（3）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。
（4）用于计算反应物的转化率
4．掌握三个“百分数”
（1）转化率＝
×100%＝
×100%。
（2）生成物的产率：
实际产量占理论产量的百分数。
一般来说，转化率越高，原料利用率越高，产率越高。
产率＝
×100%。
（3）混合物中某组分的百分含量＝
×100%。
回访1 （2016·全国甲卷）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：
【导学号：
14942036】
（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：
①C3H6（g）＋NH3（g）＋
O2（g）===C3H3N（g）＋3H2O（g） ΔH＝－515kJ·mol－1
②C3H6（g）＋O2（g）===C3H4O（g）＋H2O（g）ΔH＝－353kJ·mol－1
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__________________________。
（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
图（a） 图（b）
（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________。
[解析]
（1）由热化学方程式可知，反应①气体分子数增加，是一个熵增的放热反应，反应②气体分子数不变，是一个熵变化不大的放热量较大的反应，在热力学上都属于自发进行的反应。
由于反应①是一个气体分子数增加的放热反应，降温、减压均有利于提高丙烯腈的平衡产率。
有机反应中要提高某反应的选择性，关键是选择合适的催化剂。
（2）由于反应①是放热反应，温度降低，平衡右移，丙烯腈的平衡产率应增大，因此图（a）中460℃以下的产率不是对应温度下的平衡产率。
反应①的平衡常数随温度的升高而变小，反应的活化能不受温度的影响，故当温度高于460℃时，丙烯腈的产率降低的可能原因是催化剂活性降低和副反应增多。
（3）由图（b）可知，当n（氨）/n（丙烯）＝1时，丙烯腈的产率最高，而丙烯醛的产率已趋近于0，如果n（氨）/n（丙烯）再增大，丙烯腈的产率反而降低，故最佳n（氨）/n（丙烯）约为1。
空气中O2的体积分数约为
，结合反应①方程式及最佳n（氨）/n（丙烯）约为1可知，进料气氨、空气、丙烯的理论体积比应为1∶
∶1＝1∶7.5∶1。
[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
回访2 （2015·全国卷Ⅱ节选）甲醇既是重要的化工原料，又可作为燃料，利用合成气（主要成分为CO、CO2和H2）在催化剂作用下合成甲醇。
发生的主要反应如下：
①CO（g）＋2H2（g）CH3OH（g） ΔH1
②CO2（g）＋3H2（g）CH3OH（g）＋H2O（g） ΔH2
③CO2（g）＋H2（g）CO（g）＋H2O（g） ΔH3
回答下列问题：
（1）反应①的化学平衡常数K表达式为______________________________；
图1中能正确反映平衡常数K随温度变化关系的曲线为________（填曲线标记字母），其判断理由是____________________________。
图1
（2）合成气组成n（H2）/n（CO＋CO2）＝2.60时，体系中的CO平衡转化率（α）与温度和压强的关系如图2所示。
α（CO）值随温度升高而________（填“增大”或“减小”），其原因是_______________________；
图2中的压强由大到小为________，其判断理由是___________。
图2
[解析]
（1）根据化学平衡常数的书写要求可知，反应①的化学平衡常数为K＝c（CH3OH）/[c（CO）·c2（H2）]。
反应①为放热反应，温度升高，平衡逆向移动，平衡常数K减小，故曲线a符合要求。
（2）由图2可知，压强一定时，CO的平衡转化率随温度的升高而减小，其原因是反应①为放热反应，温度升高，平衡逆向移动，反应③为吸热反应，温度升高，平衡正向移动，又使产生CO的量增大，而总结果是随温度升高，CO的转化率减小。
反应①的正反应为气体总分子数减小的反应，温度一定时，增大压强，平衡正向移动，CO的平衡转化率增大，而反应③为气体总分子数不变的反应，产生CO的量不受压强的影响，因此增大压强时，CO的转化率提高，故压强p1、p2、p3的关系为p1＜p2＜p3。
