?專題八　化學(xué)反應(yīng)速率　化學(xué)平衡

體系構(gòu)建·串真知


真題回放·悟高考
解讀考綱
1．了解化學(xué)反應(yīng)速率的概念和定量表示方法。能正確計(jì)算化學(xué)反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率(α)。
2．了解反應(yīng)活化能的概念，了解催化劑的重要作用。
3．了解可逆反應(yīng)及化學(xué)平衡的建立。
4．掌握化學(xué)平衡的特征。了解化學(xué)平衡常數(shù)(K)的含義，能利用化學(xué)平衡常數(shù)進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算。
5．理解外界條件(濃度、溫度、壓強(qiáng)、催化劑等)對(duì)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的影響，能用相關(guān)理論解釋其一般規(guī)律。
6．了解化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的調(diào)控在生活、生產(chǎn)和科學(xué)研究領(lǐng)域中的重要作用。
體驗(yàn)真題
1．(2020·全國(guó)卷Ⅰ·28節(jié)選)硫酸是一種重要的基本化工產(chǎn)品，接觸法制硫酸生產(chǎn)中的關(guān)鍵工序是SO2的催化氧化：SO2(g)＋O2(g)SO3(g)ΔH＝－98 kJ·mol－1。回答下列問(wèn)題：
(1)當(dāng)SO2(g)、O2(g)和N2(g)起始的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)分別為7.5%、10.5%和82%時(shí)，在0.5 MPa、2.5 MPa和5.0 MPa壓強(qiáng)下，SO2平衡轉(zhuǎn)化率α隨溫度的變化如圖所示。反應(yīng)在5.0 MPa、550 ℃時(shí)的α＝__0.975__，判斷的依據(jù)是__該反應(yīng)氣體分子數(shù)減少，增大壓強(qiáng)，α提高。所以p1＝5.0_MPa__。影響α的因素有__反應(yīng)物(N2和O2)的起始濃度(組成)、溫度、壓強(qiáng)__。

(2)將組成(物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))為2m% SO2(g)、m% O2(g)和q% N2(g)的氣體通入反應(yīng)器，在溫度t、壓強(qiáng)p條件下進(jìn)行反應(yīng)。平衡時(shí)，若SO2轉(zhuǎn)化率為α，則SO3壓強(qiáng)為_(kāi)___，平衡常數(shù)Kp＝____(以分壓表示，分壓＝總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。
(3)研究表明，SO2催化氧化的反應(yīng)速率方程為：v＝k(－1)0.8(1－nα′)。式中：k為反應(yīng)速率常數(shù)，隨溫度t升高而增大；α為SO2平衡轉(zhuǎn)化率，α′為某時(shí)刻SO2轉(zhuǎn)化率，n為常數(shù)。在α′＝0.90時(shí)，將一系列溫度下的k、α值代入上述速率方程，得到v～t曲線，如圖所示。

曲線上v最大值所對(duì)應(yīng)溫度稱為該α′下反應(yīng)的最適宜溫度tm。ttm后，v逐漸下降。原因是__升高溫度，k增大使v逐漸提高，但α降低使v逐漸下降。當(dāng)t＜tm，k增大對(duì)v的提高大于α引起的降低；當(dāng)t＞tm，k增大對(duì)v的提高小于α引起的降低__。
【解析】　(1)SO2(g)＋O2(g)SO3(g)，該反應(yīng)是一個(gè)氣體分子數(shù)減少的放熱反應(yīng)，故增大壓強(qiáng)可以使化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)。因此，在相同溫度下，壓強(qiáng)越大，SO2的平衡轉(zhuǎn)化率越大，所以，該反應(yīng)在550 ℃、壓強(qiáng)為5.0 MPa條件下，SO2的平衡轉(zhuǎn)化率一定高于相同溫度下、壓強(qiáng)為2.5 MPa的，因此，p1＝5.0 MPa，由圖中數(shù)據(jù)可知，α＝0.975。影響α的因素就是影響化學(xué)平衡移動(dòng)的因素，主要有反應(yīng)物(N2和O2)的起始濃度(組成)、溫度、壓強(qiáng)等。
(2)假設(shè)原氣體的物質(zhì)的量為100 mol，則SO2、O2和N2的物質(zhì)的量分別為2m mol、m mol和q mol,2m＋m＋q＝3m＋q＝100，SO2的平衡轉(zhuǎn)化率為α，則有下列關(guān)系：
　 SO2　?。　2SO3
起始量(mol) 2m m 0
變化量(mol) 2mα mα 2mα
平衡量(mol) 2m(1－α) m(1－α) 2mα
平衡時(shí)氣體的總物質(zhì)的量為n(總)＝2m(1－α)＋m(1－α)＋2mα mol＋q mol，則SO3的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為×100%＝×100%＝×100%。該反應(yīng)在恒壓容器中進(jìn)行，因此，SO3的分壓p(SO3)＝，p(SO2)＝，p(O2)＝，在該條件下，SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)的Kp＝＝＝。(3)由于該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度升高后α降低。由題中信息可知，v＝k0.8(1－nα′)，升高溫度，k增大使v逐漸提高，但α降低使v逐漸下降。當(dāng)t＜tm，k增大對(duì)v的提高大于α引起的降低；當(dāng)t＞tm，k增大對(duì)v的提高小于α引起的降低。
2．(2020·全國(guó)卷Ⅱ·28)天然氣的主要成分為CH4，一般還含有C2H6等烴類，是重要的燃料和化工原料。
(1)乙烷在一定條件可發(fā)生如下反應(yīng)：C2H6(g)═══C2H4(g)＋H2(g)　ΔH，相關(guān)物質(zhì)的燃燒熱數(shù)據(jù)如下表所示：
物質(zhì)
C2H6(g)
C2H4(g)
H2(g)
燃燒熱ΔH/(kJ·mol－1)
－1 560
－1 411
－286
①提高該反應(yīng)平衡轉(zhuǎn)化率的方法有__升高溫度__、__減小壓強(qiáng)(增大體積)__。
②容器中通入等物質(zhì)的量的乙烷和氫氣，在等壓下(p)發(fā)生上述反應(yīng)，乙烷的平衡轉(zhuǎn)化率為α。反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp＝__×p__(用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算，分壓＝總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。
(2)高溫下，甲烷生成乙烷的反應(yīng)如下：2CH4C2H6＋H2。反應(yīng)在初期階段的速率方程為：r＝k×cCH4，其中k為反應(yīng)速率常數(shù)。
①設(shè)反應(yīng)開(kāi)始時(shí)的反應(yīng)速率為r1，甲烷的轉(zhuǎn)化率為α?xí)r的反應(yīng)速率為r2，則r2＝__1－α__r1。
②對(duì)于處于初期階段的該反應(yīng)，下列說(shuō)法正確的是__AD__。
A．增加甲烷濃度，r增大
B．增加H2濃度，r增大
C．乙烷的生成速率逐漸增大
D．降低反應(yīng)溫度，k減小
【解析】　(1)①反應(yīng)C2H6(g)C2H4(g)＋H2(g)為氣體體積增大的吸熱反應(yīng)，升高溫度、減小壓強(qiáng)平衡都向正反應(yīng)方向移動(dòng)，故提高該反應(yīng)平衡轉(zhuǎn)化率的方法有升高溫度、減小壓強(qiáng)(增大體積)；
②設(shè)起始時(shí)加入的乙烷和氫氣各為1 mol，列出三段式，
C2H6(g)C2H4(g)＋H2(g)
起始(mol) 1 0 1
轉(zhuǎn)化(mol) α α α
平衡(mol) 1－α α 1＋α
平衡時(shí)，C2H6、C2H4和H2平衡分壓分別為p、p和p，則反應(yīng)的平衡常數(shù)為Kp＝×p；
(2)①根據(jù)r＝k×cCH4，若r1＝kc，甲烷轉(zhuǎn)化率為α?xí)r，甲烷的濃度為c(1－α)，則r2＝kc(1－α)，所以r2＝(1－α)r1；
②A．增大反應(yīng)物濃度反應(yīng)速率增大，故A說(shuō)法正確；B．由速率方程可知，初期階段的反應(yīng)速率與氫氣濃度無(wú)關(guān)，故B說(shuō)法錯(cuò)誤；C．反應(yīng)物甲烷的濃度逐漸減小，結(jié)合速率方程可知，乙烷的生成速率逐漸減小，故C說(shuō)法錯(cuò)誤；D．化學(xué)反應(yīng)速率與溫度有關(guān)，溫度降低，反應(yīng)速率常數(shù)減小，故D正確。
3．(2020·全國(guó)卷Ⅲ·28)二氧化碳催化加氫合成乙烯是綜合利用CO2的熱點(diǎn)研究領(lǐng)域?；卮鹣铝袉?wèn)題：
(1)CO2催化加氫生成乙烯和水的反應(yīng)中，產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比n(C2H4)∶n(H2O)＝__1∶4__。當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，若增大壓強(qiáng)，則n(C2H4)__變大__(填“變大”“變小”或“不變”)。
(2)理論計(jì)算表明，原料初始組成n(CO2)∶n(H2)＝1∶3，在體系壓強(qiáng)為0.1 MPa，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，四種組分的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)x隨溫度T的變化如圖所示。

