2020届高考化学二轮复习化学反应中能量变化、反应速率和化学平衡作业 练习


题型九　化学反应中能量变化、反应速率和化学平衡的综合题

高考命题规律
2020年高考必备
2015年
2016年
2017年
2018年
2019年
Ⅰ卷
Ⅱ卷
Ⅰ卷
Ⅱ卷
Ⅲ卷
Ⅰ卷
Ⅱ卷
Ⅲ卷
Ⅰ卷
Ⅱ卷
Ⅲ卷
Ⅰ卷
Ⅱ卷
Ⅲ卷
命题
角度1
反应热、平衡(或速率)的小综合

27

27
27

27

28





命题
角度2
反应热、速率、平衡的综合









27
28
28


命题
角度3
反应热、速率、平衡与其他知识的大综合
28

27


28

28




27
28


命题角度1反应热、平衡(或速率)的小综合　
高考真题体验·对方向
1.(2018全国Ⅰ,28)采用N2O5为硝化剂是一种新型的绿色硝化技术,在含能材料、医药等工业中得到广泛应用。回答下列问题:
(1)1840年Devil用干燥的氯气通过干燥的硝酸银,得到N2O5。该反应的氧化产物是一种气体,其分子式为　　　　　　。 
(2)F.Daniels等曾利用测压法在刚性反应器中研究了25 ℃时N2O5(g)分解反应:
2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g)

　　　　2N2O4(g)
其中NO2二聚为N2O4的反应可以迅速达到平衡。体系的总压强p随时间t的变化如下表所示[t=∞时,N2O5(g)完全分解]:
t/min
0
40
80
160
260
1 300
1 700
∞
p/kPa
35.8
40.3
42.5
45.9
49.2
61.2
62.3
63.1

①已知:2N2O5(g)2N2O4(g)+O2(g)
ΔH1=-4.4 kJ·mol-1
2NO2(g)N2O4(g)　ΔH2=-55.3 kJ·mol-1
则反应N2O5(g)2NO2(g)+12O2(g)的ΔH=　　　　 kJ·mol-1。 
②研究表明,N2O5(g)分解的反应速率v=2×10-3×pN2O5(kPa·min-1),t=62 min时,测得体系中pO2=2.9 kPa,则此时的pN2O5=　　　　 kPa,v=　　　　 kPa·min-1。 
③若提高反应温度至35 ℃,则N2O5(g)完全分解后体系压强p∞(35 ℃)　　　　63.1 kPa(填“大于”“等于”或“小于”),原因是　　　　　　　。 
④25 ℃时N2O4(g)2NO2(g)反应的平衡常数Kp=　　　　　 kPa(Kp为以分压表示的平衡常数,计算结果保留1位小数)。 
(3)对于反应2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g),R.A.Ogg提出如下反应历程:
第一步 N2O5NO2+NO3　　 　　快速平衡
第二步 NO2+NO3NO+NO2+O2 慢反应
第三步 NO+NO32NO2 快反应
其中可近似认为第二步反应不影响第一步的平衡。下列表述正确的是　　　　(填标号)。 
A.v(第一步的逆反应)>v(第二步反应)
B.反应的中间产物只有NO3
C.第二步中NO2与NO3的碰撞仅部分有效
D.第三步反应活化能较高
答案　(1)O2
(2)①53.1　②30.0　6.0×10-2　③大于　温度提高,体积不变,总压强提高;NO2二聚为放热反应,温度提高,平衡左移,体系物质的量增加,总压强提高　④13.4
(3)AC
解析　(1)干燥的氯气与干燥的AgNO3之间发生氧化还原反应时,氯气作氧化剂,而AgNO3中Ag、N元素都处于最高价,所以被氧化的只能为氧元素,则得到的气体为氧气。
(2)①由盖斯定律可知,(第一个已知反应÷2)-(第二个已知反应)可得反应:N2O5(g)2NO2(g)+12O2(g),则该反应的ΔH=-4.4 kJ·mol-1÷2-(-55.3 kJ·mol-1)=+53.1 kJ·mol-1。②依据反应:N2O5(g)2NO2(g)+12O2(g)及气体的物质的量与其形成的压强成正比,生成的O2的压强p(O2)=2.9 kPa,则剩余N2O5形成的压强p(N2O5)=35.8 kPa-2.9 kPa×2=30.0 kPa。则N2O5的分解速率v=2×10-3×30.0 kPa·min-1=6.0×10-2 kPa·min-1。③若提高反应温度至35 ℃,由于体积不变,但温度提高,总压强增大,且2NO2(g)N2O4(g)　ΔH2=-55.3 kJ·mol-1为放热反应,温度升高,平衡左移,气体的物质的量增大,总压强提高,所以N2O5完全分解后体系压强p∞大于63.1 kPa。④当t=∞时,体系的总压强为63.1 kPa为平衡时的总压强,此时N2O5完全分解,生成的氧气的压强为:p(O2)=35.8 kPa2=17.9 kPa。若NO2不生成N2O4,则此时的总压应为35.8 kPa×52=89.5 kPa,而实际压强为63.1 kPa,压强差为:89.5 kPa-63.1 kPa=26.4 kPa
2NO2N2O4　压强差
2　　　 　1 1
　　26.4 kPa　26.4 kPa
则平衡时NO2的分压为63.1 kPa-p(O2)-p(N2O4)=18.8 kPa
由此可求反应N2O4(g)2NO2(g)的平衡常数为(18.8 kPa)226.4 kPa≈13.4 kPa。
(3)根据第一步能“快速平衡”及第二步“慢反应”可判断A项正确;反应的中间产物有NO3及NO,B项错误;根据第二步反应:NO2+NO3NO+NO2+O2可知,部分NO2没有参加反应,C项正确;第三步为“快反应”,则该步反应的活化能较低,D项错误。
2.(2017全国Ⅱ,27)丁烯是一种重要的化工原料,可由丁烷催化脱氢制备。回答下列问题:
　　　　　　　　　　　　　　　　
(1)正丁烷(C4H10)脱氢制1-丁烯(C4H8)的热化学方程式如下:
①C4H10(g)C4H8(g)+H2(g)　ΔH1
已知:
②C4H10(g)+12O2(g)C4H8(g)+H2O(g)　ΔH2=-119 kJ·mol-1
③H2(g)+12O2(g)H2O(g)
ΔH3=-242 kJ·mol-1
反应①的ΔH1为　　　 kJ·mol-1。图(a)是反应①平衡转化率与反应温度及压强的关系图,x　　　　0.1(填“大于”或“小于”);欲使丁烯的平衡产率提高,应采取的措施是　　　　　(填标号)。 
A.升高温度 B.降低温度
C.增大压强 D.降低压强

