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微专题5 化学反应速率　化学平衡
微专题热练10　催化剂与反应历程
1. (2024·莆田二检)2－溴丁烷在乙醇钾(C2H5OK)作用下发生消去反应的能量变化如图所示。下列说法正确的是( 　　)
A. 活化能：反应Ⅰ<反应Ⅱ
B. 产物的稳定性：1－丁烯>2－丁烯
C. 相同条件下完全燃烧放出的热量：1－丁烯>2－丁烯
D. 选择相对较短的反应时间，及时分离可获得高产率的1－丁烯
2. (2024·佛山联考) MnO2催化除去HCHO的机理如图所示。下列说法不正确的是( 　　)
A. 反应①～④均是氧化还原反应
B. 反应②中碳氧双键未断裂
C. HCHO中碳原子采取sp2杂化
D. 上述机理总反应为HCHO＋O2CO2＋H2O
3. (2024·深圳一模)光催化氧化甲烷制甲醛的机理如图所示。设NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法不正确的是( 　　)
A. 在光催化剂表面会发生反应：H2O＋h＋===H＋＋·OH
B. CH3OOH为中间产物
C. 上述过程中有非极性键的断裂与生成
D. 每生成30 g HCHO，总反应转移电子数目为4NA
4. (2024·福州质检4月)实验室以苯甲醛为原料合成苯甲酸苯甲酯的反应机理如图 (已知 RO－极易结合 H＋转化为ROH)。下列说法正确的是( 　　)
A. 该反应的催化剂为苯甲醇，能降低反应的焓变
B. 久置的苯甲醛中含有少量苯甲酸，能加快该历程反应速率
C. 合成苯甲酸甲酯总反应方程式为
D. 与酯化反应相比，该反应的原子利用率高
5. (2023·广东卷)催化剂Ⅰ和Ⅱ均能催化反应R(g) P(g)。反应历程如图所示，M为中间产物。其他条件相同时，下列说法不正确的是( 　　)
A. 使用Ⅰ和Ⅱ，反应历程都分4步进行
B. 反应达平衡时，升高温度，R的浓度增大
C. 使用Ⅱ时，反应体系更快达到平衡
D. 使用Ⅰ时，反应过程中M所能达到的最高浓度更大
6. (2024·马鞍山三模)甲酸常用于橡胶、医药等工业。在一定条件下可分解生成CO和H2O，在有无催化剂条件下的能量与反应历程的关系如图所示：
　
下列说法错误的是( 　　)
A. 该反应为放热反应
B. 若用D(氘)标记甲酸中的羧基氢，最终产物中可能存在DHO
C. 途径Ⅱ的反应历程中，存在3种中间产物
D. 由途径Ⅱ可知氢离子可以作为甲酸分解生成CO和H2O的催化剂
7. (2024·合肥二模)电催化偶联N2和CO2制备尿素[CO(NH2)2]，可实现室温下尿素的绿色合成。结合实验和计算机模拟在酸性介质中催化剂表面的反应历程如图所示，吸附在催化剂表面的物种用*标注。下列有关该碳氮偶联过程的说法错误的是( 　　)
A. 化合价发生改变的元素有C和N
B. 有O—N的生成和断裂
C. *NCON*的生成可减少副产物NH3的形成
D. 该过程生成尿素的总反应式：
N2＋CO2＋6e－＋6H＋===CO(NH2)2＋H2O
8. (2024·广州三模)基于非金属原子嵌入石墨烯三嗪基C3N4中，用于催化一氧化碳加氢生成甲醇的反应历程如图，其中吸附在催化剂表面上的物种用“*”标注。下列说法错误的是( 　　)
A. 整个反应历程中有极性键的断裂和生成
B. 过渡态相对能量：TS55>TS44>TS77
C. 物种吸附在催化剂表面的过程为吸热过程
D. 反应决速步的活化能为0.95eV
9. (2024·青岛三模)酯在碱性条件下发生水解反应的历程如图，下列说法正确的是( 　　)
A. 反应④为该反应的决速步
B. 若用18OH－进行标记，反应结束后醇和羧酸钠中均存在18O
C. 该反应历程中碳原子杂化方式没有发生改变
D. 反应①中OH－攻击的位置由碳和氧电负性大小决定
10. (2024·福州质检2月)PtNiFe-LDHGO催化甲醛氧化的反应机理如图：
下列说法错误的是( 　　)
A. 步骤Ⅰ中甲醛通过氢键吸附在催化剂表面的—OH 上
B. 上述反应机理涉及极性键和非极性键的形成
C. 该反应每生成1 mol CO2，转移4 mol电子
D. PtNiFe－LDHGO降低了该反应的活化能
11. (2023·浙江省6月)一定条件下，1－苯基丙炔(Ph—C≡C—CH3)可与HCl发生催化加成，反应如下：
甲
乙
反应过程中该炔烃及反应产物的占比随时间的变化如图(已知：反应Ⅰ、Ⅲ为放热反应)。下列说法不正确的是( 　　)
A. 反应焓变：反应Ⅰ>反应Ⅱ
B. 反应活化能：反应Ⅰ<反应Ⅱ
C. 增加HCl浓度可增加平衡时产物Ⅱ和产物Ⅰ的比例
D. 选择相对较短的反应时间，及时分离可获得高产率的产物Ⅰ
12. (2024·南京)臭氧分解过程如图所示。下列说法正确的是( 　　)
A. 催化反应①②均为放热反应
B. 决定O3分解反应速率的是催化反应②
C. E2＋ΔH是催化反应②对应的逆反应的活化能
D. 温度升高，总反应的正反应速率增加，逆反应速率减小
13. (2022·南京、盐城一模) 二维锑片(Sb)是一种新型的CO2电化学还原催化剂。酸性条件下，人工固碳装置中CO2气体在Sb表面发生三种催化竞争反应，其反应历程如图所示(“*”表示吸附态中间体)。下列说法不正确的是( 　　)
A. 生成HCOOH吸收的能量最多
B. 使用Sb改变了反应的路径
C. Sb电极表面生成CO的反应为*CO2＋2e－＋H2O===CO＋2OH－
D. Sb对三种催化竞争反应的选择效果：HCOOH＞H2＞CO
14. (2024·无锡)在催化剂作用下，HCOOH分解生成CO2和H2可能的反应机理如图所示。下列说法不正确的是( 　　)
A. 该反应的ΔS＞0
B. 第一步转化N与H间形成配位键
C. 若用HCOOD催化释氢，反应除生成CO2外，还生成D2
D. 若用HCOOK溶液代替HCOOH最终所得气体中H2的纯度会提高
15. (2024·厦门二模)CH4干法重整中镍基催化剂活性会因积碳反应而降低，同时存在的消碳反应则使积碳碳量减少，其中涉及的相关数据如表。催化剂表面发生的不同积碳反应在不同温度下的质量增量如图。下列说法错误的是(　　)
基元反应 RhNi Rh6Ni
Ea正/(kJ/mol) Ea逆/(kJ/mol) Ea正/(kJ/mol) Ea逆/(kJ/mol)
积碳：C*＋C*===C 65.5 136.8 103.1 109.8
消碳：C*＋O*===CO* 139.7 326.6 117.5 51.0
吸附在催化剂表面上的物种用*标注
A. 一氧化碳歧化反应是放热反应
B. 甲烷裂解是镍基催化剂表面积碳的主要来源
C. C*＋C*C的焓变为－71.3 kJ/mol
D. 由上表判断，催化剂Rh6Ni劣于RhNi
微专题热练10　催化剂与反应历程
1．C　【解析】 由图可知活化能：反应Ⅰ>反应Ⅱ，A错误；能量越低越稳定，产物的稳定性：1－丁烯<2－丁烯，B错误；1－丁烯的能量大于2－丁烯，所以相同条件下完全燃烧放出的热量：1－丁烯>2－丁烯，C正确；活化能：反应Ⅰ>反应Ⅱ，反应Ⅱ反应速率快，选择相对较短的反应时间，及时分离可获得高产率的2－丁烯，D错误。
2．A　【解析】 反应④为HCO＋H＋===CO2↑＋H2O，该反应没有元素的化合价发生变化，不是氧化还原反应，A错误；反应②为·OH＋HCHO―→H2O＋·CHO，该过程中碳氧双键没有断裂，B正确；HCHO中碳原子价层电子对数为3，采取sp2杂化，C正确； 该反应的机理是在MnO2作催化剂的条件下，O2和HCHO反应生成CO2和H2O，则总反应为HCHO＋O2CO2＋H2O，D正确。
3．C　【解析】 光催化剂表面水转化为H＋和·OH，其反应为H2O＋h＋===H＋＋·OH，A正确；·OOH和·CH3反应生成CH3OOH，CH3OOH进一步反应生成HCHO，则CH3OOH是该反应的中间产物，B正确；CH3OOH进一步反应生成HCHO，该过程中氧与氧之间的非极性键发生断裂，但整个过程中没有非极性键的生成，C错误；甲烷制甲醛的化学方程式为CH4＋O2HCHO＋H2O，则每生成30 g HCHO，其物质的量为1 mol，则总反应转移电子数目为4NA，D正确。
