北京曲一线图书策划有限公司 2024版《5年高考3年模拟》A版
专题十一 化学反应速率和化学平衡
1.NO和NO 等氮氧化物是空气污染物,含有氮氧化物的尾气需处理后才能排
2
放:NO+NO +2NaOH 2NaNO +H O,2NO +2NaOH NaNO +NaNO +H O。常温下存
2 2 2 2 2 3 2
在:2NO (g) N O (g)。N O 可作火箭推进剂。在一定条件下的密闭容器中,对于反应
2 2 4 2 4
2NO (g) N O (g),下列说法正确的是 ( )
2 2 4
A.升高温度,体系的颜色加深
B.该反应的ΔS<0,ΔH>0
c(N O )
2 4
C.增加NO 的浓度, 下降
2 c2 (NO )
2
D.加压重新平衡后体系的颜色变浅
答案 A 常温下存在:2NO (g) N O (g),则ΔG=ΔH-T×ΔS<0,由于该反应的
2 2 4
ΔS<0,则ΔH<0,B项错误;2NO (g) N O (g) ΔH<0,升高温度,平衡逆向移动,即
2 2 4
c(N O )
2 4
c(NO )增大,体系的颜色加深,A项正确;该反应的平衡常数K= ,温度不变,K不
2 c2 (NO )
2
c(N O )
2 4
变,则 不变,C项错误;加压重新平衡后体系的颜色变深,D项错误。
c2 (NO )
2
2.向体积可变的密闭容器中通入0.5 mol CO和1 mol H ,不同条件下发生反应:CO(g)
2
+2H (g) CH OH(g) ΔH。实验测得平衡时H 的转化率α(H )随温度、压强的变化
2 3 2 2
如图1所示。下列说法错误的是( )
图1 图2
A.Y、Y代表压强,且Y>Y;X代表温度,且ΔH<0
1 2 1 2
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B.M点反应物转化率之比α(CO)∶α(H )=1∶1,N点该比例减小
2
C.若M点对应的容器容积为5 L,则N点时反应的化学平衡常数K=100
D.图2中曲线b能正确表示正反应速率常数的负对数pk(pk=-lgk)与X的关系
答案 B 增大压强,平衡正向移动,H 的转化率增大,说明Y代表压强,且Y>Y,X代表
2 1 2
温度,由题图1可知,平衡时H 的转化率随温度升高而降低,说明升高温度,平衡逆向移
2
动,则该反应是放热反应,ΔH<0,A正确;起始投入0.5 mol CO和1 mol H ,投料比等于
2
化学计量数之比,M、N两点反应物转化率之比都是α(CO)∶α(H )=1∶1,B错误;M、N
2
两点温度相同,则K=K,M点氢气的转化率为50%,容器容积为5 L,根据题图1可知M点
M N
时H 的平衡转化率为50%,列出三段式:
2
CO(g)+2H (g) CH OH(g)
2 3
起始量/mol 0.5 1 0
转化量/mol 0.25 0.5 0.25
平衡量/mol 0.25 0.5 0.25
0.25mol 0.5mol 0.25mol
c(CO)= =0.05 mol·L-1,c(H )= =0.1 mol·L-1,c(CH OH)= =0.05
5 L 2 5 L 3 5 L
c(CH OH)
3
mol·L-1,K= =100,C正确;随温度升高,正反应速率常数增大,pk减小,图
c(CO)c2 (H )
2
2中曲线b能正确表示pk与X的关系,D正确。
3.(双选)氨气与氧气在一定压强和800 ℃条件下发生催化氧化反应时,可发生不同反应:
反应ⅰ:4NH (g)+5O (g) 4NO(g)+6H O(g) ΔH=-905 kJ·mol-1 产率98%
3 2 2
反应ⅱ:4NH (g)+3O (g) 2N (g)+6H O(g) ΔH=-1 268 kJ·mol-1 产率2%
3 2 2 2
反应ⅰ与反应ⅱ有关物质产率与温度的关系如图。下列说法正确的是 ( )
A.氨催化氧化生成NO时,温度应控制在780~840 ℃
n(O )
2
B.提高物料比 的值,主要目的是提高反应速率
n(N H )
3
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C.对反应加压可提高反应物转化率
D.高于900 ℃时NO的产率降低的原因可能与高温下催化剂的活性降低有关
答案 AD 由题图可知,温度在780~840 ℃时,NO的产率较高,氮气的产率较低,所以氨
n(O )
2
催化氧化生成NO时,温度应控制在780~840 ℃,A项正确;提高物料比 的值,主
n(N H )
3
要目的是提高氨气的转化率,B项错误;题述反应的正反应是气体体积增大的反应,加压,
平衡向逆反应方向移动,反应物转化率减小,C项错误;温度高于900 ℃时,一氧化氮的
产率降低的原因可能是高温下催化剂的活性降低,D项正确。
4.二氧化碳催化加氢合成乙烯是综合利用CO 的热点研究领域,该反应的热化学方程式
2
为2CO (g)+6H (g) C H (g)+4H O(g) ΔH=m kJ·mol-1。理论计算表明,原料初始
2 2 2 4 2
组成n(CO )∶n(H )=1∶3,在体系压强为0.1 MPa时,反应达到平衡,四种组分的物质的
2 2
量分数随温度的变化如图所示。下列说法不正确的是 ( )
A.m<0
B.500 K下反应达到平衡时,若增大压强(减小容器容积),则n(C H )增大
2 4
3
C.X点坐标为(440,39),则440 K时反应的平衡常数K= (以分压表示,分压=总压×物
p 4
质的量分数)
D.实际反应往往伴随副反应,生成C H 等,一定温度和压强条件下,使用合适催化剂可提
3 6
2n(C H )
2 4
高乙烯的选择性[ ×100%]
n (CO )
总转化 2
答案 C A项,原料初始组成n(CO )∶n(H )=1∶3,由反应2CO (g)+6H (g) C H (g)
2 2 2 2 2 4
+4H O(g)可知,达到平衡时,CO 和H 的量还是1∶3,结合题图可知,曲线a对应H ,曲线c
2 2 2 2
对应CO ,随着温度升高,CO 和H 的物质的量均增多,说明反应逆向进行,则正反应为放
2 2 2
热反应,m<0,正确;B项,该反应为气体分子数减小的反应,增大压强,平衡正向移动,
n(C H )增大,正确;C项,生成物中C H 与H O(g)的物质的量之比为1∶4,则曲线b对应
2 4 2 4 2
H O(g),曲线d对应C H ,X点处,H 和H O(g)的物质的量分数相等,投料只有CO 和H ,则
2 2 4 2 2 2 2
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1 1
平衡时生成C H 的物质的量为H O(g)的 ,CO 的物质的量为H 的 ,根据热化学方程式,
2 4 2 4 2 2 3
列出各组分平衡时物质的量分数:
2CO (g)+6H (g) C H (g)+4H O(g)
2 2 2 4 2
0.39 0.39
平衡时物质的量分数 0.39 0.39
3 4
0.39
(p × )·(p ×0.39) 4
p(C H )·p4 (H O) 总 4 总 9 1 9
2 4 2
K= = = × = ×
p p2 (CO 2 )·p6 (H 2 ) (p × 0.39 ) 2 ·(p ×0.39) 6 4 0.393×p 总 3 4
总 3 总
1 9 1 2n(C H )
2 4
= × ,错误;D项,乙烯的选择性公式为 ×100%,由C原
0.393×0.13 4 0.0393 n (CO )
总转化 2
子守恒知,2n(C H )是指转化成C H 的CO 的物质的量,但是CO 还会生成副产物,合适的