圖中，表示C2H4、CO2變化的曲線分別是__d__、__c__。CO2催化加氫合成C2H4反應(yīng)的ΔH__小于__0(填“大于”或“小于”)。
(3)根據(jù)圖中點(diǎn)A(440 K,0.39)，計(jì)算該溫度時(shí)反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp＝__×或×__(MPa)－3(列出計(jì)算式。以分壓表示，分壓＝總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。
(4)二氧化碳催化加氫合成乙烯反應(yīng)往往伴隨副反應(yīng)，生成C3H6、C3H8、C4H8等低碳烴。一定溫度和壓強(qiáng)條件下，為了提高反應(yīng)速率和乙烯選擇性，應(yīng)當(dāng)__選擇合適催化劑等__。
【解析】　(1)CO2催化加氫生成乙烯和水，該反應(yīng)的化學(xué)方程式可表示為2CO2＋6H2CH2＝CH2＋4H2O，因此，該反應(yīng)中產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比n(C2H4)∶n(H2O)＝1∶4。由于該反應(yīng)是氣體分子數(shù)減少的反應(yīng)，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，若增大壓強(qiáng)，則化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，n(C2H4)變大。(2)由題中信息可知，兩反應(yīng)物的初始投料之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比；由圖中曲線的起點(diǎn)坐標(biāo)可知，c和a所表示的物質(zhì)的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)之比為1∶3、d和b表示的物質(zhì)的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)之比為1∶4，則結(jié)合化學(xué)計(jì)量數(shù)之比可以判斷，表示乙烯變化的曲線是d，表示二氧化碳變化曲線的是c。由圖中曲線的變化趨勢(shì)可知，升高溫度，乙烯的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)減小，則化學(xué)平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，則該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，Δ H小于0。(3)原料初始組成n(CO2)∶n(H2)＝1∶3，在體系壓強(qiáng)為0.1 MPa建立平衡。由A點(diǎn)坐標(biāo)可知，該溫度下，氫氣和水的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)均為0.39，則乙烯的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為水的四分之一，即，二氧化碳的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為氫氣的三分之一，即，因此，該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp＝×(MPa)－3＝×(MPa)－3。(4)工業(yè)上通常通過(guò)選擇合適的催化劑，以加快化學(xué)反應(yīng)速率，同時(shí)還可以提高目標(biāo)產(chǎn)品的選擇性，減少副反應(yīng)的發(fā)生。因此，一定溫度和壓強(qiáng)下，為了提高反應(yīng)速率和乙烯的選擇性，應(yīng)當(dāng)選擇合適的催化劑。
4．(2019·全國(guó)卷Ⅰ，28)水煤氣變換[CO(g)＋H2O(g)═══CO2(g)＋H2(g)]是重要的化工過(guò)程，主要用于合成氨、制氫以及合成氣加工等工業(yè)領(lǐng)域中?；卮鹣铝袉?wèn)題：
(1)Shibata曾做過(guò)下列實(shí)驗(yàn)：①使純H2緩慢地通過(guò)處于721 ℃下的過(guò)量氧化鈷CoO(s)，氧化鈷部分被還原為金屬鈷Co(s)，平衡后氣體中H2的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為0.025 0。
②在同一溫度下用CO還原CoO(s)，平衡后氣體中CO的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為0.019 2。根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果判斷，還原CoO(s)為Co(s)的傾向是CO__大于__H2(填“大于”或“小于”)。
(2)721 ℃時(shí)，在密閉容器中將等物質(zhì)的量的CO(g)和H2O(g)混合，采用適當(dāng)?shù)拇呋瘎┻M(jìn)行反應(yīng)，則平衡時(shí)體系中H2的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為_(kāi)_C__(填標(biāo)號(hào))。
A．0.50
(3)我國(guó)學(xué)者結(jié)合實(shí)驗(yàn)與計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果，研究了在金催化劑表面上水煤氣變換的反應(yīng)歷程，如圖所示，其中吸附在金催化劑表面上的物種用·標(biāo)注。

可知水煤氣變換的ΔH__小于__0(填“大于”“等于”或“小于”)。該歷程中最大能壘(活化能)E正＝__2.02__eV，寫(xiě)出該步驟的化學(xué)方程式__COOH·＋H·＋H2O·═══COOH·＋2H·＋OH·(或H2O·═══H·＋OH·)__。
(4)Shoichi研究了467 ℃、489 ℃時(shí)水煤氣變換中CO和H2分壓隨時(shí)間變化關(guān)系(如圖所示)，催化劑為氧化鐵，實(shí)驗(yàn)初始時(shí)體系中的pH2O和pCO相等、pCO2和pH2相等。

計(jì)算曲線a的反應(yīng)在30～90 min內(nèi)的平均速率(a)＝__0.004_7__kPa·min－1。467 ℃時(shí)pH2和pCO隨時(shí)間變化關(guān)系的曲線分別是__b__、__c__。489 ℃時(shí)pH2和pCO隨時(shí)間變化關(guān)系的曲線分別是__a__、__d__。
【解析】　(1)H2還原氧化鈷的方程式為H2(g)＋CoO(s)═══Co(s)＋H2O(g)；CO還原氧化鈷的方程式為CO(g)＋CoO(s)═══Co(s)＋CO2(g)，平衡時(shí)H2還原體系中H2的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)高于CO還原體系中CO的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)，故還原CoO(s)為Co(s)的傾向是CO大于H2；
(2)721 ℃時(shí)，在密閉容器中將等物質(zhì)的量的CO(g)和H2O(g)混合，可設(shè)其物質(zhì)的量為1 mol，則
CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)
起始(mol) 1 1 0 0
轉(zhuǎn)化(mol) x x x x
平衡(mol) 1－x 1－x x x
則平衡時(shí)體系中H2的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)＝＝，因該反應(yīng)為可逆反應(yīng)，故x0.5，由此可判斷最終平衡時(shí)體系中H2的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)介于0.25～0.50，故答案為C；
(3)根據(jù)水煤氣變換[CO(g)＋H2O(g)═══CO2(g)＋H2(g)]并結(jié)合水煤氣變換的反應(yīng)歷程相對(duì)能量可知，CO(g)＋2H2O(g)的能量(0 eV)高于CO2(g)＋H2(g)＋H2O(g)的能量(－0.72 eV)，故水煤氣變換的ΔH小于0；活化能即反應(yīng)物狀態(tài)達(dá)到活化狀態(tài)所需能量，根據(jù)變換歷程的相對(duì)能量可知，最大差值為：

