2022高考化學(xué)復(fù)習(xí)第3講化學(xué)平衡常數(shù)

第3講化學(xué)平衡常數(shù)

［考試要求］

1.理解化學(xué)平衡常數(shù)的含義，能利用化學(xué)平衡常數(shù)進行相關(guān)計算

和判斷。2.了解化學(xué)反應(yīng)的方向與化學(xué)反應(yīng)的蛤變與嫡變的關(guān)系。3.

認識化學(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。

考點一化學(xué)平衡常數(shù)

1知識梳理

1.化學(xué)平衡常數(shù)的定義

在一定溫度下，當(dāng)一個可逆反應(yīng)達到化學(xué)平衡時，生成物

與反應(yīng)物^的比值是一個常數(shù)，用符號表示。

2.表達式

對于反應(yīng)機A(g)+〃B(g)0pC(g)+qD(g),

K=(固體和純液體的濃度視為常數(shù)，通常不計入平

衡常數(shù)表達式中)。

3.意義及影響因素

(1)K值越大，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率越大，正反應(yīng)進行的程度越大。

(2)K只受影響，與反應(yīng)物或生成物的濃度變化無關(guān)。

(3)化學(xué)平衡常數(shù)是指某一具體反應(yīng)的平衡常數(shù)。

(4)平衡常數(shù)與反應(yīng)方程式的關(guān)系

①在相同溫度下，對于給定的可逆反應(yīng)，正逆反應(yīng)的平衡常數(shù)互

1

為倒數(shù)，即長正=

②方程式乘以某個系數(shù)％,則平衡常數(shù)變?yōu)樵瓉淼模ゴ畏健?/p>

③兩方程式相加得總方程式，則總方程式的平衡常數(shù)等于兩分方

程式平衡常數(shù)的乘積，即K總=K1.K2。

4.常見應(yīng)用

(1)判斷正在進行的可逆反應(yīng)是否達到平衡或反應(yīng)進行的方向

對于可逆反應(yīng)：加A(g)+;1B(g)^pC(g)+qD(g),若濃度

商&=黑：黑，則將濃度商和平衡常數(shù)作比較可判斷可逆反應(yīng)所

處的狀態(tài)。

'Qc<K：反應(yīng)向正反應(yīng)方向進行，七正〉已逆

<Qc=K：反應(yīng)處于化學(xué)平衡狀態(tài)，七正=曾逆

、Qc〉K：反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進行，口正〈已逆

(2)判斷可逆反應(yīng)的熱效應(yīng)

升高溫度一匚K值增大—正反應(yīng)為反應(yīng)

K值減小f正反應(yīng)為反應(yīng)

降低溫度一匚K值增大-正反應(yīng)為反應(yīng)

K值減小-正反應(yīng)為反應(yīng)

［思考］

1.在某溫度下，Nz+3H2M2NH3的平衡常數(shù)為Ki,則該溫度下,

NH3^N2+jH2的平衡常數(shù)K2=o

2.在一定溫度下，已知以下三個反應(yīng)的平衡常數(shù)：

反應(yīng)①：CO(g)+CuO(s)MCO2(g)+Cu(s)K}

反應(yīng)②：H2(g)+CuO(s)Cu(s)+H2O(g)K2

反應(yīng)③：CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)K3

a.反應(yīng)①的平衡常數(shù)表達式為o

b.反應(yīng)③的&與K、K2的關(guān)系是K3=o

［判斷］(正確的打“J”，錯誤的打“X”)

(1)平衡常數(shù)表達式中，可以是物質(zhì)的任一濃度()

(2)溫度、濃度、壓強、催化劑均能改變平衡常數(shù)()

(3)升高溫度，平衡常數(shù)一定增大()

(4)平衡常數(shù)變化，化學(xué)平衡不一定發(fā)生移動()

(5)化學(xué)平衡發(fā)生移動，平衡常數(shù)一定改變()

(6)平衡常數(shù)和轉(zhuǎn)化率都能體現(xiàn)可逆反應(yīng)進行的程度()

(7)反應(yīng)A(g)+3B(g)m2c(g),達平衡后，溫度不變，增

大壓強，平衡正向移動，平衡常數(shù)K值增大()

(8)對于反應(yīng)：2sCh(g)+02(g)m2sO3(g),升高溫度，K

值減小，則AH>0()

［提醒］

關(guān)于H2O的濃度問題

(1)稀水溶液中進行的反應(yīng)，雖然H2O參與反應(yīng)，但是H2O只

作為溶劑，不能代入平衡常數(shù)表達式。

如NH4C1+H2O^NH3-H2O+HCI的平衡常數(shù)表達式為K=

c(HCl)-c(NH3-H2O)

C(NH4CL)

(2)H2O的狀態(tài)不是液態(tài)而是氣態(tài)時，則需要代入平衡常數(shù)表達

式。

2對點速練

練點一化學(xué)平衡常數(shù)的判斷

1.也是一種很好的消毒劑，具有高效、潔凈、方便、經(jīng)濟等優(yōu)

點。。3可溶于水，在水中易分解，產(chǎn)生的[0]為游離氧原子，有很強的

殺菌消毒能力。常溫常壓下發(fā)生反應(yīng)如下：

反應(yīng)①03Mo2+9]AH>0平衡常數(shù)為Ki；

反應(yīng)②[O]+O3M2O2AH<0平衡常數(shù)為K2；

總反應(yīng)：203邙。2AH<0平衡常數(shù)為K。

下列敘述正確的是()

A.降低溫度，K減小

B.K=Ki+&

C.適當(dāng)升溫，可提高消毒效率

D.壓強增大，K2減小

2.在恒容密閉容器中，由C0合成甲醇：CO(g)+2H2(g)-CH3OH

(g),在其他條件不變的情況下研究溫度對反應(yīng)的影響，實驗結(jié)果如

圖所示，下列說法正確的是()

A.平衡常數(shù)K=電。?