2 4 2 4 2 2
催化剂可以改变CO 的转化路径,若生成的C H 的量增多,则乙烯的选择性会提高,正确。
2 2 4
5.(双选)在石油化工中,酸碱催化占有重要地位,某酸碱催化反应(M和D制取N)的机理
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。下列说法错误的是 ( )
A.生成MD*的速率为kc(M)·c(D)
2
B.酸性增大,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= 1 c(H+)+k
K 2
a
D.当pH>8,总反应的速率常数k基本不变
答案 BD 由总反应速率为决速反应的速率之和可得:kc(M)·c(D)=kc(D)c(HM+)
1
+kc(M)·c(D),则k=k×c(H M+ )+k,由电离平衡常数K=c(H+ )c(M)可得:
2 1 2 a
c(M) c(H M+ )
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c(H M+ )=c(H+ ),所以k= k c(H+)+k。由基元反应的速率与反应物浓度幂之积成正比
1 2
c(M) K K
a a
可知,生成MD*的速率为kc(M)·c(D),故A正确;酸性增大,溶液中氢离子浓度增大,电
2
离平衡逆向移动,HM+浓度增大,由分析可知,总反应的速率常数k= k c(H+)+k,氢离子浓
1 2
K
a
度增大,k增大,总反应速率增大,故B错误,C正确;溶液中pH>8,溶液中氢离子浓度减小,
总反应的速率常数k减小,故D错误。
6.(双选)芬顿反应原理是高级氧化技术的经典工艺之一,如图所示(k和k为速率常数)。
1 2
下列说法错误的是( )
A.相同条件下,基元反应Ⅰ比基元反应Ⅱ的活化能低
B.基元反应Ⅰ中氧元素的化合价没有发生变化
C.基元反应Ⅱ的离子方程式为H O +Fe3+ HO ·+Fe2++H+
2 2 2
D.芬顿反应进行的过程中,整个体系的pH几乎不变(忽略体积变化)
答案 BD 由题给信息可知,k>k,说明相同条件下,基元反应Ⅰ比基元反应Ⅱ的反应速
1 2
率更快,活化能越低反应速率越快,即基元反应Ⅰ比基元反应Ⅱ的活化能低,A正确;由题
给信息可知,基元反应Ⅰ为H++H O +Fe2+ Fe3++·OH+H O,故基元反应Ⅰ中氧元素的化
2 2 2
合价发生了变化,B错误;基元反应Ⅱ的离子方程式为H O +Fe3+ HO ·+Fe2++H+,C正
2 2 2
确;基元反应Ⅰ为H++H O +Fe2+ Fe3++·OH+H O,基元反应Ⅱ为H O +Fe3+
2 2 2 2 2
HO ·+Fe2++H+,且基元反应Ⅰ比Ⅱ的反应速率更快,因此在芬顿反应进行的过程中,整个
2
体系的pH会发生变化(忽略体积变化),D错误。
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7.以Cu/ZnO/Al O 为催化剂,乙醇直接合成乙酸乙酯过程中发生的可逆反应如下:
2 3
C H OH(g) CH CHO(g)+H (g) ΔH=59 kJ·mol-1
2 5 3 2
2CH CHO(g)+H O(g) C H OH(g)+CH COOH(g) ΔH=-86 kJ·mol-1
3 2 2 5 3
CH COOH(g)+C H OH(g) CH COOC H (g)+H O(g) ΔH=-25 kJ·mol-1
3 2 5 3 2 5 2
2C H OH(g) C H OC H (g)+H O(g) ΔH=-44 kJ·mol-1
2 5 2 5 2 5 2
其他条件相同,将无水乙醇经预热汽化后以一定流速通过装有催化剂的反应管,将出口
处收集到的乙酸乙酯、乙醛、乙醚、乙酸、乙醇冷凝,测得部分有机物占全部有机物的
质量分数与反应温度的关系如图所示。下列说法正确的是 ( )
A.在250~300 ℃范围内,乙醇的转化率随温度的升高而减小
B.在200~325 ℃范围内,乙醇生成乙醚的反应均已达到平衡
C.在300~325 ℃范围内,出口处氢气的量随温度的升高而减小
D.研发使用催化活性高的催化剂有利于提高乙酸乙酯的平衡产率
答案 C 在250~300 ℃范围内,乙醛的质量分数减小,乙醚、乙酸、乙酸乙酯的质量分
数逐渐增大,乙酸乙酯、乙醛、乙醚是乙醇反应的产物,乙醛参与反应转化为乙酸,则乙
醇的转化率随温度的升高逐渐增大,A错误;在200~325 ℃范围内,乙醚的质量分数一直
增大,因此乙醇生成乙醚的反应并未达到平衡,B错误;在300~325 ℃范围内,乙醛的质
量分数逐渐减小,由反应C H OH(g) CH CHO(g)+H (g)可知,生成氢气的量也逐渐减
2 5 3 2
小,故出口处氢气的量随温度的升高而减小,C正确;催化剂可以改变化学反应速率,但不
能使平衡移动,故不能提高乙酸乙酯的平衡产率,D错误。
8.甲醇通过反应CH OH(g)+H O(g) CO (g)+3H (g)、CH OH(g) CO(g)+2H (g)可
3 2 2 2 3 2
以获得H 。将一定比例CH OH、H O的混合气体以一定流速通过装有催化剂的反应
2 3 2
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n (CO)
管,CH OH的转化率、CO的选择性[ 生成 ×100%]与温度的关系如图所示。下
3 n (CH OH)
转化 3
列说法正确的是 ( )
A.其他条件不变,增大压强,CH OH的平衡转化率增大
3
B.由CH OH制取H 的合适温度为290~300 ℃
3 2
C.副反应CO(g)+H O(g) CO (g)+H (g)的ΔH<0
2 2 2
D.其他条件不变,在200~300 ℃范围内,随着温度升高,出口处CO、CO 、H 的量均不断
2 2
增大
答案 C A项,两个反应均为气体分子数增大的反应,其他条件不变,增大压强,平衡均
会逆向移动,CH OH的平衡转化率减小,错误;B项,从生成H 的量来看,发生第一个反应
3 2
时可获得较多H ,所以CO的选择性应较小,从题图来看,应选择低温,错误;C项,随着温
2
度升高,CO选择性增大,所以副反应CO(g)+H O(g) CO (g)+H (g)平衡应逆向移动,
2 2 2
故该反应为放热反应,正确;D项,CO的选择性增大,说明生成CO的量增多,CH OH转化的
3
产物有CO、CO ,由碳原子守恒知,CO的量增多,CO 的量减少,错误。
2 2
9.一种捕获并资源化利用CO 的方法是将CO 催化加氢合成CH OCH ,其过程中主要发生
2 2 3 3
如下反应:Ⅰ.2CO (g)+6H (g) CH OCH (g)+3H O(g) ΔH=-122.5 kJ·mol-1
2 2 3 3 2 1
Ⅱ.CO (g)+H (g) CO(g)+H O(g)
2 2 2
ΔH=+41.2 kJ·mol-1
2
向恒压密闭容器中充入1 mol CO 和3 mol H ,CO 的平衡转化率和平衡时CH OCH 的选
2 2 2 3 3
2n(CH OCH )
3 3
择性[CH OCH 的选择性= ×100%]随温度的变化如图所示。下列说法错
3 3 n(反应的CO )
2
误的是 ( )
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A.2CO(g)+4H (g) CH OCH (g)+H O(g) ΔH=-204.9 kJ·mol-1
2 3 3 2
B.由图可知,210 ℃时以反应Ⅰ为主,300 ℃时,以反应Ⅱ为主
C.增大反应体系压强,CH OCH 选择性增大
