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2019年高考化学(天津课标版)大二轮复习课件:2.1.4 化学反应速率与化学平衡(共75张PPT)

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高中化学审核员

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第4讲   化学反应速率与化学平衡
专题知识脉络          能力目标解读           热点考题诠释


                                                                                             -2-
  命题热点                 考向分析 
  化学反应速率的计             本部分内容考查的知识点和题目形式比较明确,主要考
  算及影响因素               查定性和定量两个方面。 
  化学平衡状态的判             定性方面包括:(1)化学反应速率、化学平衡概念的分
  断及平衡移动的影             析;(2)确定某种情况是否达到化学平衡状态;(3)外界条件
  响因素                  引起的化学反应速率改变和化学平衡移动方向、结果的
  化学平衡常数及转             判断;(4)平衡常数(浓度平衡常数)的含义及其表达式。 
  化率的计算                定量方面包括:(1)有关反应速率的计算和比较;(2)平衡常
                       数的计算以及利用化学平衡常数计算反应物转化率等。
  化学反应速率及化             题目多以图像、图表等形式呈现。通过对高考试题的分
专题知识脉络学平衡图像、图表的能力目标解读 热点考题诠释 析,发现本部分题目每年必考,难度一般为中档偏上,多侧
  分析                   重于各知识点的综合考查,在填空题中多侧重与生产实
                       际的联系 


                -3-
  命题热点       考题统计                              考向分析 
              2018 卷Ⅰ,28(2) 
                                               定量方面包括:(1)有关
  化学平衡        2017 卷Ⅰ,28(3) 
                                               反应速率的计算和比
  常数及转        2016 卷Ⅱ,27 
                                               较;(2)平衡常数的计算
  化率的计        2016 卷Ⅲ,27(3) 
                                               以及利用化学平衡常
  算           2015 卷Ⅰ,28(4) 
                                               数计算反应物转化率
              2014 卷Ⅰ,28(3) 
                                               等。题目多以图像、图
                   卷Ⅱ
              2018      ,27(2)                 表等形式呈现。通过对
              2018 卷Ⅲ,28(3) 
                                               高考试题的分析,发现
  化学反应        2017 卷Ⅱ,27(2)(3) 
                                               本部分题目每年必考,
  速率及化        2016 卷Ⅰ,27(2) 
                                               难度一般为中档偏上,
专题知识脉络 学平衡图能力目标解读 热点考题诠释 卷Ⅲ
              2016      ,27(3)                 多侧重于各知识点的
  像、图表        2015 卷Ⅰ,28(4) 
                                               综合考查,在填空题中
  的分析              卷Ⅱ
              2015      ,27(2)                 多侧重与生产实际的
              2014 卷Ⅰ,28(3) 
                                               联系 
              2014 卷Ⅱ,26(2) 

               -4-
专题知识脉络  能力目标解读  热点考题诠释

 1.(2018全国Ⅰ)采用N2O5为硝化剂是一种新型的绿色硝化技术,在
 含能材料、医药等工业中得到广泛应用。回答下列问题:

 (1)1840年Devil用干燥的氯气通过干燥的硝酸银,得到N2O5。该反
 应的氧化产物是一种气体,其分子式为                        。

 (2)F.Daniels等曾利用测压法在刚性反应器中研究了25 ℃时N2O5(g)
 分解反应:


  2N2O5(g)                                   4NO2(g)+O2(g) 
                                                       
                                 2N2O4(g) 

 其中NO2二聚为N2O4的反应可以迅速达到平衡。体系的总压强p随

 时间t的变化如下表所示[t=∞时,N2O5(g)完全分解]:

        t/min                       0                     40                   80                    160                   260                  1 300                       1 700                      ∞ 
        p/kPa                       35.8-5-               40.3                 42.5                  45.9                  49.2                 61.2                        62.3                       63.1 
   
 ①已知:2N2O5(g)               2N2O4(g)+O2(g) 
                      -1
 ΔH1=-4.4 kJ·mol         
                                                     -1
 2NO2(g)         N2O4(g)      ΔH2=-55.3 kJ·mol          
                                       1
 则反应       N  O   (g)      2NO    (g)+  O   (g)的   ΔH=                 kJ·mol-1。         
             2   5               2     2   2
 ②研究表明,N2O5(g)分解的反应速率
          -3                     -1             时   测得体系中                           则此
 v=2×10     ×𝑝N2O5  (kPa·min      ),t=62 min      ,                𝑝O2 =2.9 kPa,
专题知识脉络时的能力目标解读 热点考题诠释                                          -1。 
       𝑝N2O5 =               kPa,v=                 kPa·min            
 ③若提高反应温度至                    35  ℃,则     N2O5(g)完全分解后体系压强
 p∞(35    ℃)              63.1 kPa(填“大于”“等于”或“小于”),原因
 是              。       
 ④25     ℃时     N2O4(g)        2NO2(g)反应的平衡常数                    Kp=               
 kPa(Kp   为以分压表示的平衡常数,计算结果保留                                     1 位小数)。             


                   -6-
专题知识脉络  能力目标解读  热点考题诠释

 (3)对于反应                                   2N2O5(g)                                   4NO2(g)+O2(g),R.A.Ogg                                                            提出如下反应历
 程: 
 第一步                        N2O5                          NO2+NO3                                               快速平衡 
 第二步                        NO2+NO3                                       NO+NO2+O2                                                                  慢反应 
 第三步                        NO+NO3                                     2NO2                                  快反应 
 其中可近似认为第二步反应不影响第一步的平衡。下列表述正确
 的是         (填标号)。
 A.v(第一步的逆反应)>v(第二步反应)

 B.反应的中间产物只有NO3

 C.第二步中NO2与NO3的碰撞仅部分有效
 D.第三步反应活化能较高


                                              -7-
专题知识脉络  能力目标解读  热点考题诠释

                                  -2
 答案   (1)O2 (2)①53.1 ②30.0  6.0×10   ③大于    温度提高,

 体积不变,总压强提高;NO2二聚为放热反应,温度提高,平衡左移,体
 系物质的量增加,总压强提高            ④13.4  (3)AC

 解题要领     (1)干燥的氯气与干燥的AgNO3之间发生氧化还原反应

 时,氯气作氧化剂,而AgNO3中Ag、N元素都处于最高价,所以被氧
 化的只能为氧元素,则得到的气体为氧气。
 (2)①由盖斯定律可知,(第一个已知反应÷2)-(第二个已知反应)可
 得反应:

