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2022届高三化学一轮复习考点特训化学反应原理综合题2含解析
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这是一份2022届高三化学一轮复习考点特训化学反应原理综合题2含解析，共43页。试卷主要包含了04，甲醇燃料分为甲醇汽油和甲醇柴油等内容，欢迎下载使用。
化学反应原理综合题
大题训练（共11题）
1.是石油化工行业产生的污染性气体，工业上采取多种方式进行处理。
Ⅰ.干法脱硫
(1)已知的燃烧热(a>0)，S的燃烧热(b>0)，则常温下空气直接氧化脱除的反应： ___________kJ/mol。
(2)常用脱硫剂反应条件如下表，最佳脱硫剂为___________。
脱硫剂
出口硫(mg/m3)
脱硫温度
操作压力
再生条件
一氧化碳
<1.33
300~400
0~3.0
蒸气再生
活性炭
<1.33
常温
0~3.0
蒸气再生
氧化锌
<1.33
350~400
0~3.0
不再生
Ⅱ．热分解法脱硫
在密闭容器中，充入一定量的气体，发生分解反应，控制不同的温度和压强，实验结果如图。
(3)图中压强P1、P2、P3由大到小的顺序为___________，该反应为___________(填吸热”或“放热”)反应，若要进一步提高的平衡转化率，可以采取的措施有___________(任写一种)。
(4)若压强为P2、温度为975℃，的平衡常数，则起始的物质的量浓度c=___________mol/L，若向容器中再加入气体，相同温度下再次达到平衡时，K___________0.04(填“＞”“＜”或“=”)。
Ⅲ．间接电解法脱硫
通过溶液吸收并氧化气体，再通过电解再生，实现循环使用，该法处理过程如图。
(5)电解反应器中总反应的离子方程式为___________。
2.甲醇燃料分为甲醇汽油和甲醇柴油。工业上合成甲醇的方法很多。
(1)已知：
①
②
③
则_______
(2)一定条件下，在恒容密闭容器中投入和，发生反应。
①能说明该反应达到平衡状态的是_______(填序号)。
A．的体积分数保持不变 B．容器内的总压强保持不变
C．混合气体密度保持不变 D．混合气体的平均摩尔质量保持不变
②达平衡后，维持容器的温度不变，将容器的容积扩大一倍，下列说法正确的是_______(填序号)。
A．平衡向正反应方向移动 B．CO的浓度增大
C．平衡常数不变 D．CO的物质的量增大
③维持容器的体积和温度不变，向密闭容器中加入氦气，达到新平衡时，CO、的浓度之比将_______(填“增大”、“减小”或“不变”)。
④甲醇在混合气体中的平衡体积分数与温度、压强的变化关系如图：则P3_______P1(填“>”、“<”或“=”)；300℃、P3条件下，处于E点时(正)____(逆)(填“>”“<”或“=”)；C点的平衡常数K=_______。
3.氮及其化合物在工农业生产和生命活动中起着重要的作用，但同时又是环境污染的主要物质，研究其转化规律一直是科学家们的热点问题。回答下列问题：
(1)已知氮氧化物转化过程中的能量变化如图(图中表示生成2molNO2的能量变化)。1molNO氧化为NO2的焓变∆H___kJ/mol。
(2)一定温度下，向2L恒容密闭容器中充入0.40molN2O4，发生反应N2O4(g)⇌2NO2(g)∆H=+Q kJ/mol，一段时间后达到平衡，测得数据如下：
时间
20
40
60
80
100
c(NO2)/(mol•L-1)
0.12
0.20
0.26
0.30
0.30
①内，___。
②达平衡时，反应体系吸收的热量为___(用Q表示)。
③该温度下反应2NO2(g)⇌N2O4(g)的化学平衡常数K=____。
(3) 近年来，地下水中的氮污染已成为一个世界性的环境问题。在金属Pt、Cu和铱(Ir)的催化作用下，密闭容器中的H2可高效转化酸性溶液中的硝态氮()，其工作原理如图所示。
①Ir表面发生反应的方程式为_______。
②若导电基体上的Pt颗粒增多，造成的结果是_______。
4.汽车尾气中氮氧化物的排放与雾霾天气的产生密切相关，对其进行无害化处理是化学工作者研究的重要课题。
(1)利用反应2CO(g)+2NO(g)=2CO2(g)+N2(g) ΔH＜0，可实现汽车尾气的无害化处理。一定条件下进行该反应，测得CO的平衡转化率与温度、起始投料比m[m=］的关系如图所示。
①投料比m1、m2、m3从大到小的顺序为___________。
②随着温度的升高，不同投料比下CO平衡转化率趋于相近的原因是___________。
(2)我国学者研究了均相 NO-CO的反应历程，反应路径中每一阶段内各驻点的能量均为相对于此阶段内反应物能量的能量之差，TS代表过渡态，反应过程中的复杂中间产物直接用IM表示。
①2CO(g)+2NO(g)=2CO2(g)+N2(g) ΔH=___________。
②整个反应分为三个基元反应阶段，总反应速率由第___________。(填“一”“二”或“三”)阶段反应决定。
(3)若反应2CO(g)+2NO(g)=2CO2(g)+N2(g)的正、逆反应速率分别可表示为v正=k正·c2(NO)·c2(CO)；v逆=k逆·c(N2)·c2(CO2)，k正，k逆，分别为正、逆反应速率常数。一定温度下，在体积为1L的恒容密闭容器中加入5mol NO和5mol CO发生上述反应，测得CO和CO2的物质的量浓度随时间的变化如图所示。
①M点时，v正：v逆=___________。
②测得平衡时体系压强为p，Kp为用气体分压表示的平衡常数，分压=总压×物质的量分数，则平衡常数Kp=___________。(用含p的式子表示)。
③达平衡后，若改变下列条件，既能加快反应速率又能提高NO的转化率的是___________。
A．分离出部分N2 B．恒容时，再加入5 mol NO，5 mol CO
C．压缩容器体积增大压强 D．降低温度
(4)利用固体氧化物电解池通过电解方式分解氮氧化物的原理如下图所示。原理是用Pt电极将NO在电解池中分解成无污染的N2和O2除去，两电极间是新型固体氧化物电解质，在一定条件下可自由传导O2-，电解池阴极反应式为___________。
5.运用化学反应原理知识研究如何利用CO、SO2等污染物有重要意义。
(1)用CO可以合成甲醇。已知：
CH3OH(g)＋3/2O2(g)=CO2(g)＋2H2O(l) ΔH 1 kJ·mol-1
CO(g)＋1/2O2(g)=CO2(g) ΔH2 kJ·mol-1
H2(g)＋1/2O2(g)=H2O(l) ΔH3 kJ·mol-1
则CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH =___________kJ·mol-1。
(2)一定压强下，在容积为2L的密闭容器中充入1mol CO与2 mol H2，在催化剂作用下发生反应：CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g) ΔH ，平衡转化率与温度、压强的关系如图所示。
① 下列说法正确的是___________
A．若容器内气体的密度恒定，反应达到平衡状态
B．若容器内各气体浓度恒定，反应达到平衡状态
C．若容器内各气体压强恒定，反应达到平衡状态
D．反应中，催化剂能使平衡向正反应方向移动
② 上述反应中，ΔH ___________ 0 (填“>”、“<”或“=”)
③ p2 ___________p1 (填“大于”、“小于”或“等于”)；
④ 100 ℃时，该反应的化学平衡常数K=___________；
(3)某科研小组用SO2为原料制取硫酸。
用Na2SO3溶液充分吸收SO2得NaHSO3溶液，然后电解该溶液可制得硫酸。电解原理示意图如下。请写出阳极反应的电极反应式___________。
6.近年来，随着聚酯工业的快速发展，氯气的需求量和氯化氢的产出量也随之迅速增长。因此，将氯化氢转化为氯气的技术成为科学研究的热点。回答下列问题：
(1)Deacon发明的直接氧化法为：。下图为刚性容器中，进料浓度比c(HCl)∶c(O2)分别等于1∶1、4∶1、7∶1时HCl平衡转化率随温度变化的关系：可知该反应在___________(高温或低温)条件下能自发进行。设HCl初始浓度为c0，根据进料浓度比c(HCl)∶c(O2)=1∶1的数据计算K (400℃)=___________(列出计算式)。
按化学计量比进料可以保持反应物高转化率，同时降低产物分离的能耗。进料浓度比c(HCl)∶c(O2)过低、过高的不利影响分别是___________。
(2)Deacon直接氧化法可按下列催化过程进行：
△H1=83 kJ·mol-1
则的______
(3)在一定温度的条件下，进一步提高HCl的转化率的方法是___________(写出2种)
(4)在传统的电解氯化氢回收氯气技术的基础上，科学家最近采用碳基电极材料设计了一种新的工艺方案，主要包括电化学过程和化学过程，如下图所示：
负极区发生的反应有___________(写反应方程式)。电路中转移1mol电子，需消耗氧气___________L(标准状况)。
7.CO和NO是汽车尾气中的主要污染物，易引起酸雨、温室效应和光化学烟雾等环境污染问题。随着我国机动车保有量的飞速发展，汽车尾气的有效处理变得迫在眉睫。其中的一种方法为2CO(g)+2NO(g)=N2(g)+2CO2(g)，请回答下列问题：
(1)已知该反应为自发反应，则该反应的反应热△H___________0(填“>”或“<”或“=”)
(2)已知：N2 (g) + O2(g)=2NO(g) △H= a kJ•mol -1
C(s) + O2 (g)=CO2 (g) △H= b kJ•mol -1
2C(s) + O2 (g)=2CO(g) △H= c kJ•mol -1
则 2CO(g)+2NO(g)=N2 (g)+2CO2 (g) △H=___________kJ•mol-1 (用含 a、b、c 的表达式表示)。
(3)一定温度下，将 2molCO、4molNO 充入一恒压密闭容器。已知起始压强为 1MPa，到达平衡时， 测得N2的物质的量为 0.5 mol，则：
①该温度此反应用平衡分压代替平衡浓度的平衡常数Kp=___________(写出计算表示式)
②该条件下，可判断此反应到达平衡的标志是___________
A．单位时间内，断裂 2 molC=O 同时形成 1 mol N≡N。
B．混合气体的平均相对分子质量不再改变。
C．混合气体的密度不再改变。
D．CO与NO的转化率比值不再改变。
(4)某研究小组探究催化剂对 CO、NO 转化的影响。将 CO 和 NO 以一定的流速通过两种不同的催化剂进行反应，相同时间内测量逸出气体中 N2的含量，从而确定尾气脱氮率(即 NO 的转化率)，结果如图所示：
①由图可知：要达到最大脱氮率，该反应应采取的最佳实验条件为___________
②若低于 200℃，图中曲线 I 脱氮率随温度升高变化不大的主要原因为___________
(5)已知常温下，Kb(NH3·H2O)=1.8×10-5，Ka1(H2CO3) =4.4×10-7，Ka2(H2CO3) =4.4×10-11，.此温度下某氨水的浓度为 2mol/L，则溶液中c(OH-)=___________mol/L，将脱氮反应后生成CO2通入氨水中使溶液恰好呈中性，则此时 =___________(保留小数点后4位数字)
(6)电解NO制备NH4NO3，其工作原理如图所示，为使电解产物全部转化为NH4NO3，需要补充物质A，A是___________，理由是___________
8.氨气中氢含量高，是一种优良的小分子储氢载体，且安全、易储运，可通过下面两种方法由氨气得到氢气。
方法I：氨热分解法制氢气
相关化学键的键能数据
化学键
键能
946
436.0
390.8
一定温度下，利用催化剂将分解为和。回答下列问题：
(1)反应_______；
(2)已知该反应的，在下列哪些温度下反应能自发进行？_______(填标号)
A．25℃ B．125℃ C．225℃ D．325℃
(3)某兴趣小组对该反应进行了实验探究。在一定温度和催化剂的条件下，将通入3L的密闭容器中进行反应(此时容器内总压为200kPa)，各物质的分压随时间的变化曲线如图所示。
①若保持容器体积不变，时反应达到平衡，用的浓度变化表示时间内的反应速率_______(用含的代数式表示)
②时将容器体积迅速缩小至原来的一半并保持不变，图中能正确表示压缩后分压变化趋势的曲线是_______(用图中a、b、c、d表示)，理由是_______；
③在该温度下，反应的标准平衡常数_______。(已知：分压=总压×该组分物质的量分数，对于反应，，其中，、、、为各组分的平衡分压)。
方法Ⅱ：氨电解法制氢气
利用电解原理，将氮转化为高纯氢气，其装置如图所示。
(4)电解过程中的移动方向为_______(填“从左往右”或“从右往左”)；
(5)阳极的电极反应式为_______。
9.CH4—CO2重整反应[CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g) △H>0]在大力推进生态文明建设、“碳达峰”、“碳中和”的时代背景下，受到更为广泛的关注。
(1)相关物质的燃烧热数据如下表所示：
物质
CH4(g)
CO(g)
H2(g)
燃烧热(kJ·mol-1)
890.3
283.0
285.8
ΔH=_______kJ·mol-1。
(2)该反应以两种温室气体为原料，可以生成合成气。如何减少反应过程中的催化剂积炭，是研究的热点之一、某条件下，发生主反应的同时，还发生了积炭反应：
CO歧化：2CO(g)=CO2(g)+C(s) △H=-172kJ/mol
CH4裂解：CH4(g)=C(s)+2H2(g) △H=+75kJ/mol
①对积炭反应进行计算，得到温度和压强对积炭反应中平衡炭量的影响图(图a和图b)，其中表示温度和压强对CH4的裂解反应中平衡炭量影响的是(选填序号)_______，理由是_______。
②实验表明，在重整反应中，低温、高压时会有显著积炭产生，由此可推断，对于该重整反应而言，其积炭主要由_______反应产生。
综合以上分析，为抑制积炭产生，应选用高温、低压条件。
(3)该重整反应也可用于太阳能、核能、高温废热等的储存，储能研究是另一研究热点。
①该反应可以储能的原因是_______。
②某条件下，研究者研究反应物气体流量、物质的量比()对CH4转化率(XCH4)、储能效率的影响，部分数据如下所示。
序号
加热温度/℃
反应物气体流量/L·min-1
XCH4/%
ηchem/%
①
800
4
2：2
79.6
52.2
②
800
6
3：3
64.2
61.9
③
800
6
2：4
81.1
41.6
(资料)储能效率：热能转化为化学能的效率，用ηchem表示。ηchem=。其中，Qchem是通过化学反应吸收的热量，Q是设备的加热功率。
a.对比实验_______(填序号)，可得出结论：气体流量越大，CH4转化率越低。
b.对比实验②和③发现，混合气中CO2占比越低，储能效率越高，原因可能是_______(该条件下设备的加热功率Q视为不变)。
10.合成氨反应是目前最有效的工业固氮方法，解决数亿人口生存问题。
