适用于老高考旧教材2024版高考化学二轮复习专题7化学反应速率与化学平衡（附解析）

专题七　化学反应速率与化学平衡A组　基础巩固练1.(2023·宁夏银川六盘山高级中学期末)某温度下,反应CH2CH2(g)+H2O(g)CH3CH2OH(g)在密闭容器中达到平衡,下列说法正确的是(　　)A.增大压强,v正>v逆,平衡常数增大B.加入催化剂,平衡时CH3CH2OH(g)的浓度增大C.恒容下,充入一定量的H2O(g),平衡向正反应方向移动D.恒容下,充入一定量的CH2CH2(g),CH2CH2(g)的平衡转化率增大2.(2023·福建省名校联盟联考)研究CH3I与自由基Cl原子(用Cl*表示)的反应有助于保护臭氧层。已知:Cl*+CH3I反应有4条反应路径(TS表示过渡态,IM表示中间物)如图所示。基元反应指反应中一步直接转化为产物,下列说法错误的是(　　)A.路径①的ΔH>0B.路径②是基元反应C.路径③的速率最快D.路径④的逆反应的活化能最大3.(2023·陕西西安铁一中学期末)一定温度下,将0.16molX和0.16molY加入10L的恒容密闭容器中,发生反应X(s)+2Y(g)2Z(g)　ΔH<0,一段时间后达到平衡。反应过程中测定的数据如表:t/min2479n(Y)/mol0.120.110.100.10下列说法正确的是(　　)A.温度升高,此反应的化学平衡常数K>0.36B.当容器内气体的密度不变时,反应达到化学平衡状态C.反应前2min的平均反应速率v(Z)=4.0×10-3mol·L-1·min-1D.其他条件不变,再充入0.6molZ,平衡时Z的体积分数增大4.(2023·辽宁葫芦岛一模)活性炭基材料烟气脱硝技术备受当前研究者关注,其反应原理为C(s)+2NO(g)CO2(g)+N2(g)　ΔH>0。下列说法不正确的是(　　)A.增大压强,平衡向脱硝方向移动B.上述脱硝反应平衡常数K=c(CO2)·c(N2)c2(NO)C.若恒容体系内密度恒定不变,反应达到了平衡 D.每处理标准状况下2.24LNO,转移电子0.2mol5.(2023·辽宁鞍山一模)T0时,向容积为5L的恒容密闭容器中充入一定量的A(g)和B(g),发生反应:2A(g)+B(g)3C(g)+D(g)　ΔH<0。测得反应过程中的部分数据如表所示,下列说法错误的是(　　)t/minn(A)/moln(B)/mol04.02.052.01.0102.01.0A.其他条件不变,温度变为T1时,平衡时测得C的浓度为0.8mol·L-1,则T1>T0B.8min时,该反应的v(正)=v(逆)C.5min时,该反应达到平衡状态,且A、B的转化率相等D.平衡时,C的体积分数约为42.9%6.(2023·吉林通化模拟)在10L密闭容器中,A、B、C三种气态物质构成了可逆反应的体系;当在某一温度时,A、B、C物质的量与时间的关系如图甲,经过相同时间C的百分含量与温度的关系如图乙。下列分析正确的是(　　)A.该反应的化学方程式为2A(g)+B(g)2C(g)B.0~4min内,B的平均反应速率为0.05mol·L-1·min-1C.由T1向T2变化时,正反应速率大于逆反应速率D.该反应正反应是吸热反应7.(2023·安徽省鼎尖名校联考)CO2的有效利用对发展碳循环经济产生了巨大的影响。其中利用CO2和H2,在一定条件下合成乙醇的反应为2CO2(g)+6H2(g)C2H5OH(g)+3H2O(g)　ΔH。向2L刚性不可变容器中充入1molCO2和3molH2,单位时间内测得CO2的转化率随温度变化关系如图所示。下列说法正确的是(　　)A.上述反应的ΔH>0B.混合气体的密度保持不变时,说明该反应达平衡状态C.c点平衡后,向容器中再充入等量原反应气体,达新平衡时,CO2的转化率增大D.反应从开始到a点需时5min,5min内用H2表示的反应速率为0.3mol·L-1·min-1 8.(2023·四川达州二诊)工业上常用甲烷和水蒸气催化重整制备H2,该工艺同时发生如下反应:反应Ⅰ:CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)　ΔH1反应Ⅱ:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)　ΔH2(1)反应Ⅰ和反应Ⅱ以物质的量分数表示的平衡常数Kx与温度T变化关系如图甲所示,则ΔH1-ΔH2　　　　　(填“>”“<”或“=”)0。 图甲(2)恒容密闭容器中,按质量比为8∶9加入CH4和H2O,下列说法正确的是　　　　　。 A.达平衡时,CH4和H2O的转化率相等B.反应Ⅰ在低温时容易自发进行C.当压强不再发生改变时,反应Ⅰ和反应Ⅱ均达到了平衡D.单位时间内,若有2molH—O键断裂,同时有3molH—H键断裂,则反应Ⅰ处于平衡状态(3)某科研小组研究了反应Ⅰ的动力学,获得其速率方程v正=k正·cm(CH4)·cn(H2O),k正为速率常数(只受温度影响),反应级数是反应的速率方程式中各反应物浓度的指数之和。