[答案]
（1）K＝
[或Kp＝
]
a 反应①为放热反应，平衡常数数值随温度升高变小
（2）减小 升高温度时，反应①为放热反应，平衡向左移动，使得体系中CO的量增大；反应③为吸热反应，平衡向右移动，又使产生CO的量增大；总结果，随温度升高，使CO的转化率降低
p3＞p2＞p1 相同温度下，由于反应①为气体总分子数减小的反应，加压有利于提升CO的转化率；而反应③为气体分子数不变的反应，产生CO的量不受压强影响。
故增大压强时，有利于CO的转化率升高
回访3 （2015·全国卷Ⅰ节选）Bodensteins研究了下列反应：
2HI（g）H2（g）＋I2（g）
在716K时，气体混合物中碘化氢的物质的量分数x（HI）与反应时间t的关系如下表：
t/min
0
20
40
60
80
120
x（HI）
1
0.91
0.85
0.815
0.795
0.784
x（HI）
0
0.60
0.73
0.773
0.780
0.784
（1）根据上述实验结果，该反应的平衡常数K的计算式为________。
（2）上述反应中，正反应速率为v正＝k正·x2（HI），逆反应速率为v逆＝k逆x（H2）x（I2），其中k正、k逆为速率常数，则k逆为________（以K和k正表示）。
若k正＝0.0027min－1，在t＝40min时，v正＝________min－1。
（3）由上述实验数据计算得到v正～x（HI）和v逆～x（H2）的关系可用下图表示。
当升高到某一温度时，反应重新达到平衡，相应的点分别为______（填字母）。
[解析]
（1）由表中数据可知，无论是从正反应方向开始，还是从逆反应方向开始，最终x（HI）均为0.784，说明此时已达到了平衡状态。
设HI的初始浓度为1mol·L－1，则：
2HI（g）H2（g）＋I2（g）
初始浓度/mol·L－11 0 0
转化浓度/mol·L－10.2160.1080.108
平衡浓度/mol·L－10.7840.1080.108
K＝
＝
。
（2）建立平衡时，v正＝v逆，即k正x2（HI）＝k逆x（H2）·x（I2），k逆＝
k正。
由于该反应前后气体分子数不变，故k逆＝
k正＝
k正＝
。
在40min时，x（HI）＝0.85，则v正＝0.0027min－1×0.852≈1.95×10－3min－1。
（3）因2HI（g）H2（g）＋I2（g） ΔH＞0，升高温度，v正、v逆均增大，且平衡向正反应方向移动，HI的物质的量分数减小，H2、I2的物质的量分数增大。
因此，反应重新达到平衡后，相应的点分别应为A点和E点。
[答案]
（1）
（2）k正/K 1.95×10－3 （3）A、E
回访4 （2013·新课标全国卷Ⅱ）在1.0L密闭容器中放入0.10molA（g），在一定温度进行如下反应：
A（g）B（g）＋C（g） ΔH＝＋85.1kJ·mol－1
反应时间（t）与容器内气体总压强（p）的数据见下表：
时间t/h
0
1
2
4
8
16
20
25
30
4.91
5.58
6.32
7.31
8.54
9.50
9.52
9.53
9.53
回答下列问题：
（1）欲提高A的平衡转化率，应采取的措施为__________________。
（2）由总压强p和起始压强p0计算反应物A的转化率α（A）的表达式为________，平衡时A的转化率为________，列式并计算反应的平衡常数K________________。
（3）①由总压强p和起始压强p0表示反应体系的总物质的量n总和反应物A的物质的量n（A），n总＝________mol，n（A）＝________mol。
②下表为反应物A浓度与反应时间的数据，计算：
a＝________。
反应时间t/h
0
4
8
16
c（A）/（mol·L－1）
0.10
a
0.026
0.0065
分析该反应中反应物的浓度c（A）变化与时间间隔（Δt）的规律，得出的结论是
_______________________________________________________________，
由此规律推出反应在12h时反应物的浓度c（A）为_______________mol·L－1。
[解析] 通过分析表格中数据，根据压强之比等于物质的量之比入手解决相关问题。
（1）要提高A的转化率，应通过改变条件使平衡正向移动，可以从浓度、温度、压强三个方面考虑，可从容器中分离出B、C或扩大容器的体积（降低压强）或升高温度。
（2）相同条件下，在密闭容器中气体的压强之比等于物质的量之比，设反应后气体的总物质的量为x，则有
＝
，故x＝
