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专项 02 化学平衡
该专题分为两个板块
【1】知识清单
一、 化学反应速率的计算
1. 用单位时间内浓度的该变量求速率
2. 用单位时间内物质的量的改变量求速率
3. 用单位时间内物质分压的该变量求速率
4. 用速率常数表示化学速率
二、 平衡的判定
1. 利用速率判定是否达平衡
（1）同一对象 ：υ =υ 达平衡
(正) (逆)
（2）不同对象 ：方向相反，速率为系数比。υ (A)/υ逆(B)=a/b
正
2. 利用变到不变判定
（1）P总、V总、n总
（2）物质的量分数、体积分数
（3）气体平均相对分子质量
（4）气体密度
三、K值计算
1. K值的计算及用途
2. K
p
3. 速率常数问题
【2】专项练习
【1】知识清单
一． 化学反应速率的计算
1. 用单位时间内浓度的该变量求速率
注意事项1：给定数据对象与求解对象是否一致。如果一致则直接求解；如果不一致则通过速率之比等于
系数之比转化求解
例1. 在一定温度下，向1L密闭容器中加入1mol HI (g)，发生反应：2HI(g) H(g)+I (g)，2s时生成
2 2
0.1molH，则以HI表示该时段的化学反应速率是 .
2
【答案】0.1mol/(L·s)
H 从0~0.1mol，则氢气的改变量为0.1mol。υ(H )= 0.1mol/（1L·2s）=0.05mol·L-1·s-1
2 2
有根据速率之比等于系数之比：υ(H )/υ(HI)=1/2 。
2
υ(HI)=2υ(H )=2*0.05mol·L-1·s-1=0.1mol·L-1·s-1
2
注意事项2：注意在表格左侧或者坐标上方有数据的变换，以防掉入陷阱。练习1. 可逆反应X(g)+3Y(g) 2Z(g) ΔH < 0 ，T℃时在容积为4L的恒容密闭容器中通入2molX和
1
6molY发生反应。5min时反应达到平衡状态，气体总物质的量为6.4mol求：达平衡时Y(g)的转化率为
_______(用百分数表示)，0-5min内该反应中X(g)的平均速率υ(x)=_______mol·L-1·min-1
【答案】 40% 0.06
设达到平衡时Y的转化量为x mol，则根据题意可列三段式
则有 ，解得x=0.8mol，Y的转化率为 ，0-5min时X的平均反应
速率为 ，故填40%、0.06；
2. 用单位时间内物质的量的改变量求速率
例2. 在新型RuO 催化剂作用下，使HCl转化为Cl 的反应2HCl(g)＋O(g) HO(g)＋Cl(g)具有更好的
2 2 2 2 2
催化活性。一定条件下测得反应过程中n(Cl )的数据如下：
2
t/min 0 2 4 6 8
n(Cl )/10－3 mol 0 1.8 3.7 5.4 7.2
2
计算2～6 min内以HCl的物质的量变化表示的反应速率(以mol·min－1为单位，写出计算过程)。
【答案】由表中数据可知，2.0∼6.0min内
mol，则以 的物质的量变化表示的反应速率
；
υ(HCl)=2υ(Cl )=1.8×10-3mol/min
2
练习2. 甲烷水蒸气重整制氢：CH（g）+H O（g） CO（g）+3H （g）△H=+216kJ•mol-1。甲烷水蒸气
4 2 2 1
重整过程中，温度1000K,原料气以57.6Kg•h-1通入容积为1L镍基催化反应器中，2-5s甲烷质量分数由
7.32%变为5.32%，用甲烷表示2-5s的反应速率为____mol•min-1
【答案】 1.2
甲烷水蒸气重整过程中，温度1000K,原料气以57.6Kg•h-1通入容积为1L镍基催化反应器中，
，2-5s甲烷质量分数由7.32%变为5.32%，所以2-5s甲烷质量减少量为
16×(7.32%-5.32%) 3=0.96g，2-5s甲烷变化的物质的量为，
3. 用单位时间内物质分压的该变量求速率
解题思路1：恒压装置——意味总压不会发生改变
恒容装置——意味总压可能会随着反应的进行发生改变
可以根据Pv=nRT，阿伏伽德罗推论：在相同温度和相同体积下，物质的量与压强成正比，
求解变化后的总压强。
例3. 工业制硫酸的过程中，SO (g)转化为SO (g)是关键的一步，550 ℃时，在1 L的恒温容器中，反应过程
2 3
中部分数据见下表：
反应时间/min SO (g)/mol O(g)/mol SO (g)/mol
2 2 3
0 4 2 0
5 1.5
10 2
15 1
若在起始时总压为p kPa，反应速率若用单位时间内分压的变化表示，气态物质分压＝总压×气态物质的
0
物质的量分数，则10 min内SO (g)的反应速率v(SO )＝__________ kPa·min－1。
2 2
【答案】
【解析】 列出“三段式”
气体总压之比等于气体物质的量之比，所以 10 min时体系总压p10 min满足＝，即p10 min＝p0 kPa，p初
始(SO )＝p0 kPa，p10 min(SO )＝p0×＝p0 kPa，故v(SO )＝(p0 kPa－p0 kPa)÷10 min＝p0 kPa·min－1。
2 2 2
练习3. 反应I可用于在国际空间站中处理二氧化碳，同时伴有副反应II发生。
主反应I：CO(g)+4H(g) CH(g)+2HO(g) ΔH =-270kJ·mol-1
2 2 4 2 1
副反应II：CO(g)+H(g) CO(g)+HO(g) ΔH
2 2 2 2
为了进一步研究上述两个反应，某小组在三个容积相同的刚性容器中，分别充入1mol CO 和4mol H ，在
2 2
三种不同实验条件（如表）下进行两个反应，反应体系的总压强（p）随时间变化的情况如图所示：实验编号 a b c
温度/K T T T
1 1 2
催化剂的比表面积/（m2·g-1） 80 120 120
①T T（填”>””<”或”=”），曲线III对应的实验编号是 。
1 2
②若在曲线II的条件下，10min达到平衡时生成1.2mol H O，则10min内反应的平均速率υ(H O)=
2 2
kPa·min-1
【答案】＜ b 4.8
①由图可知，曲线Ⅱ、Ⅲ为同一温度，不同的催化剂，温度为T，曲线Ⅰ为T，曲线Ⅰ先达到平衡，速率
1 2
大，对应温度高，T＜T(填“＞”“＜”或“=”)，曲线Ⅲ对应的实验编号是b，催化剂比表面积大，反应
1 2
速率大。故答案为：＜；b；
②反应Ⅰ、Ⅱ同时进行，曲线Ⅱ压强由200Kpa降到160Kpa， ，n =4mol，设反应Ⅰ生成2xmol
平
水，
可得等式：5-消耗的二氧化碳和氢气+生成的甲烷+生成的水+生成的一氧化碳=5-（x+4x+1.2-2x+1.2-2x）
+x+1.2+1.2-2x=4，x=0.5，平衡时水为0.2mol，甲烷为0.5mol，一氧化碳为0.2mol,氢气为1.8mol，二氧化
碳为0.3mol，若在曲线Ⅱ的条件下，10min达到平衡时生成1.2molHO，则10min内反应的平均速率
2
v(H O)= =4.8kPa•min-1
24. 用速率常数表示化学速率
例4. NO 为重要的火箭推进剂之一、NO 与NO 转换的热化学方程式为NO(g) 2NO (g) H。上述
2 4 2 4 2 2 4 2
反应中，正反应速率v =k ·p(N O)，逆反应速率v =k ·p2(NO )，其中k 、k 为速率常数。若将定量
正 正 2 4 逆 逆 2 正 逆 △
NO 投入真空容器中恒温恒压分解(温度298K、压强110 kPa)，已知该条件下k =5×102 kPa-1·s-1，当NO
2 4 逆 2 4
分解10%时，v =___________kPa·s-1。
逆
【答案】 2×105
设四氧化二氮起始物质的量为1mol，当四氧化二氮分解10%时，四氧化二氮的物质的量为(1—
1×10%)=0.9mol、二氧化氮的物质的量为1mol×10%×2=0.2mol，则二氧化氮的分压为 ×110
kPa=20 kPa，v =5×102 kPa-1·s-1×(20 kPa)2= 2×105kPa·s-1，故答案为： ；2×105；
逆
练习4. 工业上利用CH(混有CO和H)与水蒸气在一定条件下制取H ，原理为CH(g)＋HO(g) CO(g)
4 2 2 4 2
＋3H(g)，该反应的逆反应速率表达式为v ＝k·c(CO)·c3(H )，k为速率常数，在某温度下测得实验数据如
2 逆 2
表所示：
