1 化学基本理论 化学平衡常数及其计算 考点一 化学平衡常数的概念及应用 1化学平衡常数 在一定温度下，当一个可逆反应达到化学平衡时，生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值是一个常数，用符号_K_表示。 2表达式 (1)对于反应mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)， KcpCcqDcmAcnB(计算K利用的是物质的平衡浓度，而不是任意时刻浓度，也不能用物质的量。固体和纯液体物质的浓度视为常数，通常不计入平衡常数表达式中)。 (2)化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数，化学反应方向改变或化学计量数改变，化学平衡常数均发生改变。举例如下： 化学方程式 平衡常数 关系式 N2(g)3H2(g)2NH3(g) K1c2NH3cN2c3H2 K2K1 K31K1 12N2(g)32H2(g) NH3(g) K2cNH3c12N2c32H2 2NH3(g)N2(g)3H2(g) K3cN2c3H2c2NH3 3注意事项 (1)K值越大，反应物的转化率越高，正反应进行的程度越大。 (2)K只受温度影响，与反应物或生成物的浓度变化无关。 (3)催化剂能加快化学反应速率，但对化学平衡常数无影响。 4应用 (1)判断可逆反应进行的程度 K值大，说明反应进行的程度大，反应物的转化率高；K值小，说明反应进行的程度小，反应物的转化率低。 K 105 105105 105 反应程度 很难进行 反应可逆 反应可接近完全 (2)判断化学反应进行的方向 2 对于可逆反应aA(g)bB(g)cC(g)dD(g)， 在一定温度下的任意时刻， 反应物与生成物浓度有如下关系： QccCcdDcaAcbB，称为浓度商。 QK 反应向正反应方向进行，v正v逆 QK 反应处于化学平衡状态，v正v逆 QK 反应向逆反应方向进行，v正v逆 (3)判断可逆反应的热效应 考法精析 考法一 化学平衡常数的含义 1已知反应：CO(g)CuO(s)CO2(g)Cu(s)和反应：H2(g)CuO(s)Cu(s)H2O(g)在相同的某温度下的平衡常数分别为K1和K2，该温度下反应：CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)的平衡常数为K。则下列说法正确的是( ) A反应的平衡常数K1cCO2cCucCOcCuO B反应的平衡常数KK1K2 C对于反应，恒容时，温度升高，H2浓度减小，则该反应的焓变为正值 D对于反应，恒温恒容下，增大压强，H2浓度一定减小 解析：选 B 在书写平衡常数表达式时，纯固体物质不能出现在平衡常数表达式中，A错误；由于反应反应反应，因此平衡常数KK1K2，B 正确；对于反应，温度升高，H2浓度减小，则平衡左移，即逆反应为吸热反应，正反应为放热反应，因此H0，C 错误；对于反应，在恒温恒容下，增大压强，如充入惰性气体，则平衡不移动，H2的浓度不变，D错误。 2某温度下 2 L 密闭容器中 3 种气体起始状态和平衡状态时的物质的量(n)如表所示，下列说法正确的是( ) X Y W n(起始状态)/mol 2 1 0 n(平衡状态)/mol 1 0.5 1.5 3 A.该温度下，此反应的平衡常数表达式是Kc2XcYc3W B其他条件不变，升高温度，若 W 的体积分数减小，则此反应H0 C其他条件不变，使用催化剂，正、逆反应速率和平衡常数均增大，平衡不移动 D其他条件不变，当密闭容器中混合气体密度不变时，表明反应已达到平衡 解析：选 B 由表知，X、Y 是反应物，W 是生成物，且n(X)n(Y)n(W)213，化学方程式为 2X(g)Y(g)3W(g)，反应的平衡常数表达式是Kc3Wc2XcY，A 错误；升高温度，若 W 的体积分数减小，说明平衡向逆反应方向移动，则此反应的H”或“0。 4 (3)Q0.20.20.20.2K0.1，反应向逆反应方向进行；Q0.10.10.20.05 (3)向逆反应方向 向正反应方向 考点二 平衡常数和转化率的相关计算 1明确三个量起始量、变化量、平衡量 N2 3H2催化剂高温、高压2NH3 起始量 1 3 0 变化量 a b c 平衡量 1a 3b c 反应物的平衡量起始量转化量。 