4．D　【解析】 该反应的催化剂为 ，不能改变反应的焓变，A错误；苯甲酸会使 转化为苯甲醇，导致催化剂失效，故久置的苯甲醛中含有少量苯甲酸，会减慢该历程反应速率，B错误；合成苯甲酸苯甲酯的总反应式为 ，没有水生成，C错误；该反应没有副产物，只有目标产物，原子利用率为100%，与酯化反应相比，该反应的原子利用率高，D正确。
5．C　【解析】 由图可知两种催化剂均出现4个波峰，所以使用Ⅰ和Ⅱ，反应历程都分4步进行，A正确；该反应是放热反应，所以达平衡时，升高温度平衡向左移动，R的浓度增大，B正确；Ⅰ的最高活化能小于Ⅱ的最高活化能，所以使用Ⅰ时反应速率更快，反应体系更快达到平衡，C错误；在前两个历程中使用Ⅰ，活化能较低，反应速率较快，后两个历程中使用Ⅰ活化能较高，反应速率较慢，所以使用Ⅰ时，反应过程中M所能达到的最高浓度更大，D正确。
6．C　【解析】 该反应为反应物总能量高于生成物总能量的放热反应，A正确；甲酸分解的总反应为HCOOHCO↑＋H2O，则若用D标记甲酸中的羧基氢，最终产物中存在DHO，B正确；途径Ⅱ的反应历程中存在三步反应，中间产物有5种，C错误；途径Ⅱ中氢离子是反应的催化剂，催化剂作用下甲酸分解生成一氧化碳和水，D正确。
7．B　【解析】 转化过程中，H、O的化合价不变，化合价发生改变的元素有C和N，A正确；转化过程的物质中不存在O—N，故没有O—N的生成和断裂，B错误；*NCON*生成得越多，生成的*NNH 越少，则*NCON*的生成可减少副产物NH3的形成，C正确；该过程氮气生成尿素，N元素降低为－3价，有二氧化碳参与反应，根据电荷守恒和元素守恒得总反应为N2＋CO2＋6e－＋6H＋===CO(NH2)2＋H2O，D正确。
8．C　【解析】 一氧化碳催化加氢生成甲醇的反应中有极性键的断裂和生成，A正确；过渡态相对能量的大小顺序为TS55>TS44>TS77，B正确；由反应历程：H2CO*＋H2―→H2CO*＋H可知，物种吸附在催化剂表面过程能量降低，为放热过程，C错误；反应的活化能越大，反应速率越慢，反应决速步为慢反应，由图可知，反应决速步的活化能为0.35 eV—(—0.60 eV)＝0.95 eV，D正确。
9．D　【解析】 反应历程中最慢的一步是整个反应的决速步，结合图示可知，反应①为该反应的决速步，A错误；反应①中断开了酯基的碳氧双键结合18OH－，反应②中断裂出原酯基中的—OR′，反应③转移了氢离子得到醇R′OH，反应④生成羧酸钠没有转移氧原子，若用18OH－进行标记，反应结束后醇中不存在18O，B错误；反应①酯基中的碳原子为sp2杂化，与OH－结合后碳原子为sp3杂化，转化为羧基后变为sp2杂化，故该反应历程中碳原子杂化方式发生了改变，C错误；反应①中OH－攻击电负性较弱且在成键后电子云密度较小的碳原子，D正确。
10．B　【解析】 由反应机理图可知，步骤Ⅰ中甲醛通过甲醛中的氧原子与催化剂中的羟基形成氢键，从而被吸附在催化剂表面的—OH上，A正确；整个过程中只有碳氧键、氢氧键等极性键的形成，没有非极性键的形成，B错误；总反应为HCHO＋O2===CO2 ＋H2O，每生成1 mol CO2转移4 mol电子，C正确；催化剂能降低反应的活化能，加快反应速率，D正确。
11．C　【解析】 反应Ⅱ可由反应Ⅰ＋反应Ⅲ得到，则ΔH2＝ΔH1＋ΔH3，由题意可知ΔH1和ΔH3均小于0，则ΔH1>ΔH2，A正确；由反应产物占比随时间的变化图像可知，反应前期，产物Ⅰ的占比远大于产物Ⅱ，说明反应Ⅰ的反应速率远大于反应Ⅱ，则反应活化能：反应Ⅰ<反应Ⅱ，B正确；温度不变，反应Ⅲ的平衡常数不变，则增加HCl浓度不能增加平衡时产物Ⅱ和产物Ⅰ的比例，C错误；由反应产物的占比随时间的变化图像可知，反应前期，产物Ⅰ的占比远大于产物Ⅱ，则选择相对较短的反应时间，及时分离可获得高产率的产物Ⅰ，D正确。
12．C　【解析】 由图可知，催化反应①为吸热反应，催化反应②为放热反应，A错误；决定O3分解反应速率的是活化能最大的反应，即由催化反应①决定，B错误；催化反应②对应的逆反应的活化能为过渡态能量－生成物能量，则E2＋ΔH是催化反应②对应的逆反应的活化能，C正确；温度升高，总反应的正反应速率增加，逆反应速率增加，D错误。
13．C　【解析】 三种产物中HCOOH的相对能量最大，故吸收的能量最多，A正确；由图可知，催化剂Sb改变了反应的路径，B正确；由图可知，反应条件为酸性，不可能生成OH－，C错误；反应活化能越小，反应越容易进行，根据图中活化能大小可知，Sb对三种催化竞争反应的选择效果为HCOOH>H2>CO，D正确。
14．C　【解析】 根据题意可得总反应为HCOOHCO2↑＋H2O，该反应气体分子数增多的反应，ΔS>0，A正确；N原子含有孤电子对、H＋有空轨道，N与HCOOH电离出的H＋通过配位键结合，B正确；第一步HCOOD电离出D＋与N结合，第二步：HCOO－―→CO2＋H－，第三步D＋、H－反应生成HD，所以HCOOD催化释氢，除生成CO2外，还生成HD，C错误；如果用HCOOK溶液代替HCOOH，HCOOK水解生成了HCOOH，后面的释氢历程不变，且反应生成的KOH能吸收CO2，所以最终所得气体中CO2的量会减少，H2的纯度提高，D正确。
15．D　【解析】 由图可知温度在0～360 ℃内，CO歧化反应生成碳单质的质量随温度升高而降低，可知升高温度，该反应逆向进行，则正反应为放热反应，A正确；在相同温度条件下，甲烷裂解反应生成的碳单质质量高于一氧化碳歧化反应和一氧化碳氧化还原反应生成的碳单质质量，说明甲烷裂解是镍基催化剂表面积碳的主要来源，B正确；C*＋C*C的焓变ΔH＝Ea正－Ea逆＝(65.5－136.8) kJ/mol＝－71.3 kJ/mol，C正确；由表中数据可知，催化剂Rh6Ni积碳反应活化能高于RhNi，而消碳反应活化能低于RhNi，可知Rh6Ni有利于消碳，不利于积碳，则Rh6Ni更有利于CH4重整反应，D错误。微专题热练11　化学反应速率与化学平衡(选择题)
1. (2022·天津卷)向恒温恒容密闭容器中通入2 mol SO2和1 mol O2，反应2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)达到平衡后，再通入一定量O2，达到新平衡时，下列有关判断错误的是( 　　)
A. SO3的平衡浓度增大
B. 反应平衡常数增大
C. 正向反应速率增大
D. SO2的转化总量增大
2. (2024·黑吉辽卷) 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·h)
D. 反应②加入催化剂不改变其平衡转化率
3. (2022·广东卷)恒容密闭容器中，BaSO4(s)＋4H2(g) BaS(s)＋4H2O(g)在不同温度下达平衡时，各组分的物质的量(n)如图所示。下列说法正确的是( 　　)
A. 该反应的ΔH＜0
B. a为n(H2O)随温度的变化曲线
C. 向平衡体系中充入惰性气体，平衡不移动
D. 向平衡体系中加入BaSO4，H2的平衡转化率增大
4. (2024·浙江卷6月)二氧化碳氧化乙烷制备乙烯，主要发生如下两个反应：
Ⅰ.C2H6(g)＋CO2(g) C2H4(g)＋CO(g)＋H2O(g)　ΔH1＞0
Ⅱ.C2H6(g)＋2CO2(g) 4CO(g)＋3H2(g)ΔH2＞0
向容积为10 L的密闭容器中投入2 mol C2H6和3 mol CO2，不同温度下，测得5 min时(反应均未平衡)的相关数据见下表，下列说法不正确的是(　　)
温度/°C 400 500 600
乙烷转化率/% 2.2 9.0 17.8
乙烯选择性/% 92.6 80.0 61.8
注：乙烯选择性＝×100%。
A. 反应活化能：Ⅰ＜Ⅱ
B. 500 ℃时，0～5 min反应Ⅰ的平均速率为v(C2H4)＝2.88×10－3 mol/(L·min)
