2025步步高大一轮复习讲义人教版高考化学大单元四　第十一章　第49讲　化学反应的方向与调控含答案

2025步步高大一轮复习讲义人教版高考化学第49讲化学反应的方向与调控[复习目标]1.知道化学反应是有方向的，知道化学反应的方向与反应的焓变和熵变有关。2.认识化学反应速率和化学平衡的综合调控在生产、生活和科学研究中的重要作用。考点一化学反应的方向1．自发反应在一定条件下，无需外界帮助就能自发进行的反应称为自发反应。2．熵和熵变的含义(1)熵的含义度量体系混乱程度的物理量，符号为S。熵值越大，体系混乱度越大。同一条件下，不同物质有不同的熵值；同一种物质在不同状态下熵值也不同，一般规律是S(g)>S(l)>S(s)。(2)熵变的含义ΔS＝S(生成物)－S(反应物)。化学反应的ΔS越大，越有利于反应自发进行。3．判断化学反应方向的判据ΔG＝ΔH－TΔSΔG<0时，反应能自发进行；ΔG＝0时，反应处于平衡状态；ΔG>0时，反应不能自发进行。1．同一物质的固、液、气三种状态的熵值相同()2．非自发反应，一定条件下也能使其反应发生()3．在其他外界条件不变的情况下，使用催化剂，可以改变化学反应进行的方向()4．需要加热才能够进行的反应，肯定不是自发反应()5．ΔH<0，ΔS>0的反应在温度低时不能自发进行()6．一定温度下，反应MgCl2(l)Mg(l)＋Cl2(g)的ΔH>0、ΔS>0()7．反应NH3(g)＋HCl(g)=NH4Cl(s)在室温下可自发进行，则该反应的ΔH<0()答案1.×2.√3.×4.×5.×6.√7.√综合判断化学反应的自发性1．(2022·浙江1月选考，20)AB型强电解质在水中的溶解(可视作特殊的化学反应)表示为AB(s)=An＋(aq)＋Bn－(aq)，其焓变和熵变分别为ΔH和ΔS。对于不同组成的AB型强电解质，下列说法正确的是()A．ΔH和ΔS均大于零B．ΔH和ΔS均小于零C．ΔH可能大于零或小于零，ΔS大于零D．ΔH和ΔS均可能大于零或小于零答案D解析强电解质溶于水有的放热，如硫酸铜等；有的吸热，如碳酸氢钠等，所以在水中溶解对应的ΔH可能大于零或小于零。熵表示系统混乱程度，体系越混乱，则熵越大。AB型强电解质固体溶于水，存在熵的变化，固体转化为离子，混乱度是增加的，但离子在水中存在水合过程，这样会引发水的混乱度的变化，让水分子会更加规则，即水的混乱度下降，所以整个溶解过程的熵变ΔS取决于固体转化为离子的熵增与水合过程的熵减两个作用的相对大小关系，若是前者占主导，则整个溶解过程熵增，即ΔS＞0，反之，熵减，即ΔS＜0。2．(1)汽车燃油不完全燃烧时产生CO，有人设想按下列反应除去CO：2CO(g)=2C(s)＋O2(g)。已知该反应的ΔH＞0，简述该设想能否实现的依据：_________________________________________________________________________________________________。(2)超音速飞机在平流层飞行时，尾气中的NO会破坏臭氧层。科学家正在研究利用催化技术将尾气中的NO和CO转变成CO2和N2，化学方程式为2NO＋2CO2CO2＋N2。反应能够自发进行，则反应的ΔH________0(填“＞”“＜”或“＝”)，理由是__________________________________________________________________________________。(3)已知CaSO4(s)＋CO(g)CaO(s)＋SO2(g)＋CO2(g)ΔH＝＋218kJ·mol－1，该反应能够自发进行的反应条件是________。答案(1)不能实现，因为该反应的ΔH＞0，ΔS＜0，ΔG>0，反应不可能自发进行(2)＜该反应的ΔS＜0，因该反应能自发进行，根据ΔG＝ΔH－TΔS＜0可知ΔH＜0(3)高温3．[2022·湖南，17(1)]已知ΔG＝ΔH－TΔS，ΔG的值只决定于反应体系的始态和终态，忽略ΔH、ΔS随温度的变化。若ΔG<0，则该反应可以自发进行。根据下图判断：600℃时，下列反应不能自发进行的是__________。A．C(s)＋O2(g)=CO2(g)B．2C(s)＋O2(g)=2CO(g)C．TiO2(s)＋2Cl2(g)=TiCl4(g)＋O2(g)D．TiO2(s)＋C(s)＋2Cl2(g)=TiCl4(g)＋CO2(g)答案C解析由图可知，600℃时C(s)＋O2(g)=CO2(g)的ΔG<0，反应自发进行，故A不符合题意；600℃时2C(s)＋O2(g)=2CO(g)的ΔG<0，反应自发进行，故B不符合题意；600℃时TiO2(s)＋2Cl2(g)=TiCl4(g)＋O2(g)的ΔG>0，反应不能自发进行，故C符合题意；根据盖斯定律，TiO2(s)＋C(s)＋2Cl2(g)=TiCl4(g)＋CO2(g)可由A＋C得到，且由图中数据可知600℃时其ΔG<0，反应自发进行，故D不符合题意。考点二化学反应的调控——工业合成氨1．化工生产适宜条件选择的一般原则条件原则从化学反应速率分析既不能过快，又不能太慢从化学平衡移动分析既要注意外界条件对速率和平衡影响的一致性，又要注意对二者影响的矛盾性从原料的利用率分析增加易得廉价原料，提高难得高价原料的利用率，从而降低生产成本从实际生产能力分析如设备承受高温、高压能力等从催化剂的使用活性分析注意催化剂的活性受温度的限制2.控制反应条件的基本措施(1)控制化学反应速率的措施通过改变反应体系的温度、溶液的浓度、气体的压强(或浓度)、固体的表面积以及使用催化剂等途径调控反应速率。(2)提高转化率的措施通过改变可逆反应体系的温度、溶液的浓度、气体的压强(或浓度)等改变可逆反应的限度，从而提高转化率。一、工业合成氨适宜条件选择1．如图是工业合成氨的工艺，根据流程解答下列问题：(1)工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破，其热化学方程式为N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝－92.4kJ·mol－1，结合反应的化学方程式分析哪些措施可以提高合成氨的反应速率？哪些措施可以提高氮气或氢气的转化率？提示升高温度、增大压强、增大反应物的浓度、使用催化剂等，都可以使合成氨的反应速率增大；降低温度、增大压强、增大反应物浓度或减小生成物浓度等有利于提高氮气或氢气的转化率。(2)工业合成氨中，使用铁触媒作催化剂。①铁触媒加快化学反应速率的原因是什么？提示使用铁触媒作催化剂改变了反应历程，降低了反应的活化能，提高了活化分子的百分数，有效碰撞次数增加，反应速率加快。②铁触媒能提高氢气的平衡转化率吗？简述理由。提示不能。因为催化剂对化学平衡无影响。③铁触媒能提高反应混合物中氨的体积分数吗？提示能。因为实际合成氨过程为非平衡状态下进行，反应速率大，单位时间里生产的氨气的量多。(3)合成氨时选择500℃而不采用常温主要考虑什么因素？提示考虑速率因素，500℃时催化剂的催化活性最好。(4)合成氨时一般采用的压强为10MPa～30MPa的原因是什么？提示合成氨时增大压强尽管可以同时提高反应速率和反应物的转化率。但是，压强越大，对材料的强度和设备的要求也越高，增加生产投资将降低综合经济效益。