第34讲 化学反应的方向、合成氨条件的选择 -备战2023年高考化学【一轮·夯实基础】复习精讲精练

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【复习目标】
1．了解反应的自发性和熵的定义及应用。
2．能利用化学平衡常数判断化学反应是否达到化学平衡状态以及平衡移动的方向。
3．了解化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。
【知识精讲】
考点一 化学反应方向的判断
1．自发反应
(1)含义：在一定条件下，不需要借助光、电等外力作用就能自发进行的反应称为自发反应。
(2)特点：
2．熵和熵变的含义
(1)熵的含义
熵是衡量一个体系混乱度的物理量。用符号eq \a\vs4\al(S)表示。
(2)影响熵大小的因素。
①相同条件下，物质不同熵不同。
②同一物质：S(g)>S(l)>S(s)。
(3)熵变的含义
①熵变是反应前后体系熵的变化，用ΔS表示。
②熵变＝生成物的总熵－反应物的总熵。
③化学反应的ΔS越大，越有利于反应自发进行。
3．化学反应方向的判断
(1)判据(ΔG＝ΔH－TΔS)

(2)一般规律
①ΔH<0，ΔS>0的反应任何温度下都能自发进行；
②ΔH>0，ΔS<0的反应任何温度下都不能自发进行；
③ΔH和ΔS的作用相反，且相差不大时，温度对反应的方向起决定性作用。
当ΔH<0，ΔS<0时，低温下反应能自发进行；
当ΔH>0，ΔS>0时，高温下反应能自发进行。
【例题1】实现“节能减排”和“低碳经济”的一项重要课题就是如何将CO2转化为可利用的资源。目前工业上有一种方法是用CO2来生产燃料甲醇。一定条件下发生反应：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)，如图表示该反应过程中能量(单位为kJ·ml－1)的变化：
下列关于该反应的说法中，正确的是( )
A．ΔH＞0，ΔS＞0 B．ΔH＞0，ΔS＜0
C．ΔH＜0，ΔS＜0 D．ΔH＜0，ΔS＞0
【答案】C
【解析】
根据反应过程中能量变化的情况可知反应物的总能量大于生成物的总能量，反应放热，ΔH＜0；该反应发生后气体的物质的量减小，ΔS＜0。
【例题2】下列反应不可能自发进行的是( )
A．2O3(g)===3O2(g) ΔH＜0
B．2CO(g)===2C(s)＋O2(g) ΔH＞0
C．N2(g)＋3H2(g)===2NH3(g) ΔH＜0
D．CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g) ΔH＞0
【答案】B
【解析】
ΔH＜0，ΔS＞0，可满足ΔH－TΔS＜0，反应能自发进行，故A不选；ΔH＞0，ΔS＜0，不能满足ΔG＝ΔH－TΔS<0，不能自发进行，故B选；ΔH＜0，ΔS＜0，温度较低时即可满足ΔH－TΔS＜0，能自发进行，故C不选；ΔH＞0，ΔS＞0，温度较高时即可满足ΔH－TΔS＜0，能自发进行，故D不选。
【例题3】已知：ΔG＝ΔH－TΔS，当ΔG<0，反应能自发进行，ΔG>0反应不能自发进行。下列说法中正确的是( )
A．非自发反应在任何条件下都不能发生
B．熵增加且放热的反应一定是自发反应
C．自发反应一定是熵增加的反应，非自发反应一定是熵减小或不变的反应
D．凡是放热反应都是能自发进行的反应，而吸热反应都是非自发进行的反应
【答案】B
【解析】
A．非自发反应在一定条件下也能发生，如碳酸钙的分解反应在常温下不能自发进行，在高温下就可以自发进行，故A错误；B.熵增加且放热的反应，ΔS>0、ΔH<0，则ΔG＝ΔH－TΔS<0，反应一定能自发进行，故B正确；C.反应能否自发进行，由熵变、焓变和反应温度共同决定，所以熵增加、熵减小或熵不变的反应都可能自发进行，故C错误；D.根据上述分析可知，反应能否自发进行，由熵变、焓变和反应温度共同决定，所以放热反应或吸热反应都可能自发进行，故D错误。
【例题4】CO2催化加氢制取甲醇的研究，对于环境、能源问题都具有重要的意义。反应如下：
反应ⅰ：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH1＝－58 kJ· ml－1
反应ⅱ：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH2＝＋42 kJ· ml－1
下列说法不正确的是( )
A．增大氢气浓度能提高二氧化碳的转化率
B．增大压强，有利于向生成甲醇的方向进行，反应ⅰ的平衡常数增大
C．升高温度，生成甲醇的速率加快，反应ⅱ的限度同时增加
D．选用理想的催化剂可以提高甲醇在最终产物中的比率
【答案】B
【解析】
A项， 增大氢气浓度，平衡正向移动，导致二氧化碳消耗增大，所以二氧化碳的转化率增大，正确；B项，增大压强，平衡向气体体积减小的方向移动，反应ⅰ的平衡正向移动，即向生成甲醇的方向移动，但是化学平衡常数只与温度有关，温度不变，化学平衡常数不变，错误；C项，升高温度，任何化学反应速率都增大，升高温度平衡向吸热方向移动，反应ⅱ的平衡正向移动，则反应ⅱ的反应限度增大，正确；D项，催化剂具有选择性、专一性和高效性，所以选用理想的催化剂可以提高甲醇在最终产物中的比率，正确。
考点二 工业合成氨
1．控制反应条件的目的
(1)促进有利的化学反应进行：通过控制反应条件，可以加快化学反应速率，提高反应物的转化率，从而促进有利的化学反应进行。
(2)抑制有害的化学反应进行：通过控制反应条件，也可以减缓化学反应速率，减少甚至消除有害物质的产生或抑制副反应的发生，从而抑制有害的化学反应继续进行。
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措施控制反应速率。
(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。
3．下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，其热化学方程式如下：
N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·ml－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10～30 MPa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。故一般采用的压强为10～30 MPa。
(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】使氨气变成液氨并及时分离，分离后的原料气循环使用。
(6)综合考虑——选择适宜的生产条件
