专题08 化学反应速率与平衡综合应用-【好题汇编】备战2024-2025学年高一化学下学期期末真题分类汇编（上海专用）

专题08 化学反应速率与平衡综合应用 内容概览 考向1 工业合成氨 考向2 合成氨工业 考向3 硫酸工业 考向4 硫酸工业生产 考向5 工业制硫酸 考向6 反应速率与限度应用 考向7 工业燃煤废气的处理 考向8 环境保护 考向9 化学平衡与工业生产 考向10 研究温室气体意义 考向1 工业合成氨 (上海外国语大学附属外国语学校松江云间中学2023-2024学年高一下学期期末)氨是化肥工业、纯碱工业、有机合成工业的重要原料之一。已知工业合成氨反应： N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH= -92kJ·mol−1 ΔS= -198J·mol-1·K-1 1．该反应若要自发进行，推动的主要因素是 。 A．焓变 B．熵变 2．通过计算判断，室温下()该反应是 。 A．自发反应 B．非自发反应 3．在密闭容器中充入1molN2和3 molH2进行反应，后测得容器内压强变为原来的0.8倍，则内v(NH3)= ，下列能够表明反应达到平衡的是 (填字母)。 A．NH3的浓度不再变化 B．3v(H2)=2v(NH3) C．气体的密度不再变化 D．气体的平均相对分子质量不再变化 4．对于合成氨反应，达到平衡后，下列分析正确的是_____。 A．升高温度，正反应的反应速率减小，逆反应的反应速率增大，平衡逆向移动 B．加入催化剂，有利于提高平衡时氨气的产率 C．减小反应物浓度，对逆反应的反应速率影响更大 D．增大压强，对正反应的反应速率影响更大 5．若起始时投入1molN2和3 molH2，在不同的温度和压强条件下反应，测得平衡时混合物中氨的体积分数与温度、压强的关系如图。 (1)通过图像判断：p1 p2(填“>”“<”或“=”，下同)；平衡常数：B点 D点，从平衡移动的角度解释原因 。 (2)在A、B两点条件下，反应从开始到平衡时生成氨气的平均速率v(A) v(B)(填“>”“<”或“=”)。 (3)计算C点H2的转化率为 。 (4)自来水厂在用液氯进行消毒处理时常加入少量液氨，反应的化学方程式为NH3＋HClONH2Cl(一氯氨)+H2O，已知NH2Cl比HClO稳定，试从化学平衡的角度分析加入少量液氨能够延长杀菌作用时间的原因 。 考向2 合成氨工业 (上海市松江九峰实验学校2023-2024学年高一下学期期末)氨气广泛应用于化工、化肥、制药、合成纤维等领域。反应原理：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) (放热反应)。工业上合成氨的部分工艺流程如图： 1．①流程中的化学反应属于 。 A．自然固氮 B．人工固氮 ②气体需要干燥净化的目的是 。 ③设计热交换器的好处在于 。 2．下列合成氨条件中，不能用化学平衡移动原理解释的是___________。 A．使用铁催化剂 B．采用500℃ C．移出液态NH3 D．压缩加压 恒温下，向体积为4升的密闭容器中通入2molN2和6 molH2，记录数据如下表： 时间/min 5 10 15 20 25 30 n(NH3)/ mol 0.32 0.56 x 0.94 0.94 0.94 3．0～10min，v(N2)= mol·L－1·min－1 ；15min时，x 0.80(选填“>”、“=”或“<”)，解释原因是 。 4．反应达到化学平衡状态时，下列说法错误的是___________。 A． 2v正(NH3)=3v逆(H2) B．混合气体的密度保持不变 C．cN2：cH2=1：3 D．混合气体的平均分子量保持不变 氨法脱硫技术可吸收硫酸工业尾气中的SO2，同时制得硫酸铵。主要工艺流程如图所示： 5．该技术的优点除了能降低污染，请另写出一条优点 。 6．有数据表明，吸收塔中溶液的在5.5-6.0之间，生产效率较高。当控制一定流量的尾气时，调节溶液的的方法是 。 7．(NH4)2SO3氧化是氨法脱硫的重要过程。某小组在其他条件不变时，分别研究了一段时间内温度和(NH4)2SO3初始浓度对空气氧化(NH4)2SO3速率的影响，结果如图： 下列说法错误的是___________。 A．该反应原理为：2(NH4)2SO3+O2=2(NH4)2SO4 B．60℃之前，氧化速率增大与温度升高有关 C．60℃之后，氧化速率降低与O2的溶解度有关 D．当(NH4)2SO3的浓度增大到一定程度后氧化速率变化不大，与O2的溶解速率无关 考向3 硫酸工业 (上海市徐汇中学2023-2024学年高一下学期期末)硫酸是极其重要的化工原料，在工业、农业、医药、军事等领域应用广泛。 1．硫酸工业在国民经济中占有极其重要的地位，工业上通常用接触法制硫酸。 (1)工业制硫酸时所用硫铁矿的主要成分为FeS2，其中硫元素的化合价为 。 (2)硫酸的最大消费渠道是化肥工业，用硫酸制造的常见化肥有 (任写一种)。 (3)有关工业制硫酸的下列说法中，不正确的是___________。 A．二氧化硫的催化氧化在转化器中发生 B．吸收塔用浓度为浓硫酸吸收三氧化硫 C．转化器中装有催化剂 D．以硫磺为原料制硫酸使用的设备之一是沸腾炉 (4)在硫酸工业中，常采用“二转二吸法”，即将第一次转化生成的SO2分离后，将未转化的SO2进行二次转化，假若两次SO2的转化率均为，则最终SO2的转化率为 。(反应物转化率=结果保留2位小数) (5)工业生产中常用氨一酸法进行尾气脱硫，以达到消除污染、废物利用的目的。用化学方程式表示其反应原理 (任写出1个方程式，合理即可)。 2．将0.050molSO2(g)和0.030molO2(g)放入容积为的密闭容器中，反应在一定条件下发生反应，2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) (放热反应)，经20分钟达到平衡，测得c(SO3)= 0.04mol·L-1。 (1)从反应开始到达到平衡，用SO2表示的平均反应速率为 ； (2)从平衡角度分析采用过量O2的目的是 ； (3)若反应温度升高，SO2的转化率将 (填“增大”、“减小”或“不变”)； (4)减小c(SO3)，v正 v逆(填“>”、“<”或“=”)； (5)上述反应达到平衡的标志是___________(不定项) A．容器内压强不随时间变化 B．容器内各物质的浓度相等 C．容器内密度保持不变 D．SO2和SO3的生成速率相等 考向4 硫酸工业生产 (上海市华东师范大学附属周浦中学2023-2024学年高一下学期期末)硫酸是一种重要的化工产品，广泛应用于生活和工业领域。 1．在硫酸工业生产中，为了有利于SO2的转化，且能充分利用热能，采用了中间有热交换器的接触室(见图)。下列说法错误的是_______。 A．a、b两处的混合气体成分含量相同，温度不同 B．c、d两处的混合气体成分含量不同，温度相同 C．热交换器的作用是预热待反应的气体，冷却反应后的气体 D．c处气体经热交换后再次催化氧化的目的是提高SO2的转化率 2．在生产硫酸的过程中，常用浓硫酸而不用水吸收SO3是因为_______。 A．SO3易溶于浓H2SO4而不易溶于水 B．用浓硫酸吸收速率虽慢但损失SO3少 C．用水吸收时，易形成酸雾而阻碍SO3再吸收 D．用水吸收时得不到纯净的硫酸 3．在接触法产生H2SO4的过程中，对“废气、废水、废渣、废热”的处理正确的是_______。 ①废气用氨水处理　②污水用石灰乳处理　③废渣用来造水泥或炼铁　④设置“废热”锅炉产生蒸气来供热或发电 A．只有①② B．只有①③④ C．只有①②③ D．全部 4．工业制硫酸中的一步重要反应是在400～500℃下的催化氧化，2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)。 (1)容积为2L的恒温密闭容器中通入10molSO2和5molO2，反应过程中部分物质的物质的量随反应时间变化的曲线如下图所示，由图可知2min时，v正(SO2) v逆(SO2) (填“>”、“<”或“=”) (2)试在上图中画出O2的物质的量随反应时间变化的曲线 。 5．合成氨工业中，原料气(N2、H2及少量、NH3的混合气)在进入合成塔前常用醋酸二氨合铜(Ⅰ)溶液来吸收原料气中的，其反应是：正反应放热 (1)必须除去原料气中的原因为 。 (2)吸收后的醋酸二氨合铜溶液经过适当处理又可再生，恢复其吸收的能力以供循环使用，醋酸二氨合铜溶液再生的生产适宜条件应是 。 A．低温高压 B．低温低压 C．高温高压 D．