生成物的平衡量起始量转化量。 各物质变化浓度之比等于它们在化学方程式中化学计量数之比。变化浓度是联系化学方程式、平衡浓度、起始浓度、转化率、化学反应速率的桥梁。因此抓住变化浓度是解题的关键。 2掌握四个公式 (1)反应物的转化率n转化n起始100%c转化c起始100%。 (2)生成物的产率：实际产量(指生成物)占理论产量的百分数。一般来讲，转化率越大，原料利用率越高，产率越大。 产率实际产量理论产量100%。 (3)平衡时混合物组分的百分含量平衡量平衡时各物质的总量100%。 (4)某组分的体积分数某组分的物质的量混合气体总的物质的量100%。 3谨记一个答题模板 反应：mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)，令 A、B 起始物质的量分别为a mol、b mol，达到平衡后，A 的转化量为mx mol，容器容积为V L，则有以下关系： mA(g)nB(g)pC(g)qD(g) 起始/mol a b 0 0 转化/mol mx nx px qx 平衡/mol amx bnx px qx 5 对于反应物：n(平)n(始)n(转) 对于生成物：n(平)n(始)n(转) 则有：KpxVpqxVqamxVmbnxVn c平(A)amxV molL1 (A)平mxa100%，(A)(B)mxanxbmbna (A)amxabpqmnx100% p平p始abpqmnxab 混aMAbMBV gL1其中M(A)、M(B)分别为 A、B 的摩尔质量 平衡时体系的平均摩尔质量： MaMAbMBabpqmnx gmol1 考法精析 考法一 外界条件对转化率大小的影响 1反应 X(g)Y(g)2Z(g) H0，在密闭容器中充入 0.1 mol X 和 0.1 mol Y，达到平衡时，下列说法不正确的是( ) A减小容器体积，平衡不移动，X 的转化率不变 B增大c(X)，X 的转化率减小 C保持容器体积不变，同时充入 0.1 mol X 和 0.2 mol Y，X 的转化率增大 D加入催化剂，正反应速率增大，Z 的产率增大 解析：选 D A 项，该反应为反应前后气体物质的量不变的反应，平衡不受压强影响，减小容器体积，平衡不移动，X 的转化率不变，正确；B 项，增大c(X)，平衡正向移动，Y 的转化率增大，X 的转化率减小，正确；C 项，相当于只增加 Y 的浓度，X 的转化率会增大，正确；D 项，催化剂不能使平衡移动，不改变产物的产率，错误。 2已知：3CH4(g)2N2(g)3C(s)4NH3(g) H0，在 700 ，CH4与 N2在不同物质的量之比nCH4nN2时 CH4的平衡转化率如图所示。下列说法正确的是( ) 6 A.nCH4nN2越大，CH4的平衡转化率越高 B.nCH4nN2不变时，若升温，NH3的体积分数会增大 Cb点对应的平衡常数比a点的大 Da点对应的 NH3的体积分数约为 26% 解析：选 B CH4和 N2的物质的量之比越大，CH4的转化率越低，A 错误；CH4和 N2的物质的量之比不变时，升温，平衡正向移动，NH3的体积分数增大，B 正确；平衡常数只与温度有关，与反应物的物质的量无关，所以各点的平衡常数相同，C 错误；a点 CH4的平衡转化率为22%，nCH4nN20.75，则设甲烷为 3 mol，氮气为 4 mol， 3CH4(g)2N2(g)3C(s)4NH3(g) 起始量/mol 3 4 0 转化量/mol 0.66 0.44 0.88 平衡量/mol 2.34 3.56 0.88 则 NH3的体积分数为0.88 mol2.343.560.88mol100%13%，D 错误。 3 一定温度下， 在 3 个体积均为 1.0 L的恒容密闭容器中反应2H2(g)CO(g)CH3OH(g)达到平衡。下列说法正确的是( ) 容器 温度/K 物质的起始浓度/(molL1) 物质的平衡浓度/(molL1) c(H2) c(CO) c(CH3OH) c(CH3OH) 400 0.20 0.10 0 0.080 400 0.40 0.20 0 500 0 0 0.10 0.025 A该反应的正反应吸热 B达到平衡时，容器中反应物转化率比容器中的大 C达到平衡时，容器中c(H2)大于容器中c(H2)的两倍 D达到平衡时，容器中的正反应速率比容器中的大 解析： 选 D 将容器中c(CH3OH)0.10 mol L1等效转移至左边的反应物， 相当于c(H2)0.20 molL1，c(CO)0.10 molL1。