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专题09 化学反应原理综合(题型突破)(测试)-2024年高考化学二轮复习讲练测（新教材新高考）
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这是一份专题09 化学反应原理综合(题型突破)(测试)-2024年高考化学二轮复习讲练测（新教材新高考），共17页。
(1)乙二胺(H2NCH2CH2NH2)是二元弱碱，分步电离，在溶液中的电离类似于氨。 时，乙二胺溶液中各含氮微粒的分布分数δ(平衡时某含氮微粒的浓度占各含氮微粒浓度之和的分数)随溶液的变化曲线如图所示。
①H2NCH2CH2NH2在水溶液中第一步电离的方程式为 。
②乙二胺一级电离平衡常数。 为 。
(2)工业上利用氨气脱硝反应，实现二者的无害化处理，已知下列反应：
①2H2 (g)+ O2(g)2H2O(g) ΔH1＝－483.6kJ·ml－1
②2NO (g)N2(g)+ O2(g) ΔH1＝－180kJ·ml－1
③N2 (g)+ 3H2(g)2NH3(g) ΔH3＝－92.2kJ·ml－1
则 6NO(g)+4NH3(g)6H2O(g)+5N2(g) 。
(3)氨气常被用于对汽车尾气中的氮氧化物进行无害化处理，以消除其对空气的污染。去除NO的反应历程如图1所示，此反应中的氧化剂为 (填化学式)，含铁元素的中间产物有 种。
若选用不同的铁的氧化物为催化剂可实现较低温度下的转化，根据图 2选择的适宜条件为 。
(4)利用电化学原理脱硝可同时获得电能，其工作原理如图所示。则负极发生的电极反应式为 ，当外电路中有2ml电子通过时，理论上通过质子膜的微粒的物质的量为 。
【答案】(1) H2NCH2CH2NH2+H2OH2NCH2CH2NH3++OH-(1分) 10-4.9(1分)
(2)-1806.4kJ·ml－1(2分)
(3) NO、O2(1分) 2(1分) Fe2O3作催化剂、反应温度为250℃(1分)
(4) NO-3e-+2H2O=NO3-+4H+(1分) 2ml(2分)
【解析】(1)①乙二胺属于二元弱碱，在水溶液中分步电离，第一级电离方程式为H2NCH2CH2NH2+H2OH2NCH2CH2NH3++OH-；②根据图像，乙二胺一级电离平衡常数，Kb1==10-4.9；(2)根据盖斯定律，将热化学方程式进行叠加，①×3+②×3-③×2，整理可得6NO(g)+4NH3(g)6H2O(g)+5N2(g) ΔH＝－1806.4kJ·ml－1。(3)在氧化还原反应中，氧化剂得到电子，元素化合价降低。根据图示可知：在历程图1中，元素的化合价降低的物质为NO、O2，所以氧化剂为NO、O2；含铁元素的中间产物有Fe2+—NH2和Fe2+这2种；根据图2可知：在使用Fe2O3为催化剂时，NO的转化率相对来说较高，反应温度合适为250℃，故根据图2选择的适宜条件为Fe2O3作催化剂、反应温度为250℃；(4)该装置为原电池，在原电池反应中，负极失去电子，发生氧化反应，正极上得到电子，发生还原反应。根据图示可知：NO在负极失去电子转化为HNO3，电极反应式为：NO-3e-+2H2O=NO3-+4H+；当外电路中有2 ml电子通过时，有2 ml H+通过质子膜进入正极区和O2结合生成H2O，根据电子守恒，通过的微粒的物质的量为2 ml。
2．(10分)(2024·浙江省义乌五校高三联考)反应CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)在工业上有重要应用。
(1)该反应在不同温度下的平衡常数如表所示。
该反应的ΔH 0(填“>”“<”或“=”)。反应常在较高温度下进行，该措施的优缺点是 。
(2)该反应常在Pd膜反应器中进行，其工作原理如图所示。
①利用平衡移动原理解释反应器存在Pd膜时具有更高转化率的原因是 。
②某温度下，H2在Pd膜表面上的解离过程存在如下平衡：H22H (即图中过程2)，其正反应的活化能远小于逆反应的活化能。下列说法不正确的是
A．图中过程2的ΔH>0
B．Pd膜对气体分子的透过具有选择性
C．加快Pd膜内H原子迁移有利于H2的解离
D．N2吹扫有助于H2分子脱离Pd膜
③同温同压下，将等物质的量的CO和H2O通入无Pd膜反应器反应，测得CO的平衡转化率为50%；若换成Pd膜反应器，CO的平衡转化率为80%，则相同时间内，出口a和出口b中H2的物质的量比为 。
【答案】(1) ΔH＜0(2分) 优点是升高温度，反应速率较快；缺点是正反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，产物的转化率较低(2分)
(2) Pd膜能选择性分离出H2，平衡正向移动，平衡转化率增大(2分) A(2分) 1：15(2分)
【解析】(1)根据表中的数据，温度越高，平衡常数越小，所以正反应为放热反应，ΔH＜0；优点：升高温度，反应速率较快；缺点：正反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，产物的转化率较低；(2)①由图像可知，Pd膜能选择性分离出H2，导致平衡正向移动，平衡转化率增大；②A项，过程2正反应的活化能远小于逆反应的活化能，ΔH＜0，故A错误；B项，Pd膜只允许H2通过，不允许CO2通过，对气体分子的透过具有选择性，故B正确；C项，加快Pd膜内H原子迁移，平衡H2⇌2H正向移动，有利于H2的解离，故C正确；D项，N2吹扫更有利于带走H2，有助于H2分子脱离Pd膜，故D正确。故选A。③根据反应CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)，设通入的CO和H2均为aml，无Pd膜反应器中CO的平衡转化率为50%，列三段式：
则反应前后气体分子数不变，用物质的量代替物质的量浓度计算平衡常数K==1；有Pd膜反应器中CO的平衡转化率为80%，列三段式：
温度不变，则平衡常数K不变，K=，解得n=0.05a，则相同时间内出口a产生的H2为0.05aml，出口b的H2为 (0.8a-0.05a)ml，质量比为1：15。
3．(10分)(2024·浙江强基联盟高三联考)甲烷催化重整是工业制氢的重要途径。涉及的主要反应如下：
①甲烷部分氧化反应：CH4 (g)+1/2O2(g) CO (g)+ 2H2(g) ΔH＝－35.7 kJ·ml－1
②甲烷水蒸气重整反应：CH4 (g)+H2O(g) CO (g)+ 3H2(g) ΔH＝+206.2 kJ·ml－1
③水气转换反应：CO (g)+H2O(g) CO2(g)+ H2(g) ΔH＝-41.2 kJ·ml－1
请回答：
(1)甲烷水蒸气重整—水气变换耦合反应为CH4 (g)+2H2O(g) CO2 (g)+ 4H2(g)，该反应的ΔH = kJ·ml－1，该反应自发进行的条件是 。
(2)一定温度下，恒容反应器中注入初始浓度均为1ml·L-1的原料气CH4 (g)、O2(g)、H2O(g)，充分反应达到平衡状态，测得c [CH4 (g)]= c [CO2(g)]=0.25ml·L-1、c [O2(g)]=0.75ml·L-1。该条件下反应③的平衡常数为 。
(3)下列说法正确的是_______。
A．通过控制氧气用量，有利于实现甲烷重整过程的热平衡
B．升高温度，水气变换反应速率降低，产率降低
C．恒压条件比恒容条件利于提高平衡转化率
