专题六 化学反应速率与化学平衡
真题试做
1．(2012高考广东理综卷，31部分)碘在科研与生活中有重要应用。某兴趣小组用0.50 mol·L－1KI、0.2%淀粉溶液、0.20 mol·L－1K2S2O8、0.10 mol·L－1 Na2S2O3等试剂，探究反应条件对化学反应速率的影响。
已知：S2O＋2I－===2SO＋I2(慢)
I2＋2S2O===2I－＋S4O(快)
(1)向KI、Na2S2O3与淀粉的混合溶液中加入一定量的K2S2O8溶液，当溶液中的________耗尽后，溶液颜色将由无色变为蓝色。为确保能观察到蓝色，S2O与S2O初始的物质的量需满足的关系为：n(S2O):n(S2O)________。
(2)为探究反应物浓度对化学反应速率的影响，设计的实验方案如下表：
体积V/mL
实验序号
K2S2O8溶液
水
KI溶液
Na2S2O3溶液
淀粉溶液
①
10.0
0.0
4.0
4.0
2.0
②
9.0
1.0
4.0
4.0
2.0
③
8.0
Vx
4.0
4.0
2.0
表中Vx＝________mL，理由是______________________________________________。
(3)已知某条件下，浓度c(S2O)～反应时间t的变化曲线如图，若保持其他条件不变，请在坐标图中，分别画出降低反应温度和加入催化剂时c(S2O)～t的变化曲线示意图(进行相应的标注)。
2．(2012高考广东理综卷，32部分)难溶性杂卤石(K2SO4·MgSO4·2CaSO4·2H2O)属于“呆矿”，在水中存在如下平衡：
K2SO4·MgSO4·2CaSO4·2H2O(s) 2Ca2＋＋2K＋＋Mg2＋＋4SO＋2H2O
为能充分利用钾资源，用饱和Ca(OH)2溶液溶浸杂卤石制备硫酸钾，工艺流程如下：
(1)不同温度下，K＋的浸出浓度与溶浸时间的关系见图。由图可得，随着温度升高，①________；②________。
(2)有人以可溶性碳酸盐为溶浸剂，则溶浸过程中会发生：
CaSO4(s)＋COCaCO3(s)＋SO
已知298 K时，Ksp(CaCO3)＝2.80×10－9，Ksp(CaSO4)＝4.90×10－5，求此温度下该反应的平衡常数K(计算结果保留三位有效数字)。
3．(2010高考广东理综卷部分，31)硼酸(H3BO3)在食品、医药领域应用广泛。
(1)在其他条件相同时，反应H3BO3＋3CH3OHB(OCH3)3＋3H2O中，H3BO3的转化率(α)在不同温度下随反应时间(t)的变化如图所示，由此图可得出温度对该反应的反应速率和平衡移动的影响是__________________________。
(2)H3BO3溶液中存在如下反应：H3BO3(aq)＋H2O(l)[B(OH)4]－(aq)＋H＋(aq)，已知0.70 mol·L－1 H3BO3溶液中，上述反应于298 K达到平衡时，c平衡(H＋)＝2.0×10－5 mol·L－1，c平衡(H3BO3)≈c起始(H3BO3)，水的电离可忽略不计，求此温度下该反应的平衡常数K(H2O的平衡浓度不列入K的表达式中，计算结果保留两位有效数字)。
4．(2012高考海南卷，15)已知A(g)＋B(g)C(g)＋D(g)反应的平衡常数和温度的关系如下：
温度/℃
700
900
830
1 000
1 200
平衡常数
1.7
1.1
1.0
0.6
0.4
回答下列问题：
(1)该反应的平衡常数表达式K＝________，ΔH________0(填“＜”“＞”“＝”)；
(2)830 ℃时，向一个5 L的密闭容器中充入0.20 mol的A和0.80 mol的B，如反应初始6 s内A的平均反应速率v(A)＝0.003 mol·L－1·s－1，则6 s时c(A)＝________mol·L－1，C的物质的量为________mol；若反应经一段时间后，达到平衡时A的转化率为________，如果这时向该密闭容器中再充入1 mol氩气，平衡时A的转化率为________；
(3)判断该反应是否达到平衡的依据为________(填正确选项前的字母)；
a．压强不随时间改变
b．气体的密度不随时间改变
c．c(A)不随时问改变
d．单位时间里生成C和D的物质的量相等
(4)1 200 ℃时反应C(g)＋D(g)A(g)＋B(g)的平衡常数的值为________。
考向分析
化学反应速率和化学平衡理论考查的知识点主要是：①有关反应速率的计算和比较；②条件对反应速率影响的判断；③确定某种情况是否是化学平衡状态的特征；④平衡移动原理的应用；⑤平衡常数(浓度平衡常数)的含义及其表达式；⑥利用化学平衡常数计算反应物的转化率。从题型看主要是选择题和填空题，其主要形式有：①根据化学方程式确定各物质的反应速率；②根据给定条件，确定反应中各物质的平均速率；③理解化学平衡特征的含义，确定某种情况下化学反应是否达到平衡状态；④应用有关原理解决模拟的实际生产问题；⑤平衡移动原理在各类平衡中的应用；⑥根据条件确定可逆反应中某一物质的转化率、平衡常数、消耗量、气体体积变化等；⑦平衡图像判断。从考题难度分析，历年高考题中，基础题、中档题、难题都有出现。2012年速率和平衡、图像的分析及绘制有加强的趋势，应引起重视。
热点例析
热点一 化学反应速率的基本计算
【例1】化合物Bilirubin在一定波长的光照射下发生分解反应，反应物浓度随反应时间变化如下图所示，计算反应4～8 min间的平均反应速率和推测反应16 min时反应物的浓度，结果应是( )
A．2.5 μmol·L－1·min－1和2.0 μmol·L－1
B．2.5 μmol·L－1·min－1和2.5 μmol·L－1
