第2章 化学反应速率与化学平衡 整理与提升-【金版教程】2025-2026学年高中化学选择性必修1创新导学案全书Word（人教版2019 不定项版）

化学 选择性必修1 RJ(不定项版) 化学反应速率与平衡图像分析 　(湖南卷)恒压下，向某密闭容器中充入一定量的CH3OH(g)和CO(g)，发生如下反应： 主反应：CH3OH(g)＋CO(g)CH3COOH(g)　ΔH1 副反应：CH3OH(g)＋CH3COOH(g) CH3COOCH3(g)＋H2O(g)　ΔH2 在不同温度下，反应达到平衡时，测得两种含碳产物的分布分数δ随投料比x(物质的量之比)的变化关系如图所示，下列说法正确的是(　　) A．投料比x代表 B．曲线c代表乙酸的分布分数 C．ΔH1<0，ΔH2>0 D．L、M、N三点的平衡常数：K(L)＝K(M)>K(N) [解析]　题干明确指出，图中曲线表示的是测得两种含碳产物的分布分数即分别为δ(CH3COOH)、δ(CH3COOCH3)，若投料比x代表，x越大，可看作是CH3OH的量增多，则分析主、副反应可知，生成的CH3COOCH3越多，CH3COOCH3分布分数越高，则曲线a和曲线b表示CH3COOCH3的分布分数，曲线c和曲线d表示CH3COOH的分布分数，据此分析可知A、B均正确，所以如此假设错误，则可知投料比x代表，曲线a和曲线b表示δ(CH3COOH)，曲线c和曲线d表示δ(CH3COOCH3)。根据上述分析可知，A、B错误。当同一投料比时，观察图像可知T2时δ(CH3COOH)大于T1时δ(CH3COOH)，则温度越高δ(CH3COOH)越大，说明温度升高主反应的平衡正向移动，ΔH1>0；同理可推得ΔH2<0，C错误。L、M、N三点对应副反应ΔH2<0，且TN>TM＝TL，升高温度平衡逆向移动，则K(L)＝K(M)>K(N)，D正确。 [答案]　D 　(全国甲卷节选)甲烷转化为多碳化合物具有重要意义。一种将甲烷溴化再偶联为丙烯(C3H6)的研究所获得的部分数据如下。回答下列问题： 已知如下热化学方程式： CH4(g)＋Br2(g)===CH3Br(g)＋HBr(g)　ΔH1＝－29 kJ·mol－1 3CH3Br(g)===C3H6(g)＋3HBr(g)　ΔH2＝＋20 kJ·mol－1 (1)CH4与Br2反应生成CH3Br，部分CH3Br会进一步溴化。将8 mmol CH4和8 mmol Br2通入密闭容器，平衡时，n(CH4)、n(CH3Br)与温度的关系见下图(假设反应后的含碳物质只有CH4、CH3Br和CH2Br2)。 (ⅰ)图中CH3Br的曲线是________(填“a”或“b”)。 (ⅱ)560 ℃时，CH4的转化率α＝________，n(HBr)＝________mmol。 (ⅲ)560 ℃时，反应CH3Br(g)＋Br2(g)===CH2Br2(g)＋HBr(g)的平衡常数K＝____________。 (2)少量I2可提高生成CH3Br的选择性。500 ℃时，分别在有I2和无I2的条件下，将8 mmol CH4和8 mmol Br2通入密闭容器，溴代甲烷的物质的量(n)随时间(t)的变化关系见下图。 (ⅰ)在11～19 s之间，有I2和无I2时CH3Br的生成速率之比＝________。 (ⅱ)从图中找出I2提高了CH3Br选择性的证据：________________________________ ____________________。 (ⅲ)研究表明，I2参与反应的可能机理如下： ①I2(g)===I(g)＋I(g) ②I(g)＋CH2Br2(g)===IBr(g)＋CH2Br(g) ③CH2Br(g)＋HBr(g)===CH3Br(g)＋Br(g) ④Br(g)＋CH4(g)===HBr(g)＋CH3(g) ⑤CH3(g)＋IBr(g)===CH3Br(g)＋I(g) ⑥I(g)＋I(g)===I2(g) 根据上述机理，分析I2提高CH3Br选择性的原因：____________________________ ____________________________________________ ________________________________________________________________________。 [解析]　(1)(ⅰ)升高温度，反应向吸热反应方向移动，根据ΔH1<0可知，升高温度，平衡逆向移动，CH4(g)的含量增多，CH3Br(g)的含量减少，故CH3Br的曲线为a。 (ⅱ)560 ℃时反应达平衡，剩余的CH4(g)的物质的量为1.6 mmol，其转化率α＝×100%＝80%；若只发生一步反应，则生成6.4 mmol CH3Br，但此时剩余CH3Br的物质的量为5.0 mmol，说明还有1.4 mmol CH3Br发生反应生成CH2Br2，则此时生成的HBr的物质的量n＝(6.4＋1.4) mmol＝7.8 mmol。 (ⅲ)平衡时，反应中各组分的物质的量分别为n(CH3Br)＝5.0 mmol、n(Br2)＝0.2 mmol、n(CH2Br2)＝1.4 mmol、n(HBr)＝7.8 mmol，设该密闭容器的体积为V，故该反应的平衡常数K＝＝＝10.92。 (2)(ⅰ)11～19 s时，有I2时CH3Br的生成速率v＝ mmol·(L·s)－1＝ mmol·(L·s)－1，无I2时CH3Br的生成速率v＝ mmol·(L·s)－1＝ mmol·(L·s)－1。生成速率之比＝＝。 [答案]　(1)(ⅰ)a　(ⅱ)80%　7.8　 (ⅲ)10.92 (2)(ⅰ)(或3∶2)　 (ⅱ)5 s以后有I2催化的CH2Br2的含量逐渐降低，有I2催化的CH3Br的含量陡然上升 (ⅲ)I2的投入消耗了部分CH2Br2，使得消耗的CH2Br2发生反应生成了CH3Br 1．化学平衡图像题的思维流程 2．解题技巧 (1)“定一议二”原则 在化学平衡图像中，了解纵轴、横轴和曲线所表示的三个物理量的意义。在确定横轴所表示的物理量后，讨论纵轴与曲线的关系，或在确定纵轴所表示的物理量后，讨论横轴与曲线的关系。 如反应2A(g)＋B(g)2C(g)达到化学平衡时，A的平衡转化率与压强和温度的关系如图1所示[纵轴为A的平衡转化率(α)，横轴为反应温度(T)]。 定压看温度变化，升高温度曲线走势降低，说明A的转化率降低，平衡向逆反应方向移动，正反应是放热反应。 定温看压强变化，因为此反应是反应后气体体积减小的反应，增大压强，平衡向正反应方向移动，A的转化率增大，故p2>p1。 (2)“先拐先平数值大”原则 对于同一化学反应在化学平衡图像中，先出现拐点的反应先达到平衡状态，相应曲线对应的反应速率大，所以先出现拐点的曲线表示的温度较高(如图2所示，α表示反应物的转化率)或压强较大[如图3所示，φ(A)表示反应物A的体积分数]。 图2：T2>T1，正反应放热。 图3：p1<p2，正反应为气体体积减小的反应。 (3)三看分析法 一看反应速率是增大还是减小；二看v正、v逆的相对大小；三看化学平衡移动的方向。 3．解决复杂平衡图像题应考虑的角度 (1)曲线上的每个点是否都到达平衡 往往需要通过曲线的升降趋势或斜率变化来判断，如果还未达到平衡则不能使用平衡移动原理，只有达到平衡以后的点才能应用平衡移动原理。 (2)催化剂的活性是否受温度的影响 不同的催化剂因选择性不同受温度的影响也会不同。一般来说，催化剂的活性在一定温度下最高，低于或高于这个温度都会下降。 (3)不同的投料比对产率造成的影响 可以根据定一议二的方法，根据相同投料比下温度或压强的改变对产率的影响或相同温度或压强下改变投料比时平衡移动的方向进行判断，确定反应的吸放热或系数和的大小。 1．(江苏卷)二氧化碳加氢制甲醇的过程中的主要反应(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 答案：C 解析：L4处与L5处的温度不同，故L4处与L5处反应①的平衡常数K不相等，A错误；由题图可知，L1～L3温度在升高，该装置为绝热装置，反应①为吸热反应，所以反应②为放热反应，ΔH2<0，B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)增大，即H2O的体积分数会增大，故L6处H2O的体积分数大于L5处，C正确；L1处CO的体积分数大于CH3OH，说明生成的CO的物质的量大于CH3OH，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错误。 2．(山东卷)(双选)逆水气变换反应：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)　ΔH＞0。一定压力下，按CO2、H2物质的量之比n(CO2)∶n(H2)＝1∶1投料，T1、T2温度时反应物摩尔分数随时间变化关系如图所示。已知该反应的速率方程为v＝kc0.5(H2)c(CO2)，T1、T2温度时反应速率常数k分别为k1、k2。下列说法错误的是(　　) A．k1＞k2 B．T1、T2温度下达平衡时反应速率的比值：＜ C．温度不变，仅改变体系初始压力，反应物摩尔分数随时间的变化曲线不变 D．T2温度下，改变初始投料比例，可使平衡时各组分摩尔分数与T1温度时相同 答案：CD 解析：由题图可知，T1比T2反应速率快，则T1＞T2；T1温度下达到平衡时反应物的摩尔分数低于T2温度下平衡时；由于起始CO2与H2的物质的量之比为1∶1，则达到平衡时CO2和H2的摩尔分数相等。