在某温度下进行实验,测得各组分初始浓度和反应初始速率如下:实验序号123CH4浓度/(mol·L-1)0.10000.20000.2000H2O浓度/(mol·L-1)0.10000.10000.2000速率/(mol·L-1·s-1)3.75×10-41.50×10-33.00×10-3若某时刻,测得c(CH4)=0.4000mol·L-1,c(H2O)=0.4000mol·L-1,则此时的反应速率v正=　　　　　　　。 (4)在2.4MPa下,将CH4和H2O(g)按照物质的量之比1∶3的比例通入反应器中。平衡时各组分的物质的量分数与温度的关系如图乙所示。图乙①600℃时,若经过tmin,反应达到平衡。该条件下,反应Ⅰ的Kp=　　　　　　　　　　(MPa)2(列出计算式即可)。 ②H2的含量在740℃左右出现峰值的原因为 　　　　　　　　　　　　　　　　。 (5)某工厂用电解原理除去H2中的杂质CH4、CO和CO2,其装置如图丙所示: 图丙①CH4参与的电极反应为　　　　　　　　　　　　　　　　。 ②经测定,原料气中各气体的体积分数为气体H2CH4COCO2体积分数82%3%5%10%若电解过程中消耗了100m3的原料气,则可得到相同条件下纯净H2　　　　　m3。 9.(2023·陕西铜川二模)碳排放问题是第26届联合国气候变化大会讨论的焦点。我国向国际社会承诺2030年实现“碳达峰”,2060年实现“碳中和”。为了实现这个目标,加强了对CO2转化的研究,因此CO2的捕集、利用与封存成为科学家研究的重要课题。根据信息回答下列问题。Ⅰ.研究表明CO2与CH4在催化剂存在下可发生反应制得合成气:CO2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g)　ΔH一定压强下,由最稳定单质生成1mol化合物的焓变为该物质的摩尔生成焓。(1)已知CO2(g)、CH4(g)、CO(g)的摩尔生成焓分别为-395kJ·mol-1、-74.9kJ·mol-1、-110.4kJ·mol-1,则上述反应的ΔH=　　　　kJ·mol-1。 Ⅱ.研究表明CO2与H2能发生下列反应:反应1:CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)　ΔH1=-154kJ·mol-1反应2:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)ΔH2=-49kJ·mol-1(2)在573K时,容积为2L的恒容容器中投入2molCO2和6molH2发生反应2达到平衡。①为了提高CH3OH产率可以采取的措施有　　　　　　　　、　　　　　　　　(任写两项措施)。 ②图1中能表示该反应的平衡常数的对数lnK与1T(T表示温度)之间的变化关系的曲线是　　　　　(填“m”或“n”)。 图1 图2③测得在相同时间内,不同温度下的H2转化率如图2所示,v(a)逆　　　　　(填“>”“<”或“=”)v(c)逆;T2温度下该反应的平衡常数K值为　　　　　　(保留两位小数)。 (3)在恒容密闭容器中,反应1按进料浓度比c(CO2)∶c(H2)分别等于1∶2、1∶5、1∶7时,CO2的平衡转化率随条件X的变化关系如图3所示:①曲线a的进料浓度比c(CO2)∶c(H2)为　　　　　　　。 ②条件X是　　　　　(填“温度”或“压强”),依据是　 　　　　　　　　　　　　　　　　。 (4)我国学者探究了BiIn合金催化剂电化学还原CO2生产HCOOH的催化性能及机理,并通过DFT计算催化剂表面该还原过程的物质的相对能量,如图4所示(带“*”表示物质处于吸附态)。试从图4分析,采用BiIn合金催化剂既优于单金属Bi催化剂,又优于单金属In催化剂的原因是  　　　　　　　　　　　　　　　　。 图3图410.(2023·四川成都一诊)直接将CO2转化为有机物并非植物的“专利”,科学家通过多种途径实现了CO2合成甲醛,总反应为CO2(g)+2H2(g)HCHO(g)+H2O(g)　ΔH。转化步骤如图1所示: 图1(1)原料CO2可通过捕捉技术从空气中或工业尾气中获取,写出一种常见的可作为CO2捕捉剂的廉价试剂　　　　　　　　　。 (2)已知2H2(g)+O2(g)2H2O(g)　ΔH4,则总反应的ΔH=　　　　　　　　　　　　　(用图1中焓变以及ΔH4表示)。 (3)T℃,在容积为2L的恒容密闭容器中充入1molCO2和一定量H2,只发生可逆反应①。若起始时容器内气体压强为1.2kPa,达到平衡时,CH3OH(g)的分压与起始投料比[n(H2)n(CO2)]的变化关系如图2所示。图2(ⅰ)若5min时到达c点,则0~5min时的平均反应速率v(H2)=　　　　　　mol·L-1·min-1; (ⅱ)Kp(b)=　　　　　　　　(写计算表达式); (ⅲ)c点时,再加入CO2(g)和H2O(g),使两者分压均增大0.05kPa,H2的平衡转化率　　　　　(填“增大”“不变”或“减小”)。 (4)在恒温恒容条件下只发生反应②。关于该步骤的下列说法错误的是　　　　　。 A.若反应②正向为自发反应,需满足ΔH2<0B.若气体的平均相对分子质量保持不变,说明反应②体系已经达到平衡C.增大O2的浓度,HCHO(g)的平衡物质的量分数一定增大D.反应②体系存在v正(H2O2)=v正(CH3OH)(5)已知Arrhenius公式:Rlnk=-EaT+C(Ea为活化能,k为速率常数,R和C为常数)。