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2023年高考化学一轮复习 考点22 化学平衡状态与化学平衡移动 模拟测试
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考点22 化学平衡状态与化学平衡移动
模拟检测
1．(2022·辽宁省丹东市一模)下列关于“化学反应速率和化学平衡”的说法正确的是( )
A．在恒温恒容条件下，当N2O4(g)2NO2(g)达到平衡后，再充入一定量的Ar后，活化分子百分数减小，反应速率减慢
B．已知2Mg(s)+CO2(g)C(s)+2MgO(s) ΔH<0，则该反应能在高温下自发进行
C．某温度下，在恒容密闭容器中加入一定量X，发生反应2X(g)Y(g)+Z(g)，一段时间后达到平衡，再加入一定量X，达新平衡后X的物质的量分数增大
D．对于反应2NH3(g)N2(g)+3H2(g)达平衡后，缩小容器体积，N2的浓度增大
【答案】D
【解析】A项，在恒温恒容条件下，当N2O4(g)2NO2(g)达到平衡后，再充入一定量的Ar后，活化分子数目不变，活化分子百分数不变，反应速率不变，故A错误；B项，已知2Mg(s)+CO2(g)C(s)+2MgO(s) ΔH＜0，该反应ΔS＜0，根据ΔG=ΔH−TΔS＜0分析，该反应能在低温下自发进行，故B错误；C项，某温度下，在恒容密闭容器中加入一定量X，发生反应2X(g)Y(g)+Z(g)，一段时间后达到平衡，再加入一定量X，可以理解为重新拿一个密闭容器，当达到平衡后和原平衡相同，再加入到同一个容器中，加压，由于该反应是等体积反应，平衡不移动，因此达新平衡后X的物质的量分数不变，故C错误；D项，对于反应2NH3(g)N2(g)+3H2(g)达平衡后，缩小容器体积，N2的浓度增大，虽然平衡逆向移动，氮气浓度减小，但比原来的浓度大，故D正确；故选D。
2．(2022·湖南省娄底市高考仿真模拟)在密闭容器中充入足量的FeO(s)和适量O2(g)，在一定条件下发生反应6FeO(s)+O2(g) 2Fe3O4(s) ΔH＜0，达到平衡时，测得O2浓度为a mol·L-1；保持温度不变，缩小体积至原来的四分之一，重新达到平衡时，测得O2浓度为c mol·L-1，下列有关说法正确的是( )
A．上述反应为熵减反应，在较高温度下能自发进行
B．恒温恒容条件下平衡后，再充入O2，O2的平衡转化率减小
C．当FeO(s)或Fe3O4(s)的物质的量保持不变时达到平衡状态
D．温度不变，达到新平衡时，c=4a
【答案】C
【解析】A项，根据题给反应式可知：反应物只有O2是气体，产物是固体，它是熵减反应，正反应是放热反应，由复合判据知，它在较低温度下能自发进行，A错误；B项，恒温条件下，化学平衡常数不变，再充入氧气，化学平衡向正反应方向移动，最终平衡时O2浓度不变，氧气的平衡转化率增大，B错误；C项，当固体质量或物质的量保持不变时，说明正反应速率等于逆反应速率，C正确；D项，假设化学平衡不移动，当缩小体积至原容器体积的时，则氧气浓度增至原来的4倍。实际上，缩小体积时化学平衡向气体体积减小的正反应方向移动，导致氧气浓度减小。当第二次达到平衡时，因温度不变，平衡常数K不变，则根据平衡常数表达式可知：K=c(O2)，所以平衡时氧气浓度不变，故a=c，D错误；故选C。
3．(2022·辽宁省丹东市高三教学质量监测)一定条件下，在1.0 L的密闭容器中进行反应：CO (g)+ Cl2 (g) COCl2(g)，反应过程中的有关数据如下：
t/min
0
2
6
8
c(Cl2)/mol·L－1
2.4
1.6
0.6
c(CO)/mol·L－1
2
0.2
c(COCl2)/mol·L－1
0
下列说法正确的是( )
A．0～2 min内，用CO表示的化学反应速率为0.3 mol/(L·min)
B．其他条件不变，升高温度，平衡时c(COCl2)=1.5 mol/L，则该反应低温时能自发进行
C．若保持温度不变，第8 min向体系中加入三种物质各1 mol，则平衡向逆反应方向移动
D．若保持温度不变，在第8 min再充入1.0 mol COCl2(g)，达到新平衡时COCl2的体积分数小于原平衡COCl2的体积分数
【答案】B
【解析】A项，根据表格数据可知：在0～2 min内，Cl2的浓度由2.4 mol/L变为1.6 mol/L，减小了0.8 mol/L，则根据物质反应转化关系可知同时会消耗0.8 mol/L的CO，故用CO的浓度变化表示的化学反应速率v(CO)==0.4 mol/(L·min)，A错误；B项，从反应开始至6 min时CO的浓度减小了1.8 mol/L，则相同时间内Cl2的浓度也会减小1.8 mol/L，此时Cl2的浓度c(Cl2)=2.4 mol/L-1.8 mol/L=0.6 mol/L与第8 min时Cl2的浓度相同，说明6 min时反应已经达到平衡状态，根据物质反应转化关系可知平衡时c(COCl2)=1.8 mol/L。当反应温度升高并达到平衡时c(COCl2)=1.5 mol/L，物质浓度降低，说明升高温度，化学平衡向逆反应方向移动，逆反应为吸热反应，则该反应的正反应是放热反应，△H＜0，该反应正反应是气体体积减小的反应，△S＜0，反应若要自发进行，则△G=△H-T△S＜0，反应在低温下△G＜0，反应可自发进行，B正确；C项，若保持温度不变，第8 min向体系中加入三种物质各1 mol，则相对来说反应物浓度增大得多，化学平衡向正反应方向移动，C错误；D项，若保持温度不变，在第8 min再充入1.0 mol COCl2(g)，COCl2(g)浓度增大，同时必然会导致体系的压强增大，压强增大对化学平衡移动的影响大于浓度增大对化学平衡移动的影响。故增大压强，化学平衡向气体体积减小的正反应方向移动，达到新平衡时COCl2的体积分数大于原平衡COCl2的体积分数，D错误；故选B。
4．(2022·北京市丰台区高三模拟)一定条件下，在恒容密闭容器中发生反应：2SO2(g)+O2(g)2SO3 (g)。当SO2、O2、SO3的浓度不再变化时，下列说法正确的是( )
A．SO2和O2全部转化为SO3 B．该反应已达到化学平衡
C．正、逆反应速率相等且等于零 D．SO2、O2、SO3的物质的量之比一定为2：1：2
【答案】B
【解析】当SO2、O2、SO3的浓度不再变化时，说明该反应已达化学平衡状态。A项，该反应为可逆反应，反应物不可能完全转化，所以SO2和O2不可能全部转化为SO3，A错误；B项，当SO2、O2、SO3的浓度不再变化时，说明该反应已达化学平衡状态，B正确；C项，反应达化学平衡状态时，正、逆反应速率相等但不等于零，C错误；D项，未知起始加入量，SO2、O2、SO3的物质的量之比不一定为2：1：2，D错误；故选B。
5．(2022·重庆市南开中学模拟预测)在温度不同的恒容密闭容器I、II、III中各充入和，保持其它条件相同，发生反应：X(g)+2Y(g)Z (g)+ W(s) ΔH＜0，测得时X的物质的量如图所示。下列说法正确的是( )
A．逆反应速率：a＞b
B．b点一定满足：
C．再向容器III中充入0.6 mol X和0.2 mol Z，Y的转化率不变
D．从容器III中移走0.1 mol Z，X的体积分数减小
【答案】C
【解析】A项，从a点到b点温度升高，平衡逆向移动，且n(X)反而较小，故逆反应速率a＜b，A错误；B项，若b点满足则反应达平衡，无法计算各温度下反应的平衡常数，不能判断反应是否达平衡，B错误；C项，根据图中信息可知，c点时X的物质的量为0.75mol，则Y为1.5mol， Z为0.25mol，K=，此时再向容器III中充入0.6 mol X和0.2 mol Z，Q=，Q=K，平衡不移动，Y的转化率不变，C正确；D项，移走Z，生成物只有一种气体，故移走Z，等效于减压，从压强的角度，等效于逆向移动，X的体积分数增大，D错误；故选C。
6．(2022·辽宁省沈阳市三模)在一定条件下，取一定量的A和B在恒容密闭容器中发生反应：a A(g)+ b B(g)mM(g)+ nN(s) ΔH＝Q kJ·mol－1。达到平衡时，M的浓度与温度和容器容积的关系如图所示。下列有关判断正确的是 ( )
A．
B．E点的平衡常数小于F点的平衡常数
C．达到平衡后，增大A的浓度将会提高B的转化率
D．
【答案】C
【解析】A项，由图可知，体积越大时M的浓度越小，比较E、F两点可知，体积增大3倍，M浓度减小不到3倍，说明减小压强平衡正向移动，N为固体，则a+b0，故D错误；故选C。
7．(2022·湖南省市(州)部分学校高三“一起考”大联考)已知：2SO2 (g)+ O2(g)2SO3(g) ΔH，在恒容密闭容器中通入2 mol SO2和1 mol O2，在温度分别为T1、T2下，测得SO2的转化率随时间变化如图。下列说法正确的是( )
A．温度：T2＞T1，平衡常数：Ka= Kc＞Kb
B．c点正反应速率＜b点逆反应速率
C．平衡时，通入氩气使体系压强增大，平衡正向移动
D．T1时，0~15 min生成SO3的平均反应速率为
【答案】D
【解析】A项，由图可知，T2条件下先达到平衡，说明T2时反应速率快，故有T2＞T1，温度越高，SO2的转化率越小，说明升高温度，平衡逆向移动，故ΔH＜0，则平衡常数Ka= Kc＜Kb，A错误；B项，c、b两点对应的温度分别是T2、T1，由A项分析可知，T2＞T1，设T1、15 min时的点为M，由图可知M、c点都为平衡点，c点SO2浓度大于M点，则有反应速率，又因b点未达到平衡，，故点正反应速率大于b点逆反应速率，B错误；C项，在恒温恒容条件下，通入氩气使体系压强增大，但反应体系中各物质的浓度均不改变，正、逆反应速率仍然相等，故平衡不移动，C错误；D项，由图知，温度为T1、15 min时，SO2的转化率为50%，则0~15 min SO3的浓度增大0.5 mol·L-1，生成SO3的平均反应速率为，即为，D正确；故选D。
8．(2022·广东省三模)时，向恒容容器中加入A发生反应：①2A(g)4B (g)+ C(g)，②2B(g)D(g)。反应体系中A、B、C的分压随时间t的变化曲线如图所示。下列说法错误的是( )
A．容器内压强保持不变，表明反应达到平衡状态
B． t1时刻A物质反应完全
C．时，反应②的分压平衡常数
D．当C、D的分压相等时，反应②中B的转化率为
【答案】D
【解析】由题中反应式可知，反应①不是可逆反应，能够进行完全，假如向容器中加入2molA相当于加入4molB和1mol C，4molB再发生反应②生成D，反应②为可逆反应，根据图中t1时刻B、C压强不再改变，说明达到平衡状态。A项，反应②为可逆反应，反应前后气体的物质的量改变，容器中的压强是变量，若容器内压强保持不变，表明反应达到平衡状态，故A正确；B项，由图像可知，t1时刻A物质分压为0，说明A反应完全，故B正确；C项，设起始加入2molA，发生反应①生成4molB和1mol C，再设4molB发生反应②生成D的物质的量为x，列出三段式：
平衡时，容器中含有气体的总物质的量为：(4-2x)+x+1=(5-x)，根据压强之比等于物质的量之比，平衡时容器中气体总压强=40kPa，此时B的分压=40kPa=16kPa，解得x=1.6mol，平衡时总压强=40kPa=68kPa；B气体的分压=16kPa，D气体的分压=68kPa=32kPa，则平衡常数，故C正确；D项，结合C选项分析，当C、D的分压相等时，C、D的物质的量相等，均为1mol，则转化的B的物质的量为2mol，B的转化率=，故D错误；故选D。
9．(2022·重庆市八中高三全真模拟)氢能是清洁的绿色能源。现有一种太阳能两步法甲烷、水蒸气催化重整制氢工艺，第I、II步反应原理及反应的lgKp-T关系如图所示。下列有关说法正确的是( )
A．CH4(g)+H2O(g)⇌CO(g)+3H2(g) △H<0
B．NiFe2O4改变反应历程，降低了反应活化能，提升了反应物的平衡转化率
C．1000℃时，反应CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)平衡常数Kp=4
D．某温度下，向反应体系中通入等体积的CH4(g)和H2O(g)，达到平衡时CH4的转化率为60%、则此时混合气体中H2的体积分数为56.25%
【答案】D
【解析】A项，由图可知，第一步反应的平衡常数随温度的升高而增大，属于吸热反应，第二步反应的平衡常数随温度的升高而降低，属于放热反应，且I升高的幅度大于II降低的幅度，则总反应为吸热反应，A错误；B项，甲烷、水蒸气催化重整的过程中，NiFe2O4(s)作为催化剂，NiO(s)和FeO(s)可视作中间产物，改变了反应的历程，降低了活化能，加快了反应速率，但是不改变平衡转化率，B错误；C项，1000°C时， 第I步反应、II步反应的lgKp分别为3、1，则Kp1=1000， Kp2=10 按定义Kp=Kp1× Kp2 =1000×10=104.，C错误；D项，设投入的CH4(g)和H2O(g)的量为1，平衡时CH4的转化率为60%，则平衡时，CH4(g)、H2O(g)、CO(g)、3H2的量分别为0.4、0.4、0.6、1.8，此时氢气的体积分数 ×100% = 56.25%，D正确；故选D。
10．(2022·北京市十一学校三模)现有反应2N2O2N2(g)+O2(g)，在四个恒容密闭容器中按下表充入气体进行反应，容器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中N2O的平衡转化率如图所示。下列说法正确的是( )
容器
容积/L
起始物质的量/
N2O
N2
O2
Ⅰ
V1
0.1
0
0
Ⅱ
1.0
0.1
0
0
Ⅲ
V3
0.1
0
0
Ⅳ
1.0
0.06
0.06