根据分析，T1比T2反应速率快，反应速率常数与温度有关，结合反应速率方程知k1＞k2，A正确；反应的速率方程为v＝kc0.5(H2)c(CO2)，则＝，T1温度下达到平衡时反应物的摩尔分数低于T2温度下平衡时，则＜，B正确；温度不变，仅改变体系初始压力，虽然平衡不移动，但反应物的浓度改变，反应速率改变，反应达到平衡的时间改变，反应物摩尔分数随时间的变化曲线改变，C错误；T2温度下，改变初始投料比，相当于改变某一反应物的浓度，达到平衡时H2和CO2的摩尔分数不可能相等，故不能使平衡时各组分摩尔分数与T1温度时相同，D错误。 3．(甘肃卷)SiHCl3是制备半导体材料硅的重要原料，可由不同途径制备。 (1)由SiCl4制备SiHCl3：SiCl4(g)＋H2(g)===SiHCl3(g)＋HCl(g)　ΔH1＝＋74.22 kJ·mol－1(298 K) 已知SiHCl3(g)＋H2(g)===Si(s)＋3HCl(g)　ΔH2＝＋219.29 kJ·mol－1(298 K) 298 K时，由SiCl4(g)＋2H2(g)===Si(s)＋4HCl(g)制备56 g硅________热(填“吸”或“放”)________kJ。升高温度有利于制备硅的原因是_________________________________ ______________________。 (2)在催化剂作用下由粗硅制备SiHCl3：3SiCl4(g)＋2H2(g)＋Si(s)4SiHCl3(g)。773 K，2 L密闭容器中，经不同方式处理的粗硅和催化剂混合物与0.4 mol H2和0.1 mol SiCl4气体反应，SiCl4转化率随时间的变化如下图所示： ①0～50 min，经方式________处理后的反应速率最快；在此期间，经方式丙处理后的平均反应速率v(SiHCl3)＝________ mol·L－1·min－1。 ②当反应达平衡时，H2的浓度为________ mol·L－1，平衡常数K的计算式为______________。 ③增大容器体积，反应平衡向__________移动。 答案：(1)吸　587.02　该反应为吸热反应，升高温度，反应正向移动，有利于制备硅 (2)①甲　5.6×10－5　②0.1951　 　③逆反应方向 解析：(2)①由转化率－时间图像可知，0～50 min，经方式甲处理后反应速率最快；经方式丙处理后，50 min时SiCl4的转化率为4.2%，反应的SiCl4的物质的量为0.1 mol×4.2%＝0.0042 mol，根据化学计量数可得反应生成的SiHCl3的物质的量为0.0042 mol×＝0.0056 mol，平均反应速率v(SiHCl3)＝＝5.6×10－5 mol·L－1·min－1； ②反应达到平衡时，SiCl4的转化率为14.6%，列三段式： 3SiCl4(g)＋2H2(g)＋Si(s)4SiHCl3(g) 起始浓度（mol·L－1） 0.05 0.2 0 转化浓度(mol·L－1) 0.0073 0.0049 0.0097 平衡浓度(mol·L－1) 0.0427 0.1951 0.0097 当反应达平衡时，H2的浓度为0.1951 mol·L－1，平衡常数K的计算式为。 4．(辽宁卷节选)接触法制硫酸的关键反应为SO2的催化氧化： SO2(g)＋O2(g)SO3(g)　ΔH＝－98.9 kJ·mol－1 (1)为寻求固定投料比下不同反应阶段的最佳生产温度，绘制相应转化率(α)下反应速率(数值已略去)与温度的关系如下图所示，下列说法正确的是________。 a．温度越高，反应速率越大 b．α＝0.88的曲线代表平衡转化率 c．α越大，反应速率最大值对应温度越低 d．可根据不同α下的最大速率，选择最佳生产温度 (2)为提高钒催化剂的综合性能，我国科学家对其进行了改良。不同催化剂下，温度和转化率关系如下图所示，催化性能最佳的是________(填标号)。 (3)设O2的平衡分压为p，SO2的平衡转化率为αe，用含p和αe的代数式表示上述催化氧化反应的Kp＝______________________(用平衡分压代替平衡浓度计算)。 答案：(1)cd　(2)d　(3) 解析：(3)设起始时SO2的分压为p1，列三段式： 　　　SO2(g)　＋　O2(g)SO3(g) 起始 p1 0 转化 p1αe p1αe 平衡 p1(1－αe) p p1αe Kp＝＝＝。 课时作业 一、选择题(每小题有1个或2个选项符合题意) 1.(海南卷)工业上苯乙烯的生产主要采用乙苯脱氢工艺：C6H5CH2CH3(g)C6H5CH===CH2(g)＋H2(g)。某条件下无催化剂存在时，该反应的正、逆反应速率v随时间t的变化关系如图所示。下列说法正确的是(　　) A．曲线①表示的是逆反应的v­t关系 B．t2时刻体系处于平衡状态 C．反应进行到t1时，Q>K(Q为浓度商) D．催化剂存在时，v1、v2都增大 答案：BD 解析：反应为乙苯制备苯乙烯的过程，开始反应物浓度最大，生成物浓度为0，所以曲线①表示的是正反应的v­t关系，曲线②表示的是逆反应的v­t关系，A错误；反应进行到t1时，反应正向进行，故Q＜K，C错误。 2．