(1)诺贝尔奖获得者埃特尔提出了合成氨反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)吸附解离的机理，通过实验测得合成氨势能如图所示，其中吸附在催化剂表面的物种用“ad”表示。
①由图可知合成氨反应N2(g)+H2(g)NH3(g)的△H=___，该历程中反应速率最慢步骤的化学方程式为___。
②如图所示，合成氨反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)中未使用催化剂时，逆反应的活化能Ea(逆)=___kJ·mol-1；使用催化剂之后，正反应的活化能为__kJ·mol-1。
(2)在t℃、压强为3.6MPa条件下，向一恒压密闭容器中通入氢氮比为3的混合气体，体系中气体的含量与时间变化关系如图所示：
①反应20min达到平衡，试求0~20min内氨气的平均反应速率v(NH3)=___MPa·min-1，该反应的Kp=___(请写出计算表达式)。
②若起始条件一样，在恒容容器中发生反应，则达到平衡时H2的含量符合图中___点(填“d”“e”“f”或“g”)。
(3)在合成氨的实际生产中，未反应的气体(含不参与反应的惰性气体)可多次循环使用。当氢氮比[c(H2)：c(N2)]为3时，平衡时氨气的含量关系式为：ω(NH3)=0.325·KP·P·(1‒i)2，(Kp表示平衡常数，P表示平衡体系压强，i表示惰性气体体积分数)当温度为500℃。平衡体系压强为2.3MPa.不含惰性气体时，平衡时氨气的含量为ω。若温度不变，体系中有13%的惰性气体，此时增大压强，Kp___将(填“变大”“变小”或“不变”)。欲使平衡时氨气的含量仍为ω，应将压强调整至___MPa(结果保留2位有效数字)。
11.I.利用CO2直接加氢合成二甲醚包括以下三个相互联系的反应：
甲醇的合成CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)
甲醇脱水2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)
逆水气变换CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g)
相关物质变化的焓变示意图如图：
请回答：
(1)请写出CO2直接加氢合成二甲醚的热化学方程式：___。
(2)保持恒温恒压的条件，当装置a充入1molCO2、装置b充入2molCO2，在其他条件不变时，请在图中分别画出平衡时CH3OCH3的体积分数随投料比变化的曲线图，请用a、b标注曲线__。
(3)在恒容密闭容器里按体积比为1：3充入二氧化碳和氢气，一定条件下反应达到平衡状态。当改变反应的某一个条件后，下列变化能说明平衡一定向逆反应方向移动的是___。
A．正反应速率先增大后逐渐减小
B．逆反应速率先增大后逐渐减小
C．化学平衡常数K值增大
D．反应物的体积百分含量增大
(4)在恒压CO2和H起始物质的量之比为1：3的条件下，CO2平衡转化率和平衡时二甲醚的选择性随温度的变化如图。
CH3OCH3的选择性×100%
①CO2平衡转化率随温度升高显示如图所示变化的原因是___。
②关于合成二甲醚工艺的理解，下列说法正确的是__。
A．合成二甲醚的反应在A点和B点时的化学平衡常数K(A)小于K(B)
B．当温度、压强一定时，在原料气(CO2和H2的比例不变)中添加少量惰性气体，有利于提高平衡转化率
C．其他条件不变，在恒容条件下的二甲醚平衡选择性比恒压条件下的平衡选择性低
D．由图像可知，CO2加氢合成二甲醚应该选择具有良好的低温活性的催化剂
II.汽车尾气是城市空气污染的一个重要因素，常用以下反应净化汽车尾气：2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g)。在某温度T1℃下，2L密闭容器中充入NO、CO各0.8mol，测得不同时间的NO和CO物质的量如表
时间(s)
0
2
4
6
8
10
n(NO)(mol)
0.8
0.64
0.52
0.44
0.40
0.40
(5)上述反应用N2表示0~2min内平均反应速率v(N2)=__；达到平衡后，继续加入NO、CO、CO2各0.4mol和N2___mol时，平衡不移动。
化学反应原理综合题
大题训练（共11题）
1.是石油化工行业产生的污染性气体，工业上采取多种方式进行处理。
Ⅰ.干法脱硫
(1)已知的燃烧热(a>0)，S的燃烧热(b>0)，则常温下空气直接氧化脱除的反应： ___________kJ/mol。
(2)常用脱硫剂反应条件如下表，最佳脱硫剂为___________。
脱硫剂
出口硫(mg/m3)
脱硫温度
操作压力
再生条件
一氧化碳
<1.33
300~400
0~3.0
蒸气再生
活性炭
<1.33
常温
0~3.0
蒸气再生
氧化锌
<1.33
350~400
0~3.0
不再生
Ⅱ．热分解法脱硫
在密闭容器中，充入一定量的气体，发生分解反应，控制不同的温度和压强，实验结果如图。
(3)图中压强P1、P2、P3由大到小的顺序为___________，该反应为___________(填吸热”或“放热”)反应，若要进一步提高的平衡转化率，可以采取的措施有___________(任写一种)。
(4)若压强为P2、温度为975℃，的平衡常数，则起始的物质的量浓度c=___________mol/L，若向容器中再加入气体，相同温度下再次达到平衡时，K___________0.04(填“＞”“＜”或“=”)。
Ⅲ．间接电解法脱硫
通过溶液吸收并氧化气体，再通过电解再生，实现循环使用，该法处理过程如图。
(5)电解反应器中总反应的离子方程式为___________。
【答案】2b-2a 活性炭 吸热 移出产物(或)、适当降低压强、升温 0.018 =
【详解】
(1)由题意可得硫化氢和硫燃烧的热化学方程式为①，②，由盖斯定律可知，①—②×2可得反应，则△H=△H 1—△H 2×2=(—2a+2b)kJ/mol，故答案为：2b-2a；
(2) 由表格数据可知，在操作压力相同的条件下，选用活性炭做脱硫剂时，常温条件下，出口硫小于1.33 mg/m3，且蒸气可再生，则最佳脱硫剂为活性炭，故答案为：活性炭；
(3)该反应为气体体积增大的反应，增大压强，平衡向逆反应方向移动，硫化氢的转化率减小，由图可知，温度相同时，硫化氢的转化率P1＞P2＞P3，则压强P1、P2、P3由大到小的顺序为P3＞P2＞P1；由压强相同时，升高温度，硫化氢的转化率增大可知，升高温度，平衡向正反应方向移动，该反应为吸热反应；由该反应是气体体积增大的吸热反应可知，适当降低压强、升高温度和分离出生成物氢气或硫蒸汽，都能使平衡向正反应方向移动，提高硫化氢的平衡转化率，故答案为：P3＞P2＞P1；吸热；移出产物(或)、适当降低压强、升温；
(4)设起始硫化氢的浓度为amol/L，由图可知，压强为P2、温度为975℃时，硫化氢的转化率为40%，由题意可建立如下三段式：
由平衡常数为0.04可得：=0.04，解得a=0.018；平衡常数为温度函数，温度不变，平衡常数不变，则向容器中再加入1mol硫化氢气体，相同温度下再次达到平衡时，平衡常数依然为0.04，故答案为：0.018；=；
(5)由图可知，水在阴极上得到电子发生还原反应生成氢气和氢氧根离子，亚铁离子在阳极上失去电子发生氧化反应生成铁离子，铁离子与硫化氢发生氧化还原反应生成亚铁离子、硫沉淀和氢离子，则电解的总反应离子方程式为，故答案为：。
2.甲醇燃料分为甲醇汽油和甲醇柴油。工业上合成甲醇的方法很多。
(1)已知：
①
②
③
则_______
(2)一定条件下，在恒容密闭容器中投入和，发生反应。
①能说明该反应达到平衡状态的是_______(填序号)。
A．的体积分数保持不变 B．容器内的总压强保持不变
C．混合气体密度保持不变 D．混合气体的平均摩尔质量保持不变
②达平衡后，维持容器的温度不变，将容器的容积扩大一倍，下列说法正确的是_______(填序号)。
A．平衡向正反应方向移动 B．CO的浓度增大
C．平衡常数不变 D．CO的物质的量增大
③维持容器的体积和温度不变，向密闭容器中加入氦气，达到新平衡时，CO、的浓度之比将_______(填“增大”、“减小”或“不变”)。
④甲醇在混合气体中的平衡体积分数与温度、压强的变化关系如图：则P3_______P1(填“>”、“<”或“=”)；300℃、P3条件下，处于E点时(正)____(逆)(填“>”“<”或“=”)；C点的平衡常数K=_______。
【答案】-90.2 ABD CD 不变 < < 48
【详解】
(1) 已知：①；②；③；得，故；
(2)①A．由于恒容时，反应反应是一个气体分子数减小的反应，所以甲醇的体积分数保持不变，可以说明反应达到平衡状态，A项正确；B．由于恒容时，反应反应是一个气体分子数减小的反应，所以容器内的总压强保持不变，可以说明反应达到平衡状态，B项正确；C．由于，混合气体质量不变，V不变，所以混合气体密度保持不变，不能说明反应达到平衡状态，C项错误；D．平均摩尔质量=混合物中各组成部分的摩尔质量×该组分部分的体积分数，反应达到平衡时，各组分的体积分数保持不变，所以混合气体的平均摩尔质量保持不变，可以说明反应达到平衡，D项正确；
②A．达平衡时，保持温度不变，容器体积扩大一倍，根据，所以各组分浓度均减小，分压也减小，平衡向逆方向移动，A项错误；B．达平衡时，保持温度不变，容器体积扩大一倍，根据，所以各组分浓度均减小，B项错误；C．平衡常数只与温度有关，C项正确；D．平衡向左移动，CO物质的量增大，D项正确；
③恒容时充入惰性气体，各组分分压并未改变，因此CO、的浓度之比将不变；
④从BD，甲醇的体积分数减小，说明要达到D点平衡向左移动，所P3
(1)已知氮氧化物转化过程中的能量变化如图(图中表示生成2molNO2的能量变化)。1molNO氧化为NO2的焓变∆H___kJ/mol。
(2)一定温度下，向2L恒容密闭容器中充入0.40molN2O4，发生反应N2O4(g)⇌2NO2(g)∆H=+Q kJ/mol，一段时间后达到平衡，测得数据如下：
时间
20
40
60
80
100
c(NO2)/(mol•L-1)
0.12
0.20
0.26
0.30
0.30
①内，___。
②达平衡时，反应体系吸收的热量为___(用Q表示)。
③该温度下反应2NO2(g)⇌N2O4(g)的化学平衡常数K=____。
(3) 近年来，地下水中的氮污染已成为一个世界性的环境问题。在金属Pt、Cu和铱(Ir)的催化作用下，密闭容器中的H2可高效转化酸性溶液中的硝态氮()，其工作原理如图所示。
①Ir表面发生反应的方程式为_______。
②若导电基体上的Pt颗粒增多，造成的结果是_______。
【答案】-56 0.005mol/(L·s) 0.3Q H2+N2O N2+H2O 不利于降低溶液中的含氮量
【分析】
根据图像结合盖斯定律分析计算1mol NO氧化为NO2的放出的热量；根据v=结合三段式计算v(NO2)和N2O4(g)⇌2NO2(g)的化学平衡常数，再计算2NO2(g)⇌N2O4(g)的化学平衡常数；Ir表面上H2和N2O反应生成N2和H2O结合图示分析解答。
【详解】
(1)由图可知，2molNO完全反应被氧化为二氧化氮放出热量180kJ-68kJ=112kJ，1mol NO氧化为NO2的放出热量为56kJ，焓变△H=-56kJ/mol，故答案为：-56；
(2)①0～40s内，v(NO2)==mol/(L·s)=0.005mol/(L·s)，故答案为：0.005mol/(L·s)；②根据表中数据可知，达到平衡时NO2的平衡浓度为0.3 mol/L，则反应生成NO2物质的量为0.3 mol/L×2L=0.6mol，根据热化学方程式可知，生成2mol NO2吸收QkJ的热量，则达平衡时，反应体系吸收的热量为×0.6mol =0.3QkJ，故答案为：0.3Q；
③根据题中数据有：
该温度下反应N2O4(g)⇌2NO2(g)的化学平衡常数，则反应2NO2(g)⇌N2O4(g)的化学平衡常数，故答案为：；
(3)①由工作示意图可知：Ir表面上H2和N2O反应生成N2和H2O，反应的方程式为H2+N2O N2+H2O，故答案为：H2+N2O N2+H2O；
②由图可知，在Pt颗粒表面，转化为铵根，若导电基体上的Pt颗粒增多，造成的后果是更多转化为铵根存在溶液中，不利于降低溶液中含氮量，故答案为：不利于降低溶液中含氮量。
4.汽车尾气中氮氧化物的排放与雾霾天气的产生密切相关，对其进行无害化处理是化学工作者研究的重要课题。
(1)利用反应2CO(g)+2NO(g)=2CO2(g)+N2(g) ΔH＜0，可实现汽车尾气的无害化处理。一定条件下进行该反应，测得CO的平衡转化率与温度、起始投料比m[m=］的关系如图所示。
①投料比m1、m2、m3从大到小的顺序为___________。
②随着温度的升高，不同投料比下CO平衡转化率趋于相近的原因是___________。
(2)我国学者研究了均相 NO-CO的反应历程，反应路径中每一阶段内各驻点的能量均为相对于此阶段内反应物能量的能量之差，TS代表过渡态，反应过程中的复杂中间产物直接用IM表示。
①2CO(g)+2NO(g)=2CO2(g)+N2(g) ΔH=___________。
②整个反应分为三个基元反应阶段，总反应速率由第___________。(填“一”“二”或“三”)阶段反应决定。
(3)若反应2CO(g)+2NO(g)=2CO2(g)+N2(g)的正、逆反应速率分别可表示为v正=k正·c2(NO)·c2(CO)；v逆=k逆·c(N2)·c2(CO2)，k正，k逆，分别为正、逆反应速率常数。一定温度下，在体积为1L的恒容密闭容器中加入5mol NO和5mol CO发生上述反应，测得CO和CO2的物质的量浓度随时间的变化如图所示。
①M点时，v正：v逆=___________。
②测得平衡时体系压强为p，Kp为用气体分压表示的平衡常数，分压=总压×物质的量分数，则平衡常数Kp=___________。(用含p的式子表示)。
③达平衡后，若改变下列条件，既能加快反应速率又能提高NO的转化率的是___________。
A．分离出部分N2 B．恒容时，再加入5 mol NO，5 mol CO
C．压缩容器体积增大压强 D．降低温度
(4)利用固体氧化物电解池通过电解方式分解氮氧化物的原理如下图所示。原理是用Pt电极将NO在电解池中分解成无污染的N2和O2除去，两电极间是新型固体氧化物电解质，在一定条件下可自由传导O2-，电解池阴极反应式为___________。
【答案】m1＞m2＞m3 温度较高时，温度变化对平衡移动的影响大于浓度变化对平衡移动的影响 -621.9kJ/mol 一 160 BC
【详解】
(1)①m=，增大NO的量，平衡正向移动，可增大CO的转化率，则投料比m1、m2、m3从大到小的顺序为m1＞m2＞m3；
②随着温度的升高，不同投料比下CO平衡转化率趋于相近的原因是温度较高时，温度变化对平衡移动的影响大于浓度变化对平衡移动的影响；
(2)①整个反应分为三个基元反应阶段，①NO(g)+NO(g)= ΔH =+199.2kJ/mol；②+CO(g)=CO2(g)+N2O(g) ΔH = -513.5kJ/mol；③CO2(g)+N2O(g)+CO(g)=2CO2(g)+N2(g) ΔH = -307.6kJ/mol；由盖斯定律可知，由①+②+③可得2CO(g)+2NO(g)=2CO2(g)+N2(g) ΔH =+199.2kJ/mol+( -513.5kJ/mol)+ (-307.6kJ/mol)= -621.9kJ/mol；