其最大能壘(活化能)E正＝1.86 eV－(－0.16) eV＝2.02 eV；該步驟的反應(yīng)物COOH·＋H·＋H2O·═══COOH·＋2H·＋OH·；因反應(yīng)前后COOH·和1個(gè)H·未發(fā)生改變，也可以表述成H2O·═══H·＋OH·；
(4)由圖可知，30～90 min內(nèi)a曲線對(duì)應(yīng)物質(zhì)的分壓變化量Δp＝(4.08－3.80) kPa＝0.28 kPa，故曲線a的反應(yīng)在30～90 min內(nèi)的平均速率(a)＝≈0.004 7 kPa·min－1；由(2)中分析得出H2的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)介于0.25～0.5，CO的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)介于0～0.25，即H2的分壓始終高于CO的分壓，據(jù)此可將圖分成兩部分：

由此可知，a、b表示的是H2的分壓，c、d表示的是CO的分壓，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，CO分壓增加，H2分壓降低，故467 ℃時(shí)pH2和pCO隨時(shí)間變化關(guān)系的曲線分別是b、c；489 ℃時(shí)pH2和pCO隨時(shí)間變化關(guān)系的曲線分別是a、d。
5．(2019·全國(guó)卷Ⅱ·27，節(jié)選)環(huán)戊二烯()是重要的有機(jī)化工原料，廣泛用于農(nóng)藥、橡膠、塑料等生產(chǎn)?；卮鹣铝袉?wèn)題：
(1)已知：(g)═══(g)＋H2(g)　ΔH1＝100.3 kJ·mol－1①
H2(g)＋I(xiàn)2(g)═══2HI(g)ΔH2＝－11.0 kJ·mol－1②
對(duì)于反應(yīng)：(g)＋I(xiàn)2(g)═══(g)＋2HI(g)③　ΔH3＝__＋89.3__kJ·mol－1
(2)某溫度下，等物質(zhì)的量的碘和環(huán)戊烯()在剛性容器內(nèi)發(fā)生反應(yīng)③，起始總壓為105Pa，平衡時(shí)總壓增加了20%，環(huán)戊烯的轉(zhuǎn)化率為_(kāi)_40%__，該反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp＝__3.56×104__Pa。達(dá)到平衡后，欲增加環(huán)戊烯的平衡轉(zhuǎn)化率，可采取的措施有__BD__(填標(biāo)號(hào))。
A．通入惰性氣體 B．提高溫度
C．增加環(huán)戊烯濃度 D．增加碘濃度
(3)環(huán)戊二烯容易發(fā)生聚合生成二聚體，該反應(yīng)為可逆反應(yīng)。不同溫度下，溶液中環(huán)戊二烯濃度與反應(yīng)時(shí)間的關(guān)系如圖所示，下列說(shuō)法正確的是__CD__(填標(biāo)號(hào))。

A．T1>T2
B．a(chǎn)點(diǎn)的反應(yīng)速率小于c點(diǎn)的反應(yīng)速率
C．a(chǎn)點(diǎn)的正反應(yīng)速率大于b點(diǎn)的逆反應(yīng)速率
D．b點(diǎn)時(shí)二聚體的濃度為0.45 mol·L－1
【解析】　(1)根據(jù)蓋斯定律①－②，可得反應(yīng)③的ΔH＝＋89.3 kJ·mol－1；
(2)設(shè)起始加入反應(yīng)物的物質(zhì)的量都為1 mol，
　(g)＋I(xiàn)2(g)═══(g)＋2HI(g)
起始(mol) 　1 1 　0 0
轉(zhuǎn)化(mol) 　x x 　x 2x
平衡(mol) 　1－x 1－x 　x 2x
反應(yīng)后氣體的總物質(zhì)的量為2＋x，平衡由壓強(qiáng)之比等于氣體物質(zhì)的量之比知：＝1.2，x＝0.4，環(huán)戊烯的轉(zhuǎn)化率為×100%＝40%；反應(yīng)后的氣體的總壓強(qiáng)為1.2×105 Pa，、I2、、HI的分壓分別為×1.2×105 Pa＝0.3×105 Pa、×1.2×105 Pa＝0.3×105 Pa、×1.2×105 Pa＝0.2×105 Pa、×1.2×105 Pa＝0.4×105 Pa，Kp＝ Pa≈3.56×104 Pa；達(dá)到平衡后，通入惰性氣體對(duì)平衡沒(méi)有影響，環(huán)戊烯的平衡轉(zhuǎn)化率不變，A錯(cuò)誤；反應(yīng)③是吸熱反應(yīng)，提高溫度平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，環(huán)戊烯的平衡轉(zhuǎn)化率增大，B正確；增加環(huán)戊烯濃度，環(huán)戊烯的平衡轉(zhuǎn)化率減小，C錯(cuò)誤；增加碘濃度平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，環(huán)戊烯的平衡轉(zhuǎn)化率增大，D正確。
(3)由圖知虛線對(duì)應(yīng)的速率快，對(duì)應(yīng)溫度高，則T2>T1，A錯(cuò)誤；由T2(c點(diǎn))>T1(a點(diǎn))，但環(huán)戊二烯的濃度a點(diǎn)大于c點(diǎn)，則a點(diǎn)、c點(diǎn)的速率大小無(wú)法確定，B錯(cuò)誤；a點(diǎn)、b點(diǎn)的溫度相同，環(huán)戊二烯的濃度a點(diǎn)大于b點(diǎn)，則a點(diǎn)的正反應(yīng)速率大于b點(diǎn)的正反應(yīng)速率，b點(diǎn)沒(méi)有達(dá)到平衡狀態(tài)，則b點(diǎn)的正反應(yīng)速率大于b點(diǎn)的逆反應(yīng)速率，C正確；b點(diǎn)時(shí)環(huán)戊二烯的濃度減少0.9 mol·L－1，則b點(diǎn)時(shí)二聚體的濃度為0.45 mol·L－1，D正確。
6.(2019·全國(guó)卷Ⅲ·28)近年來(lái)，隨著聚酯工業(yè)的快速發(fā)展，氯氣的需求量和氯化氫的產(chǎn)出量也隨之迅速增長(zhǎng)。因此，將氯化氫轉(zhuǎn)化為氯氣的技術(shù)成為科學(xué)研究的熱點(diǎn)?；卮鹣铝袉?wèn)題：
(1)Deacon發(fā)明的直接氧化法為：4HCl(g)＋O2(g)═══2Cl2(g)＋2H2O(g)。下圖為剛性容器中，進(jìn)料濃度比c(HCl)∶c(O2)分別等于1∶1、4∶1、7∶1時(shí)HCl平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度變化的關(guān)系：