3 3
1
D.反应状态达A点时,容器中n(CH OCH )为 mol
3 3 16
答案 D A项,依据盖斯定律,反应Ⅰ-反应Ⅱ×2可得所求反应,ΔH=(-122.5
kJ·mol-1)-(+41.2 kJ·mol-1)×2=-204.9 kJ·mol-1,正确;B项,210 ℃时,CH OCH 的选
3 3
择性较大,以反应Ⅰ为主,260~300 ℃时,CH OCH 的选择性逐渐降低,而CO 的平衡转化
3 3 2
率变化不明显,说明300 ℃时以反应Ⅱ为主,正确;C项,增大压强,反应Ⅰ平衡正向移动,
生成更多的CH OCH ,即CH OCH 选择性增大,正确;D项,依据CH OCH 的选择性=
3 3 3 3 3 3
2n(CH OCH )
3 3 ×100%,A点处,CH OCH 的选择性和CO 的平衡转化率均为
3 3 2
n(反应的CO )
2
0.25×0.25mol 1
25%,n(CH OCH )= = mol,错误。
3 3 2 32
10.CO和H 合成乙醇发生如下反应:
2
反应Ⅰ:2CO(g)+4H (g) CH CH OH(g)+H O(g) ΔH=-128.8 kJ·mol-1
2 3 2 2 1
反应Ⅱ:CO(g)+H O(g) CO (g)+H (g) ΔH=-41.8 kJ·mol-1
2 2 2 2
向一恒容密闭容器中投入一定量的CO和H 发生上述反应,CO的平衡转化率与温度、投
2
n(H )
料比α[α= 2 ]的关系如图所示。下列有关说法正确的是 ( )
n(CO)
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A.α<α
1 2
B.在400 K、α=2时,反应Ⅰ的平衡常数K=0.25
2
C.在500 K、投料比为α的条件下,增大压强可使CO的平衡转化率从Y点的值升到Z
3
点的值
D.为同时提高CO的平衡转化率和CH CH OH的产率,可采用的反应条件为低温、低压
3 2
答案 C 相同温度下,投料比为α时CO的平衡转化率更高,反应中增加H 的量会促进
1 2
CO的转化,提高CO的平衡转化率,故α>α,A错误;在400 K、α=2时,CO的转化率为
1 2 2
50%,因为体积未给出,无法计算平衡常数K,B错误;反应Ⅰ为气体分子数减小的反应,反
应Ⅱ为气体分子数不变的反应,在500 K、投料比为α的条件下,增大压强,反应Ⅰ正
3
向进行,CO的平衡转化率升高,能从Y点的值升到Z点的值,C正确;反应Ⅰ为气体分子数
减小的反应,增大压强可提高CO的平衡转化率和CH CH OH的产率,结合题图,低温时CO
3 2
的平衡转化率较大,故可采用的反应条件为低温、高压,D错误。
11.优化焦炭水蒸气重整工艺可制得CO含量较低的氢燃料。0.1 MPa下,按
n(H O)∶n(C)=4向容器中加入一定量的焦炭和水蒸气。体系中发生如下反应:
2
反应Ⅰ:C(s)+H O(g) CO(g)+H (g) ΔH=131.3 kJ·mol-1
2 2
反应Ⅱ:CO(g)+H O(g) CO (g)+H (g) ΔH=-41.2 kJ·mol-1
2 2 2
反应Ⅲ:2CO(g)+2H (g) CH (g)+CO (g) ΔH=-205.8 kJ·mol-1
2 4 2
达到平衡时,H 的产率和CO、CO 、CH 干态体积分数(
2 2 4
气体的物质的量
)随温度变化如图所示。下列说法正确的是 (
除水蒸气外气体产物的总物质的量
)
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A.曲线B表示CO 干态体积分数随温度的变化
2
B.制备CO含量低的氢燃料应选择200~600 ℃
C.800~1 400 ℃,随温度升高H 的产率降低,是因为反应Ⅲ正向进行程度增大
2
D.1 200 ℃,向平衡体系中通入水蒸气,再次达到平衡时c(CO)·c(H )的值比原平衡的
2
大
答案 D 反应Ⅰ的正反应吸热,升高温度,平衡正向移动,CO含量增大;反应Ⅱ的正反应
放热,升高温度,平衡逆向移动,CO 含量降低;故曲线B表示CO干态体积分数随温度的变
2
化,曲线A表示CO 干态体积分数随温度的变化,A错误。由题图可知,200~600 ℃,氢气
2
的产率低,制备CO含量低的氢燃料应选择800 ℃左右的温度,B错误。800~1 400
℃,CH 的干态体积分数几乎不变,随温度升高H 的产率降低,是因为反应Ⅱ逆向进行程
4 2
c(CO)·c(H )
2
度增大,C错误。1 200 ℃,反应Ⅰ的平衡常数K= ,温度不变,平衡常数不
c(H O)
2
变,向平衡体系中通入水蒸气,c(H O)增大,再次达到平衡时c(CO)·c(H )的值比原平衡
2 2
的大,D正确。
12.在压强、CO 和H 起始投料一定的条件下,发生反应Ⅰ、Ⅱ:
2 2
反应Ⅰ CO (g)+3H (g) CH OH(g)+H O(g) ΔH=-49.0 kJ·mol-1
2 2 3 2 1
反应Ⅱ 2CO (g)+5H (g) C H (g)+4H O(g) ΔH=+37.1 kJ·mol-1
2 2 2 2 2 2
实验测得CO 的平衡转化率和平衡时CH OH的选择性(CH OH的选择性=
2 3 3
CH OH的物质的量
3 ×100%)随温度的变化如图所示。下列说法正确的是( )
反应的CO 的物质的量
2
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A.曲线②表示CO 的平衡转化率
2
B.其他条件不变,升高温度,C H 的含量减小
2 2
C.温度高于280 ℃时,曲线①随温度升高而升高,说明此时主要发生反应Ⅱ
D.同时提高CO 的平衡转化率和平衡时CH OH的选择性,应选择在低温低压条件下反应
2 3
答案 C 升高温度,反应Ⅰ平衡逆向移动,反应Ⅱ平衡正向移动,CH OH的选择性降低,
3
所以曲线②表示CH OH的选择性,曲线①表示CO 的平衡转化率,A错误;升高温度,反应
3 2
Ⅱ正向移动,C H 的含量增大,B错误;对于反应Ⅰ,升高温度导致CO 的平衡转化率减小,
2 2 2
对于反应Ⅱ,升高温度导致CO 的平衡转化率增大,所以温度高于280 ℃时主要发生反
2
应Ⅱ,C正确;两反应都是气体分子数减小的反应,要提高CO 的平衡转化率应选择高压,
2
结合题图,要提高平衡时CH OH的选择性,应选择低温,故应选择在低温高压条件下反
3
应,D错误。
13.常压下羰基化法精炼镍的原理为Ni(s)+4CO(g) Ni(CO) (g)。230 ℃时,该反应
4
的平衡常数K=2×10-5。已知:Ni(CO) 的沸点为42.2 ℃,固体杂质不参与反应。
4
第一阶段:将粗镍与CO反应转化成气态Ni(CO) 。
4
第二阶段:将第一阶段反应后的气体分离出来,加热至230 ℃制得高纯镍。
下列判断正确的是 ( )
A.升高温度,该反应的平衡常数减小
B.该反应达到平衡时,v [Ni(CO) ]=4v (CO)
生成 4 生成
C.第一阶段,在30 ℃和50 ℃两者之间选择反应温度,选30 ℃
D.第二阶段,Ni(CO) 分解率较低
4
答案 A 第二阶段是将第一阶段反应后的气体分离出来,加热可制得高纯镍,说明升高
温度,Ni(s)+4CO(g) Ni(CO) (g)平衡逆向移动,则该反应的平衡常数减小,A正确;
4
该反应达到平衡时,正、逆反应速率相等,4v [Ni(CO) ]=v (CO),B错误;Ni(CO) 的
生成 4 生成 4
沸点为42.2 ℃,第一阶段反应温度应选50 ℃,C错误;Ni(s)+4CO(g) Ni(CO) (g)
4