②由于反应①所需活化能最高，则总反应速率由第一阶段反应决定；
(3)①由图可知，平衡时，CO的物质的量浓度为1mol/L，CO2的物质的量浓度为4 mol/L，可列出三段式：，，平衡时v正= v逆，即k正·c2(NO)·c2(CO) =k逆·c (N2)·c2(CO2)，，M点时，测得CO和CO2的物质的量浓度相等，设CO浓度的减少量为x mol/L，则根据方程式的系数可知，5-x=x，解得x=2.5，可列出三段式：，则；
②反应达到平衡时，各气体物质的量为，总物质的量为8mol，则；
③A．分离出部分N2，平衡正向移动，NO的转化率增大，但是反应速率减小，错误； B．恒容时，再加入5 mol NO，5 mol CO，相当于增大压强，反应速率增大，平衡正向移动，能提高NO的转化率，正确；
C．压缩容器体积增大压强，反应速率增大，平衡正向移动，能提高NO的转化率，正确；
D．降低温度，平衡正向移动，能提高NO的转化率，但是反应速率减小，错误；故选BC；
(4)由电解原理可知，NO在阴极得到电子生成N2，电解质中O2-移动导电，故阴极反应式为。
5.运用化学反应原理知识研究如何利用CO、SO2等污染物有重要意义。
(1)用CO可以合成甲醇。已知：
CH3OH(g)＋3/2O2(g)=CO2(g)＋2H2O(l) ΔH 1 kJ·mol-1
CO(g)＋1/2O2(g)=CO2(g) ΔH2 kJ·mol-1
H2(g)＋1/2O2(g)=H2O(l) ΔH3 kJ·mol-1
则CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH =___________kJ·mol-1。
(2)一定压强下，在容积为2L的密闭容器中充入1mol CO与2 mol H2，在催化剂作用下发生反应：CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g) ΔH ，平衡转化率与温度、压强的关系如图所示。
① 下列说法正确的是___________
A．若容器内气体的密度恒定，反应达到平衡状态
B．若容器内各气体浓度恒定，反应达到平衡状态
C．若容器内各气体压强恒定，反应达到平衡状态
D．反应中，催化剂能使平衡向正反应方向移动
② 上述反应中，ΔH ___________ 0 (填“>”、“<”或“=”)
③ p2 ___________p1 (填“大于”、“小于”或“等于”)；
④ 100 ℃时，该反应的化学平衡常数K=___________；
(3)某科研小组用SO2为原料制取硫酸。
用Na2SO3溶液充分吸收SO2得NaHSO3溶液，然后电解该溶液可制得硫酸。电解原理示意图如下。请写出阳极反应的电极反应式___________。
【答案】2ΔH3＋ΔH2-ΔH 1 BC < 大于 4 (mol/L) – 2 HSO＋H2O-2e-=SO＋3H＋
【详解】
(1)已知：①CH3OH(g)＋3/2O2(g)=CO2(g)＋2H2O(l) ΔH1 kJ·mol-1，②CO(g)＋1/2O2(g)=CO2(g) ΔH2 kJ·mol-1，③H2(g)＋1/2O2(g)=H2O(l) ΔH3 kJ·mol-1，根据盖斯定律：②+③×2-①得CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)，则ΔH＝2ΔH3＋ΔH2-ΔH1 kJ·mol-1；
(2)①A．随着反应的进行，容器内气体的质量保持不变，容器的容积保持不变，密度不随反应的进行而变化，若容器内气体密度恒定，不能说明反应达到平衡状态，A项错误；
B．若容器内各气体浓度恒定，反应达到平衡状态，B项正确；
C．CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g)该反应是气体分子数减小的反应，当容器内各气体压强恒定时，反应达到平衡状态，C项正确；
D．反应中，加入催化剂，平衡不移动，D项错误；
答案选BC；
②分析图像可知，升高温度，CO的平衡转化率减小，平衡逆向移动，则该反应的ΔH<0；
③由图像可知，温度相同时，在压强为P2时平衡时CO的转化率高，由反应CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)可知，压强越大，越有利于平衡向正反应进行，故压强p2大于p1；
④由图可知，100 ℃时，CO的转化率为0.5，由此列出三段式：
则该反应的化学平衡常数为；
(3)阳极上，HSO转化为SO，故阳极反应的电极反应式为HSO＋H2O-2e-=SO＋3H＋。
6.近年来，随着聚酯工业的快速发展，氯气的需求量和氯化氢的产出量也随之迅速增长。因此，将氯化氢转化为氯气的技术成为科学研究的热点。回答下列问题：
(1)Deacon发明的直接氧化法为：。下图为刚性容器中，进料浓度比c(HCl)∶c(O2)分别等于1∶1、4∶1、7∶1时HCl平衡转化率随温度变化的关系：可知该反应在___________(高温或低温)条件下能自发进行。设HCl初始浓度为c0，根据进料浓度比c(HCl)∶c(O2)=1∶1的数据计算K (400℃)=___________(列出计算式)。
按化学计量比进料可以保持反应物高转化率，同时降低产物分离的能耗。进料浓度比c(HCl)∶c(O2)过低、过高的不利影响分别是___________。
(2)Deacon直接氧化法可按下列催化过程进行：
△H1=83 kJ·mol-1
则的______
(3)在一定温度的条件下，进一步提高HCl的转化率的方法是___________(写出2种)
(4)在传统的电解氯化氢回收氯气技术的基础上，科学家最近采用碳基电极材料设计了一种新的工艺方案，主要包括电化学过程和化学过程，如下图所示：
负极区发生的反应有___________(写反应方程式)。电路中转移1mol电子，需消耗氧气___________L(标准状况)。
【答案】高温 O2和Cl2分离能耗较高、HCl转化率较低 -58kJ•mol-1 增加反应体系压强；及时分离出产物 Fe3++e-═Fe2+、4Fe2++O2+4H+═4Fe3++2H2O 5.6
【详解】
(1)根据图知，进料浓度比c(HCl)：c(O2)一定时，升高温度HCl的转化率降低，说明平衡逆向移动，升高温度平衡向吸热方向移动，则正反应为放热反应，∆H<0，反应为气体分子数减小的反应，∆S<0，由∆G=∆H-T∆S>0，则高温下自发进行；温度一定时进料浓度比c(HCl)：c(O2)越大，HCl的转化率越小，所以400℃进料浓度比c(HCl)：c(O2)=1：1时，HCl的转化率为最上边曲线，HCl转化率为84%，列三段式：
，
400℃时化学平衡常数 ；进料浓度比c(HCl)：c(O2)过低O2和Cl2分离能耗较高、过高时HCl转化率较低，所以投料浓度比过高或过低都不好；
(2)根据盖斯定律：∆H=∆H1+∆H2+∆H3=(83-20-121)kJ•mol-1=-58kJ•mol-1；
(3)提高HCl的转化率，即要反应正向进行，4HCl(g)+O2(g)═2Cl2(g)+2H2O(g)，正向是气体分子数减少的反应，可以增大压强，使反应正向；亦可分离出生成物，使反应正向；
(4)根据图示，电解池左侧发生反应Fe3++e-═Fe2+，该反应为还原反应，属于电解池的阴极，负极通入氧气后Fe2+被O2氧化而再生成Fe3+，该反应为4Fe2++O2+4H+═4Fe3++2H2O；根据电子守恒及4Fe2++O2+4H+═4Fe3++2H2O可知，电路中转移1mol电子，消耗氧气的物质的量为：1mol×1/4=0.25mol，标况下0.25mol氧气的体积为：22.4L/mol×0.25mol=5.6L。
7.CO和NO是汽车尾气中的主要污染物，易引起酸雨、温室效应和光化学烟雾等环境污染问题。随着我国机动车保有量的飞速发展，汽车尾气的有效处理变得迫在眉睫。其中的一种方法为2CO(g)+2NO(g)=N2(g)+2CO2(g)，请回答下列问题：
(1)已知该反应为自发反应，则该反应的反应热△H___________0(填“>”或“<”或“=”)
(2)已知：N2 (g) + O2(g)=2NO(g) △H= a kJ•mol -1
C(s) + O2 (g)=CO2 (g) △H= b kJ•mol -1
2C(s) + O2 (g)=2CO(g) △H= c kJ•mol -1
则 2CO(g)+2NO(g)=N2 (g)+2CO2 (g) △H=___________kJ•mol-1 (用含 a、b、c 的表达式表示)。
(3)一定温度下，将 2molCO、4molNO 充入一恒压密闭容器。已知起始压强为 1MPa，到达平衡时， 测得N2的物质的量为 0.5 mol，则：
①该温度此反应用平衡分压代替平衡浓度的平衡常数Kp=___________(写出计算表示式)
②该条件下，可判断此反应到达平衡的标志是___________
A．单位时间内，断裂 2 molC=O 同时形成 1 mol N≡N。
B．混合气体的平均相对分子质量不再改变。
C．混合气体的密度不再改变。
D．CO与NO的转化率比值不再改变。
(4)某研究小组探究催化剂对 CO、NO 转化的影响。将 CO 和 NO 以一定的流速通过两种不同的催化剂进行反应，相同时间内测量逸出气体中 N2的含量，从而确定尾气脱氮率(即 NO 的转化率)，结果如图所示：
①由图可知：要达到最大脱氮率，该反应应采取的最佳实验条件为___________
②若低于 200℃，图中曲线 I 脱氮率随温度升高变化不大的主要原因为___________
(5)已知常温下，Kb(NH3·H2O)=1.8×10-5，Ka1(H2CO3) =4.4×10-7，Ka2(H2CO3) =4.4×10-11，.此温度下某氨水的浓度为 2mol/L，则溶液中c(OH-)=___________mol/L，将脱氮反应后生成CO2通入氨水中使溶液恰好呈中性，则此时 =___________(保留小数点后4位数字)
(6)电解NO制备NH4NO3，其工作原理如图所示，为使电解产物全部转化为NH4NO3，需要补充物质A，A是___________，理由是___________
【答案】< 2b-a-c (或具体计算式) BC 催化剂 II，450℃ 温度较低时，催化剂 I 的活性偏低 6×10-3 1.0009 NH3 根据总反应8NO+7H2O=3NH4NO3+2HNO3(条件为电解)，电解产生HNO3多，应补充NH3
【详解】
(1)反应2NO(g)+2CO(g)⇌2CO2(g)+N2(g)能够自发进行，反应△S<0，若满足△H-T△S<0，必须△H<0；
(2)已知：①N2 (g) + O2(g)=2NO(g) △H= a kJ•mol -1；②C(s) + O2 (g)=CO2 (g) △H= b kJ•mol -1；
③2C(s) + O2 (g)=2CO(g) △H= c kJ•mol -1；
根据盖斯定律，得到目标方程式的计算式为2×②-①-③，代入a、b、c计算得△H=2b-a-c；
(3)①一定温度下，将 2molCO、4molNO 充入一恒压密闭容器。已知起始压强为 1MPa，到达平衡时， 测得N2的物质的量为 0.5 mol，则可列出三段式：，则；
②A．单位时间内，断裂2 mol C=O同时形成 1 mol N≡N，正反应速率和逆反应速率不相等，不能说明反应达到平衡，故A错误；
B．该反应是气体分子数不相等的反应，混合气体的平均相对分子质量不再改变，可以说明达到平衡，故B正确；
C．容器是恒压容器，反应是气体分子数不相等的反应，混合气体的密度不再改变可以说明达到平衡，故C正确；
D．CO与NO的转化量相等，设任一时刻转化量为a mol，则CO与NO的转化率比值为，为定值，则CO与NO的转化率比值不再改变，不能说明反应达到平衡，故D错误；故答案为BC；
(4)①由图象可知，在催化剂II，450℃条件下达到最大脱氮率；
②温度较低时，催化剂的活性偏低，反应速率慢，所以脱氮率随温度升高变化不大；
(5)NH3•H2O的Kb=1.8×10-5，若氨水的浓度为2.0mol•L-1，由，可知，将CO2通入该氨水中，当溶液呈中性时溶液中c(OH-)=c(H+)=10-7mol/L，电荷守恒得到：c(NH)=c(HCO)+2c(CO)，，H2CO3的Ka2=4.4×10-11，结合计算，，；
(6)根据电解NO制备NH4NO3的工作原理示意图知：阴极反应式为3NO+15e-+18H+=3NH+3H2O，阳极反应式为5NO-15e- +10H2O=5NO +20H+，总反应式为8NO+7H2O=3NH4NO3+2HNO3，为了使电解产生的HNO3全部转化为NH4NO3，应补充NH3。
8.氨气中氢含量高，是一种优良的小分子储氢载体，且安全、易储运，可通过下面两种方法由氨气得到氢气。
方法I：氨热分解法制氢气
相关化学键的键能数据
化学键
键能
946
436.0
390.8
一定温度下，利用催化剂将分解为和。回答下列问题：
(1)反应_______；
(2)已知该反应的，在下列哪些温度下反应能自发进行？_______(填标号)
A．25℃ B．125℃ C．225℃ D．325℃
(3)某兴趣小组对该反应进行了实验探究。在一定温度和催化剂的条件下，将通入3L的密闭容器中进行反应(此时容器内总压为200kPa)，各物质的分压随时间的变化曲线如图所示。
①若保持容器体积不变，时反应达到平衡，用的浓度变化表示时间内的反应速率_______(用含的代数式表示)
②时将容器体积迅速缩小至原来的一半并保持不变，图中能正确表示压缩后分压变化趋势的曲线是_______(用图中a、b、c、d表示)，理由是_______；
③在该温度下，反应的标准平衡常数_______。(已知：分压=总压×该组分物质的量分数，对于反应，，其中，、、、为各组分的平衡分压)。
方法Ⅱ：氨电解法制氢气
利用电解原理，将氮转化为高纯氢气，其装置如图所示。
(4)电解过程中的移动方向为_______(填“从左往右”或“从右往左”)；
(5)阳极的电极反应式为_______。
【答案】+90.8 CD b 开始体积减半，N2分压变为原来的2倍，随后由于加压平衡逆向移动，N2分压比原来2倍要小 0.48 从右往左 2NH3-6e-+6OH-= N2+6H2O
【试题解析】
(1) 根据反应热=反应物的总键能-生成物的总键能，2NH3(g)N2(g)+3H2(g)，H=390.8kJmol-1-(946 kJmol-1+436.0kJmol-1)= +90.8kJmol-1，故答案为：+90.8；
(2)若反应自发进行，则需H-TS<0，T>==456.5K，即温度应高于(456.5-273)℃=183.5℃，CD符合，故答案为：CD；
(3)①设t1时达到平衡，转化的NH3的物质的量为2x，列出三段式：
根据同温同压下，混合气体的物质的量等于体积之比，=，解得x=0.02mol，(H2)==molL-1min-1，故答案为：；
②t2时将容器体积压缩到原来的一半，开始N2分压变为原来的2倍，随后由于加压平衡逆向移动，N2分压比原来2倍要小，故b曲线符合，故答案为：b；开始体积减半，N2分压变为原来的2倍，随后由于加压平衡逆向移动，N2分压比原来2倍要小；
