专题2 化学反应速率与化学平衡 章末综合提升-【金版新学案】2025-2026学年新教材高二化学选择性必修1同步课堂高效讲义教师用书word（苏教版）

章末综合提升 一、和化工生产有关的化学反应速率、平衡图像分析 1.(2024·江苏卷)二氧化碳加氢制甲醇过程中的主要反应(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处的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：图中白圈标记的曲线代表气体温度，L4处与L5处对应的温度不同，平衡常数只与温度有关，故L4处与L5处的平衡常数不同，A错误；由图可知，随着气体在绝热反应管中前进，气体温度不断升高，说明有热量放出，而反应①ΔH1＞0，故反应②ΔH2＜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)增加，即H2O的体积分数会增大，故L6处的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.(2024·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： 学生用书⬇第86页 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) 答案：D 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，则生成的CH3COOCH3越多，CH3COOCH3分布分数越高，则曲线a和曲线b表示CH3COOCH3分布分数，曲线c和曲线d表示CH3COOH分布分数，据此分析可知AB均正确，可知如此假设错误，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)，据此作答。根据分析可知，投料比x代表，故A错误；根据分析可知，曲线c表示CH3COOCH3分布分数，故B错误；根据分析可知，曲线a和曲线b表示δ(CH3COOH)，当同一投料比时，观察图像可知T2时δ(CH3COOH)大于T1时δ(CH3COOH)，而T2＞T1可知，温度越高则δ(CH3COOH)越大，说明温度升高主反应的平衡正向移动，ΔH1＞0；曲线c和曲线d表示δ(CH3COOCH3)，当同一投料比时，观察可知T1时δ(CH3COOCH3)大于T2时δ(CH3COOCH3)，而T2＞T1可知，温度越高则δ(CH3COOCH3)越小，说明温度升高副反应的平衡逆向移动，ΔH2＜0，故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，K(L)＝K(M)＞K(N)，故D正确。 二、速率常数与平衡常数的计算 (2024·新课标卷节选)Ni(CO)4(四羰合镍，沸点43 ℃)可用于制备高纯镍，也是有机化合物羰基化反应的催化剂。回答下列问题： (1)在总压分别为0.10、0.50、1.0、2.0 MPa下，Ni(s)和CO(g)反应达平衡时，Ni(CO)4体积分数x与温度的关系如图所示。反应Ni(s)＋4CO(g)Ni(CO)4(g)的ΔH　　　　0(填“大于”或“小于”)，从热力学角度考虑，　　　　　　　　　有利于Ni(CO)4的生成(写出两点)，p3、100 ℃时CO的平衡转化率α＝　　　　　，该温度下平衡常数Kp＝　　　　(MPa)－3。 (2)对于同位素交换反应Ni(C16O)4＋C18ONi(C16O)3C18O＋C16O，20 ℃时反应物浓度随时间的变化关系为ct[Ni(C16O)4]＝c0[Ni(C16O)4]e－kt(k为反应速率常数)，则Ni(C16O)4反应一半所需时间＝　　　　(用k表示)。 答案：(1)小于　降低温度、增大压强　 (或97.3％)　9×103　(2) 解析：(1)由图可知，其他条件相同时，随着温度升高，平衡时Ni(CO)4的体积分数减小，说明升高温度，平衡逆向移动，则该反应为放热反应，ΔH＜0；该反应为气体分子数减小的放热反应，降低温度、增大压强，平衡均正向移动，均有利于Ni(CO)4的生成；增大压强，平衡正向移动，Ni(CO)4的体积分数增大，则p3对应压强为1.0 MPa，由图可知，p3、100 ℃时，Ni(CO)4的体积分数为0.9，设起始时CO的物质的量为4 mol，达到平衡时转化的CO为4x mol，列三段式： 　　　　　　　Ni(s)＋4CO(g)Ni(CO)4(g) 起始量/mol 　4 　0 转化量/mol 　4x 　x 平衡量/mol 　4－4x 　x 则＝0.9，解得x＝，所以CO的平衡转化率为＝；达到平衡时Ni(CO)4的体积分数为0.9，分压为0.9 MPa，CO的体积分数为0.1，分压为0.1 MPa，则平衡常数Kp＝＝9×103(MPa)－3。