称心常识网化学平衡习题
一、考查内容：
1、化学反应与能量
（1）热化学方程式的书写。
（2）利用断成键理论计算△H。
（3）利用盖斯定律计算△H或书写热化学方程式。
（4）利用活化能理论解释化学反应的能量变化及催化剂对活化能的影响。
2、反应速率
（1）计算化学反应速率。
v=△c/△t
也有用单位时间内物质的量的变化、体积的变化、压强的变化表示反应速率。注意这些表达方式的缺点是若没有空间的限制，并不能准确表达出反应的快慢。
三段法计算：浓度、转化率、产率、体积分数、平均相对分子质量、分压、K等。
（2）化学反应速率的影响因素。
①催化剂：一般会加快反应速率。通过降低活化能来实现。
②温度：升温加快反应速率。
注意：若催化剂与温度一起作用于化学反应时，催化剂对主要起速率起影响作用，温度对催化剂的活性起影响作用。不要回答出温度也能提高反应速率。
③浓度：注意的是，提高反应物的浓度，会提高反应速率。
容易混淆的是，可逆反应的正反应速率和总反应速率，要分清。
④压强：增大压强，必须提高了反应物的浓度，反应速率才会提高。
⑤表面积：反应物的表面积增大，会使反应速率加快。在工业流程中经常考查。
⑥活化能：反应的活化能越高，反应速率越慢。
3、化学平衡
（1）对化学平衡状态的理解：
可逆反应达到最大限度的一种状态，表面上浓度不变，实际上正逆反应都在进行的一定相对稳定状态。
（2）平衡的标志：
反应过程中变化的现象或数据，不变了，达到平衡了。
注意分析是的恒压体系还是恒容体系。
（3）平衡移动：
勒夏特列原理的熟练运用。
（4）平衡常数：
表达式的书写。Kc、Kp的计算。比较Qc与K来判断反应的进行方向。
分压计算时：
恒定体积的容器中：每mol气体的分压是定值。
恒定压强的容器中：每mol气体的分压与体积成反比。
（5）等效平衡：
两个相似体系的比较或一个体系在两个环境下的比较。
等效平衡的应用：充气问题。
4、反应方向（自发性）
△G=△H-T?△S<0，反应能自发进行，分为肯定自发、高温自发、低温自发、肯定不自发。
注意，分析是的反应自动发生的可能性，不是反应在任何条件都不能发生。
二、基本题型：
1、利用盖斯定律计算反应热
已知：CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(1) △H=-890.3kJ·mol-1
C2H2(g)+5/2O2(g)=2CO2(g)+H2O(1) △H=-1299.6kJ·mol-1
2H2(g)+O2(g)＝2 H2O(1) △H=-571.6kJ·mol-1
则2CH4(g)＝C2H2(g)+3H2(g)的△H= kJ·mol-1（答案：+376.4）
2、关于活化能的理解
科学家通过密度泛函理论研究甲醇与水蒸气重整制氢反应机理时，得到甲醇在Pd（III）表面发生解离反应时四个路径与相对能量关系如图所示，其中附在Pd（III）表面的物种用*标注。
此历程中活化能最小的反应方程式为 。
答案：CH2O*+2H*=CHO*+3H*或CH2O*=CHO*+H*。
分析：
每一个过渡态的左边为反应物，右边为生成物。左边到过渡态的能量变化为活化能。活化能越高，该反应的反应速率越慢。
本题中活化能最小的是过渡态3，左边为反应物CH2O*+2H*，右边为生成物CHO*+3H*。
3、温度催化剂共同作用于反应速率
CO+H2O?CO2+H2 △H<0
在0.1 MPa下，将总进料量1 mol且n(CO)：n(H2O)=1：1.3的混合气体充入一刚性密闭容器中，在催化剂的作用下反应。实验测得在600-700℃时，反应速率随温度的升高明显下降，原因是 。
答案：温度升高，催化剂的活性降低，反应速率减慢。
分析：
当温度和催化剂共同作用于反应速率时，反应速率主要由催化剂决定。温度的升高或降低对反应速率的影响不大，但对催化剂的活性影响很大，而催化剂的活性对反应速率影响很大。
