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专题突破练十　化学反应速率与化学平衡(B)
一、选择题
1.燃油汽车尾气中含有NO和CO等有毒气体,某研究小组用新型催化剂对NO、CO在不同条件下的催化转化进行研究,反应原理为2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)　ΔH<0。在密闭容器中充入2 mol NO和2 mol CO,平衡时NO的体积分数随温度、压强的变化关系如图。下列说法正确的是(　　)。
A.a点CO的平衡转化率为25%
B.c点和b点的反应速率可能相同
C.若在e点扩大容器容积并加热,可能达到c点状态
D.恒温恒压条件下,向d点平衡体系中再充入2 mol NO和2 mol CO,重新达到平衡后,与d点状态相比,NO的体积分数将增大
2.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
3.CH4和CO2联合重整能减少温室气体的排放。其主要反应:
①CH4(g)+CO2(g)2H2(g)+2CO(g)
②H2(g)+CO2(g)H2O(g)+CO(g)
其他条件相同时,投料比n(CH4)∶n(CO2)为1∶1.3,不同温度下反应的结果如图所示。
下列说法不正确的是(　　)。
A.550~600 ℃,升温更有利于反应①,反应①先达到平衡
B.n(H2)∶n(CO)始终低于1.0,与反应②有关
C.加压有利于增大CH4和CO2反应的速率但不利于提高二者的平衡转化率
D.若不考虑其他副反应,体系中存在:
4[c(CH4)+c(CO)+c(CO2)]=
2.3[4c(CH4)+2c(H2)+2c(H2O)]
二、非选择题
4.汽车尾气中氮氧化物的排放与雾霾天气的产生密切相关,对其进行无害化处理是化学工作者研究的重要课题。
(1)利用反应2CO(g)+2NO(g)2CO2(g)+N2(g)　ΔH<0,可实现汽车尾气的无害化处理。一定条件下进行该反应,测得CO的平衡转化率与温度、起始投料比m[m=]的关系如图所示。
①投料比m1、m2、m3从大到小的顺序为　　　　　　　　　　。
②随着温度的升高,不同投料比下CO平衡转化率趋于相近的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)我国学者研究了均相 NO-CO的反应过程,反应路径中每一阶段内各驻点的能量均为相对于此阶段内反应物能量的能量之差,TS代表过渡态,反应过程中的复杂中间产物直接用IM表示。
①2CO(g)+2NO(g)2CO2(g)+N2(g)　ΔH=　　　　　　　　。
②整个反应分为三个基元反应阶段,总反应速率由第　　　　(填“一”“二”或“三”)阶段反应决定。
(3)若反应2CO(g)+2NO(g)2CO2(g)+N2(g)的正、逆反应速率可分别表示为v正=k正·c2(NO)·c2(CO);v逆=k逆·c(N2)·c2(CO2),k正、k逆分别为正、逆反应速率常数。一定温度下,在容积为1 L的恒容密闭容器中加入5 mol NO和5 mol CO发生上述反应,测得CO和CO2的物质的量浓度随时间的变化如图所示。
①M点时,v正∶v逆=　　　　。
②测得平衡时体系压强为p,Kp为用气体分压表示的平衡常数,分压=总压×物质的量分数,则平衡常数Kp=　　　　。(用含p的式子表示)
③达平衡后,若改变下列条件,既能增大反应速率又能提高NO的转化率的是　　　　。
A.分离出部分N2
B.恒容时,再加入5 mol NO、5 mol CO
C.压缩容器容积增大压强
D.降低温度
5.含NO的烟气需要处理后才能排放。
(1)氢气催化还原含NO的烟气,发生脱硝反应:2NO(g)+2H2(g)N2(g)+2H2O(g)　ΔH=-605 kJ·mol-1。一定条件下,通入H2的体积分数对该反应平衡时含氮物质的体积分数的影响如图所示:
