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第七章 化学反应速率与化学平衡
（考试时间：75 分钟 试卷满分：100 分）
可能用到的相对原子质量：H 1 C 12 O16 Na 23 Mg 24 Cl 35.5 Fe 56
一、选择题(每小题只有一个正确选项，共15×3 分)
1.汽车尾气的排放会对环境造成污染，利用催化剂处理汽车尾气中的
与
，反应为
。一定温度下，在1L 恒容密闭容器中加入
和
发生
上述反应，达到平衡时，测得
，下列说法正确的是
A．汽车尾气中的
、
是因汽油不充分燃烧产生的
B．催化剂能加快反应速率，但不能改变汽车尾气中
的含量
C．反应达到平衡时，
的体积分数为
D．向平衡体系中再充入
和
，平衡向左移动
【答案】C
【解析】汽车尾气中的
汽油不充分燃烧产生，
是气缸中的氮气和氧气在高温下产生，A 错误；催化
剂能加快反应速率，但可以通过加快反应速率改变汽车尾气中
的含量，B 错误；1L 恒容密闭容器中加
入
和
，达到平衡时，测得
，故平衡时
，列出三段式
，反应达到平衡时，
的体积分数等
于物质的量分数，为
，C 正确；由C 项分析计算，该反应的平衡常数
，向平衡体系中再充入
和
时，
，平衡向
右移动，D 错误；故选C。
2.氯苯在液氨溶液中可以与氨基钠反应生成苯胺。某研究小组提出了三种可能的机理：
机理1：
1
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机理2：
机理3：
以下事实能同时排除“机理1”和“机理2”的是
A．增加
浓度，反应速率明显变快
B．存在带负电荷的中间体
C．可以发生反应：
D．
的反应活性：
【答案】C
【解析】若反应为“机理1”，则第一步为决速步，增加
浓度，反应速率变快，符合事实，不能排
除该机理；若反应为“机理2”，则第一步为决速步，增加
浓度，反应速率几乎不变，不符合事
实，能排除该机理，A 不符合题意；若反应为“机理1”，则中间体1 带负电荷，符合事实，不能排除该机
理；若反应为“机理2”，则中间体2 带正电荷，不符合事实，能排除该机理，B 不符合题意；若反应为
“机理1”，则可以发生
，能排除该机理；若反应为“机理
2”，则可以发生
，能排除该机理，C 符合题意；三个机理都有C-
X 断裂，机理1 是快反应，机理2 和机理3 是慢反应，化学反应速率受慢反应影响明显，因此与卤原子活
性有关，所以无法排除机理2，D 不符合题意；故选C。
3.在工业生产上可利用硫
与
为原料制备
。
450℃以上，发生反应I：
；
2
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600℃以上，发生反应Ⅱ：2
。
一定条件下，
分解产生的
体积分数、
与
反应中
平衡转化率与温度的关系如图所示。下列
说法错误的是
A．反应Ⅱ的
B．
的体积分数保持不变，说明反应处于平衡状态
C．在密闭容器中
，某温度下若
完全分解，当
体积分数为
时，
转化率
为
D．反应Ⅱ温度不低于600℃的原因是：低于此温度，
浓度小，反应速率慢
【答案】C
【解析】由图可知，随温度升高，甲烷的转化率降低，说明平衡逆向移动，故反应Ⅱ的正反应为放热反
应，则
，A 正确；
的体积分数保持不变，则其浓度不再变化，说明反应处于平衡状态，B 正
确；设
的起始物质的量为
mol，转化的物质的量为
mol，列三段式如下：
的体积分数为
，即
，解得
，则
的转化率为
，C 错误；由图可知，在600℃时甲烷平衡转化率高达98%以上，低于600℃时，
浓度明
显偏小，使得反应Ⅱ的反应速率变慢，D 正确；故选C。
4.下列说法正确的是
3
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A．反应
使用
的目的是为了增大
的平衡转化率
B．反应ⅰ：
；反应ⅱ：
。若
正
反应的活化能为
，则逆反应的活化能为
C．如图，某温度下发生
，平衡状态由A 变到B 时，平衡常数
增大
D．
，其它条件相同时，降低温度，正反应速率减慢的程度大于逆反
应速率减慢的程度
【答案】B
【解析】催化剂
的作用是降低反应活化能，加快反应速率，但不影响化学平衡，因此不能增大
的