(5)合成氨工业中，为提高反应物的转化率，还采取哪些措施？提示使氨气冷却成液氨并及时分离，分离后的原料气循环使用。外部条件工业合成氨的适宜条件压强根据反应器可使用钢材的质量及综合指标来选择压强温度适宜温度，700K左右催化剂使用铁触媒做催化剂(为防止催化剂中毒，原料气要净化处理)浓度N2和H2的物质的量之比为1∶2.8的投料比，将氨及时地从混合气中分离出来二、综合分析其他工业生产的适宜条件2．钾是一种活泼的金属，工业上通常用金属钠和氯化钾在高温下反应制取。该反应为Na(l)＋KCl(l)NaCl(l)＋K(g)ΔH>0。该反应的平衡常数可表示为K＝c(K)，各物质的沸点与压强的关系见下表：压强/kPa13.3353.32101.3K的沸点/℃590710770Na的沸点/℃700830890NaCl的沸点/℃－－1437KCl的沸点/℃－－1465(1)在常压下金属钾转变为气态从反应混合物中分离的最低温度约为________，而反应的最高温度应低于________。(2)制取钾的过程中，为了提高原料的转化率可以采取的措施是_________________。(3)常压下，当反应温度升高到900℃时，该反应的平衡常数可表示为___________。答案(1)770℃890℃(2)降低压强或移去钾蒸气、适当升高温度(3)K＝eq\f(cK,cNa)3．(2023·河南新乡模拟)甲烷化反应即为氢气和碳氧化物反应生成甲烷，有利于实现碳循环利用。已知涉及的反应如下：反应Ⅰ：CO(g)＋3H2(g)CH4(g)＋H2O(g)ΔH1＝－206.2kJ·mol－1反应Ⅱ：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)ΔH2反应Ⅲ：CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g)ΔH3＝－165.0kJ·mol－1积碳反应(CO的歧化反应和CH4的裂解反应是催化剂积碳的主要成因)：2CO(g)CO2(g)＋C(s)(反应Ⅳ)；CH4(g)C(s)＋2H2(g)(反应Ⅴ)。回答下列问题：(1)ΔH2＝________kJ·mol－1。(2)在360℃时，在固定容积的容器中进行上述反应(不考虑积碳反应)，平衡时CO和H2的转化率及CH4和CO2的产率随eq\f(nH2,nCO)变化的情况如图1所示。①图中表示CO转化率、CH4产率变化的曲线分别是________、________(填字母)，A、C两点eq\f(nH2,nCO)的值相同，C点通过改变温度达到A点，则A、B、C三点温度由大到小的顺序是______________。②按eq\f(nH2,nCO)＝3∶1向恒容容器内投料，初始压强为p0，若仅发生Ⅰ、Ⅱ两个反应，达到平衡时总压为eq\f(3p0,4)，CO的平衡转化率为a，则CH4的选择性＝________%[CH4的选择性＝eq\f(nCH4,nCO2＋nCH4)×100%]；反应Ⅰ的Kp＝________(用平衡分压表示，分压＝总压×物质的量分数)。(3)已知各反应的平衡常数随温度的变化曲线如图2所示，相同时间内甲烷产率随温度升高的变化曲线如图3。由图2可知，CO的歧化反应属于________(填“吸热”或“放热”)反应，相同时间内CH4的产率在温度高于330℃时降低的可能原因之一是催化剂活性降低，高温导致催化剂活性降低的原因是________________________。答案(1)－41.2(2)①bcB＝C>A②eq\f(50,a)eq\f(8,1＋a3×p\o\al(2,0))(3)放热高温时，积碳反应主要发生CH4裂解，导致催化剂积碳，活性降低解析(1)根据盖斯定律知，反应Ⅱ＝反应Ⅰ－反应Ⅲ，ΔH2＝ΔH1－ΔH3＝－206.2kJ·mol－1－(－165.0kJ·mol－1)＝－41.2kJ·mol－1。(2)①结合反应，eq\f(nH2,nCO)越大，CO转化率越大，直到接近100%，故b表示CO转化率变化的曲线；随着eq\f(nH2,nCO)的增大，CO接近完全转化，CH4产率逐渐增大，直到接近100%，故c表示CH4产率变化的曲线；b表示CO转化率变化的曲线，B、C均在曲线b上，温度：B＝C，结合反应Ⅰ、Ⅱ，两反应均为放热反应，则温度越低CO转化率越高，A点转化率高于C，故温度：B＝C>A。②设起始投料n(CO)＝nmol，则n(H2)＝3nmol，列出反应Ⅰ三段式：CO(g)＋3H2(g)CH4(g)＋H2O(g)起始/moln3n00转化/molx3xxx平衡/moln－x3n－3xxx反应Ⅱ前后气体体积不变，反应Ⅰ前后总物质的量减少2xmol，根据初始压强为p0，达到平衡时总压为eq\f(3p0,4)，则eq\f(x＋x＋n－x＋3n－3x,4n)＝eq\f(3,4)，解得x＝0.5n；CO的平衡转化率为a，列出反应Ⅱ三段式：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)起始/mol0.5n0.5n01.5n转化/molna－0.5nna－0.5nna－0.5nna－0.5n平衡/moln(1－a)n(1－a)n(a－0.5)n(1＋a)则CH4的选择性＝eq\f(0.5n,a－0.5n＋0.5n)×100%＝eq\f(50,a)%；平衡时，CO的分压为eq\f(n1－a,3n)×eq\f(3,4)p0＝eq\f(1－ap0,4)、H2的分压为eq\f(n1＋a,3n)×eq\f(3,4)p0＝eq\f(1＋ap0,4)、CH4的分压为eq\f(0.5n,3n)×eq\f(3,4)p0＝eq\f(p0,8)、H2O的分压为eq\f(n1－a,3n)×eq\f(3,4)p0＝eq\f(1－ap0,4)，反应Ⅰ的Kp＝eq\f(\f(1－ap0,4)×\f(p0,8),\f(1－ap0,4)×\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(1＋ap0,4)))3)＝eq\f(8,1＋a3×p\o\al(2,0))。课时精练1．25℃、1.01×105Pa时，反应2N2O5(g)=4NO2(g)＋O2(g)ΔH＝＋109.8kJ·mol－1，该反应能自发进行的原因是()A．该反应是吸热反应B．该反应是放热反应C．该反应是熵减小的反应D．该反应的熵增大效应大于能量效应答案D2．下列反应在任何温度下均能自发进行的是()A．2N2(g)＋O2(g)=2N2O(g)ΔH＝＋16kJ·mol－1B．Ag(s)＋eq\f(1,2)Cl2(g)=AgCl(s)ΔH＝－127kJ·mol－1C．HgO(s)=Hg(l)＋eq\f(1,2)O2(g)ΔH＝＋91kJ·mol－1D．H2O2(l)=eq\f(1,2)O2(g)＋H2O(l)ΔH＝－98kJ·mol－1答案D解析A项，ΔH>0，ΔS<0，在任何温度下，ΔH－TΔS>0，即任何温度下反应都不能自发进行；B项，ΔH<0，ΔS<0，低温下反应能自发进行；C项，ΔH>0，ΔS>0，较高温度时能自发进行；D项，ΔH<0，ΔS>0，在任何温度下，ΔH－TΔS<0，即在任何温度下反应均能自发进行。3．