2025届高三化学高考备考一轮复习——化学平衡图像问题

2025届高三一轮复习——化学平衡图像问题 一、选择题 本题包括8小题，共24分，每小题只有一个选项正确。 1. 已知：的反应历程分两步进行。 第1步：(快) 第2步：(慢) 在固定容积的容器中充入一定量和发生上述反应，测得体系中部分物质的物质的量随温度的变化如图所示。下列说法错误的是( ) A. 第1步、第2步正反应活化能分别为、，则 B. 点后，迅速减小的原因是第1步平衡逆向移动，第2步反应速率加快 C. 点后，增大的原因是第2步平衡逆向移动的程度比第1步的大 D. 若其他条件不变，仅将容器变为恒压状态，则体系建立平衡的时间不变 2. 已知环戊二烯制备二聚环戊二烯的反应为。某实验小组分别在2个的恒容密闭容器中各充入环戊二烯，测得在和下环戊二烯气体的浓度随反应时间的变化曲线如图所示。下列说法错误的是( ) A. 、、、四点的逆反应速率大小关系： B. ，用二聚环戊二烯表示的平均反应速率为 C. 点不可能处于化学平衡状态 D. ，若向点容器中再充入环戊二烯，达到平衡时反应物的转化率将小于 3. 汽车尾气中的和可在催化剂作用下生成无污染的气体而除去。在密闭容器中充入和发生反应：，测得平衡时的体积分数与温度、压强的关系如图所示。下列说法正确的是（ C ） A. 温度： B. 反应速率： C. 的体积分数： D. 平衡常数： 4. 已知：。在容积不变的密闭容器中通入和，在温度分别为、下，测得的体积分数随时间的变化关系如图所示。下列说法正确的是( ) A. ， B. 、两点体系中的反应速率： C. 反应达到平衡后向容器中再通入氩气，平衡正向移动 D. 达到平衡时，放出的热量为 5. 某实验小组研究和反应得到合成气的原理为。向容积为的密闭容器中充入和，反应过程中的平衡转化率与温度、压强的变化关系如图所示。 下列有关说法正确的是( ) A. 该反应的 B. 压强： C. 时，该反应的平衡常数为12.96 D. 反应达到平衡后在容器内再充入和，此时的平衡转化率会增大 6. 某实验团队研究在不同条件下合成氨，平衡时氨的百分含量与起始氢氮比之间的变化关系如图所示。 下列说法正确的是( ) A. B. 点时的转化率： C. 、、、四点对应的平衡常数： D. 工业合成氨一般以铁触媒为催化剂，条件下反应，选取该温度的主要原因是氨的平衡产率更高 7. 工业上，利用和合成二甲醚，反应原理为，为了寻找合适的温度，研究人员进行了多次实验，每次实验保持原料气组成和、体积、反应时间等因素不变，实验结果如图所示。下列说法正确的是( ) A. 、两点对应的正反应速率相等 B. 合成二甲醚反应的 C. 反应温度应控制在 D. 选择合适的催化剂，可以提高的平衡转化率 8. 将与以的比例通入某密闭恒容容器中合成甲醇，在催化剂作用下发生下述反应： Ⅰ. Ⅱ. 催化反应相同时间，测得不同温度下的转化率如图1所示(图中虚线表示相同条件下的平衡转化率随温度的变化)，的产率如图2所示。 图1 图2 下列有关说法正确的是( ) A. B. 反应达到平衡时，压强为起始时压强的，此时氢气的转化率为 C. 前，随着温度升高的平衡转化率减小，是因为该温度范围内仅发生反应Ⅰ D. 后，随着温度升高的产率减小，是因为温度升高，反应Ⅰ的平衡逆向移动 9. 由羟基丁酸生成丁内酯的反应为。在下，羟基丁酸水溶液的初始浓度为，测得丁内酯的浓度随时间变化的数据如图所示。 则下列说法不正确的是( ) A. 该反应在内的平均反应速率(丁内酯) B. 时，羟基丁酸的转化率为 C. 时，该反应的平衡常数 D. 为提高羟基丁酸的转化率，除适当控制反应温度外，还可采用的措施是及时分离出产物丁内酯 10. 在一定温度下，在容积固定的密闭容器中充入一定量发生反应：，测得、的浓度与时间关系如图所示。已知：生成净反应速率。下列说法正确的是（ ） A. 净反应速率： B. 内的平均反应速率为 C. 的平衡转化率为 D. 在上述温度下，该反应 二、选择题 本题包括6小题共24分 每小题有一个或两个选项正确。 11. 在容积可变的密闭容器中投入和，不同条件下发生反应：。实验测得平衡时的物质的量随温度、压强的变化如图所示。下列说法错误的是（ ） A. 点的转化率为 B. 平衡后再加入和重新到达平衡，的转化率增大 C. D. 时，若混合气体的总物质的量不再改变，说明反应达到化学平衡状态 12. [2023·江苏苏州期末]与作用分别生成、、的反应均为放热反应。工业尾气中可通过催化氧化为而除去。将一定比例、和的混合气体以一定流速通过装有催化剂的反应器，的选择性、的转化率与温度的关系如图所示。 下列说法正确的是（ ） A. 时完全被催化氧化时最多转移电子 B. 催化氧化除尾气中时，应选择反应温度高于 C. 其他条件不变，在，随着温度升高，出口处氮氧化物的物质的量增大 D. 其他条件不变，在，随着温度升高，出口处氮气的物质的量增大 13. 常温下，某溶液初始时仅溶有和且浓度相等，同时发生以下两个反应：、，反应①的速率可表示为，反应②的速率可表示为(、为速率常数，只与温度有关，与浓度无关)。反应体系中组分、的浓度随时间变化情况如图所示(溶液体积变化忽略不计)。 