(2)设初始时Ni(C16O)4的浓度为c，其反应一半时剩余浓度为c，由题给公式可知，c＝ce－kt，解得t＝－＝，即Ni(C16O)4反应一半所需时间为。 章末综合检测卷(二)　化学反应速率与化学平衡 (时间：75分钟　满分：100分) (本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！) 一、 选择题(每小题只有一个选项符合题意，每小题3分，共48分) 1.下列过程中，化学反应速率的增大对人类有益的是(　　) A.金属的腐蚀 B.食物的腐败 C.塑料的老化 D.氨的合成 答案：D 解析：金属的腐蚀越慢越好，故增大速率对人类无益，A错误；食物的腐败越慢越好，故增大速率对人类无益，B错误；塑料的老化越慢越好，故增大速率对人类无益，C错误；氨的合成越快越好，缩短生产周期，故增大速率对人类有益，D正确。 2.水凝结成冰中，其焓变和熵变正确的是(　　) A.ΔH＞0　ΔS＜0 B.ΔH＜0　ΔS＞0 C.ΔH＞0　ΔS＞0 D.ΔH＜0　ΔS＜0 答案：D 解析：水凝结成冰的过程放热，ΔH＜0，体系混乱程度减弱，熵减小，ΔS＜0。 3.下列事实不能用勒夏特列原理解释的是(　　) A.对于反应2NO2(g)⥫⥬N2O4(g)，增大压强(缩小体积)，混合气体颜色先变深后变浅 B.H2、I2、HI三者的平衡，混合气体加压(缩小体积)，平衡后颜色变深 C.开启汽水瓶后，瓶中马上泛起大量泡沫 D.利用反应Na(l)＋KCl(l)⥫⥬NaCl(l)＋K(g)制取金属钾，选取适宜的温度 答案：B 解析：2NO2(g)⥫⥬N2O4(g)，增大压强后，反应体系的体积减小，二氧化氮的浓度增大，导致气体颜色加深，但增大压强平衡正向移动，气体颜色又变浅，即混合气体颜色先变深后变浅，能用勒夏特列原理解释，A不合题意；对2HI(g)⥫⥬H2(g)＋I2(g)平衡体系增加压强容器体积减小，碘浓度增大而使颜色变深，压强增大但平衡不移动，不能用勒夏特列原理解释，B符合题意；因溶液中存在二氧化碳的溶解平衡，开启汽水瓶后，压强减小，二氧化碳逸出，能用勒夏特列原理解释，C不合题意；该反应Na(l)＋KCl(l)⥫⥬NaCl(l)＋K(g)是可逆的，让K成蒸气从反应混合物中分离出来，减小生成物的浓度，平衡会正向移动则需选取适宜的温度，能用勒夏特列原理解释，D不合题意。 4.某温度下，恒容密闭容器内发生反应：H2(g)＋I2(g)⥫⥬2HI(g)　ΔH＜0，该温度下，K＝43，某时刻，测得容器内H2、I2、HI的浓度依次为0.01 mol·L－1、0.01 mol·L－1、0.02 mol·L－1。一段时间后，下列情况与事实相符的是(　　) A.混合气体颜色变深 B.混合气体密度变大 C.容器内压强变小 D.氢气的体积分数变小 答案：D 解析：某时刻，测定容器内H2、I2、HI的浓度依次为0.01 mol·L－1、0.01 mol·L－1、0.02 mol·L－1，此时Qc＝＝4＜K＝43，反应正向进行中未达平衡状态；由上述分析可知，反应正向进行中未达平衡状态，体积不变，碘单质的浓度减小，混合气体颜色变浅，A项错误；反应前后都是气体，根据题意和质量守恒，气体的质量、体积始终不变，则密度不变，B项错误；恒温恒容时，反应前后气体的物质的量不变，因此压强始终不变，C项错误；由上述分析可知，平衡正向移动，氢气的物质的量减小，反应前后气体的物质的量不变，则氢气的体积分数变小，D项正确。 5.NO2和N2O4存在平衡：2NO2(g)⥫⥬N2O4(g)　ΔH＜0。下列分析正确的是(　　) A.1 mol平衡混合气体中含1 mol N原子 B.断裂2 mol NO2中的共价键所需能量小于断裂1 mol N2O4中的共价键所需能量 C.恒温时，缩小容积，气体颜色变深，是平衡正向移动导致的 D.