D．一定温度下，恒容反应器中c [CO(g)]：c [CO2(g)]=1，说明反应达到平衡状态
(4)在进气量为下，CH4 (g)、O2(g)、H2O(g)以恒定比例通入催化反应器，研究温度对反应的影响。结果如图1所示。
①
在图2中画出CH4转化率与温度关系示意图 。
②近年来发展了钯膜催化甲烷重整制氢技术，反应器中选择性透过膜的机理如图3所示。说明该制备技术的优点： 。
【答案】(1) +165(2分) 高温(2分) (2)2.0(2分) (3)AC(2分)
(4) (2分)
生成的H2通过钯膜不断分离，生成物浓度降低，平衡右移，转化率(产率)提高；钯膜选择性透过H2，可直接分离获得高纯度H2
【解析】(1)反应②和反应③相加即可得反应CH4 (g)+2H2O(g) CO2 (g)+ 4H2(g)，则该反应的ΔH =+206.2kJ/ml-41.2kJ/ml=+165.0 kJ·ml－1，该反应是吸热的熵增反应，根据ΔG=ΔH-TΔS，ΔG<0时反应自发，所以该反应自发进行的条件是高温。(2)根据碳原子守恒，可知CO的物质的量浓度为1ml/L-0.25ml/L-0.25ml/L=0.5ml/L，根据氧原子守恒可知H2O的物质的量浓度为0.5ml/L，根据氢原子守恒，可知H2的物质的量浓度为2.0ml/L，则K=。(3)A项，增大氧气的量，反应①放出更多的热量，可以提供热量给反应②，所以可以通过控制氧气用量，实现甲烷重整过程的热平衡，故A正确；B项，升高温度，反应速率增大，故B错误；C项，由于反应①和②均为气体体积增大的反应，所以恒压条件比恒容条件利于提高 CH4 平衡转化率，故C正确；D项，反应达到平衡状态和物质的量浓度之比无关，故D错误；故选AC。(4)①从图1可以看出，温度较低时，H2和CO的收率都没有明显变化，而CO2的收率在增加，说明反应①和②速率较慢，反应③速率较快，甲烷的转化率较小；温度达到650℃以上时，温度升高，CO2的收率降低，H2和CO的收率都增大，说明反应③逆向移动，反应①和②速率加快，甲烷的转化率增大，三个反应都达到平衡后，甲烷的转化率不再明显变化，故图像为 。②从图3可以看出，通过钯膜催化甲烷重整制氢技术，可以把生成的H2通过钯膜不断分离，生成物浓度降低，平衡右移，转化率(产率)提高；钯膜选择性透过H2，还可直接分离获得高纯度H2。
4．(12分)(2024·浙江省温州市普通高中高三一模)苯乙烯是用来制备重要高分子聚苯乙烯的原料。以水蒸气做稀释剂、催化剂存在条件下，乙苯催化脱氢可生成苯乙烯。可能发生如下两个反应：
主反应：C6H5C2H5(g)C6H5CH=CH2(g)＋H2(g) ΔH1＝+117.5kJ·ml−1
副反应：C6H5C2H5(g)＋H2(g) C6H5CH3(g)＋CH4(g) ΔH2
(1)已知，在298K、101kPa条件下，某些物质的相对能量()变化关系如图所示：
ΔH2= kJ·ml−1。
(2)在不同的温度条件下，以水烃比投料，在膜反应器中发生乙苯脱氢反应。膜反应器可以通过多孔膜移去H2，提高乙苯的平衡转化率，原理如图所示。
已知移出率
①忽略副反应。维持体系总压强p恒定，在温度T时，已知乙苯的平衡转化率为，的移出率为b，则在该温度下主反应的平衡常数KP= (用等符号表示)。[对于气相反应，用某组分B的平衡压强代替物质的量浓度也可表示平衡常数，记作kJ·ml−1，如，p为平衡总压强，为平衡系统中B的物质的量分数]；
②乙苯的平衡转化率增长百分数与的移出率在不同温度条件下的关系如下表：
高温下副反应程度极小。试说明当温度高于950℃时，乙苯的平衡转化率随的移去率的变化改变程度不大的原因： ；
③下列说法正确的是 。
A．生成H2的总物质的量与苯乙烯相等
B．因为H2被分离至隔离区，故反应器中不发生副反应
C．在恒容的膜反应器中，其他条件不变，增大水烃比，可提高乙苯的转化率
D．膜反应器可降低反应温度，减少副反应的影响
(3)不同催化剂效能与水烃比有关。保持体系总压为常压的条件下，水烃比为9(曲线Ⅰ)时乙苯的平衡转化率与温度的关系的示意图如下：
①请在图中画出水烃比为1时乙苯的平衡转化率与温度的关系曲线(曲线Ⅱ) ；
②工业上，减小水烃比是降低苯乙烯脱氢装置能耗的一个重要方向。若其他条件不变，减少水烃比，为使反应从起始到平衡均达到或接近原有的反应速率、限度，则可相应的改变的条件： 。
A．升温 B．降温 C．增压 D．减压 E．催化剂
【答案】(1)-54.6(2分)
(2) (2分) 主反应的吸热，高于950℃时，乙苯的平衡转化率很大(或平衡常数很大)，H2的移出率对平衡转化率的影响很小，或主反应的吸热，高于950℃时，温度对于主反应的影响大于H2的移出率对平衡转化率的影响(2分) D(2分)
(3) (2分) AE(2分)
【解析】(1)根据图像可知：①；②；③；根据盖斯定律：③-②+①，得C6H5C2H5(g)＋H2(g) C6H5CH3(g)＋CH4(g) ΔH2＝-54.6kJ·ml−1；(2)①
H2的移出率为b，剩余氢气，结合总压强p，将数据代入分压平衡常数，得；②当温度高于950℃时，乙苯的平衡转化率随H2的移去率的变化改变程度不大的原因：主反应的吸热，高于950℃时，乙苯的平衡转化率很大(或平衡常数很大)，H2的移出率对平衡转化率的影响很小，或主反应的吸热，高于950℃时，温度对于主反应的影响大于H2的移出率对平衡转化率的影响；③A项，该过程有副反应发生，生成H2的总物质的量与苯乙烯不相等，故A错误；B项，主反应为可逆过程，始终有H2存在，故反应器中发生副反应，故B错误；C项，在恒容的膜反应器中，其他条件不变，增大水烃比，平衡正向移动，但乙苯的转化率降低，故C错误；D项，膜反应器可降低反应温度，减少副反应的影响，故D正确；故选D；(3)①水烃比为1时乙苯的平衡转化率与温度的关系曲线(曲线Ⅱ)：；②工业上，减小水烃比是降低苯乙烯脱氢装置能耗的一个重要方向。若其他条件不变，减少水烃比，为使反应从起始到平衡均达到或接近原有的反应速率、限度，则可相应的升温或使用催化剂实现。
5．(14分)(2024·河南省湘豫名校联考联盟高三联考)汽车尾气的污染是现代研究的重要课题。一定条件下对汽车尾气有效治理的反应要经历以下三个基元反应阶段，反应历程如图甲所示(TS表示过渡态，图示涉及的物质均是气体)。
请回答下列问题：
(1)写出有效治理汽车尾气的三个基元反应中反应②的热化学方程式为 ；上述该过程的总反应热化学方程式为 。
(2)汽车尾气中含有N2O，在一定条件下N2O会发生反应2N2O(g)2N2(g)+O2(g)。在三个密闭容器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中分别通入0.1mlN2O气体，各容器中N2O的平衡转化率如图乙所示。
①该反应的逆反应为 反应(填“放热”或“吸热”)。
②若三个密闭容器的容积分别为VI、VII、VIII，则VI、VII、VIII的大小关系为 。
③若VII=1L，470℃时容器Ⅱ中反应的平衡常数K为 ；在此温度下，向1L的密闭容器Ⅳ中通入0.06mlN2O、0.06mlN2和0.04mlO2，则反应开始时v正(N2O) v逆(N2O)(填“＞”“=”或“＜”)。
(3)汽车尾气中的NO可与Br2发生反应：2NO(g)+Br2(g)2NOBr(g) △H=-akJ•ml-1(a＞0)，其反应机理如下：
①NO(g)+Br2(g)NOBr2(g) 快
②NO(g)+NOBr2(g)2NOBr(g) 慢
