第2章 化学反应的方向、限度与速率 过关检测-【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（鲁科版2019）

化学 选择性必修1(鲁科) 第2章　过关检测 　时间：70分钟　　满分：100分 一、选择题(本题共14小题，每小题只有一个选项符合题意) 1．多相催化反应是在催化剂表面通过吸附、解吸过程进行的。我国学者发现T ℃时(各物质均为气态)，甲醇与水在铜催化剂上的反应机理和能量图如图，下列说法不正确的是(　　) A．该反应一共分为两步，其中第一步为该反应的决速步 B．反应Ⅱ是放热反应，但是总的反应过程是吸热的 C．增大压强和加入催化剂都能增大活化分子百分数 D．该反应的热化学方程式为CH3OH(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋3H2(g)　ΔH＝＋a kJ/mol 答案：C 解析：增大压强是增大单位体积内的分子数，活化分子百分数不变，导致单位体积内的活化分子数增多，有效碰撞次数增加，反应速率加快，而加入催化剂能够降低反应所需要的活化能，使得部分普通分子转变为活化分子，故可增大活化分子百分数，C错误。 2．在两个恒容密闭容器中进行下列两个可逆反应：(甲)C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)；(乙)CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)。现有下列状态，其中能表明甲、乙容器中的反应都达到平衡状态的是(　　) A．混合气体平均相对分子质量不再改变 B．恒温时，气体压强不再改变 C．混合气体的密度保持不变 D．同一时间内，水蒸气消耗的物质的量等于氢气消耗的物质的量 答案：D 解析：甲容器中，碳为固态，该可逆反应属于反应前后气态物质系数不相等的反应；乙容器中，该可逆反应属于反应前后气态物质系数相等的反应，故乙容器中混合气体平均相对分子质量、密度、压强都始终保持不变，A、B、C三项不能。同一时间内，消耗氢气的物质的量等于消耗水蒸气的物质的量，即消耗氢气的物质的量等于生成氢气的物质的量，D可以。 3．已知反应①CO(g)＋CuO(s) CO2(g)＋Cu(s)，反应②H2(g)＋CuO(s)Cu(s)＋H2O(g)，二者在温度T下的平衡常数分别为K1和K2，该温度下反应③CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)的平衡常数为K。则下列说法正确的是(　　) A．反应①的平衡常数K1＝ B．反应③的平衡常数K＝K1·K2 C．对于反应③，恒容时升高温度，K值减小，则正反应ΔH<0 D．对于反应③，恒温恒容下，增大压强，H2浓度一定减小 答案：C 解析：Cu、CuO为固体，不能列入平衡常数表达式中，故A错误；在题述反应中存在①－②＝③，所以K＝，故B错误；对于反应③，恒容时升高温度，K值减小，说明平衡向逆反应方向移动，则正反应ΔH<0，故C正确；对于反应③，恒温恒容下，增大压强，可以是充入反应物气体，可以是充入产物气体，也可以是充入与反应无关的气体，故D错误。 4．在体积为1 L的恒容密闭容器中充入1 mol CO2和3 mol H2，一定条件下发生反应：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)。测得CO2和CH3OH的浓度随时间变化如图所示。下列说法正确的是(　　) A．第9 min时v逆(CH3OH)大于第3 min时v正(CH3OH) B．混合气体的密度不再变化时，反应达到平衡状态 C．平衡时CO2的转化率为75% D．平衡后充入惰性气体，平衡正向移动 答案：C 解析：反应达平衡前v正>v逆，结合图像可知，反应在第10 min时达到平衡，则第9 min时v逆(CH3OH)<v正(CH3OH)，随着反应进行，反应物浓度减小，v正(CH3OH)逐渐减小，则第9 min时v正(CH3OH)小于第3 min时v正(CH3OH)，故第9 min时v逆(CH3OH)小于第3 min时v正(CH3OH)，A错误；反应体系全为气体，气体质量始终不变，容器容积不变，则混合气体密度始终不变，故混合气体的密度不再变化时，不能说明反应达到平衡，B错误；平衡时CO2的物质的量为0.25 mol，则平衡时CO2的转化率为×100%＝75%，C正确；恒容条件下，反应达平衡后充入惰性气体，各物质的浓度不变，平衡不移动，D错误。 