CO浓度/(mol·L－1) H 浓度/(mol·L－1) 逆反应速率/(mol·L－1·min－1)
2
0.1 c 8.0
1
c c 16.0
2 1
c 0.15 6.75
2
由上述数据可得该温度下，c＝_____，该反应的逆反应速率常数k＝_____ L3·mol－3·min－1。
2
【答案】0.2 1.0×104
根据表中数据列出方程组：0.1k×c ＝8、kcc ＝16、kc0.153＝6.75，三式联立解得c=0.2，k=104。
2 2 2
练习5. 300 ℃时，2NO(g)＋Cl(g) 2ClNO(g)的正反应速率表达式为v ＝k·cn(ClNO)，测得速率和浓度
2 正
的关系如下表：
序号 c(ClNO)/(mol·L－1) v/(mol·L－1·s－1)
① 0.30 3.60×10－9
② 0.60 1.44×10－8
③ 0.90 3.24×10－8
n＝________；k＝________________。
【答案】 2 4×10-8
由表格数据可得： 、 ，解得：n=2，k=4×10-8，故答案为：2；4×10-8；二、 平衡的判定
1. 利用速率判定是否达平衡
（1）同一对象 ：υ =υ 达平衡
(正) (逆)
（2）不同对象 ：方向相反，速率为系数比。υ (A)/υ逆(B)=a/b
正
例5：2SO (g)+O(g) 2SO (g)，判断一下描述是否达到平衡状态？
2 2 3
①υ(SO )=2υ(O )
2 2
②υ
正
(SO
2
)=υ
逆
（SO
3
）
③消耗1mol O 的同时，生成2mol SO
2 3
④单位时间内消耗SO 的量是消耗O 量的 倍
3 2
【答案】
①不能判定反应已经平衡。因为没有方向。
②能判定反应已经平衡。因为对象不同，方向相反，且速率之比为系数之比。
③不能判定反应已经平衡。消耗O 说明正向，生成SO 说明正向，两个方向相同无法比较。
2 3
④能判定反应已经平衡。消耗SO 说明逆向，消耗O 说明正向，方向相反，速率之比为系数之比。
3 2
练习6. 对于CO(g)+3H(g) CHOH(g)+H O(g)，下列说法能判断该反应达到平衡状态的是（ ）
2 2 3 2
A. 3υ(CO )=υ(H) B. 3υ逆（H）=υ正（HO）
2 2 2 2
C.υ正(H )=3υ逆（CO） D. 断裂3mol H-H键的同时，形成2mol O-H键
2 2
E. 断裂3mol H-H键的同时，断裂3mol O-H键
【答案】CE
A中没有指明方向；B中有方向，但是速率之比并不等于系数比；C中对象不一致，方向相反，且速率之
比等于系数之比；D中方向是同一个方向；E为两个不同的方向，且转化为同一种物质的速率相同。
2. 利用变到不变判定
（1）P总、V总、n总
N(g)+3H(g) 2NH (g) 2HI(g) H(g)+I (g)
2 2 3 2 2
n 不变达平衡 可以判定其平衡 不可以判定其平衡
总
恒容：p 不变达平衡 可以判定其平衡 不可以判定其平衡
总
恒压：V 不变达平衡 可以判定其平衡 不可以判定其平衡
总
（2）物质的量分数、体积分数
A(g)+B(g) 2C(g) A(g)+B(g) C(g) C(s) A(g)+B(g)
不变达平衡 可以判定其平衡 可以判定其平衡 不可以判定其平衡
=n（B）/n总易错点：当总物质的量和B的物质的量都在发生改变时，那么可以利用极值法求解，B的物质的量分数是
否发生改变。
（3）气体平均相对分子质量
判断： 不变达平衡可否判断达平衡
N(g)+3H(g) 2NH (g) 可以判定其平衡
2 2 3
H(g)+I (g) 2HI(g) 不可以判定其平衡
2 2
2C(g) 2A(g)+B(s) 可以判定其平衡
NH COONH(s) 2NH (g)+CO (g) 不可以判定其平衡
2 4 3 2
=m总气体质量/n总气体物质的量
（4）气体密度
不变达平衡可否判断达平衡
恒容：2SO (g)+O(g) 2SO (g) 不可以判定其平衡
2 2 3
恒容：2A(g)+B(s) 2C(g) 可以判定其平衡
恒压：2SO (g)+O(g) 2SO (g) 可以判定其平衡
2 2 3
恒压：2A(g)+B(s) 2C(g) 可以判定其平衡
=m总气体的质量/V容器
练习7：甲醇气相脱水制甲醚的反应可表示为：2CHOH(g) CHOCH (g)+HO(g)，一定温度下，在恒
3 3 3 2
容密闭容器中充入一定量的CHOH(g)发生上述反应，能判断反应达到化学平衡状态的是____。
3
A．CHOCH (g)和HO(g)的浓度比保持不变
3 3 2
B．v (CHOH)=2v (CHOCH )
正 3 逆 3 3
C．容器内压强不再变化
D．混合气体的平均相对分子质量不再变化
【答案】B
A．CHOCH (g)和HO(g) 均为生成物，且两者比例为1:1 ，物质的量相等，则两者物质的量浓度也相等，
3 3 2
故两者浓度比始终为1:1，所以两者浓度比保持不变，不能说明反应达到平衡状态， A 不符合题意；
B．在任何时刻都存在 v (CHOH)=2v (CHOCH )，若v (CHOH)=2v (CHOCH )，则 v (CHOCH )=
正 3 正 3 3 正 3 逆 3 3 正 3 3
v (CHOCH )，反应处于平衡状态，B 符合题意；
正 3 3
C．该反应是反应前后气体物质的量不变的反应，由于体系温度、容积不变，则体系的压强始终不变，因
此不能据此判断反应是否处于平衡状态，C 不符合题意；
D．该反应是反应前后气体物质的量不变的反应，反应前后气体的质量不变，则反应混合物的平均相对分
子质量始终不变化，因此不能据此判断反应是否处于平衡状态，D 不符合题意；故合理选项是B。
练习8. 工业合成氨气，在恒温恒容装置中，下列能说明该反应已达到平衡状态的是___________。
A．3v (H )=2v (NH ) B．容器内气体压强不变
正 2 逆 3
C.混合气体的密度不变 D．混合气的温度保持不变
【答案】 BD
①A．3v (H )=2v (NH )说明正、逆反应速率不相等，反应未达到平衡状态，故错误；
正 2 逆 3
B．合成氨反应是气体体积减小的反应，容器内气体压强不变说明正、逆反应速率相等，反应达到平衡状
态，故正确；
C．由质量守恒定律可知，反应前后气体的质量不变，在恒容容器中，混合气体的密度始终不变，则混合
气体的密度不变不能判断反应是否达到平衡状态，故错误；
D．合成氨反应是放热反应，在密闭绝热容器中，反应放出的热量使混合气的温度升高，则混合气的温度
保持不变说明正、逆反应速率相等，反应达到平衡状态，故正确；
BD正确，故答案为：BD；
三、K值计算
1. K值的计算和用途
（1）K值的计算
例6. T℃时，在恒温恒容的密闭条件下发生反应：N(g)＋3H(g) 2NH (g)，反应过程中各物质浓度的变
2 2 3
化曲线如图所示：
在该条件下反应的平衡常数为______mol-2·L2(保留两位有效数字)。
【答案】0.73
平衡时反应的平衡常数为 =0.73 mol-2·L2
练习9. CH-CO 催化重整不仅可以得到合成气（CO和H ），还对温室气体的减排具有重要意义，CH-
4 2 2 4
CO 催化重整反应为：CH(g)+CO (g) 2CO(g)+2H(g)。某温度下，体积为2L的容器中加入2molCH ，
2 4 2 2 41molCO 以及催化剂进行重整反应，达到平衡时CO 的转化率是50%，其平衡常数为
2 2
【答案】0.33
根 据 题 意 列 三 段 式 有 : ， 则 平 衡 常 数 K=
；
改编：CH-CO 催化重整不仅可以得到合成气（CO和H），还对温室气体的减排具有重要意义，CH-CO
4 2 2 4 2
催化重整反应为：CH(g)+CO (g) 2CO(g)+2H(g)
4 2 2
某温度下，初始体积为2L的容器中加入2molCH ，1molCO 以及催化剂进行重整反应，保持恒压状态，达
4 2
到平衡时CO 的转化率是50%，其平衡常数为 （保留两位有效数字）。
2
【答案】0.37
根据题意列三段式有： ，末状态的总物质的量
为3.5mol。因为处于恒温恒压状态下根据体积之比等于物质的量之比 ，得到平衡时的体积
x= L。 ≈0.37
（2） K值的应用
①用于判定平衡的移动方向（本质判定υ 和υ 的相对大小关系）
正 逆
例7. 在恒温恒压条件下，N(g)+3H(g) 2NH (g)，达到平衡时各物质的量均为1mol，再充入3mol N，