a．温度：400～500 ℃
b．压强：10～30 MPa
c．投料比：eq \f(n（N2）,n（H2）)＝eq \f(1,2.8)
d．以铁触媒作催化剂
e．采用循环操作提高原料利用率
【例题5】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。
【例题6】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＞0
B．达平衡时，3v正(H2)＝v逆(CO2)
C．b点对应的平衡常数K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。
【例题7】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(298 K)＝－46.2 kJ·ml－1
在Fe催化剂作用下的反应历程如下(*表示吸附态)：
化学吸附：N2(g)→2N*；H2(g)2H*
表面反应：N*＋ H*NH*；NH*＋ H*NHeq \\al(*,2)；NHeq \\al(*,2)＋H*NHeq \\al(*,3)
脱附：NHeq \\al(*,3)NH3(g)
其中， N2的吸附分解反应活化能高、速率慢，决定了合成氨的整体反应速率。 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，用分压代替物质的浓度计算平衡常数为Kp，Kp＝________。
【答案】(1)AD (2)eq \f(4w2－w,3\r(3)p1－w2)
【解析】
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，
eq \f(1,2)N2(g) ＋ eq \f(3,2)H2(g)NH3(g)
起始/ml eq \f(1,2) eq \f(3,2)
转化/ml eq \f(w,2) eq \f(3,2)w w
平衡/ml eq \f(1,2)－eq \f(w,2) eq \f(3,2)－eq \f(3,2)w w
Kp＝＝eq \f(4w2－w,3\r(3)p1－w2)。
【真题演练】
1．（2022·湖北·高考真题）硫代碳酸钠能用于处理废水中的重金属离子，可通过如下反应制备：，下列说法正确的是（ ）
A．不能被氧化B．溶液显碱性
C．该制备反应是熵减过程D．的热稳定性比的高
【答案】B
【详解】
A．中硫元素为-2价，还原性比较强，能被氧化，故A错误；
B．类比溶液，O与S同主族，可知溶液显碱性，故B正确；
C．由反应方程式可知，固体与液体反应制备了硫化氢气体，故该制备反应是熵增过程，故C错误；
D．S的原子半径比O大，故C=S键长比C=O键长长，键能小，故的热稳定性比的低，故D错误；
故选B。
2．（2022·江苏·高考真题）用尿素水解生成的催化还原，是柴油机车辆尾气净化的主要方法。反应为，下列说法正确的是（ ）
A．上述反应
B．上述反应平衡常数
C．上述反应中消耗，转移电子的数目为
D．实际应用中，加入尿素的量越多，柴油机车辆排放的尾气对空气污染程度越小
【答案】B
【详解】
A．由方程式可知，该反应是一个气体分子数增大的反应，即熵增的反应，反应△S＞0，故A错误；
B．由方程式可知，反应平衡常数，故B正确；
C．由方程式可知，反应每消耗4ml氨气，反应转移12ml电子，则反应中消耗1ml氨气转移电子的数目为3ml×4××6.02×1023=3×6.02×1023，故C错误；
D．实际应用中，加入尿素的量越多，尿素水解生成的氨气过量，柴油机车辆排放的氨气对空气污染程度增大，故D错误；
故选B。
3．（2022·浙江·高考真题）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
【详解】
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。综上所述，D项符合题意。故选D。
4．（2021·江苏·高考真题）N2是合成氨工业的重要原料，NH3不仅可制造化肥，还能通过催化氧化生产HNO3；HNO3能溶解Cu、Ag等金属，也能与许多有机化合物发生反应；在高温或放电条件下，N2与O2反应生成NO，NO进一步氧化生成NO2。2NO(g)+O2(g)=2NO2(g) ΔH=-116.4kJ·ml-1。大气中过量的NOx和水体中过量的NH、NO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，也可将水体中的NO3-转化为N2。对于反应2NO(g)+O2(g)2NO2(g)，下列说法正确的是（ ）
A．该反应的ΔH<0，ΔS<0
B．反应的平衡常数可表示为K=
C．使用高效催化剂能降低反应的焓变
D．其他条件相同，增大，NO的转化率下降
【答案】A
【详解】
A．2NO(g)+O2(g)=2NO2(g) ΔH=-116.4kJ·ml-1，反应气体物质的量减少，ΔS<0，故A正确；
B．2NO(g)+O2(g)2NO2(g)反应的平衡常数可表示为K=，故B错误；
C．使用高效催化剂，反应的焓变不变，故C错误；
D．其他条件相同，增大，NO的转化率增大，故D错误；
选A。
5．（2021·浙江·高考真题）相同温度和压强下，关于物质熵的大小比较，合理的是（ ）
A．
B．
C．
D．
【答案】B
【详解】
A．和物质的量相同，且均为气态，含有的原子总数多，的摩尔质量大，所以熵值，A错误；
B．相同状态的相同物质，物质的量越大，熵值越大，所以熵值，B正确；
C．等量的同物质，熵值关系为：，所以熵值，C错误；
D．从金刚石和石墨的结构组成上来看，金刚石的微观结构更有序，熵值更低，所以熵值，D错误；
答案为：B。
6．（2020·江苏·高考真题）反应可用于纯硅的制备。下列有关该反应的说法正确的是（ ）
A．该反应、
B．该反应的平衡常数
C．高温下反应每生成1 ml Si需消耗
D．用E表示键能，该反应
【答案】B
【详解】
A．SiCl4、H2、HCl为气体，且反应前气体系数之和小于反应后气体系数之和，因此该反应为熵增，即△S>0，故A错误；
B．根据化学平衡常数的定义，该反应的平衡常数K=,故B正确；
C.题中说的是高温，不是标准状况下，因此不能直接用22.4L·ml－1计算，故C错误；
D．△H=反应物键能总和－生成物键能总和，即△H=4E(Si－Cl)＋2E(H－H)－4E(H－Cl) －2E(Si－Si)，故D错误；
答案为B。
7．（2022·湖南·高考真题）钛(Ti)及其合金是理想的高强度、低密度结构材料。以钛渣(主要成分为，含少量V、Si和Al的氧化物杂质)为原料，制备金属钛的工艺流程如下：
已知“降温收尘”后，粗中含有的几种物质的沸点：
