第一部分专题六化学反应速率和化学平衡
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则下列说法符合该图像的是________。 A.t1 时刻,增大了 X 的浓度 B.t1 时刻,升高了体系温度 C.t1 时刻,缩小了容器体积 D.t1 时刻,使用了催化剂
3
[思路引导]
解析 (1)分析图像知:
Δc(Z)=1.58
mol-0 2L
mol=0.79
mol·L-1,
v(Z)=0.791m0osl·L-1=0.079 mol·L-1·s-1,
1
【对点集训】 1. 一定温度下,在 2 L 的密闭容器中,X、Y、Z 三种气体
的量随时间变化的曲线如图所示:
(1)从反应开始到 10 s,用 Z 表示的反应速率为__________。 X 的物质的量浓度减少了_______,Y 的转化率为______。
2
(2)该反应的化学方程式为____________________。 (3)10 s 后的某一时刻(t1)改变了外界条件,其反应速率随时间 的变化图像如图所示:
C.该反应是放热反应,降低温度将缩短反应达到平衡的
时间 D.在 t1、t2 时刻,SO3(g)的浓度分别是 c1,c2,则时间间
隔 t1~t2 内,SO3(g)生成的平均速率为 v=ct22--tc11 解析 加入催化剂同等程度地改变正、逆反应速率,A 项
错误;在增大压强的同时改变其他条件(如降低温度),反应
丙可看作是 2 个甲合并而成的,又因 H2(g)+CO2
2O(g)
+CO(g)是平衡不受压强影响的反应,故丙组达到平衡时,物
质的转化率不变,仅各物质的浓度是甲组达到平衡时各物质浓
度的 2 倍,所以 B 正确,C 错误;由于甲、乙、丙组中,丙的
浓度最大,甲的浓度最小,所以丙反应速率最快,甲反应速率
最慢,故 D 正确。 答案 C
(3)保持同一温度,在相同的容器中,若起始时加入 2 mol
NH3、1 mol H2 及固体催化剂,反应达到平衡时 NH3 的体
积分数__________。
A.等于 w
B.大于 w
C.小于 w
17
解析 (1)由于容积不变,则压强之比等于气体的物质的量之
比,可设 N2 转化的物质的量为 x,应用“三步分析法”。
积忽略不计),在恒定温度下使其达到分解平衡:
NH2COONH4
3(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
平衡气体总 浓度/mol·L-1
2.4× 3.4× 4.8× 6.8× 9.4× 10-3 10-3 10-3 10-3 10-3
N2 + 3H2
3
起始物质的量/mol 2
8
0
转化物质的量/mol x
3x
2x
平衡物质的量/mol 2-x 8-3x 2x
列方程:10- 102x=0.8,解得 x=1 mol
w=10
2 mol mol-2×1
mol×100%=25%
(2)K=c(cN2(2N)cH3(H3)2)=0.5×1(22.5)3=11265
c(H2O)=c(CO)=0.006 0 mol·L-1
α(H2)=00.0.001600mmool·lL·L--11×100%=60%
13
又因乙组中 H2 的起始浓度大于甲组,故乙组中的反应相当于
在甲组平衡的基础上再加入 0.010 mol·L-1 的 H2,使平衡又继
续正向移动,导致乙中 CO2 的转化率大于 60%,因此 A 正确;
(1)解法,设 N2 转化的物质的量为 x:
N2(g) + 3H2
3(g) Δn
1 mol
2 mol
x
3x
2x
10 mol×20%
x=1 mol
所以,w=28 mmooll×100%=25%。 19