高温低压 考向5 工业制硫酸 (上海外国语大学附属外国语学校松江云间中学2023-2024学年高一下学期期末)硫酸是工业生产的重要原料，曾被誉为“工业之母”，广泛应用于石化、轻工、纺织、有色冶金、钢铁等行业。我国硫铁矿(主要成分为FeS2，其中缺元素显价)资源丰富，是硫酸工业的主要原料。 1．充分煅烧硫铁矿使其转化为一种红棕色的含铁化合物，同时得到10L SO2气体(标准状况)，此时转移的电子的物质的量为 (忽略其他杂质，保留3位有效数字)。 将硫铁矿煅烧后得到的SO2通入转化器内，利用催化氧化反应将SO2转化为SO3是工业制硫酸的关键步骤2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH＝-196kJ·mol−1。 2．下列可以用勒夏特列原理解释的是_____。 A．煅烧硫铁矿时先将矿石粉碎 B．煅烧硫铁矿时通入过量空气 C．通入过量空气以提高SO2的转化率 D．转化器内保持高温 3．时，在一体积为的密闭容器中将SO2和O2混合，反应过程中SO2、O2和SO3的物质的量变化如图所示。反应处于平衡状态的时间是 ，反应进行至时，曲线发生变化的原因是 。 4．上述反应达到平衡后： ①保持温度、体积不变，若向容器内充入一定量的，则SO2的平衡转化率 (填“变大”、“变小”或“不变”，下同)。 ②保持温度、体积不变，若再向容器内充入0.20molSO2(g)和0.10molO2(g)，则SO2的平衡转化率 。 ③保持温度、体积不变，若起始时向容器中充入0.40mol SO3，则SO3的平衡浓度 。 ④保持温度不变，若另在一起始体积为的恒压密闭容器中投0.20molSO2(g)和0.10molO2(g)进行反应，则SO2的平衡转化率 。 考向6 反应速率与限度应用 (上海市闵行第三中学2023-2024学年高一下学期期末)中国政府承诺，到2020年，单位GDP二氧化碳排放比2005年下降40~50%。CO2可转化成有机物实验碳循环。 1．复合催化是工业合成甲醇(CH3OH)的重要反应，其原理为：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)，在2L密闭容器中，充入10mol CO2和40molH2，在催化剂、200℃的条件下发生反应。部分反应物和产物随时间变化如图所示： (1)写出CO2分子的电子式为 。 (2)反应开始至2min末，以H2的浓度变化表示该反应的平均速率 。 (3)已知：某反应物A的平衡转化率，当反应达到平衡时，的转化率是___________。 A．20% B．40% C．60% D．80% (4)下列情况不能说明该反应达到化学平衡状态的是___________(不定项)。 A．单位时间内消耗1molCO2，同时生成1mol CH3OH B．H2百分含量保持不变 C．密闭容器内总质量不随时间变化 D．CH3OH和H2O浓度相等 (5)选择工业生产的适宜条件时需考虑既“快”又“多”地生成产物。 ①在不改变上述反应条件前提下，要增大反应速率，还可以采取的措施是 (任写一种)。 ②该合成甲醇的反应为放热反应，则有利于提高甲醇平衡转化率的条件是 。 A．高温高压 B．低温高压 C．高温低压 D．低温低压 2．硫酸工业在国民经济中占有极其重要的地位。工厂生产的硫酸主要用于化肥工业，用来制造过磷酸钙、硫酸铵和磷酸等物质，也可以用于钢铁工业中的酸洗。在硫酸工业生产过程如图所示。 (1)下图装置是工业制硫酸中进行“转化”过程的转化器，按此密闭体系中气体的流向，a、b、d三处流入(流出)的气体分别为 ， ， 。(填字母编号) A．SO2 B．SO3、O2 C．SO2、O2 D．SO2、SO3、O2 (2)转化阶段是硫酸生产的核心，反应温度为何维持在400-500℃， 。在转化器中装有热交换器的作用是 。 (3)为减少环境污染，必须对生产中排放的三废进行治理，在治理时不仅可以减少有害物质的排放，还可以生产出其他有用产品，硫酸工业的生产过程中会产生二氧化碳、硫酸物、颗粒物等大气污染物，制酸厂会排出酸性废水。硫铁矿煅烧后废渣的主要成分是氧化铁、硫化亚铁及少量有害物质。请你提出两点治理硫酸工业三废的有效措施 、 。 考向7 工业燃煤废气的处理 (上海市松江九峰实验学校2023-2024学年高一下学期期末)工业燃煤废气(含有CO、SO2等)的处理和合理利用，越来越受到关注。 1．“湿式吸收法”利用吸收剂与SO2发生反应从而脱硫。下列最适合工业上用作该法吸收剂的是___________。 A．石灰乳 B．CaCl2溶液 C．Ba(OH)2溶液 D．生石灰 2．利用燃煤废气可回收硫，其化学反应方程式为：2CO(g)＋SO2(g)S(l)＋2CO2(g)。在其他条件相同、催化剂不同时，硫回收中转化率随反应温度的变化如图所示。 (1)260℃时催化效率最高的是 。 A．La2O3 B．NiO C．TiO2 (2) La2O3和作催化剂均能使SO2的转化率达到很高，不考虑价格因素，选择La2O3的主要优点是 。 3．一定条件下用CO和H2合成可再生清洁能源——甲醇(CH3OH)。化学反应方程式为：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)。在2L密闭容器中充入物质的量之比为1：2的CO和H2，在催化剂作用下充分反应，平衡混合物中CH3OH的体积分数在不同压强下随温度的变化如下图所示。 (1)下列能说明该反应达到化学平衡状态的是___________。 A．的含量保持不变 B．v正(CO)= v逆(H2) C．混合气体的平均分子量保持不变 D．cCO2：cH2：cCH3OH=1：2：1 (2)该反应的正反应为 反应。 A．放热 B．吸热 (3)若在E点对反应容器升温的同时增大体积至体系压强减小，重新达到的平衡状态可能是图中A～D点中的 点。 (4)计算C点时，CO的转化率 。(请写出计算过程) 4．在容积均为VL的、、三个相同密闭容器中分别充入amolCO和2a molH2，三个容器的反应温度分别为T1、T2、T1 T3且恒定不变。在其他条件相同的情况下，实验测得反应均进行到t min时的体积分数如图所示： 此时、、三个容器中一定达到化学平衡状态的是 。 A． B． C． 请说明理由： 。 考向8 环境保护 (上海市闵行区六校联考2023-2024学年高一下学期期末)雾霾严重影响人们的生活，汽车尾气排放是造成雾霾天气的重要原因之一。已知汽车尾气排放时容易发生以下反应： ① ② ③ ΔH3 ④ ΔH4 (1)某反应的平衡常数表达式为，则该反应的热化学方程式为 。 (2)下列情况能说明反应①已达平衡状态的是___________。 A．单位时间内生成1molNO2的同时消耗了1molNO B．在恒温恒容的容器中，混合气体的密度保持不变 C．在恒温恒容的容器中，气体的颜色不变 D．在恒温恒容的容器中，n(NO)：n(O2)：n(NO2)=2：1：2 (3)若容器容积不变，则下列措施可提高反应③中CO转化率的是___________。 A．使用高效催化剂 B．充入He，使体系总压强增大 C．将CO2(g)从体系中分离 D．充入CO，使体系总压强增大 (4)试分析高温下不利于反应③自发进行的原因 。 (5)表格数据为反应④2CO(g)＋2NO(g)2CO2(g)＋N2(g)的平衡常数K4随温度变化的关系，则ΔH4 0(填写“>”或“<”) 温度 250℃ 300℃ 350℃ K4 2.0 0.27 0.012 (6)探究反应④中平衡时CO2的体积分数与反应物中起始的比值、温度的关系，得到如图所示的曲线。 在X、Y、Z三点中，CO的转化率从大到小的顺序是 。在2L密闭容器中加入NO与CO各3mol，经过5分钟达到平衡状态，根据图像计算平均反应速率v(N2)= 。 (7)NH3催化还原NO是重要的烟气脱硝技术。研究发现其反应过程如图所示。分析脱硝过程的催化剂是： 。 考向9 化学平衡与工业生产 (上海市华东师范大学第二附属中学2023-2024学年高一下学期期末)我国科学家研发的“液态阳光”计划通过太阳能发电电解水制氢，再采用高选择性催化剂将二氧化碳加氢制备甲醇(CH3OH)。 Ⅰ．制备甲醇的主反应：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH= -48.74kJ·mol−1。 (1)恒温恒容条件下，有利于提高CO2的平衡转化率的措施有_______(不定项)。 A．使用催化剂 B．充氦气增加压强 C．减小H2和CO2的初始投料比 D．及时分离产物CH3OH (2)向恒温恒容容器中投入2 molCO2和等量H2，下列能说明该反应已达平衡的是___(不定项)。 A．不再变化 B．气体的密度不再变化 C．