①随着H2体积分数增加,NO中氮元素被还原的价态逐渐降低。当H2的体积分数在0.5×10-3~0.75×10-3时,NO的转化率基本为100%,而N2和NH3的体积分数仍呈增加趋势,其可能原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
②已知:Ⅰ.4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)　ΔH=-1 025 kJ·mol-1
Ⅱ.2H2(g)+O2(g)2H2O(g)　ΔH=-484 kJ·mol-1
图中N2减少的原因是N2与H2反应生成NH3,写出该反应的热化学方程式: 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)某科研小组研究了NO与H2反应生成N2和NH3的转化过程。在起始温度为400 ℃时,将n(NO)∶n(H2)=1∶2通入甲、乙两个恒容密闭容器中,甲为绝热过程、乙为恒温过程,两反应体系的压强随时间的变化曲线如图所示。
①曲线X是　　　(填“甲”或“乙”)容器。
②a点在曲线X上,则a点　　　　　(填“可能”或“不可能”)是平衡点。
③曲线Y的容器中反应达到平衡时NO的转化率为60%,从开始到平衡点Z时用分压表示的H2消耗速率是　　　　 kPa·min-1。400 ℃时,脱硝反应的压强平衡常数Kp=　　　　　(结果保留两位有效数字,Kp为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.(2025广东卷节选)钛单质及其化合物在航空、航天、催化等领域应用广泛。
(1)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。
(2)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-1
(c) Ti(s)+3TiCl4(g)4TiCl3(g) +132.4 kJ·mol-1
(d) TiCl3(g)TiCl3(s) ΔH2
①ΔH1=　　　　　 kJ·mol-1。
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)。
(3)钛基催化剂可以催化储氢物质肼(N2H4)的分解反应:
(e)N2H4N2+2H2
(f)3N2H4N2+4NH3
为研究某钛基催化剂对上述反应的影响,以肼的水溶液为原料(含N2H4的物质的量为n0)进行实验,得到随时间t变化的曲线如图。其中,n1为H2与N2的物质的量之和;n2为剩余N2H4的物质的量。设ne为0~t时间段内反应(e)消耗N2H4的物质的量,该时间段内,本体系中催化剂的选择性用×100%表示。
①0~t0 min内,N2H4的转化率为　　　　　　　(用含y2的代数式表示)。
②0~t0 min内,催化剂的选择性为　　　　　　　　　　(用含y1与y2的代数式表示,写出推导过程)。
7.我国提出“CO2排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和”。研发CO2的利用技术,降低空气中CO2的含量是实现该目标的重要途径。
(1)下面是用H2捕捉CO2时发生的两个反应:
Ⅰ.CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)　ΔH1
Ⅱ.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH2
①反应Ⅰ、Ⅱ的ln K随的变化如图所示,则ΔH1　　　　　(填“>”“<”或“=”)0;有利于该反应自发进行的温度是　　　　　(填“高温”或“低温”)。
②将一定量的CO2和H2的混合气体充入密闭容器中,c(CO2)、v正(CO2)与温度的关系如下图所示,400 ℃之后c(CO2)降低的原因是　　　　　　　　　　,而速率仍然增大的原因可能是　　　　　　　　　　。