CQCO/'C

B.該反應(yīng)在g時的平衡常數(shù)比"時的小

c.CO合成甲醇的反應(yīng)為吸熱反應(yīng)

D.處于A點的反應(yīng)體系從-變到小，達到平衡時二增大

cCCHg0H7

3.用。2將HC1轉(zhuǎn)化為C12，可提高效益，減少污染。新型RU02

催化劑對上述HC1轉(zhuǎn)化為Cl2的總反應(yīng)具有更好的催化活性。

實驗測得在一定壓強下，總反應(yīng)的HC1平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度變化的

GHCI?7曲線如下圖：

(1)則總反應(yīng)的A”0(填"=”或)；A、

B兩點的平衡常數(shù)K(A)與K(B)中較大的是o

(2)在上述實驗中若壓縮體積使壓強增大，請在上圖畫出相應(yīng)

aHci?7曲線的示意圖，并簡要說明理由：

(3)下列措施中，有利于提［WjGHCI的有

A.增大〃(HC1)

B.增大〃(。2)

C.使用更好的催化劑

D.移去H2O

練點二平衡常數(shù)(K)的應(yīng)用計算

4.在一定體積的密閉容器中，進行如下化學(xué)反應(yīng)：C02(g)+

H2(g)-CO(g)+H20(g),其化學(xué)平衡常數(shù)K和溫度彳的關(guān)系如表:

t/℃70080083010001200

K0.60.91.01.72.6

回答下列問題:

(1)該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達式為K=0

(2)該反應(yīng)為反應(yīng)(填“吸熱”或“放熱”)o

(3)某溫度下，各物質(zhì)的平衡濃度符合下式：3c(CO2)-c(H2)

=5c(CO)-c(抵0),試判斷此時的溫度為0

(4)若830℃時，向容器中充入1molCO、5molH2O,反應(yīng)達

到平衡后，其化學(xué)平衡常數(shù)K1.0(填“大于”“小于”或“等

于")o

(5)830℃時，容器中的反應(yīng)已達到平衡。在其他條件不變的情

況下，擴大容器的體積。平衡移動(填“向正反應(yīng)方向”“向

逆反應(yīng)方向"或“不”)o

(6)若1200℃時，在某時刻平衡體系中CO2、叢、CO、叢0的

濃度分別為2moi1—i、2mol-L4mol-L4mol-L則此時上述

反應(yīng)的平衡移動方向為(填“正反應(yīng)方向”“逆反應(yīng)方向”

或“不移動”)。

5.催化還原C02是解決溫室效應(yīng)及能源問題的重要手段之一。研

究表明，在Cu/ZnO催化劑存在下，C02和H2可發(fā)生兩個平行反應(yīng)，

分別生成CH30H和COo反應(yīng)的熱化學(xué)方程式如下：

C02(g)+3H2(g)MCH30H(g)+H20(g)

AH,=-53.7kJ-mol-1I

C02(g)+H2(g)CO(g)+H20(g)AH2n

某實驗室控制CO2和H2初始投料比為1：2.2,在相同壓強下，經(jīng)

過相同反應(yīng)時間測得如下實驗數(shù)據(jù)：

Tl(K)催化劑CO2轉(zhuǎn)化率(%)甲醇選擇性(％)

543Cat.l12.342.3

543Cat.210.972.7

553Cat.l15.339.1

553Cat.212.071.6

注：Cat.l：Cu/ZnO納米棒；Cat.2：Cu/ZnO納米片；甲醇選擇性:

轉(zhuǎn)化的C02中生成甲醇的百分比

已知：①CO和七的標(biāo)準燃燒熱分別為一283.0krmo「i和-285.8

kJ-mol1

1

②H2O(1)===H20(g)AH3=+44.0kJ-moF

請回答(不考慮溫度對AH的影響)：

(1)反應(yīng)I的平衡常數(shù)表達式K=；反應(yīng)n的AH2=

kJ-mol^o

(2)有利于提高CO2轉(zhuǎn)化為CH3OH平衡轉(zhuǎn)化率的措施

有o

A.使用催化劑Cat」

B.使用催化劑Cat.2

C.降低反應(yīng)溫度

D.投料比不變，增加反應(yīng)物的濃度

E.增大CO2和H2的初始投料比

(3)表中實驗數(shù)據(jù)表明，在相同溫度下不同的催化劑對CO2轉(zhuǎn)化

成CH30H的選擇性有顯著的影響，其原因是

6.氮的氧化物直接排放會引發(fā)嚴重的環(huán)境問題，請回答下列問題:

NOx的排放主要來自于汽車尾氣，包含NO2和NO,有人提出用活

性炭對NO,進行吸附，發(fā)生反應(yīng)如下：

反應(yīng)a：C(s)+2N0(g)-N2(g)+CO2(g)AH=-34.0kJ-mol

反應(yīng)b：2C(s)+2NO2(g)-N2(g)+2CO2(g)AH=-64.2

kJ-mol1

(1)對于反應(yīng)a,在77c時，借助傳感器測得反應(yīng)在不同時間點

上各物質(zhì)的濃度如下:

時間(min)

濃度

01020304050

(mol?

