【高考真题解密】高考化学真题题源——专题16《化学反应原理综合题》母题解密（全国通用）

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专题16 化学反应原理综合题 【母题来源】2022年全国甲卷 【母题题文】金属钛(Ti)在航空航天、医疗器械等工业领域有着重要用途，目前生产钛的方法之一是将金红石转化为，再进一步还原得到钛。回答下列问题： (1)转化为有直接氯化法和碳氯化法。在时反应的热化学方程式及其平衡常数如下： (ⅰ)直接氯化： (ⅱ)碳氯化： ①反应的为_______，_______Pa。 ②碳氯化的反应趋势远大于直接氯化，其原因是_______。 ③对于碳氯化反应：增大压强，平衡_______移动(填“向左”“向右”或“不”)；温度升高，平衡转化率_______(填“变大”“变小”或“不变”)。 (2)在，将、C、以物质的量比1∶2.2∶2进行反应。体系中气体平衡组成比例(物质的量分数)随温度变化的理论计算结果如图所示。 ①反应的平衡常数_______。 ②图中显示，在平衡时几乎完全转化为，但实际生产中反应温度却远高于此温度，其原因是_______。 (3)碳氯化是一个“气—固—固”反应，有利于“固—固”接触的措施是_______。 【答案】(1)     -223     1.2×1014     碳氯化反应气体分子数增加，∆H小于0，是熵增、放热过程，熵判据与焓判据均是自发过程，而直接氯化的体系气体分子数不变、且是吸热过程     向左     变小 (2)     7.2×105     为了提高反应速率，在相同时间内得到更多的TiCl4产品，提高效益 (3)将两固体粉碎后混合，同时鼓入Cl2，使固体粉末“沸腾” 【试题解析】 (1)①根据盖斯定律，将“反应ⅱ-反应ⅰ”得到反应2C(s)+O2(g)=2CO(g)，则∆H=-51kJ/mol-172kJ/mol=-223kJ/mol；则Kp===1.2×1014Pa； ②碳氯化的反应趋势远大于直接氯化，因为碳氯化反应气体分子数增加，∆H小于0，是熵增、放热过程，熵判据与焓判据均是自发过程，而直接氯化的体系气体分子数不变、且是吸热过程； ③对应碳氯化反应，气体分子数增大，依据勒夏特列原理，增大压强，平衡往气体分子数减少的方向移动，即平衡向左移动；该反应是放热反应，温度升高，平衡往吸热方向移动，即向左移动，则平衡转化率变小。 (2)①从图中可知，1400℃，体系中气体平衡组成比例CO2是0.05，TiCl4是0.35，CO是0.6，反应C(s)+CO2(g)=2CO(g)的平衡常数Kp(1400℃)==Pa=7.2×105Pa； ②实际生产中需要综合考虑反应的速率、产率等，以达到最佳效益，实际反应温度远高于200℃，就是为了提高反应速率，在相同时间内得到更多的TiCl4产品。 (3)固体颗粒越小，比表面积越大，反应接触面积越大。有利于TiO2 – C“固-固”接触，可将两者粉碎后混合，同时鼓入Cl2，使固体粉末“沸腾”，增大接触面积。 【母题来源】2022年全国乙卷 【母题题文】油气开采、石油化工、煤化工等行业废气普遍含有的硫化氢，需要回收处理并加以利用。回答下列问题： (1)已知下列反应的热化学方程式： ①        ②        ③        计算热分解反应④的________。 (2)较普遍采用的处理方法是克劳斯工艺。即利用反应①和②生成单质硫。另一种方法是：利用反应④高温热分解。相比克劳斯工艺，高温热分解方法的优点是________，缺点是________。 (3)在、反应条件下，将的混合气进行热分解反应。平衡时混合气中与的分压相等，平衡转化率为________，平衡常数________。 (4)在、反应条件下，对于分别为、、、、的混合气，热分解反应过程中转化率随时间的变化如下图所示。 ①越小，平衡转化率________，理由是________。 ②对应图中曲线________，计算其在之间，分压的平均变化率为________。 【答案】(1)170 (2)     副产物氢气可作燃料     耗能高 (3)     50%     4.76 (4)     越高     n(H2S):n(Ar)越小，H2S的分压越小，平衡向正反应方向进行，H2S平衡转化率越高     d     24.9 【试题解析】 (1)已知： ①2H2S(g)+3O2(g)＝2SO2(g)+2H2O(g)   ΔH1＝－1036kJ/mol ②4H2S(g)+2SO2(g)＝3S2(g)+4H2O(g)   ΔH2＝94kJ/mol ③2H2(g)+O2(g)＝2H2O(g)   ΔH3＝－484kJ/mol 根据盖斯定律(①+②)×－③即得到2H2S(g)＝S2(g)+2H2(g)的ΔH4＝（－1036+94）kJ/mol×+484kJ/mol＝170 kJ/mol； (2)根据盖斯定律(①+②)×可得2H2S(g)+O2(g)＝S2(g)+2H2O(g) ΔH＝(－1036+94)kJ/mol×=－314kJ/mol，因此，克劳斯工艺的总反应是放热反应；根据硫化氢分解的化学方程式可知，高温热分解方法在生成单质硫的同时还有氢气生成。因此，高温热分解方法的优点是：可以获得氢气作燃料；但由于高温分解H2S会消耗大量能量，所以其缺点是耗能高； (3)假设在该条件下，硫化氢和氩的起始投料的物质的量分别为1mol和4mol，根据三段式可知： 平衡时H2S和H2的分压相等，则二者的物质的量相等，即1－x＝x，解得x＝0.5，所以H2S的平衡转化率为，所以平衡常数Kp＝＝≈4.76kPa； (4)①由于正反应是体积增大的可逆反应，n(H2S):n(Ar)越小，H2S的分压越小，相当于降低压强，平衡向正反应方向移动，因此H2S平衡转化率越高； ②n(H2S):n(Ar)越小，H2S平衡转化率越高，所以n(H2S):n(Ar)＝1:9对应的曲线是d；根据图像可知n(H2S):n(Ar)＝1:9反应进行到0.1s时H2S转化率为0.24。