反应①②的有关数据分别如图3所示,Ea相对较小的是　　　　　;研究表明,加入某极性介质有助于加快整个反应的合成速率,原因可能是　　　　　　　　　　　　　　　　　。  图3B组　能力提升练1.(2023·江苏泰州中学调研)高炉炼铁的反应为Fe2O3(s)+3CO(g)2Fe(s)+3CO2(g)　ΔH=-23.5kJ·mol-1。下列有关说法正确的是(　　)A.该反应一定能自发进行,则该反应的ΔS>0B.升高温度使反应物活化分子数增多,能提高反应速率和CO平衡转化率C.增加炼铁炉高度,延长CO和铁矿石接触时间,能降低平衡时尾气中CO的体积分数D.制备的生铁中含少量FexC,相同条件下与酸反应放出氢气的速率比纯铁慢2.(2023·宁夏银川六盘山高级中学期末)在NO催化下,丙烷与氧气反应制备丙烯的部分反应机理如图所示。下列说法错误的是(　　)A.含N分子参与的反应一定有电子转移B.由NO生成HONO的反应历程有2种C.增大NO的量,C3H8的平衡转化率增大D.当主要发生包含②的历程时,最终生成的水不变3.(2023·山东烟台诊断)某密闭容器中充入等物质的量的A和B,一定温度下发生反应A(g)+xB(g)2C(g),达到平衡后,在不同的时间段内反应物的浓度随时间的变化如甲图所示,正、逆反应速率随时间的变化如乙图所示。下列说法错误的是(　　)A.前20minB的平均反应速率为0.05mol·L-1·min-1B.30~40min间该反应使用了催化剂C.化学方程式中的x=1,正反应为放热反应D.30min、40min时分别改变的条件是减小压强、升高温度4.(2023·天津十二区重点校联考)某温度下,在2L的密闭容器中,加入1molX(g)和2molY(g)发生反应:X(g)+mY(g)3Z(g),平衡时,X、Y、Z的体积分数分别为30%、60%、10%。在此平衡体系中加入1molZ(g),再次达到平衡后,X、Y、Z的体积分数不变。下列叙述不正确的是(　　)A.m=2B.两次平衡的平衡常数相同C.X与Y的平衡转化率之比为1∶1 D.第二次平衡时,Z的浓度为0.4mol·L-15.(2023·北京东城区一模)某温度下,H2(g)+I2(g)2HI(g)的平衡常数K=4。该温度下,在甲、乙、丙、丁4个相同的恒容密闭容器中进行该反应,起始浓度如下表所示。编号甲乙丙丁c(H2)/(mol·L-1)0.010.020.010.02c(I2)/(mol·L-1)0.010.010.010.01c(HI)/(mol·L-1)000.020.02下列判断不正确的是(　　)A.化学反应速率:乙>甲B.平衡时,甲中I2的转化率为50%C.平衡时,丙中c(I2)=0.01mol·L-1D.平衡时,乙和丁中c(H2)c(I2)相等6.(2023·辽宁葫芦岛协作校联考)某温度下,在1L恒容密闭容器中投入10molN2O5发生反应N2O5(g)N2O(g)+2O2(g),有关数据如下表所示。下列说法正确的是(　　)时间/s0~1010~2020~3030~40产物O2的平均生成速率/(mol·L-1·s-1)0.200.160.100.00A.O2的平均生成速率越来越小是因为容器的压强越来越小B.15s若向体系中充入N2O,平衡一定逆向移动C.20s时N2O5的转化率为8%D.35s时,向体系中又充入N2O5,再次平衡时,其体积分数将增大7.(2023·湖北省部分重点校联考)恒温密闭容器发生可逆反应:Z(?)+W(?)X(g)+Y(?)　ΔH,在t1时刻反应达到平衡,在t2时刻缩小容器体积,t3时刻再次达到平衡状态后不再改变条件。下列有关说法中,正确的是(　　)A.该条件下,Z和W中的一种可能为气态B.t1~t2时间段与t3时刻后,两时间段反应体系中气体的平均摩尔质量不相等C.若在该温度下该反应的平衡常数表达式为K=c(X),则t1~t2时间段与t3时刻后的X浓度不相等D.若该反应ΔH>0,则该反应的平衡常数K随温度升高而增大8.(2023·四川成都二诊)汽车尾气的氮氧化物是大气污染物的主要来源,研究汽车尾气处理是环境保护的重要课题。试回答下列问题:(1)有关汽车尾气的生成已知:①N2(g)+O2(g)2NO(g)　ΔH1=+180.50kJ·mol-1②2NO(g)+O2(g)2NO2(g)　ΔH2=-144.14kJ·mol-1③2N2O(g)2N2(g)+O2(g)　ΔH3=-244.10kJ·mol-1 则3NO(g)N2O(g)+NO2(g)　ΔH=　。 (2)用CO消除汽车尾气在催化剂a作用下将尾气转化为无污染的气体而除去。向密闭容器中充入10molCO(g)和8molNO(g)发生反应2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)　ΔH,测得平衡时NO体积分数与温度、压强的关系如图。①已知T2>T1,则反应ΔH　　　　(填“>”“=”或“<”)0。 ②该反应达到平衡后,为了同时提高反应速率和NO的平衡转化率,可采取的措施有　　　　　(填字母)。 a.改用高效催化剂b.恒温恒容条件下,按投料比增大反应物浓度c.移去CO2d.升高温度e.缩小反应容器的容积③在温度为T1、容器容积为4L的条件下,反应进行到10min时恰好在D点达到平衡。