下列对化学反应的预测正确的是()选项化学方程式已知条件预测AA(s)=B(g)＋C(s)ΔH>0它一定是非自发反应BA(g)＋2B(g)=2C(g)＋3D(g)能自发反应ΔH一定小于0CM(s)＋aN(g)=2Q(g)ΔH<0，自发反应a可能等于1、2、3DM(s)＋N(g)=2Q(s)常温下，自发进行ΔH>0答案C解析A(s)=B(g)＋C(s)的ΔS＞0，ΔH＞0，在高温条件下能自发进行，故A错误；A(g)＋2B(g)=2C(g)＋3D(g)的ΔS＞0，所以当ΔH＜0时，一定满足ΔH－TΔS＜0，反应一定能够自发进行，当ΔH＞0时，高温下，ΔH－TΔS＜0成立，也可以自发进行，故B错误；M(s)＋N(g)=2Q(s)的ΔS＜0，当ΔH＞0时，ΔH－TΔS＞0，一定不能自发进行，故D错误。4．合成氨反应达到平衡时，NH3的体积分数与温度、压强的关系如图所示。根据此图分析合成氨工业最有前途的研究方向是()A．提高分离技术B．研制耐高压的合成塔C．研制低温催化剂D．探索不用N2和H2合成氨的新途径答案C解析由题图可知，NH3的体积分数随着温度的升高而显著下降，故要提高NH3的体积分数，必须降低温度，但目前所用催化剂铁触媒的活性最高时的温度为500℃，故最有前途的研究方向为研制低温催化剂。5．(2023·青岛一模)2007年诺贝尔化学奖颁给了德国化学家格哈德·埃特尔(GerhardErtl)，以表彰他在固体表面化学研究中取得的开拓性成就。他的成就之一是证实了氢气与氮气在固体催化剂表面合成氨气的反应过程，模拟示意图如图。关于合成氨工艺，下列说法正确的是()A．图①到图③的活化能减去图⑤到图③的活化能就是合成氨反应的反应热B．反应中有极性键的断裂与形成C．当温度、体积一定时，在原料气中添加少量惰性气体，有利于提高平衡转化率D．合成氨反应使用的条件高温、高压是为了提高反应物的平衡转化率答案A解析图①到图③为氮气和氢气中的化学键断裂的过程，图⑤到图③为氨气中化学键断裂的过程，故图①到图③的活化能减去图⑤到图③的活化能就是合成氨反应的反应热，A正确；该反应过程中只有非极性键的断裂和极性键的形成，B错误；当温度、体积一定时，在原料气中添加少量惰性气体不影响各组分的浓度，因此不影响平衡，不能提高平衡转化率，C错误；合成氨的反应是气体总体积减小的放热反应，故高压是为了提高反应物的平衡转化率，但高温不是为了提高转化率，D错误。6．已知体系自由能变化ΔG＝ΔH－TΔS，ΔG<0时反应能自发进行，两个氢化反应的ΔG与温度的关系如图所示，下列说法正确的是()A．反应①的ΔS<0B．反应②在600℃时的反应速率很快C．温度大于1000℃时，反应①能自发进行D．反应②的ΔH>0答案C解析反应①随温度的升高，ΔG逐渐减小，则ΔS>0，故A错误；该题可以推测自发反应时的温度，但无法推测什么温度的反应速率快慢，故B错误；反应①在温度大于1000℃时ΔG<0，故此时反应①能自发进行，故C正确；根据图像和数学知识可知，反应②的ΔH<0，故D错误。7．在密闭容器中投入一定量反应物发生储氢反应：LaNi5(s)＋3H2(g)LaNi5H6(s)ΔH＝－301kJ·mol－1。在某温度下，达到平衡状态，测得氢气压强为2MPa。下列说法不正确的是()A．当LaNi5的浓度不再变化时，该反应达到平衡状态B．若温度不变，缩小容器的容积至原来的一半，重新达到平衡时H2的压强等于2MPaC．扩大容器的容积，重新达到平衡时n(H2)增多D．增大压强，降低温度，有利于储氢答案A解析LaNi5是固体，不能根据固体的浓度不变判断反应达到平衡状态，A错误；温度不变，缩小容器的容积至原来的一半，平衡常数Kp＝eq\f(1,p3H2)不变，则重新达到平衡时H2的压强仍为2MPa，B正确；扩大容器的容积，相当于减小压强，平衡向逆反应方向移动，则n(H2)增多，C正确；该反应的正反应是气体分子总数减小的放热反应，因此增大压强、降低温度，平衡正向移动，有利于储氢，D正确。8．已知反应：CO(g)＋3H2(g)CH4(g)＋H2O(g)。起始以物质的量之比为1∶1充入反应物，不同压强条件下，H2的平衡转化率随温度的变化情况如图所示(M、N点标记为)。下列有关说法正确的是()A．上述反应的ΔH<0B．N点时的反应速率一定比M点的快C．降低温度，H2的转化率可达到100%D．工业上用此法制取甲烷应采用更高的压强答案A解析根据题图，随着温度的升高，H2的平衡转化率降低，说明平衡向逆反应方向移动，故正反应为放热反应，即ΔH<0，A项正确；N点压强大于M点，M点温度高于N点，因此无法确定两点反应速率的快慢，B项错误；此反应是可逆反应，不能完全进行到底，C项错误；采用更高的压强对设备的要求更高，增加经济成本，D项错误。9．将金红石(TiO2)转化为TiCl4是生产金属钛的关键步骤。在1.0×105Pa，将TiO2、C、Cl2以物质的量之比为1∶2∶2进行反应，平衡体系中主要物质的物质的量分数(x)随温度变化理论计算结果如图所示。下列说法不正确的是()A．200～1600℃反应达到平衡时，TiO2的转化率均已接近100%B．将400℃时的平衡体系加热至800℃，平衡C(s)＋CO2(g)2CO(g)向正反应方向移动C．1000℃时，测得某时刻x(TiCl4)＝0.2。其他条件不变，延长反应时间能使x(TiCl4)超过该温度下平衡时的x(TiCl4)D．实际生产时反应温度选择900℃而不选择200℃，其主要原因是900℃比200℃时化学反应速率更快，生产效益更高答案C解析在1.0×105Pa，将TiO2、C、Cl2以物质的量之比为1∶2∶2进行反应：TiO2＋2C＋2Cl2eq\o(=,\s\up7(高温))TiCl4＋2CO，三者完全反应时，生成TiCl4、CO的物质的量之比为1∶2，此时TiCl4的物质的量分数约为33.3%，结合图像可知，200～1600℃反应达到平衡时，TiCl4的物质的量分数约为33.3%，则TiO2转化率均已接近100%，A正确；结合图像可知，将400℃时的平衡体系加热至800℃，二氧化碳含量减小、一氧化碳含量增加，则平衡C(s)＋CO2(g)2CO(g)向正反应方向移动，B正确；延长时间不能改变平衡时物质的转化率，C错误。10．(1)[2021·浙江6月选考，29(1)]实验室可用铜与浓硫酸反应制备少量SO2：Cu(s)＋2H2SO4(l)=CuSO4(s)＋SO2(g)＋2H2O(l)ΔH＝－11.9kJ·mol－1，判断该反应的自发性并说明理由：____________________________________。(2)[2021·湖南，16(1)(2)]氨热分解法制氢气相关化学键的键能数据化学键N≡NH—HN—H键能E/(kJ·mol－1)946436.0390.8在一定温度下，利用催化剂将NH3分解为N2和H2。回答下列问题：①反应2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)ΔH＝________kJ·mol－1。②已知该反应的ΔS＝198.9J·mol－1·K－1，在下列哪些温度下反应能自发进行？____________(填字母)。A．25℃B．125℃C．225℃D．325℃答案(1)任何温度下都能自发进行，是因为ΔH<0、ΔS>0(2)①＋90.8②CD解析(2)①根据反应热＝反应物的总键能－生成物的总键能，2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)ΔH＝390.8kJ·mol－1×3×2－(946kJ·mol－1＋436.0kJ·mol－1×3)＝＋90.8kJ·mol－1。