4、反应速率影响因素、平衡移动、平衡常数与温度和△H的关系
如图表示反应N2(g)+3H2(g)?2NH3(g) △H=-92.2kJ?mol-1在t0-t6时间段内反应速率的变化图，已知在t1、t3、t4时改变外界条件，每次外界条件的改变都是单一条件的改变。
下列有关说法正确的是
A．t1时改变的条件是压缩反应容器
B．t3时改变条件后反应的正活化能和△H均下降
C．平衡常数K(t0-t1)>K(t2-t3)>K(t5-t6)
D．氨气的体积分数φ(t2-t3)> φ(t3-t4)>φ（t5-t6）
答案：D
分析：
经过分析，t1为升温，t3加催化剂，t4为降压。
B中△H不变。
C、放热反应升温后K减小，其它条件不改变平衡常数，所以平衡常数K(t0-t1)>K(t2-t3)=K(t5-t6)。
D、逆向移动，NH3的物质的量减小，体积分数减小。
5、反应物的比例对反应物转化率的影响
若将CO和NO按不同比例投入一密闭容器中发生反应
2NO(g) +2CO( g)?N2(g)+2CO2(g) △H <0
不同温度下，平衡时N2的体积分数随n(CO)/n(NO)的变化曲线如图所示。
（1）a、b、c三点中对应NO转化率最大的是 。
（2）c、d点对应平衡常数c点 （填“>”“<”或“=”）d点，理由是 。
答案：（1）c，（2）>，因为△H <0，T1下生成物N2的量较少，所以T1温度高于T2，升温时K减小。
分析：（1）调整两反应物的比例判断转化率时，谁的比例越小，谁的转化率越高。
（2）放热反应升温时，平衡逆向移动，平衡常数减小。
6、三段法计算转化率
T1℃时，向1L恒容密闭容器中充入0.3molCH4，只发生反应 2CH4(g)?C2H4(g) +2H2(g)。
（1）达到平衡时，测得c(C2H4)=c(CH4)。CH4的平衡转化率为 。
（2）反应达到平衡状态时，若改变温度至T2℃，CH4的浓度以0.01mol?L-1?s-1的平均速率增多，经t s后再次达到平衡，此时c(CH4)=2c(C2H4)，则t= 。
答案：（1）66.7%，（2）5。
分析：
（1）2CH4(g)?C2H4(g) +2H2(g)
0.3 0
-2x +x
0.3-2x x
0.3-2x=x
解得：x=0.1
转化率=0.2/0.3=66.7%
（2）2CH4(g)?C2H4(g) +2H2(g)
0.1 0.1 0.1
+2y -y
0.1+2y 0.1-y
0.1+2y=2（0.1-y）
解得：y=0.025
CH4增加0.05mol/L，时间需要5s。
7、等效平衡
297K时，存在CH3OH（g）?CO+2H2，在密闭容器I（体积为4L）和密闭容器II（体积为8L）中分别充入下列物质发生反应（单位为mol）
达到平衡时两个容器中c（H2）相等且为0.5mol/L。则a= 。
答案：6。
分析：
I、II若达到平衡时c（H2）相等，则两体系为等效平衡。两体系的体积是两倍关系，则物质的量为等效于两倍关系。
II体系的物质的量相当于CO为8mol，H2为12mol。则I体系中的物质的量CO为4mol，H2为6mol。
8、反应自发性的判断
SCR催化法是工业上消除NO的常用方法，原理为：
4NH3(g)+4NO(g)+O2(g)?4N2(g)+6H2O(g) △H= -1632.4 k?mol-1。
该反应常温下 自发进行（填“能”或“不能”），请说明原因 。
答案：能，反应后气体分子数变多，△S>0，又因为△H<0，肯定自发。
三、综合题型：
1、选择题：
利用CH4可消除NO2的污染，反应原理为CH4(g)+2NO2(g)?N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)，在10 L恒容密闭容器中分别加入0.50mol CH4和1.2 mol NO2，测得不同温度下n(CH4)随时间变化的有关实验数据如表所示。