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c[Ni(CO) ]
的平衡常数K= 4 =2×10-5,第二阶段反应为Ni(CO) (g) Ni(s)+4CO(g),
c4 (CO) 4
c4 (CO) 1
该反应的平衡常数K= = =5×104,故Ni(CO) 分解率较高,D错误。
2 c[Ni(CO) ] K 4
4
14.CH 与CO 催化重整生成H 和CO,可减少温室气体排放,同时得到高热值的燃料。重
4 2 2
整时涉及的主要反应如下:①CH (g)+CO (g) 2H (g)+2CO(g) ΔH=+247.1
4 2 2
kJ·mol-1;②H (g)+CO (g) H O(g)+CO(g) ΔH=+41.2 kJ·mol-1。在恒压密闭容
2 2 2
器中,起始时通入n(CH )∶n(CO )=1∶1的混合气体,实验测得CH 和CO 的平衡转化率随
4 2 4 2
温度变化的曲线如图所示。下列有关说法正确的是 ( )
A.曲线A表示CH 的平衡转化率随温度的变化
4
B.若压强恒为p,则800 K时反应②的分压平衡常数K=1
0 p
C.当CO 反应至转化率为X点的值时,改变除温度外的某一条件继续反应,平衡时CO 的
2 2
转化率不可能达到Y点的值
D.若在恒压、绝热容器中进行反应,反应达平衡时充入He,达新平衡后n(H O)保持不变
2
答案 B 反应①和②均为吸热反应,升高温度,平衡正向移动,CH 和CO 的平衡转化率
4 2
均增大,由于CO 为两个反应的反应物,故转化率在相同温度时应高于CH ,故曲线A表示
2 4
CO 的平衡转化率,A错误;800 K时CH 的平衡转化率为20%,设起始时通入CH 、CO 的物
2 4 4 2
质的量均为1 mol,则反应①各物质的转化情况如下:
CH (g)+CO (g) 2H (g)+2CO(g)
4 2 2
n /mol 1 1 0 0
开始
n /mol 0.2 0.2 0.4 0.4
转化
n /mol 0.8 0.8 0.4 0.4
平衡
CO 的转化率为40%,故反应②各物质的转化情况如下:
2
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H (g)+CO (g) H O(g)+CO(g)
2 2 2
n /mol 0.4 0.8 0 0.4
开始
n /mol 0.2 0.2 0.2 0.2
转化
n /mol 0.2 0.6 0.2 0.6
平衡
p(H O)·p(CO)
2
n =(0.8+0.6+0.2+0.6+0.2) mol=2.4 mol,则K= =
总 p p(H )·p(CO )
2 2
0.2 0.6
( ×p )×( ×p )
n 0 n 0
总 总 =1,B正确;提高CH 的用量可进一步提高CO 的平衡转化率,C错
4 2
0.2 0.6
( ×p )×( ×p )
n 0 n 0
总 总
误;在恒压、绝热容器中进行反应时,反应达平衡时充入He使容器体积增大,各物质的
分压均减小,反应①平衡正向移动,由于反应①吸热,体系温度降低,促进反应②平衡逆
向移动,故达新平衡时n(H O)减小,D错误。
2
15.下列叙述与图中甲、乙、丙、丁相符合的是 ( )
甲 乙
丙 丁
A.图甲是锌粒与盐酸反应的反应速率随反应时间变化的曲线,t时刻溶液的温度最高
1
B.图乙是恒温密闭容器中发生反应CaCO (s) CaO(s)+CO (g)时,c(CO )随反应时间
3 2 2
变化的曲线,t时刻改变的条件可能是增大容器的体积
1
C.图丙表示反应A (g)+3B (g) 2AB (g),A 起始的物质的量相同,达到平衡时A 的转
2 2 3 2 2
化率大小为c<b<a
D.图丁表示恒容密闭容器中其他条件相同时改变温度,反应CO (g)+3H (g)
2 2
CH OH(g)+H O(l)中,n(CH OH)随时间(t)变化的曲线,说明反应平衡常数K <K
3 2 3 Ⅱ Ⅰ
第 13 页 共 29 页北京曲一线图书策划有限公司 2024版《5年高考3年模拟》A版
答案 D 锌粒与盐酸的反应是放热反应,随着反应的进行,温度逐渐升高,当恰好完全
反应时,温度最高,t时刻之后反应还在进行,A错误;根据图乙可知t时刻c(CO )瞬间增
1 1 2
大,而增大容器的体积会使c(CO )瞬间减小,B错误;B 的物质的量越大,A 的转化率越大,
2 2 2
达到平衡时A 的转化率大小为a<b<c,C错误;根据图丁,结合先拐先平的原则,可知曲线
2
Ⅱ条件下反应速率更快,则对应温度更高,但平衡时甲醇的物质的量较低,说明升高温度
平衡逆向移动,正反应为放热反应,则平衡常数K <K ,D正确。
Ⅱ Ⅰ
16.往1.0 mol·L-1 KI 溶液中加入固体I ,发生反应I (aq)+I-(aq)
I-
(aq)
2 2 3
ΔH;I-的物质的量浓度c(I-)随温度T的变化曲线如图所示。已知反应第一次达到平衡
时用时10 s。下列说法正确的是 ( )
A.该反应的ΔH>0
B.a、c两点对应的I-反应速率相等
C.b点时0~10 s I-的平均反应速率为0.04 mol·L-1·s-1
D.d点时该反应在对应温度下处于平衡状态
答案 D 由题图可知,随着反应进行,I-的浓度逐渐减小,曲线的最低点(b点)表示反应
达到平衡,达到平衡后升高温度,I-的浓度增大,平衡逆向移动,ΔH<0,c点与d点都是平
衡点,A错误、D正确。a、c两点I-的浓度相同,但是c点温度高,故c点对应的I-反应
速率大,B错误。b点时,0~10 s I-的平均反应速率为(1.0-0.4) mol·L-1÷10 s=0.06
mol·L-1·s-1,C错误。
17.硫酸是一种重要的基本化工产品。接触法制硫酸生产中的关键工序是SO 的催化氧
2
1
化:SO (g)+ O (g) SO (g) ΔH=-98 kJ·mol-1。研究表明,SO 催化氧化的反
2 2 2 3 2
α
应速率方程为v=k( -1)0.8(1-nα'),式中:k为反应速率常数,随温度t升高而增大;α
α'
为SO 平衡转化率,α'为某时刻SO 转化率,n为常数。在α'=0.90时,将一系列温度下
2 2
的k、α值代入上述速率方程,得到的v-t曲线如图所示。下列说法正确的是 ( )
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A.该反应在任何温度下都能自发进行
B.1 mol SO 与足量O 充分反应,放出的热量为98 kJ
2 2
C.升高温度,能增大活化分子百分数和单位体积内活化分子数
D.温度低于490 ℃,反应速率随温度的升高而增大,原因是温度升高导致k、α均增大
答案 C 反应的ΔH<0,反应为气体分子数减少的反应,则ΔS<0,依据ΔH-TΔS<0时
反应能自发进行可知,该反应在低温条件下自发进行,A错误;二氧化硫与氧气的反应为
可逆反应,1 mol SO 与足量氧气充分反应,由于反应不能进行彻底,故放出的热量小于
2
98 kJ,B错误;升高温度,活化分子百分数增加,单位体积内活化分子数增加,C正确;该
反应为放热反应,升高温度平衡逆向移动,二氧化硫平衡转化率α降低,温度低于490
℃,反应速率随温度的升高而增大,原因是温度升高导致k增大对v的提高大于α引起
的降低,D错误。
18.研究NO 之间的转化对大气污染控制具有重要意义,已知:N O (g) 2NO (g)
x 2 4 2
ΔH>0。如图所示,在恒容密闭容器中,反应温度为T时,c(N O )和c(NO )随t变化为曲
1 2 4 2
线Ⅰ、Ⅱ,改变温度到T,c(NO )随t变化为曲线Ⅲ。下列判断正确的是( )
2 2