混合气体的平均摩尔质量不再变化 D． (3)下列分别表示不同条件下的该反应速率，则反应速率大小关系是 。 ① ② ③ ④ (4)恒温恒容时，投入一定量的CO2和氢气建立平衡后，在t1时刻增加氢气的物质的量，t2时达到平衡，请描述正反应向速率的变化情况 。若t1时降温， 反应方向速率变化幅度大(填“正”或“逆”)。 Ⅱ．该过程中还存在一个由CO2和H2生成CO的副反应，结合已知方程式：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH= -90.00kJ·mol−1。 (5)写出该副反应的热化学方程式，副反应： 。 (6)若将CO2和H2按物质的量比1：3混合，以固定流速通过盛放催化剂的反应器，在相同时间内，不同温度下的实验数据如图所示。已知： ①催化剂活性最好的温度为 。 A． B． C． D． ②温度由升到，CO2的平衡转化率和CH3OH的实验产率均降低，解释原因： 。 (7)以CO2、H2为原料合成CH3OH，同时发生主副反应。一定条件下，向体积为V L的恒容密闭容器中通入1molCO2(g)和3molH2(g)发生上述反应，达到平衡时，容器中CH3OH(g)为a mol，CO为b mol，此时H2O(g)的平衡浓度为 mol·L-1 (用含a、b、V的代数式表示)。 (8)向体积均为的两恒容容器中分别充入2molX和1molY发生反应：2X(g)+Y(g)Z(g) ΔH，其中甲为绝热过程，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，则ΔH 0(填＜、>或=，下同)，气体的总物质的量： ，反应速率： 。 考向10 研究温室气体意义 (上海市格致中学二〇二四学年期末考试)温室气体的研究CO2、CH4和N2O是地球大气中的主要温室气体，相同量的N2O的增温潜能是CO2的289倍，研究温室气体对环境保护有重要意义。 1．CH4与CO2的处理：通过下列反应，可将CH4与CO2转化：CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g) (正反应为吸热反应)。 (1)写出CH4的电子式_______。 (2)CO2属于_______。 A. 强电解质 B. 弱电解质 C. 酸 D. 氧化物 (3)上述过程中的能量变化可以用下图表示，则“？”处应填_______。 (4)能判断该反应达到平衡状态的是_______。 A．v正(CH4)=2v逆(CO) B．CH4、CO2的分子数之比为1：1 C．CH4、CO2、CO、H2的浓度相等 D．CH4、CO2、CO、H2的浓度不随时间变化 (5)一定温度下，在1L密闭容器中充入1molCH4(g)和1molCO2(g)，发生上述反应，测得CH4气体物质的量随时间变化关系如图所示： ①2 min时，v正_______ v逆(填“>”“＜”或“=”)。 ②0~4 min内CO2(g)的平均反应速率v(CO2)=_______。 ③4min后，若降低反应体系的温度，反应平衡的移动方向是_______。 A．正向移动 B．逆向移动 C．不移动 D．无法确定 13 / 14 学科网（北京）股份有限公司 $$ 专题08 化学反应速率与平衡综合应用 内容概览 考向1 工业合成氨 考向2 合成氨工业 考向3 硫酸工业 考向4 硫酸工业生产 考向5 工业制硫酸 考向6 反应速率与限度应用 考向7 工业燃煤废气的处理 考向8 环境保护 考向9 化学平衡与工业生产 考向10 研究温室气体意义 考向1 工业合成氨 (上海外国语大学附属外国语学校松江云间中学2023-2024学年高一下学期期末)氨是化肥工业、纯碱工业、有机合成工业的重要原料之一。已知工业合成氨反应： N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH= -92kJ·mol−1 ΔS= -198J·mol-1·K-1 1．该反应若要自发进行，推动的主要因素是 。 A．焓变 B．熵变 2．通过计算判断，室温下()该反应是 。 A．自发反应 B．非自发反应 3．在密闭容器中充入1molN2和3 molH2进行反应，后测得容器内压强变为原来的0.8倍，则内v(NH3)= ，下列能够表明反应达到平衡的是 (填字母)。 A．NH3的浓度不再变化 B．3v(H2)=2v(NH3) C．气体的密度不再变化 D．气体的平均相对分子质量不再变化 4．对于合成氨反应，达到平衡后，下列分析正确的是_____。 A．升高温度，正反应的反应速率减小，逆反应的反应速率增大，平衡逆向移动 B．加入催化剂，有利于提高平衡时氨气的产率 C．减小反应物浓度，对逆反应的反应速率影响更大 D．增大压强，对正反应的反应速率影响更大 【答案】1．B 2．A 3．0.2 mol·L－1·min－1 AD 4．D 【解析】自发发生的反应要求ΔG=ΔH-TΔS＜0；达到化学平衡态时V正=V逆(此时各组分的含量不再变化)。 1．N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH= -92kJ·mol−1的ΔH＜0、正向体积减小ΔS＜0，要使ΔG=ΔH-TΔS＜0，TΔS要较小，则推动的主要因素是熵变； 2．298K时则室温下该反应为自发反应； 3．①在相同的温度下，恒容密闭容器中，压强之比等于气体物质的量之比，设氮气0-2min物质得量变化量为xmol，则氢气变化量为3xmol，氨气变化量为2xmol，2min时氮气、氢气、氨气的物质的量分别为(1-x)mol、(3-3x)mol、2xmol，此时气体的总物质的量为(1-x+3-3x+2x)mol=(4-2x)mol，有，x=0.4，则；②A项，NH3的浓度不再变化时说明各组分含量不再变化，达到平衡，A正确；B项，化学反应速率之比等于化学计量数之比，v(H2)：v(NH3)=3：2，则2v正(H2)=3v正(NH3)= 3v逆(NH3)时达到平衡态，B错误；C项，都是气体参加的反应，气体质量恒定，恒容容器中体积恒定，气体的密度是个定值，不再变化不能说明达到平衡态，C错误；D项，N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)反应正向体积减小，都是气体参加的反应，气体质量恒定，正向进行时气体的物质的量减小，因此反应正向进行时平均相对分子量增大，当气体的平均相对分子质量不再变化说明各组分的含量不再变化，达到平衡态，D正确；故选AD。 4．A项，升高温度，正、逆反应速率都增大，A错误；B项，催化剂不影响化学反应限度，因此加入催化剂平衡时氨气转化率不变，B错误；C项，减小反应物浓度瞬间，正反应速率减小而逆反应速率不变，因此减小反应物浓度对正反应速率影响更大，C错误；D项，反应正向体积减小，平衡正向移动，因此增大压强对正反应的反应速率影响更大，D正确；故选D。 5．若起始时投入1molN2和3 molH2，在不同的温度和压强条件下反应，测得平衡时混合物中氨的体积分数与温度、压强的关系如图。 (1)通过图像判断：p1 p2(填“>”“<”或“=”，下同)；平衡常数：B点 D点，从平衡移动的角度解释原因 。 (2)在A、B两点条件下，反应从开始到平衡时生成氨气的平均速率v(A) v(B)(填“>”“<”或“=”)。 (3)计算C点H2的转化率为 。 (4)自来水厂在用液氯进行消毒处理时常加入少量液氨，反应的化学方程式为NH3＋HClONH2Cl(一氯氨)+H2O，已知NH2Cl比HClO稳定，试从化学平衡的角度分析加入少量液氨能够延长杀菌作用时间的原因 。 【答案】(1)< > B点温度低于D点，该反应正向放热，则升高温度平衡逆向移动，平衡常数减小，B点平衡常数大于D点 (2)< (3)66.7% (4)加液氨后，使HClO部分转化为较稳定的NH2Cl；当HClO开始消耗后，化学平衡向左移动，又产生HClO起杀菌作用 【解析】N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)正向体积减小、放热，相同温度下，增大压强平衡正向移动，升高温度平衡逆向移动。 (1)N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)正向体积减小，增大压强平衡正向移动，相同温度下，氨气的体积分数p1低于p2，则p1→p2增大压强，p1＜p2；B点温度低于D点，该反应正向放热，则升高温度平衡逆向移动，平衡常数减小，B点平衡常数大于D点； (2)A点压强低于B点，温度也低于B点，因此A点反应从开始到平衡时生成氨气的平均速率v(A)＜v(B)(； (3)设C点氢气转化率为x，则氮气的转换也为x(物质的物质的量变化之比等于化学计量数之比)，则平衡时氮气、氢气、氨气的物质的量变化值分别为xmol、3xmol、2xmol，平衡时三者的物质的量分别为(1-x)mol、(3-3x)mol、2xmol，此时氨气的体积分数等于其物质的量分数为，求得x=66.7%； (4)加入少量液氨，将不稳定的次氯酸转化为较为稳定的NH2Cl，使得次氯酸的分解反应平衡逆向进行，减少了次氯酸的分解，延长液氯杀菌时间。 考向2 合成氨工业 (上海市松江九峰实验学校2023-2024学年高一下学期期末)氨气广泛应用于化工、化肥、制药、合成纤维等领域。反应原理：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) (放热反应)。工业上合成氨的部分工艺流程如图： 1．①流程中的化学反应属于 。 A．自然固氮 B．人工固氮 ②气体需要干燥净化的目的是 。 ③设计热交换器的好处在于 。 2．下列合成氨条件中，不能用化学平衡移动原理解释的是___________。 A．使用铁催化剂 B．采用500℃ C．移出液态NH3 D．压缩加压 恒温下，向体积为4升的密闭容器中通入2molN2和6 molH2，记录数据如下表： 时间/min 5 10 15 20 25 30 n(NH3)/ mol 0.32 0.56 x 0.94 0.94 0.94 3．0～10min，v(N2)= mol·L－1·min－1 ；15min时，x 0.80(选填“>”、“=”或“<”)，解释原因是 。 4．反应达到化学平衡状态时，下列说法错误的是___________。 A． 2v正(NH3)=3v逆(H2) B．混合气体的密度保持不变 C．cN2：cH2=1：3 D．混合气体的平均分子量保持不变 【答案】1．B 除去气体中杂质，防止催化剂中毒 充分利用反应放出的热量对反应物进行预热，利于加快反应速率，提高单位时间内生成效率 2．AB 3． 0.007 < 随着反应的进行，反应物浓度下降，反应速率减小，相同时间内物质的量变化量减小 4．ABC 【解析】N2和H2混合气体经过干燥净化后进入压缩机加压，在热交换器中N2和H2在催化剂的作用下发生反应生成NH3，生成的NH3冷却后分离出来，未反应的N2和H2通入热交换器中继续反应。 1．①流程中N2和H2在催化剂的作用下发生反应生成NH3，属于人工固氮，故选B。②反应中需要催化剂催化反应，气体需要干燥净化的目的是除去气体中杂质，防止催化剂中毒。③温度升高，反应速率加快，设计热交换器的好处在于充分利用反应放出的热量对反应物进行预热，利于加快反应速率，提高单位时间内生成效率； 2．A项，催化剂加快反应速率，不改变平衡的移动，A符合题意；B项，反应为放热反应，升高温度不利于平衡正向移动，采用500℃是为了催化剂活性温度，B符合题意；C项，分离出氨气，减小了生成物浓度，利于平衡正向移动，C不符合题意；D项，反应为气体分子数减小的反应，压缩加压利于平衡正向移动，D不符合题意；故选AB。 3．由表格数据可知，0~10min，，随着反应的进行，反应物浓度下降，反应速率减小，相同时间内物质的量变化量减小，5min时，x <0.56+(0.56-0.32)=0.80。 4．A项，反应速率比等于系数比，2v正(NH3)=3v逆(H2)时，不能说明正逆反应速率相等，不能说明反应达到平衡，故A错误；B项，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，因此不能说明反应已达平衡，故B错误；C项，cN2：cH2=1：3时，正逆反应速率不一定相等，不能说明反应达到平衡，故C错误；D项，混合气体的平均摩尔质量为M= m/n，气体质量不变，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，故C正确；故选ABC。 氨法脱硫技术可吸收硫酸工业尾气中的SO2，同时制得硫酸铵。主要工艺流程如图所示： 5．该技术的优点除了能降低污染，请另写出一条优点 。 6．有数据表明，吸收塔中溶液的在5.5-6.0之间，生产效率较高。当控制一定流量的尾气时，调节溶液的的方法是 。 7．(NH4)2SO3氧化是氨法脱硫的重要过程。某小组在其他条件不变时，分别研究了一段时间内温度和(NH4)2SO3初始浓度对空气氧化(NH4)2SO3速率的影响，结果如图： 下列说法错误的是___________。 A．该反应原理为：2(NH4)2SO3+O2=2(NH4)2SO4 B．60℃之前，氧化速率增大与温度升高有关 C．60℃之后，氧化速率降低与O2的溶解度有关 D．当(NH4)2SO3的浓度增大到一定程度后氧化速率变化不大，与O2的溶解速率无关 【答案】5．还可以生成硫酸铵用作氮肥 6．调节氨水的流量 7．D 【解析】5．吸收硫酸工业尾气中的二氧化硫，同时制得硫酸铵，吸收塔中通入空气是利用氧气氧化二氧化硫为硫酸盐；该技术的优点除了能降低污染，还可以生成硫酸铵用作氮肥； 6．吸收塔中溶液的pH在5.5～6.0之间，生产效率较高．氨气溶于水显碱性，控制氨气的量来控制溶液的酸碱性，所以当控制一定流量的尾气时，调节溶液的pH的方法是：调节氨水的流量； 7．A项，(NH4)2SO3被O2氧化生成(NH4)2SO4，则反应为2(NH4)2SO3+O2=2(NH4)2SO4，故A正确；B项，60℃之前，随着温度升高，化学反应速率加快，氧化速率增大，故B正确；C项，60℃之后，随着温度升高，氧气的溶解度降低，氧化速率降低，故C正确；D项，(NH4)2SO3初始浓度增大到一定程度时，SO32-氧化耗氧增大，但O2的溶解速率减小，导致SO32-的氧化速率变化不大，可能与O2的溶解速率有关，故D错误；故选D。 考向3 硫酸工业 (上海市徐汇中学2023-2024学年高一下学期期末)硫酸是极其重要的化工原料，在工业、农业、医药、军事等领域应用广泛。 1．硫酸工业在国民经济中占有极其重要的地位，工业上通常用接触法制硫酸。 (1)工业制硫酸时所用硫铁矿的主要成分为FeS2，其中硫元素的化合价为 。 (2)硫酸的最大消费渠道是化肥工业，用硫酸制造的常见化肥有 (任写一种)。 (3)有关工业制硫酸的下列说法中，不正确的是___________。 A．二氧化硫的催化氧化在转化器中发生 B．吸收塔用浓度为浓硫酸吸收三氧化硫 C．转化器中装有催化剂 D．以硫磺为原料制硫酸使用的设备之一是沸腾炉 (4)在硫酸工业中，常采用“二转二吸法”，即将第一次转化生成的SO2分离后，将未转化的SO2进行二次转化，假若两次SO2的转化率均为，则最终SO2的转化率为 。(反应物转化率=结果保留2位小数) (5)工业生产中常用氨一酸法进行尾气脱硫，以达到消除污染、废物利用的目的。用化学方程式表示其反应原理 (任写出1个方程式，合理即可)。 【答案】(1)-1 (2)硫酸铵、硫酸氢铵、硫酸锌、硫酸钾等 (3)D (4)99.75% (5)SO2+2NH3·H2O=(NH4)2SO3或(NH4)2SO3+H2SO4=(NH4)2SO4+SO2↑+H2O 【解析】接触法是目前工业上制造硫酸的方法，整个方法主要包括三步：通过硫化矿或硫黄的高温焙烧产生二氧化硫气体；二氧化硫与氧气在高温催化下通过可逆反应化合生成三氧化硫；用浓硫酸吸收三氧化硫，产生发烟硫酸，最终发烟硫酸的用水稀释，得到硫酸成品；三步装置分别为沸腾炉、接触室、吸收塔； (1)硫元素非金属性较弱，FeS2中铁元素化合价为+2价，根据化合物中各元素化合价代数和为0，硫元素化合价为-1价； (2)用硫酸制造的常见化肥中含硫酸根，故有硫酸铵、硫酸氢铵、硫酸锌、硫酸钾等化肥；(3)硫酸生产中，第二步为SO2在催化剂作用下氧化为SO3，反应在接触室(也称转化器)中进行；A项，二氧化硫的催化氧化在转化器中发生，A正确；B项，为防止用水吸收SO3产生酸雾不好收集，吸收塔用浓度为98.3%浓硫酸吸收三氧化硫，B正确；C项，在转化器中，SO2催化氧化为SO3，转化器中装有催化剂，C正确；D项，以FeS2为原料制硫酸使用的设备之一是沸腾炉，硫磺喷枪是硫磺制酸生产中融化硫磺喷入炉的主要设备，D错误；故选D； (4)设二氧化硫的初始浓度为a，则第一次转化掉的二氧化硫浓度为a×95%，剩余的二氧化硫浓度为a×(1−95%)，进入第二次转化，则第二次转化掉的二氧化硫浓度为a×(1−95%)×95%，最终SO2的转化率==99.75%； (5)工业生产中常用氨-酸法进行尾气脱硫，即先用氨水吸收，再用浓硫酸处理；先用氨水吸收时，发生反应：SO2+2NH3⋅H2O=(NH4)2SO3，再用浓硫酸处理时，发生反应(NH4)2SO3+H2SO4=(NH4)2SO4+SO2↑+H2O，以达到消除污染、废物利用的目的。 