                                                                          1
  N       O       (g)                     2NO               (g)+              O        (g),则该反应的                                             ΔH=-4.4 
       2        5                                         2               2         2
                        -1                                                             -1                                                    -1
  kJ·mol                    ÷2-(-55.3 kJ·mol                                               )=+53.1 kJ·mol                                        。②依据反应:N2O5(g)
                                                1
               2NO2(g)+                             O2(g)及气体的物质的量与其形成的压强成正比, 
                                                2
                                              -8-
 生成的      O2  的压强      p(O2)=2.9 kPa,则剩余           N2O5  形成的压强

 p(N2O5)=35.8 kPa-2.9 kPa×2=30.0 kPa。则                N2O5  的分解速率
 v=2×10-3×30.0 kPa·min-1=6.0×10-2 kPa·min-1。③若提高反应温度至

 35 ℃,由于体积不变,但温度提高,总压强增大,且                                   2NO2(g)
                                   -1
 N2O4(g)     ΔH2=-55.3 kJ·mol        为放热反应,温度升高,平衡左移,气体

 的物质的量增大,总压强提高,所以                           N2O5   完全分解后体系压强                  p∞大

专题知识脉络于能力目标解读63热点考题诠释.1 kPa。④当 t=∞时,平衡时的总压强为             63.1 kPa,此时      N2O5   完
                                              35.8 kPa
 全分解,生成的氧气的压强为:p(O                         )=          =17.9 kPa。若       NO    不生
                                          2       2                          2
                                                  5
 成  N   O  ,则此时的总压强应为                  35.8 kPa×    =89.5 kPa,而实际压强为
       2  4                                       2
 63.1 kPa,压强差为          89.5 kPa-63.1 kPa=26.4 kPa 


                  -9-
 2NO2        N2O4      压强差 
  2             1        1 
         26.4 kPa      26.4 kPa 

 则平衡时         NO2   的分压为         63.1 kPa-p(O2)-p(N2O4)=18.8 kPa 
                                                                (18.8 kPa)2
 由此可求反应             N  O  (g)      2NO    (g)的平衡常数为                         ≈13.4 
                      2  4               2                       26.4 kPa

专题知识脉络kPa能力目标解读。热点考题诠释 
 (3)根据第一步能“快速平衡”及第二步“慢反应”可判断                                            A 项正确;反

 应的中间产物有               NO3   及   NO,B   项错误;根据第二步反应:NO2+NO3

      NO+NO2+O2        可知,部分         NO2   没有参加反应,C             项正确;第三步为
 “快反应”,则该步反应的活化能较低,D                               项错误。 


                   -10-
专题知识脉络  能力目标解读  热点考题诠释

 2.(2017课标Ⅰ,节选)H2S与CO2在高温下发生反应:H2S(g)+CO2(g)

      COS(g)+H2O(g)。在610 K时,将0.10 mol CO2与0.40 mol H2S
 充入2.5 L的空钢瓶中,反应平衡后水的物质的量分数为0.02。

 (1)H2S的平衡转化率α1=           %,反应平衡常数K=             。

 (2)在620 K重复实验,平衡后水的物质的量分数为0.03,H2S的转化

 率α2     α1,该反应的ΔH          0(填“>”“<”或“=”)。

 (3)向反应器中再分别充入下列气体,能使H2S转化率增大的是
 (填标号)。

 A.H2S  B.CO2 C.COS    D.N2
 答案   (1)2.5 2.8×10-3 (2)> > (3)B


                                              -11-
专题知识脉络  能力目标解读  热点考题诠释

 解题要领     (1)考查转化率和平衡常数,依据“三段式”解决。

 设H2S转化了x    mol, 
 起始/mol       0.4 0.1
 转化/mol       x   x    x x
 平衡/mol       (0.4-x)  (0.1-x) x     x
 由题意可知,平衡后水的物质的量分数为0.02,

           𝑥mol
 即                         =0.02,x=0.01, 
         0.5mol
                                        0.01mol
 则         α1(H2S)=                                          ×100%=2.5%。 
                                         0.4mol
                                                                                     0.01mol               0.01mol
                                                                                                       ×
                                            𝑐(COS          )·𝑐(H2𝑂)                   2.5 L                 2.5 L                                   -3
 平衡常数                              K=                                            =0.39mol                  0.09mol           =2.8×10                       。 
                                             𝑐(H2𝑆)·𝑐(CO2)                                          ×
                                                                                         2.5 L                 2.5 L


                                              -12-
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 (2)升高温度,平衡后水的物质的量分数增大,即平衡正向移动,则

 H2S的转化率增大。升高温度,平衡向吸热反应方向移动,则正反应
 为吸热反应,ΔH>0。
 (3)增大反应物中一种物质的百分含量,其自身的转化率降低,而另
 外一种反应物的转化率增大,因此选B。加入COS时,平衡逆向移

 动,H2S的转化率减小;加入N2,平衡不移动,H2S的转化率不变。


                                              -13-
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 3.(2017全国Ⅲ,节选)砷(As)是第四周期ⅤA族元素,可以形成As2S3、

 As2O5、H3AsO3、H3AsO4等化合物,有着广泛的用途。回答下列问
 题:
 (1)画出砷的原子结构示意图           。

 (2)工业上常将含砷废渣(主要成分为As2S3)制成浆状,通入O2氧化,

 生成H3AsO4和单质硫。写出发生反应的化学方程
 式:                              。该反应需要在加压下进
 行,原因是       。


                                              -14-
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                                                                                                                  -1                                                                                                     -1
  (3)298 K                         时,将                   20 mL 3x mol·L                                                 Na3AsO3、20 mL 3x mol·L                                                                                 I2      和          20 
                                                                                                                                  3-                                                                -
  mL NaOH                               溶液混合,发生反应:AsO3                                                                                  (aq)+I2(aq)+2OH                                               (aq)
                 3-                              -                                                                                                      3-
  AsO4                 (aq)+2I                     (aq)+H2O(l)。溶液中                                                                c(AsO4                      )与反应时间(t)的关系如
  图所示。 
  ①下列可判断反应达到平衡的
  是         (填标号)。
  a.溶液的pH不再变化