假设在该条件下，硫化氢和氩的起始投料的物质的量分别为1mol和9mol，则根据三段式可知 此时H2S的压强为≈7.51kPa，H2S的起始压强为10kPa，所以H2S分压的平均变化率为＝24.9kPa·s－1。 【命题意图】 该类试题往往以某个信息为主，围绕某种元素的化合物展开，结合图表信息，综合考查化学原理的知识，一般会同时涉及化学反应中的能量变化、化学反应速率和平衡、溶液中的离子平衡、电化学、化学计算等知识点，信息量大，难度大；充分考查学生的接受信息能力、知识迁移运用能力、解决实际问题的能力及计算能力。 【命题方向】 化学反应原理综合题涉及的内容主要包括化学反应过程中的焓变、化学能与电能的相互转化、电极反应式的书写、化学反应速率的定性分析与定量计算、化学平衡移动原理在生产中的应用、化学平衡常数的计算、反应条件的控制、弱酸弱碱的转化、pH计算、离子浓度大小的比较、离子的共存、难溶物之间的转化等问题。试题常以选择、填空、读图、作图、计算等形式出现。高考一般以与生产、生活联系紧密的物质为背景材料出组合题，各小题之间有一定独立性。 预计2023年高考仍然将结合某个特定的工业生产过程，综合考查反应热、热化学方程式、化学反应速率和化学平衡；考查从图像中获取有效信息，解答与化学反应速率和化学平衡有关的问题，如反应速率、反应转化率、产率，提高转化率的措施等；考查从图表或图像中获取信息，计算转化率、平衡常数等。 【得分要点】 1.虽然题目在背景材料上呈现新(或陌生)内容，但内在要求或者核心知识考查不变。如运用化学反应原理、化学平衡和水解理论、物质制备和分离的知识等观点分析实际生产中的各种问题，我们千万不能被新包装所迷惑、所吓倒，注意联系生产实际中的各类反应原理，融会贯通，就能解决所有问题。 2.要熟练掌握相关的思想、知识细节、生产原理、工艺设计原理，还有新时期对化学工业原理的新要求，如循环经济、原子经济、节能环保等方面的要求在工业中的运用。 3.尽管化学反应原理综合题设问较多，考查内容较多，但都是《考试大纲》要求的内容，不会出现偏、怪、难的问题，因此要充满信心，分析时要冷静，不能急于求成。要总结思维的技巧和方法，答题时注意规范细致。再者是该类题的问题设计一般没有递进性，故答题时可跳跃式解答，千万不能放弃。 化学平衡图象解答原则 （1）解题思路 （2）解题步骤 以可逆反应aA(g)＋bB(g) cC(g)为例： （1）“定一议二”原则 在化学平衡图象中，包括纵坐标、横坐标和曲线所表示的意义三个量，确定横坐标所表示的量后，讨论纵坐标与曲线的关系或确定纵坐标所表示的量，讨论横坐标与曲线的关系。如图： 这类图象的分析方法是“定一议二”，当有多条曲线及两个以上条件时，要固定其中一个条件，分析其他条件之间的关系，必要时，作一辅助线分析。 （2）“先拐先平，数值大”原则 在化学平衡图象中，先出现拐点的反应先达到平衡，先出现拐点的曲线表示的温度较高(如图A)或表示的压强较大(如图B)。 图A 图B 图A表示T2>T1，正反应是放热反应。 图B表示p1c。 1．（2022·河南郑州·三模）丙烯(C3H6)是石油化工行业重要的有机原料之一，主要用于生产聚丙烯、二氯丙烷、异丙醇等产品。回答下列问题： (1)丙烷脱氢制备丙烯。由图可得C3H8(g)=C3H6(g)＋H2(g) ΔH=_______kJ·mol-1。 (2)将一定浓度的CO2与固定浓度的C3H8通过含催化剂的恒容反应器发生脱氢反应。经相同时间，流出的C3H6、CO和H2浓度随初始CO2浓度的变化关系如下图所示。c(H2)和c(C3H6)变化差异的原因为_______(用化学方程式表示)。 (3)已知Arrhenius 经验公式为Rlnk=RlnA-(Ea为活化能，k为速率常数，R、A为常数)。丙烷脱氢制备丙烯反应在某条件下的Arrhenius 经验公式的实验数据如图中曲线a所示，其活化能为_______J·mol-1，当其实验数据发生变化如图中b线所示，则可能的原因是_______。 (4)工业上用丙烯加成法制备1，2-二氯丙烷(CH2ClCHClCH3)，副产物为3-氯丙烯(CH2=CHCH2Cl)，反应原理为： ①CH2=CHCH3(g)+Cl2(g)→CH2ClCHClCH3 (g) ②CH2=CHCH3(g)+Cl2(g)→CH2=CHCH2Cl(g)+HCl(g) 一定温度下，向恒容密闭容器中充入等物质的量的CH2=CHCH3和Cl2发生反应，容器内气体的压强随时间的变化如下表所示。 该温度下，若平衡时HC1的体积分数为10％。此时CH2=CHCH3的转化率为_______。反应①的压力平衡常数Kp=_______kPa-1(保留小数点后2位)。 (5)一定条件下，CH3CH=CH2与HCl发生反应有①、②两种可能，反应进程中的能量变化如图所示。 保持其他条件不变，若要提高产物中CH3CH2CH2Cl(g)的比例，可采用的措施是_______。A．适当提高反应温度 B．改变催化剂 C．适当降低反应温度 D．改变反应物浓度 【答案】(1)+124.2kJ·mol-1 (2)CO2+H2CO+H2O (3)          催化剂中毒(答案合理即可) (4)     69.5%     0.15 (5)AB 【解析】(1)由图可得出以下热化学方程式： Ⅰ.C3H8(g)CH4(g)+C2H2(g)+H2(g)     ∆H=+156.6kJ∙mol-1 Ⅱ. C3H6(g)CH4(g)+C2H2(g)             ∆H=+32.4kJ∙mol-1 利用盖斯定律，将反应Ⅰ-Ⅱ可得C3H8(g)=C3H6(g)＋H2(g) ΔH= +124.2kJ·mol-1。 (2)如果只发生C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)这个反应，生成的C3H6、H2的浓度应该相等，但是氢气的变化不明显，反而是CO与C3H6的浓度增加幅度几乎相等，因此可以推断高温下能够发生消耗H2生成CO的反应：且消耗的H2刚好等于生成的CO，即CO2+H2CO+H2O，故导致C3H6、H2的浓度随CO2浓度变化趋势出现这样的差异的原因为用化学方程式表示CO2+H2CO+H2O。 (3)根据Arrhenius 经验公式为Rlnk=RlnA-(Ea为活化能，k为速率常数，R、A为常数)。将图中曲线a上两点对应数据代入计算公式得，解之得其活化能Ea=J·mol-1，当其实验数据发生变化如图中b线所示，即相同温度下(相同)，更小，即活化能更大，值更大，则可能的原因是催化剂中毒。 (4) 根据表格数据可知，300min达到平衡，则初始时与平衡状态时的压强之比等于物质的量之比，=，x=0.55n；平衡时HCl的体积分数为10%，即=10%，则y=0.145n，则此时CH2=CHCH3的转化率为69.5%，反应①的压力平衡常数Kp==0.15kPa-1。 (5)由图知，反应②的活化能小、反应更容易发生，则通常丙烯与HCl反应的主要产物是2—氯丙烷，则： A． 适当提高反应温度，对活化能大的反应①更有利，能提高产物中CH3CH2CH2Cl(g)的比例，A符合；        B． 改变催化剂、使用高效的选择性催化剂，可以降低①的活化能，能提高产物中CH3CH2CH2Cl(g)的比例，B符合； C． 适当降低反应温度，对活化能大的反应①更不利，不能提高产物中CH3CH2CH2Cl(g)的比例，C不符合；        D． 改变反应物浓度，不影响反应的活化能，不影响产物中成分的比例，D不符合； 故选AB。 2．（2022·河北衡水中学一模）近年来，改善环境是科学研究的重要课题，对于实现碳循环及废气资源的再利用经济技术的发展都具有重要意义。 Ⅰ.利用与CH4制备合成气CO、。可能的反应历程如图所示： 说明：C(ads)为吸附性活性炭，E表示方框中物质的总能量(单位：kJ)，TS表示过渡态。 (1)制备合成气CO、总反应的热化学方程式为_______。 (2)若，则决定制备“合成气”反应速率的化学方程式为_______。 (3)已知，以与发生总反应生成CO、为背景向密闭容器中充入等体积的和，测得平衡时压强对数和的关系如图所示。 ①_______(填“>”“<”或“=”)。 ②时，(CO)与的比值是_______。 Ⅱ.利用高效催化剂处理汽车尾气中的NO的反应为。 (4)一定温度下，在体积为1L的恒容密闭容器中加入1mol CO和1mol NO发生上述反应，部分物质的体积分数φ随时间t变化如图所示。 曲线b表示_______物质的φ~t关系，正反应速率_______(填“>”“<”或“=”)，若起始压强为，则该反应温度下_______(分压=物质的量分数×总压，用含的式子表示)。 (5)可用如图装置将雾霾中的NO、转化为则阴极的电极反应式为_______。 【答案】(1)CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g)   ΔH=(E5-E1)kJ·mol-1 (2)CO2(g)+CH4(g)=C(ads)+CO2(g)+2H2(g) (3)     ＞     (4)          ＞     (5)NO+5e-+6H+=NH+H2O 【解析】(1)根据反应历程图可知，该总反应的反应物是甲烷和二氧化碳，其能量总和为E1总反应的产物为一氧化碳和氢气，其能量总和为E5，则制备合成气CO、H2总反应的热化学方程式为CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g) ΔH=(E5-E1)kJ·mol-1； (2)若E4+E1＜E3+E2，则E2- E1＞E4- E3，其中E2- E1是第一步反应的活化能，E4- E3是第二步反应的活化能，化学反应的快慢，是由活化能大的步骤决定的，因此是由第一步决定的，由反应历程图可知，反应的方程式为CO2(g)+CH4(g)=C(ads)+CO2(g)+2H2(g)； (3)①因为E1＜E5，故反应CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g) △H=(E5-E1)kJ·mol-1为吸热反应，由图可知，当图中横坐标相同时T1时氢气对应的对数值大，对于吸热反应来说，升高温度平衡正向移动，故T1＞T2； ②由题意可知：，因为CO2和CH4的充入的体积相同，且反应的系数相同，故=，由图可知b点lg p(H2)=0，则b点时p(H2)=1，lg p(CH4)=1，则p(CH4)=10，因此=； (4)由图可知，平衡时一氧化碳和一氧化氮的体积分数都为0.125，设反应生成氮气为amol，由题意可建立如下三段式： 由一氧化碳的体积分数为0.125可得=0.125，解得a=0.4，此时N2的体积分数为=0.25，因此b曲线为N2；由图可知，t3时反应未达到平衡，t4时反应达到平衡，故t3时正反应速率大于t4时正反应速率；由平衡前后气体的压强之比等于物质的量之比可知，反应后的压强为×po=0.8po，则该反应温度下Kp== (5) NO、SO2转化为(NH4)2SO4时，NO发生得电子的还原反应，SO2发生失电子的氧化反应，则电解池中通入SO2的电极为阳极、通入NO的电极为阴极，阴极上NO得电子生成NH，电极反应式为NO+5e-+6H+=NH+H2O。 3．（2022·北京·北大附中三模）实现二氧化碳选择性、稳定性加氢合成甲醇是“甲醇经济”理念下的一个重要成果。由CO2和H2合成CH3OH的反应过程如下： I.