0.04
A．该反应的正反应放热
B．相同温度下，起始反应速率：
C．图中A、B、C三点处，三个容器内的压强：
D．IV在进行反应，其起始速率：
【答案】C
【解析】A项，从图中可以看出，随着温度的升高，N2O的平衡转化率增大，故升温平衡正向移动，反应为吸热反应，A错误；B项，从图中可以看出，相同温度下N2O的平衡转化率：I>II>III，三者的起始投料量相同，该反应为气体分子数减少的反应，压强减小，平衡正向移动，N2O的转化率增大，故压强pI1>V3，温度相同时，容器体积越大，反应物浓度越低，起始的反应速率越低，故起始反应速率：，B错误；C项，从图中可以看出，A、B、C三点N2O的转化率相同，容器中各物质的物质的量均相同，由B中分析可知，V1>1>V3，且A、B、C三点中C点对应的温度最高，故压强：，C正确；D项，IV中，平衡常数只与温度有关，如图，470℃时，II的N2O的转化率为60%，可列出三段式：
，Qc
反应I：CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g) △H=-58.6kJ·mol-1
反应II：CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g) △H=41.2kJ·mol-1
0.5MPa下，将n(H2)：n(CO2)=3的混合气体以一定流速通过装有催化剂的反应器，测得CO2的转化率、CH3OH或CO的选择性[×100%]以及CH3OH的收率(CO2的转化率×CH3OH的选择性)随温度的变化如图所示。下列说法正确的是( )
A．CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) △H=99.8kJ·mol-1
B．曲线a表示CH3OH的选择性随温度的变化
C．图中所示270℃时，对应CO2的转化率为21%
D．在210℃~250℃之间，CH3OH的收率增大是由于CH3OH的选择性增大导致
【答案】C
【解析】题中反应I为放热反应，升高温度，未达平衡之前，甲醇的收率增加，达平衡后随温度的升高，甲醇的收率降低；反应II为吸热反应随着温度的升高，CO的收率和选择性升高，故曲线a代表CO的选择性随温度的变化。A项，CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) 反应的反应热：(-58.6-41.2)kJ/mol=-99.8kJ/mol，A错误；B项，根据分析，曲线a代表CO的选择性随温度的变化，B错误；C项，图中所示270℃时，CO的选择性为70%，则甲醇的选择性为30%，故CO2的转化率为：，C正确；D项，在210℃~250℃之间，反应I未达平衡，CH3OH的收率增大是由于温度升高，生成CH3OH的反应速率增大导致，D错误；故选C。
12．(2022·浙江大学附属中学高三选考模拟)图表示生成几种氯化物反应的自由能变化随温度T变化情况。若在图示温度范围内焓变和熵变不变，已知，其中R为常数，T为温度，下列说法不正确的是( )
A．反应①△S<0
B．反应②的平衡常数随温度升高而减小
C．时用H2还原SiCl4制备Si的平衡常数
D．时C能置换出SiCl4中的Si
【答案】D
【解析】A项，反应①为，该反应△S<0，A项正确；B项，反应②是熵减反应，△G =△H-T△S<0，故△H < 0，反应②的平衡常数随温度升高而减小，B项正确；C项，H2还原SiCl4制备Si的反应方程式为2H2+SiCl4=Si+4HCl为反应2④-2②，在该温度下，反应④的△G等于反应②，故该反应的△G=0，，故时用还原SiCl4制备Si的平衡常数，C项正确；D项，反应为反应④-②，温度1773K时，反应④的△G小于反应②的，上述反应的△G0，，H2不能还原SiCl4制备Si，D项错误；故选D。
13．(2022·河北省秦皇岛市三模)一定温度下，在容积为1 L的恒容密闭容器中发生反应X(g)+2Y(g)Z(g) ΔH，各物质的物质的量随时间变化如表。
时间/ min
0
t
2t
3t
4t
n(X)/mol
2
0.4
n(Y)/mol
4
0.8
n(Z)/mol
0
1.4
下列说法正确的是( )
A．若升高温度，X(g)的转化率减小，则该反应的ΔH >0
B．0~3t min内，v(Z)= mol· L-1·min-1
C．单位时间内消耗X(g)和生成Z(g)的物质的量相等，说明该反应达到平衡
D．其他条件不变，增大Y(g)的浓度，平衡正向移动，该反应的平衡常数增大
【答案】B
【解析】A项，若升高温度，X(g)的转化率减小，说明平衡逆向移动，则该反应的ΔH<0，故A错误；B项，0~3t min内，X物质的量减少1.6mol，则Z的物质的量增加1.6mol，v(Z)=mol· L-1·min-1，故B正确；C项，单位时间内消耗X(g)和生成Z(g)的物质的量相等，表示的都是正反应速率，不能判断正逆反应速率是否相等，所以该反应不一定达到平衡，故C错误；D项，平衡常数只与温度有关，温度不变平衡常数不变，故D错误；故选B。
14．(2022·江苏省扬州中学三模)为探究合成气制甲醇过程中催化剂中毒的原因，将模拟合成气(、CO2和H2按一定比例混合)以一定流速分别通过三份铜基催化剂，其中一份做空白实验，两份强制中毒(分别预先吸附H2S和SO2，吸附反应后催化剂中碱元素的质量分数相等)。在一定温度下，总碳(、CO2)转化率、生成CH3OH的选择性与反应时间的关系如题图所示。
生成的选择性。合成气制甲醇的主要反应为：
反应Ⅰ：CO(g)+ 2H2O(g)CH3OH (g) ΔH1＝－90.8 kJ·mol－1
反应Ⅱ：CO2(g)+ 3H2CH3OH (g)+ H2O(g) ΔH2＝－49.5 kJ·mol－1
副反应有：CO2(g)+ H2(g)CO(g)+ H2O(g)，CO(g)+ 3H2(g)CH4(g)+ H2O(g)，CO(g)+ 4H2(g)CH3OCH3(g)+ H2O(g)。
下列说法正确的是( )
A．实验条件下，三个副反应的均小于0
B．空白实验时，若其他条件不变，升高温度，总碳转化率一定减小
C．相同条件下，SO2对催化剂的毒害作用大于H2S
D．为提高生成CH3OH的选择性，可研发不与含硫物反应的催化剂
【答案】D
【解析】A项，反应CO2(g)+ H2(g)CO(g)+ H2O(g)，根据盖斯定律可由反应Ⅱ-Ⅰ得到，则△H=-49.5kJ/mol-(-90.8kJ/mol)=+41.3kJ/mol，故A错误；B项，因副反应中有吸热反应，故升高温度，碳转化率不一定减小，故B错误；C项，由图像可知，吸附H2S的催化剂条件下，总碳转化率和甲醇选择性都降低，故H2S对催化剂的毒害作用大于SO2，故C错误；D项，由图像可知，空白实验时，总碳转化率和甲醇选择性都比含硫催化剂高，故为提高生成CH3OH的选择性，可研发不与含硫物反应的催化剂，故D正确；故选D。
15．(2022·江苏省淮安市模拟预测)如NOx是大气中主要的污染物。大气中过量的NOx和水体中过量的NH4+、NO2-、NO3-均是污染物。通过催化还原的方法，可将烟气和机动车尾气中的NO转化为N2[反应为2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+ N2(g) △H=-746.5kJ·mol-1]；也可将水体中的NO2-、NO3-转化为N2。对于反应2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+ N2(g)，下列说法正确的是( )
A．该反应在任何条件下都能自发进行
B．反应的平衡常数可表示为K=
C．使用高效的催化剂可以降低反应的焓变
D．其它条件不变，增大的值，NO的转化率下降
【答案】D
【解析】A项，该反应为放热反应，即ΔH＜0且反应前后气体分子数减少，故ΔS＜0，ΔG=ΔH-TΔS，当温度较低时，ΔG=ΔH-TΔS＜0，故该反应低温自发，A错误；B项，反应的平衡常数可表示为，B错误；C项，催化剂可以改变反应历程，但不能改变焓变，C错误；D项，其它条件不变，增大的值，提高CO的转化率，NO的转化率下降，D正确；故选D。
16．(2022·山东省烟台市三模)工业上用C6H5Cl和H2S的高温气相反应制备苯硫酚(C6H5SH)，同时有副产物C6H6生成：
Ⅰ.
Ⅱ.
使和H2S按物质的量1∶1进入反应器，定时测定反应器尾端出来的混合气体中各产物的量，得到单程收率()与温度的关系如图所示。下列说法不正确的是( )
A．ΔH1＜0，ΔH2＞0
B．反应Ⅱ的活化能较大
C．590℃以上，随温度升高，反应Ⅰ消耗H2S减少
D．645℃时，反应Ⅰ的化学平衡常数
【答案】D
【解析】A项，温度大于590℃时，随温度升高，苯硫酚的单程收率降低，说明ΔH1＜0；随温度升高，苯的单程收率增大，说明ΔH2＞0，故A正确；B项，温度较低时，苯的单程收率小，说明Ⅱ反应速率小，Ⅱ的活化能较大，故B正确；C项，590℃以上，随温度升高，苯硫酚的单程收率降低，反应Ⅰ消耗H2S 减少，故C正确；D项，设通入氯苯、H2S的物质的量各为1mol，645℃时，苯硫酚的单程收率为20%、苯的单程收率为20%，则反应Ⅰ消耗0.2mol氯苯、0.2mol H2S，生成苯硫酚0.2mol、氯化氢0.2mol；反应Ⅱ消耗0.2mol氯苯、0.2mol H2S，生成苯0.2mol、氯化氢0.2mol、S8 0.025mol；容器中含有0.6mol氯苯、0.6mol H2S、苯硫酚0.2mol、氯化氢0.4mol；反应Ⅰ的化学平衡常数，故D错误；故选D。
17．(2022·福建省福州市第一中学模拟预测)我国力争于2030年前做到碳达峰，2060年前实现碳中和。CO2捕获与CO2重整是CO2利用的研究热点。其中CH4与CO2重整反应体系主要涉及以下反应：
A．CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) △H1
B．CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H2
C．CH4(g)C(s)+2H2(g) △H3
D．2CO(g)CO2(g)+C(s) △H4
e.CO(g)+H2(g)H2O(g)+C(s) △H5
(1)根据盖斯定律，反应a的△H1=_______(写出一个代数式即可)。
(2)上述反应体系在一定条件下建立平衡后，下列说法正确的有_______。
A．增大CO2与CH4的浓度，反应a、b、c的正反应速率都增加
B．移去部分C(s)，反应c、d、e的平衡均向右移动
C．加入反应a的催化剂，可提高CH4的平衡转化率
D．降低反应温度，反应a~e的正、逆反应速率都减小
(3)雨水中含有来自大气的CO2，溶于水中的CO2会进一步和水反应，发生电离：
①CO2(g)CO2(aq)
②CO2(aq)+H2O(l)H+(aq)+HCO3-(aq)
25°C时，反应②的平衡常数为K2。溶液中CO2的浓度与其在空气中的分压成正比(分压=总压×物质的量分数)，比例系数为ymol·L-1kPa-1，当大气压强为pkPa，大气中CO2(g)的物质的量分数为x时，溶液中H+浓度为_______mol·L-1(写出表达式，考虑水的电离，忽略HCO3-的电离)。
(4)105°C时，将足量的某碳酸氢盐(MHCO3)固体置于真空恒容容器中，存在如下平衡：2MHCO3(s)M2CO3(s)+H2O(g)+CO2(g)。上述反应达平衡时体系的总压为46kPA．保持温度不变，开始时在体系中先通入一定量的CO2(g)，再加入足量MHCO3(s)，欲使平衡时体系中水蒸气的分压小于5kPa，CO2(g)的初始压强应大于_______kPa。
(5)CO2可以被NaOH溶液捕获。若所得溶液pH=13，CO2主要转化为_______(写离子符号)；若所得溶液c(HCO3- )：c(CO32- )=2：1，溶液pH=_______。(室温下，H2CO3的K1=4×10-7；K2=5×10-11)
(6)CaO可在较高温度下捕集CO2，在更高温度下将捕集的CO2释放利用。与CaCO3热分解制备的CaO相比，CaC2O4·H2O热分解制备的CaO具有更好的CO2捕集性能，其原因是_______。
【答案】(1)△H2+△H3+△H5 (2)AD
(3) (4)100.8 (5) CO32- 10
(6)CaC2O4·H2O热分解放出更多的气体，制得的氧化钙更加疏松多孔
【解析】(1)A．CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) △H1，B．CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) △H2，C．CH4(g)C(s)+2H2(g) △H3，D．2CO(g)CO2(g)+C(s) △H4，e.CO(g)+H2(g)H2O(g)+C(s) △H5， 根据盖斯定律分析，将b+c+e 可得a CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) △H1=△H2+△H3+△H5。(2)A． 增大CO2与CH4的浓度，增大浓度，对应的反应a、b、c的正反应速率都增加，故正确；B． 移去部分C(s)，因为其为固体，对平衡无影响，故错误；C． 加入反应a的催化剂，能改变反应速率，但不影响平衡，不能提高CH4的平衡转化率，故错误；D． 降低反应温度，所有反应速率都减小，故反应a~e的正、逆反应速率都减小，故正确。故选AD。(3)k2= ，因为p(CO2)= 为pkPa×x，则c(CO2)= ymol·L-1kPa-1×p(CO2)=pxy，忽略碳酸氢根离子的电离时，c(H+)-c(OH-)=c(HCO3- )，而c(H+) c(OH-)=KW，所以有K2=，则c(H+)= mol/L。(4)2MHCO3(s) M2CO3(s)+H2O(g)+CO2(g)，等温等容条件下，压强之比等于物质的量比，可用分压表示物质的量浓度，平衡常数KP ，温度不变化学平衡常数不变，设平衡时，平衡体系中二氧化碳的分压为x，则p(CO2)= =105.8 kPa，二氧化碳的初始压强等于平衡压强减去碳酸氢盐分解生成的二氧化碳的分压，即二氧化碳的初始压强大于105.8-5=100.8kPa。(5)k2= ，则 ，当，，pH在 10.3，如果溶液的pH为13，则碳酸氢根离子浓度远远小于碳酸根离子浓度，则该溶液中所得阴离子为碳酸根离子。k2=，且所得溶液c(HCO3-)：c(CO32-)=2：1，，pH=10。(6)CaC2O4·H2O热分解放出更多的气体，制得的氧化钙更加疏松多孔，具有更好的二氧化碳的捕集性能。