②若反应自发进行，则需ΔH－TΔS<0，T>eq\f(ΔH,ΔS)＝eq\f(90.8×103J·mol－1,198.9J·mol－1·K－1)≈456.5K，即温度应高于(456.5－273)℃＝183.5℃。11．N2和H2生成NH3的反应为eq\f(1,2)N2(g)＋eq\f(3,2)H2(g)NH3(g)ΔH(298K)＝－46.2kJ·mol－1。请回答：(1)有利于提高合成氨平衡产率的条件有______(填字母)。A．低温B．高温C．低压D．高压E．催化剂(2)、、为各组分的平衡分压，如，p为平衡总压，为平衡系统中氨气的物质的量分数，N2、H2起始物质的量之比是1∶3，反应在恒定温度和总压强p(单位是Pa)下进行，NH3的平衡产率是w，用分压代替物质的量浓度计算平衡常数Kp＝_____________________________________________________________________________。答案(1)AD(2)eq\f(4w2－w,3\r(3)p1－w2)解析(2)由题意知，设起始n(N2)＝eq\f(1,2)mol，n(H2)＝eq\f(3,2)mol，列三段式：eq\f(1,2)N2(g)＋eq\f(3,2)H2(g)NH3(g)起始/moleq\f(1,2)eq\f(3,2)0转化/moleq\f(w,2)eq\f(3,2)ww平衡/moleq\f(1,2)－eq\f(w,2)eq\f(3,2)－eq\f(3,2)wwKp＝＝eq\f(4w2－w,3\r(3)p1－w2)。12．[2020·全国卷Ⅰ，28(2)(4)]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SO2的催化氧化：SO2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)eq\o(→,\s\up7(钒催化剂))SO3(g)ΔH＝－98kJ·mol－1。回答下列问题：(2)当SO2(g)、O2(g)和N2(g)起始的物质的量分数分别为7.5%、10.5%和82%时，在0.5MPa、2.5MPa和5.0MPa压强下，SO2平衡转化率α随温度的变化如图(b)所示。反应在5.0MPa、550℃时的α＝________，判断的依据是____________________________________。影响α的因素有__________________________。(4)研究表明，SO2催化氧化的反应速率方程为：v＝k(eq\f(α,α′)－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为SO2平衡转化率，α′为某时刻SO2转化率，n为常数。在α′＝0.90时，将一系列温度下的k、α值代入上述速率方程，得到v～t曲线，如图(c)所示。曲线上v最大值所对应温度称为该α′下反应的最适宜温度tm。t<tm时，v逐渐提高；t>tm后，v逐渐下降。原因是______________________________________________________。答案(2)0.975该反应气体分子数减少，增大压强，α提高。5.0MPa＞2.5MPa＝p2，所以p1＝5.0MPa反应物(N2和O2)的起始浓度(组成)、温度、压强(4)升高温度，k增大使v逐渐提高，但α降低使v逐渐下降。当t＜tm，k增大对v的提高大于α引起的降低；当t＞tm，k增大对v的提高小于α引起的降低13．丙烯是制备聚丙烯的单体，在催化剂作用下，可由丙烷直接脱氢或氧化脱氢制得。反应Ⅰ(直接脱氢)：C3H8(g)C3H6(g)＋H2(g)ΔH1反应Ⅱ(氧化脱氢)：2C3H8(g)＋O2(g)2C3H6(g)＋2H2O(g)ΔH2＝－236kJ·mol－1已知：2H2(g)＋O2(g)2H2O(g)ΔH3＝－484kJ·mol－1(1)ΔH1＝________kJ·mol－1。(2)向某容器中仅通入C3H8(g)，发生反应Ⅰ，达到平衡后，下列措施能提高C3H6(g)的平衡产率的有________(填字母)。A．恒压下，充入惰性气体B．加入高效催化剂C．恒容下，充入C3H8D．适当升高温度(3)向某恒压密闭容器中通入C3H8(g)和N2(g)的混合气体(N2不参与反应)，发生反应Ⅰ，反应起始时气体的总压强为100kPa。在温度为T1℃时，C3H8(g)的平衡转化率与通入的混合气体中C3H8(g)的物质的量分数的关系如图所示。①C3H8的平衡转化率随起始通入C3H8的物质的量分数增大而减小，其原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。②T1℃时，反应Ⅰ的平衡常数Kp＝________kPa(以分压表示，分压＝总压×物质的量分数，保留一位小数)。答案(1)＋124(2)AD(3)①丙烷物质的量分数增大，相当于对平衡体系加压，平衡向逆反应方向移动②16.7解析(1)设已知反应为反应Ⅲ根据盖斯定律，反应Ⅰ＝eq\f(1,2)(反应Ⅱ－反应Ⅲ)可得ΔH1＝＋124kJ·mol－1。(3)②据图可知：在温度为T1℃时，当通入C3H8的物质的量分数为0.4，C3H8的平衡转化率为50%，假设反应开始时通入气体物质的量为amol，则n(C3H8)＝0.4amol，n(N2)＝0.6amol，则平衡时n(C3H8)＝0.2amol，n(C3H6)＝n(H2)＝0.2amol，平衡时气体总物质的量n(总)＝0.2amol＋0.2amol＋0.2amol＋0.6amol＝1.2amol，C3H8、C3H6、H2的物质的量分数都是eq\f(0.2a,1.2a)＝eq\f(1,6)，Kp＝eq\f(pC3H6·pH2,pC3H8)＝eq\f(\f(1,6)×100kPa×\f(1,6)×100kPa,\f(1,6)×100kPa)≈16.7kPa。第50讲化学反应速率与化学平衡图像分类突破[复习目标]1.了解化学反应速率、化学平衡图像的常见类型。2.通过解答不同类型图像问题，初步建立解答化学反应速率、化学平衡相关图像问题的思维模型。分析、解答化学反应速率与化学平衡图像题的三个步骤第一步：看图像一看面——横坐标、纵坐标代表的量(如纵坐标是反应物百分含量，还是反应物的转化率等)，确定坐标值与化学量的正变与负变关系。二看线——曲线的走向、变化趋势(斜率大小、升与降、平与陡、渐变与突变、连续与断变、转折等)，同时对走势有转折变化的曲线，要分段进行分析，找出各段曲线的变化趋势及含义。例如，升高温度，v吸增加得多，v放增加得少；增大反应物浓度，v正突变，v逆渐变。三看点——起点(分清反应物、生成物。浓度减小的是反应物，浓度增大的是生成物，一般生成物多数以原点为起点)，终点(终点是否达到平衡)，转折点(转折点前后影响的主要因素不同)等；此外还有顶点、拐点、交叉点、平衡点等都要认真分析。四看辅助线——要不要作等温线、等压线，讨论单变量。五看量——一般标出具体数值的量在解题中都会用到。第二步：想规律在看清图的基础上，根据坐标x轴的变化，确定y轴的变化，结合外因对化学反应速率、化学平衡的影响因素分析变化的本质原因。