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H1=+40.9kJ·mol-1 II.CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H2=-90.4kJ·mol-1 回答下列问题： (1)如图是一种特定条件下反应I机理中的第一步变化，则碳原子的杂化类型从____变为___。 (2)写出由CO2和H2合成CH3OH的热化学方程式为____。 (3)恒压条件下，按n(CO2)：n(H2)=1：3投料时，该反应在无分子筛膜和有分子筛膜时甲醇的平衡产率随温度的变化如图所示。(分子筛膜能选择性分离出H2O) ①根据图中数据，恒压条件下采用有分子筛膜时的最佳反应温度为____℃。 ②有分子筛膜时甲醇产率高的原因是____。 (4)不同压强下，依然按n(CO2)：n(H2)=1：3投料，测定CO2的平衡转化率和CH3OH的平衡产率随温度的变化关系如图所示。 已知：CO2的平衡转化率=×100% CH3OH的平衡产率=×100% ①压强：p1____p2(填“>”“=”或“<”)，判断依据是____。 ②纵坐标表示CO2平衡转化率的是图____(填“甲”或“乙”)。 ③图乙中T1温度时，两条曲线几乎交于一点的原因是____。 【答案】(1)     sp     sp2 (2) (3)     210℃     分子筛膜从反应体系中不断分离出水，减少了生成物，平衡向正向移动，甲醇产率升高 (4)     >     生成甲醇的反应是气体体积减小的反应，压强增大甲醇的平衡产率增大     乙     反应I为吸热反应，反应II为放热反应，T1时温度高，体系中以反应I为主，反应I前后分子数相等，压强改变对平衡没有影响 【解析】(1)二氧化碳中碳原子杂化方式为sp杂化，转化成的新物质中含碳氧双键，为sp2杂化； (2)由盖斯定律可知，反应Ⅰ+反应Ⅱ可得二氧化碳和氢气合成甲醇的热化学方程式：，，故热化学方程式为：； (3)①根据图中数据可知，压强不变采用有分子筛膜时，210℃的甲醇产率最大，故最佳反应温度为210℃；②该由题意可知，分子筛膜能选择性分离出水，使生成物的浓度减小，平衡向正反应方向移动，甲醇产率升高，所以有分子筛膜时甲醇产率高于无分子筛膜时，故答案为：分子筛膜从反应体系中不断分离出水，减少了生成物，平衡向正向移动，甲醇产率升高； (4)①生成甲醇的反应是气体体积减小的反应，增大压强，平衡向正反应方向移动，甲醇产率升高，由图可知，条件为压强p1时甲醇产率高于p2，则p1大于p2，故答案为：>；生成甲醇的反应是气体体积减小的反应，压强增大甲醇的平衡产率增大； ②生成甲醇的反应是放热反应，低温阶段升高温度，平衡正逆反应方向移动，二氧化碳的转化率减小，反应I为吸热反应，温度较高时，主要发生反应I，升高温度，平衡向正反应方向移动，平衡向正反应方向移动，二氧化碳的转化率增大，则曲线乙表示二氧化碳的转化率随温度升高的变化关系，故答案为：乙； ③反应I为吸热反应，反应II为放热反应，T1时温度高，体系中以反应I为主，反应I前后分子数相等，压强改变对平衡没有影响，两条曲线几乎交于一点，故答案为：反应I为吸热反应，反应II为放热反应，T1时温度高，体系中以反应I为主，反应I前后分子数相等，压强改变对平衡没有影响。 6．（2022·安徽·模拟预测）Ⅰ.对温室气体二氧化碳的处理是化学工作者实现“碳中和”重点研究的课题，一种新的循环利用方案是用Bosch反应CO2(g) +2H2 (g) C(s) +2H2O(g) △H。 (1)①已知：CO2(g)和H2O(g)的生成焓为- 394 kJ/mol 和- 242 kJ/mol， 则△H =_______kJ/ mol，(生成焓是一定条件下，由其对应最稳定单质生成1mol化合物时的反应热)。 ②若要此反应自发进行，_______ ( 填“高温”或“低温” )更有利。 (2)NOx的含量是空气质量的一个重要指标，减少NOx的排放有利于保护环境。在密闭容器中加入4 mol NH3和3 mol NO2气体，发生反应：8NH3(g) +6NO2(g) 7N2(g) + 12H2O(g) △H <0，维持温度不变，不同压强下反应经过相同时间，NO2的转化率随着压强变化如图所示，下列说法错误的是_______。 A．反应速率：b点v正>a点v逆 B．容器体积：Vc：Vb =8： 9 C．在时间t内，若要提高NO2的转化率和反应速率，可以将H2O(g)液化分离 D．维持压强980kPa更长时间，NO2的转化率大于40% Ⅱ.活性炭还原法也是消除氮氧化物污染的有效方法，其原理为：2C(s) +2NO2(g) N2(g) +2CO2(g) △H <0 (3)某实验室模拟该反应，在2L恒容密闭容器中加入足量的C(碳)和一定量NO2气体，维持温度为T1℃，反应开始时压强为800kPa，平衡时容器内气体总压强增加30%，则用平衡分压代替其平衡浓度表示化学平衡常数Kp=_______kPa [已知：气体分压(p分) =气体总压(p总)×体积分数]。 (4)已知该反应的正反应速率方程v正=k正·p2 (NO2)，逆反应速率方程为v逆=k逆·p(N2) ·p2(CO2)，其中k正、k逆分别为正逆反应速率常数，则如图( lgk表示速率常数的对数，表示温度的倒数)所示a、b、c、d四条斜线中能表示lgk正随变化关系的斜线是_______，能表示lgk逆随变化关系的斜线是_______。若将一定量的C(碳)和NO2投入到密闭容器中，保持温度T1℃、恒定在压强800 kPa发生该反应，则当NO2的转化率为40%时，v逆∶v正=_______。 