下列说法错误的是
A．该反应为放热反应，M=0. 15
B．T1K下，O ~10min内，NO2的平均反应速率为0.003mol?L-1?min-1
C．T2K下，化学平衡常数K=(0.0352×0.072)/ (0.015 x0. 052)
D．T1K下，50min时再往容器中投入与起始等量的反应物，CH4的平衡转化率会增大
答案：D
分析：
A、考查反应速率的影响因素及平衡的建立：根据不同温度下同一时间的数据对比，T2反应速率快，T2的温度高。温度高时，达到平衡的时间更短。所以T2在40分钟时也达到平衡。数据与50分钟时的数据相同，为0.15。
B、考查反应速率的计算：
v=△c/△t=[（0.5mol-0.35mol）╳2/10L]/10min=0.003mol?L-1?min-1
C、考查计算平衡常数：
用三段法计算得：c(CH4)=0.015mol/L，c(NO2)=0.05mol/L，c(N2)=c(CO2)=0.035mol/L，c(H2O)=0.07mol/L，K=(0.035╳0.035╳0.072)/(0.015╳0.052)
D、考查等效平衡的应用：
相当于增压，增压后平衡逆向移动，CH4的转化率减小。
2、综合题一：
工业上常用1-丁烯催化脱氢的方法制备1，3-丁二烯。将0.1mol1-丁烯和0.675mol水蒸气组成的混合气，在80kPa恒压下进行反应：
CH3CH2CH=CH2（g）?催化剂/△?CH2=CHCH=CH2（g）+ H2（g） △H
请回答下列问题
（1）已知化学键能如下，
C-C：348 kJ/mol、C=C：612kJ/mol、C-H：412kJ/mol、H-H：436kJ/mol
由此计算△H= kJ/mol。
（2）如图表示脱氢反应中温度对1-丁烯的平衡转化率的影响，工业生产通常控制反应温度为600℃。
①请解释工业生产控制温度在600℃的原因 。
②此温度下反应进行2.5小时后，达到平衡，从开始反应到建立平衡，以H2表示的平均反应速率为v（H2）= kPa?h-1；脱氢反应的平衡常数Kp= kPa。
（3）在密闭容器中反应达到平衡后，再充入1.575mol1-丁烯和1.625mol1，3-丁二烯，化学反应向 （填“正反应”、“逆反应”或“不移动”）方向进行。
分析：
（1）考查用断成键理论计算△H
△H=断键吸收能量-成键放出能量
=（348 kJ/mol╳2+612kJ/mol+412 kJ/mol╳8）
-（348 kJ/mol╳1+612kJ/mol╳2+412kJ/mol╳2+436kJ/mol）
=+124 kJ/mol
（2）①考查条件对反应速率、平衡转化率影响
本反应吸热，温度升高，反应正向移动，转化率提高。
本反应使用催化剂，温度不是加快反应的主要因素，催化剂才是。但催化剂反应需要在一定温度下才有活性。工业反应温度使用600℃而没有采用更高温度肯定考虑了催化剂的活性。
所以本题的答案是：600℃时转化率较高，并且催化剂活性强。
②考查分压的求解：p分=p总压╳n/n总
利用三段法：
CH3CH2CH=CH2? CH2=CHCH=CH2+H2
0.1 0 0
-0.025 +0.025 +0.025
0.075 0.025 0.025
n总=0.075mol+0.025mol +0.025mol +0.675mol=0.8mol
pH2=80kPa╳0.025mol/0.8mol=2.5kPa
v（H2）=2.5kPa/2.5h= 1kPa?h-1
又考查了压强平衡常数的求解
pCH3CH2CH=H2=80kPa╳0.075mol/0.8mol=7.5kPa
pCH2=CHCH=H2=80kPa╳0.025mol/0.8mol=2.5kPa
Kp=2.5kPa╳2.5kPa/7.5kPa=5/6 kPa
（3）考查了Qp与Kp的比较
n（CH3CH2CH=CH2）=0.075mol+1.575mol=1.65mol