5．科研人员利用高压N2气流将水微滴喷射到涂覆催化剂的石墨网上，研究常温制氨，其反应历程中微粒转化关系如图1，相对能量变化关系如图2，图中*表示催化剂表面吸附位。下列说法正确的是(　　) A．*N2→*N2H过程中发生非极性键的断裂与形成 B．Ⅰ转化为*NH和NH3的过程中会生成N2H4 C．Ⅱ表示的微粒符号是*NHNH2 D．反应历程中放热最多的反应是*NHNH＋2H3O＋＋2e－―→*NH＋NH3＋2H2O 答案：B 解析：*N2→*N2H过程中发生非极性键的断裂，无非极性键的形成，A错误；Ⅰ转化为*NH和NH3的反应方程式为*NHNH2＋H3O＋＋e－―→*NH＋NH3＋H2O，过程中会生成N2H4过渡，B正确；生成Ⅱ的方程式为*NH＋H3O＋＋e－―→*NH2＋H2O，Ⅱ为*NH2，C错误；反应历程中放热最多的反应是Ⅰ和H3O＋、e－的反应，方程式为*NHNH2＋H3O＋＋e－―→*NH＋NH3＋H2O，D错误。 6．温度T下，向1 L真空刚性容器中加入1 mol(CH3)2CHOH，发生反应：X[(CH3)2CHOH(g)] Y[(CH3)2CO(g)]＋Z[H2(g)]，反应达到平衡时，c(Y)＝0.4 mol·L－1。下列说法正确的是(　　) A．再充入1 mol X和1 mol Y，此时v正<v逆 B．再充入1 mol N2，平衡向右移动 C．任何时刻均存在c(X)＋c(Y)＝2 mol·L－1 D．若温度升高，X的转化率增加，则上述反应ΔH<0 答案：A 解析：温度T下，向1 L真空刚性容器中加入1 mol (CH3)2CHOH，反应达到平衡时，c(Y)＝0.4 mol·L－1，结合三段式列式计算平衡常数， 　　　　　X[(CH3)2CHOH(g)] Y[(CH3)2CO(g)]＋Z[H2(g)] 起始浓度(mol/L) 1 0 0 变化浓度(mol/L) 0.4 0.4 0.4 平衡浓度(mol/L) 0.6 0.4 0.4 平衡常数K＝＝，再充入1 mol X和1 mol Y，此时浓度商Q＝＝>K，则反应逆向进行，v正<v逆，A正确；再充入1 mol N2，总压增大，参与反应的气体分压不变，平衡不移动，B错误；该反应为可逆反应，1 mol (CH3)2CHOH不能完全反应完，但消耗的X与生成的Y的物质的量相等，则任何时刻均存在c(X)＋c(Y)＝1 mol·L－1，C错误；温度升高，X的转化率增加，说明升高温度化学平衡正向移动，则上述反应ΔH>0，D错误。 7．CO(g)和H2O(g)以1∶2体积比分别通入到体积为2 L的三个恒容密闭容器中进行反应：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)，得到如下三组数据： 实验 温度/℃ 起始时H2O的量/mol 平衡时CO2的量/mol 达到平衡所需时间/min ① 650 4.00 1.30 50 ② 900 2.00 0.40 10 ③ 650 2.00 0.65 10 下列说法不正确的是(　　) A．从实验数据分析，该反应的正反应是吸热反应 B．实验①中，在0～10 min内，以c(H2)表示的反应速率大于0.013 mol/(L·min) C．从生产效益分析，实验③的条件最佳 D．比较实验②、③，说明实验③使用了高效的催化剂 答案：A 解析：根据实验②和③，升高温度，CO2的物质的量减少，说明升高温度，平衡向逆反应方向移动，即正反应是放热反应，故A错误；实验①中达到平衡时，v(CO2)＝ mol/(L·min)＝0.013 mol/(L·min)，根据反应速率之比等于化学计量数之比，即v(H2)＝v(CO2)＝0.013 mol/(L·min)，随着反应的进行，反应物的浓度减小，化学反应速率降低，0～10 min内，v(H2)>0.013 mol/(L·min)，故B正确；根据表格数据，实验③温度低，达到平衡所需时间短，且平衡时反应物的转化率较大，因此从生产效益分析，实验③的条件最佳，故C正确；实验②的温度高于实验③的温度，但达到平衡所需的时间相同，说明实验③使用了高效的催化剂，故D正确。 