下列有关该反应的说法正确的是 (填字母序号)。
A．该反应的速率主要取决于反应①的快慢
B．NOBr2是该反应的催化剂
C．正反应的活化能比逆反应的活化能小akJ•ml-1
D．增大Br2(g)的浓度能增大活化分子百分数，加快反应速率
【答案】(1) N2O2(g)+CO(g)=N2O(g)+CO2(g) △H=-513.5kJ•ml-1 (2分)
2CO(g)+2NO(g) N2(g)+2CO2(g) △H=-620.9kJ•ml-1(2分)
(2)放热(2分) VI＞VII＞VIII(2分) 0.0675ml•L-1 (2分) ＞(2分)
(3)C(2分)
【解析】(1)根据图示中反应历程中三个基元反应可知，
反应①2NO(g) =N2O2(g) ΔH=+199.2kJ•ml-1；
反应②N2O2(g)+CO(g) =N2O(g)+CO2(g) ΔH=-513.5kJ•ml-1；
反应③N2O(g)+CO(g) =N2(g)+CO2(g) ΔH=-306.6kJ•ml-1；
总反应为2CO(g)+2NO(g) N2(g)+2CO2(g) ；
根据盖斯定律反应①+反应②+反应③即得总反应，总反应热化学方程式为2CO(g)+2NO(g) N2(g)+2CO2(g) △H=-620.9kJ•ml-1；(2)①由图可知，温度升高，N2O的平衡转化率增大，即平衡正向移动，则该反应的正反应为吸热反应，逆反应为放热反应；②反应2N2O(g)2N2(g)＋O2(g)为气体体积增大的反应，温度相同、反应物的物质的量相同的条件下，容器Ⅰ、容器Ⅱ、容器Ⅲ中N2O 的平衡转化率递减，说明容器Ⅰ、容器Ⅱ、容器Ⅲ的压强逐渐增大，故容器Ⅰ、容器Ⅱ、容器Ⅲ的容积依次减小，即；③若，由图可知，470℃时容器1中N2O的平衡转化率为60%，则平衡时，、、，其化学平衡常数；在此温度下向1L密闭容器Ⅳ中若开始通入，和，则容器Ⅳ中初始浓度熵，反应向正反应方向进行，则反应开始时；(3)A项，反应速率主要取决于活化能大、反应速率慢的一步反应，所以该反应的总反应速率主要取决于反应②的快慢，A项错误；B项，NOBr2是反应过程中的中间产物，而不是该反应的催化剂，B项错误；C项，由于该反应为放热反应，说明反应物总能量高于生成物总能量，所以正反应的活化能比逆反应的活化能小akJ·ml−1，C项正确；D项，增大Br2 (g)的浓度，单位体积内分子总数增加，单位体积内活化分子数增加，但活化分子百分数不变，所以反应速率加快，D项错误；故选C。
6．(15分)(2024·云南部分名校高三联考理科综合)氨是一种重要的化工原料，可用于制造铵态化肥。已知：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH=-91kJ/ml。回答下列问题：
(1)已知上述反应的熵变(ΔS)为-198.9J·ml-1·K-1，该反应能自发进行的温度可能是___________(填标号)。
A．25 ℃B．150 ℃C．1273 ℃D．1457.5 ℃
(2)在恒温恒容条件下，充入等物质的量的N2和H2合成氨气，下列情况表明该反应达到平衡状态的是___________(填标号)。
A．混合气体密度不随时间变化B．N2 体积分数不随时间变化
C．混合气体总压强不随时间变化D．H2与 NH3的消耗速率之比为3∶2
(3)在催化剂作用下，合成氨的反应速率为 (k为速率常数，只与温度、催化剂有关，与浓度无关。a、β、γ为反应级数，可取正整数、负整数、0，也可取分数)。 为了测定反应级数，在一定温度下进行实验，其结果如下：
①α+β+γ=
②已知经验公式为 (其中，Ea、k分别为活化能、速率常数，R、C为常数，T为温度)。在催化剂作用下，测得Rlnk与温度()的关系如图1所示。
催化效率较高的是 (填“Catl”或“Cat2”)，在Cat2催化剂作用下。活化能Ea为
(4)在体积均为2L的甲、乙两恒容密闭容器中分别通入 l ml N2和3ml H2，分别在不同条件下达到平衡，测得 NH₃的物质的量与时间的关系如图2所示。
①相对甲，乙仅改变的一个条件是 ，正反应速率：a (填“>”、“<”或“=”)b。
②在该条件下，乙的平衡常数为 (结果保留2位小数)。
【答案】(1)AB(2分) (2)CD(2分) (3) 3(2分) Catl(2分) 30.0 kJ/ml(2分)
(4) 降低温度(2分) > (1分) 8.33(2分)
【解析】(1)根据自由能判据可知，△G=△H-T△S=-91000-(-198.9)T<0，T<457.5K，t<184.5℃，A、B项符合题意；(2)A项，气体总质量不变，体积不变，密度始终不变，A错误；B项，氮气的体积分数为50%，始终不变，B错误；C项，反应前后气体系数和不同，反应过程中气体的总物质的量随着反应发生改变，物质的量变化压强会改变，混合气体总压强不随时间变化，C正确；D项，H2与 NH3的消耗速率之比为3∶2，则单位时间消耗的氢气等于生成的氢气，D正确；故选CD。(3)①将各组数据代入计算，将I、II组数据代入，a为1；将I、III组数据代入，β为2；将III、IV组数据代入，γ为0；所以α+β+γ=3；②根据经验公式可知，温度变化相同时，Rlnk变化值与活化能成比例，活化能越大，变化值越大。故斜率越小，活化能越小，催化剂Catl催化效率越高，代入a、b点数据可知，93=-Ea×2×10-3+C，33=-Ea×4×10-3+C，解得Ea=30.0kJ/ml；(4)① 甲相对于乙，先达平衡，则速率快，达平衡时氨气的含量甲小于乙，故改变的条件为降低温度，甲的温度较高，所以a点的反应速率大于b点；②乙容器平衡时含1.2ml氨气，则平衡时c(N2)=0.2ml/L，c(H2)= 0.6ml/L，c(NH3)=0.6ml/L，。
7．(14分)(2023·广东湛江高二毕业班调研考试)2023年5月，中国神舟十六号载人飞船成功发射，三位航天员景海鹏、朱杨柱、桂海潮在天宫空间站开启长达半年的太空生活。
(1)法国化学家Paul Sabatier提出并命名的“Sabatier反应”实现了CO2甲烷化，科技人员基于该反应设计如图过程完成空间站中CO2与O2的循环，从而实现O2的再生。
①写出与CH4具有相同空间结构的一种微粒： 。
②在特定温度下，由稳定态单质生成1ml化合物的焓变叫做该物质在此温度下的标准摩尔生成焓。表中为几种物质在298K的标准生成焓。
则Sabatier反应CO2(g)+4H2 (g)CH4 (g)+2 H2O(g) ΔH kJ·ml-1。
③下列有关Sabatier反应说法正确的是 。
A．输送进入Sabatier反应器的是电解水装置的阴极产物
B．采用高压和合适催化剂均有利于提高Sabatier反应的转化率
C．恒温条件下，在刚性容器中发生Sabatier反应，气体密度不变时，说明反应达到平衡
D．应该在Sabatier反应器的前端维持较高温度，后端维持较低温度
④一定条件下，CH4分解形成碳的反应历程如图所示，其中决定反应速率的是第 步反应。
(2)航天员呼吸产生的CO2还可以利用Bsch反应：CO2(g)+2H2 (g)C(s)+ 2H2O(g) 代替Sabatier反应。在250℃时，向体积为2L恒容密闭容器中通入2mlH2和1mlCO2发生Bsch反应，测得容器内气压变化如图所示。
①试解释容器内气压先增大后减小的原因： 。
②该温度下Bsch反应的Kp= (写出计算过程，Kp为用气体的分压表示的平衡常数，分压=气体的体积分数×体系总压)。