则从反应开始到平衡时,NO平均反应速率v(NO)=　　　　　;若其他条件不变,升高温度,用分压表示的平衡常数Kp　　　　　(填“变大”“变小”或“不变”)。 ④在X点,对反应容器升温的同时扩大容积使体系压强减小,重新达到平衡状态可能为图中　　　　(填A~F)点。 (3)用NH3消除汽车尾气新型催化剂b在含有少量O2条件下,能催化NH3和NOx反应生成N2,且高温下活性很强。在盛有催化剂b的管式反应容器[如图(一)]中按一定比例匀速通入NH3、NOx、O2发生反应。NOx的除去率随反应温度变化曲线如图(二)所示。图(一) 图(二)①在50℃之前,NOx的除去率随温度升高而缓慢上升的原因是 　　　　　　　　　　　　　　　　。 ②当温度高于300℃时,NOx除去率迅速下降的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　。 9.(2023·陕西汉中二模)有效去除大气中的H2S、SO2以及废水中的硫化物是环境保护的重要课题。(1)氨水可以脱除烟气中的SO2。氨水脱硫的相关热化学方程式如下:2NH3(g)+H2O(l)+SO2(g)(NH4)2SO3(aq)ΔH=akJ·mol-12NH4HSO3(aq)(NH4)2SO3(aq)+H2O(l)+SO2(g)　ΔH=bkJ·mol-12(NH4)2SO3(aq)+O2(g)2(NH4)2SO4(aq)　ΔH=ckJ·mol-1反应2NH3(g)+2NH4HSO3(aq)+O2(g)2(NH4)2SO4(aq)的ΔH=　　　　　　　kJ·mol-1(用含a、b、c的代数式表示)。 (2)H2S与CO2在高温下发生反应:H2S(g)+CO2(g)COS(g)+H2O(g)。在610K时,将0.40molH2S与0.20molCO2充入5L的空钢瓶中,反应达到平衡后水的物质的量分数为0.2。①上述条件下H2S的平衡转化率α1=　　　%。 ②若在620K重复实验,平衡后水的物质的量分数为0.3,该反应的ΔH　　　　　　　(填“<”“>”或“=”)0。 ③在610K时反应H2S(g)+CO2(g)COS(g)+H2O(g)平衡建立的基础上,改变下列一种条件,能使H2S平衡转化率增大的是　　　　　(填字母)。 A.向容器中通入H2SB.向容器中通入CO2C.加入催化剂D.缩小容器的容积(3)在气体总压强分别为p1和p2时,反应2SO3(g)2SO2(g)+O2(g)在不同温度下达到平衡,测得SO3(g)及SO2(g)的物质的量分数如图所示:①压强:p2　　　　　(填“>”或“<”)p1,判断的理由是　 　　　　　　　　　　　　　　　　。 ②若p1=8.1MPa,起始时充入amolSO3(g)发生反应,计算Q点对应温度下该反应的平衡常数Kp=　　　　　　　MPa(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。  参考答案专题七　化学反应速率与化学平衡A组　基础巩固练1.C　该反应是一个气体分子数减少的反应,增大压强可以加快化学反应速率,正反应速率增大的幅度大于逆反应速率增大的幅度,故v正>v逆,平衡向正反应方向移动,但是因为温度不变,故平衡常数不变,A不正确;催化剂不影响化学平衡状态,因此,加入催化剂不影响平衡时CH3CH2OH(g)的浓度,B不正确;恒容下,充入一定量的H2O(g),H2O(g)的浓度增大,平衡向正反应方向移动,C正确;恒容下,充入一定量的CH2CH2(g),平衡向正反应方向移动,但是CH2CH2(g)的平衡转化率减小,D不正确。2.B　路径②所示反应中有中间产物生成,没有一步直接转化为产物,不是基元反应,B错误。3.B　由表中数据可知,7min与9min时n(Y)相等,说明7min时反应达到平衡状态,平衡时,Y为0.10mol,反应的Y为0.06mol,根据X(s)+2Y(g)2Z(g),生成的Z为0.06mol,该温度下此反应的平衡常数K=0.00620.0102=0.36,又该反应的正反应为放热反应,温度升高,平衡逆向移动,平衡常数减小,K<0.36,A错误;该反应属于气体质量增大的反应,反应容器的容积不变,当容器内气体的密度不变时,表示反应达到化学平衡状态,B正确;反应前2min内,v(Z)=v(Y)=0.16mol-0.12mol10L2min=2.0×10-3mol·L-1·min-1,C错误;其他条件不变,再充入0.6molZ,相当于增大压强,由于反应前后气体的体积不变,则平衡时Z的体积分数不变,D错误。4.A　该反应反应前后气体体积不变,改变压强,不影响平衡状态,A错误。5.A　升高温度,平衡逆向移动,根据图表数据,T0时达到平衡,消耗1molB,则生成3molC,C的浓度为0.6mol·L-1,其他条件不变,温度变为T1时,平衡时测得C的浓度为0.8mol·L-1,说明平衡正向移动,则T1<T0,A错误;5min后气体物质的量不再改变,说明5min后反应达到平衡状态,则8min时,该反应的v(正)=v(逆),投料比等于化学计量数比,故A、B的转化率相等,B、C正确;列出“三段式”:　　　2A(g)+B(g)3C(g)+D(g)初始/mol4200转化/mol2131平衡/mol2131则平衡时,C的体积分数约为37×100%≈42.9%,D正确。