18．(2022·浙江省金华、东阳市高三选考模拟)催化转化反应是一类广泛应用于工业生产和理论研究的重要反应。
(1)使用固体催化剂消除汽车尾气中的、等污染物，机理如下［表示催化剂，*表示吸附态］：
Ⅰ：
Ⅱ：
Ⅲ：
Ⅳ：
Ⅴ：
Ⅵ：
经测定汽车尾气中反应物及生成物浓度随温度变化关系如图1：
①见图1，温度为330℃时发生的反应中，限度最大的为_______(选填“Ⅳ”、“Ⅴ”或“Ⅵ”)。
②气体在表面反应，吸附和解吸同时影响总反应速率。恒温度时，2NO+2CON2+2CO2的反应速率随压强的变化如题图2所示。试解释段变化趋势的原因_______。
③研究发现，Ca+能催化与N2O反应以消除两者的污染，第一步是Ca+先变成CaO+。请用两个化学方程式表示该催化反应历程：步骤I：_______；步骤II：_______。
(2)向容器中充入0.2 mol H2和0.1 molCO制备CH3OH：2H2 (g)+ CO(g)CH3OH (g) ΔH＜0 ，若容器恒定温度和压强，H2的平衡转化率(%)如题图3所示(虚线表示没有测定该条件下的数据)。
①图3中若T1＜T2＜T3，则p1、p2、p3由大到小的顺序为_______，理由是_______。
②T2℃下，该反应的平衡常数为_______［平衡常数可以用反应体系中气体物的分压表示，］。
③恒温恒容下，向平衡后向体系中再通入0.1 mol CO和0.2 mol H2，重新平衡时H2的转化率_______(选填序号)。
A．增大 B．不变 C．减小 D．无法确定
【答案】(1) IV 压强增大，吸附速率虽然增大，但不利于解吸，解吸速率减小更多，所以反应速率减小 N2O+ Ca+=N2+ CaO+ CaO++CO= Ca++CO2
(2) p3＞p2＞p1 升高温度，平衡逆向移动，H2的转化率减小，但三个压强对应的H2的转化率相等，说明压强增大 306.25 A
【解析】(1)通过图1可以看出，330oC时CO2的含量达到了最大值，IV反应是生成CO2的反应，故IV的反应限度最大；根据题中信息，吸附和解吸同时影响总反应速率，随着压强的增大，吸附在催化剂表面的活性微粒增多，从图2中可以看出，反应速率先增大，但压强增大，吸附速率虽然增大，但不利于解吸，解吸速率减小更多，所以反应速率减小；Ca+能催化CO与N2O反应以消除两者的污染，最终N2O转变为N2，CO转变为CO2，第一步是Ca+先变成CaO+，故N2O+ Ca+=N2+ CaO+，第二步消耗掉中间产物CaO+：CaO++CO=Ca++CO2；(2)该反应正向为气体分子数减少的反应，且为放热反应，当T1＜T2＜T3，若此时压强相同，不同温度下的转化率T1＞T2＞T3，要想达到相同的转化率，通过改变压强可以实现，T3温度最高，转化率最低，可压强增大使平衡正向移动，转化率增大，故p3＞p2＞p1；理由是：升高温度，平衡逆向移动，H2的转化率减小，但三个压强对应的H2的转化率相等，说明压强增大；向容器中充入0.2 mol H2和0.1 molCO制备CH3OH，T2温度下氢气的转化率为80%，可列出三段式：
平衡时气体的总的物质的量为0.14mol，H2、CO、CH3OH的分压分别为：、、，平衡常数；恒温恒容下，向平衡后向体系中再通入0.1 mol CO和0.2 mol H2，对于原平衡相当于加压，平衡正向移动，重新平衡时H2的转化率增大，故选A。
19．(2022·广西壮族自治区南宁二中高三收网题理综考试)2022年5月10日天舟四号货运飞船成功对接空间站天和核心舱并转入组合体飞行，空间站的水气整合系统利用“萨巴蒂尔反应”，将CO2转化为CH4和水蒸气，配合O2生成系统可实现O2的再生。回答下列问题：
已知萨巴蒂尔反应为：CO2(g)+ 4H2(g)CH4(g)+2H2O(g) △H1
反应I：2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) △H2=-483 kJ/mol
反应II：CO2(g)+ 2H2O(g)CH4(g)+2O2(g) △H3=+802.3 kJ/mol
(1)若“萨巴蒂尔反应”的逆反应活化能E逆=akJ/mol，则正反应活化能为_______kJ/mol。
(2)“萨巴蒂尔反应”在固定容积的密闭容器中发生，若要提高CO2的平衡转化率，可采取的措施有_______(写两条)。
(3)在某一恒容密闭容器中加入CO2、H2，其分压分别为15kPa、30kPa，加入催化剂并加热使其发生“萨巴蒂尔反应”。研究表明CH4的反应速率v(CH4)= 1.2×10-6p(CO2)p4(H2) (kPa﹒s-1)，某时刻测得H2O(g)的分压为10kPa，则该时刻v(H2)=_______ kPa﹒s-1。
(4)恒压条件时，按c(CO2)：c(H2O)=1：2投料，发生反应II，测得不同温度下平衡时体系中各物质浓度的关系如图。
图中代表CH4浓度的曲线为_______；350℃时，A点的平衡常数为_______(填计算结果)。
(5)氧再生反应可以通过酸性条件下半导体光催化转化实现，反应机理如图所示：
①光催化CO2转化为CH4的阴极方程式为_______。
②催化剂的催化效率和CH4的生成速率随温度的变化关系如图所示。300℃到400℃之间，CH4生成速率加快的原因是_______。
【答案】(1)(a-163.7) (2)降低温度、增大H2和CO2的原料比
(3)0.48 (4) d 1
(5) CO2+8e－＋8H+＝CH4＋2H2O 300℃到400℃之间，温度比催化剂对甲酸的生成速率影响大，因此温度升高，化学反应速率加快，所以甲酸生成速率加快
【解析】 (1)根据盖斯定律，由I×2+II得：CO2(g)+ 4H2(g)CH4(g)+2H2O(g) △H1=-163.7kJ/mol由△H1=E正-E逆得：E正= (a-163.7) kJ/mol；(2)可通过促使平衡向右移动的方法来提高CO2的平衡转化率，则可采取的措施有降低温度、增大H2和CO2的原料比(合理即可)。(3)列三段式有：
根据v(CH4)= 1.2×10-6p(CO2)p4(H2) (kPa·s-1)计算，v(CH4)= 1.2×10-6p(CO2)p4(H2) (kPa·s-1)=1.2×10-6×10×104=0.12 kPa·s-1，根据方程式分析，甲烷和氢气的速率比为1：4，所以v(H2)=0.48 kPa·s-1。；(4)由△H=+802.3kJ/mol且按c(CO2)：c(H2O)=1：2投料，温度升高，平衡正移，可知曲线a、b表示H2O和CO2，c、d表示O2和CH4；350℃时，A点时CO2、CH4的浓度相同，由反应可知CO2和H2O按1：2投料，同时按照1：2反应，则平衡时H2O的浓度为CO2的2倍，O2的浓度是甲烷浓度的2倍，则平衡常数K==1；(5)
①由图示信息可知，阴极发生的反应为二氧化碳得电子转变成甲烷和水，电极反应式为：CO2+8e－＋8H+＝CH4＋2H2O；②由图可知温度在250℃时，催化剂的转化效率达到最大值，温度在升高到300℃过程中催化剂的转化效率明显下降，但超过300℃后又明显增加，可判断是温度本身对反应的影响导致的，温度升高反应速率加快。
20．(2022·广东省实验中学三模)丙烯腈( )是一种重要的化工原料，广泛应用在合成纤维、合成橡胶及合成树脂等工业生产中。以3-羟基丙酸乙酯()为原料合成丙烯腈，主要反应过程如下：
反应I： ＞0
反应II：＋NH3(g) (g)＋H2O(g)＋ ＞0
(1)已知部分化学键键能如下表所示：
化学键
C﹣O
C﹣C
C=C
C﹣H
O﹣H
C=O
键能(kJ•mol ﹣1)
351
348
615
413
463
745
据此计算ΔH1=___________；此反应自发进行的条件是___________(填“高温易自发”“低温易自发”或“任何温度都能自发”)。
(2)在盛有催化剂TiO2、压强为200kPa的恒压密闭容器中按体积比2∶15充入和发生反应，通过实验测得平衡体系中含碳物质(乙醇除外)的物质的量分数随温度的变化如图所示。
①随着温度的升高，(g)的平衡物质的量分数先增大后减小的原因为___________。
②N点对应反应II的平衡常数___________(x代表物质的量分数)。
③科学家通过DFT计算得出反应II的反应历程有两步，其中第一步反应的化学方程式为：＋NH3(g)+，则第二步反应的化学方程式为___________；实验过程中未检测到 的原因可能___________。
④实际生产中若充入一定量N2(不参与反应)，可提高丙烯腈的平衡产率，原因为___________。
【答案】(1) +34 kJ•mol﹣1 高温易自发
(2) 反应I和反应II都是吸热反应，温度升高，平衡都正向移动；温度较低时，反应I进行的程度大，的物质的量分数增大；温度较高时反应Ⅱ进行的程度增大，的物质的量分数减小 (g)(g)＋H2O(g) 第二步反应非常快 该反应为气体分子数增大的反应，恒压密闭容器中充入一定量N2，降低各气体分压(相当于扩大容器体积)，会使反应II的平衡正向移动
【解析】(1)焓变＝反应物总键能﹣生成物总键能，ΔH1＝(463+413×9+351×3+348×3+745)kJ•mol-1﹣(413×8+615+745+351×2+348×2+463×2)kJ•mol﹣1＝+34 kJ•mol-1；该反应为吸热反应，熵增反应，温度越高混乱程度增大，更有利于自发进行；(2)①反应I、II均为吸热反应，最高点前反应I进行程度大，最高点后反应II进行程度大，所以随着温度的升高，丙烯酸乙酯的平衡体积分数先增大后减小；②设的初始物质的量为2mol、氨气的初始物质的量为15mol；A点的含量为0，说明反应I完全进行，生成2mol和2mol水；和丙烯腈的含量相等，说明有1mol、1mol氨气参与反应II，生成1mol乙醇和1mol水，则平衡体系中氨气的物质的量为14mol、的物质的量1mol、丙烯腈1mol、乙醇1mol、水3mol，N点对应反应II的平衡常数 ；③第一步反应是和氨气反应生成乙醇和，反应的化学方程式为＋NH3(g)+，；第二步反应的活化能远小于第一步，所以第二步反应的速率远大于第一步反应的速率，实验过程中未检测到，第二步反应的活化能远小于第一步，所以第二步反应的速率远大于第一步反应的速率；④该反应为气体分子数增大的反应，恒压密闭容器中充入一定量N2，相当于减压，降低各气体分压(相当于扩大容器体积)，会使反应II的平衡正向移动，所以充入一定量N2 (不参与反应)，可提高丙烯腈的平衡产率。
21．(2022·甘肃省兰州市一模)我国力争2060年前实现碳中和。CH4与CO2催化重整是实现碳中和的热点研究课题。该催化重整反应体系主要涉及以下反应：
反应I：主反应CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) ΔH1 Kp1
反应II：副反应CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2 Kp2
反应III：积碳反应2CO(g) CO2(g)+C(s) ΔH3 Kp3
反应IV：积碳反应CH4(g)C(s)+2H2(g) ΔH4 Kp4
(1)已知H2(g)、CO(g)的燃烧热ΔH分别为-285.8kJ·mol-1、-283.0lkJ·mol-1，H2O(l)= H2O(g) ΔH5=+44kJ·mol-1，则反应II的ΔH2=____kJ·mol-1。
(2)设Kp为分压平衡常数(用分压代替浓度，气体分压=总压×该组分的物质的量分数)，反应III、IV的lgKp随(T表示温度)的变化如图所示。据图判断，反应I的ΔH1_____0(选填“大于”、“小于”或“等于”)，说明判断的理由____。
(3)下列关于该重整反应体系的说法正确的是____。
A．在投料时适当增大的值，有利于减少积碳
B．在一定条件下建立平衡后，移去部分积碳，反应III和反应IV平衡均向右移
C．随着投料比的增大，达到平衡时CH4的转化率增大
D．降低反应温度，反应I、II、IV的正反应速率减小，逆反应速率增大；反应III的正反应速率增大，逆反应速率减小
(4)在一定条件下的密闭容器中，按照=1加入反应物，发生反应I(反应II、III、IV可忽略)。在不同条件下达到平衡，设体系中平衡状态下甲烷的物质的量分数为x(CH4)，在T=800℃下的x(CH4)随压强P的变化曲线、在P=100kPa下的x(CH4)随温度T的变化曲线如图所示。
①图中对应T=800℃下，x(CH4)随压强P的变化曲线是____，判断的理由是____。
②若x(CH4)=0.1.则CO2的平衡转化率为____。
【答案】(1)+41.2
(2) 大于 温度T升高，Kp3减小，Kp4增大，Kp1=，则Kp1增大，故反应I正反应吸热(或温度T升高，Kp3减小，Kp4增大，说明反应△H3<0，反应△H4>0，则△H1=△H4-△H3>0)