下列说法不正确的是( ) A. 反应①的活化能比反应②的活化能大 B. 内，的平均反应速率为 C. 反应时， D. 时，的浓度为 14. 化学反应可分为以下两步： 经测定和计算，得到和均为线性关系，如图所示。已知反应②是吸热反应。则下列说法正确的是( ) A. 是化学反应的催化剂 B. C. 当时，表明可逆反应达到了平衡状态 D. 反应的 15. 的分解反应为，在无催化剂及催化条件下，向恒容密闭容器中只充入，在容器中不同温度时反应，每间隔相同时间测一次的转化率，其转化率与温度的变化关系如图所示。 下列说法正确的是( ) A. 该反应的 B. 由图可知，时几乎失去催化活性 C. 不加催化剂时，温度越高，反应速率越快，达到平衡的时间越短 D. A点达到平衡时，若气体总压强为，则平衡常数 16. 是一种重要的化工原料，主要用于化肥工业，也广泛用于硝酸、纯碱、制药等工业，同时能作为小分子零碳资源。大气中过量的和水体中过量的、均是污染物。通过催化还原的方法，实施无害化处理。科研小组在相同条件下分别通过如下反应处理等量的 Ⅰ.； Ⅱ.。 实验测得转化率与时间的关系如图所示，下列说法错误的是( ) A. 反应Ⅱ为熵减反应 B. 的能量高于和的能量之和 C. D. 点反应Ⅰ的平均速率大于点反应Ⅱ的平均速率 三、填空题 本题包括4小题 共52分 17．气候变化是目前全球最重要、最紧迫的议题之一，CO2的综合利用是解决该问题的有效途径。 (1)可利用CH4与CO2制备“合成气(CO、H2)”，还可制备甲醇、二甲醚、碳基燃料等产品。甲烷、二氧化碳干式重整涉及以下反应： ⅰ.CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)　ΔH1　K1 ⅱ.CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　ΔH2　K2 ⅲ.CH4(g)＋2H2O(g)CO2(g)＋4H2(g)　ΔH3　K3 ΔfH为标准摩尔生成焓，其定义为标准状态下，由稳定相态的单质生成1 mol该物质的焓变。对于稳定相态单质，其ΔfH为零。根据下表所示数据，计算反应ⅰ的反应热ΔH1＝________。 物质 CH4 CO2 CO ΔfH/(kJ·mol－1) －74.8 －393.5 －110.5 (2)利用“合成气”合成甲醇后，甲醇脱水制得二甲醚的反应为2CH3OH(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)，当T＝500 K时，反应平衡常数Kc≈9，该温度下，在密闭容器中加入一定量CH3OH，反应到达平衡状态时，体系中CH3OCH3(g)的物质的量分数__________(填字母)。 A．< B．＝ C．> D．无法确定 (3)以CO2为原料合成甲醇可以减少CO2的排放，实现碳的循环利用。一种铜基催化剂对该反应有良好的催化效果。 ①有学者提出CO2转化成甲醇的催化机理如图1所示，反应的副产物有______________。 ②一定条件下使CO2、H2混合气体通过反应器，检测反应器出口气体的成分及其含量，计算CO2的转化率和CH3OH的选择性以评价催化剂的性能。 已知：反应器内发生的反应有： a．CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH＝－49.5 kJ·mol－1 b．CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)　ΔH＝＋41.2 kJ·mol－1 CH3OH选择性＝×100% ⅰ.220 ℃时，测得反应器出口气体中全部含碳物质的物质的量之比为n(CH3OH)∶n(CO2)∶n(CO)＝1∶7.20∶0.11，则该温度下CO2转化率＝________×100%(列出计算式，不必化简)。 ⅱ.其他条件相同时，反应温度对CO2的转化率和CH3OH的选择性的影响如图2、图3所示： 温度高于260 ℃时，CO2平衡转化率变化的原因是____________________________ ________________________________________________________________________。 由图3可知，温度相同时CH3OH选择性的实验值略高于其平衡值，从化学反应速率的角度解释原因：______________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)工业上也可以用电解法捕获CO2，以太阳能电池为电源，在酸性水溶液中用惰性电极电解制得乙烯，则生成乙烯的电极反应为________________。 18．二氧化碳、甲烷等是主要的温室气体。研发二氧化碳和甲烷的利用技术对治理生态环境具有重要意义。 已知：常温常压下，一些物质的燃烧热如表所示。 物质 CH4(g) H2(g) CO(g) ΔH/(kJ·mol－1) －890.3 －285.8 －283.0 回答下列问题： (1)在催化剂作用下，甲烷的催化重整是制备合成气的重要方法，写出CH4(g)与CO2(g)反应生成CO(g)和H2(g)的热化学方程式：______________。 (2)在恒温恒容密闭容器中，通入一定量的CH4、CO2发生催化重整反应。 ①下列能说明该反应达到化学平衡状态的是________(填字母)。 A．混合气体的平均相对分子质量不再变化 B．v正(CH4)＝2v逆(CO) C．CO与H2浓度的比值不再变化 D．容器内混合气体的密度不再变化 ②当投料比＝1.0时，CO2的平衡转化率(α)与温度(T)、初始压强(p)的关系如图所示。由图可知：压强p1________(填“＞”“＜”或“＝”)2 MPa；当温度为T3 K、初始压强为2 MPa时，a点的v逆________(填“＞”“＜”或“＝”)v正。起始时向1 L恒容容器中加入2 mol CH4和2 mol CO2，在温度为T6 K、初始压强为2 MPa条件下反应，用压强表示该反应的平衡常数Kp＝________MPa2(分压＝总压×物质的量分数)。 (3)我国科学家对甲烷和水蒸气催化重整反应机理也进行了广泛研究，通常认为该反应分两步进行。第一步：CH4催化裂解生成H2和碳(或碳氢物种)，其中碳(或碳氢物种)吸附在催化剂上，如CH4→Cads/[C(H)n]ads＋(2－)H2；第二步：碳(或碳氢物种)和H2O反应生成CO2和H2，如Cads/[C(H)n]ads＋2H2O―→CO2＋(2＋)H2。反应过程和能量变化残图如图： 判断过程________(填序号)加入了催化剂，原因是_____________。 控制整个过程②反应速率的是第Ⅱ步，其原因为_____________。 19．(2024菏泽一模)丙烯是重要的有机原料之一，可通过多种途径制备。回答下列问题： Ⅰ．由丙烷直接脱氢法制备：　 (1)已知键能：；生成碳碳键放出的能量为，则 。 (2)在一定温度下，保持总压为，将和的混合气体分别按为和向密闭容器中投料，发生脱氢反应，测得的转化率与时间的关系如图1所示(已知时反应处于平衡状态)。 点对应的投料方式为 ，原因是 。内，曲线 (填“”“”)对应的平均反应速率最快。点对应的平衡常数 (以分压表示，分压＝总压×物质的量分数，保留一位小数)。 Ⅱ．由丙烷氧化脱氢法制备。主要涉及反应：； (3)在一定条件下，将物质的量之比为的和匀速通入体积可变的反应容器中发生上述反应，使总压强恒定为。在不同温度下反应相同时间，测得丙烷和氧气的转化率与温度倒数的关系如图2所示。 时，容器内两种气体的物质的量之比 (填“>”“<”或“＝”)；若对应的点均处于平衡状态，保持其他条件不变，仅将容器更换为恒容的刚性容器，则图示点中，与新的转化率点可能依次是 (填代号)；M点丙烷的分压 (保留两位有效数字)。 学科网（北京）股份有限公司 $$ 2025届高三一轮复习——化学平衡图像问题 一、选择题 本题包括8小题，共24分，每小题只有一个选项正确。 1. 已知：的反应历程分两步进行。 第1步：(快) 第2步：(慢) 在固定容积的容器中充入一定量和发生上述反应，测得体系中部分物质的物质的量随温度的变化如图所示。下列说法错误的是( ) A. 第1步、第2步正反应活化能分别为、，则 B. 点后，迅速减小的原因是第1步平衡逆向移动，第2步反应速率加快 C. 点后，增大的原因是第2步平衡逆向移动的程度比第1步的大 D. 若其他条件不变，仅将容器变为恒压状态，则体系建立平衡的时间不变 【答案】　D 【解析】第2步是慢反应，由活化能越大反应速率越慢，可知第2步正反应活化能较大，则，正确；总反应速率由慢反应即第2步反应决定，点后，迅速减小说明第2步反应速率加快，且第1步平衡逆向移动，正确；点后，增大说明第2步平衡逆向移动，生成的 比第1步平衡逆向移动消耗的 多，原因是第2步平衡逆向移动的程度比第1步的大，正确；若其他条件不变，仅将容器变为恒压状态，由于反应前后气体分子数不相等，恒压条件下会使容器容积发生变化，导致物质的浓度发生变化，反应速率发生变化，则体系建立平衡的时间改变，错误。 2. 已知环戊二烯制备二聚环戊二烯的反应为。某实验小组分别在2个的恒容密闭容器中各充入环戊二烯，测得在和下环戊二烯气体的浓度随反应时间的变化曲线如图所示。下列说法错误的是( ) A. 、、、四点的逆反应速率大小关系： B. ，用二聚环戊二烯表示的平均反应速率为 C. 点不可能处于化学平衡状态 D. ，若向点容器中再充入环戊二烯，达到平衡时反应物的转化率将小于 【答案】　D 【解析】由题图可知，时的反应速率快，可知，温度越高反应速率越大，则 点、点对应的反应速率比 点、点对应的反应速率大，点到 点的过程中平衡正向移动，点的逆反应速率比 点大，点到 点的过程中平衡正向移动，则 点的逆反应速率比 点大，则逆反应速率：，故 正确；，用环戊二烯表示 的平均反应速率为，根据反应速率之比等于化学计量数之比可知，用二聚环戊二烯表示 的平均反应速率为，故 正确；由分析可知，因此 时题给反应的平衡转化率高于 时的，点不可能处于平衡状态，故 正确；，若向 点容器中再充入 环戊二烯，可视为增大体系内压强，增大压强平衡正向移动，能提高环戊二烯的平衡转化率，由题图中数据可知，原平衡达到平衡时其转化率约为，则再充入 环戊二烯达到平衡时反应物的转化率将大于，故 错误。 