北京曲一线图书策划有限公司 5年高考3年模拟 A版 化学
第九章 化学反应速率与化学平衡
第 1 节 化学反应速率
五年高考
1.★(2022浙江1月选考,19,2分)在恒温恒容条件下,发生反应A(s)+2B(g)
3X(g),c(B)随时间的变化如图中曲线甲所示。下列说法不正确的是( )
A.从a、c两点坐标可求得从a到c时间间隔内该化学反应的平均速率
B.从b点切线的斜率可求得该化学反应在反应开始时的瞬时速率
C.在不同时刻都存在关系:2v(B)=3v(X)
D.维持温度、容积、反应物起始的量不变,向反应体系中加入催化剂,c(B)随时间变化
关系如图中曲线乙所示
答案 C
2.★★(2024安徽,12,3分)室温下,为探究纳米铁去除水样中SeO2-
的影响因素,测得不
4
同条件下SeO2-
浓度随时间变化关系如下图。
4
实验序号 水样体积/mL 纳米铁质量/mg 水样初始pH
① 50 8 6
② 50 2 6
③ 50 2 8
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下列说法正确的是( )
A.实验①中,0~2小时内平均反应速率v(SeO2- )=2.0 mol·L-1·h-1
4
B.实验③中,反应的离子方程式为2Fe+SeO2- +8H+ 2Fe3++Se+4H O
4 2
C.其他条件相同时,适当增加纳米铁质量可加快反应速率
D.其他条件相同时,水样初始pH越小,SeO2-
的去除效果越好
4
答案 C
3.★★(教考衔接:鲁科版选必1第2章第3节)(2024浙江6月选考,11,3分)二氧化碳
氧化乙烷制备乙烯,主要发生如下两个反应:
Ⅰ C H (g)+CO (g) C H (g)+CO(g)+H O(g) ΔH >0
2 6 2 2 4 2 1
Ⅱ C H (g)+2CO (g) 4CO(g)+3H (g) ΔH >0
2 6 2 2 2
向容积为10 L的密闭容器中投入2 mol C H 和3 mol CO ,不同温度下,测得5 min时
2 6 2
(反应均未平衡)的相关数据见下表,下列说法不正确的是( )
温度(℃) 400 500 600
乙烷转化率(%) 2.2 9.0 17.8
乙烯选择性(%) 92.6 80.0 61.8
转化为乙烯的乙烷的物质的量
注:乙烯选择性= ×100%
转化的乙烷的总物质的量
A.反应活化能:Ⅰ<Ⅱ
B.500 ℃时,0~5 min反应Ⅰ的平均速率为v(C H )=2.88×10-3 mol·L-1·min-1
2 4
C.其他条件不变,平衡后及时移除H O(g),可提高乙烯的产率
2
D.其他条件不变,增大投料比[n(C H )/n(CO )]投料,平衡后可提高乙烷转化率
2 6 2
答案 D
4.★★(2021浙江6月选考,20,2分)一定温度下,在N O 的四氯化碳溶液(100 mL)中发
2 5
生分解反应:2N O 4NO +O 。在不同时刻测量放出的O 体积,换算成N O 浓度如下表:
2 5 2 2 2 2 5
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t/s 0 600 1 200 1 710 2 220 2 820 x
c(NO)/(mol·L-1) 1.40 0.96 0.66 0.48 0.35 0.24 0.12
2 5
下列说法正确的是( )
A.600~1 200 s,生成NO 的平均速率为5.0×10-4 mol·L-1·s-1
2
B.反应2 220 s时,放出的O 体积为11.8 L(标准状况)
2
C.反应达到平衡时,v (N O )=2v (NO )
正 2 5 逆 2
D.推测上表中的x为3 930
答案 D
5.★★(创新点:异山梨醇制备过程与体系中物质浓度变化图像综合分析)(2024黑、吉、
辽,10,3分)异山梨醇是一种由生物质制备的高附加值化学品,150 ℃时其制备过程及相
关物质浓度随时间变化如图所示,15 h后异山梨醇浓度不再变化。下列说法错误的是(
)
A.3 h时,反应②正、逆反应速率相等
B.该温度下的平衡常数:①>②
C.0~3 h平均速率v(异山梨醇)=0.014 mol·kg-1·h-1
D.反应②加入催化剂不改变其平衡转化率
答案 A
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三年模拟
6.(不定项)★★(2024山东德州期末,14)已知橙红色的配离子[FeR ]2+可被HNO 氧化成
3 3
淡蓝色的配离子[FeR ]3+(HNO 的还原产物是HNO ),现用浓度分别为2.0 mol·L-1、2.5
3 3 2
mol·L-1、3.0 mol·L-1的HNO 溶液进行实验,c{[FeR ]2+}随时间t的变化曲线如图所示。
3 3
下列有关说法错误的是( )
A.实验中n{[FeR ]2+}、n{[FeR ]3+}之和不变时,反应达到平衡状态
3 3
B.三组实验中,反应速率都是前期速率增大,后期速率减小
C.2.0 mol·L-1的HNO 溶液进行实验,平衡时[FeR ]2+的平均消耗速率为4.7×10-5
3 3
mol·L-1·min-1
c{[FeR ]2+}
3
D.平衡后加水稀释, 增大
c{[FeR ]3+}
3
答案 AC
7.★★(2023山东青岛期初调研,20节选)(2)某温度下,在容积为V L的恒容密闭容器
中充入1 mol CO 和一定量H ,发生反应CO (g)+3H (g) CH OH(g)+H O(g)。CH OH(g)
2 2 2 2 3 2 3
n(H )
2
的平衡分压与起始投料比 的变化关系如图所示,已知b点对应投料比的起始压
n(CO )
2
强为1.5 kPa。
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①若达到b点所用时间为10 min,则0~10 min内该反应的平均反应速率v(H )=
2
mol·L-1·min-1。
0.18
答案 (2)①
V
第 2 节 化学平衡
五年高考
1.★(2023北京,4,3分)下列事实能用平衡移动原理解释的是( )
A.H O 溶液中加入少量MnO 固体,促进H O 分解
2 2 2 2 2
B.密闭烧瓶内的NO 和N O 的混合气体,受热后颜色加深
2 2 4
C.铁钉放入浓HNO 中,待不再变化后,加热能产生大量红棕色气体
3
D.锌片与稀H SO 反应过程中,加入少量CuSO 固体,促进H 的产生
2 4 4 2
答案 B
2.★(2022海南,8,2分)某温度下,反应CH CH (g)+H O(g) CH CH OH(g)在密闭容
2 2 2 3 2
器中达到平衡。下列说法正确的是 ( )
A.增大压强,v >v ,平衡常数增大
正 逆
B.加入催化剂,平衡时CH CH OH(g)的浓度增大
3 2
C.恒容下,充入一定量的H O(g),平衡向正反应方向移动
2
D.恒容下,充入一定量的CH CH (g),CH CH (g)的平衡转化率增大
2 2 2 2
答案 C
3.★★(2022广东,13,4分)恒容密闭容器中,BaSO (s)+4H (g) BaS(s)+4H O(g)在不
4 2 2
同温度下达平衡时,各组分的物质的量(n)如图所示。下列说法正确的是( )
A.该反应的ΔH<0
B.a为n(H O)随温度的变化曲线
2
C.向平衡体系中充入惰性气体,平衡不移动
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D.向平衡体系中加入BaSO ,H 的平衡转化率增大
4 2
答案 C
4.★★(2024江西,9,3分)温度T下,向1 L真空刚性容器中加入1 mol (CH ) CHOH,反
3 2
应达到平衡时,c(Y)=0.4 mol/L。下列说法正确的是 ( )
(CH ) CHOH(g) (CH ) CO(g)+H (g)
3 2 3 2 2
X Y Z
A.再充入1 mol X和1 mol Y,此时v <v