2 2 3 2
平衡 移动。 （填“正向”、“逆向”或“不”）
【答案】不
设体积为V，此时的当冲入3mol的N2时，因为是恒压，此时的体积为2V。此时的
②用于判定一个气体参与反应的方程，其转化率/浓度/压强问题
例8. 恒温恒容条件下，CaO(s)+CO (g) CaCO (s)，容器中含足量CaO和CaCO 固体，达到平衡后再充
2 3 3
入CO，达到新平衡时，容器内压强 。（填“变大”、“变小”或“不变”）
2
【答案】不变
K=1/c(CO ) 当温度不变，K值不变，CO 浓度不变。又因为该反应气体只有CO，因此压强不变。
2 2 2
2. K 计算
p
例 9. 亚硝酰氯可由 NO 与 Cl 反应制得，反应原理为 2NO(g)+Cl(g) 2ClNO(g).按投料比
2
n(NO):n(Cl )=2:1把NO和Cl 充入一恒压得密闭容器中发生上述反应，NO得平衡转化率与温度T的关系如
2 2
图所示：
①该反应的 （填“>”“<”或“=”）
②M点时容器内NO的体积分数为 。
③若反应一直保持在P压强条件下进行，则M点的平衡常数Kp= （用含p的表达式表示）
【答案】 < 40%
①如图，升高温度，转化率减小，平衡逆向移动，逆向是吸热反应，正向放热反应，该反应的△H ＜ 0，
故答案为：＜。
②n(NO)：n(Cl ) ＝2:1，假设n(NO) ＝2mol，n(Cl ) ＝1mol，M点时NO转化率为50%，
2 2
M点时容器内NO的体积分数为 ，答案为40%。③若反应一直保持在P压强条件下进行，则M点的平衡常数 ；故答案为：
。
练习9 用NH 催化还原NO 也可以消除氮氧化物的污染，其反应原理为：NO(g) +NO (g)+2NH (g)
3 x 2 3
2N(g) + 3H O(g)。一定温度下，在某恒定压强为P的密闭容器中充入一定量的NO、NO 和NH ，达到平
2 2 2 3
衡状态后，容器中含n(NO)=a mol，n(NO )=2a mol，n(NH )=2a mol，n(N )=2b mol，且N(g)的体积分数为
2 3 2 2
1/3，请计算此时的平衡常数Kp=________________。（用只含P的式子表示，且化至最简式）。【备注：
对于有气体参加的反应，可用某组分的平衡分压代替物质的量浓度计算平衡常数，记作 K 。如p(NO )为
P 2
NO 的平衡分压，p(NO )=x(NO )p，p为平衡总压，x(NO )为平衡体系中NO 的物质的量分数。】
2 2 2 2 2
【答案】 P
NO(g) +NO (g)+2NH (g) 2N(g) + 3HO(g)。
2 3 2 2
已知平衡时，n(NO)=a mol，n(NO )=2a mol，n(NH )=2a mol，n(N )=2b mol，
2 3 2
物质变化的物质的量之比等于化学计量数之比，则n(H O)=3b mol，
2
根据N(g)的体积分数为1/3，则有： = ，解得，b=5a，
2
平衡时NO、NO 、NH 、N、HO的物质的量分数分别为： 、 、 、 、 ，
2 3 2 2
此时的平衡常数K= = = P。
p
因此，本题正确答案是： P；
3. 速率常数问题
例 10. 焦 炭 催 化 还 原 SO 生 成 S 的 反 应 为 2C(s)+2SO (g) S(g)+2CO (g) 。 实 验 测 得 ：
2 2 2 2 2
υ =k c2 (SO )， υ =k ·c(S )·c2 (CO )（ 分别为正、逆反应的速率常数，只与温度有
正 正 2 逆 逆 2 2
关。）某温度下，在体积为2L的恒容密闭容器中充入1molSO ，并加入足量焦炭，当反应到达平衡时，
2
SO 的转化率为80%，则：
2
① =
②平衡时体系压强为P kPa, Kp为用分压表示的平衡常数（分压=总压 物质的量分数），则平衡常数Kp=（用含p的式子表示）
【答案】 3.2
由图可知，该过程的最终结果是活化氧分子生成活化氧，则活化1个氧分子放出的能量为0.29eV；没有加
水时活化能为0.75eV，加入水后活化能为0.57eV，则水可以使氧分子活化反应的活化能降低(0.75eV—
0.57eV)= 0.18eV，故答案为：0.29；0.18；
(4)由题意可建立如下三段式：
①当反应达到平衡时，正逆反应速率相等，v = v ，则k ·c2(SO ) =k ·c(S )·c2(CO)， =
正 逆 正 2 逆 2 2
= =3.2，故答案为：3.2；
②平衡时二氧化硫、硫蒸汽、二氧化碳的分压分别为 、 、 ，则平衡常数K = = ，
p
故答案为： 。
练习10、对于反应2SiHCl (g) SiHCl(g)+SiCl (g)，采用大孔弱碱性阴离子交换树脂催化剂，在323K
3 2 2 4
和343K时SiHCl 转化率随时间变化的结果如图所示。
3
①343K时反应的平衡转化率α = %，平衡常数K
（343K）
= （保留2位小数）
②比较a、b处反应速率大小：υ υ （填“大于”“小于”或“等于”）
a b
反应速率υ =υ −υ =k x −k x x ，k 、k 分别为正、逆向反应速率常数， 为物质
正 逆 正 SiHCl 逆 SiH Cl SiCl 正 逆
3 2 2 4
υ
的量分数，计算α处的 正 = （保留1为小数）
υ
逆
【答案】 22 大于 1.3①温度越高，反应越先达到平衡，根据图示，左侧曲线对应的温度为343K，343K时反应的平衡转化率为
22%。故答案为：22；
②温度越高，反应速率越大，a点所在曲线对应的温度高于b点所在曲线对应的温度，所以a点反应速率大
于b点反应速率。a点所在曲线达到平衡时，v =v ，即k ·x2(SiHCl )=k ·x(SiHCl)·x(SiCl )，从题图上
正 逆 正 3 逆 2 2 4
可知a点所在曲线平衡时SiHCl 的转化率为22%，设投入SiHCl ymol，则根据三段式法得
3 3
由k ·x2(SiHCl )=k ·x(SiHCl)·x(SiCl )得，k ×0.782=k ×0.112，则 ①，在a处SiHCl 的转化率
正 3 逆 2 2 4 正 逆 3
为20%，根据三段式法得
则 ，将①代入计算得出 ≈1.3。故答案为：大于；1.3。
4.方程式之间K值的关系处理
例11、甲醇是重要的化学工业基础原料和清洁液体燃料。工业上可利用CO或CO 来生产燃料甲醇。已知
2
制备甲醇的有关化学反应以及在不同温度下的化学反应平衡常数如下表所示：
温度/℃
化学反应 平衡常数
500 800
①2H(g)＋CO(g) CHOH(g) K 2.5 0.15
2 3 1
②H (g)＋CO(g) HO(g)＋CO(g) K 1.0 2.50
2 2 2 2
③3H(g)＋CO(g) CHOH(g)＋HO(g) K
2 2 3 2 3
(1)据反应①与②可推导出K 、K 与K 之间的关系，则K ＝________(用K 、K 表示)。
1 2 3 3 1 2
(2)反应③的ΔH________0(填“>”或“＜”)。
(3)500 ℃时测得反应③在某时刻H(g)、CO(g)、CHOH(g)、HO(g)的浓度(mol·L－1)分别为0.8、0.1、0.3、
2 2 3 2
0.15，则此时v ________v (填“＞”“＝”或“＜”)。
正 逆
【答案】(1)K K (2)< (3)<
1 2
（1）由盖斯定律可知，反应①+②可得反应③，则K = K K ，故答案为：K K ；
3 1 2 1 2（2）由表格数据可知，500℃时，K =2.5×1.0=2.5，800℃时，K =0.15×2.5=0.375，升高温度，反应③的平
3 3
衡常数K 减小，说明平衡向逆反应方向移动，该反应为放热反应，反应△H<0，故答案为：<；
3
（3）由题给数据可知，500℃时，反应③在某时刻的浓度熵Q= =100＞K=2.5，反应
c
向正反应方向进行，正反应速率小于逆反应速率，故答案为：<；
练习11、化学平衡状态I、II、III的相关数据如下表：
温度
平衡
编号 化学方程式
常数
979K 1173K
I Fe(s)+CO (g) FeO(s)+CO(g) K 1.47 2.15
2 1
Ⅱ CO(g)+HO(g) CO(g)+H(g) K 1.62 b
2 2 2 2
Ⅲ Fe(s)+H O(g) FeO(s)+H (g) K a 1.68
2 2 3
根据以上信息判断，下列结论错误的是A．a＞b