平衡转化率，A 错误；目标反应可由反应ⅰ+反应ⅱ得到：
。根据
正反应活化能-逆反应活化能，设逆
反应活化能为
，则
，解得
，B 正确；平衡常数
仅与温度有
关，题目中“某温度下”表明温度不变，故
不变，C 错误；该反应为放热反应（
），降低温度
平衡正向移动，说明正反应速率减慢程度小于逆反应速率减慢程度（
），D 错误；故选B。
5.室温下，
水溶液中各含硫微粒物质的量分数δ 随pH 变化关系如图所示
。已知：
，
。
下列说法正确的是
A．
的平衡常数
B．用已知浓度的
溶液滴定该
溶液来测其浓度，可用酚酞作指示剂
C．室温下，
的饱和溶液中，
饱和溶液中的
浓度大
D．
的
溶液中加入等体积
的
溶液，初始生成的沉淀只有
【答案】C
4
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【分析】在
水溶液中存在电离平衡：
、
，随着pH 的增大，
的物质
的量分数逐渐减小，
的物质的量分数先增大后减小，S2-的物质的量分数逐渐增大，图中线①、②、③
依次代表
、
、
的物质的量分数随
的变化，由①和②交点的
=7.0 可知
)=1×10-7，
由②和③交点的
=13.0 可知
=1×10-13，据此解答。
【解析】反应
的平衡常数
，故A 错误；酚酞变色范围（8.2-10.0），若以酚酞为指示剂，用
标准溶液滴定
水溶液，由图可
知当酚酞发生明显颜色变化时，反应没有完全，即不能用酚酞作指示剂判断滴定终点，故B 错误；
饱
和溶液中
；
饱和溶液中
，后者
浓度更大，故C 正确；
溶液中加入等体积
溶液，瞬间得到
和
的混合液，
溶液中存在水解平衡
、
（忽略第二步水
解），第一步水解平衡常数
=
，设
水解的浓度为
，则
，解得x≈0.062，则瞬时
＞
，
＞
，故反应初始生成的
沉淀是
和
，故D 错误；故选C。
6.向
饱和溶液(有足量
固体)中滴加氨水，发生反应
和
，
，
与
的关系如下图所示{其中
代表
、
}。下列说法正确的是
5
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A．曲线N 表示
与
的关系
B．
的
值为
C．若向该体系中加入
固体，a 点会平行x 轴向右移动
D．
时，溶液中
【答案】D
【分析】将
、
点数据代入可得曲线
的平衡常数
，曲线
的平衡常数
，
由
可知，曲线
表示
与
的关系，曲线N 表示
与
的关系；
【解析】根据分析，曲线N 表示
与
的关系，A 错误；
的
=
=
，B 错误；若向该体系中加入
固
体，氯离子浓度增大，由氯化银溶解平衡可知，银离子浓度减小，则题述平衡逆向移动，
增大，
点应向右移动，但
值不变，
点沿曲线
向下移动，C 错误；将
代入平衡常数表
达式可得
，
，
，
，故
时，溶液中
，D 正确；故选D。
7.乙醇—水蒸气制H2的过程中的主要反应(忽略其他副反应)如下：
C
①
2H5OH(g)＋3H2O(g)=2CO2(g)＋6H2(g)；ΔH1=＋173.3kJ·mol-1
CO
②
2(g)＋H2(g)=CO(g)＋H2O(g)；ΔH2
101kPa 时，H2的平衡产率与温度、起始时水醇比[
]的关系如图所示，图中同一条曲线上H2的
平衡产率相同。下列说法不正确的是
6
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A．H2的平衡产率：曲线a<曲线b
B．反应②的焓变ΔH2>0
C．Q 点处与P 点处反应①的平衡常数K 相等
D．H2的平衡产率由M 点转变为曲线a 上任意一点时，要提高水醇比
【答案】A
【解析】若选择图像上温度相同，投料比不同Q、P 两个点可知，P 点投料比高，则氢气的转化率大，所以
氢气的平衡产率为：曲线a 大于曲线b，A 错误；反应①为吸热反应，在图像中选择c、d 点分析，如图：
，c、d 点氢气的平衡产率相等原因为：c 点温度高于d 点，升高温度，反应①平衡正
向移动，氢气的量增大，反应②在消耗氢气，说明升高温度，反应②消耗的氢气恰好可以抵消掉反应①新
增的氢气，说明反应②是吸热反应，
，B 正确；Q 点处与P 点处温度相同，则平衡常数相等，C 正
确；根据图像可知，H2的平衡产率由M 点转变为曲线a 上任意一点时，横坐标往右边移动，要提高水醇
比，D 正确；故选A。
8.