6.C　由题图可知,该反应是可逆反应,A、B、C的物质的量变化量之比=(2.4-1.6)∶(1.6-1.2)∶(0.4-0)=2∶1∶1,故该反应的化学方程式为2A(g)+B(g)C(g),A错误;0~4min时,A减少(2.4-2.0)mol,则有v(B)=0.04mol·L-12×4min=0.005mol·L-1·min-1,B错误;由T1向T2变化时,C的百分含量增大,平衡正向进行,故正反应速率大于逆反应速率,C正确;T3时反应达到平衡,T3之后,升高温度,平衡逆向移动,逆反应是吸热反应,则正反应是放热反应,D错误。7.C　根据题图知,b点之前,单位时间内,随着温度的升高,速率加快,所以二氧化碳的转化率增大,但b点之后,温度升高,不利于平衡正向移动,导致二氧化碳的平衡转化率降低,则该反应为放热反应,ΔH<0,A错误;2L刚性不可变容器中发生反应,气体的总质量不变,容器的容积不变,气体的密度始终不变,不能判断是否达到平衡状态,B错误;c点平衡后,向容器中再充入等量原反应气体,等效 于增大压强,则会使平衡正向移动,达新平衡时,CO2的转化率增大,C正确;a点时CO2的转化率为50%,则转化的CO2为0.5mol,转化的H2为0.5mol×3=1.5mol,则有v(H2)=0.15mol·L-1·min-1,D错误。8.答案(1)>　(2)C　(3)0.024mol·L-1·s-1(4)①(2.4×0.35)3×(2.4×0.05)(2.4×0.45)×(2.4×0.1)　②740℃前,反应Ⅰ正向进行程度大;740℃后,则是反应Ⅱ逆向进行程度大(5)①CH4-8e-+10OH-CO32-+7H2O　②99解析(1)根据盖斯定律,反应Ⅰ-反应Ⅱ得:CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g),平衡常数为K1K2,则lnK1K2=lnK1-lnK2,结合图像可知,随着温度升高,lnK2减小、lnK1增大,则随着温度升高lnK1K2=lnK1-lnK2>0,则反应吸热,焓变ΔH1-ΔH2大于零。(2)A.CH4和H2O物质的量投料比为1∶1,反应Ⅰ中甲烷与水系数比为1∶1,水还参与反应Ⅱ,故达平衡时,CH4和H2O的转化率不相等,A错误;B.结合图像可知,随着温度升高,lnK1增大,反应Ⅰ为吸热反应,反应Ⅰ为熵增反应,故在高温时容易自发进行,B错误;C.反应Ⅰ为气体分子数改变的反应,且2个反应同时进行,当压强不再发生改变时,说明平衡不再移动,反应Ⅰ和反应Ⅱ均达到了平衡,C正确;D.由于反应Ⅱ中也存在氢氧键断裂、氢氢键断裂,故单位时间内,若有2molH—O键断裂,同时有3molH—H键断裂,不说明反应Ⅰ中正、逆反应速率相等,不能说明反应Ⅰ处于平衡状态,D错误;故选C。(3)由3组实验数据得:①3.75×10-4=k正·0.1000m·0.1000n②1.50×10-3=k正·0.2000m·0.1000n③3.00×10-3=k正·0.2000m·0.2000n解得m=2,n=1,k正=0.375当c(CH4)=0.4000mol·L-1,c(H2O)=0.4000mol·L-1时,v正=0.375×0.40002×0.4000mol·L-1·s-1=0.024mol·L-1·s-1。(4)①600℃时,在2.4MPa下,将CH4和H2O(g)按照物质的量之比1∶3的比例通入反应器中,假设甲烷、水投料分别为1mol、3mol:　　CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)起始/mol1300转化/molaaa3a平衡/mol　　　CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)起始/mol转化/molbbbb平衡/mol600℃时,若经过tmin,反应达到平衡,总的物质的量为(4+2a)mol,氢气、水的物质的量分数分别为0.35、0.45,则3a+b4+2a=0.35、3-a-b4+2a=0.45,解得a=0.5、b=0.25,则平衡时总的物质的量为 5mol,甲烷、一氧化碳分别为0.5mol、0.25mol,其物质的量分数分别为0.1、0.05,故该条件下,反应Ⅰ的Kp=(2.4×0.35)3×(2.4×0.05)(2.4×0.45)×(2.4×0.1)(MPa)2。②等量水参与反应,反应Ⅰ生成氢气更多,740℃前,反应Ⅰ正向进行程度大,740℃后,则是反应Ⅱ逆向进行程度大,导致H2的含量在740℃左右出现峰值。(5)①CH4在阳极失去电子发生氧化反应生成碳酸根离子,参与的电极反应为CH4-8e-+10OH-CO32-+7H2O。②用电解原理除去H2中的杂质CH4、CO和CO2,混合气中CO2被氢氧化钠吸收,不是氧化还原反应,CH4、CO在阳极发生氧化反应均生成碳酸根离子,根据电子守恒可知,CH4~8e-~4H2、CO~2e-~H2,则甲烷、一氧化碳生成氢气分别为100m3×3%×4=12m3、100m3×5%×1=5m3,原混合气中有氢气82m3,故共得到相同条件下纯净H299m3。9.