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专题十 化学反应速率与化学平衡五年高考化学真题分类训练（2019-2023）Word版含解析
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这是一份专题十 化学反应速率与化学平衡五年高考化学真题分类训练（2019-2023）Word版含解析，共38页。试卷主要包含了选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。
一、选择题
1. [2023湖南，3分]向一恒容密闭容器中加入1mlCH4 和一定量的H2O ，发生反应:CH4g+H2Og⇌COg+3H2g 。CH4 的平衡转化率按不同投料比x[x=nCH4nH2O] 随温度的变化曲线如图所示。下列说法错误的是( B )
A. x1B. 反应速率:vb正C. 点a 、b 、c 对应的平衡常数:KaD. 反应温度为T1 ,当容器内压强不变时,反应达到平衡状态
[解析]
结合图像分析可知，A 项正确，B 项错误；该反应为吸热反应，温度升高，平衡常数增大，结合图像可知平衡常数Ka2. [2022北京，3分]CO2 捕获和转化可减少CO2 排放并实现资源利用，原理如图1所示。反应①完成之后，以N2 为载气，将恒定组成的N2 、CH4 混合气，以恒定流速通入反应器，单位时间流出气体各组分的物质的量随反应时间变化如图2所示。反应过程中始终未检测到CO2 ，在催化剂上检测到有积炭。下列说法不正确的是( C )
A. 反应①为CaO+CO2CaCO3 ；反应②为CaCO3+CH4催化剂CaO+2CO+2H2
B. t1min∼t3min ，nH2 比nCO 多，且生成H2 的速率不变，推测有副反应CH4催化剂C+2H2
C. t2min 时刻，副反应生成H2 的速率大于反应②生成H2 的速率
D. t3min 之后，生成CO 的速率为0，是因为反应②不再发生
[解析]根据题图1知，A 项正确；若只发生反应②，则nH2=nCO ，而t1min～t3min ，nH2 比nCO 多，且生成H2 的速率不变，结合反应过程中始终未检测到CO2 ，催化剂上有积炭，可推测有副反应，且反应②和副反应中CH4 和H2 的化学计量数之比均为1:2 ，B 项正确；t2min 时，H2 的流出速率为2mml⋅min−1 ，CO 的流出速率约为1.5mml⋅min−1 ，vH2vCO<2 ，说明副反应生成H2 的速率小于反应②生成H2 的速率，C 项错误；根据题图2知，t3min 后，CO 的生成速率为0，CH4 的流出速率逐渐增大，最终恢复到1mml⋅min−1 ，H2 的生成速率逐渐减小至0，说明t3min 后反应②不再发生，副反应逐渐停止，D 项正确。
3. [2022辽宁，3分]某温度下,在1L 恒容密闭容器中2.0mlX 发生反应2Xs⇌Yg+2Zg ,有关数据如下:
下列说法错误的是( B )
A. 1min 时,Z 的浓度大于0.20ml⋅L−1
B. 2min 时,加入0.20mlZ ,此时v正ZC. 3min 时,Y 的体积分数约为33.3%
D. 5min 时,X 的物质的量为1.4ml
[解析]由图表可知，产物Z 的生成速率随时间的推移呈减小趋势，2min 时产物Z 的浓度为0.4ml⋅L−1 ，则1min 时，Z 的浓度大于0.20ml⋅L−1 ，A 项正确；由表可知，4min 时Z 的物质的量为0.15ml⋅L−1⋅min−1×4min×1L=0.6ml ，6min 时Z 的物质的量也为0.6ml ，说明4min 时反应已达平衡，根据题目信息列三段式：
2Xs⇌Yg+2Zg起始量ml2.000反应量平衡量