③在上图基础上画出其他条件相同，向体系加入催化剂时其压强随时间的变化曲线。
【答案】(1) NH4+、SO42-等(2分) -164.98(2分) AD (2分) 4或四(2分)
(2) 该反应是放热反应，反应开始时容器内温度上升，压强增大，随着反应进行，反应气体分子体减少，压强减小(2分) 0.05(2分) (2分)
【解析】(1)①CH4为正四面体形，NH4+、SO42-等立体结构均为正四面体形；②根据题给信息可得则Sabatier反应的；③由图示，输送进入Sabatier反应器的是H2，H2是电解水装置的阴极产物，A正确；催化剂不能改变Sabatier反应的转化率，B错误；反应前后气体总质量不变，刚性容器体积不变，所示气体密度不变时不能说明反应达到平衡，C错误；Sabatier反应器的前端维持较高温度是为了提高反应速率，后端维持较低温度是因为该反应放热，低温可提高反应转化率，D正确；故选AD；④活化能最大的一步反应最慢，是决定反应速率的步骤，故为第4步；(2)①该反应是放热反应，反应开始时容器内温度上升，压强增大，随着反应进行，反应气体分子体减少，压强减小；②设反应转化了x ml CO2：
根据阿伏加德罗定律：解得x=0.5，；③加入催化剂只能加快反应速率，可以缩短时间，但不改变平衡转化率，所以平衡时的压强不变，其他条件相同，向体系加入催化剂时其压强随时间的变化曲线如。
8．(15分)研究含氮元素物质的反应对生产、生活、科研等方面具有重要的意义。
(1)发射“神舟十三”号的火箭推进剂为液态四氧化二氮和液态偏二甲肼(C2H8N2)。
已知：①C2H8N2(l)＋4O2(g)===2CO2(g)＋N2(g)＋4H2O(l) ΔH1＝－2 765.0 kJ·ml－1
②2O2(g)＋N2(g)===N2O4(l) ΔH2＝－19.5 kJ·ml－1
③H2O(g)===H2O(l) ΔH3＝－44.0 kJ·ml－1
则C2H8N2(l)＋2N2O4(l)===3N2(g)＋2CO2(g)＋4H2O(g)的ΔH为__________。
(2)碘蒸气存在能大幅度提高N2O的分解速率，反应历程为
第一步：I2(g)→2I(g)(快反应)
第二步：I(g)＋N2O(g)→N2(g)＋IO(g)(慢反应)
第三步：IO(g)＋N2O(g)→N2(g)＋O2(g)＋I(g)(快反应)
实验表明，含碘时N2O分解速率方程v＝k·c(N2O)·[c(I2)]0.5(k为速率常数)。下列表述正确的是________(填字母)。
A．N2O分解反应中，k值与碘蒸气浓度大小有关 B．v(第二步的逆反应)＜v(第三步反应)
C．IO为反应的催化剂 D．第二步活化能比第三步大
(3)为避免汽车尾气中的氮氧化合物对大气的污染，需给汽车安装尾气净化装置。在净化装置中CO和NO发生反应：2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g) ΔH＝－746.8 kJ·ml－1。实验测得：v正＝k正·p2(NO)·p2(CO)，v逆＝k逆·p(N2)·p2(CO2)。其中k正、k逆分别为正、逆反应速率常数，只与温度有关；p为气体分压(分压＝物质的量分数×总压)。
①达到平衡后，仅升高温度，k正增大的倍数__________(填“大于”“小于”或“等于”)k逆增大的倍数。
②一定温度下在刚性密闭容器中充入CO、NO和N2的物质的量之比为2∶2∶1，压强为p0。达平衡时压强为0.9p0，则eq \f(k正,k逆)＝__________。
(4)我国科技人员计算了在一定温度范围内下列反应的平衡常数Kp：
ⅰ.3N2H4(l)===4NH3(g)＋N2(g) ΔH1 Kp1
ⅱ.4NH3(g)===2N2(g)＋6H2(g) ΔH2 Kp2
绘制pKp1－T和pKp2－T的线性关系如图所示(已知：pKp＝－lg Kp)：
①由图可知，ΔH1________(填“＞”或“＜”)0。
②反应3N2H4(l)===3N2(g)＋6H2(g)的K＝________(用Kp1、Kp2表示)；该反应的ΔH________(填“＞”或“＜”)0，写出推理过程：______________________________________________。
【答案】(1)－2 550.0 kJ·ml－1(2分) (2)BD(2分) (3)①小于(2分) ②eq \f(7.5,p0)(2分)
(4)①<(2分) ②Kp1·Kp2(2分) <(1分) 设T2>T1，由图可知：pKp1(T2)－pKp1(T1)>∣pKp2(T2)－pKp2(T1)∣，则pKp1(T2)－pKp1(T1)> pKp2(T1)－pKp2(T2)，pKp1(T2)＋pKp2(T2)>pKp1(T1)＋pKp2(T1)，lg[Kp1(T1)·Kp2(T1)]>lg[Kp1(T2)·Kp2(T2)]，即K(T1)>K(T2)，因此该反应正反应为放热反应(2分)
【解析】(1)由盖斯定律可知，①－2×②－4×③得反应：C2H8N2(l)＋2N2O4(l)===3N2(g)＋2CO2(g)＋4H2O(g) ΔH＝ΔH1－2ΔH2－4ΔH3＝－2 550.0 kJ·ml－1。(2)k为速率常数，受温度、催化剂、固体表面积性质等影响，不受浓度影响，A错误；平衡时v正＝v逆，第二步反应为慢反应，反应速率较慢，则v(第二步的逆反应)也较慢，第三步反应为快反应，反应速率较快，故v(第二步的逆反应)＜v(第三步反应)，B正确；IO为中间过程产物，不是反应的催化剂，C错误；活化能越大反应越慢，第二步反应为慢反应，第三步反应为快反应，故第二步活化能比第三步大，D正确。(3)①达到平衡后，v正＝v逆即k正·p2(NO)·p2(CO)＝k逆·p(N2)·p2(CO2)，反应的平衡常数，反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，Kp值减小，则仅升高温度，k正增大的倍数小于k逆增大的倍数。②一定温度下在刚性密闭容器中充入CO、NO和N2的物质的量之比为2∶2∶1，设初始CO、NO和N2的物质的量分别为2 ml、2 ml、1 ml，生成N2的物质的量为x ml，
2NO(g)＋2CO(g) N2(g)＋2CO2(g)
起始/ml 2 2 1 0
转化/ml 2x 2x x 2x
平衡/ml 2－2x 2－2x 1＋x 2x
则反应后总物质的量为(5－x) ml，初始压强为p0，达平衡时压强为0.9p0，则eq \f(5－x,5)＝eq \f(0.9p0,p0)，x＝0.5，平衡时CO、NO、N2、CO2的物质的量分别为1 ml、1 ml、1.5 ml、1 ml，总物质的量为4.5 ml，则。(4)①由图可知，Kp1随着温度的升高而减小，则平衡逆向移动，正反应为放热反应，ΔH1<0。②由盖斯定律可知，ⅰ＋ⅱ得反应3N2H4(l)===3N2(g)＋6H2(g)，则该反应的K＝Kp1·Kp2。
温度/℃
700
800
830
1000
平衡常数
1.67
1.11
1.00
0.59
温度/℃
增长百分数/%
移出率/%
700
950
1000
60
8.43
4.38
2.77
80
16.8
6.1
3.8
90
27
7.1
4.39
序号
c(N2)/(ml·L-1)
c(H2)/(ml·L-1)
c(NH3)/( ml·L-1)
反应速率
I
1
1
1
V
Ⅱ
2
1
1
2v
Ⅲ
1
4
1
16v
Ⅳ
1