③由图可知，平衡时，NH3、N2、H2的分压分别为120 kPa、40 kPa、120 kPa，反应的标准平衡常数==0.48，故答案为：0.48；
(4)由图可知，通NH3的一极氮元素化合价升高，发生氧化反应，为电解池的阳极，则另一电极为阴极，电解过程中OH-移向阳极，则从右往左移动，故答案为：从右往左；
(5)阳极NH3失电子发生氧化反应生成N2，结合碱性条件，电极反应式为：2NH3-6e-+6OH-= N2+6H2O，故答案为：2NH3-6e-+6OH-= N2+6H2O。
9.CH4—CO2重整反应[CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g) △H>0]在大力推进生态文明建设、“碳达峰”、“碳中和”的时代背景下，受到更为广泛的关注。
(1)相关物质的燃烧热数据如下表所示：
物质
CH4(g)
CO(g)
H2(g)
燃烧热(kJ·mol-1)
890.3
283.0
285.8
ΔH=_______kJ·mol-1。
(2)该反应以两种温室气体为原料，可以生成合成气。如何减少反应过程中的催化剂积炭，是研究的热点之一、某条件下，发生主反应的同时，还发生了积炭反应：
CO歧化：2CO(g)=CO2(g)+C(s) △H=-172kJ/mol
CH4裂解：CH4(g)=C(s)+2H2(g) △H=+75kJ/mol
①对积炭反应进行计算，得到温度和压强对积炭反应中平衡炭量的影响图(图a和图b)，其中表示温度和压强对CH4的裂解反应中平衡炭量影响的是(选填序号)_______，理由是_______。
②实验表明，在重整反应中，低温、高压时会有显著积炭产生，由此可推断，对于该重整反应而言，其积炭主要由_______反应产生。
综合以上分析，为抑制积炭产生，应选用高温、低压条件。
(3)该重整反应也可用于太阳能、核能、高温废热等的储存，储能研究是另一研究热点。
①该反应可以储能的原因是_______。
②某条件下，研究者研究反应物气体流量、物质的量比()对CH4转化率(XCH4)、储能效率的影响，部分数据如下所示。
序号
加热温度/℃
反应物气体流量/L·min-1
XCH4/%
ηchem/%
①
800
4
2：2
79.6
52.2
②
800
6
3：3
64.2
61.9
③
800
6
2：4
81.1
41.6
(资料)储能效率：热能转化为化学能的效率，用ηchem表示。ηchem=。其中，Qchem是通过化学反应吸收的热量，Q是设备的加热功率。
a.对比实验_______(填序号)，可得出结论：气体流量越大，CH4转化率越低。
b.对比实验②和③发现，混合气中CO2占比越低，储能效率越高，原因可能是_______(该条件下设备的加热功率Q视为不变)。
【答案】+247.3 a CH4的裂解反应为体积增大的吸热反应，减小压强或升高温度，平衡正移，即高温低压有利于反应正向进行，平衡炭量大，与图a相符 CO歧化 该反应是吸热反应，可通过反应将热量储存在产物CO、H2中(生成高热值的物质CO、H2)，CO、H2可通过燃烧放出大量热 ①和② 通过数据分析可知，气体流量一定的情况下，②中CH4转化的物质的量相对较多，因此通过化学反应吸收的热量(即Qchem)较多
【详解】
(1)由燃烧热数据可得：①CH4(g)+2O2(g)= CO2(g)+ 2H2O(l) △H=-890.3 kJ/mol，②CO(g) +O2(g)= CO2(g) △H=-283.0kJ/mol，③H2(g) +O2(g)= H2O(l) △H=-285.8kJ/mol，由盖斯定律可知，①-2×②-2×③可得重整反应CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g)，则△H=(-890.3 kJ/mol)-2×(-283.0kJ/mol)-2×(-285.8kJ/mol)= +247.3kJ/mol，故答案为：+247.3；
(2)①甲烷的裂解反应为气体体积增大的吸热反应，增大压强，平衡向逆反应方向移动，平衡炭量减小，升高温度，平衡向正反应方向移动，平衡炭量增大，由图可知，图a中温度升高或降低压强时，平衡炭量增大，则图a表示温度和压强对甲烷裂解反应中平衡炭量影响，故答案为：a；CH4裂解反应为体积增大的吸热反应，减小压强或升高温度，平衡正移，即高温低压有利于反应正向进行，平衡炭量大，与图a相符；
②由在重整反应中，低温、高压时会有显著积炭产生可知，产生积炭的反应为气体体积减小的放热反应，由题给方程式可知，积炭主要是由一氧化碳的歧化反应产生，故答案为：CO歧化；
(3)①重整反应是吸热反应，反应时生成高热值的物质一氧化碳和氢气，将热量储存在产物一氧化碳和氢气中，一氧化碳和氢气可通过燃烧放出大量热，所以该反应可以储能，故答案为：该反应是吸热反应，可通过反应将热量储存在产物CO、H2中(生成高热值的物质CO、H2)，CO、H2可通过燃烧放出大量热；
②由题给数据可知，实验①和②的加热温度、物质的量比相同，而反应物气体流量不同，反应物气体流量越大，甲烷转化率越低；实验②和③的加热温度、反应物气体流量相同，而物质的量比不同，混合气中二氧化碳占比越低，甲烷转化的物质的量相对较多，反应得到的热量较多，Qchem越大，储能效率越高，故答案为：①和②；通过数据分析可知，气体流量一定的情况下，②中CH4转化的物质的量相对较多，因此通过化学反应吸收的热量(即Qchem)较多。
10.合成氨反应是目前最有效的工业固氮方法，解决数亿人口生存问题。
(1)诺贝尔奖获得者埃特尔提出了合成氨反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)吸附解离的机理，通过实验测得合成氨势能如图所示，其中吸附在催化剂表面的物种用“ad”表示。
①由图可知合成氨反应N2(g)+H2(g)NH3(g)的△H=___，该历程中反应速率最慢步骤的化学方程式为___。
②如图所示，合成氨反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)中未使用催化剂时，逆反应的活化能Ea(逆)=___kJ·mol-1；使用催化剂之后，正反应的活化能为__kJ·mol-1。
(2)在t℃、压强为3.6MPa条件下，向一恒压密闭容器中通入氢氮比为3的混合气体，体系中气体的含量与时间变化关系如图所示：
①反应20min达到平衡，试求0~20min内氨气的平均反应速率v(NH3)=___MPa·min-1，该反应的Kp=___(请写出计算表达式)。
②若起始条件一样，在恒容容器中发生反应，则达到平衡时H2的含量符合图中___点(填“d”“e”“f”或“g”)。
(3)在合成氨的实际生产中，未反应的气体(含不参与反应的惰性气体)可多次循环使用。当氢氮比[c(H2)：c(N2)]为3时，平衡时氨气的含量关系式为：ω(NH3)=0.325·KP·P·(1‒i)2，(Kp表示平衡常数，P表示平衡体系压强，i表示惰性气体体积分数)当温度为500℃。平衡体系压强为2.3MPa.不含惰性气体时，平衡时氨气的含量为ω。若温度不变，体系中有13%的惰性气体，此时增大压强，Kp___将(填“变大”“变小”或“不变”)。欲使平衡时氨气的含量仍为ω，应将压强调整至___MPa(结果保留2位有效数字)。
【答案】−46 kJ/mol Nad+3Had=NHad+2Had 427 126 g 不变 3.0
【详解】
(1)①由图可知N2(g)+H2(g)和 NH3(g) 能量差为 46 kJ， NH3(g) 能量低，反应放热，故 ΔH=−46 kJ/mol；活化能越大，反应速率越慢，故最慢方程式：Nad+3Had=NHad+2Had；
②正反应活化能-逆反应活化能=反应放出的热量，如图2所示活化能和(1)①中计算的ΔH可知，Ea(正)=335kJ/mol，N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-462=92kJ/mol，Ea(逆)= Ea(正)- ΔH=335kJ/mol-(-92kJ/mol)=427kJ/mol；如图2，使用催化剂之后，正反应的活化能为Ea1=126kJ/mol；
(2)①根据图像，0~20min，氨气的体积分数增加了，则氨气的压强增大了，故v(NH3)=；如图所示平衡时，H2体积分数为，N2体积分数为，NH3体积分数为，故p(H2)=, p(N2)=, p(NH3)=, ；
②若起始条件一样，在恒容容器中发生反应，相对于平衡状态，物质浓度减少，速率减慢，相比之前晚达到，达到平衡时H2的体积分数增大，符合图中的g点；
(3)平衡常数只与温度有关，因此温度不变，体系中有13%的惰性气体，此时压强增大，但是Kp不变；根据平衡时氨气的含量关系式：ω(NH3)=0.325·KP·P·(1‒i)2，欲使平衡时氨气的含量仍未ω，两种条件下列关系式有：ω(NH3)=0.325·KP·2.3MPa·(1‒0)2=0.325·KP·P·(1‒13%)2，解得P3.0MPa。
11.I.利用CO2直接加氢合成二甲醚包括以下三个相互联系的反应：
甲醇的合成CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)
甲醇脱水2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)
逆水气变换CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g)
相关物质变化的焓变示意图如图：
请回答：
(1)请写出CO2直接加氢合成二甲醚的热化学方程式：___。
(2)保持恒温恒压的条件，当装置a充入1molCO2、装置b充入2molCO2，在其他条件不变时，请在图中分别画出平衡时CH3OCH3的体积分数随投料比变化的曲线图，请用a、b标注曲线__。
(3)在恒容密闭容器里按体积比为1：3充入二氧化碳和氢气，一定条件下反应达到平衡状态。当改变反应的某一个条件后，下列变化能说明平衡一定向逆反应方向移动的是___。
A．正反应速率先增大后逐渐减小
B．逆反应速率先增大后逐渐减小
C．化学平衡常数K值增大
D．反应物的体积百分含量增大
(4)在恒压CO2和H起始物质的量之比为1：3的条件下，CO2平衡转化率和平衡时二甲醚的选择性随温度的变化如图。
CH3OCH3的选择性×100%
①CO2平衡转化率随温度升高显示如图所示变化的原因是___。
②关于合成二甲醚工艺的理解，下列说法正确的是__。
A．合成二甲醚的反应在A点和B点时的化学平衡常数K(A)小于K(B)
B．当温度、压强一定时，在原料气(CO2和H2的比例不变)中添加少量惰性气体，有利于提高平衡转化率
C．其他条件不变，在恒容条件下的二甲醚平衡选择性比恒压条件下的平衡选择性低
D．由图像可知，CO2加氢合成二甲醚应该选择具有良好的低温活性的催化剂
II.汽车尾气是城市空气污染的一个重要因素，常用以下反应净化汽车尾气：2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g)。在某温度T1℃下，2L密闭容器中充入NO、CO各0.8mol，测得不同时间的NO和CO物质的量如表
时间(s)
0
2
4
6
8
10
n(NO)(mol)
0.8
0.64
0.52
0.44
0.40
0.40
(5)上述反应用N2表示0~2min内平均反应速率v(N2)=__；达到平衡后，继续加入NO、CO、CO2各0.4mol和N2___mol时，平衡不移动。
【答案】2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)△H=-75.3kJ·mol-1 B 温度较低时，反应体系以合成二甲醚的反应为主，而该反应放热，故随温度升高CO2的平衡转化率下降，高温时反应以逆水气变化为主，该反应的∆H>0，温度升高，CO2的平衡转化率增大 CD 0.02mol/(L·min) 0.6
【详解】
(1)根据焓变示意图，①2CO2(g)+6H2(g)⇌2CH3OH(g)+2H2O(g) ∆H1=-99.2kJ∙mol-1②2CH3OH(g)⇌CH3OCH3(g)+H2O(g) ∆H2=+23.9kJ∙mol-1根据盖斯定律，①+②得到：2CO2(g)+6H2(g)⇌CH3OCH3(g)+3H2O(g) ∆H3=∆H1+∆H2=-99.2kJ∙mol-1+23.9kJ∙mol-1=-75.3kJ∙mol-1，故CO2直接加氢合成二甲醚的热化学方程式2CO2(g)+6H2(g)⇌CH3OCH3(g)+3H2O(g) ∆H=-75.3kJ∙mol-1；
(2)由方程式2CO2(g)+6H2(g)⇌CH3OCH3(g)+3H2O(g)可知，当投料比=3时，CH3OCH3(g)的体积分数最大，二氧化碳的投料增加，平衡正向移动，体积分数最大，可以得到曲线图；
(3)A．增大反应物浓度，平衡正向移动，正反应速率先增大后减小，不一定逆向移动，故A不符合题意；
B．逆反应速率先增大后减小，说明平衡逆向移动，故B符合题意；
C．化学平衡常数K值增大，说明平衡正向移动，故C不符合题意；
D．反应物的体积百分含量增大，可能是增加了反应物，平衡正向移动，故D不符合题意；
答案选B；
(4)①体系内涉及到CO2参与反应的最直接的有反应：
反应Ⅰ：CO2(g)+H2(g)⇌CO(g)+H2O(g) ∆H=+41.2 kJ∙mol-1
反应Ⅱ：2CO2(g)+6H2(g)⇌CH3OCH3(g)+3H2O(g) ∆H=-75.3kJ∙mol-1
上述反应中，温度高于300℃， CO2平衡转化率随温度升高而上升的原因是反应Ⅰ的∆H＞0，反应Ⅱ的∆H＜0，温度升高使CO2转化为CO的平衡转化率上升，使CO2转化为CH3OCH3的平衡转化率下降，且上升幅度超过下降幅度；
②根据反应2CO2(g)+6H2(g)⇌CH3OCH3(g)+3H2O(g) ∆H=-75.3kJ∙mol-1；
A．2CO2(g)+6H2(g)⇌CH3OCH3(g)+3H2O(g) ∆H=-75.3kJ∙mol-1为放热反应，升高温度不利于反应正向进行，所以反应在A点和B点时的化学平衡常数K(A)大于K(B)，故A不符合题意；
B．当温度、压强一定时，在原料气(CO2和H2的比例不变)中添加少量惰性气体，相当于减压，反应向气体分子数增多的方向进行，则反应逆向进行，不利于提高平衡转化率，故B不符合题意；
C．随着反应进行，气体分子数减少，相当于压强减少，同一个反应分别放在恒容和恒压装置中进行，恒压装置相当于一直在加压，促使反应正向进行，所以其他条件不变，在恒容条件下的二甲醚平衡选择性比恒压条件下的平衡选择性低，故C符合题意；
D．2CO2(g)+6H2(g)⇌CH3OCH3(g)+3H2O(g) ∆H=-75.3kJ∙mol-1为放热反应，提高催化剂活性能缩短平衡的时间，通过图像可知，温度越高，二甲醚的转化率越低，故CO2加氢合成二甲醚应该选择具有良好的低温活性的催化剂，有利于更多转化为二甲醚，故D符合题意；
答案选CD；
(5) △n(NO)=0.16mol，△c(NO)=，v(N2)：v(NO) =1：2，v(N2)=0.02 mol/(L·s)；列出2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g)在某温度T1℃下的三段式；