B．增大压强，平衡状态II不移动
C．升高温度平衡状态III向正反应方向移动
D．反应II、III均为放热反应
【答案】C
【分析】Fe(s)+CO (g) FeO(s)+CO(g)与CO(g)+HO(g) CO(g)+H(g)相加可得Fe(s)+H O(g)
2 2 2 2 2
FeO(s)+H (g)；K= ；K= ;K = ，K÷K= K ；所以K=K ×K ，当温度是
2 1 2 3 3 1 2 3 1 2
979K时，a=K =K ×K =1.47×1.62=2.38；当温度是1173K，b=K =K ÷K=1.68÷2.15=0.78
3 1 2 2 3 1
【详解】A.a=2.38>b=0.78,即a＞b ，选项A正确；
B．由于II反应是反应前后气体体积相等的反应，所以增大压强，平衡状态II不移动，正确；
C．对于反应III来说，在979K时平衡产生是2.38，在温度是1173K时，平衡常数是1.68，可见升高温度，
化学平衡增大，说明升高温度化学平衡向吸热反应方向移动，逆反应方向是吸热反应，所以该反应的正反
应是放热反应，升高温度，平衡状态III向逆反应方向移动，错误；
D．对于反应II，1.62>0.78,说明升高温度平衡逆向移动，逆反应是吸热反应，所以正反应为放热反应；对
于反应III，2.38>1.68,升高温度，平衡逆向移动，逆反应是吸热反应，所以正反应为放热反应，反应II、III
均为放热反应，正确。
5. 同一容器中进行多个反应，求常数问题。例12. 将固体NH I置于密闭容器中，在某温度下发生下列反应：
4
①NH I(s) NH (g)+HI(g)
4 3
②2HI(g) H(g)+I (g)
2 2
当达到平衡时，C(H)=1mol/L,C(HI)=4mol/L，则此温度下反应①的平衡常数为
2
【答案】24mol2/L2
K==c(NH)·c(HI)
3
反应①中产生的NH 与HI一样的，平衡时的HI的浓度=反应①中产生-反应②中消耗的=4mol/L
3
根据H 的浓度1mol/L，可以求得HI在反应②中消耗2mol/L.因此在反应①中产生的C(HI)=C(NH )=6mol/L
2 3
综上所述平衡时C(NH3)=6mol/L,c(HI)=4mol/L.因此K=6×4=24mol2/L2
练习12、CO 经催化加氢可以生成低碳烃，主要有以下两个竞争反应：
2
反应Ⅰ：CO(g)＋4H(g) CH(g)＋2HO(g)
2 2 4 2
反应Ⅱ：2CO(g)＋6H(g) C H(g)＋4HO(g)
2 2 2 4 2
为分析催化剂对反应的选择性，在1 L密闭容器中充入1 mol CO 和2 mol H ，测得有关物质的物质的量
2 2
随温度变化如图所示：
该催化剂在较低温度时主要选择______(填“反应Ⅰ”或“反应Ⅱ”)。520 ℃时，反应Ⅰ的平衡常数K＝
________(只列算式不计算)。
【答案】反应Ⅰ；
①从图象可知，该催化剂在较低温度时，甲烷含量高，因此选择反应Ⅰ；根据图象可知：520℃时，生成
乙烯的量为0.2mol,密闭容器体积为1 L，根据反应方程式进行计算如下：
2CO(g)+6H(g) C H(g)+4HO(g)
2 2 2 4 2
起始量 1 2 0 0
变化量 0.4 1.2 0.2 0.8
平衡量 0.6 0.8 0.2 0.8
反应II的平衡常数K= (0.2/1) ×(0.8/1)4/(0.8/1)6×(0.6/1)2= ；正确答案：反应Ⅰ； 。
【2】专项练习
1. （2022·山东日照·高三期中）将CO 转化为高附加值碳基燃料，可有效减少碳的排放。在催化剂作用下
2
CO 甲烷化的总反应为： CO(g)+2H(g) CH(g)+ H O(g) △H K ，该反应分两步完成，反应过
2 2 2 4 2 总 p总程如下：
i.CO (g)+H(g) CO(g)+HO(g) △H K
2 2 2 1 p1
ii.CO(g)+H (g) CO(g)+ CH(g) △H K
2 2 4 2 p2
回答下列问题：
(1)催化剂的选择是CO 甲烷化技术的核心。在两种不同催化剂条件下反应相同时间，测得CO 转化率和生
2 2
成CH 选择性随温度的变化如图所示。
4
对比上述两种催化剂的催化性能，工业上应选择的催化剂是____，使用的合适温度为____。
(2)为研究反应过程的热效应，一定温度范围内对上述反应的平衡常数K 进行计算，得lgKp-T的线性关系
p
如图：
①对于反应ii，图中v _____v (填“>”“<”或“=”)。反应i中，正反应的活化能E ____(填“>”“<”或
正A 正B 正
“=”)逆反应的活化能E 。
逆
②在T 温度下K =____，在该温度下，向恒容容器中充入7molCO 和12molH ，初始压强为19kPa，反应
1 p1 2 2
经7min达到平衡，此时p(H O)=5kPa，则v(H )=_____kPa•min-1。达到平衡后，若保持温度不变压缩容器
2 2
的体积，CH 的物质的量____(填“增加”“减小”或“不变”)，反应i的平衡将____(填“正向”“逆
4
向”或“不”)移动。
【答案】(1) Ni－CeO 320℃
2
(2) < > 1 1 增加 正向
【详解】（1）由图可知使用 催化剂时二氧化碳的转化比Ni催化剂要高，同时使用 时甲
烷的选择性也高于Ni，因此应用 做催化剂，温度应选320℃，在此温度时二氧化碳的转化率最高，
且甲烷的选择性也较高，故答案为： ；320℃；（2）①A点的温度低于B点，温度越高反应速率越快，因此v 小于v ；根据盖斯定律，由i+ii=总反
正A 正B
应，则 ，Kp1= ，由图可知，横坐标为T，则横坐标越大，温度越高，反应ii和总反
应的Kp随着温度的升高而减小，总反应的lgKp减小的幅度小于反应ii，降低温度，Kp1= 增大，则
反应i为吸热反应，因此正反应的活化能E >逆反应的话化能E ，故答案为：<；>；
正 逆
②根据盖斯定律，由i+ii=总反应，则 ，K = ，由图可知，当温度为T1时， ，
p1
则 ；在该温度下，向恒容容器中充入7molCO 和12molH ，气体总物质的量为19mol，初始压强为
2 2
19kPa，根据压强之比等于物质的量之比，则7min达到平衡，此时p(H O)=5kPa，可知n(H O)=5mol，设反
2 2
应ii中消耗的CO的物质的量为xmol，列三段式得：
，解得：x=2，则氢气消耗的物质的量为7mol， ，v(H )=
2
=1 kPa•min-1。
将容器的体积压缩，压强增大，反应ii平衡均正向移动，则CH 的物质的量增加；CO 浓度增大、CO浓度
4 2
减小，所以平衡i将正向移动；故答案为：1；1；增加；正向；
2．（2022·山西运城·高三期中）在“碳达峰、碳中和”的目标引领下，减少 排放实现 的有效转化
成为科研工作者的研究热点。根据以下几种常见的 利用方法，回答下列问题。
I.以 作催化剂，采用“ 催化加氢制甲醇”方法将其资源化利用。反应历程如下：
i.催化剂活化： (无活性) (有活性)；
ii. 与 在活化的催化剂表面同时发生如下反应：
①主反应： ，
②副反应： 。
(1)某温度下，在恒容反应器中，能说明反应①达到平衡状态的是_______(填序号)。
A．分别用 和 表示的速率之比为3：1
B．混合气体的平均摩尔质量不变C．混合气体的密度不变
D． 和 的分压之比不变
(2)a. 选择性随气体流速增大而升高的原因可能是_______。(已知： 选择性
)
b.某温度下， 与 的混合气体以不同流速通过恒容反应器。气体流速增大可减少产物中 的积
累，从而减少催化剂的失活，请用化学方程式表示催化剂失活的原因：_______。
(3)反应①、②的 (K代表化学平衡常数)随 (温度的倒数)的变化如图所示。
升高温度，反应 的化学平衡常数_______(填“增大”或“减小”或“不
变”)。
(4)恒温恒压密闭容器中，加入2mol 和4mol ，只发生反应①和反应②，初始压强为 。
a.在230℃以上，升高温度 的平衡转化率增大，但甲醇的产率降低，原因是_______。
b.在300℃发生反应，反应达平衡时， 的转化率为50%，容器体积减小20%。则反应②用平衡分压表
示的平衡常数K=_______(保留两位有效数字)。
p
II.利用干重整反应不仅可以对天然气资源综合利用，还可以缓解温室效应对环境的影响。该反应一般认为
通过如下步骤来实现：
i.
ii.