正 逆
B.再充入1 mol X,平衡时,c(Y)=0.8 mol/L
C.再充入1 mol N ,平衡向右移动
2
D.若温度升高,X的转化率增加,则上述反应ΔH<0
答案 A
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三年模拟
5.★(2023山东肥城阶段考,10)在恒温恒容的密闭容器中发生反应2NH (g)+CO (g)
3 2
CO(NH ) (s)+H O(g) ΔH<0,T ℃时平衡常数为K,下列说法正确的是( )
2 2 2
A.该反应在任何温度下都可自发进行
c(H O)
2
B.T ℃时,若 <K,则此时v <v
c(CO )·c2(N H ) 正 逆
2 3
C.选择高效催化剂可以提高活化分子百分数,提高CO(NH ) 的平衡产率
2 2
D.若容器内气体压强保持不变,该可逆反应达到化学平衡状态
答案 D
6.(不定项)★★(2024山东日照二模,14)体积均为2 L的多个恒容密闭容器,分别充入
1 mol CO(g)和1 mol H O(g)发生反应CO(g)+H O(g) CO (g)+H (g) ΔH=-41.5
2 2 2 2
kJ·mol-1,在不同温度下反应50 s,测得正、逆反应的平衡常数的自然对数lnK(lnK 或
正
lnK )、H 体积分数与热力学温度的倒数关系如图所示,下列说法错误的是( )
逆 2
A.曲线N表示lnK 的变化情况
正
B.0~50 s,a点对应容器中的反应的平均速率v(CO)=0.001 mol·L-1·s-1
C.b点时一定处于平衡状态
D.c点时,v <v
正 逆
答案 BD
7.(不定项)★★(2024山东日照一模,14)一定条件下,1-苯基丙炔( )
与HCl发生催化加成,反应如下:
E
a
1
反应Ⅰ: +HCl(g) (g); ;ΔH <0
1
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E
a
2
反应Ⅱ: +HCl(g) (g); ;ΔH
2
反应Ⅲ: (g) (g);ΔH <0
3
T ℃,向密闭容器中通入2 mol 和3 mol HCl(g),平衡时测得
的转化率为α,反应Ⅲ用物质的量分数表示的平衡常数K =6,反
x
3
应过程中有机物的物质的量分数随时间变化如图。下列说法错误的是( )
A.活化能:E <E
a a
1 2
ΔH
1
B. <1
ΔH
2
12α(5-2α)
C.T ℃反应Ⅰ的平衡常数K =
x
1
7(3-2α)(2-2α)
D.若保持温度和压强不变,再向容器中通N ,反应Ⅰ的化学平衡将逆向移动
2
答案 C
8.★★(2025届山东青岛期初调研,20节选)工业上通过在高温条件下用焦炭还原
Ca (PO ) 来生产白磷。为优化生产条件,往往会向原料中添加石英砂。过程中发生下列
3 4 2
反应:
2Ca (PO ) (s)+10C(s) 6CaO(s)+P (g)+10CO(g)(Ⅰ) ΔH >0
3 4 2 4 1
CaO(s)+SiO (s) CaSiO (s)(Ⅱ) ΔH <0
2 3 2
2Ca (PO ) (s)+10C(s)+6SiO (s) 6CaSiO (s)+P (g)+10CO(g)(Ⅲ)
3 4 2 2 3 4
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(2)在一真空恒容密闭容器中加入足量的焦炭、Ca (PO ) 、SiO ,控制反应温度为T ,发
3 4 2 2 1
生以上三个反应。下列能证明反应达到平衡状态的有 (填标号)。
A.气体中P 的百分含量不再变化
4
B.容器内压强不再变化
C.气体的密度不再变化
D.气体的平均相对分子质量不再变化
答案 (2)BC
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第 3 节 化学平衡常数及其相关计算
五年高考
1.★(2022江苏,10,3分)用尿素水解生成的NH 催化还原NO,是柴油机车辆尾气净化的
3
主要方法。反应为4NH (g)+O (g)+4NO(g) 4N (g)+6H O(g)。下列说法正确的是(
3 2 2 2
)
A.上述反应ΔS<0
c4(N )·c6(H O)
2 2
B.上述反应平衡常数K=
c4(N H )·c(O )·c4(NO)
3 2
C.上述反应中消耗1 mol NH ,转移电子的数目为2×6.02×1023
3
D.实际应用中,加入尿素的量越多,柴油机车辆排放的尾气对空气污染程度越小
答案 B
2.(不定项)★(2023海南,13,4分)工业上苯乙烯的生产主要采用乙苯脱氢工
艺:C H CH CH (g) C H CH CH (g)+H (g)。某条件下无催化剂存在时,该反应的正、
6 5 2 3 6 5 2 2
逆反应速率v随时间t的变化关系如图所示。下列说法正确的是( )
A.曲线①表示的是逆反应的v-t关系
B.t 时刻体系处于平衡状态
2
C.反应进行到t 时,Q>K(Q为浓度商)
1
D.催化剂存在时,v 、v 都增大
1 2
答案 BD
3.★★(2023湖南,13,3分)向一恒容密闭容器中加入1 mol CH 和一定量的H O,发生反
4 2
n(CH )
4
应:CH (g)+H O(g) CO(g)+3H (g)。CH 的平衡转化率按不同投料比x[x= ]
4 2 2 4 n(H O)
2
随温度的变化曲线如图所示。下列说法错误的是( )
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A.x <x
1 2
B.反应速率:v <v
b正 c正
C.点a、b、c对应的平衡常数:K <K =K
a b c
D.反应温度为T ,当容器内压强不变时,反应达到平衡状态
1
答案 B
4.★★★(2021山东,20节选)2-甲氧基-2-甲基丁烷(TAME)常用作汽油添加剂。在催化
剂作用下,可通过甲醇与烯烃的液相反应制得,体系中同时存在如下反应:
反应Ⅰ: +CH OH ΔH
3 1
反应Ⅱ: +CH OH ΔH
3 2
反应Ⅲ: ΔH
3
回答下列问题:
(2)为研究上述反应体系的平衡关系,向某反应容器中加入1.0 mol TAME,控制温度为
353 K,测得TAME的平衡转化率为α。
已知反应Ⅲ的平衡常数K =9.0(K 是以物质的量分数表示的平衡常数),则平衡体系中B
x x
3
的物质的量为 mol,反应Ⅰ的平衡常数K = 。
x
1
同温同压下,再向该容器中注入惰性溶剂四氢呋喃稀释,反应Ⅰ的化学平衡将
(填“正向移动”“逆向移动”或“不移动”);平衡时,A与CH OH物质的量浓度之比
3
c(A)∶c(CH OH)= 。
3
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(3)为研究反应体系的动力学行为,向盛有四氢呋喃的另一容器中加入一定量A、B和
CH OH。控制温度为353 K,A、B物质的量浓度c随反应时间t的变化如图所示。代表B
3
的变化曲线为 (填“X”或“Y”);t=100 s时,反应Ⅲ的正反应速率v
正
逆反应速率v (填“>”“<”或“=”)。
逆
10-10α2
答案 (2)0.9α 逆向移动 1∶10 (3)X <
α2
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三年模拟
5.(不定项)★★(2025届山东枣庄八中开学考,15)已知1 mol CO (g)与足量的C(s)在
2
恒容的密闭容器中发生反应:C(s)+CO (g) 2CO(g),测得平衡时体系中气体的物质的
2
量分数(x)与温度(T)的关系如图。
下列说法正确的是( )
A.将平衡体系的温度由800 K升至1 000 K,该反应的平衡常数K增大
B.向800 K时的平衡体系中充入氦气,反应速率增大,平衡逆向移动
C.向1 000 K时的平衡体系中再加入1 mol CO (g),达新平衡后x(CO)>50%
2