6.将 4 mol SO3 气体和 4 mol NO 气体置于 2 L 容器中,一定
条件下发生如下的可逆反应(不考虑 NO2 与 N2O4 之间的转
2.反应速率的大小比较
对于反应:nA+m
pC+qD,有如下关系:v(A)∶v(B)
∶v(C)∶v(D)=n∶m∶p∶q,可变形为v(nA)=vm(B)=v(pC)=
v(qD)。比较不同条件下的反应快慢的问题,一般会给出用不
同物质表示的反应速率,解题时只要比较v(nA)、vm(B)、v(pC)、
v(qD)的大小即可,但要注意速率单位的统一。
11
题点 3 有关化学平衡常数、转化率的简单计算
【真题导航】
4.(2010·北京理综,12)某温度下,H2(g)+CO2
2O(g)
+CO(g)的平衡常数 K=94。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
7
【对点集训】
3.可逆反应:2NO2
)+O2(g)在体积固定的密闭
容器中进行,达到平衡状态的标志的是
()
①单位时间内生成 n mol O2 的同时生成 2n mol NO2 ②单位时间内生成 n mol O2 的同时生成 2n mol NO ③用 NO2、NO、O2 表示的反应速率的比为 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
mA +n
pC+qD
起始量: a
b
00
变化量: mx 平衡量: a-mx
nx px qx b-nx px qx
15
注意 ①变化量与化学方程式中各物质的化学计量数成比例。
②这里 a、b 可指:物质的量、浓度、体积等。
③弄清起始浓度、平衡浓度、平衡转化率三者之间的互换关系。
④在使用平衡常数时,要注意反应物或生成物的状态。
解析 甲:
H2(g) + CO2
2O(g)+CO(g)
起始量/(mol·L-1) 0.010
0.010
0
0
变化量/ (mol·L-1) x
x
x
x
平衡量/ (mol·L-1) 0.010-x 0.010-x x
x
K=(0.01x02-x)2=94,解得 x=0.006 0 mol·L-1
c(H2)=0.010-x=c(CO2)=0.004 0 mol·L-1
14
[聚焦题点] 化学平衡的计算是高考的热点,主要考查反应物
的转化率、各组分的含量、平衡前后气体的物质的量或体积
的变化等计算,有时还涉及利用化学平衡移动原理进行微观
分析。
[载体透析] 1.化学平衡计算的基本模式——平衡“三步曲”
根据反应进行(或移动)的方向,设定某反应物消耗的量,然后
列式求解。
例:
18
(3)起始通入 2 mol NH3 和 1 mol H2 相当于 1 mol N2 和 4 mol
H2,所以最终的平衡状态相当于对题中的平衡状态进行减压
(体积增加一倍),平衡向逆反应方向移动,NH3 的体积分数减
小,所以选 C 项。
答案
(1)25%
16 (2)125
(3)C
[拓展延伸] 此题也可以用差量法计算。
化):2SO3
2+O2;2NO+O2
2。
(1)当上述系统达到平衡时,O2 和 NO2 的物质的量分别为
0.1 mol、3.6 mol。则此时 SO3 的物质的量为__________。
(2)当上述系统达到平衡时,欲求其混合气体的组成,则至
少还需知道两种气体的平衡浓度,但这两种气体不能同时
是 SO3 和________或 NO 和__________(填分子式)。 (3)在其他条件不变的情况下,若改为起始时在 1 L 容器中
9
4.1 000 ℃时,Na2SO4 与 H2 发生下列反应:Na2SO4(s)+
4H2
Na2S(s)+4H2O(g) ΔH>0