【答案】(1)     -90     低温 (2)BC (3)540 (4)     c     d     80∶729 【解析】(1)①由CO2(g)和H2O(g)的生成焓为- 394 kJ/mol 和- 242 kJ/mol 可得热化学方程式为C(s)+O2(g)= CO2(g) ∆H=- 394 kJ/mol(i)，H2(g)+O2(g)= H2O(g)∆H=- 394 kJ/mol(ii)，由盖斯定律，2×反应ii-反应i可得反应CO2(g) +2H2 (g) =C(s) +2H2O(g)，∆H= (- 242)×2- (- 394)=-90kJ/mol； ②该反应是熵减反应，且是放热反应，由自发进行的判据∆G=∆H-T∆S<0能自发进行，则低温更有利； (2)压强较低时反应速率较慢，测定NO2转化率未达到平衡，所以当压强较低时，随压强增大反应速率加快，NO2转化率增大，当压强足够大时，测定NO2转化率时反应达到平衡，该反应为气体分子数增大的反应，继续增大压强平衡逆向移动，NO2转化率减小； A.b点压强大于a点，比a点先达到平衡，所以b点v正>a点v正，而a点反应正向移动，所以a点v正>a点v逆，则b点v正>a点v逆，A正确； B.b点NO2的转化率为80%，则∆n(NO2)=3mol×80%=2.4mol，根据反应方程式可知每反应6mol NO2，气体的总物质的量增加5mol，所以b点是气体总物质的量，同理可知c点气体总物质的量，则nb∶nc=8∶9，而两点压强不同，所以体积比一定不是8∶9，B错误； C.将H2O(g)液化分离平衡正向移动，NO2的浓度会减小，反应速率减慢，C错误； D.结合图像可知压强980kPa时测定的转化率并不是平衡转化率，随着时间增长，反应正向进行，NO2转化率大于40%，D正确； 故选：BC； (3)假设加入NO2气体为800mol，压强为800kPa，平衡时容器内气体总压强增加30%，容器恒容则气体的总物质的量也增加30%，所以平衡时气体总物质的量增加240mol，根据反应方程式可知每反应2mol NO2气体总物质的量增加1mol，所以此时平衡时反应了480mol NO2，容器内有240molN2、480molCO2和800-480=320molNO2，总压强为1040kPa，恒容容器中压强之比等于物质的量之比，则p(N2)=240kPa，p(CO2)=480kPa，p(NO2)=320kPa，； (4)升高温度正逆反应速率均增大，说明T升高k正、k逆都增大，则增大，k正、k逆都减小，即lgk正、lgk逆都减小，而该反应焓变小于0为放热反应，降低温度平衡正向移动，说明平衡状态下降低温度v正>v逆，则k正减小的幅度较小，即表示lgk正随变化关系的斜线的斜率较小，所以c表示lgk正随变化关系，d表示lgk逆随变化关系； 当反应达到平衡时v正=k正·p2 (NO2)=v逆=k逆·p(N2) ·p2(CO2)，则有，根据第(3)小题中的假设，NO2的转化率为40%时，则∆n(NO2)=320mol，则此时容器中n(NO2)=480mol，n(N2)=160mol，n(CO2)=320mol，n(NO2)∶n(N2)∶n(CO2)=3∶1∶2，总压强为800kPa，则，，，则此时v逆∶v正=80∶729。 5．（2022·安徽·合肥市第八中学模拟预测）甲醇是重要的化工原料，可以使用多种方法制备甲醇。 (1)利用CO和H2合成甲醇，已知在一定温度和压强下，发生如下反应： ① ② ③ 则：CO(g)＋2H2(g)→CH3OH(g) ΔH=___________。向密闭容器中按物质的量之比1:2充入CO和H2，在催化剂的作用下合成甲醇，测得平衡时混合物中CH3OH的体积分数在不同压强下随温度的变化如图甲所示。下列说法不正确的是___________。 A．该反应的p1＞p2 B．反应速率：v逆(A)＞v逆(B) C．A、B、C的平衡常数大小：K(A)＞K(B)=K(C) D．若p1时最初充入1molCO，经过5min达到B点的平衡状态，则v(CH3OH)=0.175 mol·L-1·min-1 (2)利用CO2和H2合成甲醇，在催化剂Cu/ZnO作用下可发生如下两个平行反应。反应I：CO2(g)＋3H2(g)→CH3OH(g)＋H2O(g)反应II：CO2(g)＋H2(g)→CO(g)＋H2O(g);温度对CO2转化率及甲醇和CO产率的影响如图乙所示。 ①由图乙判断合成CH3OH最适宜的温度是___________。 ②由图可知，温度升高CH3OH产率先升高后降低，降低的可能原因是___________。 ③下列措施有利于提高CO2转化为CH3OH的平衡转化率的有___________。 A．增大体系压强 B．提高CO2和H2的投料比 C．体积和投料比不变，提高反应物浓度 (3)利用CH4与O2在催化剂的作用下合成甲醇。主反应：CH4(g)＋O2(g)→CH3OH(g)，副反应：CH4(g)＋2O2(g)→CO2(g)＋2H2O(g)。在温度为T℃、压强为PKPa条件下，向容器中充入2molCH4、1molO2和6molH2O，充分反应达平衡时CH4的转化率为50%，产物的选择性(如甲醇的选择性=)如图丙所示： ①求平衡时O2的物质的量为_____ ②主反应的相对压力平衡常数=___________。(用含P和p0的计算式表示。表达式写法：在浓度平衡常数表达式中，用相对分压代替浓度。气体的相对分压等于其分压除以p0) 【答案】(1)     2a+b-c     BD (2)     250℃     反应I的正反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，CH3OH产率降低；或温度升高，催化剂的活性下降，CH3OH产率降低     AC (3)     0.35mol     【解析】(1)① ② ③ 利用盖斯定律：将①×2+②×-③×2得：CO(g)＋2H2(g)→CH3OH(g) ΔH=2a+b-c。 A．对于反应CO(g)＋2H2(g)→CH3OH(g)，增大压强，平衡正向移动，CH3OH的体积分数增大，由图中可知，CH3OH的体积分数B点比C点大，所以该反应的p1＞p2，A正确； B．