(重庆卷)逆水煤气变换体系中存在以下两个反应： 反应Ⅰ：CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g) 反应Ⅱ：CO2(g)＋4H2(g) CH4(g)＋2H2O(g) 在恒容条件下，按n(CO2)∶n(H2)＝1∶1投料比进行反应，平衡时含碳物质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Ⅰ的ΔH<0，反应Ⅱ的ΔH>0 B．M点反应Ⅰ的平衡常数K<1 C．N点H2O的压强是CH4的3倍 D．若按n(CO2)∶n(H2)＝1∶2投料，则曲线之间交点位置不变 答案：C 解析：由题图可知，随温度升高，CO的体积分数增大，CH4的体积分数减小，说明反应Ⅰ平衡正向移动，反应Ⅱ平衡逆向移动，反应Ⅰ的ΔH>0，反应Ⅱ的ΔH<0，A错误；M点：CH4的体积分数为0，CO2和CO的体积分数均为50%，说明此时只发生反应Ⅰ，因起始投料比n(CO2)∶n(H2)＝1∶1，故M点n(CO2)＝n(CO)＝n(H2)＝n(H2O)，K＝1，B错误；N点CO与CH4体积分数相同，故n(CO)＝n(CH4)，n反应Ⅰ(H2O)＝n(CO)，n反应Ⅱ(H2O)＝2n(CH4)，得出3n(CH4)＝n(H2O)，恒温恒容条件下压强之比等于物质的量之比，故C正确；若按n(CO2)∶n(H2)＝1∶2投料，CO2的转化率增大，平衡时CO2的体积分数减小，CH4、CO的体积分数增大，则曲线交点位置改变，D错误。 3．(湖南卷)向一恒容密闭容器中加入1 mol CH4和一定量的H2O，发生反应：CH4(g)＋H2O(g) CO(g)＋3H2(g)。CH4的平衡转化率按不同投料比x随温度的变化曲线如图所示。下列说法错误的是(　　) A．x1<x2 B．反应速率：vb正<vc正 C．点a、b、c对应的平衡常数：Ka<Kb＝Kc D．反应温度为T1，当容器内压强不变时，反应达到平衡状态 答案：B 解析：一定条件下，增大水蒸气的浓度，能提高CH4的转化率，即x值越小，CH4的转化率越大，则x1<x2，A正确；b点和c点温度相同，CH4的起始物质的量都为1 mol，b点x值小于c点，则b点水蒸气多，反应物浓度大，则反应速率：vb正>vc正，B错误；由题图可知，x一定时，温度升高CH4的平衡转化率增大，说明正反应为吸热反应，温度升高平衡正向移动，K增大；温度相同，K不变，则点a、b、c对应的平衡常数：Ka<Kb＝Kc，C正确；该反应为气体分子数增大的反应，反应进行时压强发生改变，所以温度一定时，当容器内压强不变时，反应达到平衡状态，D正确。 4．(河北高考)恒温恒容条件下，向密闭容器中加入一定量X，发生反应的方程式为①XY；②YZ。反应①的速率v1＝k1c(X)，反应②的速率v2＝k2c(Y)，式中k1、k2为速率常数。图甲为该体系中X、Y、Z浓度随时间变化的曲线，图乙为反应①和②的ln k­曲线。下列说法错误的是(　　) A．随c(X)的减小，反应①、②的速率均降低 B．体系中v(X)＝v(Y)＋v(Z) C．欲提高Y的产率，需提高反应温度且控制反应时间 D．温度低于T1时，总反应速率由反应②决定 答案：AB 解析：由题图甲及反应方程式可知，浓度随时间变化逐渐减小的曲线代表的是X，浓度随时间变化逐渐增大的曲线代表的是Z，浓度随时间变化先增大后减小的曲线代表的是Y；由图乙中的信息可知，反应①的速率常数随温度升高增大的幅度小于反应②的。由图甲中的信息可知，随c(X)的减小，c(Y)先增大后减小，c(Z)增大，因此，反应①的速率随c(X)的减小而减小，而反应②的速率先增大后减小，A错误；根据体系中发生的反应可知，在Y的浓度达到最大值之前，单位时间内X的减少量等于Y和Z的增加量，因此，v(X)＝v(Y)＋v(Z)，但是，在Y的浓度达到最大值之后，单位时间内Z的增加量等于Y和X的减少量，故v(X)＋v(Y)＝v(Z)，B错误。 5．(辽宁卷)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－1·h－1 D．反应②加入催化剂不改变其平衡转化率 答案：A 解析：由图可知，3小时后异山梨醇浓度继续增大，15 h后异山梨醇浓度才不再变化，所以3 h时，反应②未达到平衡状态，即正、逆反应速率不相等，A错误；图像显示该温度下，15 h后所有物质浓度都不再变化，且此时山梨醇转化完全，即反应充分，而1，4­失水山梨醇仍有剩余，即反应②正向进行程度小于反应①、反应限度小于反应①，所以该温度下的平衡常数：①>②，B正确；由图可知，在0～3 h内异山梨醇的浓度变化量为0.042 mol·kg－1，所以平均速率v(异山梨醇)＝＝0.014 mol·kg－1·h－1，故C正确；催化剂只能改变化学反应速率，不能改变物质平衡转化率，所以反应②加入催化剂不改变其平衡转化率，D正确。 6.