D.在1 250 K时,该反应达平衡后,CO 的平衡转化率约为81.82%
2
答案 AD
6.(不定项)★★(2024山东济宁二模,14)一定条件下, 与浓硫酸发生取代反
应生成水和单萘磺酸,反应过程和有机物占比随时间的变化如图所示:
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下列说法正确的是( )
A.升高温度,反应Ⅰ的速率增大程度大于反应Ⅱ
B.产物Ⅰ的热稳定性比产物Ⅱ强
K
2
C.平衡常数的比值 =6
K
1
D.加催化剂(只催化反应Ⅰ),极值点e可能移动至a点
答案 CD
7.(不定项)★★★(2025届山东青岛期初调研,15)工业试剂硫酰氯的制备原理为SO (g)
2
+Cl (g) SO Cl (g) ΔH<0。恒容密闭容器中按不同进料比充入SO (g)和Cl (g),测
2 2 2 2 2
定T 、T 和T 温度下体系达平衡时的Δp(Δp=p -p,其中p =240 kPa为体系初始压强,p
1 2 3 0 0
为体系平衡压强),结果如图所示。下列说法正确的是( )
A.温度关系为T >T >T
1 2 3
B.T 温度下,平衡常数K =0.03 kPa-1
1 p
11
C.N点时,SO Cl 的体积分数为
2 2 48
D.T 温度下且n(SO )/n(Cl )=0.5时,Δp=60 kPa
1 2 2
答案 BD
8.★★★(2025届山东潍坊开学考,20)环氧丙醇(GLD)常用作树脂改性剂,在液相有机体
系中,可通过碳酸二甲酯(DMC)和丙三醇(GL)制得,体系中同时存在如下反应:
反应Ⅰ: (l)+ (l) +2CHOH(l) ΔH<0
3 1
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反应Ⅱ: +CO(g) ΔH>0
2 2
反应Ⅲ: (l)+ (l) +2CHOH(l)+CO(g) ΔH<0
3 2 3
已知:①在敞口容器中CO 的分压为40 Pa;
2
②对于物质状态不同的多相反应,如在溶剂E(l)中发生的反应A(l)+B(g) D(l),其
x(D)
平衡常数表达式可表示为K= [p为气体分压;x为液相体系中物质的摩
x(A)·p(B)
尔分数,x(A)+x(D)+x(E)=1]。
回答下列问题:
(1)反应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的焓变ΔH随温度T的变化如图所示,表示反应Ⅱ的焓变曲线为
(填“a”“b”或“c”),T ℃下b曲线上M点的值为 。
3
(2)T ℃时,反应达平衡后再注入惰性溶剂CCl 稀释,W表示体系中加入CCl 的物质的量
3 4 4
与反应物总物质的量的比值。实验测定W不同时,DMC的平衡转化率随温度的变化关系
如图甲所示。
图甲 图乙
W由大到小的顺序是 ;在不同催化剂下,反应相同时间DMC的转化率随温度变化
的关系如图乙,图乙中a、b、c、d四点可能是图甲测绘时选取的点的是 。
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(3)T ℃时,向敞口容器中加入1.0 mol CCl 、1.0 mol DMC和1.0 mol GL,发生上述反
3 4
应,达平衡时,测得x(GLD)=10%,反应Ⅱ的平衡常数K =40 Pa,此时GLD的物质的量为
2
mol,反应Ⅲ的平衡常数K = Pa。
3
答案 (1)a -2.92 (2)W >W >W b、d
1 2 3
(3)0.375 144
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考法突破 12 分压平衡常数的计算
五年高考
1.★★(创新点:利用所给公式计算半衰期)(2024新课标,29节选)Ni(CO) (四羰合镍,沸
4
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:
(3)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) (g)的ΔH
4
0(填“大于”或“小于”)。从热力学角度考虑,
有利于Ni(CO) 的生成(写出两点),p 、100 ℃时CO的平衡转化率α= ,该温度
4 3
下平衡常数K = (MPa)-3。
p
(4)对于同位素交换反应Ni(C16O) +C18O Ni(C16O) C18O+C16O,20 ℃时反应物浓度随时
4 3
间的变化关系为c [Ni(C16O) ]=c [Ni(C16O) ]e-kt(k为反应速率常数),则Ni(C16O) 反应一
t 4 0 4 4
t
半所需时间 1= (用k表示)。
2
答案 (3)小于 增大压强、降低温度 97.3% 9×103
ln2
(4)
k
2.★★(创新点:同级数的平行反应的调控)(2024贵州,17节选)(5)973 K、100 kPa下,
在某密闭容器中按n(C H )∶n(CH )=1∶5充入气体,发生反应C H (g)+CH (g)
6 6 4 6 6 4
C H (g)+H (g),平衡时C H 与C H 的分压比为4∶1,则C H 的平衡转化率为 ,平
7 8 2 6 6 7 8 6 6
衡常数K = (用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数,列出计
p
算式即可)。
(6)引入丙烷可促进甲烷芳构化制备苯和二甲苯,反应如下:
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(两个反应可视为同级数的平行反应)
v k A ( E a,2 -E a,1)
对于同级数的平行反应有 1= 1= 1e RT ,其中v、k分别为反应速率和反应速率
v k A
2 2 2
k
1
常数,E 为反应活化能,A 、A 为定值,R为常数,T为温度,同一温度下 是定值。已知
a 1 2 k
2
E <E ,若要提高苯的产率,可采取的措施有 。
a,苯 a,二甲苯
0.2
( ×100 kPa)2
6 0.22
答案 (5)20% 或
0.8 4.8 0.8×4.8
( ×100 kPa)( ×100 kPa)
6 6
(6)适当降低温度,加入合适的催化剂(合理即可)
3.★★(2024湖北,17节选)用BaCO 和焦炭为原料,经反应Ⅰ、Ⅱ得到BaC ,再制备乙炔
3 2
是我国科研人员提出的绿色环保新路线。
反应Ⅰ:BaCO (s)+C(s) BaO(s)+2CO(g)
3
反应Ⅱ:BaO(s)+3C(s) BaC (s)+CO(g)
2
回答下列问题:
(1)写出BaC 与水反应的化学方程式 。
2
p
(2)已知K =(p )n、K=( CO )n(n是CO的化学计量数)。反应Ⅰ、Ⅱ的lgK与温度的
p CO 105Pa
关系曲线见图1。
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①反应BaCO (s)+4C(s) BaC (s)+3CO(g)在1 585 K的K = Pa3。
3 2 p
②保持1 320 K不变,假定恒容容器中只发生反应Ⅰ,达到平衡时p = Pa,若将
CO
1
容器体积压缩到原来的 ,重新建立平衡后p = Pa。
2 CO
答案 (1)BaC +2H O Ba(OH) +C H ↑
2 2 2 2 2
(2)①1016 ②105 105
4.★★★(2022山东,20,11分)利用γ-丁内酯(BL)制备1,4-丁二醇(BD),反应过程中
伴有生成四氢呋喃(THF)和1-丁醇(BuOH)的副反应,涉及反应如下:
已知:①反应Ⅰ为快速平衡,可认为不受慢反应Ⅱ、Ⅲ的影响;②因反应Ⅰ在高压H 氛
2
围下进行,故H 压强近似等于总压。回答下列问题:
2
(1)以5.0×10-3 mol BL或BD为初始原料,在493 K、3.0×103 kPa的高压H 氛围下,分
2
别在恒压容器中进行反应。达平衡时,以BL为原料,体系向环境放热X kJ;以BD为原料,