(1)上述反应达到平衡后,将体系中的 Na2S(s)全部移走,
平衡________(填“向左移动”、“向右移动”或“不移
动”)。
(2)上述反应在 t0 时刻达到平衡(如图), 若在 t1 时刻改变某一条件,请在图中 继续画出 t1 时刻之后正反应速率(v 正) 和逆反应速率(v 逆)随时间的变化曲线:
化剂可同等程度地改变正、逆反应速率,D 正确。
答案 (1)0.079 mol·L-1·s-1 0.395 mol·L-1 79.0%
(2)X(g)+Y(g) 2Z(g)
(3)CD
5
2.2SO2(g)+O2(g) 列叙述正确的是
2SO3(g)是制备硫酸的重要反应。下 (D )
A.催化剂 V2O5 不改变该反应的逆反应速率 B.增大反应体系的压强,反应速率一定增大
速率不一定增大,B 项错误;降低温度使反应速率降低,将
增大反应达到平衡的时间,C 项错误;根据计算平均速率的
定义公式可得 D 项正确。
6
题点 2 平衡状态的建立和移动方向的判断
【真题导航】
3.[2011·浙江理综,27(1)]将一定量纯净的氨基甲酸铵固体置
于特制的密闭真空容器中(假设容器体积不变,固体试样体
Δc(X)=1.20
mol-0.41 2L
mol
=0.395 mol·L-1。
4
Y
的转化率
φ(Y)=1.00
mol-0.21 1.00 mol
mol×100%=79.0%。
由各物质转化的量:
X 为 0.79 mol,Y 为 0.79 mol,Z 为 1.58 mol。
可知化学方程式中各物质的化学计量数之比为 1∶1∶2。
2.极限思维模式——“一边倒”思想 极限思维有如下口诀:始转平,平转始,欲求范围找极值。
例:
mA + nB
pC
起始: a 转化极限:a
平衡极限:0 3.转化率计算公式
b n ma b-mn a
c p ma c+mp a
转化率 α=反反应应物物转起化始的的物物质质的的量量((或或质质量量、、浓浓度度))×100%1。6
则化学方程式为 X(g)+
。
(3)由图像可知,外界条件同等程度地增大了该反应的正、逆
反应速率。增大 X 的浓度、升高体系温度不会同等程度地改
变正、逆反应速率,A、B 错误;由(1)中的解析可知,该反应
的化学方程式为 X(g)+
,缩小容器体积,增大
压强,可同等程度地增大正、逆反应速率,C 正确;使用催
【对点集训】
5.t ℃时,向 2 L 容积不变的容器中加入 2 mol N2、8 mol H2
及固体催化剂,使之发生反应:N2(g)+3H2
3(g)。
平衡时,NH3 的体积分数为 w,容器内气体压强为起始时
的 80%。
(1)平衡时,NH3 的体积分数 w=__________。 (2)t ℃时,该反应的平衡常数 K=__________。
充入 2 mol NO2 和 2 mol SO2,则上述两反应达到平衡时 c(SO2)=__________。
20
(4)若已知 1 g SO3 气体分解所吸收的热量为 1.23 kJ,写出 SO2 催化氧化成 SO3 的热化学方程式:______________________。
c(CO2)/(mol·L-1) 0.010 0.010 0.020
下列判断不正确的是
()
12
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
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.①④⑥⑦ C.①③④⑤
B.②③⑤⑦ D.全部
8
[思路引导] ——能用某物质的正、逆反应速率判断吗?
分析————能用某物质的浓度或百分含量判断吗? ——能用某些间接方法判断吗?