从图中可以看出，A点温度比B点低，则反应速率：v逆(A)＜v逆(B)，B不正确； C．从图中可以看出，升高温度，CH3OH的体积分数减小，则∆H＜0，Ａ点温度比B、C点低，B、C点温度相同，所以A、B、C的平衡常数大小：K(A)＞K(B)=K(C)，C正确； D．因为容器的体积未知，所以我们无法求出v(CH3OH)，D不正确； 故选BD。答案为：2a+b-c；BD； (2)①由图乙中可以看出，250℃时CH3OH的产率最高，所以合成CH3OH最适宜的温度是250℃。 ②由图可知，温度升高CH3OH产率先升高后降低，降低表明平衡逆向移动，升高表明反应可能还未达平衡，也可能是催化剂的活性发生改变造成的，所以降低的可能原因是：反应I的正反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，CH3OH产率降低；或温度升高，催化剂的活性下降，CH3OH产率降低。 ③A．反应I中，由于反应物的气体分子数大于生成物的气体分子数，所以增大体系压强，平衡正向移动，而对反应II 无影响，所以CO2转化为CH3OH的平衡转化率增大，A正确； B．提高CO2和H2的投料比，则虽然平衡正向移动，但CO2的转化率降低，B不符合题意； C．体积和投料比不变，提高反应物浓度，则相当于增大压强，平衡正向移动，CO2转化为CH3OH的平衡转化率增大，C正确； 故选AC。答案为：250℃；反应I的正反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，CH3OH产率降低；或温度升高，催化剂的活性下降，CH3OH产率降低；AC； (3)在温度为T℃、压强为PKPa条件下，向容器中充入2molCH4、1molO2和6molH2O，充分反应达平衡时CH4的转化率为50%，则参加反应的CH4物质的量为1mol，其中生成CO2的CH4为1mol×10%=0.1mol，生成CH3OH的CH4的物质的量为1mol-0.1mol=0.9mol。 由此可建立如下三段式： 平衡时O2的物质的量为1mol-0.45mol-0.2mol=0.35mol。 ②平衡时压强为P，CH3OH的相对分压为，CH4的相对分压为，O2的相对分压为，所以主反应的相对压力平衡常数=。答案为：0.35mol；。 【点睛】 在同一混合体系中，不同反应中的同一种物质，物质的量相同。 6．（2022·陕西·西安中学模拟预测）利用CO或CO2和H2反应都可以制取甲醇。 (1)已知：CO2(g)+H2(g)⇌CO(g)+2H2O(g)　ΔH1=+41kJ·mol-1 CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH2=-49kJ·mol-1 则反应CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g)　ΔH=_______。可以在_______进行(填序号)。 A．高温自发　　B．低温自发　　C．高、低温均能自发　　D．高、低温均不自发 (2)利用反应CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g)ΔH合成甲醇。T°C时向固定容积的密闭容器中充入CO、H2，反应到t时刻测得各组分的浓度如下： ①如果该反应的平衡常数K=160，比较t时刻正、逆反应速率的大小：v正_______v逆(填“＞”、“<”或“=”)。 ②要提高CO的转化率，可以采取的措施是_______(填序号)。 A．加入催化剂　　B．增大CO的浓度　　C．通入惰性气体　　D．通入H2　　E．分离出甲醇 (3)T℃时，向恒容密闭容器中充入CO2和H2，发生反应CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)　△H。 ①如果CO2和H2的起始浓度分别为amol·L-1和3amol·L-1，反应平衡时CH3OH的产率为b，则该温度下该反应的平衡常数K=_______(用含a、b的表达式表示)。 ②在使用不同催化剂时，相同时间内测得CO2的转化率随温度的变化如下图所示。 则催化效果最佳的是催化剂_______(填“I”、“II”或“III”)。如果a点已经达到平衡状态，则b点的v正_______v逆(填“＞”、“<”或“=”)，c点转化率比a点低的原因是_______。 【答案】(1)     -90kJ·mol-1     B (2)     ＞     DE (3)          Ⅰ     ＞     放热反应，升高温度，平衡逆向移 【解析】(1)已知：①CO2(g)+H2(g)⇌CO(g)+2H2O(g)　ΔH1=+41kJ·mol-1②CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH2=-49kJ·mol-1，盖斯定律计算②-①得则反应CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g)　ΔH==(-49kJ•mol-1)-(+41kJ•mol-1)= -90kJ·mol-1。反应的△H＜0，△S＜0，满足△H-T△S＜0，需要低温下自发进行，故B正确，故答案为：-90kJ·mol-1；B； (2)①如果该反应的平衡常数K=160，该时刻下浓度熵Qc==100＜K=160，所以平衡正向移动，比较t时刻正、逆反应速率的大小：v正＞v逆(填“＞”、“<”或“=”)。故答案为：＞； ②要提高CO的转化率，可以采取的措施是A．加入催化剂不影响化学平衡，CO的转化率不变，故A错误；B．增大CO的浓度，增大了氢气的转化率，CO转化率减小，故B错误；　C．