可知反應(yīng)平衡常數(shù)K(300 ℃)__大于__K(400 ℃)(填“大于”或“小于”)。設(shè)HCl初始濃度為c0，根據(jù)進(jìn)料濃度比c(HCl)∶c(O2)＝1∶1的數(shù)據(jù)計(jì)算K(400 ℃)＝____(列出計(jì)算式)。按化學(xué)計(jì)量比進(jìn)料可以保持反應(yīng)物高轉(zhuǎn)化率，同時(shí)降低產(chǎn)物分離的能耗。進(jìn)料濃度比c(HCl)∶c(O2)過(guò)低、過(guò)高的不利影響分別是__O2和Cl2分離能耗較高、HCl轉(zhuǎn)化率較低__。
(2)Deacon直接氧化法可按下列催化過(guò)程進(jìn)行：
CuCl2(s)═══CuCl(s)＋Cl2(g)　ΔH1＝83 kJ·mol－1
CuCl(s)＋O2(g)═══CuO(s)＋Cl2(g)　ΔH2＝－20 kJ·mol－1
CuO(s)＋2HCl(g)═══CuCl2(s)＋H2O(g)　ΔH3＝－121 kJ·mol－1
則4HCl(g)＋O2(g)═══2Cl2(g)＋2H2O(g)的ΔH＝__－116__ kJ·mol－1。
(3)在一定溫度的條件下，進(jìn)一步提高HCl的轉(zhuǎn)化率的方法是__增加反應(yīng)體系壓強(qiáng)、及時(shí)除去產(chǎn)物__。(寫(xiě)出2種)
(4)在傳統(tǒng)的電解氯化氫回收氯氣技術(shù)的基礎(chǔ)上，科學(xué)家最近采用碳基電極材料設(shè)計(jì)了一種新的工藝方案，主要包括電化學(xué)過(guò)程和化學(xué)過(guò)程，如下圖所示：

負(fù)極區(qū)發(fā)生的反應(yīng)有__Fe3＋＋e－═══Fe2＋，4Fe2＋＋O2＋4H＋═══4Fe3＋＋2H2O__(寫(xiě)反應(yīng)方程式)。
電路中轉(zhuǎn)移1 mol電子，需消耗氧氣__5.6__L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)。
【解析】　(1)根據(jù)題中示意圖可以看出隨著溫度的升高，HCl的轉(zhuǎn)化率降低，說(shuō)明升高溫度平衡逆向移動(dòng)，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，所以溫度越高，反應(yīng)進(jìn)行的程度越小，K值越小，即K(300 ℃)大于K(400 ℃)。相同條件下進(jìn)料濃度比c(HCl)∶c(O2)越大，HCl的轉(zhuǎn)化率越低；進(jìn)料濃度比c(HCl)∶c(O2)越小，HCl的轉(zhuǎn)化率越高。即三條曲線中，最上面一條是c(HCl)∶c(O2)＝1∶1的變化曲線。將400 ℃時(shí)的數(shù)據(jù)代入可得：K＝。由示意圖可以看出進(jìn)料濃度比過(guò)高或過(guò)低對(duì)反應(yīng)都不利，過(guò)高會(huì)造成HCl利用率降低，過(guò)低會(huì)有大量氧氣剩余，分離氧氣能耗過(guò)高。
(2)利用蓋斯定律解答本題。
CuCl2(s)═══CuCl(s)＋Cl2(g)　ΔH1＝83 kJ·mol－1①
CuCl(s)＋O2(g)═══CuO(s)＋Cl2(g)　ΔH2＝－20 kJ·mol－1②
CuO(s)＋2HCl(g)═══CuCl2(s)＋H2O(g)　ΔH3＝－121 kJ·mol－1③
則4HCl(g)＋O2(g)═══2Cl2(g)＋2H2O(g)可由①×2＋②×2＋③×2得到，所以其ΔH＝83×2＋(－20)×2＋(－121)×2＝－116(kJ·mol－1)。
(3)根據(jù)平衡移動(dòng)原理，為了提高HCl的轉(zhuǎn)化率，使反應(yīng)4HCl(g)＋O2(g)═══2Cl2(g)＋2H2O(g)正向移動(dòng)，可以采用增大反應(yīng)體系壓強(qiáng)、及時(shí)分離出產(chǎn)物等措施。
(4)根據(jù)示意圖中H＋的流動(dòng)方向可以判斷電源的正負(fù)極情況，左側(cè)為負(fù)極，右側(cè)為正極。根據(jù)示意圖中負(fù)極區(qū)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化可以寫(xiě)出相應(yīng)的方程式：Fe3＋＋e－═══Fe2＋，4Fe2＋＋O2＋4H＋═══4Fe3＋＋2H2O。在反應(yīng)中，1 mol O2得到4 mol電子，所以轉(zhuǎn)移1 mol電子時(shí)消耗氧氣0.25 mol，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為5.6 L。
7．(2018·課標(biāo)全國(guó)Ⅱ，27)CH4—CO2催化重整不僅可以得到合成氣(CO和H2)，還對(duì)溫室氣體的減排具有重要意義。回答下列問(wèn)題：
(1)CH4—CO2催化重整反應(yīng)為CH4(g)＋CO2(g)═══2CO(g)＋2H2(g)。
已知：C(s)＋2H2(g)═══CH4(g)　ΔH＝－75 kJ·mol－1
C(s)＋O2(g)═══CO2(g)　ΔH＝－394 kJ·mol－1
C(s)＋O2(g)═══CO(g)　ΔH＝－111 kJ·mol－1
該催化重整反應(yīng)的ΔH＝__＋247__ kJ·mol－1。有利于提高CH4平衡轉(zhuǎn)化率的條件是__A__(填標(biāo)號(hào))。
A．高溫低壓　　　　　　 B．低溫高壓
C．高溫高壓 D．低溫低壓
某溫度下，在體積為2 L的容器中加入2 mol CH4、1 mol CO2以及催化劑進(jìn)行重整反應(yīng)，達(dá)到平衡時(shí)CO2的轉(zhuǎn)化率是50%，其平衡常數(shù)為_(kāi)___mol2·L－2。
(2)反應(yīng)中催化劑活性會(huì)因積碳反應(yīng)而降低，同時(shí)存在的消碳反應(yīng)則使積碳量減少。相關(guān)數(shù)據(jù)如下表：

積碳反應(yīng)CH4(g)
═══C(s)＋2H2(g)
消碳反應(yīng)CO2(g)＋
C(s)═══2CO(g)
ΔH/(kJ·mol－1)
75
172
活化能/(kJ·mol－1)
催化劑X
33
91
催化劑Y
43
72
①由上表判斷，催化劑X__劣于__Y(填“優(yōu)于”或“劣于”)，理由是__相對(duì)于催化劑X、催化劑Y積碳反應(yīng)的活化能大，積碳反應(yīng)的速率?。欢挤磻?yīng)活化能相對(duì)小，消碳反應(yīng)速率大__。在反應(yīng)進(jìn)料氣組成、壓強(qiáng)及反應(yīng)時(shí)間相同的情況下，某催化劑表面的積碳量隨溫度的變化關(guān)系如圖1所示。升高溫度時(shí)，下列關(guān)于積碳反應(yīng)、消碳反應(yīng)的平衡常數(shù)(K)和速率(v)的敘述正確的是__AD__(填標(biāo)號(hào))。

圖1
A．K積、K消均增加
B．v積減小、v消增加
C．K積減小、K消增加
D．v消增加的倍數(shù)比v積增加的倍數(shù)大
②在一定溫度下，測(cè)得某催化劑上沉積碳的生成速率方程為v＝k·p(CH4)·[p(CO2)]－0.5(k為速率常數(shù))。在p(CH4)一定時(shí)，不同p(CO2)下積碳量隨時(shí)間的變化趨勢(shì)如圖2所示，則pa(CO2)、pb(CO2)、pc(CO2)從大到小的順序?yàn)開(kāi)_pc(CO2)>pb(CO2)>pa(CO2)__。