答案(1)+249.1(2)①增大体系压强　通入H2　②n　③<　14.81(3)①1∶2　②压强　　该反应的正反应气体分子数减小,增大压强,平衡向正反应方向移动,CO2的平衡转化率增大,与图3曲线一致(4)相对于单金属Bi催化剂,BiIn合金催化剂能够促进CO2的吸附,增强对*OCHO中间体的吸附;相对于单金属In催化剂,BiIn合金催化剂能够降低*OCHO脱附形成*HCOOH的活化能解析(1)CH4(g)与CO2(g)反应生成CO(g)和H2(g)的方程式:CO2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g),在一定温度和压强下,由最稳定单质生成1mol化合物的焓变称为该物质的摩尔生成焓。根据此定义,稳定单质的摩尔生成焓为0,CO2(g)、CH4(g)、CO(g)的摩尔生成焓分别为-395kJ·mol-1、-74.9kJ·mol-1、-110.4kJ·mol-1,则反应焓变ΔH=2×(-110.4kJ·mol-1)-[-395kJ·mol-1+(-74.9kJ·mol-1)]=+249.1kJ·mol-1。(2)①反应2:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)是气体体积减小的放热反应,增大体系压强、通入H2、降低温度等可以提高CH3OH产率。②反应2是放热反应,升高温度平衡逆向移动,K值减小,则1T减小。图1中能表示该反应的平衡常数的对数lnK与1T之间的变化关系的曲线是n。③温度越高,反应速率越快,Tc>Ta,则v(a)逆<v(c)逆;T2温度下H2转化率为80%,列出“三段式”:　　　CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)起始(mol·L-1)1300转化(mol·L-1)0.82.40.80.8平衡(mol·L-1)0.20.60.80.8平衡常数K=c(H2O)·c(CH3OH)c3(H2)·c(CO2)=0.8×0.8(0.6)3×0.2=14.81。(3)①反应1为CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g),c(H2)增大,平衡正向移动,CO2的转化率增大,则c(CO2)∶c(H2)的数值越大,CO2的转化率越小,曲线a的进料浓度比c(CO2)∶c(H2)为1∶2。 ②该反应的正反应气体分子数减小,增大压强,平衡向正反应方向移动,CO2的平衡转化率增大,与图3曲线一致,条件X是压强。(4)相对于单金属Bi催化剂,BiIn合金催化剂能够促进CO2的吸附,增强对*OCHO中间体的吸附;相对于单金属In催化剂,BiIn合金催化剂能够降低*OCHO脱附形成*HCOOH的活化能,则采用BiIn合金催化剂既优于单金属Bi催化剂,又优于单金属In催化剂。10.答案(1)Na2CO3溶液或氨水或石灰乳(2)ΔH1+ΔH2+ΔH3/2-ΔH4/2(3)(ⅰ)0.18　(ⅱ)0.24×0.240.083×0.16　(ⅲ)增大(4)C(5)反应②　极性介质使反应①的活化能降低解析总反应CO2(g)+2H2(g)HCHO(g)+H2O(g)　ΔH可以根据盖斯定律计算出该反应的活化能;根据平衡常数的表达式能计算出用分压表示的平衡常数,根据勒夏特列原理分析平衡移动的情况;根据反应的活化能和速率成反比,可以根据反应的活化能判断反应速率的相对大小。(1)能与CO2反应的,均可以作为CO2捕获剂,一般选择碱性物质,结合题目要求需要选择廉价并常见的试剂,可以是Na2CO3溶液或氨水或石灰乳。(2)根据图1及盖斯定律,总反应CO2(g)+2H2(g)HCHO(g)+H2O(g)是①+②+12×③-12×④得到的,则反应热ΔH=ΔH1+ΔH2+ΔH3/2-ΔH4/2。(3)根据图1反应①为CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g):(ⅰ)起始时容器内气体的总压强为1.2kPa,若5min时反应到达c点,c点CH3OH的物质的量为xmol,1.23=0.24x,x=0.6,则反应消耗氢气的物质的量为1.8mol,v(H2)=1.8mol2L5min=0.18mol·L-1·min-1。(ⅱ)b点和c点在同一温度下,所以b点平衡常数与c点一样,根据c点数据列三段式:　　　　CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)初始/mol1200转化/mol0.61.80.60.6平衡/mol0.40.20.60.6甲醇压强为0.24kPa,则二氧化碳的压强为0.16kPa、氢气的压强为0.08kPa、水蒸气的压强为0.24kPa,b点时反应的平衡常数Kp=0.24×0.240.16×0.083。(ⅲ)c点时,再加入CO2(g)和H2O(g),使二者分压均增大0.05kPa,Qc=0.24×0.290.21×0.083<Kp,平衡正向移动,H2的转化率增大。(4)根据图1反应②CH3OH(g)+O2(g)HCHO(g)+H2O2(l),A.若反应②正向为自发反应,则说明ΔH-TΔS<0,该反应是气体分子数减小的反应,故ΔS<0,需满足ΔH2<0才能自发进行,A正确;B.该反应随着反应的进行,n(HCHO)增大,气体的平均相对分子质量逐渐减小,B正确;C.