③220 ℃时,将4 mol H2与1 mol CO2的混合气体充入2 L反应器中,10 min后体系达到平衡,CO2的转化率为80%,CH4的选择性为33.3%,则生成的CH4平均速率为　　　　　 (保留两位有效数字)[已知:CH4的选择性=×100%]。
(2)利用化学链将高炉废气中的CO2转化为CO的示意图如下。
此过程中可循环利用的物质有　　　,该化学链的总反应是　 　。
参考答案
1.A　解析:反应为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,NO的体积分数增大,则温度T1>T2。a点NO体积分数为40%;
　　 　2NO(g) + 2CO(g) N2(g) + 2CO2(g)
起始/mol 2 2 0 0
转化/mol 2x 2x x 2x
平衡/mol 2-2x 2-2x x 2x
则总的物质的量为(4-x) mol,×100%=40%,x=0.25,则CO的平衡转化率为×100%=25%,A项正确;b点温度高且压强大,则b点的反应速率大于c点,B项错误;结合分析可知,e点温度高于c点,则e点加热不会达到c点,C项错误;恒温恒压条件下,向d点平衡体系中再充入2 mol NO和2 mol CO,重新达到平衡后,新平衡与原有平衡为等效平衡,NO的体积分数不会增大,D项错误。
2.A　解析:由题干结合图像可知,3 h时山梨醇的浓度基本为零,1,4-失水山梨醇的浓度先增加后减少,异山梨醇的浓度逐渐增加,在15 h时基本不变,反应达到平衡。3 h后,各物质的浓度还在变化,反应②未达平衡,正、逆反应速率不相等,A项错误;由图可知,反应①中的反应物山梨醇最终几乎完全消耗,所以反应①的平衡常数K1接近无穷大,而反应②中的反应物最终还有,故反应②的平衡常数K23.A　解析:这两个反应同时发生,反应②会破坏反应①的平衡,所以两个反应应该同时达到平衡,A项错误。若反应②不存在,则n(H2)∶n(CO)始终为1.0,所以n(H2)∶n(CO)低于1.0与反应②有关,B项正确。加压可以增大反应速率,但是反应①中生成物的化学计量数大于反应物的化学计量数,因此加压会导致反应①的平衡左移,转化率降低,C项正确。设初始n(CH4)=x mol,则有初始n(CO2)=1.3x mol,再设反应①有y mol CH4转化成了H2和CO,反应②有z mol H2转化成了H2O,最终整个体系体积为V L,则该系统中有n(CH4)=(x-y) mol,n(CO2)=(1.3x-y-z) mol,n(H2)=(2y-z) mol,n(CO)=(2y+z) mol,n(H2O)=z mol。4[c(CH4)+c(CO)+c(CO2)]=4×,2.3[4c(CH4)+2c(H2)+2c(H2O)] =2.3×,所以不考虑其他副反应,体系中存在4[c(CH4)+c(CO)+c(CO2)]=2.3[4c(CH4)+2c(H2)+2c(H2O)],D项正确。
4.答案 (1)①m1>m2>m3　②温度较高时,温度变化对平衡移动的影响大于浓度变化对平衡移动的影响
(2)①-621.9 kJ·mol-1　②一
(3)①160　②　③BC
解析:(1)①m=,增大NO的量,平衡向正反应方向移动,可增大CO的转化率,则投料比m1、m2、m3从大到小的顺序为m1>m2>m3;
②随着温度的升高,不同投料比下CO平衡转化率趋于相近的原因是温度较高时,温度变化对平衡移动的影响大于浓度变化对平衡移动的影响。
(2)①整个反应分为三个基元反应阶段,Ⅰ.NO(g)+NO(g)(g)　ΔH=+199.2 kJ·mol-1;Ⅱ.(g)+CO(g)CO2(g)+N2O(g)　ΔH=-513.5 kJ·mol-1;Ⅲ.CO2(g)+N2O(g)+CO(g)2CO2(g)+N2(g)　ΔH=-307.6 kJ·mol-1;由盖斯定律可知,由Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ可得2CO(g)+2NO(g)2CO2(g)+N2(g)　ΔH=+199.2 kJ·mol-1+(-513.5 kJ·mol-1)+(-307.6 kJ·mol-1)=-621.9 kJ·mol-1;