解析 ①单位时间内生成 n mol O2 的同时生成 2n mol NO2,能说 明达到平衡状态,②描述的都是正反应方向的速率,无法判断是 否达到平衡状态;③无论达到平衡与否,同向的速率之比总是符 合化学方程式中化学计量数之比;④混合气体的颜色不变能够说 明达到了化学平衡;因容器体积固定,密度是一个常数,所以⑤ 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⑥⑦均能说明达到平衡。 答案 A
①缩小容器体积(用实线表示);
②降低温度(用虚线表示)。
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解析 (1)适量增加或减少固体物质的量,不会引起其浓度的 变化,故平衡不移动,但当全部移走后,浓度变为零,则平 衡要向生成该固体物质的方向移动。 (2)①缩小容器体积,反应物和生成物浓度都变大,因反应前 后气体分子数不变,故 v 正、v 逆增大的程度相同,平衡不移 动。②降低温度,v 正和 v 逆都变小,但 v 正减小的更快,平衡 向左移动,反应物浓度增大,v 正慢慢变大,v 逆继续减小,达 到平衡时二者相等且不变。 答案 (1)向右移动 (2)
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[思路引导]
解析 (1)分析图像知:
Δc(Z)=1.58
mol-0 2L
mol=0.79
mol·L-1,
v(Z)=0.791m0osl·L-1=0.079 mol·L-1·s-1,
1
【对点集训】 1. 一定温度下,在 2 L 的密闭容器中,X、Y、Z 三种气体
的量随时间变化的曲线如图所示:
(1)从反应开始到 10 s,用 Z 表示的反应速率为__________。 X 的物质的量浓度减少了_______,Y 的转化率为______。
2
(2)该反应的化学方程式为____________________。 (3)10 s 后的某一时刻(t1)改变了外界条件,其反应速率随时间 的变化图像如图所示:
C.该反应是放热反应,降低温度将缩短反应达到平衡的
时间 D.在 t1、t2 时刻,SO3(g)的浓度分别是 c1,c2,则时间间
隔 t1~t2 内,SO3(g)生成的平均速率为 v=ct22--tc11 解析 加入催化剂同等程度地改变正、逆反应速率,A 项
错误;在增大压强的同时改变其他条件(如降低温度),反应
丙可看作是 2 个甲合并而成的,又因 H2(g)+CO2
2O(g)
+CO(g)是平衡不受压强影响的反应,故丙组达到平衡时,物
质的转化率不变,仅各物质的浓度是甲组达到平衡时各物质浓
度的 2 倍,所以 B 正确,C 错误;由于甲、乙、丙组中,丙的
浓度最大,甲的浓度最小,所以丙反应速率最快,甲反应速率
最慢,故 D 正确。 答案 C
(3)保持同一温度,在相同的容器中,若起始时加入 2 mol
NH3、1 mol H2 及固体催化剂,反应达到平衡时 NH3 的体
积分数__________。
A.等于 w
B.大于 w
C.小于 w
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解析 (1)由于容积不变,则压强之比等于气体的物质的量之
比,可设 N2 转化的物质的量为 x,应用“三步分析法”。
积忽略不计),在恒定温度下使其达到分解平衡:
NH2COONH4
3(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
平衡气体总 浓度/mol·L-1
2.4× 3.4× 4.8× 6.8× 9.4× 10-3 10-3 10-3 10-3 10-3
N2 + 3H2
3
起始物质的量/mol 2
8
0
转化物质的量/mol x
3x
2x
平衡物质的量/mol 2-x 8-3x 2x
列方程:10- 102x=0.8,解得 x=1 mol
w=10
2 mol mol-2×1
mol×100%=25%
(2)K=c(cN2(2N)cH3(H3)2)=0.5×1(22.5)3=11265
c(H2O)=c(CO)=0.006 0 mol·L-1
α(H2)=00.0.001600mmool·lL·L--11×100%=60%
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又因乙组中 H2 的起始浓度大于甲组,故乙组中的反应相当于
在甲组平衡的基础上再加入 0.010 mol·L-1 的 H2,使平衡又继
续正向移动,导致乙中 CO2 的转化率大于 60%,因此 A 正确;
(1)解法,设 N2 转化的物质的量为 x:
N2(g) + 3H2
3(g) Δn
1 mol
2 mol