，该温度下的化学平衡常数K==2.5，平衡不移动，平衡常数不变，加入NO、CO、CO2各0.4mol和N2为xmol，得到=2.5，解得x=0.6mol。
化学反应原理综合题
大题训练（共11题）
1.是石油化工行业产生的污染性气体，工业上采取多种方式进行处理。
Ⅰ.干法脱硫
(1)已知的燃烧热(a>0)，S的燃烧热(b>0)，则常温下空气直接氧化脱除的反应： ___________kJ/mol。
(2)常用脱硫剂反应条件如下表，最佳脱硫剂为___________。
脱硫剂
出口硫(mg/m3)
脱硫温度
操作压力
再生条件
一氧化碳
<1.33
300~400
0~3.0
蒸气再生
活性炭
<1.33
常温
0~3.0
蒸气再生
氧化锌
<1.33
350~400
0~3.0
不再生
Ⅱ．热分解法脱硫
在密闭容器中，充入一定量的气体，发生分解反应，控制不同的温度和压强，实验结果如图。
(3)图中压强P1、P2、P3由大到小的顺序为___________，该反应为___________(填吸热”或“放热”)反应，若要进一步提高的平衡转化率，可以采取的措施有___________(任写一种)。
(4)若压强为P2、温度为975℃，的平衡常数，则起始的物质的量浓度c=___________mol/L，若向容器中再加入气体，相同温度下再次达到平衡时，K___________0.04(填“＞”“＜”或“=”)。
Ⅲ．间接电解法脱硫
通过溶液吸收并氧化气体，再通过电解再生，实现循环使用，该法处理过程如图。
(5)电解反应器中总反应的离子方程式为___________。
2.甲醇燃料分为甲醇汽油和甲醇柴油。工业上合成甲醇的方法很多。
(1)已知：
①
②
③
则_______
(2)一定条件下，在恒容密闭容器中投入和，发生反应。
①能说明该反应达到平衡状态的是_______(填序号)。
A．的体积分数保持不变 B．容器内的总压强保持不变
C．混合气体密度保持不变 D．混合气体的平均摩尔质量保持不变
②达平衡后，维持容器的温度不变，将容器的容积扩大一倍，下列说法正确的是_______(填序号)。
A．平衡向正反应方向移动 B．CO的浓度增大
C．平衡常数不变 D．CO的物质的量增大
③维持容器的体积和温度不变，向密闭容器中加入氦气，达到新平衡时，CO、的浓度之比将_______(填“增大”、“减小”或“不变”)。
④甲醇在混合气体中的平衡体积分数与温度、压强的变化关系如图：则P3_______P1(填“>”、“<”或“=”)；300℃、P3条件下，处于E点时(正)____(逆)(填“>”“<”或“=”)；C点的平衡常数K=_______。
3.氮及其化合物在工农业生产和生命活动中起着重要的作用，但同时又是环境污染的主要物质，研究其转化规律一直是科学家们的热点问题。回答下列问题：
(1)已知氮氧化物转化过程中的能量变化如图(图中表示生成2molNO2的能量变化)。1molNO氧化为NO2的焓变∆H___kJ/mol。
(2)一定温度下，向2L恒容密闭容器中充入0.40molN2O4，发生反应N2O4(g)⇌2NO2(g)∆H=+Q kJ/mol，一段时间后达到平衡，测得数据如下：
时间
20
40
60
80
100
c(NO2)/(mol•L-1)
0.12
0.20
0.26
0.30
0.30
①内，___。
②达平衡时，反应体系吸收的热量为___(用Q表示)。
③该温度下反应2NO2(g)⇌N2O4(g)的化学平衡常数K=____。
(3) 近年来，地下水中的氮污染已成为一个世界性的环境问题。在金属Pt、Cu和铱(Ir)的催化作用下，密闭容器中的H2可高效转化酸性溶液中的硝态氮()，其工作原理如图所示。
①Ir表面发生反应的方程式为_______。
②若导电基体上的Pt颗粒增多，造成的结果是_______。
4.汽车尾气中氮氧化物的排放与雾霾天气的产生密切相关，对其进行无害化处理是化学工作者研究的重要课题。
(1)利用反应2CO(g)+2NO(g)=2CO2(g)+N2(g) ΔH＜0，可实现汽车尾气的无害化处理。一定条件下进行该反应，测得CO的平衡转化率与温度、起始投料比m[m=］的关系如图所示。
①投料比m1、m2、m3从大到小的顺序为___________。
②随着温度的升高，不同投料比下CO平衡转化率趋于相近的原因是___________。
(2)我国学者研究了均相 NO-CO的反应历程，反应路径中每一阶段内各驻点的能量均为相对于此阶段内反应物能量的能量之差，TS代表过渡态，反应过程中的复杂中间产物直接用IM表示。
①2CO(g)+2NO(g)=2CO2(g)+N2(g) ΔH=___________。
②整个反应分为三个基元反应阶段，总反应速率由第___________。(填“一”“二”或“三”)阶段反应决定。
(3)若反应2CO(g)+2NO(g)=2CO2(g)+N2(g)的正、逆反应速率分别可表示为v正=k正·c2(NO)·c2(CO)；v逆=k逆·c(N2)·c2(CO2)，k正，k逆，分别为正、逆反应速率常数。一定温度下，在体积为1L的恒容密闭容器中加入5mol NO和5mol CO发生上述反应，测得CO和CO2的物质的量浓度随时间的变化如图所示。
①M点时，v正：v逆=___________。
②测得平衡时体系压强为p，Kp为用气体分压表示的平衡常数，分压=总压×物质的量分数，则平衡常数Kp=___________。(用含p的式子表示)。
③达平衡后，若改变下列条件，既能加快反应速率又能提高NO的转化率的是___________。
A．分离出部分N2 B．恒容时，再加入5 mol NO，5 mol CO
C．压缩容器体积增大压强 D．降低温度
(4)利用固体氧化物电解池通过电解方式分解氮氧化物的原理如下图所示。原理是用Pt电极将NO在电解池中分解成无污染的N2和O2除去，两电极间是新型固体氧化物电解质，在一定条件下可自由传导O2-，电解池阴极反应式为___________。
5.运用化学反应原理知识研究如何利用CO、SO2等污染物有重要意义。
(1)用CO可以合成甲醇。已知：
CH3OH(g)＋3/2O2(g)=CO2(g)＋2H2O(l) ΔH 1 kJ·mol-1
CO(g)＋1/2O2(g)=CO2(g) ΔH2 kJ·mol-1
H2(g)＋1/2O2(g)=H2O(l) ΔH3 kJ·mol-1
则CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH =___________kJ·mol-1。
(2)一定压强下，在容积为2L的密闭容器中充入1mol CO与2 mol H2，在催化剂作用下发生反应：CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g) ΔH ，平衡转化率与温度、压强的关系如图所示。
① 下列说法正确的是___________
A．若容器内气体的密度恒定，反应达到平衡状态
B．若容器内各气体浓度恒定，反应达到平衡状态
C．若容器内各气体压强恒定，反应达到平衡状态
D．反应中，催化剂能使平衡向正反应方向移动
② 上述反应中，ΔH ___________ 0 (填“>”、“<”或“=”)
③ p2 ___________p1 (填“大于”、“小于”或“等于”)；
④ 100 ℃时，该反应的化学平衡常数K=___________；
(3)某科研小组用SO2为原料制取硫酸。
用Na2SO3溶液充分吸收SO2得NaHSO3溶液，然后电解该溶液可制得硫酸。电解原理示意图如下。请写出阳极反应的电极反应式___________。
6.近年来，随着聚酯工业的快速发展，氯气的需求量和氯化氢的产出量也随之迅速增长。因此，将氯化氢转化为氯气的技术成为科学研究的热点。回答下列问题：
(1)Deacon发明的直接氧化法为：。下图为刚性容器中，进料浓度比c(HCl)∶c(O2)分别等于1∶1、4∶1、7∶1时HCl平衡转化率随温度变化的关系：可知该反应在___________(高温或低温)条件下能自发进行。设HCl初始浓度为c0，根据进料浓度比c(HCl)∶c(O2)=1∶1的数据计算K (400℃)=___________(列出计算式)。
按化学计量比进料可以保持反应物高转化率，同时降低产物分离的能耗。进料浓度比c(HCl)∶c(O2)过低、过高的不利影响分别是___________。
(2)Deacon直接氧化法可按下列催化过程进行：
△H1=83 kJ·mol-1
则的______
(3)在一定温度的条件下，进一步提高HCl的转化率的方法是___________(写出2种)
(4)在传统的电解氯化氢回收氯气技术的基础上，科学家最近采用碳基电极材料设计了一种新的工艺方案，主要包括电化学过程和化学过程，如下图所示：
负极区发生的反应有___________(写反应方程式)。电路中转移1mol电子，需消耗氧气___________L(标准状况)。
7.CO和NO是汽车尾气中的主要污染物，易引起酸雨、温室效应和光化学烟雾等环境污染问题。随着我国机动车保有量的飞速发展，汽车尾气的有效处理变得迫在眉睫。其中的一种方法为2CO(g)+2NO(g)=N2(g)+2CO2(g)，请回答下列问题：
(1)已知该反应为自发反应，则该反应的反应热△H___________0(填“>”或“<”或“=”)
(2)已知：N2 (g) + O2(g)=2NO(g) △H= a kJ•mol -1
C(s) + O2 (g)=CO2 (g) △H= b kJ•mol -1
2C(s) + O2 (g)=2CO(g) △H= c kJ•mol -1
则 2CO(g)+2NO(g)=N2 (g)+2CO2 (g) △H=___________kJ•mol-1 (用含 a、b、c 的表达式表示)。
(3)一定温度下，将 2molCO、4molNO 充入一恒压密闭容器。已知起始压强为 1MPa，到达平衡时， 测得N2的物质的量为 0.5 mol，则：
①该温度此反应用平衡分压代替平衡浓度的平衡常数Kp=___________(写出计算表示式)
②该条件下，可判断此反应到达平衡的标志是___________
A．单位时间内，断裂 2 molC=O 同时形成 1 mol N≡N。
B．混合气体的平均相对分子质量不再改变。
C．混合气体的密度不再改变。
D．CO与NO的转化率比值不再改变。
(4)某研究小组探究催化剂对 CO、NO 转化的影响。将 CO 和 NO 以一定的流速通过两种不同的催化剂进行反应，相同时间内测量逸出气体中 N2的含量，从而确定尾气脱氮率(即 NO 的转化率)，结果如图所示：
①由图可知：要达到最大脱氮率，该反应应采取的最佳实验条件为___________
②若低于 200℃，图中曲线 I 脱氮率随温度升高变化不大的主要原因为___________
(5)已知常温下，Kb(NH3·H2O)=1.8×10-5，Ka1(H2CO3) =4.4×10-7，Ka2(H2CO3) =4.4×10-11，.此温度下某氨水的浓度为 2mol/L，则溶液中c(OH-)=___________mol/L，将脱氮反应后生成CO2通入氨水中使溶液恰好呈中性，则此时 =___________(保留小数点后4位数字)
(6)电解NO制备NH4NO3，其工作原理如图所示，为使电解产物全部转化为NH4NO3，需要补充物质A，A是___________，理由是___________
8.氨气中氢含量高，是一种优良的小分子储氢载体，且安全、易储运，可通过下面两种方法由氨气得到氢气。
方法I：氨热分解法制氢气
相关化学键的键能数据
化学键
键能
946
436.0
390.8
一定温度下，利用催化剂将分解为和。回答下列问题：
(1)反应_______；
(2)已知该反应的，在下列哪些温度下反应能自发进行？_______(填标号)
A．25℃ B．125℃ C．225℃ D．325℃
(3)某兴趣小组对该反应进行了实验探究。在一定温度和催化剂的条件下，将通入3L的密闭容器中进行反应(此时容器内总压为200kPa)，各物质的分压随时间的变化曲线如图所示。
①若保持容器体积不变，时反应达到平衡，用的浓度变化表示时间内的反应速率_______(用含的代数式表示)
②时将容器体积迅速缩小至原来的一半并保持不变，图中能正确表示压缩后分压变化趋势的曲线是_______(用图中a、b、c、d表示)，理由是_______；
③在该温度下，反应的标准平衡常数_______。(已知：分压=总压×该组分物质的量分数，对于反应，，其中，、、、为各组分的平衡分压)。
方法Ⅱ：氨电解法制氢气
利用电解原理，将氮转化为高纯氢气，其装置如图所示。
(4)电解过程中的移动方向为_______(填“从左往右”或“从右往左”)；
(5)阳极的电极反应式为_______。
9.CH4—CO2重整反应[CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g) △H>0]在大力推进生态文明建设、“碳达峰”、“碳中和”的时代背景下，受到更为广泛的关注。
(1)相关物质的燃烧热数据如下表所示：
物质
CH4(g)
CO(g)
H2(g)
燃烧热(kJ·mol-1)
890.3
283.0
285.8
ΔH=_______kJ·mol-1。
(2)该反应以两种温室气体为原料，可以生成合成气。如何减少反应过程中的催化剂积炭，是研究的热点之一、某条件下，发生主反应的同时，还发生了积炭反应：
CO歧化：2CO(g)=CO2(g)+C(s) △H=-172kJ/mol
CH4裂解：CH4(g)=C(s)+2H2(g) △H=+75kJ/mol
①对积炭反应进行计算，得到温度和压强对积炭反应中平衡炭量的影响图(图a和图b)，其中表示温度和压强对CH4的裂解反应中平衡炭量影响的是(选填序号)_______，理由是_______。
②实验表明，在重整反应中，低温、高压时会有显著积炭产生，由此可推断，对于该重整反应而言，其积炭主要由_______反应产生。
综合以上分析，为抑制积炭产生，应选用高温、低压条件。
(3)该重整反应也可用于太阳能、核能、高温废热等的储存，储能研究是另一研究热点。
①该反应可以储能的原因是_______。
②某条件下，研究者研究反应物气体流量、物质的量比()对CH4转化率(XCH4)、储能效率的影响，部分数据如下所示。
序号
加热温度/℃
反应物气体流量/L·min-1
XCH4/%
ηchem/%
①
800
4
2：2
79.6
52.2
②
800
6
3：3
64.2
61.9
③
800
6
2：4
81.1
41.6
(资料)储能效率：热能转化为化学能的效率，用ηchem表示。ηchem=。其中，Qchem是通过化学反应吸收的热量，Q是设备的加热功率。
a.对比实验_______(填序号)，可得出结论：气体流量越大，CH4转化率越低。
b.对比实验②和③发现，混合气中CO2占比越低，储能效率越高，原因可能是_______(该条件下设备的加热功率Q视为不变)。
10.合成氨反应是目前最有效的工业固氮方法，解决数亿人口生存问题。
(1)诺贝尔奖获得者埃特尔提出了合成氨反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)吸附解离的机理，通过实验测得合成氨势能如图所示，其中吸附在催化剂表面的物种用“ad”表示。