8．某化学科研小组研究在其他条件不变时，改变某一条件对3A2(g)＋B2(g)2BA3(g)化学平衡状态的影响，得到如图所示的变化规律(图中T表示温度，n表示物质的量)，则下列说法正确的是(　　) A．a、b、c三点平衡常数：Kb>Kc>Ka B．达到平衡时B2的转化率：αb>αa>αc C．增大压强有利于BA3的生成，因此在实际生产中压强越大越好 D．若起始量＝，则在T2温度下，平衡时BA3的体积分数接近b点 答案：D 解析：由图可知，a、b、c三点所处的温度相同，所以平衡常数Kb＝Ka＝Kc，故A错误；对于反应3A2(g)＋B2(g)2BA3(g)，随n(B2)的增加，反应向正反应方向移动，但B2的转化率降低，即B2的转化率αa>αb>αc，故B错误；增大压强平衡向正反应方向移动，有利于BA3的生成，但在实际生产中需要考虑生产条件和成本，所以并不是压强越大越好，故C错误；由反应3A2(g)＋B2(g) 2BA3(g)可知，当＝时BA3的体积分数最大，所以，在T2温度下，当起始量＝，平衡时BA3的体积分数接近b点，故D正确。 9．对水样中溶质M的分解速率影响因素进行研究。在相同温度下，M的物质的量浓度(mol·L－1)随时间(min)变化的有关实验数据见下表。 ( 水样 ) ( M 的物质的量浓度 ) ( 时间 ) 0 5 10 15 20 25 Ⅰ(pH＝2) 0.40 0.28 0.19 0.13 0.10 0.09 Ⅱ(pH＝4) 0.40 0.31 0.24 0.20 0.18 0.16 Ⅲ(pH＝4) 0.20 0.15 0.12 0.09 0.07 0.05 Ⅳ(pH＝4，含Cu2＋) 0.20 0.09 0.05 0.03 0.01 0 下列说法不正确的是(　　) A．在0～20 min内，Ⅰ中M的分解速率为0.015 mol·L－1·min－1 B．水样酸性越强，M的分解速率越快 C．在0～25 min内，Ⅲ中M的分解百分率比Ⅱ大 D．由于Cu2＋存在，Ⅳ中M的分解速率比Ⅰ快 答案：D 解析：0～20 min内，水样Ⅰ中vM＝(0.40－0.10) mol·L－1÷20 min＝0.015 mol·L－1·min－1，A正确；比较水样Ⅰ和Ⅱ可知，水样酸性越强，M的分解速率越快，B正确；在0～25 min内，水样Ⅲ中M的分解百分率为75%，而水样Ⅱ中M的分解百分率为60%，C正确；虽然水样Ⅳ中有Cu2＋存在，但是在相同时间内，水样Ⅰ中M的分解速率仍比水样Ⅳ的快，D错误。 10．已知反应：CH2===CHCH3(g)＋Cl2(g)CH2===CHCH2Cl(g)＋HCl(g)。在一定压强下，按ω＝向密闭容器中充入氯气与丙烯。图甲表示平衡时，丙烯的体积分数(φ)与温度(T)、ω的关系，图乙表示反应的平衡常数(K)与温度(T)的关系。则下列说法正确的是(　　) A．图甲中ω1>1 B．若在恒容绝热装置中进行上述反应，达到平衡时，装置内的气体压强将不变 C．温度T1、ω＝2，Cl2的平衡转化率约为33.3% D．图乙中，线A表示正反应的平衡常数 答案：C 11．用活性炭还原NO2可防止空气污染，其反应原理为2C(s)＋2NO2(g) N2(g)＋2CO2(g)。在容积可变的密闭容器中，1 mol NO2和足量C发生该反应，恒容条件下，反应相同时间时，NO2的生成速率与N2的生成速率随温度的变化关系如图1所示。维持温度不变，改变容器容积，反应相同时间时，NO2的转化率随压强的变化关系如图2所示。下列说法正确的是(　　) A．A、B、C三点中，只有A点达到平衡状态 B．延长G点的反应时间，NO2的转化率增大 C．E点与G点对应的平衡常数K、NO2的平衡转化率均相等 D．在恒温恒容条件下，向F点对应的平衡体系中加入一定量的NO2，与原平衡相比，NO2的平衡转化率减小 答案：D 解析：A点时，v逆(NO2)＝v正(N2)；B点时，v逆(NO2)>v正(N2)；C点时，v逆(NO2)＝2v正(N2)。结合反应方程式可知，v逆(NO2)＝2v正(N2)时，该反应的正、逆反应速率相等，即反应达到平衡状态，则A、B、C三点中，只有C点达到平衡状态，A错误。