物質(zhì)

NO1.000.580.400.400.480.48

200.210.300.300.360.36

①0?lOmin內(nèi)，NO的平均反應(yīng)速率o(NO)=,當(dāng)升高

反應(yīng)溫度，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K(填“增大”“減小”或“不

變”)o

②30min后，只改變某一條件，反應(yīng)重新達到平衡；根據(jù)上表中

的數(shù)據(jù)判斷改變的條件可能是(填字母)。

A.加入一定量的活性炭B.通入一定量的NO

C.適當(dāng)縮小容器的體積D.加入合適的催化劑

(2)某實驗室模擬反應(yīng)b,在密閉容器中加入足量的C和一定量

的NO2氣體，維持溫度為小℃，如圖為不同壓強下反應(yīng)b經(jīng)過相同時

間NO?的轉(zhuǎn)化率隨著壓強變化的示意圖。請分析1050kPa前，反應(yīng)b

中NO2轉(zhuǎn)化率隨著壓強增大而增大的原因

在1100kPa時，NO2的體積分數(shù)為

100

80

60

40

髀

s20

e

o

N

95010001050110011501200

壓強/kPa

（3）用某物質(zhì)的平衡分壓代替其物質(zhì)的量濃度也可以表示化學(xué)平

衡常數(shù)（記作Kp）；在72℃、1.1X106Pa時，該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)

%=（用計算表達式表示）。

練后歸納

化學(xué)平衡計算中常用的“三關(guān)系四公式”

1.三個量的關(guān)系

（1）三個量：即起始量、變化量、平衡量。

（2）關(guān)系

①對于同一反應(yīng)物，起始量一變化量=平衡量。

②對于同一生成物，始起量+變化量=平衡量。

③各轉(zhuǎn)化量之比等于各反應(yīng)物的化學(xué)計量數(shù)之比。

2.四個計算公式

（1）反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率=必當(dāng)乂100%=華等X100%。

n?（起始）c（起始）

（2）生成物的產(chǎn)率：實際產(chǎn)量（指生成物）占理論產(chǎn)量的百分數(shù)。

一般來講，轉(zhuǎn)化率越大，原料利用率越高，產(chǎn)率越大。

產(chǎn)率=黑/xi。。％。

⑶平衡時混合物組分的百分含量=；薄的總量X100%。

某組分的物質(zhì)的量

(4)某組分的體積分數(shù)=X100%o

混合氣體總的物質(zhì)的量

考點二化學(xué)反應(yīng)進行的方向

1知識梳理

1.自發(fā)過程

（1）含義

在一定條件下，不需要借助外力作用就能—進行的過程。

（2）特點

①體系趨向于從—狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)椤獱顟B(tài)（體系對外部做功或釋

放熱量）。

②在密閉條件下，體系有從轉(zhuǎn)變?yōu)榈膬A向性（無序體系

更加穩(wěn)定）。

2.自發(fā)反應(yīng)

在一定條件下就能自發(fā)進行的反應(yīng)稱為自發(fā)反應(yīng)。

3.化學(xué)反應(yīng)方向的判據(jù)

的反應(yīng)，有自發(fā)①同種物質(zhì)的嫡值：S(g)>S(l)>S(s)

進行傾向，但②AS>0的反應(yīng)，有自發(fā)進行的傾向，

的頗,有些也能自發(fā)ASvO的反應(yīng)，有些也能自發(fā)進行,

進行，故該判據(jù)不全面故該判據(jù)也不全面

0~

(焙判費(AH))［，判福(AS))

________0

復(fù)合判據(jù)(AG=AH-7AS))

________O、

AH-TAS-0.反應(yīng)非自發(fā)進行

AH-TAS=O,處于平衡狀態(tài)

AH-TAS0,反應(yīng)自姆行

［判斷］(正確的打“J”，錯誤的打“X”)

高溫

(1)CaCO3(s)===CaO(s)+CO2(g)是一個嫡增加的過

程()

(2)AH<0,AS〉O的反應(yīng)，一定是自發(fā)反應(yīng)()

(3)吸熱且嫡增加的反應(yīng)，當(dāng)溫度升高時，反應(yīng)一定能自發(fā)進行

()

(4)凡是放熱反應(yīng)都是自發(fā)的，吸熱反應(yīng)都是非自發(fā)的()

(5)-10℃的水結(jié)成冰，可用嫡變的判據(jù)來解釋反應(yīng)的自發(fā)性

()

(6)Na與H2O的反應(yīng)是嫡增的放熱反應(yīng)，該反應(yīng)能自發(fā)進行

()

(7)2NO(g)+2CO(g)==N2(g)+2CO2(g)在常溫下能

自發(fā)進行，則該反應(yīng)的A”>0()

(8)反應(yīng)NH3(g)+HC1(g)==NH4C1(S)在室溫下可自發(fā)進

行，該反應(yīng)的A”V0()

