专题4 大题突破(2) 热化学与化学反应速率、平衡的综合分析-【步步高】2024年高考化学大二轮专题复习与增分策略（新高考，浙江专用）

大题突破(二)　热化学与化学反应速率、平衡的综合分析 1．(2023·浙江6月选考，19)水煤气变换反应是工业上的重要反应，可用于制氢。 水煤气变换反应：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　ΔH＝－41.2 kJ·mol－1 该反应分两步完成： 3Fe2O3(s)＋CO(g)2Fe3O4(s)＋CO2(g)　ΔH1＝－47.2 kJ·mol－1 2Fe3O4(s)＋H2O(g)3Fe2O3(s)＋H2(g)　ΔH2 请回答： (1)ΔH2＝__________kJ·mol－1。 (2)恒定总压1.70 MPa和水碳比[n(H2O)/n(CO)＝12∶5]投料，在不同条件下达到平衡时CO2和H2的分压(某成分分压＝总压×该成分的物质的量分数)如下表： p(CO2)/ MPa p(H2)/ MPa p(CH4)/ MPa 条件1 0.40 0.40 0 条件2 0.42 0.36 0.02 ①在条件1下，水煤气变换反应的平衡常数K＝____________。 ②对比条件1，条件2中H2产率下降是因为发生了一个不涉及CO2的副反应，写出该反应方程式________________________________________________________________________。 (3)下列说法正确的是____________。 A．通入反应器的原料气中应避免混入O2 B．恒定水碳比[n(H2O)/n(CO)]，增加体系总压可提高H2的平衡产率 C．通入过量的水蒸气可防止Fe3O4被进一步还原为Fe D．通过充入惰性气体增加体系总压，可提高反应速率 (4)水煤气变换反应是放热的可逆反应，需在多个催化剂反应层间进行降温操作以“去除”反应过程中的余热(如图1所示)，保证反应在最适宜温度附近进行。 ①在催化剂活性温度范围内，图2中b～c段对应降温操作的过程，实现该过程的一种操作方法是____________。 A．按原水碳比通入冷的原料气 B．喷入冷水(蒸气) C．通过热交换器换热 ②若采用喷入冷水(蒸气)的方式降温，在图3中作出CO平衡转化率随温度变化的曲线。 (5)在催化剂活性温度范围内，水煤气变换反应的历程包含反应物分子在催化剂表面的吸附(快速)、反应物及产物分子脱附等过程。随着温度升高，该反应的反应速率先增大后减小，其速率减小的原因是_________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案　(1)＋6　(2)①2　②CO＋3H2CH4＋H2O　(3)AC　(4)①AC　② (5)温度过高时，不利于反应物分子在催化剂表面的吸附，从而导致其反应物分子在催化剂表面的吸附量及浓度降低，反应速率减小；温度过高还会导致催化剂的活性降低，从而使化学反应速率减小 解析　(1)设方程式①CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　ΔH＝－41.2 kJ·mol－1 ②3Fe2O3(s)＋CO(g)2Fe3O4(s)＋CO2(g)　ΔH1＝－47.2 kJ·mol－1 ③2Fe3O4(s)＋H2O(g)3Fe2O3(s)＋H2(g)　ΔH2 根据盖斯定律可知，③＝①－②，则ΔH2＝ΔH－ΔH1＝(－41.2 kJ·mol－1)－(－47.2 kJ·mol－1)＝＋6 kJ·mol－1。(2)①条件1下没有甲烷生成，只发生了水煤气变换反应，该反应是一个气体分子数不变的反应。设在条件1下平衡时容器的总体积为V，水蒸气和一氧化碳的投料分别为12 mol和5 mol，参加反应的一氧化碳为x mol，根据已知信息可得以下三段式： CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) 开始/mol　　　　5　　　12　　　0　　　　0 转化/mol　　　　x　　　x　　　　x　　　　x 平衡/mol　　　　5－x　　12－x　　x　　　　x ×1.7 MPa＝0.40 MPa，解得x＝4。