图(a)


图(b)


图(c)

(2)丁烷和氢气的混合气体以一定流速通过填充有催化剂的反应器(氢气的作用是活化催化剂),出口气中含有丁烯、丁烷、氢气等。图(b)为丁烯产率与进料气中n(氢气)/n(丁烷)的关系。图中曲线呈现先升高后降低的变化趋势,其降低的原因是 
 
　。 
(3)图(c)为反应产率和反应温度的关系曲线,副产物主要是高温裂解生成的短碳链烃类化合物。丁烯产率在590 ℃之前随温度升高而增大的原因可能是　　　　　　　　　　　　　　　、　　　　　　　　　　　　　　　　;590 ℃之后,丁烯产率快速降低的主要原因可能是　 
　。 
答案　(1)+123　小于　AD
(2)原料中过量H2会使反应①平衡逆向移动,所以丁烯转化率下降
(3)590 ℃前升高温度,反应①平衡正向移动　升高温度时,反应速率加快,单位时间产生丁烯更多　更高温度导致C4H10裂解生成更多的短碳链烃,故丁烯产率快速降低
解析　(1)根据盖斯定律,②式-③式可得①式,因此ΔH1=ΔH2-ΔH3=-119 kJ·mol-1+242 kJ·mol-1=+123 kJ·mol-1。由图(a)可以看出,温度相同时,由0.1 MPa 变化到x MPa,丁烷的转化率增大,即平衡正向移动,由于反应①是气体物质的量增大的反应,压强越小平衡转化率越大,所以x的压强更小,xc(NO3-),故脱硫速率大于脱硝速率,可能的原因有SO2、NO初始浓度不同,SO2、NO在水中溶解度不同,NO、SO2还原性强弱不同,反应物的活化能越大,反应速率越慢,故还可能是脱硝反应活化能较高等。
(3)①由图示可知,温度升高,SO2和NO的平衡分压增大,说明升温,平衡逆向移动,因此,升高温度,反应的平衡常数减小。
②根据反应方程式ClO2-+2SO32-2SO42-+Cl-,可知化学平衡常数表达式为K=c(Cl-)·c2(SO42-)c(ClO2-)·c2(SO32-)。
(4)①采用Ca(ClO)2,在脱硫反应中会生成CaSO4沉淀,使c(SO42-)减小,平衡正向移动,SO2转化率提高。
②按题中反应方程式先后顺序,编序号为①②③,根据盖斯定律,将反应①+②-③即可得目标反应,故ΔH=ΔH1+ΔH2-ΔH3。
5.(2015全国Ⅱ,27)甲醇既是重要的化工原料,又可作为燃料。利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)在催化剂作用下合成甲醇,发生的主要反应如下:
①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)ΔH1
②CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)ΔH2
③CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH3
回答下列问题:
(1)已知反应①中相关的化学键键能数据如下:
化学键
H—H
C—O
C≡O
H—O
C—H
E/(kJ·mol-1)
436
343
1 076
465
413

由此计算ΔH1=　　　　 kJ·mol-1;已知ΔH2=-58 kJ·mol-1,则ΔH3=　　　　 kJ·mol-1。 
(2)反应①的化学平衡常数K表达式为　　　　　　　　　　　;图1中能正确反映平衡常数K随温度变化关系的曲线为　　　　(填曲线标记字母),其判断理由是　 
　。 

图1

图2
(3)合成气组成n(H2)n(CO+CO2)=2.60时,体系中的CO平衡转化率(α)与温度和压强的关系如图2所示,α(CO)值随温度升高而　　　　(填“增大”或“减小”),其原因是　 
 
 
　; 
图2中的压强由大到小为　　　　,其判断理由是 
 
 
 