故该反应的平衡常数K=c2Z⋅cY=0.62×0.3=0.108 ，2min 时Y 的浓度为0.2ml⋅L−1 ，Z 的浓度为0.4ml⋅L−1 ，加入0.20mlZ 后，Z 的浓度为0.6ml⋅L−1 ，此时Qc=c2Z⋅cY=0.62×0.2=0.072<0.108 ，反应正向进行，v正Z>v逆Z ，B 项错误；由反应方程式可知，X 为固体，生成物Y 和Z 均为气体，且物质的量之比为1:2 ，故Y 的体积分数始终为33.3% ，C 项正确；5min 时反应已达到平衡状态，结合上述分析可知，此时X 的物质的量为1.4ml ，D 项正确。
4. [2020浙江1月选考，2分]一定温度下，在2L 的恒容密闭容器中发生反应Ag+2Bg⇌3Cg 。反应过程中的部分数据如下表所示：
下列说法正确的是( C )
A. 0∼5min 用A表示的平均反应速率为0.09ml⋅L−1⋅min−1
B. 该反应在10min 后才达到平衡
C. 平衡状态时，cC=0.6ml⋅L−1
D. 物质B的平衡转化率为20%
[解析]0～5min 用A 表示的平均反应速率vA=vC3=0.9ml2L×5min×13=0.03ml⋅L−1⋅min−1 ，A 错误；反应10min 时，nA=1.6ml ，即消耗0.4mlA ，根据反应的化学方程式可知，消耗0.8mlB ，即此时nB=1.6ml ，由题表中数据知，15min 时nB=1.6ml ,说明10min 时反应处于平衡状态，B 错误；结合上述分析，达到平衡时消耗0.4mlA ，则平衡时生成1.2mlC ，故cC=0.6ml⋅L−1 ，C 正确；物质B 的平衡转化率为0.82.4×100%≈33.3% ，D 错误。
5. [2019浙江4月选考，2分]下列说法正确的是( B )
A. H2g+I2g⇌2HIg ,其他条件不变,缩小反应容器体积,正逆反应速率不变
B. Cs+H2Og⇌H2g+COg ,碳的质量不再改变说明反应已达平衡
C. 若压强不再随时间变化能说明反应2A （?）+Bg⇌2C （?）已达平衡,则A、C不能同时是气体
D. 1mlN2 和3mlH2 反应达到平衡时H2 转化率为10% ,放出热量Q1 ;在相同温度和压强下，当2mlNH3 分解为N2 和H2 的转化率为10% 时,吸收热量Q2 ,Q2 不等于Q1
[解析]对于反应H2g+I2g⇌2HIg ，反应前后气体分子数相等，缩小反应容器体积，平衡不移动，正逆反应速率增大相同的倍数，A 项错误；碳的质量不变，说明正、逆反应速率相等，反应已达平衡状态，B 项正确；恒温恒容条件下，若A 、C 同时为气体，当压强不变时，也能说明反应达到平衡状态，C 项错误；设N2g+3H2g⇌2NH3g ΔH=−aa>0kJ⋅ml−1 ，1mlN2 和3mlH2 反应达到平衡时H2 转化率为10% ，放出热量Q1=0.1akJ ，当2mlNH3 分解为N2 和H2 的转化率为10% 时，吸收热量Q2=0.1akJ ，故Q1=Q2 ，D 项错误。
二、非选择题
6. [2021广东，14分]我国力争于2030年前做到碳达峰，2060年前实现碳中和。CH4 与CO2 重整是CO2 利用的研究热点之一。该重整反应体系主要涉及以下反应：
a)CH4g+CO2g⇌2COg+2H2gΔH1
b)CO2g+H2g⇌COg+H2OgΔH2
c)CH4g⇌Cs+2H2gΔH3
d)2COg⇌CO2g+CsΔH4
e)COg+H2g⇌H2Og+CsΔH5
（1） 根据盖斯定律，反应a 的ΔH1= ΔH3+ΔH2−ΔH5 （或ΔH3−ΔH4 ）（写出一个代数式即可）。
[解析]根据盖斯定律，由c−d ，可得a ，故ΔH1=ΔH3−ΔH4 。或由c+b−e ，可得a ，故ΔH1=ΔH3+ΔH2−ΔH5 。
（2） 上述反应体系在一定条件下建立平衡后，下列说法正确的有AD。
A. 增大CO2 与CH4 的浓度，反应a 、b 、c 的正反应速率都增加
B. 移去部分Cs ,反应c 、d 、e 的平衡均向右移动
C. 加入反应a 的催化剂，可提高CH4 的平衡转化率