已知某可逆反应mA(g)＋nB(g)pC(g)在密闭容器中进行，如图表示在不同反应时间t时，温度T和压强p与反应物B在混合气体中的体积分数[φ(B)]的关系曲线，由曲线分析，下列判断正确的是(　　) A．T1<T2，p1>p2，m＋n>p，放热反应 B．T1>T2，p1<p2，m＋n>p，吸热反应 C．T1<T2，p1>p2，m＋n<p，放热反应 D．T1>T2，p1<p2，m＋n<p，吸热反应 答案：D 解析：由“先拐先平数值大”原则，对比①②可知T1>T2，对比②③可知p2>p1。对比①②，由T2升高到T1，φ(B)减小，说明升温平衡向正反应方向移动，所以正向为吸热反应；对比②③，由p1加压到p2，φ(B)增大，说明加压平衡向逆反应方向移动，所以逆向为气体体积减小的方向，即m＋n<p。 7.利用催化技术可将汽车尾气中的NO和CO转化：2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g)　ΔH。初始时c(NO)＝6.50×10－3 mol·L－1，c(CO)＝4.00×10－3 mol·L－1。在不同的催化剂比表面积(Ⅰ＝Ⅲ≠Ⅱ)和不同温度下(T1、T2温度改变对催化剂活性的影响忽略)，CO的浓度随时间的变化如图所示。下列有关说法正确的是(　　) A．T1>T2 B．ΔH<0 C．催化剂比表面积(m2·g－1)：Ⅰ<Ⅱ D．NO与CO的平衡转化率相等 答案：BC 解析：由图可知，温度为T2时反应更早达到平衡，说明T2时反应速率更快，T1<T2，A错误；T1<T2，由图可知，温度升高达到平衡时，CO的浓度更大，说明平衡逆向移动，该反应为放热反应，ΔH<0，B正确；温度为T1时，比表面积为Ⅱ时，更早达到平衡，反应速率更快，比表面积越大，反应速率越快，则催化剂比表面积(m2·g－1)：Ⅰ<Ⅱ，C正确；NO与CO的起始量不等于化学计量系数比，故NO与CO的平衡转化率不相等，D错误。 8．两个均充有H2S的刚性恒容密闭容器，起始压强均为p kPa。以温度、Al2O3催化剂为条件变量进行实验：2H2S(g)2H2(g)＋S2(g)，反应相同时间，H2S转化率随温度变化如图。下列说法错误的是(　　) A．800 ℃，使用Al2O3催化剂比无催化剂时S2的产率高 B．曲线Ⅱ、Ⅲ重合时的温度是Al2O3催化剂的失活温度 C．增大压强，H2S的分解反应的正逆反应速率均增大 D．900 ℃，该反应的Kp＝ kPa 答案：A 解析：催化剂不能使平衡移动，800 ℃，无论是否使用Al2O3催化剂，S2的产率不变，A错误；曲线Ⅱ、Ⅲ重合时，说明有无催化剂反应速率相等，说明该温度时Al2O3不起催化作用，B正确；根据影响反应速率的因素，增大压强，H2S的分解反应的正逆反应速率均增大，C正确；根据题图可知900 ℃时，H2S的平衡转化率为50%， 　　　　　 2H2S(g)2H2(g)＋S2(g) 初始(kPa) p 0 0 转化(kPa) 0.5p 0.5p 0.25p 平衡(kPa) 0.5p 0.5p 0.25p 该反应的Kp＝＝ kPa，D正确。 二、非选择题 9．我国提出了碳达峰和碳中和的目标，为了实现这一目标，科技工作者加大了对二氧化碳转化技术研究的力度。中国科技研究者在催化剂作用下利用CO2人工合成甲醇，在CO2加氢合成甲醇的体系中，同时存在以下反应： ⅰ.CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH1 ⅱ.CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)　ΔH2 (1)在特定温度下，由稳定态单质生成1 mol化合物的焓变叫做该物质在此温度下的标准摩尔生成焓。表中为几种物质在298 K的标准摩尔生成焓： 物质 CO2(g) CH3OH(g) H2O(g) H2(g) 标准摩尔生成焓/ (kJ/mol) －393.51 －201.17 －241.82 0 ①由此可求得ΔH1＝________kJ/mol。 ②反应ⅰ在________(填“高温”“低温”或“任意温度”)下可以自发进行。 (2)已知甲醇选择性(S­CH3OH)＝×100%，CO2的平衡转化率(X­CO2)、甲醇的选择性(S­CH3OH)随温度、压强变化如图所示： ①由图可知压强大小关系：p1________p2(填“>”“<”或“＝”，下同)，ΔH2________0。 ②300 ℃之后，随着温度的升高，CO2的平衡转化率增大，甲醇的选择性降低，是因为：______________________________________________________________________。 (3)在恒温恒容的容器中，充入0.5 mol CO2(g)和1.0 mol H2(g)，起始压强为p kPa，一段时间后达到平衡测得容器中生成0.3 mol H2O(g)，压强为p kPa，反应ⅱ的平衡常数Kp＝__________。