(3)AC
(4) b 反应I正反应方向气体分子数增大，其他条件不变时，增大压强，平衡逆移，x(CH4)增大
【解析】(1)由题意可得如下热化学方程式①H2(g)+ O2(g)= H2O(l) ΔH=—285.8kJ/mol，②CO(g)+ O2(g)= CO2(g) ΔH=—283.0kJ/mol，③H2O(l)= H2O(g) ΔH5=+44kJ/mol，由盖斯定律可知，①—②+③得到反应II，则反应热ΔH2=(—285.8kJ/mol)—(—283.0kJ/mol)+( +44kJ/mol)= +41.2kJ/mol；(2)由盖斯定律可知，反应IV—反应III得到反应I，则ΔH1=ΔH4—ΔH，3，由图可知，温度升高，反应III分压平衡常数减小，该反应为放热反应，反应△H3<0，反应IV分压平衡常数增大，该反应为吸热反应，反应△H4>0，则△H1=△H4-△H3>0(或由盖斯定律可知，反应IV—反应III得到反应I，则反应I分压平衡常数为Kp1=，由图可知，温度升高，反应III分压平衡常数减小，反应IV分压平衡常数增大，Kp1增大，则该反应为吸热反应)；(3)A项，在投料时适当增大相当于增大二氧化碳的浓度，反应I平衡向正反应方向移动，一氧化碳和氢气的浓度增大，反应III、IV的平衡向逆反应方向移动，碳的物质的量减小，所以在投料时适当增大的值，有利于减少积碳，故正确；B项，在一定条件下建立平衡后，移去浓度为定值的碳固体，化学反应速率不变，反应III和反应IV的平衡均不移动，故错误；C项，投料比增大相当于增大二氧化碳的浓度，反应I平衡向正反应方向移动，甲烷的转化率增大，故正确；D项，降低反应温度，反应I、II、III、IV的正、逆反应速率均减小，故错误；故选AC；(4)①反应I为气体体积增大的反应，温度一定时，增大压强，平衡向逆反应方向移动，甲烷的物质的量分数增大，则800℃下，甲烷的物质的量分数随压强的变化曲线是b；反应I正反应方向气体分子数增大，其他条件不变时，增大压强，平衡逆移，x(CH4)增大；②设起始甲烷和二氧化碳的物质的都为1mol，二氧化碳的转化率为a，由题意可建立如下三段式：
由甲烷的物质的量分数为0.1可得：=0.1，解得a=。
22．(2022·山东省淄博市三模)CH4与重整是CO2利用的研究热点之一。该重整反应体系有以下反应：
Ⅰ. CO2(g)+CH4 (g)2CO (g)+ 2H2(g) ΔH1
Ⅱ. CO2(g)+H2 (g)CO (g)+ H2O(g) ΔH2=+41.2 kJ·mol－1
Ⅲ. CH4 (g)C(s)＋2H2(g) ΔH3 (只在高温下自发进行)
(1)已知25℃、101kPa时CH4 (g)、CO (g)和H2(g)的燃烧热分别为890.0 kJ·mol－1、283.0 kJ·mol－1和285.8kJ·mol－1，则ΔH1 =_______。 ΔH3_______0(填“>”或“<”)。
(2)在一定压强和催化剂的条件下，将等物质的量的CO2和CH4通入重整反应器中，平衡时，CO2、CH4的物质的量分数及转化率随温度变化的关系如图所示。
①平衡时CO2的物质的量分数随温度变化的曲线是_______(填标号)。
②温度高于1300K后，曲线d超过曲线c的可能原因为_______。
(3)在p MPa时，将CO2和CH4按物质的量之比为1∶1充入密闭容器中，分别在无催化剂和ZrO2催化下反应相同时间，所得CO2的转化率、催化剂活性与温度的关系如图。
①a点CO2转化率相等的原因是_______。
②在900℃、ZrO2催化条件下，将CO2、CH4、H2O按物质的量之比为1∶1∶n充入密闭容器，CO2的平衡转化率大于50%，原因是_______。
(4)设为相对压力平衡常数，用相对分压代替浓度即可得相对压力平衡常数的表达式［气体的相对分压等于其分压(单位为kPa)除以标准压强］。某温度下反应Ⅲ的，向恒容密闭容器中按投料比充入原料气，初始总压为150kPa，发生反应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，体系达到平衡时的分压为b kPa，则CH4的平衡转化率为_______。
【答案】(1) +247.6kJ·mol－1 >
(2) a 曲线c、d分别代表CO2和CH4的转化率曲线，温度高于1300K后，升高温度有利于Ⅲ的进行，导致CH4的转化率大于CO2
(3) 催化剂失活 压强恒定时，充入水蒸气，平衡右移，CO2的平衡转化率a大于50%
(4)
【解析】(1)已知25℃、101kPa时CH4 (g)、CO(g)和H2(g)的燃烧热分别为890.0 kJ·mol－1、283.0 kJ·mol－1和285.8kJ·mol－1，可得燃烧热的热化学方程式分别为CH4 (g)+ 2O2(g)CO2 (g)+ 2H2O(l) ΔH= -890.0 kJ·mol－1、CO(g)+1/2O2(g)CO2(g) ΔH= -283.0kJ·mol－1 、H2(g)+1/2O2(g) H2O(l) ΔH= -285.8 kJ·mol－1，由盖斯定律，甲烷的燃烧热方程式减去氢气和一氧化碳燃烧热方程式的两倍，即可得到；反应Ⅲ正反应是熵增反应，因为反应Ⅲ只在高温下自发进行，所以 ΔH3>0；(2)①物质的量分数均随温度升高减小，温度低温时反应Ⅲ不发生，只发生反应Ⅰ和Ⅱ，所以二氧化碳的物质的量分数小于甲烷物质的量分数，平衡时CO2的物质的量分数随温度变化的曲线是a；②曲线c、d分别代表CO2和CH4的转化率曲线，温度高于1300K后，升高温度有利于积碳反应的进行，导致CH4的转化率大于CO2；(3)①a点时与无催化剂的转化率相同，说明已无催化活性，则a点CO2转化率相等的原因是：催化剂失活；②压强恒定时，充入水蒸气，平衡右移，CO2的平衡转化率a大于50%；(4)平衡时氢气的分压为b kPa，依据相对压力平衡常数，可得平衡时。根据阿伏伽德罗定律推论，恒温恒容时气体的压强之比等于物质的量之比，按投料比，初始总压为150kPa，则起始时，消耗的，所以甲烷的平衡转化率为=kPa。
23．(2022·河南省顶级名校高三考前押题信息卷)二甲醚(CH3OCH3)在制药、染料、农药工业中有许多独特的用途。相关合成反应的热化学方程式为：
①2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g) △H1=-122.9kJ·mol-1
②CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g ) △H2=+40.9kJ·mol-1
③2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) △H3
回答下列问题：
(1)△H3=____kJ·mol-1。
(2)一定条件下，将2molCO2和6molH2充入2L的恒容密闭容器中发生上述反应，平衡时测得CH3OCH3的物质的量为0.8mol、CO的物质的量为0.2mol，则此时的c(H2O)=____mol·L-1，反应②的平衡常数为____。
(3)将CO和H2以体积比1：2通入一绝热的恒容密闭容器中，发生反应③，反应过程中容器内压强(P)与时间(t)的变化如图甲所示，随着反应的进行，AB段压强增大的原因是____；BC段压强减小的原因是____。
(4)工业生产中常通过改变外界条件(如温度或压强)，来提高反应物的转化率或生成物的产率，从而提高工厂的效益。将CO2和H2以体积比为1：2的方式投料，发生上述反应。实验测得CO2的平衡转化率随温度和压强的变化关系如图乙所示，CH3OCH3的平衡产率随温度和压强的变化关系如图丙所示。
①图乙中温度为T0时，三条曲线几乎交于一点的原因是____。
②图丙中温度T1、T2、T3由小到大的顺序为____，结合图像分析可知，要提高CO2的平衡转化率和CH3OCH3的平衡产率，应提供的条件是____(从温度和压强的角度分析)。
【答案】(1)-204.7 (2) 1.3 2.6
(3) 反应放热，温度升高引起压强增大的程度大于气体分子减少引起压强减小的程度 随着反应的进行，气体分子减少引起压强减小的程度大于反应放热引起压强增大的程度
(4) 反应②为吸热反应，故温度升高时主要以反应②为主，该反应前后气体分子数相同，压强对CO2的平衡转化率没有影响 T1
可得到平衡时各物质用x、y、z来表示的物质的量：n(CH3OCH3)=x+z=0.8mol，n(CO)= y-2z =0.2mol，由y-2z=0.2mol，x+z=0.8mol，消去z得到2x+y=1.8mol，n(CO2)=2-2x-y =2-(2x+y)=0.2mol，n(H2O)= 3x+y+z=3x+3z+y-2z=3(x+z)+(y-2z)=0.8×3+0.2=2.6mol，n(H2)= 6-6x-y-4z=6-6x-3y+2y-4z=6-3(2x+y)+2(y-2z)=6-3×1.8+2×0.2=1.0mol，所以，c(H2O)=；反应②的平衡常数；(3)由(1)计算可知，反应③2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)为气体系数和减小的放热反应，随着反应的进行，气体物质的量会减少，体系压强会减小，另外，反应在绝热的恒容密闭容器中，随着反应进行，体系温度会升高，体系压强会变大，两个相反影响因素相互作用，体系压强变化取决于两者的相对大小，所以AB段压强增大的原因是反应放热，温度升高引起压强增大的程度大于气体分子减少引起压强减小的程度；BC段压强减小的原因是随着反应的进行，气体分子减少引起压强减小的程度大于反应放热引起压强增大的程度；(4)反应②为吸热反应，故温度升高时主要以反应②为主，该反应前后气体分子数相同，压强对CO2的平衡转化率没有影响，所以相交与一点；生成CH3OCH3的反应①和③都是放热反应，升高温度平衡逆向移动，CH3OCH3平衡产率降低，所以温度越高平衡产率越低。
24．(2022·山东省烟台市三模)含氮污染物的有效去除和资源的充分利用是重要研究课题，回答下列问题：
(1)利用工业尾气NO2与O3反应制备新型硝化剂N2O5，过程中涉及以下反应：
Ⅰ. 2O3(g)3O2 (g) ΔH1 平衡常数K1
Ⅱ. 4NO2 (g)+ O2(g)2N2O5(g) ΔH2 平衡常数K2
Ⅲ. 2NO2 (g)+ O3(g)N2O5(g)+ O2(g) ΔH3 平衡常数K3
平衡常数K与温度T的函数关系为，，，其中x、y、z为常数，则反应Ⅰ的活化能Ea(正)_______Ea(逆)(填“>”或“<”)，的数值范围是_______。
(2)NH3与O2作用分别生成N2、NO、N2O的反应均为放热反应。工业尾气中的NH3可通过催化氧化为N2除去。将一定比例的NH3、O2和N2的混合气体以一定流速通过装有催化剂的反应管，NH3的转化率、N2的选择在[]与温度的关系如图所示。
①其他条件不变，在范围内升高温度，出口处氮氧化物的量_______(填“增大”或“减小”)，NH3的平衡转化率_______(填“增大”或“减小”)。
②需研发_______(“高温”或“低温”)下N2的选择性高的催化剂，能更有效除去尾气中的NH3。
(3)在催化剂条件下发生反应：2NO (g)+ 2CO(g)N2 (g)+ CO2(g)可消除NO和CO对环境的污染。为探究温度对该反应的影响，实验初始时体系中气体分压且p(CO2)=2 p(N2)，测得反应体系中CO和N2的分压随时间变化情况如表所示。
时间/min
0
30
60
120
180
200℃
物质a的分压/kPa
4
8.8
13
20
20
物质b的分压/kPa
48
45.6
43.5
40
40
300℃
物质a的分压/ kPa
100
69.0
48
48
48
物质b的分压/ kPa
10
25.5
36
36
36
该反应的_______0(填“>”或“<”)，物质a为_______(填“CO”或“N2”)，200℃该反应的化学平衡常数Kp=_______(kPa)-1。
【答案】(1) < (2) 增大 减小 低温 (3) < CO 1.6
【解析】(1)反应I的平衡常数K1和T关系为lnK1=x+，随着T增大，K1减小，则反应I为放热反应，反应物的总能量高于生成物的总能量，则活化能Ea(正)＜Ea(负)；同理可知，反应II和反应III也是放热反应，则ΔH1＜0，ΔH2＜0，ΔH3＜0，由于反应I=2´反应II-反应II，所以ΔH1=2ΔH2-ΔH3＜0，则0＜＜2。(2)①其他条件不变，在175~300℃范围内升高温度，NH3的转化率升高，N2的选择性下降，则出口处氮氧化物的量增大；NH3与O2作用分别生成N2、NO、N2O的反应均为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，NH3的平衡转化率减小；②如图所示，低温下，N2的选择性较高，故研发低温下N2的选择性高的催化剂，能更有效除去尾气中的NH3。(3)同温同体积时，气体的压强与其物质的量成正比，200℃的温度下，120min时反应达到平衡，Δp(a)=16kPa，Δp(b)=8kPa，则===2，则物质a为CO，物质b为N2；200℃的温度下，p始(NO)=p始(CO)=4kPa，p始(N2)=48kPa，p始(CO2)=2 p始(N2)=96kPa，由于Δn(NO)=Δn(CO)=2Δn(N2)=Δn(CO2)，所以Δp(NO)=Δp(CO)=2Δp(N2)=Δp(CO2)，即p平(NO)=p平(CO)=20kPa，p平(N2)=40kPa，p平(CO2)=80kPa，Kp(200℃)===1.6，同理：300℃的温度下，p始(NO)=p始(CO)=100kPa，p始(N2)=10kPa，p始(CO2)=2 p始(N2)=20kPa，Δp(NO)=Δp(CO)=Δp(CO2)=52kPa，p平(NO)=p平(CO)=48kPa，p平(N2)=36kPa，p平(CO2)=72kPa，，Kp(300℃)==，Kp(300℃)＜Kp(200℃)，即温度升高，Kp减小，则该反应为放热反应，ΔH＜0。
