2024年高考化学重难点专项强化训练：化学平衡状态的判断

化学平衡状态的推断

1.“低碳经济''正成为科学家探讨的主要课题，为了削减空气中的温室气体，并且充分利用二氧化碳资源，科学家

们设想了一系列捕获和封存二氧化碳的方法。

(1)有科学家提出可利用FeO汲取和利用CO2,相关热化学方程式如下：

6FeO(s)+CO2(g)=2Fe3O4(s)+C(s)AH—76.0kJmol-1

①上述反应中每生成1molFe3C)4,转移电子的物质的量为mol。

I

②已知：C⑸+2H2O(g)=CO2(g)+2H2(g)AH=+113.4kJ-mol,则反应：3FeO(s)+H2O(g)=Fe3O4(s)+Ih(g)的

AH=o

(2)用氨水捕集烟气中的CO2生成铁盐是削减CCh排放的可行措施之一。

①分别用不同pH的汲取剂汲取烟气中的CO2,CO2脱除效率与汲取剂的pH关系如图所示，若烟气中CO2的含量

(体积分数)为12%,烟气通入氨水的流量为0.05211?由-1(标准状况)，用pH为12.81的氮水汲取烟气30min,脱

除的CO2的物质的量最多为(精确到0.01)。

②通常状况下温度上升，CO?脱除效率提高，但高于40℃时，脱除CO2效率降低的主要缘由是o

(3)肯定条件下，Pd-Mg/SiCh催化剂可使CO,'甲烷化”从而变废为宝，其反应机理如图所示。

①该反应的化学方程式为;反应过程中碳元素的化合价为-2价的中间体是

②向一容积为2L的恒容密闭容器中充入肯定量的CO?和H?,在300℃时发生上述反应，达到平衡时各物质的浓度

1111

分别为CO2:0.2rnol-L-、H2:0.8mol-L-、CH4:0.8mol-L、H2O:1.6molL,CO2的平衡转化率为;

300℃时上述反应的平衡常数K=0

③已知该反应正反应放热，现有两个相同的恒容绝热(与外界无热量交换)密闭容器I、II,在I中充入ImolCCh和

4molH2,在H中充入ImolCR和2molH2O(g),300℃下起先反应。达到平衡时，下列说法正确的是

_____________________(填字母)。

A.容器I、II中正反应速率相同

B.容器I、II中CH4的物质的量分数相同

c.容器I中co2的物质的量比容器n中的多

D.容器I中CO2的转化率与容器n中CH4的转化率之和小于1

【答案】2+18.7kJmor10.13mol碳酸氢铁受热分解生成二氧化碳，氨水受热挥发

一定条件

B"

CO2+4H2i™"""CH4+2H2OMgOCH280%25CD

2.《巴黎协定》所提倡的是全球绿色、低碳。如何降低大气中CO2的含量及有效地开发利用CO2引起了全世界的普

遍重视。为减小和消退CCh对环境的影响，一方面世界各国都在限制其排放量，另一方面科学家加强了对CO2创新

利用的探讨。二氧化碳的捕集、利用是我国能源领域的一个重要战略方向。

(1)科学家提出由CC)2制取c的太阳能工艺如图14甲所示，总反应的化学方程式为o

(2)CO2经催化加氢可合成低碳烯燃，合成乙烯的反应为2co2(g)+6H2(g)=C2H4(g)+4H2O(g)AH。

向IL恒容密闭容器中充入2moicCh(g)和nmolH2(g),在肯定条件下发生该反应。CCh的转化率与温

度、投料比［X=)24］的关系如图乙所示。

〃(毁)