则平衡常数K＝＝2。 ②根据表格中的数据可知，有甲烷生成，且该副反应没有二氧化碳参与，且氢气的产率降低，则该方程式为CO＋3H2CH4＋H2O。(3)一氧化碳和氢气都可以和氧气反应，则通入反应器的原料气中应避免混入O2，A正确；该反应前后气体计量系数相同，则增加体系总压平衡不移动，不能提高平衡产率，B错误；通入过量的水蒸气可以促进四氧化三铁被氧化为氧化铁，水蒸气不能将铁的氧化物还原为单质铁，但过量的水蒸气可以降低体系中CO和H2的浓度，从而防止铁的氧化物被还原为单质铁，C正确；若保持容器的体积不变，通过充入惰性气体增加体系总压，反应物浓度不变，反应速率不变，D错误。(4)①按原水碳比通入冷的原料气，可以降低温度，同时化学反应速率稍减小，导致CO的转化率稍减小，与图中变化相符，A正确；喷入冷水(蒸气)，可以降低温度，但是同时水蒸气的浓度增大，会导致CO的转化率增大，与图中变化不符，B错误；通过热交换器换热，可以降低温度，且不改变投料比，同时化学反应速率稍减小，导致CO的转化率稍减小，与图中变化相符，C正确。②增大水蒸气的浓度，平衡正向移动，则一氧化碳的平衡转化率增大，会高于原平衡线，故图像为 。 2．(2023·浙江1月选考，19)“碳达峰·碳中和”是我国社会发展重大战略之一，CH4还原CO2是实现“双碳”经济的有效途径之一，相关的主要反应有： Ⅰ：CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)　ΔH1＝＋247 kJ·mol－1，K1 Ⅱ：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)　ΔH2＝＋41 kJ·mol－1，K2 请回答： (1)有利于提高CO2平衡转化率的条件是__________(填字母)。 A．低温低压 B．低温高压 C．高温低压 D．高温高压 (2)反应CH4(g)＋3CO2(g)4CO(g)＋2H2O(g)的ΔH＝________kJ·mol－1，K＝________(用K1，K2表示)。 (3)恒压、750 ℃时，CH4和CO2按物质的量之比1∶3投料，反应经如下流程(主要产物已标出)可实现CO2高效转化。 ①下列说法正确的是______(填字母)。 A．Fe3O4可循环利用，CaO不可循环利用 B．过程ⅱ，CaO吸收CO2可促使Fe3O4氧化CO的平衡正移 C．过程ⅱ产生的H2O最终未被CaO吸收，在过程ⅲ被排出 D．相比于反应Ⅰ，该流程的总反应还原1 mol CO2需吸收的能量更多 ②过程ⅱ平衡后通入He，测得一段时间内CO物质的量上升，根据过程ⅲ，结合平衡移动原理，解释CO物质的量上升的原因：_______________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)CH4还原能力(R)可衡量CO2转化效率，R＝Δn(CO2)/Δn(CH4)(同一时段内CO2与CH4的物质的量变化量之比)。 ①常压下CH4和CO2按物质的量之比1∶3投料，某一时段内CH4和CO2的转化率随温度变化如图1，请在 图2中画出400～1 000 ℃之间R的变化趋势，并标明1 000 ℃时R值。 ②催化剂X可提高R值，另一时段内CH4转化率、R值随温度变化如下表： 温度/℃ 480 500 520 550 CH4转化率/% 7.9 11.5 20.2 34.8 R 2.6 2.4 2.1 1.8 下列说法不正确的是________(填字母)。 A．R值提高是由于催化剂X选择性地提高反应Ⅱ的速率 B．温度越低，含氢产物中H2O占比越高 C．温度升高，CH4转化率增加，CO2转化率降低，R值减小 D．改变催化剂提高CH4转化率，R值不一定增大 答案　(1)C　(2)＋329　K1·K　(3)①BC　②通入He，CaCO3分解平衡正移，导致c(CO2)增大，促进Fe还原CO2平衡正移 (4)① ②C 该综合题主要考查热化学、化学反应速率和化学平衡等主干理论知识，主要命题点有盖斯定律的应用、反应速率和化学平衡的分析、化学平衡常数的表达式书写与计算、反应条件的分析选择、生产生活中的实际应用等，试题常以填空、读图、作图、计算等形式呈现。