D. 降低反应温度，反应a∼e 的正、逆反应速率都减小
[解析]增大CO2 与CH4 的浓度，反应a 、b 、c 的反应物浓度增大，反应速率都增加，故A 正确；C 为固体，移去部分Cs ，反应c 、d 、e 的平衡不移动，故B 错误；加入反应的催化剂，平衡不移动，CH4 的平衡转化率不变，故C 错误；降低反应温度，化学反应速率减小，反应a～e 的正逆反应速率都减小，故D 正确。
（3） 一定条件下，CH4 分解形成碳的反应历程如图1所示。该历程分4步进行,其中，第4步的正反应活化能最大。
[解析]根据题图1知，该历程有4个过渡态，分4步进行。第4步的正反应活化能最大。
（4） 设Kpr 为相对压力平衡常数，其表达式写法：在浓度平衡常数表达式中，用相对分压代替浓度。气体的相对分压等于其分压（单位为kPa ）除以p0p0=100kPa 。反应a 、c 、e 的lnKpr 随1T （温度的倒数）的变化如图2所示。
① 反应a 、c 、e 中，属于吸热反应的有ac （填字母）。
[解析]根据题图2知，随着1T 增大，即T 降低，a 、c 的lnKpr 减小，Kpr 减小，说明平衡逆向移动，根据化学平衡移动原理，降温时平衡向放热反应方向移动，故a 、c 的逆反应为放热反应，则正反应为吸热反应。
② 反应c 的相对压力平衡常数表达式为Kpr= p2H2100pCH4 。
[解析]反应c 的相对压力平衡常数表达式为Kpr=[pH2p0]2pCH4p0=p2H2100pCH4 。
③ 在图2中A点对应温度下、原料组成为nCO2:nCH4=1:1 、初始总压为100kPa 的恒容密闭容器中进行反应，体系达到平衡时H2 的分压为40kPa 。计算CH4 的平衡转化率，写岀计算过程。
[答案]根据A点反应c 的lnKpr=0 和Kpr=p2H2100pCH4 得pCH4=16kPa 。设起始时CH4 和CO2 均为1ml ，初始总压为100kPa ，平衡时H2 的分压为40kPa ，CH4 的分压为16kPa ，根据恒温恒容时气体的压强之比等于其物质的量之比，则2ml:100kPa=nCH4:16kPa ，解得nCH4=0.32ml ，故甲烷的平衡转化率为0.32ml1ml×100%=32% （3分）
[解析]题图2中A 点反应c 的lnKpr=0 ，则Kpr=1 ，根据Kpr=p2H2100pCH4 ，pCH4=16kPa 。设起始时CH4 和CO2 均为1ml ，初始总压为100kPa ，平衡时H2 的分压为40kPa ，CH4 的分压为16kPa ，根据恒温恒容时气体的压强之比等于其物质的量之比，则2ml:100kPa=nCH4:16kPa ，解得nCH4=0.32ml ，故甲烷的平衡转化率为0.32ml1ml×100%=32% 。
（5） CO2 用途广泛，写出基于其物理性质的一种用途：用于人工降雨。
[解析]根据干冰（固态CO2 ）升华时吸热知，CO2 可用于人工降雨。
题组二
一、选择题
1. [2022天津，3分]向恒温恒容密闭容器中通入2mlSO2 和1mlO2 ,反应2SO2g+O2g⇌2SO3g 达到平衡后，再通入一定量O2 ,达到新的平衡时，下列有关判断错误的是( B )
A. SO3 的平衡浓度增大B. 反应平衡常数增大
C. 正向反应速率增大D. SO2 的转化总量增大
[解析]达平衡后再通入一定量O2 ，平衡正向移动，SO3 的平衡浓度增大，A 项正确；平衡常数只与温度有关，温度不变，平衡常数不变，B 项错误；通入一定量O2 ，反应物浓度增大，正向反应速率增大，C 项正确；平衡正向移动，SO2 的转化总量增大，D 项正确。
2. [2022海南，2分]某温度下，反应CH2CH2g+H2Og⇌CH3CH2OHg 在密闭容器中达到平衡。下列说法正确的是( C )
A. 增大压强，v正>v逆 ，平衡常数增大
B. 加入催化剂，平衡时CH3CH2OHg 的浓度增大
C. 恒容下，充入一定量的H2Og ，平衡向正反应方向移动