①由图可知合成氨反应N2(g)+H2(g)NH3(g)的△H=___，该历程中反应速率最慢步骤的化学方程式为___。
②如图所示，合成氨反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)中未使用催化剂时，逆反应的活化能Ea(逆)=___kJ·mol-1；使用催化剂之后，正反应的活化能为__kJ·mol-1。
(2)在t℃、压强为3.6MPa条件下，向一恒压密闭容器中通入氢氮比为3的混合气体，体系中气体的含量与时间变化关系如图所示：
①反应20min达到平衡，试求0~20min内氨气的平均反应速率v(NH3)=___MPa·min-1，该反应的Kp=___(请写出计算表达式)。
②若起始条件一样，在恒容容器中发生反应，则达到平衡时H2的含量符合图中___点(填“d”“e”“f”或“g”)。
(3)在合成氨的实际生产中，未反应的气体(含不参与反应的惰性气体)可多次循环使用。当氢氮比[c(H2)：c(N2)]为3时，平衡时氨气的含量关系式为：ω(NH3)=0.325·KP·P·(1‒i)2，(Kp表示平衡常数，P表示平衡体系压强，i表示惰性气体体积分数)当温度为500℃。平衡体系压强为2.3MPa.不含惰性气体时，平衡时氨气的含量为ω。若温度不变，体系中有13%的惰性气体，此时增大压强，Kp___将(填“变大”“变小”或“不变”)。欲使平衡时氨气的含量仍为ω，应将压强调整至___MPa(结果保留2位有效数字)。
11.I.利用CO2直接加氢合成二甲醚包括以下三个相互联系的反应：
甲醇的合成CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)
甲醇脱水2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)
逆水气变换CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g)
相关物质变化的焓变示意图如图：
请回答：
(1)请写出CO2直接加氢合成二甲醚的热化学方程式：___。
(2)保持恒温恒压的条件，当装置a充入1molCO2、装置b充入2molCO2，在其他条件不变时，请在图中分别画出平衡时CH3OCH3的体积分数随投料比变化的曲线图，请用a、b标注曲线__。
(3)在恒容密闭容器里按体积比为1：3充入二氧化碳和氢气，一定条件下反应达到平衡状态。当改变反应的某一个条件后，下列变化能说明平衡一定向逆反应方向移动的是___。
A．正反应速率先增大后逐渐减小
B．逆反应速率先增大后逐渐减小
C．化学平衡常数K值增大
D．反应物的体积百分含量增大
(4)在恒压CO2和H起始物质的量之比为1：3的条件下，CO2平衡转化率和平衡时二甲醚的选择性随温度的变化如图。
CH3OCH3的选择性×100%
①CO2平衡转化率随温度升高显示如图所示变化的原因是___。
②关于合成二甲醚工艺的理解，下列说法正确的是__。
A．合成二甲醚的反应在A点和B点时的化学平衡常数K(A)小于K(B)
B．当温度、压强一定时，在原料气(CO2和H2的比例不变)中添加少量惰性气体，有利于提高平衡转化率
C．其他条件不变，在恒容条件下的二甲醚平衡选择性比恒压条件下的平衡选择性低
D．由图像可知，CO2加氢合成二甲醚应该选择具有良好的低温活性的催化剂
II.汽车尾气是城市空气污染的一个重要因素，常用以下反应净化汽车尾气：2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g)。在某温度T1℃下，2L密闭容器中充入NO、CO各0.8mol，测得不同时间的NO和CO物质的量如表
时间(s)
0
2
4
6
8
10
n(NO)(mol)
0.8
0.64
0.52
0.44
0.40
0.40
(5)上述反应用N2表示0~2min内平均反应速率v(N2)=__；达到平衡后，继续加入NO、CO、CO2各0.4mol和N2___mol时，平衡不移动。
化学反应原理综合题
大题训练（共11题）
1.是石油化工行业产生的污染性气体，工业上采取多种方式进行处理。
Ⅰ.干法脱硫
(1)已知的燃烧热(a>0)，S的燃烧热(b>0)，则常温下空气直接氧化脱除的反应： ___________kJ/mol。
(2)常用脱硫剂反应条件如下表，最佳脱硫剂为___________。
脱硫剂
出口硫(mg/m3)
脱硫温度
操作压力
再生条件
一氧化碳
<1.33
300~400
0~3.0
蒸气再生
活性炭
<1.33
常温
0~3.0
蒸气再生
氧化锌
<1.33
350~400
0~3.0
不再生
Ⅱ．热分解法脱硫
在密闭容器中，充入一定量的气体，发生分解反应，控制不同的温度和压强，实验结果如图。
(3)图中压强P1、P2、P3由大到小的顺序为___________，该反应为___________(填吸热”或“放热”)反应，若要进一步提高的平衡转化率，可以采取的措施有___________(任写一种)。
(4)若压强为P2、温度为975℃，的平衡常数，则起始的物质的量浓度c=___________mol/L，若向容器中再加入气体，相同温度下再次达到平衡时，K___________0.04(填“＞”“＜”或“=”)。
Ⅲ．间接电解法脱硫
通过溶液吸收并氧化气体，再通过电解再生，实现循环使用，该法处理过程如图。
(5)电解反应器中总反应的离子方程式为___________。
【答案】2b-2a 活性炭 吸热 移出产物(或)、适当降低压强、升温 0.018 =
【详解】
(1)由题意可得硫化氢和硫燃烧的热化学方程式为①，②，由盖斯定律可知，①—②×2可得反应，则△H=△H 1—△H 2×2=(—2a+2b)kJ/mol，故答案为：2b-2a；
(2) 由表格数据可知，在操作压力相同的条件下，选用活性炭做脱硫剂时，常温条件下，出口硫小于1.33 mg/m3，且蒸气可再生，则最佳脱硫剂为活性炭，故答案为：活性炭；
(3)该反应为气体体积增大的反应，增大压强，平衡向逆反应方向移动，硫化氢的转化率减小，由图可知，温度相同时，硫化氢的转化率P1＞P2＞P3，则压强P1、P2、P3由大到小的顺序为P3＞P2＞P1；由压强相同时，升高温度，硫化氢的转化率增大可知，升高温度，平衡向正反应方向移动，该反应为吸热反应；由该反应是气体体积增大的吸热反应可知，适当降低压强、升高温度和分离出生成物氢气或硫蒸汽，都能使平衡向正反应方向移动，提高硫化氢的平衡转化率，故答案为：P3＞P2＞P1；吸热；移出产物(或)、适当降低压强、升温；
(4)设起始硫化氢的浓度为amol/L，由图可知，压强为P2、温度为975℃时，硫化氢的转化率为40%，由题意可建立如下三段式：
由平衡常数为0.04可得：=0.04，解得a=0.018；平衡常数为温度函数，温度不变，平衡常数不变，则向容器中再加入1mol硫化氢气体，相同温度下再次达到平衡时，平衡常数依然为0.04，故答案为：0.018；=；
(5)由图可知，水在阴极上得到电子发生还原反应生成氢气和氢氧根离子，亚铁离子在阳极上失去电子发生氧化反应生成铁离子，铁离子与硫化氢发生氧化还原反应生成亚铁离子、硫沉淀和氢离子，则电解的总反应离子方程式为，故答案为：。
2.甲醇燃料分为甲醇汽油和甲醇柴油。工业上合成甲醇的方法很多。
(1)已知：
①
②
③
则_______
(2)一定条件下，在恒容密闭容器中投入和，发生反应。
①能说明该反应达到平衡状态的是_______(填序号)。
A．的体积分数保持不变 B．容器内的总压强保持不变
C．混合气体密度保持不变 D．混合气体的平均摩尔质量保持不变
②达平衡后，维持容器的温度不变，将容器的容积扩大一倍，下列说法正确的是_______(填序号)。
A．平衡向正反应方向移动 B．CO的浓度增大
C．平衡常数不变 D．CO的物质的量增大
③维持容器的体积和温度不变，向密闭容器中加入氦气，达到新平衡时，CO、的浓度之比将_______(填“增大”、“减小”或“不变”)。
④甲醇在混合气体中的平衡体积分数与温度、压强的变化关系如图：则P3_______P1(填“>”、“<”或“=”)；300℃、P3条件下，处于E点时(正)____(逆)(填“>”“<”或“=”)；C点的平衡常数K=_______。
【答案】-90.2 ABD CD 不变 < < 48
【详解】
(1) 已知：①；②；③；得，故；
(2)①A．由于恒容时，反应反应是一个气体分子数减小的反应，所以甲醇的体积分数保持不变，可以说明反应达到平衡状态，A项正确；B．由于恒容时，反应反应是一个气体分子数减小的反应，所以容器内的总压强保持不变，可以说明反应达到平衡状态，B项正确；C．由于，混合气体质量不变，V不变，所以混合气体密度保持不变，不能说明反应达到平衡状态，C项错误；D．平均摩尔质量=混合物中各组成部分的摩尔质量×该组分部分的体积分数，反应达到平衡时，各组分的体积分数保持不变，所以混合气体的平均摩尔质量保持不变，可以说明反应达到平衡，D项正确；
②A．达平衡时，保持温度不变，容器体积扩大一倍，根据，所以各组分浓度均减小，分压也减小，平衡向逆方向移动，A项错误；B．达平衡时，保持温度不变，容器体积扩大一倍，根据，所以各组分浓度均减小，B项错误；C．平衡常数只与温度有关，C项正确；D．平衡向左移动，CO物质的量增大，D项正确；
③恒容时充入惰性气体，各组分分压并未改变，因此CO、的浓度之比将不变；
④从BD，甲醇的体积分数减小，说明要达到D点平衡向左移动，所P3
(1)已知氮氧化物转化过程中的能量变化如图(图中表示生成2molNO2的能量变化)。1molNO氧化为NO2的焓变∆H___kJ/mol。
(2)一定温度下，向2L恒容密闭容器中充入0.40molN2O4，发生反应N2O4(g)⇌2NO2(g)∆H=+Q kJ/mol，一段时间后达到平衡，测得数据如下：
时间
20
40
60
80
100
c(NO2)/(mol•L-1)
0.12
0.20
0.26
0.30
0.30
①内，___。
②达平衡时，反应体系吸收的热量为___(用Q表示)。
③该温度下反应2NO2(g)⇌N2O4(g)的化学平衡常数K=____。
(3) 近年来，地下水中的氮污染已成为一个世界性的环境问题。在金属Pt、Cu和铱(Ir)的催化作用下，密闭容器中的H2可高效转化酸性溶液中的硝态氮()，其工作原理如图所示。
①Ir表面发生反应的方程式为_______。
②若导电基体上的Pt颗粒增多，造成的结果是_______。
【答案】-56 0.005mol/(L·s) 0.3Q H2+N2O N2+H2O 不利于降低溶液中的含氮量
【分析】
根据图像结合盖斯定律分析计算1mol NO氧化为NO2的放出的热量；根据v=结合三段式计算v(NO2)和N2O4(g)⇌2NO2(g)的化学平衡常数，再计算2NO2(g)⇌N2O4(g)的化学平衡常数；Ir表面上H2和N2O反应生成N2和H2O结合图示分析解答。
【详解】
(1)由图可知，2molNO完全反应被氧化为二氧化氮放出热量180kJ-68kJ=112kJ，1mol NO氧化为NO2的放出热量为56kJ，焓变△H=-56kJ/mol，故答案为：-56；
(2)①0～40s内，v(NO2)==mol/(L·s)=0.005mol/(L·s)，故答案为：0.005mol/(L·s)；②根据表中数据可知，达到平衡时NO2的平衡浓度为0.3 mol/L，则反应生成NO2物质的量为0.3 mol/L×2L=0.6mol，根据热化学方程式可知，生成2mol NO2吸收QkJ的热量，则达平衡时，反应体系吸收的热量为×0.6mol =0.3QkJ，故答案为：0.3Q；
③根据题中数据有：
该温度下反应N2O4(g)⇌2NO2(g)的化学平衡常数，则反应2NO2(g)⇌N2O4(g)的化学平衡常数，故答案为：；
(3)①由工作示意图可知：Ir表面上H2和N2O反应生成N2和H2O，反应的方程式为H2+N2O N2+H2O，故答案为：H2+N2O N2+H2O；
②由图可知，在Pt颗粒表面，转化为铵根，若导电基体上的Pt颗粒增多，造成的后果是更多转化为铵根存在溶液中，不利于降低溶液中含氮量，故答案为：不利于降低溶液中含氮量。
4.汽车尾气中氮氧化物的排放与雾霾天气的产生密切相关，对其进行无害化处理是化学工作者研究的重要课题。
(1)利用反应2CO(g)+2NO(g)=2CO2(g)+N2(g) ΔH＜0，可实现汽车尾气的无害化处理。一定条件下进行该反应，测得CO的平衡转化率与温度、起始投料比m[m=］的关系如图所示。
①投料比m1、m2、m3从大到小的顺序为___________。
②随着温度的升高，不同投料比下CO平衡转化率趋于相近的原因是___________。
(2)我国学者研究了均相 NO-CO的反应历程，反应路径中每一阶段内各驻点的能量均为相对于此阶段内反应物能量的能量之差，TS代表过渡态，反应过程中的复杂中间产物直接用IM表示。
①2CO(g)+2NO(g)=2CO2(g)+N2(g) ΔH=___________。
②整个反应分为三个基元反应阶段，总反应速率由第___________。(填“一”“二”或“三”)阶段反应决定。
(3)若反应2CO(g)+2NO(g)=2CO2(g)+N2(g)的正、逆反应速率分别可表示为v正=k正·c2(NO)·c2(CO)；v逆=k逆·c(N2)·c2(CO2)，k正，k逆，分别为正、逆反应速率常数。一定温度下，在体积为1L的恒容密闭容器中加入5mol NO和5mol CO发生上述反应，测得CO和CO2的物质的量浓度随时间的变化如图所示。
①M点时，v正：v逆=___________。
②测得平衡时体系压强为p，Kp为用气体分压表示的平衡常数，分压=总压×物质的量分数，则平衡常数Kp=___________。(用含p的式子表示)。
③达平衡后，若改变下列条件，既能加快反应速率又能提高NO的转化率的是___________。
A．分离出部分N2 B．恒容时，再加入5 mol NO，5 mol CO
C．压缩容器体积增大压强 D．降低温度
(4)利用固体氧化物电解池通过电解方式分解氮氧化物的原理如下图所示。原理是用Pt电极将NO在电解池中分解成无污染的N2和O2除去，两电极间是新型固体氧化物电解质，在一定条件下可自由传导O2-，电解池阴极反应式为___________。
【答案】m1＞m2＞m3 温度较高时，温度变化对平衡移动的影响大于浓度变化对平衡移动的影响 -621.9kJ/mol 一 160 BC
【详解】
(1)①m=，增大NO的量，平衡正向移动，可增大CO的转化率，则投料比m1、m2、m3从大到小的顺序为m1＞m2＞m3；
②随着温度的升高，不同投料比下CO平衡转化率趋于相近的原因是温度较高时，温度变化对平衡移动的影响大于浓度变化对平衡移动的影响；
(2)①整个反应分为三个基元反应阶段，①NO(g)+NO(g)= ΔH =+199.2kJ/mol；②+CO(g)=CO2(g)+N2O(g) ΔH = -513.5kJ/mol；③CO2(g)+N2O(g)+CO(g)=2CO2(g)+N2(g) ΔH = -307.6kJ/mol；由盖斯定律可知，由①+②+③可得2CO(g)+2NO(g)=2CO2(g)+N2(g) ΔH =+199.2kJ/mol+( -513.5kJ/mol)+ (-307.6kJ/mol)= -621.9kJ/mol；
②由于反应①所需活化能最高，则总反应速率由第一阶段反应决定；