［提醒］

1.反應(yīng)能否自發(fā)進行需綜合考慮蛤變和嫡變對反應(yīng)的影響。

2.化學(xué)反應(yīng)方向的判據(jù)指出的僅僅是在一定條件下化學(xué)反應(yīng)自發(fā)

進行的趨勢，并不能說明在該條件下反應(yīng)一定能實際發(fā)生，還要考慮

化學(xué)反應(yīng)的快慢問題。

2對點速練

練點一化學(xué)反應(yīng)的自發(fā)性

1.下列關(guān)于化學(xué)反應(yīng)自發(fā)性的說法中正確的是()

A.燧增加的化學(xué)反應(yīng)一定能自發(fā)進行

B.自發(fā)進行的化學(xué)反應(yīng)一定能迅速發(fā)生

C.在一定條件下，吸熱反應(yīng)可自發(fā)進行

D.電解池中的化學(xué)反應(yīng)屬于自發(fā)過程

2.實驗證明，多數(shù)能自發(fā)進行的反應(yīng)都是放熱反應(yīng)。對此說法的

理解正確的是()

A.所有的放熱反應(yīng)都是自發(fā)進行的

B.所有的自發(fā)反應(yīng)都是放熱的

C.蠟變是影響反應(yīng)是否具有自發(fā)性的一種重要因素

D.焙變是決定反應(yīng)是否具有自發(fā)性的唯一判據(jù)

練點二化學(xué)反應(yīng)的方向性

3.下列說法正確的是()

A.凡是放熱反應(yīng)都是自發(fā)的，因為吸熱反應(yīng)都是非自發(fā)的

B.自發(fā)反應(yīng)的烯一定增大，非自發(fā)反應(yīng)的燧一定減小

C.常溫下，反應(yīng)C(s)+C02(g)m2co(g)不能自發(fā)進行，

則該反應(yīng)的AH>0

D.反應(yīng)2Mg(s)+C02(g)==C(s)+2MgO(s)能自發(fā)進

行，則該反應(yīng)的AH>0

4.已知在100kPa>298.15K時石灰石分解反應(yīng)CaCO3(s)==CaO

(s)+CO2(g)+178.3kJ/moLAS=+160.4J/(mol-K),則：

(1)該反應(yīng)常溫下(填“能”或“不能”)自發(fā)進行。

(2)據(jù)本題反應(yīng)數(shù)據(jù)分析，溫度(填“能”或“不能”)

成為反應(yīng)方向的決定因素。

(3)若溫度能決定反應(yīng)方向，則該反應(yīng)自發(fā)進行的最低溫度

為O

5.(1)汽車燃油不完全燃燒時產(chǎn)生CO,有人設(shè)想按下列反應(yīng)除

去CO：2CO(g)==2C(s)+O2(g)已知該反應(yīng)的AH>0,簡述該

設(shè)想能否實現(xiàn)的依據(jù)：

(2)超音速飛機在平流層飛行時，尾氣中的NO會破壞臭氧層。

科學(xué)家正在研究利用催化技術(shù)將尾氣中的NO和CO轉(zhuǎn)變成CO2和N2,

化學(xué)方程式如下：

2NO+2coM2cO2+N2。反應(yīng)能夠自發(fā)進行，則反應(yīng)的AH

0（填或“="）o

6.(1)已知體系自由能變AG=AH-TAS,AG<0時反應(yīng)自發(fā)進

行。三個氫化反應(yīng)的AG與溫度的關(guān)系如圖1所示，可知：反應(yīng)①能自

發(fā)進行的最低溫度是;相同溫度下，反應(yīng)②比反應(yīng)①的AG

小，主要原因是

7

一

。

￡80

?340

)

、

翅

潞

田

皿

冠

這

5

17.

17..5O

/16.

166.

(

a.O

s5

15.0

400440480520560

溫度4

圖2

(2)不同溫度下反應(yīng)②中SiCL轉(zhuǎn)化率如圖2所示。下列敘述正

確的是(填序號)。

a.B點：v正逆

b.0正：A點〉E點

c.反應(yīng)適宜溫度：480?520℃

(3)反應(yīng)③的△%=(用AM，AH?表示)。溫度升高，

反應(yīng)③的平衡常數(shù)K(填“增大”“減小”或“不變”)。

練后歸納

焰變、熠變和溫度對化學(xué)反應(yīng)方向的影響

AHASNH-TNS反應(yīng)情況

—+永遠是負值在任何溫度下過程均自發(fā)進行

+—永遠是正值在任何溫度下過程均非自發(fā)進行

++低溫為正高溫為負低溫時非自發(fā)，高溫時自發(fā)

——低溫為負高溫為正低溫時自發(fā)，高溫時非自發(fā)

本講真題研練

1.［2020?全國卷I,28］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)+翔2(g)