回答下列问题：
(1)已知，的值只决定于反应体系的始态和终态，忽略、随温度的变化。若，则该反应可以自发进行。根据下图判断：时，下列反应不能自发进行的是____________。
A．
B．
C．
D．
(2)与C、，在的沸腾炉中充分反应后，混合气体中各组分的分压如下表：
①该温度下，与C、反应的总化学方程式为_________________；
②随着温度升高，尾气中的含量升高，原因是_________________。
(3)“除钒”过程中的化学方程式为___________________________；“除硅、铝”过程中，分离中含、杂质的方法是_________________。
(4)“除钒”和“除硅、铝”的顺序________(填“能”或“不能”)交换，理由是_______。
(5)下列金属冶炼方法与本工艺流程中加入冶炼的方法相似的是_______。
A．高炉炼铁B．电解熔融氯化钠制钠
C．铝热反应制锰D．氧化汞分解制汞
【答案】
(1)C
(2)5TiO2+6C+10Cl25TiCl4+2CO+4CO2 随着温度升高，CO2与C发生反应
(3)3VOCl3+Al=3VOCl2+AlCl3 蒸馏
(4)不能 若先“除硅、铝”再“除钒”，“除钒”时需要加入Al，又引入Al杂质；
(5)AC
【分析】
钛渣中加入C、Cl2进行沸腾氯化，转化为相应的氯化物，降温收尘后得到粗TiCl4，加入单质Al除钒，再除硅、铝得到纯TiCl4，加入Mg还原得到Ti。
(1)记①，②，③，④；
A．由图可知，600℃时的，反应自发进行，故A不符合题意；
B．由图可知，600℃时的，反应自发进行，故B不符合题意；
C．由图可知，600℃时的，反应不能自发进行，故C符合题意；
D．根据盖斯定律，可由①+③得到，则600℃时其，反应自发进行，故D不符合题意；
故选C；
(2)①根据表中数据可知，该温度下C主要生成CO和CO2，根据相同条件下气体的压强之比是物质的量之比可知TiCl4、CO和CO2的物质的量之比约是5：2：4，所以TiO2与C、Cl2反应的总化学方程式为5TiO2+6C+10Cl25TiCl4+2CO+4CO2，故答案为：5TiO2+6C+10Cl25TiCl4+2CO+4CO2；
②随着温度升高，CO2与C发生反应，导致CO含量升高，故答案为：随着温度升高，CO2与C发生反应；
(3)“降温收尘”后钒元素主要以VOCl3形式存在，加入Al得到VOCl2渣，根据得失电子守恒和元素守恒配平方程式为3VOCl3+Al=3VOCl2+AlCl3；AlCl3、SiCl4与TiCl4沸点差异较大，“除硅、铝"过程中可采用蒸馏的方法分离AlCl3、SiCl4，故答案为：3VOCl3+Al=3VOCl2+AlCl3；蒸馏；
(4)若先“除硅、铝”再“除钒”，“除钒”时需要加入Al，又引入Al杂质，因此“除钒”和“除硅、铝”的顺序不能交换，故答案为：不能；若先“除硅、铝”再“除钒”，“除钒”时需要加入Al，又引入Al杂质；
(5)本工艺中加入Mg冶炼Ti的方法为热还原法；
A．高炉炼铁的原理是用还原剂将铁矿石中铁的氧化物还原成金属铁，属于热还原法，故A符合题意；
B．电解熔融氯化钠制取金属钠的原理是电解法，故B不符合题意；
C．铝热反应制锰是利用Al作还原剂，将锰从其化合物中还原出来，为热还原法，故C符合题意；
D．Hg为不活泼金属，可以直接用加热分解氧化汞的方法制备汞，故D不符合题意；
故答案选AC，故答案为：AC。
8．（2021·浙江·高考真题）含硫化合物是实验室和工业上的常用化学品。请回答：
(1)实验室可用铜与浓硫酸反应制备少量：。判断该反应的自发性并说明理由_________________。
(2)已知。时，在一恒容密闭反应器中充入一定量的和，当反应达到平衡后测得、和的浓度分别为、和。
①该温度下反应的平衡常数为_______。
②平衡时的转化率为_______。
(3)工业上主要采用接触法由含硫矿石制备硫酸。
①下列说法正确的是_______。
A．须采用高温高压的反应条件使氧化为
B．进入接触室之前的气流无需净化处理
C．通入过量的空气可以提高含硫矿石和的转化率
D．在吸收塔中宜采用水或稀硫酸吸收以提高吸收速率
②接触室结构如图1所示，其中1~4表示催化剂层。图2所示进程中表示热交换过程的是_______。
A． B． C．
D． E. F. G.
③对于放热的可逆反应，某一给定转化率下，最大反应速率对应的温度称为最适宜温度。在图3中画出反应的转化率与最适宜温度(曲线Ⅰ)、平衡转化率与温度(曲线Ⅱ)的关系曲线示意图(标明曲线Ⅰ、Ⅱ)_______。
(4)一定条件下，在溶液体系中，检测得到pH-时间振荡曲线如图4，同时观察到体系由澄清→浑浊→澄清的周期性变化。可用一组离子方程式表示每一个周期内的反应进程，请补充其中的2个离子方程式。
Ⅰ.
Ⅱ.①_________________；
Ⅲ.；
Ⅳ.②_________________。
【答案】
不同温度下都能自发，是因为 C BDF


【详解】
(1)实验室可用铜与浓硫酸反应制备少量的反应为，由于该反应，因此该反应在任何温度下都能自发进行。
(2)①根据题中所给的数据可以求出该温度下的平衡常数为 .
②平衡时的转化率为；
(3)①A．在常压下催化氧化为的反应中，的转化率已经很高，工业上有采用高压的反应条件，A说法不正确；
B．进入接触室之前的气流中含有会使催化剂中毒的物质，需经净化处理以防止催化剂中毒，B说法不正确；
C．通入过量的空气可以增大氧气的浓度，可以使含硫矿石充分反应，并使化学平衡向正反应方向移动，因此可以提高含硫矿石和的转化率；
D．与水反应放出大量的热，在吸收塔中若采用水或稀硫酸吸收，反应放出的热量会使硫酸形成酸雾从而影响被水吸收导致的吸收速率减小，因此，在吸收塔中不宜采用水或稀硫酸吸收，D说法不正确。
综上所述，相关说法正确的是C；
②反应混合物在热交换气中与原料气进行热交换，在热交换过程中，反应混合物不与催化剂接触，化学反应速率大幅度减小，故虽然反应混合物的温度降低，的转化率基本不变，因此，图2所示进程中表示热交换过程的是、、，因此选BDF；
③对于放热的可逆反应，该反应的最适宜温度为催化剂的催化活性最好时所对应的温度，在该温度下化学反应速率最大，的转化率也最大；当温度高于最适宜温度后，催化剂的催化活性逐渐减小，催化剂对化学反应速率的影响超过了温度升高对化学反应速率的影响，因此化学反应速率逐渐减小，的转化率也逐渐减小；由于该反应为放热反应，随着温度的升高，的平衡转化率减小；由于反应混合物与催化剂层的接触时间较少，在实际的反应时间内反应还没有达到化学平衡状态，故在相应温度下的转化率低于其平衡转化率。因此，反应的转化率与最适宜温度（曲线Ⅰ）、平衡转化率与温度（曲线Ⅱ）的关系曲线示意图可表示如下：
.