n（CH2=CHCH=CH2）=0.025mol+1.625mol=1.65mol
n（H2）=0.025mol
n总=1.65mol+1.65mol+0.025mol+0.675mol=4mol
pH2=80kPa╳0.025mol/4mol=0.5kPa
pCH3CH2CH=H2=80kPa╳1.65mol/4mol=33kPa
pCH2=CHCH=H2=80kPa╳1.65mol/4mol=33kPa
Qp=33kPa╳0.5kPa/33kPa=0.5 kPa
Qp<Kp
反应向正反应方向进行。
3、综合题二：
NO2可发生二聚反应生成N2O4，化学方程式为2NO2(g)?N2O4(g) ，上述反应达到平衡后，
（1）升高温度可使体系颜色加深，则该反应的△H （填“>”或“<”）0。
（2）已知该反应的正反应速率方程为v正=k正?c2(NO2)，逆反应速率方程为v逆=k逆?c(N2O4)，其中k正、k逆分别为正、逆反应的速率常数。则图（lgk表示速率常数的对数；1/T表示温度的倒数）所示①、②、③、④四条斜线中，能表示lgk正随变化关系的是斜线 ，能表示lgk逆随1/T变化关系的是斜线 。
（3）图中A、B、 C、D点的纵坐标分别为a+1.5、a+0.5、a-0.5、a-1.5，则温度T1时化学平衡常数K= mol?L-1。
（4）已知温度T1时，某时刻恒容密闭容器中NO2、N2O4浓度均为0.2mol?L-1，此时v正 （填“>”或“<’’）v逆。
（5）上述反应达到平衡后，继续通入一定量的NO2，则NO2的平衡转化率将 ，NO2的平衡浓度将 （填“增大”，“减小”，或“不变”）。
分析：
（1）考查化学平衡移动原理
升温向吸热方向移动，本题逆向移动，所以正反应放热，△H<0。
（2）考查了温度升高与速率常数之间的关系
速率=速率常数╳浓度幂：升温瞬时，浓度并不变，而正、逆反应速率都提高，说明正、逆速率常数都变大。
坐标向右表示降温，lgk减小，③④可能表示k正或k逆。
又因为降温后平衡向正向移动，v正>v逆，说明k正减小得慢。
所以③表示lgk正，④可能lgk逆。
（3）考查了利用速率常数解平衡常数
平衡常数的表达式为K= c(N2O4)/c2(NO2)
速率的表达式为v正=k正?c2(NO2)， v逆=k逆?c(N2O4)
两者有相同的数据，需要找到两者在平衡时的联系。
在平衡时，v正= v逆，所以k正?c2(NO2)=k逆?c(N2O4)
c(N2O4)/c2(NO2)=k正/k逆
通过（2）的分析，T1时，lg k正=a-0.5，则k正=1╳10a-0.5；lg k逆=a-1.5，则k逆=1╳10a-1.5
c(N2O4)/c2(NO2)=(1╳10a-0.5)/(1╳10a-1.5)=10
K=10 mol?L-1
（4）考查了利用Qc与K的比较判断反应方向
Qc= c(N2O4)/c2(NO2)=0.2/0.22=5mol?L-1
Qc<K，平衡正向移动，v正> v逆。
（5）考查了等效平衡的应用：充气问题
等效于增压，平衡正向移动，NO2转化率提高。但平衡时NO2的浓度提高。
四、难点问题
1、关于活化能图像的应用
我国科学家实现了在铜催化条件下将DMF[(CH3)2NCHO]转化为三甲胺[N(CH3)3]。
计算机模拟单个DMF分子在铜催化剂表面的反应历程如图所示
下列说法正确的是
A．由图可以判断DMF转化为三甲胺的反应属于吸热反应
B．N(CH3)3+OH*+H*=N(CH3)3(g)+H2O(g)是该反应历程的决速步
C．使用铜作催化剂可以降低反应的活化能，从而改变反应的焓变
D．该历程中最大能垒（活化能）E正=2.16 eV
答案：B
分析：
A、从起始点到终点可以看出此反应为放热反应。
B、此反应的活化能最高，反应速率最慢，是决定反应速率的关键步骤。
C、催化剂能降低活化能，加快反应速率，但不能改变焓变。