x
3x
2x
10 mol×20%
x=1 mol
所以,w=28 mmooll×100%=25%。 19
6.将 4 mol SO3 气体和 4 mol NO 气体置于 2 L 容器中,一定
条件下发生如下的可逆反应(不考虑 NO2 与 N2O4 之间的转
2.反应速率的大小比较
对于反应:nA+m
pC+qD,有如下关系:v(A)∶v(B)
∶v(C)∶v(D)=n∶m∶p∶q,可变形为v(nA)=vm(B)=v(pC)=
v(qD)。比较不同条件下的反应快慢的问题,一般会给出用不
同物质表示的反应速率,解题时只要比较v(nA)、vm(B)、v(pC)、
v(qD)的大小即可,但要注意速率单位的统一。
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题点 3 有关化学平衡常数、转化率的简单计算
【真题导航】
4.(2010·北京理综,12)某温度下,H2(g)+CO2
2O(g)
+CO(g)的平衡常数 K=94。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
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【对点集训】
3.可逆反应:2NO2
)+O2(g)在体积固定的密闭
容器中进行,达到平衡状态的标志的是
()
①单位时间内生成 n mol O2 的同时生成 2n mol NO2 ②单位时间内生成 n mol O2 的同时生成 2n mol NO ③用 NO2、NO、O2 表示的反应速率的比为 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
mA +n
pC+qD
起始量: a
b
00
变化量: mx 平衡量: a-mx
nx px qx b-nx px qx
15
注意 ①变化量与化学方程式中各物质的化学计量数成比例。
②这里 a、b 可指:物质的量、浓度、体积等。
③弄清起始浓度、平衡浓度、平衡转化率三者之间的互换关系。
④在使用平衡常数时,要注意反应物或生成物的状态。
解析 甲:
H2(g) + CO2
2O(g)+CO(g)
起始量/(mol·L-1) 0.010
0.010
0
0
变化量/ (mol·L-1) x
x
x
x
平衡量/ (mol·L-1) 0.010-x 0.010-x x
x
K=(0.01x02-x)2=94,解得 x=0.006 0 mol·L-1
c(H2)=0.010-x=c(CO2)=0.004 0 mol·L-1
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[聚焦题点] 化学平衡的计算是高考的热点,主要考查反应物
的转化率、各组分的含量、平衡前后气体的物质的量或体积
的变化等计算,有时还涉及利用化学平衡移动原理进行微观
分析。
[载体透析] 1.化学平衡计算的基本模式——平衡“三步曲”
根据反应进行(或移动)的方向,设定某反应物消耗的量,然后
列式求解。
例:
18
(3)起始通入 2 mol NH3 和 1 mol H2 相当于 1 mol N2 和 4 mol
H2,所以最终的平衡状态相当于对题中的平衡状态进行减压
(体积增加一倍),平衡向逆反应方向移动,NH3 的体积分数减
小,所以选 C 项。
答案
(1)25%
16 (2)125
(3)C
[拓展延伸] 此题也可以用差量法计算。
化):2SO3
2+O2;2NO+O2
2。
(1)当上述系统达到平衡时,O2 和 NO2 的物质的量分别为
0.1 mol、3.6 mol。则此时 SO3 的物质的量为__________。
(2)当上述系统达到平衡时,欲求其混合气体的组成,则至
少还需知道两种气体的平衡浓度,但这两种气体不能同时
是 SO3 和________或 NO 和__________(填分子式)。 (3)在其他条件不变的情况下,若改为起始时在 1 L 容器中
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4.1 000 ℃时,Na2SO4 与 H2 发生下列反应:Na2SO4(s)+
4H2
Na2S(s)+4H2O(g) ΔH>0
(1)上述反应达到平衡后,将体系中的 Na2S(s)全部移走,
平衡________(填“向左移动”、“向右移动”或“不移
动”)。
(2)上述反应在 t0 时刻达到平衡(如图), 若在 t1 时刻改变某一条件,请在图中 继续画出 t1 时刻之后正反应速率(v 正) 和逆反应速率(v 逆)随时间的变化曲线:
化剂可同等程度地改变正、逆反应速率,D 正确。
答案 (1)0.079 mol·L-1·s-1 0.395 mol·L-1 79.0%