催化加氢直接合成二甲醚过程中有以下2 个反应：
反应Ⅰ：
反应Ⅱ(副反应)：
其他条件相同时，反应温度对
平衡总转化率及反应2.5 小时的
实际总转化率影响如图1 所示；反
应温度对二甲醚的平衡选择性及反应2.5 小时的二甲醚实际选择性影响如图2 所示。
资料：
的选择性
7
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下列说法正确的是
A．280℃后，
平衡总转化率升高的原因是：温度升高，反应速率加快
B．240℃-300℃，
实际总转化率升高的原因是：温度升高，反应速率加快，且温度对主反应的影响大
于副反应
C．240℃-300℃，二甲醚实际选择性降低的原因是：副反应速率>主反应速率
D．由图可知：该条件下投入等物质的量
时，产生二甲醚的物质的量：260℃>220℃
【答案】D
【解析】
为吸热反应，升高温度平衡正向移动，
为放热反应，升高温度平衡逆向移动，当温度高于280℃
时，随着温度升高，
平衡向右移动的程度大于
平衡向左移动的程度，导致CO2的平衡总转化率上升，A 错
误；240℃-300℃，
实际总转化率小于平衡总转化率，说明反应未达到平衡，
实际总转化率升高的
原因是：温度升高，主反应和副反应反应速率均加快，不能说明温度对主反应的影响大于副反应，B 错
误；240℃-300℃范围内，二甲醚实际选择性降低的原因是：升高温度，主反应和副反应速率均增大，但是
副反应的增大程度大于主反应，不能说明副反应速率>主反应速率，C 错误；由图可知，260℃时
实际
总转化率大于220℃，260℃时
实际选择性小于220℃，但260℃时
实际总转化率与
实际选择
性的乘积大于220℃，产生二甲醚的物质的量：260℃>220℃，D 正确；故选D。
9.甲烷和水蒸气催化重整制氢过程中的主要反应为
①
②
在装有催化剂的密闭容器中，
、
时，若仅考虑上述反应，平衡时
转化
率和CO 转换率随温度的变化如图所示。
CO 转换率
8
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下列说法正确的是
A．反应
的焓变
B．曲线a 表示平衡时
转化率随温度的变化
C．850℃平衡时生成的
比550℃平衡时生成的多
D．相同条件下，
和
总物质的量不变，
越大，
产量越高
【答案】C
【解析】根据盖斯定律，①+②得
，A 错误；
，该反应为吸热反应，升高温度，平衡正向移动，
的平衡转化率增大，故曲线b 表
示平衡时
转化率随温度的变化，B 错误；设起始
，850℃平衡时
转化率为90%，
转换率为50%，
，
；550℃平衡时
的转化率为30%，
的转换率为90%，
，
，850℃平衡时生成
的
比550℃平衡时生成的多，C 正确；相同条件下，
和
总物质的量不变，
越大，
的量越小，
是反应物，当
的量很少时，
的产量会降低，D 错误；故选C。
10.室温下，用一元弱碱BOH 调节
和HA(一元弱酸)的混合液的pH，得到pH 与pX 的关系如下图所
示。已知：①
，
、
、
；②
难溶于水。下列说法正确的是
9
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A．ⅲ表示
与pH 关系
B．盐BA 的溶液中：
C．室温下，BOH 电离常数为
D．
的平衡常数大于
【答案】B
【分析】用一元弱碱BOH 调节
和HA(一元弱酸)的混合液的pH，pM3+=-lg
=
，p
=
，p
=
，则i
表示
与pH 关系，ii 表示
与pH 关系，ⅲ表示
与pH 关系，以此解答。
【解析】由分析可知，ⅲ表示
与pH 关系，A 错误；由分析可知，i 表示
与pH 关系，ⅲ
表示
与pH 关系，当pH=7 时，
=
，说明Ka(HA)=Kb(BOH)，则盐BA 的溶液
中，B+和A-的水解程度相等，溶液呈中性，由于水解是微弱的，则
，B 正
确；由分析可知，室温下，p
=
，ⅲ表示
与pH 关系，由(4.24，-5)
数据可知，
=10-4.76，C 错误；由分析可知，室温下，pM3+=
，由(6.33，
10)数据可知，
=10-33，
的
10
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，D 错误；故选B。
11.
