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2027通用版高考化学第一轮
第九章 化学反应速率与化学平衡
第1节 化学反应速率
五年高考
1.★★(2025海南,7,2分)恒温下,反应物A与Q按图示计量关系,同时发生三个基元反应,分别生成B、C、D,反应速率v1>v2>v3。下列说法正确的是( )
A.反应的活化能:①>②>③
B.提高温度仅提高反应②中活化分子百分数
C.加入催化剂,使反应③的活化能变小,D的产量降低
D.总反应速率v总=v1+v2+v3
2.★★(2021辽宁,12,3分)某温度下,降冰片烯在钛杂环丁烷催化下聚合,反应物浓度与催化剂浓度及时间关系如图。已知反应物消耗一半所需的时间称为半衰期,下列说法错误的是( )
A.其他条件相同时,催化剂浓度越大,反应速率越大
B.其他条件相同时,降冰片烯浓度越大,反应速率越大
C.条件①,反应速率为0.012 mol·L-1·min-1
D.条件②,降冰片烯起始浓度为3.0 mol·L-1时,半衰期为62.5 min
3.★★★(2024安徽,12,3分)室温下,为探究纳米铁去除水样中Se的影响因素,测得不同条件下Se浓度随时间变化关系如下图。
实验序号 水样体积/mL 纳米铁质量/mg 水样初始pH
① 50 8 6
② 50 2 6
③ 50 2 8
下列说法正确的是( )
A.实验①中,0~2小时内平均反应速率v(Se)=2.0 mol·L-1·h-1
B.实验③中,反应的离子方程式为2Fe+Se+8H+ 2Fe3++Se+4H2O
C.其他条件相同时,适当增加纳米铁质量可加快反应速率
D.其他条件相同时,水样初始pH越小,Se的去除效果越好
4.★★★(2025河北,17节选)乙二醇(EG)是一种重要的基础化工原料,可通过石油化工和煤化工等工业路线合成。
(1)石油化工路线中,环氧乙烷(EO)水合工艺是一种成熟的乙二醇生产方法,环氧乙烷和水反应生成乙二醇,伴随生成二乙二醇(DEG)的副反应。
主反应:EO(aq)+H2O(l) EG(aq) ΔH<0
副反应:EO(aq)+EG(aq) DEG(aq)
体系中环氧乙烷初始浓度为1.5 mol·L-1,恒温下反应30 min,环氧乙烷完全转化,产物中n(EG)∶n(DEG)=10∶1。
①0~30 min内,v总(EO)= mol·L-1·min-1。
②下列说法正确的是 (填序号)。
a.主反应中,生成物总能量高于反应物总能量
b.0~30 min内,v总(EO)=v总(EG)
c.0~30 min内,v主(EG)∶v副(DEG)=11∶1
d.选择适当催化剂可提高乙二醇的最终产率
三年模拟
5.★★(2026届四川内江威远中学第一次月考,8)下列生产或实验事实引出的相应结论不正确的是( )
生产或实验事实 结论
A 其他条件相同,Na2S2O3溶液和H2SO4溶液反应,升高溶液的温度,析出硫沉淀所需时间缩短 当其他条件相同时,升高反应温度,化学反应速率加快
B 工业合成氨中,将氨气液化分离 可以加快反应速率,提高N2、H2的转化率
C FeCl3+3KSCN Fe(SCN)3+3KCl平衡体系中加入少量KSCN固体,溶液颜色加深 恒温时增大反应物浓度,平衡向正反应方向移动
D A、B两支试管中分别加入等体积5%的H2O2溶液,在B试管中加入2~3滴FeCl3溶液,B试管中产生气泡快 当其他条件相同时,催化剂可以改变化学反应速率
6.★★(2025福建龙岩一模,8)某同学探究浓度对反应速率的影响,有关试剂用量和现象如下表所示。
KMnO4 稀溶液 H2SO4 3 mol/L CH3COOH 6 mol/L KBr 0.1 mol/L 实验现象
1 2滴 0.5 mL 0 mL 0.5 mL 溶液紫色瞬间褪去,溶液略显黄色
2 2滴 0 mL 0.5 mL 0.5 mL 开始不褪色,后来出现黑色沉淀(悬浊液),溶液略显黄色
已知:Mn在酸性溶液中按以下顺序分步被还原:Mn→MnO2→Mn2+。下列说法错误的是( )
A.溶液显黄色说明生成了Br2
B.实验1中反应速率:MnO2→Mn2+>Mn→MnO2
C.将实验2中悬浊液pH调小,可能得到澄清溶液
D.该实验可以验证浓度对反应速率的影响规律
7.★★(2025安徽淮南二模,10)光催化降解苯酚是一种消除污染的重要方法,以BiOCl为光催化剂,苯酚的残留率与苯酚的初始浓度的关系如图所示,下列说法错误的是( )
A.光照时BiOCl晶体中电子激发产生空穴,从而氧化苯酚
B.实验①在210 min时苯酚的降解率接近100%
C.实验②在30~90 min内的平均反应速率为 mg/(L· min)
D.光照时苯酚的初始浓度越大降解速率越大
8.★★★(2025陕西汉中二模,12改编)萃取剂P204对钒(V)有强的萃取力,萃取平衡为VO2+(aq)+2(C8H17O)2PO2H(l) VO[(C8H17O)2PO2]2(l)+2H+(aq)。常温下,溶液中的c(H+)随时间的变化如图所示。下列叙述正确的是( )
A.t3 min时,萃取反应已停止
B.t1 min时,正反应速率大于逆反应速率
C.t3 min时,若增大c(H+),正反应速率大于逆反应速率
D.t2~t3 min内平均速率v(VO2+)= mol·L-1· min-1
9.★★★(2026届河南郑州外国语学校11月期中,9)已知2N2O(g) 2N2(g)+O2(g)的速率方程为v=kcn(N2O)(k为速率常数,只与温度和催化剂有关)。实验测得,N2O在催化剂X表面反应的变化数据如下:
t/min 0 10 20 30 40 50 60 70
c(N2O)/mol·L-1 0.100 0.080 c1 0.040 0.020 c2 c3 0
半衰期是指物质浓度减少至一半时所需要的时间。下列说法错误的是( )
A.n=0,c1>c2=c3
B.t=10 min时,v(N2O)=2.0×10-3 mol·L-1·min-1
C.相同条件下,为了能加快反应速率,可增大N2O浓度或催化剂X的表面积
D.保持其他条件不变,若N2O起始浓度为0.200 mol·L-1,则其半衰期为50 min
第2节 化学平衡
五年高考
1.★★(2025甘肃,4,3分)CO2加氢转化成甲烷,是综合利用CO2实现“碳中和”和“碳达峰”的重要方式。525 ℃、101 kPa下,CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g) ΔH=-185 kJ/mol。反应达到平衡时,能使平衡向正反应方向移动的是( )
A.减小体系压强 B.升高温度
C.增大H2浓度 D.恒容下充入惰性气体
2.★★★(2025江西,12,3分)一定压强下,乙烯水合反应为C2H4 (g)+H2O(g) C2H5OH(g)。
已知:ΔH(J/mol)=-34 585-26.4T
ΔG(J/mol)=-34 585+26.4T·lnT+45.19T
气体均视为理想气体,下列说法正确的是( )
A.反应的活化能:E正>E逆
B.恒温恒容充入N2, 平衡向左移动
C.ΔS随温度升高而降低
D.平衡后,升高温度,Δv正>Δv逆
3.★★★(2024浙江6月选考,16,3分)为探究化学平衡移动的影响因素,设计方案并进行实验,观察到相关现象。其中方案设计和结论都正确的是( )
选项 影响因素 方案设计 现象 结论
A 浓度 向1 mL 0.1 mol/L K2CrO4溶液中加入1 mL 1.0 mol/L HBr溶液 黄色溶液 变橙色 增大反应物浓度,平衡向正反应方向移动
B 压强 向恒温恒容密闭玻璃容器中充入100 mL HI气体,分解达到平衡后再充入100 mL Ar 气体颜 色不变 对于反应前后气体总体积不变的可逆反应,改变压强平衡不移动
C 温度 将封装有NO2和N2O4混合气体的烧瓶浸泡在热水中 气体颜 色变深 升高温度,平衡向吸热反应方向移动
D 催化 剂 向1 mL乙酸乙酯中加入1 mL 0.3 mol/L H2SO4溶液,水浴加热 上层液体 逐渐减少 使用合适的催化剂可使平衡向正反应方向移动
4.★★(2025浙江6月选考,18节选)氯气、二氧化氯常用于漂白、杀菌,有重要的应用价值。
(1)下列措施中能提高新制饱和氯水中HClO浓度的是 。
A.加NaCl固体 B.加水 C.加CaCO3粉末 D.加足量Ca(OH)2溶液
5.★★★(2025浙江1月选考,18节选)二甲胺[(CH3)2NH]、N,N-二甲基甲酰胺[HCON(CH3)2]均是用途广泛的化工原料。
请回答:
(1)用氨和甲醇在密闭容器中合成二甲胺,反应方程式如下:
Ⅰ NH3(g)+CH3OH(g) CH3NH2(g)+H2O(g)
Ⅱ CH3NH2(g)+CH3OH(g) (CH3)2NH(g)+H2O(g)
Ⅲ (CH3)2NH(g)+CH3OH(g) (CH3)3N(g)+H2O(g)
可改变甲醇平衡转化率的因素是 。
A.温度 B.投料比[n(NH3)∶n(CH3OH)]
C.压强 D.催化剂
6.★★★(2025云南,17节选)我国科学家研发出一种乙醇(沸点78.5 ℃)绿色制氢新途径,并实现高附加值乙酸(沸点118 ℃)的生产,主要反应为
Ⅰ.C2H5OH(g)+H2O(g) 2H2(g)+CH3COOH(g) ΔH1
Ⅱ.C2H5OH(g) CH3CHO(g)+H2(g) ΔH2=+68.7 kJ·mol-1
回答下列问题:
(1)乙醇可由秸秆生产,主要过程为
秸秆 纤维素 乙醇
(2)对于反应Ⅰ:
①已知CH3CHO(g)+H2O(g) H2(g)+CH3COOH(g) ΔH=-24.3 kJ·mol-1,则ΔH1= kJ·mol-1。
②一定温度下,下列叙述能说明恒容密闭容器中反应达到平衡状态的是 (填标号)。
A.容器内的压强不再变化
B.混合气体的密度不再变化
C.CH3COOH的体积分数不再变化
D.单位时间内生成1 mol H2O,同时消耗2 mol H2
③反应后从混合气体分离得到H2,最适宜的方法为 。
7.★★★(2025安徽,17节选)Ⅰ.通过甲酸分解可获得超高纯度的CO。甲酸有两种可能的分解反应:
①HCOOH(g) CO(g)+H2O(g) ΔH1=+26.3 kJ·mol-1
②HCOOH(g) CO2(g)+H2(g) ΔH2=-14.9 kJ·mol-1
(1)反应CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)的ΔH= kJ·mol-1。
(2)一定温度下,向恒容密闭容器中通入一定量的HCOOH(g),发生上述两个分解反应,下列说法中能表明反应达到平衡状态的是 (填标号)。
a.气体密度不变
b.气体总压强不变
c.H2O(g)的浓度不变
d.CO和CO2的物质的量相等
(3)一定温度下,使用某催化剂时反应历程如下图,反应①的选择性接近100%,原因是 ;升高温度,反应历程不变,反应①的选择性下降,可能的原因是 。
8.(2025湖北,19,14分)CaH2(s)粉末可在较低温度下还原Fe2O3(s)。回答下列问题:
(1)已知一定温度下,
CaH2(s)+6Fe2O3(s) Ca(OH)2(s)+4Fe3O4(s) ΔH1=m kJ·mol-1
2CaH2(s)+Fe3O4(s) 2Ca(OH)2(s)+3Fe(s) ΔH2=n kJ·mol-1
则3CaH2(s)+2Fe2O3(s) 3Ca(OH)2(s)+4Fe(s)的ΔH3= kJ·mol-1(用m和n表示)。
(2)图1分别是260 ℃、280 ℃和300 ℃下CaH2(s)还原Fe2O3(s)过程中反应体系电阻R(Ω)随反应时间t(h)变化的曲线,可用 (填标号)表示反应的快慢。
a. b.- c. d.-
(3)图1中曲线 (填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”)对应的反应温度最高。
(4)研究发现CaH2(s)对Fe2O3(s)的还原性主要来自其产生的H2。一般认为H2在Fe2O3表面被氧化成H2O有两种可能途径,图2是理论计算得到的相对能量变化图,据此推测途径 (填“a”或“b”)是主要途径。
图2 (TS代表过渡态)
(5)CaH2(s)产生H2的可能反应:①CaH2(s) Ca(s)+H2(g)或②CaH2(s)+2H2O(g) Ca(OH)2(s)+2H2(g)。将CaH2(s)放在含微量水的N2气流中,在200 ℃至300 ℃的升温过程中固体质量一直增加,由此可断定H2的来源之一是反应 (填“①”或“②”)。若要判断另一个反应是否为H2的来源,必须进行的实验是 。
(6)已知3H2(g)+Fe2O3(s) 3H2O(g)+2Fe(s)。研究表明,在相同温度下,用CaH2(s)还原Fe2O3(s)比直接用H2(g)还原更有优势,从平衡移动原理角度解释原因: 。
三年模拟