4
2
16v
物质
CO2(g)
CH4(g)
H2O(g)
H2(g)
标准摩尔生成焓/(kJ·ml-1)
-393.51
-74.85
-241.82
0
(1)乙二胺(H2NCH2CH2NH2)是二元弱碱，分步电离，在溶液中的电离类似于氨。 时，乙二胺溶液中各含氮微粒的分布分数δ(平衡时某含氮微粒的浓度占各含氮微粒浓度之和的分数)随溶液的变化曲线如图所示。
①H2NCH2CH2NH2在水溶液中第一步电离的方程式为 。
②乙二胺一级电离平衡常数。 为 。
(2)工业上利用氨气脱硝反应，实现二者的无害化处理，已知下列反应：
①2H2 (g)+ O2(g)2H2O(g) ΔH1＝－483.6kJ·ml－1
②2NO (g)N2(g)+ O2(g) ΔH1＝－180kJ·ml－1
③N2 (g)+ 3H2(g)2NH3(g) ΔH3＝－92.2kJ·ml－1
则 6NO(g)+4NH3(g)6H2O(g)+5N2(g) 。
(3)氨气常被用于对汽车尾气中的氮氧化物进行无害化处理，以消除其对空气的污染。去除NO的反应历程如图1所示，此反应中的氧化剂为 (填化学式)，含铁元素的中间产物有 种。
若选用不同的铁的氧化物为催化剂可实现较低温度下的转化，根据图 2选择的适宜条件为 。
(4)利用电化学原理脱硝可同时获得电能，其工作原理如图所示。则负极发生的电极反应式为 ，当外电路中有2ml电子通过时，理论上通过质子膜的微粒的物质的量为 。
【答案】(1) H2NCH2CH2NH2+H2OH2NCH2CH2NH3++OH-(1分) 10-4.9(1分)
(2)-1806.4kJ·ml－1(2分)
(3) NO、O2(1分) 2(1分) Fe2O3作催化剂、反应温度为250℃(1分)
(4) NO-3e-+2H2O=NO3-+4H+(1分) 2ml(2分)
【解析】(1)①乙二胺属于二元弱碱，在水溶液中分步电离，第一级电离方程式为H2NCH2CH2NH2+H2OH2NCH2CH2NH3++OH-；②根据图像，乙二胺一级电离平衡常数，Kb1==10-4.9；(2)根据盖斯定律，将热化学方程式进行叠加，①×3+②×3-③×2，整理可得6NO(g)+4NH3(g)6H2O(g)+5N2(g) ΔH＝－1806.4kJ·ml－1。(3)在氧化还原反应中，氧化剂得到电子，元素化合价降低。根据图示可知：在历程图1中，元素的化合价降低的物质为NO、O2，所以氧化剂为NO、O2；含铁元素的中间产物有Fe2+—NH2和Fe2+这2种；根据图2可知：在使用Fe2O3为催化剂时，NO的转化率相对来说较高，反应温度合适为250℃，故根据图2选择的适宜条件为Fe2O3作催化剂、反应温度为250℃；(4)该装置为原电池，在原电池反应中，负极失去电子，发生氧化反应，正极上得到电子，发生还原反应。根据图示可知：NO在负极失去电子转化为HNO3，电极反应式为：NO-3e-+2H2O=NO3-+4H+；当外电路中有2 ml电子通过时，有2 ml H+通过质子膜进入正极区和O2结合生成H2O，根据电子守恒，通过的微粒的物质的量为2 ml。
2．(10分)(2024·浙江省义乌五校高三联考)反应CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)在工业上有重要应用。
(1)该反应在不同温度下的平衡常数如表所示。
该反应的ΔH 0(填“>”“<”或“=”)。反应常在较高温度下进行，该措施的优缺点是 。
(2)该反应常在Pd膜反应器中进行，其工作原理如图所示。
①利用平衡移动原理解释反应器存在Pd膜时具有更高转化率的原因是 。
②某温度下，H2在Pd膜表面上的解离过程存在如下平衡：H22H (即图中过程2)，其正反应的活化能远小于逆反应的活化能。下列说法不正确的是
A．图中过程2的ΔH>0
B．Pd膜对气体分子的透过具有选择性
C．加快Pd膜内H原子迁移有利于H2的解离
D．N2吹扫有助于H2分子脱离Pd膜
③同温同压下，将等物质的量的CO和H2O通入无Pd膜反应器反应，测得CO的平衡转化率为50%；若换成Pd膜反应器，CO的平衡转化率为80%，则相同时间内，出口a和出口b中H2的物质的量比为 。
【答案】(1) ΔH＜0(2分) 优点是升高温度，反应速率较快；缺点是正反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，产物的转化率较低(2分)
(2) Pd膜能选择性分离出H2，平衡正向移动，平衡转化率增大(2分) A(2分) 1：15(2分)
【解析】(1)根据表中的数据，温度越高，平衡常数越小，所以正反应为放热反应，ΔH＜0；优点：升高温度，反应速率较快；缺点：正反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，产物的转化率较低；(2)①由图像可知，Pd膜能选择性分离出H2，导致平衡正向移动，平衡转化率增大；②A项，过程2正反应的活化能远小于逆反应的活化能，ΔH＜0，故A错误；B项，Pd膜只允许H2通过，不允许CO2通过，对气体分子的透过具有选择性，故B正确；C项，加快Pd膜内H原子迁移，平衡H2⇌2H正向移动，有利于H2的解离，故C正确；D项，N2吹扫更有利于带走H2，有助于H2分子脱离Pd膜，故D正确。故选A。③根据反应CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)，设通入的CO和H2均为aml，无Pd膜反应器中CO的平衡转化率为50%，列三段式：
则反应前后气体分子数不变，用物质的量代替物质的量浓度计算平衡常数K==1；有Pd膜反应器中CO的平衡转化率为80%，列三段式：
温度不变，则平衡常数K不变，K=，解得n=0.05a，则相同时间内出口a产生的H2为0.05aml，出口b的H2为 (0.8a-0.05a)ml，质量比为1：15。
3．(10分)(2024·浙江强基联盟高三联考)甲烷催化重整是工业制氢的重要途径。涉及的主要反应如下：
①甲烷部分氧化反应：CH4 (g)+1/2O2(g) CO (g)+ 2H2(g) ΔH＝－35.7 kJ·ml－1
②甲烷水蒸气重整反应：CH4 (g)+H2O(g) CO (g)+ 3H2(g) ΔH＝+206.2 kJ·ml－1
③水气转换反应：CO (g)+H2O(g) CO2(g)+ H2(g) ΔH＝-41.2 kJ·ml－1
请回答：
(1)甲烷水蒸气重整—水气变换耦合反应为CH4 (g)+2H2O(g) CO2 (g)+ 4H2(g)，该反应的ΔH = kJ·ml－1，该反应自发进行的条件是 。
(2)一定温度下，恒容反应器中注入初始浓度均为1ml·L-1的原料气CH4 (g)、O2(g)、H2O(g)，充分反应达到平衡状态，测得c [CH4 (g)]= c [CO2(g)]=0.25ml·L-1、c [O2(g)]=0.75ml·L-1。该条件下反应③的平衡常数为 。
(3)下列说法正确的是_______。
A．通过控制氧气用量，有利于实现甲烷重整过程的热平衡
B．升高温度，水气变换反应速率降低，产率降低
C．恒压条件比恒容条件利于提高平衡转化率
D．一定温度下，恒容反应器中c [CO(g)]：c [CO2(g)]=1，说明反应达到平衡状态
(4)在进气量为下，CH4 (g)、O2(g)、H2O(g)以恒定比例通入催化反应器，研究温度对反应的影响。结果如图1所示。
①
在图2中画出CH4转化率与温度关系示意图 。