恒容时，水浴加热，由于平衡正向移动导致气体颜色变浅 答案：B 解析：1 mol NO2含有1 mol N原子，1 mol N2O4含有2 mol N原子，1 mol平衡混合气体中所含N原子大于1 mol，A项错误；反应2NO2(g)⥫⥬N2O4(g)为放热反应，故完全断开2 mol NO2分子中的共价键所吸收的热量比完全断开1 mol N2O4分子中的共价键所吸收的热量少，B项正确；气体体积压缩，颜色变深是因为体积减小，浓度变大引起的，C项错误；放热反应，温度升高，平衡逆向移动，颜色加深，D项错误。 6.在恒容密闭容器中加入CaSO4和CO，一定温度下发生反应：CaSO4(s)＋CO(g)⥫⥬CaO(s)＋SO2(g)＋CO2(g)　ΔH＝218.4 kJ·mol－1，CO的反应速率随时间变化如图所示。下列说法正确的是(　　) A.该反应是吸热反应，升高温度，正反应速率增大，逆反应速率减小 B.加入少量的CaO固体，平衡向逆反应方向移动 C.图示中t1时改变的条件可能是减小c(CO)，同时增大c(SO2) D.气体的平均相对分子质量不变时，不能说明反应达到平衡 答案：C 解析：该反应为吸热反应，升高温度，正逆反应速率均增大，A错误；加入少量CaO固体，固体的加入不影响化学平衡的状态，B错误；t1时刻，正反应速率减小，逆反应速率增大，可能改变的条件是减小CO浓度同时增大SO2浓度，C正确；随着反应进行，气体的平均相对分子质量不断增大，当气体平均相对分子质量不变时说明反应达到平衡，D错误。 7.某温度下，在一个2 L的密闭容器中，加入4 mol A和2 mol B进行反应：3A(g)＋2B(g)⥫⥬4C(？)＋2D(？)，反应一段时间后达到平衡，测得生成1.6 mol C，且反应的前后压强之比为5∶4(相同的温度下测量)，则下列说法正确的是(　　) A.该反应的化学平衡常数表达式是K＝ B.增大该体系的压强，平衡向右移动，化学平衡常数增大 C.此时，B的平衡转化率是40％ D.增大C，A的平衡转化率减小 答案：C 解析：三段式 　　　　3A(g)＋2B(g)⥫⥬4C(？)＋2D(？) 始(mol) 4 2 0 0 转(mol) 1.2 0.8 1.6 0.8 平(mol) 2.8 1.2 1.6 0.8 反应前后气体物质的量之比等于压强之比，＝，解得x＝0.8，所以D是气体，C是非气态，C的浓度不写入平衡常数表达式，故A错误；温度不变，化学平衡常数不变，故B错误；B的转化率为×100％＝40％，故C正确；C非气态，增加C不能改变反应速率，也不会使平衡移动，故D错误。 8.常压下羰基化法精炼镍的原理：Ni(s)＋4CO(g)⥫⥬Ni(CO)4(g)。230 ℃时，该反应的平衡常数K＝2×10－5。已知：Ni(CO)4的沸点为42.2 ℃，固体杂质不参与反应。 第一阶段：将粗镍与CO反应转化成气态Ni(CO)4； 第二阶段：将第一阶段反应后的气体分离出来，加热至230 ℃制得高纯镍。下列判断正确的是(　　) A.增加c(CO)，平衡正向移动，反应的平衡常数增大 B.该反应达到平衡时，v生成[Ni(CO)4]＝4v生成(CO) C.第一阶段，在30 ℃和50 ℃两者之间选择反应温度，选50 ℃ D.第二阶段，Ni(CO)4分解率较低 答案：C 解析：平衡常数只与温度有关，温度不变，平衡常数不变，所以增加c(CO)，虽然平衡正向移动，但反应的平衡常数不变，故A错误；反应的速率之比等于气体的化学计量数之比，所以平衡时有4v生成[Ni(CO)4]＝v生成(CO)，故B错误；Ni(CO)4的沸点为42.2 ℃，则第一阶段，在30 ℃和50 ℃两者之间选择反应温度，应选50 ℃，故C正确；加热至230 ℃制得高纯镍，可知第二阶段Ni(CO)4分解率较大，故D错误。 9.N2O是一种温室气体，易形成颗粒性污染物，研究N2O的分解对环境保护有重要意义。在N2O中加入少量碘蒸气反应机理为： ①I2(g)2I(g)(快反应) ②I(g)＋N2O(g)N2(g)＋IO(g)(慢反应) ③2IO(g)＋N2O(g)N2(g)＋O2(g)＋I2(g)(快反应) 下列叙述错误的是(　　) A.升高温度，反应①正向进行程度大 B.反应②的活化能比反应③大 C.