通入惰性气体，总压增大，分压不变，各组分的浓度不变，平衡不移动，故C错误；D．通入H2，反应物浓度增大，平衡向正反应方向进行，CO转化率增大，故D正确；E．分离出甲醇，生成物浓度减小，平衡正向移动，CO的转化率增大，故E正确；故答案为：DE； (3)①如果CO2和H2的起始浓度分别为amol·L-1和3amol·L-1，反应平衡时CH3OH的产率为b，设消耗CO2物质的量浓度为x，结合三段式列式计算得到平衡浓度，设消耗CO2物质的量浓度为x， ，=b，平衡状态下得到c(CO2)=(a-ab)mol/L，c(H2)=(3a-3ab)mol/L，c(CH3OH)=abmol/L，c(H2O)=abmol/L，该温度下该反应的平衡常数K= ==，则该温度下该反应的平衡常数K=(用含a、b的表达式表示)。故答案为：； ②相同温度下反应Ⅰ对应的CO2转化率较高，则催化效果最佳的是催化剂Ⅰ(填“I”、“II”或“III”)。如果a点已经达到平衡状态，则b点未达到平衡状态，则b点的v正＞v逆(填“＞”、“<”或“=”)，正反应为放热反应，c点转化率比a点低的原因是放热反应，升高温度，平衡逆向移，故答案为：Ⅰ；＞；放热反应，升高温度，平衡逆向移。 7．（2022·江西新余·二模）五氧化二碘是一种重要的工业试剂，常温下为白色针状结晶，可用于除去空气中的一氧化碳。回答下列问题： (1)已知：2I2(s)+5O2(g)=2I2O5(s) △H1=-75.6 kJ/mol Ⅰ I2O5(s)+5CO(g) 5CO2(g)+I2(s) △H2=-1377.2 kJ/mol Ⅱ 则表示CO燃烧热的热化学方程式为___________。 (2)结合反应Ⅰ和反应Ⅱ分析，在CO转化为CO2的反应中所起的作用是___________。 (3)10℃时，某恒容密闭容器中充有足量的I2O5，向该容器中充入CO发生反应Ⅱ，平衡时CO2与充入CO的物质的量关系如图1所示。若降低温度，θ值___________(填“增大”“减小”或“不变”，下同)；压缩容器体积，θ值___________。 (4)20℃时向装有足量I2O5的2L恒容密闭容器中充入2mol CO，反应达到平衡后固体质量减小8 g。 ①该温度下反应的平衡常数K=___________(可用分数表示)。 ②图2是CO的平衡转化率随CO2的移出率[×100%]关系。则图中a=___________，b=___________。 ③由M点变为N点耗时5min，则该段时间内的平均反应速率v(CO)=___________。 【答案】(1)CO(g)+O2(g)=CO2(g)  ∆H =-283.0 kJ•mol-1 (2)催化剂 (3)     增大     不变 (4)          62.5     80     0.075 mol•L-1•min-1 【解析】(1)已知：2I2(s)+5O2(g)=2I2O5(s)     △H1=-75.6 kJ/mol       Ⅰ I2O5(s)+5CO(g) 5CO2(g)+I2(s)   △H2=-1377.2 kJ/mol   Ⅱ 根据盖斯定律，将（I+2×II）得，CO(g)+O2(g)=CO2(g)  ∆H =-283.0 kJ•mol-1，故CO燃烧热的热化学方程式为：CO(g)+O2(g)=CO2(g)  ∆H =-283.0 kJ•mol-1； (2)结合反应Ⅰ和反应Ⅱ分析，在反应I中作反应物，在反应II中是生成物，所有在CO转化为CO2的反应中所起的作用是催化剂，故答案为：催化剂； (3)反应II为放热反应，降低温度，化学平衡向放热的正反应方向移动，导致c(CO2)增大，θ值增大；反应II是反应前后气体体积不变的反应，压缩容器的容积，导致容器内气体的压强增大，压强增大，反应II的化学平衡不发生移动；所以θ值不变；故答案为：增大；不变； (4)①I2O5(s)→I2(s)，相当于减少了5个O，反应消耗掉I2O5物质的量为n(I2O5)=，对于反应，反应开始时CO的物质的量是2 mol，反应的I2O5(s)物质的量是0.1 mol，则反应消耗CO的物质的量是5×0.1 mol=0.5 mol，则反应产生CO2的物质的量是0.5 mol，平衡时CO的物质的量为2 mol-0.5 mol=1.5 mol，物质的平衡浓度c(CO)=，c(CO2)=，则该反应的化学平衡常数K=； ②反应开始时加入的CO物质的量是2 mol，根据图象可知：在温度为10℃时，当CO2移出率是0时，CO的转化率为50%，则平衡时n(CO)=n(CO2)=1 mol，c(CO)=c(CO2)=，故此时的化学平衡常数K1=。当CO的转化率是a%时，反应产生CO2的物质的量是2a% mol，剩余CO的物质的量是2(1-a)% mol，由于CO2的移出率是40%，则此时CO2的物质的量是2a% mol×(1-40%)=1.2a% mol，由于该反应达到平衡时化学平衡常数K1=1，该反应是反应前后气体体积相等的反应，所以2(1-a)mol=1.2a mol，解得a=62.5； 在反应温度为20℃时，当CO平衡转化率是a%时，CO平衡时物质的量为n(CO)=2(1-a)% mol，反应产生的CO2的物质的量为2a% mol，由于CO2的移出率为b%，则平衡时CO2的物质的量为n(CO2)=2a% mol×(1-b%)，平衡时c(CO)=，c(CO2)=，根据①计算可知在20℃化学平衡常数K=，则，将a=62.5带入平衡常数表达式中，可得，解得b%=80%，b=80； ③在M点时未移出CO2，假设CO转化的物质的量是m mol，则平衡时CO物质的量为(2-m) mol，CO2的物质的量为m mol，该条件下化学平衡常数K=，解得m=0.5 mol，此时CO的物质的量是2 mol-0.5 mol=1.5 mol；在N点时CO2移出率是80%，假设反应的CO物质的量是n mol，则平衡时n(CO)=(2-n)mol，CO2的物质的量为n(CO2)=n(1-80%)mol，带入平衡常数表达式中K=，解得n=1.25 mol，此时CO的物质的量为2 mol-1.25 mol=0.75mol，故化学反应速率v(CO)=mol/(L·min)。 