第三步：作判断看条件(T，p，c)eq\b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(找图示变化→定移动方向1,原理找变化→定移动方向2))→同结果正确，不同则错。一、反应进程类图像(横坐标为时间t)1．在一密闭容器中发生反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＜0，达到平衡后，只改变某一个条件时，反应速率与反应时间的关系如图所示。回答下列问题：(1)处于平衡状态的时间段是____________(填字母，下同)。A．t0～t1 B．t1～t2C．t2～t3 D．t3～t4E．t4～t5 F．t5～t6(2)判断t1、t3、t4时刻分别改变的一个条件。A．增大压强 B．减小压强C．升高温度 D．降低温度E．加催化剂 F．充入氮气t1时刻__________；t3时刻________；t4时刻______。(3)依据(2)中的结论，下列时间段中，氨的百分含量最高的是__________。A．t0～t1 B．t2～t3C．t3～t4 D．t5～t6(4)如果在t6时刻，从反应体系中分离出部分氨，t7时刻反应达到平衡状态，请在图中画出反应速率的变化曲线。答案(1)ACDF(2)CEB(3)A(4)解析(1)根据图示可知，t0～t1、t2～t3、t3～t4、t5～t6时间段内，v正、v逆相等，反应处于平衡状态。(2)t1时，v正、v逆同时增大，且v逆增大的更快，平衡向逆反应方向移动，所以t1时改变的条件是升温；t3时，v正、v逆同时增大且增大程度相同，平衡不移动，所以t3时改变的条件是加催化剂；t4时，v正、v逆同时减小，且v正减小的更快，平衡向逆反应方向移动，所以t4时改变的条件是减小压强。(3)根据图示知，t1～t2、t4～t5时间段内平衡均向逆反应方向移动，则NH3的含量均比t0～t1时间段内的低，所以t0～t1时间段内NH3的百分含量最高。(4)t6时刻分离出部分NH3，v逆立刻减小，而v正逐渐减小，在t7时刻二者相等，反应重新达到平衡，据此可画出反应速率的变化曲线。在分析v－t图像时，要特别注意反应速率的变化，即v正、v逆是都增大了还是都减小了(条件改变的瞬间，v正、v逆的起点与原平衡点不重合)，还是一个增大(或减小)而另一个不变(条件改变的瞬间，v正、v逆中不变的那个，起点与原平衡点重合)。2．已知：反应为mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)。(1)T1<T2，正反应为放热反应。(2)p1<p2，正反应为气体体积增大的反应。(3)图中a使用催化剂；或者增大压强，此时m＋n＝p＋q。3．现将一定量N2O4气体充入恒容密闭容器中，控制反应温度为T1℃[N2O4(g)2NO2(g)ΔH>0]，c(N2O4)随t(时间)变化曲线如图，画出0～t2时段，c(NO2)随t变化曲线。保持其他条件不变，改变反应温度为T2(T2＞T1)，再次画出0～t2时段，c(NO2)随t变化趋势的曲线。答案解析根据反应N2O4(g)2NO2(g)，NO2的改变量是N2O4的两倍，从N2O4的曲线可知其达到平衡时减少了0.03mol·L－1，则NO2从0升高到平衡时的0.06mol·L－1，即可画出曲线；该反应ΔH>0，保持其他条件不变，随着温度的升高，平衡正向移动，且反应速率增大，达到平衡的时间缩短，即可画出曲线。4．对于反应2SiHCl3(g)=SiH2Cl2(g)＋SiCl4(g)，采用大孔弱碱性阴离子交换树脂催化剂，在323K和343K时SiHCl3的转化率随时间变化的结果如图所示。(1)343K时反应的平衡转化率α＝________%。平衡常数K343K＝________(保留2位小数)。(2)在343K下：要提高SiHCl3转化率，可采取的措施是________；要缩短反应达到平衡的时间，可采取的措施有________、________。(3)比较a、b处反应速率大小：va________vb(填“大于”“小于”或“等于”)。反应速率v＝v正－v逆＝－，k正、k逆分别为正、逆反应速率常数，x为物质的量分数，计算a处的eq\f(v正,v逆)＝________(保留1位小数)。答案(1)220.02(2)及时移去产物改进催化剂提高反应物压强(3)大于1.3解析(1)温度越高，反应速率越快，达到平衡的时间越短，则a点所在曲线代表343K时SiHCl3的转化率变化，b点所在曲线代表323K时SiHCl3的转化率变化。343K时反应的平衡转化率α＝22%。设起始时SiHCl3(g)的浓度为1mol·L－1，则有2SiHCl3(g)=SiH2Cl2(g)＋SiCl4(g)起始/(mol·L－1)100转化/(mol·L－1)0.220.110.11平衡/(mol·L－1)0.780.110.11则343K时该反应的平衡常数K343K＝eq\f(cSiH2Cl2·cSiCl4,c2SiHCl3)＝eq\f(0.112,0.782)≈0.02。(3)温度越高，反应速率越快，a点温度为343K，b点温度为323K，故反应速率：va>vb。反应速率v＝v正－v逆＝－，则有v正＝，v逆＝，343K下反应达到平衡状态时v正＝v逆，即＝，经计算可得SiHCl3、SiH2Cl2、SiCl4的物质的量分数分别为0.78、0.11、0.11，则有k正×0.782＝k逆×0.112，eq\f(k正,k逆)＝eq\f(0.112,0.782)≈0.02。a处SiHCl3的平衡转化率α＝20%，此时SiHCl3、SiH2Cl2、SiCl4的物质的量分数分别为0.8、0.1、0.1，则有eq\f(v正,v逆)＝＝eq\f(0.02×0.82,0.12)≈1.3。此类图像一般纵坐标表示物质的量、浓度、百分含量、转化率，横坐标表示反应时间。解题的关键是找转折点。(1)转折点之前，用外因对速率的影响分析问题，用“先拐先平数值大”的规律判断不同曲线表示温度或压强的大小。(2)转折点之后是平衡状态或平衡移动，解题时要抓住量的变化，找出平衡移动的方向，利用化学平衡移动原理推理分析。二、恒温(恒压)线5．反应：aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)ΔH图像结论a＋b>c＋d，ΔH>0a＋b>c＋d，ΔH>06.在一恒容的密闭容器中充入0.1mol·L－1CO2、0.1mol·L－1CH4，在一定条件下发生反应：CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)，测得CH4的平衡转化率与温度、压强的关系如图，下列有关说法不正确的是()A．上述反应的ΔH<0B．压强：p4>p3>p2>p1C．压强为p4、温度为1100℃时该反应的平衡常数约为1.64D．压强为p4时，在y点：v正>v逆答案A解析由图像可知，压强一定时，温度越高，CH4的平衡转化率越高，故正反应为吸热反应，ΔH>0，A项错误；该反应为气体分子总数增加的反应，压强越大，甲烷的平衡转化率越小，故压强：p4>p3>p2>p1，B项正确；压强为p4、温度为1100℃时，甲烷的平衡转化率为80.00%，故平衡时各物质的浓度分别为c(CH4)＝0.02mol·L－1，c(CO2)＝0.02mol·L－1，c(CO)＝0.16mol·L－1，c(H2)＝0.16mol·L－1，平衡常数K＝eq\f(0.162×0.162,0.02×0.02)≈1.64，C项正确；压强为p4时，y点未达到平衡，此时v正>v逆，D项正确。