C．3.0 μmol·L－1·min－1和3.0 μmol·L－1
D．5.0 μmol·L－1·min－1和3.0 μmol·L－1
思路点拨计算化学反应速率的主要方法
1．写出化学反应方程式并配平。
2．根据题意，依次列出各反应物和生成物的起始浓度(或物质的量，下同)、浓度的变化量及一段时间后的浓度，未知量可以设未知数表示。
3．根据起始浓度与一段时间后的浓度的差等于浓度的变化量及变化量之比等于化学计量数之比，列出关系式并计算。
4．运用上述模式解题时要注意：起始量、变化量、一段时间后的量三者物理量及单位要统一，都是物质的量或物质的量浓度，否则无法计算；起始量、变化量、一段时间后的量中，只有不同物质的变化量之比等于化学计量数之比，不同物质的起始量或一段时间后的量之间没有必然的关系，不能列比例计算。
即时演练1(2011高考江苏卷)700 ℃时，向容积为2 L的密闭容器中充入一定量的CO和H2O，发生反应：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)，反应过程中测定的部分数据见下表(表中t1＞t2)：
反应时间/min
n(CO)/mol
H2O/mol
0
1.20
0.60
t1
0.80
t2
0.20
下列说法正确的是( )
A．反应在t1 min内的平均速率为v(H2)＝0.40/t1 mol·(L·min)－1
B．保持其他条件不变，起始时向容器中充入0.60 mol CO和1.20 mol H2O，到达平衡时，n(CO2)＝0.40 mol
C．保持其他条件不变，向平衡体系中再通入0.20 mol H2O，与原平衡相比，达到新平衡时CO转化率增大，H2O的体积分数增大
D．温度升至800 ℃，上述反应平衡常数为0.64，则正反应为吸热反应
热点二 影响化学反应速率的因素
【例2】超音速飞机在平流层飞行时，尾气中的NO会破坏臭氧层。科学家正在研究利用催化技术将尾气中的NO和CO转变成CO2和N2，化学方程式如下：
2NO＋2CO2CO2＋N2 ΔH＜0
研究表明：在使用等质量催化剂时，增大催化剂比表面积可提高化学反应速率。为了分别验证温度、催化剂比表面积对化学反应速率的影响规律，某同学设计了三组实验，部分实验条件已经填在下面实验设计表中。
实验编号
T/℃
催化剂的比表面
积/(m2·g－1)
Ⅰ
280
1.20×10－3
5.80×10－3
82
Ⅱ
124
Ⅲ
350
124
(1)请在上表中填入剩余的实验条件数据。
(2)请在给出的坐标图中，画出上表中的三个实验条件下混合气体中NO浓度随时间变化的趋势曲线图，并标明各条曲线的实验编号。
思路点拨1．化学反应速率的考点分析
对于化学反应速率，其考查点通常有三个方面：(1)依据化学反应速率的定义进行有关计算，其模式是灵活运用“v＝Δc/Δt”；(2)同一化学反应的速率以不同物质的浓度变化表示时，各速率值之间的关系及化学方程式的确定，其模式为“mA＋nB===pC＋qD?v(A):v(B):v(C):v(D)＝m:n:p:q”；(3)考查外界条件对反应速率的影响，其模式是依据浓度、温度、压强、催化剂、接触面积以及形成原电池等因素对化学反应速率的影响进行分析判断。
2．外界条件对可逆反应速率的影响规律
(1)升温，v(正)、v(逆)一般均加快，吸热反应增加的倍数大于放热反应增加的倍数；降温，v(正)、v(逆)一般均减小，吸热反应减小的倍数大于放热反应减小的倍数。
(2)加压对有气体参加的反应，v(正)、v(逆)均增大，气体体积之和大的一侧增加倍数大于气体体积之和小的一侧增加的倍数；降压，v(正)、v(逆)均减小，气体体积之和大的一侧减小的倍数大于气体体积之和小的一侧减小的倍数。
(3)增加反应物的浓度，v(正)急剧增大，v(逆)逐渐增大。
(4)加催化剂可同倍地改变v(正)、v(逆)。
即时演练2在溶液中，反应A＋2BC ΔH＞0分别在三种不同实验条件下进行，它们的起始浓度均为c(A)＝0.100 mol·L－1、c(B)＝0.200 mol·L－1及c(C)＝0 mol·L－1。反应物A的浓度随时间的变化如下图所示。
请回答下列问题：
(1)与①比较，②和③分别仅改变一种反应条件。所改变的条件和判断的理由是：②__________________；③__________________；
(2)该反应进行到4.0 min时的平均反应速率：实验②：vB＝______；实验③：vC＝______。
热点三 化学平衡移动
【例3】COCl2(g)CO(g)＋Cl2(g) ΔH＞0，当反应达到平衡时，下列措施：①升温 ②恒容通入惰性气体 ③增加CO的浓度 ④减压 ⑤加催化剂 ⑥恒压通入惰性气体，能提高COCl2转化率的是( )
A．①②④ B．①④⑥
C．②③⑥ D．③⑤⑥
思路点拨涉及外界条件对速率的影响时，影响最大的是催化剂；其次是温度，温度越高，速率越快；然后是浓度和压强。催化剂对v(正)和v(逆)的影响趋势是一样的。
改变条件对化学平衡的影响规律
1．在相同温度下，对有气体参加的化学反应，压强越大，到达平衡所需的时间越短。在相同压强下，温度越高，到达平衡所需的时间越短。
2．平衡向正反应方向移动，生成物的物质的量增加。而生成物的浓度、生成物的质量分数不一定增加。
3．加催化剂，只能同等程度地改变正、逆反应速率，改变到达平衡所需时间，不影响化学平衡。
4．同一反应中，未达平衡以前，同一时间间隔内，高温时生成物含量总比低温时生成物含量大(其他条件相同)。高压时生成物的含量总比低压时生成物的含量大(其他条件相同)。