①该反应的AH0(填“>”、“<”或“=”)。

②为提高C02的平衡转化率，除变更温度外，还可实行的措施是(写1条即可)。

③图中XiX2(填或“="，下同)。

④若图乙中B点的投料比为2,则500℃时的平衡常数K(B)=o

(3)工业上用CO2生产甲醇燃料，进一步可合成二甲醛。已知：298K和lOlkPa条件下，

1

CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(l)△H=-akJ«mOr

1

2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)AH=-bkJ«mol

1

CH3OH(g)=CH3OH(l)AH=-ckJ«mol

①CH30H⑴燃烧热的热化学方程式为o

②合成二甲醵的总反应为2co2(g)+6H2(g)：?^CH30cH3(g)+3H2O(g)△H=-130.8kJ・moE。肯定条件下，该反应达

到平衡状态后，若变更反应的某一个条件，下列变更能说明平衡肯定向正反应方向移动的是(填序

号)。

a.逆反应速领先增大后减小b.hh的转化率增大c.反应物的体积百分含量减小

③在某压强下，合成二甲醵的反应在不同温度、不同投料比时，CO2的平衡转化率如图所示。Ti温度下，将6moic。2

和12molH2充入2L的密闭容器中，5min后反应达到平衡状态，贝'J0~5min内的平均反应速率

v(CH30cH3)=;Kc、KD、KE三者之间的大小关系为。

△或太阳能a

【答案】CO2==京十=C+O<增大压强或增大c(H,)(或其他合理答案)>8L3.mor3CH30H⑴+―

一2

(3b、3b

O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)NH——I——ci—cIkJ?+c——kJ?!b0.18mol/(L-min)

KC=KE>KD

3.探讨NO2、NO、SO2、CO等大气污染气体的处理具有重要意义。

(1)已知：CO可将部分氮的氧化物还原为N2O

反应I:2CO(g)+2NO(g)N2(g)+2CCh(g)△H=-746kJ.mo『

1

反应II:4CO(g)+2NO2(g)N2(g)+4CO2(g)△H=-1200kJ.mol

则反应N02(g)+C0(g)«-CChlgHNCXgW/tJAH=kJ/molo

⑵肯定条件下，将NCh与CO以体积比1:2置于密闭容器中发生反应H,下列能说明反应达到平衡状态的是o

a.体系压强保持不变b.容器中气体密度保持不变

c.混合气体颜色保持不变d.每消耗2moiNCh的同时生成lmolN2

⑶温度为T、容积为10L的恒容密闭容器中，充入ImolCO和0.511101502发生反应：2(：0(8)+$02他)2CO2(g)+S(g)

试验测得生成的CO2体积分数(cp)随着时间的变更曲线如图所示：

①达到平衡状态时，S02的转化率为该温度下反应的平衡常数K=0

②其它条件保持不变，再向上述平衡体系中充入SO2(g).CO(g),S(g)、CO2(g)各0.2mol,此时v(正)—v(逆)(填“”Y

或“=”)。

(4)SCR法是工业上消退氢氧化物的常用方法，反应原理为4NH3(g)+4NO(g)+O2(g)=-4N2(g)+6H2O(g)△H<0.在

催化剂作用下，NO转化率与温度的关系如图所示：

图中A点处NO的转化率(填“可能是”、“肯定是”或“肯定不是'’)该温度下的平衡转化率；B点之后，NO转

化率降低的缘由可能是O

A.平衡常数变大B.副反应增多

C.催化剂活性降低D.反应活化能增大

(5)2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)△H=-198kJ.mol」是制备硫酸的重要反应。在VL恒容密闭容器中充入2moiSCh和

ImoKh,在不同条件下进行反应，反应体系总压强随时间的变更如右图所示。a和b平衡时，SCh体积分数较大的是

;推断的依据是0

【答案】-227ac60%3.375>肯定不是BCab起始压强大于a,说明其温度高于a,而该反应是放热

反应，温度上升，平衡逆向移动，S03体积分数减小

4.碳和氮的化合物在生产、生活中广泛存在。请回答下列问题：

(1)资料显示，可用次氯酸钠处理废水中的氨氮(NH3),使其转化为氮气除去。其主要反应如下

I.NH3(aq)+HClO(aq)=NH2Cl(aq)+H2O(l)

II.2NH2Cl(aq)+HC10(aq)=N2(g)+H2O⑴+3HCl(aq)

①以上反应中HC10的来源用化学用语说明是

②试验测得.废水中pH与氨氮去除率的关系如图所示。pH较高时，氨氮去除率下降的缘由是

(2)甲酶是重要的化工原料，又可作为燃料，工业上可利用CO或CO2来生产燃料甲醇。已知制备甲醇的有关反

应的化学方程式及其在不同温度下的化学平衡常数如下表所示。

①下列措施能使反应③的平衡体系中增大的是(填字母代号)。

A.将H20(g)从体系中分别出去B.充人He(g),使体系压强增大

C.上升温度D.恒容时再充入lmolH2(g)

②500℃时测得反应③在某时刻H2(g)、CO2(g)>CH30H(g)、氏0稔)的浓度分别为OBmoLL」、0.1molL\0.3molL\

O.lSmol.L-1,则此时v(正)(填"今或"<")v(逆)