D、最大活化能是B选项中的反应，能垒为1.19eV。
2、数据转换的计算
反应2CH4(g)?C2H2(g)+3H2(g)发生过程中，CH4还会发生副反应2CH4(g)?C2H4(g)+2H2(g)，其他条件一定，测得平衡时几种气体的lg p(p表示分压，单位为Pa)与温度的关系如图所示。
列式计算反应2CH4(g)?C2H2(g)+3H2(g)在A点温度时的平衡常数Kp= （用平衡分压代替平衡浓度计算，lg（0.05=-1.3）。
答案：5╳104pa2。
分析：
A点的数据为：lgp(CH4)=+3、lgp(C2H2)=-1.5、lgp(H2)=+4
解得：p(CH4)=1╳103Pa、lgp(C2H2)= 1╳10-1.5Pa=0.05Pa、lgp(H2)= 1╳104Pa
代入平衡常数表达式得：K=[0.05Pa╳(1╳104Pa)3]/(1╳103Pa)2=5╳104pa2
3、多个平衡在同一体系中，共用同一种物质形成平衡时的计算
共用的同一种物质不进行拆分，物质的总浓度作用于每一个平衡。
用Fe2O3干法脱除NH3涉及的部分反应及平衡常数Kp的对数值与温度的关系如下：
①NH3 (g) +9/2Fe2O3(s)?1/2N2(g) +3Fe3O4 (s) +3/2H2O( g) △H1
②NH3(g) +6Fe2O3(s)?1/2N2O(g) +4Fe3O4 (s) +3/2H2O(g) △H2
③NH3( g) +15/2Fe2O3(s)?NO(g) +5Fe3O4 (s) +3/2H2O(g) △H3
若一定条件下，向体积为V L的恒容密闭容器中加入2mol NH3和足量Fe2O3发生上述反应，达到平衡时，容器中N2、N2O、H2O分别为a mol、b moL、c mol，此时NO(g)的浓度为 mol?L-1（用含a、b、c、V的代数式表示），该温度下反应③的平衡常数为 。
答案：(2/3c-2a-2b)/V，[(c-3a-3b)╳(c/V)3/2]/(3-c)
分析：
（1）利用N2、N2O、H2O分别是 amol、b moL、c mol，求出③生成的水为c-3a-3b mol。然后求出NO为(c-3a-3b)╳2/3= 2/3c-2a-2b mol。
（2）根据三个反应中H2O与NH3的相同比例，求出剩余的NH3为2-(2/3)c mol。
（3）体系中总的剩余的NH3和体系生成的总的水作用于每一个平衡。
c(H2O)=c/Vmol?L-1
c(NH3)=[2-(2/3)c]/Vmol?L-1
c(NO)=(2/3c-2a-2b)/Vmol?L-1
代入表达式，得
K=[(c-3a-3b)╳(c/V)3/2]/(3-c)
4、平衡数据不正常变化的原因分析
SCR催化法是工业上消除NO的常用方法，其原理为：
4NH3(g)+4NO(g)+O2(g)?4N2(g)+6H2O(g) △H= -1632.4 kJ?mol-1。
NO和NH3在有氧条件及Ag2O催化作用下，当反应温度升高到550～700℃时，NO转化率明显下降，NO2产率明显上升（如图所示）的原因可能是 （用化学学方程式表示）。
答案：4NH3(g)+7O2(g)?4NO2(g)+6H2O(g)
分析：
有些同学会分析为2NO+O2=2NO2，或Ag2O分解出O2造成O2的浓度提高，发生2NO+O2=2NO2。这两种分析的问题在于，NO的转化率都是提高的。
NO的转化率明显降低，是指NO不再参与反应。而产生的NO2产率明显上升，只能是NH3与O2反应所致。
5、分压计算并求反应速率（或平衡常数Kp）：
利用测压法在刚性反应器中研究800℃时NO(g)与O2(g)的化合反应：
2NO(g)+O2(g)=2NO2(g)
2NO2(g)? N2O4 ( g)
其中NO(g)与O2(g)化合的反应为不可逆反应，NO2二聚为N2O4的反应可以迅速达到平衡。起始投料比n(NO)：n(O2) =1：1，体系的总压强为33.2 kPa。