该反应的正反应为气体分子数增大的反应，拐点(F点)为平衡点，F点前反应未达到平衡状态，增大压强，反应速率增大，反应相同时间时，NO2的转化率增大，F点后反应达到平衡状态，增大压强，平衡逆向移动，NO2的转化率减小。G点时反应达到平衡状态，延长G点的反应时间，NO2的转化率不变，B错误。平衡常数只与反应温度有关，则平衡常数K(E点)＝K(G点)；结合上述分析可知，E点时，反应未达到平衡状态，此时NO2的转化率小于NO2的平衡转化率；G点时，反应达到平衡状态，此时NO2的转化率为NO2的平衡转化率，则E、G两点对应NO2的平衡转化率不相同，C错误。恒温恒容体系中，反应达到平衡状态后加入一定量的NO2，反应物NO2的浓度增大，与原平衡状态相比，等效于加压，NO2的平衡转化率减小，D正确。 12．不同温度下，三个体积均为1 L的密闭容器中发生反应3H2(g)＋N2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.6 kJ·mol－1。实验测得起始、平衡时的有关数据如表所示。下列说法正确的是(　　) 容器编号 温度/K 起始物质的量/mol 平衡物质的量/mol H2 N2 NH3 H2 Ⅰ T1 3 1 0 2.4 Ⅱ T2 1.2 0.4 0.2 1.2 Ⅲ T1 2 0.2 0.2 A.T1<T2 B．平衡时，容器Ⅰ中反应放出的热量为92.6 kJ C．容器Ⅰ和容器Ⅱ中反应的化学平衡常数相同 D．容器Ⅲ中的反应起始时向逆反应方向进行 答案：D 解析：容器Ⅱ相当于起始投料1.5 mol H2、0.5 mol N2，恰好为容器Ⅰ中H2、N2的量的一半，若容器Ⅱ的体积为0.5 L，则T1温度下容器Ⅰ、Ⅱ中化学平衡等效，平衡时容器Ⅱ中H2的物质的量应为容器Ⅰ中的一半，即1.2 mol；现容器Ⅱ的体积为1 L，温度为T2，平衡时H2的物质的量为1.2 mol，即体积从0.5 L增大到1 L，温度从T1改变到T2，容器Ⅱ中的平衡没有移动；因为减压(增大体积)使平衡逆向移动，该反应的正反应为放热反应，所以只有降温(T1>T2)使平衡正向移动，才能抵消减压的影响，使容器Ⅱ中的化学平衡不移动，A错误。热化学方程式中的ΔH为反应完全时的数据，因为反应可逆，容器Ⅰ中3 mol H2、1 mol N2不可能完全反应，故平衡时放出的热量小于92.6 kJ，B错误。化学平衡常数与温度有关，容器Ⅰ和容器Ⅱ的温度不同，化学平衡常数也不同，C错误。容器Ⅰ、Ⅲ的温度相同，平衡常数相同，容器Ⅰ中平衡时H2、N2、NH3的物质的量浓度分别为2.4 mol·L－1、0.8 mol·L－1、0.4 mol·L－1，则平衡常数K＝≈0.0145 mol－2·L2，容器Ⅲ起始时浓度商Q＝＝0.025 mol－2·L2>K，故起始时反应向逆反应方向进行，D正确。 13．以CO2、H2为原料合成CH3OH涉及的主要反应如下： ①CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH1 ②CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)　ΔH2 CO2的平衡转化率(α­CO2)、CH3OH的选择性(S­CH3OH)随温度、压强变化如图所示。下列分析不正确的是(　　) 已知：S­CH3OH＝×100%。 A．p1>p2，ΔH2>0 B．350～400 ℃时，体系主要发生反应② C．由信息可知，反应①为高温下自发进行的反应 D．初始n(CO2)＝1 mol、n(H2)＝2 mol，平衡后α­CO2＝30%、S­CH3OH＝80%，若只发生反应①和②，则H2的平衡转化率为39% 答案：C 解析：反应①为气体分子数减小的反应，反应②为气体分子数不变的反应，故增大压强，反应①平衡正向移动，CO2的平衡转化率增大，甲醇的选择性增大，则p1>p2，350 ℃以后压强对CO2的平衡转化率无影响，即体系主要发生反应②，且350 ℃以后随着温度升高，CO2的平衡转化率增大，说明升温后，反应②平衡正向移动，则反应②为吸热反应，ΔH2>0，A、B正确；250 ℃以前随着温度升高，CO2的平衡转化率降低，即以反应①为主，升温反应①平衡逆向移动，则ΔH1<0，反应①为气体分子数减小的反应，ΔS1<0，根据ΔH－TΔS<0时反应自发进行，则反应①在低温下自发进行，C错误；初始n(CO2)＝1 mol、n(H2)＝2 mol，平衡后α­CO2＝30%、S­CH3OH＝80%，若只发生反应①和②，反应①中CO2转化1 mol×30%×80%＝0.24 mol，反应②中CO2转化1 mol×30%×20%＝0.06 mol，则H2转化0.24 mol×3＋0.06 mol＝0.78 mol，H2的平衡转化率为×100%＝39%，D正确。 