(4)由时间振荡曲线可知，在溶液体系中，溶液的呈先增大后减小的周期性变化，同时观察到体系由澄清→浑浊→澄清的周期性变化，硫化钠与硫酸反应生成，，然后发生，该过程溶液的基本不变，溶液保持澄清；溶液变浑浊时被氧化为，即发生，该过程溶液的增大；溶液又变澄清时又被氧化为，发生，该过程溶液的在减小。因此可以推测该过程中每一个周期内的反应进程中依次发生了如下离子反应：、、、。
【课后精练】
第I卷（选择题）
1．（2022·浙江绍兴期末）固体溶于水可表示为，其焓变和熵变分别为和，已知：
；
；
且(反应后)(反应前)下列说法正确的是（ ）
A．和均大于零
B．和均小于零
C．小于零，大于零
D．大于零，小于零
【答案】C
【详解】
碳酸钠固体溶于水发生两个过程，首先电离过程吸收热量，形成水合离子的过程放出热量，由于后者放出的热量更多，焓变小于零；根据已知已知：；；；且(反应后)(反应前)可得，，大于零。
故答案选：C。
2．（2022·上海市张堰中学期末）在硫酸工业生产中，为了有利于SO2的转化，且能充分利用热能，采用了中间有热交换器的接触室(见图)。下列说法错误的是（ ）
A．a、b两处的混合气体成分含量相同，温度不同
B．c、d两处的混合气体成分含量不同，温度相同
C．热交换器的作用是预热待反应的气体，冷却反应后的气体
D．c处气体经热交换后再次催化氧化的目的是提高SO2的转化率
【答案】B
【分析】该装置中发生SO2在加热、催化剂的条件下和O2反应转化为SO3的反应，反应放热，热交换器的作用是预热待反应的气体；a处通入的是反应气体，即SO2、空气，在热交换器中进行加热，没有催化剂，没有发生反应，b处气体是SO2、空气，再进入装置中，发生反应到达c处，c处是SO3，没有反应完全的SO2、O2、N2等，SO2、O2在催化剂的作用下再一次发生反应，提高SO2的转化率，d处主要为SO3，N2等，由此分析。
【详解】
A．根据装置图可知，从a进入的气体是含有SO2、O2、N2等的冷气，经过热交换器后从b处出来的是热的气体，成分与a处相同，A项正确；
B．在c处出来的气体SO2、O2在催化剂表面发生反应产生的含有SO3及未反应的SO2、O2等气体，该反应是放热反应，当经过热交换器后被冷的气体降温，SO3被部分分离出来，而且混合气体再次被催化氧化，d处主要为SO3，N2等，故二者含有的气体的成分含量不相同，B项错误；
C．根据分析，该反应放热，热交换器的作用是预热待反应的冷的气体，经热交换器出来的SO3被吸收，同时冷却反应产生的气体，为SO3的吸收创造条件，C项正确；
D．c处气体经过热交换器后再次被催化氧化，目的就是使未反应的SO2进一步反应产生SO3，从而可以提高SO2的转化率，D项正确；
答案选B。
3．（2022·江苏南京·高三阶段练习）随着人们环保意识的增强，燃油汽车都已经装上了尾气处理装置。汽车尾气在催化剂作用下可发生如下反应：
2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g)，
下列说法不正确的是（ ）
A．该反应能自发进行，△H﹤0
B．反应的平衡常数表达式为
C．反应中每消耗1mlNO转移电子的数目约等于
D．实际应用中，加入高效催化剂的量越多，燃油汽车排放的尾气对空气污染程度越小
【答案】C
【详解】
A．该反应为反应前后气体分子数减小的反应，则熵变△S<0，又该反应能自发进行，即△H-T△S<0，则△H﹤T△S<0，A正确；
B．可逆化学反应达到平衡状态时生成物与反应物的浓度(方程式系数幂次方)乘积比或反应产物与反应物的浓度(方程式系数幂次方)乘积比为化学平衡常数，则该反应的平衡常数表达式为，B正确；
C．氮元素化合价由+2价降低到了0价，因此每消耗1mlNO转移2ml电子，转移电子的数目约等于，C错误；
D．催化剂具有选择性，实际应用中，加入高效催化剂的量越多，反应速率越快，单位时间内NO、CO的转化量越大，燃油汽车排放的尾气对空气污染程度越小，D正确；
答案选C。
4．（2022·广西·北海市教育教学研究室）
合成氨反应为 。下列有关该反应的说法正确的是（ ）
A．催化剂增大了正、逆反应的活化能
B．升高温度，该反应的平衡常数增大
C．正反应的活化能小于逆反应的活化能
D．反应在高温、高压和催化剂条件下进行可提高的平衡转化率
【答案】C
【详解】
A．催化剂降低反应的活化能，增大反应速率，A错误；
B．该反应为放热反应，升温平衡逆向移动，平衡常数减小，B错误；
C．该反应为放热反应，反应物的总能量大于生成物的总能量，故正反应的活化能小于逆反应的活化能，C正确；
D．合成氨反应为放热反应，在高温下，反应会逆向移动，H2的平衡转化率会减小；工业上采用高温的原因是加快生成NH3的速率，同时考虑催化剂的活性在较高温度下较好，另外催化剂不会影响平衡转化率，D错误；
故选C。
5．（2022·专题练习）下列说法不正确的是（ ）
A．反应4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g) =4Fe(OH)3(s)常温下能自发进行，该反应的ΔH<0
B．反应H2S(g)+ZnO(s) =H2O(g)+ZnS(s)在一定条件下可自发进行，且ΔS<0，则ΔH>0
C．反应3C(s)+CaO(s) =CaC2(s)+CO(g)在常温下不能自发进行，说明该反应的ΔH>0
D．SiO2(s)+2C(s) =Si(s)+2CO(g)必须在高温下反应才能发生，则ΔH>0
【答案】B
【详解】
A．反应4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)=4Fe(OH)3(s)，ΔS<0，常温下能自发进行，说明ΔH-TΔS<0，因此可知ΔH<0，A正确；
B．反应H2S(g)+ZnO(s) =H2O(g)+ZnS(s)在一定条件下可自发进行，则ΔH-TΔS<0，且ΔS<0，则ΔH<0，B错误；
C．反应3C(s)+CaO(s) =CaC2(s)+CO(g)中ΔS>0，因在常温下不能自发进行，则ΔG=ΔH-TΔS>0，那么ΔH必大于0，C正确；
D．该反应熵增加(ΔS>0)，因高温下才能发生反应，所以ΔH>0，D正确；
故选B。
6．（2022·广西玉林期中）下列说法正确的是（ ）