②由于反应Ⅰ所需活化能最高,则总反应速率由第一阶段反应决定。
(3)①由图可知,平衡时,CO的物质的量浓度为1 mol·L-1,CO2的物质的量浓度为4 mol·L-1,可列出平衡时的三段式:
　　 2CO(g) + 2NO(g) 2CO2(g) + N2(g)
5 5 0 0
4 4 4 2
1 1 4 2
K==32,平衡时v正=v逆,即k正·c2(NO)·c2(CO)=k逆·c(N2)·c2(CO2),=K=32,M点时,CO和CO2的物质的量浓度相等,设CO浓度的减少量为x mol·L-1,则根据化学方程式的化学计量数可知,5-x=x,解得x=2.5,可列出M点时的三段式:
　　 2CO(g) + 2NO(g) 2CO2(g) + N2(g)
5 5 0 0
2.5 2.5 2.5 1.25
2.5 2.5 2.5 1.25
则=32×=160;
②由平衡时的三段式可知,反应达到平衡时,总物质的量为8 mol,则Kp=;
③分离出部分N2,平衡向正反应方向移动,NO的转化率增大,但是反应速率减小,A项错误。恒容时,再加入5 mol NO、5 mol CO,相当于增大压强,反应速率增大,平衡向正反应方向移动,能提高NO的转化率,B项正确。压缩容器容积增大压强,反应速率增大,平衡向正反应方向移动,能提高NO的转化率,C项正确。降低温度,平衡向正反应方向移动,能提高NO的转化率,但是反应速率减小,D项错误。
5.答案 (1)①H2较少时,NO主要被还原为N2O(或+1价含氮化合物等)(合理即可)　②N2(g)+3H2(g)2NH3(g)　ΔH=-92.5 kJ·mol-1
(2)①甲　②可能　③0.11　0.12
解析:(1)①根据题中信息,随着氢气体积分数的增加,NO中氮元素被还原的价态逐渐降低,根据图像可知,当氢气的体积分数在0.5×10-3~0.75×10-3时,NO转化率基本为100%,而氮气和氨气的体积分数仍呈增加趋势,NO中氮元素显+2价,N2中氮元素显0价,NH3中氮元素显-3价,因此当氢气较少时,NO被还原为N的+1价化合物或N2O;②根据盖斯定律可知,-脱硝反应,推出N2(g)+3H2(g)2NH3(g)　ΔH=(+605) kJ·mol-1=-92.5 kJ·mol-1。
(2)①该过程发生的两个反应(脱硝反应和N2与H2反应生成NH3)都是物质的量减少的放热反应,恒温恒容状态下,随着时间的进行,气体物质的量减小,压强降低,而绝热容器中,虽然气体物质的量减小,但温度升高,气体压强增大,因此根据图像可知,X为绝热容器,Y为恒温容器;②因为反应为放热反应,甲绝热容器内反应体系温度升高,反应速率大,先达到平衡,温度升高,平衡左移,平衡时压强增大,因此a点可能已达到平衡;③曲线Y是恒温过程的乙容器,恒温容器中反应达到平衡时NO的转化率为60%,开始时体系总压强为9 kPa,n(NO)∶n(H2)=1∶2,p(NO)=3 kPa,p(H2)=6 kPa,设反应过程中N2的压强减少了x kPa,可列三段式:
　　　 　N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)
x 3x 2x
2x
　　　 2NO(g) + 2H2(g) N2(g) + 2H2O(g)
3 6 0 0
3×0.6 1.8 0.9 1.8
1.2 4.2-3x 0.9-x 1.8
平衡压强为7.1 kPa,则x=0.5,从开始到平衡时用分压表示的氢气消耗速率是=0.11 kPa·min-1;平衡时p(NO)=1.2 kPa、p(H2)=(4.2-1.5) kPa=2.7 kPa、p(H2O)=1.8 kPa、p(N2)=(0.9-0.5) kPa=0.4 kPa,Kp==≈0.12。
6.答案 (1)能
(2)①-267.8　②TiCl2(s)　③0.5　
(3)①(1-y2)×100%　②×100%