14．如图所示，隔板Ⅰ固定不动，活塞Ⅱ可自由移动，M、N两个容器中均发生反应X(g)＋3Y(g)2Z(g) ΔH＝－192 kJ·mol－1。向M、N中都通入a mol X和b mol Y的混合气体，起初时M、N两容器的容积相同，保持两容器的温度相同且恒定不变。下列说法一定正确的是(　　) A．平衡时X的体积分数：M<N B．若向N中再充入a mol X和b mol Y，则平衡时X的转化率：M>N C．若a∶b＝1∶3，当M中放出172.8 kJ热量时，X的平衡转化率为90% D．若a＝1.2，b＝1，并且N中达到平衡时体积为2 L，此时含有0.4 mol Z，则再通入0.36 mol X时，v正<v逆 答案：D 解析：N中为恒压，M中随反应进行压强减小，反应过程中N中压强大于M中压强，增大压强，平衡向正反应方向移动，故平衡时X的体积分数M>N，A错误；向N中再充入a mol X和b mol Y后达到平衡时的状态与未充入X、Y前相同，即互为等效平衡，根据A项的分析可知，平衡时X的转化率M<N，B错误；反应初始时X的物质的量未知，故X的平衡转化率未知，C错误；若a＝1.2，b＝1，并且N中达到平衡时体积为2 L，此时含有0.4 mol Z，则： 　　　　　　　X(g)＋3Y(g)2Z(g) n0/mol 1.2 1 0 Δn/mol 0.2 0.6 0.4 n(平衡)/mol 1.0 0.4 0.4 则平衡常数K＝ ＝10 mol－2·L2，反应温度不变，故通入X前后平衡常数不变，未通入X前，平衡时气体总物质的量为1.8 mol，通入0.36 mol X后，气体总物质的量为2.16 mol，由同温同压下气体体积与物质的量成正比可知，＝，则通入0.36 mol X之后N的体积为2.4 L，浓度商Q＝≈10.59 mol－2·L2>K，故平衡向逆反应方向移动，则v正<v逆，D正确。 二、非选择题(本题共4小题) 15．已知2A2(g)＋B2(g)2C3(g)　ΔH＝－Q1 kJ·mol－1(Q1>0)，在一个有催化剂、容积不变的密闭容器中加入2 mol A2和1 mol B2，在500 ℃时充分反应，达到平衡时C3的浓度为w mol·L－1，放出热量为Q2 kJ。 (1)达到平衡时，A2的转化率为________。 (2)达到平衡后，若向原容器中通入少量的氩气，A2的转化率将________(填“增大”“减小”或“不变”)。 (3)若在原来的容器中，只加入2 mol C3，500 ℃时充分反应达到平衡后，吸收热量Q3 kJ，C3的浓度________(填“>”“＝”或“<”)w mol·L－1，Q1、Q2、Q3之间满足何种关系：Q3＝________。 (4)改变某一条件，得到如图的变化规律(图中T表示温度，n表示物质的量)，则下列结论正确的是________(填序号)。 A．反应速率：c>b>a B．达到平衡时A2的转化率：b>a>c C．T2>T1 D．b点对应的状态，A2和B2的起始物质的量之比为2∶1 答案：(1)　(2)不变　(3)＝　Q1－Q2　(4)AD　 解析：(2)达到平衡后，若向原恒容容器中通入少量的氩气，氩气不参与反应，反应物浓度不变，平衡不移动，A2的平衡转化率不变。 (3)在同一容器中投入2 mol A2和1 mol B2与投入2 mol C3是等效的，达到的平衡状态相同，所以反应达到平衡后，C3的浓度等于w mol·L－1；根据等效平衡原理可知，Q1＝Q2＋Q3。 (4)增大反应体系中B2的物质的量，反应物的浓度变大，反应速率：c>b>a，故A正确；增大一种反应物的量，则另一种反应物的平衡转化率增大，则达到平衡时A2的转化率大小为c>b>a，B错误；正反应是放热反应，所以降低温度，平衡正向移动，C3的平衡体积分数增大，故T2<T1，C错误；当投料比为化学计量数之比时，平衡时产物的体积分数最大，则b点对应的状态，A2和B2的起始物质的量之比为2∶1，D正确。 