②近年来发展了钯膜催化甲烷重整制氢技术，反应器中选择性透过膜的机理如图3所示。说明该制备技术的优点： 。
【答案】(1) +165(2分) 高温(2分) (2)2.0(2分) (3)AC(2分)
(4) (2分)
生成的H2通过钯膜不断分离，生成物浓度降低，平衡右移，转化率(产率)提高；钯膜选择性透过H2，可直接分离获得高纯度H2
【解析】(1)反应②和反应③相加即可得反应CH4 (g)+2H2O(g) CO2 (g)+ 4H2(g)，则该反应的ΔH =+206.2kJ/ml-41.2kJ/ml=+165.0 kJ·ml－1，该反应是吸热的熵增反应，根据ΔG=ΔH-TΔS，ΔG<0时反应自发，所以该反应自发进行的条件是高温。(2)根据碳原子守恒，可知CO的物质的量浓度为1ml/L-0.25ml/L-0.25ml/L=0.5ml/L，根据氧原子守恒可知H2O的物质的量浓度为0.5ml/L，根据氢原子守恒，可知H2的物质的量浓度为2.0ml/L，则K=。(3)A项，增大氧气的量，反应①放出更多的热量，可以提供热量给反应②，所以可以通过控制氧气用量，实现甲烷重整过程的热平衡，故A正确；B项，升高温度，反应速率增大，故B错误；C项，由于反应①和②均为气体体积增大的反应，所以恒压条件比恒容条件利于提高 CH4 平衡转化率，故C正确；D项，反应达到平衡状态和物质的量浓度之比无关，故D错误；故选AC。(4)①从图1可以看出，温度较低时，H2和CO的收率都没有明显变化，而CO2的收率在增加，说明反应①和②速率较慢，反应③速率较快，甲烷的转化率较小；温度达到650℃以上时，温度升高，CO2的收率降低，H2和CO的收率都增大，说明反应③逆向移动，反应①和②速率加快，甲烷的转化率增大，三个反应都达到平衡后，甲烷的转化率不再明显变化，故图像为 。②从图3可以看出，通过钯膜催化甲烷重整制氢技术，可以把生成的H2通过钯膜不断分离，生成物浓度降低，平衡右移，转化率(产率)提高；钯膜选择性透过H2，还可直接分离获得高纯度H2。
4．(12分)(2024·浙江省温州市普通高中高三一模)苯乙烯是用来制备重要高分子聚苯乙烯的原料。以水蒸气做稀释剂、催化剂存在条件下，乙苯催化脱氢可生成苯乙烯。可能发生如下两个反应：
主反应：C6H5C2H5(g)C6H5CH=CH2(g)＋H2(g) ΔH1＝+117.5kJ·ml−1
副反应：C6H5C2H5(g)＋H2(g) C6H5CH3(g)＋CH4(g) ΔH2
(1)已知，在298K、101kPa条件下，某些物质的相对能量()变化关系如图所示：
ΔH2= kJ·ml−1。
(2)在不同的温度条件下，以水烃比投料，在膜反应器中发生乙苯脱氢反应。膜反应器可以通过多孔膜移去H2，提高乙苯的平衡转化率，原理如图所示。
已知移出率
①忽略副反应。维持体系总压强p恒定，在温度T时，已知乙苯的平衡转化率为，的移出率为b，则在该温度下主反应的平衡常数KP= (用等符号表示)。[对于气相反应，用某组分B的平衡压强代替物质的量浓度也可表示平衡常数，记作kJ·ml−1，如，p为平衡总压强，为平衡系统中B的物质的量分数]；
②乙苯的平衡转化率增长百分数与的移出率在不同温度条件下的关系如下表：
高温下副反应程度极小。试说明当温度高于950℃时，乙苯的平衡转化率随的移去率的变化改变程度不大的原因： ；
③下列说法正确的是 。
A．生成H2的总物质的量与苯乙烯相等
B．因为H2被分离至隔离区，故反应器中不发生副反应
C．在恒容的膜反应器中，其他条件不变，增大水烃比，可提高乙苯的转化率
D．膜反应器可降低反应温度，减少副反应的影响
(3)不同催化剂效能与水烃比有关。保持体系总压为常压的条件下，水烃比为9(曲线Ⅰ)时乙苯的平衡转化率与温度的关系的示意图如下：
①请在图中画出水烃比为1时乙苯的平衡转化率与温度的关系曲线(曲线Ⅱ) ；
②工业上，减小水烃比是降低苯乙烯脱氢装置能耗的一个重要方向。若其他条件不变，减少水烃比，为使反应从起始到平衡均达到或接近原有的反应速率、限度，则可相应的改变的条件： 。
A．升温 B．降温 C．增压 D．减压 E．催化剂
【答案】(1)-54.6(2分)
(2) (2分) 主反应的吸热，高于950℃时，乙苯的平衡转化率很大(或平衡常数很大)，H2的移出率对平衡转化率的影响很小，或主反应的吸热，高于950℃时，温度对于主反应的影响大于H2的移出率对平衡转化率的影响(2分) D(2分)
(3) (2分) AE(2分)
【解析】(1)根据图像可知：①；②；③；根据盖斯定律：③-②+①，得C6H5C2H5(g)＋H2(g) C6H5CH3(g)＋CH4(g) ΔH2＝-54.6kJ·ml−1；(2)①
H2的移出率为b，剩余氢气，结合总压强p，将数据代入分压平衡常数，得；②当温度高于950℃时，乙苯的平衡转化率随H2的移去率的变化改变程度不大的原因：主反应的吸热，高于950℃时，乙苯的平衡转化率很大(或平衡常数很大)，H2的移出率对平衡转化率的影响很小，或主反应的吸热，高于950℃时，温度对于主反应的影响大于H2的移出率对平衡转化率的影响；③A项，该过程有副反应发生，生成H2的总物质的量与苯乙烯不相等，故A错误；B项，主反应为可逆过程，始终有H2存在，故反应器中发生副反应，故B错误；C项，在恒容的膜反应器中，其他条件不变，增大水烃比，平衡正向移动，但乙苯的转化率降低，故C错误；D项，膜反应器可降低反应温度，减少副反应的影响，故D正确；故选D；(3)①水烃比为1时乙苯的平衡转化率与温度的关系曲线(曲线Ⅱ)：；②工业上，减小水烃比是降低苯乙烯脱氢装置能耗的一个重要方向。若其他条件不变，减少水烃比，为使反应从起始到平衡均达到或接近原有的反应速率、限度，则可相应的升温或使用催化剂实现。
5．(14分)(2024·河南省湘豫名校联考联盟高三联考)汽车尾气的污染是现代研究的重要课题。一定条件下对汽车尾气有效治理的反应要经历以下三个基元反应阶段，反应历程如图甲所示(TS表示过渡态，图示涉及的物质均是气体)。
请回答下列问题：
(1)写出有效治理汽车尾气的三个基元反应中反应②的热化学方程式为 ；上述该过程的总反应热化学方程式为 。
(2)汽车尾气中含有N2O，在一定条件下N2O会发生反应2N2O(g)2N2(g)+O2(g)。在三个密闭容器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中分别通入0.1mlN2O气体，各容器中N2O的平衡转化率如图乙所示。
①该反应的逆反应为 反应(填“放热”或“吸热”)。
②若三个密闭容器的容积分别为VI、VII、VIII，则VI、VII、VIII的大小关系为 。
③若VII=1L，470℃时容器Ⅱ中反应的平衡常数K为 ；在此温度下，向1L的密闭容器Ⅳ中通入0.06mlN2O、0.06mlN2和0.04mlO2，则反应开始时v正(N2O) v逆(N2O)(填“＞”“=”或“＜”)。
(3)汽车尾气中的NO可与Br2发生反应：2NO(g)+Br2(g)2NOBr(g) △H=-akJ•ml-1(a＞0)，其反应机理如下：
①NO(g)+Br2(g)NOBr2(g) 快
②NO(g)+NOBr2(g)2NOBr(g) 慢
下列有关该反应的说法正确的是 (填字母序号)。
A．该反应的速率主要取决于反应①的快慢
B．NOBr2是该反应的催化剂
C．正反应的活化能比逆反应的活化能小akJ•ml-1
D．增大Br2(g)的浓度能增大活化分子百分数，加快反应速率