A．常温下，加水稀释0. 1 ml· L1醋酸溶液，溶液中所有离子浓度均减少。
B．升高温度和增大浓度都可以提高反应体系内活化分子百分数
C．常温下，反应C(s)+CO2(g)=2CO(g)不能自发进行，则该反应的 ΔH>0
D．在稀溶液中： H+ (aq)+OH- (aq)=H2O(1) ΔH=-57.3kJ· ml-1，若将含1ml CH3COOH与含1ml NaOH的溶液混合，放出的热量等于57.3kJ
【答案】C
【详解】
A．加水稀释，氢离子浓度下降，根据水的离子积Kw=，K不变，则氢氧根离子浓度增大，A错误；
B．增大浓度只能增加活化分子数，但是不能增大活化分子百分数，B错误；
C．该反应ΔH>0且ΔS>0，若该反应不能自发进行，根据ΔG=ΔH-TΔS>0，ΔH>0，C正确；
D．醋酸是弱酸，电离过程会不断吸热，所以1ml CH3COOH与含1ml NaOH的溶液混合，放出的热量小于57.3kJ
故选C。
7．（2022·江苏南通·模拟预测）研究氮氧化物的形成、利用、转化与消除有着重要意义。下列说法正确的是（ ）
A．放电时能发生反应：N2(g)＋O2(g)=2NO(g) ΔH>0，说明该反应 ΔS<0
B．用 NaOH 溶液吸收 NO 和 NO2制备 NaNO2，增加气体流速能提高氮氧化物利用率
C．NO2 与 N2O4 平衡体系中存在 2NO2(g)N2O4(g)，压缩体积至新平衡(保持温度不变)，混合气体颜色变深
D．汽车环保尿素[CO(NH2)2]用于消除 NO2 污染生成 CO2、N2和 H2O，生成 1mlN2 转 移 8mle-
【答案】C
【详解】
A．放电时能发生反应，则ΔH-TΔS＜0，由于ΔH＞0，故ΔS＞0，A错误；
B．用 NaOH 溶液吸收 NO 和 NO2制备 NaNO2，增加气体流速不利于NaOH溶液充分吸收气体，会降低氮氧化物利用率，B错误；
C．NO2 与 N2O4 平衡体系中存在 2NO2(g)N2O4(g)，压缩体积至新平衡(保持温度不变)，NO2浓度增大，混合气体颜色变深，C正确；
D．CO(NH2)2和NO2反应的化学方程式为4CO(NH2)2+6NO2=4CO2+7N2+8H2O，生成1ml N2，消耗ml NO2，转移ml e-，D错误；
故选C。
8．（2022·江苏·淮海中学）
对于反应 ，下列说法正确的是（ ）
A．该反应的，
B．反应平衡常数可表示为
C．使用高效催化剂能降低反应的活化能和焓变
D．将部分分离出来，转化率和均增大
【答案】A
【详解】
A．反应，正反应气体物质的量减少，该反应的，，故A正确 ；
B．反应平衡常数可表示为，故B错误；
C．使用高效催化剂能降低反应的活化能，提高反应速率，催化剂不能使平衡移动，焓变不变，故C错误；
D．将部分分离出来，平衡正向移动，转化率增大，由于浓度降低、均减小，故D错误；
选A。
9．（2022·全国·高三专题练习）对于化学反应方向的确定，下列说法不正确的是（ ）
A．在温度、压强一定的条件下，焓因素和熵因素共同决定一个化学反应的方向
B．温度、压强一定时，放热的熵增加反应一定能自发进行
C．反应焓变是决定反应能否自发进行的唯一因素
D．固体的溶解过程与熵变有关
【答案】C
【详解】
A．ΔH-TΔS是一定条件下化学反应能否自发进行的复合判据，即在温度、压强一定的条件下，焓因素和熵因素共同决定一个化学反应的方向，A项正确；
B．放热反应的焓变小于零，熵增加反应的熵变大于零，则根据ΔH-TΔS＜0反应自发进行可判断放热的熵增加反应一定能自发进行，B项正确；
C．根据选项A的分析可知C项错误；
D．固体的溶解过程中，体系的混乱度增大，与熵变有关，D项正确。
答案选C。
10．（2022·福建·莆田华侨中学）已知某反应的ΔH ＜0、ΔS＞0，对此反应叙述正确的是（ ）
A．该反应在任何情况下均能自发进行
B．该反应在任何情况下均不能自发进行
C．该反应在一定条件下能自发进行
D．条件不足，无法判断
【答案】A
【详解】根据ΔG＝ΔH−TΔS，某反应的ΔH＜0、ΔS＞0，则反应在任何情况下均能自发进行，故A正确。
综上所述，答案为A。
11．（2022·河南郑州）近年来，科学家发现彗星上存在氨，或许可以揭示彗星与地球生命起源的关系。下列有关氨的说法正确的是（ ）
A．NH3属于弱电解质
B．液氨汽化时，放出热量
C．N2(g)+3H2(g)2NH3(g)在高温下可自发进行，则该反应的△H>0
D．氨水显碱性，是由于发生：NH3+H2ONH3•H2O+OH-
【答案】D
【详解】
A．NH3属于非电解质，选项A错误；
B．液氨汽化是由液体吸收热量转化为气体，是吸热过程，选项B错误；
C．该反应气体体积减小，△S<0，能够自发进行说明△H-T△S<0，故△H<0,选项C错误；
D．由于发生：NH3+H2ONH3•H2O+OH-，电离使水溶液中氢氧根离子浓度大于氢离子浓度，氨水显碱性，选项D正确；
答案选D。
12．（2022·河南南阳期末）下列有关化学反应方向及判据的说法中不正确的是（ ）
A．ΔH<0、ΔS>0的反应在任何温度下都能自发进行
B．NH4HCO3(s) =NH3(g)+H2O(g)+CO2(g) ΔH =+185.57kJ·ml-1能自发进行，原因是体系有自发地向混乱度增加的方向转变的倾向
C．焓变和熵变都与反应的自发性有关，但焓变或熵变不可以单独作为反应自发性的判据
D．自发反应就是能较快进行的反应，非自发反应就是无法进行的反应
【答案】D
【详解】
A．ΔH＜0、ΔS>0，则ΔH-TΔS＜0，在任何温度下反应都能自发进行，故A正确；
B．该反应的ΔH>0，ΔS>0才可能自发进行，因此NH4HCO3(s) =NH3(g)+H2O(g)+CO2(g) ΔH =+185.57kJ·ml-1能自发进行，原因是体系有自发地向混乱度增加的方向转变的倾向，故B正确；
C．焓变和熵变都与反应的自发性有关，但焓变或熵变不可以单独作为反应自发性的判据，应综合焓变和熵变判断反应的自发性，故C正确；
D．反应能否自发进行与反应的速率大小无关，有些反应能自发进行，但反应速率很小，如金属的腐蚀，非自发反应在一定条件下可进行，故D错误；
故答案选D。
13．（2022·重庆巴蜀中学）通过以下两步反应可实现分解产物的分离。