5．在其他条件不变时，如将已达平衡的反应容器体积缩小到原来的1/2，压强将大于原来的压强，但小于或等于原来压强的2倍。
即时演练3反应aM(g)＋bN(g)cP(g)＋dQ(g)达到平衡时，M的体积分数y(M)与反应条件的关系如图所示。其中：z表示反应开始时N的物质的量与M的物质的量之比。下列说法正确的是( )
A．同温同z时，加入催化剂，平衡时Q的体积分数增加
B．同压同z时，升高温度，平衡时Q的体积分数增加
C．同温同z时，增加压强，平衡时Q的体积分数增加
D．同温同压时，增加z，平衡时Q的体积分数增加
热点四 化学平衡图像
【例4】某化学科研小组研究在其他条件不变时，改变某一条件对化学平衡的影响，得到如下变化规律(图中p表示压强，T表示温度，n表示物质的量)：
根据以上规律判断，下列结论正确的是( )
A．反应Ⅰ：ΔH＞0，p2＞p1
B．反应Ⅱ：ΔH＜0，T1＞T2
C．反应Ⅲ：ΔH＞0，T2＞T1或ΔH＜0，T2＜T1
D．反应Ⅳ：ΔH＜0，T2＞T1
思路点拨化学平衡图像的解题思路“一看”、“二想”、“三判断”
1．“一看”——看图像：看清横坐标和纵坐标反映的物理量；看线的走向和变化趋势；看是否通过原点，两条线的交点和线的拐点；看要不要作辅助线，即看是否需要作等温线或等压线；看定量图像中的有关量是多少。
2．“二想”——想规律：联想外界条件对化学反应速率和化学平衡的影响规律。
3．“三判断”：通过对比分析，做出判断。
几种特殊图像
①对于化学反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，M点前，表示从反应物开始，v(正)＞v(逆)；M点为刚达到平衡点；M点后为平衡受温度的影响情况，即升温，A的百分含量增加或C的百分含量减少，平衡左移，故正反应ΔH＜0。
②对于化学反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，L线上所有的点都是平衡点。L线的左上方(E点)，A的百分含量大于此压强时平衡体系的A的百分含量，所以，E点v(正)＞v(逆)；则L线的右下方(F点)，v(正)＜v(逆)。
即时演练4电镀废液中Cr2O可通过下列反应转化成铬黄(PbCrO4)：Cr2O(aq)＋2Pb2＋(aq)＋H2O(l)2PbCrO4(s)＋2H＋(aq) ΔH＜0该反应达平衡后，改变横坐标表示的反应条件，下列示意图正确的是( )
思路点拨1．化学平衡常数
(1)化学平衡常数的特点：①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。②反应物或生成物中有固体和纯液体存在时，由于其浓度可看做“1”而不代入公式。③化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数，若反应方向改变，则平衡常数改变；若方程式中各物质的化学计量数等倍扩大或缩小，尽管是同一反应，平衡常数也会改变。
(2)可以利用平衡常数的值作标准，判断正在进行的可逆反应是否平衡，若不平衡时向何方移动建立平衡。如：对于可逆反应mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，在一定温度的任何时刻，反应物与生成物的浓度有如下关系：Q＝，Q叫做该反应的浓度商。若Qc ＝Kc，体系处于化学平衡；若Qc＜Kc，反应正向进行；若Qc＞Kc，反应逆向进行。
(3)利用K可判断反应的热效应：若升高温度，K值增大，则正反应为吸热反应；若升高温度，K值减小，则正反应为放热反应。
2．有关化学平衡常数和转化率的计算步骤
化学平衡的计算步骤，通常是先写出有关的化学方程式，列出反应起始时或平衡时有关物质的浓度或物质的量，然后再通过相关的转换，分别求出其他物质的浓度、物质的量或转化率。概括为：建立解题模式、确立平衡状态方程式。说明：反应起始时，反应物和生成物可能同时存在；由于起始浓度是人为控制的，故不同的物质起始浓度不一定是化学计量数比，若反应物起始浓度成计量数比，则隐含各反应物的转化率相等，且平衡时反应物的浓度成计量数比的条件。起始浓度，平衡浓度不一定成计量数比，但物质之间是按计量数反应和生成的，故各物质的浓度变化一定成计量数比，这是计算的关键。
热点五 有关化学平衡常数和转化率的计算
【例5】某温度下，H2(g)＋CO2(g)H2O(g)＋CO(g)的平衡常数K＝。该温度下在甲、乙、丙三个恒容密闭容器中，投入H2(g)和CO2(g)，其起始浓度如下表所示。
起始浓度
甲
乙
丙
c(H2)/(mol·L－1)
0.010
0.020
0.020
c(CO2)/(mol·L－1)
0.010
0.010
0.020
下列判断不正确的是( )
A．平衡时，乙中CO2的转化率大于60%
B．平衡时，甲中和丙中H2的转化率均是60%
C．平衡时，丙中c(CO2)是甲中的2倍，是0.012 mol·L－1
D．反应开始时，丙中的反应速率最快，甲中的反应速率最慢
即时演练5将一定量纯净的氨基甲酸铵置于特制的密闭真空容器中(假设容器体积不变，固体试样体积忽略不计)，在恒定温度下使其达到分解平衡：NH2COONH4(s)2NH3(g)＋CO2(g)。实验测得不同温度下的平衡数据列于下表：
温度/℃
15.0
20.0
25.0
30.0
35.0
平衡总压强/kPa
5.7
8.3
12.0
17.1
24.0
2.4
3.4
4.8
6.8
9.4
(1)可以判断该分解反应已经达到化学平衡的是______。
A．2v(NH3)＝v(CO2)
B．密闭容器中总压强不变
C．密闭容器中混合气体的密度不变
D．密闭容器中氨气的体积分数不变