上述反应中 为吸附活性炭，反应历程的能量变化如图1所示：(5) 干重整反应的速率由决定_______(填“反应i”或“反应ⅱ”)， 干重整反应的热化
方程式为_______。(选取图1中 、 、 表示反应热)。
【答案】(1)BD
(2) 增大 与 混合气体流速可增大压强
(3)减小
(4) 230℃以上，温度升高，反应I的平衡向逆反应方向移动，反应Ⅱ的平衡向正反应方向移动，但温度
对反应II的平衡影响更大 0.22
(5) 反应i
【详解】（1）A．分别用 和 表示的速率之比为3:1始终成立，只给了正反应速率，不能确定反
应达到平衡状态，A项错误；
B．反应①是分子数改变的反应，该混合气体的平均摩尔质量不变，即混合气体的总物质的量，也即各组
分的物质的量不变，反应达到平衡状态，B项正确；
C．混合气体的质量不变，容器体积不变，混合气体的密度始终不变，不能确定达到平衡状态，C项错误；
D． 和 的分压之比不变，可以确定达到平衡状态，D项正确；
答案选BD；
（2）某温度下， 和 的混合气体以不同流速通过恒容反应器， 选择性随气体流速增大而升
高的原因可能是增大 和 混合气体流速可增大压强，压强增大，平衡正向移动，生成 ，消耗
的物质的量增大，导致 选择性升高；气体流速增大可减少产物中 的积累，减少催化剂
的失活，从而提高 的选择性，用化学方程式表示催化剂失活的原因是 ；
（3）根据盖斯定律 等于反应①-反应②，则平衡常数 ，根据图像可
知，温度升高， 减小， 增大，则K减小，因此该反应的平衡常数减小；（4）230℃以上，温度升高，反应I的平衡向逆反应方向移动，反应Ⅱ的平衡向正反应方向移动，但温度
对反应II的平衡影响更大；由于反应I，容器容积减小，设参加反应I的二氧化碳的物质的量为xmol，则
关系是 ，解得x=0.6mol，则参加反应I的氢气的物质的量为1.8mol，生成甲醇的物质的
量为0.6mol，生成水蒸气的物质的量为0.6mol，而生成二氧化碳的转化率为50%，则参加反应Ⅱ的二氧化
碳的物质的量为2mol×0.5-0.6mol=0.4mol，反应Ⅱ消耗氢气0.4mol，生成一氧化碳0.4mol,生成水蒸气
0.4mol,平衡时容器中有二氧化碳1mol,氢气1.8mol,甲醇0.6mol，水蒸气1mol，一氧化碳0.4mol，氢气的转
化率 ，设平衡时容器体积为V，则反应②的平衡常数为 ；
（5）由图可知，反应的速率由反应i决定；热化方程式为
。
3．（2022·重庆八中高三阶段练习）碳化学是以分子中只含一个碳原子的化合物为原料生产化工产品的方
法。CO和 的混合气体是一碳化学的重要原料，焦炭与水蒸气在刚性密闭容器中会发生如下两个反应：
I．
II．
(1)反应I在_____________下能自发进行(填“任何温度”“高温”或“低温”)。已知C(s)、 (g)、CO(g)
的燃烧热分别为393.5kJ/mol、285.8kJ/mol、283.0kJ/mol，则 ___________。
(2)若在绝热恒容容器中仅发生反应II，则下列事实能说明反应达到平衡状态的是 (填序号)。
A．容器内温度不变 B． 比值不变
C．容器内气体的密度不再改变 D．容器内气体的平均相对分子质量不变
(3)已知反应II的正反应速率 ，逆反应速率 ， 、 分别
为正、逆反应速率常数， (k表示 或 )与温度 的关系如图所示。A点对应的温度下，反应的平衡
常数 ___________；升高温度，反应Ⅱ的平衡常数K___________(填“变大”“变小”或“不变”)，
其中直线b表示___________随温度的变化(填“ ”或“ ”)。
(4)在图A点对应的温度下，向某恒温刚性密闭容器中加入足量焦炭和4mol水蒸气，同时发生反应I和反应II，已知起始时容器内压强为80kPa，10min后体系达到平衡状态，容器内压强变为100kPa。
①提高水蒸气平衡转化率的方法有_______________(写两种不同的方法)。
②平衡时CO的分压 ___________kPa，平衡时水蒸气的转化率为___________%。
【答案】(1) 高温 —45kJ/mol
(2)AB
(3) 1 变小 K
逆
(4) 降低压强、及时分离出H 和CO 8 40
2 2
【详解】（1）由方程式可知，反应I为熵增的吸热反应，高温条件下反应ΔH—TΔS＜0，反应能自发进行；
由题给燃烧热可得如下热化学方程式：①C(s)+O(g)=CO (g) ΔH=—393.5kJ/mol，②H(g)+ O(g)=HO(l)
2 2 2 2 2
ΔH=—285.8kJ/mol，③CO(g)+ O(g)= CO (g) ΔH=—283.0kJ/mol，由盖斯定律可知，反应I—①+②+③可
2 2
得HO(g)=H O(l)，则ΔH=(+130.3kJ/mol)—(—393.5kJ/mol)+(—285.8kJ/mol)+(—283.0kJ/mol)=—45kJ/mol，
2 2 3
故答案为：高温；—45kJ/mol;
（2）A．由题给燃烧热可得如下热化学方程式：①H(g)+ O(g)=HO(l) ΔH=—285.8kJ/mol，②CO(g)+
2 2 2
O(g)= CO (g) ΔH=—283.0kJ/mol，由(1)可得③HO(g)=H O(l) ΔH=—45kJ/mol，由盖斯定律可知，反应②—
2 2 2 2
①+③可得反应IICO(g)+H O(g) CO(g)+H(g)，则ΔH=(—285.8kJ/mol)—(—283.0kJ/mol)+(—45kJ/mol)=
2 2 2 2
—47.8kJ/mol，在绝热恒容容器中，反应放出的热量使容器中的温度升高，则容器内温度不变说明正逆反
应速率相等，反应已达到平衡，故正确；
B．n(CO)：n(CO)比值不变说明正逆反应速率相等，反应已达到平衡，故正确；
2
C．由质量守恒定律可知，反应前后气体的质量相等，在恒容密闭容器中混合气体的密度始终不变，则混
合气体的密度保持不变不能说明正逆反应速率相等，无法判断反应是否达到平衡，故错误；
D．由质量守恒定律可知，反应前后气体的质量相等，该反应是气体体积不变的反应，反应中气体的平均
相对分子质量始终不变，则容器内气体的平均相对分子质量不变不能说明正逆反应速率相等，无法判断反
应是否达到平衡，故错误；
故选AB；
（3）由图可知，A点正、逆反应速率常数相等，由平衡时正逆反应速率相等可得：k p(CO)p(H O)=k
正 2 逆
p(CO)p(H )，则A点对应温度下的反应的平衡常数K = = =1；由(2)可知，反应II为放热反
2 2 p
应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，平衡常数变小； 增大，反应温度降低，平衡向正反应方向移动，
正反应速率大于逆反应速率，则直线b表示逆反应速率常数，故答案为：1；变小；K ；
逆
（4）①反应I为气体体积减小的吸热反应，由(2)可知，反应II为气体体积不变的放热反应，降低压强，
反应I形成的平衡向正反应方向移动、反应II形成的平衡不移动，水蒸气的转化率增大，及时分离出氢气，
反应I和反应II形成的平衡均向正反应方向移动，水蒸气的转化率增大，及时分离出二氧化碳，反应II形成的平衡向正反应方向移动，水蒸气的转化率增大，故答案为：降低压强、及时分离出H 和CO；
2 2
②由起始时容器内压强为80kPa可知，水蒸气的分压为80kPa，设反应I和反应II消耗水蒸气的分压分别为
a kPa和bkPa，由方程式可知，平衡时水蒸气、二氧化碳、氢气和一氧化碳的分压分别为(80—a—b) kPa、
bkPa、(a+b) kPa和(a—b) kPa，由10min后体系达到平衡状态，容器内压强变为100kPa可得：(80—a—b)
kPa+bkPa+(a+b) kPa+(a—b) kPa=100kPa，解得a=20，由A点对应温度下的反应的平衡常数K =1可得：
p
=1，解得b=12，则一氧化碳的分压为(20—12) kPa=8 kPa，水蒸气的转化率为
×100%=40%，故答案为：8；40。
4．（2022·江西吉安·高三阶段练习）乙烯、丙烯是极为重要的石油化工原料，中国石化集团于2021年11
月17日宣布，我国已经实现“轻质原油裂解制乙烯、丙烯”工业化生产，此技术或大幅缩短生产流程、降
低生产成本、减排二氧化碳。
(1)已知裂解过程存在两个反应：
ⅰ.
ⅱ.