                  -                                   3-
  b.v(I             )=2v(AsO3                               ) 
                              3-                               3-
  c.c(AsO4                          )/c(AsO3                         )不再变化 
  d.c(I-)=y mol·L-1

  ②tm时,v(正)         v(逆)(填“大于”“小于”或“等于”)。
  ③  时   逆         时   逆  填  大于    小于   或  等于    理由是     。
    tm  v( )      tn v(  )( “    ”“    ”  “    ”), -15-
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 答案   (1)


 (2)2As2S3+5O2+6H2O                                                                  4H3AsO4+6S 

 增加反应物O2的浓度,提高As2S3的转化速率
 (3)①a、c   ②大于

 ③小于     tm时生成物浓度较低


            4𝑦3
 ④                        
         (𝑥-𝑦)2


                                              -16-
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 解题要领     (1)As为33号元素,位于第四周期第ⅤA族,所以其原子最
 外层为5个电子,故As的原子结构示意图为                          。(2)由


 题中信息知,As2S3被O2氧化生成H3AsO4和S,根据得失电子守恒可

 配平该反应的化学方程式。加压条件下进行反应,相当于增加了O2
                                                     -
 的浓度,可以提高反应物As2S3的转化率。(3)①a项,反应中消耗OH                 ,
 若pH不变,则说明反应已达平衡,正确;b项,反应中I-与                  的计量
                                             3-
                                          AsO3  
 数之比为2∶1,所以两者反应速率之比始终为2∶1,则不能说明反
 应已达平衡,错误;c项,离子浓度比值不变,即说明反应已达平衡,正
 确;d项,由图知,反应达平衡时,c(            )=y mol·L-1,此时c(I-)=2y
                            3-
                          AsO4  
      -1   -       -1
 mol·L ,则c(I )=y mol·L 时,不能说明反应达到平衡,错误。②在tm时,
 反应未达到平衡,故v(正)>v(逆)。

                                              -17-
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  ③生成物浓度越大,逆反应速率越大,tn时生成物浓度大,则tn时的
  v(逆)大。
                                                                        3-              3𝑥×20                               -1                          -1
  ④三种溶液混合后,c(AsO                                                            )=                                mol·L              =x mol·L                   ,c(I2)=x 
                                                                        3           20+20+20
                 -1                                                                   3-                                 -1           -                             -1
  mol·L              ,反应达到平衡时,c(AsO4                                                       )为        y mol·L                 ,c(I      )=2y mol·L                       ,消耗
                  3-                                                           -1                                                3-
  c(AsO3               )和        c(I2)均为                   y mol·L                 ,则平衡时                        c(AsO3               )=c(I2)=(x-y) 
                                                                                                                                          3-       2     -                          3
                 -1                                              -                            -1                             𝑐(As    O4      )·𝑐    (I  )                    4𝑦
  mol·L              ,pH=14               即       c(OH            )=1 mol·L                       ,则        K=                                                        =                2 。 
                                                                                                                                  3-                  2          -          (𝑥-𝑦)
                                                                                                                     𝑐(As    O3     )·𝑐(I2)·𝑐        (𝑂H      )


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  化学反应速率的计算及影响因素
  有关化学反应速率解题的思维路径


                                              -19-
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    问题探究
   1.如何计算化学反应速率和进行化学反应速率大小比较?
   化学反应速率是表示反应进行快慢的物理量,它用单位时间内反
  应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示。


               对于反应                             mA(g)+nB(g)                                              cC(g)+dD(g),计算公式如下: 
                                                           Δ𝑛(B)
                                 Δ𝑐(B)
               v(B)=                              =             𝑉        。 
                                      Δ𝑡                      Δ𝑡
   用上式进行某物质反应速率计算时需注意以下几点:
   (1)浓度变化只适用于气体和溶液中的溶质,不适用于固体和纯液
  体。
   (2)化学反应速率是某段时间内的平均反应速率,而不是即时速率,
  且计算时取正值。

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   (3)同一反应用不同的物质表示反应速率时,数值可能不同,但意
  义相同。不同物质表示的反应速率,存在如下关
  系:v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)=m∶n∶c∶d。
   (4)对于可逆反应,通常所计算的是正、逆反应抵消后的总反应速
  率。(注:总反应速率也可理解为净速率)
   2.外界条件怎样影响化学反应速率?
   (1)纯液体和固体的浓度视为常数,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的大小发生变化,故影响
  反应速率。
   (2)对于固体、液体物质,由于压强改变对它们的体积影响很小,
  因而压强对它们浓度的影响可看作不变,即压强对无气体参加的化
  学反应的速率无影响。

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  (3)升高温度,不论吸热反应还是放热反应,也不论正反应速率还
 是逆反应速率都增大。
  (4)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
 考虑催化剂活性最大时的温度范围。
  (5)①对于有气体参与的化学反应恒温时,有以下几种情况,压缩体积:                                             压强增大                                         反应物浓度增大                                                             反应速率
   加快。 
   ②恒温时,对于恒容密闭容器: 

   a.充入气体反应物                                                                气体反应物浓度增大(压强也增大)                                                                                                                反应
   速率加快。 

                                              -22-
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            b.充入“惰性”气体                                              总压强增大                                    反应物浓度未改变
反应速率不变。 
            ③恒温恒压时: 

            充入“惰性”气体                                            体积增大                              气体反应物浓度减小                                                        反
应速率减小。 


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                               -1
   例1在一定温度下,10 mL 0.40 mol·L     H2O2溶液发生催化分解。

 不同时刻测得生成O2的体积(已折算为标准状况)如下表。


                          t/min                                               0               2                4                      6                      8                      10 

                          V(O2)/mL                                            0.0             9.9              17.2                   22.4                   26.5                   29.9 
  下列  叙述不正确的是(溶液体积变化忽略不计)(                 )
                                     -2         -1
   A.0~6 min的平均反应速率:v(H2O2)≈3.3×10    mol·( L·min)
                                      -2        -1
   B.6~10 min的平均反应速率:v(H2O2)<3.3×10    mol·( L·min)
                                -1
   C.反应至6 min时,c(H2O2)=0.30 mol·L