下列说法正确的是（ ）
A．氨气分子的电子式为
B．反应的
C．上述两步反应的均大于0，任何温度下均能自发进行
D．上述两个反应涉及的物质中，共有三种物质含有极性共价键
【答案】B
【详解】
A．氨气属于共价化合物，其分子的电子式为，故A错误；
B．已知：①
②
根据盖斯定律①+②得NH4Cl（s）=NH3（g）+HCl（g） ΔH=+61.34kJ⋅ml-1+97.50kJ⋅ml-1=+158.84kJ⋅ml-1，故B正确；
C．两步反应都是气体体积增大的反应，则两步反应的ΔS均大于0，当ΔG=ΔH-TΔS＜0，反应能自发进行，两步反应的ΔH均大于0，温度较高时，ΔG可能小于0，当温度低时，ΔG可能大于0，故C错误；
D．NH4Cl、NH3、Mg（OH）Cl、HCl均含有极性共价键，共有四种物质，故D错误；
故选B。
14．（2022·全国·高三专题练习）下列有关合成氨工业的说法中正确的是（ ）
A．铁触媒作催化剂可加快反应速率，且有利于化学平衡向合成氨的方向移动
B．升高温度可以加快反应速率，且有利于化学平衡向合成氨的方向移动
C．增大压强能缩短达到平衡状态所用的时间
D．合成氨采用的压强是10~30MPa，因为该压强下铁触媒的活性最高
【答案】C
【详解】
A．催化剂可以改变反应速率，但不能使平衡移动，A错误；
B．升高温度可以加快反应速率，但合成氨反应是放热反应，因此升高温度不利于化学平衡向合成氨的方向移动，B错误；
C．增大压强可以加快反应速率，缩短达到平衡所用的时间，C正确；
D．催化剂的活性主要取决于温度的高低，而非压强的大小，D错误；
综上，本题选C。
15．（2022·江苏·高三专题练习）750℃时，和发生的两个反应的方程式分别如下：
①；
②；
下列说法正确的是（ ）
A．反应①的平衡常数可表示为
B．反应②的
C．如希望尽可能转化为NO，可利用催化剂的选择性
D．反应②的
【答案】C
【详解】
A．750℃时，H2O为气态，则反应①的平衡常数可表示为，A错误；
B．750℃时，H2O为气态，反应②的正反应是一个气体体积增大的方向，则其正反应的，B错误；
C．如希望尽可能转化为NO，可利用催化剂的选择性让反应①尽可能发生，而减少反应②的发生甚至阻止其发生，C正确；
D．反应②的，D错误；
故答案为：C。
16．（2022·浙江期中）已知放热反应，若起始时按和物质的量比2：1投料，反应达到平衡时的转化率(%)随温度和压强变化如下表：
下列说法不正确的是（ ）
A．反应过程中，和的转化率始终相等
B．降低温度或增大压强，可使的转化率达到100%
C．其他条件不变，升高温度，正反应速率和逆反应速率均增大
D．实际生产中，该反应常采用400~500℃、常压并使用催化剂
【答案】B
【详解】A．和物质的量比2：1投料，投料比等于系数比，所以反应过程中，和的转化率始终相等，故A正确；
B．反应可逆，不可能使的转化率达到100%，故B错误；
C．其他条件不变，升高温度，正反应速率和逆反应速率均增大，故C正确；
D．400~500℃、常压，的转化率就很高，所以实际生产中，该反应常采用400~500℃、常压并使用催化剂，故D正确；
选B。
第II卷（非选择题）
17．（2022·陕西西安·高三开学考试）氮及其化合物与人类生产生活息息相关。
(1)氮气在雷电的作用下，生成氮的氧化物，再经复杂变化形成能供给植物营养的硝酸盐。涉及的部分反应：
I．2NO2(g)+H2O(l)=HNO3(aq)+HNO2(aq) △H1=-116.1 kJ·ml-1；
II．HNO3(aq)+2NO(g)+H2O(l)=3HNO2(aq) △H2=-75.9 kJ·ml-1；
III．3NO2(g)+H2O(l)=2HNO3(aq)+NO(g) △H3；
①△H3=__________kJ·ml-1。
②将两个充有等量NO2的A、B烧瓶，分别放入两个盛有等量的水的烧杯中，待气体颜色稳定后，若向右边的烧杯中加入5.0 g硝酸铵晶体，实验装置如图所示(略去铁架台等)，则观察到B烧瓶中气体颜色_______(填“变深”、“不变”或“变浅”)，其原因是______________________。
(2)氮气是生产氮肥的主要原料。
①实验室可用氯化铵与消石灰反应制备少量NH3。
2NH4Cl(s)+Ca(OH)2(s)=CaCl2(s)+2NH3(g)+2H2O(g) △H＞0，该反应在_______(填“高温”、“低温”或“任何温度”)下能自发进行，说明理由：________________。
②已知N2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H=-92.4 kJ·ml-1，工业合成氨通常选择30MPa左右，700K左右，以铁触媒为催化剂，分析工业合成氨时不选用更高的压强或更高的温度的可能原因：____________________。
(3)CO和NO是汽车尾气中的主要污染物，将它们转化为无害物质是重要的研究课题。
已知：在25℃时，
IV．2NO(g)N2(g)+O2(g) △H4=-180.5 kJ·ml-1 K4
V．CO(g)+O2(g)CO2(g) △H5=-283.0 kJ·ml-1K5
①25℃时，反应2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)的平衡常数K6=____________(填含K4、K5的代数式)。
②在某恒温恒压的条件下，向密闭容器中充入2 ml NO和2 ml CO，仅发生反应2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)，此时混合气体的总体积为1 L，在t1时刻达到平衡状态，此时NO的转化率为40%，则该条件下的平衡常数K′6=____________(保留两位有效数字)。
【答案】
(1)-136.2 变浅 反应2NO2(g)N2O4(g) △H＜0，右边烧杯中加入硝酸铵，硝酸铵溶于水是一个吸热过程，降低温度化学平衡向放热方向移动，即向正反应方向移动，故气体颜色变浅
(2)高温 该反应的△H、△S均大于零，根据△G=△H-T△S＜0，反应才能自发进行，推出该反应在高温下自发进行 压强越大，对设备的要求越高；合成氨为放热反应，升高温度，反应物的转化率降低，且温度过高催化剂的活性减弱