体系从环境吸热Y kJ。忽略副反应热效应,反应Ⅰ焓变ΔH(493 K,3.0×103 kPa)=
kJ·mol-1。
(2)初始条件同上。x 表示某物种i的物质的量与除H 外其他各物种总物质的量之
i 2
比,x 和x 随时间t变化关系如图甲所示。实验测得X<Y,则图中表示x 变化的曲线是
BL BD BL
;反应Ⅰ平衡常数K = kPa-2(保留两位有效数字)。以BL为原料时,t 时刻x =
p 1 H O
2
,BD产率= (保留两位有效数字)。
第 19 页 共 47 页第 19 页 共 47 页
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(3)(x /x ) 为达平衡时x 与x 的比值。(493 K,2.5×103 kPa)、(493 K,3.5×103
BD BL max BD BL
kPa)、(513 K,2.5×103 kPa)三种条件下,以5.0×10-3mol BL为初始原料,在相同体积
x /x
BD BL
的刚性容器中发生反应, 随时间t变化关系如图乙所示。因反应在高压
(x /x )
BD BL max
H 氛围下进行,可忽略压强对反应速率的影响。曲线a、b、c中,(x /x ) 最大的是
2 BD BL max
x /x
BD BL
(填代号);与曲线b相比,曲线c达到 =1.0所需时间更长,原因是
(x /x )
BD BL max
。
答案 (1)-200(X+Y)
(2)a、c 8.3×10-8 0.08 39%
(3)c c、b温度一致,但c中氢气压强更大,BL平衡转化率较大,需时更长
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三年模拟
5.★★(2025届山东滕州一中开学考,20节选)近年来丙烯的生产技术不断发展,在催化
剂的作用下,可由丙烷直接脱氢或氧化脱氢制备丙烯,反应历程如下:
反应Ⅰ(直接脱氢):C H (g) C H (g)+H (g) ΔH
3 8 3 6 2 1
反应Ⅱ(氧化脱氢):2C H (g)+O (g) 2C H (g)+2H O(g) ΔH =-236 kJ·mol-1
3 8 2 3 6 2 2
(2)温度为T 、压强恒为p kPa时,向密闭容器中通入C H 和Ar的混合气体,容器内仅发
1 3 8
生反应Ⅰ,从平衡移动的角度判断,达到平衡后“通入Ar”的作用是 ;
温度为T 时,C H 的平衡转化率(α)与通入气体中C H 的物质的量分数(x)的关系如图所
1 3 8 3 8
示,计算T 时反应Ⅰ的平衡常数K = kPa(用分压表示,分压=总压×物质的量分
1 p
数)。
p
答案 (2)提高C H (g)的转化率
3 8 6
6.★★(2025届山东菏泽10月期中,20节选)研究氮氧化物的反应机理,对于消除环境
污染有重要意义。
(2)工业上利用反应2NO(g)+2CO(g) N (g)+2CO (g) ΔH=-747 kJ·mol-1可将氮的
2 2
氧化物转化为无害气体。向某密闭容器中通入6 mol CO、6 mol NO,测得在其他条件相
同时,平衡体系中N 的物质的量分数x(N )与压强p、温度T之间的关系如图所示:
2 2
①图中曲线Ⅱ表示 过程(填“等温”或“等压”),判断的依据是
。
第 21 页 共 47 页第 21 页 共 47 页
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②若a点对应的压强恒为20 MPa,反应开始到达到平衡所用时间为10 min,则此时间段
内v(CO)= MPa·min-1,平衡常数K = 。
p
答案 (2)①等压 正反应为放热反应,温度越高,平衡时x(N )越小 ②0.6 1
2
7.★★★(2024山东济宁三模,20节选)CO 耦合乙苯( )脱氢制备苯乙烯(
2
)是综合利用CO 的热点研究领域,制备苯乙烯涉及的主要反应如下:
2
反应Ⅰ: (g) (g)+H (g) ΔH
2 1
反应Ⅱ:CO (g)+H (g) CO(g)+H O(g) ΔH >0
2 2 2 2
反应Ⅲ: (g)+CO (g) (g)+CO(g)+H O(g) ΔH >0
2 2 3
(3)向恒容密闭容器中投入乙苯和CO 各1 mol,此时气体压强为p ,催化脱氢制备苯乙
2 0
烯,除上述反应外,还发生副反应: (g)+H (g) (g)+CH (g)
2 4
转化为甲苯消耗乙苯的物质的量
ΔH <0,测得反应体系中甲苯的选择性s(s=
4 已转化的乙苯的总物质的量
×100%)、乙苯的平衡转化率、CO 的平衡转化率随温度的变化关系如图所示。表示乙
2
苯的平衡转化率的曲线是 ;T 温度下反应Ⅱ的压强平衡常数K = (保留两
1 p
位小数)。
答案 (3)N 1.52
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考法突破 13 反应速率常数的应用
五年高考
1.★★(2023河北,12,3分)在恒温恒容密闭容器中充入一定量W(g),发生如下反应:
反应②和③的速率方程分别为v =k c2(X)和v =k c(Z),其中k 、k 分别为反应②和③的
2 2 3 3 2 3
速率常数,反应③的活化能大于反应②。测得W(g)的浓度随时间的变化如下表。
t/min 0 1 2 3 4 5
c(W)/(mol·L-1) 0.160 0.113 0.080 0.056 0.040 0.028
下列说法正确的是( )
A.0~2 min内,X的平均反应速率为0.080 mol·L-1 ·min-1
B.若增大容器容积,平衡时Y的产率增大
C.若k =k ,平衡时c(Z)=c(X)
2 3
D.若升高温度,平衡时c(Z)减小
答案 D
2.(不定项)★★(2024山东,15,4分)逆水气变换反应:CO (g)+H (g) CO(g)+H O(g)
2 2 2
ΔH>0。一定压力下,按CO 、H 物质的量之比n(CO )∶n(H )=1∶1投料,T 、T 温度时反
2 2 2 2 1 2
应物摩尔分数随时间变化关系如图所示。已知该反应的速率方程为
v=kc0.5(H )c(CO ),T 、T 温度时反应速率常数k分别为k 、k 。下列说法错误的是(
2 2 1 2 1 2
)
A.k >k
1 2
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v(T ) k
B.T 、T 温度下达平衡时反应速率的比值: 1 < 1
1 2 v(T ) k
2 2
C.温度不变,仅改变体系初始压力,反应物摩尔分数随时间的变化曲线不变
D.T 温度下,改变初始投料比例,可使平衡时各组分摩尔分数与T 温度时相同
2 1
答案 CD
3.★★(创新点:对二甲苯氯化体系中速率常数的应用)(2024河北,17节选)氯气是一种
重要的基础化工原料,广泛应用于含氯化工产品的生产。硫酰氯及1,4-二(氯甲基)苯等
可通过氯化反应制备。
(2)1,4-二(氯甲基)苯(D)是有机合成中的重要中间体,可由对二甲苯(X)的氯化反应合
成。对二甲苯浅度氯化时反应过程为
以上各反应的速率方程均可表示为v=kc(A)c(B),其中c(A)、c(B)分别为各反应中对应
反应物的浓度,k为速率常数(k ~k 分别对应反应①~⑤)。
1 5
某温度下,反应器中加入一定量的X,保持体系中氯气浓度恒定(反应体系体积变化忽略
不计),测定不同时刻相关物质的浓度。
已知该温度下,k ∶k ∶k ∶k ∶k =100∶21∶7∶4∶23。
1 2 3 4 5
①30 min时,c(X)=6.80 mol·L-1,且30~60 min内v(X)=0.042 mol·L-1·min-1,反应进
行到60 min时,c(X)= mol·L-1。
②60 min时,c(D)=0.099 mol·L-1,若0~60 min产物T的含量可忽略不计,则此时
c(D)
c(G)= mol·L-1;60 min后,随T的含量增加, (填“增大”“减