   D.反应至6 min时,H2O2分解了50%


                                              -24-
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    分析推理    (1)根据选项知道6     min时是关键点,如何求算6       min时

  的H2O2的物质的量?
   一般可以根据三段式来求解:


                                                                          2H2O2                                                 2H2O+O2↑ 
   初始物质的量(mol)         0.004    0
   变化的物质的量(mol)        0.002    0.001
   6 min时物质的量(mol)     0.002    0.001


                                              -25-
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   (2)如何求解0~6   min内H2O2的平均反应速率及6        min时H2O2的浓
  度和分解率?
   0~6 min内:Δn(H O )=0.002 mol,
                2 2                                0.002mol
                Δc(H                O       )=                               =0.2 mol·L-1; 
                                 2       2             0.01 L
                                              0.2mol·L-1
                v(H            O       )=                                  =0.033 mol·(L·min)-1 
                            2       2                6min
                                                                                                          -1
                6 min               时,c(H2O2)=0.2 mol·L                                                        
                                          0.002mol
                分解率:                                                ×100%=50% 
                                          0.004mol

   (3)根据表格中的O2的体积,可以得出哪些信息?
   随着反应的进行,相同时间内产生氧气的量越来越少。同时也说
 明了浓度的减小导致过氧化氢的分解速率降低。

   答案C                                        -26-
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   题后反思
   由于反应速率的单位是mol·(L·min)-1或mol·(L·s)-1,所以,用于表示
 化学反应速率的反应物或生成物必须有浓度的改变,固体、纯液体、
 敞开体系中产生的气体不能用于表示化学反应速率。如本题中不

 能用v(O2)表示速率。


                                              -27-
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  对点训练1在容积固定的容器中发生反应CO(g)+2H  (g)            
                             2               𝑐(CO)                              𝑐(H2)                           𝑐(CH3𝑂𝐻)
CH OH(g) ΔH<0,各物质的浓度如下表t/min:                                                                                                             
  3                                      (mol·L-1)                           (mol·L-1)                             (mol·L-1)
             0                    0.8                                 1.6                                0 
             2                    0.6                                 x                                  0.2 
             4                    0.3                                 0.6                                0.5 
             6                    0.3                                 0.6                                0.5 
   


                                -28-
直接根据表格计算出                          2~4 min      内    v(CO)=0.15 mol·L-1·min-1,再计算出
                         -1       -1
v(H2)=0.3 mol·L            ·min     ,A   正确;达到平衡时                    CO    的转化率为
0.5
热点一 热点二 ×热点三100%=62热点四 .5%,B   正确;由表中数据可知,0~2 min                               内    Δc(CO)=0.2 
  .
0下列说法不正确的是8 ( )
                      -1
 A.2~4 min内用H 表示的平均反应速率为-1 0.3 mol·(L·min) 关闭
mol·L2     ,则    Δc(H2)= 
 B.达到平衡时,CO的转化率为62.5%
0C.反应在第.4 2 molmin时改变了条件·L,可能是加入了催化剂-1,故 x=1.2 mol·L-1,2~4 min 内各物质的物质的量浓度改变
 D.反应在第2 min时改变了条件,可能是增加了H2的浓度
量大于         0~2 min       内的改变量,由此可见化学反应速率增大,故改变的
                                                          𝑐(CO)      1             𝑐(CO)      1
条件是加入了催化剂,C                           正确;起始时                      =     ,平衡时                =     ,故   2 
                                                          𝑐(H2)      2             𝑐(H2)      2

min    时没有增加关闭H2               的浓度,D           错误。 


D 

                      解析-29- 答案
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   化学平衡状态的判断及平衡移动的影响因素
   有关化学平衡状态及平衡移动解题的思维路径


   分析题目信息                                                      判断是否达到平衡状态                                                                                  分析条件改变
                                                确定平衡移动方向 


                                              -30-
       问题探究 
      1.如何判断可逆反应是否达到平衡状态? 
                        ①𝑣(正)    =  𝑣(逆)
      (1)直接标志 ②各组分的物质的量或质量不变 
                        ③各组分的含量(𝑤、𝜑)不变
热点一 热点二 热点三 热点四           ①     总    或恒温恒压下的                  总   、恒温恒
                             𝑛(   )[                      𝑉(   )
                             容下的𝑝(总)]不变(需具体分析)

        (2)间接标志           ②混合气体的平均相对分子质量𝑀r不变, 
                         
                             或混合气体的密度𝜌不变(需具体分析)
                         
                         ③平衡体系的颜色不变等


                  -31-
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   2.如何判定平衡移动的方向?
   (1)应用平衡移动原理。
   如果改变影响平衡的一个条件(如浓度、压强或温度等),平衡就
 向着能够减弱这种改变的方向移动。
   ①原理中“减弱这种改变”的正确理解应当是升高温度时,平衡向
 吸热反应方向移动;增加反应物浓度,平衡向反应物浓度减小的方
 向移动;增大压强时,平衡向气体体积缩小的方向移动。


                                              -32-
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   ②化学平衡移动的根本原因是外界条件(如温度、压强、浓度等)
 的改变破坏了原平衡体系,使得正、逆反应速率不再相等。当
 v(正)>v(逆)时,平衡向正反应方向移动。当v(正)       𝐾,反应向逆反应方向进行


                                              -33-
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   3.如何理解等效平衡?
   (1)等价转化思想。化学平衡状态的建立与反应途径无关,即无论
 可逆反应是从正反应方向开始,还是从逆反应方向开始,或从中间
 状态开始,只要起始投入物质的物质的量相等,则可达到一样的平
 衡状态。
   (2)放大缩小思想。该方法适用于起始投入物质的物质的量存在
 一定的比例关系。它指的是将反应容器的体积扩大或缩小后,让起
 始物质的浓度相同,则在一定的条件下,可建立相同的平衡状态。
 然后在此基础上进行压缩或扩大,使其还原为原来的浓度。在压缩
 或扩大过程中,依据勒夏特列原理,分析平衡如何移动,相关量的变
 化情况。