A 项，容器中相对于容器中，温度升高，平衡左移，则逆反应为吸热反应，正反应放热，错误；B 项，容器中相对于容器中，压强 7 增大，平衡右移，则容器中反应物转化率大，错误；C 项，容器相对于容器，温度升高，压强减小，平衡左移，达平衡时，容器中c(H2)小于容器中c(H2)的两倍，错误；D项，容器中比容器中温度高，反应速率快，正确。 归纳总结 转化率大小变化分析 判断反应物转化率的变化时，不要把平衡正向移动与反应物转化率提高等同起来，要视具体情况而定。常见有以下几种情形： 反应类型 条件的改变 反应物转化率的变化 有多种反应物的可逆反应：mA(g)nB(g)pC(g)qD(g) 恒容时只增加反应物 A的用量 反应物 A 的转化率减小，反应物 B 的转化率增大 同等倍数地增大反应物A、B 的量 恒温恒压条件下 反应物转化率不变 恒温恒容条件下 mnpq 反应物 A 和 B 的转化率均增大 mnpq 反应物 A 和 B 的转化率均减小 mnpq 反应物 A 和 B 的转化率均不变 只有一种反应物的可逆反应：mA(g) nB(g)pC(g) 增加反应物A 的用量 恒温恒压条件下 反应物转化率不变 恒温恒容条件下 mnp 反应物 A 的转化率增大 mnp 反应物 A 的转化率减小 mnp 反应物 A 的转化率不变 考法二 平衡常数与转化率的相关计算 4羰基硫(COS)可作为一种粮食熏蒸剂，能防止某些昆虫、线虫和真菌的危害。在恒容密闭容器中，将 CO 和 H2S 混合加热并达到下列平衡：CO(g)H2S(g)COS(g)H2(g) K0.1， 反应前 CO 物质的量为 10 mol， 平衡后 CO 物质的量为 8 mol。 下列说法正确的是( ) A升高温度，H2S 浓度增大，表明该反应正反应是吸热反应 B通入 CO 后，正反应速率逐渐增大 C反应前 H2S 物质的量为 7 mol DCO 的平衡转化率为 80% 解析：选 C 升高温度，H2S 浓度增大，说明平衡向逆反应方向移动，逆反应为吸热反应，则该反应的正反应为放热反应，A 不正确。通入 CO 后，正反应速率瞬间增大，之后化学平衡 8 发生移动，正反应速率逐渐减小，逆反应速率逐渐增大，当正反应速率和逆反应速率相等时，反应达到新的化学平衡状态，B 不正确。设反应前 H2S 的物质的量为a mol，容器的容积为 1 L，列“三段式”进行解题： CO(g)H2S(g)COS(g)H2(g) 起始/molL1 10 a 0 0 转化/molL1 2 2 2 2 平衡/molL1 8 a2 2 2 化学平衡常数K228a20.1，解得a7，C 正确。 CO 的平衡转化率为10 mol8 mol10 mol100%20%，D 不正确。 5某温度下，将 2 mol A 和 3 mol B 充入一密闭容器中，发生反应：aA(g)B(g)C(g)D(g)，5 min 后达到平衡，已知该温度下其平衡常数K1，若温度不变时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( ) Aa3 Ba2 CB 的转化率为 40% DB 的转化率为 60% 解析：选 C 温度不变，扩大容器体积(相当于减小压强)时，A 的转化率不变，说明反应前后气体的体积不变，即a1，A、B 错误；设达到平衡时，B 的转化量为x mol，则 A、B、C、D 的平衡量分别为(2x)mol、(3x)mol、x mol、x mol，设容器体积为 1 L，则平衡常数K1x22x3x，解得x1.2，B 的转化率1.23100%40%，C 正确，D 错误。 6H2S 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1_%，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2_1，该反应的H_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_(填字母)。 