(3)K4•K52 0.12
【解析】
（1）①已知：I．2NO2(g)+H2O(l)=HNO3(aq)+HNO2(aq) △H1=-116.1 kJ·ml-1；
II．HNO3(aq)+2NO(g)+H2O(l)=3HNO2(aq) △H2=-75.9 kJ·ml-1；
根据盖斯定律，将I×- II×，整理可得III．3NO2(g)+H2O(l)=2HNO3(aq)+NO(g) △H3=-136.2 kJ/ml；
①NO2在密闭容器中存在可逆反应：2NO2(g)N2O4(g) △H＜0，该反应的正反应是气体体积减小的放热反应。待气体颜色稳定后，若向右边的烧杯中加入5.0 g硝酸铵晶体，硝酸铵晶体溶于水会吸收热量，使水温度降低，从而使平衡混合气体温度降低，化学平衡向放热的正反应方向移动，导致混合气体中c(NO2)减小，c(N2O4)中的，因此混合颜色变浅；
（2）①反应2NH4Cl(s)+Ca(OH)2(s)=CaCl2(s)+2NH3(g)+2H2O(g) △H＞0是气体混乱程度增大的吸热反应，该反应的△H、△S均大于零，根据△G=△H-T△S＜0，反应才能自发进行，推出该反应在高温下可自发进行；
②已知N2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H=-92.4 kJ·ml-1，该反应的正反应是气体混乱程度减小的放热反应，工业合成氨通常选择30 MPa左右，700 K左右，以铁触媒为催化剂，在工业上合成氨时不选用更高的压强或更高的温度，可能原因是压强越大，对设备的要求越高，需要的动力也增大；合成氨为放热反应，升高温度，会使化学平衡逆向移动，导致反应物的转化率降低，且温度过高催化剂的活性减弱，因此反应温度选择在700 K左右时催化剂的活性最佳；
（3）IV．2NO(g)N2(g)+O2(g) △H4=-180.5 kJ·ml-1 K4= ；V．CO(g)+O2(g)CO2(g) △H5=-283.0 kJ·ml-1 K5=；根据盖斯定律，将IV+2×V，整理可得2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)，其化学平衡常数K6== K4•K52；
②在某恒温恒压的条件下，向密闭容器中充入2 ml NO和2 ml CO，仅发生反应2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)，此时混合气体的总体积为1 L，开始时c(NO)=c(CO)=2 ml/L，c(N2)=c(CO2)=0，在t1时刻达到平衡状态，此时NO的转化率为40%，此时c(NO)=c(CO)=2×(1-40%) ml/L=1.2 ml/L，c(N2)=0.4 ml/L，c(CO2)=0.8 ml/L，则该条件下的平衡常数K′6=0.12。
18．（2022·辽宁·铁岭市清河高级中学）
Ⅰ．恒温下，在容积为2L的恒容密闭容器A中通入1ml与1ml的混合气体，发生如下反应： ，5min时，达到平衡，若平衡时氢气的物质的量为0.4ml
(1)平衡时的速率为_______。
(2)此温度时该反应的平衡常数为_______。
(3)平衡时与起始时压强之比_______。
(4)该反应在什么温度下_______(填“高温”“低温”“任何温度”)自发进行。
Ⅱ．在一定容积的密闭容器中，进行如下化学反应，其化学平衡常数K和温度T的关系如表：
(5)800℃在恒容密闭容器中放入混合物，各物质的浓度为，，，，此时_______(填“=”“＞”“＜”或“不能确定”)，该反应正反应为_______热。
【答案】
(1)
(2)
(3)5:4
(4)低温
(5) ＞ 吸
【解析】
（1）平衡时的速率为；
（2）
由三段式可知，此温度时该反应的平衡常数为；
（3）反应后总的物质的量为0.8ml+0.4ml+0.4ml=1.6ml，根据阿伏伽德罗定律可知，平衡时与起始时压强之比为2:1.6=5:4；
（4）该反应为气体分子数减小的反应为熵减反应，且，当反应自发进行，故该反应在低温可自发进行；
（5）800℃K=0.9，而此时，故反应正向进行，＞；由图表可知，温度升高，K值变大，平衡正向移动，故该反应正反应为吸热。
19．（2022·天津一中期末）
(一)高效利用能源并且减少的排放，对完成“碳中和”的目标有重要意义。
Ⅰ.可用下列方法把转化成甲醇燃料
(1)①
②
反应①在_______(选填“高温”、“低温”或“任意温度”)下，易自发进行。
Ⅱ.利用与合成甲醇涉及的主要反应如下：
a.
b.
试回答下列问题：
(2)已知 ，则_______
(3)向刚性容器中充入一定量的和，在不同催化剂(Cat.1，Cat.2)下经相同反应时间，的转化率和甲醇的选择性[甲醇的选择性]随温度的变化如图所示：
①由图可知，催化效果Cat.1_______Cat.2(填“>”“<”或“=”)。
②在210~270℃间，的选择性随温度的升高而下降，请写出一条可能原因_______。
(4)一定条件下，向刚性容器中充入物质的量之比为1∶3的和发生上述反应。有利于提高甲醇平衡产率的条件是_______(填标号)。
A．高温高压B．低温高压C．高温低压D．低温低压
(二)2021年我国制氢量位居世界第一，煤的气化是一种重要的制氢途径。回答下列问题：
在一定温度下，向体积固定的密闭容器中加入足量的和1 ml，起始压强为0.2MPa时，发生下列反应生成水煤气：
Ⅰ.
Ⅱ.
(5)下列说法正确的是________
A．平衡时向容器中充入惰性气体，反应Ⅰ的平衡逆向移动
B．混合气体的密度保持不变时，说明反应体系已达到平衡
C．将炭块粉碎，可加快反应速率
D．平衡时的体积分数可能大于
(6)反应平衡时，的转化率为50%，CO的物质的量为0.1 ml。此时反应Ⅰ的平衡常数Kp=_______MPa(以分压表示，分压=总压×物质的量分数)。
【答案】
(1)低温
(2)-58
(3)> 正反应放热，升高温度平衡逆向移动
(4)B
(5)BC
(6)0.02
【解析】
（1）反应气体物质的量减少，△S<0、△H<0，所以反应①在低温下易自发进行。
（2）a.
b.