碘蒸气可以提高N2O的分解率 D.N2O的分解速率由反应②决定 答案：C 解析：反应①是碘分子中的化学键断裂，是吸热过程，升高温度，可以提高反应的正向进行程度，故A正确；反应②是慢反应，反应③是快反应，活化能越大，反应速率越慢，所以反应②的活化能比反应③大，故B正确；从反应机理可以看出，碘蒸气是该反应的催化剂，催化剂不影响N2O的分解率，只能提高分解速率，故C错误；该过程分三步进行，总反应速率由最慢的一步决定，所以N2O的分解速率由反应②决定，故D正确。 10.已知反应：2NO(g)＋Br2(g)⥫⥬2NOBr(g)　ΔH＝－a kJ·mol－1(a＞0)，其反应机理如下 ①NO(g)＋Br2(g)⥫⥬NOBr2(g)　快　 ②NO(g)＋NOBr2(g)⥫⥬2NOBr(g)　慢 下列有关该反应的说法正确的是(　　) A.该反应的速率主要取决于①的快慢 B.NOBr2是该反应的催化剂 C.②的活化能比①的大 D.增大Br2(g)浓度能增大活化分子百分数，加快反应速率 答案：C 解析：反应速率主要取决于慢的一步，所以该反应的速率主要取决于②的快慢，故A错误；NOBr2是反应过程中的中间产物，不是该反应的催化剂，故B错误；②的反应较慢，活化能较大，①的反应较快，活化能较小，故C正确；增大Br2(g)浓度，活化分子百分数不变，但单位体积内的活化分子数目增多了，所以能加快反应速率，故D错误。 11.甲同学为了探究浓度对FeCl3＋3KSCN⥫⥬Fe(SCN)3＋3KCl的影响，按如图装置进行实验。{Fe3＋＋4Cl－⥫⥬[FeCl4]－(黄色)}，下列说法不正确的是(　　) A.实验ⅰ是实验ⅱ、ⅲ、ⅳ的空白对照 B.根据实验ⅱ可知，增大反应物浓度，平衡正向移动 C.根据实验ⅲ可知，减小反应物浓度，平衡逆向移动 D.根据实验ⅳ可知，增大生成物浓度，平衡逆向移动 答案：D 解析：根据实验设置，实验ⅰ是实验ⅱ、ⅲ、ⅳ的空白对照，故A正确；ⅱ中加入了4滴1 mol·L－1 KSCN，反应FeCl3＋3KSCN⥫⥬Fe(SCN)3＋3KCl正向移动，故B正确；加入铁粉，发生Fe＋2Fe3＋3Fe2＋，减小Fe3＋浓度，平衡逆向移动，故C正确；实验ⅳ加入KCl，发生Fe3＋＋4Cl－⥫⥬[FeCl4]－(黄色)反应，溶液颜色变浅是因为生成的[FeCl4]－(黄色)干扰颜色观察，不能说明反应平衡逆向移动，故D错误。 12.反应N2O4(g)⥫⥬2NO2(g)　ΔH＝57 kJ·mol－1，在温度为T1、T2时，平衡体系中NO2的体积分数随压强变化曲线如图所示。下列说法正确的是(　　) A.A、C两点的反应速率：A＞C B.A、C两点气体的颜色：A深，C浅 C.由状态B到状态A，可以用加热的方法 D.A、C两点气体的平均相对分子质量：A＞C 答案：C 解析：N2O4(g)⥫⥬2NO2(g)　ΔH＝57 kJ·mol－1，正反应吸热，升高温度，平衡正向移动，NO2的体积分数增大，所以T1＜T2。增大压强，反应速率加快，A、C两点的反应速率：A＜C，故A错误；压强越大，体积越小，NO2浓度越大，A、C两点气体的颜色：A浅，C深，故B错误；根据以上分析T1＜T2，由状态B到状态A，可以用加热的方法，故C正确；增大压强，平衡逆向移动，气体物质的量减小，A点压强小于C，A、C两点气体的平均相对分子质量：A＜C，故D错误。 13.向一恒压密闭容器中加入1 mol CH4和一定量的水蒸气，发生反应：CH4(g)＋H2O(g)⥫⥬CO(g)＋3H2(g)。CH4的平衡转化率随温度和压强的变化曲线如图所示。下列说法错误的是(　　) A.该反应的ΔH＞0 B.曲线对应的压强：L1＜L2 C.点b、c对应的反应速率：vb正＜vc逆 D.点a、b、c对应的平衡常数：Ka≥Kb＝Kc 答案：D 解析：该反应是气体分子数增大的反应，增大压强，平衡逆向移动，则CH4的平衡转化率减小，故图像横轴表示温度，该反应是吸热反应，曲线对应的压强：L1＜L2，A正确；B正确；点b、c对应的温度相同，b点对应的压强小于c点的，则反应速率：vb正＜vc逆，C正确；K只受温度影响，该反应是吸热反应，Ka＜Kb＝Kc，D错误。 14.已知反应：X(g)＋Y(g)⥫⥬2Z(g)　ΔH＜0，400 ℃时该反应的化学平衡常数K＝1。一定条件下，分别在甲、乙、丙3个恒容密闭容器中加入X和Y，反应体系中各物质的物质的量浓度的相关数据如表： 容器 温度/℃ 起始时物质的浓度/(mol·L－1) 10分钟时物质的浓度/(mol·L－1) c(X) c(Y) c(Z) 甲 400 1 1 0.5 乙 T1 1 1 0.4 丙 400 1 2 a 下列说法中，不正确的是(　　) A.