(分压＝物质的量分数×总压，用平衡分压代替平衡浓度计算的平衡常数即为Kp) 答案：(1)①－49.48　②低温　(2)①>　>　②反应ⅰ放热，反应ⅱ吸热，随温度升高，反应ⅰ逆移，反应ⅱ正移，且反应ⅱ正向移动幅度更大，所以CO2的平衡转化率增大，甲醇的选择性降低　(3) 解析：(1)①由题给信息可得反应ⅰ的焓变ΔH1＝(－201.17－241.82) kJ/mol－(－393.51＋0) kJ/mol＝－49.48 kJ/mol；②该反应为放热的熵减反应，根据ΔG＝ΔH－TΔS<0判断，反应ⅰ在低温下可以自发进行。 (2)①反应ⅰ为气体总分子数减小的反应，反应ⅱ为气体总分子数不变的反应，故增大压强，反应ⅰ平衡向右移动，CO2的平衡转化率增加，甲醇选择性增加，结合图像可知，p1>p2；由图像可看出300 ℃之后，随着温度的升高，CO2的平衡转化率增大，而反应ⅰ随温度升高平衡逆向移动，不利于CO2的平衡转化率增大，甲醇选择性降低，因此反应ⅱ随温度升高平衡正向移动，ΔH2>0。 (3)设达到平衡后生成甲醇的物质的量为x mol、一氧化碳为y mol，根据题给数据可列三段式： CO2(g)　＋3H2(g)　　CH3OH(g)＋H2O(g) 起始量/mol 0.5 1.0 0 0 转化量/mol x 3x x x 平衡量/mol 0.5－x－y 1.0－3x－y x x＋y CO2(g)　＋　H2(g)　 　CO(g)＋H2O(g) 起始量/mol 0.5 1.0 0 0 转化量/mol y y y y 平衡量/mol 0.5－x－y 1.0－3x－y y x＋y 平衡后气体总物质的量为(1.5－2x) mol，由题给数据可得x＋y＝0.3，＝，解得x＝0.25，y＝0.05，则反应ⅱ的平衡常数Kp＝＝＝。 10．(河北卷)氯气是一种重要的基础化工原料，广泛应用于含氯化工产品的生产。硫酰氯及1，4­二(氯甲基)苯等可通过氯化反应制备。 (1)硫酰氯常用作氯化剂和氯磺化剂，工业上制备原理如下： SO2(g)＋Cl2(g)SO2Cl2(g) ΔH＝－67.59 kJ·mol－1 ①若正反应的活化能为E正 kJ·mol－1，则逆反应的活化能E逆＝______________kJ·mol－1(用含E正的代数式表示)。 ②恒容密闭容器中按不同进料比充入SO2(g)和Cl2(g)，测定T1、T2、T3温度下体系达平衡时的Δp(Δp＝p0－p，p0为体系初始压强，p0＝240 kPa，p为体系平衡压强)，结果如图。 上图中温度由高到低的顺序为__________，判断依据为_________________________________ _____________________________。M点Cl2的转化率为________，T1温度下用分压表示的平衡常数Kp＝________ (kPa)－1。 ③下图曲线中能准确表示T1温度下Δp随进料比变化的是________(填序号)。 (2)1，4­二(氯甲基)苯(D)是有机合成中的重要中间体，可由对二甲苯(X)的氯化反应合成。对二甲苯浅度氯化时反应过程为 以上各反应的速率方程均可表示为v＝kc(A)·c(B)，其中c(A)、c(B)分别为各反应中对应反应物的浓度，k为速率常数(k1～k5分别对应反应①～⑤)。某温度下，反应器中加入一定量的X，保持体系中氯气浓度恒定(反应体系体积变化忽略不计)，测定不同时刻相关物质的浓度。 已知该温度下，k1∶k2∶k3∶k4∶k5＝100∶21∶7∶4∶23。 ①30 min时，c(X)＝6.80 mol·L－1，且30～60 min内v(X)＝0.042 mol·L－1·min－1，反应进行到60 min时，c(X)＝____________ mol·L－1。 ②60 min时，c(D)＝0.099 mol·L－1，若0～60 min产物T的含量可忽略不计，则此时c(G)＝________ mol·L－1；60 min后，随T的含量增加，________(填“增大”“减小”或“不变”)。 答案：(1)①E正＋67.59　②T3＞T2＞T1　该反应正反应放热，且气体分子数减小，反应正向进行时，容器内压强减小，从T3到T1平衡时Δp增大，说明反应正向进行程度逐渐增大，对应温度逐渐降低　75%　0.03　③D (2)①5.54　②0.033　增大 解析：(1)②该反应的正反应为气体体积减小的反应，因此反应正向进行程度越大，平衡时容器内压强越小，Δp越大。从T3到T1，Δp增大，说明反应正向进行程度逐渐增大，已知正反应为放热反应，则温度由T3到T1逐渐降低，即T3＞T2＞T1。由题图中M点可知，进料比为n(SO2)∶n(Cl2)＝2，平衡时Δp＝60 kPa，已知恒温恒容情况下，容器内气体物质的量之比等于压强之比，可据此列出三段式： SO2(g)＋Cl2(g)SO2Cl2(g)　Δp 起始压强/kPa 160 80 变化压强/kPa 60 60 60 60 平衡压强/kPa 100 20 60 可计算得α(Cl2)＝×100%＝75%， Kp＝＝＝0.03 (kPa)－1。 ③由题图中M点可知，进料比为2时，Δp＝60 kPa，结合三段式，以及T1时化学平衡常数可知，进料比为0.5时，Δp也为60 kPa，曲线D上存在(0.5，60)。 (2)①根据化学反应速率的计算公式v(X)＝，知60 min时，c(X)＝6.80 mol·L－1－v(X)·Δt＝6.80 mol·L－1－0.042 mol·L－1·min－1×30 min＝5.54 mol·L－1。 ②已知＝＝，又由题给反应速率方程推知，＝＝＝3，则Δc(G)＝×Δc(D)＝0.033 mol·L－1。60 min后，D和G转化为T的速率比为＝，G消耗得更快，则增大。 1．(安徽卷)室温下，为探究纳米铁去除水样中SeO的影响因素，测得不同条件下SeO浓度随时间变化关系如下图。 实验序号 水样体积/mL 纳米铁质量/mg 水样初始pH ① 50 8 6 ② 50 2 6 ③ 50 2 8 下列说法正确的是(　　) A．实验①中，0～2小时内平均反应速率v(SeO)＝2.0 mol·L－1·h－1 B．实验③中，反应的离子方程式为：2Fe＋SeO＋8H＋===2Fe3＋＋Se＋4H2O C．其他条件相同时，适当增加纳米铁质量可加快反应速率 D．其他条件相同时，水样初始pH越小，SeO的去除效果越好 答案：C 解析：实验①中，0～2小时内平均反应速率v(SeO)＝＝2.0×10－3 mol·L－1·h－1，A不正确；实验③中水样初始pH＝8，溶液显弱碱性，发生反应的离子方程式中不能出现H＋，B不正确；综合分析实验①和②可知，在相同时间内，实验①中SeO浓度的变化量大，因此，其他条件相同时，适当增加纳米铁质量可加快反应速率，C正确；综合分析实验②和③可知，在相同时间内，实验②中SeO浓度的变化量大，因此，其他条件相同时，适当减小初始pH，SeO的去除效果更好，但是当初始pH太小时，H＋浓度太大，纳米铁与H＋反应速率加快，会导致与SeO反应的纳米铁减少，因此，当初始pH越小时，SeO的去除效果不一定越好，D不正确。 2．(重庆卷)醋酸甲酯制乙醇的反应为CH3COOCH3(g)＋2H2(g)CH3CH2OH(g)＋CH3OH(g)。三个10 L恒容密闭容器中分别加入1 mol醋酸甲酯和9.8 mol氢气，在不同温度下，反应t分钟时醋酸甲酯物质的量n如图所示。下列说法正确的是(　　) A．该反应的ΔH>0 B．容器甲中平均反应速率v(H2)＝ mol/(L·min) C．容器乙中当前状态下反应速率v(正)<v(逆) D．容器丙中乙醇的体积分数为8% 答案：D 解析：温度越高反应速率越快，比较乙、丙可知，丙中温度高，醋酸甲酯量增大，则丙达到平衡，升高温度，平衡逆向移动，正反应为放热反应，即ΔH<0，A错误；容器甲中平均反应速率v(H2)＝2v(CH3COOCH3)＝×2 mol/(L·min)＝ mol/(L·min)，B错误；温度越高反应速率越快，比较乙、丙可知，丙达到平衡状态，但不确定乙是否平衡，不能确定乙中正、逆反应速率相对大小，C错误；对丙而言： CH3COOCH3(g)＋2H2(g)CH3CH2OH(g)＋CH3OH(g) 起始(mol/L) 0.1 0.98 0 0 转化(mol/L) 0.08 0.16 0.08 0.08 平衡(mol/L) 0.02 0.82 0.08 0.08 容器丙中乙醇的体积分数为×100%＝8%，D正确。 3．(海南卷)已知298 K、101 kPa时，CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH＝－49.5 kJ·mol－1。该反应在密闭的刚性容器中分别于T1、T2温度下进行，CO2的初始浓度为0.4 mol·L－1，c(CO2)­t关系如图所示。下列说法错误的是(　　) A．T1＞T2 B．T1下反应达到平衡时c(CH3OH)＝0.15 mol·L－1 C．使用催化剂1的反应活化能比催化剂2的大 D．使用催化剂2和催化剂3的反应历程相同 答案：D 4．(浙江6月选考)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(℃) 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－1·min－1 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[n(C2H6)/n(CO2)]投料，平衡后可提高乙烷转化率 答案：D 解析：由表可知，相同温度下，乙烷在发生转化时，反应Ⅰ更易发生，则反应活化能：Ⅰ<Ⅱ，A正确；由表可知，500 ℃时，乙烷的转化率为9.0%，可得转化的乙烷的总物质的量为2 mol×9.0%＝0.18 mol，而此温度下乙烯的选择性为80%，则转化为乙烯的乙烷的物质的量为0.18 mol×80%＝0.144 mol，根据方程式可得，生成乙烯的物质的量为0.144 mol，则0～5 min反应Ⅰ的平均速率为v(C2H4)＝＝2.88×10－3 mol·L－1·min－1，B正确；其他条件不变，平衡后及时移除H2O(g)，反应Ⅰ正向进行，可提高乙烯的产率，C正确；其他条件不变，增大投料比[n(C2H6)/n(CO2)]投料，平衡后CO2转化率提高，C2H6转化率降低，D错误。 