此类图像的纵坐标为某物质的平衡浓度或转化率，横坐标为温度或压强，解答此类问题，要关注曲线的变化趋势，有多个变量时，注意控制变量，即“定一议二”。三、投料比—转化率相关图像7．一定条件下，反应：6H2(g)＋2CO2(g)C2H5OH(g)＋3H2O(g)的数据如图所示。下列说法正确的是()A．该反应的ΔH＞0B．达平衡时，v正(H2)＝v逆(CO2)C．b点对应的平衡常数K值大于c点D．a点对应的H2的平衡转化率为90%答案D解析升高温度，CO2的平衡转化率减小，平衡向左移动，正反应为放热反应，ΔH＜0，A项错误；达平衡时，v正(H2)＝3v逆(CO2)，B项错误；升温，平衡左移，b点温度高，其平衡常数小，C项错误。8．采用一种新型的催化剂(主要成分是Cu-Mn合金)，利用CO和H2制备二甲醚(DME)。主反应：2CO(g)＋4H2(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)副反应：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)测得反应体系中各物质的产率或转化率与催化剂的关系如图所示。则催化剂中eq\f(nMn,nCu)约为________时最有利于二甲醚的合成。答案2.0解析由图可知当催化剂中eq\f(nMn,nCu)约为2.0时，CO的转化率最大，生成的二甲醚最多。(1)改变投料比相当于增加一种反应物的浓度，另一种反应物的转化率升高，而自身的转化率降低。(2)当按化学反应方程式的计量数之比投入反应物，各组分的平衡转化率相同，平衡时产物的体积分数最大。四、平衡常数K(lgK)与T(eq\f(1,T))关系曲线9．[2023·湖北，19(5)(6)](5)eq\o(C,\s\up6(·))40H19(g)C40H18(g)＋H·(g)及eq\o(C,\s\up6(·))40H11(g)C40H10(g)＋H·(g)反应的lnK(K为平衡常数)随温度倒数的关系如图所示。已知本实验条件下，lnK＝－eq\f(ΔH,RT)＋c(R为理想气体常数，c为截距)。图中两条线几乎平行，从结构的角度分析其原因是________。(6)下列措施既能提高反应物的平衡转化率，又能增大生成C40H10的反应速率的是________(填标号)。a．升高温度b．增大压强c．加入催化剂答案(5)在反应过程中，断裂和形成的化学键相同(6)a解析(5)图中两条线几乎平行，说明斜率几乎相等，根据lnK＝－eq\f(ΔH,RT)＋c(R为理想气体常数，c为截距)可知，斜率相等，则说明焓变相等，因为在反应过程中，断裂和形成的化学键相同。(6)由反应历程可知，该反应为吸热反应，升温，反应正向进行，提高了平衡转化率，反应速率也加快，a符合题意；该反应为正向体积增大的反应，加压，反应逆向进行，降低了平衡转化率，b不符合题意；加入催化剂，平衡不移动，不能提高平衡转化率，c不符合题意。10．[2021·全国乙卷，28(3)]McMorris测定和计算了在136～180℃范围内下列反应的平衡常数Kp。2NO(g)＋2ICl(g)2NOCl(g)＋I2(g)Kp12NOCl(g)2NO(g)＋Cl2(g)Kp2得到lgKp1～eq\f(1,T)和lgKp2～eq\f(1,T)均为线性关系，如下图所示：①由图可知，NOCl分解为NO和Cl2，反应的ΔH______0(填“大于”或“小于”)。②反应2ICl(g)=Cl2(g)＋I2(g)的K＝____________(用Kp1、Kp2表示)；该反应的ΔH____0(填“大于”或“小于”),写出推理过程：_____________________________________。答案①大于②Kp1·Kp2大于设T′>T，即eq\f(1,T′)<eq\f(1,T)，由图可知：lgKp2(T′)－lgKp2(T)>|lgKp1(T′)－lgKp1(T)|＝lgKp1(T)－lgKp1(T′)，则：lg[Kp2(T′)·Kp1(T′)]>lg[Kp2(T)·Kp1(T)]，即K(T′)>K(T)，因此该反应正反应为吸热反应，即ΔH大于0解析①结合图可知，温度越高，eq\f(1,T)越小，lgKp2越大，即Kp2越大，说明升高温度平衡2NOCl(g)2NO(g)＋Cl2(g)正向移动，则NOCl分解为NO和Cl2反应的ΔH大于0。五、多重平衡的复杂图像11．二甲醚(CH3OCH3)是一种极具发展潜力的有机化工产品和洁净燃料。CO2加氢制二甲醚的反应体系中，主要发生反应的热化学方程式为反应Ⅰ：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)ΔH＝＋41.2kJ·mol－1反应Ⅱ：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH＝－49.5kJ·mol－1反应Ⅲ：2CH3OH(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)ΔH＝－23.5kJ·mol－1在2MPa，起始投料eq\f(nH2,nCO2)＝3时，CO2的平衡转化率及CO、CH3OCH3、CH3OH的平衡体积分数随温度变化如图所示。下列有关说法正确的是()A．反应2CO2(g)＋6H2(g)CH3OCH3(g)＋3H2O(g)的ΔH＝－73.0kJ·mol－1B．图中X表示COC．为提高二甲醚的产率，需要研发在低温区的高效催化剂D．温度从553K上升至573K时，反应Ⅰ消耗的CO2少于反应Ⅱ生成的CO2答案C解析由盖斯定律知：反应Ⅱ×2＋Ⅲ得反应：2CO2(g)＋6H2(g)CH3OCH3(g)＋3H2O(g)ΔH＝2×(－49.5kJ·mol－1)＋(－23.5kJ·mol－1)＝－122.5kJ·mol－1，A错误；升高温度，反应Ⅰ正向进行，则CO的平衡体积分数应增大，故Y表示CO，B错误；由图可知，温度从553K上升至573K时，反应Ⅰ消耗的CO2大于反应Ⅱ生成的CO2，D错误。(1)在多重平衡体系中，某物质的平衡浓度，是所有有关反应的平衡浓度，对各相关反应的平衡常数都满足。(2)在计算某反应的平衡常数时，要善于选特殊点计算。只要温度不变，这个平衡常数值可以运用于平衡曲线上的任何一点，选取多曲线的交点，往往能简化计算。课时精练1．(2022·广东，13)恒容密闭容器中，BaSO4(s)＋4H2(g)BaS(s)＋4H2O(g)在不同温度下达平衡时，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<0B．a为n(H2O)随温度的变化曲线C．向平衡体系中充入惰性气体，平衡不移动D．