解析:(1)由于ΔH<0、ΔS>0,根据ΔG=ΔH-TΔS<0,反应能自发进行。
(2)①由盖斯定律,反应(a)=反应(c)-反应(b)×2,ΔH1=+132.4 kJ·mol-1-2×(+200.1 kJ·mol-1)=-267.8 kJ·mol-1。
②反应(a)的ΔH<0、反应(b)的ΔH>0,升温时有利于反应(a)逆向移动、反应(b)正向移动,n[TiCl2(s)]减小,n[TiCl3(g)]增多。
③由Ti原子守恒:n(Ti)=5.0 mol+10.0 mol=15 mol,T0 K时,n(TiCl2)=0,n[TiCl3(s)]=0,n[TiCl4(g)]=15 mol-8.5 mol-6.0 mol=0.5 mol。
c[TiCl3(g)]= mol·L-1,c[TiCl4(g)]= mol·L-1,反应(c)的平衡常数K=。
(3)①t0时,n2=y2·n0,N2H4的转化率=×100%=(1-y2)×100%。
②N2H4N2+2H2
a a 2a
3N2H4N2+4NH3
B b
a=
×100%=×100%=×100%
7.答案 (1)①<　低温
②ΔH1<0,ΔH2>0,400 ℃之后,随温度升高,反应Ⅰ逆向移动CO2增加量小于反应Ⅱ正向移动CO2减少量　温度升高使速率增大的程度大于CO2浓度降低使速率减小的程度　③0.013 mol·L-1· min-1
(2)Fe3O4、CaO　CO2+H2CO+H2O
解析:(1)①由图可知,升高温度,减小,反应Ⅰ的ln K减小,K减小,说明平衡逆向移动,则反应Ⅰ是放热反应,ΔH1<0;对于放热反应而言,低温有利于该反应自发进行。
②由图可知,升高温度,减小,反应Ⅱ的ln K增大,K增大,说明平衡正向移动,说明反应Ⅱ是吸热反应,ΔH2>0。400 ℃之后c(CO2)降低的原因:ΔH1<0,ΔH2>0,400 ℃之后,随温度升高,反应Ⅰ逆向移动CO2增加量小于反应Ⅱ正向移动CO2减少量;而速率仍然增大的原因可能是温度升高使速率增大的程度大于CO2浓度降低使速率减小的程度。
③根据已知条件列出“三段式”,设反应ⅠCO2转化了x mol,反应ⅡCO2转化了y mol。
Ⅰ . CO2(g) + 4H2(g) CH4(g) + 2H2O(g)
1 4 0 0
x 4x x 2x
1-x 4-4x x 2x
Ⅱ. CO2(g) + H2(g) CO(g) + H2O(g)
1-x 4-4x 0 2x
y y y y
1-x-y 4-4x-y y 2x+y
10 min后体系达到平衡,CO2的转化率为80%,CH4的选择性为33.3%,则×100%=80%,×100%=33.3%,解得x≈,y≈,生成的CH4平均速率为≈0.013 mol·L-1· min-1。
(2)由图可知,此过程中可循环利用的物质有Fe3O4、CaO;该化学链的总反应是CO2+H2CO+H2O。专题突破练十　化学反应速率与化学平衡(A)
一、选择题
1.(2024甘肃卷)下列措施能降低化学反应速率的是(　　)。
A.催化氧化氨制备硝酸时加入铂
B.中和滴定时,边滴边摇锥形瓶
C.锌粉和盐酸反应时加水稀释
D.石墨合成金刚石时增大压强
2.工业上利用CO还原NO,从源头上减少煤粉燃烧产生的大气污染。一定温度下,在1 L的恒容密闭容器中,充入1 mol CO和1 mol NO,反应2CO(g)+2NO(g)N2(g)+2CO2(g)达到平衡时,测得c(N2)=0.2 mol·L-1,下列说法不正确的是(　　)。
A.加入催化剂使正反应速率加大,逆反应活化能减小
B.升高温度,正、逆反应速率增大的倍数不同
C.该温度下,该反应的平衡常数K≈0.25
D.若平衡时,向容器中通入2 mol CO和1 mol N2,则此时v正3.(2025广西贵港模拟)近年来,随着聚酯工业的快速发展,将氯化氢转化为氯气的技术成为科学研究的热点。Deacon发明的直接氧化法为4HCl(g)+O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g)。进料浓度比c(HCl)∶c(O2)分别等于1∶1、4∶1、7∶1时HCl平衡转化率随温度变化的关系如图所示。下列说法正确的是(　　)。