16．乙酸水蒸气重整制氢包括的反应如下： 主反应： Ⅰ.CH3COOH(g) 2CO(g)＋2H2(g)　ΔH＝＋213.8 kJ·mol－1 Ⅱ.CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)　ΔH＝－41.1 kJ·mol－1 副反应： Ⅲ.CH3COOH(g) CH4(g)＋CO2(g)　ΔH＝－33.5 kJ·mol－1 回答下列问题： (1)反应CH3COOH(g)＋2H2O(g) 2CO2(g)＋4H2(g)的ΔH＝________ kJ·mol－1。 (2)在恒容密闭容器中进行乙酸重整制氢，下列说法正确的是________。 A．增大H2O(g)的浓度，有利于提高CH3COOH平衡转化率 B．一定温度下，增大CH3COOH的浓度可以提高CH3COOH的平衡转化率 C．若气体的平均相对分子质量保持不变，说明反应体系已达平衡 D．升温可以使反应Ⅰ的正反应速率加快，逆反应速率减小，平衡向正反应方向移动 (3)乙酸重整时，水碳比对H2、CO、CO2平衡产率Y的影响如图1所示(不考虑副反应)，图中b代表的物质是__________(填化学式)。 (4)水碳比为5∶1时，温度对平衡时反应产物中各气体含量的影响如图2所示，随温度的升高，CH4的含量减小的原因是________________________________________________；600 ℃后，随温度的升高，H2的含量开始减小的原因是_______________________________________。 (5)在T ℃下，在恒容密闭容器中充入1 mol CH3COOH(g)和2 mol H2O(g)，若只发生反应CH3COOH(g)＋2H2O(g) 2CO2(g)＋4H2(g)，起始时压强为p Pa，反应达到平衡时，压强为1.3p Pa。平衡时，CH3COOH的转化率为________%，反应的平衡常数Kp＝________________________________Pa3(列出含p的计算式，Kp为以分压表示的平衡常数，分压＝总压×物质的量分数)。 答案：(1)＋131.6　(2)AC　(3)CO2 (4)反应Ⅲ为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，使CH4的含量减小　600 ℃后主要发生反应Ⅱ，且反应Ⅱ为放热反应，随着温度的升高，平衡逆向移动，使H2的含量开始减小 (5)30　或 解析：(1)根据盖斯定律：Ⅰ＋Ⅱ×2得CH3COOH(g)＋2H2O(g)2CO2(g)＋4H2(g)　ΔH＝＋213.8 kJ·mol－1＋(－41.1 kJ·mol－1)×2＝＋131.6 kJ·mol－1。 (2)增大H2O(g)的浓度，平衡正向移动，有利于提高CH3COOH平衡转化率，A正确；一定温度下，增大CH3COOH的浓度可以提高水蒸气的转化率，而CH3COOH的平衡转化率减小，B错误；反应物和生成物均为气体，故气体的总质量不变，反应物和生成物的系数之和不相同，因此只有平衡时气体的总物质的量才不变，此时气体的平均相对分子质量才保持不变，C正确；升温可以使反应Ⅰ的正反应速率加快，逆反应速率也加快，D错误。 (3)不考虑副反应，增大水碳比，此时以反应CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)为主，增大反应物浓度，平衡正向移动，H2、CO2平衡产率增大，CO平衡产率减小，同时反应CH3COOH(g) 2CO(g)＋2H2(g)也生成H2，所以H2平衡产率大于CO2平衡产率，则图中a代表的物质是H2，b代表的物质是CO2，c代表的物质是CO。 (5)设平衡时，反应了x mol CH3COOH，反应的三段式为 CH3COOH(g)＋2H2O(g) 2CO2(g)＋4H2(g) 起始(mol) 1 2 0 0 变化(mol) x 2x 2x 4x 平衡(mol) 1－x 2－2x 2x 4x 平衡时混和气体总物质的量为1－x＋2－2x＋2x＋4x＝3＋3x，根据等温等容条件下，气体的物质的量与压强成正比，则有＝，解得x＝0.3；平衡时，CH3COOH的转化率为×100%＝30%；平衡时，CH3COOH、H2O、CO2和H2的平衡分压依次为 Pa、 Pa、 Pa、 Pa，则反应的平衡常数Kp＝ ＝ Pa3＝ Pa3。 