试题一般以与生产、生活紧密联系的物质为背景材料命制组合题，各小题之间又有一定的独立性。主要考查学生的信息处理能力、学科内综合分析能力，应用反应原理解决生产实际中的具体问题，体现了“变化观念与平衡思想”的核心素养。在近几年的相关考题中，对单一因素影响的考查已经越来越少了，主要以“多因素影响”出现，考查考生的综合分析判断能力。以实际情景(场景)为背景，更能体现核心素养的要求。而在实际生产过程中，影响因素是多元化、多方位和多层次的。 1．(2023·宁波十校高三下学期3月联考)乙醇是一种重要的工业原料，被广泛应用于能源、化工、食品等领域。乙酸甲酯(CH3COOCH3)加氢是制取乙醇的主要反应。反应如下： Ⅰ.CH3COOCH3(g)＋2H2(g)C2H5OH(g)＋CH3OH(g)　ΔH1＝－71 kJ·mol－1 Ⅱ.CH3COOCH3(g)＋H2(g)CH3CHO(g)＋CH3OH(g)　ΔH2＝＋13.6 kJ·mol－1 (1)一定条件下，在恒温恒容容器中通入一定量的乙酸甲酯和氢气发生反应Ⅰ和Ⅱ，反应达到平衡的标志为____________(填字母)。 A．v正(H2)＝2v逆(CH3OH) B．容器中气体的平均摩尔质量不再变化 C．混合气体的密度不再变化 D．c(CH3OH)∶c(CH3CHO)不再变化 (2)其他条件相同，将乙酸甲酯与氢气按一定流速通过催化剂表面，乙酸甲酯的转化率与乙醇的选择性随氢酯比[]的关系如图1所示。氢酯比在2～9之间，乙醇的选择性随氢酯比增大而逐渐增大的原因为_________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)压强为pθ的恒压密闭容器中，通入2.0 mol CH3COOCH3和3.96 mol H2发生反应Ⅰ和Ⅱ，测得不同温度下达平衡时CH3COOCH3转化率和乙醇的选择性如图2所示。260 ℃时反应Ⅰ的标准平衡常数为Kθ＝____________[已知对于反应：dD(g)＋eE(g)gG(g)＋hH(g)，其标准平衡常数：Kθ＝]。温度高于240 ℃时，随温度升高乙酸甲酯的转化率降低的原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 [乙醇的选择性＝×100%] (4)化学反应速率常数随温度变化关系的经验公式为Rln k＝－＋C(Ea为活化能——假设受温度影响忽略不计，k为速率常数，R和C为常数)，为探究催化剂m、n的催化效率，进行了相应的实验，依据实验数据获得图3曲线。假设催化剂n的催化效率大于m的催化效率，请在图3中画出催化剂n的相应曲线并标注。 答案　(1)BD　(2)氢酯比在2～9之间，氢酯比增大相当于增大氢气的浓度，反应在达到平衡前，增大氢气的浓度有利于加快反应的速率，且主反应的反应速率增大程度大于副反应；若反应已经达到平衡，增大氢气浓度，导致主反应平衡正向移动且主反应的正向移动程度大于副反应，故氢酯比在2～9之间，乙醇的选择性随氢酯比增大而逐渐增大　(3)65.8　反应Ⅰ为放热反应，升高温度平衡逆向移动，反应Ⅱ为吸热反应，升高温度平衡正向移动，此时反应Ⅰ占主导，导致升高温度，乙酸甲酯的转化率降低 (4) 解析　(1)两个反应中均有氢气参与，v正(H2)＝2v逆(CH3OH)，不能说明反应达到平衡，A不符合题意；混合气体的平均摩尔质量为M＝，气体总质量不变，但是气体的总物质的量随反应进行而改变，所以M会发生改变，当M不变时，反应达到平衡，B符合题意；容器体积和气体总质量始终不变，则混合气体的密度始终不变，因此混合气体密度不变不能说明反应已达平衡，C不符合题意；c(CH3OH)∶c(CH3CHO)不再变化，说明平衡不再移动，达到平衡，D符合题意。