mol，而气体的物质的量的增加量等于消耗的A的物质的量，故A的转化率为
×100%＝
×100%，将表中的数据代入公式中可得平衡时A的转化率为
×100%≈94.1%；根据化学方程式列出平衡三段式，注意三段式中用的都是浓度，即可求得平衡常数。
（3）结合
（2）的解析可知n（A）＝0.10mol－
mol＝0.10×
mol；根据表中的数据，可知a＝0.10×
mol·L－1≈0.051mol·L－1，通过表中的数据可知，在达到平衡前每间隔4h，A的浓度减少约一半，故反应在12h时，A的浓度为0.5×0.026mol·L－1＝0.013mol·L－1。
[答案]
（1）升高温度、降低压强
（2）
×100% 94.1%
K＝
≈1.5mol·L－1
（3）①0.10×
0.10×
②0.051 达到平衡前每间隔4h，c（A）减少约一半 0.013
热点题型1 化学平衡状态的判断
1．（2016·陕西西安铁一中模拟）可以证明可逆反应N2＋3H22NH3已达到平衡状态的是（ ）
①1个N≡N键断裂的同时，有3个H—H键断裂；②1个N≡N键断裂的同时，有6个N—H键断裂；③其他条件不变时，混合气体平均相对分子质量不再改变；④恒温恒容时，体系压强不再改变；⑤NH3、N2、H2的体积分数都不再改变；⑥恒温恒容时，混合气体的密度保持不变；⑦正反应速率v（H2）＝0.6mol/（L·min），逆反应速率v（NH3）＝0.4mol/（L·min）
A．全部 B.①③④⑤
C．②③④⑤⑦D.③⑤⑥⑦
C [①根据两种化学键的断裂情况可知反应方向相同，不能判断反应是否达到平衡；②反应方向相反，且速率之比等于化学计量数之比，说明反应已达到平衡；③由于该反应为非等体积反应，混合气体平均相对分子质量不再改变，说明各物质的量不再变化，则说明反应已达到平衡；④恒温恒容时，体系压强不再改变，说明各物质的量不再变化，则说明反应已达到平衡；⑤NH3、N2、H2的体积分数都不再改变，说明各物质的量不再变化，则说明反应已达到平衡；⑥恒温恒容时，由于各物质均为气体，混合气体的密度始终不变，不能判断反应是否达到平衡；⑦正、逆反应速率相等，则说明反应已达到平衡。
]
2．可逆反应：
2NO2（g）2NO（g）＋O2（g）在体积固定的密闭容器中进行，达到平衡状态的标志是（ ）
①单位时间内生成nmolO2的同时生成2nmolNO2
②单位时间内生成nmolO2的同时生成2nmolNO
③用NO2、NO、O2表示的反应速率之比为2∶2∶1的状态
④混合气体的颜色不再改变的状态
⑤混合气体的密度不再改变的状态
⑥混合气体的压强不再改变的状态
⑦混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态
A．①④⑥⑦B.②③⑤⑦
C．①③④⑤D.全部
A [①单位时间内生成nmolO2的同时生成2nmolNO2，能说明反应达到平衡状态；②描述的都是正反应方向，无法判断是否达到平衡状态；③无论达到平衡与否，同向的反应速率之比总是等于化学计量数之比；④混合气体的颜色不变能够说明反应达到了平衡状态；⑤因容器体积固定，密度是一个常数，所以其不能说明反应达到平衡状态；该反应是一个反应前后气体体积不等的反应，容器的体积又固定，所以⑥、⑦均能说明反应达到平衡状态。
]
3．向某绝热密闭容器中加入一定量CO2（g）和H2（g），发生反应：
CO2（g）＋3H2（g）CH3OH（g）＋H2O（g） ΔH＝－49kJ·mol－1。
下列图像中能表明此容器中的反应已处于平衡状态的是（ ）
B [随着反应进行，H2的百分含量逐渐减小，A项错误；因正反应放热、容器绝热，故反应开始后体系温度升高，达到平衡状态时，体系温度不再发生变化，B项正确；ΔH是一个定值，不能用于判断可逆反应是否达到平衡状态，C项错误；该反应最终会达到平衡状态，故甲醇的生成速率不可能一直增大，D项错误。
]
4．1100℃时，在恒容密闭容器中，发生可逆反应：
Na2SO4（s）＋4H2（g）Na2S（s）＋4H2O（g）。
能判断反应达到平衡状态的是（ ）
【导学号：
14942037】
A．混合气体的压强不变
B．混合气体的密度不变
C．混合气体的总物质的量不变
D．各气体的浓度相等
B [这是一个反应前后气体分子总数不变的反应，恒容条件下，气体的压强、物质的量始终保持不变，A、C项错误；反应没有达到平衡时，气体的总质量发生变化，混合气体的密度不变说明反应已经达到平衡状态，B项正确；各气体的浓度相等无法说明正、逆反应速率是否相等，D项错误。
]
热点题型2 化学反应速率与化学平衡图像