                                              -34-
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  例2CO、SO2是主要的大气污染气体,利用化学反应原理是治理
污染的重要方法。甲醇可以补充和部分替代石油燃料,缓解能源紧
张。利用CO可以合成甲醇。
                                                         1
            (1)已知:CO(g)+                                    O      (g)                 CO         (g)  ΔH                    =-283.0 kJ·mol-1                                    ① 
                                                         2       2                              2                         1
                               1
            H       (g)+          O       (g)                H      O(l)  ΔH                      =-285.8 kJ·mol-1                                    ② 
                 2             2       2                          2                             2
                                              3
            CH          OH(g)+                   O      (g)                CO          (g)+2H                O(l) ΔH                  =-764.5 kJ·mol-1                                    ③ 
                      3                       2       2                              2                     2                        3
                                                                                                                                                                              -1
            则        CO(g)+2H2(g)                                       CH3OH(g)   ΔH=                                                                     kJ·mol                 。             


                                        -35-
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   (2)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,平衡转化率与温度、压强的关系如右图所示。


   ①p1        p2(填“>”“<”或“=”),理由是     。
   ②该甲醇合成反应在A点的平衡常数的值K=                      (用a和V表
  示)。


                                              -36-
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   ③该反应达到平衡时,反应物转化率的关系是: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          。(填写相应字母)
   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.增加等物质的量的CO和H2


                                              -37-
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   分析推理     (1)根据盖斯定律①+2×②-③,计算得到ΔH=-90.1
 kJ·mol-1,由此得出该反应为放热反应。
   (2)根据“定一议二”的原则,在横坐标上选取一点,作一条等温线,

 与p1、p2压强下的曲线得到两个交点,p2时CO的转化率大于p1,由于

 该反应的正反应是一个气体体积减小的反应,故p1105时,可以认为该反应已经进行完
 全。虽然转化率也能表示反应进行的程度,但转化率不仅与温度有
 关,而且与起始条件有关。②K的大小只与温度有关,与反应物或生
 成物的起始浓度无关。


                                              -45-
      例   3 在   10 L  恒容密闭容器中充入                   X(g)和    Y(g),发生反应
X(g)+Y(g)          M(g)+N(g),所得实验数据如下表: 

        实验               起始时物质的量/mol 平衡时物质的量/mol 
              温度/℃ 
        编号 
                         n(X)         n(Y)          n(M) 
        ①     700        0.40         0.10          0.090 

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        ②     800        0.10         0.40          0.080 
        ③     800        0.20         0.30          a 
        ④     900        0.10         0.15          b 
 


                 -46-
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   下列说法正确的是(          )
   A.实验①中,若5 min时测得n(M)=0.050 mol,则0至5 min 时间内,
 用N表示的平均反应速率v(N)=1.0×10-2        mol·( L·min)-1
   B.实验②中,该反应的平衡常数K=2.0
   C.实验③中,达到平衡时,X的转化率为60%
   D.实验④中,达到平衡时,b>0.060


                                              -47-
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    分析推理    (1)如何求算实验②的平衡常数?
  根据反应物、生成物反应前后物质的量浓度计算。平衡时
  n(M)=0.080 mol,则生成N 0.080 mol,消耗X、Y的物质的量分别为
  0.080 mol,因此平衡时容器中有X      0.02 mol、Y 0.32 mol,其平衡常


                                 0.080              0.080
                                     10        ×        10
             数         K=           0.02            0.32          =1。 
                                      10       ×      10
   (2)实验③没有告知a的具体值,如何求X的转化率?
 根据平衡常数只与温度有关,实验②、③温度不变,平衡常数也不
 变,故K=1,再根据“三段式”计算a,求算X的转化率。有

                        𝑎         𝑎
                             ×
                      10          10           =1,a=0.12。即参加反应的                                                                        X       的物质的量为                                          0.12 mol,
                0.2-𝑎            0.3-𝑎
                   10        ×       10
                                       0.12mol
其转化率为                                                        ×100%=60%。 
                                         0.2mol-48-
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   (3)如何判断该反应是吸热反应还是放热反应?
   分别求实验①、实验②的平衡常数,通过不同温度时平衡常数的


                                                                                                                                                                                                 81
  变化分析该反应是吸热反应还是放热反应。实验①的                                                                                                                                                              K=               ,实验② 
                                                                                                                                                                                                 31
   K=1,温度越高,K越小,说明该反应是放热反应。
   (4)实验④中b值大小如何确定?
   利用假设法进行比较。实验④起始物质的量是实验③的一半,假
 设温度也是800     ℃,根据K值不变,则b是a的一半。该反应是放热反
 应,则b比a的一半要小。
    答案C 


                                              -49-
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   题后反思
   (1)对于同类型的反应,K值越大,反应物转化率越大,表示反应进
 行的程度越大;K值越小,反应物转化率越小,表示反应进行的程度
 越小。
   (2)化学平衡常数只与温度有关,与反应物或生成物的浓度无关。
   (3)反应物或生成物中若有固体或纯液体,其浓度可以看作“1”而
 不代入平衡常数表达式。
   (4)化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。若化学方程式
 中的化学计量数变化,相应地化学平衡常数也要发生变化;当化学
 反应逆向进行时,平衡常数为原平衡常数的倒数。


                                              -50-
                 对点训练                             3      已知:CO(g)+H2O(g)                                                                CO2(g)+H2(g)                                       ΔH=Q,其平
热点一衡常数随温度变化如下表热点二 热点三 热点四                                                              : 
                                      温度/℃                                                                400                            500                        850 
                                      平衡常数                                                                9.94                           9                          1 
   
  请回答下列问题:
   (1)上述反应的化学平衡常数表达式为:                     。该反应的Q
  0(填“>”或“<”)。

   (2)850 ℃时在体积为10 L反应器中,通入一定量的CO和H2O(g),

  发生上述反应,CO和H2O(g)浓度变化如图所示,则0~4 min时平均反
  应速率v(CO)=         。


                                              -51-
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                                                                      850             ℃时物质浓度的变化 