鋼催化劑.一

------>SO3(g)AH=—98kJ-mol］?；卮鹣铝袉栴}：

(1)釵催化劑參與反應(yīng)的能量變化如圖(a)所示，V2O5(s)與

SO2(g)反應(yīng)生成VOSO4(S)和V2O4(s)的熱化學(xué)方程式為

反應(yīng)過程

(2)當(dāng)SO2(g)、O2(g)和N2(g)起始的物質(zhì)的量分數(shù)分別為

7.5%、10.5%和82%時，在0.5MPa、2.5MPa和5.0MPa壓強下，SO2

平衡轉(zhuǎn)化率a隨溫度的變化如圖(b)所示。反應(yīng)在5.0MPa、550℃時

的a=判斷的依據(jù)是

影響a的因素有o

(3)將組成(物質(zhì)的量分數(shù))為2m%SO2(g)、m%02(g)和

q%N2(g)的氣體通入反應(yīng)器，在溫度h壓強p條件下進行反應(yīng)。平

衡時，若S02轉(zhuǎn)化率為a,則S03壓強為，平衡常數(shù)a=

(以分壓表示，分壓=總壓X物質(zhì)的量分數(shù))。

(4)研究表明，S02催化氧化的反應(yīng)速率方程為：

v=k(^—I)08(1—

式中：左為反應(yīng)速率常數(shù)，隨溫度才升高而增大；a為S02平衡轉(zhuǎn)

化率，a'為某時刻SO2轉(zhuǎn)化率，〃為常數(shù)。在出=0.90時，將一系列

溫度下的ha值代入上述速率方程，得到。?/曲線，如圖(c)所示。

曲線上v最大值所對應(yīng)溫度稱為該a，下反應(yīng)的最適宜溫度tmot<tm

時，v逐漸提高；t>tm后，v逐漸下降。原因是

2.[2020?全國卷ni,28]二氧化碳催化加氫合成乙烯是綜合利用

CO?的熱點研究領(lǐng)域。回答下列問題：

(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)=。當(dāng)反應(yīng)達到平衡時，若增大壓強，

則n(C2H4)(填“變大”“變小”或“不變”)o

(2)理論計算表明，原料初始組成〃(CO2)：n(H2)=1：3,

在體系壓強為0.1MPa,反應(yīng)達到平衡時，四種組分的物質(zhì)的量分數(shù)%

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、。

CO2催化加氫合成C2H4反應(yīng)的AH0(填“大于”或“小

于“)。

(3)根據(jù)圖中點A(440K,0.39),計算該溫度時反應(yīng)的平衡常

數(shù)&=(MPa)-(列出計算式。以分壓表示，分

壓=總壓X物質(zhì)的量分數(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等低碳燒。一定溫度和壓強條件下，為了提高反應(yīng)速率和

乙烯選擇性，應(yīng)當(dāng)

3.［2019?全國卷I,28］水煤氣變換［CO(g)+H2O(g)==C02

(g)+H2(g)］是重要的化工過程，主要用于合成氨、制氫以及合成

氣加工等工業(yè)領(lǐng)域中?；卮鹣铝袉栴}：

(1)Shibata曾做過下列實驗：①使純H2緩慢地通過處于721℃

下的過量氧化鉆CoO(s),氧化鉆部分被還原為金屬鉆C。(s),平衡

后氣體中H2的物質(zhì)的量分數(shù)為0.0250o

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

量分數(shù)為0.0192o

根據(jù)上述實驗結(jié)果判斷，還原CoO(s)為Co(s)的傾向是CO

H2(填“大于”或“小于”)。

(2)721℃時,在密閉容器中將等物質(zhì)的量的CO(g)和HzO(g)

混合，采用適當(dāng)?shù)拇呋瘎┻M行反應(yīng)，則平衡時體系中H2的物質(zhì)的量分

數(shù)為(填標(biāo)號)。

A.<0.25B.0.25

C.0.25~0.50D.0.50

E.>0.50

（3）我國學(xué)者結(jié)合實驗與計算機模擬結(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。

2

1

0

\-o.83r22?

Ga

過

.過*(

-1X看

55OOo

渡

渡xx

XH+工

+±

態(tài)

態(tài)

++?

.H3

H為

O1H2Zx

X++++)

+*X±&￡

.HOO

)丈

OO

O+Oe^

。Uo

。.

oo0

o。

可知水煤氣變換的AH0（填“大于”“等于”或

“小于”）。該歷程中最大能壘（活化能）石正=eV,寫出

該步驟的化學(xué)方程式o

（4）Shoichi研究了467℃、489℃時水煤氣變換中CO和H2分

壓隨時間變化關(guān)系（如下圖所示），催化劑為氧化鐵，實驗初始時體系

中的〃丹。和pc。相等、〃CO?和DH2相等。

44..48

4

.0

3..6

工2

Z

Z.48

Z

.0

1.6

1.2

0.8

060120180240300360

“min

計算曲線a的反應(yīng)在30?90min內(nèi)的平均速率為（a）=

kPa-min-^467℃時pH?和pco隨時間變化關(guān)系的曲線分別

是、o489℃時pH2和Pco隨時間變

化關(guān)系的曲線分別是、o

4.[2018?全國卷H,27]CH4—CO2催化重整不僅可以得到合成氣

(CO和H2),還對溫室氣體的減排具有重要意義，回答下列問題：

(1)CH4—CO2催化重整反應(yīng)為：CH4(g)+CO2(g)==2CO

(g)+2H2(g)o

已知：C(s)+2H2(g)==CH4(g)75k>mo「i

1

C(s)+O2(g)==CO2(g)AH=-394kJ-mol-

C(s)+|O2(g)==CO(g)△"=—UlklmoL

該催化重整反應(yīng)的AH=kJ-moF1,有利于提高CH4平衡

轉(zhuǎn)化率的條件是(填標(biāo)號)。

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2L的容器中加入2molCH4ImolCO2以及

催化劑進行重整反應(yīng)，達到平衡時CO2的轉(zhuǎn)化率是50%,其平衡常數(shù)