(2)根据表中数据，列式计算25.0 ℃时的分解平衡常数：__________________________。
误区警示
1．活化分子是发生有效碰撞的必要条件，而有效碰撞是活化分子的充分条件。活化分子有效碰撞理论对浓度、压强、温度(升高温度，分子热运动也加剧)、催化剂等对化学反应速率的影响的解释如图。
2．反应速率计算中常见的错误有：忽视体积因素，用单位时间内某物质的物质的量的变化量除以时间计算；用一段时间后某物质的物质的量浓度除以时间直接计算。
3．在影响化学反应速率的因素的探究问题上，要注意到影响速率的因素有条件1、条件2、条件3等，要比较哪个条件对速率的影响，就要控制除该条件外的其他条件不变，这就是控制变量思想。作曲线时，要考虑“始”“势”“终”(就是起始情况、变化趋势、终态情况)，还要注意坐标、坐标单位等。
4．化学反应速率是研究反应进行快慢的问题，化学平衡是研究可逆反应的程度问题。化学反应速率与化学平衡之间存在内在联系，因为化学平衡的根本特征是正、逆反应速率相等，而影响反应速率的因素(如浓度、压强、温度)也影响着化学平衡。解题时弄清是化学反应速率问题，还是化学平衡问题是很重要的。一般地说，建立平衡所需时间的长短是反应速率问题，最终反应物的转化率的大小和生成物的多少是化学平衡问题。例如：对于反应N2＋3H22NH3(正反应放热)，升高温度，正、逆反应速率都增大，达到平衡所需的时间缩短，是反应速率问题；而N2、H2的转化率降低，平衡体系中NH3的体积分数减小，是化学平衡问题。
5．在观察、分析有关化学平衡的图像时要特别注意：①横坐标和纵坐标所表示的物理量。如横坐标是时间、温度或压强；纵坐标是反应物的物质的量、转化率或体积分数，还是生成物的物质的量或体积分数等。不同的坐标代表的意义和分析的结果是不同的，甚至是相反的。②曲线上的特殊点。如起点、拐点等，要分析这些特殊点的化学意义并用于解题。③曲线的单调性。也就是某种物理量的变化趋势。解题时还应特别注意：①图像反映的是反应速率，还是化学平衡；曲线上的点是不是表示平衡状态。一般横坐标是时间的曲线包含速率的因素，曲线上的点不一定都是平衡状态；横坐标是温度或压强的曲线上的点一般表示平衡状态，这些点之间的关系反映了平衡的移动情况。②当图像包含温度、压强等多种因素时，必须固定其他条件不变，分析某单一因素对化学平衡的影响。
6．由于固体或纯液体的浓度是一常数，如果有固体或纯液体参加或生成，则化学平衡常数表达式中不能出现固体或纯液体；稀溶液中进行的反应，如有水参加反应，由于水的浓度是常数而不必出现在表达式中；非水溶液中进行的反应，若有水参加或生成，则应出现在表达式中。如：(1)Cr2O(l)＋H2O(l)2CrO(l)＋2H＋(l) K＝；
(2)CH3COOH(l)＋HOCH2CH3(l)CH3COOCH2CH3(l)＋H2O(l) K＝。
7．平衡常数K只受温度影响，既与任何一种反应物或生成物的浓度变化无关，也与压强的改变无关；由于催化剂同等程度地改变正逆反应速率，故平衡常数不受催化剂影响；任何可逆反应，当温度保持不变，改变影响化学平衡的其他条件时，平衡发生移动，K值不变；其他条件不变时，若正反应是吸热反应，由于升高(或降低)温度时平衡向正(或逆)反应方向移动，K增大(或减小)；若正反应是放热反应，由于升高(或降低)温度时平衡向逆(或正)反应方向移动，K减小(或增加)；所以温度升高时平衡常数可能增大，也可能减小，但不会不变。
跟踪练习1臭氧是一种强氧化剂，常用于消毒、灭菌等。
(1)O3与KI溶液反应生成的两种单质是________和________。(填分子式)
(2)O3在水中易分解，一定条件下，O3的浓度减少一半所需的时间(t)如表所示。已知：O3的起始浓度为0.021 6 mol·L－1。
①pH增大能加速O3分解，表明对O3分解起催化作用的是________。
②在30 ℃、pH＝4.0条件下，O3的分解速率为________ mol/(L·min)。
③据表中的递变规律，推测O3在下列条件下分解速率依次增大的顺序为________。(填字母代号)
a．40 ℃、pH＝3.0
b．10 ℃、pH＝4.0
c．30 ℃、pH＝7.0
跟踪练习2(1)在容积为2 L的密闭容器中，由CO2和H2合成甲醇，在其他条件不变的情况下，考查温度对反应速率的影响，实验结果如下图所示(注：T1、T2均大于300 ℃)。下列说法正确的是________(填序号)。
①温度为T1时，从反应开始到反应达到平衡，生成甲醇的平均速率为v(CH3OH)＝ mol·L－1·min－1 ②该反应在T1时的平衡常数比T2时的小 ③该反应为放热反应 ④处于A点的反应体系的温度从T1变到T2，达到平衡时增大
(2)在T1温度时，将1 mol CO2和3 mol H2充入一密闭恒容容器中，充分反应达到平衡后，若CO2的转化率为α，则容器内的压强与起始压强之比为________。
1．在298 K时，实验测得溶液中的反应：H2O2＋2HI===2H2O＋I2，在不同浓度时的化学反应速率见下表，由此可推知当c(HI)＝0.500 mol·L－1，c(H2O2)＝0.400 mol·L－1时的反应速率为( )
实验编号
1
2
3
4
5
0.100
0.200
0.300
0.100
0.100
0.100
0.100
0.100
0.200
0.300
0.007 60
0.015 3
0.022 7
0.015 1
0.022 8
A．0.038 0 mol·(L·s)－1
B．0.152 mol·(L·s)－1
C．0.608 mol·(L·s)－1
D．0.760 mol·(L·s)－1