催化加氢制
能实现碳的循环利用。一定压强下，1mol
与3mol
在密闭容器中发生
的反应如下：
Ⅰ：
；△H<0
Ⅱ：
；△H>0
反应相同时间，测得不同温度下
转化率和
选择性如右图实验值所示。图中平衡值表示在相同
条件下达到平衡状态时
转化率和
选择性随温度的变化。
已知：
的选择性
。
下列说法正确的是
A．曲线b 表示
的平衡转化率
B．其他条件不变，240℃时加压或使用高效催化剂均可能使
转化率达到X 点
C．220～280℃时，反应Ⅰ生成
速率小于反应Ⅱ生成CO 的速率
D．为提高
生产效率，需选择相对较低的温度
【答案】A
【解析】反应I 为放热反应，反应II 为吸热反应，升高温度，反应I 平衡逆向移动导致
的平衡转化率
降低，反应II 平衡正向移动导致
的平衡转化率升高，
的平衡转化率不会一直随温度的升高而降
低，故曲线b 表示
的平衡转化率，故A 正确；使用催化剂对化学平衡无影响，所以使用高效催化剂不
可能使
转化率超过平衡转化率，故B 错误；260～280 ℃间，
选择性的实验值大于平衡值，说
11
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明相同时间内得到的量更多，反应I 的速率大于反应II，即反应Ⅰ生成
速率大于反应Ⅱ生成
的
速率，故C 错误；由图像可知，升高温度，
转化率升高，
选择性降低，为提高
生产效
率，需选择适宜的温度，而不是相对较低的温度，故D 错误；故选A。
12.已知：I.利用环戊二烯加氢制备环戊烯，发生如下反应：
①
；
②
。
将
和
按
加入恒容密闭容器中，测得在相同时间内，环戊二烯转化率和环戊烯选择性随
温度变化的曲线如图①所示；
Ⅱ.实际生产中可采用双环戊二烯(
)解聚制备环戊二烯。若将
双环戊二烯通入恒容密闭容器
中，图②中曲线A、B 分别表示
温度下
(双环戊二烯)随时间的变化、
温度下
(环戊二烯)随时间的变
化，
温度下反应到a 点恰好达到平衡，
温度下恰好达到平衡时的点的坐标为
。
下列说法正确的是
A．I 中，相同条件下，若增大
，
选择性提高
B．图①中，50℃时，
的转化率为62%
C．图②中，
D．Ⅱ中，
温度下，双环戊二烯在
时的瞬时反应速率为
【答案】A
【解析】I 中，相同条件下，若增大
，氢气的量增大，反应①平衡正向移动，
选择性提
12
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高，A 正确；根据
以及图象，设环戊二烯物质的量为amol，则H2物质的量为amol，环戊烯的
物质的量为xmol，转化率为72%，环戊烯的选择性为74%，则
， x=0.5328a，根据
，则H2消耗0.5328amol，H2转化率为
，B 错
误；根据图象可知，相同时间段内，环戊二烯表示的反应速率大于双环戊二烯表示的反应速率，因此
T1>T2，温度高，反应速率快，达到平衡时所用的时间短，即m＜4；在T2温度下，达到平衡，消耗双环戊
二烯的物质的量为(6-1.2)mol=4.8mol，此时生成环戊二烯的物质的量为4.8×2mol=9.6mol，因为T1>T2，该
反应为吸热反应，升高温度，平衡向正反应方向移动，则n>9.6mol，假设双环戊二烯全部反应，则生成环
戊二烯的物质的量为12mol，但该反应为可逆反应，不能进行到底，因此n＜12mol，综上所述，得出n 的
范围为9.6＜n＜12，C 错误；Ⅱ中，
温度下，双环戊二烯在0~
时反应了（6-2.4）mol=3.6mol，平均
反应速率为
，不能计算瞬时速率，D 错误；故选A。
13.Ni−CeO2催化CO2加H2的反应历程如图1 所示(吸附在催化剂表面的物种用*标注)。以投料比[n(CO2)/
n(H2)]=1 1∶进行反应，反应气总流量控制在20 mL·min−1，含碳产物中CH4的物质的量百分数及CO2的转化
率随温度(T)的变化如图2 所示。下列说法正确的是
A．180 ℃时主反应的化学方程式为CO2(g)＋H2(g)
CO(g)＋H2O(g)
B．210 ℃时CH4的平均反应速率为0.9 mL·min−1
C．260 ℃后升高温度，甲烷产率不变
D．其他条件不变，增大投料比[n(CO2)/n(H2)]，可提高CO2的平衡转化率
【答案】B
【分析】从图1 可知，该反应为CO2和H2在Ni-CeO2催化作用下发生反应生成CH4和H2O，化学方程式为
CO2+4H2
CH4+2H2O，其中还会存在CO2和H2生成CO 和H2O 的副反应，从图2 可知，随着温度的升
高，含碳产物中CH4物质的量百分数增大，CO2的转化率增大，说明CO2+4H2
CH4+2H2O 正反应为吸热
反应，升温化学平衡正向移动。
【解析】由图2 可知，180 ℃时含碳产物中CH4物质的量百分数较大，主反应的化学方程式为CO2+4H2
CH4+2H2O，A 错误；210 ℃时含碳产物中CH4物质的量百分数为90%，CO2的转化率为10%，根据已知条
件列出“三段式”
13
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x+y=1，
=0.9，解得x=0.9，y=0.1，则CH4的平均反应速率为0.9 mL·min−1，B 正确；从图2 可知，随
着温度的升高，含碳产物中CH4物质的量百分数增大，CO2的转化率增大，说明CO2+4H2
CH4+2H2O 正
反应为吸热反应，升温化学平衡正向移动，甲烷产率增大，C 错误；其他条件不变，增大投料比[n(CO2)/
n(H2)]，相当于增大CO2的物质的量，平衡正向移动，但CO2的平衡转化率减小，D 错误；故选B。
14.由对二甲苯
合成目标物质T 的过程如图所示：
下，反应器中X 的起始浓度为
，保
持体系中氯气浓度恒定(反应体系体积变化忽略不计)，
时测得相关物质的浓度如下表。
物质
X
D
G
T
5.54
0.099
0.017
0
反应
的速率方程均可表示为
，其中
、
分别为各反应中对应反应物的浓
度，k 为速率常数(只与温度有关)，
为活化能，相关数据如下表。
反应
①
②
③
④
⑤
0.11
0.06
0.01
0.03
0.05
79.9
119.4
123.4
333.7
136.9
下列说法不正确的是
A．
内，
B．
时，
C．上述反应活化能越小，反应速率越快
D．
后，随着T 的含量增加，
减小
14
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【答案】C
【解析】
内，X 的平均反应速率
，故A 正确；
60min 时，根据碳元素守恒，可得
，解得
，故B 正确；体系中氯气浓度恒定为
，60 分钟时根据速率方程，可计算出反应④的反应速率
，同理，此
时反应⑤的反应速率
，由此可知反应④的活化能大于反应⑤，且反应④的反应速率大于反应
⑤，可表明并非在化能越小反应速率越快，故C 错误；60min 有产物T 生成，D 和G 分别和氯气反应生成
T，D 和G 的生成速率
，再根据
，而D 和G 的消耗速率
，结合两者生成速率和消耗速率比值，可知
逐渐减小，故D 正
确；故选C。
15.