A.代表进料浓度比c(HCl)∶c(O2)=7∶1的是曲线b
B.平衡常数K(300 ℃)小于K(400 ℃)
C.若c(HCl)∶c(O2)过低,生成的氯气纯度会降低
D.当T=300 ℃,c(HCl)∶c(O2)=4∶1,加入Au作催化剂,可提高Cl2的平衡产率
4.(2024江苏卷)二氧化碳加氢制甲醇过程中的主要反应(忽略其他副反应)为
①CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH1=+41.2 kJ·mol-1
②CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)　ΔH2
225 ℃、8×106 Pa下,将一定比例CO2、H2混合气匀速通过装有催化剂的绝热反应管。装置及L1、L2、L3…位点处(相邻位点距离相同)的气体温度、CO和CH3OH的体积分数如图所示。下列说法正确的是(　　)。
A.L4处与L5处反应①的平衡常数K相等
B.反应②的焓变ΔH2>0
C.L6处的H2O的体积分数大于L5处
D.混合气从起始到通过L1处,CO的生成速率小于CH3OH的生成速率
二、非选择题
5.(2025安徽卷节选)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)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　　　　(填字母)。
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
(2)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　　　　　　　　　　　　　　　　。
Ⅱ.甲烷和二氧化碳重整是制取合成气(CO和H2)的重要方法,主要反应有:
③CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)
④CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)
⑤CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)
(3)恒温恒容条件下,可提高CH4转化率的措施有　　(填字母)。
a.增加原料中CH4的量
b.增加原料中CO2的量
c.通入Ar气
(4)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.利用CO2可合成烷烃、烯烃、醇等系列重要化工原料。回答下列有关问题:
Ⅰ.制备甲烷CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)　ΔH=-252.9 kJ·mol-1
图1
图2
(1)该反应的ΔG(ΔG=ΔH-TΔS)与温度的关系如图1所示。
①要使该反应能顺利发生,理论上温度不高于　　　　。
②在恒温、恒容容器中进行该反应,下列不能说明反应达到平衡状态的是
(填字母)。
A.CO2和H2的转化率之比不再变化
B.混合气体的平均摩尔质量不再变化
C.容器内的压强不再变化
D.v正(H2)=4v正(CH4)
(2)选择合适催化剂,在密闭容器中按n(CO2)∶n(H2)=1∶4充入反应物,反应结果如图2所示。
①若N点压强为1 MPa,则平衡常数Kp(N)=　　　　,P点与N点的平衡常数K(P)　　　(填“>”“<”或“=”)K(N)。
②若无催化剂,N点平衡转化率　　　　　　　(填“可能”或“不可能”)降至R点,理由是　　　　　　　　　　　　　　　　。
Ⅱ.制备甲醇:
主反应:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH1=-58 kJ·mol-1