2．在体积为V L的恒容密闭容器中盛有一定量H2，通入Br2(g)发生反应：H2(g)＋Br2(g)2HBr(g) ΔH＜0。当温度分别为T1、T2，平衡时，H2的体积分数与Br2(g)的物质的量变化关系如图所示。下列说法不正确的是( )
A．由图可知：T1＞T2
B．a、b两点的反应速率：b＞a
C．为了提高Br2(g)的转化率，可采取将HBr液化并及时移走的方法
D．T1时，随着Br2(g)加入，平衡时HBr的体积分数不断增加
3．大约有85%的化学反应需要用催化剂，催化剂的研究是21世纪化学研究的重要课题之一。
Ⅰ.某中学化学小组查阅资料发现金属氧化物A也能催化氯酸钾的分解，且A和二氧化锰的最佳催化温度均在500 ℃ 左右。于是对A和二氧化锰的催化性能进行了定量对照实验，实验时均以集满500 mL氧气为准(其他可能影响实验的因素均可忽略)。
用MnO2作催化剂
实验序号
KClO3的质量/g
MnO2的质量/g
反应温度/℃
待测数据
1
8.0
2.0
500
2
8.0
2.0
500
用A作催化剂
实验序号
KClO3的质量/g
A的质量/g
反应温度/℃
待测数据
1
8.0
2.0
500
2
8.0
2.0
500
(1)试回答以下问题：上述实验中的待测数据应是________________________________；
(2)完成此研究后，他们准备发表一篇研究报告，请你替他们拟一个报告的题目：
________________________________________________________________________。
Ⅱ．某化学研究性学习小组在做实验时发现：在敞口容器中，当H2O2与酸化的KMnO4溶液混合时，开始放出氧气的速率很慢，一段时间后产生氧气的速率很快，经过测定发现溶液温度变化不大。某同学认为影响化学反应速率的外界因素有浓度、温度、压强和催化剂，现随着反应的进行，反应物的浓度在逐渐降低，敞口容器的压强不受影响，反应的温度变化不大，则可能的影响因素是催化剂。研究性学习小组又做了如下三个对比实验：①空白实验；②起始时加入少量K2SO4固体；③起始时加入少量MnSO4固体；④起始时加入少量水。结果发现①②的起始反应速率相差不多，④的起始反应速率比①②慢，③的起始反应速率很快。
(3)写出反应的化学方程式：____________________________________________；
(4)请解释实验(Ⅱ)中反应速率变化的原因是_______________________________。
4．(1)已知反应2CH3OH(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)某温度下的平衡常数为400。此温度下，在密闭容器中加入CH3OH，反应到某时刻测得各组分的浓度如下：
物质
CH3OH
CH3OCH3
H2O
浓度/(mol·L－1)
0.44
0.6
0.6
比较此时正、逆反应速率的大小：v(正)______v(逆)(填“＞”“＜”或“＝”)。若加入CH3OH后，经10 min反应达到平衡，此时c(CH3OH)＝______。
(2)一定温度下，向1 L密闭容器中加入1 mol HI(g)，发生反应，H2物质的量随时间的变化如图所示。
该温度下，H2(g)＋I2(g)2HI(g)的平衡常数K＝______。相同温度下，若开始加入HI(g)的物质的量是原来的2倍，则________是原来的2倍。
a．平衡常数
b．HI的平衡浓度
c．达到平衡的时间
d．平衡时H2的体积分数
(3)在25 ℃时，密闭容器中X、Y、Z三种气体的初始浓度和平衡浓度如下表：
物质
X
Y
Z
初始浓度/mol·L－1
0.1
0.2
0
平衡浓度/mol·L－1
0.05
0.05
0.1
则反应的化学方程式可表示为________，化学平衡常数为______，反应达到平衡时，X的转化率为________。
5．甲醇是一种很好的燃料，工业上用CH4和H2O为原料，通过反应Ⅰ和Ⅱ来制备甲醇。
(1)将1.0 mol CH4和2.0 mol H2O(g)通入反应室(容积为100 L)，在一定条件下发生反应：
CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g) Ⅰ，CH4的转化率与温度、压强的关系如上图。
①已知100 ℃时达到平衡所需的时间为5 min，则用H2表示的平均反应速率为________。
②图中的p1______p2(填“＜”“＞”或“＝”),100 ℃时平衡常数为______。
③该反应的ΔH______0(填“＜”“＞”或“＝”)。
(2)在压强为0.1 MPa条件下，a mol CO与3a mol H2的混合气体在催化剂作用下能自发反应生成甲醇：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH＜0 Ⅱ。
④若容器容积不变，下列措施可增加甲醇产率的是______。
A．升高温度
B．将CH3OH(g)从体系中分离
C．充入He，使体系总压强增大
D．再充入1 mol CO和3 mol H2
⑤为了寻找合成甲醇的温度和压强等适宜条件，某同学设计了三组实验，部分实验条件已经填在下面实验设计表中。
实验编号
T/℃
n(CO)/n(H2)
p/MPa
1
150
1/3
0.1
2
a
1/3
5
3
350
b
5
A．则上表中剩余的实验条件数据：a＝______、b＝______。
B．根据反应Ⅱ的特点，上图是在压强分别为0.1 MPa和5 MPa下CO的转化率随温度变化的曲线图，请指明图中的压强px＝______ MPa。