则 _______；下列措施最有可能提高丙烯产率的是_______(填标号)。
A．减小压强 B．分离出
C．升高温度 D．使用对丙烯高选择性的催化剂
(2)一定条件下，向某密闭容器中通入 的丁烷，控制适当条件使其发生如下反应：
，测得丁烷的平衡转化率随温度、压强的变化如下图所示：
①X表示_______ (填“温度”或“压强”)， _______ (填“>”或“<”)，该反应为焓_______ (填“增”
或“减”)反应。
②A点对应的压强为 ，若反应从开始到恰好达到平衡状态所用时间为 ，则 _______
，此温度下平衡常数 _______，A、B、C三点对应的平衡常数 的大
小关系为_______。( 为用分压表示的平衡常数，分压=总压×物质的量分数)【答案】(1) D
(2) 温度 < 增
【详解】（1）由ⅰ式−ⅱ式可得到 ，则 − = −(
)= ；反应ⅰ和反应ⅱ都是吸热反应、都是气体分子数增大的反应、且都生成
氢气，升高温度、减小压强、分离出 都可以使两个反应的平衡正向移动，丙烯的产率不一定提高，使
用对丙烯高选择性的催化剂，可以促进反应ⅱ的转化，最有可能提高丙烯产率，所以答案选D；
（2）①该反应是气体分子数增大的反应，增大压强，平衡逆向移动，丁烷的平衡转化率降低，所以X不
是压强，是温度；A点和B点处于同一温度下，A点→B点，丁烷的平衡转化率降低，说明化学平衡逆向
移动，该反应是气体分子数增大的反应，则A点→B点，压强增大，即 < ；横坐标X表示的是温度，
温度升高，丁烷的平衡转化率增大，则该反应是吸热反应，即该反应为焓增反应；②A点对应的压强为
，若反应从开始到恰好达到平衡状态所用时间为 ，列出三段式：
A点丁烷的平衡转化率为60%，则： ，可得x=2.4mol，
同温同压下： ，即 ，可得 ，平衡时丁烷的分压为：
，则 ；同理计算出乙烯、乙
烷的分压都为： ，则此温度下平衡常数 ；
A点和B点处于同一温度下，则 ，C点温度高于A点和B点，该反应为吸热反应，温度升高，
K 增大，则 。
p
5．（2022·湖北·高三阶段练习）为消除燃煤烟气中含有的 、 ，研究者提出若干烟气“脱硫”“脱
硝”的方法。
【方法一】以NaClO作为吸收剂进行一体化“脱硫”“脱硝”，将烟气中的 、NO转化为 、 。
(1) 溶液理论上最多能吸收标准状况下NO的体积为_______L。
(2)实验室利用模拟烟气(模拟烟气中 和NO的物质的量之比为 )探究该方法“脱硫”“脱硝”的效果，
一定时间内，温度对硫、硝脱除率的影响曲线如图所示。①此方法“脱硫”“脱硝”探究实验的最佳温度为_______； 的脱除率高于 ，其原因除 的还原
性比 强外，还可能是_______。
② 时，吸收液中烟气转化生成的 和 的物质的量之比为_______。
【方法二】 技术(选择性催化还原氮氧化物)
研究表明，铁基催化剂在260~300℃范围内实现 技术的过程如图所示。
(3)根据上述机理， 在反应过程中的作用为_______；等物质的量的 、 在有氧条件下转化为
的总反应化学方程式为_______；
(4)若使用锰基催化剂(活性物质为 )代替铁基催化剂，烟气中含有的 会使催化剂失效而降低 脱
除率，用化学方程式表示催化剂失效的原因：_______。
(5)向反应体系中添加 可显著提高 脱除率，原因是 与 反应生成 和阴离子M；阴离
子M再与 发生反应转化为 ，则阴离子M为_______。
【答案】(1)4.48
(2) 50℃ 难溶于水，故 与 反应速率慢，一定时间内的去除率低
(3) 作催化剂
(4)
(5)
【详解】（1） 溶液含0.3mol ，根据反应3ClO−＋2NO＋HO=3Cl−＋2
2
＋2H＋，最多吸收0.2mol NO，标况下体积为4.48L；
（2）①由图可知，50℃时，二氧化硫和一氧化氮的脱除率最高，故此方法“脱硫”“脱硝”探究实验的
最佳温度为50℃；二氧化硫易溶于水， 难溶于水，故 与 反应速率慢，一定时间内的去除率低；
②烟气中SO 和NO的体积比为1:2，假设SO 物质的量为1mol，NO物质的量为2mol，ClO−＋ SO ＋
2 2 2
HO=Cl−＋ ＋2H＋，SO 物质的量为1mol，SO 的转化率几乎是100%，则生成的Cl−物质的量为1
2 2 2
mol，3ClO−＋2NO＋HO=3Cl−＋2 ＋2H＋，NO物质的量为2mol，转化率为80%，则生成的Cl−物质的
2
量为2.4mol， 物质的量为1.6mol，即共生成Cl−物质的量为3.4 mol， 物质的量为1.6 mol， 时，
吸收液中烟气转化生成的 和 的物质的量之比为1.6:3.4 = 8:17；
（3）由图可知，等物质的量的氨气和一氧化氮在有氧条件下的总反应为在催化剂作用下生成氮气和水，
反应的化学方程式为4NH + 4NO +O 4N + 6H O，反应中氢离子和铁基催化剂共同起催化剂的
3 2 2 2
作用；
（4）由题意可知，二氧化锰与烟气中的二氧化硫反应生成硫酸锰，二氧化硫使催化剂失效而降低一氧化
氮脱除率，反应的化学方程式为MnO + SO = MnSO ；
2 2 4
（5）由题意可知，向反应体系中添加硝酸铵可显著提高一氧化氮脱除率的原因是，硝酸根离子与一氧化
氮反应生成二氧化氮亚硝酸根离子，亚硝酸根离子再与铵根离子反应转化为氮气和水，反应为NO + NH
= N ↑+ 2H O，则阴离子M为亚硝酸根离子。
2 2
6．（2022·江苏南通·高三期中）HS是石油化工行业尾气，是重要的氢源和硫源，工业上可以采取多种方
2
式处理。
(1)电化学循环法将HS转化为HSO 和H，其原理如图1所示。
2 2 4 2
① 电极a上发生反应的电极反应式为_______。
② 氧化过程中硫酸参与的反应为HS＋HSO =SO↑＋S↓＋2HO。不考虑物质和能量的损失，每处理1 mol
2 2 4 2 2
HS，理论上可制得H 的物质的量为_______。
2 2
(2)30 ℃时，T.F菌在酸性环境中处理天然气中的HS的过程如图2所示。
2① 该脱硫的过程可描述为_______。
② 30 ℃时，T.F菌作用下，不同pH下Fe2＋的氧化速率与pH的关系如图3所示。工业上选择pH在2.1进行
反应，其氧化速率最快，可能的原因是_______
(3)热解HS获取氢源，原理是将HS和CH 的混合气体导入石英管反应器热解，发生如下反应：
2 2 4
反应Ⅰ.2H S(g) 2H(g)＋S(g)；ΔH=＋170 kJ·mol-1。
2 2 2
反应Ⅱ. CH(g)＋S(g) CS(g)＋2H(g)；ΔH=＋64 kJ·mol-1。
4 2 2 2
投料按体积之比 =2∶1，并用N 稀释；常压，不同温度下反应相同时间后，测得H 和CS 体积分数
2 2 2
如下表：
温度/℃ 950 1 000 1 050 1 100 1 150
H 体积分数(%) 0.5 1.5 3.6 5.5 8.5
2
CS 体积分数(%) 0.0 0.0 0.1 0.4 1.8
2
① 在1 000 ℃、常压下，若保持通入的HS体积分数[ ]不变，提高投料比
2，HS的转化率_______(填 “增大”“减小”或“不变”)。
2
② 实验测定，在950～1 150 ℃范围内(其他条件不变)，S(g)的体积分数随温度升高先增大而后减小，其原
2
因可能是_______。
【答案】(1) SO -2e-＋2HO=SO ＋4H＋ 2 mol
2 2
(2) 酸性环境中，在T.F菌的催化下，Fe3＋将天然气中的HS氧化为S，同时被还原为Fe2＋。生成的Fe2＋
2
被O 氧化为Fe3＋，继续参与循环反应 pH大于2.1时，Fe3＋开始沉淀，导致Fe3＋和Fe2＋浓度降低，
2
Fe2＋氧化速率减慢；当pH小于2.1时，酸性增强，T.F菌活性降低，Fe2＋氧化速率减慢
(3) 不变 低温段，只发生反应Ⅰ，温度升高，S(g)的体积分数增大；在高温段，温度升高，反
2
应Ⅱ消耗S 的速率大于反应Ⅰ生成S 的速率，故S(g)的体积分数减小
2 2 2
【分析】图1是电解池，二氧化硫作还原剂在阳极a被氧化为硫酸，单质碘在阴极b还原为HI；图2是T.F
菌在酸性环境中处理天然气中的HS的过程，总反应为 ；图3是Fe2＋的氧化速率随
2
pH变化的关系图，pH=2.1时，Fe2＋的氧化速率最大，pH大于2.1时，铁离子发生沉淀反应，Fe2＋浓度下
降而使其氧化速率下降，当pH小于2.1时，酸性增强，T.F菌活性降低，Fe2＋氧化速率减慢；注意观察表
格中的数据，温度对反应Ⅰ和Ⅱ的影响不同。
【详解】（1）图1是电解池，二氧化硫作还原剂在阳极a被氧化为硫酸，电极反应式为SO -2e-＋
2
2HO=SO ＋4H＋；氧化过程中，HS＋HSO =SO↑＋S↓＋2HO，S+O=SO，则1 mol H S一共产生2
2 2 2 4 2 2 2 2 2
molSO ，根据电子得失守恒 ，根据氢元素守恒 ；
2
（2）该脱硫的过程可描述为：在酸性下，T.F菌利用Fe3＋将天然气中的HS氧化为S，同时被还原为Fe2
2
