)，经过一段时间后达到平衡。反应过程中测定的部分数据见下表，下列说法正确的是( )
t/s
0
50
150
250
350
n(PCl3)/mol
0
0.16
0.19
0.20
0.20
A．相同温度下，初始时向容器中充入1.0
mol
PCl5、0.20
mol
PCl3和0.20
mol
Cl2，达到平衡时，c平(PCl5)>0.4
mol·L－1
B．保持其他条件不变，升高温度，平衡时c平(PCl3)＝0.11
mol·L－1，则反应的ΔH<0
C．反应在前50
s的平均速率为v(PCl3)＝0.003
2
mol·L－1·s－1
D．相同温度下，初始时向容器中充入2.0
mol
PCl3和2.0
mol
Cl2，达到平衡时，PCl3的转化率小于80%
A [根据表格所给数据可知，向2.0
L恒容密闭容器中充入1.0
mol
PCl5，反应达到平衡状态时，c平(PCl5)＝＝0.4
mol·L－1，相同温度下，初始时向容器中充入1.0
mol
PCl5、0.20
mol
PCl3和0.20
mol
Cl2，相当于在原平衡基础上，增大反应产物的浓度，平衡逆向移动，所以c平(PCl5)＞0.4
mol·L－1，A项正确；未升高温度时平衡浓度为c平(PCl3)＝＝0.10
mol·L－1，升高温度后，PCl3浓度增大，则平衡正向移动，因此该反应的正反应为吸热反应，即ΔH＞0，B项错误；反应在前50
s的平均速率为v(PCl3)＝＝0.001
6
mol·L－1·s－1，C项错误；相同温度下，起始时向容器中充入1.0
mol
PCl3和1.0
mol
Cl2，则与原平衡是等效的，所以达到平衡时，PCl3的转化率为80%，但如果相同温度下，起始时向容器中充入2.0
mol
PCl3和2.0
mol
Cl2，则相当于增大压强，平衡向生成PCl5的方向移动，因此达到平衡时，PCl3的转化率大于80%，D项错误。]
3．将固体NH4I置于密闭容器中，在一定温度下发生下列反应：①NH4I(s)NH3(g)＋HI(g)；②2HI(g)H2(g)＋I2(g)。达到平衡时，c平(H2)＝0.5
mol·L－1，c平(HI)＝4
mol·L－1，则此温度下反应①的平衡常数(mol2·L－2)为( )
A．9
B．16
C．20
D．25
C [由H2和HI的平衡浓度可推算出①反应生成的HI和NH3的浓度都为
0.5
mol·L－1×2＋4
mol·L－1＝5
mol·L－1，由于NH3没有转化，其平衡浓度仍为
5
mol·L－1，而HI的平衡浓度由题意可知为4
mol·L－1，则①的平衡常数K1＝c平(NH3)·c平(HI)＝5×4
(mol2·L－2)＝20
(mol2·L－2)。]
4．某温度下，将2
mol
A和3
mol
B充入一密闭的容器中，发生反应：aA(g)＋B(g)C(g)＋D(g)，5
min后达到平衡。已知各物质的平衡浓度关系为
c(A)·c平(B)＝c平(C)·c平(D)，若温度不变的情况下将容器的体积扩大为原来的10倍，A的转化率不发生变化，则B的转化率为( )
A．40%
B．60%
C．24%
D．4%
A [达到平衡后扩大容器体积，A的转化率不发生变化，证明平衡不移动，可推知该反应前后气体体积相等，即a＝1，设反应容器的体积为1
L。
A(g)＋B(g)C(g)＋D(g)
初始浓度/(mol·L－1)
2
3
0
0
转化浓度/(mol·L－1)
x
x
x
x
平衡浓度/(mol·L－1)
2－x
3－x
x
x
则有(2－x)(3－x)＝x2，解得：x＝1.2，B的转化率为×100%＝40%。]
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4微专题6 化学反应速率及平衡图像分析
1．求解化学反应速率图像的一般步骤
(1)看图：弄清纵、横坐标的含义。
(2)看线：弄清线的走向、变化趋势及线的陡与平。
(3)看点：弄清曲线上点的含义，特别是一些特殊点，如与坐标轴的交点、曲线的交点、折点、最高点与最低点等。
(4)看变化：弄清是浓度变化、温度变化还是转化率的变化。
2．分析解答化学平衡图像应注意的事项
化学平衡的有关图像是中学化学中基础图像知识的一个重要方面，它能把抽象的化学平衡理论形象、直观地表述出来。学生能熟练地解答化学图像问题，也是现行教学大纲的要求。分析解答化学平衡图像问题要注意以下几点：
(1)看懂图像：一看面(横坐标与纵坐标)；二看线(线的走向、变化的趋势)；三看点(线的起点、交点及拐点)；四看要不要作辅助线(如等温线、等压线)。
(2)联想规律：联想外界条件对化学反应速率和化学平衡的影响规律，要求熟练准确。
(3)方法技巧：①利用图像判断外界条件对平衡的影响时，必须找准是一种平衡状态到另一种平衡状态的变化。②平衡图像曲线上的每一个点都代表在该条件下体系的平衡状态，而曲线外的点表示该条件下体系未达到平衡。
【例题】 某密闭容器中充入等物质的量的气体A和B，一定温度下发生反应A(g)＋xB(g)2C(g)，达到平衡后，只改变一个反应条件，测得容器中各物质的浓度、反应速率随时间的变化曲线如图所示。下列说法正确的是( )
A．30
min时降低温度，40
min时升高温度
B．0～8
min内A的平均反应速率为0.16