　。 
答案　(1)-99　+41
(2)K=c(CH3OH)c(CO)·c2(H2)[或Kp=p(CH3OH)p(CO)·p2(H2)]
a　反应①为放热反应,平衡常数数值应随温度升高变小
(3)减小　升高温度时,反应①为放热反应,平衡向左移动,使得体系中CO的量增大;反应③为吸热反应,平衡向右移动,又使产生CO的量增大;总结果,随温度升高,使CO的转化率降低
p3>p2>p1　相同温度下,由于反应①为气体分子数减小的反应,加压有利于提升CO的转化率;而反应③为气体分子数不变的反应,产生CO的量不受压强影响。故增大压强时,有利于CO的转化率升高
解析　(1)由反应①ΔH1=∑(反应物键能)-∑(产物键能)
代入求得ΔH1=(1 076+2×436-3×413-343-465) kJ·mol-1=-99 kJ·mol-1。
由盖斯定律,ΔH3=ΔH2-ΔH1=-58 kJ·mol-1+99 kJ·mol-1=+41 kJ·mol-1。
(2)反应①的K表达式为c(CH3OH)c(CO)·c2(H2)。
因反应①为放热反应,所以平衡常数应随温度升高而变小,所以选a。
(3)升高温度,反应①平衡向左移动,使体系中n(CO)增大;反应③为吸热反应,平衡向右移动,又使产生n(CO)增大;总结果是随温度升高,CO的转化率降低。
因为相同温度下,由于反应①为气体分子数减小的反应,加压有利于增大CO的转化率;反应③为气体分子数不变的反应,压强改变对平衡不产生影响。所以压强增大,CO转化率升高,在图2中,同一温度下,CO转化率高的对应压强大,则p3>p2>p1。
典题演练提能·刷高分
1.(2019湖北黄冈质量检测)近年来环境问题突出,大气污染更为严重。回答下面问题:
(1)下列选项中属于重点城市空气质量日报主要污染物的是　　　　。 
A.CO2 B.SO2
C.可吸入颗粒物 D.H2S
(2)汽车尾气常含有CO、NO等有毒气体,汽车气缸中生成NO的化学方程式是　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
(3)汽车排气管安装三元催化装置,可以消除CO、NO的污染,反应机理如下(以Pt催化剂为例):
Ⅰ:NO+Pt(s)NO(s)　(Pt(s)表示催化剂,NO(s)表示吸附态NO,下同)
Ⅱ:CO+Pt(s)CO(s)
Ⅲ:NO(s)N(s)+O(s)
Ⅳ:CO(s)+O(s)CO2+2Pt(s)
Ⅴ:N(s)+N(s)N2+2Pt(s)
Ⅵ:NO(s)+N(s)N2O+2Pt(s)
尾气中反应物及生成物浓度随温度的变化关系如下图。

反应物浓度(ppm)随温度的变化关系

生成物浓度(ppm)随温度的变化关系
[EXP]:指数曲线
回答下面问题:
①消除汽车尾气污染反应最适宜的温度是　　　。 
A.250 ℃ B.300 ℃
C.330 ℃ D.400 ℃
②330 ℃以下的低温区发生的主要反应的化学方程式是　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
③低温区N2O选择性高于N2,由此可推断出:Ⅴ反应的活化能　　　　　　Ⅵ反应的活化能(填“”或“=”),理由是　 
　。 
④结合反应机理和图像分析,温度位于330~400 ℃时,升高温度,反应Ⅴ的反应速率　　　　(填“增大”“减小”或“不变”,下同),反应Ⅳ的反应速率　　　　　　。 
答案　(1)BC　(2)N2+O22NO
(3)①D　②CO+2NOCO2+N2O
③>　反应的活化能小,化学反应速率大,选择性高
④增大　增大
解析　(1)属于重点城市空气质量日报主要污染物的有硫的氧化物、氮的氧化物、可吸入颗粒物。
(2)在汽车气缸中高温高压条件下,空气中的氧气与氮气反应生成NO,反应的化学方程式是N2+O22NO。
(3)①根据图中曲线变化可知,消除汽车尾气污染反应最适宜的温度是400 ℃。
②330 ℃以下的低温区CO2、N2O含量较高,故发生的主要反应的化学方程式是CO+2NOCO2+N2O;③低温区N2O选择性高于N2,由此可推断出:Ⅴ反应的活化能>Ⅵ反应的活化能,理由是反应的活化能越小,化学反应速率越大,选择性越高。
④不管是哪一种化学反应,升高温度化学反应速率均增大。
2.(2019湖北四地七校联盟2月联考)氢气作为清洁能源有着广泛的应用前景,利用含硫天然气制备氢气的流程如下:
天然气→转化脱硫Ⅰ→蒸气转化Ⅱ→CO变换Ⅲ→H2提纯Ⅳ
请回答下列问题:
Ⅰ.转化脱硫:将天然气压入吸收塔,30 ℃时,在T.F菌作用下,酸性环境中脱硫过程示意图如下。

(1)过程ⅰ的离子反应方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
(2)已知:①Fe3+在pH=1.9时开始沉淀,pH=3.2时沉淀完全。
②30 ℃时,在T.F菌作用下,不同pH的FeSO4溶液中Fe2+的氧化速率如下表:
pH
0.7
1.1
1.5
1.9
2.3
2.7
Fe2+的氧化速率(g·L-1·h-1)
4.5
5.3
6.2
6.8
7.0
6.6