c(G)
小”或“不变”)。
答案 (2)①5.54 ②0.033 增大
4.★★★(2023山东,20,12分)一定条件下,水气变换反应CO+H O CO +H 的中间产
2 2 2
物是HCOOH。为探究该反应过程,研究HCOOH水溶液在密封石英管中的分解反应:
Ⅰ.HCOOH CO+H O (快)
2
第 24 页 共 47 页第 24 页 共 47 页
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Ⅱ.HCOOH CO +H (慢)
2 2
研究发现,在反应Ⅰ、Ⅱ中,H+仅对反应Ⅰ有催化加速作用;反应Ⅰ速率远大于反应Ⅱ,
近似认为反应Ⅰ建立平衡后始终处于平衡状态。忽略水的电离,其浓度视为常数。
回答下列问题:
(1)一定条件下,反应Ⅰ、Ⅱ的焓变分别为ΔH 、ΔH ,则该条件下水气变换反应的焓变
1 2
ΔH= (用含ΔH 、ΔH 的代数式表示)。
1 2
(2)反应Ⅰ正反应速率方程为v=kc(H+)c(HCOOH),k为反应速率常数。T 温度下,HCOOH
1
电离平衡常数为K ,当HCOOH平衡浓度为x mol·L-1时,H+浓度为 mol·L-1,此时
a
反应Ⅰ正反应速率v= mol·L-1·h-1(用含K 、x和k的代数式表示)。
a
(3)T 温度下,在密封石英管内完全充满1.0 mol·L-1 HCOOH水溶液,使HCOOH分解,分
2
解产物均完全溶于水,含碳物种浓度与反应时间的变化关系如图所示(忽略碳元素的其
他存在形式)。t 时刻测得CO、CO 的浓度分别为0.70 mol·L-1、0.16 mol·L-1;反应
1 2
c(CO)
Ⅱ达平衡时,测得H 的浓度为y mol·L-1。体系达平衡后 = (用含y的
2 c(CO )
2
代数式表示,下同),反应Ⅱ的平衡常数为 。
相同条件下,若反应起始时溶液中同时还含有0.10 mol·L-1盐酸,则图示点a、b、c、d
中,CO新的浓度峰值点可能是 (填标号)。与不含盐酸相比,CO达浓度峰值
c(CO)
时,CO 浓度 (填“增大”“减小”或“不变”), 的值
2 c(HCOOH)
(填“增大”“减小”或“不变”)。
答案 (1)ΔH -ΔH
2 1
(2)√K xkx√K x
a a
5(1- y) 6 y2
(3) a 减小 不变
6 y 1- y
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三年模拟
5.★★(2023山东滕州期中,10)在石油化工中酸碱催化占有重要地位,某酸碱催化反应
(总反应为M+D N)的反应机理如下:
HM+ M+H+ pK =5.0
a
HM++D HMD+ N k =1.0×107 mol-1∙dm3∙s-1
1
M+D MD* N k =1.0×102 mol-1∙dm3∙s-1
2
已知:基元反应的速率与反应物浓度幂之积成正比;该反应的决速步骤为基元反应中
HMD+和MD*的生成;总反应速率为决速反应的速率之和。下列说法正确的是( )
A.生成MD*的速率为k c(M)c(D)
2
B.酸性增强,会使M转化为HM+,降低总反应速率
K
C.总反应的速率常数k= a c(H+)+k
k 2
1
D.当pH>8后,总反应的速率常数k基本不变
答案 A
6.(不定项)★★(2024山东淄博三模,14)某密闭容器中发生以下两个反应:①X(g)+Y(g)
M(g)+Q(g) K ;②X(g)+Y(g) N(g)+Q(g) K 。反应①的正反应速率
1 2
v (正)=k ·c(X)·c(Y),反应②的正反应速率v (正)=k ·c(X)·c(Y),其中k 、k 为速
1 1 2 2 1 2
率常数。某温度下,体系中生成物浓度随时间变化的关系如图所示。下列说法正确的是
( )
A.反应①的活化能大于反应②
B.10 s时,正反应速率v (正)>v (正)
1 2
C.0~6 s内,X的平均反应速率v(X)=0.5 mol·L-1·s-1
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K 2
D.该温度时,
1=
K 5
2
答案 BD
1
7.(不定项)★★(创新点:φ、lg 与T、w的复合图像分析)(2024山东淄博二模,14)已
k
知CH CHCH (g)+Cl (g) CH CHCH Cl(g)+HCl(g),该反应的v =k ·c(CH
2 3 2 2 2 正 正 2
CHCH )·c(Cl ),v =k ·c(CH CHCH Cl)·c(HCl),k 、k 分别为正、逆反应速率常
3 2 逆 逆 2 2 正 逆
数。在一定压强下,按w= 向密闭容器中投料,平衡时CH CHCH 的体
2 3
1
积分数(φ)、lg 与温度T、w的关系如图所示。下列说法中正确的是( )
k
1
A.w >1,曲线n表示lg 随温度的变化
2 k
逆
v 9
B.在w 、T K下,φ(CH CHCH )=20%时,
正=
1 1 2 3 v 4
逆
k
正
C.一定温度下,该反应的 随催化剂的不同而发生改变
k
逆
D.相同温度下,w 平衡体系中的φ(CH CHCH Cl)大于w 平衡体系中的
2 2 2 1
答案 A
8.★★(2025届山东烟台期中,18节选)(2)已知反应Ⅰ:C H (g) C H (g)+H (g)的速
2 6 2 4 2
率方程为v =k ·p(C H ),v =k ·p(C H )·p(H ),其中k 、k 分别为正、逆反应的
正 正 2 6 逆 逆 2 4 2 正 逆
速率常数,p为各组分分压。
①在实际生产中,T ℃时,向恒容密闭容器中通入C H (g)和N (作稀释剂,不参与反应),
2 6 2
测得容器总压(p )和C H (g)转化率α随时间变化的关系如图。起始时
总 2 6
v
正
n(C H )∶n(N )= ;平衡时p(C H )= ;a处的 = 。
2 6 2 2 4 v
逆
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答案 (2)①1∶4 15 kPa 2.5
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第 4 节 化学反应的方向与调控
五年高考
1.★★(教考衔接:人教版必修二第五章第一节)(2024北京,7,3分)硫酸是重要化工原
料,工业生产制取硫酸的原理示意图如下。
下列说法不正确的是( )
A.Ⅰ的化学方程式:3FeS +8O Fe O +6SO
2 2 3 4 2
B.Ⅱ中的反应条件都是为了提高SO 平衡转化率
2
C.将黄铁矿换成硫黄可以减少废渣的产生
D.生产过程中产生的尾气可用碱液吸收
答案 B
2.★(2024贵州,17节选)在无氧环境下,CH 经催化脱氢芳构化可以直接转化为高附加
4
值的芳烃产品。一定温度下,CH 芳构化时同时存在如下反应:
4
ⅰ.CH (g) C(s)+2H (g) ΔH =+74.6 kJ·mol-1 ΔS=+80.84 J·mol-1·K-1
4 2 1
ⅱ.6CH (g) C H (l)+9H (g) ΔH
4 6 6 2 2
(1)反应ⅰ在1 000 K时 (选填“能”或“不能”)自发进行。
答案 (1)能
3.★★(教考衔接:鲁科版选必1第2章第1节)(2024浙江6月选考,19节选)氢是清洁
能源,硼氢化钠(NaBH )是一种环境友好的固体储氢材料,其水解生氢反应方程式如下。
4
NaBH (s)+2H O(l) NaBO (aq)+4H (g) ΔH<0
4 2 2 2
(1)该反应能自发进行的条件是 。
A.高温 B.低温
C.任意温度 D.无法判断
答案 (1)C
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三年模拟
4.★★(2024山东聊城二模,6)我国科学家研发出一种新型双温催化剂Fe-TiO H ,该催
2-x y