(3)①由图可知，平衡时，CO的物质的量浓度为1mol/L，CO2的物质的量浓度为4 mol/L，可列出三段式：，，平衡时v正= v逆，即k正·c2(NO)·c2(CO) =k逆·c (N2)·c2(CO2)，，M点时，测得CO和CO2的物质的量浓度相等，设CO浓度的减少量为x mol/L，则根据方程式的系数可知，5-x=x，解得x=2.5，可列出三段式：，则；
②反应达到平衡时，各气体物质的量为，总物质的量为8mol，则；
③A．分离出部分N2，平衡正向移动，NO的转化率增大，但是反应速率减小，错误； B．恒容时，再加入5 mol NO，5 mol CO，相当于增大压强，反应速率增大，平衡正向移动，能提高NO的转化率，正确；
C．压缩容器体积增大压强，反应速率增大，平衡正向移动，能提高NO的转化率，正确；
D．降低温度，平衡正向移动，能提高NO的转化率，但是反应速率减小，错误；故选BC；
(4)由电解原理可知，NO在阴极得到电子生成N2，电解质中O2-移动导电，故阴极反应式为。
5.运用化学反应原理知识研究如何利用CO、SO2等污染物有重要意义。
(1)用CO可以合成甲醇。已知：
CH3OH(g)＋3/2O2(g)=CO2(g)＋2H2O(l) ΔH 1 kJ·mol-1
CO(g)＋1/2O2(g)=CO2(g) ΔH2 kJ·mol-1
H2(g)＋1/2O2(g)=H2O(l) ΔH3 kJ·mol-1
则CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH =___________kJ·mol-1。
(2)一定压强下，在容积为2L的密闭容器中充入1mol CO与2 mol H2，在催化剂作用下发生反应：CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g) ΔH ，平衡转化率与温度、压强的关系如图所示。
① 下列说法正确的是___________
A．若容器内气体的密度恒定，反应达到平衡状态
B．若容器内各气体浓度恒定，反应达到平衡状态
C．若容器内各气体压强恒定，反应达到平衡状态
D．反应中，催化剂能使平衡向正反应方向移动
② 上述反应中，ΔH ___________ 0 (填“>”、“<”或“=”)
③ p2 ___________p1 (填“大于”、“小于”或“等于”)；
④ 100 ℃时，该反应的化学平衡常数K=___________；
(3)某科研小组用SO2为原料制取硫酸。
用Na2SO3溶液充分吸收SO2得NaHSO3溶液，然后电解该溶液可制得硫酸。电解原理示意图如下。请写出阳极反应的电极反应式___________。
【答案】2ΔH3＋ΔH2-ΔH 1 BC < 大于 4 (mol/L) – 2 HSO＋H2O-2e-=SO＋3H＋
【详解】
(1)已知：①CH3OH(g)＋3/2O2(g)=CO2(g)＋2H2O(l) ΔH1 kJ·mol-1，②CO(g)＋1/2O2(g)=CO2(g) ΔH2 kJ·mol-1，③H2(g)＋1/2O2(g)=H2O(l) ΔH3 kJ·mol-1，根据盖斯定律：②+③×2-①得CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)，则ΔH＝2ΔH3＋ΔH2-ΔH1 kJ·mol-1；
(2)①A．随着反应的进行，容器内气体的质量保持不变，容器的容积保持不变，密度不随反应的进行而变化，若容器内气体密度恒定，不能说明反应达到平衡状态，A项错误；
B．若容器内各气体浓度恒定，反应达到平衡状态，B项正确；
C．CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g)该反应是气体分子数减小的反应，当容器内各气体压强恒定时，反应达到平衡状态，C项正确；
D．反应中，加入催化剂，平衡不移动，D项错误；
答案选BC；
②分析图像可知，升高温度，CO的平衡转化率减小，平衡逆向移动，则该反应的ΔH<0；
③由图像可知，温度相同时，在压强为P2时平衡时CO的转化率高，由反应CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)可知，压强越大，越有利于平衡向正反应进行，故压强p2大于p1；
④由图可知，100 ℃时，CO的转化率为0.5，由此列出三段式：
则该反应的化学平衡常数为；
(3)阳极上，HSO转化为SO，故阳极反应的电极反应式为HSO＋H2O-2e-=SO＋3H＋。
6.近年来，随着聚酯工业的快速发展，氯气的需求量和氯化氢的产出量也随之迅速增长。因此，将氯化氢转化为氯气的技术成为科学研究的热点。回答下列问题：
(1)Deacon发明的直接氧化法为：。下图为刚性容器中，进料浓度比c(HCl)∶c(O2)分别等于1∶1、4∶1、7∶1时HCl平衡转化率随温度变化的关系：可知该反应在___________(高温或低温)条件下能自发进行。设HCl初始浓度为c0，根据进料浓度比c(HCl)∶c(O2)=1∶1的数据计算K (400℃)=___________(列出计算式)。
按化学计量比进料可以保持反应物高转化率，同时降低产物分离的能耗。进料浓度比c(HCl)∶c(O2)过低、过高的不利影响分别是___________。
(2)Deacon直接氧化法可按下列催化过程进行：
△H1=83 kJ·mol-1
则的______
(3)在一定温度的条件下，进一步提高HCl的转化率的方法是___________(写出2种)
(4)在传统的电解氯化氢回收氯气技术的基础上，科学家最近采用碳基电极材料设计了一种新的工艺方案，主要包括电化学过程和化学过程，如下图所示：
负极区发生的反应有___________(写反应方程式)。电路中转移1mol电子，需消耗氧气___________L(标准状况)。
【答案】高温 O2和Cl2分离能耗较高、HCl转化率较低 -58kJ•mol-1 增加反应体系压强；及时分离出产物 Fe3++e-═Fe2+、4Fe2++O2+4H+═4Fe3++2H2O 5.6
【详解】
(1)根据图知，进料浓度比c(HCl)：c(O2)一定时，升高温度HCl的转化率降低，说明平衡逆向移动，升高温度平衡向吸热方向移动，则正反应为放热反应，∆H<0，反应为气体分子数减小的反应，∆S<0，由∆G=∆H-T∆S>0，则高温下自发进行；温度一定时进料浓度比c(HCl)：c(O2)越大，HCl的转化率越小，所以400℃进料浓度比c(HCl)：c(O2)=1：1时，HCl的转化率为最上边曲线，HCl转化率为84%，列三段式：
，
400℃时化学平衡常数 ；进料浓度比c(HCl)：c(O2)过低O2和Cl2分离能耗较高、过高时HCl转化率较低，所以投料浓度比过高或过低都不好；
(2)根据盖斯定律：∆H=∆H1+∆H2+∆H3=(83-20-121)kJ•mol-1=-58kJ•mol-1；
(3)提高HCl的转化率，即要反应正向进行，4HCl(g)+O2(g)═2Cl2(g)+2H2O(g)，正向是气体分子数减少的反应，可以增大压强，使反应正向；亦可分离出生成物，使反应正向；
(4)根据图示，电解池左侧发生反应Fe3++e-═Fe2+，该反应为还原反应，属于电解池的阴极，负极通入氧气后Fe2+被O2氧化而再生成Fe3+，该反应为4Fe2++O2+4H+═4Fe3++2H2O；根据电子守恒及4Fe2++O2+4H+═4Fe3++2H2O可知，电路中转移1mol电子，消耗氧气的物质的量为：1mol×1/4=0.25mol，标况下0.25mol氧气的体积为：22.4L/mol×0.25mol=5.6L。
7.CO和NO是汽车尾气中的主要污染物，易引起酸雨、温室效应和光化学烟雾等环境污染问题。随着我国机动车保有量的飞速发展，汽车尾气的有效处理变得迫在眉睫。其中的一种方法为2CO(g)+2NO(g)=N2(g)+2CO2(g)，请回答下列问题：
(1)已知该反应为自发反应，则该反应的反应热△H___________0(填“>”或“<”或“=”)
(2)已知：N2 (g) + O2(g)=2NO(g) △H= a kJ•mol -1
C(s) + O2 (g)=CO2 (g) △H= b kJ•mol -1
2C(s) + O2 (g)=2CO(g) △H= c kJ•mol -1
则 2CO(g)+2NO(g)=N2 (g)+2CO2 (g) △H=___________kJ•mol-1 (用含 a、b、c 的表达式表示)。
(3)一定温度下，将 2molCO、4molNO 充入一恒压密闭容器。已知起始压强为 1MPa，到达平衡时， 测得N2的物质的量为 0.5 mol，则：
①该温度此反应用平衡分压代替平衡浓度的平衡常数Kp=___________(写出计算表示式)
②该条件下，可判断此反应到达平衡的标志是___________
A．单位时间内，断裂 2 molC=O 同时形成 1 mol N≡N。
B．混合气体的平均相对分子质量不再改变。
C．混合气体的密度不再改变。
D．CO与NO的转化率比值不再改变。
(4)某研究小组探究催化剂对 CO、NO 转化的影响。将 CO 和 NO 以一定的流速通过两种不同的催化剂进行反应，相同时间内测量逸出气体中 N2的含量，从而确定尾气脱氮率(即 NO 的转化率)，结果如图所示：
①由图可知：要达到最大脱氮率，该反应应采取的最佳实验条件为___________
②若低于 200℃，图中曲线 I 脱氮率随温度升高变化不大的主要原因为___________
(5)已知常温下，Kb(NH3·H2O)=1.8×10-5，Ka1(H2CO3) =4.4×10-7，Ka2(H2CO3) =4.4×10-11，.此温度下某氨水的浓度为 2mol/L，则溶液中c(OH-)=___________mol/L，将脱氮反应后生成CO2通入氨水中使溶液恰好呈中性，则此时 =___________(保留小数点后4位数字)
(6)电解NO制备NH4NO3，其工作原理如图所示，为使电解产物全部转化为NH4NO3，需要补充物质A，A是___________，理由是___________
【答案】< 2b-a-c (或具体计算式) BC 催化剂 II，450℃ 温度较低时，催化剂 I 的活性偏低 6×10-3 1.0009 NH3 根据总反应8NO+7H2O=3NH4NO3+2HNO3(条件为电解)，电解产生HNO3多，应补充NH3
【详解】
(1)反应2NO(g)+2CO(g)⇌2CO2(g)+N2(g)能够自发进行，反应△S<0，若满足△H-T△S<0，必须△H<0；
(2)已知：①N2 (g) + O2(g)=2NO(g) △H= a kJ•mol -1；②C(s) + O2 (g)=CO2 (g) △H= b kJ•mol -1；
③2C(s) + O2 (g)=2CO(g) △H= c kJ•mol -1；
根据盖斯定律，得到目标方程式的计算式为2×②-①-③，代入a、b、c计算得△H=2b-a-c；
(3)①一定温度下，将 2molCO、4molNO 充入一恒压密闭容器。已知起始压强为 1MPa，到达平衡时， 测得N2的物质的量为 0.5 mol，则可列出三段式：，则；
②A．单位时间内，断裂2 mol C=O同时形成 1 mol N≡N，正反应速率和逆反应速率不相等，不能说明反应达到平衡，故A错误；
B．该反应是气体分子数不相等的反应，混合气体的平均相对分子质量不再改变，可以说明达到平衡，故B正确；
C．容器是恒压容器，反应是气体分子数不相等的反应，混合气体的密度不再改变可以说明达到平衡，故C正确；
D．CO与NO的转化量相等，设任一时刻转化量为a mol，则CO与NO的转化率比值为，为定值，则CO与NO的转化率比值不再改变，不能说明反应达到平衡，故D错误；故答案为BC；
(4)①由图象可知，在催化剂II，450℃条件下达到最大脱氮率；
②温度较低时，催化剂的活性偏低，反应速率慢，所以脱氮率随温度升高变化不大；
(5)NH3•H2O的Kb=1.8×10-5，若氨水的浓度为2.0mol•L-1，由，可知，将CO2通入该氨水中，当溶液呈中性时溶液中c(OH-)=c(H+)=10-7mol/L，电荷守恒得到：c(NH)=c(HCO)+2c(CO)，，H2CO3的Ka2=4.4×10-11，结合计算，，；
(6)根据电解NO制备NH4NO3的工作原理示意图知：阴极反应式为3NO+15e-+18H+=3NH+3H2O，阳极反应式为5NO-15e- +10H2O=5NO +20H+，总反应式为8NO+7H2O=3NH4NO3+2HNO3，为了使电解产生的HNO3全部转化为NH4NO3，应补充NH3。
8.氨气中氢含量高，是一种优良的小分子储氢载体，且安全、易储运，可通过下面两种方法由氨气得到氢气。
方法I：氨热分解法制氢气
相关化学键的键能数据
化学键
键能
946
436.0
390.8
一定温度下，利用催化剂将分解为和。回答下列问题：
(1)反应_______；
(2)已知该反应的，在下列哪些温度下反应能自发进行？_______(填标号)
A．25℃ B．125℃ C．225℃ D．325℃
(3)某兴趣小组对该反应进行了实验探究。在一定温度和催化剂的条件下，将通入3L的密闭容器中进行反应(此时容器内总压为200kPa)，各物质的分压随时间的变化曲线如图所示。
①若保持容器体积不变，时反应达到平衡，用的浓度变化表示时间内的反应速率_______(用含的代数式表示)
②时将容器体积迅速缩小至原来的一半并保持不变，图中能正确表示压缩后分压变化趋势的曲线是_______(用图中a、b、c、d表示)，理由是_______；
③在该温度下，反应的标准平衡常数_______。(已知：分压=总压×该组分物质的量分数，对于反应，，其中，、、、为各组分的平衡分压)。
方法Ⅱ：氨电解法制氢气
利用电解原理，将氮转化为高纯氢气，其装置如图所示。
(4)电解过程中的移动方向为_______(填“从左往右”或“从右往左”)；
(5)阳极的电极反应式为_______。
【答案】+90.8 CD b 开始体积减半，N2分压变为原来的2倍，随后由于加压平衡逆向移动，N2分压比原来2倍要小 0.48 从右往左 2NH3-6e-+6OH-= N2+6H2O
【试题解析】
(1) 根据反应热=反应物的总键能-生成物的总键能，2NH3(g)N2(g)+3H2(g)，H=390.8kJmol-1-(946 kJmol-1+436.0kJmol-1)= +90.8kJmol-1，故答案为：+90.8；
(2)若反应自发进行，则需H-TS<0，T>==456.5K，即温度应高于(456.5-273)℃=183.5℃，CD符合，故答案为：CD；
(3)①设t1时达到平衡，转化的NH3的物质的量为2x，列出三段式：
根据同温同压下，混合气体的物质的量等于体积之比，=，解得x=0.02mol，(H2)==molL-1min-1，故答案为：；
②t2时将容器体积压缩到原来的一半，开始N2分压变为原来的2倍，随后由于加压平衡逆向移动，N2分压比原来2倍要小，故b曲线符合，故答案为：b；开始体积减半，N2分压变为原来的2倍，随后由于加压平衡逆向移动，N2分压比原来2倍要小；
③由图可知，平衡时，NH3、N2、H2的分压分别为120 kPa、40 kPa、120 kPa，反应的标准平衡常数==0.48，故答案为：0.48；