圖2
【解析】　(1)將已知中3個(gè)反應(yīng)依次記為①、②、③，根據(jù)蓋斯定律③×2－①－②得該催化重整反應(yīng)的ΔH＝[(－111)×2＋75＋394] kJ·mol－1＝＋247 kJ·mol－1，由于該反應(yīng)為吸熱且氣體體積增大的反應(yīng)，要提高CH4的平衡轉(zhuǎn)化率，需在高溫低壓下進(jìn)行。根據(jù)平衡時(shí)消耗的CO2為1 mol×50%＝0.5 mol·L－1，則消耗的CH4為0.5 mol，生成的CO和H2均為1 mol，根據(jù)三段式法可知平衡時(shí)CH4、CO2、CO和H2的平衡濃度分別為0.75 mol·L－1、0.25 mol·L－1、0.5 mol·L－1、0.5 mol·L－1，則平衡常數(shù)K＝＝ mol2·L－2。(2)①?gòu)谋砀裰袛?shù)據(jù)可看出相對(duì)于催化劑X，用催化劑Y催化時(shí)積碳反應(yīng)的活化能大，則積碳反應(yīng)的反應(yīng)速率小，而消碳反應(yīng)活化能相對(duì)小，則消碳反應(yīng)的反應(yīng)速率大，再根據(jù)題干信息“反應(yīng)中催化劑活性會(huì)因積碳反應(yīng)而降低”可知催化劑X劣于催化劑Y。兩個(gè)反應(yīng)均吸熱，故隨溫度升高，K積和K消均增加，且消碳反應(yīng)速率增加的倍數(shù)比積碳反應(yīng)的大，故A、D正確。②由該圖像可知在反應(yīng)時(shí)間和p(CH4)相同時(shí)，圖像中速率關(guān)系va>vb>vc，結(jié)合沉積碳的生成速率方程v＝k·p(CH4)·[p(CO2)]－0.5，在p(CH4)相同時(shí)，隨著p(CO2)增大，反應(yīng)速率逐漸減慢，即可判斷：pc(CO2)>pb(CO2)>pa(CO2)。
預(yù)判考情
化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡是歷年高考必考知識(shí)點(diǎn)，主要考查點(diǎn)為平衡常數(shù)表達(dá)式、意義及相關(guān)計(jì)算、轉(zhuǎn)化率的計(jì)算及化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷等。預(yù)計(jì)在2021年的高考中，選擇題型中會(huì)借助速率、平衡圖像的分析進(jìn)行考查，在化學(xué)反應(yīng)原理的綜合題中仍會(huì)與生產(chǎn)生活實(shí)際聯(lián)系緊密的創(chuàng)新題材為載體，考查考生化學(xué)平衡常數(shù)的多種表達(dá)形式，通過(guò)圖像等信息獲取解題數(shù)據(jù)，完成平衡常數(shù)與轉(zhuǎn)化率和Ksp的計(jì)算等，另外速率常數(shù)的理解與應(yīng)用也是近年高考考查的重點(diǎn)內(nèi)容之一，應(yīng)予關(guān)注。