甲中，10分钟内X表示的化学反应速率：v(X)＝0.025 mol·L－1·min－1 B.甲中，10分钟时反应已达到化学平衡状态 C.乙中，可能T1＜400 ℃ D.丙中，a＞0.5 答案：B 解析：甲中，10分钟时生成了0.5 mol·L－1的Z，根据方程式可知，反应掉的X的浓度为0.25 mol·L－1，则10分钟内X表示的化学反应速率：v(X)＝0.025 mol·L－1·min－1，A正确；在10分钟时，由表格知生成的Z的浓度为0.5 mol·L－1，则X、Y都反应掉了0.25 mol·L－1，还剩余0.75 mol·L－1，由此算出此时的浓度熵为Qc＝≈0.4＜1，即反应正向进行，未达平衡状态，B错误；乙中，X、Y的起始浓度相同，但10分钟后生成物Z的浓度却比甲要小，说明乙容器中反应速率比甲容器小，可能为乙容器中反应温度低于甲容器导致，故C正确；对比甲和丙，丙中增加了Y的浓度，则反应速率加快，相同时间之内生成的Z更多，故丙中a＞0.5，D正确。 15.一定条件下，按n(NO)∶n(O2)＝2∶1的比例向反应容器充入NO、O2，发生反应2NO(g)＋O2(g)⥫⥬2NO2(g)。温度、压强(p)对NO平衡转化率的影响如图，下列分析正确的是(　　) A.压强大小关系：p1＞p2 B.其他条件相同时，随温度升高该反应的平衡常数增大 C.400 ℃、p1条件下，O2的平衡转化率为40％ D.500 ℃、p1条件下，该反应的化学平衡常数一定为 答案：C 解析：400 ℃时，从p1到p2，NO转化率增大，说明平衡正向移动即增大压强，因此压强大小关系：p2＞p1，故A错误；其他条件相同时，随温度升高，NO转化率降低，平衡逆向移动，因此该反应的平衡常数减小，故B错误；根据加入的量之比等于化学计量数之比，则转化率相等，因此在400 ℃、p1条件下，O2的平衡转化率为40％，故C正确；500 ℃、p1条件下，由于缺少容器体积，因此无法计算该反应的化学平衡常数，故D错误。 16. T ℃下，向密闭容器中充入等物质的量的A和B，发生反应2A(g)＋B(g)⥫⥬2C(g)＋D(s)　ΔH＜0，反应过程中物质的量浓度变化如图所示。反应速率可表示为v正＝k正c2(A)c(B)，v逆＝k逆c2(C)，其中k正、k逆为速率常数。下列说法正确的是(　　) A.该反应在高温下一定能自发进行 B.a点时，＝20 C.当v(B)正＝2v(C)逆时，反应达到平衡状态 D.反应开始至平衡，用B表示的平均反应速率为0.02 mol·L－1·min－1 答案：D 解析：反应为放热的熵减反应，在低温下能自发进行，A错误；由图可知，平衡时A、C浓度分别为0.8 mol·L－1、3.2 mol·L－1，则消耗B的浓度为3.2 mol·L－1÷2＝1.6 mol·L－1，平衡时B浓度为4 mol·L－1－1.6 mol·L－1＝2.4 mol·L－1，平衡时正逆反应速率相等，v正＝k正c2(A)c(B)＝v逆＝k逆c2(C)，＝＝＝；a点时A、C的浓度相等，则此时A和C均为2 mol·L－1，消耗B的浓度为2 mol·L－1÷2＝1 mol·L－1，剩余B浓度为4 mol·L－1－1 mol·L－1＝3 mol·L－1，＝＝×＝，B错误；反应的速率比等于化学计量数比，v(B)正＝2v(C)逆时，正、逆反应速率不相等，反应没有达到平衡状态，C错误；反应开始至平衡，用B表示的平均反应速率为v(B)＝v(C)＝× mol·L－1·min－1＝0.02 mol·L－1·min－1，D正确。 二、非选择题(4个大题，共52分) 17.(10分)工业上利用一氧化碳和水蒸气在一定条件下发生的反应来制取氢气：CO(g) ＋ H2O(g)CO2(g) ＋ H2(g)　ΔH ＝－41 kJ·mol－1，某小组研究在相同温度下该反应过程中的能量变化。他们分别在体积相等的两个恒温恒容密闭容器中加入一定量的反应物，使其在相同温度下发生反应，获得如下数据： 容器编号 起始时各物质的物质的量/mol 达到平衡的时间/min 达到平衡时体系能量的变化 CO H2O CO2 H2 ① 1 4 0 0 t1 放出热量：32.8 kJ ② 2 8 0 0 t2 放出热量：Q (1)容器①中反应达到平衡时，生成H2的物质的量为　　　　mol。 (2)若容器①体积变为原来的一半，则CO的转化率为　　　　(填“增大”“减小”或“不变”)。 (3)计算容器①中反应的平衡常数K＝　　　　。 (4)容器②中反应的平均速率大于容器①，原因是　　　　　　　　　　　　　。 (5)容器②中反应达到平衡状态后，放出的热量Q　　　　65.6 kJ(填“＞”“＝”或“＜”)。 答案：(1)0.8　(2)不变　 (3)1　(4)容器②中反应物浓度更大　(5)＝ 解析：(1)根据方程式知，生成1 mol H2放出41 kJ的热量，据此计算放出32.8 kJ的热量时生成n(H2)＝×1 mol＝0.8 mol。 (2)该反应前后气体化学计量数之和相等，压强不影响平衡，所以容器①的容积变为原来的一半，压强增大，但CO的平衡转化率不变。 (3)化学平衡常数只与温度有关，①②温度相同，所以化学平衡常数相同，①中生成n(H2)＝×1 mol＝0.8 mol，根据方程式知，消耗n(CO)＝n(H2O)＝0.8 mol，生成n(CO2)＝n(H2)＝0.8 mol，容器中剩余n(CO)＝(1－0.8)mol＝0.2 mol，n(H2O)＝(4－0.8)mol＝3.2 mol，该反应前后气体化学计量数之和相等，可以用物质的量代替浓度计算平衡常数，所以K＝＝＝1。 (4)两容器体积相等，容器②中投料更多，反应物的浓度更大，反应速率更快，所以容器②中反应的平均速率大于容器①。 (5)该反应前后气体化学计量数之和相等，压强不影响平衡，两容器的投料比相同，所以达到等效平衡，CO的转化率相同，均为80％，则容器②放出的热量为2 mol×80％×41 kJ·mol－1＝65.6 kJ。 18.(12分)汽车尾气里含有的NO气体是由内燃机燃烧时产生的高温引起氮气和氧气反应所致：N2(g)＋O2(g)⥫⥬2NO(g)　ΔH＞0。已知该反应在2 404 ℃时的平衡常数K＝6.4×10－3。 请回答下列问题。 (1)该温度下，向2 L密闭容器中充入N2和O2各1 mol，平衡时N2的转化率是　　　　％(保留整数)。 (2)该温度下，某时刻测得容器内N2、O2、NO的浓度分别为2.5×10－1 mol·L－1、4.0×10－2 mol·L－1、3.0×10－3 mol·L－1，此时反应　　　　(填“处于化学平衡状态”“正向进行”或“逆向进行”)。 (3)将N2、O2的混合气体充入恒温恒容密闭容器中，如图变化趋势正确的是　　　　(填字母)。 (4)向恒温恒容的密闭容器中充入等物质的量的N2和O2，达到平衡状态后再向其中充入一定量NO，重新达到化学平衡状态。与原平衡状态相比，此时平衡混合气中NO的体积分数　　　　(填“变大”“变小”或“不变”)。 (5)我国学者结合实验与计算机模拟结果，研究了在金催化剂表面上水煤气变换的反应历程，如图所示，其中吸附在金催化剂表面上的物种用*标注。 可知水煤气变换的ΔH　　　　0(填“大于”“等于”或“小于”)。该历程中最大能垒(活化能)E正＝　　　　eV，写出该步骤的化学方程式：　　　　　　　　　　　　　　。 答案：(1)4　(2)正向进行　(3)AC　(4)不变　(5)小于　2.02　COOH*＋H*＋H2O*COOH*＋2H*＋OH*(或H2O*H*＋OH*) 解析：(1)该温度下，向2 L密闭容器中充入N2和O2各1 mol，设平衡时消耗氮气和氧气的物质的量均是x mol，则生成NO为2x mol，所以根据平衡常数可知＝6.4×10－3，解得x≈0.04，则N2的转化率是×100％＝4％； (2)该温度下，某时刻测得容器内N2、O2、NO的浓度分别为2.5×10－1 mol·L－1、4.0×10－2 mol·L－1、3.0×10－3 mol·L－1，此时浓度商Qc＝＝9.0×10－4＜K，此时反应正向进行； (3)正反应吸热，升高温度，平衡向正反应方向移动，平衡常数增大，A正确；催化剂不能改变平衡状态，B错误；正反应吸热，升高温度，平衡向正反应方向移动，氮气的转化率增大，C正确； (4)向恒温恒容的密闭容器中充入等物质的量的N2和O2，达到平衡状态后再向其中充入一定量NO，由于反应前后气体体积不变，则相当于增大压强，平衡不移动，与原平衡状态相比，此时平衡混合气中NO的体积分数不变； (5)该反应中反应物的总能量高于生成物的总能量，则为放热反应，则水煤气变换的ΔH小于0，该历程中最大能垒(活化能)E正＝1.86 eV－(－0.16 eV)＝2.02 eV，该步骤的化学方程式为COOH*＋H*＋H2O*COOH*＋2H*＋OH*(或H2O*H*＋OH*)。 