2．将0.050molSO2(g)和0.030molO2(g)放入容积为的密闭容器中，反应在一定条件下发生反应，2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) (放热反应)，经20分钟达到平衡，测得c(SO3)= 0.04mol·L-1。 (1)从反应开始到达到平衡，用SO2表示的平均反应速率为 ； (2)从平衡角度分析采用过量O2的目的是 ； (3)若反应温度升高，SO2的转化率将 (填“增大”、“减小”或“不变”)； (4)减小c(SO3)，v正 v逆(填“>”、“<”或“=”)； (5)上述反应达到平衡的标志是___________(不定项) A．容器内压强不随时间变化 B．容器内各物质的浓度相等 C．容器内密度保持不变 D．SO2和SO3的生成速率相等 【答案】(1)0.002 mol·L－1·min－1 (2)提高二氧化硫的转化率 (3)减小 (4)> (5)AD 【解析】(1)根据题目列三段式： 从反应开始到达到平衡，用SO2表示的平均反应速率为。 (2)加入过量O2，使另一反应物二氧化硫的转化率增大，故目的是提高二氧化硫的转化率。 (3)该反应为放热反应，若温度升高，则平衡左移，SO2的转化率将减小。 (4)根据勒夏特列原理，减小c(SO3)，平衡右移，所以v正> v逆。 (5)A项，该反应正反应为气体体积减小的反应，随着反应的进行，气体压强逐渐减小，当压强不再变化时，说明反应已达到平衡状态，A符合题意；B项，容器内各物质的浓度相等不能判断是否为平衡状态，当各物质浓度不再发生变化时才能说明达到平衡状态，B不符合题意；C项，根据，气体总质量不变，容器体积不变，所以密度始终保持不变，所以密度保持不变不能说明反应到达了平衡状态，C不符合题意；D项，根据速率之比等于计量系数之比，SO2的消耗速率和SO3的生成速率始终相等，当SO2和SO3的生成速率相等时，说明SO2的消耗速率等于其生成速率，即反应达到了平衡状态，D符合题意；故选AD。 考向4 硫酸工业生产 (上海市华东师范大学附属周浦中学2023-2024学年高一下学期期末)硫酸是一种重要的化工产品，广泛应用于生活和工业领域。 1．在硫酸工业生产中，为了有利于SO2的转化，且能充分利用热能，采用了中间有热交换器的接触室(见图)。下列说法错误的是_______。 A．a、b两处的混合气体成分含量相同，温度不同 B．c、d两处的混合气体成分含量不同，温度相同 C．热交换器的作用是预热待反应的气体，冷却反应后的气体 D．c处气体经热交换后再次催化氧化的目的是提高SO2的转化率 【答案】B 【解析】该装置中发生SO2在加热、催化剂的条件下和O2反应转化为SO3的反应，反应放热，热交换器的作用是预热待反应的气体；a处通入的是反应气体，即SO2、空气，在热交换器中进行加热，没有催化剂，没有发生反应，b处气体是SO2、空气，再进入装置中，发生反应到达c处，c处是SO3，没有反应完全的SO2、O2、N2等，SO2、O2在催化剂的作用下再一次发生反应，提高SO2的转化率，d处主要为SO3，N2等。A项，根据装置图可知，从a进入的气体是含有SO2、O2、N2等的冷气，经过热交换器后从b处出来的是热的气体，成分与a处相同，A项正确；B项，在c处出来的气体SO2、O2在催化剂表面发生反应产生的含有SO3及未反应的SO2、O2等气体，该反应是放热反应，当经过热交换器后被冷的气体降温，SO3被部分分离出来，而且混合气体再次被催化氧化，d处主要为SO3，N2等，故二者含有的气体的成分含量不相同，B项错误；C项，根据分析，该反应放热，热交换器的作用是预热待反应的冷的气体，经热交换器出来的SO3被吸收，同时冷却反应产生的气体，为SO3的吸收创造条件，C项正确；D项，c处气体经过热交换器后再次被催化氧化，目的就是使未反应的SO2进一步反应产生SO3，从而可以提高SO2的转化率，D项正确；故选B。 2．在生产硫酸的过程中，常用浓硫酸而不用水吸收SO3是因为_______。 A．SO3易溶于浓H2SO4而不易溶于水 B．用浓硫酸吸收速率虽慢但损失SO3少 C．用水吸收时，易形成酸雾而阻碍SO3再吸收 D．用水吸收时得不到纯净的硫酸 【答案】C 【解析】吸收塔中SO3如果用水吸收，发生反应：SO3+H2O＝H2SO4，该反应为放热反应，放出的热量易导致酸雾形成，阻隔在三氧化硫和水之间，阻碍水对三氧化硫的吸收；而浓硫酸的沸点高，难以气化，不会形成酸雾，同时三氧化硫易溶于浓硫酸，所以工业上从吸收塔顶部喷洒浓硫酸作吸收液，A、B、D不符合题意，C符合题意。故选C。 3．在接触法产生H2SO4的过程中，对“废气、废水、废渣、废热”的处理正确的是_______。 ①废气用氨水处理　②污水用石灰乳处理　③废渣用来造水泥或炼铁　④设置“废热”锅炉产生蒸气来供热或发电 A．只有①② B．只有①③④ C．只有①②③ D．全部 【答案】D 【解析】①SO2等废气可以用氨水吸收制得化肥硫酸铵等，①正确；②污水显酸性，可以用石灰乳处理，②正确；③炉渣和矿灰可作为炼铁的原料，③正确；④硫酸工业的反应都是放热反应，不但可以自行提供能量，还可以向外界提供能量，以降低成本，④正确；综上所述，正确的是①②③④，故选D。 4．工业制硫酸中的一步重要反应是在400～500℃下的催化氧化，2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)。 (1)容积为2L的恒温密闭容器中通入10molSO2和5molO2，反应过程中部分物质的物质的量随反应时间变化的曲线如下图所示，由图可知2min时，v正(SO2) v逆(SO2) (填“>”、“<”或“=”) (2)试在上图中画出O2的物质的量随反应时间变化的曲线 。 【答案】(1)> (2) 【解析】(1)0至5min，SO2的量一直减少，在建立平衡的过程中，此时SO2和O2反应生成SO3的速率大，故2min时反应正向进行，v正(SO2)> v逆(SO2)； (2)起始通入10molSO2和5molO2，且△n(O2)=△n(SO2)，则任一时刻n(O2)= n(SO2)，平衡时剩余氧气1mol，O2的物质的量随反应时间变化的曲线为。 5．合成氨工业中，原料气(N2、H2及少量、NH3的混合气)在进入合成塔前常用醋酸二氨合铜(Ⅰ)溶液来吸收原料气中的，其反应是：正反应放热 (1)必须除去原料气中的原因为 。 (2)吸收后的醋酸二氨合铜溶液经过适当处理又可再生，恢复其吸收的能力以供循环使用，醋酸二氨合铜溶液再生的生产适宜条件应是 。 A．低温高压 B．低温低压 C．高温高压 D．高温低压 【答案】(1)防止催化剂中毒 (2)D 【解析】(1)CO有毒，除去一氧化碳防止催化剂中毒； (2)要使吸收CO后的乙酸铜氨液经过适当处理后又可再生，恢复其吸收CO的能力以供循环使用，只要使平衡向逆反应方向移动即可，逆反应方向为气体体积增大的吸热反应，所以在高温低压下使平衡逆移，故故选D。 考向5 工业制硫酸 (上海外国语大学附属外国语学校松江云间中学2023-2024学年高一下学期期末)硫酸是工业生产的重要原料，曾被誉为“工业之母”，广泛应用于石化、轻工、纺织、有色冶金、钢铁等行业。我国硫铁矿(主要成分为FeS2，其中缺元素显价)资源丰富，是硫酸工业的主要原料。 1．充分煅烧硫铁矿使其转化为一种红棕色的含铁化合物，同时得到10L SO2气体(标准状况)，此时转移的电子的物质的量为 (忽略其他杂质，保留3位有效数字)。 将硫铁矿煅烧后得到的SO2通入转化器内，利用催化氧化反应将SO2转化为SO3是工业制硫酸的关键步骤2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH＝-196kJ·mol−1。 2．下列可以用勒夏特列原理解释的是_____。 A．煅烧硫铁矿时先将矿石粉碎 B．煅烧硫铁矿时通入过量空气 C．通入过量空气以提高SO2的转化率 D．转化器内保持高温 3．时，在一体积为的密闭容器中将SO2和O2混合，反应过程中SO2、O2和SO3的物质的量变化如图所示。反应处于平衡状态的时间是 ，反应进行至时，曲线发生变化的原因是 。 4．上述反应达到平衡后： ①保持温度、体积不变，若向容器内充入一定量的，则SO2的平衡转化率 (填“变大”、“变小”或“不变”，下同)。 ②保持温度、体积不变，若再向容器内充入0.20molSO2(g)和0.10molO2(g)，则SO2的平衡转化率 。 ③保持温度、体积不变，若起始时向容器中充入0.40mol SO3，则SO3的平衡浓度 。 ④保持温度不变，若另在一起始体积为的恒压密闭容器中投0.20molSO2(g)和0.10molO2(g)进行反应，则SO2的平衡转化率 。 【答案】1．2.46 2．C 3．15-20min、25-30min 增大了氧气的浓度 4．不变 变大 变大 变小 【解析】硫铁矿(主要成分为FeS2)通入空气后煅烧发生4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2，然后将SO2通入转化器内，利用催化氧化反应将SO2转化为SO3发生2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，再用98%的浓硫酸吸收三氧化硫得到发烟硫酸，最后稀释至所需浓度，即可实现工业冶铁的同时制的硫酸。 1．充分煅烧硫铁矿使其转化为一种红棕色的含铁化合物发生的反应为4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2，根据得失电子守恒有标准状况下：，则得到10LSO2气体(标准状况)时转移的电子的物质的量为； 2．A项，煅烧硫铁矿时先将矿石粉碎，增大接触反应物接触面积使反应更充分，不存在平衡移动，不需要用勒夏特列原理解释，A错误；B项，煅烧硫铁矿时通入过量空气，使粉碎的硫铁矿处于“沸腾”状态，能增大硫铁矿和空气的接触面积，使反应速率加快且反应更充分，不存在平衡移动，不能用勒夏特列原理解释，B错误；C项，通入过量空气以提高SO2的转化率，增大氧气的浓度是平衡正向移动，从而提高二氧化硫的转化率，可以用勒夏特列原理解释，C正确；D项，二氧化硫转化为三氧化硫的反应为放热反应，升高温度会使平衡你逆向移动，减低二氧化硫的转化率，而转化器内保持450~500℃高温是为了同时兼顾较高转化率和反应速率，不是利用平衡移动的原理，不能用勒夏特列原理解释，D错误；故选C。 3．各组分含量不再变化时达到平衡态，因此图中处于平衡态的时间为15-20min、25-30min，图像中显示20min时氧气的量瞬间增大、二氧化硫和三氧化硫的物质的量逐步减小，说明平衡正向移动了且是因为增大了氧气的浓度； 4．①在恒温、恒容容器中，通入Ne，对二氧化硫的浓度无影响，平衡不移动则二氧化硫转化率不变；②恒温、恒容容器中，向容器内再充入0.20molSO2(g)和0.10molO2(g)相当于增大压强，平衡正向移动，二氧化硫的平衡转化率变大；③恒温、恒容容器中，根据等效平衡有 则起始时向容器中充入0.40molSO3与起始冲入0.4molSO2、0.2molO2等效，向容器内再充入0.20molSO2(g)和0.10molO2(g)，则平衡正向移动，三氧化硫的平衡浓度变大；④保持温度不变，若另在一起始体积为VL的恒压密闭容器中投入0.20molSO2(g)和0.10molO2(g)进行反应，该反应正向体积减小，则相当于在恒温、恒容的容器中以相同投料量投料后减小压强，则平衡逆向移动，二氧化硫的平衡转化率变小。 考向6 反应速率与限度应用 (上海市闵行第三中学2023-2024学年高一下学期期末)中国政府承诺，到2020年，单位GDP二氧化碳排放比2005年下降40~50%。CO2可转化成有机物实验碳循环。 1．复合催化是工业合成甲醇(CH3OH)的重要反应，其原理为：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)，在2L密闭容器中，充入10mol CO2和40molH2，在催化剂、200℃的条件下发生反应。部分反应物和产物随时间变化如图所示： (1)写出CO2分子的电子式为 。 (2)反应开始至2min末，以H2的浓度变化表示该反应的平均速率 。 (3)已知：某反应物A的平衡转化率，当反应达到平衡时，的转化率是___________。 A．20% B．40% C．60% D．80% (4)下列情况不能说明该反应达到化学平衡状态的是___________(不定项)。 A．单位时间内消耗1molCO2，同时生成1mol CH3OH B．H2百分含量保持不变 C．密闭容器内总质量不随时间变化 D．CH3OH和H2O浓度相等 (5)选择工业生产的适宜条件时需考虑既“快”又“多”地生成产物。 ①在不改变上述反应条件前提下，要增大反应速率，还可以采取的措施是 (任写一种)。 ②该合成甲醇的反应为放热反应，则有利于提高甲醇平衡转化率的条件是 。 A．高温高压 B．低温高压 C．高温低压 D．低温低压 【答案】(1) (2) 3.75 mol·L－1·min－1 (3)C (4)ACD (5)加入适量CO2或H2 B 【解析】(1)二氧化碳中C原子和O原子之间以双键结合，其电子式为； (2)由图可知，反应开始至2min末，甲醇的生成量为5mol，则氢气的反应量为15mol，以H2的浓度变化表示该反应的平均速率为； (3)5min后反应达到平衡，消耗8molCO2则消耗24molH2，H2的转化率是，故选C； (4)A项，单位时间内消耗1molCO2，同时生成1molCH3OH，均表示正反应速率，不能判断反应是否达到平衡状态，故A符合题意；B项，H2的百分含量保持不变即物质的量保持不变，正逆反应速率相等，反应达到平衡状态，故B不符合题意；C项，该反应都是气体参与，根据质量守恒定律，密闭容器内总质量始终不变，不能判断反应是否达到平衡状态，故C符合题意；D项，CH3OH和H2O化学计量数相等，反应按1：1生成CH3OH和H2O，则两者浓度一直相等，故D符合题意；故选ACD； (5)①在不改变上述反应条件(催化剂、温度、容积)前提下，要增大反应速率，还可以适当增大反应物的浓度，可采取的措施是加入适量CO2或H2；②该合成甲醇的反应为放热反应，降低温度能使平衡正向移动，且该正反应是气体分子数减小的反应，增大压强能使平衡正移，则有利于提高甲醇平衡转化率的条件是低温高压，故选B。 2．硫酸工业在国民经济中占有极其重要的地位。工厂生产的硫酸主要用于化肥工业，用来制造过磷酸钙、硫酸铵和磷酸等物质，也可以用于钢铁工业中的酸洗。在硫酸工业生产过程如图所示。 (1)下图装置是工业制硫酸中进行“转化”过程的转化器，按此密闭体系中气体的流向，a、b、d三处流入(流出)的气体分别为 ， ， 。(填字母编号) A．SO2 B．SO3、O2 C．SO2、O2 D．SO2、SO3、O2 (2)转化阶段是硫酸生产的核心，反应温度为何维持在400-500℃， 。在转化器中装有热交换器的作用是 。 (3)为减少环境污染，必须对生产中排放的三废进行治理，在治理时不仅可以减少有害物质的排放，还可以生产出其他有用产品，硫酸工业的生产过程中会产生二氧化碳、硫酸物、颗粒物等大气污染物，制酸厂会排出酸性废水。硫铁矿煅烧后废渣的主要成分是氧化铁、硫化亚铁及少量有害物质。请你提出两点治理硫酸工业三废的有效措施 、 。 【答案】(1) C C D (2)催化剂活性最高，对反应的催化效率最好 把不同温度之间的气体进行热交换，可预热反应气体，冷却生成气体 (3)将硫酸废气与碱性溶液接触 使用吸收剂如石灰乳或苏打水吸收废气中的二氧化硫 【解析】黄铁矿中FeS2和氧气煅烧生成二氧化硫，二氧化硫催化氧化生成三氧化硫，用浓硫酸吸收生成硫酸； 【解析】(1)原料SO2、O2从装置左侧中间进入热交换器，则a处流入SO2、O2，吸收热量后由b处流出再进入接触室在催化剂作用下发生反应，并放出大量的热，主要发生2SO2+O22SO3，从d出来的气体为O2、SO2、SO3； (2)反应温度维持在400-500℃的依据是催化剂活性最高，对反应的催化效率最好；在SO2催化氧化设备中设置热交换器，把不同温度之间的气体进行热交换，可预热反应气体，冷却生成气体，可起到充分利用能源的目的； (3)硫酸工业的生产过程中会产生二氧化碳、硫酸物、颗粒物等大气污染物，采用化学反应吸收硫酸废气，将硫酸废气与一种吸收剂例如氨水或碱性溶液接触，使硫酸废气在吸收剂中溶解，达到净化效果，使用吸收剂如石灰乳或苏打水吸收废气中的二氧化硫，形成硫酸或硫化物。 考向7 工业燃煤废气的处理 (上海市松江九峰实验学校2023-2024学年高一下学期期末)工业燃煤废气(含有CO、SO2等)的处理和合理利用，越来越受到关注。 1．“湿式吸收法”利用吸收剂与SO2发生反应从而脱硫。下列最适合工业上用作该法吸收剂的是___________。 A．石灰乳 B．CaCl2溶液 C．Ba(OH)2溶液 D．生石灰 2．利用燃煤废气可回收硫，其化学反应方程式为：2CO(g)＋SO2(g)S(l)＋2CO2(g)。在其他条件相同、催化剂不同时，硫回收中转化率随反应温度的变化如图所示。 (1)260℃时催化效率最高的是 。 