9.★★(2026届湖南益阳9月质量监测,9改编)羰基硫(COS)是一种粮食熏蒸剂,能防止某些害虫和真菌的危害。在容积不变的密闭容器中,使CO与H2S发生如下反应并达到平衡:CO(g)+H2S(g) COS(g)+H2(g) ΔH。在不同温度下达到化学平衡时,H2S的转化率如图所示。下列说法正确的是( )
A.反应的ΔH>0
B.正反应速率:vaC.若将容器容积缩小至原来的一半,H2S的转化率增大
D.反应温度为200 ℃时,当容器内压强不变时,反应达到平衡状态
10.★★★(2025东北三省5月联考,10改编)一种碳中和的原理如下:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)。在一个密闭容器中充入一定比例的H2、CO2,反应相同时间,测得混合气体中CH3OH的体积分数[φ(CH3OH)]与温度的关系如图所示。下列说法错误的是( )
A.该反应的ΔH<0
B.b点时反应达到了平衡状态
C.CO2的转化率:c>b>a
D.及时移除H2O(g),可以提高甲醇的平衡产率
11.(2025江西上饶二模,9改编)随着汽车使用量增大,尾气污染已经受到人们的普遍关注。研究表明,一定条件下存在反应:2CO(g)+2NO(g) N2(g)+2CO2(g)。在相同温度下,向两个密闭刚性的甲、乙容器中都充入一定量的反应物,甲容器保持绝热(即与外界无热量交换),乙容器保持恒温,在相同的温度下同时开始反应,测得的有关数据如下表所示。下列说法正确的是( )
起始物质 的量/mol 5 s时物质的量 浓度/(mol/L) 10 s时物质的量 浓度/(mol/L)
CO NO N2 N2
甲 1 2 2 0.3 0.5
乙 2 4 4 0.25 0.5
A.甲、乙两容器的反应速率:甲<乙
B.平衡后,往容器甲中再充入2 mol CO和2 mol NO,平衡时c(NO)=2 mol/L
C.平衡后,往容器乙再充入1 mol CO和1 mol CO2,NO的转化率增大
D.其他条件不变,若将乙容器改为恒温恒压,则5 s时N2的浓度小于0.25 mol/L
12.★★★(2025湖北武汉5月模拟,19节选)工业上常采用甲醇羰基化法制备乙酸,发生如下反应:
Ⅰ.CH3OH(g)+CO(g) CH3COOH(g) ΔH1
Ⅱ.CH3OH(g)+CH3COOH(g) CH3COOCH3(g)+H2O(g) ΔH2
回答下列问题:
(3)若在某条件下,仅发生反应Ⅰ,则一定能判断反应Ⅰ达到平衡状态的依据是 。
A.CH3OH的物质的量不变
B.乙酸的物质的量分数不变
C.混合气体的密度不变
D.混合气体的平均摩尔质量不变
(4)增大投料比[]有利于提高CH3OH的转化率,但恒压条件下该投料比不宜过大,从反应速率角度分析其原因是 。
13.★★★(2026届广东五校10月联考,19节选)研究NOx、SO2等大气污染物的处理对建设美丽中国具有重要意义。
(2)一定温度下,在1 L恒容容器中加入2 mol CO和2 mol NO发生反应:2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g) ΔH<0,部分物质的体积分数(φ)随时间(t)的变化如图所示。回答下列问题:
①下列说法正确的是 。
A.升高温度可使该反应的正反应速率增大,逆反应速率减小
B.使用高效催化剂可有效提高正反应速率
C.反应达到平衡后,NO的反应速率保持恒定
D.单位时间内消耗的CO和NO的物质的量相等时,反应达到平衡
②曲线 (填“a”或“b”)表示的是φ(N2)随时间的变化。
③混合气体的平均相对分子质量:(t1) (t3)(填“>”“<”或“=”)。
第3节 化学平衡常数及其相关计算
五年高考
1.★★★(2022辽宁,12,3分)某温度下,在1 L恒容密闭容器中2.0 mol X发生反应2X(s) Y(g)+2Z(g),有关数据如下:
时间段/min 产物Z的平均生成速率/mol·L-1·min-1
0~2 0.20
0~4 0.15
0~6 0.10
下列说法错误的是( )
A.1 min时,Z的浓度大于0.20 mol·L-1
B.2 min时,加入0.20 mol Z,此时v正(Z)C.3 min时,Y的体积分数约为33.3%
D.5 min时,X的物质的量为1.4 mol
2.★★★(2024江西,9,3分)温度T下,向1 L真空刚性容器中加入1 mol (CH3)2CHOH,反应达到平衡时,c(Y)=0.4 mol/L。下列说法正确的是 ( )
(CH3)2CHOH(g) (CH3)2CO(g)+H2(g)
X Y Z
A.再充入1 mol X和1 mol Y,此时v正B.再充入1 mol X,平衡时,c(Y)=0.8 mol/L
C.再充入1 mol N2,平衡向右移动
D.若温度升高,X的转化率增加,则上述反应ΔH<0
3.★★★(2024重庆,17节选)高辛烷值的汽油可提升发动机的抗爆震性能,异构烷烃具有较高的辛烷值。
(1)在密闭容器中,n-C5H12(正戊烷)发生异构化反应,可同时生成i-C5H12(异戊烷)和t-C5H12(新戊烷),其平衡常数Kp随温度的变化如下表所示。
异构化反应 Kp
456 K 486 K 512 K
反应1 n-C5H12(g) i-C5H12(g) 2.80 2.50 2.31
反应2 n-C5H12(g) t-C5H12(g) 1.40 1.00 0.77
①体系平衡后,增加压强,反应1的平衡 (填“正向移动”“逆向移动”或“不移动”)。
②456 K平衡时,i-C5H12和t-C5H12的体积比值为 。
③根据上表数据推断t-C5H12(g) i-C5H12(g)为吸热反应,其推断过程是 。
4.★★★(涉及Kx的计算)(2024安徽,17节选)乙烯是一种用途广泛的有机化工原料,由乙烷制乙烯的研究备受关注。回答下列问题:
【乙烷制乙烯】
(2)C2H6直接脱氢反应为C2H6(g) C2H4(g)+H2(g) ΔH4,C2H6的平衡转化率与温度和压强的关系如图所示,则ΔH4 0(填“>”“<”或“=”)。结合下图,下列条件中,达到平衡时转化率最接近40%的是 (填标号)。
a.600 ℃,0.6 MPa
b.700 ℃,0.7 MPa
c.800 ℃,0.8 MPa
(3)一定温度和压强下,反应ⅰ C2H6(g) C2H4(g)+H2(g)
反应ⅱ C2H6(g)+H2(g) 2CH4(g) (远大于)
(Kx是以平衡物质的量分数代替平衡浓度计算的平衡常数)
①仅发生反应ⅰ时,C2H6的平衡转化率为25.0%,计算= 。
②同时发生反应ⅰ和ⅱ时,与仅发生反应ⅰ相比,C2H4的平衡产率 (填“增大”“减小”或“不变”)。
5.★★★(2024甘肃,17,14分)SiHCl3是制备半导体材料硅的重要原料,可由不同途径制备。
(1)由SiCl4制备SiHCl3:SiCl4(g)+H2(g) SiHCl3(g)+HCl(g) ΔH1=+74.22 kJ·mol-1(298 K)
已知:SiHCl3(g)+H2(g) Si(s)+3HCl(g) ΔH2=+219.29 kJ·mol-1(298 K)。
298 K时,由SiCl4(g)+2H2(g) Si(s)+4HCl(g)制备56 g硅 (填“吸”或“放”)热 kJ。升高温度有利于制备硅的原因是 。
(2)在催化剂作用下由粗硅制备SiHCl3:3SiCl4(g)+2H2(g)+Si(s) 4SiHCl3(g)。在773 K、2 L密闭容器中,经不同方式处理的粗硅和催化剂混合物与0.4 mol H2(g)和0.1 mol SiCl4(g)反应,SiCl4转化率随时间的变化如下图所示:
①0~50 min,经方式 处理后的反应速率最快;在此期间,经方式丙处理后的平均反应速率v(SiHCl3)= mol·L-1·min-1。
②当反应达平衡时,H2的浓度为 mol·L-1,平衡常数K的计算式为 。
③增大容器体积,反应平衡向 移动。
6.★★★ (涉及K 的计算)(2021湖南,16节选)氨气中氢含量高,是一种优良的小分子储氢载体,且安全、易储运,可通过下面两种方法由氨气得到氢气。
方法Ⅰ.氨热分解法制氢气
相关化学键的键能数据
化学键 H—H N—H
键能E/(kJ·mol-1) 946 436.0 390.8
在一定温度下,利用催化剂将NH3分解为N2和H2。回答下列问题:
(1)反应2NH3(g)N2(g)+3H2(g) ΔH= kJ·mol-1;
(2)已知该反应的ΔS=198.9 J·mol-1·K-1,在下列哪些温度下反应能自发进行 (填标号);
A.25 ℃ B.125 ℃ C.225 ℃ D.325 ℃
(3)某兴趣小组对该反应进行了实验探究。在一定温度和催化剂的条件下,将0.1 mol NH3通入3 L的密闭容器中进行反应(此时容器内总压为200 kPa),各物质的分压随时间的变化曲线如图所示。
①若保持容器体积不变,t1时反应达到平衡,用H2的浓度变化表示0~t1时间内的反应速率v(H2)= mol·L-1·min-1(用含t1的代数式表示);
②t2时将容器体积迅速缩小至原来的一半并保持不变,图中能正确表示压缩后N2分压变化趋势的曲线是 (用图中a、b、c、d表示),理由是 ；
③在该温度下,反应的标准平衡常数K = [已知:分压=总压×该组分物质的量分数,对于反应dD(g)+eE(g) gG(g)+hH(g) K =,其中p =100 kPa,pG、pH、pD、pE为各组分的平衡分压]。
7.★★★★(2024广西,17节选)二氯亚砜(SOCl2)是重要的液态化工原料。回答下列问题:
(1)合成SOCl2前先制备SCl2。有关转化关系为
则S(s)+Cl2(g) SCl2(l)的ΔH3= kJ·mol-1。
(2)密闭容器中,以活性炭为催化剂,由SCl2和O2制备SOCl2。反应如下:
Ⅰ SCl2(g)+O2(g) SO2Cl2(g)
Ⅱ SCl2(g)+SO2Cl2(g) 2SOCl2(g)
①反应Ⅱ的lgK(K为平衡常数)随(T为温度)的变化如图1,推断出该反应为 (填“吸热”或“放热”反应)。
②466 K时,平衡体系内各组分的物质的量分数x(A)随的变化如图2。反应Ⅱ的平衡常数K1= (保留1位小数)。保持T和不变,增大SCl2平衡转化率的措施有 (任举一例)。
③改变T,使反应Ⅱ的平衡常数K2=K1,导致图2中的曲线变化,则x(SCl2)等于x(SOCl2)的新交点将出现在 (填“d”“e”“f”或“g”)处。
8.★★★★(2025四川,18,13分)乙二醇是一种应用广泛的化工原料。以甲醛和合成气(CO+H2)为原料制备乙二醇,反应按如下两步进行:
①HCHO(g)+CO(g)+H2(g) HOCH2CHO(l)
②HOCH2CHO(l)+H2(g) HOCH2CH2OH(l)
已知:ΔfHm为物质生成焓,反应焓变ΔH=产物生成焓之和-反应物生成焓之和。相关物质的生成焓如下表所示。
物质 HCHO(g) CO(g) H2(g) HOCH2CH2OH(l)
ΔfHm/kJ·mol-1 -116 -111 0 -455
回答下列问题:
(1)生成乙二醇的总反应③,其热化学方程式为 ,ΔS 0(填“>”“<”或“=”),反应在 (填“高温”或“低温”)自发进行。
(2)恒压时,合成气中n(H2)∶n(CO)增大,HOCH2CHO(羟基乙醛)单位时间产率降低,其原因是 。
(3)反应中伴随副反应④:HCHO(g)+H2(g) CH3OH(l)。平衡常数与温度之间满足关系lnK=-+常数,反应②和④的lnK与的关系如图所示,则ΔH2 ΔH4(填“>”“<”或“=”);欲抑制甲醇的生成,应适当 (填“升高”或“降低”)反应温度,理由是 。
(4)若反应在恒容密闭容器中进行,溶剂中甲醛初始浓度为1.0 mol·L-1。
①反应5 h后,羟基乙醛、乙二醇、甲醇的产率分别为38%、8%、10%,则甲醛的平均消耗速率v= mol·L-1·h-1。
②溶剂中H2和CO浓度分别保持为1.0×10-4 mol·L-1、6.0×10-4 mol·L-1,羟基乙醛、乙二醇、甲醇的平衡产率分别为18%、34%、14%,生成乙二醇的平衡常数K= (mol·L-1)-3(科学记数,保留小数点后2位)。
三年模拟
9.★★★(2026届河北衡水12月考,10)氢能是一种极具发展潜力的清洁能源。CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) ΔH=-41.2 kJ/mol是目前大规模制取氢气的方法之一。下列说法中错误的是( )
A.在生产中,增大水蒸气的浓度可使CO的转化率提高,同时提高H2的产率
B.在容积不变的密闭容器中,将2.0 mol CO与8.0 mol H2O混合加热到830 ℃发生上述反应,达到平衡时CO的转化率是80%。计算可得830 ℃时,K=1
C.其他条件不变,在相同时间内,向上述体系中投入一定量的CaO可以明显提高H2的体积分数