AH2S BCO2 CCOS DN2 解析：(1)610 K 时向空钢瓶中充入 0.10 mol CO2和 0.40 mol H2S，钢瓶容积为 2.5 L，按“三段式”法进行计算： H2S(g)CO2(g)COS(g)H2O(g) 起始量/mol 0.40 0.10 0 0 转化量/mol x x x x 平衡量/mol 0.40x 0.10x x x 9 反应平衡后水的物质的量分数为 0.02，则有x0.40x0.10xxx0.02，解得x0.01，故 H2S 的平衡转化率10.01 mol0.40 mol100%2.5%。 此时 H2S、CO2、COS 和 H2O(g)的物质的量(mol)分别为 0.39、0.09、0.01、0.01，故该反应的平衡常数KcCOScH2OcH2ScCO2nCOSnH2OnH2SnCO20.0120.390.092.8103。 (2)在 620 K 重复实验，平衡后水的物质的量分数为 0.03，温度升高，平衡后水的物质的量分数增大，说明平衡正向移动，则H0；升高温度，平衡正向移动，反应物的平衡转化率增大，则 H2S 的转化率：21。 (3)该反应器为钢瓶， 反应过程中容积不变。 向反应器中再充入 H2S 气体， 平衡正向移动，CO2的转化率增大，但 H2S 的转化率减小，A 错误；充入 CO2，平衡正向移动，H2S 的转化率增大，CO2的转化率减小，B 正确；充入 COS，平衡逆向移动，H2S 的转化率减小，C 错误；充入N2，平衡不移动，H2S 的转化率不变，D 错误。 答案：(1)2.5 2.8103 (2) (3)B 考法三 压强平衡常数(Kp)的相关计算 7一定量的 CO2与足量的碳在体积可变的恒压密闭容器中反应：C(s)CO2(g)2CO(g)。平衡时，体系中气体体积分数与温度的关系如图所示： 已知：气体分压(p分)气体总压(p总)体积分数。 下列说法正确的是( ) A550 时，若充入惰性气体，v正、v逆均减小，平衡不移动 B650 时，反应达平衡后 CO2的转化率为 25.0% CT 时，若充入等体积的 CO2和 CO，平衡向逆反应方向移动 D925 时，用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp24.0p总 解析：选 B 550 时，若充入惰性气体，v正、v逆均减小，由于保持了压强不变，相当于扩大了体积， 平衡正向移动， A 项错误。 根据图示可知， 在 650 时， CO 的体积分数为 40.0%，根据反应方程式：C(s)CO2(g)2CO(g)，设开始加入 1 mol CO2，反应掉了x mol CO2，则有 C(s)CO2(g)2CO(g) 1 0 始态/mol 1 0 变化/mol x 2x 平衡/mol 1x 2x 因此有2x1x2x100%40.0%，解得x0.25，则 CO2的平衡转化率为0.25 mol1 mol100%25.0%，B 项正确。由题图可知，T 时，CO 与 CO2的体积分数相等，在等压下充入等体积的 CO 和 CO2，对原平衡无影响，平衡不移动，C 项错误。925 时，CO 的体积分数为 96.0%，故Kpp2COpCO296.0%p总24.0%p总23.04p总，D 项错误。 8汽车尾气是造成雾霾天气的重要原因之一，尾气中的主要污染物为 CxHy、NO、CO、SO2及固体颗粒物等。活性炭可用于处理汽车尾气中的 NO，在 1 L 恒容密闭容器中加入 0.100 0 mol NO 和 2.030 mol 固体活性炭，生成 A、B 两种气体，在不同温度下测得平衡体系中各物质的物质的量以及容器内压强如下表： 活性炭/mol NO/mol A/mol B/mol p/MPa 200 2.000 0.040 0 0.030 0 0.030 0 3.93 335 2.005 0.050 0 0.025 0 0.025 0 p 根据上表数据，写出容器中发生反应的化学方程式：_，判断p_(填“” “”或“”)3.93 MPa。计算反应体系在 200 时的平衡常数Kp_(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压总压体积分数)。 