D. 恒容下，充入一定量的CH2CH2g ，CH2CH2g 的平衡转化率增大
[解析]增大压强，该反应平衡正向移动，v正>v逆 ，但平衡常数只与温度有关，因此平衡常数不变，A 项错误；加入催化剂，平衡不移动，平衡时CH3CH2OHg 的浓度不变，B 项错误；恒容下，充入一定量的H2Og ，反应物浓度增大，平衡向正反应方向移动，C 项正确；恒容下，充入一定量的CH2CH2g ，平衡向正反应方向移动，H2Og 的平衡转化率增大，但CH2CH2g 的平衡转化率减小，D 项错误。
二、非选择题
3. [2023新课标卷，15分]氨是最重要的化学品之一，我国目前氨的生产能力位居世界首位。回答下列问题:
（1） 根据图1数据计算反应12N2g+32H2gNH3g 的ΔH= −45 kJ⋅ml−1 。
图1 能量转换关系
[解析]该反应的ΔH= 断裂旧键吸收的总能量-形成新键释放的总能量=473+654kJ⋅ml−1−339+397+436kJ⋅ml−1=−45kJ⋅ml−1 。
（2） 研究表明，合成氨反应在Fe 催化剂上可能通过图2机理进行(∗ 表示催化剂表面吸附位，N2∗ 表示被吸附于催化剂表面的N2) 。判断上述反应机理中，速率控制步骤（即速率最慢步骤）为（ⅱ）（填步骤前的标号），理由是氮氮三键的键能最大，使其断裂需要的能量最多。
（ⅰ）N2g+∗⇌N2∗
（ⅱ）N2∗+∗⇌2N∗
（ⅲ）H2g+∗⇌H2∗
（ⅳ）H2∗+∗⇌2H∗
ⅴN∗+H∗⇌NH∗+∗
……
…NH3∗⇌NH3g+∗
图2 反应机理
[解析]根据图1能量转换关系可知，键能：N≡N 键>H—H 键，断裂N≡N 键需要吸收的能量最多，结合图2反应机理知，步骤（ⅱ）为该反应的速率控制步骤。
（3） 合成氨催化剂前驱体（主要成分为Fe3O4 ）使用前经H2 还原，生成α−Fe 包裹的Fe3O4 。已知α−Fe 属于立方晶系,晶胞参数a=287pm ,密度为7.8g⋅cm−3 。则α−Fe 晶胞中含有Fe 的原子数为7.8×287×10−103NA56 （列出计算式，阿伏加德罗常数的值为NA ）。
[解析]晶胞参数a=287pm ,则晶胞体积为287×10−103cm3 ,晶体密度为7.8g⋅cm−3 ，则晶胞质量为7.8×287×10−103g ,设晶胞中Fe 原子数为N ,则NNA×56=7.8×287×10−103 ，N=7.8×287×10−103NA56 。
（4） 在不同压强下，以两种不同组成进料，反应达平衡时氨的摩尔分数与温度的计算结果如下图所示。其中一种进料组成为xH2=0.75 、xN2=0.25 ,另一种为xH2=0.675 、xN2=0.225 、xAr=0.10 。（物质i 的摩尔分数:xi=n1/n总 ）
① 图中压强由小到大的顺序为p1[解析]工业合成氨为气体分子数减小的反应，当温度相同时，压强越大，平衡时混合气体中氨的摩尔分数越大，结合图3或图4均能得出压强由小到大的顺序为p1② 进料组成中含有惰性气体Ar 的图是图4。
[解析]Ar 不参与化学反应，含Ar 的进料组成中H2 、N2 的分压较小，导致平衡时混合气体中氨的摩尔分数减小，结合两图可知，图4表示进料组成中含有Ar 的图像。
③ 图3中，当p2=20MPa 、xNH3=0.20 时，氮气的转化率α= 33.33% 。该温度时，反应12N2g+32H2g⇌NH3g 的平衡常数Kp= 336 MPa−1 （化为最简式）。
[解析]结合p2=20MPa 、xNH3=0.20 ，以及图3对应的进料气的组成，设进料气中N2 和H2 分别为0.25ml 和0.75ml ，达平衡时N2 的转化量为xml ，列三段式：
12N2g+32H2g⇌NH3g起始量变化量/mlx3x2x平衡量/ml0.25−x0.75−3x2x