A.温度:T>T
1 2
B.反应速率:v(a)=v(b)
C.在T温度下,反应至t时达平衡状态
1 1
0.03
D.在T温度下,反应在0~t内的平均反应速率为v(N O )= mol·L-1·s-1
1 3 2 4 t
3
答案 D A项,根据题图中曲线Ⅱ(温度为T)和曲线Ⅲ(温度为T)可知,曲线Ⅲ比曲线
1 2
Ⅱ先达到平衡状态,故温度:T<T,错误;B项,a、b点浓度相同,由A项分析知T大于T,
1 2 2 1
故反应速率:v(a)>v(b),错误;C项,在T温度下,反应至t时,c(NO )=c(N O ),反应并没
1 1 2 2 4
有达到平衡状态,反应至t时,各物质的浓度不变,说明达到平衡状态,错误;D项,在T
3 1
第 15 页 共 29 页北京曲一线图书策划有限公司 2024版《5年高考3年模拟》A版
0.03
温度下,反应在0~t内的平均反应速率为v(N O )=(0.04-0.01) mol·L-1÷t s=
3 2 4 3 t
3
mol·L-1·s-1,正确。
19.向某密闭容器中充入NO ,发生反应:2NO (g) N O (g)(已知N O 为无色气体)。
2 2 2 4 2 4
其他条件相同时,不同温度下平衡体系中各物质的物质的量分数(α)如下表:
t/℃ 27 35 49 70
α(NO )/% 20 25 40 66
2
α(N O )/% 80 75 60 34
2 4
下列说法正确的是 ( )
A.平衡时,v(NO ) =2v(N O )
2 消耗 2 4 消耗
B.27 ℃时,该平衡体系中NO 的转化率为80%
2
C.升高温度,该反应的化学平衡常数增大
D.温度不变,缩小容器体积,达平衡时气体颜色变浅
答案 A A项,化学反应速率之比等于化学方程式中化学计量数之比,平衡时,v(NO )
2 消耗
=2v(N O ) ,正确;B项,27 ℃时,该平衡体系中NO 的物质的量分数为20%,N O 的物质
2 4 消耗 2 2 4
的量分数为80%,设达平衡时NO 、N O 的物质的量分别为0.2 mol、0.8 mol,由化学方
2 2 4
程式可知,转化的NO 的物质的量为1.6 mol,则该平衡体系中NO 的转化率为
2 2
1.6mol
×100%≈88.89%,错误;C项,由题表中数据可知升高温度,NO 的物质的
1.6mol+0.2mol 2
量分数增大,N O 的物质的量分数减小,则平衡逆向移动,该反应的化学平衡常数减小,错
2 4
误;D项,温度不变,缩小容器体积,气体浓度因体积缩小而增大,气体颜色加深,平衡正向
移动,又使气体颜色在此基础上变浅,但达平衡时气体颜色比原来的深,错误。
20.研究反应2CO (g)+6H (g) CH CH OH(g)+3H O(g) ΔH<0对实现“碳中和”有重
2 2 3 2 2
要意义。在密闭容器中充入1 mol CO 与3 mol H ,发生上述反应并达平衡,测得平衡体
2 2
系中各物质的体积分数随温度变化如图所示。下列说法正确的是 ( )
A.表示CH CH OH组分的曲线是Ⅲ
3 2
B.图中曲线交点a对应H 的转化率大于交点b
2
C.图中曲线交点a、b对应反应的平衡常数K<K
a b
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D.若使用催化剂,则b点向上移动
答案 C 该反应为气体分子数减小的放热反应,升高温度,平衡逆向移动,CH CH OH、
3 2
H O(g)的体积分数逐渐减小,CO 、H 的体积分数逐渐增大,且化学计量数越大,体积分数
2 2 2
变化越大,故曲线Ⅰ表示H ,曲线Ⅱ表示CO ,曲线Ⅲ表示H O,曲线Ⅳ表示CH CH OH。由上
2 2 2 3 2
述分析可知,A项错误;升高温度,平衡逆向移动,平衡常数减小,即K<K,同时H 的转化
a b 2
率减小,则交点a对应H 的转化率小于交点b,B项错误、C项正确;使用催化剂不会影响
2
平衡状态,b点不会上移,D项错误。
21.T ℃时,向体积不等的恒容密闭容器中均加入一定量的PtSn-Mg(Zn)AlO催化剂和1
mol乙烷,发生乙烷脱氢反应:CH CH (g) CH CH (g)+H (g),反应相同时间,测得
3 3 2 2 2
各容器中乙烷的转化率与容器体积的关系如图所示。下列说法错误的是 ( )
A.a点、c点乙烯的浓度:a>c
B.a点对应乙烷的平衡转化率大于40%
C.V∶V=1∶12
1 2
D.a点、b点容器内的压强之比为28∶3
1×40%
答案 B A项,根据转化率可知a点、c点乙烯的浓度可分别表示为 mol/L、
V
1
1×40%
mol/L,因为V>V,所以乙烯的浓度:a>c,正确;B项,相同浓度、相同催化剂、
V 3 1
3
等量的反应物通入体积不等的容器内,容器体积越大,反应物的浓度越低,反应速率越慢,
相同时间内达到平衡的可能性越小,故题图中曲线的前半部分上的点均为平衡点,曲线
的后半部分上的点均不是平衡点,a点对应乙烷的平衡转化率等于40%,错误;C项,根据
转化率计算可知a点对应乙烷、乙烯、氢气的物质的量分别为0.6 mol、0.4 mol、0.4
0.4 0.4
×
0.6 0.4 0.4 V V 0.8
1 1
mol,浓度分别为 mol/L、 mol/L、 mol/L,平衡常数K= = ,同
V V V 0.6 3V
1 1 1 1
V
1
理,b点对应乙烷、乙烯、氢气的物质的量分别为0.2 mol、0.8 mol、0.8 mol,浓度分
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0.8 0.8
×
0.2 0.8 0.8 V V 3.2
2 2
别为 mol/L、 mol/L、 mol/L,平衡常数K= = ,同一温度下平衡
V V V 0.2 V
2 2 2 2
V
2
3.2 0.8 p n V 1.4
常数相等,故 = ,V∶V=1∶12,正确;D项,由pV=nRT可知,
a
=
总a
×
2
= ×
V 3V 1 2 p n V 1.8
2 1 b 总b 1
12 28
= ,正确。
1 3
22.在恒容密闭容器中,发生基元反应A(g) 2B(g) ΔH,已知v(正)=k
·c(A),v(逆)=k ·c2(B)。在不同温度下,测得c(A)或c(B)随时间t的变化曲线如图,
正 逆
则下列说法正确的是 ( )
A.曲线Ⅱ、Ⅲ代表B的浓度变化,且ΔH<0
B.曲线Ⅰ代表A的浓度变化,且在t后不再变化
2
C.a、b、c三点的逆反应速率:c>a>b
k
D.若k 、k 为反应的速率常数,T温度时 正=36
正 逆 1 k
逆
答案 C A项,根据题图中的曲线变化可知曲线Ⅱ、Ⅲ代表B的浓度随时间的变化,并
且曲线Ⅲ先达到化学平衡,说明反应速率快,则温度:T>T;达到平衡时曲线Ⅲ中B的浓
2 1
度比曲线Ⅱ中的大,说明升高温度,平衡正向移动,即正反应为吸热反应,ΔH>0,错误。B
项,曲线Ⅰ代表A的浓度随时间的变化,如果温度为T,A的浓度在t后不再变化;如果温
2 2
度为T,反应未达到平衡,A的浓度将减小,在t后不再变化,错误。C项,根据题图中的
1 3
曲线变化可知,a点、b点浓度相同,温度越高反应速率越大,故逆反应速率:a>b,a点和
c点温度相同,反应物浓度越大,v(正)越大,v(逆)越小,生成物浓度越大,v(正)越小,
v(逆)越大,故逆反应速率:c>a,则a、b、c三点的逆反应速率大小顺序为c>a>b,正确。
D项,反应达到平衡时,正、逆反应速率相等,则v(正)=v(逆),即k ·c(A)=k ·c2(B),
正 逆