考点22 化学平衡状态与化学平衡移动
模拟检测
1．(2022·辽宁省丹东市一模)下列关于“化学反应速率和化学平衡”的说法正确的是( )
A．在恒温恒容条件下，当N2O4(g)2NO2(g)达到平衡后，再充入一定量的Ar后，活化分子百分数减小，反应速率减慢
B．已知2Mg(s)+CO2(g)C(s)+2MgO(s) ΔH<0，则该反应能在高温下自发进行
C．某温度下，在恒容密闭容器中加入一定量X，发生反应2X(g)Y(g)+Z(g)，一段时间后达到平衡，再加入一定量X，达新平衡后X的物质的量分数增大
D．对于反应2NH3(g)N2(g)+3H2(g)达平衡后，缩小容器体积，N2的浓度增大
【答案】D
【解析】A项，在恒温恒容条件下，当N2O4(g)2NO2(g)达到平衡后，再充入一定量的Ar后，活化分子数目不变，活化分子百分数不变，反应速率不变，故A错误；B项，已知2Mg(s)+CO2(g)C(s)+2MgO(s) ΔH＜0，该反应ΔS＜0，根据ΔG=ΔH−TΔS＜0分析，该反应能在低温下自发进行，故B错误；C项，某温度下，在恒容密闭容器中加入一定量X，发生反应2X(g)Y(g)+Z(g)，一段时间后达到平衡，再加入一定量X，可以理解为重新拿一个密闭容器，当达到平衡后和原平衡相同，再加入到同一个容器中，加压，由于该反应是等体积反应，平衡不移动，因此达新平衡后X的物质的量分数不变，故C错误；D项，对于反应2NH3(g)N2(g)+3H2(g)达平衡后，缩小容器体积，N2的浓度增大，虽然平衡逆向移动，氮气浓度减小，但比原来的浓度大，故D正确；故选D。
2．(2022·湖南省娄底市高考仿真模拟)在密闭容器中充入足量的FeO(s)和适量O2(g)，在一定条件下发生反应6FeO(s)+O2(g) 2Fe3O4(s) ΔH＜0，达到平衡时，测得O2浓度为a mol·L-1；保持温度不变，缩小体积至原来的四分之一，重新达到平衡时，测得O2浓度为c mol·L-1，下列有关说法正确的是( )
A．上述反应为熵减反应，在较高温度下能自发进行
B．恒温恒容条件下平衡后，再充入O2，O2的平衡转化率减小
C．当FeO(s)或Fe3O4(s)的物质的量保持不变时达到平衡状态
D．温度不变，达到新平衡时，c=4a
【答案】C
【解析】A项，根据题给反应式可知：反应物只有O2是气体，产物是固体，它是熵减反应，正反应是放热反应，由复合判据知，它在较低温度下能自发进行，A错误；B项，恒温条件下，化学平衡常数不变，再充入氧气，化学平衡向正反应方向移动，最终平衡时O2浓度不变，氧气的平衡转化率增大，B错误；C项，当固体质量或物质的量保持不变时，说明正反应速率等于逆反应速率，C正确；D项，假设化学平衡不移动，当缩小体积至原容器体积的时，则氧气浓度增至原来的4倍。实际上，缩小体积时化学平衡向气体体积减小的正反应方向移动，导致氧气浓度减小。当第二次达到平衡时，因温度不变，平衡常数K不变，则根据平衡常数表达式可知：K=c(O2)，所以平衡时氧气浓度不变，故a=c，D错误；故选C。
3．(2022·辽宁省丹东市高三教学质量监测)一定条件下，在1.0 L的密闭容器中进行反应：CO (g)+ Cl2 (g) COCl2(g)，反应过程中的有关数据如下：
t/min
0
2
6
8
c(Cl2)/mol·L－1
2.4
1.6
0.6
c(CO)/mol·L－1
2
0.2
c(COCl2)/mol·L－1
0
下列说法正确的是( )
A．0～2 min内，用CO表示的化学反应速率为0.3 mol/(L·min)
B．其他条件不变，升高温度，平衡时c(COCl2)=1.5 mol/L，则该反应低温时能自发进行
C．若保持温度不变，第8 min向体系中加入三种物质各1 mol，则平衡向逆反应方向移动
D．若保持温度不变，在第8 min再充入1.0 mol COCl2(g)，达到新平衡时COCl2的体积分数小于原平衡COCl2的体积分数
【答案】B
【解析】A项，根据表格数据可知：在0～2 min内，Cl2的浓度由2.4 mol/L变为1.6 mol/L，减小了0.8 mol/L，则根据物质反应转化关系可知同时会消耗0.8 mol/L的CO，故用CO的浓度变化表示的化学反应速率v(CO)==0.4 mol/(L·min)，A错误；B项，从反应开始至6 min时CO的浓度减小了1.8 mol/L，则相同时间内Cl2的浓度也会减小1.8 mol/L，此时Cl2的浓度c(Cl2)=2.4 mol/L-1.8 mol/L=0.6 mol/L与第8 min时Cl2的浓度相同，说明6 min时反应已经达到平衡状态，根据物质反应转化关系可知平衡时c(COCl2)=1.8 mol/L。当反应温度升高并达到平衡时c(COCl2)=1.5 mol/L，物质浓度降低，说明升高温度，化学平衡向逆反应方向移动，逆反应为吸热反应，则该反应的正反应是放热反应，△H＜0，该反应正反应是气体体积减小的反应，△S＜0，反应若要自发进行，则△G=△H-T△S＜0，反应在低温下△G＜0，反应可自发进行，B正确；C项，若保持温度不变，第8 min向体系中加入三种物质各1 mol，则相对来说反应物浓度增大得多，化学平衡向正反应方向移动，C错误；D项，若保持温度不变，在第8 min再充入1.0 mol COCl2(g)，COCl2(g)浓度增大，同时必然会导致体系的压强增大，压强增大对化学平衡移动的影响大于浓度增大对化学平衡移动的影响。故增大压强，化学平衡向气体体积减小的正反应方向移动，达到新平衡时COCl2的体积分数大于原平衡COCl2的体积分数，D错误；故选B。
4．(2022·北京市丰台区高三模拟)一定条件下，在恒容密闭容器中发生反应：2SO2(g)+O2(g)2SO3 (g)。当SO2、O2、SO3的浓度不再变化时，下列说法正确的是( )
A．SO2和O2全部转化为SO3 B．该反应已达到化学平衡
C．正、逆反应速率相等且等于零 D．SO2、O2、SO3的物质的量之比一定为2：1：2
【答案】B
【解析】当SO2、O2、SO3的浓度不再变化时，说明该反应已达化学平衡状态。A项，该反应为可逆反应，反应物不可能完全转化，所以SO2和O2不可能全部转化为SO3，A错误；B项，当SO2、O2、SO3的浓度不再变化时，说明该反应已达化学平衡状态，B正确；C项，反应达化学平衡状态时，正、逆反应速率相等但不等于零，C错误；D项，未知起始加入量，SO2、O2、SO3的物质的量之比不一定为2：1：2，D错误；故选B。
5．(2022·重庆市南开中学模拟预测)在温度不同的恒容密闭容器I、II、III中各充入和，保持其它条件相同，发生反应：X(g)+2Y(g)Z (g)+ W(s) ΔH＜0，测得时X的物质的量如图所示。下列说法正确的是( )
A．逆反应速率：a＞b
B．b点一定满足：
C．再向容器III中充入0.6 mol X和0.2 mol Z，Y的转化率不变
D．从容器III中移走0.1 mol Z，X的体积分数减小
【答案】C
【解析】A项，从a点到b点温度升高，平衡逆向移动，且n(X)反而较小，故逆反应速率a＜b，A错误；B项，若b点满足则反应达平衡，无法计算各温度下反应的平衡常数，不能判断反应是否达平衡，B错误；C项，根据图中信息可知，c点时X的物质的量为0.75mol，则Y为1.5mol， Z为0.25mol，K=，此时再向容器III中充入0.6 mol X和0.2 mol Z，Q=，Q=K，平衡不移动，Y的转化率不变，C正确；D项，移走Z，生成物只有一种气体，故移走Z，等效于减压，从压强的角度，等效于逆向移动，X的体积分数增大，D错误；故选C。
6．(2022·辽宁省沈阳市三模)在一定条件下，取一定量的A和B在恒容密闭容器中发生反应：a A(g)+ b B(g)mM(g)+ nN(s) ΔH＝Q kJ·mol－1。达到平衡时，M的浓度与温度和容器容积的关系如图所示。下列有关判断正确的是 ( )
A．
B．E点的平衡常数小于F点的平衡常数
C．达到平衡后，增大A的浓度将会提高B的转化率
D．
【答案】C
【解析】A项，由图可知，体积越大时M的浓度越小，比较E、F两点可知，体积增大3倍，M浓度减小不到3倍，说明减小压强平衡正向移动，N为固体，则a+b
7．(2022·湖南省市(州)部分学校高三“一起考”大联考)已知：2SO2 (g)+ O2(g)2SO3(g) ΔH，在恒容密闭容器中通入2 mol SO2和1 mol O2，在温度分别为T1、T2下，测得SO2的转化率随时间变化如图。下列说法正确的是( )
A．温度：T2＞T1，平衡常数：Ka= Kc＞Kb
B．c点正反应速率＜b点逆反应速率
C．平衡时，通入氩气使体系压强增大，平衡正向移动
D．T1时，0~15 min生成SO3的平均反应速率为
【答案】D
【解析】A项，由图可知，T2条件下先达到平衡，说明T2时反应速率快，故有T2＞T1，温度越高，SO2的转化率越小，说明升高温度，平衡逆向移动，故ΔH＜0，则平衡常数Ka= Kc＜Kb，A错误；B项，c、b两点对应的温度分别是T2、T1，由A项分析可知，T2＞T1，设T1、15 min时的点为M，由图可知M、c点都为平衡点，c点SO2浓度大于M点，则有反应速率，又因b点未达到平衡，，故点正反应速率大于b点逆反应速率，B错误；C项，在恒温恒容条件下，通入氩气使体系压强增大，但反应体系中各物质的浓度均不改变，正、逆反应速率仍然相等，故平衡不移动，C错误；D项，由图知，温度为T1、15 min时，SO2的转化率为50%，则0~15 min SO3的浓度增大0.5 mol·L-1，生成SO3的平均反应速率为，即为，D正确；故选D。
8．(2022·广东省三模)时，向恒容容器中加入A发生反应：①2A(g)4B (g)+ C(g)，②2B(g)D(g)。反应体系中A、B、C的分压随时间t的变化曲线如图所示。下列说法错误的是( )
A．容器内压强保持不变，表明反应达到平衡状态
B． t1时刻A物质反应完全
C．时，反应②的分压平衡常数
D．当C、D的分压相等时，反应②中B的转化率为
【答案】D
【解析】由题中反应式可知，反应①不是可逆反应，能够进行完全，假如向容器中加入2molA相当于加入4molB和1mol C，4molB再发生反应②生成D，反应②为可逆反应，根据图中t1时刻B、C压强不再改变，说明达到平衡状态。A项，反应②为可逆反应，反应前后气体的物质的量改变，容器中的压强是变量，若容器内压强保持不变，表明反应达到平衡状态，故A正确；B项，由图像可知，t1时刻A物质分压为0，说明A反应完全，故B正确；C项，设起始加入2molA，发生反应①生成4molB和1mol C，再设4molB发生反应②生成D的物质的量为x，列出三段式：
平衡时，容器中含有气体的总物质的量为：(4-2x)+x+1=(5-x)，根据压强之比等于物质的量之比，平衡时容器中气体总压强=40kPa，此时B的分压=40kPa=16kPa，解得x=1.6mol，平衡时总压强=40kPa=68kPa；B气体的分压=16kPa，D气体的分压=68kPa=32kPa，则平衡常数，故C正确；D项，结合C选项分析，当C、D的分压相等时，C、D的物质的量相等，均为1mol，则转化的B的物质的量为2mol，B的转化率=，故D错误；故选D。
9．(2022·重庆市八中高三全真模拟)氢能是清洁的绿色能源。现有一种太阳能两步法甲烷、水蒸气催化重整制氢工艺，第I、II步反应原理及反应的lgKp-T关系如图所示。下列有关说法正确的是( )
A．CH4(g)+H2O(g)⇌CO(g)+3H2(g) △H<0
B．NiFe2O4改变反应历程，降低了反应活化能，提升了反应物的平衡转化率
C．1000℃时，反应CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)平衡常数Kp=4
D．某温度下，向反应体系中通入等体积的CH4(g)和H2O(g)，达到平衡时CH4的转化率为60%、则此时混合气体中H2的体积分数为56.25%
【答案】D
【解析】A项，由图可知，第一步反应的平衡常数随温度的升高而增大，属于吸热反应，第二步反应的平衡常数随温度的升高而降低，属于放热反应，且I升高的幅度大于II降低的幅度，则总反应为吸热反应，A错误；B项，甲烷、水蒸气催化重整的过程中，NiFe2O4(s)作为催化剂，NiO(s)和FeO(s)可视作中间产物，改变了反应的历程，降低了活化能，加快了反应速率，但是不改变平衡转化率，B错误；C项，1000°C时， 第I步反应、II步反应的lgKp分别为3、1，则Kp1=1000， Kp2=10 按定义Kp=Kp1× Kp2 =1000×10=104.，C错误；D项，设投入的CH4(g)和H2O(g)的量为1，平衡时CH4的转化率为60%，则平衡时，CH4(g)、H2O(g)、CO(g)、3H2的量分别为0.4、0.4、0.6、1.8，此时氢气的体积分数 ×100% = 56.25%，D正确；故选D。
10．(2022·北京市十一学校三模)现有反应2N2O2N2(g)+O2(g)，在四个恒容密闭容器中按下表充入气体进行反应，容器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中N2O的平衡转化率如图所示。下列说法正确的是( )
容器
容积/L
起始物质的量/
N2O
N2
O2
Ⅰ
V1
0.1
0
0
Ⅱ
1.0
0.1
0
0
Ⅲ
V3
0.1
0
0
Ⅳ
1.0
0.06
0.06