增大O2的浓度,平衡正向移动,则HCHO(g)的平衡物质的量一定增大,物质的量分数不一定增大,C错误;D.反应②中每消耗1molCH3OH,生成1molH2O2,D正确;故选C。 (5)根据图示,反应②的斜率比反应①小,根据公式Rlnk=-EaT+C,斜率即Ea的大小,所以活化能较小的是反应②;总反应的决速步骤一般是反应速率较慢的那个反应,加入某极性介质有助于加快整个反应的合成速率,根据图示分析,反应速率较慢的是反应①,所以可能是极性介质使反应①的活化能降低,从而加快了总反应的速率。B组　能力提升练1.A　该反应的反应热ΔH<0,要使反应自发进行,要满足ΔH-TΔS<0,则该反应的ΔS>0,A正确;升高温度,使反应物活化分子数增多,能提高反应速率,但由于该反应是放热反应,升高温度,化学平衡会向逆反应方向移动,导致CO平衡转化率降低,B错误;增加炼铁炉高度,延长CO和铁矿石接触时间,不改变其他外界条件,化学平衡不移动,故不能改变平衡时混合气体中CO的体积分数,C错误;制备生铁中若含少量FexC,Fe、FexC及酸溶液构成原电池,使Fe与酸反应放出氢气的速率比纯铁快,D错误。2.C　根据反应机理的图示知,含N分子发生的反应有NO+·OOHNO2+·OH、NO+NO2+H2O2HONO、NO2+·C3H7C3H6+HONO、HONONO+·OH,含N分子NO、NO2、HONO中N元素的化合价依次为+2价、+4价、+3价,上述反应中均有元素化合价的升降,都为氧化还原反应,一定有电子转移,A项正确;根据图示,由NO生成HONO的反应历程有2种,B项正确;NO是催化剂,增大NO的量,C3H8的平衡转化率不变,C项错误;无论反应历程如何,在NO催化下丙烷与O2反应制备丙烯的总反应都为2C3H8+O22C3H6+2H2O,当主要发生包含②的历程时,最终生成的水不变,D项正确。3.B　前20minB的平均反应速率为2.0mol·L-1-1.0mol·L-120min=0.05mol·L-1·min-1,A正确;30min时,C和A、B的浓度都下降,而催化剂只会改变反应速率,不会瞬间改变反应物的浓度,B错误;A、B的浓度变化相同,故A、B的化学计量数相同,则x=1,40min时正逆反应速率都增大,则改变的条件为升高温度,而条件改变后C浓度减小,A、B浓度增大,说明平衡发生了逆向移动,则正反应为放热反应,C正确;30min时,C和A、B的浓度都下降了,反应速率也减小,但是平衡不移动,经分析x=1,该反应前后气体分子数目不变,则改变的条件为减小压强,D正确。4.D　向平衡体系中加入1molZ(g),再次达到平衡后,X、Y、Z的体积分数不变,说明两种平衡相同,该反应前后气体的总体积不变,则有m+1=3,m=2,A正确;平衡常数只与温度有关,两次平衡温度不变,故两次平衡的平衡常数相同,B正确;起始量X与Y之比为1∶2,等于其化学计量数之比,故X与Y的平衡转化率之比为1∶1,C正确;该反应为反应前后气体总量不变的反应,故第二次平衡时Z的物质的量为4mol×10%=0.4mol,c(Z)=0.4mol2L=0.2mol·L-1,D错误。5.D　据题表中数据可知,其他条件相同,乙中c(H2)为甲中的2倍,乙中反应速率较大,A正确;设甲中I2的转化率为x,根据“三段式”有:　　　　　　H2(g)　+　I2(g)　2HI(g)起始/(mol·L-1)0.010.010变化/(mol·L-1)0.01x0.01x0.02x平衡/(mol·L-1)0.01(1-x)0.01(1-x)0.02x 则有K=c2(HI)c(H2)·c(I2)=(0.02x)20.012×(1-x)2=4,解得x=50%,B正确;根据丙中各数据,浓度商为Q=c2(HI)c(H2)·c(I2)=(0.02)20.01×0.01=4=K,平衡不移动,c(I2)=0.01mol·L-1,C正确;乙中c(H2)c(I2)始终保持2∶1,而丁中Q=c2(HI)c(H2)·c(I2)=(0.02)20.02×0.01=2<K,平衡正向移动且反应的c(H2)和c(I2)按1∶1进行,故c(H2)c(I2)>2,D错误。6.D　O2的平均生成速率越来越小,主要是N2O5的浓度减小,A错误;15s时,该体系还没有达到平衡状态,如果N2O的量很少,在一定温度下,若Q<K,平衡依然正向移动,B错误;在0~10s时O2的生成量为2mol,在10~20s时生成O2为1.6mol,即20s时,生成3.6mol氧气,同时有1.8molN2O5发生转化,故转化率为18%,C错误;35s时,向体系中又充入N2O5,则反应达到新的平衡时N2O5的体积分数必将增大,D正确。7.D　根据题图可知,正反应速率不随反应时间和压强的改变而改变,故Z和W都不是气体,A错误;结合题图可知,X是气体,Y可能不是气体,也可能是气体,若Y不是气体,产物只有X,反应过程中气体的摩尔质量始终不变,若Y是气体,由于生成的X和Y是按照比例生成的,气体平均摩尔质量不会改变,所以两时间段反应体系中气体的平均摩尔质量一定相等,B错误;由于化学平衡常数只与温度有关,该温度下平衡常数的表达式K=c(X)是定值,则t1~t2时间段与t3时刻后的c(X)相等,C错误;该反应ΔH>0则该反应是吸热反应,升高温度平衡正向移动,平衡常数增大,D正确。8.