化剂催化N 和H 合成NH (反应体系温度为495 ℃)的原理如图所示,下列分析错误的是
2 2 3
( )
A.“热Fe”上的变化属于焓增、熵增的变化
B.“热Fe”有利于N 快速转化为N
2
C.“冷Ti”低于体系温度,有利于提高合成氨的反应速率
D.该催化剂能较好地解决传统合成氨工艺中存在的反应速率和平衡产率的矛盾
答案 C
5.★★(教考衔接:鲁科版选必1第2章第4节)(2024山东青岛三模,20节选)工业合成
氨反应为N (g)+3H (g) 2NH (g) ΔH=-92.4 kJ·mol-1,ΔS=-200 J·mol-1·K-1。
2 2 3
Ⅰ.传统的工业合成氨采用Fe作催化剂。
(1)研究表明,合成氨反应在Fe催化剂上可能通过如下机理进行(*表示催化剂表面吸附
位点,N * 表示被吸附于催化剂表面的N )。决速步为 (填标号)。
2 2
①氮气吸附:N (g)+* N *
2 2
②氮气解离:N * +* 2N*
2
③氢气吸附解离:H (g)+2* 2H*
2
④表面反应:N*+H* NH*+* NH*+H* NH *+*N H * +H* NH * +*
2 2 3
⑤脱附:NH * NH (g)+*
3 3
(2)一定条件下,增加氢气分压会使合成氨速率降低,称为“氢中毒”,其原因为
。
答案 (1)②
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(2)增加氢气分压会增加吸附H的活性位点比例,从而降低N 的吸附与解离速率
2
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考法突破 14 反应速率和平衡图像分析
五年高考
1.★★(2022广东,15,4分)在相同条件下研究催化剂Ⅰ、Ⅱ对反应X 2Y的影响,各
物质浓度c随反应时间t的部分变化曲线如图,则( )
A.无催化剂时,反应不能进行
B.与催化剂Ⅰ相比,Ⅱ使反应活化能更低
C.a曲线表示使用催化剂Ⅱ时X的浓度随t的变化
D.使用催化剂Ⅰ时,0~2 min内,v(X)=1.0 mol·L-1·min-1
答案 D
2.★★(2022北京,14,3分)CO 捕获和转化可减少CO 排放并实现资源利用,原理如图1
2 2
所示。反应①完成之后,以N 为载气,将恒定组成的N 、CH 混合气,以恒定流速通入反
2 2 4
应器,单位时间流出气体各组分的物质的量随反应时间变化如图2所示。反应过程中始
终未检测到CO ,在催化剂上检测到有积炭。下列说法不正确的是( )
2
图1
图2
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A.反应①为CaO+CO CaCO ;反应②为CaCO +CH CaO+2CO+2H
2 3 3 4 2
B.t ~t ,n(H )比n(CO)多,且生成H 的速率不变,推测有副反应CH C+2H
1 3 2 2 4 2
C.t 时刻,副反应生成H 的速率大于反应②生成H 的速率
2 2 2
D.t 之后,生成CO的速率为0,是因为反应②不再发生
3
答案 C
3.★★(2024江苏,13,3分)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
①CO (g)+H (g) CO(g)+H O(g) ΔH =41.2 kJ·mol-1
2 2 2 1
②CO(g)+2H (g) CH OH(g) ΔH
2 3 2
225 ℃、8×106 Pa下,将一定比例CO 、H 混合气匀速通过装有催化剂的绝热反应管。
2 2
装置及L 、L 、L …位点处(相邻位点距离相同)的气体温度、CO和CH OH的体积分数如
1 2 3 3
图所示。下列说法正确的是 ( )
A.L 处与L 处反应①的平衡常数K相等
4 8
B.反应②的焓变ΔH >0
2
C.L 处的H O的体积分数大于L 处
9 2 5
D.混合气从起始到通过L 处,CO的生成速率小于CH OH的生成速率
1 3
答案 C
4.★★(2024湖南,14,3分)恒压下,向某密闭容器中充入一定量的CH OH(g)和CO(g),发
3
生如下反应:
主反应:CH OH(g)+CO(g) CH COOH(g) ΔH
3 3 1
副反应:CH OH(g)+CH COOH(g) CH COOCH (g)+H O(g) ΔH
3 3 3 3 2 2
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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[如δ(CH COOH)=
3
n(CH COOH)
3 ]随投料比x(物质的量之比)的变化关系如图所
n(CH COOH)+n(CH COOCH )
3 3 3
示,下列说法正确的是( )
n(CH OH)
A.投料比x代表 3
n(CO)
B.曲线c代表乙酸的分布分数
C.ΔH <0,ΔH >0
1 2
D.L、M、N三点的平衡常数:K(L)=K(M)>K(N)
答案 D
5.(不定项)★★★(2023山东,14,4分)一定条件下,化合物E和TFAA合成H的反应路径
如下:
已知反应初始E的浓度为0.10 mol·L-1,TFAA的浓度为0.08 mol·L-1,部分物种的浓度
随时间的变化关系如图所示,忽略反应过程中的体积变化。下列说法正确的是( )
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A.t 时刻,体系中有E存在
1
B.t 时刻,体系中无F存在
2
C.E和TFAA反应生成F的活化能很小
D.反应达平衡后,TFAA的浓度为0.08 mol·L-1
答案 AC
6.★★★(2024全国甲,28,15分)甲烷转化为多碳化合物具有重要意义。一种将甲烷溴
化再偶联为丙烯(C H )的研究所获得的部分数据如下。回答下列问题:
3 6
(1)已知如下热化学方程式:
CH (g)+Br (g) CH Br(g)+HBr(g) ΔH =-29 kJ·mol-1
4 2 3 1
3CH Br(g) C H (g)+3HBr(g) ΔH =+20 kJ·mol-1
3 3 6 2
计算反应3CH (g)+3Br (g) C H (g)+6HBr(g)的ΔH= kJ·mol-1。
4 2 3 6
(2)CH 与Br 反应生成CH Br,部分CH Br会进一步溴化。将8 mmol CH 和8 mmol Br 通
4 2 3 3 4 2
入密闭容器,平衡时,n(CH )、n(CH Br)与温度的关系见下图(假设反应后的含碳物质只
4 3
有CH 、CH Br和CH Br )。
4 3 2 2
(ⅰ)图中CH Br的曲线是 (填“a”或“b”)。
3
(ⅱ)560 ℃时,CH 的转化率α= ,n(HBr)= mmol。
4
(ⅲ)560 ℃时,反应CH Br(g)+Br (g) CH Br (g)+HBr(g)的平衡常数K= 。
3 2 2 2
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(3)少量I 可提高生成CH Br的选择性。500 ℃时,分别在有I 和无I 的条件下,将8
2 3 2 2
mmol CH 和8 mmol Br 通入密闭容器,溴代甲烷的物质的量(n)随时间(t)的变化关系见
4 2
下图。
v(有I )
2
(ⅰ)在11~19 s之间,有I 和无I 时CH Br的生成速率之比 = 。
2 2 3 v(无I )
2
(ⅱ)从图中找出I 提高了CH Br选择性的证据: 。
2 3
(ⅲ)研究表明,I 参与反应的可能机理如下:
2
①I (g) ·I(g)+·I(g)
2
②·I(g)+CH Br (g) IBr(g)+·CH Br(g)
2 2 2
③·CH Br(g)+HBr(g) CH Br(g)+·Br(g)
2 3
④·Br(g)+CH (g) HBr(g)+·CH (g)
4 3
⑤·CH (g)+IBr(g) CH Br(g)+·I(g)