19.(15分)甲醇是一种重要的化工原料，具有开发和应用的广阔前景。工业上使用水煤气(CO与H2的混合气体)转化成甲醇(CH3OH)。 (1)已知一定条件下：CO(g)＋H2O(g)⥫⥬CO2(g)＋H2(g) ΔH1＝－41.2 kJ·mol－1 CH3OH(g)＋H2O(g)⥫⥬CO2(g)＋3H2(g) ΔH2＝49.5 kJ·mol－1 该条件下水煤气转化成甲醇的热化学方程式是　　　　　　　　　　　　　。 (2)在体积可变的恒压密闭容器中投入0.5 mol CO和0.75 mol H2，不同条件下发生上述反应。实验测得平衡时CH3OH的物质的量随温度、压强的变化如图所示。 ①根据图像判断p1　　　　p2(填“＜”或“＞”)； ②M点对应的平衡混合气体的体积为1 L，则506 K时，该反应平衡常数K＝　　　　。H2的转化率为　　　　。 ③下列叙述能说明上述反应在p1条件下达到化学平衡状态的是　　　　(填字母)。 a.单位时间内消耗a mol CO的同时生成a mol CH3OH b.CH3OH的体积分数不再改变 c.密闭容器的体积不再改变 d.混合气体的平均相对分子质量不再改变 (3)工业上可利用甲醇羰基化法进一步制取甲酸甲酯：CH3OH(g)＋CO(g)⥫⥬HCOOCH3(g)，在容积固定的密闭容器中，投入等物质的量CH3OH和CO，测得相同时间内CO的转化率随温度变化如图所示。 ①此可逆反应的正反应是　　　　反应(填“放热”或“吸热”)。 ②请解释ac段曲线变化呈该趋势的原因：　　　　　　　　　　　　　。 答案：(1)CO(g)＋2H2(g)⥫⥬CH3OH(g)　ΔH＝－90.7 kJ·mol－1　(2)①＞　②16　66.7％　 ③bcd　(3)①放热　②温度升高，反应速率增大，且v正＞v逆，故相同时间内，CO转化率增大 解析：(1)水煤气转化成甲醇的化学方程式为CO(g)＋2H2(g)⥫⥬CH3OH(g)，根据盖斯定律，该反应的ΔH＝ΔH1－ΔH2＝－90.7 kJ·mol－1，因此该条件下水煤气转化成甲醇的热化学方程式是CO(g)＋2H2(g)⥫⥬CH3OH(g)　ΔH＝－90.7 kJ·mol－1。 (2)①比较M、N两点：温度相同时，p1条件下甲醇物质的量大于p2的，根据反应的化学方程式CO(g)＋2H2(g)⥫⥬CH3OH(g)，增大压强，平衡右移，甲醇增多，故p1＞p2。 ②该条件下，根据题给数据，代入三段式得： 　　　　　　CO(g)＋2H2(g)⥫⥬CH3OH(g) c始/mol·L－1 0.5 0.75 0 Δc/mol·L－1 0.25 0.50 0.25 c平/mol·L－1 0.25 0.25 0.25 该反应平衡常数K＝＝＝16。H2的转化率为×100％≈66.7％。 ③单位时间内消耗a mol CO的同时生成a mol CH3OH，表示的均是正反应的速率，不能说明反应达到化学平衡状态，a错误；CH3OH的体积分数不再改变，说明CH3OH的浓度保持不变，此时已达到了平衡状态，b正确；p1条件下，压强保持不变，未达平衡时，正反应体积减小，当容器体积不变时，说明达到了平衡状态，c正确；混合气体的平均相对分子质量＝，反应物与生成物均是气体，m总保持不变，未平衡时，正反应方向的n总减小，增大，当不变时，达到平衡状态，d正确。 (3)①根据温度升高，速率加快，则未达平衡前，相同时间内温度越高，CO转化率越大，而de段随温度升高，CO转化率减小，说明de段已达平衡状态，且平衡逆向移动，因此该反应的正反应是放热反应。②ac段CO的转化率未达最大限度，则反应未达平衡状态，CO转化率随温度升高而增大的原因是温度升高，反应速率增大，且v正＞v逆，故相同时间内，CO转化率增大。 20.(15分)工业上通过CO2与CH4共转化生成合成气，助力实现“碳达峰”。 其主反应ⅰ　CH4(g)＋CO2(g)⥫⥬2CO(g)＋2H2(g)　ΔH1＝247 kJ·mol－1； 副反应主要有：ⅱ　CO2(g)＋H2(g)⥫⥬CO(g)＋H2O(g)　ΔH2＝41 kJ·mol－1； ⅲ　CH4(g)⥫⥬C(s)＋2H2(g)　ΔH3＝75 kJ·mol－1(积碳反应)； ⅳ　2CO(g)⥫⥬CO2(g)＋C(s)　ΔH4＝－172.4 kJ·mol－1(积碳反应)； ⅴ　CO(g)＋H2(g)⥫⥬C(s)＋H2O(g)　ΔH5(积碳反应) Ⅰ.