则根据xNH3=0.20 得2x0.25−x+0.75−3x+2x=0.20 ，解得x=112 ，则N2 的转化率α=1120.25×100%≈33.33% 。此时N2 、H2 、NH3 对应的平衡分压分别为15p2 、35p2 、15p2 ，则Kp=15p215p212⋅35p232 ，整理并代入p2=20MPa 得Kp=336MPa−1 。
4. [2020全国卷Ⅰ，14分]硫酸是一种重要的基本化工产品。接触法制硫酸生产中的关键工序是SO2 的催化氧化：SO2g+12O2g钒催化剂SO3gΔH=−98kJ⋅ml−1 。回答下列问题：
（1） 钒催化剂参与反应的能量变化如图（a）所示,V2O5s 与SO2g 反应生成VOSO4s 和V2O4s 的热化学方程式为2V2O5s+2SO2g2VOSO4s+V2O4s ΔH=−351kJ⋅ml−1 。
图（a）
[解析]根据题图（a）知，V2O4s+SO3gV2O5s+SO2gΔH2=−24kJ⋅ml−1 ①，V2O4s+2SO3g2VOSO4sΔH1=−399kJ⋅ml−1② 。根据盖斯定律，由②−①×2 得：2V2O5s+2SO2g2VOSO4s+V2O4sΔH=−399+48kJ⋅ml−1=−351kJ⋅ml−1 。
（2） 当SO2g 、O2g 和N2g 起始的物质的量分数分别为7.5% 、10.5% 和82% 时，在0.5MPa 、2.5MPa 和5.0MPa 压强下,SO2 平衡转化率α 随温度的变化如图（b）所示。反应在5.0MPa 、550℃ 时的α= 0.975，判断的依据是该反应气体分子数减少，增大压强，α 提高。5.0MPa>2.5MPa=p2 ,所以p1=5.0MPa 。影响α 的因素有温度、压强和反应物的起始浓度（组成）。
图（b）
[解析]由题给反应式知，该反应为气体分子数减少的反应，其他条件一定时，增大压强，SO2 平衡转化率增大，故p1=5.0MPa 。结合题图（b）知5.0MPa 、550℃ 时对应的SO2 平衡转化率为0.975。影响平衡转化率的因素有：温度、压强、反应物的起始浓度等。
（3） 将组成（物质的量分数）为2m%SO2g 、m%O2g 和q%N2g 的气体通入反应器，在温度t 、压强p 条件下进行反应。平衡时，若SO2 转化率为α ,则SO3 压强为2mα100−mαp ，平衡常数Kp= α1−α1.5m100−mαp0.5 （以分压表示，分压= 总压×物质的量分数）。
[解析]设通入的SO2 、O2 和N2 共100ml ，利用三段式法进行计算：
SO2g+12O2g钒催化剂SO3g起始量/ml2mm0变化量/ml2mαmα2mα平衡量/ml2m−2mαm−mα2mα
平衡时气体的总物质的量为3m+q−mαml ，则pSO2=p×2m−2mα3m+q−mα ,pO2=p×m−mα3m+q−mα ，pSO3=p×2mα3m+q−mα ,因3m+q=100 ,Kp=pSO3pSO2×p12O2 ，代入计算得pSO3=2mα100−mαp 、Kp=α1−α1.5m100−mαp0.5 。
（4） 研究表明，SO2 催化氧化的反应速率方程为v=kαα′−10.81−nα′ 。式中：k 为反应速率常数，随温度t 升高而增大；α 为SO2 平衡转化率，α′ 为某时刻SO2 转化率，n 为常数。在α′=0.90 时，将一系列温度下的k 、α 值代入上述速率方程，得到v∼t 曲线，如图（c）所示。
图（c）
曲线上v 最大值所对应温度称为该α′ 下反应的最适宜温度tm 。ttm 后，v 逐渐下降。原因是升高温度，k 增大使v 逐渐提高，但α 降低使v 逐渐下降。ttm 后，k 增大对v 的提高小于α 引起的降低。
[解析]升高温度，反应速率常数k 增大，反应速率v 提高，但α 降低使反应速率逐渐下降。ttm 后，k 增大对v 的提高小于α 引起的降低。
题组三
一、选择题
1. [2022江苏，3分]乙醇-水催化重整可获得H2 。其主要反应为
C2H5OHg+3H2Og2CO2g+6H2gΔH=173.3kJ⋅ml−1
CO2g+H2gCOg+H2OgΔH=41.2kJ⋅ml−1