在转化脱硫中,最佳pH范围是　　　　”“=”或“　1.25p0
(4)AC
解析　(1)硝酸铵在催化剂存在时分解生成一氧化二氮和水,反应的化学方程式为NH4NO3N2O↑+2H2O。
(2)对反应2N2O(g)2N2(g)+O2(g)　ΔH=-163 kJ·mol-1,设1 mol N2O(g)分子中化学键断裂时需要吸收的能量为x,根据反应热=反应物的键能总和-生成物的键能总和可得2x-2×945 kJ-498 kJ=-163 kJ,解得x=1 112.5 kJ。
(3)①根据表格数据,在0~20 min时段,反应速率v(N2O)=ΔcΔt=(0.10-0.08)mol·L-120min=1.0×10-3 mol·(L·min)-1。②由表可知,每隔10 min,c(N2O)的变化量相等,故单位时间内c(N2O)的变化与N2O的起始浓度无关,每10 min均减小0.01 mol·L-1,若N2O起始浓度c0为0.150 mol·L-1,则反应至30 min时转化的N2O的浓度为0.01 mol·L-1×3=0.03 mol·L-1,则N2O的转化率α=0.03mol·L-10.150mol·L-1×100%=20.0%。③其他条件相同时,温度升高化学反应速率加快,N2O分解半衰期减小,由图可知,压强相同时,对应半衰期T2>T1,则温度T1>T2。当温度为T1、起始压强为p0时,设起始时的物质的量为1 mol,则:
　　　2N2O(g)2N2(g)+O2(g)
起始量/mol 1 0 0
t1 min时/mol 0.5 0.5 0.25
t1 min时总物质的量为(0.5+0.5+0.25) mol=1.25 mol,根据等温等容条件下,压强之比等于物质的量之比,体系压强p=1.251p0=1.25p0。
(4)温度升高,化学反应速率增大,因v=k·c(N2O)·[c(I2)]0.5,则温度升高,k值增大,故A正确;化学反应速率由反应最慢的反应决定,则第二步对总反应速率起决定作用,故B错误;第二步反应为慢反应,第三步反应为快反应,所以第二步活化能比第三步大,故C正确;含碘时NO分解速率方程v=k·c(N2O)·[c(I2)]0.5,所以N2O分解速率与I2的浓度有关,故D错误。
6.(2019重庆巴蜀中学高三三诊考试)乙二醛(OHC—CHO)是一种重要的精细化工产品。
(1)乙醛(CH3CHO)液相硝酸氧化法
在Cu(NO3)2催化下,用稀硝酸氧化乙醛制取乙二醛,反应的化学方程式为 
　, 
该法具有原料易得、反应条件温和等优点,但也存在比较明显的缺点是　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
(2)乙二醇(HOCH2CH2OH)气相氧化法
①已知:OHC—CHO(g)+2H2(g)HOCH2CH2OH(g)　ΔH=-78 kJ· mol-1K1
2H2(g)+O2(g)2H2O(g)
ΔH=-484 kJ· mol-1K2
乙二醇气相氧化反应HOCH2CH2OH(g)+O2(g)OHC—CHO(g)+2H2O(g)的ΔH=　　　　 kJ· mol-1。相同温度下,该反应的化学平衡常数K=　　　　(用含K1、K2的代数式表示)。 
②氢气与氧气反应生成水在热力学上趋势很大,其原因是　。 
③当原料气中氧醇比为1.35时,乙二醛和副产物CO2的产率与反应温度的关系如下图所示。反应温度在450~495 ℃之间和超过495 ℃时,乙二醛产率降低的主要原因分别是　　　　　　　　　　　　、　。 