C. 其他条件不变，平衡后及时移除H2O(g)，可提高乙烯的产率
D. 其他条件不变，增大投料比[]投料，平衡后可提高乙烷转化率
5. (2023·江苏卷)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
CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g) ΔH＝＋41.2 kJ/mol 　
在密闭容器中，1.01×105Pa、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题图所示。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
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
6. (2024·济南期末)一定条件下，HCOOH水溶液在密封石英管中的分解反应如下：
Ⅰ.HCOOHCO＋H2O K1
Ⅱ.HCOOHCO2＋H2 K2
已知H＋仅对反应Ⅰ有催化作用。一定温度下，在密封石英管内完全充满1.0 mol/L HCOOH水溶液，使HCOOH分解，分解产物均完全溶于水。含碳物种浓度与反应时间的变化关系如图所示(忽略碳元素的其他存在形式)。下列说法正确的是( 　　)
A. 反应的活化能：Ⅰ＞Ⅱ
B. 反应的平衡常数：K1＜K2
C. 反应达平衡后，c(CO)＋c(CO2)＝1.0 mol/L
D. 向体系中加入盐酸，CO新的浓度峰值点对应CO2的浓度可能是点a
7. (2024·黄山二模)由γ－羟基丁酸生成γ－丁内酯的反应如下：＋H2O，在298 K下，γ－羟基丁酸水溶液的初始浓度为0.180 mol/L，随着反应的进行，测得γ－丁内酯的浓度随时间变化的数据如下表所示。下列说法错误的是(　　)
t/min 21 50 80 100 120 160 220 ∞
c/(mol/L) 0.024 0.050 0.071 0.081 0.090 0.104 0.116 0.132
A. 其他条件相同时，升高温度，化学反应速率加快
B. 在80～100 min内，以γ－丁内酯的浓度变化表示的反应速率为5.0×10－4 mol/(L·min)
C. 120 min时γ－羟基丁酸的转化率为60%
D. 298 K时该反应的平衡常数K＝2.75
8. (2024·马鞍山三模) 已知：反应Ⅰ.COS(g)＋H2(g)??CO(g)＋H2S(g)；反应Ⅱ.COS(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2S(g)。在恒压条件下，按n(COS)∶n(H2)＝1∶1投料比进行反应，含碳物质的平衡体积分数随温度的变化如图所示。
下列说法正确的是( 　　)
A. 反应Ⅱ高温易自发进行
B. 加入合适的催化剂可使Q点上移
C. 随着温度的升高，COS的转化率减小
D. R点反应Ⅰ的平衡常数K＝1
9. (2024·岳阳二模)二氧化碳加氢制甲醇可以实现温室气体资源化利用，过程中的主要反应为
①CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g) ΔH＝＋41.2 kJ/mol
②CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(g) ΔH＝－99 kJ/mol
密闭容器中，反应物起始物质的量比＝3时，在不同条件下(①温度为250 ℃下压强变化，②压强为5×105Pa下温度变化)达到平衡时CH3OH物质的量分数变化如图所示。下列有关说法正确的是( 　　)
A. 反应CO2(g)＋3H2(g)===CH3OH(g)＋H2O(g)的焓变　ΔH＝＋57.8 kJ/mol
B. 在250 ℃、9×105 Pa条件下，平衡时甲醇的物质的量分数为0.10
C. 当甲醇的物质的量分数为0.03时，CO2的平衡转化率为11.3%
D. 提高CO2转化为CH3OH的平衡转化率，需要研发在高温区的高效催化剂
10. (2024·潍坊一调)CO2－CH4催化重整可获得合成气(CO、H2)。重整过程中主要反应的热化学方程式如下：
反应①：CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g) ΔH＝＋247 kJ/mol
反应②：CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g) ΔH＝＋41 kJ/mol
反应③：CH4(g)===C(s)＋2H2(g) ΔH＝＋75 kJ/mol
反应④：2CO(g)===CO2(g)＋C(s) ΔH＝－172 kJ/mol
研究发现在密闭容器中p＝101 kPa下，n始(CO2)＝n始(CH4)＝0.5 mol ，平衡时各含碳物种的物质的量随温度的变化如图所示。下列说法正确的是( 　　)
A. 图中a表示CH4
B. C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)的ΔH＝－131 kJ/mol
C. 其他条件不变，在500～1 000 ℃范围，随着温度的升高，平衡时n(H2O)不断增大
D．当 n始(CO2)＋n始(CH4)＝1 mol ，其他条件不变时，提高的值，能减少平衡时积碳量
11. (2024·淮北一模)联胺(NH2NH2)与丙酮(CO)在H＋催化下生成CN—NH2的部分反应机理如下，已知：NH2NH2为碱性。下列说法错误的是( 　　)
A. 活化能：Ea①＜Ea②
B. H＋浓度越大反应速率越大
C. 通过分子筛分离水可以增大平衡时CN—NH2的百分含量
D. 总反应为
12. (2024·湖北名校联盟三模)N2O无害化处理的一种方法为2N2O(g)2N2(g)＋O2(g)，在一定容积的密闭容器中发生此反应，若N2O起始浓度为 1 mol/L，其转化率如图所示。下列说法错误的是( 　　)
A. 该反应为吸热反应
B. a点的逆反应速率小于c点的逆反应速率
C. 反应过程中N2的体积分数一定小于
D. a点混合气体的密度与b点的相同
13. (2024·黄冈八模)已知2N2O(g)2N2(g)＋O2(g)的速率方程为v＝k·cn(N2O)(k为速率常数，只与温度、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) 0.100 0.080 c1 0.040 0.020 c2 c3 0
下列说法正确的是( 　　)
A. n＝1，c1＞c2＝c3
B. t＝10 min时，v(N2O)＝2.0×10－3 mol/(L·min)
C. 相同条件下，增大N2O的浓度或催化剂X的表面积，都能加快反应速率
D. 保持其他条件不变，若N2O起始浓度为0.200 mol/L，当浓度减至一半时共耗时不到50 min
微专题热练11　化学反应速率与化学平衡(选择题)
1．B　【解析】 平衡后，再通入一定量O2，平衡正向移动，SO3的平衡浓度增大，A正确；平衡常数是与温度有关的常数，温度不变，平衡常数不变，B错误；通入一定量O2，反应物浓度增大，正向反应速率增大，C正确；通入一定量O2，促进二氧化硫的转化，SO2的转化总量增大，D正确。
2．A　【解析】 根据图像可知3 h后异山梨醇的浓度仍然在升高，说明3 h时反应②并未达到平衡，正、逆反应速率并不相等，A错误；当反应达到平衡状态，山梨醇浓度接近0，说明山梨醇基本可以全部转化为对应产物，而1,4－失水山梨醇并不能全部转化为异山梨醇，说明反应②有一定限度，而反应①进行程度较大，该温度下平衡常数：①>②，B正确；0～3 h异山梨醇浓度变化量为0.042 mol/kg，因此v＝mol/(kg·h)＝0.014 mol/(kg·h)，C正确；催化剂只能改变反应历程，加快反应速率，不影响反应限度，因此催化剂不能改变平衡转化率，D正确。