為mol2-L2o

(2)反應(yīng)中催化劑活性會因積碳反應(yīng)而降低，同時存在的消碳

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)消碳反應(yīng)

CH4(g)——C()2(g)+C(s)=-

C(s)+2H2(g)2C()(g)

△H/(kJ?mol1)75172

活化能/催化劑X3391

(kJ,moL)催化劑Y4372

①由上表判斷，催化劑XY(填“優(yōu)于”或“劣于”)，理

由是，在反應(yīng)進料氣組成，壓強

及反應(yīng)時間相同的情況下，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，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⑴)的敘述正確的是(填標(biāo)號)。

o

(_

98.16

6.12

)o

/,08_

喇,04

卷o

K4_

O_

O一

12

溫度汽反應(yīng)時間/min

1圖2

A.長積、K消均增加

B.0積減小、0消增加

C.K積減小、K消增加

D.。消增加的倍數(shù)比。積增加的倍數(shù)大

②在一定溫度下，測得某催化劑上沉積碳的生成速率方程為。=

k-p(CH4)?[p(C02)「0?5(左為速率常數(shù))。在p(CH4)一定時，不同

P（C02）下積碳量隨時間的變化趨勢如圖2所示，則Pa（CO2）、Pb（CO2）、

PC（CO?）從大到小的順序為o

第3講化學(xué)平衡常數(shù)

考點一

1知識梳理

1.濃度塞之積濃度塞之積K

產(chǎn)⑹.叫￡>)

3.(2)溫度

4.(2)吸熱放熱放熱吸熱

思考1.答案:泰

2.解析：b.K3=?°2>c-)Kc(H20)結(jié)合可

c(CO)-c(H20)C(H2)C(CO)

知&二削。

答案：a.K尸等弊b.9

c(CO)K2

判斷答案：(1)X(2)X(3)X(4)X(5)X(6)V(7)X

(8)X

2對點速練

1.解析：A項，降溫，總反應(yīng)平衡右移，K增大，錯誤；B項，

K產(chǎn)K2=K=2^=K;K2,錯誤；C項，升溫,

2

c(03)c([O])-c(O3)C(O3)

反應(yīng)①右移，c([0])增大，提高消毒效率，正確；D項，對于給定的反

應(yīng)，平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，錯誤。

答案：C

2.解析：A項，因該反應(yīng)中氫氣前的系數(shù)為2,則該反應(yīng)的平衡

常數(shù)的表達式為K=「?。：)錯誤；B項，由圖像可知，反應(yīng)從

72到T1時，甲醇的物質(zhì)的量增大，根據(jù)平衡常數(shù)和計算式可知71時的

平衡常數(shù)比72時的大，錯誤；C項，由圖像可知在小溫度下反應(yīng)先達

到平衡，反應(yīng)速率較—快，則有72〉/,從圖像的縱坐標(biāo)分析可得溫度

降低，平衡向正反應(yīng)方向移動，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，錯誤；D項，

處于A點的反應(yīng)體系從4變到小的過程中，平衡向逆反應(yīng)方向移動，

則。(叢)增大，而c(CH3(DH)減小，達到平衡時應(yīng)該增大,正確。

C{CH3OH)

答案：D

3.答案：(1)<K(A)

(2)見下圖

一溫度相同的條件下，增大壓強，平衡右移，GHC1增大，因此曲線應(yīng)

在原曲線上方(3)BD

4.解析：(3)某溫度下，各物質(zhì)的平衡濃度有如下關(guān)系3C(CO2)-C(H2)

=5C(CO)C(H2O),根據(jù)平衡常數(shù)表達式K=,可知,K=3/5

C(CO2)-C(H2)

=0.6,平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，溫度一定，平衡常數(shù)為定值，所以此

時對應(yīng)的溫度為700℃o

(6)1200℃時Qc=￡z：.器,將各物質(zhì)的濃度代入可得2=4,

而此溫度下的平衡常數(shù)"2：6：QC>K,所以平衡向逆反應(yīng)方向移動。

C(CO)C(HO)

答案：⑴2

C(CO2)-C(H2)

(2)吸熱

(3)700℃

(4)等于

(5)不

(6)逆反應(yīng)方向

5.解析：(1)因為CC)2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g),平衡常

C(CHOH)-C(HO)

數(shù)K的表達式為K=32；因為CO和H2的標(biāo)準燃燒熱分別

3

C(CO)C(H2)

為一283.0kJ-mo「和-285.8klmo「，可得下列熱化學(xué)方程式：

CO(g)+l/2O2(g)==CO2(g)283.0kJ-mo「①

_1

H2(g)+l/2O2(g)==H2O(l)AH=-285.8kJ-mol@

1

又H2O(g)=H2O(l)AH=-44.0kJ-mol_?