＋，生成的Fe2＋被O 氧化为Fe3＋，继续参与循环反应；pH大于2.1时，Fe3＋开始沉淀，导致Fe3＋和Fe2＋浓
2
度降低，Fe2＋氧化速率减慢，当pH小于2.1时，酸性增强，T.F菌活性降低，Fe2＋氧化速率减慢；
（3）根据表格中数据，在1 000 ℃时CS 体积分数为0，则未发生反应Ⅱ，常压下，若保持通入的HS体
2 2
积分数[ ]不变，提高投料比 ，HS的浓度不变，反应速率不变，则反应相
2
同时间的转化率也不变；低温段，只发生反应Ⅰ，温度升高，S(g)的体积分数增大；在高温段，温度升高，
2
反应Ⅱ消耗S 的速率大于反应Ⅰ生成S 的速率，故S(g)的体积分数减小。
2 2 2
【点睛】图1的氧化过程中，计算时中要注意O 将S氧化为SO 的作用；表格中的数据，注意温度对反应
2 2
Ⅰ和Ⅱ的不同影响。
7．（2022·河南·新安县第一高级中学高三开学考试）甲醛常温下为气态，易液化，极易溶于水，是一种重
要的化工原料。生产甲醛的原料是甲醇或甲烷。
(1)已知：i.CH OH(g) HCHO(g)+H(g)ΔH=+85.7kJ/mol；
3 2
ii.H(g)+ O(g)=HO(g)ΔH=-241.83kJ/mol。
2 2 2则CHOH(g)+ O(g) HCHO(g)+HO(g)ΔH=_______kJ/mol。
3 2 2
(2)甲烷氧化制备甲醛的反应为CH(g)+O(g) HCHO(g)+HO(g)ΔH<0，该反应的速率方程可表示为：
4 2 2
v=kpm(CH)pn(O )，一定条件下测得甲烷和氧气分压对反应速率的影响如图甲、乙所示，则m=_______，
4 2
n=_______。
(3)甲烷氧化制备甲醛的副产物主要有CO、CO，反应过程包含6部反应，如下图所示。
2
反应过程中并未检测到甲醇的存在，说明决定主反应速率的关键步骤是第_______步。
(4)在一定容积的密闭容器中加入某催化剂，按物质的量之比1：1投入甲烷和氧气，分别于不同温度下反
应相同时间，测得甲醛、CO的选择性及甲烷的转化率随温度的变化情况如下图所示。
①低于650℃时，随着温度的升高，甲烷的转化率增大的原因是_______。
②假定650℃时恰好为平衡状态，容器内总压强为pkpa，容器内含碳微粒只有CH、CO、CO、HCHO，
4 2
则该温度下甲醛的平衡产率为_______；CH(g)+O(g)=HCHO(g)+H O(g)的平衡常数Kp=_______(用平衡分
4 2 2
压表示)。
③提出一条能提高甲醛产率的措施：_______。【答案】(1)156.13kJ/mol
(2) 0 1
(3)①
(4) 随温度升高，反应速率加快， 20% 选择更好的催化剂、及时分离出甲醛
【详解】（1）根据盖斯定律，反应i+反应ii可得CHOH(g)+ O(g) HCHO(g)+HO(g)ΔH=+85.7kJ/mol+
3 2 2
(-241.83kJ/mol)=-156.13kJ/mol；
（2）据图可知恒温条件下，甲烷分压的改变不影响反应速率，所以m=0；氧气的分压变化与速率变化为
一次函数关系，所以n=1；
（3）并未检测到甲醇的存在说明反应②速率极快，慢反应决定整体反应速率，所以决定主反应速率的关
键步骤是第①步；
（4）①低于650℃时，由于反应速率较慢，测定转化率时反应未平衡，随温度升高，反应速率加快，相同
时间内甲烷的转化率增大；
②设初始投料为1molCH 和1molO ，根据碳元素守恒可知，理论上最多生成1molHCHO，据图可知此温度
4 2
下甲烷的平衡转化率为50%，即平衡时n(CH)=0.5mol，Δn(CH)=0.5mol，HCHO的选择性为40%，所以
4 4
HCHO的实际产量为0.5mol×40%=0.2mol，平衡产率为 ×100%=20%；
平衡时n(CH)=0.5mol，n(HCHO)=n(CO)=0.2mol，根据碳原子守恒可知n(CO)=0.1mol，设平衡时O、HO
4 2 2 2
的物质的量为x、y，根据O原子守恒可得2x+y+0.2+0.2+0.1×2=2，根据H原子守恒可得
2y+0.5×4+0.2×2=4，联立解得x=0.3mol、y=0.8mol，该反应前后气体系数之和相等，可以用物质的量代替
分压计算K，所以K= = ；
p p
③选用对甲醛选择性更好的催化剂、及时分离出甲醛，均可以提高甲醛产率。
8．（2022·湖南·雅礼中学高三阶段练习）“绿水青山就是金山银山”，研究消除氮氧化物污染对建设美丽
家乡、打造宜居环境有重要意义。
I.氮氧化物可用氨催化吸收法除去，某同学采用以下装置或步骤模拟工业上氮氧化物的处理过程。
(1)实验室制备氨气的发生装置，可以选择下图装置中的_______(填标号)。
(2)将上述收集到的 充入注射器X中，硬质玻璃管Y中加入少量催化剂，充入 (两端用夹子 、夹好)。在一定温度下按下图装置进行实验。
①Z中盛有_______(填名称)；打开 ，关闭 ， 能够被 还原，预期观察到Y装置中的现象是
_______。
②氨气与 反应的化学方程式为_______。
II.原煤经热解、冷却得到的煤焦可用于氮氧化物的脱除，过程中涉及的反应如下：
(3)若某反应的平衡常数表达式为 ，请写出此反应的热化学方程式：___。
(4)T℃时，存在如下平衡： 。该反应正、逆反应速率与 、 的浓度关系为
， ( 、 是速率常数)，且 与 的关系
如图所示：
①T℃时，该反应的平衡常数K=_______。
②T℃时，往刚性容器中充入一定量 ，平衡后测得 为0.01 mol/L，则平衡时 的物质的量分
数为_______。平衡后 _______(用含a的表达式表示)。
【答案】(1)D
(2) 氢氧化钠溶液 混合气体颜色变浅(红棕色变浅)，甚至变为无色；Y装置试管壁上有液滴出
现
(3)
(4) 0.01 50%【详解】（1）A．NH Cl固体受热分解生成NH 和HCl，但NH 和HCl在管口遇冷又化合反应生成
4 3 3
NH Cl，A项错误；
4
B．浓氨水遇到到生石灰，含有的水与生石灰化合生成熟石灰，过程中放出大量热，使浓氨水受热分解产
生氨气，但收集氨气时试管不能用塞子堵住，B项错误；
C．NH Cl固体与熟石灰共热制备氨气，由于反应时有水生成，试管应倾斜向下，C项错误；
4
D．浓氨水受热可分解产生氨气，使用液液加热型装置，D项正确；
答案选D；
（2）NH 极易溶于水，有毒，不能随意排放到空气中，且NO 也有毒，而且能和氢氧化钠溶液反应，故Z
3 2
中盛有的是氢氧化钠溶液；从题目中可知NO 能够被NH 还原，生成氮气和水，故Y装置中可观察到的现
2 3
象是混合气体颜色变浅(红棕色变浅)，甚至变为无色，Y装置试管壁上有液滴出现；氨气与NO 反应，氨
x
气被氧化成氮气和水，NO 被还原成氮气，则反应的化学方程式是6NO +4xNH=(3+2x)N +6xH O；
x x 3 2 2
（3） ①
②
③
若某反应的平衡常数表达式为K= ，则反应为 ，将2②-①-
③，得 ，此反应的热化学方程式为
ΔH=-854 kJ∙mol-1；
（4）由题中信息可知，v 的斜率更大一些，从而得出 ， ，则
逆
， ， ，则 ，
=10a，T℃时，该反应的平衡常数K= =0.01；T℃时，设往刚性容器中充入x mol/LNO ，平衡后
2
测得c(NO )为0.01mol/L，则可建立如下三段式：
2
，x=0.03mol/L，则平衡时NO 的物质的量分数为 ；平衡后v =k
2 正 正
c(NO)=10a×0.01=10a-2。
2 4
9．（2022·山东省实验中学高三期中）研究氮、碳及其化合物的资源化利用具有重要的意义。回答下列问题：
(1)已知氢气还原氮气合成氨低温下自发发生。若将2.0mol 和 通入体积为1L的密闭容器中，分
别在 和 温度下进行反应。曲线A表示 温度下 的变化，曲线B表示 温度下 的变化，
温度下反应到a点恰好达到平衡。
①温度 ______(填“>”“<”或“=”下同) 。 温度下恰好平衡时，曲线B上的点为b(m，n)，则
m______12，n_____2；
② 温度下，若某时刻容器内气体的压强为起始时的80%，则此时v(正)________(填“>”“<”或“=”)v(逆)。
(2)以焦炭为原料，在高温下与水蒸气反应可制得水煤气，涉及反应如下：
I．
II．
III．
三个反应的平衡常数随温度变化的关系如图所示，则表示 、 的曲线依次是_______、_______。(3) 在Cu-ZnO催化下，同时发生以下反应，是解决能源短缺的重要手段。
I．
II．
在容积不变的密闭容器中，保持温度不变，充入一定量的 和 ，起始及达平衡时，容器内各气体的
物质的量及总压强如下表所示：
总压强/kPa
起始/mol 0.5 0.9 0 0 0
平衡/mol 0．3
若容器内反应I、II均达到平衡时， ，反应①的平衡常数 _______ 。(用含p的式子表示，
分压=总压×气体物质的量分数)
【答案】(1) ＞ < < >
(2) c d
(3)
【详解】（1）①曲线A表示T 温度下n(H )的变化，反应到4min时，