【答案】(1) N2O2(g)+CO(g)=N2O(g)+CO2(g) △H=-513.5kJ•ml-1 (2分)
2CO(g)+2NO(g) N2(g)+2CO2(g) △H=-620.9kJ•ml-1(2分)
(2)放热(2分) VI＞VII＞VIII(2分) 0.0675ml•L-1 (2分) ＞(2分)
(3)C(2分)
【解析】(1)根据图示中反应历程中三个基元反应可知，
反应①2NO(g) =N2O2(g) ΔH=+199.2kJ•ml-1；
反应②N2O2(g)+CO(g) =N2O(g)+CO2(g) ΔH=-513.5kJ•ml-1；
反应③N2O(g)+CO(g) =N2(g)+CO2(g) ΔH=-306.6kJ•ml-1；
总反应为2CO(g)+2NO(g) N2(g)+2CO2(g) ；
根据盖斯定律反应①+反应②+反应③即得总反应，总反应热化学方程式为2CO(g)+2NO(g) N2(g)+2CO2(g) △H=-620.9kJ•ml-1；(2)①由图可知，温度升高，N2O的平衡转化率增大，即平衡正向移动，则该反应的正反应为吸热反应，逆反应为放热反应；②反应2N2O(g)2N2(g)＋O2(g)为气体体积增大的反应，温度相同、反应物的物质的量相同的条件下，容器Ⅰ、容器Ⅱ、容器Ⅲ中N2O 的平衡转化率递减，说明容器Ⅰ、容器Ⅱ、容器Ⅲ的压强逐渐增大，故容器Ⅰ、容器Ⅱ、容器Ⅲ的容积依次减小，即；③若，由图可知，470℃时容器1中N2O的平衡转化率为60%，则平衡时，、、，其化学平衡常数；在此温度下向1L密闭容器Ⅳ中若开始通入，和，则容器Ⅳ中初始浓度熵，反应向正反应方向进行，则反应开始时；(3)A项，反应速率主要取决于活化能大、反应速率慢的一步反应，所以该反应的总反应速率主要取决于反应②的快慢，A项错误；B项，NOBr2是反应过程中的中间产物，而不是该反应的催化剂，B项错误；C项，由于该反应为放热反应，说明反应物总能量高于生成物总能量，所以正反应的活化能比逆反应的活化能小akJ·ml−1，C项正确；D项，增大Br2 (g)的浓度，单位体积内分子总数增加，单位体积内活化分子数增加，但活化分子百分数不变，所以反应速率加快，D项错误；故选C。
6．(15分)(2024·云南部分名校高三联考理科综合)氨是一种重要的化工原料，可用于制造铵态化肥。已知：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH=-91kJ/ml。回答下列问题：
(1)已知上述反应的熵变(ΔS)为-198.9J·ml-1·K-1，该反应能自发进行的温度可能是___________(填标号)。
A．25 ℃B．150 ℃C．1273 ℃D．1457.5 ℃
(2)在恒温恒容条件下，充入等物质的量的N2和H2合成氨气，下列情况表明该反应达到平衡状态的是___________(填标号)。
A．混合气体密度不随时间变化B．N2 体积分数不随时间变化
C．混合气体总压强不随时间变化D．H2与 NH3的消耗速率之比为3∶2
(3)在催化剂作用下，合成氨的反应速率为 (k为速率常数，只与温度、催化剂有关，与浓度无关。a、β、γ为反应级数，可取正整数、负整数、0，也可取分数)。 为了测定反应级数，在一定温度下进行实验，其结果如下：
①α+β+γ=
②已知经验公式为 (其中，Ea、k分别为活化能、速率常数，R、C为常数，T为温度)。在催化剂作用下，测得Rlnk与温度()的关系如图1所示。
催化效率较高的是 (填“Catl”或“Cat2”)，在Cat2催化剂作用下。活化能Ea为
(4)在体积均为2L的甲、乙两恒容密闭容器中分别通入 l ml N2和3ml H2，分别在不同条件下达到平衡，测得 NH₃的物质的量与时间的关系如图2所示。
①相对甲，乙仅改变的一个条件是 ，正反应速率：a (填“>”、“<”或“=”)b。
②在该条件下，乙的平衡常数为 (结果保留2位小数)。
【答案】(1)AB(2分) (2)CD(2分) (3) 3(2分) Catl(2分) 30.0 kJ/ml(2分)
(4) 降低温度(2分) > (1分) 8.33(2分)
【解析】(1)根据自由能判据可知，△G=△H-T△S=-91000-(-198.9)T<0，T<457.5K，t<184.5℃，A、B项符合题意；(2)A项，气体总质量不变，体积不变，密度始终不变，A错误；B项，氮气的体积分数为50%，始终不变，B错误；C项，反应前后气体系数和不同，反应过程中气体的总物质的量随着反应发生改变，物质的量变化压强会改变，混合气体总压强不随时间变化，C正确；D项，H2与 NH3的消耗速率之比为3∶2，则单位时间消耗的氢气等于生成的氢气，D正确；故选CD。(3)①将各组数据代入计算，将I、II组数据代入，a为1；将I、III组数据代入，β为2；将III、IV组数据代入，γ为0；所以α+β+γ=3；②根据经验公式可知，温度变化相同时，Rlnk变化值与活化能成比例，活化能越大，变化值越大。故斜率越小，活化能越小，催化剂Catl催化效率越高，代入a、b点数据可知，93=-Ea×2×10-3+C，33=-Ea×4×10-3+C，解得Ea=30.0kJ/ml；(4)① 甲相对于乙，先达平衡，则速率快，达平衡时氨气的含量甲小于乙，故改变的条件为降低温度，甲的温度较高，所以a点的反应速率大于b点；②乙容器平衡时含1.2ml氨气，则平衡时c(N2)=0.2ml/L，c(H2)= 0.6ml/L，c(NH3)=0.6ml/L，。
7．(14分)(2023·广东湛江高二毕业班调研考试)2023年5月，中国神舟十六号载人飞船成功发射，三位航天员景海鹏、朱杨柱、桂海潮在天宫空间站开启长达半年的太空生活。
(1)法国化学家Paul Sabatier提出并命名的“Sabatier反应”实现了CO2甲烷化，科技人员基于该反应设计如图过程完成空间站中CO2与O2的循环，从而实现O2的再生。
①写出与CH4具有相同空间结构的一种微粒： 。
②在特定温度下，由稳定态单质生成1ml化合物的焓变叫做该物质在此温度下的标准摩尔生成焓。表中为几种物质在298K的标准生成焓。
则Sabatier反应CO2(g)+4H2 (g)CH4 (g)+2 H2O(g) ΔH kJ·ml-1。
③下列有关Sabatier反应说法正确的是 。
A．输送进入Sabatier反应器的是电解水装置的阴极产物
B．采用高压和合适催化剂均有利于提高Sabatier反应的转化率
C．恒温条件下，在刚性容器中发生Sabatier反应，气体密度不变时，说明反应达到平衡
D．应该在Sabatier反应器的前端维持较高温度，后端维持较低温度
④一定条件下，CH4分解形成碳的反应历程如图所示，其中决定反应速率的是第 步反应。
(2)航天员呼吸产生的CO2还可以利用Bsch反应：CO2(g)+2H2 (g)C(s)+ 2H2O(g) 代替Sabatier反应。在250℃时，向体积为2L恒容密闭容器中通入2mlH2和1mlCO2发生Bsch反应，测得容器内气压变化如图所示。
①试解释容器内气压先增大后减小的原因： 。
②该温度下Bsch反应的Kp= (写出计算过程，Kp为用气体的分压表示的平衡常数，分压=气体的体积分数×体系总压)。
③在上图基础上画出其他条件相同，向体系加入催化剂时其压强随时间的变化曲线。
【答案】(1) NH4+、SO42-等(2分) -164.98(2分) AD (2分) 4或四(2分)