(3)压强为pθ的恒压密闭容器中，260 ℃时，CH3COOCH3的转化率为90%、乙醇的选择性为70%，故反应的CH3COOCH3为1.8 mol、生成1.26 mol乙醇； CH3COOCH3(g)＋2H2(g)C2H5OH(g)＋CH3OH(g) 起始/mol　　　　2.0　　　　　　3.96　　　0　　　　　　0 转化/mol　　　　1.26　　　　　　2.52　　　1.26　　　　1.26 CH3COOCH3(g)＋H2(g)CH3CHO(g)＋CH3OH(g) 1.8－1.26 转化/mol　　　　＝0.54　　　　0.54　　　0.54　　　　　0.54 则反应后CH3COOCH3、H2、C2H5OH、CH3OH、CH3CHO的物质的量分别为0.2 mol、0.9 mol、1.26 mol、1.8 mol、0.54 mol，总的物质的量为4.7 mol，则反应Ⅰ的Kθ＝＝65.8。(4)Rln k＝－＋C＝－Ea×＋C，则斜率体现反应的活化能，假设催化剂n的催化效率大于m的催化效率，则其能更大程度地降低反应的活化能。 2．(2023·温州普通高中高三下学期适应性考试)甲醇和二甲醚是可再生能源，具有广泛的发展前景。相关的主要反应有： 制备合成气：Ⅰ.CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)　ΔH1＝＋247 kJ·mol－1　K1 制备甲醇和二甲醚：Ⅱ.CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)　ΔH2＝－90.7 kJ·mol－1　K2 Ⅲ.2CH3OH(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)　ΔH3＝－24.0 kJ·mol－1　K3 请回答： (1)有利于制备合成气(反应Ⅰ)的条件是____________(填字母)。 A．低温低压 B．低温高压 C．高温低压 D．高温高压 (2)一定条件下，相关物质的相对能量与反应过程如图： ①E1－E3＝____________kJ·mol－1。 ②某温度下，在体积为1 L的恒容容器中，投料为1 mol CO和2 mol H2，仅发生反应Ⅱ和Ⅲ(K2>K3)，在t1时达到平衡状态，请画出0～t2之间c(CH3OH)的变化趋势。 (3)甲醇生成二甲醚的转化率α可以根据冷凝液中的CH3OH与H2O的相对百分含量来计算(忽略副反应和各物质的挥发)。冷凝液中H2O的质量分数为w1，CH3OH的质量分数为w2，则甲醇的转化率α＝____________(用含w1和w2的式子表示)。 (4)制备合成气(反应Ⅰ)时，还存在反应CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g)　ΔH＝＋41 kJ·mol－1，该过程可用于热化学能的储存。已知：储能效率η＝×100%(Qchem是通过化学反应吸收的热量，Q是设备的加热功率)。反应物气体流速、对CH4转化率[α(CH4)]、储能效率(η)的影响，部分数据如下表： 实验序号 加热温度/℃ 反应物气体流速/(L·min－1) α(CH4)/% η/% 1 800 4 1∶1 79.6 52.2 2 800 6 1∶1 64.2 61.9 3 800 6 1∶2 81.1 41.6 ①下列说法不正确的是____________(填字母)。 A．反应Ⅰ可以储能的原因是该反应是吸热反应，将热量储存在高热值物质CO、H2中 B．其他条件不变，反应物气体流速越小，CH4转化率越大，有利于热化学能储存 C．其他条件不变，越小，CH4转化率越大 D．反应物气体流速越大，CH4转化率越低的可能原因是反应物与催化剂未充分接触 ②在实验2和3中，经过相同的时间，混合气中CO2占比越低，储能效率越高，说明其可能的原因：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________(该条件下设备的加热功率视为不变)。 答案　(1)C　(2)①205.4 ② (3)×100%或×100%　(4)①B　②CO2占比低时以反应Ⅰ为主，储能效率高，而CO2占比高时以反应CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g)　ΔH＝＋41 kJ·mol－1为主，储能效率低 解析　(1)该反应的正反应为吸热且气体分子数增加的反应，升温或减小压强均能使平衡正向移动。(2)①E1为2 mol CO(g)和4 mol H2(g)的总能量，E3为1 mol CH3OCH3(g)和1 mol H2O(g)的总能量。