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k =c2 (B),由题图可知,T温度下,反应达到平衡时,c(B)=0.06 mol·L-1,由题中基元
正 1
k c(A)
逆
反应可知,c(A)=0.04 mol·L-1-(0.06 mol·L-1×1)=0.01 mol·L-1,所以k =c2 (B)=
正
2 k c(A)
逆
0.062
=0.36,错误。
0.01
23.以CO 、H 为原料合成CH OH涉及的反应如下:
2 2 3
Ⅰ.CO (g)+3H (g) CH OH(g)+H O(g) ΔH=-49 kJ·mol-1
2 2 3 2 1
Ⅱ.CO (g)+H (g) CO(g)+H O(g) ΔH=+41 kJ·mol-1
2 2 2 2
Ⅲ.CO(g)+2H (g) CH OH(g) ΔH
2 3 3
回答下列问题:
1
(1)K为分压平衡常数,各反应的lnK随 的变化如图所示。
p p T
计算反应Ⅲ的ΔH= kJ·mol-1,其对应的曲线为 (填“a”或
3
“c”)。
(2)在5 MPa下,按照n(CO )∶n(H )=1∶3投料,平衡时,CO和CH OH在含碳产物中物质
2 2 3
的量分数及CO 的转化率随温度的变化如图:
2
①图中代表CH OH的曲线为 (填“m”或“n”)。
3
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②解释150~250 ℃范围内CO 转化率随温度升高而降低的原因
2
。
③下列说法错误的是 (填字母)。
A.H 的平衡转化率始终低于CO 的
2 2
B.温度越低,越有利于工业生产CH OH
3
C.加入选择性高的催化剂,可提高CH OH的平衡转化率
3
D.150~400 ℃范围内,温度升高,H O的平衡产量先减小后增大
2
④270 ℃时CO的分压为 ,反应Ⅱ的平衡常数为 (列出算式)。
答案 (1)-90 a
(2)①m ②反应Ⅰ是放热反应,反应Ⅱ是吸热反应,温度升高,反应Ⅰ使CO 平衡转化率
2
减小的程度大于反应Ⅱ使CO 平衡转化率增大的程度 ③BC ④0.16 MPa
2
0.12×0.24
0.76×2.52
解析 (1)根据盖斯定律,反应Ⅲ由反应Ⅰ减去反应Ⅱ得到,ΔH=ΔH-ΔH=(-49
3 1 2
1
kJ·mol-1)-(+41 kJ·mol-1)=-90 kJ·mol-1,因此反应Ⅲ是放热反应,温度升高( 减小),
T
1
平衡向逆反应方向移动,K减小,该反应的lnK随 的变化为曲线a,曲线c表示反应Ⅱ
p p T
1
的lnK随 的变化。
p T
(2)①生成CH OH的反应为放热反应,升高温度,平衡向逆反应方向移动,CH OH的含量降
3 3
低,所以题图中代表CH OH的曲线为m。
3
②反应Ⅰ是放热反应,升高温度,平衡向逆反应方向移动,CO 转化率降低;反应Ⅱ是吸热
2
反应,升高温度,平衡向正反应方向移动,CO 转化率升高;150~250 ℃范围内温度升高对
2
反应Ⅰ的影响更大,最终导致CO 转化率降低。
2
③A项,起始n(CO )∶n(H )=1∶3投料,只发生反应Ⅰ时,CO 、H 转化率相同,只发生反
2 2 2 2
应Ⅱ时,H 的平衡转化率小于CO 的转化率,当反应Ⅰ、Ⅱ都发生时,则H 的平衡转化率
2 2 2
小于CO 的转化率,正确;B项,温度过低,反应速率很慢,不利于工业生产CH OH,错误;C
2 3
项,催化剂只能提高反应速率,不能改变平衡转化率,错误;D项,150~400 ℃范围内,温度
升高,H O的平衡产量和CO 的转化率变化趋势一致,都是先减小后增大,正确。
2 2
④由题图可知,270 ℃时CO 的转化率为24%,CO和CH OH在含碳产物中物质的量分数相
2 3
等。在5 MPa下,按照n(CO )∶n(H )=1∶3投料,设n(CO )=1 mol,n(H )=3 mol,则参加
2 2 2 2
反应的n(CO )=0.24 mol,根据碳原子守恒,平衡时n(CO)=n(CH OH)=0.12
2 3
mol,n(CO )=0.76 mol,根据反应Ⅰ、Ⅱ可知n(H O)=0.24 mol,根据氢原子守恒,
2 2
n(H )=2.52 mol,n =(0.12+0.12+0.76+0.24+2.52)mol=3.76 mol,CO的分压为
2 总
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5 MPa×0.12mol
≈0.16 MPa;设容器体积为1 L,反应Ⅱ的平衡常数K=
3.76mol
c(CO)×c(H O)=0.12×0.24。
2
c(CO )×c(H ) 0.76×2.52
2 2
24.工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破。
(1)已知:3H (g)+N (g) 2NH (g) ΔH=-92.2 kJ/mol,若起始时向容器内通入2 mol
2 2 3
N 和6 mol H ,达平衡时放出的热量为Q,则Q 184.4 kJ(填“>”“<”或“=”)。
2 2
(3)合成氨的反应条件研究:实验测定不同条件下,平衡时氨气的含量与起始氢氮比
[n(H )]
2 之间的关系如图所示。
n(N )
2
①T 420(填“>”“<”或“=”,下同)。
0
②d点时的转化率:α(N ) α(H )。
2 2
③a、b、c三点对应平衡常数的大小关系为 (用K、K、K表示)。
a b c
④p(N )、p(H )、p(NH )分别代表N 、H 、NH 的分压,K代表分压平衡常数(用平衡时的
2 2 3 2 2 3 p
分压代替平衡时的浓度),一定条件下,上述合成氨反应接近平衡时,遵循如下方程:
[ p3 (H ) ]
1-a
[ p2 (N H )]
1-a
v(NH )=k ·p(N )· 2 -k · 3 。其中v(NH )为合成氨反应
3 正 2 p2 (N H ) 逆 p3 (H ) 3
3 2
的净速率(即正、逆反应速率差),a为常数,与催化剂性质及反应条件有关,k 、k 为速
正 逆
率常数。该条件下,实验测得a=0.5,则反应达到平衡时,k 、k 、K三者的关系式为
正 逆 p
。
答案 (1)< (3)①> ②= ③K=K>K(或K<K=K) ④k =k ·K
b c a a b c 正 逆 p
解析 (1)该反应是可逆反应,不能进行彻底,向容器内通入2 mol N 和6 mol H ,生成
2 2
的氨气小于2 mol,故达平衡时放出的热量小于184.4 kJ。(3)①合成氨反应放热,升高
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n(H )
2
温度,平衡逆向移动,氨气含量减小,曲线①和④压强相同,当 相同时,①的氨气含
n(N )
2
n(H )
2
量更大,则④的温度比①高,即T>420。②d点时, =3.0,与氢气和氮气的化学计
0 n(N )
2
量数之比一致,则α(N )=α(H )。③平衡常数的大小仅与温度有关,该反应为放热反应,
2 2
p2 (N H )
3
温度越高,K越小,由题图可知平衡常数的大小关系为K=K>K。④K= ,
b c a p p(N )·p3 (H )
2 2
[ p3 (H ) ]
1-a
合成氨反应达平衡时,净速率v(NH )=0,即v(NH )=k ·p(N )· 2 -k ·
3 3 正 2 p2 (N H ) 逆
3
[ p2 (N H )]
1-a
[ p3 (H ) ]
1-a
[ p2 (N H )]
1-a
3 =0,k ·p(N )· 2 =k · 3 ,此时a=0.5,即k
正 2 逆