3. 汽车尾气中的和可在催化剂作用下生成无污染的气体而除去。在密闭容器中充入和发生反应：，测得平衡时的体积分数与温度、压强的关系如图所示。下列说法正确的是（ C ） A. 温度： B. 反应速率： C. 的体积分数： D. 平衡常数： [解析]题给反应是反应前后气体分子数减小的放热反应。在其他条件不变时，升高温度，平衡向逆反应方向移动，导致 的含量增大，根据题图可知，在压强不变时，时 的体积分数大于 时 的体积分数，所以温度：，错误；在温度不变时，增大压强，化学反应速率增大，由于 点所处的压强大于 点所处的压强，因此反应速率：，错误；该反应中、都是反应物，二者反应转化的物质的量相同，因此若反应体系中 的体积分数大，则其中的 的体积分数也大，所以根据题图可知：，正确；对于特定的化学反应，一般化学平衡常数只与温度有关，在其他条件不变时，升高温度，化学平衡向吸热的逆反应方向移动，导致化学平衡常数减小，根据选项 分析可知，温度：，所以化学平衡常数：，错误。 【答案】　C 4. 已知：。在容积不变的密闭容器中通入和，在温度分别为、下，测得的体积分数随时间的变化关系如图所示。下列说法正确的是( ) A. ， B. 、两点体系中的反应速率： C. 反应达到平衡后向容器中再通入氩气，平衡正向移动 D. 达到平衡时，放出的热量为 【答案】　B 【解析】由题图可知，条件下先达到平衡，说明 时反应速率快，故，温度越高，的体积分数越小，说明升高温度，平衡逆向移动，故，错误；、两点对应的温度分别是、，由 项分析可知，，故反应速率：，正确；由题干信息可知，题给容器恒温、恒容，故反应达到平衡后向容器中再通入氩气,反应体系中各物质的浓度均不改变，正、逆反应速率仍然相等，故平衡不移动，错误；由于题给反应是一个可逆反应，在 容积不变的密闭容器中通入 和，达到平衡时，反应不可能完全进行，则放出的热量小于，错误。 5. 某实验小组研究和反应得到合成气的原理为。向容积为的密闭容器中充入和，反应过程中的平衡转化率与温度、压强的变化关系如图所示。 下列有关说法正确的是( ) A. 该反应的 B. 压强： C. 时，该反应的平衡常数为12.96 D. 反应达到平衡后在容器内再充入和，此时的平衡转化率会增大 【答案】　C 【解析】由题图可知，压强相同时，温度升高，的平衡转化率增大，说明升高温度平衡正向移动，故题给反应的，错误；由题图可知，温度相同时，压强下 的平衡转化率更大，结合反应 可知，增大压强，化学平衡逆向移动，的平衡转化率减小，故压强：，错误；时，列出“三段式”：该反应的平衡常数，正确；反应达到平衡后在容器内再充入和，相当于对容器加压，化学平衡逆向移动，故此时的平衡转化率会减小，错误。 6. 某实验团队研究在不同条件下合成氨，平衡时氨的百分含量与起始氢氮比之间的变化关系如图所示。 下列说法正确的是( ) A. B. 点时的转化率： C. 、、、四点对应的平衡常数： D. 工业合成氨一般以铁触媒为催化剂，条件下反应，选取该温度的主要原因是氨的平衡产率更高 【答案】　C 【解析】已知合成氨的反应 是一个放热反应，升高温度，平衡逆向移动，的百分含量减小，由曲线①和④可知，，错误；由题图可知，点时，故平衡时转化率：，错误；已知合成氨的反应是一个放热反应，升高温度，平衡逆向移动，化学平衡常数减小，温度不变，平衡常数不变，由 项分析可知，，故、、、四点对应的平衡常数的大小关系为，正确；催化剂不能使化学平衡发生移动，工业合成氨一般以 铁触媒为催化剂，条件下反应，选取该温度的主要原因不是氨的平衡产率更高，而是该温度条件下催化剂的活性最强，错误。 7. 工业上，利用和合成二甲醚，反应原理为，为了寻找合适的温度，研究人员进行了多次实验，每次实验保持原料气组成和、体积、反应时间等因素不变，实验结果如图所示。下列说法正确的是( ) A. 、两点对应的正反应速率相等 B. 合成二甲醚反应的 C. 反应温度应控制在 D. 选择合适的催化剂，可以提高的平衡转化率 【答案】　C 【解析】根据题图可知，、两点所对应的温度不同，故正反应速率不同，项错误；随着温度升高，的转化率先增大后减小，故合成二甲醚的反应为放热反应，即，项错误；的转化率在 时较大，项正确；催化剂只能改变化学反应速率，不能使化学平衡发生移动，不能提高 的平衡转化率，项错误。 8. 将与以的比例通入某密闭恒容容器中合成甲醇，在催化剂作用下发生下述反应： Ⅰ. Ⅱ. 催化反应相同时间，测得不同温度下的转化率如图1所示(图中虚线表示相同条件下的平衡转化率随温度的变化)，的产率如图2所示。 图1 图2 下列有关说法正确的是( ) A. B. 反应达到平衡时，压强为起始时压强的，此时氢气的转化率为 C. 前，随着温度升高的平衡转化率减小，是因为该温度范围内仅发生反应Ⅰ D. 