④在恒温恒容下,如果从反应物出发建立平衡,能说明乙二醇气相氧化反应达到平衡状态的是　　　　(填选项字母)。 
A.体系压强不再变化
B.氧醇比保持不变
C.混合气体的密度保持不变
D.气体平均相对分子质量保持不变
答案　(1)3CH3CHO+4HNO3
3OHC—CHO+4NO↑+5H2O　尾气有污染(或“腐蚀设备”等其他合理答案)
(2)①-406　K2K1　②该反应是放出大量热的反应
③温度升高,主反应平衡向逆反应方向移动　温度大于495 ℃,乙二醇大量转化为CO2等副产物
④AD
解析　(1)在Cu(NO3)2催化下,用稀硝酸氧化乙醛制取乙二醛,硝酸被还原为NO,反应方程式为3CH3CHO+4HNO33OHC—CHO+4NO↑+5H2O,生成的NO对环境有污染。
(2)①将已知反应分别标记为Ⅰ.OHC—CHO(g)+2H2(g)HOCH2CH2OH(g)　ΔH=-78 kJ·mol-1　K1;
Ⅱ.2H2(g)+O2(g)2H2O(g)　ΔH=-484 kJ·mol-1　K2;根据盖斯定律,Ⅱ-Ⅰ可得HOCH2CH2OH(g)+O2(g)OHC—CHO(g)+2H2O(g),则ΔH=-484 kJ·mol-1-(-78 kJ·mol-1)=-406 kJ·mol-1,平衡常数K为反应Ⅱ与Ⅰ的平衡常数的商,即K=K2K1。
②由①中已知信息可知氢气与氧气反应生成水是放出大量热的反应,在热力学上趋势很大。
③主反应HOCH2CH2OH(g)+O2(g)
OHC—CHO(g)+2H2O(g)为放热反应,升高温度平衡逆向移动;温度超过495 ℃时,乙二醇大量转化为二氧化碳等副产物,使乙二醛产率降低。
④乙二醇气相氧化反应:HOCH2CH2OH(g)+O2(g)OHC—CHO(g)+2H2O(g)。A选项,该反应属于反应前后气体的化学计量数和发生变化的反应,因此体系压强不再变化,能够说明反应达到平衡状态,所以正确;B选项,根据乙二醇的气相氧化反应,当起始时氧醇比为1∶1时,反应过程中氧醇比始终保持不变,不能说明乙二醇气相氧化反应达到平衡状态,所以错误;C选项,该反应的气体质量和体积均不变,混合气体的密度始终保持不变,不能说明乙二醇气相氧化反应达到平衡状态,所以错误;D选项,该反应属于气体化学计量数和发生变化的反应,气体平均相对分子质量保持不变,说明气体的物质的量不变,因此能够说明乙二醇气相氧化反应达到平衡状态,所以正确。
7.(2019陕西二模)催化剂作用下甲醇直接脱氢可以得到无水甲醛,同时生成氢气。
(1)已知下列三个热化学方程式:
①CH3OH(g)+32O2(g)CO2(g)+2H2O(g)　ΔH=-725.80 kJ·mol-1
②HCHO(g)+O2(g)CO2(g)+H2O(g)　ΔH=-570.80 kJ·mol-1
③H2(g)+12O2(g)H2O(g)　ΔH=-241.80 kJ·mol-1
则可逆反应甲醇蒸气脱氢制取甲醛的热化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
(2)关于上述甲醇脱氢反应的下列说法正确的是　　　　　。 
A.HCHO和H2的体积分数相等能说明该可逆反应已经达到化学平衡
B.增大甲醇浓度可提高活化分子百分数,增大反应速率
C.高温高压更有利于提高甲醛的产率
D.该反应在较高温度下更易自发进行
(3)在t ℃时,向2 L恒容密闭容器中充入3.0 mol CH3OH,平衡后H2的体积分数是25%,则此温度下的化学平衡常数是　　　　;升温到t2 ℃,K是t1 ℃的8倍,平衡后HCHO的体积分数是　　　　　;若在此容器中,t2 ℃条件下加入三种气体,某时刻测得CH3OH、HCHO、H2的物质的量分别是1 mol、1 mol、2 mol,此时是否处于平衡态　　　　(填“是”或“否”),正、逆反应速率的关系是　　　。 
(4)由下面图示分析,温度高于550 ℃甲醛的产率反而下降的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　,化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

反应温度与甲醇转化率和甲醛选择性的关系

反应温度与甲醇脱氢副产物的分布关系
答案　(1)CH3OH(g)HCHO(g)+H2(g)
ΔH=+86.80 kJ·mol-1
(2)D
(3)0.25　40%　否　v正>v逆
(4)生成甲醛的反应为吸热反应,升高温度平衡正向移动,且甲醛的选择性变大,甲醛产率升高;温度高于550 ℃,甲醛产率下降是因为分解生成CO的产率增大　HCHOCO+H2
解析　(1)已知下列三个热化学方程式:
①CH3OH(g)+32O2(g)CO2(g)+2H2O(g)
ΔH=-725.80 kJ·mol-1
②HCHO(g)+O2(g)CO2(g)+H2O(g)
ΔH=-570.80 kJ·mol-1
③H2(g)+12O2(g)H2O(g)　ΔH=-241.80 kJ·mol-1
根据盖斯定律,①-②-③得到可逆反应甲醇蒸气脱氢制取甲醛的热化学方程式:CH3OH(g)HCHO(g)+H2(g)　ΔH=+86.80 kJ·mol-1。
(2)起始时生成物物质的量为0,反应过程中和平衡状态下HCHO和H2的体积分数均相等,A项不能说明该可逆反应已经达到化学平衡态,A项错误;增大反应物浓度,单位体积内活化分子数增加,但活化分子百分数不变,升高温度或加入催化剂能提高活化分子百分数,B项错误;反应为气体物质的量增大的吸热反应,高温低压有利于平衡正向移动,C项错误;反应为吸热反应,ΔH>0,ΔS>0,根据ΔH-TΔS1。设起始时CO和H2O的物质的量均为1 mol,反应转化的CO的物质的量为x,则
　CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)
起始/mol 　1　　　　1　　　　0　 　　0
转化/mol　 x x x x
平衡/mol　1-x 　　1-x x x
则x2(1-x)2>1,解得x>0.5 mol。
当x=0.5 mol时,氢气的物质的量分数为0.25,当完全反应时,氢气的物质的量分数为0.5,因此平衡时氢气的物质的量分数应介于0.25和0.5之间,所以C项正确。
(3)由图示可知,最终生成物的相对能量低于反应物的相对能量,所以该反应为放热反应,即ΔHpb(CO2)>pa(CO2)。
3.(2018全国Ⅲ,28)三氯氢硅(SiHCl3)是制备硅烷、多晶硅的重要原料。回答下列问题:
(1)SiHCl3在常温常压下为易挥发的无色透明液体,遇潮气时发烟生成(HSiO)2O等,写出该反应的化学方程式　　　　　　　　　　　　　　　。 
(2)SiHCl3在催化剂作用下发生反应:
2SiHCl3(g)SiH2Cl2(g)+SiCl4(g)
ΔH1=48 kJ·mol-1
3SiH2Cl2(g)SiH4(g)+2SiHCl3(g)
ΔH2=-30 kJ·mol-1
则反应4SiHCl3(g)SiH4(g)+3SiCl4(g)的ΔH为　　　　　 kJ·mol-1。 
(3)对于反应2SiHCl3(g)SiH2Cl2(g)+SiCl4(g),采用大孔弱碱性阴离子交换树脂催化剂,在323 K和343 K时SiHCl3的转化率随时间变化的结果如图所示。