参考答案
命题调研·明晰考向
真题试做
1．答案：(1)S2O ＜2:1
(2)2 为完成实验目的，①②③三组实验中总体积应该是20.0 mL
(3)
解析：(1)依题意可知，还原性的强弱顺序为：S2O＞I－，所以在KI、Na2S2O3、淀粉混合溶液中加入Na2S2O8，S2O首先氧化Na2S2O3，过量的Na2S2O8再氧化I－得到I2，I2遇淀粉呈现溶液蓝色，所以只有混合溶液中还原性较强的Na2S2O3耗尽后，才可能有I2生成，溶液才会呈现蓝色；由Na2S2O8与Na2S2O3反应的方程式：S2O＋2S2O===2SO＋S4O，可知只有S2O过量才可能有I2生成，溶液才会呈现蓝色，故n(S2O):n(S2O)＜2:1。(2)由表格可知溶液的总体积V是定值，所以三次实验的总体积应该是20.0 mL，所以Vx应为2 mL。(3)降低反应温度，化学反应速率减慢，加入催化剂，化学反应速率增大，但是该反应不是可逆反应，故I－消耗完后S2O的浓度即不再变化。画曲线时注意2个要点：①速率减慢的曲线应该在原曲线上方，速率增大的曲线在圆曲线下方；②最终三种情况S2O的浓度相等。
2．答案：(1)①浸出时间缩短 ②K＋的浸出浓度增大
(2)该反应K＝c(SO)/c(CO)，Ksp(CaCO3)＝c(Ca2＋)·c(CO)，Ksp(CaSO4)＝c(Ca2＋)·c(SO)，故K＝Ksp(CaSO)/Ksp(CaCO3)＝4.90×10－5/2.80×10－9＝1.75×104。
解析：由图可知，温度越高，溶浸时间越少，K＋的浸出浓度越大；该反应K＝c(SO)/c(CO)，结合Ksp(CaCO3)＝c(Ca2＋)·c(CO)和Ksp(CaSO4)＝c(Ca2＋)·c(SO)得，K＝Ksp(CaSO4)/Ksp(CaCO3)＝4.90×10－5/2.80×10－9＝1.75×104。
3．答案：(1)升高温度，反应速率加快，平衡正向移动
(2)5.7×10－10
解析：(1)由图像可知，温度升高，H3BO3的转化率增大，故升高温度时平衡正向移动；
(2)K＝＝＝5.7×10－10。
4．答案：(1) ＜
(2)0.022 0.09 80% 80%
(3)c
(4)2.5
解析：(1)因反应中的物质都是气体，据平衡常数的定义可知其K＝；由表中数据可知，温度升高，K值减小，故正反应为放热反应，ΔH＜0。
(2)v(A)＝0.003 mol·L－1·s－1，则A减少的浓度c(A)＝v(A)t＝0.018 mol·L－1，故剩余的A的浓度为－0.018 mol·L－1＝0.022 mol·L－1；A减少的物质的量为0.018 mol·L－1×5 L＝0.09 mol，根据方程式的计量数关系，生成的C的物质的量也为0.09 mol。设830 ℃达平衡时，转化的A的浓度为x，则：
A(g) ＋ B(g)C(g)＋D(g)
起始浓度/(mol·L－1) 0.04 0.16 0 0
转化浓度/(mol·L－1) x x x x
平衡浓度/(mol·L－1) 0.04－x 0.16－x x x
有：＝1，解得x＝0.032 mol·L－1，故A的转化率α(A)＝×100%＝80%；由于容器的体积是固定的，通入氩气后各组分的浓度不变，反应速率不改变，平衡不移动。
(3)由于该反应是气体分子数不变的反应，容器中压强、气体的密度都永远不变，故a、b错；c(A)随反应的进行要减小，故c可以；不论是否达平衡，单位时间里生成C和D的物质的量永远相等，故d错。
(4)反应“C(g)＋D(g)A(g)＋B(g)”与“A(g)＋B(g)C(g)＋D(g)”互为逆反应，平衡常数互为倒数关系，故1 200 ℃时，C(g)＋D(g)A(g)＋B(g)的K＝＝2.5。
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【例1】B 解析：据图可知，4 min时化合物Bilirubin的浓度为20 μmol·L－1,8 min时其浓度为10 μmol·L－1，因此4～8 min间的平均反应速率＝2.5 μmol·L－1·min－1。进一步分析图像可知0～4 min间的平均分解速率为＝5.0 μmol·L－1·min－1，由以上分析数据大致可确定平均分解速率基本呈等比递减变化，因此可估算8～12 min间平均分解速率为1.25 μmol·L－1·min－1,12～16 min间平均分解速率为0.625 μmol·L－1·min－1，因此16 min时反应物的浓度大致应为10 μmol·L－1－1.25 μmol·L－1·min－1×4 min－0.625 μ mol·L－1·min－1×4 min＝2.5 μmol·L－1，故B项正确。
【即时演练1】BC 解析：反应在t1 min内的平均速率应该是t1 min内H2浓度变化量与t1的比值，而不是H2物质的量的变化与t1的比值，A错误；因为反应前后物质的量保持不变，保持其他条件不变，平衡常数不会改变，起始时向容器中充入0.60 mol CO和1.20 mol H2O，几乎与起始时向容器中充入0.60 mol H2O和1.20 mol CO效果是一致的，到达平衡时，n(CO2)＝0.40 mol，B正确；保持其他条件不变，向平衡体系中再通入0.20 mol H2O，与原平衡相比，平衡向右移动，达到新平衡时CO转化率增大，H2O的体积分数会增大，C正确；原平衡常数可通过三段式列式计算(注意浓度代入)结果为1，温度升至800 ℃，上述反应平衡常数为0.64，说明温度升高，平衡是向左移动的，那么正反应应为放热反应，D错误。
【例2】答案：(1)Ⅱ：280 1.20×10－3 5.80×10－3