3．C　【解析】 从图示可以看出，达到平衡后升高温度，氢气的物质的量减少，则平衡正向移动，说明该反应的正反应是吸热反应，即ΔH＞0，A错误；在恒容密闭容器中，随着温度升高，平衡正向移动，水蒸气的物质的量增加，而a曲线表示的是物质的量基本不随温度变化而变化，B错误；在恒容密闭容器中，容器容积固定，向容器中充入惰性气体，没有改变各物质的浓度，平衡不移动，C正确；向平衡体系中加入BaSO4固体，平衡不移动，所以氢气的转化率不变，D错误。
4．D　【解析】 乙烯的选择性高于50%，说明反应Ⅰ的速率大于反应Ⅱ，因此反应活化能：Ⅰ<Ⅱ，A正确；500 ℃时，0～5 min 内生成C2H4的物质的量＝2×9%×80%＝0.144 mol，反应Ⅰ的平均速率v(C2H4)＝ mol/(L·min)＝2.88×10－3mol/(L·min)，B正确；其他条件不变，平衡后及时移除H2O(g)可使反应Ⅰ平衡右移，可提高乙烯的产率，C正确；其他条件不变，增大投料比投料，平衡后乙烷转化率降低，D错误。
5．D　【解析】 将已给的两个热化学方程式标为①、②，根据盖斯定律：①－2×②可知2CO(g)＋2H2(g)===CO2(g)＋CH4(g)　ΔH＝－247.1 kJ/mol，A错误；生成CH4为放热反应，随着温度的升高，平衡左移，CH4的选择性减小，B错误；从图中看出该催化剂催化二氧化碳在400 ℃左右为最佳温度，C错误。
6．B　【解析】 根据图像可知，CO浓度达到最大值时表明反应Ⅰ达平衡，此时二氧化碳浓度未达最大值，即反应Ⅱ尚未达平衡状态，说明反应Ⅰ的反应速率大于反应Ⅱ，即活化能：反应Ⅰ＜反应Ⅱ，A错误；K1＝，K2＝，达到平衡时，二氧化碳浓度远大于一氧化碳，则K1＜K2，B正确；根据碳元素守恒，在密封石英管内完全充满1.0 mol/L HCOOH水溶液，HCOOH发生分解生成CO与CO2，由于过程Ⅰ和Ⅱ均为可逆过程，则有c(HCOOH)＋c(CO)＋c(CO2)＝1.0 mol/L，C错误；H＋仅对反应Ⅰ有催化作用，加快反应Ⅰ的反应速率，缩短到达平衡所需时间，CO浓度峰值提前，由于时间缩短，反应Ⅱ消耗的HCOOH减小，体系中HCOOH浓度增大，导致CO浓度大于t1时刻的峰值，二氧化碳浓度降低，但不为a点，D错误。
7．C　【解析】 其他条件相同时，升高温度，活化分子数增多，化学反应速率加快，A正确；80～100 min内，用γ－丁内酯的浓度变化表示的反应速率为v＝＝5.0×10－4 mol/(L·min)，B正确；120 min时，γ－丁内酯的浓度为0.090 mol/L，则γ－羟基丁酸的浓度变化量为0.090 mol/L，故γ－羟基丁酸转化率为mol/L＝50%，C错误；298 K时，平衡时c(γ－丁内酯)＝0.132 mol/L，平衡时c(γ－羟基丁酸)＝0.180 mol/L－0.132 mol/L＝0.048 mol/L，该反应的平衡常数K＝＝2.75，D正确。
8．D　【解析】 反应中CH3OH的平衡体积分数随着温度升高而减小，说明反应Ⅱ的ΔH<0，ΔS<0，反应在低温下易自发进行，A错误；催化剂可加快反应速率，但不能使平衡发生移动，也不能使Q点上移，B错误；CO的平衡体积分数随着温度升高而升高，说明升高温度反应Ⅰ正向进行，CH3OH的平衡体积分数随着温度升高而减小，说明升高温度反应Ⅱ逆向进行，COS的转化率变化取决于两个反应谁占主导，故随着温度的升高，COS的转化率不一定减小，C错误；恒压条件下，按n(COS)∶n(H2)＝1∶1投料比进行反应，设起始n(COS)＝n(H2)＝1 mol，反应消耗a mol COS，平衡时n(COS)＝n(H2)＝(1－a) mol、n(CO)＝n(H2S)＝a mol、n(总)＝2 mol，R点COS、CO平衡体积分数相等均为25%，可知×100%＝25%，解得a＝，故平衡时 n(COS)＝n(CO)＝n(H2S)＝n(H2)＝ mol，反应Ⅰ的平衡常数K＝＝1，D正确。
9．B　【解析】 根据盖斯定律，①＋②可得：CO2(g)＋3H2(g)===CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH＝－57.8 kJ/mol，A错误；温度不变时，压强增大，反应②正向移动，CH3OH的平衡转化率增大，则向上的曲线为等温线；压强不变时，升高温度，反应②逆向移动，CH3OH的平衡转化率减小，则向下的曲线为等压线，由图可知，在250 ℃、9×105Pa条件下，平衡时甲醇的物质的量分数为0.10，B正确；没有给出指定的温度与压强，不能计算CO2的平衡转化率，C错误；该反应为放热反应，要提高CH3OH的产率，需使平衡正向移动，则反应②应在低温、高压下进行，需要研发在低温区的高效催化剂，D错误。
10．D　【解析】 温度升高，a的物质的量增大，由反应①和③知，温度升高，平衡正向移动，CH4减小，所以a一定不是CH4，A错误；根据盖斯定律，反应－②－④可得：C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)的ΔH＝＋131 kJ/mol，B错误；根据C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)反应为吸热反应，其他条件不变，在500～1 000 ℃范围，随着温度的升高，平衡正向移动，n(H2O)不断减小，C错误；当n始(CO2)＋n始(CH4)＝1 mol，其他条件不变时，提高的值，二氧化碳物质的量增大，甲烷物质的量减小，平衡③④逆向移动，消耗C，能减少平衡时积碳量，D正确。
11．B　【解析】 慢反应活化能大，活化能：Ea①＜Ea②，A正确；②为决速步，NH2NH2是其反应物，已知NH2NH2为碱性，H＋浓度越大，消耗NH2NH2使其浓度降低，则决速步反应速率下降，反应速率慢，B错误；通过分子筛分离水，可以促进反应正向进行，可以增大平衡时CN—NH2的百分含量，C正确；据图可知总反应为，D正确。
12．B　【解析】 N2O在230 ℃时的平衡转化率高于180 ℃时的平衡转化率，所以该反应为吸热反应，A正确；a点与c点转化率相同，反应体系中各物质的浓度相等，但是a点的温度高，所以a点的逆反应速率大于c点的逆反应速率，B错误；若N2O完全转化为N2和O2，则N2的体积分数为，但可逆反应过程中不可能完全转化，所以N2的体积分数一定小于，C正确；恒容体系中的反应，质量守恒，气体密度不变，D正确。
13．B　【解析】 由表中数据可知该反应的速率始终不变，则反应速率与N2O浓度无关，即n＝0，则c1＝0.06＞c2＝c3＝0，A错误；该反应为匀速反应，t＝10 min时，瞬时速率等于平均速率，v(N2O)＝＝2×10－3mol/(L·min)，B正确；速率方程中n＝0，反应速率与N2O的浓度无关，C错误；若起始浓度为0.2 mol/L，当浓度减至一半时所耗时间为＝50 min，D错误。微专题热练12　化学反应原理综合(一)
1. (2024·厦门二检)利用热分解法测定硫酸回收量(以SO2、SO3的硫元素含量计)。有关热化学方程式为
反应Ⅰ：H2SO4(l) SO3(g)＋H2O(g)ΔH1　K1
反应Ⅱ：2SO3(g) 2SO2(g)＋O2(g) ΔH2＝＋196 kJ/mol　K2
(1) 已知反应Ⅲ：2H2SO4(l) 2SO2(g)＋O2(g)＋2H2O(g)ΔH3＝＋550 kJ/mol
则ΔH1＝____________kJ/mol 。
(2) 下列能说明在密闭容器中反应Ⅱ达到平衡状态的有________(填字母)。
A. 2v正(SO3)＝v逆(O2)
B. c(SO2)＝2c(O2)
C. 混合气体平均相对分子质量不再改变
D. O2的体积分数保持不变
(3) 在压强为p的反应体系中对1 g酸渣(含硫酸、沥青质等)进行热分解，平衡时体系中SO2、SO3气体体积分数和热解气体总体积(已折算为标准状况)随温度变化如图。
①K1______K2(选填“＞”或“＜”)，依据是______________________________________。