解析：1 L 恒容密闭容器中加入 0.100 0 mol NO 和 2.030 mol 固体活性炭，生成 A、B两种气体，从不同温度下测得平衡体系中各物质的物质的量以及容器内压强数据可以看出：n(C)n(NO)n(A)n(B)1211，所以可以推断出生成的 A、B 两种气体分别为 N2和 CO2，反应的化学方程式为 C2NON2CO2。该反应的平衡常数KppN2pCO2p2NO，容器的体积为 1 L，平衡分压之比等于平衡浓度之比，带入表中数据计算得Kp916。 答案：C2NON2CO2 916 备考方略 1理解Kp含义 在化学平衡体系中，用各气体物质的分压代替浓度，计算的平衡常数叫压强平衡常数。 2运用计算技巧 1 1 课时检测 1O3是一种很好的消毒剂，具有高效、洁净、方便、经济等优点。O3可溶于水，在水中易分解，产生的O为游离氧原子，有很强的杀菌消毒能力。常温常压下发生的反应如下： 反应 O3O2O H0 平衡常数为K1； 反应 OO32O2 H0 平衡常数为K2； 总反应：2O33O2 H0 BNH3的体积分数不变时，该反应一定达到平衡状态 CA 点对应状态的平衡常数K(A)的值为 102.294 D30 时，B 点对应状态的v正K，反应向逆反应方向进行， v正0，T1温度下的部分实验数据： t/s 0 500 1 000 1 500 c(N2O5)/(molL1) 5.00 3.52 2.50 2.50 下列说法不正确的是( ) A500 s 内 N2O5分解速率为 2.96103 molL1s1 BT1温度下的平衡常数为K1125,1 000 s 时 N2O5的转化率为 50% C其他条件不变时，T2温度下反应到 1 000 s 时测得 N2O5的浓度为 2.98 molL1，则T1K3，则T1T3 解析：选 C v(N2O5)5.003.52molL1500 s2.96103 molL1s1，A 正确；1 000 s 后 N2O5的浓度不再发生变化，即达到了化学平衡，列出三段式： 2N2O5(g)4NO2(g)O2(g) 起始/(molL1) 5.00 0 0 转化/(molL1) 2.50 5.00 1.25 平衡/(molL1) 2.50 5.00 1.25 则Kc4NO2cO2c2N2O55.0041.252.502125，(N2O5)2.50 molL15.00 molL1100%50%，B 正确；1 000 s 时，T2温度下的 N2O5浓度大于T1温度下的 N2O5浓度，则改变温度使平衡逆向移动了，逆向是放热反应，则降低温度平衡向放热反应方向移动，即T2K3，则T1T3，D 正确。 6T1 时，向容器为 2 L 的密闭容器中充入一定量的 A(g)和 B(g)，发生如下反应 A(g)2B(g)C(g)。反应过程中测定的部分数据如下表： 反应时间/min n(A)/mol n(B)/mol 0 1.00 1.20 10 0.50 30 0.20 1 4 下列说法错误的是( ) A前 10 min 内反应的平均速率为 v(C)0.025 0 molL1min1 B其他条件不变，起始时向容器中充入 0.50 mol A(g)和 0.60 mol B(g)，达到平衡时n(C)0.25 mol C其他条件不变时，向平衡体系中再充入 0.50 mol A，与原平衡相比，达到平衡时 B的转化率增大，A 的体积分数增大 D温度为T2 时(T1T2)，上述反应的平衡常数为 20，则该反应的正反应为放热反应 解析： 选 D 前 10 min 内消耗 0.50 mol A， 同时生成 0.50 mol C， 则有v(C)0.50 mol2 L10 min0.025 0 molL1min1，A 正确。10 min 时，反应的n(B)2n(A)2(1.00 mol0.50 mol)1.00 mol，则 10 min 时，B 的物质的量为 0.20 mol，与 30 min 时 B 的物质的量相等，则反应 10 min 时已达到平衡状态；其他条件不变，若起始时向容器中充入 0.50 mol A(g)和0.60 mol B(g)，将容积缩小为原来的12时与原平衡等效，达到平衡时n(C)0.25 mol，但扩大容积，恢复到原体积，压强减小，平衡逆向移动，故达到平衡时n(C)0.25 mol，B 正确。