0.04
A．该反应的正反应放热
B．相同温度下，起始反应速率：
C．图中A、B、C三点处，三个容器内的压强：
D．IV在进行反应，其起始速率：
【答案】C
【解析】A项，从图中可以看出，随着温度的升高，N2O的平衡转化率增大，故升温平衡正向移动，反应为吸热反应，A错误；B项，从图中可以看出，相同温度下N2O的平衡转化率：I>II>III，三者的起始投料量相同，该反应为气体分子数减少的反应，压强减小，平衡正向移动，N2O的转化率增大，故压强pI
，Qc
反应I：CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g) △H=-58.6kJ·mol-1
反应II：CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g) △H=41.2kJ·mol-1
0.5MPa下，将n(H2)：n(CO2)=3的混合气体以一定流速通过装有催化剂的反应器，测得CO2的转化率、CH3OH或CO的选择性[×100%]以及CH3OH的收率(CO2的转化率×CH3OH的选择性)随温度的变化如图所示。下列说法正确的是( )
A．CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) △H=99.8kJ·mol-1
B．曲线a表示CH3OH的选择性随温度的变化
C．图中所示270℃时，对应CO2的转化率为21%
D．在210℃~250℃之间，CH3OH的收率增大是由于CH3OH的选择性增大导致
【答案】C
【解析】题中反应I为放热反应，升高温度，未达平衡之前，甲醇的收率增加，达平衡后随温度的升高，甲醇的收率降低；反应II为吸热反应随着温度的升高，CO的收率和选择性升高，故曲线a代表CO的选择性随温度的变化。A项，CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) 反应的反应热：(-58.6-41.2)kJ/mol=-99.8kJ/mol，A错误；B项，根据分析，曲线a代表CO的选择性随温度的变化，B错误；C项，图中所示270℃时，CO的选择性为70%，则甲醇的选择性为30%，故CO2的转化率为：，C正确；D项，在210℃~250℃之间，反应I未达平衡，CH3OH的收率增大是由于温度升高，生成CH3OH的反应速率增大导致，D错误；故选C。
12．(2022·浙江大学附属中学高三选考模拟)图表示生成几种氯化物反应的自由能变化随温度T变化情况。若在图示温度范围内焓变和熵变不变，已知，其中R为常数，T为温度，下列说法不正确的是( )
A．反应①△S<0
B．反应②的平衡常数随温度升高而减小
C．时用H2还原SiCl4制备Si的平衡常数
D．时C能置换出SiCl4中的Si
【答案】D
【解析】A项，反应①为，该反应△S<0，A项正确；B项，反应②是熵减反应，△G =△H-T△S<0，故△H < 0，反应②的平衡常数随温度升高而减小，B项正确；C项，H2还原SiCl4制备Si的反应方程式为2H2+SiCl4=Si+4HCl为反应2④-2②，在该温度下，反应④的△G等于反应②，故该反应的△G=0，，故时用还原SiCl4制备Si的平衡常数，C项正确；D项，反应为反应④-②，温度1773K时，反应④的△G小于反应②的，上述反应的△G
13．(2022·河北省秦皇岛市三模)一定温度下，在容积为1 L的恒容密闭容器中发生反应X(g)+2Y(g)Z(g) ΔH，各物质的物质的量随时间变化如表。
时间/ min
0
t
2t
3t
4t
n(X)/mol
2
0.4
n(Y)/mol
4
0.8
n(Z)/mol
0
1.4
下列说法正确的是( )
A．若升高温度，X(g)的转化率减小，则该反应的ΔH >0
B．0~3t min内，v(Z)= mol· L-1·min-1
C．单位时间内消耗X(g)和生成Z(g)的物质的量相等，说明该反应达到平衡
D．其他条件不变，增大Y(g)的浓度，平衡正向移动，该反应的平衡常数增大
【答案】B
【解析】A项，若升高温度，X(g)的转化率减小，说明平衡逆向移动，则该反应的ΔH<0，故A错误；B项，0~3t min内，X物质的量减少1.6mol，则Z的物质的量增加1.6mol，v(Z)=mol· L-1·min-1，故B正确；C项，单位时间内消耗X(g)和生成Z(g)的物质的量相等，表示的都是正反应速率，不能判断正逆反应速率是否相等，所以该反应不一定达到平衡，故C错误；D项，平衡常数只与温度有关，温度不变平衡常数不变，故D错误；故选B。
14．(2022·江苏省扬州中学三模)为探究合成气制甲醇过程中催化剂中毒的原因，将模拟合成气(、CO2和H2按一定比例混合)以一定流速分别通过三份铜基催化剂，其中一份做空白实验，两份强制中毒(分别预先吸附H2S和SO2，吸附反应后催化剂中碱元素的质量分数相等)。在一定温度下，总碳(、CO2)转化率、生成CH3OH的选择性与反应时间的关系如题图所示。
生成的选择性。合成气制甲醇的主要反应为：
反应Ⅰ：CO(g)+ 2H2O(g)CH3OH (g) ΔH1＝－90.8 kJ·mol－1
反应Ⅱ：CO2(g)+ 3H2CH3OH (g)+ H2O(g) ΔH2＝－49.5 kJ·mol－1
副反应有：CO2(g)+ H2(g)CO(g)+ H2O(g)，CO(g)+ 3H2(g)CH4(g)+ H2O(g)，CO(g)+ 4H2(g)CH3OCH3(g)+ H2O(g)。
下列说法正确的是( )
A．实验条件下，三个副反应的均小于0
B．空白实验时，若其他条件不变，升高温度，总碳转化率一定减小
C．相同条件下，SO2对催化剂的毒害作用大于H2S
D．为提高生成CH3OH的选择性，可研发不与含硫物反应的催化剂
【答案】D
【解析】A项，反应CO2(g)+ H2(g)CO(g)+ H2O(g)，根据盖斯定律可由反应Ⅱ-Ⅰ得到，则△H=-49.5kJ/mol-(-90.8kJ/mol)=+41.3kJ/mol，故A错误；B项，因副反应中有吸热反应，故升高温度，碳转化率不一定减小，故B错误；C项，由图像可知，吸附H2S的催化剂条件下，总碳转化率和甲醇选择性都降低，故H2S对催化剂的毒害作用大于SO2，故C错误；D项，由图像可知，空白实验时，总碳转化率和甲醇选择性都比含硫催化剂高，故为提高生成CH3OH的选择性，可研发不与含硫物反应的催化剂，故D正确；故选D。
15．(2022·江苏省淮安市模拟预测)如NOx是大气中主要的污染物。大气中过量的NOx和水体中过量的NH4+、NO2-、NO3-均是污染物。通过催化还原的方法，可将烟气和机动车尾气中的NO转化为N2[反应为2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+ N2(g) △H=-746.5kJ·mol-1]；也可将水体中的NO2-、NO3-转化为N2。对于反应2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+ N2(g)，下列说法正确的是( )
A．该反应在任何条件下都能自发进行
B．反应的平衡常数可表示为K=
C．使用高效的催化剂可以降低反应的焓变
D．其它条件不变，增大的值，NO的转化率下降
【答案】D
【解析】A项，该反应为放热反应，即ΔH＜0且反应前后气体分子数减少，故ΔS＜0，ΔG=ΔH-TΔS，当温度较低时，ΔG=ΔH-TΔS＜0，故该反应低温自发，A错误；B项，反应的平衡常数可表示为，B错误；C项，催化剂可以改变反应历程，但不能改变焓变，C错误；D项，其它条件不变，增大的值，提高CO的转化率，NO的转化率下降，D正确；故选D。
16．(2022·山东省烟台市三模)工业上用C6H5Cl和H2S的高温气相反应制备苯硫酚(C6H5SH)，同时有副产物C6H6生成：
Ⅰ.
Ⅱ.
使和H2S按物质的量1∶1进入反应器，定时测定反应器尾端出来的混合气体中各产物的量，得到单程收率()与温度的关系如图所示。下列说法不正确的是( )
A．ΔH1＜0，ΔH2＞0
B．反应Ⅱ的活化能较大
C．590℃以上，随温度升高，反应Ⅰ消耗H2S减少
D．645℃时，反应Ⅰ的化学平衡常数
【答案】D
【解析】A项，温度大于590℃时，随温度升高，苯硫酚的单程收率降低，说明ΔH1＜0；随温度升高，苯的单程收率增大，说明ΔH2＞0，故A正确；B项，温度较低时，苯的单程收率小，说明Ⅱ反应速率小，Ⅱ的活化能较大，故B正确；C项，590℃以上，随温度升高，苯硫酚的单程收率降低，反应Ⅰ消耗H2S 减少，故C正确；D项，设通入氯苯、H2S的物质的量各为1mol，645℃时，苯硫酚的单程收率为20%、苯的单程收率为20%，则反应Ⅰ消耗0.2mol氯苯、0.2mol H2S，生成苯硫酚0.2mol、氯化氢0.2mol；反应Ⅱ消耗0.2mol氯苯、0.2mol H2S，生成苯0.2mol、氯化氢0.2mol、S8 0.025mol；容器中含有0.6mol氯苯、0.6mol H2S、苯硫酚0.2mol、氯化氢0.4mol；反应Ⅰ的化学平衡常数，故D错误；故选D。
17．(2022·福建省福州市第一中学模拟预测)我国力争于2030年前做到碳达峰，2060年前实现碳中和。CO2捕获与CO2重整是CO2利用的研究热点。其中CH4与CO2重整反应体系主要涉及以下反应：
A．CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) △H1
B．CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H2
C．CH4(g)C(s)+2H2(g) △H3
D．2CO(g)CO2(g)+C(s) △H4
e.CO(g)+H2(g)H2O(g)+C(s) △H5
(1)根据盖斯定律，反应a的△H1=_______(写出一个代数式即可)。
(2)上述反应体系在一定条件下建立平衡后，下列说法正确的有_______。
A．增大CO2与CH4的浓度，反应a、b、c的正反应速率都增加
B．移去部分C(s)，反应c、d、e的平衡均向右移动
C．加入反应a的催化剂，可提高CH4的平衡转化率
D．降低反应温度，反应a~e的正、逆反应速率都减小
(3)雨水中含有来自大气的CO2，溶于水中的CO2会进一步和水反应，发生电离：
①CO2(g)CO2(aq)
②CO2(aq)+H2O(l)H+(aq)+HCO3-(aq)
25°C时，反应②的平衡常数为K2。溶液中CO2的浓度与其在空气中的分压成正比(分压=总压×物质的量分数)，比例系数为ymol·L-1kPa-1，当大气压强为pkPa，大气中CO2(g)的物质的量分数为x时，溶液中H+浓度为_______mol·L-1(写出表达式，考虑水的电离，忽略HCO3-的电离)。
(4)105°C时，将足量的某碳酸氢盐(MHCO3)固体置于真空恒容容器中，存在如下平衡：2MHCO3(s)M2CO3(s)+H2O(g)+CO2(g)。上述反应达平衡时体系的总压为46kPA．保持温度不变，开始时在体系中先通入一定量的CO2(g)，再加入足量MHCO3(s)，欲使平衡时体系中水蒸气的分压小于5kPa，CO2(g)的初始压强应大于_______kPa。
(5)CO2可以被NaOH溶液捕获。若所得溶液pH=13，CO2主要转化为_______(写离子符号)；若所得溶液c(HCO3- )：c(CO32- )=2：1，溶液pH=_______。(室温下，H2CO3的K1=4×10-7；K2=5×10-11)
(6)CaO可在较高温度下捕集CO2，在更高温度下将捕集的CO2释放利用。与CaCO3热分解制备的CaO相比，CaC2O4·H2O热分解制备的CaO具有更好的CO2捕集性能，其原因是_______。
【答案】(1)△H2+△H3+△H5 (2)AD
(3) (4)100.8 (5) CO32- 10
(6)CaC2O4·H2O热分解放出更多的气体，制得的氧化钙更加疏松多孔
【解析】(1)A．CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) △H1，B．CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) △H2，C．CH4(g)C(s)+2H2(g) △H3，D．2CO(g)CO2(g)+C(s) △H4，e.CO(g)+H2(g)H2O(g)+C(s) △H5， 根据盖斯定律分析，将b+c+e 可得a CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) △H1=△H2+△H3+△H5。(2)A． 增大CO2与CH4的浓度，增大浓度，对应的反应a、b、c的正反应速率都增加，故正确；B． 移去部分C(s)，因为其为固体，对平衡无影响，故错误；C． 加入反应a的催化剂，能改变反应速率，但不影响平衡，不能提高CH4的平衡转化率，故错误；D． 降低反应温度，所有反应速率都减小，故反应a~e的正、逆反应速率都减小，故正确。故选AD。(3)k2= ，因为p(CO2)= 为pkPa×x，则c(CO2)= ymol·L-1kPa-1×p(CO2)=pxy，忽略碳酸氢根离子的电离时，c(H+)-c(OH-)=c(HCO3- )，而c(H+) c(OH-)=KW，所以有K2=，则c(H+)= mol/L。(4)2MHCO3(s) M2CO3(s)+H2O(g)+CO2(g)，等温等容条件下，压强之比等于物质的量比，可用分压表示物质的量浓度，平衡常数KP ，温度不变化学平衡常数不变，设平衡时，平衡体系中二氧化碳的分压为x，则p(CO2)= =105.8 kPa，二氧化碳的初始压强等于平衡压强减去碳酸氢盐分解生成的二氧化碳的分压，即二氧化碳的初始压强大于105.8-5=100.8kPa。(5)k2= ，则 ，当，，pH在 10.3，如果溶液的pH为13，则碳酸氢根离子浓度远远小于碳酸根离子浓度，则该溶液中所得阴离子为碳酸根离子。k2=，且所得溶液c(HCO3-)：c(CO32-)=2：1，，pH=10。(6)CaC2O4·H2O热分解放出更多的气体，制得的氧化钙更加疏松多孔，具有更好的二氧化碳的捕集性能。