根据盖斯定律a-b得 ，则-58
（3）①根据图示，其它条件相同，Cat.1作催化剂时的转化率和甲醇的选择性高，所以催化效果Cat.1>Cat.2。
②正反应放热，升高温度平衡逆向移动，所以在210~270℃间，的选择性随温度的升高而下降。
（4）正反应放热，降低温度，平衡正向移动；正反应气体物质的量减少，增大压强，平衡正向移动，所以有利于提高甲醇平衡产率的条件是低温高压，选B；
（5）A．容器体积不变，充入惰性气体，体系中各物质浓度不变，反应Ⅰ的平衡不移动，故A错误；
B．有固体C参与反应，气体总质量是变量、容器体积不变，密度是变量，混合气体的密度保持不变时，说明反应体系已达到平衡，故B正确；
C．将炭块粉碎，接触面积增大，可加快反应速率，故C正确；
D．Ⅰ、Ⅱ的总反应为，所以平衡时的体积分数不可能大于，故D错误；
选BC。
（6）反应平衡时，的转化率为50%，根据氢元素守恒，H2的物质的量为0.5ml、CO的物质的量为0.1 ml、H2O的物质的量为0.5ml。根据氧元素守恒，CO2的物质的量为0.2ml；1ml气体的压强为0.2MPa，则平衡时H2O的压强为0.1MPa、CO的压强为0.02MPa、H2的压强为0.1MPa，反应Ⅰ的平衡常数Kp=MPa。
20．（2022·山东德州阶段练习）某市对大气进行监测，发现该市首要污染物为可吸入颗粒物PM2.5(直径小于等于2.5 um的悬浮颗粒物)其主要来源为燃煤、机动车尾气等。因此，对PM2.5、SO2、CO、NOx等进行研究具有重要意义。请回答下列问题：
(1)关于PM2.5的研究：
常温下用蒸馏水处理PM2.5样本制成待测试样。若测得该试样所含水溶性无机离子的化学组分及其平均浓度如下表：
根据表中数据判断PM2.5试样显___________(填“酸性”、“碱性”或“中性”)，其pH=___________。
(2)关于SO2的研究：
①为减少SO2的排放，常采取的措施之一是将煤转化为清洁气体燃料。已知：
H2(g)+ O2(g)=H2O(g) △H=—241.8kJ/ml
C(s)+ O2(g)=CO(g) △H=—110.5kJ/ml
写出焦炭与水蒸气反应的热化学方程式___________________________；
②SO2是工业制硫酸的重要中间产物。通过下列反应：2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g) ΔH=—198 kJ·ml-1(催化剂在400～500℃时效果最好)。
结合信息与下表数据，根据化学理论与生产实际综合分析，为了使二氧化硫尽可能转化为三氧化硫，应选择的生产条件是___________ 。在生产中，还可以通入过量空气，其目的是___________。某温度下不同压强下SO2的转化率(%)：
③某人设想以如图所示装置用电化学原理将二氧化硫转化为硫酸：
写出通入SO2的电极的电极反应式______________________。
(3)关于NOx和CO的研究：
①已知气缸中生成NO的反应为：N2(g)+O2(g) 2NO(g)，若1 ml空气含有0.8 ml N2和0.2 ml O2，1300 ℃时在密闭容器内反应达到平衡。测得NO为8×10 - 4 ml。计算该温度下的平衡常数K= ___________(计算过程中可进行合理近似处理)，汽车启动后，气缸温度越高，单位时间内NO排放量越大，原因是_______________。
②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△H＞0，该设想能否实现？___________(填“能”或“否”)。
【答案】
(1)酸性 4
(2)C(s) + H2O(g) = H2(g)+CO(g) △H=+131.3 kJ/ml 常压，400～500 ℃，使用催化剂 增大氧气浓度，提高二氧化硫转化率 SO2—2e—+2H2O=4H++SO
(3)4×10-6 升温，反应速率加快，而且反应正方向吸热，平衡向右移动 否
【解析】
(1)由题给数据可知，PM2.5试样中阳离子电荷总数为(4×10-6+6×10-6+2×10-5)ml/L=3×10-5ml/L，阴离子电荷总数为(4×10-5×2+3×10-5+2×10-5)ml/L=13×10-5ml/L，则溶液中氢离子浓度大于氢氧根离子浓度，溶液呈酸性，由电荷守恒可知，溶液中氢离子的浓度为13×10-5ml/L—3×10-5ml/L=1×10-4ml/L，溶液pH为4，故答案为：酸性；4；
(2)①将已知反应依次编号为①②，由盖斯定律可知，②—①可得反应C(s) + H2O(g) = H2(g)+CO(g)，则反应热△H=△H2—△H1=(—110.5kJ/ml)—(—241.8kJ/ml)=+131.3 kJ/ml，反应的热化学方程式为C(s) + H2O(g) = H2(g)+CO(g) △H=+131.3 kJ/ml，故答案为：C(s) + H2O(g) = H2(g)+CO(g) △H=+131.3 kJ/ml；
②二氧化硫的催化氧化反应是气体体积减小的放热反应，增大压强、降低反应温度，平衡都向正反应方向移动，有利于提高二氧化硫的转化率，由表格数据可知，常压1×105Pa时转化率就已经很高了，若采用高压，平衡能向正反应方向移动，但二氧化硫的转化率变化不大，与高压设备的材料费用相比，高压是得不偿失的，所以实际生产时采用常压，由催化剂在400～500℃时效果最好可知，为了使二氧化硫尽可能转化为三氧化硫，应选择的生产条件是常压，400～500 ℃，使用催化剂；在生产中，通入过量空气可以增大反应为氧气浓度，使平衡向正反应方向移动，二氧化硫转化率增大，所以在生产中，还可以通入过量空气使二氧化硫尽可能转化为三氧化硫，故答案为：常压，400～500 ℃，使用催化剂；增大氧气浓度，提高二氧化硫转化率；
③由图可知，通入二氧化硫的电极为原电池的负极，二氧化硫在水分子作用下失去电子发生氧化反应生成硫酸根离子和氢离子，电极反应式为SO2—2e—+2H2O=4H++SO，故答案为：SO2—2e—+2H2O=4H++SO；
(3)①设气缸的体积为1L，由1300 ℃时在密闭容器内反应达到平衡时测得NO为8×10 - 4 ml可知，平衡时氮气、氧气和一氧化氮的浓度为(0.8—8×10 - 4)ml/L、(0.2—8×10 - 4)ml/L、8×10 - 4ml/L，则反应的平衡常数K=≈4×10-6；该反应为吸热反应，升高温度，反应速率增大，平衡向正反应方向移动，所以汽车启动后，气缸温度越高，单位时间内一氧化氮排放量越大，故答案为：4×10-6；升温，反应速率加快，而且反应正方向吸热，平衡向右移动；
②该反应是熵减的吸热反应，反应△H＞0、△S＜0，任何温度下，反应△H—T△S均大于0，都不能自发进行，所以该设想不能实现，故答案为：否。物质
沸点/
136
127
57
180
物质
分压
温度/℃
平衡时的转化率/%
0.1MPa
0.5MPa
1MPa
2.5MPa
5MPa
400
99.2
99.6
99.7
99.8
99.9
450
97.5
98.9
99.2
99.5
99.6
500
93.5
96.9
97.8
98.6
99.0
T/℃
700
800
830
1000
1200
K
0.6
0.9
1.0
1.7
2.6
离子
K+
Na+
NH
SO
NO
Cl—
浓度(ml/L)
4×10-6
6×10-6
2×10-5
4×10-5
3×10-5
2×10-5
1×105Pa
1×106Pa
5×106Pa
1×107Pa
转化率
97.5%
99.2%
99.6%
99.7%