(4)由图可知，通NH3的一极氮元素化合价升高，发生氧化反应，为电解池的阳极，则另一电极为阴极，电解过程中OH-移向阳极，则从右往左移动，故答案为：从右往左；
(5)阳极NH3失电子发生氧化反应生成N2，结合碱性条件，电极反应式为：2NH3-6e-+6OH-= N2+6H2O，故答案为：2NH3-6e-+6OH-= N2+6H2O。
9.CH4—CO2重整反应[CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g) △H>0]在大力推进生态文明建设、“碳达峰”、“碳中和”的时代背景下，受到更为广泛的关注。
(1)相关物质的燃烧热数据如下表所示：
物质
CH4(g)
CO(g)
H2(g)
燃烧热(kJ·mol-1)
890.3
283.0
285.8
ΔH=_______kJ·mol-1。
(2)该反应以两种温室气体为原料，可以生成合成气。如何减少反应过程中的催化剂积炭，是研究的热点之一、某条件下，发生主反应的同时，还发生了积炭反应：
CO歧化：2CO(g)=CO2(g)+C(s) △H=-172kJ/mol
CH4裂解：CH4(g)=C(s)+2H2(g) △H=+75kJ/mol
①对积炭反应进行计算，得到温度和压强对积炭反应中平衡炭量的影响图(图a和图b)，其中表示温度和压强对CH4的裂解反应中平衡炭量影响的是(选填序号)_______，理由是_______。
②实验表明，在重整反应中，低温、高压时会有显著积炭产生，由此可推断，对于该重整反应而言，其积炭主要由_______反应产生。
综合以上分析，为抑制积炭产生，应选用高温、低压条件。
(3)该重整反应也可用于太阳能、核能、高温废热等的储存，储能研究是另一研究热点。
①该反应可以储能的原因是_______。
②某条件下，研究者研究反应物气体流量、物质的量比()对CH4转化率(XCH4)、储能效率的影响，部分数据如下所示。
序号
加热温度/℃
反应物气体流量/L·min-1
XCH4/%
ηchem/%
①
800
4
2：2
79.6
52.2
②
800
6
3：3
64.2
61.9
③
800
6
2：4
81.1
41.6
(资料)储能效率：热能转化为化学能的效率，用ηchem表示。ηchem=。其中，Qchem是通过化学反应吸收的热量，Q是设备的加热功率。
a.对比实验_______(填序号)，可得出结论：气体流量越大，CH4转化率越低。
b.对比实验②和③发现，混合气中CO2占比越低，储能效率越高，原因可能是_______(该条件下设备的加热功率Q视为不变)。
【答案】+247.3 a CH4的裂解反应为体积增大的吸热反应，减小压强或升高温度，平衡正移，即高温低压有利于反应正向进行，平衡炭量大，与图a相符 CO歧化 该反应是吸热反应，可通过反应将热量储存在产物CO、H2中(生成高热值的物质CO、H2)，CO、H2可通过燃烧放出大量热 ①和② 通过数据分析可知，气体流量一定的情况下，②中CH4转化的物质的量相对较多，因此通过化学反应吸收的热量(即Qchem)较多
【详解】
(1)由燃烧热数据可得：①CH4(g)+2O2(g)= CO2(g)+ 2H2O(l) △H=-890.3 kJ/mol，②CO(g) +O2(g)= CO2(g) △H=-283.0kJ/mol，③H2(g) +O2(g)= H2O(l) △H=-285.8kJ/mol，由盖斯定律可知，①-2×②-2×③可得重整反应CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g)，则△H=(-890.3 kJ/mol)-2×(-283.0kJ/mol)-2×(-285.8kJ/mol)= +247.3kJ/mol，故答案为：+247.3；
(2)①甲烷的裂解反应为气体体积增大的吸热反应，增大压强，平衡向逆反应方向移动，平衡炭量减小，升高温度，平衡向正反应方向移动，平衡炭量增大，由图可知，图a中温度升高或降低压强时，平衡炭量增大，则图a表示温度和压强对甲烷裂解反应中平衡炭量影响，故答案为：a；CH4裂解反应为体积增大的吸热反应，减小压强或升高温度，平衡正移，即高温低压有利于反应正向进行，平衡炭量大，与图a相符；
②由在重整反应中，低温、高压时会有显著积炭产生可知，产生积炭的反应为气体体积减小的放热反应，由题给方程式可知，积炭主要是由一氧化碳的歧化反应产生，故答案为：CO歧化；
(3)①重整反应是吸热反应，反应时生成高热值的物质一氧化碳和氢气，将热量储存在产物一氧化碳和氢气中，一氧化碳和氢气可通过燃烧放出大量热，所以该反应可以储能，故答案为：该反应是吸热反应，可通过反应将热量储存在产物CO、H2中(生成高热值的物质CO、H2)，CO、H2可通过燃烧放出大量热；
②由题给数据可知，实验①和②的加热温度、物质的量比相同，而反应物气体流量不同，反应物气体流量越大，甲烷转化率越低；实验②和③的加热温度、反应物气体流量相同，而物质的量比不同，混合气中二氧化碳占比越低，甲烷转化的物质的量相对较多，反应得到的热量较多，Qchem越大，储能效率越高，故答案为：①和②；通过数据分析可知，气体流量一定的情况下，②中CH4转化的物质的量相对较多，因此通过化学反应吸收的热量(即Qchem)较多。
10.合成氨反应是目前最有效的工业固氮方法，解决数亿人口生存问题。
(1)诺贝尔奖获得者埃特尔提出了合成氨反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)吸附解离的机理，通过实验测得合成氨势能如图所示，其中吸附在催化剂表面的物种用“ad”表示。
①由图可知合成氨反应N2(g)+H2(g)NH3(g)的△H=___，该历程中反应速率最慢步骤的化学方程式为___。
②如图所示，合成氨反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)中未使用催化剂时，逆反应的活化能Ea(逆)=___kJ·mol-1；使用催化剂之后，正反应的活化能为__kJ·mol-1。
(2)在t℃、压强为3.6MPa条件下，向一恒压密闭容器中通入氢氮比为3的混合气体，体系中气体的含量与时间变化关系如图所示：
①反应20min达到平衡，试求0~20min内氨气的平均反应速率v(NH3)=___MPa·min-1，该反应的Kp=___(请写出计算表达式)。
②若起始条件一样，在恒容容器中发生反应，则达到平衡时H2的含量符合图中___点(填“d”“e”“f”或“g”)。
(3)在合成氨的实际生产中，未反应的气体(含不参与反应的惰性气体)可多次循环使用。当氢氮比[c(H2)：c(N2)]为3时，平衡时氨气的含量关系式为：ω(NH3)=0.325·KP·P·(1‒i)2，(Kp表示平衡常数，P表示平衡体系压强，i表示惰性气体体积分数)当温度为500℃。平衡体系压强为2.3MPa.不含惰性气体时，平衡时氨气的含量为ω。若温度不变，体系中有13%的惰性气体，此时增大压强，Kp___将(填“变大”“变小”或“不变”)。欲使平衡时氨气的含量仍为ω，应将压强调整至___MPa(结果保留2位有效数字)。
【答案】−46 kJ/mol Nad+3Had=NHad+2Had 427 126 g 不变 3.0
【详解】
(1)①由图可知N2(g)+H2(g)和 NH3(g) 能量差为 46 kJ， NH3(g) 能量低，反应放热，故 ΔH=−46 kJ/mol；活化能越大，反应速率越慢，故最慢方程式：Nad+3Had=NHad+2Had；
②正反应活化能-逆反应活化能=反应放出的热量，如图2所示活化能和(1)①中计算的ΔH可知，Ea(正)=335kJ/mol，N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-462=92kJ/mol，Ea(逆)= Ea(正)- ΔH=335kJ/mol-(-92kJ/mol)=427kJ/mol；如图2，使用催化剂之后，正反应的活化能为Ea1=126kJ/mol；
(2)①根据图像，0~20min，氨气的体积分数增加了，则氨气的压强增大了，故v(NH3)=；如图所示平衡时，H2体积分数为，N2体积分数为，NH3体积分数为，故p(H2)=, p(N2)=, p(NH3)=, ；
②若起始条件一样，在恒容容器中发生反应，相对于平衡状态，物质浓度减少，速率减慢，相比之前晚达到，达到平衡时H2的体积分数增大，符合图中的g点；
(3)平衡常数只与温度有关，因此温度不变，体系中有13%的惰性气体，此时压强增大，但是Kp不变；根据平衡时氨气的含量关系式：ω(NH3)=0.325·KP·P·(1‒i)2，欲使平衡时氨气的含量仍未ω，两种条件下列关系式有：ω(NH3)=0.325·KP·2.3MPa·(1‒0)2=0.325·KP·P·(1‒13%)2，解得P3.0MPa。
11.I.利用CO2直接加氢合成二甲醚包括以下三个相互联系的反应：
甲醇的合成CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)
甲醇脱水2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)
逆水气变换CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g)
相关物质变化的焓变示意图如图：
请回答：
(1)请写出CO2直接加氢合成二甲醚的热化学方程式：___。
(2)保持恒温恒压的条件，当装置a充入1molCO2、装置b充入2molCO2，在其他条件不变时，请在图中分别画出平衡时CH3OCH3的体积分数随投料比变化的曲线图，请用a、b标注曲线__。
(3)在恒容密闭容器里按体积比为1：3充入二氧化碳和氢气，一定条件下反应达到平衡状态。当改变反应的某一个条件后，下列变化能说明平衡一定向逆反应方向移动的是___。
A．正反应速率先增大后逐渐减小
B．逆反应速率先增大后逐渐减小
C．化学平衡常数K值增大
D．反应物的体积百分含量增大
(4)在恒压CO2和H起始物质的量之比为1：3的条件下，CO2平衡转化率和平衡时二甲醚的选择性随温度的变化如图。
CH3OCH3的选择性×100%
①CO2平衡转化率随温度升高显示如图所示变化的原因是___。
②关于合成二甲醚工艺的理解，下列说法正确的是__。
A．合成二甲醚的反应在A点和B点时的化学平衡常数K(A)小于K(B)
B．当温度、压强一定时，在原料气(CO2和H2的比例不变)中添加少量惰性气体，有利于提高平衡转化率
C．其他条件不变，在恒容条件下的二甲醚平衡选择性比恒压条件下的平衡选择性低
D．由图像可知，CO2加氢合成二甲醚应该选择具有良好的低温活性的催化剂
II.汽车尾气是城市空气污染的一个重要因素，常用以下反应净化汽车尾气：2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g)。在某温度T1℃下，2L密闭容器中充入NO、CO各0.8mol，测得不同时间的NO和CO物质的量如表
时间(s)
0
2
4
6
8
10
n(NO)(mol)
0.8
0.64
0.52
0.44
0.40
0.40
(5)上述反应用N2表示0~2min内平均反应速率v(N2)=__；达到平衡后，继续加入NO、CO、CO2各0.4mol和N2___mol时，平衡不移动。
【答案】2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)△H=-75.3kJ·mol-1 B 温度较低时，反应体系以合成二甲醚的反应为主，而该反应放热，故随温度升高CO2的平衡转化率下降，高温时反应以逆水气变化为主，该反应的∆H>0，温度升高，CO2的平衡转化率增大 CD 0.02mol/(L·min) 0.6
【详解】
(1)根据焓变示意图，①2CO2(g)+6H2(g)⇌2CH3OH(g)+2H2O(g) ∆H1=-99.2kJ∙mol-1②2CH3OH(g)⇌CH3OCH3(g)+H2O(g) ∆H2=+23.9kJ∙mol-1根据盖斯定律，①+②得到：2CO2(g)+6H2(g)⇌CH3OCH3(g)+3H2O(g) ∆H3=∆H1+∆H2=-99.2kJ∙mol-1+23.9kJ∙mol-1=-75.3kJ∙mol-1，故CO2直接加氢合成二甲醚的热化学方程式2CO2(g)+6H2(g)⇌CH3OCH3(g)+3H2O(g) ∆H=-75.3kJ∙mol-1；
(2)由方程式2CO2(g)+6H2(g)⇌CH3OCH3(g)+3H2O(g)可知，当投料比=3时，CH3OCH3(g)的体积分数最大，二氧化碳的投料增加，平衡正向移动，体积分数最大，可以得到曲线图；
(3)A．增大反应物浓度，平衡正向移动，正反应速率先增大后减小，不一定逆向移动，故A不符合题意；
B．逆反应速率先增大后减小，说明平衡逆向移动，故B符合题意；
C．化学平衡常数K值增大，说明平衡正向移动，故C不符合题意；
D．反应物的体积百分含量增大，可能是增加了反应物，平衡正向移动，故D不符合题意；
答案选B；
(4)①体系内涉及到CO2参与反应的最直接的有反应：
反应Ⅰ：CO2(g)+H2(g)⇌CO(g)+H2O(g) ∆H=+41.2 kJ∙mol-1
反应Ⅱ：2CO2(g)+6H2(g)⇌CH3OCH3(g)+3H2O(g) ∆H=-75.3kJ∙mol-1
上述反应中，温度高于300℃， CO2平衡转化率随温度升高而上升的原因是反应Ⅰ的∆H＞0，反应Ⅱ的∆H＜0，温度升高使CO2转化为CO的平衡转化率上升，使CO2转化为CH3OCH3的平衡转化率下降，且上升幅度超过下降幅度；
②根据反应2CO2(g)+6H2(g)⇌CH3OCH3(g)+3H2O(g) ∆H=-75.3kJ∙mol-1；
A．2CO2(g)+6H2(g)⇌CH3OCH3(g)+3H2O(g) ∆H=-75.3kJ∙mol-1为放热反应，升高温度不利于反应正向进行，所以反应在A点和B点时的化学平衡常数K(A)大于K(B)，故A不符合题意；
B．当温度、压强一定时，在原料气(CO2和H2的比例不变)中添加少量惰性气体，相当于减压，反应向气体分子数增多的方向进行，则反应逆向进行，不利于提高平衡转化率，故B不符合题意；
C．随着反应进行，气体分子数减少，相当于压强减少，同一个反应分别放在恒容和恒压装置中进行，恒压装置相当于一直在加压，促使反应正向进行，所以其他条件不变，在恒容条件下的二甲醚平衡选择性比恒压条件下的平衡选择性低，故C符合题意；
D．2CO2(g)+6H2(g)⇌CH3OCH3(g)+3H2O(g) ∆H=-75.3kJ∙mol-1为放热反应，提高催化剂活性能缩短平衡的时间，通过图像可知，温度越高，二甲醚的转化率越低，故CO2加氢合成二甲醚应该选择具有良好的低温活性的催化剂，有利于更多转化为二甲醚，故D符合题意；
答案选CD；
(5) △n(NO)=0.16mol，△c(NO)=，v(N2)：v(NO) =1：2，v(N2)=0.02 mol/(L·s)；列出2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g)在某温度T1℃下的三段式；
，该温度下的化学平衡常数K==2.5，平衡不移动，平衡常数不变，加入NO、CO、CO2各0.4mol和N2为xmol，得到=2.5，解得x=0.6mol。
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