18．(2022·浙江省金华、东阳市高三选考模拟)催化转化反应是一类广泛应用于工业生产和理论研究的重要反应。
(1)使用固体催化剂消除汽车尾气中的、等污染物，机理如下［表示催化剂，*表示吸附态］：
Ⅰ：
Ⅱ：
Ⅲ：
Ⅳ：
Ⅴ：
Ⅵ：
经测定汽车尾气中反应物及生成物浓度随温度变化关系如图1：
①见图1，温度为330℃时发生的反应中，限度最大的为_______(选填“Ⅳ”、“Ⅴ”或“Ⅵ”)。
②气体在表面反应，吸附和解吸同时影响总反应速率。恒温度时，2NO+2CON2+2CO2的反应速率随压强的变化如题图2所示。试解释段变化趋势的原因_______。
③研究发现，Ca+能催化与N2O反应以消除两者的污染，第一步是Ca+先变成CaO+。请用两个化学方程式表示该催化反应历程：步骤I：_______；步骤II：_______。
(2)向容器中充入0.2 mol H2和0.1 molCO制备CH3OH：2H2 (g)+ CO(g)CH3OH (g) ΔH＜0 ，若容器恒定温度和压强，H2的平衡转化率(%)如题图3所示(虚线表示没有测定该条件下的数据)。
①图3中若T1＜T2＜T3，则p1、p2、p3由大到小的顺序为_______，理由是_______。
②T2℃下，该反应的平衡常数为_______［平衡常数可以用反应体系中气体物的分压表示，］。
③恒温恒容下，向平衡后向体系中再通入0.1 mol CO和0.2 mol H2，重新平衡时H2的转化率_______(选填序号)。
A．增大 B．不变 C．减小 D．无法确定
【答案】(1) IV 压强增大，吸附速率虽然增大，但不利于解吸，解吸速率减小更多，所以反应速率减小 N2O+ Ca+=N2+ CaO+ CaO++CO= Ca++CO2
(2) p3＞p2＞p1 升高温度，平衡逆向移动，H2的转化率减小，但三个压强对应的H2的转化率相等，说明压强增大 306.25 A
【解析】(1)通过图1可以看出，330oC时CO2的含量达到了最大值，IV反应是生成CO2的反应，故IV的反应限度最大；根据题中信息，吸附和解吸同时影响总反应速率，随着压强的增大，吸附在催化剂表面的活性微粒增多，从图2中可以看出，反应速率先增大，但压强增大，吸附速率虽然增大，但不利于解吸，解吸速率减小更多，所以反应速率减小；Ca+能催化CO与N2O反应以消除两者的污染，最终N2O转变为N2，CO转变为CO2，第一步是Ca+先变成CaO+，故N2O+ Ca+=N2+ CaO+，第二步消耗掉中间产物CaO+：CaO++CO=Ca++CO2；(2)该反应正向为气体分子数减少的反应，且为放热反应，当T1＜T2＜T3，若此时压强相同，不同温度下的转化率T1＞T2＞T3，要想达到相同的转化率，通过改变压强可以实现，T3温度最高，转化率最低，可压强增大使平衡正向移动，转化率增大，故p3＞p2＞p1；理由是：升高温度，平衡逆向移动，H2的转化率减小，但三个压强对应的H2的转化率相等，说明压强增大；向容器中充入0.2 mol H2和0.1 molCO制备CH3OH，T2温度下氢气的转化率为80%，可列出三段式：
平衡时气体的总的物质的量为0.14mol，H2、CO、CH3OH的分压分别为：、、，平衡常数；恒温恒容下，向平衡后向体系中再通入0.1 mol CO和0.2 mol H2，对于原平衡相当于加压，平衡正向移动，重新平衡时H2的转化率增大，故选A。
19．(2022·广西壮族自治区南宁二中高三收网题理综考试)2022年5月10日天舟四号货运飞船成功对接空间站天和核心舱并转入组合体飞行，空间站的水气整合系统利用“萨巴蒂尔反应”，将CO2转化为CH4和水蒸气，配合O2生成系统可实现O2的再生。回答下列问题：
已知萨巴蒂尔反应为：CO2(g)+ 4H2(g)CH4(g)+2H2O(g) △H1
反应I：2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) △H2=-483 kJ/mol
反应II：CO2(g)+ 2H2O(g)CH4(g)+2O2(g) △H3=+802.3 kJ/mol
(1)若“萨巴蒂尔反应”的逆反应活化能E逆=akJ/mol，则正反应活化能为_______kJ/mol。
(2)“萨巴蒂尔反应”在固定容积的密闭容器中发生，若要提高CO2的平衡转化率，可采取的措施有_______(写两条)。
(3)在某一恒容密闭容器中加入CO2、H2，其分压分别为15kPa、30kPa，加入催化剂并加热使其发生“萨巴蒂尔反应”。研究表明CH4的反应速率v(CH4)= 1.2×10-6p(CO2)p4(H2) (kPa﹒s-1)，某时刻测得H2O(g)的分压为10kPa，则该时刻v(H2)=_______ kPa﹒s-1。
(4)恒压条件时，按c(CO2)：c(H2O)=1：2投料，发生反应II，测得不同温度下平衡时体系中各物质浓度的关系如图。
图中代表CH4浓度的曲线为_______；350℃时，A点的平衡常数为_______(填计算结果)。
(5)氧再生反应可以通过酸性条件下半导体光催化转化实现，反应机理如图所示：
①光催化CO2转化为CH4的阴极方程式为_______。
②催化剂的催化效率和CH4的生成速率随温度的变化关系如图所示。300℃到400℃之间，CH4生成速率加快的原因是_______。
【答案】(1)(a-163.7) (2)降低温度、增大H2和CO2的原料比
(3)0.48 (4) d 1
(5) CO2+8e－＋8H+＝CH4＋2H2O 300℃到400℃之间，温度比催化剂对甲酸的生成速率影响大，因此温度升高，化学反应速率加快，所以甲酸生成速率加快
【解析】 (1)根据盖斯定律，由I×2+II得：CO2(g)+ 4H2(g)CH4(g)+2H2O(g) △H1=-163.7kJ/mol由△H1=E正-E逆得：E正= (a-163.7) kJ/mol；(2)可通过促使平衡向右移动的方法来提高CO2的平衡转化率，则可采取的措施有降低温度、增大H2和CO2的原料比(合理即可)。(3)列三段式有：
根据v(CH4)= 1.2×10-6p(CO2)p4(H2) (kPa·s-1)计算，v(CH4)= 1.2×10-6p(CO2)p4(H2) (kPa·s-1)=1.2×10-6×10×104=0.12 kPa·s-1，根据方程式分析，甲烷和氢气的速率比为1：4，所以v(H2)=0.48 kPa·s-1。；(4)由△H=+802.3kJ/mol且按c(CO2)：c(H2O)=1：2投料，温度升高，平衡正移，可知曲线a、b表示H2O和CO2，c、d表示O2和CH4；350℃时，A点时CO2、CH4的浓度相同，由反应可知CO2和H2O按1：2投料，同时按照1：2反应，则平衡时H2O的浓度为CO2的2倍，O2的浓度是甲烷浓度的2倍，则平衡常数K==1；(5)
①由图示信息可知，阴极发生的反应为二氧化碳得电子转变成甲烷和水，电极反应式为：CO2+8e－＋8H+＝CH4＋2H2O；②由图可知温度在250℃时，催化剂的转化效率达到最大值，温度在升高到300℃过程中催化剂的转化效率明显下降，但超过300℃后又明显增加，可判断是温度本身对反应的影响导致的，温度升高反应速率加快。
20．(2022·广东省实验中学三模)丙烯腈( )是一种重要的化工原料，广泛应用在合成纤维、合成橡胶及合成树脂等工业生产中。以3-羟基丙酸乙酯()为原料合成丙烯腈，主要反应过程如下：
反应I： ＞0
反应II：＋NH3(g) (g)＋H2O(g)＋ ＞0
(1)已知部分化学键键能如下表所示：
化学键
C﹣O
C﹣C
C=C
C﹣H
O﹣H
C=O
键能(kJ•mol ﹣1)
351
348
615
413
463
745
据此计算ΔH1=___________；此反应自发进行的条件是___________(填“高温易自发”“低温易自发”或“任何温度都能自发”)。
(2)在盛有催化剂TiO2、压强为200kPa的恒压密闭容器中按体积比2∶15充入和发生反应，通过实验测得平衡体系中含碳物质(乙醇除外)的物质的量分数随温度的变化如图所示。
①随着温度的升高，(g)的平衡物质的量分数先增大后减小的原因为___________。
②N点对应反应II的平衡常数___________(x代表物质的量分数)。
③科学家通过DFT计算得出反应II的反应历程有两步，其中第一步反应的化学方程式为：＋NH3(g)+，则第二步反应的化学方程式为___________；实验过程中未检测到 的原因可能___________。
④实际生产中若充入一定量N2(不参与反应)，可提高丙烯腈的平衡产率，原因为___________。
【答案】(1) +34 kJ•mol﹣1 高温易自发
(2) 反应I和反应II都是吸热反应，温度升高，平衡都正向移动；温度较低时，反应I进行的程度大，的物质的量分数增大；温度较高时反应Ⅱ进行的程度增大，的物质的量分数减小 (g)(g)＋H2O(g) 第二步反应非常快 该反应为气体分子数增大的反应，恒压密闭容器中充入一定量N2，降低各气体分压(相当于扩大容器体积)，会使反应II的平衡正向移动
【解析】(1)焓变＝反应物总键能﹣生成物总键能，ΔH1＝(463+413×9+351×3+348×3+745)kJ•mol-1﹣(413×8+615+745+351×2+348×2+463×2)kJ•mol﹣1＝+34 kJ•mol-1；该反应为吸热反应，熵增反应，温度越高混乱程度增大，更有利于自发进行；(2)①反应I、II均为吸热反应，最高点前反应I进行程度大，最高点后反应II进行程度大，所以随着温度的升高，丙烯酸乙酯的平衡体积分数先增大后减小；②设的初始物质的量为2mol、氨气的初始物质的量为15mol；A点的含量为0，说明反应I完全进行，生成2mol和2mol水；和丙烯腈的含量相等，说明有1mol、1mol氨气参与反应II，生成1mol乙醇和1mol水，则平衡体系中氨气的物质的量为14mol、的物质的量1mol、丙烯腈1mol、乙醇1mol、水3mol，N点对应反应II的平衡常数 ；③第一步反应是和氨气反应生成乙醇和，反应的化学方程式为＋NH3(g)+，；第二步反应的活化能远小于第一步，所以第二步反应的速率远大于第一步反应的速率，实验过程中未检测到，第二步反应的活化能远小于第一步，所以第二步反应的速率远大于第一步反应的速率；④该反应为气体分子数增大的反应，恒压密闭容器中充入一定量N2，相当于减压，降低各气体分压(相当于扩大容器体积)，会使反应II的平衡正向移动，所以充入一定量N2 (不参与反应)，可提高丙烯腈的平衡产率。
21．(2022·甘肃省兰州市一模)我国力争2060年前实现碳中和。CH4与CO2催化重整是实现碳中和的热点研究课题。该催化重整反应体系主要涉及以下反应：
反应I：主反应CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) ΔH1 Kp1
反应II：副反应CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2 Kp2
反应III：积碳反应2CO(g) CO2(g)+C(s) ΔH3 Kp3
反应IV：积碳反应CH4(g)C(s)+2H2(g) ΔH4 Kp4
(1)已知H2(g)、CO(g)的燃烧热ΔH分别为-285.8kJ·mol-1、-283.0lkJ·mol-1，H2O(l)= H2O(g) ΔH5=+44kJ·mol-1，则反应II的ΔH2=____kJ·mol-1。
(2)设Kp为分压平衡常数(用分压代替浓度，气体分压=总压×该组分的物质的量分数)，反应III、IV的lgKp随(T表示温度)的变化如图所示。据图判断，反应I的ΔH1_____0(选填“大于”、“小于”或“等于”)，说明判断的理由____。
(3)下列关于该重整反应体系的说法正确的是____。
A．在投料时适当增大的值，有利于减少积碳
B．在一定条件下建立平衡后，移去部分积碳，反应III和反应IV平衡均向右移
C．随着投料比的增大，达到平衡时CH4的转化率增大
D．降低反应温度，反应I、II、IV的正反应速率减小，逆反应速率增大；反应III的正反应速率增大，逆反应速率减小
(4)在一定条件下的密闭容器中，按照=1加入反应物，发生反应I(反应II、III、IV可忽略)。在不同条件下达到平衡，设体系中平衡状态下甲烷的物质的量分数为x(CH4)，在T=800℃下的x(CH4)随压强P的变化曲线、在P=100kPa下的x(CH4)随温度T的变化曲线如图所示。
①图中对应T=800℃下，x(CH4)随压强P的变化曲线是____，判断的理由是____。
②若x(CH4)=0.1.则CO2的平衡转化率为____。
【答案】(1)+41.2
(2) 大于 温度T升高，Kp3减小，Kp4增大，Kp1=，则Kp1增大，故反应I正反应吸热(或温度T升高，Kp3减小，Kp4增大，说明反应△H3<0，反应△H4>0，则△H1=△H4-△H3>0)
(3)AC
(4) b 反应I正反应方向气体分子数增大，其他条件不变时，增大压强，平衡逆移，x(CH4)增大