副反应:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH2=-41 kJ·mol-1
(3)向恒容容器中充入a mol CO2和3a mol H2,在催化剂存在的条件下进行反应,测得温度与平衡转化率、产物选择性的关系如下图所示。
已知:CH3OH选择性=
①CH3OH选择性随温度升高而下降的原因是　　　　　　　　　　(写一条)。
②有利于提高CH3OH选择性的反应条件是　　　　。
A.高温高压
B.低温低压
C.高温低压
D.低温高压
参考答案
1.C　解析:催化氧化氨制备硝酸时加入铂可以加快化学反应速率,A项不符合题意;中和滴定时,边滴边摇锥形瓶,可以让反应物快速接触,可以加快化学反应速率,B项不符合题意;锌粉和盐酸反应时加水稀释会降低盐酸的浓度,会降低化学反应速率,C项符合题意;石墨合成金刚石,该反应中没有气体参与,增大压强不会改变化学反应速率,D项不符合题意。
2.D　解析:加入催化剂使正反应速率加大,正、逆反应的活化能均减小,A项正确;升高温度,平衡向吸热反应方向移动,吸热反应方向的速率增大倍数大于放热反应方向的速率增大倍数,则正、逆反应速率增大的倍数不同,B项正确;一定温度下,在1 L的恒容密闭容器中,充入1 mol CO和1 mol NO,反应2CO(g)+2NO(g)N2(g)+2CO2(g)平衡时,测得c(N2)=0.2 mol·L-1,则可建立如下三段式:
　　　　　　　 2CO(g) + 2NO(g) N2(g) + 2CO2(g)
起始量/(mol·L-1) 1.0 1.0 0 0
变化量/(mol·L-1) 0.4 0.4 0.2 0.4
平衡量/(mol·L-1) 0.6 0.6 0.2 0.4
则平衡常数K=≈0.25,C项正确;若向容器中再通入2 mol CO和1 mol N2,则此时Qc=≈0.079<0.25,平衡正向移动,v正>v逆,D项错误。
3.C　解析:由图中曲线可知,温度升高,HCl的平衡转化率变小,即升高温度,平衡逆向移动,所以该可逆反应的正反应是放热反应,即ΔH<0。进料比c(HCl)∶c(O2)越大,HCl的平衡转化率就越低,c对应的曲线在相同温度时HCl的平衡转化率最低,因此c对应的曲线表示的c(HCl)∶c(O2)=7∶1,A项错误;由图可知该反应为放热反应,随着温度的升高,平衡逆向移动,平衡常数减小,所以K(300 ℃)大于K(400 ℃),B项错误;若c(HCl)∶c(O2)过低,则生成的氯气较少,纯度会降低,C项正确;使用催化剂只能改变反应速率,不能改变平衡转化率,故不能提高Cl2的平衡产率,D项错误。
4.C　解析:图中白圈标记的曲线代表气体温度,L4处与L5处对应的温度不同,平衡常数只与温度有关,故L4处与L5处的平衡常数不同,A项错误;由图可知,随着气体在绝热反应管中前进,气体温度不断升高,说明有热量放出,而反应①ΔH1>0,故反应②ΔH2<0,B项错误;从L5到L6,甲醇的体积分数逐渐增加,说明反应②在向右进行,反应②消耗CO,而CO体积分数没有明显变化,说明反应①也在向右进行,反应①为气体分子数不变的反应,其向右进行时,n(H2O)增大,反应②为气体分子数减小的反应,且没有H2O的消耗与生成,故n总减小而n(H2O)增加,即H2O的体积分数会增大,故L6处的H2O的体积分数大于L5处,C项正确;L1处,CO的体积分数大于CH3OH的,说明生成的CO的物质的量大于CH3OH的,两者反应时间相同,说明CO的生成速率大于CH3OH的生成速率,D项错误。
5.答案 (1)bc
(2)反应①的活化能比反应②的活化能低,反应①化学反应速率快　催化剂在升温后对反应①的催化活性降低(或反应②活化能大于反应①活化能,升温更有利于反应②的进行,合理即可)
(3)b
(4)ⅰ.增大　ⅱ.p2