3 3
⑥·I(g)+·I(g) I (g)
2
根据上述机理,分析I 提高CH Br选择性的原因: 。
2 3
答案 (1)-67
(2)(ⅰ)a (ⅱ)80% 7.8 (ⅲ)10.92
(3)(ⅰ)3∶2
(ⅱ)有I 时生成的CH Br比无I 时多,生成的CH Br 比无I 时少
2 3 2 2 2 2
(ⅲ)改变了反应机理,发生了反应CH Br (g)+CH (g) 2CH Br(g)
2 2 4 3
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三年模拟
7.★★(2024山东省实验中学二模,10)某实验室测定并计算了在136~180 ℃范围内下
列反应的平衡常数K :
p
①2NO(g)+2ICl(g) 2NOCl(g)+I (g) K
2 p
1
②2NOCl(g) 2NO(g)+Cl (g) K
2 p
2
1 1
得到lgK ~ 和lgK ~ 均为线性关系,如图所示。下列有关说法错误的是( )
p 1 T p 2 T
A.反应②高温下可自发进行
B.反应2ICl(g) I (g)+Cl (g)的ΔH<0
2 2
C.升温,反应体系中分子总数会增大
D.当混合气体颜色不变时,说明反应①和②已达平衡状态
答案 B
8.(不定项)★★(2024山东潍坊二模,14)利用环戊二烯( )加氢制备环戊烯( ),
n(H )
2
按 =1加入恒容密闭容器中,仅发生如下反应:
n(C H )
5 6
① (g)+H (g) (g) ΔH <0
2 1
②2 (g) (g) ΔH <0
2
测得相同时间内,环戊二烯转化率和环戊烯选择性随温度变化的曲线如图所示(已知:选
择性=转化为目标产物的反应物在总转化量中的占比)。下列说法错误的是( )
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A.60 ℃时,H 的转化率为72%
2
B.由图可知,反应决速步的活化能:反应①>反应②
n(H )
2
C.相同条件下,若增大 , 的选择性提高
n(C H )
5 6
D.60 ℃后,环戊烯选择性降低的原因可能是催化剂活性减弱
答案 B
9.★★(2025届山东青岛期初调研,20节选改编)(3)CH 也可以作为制取白磷的还原剂,
4
反应方程式为6Ca (PO ) (s)+10CH (g)+18SiO (s) 18CaSiO (s)+3P (g)+10CO(g)
3 4 2 4 2 3 4
+20H O(g)(Ⅳ) ΔH >0。在一容器中加入足量的Ca (PO ) 、SiO 并通入一定量的CH ,
2 4 3 4 2 2 4
在不同的压强下,反应体系达到平衡时测得CH 体积分数随温度T的变化关系如图所示:
4
①上图中压强由高到低的顺序为 ,判断依据是 。
②M点与N点以CO表示的正反应速率大小关系为v v (填“>”“=”或“<”)。
M N
③温度为T 时,若p =100 kPa,则CH 的平衡转化率为 (保留两位有效数字),反
0 1 4
应Ⅳ的平衡常数K = (列出计算式即可)。
p
4
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答案 (3)①p >p >p 该反应为气体分子数增大的反应,增大压强平衡逆向移动,CH 体
1 2 3 4
积分数增大 ②< ③13%
0.039 0.13 0.26
( ×100 kPa)3( ×100 kPa)10( ×100 kPa)20
1.299 1.299 1.299
0.87
( ×100 kPa)10
1.299
10.★★(2024山东潍坊三模,20节选)(2)将CO 转化为HCOOH等物质,是实现“双碳”
2
目标的途径之一。
①在某催化剂作用下,CO 和H 合成HCOOH仅涉及以下反应:
2 2
Ⅰ.CO (g)+H (g) HCOOH(g) ΔH <0
2 2 1
Ⅱ.CO (g)+H (g) CO(g)+H O(g)
2 2 2
ΔH >0
2
在2 L刚性容器中,加入CO (g)和H (g)各1 mol发生反应,平衡时CO 的转化率及HCOOH
2 2 2
和CO的选择性随温度变化如图所示。280 ℃时,平衡后的压强与初始压强之比为
(用含y的代数式表示)。240 ℃时,反应Ⅰ的平衡常数K= (结果保留小数点后
两位)。
400- y
答案 (2)① 1.78
400
第 40 页 共 47 页第 40 页 共 47 页
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微专题 3 化工生产中多重平衡体系分析
五年高考
1.★★★(创新点:吸附等温式的相关计算)(2024江西,16,14分)目前开采的天然气含
有H S,综合利用天然气制氢是实现“碳中和”的重要途径。CH 和H S重整制氢的主要
2 4 2
反应如下:
反应Ⅰ:CH (g)+2H S(g) CS (g)+4H (g) ΔH =+260 kJ/mol
4 2 2 2 1
反应Ⅱ:CH (g) C(s)+2H (g) ΔH =+90 kJ/mol
4 2 2
反应Ⅲ:2H S(g) S (g)+2H (g) ΔH =+181 kJ/mol
2 2 2 3
回答下列问题:
(1)H S分子的电子式为 。
2
(2)反应Ⅳ:CS (g) S (g)+C(s) ΔH = kJ/mol。
2 2 4
(3)保持反应器进料口总压为100 kPa。分别以8 kPa CH 、24 kPa H S(He作辅气)与
4 2
25 kPa CH 、75 kPa H S进料,CH 平衡转化率与温度的关系如图1,含有He的曲线为
4 2 4
,理由是 。
(4)假设在10 L的恒温刚性容器中,通入0.3 mol CH 和0.15 mol H S发生反应Ⅰ、Ⅱ
4 2
和Ⅲ,起始总压为p ,CH 和H S的转化率与时间的关系如图2,0~5 min内H 的化学反应
0 4 2 2
速率为 mol/(L·min);5 min时,容器内总压为 。
(5)假设H S和CH 的混合气体在某固体催化剂上的吸附服从Langmuir等温吸附(吸附分
2 4
子彼此不发生相互作用,且气体分子为单分子层吸附)。
V a p V a p
吸附等温式为 1 = 1 1 , 2 = 2 2
V 1+a p +a p V 1+a p +a p
m 1 1 2 2 m 1 1 2 2
其中a是气体的吸附系数,V 是气体在固体表面的饱和吸附量(标态),p是气体的分压,V
m
是气体分压为p时的平衡吸附量(标态)。
第 41 页 共 47 页第 41 页 共 47 页
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在一定温度下,H S的吸附系数是CH 的4倍,当H S的分压为2 MPa及4 MPa,CH 和H S
2 4 2 4 2
的分压相同时,H S平衡吸附量分别为0.6 m3/kg和0.8 m3/kg(已换算成标态),则H S的
2 2
吸附系数为 MPa-1。
(6)与传统天然气制氢中需要脱硫将H S转化为硫黄和水相比,上述方法优点是
2
。
··
答案 (1)H S H (2)+11 (3)M 反应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ均为气体分子数增大的反应,反应
·· ··
··
16
物分压越小,平衡正向移动程度越大,CH 平衡转化率越高 (4)1.2×10-3 p
4 15 0
(5)0.4
(6)重整制氢,H原子全部转化为H ,原子利用率高
2
2.★★★(2024山东,20节选)水煤气是H 的主要来源,研究CaO对C-H O体系制H 的影
2 2 2
响,涉及主要反应如下:
C(s)+H O(g) CO(g)+H (g) (Ⅰ) ΔH >0
2 2 1
CO(g)+H O(g) CO (g)+H (g) (Ⅱ) ΔH <0
2 2 2 2
CaO(s)+CO (g) CaCO (s) (Ⅲ) ΔH <0
2 3 3