氧化
制备
发生的主要反应为
。向容积
为
的恒容密闭容器中投入
和
。不同温度下，测得
时(反应均未达到平
衡，其他副反应均不消耗和生成乙烯)的相关数据见下表，注：乙烯选择性
。
温度/℃
乙烷转化率/%
2
9
18
乙烯选择性/%
93
80
62
下列说法正确的是
A．
时，容器内
的物质的量为
B．
内，平均速率
C．反应达到平衡后，其他条件不变，仅升高温度，平衡向逆反应方向移动
D．该反应仅在低温条件下能正向自发进行
【答案】B
【解析】由表格的数据可知，
时，
，故A 错误；由表可
知，
时，乙烷的转化率为9.0%，可得转化的乙烷的总物质的量为
，而此温度下
15
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乙烯的选择性为80%，则转化为乙烯的乙烷的物质的量为
，根据化学方程式中化
学计量数可知生成的乙烯的物质的量也为
，则
内的平均反应速率
，故B 正确；该反应为吸热反应，仅升高温度，平衡向正反应
方向移动，故C 错误；因
时能自发进行，此时需要高温条件，故D 错
误；故选B。
二、非选择题(共4 小题，共55 分)
16.（15 分）深入研究含碳、氮元素物质的转化有着重要的实际意义。
．合成尿素：如图所示是合成尿素反应的机理及能量变化(单位：
)，TS 表示过渡态。
(1)若
，
，则总反应
。
(2)若向某恒温恒容的密闭容器中加入等物质的量的
和
发生上述反应。结合以上机理，下列叙述不
能说明反应已经达到平衡状态的是 (填字母标号)。。
a．
的体积分数不再变化
b．气体质量不再变化
c．
d．体系中气体密度不变
e．断裂
键的同时断裂
键
(3)图为使用不同催化剂①、②、③时，反应至相同时间，容器中尿素的物质的量随温度变化的曲线，A 点
(填“是”或“不是”)平衡状态，
以上
下降的原因可能是 (答出一点即可，
不考虑物质的稳定性)。
．CO 处理大气污染物
16
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(4)①
、CO 在催化剂
的表面进行两步反应转化为无毒的气体，第一步为
；则第二步为 。
②已知：
的速率方程为
，k 为速率常数，只与温度有关。
为提高反应速率，可采取的措施是 (填字母标号)。。
A．升温 B．恒容时，再充入
C．恒容时，再充入CO D．恒压时，再充入
(5)在总压为80kPa 的恒容密闭容器中，充入一定量的
和
发生上述反应，在不同条件下达到平
衡时，温度
时
的转化率随
变化的曲线，以及在
时
的转化率随
变化的曲
线如图所示：
①表示
的转化率随
变化的曲线为 曲线(填“ ”或“
”)；上述反应为
(“放热反应”或“吸热反应”)。
②在
时，用平衡分压代替其平衡浓度表示的化学平衡常数
(结果保留两位小数)[已
知：气体分压
气体总压
该气体的物质的量分数]。
【答案】(1)-71（2 分）
(2)bcd（2 分）
(3) 不是 （1 分） 随着温度升高，可能是催化剂活性降低(或失去活性)，反应速率降低，单位时间内生
成尿素的物质的量减少（2 分）
(4)
（2 分） AB（2 分）
(5)
（1 分） 放热反应 （1 分） 3.45（2 分）
【解析】（1）由图可知，总反应的焓变为
；
（2）a．
的体积分数不再变化，说明平衡不再移动，正逆反应速率相等，达到平衡状态，不符合题
意；根据质量守恒得知气体质量是定值，其不变不能说明达到平衡，符合题意；反应速率比等于系数比，
，则正逆反应速率不相等，没有达到平衡，符合题意；质量和体积体积为定值，因
此密度为定值，不能说明达到平衡，符合题意；
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e．断裂
键的同时断裂
键，正、逆反应速率相等，不符合题意；故选bcd；
（3）A 点尿素的量低于③催化剂时的量，则说明没有达到平衡状态；催化剂需要一定的活化温度，随着温
度升高，可能是催化剂活性降低(或失去活性)，反应速率降低，导致单位时间内生成尿素的物质的量减
少，使得
以上
下降；
（4）①
、CO 在催化剂
的表面进行两步反应转化为无毒的气体，结合质量守恒可知，生成气体
为氮气和二氧化碳，总反应为
，第一步为
，则第二步为
；
A
②．升温，速率常数变大，反应速率加快，正确；由速率常数可知，恒容时，再充入
，其浓度变
大，反应速率变大，正确；由速率常数可知，恒容时，再充入CO，不影响反应速率，错误；由速率常数