+2

(3)常温下，在(NH4)2C2C)4溶液中，反应NH4+C2O4+H2O=^NH3-H2O+HC2O4-的化学平衡常数K=

(已知：常温下，NH3-H2O的电离平衡常数Kb=2xlO-5,H2c2O4的电离衡常数Kai=5xl()-2、K^SxlO-5)

(4)电解硝酸上业的尾气NO可制备NH4NO3,其工作原理如图所示：

①阴极的电极反应式为_______________________________________

②将电解生成的HNO3全部转化为NH4NO3,则通入的NH3与实际参与反应的NO的物质的量之比至少为

【答案】C1O+H2O5^HC1O+OH-pH较大时,c(OH)较大，抑制NaClO水解，c(HC10)较小导致氧化实力弱，氮

++

氮去除率降低AD>1x10-5NO+5e+6H=NH4+H2O1:4

5.汽车尾气中排放的NOx和CO污染环境，在汽车尾气系统中装置催化转化器，可有效降低NOx和CO的排放。

已知:①2co(g)+O2(g)=^2co2(g)AH=-akJ/mol

②N2(g)+C)2(g)、「2N0(g)AH=+bkJ/mol

③2NO(g)+O2(g)==i2NC)2(g)AH=-ckJ/mol

回答下列问题：

(1)CO的燃烧热为«

(2)CO将NCh还原为单质的热化学方程式为。

(3)为了模拟反应2NO(g)+2CO(g)=^N2(g)+2CO2(g)在催化转化器内的工作状况，限制肯定条件，让反应在恒容

密闭容器中进行，用传感器测得不同时间NO和CO的浓度如下表：

时间/s012345

c(NO)/(10-4mol/L)10.04.502.501.501.001.00

c(CO)/(10-3mol/L3.603.052.852.752.702.70

①前2s内的平均反应速率V(N2)=，此温度下，该反应的平衡常数K=0

②能说明上述反应达到平衡状态的是。

A.2n(CO2)=n(N2)B.混合气体的平均相对分子质量不变

C.气体密度不变D.容器内气体压强不变

③当NO与CO浓度相等时，体系中NO的平衡转化率与温度、压强的关系如图所示。

则NO的平衡转化率随温度上升而减小的缘由是，图中压强(P1、P2、P3)的大小依次为

理由是o

1

【答案】(a/2)kJ/mol2NO2(g)+4CO(g)=N2(g)+4CO2(g)AH=-(2a+b-c)KJ/moll.SVSxlO4molL-'-s-5000(或

5000L/mol)BD该反应正反应放热，上升温度，平衡逆向移动，NO的平衡转化率减小Pi>P2>P3正反应为体

积减小的反应，增压平衡正向移动，NO的衡转化率增大

6.I.开发新能源，新材料是实现社会可持续发展的须要。下图是LiBHJMgH?体系放氢的婚变示意图，则

Mg(s)+2B(s)==MgB2(s)的AH=kJmol^

II.在LOL恒容密闭容器中放入O.lOmolA(g),在肯定温度时进行如下反应：A(g)==2B(g)+C(g)+D(S)

AH=+85.IkJmol1。

容器内气体总压强P与起始压强Po的比值随反应时间变更数据见下表：

时间t/min01248162025

P/Po1.001.501.802.202.302.382.402.40

回答下列问题：

(1)下列能提高A的转化率的是o

A.上升温度B.向体系中通入气体A

C,削减D的物质的量D,向体系中通入稀有气体

(2)下列说法能表明该反应达到化学平衡状态的是o

A.A、B、C的物质的量之比为1：2：1B.单位时间内生成2nmolB,同时生成nmolC

C.容器中气体的密度不变D.容器中气体的平均摩尔质量不变

(3)达到平衡状态时A的转化率是(结果保留两位有效数字)。

(4)相同条件下，若该反应从逆向起先，建立与上述相同的化学平衡，则D的取值范围为n(D)molo

(5)相同条件下，若将容器改为恒压容器，进行上述反应，某时刻，A的转化率为75%,则此时B的物质的量浓

度为mol/Lo

【答案】-93ACD70%>0.030.06

7.碳、氮及其化合物在工农业生产生活中有着重要作用。请回答下列问题:

(1)汽车尾气中的处理NO的方法也可用H2将NO还原为N2O

INft)-HA)