向平衡体系中加入BaSO4，H2的平衡转化率增大答案C解析从图示可以看出，平衡时升高温度，氢气的物质的量减少，则平衡正向移动，说明该反应的正反应是吸热反应，即ΔH＞0，故A错误；由A项分析知随着温度升高平衡正向移动，水蒸气的物质的量增加，而a曲线表示的物质的物质的量几乎不随温度变化而变化，故B错误；容器体积固定，向容器中充入惰性气体，没有改变各物质的浓度，平衡不移动，故C正确；BaSO4是固体，向平衡体系中加入BaSO4，不能改变其浓度，因此平衡不移动，氢气的平衡转化率不变，故D错误。2.(2022·浙江1月选考，19)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C3．将4molH2和2molCO通入1L的反应器中，一定条件下发生反应：2CO(g)＋4H2(g)=CH3OCH3(g)＋H2O(g)ΔH，其中CO的平衡转化率随温度、压强的变化关系如图所示，下列说法正确的是()A．ΔH>0B．p1<p2C．X点和Y点对应的化学平衡常数K(X)<K(Y)D．在p2和316℃时，若将6molH2和2molCO通入容器中，则平衡时CO的平衡转化率大于50%答案D解析由图可知，压强一定时，温度越高，CO的平衡转化率越低，说明升高温度，平衡向逆反应方向移动，则正反应为放热反应，即ΔH＜0，故A错误；正反应为气体体积减小的反应，温度一定时，增大压强，平衡向正反应方向移动，CO的平衡转化率增大，故压强：p1＞p2，故B错误；X点和Y点对应的温度相同，则化学平衡常数K(X)＝K(Y)，故C错误；在p2和316℃时，若将6molH2和2molCO通入容器中，相当于在原平衡的基础上增大氢气的浓度，平衡向正反应方向移动，CO的转化率增大，故CO的平衡转化率应大于50%，故D正确。4．还原CoO制备Co可通过下列两个反应实现：Ⅰ.CoO(s)＋H2(g)Co(s)＋H2O(g)Ⅱ.CoO(s)＋CO(g)Co(s)＋CO2(g)723K下，在初始压强相同(均为12.0kPa)的甲、乙两密闭容器中分别发生反应Ⅰ、反应Ⅱ，得到部分气体的分压随时间的变化关系如图所示。下列说法错误的是()A．甲容器中，10～40min内用H2表示的平均反应速率v(H2)＝0.15kPa·min－1B．增大起始时容器的压强，CoO的平衡转化率增大C．此条件下，选择CO还原CoO的效率更高D．723K时，反应Ⅱ的平衡常数Kp＝119答案B解析甲容器中，10～40min内，氢气分压变化为(7.5－3.0)kPa＝4.5kPa，用氢气表示的平均反应速率为eq\f(4.5kPa,30min)＝0.15kPa·min－1，故A正确；根据题给反应方程式，反应前后气体系数之和相等，增大起始时压强，平衡不移动，CoO的平衡转化率不变，故B错误；根据两个图像可知，CO还原CoO的速率更快，达到平衡时间更短，CO还原CoO达到平衡时，CO2分压为11.9kPa，起始压强为12.0kPa，说明CO还原CoO转化更彻底，因此选择CO还原CoO的效率更高，故C正确；达到平衡时，CO2分压为11.9kPa，该反应前后气体系数之和相等，总压强不变，即CO的分压为0.1kPa，Kp＝eq\f(pCO2,pCO)＝eq\f(11.9kPa,0.1kPa)＝119，故D正确。5.某温度下，在容积为2L的刚性固定容器中加入1mol环戊烯()和1molI2发生可逆反应(g)＋I2(g)(g)＋2HI(g)ΔH>0，实验测得容器内压强随时间的变化关系如图所示。下列说法错误的是()A．0～2min内，环戊烯的平均反应速率为0.10mol·L－1·min－1B．环戊烯的平衡转化率为50%C．高温低压有利于提高环戊烯的平衡转化率D．该温度下，反应的平衡常数为K＝2答案D解析同温同体积下，压强之比等于物质的量之比，根据图中信息及方程式可知，压强增大0.20倍，消耗0.4mol环戊烯，所以0～2min内，环戊烯的平均反应速率为eq\f(0.4mol,2L×2min)＝0.10mol·L－1·min－1，A正确；平衡时，压强增大0.25倍，消耗0.5mol环戊烯，其平衡转化率为50%，B正确；该反应为吸热反应，且生成物中气体的系数之和大于反应物中气体系数之和，升高温度、减小压强有利于提高环戊烯的平衡转化率，C正确；平衡时n(I2)＝n(环戊烯)＝n()＝0.5mol、n(HI)＝1mol，该反应的平衡常数为K＝eq\f(\f(0.5,2)×\f(1,2)2,\f(0.5,2)2)＝1，D错误。6.在密闭容器中充入1molCO和1molNO，在一定条件下发生反应2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g)，测得NO的平衡转化率与温度及压强的关系如图所示。实验测得，v正＝k正c2(NO)·c2(CO)，v逆＝k逆c(N2)·c2(CO2)(k正、k逆为速率常数)，下列说法错误的是()A．达到平衡后，仅升高温度，k正增大的倍数小于k逆增大的倍数B．若密闭容器体积为1L，在p1压强下，b点eq\f(k正,k逆)＝160C．NO的物质的量：b点>a点D．逆反应速率：a点>c点答案B7.(2024·合肥模拟)25℃时，向恒容容器中加入A发生反应：①2N2O5(g)=4NO2(g)＋O2(g)；②2NO2(g)N2O4(g)。反应体系中N2O5、NO2、O2的分压随时间t的变化曲线如图所示。下列说法正确的是()A．曲线C表示NO2的分压随时间的变化曲线B．25℃时，反应②的压强平衡常数Kp＝eq\f(1,8)kPa－1C．当O2、N2O4的分压相等时，反应②中的NO2转化率为12.5%D．t1min后，保持温度和体积不变，再充入NO2(g)，则O2(g)的分压增大答案B解析起始时刻N2O5分压为40kPa，发生反应①完全转化为二氧化氮和氧气，氧气分压为20kPa，二氧化氮发生反应②部分转化为四氧化二氮，平衡时二氧化氮分压为16kPa，A、B、C分别为N2O5、NO2、O2的分压随时间t的变化曲线，A错误；2NO2(g)N2O4(g)起始分压/kPa800变化分压/kPa6432平衡分压/kPa1632Kp＝eq\f(pN2O4,p2NO2)＝eq\f(32kPa,16kPa2)＝eq\f(1,8)kPa－1，B正确；某时刻O2、N2O4的分压相等为20kPa时：2NO2(g)N2O4(g)起始分压/kPa800变化分压/kPa4020平衡分压/kPa4020二氧化氮的转化率为50%，C错误；t1min后，保持温度和体积不变，再充入NO2(g)引起②化学平衡发生移动，由勒夏特列原理知体系中总的物质的量依然增大，O2(g)的物质的量不变，氧气分压减小，D错误。8．含氮化合物在生活、生产、研究领域至关重要。我国学者在容积不变的刚性容器中按投料比eq\f(nH2,nNO)＝1发生反应2H2(g)＋2NO(g)N2(g)＋2H2O(g)ΔH＝－664.1kJ·mol－1，不同催化剂条件下，反应相同时间测得NO转化率与温度的关系如图所示。且研究表明该反应v＝kcm(H2)·c2(NO)，其中k为速率常数。下列说法错误的是()A．当使用催化剂乙时，温度高于350℃NO转化率下降是由于反应放热，达到平衡后，升高温度使平衡逆向移动B．使用催化剂甲比使用催化剂乙正反应的活化能更低C．对于反应2H2(g)＋2NO(g)N2(g)＋2H2O(g)，其他条件不变，加压使平衡正向移动D．