Ⅲ：1.2×10－3 5.80×10－3
(2)
解析：本题为实验探究题，目的是研究温度和催化剂的比表面积对化学反应速率的影响，研究时只能是一个变量在起作用，所以Ⅱ中数据与Ⅰ比较催化剂的比表面积增大了，故其他的数据应与Ⅰ完全相同；Ⅲ中数据与Ⅱ比较，催化剂的比表面积数据未变，但是温度升高，故其他数据是不能改变的。实质Ⅰ、Ⅱ研究的是催化剂的比表面积对化学反应速率的影响，Ⅱ、Ⅲ研究的是温度对化学反应速率的影响。作图，可根据先拐先平的原则，即最里面的线最先达平衡，速率最快，应对应Ⅲ(因为其温度和催化剂的比表面积是三组中最高的)，又因为该反应为放热反应，平衡左移，对应的NO的平衡浓度最大。Ⅱ比Ⅰ快，因为两组温度相同，但是Ⅱ中催化剂的比表面积大。
【即时演练2】答案：(1)加催化剂，达到平衡的时间缩短，平衡时A的浓度未变 温度升高，达到平衡的时间缩短，平衡时A的浓度减小
(2)0.014 0.009
解析：(1)比较①、②可看出，两者最终的平衡浓度相同，即最终的平衡状态相同，而②比①所需要的时间短，显然反应速率加快了，故由影响反应速率和影响平衡的因素可知是加入(正)催化剂；③因为该反应是在溶液中进行，所以不可能是改变压强引起速率的改变，又由于各物质起始浓度相同，故不可能是改变浓度影响反应速率，再③比①达平衡所需时间短，平衡时反应物A浓度更小，故不可能是改用催化剂，而只能是升高温度来影响反应速率的。
(2)反应进行到4.0 min时：实验②中A消耗的浓度为0.028 mol·L－1，则vB＝2vA＝－×2＝0.014 mol·(L·min)－1，实验③中A消耗的浓度为0.036 mol·L－1，则vC＝vA＝－＝0.009 mol·(L·min)－1。
【例3】B 解析：本题考查化学平衡的移动。对于恒容容器，通入稀有气体，由于容器的体积不变，各组分的浓度保持不变，故反应速率保持不变，即平衡也不移动；若为恒压容器，通入稀有气体，容器的体积膨胀，对于反应则相当于减压；该反应为体积增大的吸热反应，所以升温和减压均可以促使反应正向移动；恒压通入惰性气体，相当于减压；恒容通入惰性气体与加催化剂均对平衡无影响；增加CO的浓度，将导致平衡逆向移动。
【即时演练3】B 解析：本题考查了平衡移动原理的应用。加入催化剂只能改变反应速率，不会使平衡移动，A错误。由图像(1)知随着温度的升高M的体积分数降低，说明正反应吸热，所以温度升高平衡正向移动，Q的体积分数增加，B正确；对比(1)(2)可以看出相同温度条件，压强增大M的体积分数增大，所以正反应是体积增大的反应，增大压强Q的体积分数减小，C错误；Z增加时，Q的物质的量增加，但体积分数不一定增加，D错误。
【例4】BC 解析：反应Ⅰ的正反应方向是气体体积减小的方向，增大压强，平衡正向移动，A的转化率升高可知p2＞p1，随着温度的升高，A的转化率减低，可知ΔH＜0，A错误；D项由于不知道T1与T2的大小关系，所以不能判断ΔH＜0。
【即时演练4】A 解析：由题意知该反应是一个放热的可逆反应，升高温度平衡向吸热的逆反应方向移动，依据平衡常数的表达式K＝可知，K应该减小，A正确；pH增大溶液碱性增强，会中和溶液中H＋，降低生成物浓度平衡向正反应方向移动，Cr2O的转化率会增大，B不正确；温度升高，正、逆反应速率都增大，C错误；增大反应物Pb2＋的物质的量浓度，平衡向正反应方向移动，Cr2O的物质的量会减小，D不正确。
【例5】C 解析：设平衡时甲中CO2的转化浓度为x，则平衡时H2、CO2、H2O、CO的浓度分别为(0.01－x) mol·L－1、(0.01－x) mol·L－1、x、x，根据平衡常数K＝＝，解得x＝0.006 mol·L－1，则甲中CO2的转化率为×100%＝60%，由于乙相对于甲增大了c(H2)，因此CO2的转化率增大，A项正确；设平衡时丙中CO2的转化浓度为y，则平衡时H2、CO2、H2O、CO的浓度分别为(0.02－y) mol·L－1、(0.02－y) mol·L－1、y、y，根据平衡常数K＝＝，解得y＝0.012 mol·L－1，则丙中CO2的转化率为×100%＝60%，B项正确；平衡时甲中c(CO2)＝0.01 mol·L－1－0.006 mol·L－1＝0.004 mol·L－1，丙中c(CO2)＝0.02 mol·L－1－0.012 mol·L－1＝0.008 mol·L－1，C项错误；反应开始时，丙中反应物浓度最大，反应速率最快，甲中反应物浓度最小，反应速率最慢，D项正确。
【即时演练5】答案：(1)BC
(2)K＝c(CO2)·c2(NH3)＝1.6×3.22×10－9＝1.64×10－8
解析：(1)2v(NH3)＝v(CO2)不能表示正逆反应速率相等，所以不能依据A判断该分解反应已经达到化学平衡状态，A错误；(NH2COONH4)为固体物质，随着反应的进行密闭容器中总压强增大，所以依据“达到平衡时密闭容器中总压强不变”，可以判断该分解反应已经达到化学平衡状态，B正确；同理，恒容条件下，随着反应的进行则密度增大，所以依据“密闭容器中混合气体的密度不变”，可以判断该分解反应已经达到化学平衡状态，C正确；由于反应物(NH2COONH4)是固体物质，所以密闭容器中NH3的体积分数始终为2/3，因此不能判断该分解反应已经达到化学平衡状态，D错误。
(2)25.0 ℃时的平衡浓度：c(NH3)＝×4.8×10－3 mol·L－1，c(CO2)＝×4.8×10－3 mol·L－1，则K＝c2(NH3)·c(CO2)＝(×4.8×10－3)2×(×4.8×10－3)＝×(4.8×10－3)3＝1.64×10－8。
【跟踪练习1】答案：(1)O2 I2