其他条件不变时，向平衡体系中再充入 0.50 mol A，平衡正向移动，与原平衡相比，达到平衡时 B 的转化率增大， A 的体积分数增大， C 正确。 由上述分析可知， 10 min 时n(A)0.50 mol，此时达到平衡状态，A、B、C 的浓度(molL1)分别为 0.25、0.10 和 0.25，则有K(T1)cCcAc2B0.250.1020.25100K(T2)20，说明升高温度，平衡正向移动，则该反应的正反应为吸热反应，D 错误。 7工业合成氨反应为 N2(g)3H2(g)催化剂高温、高压2NH3(g)，对其研究如下： (1)已知 HH 键的键能为 436 kJmol1，NH 键的键能为 391 kJmol1，NN 键的键能是 945.6 kJmol1，则上述反应的H_。 (2)上述反应的平衡常数K的表达式为_。 若反应方程式改写为12N2(g)32H2(g)NH3(g)，在该温度下的平衡常数K1_ (用K表示)。 (3)在 773 K 时，分别将 2 mol N2和 6 mol H2充入一个固定容积为 1 L 的密闭容器中，随着反应的进行，气体混合物中n(H2)、n(NH3)与反应时间t的关系如下表： t/min 0 5 10 15 20 25 30 n(H2)/mol 6.00 4.50 3.60 3.30 3.03 3.00 3.00 1 5 n(NH3)/mol 0 1.00 1.60 1.80 1.98 2.00 2.00 该温度下， 若向同容积的另一容器中投入的 N2、 H2、 NH3的浓度分别为 3 mol L1、 3 mol L1、3 molL1，则此时v正_(填“大于” “小于”或“等于”)v逆。 由上表中的实验数据计算得到 “浓度时间” 的关系可用下图中的曲线表示， 表示c(N2)t的曲线是_。 在此温度下，若起始充入 4 mol N2和 12 mol H2，则反应刚达到平衡时，表示c(H2)t的曲线上相应的点为_。 解析：(1)根据HE(反应物的总键能)E(生成物的总键能)，知H945.6 kJmol1436 kJmol13391 kJmol1692.4 kJmol1。 (2)该反应的平衡常数Kc2NH3cN2c3H2， K1cNH3c12N2c32H2c2NH3cN2c3H212K12。 (3)该温度下， 25 min 时反应处于平衡状态， 平衡时c(N2)1 mol L1、c(H2)3 mol L1、c(NH3)2 molL1，则K22133427。在该温度下，若向同容积的另一容器中投入的N2、H2和 NH3的浓度均为 3 molL1，则Qc2NH3cN2c3H23233319K，反应向正反应方向进行，故v正大于v逆；起始充入 4 mol N2和 12 mol H2，相当于将充入 2 mol N2和 6 mol H2的两个容器“压缩”为一个容器，假设平衡不移动，则平衡时c(H2)6 molL1，而“压缩”后压强增大，反应速率加快，平衡正向移动，故平衡时 3 molL1c(H2)6 molL1，且达到平衡的时间缩短，故对应的点为 B。 答案：(1)92.4 kJmol1 (2)Kc2NH3cN2c3H2 K12(或K) (3)大于 乙 B 8 甲烷在日常生活及有机合成中用途广泛， 某研究小组研究甲烷在高温下气相裂解反应 1 6 的原理及其应用。 (1)已知：CH4(g)2O2(g)=CO2(g)2H2O(l) H1890.3 kJmol1 C2H2(g)52O2(g)=2CO2(g)H2O(l) H21 299.6 kJmol1 2H2(g)O2(g)=2H2O(l) H3571.6 kJmol1 则甲烷气相裂解反应：2CH4(g)C2H2(g)3H2(g)的H_。 (2)该研究小组在研究过程中得出当甲烷分解时，几种气体平衡时分压(Pa)与温度()的关系如图所示。 T1 时，向 2 L 恒容密闭容器中充入 0.3 mol CH4只发生反应 2CH4(g)C2H4(g)2H2(g)，达到平衡时，测得c(C2H4)c(CH4)。该反应达到平衡时，CH4的转化率为_。 对上述平衡状态，若改变温度至T2 ，经 10 s 后再次达到平衡，c(CH4)2c(C2H4)，则 10 s 内 C2H4的平均反应速率v(C2H4)_，上述变化过程中T1_(填“”或“”)T2，判断理由是_。 (3)若容器中发生反应 2CH4(g)C2H2(g)3H2(g)，列式计算该反应在图中A点温度时的平衡常数K_(用平衡分压代替平衡浓度)；若只改变一个反应条件使该反应的平衡常数K值变大，则该条件是_(填字母)。 A可能减小了 C2H2的浓度 B一定是升高了温度 C可能增大了反应体系的压强 D可能使用了催化剂 解析：(1)将三个已知的热化学方程式依次编号为，根据盖斯定律，由232可得热化学方程式 2CH4(g)C2H2(g)3H2(g) H376.4 kJmol1。(2)设达到平衡时，甲烷转化了x molL1，根据“三段式”法进行计算： 2CH4(g)C2H4(g)2H2(g) 起始/(molL1) 0.15 0 0 转化/(molL1) x 0.5x x 平衡/(molL1) 0.15x 0.5x x 1 7 则有 0.15x0.5x，解得x0.1，故 CH4的转化率为0.10.15100%66.7%。由图像判断出该反应为吸热反应，因重新达到平衡后甲烷的浓度增大，故反应逆向移动，则T1 T2 为降温过程，即T1T2。结合的计算结果，设重新达到平衡时，甲烷的浓度变化了y molL1，根据“三段式”法进行计算： 2CH4(g)C2H4(g)2H2(g) 起始/(molL1) 0.05 0.05 0.1 转化/(molL1) y 0.5y y 平衡/(molL1) 0.05y 0.050.5y 0.1y 则有 0.05y2(0.050.5y)，解得y0.025。则v(C2H4)0.50.025 molL110 s0.001 25 molL1s1。 (3)由题图中数据可知，平衡时各物质分压如下： 2CH4(g)C2H2(g)3H2(g) 1103 1101 1104 平衡常数K110431101110321105。平衡常数只与温度有关，由题给图像可知该反应为吸热反应，则升高温度可使化学平衡常数增大。 答案：(1)376.4 kJmol1 (2)66.7% 0.001 25 molL1s1 从题给图像判断出该反应为吸热反应，对比T1 和T2 两种平衡状态，由T1 到T2 ，CH4浓度增大，说明平衡逆向移动，则T1T2 (3)1105 B 9.某压强下工业合成氨生产过程中，N2与 H2按体积比为 13 投料时，反应混合物中氨的体积分数随温度的变化曲线如图甲所示，其中一条是经过一定时间反应后的曲线，另一条是平衡时的曲线。 (1)图甲中表示该反应的平衡曲线的是_(填“”或“”)；由图甲中曲线变化趋势可推知工业合成氨的反应是_(填“吸热”或“放热”)反应。 (2) 图 甲 中a点 ， 容 器 内 气 体n(N2) n(NH3) _ ， 图 甲 中b点 ， 1 8 v(正)_v(逆)(填“” “”或“”)。 .以工业合成氨为原料， 进一步合成尿素的反应原理为 2NH3(g)CO2(g)CO(NH2)2(l)H2O(g)。 工业生产时， 需要原料气带有水蒸气， 图乙中曲线、 、 表示在不同水碳比nH2OnCO2时，CO2的平衡转化率与氨碳比nNH3nCO2之间的关系。 (1)写出该反应的化学平衡常数表达式：_。 (2) 曲 线 、 、 对 应 的 水 碳 比 最 大 的 是 _ ， 判 断 依 据 是_。 (3)测得B点氨气的平衡转化率为 40%，则x1_。 解析：.(1)曲线表示随着反应的进行，NH3的体积分数逐渐增大，但反应达到平衡状态后继续升温，氨气的体积分数减小，这表明平衡后升高温度，平衡逆向移动，故合成氨是放热反应。因合成氨为放热反应，故随着温度的升高，平衡逆向移动，NH3的体积分数会逐渐降低，故曲线表示该反应平衡时的曲线。 (2)设反应前 N2、H2的物质的量分别为 1 mol、3 mol，a点时消耗 N2的物质的量为x mol。 N23H22NH3 n(初始)/mol 1 3 0 n(变化)/mol x 3x 2x n(平衡)/mol 1x 33x 2x 2x42x50%，解得x23，此时n(N2)n(NH3)1234314。由图甲知，b点后 NH3的体积分数仍在增大，说明反应仍在向正反应方向进行，此时v(正)v(逆)。 .(2)当氨碳比一定时，水碳比越大，说明原料气中含水蒸气越多，故二氧化碳的转化率越小，则曲线、中对应的水碳比最大的是曲线。 (3)B点二氧化碳的平衡转化率为 60%，氨气的平衡转化率是 40%，设 NH3、CO2的起始物质的量分别为x mol、y mol，则x mol40%12y mol60%，解得xy3，即x13。 答案：.(1) 放热 (2)14 .(1)KcH2Oc2NH3cCO2 (2) 当氨碳比相同时，水碳比越大，CO2的平衡转化率越小 (3)3 10甲醚又称二甲醚，简称 DME，熔点141.5 ，沸点24.9 ，与石油液化气(LPG) 1 9 相似，被誉为“21 世纪的清洁燃料” 。由合成气(CO、H2)制备二甲醚的反应原理如下： CO(g)2H2(g)CH3OH(g) H190.0 kJmol1 2CH3OH(g)CH3OCH3(g)H2O(g) H2 回答下列问题： (1)若由合成气(CO、H2)制备 1 mol CH3OCH3(g)，且生成 H2O(l)，整个过程中放出的热量为 244 kJ，则H2_kJmol1。已知：H2O(l)=H2O(g) H44.0 kJmol1 (2)有人模拟该制备原理，500 K 时，在 2 L 的密闭容器中充入 2 mol CO 和 6 mol H2,5 min达到平衡，平衡时 CO 的转化率为 60%，c(CH3OCH3)0.2 molL1，用 H2表示反应的速率是_ molL1min1，可逆反应的平衡常数K2_。若在 500 K 时，测得容器中n(CH3OCH3)2n(CH3OH)，此时反应的v正_v逆(填“” “”或“”)。 (3)在体积一定的密闭容器中发生反应，如果该反应的平衡常数K2值变小，下列说法正确的是_。 A在平衡移动过程中逆反应速率先增大后减小 B容器中 CH3OCH3的体积分数增大 C容器中混合气体的平均相对分子质量减小 D达到新平衡后体系的压强增大 (4)一定条件下在恒温恒容的密闭容器中， 按不同投料比充入 CO(g)和 H2(g)进行反应，平衡时 CO(g)和 H2(g)的转化率如图所示，则a_(填数值)。 解析：(1)已知CO(g)2H2(g)CH3OH(g) H190.0 kJmol1，2CH3OH(g)CH3OCH3(g)H2O(g) H2，H2O(l)=H2O(g) H344.0 kJmol1。由合成气(CO、H2)制备 1 mol CH3OCH3(g)，且生成 H2O(l)，整个过程中放出的热量为 244 kJ，可写出热化学方程式为2CO(g)4H2(g)CH3OCH3(g)H2O(l) H4244 kJmol1。根据盖斯定律可知反应2，则H42H1H2H3，所以H2H4H32H120.0 kJmol1。 (2) CO(g)2H2(g)CH3OH(g) 起始量/(molL1) 1 3 0 转化量/(molL1) 0.6 1.2 0.6 平衡量/(molL1) 0.4 1.8 0.6 2 0 所以，用 H2表示反应的速率是v(H2)ct1.2 molL15 min0.24 molL1min1。 2CH3OH(g)CH3OCH3(g)H2O(g) 起始量/(molL1) 0.6 0 0 转化量/(molL1) 0.4 0.2 0.2 平衡量/(molL1) 0.2 0.2 0.2 所以，可逆反应的平衡常数K20.20.20.221。 若 500 K 时 ， 测 得 容 器 中n(CH3OCH3) 2n(CH3OH) ，n(CH3OCH3) n(H2O) ，QcCH3OCH3cH2Oc2CH3OH4K2，此时反应向逆反应方向进行，所以v正v逆。 (3)在体积一定的密闭容器中发生反应，如果该反应的平衡常数K2值变小，由于平衡常数只受温度影响，正反应为放热反应，说明反应体系的温度升高了，正、逆反应速率都增大，化学平衡向逆反应方向移动，逆反应速率逐渐减小，正反应速率逐渐增大；由于反应前后气体分子数不变，容器中混合气体的平均相对分子质量不变；平衡逆向移动，所以容器中CH3OCH3的体积分数减小；虽然气体分子数不变，但是温度比原平衡升高使得达到新平衡后体系的压强增大。综上所述，A、D 正确。 (4)转化率反应物的变化量反应物的起始量100%， 不同反应物的变化量之比等于化学计量数之比， 所以当反应物的起始量之比等于化学计量数之比时， 不同反应物的转化率必然相等， 所以a2。 答案：(1)20.0 (2)0.24 1 (3)AD (4)2