NO(g)与O2(g)化合的反应速率v=4.2╳l0-2╳p2(NO)╳p(O2)(kPa?min-1)，t=52 min时，测得体系中p (NO) =6.2 kPa，v= kPakPa?min-1（计算结果保留1位小数）。
答案：18.4。
分析：
在恒容容器中，反应前后的分压之比，等于物质的量之比。（在恒压体系中不一定）
反应前NO(g)与O2(g)的物质的量相等，则分压相等，p(NO)=p(O2)=16.6kPa，利用三段法计算：
2NO(g)+O2(g)=2NO2(g)
16.6kPa16.6kPa
-2x -x
6.2kPa
x=5.2kPa
解得反应后p(O2)=11.4kPa，代入表达式
v=4.2╳l0-2╳6.22╳11.4kPa?min-1=18.4kPa?min-1
6、通过处理数据进行问题分析
在0.1 MPa下，将总进料量1 mol且n(CH3OH)：n(H2O)=1：1.3的混合气体充入一刚性密闭容器中反应。
CH3OH(g)?CO+2H2 △H>0
CO+H2O(g)?CO2+H2 △H<0
平衡时，测得CH3OH的含量在给定温度范围内极小，H2、H2O(g)、CO、CO2四种组分含量与反应温度关系如图所示。试解释a的含量约是b的含量3倍的原因 。
答案：a为H2，b为CO2，当CO的转化率很大时，CO2的产量与H2的产量之比约为1：3。
分析：
利用三段法计算分析：
CH3OH的含量在给定温度范围内极小。假设CH3OH全部反应
CH3OH(g)?CO+2H2
1 0 0
-1 +1 +2
0 1 2
将数据代入第二个反应，采用两次假设
CO+H2O(g)?CO2+H2
1 1.3 0 2
0 0.3 1 3
若几乎不反应，则平衡组分的比例H2：H2O：CO：CO2=2：1.3：1：0，这与图像不符。
若几乎完全反应，则平衡组分的比例H2：CO2：H2O：CO =3：1：0.3：0，这与图像基本符合。
【练习】
1、用Fe2O3干法脱除NH3涉及的反应如下：
①NH3 (g) +9/2Fe2O3(s)?1/2N2(g) +3Fe3O4 (s) +3/2H2O( g) △H1
②NH3(g) +6Fe2O3(s)?1/2N2O(g) +4Fe3O4 (s) +3/2H2O(g) △H2
③NH3(g) +15/2Fe2O3(s)?NO(g) +5Fe3O4 (s) +3/2H2O(g) △H3
反应2NO(g)+N2(g)?2N2O(g)的△H= 。（用△H1、△H2、△H3表示）。
2、CO甲烷化反应为：CO(g)+3H2(g)?CH4(g)+H2O(l)。下图是使用某种催化剂时转化过程中的能量变化（部分物质省略）。（已知CO的分子结构与N2相似）
下列说法正确的是
A．步骤①、②、③均为吸热过程
B．步骤②中只有极性键的形成，没有极性键的断裂
C．反应速率：③>②
D．使用催化剂可降低该反应的焓变，从而使反应速率加快
3、向容积为2L的真空密闭容器中加入活性炭（足量）和NO，发生反应
C(s)+2NO(g)?N2(g)+CO2(g) △H>0
NO和N2的物质的量变化如表所示，反应在T1℃、T2℃下分别达到平衡时容器的总压强分别为p1kPa、p2kPa。
下列说法错误的是
A．T1℃时，0～10min内，以NO表示的反应速率v(NO)=0.06P1 kPa?min-1
B．T1℃下，反应的平衡常数为9/16
C．第15 min后，温度调整到T2℃，数据变化如表所示，则p1>p2
D．若30 min时，保持T2℃不变，再加入三种气体物质各2 mol，再次达平衡时NO的体积分数为20%
【练习答案】
1、4△H2-2△H1-2△H3
2、C
3、C
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