C如一'MBkhMT'

已知:2H如山但丈•

氏还原NO生成氮气和水蒸气的热化学方程是

(2)高炉炼铁产生的高炉气中含有CO、a、CO2等气体，利用CO和H2在催化剂作用下合成甲醇，是削减污染、

节约能源的一种新举措，反应原理为CO(g)+2H2(g)=:tCH3OH(g)AHo在体积不同的两个恒容密闭容器中分别充

入ImolCO和2molH2,测得平衡混合物中CH3OH的体积分数在不同压强下随温度的变更如图。

①上述合成甲醇的反应是（填“吸热”或“放热”）反应，图像中的压强pi、P2的大小关系是

,推断的理由是O

②从上图A、B、C三点中选填下表物理量对应最大的点（用“A”、"B”或“C”填写）。

反应速率V平衡常数K平衡转化率a

③在300℃时，向C点平衡体系中再充入0.25molCO、0.5molH2^0.25molCH3OHo该平衡（填“向正反

应方向”、“向逆反应方向"或“不”）移动。

（3）有利于提高CO平衡转化率的措施有。

A.运用催化剂B.投料比不变，增加CO的浓度

C.降低反应温度D.通入He气体使体系的压强增大

（4）肯定温度下，CO的转化率与起始投料比424的变更关系如图所示，测得D点氨气的转化率为40%,则

n（CO）

【答案】2NO（g）+2H2（g）=N2（g）+2H2O（g）△Hi=-665kJ・mo「i放热pi<p2该正反应为气体分子数减小的反应，

相同条件下增大压强甲醇的体积分数增大；CABA向正反应方向C3

8.“一碳化学”是指以含一个碳原子的化合物（如：CO?、CO、CH4、CH30H等）为初始反应物，合成一系列重要

的化工原料和燃料的化学。以CO2和NH3为原料合成尿素是利用CO2的胜利范例。在尿素合成塔中的主要反应可

表示如下：

△

反应1:2NH3(g)+CO2(g)z=±NH2COONH4(S)Hi=-159.47kJ/molKi

反应H:NH2COONH4(S)=^CO(NH2)2(s)+H2O(g)△H2=+72.49kJ/molK2

总反应：（）（）（）（）（）

2NH3g+CO2g5=^CONH22s+H2Og△H3K3

请回答下列问题：

（1）①总反应的4113=_______kJ/molo该热化学方程式的平衡常数K3=（用Ki、K2表示）。

②反应I一般在（填“高温”或“低温”）状况下有利于该反应的进行。

③肯定温度下，在体积为固定的密闭容器中按计量比进行反应I,下列不能说明反应达到了平衡状态的是.

（填序号）。

A.混合气体的平均相对分子质量不再变更

B.容器内气体总压强不再变更

C.2Vi(NH3)=Va(CO2)