后，随着温度升高的产率减小，是因为温度升高，反应Ⅰ的平衡逆向移动 【答案】　B 【解析】由题图可知，催化反应相同时，温度高于 后，随着温度升高，的转化率增大，甲醇的产率降低，说明随着温度升高，的产率增大，反应Ⅱ正向移动，则，故 错误；设 与 的起始物质的量分别为、，反应达到平衡时，压强为起始时压强的，达到平衡时气体的总物质的量为，正反应在反应前后气体的总物质的量减小，气体的总物质的量减小量为， 的转化率为，参加反应Ⅱ的的物质的量为，则参加反应Ⅱ的氢气的物质的量为，此时氢气的转化率为，故正确；反应Ⅰ为放热反应，温度低于 时，随着温度升高 的平衡转化率减小，是因为该温度范围内主要发生反应Ⅰ，故 错误；温度高于 时，随着温度升高，的转化率增大，甲醇的产率降低，是因为该温度范围内主要发生反应Ⅱ，故 错误。 9. 由羟基丁酸生成丁内酯的反应为。在下，羟基丁酸水溶液的初始浓度为，测得丁内酯的浓度随时间变化的数据如图所示。 则下列说法不正确的是( ) A. 该反应在内的平均反应速率(丁内酯) B. 时，羟基丁酸的转化率为 C. 时，该反应的平衡常数 D. 为提高羟基丁酸的转化率，除适当控制反应温度外，还可采用的措施是及时分离出产物丁内酯 【答案】　C 【解析】由题图可知，题给反应在 内的平均反应速率(丁内酯)，正确；反应至 时，反应产生 的 丁内酯，则反应消耗 羟基丁酸的浓度为，故 时，羟基丁酸的转化率为，正确；时，题给反应的平衡常数，错误；若移走 丁内酯，减小生成物的浓度，化学平衡正向移动，从而可提高 羟基丁酸的转化率，正确。 10. 在一定温度下，在容积固定的密闭容器中充入一定量发生反应：，测得、的浓度与时间关系如图所示。已知：生成净反应速率。下列说法正确的是（ ） A. 净反应速率： B. 内的平均反应速率为 C. 的平衡转化率为 D. 在上述温度下，该反应 【答案】　B [解析] 对应时间到 对应时间，正反应速率减小，逆反应速率增大，净反应速率减小但大于0，点达到平衡，净反应速率等于0，故净反应速率:，项错误；，项正确；达到平衡时，的平衡转化率为，项错误；平衡时，正、逆反应速率相等，则，项错误。 二、选择题 本题包括6小题共24分 每小题有一个或两个选项正确。 11. 在容积可变的密闭容器中投入和，不同条件下发生反应：。实验测得平衡时的物质的量随温度、压强的变化如图所示。下列说法错误的是（ ） A. 点的转化率为 B. 平衡后再加入和重新到达平衡，的转化率增大 C. D. 时，若混合气体的总物质的量不再改变，说明反应达到化学平衡状态 【答案】　B [解析]根据题图中 点数据列“三段式”为 则 点 的转化率为，正确；容器容积可变，温度不变，再加入 和 平衡不移动，的转化率不变，错误；压强一定，反应温度升高，的物质的量减小，平衡逆向移动，故，正确；该反应中所有反应物和产物都是气体，反应前后气体的总物质的量是变量，故气体总物质的量不变，可说明反应达到平衡状态，正确。 12. [2023·江苏苏州期末]与作用分别生成、、的反应均为放热反应。工业尾气中可通过催化氧化为而除去。将一定比例、和的混合气体以一定流速通过装有催化剂的反应器，的选择性、的转化率与温度的关系如图所示。 下列说法正确的是（ ） A. 时完全被催化氧化时最多转移电子 B. 催化氧化除尾气中时，应选择反应温度高于 C. 其他条件不变，在，随着温度升高，出口处氮氧化物的物质的量增大 D. 其他条件不变，在，随着温度升高，出口处氮气的物质的量增大 【答案】　C [解析] 与 作用分别生成、、，若 完全转化为 时，每 转移 电子，此时转移电子最多，则 完全被催化氧化时最多转移 电子，故 错误。根据题图可知，温度高于 时，的选择性逐渐减小，且 的转化率变化并不大，有一部分 转化为氮氧化物，因此不是催化氧化除去尾气中 的最佳温度，故 错误。根据题图可知，在，随着温度的升高，的选择性减小，的转化率基本不变，出口处氮氧化物的物质的量增大，氮气的物质的量减小，故 正确，错误。 13. 常温下，某溶液初始时仅溶有和且浓度相等，同时发生以下两个反应：、，反应①的速率可表示为，反应②的速率可表示为(、为速率常数，只与温度有关，与浓度无关)。反应体系中组分、的浓度随时间变化情况如图所示(溶液体积变化忽略不计)。 下列说法不正确的是( ) A. 反应①的活化能比反应②的活化能大 B. 内，的平均反应速率为 C. 反应时， D. 时，的浓度为 【答案】　BC 【解析】由题图可知，、的初始浓度均为，，，则 为定值，时，由题图可知，，，则，即，相同条件下反应①的速率小于反应②，所以反应①的活化能大于反应②，故 正确；内，的浓度变化量与 的浓度变化量相同，所以，的平均反应速率为，故 错误；温度不变时，始终为定值，即，故 错误；时，的浓度为，，根据，可得 的浓度为，故 正确。 14. 化学反应可分为以下两步： 经测定和计算，得到和均为线性关系，如图所示。已知反应②是吸热反应。则下列说法正确的是( ) A. 是化学反应的催化剂 B. C. 当时，表明可逆反应达到了平衡状态 D. 反应的 【答案】　D 【解析】 在反应①中是生成物，在反应②中是反应物，所以 是总反应的中间产物，不是催化剂，错误；总反应 反应 反应②，，错误；用不同物质表示的反应速率之比等于其化学计量数之比，时反应达到平衡状态，错误；由上述分析可知，，则，由题图中线①和线②的数据可得，逐渐增大时 逐渐减小，逐渐增大，因此升高温度，增大，则该反应为吸热反应，大于0，正确。 