D.其他条件相同,若体系1中投入纳米CaO,体系2中投入微米CaO,相同时间内两体系中氢气产率相同
10.(2026届湖南衡阳县四中8月考,8)向容积为1 L的容器中充入4 mol A,发生反应:2A(s) 2B(g)+C( ),不同温度下的平衡常数与达到平衡时B的物质的量如下表所示:
温度 K n(B)/mol
T1 4 x
T2 1 y
下列说法正确的是( )
A.容器中气体的平均摩尔质量不变时,该反应达到平衡状态
B.T1时,若平衡时剩余2 mol A,则C必为气体
C.T2时,当反应达到平衡后,容器内剩余A的物质的量为3 mol
D.T2时,若容器的容积变为2 L,则平衡时n(B)=2y mol
11.(2026届福建莆田一中开学考,9改编)一定条件下存在反应:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g),其正反应放热。图1、图2表示起始时容器甲、丙容积都是V,容器乙、丁容积都是;向甲、丙内都充入2a mol SO2和a mol O2并保持恒温;向乙、丁内都充入a mol SO2和0.5a mol O2并保持绝热(即与外界无热量交换),在相同温度下开始反应,并分别达到平衡状态。
下列说法不正确的是( )
A.SO2的质量分数:甲<乙
B.平衡常数K:甲=丙>乙
C.所需时间t:丙>丁
D.若想使甲达到与乙相同的平衡状态,可以向内推动活塞
12.★★★(2025辽宁鞍山二模,18节选)一种利用焦炉气中的H2和工业废气捕获的CO2生产CH3OH的主要反应为CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH<0;同时发生副反应CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH'>0。
(4)合成甲醇的反应也可以在复合分离膜反应器中进行,原理简化如右图所示。
某温度下,在容积为1 L的反应器中充入1 mol CO2和3 mol H2,仅发生合成甲醇的主要反应,复合分离膜能选择性透过水分子,进而使反应物转化率由66.7%(无复合分离膜)提升至90%,该反应的K= L2·mol-2(计算结果用分数表示,下同);H2O的分离率为 (H2O的分离率=)。
13.★★★(2026届湖南衡阳一中第一次月考,18节选)(4)MEA溶液吸收CO2的反应可表示为MEA(aq)+CO2(g)+H2O(l) MEAH+(aq)+HC(aq)。
在T ℃的刚性密闭容器中,用20 L 2.4 mol/L的MEA溶液吸收总压为p0的合成氨原料气(含体积分数分别为25%的N2、55%的H2、20%的CO2),充分吸收后,MEA浓度降低为2.0 mol/L,CO2的吸收率为50%,忽略反应过程中溶液的体积变化,则此时,CO2的分压为 (用含p0的代数式表示);若其他条件不变,只增大MEA溶液的浓度,则K (填“增大”“减小”或“不变”){标准平衡常数K 可以表示平衡时各物质的相对浓度和相对分压关系:如反应A(aq)+2B(g) C(g)+D(aq)的K =,其中c =1 mol/L,p 为标准大气压,p(B)、p(C)分别为气体的分压}。
考法突破16 分压平衡常数的计算
五年高考
1.★★(条件:恒温恒压,气体分子数相等的反应)(2024贵州,17节选)(5)973 K、100 kPa下,在某密闭容器中按n(C6H6)∶n(CH4)=1∶5充入气体,发生反应C6H6(g)+CH4(g) C7H8(g)+H2(g),平衡时C6H6与C7H8的分压比为4∶1,则C6H6的平衡转化率为 ,平衡常数Kp= (用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数,列出计算式即可)。
2.★★★(条件:恒温恒容,气体分子数不等的反应)(2025湖南,18节选)(3)在反应器中,发生如下反应:
反应ⅰ:2C2H4(g) C4H8(g) ΔH1=-104.7 kJ·mol-1
反应ⅱ:2C2H4(g)+H2(g) C4H10(g) ΔH2=-230.7 kJ·mol-1
计算反应C4H8(g)+H2(g) C4H10(g)的ΔH= kJ·mol-1,该反应 (填标号)。
A.高温自发 B.低温自发
C.高温低温均自发 D.高温低温均不自发
(4)一定温度下,CO、C2H4和H2(体积比为x∶2∶1)按一定流速进入装有催化剂的恒容反应器(入口压强为100 kPa)发生反应ⅰ和ⅱ。有CO存在时,反应ⅱ的反应进程如图1所示。随着x的增加,C2H4的转化率和产物的选择性(选择性=×100%)如图2所示。
①根据图1,写出生成C4H10的决速步反应式 ;C4H10的选择性大于C4H8的原因是 。
②结合图2,当x≥2时,混合气体以较低的流速经过恒容反应器时,反应近似达到平衡,随着x的增大,C2H4的转化率减小的原因是 ;当x=2时,该温度下反应ⅱ的Kp= (kPa)-2(保留两位小数)。
3.★★★★(涉及Kx及恒温恒压下Kp的计算)(2025河北,17节选)(2)煤化工路线中,利用合成气直接合成乙二醇,原子利用率可达100%,具有广阔的发展前景。反应如下:
2CO(g)+3H2(g) HOCH2CH2OH(g) ΔH
按化学计量比进料,固定平衡转化率α,探究温度与压强的关系。α分别为0.4、0.5和0.6时,温度与压强的关系如图:
①代表α=0.6的曲线为 (填“L1”“L2”或“L3”);原因是 。
②ΔH 0(填“>”“<”或“=”)。
③已知:反应aA(g)+bB(g) yY(g)+zZ(g),Kx=,x为组分的物质的量分数。
M、N两点对应的体系,Kx(M) Kx(N)(填“>”“<”或“= ”),D点对应体系的Kx的值为 。
④已知:反应aA(g)+bB(g) yY(g)+zZ(g),Kp=,p为组分的分压。调整进料比为n(CO)∶n(H2)=m∶3,系统压强维持p0 MPa,使α(H2)=0.75,此时Kp= MPa-4(用含有m和p0的代数式表示)。
4.★★★(条件:恒温恒压,气体分子数相等的反应)(2025河南,17节选)CaCO3的热分解与NixPy催化的CH4重整结合,可生产高纯度合成气(H2+CO),实现碳资源的二次利用。主要反应如下:
反应Ⅰ:CaCO3(s) CaO(s)+CO2(g) ΔH1=+178 kJ·mol-1
反应Ⅱ:CH4(g)+CO2(g) 2H2(g)+2CO(g) ΔH2=+247 kJ·mol-1
反应Ⅲ:H2(g)+CO2(g) H2O(g)+CO(g) ΔH3=+41 kJ·mol-1
回答下列问题:
(4)恒压条件下,CH4重整反应可以促进CaCO3分解,原因是 。
(5)在温度分别为T1、T2和T3下,CH4的平衡转化率与压强的关系如图所示,反应温度最高的是 (填“T1”“T2”或“T3”),原因是 。
(6)一定温度、100 kPa下,向体系中加入1.0 mol CaCO3和1.0 mol CH4,假设此条件下其他副反应可忽略,恒压反应至平衡时,体系中CaCO3转化率为80%,CH4转化率为60%,CO物质的量为1.3 mol,反应Ⅲ的平衡常数Kp= (保留小数点后一位),此时原位CO2利用率为 。
已知:原位CO2利用率=×100%
5.★★★★(条件:恒温恒压,气体分子数不等的反应)(2025安徽,17节选)Ⅱ.甲烷和二氧化碳重整是制取合成气(CO和H2)的重要方法,主要反应:
③CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g)
④CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)
⑤CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)
(4)恒温恒容条件下,可提高CH4平衡转化率的措施有 (填标号)。
a.增加原料中CH4的量
b.增加原料中CO2的量
c.通入Ar气
(5)恒温恒压密闭容器中,投入不同物质的量之比的CH4/CO2/Ar混合气,投料组成与CH4和CO2的平衡转化率之间的关系如下图。
ⅰ.投料组成中Ar含量下降,平衡体系中n(CO)∶n(H2)的值将 (填“增大”“减小”或“不变”) 。
ⅱ.若平衡时Ar的分压为p kPa,根据a、b两点计算反应⑤的平衡常数Kp= (kPa)2(用含p的代数式表示,Kp是用分压代替浓度计算的平衡常数,分压=总压×物质的量分数)。
6.★★★★(条件:恒温恒压,气体分子数不等的反应)(2025陕晋青宁,17,15)MgCO3/MgO循环在CO2捕获及转化等方面具有重要应用。科研人员设计了利用MgCO3与H2反应生成CH4的路线,主要反应如下:
Ⅰ.MgCO3(s) MgO(s)+CO2(g) ΔH1=+101 kJ·mol-1
Ⅱ.CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g) ΔH2=-166 kJ·mol-1
Ⅲ.CO2(g)+H2(g) H2O(g)+CO(g) ΔH3=+41 kJ·mol-1
回答下列问题:
(1)计算MgCO3(s)+4H2(g) MgO(s)+2H2O(g)+CH4(g) ΔH4= kJ·mol-1。
(2)提高CH4平衡产率的条件是 。
A.高温高压 B.低温高压 C.高温低压 D.低温低压
(3)高温下MgCO3分解产生的MgO催化CO2与H2反应生成CH4,部分历程如图,其中吸附在催化剂表面的物种用*标注。所示步骤中最慢的基元反应是 (填序号),生成水的基元反应方程式为 。
(4)100 kPa下,在密闭容器中H2(g)和MgCO3(s)各1 mol发生反应。反应物(H2、MgCO3)的平衡转化率和生成物(CH4、CO2)的选择性随温度变化关系如下图(反应Ⅲ在360 ℃以下不考虑)。
注:含碳生成物选择性=×100%
①表示CH4选择性的曲线是 (填字母)。
②点M温度下,反应Ⅱ的Kp= (kPa)-2(列出计算式即可)。
③在550 ℃下达到平衡时,n(CO)= mol。500~600 ℃,随温度升高H2平衡转化率下降的原因可能是 。
7.★★★★(条件:恒温恒容,气体分子数不等的反应)(2024河北,17节选)氯气是一种重要的基础化工原料,广泛应用于含氯化工产品的生产。硫酰氯及1,4-二(氯甲基)苯等可通过氯化反应制备。
(1)硫酰氯常用作氯化剂和氯磺化剂,工业上制备原理如下:
SO2(g)+Cl2(g) SO2Cl2(g) ΔH=-67.59 kJ·mol-1
①若正反应的活化能为E正kJ·mol-1,则逆反应的活化能E逆= kJ·mol-1(用含E正的代数式表示)。
②恒容密闭容器中按不同进料比充入SO2(g)和Cl2(g),测定T1、T2、T3温度下体系达平衡时的Δp(Δp=p0-p,p0为体系初始压强,p0=240 kPa,p为体系平衡压强),结果如图1。
图1
图1中温度由高到低的顺序为 ,判断依据为 。M点Cl2的转化率为 ,T1温度下用分压表示的平衡常数Kp= kPa-1。
③图2曲线中能准确表示T1温度下Δp随进料比变化的是 (填字母)。
图2
三年模拟
8.★★★(条件:恒温恒压)(2026届重庆育才中学、西南大学附中入学联合诊断,17节选)Ⅳ.在不同压强下,按x(H2)=0.75、x(N2)=0.25进料[物质i的物质的量分数:x(i)=],
反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)达平衡时NH3的物质的量分数与温度的关系如图所示。
(5)p1、p2、p3由大到小的顺序为 。
(6)在温度为T1℃、p2=16 MPa时,N2的转化率α= 。该温度下,反应2NH3(g) N2(g)+3H2(g)的平衡常数Kp= MPa2(保留一位小数)。
9.★★★(条件:恒温恒容)(2026届江西宜春一中9月考,17节选)将CO2转化为高附加值化学品是目前研究的热点之一,甲醇是重要的化工原料和优良的替代燃料,因此CO2加氢制甲醇被广泛关注。CO2与H2在催化剂作用下主要发生以下反应:
ⅰ.CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=-49.4 kJ· mol-1
ⅱ.CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH2=+41 kJ· mol-1
ⅲ.CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) ΔH3
(2)将1 mol CO2和3 mol H2充入容积为2 L的密闭容器中,只发生反应ⅰ和ⅱ。在190~250 ℃、8 MPa下,以CuO-ZnO、CuO-Zn@SiO2作催化剂,研究反应相同时间在不同催化剂的作用下,CO2转化率、CH3OH选择性、CH3OH收率与温度的关系如图a、图b所示;280~360 ℃下,在某催化剂作用下探究CO2的平衡转化率及CH3OH的选择性随温度变化的关系如图c所示。已知:选择性=生成目标产物所消耗的反应物的物质的量÷参与反应的反应物的物质的量×100%。