由反应2Ⅱ＋Ⅲ得到：2CO(g)＋4H2(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)　ΔH＝(－90.7 kJ·mol－1×2)＋(－24.0 kJ·mol－1)＝－205.4 kJ·mol－1＝E生成物－E反应物＝E3－E1，则E1－E3＝205.4 kJ·mol－1。(3)冷凝液中有CH3OH、CH3OCH3、H2O，已知冷凝液中H2O的质量分数为w1，CH3OH的质量分数为w2，则CH3OCH3的质量分数为1－w1－w2。设冷凝液的总质量为m总则CH3OH、CH3OCH3的物质的量分别为＝、＝。由关系式：2CH3OH～CH3OCH3，则反应甲醇的转化率为α＝×100%＝×100%＝×100%。另设冷凝液的总质量为1 g，由题知，冷凝液中H2O的质量为w1 g，CH3OH的质量为w2 g，根据方程式：2CH3OHCH3OCH3＋H2O，生成w1 g水时，反应的甲醇的质量为 g，则甲醇的转化率＝×100%＝×100%＝×100%。(4)①反应Ⅰ为吸热反应，即生成物的总能量高于反应物的总能量，反应体系储能是由于生成高能的CO和H2，A项正确；由实验1、2对比知，反应物气体流速越小，CH4的转化率越高但储能效率越低，B项错误；由实验2、3对比知，实验3的CH4转化率高，即越小CH4转化率越高(相当于增加CO2，平衡正向移动，CH4的转化率增大)，C项正确；气流太快，CH4未及时参与反应，无法与催化剂充分接触，D项正确。 3．(2023·浙里卷天下高三冲刺卷)NOx、CO都是常见的空气污染物，研究它们的处理方法对环境保护有重要意义。 (1)已知在催化剂M的作用下，利用CH4还原NO可消除氮氧化物的污染，其反应为CH4(g)＋4NO(g)2N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)　ΔH<0。催化剂M的活性随温度变化的情况如图甲所示，相同时间测得NO的转化率随反应温度变化的情况如图乙所示。 ①写出NO的转化率出现图乙所示变化的可能原因：_________________________ _______________________________________________________________(写出两点)。 ②在图乙中画出，其他条件不变，增大压强(催化剂未失活)情况下，NO的转化率随温度变化的图像。 (2)利用催化剂处理汽车尾气中的NO和CO的技术已投入实际使用，其反应为2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g)　ΔH<0。某一恒容容器起始时只有2 mol NO和2 mol CO，平衡时测得混合气体中CO2的物质的量分数[φ(CO2)]与温度(T)、压强(p)之间的关系如图所示。 ①温度：T1________(填“<”或“>”)T2。 ②若恒温(T1)恒容条件下，测得平衡时混合气体的压强为p1 kPa，则T1时NO的转化率为________，该反应的平衡常数Kp＝________kPa－1[对于气相反应，用某组分B的平衡压强p(B)代替物质的量浓度c(B)也可表示平衡常数，记作Kp，p(B)＝p·x(B)，x(B)为平衡体系中B的物质的量分数]。 ③下列说法正确的是________(填字母)。 A．增大催化剂的比表面积可以提高NO的平衡转化率 B．v正(NO)＝2v逆(N2)时，反应达到最大限度 C．充入一定量的氦气有利于提高反应速率 D．实际使用时适当升高温度有利于提高NO的去除率 ④一种焦炭催化CO还原NO反应的历程如下，请补充完整(“*”表示吸附态)： Ⅰ.NONO*； Ⅱ.2NO*ON—NO*； Ⅲ.________； Ⅳ.ON—NO—CO*ON—N*＋CO2； Ⅴ.________。 