①343 K时反应的平衡转化率α=　　　　　%。平衡常数K343 K=　　　　　(保留2位小数)。 
②在343 K下:要提高SiHCl3转化率,可采取的措施是　　　　　　　　　;要缩短反应达到平衡的时间,可采取的措施有　　　　　、　　　　　　。 
③比较a、b处反应速率大小:va　　　　　vb(填“大于”“小于”或“等于”)。反应速率v=v正-v逆=k正xSiHCl32-k逆xSiH2Cl2xSiCl4,k正、k逆分别为正、逆向反应速率常数,x为物质的量分数,计算a处的v正v逆=　　　　　(保留1位小数)。 
答案　(1)2SiHCl3+3H2O(HSiO)2O+6HCl
(2)114　(3)①22　0.02　②及时移去产物　改进催化剂　提高反应物压强(浓度)　③大于　1.3
解析　(1)SiHCl3与H2O反应生成(HSiO)2O为非氧化还原反应,由原子守恒配平:2SiHCl3+3H2O(HSiO)2O+6HCl。
(2)2SiHCl3(g)SiH2Cl2(g)+SiCl4(g)　ΔH1=48 kJ·mol-1①
3SiH2Cl2(g)SiH4(g)+2SiHCl3(g)　ΔH2=-30 kJ·mol-1②
根据盖斯定律:①×3+②即可得4SiHCl3(g)SiH4(g)+3SiCl4(g)　ΔH=114 kJ·mol-1。
(3)①由图根据“先拐先平速率大”可知a曲线温度较高(343 K),平衡转化率为22%;
设SiHCl3起始物质的量为1 mol,则有
　　　　2SiHCl3(g)SiH2Cl2(g)+SiCl4(g)
起始物质
的量/mol 1 0 0
转化物质
的量/mol 0.22 0.11 0.11
平衡物质
的量/mol 0.78 0.11 0.11
平衡常数K343 K=0.11×0.11(0.78)2≈0.02
③a处反应相当于在b处反应的基础上升高温度,反应速率va大于vb;
达平衡时v正、v逆相等,k正xSiHCl32=k逆xSiH2Cl2xSiCl4
k正k逆=xSiH2Cl2·xSiCl4xSiHCl32=K343 K=0.02
a处SiHCl3转化率为20%,设起始时SiHCl3物质的量为1 mol,则有:
　　　2SiHCl3(g)SiH2Cl2(g)+SiCl4(g)
起始物质
的量/mol 1 0 0
转化物质
的量/mol 0.2 0.1 0.1
a点物质的
量/mol 0.8 0.1 0.1
此时SiHCl3、SiH2Cl2、SiCl4的物质的量分数分别为0.8、0.1、0.1,
v正v逆=k正xSiHCl32k逆xSiH2Cl2xSiCl4=0.02×0.820.1×0.1=1.28≈1.3。
典题演练提能·刷高分
1.(2019河北石家庄教学质量检测)甲烷是一种重要的化工原料和清洁能源,研究其再生及合理利用有重要意义。
请回答:
(1)已知一定条件下发生如下反应:CO2(g)+2H2O(g)CH4(g)+2O2(g)　ΔH=+802 kJ· mol-1。
将一定量的CO2(g)和H2O(g)充入10 L密闭容器中,分别在催化剂M、N的作用下发生上述反应,CH4(g)的产量(n)与光照时间(t)和温度(T)变化的关系如图1所示。
①若甲烷的燃烧热(ΔH')为-890 kJ· mol-1,则水的汽化热ΔH″=　　　　　　　　(汽化热指1 mol液体转化为气体时吸收的热量)。 
②T1 ℃、催化剂M作用下,0~20 h内该反应速率v(H2O)=　　　　　　　　。 