(2)①OH－ ②1.00×10－4 ③b、a、c
解析：(1)臭氧是一种强氧化剂，能氧化I－生成单质碘，方程式为O3＋2KI＋H2O===I2＋2KOH＋O2；(2)①pH增大，说明碱性增强，因此起催化作用的是OH－；②由表中数据可知，在30 ℃、pH＝4.0条件下，O3的浓度减少一半所需的时间是108 min，所以其反应速率是＝1.00×10－4 mol·L－1·min－1；③由表中数据知温度越高，pH越大，反应速率越快，所以分解速率依次增大的顺序为b、a、c。
【跟踪练习2】答案：(1)③④
(2)1－α/2
解析：(1)据题给图像分析可知，T2的反应速率大于T1，由温度升高反应速率增大可知T2＞T1，因温度升高，平衡时CH3OH的物质的量减少，说明可逆反应CO2＋3H2CH3OH＋H2O向逆反应方向移动，故正反应为放热反应，T1时的平衡常数比T2时的大，③④正确，②错误。①中反应速率应等于物质的量浓度除以时间，而不是物质的量除以时间，①错误；选③④。
(2)利用化学平衡的三段模式法计算：
CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)
起始/mol 1 3 0 0
变化/mol α 3α α α
平衡/mol 1－α 3－3α α α
根据压强之比等于物质的量之比，则容器内的压强与起始压强之比为(4－2α)/4＝1－α/2。
创新模拟·预测演练
1．B 解析：分析表中数据可知，反应速率与HI和H2O2浓度的乘积成正比，据此可得B项正确。
2．D 解析：选项A，根据反应：H2(g)＋Br2(g)2HBr(g) ΔH＜0，升温平衡向着逆反应方向移动，H2的体积分数增大，根据图示变化，可知T1＞T2，正确。选项B，b点Br2的浓度比a点Br2的浓度大，反应速率也大，正确。选项C，降低生成物HBr(g)的浓度，有利于平衡向着正反应方向移动，Br2(g)的转化率提高，正确。选项D，体积不变时，在Br2(g)物质的量较多的情况下，平衡时HBr的体积分数可能减小。
3．答案：(1)相同条件下集满500 mL氧气所用的时间
(2)不同催化剂的催化效果的对照研究
(3)5H2O2＋2KMnO4＋3H2SO4===K2SO4＋5O2↑＋2MnSO4＋8H2O
(4)反应生成的MnSO4对此反应起催化作用，故反应速率先慢后快
解析：Ⅰ．相同条件下，催化剂的性能主要体现在对化学反应速率的影响方面，因此在实验过程中需要测集满500 mL氧气所用的时间，本实验主要从定量的角度对不同催化剂的催化效果进行对比分析研究。Ⅱ.反应开始慢后来快，说明生成的产物对反应起了催化作用，由题给信息知，起催化作用的产物为MnSO4。
4．答案：(1)＞ 0.04 mol·L－1
(2)64 b
(3)X＋3Y2Z 1 600 50%
解析：(1)此时的浓度商Q＝＝1.86＜400，反应未达到平衡状态，向正反应方向移动，故v(正)＞v(逆)；设平衡时生成物的浓度为0.6＋x，则甲醇的浓度为(0.44－2x)有：400＝，解得x＝0.2 mol·L－1，故0.44 mol·L－1－2x＝0.04 mol·L－1，甲醇的平衡浓度为0.04 mol·L－1。
(2) 2HI(g)H2(g)＋I2(g)
起始浓度/mol·L－1： 1 0 0
变化浓度/mol·L－1: 0.2 0.1 0.1
平衡浓度/mol·L－1: 0.8 0.1 0.1
则平衡常数K＝＝64
若开始时加入HI的量是原来的2倍，则建立的平衡状态和原平衡是等比平衡，HI、H2、I2的物质的量、平衡浓度都是原来的两倍；各组分的百分含量、体积分数相等，平衡常数相等(因为温度不变)；因开始时的浓度增大了，反应速率加快，达平衡时间不可能是原来的两倍，故选b。
(3)由 aX ＋ bYcZ
初始浓度/mol·L－1: 0.1 0.2 0
转化浓度/mol·L－1: 0.05 0.15 0.1
平衡浓度/mol·L－1: 0.05 0.05 0.1
利用转化浓度之比等于化学计量数比可得到化学方程式为X＋3Y2Z。则平衡常数K＝(0.1 mol·L－1)2/[(0.05 mol·L－1)(0.05 mol·L－1)3]＝1 600，X的转化率＝(0.05 mol·L－1)/(0.1 mol·L－1)×100%＝50%。
5．答案：(1)①0.003 0 mol·(L·min)－1 ②＜ 2.25×10－4 ③＞
(2)④BD ⑤A.150 1/3 B．0.1
解析：(1)①由100 ℃平衡CH4的转化率为0.5可知，消耗CH4、H2O各0.5 mol，生成H2 1.5 mol，生成CO 0.5 mol，故其反应速率v(H2)＝1.5/(5×100) mol·(L·min)－1＝0.003 0。
②在相同温度下，在p1条件下CH4的转化率大，即有利于反应正向进行，可得p1＜p2；100 ℃时平衡常数K＝(0.015)3×0.005/(0.005×0.015)＝2.25×10－4；③由于温度升高CH4的转化率增大，即有利于反应正向进行，故该反应的正反应为吸热反应。(2)④选项A中化学平衡逆向进行，产率降低；选项C在恒容条件下化学平衡不发生移动，产率不变；选项B和D均使化学平衡正向移动，产率增加。⑤显然该同学通过“控制变量法”探究外界条件对化学平衡的影响，探究的前提只能是改变一个条件，而其他条件不变，由此可得a＝150，b＝1/3。由于题给反应是一个气体体积缩小的反应，压强越大CH4的转化率也大，由此可得px＝0.1 MPa。
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