1．（2016·河北衡水中学一调）以二氧化碳和氢气为原料制取乙醇的反应为2CO2（g）＋6H2（g）CH3CH2OH（g）＋3H2O（g） ΔH<0。
某压强下的密闭容器中，按CO2和H2的物质的量比为1∶3投料，不同温度下平衡体系中各物质的物质的量百分数（y%）随温度变化如图所示。
下列说法正确的是（ ）
A．a点的平衡常数小于b点
B．b点，v正（CO2）＝v逆（H2O）
C．a点，H2和H2O物质的量相等
D．其他条件恒定，充入更多H2，v（CO2）不变
C [从图像可知，温度越高氢气的含量越高，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，温度升高平衡常数减小，a>b，A错误；b点只能说明该温度下，CO2和H2O的浓度相等，不能说明v正（CO2）＝v逆（H2O），B错误；从图像可知，a点，H2和H2O的物质的量百分数相等，故物质的量相等，C正确；其他条件恒定，充入更多H2，反应物浓度增大，正反应速率增大，v（CO2）也增大，D错误。
]
2．（2016·安徽六校联考）已知：
A（g）＋3B（g）M（g）＋N（g） ΔH＝－49.0kJ·mol－1。
一定条件下，向体积为2L的密闭容器中充入2molA和6molB，测得A和M的浓度随时间的变化曲线如图所示。
下列叙述中正确的是（ ）
A．充分反应后，该反应放出98kJ的热量
B．10min后，升高温度能使
增大
C．3min时B的生成速率是M生成速率的3倍
D．反应达到平衡时B的转化率为75%
D [反应达到平衡时，消耗A1.5mol，放出73.5kJ的热量，A项错误。
该反应为放热反应，10min后升高温度，平衡向左移动，
减小，B项错误。
3min时没有达到平衡，反应正向进行，所以B的消耗速率是M生成速率的3倍，而B的消耗速率与B的生成速率不相等，故C项错误。
反应达到平衡时，消耗B4.5mol，故B的转化率＝
×100%＝75%，D项正确。
]
3．（2016·山东省实验中学质检）一定温度下，将1molA和2molB置于2L密闭容器中，发生反应：
A（g）＋B（g）C（g）＋D（g）并达到平衡。
C的体积分数随时间变化如图Ⅰ所示，反应过程中的能量变化如图Ⅱ所示。
下列说法不正确的是（ ）
图Ⅰ 图Ⅱ
A．达到平衡后，其他条件不变，降低温度，v正、v逆均减小，C的体积分数增大
B．该温度下，反应的平衡常数数值约为7.36
C．一段时间后，若气体的密度不变，则可以判断该反应已达化学平衡状态
D．在上述反应体系中加入催化剂，化学反应速率增大，E1和E2均减小
C [根据图Ⅱ知，生成物总能量低于反应物总能量，故该反应为放热反应，降低温度，v正、v逆均减小，平衡正向移动，C的体积分数增大，A项正确。
设达平衡时生成的C的物质的量浓度为xmol·L－1，则：
A（g） ＋ B（g）C（g）＋D（g）
起始浓度/mol·L－1 0.5 1 0 0
转化浓度/mol·L－1xxxx
平衡浓度/mol·L－10.5－x1－xxx
＝0.3，解得x＝0.45，则K＝
≈7.36，B项正确。
容器容积不变，气体总质量不变，则密度恒定，故不能根据密度不变判断反应已经达到化学平衡状态，C项错误。
催化剂能降低反应的活化能，使化学反应速率增大，E1和E2均减小，D项正确。
]
4．（2016·四川高考）一定条件下，CH4与H2O（g）发生反应：
CH4（g）＋H2O（g）CO（g）＋3H2（g）。
设起始
＝Z，在恒压下，平衡时CH4的体积分数φ（CH4）与Z和T（温度）的关系如图所示。
下列说法正确的是（ ）
A．该反应的焓变ΔH>0
B．图中Z的大小为a>3>b
C．图中X点对应的平衡混合物中
＝3
D．温度不变时，图中X点对应的平衡在加压后φ（CH4）减小
A [A.根据图示知温度越高，CH4的体积分数越小，说明平衡向右移动，所以该反应的焓变ΔH>0，A项正确。
B.相同条件下Z越大，平衡时CH4的体积分数越小，所以图中Z的大小为a<3C.起始时
＝3，反应过程中H2O和CH4等量减小，所以平衡时
>3，C项错误。
D.温度不变时，加压，平衡逆向移动，甲烷的体积分数增大，D项错误。
]
化学反应速率和化学平衡图像题解法思路
1．两个原则
（1）先拐先平。
例如，在转化率—时间图像上，先出现拐点的曲线先达到平衡，此时逆向推理可得该曲线对应的温度高、浓度大或压强大。
（2）定一议二。
当图像中有三个量时，先确定一个量不变再讨论另外两个量的关系。
2．三个步骤
5．（名师押题）工业上用下列反应合成甲醇：
CO
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