可知，恒压时，再充入
，不影响反应速率，错误；故选AB；
（5）①由化学平衡移动原理可知，
的值越大，一氧化二氮自身的转化率越小，所以曲线
表示一
氧化二氮的转化率随的变化：则曲线为
时
的转化率随
变化的曲线，由图可知，降低温
度，
转化率增大，平衡正向移动，则正反应为放热反应，焓变小于0；
②该反应是气体体积不变的反应，平衡前后气体的总压强不变，在总压为80kPa 的
的容器中，
一氧化二氮和一氧化碳的起始分压都为40kPa，由图可知，温度为
时，一氧化二氮的转化率为65%，由
方程式可知，平衡时，一氧化二氮和一氧化碳的分压都为
，二氧化碳和氮气
的分压都为
，则用平衡分压代替其平衡浓度表示的化学平衡常数为
。
17.（15 分）CO 和水通过催化转化可以生成甲酸，有利于碳中和。其主要反应如下：
①CO (g)+ H2O (g)⇌HCOOH (g)ΔH =−29kJ/ mol；
②CO (g)+ H2O (g)⇌CO2(g)+ H2(g)ΔH =akJ / mol。
回答下列问题：
I.已知：
的燃烧热为286kJ/mol、CO 的燃烧热为
，H2O (g)= H2O (l)ΔH =−44 kJ / mol。
(1)则a= ；反应②自发进行的条件是 (填字母标号)。
A．高压 B．低压 C．高温 D．低温
(2)工业上，一定能提高HCOOH 产率的措施有_______ (填字母标号)。
A．增大压强
B．选用高效催化剂
C．降低温度
D．恒压下充入
II.在温度恒为1100K、体积恒为2L 的密闭容器中充入
，经过10min，容器内达到平衡状
态，测得平衡时HCOOH 与CO 的分压比为
，平衡时
与CO 的分压比为1：1。
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(3)下列图像正确且能说明反应达到平衡状态的是_______(填字母标号)。
A．
B．
C．
D．
(4)1100K 时，10min 时CO 的转化率为
；0~10min 内用水蒸气表示的化学反应速率为
。
(5)1100K 条件下，平衡时压强为
，反应①用气体分压表示的化学平衡常数
(用含
的代数式表示，用容器中各气体成分的分压表示)。
(6)已知反应①：v正=k1c(CO)⋅c(H2O)，
，反应②：v正=k3c(CO)⋅c(H2O)，
v逆=k4c(CO2)⋅c(H2)，
为速率常数。则反应③
的化学平衡
常数
(用含
的代数式表示)。
【答案】(1) −41kJ /mol （2 分） D（1 分）
(2)AB（2 分）
(3)AD（2 分）
(4)75% （2 分） 0.0375 mol·L
-1·min
−1（2 分）
(5)
0.5
1.5 p0
0.25
1.5 p0× 0.25
1.5 p0
或12
p0
（2 分）
(6)k1·k4
k2·k3
（2 分）
【分析】根据盖斯定律，在等温等压或等温等容条件下，化学反应的热效应（ΔH）仅取决于体系的初始状
态和最终状态，与反应路径无关。其数学表达为：若某反应可由多个已知反应通过代数运算（加、减、
乘）组合而成，则该反应的ΔH 等于各已知反应ΔH 的对应运算结果。反应能否自发进行根据
，当
反应自发进行。根据勒夏特列原理可判断平衡移动的方向。反应是否达到平衡则可通过变量不
变来判断。
【解析】（1）根据盖斯定律，由H2的燃烧热
，CO 的燃烧热
，以及H2O (g)= H2O (l)ΔH =−44 kJ/ mol，用CO 燃烧的热化学
方程式减去H2燃烧的热化学方程式再加上H2O (g)= H2O (l)ΔH =−44 kJ/ mol，可得反应②
CO (g)+ H2O (g)⇌CO2(g)+ H2(g)ΔH =akJ/ mol，则
，
即a=−41kJ /mol；根据
，
反应自发进行，因反应②气体分子数不变，熵变不明显，
若该反应能自发进行，且
，故温度需低温，选D；
（2）A．反应①是气体分子数减小的反应，增大压强有利于反应正向进行，反应②前后气体分子数不变，
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增大压强不受影响，A 正确；选用高效催化剂不改变平衡转化率，但有利于加快反应①速率，提高产率，
B 正确；两个反应均为放热反应，降低温度会减慢速率，不能提高HCOOH 产率，C 错误；恒压下充入
N2，不能提高HCOOH 产率，D 错误；故答案为：AB。