知識(shí)深化·精整合
一、化學(xué)反應(yīng)速率及其影響因素
1．化學(xué)反應(yīng)速率的計(jì)算
(1)根據(jù)圖表中數(shù)據(jù)和定義計(jì)算：v(X)＝，即v(X)＝＝，計(jì)算時(shí)一定要注意容器或溶液的體積，不能忽視容器或溶液的體積V，盲目地把Δn當(dāng)作Δc代入公式進(jìn)行計(jì)算。
(2)根據(jù)化學(xué)方程式計(jì)算：對(duì)于反應(yīng)“mA＋nB═══pC＋qD”，有v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝m∶n∶p∶q。
2．外界因素對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響及規(guī)律
(1)當(dāng)其他條件相同時(shí)，增大反應(yīng)物濃度時(shí)，v正增大，v逆瞬間不變，隨后也增大。
(2)壓強(qiáng)對(duì)反應(yīng)速率的影響(有氣體參加的化學(xué)反應(yīng))
①恒溫時(shí)，壓縮體積→壓強(qiáng)增大→反應(yīng)物濃度增大→反應(yīng)速率加快。
②恒溫時(shí)，對(duì)于恒容密閉容器
a．充入氣體反應(yīng)物→總壓強(qiáng)增大→氣體反應(yīng)物濃度增大→反應(yīng)速率加快。
b．充入“惰性”氣體→總壓強(qiáng)增大→氣體反應(yīng)物濃度未改變→反應(yīng)速率不變。
③恒溫恒壓時(shí)
充入“惰性”氣體→體積增大→氣體反應(yīng)物濃度減小→反應(yīng)速率減小。
(3)升高溫度，v正和v逆都增大，但吸熱反應(yīng)方向的反應(yīng)速率增大的程度大；降低溫度，v正和v逆都減小，但吸熱反應(yīng)方向的反應(yīng)速率減小的程度大。
(4)使用催化劑，能同等程度地改變正、逆反應(yīng)速率。
3．化學(xué)反應(yīng)速率常數(shù)及應(yīng)用
(1)速率常數(shù)含義
速率常數(shù)(k)是指在給定溫度下，反應(yīng)物濃度皆為1 mol·L－1時(shí)的反應(yīng)速率。在相同的濃度條件下，可用速率常數(shù)大小來(lái)比較化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)速率。
化學(xué)反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度(或濃度的次方)成正比，而速率常數(shù)是其比例常數(shù)，在恒溫條件下，速率常數(shù)不隨反應(yīng)物濃度的變化而改變。因此，可以應(yīng)用速率方程求出該溫度下任意濃度時(shí)的反應(yīng)速率。
(2)速率方程
一定溫度下，化學(xué)反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度以其計(jì)量數(shù)為指數(shù)的冪的乘積成正比。
對(duì)于反應(yīng)：aA(g)＋bB(g)gG(g)＋hH(g)
則v正＝k正ca(A)·cb(B)(其中k正為正反應(yīng)的速率常數(shù))，v逆＝k逆·cg(G)·ch(H)(其中k逆為逆反應(yīng)的速率常數(shù))。
如反應(yīng)2NO2(g)2NO(g)＋O2(g)，v正＝k正·c2(NO2)，v逆＝k逆·c2(NO)·c(O2)。
(3)速率常數(shù)與化學(xué)平衡常數(shù)之間的關(guān)系
一定溫度下，可逆反應(yīng)：aA(g)＋bB(g)gG(g)＋hH(g)，達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，v正＝k正·ca(A)·cb(B)，v逆＝k逆·cg(G)·ch(H)，
因平衡時(shí)v正＝v逆，則k正·ca(A)·cb(B)＝k逆·cg(G)·ch(H)，＝＝K
二、化學(xué)平衡狀態(tài)及移動(dòng)方向判斷
1．化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷
(1)等——“逆向相等”(三種表述)。
①同一物質(zhì)(兩種表述)：v正＝v逆、斷鍵數(shù)＝成鍵數(shù)。
②不同物質(zhì)：＝
(2)定——“變量不變”：如果一個(gè)量是隨反應(yīng)進(jìn)行而改變的(即變量)，當(dāng)其“不變”時(shí)反應(yīng)就達(dá)到平衡狀態(tài)，即“變量”不變―→平衡狀態(tài)。
①平衡體系中各物質(zhì)的m、n、c和n%等保持不變。
②一定條件下的氣體密度、總壓強(qiáng)、氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不變等。
③有色體系的顏色保持不變。
(3)依Qc與K關(guān)系判斷：若Qc＝K，反應(yīng)處于平衡狀態(tài)。
2．平衡移動(dòng)方向的判斷
(1)依勒夏特列原理判斷。
(2)根據(jù)圖像中正、逆反應(yīng)速率相對(duì)大小判斷：若v正>v逆，則平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)；反之向逆反應(yīng)方向移動(dòng)。
(3)依變化過(guò)程中速率變化的性質(zhì)判斷：若平衡移動(dòng)過(guò)程中，正反應(yīng)速率逐漸增大(減小)，則平衡向逆(正)反應(yīng)方向移動(dòng)。
(4)依濃度商(Qc)規(guī)則判斷：若某溫度下QcK，反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行。
三、化學(xué)平衡常數(shù)與轉(zhuǎn)化率的計(jì)算
1．化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式的書(shū)寫(xiě)
(1)不要把反應(yīng)體系中純固體、純液體以及稀水溶液中水的濃度寫(xiě)進(jìn)平衡常數(shù)表達(dá)式。如：
CaCO3(s)CaO(s)＋CO2(g)　K＝c(CO2)
Cr2O(aq)＋H2O(l)2CrO(aq)＋2H＋(aq)　K＝
但在非水溶液中，若有水參加或生成，則此時(shí)水的濃度不可視為常數(shù)，應(yīng)寫(xiě)進(jìn)平衡常數(shù)表達(dá)式中。如：
C2H5OH＋CH3COOHCH3COOC2H5＋H2O　K＝
C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)　K＝
(2)同一化學(xué)反應(yīng)，化學(xué)反應(yīng)方程式寫(xiě)法不同，其平衡常數(shù)表達(dá)式及數(shù)值亦不同。如：
N2O4(g)2NO2(g)　K＝
N2O4(g)NO2(g)　K′＝＝
(3)有氣體參與的反應(yīng)，用平衡分壓(總壓乘以各自的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))表示平衡常數(shù)。
如：2A(g)＋B(s)C(g)。若達(dá)到平衡時(shí)，n(A)＝n1、n(C)＝n2密閉體系的壓強(qiáng)為p，則Kp＝＝。
2．化學(xué)平衡常數(shù)(K)的應(yīng)用
(1)K值越大，說(shuō)明平衡體系中生成物所占的比例越大，正向反應(yīng)進(jìn)行的程度越大，即該反應(yīng)進(jìn)行得越完全，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率越大；反之，就越不完全，轉(zhuǎn)化率就越小。
(2)若用任意狀態(tài)的濃度冪之積的比值(稱為濃度商，用Q表示)與K比較，可判斷可逆反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)和反應(yīng)進(jìn)行的方向。即對(duì)于反應(yīng)mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，Q＝。
QK
反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行
(3)利用K可判斷反應(yīng)的熱效應(yīng)。
若升高溫度，K值增大，則正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)；
若升高溫度，K值減小，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)。
3．化學(xué)平衡常數(shù)與轉(zhuǎn)化率的計(jì)算
(1)牢記一個(gè)萬(wàn)能模式(“三段式”法)
如mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，令A(yù)、B起始物質(zhì)的量濃度分別為a mol·L－1、b mol·L－1，達(dá)到平衡后消耗A的物質(zhì)的量濃度為mx mol·L－1。
mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)
起始/(mol·L－1) a b 0 0
變化/(mol·L－1) mx nx px qx
平衡/(mol·L－1) a－mx b－nx px qx
K＝
(2)掌握三個(gè)百分?jǐn)?shù)
①轉(zhuǎn)化率＝×100%＝×100%
②生成物的產(chǎn)率：實(shí)際產(chǎn)量(指生成物)占理論產(chǎn)量的百分?jǐn)?shù)。一般來(lái)講，轉(zhuǎn)化率越大，原料利用率越高，產(chǎn)率越大。
產(chǎn)率＝×100%
③平衡混合物某組分的百分含量＝×100%
四、化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡圖像
1．化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡圖像分析方法
分析圖像時(shí)，一看面(即看清橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)所代表的含義)；二看線(即看線的走向和變化趨勢(shì))；三看點(diǎn)(即看線是否通過(guò)原點(diǎn)，兩條線的交點(diǎn)或線的拐點(diǎn))；四看有沒(méi)有作輔助線(如等溫線、等壓線)；五看定量圖像中有關(guān)數(shù)據(jù)。在分析時(shí)要聯(lián)系可逆反應(yīng)的特點(diǎn)，即外界因素對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的影響規(guī)律以及化學(xué)平衡常數(shù)、轉(zhuǎn)化率等計(jì)算公式。
2．化學(xué)反應(yīng)速率圖像
以反應(yīng)mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)　ΔH>0為例：反應(yīng)速率－時(shí)間(v－t)圖像中，在平衡后的某時(shí)刻t1改變某一條件后，v(正)與v(逆)的變化有兩種情況：
(1)v(正)、v(逆)同時(shí)突變


(2)v(正)、v(逆)之一漸變

3．化學(xué)平衡圖像的三種類型
對(duì)于反應(yīng)mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，m＋n>p＋q，且ΔH>0。
(1)速率—時(shí)間圖

t1時(shí)增大反應(yīng)物的濃度，正反應(yīng)速率瞬間增大，然后逐漸減小，而逆反應(yīng)速率逐漸增大；t2時(shí)升高溫度，對(duì)任何反應(yīng)，正反應(yīng)和逆反應(yīng)速率均增大，吸熱反應(yīng)的正反應(yīng)速率增大較快；t3時(shí)減小壓強(qiáng)，正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率均減小；t4時(shí)使用催化劑，正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率均瞬間增大。
(2)轉(zhuǎn)化率(或含量)—時(shí)間圖

甲表示壓強(qiáng)對(duì)反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率的影響，對(duì)于氣體反應(yīng)物化學(xué)計(jì)量數(shù)之和大于氣體生成物化學(xué)計(jì)量數(shù)之和的反應(yīng)，壓強(qiáng)越大，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率越大；乙表示溫度對(duì)反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率的影響，對(duì)于吸熱反應(yīng)，溫度越高，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率越大；丙表示催化劑對(duì)反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率的影響，催化劑只能改變化學(xué)反應(yīng)速率，不能改變平衡時(shí)反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率。
(3)恒壓(溫)線

分析時(shí)可沿橫軸作一條平行于縱軸的虛線，即為等壓線或等溫線，然后分析另一條件變化對(duì)該反應(yīng)的影響。

典題精研·通題型
考點(diǎn)一　化學(xué)反應(yīng)速率及影響因素
典例探究
角度一　化學(xué)反應(yīng)速率的影響因素
典例1 (2020·寧波模擬)不同條件下，用O2氧化a mol/L FeCl2溶液過(guò)程中所測(cè)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖所示。下列分析或推測(cè)合理的是(　D　)