③根据图1判断,T1　　　　　　T2(填“>”“　该反应为吸热反应,温度升高,CH4的产量增大　劣于
(2)①低于T0 ℃时,相同时间段内温度越高反应速率越大,CO的体积分数越大;高于T0 ℃时,反应达到平衡;由于该反应为放热反应,平衡后随温度升高平衡逆向移动,CO的体积分数减小　②27p02320
解析　(1)①已知:CO2(g)+2H2O(g)CH4(g)+2O2(g)　ΔH=+802 kJ·mol-1①,甲烷的燃烧热为ΔH=-890 kJ·mol-1,则表示甲烷燃烧热的热化学方程式为CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l)　ΔH'=-890 kJ·mol-1②,根据盖斯定律,-12(①+②)可得:H2O(l)H2O(g)　ΔH=-12[+802 kJ·mol-1+(-890 kJ·mol-1)]=+44 kJ·mol-1,即水的汽化热ΔH″=+44 kJ·mol-1。
②根据图像可知,T1 ℃、催化剂M作用下,0~20 h内CH4的物质的量变化为0.6 mol,则v(CH4)=0.6mol10 L×20 h=0.003 mol·L-1·h-1,所以v(H2O)=2v(CH4)=0.006 mol·L-1·h-1。
③该反应为吸热反应,温度升高,平衡右移,CH4的产量增大,根据图像可知,温度为T1条件下,平衡时甲烷的物质的量较大,则T1>T2;已知温度T1>T2,若不使用催化剂,应该在温度T1条件下优先达到平衡状态,根据图像可知,使用催化剂N的曲线优先达到平衡状态,说明催化剂的催化效果:M劣于N。
(2)①在温度低于T0 ℃时,反应未达平衡,随温度升高反应速率增大,导致CO的体积分数增大;在温度为T0 ℃时,反应达到平衡,由于该反应为放热反应,温度升高使平衡逆向移动,故CO的体积分数减小。
②CH4(g)和H2O(g)的物质的量之比为1∶3,设CH4物质的量为1 mol,H2O为3 mol,平衡时生成的CO物质的量为y mol,CO的平衡体积分数为10%
　　CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)
初始/mol 1 3 0 0
转化/mol y y y 3y
平衡/mol 1-y 3-y y 3y
则:y1-y+3-y+y+3y×100%=10%,解得:y=0.5 mol,则平衡时混合气体的总物质的量为5 mol,反应前总物质的量为4 mol,容器容积相同时,气体的压强与物质的量成正比,T0 ℃时,容器内起始压强为p0,则平衡时压强为:p0×54=1.25p0,平衡时p(CH4)=0.55×1.25p0=18p0,p(H2O)=2.55×1.25p0=58p0,p(CO)=0.55×1.25p0=18p0,p(H2)=1.55×1.25p0=38p0,反应的平衡常数Kp=(38p0)3×(18p0)(18p0)×(58p0)=27p02320。
2.(2019华中师大第一附中高三期中)工业上可通过煤的液化合成甲醇,主反应为CO(g)+2H2(g)CH3OH(l)　ΔH=x。
(1)已知常温下CH3OH、H2和CO的燃烧热ΔH分别为-726.5 kJ·mol-1、-285.5 kJ·mol-1、-283.0 kJ·mol-1,则x=　　　　　　　。为提高合成甲醇反应的选择性,关键因素是　　　　　　　　。 
(2)T K下,在容积为1.00 L的某密闭容器中进行上述反应(CH3OH为气体),相关数据如图。

①该反应0~10 min的平均速率v(H2)=　　　　　　　,M和N点的逆反应速率较大的是　　　　　　(填“v逆(M)”“v逆(N)”或“不能确定”)。 
②10 min时容器内CO的体积分数为　　　　　。相同条件下,若起始投料加倍,达平衡时,CO的体积分数将　　　　　(填“增大”“减小”或“不变”)。 
③对于气相反应,常用某组分(B)的平衡压强(pB)代替物质的量浓度(cB)表示平衡常数(以Kp表示),其中,pB=p总×B的体积分数。若在T K下平衡气体总压强为x atm,则该反应的Kp=　　　　(计算表达式)。实验测得不同温度下的lnK(化学平衡常数K的自然对数)如图,请分析lnK随T呈现上述变化趋势的原因是　　　　　　　　　　　　　　　。 