图c
①分析图a和图b,在该压强下反应的最适宜催化剂为 。
②分析图c,随着反应温度的升高,CO2平衡转化率增大,但CH3OH选择性降低的原因是 。
③312 ℃时,若起始压强为12.7×105 kPa,反应ⅱ的Kp= (Kp为以分压表示的平衡常数,分压=总压×物质的量分数)。
10.★★★(条件:恒温恒压)(2026届广东揭阳9月考,19节选)(2)一定条件下,通过H2的还原作用,CO2可转化为甲醚(CH3OCH3),反应如下:
反应Ⅰ:CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)
反应Ⅱ:CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)
反应Ⅲ:2CH3OH(g) CH3OCH3(g)+H2O(g)
将H2与CO2按照3∶1的体积比通入p=4 MPa的恒压容器中,反应过程中CO2的平衡转化率(X)与部分含碳物质的平衡收率(Y)随温度的变化如图所示。520 K达到平衡时,n(H2)∶n(H2O)=7.7∶1。
已知:
Ⅰ.选择性=×100%;
Ⅱ.收率(Y)=×100%。
①520 K时,甲醚的选择性为 (保留两位有效数字)。
②该温度下,反应Ⅰ的压强平衡常数Kp= (保留两位有效数字)。
③甲醚的选择性在520~532 K范围内随温度的升高而 (填“减小”“不变”或“增大”)。
第4节 化学反应的方向与调控
五年高考
1.★★(2024北京,7,3分)硫酸是重要化工原料,工业生产制取硫酸的原理示意图如下。
下列说法不正确的是( )
A.Ⅰ的化学方程式:3FeS2+8O2 Fe3O4+6SO2
B.Ⅱ中的反应条件都是为了提高SO2平衡转化率
C.将黄铁矿换成硫黄可以减少废渣的产生
D.生产过程中产生的尾气可用碱液吸收
2.★★★(2025北京,15节选)(4)MgCl2和NH3反应过程中能量变化示意图如下。
②从平衡的角度推断利于[Mg(NH3)6]Cl2脱除NH3生成MgCl2的条件并说明理由:
。
3.★★★(2022辽宁,17节选)工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破,目前已有三位科学家因其获得诺贝尔奖,其反应为N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·mol-1 ΔS=-200 J·K-1·mol-1
回答下列问题:
(1)合成氨反应在常温下 (填“能”或“不能”)自发进行。
(2) 温(填“高”或“低”,下同)有利于提高反应速率, 温有利于提高平衡转化率,综合考虑催化剂(铁触媒)活性等因素,工业常采用400~500 ℃。
针对反应速率与平衡产率的矛盾,我国科学家提出了两种解决方案,其中方案一如下。
(3)方案一:双温—双控—双催化剂。使用Fe-TiO2-xHy双催化剂,通过光辐射产生温差(如体系温度为495 ℃时,Fe的温度为547 ℃,而TiO2-xHy的温度为415 ℃)。
下列说法正确的是 。
a.氨气在“冷Ti”表面生成,有利于提高氨的平衡产率
b.在“热Fe”表面断裂,有利于提高合成氨反应速率
c.“热Fe”高于体系温度,有利于提高氨的平衡产率
d.“冷Ti”低于体系温度,有利于提高合成氨反应速率
三年模拟
4.★★(2025北京东城二模,9)硝酸是重要的化工原料。下图为制硝酸的流程示意图。
下列说法正确的是( )
A.流程中,N2、NH3和NO作反应物时,均作还原剂
B.合成塔中高温、高压的反应条件均是为了提高NH3的平衡产率
C.吸收塔中通入空气的目的是提高NO的转化率
D.可选用铜作为盛装液氨和浓硝酸的罐体材料
5.★★(2026届辽宁辽西重点高中开学考,10)在等温、等压条件下的封闭体系中(不考虑体积变化做功以外的其他功),化学反应总是向着自由能减小的方向进行,直到体系达到平衡。当ΔG<0时,反应能自发进行;当ΔG=0时,反应处于平衡状态;当ΔG>0时,反应不能自发进行。
下列说法正确的是( )
A.室温下,H2与O2混合无明显现象,说明该温度下反应不自发
B.电解质溶解于水,其ΔS均大于0
C.能自发的氧化还原反应,其反应的电动势(E)一定大于0
D.能够自发进行的反应一定是熵增的过程
考法突破17 反应速率常数的应用
五年高考
1.★★★(2023河北,12,3分)在恒温恒容密闭容器中充入一定量W(g),发生如下反应:
反应②和③的速率方程分别为v2=k2c2(X)和v3=k3c(Z),其中k2、k3分别为反应②和③的速率常数,反应③的活化能大于反应②。测得W(g)的浓度随时间的变化如下表。
t/min 0 1 2 3 4 5
c(W)/(mol·L-1) 0.160 0.113 0.080 0.056 0.040 0.028
下列说法正确的是( )
A.0~2 min内,X的平均反应速率为0.080 mol·L-1 ·min-1
B.若增大容器容积,平衡时Y的产率增大
C.若k2=k3,平衡时c(Z)=c(X)
D.若升高温度,平衡时c(Z)减小
2.★★★(2025安徽,11,3分)恒温恒压密闭容器中,t=0时加入A(g),各组分物质的量分数x随反应时间t变化的曲线如图(反应速率v=kx,k为反应速率常数)。
下列说法错误的是( )
A.该条件下=
B.0~t1时间段,生成M和N的平均反应速率相等
C.若加入催化剂,k1增大,k2不变,则x1和xM,平衡均变大
D.若A(g)→M(g)和A(g)→N(g)均为放热反应,升高温度,则xA,平衡变大
3.(双选)(2024山东,15,4分)逆水气变换反应:CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH>0。一定压力下,按CO2、H2物质的量之比n(CO2)∶n(H2)=1∶1投料,T1、T2温度时反应物摩尔分数随时间变化关系如图所示。已知该反应的速率方程为v=kc0.5(H2)c(CO2),T1、T2温度时反应速率常数k分别为k1、k2。下列说法错误的是( )
A.k1>k2
B.T1、T2温度下达平衡时反应速率的比值:<
C.温度不变,仅改变体系初始压力,反应物摩尔分数随时间的变化曲线不变
D.T2温度下,改变初始投料比例,可使平衡时各组分摩尔分数与T1温度时相同
4.★★(2022辽宁,17节选)(5)某合成氨速率方程为v=kcα(N2)cβ(H2)cγ(NH3),根据表中数据,γ= ;
实验
1 m n p q
2 2m n p 2q
3 m n 0.1p 10q
4 m 2n p 2.828q
在合成氨过程中,需要不断分离出氨的原因为 。
a.有利于平衡正向移动
b.防止催化剂中毒
c.提高正反应速率
5.★★★(2025全国,28节选)(3)在常压和353.15 K时,初始组成n(CH3COOH)∶n(C2H5OH)=3∶1、NaHSO4作催化剂的条件下进行反应,得到乙醇浓度随反应时间的变化如下图所示。
平衡时乙酸的转化率α= %,平衡常数K= (保留2位有效数字)。已知酯化反应的速率方程为r=k+c(CH3COOH)c(C2H5OH)-k-c(CH3COOC2H5)c(H2O),其中k+=1.0×10-5 L·mol-1·s-1,则k-= L·mol-1·s-1(保留2位有效数字)。
6.★★★(2025甘肃,17节选)乙炔加氢是除去乙烯中少量乙炔杂质、得到高纯度乙烯的重要方法。该过程包括以下两个主要反应:
反应1:C2H2(g)+H2(g) C2H4(g) ΔH1=-175 kJ·mol-1(25 ℃、101 kPa)
反应2:C2H2(g)+2H2(g) C2H6(g) ΔH2=-312 kJ·mol-1(25 ℃、101 kPa)
(1)25 ℃、101 kPa时,反应C2H4(g)+H2(g) C2H6(g) ΔH= kJ·mol-1。
(2)一定条件下,使用某含Co催化剂,在不同温度下测得乙炔转化率和产物选择性(指定产物的物质的量/转化的乙炔的物质的量)如图所示(反应均未达平衡)。
在60~220 ℃范围内,乙炔转化率随温度升高而增大的原因为 (任写一条),当温度由220 ℃升高至260 ℃,乙炔转化率减小的原因可能为 。
在120~240 ℃范围内,反应1和反应2乙炔的转化速率大小关系为v1 v2(填“>”“<”或“=”),理由为 。
(3)对于反应1,反应速率v(C2H2)与H2浓度c(H2)的关系可用方程式v(C2H2)=k[c(H2)]a表示(k为常数)。145 ℃时,保持其他条件不变,测定了不同浓度时的反应速率(如下表)。当v(C2H2)=1.012×10-4 mol·L-1·s-1时,c(H2)= mol·L-1。
实验组 c(H2)/(mol·L-1) v(C2H2)/(mol·L-1·s-1)
一 4.60×10-3 5.06×10-5
二 1.380×10-2 1.518×10-4
7.★★★(2025重庆,17节选)(3)利用弛豫法可研究快速反应的速率常数(k,在一定温度下为常数)。其原理是通过微扰(如瞬时升温)使化学平衡发生偏离,观测体系微扰后从不平衡态趋向新平衡态所需的弛豫时间(τ) ,从而获得k的信息。对于H2O H++OH- ,若将纯水瞬时升温到25 ℃,测得τ=4.0×10-5 s。已知:25 ℃时,c(H2O)=55.6 mol·L-1,v(正)=k1c(H2O),v(逆)=k2c(H+)c(OH-),τ=(xe为H+的平衡浓度)。
①25 ℃时,H2O H++OH-的平衡常数K= mol·L-1(保留2位有效数字)。
②下列能正确表示瞬时升温后反应建立新平衡的过程示意图为 。
③25 ℃时,计算得k2为 L·mol-1·s-1。
8.★★★(2024河北,17节选)(2)1,4-二(氯甲基)苯(D)是有机合成中的重要中间体,可由对二甲苯(X)的氯化反应合成。对二甲苯浅度氯化时反应过程为
以上各反应的速率方程均可表示为v=kc(A)c(B),其中c(A)、c(B)分别为各反应中对应反应物的浓度,k为速率常数(k1~k5分别对应反应①~⑤)。
某温度下,反应器中加入一定量的X,保持体系中氯气浓度恒定(反应体系体积变化忽略不计),测定不同时刻相关物质的浓度。
已知该温度下,k1∶k2∶k3∶k4∶k5=100∶21∶7∶4∶23。
①30 min时,c(X)=6.80 mol·L-1,且30~60 min内v(X)=0.042 mol·L-1·min-1,反应进行到60 min时,c(X)= mol·L-1。
②60 min时,c(D)=0.099 mol·L-1,若0~60 min产物T的含量可忽略不计,则此时c(G)= mol·L-1;60 min后,随T的含量增加, (填“增大”“减小”或“不变”)。
三年模拟
9.★★★(2025广东湛江二模,15)某课题组为探究汽车尾气转化为氮气的最佳反应条件,向容积为1 L的刚性容器中按=1充入NO和CO,发生反应:2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g)。已知正、逆反应速率可以表示为v正=k正c2(NO)c2(CO),v逆=k逆c2(CO2)c(N2)(k正、k逆表示速率常数),测得CO的平衡转化率与温度、压强的关系如图所示。下列说法正确的是( )
A.该反应为吸热反应
B.压强的大小关系:p1C.M、X、Y三点的化学平衡常数:KM=KX=KY
D.T1℃,若向该容器中充入2.0 mol NO和2.0 mol CO发生上述反应,N点的=8.1 mol/L
10.★★★(教考衔接:鲁科版选择性必修1第2章第3节·追根寻源)(2025山东聊城二模,10)在容积相等的多个恒温恒容密闭容器中,分别充入1 mol CO2和1 mol H2,发生反应CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g)。在不同温度下反应相同时间,测得lgk正、lgk逆、H2的转化率与温度的关系如图所示。
已知:v正=k正c(CO2)c4(H2),v逆=k逆c(CH4)c2(H2O),k正、k逆为速率常数。下列说法正确的是( )
A.该反应的ΔH>0
B.代表lgk正曲线的是MH
C.当2v正(H2)=v逆(H2O)时反应达到平衡状态
D.a、b、c三点中达到平衡状态的是a、b
11.★★(2026届山西长治9月考,17节选)(4)氢气催化还原NOx作为一种高效环保脱硝技术备受关注。高温下氢气还原NO反应的速率方程为v=kcx(NO)cy(H2),k为速率常数。在一定温度下改变体系中各物质浓度,测定结果如下表。
组号 c(NO)/(mol·L-1) c(H2)/(mol·L-1) v/(mol·L-1·s-1)