A．由①、②可知，pH越大，＋2價(jià)鐵越易被氧化
B．由②、③推測(cè)，若pH＞7，＋2價(jià)鐵更難被氧化
C．由①、③推測(cè)，F(xiàn)eCl2被O2氧化的反應(yīng)為放熱反應(yīng)
D．60 ℃、pH＝2.5時(shí)，4 h內(nèi)Fe2＋的平均消耗速率大于0.15 a mol/(L·h)
【解析】?、?、②中溫度和pH均不同，無(wú)法判斷pH對(duì)反應(yīng)的影響，A錯(cuò)誤；若pH＞7，F(xiàn)eCl2變成Fe(OH)2，F(xiàn)e(OH)2非常容易被氧化成Fe(OH)3，B錯(cuò)誤；①、③中pH相同、溫度升高、Fe2＋的氧化率增大，即平衡正向移動(dòng)，則FeCl2被O2氧化的以應(yīng)為吸熱反應(yīng)，C錯(cuò)誤；50 ℃、pH＝2.5時(shí)，4 h內(nèi)Fe2＋的氧化率是60%，即消耗0.6 a mol/L,4 h內(nèi)平均消耗速率等于0.15 a mol/(L·h)，溫度升高到60 ℃、pH＝2.5時(shí)，＋2價(jià)鐵的氧化率速率加快，4 h內(nèi)Fe2＋的平均消耗速率大于0.15 a mol/(L·h)，D正確。
角度二　化學(xué)反應(yīng)速率常數(shù)及應(yīng)用
典例2 許多含氮物質(zhì)是農(nóng)作物生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。
(1)一定溫度下，向某密閉容器中充入1 mol NO2，發(fā)生反應(yīng)：2NO2(g)N2O4(g)。測(cè)得反應(yīng)體系中氣體體積分?jǐn)?shù)與壓強(qiáng)之間的關(guān)系如圖所示：

①a、b、c三點(diǎn)逆反應(yīng)速率由大到小的順序?yàn)開(kāi)_c>b>a__。平衡時(shí)若保持壓強(qiáng)、溫度不變，再向體系中加入一定量的Ne，則平衡移動(dòng)__逆向__移動(dòng)(填“正向”“逆向”或“不”)。
②a點(diǎn)時(shí)NO2的轉(zhuǎn)化率為_(kāi)_66.7%__，用平衡分壓代替平衡濃度可求出平衡常數(shù)Kp，則該溫度下Kp＝__Pa－1__(用含p0的代數(shù)式表示)。
(2)已知在一定溫度下的可逆反應(yīng)N2O4(g)2NO2(g)　ΔH>0中，v正＝k正c(N2O4)，v逆＝k逆c2(NO2)(k正、k逆只有溫度的函數(shù))。若該溫度下的平衡常數(shù)K＝10，則k正＝__10__k逆，升高溫度，k正增大的倍數(shù)__大于__(填“大于”“小于”或“等于”)k逆增大的倍數(shù)。
【解析】　(1)①由圖知，a點(diǎn)到c點(diǎn)的過(guò)程中，N2O4的體積分?jǐn)?shù)不斷增大，故逆反應(yīng)速率不斷增大；一定溫度下，保持壓強(qiáng)不變，加入稀有氣體，相當(dāng)于降低壓強(qiáng)，故平衡逆向移動(dòng)；②a點(diǎn)時(shí)，設(shè)消耗了x mol NO2，則生成0.5x mol N2O4，剩余(1－x)mol NO2，由圖可知1－x＝0.5x，x＝ mol，此時(shí)NO2的轉(zhuǎn)化率為66.7%，平衡時(shí)p(N2O4)＝0.96p0，p(NO2)＝0.04p0，由此可求出Kp＝。(2)當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，v正＝v逆，即k正·c(N2O4)＝k逆·c2(NO2)，k正＝＝k逆·K＝10k逆；該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，k正增大的倍數(shù)大于k逆增大的倍數(shù)。
類題精練
1．(2020·武威模擬)一定溫度下，在1 L恒容密閉容器中加入1 mol的N2(g)和3 mol H2(g)發(fā)生反應(yīng)：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH0.85 mol·L－1
C．N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)的活化能小于2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)的活化能
D．升高溫度，可使正反應(yīng)速率減小，逆反應(yīng)速率增大，故平衡逆移
【解析】　0～t1 min時(shí)生成NH3的濃度＝＝0.2 mol/L，生成NH3的平均反應(yīng)速率＝＝ mol·L－1·min－1，A正確；由表格數(shù)據(jù)可知，第t3時(shí)反應(yīng)已處于平衡狀態(tài)，根據(jù)反應(yīng)方程式N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)可知此時(shí)消耗N2的物質(zhì)的量＝n(NH3)＝×0.3 mol＝0.15 mol，所以平衡時(shí)N2的濃度c(N2)＝＝0.85 mol/L。當(dāng)t3時(shí)再加入1 mol的N2(g)和3 mol H2(g)時(shí)，盡管平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，但加入的1 mol N2不可能完全轉(zhuǎn)化，所以再次平衡時(shí)c(N2)>0.85 mol/L，B正確；因?yàn)楹铣砂狈磻?yīng)N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)是放熱反應(yīng)，其能量關(guān)系圖可表示為下圖，(其中E1為正反應(yīng)的活化能，E2為逆反應(yīng)的活化能)，顯然合成氨的活化能(E1)小于其逆反應(yīng)2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)活化能(E2)，C正確；升高溫度，正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率都增大，平衡向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)，即向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，D錯(cuò)誤。

2．溫度為T1時(shí)，在三個(gè)容積均為1 L的恒容密閉容器中僅發(fā)生反應(yīng)：2NO2(g)2NO(g)＋O2(g)(正反應(yīng)吸熱)。實(shí)驗(yàn)測(cè)得：v正＝v(NO2)消耗＝k正c2(NO2)，v逆＝v(NO)消耗＝2v(O2)消耗＝k逆c2(NO)·c(O2)，k正、k逆為速率常數(shù)，受溫度影響。下列說(shuō)法正確的是(　C　)
容器編號(hào)
物質(zhì)的起始濃度(mol·L－1)
物質(zhì)的平衡濃度(mol·L－1)
c(NO2)
c(NO)
c(O2)
c(O2)
Ⅰ
0.6
0
0
0.2
Ⅱ
0.3
0.5
0.2

Ⅲ
0
0.5
0.35

A．設(shè)k為該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)，則有k＝k逆∶k正
B．達(dá)平衡時(shí)，容器Ⅱ與容器Ⅲ中的總壓強(qiáng)之比為20∶17
C．容器Ⅱ中起始平衡正向移動(dòng)，達(dá)平衡時(shí)，容器Ⅱ中NO2的轉(zhuǎn)化率比容器Ⅰ中的小
D．若改變溫度為T2，且T2>T1，則k正∶k逆T1，所以T2時(shí)平衡常數(shù)增大，則k正∶k逆>0.8。
3．對(duì)于基元反應(yīng)，如aA＋bBcC＋dD，反應(yīng)速率v正＝k正·ca(A)·cb(B)，v逆＝k逆·cc(C)·cd(D)，其中k正、k逆是取決于溫度的速率常數(shù)。
對(duì)于基元反應(yīng)2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)，在653 K時(shí)，速率常數(shù)k正＝2.6×103L2·mol－2·s－1，k逆＝4.1×103 L·mol－1·s－1。
(1)計(jì)算653 K時(shí)的平衡常數(shù)K＝__ L·mol－1__。
(2)653 K時(shí)，若NO的濃度為0.006 mol·L－1，O2的濃度為0.290 mol·L－1，則正反應(yīng)速率為_(kāi)_2.7×10－2__mol·L－1·s－1。
【解析】　(1)653 K反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，v正＝k正·c2(NO)·c(O2)＝v逆＝k逆·c2(NO2)，該溫度下的平衡常數(shù)K＝＝＝ L·mol－1。(2)正反應(yīng)速率v正＝k正·c2(NO)·c(O2)，將數(shù)據(jù)代入，計(jì)算得到v正＝2.6×103×0.0062×0.290 mol·L－1·s－1＝2.7×10－2 mol·L－1·s－1。
考點(diǎn)二　化學(xué)平衡狀態(tài)及移動(dòng)方向的判斷
典例探究
角度一　化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷
典例3 (2020·天津?qū)氎鎱^(qū)模擬)運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)原理研究碳、氮、硫的單質(zhì)及其化合物的反應(yīng)對(duì)緩解環(huán)境污染、能源危機(jī)具有重要意義。
Ⅰ.氨為重要的化工原料，有廣泛用途。
(1)合成氨中的氫氣可由下列反應(yīng)制取：
a．CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)　ΔH1＝＋216.4 kJ/mol
b．CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　ΔH2＝－41.2 kJ/mol
則反應(yīng)CH4(g)＋2H2O(g)CO2(g)＋4H2(g)　ΔH＝__＋175.2_kJ/mol__。
(2)起始時(shí)投入氮?dú)夂蜌錃獾奈镔|(zhì)的量分別為1 mol、3 mol，在不同溫度和壓強(qiáng)下合成氨。平衡時(shí)混合物中氨的體積分?jǐn)?shù)與溫度的關(guān)系如圖。