   (3)若反应在500 ℃时进行,且CO、H2O(g)的起始浓度均为0.020 
 mol·L-1,该条件下,CO的最大转化率为               。

   (4)若反应在850 ℃时进行,设起始时CO和H2O(g)的物质的量浓
 度之和为1 mol·L-1,其中水蒸气的体积分数为x,平衡时CO的转化率
 为y,试推导y随x变化的函数关系式为             。

                                              -52-
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 解析         (1)可逆反应                   CO(g)+H             O(g)             CO      (g)+H        (g)的平衡常数
                         𝑐(CO      )·𝑐(H      )       2                        2             2
 答案          (1)K=                2           2        < 
                         𝑐(CO)·𝑐(H          𝑂)
       𝑐(CO2)·𝑐(H2)                      2
 (2)0K=  .03 mol·(L。由表中数据可知·min)-1                                ,温度越高,平衡常数越小,即平衡向
 (3)75%𝑐(CO) ·𝑐(H(4)2𝑂y=x)      
 逆反应方向移动,因升高温度平衡向吸热方向移动,故正反应为放热
 反应。 
 (2)由图像可知:CO                           在     4 min       内浓度减小了                       0.20 mol·L-1-0.08 
                                                              0.12mol·L-1
 mol·L-1=0.12 mol·L-1,则                         v(CO)=                            =0.03 mol·(L·min)-1。 
                                                                    4min

                            -53-
      (3)500  ℃时平衡常数为           9,设  CO   最多能转化        x mol·L-1,则: 
             CO(g)+H2O(g)           CO2(g)+H2(g) 
 起始(mol·L-1):       0.02            0.02         0            0 
 转化(mol·L-1):       x               x            x            x 
 平衡(mol·L-1):       0.02-x          0.02-x       x            x 
               𝑥2
      则有:           =9,解得    x=0.015,则   CO  的最大转化率为
            (0.02-𝑥)2
 0.015
      ×100%=75%。 
 0.02
      (4)850  ℃时平衡常数为           1,有: 

热点一 热点二 热点三 热点四
            CO(g)        +    H2O(g)      CO2(g)+H2(g) 
 起始(mol·L-1):       1-x             x            0            0 
 转化(mol·L-1):       y(1-x)          y(1-x)       y(1-x)       y(1-x) 
 平衡(mol·L-1):       1-x-y+xy        x-y+xy       y(1-x)       y(1-x) 
               𝑦(1-𝑥)·𝑦(1-𝑥)
      则有:                     =1,解得    y=x。 
            (1-𝑥--54- 𝑦+𝑥𝑦)·(𝑥-𝑦+𝑥𝑦)
第一步                     即分析可逆反应方程式,观察物质的状态、气态物质
分子数的变化(正反应是气体分子数增大的反应,还是气体分子数减

热点一小的反应热点二 热点三 热点四 ),反应热(正反应是放热反应,还是吸热反应)等。 
 化学反应速率及化学平衡图像、图表的分析
有关化学平衡图像题常见的思维路径 
第二步                     即识别图像类型,横坐标和纵坐标的含义,线和点(起
点、折点、拐点等)的意义。利用“先拐先平数值大”的规律分析判断,
即曲线先出现拐点,先达到平衡,其温度、压强越大。 
    


                      -55-
热点一第热点二三热点三 步热点四                联想外界条件对化学反应速率、化学平衡移动的影
 响规律,特别是影响因素的适用条件等。 
     
 第四步                            图表与规律整合。逐项分析图表,重点看图表是否符
 合可逆反应的特点、外界条件对化学反应速率和化学平衡移动的影
 响规律。 


                              -56-
热点一   热点二  热点三   热点四

    问题探究
   解答化学平衡图像题应注意哪些问题?


                                              -57-
  A                      B                              C                        D 


热点一 热点二 热点三 热点四

 例4臭氧是理想的烟气脱硝试剂,其脱硝反应为:2NO2(g)+O3(g)      

N2O5(g)+O2(g),若反应在恒容密闭容器中进行,下列由该反应相关
图像作出的判断正确的是( )                                                                                       
                         0~3 s    内,反应速率                t1 时仅加入催                 达平衡时,仅改
  升高温度,平
                         为:v(NO        )=0.2            化剂,平衡正向                  变   x,则    x  为
  衡常数减小                               2
                                  -1
                         mol·L                          移动                       c(O2) 
  
                     -58-
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   分析推理     (1)如何判断温度与平衡常数的关系?
   根据能量图像中反应物与生成物能量高低,得出该反应是放热反
 应,则温度升高,K值减小。
   (2)计算反应速率时要注意规范书写,尤其是单位,该题B项中单位
 应是什么?
   根据横坐标,速率单位是mol·(L·s)-1。

   (3)根据图像,NO2转化率随x增加而增大,思考能使NO2转化率增
 大的因素有哪些?

   增加O3的含量或加压均可以,但是增加O2的量会使平衡逆向移动,

 不能增大NO2的转化率。
   答案A


                                              -59-
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   对点训练4(2016全国Ⅱ)丙烯腈(CH2=CHCN)是一种重要的化工
 原料,工业上可用“丙烯氨氧化法”生产,主要副产物有丙烯醛

 (CH2=CHCHO)和乙腈(CH3CN)等。回答下列问题:
   (1)以丙烯、氨、氧气为原料,在催化剂存在下生成丙烯腈

 (C3H3N)和副产物丙烯醛(C3H4O)的热化学方程式如下:


                                                                          3
         ①C              H       (g)+NH                     (g)+             O        (g)                   C       H       N(g)+3H                        O(g)                   ΔH=-515 
                      3       6                           3               2        2                             3        3                              2
 kJ·mol-1 
                                                                                                                                                                                                                -1
         ②C3H6(g)+O2(g)                                                      C3H4O(g)+H2O(g)                                                           ΔH=-353 kJ·mol                                                
   两个反应在热力学上趋势均很大,其原因
 是                             ;有利于提高丙烯腈平衡产率
 的反应条件是                                 ;提高丙烯腈反应
 选择性的关键因素是          。

                                              -60-
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   (2)图(a)为丙烯腈产率与反应温度的关系曲线,最高产率对应的
 温度为460 ℃。低于460 ℃时,丙烯腈的产率                    (填“是”或
 “不是”)对应温度下的平衡产率,判断理由是                          ;高于
 460 ℃时,丙烯腈产率降低的可能原因是                   (双选,填标号)。
   A.催化剂活性降低      B.平衡常数变大
   C.副反应增多        D.反应活化能增大