mol·L－1·min－1
C．化学方程式中的x＝1，正反应为吸热反应
D．20～40
min内该反应的平衡常数值恒为4
D [由图1可知，30
min时A、B、C的浓度均减小，即此时扩大容器体积，而平衡没有发生移动，故x＝1，A项错误；由图2可知，40
min时正、逆反应速率均高于原平衡速率，且v(逆)＞v(正)，故40
min时温度升高，且正反应为放热反应，C项错误；0～8
min内Δc(A)＝(2.0－1.36)mol·L－1＝0.64
mol·L－1，所以v(A)＝＝0.08
mol·L－1·min－1，B项错误；20～40
min内温度不变，故K＝＝4，D项正确。]
1．T
℃时，在2
L的密闭容器中，气体X、Y和Z三种物质的物质的量随时间变化的曲线如图所示，下列描述正确的是( )
A．容器中发生反应的化学方程式为X(g)＋Y(g)Z(g)
B．0～10
s内，X表示的平均化学反应速率为0.04
mol·L－1·s－1
C．使用催化剂只能加快0～10
s内的反应速率
D．0～4
s内的平均反应速率小于0～10
s内的平均反应速率
B [由题图可知，反应在10
s时达到化学平衡，此时X、Y分别减少了0.8
mol、0.8
mol，Z增加了1.6
mol，所以反应的化学方程式为X(g)＋Y(g)2Z(g)，A错误；0～10
s内，X表示的平均化学反应速率为＝0.04
mol·L－1·s－1，B正确；使用催化剂不仅加快平衡前的反应速率，平衡后的反应速率也加快，C错误；随着反应的进行，反应物浓度减小，反应速率减小，所以0～4
s内的平均反应速率大于0～10
s内平均反应速率，D错误。]
2．下面是某化学研究小组探究外界条件对化学反应速率和化学平衡影响的图像，其中图像和实验结论表达均正确的是( )
A．a是其他条件一定时，反应速率随温度变化的图像，正反应ΔH<0
B．b是在有无催化剂存在下建立的平衡过程图像，曲线Ⅰ是使用催化剂时的曲线
C．c是一定条件下，向含有一定量A的容器中逐渐加入B时的图像，压强p1>p2
D．d是在平衡体系的溶液中溶入少量KCl晶体后化学反应速率随时间变化的图像
B [根据图像a，升高温度，平衡正向移动，正反应ΔH>0，A错；b图像中，使用催化剂，反应速率加快，先达到平衡，B正确；c图像中，此反应为反应前后气体物质的量不变的化学反应，改变压强不影响平衡状态，即不影响A的转化率，且由于不断加入B，A的转化率增大，C错；d图像中，反应实质是
Fe3＋＋3SCN－Fe(SCN)3，K＋和Cl－不参加化学反应，KCl浓度增大不影响化学平衡，D错。]
3．用Na2FeO4溶液氧化废水中的还原性污染物M，为研究降解效果，设计如下对比实验探究温度、浓度、pH、催化剂对降解速率和效果的影响，实验测得M的浓度与时间的关系如图所示：
实验编号
温度/℃
pH
①
25
1
②
45
1
③
25
7
④
25
1
下列说法正确的是( )
A．实验①在15
min内M的降解速率为1.33×10－2mol·L－1·min－1
B．若其他条件相同，实验①②证明升高温度，M的降解速率增大
C．若其他条件相同，实验①③证明pH越大，越有利于M的降解
D．实验②④说明M的浓度越小，M的降解速率越慢
B [根据化学反应速率的表达式可知，v(M)＝＝≈1.33×10－5mol·L－1·min－1，A错误；其他条件相同，①②的反应温度不同，②的反应温度高于①，而降解相同量的M时，②所用时间小于①，说明②的降解速率大，B正确；其他条件相同，①③的pH不同，③的pH大于①，在相同时间段内，①中M的浓度变化大于③，说明①的降解速率大于③，说明pH越大，越不利于M的降解，C错误；②④这两组实验的反应温度不同，初始浓度也不同，无法比较浓度对此反应的影响，D错误。]
4．在20
L的密闭容器中按物质的量之比1∶2充入CO和H2，发生：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH。测得CO的转化率随温度的变化及不同压强下CO的变化、p2和195
℃时n(H2)随时间的变化结果如图表所示。下列说法正确的是
( )
p2和195
℃时，n(H2)
t/min
0
1
3
5
n(H2)/mol
8
5
4
4
A．0～3
min，平均速率v(CH3OH)＝0.8
mol·L－1·min－1
B．p1＜p2，ΔH＞0
C．在p2及195
℃时，该反应的平衡常数为25(mol·L－1)－2
D．在B点时，v(正)＞v(逆)
C [A项，0～3
min，Δn(H2)＝4
mol，Δc平(H2)＝＝0.2
mol·L－1，v(H2)＝，则v(CH3OH)≈0.033
mol·L－1·min－1，错误；B项，由任意一条曲线知，随温度升高，CO转化率减小，故ΔH＜0，由于增大压强时，平衡右移，故p1＜p2，错误；C项，达到平衡时，CO、H2、CH3OH的平衡浓度为0.1
mol·L－1、0.2
mol·L－1、0.1
mol·L－1，K＝＝(mol·L－1)－2＝(mol·L－1)－2＝25(mol·L－1)－2，正确；D项，从B到A点，CO转化率减小，故v(正)＜v(逆)，错误。]
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