①恒壓時(shí)，反應(yīng)一定達(dá)到平衡狀態(tài)的標(biāo)志是__BC__(填序號(hào))
A．N2和H2的轉(zhuǎn)化率相等 B．反應(yīng)體系密度保持不變
C．保持不變 D．＝2
②P1__”“＝”或“不確定”，下同)；反應(yīng)的平衡常數(shù)：B點(diǎn)__>__D點(diǎn)。
③C點(diǎn)H2的轉(zhuǎn)化率為_(kāi)_66.7%__；在A、B兩點(diǎn)條件下，該反應(yīng)從開(kāi)始到平衡時(shí)生成氮?dú)獾钠骄俾剩簐(A)__v逆
D．在80 ℃達(dá)平衡時(shí)，n(CO)＝0.3 mol，則Ni(CO)4的平衡濃度為2 mol·L－1
【解析】　由表格數(shù)據(jù)可知，隨著溫度的升高，化學(xué)平衡常數(shù)降低，說(shuō)明反應(yīng)向逆反應(yīng)反向進(jìn)行，根據(jù)勒夏特列原理，正反應(yīng)方向是放熱反應(yīng)，A正確；此反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)應(yīng)是上述反應(yīng)平衡常數(shù)的倒數(shù)，即1/5×104＝2×10－5，B正確；在80 ℃時(shí)，K＝2，此時(shí)的濃度商為0.5/0.54＝8>2，說(shuō)明反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，即v正c(CO)__。
(4)已知：常溫下甲胺(CH3NH2)的電離常數(shù)為Kb，且pKb＝－lg Kb＝3.4，水溶液中有CH3NH2＋H2OCH3NH＋OH－。常溫下向CH3NH2溶液滴加稀硫酸至c(CH3NH2)═══c(CH3NH)時(shí)，則溶液pH＝__10.6__。
(5)一種煤炭脫硫技術(shù)可以把硫元素以CaSO4的形成固定下來(lái)，但產(chǎn)生的CO又會(huì)與CaSO4發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，相關(guān)的熱化學(xué)方程式如下：
①CaSO4(s)＋CO(g)CaO(s)＋SO2(g)＋CO2(g)　ΔH＝＋210.5 kJ·mol－1
②CaSO4(s)＋4CO(g)CaS(s)＋4CO2(g)　ΔH＝－189.2 kJ·mol－1
反應(yīng)CaO(s)＋3CO(g)＋SO2(g)CaS(s)＋3CO2(g)　ΔH＝__－399.7__kJ·mol－1
【解析】　(1)肼易溶于水，它是與氨類似的弱堿，則電離生成OH－和陽(yáng)離子，電離方程式為N2H4·H2ON2H＋OH－；(2)①平衡常數(shù)只受溫度影響，所以Kc(A)＝Kc(B)；②增大壓強(qiáng)平衡向氣體體積減小的方向移動(dòng)，該反應(yīng)的正反應(yīng)是氣體體積增大的反應(yīng)，所以A、B、C三點(diǎn)中NO2的轉(zhuǎn)化率最高的是A點(diǎn)；③在C點(diǎn)時(shí)，二氧化碳與二氧化氮的濃度相等，根據(jù)反應(yīng)2NO2(g)＋2C(s)N2(g)＋2CO2(g)，可以知道氮?dú)獾臐舛葹槎趸嫉囊话?，所以混合氣體中CO2的體積分?jǐn)?shù)為，NO2的體積分?jǐn)?shù)，N2的體積分?jǐn)?shù)，所以反應(yīng)的壓強(qiáng)平衡常數(shù)Kp＝＝＝2MPa；(3)2 mol碳酸鈉的溶液中加入1 mol的HNO2后，得到含有1 mol碳酸鈉、1 mol碳酸氫鈉和1 mol亞硝酸鈉的混合液。由亞硝酸的電離平衡常數(shù)Ka＝5.1×10－4，H2CO3的Ka1＝4.2×10－7，Ka2＝5.61×10－11，可判斷水解程度大小順序?yàn)镃O>NO，CO水解生成HCO，所以溶液中CO離子、HCO離子和NO離子的濃度大小關(guān)系為c(HCO)>c(NO)>c(CO)；(4)電離常數(shù)Kb只隨溫度改變，常溫時(shí)，CH3NH2＋H2OCH3NH＋OH－，當(dāng)?shù)渭酉×蛩嶂羉(CH3NH2)＝c(CH3NH)時(shí)，Kb＝＝c(OH－)，即c(OH－)＝Kb＝10－3.4 mol/L，則c(H＋)＝＝10－10.6，所以pH＝－lg10－10.6＝10.6；(5)利用蓋斯定律將②－①可得CaO(s)＋3CO(g)＋SO2(g)CaS(s)＋3CO2(g)　ΔH＝(－189.2 kJ·mol－1)－(＋210.5 kJ·mol－1)＝－399.7 kJ·mol－1。
類題精練
6．(2019·江蘇高考改編)在恒壓、NO和O2的起始濃度一定的條件下，催化反應(yīng)相同時(shí)間，測(cè)得不同溫度下NO轉(zhuǎn)化為NO2的轉(zhuǎn)化率如圖中實(shí)線所示(圖中虛線表示相同條件下NO的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化)。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是(　C　)

A．反應(yīng)2NO(g)＋O2(g)═══2NO2(g)的ΔH2 000
【解析】　A項(xiàng)，實(shí)線表示不同溫度下相同時(shí)間內(nèi)NO的轉(zhuǎn)化率，虛線表示相同條件下隨溫度變化的NO的平衡轉(zhuǎn)化率，隨著溫度升高，由虛線知，NO的平衡轉(zhuǎn)化率減小，即溫度升高，2NO＋O2═══2NO2的平衡逆向移動(dòng)，說(shuō)明該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，ΔH0，所以K>2 000，正確。
7．(2020·煙臺(tái)模擬)研究化學(xué)反應(yīng)時(shí)，既要考慮物質(zhì)變化與能量變化，又要關(guān)注反應(yīng)的快慢與限度?；卮鹣铝袉?wèn)題：
(1)NH3還原NO是重要的煙氣脫硝技術(shù)，其反應(yīng)過(guò)程與能量關(guān)系如圖所示

①上圖中因?yàn)楦淖兞朔磻?yīng)條件，反應(yīng)的活化能：b__

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