②结合平衡移动原理分析，SO2气体体积分数随温度变化的原因可能为____________________________________________________________。
2. (2024·黑吉辽卷) 为实现氯资源循环利用，工业上采用RuO2催化氧化法处理HCl废气：2HCl(g)＋O2(g) Cl2(g)＋H2O(g)　ΔH1＝－57.2 kJ/mol　ΔS　K。将HCl和O2分别以不同起始流速通入反应器中，在360 ℃、400 ℃和440 ℃下反应，通过检测流出气成分绘制HCl转化率(α)曲线，如图所示(较低流速下转化率可近似为平衡转化率)。
回答下列问题：
(1) ΔS______0(填“>”或“<”)；T3＝__________℃。
(2) 结合以下信息，可知H2的燃烧热ΔH＝________________kJ/mol 。
H2O(l)===H2O(g) 　ΔH2＝＋44.0 kJ/mol
H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)ΔH3＝－184.6 kJ/mol
(3) 下列措施可提高M点HCl转化率的是________(填字母)
A. 增大HCl的流速
B. 将温度升高40 ℃
C. 增大n(HCl)∶n(O2)
D. 使用更高效的催化剂
(4) 图中较高流速时，α(T3)小于α(T2)和α(T1)，原因是_______________________________________ ________________________________________________________________________________________。
(5) 设N点的转化率为平衡转化率，则该温度下反应的平衡常数K＝______(用平衡物质的量分数代替平衡浓度计算)
(6) 负载在TiO2上的RuO2催化活性高，稳定性强，TiO2和RuO2的晶体结构均可用如图表示，二者晶胞体积近似相等，RuO2与TiO2的密度比为1.66，则Ru的相对原子质量为__________(Ti—48，精确至1)。
3. (2024·泉州质检三)甲烷干重整(DRM)以温室气体CH4和CO2为原料在催化条件下生成合成气CO和H2。体系中发生的反应如下：
ⅰ.CH4(g)＋CO2(g) 2CO(g)＋2H2(g) ΔH1＝＋247 kJ/mol
ⅱ.CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g) ΔH2＝＋41 kJ/mol
ⅲ.CH4(g) C(s)＋2H2(g) ΔH3＝＋74.9 kJ/mol
ⅳ.2CO(g) C(s)＋CO2(g)ΔH4
(1) ΔH4＝________________kJ/mol。
(2) ________(填“高温”或“低温”)有利于反应ⅰ自发进行。
(3) 起始投入CH4和CO2各1 kmol ，DRM反应过程中所有物质在100 kPa下的热力学平衡数据如图1所示。
图1
①950 ℃时，向反应器中充入N2作为稀释气，CH4的平衡转化率________(填“升高”“不变”或“降低”)，理由是_____________________________________________________________________________ _______________________________。
②625 ℃时，起始投入CH4、CO2、H2、CO、H2O各0.5 kmol，此时反应ⅱ的v正______v逆(填“＞”“＝”或“＜”)。
③625 ℃时，反应体系经过t min达到平衡状态，测得甲烷的平衡转化率为α。0～t min生成CO的平均速率为______kmol/min；用物质的量分数表示反应ⅰ的平衡常数Kx＝______
(用含α的表达式表示，列计算式即可)。
(4) CO2在Ni基催化剂表面氢助解离有两种可能路径，图2为不同解离路径的能量变化，其中吸附在催化剂表面上的物种用*标注。
①基态Ni的价层电子排布式为________________。
②写出最有可能发生的“氢助解离”路径的决速步反应化学方程式：______________________________________。
图2
(5) 对催化剂载体CeO2改性，使其形成氧空位，可减少积碳。取干燥CeO2在Ar气条件下加热，热重分析显示样品一直处于质量损失状态；X射线衍射分析结果表明随着温度升高，该晶胞边长变长，但铈离子空间排列没有发生变化[CeO2晶胞结构如图3所示，M(CeO2)＝172 g/mol]。
图3
①加热过程中，Ce4＋被还原为Ce3＋。写出该反应化学方程式：____________________________________。
②已知：失重率＝×100%。加热后，当失重率为2.32%时，每个晶胞拥有的O2－的个数为______。
4. (2024·合肥二模)我国科研人员一直致力于氮氧化物(NOx)治理与消除技术研究，以实现“蓝天保卫战”。回答下列问题：
(1) 三元催化器可以将汽车尾气中的NO(g)和CO(g)转化成两种无污染的气体。
①已知N2(g)＋O2(g)===2NO(g)　ΔH＝＋180.0 kJ/mol，CO燃烧热为283.5 kJ/mol，则2CO(g)＋2NO(g)===2CO2(g)＋N2(g)　ΔH＝____________kJ/mol。
②若在恒温恒容密闭容器中，充入等量的CO和NO发生上述转化反应，以下哪些值不变能说明该反应达到平衡状态________(填字母)。
A. 正反应速率
B. 气体密度
C. 平衡常数
D. 反应物与生成物物质的量之比
(2) NH3催化还原NOx技术(SCR技术)是烟气脱硝中应用最广泛的技术。标准SCR有下列反应：
主反应：4NH3(g)＋4NO(g)＋O2(g) 4N2(g)＋6H2O(g)Kp(1)
副反应：4NH3(g)＋4NO(g)＋3O2(g) 4N2O(g)＋6H2O(g)Kp(2)
①模拟烟气投料比n(NH3)∶n(NO)＝1∶1，不同温度下达平衡时标准SCR实验数据如图1所示(N2的选择性＝×100%)。
图1 图2
300 ℃时NO的转化率最高，此时体系中O2的平衡分压为p，则该温度时主副反应的分压平衡常数之比＝______________(用含有p的式子表示)。
②β－MnO2作催化剂能有效减少副产物N2O的量，其晶胞如图2所示，图中“●”表示______原子，该晶胞密度为______g/cm3(Mn—55，用含有a、b的式子表示)，
(3) 烟气中的NO还可先氧化为NO2，再用碱液吸收。NO在某催化剂表面的氧化机理如下(*为吸附位点，k为速率常数)：
O2(g)＋2*2O*(S1)
NO(g)＋*NO*(S2)
NO(g)＋O*NO(S3)
NONO2(g)＋*(S4)
假设NO、NO2和O均被相同类型的表面位点吸附，其分数覆盖率用θ表示(θ＝，如：θNO)，未被占据的吸附位点记作θv。
①S1的正、逆反应速率方程分别表示为v正＝k1c(O2)θ和v逆＝k′1θ，则S3的正反应速率方程可表示为__________________________。
②某些催化剂反应历程不经过步骤S3，而是通过NO*＋O**＋NO(S5)进行，当温度和NO浓度恒定时，在一定量某催化剂下的NO氧化反应速率与O2浓度的关系如图3所示，则该催化机理符合________(填“S3”或“S5”)，理由是________________________________________________________________ __________________________________________________________________。
图3
微专题热练12　化学反应原理综合(一)
1．(1) ＋177　(2) CD
(3) ①＜　平衡时SO3的体积分数远小于SO2
②温度升高，反应Ⅱ平衡正向移动程度小于酸渣中沥青质分解程度