T1℃的初始速率为v0，当H2转化率为60%时，反应速率为0.064v0，由此可知m＝1答案A解析当使用催化剂乙时，温度低于350℃时，催化剂的活性随温度升高逐渐增强，反应速率加快，NO转化率也增大，温度高于350℃时，催化剂活性降低甚至失去活性，反应速率下降，导致NO转化率下降，A错误；单位时间内，使用催化剂甲比使用催化剂乙反应速率快，NO转化率高，则使用催化剂甲比使用催化剂乙正反应的活化能更低，B正确；设初始一氧化氮和氢气的物质的量均为1mol，容器体积为1L，则初始一氧化氮和氢气的浓度均为1mol·L－1，v0＝k×1m×12＝k，当H2转化率为60%时，c(H2)＝0.4mol·L－1，c(NO)＝0.4mol·L－1，此时的反应速率为0.064v0，则有0.064v0＝k×0.4m×0.42＝v0×0.4m×0.42，解得m＝1，D正确。9．(2023·湖南校联考模拟)向1L的恒容密闭容器中加入1molX和2molY，发生反应：X(g)＋2Y(g)2Z(g)，X的转化率α随温度T的变化如图所示(图中不同温度下的转化率是第5min数据)。下列说法正确的是()A．300℃时，0～5min内平均反应速率v(Z)＝0.3mol·L－1·min－1B．b、c点对应的v逆(Y)大小关系：b>cC．c点时，反应消耗pmolX(p<1)，同时消耗2pmolZD．若将容器体积缩小为0.5L，则c点温度下的α(X)减小答案C解析a点时，X的转化率为30%，此时生成的Z为0.6mol，Z的平均反应速率为0.12mol·L－1·min－1，A错误；c点达平衡，反应消耗pmolX，同时消耗2pmolZ，C正确；c点温度下，压缩体积，即增大压强，平衡正向移动，α(X)增大，D错误。10．(2023·江苏盐城统考模拟)焦炉煤气(主要成分：CH4、CO2、H2、CO)在炭催化下，使CH4与CO2重整生成H2和CO。其主要反应为反应Ⅰ：CH4(g)＋CO2(g)=2CO(g)＋2H2(g)ΔH1＝＋247.1kJ·mol－1反应Ⅱ：H2(g)＋CO2(g)=CO(g)＋H2O(g)ΔH2＝＋41.2kJ·mol－1反应Ⅲ：C(s)＋CO2(g)=2CO(g)ΔH3＝＋172kJ·mol－1反应Ⅳ：C(s)＋H2O(g)=CO(g)＋H2(g)ΔH4＝＋131.29kJ·mol－1在1×105Pa下、将焦炉煤气以一定流速通过装有炭催化剂的反应管，CH4、CO、H2的相对体积和CO2的转化率随温度变化的曲线如图所示。相对体积V(CH4)＝eq\f(产品气VCH4,原料气VCH4)、相对体积V(CO或H2)＝eq\f(产品气VCO或H2－原料气VCO或H2,原料气VCH4)，下列说法不正确的是()A．温度低于900℃时，反应Ⅰ基本不发生B．850～900℃时，主要发生反应ⅣC．增大焦炉煤气流速一定能提高CO的相对体积D．工业生产上需要研发低温下CH4转化率高的催化剂答案C解析从图中可以看出，温度低于900℃时，CH4的相对体积基本上是100%，所以反应Ⅰ基本不发生，所以工业生产上需要研发低温下CH4转化率高的催化剂，A、D正确；850～900℃时，H2、CO的相对体积都增大，且增大的幅度相近，而CH4的相对体积变化不大，所以主要发生反应Ⅳ，B正确；从图中可以看出，4个反应均为生成CO的反应，且都为吸热反应，所以若想提高CO的相对体积，应选择升高温度，与增大焦炉煤气的流速无关，C不正确。11．(1)CO2催化加氢生成乙烯和水的反应中，主要反应为2CO2＋6H2C2H4＋4H2O，理论计算表明，原料初始组成n(CO2)∶n(H2)＝1∶3，在体系压强为0.1MPa，反应达到平衡时，四种组分的物质的量分数x随温度T的变化如图所示。图中，表示C2H4、CO2变化的曲线分别是______、________。CO2催化加氢合成C2H4反应的ΔH________0(填“大于”或“小于”)。(2)根据图中点A(440,0.39)，计算该温度时反应的平衡常数Kp＝________(MPa)－3(列出计算式，以分压表示，分压＝总压×物质的量分数)。答案(1)dc小于(2)eq\f(9,4)×eq\f(1,0.0393)解析(1)由平衡图像结合反应方程式和原始投料n(CO2)∶n(H2)＝1∶3可得，390K时物质的量分数之比满足1∶3的是c曲线和a曲线，物质的量分数之比满足1∶4的是d曲线和b曲线，则曲线c表示CO2，曲线a表示H2，曲线d表示C2H4，曲线b表示H2O；由图像的变化趋势可知，升高温度，曲线a、c增大，曲线b、d减小，说明平衡左移，所以正反应放热，ΔH＜0。(2)起始投料比n(CO2)∶n(H2)＝1∶3，平衡时总压为0.1MPa，结合反应方程式可知p(CO2)∶p(H2)＝1∶3，p(C2H4)∶p(H2O)＝1∶4，由图像可知平衡时p(H2)＝p(H2O)＝0.1×0.39MPa，所以p(CO2)＝eq\f(0.1,3)×0.39MPa，p(C2H4)＝eq\f(0.1,4)×0.39MPa，该温度下的平衡常数Kp＝eq\f(pC2H4·p4H2O,p2CO2·p6H2)＝eq\f(\f(0.1,4)×0.39×0.1×0.394,\f(0.1,3)×0.392×0.1×0.396)(MPa)－3＝eq\f(9,4)×eq\f(1,0.0393)(MPa)－3。12.在T1℃和T2℃时(T1<T2)，向恒容容器中投入等物质的量的两种反应物，发生以下反应：HN=C=O(g)＋NH3(g)CO(NH2)2(g)，平衡时lgp(NH3)与lgp[CO(NH2)2]的关系如图所示，p为物质的分压(单位为kPa)。若v正＝k正×p(HN=C=O)×p(NH3)，v逆＝k逆×p[CO(NH2)2]。T1℃时，eq\f(k正,k逆)＝________kPa－1。T2℃时此反应的标准平衡常数Kθ＝________{已知：分压＝总压×该组分物质的量分数，对于反应：dD(g)＋eE(g)gG(g)，Kθ＝eq\f([\f(pG,pθ)]g,[\f(pD,pθ)]d·[\f(pE,pθ)]e)，其中pθ＝100kPa，p(G)、p(D)、p(E)为各组分的平衡分压}。答案10001000解析反应HN=C=O(g)＋NH3(g)CO(NH2)2(g)为放热反应，因为T1<T2，故在图中上面的那条线是T1对应的图像，则平衡时v正＝v逆，即k正×p(HN=C=O)×p(NH3)＝k逆×p[CO(NH2)2]，代入B点的数据，eq\f(k正,k逆)＝eq\f(p\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(CONH22)),pHN=C=O×pNH3)＝eq\f(105,10×10)kPa－1＝1000kPa－1；根据标准平衡常数的表达式，并代入A点的数据，则Kθ＝eq\f(\f(p\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(CONH22)),pθ),\f(pHN=C=O,pθ)×\f(pNH3,pθ))＝eq\f(\f(1000,100),\f(10,100)×\f(10,100))＝1000。13．[2023·湖南，16(1)(3)(4)(5)(6)]聚苯乙烯是一类重要的高分子材料，可通过苯乙烯聚合制得。Ⅰ.苯乙烯的制备(1)已知下列反应的热化学方程式：①C6H5C2H5(g)＋eq\f(21,2)O2(g)=8CO2(g)＋5H2O(g)ΔH1＝－4386.9