答案　(1)①T0之前，反应没有达到平衡，温度升高，反应速率加快，相同时间内NO的转化率增大，T0之后，反应已经达到平衡，温度升高，平衡逆向移动，NO的转化率下降；T0之前，反应没有达到平衡，温度升高，催化剂活性增大，反应速率加快，相同时间内NO的转化率增大，T0之后，温度升高，催化剂活性减小，反应速率减慢，相同时间内NO的转化率下降 ② (2)①<　②80%　　③BD　④ON—NO*＋COON—NO—CO*　ON—N*＋CON2＋CO2 解析　(1)②反应前后气体分子数不变，其他条件不变，增大压强，化学反应速率加快，相同时间内转化率增大，所以相同温度下纵坐标较之前要大，但平衡不移动，平衡时的转化率是不变的。(2)①题给反应的ΔH<0，相同压强下，温度升高，平衡逆向移动，φ(CO2)减小，故T1<T2。②设恒温(T1)恒容条件下，NO的转化率为x，由题给数据可建立如下三段式： 2CO(g)＋2NO(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 由图可知，CO2的物质的量分数为50%，则×100%＝50%，解得x＝0.8，则NO的转化率为80%。平衡时CO、NO、N2、CO2的平衡分压分别为 kPa、 kPa、 kPa、 kPa，反应的平衡常数Kp＝ kPa－1＝kPa－1。③增大催化剂的比表面积可以提高反应速率，但平衡不移动，NO的平衡转化率不变，A错误；v正(NO)＝2v逆(N2)说明正、逆反应速率相等，反应已达到平衡，B正确；恒容条件下充入一定量不参加反应的氦气，反应体系中各物质的浓度不变，反应速率不变，C错误；实际过程中，适当升高温度能加快反应速率，单位时间内NO的消耗量增大，有利于提高NO的去除率，D正确。 4．(2023·杭州市第二学期高三年级教学质量检测)化学固定、催化活化循环利用CO2的研究备受重视。铜基催化剂上CO2加氢合成甲醇是重要的利用途径。该工艺主要发生合成甲醇的反应Ⅰ和逆水煤气变换反应Ⅱ。 Ⅰ.CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH1＝－53.66 kJ·mol－1，K1 Ⅱ.CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)　ΔH2＝＋36.90 kJ·mol－1，K2 Ⅲ.CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)　ΔH3 已知甲醇的选择性＝×100%。请回答： (1)ΔH3＝________，反应Ⅲ自发进行的条件是________。 (2)恒温恒容条件下，原料气CO2(g)、H2(g)以物质的量浓度比1∶3投料时，控制合适条件(不考虑反应Ⅲ)，甲醇的选择性为50%。已知初始c(CO2)＝1.0 mol·L－1，CO2平衡转化率为50%，则该条件下K1＝________。 (3)以50Cu/45Zn/5Al为催化剂，催化剂表面金属能吸附CO2、CO、H2分子，反应Ⅰ和Ⅱ发生在催化剂表面的不同活性位点。在240 ℃、2 MPa条件下，将原料气按照a、b、c、d四种方式以相同流速通过催化剂，测得各组分转化率(X)和选择性(S)如表所示。另测得CO2转化率、甲醇选择性与温度、原料气组成关系分别如图1、图2所示。 各组分转化率和选择性与原料气组成的关系 原料气(体积分数) CO2∶CO∶H2(%) XCO SCO (a)16∶0∶84 18 0 43 56 (b)16∶0.6∶83.4 12 0 61 38 (c)16∶2∶82 11 0 89 11 (d)16∶4∶80 9 6.0 99 0 ①分析表中数据，推测随着原料气中掺杂CO体积分数的增大，CO2转化率迅速降低、甲醇选择性急剧增大的原因是_______________________________________。 ②结合表格、图1、图2等有关信息，下列说法正确的是________(填字母)。 A．其他条件一定时，原料气中CO体积分数越大，生成甲醇越多 B．一定范围内升高温度利于CO2与催化剂活性位点结合，可以提高CO2的转化率 C．根据图2中的a曲线推测，温度对反应Ⅱ速率的影响比反应Ⅰ大 D．增大流速，原料气与催化剂碰撞的机会多，甲醇产率一定增加 ③请在图2中画出按照d投料时甲醇的选择性随温度变化的曲线。 答案　(1)－90.56 kJ·mol－1　低温 (2)0.031 25或() (3)①CO与CO2在催化剂表面产生竞争吸附，占据反应Ⅱ的活性位点，抑制反应Ⅱ的发生；CO直接与H2生成了CH3OH(答案合理即可)　②BC　③ 5．