17．天然气中含有H2S，综合利用天然气制氢是实现“碳中和”的重要途径，CH4和H2S重整制氢的主要反应如下： 反应Ⅰ：CH4(g)＋2H2S(g)CS2(g)＋4H2(g)　ΔH1＝＋234 kJ·mol－1 反应Ⅱ：CH4(g) C(s)＋2H2(g)　ΔH2＝＋75 kJ·mol－1 反应Ⅲ：2H2S(g) S2(g)＋2H2(g)　ΔH3＝＋170 kJ·mol－1 回答下列问题： (1)反应Ⅰ在________(填“高温”或“低温”)下可自发进行，理由是__________________ ______________________________________。 (2)保持反应器进料口总压为100 kPa，分别以8 kPa CH4、24 kPa H2S、68 kPa He与25 kPa CH4、75 kPa H2S进料，只发生反应Ⅰ和反应Ⅱ。CH4的平衡转化率与温度的关系如图1所示，含有He的曲线为________(填“M”或“N”)，理由是__________________________。 (3)向10 L恒温刚性容器中通入0.3 mol CH4和0.15 mol H2S，发生反应Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ，起始总压为p0 kPa，CH4和H2S的转化率与时间的关系如图2所示。0～5 min内，H2的平均化学反应速率为________ mol·L－1·min－1；5 min时，容器内总压为________ kPa(用含p0的最简分数表示)。 (4)反应Ⅱ是甲烷裂解制氢反应，金属Ni可作该反应的催化剂。CH4在催化剂Ni的孔道表面反应时，若碳积沉太多，造成孔道堵塞，会导致催化剂快速失活。其他条件相同时，随时间增加，温度对Ni催化剂催化效果的影响如图3所示。考虑综合因素，使用催化剂的最佳温度为________；650 ℃条件下，1000 s后，氢气的体积分数快速下降，原因是_________________ _______________________________。 答案：(1)高温　满足ΔG＝ΔH－TΔS<0时，反应自发进行，根据反应Ⅰ：CH4(g)＋2H2S(g)CS2(g)＋4H2(g)　ΔH1＝＋234 kJ· mol－1可知，该反应的ΔH>0，ΔS>0 (2)M　恒温恒压下加入稀有气体，平衡向气体分子数增大的方向移动 (3)1.2×10－3　p0 (4)600 ℃　温度升高反应速率加快，催化剂内积碳量增加，催化剂快速失活 解析：(2)恒温恒压下加入稀有气体，相当于减压，平衡向气体分子数增大的方向移动，即向正反应方向移动，CH4的平衡转化率增大，故含有He的曲线为M。 (3)根据三个反应可知，n生成(H2)＝n转化(H2S)＋2n转化(CH4)，由图可知，0～5 min内n转化(H2S)＝0.15 mol×20%＝0.03 mol，n转化(CH4)＝0.3 mol×5%＝0.015 mol，则n(H2)＝0.03 mol＋0.015 mol×2＝0.06 mol，故0～5 min内H2的平均化学反应速率为＝1.2×10－3 mol·L－1·min－1，5 min时，设反应Ⅰ中CH4转化x mol，则反应Ⅱ中甲烷转化(0.015－x) mol，反应Ⅰ中H2S转化2x mol，反应Ⅲ中H2S转化(0.03－2x) mol，5 min时H2为0.06 mol，CS2为x mol，S2为(0.015－x) mol，CH4为0.285 mol，H2S为0.12 mol，气体总物质的量为0.48 mol，反应前气体总物质的量为0.45 mol，压强为p0，根据恒温恒容时气体的压强之比等于物质的量之比知，5 min时容器内总压为×p0＝p0。 (4)由图可知，550 ℃、650 ℃时，当反应时间大于1000 s，氢气的体积分数迅速下降，催化剂表面的积碳量增加，催化剂迅速失活，而600 ℃时，随着反应的进行，氢气的体积分数逐渐增大并保持在较高水平，因此使用催化剂的最佳温度为600 ℃；650 ℃条件下，1000 s后，氢气的体积分数快速下降的原因是温度升高反应速率加快，催化剂内积碳量增加，催化剂快速失活。 