若只考虑主反应 (1)ΔH5＝　　　　　　　　。 (2)该反应在一定条件下建立平衡后，下列说法正确的是　　　　(填字母)。 A.升高温度，反应平衡常数增大 B.增大压强有利于反应平衡正向移动 C.增大CO2浓度，正、逆反应速率均增大 D.增大CH4浓度，可以提高CH4的平衡转化率 (3)不同压强下，按照n(CH4)∶n(CO2)＝1∶1投料，实验测得CO2平衡转化率和CO平衡产率随温度变化关系如下图所示，纵坐标可表示CO2平衡转化率的为　　　　(填“甲”或“乙”)，压强由大到小的顺序为　　　　　　　　。 (4)一定条件下，向真空密闭容器中通入1 mol CO2和3 mol CH4，使总压为1 MPa。反应达到平衡时，容器中气体压强为原来的1.1倍。已知容器中气体的分压p(分压)＝φ(物质的量分数)×p(总压)，用气体的分压计算得到的平衡常数称为分压平衡常数Kp。则该反应的平衡常数Kp为　　　(MPa)2。 Ⅱ.若考虑副反应 在100 kPa、CH4和CO2总物质的量为2 mol的条件下，温度及投料比[n(CH4)/n(CO2)]对CH4或CO2平衡转化率的影响如图所示。 (5)根据n(CH4)/n(CO2)＝1∶1的曲线，推断表示n(CH4)/n(CO2)＝1∶2的CH4平衡转化率的曲线是　　　　(填“①”或“②”)。 (6)在投料比n(CH4)/n(CO2)＝1∶1下CO2平衡转化率850 ℃明显大于600 ℃的原因为　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　。 (7)为了提高合成气的产量和消除积碳，可以往反应体系中加入适量的　　　　。 答案：(1)－131.4 kJ·mol－1　(2)AC　(3)甲　p3＞p2＞p1　(4)　(5)①　(6)反应ⅰ、ⅱ的ΔH＞0，相比于600 ℃，850 ℃平衡常数大(或反应正向进行程度大)，CO2消耗的量多；反应ⅳ的ΔH＜0，相比于600 ℃，850 ℃平衡常数小(或反应正向进行程度小)，CO2的生成量少，温度从600 ℃升高到850 ℃过程中，温度升高，这两种因素都使CO2平衡转化率增大　(7)水蒸气 解析：(1)根据盖斯定律可知反应ⅴ＝ⅱ＋ⅳ，则ΔH5＝ΔH2＋ΔH4＝41 kJ·mol－1＋(－172.4 kJ·mol－1)＝－131.4 kJ mol－1；(2)该反应为吸热反应，升高温度，平衡正向移动，K增大，故A正确；该反应正向气体分子数增大，增大压强平衡逆向移动，故B错误；增大CO2浓度，使正反应速率瞬间增大，平衡正向移动，生成物浓度增大，逆反应速率也增大，故C正确；增大CH4浓度，CH4的平衡转化率降低，故D错误；(3)该反应为吸热反应，升高温度，平衡正向移动，CO2平衡转化率逐渐增大，甲图符合；该反应正向气体分子数减少，增大压强平衡逆向移动，CO2平衡转化率逐渐减小，结合图像可知，压强由大到小的顺序为p3＞p2＞p1； (4)设甲烷的转化量为x mol，结合题中数据列三段式： 　　　　　CH4(g)＋CO2(g)⥫⥬2CO(g)＋2H2(g) 起始物质 的量/mol 1 3 0 0 转化物质 的量/mol x x 2x 2x 平衡物质 的量/mol 1－x 3－x 2x 2x 根据压强之比等于气体物质的量之比得：＝，解得：x＝0.2； 平衡时总压强为1.1 MPa，气体总物质的量为4.4 mol， 则Kp＝＝＝；(5)气体总物质的量一定时，减小n(CH4)/n(CO2)，等同于甲烷一定时，增大二氧化碳的浓度，CH4平衡转化率增大，故①表示n(CH4)/n(CO2)＝1∶2的CH4平衡转化率的曲线；(6)反应ⅰ、ⅱ的ΔH＞0，相比于600 ℃，850 ℃平衡常数大(或反应正向进行程度大)，CO2消耗的量多；反应ⅳ的ΔH＜0，相比于600 ℃，850 ℃平衡常数小(或反应正向进行程度小)，CO2的生成量少，温度从600 ℃升高到850 ℃过程中，温度升高，这两种因素都使CO2平衡转化率增大。(7)由上述反应可知，往反应体系中加入适量的水蒸气可抑制副反应ⅱ和ⅴ的发生，从而可起到消除积碳和提高合成气的产量的作用。 学生用书⬇第87页 学科网（北京）股份有限公司 $