                                                                                                                                                                                                             
                                              -61-            图(a)                                   图(b) 
热点一   热点二  热点三   热点四


   (3)丙烯腈和丙烯醛的产率与n(氨)/n(丙烯)的关系如图(b)所示。
 由图可知,最佳n(氨)/n(丙烯)约为              ,理由
 是
     。进料气氨、空气、丙烯的理论体积比约
 为                。


                                              -62-
热点一   热点二  热点三   热点四
   答案   (1)两个反应均为放热量大的反应            降低温度、降低压强
 催化剂
   (2)不是   该反应为放热反应,平衡产率应随温度升高而降低
 AC
   (3)1 该比例下丙烯腈产率最高,而副产物丙烯醛产率最低
 1∶7.5∶1
   解析   (1)从反应的焓变可看出这两个反应都为放热反应,且“1
 mol反应”放出的热量大,故两个反应在热力学上的趋势很大。由于
 生成丙烯腈的反应为气体体积增大的放热反应,故要提高丙烯腈的
 产率可采取的措施为降温、降压。提高丙烯腈反应选择性的关键
 因素是使用合适的催化剂。


                                              -63-
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   (2)图(a)中,低于460 ℃时的曲线不表示丙烯腈的产率,因为合成
 丙烯腈的反应为放热反应,温度降低时,丙烯腈的产率应增大,而非
 减小。高于460     ℃时,丙烯腈产率降低的原因分析:催化剂活性降低,
 合成丙烯腈的反应速率减小,而副反应可能更多地发生,A项符合题
 意;平衡常数增大,丙烯腈的产率增大,B项不符合题意;副反应增多,
 可能导致丙烯腈产率降低,C项符合题意;反应活化能增大,并不影
 响平衡的移动,不会导致丙烯腈的产率变化,D项不符合题意。
   (3)由图(b)可知,当n(氨)/n(丙烯)在1.0左右时丙烯腈的产率达最
 大值,而副产物丙烯醛的产率达最小值。由反应①

 知,V(NH3)∶V(O2)∶V(C3H6)=2∶3∶2,而V(O2)∶V(空气)≈1∶5,则

 进料气的理论体积比约为V(NH3)∶V(空气)∶V(C3H6)=2∶15∶2,
 即1∶7.5∶1。

                                              -64-
1 2 3 4

 1.(2018天津理综)室温下,向圆底烧瓶中加入1 mol C2H5OH和含1 

 mol HBr的氢溴酸,溶液中发生反应:C2H5OH+HBr        C2H5Br+H2O,

 充分反应后达到平衡。已知常压下,C2H5Br和C2H5OH的沸点分别

 为38.4 ℃和78.5 ℃。下列有关叙述错误的是(              )           关闭
 加入A.加入NaOHNaOH,能与可增大乙醇的物质的量HBr反应,平衡左移,可增大乙醇的物质的量,A项正确;增大
 B.增大HBr浓度,有利于生成C2H5Br
 反应物HBr的浓度,平衡右移,有利于生成C2H5Br,B项正确;由于两种反应
 C.若反应物均增大至2 mol,则两种反应物平衡转化率之比不变
 物的起始量相等,且反应中两种物质的化学计量数之比为1∶1,则两种反
 D.若起始温度提高至60 ℃,可缩短反应达到平衡的时间
 应物平衡转化率之比不变,C项正确;由于C2H5Br的沸点为38.4 ℃,若起始

 温度提高至60 ℃,则会造成C2H5Br的挥发,因此反应达到平衡的时间会延
 长,D项错误。
                                                     关闭
  D

                                             解析-65- 答案
1 2 3 4
 2.在1.0 L密闭容器中放入0.10 mol    X,在一定温度下发生反应:X(g)   
 Y(g)+Z(g)    ΔH<0容器内气体总压强p随反应时间t的变化关系
 如图所示。以下分析正确的是(            B )


                                                                                                                                                   0.2                                                -1
  A.从反应开始到                                                t1    时的平均反应速率                                                        v(X)=                          mol·(L·min)                                  
  B.该温度下此反应的平衡常数K=0.32                                                                                                                              𝑡1
  C.欲提高平衡体系中Y的含量,可升高体系温度或减少Z的量
  D.其他条件不变,再充入0.1 mol气体X,平衡正向移动,X的转化率增
  大
                                              -66-
解析 在恒容的密闭容器中,气体的物质的量之比等于容器中气体产
生的压强之比。
1 2 3 4                          
              X(g)                     Y(g)+Z(g)              p/kPa 
反应前:0.1 mol                            0        0                 0.5 
转化:    n                               n       n 
t1  时:    0.1 mol-n                    n       n                  0.7 
       0.1mol                 0.5 kPa
                         =               , 
0.1mol-𝑛+𝑛+𝑛               0.7 kPa
解得:n=0.04 mol。 


                          -67-
                                                                 -1
                                              -1       0.04mol·L       0.04
 从反应开始到            t1 时,Δc(X)=0.04 mol·L       ,v(X)=               =       
                                                          𝑡1min        𝑡1
 mol·L-1·min-1,A   项错误;当反应达到平衡时气体的压强是                                 0.9 kPa,则
                                       0.1mol×0.9 kPa
 平衡时气体的物质的量之和                       n=                 =0.18 mol,比反应前增
                                           0.5 kPa
 加了    0.08 mol,根据反应方程式中的物质的量关系可知有                                     0.08 mol 
 X 发生反应,产生            Y、Z    物质的量都是            0.08 mol,此时还剩余            0.02 
 mol X,根据平衡常数的定义式可得该温度下的化学平衡常数
    𝑐(Y)·𝑐(Z) 0.08×0.08
1K2 3 =4      =            =0.32,B   项正确;该反应的正反应是气体物质
      𝑐(X)         0.02
 的量增大的放热反应,根据平衡移动原理,欲提高平衡体系中                                               Y 的含
 量,可降低体系温度或减少                     Z 的量,C     项错误;其他条件不变,再充入
 0.1 mol  气体    X,由于压强增大的影响大于浓度增大的影响,增大压
 强,平衡向气体物质的量减小的逆反应方向移动,X                                      的转化率降低,D
 项错误。 