(2) 该反应是放热反应，反应开始时容器内温度上升，压强增大，随着反应进行，反应气体分子体减少，压强减小(2分) 0.05(2分) (2分)
【解析】(1)①CH4为正四面体形，NH4+、SO42-等立体结构均为正四面体形；②根据题给信息可得则Sabatier反应的；③由图示，输送进入Sabatier反应器的是H2，H2是电解水装置的阴极产物，A正确；催化剂不能改变Sabatier反应的转化率，B错误；反应前后气体总质量不变，刚性容器体积不变，所示气体密度不变时不能说明反应达到平衡，C错误；Sabatier反应器的前端维持较高温度是为了提高反应速率，后端维持较低温度是因为该反应放热，低温可提高反应转化率，D正确；故选AD；④活化能最大的一步反应最慢，是决定反应速率的步骤，故为第4步；(2)①该反应是放热反应，反应开始时容器内温度上升，压强增大，随着反应进行，反应气体分子体减少，压强减小；②设反应转化了x ml CO2：
根据阿伏加德罗定律：解得x=0.5，；③加入催化剂只能加快反应速率，可以缩短时间，但不改变平衡转化率，所以平衡时的压强不变，其他条件相同，向体系加入催化剂时其压强随时间的变化曲线如。
8．(15分)研究含氮元素物质的反应对生产、生活、科研等方面具有重要的意义。
(1)发射“神舟十三”号的火箭推进剂为液态四氧化二氮和液态偏二甲肼(C2H8N2)。
已知：①C2H8N2(l)＋4O2(g)===2CO2(g)＋N2(g)＋4H2O(l) ΔH1＝－2 765.0 kJ·ml－1
②2O2(g)＋N2(g)===N2O4(l) ΔH2＝－19.5 kJ·ml－1
③H2O(g)===H2O(l) ΔH3＝－44.0 kJ·ml－1
则C2H8N2(l)＋2N2O4(l)===3N2(g)＋2CO2(g)＋4H2O(g)的ΔH为__________。
(2)碘蒸气存在能大幅度提高N2O的分解速率，反应历程为
第一步：I2(g)→2I(g)(快反应)
第二步：I(g)＋N2O(g)→N2(g)＋IO(g)(慢反应)
第三步：IO(g)＋N2O(g)→N2(g)＋O2(g)＋I(g)(快反应)
实验表明，含碘时N2O分解速率方程v＝k·c(N2O)·[c(I2)]0.5(k为速率常数)。下列表述正确的是________(填字母)。
A．N2O分解反应中，k值与碘蒸气浓度大小有关 B．v(第二步的逆反应)＜v(第三步反应)
C．IO为反应的催化剂 D．第二步活化能比第三步大
(3)为避免汽车尾气中的氮氧化合物对大气的污染，需给汽车安装尾气净化装置。在净化装置中CO和NO发生反应：2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g) ΔH＝－746.8 kJ·ml－1。实验测得：v正＝k正·p2(NO)·p2(CO)，v逆＝k逆·p(N2)·p2(CO2)。其中k正、k逆分别为正、逆反应速率常数，只与温度有关；p为气体分压(分压＝物质的量分数×总压)。
①达到平衡后，仅升高温度，k正增大的倍数__________(填“大于”“小于”或“等于”)k逆增大的倍数。
②一定温度下在刚性密闭容器中充入CO、NO和N2的物质的量之比为2∶2∶1，压强为p0。达平衡时压强为0.9p0，则eq \f(k正,k逆)＝__________。
(4)我国科技人员计算了在一定温度范围内下列反应的平衡常数Kp：
ⅰ.3N2H4(l)===4NH3(g)＋N2(g) ΔH1 Kp1
ⅱ.4NH3(g)===2N2(g)＋6H2(g) ΔH2 Kp2
绘制pKp1－T和pKp2－T的线性关系如图所示(已知：pKp＝－lg Kp)：
①由图可知，ΔH1________(填“＞”或“＜”)0。
②反应3N2H4(l)===3N2(g)＋6H2(g)的K＝________(用Kp1、Kp2表示)；该反应的ΔH________(填“＞”或“＜”)0，写出推理过程：______________________________________________。
【答案】(1)－2 550.0 kJ·ml－1(2分) (2)BD(2分) (3)①小于(2分) ②eq \f(7.5,p0)(2分)
(4)①<(2分) ②Kp1·Kp2(2分) <(1分) 设T2>T1，由图可知：pKp1(T2)－pKp1(T1)>∣pKp2(T2)－pKp2(T1)∣，则pKp1(T2)－pKp1(T1)> pKp2(T1)－pKp2(T2)，pKp1(T2)＋pKp2(T2)>pKp1(T1)＋pKp2(T1)，lg[Kp1(T1)·Kp2(T1)]>lg[Kp1(T2)·Kp2(T2)]，即K(T1)>K(T2)，因此该反应正反应为放热反应(2分)
【解析】(1)由盖斯定律可知，①－2×②－4×③得反应：C2H8N2(l)＋2N2O4(l)===3N2(g)＋2CO2(g)＋4H2O(g) ΔH＝ΔH1－2ΔH2－4ΔH3＝－2 550.0 kJ·ml－1。(2)k为速率常数，受温度、催化剂、固体表面积性质等影响，不受浓度影响，A错误；平衡时v正＝v逆，第二步反应为慢反应，反应速率较慢，则v(第二步的逆反应)也较慢，第三步反应为快反应，反应速率较快，故v(第二步的逆反应)＜v(第三步反应)，B正确；IO为中间过程产物，不是反应的催化剂，C错误；活化能越大反应越慢，第二步反应为慢反应，第三步反应为快反应，故第二步活化能比第三步大，D正确。(3)①达到平衡后，v正＝v逆即k正·p2(NO)·p2(CO)＝k逆·p(N2)·p2(CO2)，反应的平衡常数，反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，Kp值减小，则仅升高温度，k正增大的倍数小于k逆增大的倍数。②一定温度下在刚性密闭容器中充入CO、NO和N2的物质的量之比为2∶2∶1，设初始CO、NO和N2的物质的量分别为2 ml、2 ml、1 ml，生成N2的物质的量为x ml，
2NO(g)＋2CO(g) N2(g)＋2CO2(g)
起始/ml 2 2 1 0
转化/ml 2x 2x x 2x
平衡/ml 2－2x 2－2x 1＋x 2x
则反应后总物质的量为(5－x) ml，初始压强为p0，达平衡时压强为0.9p0，则eq \f(5－x,5)＝eq \f(0.9p0,p0)，x＝0.5，平衡时CO、NO、N2、CO2的物质的量分别为1 ml、1 ml、1.5 ml、1 ml，总物质的量为4.5 ml，则。(4)①由图可知，Kp1随着温度的升高而减小，则平衡逆向移动，正反应为放热反应，ΔH1<0。②由盖斯定律可知，ⅰ＋ⅱ得反应3N2H4(l)===3N2(g)＋6H2(g)，则该反应的K＝Kp1·Kp2。
温度/℃
700
800
830
1000
平衡常数
1.67
1.11
1.00
0.59
温度/℃
增长百分数/%
移出率/%
700
950
1000
60
8.43
4.38
2.77
80
16.8
6.1
3.8
90
27
7.1
4.39
序号
c(N2)/(ml·L-1)
c(H2)/(ml·L-1)
c(NH3)/( ml·L-1)
反应速率
I
1
1
1
V
Ⅱ
2
1
1
2v
Ⅲ
1
4
1
16v
Ⅳ
1
4
2
16v
物质
CO2(g)
CH4(g)
H2O(g)
H2(g)
标准摩尔生成焓/(kJ·ml-1)
-393.51
-74.85
-241.82
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