A．La2O3 B．NiO C．TiO2 (2) La2O3和作催化剂均能使SO2的转化率达到很高，不考虑价格因素，选择La2O3的主要优点是 。 【答案】(1)A (2)C 其他条件相同时，达到相同转化率时La2O3所需温度更低 【解析】(1)根据题中图示，由260℃时TiO2作催化剂下SO2的转化率最高来判断；根据题中图示，由相同温度下La2O3作催化剂下SO2的转化率大于NiO作催化剂时SO2的转化率来解释选择La2O3的主要优点。A项，石灰乳中有效成分是氢氧化钙，二氧化硫和氢氧化钙反应生成亚硫酸钙，在空气中进一步氧化为硫酸钙，可以去除二氧化硫且比较经济，A符合题意；B项，氯化钙和二氧化硫不反应，B不符合题意；C项，氢氧化钡溶液能吸收二氧化硫，但原料相比石灰乳投入成本更大，C不符合题意；D项，生石灰在加热条件能和二氧化硫反应，但题中要求“湿式吸收法”，D不符合题意；故选A。 (2)由图中可以读出260℃时TiO2在相同条件下二氧化硫的转化率最高，即其催化效率最高；其他条件相同时，达到相同转化率时La2O3所需温度更低，不考虑价格因素，La2O3和NiO作催化剂应选择La2O3。 3．一定条件下用CO和H2合成可再生清洁能源——甲醇(CH3OH)。化学反应方程式为：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)。在2L密闭容器中充入物质的量之比为1：2的CO和H2，在催化剂作用下充分反应，平衡混合物中CH3OH的体积分数在不同压强下随温度的变化如下图所示。 (1)下列能说明该反应达到化学平衡状态的是___________。 A．的含量保持不变 B．v正(CO)= v逆(H2) C．混合气体的平均分子量保持不变 D．cCO2：cH2：cCH3OH=1：2：1 (2)该反应的正反应为 反应。 A．放热 B．吸热 (3)若在E点对反应容器升温的同时增大体积至体系压强减小，重新达到的平衡状态可能是图中A～D点中的 点。 (4)计算C点时，CO的转化率 。(请写出计算过程) 【答案】(1)AC (2)A (3)CD (4)75% 【解析】(4)A项，CO的含量保持不变，则正逆反应速率相等，达到平衡状态，A正确；B项，反应速率比等于系数比，v正(CO)= v逆(H2)则正逆反应速率不相等，反应没有平衡，B错误；C项，混合气体的平均摩尔质量为M= m/n，气体质量不变，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，C正确；D项，cCO2：cH2：cCH3OH=1：2：1不能说明正逆反应速率相等，不能判断是否平衡，D错误；故选AC。 (2)升高温度，甲醇含量减小，平衡逆向移动，则该反应的正反应为放热反应。故选A； (3)反应为放热的、气体分子数减小的反应，若在E点对反应容器升温，则平衡逆向移动，甲醇含量减小；同时增大体积至体系压强减小，则平衡逆向移动，甲醇含量减小，故重新达到的平衡状态可能是图中A～D点中的CD点； (4)假设CO和H2的投料分别为1mol、2mol，则： C点时，甲醇的含量为50%，则，a=0.75mol，CO的转化率； 4．在容积均为VL的、、三个相同密闭容器中分别充入amolCO和2a molH2，三个容器的反应温度分别为T1、T2、T1 T3且恒定不变。在其他条件相同的情况下，实验测得反应均进行到t min时的体积分数如图所示： 此时、、三个容器中一定达到化学平衡状态的是 。 A． B． C． 请说明理由： 。 【答案】C 正反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，CO的体积分数增大，但T2时CO的体积分数小于T1时CO的体积分数，说明T2时反应未达到平衡；温度越高反应速率越快，T3时CO的体积分数大于T2时CO的体积分数，说明T3时反应达到平衡。 【解析】正反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，CO的体积分数增大，但T2时CO的体积分数小于T1时CO的体积分数，说明T2时反应未达到平衡；温度越高反应速率越快，T3时CO的体积分数大于T2时CO的体积分数，说明T3时反应达到平衡，不确定T1时是否达到平衡状态，故选C。 考向8 环境保护 (上海市闵行区六校联考2023-2024学年高一下学期期末)雾霾严重影响人们的生活，汽车尾气排放是造成雾霾天气的重要原因之一。已知汽车尾气排放时容易发生以下反应： ① ② ③ ΔH3 ④ ΔH4 (1)某反应的平衡常数表达式为，则该反应的热化学方程式为 。 (2)下列情况能说明反应①已达平衡状态的是___________。 A．单位时间内生成1molNO2的同时消耗了1molNO B．在恒温恒容的容器中，混合气体的密度保持不变 C．在恒温恒容的容器中，气体的颜色不变 D．在恒温恒容的容器中，n(NO)：n(O2)：n(NO2)=2：1：2 (3)若容器容积不变，则下列措施可提高反应③中CO转化率的是___________。 A．使用高效催化剂 B．充入He，使体系总压强增大 C．将CO2(g)从体系中分离 D．充入CO，使体系总压强增大 (4)试分析高温下不利于反应③自发进行的原因 。 (5)表格数据为反应④2CO(g)＋2NO(g)2CO2(g)＋N2(g)的平衡常数K4随温度变化的关系，则ΔH4 0(填写“>”或“<”) 温度 250℃ 300℃ 350℃ K4 2.0 0.27 0.012 (6)探究反应④中平衡时CO2的体积分数与反应物中起始的比值、温度的关系，得到如图所示的曲线。 在X、Y、Z三点中，CO的转化率从大到小的顺序是 。在2L密闭容器中加入NO与CO各3mol，经过5分钟达到平衡状态，根据图像计算平均反应速率v(N2)= 。 (7)NH3催化还原NO是重要的烟气脱硝技术。研究发现其反应过程如图所示。分析脱硝过程的催化剂是： 。 【答案】(1)N2(g)＋2O2(g)2NO2(g) ΔH＝+67kJ·mol−1 (2)C (3)C (4)该反应是体积减小的放热反应ΔS＜0，ΔH＜0 (5)< (6) Z>Y>X 0.1 mol·L－1·min－1 (7)Fe3+ 【解析】(1)某反应的平衡常数表达式为，则化学方程式为：N2(g)＋2O2(g)2NO2(g)，该反应=反应①+反应②，反应热； (2)A项，单位时间内生成1molNO2的同时消耗了1molNO，均为正反应方向，不能说明达到化学平衡状态，A错误；B项，该反应前后气体质量不变，在恒温恒容的容器中，混合气体的密度始终保持不变，不能判断达到化学平衡状态，B错误；C项，二氧化氮为红棕色气体，在恒温恒容的容器中，气体的颜色不变时，二氧化氮浓度保持不变，达到化学平衡状态，C正确；D项，在恒温恒容的容器中，n(NO)：n(O2)：n(NO2)=2：1：2，不能说明达到化学平衡状态，D错误；故选C； (3)A项，催化剂不影响平衡，使用高效催化剂不能提高CO转化率，A错误；B项，恒容条件下充入He，使体系总压强增大，各组分浓度不变，CO转化率不变，B错误；C项，将CO2(g)从体系中分离，平衡正向移动，CO转化率增大，C正确；D项，充入CO，使体系总压强增大，平衡正向移动，CO转化率减小，D错误；故选C； (4)反应③为气体体积减小的放热反应，ΔS＜0，ΔH＜0，高温下ΔG=ΔH-TΔS＜0，不利于反应自发进行； (5)由表格中数据可知，随着温度升高，平衡常数减小，说明升高温度，平衡逆向移动，该反应正向为放热反应，即ΔH4＜0； (6)随着起始的比值的增大，相当于不变，增大NO的浓度，平衡正向移动，CO的转化率逐渐增大，故在X、Y、Z三点中，CO的转化率从大到小的顺序是：Z>Y>X；设达到平衡时生成N2 xmol，则出三段式： 由图可知，平衡时CO2的体积分数为40%，则：，解得x=1，故生成N2的物质的量为1mol，； (7)由图可知：氨气和铁离子反应生成Fe2+-NH2，Fe2+-NH2与NO反应生成Fe2+，Fe2+与氧气反应又生成了Fe3+，故催化剂为Fe3+。 考向9 化学平衡与工业生产 (上海市华东师范大学第二附属中学2023-2024学年高一下学期期末)我国科学家研发的“液态阳光”计划通过太阳能发电电解水制氢，再采用高选择性催化剂将二氧化碳加氢制备甲醇(CH3OH)。 Ⅰ．制备甲醇的主反应：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH= -48.74kJ·mol−1。 (1)恒温恒容条件下，有利于提高CO2的平衡转化率的措施有_______(不定项)。 A．使用催化剂 B．