p3 (H ) p2 (N H ) p3 (H )
2 3 2
[ p2 (N H )] 0.5
k · 3
[ p3 (H ) ] 0.5 [ p2 (N H )] 0.5 逆 p3 (H )
·p(N )· 2 =k · 3 ,k = 2 =
正 2 p2 (N H ) 逆 p3 (H ) 正 [ p3 (H ) ] 0.5
3 2 p(N )· 2
2 p2 (N H )
3
k ·p2 (N H )
逆 3 =k ·K。
逆 P
p(N )·p3 (H )
2 2
名师点睛
(3)②d点时,起始氢氮比为3.0,反应过程中氢气与氮气的消耗量之比也为3.0,因此H
2
和N 的转化率相等。
2
25.二氧化碳甲烷化技术被认为是CO 循环再利用最有效的技术之一,也是目前控制CO
2 2
排放的研究热点之一。
(2)向恒压、密闭容器中通入1 mol CO 和4 mol H ,发生的副反应有:
2 2
ⅰ.CO (g)+H (g) CO(g)+H O(g) ΔH K
2 2 2 1 1
ⅱ.2CO(g)+2H (g) CO (g)+CH (g) ΔH K
2 2 4 2 2
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①反应ⅰ和反应ⅱ的lgK(K为平衡常数)随温度T的变化如图所示,则ΔH
1
ΔH(填“>”或“<”)
2
②平衡时CH 、CO、CO 的物质的量随温度的变化如图所示。图中曲线C代表的是
4 2
。在600 ℃时,平衡体系中n(H O)= mol,副反应ⅰ的分压平衡常数K=
2 p
。(用计算式表示,分压=物质的量分数×总压)
0.35×1.15
答案 (2)①> ②CO 1.15
0.25×2.15
解析 (2)①分析题图可知,随着温度升高,K增大,说明反应ⅰ平衡正向移动,ΔH>0;随
1 1
着温度升高,K减小,说明反应ⅱ平衡逆向移动,ΔH<0,所以ΔH>ΔH。
2 2 1 2
②温度升高,反应ⅰ平衡正向移动,反应ⅱ平衡逆向移动,有利于生成CO,推知曲线C代
表的是CO,曲线A代表的是CH ,曲线B代表的是CO ;由题图可知,600 ℃时,
4 2
n(CH )=n(CO)=0.35 mol,n(CO )=0.25 mol,依据O原子守恒推知,n(H O)=2 mol-0.35
4 2 2
mol-0.25 mol×2=1.15 mol,依据H原子守恒推知,n(H )=4 mol-1.15 mol-0.35
2
p(CO)×p(H O)
2
mol×2=2.15 mol,副反应ⅰ的分压平衡常数K= =
p p(CO )×p(H )
2 2
n(CO) n(H O)
×p × 2 ×p
n 总 n 总 n(CO)×n(H O) 0.35×1.15
总 总 = 2 = 。
n(CO ) n(H ) n(CO )×n(H ) 0.25×2.15
2 ×p × 2 ×p 2 2
n 总 n 总
总 总
26.由环境保护部、国家质检总局发布的《轻型汽车污染物排放限值及测量方法(中国
第六阶段)》,自2020年7月1日起实施,也就是大家熟知的“轻型车国六标准”。在我
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国汽车产能过剩的背景下,可以起到淘汰落后产能、引领产业升级的作用,同时能够满
足重点地区为加快改善环境空气质量而提高汽车排放标准的要求。回答以下问题:
(1)已知在20 ℃时:
①N (g)+O (g) 2NO(g) 正、逆反应的活化能分别为m kJ/mol、n kJ/mol;
2 2
②4NH (g)+5O (g) 4NO(g)+6H O(l) 正、逆反应的活化能分别为p kJ/mol、q
3 2 2
kJ/mol。
用NH 处理汽车尾气中的NO的反应为4NH (g)+6NO(g) 5N (g)+6H O(l),该反应的
3 3 2 2
ΔH= 。
(2) 模拟汽车的“催化转化器”,将4 mol NO(g)和4 mol CO(g)充入1 L的密闭容器中,
在不同温度和压强下发生反应2NO(g)+2CO(g) N (g)+2CO (g),测得CO的平衡转化
2 2
率α随温度T变化曲线如图所示。图像中C点逆反应速率 B点正反应速率(填
“>”“=”或“<”,下同);反应的平衡常数:A点 D点。实验测得:v =k
正
·c2(NO)·c2(CO),v =k ·c(N )·c2(CO ),k 、k 分别是正、逆反应速率常数。则
正 逆 逆 2 2 正 逆
T ℃时C点处对应的 v ∶v = 。
1 正 逆
(3)汽车排气管装有三元催化装置,在催化剂表面发生吸附、解吸消除CO、NO等大气污
染物。反应机理如下(Pt是催化剂,右上角带“*”表示吸附状态):
Ⅰ.NO+Pt(s) NO*
Ⅱ.CO+Pt(s) CO*
Ⅲ.NO* N*+O*
Ⅳ.CO*+O* CO +Pt(s)
2
Ⅴ.N*+N* N +Pt(s)
2
Ⅵ.NO*+N* N O+Pt(s)
2
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经测定汽车尾气中生成物及反应物浓度随温度变化关系如图1和图2所示:
图1 图2
①图1中,温度为330 ℃时反应Ⅴ的活化能 反应Ⅵ的活化能(填“<”“>”
或“=”),反应Ⅵ的ΔH 0(“<”或“>”)。
②图2中,温度从T升至T的过程中,反应物浓度急剧减小的主要原因是
a b
。
答案 (1)(5n+p-5m-q) kJ/mol
(2)< > 40.5
(3)①> < ②升高温度,催化剂活性增强,反应速率加快,所以反应物浓度急剧减小
解析 (1)ΔH=正反应活化能-逆反应活化能,则①N (g)+O (g) 2NO(g) ΔH=(m-
2 2 1
n) kJ/mol;②4NH (g)+5O (g) 4NO(g)+6H O(l) ΔH=(p-q) kJ/mol,根据盖斯定
3 2 2 2
律将②-①×5,整理可得4NH (g)+6NO(g) 5N (g)+6H O(l),ΔH=ΔH-5ΔH=(p-q)
3 2 2 2 1
kJ/mol-5×(m-n) kJ/mol=(5n+p-5m-q) kJ/mol。(2)B、C点CO的平衡转化率相等,故
生成物浓度相同,曲线上的点均为平衡点,故B点正反应速率等于逆反应速率,由于B点
温度高于C点,则B点逆反应速率大于C点逆反应速率,从而推知C点逆反应速率小于B
点正反应速率;相同压强下,随着温度升高,CO的平衡转化率降低,说明升高温度,化学平
衡逆向移动,反应的平衡常数:A点>D点;A点为平衡点,v =v ,则k
正 逆
k c(N )·c2 (CO )
·c2(NO)·c2(CO)=k ·c(N )·c2(CO ), 正= 2 2 =K,在反应开始时
正 逆 2 2 k c2 (NO)·c2 (CO)
逆
c(NO)=c(CO)=4 mol/L,A点CO的平衡转化率为50%,可列三段式:
2NO(g)+2CO(g) N (g)+2CO (g)
2 2
c /(mol/L) 4 4 0 0
起始
c /(mol/L) 2 2 1 2
变化
c /(mol/L) 2 2 1 2
平衡
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k c(N )·c2 (CO ) 1×22
正= 2 2 =K= =0.25;C点CO的平衡转化率为25%,可列三段式:
k c2 (NO)·c2 (CO) 22×22
逆
2NO(g)+2CO(g) N (g)+2CO (g)
2 2
c /(mol/L) 4 4 0 0
起始
c /(mol/L) 1 1 0.5 1
变化