                 -68-
1 2  3 4

  3.在恒容密闭容器中进行反应:X(g)+3Y(g)              2Z(g),下列说法正    关闭
  确的是A项,图1(说明当反应达到平衡后)    ,升高温度,v(正)增大得少、v(逆)增大得
  多,平衡逆向移动。根据平衡移动原理,升高温度,化学平衡向吸热反应方
  向移动,逆反应为吸热反应,错误。B项,反应达到平衡后,增大压强,平衡
  正向移动,由于反应是在体积恒定的密闭容器内进行,气体的质量在反应
                                                                                                                                                                                                    
  前后保持不变,所以气体密度也不变,错误。C项,图2改变条件后图v'(正)、                    1                                                                                                   图        2 
  A.v'(图逆1)都增大说明正反应为吸热反应,v'(逆)增大得多,所以平衡逆向移动。由于升高温度,能使化
  B.学反应速率增大。因此可以表示升高温度使平衡向逆反应方向移动反应达平衡后,增大压强气体密度将减小  ,正
  C.确。图2D可表示升高温度使平衡向逆反应方向移动项,使用催化剂后正反应、逆反应的速率都加快,但是平衡不发生
    图  可表示使用催化剂后引发的反应速率变化                               关闭
  D.移动,2错误。
  C 

                                               解析-69- 答案
1 2 3 4

 4.(2018全国Ⅱ)CH4-CO2催化重整不仅可以得到合成气(CO和H2),
 还对温室气体的减排具有重要意义。回答下列问题:

  (1)CH4-CO2                             催化重整反应为                                                  CH4(g)+CO2(g)                                                  2CO(g)+2H2(g)。 
  已知: 
                                                                                                                                                              -1
  C(s)+2H2(g)                                         CH4(g)                                                  ΔH=-75 kJ·mol                                         
                                                                                                                                                                  -1
  C(s)+O2(g)                                      CO2(g)                                                      ΔH=-394 kJ·mol                                            
                   1
  C(s)+                O       (g)                    CO(g)                                                   ΔH=-111 kJ·mol-1 
                   2        2
                                  -1
 该催化重整反应的ΔH=                 kJ·mol ,有利于提高CH4平衡
 转化率的条件是              (填标号)。
 A.高温低压       B.低温高压    C.高温高压       D.低温低压

 某温度下,在体积为2 L的容器中加入2 mol CH4、1 mol CO2以及催

 化剂进行重整反应,达到平衡时CO2的转化率是50%,其平衡常数为
    2  -2
 mol ·L 。                                     -70-
1 2 3 4
                                                              积碳反应                     消碳反应 
  反应中催化剂活性会因积碳反应而降低   同时存在的消碳反应则
 (2)                  ,                                       CH      (g)              CO       (g)+C(s) 
 使积碳量减少,相关数据如下表:                                                     4                        2
                                                              C(s)+2H2(g)                      2CO(g) 
                     ΔH/(kJ·mol-1)                            75                       172 
                        活化能               催化剂            X 33                          91 
                                          
                     (kJ·mol-1)催化剂                       Y 43                          72 
 


                             -71-
1 2 3 4

 ①由上表判断,催化剂X                 Y(填“优于”或“劣于”),理由
 是                    。在反应进料气组成、压强及反应时间
 相同的情况下,某催化剂表面的积碳量随温度的变化关系如右图所
 示,升高温度时,下列关于积碳反应、消碳反应的平衡常数(K)和速
 率(v)的叙述正确的是               (填标号)。

 A.K积、K消均增加

 B.v积减小、v消增加

 C.K积减小、K消增加

 D.v消增加的倍数比v积增加的倍数大


                                              -72-
1 2 3 4

 ②在一定温度下,测得某催化剂上沉积碳的生成速率方程为
                 -0.5
 v=k·p(CH4)·[p(CO2)] (k为速率常数),在p(CH4)一定时,不同p(CO2)

 下积碳量随时间的变化趋势如下图所示,则pa(CO2)、pb(CO2)、

 pc(CO2)从大到小的顺序为        。


                                                                                                                                               


                                              -73-
1 2 3 4

 答案   (1)247 A 1
                
               3
 (2)①劣于    相对于催化剂X,催化剂Y积碳反应的活化能大,积碳反
 应的速率小;而消碳反应活化能相对较小,消碳反应速率大                     AD

 ②pc(CO2)、pb(CO2)、pa(CO2)
 解析   (1)将已知热化学方程式依次编号为①②③,根据盖斯定律,③
                                              -1
 ×2-①-②,得到CH4-CO2催化重整反应的ΔH=+247          kJ·mol 。由于

 该反应是正反应气体体积增大的吸热反应,所以有利于提高CH4平
 衡转化率的条件是高温低压,A项正确。某温度下,在体积为2                    L的

 容器中加入2     mol CH4、1 mol CO2,达到平衡时CO2的转化率是50%,
                                               -1
 则平衡时各物质的物质的量浓度分别为c(CH4)=0.75              mol·L 、
                -1             -1             -1
 c(CO2)=0.25 mol·L 、c(CO)=0.5 mol·L 、c(H2)=0.5 mol·L ,根据


            𝑐2(CO)·𝑐2(H                            )                                                 1
  K=                                              2     ,计算得出                                K=            或         0.33。 
            𝑐(CH4)·𝑐(CO2)                                                                            3
                                              -74-
1 2 3 4

   (2)①根据表格中活化能数据分析,催化剂X劣于催化剂Y。因为
 相对于催化剂X,催化剂Y积碳反应的活化能大,积碳反应的速率小,
 而消碳反应活化能相对较小,消碳反应速率大。由于积碳反应和消

 碳反应均为吸热反应,所以升高温度平衡正向移动,K积、K消均增加;

 温度高于600    ℃时,积碳量随温度的升高而下降,说明v消增加的倍数

 比v积增加的倍数大,A、D两项正确。
                        -0.5
   ②根据v=k·p(CH4)·[p(CO2)] ,当p(CH4)一定时,积碳量随p(CO2)

 的增大而减小,故pc(CO2)>pb(CO2)>pa(CO2)。


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