1 0.10 0.10 r
2 0.10 0.20 2r
3 0.20 0.10 4r
4 0.05 0.30
表中第4组的反应速率为 mol·L-1·s-1(用含r的式子表示)。
考法突破18 反应速率和平衡图像分析
五年高考
1.★★★(2024黑吉辽,10,3分)异山梨醇是一种由生物质制备的高附加值化学品,150 ℃时其制备过程及相关物质浓度随时间变化如图所示,15 h后异山梨醇浓度不再变化。下列说法错误的是 ( )
A.3 h时,反应②正、逆反应速率相等
B.该温度下的平衡常数:①>②
C.0~3 h平均速率v(异山梨醇)=0.014 mol·kg-1·h-1
D.反应②加入催化剂不改变其平衡转化率
2.★★★(2024重庆,14,3分)醋酸甲酯制乙醇的反应为
CH3COOCH3(g)+2H2(g) CH3CH2OH(g)+CH3OH(g)。三个10 L恒容密闭容器中分别加入1 mol醋酸甲酯和9.8 mol氢气,在不同温度下,反应t分钟时醋酸甲酯物质的量n如图所示。下列说法正确的是( )
A.该反应的ΔH>0
B.容器甲中平均反应速率v(H2)= mol/(L·min)
C.容器乙中当前状态下反应速率v(正)D.容器丙中乙醇的体积分数为8%
3.★★★(2024广西,13,3分)573 K、高压条件下,一定量的苯甲腈在密闭容器中发生连续水解:C6H5CN(苯甲腈)→C6H5CONH2(苯甲酰胺)→C6H5COOH(苯甲酸)。
如图为水解过程中上述三者(分别用X、Y、Z表示)的物质的量分数x(A)随时间t的变化曲线,其中x(A)=。下列说法错误的是( )
A.水解产物除了Y、Z还有NH3
B.a点时v(Y)消耗=v(Y)生成
C.x(Z)在15 min前基本不变,15 min后明显增大,可能是水解产物对生成Z的反应有催化作用
D.任意25 min时间段内存在v(X)=v(Y)+v(Z)
4.(2023湖南,13,3分)向一恒容密闭容器中加入1 mol CH4和一定量的H2O,发生反应:CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)。CH4的平衡转化率按不同投料比x[x=]随温度的变化曲线如图所示。下列说法错误的是( )
A.x1B.反应速率:vb正C.点a、b、c对应的平衡常数:KaD.反应温度为T1,当容器内压强不变时,反应达到平衡状态
5.(2025江苏,13,3分)甘油(C3H8O3)水蒸气重整获得H2过程中的主要反应:
反应Ⅰ C3H8O3(g) 3CO(g)+4H2(g) ΔH>0
反应Ⅱ CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) ΔH<0
反应Ⅲ CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g) ΔH<0
1.0×105 Pa条件下,1 mol C3H8O3和9 mol H2O发生上述反应达平衡状态时,体系中CO、H2、CO2和CH4的物质的量随温度变化的理论计算结果如图所示。下列说法正确的是( )
A.550 ℃时,H2O的平衡转化率为20%
B.550 ℃反应达平衡状态时,n(CO2)∶n(CO)=11∶25
C.其他条件不变,在400~550 ℃范围,平衡时H2O的物质的量随温度升高而增大
D.其他条件不变,加压有利于增大平衡时H2的物质的量
6.(2025山东,10,2分)在恒容密闭容器中,Na2SiF6(s)热解反应所得固相产物和气相产物均为含氟化合物。平衡体系中各组分物质的量随温度的变化关系(实线部分)如图所示。已知:T2温度时,Na2SiF6(s)完全分解;体系中气相产物在T1、T3温度时的分压分别为p1、p3。下列说法错误的是( )
A.a线所示物种为固相产物
B.T1温度时,向容器中通入N2,气相产物分压仍为p1
C.p3小于T3温度时热解反应的平衡常数Kp
D.T1温度时,向容器中加入b线所示物种,重新达平衡时逆反应速率增大
7.(2023江苏,13,3分)二氧化碳加氢制甲烷过程中的主要反应为
CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g) ΔH=-164.7 kJ·mol-1
CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH=41.2 kJ·mol-1
在密闭容器中,1.01×105 Pa、n起始(CO2)∶n起始(H2)=1∶4时,CO2平衡转化率、在催化剂作用下反应相同时间所测得的CO2实际转化率随温度的变化如图所示。CH4的选择性可表示为×100%。下列说法正确的是( )
A.反应2CO(g)+2H2(g) CO2(g)+CH4(g)的焓变ΔH=-205.9 kJ·mol-1
B.CH4的平衡选择性随着温度的升高而增加
C.用该催化剂催化二氧化碳反应的最佳温度范围约为480~530 ℃
D.450 ℃时,提高的值或增大压强,均能使CO2平衡转化率达到X点的值
8.(2025黑吉辽蒙,18,14分)乙二醇是一种重要化工原料,以合成气(CO、H2)为原料合成乙二醇具有重要意义。
Ⅰ.直接合成法:2CO(g)+3H2(g) HOCH2CH2OH(g),不同温度下平衡常数如下表所示。
温度 298 K 355 K 400 K
平衡常数 6.5×104 1.0 1.3×10-3
(1)该反应的ΔH 0(填“>”或“<”)。
(2)已知CO(g)、H2(g)、HOCH2CH2OH(g)的燃烧热(ΔH)分别为-a kJ·mol-1、-b kJ·mol-1、-c kJ·mol-1,则上述合成反应的ΔH= kJ·mol-1(用a、b和c表示)。
(3)实验表明,在500 K时,即使压强(34 MPa)很高乙二醇产率(7%)也很低,可能的原因是 (答出1条即可)。
Ⅱ.间接合成法:用合成气和O2制备的DMO合成乙二醇,发生如下3个均放热的连续反应,其中MG生成乙二醇的反应为可逆反应。
(4)在2 MPa、Cu/SiO2催化、固定流速条件下,发生上述反应,初始氢酯比=52.4,出口处检测到DMO的实际转化率及MG、乙二醇、乙醇的选择性随温度的变化曲线如图所示[某物质的选择性=×100%]。
①已知曲线Ⅱ表示乙二醇的选择性,则曲线 (填图中标号,下同)表示DMO的转化率,曲线 表示MG的选择性。
②有利于提高A点DMO转化率的措施有 (填标号)。
A.降低温度
B.增大压强
C.减小初始氢酯比
D.延长原料与催化剂的接触时间
③483 K时,出口处的值为 (精确至0.01)。
④A点反应MG(g)+2H2(g) HOCH2CH2OH(g)+CH3OH(g)的浓度商Qx= (用物质的量分数代替浓度计算,精确至0.001)。
三年模拟
9.★★(2026届湖南永州一中一模,12)工业上,常用氨气脱硝。向恒容密闭容器中充入NO2和NH3,发生反应:8NH3(g)+6NO2(g) 7N2(g)+12H2O(g) ΔH。测得NO2的平衡转化率与温度、投料比x[x=]的关系如图所示。净反应速率Δv=v正-v逆。下列叙述错误的是( )
A.ΔH<0
B.投料比:x2>x1
C.平衡常数K:a>b=c
D.净反应速率:a=b10.★★★(2025安徽安庆一中5月模拟,12)丙烷氧化脱氢制备丙烯的主要反应为2C3H8(g)+O2(g) 2C3H6(g)+2H2O(g) ΔH<0。在催化剂作用下C3H8氧化脱氢除生成C3H6外,还生成了CO、CO2等物质。实验测得C3H8的转化率和C3H6的产率随温度变化的关系如图所示。已知:C3H6的选择性=×100%。下列说法正确的是( )
A.表示C3H8的转化率随温度变化的是曲线b
B.升高温度,催化剂活性降低,反应速率减小
C.为提高C3H6的产率,应大幅度降低温度
D.由图可知575 ℃时,C3H6的选择性约为52%
11.★★★(2025山东淄博三模,10)向容积均为1 L的两个刚性容器中各充入4 mol HBr(g)和1 mol O2(g),分别在绝热和恒温条件下发生反应4HBr(g)+O2(g) 2Br2(g)+2H2O(g) ΔH,测得压强变化Δp(Δp=p0-px,p0为起始压强,px为某时刻压强)随时间的变化关系如图所示。
下列说法正确的是( )
A.L1表示绝热条件下Δp随时间的变化关系
B.ΔH>0
C.HBr的转化率:α(b)>α(c)
D.b点对应的平衡常数K>20.25 L·mol-1
12.(2025河北张家口二模,13)T K下,分别向三个容积不等的恒容密闭容器中投入1 mol SOCl2和1 mol H2S发生反应:SOCl2(g)+H2S(g) S2O(g)+2HCl(g)。反应t min后,三个容器中SOCl2的转化率如图所示。下列说法正确的是( )
A.0~t min内,三个容器中的正反应速率:va=vcB.b点为平衡转化率,a、c点不是平衡转化率
C.T K时,该反应的平衡常数为2 mol·L-1
D.V1 L容器中反应达到平衡后,若再投入1 mol SOCl2和1 mol S2O,平衡不移动
13.(2026届重庆一中9月考,14)低碳烯烃(乙烯、丙烯等)是重要的化工原料。一定条件下,碘甲烷(CH3I)裂解制低碳烯烃的主要反应有:
ⅰ.2CH3I(g) C2H4(g)+2HI(g) ΔH1,K1
ⅱ.3C2H4(g) 2C3H6(g) ΔH2,K2
ⅲ.2C2H4(g) C4H8(g) ΔH3,K3
其他条件不变,起始压强为0.2 MPa,向容积为1 L的恒容密闭容器中投入1 mol CH3I(g),同时发生反应ⅰ、ⅱ、ⅲ,平衡时各物质的物质的量分数随温度的变化如图a所示,反应ⅰ和反应ⅱ的平衡常数的对数lgK随温度的变化如图b所示。下列说法正确的是( )
A.若只发生反应ⅰ,高压和选择合适的催化剂均有利于提高CH3I的平衡转化率
B.曲线n代表的是lgK2随温度的变化关系
C.当T=750 K时,相同条件下的反应ⅱ的平衡常数K2等于反应ⅲ的平衡常数K3
D.当T=750 K时,反应ⅰ的压强平衡常数=0.16 MPa
14.(2026届湖南长沙一中10月考,13)在1 L恒容密闭容器中充入1 mol N2H4(g),发生反应:N2H4(g) N2(g)+2H2(g) ΔH,反应相同时间,不同温度下N2H4的转化率[α(N2H4)]如图所示。下列叙述正确的是( )
A.上述反应的产物总能量高于反应物总能量
B.a、b、c点对应的反应速率:vb(逆)>vc(正)>va(逆)
C.在c点体系中加入1 mol N2H4(g),N2H4的平衡转化率增大
D.300 ℃时,该反应的平衡常数K>
微专题3 化工生产中多重平衡体系分析
五年高考
1.★★(2024江西,16节选)目前开采的天然气含有H2S,综合利用天然气制氢是实现“碳中和”的重要途径。CH4和H2S重整制氢的主要反应如下:
反应Ⅰ:CH4(g)+2H2S(g) CS2(g)+4H2(g) ΔH1=+260 kJ/mol
反应Ⅱ:CH4(g) C(s)+2H2(g) ΔH2=+90 kJ/mol
反应Ⅲ:2H2S(g) S2(g)+2H2(g) ΔH3=+181 kJ/mol
(4)假设在10 L的恒温刚性容器中,通入0.3 mol CH4和0.15 mol H2S发生反应Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ,起始总压为p0,
CH4和H2S的转化率与时间的关系如图所示,0~5 min内H2的化学反应速率为 mol/(L·min);5 min时,容器内总压为 。
2.★★★(2022河北,16节选)氢能是极具发展潜力的清洁能源,以氢燃料为代表的燃料电池有良好的应用前景。
(2)工业上常用甲烷水蒸气重整制备氢气,体系中发生如下反应:
Ⅰ CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)
Ⅱ CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)
①下列操作中,能提高CH4(g)平衡转化率的是 (填标号)。
A.增加CH4(g)用量B.恒温恒压下通入惰性气体
C.移除CO(g) D.加入催化剂
②恒温恒压条件下,1 mol CH4(g)和1 mol H2O(g)反应达平衡时,CH4(g)的转化率为α,CO2(g)的物质的量为b mol,则反应Ⅰ的平衡常数Kx= [写出含有α、b的计算式;对于反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g),Kx=,x为物质的量分数]。其他条件不变,H2O(g)起始量增加到5 mol,达平衡时α=0.90,b=0.65,平衡体系中H2(g)的物质的量分数为 (结果保留两位有效数字)。
3.★★★(2025云南,17节选)我国科学家研发出一种乙醇(沸点78.5 ℃)绿色制氢新途径,并实现高附加值乙酸(沸点118 ℃)的生产,主要反应为