c /(mol/L) 3 3 0.5 1
平衡
v k c2 (NO)·c2 (CO) 32×32
正= 正· =0.25× =40.5。
v k c(N )·c2 (CO ) 0.5×12
逆 逆 2 2
(3) ①由图1可知:温度为330 ℃时生成物N O的浓度大于N 的浓度,推知反应速率:
2 2
Ⅵ>Ⅴ,活化能越小,反应速率越快,故反应Ⅴ的活化能>反应Ⅵ的活化能;根据断键吸收
能量、成键放出能量,反应Ⅵ的ΔH<0。②温度从T升至T的过程中,反应未达到平衡
a b
状态,温度升高在合理范围内,催化剂活性增强,反应速率加快。
27.CH -CO 重整能获得氢能,同时能高效转化温室气体。
4 2
(1)CH -CO 重整反应的热化学方程式如下:
4 2
反应Ⅰ:CH (g)+CO (g) 2CO(g)+2H (g) ΔH
4 2 2 1
反应Ⅱ:H (g)+CO (g) CO(g)+H O(g) ΔH=41 kJ·mol-1
2 2 2 2
反应Ⅲ:CH (g) C(s)+2H (g) ΔH=75 kJ·mol-1
4 2 3
1.01×105 Pa下,将n (CO )∶n (CH )=1∶1的混合气体置于密闭容器中,不同温度
起始 2 起始 4
下重整体系中,平衡时各组分的物质的量分数如图1所示。
图1
①CH -CO 重整的主反应为 (填“反应Ⅰ”“反应Ⅱ”或“反应Ⅲ”),判断的
4 2
理由是 。
②450~750 ℃时,平衡体系中CH 物质的量分数比CO 略大的原因是
4 2
。
第 26 页 共 29 页北京曲一线图书策划有限公司 2024版《5年高考3年模拟》A版
(2)CH -CO 重整过程中的积炭是反应催化剂失活的主要原因。积炭反应除发生反应Ⅲ外,
4 2
还发生反应Ⅳ:2CO(g) C(s)+CO (g) ΔH=-172 kJ·mol-1。积炭反应能迅速达到
2 4
平衡状态。CH -CO 重整反应中1 g催化剂上产生的积炭的质量与温度的关系如图2所
4 2
示。
图2
①ΔH= kJ·mol-1。
1
②温度低于700 ℃时,积炭的质量随温度的升高而增多的原因是
(3)在催化剂a和催化剂b分别作用下,CH -CO 重整反应相同时间,控制其他条件相同,
4 2
催化剂表面均产生积炭。对附着积炭的催化剂a和催化剂b在空气中加热以除去积炭
(该过程催化剂不发生反应),固体的质量变化如图3所示。则重整反应中能保持较长时
间催化活性的是 (填“催化剂a”或“催化剂b”),判断的理由是
图3
答案 (1)①反应Ⅰ H O(g)的物质的量分数非常小,CO和H 的物质的量分数比较大,且
2 2
比较接近 ②反应Ⅱ消耗CO 的量大于反应Ⅲ消耗CH 的量
2 4
(2)①247 ②温度低于700 ℃时,温度升高有利于反应Ⅲ正向进行,不利于反应Ⅳ正向
进行,且温度对反应Ⅲ的影响大于对反应Ⅳ的影响
(3)催化剂b 催化剂b剩余固体的质量与原始固体的质量的比值大于催化剂a,剩余固
体的质量与原始固体的质量的比值越大,说明催化剂表面的积炭质量越小,催化活性保
持时间越长
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解析 (1)②由于CO和H 的物质的量分数比较大,且比较接近,反应Ⅱ消耗CO 的量大于
2 2
反应Ⅲ消耗CH 的量,所以450~750 ℃时,平衡体系中CH 物质的量分数比CO 略大。
4 4 2
(2)①根据盖斯定律,反应Ⅲ-反应Ⅳ即得到反应Ⅰ,则ΔH=75 kJ·mol-1-(-172
1
kJ·mol-1)=247 kJ·mol-1。
28.Ⅰ.氢气是一种清洁能源,水煤气变换反应的制氢原理为CO(g)+H O(g) CO (g)
2 2
+H (g) ΔH。回答下列问题:
2 1
(1)水煤气变换部分基元反应如下:
反应热ΔH/
基元反应 活化能E/eV
a eV
①CO+H O+2*
2
0 -1.73
CO*+H O*
2
②H O*+*
2 0.81 -0.41
H*+OH*
第②步基元反应逆反应的活化能为 eV。
(2)某研究所探究CuO/ZrO 的系列催化剂(包括C/Z-120、C/Z-250、C/Z-350、C/
2
Z-450)在水煤气变换反应中的催化活性。常压下,原料气在不同温度下相同时间内CO
的转化率如图:
①工业生产中应选择的最佳反应条件为 。
②C/Z-120曲线先上升后下降的原因为 。
Ⅱ.长征运载火箭推进剂为(CH ) N—NH 和N O 。
3 2 2 2 4
(3)T ℃时,2NO (g) N O (g),该反应正、逆反应速率与浓度的关系为v =k
2 2 4 正 正
c2(NO ),v =k c(N O )(k 、k 是速率常数)。
2 逆 逆 2 4 正 逆
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①图中表示lg v -lg c(N O )的线是 (填“m”或“n”)。
逆 2 4
②T ℃时,向刚性容器中充入一定量NO 气体,平衡后测得c(N O )为1.0 mol·L-1,则平
2 2 4
衡时,v = (用含a的代数式表示)。
正
③T ℃时,向2 L的容器中充入5 mol N O 气体和1 mol NO 气体,此时v (填
2 4 2 正
“>”“<”或“=”)v 。
逆
答案 (1)1.22
(2)①使用催化剂C/Z-250且在240 ℃下反应
②低于最适宜温度,温度升高和催化剂活性增大都使反应速率加快;高于最适宜温度,催
化剂活性降低,反应速率减慢
(3)①n ②10a ③>
解析(1)根据ΔH=E(正)-E(逆),可得第②步基元反应E(逆)=E(正)-ΔH=0.81 eV-
a a a a
(-0.41 eV)=1.22 eV。
(2)①由图可知,工业生产中应选择的最佳反应条件是C/Z-250作催化剂,反应温度为
240 ℃。②C/Z-120曲线低于最适宜温度,温度升高和催化剂活性增大都使反应速率加
快;高于最适宜温度,催化剂活性降低,反应速率减慢。
(3)①v =k c2(NO ),则lg v =lgk +2lg c(NO ),v =k c(N O ),则lg v =lg k +lg
正 正 2 正 正 2 逆 逆 2 4 逆 逆
c(N O ),lg v -lg c(N O )的曲线斜率较小,则图中表示lg v -lg c(N O )的线是n。
2 4 逆 2 4 逆 2 4
②由①可知,图中表示lg v ~lg c(N O )的线是n,则lg k =a,k =10a,lg k =a+2,k
逆 2 4 逆 逆 正 正
k 10a+2
=10a+2,反应的平衡常数K= 正= =100,设T ℃时,向刚性容器中充入x mol·L-1
k 10a
逆
NO ,平衡后测得c(N O )为1.0 mol·L-1,列出三段式:
2 2 4
2NO (g) N O (g)
2 2 4
起始/(mol·L-1) x 0
变化/(mol·L-1) 2 1
平衡/(mol·L-1) x-2 1
1
K= =100,x=2.1,则平衡时,NO 的浓度为0.1 mol·L-1,v =k
(x-2) 2 2 正 正
c2(NO )=10a+2×0.12=10a。
2
5mol
③T ℃时,向2 L的容器中充入5 mol N O 气体和1 mol NO 气体,c(N O )= =2.5
2 4 2 2 4 2 L
1mol
mol·L-1,c(NO )= =0.5 mol·L-1,v =10a+2×0.52=2.5×10a+1,v =2.5×10a,v >v 。
2 2 L 正 逆 正 逆
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