D.容器内混合气体的密度不再变更

④环境为真空时，在一放开容器（非密闭容器）中加入NH2coONH4固体，尺够长时间后，反应是否建立平衡状态？

（填“是”或“否”）。

（2）在体积可变的恒压（p总）密闭容器中充入1molCO2与尺量的碳，让其发生反应：C（s）+CO2（g）=^2CO（g）

AH>0o平衡时，体系中气体体积分数与温度的关系如下图所示。

①丁©时，在容器中若充入稀有气体，v（正）—v（吟（填或"="）；若充入等体积的CO2和CO,平衡移动

（填“正向”“逆向”或“不”）。

②650℃,C02的转化率为-

③已知：气体分压（P分尸气体总压x体积分数。用平衡分压代替平衡浓度表示平衡常数，925℃时，Kp=

（用含P总的代数式表示）。

【答案】-86.98KI-K2低温AC否>不25%23.04P.6

9.2024年5月，中国对“可燃冰”试采胜利。“可燃冰”是自然气水合物，被称为将来新能源。回答下列问题：

⑴用CU2A12O4作催化剂制备乙酸

SfcM一

>

已知：CftC^-l-CUCK）--CH1C（X）H（g）AH=dkJ•rod,各物质相对能量大小如图。

d）a=o

②反应物的活化分子浓度大小：过程I—过程n（填“大于”、“小于”或“等于“）。

（2）甲烷超干催化重整（DRM）制备CO,在Ni、CaO及Fe3C>4的共同催化作用下，可以获得极高浓度的CO,其机理

如下：

第①步：Ni基催化CH,（G+（n（R>=^2CO（R）+2H,（R）i

FQOL+4Ht（<）^^3Fc+4H.O（c）

第②步：Fe的还原Fe»Q.+4co（*）3Fe+4c

第③步：CO2的捕获Ca（）+C（%（R）-QC（X

c«ca-c«o+ca3

第④步：CC）2的释放与还原4coi<K）+3Fe^—Fe,Q.+4C<MG

设计第②步与第③步反应有利于实现氢物种与的彻底分别，从勒夏特列原理的角度看，这也有利于;过程

型匕）

①中，当投料比”《'（>»）=—时，才能保持催化剂组成不变。

（3）甲烷催化重整与压强的关系

已知：CH<（«）+CXX（I）I-**xxg）+2H«（K）现有温度相同的1、n、m三个恒压密闭容器，均已充入imoi

CH4（g）和1molC02（g）,三个容器的反应压强分别为Platm、P2atm,P3atm,在其他条件相同的状况下，反应均

进行到tmin时，CO?)的平衡体积分数(P(C02)如下左图，此时I、II、III三个容器中肯定处于化学平衡状态的是—

(填番号)；求该温度条件下反应的平衡常数Kp=—(计算表达式)。【已知：Kp是用分压力代替各物质的浓度计

算的平衡常数，任一组分B的分压p(B)等于总压p乘以它的体积分数y(B)]

(4)甲烷用于燃料电池

已知：甲烷电池的工作原理如上有图，则负极反应方程式为—;当A极消耗标况下44.8LCH4时，理论上B极转

移电子的物质的量为___molo

【答案】E2-EI小于碳物种第①步平衡正向移动或提高甲烷的转化率1/3III

CH-8e+4CO32=5CO+2H2O±JL--------16

42油)碗)P

10.二甲醛又称甲醛，简称DME,熔点-141.5C,沸点-24.9C,与石油液化气(LPG)相像，被誉为“21世纪的清洁

燃料”。制备原理如下：

I.由自然气催化制备二甲醛：

①2cH4(g)+Ch(g)CH30cH3(g)+H2O(g)AH『283.6kJ/mol

n.由合成气制备二甲醛：

②CO(g)+2H?(g)CH30H(g)AH2=-90.7kJ/mol

③2cH30H(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)AH3

回答下列问题：

(1)反应③中的相关的化学键键能数据如表：

化学键H—HC—0H—0（水）H—0（醇）C—H

E/（kJ/mol）436343465453413

△H3=kJ/moL

(2)制备原理I中，在恒温、恒容的密闭容器中合成，将气体按n(CH4):n(O2)=2:1混合，能正确反映反应①中CR

的体积分数随温度变更的曲线是。下列能表明反应①达到化学平衡状态的是。

a.混合气体的密度不变

b.反应容器中二甲醛的百分含量不变

c.反应物的反应速率与生成物的反应速率之比等于化学计量数之比

d.混合气体的压强不变

⑶有人模拟制备原理II,在500K时的2L的密闭容器中充入2moicO和6m0IH2,8min达到平衡，平衡时CO的

转化率为80%,c(CH30cH3)=0.3moi/L,用H2表示反应②的速率是;可逆反应③的平衡常数K=。若

在500K时，测得容器中n(CH3OH)=n(CH30cH3),此时反应③v(正)v(逆)，说明缘由。

【答案】-24kJ/molbbd0.2mol/（Lmin）2.25>浓度商Q<2.25,反应正向进行，V（正）>v（逆）

11.能源问题是人类社会面临的重大课题，甲醇是将来重要的绿色能源之一。

(1)利用工业废气C02可制取甲醇。下列两个反应的能量关系如图：

则与反应生成的热化学方程式为□

CO2H2CH3OH

(2)CH4和氏0组)通过下列转化也可以制得CH3OH;

I.CH4(g)+H2O(g)^^CO(g)+3H2(g)AH>0

II.CO(g)+2H2(g)^^CH3OH(g)AH<0

将1.0molCH4和3.0molH2O(g)通入反应室(容积为100L)中，在肯定条件下发生反应I,CH4的转化率与温度、

压强的关系如下图所示：

①已知压强pi,温度为100℃时反应I达到平衡所需的时间为5min,则用比表示的平均反应速率为

②图中的pi_______P2(填“<"、，'或“=”