2 2
，该条件下对应氨气的速率为：
，曲线B表示T 温度下n(NH )的变化，4min时
1 3，曲线B对应的反应速率快，可知T＞T，因曲线B对应的温度高，
1 2
速率快，所以到达平衡的时间比曲线A短，即m＜12，但因反应为放热反应，温度升高平衡逆向移动，导
致曲线B平衡时氨气的物质的量比曲线A平衡时氨气的物质的量少，即n＜2，
故答案为：＞；＜；＜；
②T
2
温度下，合成氨反应N
2
+3H 2⇌2NH
3
，根据题中数据列三段式：
平衡常数K= ，
由以上计算可知平衡时气体总量为6mol，平衡时气体的压强是起始时的 ，若某时刻，容器内气体
的压强为起始时的80%，反应应向气体体积减小的方向建立平衡即向正向进行，则v(正)＞v(逆)，
故答案为：＞；
（2）Ⅰ、Ⅱ为吸热反应，Ⅲ为放热反应，所以K、K 随温度升高而增大，K 随温度升高而减小，又K=
1 2 3 1
，K= ，K= ，则K×K =K ，结合图象数据可知，1000℃时，
2 3 1 3 2
曲线c中，K=2，曲线b中，K=16，曲线d中，K=8符合题意，则c为K、d为K，
1 2 3 1 3
故答案为：c；d；
（3）恒温恒容条件下，压强之比等于气体的物质的量之比，设达到平衡时气体的物质的量为n，则n：
(0.5+0.9)=p：1.4p，解得n=1mol，反应前后气体减少的物质的量为0.4mol，反应②中反应前后气体物质的
量不变，反应①中反应后气体减少的物质的量为生成甲醇气体的2倍，则生成甲醇气体的物质的量为
0.2mol，反应①中生成的n(H O)=n(CHOH)=0.2mol，则反应②中生成的n(H O)=0.3mol-0.2mol=0.1mol，所
2 3 2
以反应②中生成的n(CO)=0.1mol，消耗的n(CO)=0.2mol+0.1mol=0.3mol，剩余的
2
n(CO)=0.5mol-0.3mol=0.2mol，剩余的n(H )=0.9mol-0.6mol-0.1mol=0.2mol，p(CO)= ×p=0.2p，同理
2 2 2
可得：p(H )=0.2p，p(H O)=0.3p，p(CHOH)=0.2p，反应①的平衡常数K=
2 2 3
，
故答案为： 。
10．（2022·湖南·宁乡一中高三期中）碳达峰和碳中和离不开千千万万化学工作者的工作。如果你也想为
祖国尽一份力，如下问题你应该能够解决：
(1)有研究指出，海洋是 吸收的最大贡献者，而全球温度升高使得 大量从海水中解析出来，从而形成恶性循环，因此有科学家指出，可以将 通过管道运输到海底，关于这一举措，你认为下列相关说法
不正确的是_________。
A． 释放的位置越深，溶解得越多
B． 溶于海水的过程有化学键的变化
C．从平衡移动原理看， 不应该通在鲸落(海底鲸鱼尸体)附近
D．为了减少 排放，应该大力推广使用新能源，禁止使用化石能源
(2)以金属钌作催化剂，可以从空气中捕获 直接转化为甲醇，这是实现碳中和的一种技术，其转化原理
如图所示。
根据流程图，在该反应中，高分子物质 的作用是_________。若在实验室一个5L
的容器中通过该反应一小时捕获 的质量为22kg，则这一小时内该反应用另一反应物H 表示的反应速
2
率为_________ 。
催化重整对温室气体的减排具有重要意义，某温度下在体积为2L的容器中加入3mol 、
3mol 以及催化剂，同时进行反应：
①
②
(3)写出该温度下CO和 生成 的热化学方程式_________。(4)若达到平衡时测得有水蒸气0.5mol、CO1.5mol、 2mol，若在同一温度下某时刻测得体系中CO、
、 、 的物质的量均为2mol，则此后一段时间内， 将_________(填“增大”或“减小”
或“不变”)。
(5)利用固体氧化物电解池可将 和 转化为合成气并生产高纯度 ，原理如下图所示。则X极为电
源_________(填“正”或“负”)极，固体氧化物中用于导电的粒子是_________。若该电源持续以13.5A
的电流工作8小时，则该电池能实现_________mol 的转化。(假设b电极中参与反应的 和 的物
质的量比例为1∶1， )
【答案】(1)D
(2) 催化剂 5
(3)CO(g)+H O(g) =CO (g)+ H (g) ΔH=-41.2kJ/mol
2 2 2
(4)减小
(5) 正 O2- 1
【详解】（1）A. 位置越深，压强越大，气体溶解度越大，A项正确；
B. 溶于海水有化学变化，所以有化学键改变，B项正确；
C.在鲸落(海底鲸鱼尸体)附近，会使 从海水中解析出来，C项正确；
D. 为了减少 排放，应该大力推广使用新能源，合理使用化石能源，D错误；
故答案选D。
（2）1~4步骤中，每一步既有 参加，又有 生成，所以该物
质为催化剂；
根据图示，总反应方程式为：CO+3H CHOH+H O，根据CO 反应速率,计算H 的速率；
2 2 3 2 2 2故答案为：催化剂；5
（3）根据盖斯定律：-（①+②）可得，CO(g)+HO(g) =CO (g)+ H (g) ΔH=-41.2kJ/mol；
2 2 2
故答案为：CO(g)+HO(g) =CO (g)+ H (g) ΔH=-41.2kJ/mol；
2 2 2
（4）投料为3molCH 、3molCO 、由原子守恒计算：平衡时，HO（g）0.5mol、CO（g）1.5mol、
4 2 2
CO(g)2mol可知C原子共3mol、O原子共6mol、H原子共12mol，由C原子守恒，CH 剩余0.5mol，由H
2 4
原子守恒，H3.5mol。根据②式可知 ，V=2L，某时刻
2
＞K，反应逆向进行，c(HO)减小。
2
故答案：减小
（5）由a电极上2O2--4e-=O ，为阳极，则X为正极，用于导电的式O2-；
2
Q=It=1.35A 8h 60min/h 60s/min=388800C
n(e-)=
b电极为阴极：CO+H O+4e-=CO+H +2O2-
2 2 2
n(CO2)=
故答案为：正；O2-；1
11．（2022·河南·南阳中学高三阶段练习）甲烷水蒸气催化重整是制备高纯氢的方法之一。反应如下：
反应ⅰ． ；
反应ⅱ． ；
回答下列问题：
(1)反应ⅲ． 的 __________ ；若在一定温度下的容积固定的
密闭容器中进行该反应，则可以提高 平衡转化率的措施有_______(写出一条即可)
(2)对于反应ⅰ，向体积为2L的恒容密闭容器中，按 投料。
①若在恒温条件下，反应达到平衡时 的转化率为50%，则平衡时容器内的压强与起始压强之比为
_______(最简单整数比)。②其他条件相同时，在不同催化剂(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)作用下，反应相同时间， 的转化率随反应温度的变化
如图所示。a点_______(填“是”或“不是”)化学平衡状态， 的转化率：c点 点，原因是_______。
(3)某科研小组研究了反应ⅱ的动力学，获得其速率方程 ，k为速率常数(只受温
度影响)，m为 的反应级数。在某温度下进行实验，测得各组分初浓度和反应初速率如下：
实验序号
1 0.100 0.100
2 0.100 0.200
的反应级数 __________，当实验2进行到某时刻，测得 ，则此时的反应速率
__________(保留3位有效数字，已知 )。
(4)甲烷水蒸气催化重整制备高纯氢只发生反应ⅰ、反应ⅱ。在恒温、恒压条件下， 和
反应达平衡时， 的转化率为a， 的物质的量为 ，则反应ⅰ的平衡常数
__________[写出含有a、b的计算式；对于反应 ，x为物质
的量分数]。
【答案】(1) 增大 浓度、将 或 从体系中移出等
(2) 3∶2 不是 升高温度，反应速率加快， 的转化率增大(或反应ⅰ为吸热反应，升高温度
有利于反应正向进行， 的转化率增大)
(3) 1
(4)
【解析】（1）
反应ⅰ． ；
反应ⅱ． ；根据盖斯定律分析，有ⅰ-ⅱ的反应ⅲ，
则热化学方程式为： 的 +206-165 =+41 ；要提高二氧
化碳的平衡转化率，需要让平衡正向移动，可以增大 浓度、将 或 从体系中移出等；
（2）① 则平衡时压强和起始时压强比等于物质的
量比，为 。
②其他条件相同时，在不同催化剂(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)作用下，反应相同时间，由于催化剂不改变平衡的转化率，
温度在750度，a点的平衡转化率还能上高，说明a点不是化学平衡状态，相同催化剂时，该反应为吸热反
应，从b点到c点，温度升高，平衡正向移动，故 的转化率：c点 点。
（3）
将表格数据代入 ，计算m=1。则 ，即k=0.4，当实验2进
行到某时刻，测得 ，
则此时的反应速率 = 。
（4）
则平衡时甲烷的物质的量为(1-a)mol，水的物质的量为
（1-a-b)mol，一氧化碳的物质的量为(a-b)mol，氢气的物质的量为(3a+b)mol，二氧化碳的物质的量为
bmol，总物质的量为(2+2a)mol，则反应i的平衡常数为 = 。