15. 的分解反应为，在无催化剂及催化条件下，向恒容密闭容器中只充入，在容器中不同温度时反应，每间隔相同时间测一次的转化率，其转化率与温度的变化关系如图所示。 下列说法正确的是( ) A. 该反应的 B. 由图可知，时几乎失去催化活性 C. 不加催化剂时，温度越高，反应速率越快，达到平衡的时间越短 D. A点达到平衡时，若气体总压强为，则平衡常数 【答案】　AC 【解析】由题图可知，升高温度，的平衡转化率增大，说明升高温度，平衡向正反应方向移动，正反应为吸热反应，，正确；催化剂需要适宜的温度，根据题图可知，在约 时，有、无催化剂时 的转化率曲线几乎重合，该现象说明此温度下有催化剂和无催化剂的反应速率相同，可说明 时 几乎失去催化活性，错误；不加催化剂时，温度越高，反应速率越快，达到平衡的时间越短，正确；点达到平衡时，的转化率为，设加入的 的物质的量为，列出“三段式”：达到平衡时总物质的量为，，错误。 16. 是一种重要的化工原料，主要用于化肥工业，也广泛用于硝酸、纯碱、制药等工业，同时能作为小分子零碳资源。大气中过量的和水体中过量的、均是污染物。通过催化还原的方法，实施无害化处理。科研小组在相同条件下分别通过如下反应处理等量的 Ⅰ.； Ⅱ.。 实验测得转化率与时间的关系如图所示，下列说法错误的是( ) A. 反应Ⅱ为熵减反应 B. 的能量高于和的能量之和 C. D. 点反应Ⅰ的平均速率大于点反应Ⅱ的平均速率 【答案】　D [解析]根据 可知，反应Ⅱ是反应前后气体分子数减小的放热反应，因此该反应为熵减反应，正确；反应Ⅰ的正反应为放热反应，说明生成物的能量之和小于反应物的能量之和，则 的能量高于 和 的能量之和，正确；根据盖斯定律，由Ⅱ-Ⅰ可得，，此反应为放热反应，，说明，正确；、点分别为反应Ⅰ和反应Ⅱ的平衡状态点，二者反应速率大小不确定，错误。 三、填空题 本题包括4小题 共52分 17．气候变化是目前全球最重要、最紧迫的议题之一，CO2的综合利用是解决该问题的有效途径。 (1)可利用CH4与CO2制备“合成气(CO、H2)”，还可制备甲醇、二甲醚、碳基燃料等产品。甲烷、二氧化碳干式重整涉及以下反应： ⅰ.CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)　ΔH1　K1 ⅱ.CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　ΔH2　K2 ⅲ.CH4(g)＋2H2O(g)CO2(g)＋4H2(g)　ΔH3　K3 ΔfH为标准摩尔生成焓，其定义为标准状态下，由稳定相态的单质生成1 mol该物质的焓变。对于稳定相态单质，其ΔfH为零。根据下表所示数据，计算反应ⅰ的反应热ΔH1＝________。 物质 CH4 CO2 CO ΔfH/(kJ·mol－1) －74.8 －393.5 －110.5 (2)利用“合成气”合成甲醇后，甲醇脱水制得二甲醚的反应为2CH3OH(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)，当T＝500 K时，反应平衡常数Kc≈9，该温度下，在密闭容器中加入一定量CH3OH，反应到达平衡状态时，体系中CH3OCH3(g)的物质的量分数__________(填字母)。 A．< B．＝ C．> D．无法确定 (3)以CO2为原料合成甲醇可以减少CO2的排放，实现碳的循环利用。一种铜基催化剂对该反应有良好的催化效果。 ①有学者提出CO2转化成甲醇的催化机理如图1所示，反应的副产物有______________。 ②一定条件下使CO2、H2混合气体通过反应器，检测反应器出口气体的成分及其含量，计算CO2的转化率和CH3OH的选择性以评价催化剂的性能。 已知：反应器内发生的反应有： a．CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH＝－49.5 kJ·mol－1 b．CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)　ΔH＝＋41.2 kJ·mol－1 CH3OH选择性＝×100% ⅰ.220 ℃时，测得反应器出口气体中全部含碳物质的物质的量之比为n(CH3OH)∶n(CO2)∶n(CO)＝1∶7.20∶0.11，则该温度下CO2转化率＝________×100%(列出计算式，不必化简)。 ⅱ.其他条件相同时，反应温度对CO2的转化率和CH3OH的选择性的影响如图2、图3所示： 温度高于260 ℃时，CO2平衡转化率变化的原因是____________________________ ________________________________________________________________________。 由图3可知，温度相同时CH3OH选择性的实验值略高于其平衡值，从化学反应速率的角度解释原因：______________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)工业上也可以用电解法捕获CO2，以太阳能电池为电源，在酸性水溶液中用惰性电极电解制得乙烯，则生成乙烯的电极反应为________________。 