答案(1)-130.52kJ·mol-1(2)①<　②be　③0.1mol·L-1·min-1　变小　④A(3)①催化剂的活性较小,温度升高速率增加缓慢　②O2与NH3反应生成NO解析(1)已知:①N2(g)+O2(g)2NO(g)　ΔH1=+180.50kJ·mol-1②2NO(g)+O2(g)2NO2(g)　ΔH2=-144.14kJ·mol-1③2N2O(g)2N2(g)+O2(g)　ΔH3=-244.10kJ·mol-1根据盖斯定律,由②×12-①-③×12得反应3NO(g)N2O(g)+NO2(g)　ΔH=-144.14kJ·mol-1×12-180.50kJ·mol-1+244.10kJ·mol-1×12=-130.52kJ·mol-1。(2)①根据图中信息可知,过X点的等压线上,已知T2>T1,温度越高,NO的体积分数越大,说明平衡逆向移动,逆方向为吸热反应,正方向为放热反应,则反应ΔH<0。②a.改用高效催化剂,化学反应速率增大,但催化剂不能使平衡移动,NO的转化率不变;b.恒温恒容条件下,按投料比增大反应物浓度,相当于增大压强,化学反应速率增大,平衡向气体体积缩小的正反应方向移动,NO的转化率增大;c.移去CO2,生成物的浓度减小,反应速率减小,平衡正向移动,NO的转化率增大;d.升高温度,化学反应速率增大,但正反应为放热反应,平衡逆向移动,NO的转化率减小;e.缩小反应容器的容积,相当于增大压强,化学反应速率增大,平衡向气体体积缩小的正反应方向移动,NO的转化率增大。③向密闭容器中充入10molCO(g)和8molNO(g)发生反应2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g),设NO转化率为x,根据三段式有:　　2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)起始量/mol81000 变化量/mol8x8x4x8x平衡量/mol8-8x10-8x4x8x平衡时NO的体积分数为25%,则有8-8x8-8x+10-8x+4x+8x×100%=25%,解得x=50%,则NO平均反应速率v(NO)=8xmol4L10min=0.1mol·L-1·min-1。若其他条件不变,升高温度,平衡逆向移动,生成物的平衡分压减小,反应物的平衡分压增大,用分压表示的平衡常数Kp变小。④由图结合反应可知,升温会使反应逆向移动,导致NO的体积分数增加,减压也会使反应逆向移动,导致NO的体积分数增加,所以升温和减压后,NO的体积分数必然增加,达到平衡状态时,NO的体积分数一定比X点对应的体积分数大,符合条件的只有A点。(3)①已知新型催化剂b在高温下活性很强,随温度的升高,催化剂b活性增强,但由于温度仍然较低,活性提高程度不大,反应速率加快但不明显,故50℃之前NOx的除去率缓慢增大。②已知新型催化剂b在高温下活性很强,当温度高于300℃时NOx的除去率迅速下降与催化剂活性无关,所通气体为NOx、NH3和O2的混合物,当温度高于300℃时,NH3与O2可能发生副反应:4NH3+5O24NO+6H2O,氨的浓度减小,导致NOx除去率迅速下降。9.答案(1)a+b+c(2)①30　②>　③B(3)①<　其他条件相同时,增大压强平衡向气体体积减小的方向移动,再达平衡时SO3物质的量分数增大,SO2物质的量分数减小　②0.6解析(1)①2NH3(g)+H2O(l)+SO2(g)(NH4)2SO3(aq)　ΔH=akJ·mol-1②2NH4HSO3(aq)(NH4)2SO3(aq)+H2O(l)+SO2(g)　ΔH=bkJ·mol-1③2(NH4)2SO3(aq)+O2(g)2(NH4)2SO4(aq)　ΔH=ckJ·mol-1根据盖斯定律①+②+③得2NH3(g)+2NH4HSO3(aq)+O2(g)2(NH4)2SO4(aq)的ΔH=(a+b+c)kJ·mol-1。(2)①　H2S(g)+CO2(g)COS(g)+H2O(g)初始/mol0.40.200转化/molxxxx平衡/mol0.4-x0.2-xxxx0.4-x+0.2-x+x+x=0.2。x=0.12;上述条件下H2S的平衡转化率α1=0.12mol0.4mol×100%=30%。②若在620K重复实验,平衡后水的物质的量分数为0.3,说明升高温度,平衡正向移动,该反应的ΔH>0。③A.向容器中通入H2S,平衡正向移动,CO2平衡转化率增大,但H2S平衡转化率减小;B.向容器中通入CO2,平衡正向移动,H2S平衡转化率增大;C.加入催化剂,平衡不移动,H2S平衡转化率不变;D.反应前后气体系数和相同,缩小容器的容积,平衡不移动,H2S平衡转化率不变。 (3)①增大压强平衡向气体体积减小的方向移动,增大压强,2SO3(g)2SO2(g)+O2(g)平衡逆向移动,SO3(g)的物质的量分数增大,所以压强p2<p1。②　　　　2SO3(g)2SO2(g)+O2(g)初始/mola00转化/mol2x2xx平衡/mola-2x2xxa-2xa-2x+2x+x=0.5,x=0.2a,p1=8.1MPa,Kp=(0.2a1.2a×8.1MPa)×(0.4a1.2a×8.1MPa)2(0.6a1.2a×8.1MPa)2=0.6MPa。