充氦气增加压强 C．减小H2和CO2的初始投料比 D．及时分离产物CH3OH (2)向恒温恒容容器中投入2 molCO2和等量H2，下列能说明该反应已达平衡的是___(不定项)。 A．不再变化 B．气体的密度不再变化 C．混合气体的平均摩尔质量不再变化 D． (3)下列分别表示不同条件下的该反应速率，则反应速率大小关系是 。 ① ② ③ ④ (4)恒温恒容时，投入一定量的CO2和氢气建立平衡后，在t1时刻增加氢气的物质的量，t2时达到平衡，请描述正反应向速率的变化情况 。若t1时降温， 反应方向速率变化幅度大(填“正”或“逆”)。 Ⅱ．该过程中还存在一个由CO2和H2生成CO的副反应，结合已知方程式：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH= -90.00kJ·mol−1。 (5)写出该副反应的热化学方程式，副反应： 。 (6)若将CO2和H2按物质的量比1：3混合，以固定流速通过盛放催化剂的反应器，在相同时间内，不同温度下的实验数据如图所示。已知： ①催化剂活性最好的温度为 。 A． B． C． D． ②温度由升到，CO2的平衡转化率和CH3OH的实验产率均降低，解释原因： 。 (7)以CO2、H2为原料合成CH3OH，同时发生主副反应。一定条件下，向体积为V L的恒容密闭容器中通入1molCO2(g)和3molH2(g)发生上述反应，达到平衡时，容器中CH3OH(g)为a mol，CO为b mol，此时H2O(g)的平衡浓度为 mol·L-1 (用含a、b、V的代数式表示)。 (8)向体积均为的两恒容容器中分别充入2molX和1molY发生反应：2X(g)+Y(g)Z(g) ΔH，其中甲为绝热过程，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，则ΔH 0(填＜、>或=，下同)，气体的总物质的量： ，反应速率： 。 【答案】(1)CD (2)C (3)③＞④=②＞① (4)先增大后减小 逆 (5)CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH＝+41.3kJ·mol−1 (6)C 主反应为放热反应，副反应为吸热反应，温度由523K升到543K，主反应逆向移动，副反应正向移动，导致CO2的平衡转化率和CH3OH的实验产率均降低 (7) (8)＜ ＜ ＞ 【解析】(1)A项，使用催化剂，平衡不移动，CO2的平衡转化率不变，故A错误；B项，充氦气增加压强，各物质浓度不变，平衡不移动，CO2的平衡转化率不变，故B错误；C项，减小H2和CO2的初始投料比，CO2的平衡转化率增大，故C正确；D项，及时分离产物CH3OH平衡正向移动，CO2的平衡转化率增大，故D正确；故选CD； (2)A项，表示平衡常数，温度不变，平衡常数不变，则A错误；B项，恒容条件下，质量不变，体积不变，气体的密度始终不变，故B错误；C项，该反应的正反应是气体体积减小的反应，若混合气体的平均摩尔质量不再变化，说明各物质浓度不变，可以说明达到平衡状态，故C正确；D项，都描述正反应速率，不能说明正逆反应速率相等，故D错误；故选C； (3)①；②，则，则；③， ；④；则大小关系为③＞④=②＞①； (4)向平衡后的体系中加入氢气，则反应物的浓度瞬间增大，则正反应速率增大，随着反应进行，反应物浓度变小，正反应速率减慢，直至达到新的平衡；该反应为放热反应，若降温，正逆反应速率都减小，平衡正向移动，所以逆反应的速率减小的更多； (5)已知①  ；② ；由①－②可得 ； (6)当温度523K时，CO2的实验转化率和CH3OH的实验产率最高，说明此温度下催化剂活性最好，故选C；②主反应为放热反应，副反应为吸热反应，温度由523K升到543K，主反应逆向移动，副反应正向移动，导致CO2的平衡转化率和CH3OH的实验产率均降低； (7)设达到平衡时体系中H2O的物质的量为x mol，CO2的物质的量为ymol，H2的物质的量为zmol，则根据元素守恒可列关系式：由碳元素守恒可得①a+b+y=1，由氧元素守恒可得②a+b+x+2y=2，由氢元素守恒可得③4a+2x+2z=6，由①②解得 x=a+b，y=1－a－b，即平衡体系中水的物质的量为(a+b)mol，故其浓度为。 (8)反应2X(g)+Y(g)Z(g)为气体体积减小的反应，容器容积不变，反应初期气体物质的量减小、甲中压强增大，据pV=nRT可知，甲容器内温度升高，又甲为绝热过程，所以该反应为放热反应，即ΔH＜0；甲、乙容器容积相等且不变，该反应为放热反应，甲为绝热过程，乙为恒温过程，则Ta＞Tc，图像显示Pa=Pc，据pV=nRT可知，气体的总物质的量：＜；体积均为1L恒容容器中分别充入2molX和1molY发生反应2X(g)+Y(g)Z(g)，该反应为放热反应，甲为绝热过程，乙为恒温过程，a、b均达平衡，Ta＞Tb，升温平衡逆向移动，a点反应物的物质的量浓度更大、温度更高，则反应速率：＞。 考向10 研究温室气体意义 (上海市格致中学二〇二四学年期末考试)温室气体的研究CO2、CH4和N2O是地球大气中的主要温室气体，相同量的N2O的增温潜能是CO2的289倍，研究温室气体对环境保护有重要意义。 1．CH4与CO2的处理：通过下列反应，可将CH4与CO2转化：CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g) (正反应为吸热反应)。 (1)写出CH4的电子式_______。 (2)CO2属于_______。 A. 强电解质 B. 弱电解质 C. 酸 D. 氧化物 (3)上述过程中的能量变化可以用下图表示，则“？”处应填_______。 (4)能判断该反应达到平衡状态的是_______。 A．v正(CH4)=2v逆(CO) B．CH4、CO2的分子数之比为1：1 C．CH4、CO2、CO、H2的浓度相等 D．CH4、CO2、CO、H2的浓度不随时间变化 (5)一定温度下，在1L密闭容器中充入1molCH4(g)和1molCO2(g)，发生上述反应，测得CH4气体物质的量随时间变化关系如图所示： ①2 min时，v正_______ v逆(填“>”“＜”或“=”)。 ②0~4 min内CO2(g)的平均反应速率v(CO2)=_______。 ③4min后，若降低反应体系的温度，反应平衡的移动方向是_______。 A．正向移动 B．逆向移动 C．不移动 D．无法确定 【答案】(1) (2)D (3)2CO(g)＋2H2(g) (4)D (5)① > ② ③ B 【解析】(1)甲烷为共价化合物，电子式为：； (2)CO2熔融状态不能电离，水溶液中二氧化碳本身也不能电离，为非电解质；其含2种元素一种为氧，属于氧化物；故选D； (3)已知，CH4与CO2转化：CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)，该正反应为吸热反应，生成物能量大于反应物能量，则“？”处应填：2CO(g)＋2H2(g)； (4)A项，正逆反应速率比等于系数比，v正(CH4)=2v逆(CO)，则正逆反应速率不相等，反应没有定达到平衡状态，故不选A；B项，CH4、CO2的分子数之比为1：1，不能判断浓度是否还发生改变，反应不一定平衡，故不选B；C项，CH4、CO2、CO、H2的浓度相等，不能判断浓度是否还发生改变，反应不一定平衡，故不选C；D项，CH4、CO2、CO、H2的浓度不随时间变化，则平衡不再移动，说明反应一定达到平衡状态，故选D；故选D。 (5)①根据图，2min后CH4的物质的量继续减小，说明此时反应正向进行，v正> v逆。 ②0~4 min内甲烷的物质的量减少0.4mol，则二氧化碳的物质的量减少0.4mol，二氧化碳的平均反应速率。③正反应为吸热反应，4min后，反应已经平衡，若降低反应体系的温度，则反应平衡逆向进行，故选B。 2．N2O的处理。 (1)用Au作为催化剂可使N2O分解为空气中含量较多的两种气体，写出其对应的化学方程式_______。 (2)也可用CO来处理大气污染物N2O，其反应为CO(g)＋N2O(g)CO2(g)＋N2(g)。试从绿色化学角度评价该方法：_______。 【答案】(1) (2)变废为宝，使用有毒的CO来处理大气污染物N2O，减少了两种气体的污染 【解析】(1)Au作为催化剂可使N2O分解为空气中含量较多的两种气体，结合质量守恒，反应生成氨气和氧气，反应为：； (2)由反应可知，该方法可以变废为宝，使用有毒的CO来处理大气污染物N2O，减少了两种气体的污染。 27 / 27 学科网（北京）股份有限公司 $$