答案　(1)-127.5 kJ·mol-1　催化剂(或提高催化剂的选择性)
(2)①0.12 mol·(L·min)-1　不能确定　②29(或22.22%)　减小　③x32x9×(4x9)2　该反应正反应为放热反应,当温度升高时平衡逆向移动,平衡常数(Kp或lnKp)减小
解析　(1)CH3OH、H2和CO的燃烧热ΔH分别为-726.5 kJ·mol-1、-285.5 kJ·mol-1、-283.0 kJ·mol-1,则CH3OH(l)+32O2(g)CO2(g)+2H2O(l)　ΔH=-726.5 kJ·mol-1①,H2(g)+12O2(g)H2O　ΔH=-285.5 kJ·mol-1②,CO(g)+12O2(g)CO2(g)　ΔH=-283 kJ·mol-1③,根据盖斯定律③+②×2-①得CO(g)+2H2(g)CH3OH(l)　ΔH=-283 kJ·mol-1-285.5 kJ·mol-1×2+726.5 kJ·mol-1=-127.5 kJ·mol-1。选择合适的催化剂可以提高合成甲醇反应的选择性,所以关键因素是催化剂。
(2)①v(H2)=(2-0.8)mol1 L×10min=0.12 mol·(L·min)-1。15 min时氢气浓度逐渐减小,平衡正向移动,改变的条件可能是加入CO(g)或分离出甲醇或降低温度。若加入CO(g)反应速率加快,若分离出甲醇或降低温度会使反应速率减慢,所以不能确定M和N点的逆反应速率的大小。②根据图示10 min时容器内CO的物质的量是0.4 mol、氢气的物质的量是0.8 mol、甲醇的物质的量是0.6 mol,CO的体积分数为0.40.4+0.6+0.8×100%≈22.22%。相同条件下,若起始投料加倍,相当于加压,平衡正向移动,所以CO的体积分数将减小。③Kp=x×0.61.80.41.8×x×(x×0.81.8)2=x32x9×(4x9)2。该反应正反应为放热反应,当温度升高平衡逆向移动,平衡常数(Kp或lnKp)减小。
3.(2019河南郑州三模)(1)用焦炭还原NO的反应为:2NO(g)+C(s)N2(g)+CO2(g)　ΔH,恒温恒容条件下,向体积相同的甲、乙、丙三个容器中分别加入足量的焦炭和一定量的NO,测得各容器中NO的物质的量[n(NO)]随反应时间(t)的变化情况如下表所示:
　　　　t/min
　n(NO)/mol
容器　　　　　　
0
40
80
120
160
甲/400 ℃
2.00
1.5
1.10
0.80
0.80
乙/400 ℃
1.00
0.80
0.65
0.53
0.45
丙/T ℃
2.00
1.45
1.00
1.00
1.00

①ΔH　　　　0(填“>”或“”“”“p1　>
③p2(CO)·p2(H2)p(CO2)·p(CH4)　1.64(MPa)2　④a.乙　b.B、F
解析　(1)根据盖斯定律,由(①-②+③×4)×12可得:CH3OH(l)+O2(g)CO(g)+2H2O(l)　ΔH=(ΔH1-ΔH2+ΔH3×4)×12=(-1 274.0 kJ·mol-1+566.0 kJ·mol-1-44 kJ·mol-1×4)×12=-442 kJ·mol-1。
(2)①根据图示,压强不变时,升高温度,CH4的平衡转化率增大,说明正反应为吸热反应,ΔH>0。
②正反应为气体分子数增大的反应,温度不变时,降低压强,平衡向正反应方向移动,CH4的平衡转化率增大,故p4>p3>p2>p1。压强为p4时,b点时反应尚未达到平衡,反应正向进行,故v(正)>v(逆)。
③由用平衡浓度表示的平衡常数类推可知,用平衡分压表示的平衡常数K=p2(CO)·p2(H2)p(CO2)·p(CH4)。1 100 ℃、p4条件下CH4的平衡转化率为80%,则平衡时c(CH4)=c(CO2)=0.2 mol·L-1,c(CO)=c(H2)=1.6 mol·L-1,则p(CH4)=p(CO2)=p4×0.20.2×2+1.6×2=118p4,p(CO)=p(H2)=p4×1.60.2×2+1.6×2=49p4,故K=(49p4)2×(49p4)2118p4×118p4=84×p42182=1.64(MPa)2。
④a.CH4的浓度由1.0 mol·L-1逐渐减小,而CO的浓度由0逐渐增加,故与v(正)~c(CH4)相对应的曲线为乙。
b.降低温度,正、逆反应速率均减小,平衡向逆反应方向移动,则CH4的浓度增大,而CO的浓度减小,故相应的平衡点分别为B、F。
5.(2019安徽合肥高三上学期调研)氨作为重要的化工原料,被大量应用于工业生产。氨在不同催化剂条件下可发生下列两个反应:
反应Ⅰ:4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)　ΔH=-905.0 kJ·mol-1
反应Ⅱ:4NH3(g)+3O2(g)2N2(g)+6H2O(g)　ΔH=-1 266.6 kJ·mol-1
(1)写出NO分解生成N2与O2的热化学方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
(2)反应Ⅰ在容积固定的密闭容器中进行,容器内部分物质的物质的量浓度如下表:
　　浓度
时间　　
c(NH3)(mol·L-1)
c(O2)(mol·L-1)
c(NO)(mol·L-1)
第0 min
0.8
1.6
0
第2 min
0.3
0.975
0.5
第3 min
0.3
0.975
0.5
第4 min
0.7
1.475
0.1

①反应从开始到第2 min时,v(H2O)=　　　　　　　　　　　　。 
②在第3 min时,改变的反应条件可能是　　　　　　(填选项字母)。 
　　　　　 　　　　　 　　　　
A.使用催化剂 B.减小压强
C.升高温度 D.增加O2的浓度
③该反应达到平衡状态的标志是　　　　(填选项字母)。 
A.在恒温恒容的容器中,混合气体的密度不再变化
B.单位时间内消耗n mol NO的同时消耗n mol NH3
C.百分含量w(NH3)=w(NO)
D.反应速率v(NH3)∶v(O2)∶v(NO)∶v(H2O)=4∶5∶4∶6
(3)①若在容积为2 L的密闭容器中充入8 mol NH3(g)和6 mol O2(g)发生反应Ⅱ。保持其他条件不变,在相同时间内测得c(N2)与温度的关系如图所示。则T1 ℃下,NH3的平衡转化率为　　　。 
②图中a、c两点对应的容器内部压强pa　　　pc(填“>”“