(2023·嘉兴市高三下学期二模)甲醇是一种理想的可再生清洁能源，近年来随着环保督查、碳双控等政策的实施，我国甲醇产能利用率不断提升。 Ⅰ.CO2和H2在一定条件下合成甲醇：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH (1)根据如图相关物质的能量，计算ΔH＝________________kJ·mol－1。 (2)向容积均为0.5 L的恒容密闭容器中分别充入0.1 mol CO2和0.3 mol H2，在两种催化剂(Ⅰ和Ⅱ)、不同温度下发生上述反应，经过相同时间，测得CO2的转化率与温度的关系曲线如图所示(已知此实验条件下催化剂均未失活)。下列说法正确的是__________________(填字母)。 A．催化效率较高的是催化剂Ⅱ B．A点v正一定小于C点的v逆 C．C点的正反应速率：v正(Ⅰ)＝v正(Ⅱ) D．T1～T3温度区，CO2的转化率随温度升高均增大的原因是反应未达平衡，随温度升高反应速率加快，相同时间内CO2转化率增大 (3)将CO2和H2分别充入甲、乙两个恒容密闭容器中发生反应，相关数据如下表所示，测得不同温度下甲容器内CO2的平衡转化率曲线甲如图所示。 容积 CO2(g) H2(g) 甲容器 V L 1 mol a mol 乙容器 V L 2 mol 2a mol ①请在图中画出乙容器中CO2的平衡转化率曲线乙。 ②当乙容器中CO2的平衡转化率与甲容器M点相同时，该反应的平衡常数之比K甲∶K乙＝____________。 Ⅱ.已知反应CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)是目前大规模制取氢气的方法之一。 (4)实验发现，其他条件不变时向上述体系中投入一定量的CaO，反应相同时间测得H2的体积分数增大，其可能的原因是_________________________________________。 答案　(1)－49.3　(2)ABD　(3)①　②4∶1　(4)CaO和CO2反应生成CaCO3，体系中CO2浓度降低，平衡正向移动 解析　(1)CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)的ΔH＝生成物的总能量－反应物的总能量＝－201.0 kJ·mol－1－241.8 kJ·mol－1－(－393.5 kJ·mol－1)＝－49.3 kJ·mol－1。(2)根据图示信息可知，使用催化剂Ⅱ时，相同时间内，CO2的转化率更高，则催化效率较高，故A正确；C点处于平衡状态，则C点v逆＝v正，而A点温度低于C点，则A点v正一定小于C点的v逆，故B正确；两种催化剂的催化效率不同，则C点v正(Ⅰ)≠v正(Ⅱ)，故C错误。(3)①甲容器和乙容器体积相等，乙容器中CO2(g)和H2(g)浓度是甲容器的两倍，相当于在甲容器的基础上增大压强，而反应CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)是气体体积减小的反应，增大压强平衡正向移动，CO2(g)的平衡转化率比甲容器中的大，且该反应是放热反应，升高温度CO2(g)的平衡转化率减小，由此可画出曲线乙。②根据已知条件列出M点时甲容器“三段式”： CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) 起始/mol　　　　1　　　a　　　　0　　　　　0 转化/mol　　　　0.6　　1.8　　　　0.6　　　　0.6 平衡/mol　　　　0.4　　a－1.8　　　0.6　　　　0.6 平衡常数K甲＝＝，根据已知条件列出乙容器的“三段式”： CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) 起始/mol　　　　　2　　　2a　　　　0　　　　0 转化/mol　　　　　1.2　　　3.6　　　1.2　　　1.2 平衡/mol　　　　　0.8　　　2a－3.6　1.2　　　1.2 平衡常数K乙＝＝，则K甲∶K乙＝∶＝4∶1。 学科网（北京）股份有限公司 $$