【解析】(1)由题意可得如下热化学方程式①H2(g)+ O2(g)= H2O(l) ΔH=—285.8kJ/mol，②CO(g)+ O2(g)= CO2(g) ΔH=—283.0kJ/mol，③H2O(l)= H2O(g) ΔH5=+44kJ/mol，由盖斯定律可知，①—②+③得到反应II，则反应热ΔH2=(—285.8kJ/mol)—(—283.0kJ/mol)+( +44kJ/mol)= +41.2kJ/mol；(2)由盖斯定律可知，反应IV—反应III得到反应I，则ΔH1=ΔH4—ΔH，3，由图可知，温度升高，反应III分压平衡常数减小，该反应为放热反应，反应△H3<0，反应IV分压平衡常数增大，该反应为吸热反应，反应△H4>0，则△H1=△H4-△H3>0(或由盖斯定律可知，反应IV—反应III得到反应I，则反应I分压平衡常数为Kp1=，由图可知，温度升高，反应III分压平衡常数减小，反应IV分压平衡常数增大，Kp1增大，则该反应为吸热反应)；(3)A项，在投料时适当增大相当于增大二氧化碳的浓度，反应I平衡向正反应方向移动，一氧化碳和氢气的浓度增大，反应III、IV的平衡向逆反应方向移动，碳的物质的量减小，所以在投料时适当增大的值，有利于减少积碳，故正确；B项，在一定条件下建立平衡后，移去浓度为定值的碳固体，化学反应速率不变，反应III和反应IV的平衡均不移动，故错误；C项，投料比增大相当于增大二氧化碳的浓度，反应I平衡向正反应方向移动，甲烷的转化率增大，故正确；D项，降低反应温度，反应I、II、III、IV的正、逆反应速率均减小，故错误；故选AC；(4)①反应I为气体体积增大的反应，温度一定时，增大压强，平衡向逆反应方向移动，甲烷的物质的量分数增大，则800℃下，甲烷的物质的量分数随压强的变化曲线是b；反应I正反应方向气体分子数增大，其他条件不变时，增大压强，平衡逆移，x(CH4)增大；②设起始甲烷和二氧化碳的物质的都为1mol，二氧化碳的转化率为a，由题意可建立如下三段式：
由甲烷的物质的量分数为0.1可得：=0.1，解得a=。
22．(2022·山东省淄博市三模)CH4与重整是CO2利用的研究热点之一。该重整反应体系有以下反应：
Ⅰ. CO2(g)+CH4 (g)2CO (g)+ 2H2(g) ΔH1
Ⅱ. CO2(g)+H2 (g)CO (g)+ H2O(g) ΔH2=+41.2 kJ·mol－1
Ⅲ. CH4 (g)C(s)＋2H2(g) ΔH3 (只在高温下自发进行)
(1)已知25℃、101kPa时CH4 (g)、CO (g)和H2(g)的燃烧热分别为890.0 kJ·mol－1、283.0 kJ·mol－1和285.8kJ·mol－1，则ΔH1 =_______。 ΔH3_______0(填“>”或“<”)。
(2)在一定压强和催化剂的条件下，将等物质的量的CO2和CH4通入重整反应器中，平衡时，CO2、CH4的物质的量分数及转化率随温度变化的关系如图所示。
①平衡时CO2的物质的量分数随温度变化的曲线是_______(填标号)。
②温度高于1300K后，曲线d超过曲线c的可能原因为_______。
(3)在p MPa时，将CO2和CH4按物质的量之比为1∶1充入密闭容器中，分别在无催化剂和ZrO2催化下反应相同时间，所得CO2的转化率、催化剂活性与温度的关系如图。
①a点CO2转化率相等的原因是_______。
②在900℃、ZrO2催化条件下，将CO2、CH4、H2O按物质的量之比为1∶1∶n充入密闭容器，CO2的平衡转化率大于50%，原因是_______。
(4)设为相对压力平衡常数，用相对分压代替浓度即可得相对压力平衡常数的表达式［气体的相对分压等于其分压(单位为kPa)除以标准压强］。某温度下反应Ⅲ的，向恒容密闭容器中按投料比充入原料气，初始总压为150kPa，发生反应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，体系达到平衡时的分压为b kPa，则CH4的平衡转化率为_______。
【答案】(1) +247.6kJ·mol－1 >
(2) a 曲线c、d分别代表CO2和CH4的转化率曲线，温度高于1300K后，升高温度有利于Ⅲ的进行，导致CH4的转化率大于CO2
(3) 催化剂失活 压强恒定时，充入水蒸气，平衡右移，CO2的平衡转化率a大于50%
(4)
【解析】(1)已知25℃、101kPa时CH4 (g)、CO(g)和H2(g)的燃烧热分别为890.0 kJ·mol－1、283.0 kJ·mol－1和285.8kJ·mol－1，可得燃烧热的热化学方程式分别为CH4 (g)+ 2O2(g)CO2 (g)+ 2H2O(l) ΔH= -890.0 kJ·mol－1、CO(g)+1/2O2(g)CO2(g) ΔH= -283.0kJ·mol－1 、H2(g)+1/2O2(g) H2O(l) ΔH= -285.8 kJ·mol－1，由盖斯定律，甲烷的燃烧热方程式减去氢气和一氧化碳燃烧热方程式的两倍，即可得到；反应Ⅲ正反应是熵增反应，因为反应Ⅲ只在高温下自发进行，所以 ΔH3>0；(2)①物质的量分数均随温度升高减小，温度低温时反应Ⅲ不发生，只发生反应Ⅰ和Ⅱ，所以二氧化碳的物质的量分数小于甲烷物质的量分数，平衡时CO2的物质的量分数随温度变化的曲线是a；②曲线c、d分别代表CO2和CH4的转化率曲线，温度高于1300K后，升高温度有利于积碳反应的进行，导致CH4的转化率大于CO2；(3)①a点时与无催化剂的转化率相同，说明已无催化活性，则a点CO2转化率相等的原因是：催化剂失活；②压强恒定时，充入水蒸气，平衡右移，CO2的平衡转化率a大于50%；(4)平衡时氢气的分压为b kPa，依据相对压力平衡常数，可得平衡时。根据阿伏伽德罗定律推论，恒温恒容时气体的压强之比等于物质的量之比，按投料比，初始总压为150kPa，则起始时，消耗的，所以甲烷的平衡转化率为=kPa。
23．(2022·河南省顶级名校高三考前押题信息卷)二甲醚(CH3OCH3)在制药、染料、农药工业中有许多独特的用途。相关合成反应的热化学方程式为：
①2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g) △H1=-122.9kJ·mol-1
②CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g ) △H2=+40.9kJ·mol-1
③2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) △H3
回答下列问题：
(1)△H3=____kJ·mol-1。
(2)一定条件下，将2molCO2和6molH2充入2L的恒容密闭容器中发生上述反应，平衡时测得CH3OCH3的物质的量为0.8mol、CO的物质的量为0.2mol，则此时的c(H2O)=____mol·L-1，反应②的平衡常数为____。
(3)将CO和H2以体积比1：2通入一绝热的恒容密闭容器中，发生反应③，反应过程中容器内压强(P)与时间(t)的变化如图甲所示，随着反应的进行，AB段压强增大的原因是____；BC段压强减小的原因是____。
(4)工业生产中常通过改变外界条件(如温度或压强)，来提高反应物的转化率或生成物的产率，从而提高工厂的效益。将CO2和H2以体积比为1：2的方式投料，发生上述反应。实验测得CO2的平衡转化率随温度和压强的变化关系如图乙所示，CH3OCH3的平衡产率随温度和压强的变化关系如图丙所示。
①图乙中温度为T0时，三条曲线几乎交于一点的原因是____。
②图丙中温度T1、T2、T3由小到大的顺序为____，结合图像分析可知，要提高CO2的平衡转化率和CH3OCH3的平衡产率，应提供的条件是____(从温度和压强的角度分析)。
【答案】(1)-204.7 (2) 1.3 2.6
(3) 反应放热，温度升高引起压强增大的程度大于气体分子减少引起压强减小的程度 随着反应的进行，气体分子减少引起压强减小的程度大于反应放热引起压强增大的程度
(4) 反应②为吸热反应，故温度升高时主要以反应②为主，该反应前后气体分子数相同，压强对CO2的平衡转化率没有影响 T1
可得到平衡时各物质用x、y、z来表示的物质的量：n(CH3OCH3)=x+z=0.8mol，n(CO)= y-2z =0.2mol，由y-2z=0.2mol，x+z=0.8mol，消去z得到2x+y=1.8mol，n(CO2)=2-2x-y =2-(2x+y)=0.2mol，n(H2O)= 3x+y+z=3x+3z+y-2z=3(x+z)+(y-2z)=0.8×3+0.2=2.6mol，n(H2)= 6-6x-y-4z=6-6x-3y+2y-4z=6-3(2x+y)+2(y-2z)=6-3×1.8+2×0.2=1.0mol，所以，c(H2O)=；反应②的平衡常数；(3)由(1)计算可知，反应③2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)为气体系数和减小的放热反应，随着反应的进行，气体物质的量会减少，体系压强会减小，另外，反应在绝热的恒容密闭容器中，随着反应进行，体系温度会升高，体系压强会变大，两个相反影响因素相互作用，体系压强变化取决于两者的相对大小，所以AB段压强增大的原因是反应放热，温度升高引起压强增大的程度大于气体分子减少引起压强减小的程度；BC段压强减小的原因是随着反应的进行，气体分子减少引起压强减小的程度大于反应放热引起压强增大的程度；(4)反应②为吸热反应，故温度升高时主要以反应②为主，该反应前后气体分子数相同，压强对CO2的平衡转化率没有影响，所以相交与一点；生成CH3OCH3的反应①和③都是放热反应，升高温度平衡逆向移动，CH3OCH3平衡产率降低，所以温度越高平衡产率越低。
24．(2022·山东省烟台市三模)含氮污染物的有效去除和资源的充分利用是重要研究课题，回答下列问题：
(1)利用工业尾气NO2与O3反应制备新型硝化剂N2O5，过程中涉及以下反应：
Ⅰ. 2O3(g)3O2 (g) ΔH1 平衡常数K1
Ⅱ. 4NO2 (g)+ O2(g)2N2O5(g) ΔH2 平衡常数K2
Ⅲ. 2NO2 (g)+ O3(g)N2O5(g)+ O2(g) ΔH3 平衡常数K3
平衡常数K与温度T的函数关系为，，，其中x、y、z为常数，则反应Ⅰ的活化能Ea(正)_______Ea(逆)(填“>”或“<”)，的数值范围是_______。
(2)NH3与O2作用分别生成N2、NO、N2O的反应均为放热反应。工业尾气中的NH3可通过催化氧化为N2除去。将一定比例的NH3、O2和N2的混合气体以一定流速通过装有催化剂的反应管，NH3的转化率、N2的选择在[]与温度的关系如图所示。
①其他条件不变，在范围内升高温度，出口处氮氧化物的量_______(填“增大”或“减小”)，NH3的平衡转化率_______(填“增大”或“减小”)。
②需研发_______(“高温”或“低温”)下N2的选择性高的催化剂，能更有效除去尾气中的NH3。
(3)在催化剂条件下发生反应：2NO (g)+ 2CO(g)N2 (g)+ CO2(g)可消除NO和CO对环境的污染。为探究温度对该反应的影响，实验初始时体系中气体分压且p(CO2)=2 p(N2)，测得反应体系中CO和N2的分压随时间变化情况如表所示。
时间/min
0
30
60
120
180
200℃
物质a的分压/kPa
4
8.8
13
20
20
物质b的分压/kPa
48
45.6
43.5
40
40
300℃
物质a的分压/ kPa
100
69.0
48
48
48
物质b的分压/ kPa
10
25.5
36
36
36
该反应的_______0(填“>”或“<”)，物质a为_______(填“CO”或“N2”)，200℃该反应的化学平衡常数Kp=_______(kPa)-1。
【答案】(1) < (2) 增大 减小 低温 (3) < CO 1.6
【解析】(1)反应I的平衡常数K1和T关系为lnK1=x+，随着T增大，K1减小，则反应I为放热反应，反应物的总能量高于生成物的总能量，则活化能Ea(正)＜Ea(负)；同理可知，反应II和反应III也是放热反应，则ΔH1＜0，ΔH2＜0，ΔH3＜0，由于反应I=2´反应II-反应II，所以ΔH1=2ΔH2-ΔH3＜0，则0＜＜2。(2)①其他条件不变，在175~300℃范围内升高温度，NH3的转化率升高，N2的选择性下降，则出口处氮氧化物的量增大；NH3与O2作用分别生成N2、NO、N2O的反应均为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，NH3的平衡转化率减小；②如图所示，低温下，N2的选择性较高，故研发低温下N2的选择性高的催化剂，能更有效除去尾气中的NH3。(3)同温同体积时，气体的压强与其物质的量成正比，200℃的温度下，120min时反应达到平衡，Δp(a)=16kPa，Δp(b)=8kPa，则===2，则物质a为CO，物质b为N2；200℃的温度下，p始(NO)=p始(CO)=4kPa，p始(N2)=48kPa，p始(CO2)=2 p始(N2)=96kPa，由于Δn(NO)=Δn(CO)=2Δn(N2)=Δn(CO2)，所以Δp(NO)=Δp(CO)=2Δp(N2)=Δp(CO2)，即p平(NO)=p平(CO)=20kPa，p平(N2)=40kPa，p平(CO2)=80kPa，Kp(200℃)===1.6，同理：300℃的温度下，p始(NO)=p始(CO)=100kPa，p始(N2)=10kPa，p始(CO2)=2 p始(N2)=20kPa，Δp(NO)=Δp(CO)=Δp(CO2)=52kPa，p平(NO)=p平(CO)=48kPa，p平(N2)=36kPa，p平(CO2)=72kPa，，Kp(300℃)==，Kp(300℃)＜Kp(200℃)，即温度升高，Kp减小，则该反应为放热反应，ΔH＜0。
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