回答下列问题:
(2)压力p下、C-H O-CaO体系达平衡后,图示温度范围内C(s)已完全反应,CaCO (s)在
2 3
T 温度时完全分解。气相中CO、CO 和H 摩尔分数随温度的变化关系如图所示,则a线
1 2 2
对应物种为 (填化学式)。当温度高于T 时,随温度升高c线对应物种摩尔分数
1
逐渐降低的原因是 。
(3)压力p下、温度为T 时,图示三种气体的摩尔分数分别为0.50、0.15、0.05,则反应
0
CO(g)+H O(g) CO (g)+H (g)的平衡常数K = ;此时气体总物质的量为4.0
2 2 2 p
mol,则CaCO (s)的物质的量为 mol;若向平衡体系中通入少量CO (g),重新达平
3 2
第 42 页 共 47 页第 42 页 共 47 页
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衡后,分压p(CO )将 (填“增大”“减小”或“不变”),p(CO)将 (填“增
2
大”“减小”或“不变”)。
答案 (2)H 随温度升高,反应(Ⅱ)平衡逆向移动,故CO 摩尔分数逐渐降低
2 2
5
(3) 0.5 不变 不变
9
3.★★★(2020山东,18,12分)探究CH OH合成反应化学平衡的影响因素,有利于提高
3
CH OH的产率。以CO 、H 为原料合成CH OH涉及的主要反应如下:
3 2 2 3
Ⅰ.CO (g)+3H (g) CH OH(g)+H O(g) ΔH =-49.5 kJ·mol-1
2 2 3 2 1
Ⅱ.CO(g)+2H (g) CH OH(g) ΔH =-90.4 kJ·mol-1
2 3 2
Ⅲ.CO (g)+H (g) CO(g)+H O(g) ΔH
2 2 2 3
回答下列问题:
(1)ΔH = kJ·mol-1。
3
(2)一定条件下,向体积为V L的恒容密闭容器中通入1 mol CO 和3 mol H 发生上述反
2 2
应,达到平衡时,容器中CH OH(g)为a mol, CO为b mol,此时H O(g)的浓度为
3 2
mol·L-1(用含a、b、V的代数式表示,下同),反应Ⅲ的平衡常数为 。
(3)不同压强下,按照n(CO )∶n(H )=1∶3投料,实验测定CO 的平衡转化率和CH OH的
2 2 2 3
平衡产率随温度的变化关系如下图所示。
n(CO ) -n(CO )
2 初始 2 平衡
已知:CO 的平衡转化率= ×100%
2 n(CO )
2 初始
n(CH OH)
3 平衡
CH OH的平衡产率= ×100%
3 n(CO )
2 初始
其中纵坐标表示CO 平衡转化率的是图 (填“甲”或“乙”);压强p 、p 、p 由
2 1 2 3
大到小的顺序为 ;
图乙中T 温度时,三条曲线几乎交于一点的原因是 。
1
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(4)为同时提高CO 的平衡转化率和CH OH的平衡产率,应选择的反应条件为 (填
2 3
标号)。
A.低温、高压 B.高温、低压
C.低温、低压 D.高温、高压
a+b b(a+b)
答案 (1)+40.9 (2)
V (1-a-b)(3-3a-b)
(3)乙 p 、p 、p T 时以反应Ⅲ为主,反应Ⅲ前后气体分子数相等,压强改变对平衡
1 2 3 1
没有影响 (4)A
第 44 页 共 47 页第 44 页 共 47 页
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三年模拟
4.★★★(2024山东济南二模,20)丙醛在工业中主要用于制合成纤维、橡胶促进剂和防
老剂等。在铑催化剂作用下,常利用乙烯羰基化合成丙醛,涉及的反应如下:
主反应Ⅰ:C H (g)+H (g)+CO(g) CH CH CHO(g) ΔH
2 4 2 3 2 1
副反应Ⅱ:C H (g)+H (g) CH CH (g)
2 4 2 3 3
ΔH
2
已知:在一定条件下一氧化碳能与铑催化剂结合生成羰基铑络合物;丙醛选择
n(生成的CH CH CHO)
3 2
性:x(CH CH CHO)= ×100%。
3 2 n(消耗的C H )
2 4
回答下列问题:
(1)反应Ⅰ、Ⅱ以气体分压表示的平衡常数K 与温度T的变化关系如图所示。
p
据图判断,CH CH (g)+CO(g) CH CH CHO(g) ΔH 0(填“>”“<”或“=”),
3 3 3 2
ΔH
1的数值范围是 (填标号)。
ΔH
2
A.<-1 B.-1~0 C.0~1 D.>1
(2)T ℃、压强为150 kPa的条件下,在密闭反应器中,按照投料
1
n(C H )∶n(CO)∶n(H )=1∶1∶1发生反应Ⅰ、Ⅱ,经t min反应达到平衡,测得
2 4 2
p(C H )=p(CH CH )=20 kPa,则CH CH CHO(g)的选择性为 %(保留小数点后一
2 4 3 3 3 2
位),v(CO)= kPa/min(用含t的代数式表示),反应Ⅰ的逆反应的K = 。
p
(3)在恒压密闭容器中,在一定温度和铑催化剂作用下,发生反应Ⅰ、Ⅱ,反应相同时间
n(H )
时,测得C H 的转化率(α)和丙醛选择性随 2 的变化关系如图所示。
2 4 n(CO)
第 45 页 共 47 页第 45 页 共 47 页
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①曲线a表示 (填“C H 的转化率”或“丙醛选择性”)。
2 4
n(H ) n(H )
②当 2 小于1时,曲线b随 2 的降低而降低的可能原因是
n(CO) n(CO)
。
答案 (1)< D
10
(2)71.4 320 kPa2
t
(3)①丙醛选择性 ②CO能与铑催化剂结合生成羰基铑络合物,影响催化效果
5.★★★(2025届山东枣庄八中开学考,20改编)减少CO 的排放并利用CO 是我国能源
2 2
领域的一个重要战略方向。在CO 与H 催化合成甲醇的体系中,同时存在以下反应:
2 2
反应ⅰ:CO (g)+H (g) CO(g)+H O(g)
2 2 2
ΔH =+41.1 kJ·mol-1
1
反应ⅱ:CO(g)+2H (g) CH OH(g) ΔH =-90.0 kJ·mol-1
2 3 2
反应ⅲ:CO (g)+3H (g) CH OH(g)+H O(g) ΔH
2 2 3 2 3
回答下列问题:
(1)ΔH = ;若要反应ⅲ正向自发进行, (填“高温”或“低温”)更有
3
利。
(2)对于反应ⅰ,v=v -v =k ·c(CO )·c(H )-k ·c(CO)·c(H O),其中k 、k 分别
正 逆 正 2 2 逆 2 正 逆
k
正
为正反应、逆反应的速率常数。若升高温度, (填“增大”“减小”或“不
k
逆
变”)。
(3)初始压强为10 MPa时,向恒容的密闭容器中加入1 mol
CO 和3 mol H 发生上述反应,达到平衡时,测得各组分的
2 2
物质的量分数随温度变化的曲线如图所示。已知:
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n (CO )-n (CO )
初始 2 平衡 2
CO 的平衡转化率:α(CO )= ×100%
2 2 n (CO )
初始 2
n (CH OH)
平衡 3
甲醇的选择性:x(CH OH)= ×100%
3 n (CO )-n (CO )
初始 2 平衡 2
①图中Z代表的物质为 (填化学式)。
②根据图中270 ℃时的数据分析计算:CO (g)的平衡转化率为 (保留三位有效
2
数字),甲醇的选择性为 %,反应CO(g)+H O(g) CO (g)+H (g)的平衡常数K =
2 2 2 p
(保留三位有效数字)。
答案 (1)-48.9 kJ·mol-1 低温 (2)增大 (3)①H O ②29.6% 50 38.6
2
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