18．乙烯(CH2===CH2)是重要的工业原料，随着我国碳达峰、碳中和目标的确定，利用二氧化碳制乙烯：2CO2(g)＋6H2(g) CH2===CH2(g)＋4H2O(g)　ΔH<0的合成工艺备受关注。 (1)已知1 mol H2完全燃烧生成1 mol H2O(g)时放出的热量为a kJ，1 mol CH2===CH2完全燃烧生成CO2(g)和H2O(g)时放出的热量为b kJ，则ΔH＝________________(用含a和b的代数式表示)。 (2)下列措施一定有利于提高该反应中CO2的平衡转化率的是________(填序号)。 a．使用高效催化剂并增大催化剂的表面积 b．增大投料比 c．恒容下向反应器中通入惰性气体 d．反应器中降温处理 (3)在0.1 MPa下，将4 mol CO2和12 mol H2充入2 L恒容密闭容器中发生反应2CO2(g)＋6H2(g) CH2===CH2(g)＋4H2O(g)　ΔH<0，测得不同温度下该反应达到平衡时四种气态物质的物质的量如图所示。 ①曲线a表示的物质为__________(填化学式)。 ②T1 K时，反应经过10 min达到平衡，则10 min内v(H2)＝____________________。 ③列出T1 K时该反应平衡常数的计算式K＝____________________。 (4)若该体系中发生的反应如下： 主反应Ⅰ　2CO2(g)＋6H2(g) CH2===CH2(g)＋4H2O(g)　ΔH<0 副反应Ⅱ　CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)　ΔH>0 副反应Ⅲ　…… 不同条件下CO2的平衡转化率如图所示： ①400 ℃时，压强p1、p2、p3由大到小的顺序是____________。 ②从热力学视角出发，为提高M点CH2===CH2的选择性，可调控的最优条件为________(填序号)，原因是__________________________________、____________________________。 a．温度320～400 ℃ b．温度850～950 ℃ c．压强p1～p2 d．压强p2～p3 答案：(1)(－6a＋b) kJ·mol－1　(2)bd (3)①H2O　②0.3 mol·L－1·min－1　 ③ (4)①p3>p2>p1　②ad　在M点将温度降低，促使主反应平衡正向移动，增加乙烯的选择性　在M点将压强增大，促使主反应平衡正向移动，增加乙烯的选择性 解析：(2)使用高效催化剂并增大催化剂的表面积，平衡不移动，CO2的平衡转化率不变，a错误；增大投料比，平衡正向移动，CO2的平衡转化率增大，b正确；恒容下向反应器中通入惰性气体，各反应物浓度不变，平衡不移动，CO2的平衡转化率不变，c错误；该反应为放热反应，反应器中降温处理，平衡正向移动，CO2的平衡转化率增大，d正确。 (3)①该反应为放热反应，升温，平衡逆向移动，物质的量减少的为生成物，增加的为反应物，因投料比n(CO2)∶n(H2)＝1∶3且容器容积恒定，故曲线b表示CO2，生成物乙烯和水蒸气的物质的量之比为1∶4，则曲线a表示H2O，曲线c表示乙烯。②T1 K时，反应经过10 min达到平衡，H2的物质的量为6 mol，则v(H2)＝ mol·L－1·min－1＝0.3 mol·L－1·min－1。③由题给信息知，起始时CO2的浓度为2 mol·L－1，H2的浓度为6 mol·L－1，T1 K时该反应达平衡时H2的浓度为3 mol·L－1，列三段式： 2CO2(g)＋6H2(g) CH2===CH2(g)＋4H2O(g) 起始浓度/(mol·L－1) 2 6 0 0 变化浓度/(mol·L－1) 1 3 0.5 2 平衡浓度/(mol·L－1) 1 3 0.5 2 该反应的平衡常数计算式K＝。 (4)①主反应Ⅰ为气体体积减小的反应，副反应Ⅱ为气体体积不变的反应，400 ℃时，增大压强，主反应Ⅰ平衡正向移动，副反应Ⅱ平衡不移动，CO2的平衡转化率增大，则p3>p2>p1。 ②从热力学视角出发，为提高M点CH2===CH2的选择性，由于主反应Ⅰ为气体体积减小的放热反应，低温、高压有利于平衡正向移动。 19 学科网（北京）股份有限公司 $$