Ⅰ.C2H5OH(g)+H2O(g) 2H2(g)+CH3COOH(g) ΔH1
Ⅱ.C2H5OH(g) CH3CHO(g)+H2(g) ΔH2=+68.7 kJ·mol-1
回答下列问题:
(3)恒压100 kPa下,向密闭容器中按n(H2O)∶n(C2H5OH)=9∶1投料,产氢速率和产物的选择性随温度变化关系如图1,关键步骤中间体的能量变化如图2。[比如:乙酸选择性=×100%]
图1 图2
①由图1可知,反应Ⅰ最适宜的温度为270 ℃,原因为 。
②由图中信息可知,乙酸可能是 (填“产物1”“产物2”或“产物3”)。
③270 ℃时,若该密闭容器中只发生反应Ⅰ、Ⅱ,平衡时乙醇的转化率为90%,乙酸的选择性为80%,则p(CH3COOH)∶p(C2H5OH)= ,平衡常数= kPa(列出计算式即可;用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。
4.★★★(2025广东,19节选)钛单质及其化合物在航空、航天、催化等领域应用广泛。
(1)基态Ti原子的价层电子排布式为 。
(2)298 K下,反应TiO2(s)+2C(s)+2Cl2(g) TiCl4(g)+2CO(g)的ΔH<0、ΔS>0,则298 K下该反应 (填“能”或“不能”)自发进行。
(3)以TiCl4为原料可制备TiCl3。将5.0 mol TiCl4与10.0 mol Ti放入容积为V0 L的恒容密闭容器中,反应体系存在下列过程。
编号 过程 ΔH
(a) Ti(s)+TiCl4(g) 2TiCl2(s) ΔH1
(b) TiCl2(s)+TiCl4(g) 2TiCl3(g) +200.1 kJ/mol
(c) Ti(s)+3TiCl4(g) 4TiCl3(g) +132.4 kJ/mol
(d) TiCl3(g) TiCl3(s) ΔH2
①ΔH1= kJ/mol。
②不同温度下,平衡时反应体系的组成如图。曲线Ⅰ对应的物质为 。
③温度T0 K下,n[TiCl4(g)]= mol,反应(c)的平衡常数K= (列出算式,无须化简)。
5.(2024福建,14,15分)SiHCl3是制造多晶硅的原料,可由Si和SiCl4耦合加氢得到,相关反应如下:
Ⅰ.SiCl4(g)+H2(g) SiHCl3(g)+HCl(g) ΔH1=+52 kJ·mol-1
Ⅱ.Si(s)+3HCl(g) SiHCl3(g)+H2(g) ΔH2=-236 kJ·mol-1
Ⅲ.Si(s)+SiCl4(g)+2H2(g) 2SiH2Cl2(g) ΔH3=+16 kJ·mol-1
(1)生成SiHCl3的总反应:
Ⅳ.Si(s)+3SiCl4(g)+2H2(g) 4SiHCl3(g) ΔH4= kJ·mol-1
(2)体系达到平衡状态且其他条件不变时:
①压缩平衡体系体积,重新达到平衡后物质的量分数增大的组分为 。
a.SiCl4 b.SiHCl3 c.SiH2Cl2 d.HCl
②反应温度升高不利于提高平衡时产物SiHCl3选择性的原因是 。
(3)在压强为p0的恒压体系中通入2.0 mol H2和1.0 mol SiCl4,达到平衡时,气体组分的物质的量分数随温度变化如图所示(忽略气体组分在硅表面的吸附量)。已知:Kp为用气体分压表示的平衡常数,分压=物质的量分数×总压。
①图中n代表的组分为 (填化学式)。
②750 K时,反应Ⅲ的平衡常数Kp= (列出计算式)。
③750 K时,SiCl4的平衡转化率为f,消耗硅的物质的量为 mol(列出计算式)。
(4)673 K下、其他条件相同时,用Cu、CuO和CuCl分别催化上述反应,一段时间内SiCl4的转化率如下表所示(产物SiHCl3选择性均高于98.5%)。
催化剂 Cu CuO CuCl
SiCl4的转化率/% 7.3 14.3 22.3
①使用不同催化剂时,反应Ⅳ的ΔH:CuO催化剂 CuCl催化剂(填“>”“<”或“=”);反应Ⅳ的活化能:Cu催化剂 CuCl催化剂(填“>”“<”或“=”)。
②使用CuCl催化剂,初始投料α mol SiCl4,该段时间内得到β mol SiHCl3,则SiHCl3的选择性=×100%= ×100%(列出计算式)。
三年模拟
6.★★★(2025安徽合肥二模,17节选)低碳烃在催化剂表面对NOx具有较好的还原作用,CH4由于储量丰富、廉价易得而成为最有前景的选择性脱硝还原剂。已知CH4还原NOx的原理如下:
Ⅰ.CH4(g)+4NO2(g) 4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)
Ⅱ.CH4(g)+4NO(g) 2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)
(3)某温度下,向恒容密闭容器中按n(CH4)∶n(NO2)=1∶2充入混合气,发生反应Ⅰ和Ⅱ,初始压强为120 kPa,达平衡时CH4的转化率为 20%,NO 和 N2的分压相等。
①平衡时水的分压p(H2O)= kPa。
②该温度下反应Ⅱ的分压平衡常数Kp= 。
(保留2位小数)
7.★★★(2026届湖北宜昌9月起点考,17节选)我国科学家在零碳排放制氢技术领域取得重大突破,该工艺通过新型催化剂在270 ℃的温和条件下将乙醇与水分子直接转化为乙酸和清洁能源氢气。
主反应Ⅰ:CH3CH2OH(g)+H2O(g) CH3COOH(g)+2H2(g) ΔH1
副反应Ⅱ:CH3CH2OH(g)+3H2O(g) 2CO2(g)+6H2(g) ΔH2=+173.4 kJ· mol-1
副反应Ⅲ:CH3CH2OH(g)+H2O(g) 2CO(g)+4H2(g) ΔH3=+255.8 kJ· mol-1
(4)在压强为100 kPa的密闭容器中,充入1 mol CH3CH2OH(g)和3 mol H2O(g)发生反应Ⅱ和反应Ⅲ,达平衡时CH3CH2OH的转化率、CO2和CO的选择性[CO的选择性=]随温度的变化如图所示。
①若曲线c表示CO的选择性,则表示CH3CH2OH平衡转化率的曲线是 (填“a”或“b”)。
②已知:1 mol CH3CH2OH(g)和3 mol H2O(g)完全转化时生成H2的理论产量为6 mol。
温度T0时测得H2的产率为80%,则CH3CH2OH的平衡转化率= ;反应Ⅱ的Kp= (kPa)4(列出计算式即可,Kp是以分压表示的平衡常数,分压=总压×物质的量分数)。
8.★★★(2026届河南南阳六校一调,17节选)(2)为有效降低空气中CO2的含量,在280~360 ℃可采用其在固体催化剂表面加氢合成甲醇的方法,涉及的反应如下:
主反应:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1<0
副反应:CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH2>0
①向甲、乙两个容积相同的容器中加入1 mol CO2和3 mol H2(假设只发生主反应),甲容器在恒温恒容条件下进行,而乙容器则在绝热恒容条件下进行,两容器中压强随时间变化的曲线如图:
乙容器中,从开始到a点压强增大的原因是 。
②400 ℃时,向1 L恒容密闭容器中充入1 mol CO2和3 mol H2,主、副反应均达到平衡状态时,CO2的转化率为50%,CH3OH的选择性为80%,则主反应的平衡常数K= (CH3OH的选择性=×100%,列出计算式即可)。
9.★★★(2025甘肃一诊,16节选)油气开采、石油化工、煤化工等行业废气中普遍含有硫化氢(H2S),硫化氢的转化是资源利用和环境保护的重要研究课题。
Ⅰ.甲烷制氢法
总反应:CH4(g)+2H2S(g) CS2(g)+4H2(g)。反应过程分以下两步进行:
反应ⅰ:2H2S(g) 2H2(g)+S2(g) ΔH=+170 kJ·mol-1
反应ⅱ:CH4(g)+S2(g) CS2(g)+2H2(g) ΔH2=+64 kJ·mol-1
(4)某温度时,向密闭容器中通入2 mol CH4和2 mol H2S,达到平衡状态时容器中S2(g)、H2(g)的物质的量分别为0.2 mol、2 mol,此时体系的压强为20 MPa,则平衡时H2S的物质的量为 mol,反应ⅱ的Kp= MPa
(Kp为用分压表示的平衡常数,分压=总压×物质的量分数)。
10.★★★★(2025山东潍坊二模,20)N,N-二甲基甲酰胺[(CH3)2NCHO](DMF)是常见的有机溶剂,一种CO2加氢耦合二甲胺[(CH3)2NH](DMA)制DMF的反应如下,副反应产生三甲胺[(CH3)3N](TMA):
Ⅰ.DMA(g)+CO2(g)+H2(g) DMF(g)+H2O(g) ΔH1=+56 kJ· mol-1
Ⅱ.DMA(g)+CO2(g)+3H2(g) TMA(g)+2H2O(g) ΔH2=-100 kJ· mol-1
Ⅲ.DMF(g)+2H2(g) TMA(g)+H2O(g) ΔH3
回答下列问题:
(1)反应Ⅲ在 (填“较高”“较低”或“任意”)温度下自发进行。
(2)将1 mol DMA、1 mol CO2、1.6 mol H2通入1 L密闭容器中发生上述反应,体系达平衡后,部分含碳物质的x[x为以碳元素计的物质的量分数,x(DMA)=×100%]随温度变化如图1所示,则代表x(DMF)的曲线为 (填小写字母);T1温度时,=,x(CO2)= ,反应Ⅲ的平衡常数Kc= L· mol-1。
(3)T1温度下,向1 L密闭容器中重新加入1 mol DMA、1 mol CO2和适量H2,发生上述反应,DMF、TMA的物质的量随时间的变化关系如图2,2 min内,DMA的反应速率为 mol·L-1· min-1,2 min时,体系内n(H2)=n(H2O),则此时反应Ⅲ的反应速率v正 v逆(填“>”“<”或“=”)。
(4)保持体系总压强和反应物投料比相同,分别以He作辅气与无He作辅气投入反应物,DMA的平衡转化率与温度的关系如图3所示,含He的曲线为 ,理由为 。
第九章 化学反应速率与化学平衡
第1节 化学反应速率
五年高考
1.★★(2025海南,7,2分)恒温下,反应物A与Q按图示计量关系,同时发生三个基元反应,分别生成B、C、D,反应速率v1>v2>v3。下列说法正确的是( )
A.反应的活化能:①>②>③
B.提高温度仅提高反应②中活化分子百分数
C.加入催化剂,使反应③的活化能变小,D的产量降低
D.总反应速率v总=v1+v2+v3
答案 D
2.★★(2021辽宁,12,3分)某温度下,降冰片烯在钛杂环丁烷催化下聚合,反应物浓度与催化剂浓度及时间关系如图。已知反应物消耗一半所需的时间称为半衰期,下列说法错误的是( )
A.其他条件相同时,催化剂浓度越大,反应速率越大
B.其他条件相同时,降冰片烯浓度越大,反应速率越大
C.条件①,反应速率为0.012 mol·L-1·min-1
D.条件②,降冰片烯起始浓度为3.0 mol·L-1时,半衰期为62.5 min
答案 B
3.★★★(2024安徽,12,3分)室温下,为探究纳米铁去除水样中Se的影响因素,测得不同条件下Se浓度随时间变化关系如下图。
实验序号 水样体积/mL 纳米铁质量/mg 水样初始pH
① 50 8 6
② 50 2 6
③ 50 2 8
下列说法正确的是( )
A.实验①中,0~2小时内平均反应速率v(Se)=2.0 mol·L-1·h-1
B.实验③中,反应的离子方程式为2Fe+Se+8H+ 2Fe3++Se+4H2O
C.其他条件相同时,适当增加纳米铁质量可加快反应速率
D.其他条件相同时,水样初始pH越小,Se的去除效果越好
答案 C
4.★★★(2025河北,17节选)乙二醇(EG)是一种重要的基础化工原料,可通过石油化工和煤化工等工业路线合成。
(1)石油化工路线中,环氧乙烷(EO)水合工艺是一种成熟的乙二醇生产方法,环氧乙烷和水反应生成乙二醇,伴随生成二乙二醇(DEG)的副反应。
主反应:EO(aq)+H2O(l) EG(aq) ΔH<0
副反应:EO(aq)+EG(aq) DEG(aq)
体系中环氧乙烷初始浓度为1.5 mol·L-1,恒温下反应30 min,环氧乙烷完全转化,产物中n(EG)∶n(DEG)=10∶1。
①0~30 min内,v总(EO)= mol·L-1·min-1。
②下列说法正确的是 (填序号)。
a.主反应中,生成物总能量高于反应物总能量
b.0~30 min内,v总(EO)=v总(EG)
c.0~30 min内,v主(EG)∶v副(DEG)=11∶1
d.选择适当催化剂可提高乙二醇的最终产率
答案 (1)①0.05 ②cd
三年模拟
5.★★(2026届四川内江威远中学第一次月考,8)下列生产或实验事实引出的相应结论不正确的是( )
生产或实验事实 结论
A 其他条件相同,Na2S2O3溶液和H2SO4溶液反应,升高溶液的温度,析出硫沉淀所需时间缩短 当其他条件相同时,升高反应温度,化学反应速率加快