答案　(1)＋247.3 kJ·mol－1　(2)C　(3)①CO、H2O　②　温度升高，反应a平衡逆向移动，反应b平衡正向移动；温度高于260 ℃时，反应b平衡正向移动的程度大于反应a平衡逆向移动的程度　在该条件下反应a和反应b的速率之比大于相同条件下平衡时甲醇和CO的物质的量之比 (4)2CO2＋12e－＋12H＋===C2H4＋4H2O 解析　 (1) 根据标准摩尔生成焓的定义，反应ⅰ的反应热ΔH1＝2×(－110.5 kJ·mol－1)＋2×0 kJ·mol－1－[－74.8 kJ·mol－1＋(－393.5 kJ·mol－1)]＝＋247.3 kJ·mol－1。 (2)设CH3OH初始物质的量浓度为2a mol·L－1，CH3OH的平衡转化率为α，列三段式 　　　　　　　 2CH3OH(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g) 起始/mol·L－1　　　2a　　　　　　0　　　　　　0 转化/mol·L－1　　　2aα　　　　　aα　　　　　　aα 平衡/mol·L－1　　　2a(1－α)　　　aα　　　　　　aα Kc＝＝＝9，解得α＝，平衡体系中CH3OCH3(g)的物质的量分数为＝>。(3)②ⅰ.220 ℃时，测得反应器出口气体中全部含碳物质的物质的量之比为n(CH3OH) ∶n(CO2) ∶n(CO)＝1∶7.20∶0.11，结合碳原子守恒，该温度下CO2的转化率＝。ⅱ.由图2可知，温度高于260 ℃时，温度升高，反应a平衡逆向移动，反应b平衡正向移动，反应b平衡正向移动的程度大于反应a平衡逆向移动的程度，CO2的转化率增大；由图3可知，温度相同时反应a和反应b的速率之比大于相同条件下平衡时甲醇和CO的物质的量之比，故CH3OH选择性的实验值略高于其平衡值。 (4)CO2在阴极发生得电子的还原反应生成乙烯，1 mol CO2得到6 mol电子，结合电荷守恒和原子守恒，生成乙烯的电极反应为2CO2＋12e－＋12H＋===C2H4＋4H2O。 18．二氧化碳、甲烷等是主要的温室气体。研发二氧化碳和甲烷的利用技术对治理生态环境具有重要意义。 已知：常温常压下，一些物质的燃烧热如表所示。 物质 CH4(g) H2(g) CO(g) ΔH/(kJ·mol－1) －890.3 －285.8 －283.0 回答下列问题： (1)在催化剂作用下，甲烷的催化重整是制备合成气的重要方法，写出CH4(g)与CO2(g)反应生成CO(g)和H2(g)的热化学方程式：______________。 (2)在恒温恒容密闭容器中，通入一定量的CH4、CO2发生催化重整反应。 ①下列能说明该反应达到化学平衡状态的是________(填字母)。 A．混合气体的平均相对分子质量不再变化 B．v正(CH4)＝2v逆(CO) C．CO与H2浓度的比值不再变化 D．容器内混合气体的密度不再变化 ②当投料比＝1.0时，CO2的平衡转化率(α)与温度(T)、初始压强(p)的关系如图所示。由图可知：压强p1________(填“＞”“＜”或“＝”)2 MPa；当温度为T3 K、初始压强为2 MPa时，a点的v逆________(填“＞”“＜”或“＝”)v正。起始时向1 L恒容容器中加入2 mol CH4和2 mol CO2，在温度为T6 K、初始压强为2 MPa条件下反应，用压强表示该反应的平衡常数Kp＝________MPa2(分压＝总压×物质的量分数)。 (3)我国科学家对甲烷和水蒸气催化重整反应机理也进行了广泛研究，通常认为该反应分两步进行。第一步：CH4催化裂解生成H2和碳(或碳氢物种)，其中碳(或碳氢物种)吸附在催化剂上，如CH4→Cads/[C(H)n]ads＋(2－)H2；第二步：碳(或碳氢物种)和H2O反应生成CO2和H2，如Cads/[C(H)n]ads＋2H2O―→CO2＋(2＋)H2。反应过程和能量变化残图如图： 判断过程________(填序号)加入了催化剂，原因是_____________。 控制整个过程②反应速率的是第Ⅱ步，其原因为_____________。 答案　(1)CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)　ΔH＝＋247.3 kJ·mol－1　(2)①A　②＜　＞　4　(3)②　催化剂降低了活化能　第 Ⅱ 步的活化能大，反应速率慢 解析　(1)根据已知燃烧热可得热化学方程式： ①CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH＝－890.3 kJ·mol－1；②H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH＝－285.8 kJ·mol－1；③CO(g)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝－283.0 kJ·mol－1。