【解析】 (1)根据盖斯定律，反应Ⅲ＝反应Ⅰ×2＋反应Ⅱ，故ΔH3＝2ΔH1＋ΔH2，所以ΔH1＝×(550－196)kJ/mol＝＋177 kJ/mol。(2)当v正(SO3)＝2v逆(O2)时反应才达到平衡，A错误；SO2与O2均为生成物，c(SO2)＝2c(O2)始终成立，不能说明反应达到平衡，B错误。(3)①由图可知，平衡时SO3的体积分数远小于SO2，说明大多数SO3已分解，故K12．(1) ＜　360　(2) －285.8　(3) BD　(4) 流速过快，反应物分子来不及在催化剂表面接触而发生反应，导致转化率下降，同时，T3温度低，反应速率低，故单位时间内氯化氢的转化率低
(5) 6　(6) 101
【解析】 (1)该反应的反应前气体系数大于反应后气体系数，ΔS<0；根据题意较低流速下的转化率可近似为平衡转化率，因此从图1可以看出，较低流速下，HCl转化率大小为α(T1)<α(T2)<α(T3)，由于反应放热，则升温HCl平衡转化率下降，所以T3为低温，T3＝360 ℃。(2)①2HCl(g)＋O2(g)??H2O(g)＋Cl2(g)　ΔH1＝－57.2 kJ/mol；②H2O(l)===H2O(g)　ΔH2＝＋44.0 kJ/mol；③H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)　ΔH3＝－184.6 kJ/mol；④H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH。则反应④＝反应③＋反应①－反应②，ΔH＝ΔH3＋ΔH1－ΔH2＝(－184.6－57.2－44.0)kJ/mol＝－285.8 kJ/mol。(3)M点为高流速，因此体系中反应并未达到平衡态，对应的HCl转化率为一段时间内的转化率，因此可以通过增大反应速率来提高M点HCl的转化率，B、D正确，从图中可看出增大流速，HCl转化率会下降，A错误，增大比例时，HCl的转化率下降，C错误。(4)高流速下反应未达到平衡态，因此HCl的转化率与反应速率有关，T3为360 ℃，其他条件相同的情况下，温度越低，反应速率越慢，因此α(T3)小于α(T2)和α(T1)。(5)N点时HCl和O2比例为4∶4，HCl转化率为80%，可列式：
　　　　　2HCl(g)＋O2(g) H2O(g)＋Cl2(g)
起始/mol 4 4 0 0
转化/mol 3.2 0.8 1.6 1.6
平衡/mol 0.8 3.2 1.6 1.6
n总＝(0.8＋3.2＋1.6＋1.6)mol＝7.2 mol，K＝＝6。(6) ＝，由于两种晶胞的体积近似相等，因此＝＝1.66，根据晶胞结构可知小球共2个，大球共4个，所以1个晶胞含有2个TiO2或RuO2，因此＝＝，则MRu≈101。
3．(1) －172.1　(2) 高温　(3) ① 升高　950 ℃时，体系中只有反应ⅰ，该反应为体积增大的反应，恒压条件充入氮气，平衡正向移动，CH4转化率升高　② ＜　③ 　　(4) ① 3d84s2　② *OOCH===CO(g)＋*OH
(5) ① 4CeO22Ce2O3＋O2↑　　② 7
【解析】 (1) 由盖斯定律，反应ⅳ＝反应ⅲ－反应ⅰ，所以ΔH4＝(＋74.9－247)kJ/mol＝－172.1 kJ/mol。(2) 反应ⅰ的ΔH＞0、ΔS＞0，由ΔG＝ΔH－TΔS<0，可知高温有利于反应自发进行。(3) ②625 ℃时，起始投入CH4、CO2、H2、CO、H2O各0.5 kmol，此时Qc＝＝1，由图1可知，平衡时n(CO)＝n(CO2)＝n(H2O)＜n(H2)，即平衡常数K＜1，所以此时Qc＞K，平衡逆向进行，所以反应ⅱ的v正＜v逆。③由图1可知，625 ℃平衡时n(CO)＝0.5 kmol，所以0～t min 生成CO的平均速率为＝kmol/min，由图1可知，625 ℃平衡时n(CO)＝ n(CO2)＝n(H2O)＝0.5 kmol，由反应的化学计量数可知，反应ⅰ和反应ⅲ生成的氢气的物质的量为消耗的甲烷的2倍，反应ⅱ消耗氢气的物质的量与生成的水的物质的量相等，所以平衡时n(H2)＝(2a－0.5)kmol＝kmol，n(CH4)＝(1－a)kmol，即平衡时气体总物质的量为(2α－0.5＋1－α＋0.5＋0.5＋0.5)kmol ＝(2＋a)kmol，所以平衡常数Kx＝。(4) ②活化能大的反应速度慢，速率慢的反应为决速步，由图2可知最有可能发生的“氢助解离”路径的决速步反应化学方程式为*OOCH===CO(g)＋*OH。(5) ②一个晶胞中Ce4＋个数为8×＋6×＝4、O2－个数为8,1 mol CeO2质量为172 g，加热后当失重率为2.32%时，损失的质量为氧元素的质量，即172 g×2.32%＝4 g，n(O)＝0.25 mol，一个晶胞中4个Ce4＋、8个O2－，失去O2－的个数为0.25×4＝1，每个晶胞拥有的O2－的个数为8－1＝7。
4．(1) ①－747　②AD　(2) ①256p2　②锰　
(3) ①v＝k3c(NO)θO　②S5　从S5可以看出，v由NO和O的吸附量共同决定，二者的吸附竞争，当氧浓度过大导致氧吸附量增多，使得NO的吸附量减少，故v不升反降
【解析】 (1) ①N2(g)＋O2(g)===2NO(g)　ΔH＝＋180.0 kJ/mol，CO(g)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝－283.0 kJ/mol，由盖斯定律，目标反应式＝②×2－①，ΔH＝2ΔH2－ΔH1＝[2×(－283.5)－180]kJ/mol ＝－747 kJ/mol。②恒温恒容下，容器容积不变，反应前后气体总质量不变，故混合气体的密度始终不变，不能说明反应达到平衡，B错误；温度不变平衡常数始终不变，不能说明反应已达平衡，C错误。(2) ①假设初始时NH3和NO均为1 mol,300 ℃时NO转化率最高，NO的平衡转化率是50%，N2的选择性为80%，消耗的NO为0.5 mol，生成的N2为0.4 mol，则NH3的平衡转化率为50%，消耗NH3的物质的量为0.5 mol，由N原子守恒，N2O的物质的量为×(0.5＋0.5－0.4×2)＝0.1 mol，＝＝，＝，则＝·p2(O2)＝＝256p2。②由晶胞图知，黑球位于顶点和体心，共有2个，白球位于面上和体内，共有4个，由化学式可知，黑球为锰原子，白球为氧原子；密度为ρ＝＝g/cm3＝g/cm3。微专题热练13　化学反应原理综合(二)
1. (2024·芜湖二模)丙烯是生产塑料、橡胶和纤维三大合成材料的重要基础化工原料。
(1) 丙烷经催化脱氢可制丙烯：C3H8(g) C3H6(g)＋H2(g)　ΔH1＝＋124 kJ/mol ，该反应自发进行的条件是________。下列措施既能提高反应物C3H8的平衡转化率，又能增大生成C3H6的反应速率的是______(填字母)。
A. 升高温度
B. 增大压强
C. 加入催化剂
D. 恒容条件增加C3H8的量
(2) 已知丙烷和丙烯的燃烧热分别为2 220 kJ/mol 和2 058 kJ/mol ，则丙烷氧化脱氢反应：C3H8(g)＋O2(g)===C3H6(g)＋H2O(g)　ΔH2______(填“＞”“＜”或“＝”)－162 kJ/mol。
(3) 温度一定时，假定体系内只有反应C3H8(g) C3H6(g)＋H2(g)发生，反应过程中压强恒定为p0 kPa(即C3H8的初始压强)，平衡转化率为α，该反应的平衡常数Kp为__________kPa(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)。
(4) 在上述体系中压强恒定为xp0 kPa和p0 kPa下，丙烷平衡转化率与温度的关系如图1所示。
图1
根据图中数据可得x＝__________(已知：x＜1。计算结果保留一位小数)。
(5) 在催化剂条件下，向恒温恒容的C3H8平衡体系中通入不同量的CO2。
已知：CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)