根據(jù)蓋斯定律，由②一①一③得：

1

CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)AH2=+41.2kJ-moF

(2)根據(jù)可逆反應(yīng)：CO2(g)+3H2(g)CH30H(g)+H2(D(g),使用

催化劑不能使平衡發(fā)生移動，即不能提高平衡轉(zhuǎn)化率，A、B錯誤；該

反應(yīng)為放熱反應(yīng)，降低溫度平衡正向移動，平衡轉(zhuǎn)化率提高，C項正

確；投料比不變，增加反應(yīng)物濃度，相當(dāng)于增大壓強，平衡正向移動,

平衡轉(zhuǎn)化率提高，D項正確；增大二氧化碳和氫氣的初始投料比，能

提高氫氣的轉(zhuǎn)化率，但二氧化碳的轉(zhuǎn)化率會降低，故E錯誤；故選CD。

(3)從表格數(shù)據(jù)分析，在相同的溫度下，不同的催化劑，其二氧化

碳的轉(zhuǎn)化率也不同，說明不同的催化劑的催化能力不同；相同催化劑

不同的溫度，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率不同，且溫度高的轉(zhuǎn)化率大，因為正

反應(yīng)為放熱反應(yīng)，說明表中數(shù)據(jù)是未到平衡數(shù)據(jù)。故由表中數(shù)據(jù)表明

此時反應(yīng)未達到平衡，不同的催化劑對反應(yīng)I的催化能力不同，因而

在該時刻下對甲醇選擇性有影響。

C(CHOH)-C(HO)

答案：⑴32+41.2

3

C(CO)-C(H2)

(2)CD

(3)表中數(shù)據(jù)表明此時反應(yīng)未達到平衡，不同的催化劑對反應(yīng)I的

催化能力不同，因而在該時刻下對甲醇選擇性有影響

6.解析：(1)①C(s)+2N0(g)N2(g)+CO2(g)AH=-34.0

kJ-mol1,圖表數(shù)據(jù)得到0?10min內(nèi)，NO的平均反應(yīng)速率o(NO)=*

1.00molL-1-0.58molL-1八八/八?、L-r、4匕》乙乙-r匕4、/

=----------：--------=0.042molt//(ZTL-min),由于該反應(yīng)的正反應(yīng)為

10min

放熱反應(yīng)，所以升高溫度，化學(xué)平衡向吸熱的逆反應(yīng)方向移動，故化

學(xué)平衡常數(shù)減??；

②30min后，只改變某一條件，反應(yīng)重新達到平衡，C(s)+

2N0(g)N2(g)+CO2(g),依據(jù)圖表數(shù)據(jù)分析，平衡狀態(tài)物質(zhì)濃度增

大，依據(jù)平衡常數(shù)計算K="察等=乎等=白，平衡常數(shù)會隨溫

c2(NO)0.48216

度變化，而平衡常數(shù)不變說明改變的條件一定不是溫度；依據(jù)數(shù)據(jù)分

析，氮氣濃度增大，一氧化氮濃度增大，反應(yīng)前后氣體體積不變，所

以可能是減小容器體積或加入一定量一氧化氮；A.加入一定量的活性

炭，炭是固體物質(zhì)，對化學(xué)平衡無影響，平衡不移動，A錯誤；B.通

入一定量的NO,新平衡狀態(tài)下物質(zhì)平衡濃度增大，B正確；C.適當(dāng)縮

小容器的體積，反應(yīng)前后體積不變，平衡狀態(tài)物質(zhì)濃度增大，C正確;

D.加入合適的催化劑，催化劑只改變化學(xué)反應(yīng)速率，不能使化學(xué)平衡

移動，D錯誤；故合理選項是BC。

(2)1050kPa前反應(yīng)未達平衡狀態(tài)，增大壓強，物質(zhì)的濃度增大，

反應(yīng)速率加快，NCh轉(zhuǎn)化率提高，在1100kPa時二氧化氮轉(zhuǎn)化率為

40%,結(jié)合三行計算列式得到；設(shè)通入二氧化氮2mol,

2C(s)+2NO2(g)N2(g)+2co2(g)

起始量/mol200

變化量/mol2X40%=0.80.40.8

平衡量/mol1.20.40.8

NO的體積分數(shù)=---x100%=50%；

21.2+0.4+0.8

(3)在1100kPa時二氧化氮轉(zhuǎn)化率40%,結(jié)合三行計算列式得到;

設(shè)通入二氧化氮1mol,

2C(s)+2NO2(g)N2(g)+2CO2(g)

起始量/mol100

變化量/molIX40%=0.40.20.4

平衡量/mol0.60.20.4

氣體總物質(zhì)的量=1.2mol,

X1.1X106Pao

答案：(1)①0.042mol/(L.min)減?、贐C

(2)1050kPa前反應(yīng)未達平衡狀態(tài)，隨著壓強增大，反應(yīng)速率加快,

66

NO2轉(zhuǎn)化率提高50%(3)X1.1X10或X1.1X10

4

Pa

考點二

1知識梳理

1.(1)自動(2)高能低能有序無序

2.無需外界幫助

3.AH<0AH>0><

判斷答案：(1)J(2)V(3)X(4)X(5)X(6)V(7)X

(8)V

2對點速練

1.解析：放熱的嫡增反應(yīng)是自發(fā)的，吸熱的嫡減反應(yīng)是不自發(fā)的;

電解過程屬于非自發(fā)過程。

r解析：反應(yīng)是否能自發(fā)進行是由焰變和病變共同決定的，故焰

變是影響反應(yīng)是否具有自發(fā)性的一種重要因素。

答案：c

3.解析：若AH<0,AS>0,則一定自發(fā)，若A”〉0,AS<0,貝|一

定不能自發(fā)，若AH<0,AS<0或AH〉0,AS>0,反應(yīng)能否自發(fā)，和溫

度有關(guān)，A、B錯誤；C項中反應(yīng)的AS>0,若AH<0,則一定自發(fā)，現(xiàn)