8．（2022·吉林省实验中学模拟预测）研究烟气的脱硝(除NOx)、脱硫(除SO2)技术有着积极的环保意义。 (1)一定条件下，用CH4催化还原可消除NO污染。 已知： Ⅰ．CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H= -865.0 kJ ·mol-1 Ⅱ．2NO(g)+O2(g)=2NO2(g) △H= -112.5 kJ·mol-1 Ⅲ．适量的N2和O2完全反应，每生成2.24 L(标准状况下)NO时，吸收8.9 kJ的热量； 则CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=____kJ·mol-1。 (2)一定条件下，用NH3催化还原可消除NO污染，其反应原理如下：4NH3 (g)+6NO(g)5N2(g)+6H2O(g) △H= - 1980 kJ/mol ①应速率与浓度之间存在如下关系：v正=k正c4(NH3)·c6 (NO)，v逆=k逆c5(N2)·c 6(H2O)。k正、k 逆为速率常数，只受温度影响。350°C时，在2 L恒容密闭容器中，通入0.9 mol NH3(g)和1.2 mol NO(g)发生反应，平衡时NO转化率为50%，则此温度下=____。 ②若保持其他条件不变，将上述恒温恒容容器改为恒温恒压容器，达到新平衡时，N2的体积分数与原平衡相比将____ (填“增大”、 “减小”或“不变”)；若温度升高，则k正增大m倍，k逆增大n倍，则m____ n(填“＞” “＜”或“=”)。 ③保持温度不变，在恒容密闭容器中按一定比例充入NH3(g)和NO(g)发生反应，达到平衡时，H2O(g)的体积分数φ(H2O)随的变化如图所示，当=2.0时， 达到平衡φ (H2O)可能是 A、B、C三点中的____ (填“A”、“B”或“C”)。 (3)利用电解装置也可进行烟气处理，如图可将雾霾中的NO、SO2分别转化为和，阳极的电极反应式为___________；物质A是___________(填化学式)。 【答案】(1)-1155.5 (2)     0.25     增大     ＜     C (3)     SO2+2H2O-2e-=+4H+     H2SO4 【解析】(1)已知：Ⅰ．CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H= -865.0 kJ ·mol-1 Ⅱ．2NO(g)+O2(g)=2NO2(g) △H=-112.5 kJ·mol-1； Ⅲ．适量的N2和O2完全反应，每生成2.24 L(标准状况下)NO时，物质的量n(NO)=，吸收8.9 kJ的热量，则生成2 mol NO吸收热量Q=8.9 kJ ×20=178 kJ，即热化学方程式为：N2(g)+O2(g)=2NO(g) △H=+178 kJ/mol，根据盖斯定律，反应Ⅰ+Ⅱ-Ⅲ，整理可得CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g) △H=-1155.5 kJ/mol； (2)①对于反应4NH3 (g)+6NO(g)5N2(g)+6H2O(g)，反应开始时，c(NH3)=0.45 mol/L，c(NO)=0.6 mol/L，c(N2)=c(H2O)=0，反应达到平衡时，NO转化率为50%，则平衡时c(NO)=0.3 mol/L，根据物质反应转化关系可知平衡时，c(NH3)=(0.45-0.2) mol/L=0.25 mol/L，c(N2)=0.25 mol/L，c(H2O)=0.3 mol/L，平衡时v正=v逆，则k正c4(NH3)·c6 (NO)=k逆c5(N2)·c 6(H2O)，=； ②反应4NH3 (g)+6NO(g)5N2(g)+6H2O(g) △H= - 1980 kJ/mol的正反应是气体体积增大的放热反应，反应达到平衡时气体压强比反应开始时压强增大。若保持其他条件不变，将上述恒温恒容容器改为恒温恒压容器，相当于在恒容条件下反应达到平衡后，扩大容器的容积，必然导致体系的压强减小，化学平衡正向移动，因此达到新平衡时，N2的体积分数与原平衡相比将增大； 反应达到平衡时，升高温度，正、逆反应速率都增大，温度对吸热反应影响更大，升高温度，化学平衡向吸热的逆反应方向移动，在达到平衡前v正＜v逆，升高温度的瞬间各种物质的浓度不变，因此正反应速率增大的倍数小于逆反应速率增大的倍数，即m＜n； ③保持温度不变，在恒容密闭容器中按一定比例充入NH3(g)和NO(g)发生反应：4NH3 (g)+6NO(g)5N2(g)+6H2O(g)，其它条件不变，增大，相当于n(NH3)不变，n(NO)增大，化学平衡正向移动，平衡时n(总)增大，n(H2O)增大，但根据平衡移动原理可知：平衡移动的趋势是微弱的，n(H2O)增大幅度小于n(总)增大幅度，故φ(H2O)减小。因此当=2.0时，反应达到平衡时，φ(H2O)可能是图中的C点； (3)根据图示可知：在阳极上SO2失去电子被氧化产生，阳极的电极反应式为：SO2+2H2O-2e-=+4H+；在阴极上NO得到电子被还原产生，阴极的电极反应式为：NO+6H++5e-=+H2O，所以总反应方程式为：2NO+5SO2+8H2O=(NH4)2SO4+4H2SO4，所以根据总反应方程式可知：装置中的A物质是H2SO4。 时间/min060120180240300360压强/kPa8074.269.265.261.65858物质H2COCH3OH浓度/mol·L-10.200.100.40