（3）A．反应①正方向为气体分子数减小的方向，反应②气体分子数不变，故压强会不断变小，当不再改
变时则说明反应达到平衡状态，A 正确；反应热由反应物和生成物的能量差决定，与反应是否达到平衡无
关，不会发生变化，B 错误；反应①和反应②中所有物质均为气体，则总质量不变，反应在密闭容器中进
行，则体积不变，根据
，气体密度一直保持不变，但不能说明反应达到平衡状态，C 错误；反应①
和反应②中所有物质均为气体，则总质量不变，反应①正方向为气体分子数减小的方向，反应②气体分子
数不变，则容器中气体的总物质的量减小，根据
，平均相对分子质量不断增大，当不再改变时则说明
反应达到平衡状态，D 正确；故答案为：AD。
（4）达到平衡状态时，反应①和②在转化量如下：
，平衡时HCOOH 与CO 的分压比为
，平衡时
与CO 的分压比为1：1，则
，
，解得x=0.5，y=0.25，此时容器中n(CO)=1 mol-0.5
mol -0.25 mol=0.25 mol，n(H2O)=1 mol-0.5 mol -0.25 mol=0.25 mol，n(HCOOH)=0.5 mol，n(CO2)=0.25
mol，n(H2)= 0.25 mol，气体总物质的量为1.5 mol，CO 的转化率为
，用水蒸气表示的
化学反应速率
。
（5）由（4）可得
。
（6）对于反应①，达到平衡时
，即k1c(CO)⋅c(H2O)=k2c(HCOOH)，所以
k1
k2
=c(HCOOH)
c(CO)⋅c(H2O)
。对于反应②，达到平衡时
，即k3c(CO)⋅c(H2O)=k4c(CO2)⋅c(H2)，所以k3
k4
=c(CO2)⋅c(H2)
c(CO)⋅c(H2O)
。反应③
的化学平衡常数K=c(HCOOH)
c(CO2)⋅c(H2) ，将
k1
k2
=c(HCOOH)
c(CO)⋅c(H2O) 和
k3
k4
=c(CO2)⋅c(H2)
c(CO)⋅c(H2O)
相除，可得
。
18.（14 分）载人航天器中用萨巴蒂尔(Sabatier)反应将
转化为
和
，配合水的电解实现氢气和
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氧气的再生。
(1)萨巴蒂尔反应为：
，利用萨巴蒂尔反应再生制氧气的大体流程如图所
示。
①右侧流程中，化合价发生改变的元素有
。
②已知
和
的燃烧热分别是
，
，
，则：
。
(2)萨巴蒂尔反应在300-400℃时转化率较高，副反应主要有：
，
催化
加
制
的反应历程如图所示。
用
代替
，通过检测生成的水中含有
、
、HDO，可能的原因有
。
(3)一种铜基催化KOH、尿素
无膜电解系统用于电解水，可以低成本生产氢气。相同条件下，
恒定通过电解池的电量，电解得到的部分氧化产物在不同电解电压时的法拉第效率(FE%)如图所示。(法拉
第效率：
)
①当电解电压为
时，阳极同时生成
和
的电极反应式为：
。
②不同电流密度下，阴极产物
的法拉第效率和
的生成速率如图所示。电流密度大于
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时，
的法拉第效率降低的原因可能是：
。
(4)ZnO 有棒状
)、片状
两种。均可用作
选择性加氢转化为
的催化
剂。在ZnO 催化剂存在下，将
与
混合，同时发生以下两个反应：
反应I
反应II
控制一定的
和
初始投料比，在相同压强下，经过相同反应时间测得如下实验数据(其中“甲醇选择
性”是指转化的
中生成甲醇的百分比)
已知：p-ZnO 表面合成
的生成活化能
，r-ZnO 表面合成
的生成活化能
①在280~320℃范围内，相同催化剂条件下，随温度升高，
与CO 的产率均提高，而甲醇的选择性
降低的可能原因是
；
②在280~320℃范围内，比较图a 和图b 两种ZnO 催化剂催化
加氢性能，说明在
加氢合成甲醇时
优先选用p-ZnO 催化剂的原因：
。
【答案】(1) C、H、O （2 分）
（2 分）
(2)催化剂中含有H 原子，且历程中反应是可逆反应（2 分）
(3)
（2 分） 由于电流密度较大时，阳极产生
的
浓度大，扩散到阴极得电子，使得H2的法拉第效率降低（2 分）
(4) 反应Ⅰ和反应Ⅱ的速率均随温度升高而加快（产率提高），但反应Ⅱ（吸热）速率增加幅度更大（或
平衡正向移动更显著），导致生成CO 的比例增加，甲醇选择性降低 （2 分） 选用p-ZnO 催化剂使反