常溫下不自發(fā)，說明A”〉0,正確；D項中反應(yīng)的AS<0,能自發(fā)，說

明A"<0,錯誤。

答案：C

4.答案：（1）不能（2）能（3）1111.6K

5.解析：（1）2CO（g）=2C（s）+02（g）,該反應(yīng)是焰增、嫡減的反應(yīng)。

根據(jù)AG=AH—TAS,AG>0,不能實現(xiàn)。

（2）該反應(yīng)為嫡減反應(yīng)，能自發(fā)進行說明八”<0。

答案：（1）該反應(yīng)是焰增、燧減的反應(yīng)，任何溫度下均不自發(fā)進行

（2）<

6.解析：（1）由題目所給的圖1可以看出，反應(yīng)①（最上面那條線）

當(dāng)AG=O時，對應(yīng)的橫坐標(biāo)溫度是1000℃；從反應(yīng)前后氣體分子數(shù)的

變化來看，反應(yīng)①的燧變化不大，而反應(yīng)②中滴是減小的，可見嫡變

對反應(yīng)②的自發(fā)更不利，而結(jié)果反應(yīng)②的AG更小，說明顯然是焰變產(chǎn)

生了較大的影響，即導(dǎo)致反應(yīng)②的AG?。▋蓚€反應(yīng)對應(yīng)的

AH,一個為正值，一個為負值，大小比較很明顯）。（2）圖2給的是不同

溫度下的轉(zhuǎn)化率，注意依據(jù)控制變量法思想，此時所用的時間一定是

相同的，所以圖示中A、B、C點反應(yīng)均正向進行，D點剛好達到平衡，

D點到E點才涉及平衡的移動。a項正確，B點反應(yīng)正向進行，正反應(yīng)

速率大于逆反應(yīng)速率；b項錯誤，溫度越高，反應(yīng)速率越快，所以E

點的正（或逆）反應(yīng)速率均大于A點；c項正確，C到D點，SiHCb的轉(zhuǎn)

化率較高，選擇此溫度范圍比較合適，在實際工業(yè)生產(chǎn)中還要綜合考

慮催化劑的活性溫度。（3）將反應(yīng)①反向，并與反應(yīng)②直接相加可得反

應(yīng)③，所以AH3=A42—AM,因AH2<0、AHI>0,所以必小于0,

即反應(yīng)③正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，而放熱反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)隨著溫度的

升高而減小。

答案：（1）1000℃AH2<AH1導(dǎo)致反應(yīng)②的AG小（2）a、c

（3）AH2-AH1減小

本講真題研練

1.解析：（1那2。5和SO2反應(yīng)生成VOSO4和V2O4的化學(xué)方程式

為2V2O5+2SO2===2VOSO4+V2O4。由題圖（a）可得以下兩個熱化學(xué)方

程式：①V2（）4（s）+2SO3（g）==2VOSO4（s）AHi=-399kJ-mol-1,

1

②V2O4（s）+SO3（g）==V2O5（s）+SO2（g）AH2=-24kJ-moF,將①一

2X②可得：2V2O5（s）+2SO2（g）==2VOSO4（s）+V2O4（s）AH=-351

kJ-mol^o

（2）該反應(yīng)的正反應(yīng)是氣體分子數(shù)減少的反應(yīng)，壓強增大，平衡正

向移動，SO2的平衡轉(zhuǎn)化率變大，故在相同溫度下，壓強越大，SO2的

平衡轉(zhuǎn)化率越高，則pi=5.0MPa,由題圖可知在550℃、5.0MPa時，

a=0.975；由該反應(yīng)的正反應(yīng)是氣體分子數(shù)減少的放熱反應(yīng)可知，影響

a的因素有壓強、溫度和反應(yīng)物的起始濃度等。

(3)設(shè)充入氣體的總物質(zhì)的量為100mol,則SO2為2根mol,0?為

mmol,N2為(100—3加)mol,SO2的轉(zhuǎn)化率為a,列三段式為：

a

◎(g)+fO2(g)SO3(g)

〃(起始)/mol2mm0

〃(轉(zhuǎn)化)/mo]2mama2ma

〃(平衡)/mol2m—2mam-ma2ma

故平衡時容器中的氣體的總物質(zhì)的量為(27〃-2機a+機一機a+2機a

+100—3m)mol=(100—ma)mol□各物質(zhì)的分壓分別為p(SC)2)=

2m—2mam—ma2ma

100-maP，X°2)=100-maP,XS°3)=100-maP5故uKp=

2ma

100一根必________a________

2m—2nrmiVm-maA(m\

100—00—J

(4)由反應(yīng)的速率方程可知，當(dāng)a'=0.90時，(1—八屋)是常數(shù)，

溫度大于前后，溫度升高，上增大，而0逐漸下降，原因是SC)2(g)+

jo2(g)S03(g)是放熱反應(yīng)，升高溫度時平衡逆向移動，a減小，

7a)

丁一1。另減小，上增大對。的提高小于a引起的降低。

答案：(1)2V2O5(s)+2SO2(g)=2VOSO4(s)+V2O4(s)AH=-351

kJ-mol