经相同时间，体系中C3H6、CO和H2浓度随初始通入CO2量的关系如图2。由图可知，其中曲线b代表的产物是________，理由是______________________________________________________________ ________________________________________________________________________________。
图2
4·龙岩5月质检)丙烯腈()是合成橡胶及合成树脂等工业中的重要原料，以 为原料合成丙烯腈的反应过程如下：
反应Ⅰ：
反应Ⅱ：
科学家通过DFT计算得出反应Ⅱ的历程包含p、q两步，其中p步反应的化学方程式为。
已知：部分化学键键能如表所示：
化学键 键能/(kJ/mol) 化学键 键能/(kJ/mol)
C—H 413 C===C 615
O—H 463 C—O 351
N—H 389 C===O 745
C—C 348 C≡N 891
C—N 305
(1) q步反应的热化学方程式为____________。
(2) 在盛有催化剂TiO2、压强为200 kPa的恒压密闭容器中按体积比2∶15充入和NH3发生反应，通过实验测得平衡体系中含碳物质(乙醇除外)的物质的量分数随温度的变化如图所示。
①ΔH1______0(填“＞”“＜”)。
②含碳物质检测过程中，未检测出，反应活化能相对大小应为p______(填“＞”或“＜”)q。
③M点时，体系中H2O(g)的体积分数为______________(保留三位有效数字)。
④N点时，反应Ⅱ的压强平衡常数Kp＝____________kPa(保留三位有效数字)；150～350 ℃范围内，物质的量分数表示的平衡常数Kx的相对大小：反应Ⅰ______(填“＞”“＜”或“＝”)反应Ⅱ。
⑤上述条件下丙烯腈的平衡产率不高，实际生产中会向反应器中再充入一定量N2(不参与反应)，请解释该操作的目的并说明理由：______________________________________________________。
3. (2024·岳阳三模)2024年上海国际碳中和技术博览会以“中和科技、碳素未来”为主题，重点聚焦二氧化碳的捕捉、利用与封存(CCUS)等问题。回答下列问题：
Ⅰ.CO2是典型的温室气体，Sabatier反应可实现CO2转化为甲烷，实现CO2的资源化利用。合成CH4过程中涉及如下反应：
甲烷化反应(主反应)：①CO2(g)＋4H2(g) CH4(g)＋2H2O(g) ΔH1＝－164.7 kJ/mol
逆变换反应(副反应)：②CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g) ΔH2＝＋41.1 kJ/mol
(1) 反应③2CO(g)＋2H2(g) CO2(g)＋CH4(g) ΔH＝______________________________，该反应在________(填“高温”“低温”或“任何温度”)下能自发进行。
(2) 下列叙述能说明反应①达到平衡状态的是________(填字母)。
A. 断裂4 mol C—H的同时断裂1 mol C===O
B. 恒温恒容条件下，体系压强不再变化
C. 恒温恒容条件下，气体的密度不再变化
D. v正(CO2)＝v逆(H2O)
E. 绝热恒容条件下，不再变化
(3) 科研小组按＝进行投料，下面探究影响CH4选择性的一些因素。
①若在恒容容器中进行反应(初始压强为0.1 MPa)，平衡时各气体的物质的量分数随温度变化的曲线如图所示。图中表示H2O(g)的物质的量分数随温度变化的曲线是__________(填“曲线1”“曲线2”或“曲线3”)。曲线1和曲线3交叉点处CO2的平衡分压为______________(该空忽略副反应逆变换反应)。
②积碳会使催化剂的活性降低，从而影响甲烷的选择性，各积碳反应的平衡常数与温度关系如下表所示：
温度/℃ K1 K2 K3
800 21.60 0.136 0.133
850 33.94 0.058 0.067
900 51.38 0.027 0.036
反应a：CH4(g) C(s)＋2H2(g) K1
反应b：2CO(g) C(s)＋CO2(g) K2
反应c：CO(g)＋H2(g) C(s)＋H2O(g) K3
由表中数据可知，积碳反应主要由反应______引起(填“a”“b”或“c”)。
Ⅱ.完成下列问题
(4) 一定条件下，向4 L恒容密闭容器中充入2 mol CO2和6 mol H2，发生反应CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)。已知容器内起始压强为240 kPa，反应达平衡时容器内压强为150 kPa，该温度下反应的标准平衡常数Kθ＝________________{该反应标准平衡常数的表达式为Kθ＝，其中p为分压，分压＝总压×物质的量分数，pθ＝100 kPa}。
4. (2024·青岛三模)丙醛是一种重要的有机原料，在许多领域都有广泛的应用。在铑催化剂作用下，乙烯羰基合成丙醛涉及的反应如下：
主反应Ⅰ.C2H4(g)＋H2(g)＋CO(g) CH3CH2CHO(g)ΔH1
副反应Ⅱ.C2H4(g)＋H2(g) C2H6(g)ΔH2
图1
(1) ΔH1______0(填“＞”或“＜”)。
(2) 保持温度不变，在恒容反应器中，按照n(C2H4)∶n(CO)∶n(H2)＝1∶2∶1投料，发生反应Ⅰ和Ⅱ，初始压强为4p kPa，反应t min达到平衡，平衡时C2H4的转化率为80%，C2H6的选择性为25%，则H2的转化率为________%，v(CO)＝______kPa/min，反应Ⅰ的Kp＝______kPa－2[用含p的代数式表示，C2H6的选择性＝]。
(3) 在装有相同催化剂的相同恒压容器中，按 n(C2H4)∶n(CO)∶n(H2)＝1∶2∶1投料，发生反应Ⅰ和Ⅱ，相同时间内，测得不同温度下C2H4的转化率(α)如图2所示。
图2
B、D两点的平均反应速率v(B)______(填“＞”“＝”“＜”)v(　　)，产生这一结果的原因可能是______________________________________________________________________________________。
(4) T ℃时，向恒温恒容的甲容器中，通入1 mol C2H4、1 mol CO和2 mol H2；向绝热恒容的乙容器中通入1 mol C2H4、1 mol CO、2 mol H2，若只发生上述反应Ⅰ。则甲、乙容器中C2H4的平衡转化率α甲______α乙(填“＞”“＜”或“＝”)，理由是________________________________________________ ____________________________________。
微专题热练13　化学反应原理综合(二)
1．(1) 高温　a　(2) ＞　(3) p0　(4) 0.1　(5) H2　由起点可知a、b两线为C3H6和H2，加入CO2后，因发生反应：CO2＋H2CO＋H2O，H2浓度比C3H6浓度越来越低，所以b为H2
【解析】 (1) 该反应为吸热的熵增反应，在高温条件下自发。升高温度，化学反应速率增大，平衡正向移动，能提高C3H8的平衡转化率，A正确；增大压强，化学反应速率增大，平衡逆向移动，C3H8的平衡转化率降低，B错误；加入催化剂，化学反应速率增大，C3H8的平衡转化率不变，C错误；恒容条件增加C3H8的量，化学反应速率增大，C3H8的平衡转化率减小，D错误。(2) 丙烷燃烧热的热化学方程式为①C3H8(g)＋5O2(g)===3CO2(g)＋4H2O(l)　ΔH3＝－2 220 kJ/mol，丙烯燃烧热的热化学方程式为②C3H6(g)＋O2(g)===3CO2(g)＋3H2O(l)　ΔH4＝－2 058 kJ/mol，根据盖斯定律，①－②得C3H8(g)＋O2(g)===C3H6(g)＋H2O(l)　ΔH＝(－2 220＋2 058)＝－162 kJ/mol，由于生成液态水放热更多，所以ΔH2＞－162 kJ/mol。(3) 假设起始时C3H8的物质的量为1 mol，则转化的C3H8为α mol，生成的C3H6、H2各为α mol，平衡时C3H8、C3H6、H2分别为(1－α) mol、α mol、α mol，则p(C3H6)＝p(H2)＝p0 kPa，p(C3H8)＝p0 kPa，Kp＝＝p0。(4) 该反应正向为气体体积增大的方向，加压平衡逆向移动，根据x＜1，则p0的压强更大，转化率更小，为40%，xp0的转化率为80%，根据温度不变，平衡常数不变，代入p0，可得xp0＝p0，x≈0.1。