解析:(1)恒容密闭容器容积不变,反应物、生成物均为气体,气体密度始终不变,a项错误;两个反应都是气体分子数增大的反应,气体压强为变量,当气体总压强不变时,说明两反应达到平衡状态,b项正确;H2O(g)的浓度为变量,当H2O(g)的浓度不变时,反应达到平衡状态,c项正确;两反应达平衡时,CO和CO2的物质的量不一定相等,d项错误。
(2)使用某催化剂时反应①的选择性接近100%,观察图示(反应历程)知:Ea①(3)增加原料中CH4的量,能提高CO2转化率而自身转化率降低,a项错误;增加原料中CO2的量,使反应③平衡正向移动,可提高CH4转化率,b项正确;通入Ar气,不改变体系中各物质的浓度,反应速率均不变,平衡不移动,c项错误。
(4)ⅰ.因为反应⑤=反应③-反应④,所以③④⑤三个反应中只有两个独立的反应,可只考虑反应③和④。由图可知,当初始投料中n(CH4)=n(CO2)时,若n(Ar)很大,则CO2与CH4的平衡转化率几乎相等,此时可认为只发生反应③,则n(CO)∶n(H2)的值约为1;而当投料组成中Ar含量下降时,CO2的平衡转化率大于CH4的平衡转化率,则除反应③外还发生反应④,反应④消耗H2并生成CO,使n(CO)∶n(H2)的值大于1,因此投料组成中Ar含量下降,平衡体系中n(CO)∶n(H2)的值将增大。
ⅱ.设投料时CH4、CO2和Ar的物质的量分别为2 mol、2 mol、1 mol,依据a、b两点数据,平衡时CO2转化率为30%,余1.4 mol,CH4转化率为20%,余1.6 mol。
依据碳元素守恒,平衡时体系中n(CO)=4 mol-1.4 mol-1.6 mol=1 mol,依据元素守恒知:
氢元素守恒有n(CH4)×4+n(H2)×2+n(H2O)×2=8 mol　(Ⅰ)
氧元素守恒有n(CO2)×2+n(CO)+n(H2O)=4 mol　(Ⅱ)
由Ⅱ式求出n(H2O)=0.2 mol,再由Ⅰ式求出n(H2)=0.6 mol,故平衡时体系中气体总物质的量为 n(CH4)+n(CO2)+n(Ar)+n(CO)+n(H2)+n(H2O)=1.6 mol+1.4 mol+1 mol+1 mol+0.6 mol+0.2 mol=5.8 mol
因平衡时Ar的分压为p kPa,则CH4、H2O、CO、H2的分压分别为p kPa、p kPa、p kPa、p kPa。
故此时反应⑤的平衡常数Kp=(kPa)2=p2(kPa)2。
6.答案 (1)①597 ℃　②AD　(2)①1　<　②不可能　催化剂不能改变反应物的平衡转化率　(3)①温度升高,催化剂活性降低　②D
解析:Ⅰ.(1) ①ΔG(ΔG=ΔH-TΔS)<0,反应能自发进行,由图1可知,温度不高于597 ℃;
②CO2和H2的转化率之比与投料比有关,不能判定是否达到平衡,A项符合题意。反应前后气体的质量不变,物质的量发生改变,混合气体的平均摩尔质量不再变化,说明达到平衡,B项不符合题意。反应前后气体的物质的量发生改变,则压强发生改变,压强不变时达到平衡,C项不符合题意。正、逆反应速率相等时,反应达到平衡,v正(H2)=4v正(CH4)没有涉及逆反应,D项符合题意。
(2)①依题意设起始投入CO2物质的量为1 mol,则H2为4 mol,由图2可知N点时CO2的平衡转化率为50%,可列三段式:
　　 CO2(g) + 4H2(g) CH4(g) + 2H2O(g)
1 4 0 0
0.5 2 0.5 1
0.5 2 0.5 1
N点压强为1 MPa,故Kp==1;该反应为放热反应,P点温度升高,二氧化碳的平衡转化率降低,则K(P)②催化剂只能改变反应速率,不能改变平衡转化率,则无催化剂,N点的平衡转化率也不可能降至R点。
Ⅱ.(3)①温度升高,CH3OH选择性下降的原因可能是温度升高催化剂活性降低;
②反应:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH1=-58 kJ·mol-1为放热反应,低温有利于反应正向进行;该反应为气体体积减小的反应,随着反应进行,压强降低,高压有利于反应正向进行。

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