(2)X(g)+Y(g) 2Z(g)
(3)CD
5
2.2SO2(g)+O2(g) 列叙述正确的是
2SO3(g)是制备硫酸的重要反应。下 (D )
A.催化剂 V2O5 不改变该反应的逆反应速率 B.增大反应体系的压强,反应速率一定增大
速率不一定增大,B 项错误;降低温度使反应速率降低,将
增大反应达到平衡的时间,C 项错误;根据计算平均速率的
定义公式可得 D 项正确。
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题点 2 平衡状态的建立和移动方向的判断
【真题导航】
3.[2011·浙江理综,27(1)]将一定量纯净的氨基甲酸铵固体置
于特制的密闭真空容器中(假设容器体积不变,固体试样体
Δc(X)=1.20
mol-0.41 2L
mol
=0.395 mol·L-1。
4
Y
的转化率
φ(Y)=1.00
mol-0.21 1.00 mol
mol×100%=79.0%。
由各物质转化的量:
X 为 0.79 mol,Y 为 0.79 mol,Z 为 1.58 mol。
可知化学方程式中各物质的化学计量数之比为 1∶1∶2。
2.极限思维模式——“一边倒”思想 极限思维有如下口诀:始转平,平转始,欲求范围找极值。
例:
mA + nB
pC
起始: a 转化极限:a
平衡极限:0 3.转化率计算公式
b n ma b-mn a
c p ma c+mp a
转化率 α=反反应应物物转起化始的的物物质质的的量量((或或质质量量、、浓浓度度))×100%1。6
则化学方程式为 X(g)+
。
(3)由图像可知,外界条件同等程度地增大了该反应的正、逆
反应速率。增大 X 的浓度、升高体系温度不会同等程度地改
变正、逆反应速率,A、B 错误;由(1)中的解析可知,该反应
的化学方程式为 X(g)+
,缩小容器体积,增大
压强,可同等程度地增大正、逆反应速率,C 正确;使用催
【对点集训】
5.t ℃时,向 2 L 容积不变的容器中加入 2 mol N2、8 mol H2
及固体催化剂,使之发生反应:N2(g)+3H2
3(g)。
平衡时,NH3 的体积分数为 w,容器内气体压强为起始时
的 80%。
(1)平衡时,NH3 的体积分数 w=__________。 (2)t ℃时,该反应的平衡常数 K=__________。
充入 2 mol NO2 和 2 mol SO2,则上述两反应达到平衡时 c(SO2)=__________。
20
(4)若已知 1 g SO3 气体分解所吸收的热量为 1.23 kJ,写出 SO2 催化氧化成 SO3 的热化学方程式:______________________。
c(CO2)/(mol·L-1) 0.010 0.010 0.020
下列判断不正确的是
()
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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
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.①④⑥⑦ C.①③④⑤
B.②③⑤⑦ D.全部
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[思路引导] ——能用某物质的正、逆反应速率判断吗?
分析————能用某物质的浓度或百分含量判断吗? ——能用某些间接方法判断吗?
解析 ①单位时间内生成 n mol O2 的同时生成 2n mol NO2,能说 明达到平衡状态,②描述的都是正反应方向的速率,无法判断是 否达到平衡状态;③无论达到平衡与否,同向的速率之比总是符 合化学方程式中化学计量数之比;④混合气体的颜色不变能够说 明达到了化学平衡;因容器体积固定,密度是一个常数,所以⑤ 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⑥⑦均能说明达到平衡。 答案 A
①缩小容器体积(用实线表示);
②降低温度(用虚线表示)。
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解析 (1)适量增加或减少固体物质的量,不会引起其浓度的 变化,故平衡不移动,但当全部移走后,浓度变为零,则平 衡要向生成该固体物质的方向移动。 (2)①缩小容器体积,反应物和生成物浓度都变大,因反应前 后气体分子数不变,故 v 正、v 逆增大的程度相同,平衡不移 动。②降低温度,v 正和 v 逆都变小,但 v 正减小的更快,平衡 向左移动,反应物浓度增大,v 正慢慢变大,v 逆继续减小,达 到平衡时二者相等且不变。 答案 (1)向右移动 (2)