应Ⅰ速率快，在相同时间内生成的甲醇多，且甲醇选择性更高（2 分）
【解析】（1）①在上述流程中，发生的主要反应为
和
，故化合价发生改变的元素有C、H、O；
②已知
和
的燃烧热分别是
，
，则反应I
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，Ⅱ
，Ⅲ
，由盖
斯定律可知，I×4-Ⅱ+Ⅲ×2 得：
（2）由图知，催化剂中含有H 原子，且历程中反应是可逆反应，所以若用D2代替H2，生成的水中含有
H2O、D2O、HDO；
（3）①由图知，当电解电压为U5时，
和
法拉第效率各为49%，两者的物质的量之比为1 1∶，则阳
极由KOH 和尿素
同时生成和的电极反应式为：
；
②由于电流密度较大时，阳极产生的
浓度大，扩散到阴极得电子，使得H2的法拉第效率降低；
（4）①生成甲醇的反应是反应Ⅰ，反应Ⅰ正反应放热，反应II 正反应吸热，在280~320℃范围内，相同催
化剂条件下，升高温度，反应Ⅰ和反应Ⅱ的速率均随温度升高而加快（产率提高），但反应Ⅱ（吸热）速
率增加幅度更大（或平衡正向移动更显著），导致生成CO 的比例增加，甲醇选择性降低；
②催化剂只影响速率而不能改变平衡，图中数据不是达到平衡后测得的数据，而是反应相同时间测得的数
据，p-ZnO 表面合成
的生成活化能比r-ZnO 表面合成
的生成活化能小，活化能越小，反应
速率越快，因此选用p-ZnO 催化剂使反应Ⅰ速率快，在相同时间内生成的甲醇多，且甲醇选择性更高。
19.（11 分）第19 届亚运会用“零碳甲醇”作为开幕式主火炬的燃料，这是全球首次对于零碳甲醇的实践
应用。某科研团队研究了由
加氢制备甲醇的相关反应：
（Ⅰ）
（Ⅱ）
（Ⅲ）
已知：在标准压强101kPa、298K 下，由最稳定的单质生成1mol 物质B 的反应焓变，叫做物质B 的标准摩
尔生成焓，用符号
表示，部分物质的
如下表所示。
化合物
0
回答下列问题：
(1)
。
(2)恒温条件下向某2L 的刚性密闭容器中充入3mol
和6mol
发生上述反应，测得初始压强为
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：
。
5min
①
后达到平衡时测得容器内
，
，
的转化率为25％，
容器中0～5min 内反应速率为
。该温度下，反应Ⅲ的平衡常数的计算式为
（用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数）。
②该条件下，能判断体系达到平衡状态的是
(填字母标号)。
A．容器内
和
的浓度比为1 1∶ B．体系内气体密度不再变化
C．气体平均摩尔质量不再变化 D．体系压强为
③科研团队研究了不同压强
）对
加氢生成甲醇、CO 和甲醚三种产物的影响，结果如图
所示。当温度达到400℃左右时，压强对
的转化率无影响的原因为 。
【答案】(1)
（2 分）
(2)0.155 （2 分）
（3 分） CD （2 分） 400℃左右时，容器内以反应Ⅲ为主，该反应
前后气体数不变，压强的变化对该反应无影响（答案合理即可）（2 分）
【解析】（1）反应热=生成物的标准摩尔生成焓之和-反应物的标准摩尔生成焓之和，则反应Ⅰ的
。
（2）①容器的体积为2L，则平衡时容器中
，
，
的转化率为25%，
则平衡时容器中
，由元素守恒可得C 守恒：
，O 守恒：
，H 守恒：
，代入已知数据经计算可得
，
，
，容器中气体的总物质的量为，
，容器中0～5min 内反应速率为
。因为反应Ⅲ为
的气体反应，则有
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。
②根据以上分析可得平衡时容器内
和
的浓度比等于物质的量之比为
，故A
不能判断是否达平衡状态，故A 错误。 根据
，体系内气体的总质量和体积均不变，密度一直变化，
不能作为判断平衡状态的标志，故B 错误。从总体分析，该过程气体总质量不变，但反应的总物质的量是
变量，则气体平均摩尔质量是变量，变量不再变化能判断是否达平衡状态，故C 正确。 反应的总物质的量
是变量，则体系压强也是变量，结合①可知
计算可得平衡压强为
，故D 正
确。故选CD。
400℃
③
以前，容器中三个反应同时存在，反应I、Ⅱ均为气体数减少的反应，压强增大，转化率升高，当
温度达到400℃左右时，容器内以反应Ⅲ为主，该反应前后气体数不变，压强的变化对该反应无影响。
25