根据盖斯定律，将热化学方程式①－②×2－③×2，整理可得CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)　ΔH＝＋247.3 kJ·mol－1。(2)①在恒温恒容密闭容器中，通入一定量的CH4、CO2发生催化重整反应：CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)，该反应的反应混合物都是气体，气体的质量不变；该反应的正反应是气体体积增大的反应，反应后气体的物质的量增大，根据M＝可知，混合气体m不变，n变化，平均相对分子质量变化，当平均相对分子质量不再变化，反应达到平衡状态，A正确；反应速率之比等于化学计量数之比，当2v正(CH4)＝v逆(CO)，反应达到平衡状态，故v正(CH4)＝2v逆(CO)时反应未达到平衡状态，B错误；CO与H2都是生成物，二者的浓度比始终保持不变，因此不能据此判断反应是否达到平衡状态，C错误；该反应的反应物都是气体，气体的质量不变，反应在恒温恒容密闭容器中进行，气体的体积不变，则根据ρ＝可知容器内混合气体的密度始终不变化，因此不能据此判断反应是否达到平衡状态，D错误。②该反应的正反应为气体分子数增多的反应，在其他条件不变时，增大压强，化学平衡向气体体积减小的方向移动，导致平衡时气体压强减小，故压强：p1＜2 MPa；根据图示可知，当温度为T3 K、初始压强为2 MPa时，反应进行到a点时CO2的转化率大于该压强下的CO2平衡转化率，则说明反应逆向进行，故反应速率关系：v逆＞v正；根据图示可知，在温度为T6 K，起始压强为2 MPa时，CO2的平衡转化率为0.5。由于开始时加入n(CH4)＝n(CO2)＝2 mol，则根据CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)中反应转化关系可知平衡时n(CH4)＝n(CO2)＝1 mol，n(H2)＝n(CO)＝2 mol，气体总物质的量为n(总)＝6 mol，反应在恒温恒容密闭容器中进行，气体的压强与气体的物质的量呈正比，则平衡时气体总压强为p(平衡)＝×2 MPa＝3 MPa，则压强平衡常数Kp＝ MPa2＝4 MPa2。(3)催化剂能够降低反应的活化能，使更多的普通分子变为活化分子，从而加快反应速率。根据图示可知曲线②的活化能比曲线①的活化能低，反应速率快，故过程②加入了催化剂；对于多步反应，总反应速率快慢由慢反应决定。反应的活化能越大，反应需要的能量就越高，反应速率就越慢。根据图示可知第Ⅱ步的活化能大，反应速率慢，其决定了整个反应速率的快慢。 19．(2024菏泽一模)丙烯是重要的有机原料之一，可通过多种途径制备。回答下列问题： Ⅰ．由丙烷直接脱氢法制备：　 (1)已知键能：；生成碳碳键放出的能量为，则 。 (2)在一定温度下，保持总压为，将和的混合气体分别按为和向密闭容器中投料，发生脱氢反应，测得的转化率与时间的关系如图1所示(已知时反应处于平衡状态)。 点对应的投料方式为 ，原因是 。内，曲线 (填“”“”)对应的平均反应速率最快。点对应的平衡常数 (以分压表示，分压＝总压×物质的量分数，保留一位小数)。 Ⅱ．由丙烷氧化脱氢法制备。主要涉及反应：； (3)在一定条件下，将物质的量之比为的和匀速通入体积可变的反应容器中发生上述反应，使总压强恒定为。在不同温度下反应相同时间，测得丙烷和氧气的转化率与温度倒数的关系如图2所示。 时，容器内两种气体的物质的量之比 (填“>”“<”或“＝”)；若对应的点均处于平衡状态，保持其他条件不变，仅将容器更换为恒容的刚性容器，则图示点中，与新的转化率点可能依次是 (填代号)；M点丙烷的分压 (保留两位有效数字)。 【答案】(1) (2) 反应是体积增大的反应，充入Ar，体系各组分气体分压下降，平衡朝体积增大的方向，平衡正向移动，有利于丙烷转化率增大 16.7 (3)> d、c 53 【解析】(1) ＝反应物的总键能－生成物的总键能＝2E(C－C)＋8－2E(C－C)－ E(碳碳键)－6－＝。 (2)反应是体积增大的反应，充入Ar，体系中各组分的分压减小，相当于减小平衡体系的压强，平衡正向移动，有利于丙烷转化率增大，则点对应的投料方式为，投料比越大，则丙烷的转化率越小，则曲线是为投料，丙烷分压越大，反应速率越快，因此0~6s内，曲线对应的平均反应速率最快；m点和n点温度相同，平衡常数相等，根据m点数据列出“三段式” 平衡时气体总物质的量为1mol＋1mol＋1 mol ＋3 mol ＝6mol，平衡常数。 (3)在一定条件下，将物质的量之比为的和匀速通入体积可变的反应容器中发生、，则反应过程中>，和都是气体体积增大的反应，在恒压条件下发生反应，容器的体积增大，仅将容器更换为恒容的刚性容器，需要压缩容器的体积增大压强，平衡逆向移动，和的转化率下降，且的转化率要大于，则与新的转化率点可能依次是d、c；根据M点和的转化率相等，说明只发生，列出“三段式” M点丙烷的分压。 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