B 工业合成氨中,将氨气液化分离 可以加快反应速率,提高N2、H2的转化率
C FeCl3+3KSCN Fe(SCN)3+3KCl平衡体系中加入少量KSCN固体,溶液颜色加深 恒温时增大反应物浓度,平衡向正反应方向移动
D A、B两支试管中分别加入等体积5%的H2O2溶液,在B试管中加入2~3滴FeCl3溶液,B试管中产生气泡快 当其他条件相同时,催化剂可以改变化学反应速率
答案 B
6.★★(2025福建龙岩一模,8)某同学探究浓度对反应速率的影响,有关试剂用量和现象如下表所示。
KMnO4 稀溶液 H2SO4 3 mol/L CH3COOH 6 mol/L KBr 0.1 mol/L 实验现象
1 2滴 0.5 mL 0 mL 0.5 mL 溶液紫色瞬间褪去,溶液略显黄色
2 2滴 0 mL 0.5 mL 0.5 mL 开始不褪色,后来出现黑色沉淀(悬浊液),溶液略显黄色
已知:Mn在酸性溶液中按以下顺序分步被还原:Mn→MnO2→Mn2+。下列说法错误的是( )
A.溶液显黄色说明生成了Br2
B.实验1中反应速率:MnO2→Mn2+>Mn→MnO2
C.将实验2中悬浊液pH调小,可能得到澄清溶液
D.该实验可以验证浓度对反应速率的影响规律
答案 D
7.★★(2025安徽淮南二模,10)光催化降解苯酚是一种消除污染的重要方法,以BiOCl为光催化剂,苯酚的残留率与苯酚的初始浓度的关系如图所示,下列说法错误的是( )
A.光照时BiOCl晶体中电子激发产生空穴,从而氧化苯酚
B.实验①在210 min时苯酚的降解率接近100%
C.实验②在30~90 min内的平均反应速率为 mg/(L· min)
D.光照时苯酚的初始浓度越大降解速率越大
答案 D
8.★★★(2025陕西汉中二模,12改编)萃取剂P204对钒(V)有强的萃取力,萃取平衡为VO2+(aq)+2(C8H17O)2PO2H(l) VO[(C8H17O)2PO2]2(l)+2H+(aq)。常温下,溶液中的c(H+)随时间的变化如图所示。下列叙述正确的是( )
A.t3 min时,萃取反应已停止
B.t1 min时,正反应速率大于逆反应速率
C.t3 min时,若增大c(H+),正反应速率大于逆反应速率
D.t2~t3 min内平均速率v(VO2+)= mol·L-1· min-1
答案 B
9.★★★(2026届河南郑州外国语学校11月期中,9)已知2N2O(g) 2N2(g)+O2(g)的速率方程为v=kcn(N2O)(k为速率常数,只与温度和催化剂有关)。实验测得,N2O在催化剂X表面反应的变化数据如下:
t/min 0 10 20 30 40 50 60 70
c(N2O)/mol·L-1 0.100 0.080 c1 0.040 0.020 c2 c3 0
半衰期是指物质浓度减少至一半时所需要的时间。下列说法错误的是( )
A.n=0,c1>c2=c3
B.t=10 min时,v(N2O)=2.0×10-3 mol·L-1·min-1
C.相同条件下,为了能加快反应速率,可增大N2O浓度或催化剂X的表面积
D.保持其他条件不变,若N2O起始浓度为0.200 mol·L-1,则其半衰期为50 min
答案 C
第2节 化学平衡
五年高考
1.★★(2025甘肃,4,3分)CO2加氢转化成甲烷,是综合利用CO2实现“碳中和”和“碳达峰”的重要方式。525 ℃、101 kPa下,CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g) ΔH=-185 kJ/mol。反应达到平衡时,能使平衡向正反应方向移动的是( )
A.减小体系压强 B.升高温度
C.增大H2浓度 D.恒容下充入惰性气体
答案 C
2.★★★(2025江西,12,3分)一定压强下,乙烯水合反应为C2H4 (g)+H2O(g) C2H5OH(g)。
已知:ΔH(J/mol)=-34 585-26.4T
ΔG(J/mol)=-34 585+26.4T·lnT+45.19T
气体均视为理想气体,下列说法正确的是( )
A.反应的活化能:E正>E逆
B.恒温恒容充入N2, 平衡向左移动
C.ΔS随温度升高而降低
D.平衡后,升高温度,Δv正>Δv逆
答案 C
3.★★★(2024浙江6月选考,16,3分)为探究化学平衡移动的影响因素,设计方案并进行实验,观察到相关现象。其中方案设计和结论都正确的是( )
选项 影响因素 方案设计 现象 结论
A 浓度 向1 mL 0.1 mol/L K2CrO4溶液中加入1 mL 1.0 mol/L HBr溶液 黄色溶液 变橙色 增大反应物浓度,平衡向正反应方向移动
B 压强 向恒温恒容密闭玻璃容器中充入100 mL HI气体,分解达到平衡后再充入100 mL Ar 气体颜 色不变 对于反应前后气体总体积不变的可逆反应,改变压强平衡不移动
C 温度 将封装有NO2和N2O4混合气体的烧瓶浸泡在热水中 气体颜 色变深 升高温度,平衡向吸热反应方向移动
D 催化 剂 向1 mL乙酸乙酯中加入1 mL 0.3 mol/L H2SO4溶液,水浴加热 上层液体 逐渐减少 使用合适的催化剂可使平衡向正反应方向移动
答案 C
4.★★(2025浙江6月选考,18节选)氯气、二氧化氯常用于漂白、杀菌,有重要的应用价值。
(1)下列措施中能提高新制饱和氯水中HClO浓度的是 。
A.加NaCl固体 B.加水 C.加CaCO3粉末 D.加足量Ca(OH)2溶液
答案 (1)C
5.★★★(2025浙江1月选考,18节选)二甲胺[(CH3)2NH]、N,N-二甲基甲酰胺[HCON(CH3)2]均是用途广泛的化工原料。
请回答:
(1)用氨和甲醇在密闭容器中合成二甲胺,反应方程式如下:
Ⅰ NH3(g)+CH3OH(g) CH3NH2(g)+H2O(g)
Ⅱ CH3NH2(g)+CH3OH(g) (CH3)2NH(g)+H2O(g)
Ⅲ (CH3)2NH(g)+CH3OH(g) (CH3)3N(g)+H2O(g)
可改变甲醇平衡转化率的因素是 。
A.温度 B.投料比[n(NH3)∶n(CH3OH)]
C.压强 D.催化剂
答案 (1)AB
6.★★★(2025云南,17节选)我国科学家研发出一种乙醇(沸点78.5 ℃)绿色制氢新途径,并实现高附加值乙酸(沸点118 ℃)的生产,主要反应为
Ⅰ.C2H5OH(g)+H2O(g) 2H2(g)+CH3COOH(g) ΔH1
Ⅱ.C2H5OH(g) CH3CHO(g)+H2(g) ΔH2=+68.7 kJ·mol-1
回答下列问题:
(1)乙醇可由秸秆生产,主要过程为
秸秆 纤维素 乙醇
(2)对于反应Ⅰ:
①已知CH3CHO(g)+H2O(g) H2(g)+CH3COOH(g) ΔH=-24.3 kJ·mol-1,则ΔH1= kJ·mol-1。
②一定温度下,下列叙述能说明恒容密闭容器中反应达到平衡状态的是 (填标号)。
A.容器内的压强不再变化
B.混合气体的密度不再变化
C.CH3COOH的体积分数不再变化
D.单位时间内生成1 mol H2O,同时消耗2 mol H2
③反应后从混合气体分离得到H2,最适宜的方法为 。
答案 (1)葡萄糖
(2)①+44.4 ②AC ③降温冷凝后收集气体
7.★★★(2025安徽,17节选)Ⅰ.通过甲酸分解可获得超高纯度的CO。甲酸有两种可能的分解反应:
①HCOOH(g) CO(g)+H2O(g) ΔH1=+26.3 kJ·mol-1
②HCOOH(g) CO2(g)+H2(g) ΔH2=-14.9 kJ·mol-1
(1)反应CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)的ΔH= kJ·mol-1。
(2)一定温度下,向恒容密闭容器中通入一定量的HCOOH(g),发生上述两个分解反应,下列说法中能表明反应达到平衡状态的是 (填标号)。
a.气体密度不变
b.气体总压强不变
c.H2O(g)的浓度不变
d.CO和CO2的物质的量相等
(3)一定温度下,使用某催化剂时反应历程如下图,反应①的选择性接近100%,原因是 ;升高温度,反应历程不变,反应①的选择性下降,可能的原因是 。
答案 (1)-41.2 (2)bc
(3)该条件下,反应①的活化能比反应②的小,反应速率快
反应②的活化能比反应①大,升高温度,反应②的反应速率增大的程度更大,选择性上升,反应①选择性下降或发生副反应消耗了CO,导致反应①的选择性下降(答案合理即可)
8.(2025湖北,19,14分)CaH2(s)粉末可在较低温度下还原Fe2O3(s)。回答下列问题:
(1)已知一定温度下,
CaH2(s)+6Fe2O3(s) Ca(OH)2(s)+4Fe3O4(s) ΔH1=m kJ·mol-1
2CaH2(s)+Fe3O4(s) 2Ca(OH)2(s)+3Fe(s) ΔH2=n kJ·mol-1
则3CaH2(s)+2Fe2O3(s) 3Ca(OH)2(s)+4Fe(s)的ΔH3= kJ·mol-1(用m和n表示)。
(2)图1分别是260 ℃、280 ℃和300 ℃下CaH2(s)还原Fe2O3(s)过程中反应体系电阻R(Ω)随反应时间t(h)变化的曲线,可用 (填标号)表示反应的快慢。
a. b.- c. d.-
(3)图1中曲线 (填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”)对应的反应温度最高。
(4)研究发现CaH2(s)对Fe2O3(s)的还原性主要来自其产生的H2。一般认为H2在Fe2O3表面被氧化成H2O有两种可能途径,图2是理论计算得到的相对能量变化图,据此推测途径 (填“a”或“b”)是主要途径。
图2 (TS代表过渡态)
(5)CaH2(s)产生H2的可能反应:①CaH2(s) Ca(s)+H2(g)或②CaH2(s)+2H2O(g) Ca(OH)2(s)+2H2(g)。将CaH2(s)放在含微量水的N2气流中,在200 ℃至300 ℃的升温过程中固体质量一直增加,由此可断定H2的来源之一是反应 (填“①”或“②”)。若要判断另一个反应是否为H2的来源,必须进行的实验是 。
(6)已知3H2(g)+Fe2O3(s) 3H2O(g)+2Fe(s)。研究表明,在相同温度下,用CaH2(s)还原Fe2O3(s)比直接用H2(g)还原更有优势,从平衡移动原理角度解释原因: 。
答案 (1) (2)d (3)Ⅰ (4)a (5)② 将CaH2(s)放在无水的N2气流中,在200~300 ℃测量固体质量的变化 (6)CaH2(s)消耗反应生成的H2O(g),促使平衡正向移动
三年模拟
9.★★(2026届湖南益阳9月质量监测,9改编)羰基硫(COS)是一种粮食熏蒸剂,能防止某些害虫和真菌的危害。在容积不变的密闭容器中,使CO与H2S发生如下反应并达到平衡:CO(g)+H2S(g) COS(g)+H2(g) ΔH。在不同温度下达到化学平衡时,H2S的转化率如图所示。下列说法正确的是( )
A.反应的ΔH>0
B.正反应速率:vaC.若将容器容积缩小至原来的一半,H2S的转化率增大
D.反应温度为200 ℃时,当容器内压强不变时,反应达到平衡状态
答案 B
10.★★★(2025东北三省5月联考,10改编)一种碳中和的原理如下:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)。在一个密闭容器中充入一定比例的H2、CO2,反应相同时间,测得混合气体中CH3OH的体积分数[φ(CH3OH)]与温度的关系如图所示。下列说法错误的是( )
A.该反应的ΔH<0
B.b点时反应达到了平衡状态
C.CO2的转化率:c>b>a
D.及时移除H2O(g),可以提高甲醇的平衡产率
答案 C
11.(2025江西上饶二模,9改编)随着汽车使用量增大,尾气污染已经受到人们的普遍关注。研究表明,一定条件下存在反应:2CO(g)+2NO(g) N2(g)+2CO2(g)。在相同温度下,向两个密闭刚性的甲、乙容器中都充入一定量的反应物,甲容器保持绝热(即与外界无热量交换),乙容器保持恒温,在相同的温度下同时开始反应,测得的有关数据如下表所示。下列说法正确的是( )
起始物质 的量/mol 5 s时物质的量 浓度/(mol/L) 10 s时物质的量 浓度/(mol/L)
CO NO N2 N2
甲 1 2 2 0.3 0.5
乙 2 4 4 0.25 0.5
A.甲、乙两容器的反应速率:甲<乙
B.平衡后,往容器甲中再充入2 mol CO和2 mol NO,平衡时c(NO)=2 mol/L
C.平衡后,往容器乙再充入1 mol CO和1 mol CO2,NO的转化率增大
D.其他条件不变,若将乙容器改为恒温恒压,则5 s时N2的浓度小于0.25 mol/L
答案 C
12.★★★(2025湖北武汉5月模拟,19节选)工业上常采用甲醇羰基化法制备乙酸,发生如下反应:
Ⅰ.CH3OH(g)+CO(g) CH3COOH(g) ΔH1
Ⅱ.CH3OH(g)+CH3COOH(g) CH3COOCH3(g)+H2O(g) ΔH2
回答下列问题:
(3)若在某条件下,仅发生反应Ⅰ,则一定能判断反应Ⅰ达到平衡状态的依据是 。
A.CH3OH的物质的量不变
B.乙酸的物质的量分数不变
C.混合气体的密度不变
D.混合气体的平均摩尔质量不变
(4)增大投料比[]有利于提高CH3OH的转化率,但恒压条件下该投料比不宜过大,从反应速率角度分析其原因是 。
答案 (3)ABD (4)在恒压条件下,投料比过大,CH3OH的浓度过小,反应速率过慢
13.★★★(2026届广东五校10月联考,19节选)研究NOx、SO2等大气污染物的处理对建设美丽中国具有重要意义。
(2)一定温度下,在1 L恒容容器中加入2 mol CO和2 mol NO发生反应:2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g) ΔH<0,部分物质的体积分数(φ)随时间(t)的变化如图所示。回答下列问题:
①下列说法正确的是 。
A.升高温度可使该反应的正反应速率增大,逆反应速率减小
B.使用高效催化剂可有效提高正反应速率
C.反应达到平衡后,NO的反应速率保持恒定
D.单位时间内消耗的CO和NO的物质的量相等时,反应达到平衡
②曲线 (填“a”或“b”)表示的是φ(N2)随时间的变化。
③混合气体的平均相对分子质量:(t1) (t3)(填“>”“<”或“=”)。
答案 (2)①BC ②b ③<
第3节 化学平衡常数及其相关计算
五年高考
1.★★★(2022辽宁,12,3分)某温度下,在1 L恒容密闭容器中2.0 mol X发生反应2X(s) Y(g)+2Z(g),有关数据如下:
时间段/min 产物Z的平均生成速率/mol·L-1·min-1
0~2 0.20
0~4 0.15
0~6 0.10
下列说法错误的是( )
A.1 min时,Z的浓度大于0.20 mol·L-1
B.2 min时,加入0.20 mol Z,此时v正(Z)C.3 min时,Y的体积分数约为33.3%
D.5 min时,X的物质的量为1.4 mol
答案 B
2.★★★(2024江西,9,3分)温度T下,向1 L真空刚性容器中加入1 mol (CH3)2CHOH,反应达到平衡时,c(Y)=0.4 mol/L。下列说法正确的是 ( )
(CH3)2CHOH(g) (CH3)2CO(g)+H2(g)
X Y Z
A.再充入1 mol X和1 mol Y,此时v正B.再充入1 mol X,平衡时,c(Y)=0.8 mol/L
C.再充入1 mol N2,平衡向右移动
D.若温度升高,X的转化率增加,则上述反应ΔH<0
答案 A
3.★★★(2024重庆,17节选)高辛烷值的汽油可提升发动机的抗爆震性能,异构烷烃具有较高的辛烷值。
(1)在密闭容器中,n-C5H12(正戊烷)发生异构化反应,可同时生成i-C5H12(异戊烷)和t-C5H12(新戊烷),其平衡常数Kp随温度的变化如下表所示。
异构化反应 Kp
456 K 486 K 512 K
反应1 n-C5H12(g) i-C5H12(g) 2.80 2.50 2.31
反应2 n-C5H12(g) t-C5H12(g) 1.40 1.00 0.77
①体系平衡后,增加压强,反应1的平衡 (填“正向移动”“逆向移动”或“不移动”)。
②456 K平衡时,i-C5H12和t-C5H12的体积比值为 。
③根据上表数据推断t-C5H12(g) i-C5H12(g)为吸热反应,其推断过程是 。
答案 (1)①不移动 ②2
③反应1减去反应2得到t-C5H12(g) i-C5H12(g),该反应的Kp=,得出456 K、486 K、512 K时Kp分别是2、2.5、3,随着温度升高,Kp增大,则t-C5H12(g) i-C5H12(g)为吸热反应
4.★★★(涉及Kx的计算)(2024安徽,17节选)乙烯是一种用途广泛的有机化工原料,由乙烷制乙烯的研究备受关注。回答下列问题:
【乙烷制乙烯】
(2)C2H6直接脱氢反应为C2H6(g) C2H4(g)+H2(g) ΔH4,C2H6的平衡转化率与温度和压强的关系如图所示,则ΔH4 0(填“>”“<”或“=”)。结合下图,下列条件中,达到平衡时转化率最接近40%的是 (填标号)。
a.600 ℃,0.6 MPa
b.700 ℃,0.7 MPa
c.800 ℃,0.8 MPa
(3)一定温度和压强下,反应ⅰ C2H6(g) C2H4(g)+H2(g)
反应ⅱ C2H6(g)+H2(g) 2CH4(g) (远大于)
(Kx是以平衡物质的量分数代替平衡浓度计算的平衡常数)
①仅发生反应ⅰ时,C2H6的平衡转化率为25.0%,计算= 。
②同时发生反应ⅰ和ⅱ时,与仅发生反应ⅰ相比,C2H4的平衡产率 (填“增大”“减小”或“不变”)。
答案 (2)> b (3)① ②增大
5.★★★(2024甘肃,17,14分)SiHCl3是制备半导体材料硅的重要原料,可由不同途径制备。
(1)由SiCl4制备SiHCl3:SiCl4(g)+H2(g) SiHCl3(g)+HCl(g) ΔH1=+74.22 kJ·mol-1(298 K)
已知:SiHCl3(g)+H2(g) Si(s)+3HCl(g) ΔH2=+219.29 kJ·mol-1(298 K)。
298 K时,由SiCl4(g)+2H2(g) Si(s)+4HCl(g)制备56 g硅 (填“吸”或“放”)热 kJ。升高温度有利于制备硅的原因是 。
(2)在催化剂作用下由粗硅制备SiHCl3:3SiCl4(g)+2H2(g)+Si(s) 4SiHCl3(g)。在773 K、2 L密闭容器中,经不同方式处理的粗硅和催化剂混合物与0.4 mol H2(g)和0.1 mol SiCl4(g)反应,SiCl4转化率随时间的变化如下图所示:
①0~50 min,经方式 处理后的反应速率最快;在此期间,经方式丙处理后的平均反应速率v(SiHCl3)= mol·L-1·min-1。
②当反应达平衡时,H2的浓度为 mol·L-1,平衡常数K的计算式为 。
③增大容器体积,反应平衡向 移动。
答案 (1)吸 587.02 升高温度会加快反应速率,且该反应为吸热反应,升高温度有利于反应正向进行
(2)①甲 5.6×10-5 ②0.195 15 ③逆反应方向
6.★★★ (涉及K 的计算)(2021湖南,16节选)氨气中氢含量高,是一种优良的小分子储氢载体,且安全、易储运,可通过下面两种方法由氨气得到氢气。
方法Ⅰ.氨热分解法制氢气
相关化学键的键能数据
化学键 H—H N—H
键能E/(kJ·mol-1) 946 436.0 390.8
在一定温度下,利用催化剂将NH3分解为N2和H2。回答下列问题:
(1)反应2NH3(g)N2(g)+3H2(g) ΔH= kJ·mol-1;
(2)已知该反应的ΔS=198.9 J·mol-1·K-1,在下列哪些温度下反应能自发进行 (填标号);
A.25 ℃ B.125 ℃ C.225 ℃ D.325 ℃
(3)某兴趣小组对该反应进行了实验探究。在一定温度和催化剂的条件下,将0.1 mol NH3通入3 L的密闭容器中进行反应(此时容器内总压为200 kPa),各物质的分压随时间的变化曲线如图所示。
①若保持容器体积不变,t1时反应达到平衡,用H2的浓度变化表示0~t1时间内的反应速率v(H2)= mol·L-1·min-1(用含t1的代数式表示);
②t2时将容器体积迅速缩小至原来的一半并保持不变,图中能正确表示压缩后N2分压变化趋势的曲线是 (用图中a、b、c、d表示),理由是 ；
③在该温度下,反应的标准平衡常数K = [已知:分压=总压×该组分物质的量分数,对于反应dD(g)+eE(g) gG(g)+hH(g) K =,其中p =100 kPa,pG、pH、pD、pE为各组分的平衡分压]。
答案 (1)+90.8 (2)CD (3)① ②b 体积压缩一半瞬间,N2压强变大(为80 kPa),该反应为气体分子数增大的反应,加压平衡逆向移动,N2的分压随着平衡逆向移动而变小 ③0.48
7.★★★★(2024广西,17节选)二氯亚砜(SOCl2)是重要的液态化工原料。回答下列问题:
(1)合成SOCl2前先制备SCl2。有关转化关系为
则S(s)+Cl2(g) SCl2(l)的ΔH3= kJ·mol-1。
(2)密闭容器中,以活性炭为催化剂,由SCl2和O2制备SOCl2。反应如下:
Ⅰ SCl2(g)+O2(g) SO2Cl2(g)
Ⅱ SCl2(g)+SO2Cl2(g) 2SOCl2(g)
①反应Ⅱ的lgK(K为平衡常数)随(T为温度)的变化如图1,推断出该反应为 (填“吸热”或“放热”反应)。
②466 K时,平衡体系内各组分的物质的量分数x(A)随的变化如图2。反应Ⅱ的平衡常数K1= (保留1位小数)。保持T和不变,增大SCl2平衡转化率的措施有 (任举一例)。
③改变T,使反应Ⅱ的平衡常数K2=K1,导致图2中的曲线变化,则x(SCl2)等于x(SOCl2)的新交点将出现在 (填“d”“e”“f”或“g”)处。
答案 (1)-50
(2)①放热
②32.4 移出SOCl2或加入SO2Cl2
③d
8.★★★★(2025四川,18,13分)乙二醇是一种应用广泛的化工原料。以甲醛和合成气(CO+H2)为原料制备乙二醇,反应按如下两步进行:
①HCHO(g)+CO(g)+H2(g) HOCH2CHO(l)
②HOCH2CHO(l)+H2(g) HOCH2CH2OH(l)
已知:ΔfHm为物质生成焓,反应焓变ΔH=产物生成焓之和-反应物生成焓之和。相关物质的生成焓如下表所示。
物质 HCHO(g) CO(g) H2(g) HOCH2CH2OH(l)
ΔfHm/kJ·mol-1 -116 -111 0 -455
回答下列问题:
(1)生成乙二醇的总反应③,其热化学方程式为 ,ΔS 0(填“>”“<”或“=”),反应在 (填“高温”或“低温”)自发进行。
(2)恒压时,合成气中n(H2)∶n(CO)增大,HOCH2CHO(羟基乙醛)单位时间产率降低,其原因是 。
(3)反应中伴随副反应④:HCHO(g)+H2(g) CH3OH(l)。平衡常数与温度之间满足关系lnK=-+常数,反应②和④的lnK与的关系如图所示,则ΔH2 ΔH4(填“>”“<”或“=”);欲抑制甲醇的生成,应适当 (填“升高”或“降低”)反应温度,理由是 。
(4)若反应在恒容密闭容器中进行,溶剂中甲醛初始浓度为1.0 mol·L-1。
①反应5 h后,羟基乙醛、乙二醇、甲醇的产率分别为38%、8%、10%,则甲醛的平均消耗速率v= mol·L-1·h-1。
②溶剂中H2和CO浓度分别保持为1.0×10-4 mol·L-1、6.0×10-4 mol·L-1,羟基乙醛、乙二醇、甲醇的平衡产率分别为18%、34%、14%,生成乙二醇的平衡常数K= (mol·L-1)-3(科学记数,保留小数点后2位)。
答案 (1)HCHO(g)+CO(g)+2H2(g) HOCH2CH2OH(l) ΔH=-228 kJ·mol-1 < 低温
(2)反应②的速率大于反应①,使得单位时间内HOCH2CHO(羟基乙醛)产率降低
(3)< 降低 随着的增大,即温度降低,反应②的lnK增大的程度大于反应④的lnK增大的程度
(4)①0.112 ②1.67×1011
三年模拟
9.★★★(2026届河北衡水12月考,10)氢能是一种极具发展潜力的清洁能源。CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) ΔH=-41.2 kJ/mol是目前大规模制取氢气的方法之一。下列说法中错误的是( )
A.在生产中,增大水蒸气的浓度可使CO的转化率提高,同时提高H2的产率
B.在容积不变的密闭容器中,将2.0 mol CO与8.0 mol H2O混合加热到830 ℃发生上述反应,达到平衡时CO的转化率是80%。计算可得830 ℃时,K=1
C.其他条件不变,在相同时间内,向上述体系中投入一定量的CaO可以明显提高H2的体积分数
D.其他条件相同,若体系1中投入纳米CaO,体系2中投入微米CaO,相同时间内两体系中氢气产率相同
答案 D
10.(2026届湖南衡阳县四中8月考,8)向容积为1 L的容器中充入4 mol A,发生反应:2A(s) 2B(g)+C( ),不同温度下的平衡常数与达到平衡时B的物质的量如下表所示:
温度 K n(B)/mol
T1 4 x
T2 1 y
下列说法正确的是( )
A.容器中气体的平均摩尔质量不变时,该反应达到平衡状态
B.T1时,若平衡时剩余2 mol A,则C必为气体
C.T2时,当反应达到平衡后,容器内剩余A的物质的量为3

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