5．(北京卷)下列事实能用平衡移动原理解释的是(　　) A．H2O2溶液中加入少量MnO2固体，促进H2O2分解 B．密闭烧瓶内的NO2和N2O4的混合气体，受热后颜色加深 C．铁钉放入浓HNO3中，待不再变化后，加热能产生大量红棕色气体 D．锌片与稀H2SO4反应过程中，加入少量CuSO4固体，促进H2的产生 答案：B 解析：A项，MnO2会催化H2O2分解，与平衡移动无关；B项，NO2转化为N2O4的反应是放热反应，升温平衡逆向移动，NO2浓度增大，混合气体颜色加深，与平衡移动有关；C项，铁在浓硝酸中钝化，加热会使表面的氧化膜溶解，铁与浓硝酸反应生成大量NO2，与平衡移动无关；D项，加入硫酸铜以后，锌置换出铜，构成原电池，从而使反应速率加快，与平衡移动无关。 6．(江苏卷)金属硫化物(MxSy)催化反应CH4(g)＋2H2S(g)===CS2(g)＋4H2(g)，既可以除去天然气中的H2S，又可以获得H2。下列说法正确的是(　　) A．该反应的ΔS<0 B．该反应的平衡常数K＝ C．图示的反应机理中，步骤Ⅰ可理解为H2S中带部分负电荷的S与催化剂中的M之间发生作用 D．该反应中每消耗1 mol H2S，转移电子的数目约为2×6.02×1023 答案：C 解析：由方程式知，ΔS>0，A错误；K＝，B错误；消耗1 mol H2S同时生成2 mol H2，转移4 mol e－，数目约为4×6.02×1023，D错误。 7．(浙江6月选考)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： 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 答案：C 解析：反应Ⅲ的平衡常数K＝，平衡常数与温度有关，温度不变，K不变，故增加HCl浓度，平衡时产物Ⅱ和产物Ⅰ的比例不变，C错误。 8．(海南卷)氨是一种理想的储氢载体，具有储氢密度高、储运技术成熟等优点。已知298 K、100 kPa时，反应①：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH1＝－92 kJ·mol－1；p(NH3)＝总压×NH3物质的量分数。 回答问题： (1)题述条件下，反应②：2NH3(g) N2(g)＋3H2(g)　ΔH2＝________kJ·mol－1。 (2)设反应为一步完成，且ΔH与温度无关，已知673 K下，反应①活化能为335 kJ·mol－1，则NH3(g)分解反应的活化能为________kJ·mol－1。 (3)既能影响反应②平衡转化率又能影响其反应速率的因素有________、________。 (4)温度T下恒容密闭容器中进行氨催化分解反应，p(NH3)­t关系曲线如图所示，其函数关系p(NH3)/kPa＝________(写表达式)，增大氨的初始分压，氨的转化速率________；假设吸附到催化剂表面后NH3都变成活化分子，其他条件不变，改用比表面积更大的催化剂，则单位时间H2的产量将________。 答案：(1)＋92　(2)427　(3)压强　温度 (4)35－2.3t/min　不变　增大 9．(海南卷)磷酸二氢钾在工农业生产及国防工业等领域都有广泛的应用。某研究小组用质量分数为85%的磷酸与KCl(s)反应制备KH2PO4(s)，反应方程式为H3PO4(aq)＋KCl(s) KH2PO4(s)＋HCl(g)，一定条件下的实验结果如图1所示。 回答问题： (1)该条件下，反应至1 h时KCl的转化率为________。 (2)该制备反应的ΔH随温度变化关系如图2所示。该条件下反应为________反应(填“吸热”或“放热”)，且反应热随温度升高而________。 (3)该小组为提高转化率采用的措施中有：使用浓磷酸作反应物、向系统中不断通入水蒸气等。它们能提高转化率的原因是：不使用稀磷酸________________________________；通入水蒸气，__________________________________。 答案：(1)70%　(2)吸热　降低 (3)使用浓磷酸作反应物可以提高磷酸的浓度，促使反应正向进行　使得气体中氯化氢的分压减小，促使反应正向进行 25 学科网（北京）股份有限公司 $$