2．(1)
(2) ①＞　②＜　③12.4%　④2.14　＞　⑤提高丙烯腈的平衡转化率，因为恒压下充入N2，反应Ⅱ中各物质分压减小，平衡正向移动
【解析】 (1) 反应热＝反应物键能总和－生成物键能总和可知，ΔH＝(8×413＋615＋2×351＋2×348＋745＋3×389)kJ/mol －(8×413＋615＋2×348＋745＋305＋2×389＋351＋463)kJ/mol ＝－28 kJ/mol 。(2) ①由图知，在200 ℃之前，平衡体系中物质的量分数几乎不变，即反应Ⅱ反应程度变化不大，平衡体系中的物质的量分数随温度的升高而逐渐增大，的物质的量分数随温度的升高而逐渐减小，则说明反应Ⅰ平衡正向移动，即反应Ⅰ为吸热反应，ΔH1＞0。②反应Ⅱ的历程包含p、q两步，含碳物质检测过程中，未检测出，说明生成该物质的速率慢，消耗该物质的速率快，即其中q步为决速步骤，该步骤活化能较大，p步活化能＜q步活化能。③设初始投入物质的量为2 mol，NH3物质的量为15 mol，M点平衡体系中的含碳物质的物质的量分数为80%，几乎为0，则反应Ⅰ生成的H2O(g)物质的量为2 mol，根据三段式分析：
则×100%＝80%，解得x＝0.4 mol，平衡体系中H2O(g)的体积分数＝×100%≈12.4%。④N点平衡体系中与的含碳物质的物质的量分数均为50%，几乎为0，利用三段式分析：
则则×100%＝50%，解得y＝1 mol，平衡体系中与的物质的量均为1 mol，NH3的物质的量为14 mol，H2O(g)的物质的量为3 mol，的物质的量为1 mol，气体总物质的量为20 mol，反应Ⅱ的压强平衡常数Kp＝≈2.14 kPa。⑤由温度升高，的含碳物质的物质的量分数增大，反应Ⅱ平衡正移，可知反应Ⅰ为吸热反应，反应Ⅱ为吸热反应，在200 ℃之前，平衡体系中物质的量分数几乎不变，即反应Ⅱ反应程度小，平衡常数Kx小，含碳物质的物质的量分数较大，反应Ⅰ反应程度大，平衡常数Kx大于反应Ⅱ平衡常数Kx，且随温度升高到一定温度，几乎为0，则平衡常数Kx＞105，反应Ⅱ随温度升高，平衡常数Kx增大，但仍小于反应Ⅰ平衡常数Kx，则反应Ⅰ平衡常数Kx＞反应Ⅱ平衡常数Kx；再充入一定量N2，总压不变情况下，各物质的分压减小，相当于减小压强，则反应Ⅱ平衡正向移动，提高丙烯腈的平衡转化率。
3．(1) －246.9 kJ/mol　低温　(2) BE　(3) ①曲线2　0.004　②a　(4) 或14.8
【解析】 (1) 由盖斯定律可知，①－2×②可得反应③，ΔH3＝ΔH1－2ΔH2＝(－164.7－2×41.1) kJ/mol＝－246.9 kJ/mol，该反应是气体体积减小的反应，ΔS＜0，当ΔH—TΔS＜0时反应能自发进行，则该反应在低温下能自发进行。(2) 断裂4 mol C—H的同时断裂1 mol C===O，不能说明正、逆反应速率相等，不能说明反应达到平衡，A错误；该反应是气体体积减小的反应，反应过程中气体压强减小，恒温恒容条件下，体系压强不再变化时，说明反应达到平衡，B正确；恒温恒容条件下，该反应过程中气体总质量不变，气体的密度是定值，当气体密度不再变化时，不能说明反应达到平衡，C错误；v正(CO2)＝v逆(H2O)不能说明正、逆反应速率相等，不能说明反应达到平衡，D错误；绝热恒容条件下，该反应是放热反应，反应过程中温度上升，K＝减小，当不再变化时，反应达到平衡，E正确。(3) ①结合图中CO2的变化曲线可知，温度较低时(大约在600 ℃以下)，甲烷化反应的逆反应占主导地位，且随着温度的升高，甲烷化反应的化学平衡逆向移动，CO2的含量逐渐增大，则H2的含量也逐渐增大，CH4和H2O(g)的含量逐渐减小[此阶段≈]，故曲线1是CH4的变化曲线：曲线2是H2O(g)的变化曲线；曲线3是H2的变化曲线，温度较高时(大约在650 ℃以上)，逆变换反应的正反应占主导地位，且随着温度的升高，H2的含量逐渐减小；设起始时n(H2)＝4 mol，n(CO2)＝1 mol，达到平衡时消耗CO2为x mol，列三段式：
　　　　　CO2(g)＋4H2(g) CH4(g)＋2H2O(g)
起始/mol　　　1 　 4 　0 　0
变化/mol　　　x 　 4x 　x 　 2x
平衡/mol　　　1－x 4－4x 　x 　 2x
曲线1和曲线3交叉点处，n(H2)＝n(CH4)，4－4x＝x，解得x＝0.8；平衡后混合气体的总物质的量＝0.2 mol ＋0.8 mol ＋0.8 mol ＋1.6 mol ＝3.4 mol，在温度和容器的体积一定时，＝，则＝，解得p(平衡)＝0.068 MPa，故曲线1和曲线3交叉点处CO2的平衡分压：p(CO2)＝0.068 MPa×＝0.004 MPa。②相同温度下，反应CH4(g)??C(s)＋2H2(g)的平衡常数最大，平衡常数越大，反应进行的程度越大，故积碳反应主要由该反应造成。(4) 根据已知条件列出三段式可知，
　　　　　　　CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)
起始/mol 2 6 0 0
变化/mol x 3x x x
平衡/mol 2－x 6－3x x x
已知容器内起始压强为240 kPa，反应达平衡时容器内压强为150 kPa，则＝，x＝1.5 mol，则p(CH3OH)＝×150 kPa＝45 kPa、p(H2O)＝×150 kPa＝45 kPa、p(H2)＝×150 kPa＝45 kPa、p(CO2)＝×150 kPa＝15 kPa，Kθ＝＝＝或14.8。
4．(1) ＜　(2) 80　　　(3) ＞　温度升高，催化剂活性降低，且催化剂对化学反应速率的影响大于温度对化学反应速率的影响　(4) ＞　反应Ⅰ为放热反应，由甲到乙相当于升高温度，平衡逆向移动，C2H4的平衡转化率降低
【解析】 (1) 反应Ⅰ的ΔS＜0，反应能自发进行，所以ΔH1＜0。(2) 设n(C2H4)、n(CO)、n(H2)物质的量分别为1 mol、2 mol、1 mol，达到平衡时C2H4的转化率为80%，即反应消耗C2H4物质的量为0.8 mol，C2H6的选择性为25%，则生成的C2H6为0.8 mol ×25%＝0.2 mol，则反应Ⅱ消耗的H2为0.2 mol，消耗的C2H4有0.2 mol，反应Ⅰ消耗的C2H4为0.6 mol，消耗的H2为0.6 mol，共消耗H2物质的量为0.8 mol，H2的转化率为80%；反应初始气体总物质的量为4 mol，初始总压强为4p kPa，CO初始分压p kPa，反应Ⅰ消耗CO为0.6 mol，即压强变化0.6p kPa，反应速率为；利用三步计算法可知：平衡时，n(C2H4)＝0.2 mol，n(H2)＝0.2 mol，n(CO)＝1.4 mol，n(C2H6)＝0.2 mol，n(CH3CH2CHO)＝0.6 mol，气体总物质的量为2.6 mol，初始时气体总物质的量为4 mol，总压为4p kPa，则平衡时各物质分压为p(C2H4)＝0.2p kPa，p(H2)＝0.2p kPa，p(CO)＝1.4p kPa，p(C2H6)＝0.2p kPa，p(CH3CH2CHO)＝0.6p kPa，Kp＝＝。

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