在1.0×105Pa 、n始C2H5OH:n始H2O=1:3 时，若仅考虑上述反应，平衡时CO2 和CO 的选择性及H2 的产率随温度的变化如图所示。CO 的选择性=n生成COn生成CO2+n生成CO×100% 。下列说法正确的是( B )
A. 图中曲线①表示平衡时H2 产率随温度的变化
B. 升高温度，平衡时CO 的选择性增大
C. 一定温度下，增大nC2H5OHnH2O 可提高乙醇平衡转化率
D. 一定温度下，加入CaOs 或选用高效催化剂，均能提高平衡时H2 产率
[解析]由CO 的选择性计算公式可知，相同温度下，CO 和CO2 的选择性之和为1，故曲线②代表平衡时H2 产率随温度的变化；由题图可知，约330℃ 以后H2 的平衡产率随温度的升高而减小，结合题给方程式可知，此时CO 的选择性应随温度的升高而增大，故曲线③代表平衡时CO 的选择性，曲线①代表平衡时CO2 的选择性。A 项，曲线②代表H2 的平衡产率随温度的变化，错误；B 项，由题图可知，升高温度，平衡时CO 的选择性增大，正确；C 项，增大nC2H5OHnH2O ，乙醇的平衡转化率减小，错误；D 项，高效催化剂能加快反应速率，但不可以改变平衡时H2 的产率，错误。
二、非选择题
2. [2023全国甲卷，15分]甲烷选择性氧化制备甲醇是一种原子利用率高的方法。回答下列问题：
（1） 已知下列反应的热化学方程式:
①3O2g2O3gK1ΔH1=285kJ⋅ml−1
②2CH4g+O2g2CH3OHlK2ΔH2=−329kJ⋅ml−1
反应③CH4g+O3gCH3OHl+O2g 的ΔH3= −307 kJ⋅ml−1 ,平衡常数K3= K2K1 （用K1 、K2 表示）。
[解析]根据盖斯定律，反应③=12×②−① ，则ΔH3=12×ΔH2−ΔH1=−307kJ⋅ml−1 ，K3=K2K1 。
（2） 电喷雾电离等方法得到的M+ （Fe+ 、C+ 、Ni+ 等）与O3 反应可得MO+ 。MO+ 与CH4 反应能高选择性地生成甲醇。分别在300K 和310K 下（其他反应条件相同）进行反应MO++CH4M++CH3OH ,结果如下图所示。图中300K 的曲线是b （填“a ”或“b ”）。300K 、60s 时MO+ 的转化率为1−10−0.11×100% （列出算式）。
[解析]由原子守恒知，cMO++cM+ 为定值，随反应的进行，MO+ 减少，cMO+cMO++cM+ 减小，温度越高，反应速率越快，反应相同时间时，对应的−lg[cMO+cMO++cM+] 越大，故曲线b 表示300K 时的曲线，设起始时cMO+=1ml⋅L−1 ,则反应过程中cMO++cM+ 始终为1ml⋅L−1 ,300K 、60s 时−lg[cMO+cMO++cM+]=0.1 ，即cMO+cMO++cM+=10−0.1 ，则此时cMO+=10−0.1ml⋅L−1 ,MO+ 的转化率为1−10−0.11×100% 。
（3） MO+ 分别与CH4 、CD4 反应，体系的能量随反应进程的变化如图所示（两者历程相似，图中以CH4 示例）。
（ⅰ） 步骤Ⅰ和Ⅱ中涉及氢原子成键变化的是Ⅰ（填“Ⅰ”或“Ⅱ”）。
[解析]结合图示转化可知，步骤Ⅰ中CH4 、MO+ 转化为，C—H 键断裂，形成O—H 键，涉及氢原子成键变化,步骤Ⅱ中转化为CH3OH 和M+ ，M—O 键、M—C 键断裂，形成C—O 键，不涉及氢原子成键变化。
（ⅱ） 直接参与化学键变化的元素被替换为更重的同位素时，反应速率会变慢，则MO+ 与CD4 反应的能量变化应为图中曲线c （填“c ”或“d ”）。
[解析]由题意可知，MO+ 与CD4 的反应比与CH4 的反应慢，反应的活化能越大，反应速率越慢，故MO+ 与CD4 反应的能量变化对应图中曲线c 。
（ⅲ） MO+ 与CH2D2 反应，氘代甲醇的产量CH2DOD < CHD2OH （填“> ”“= ”或“< ”）。若MO+ 与CHD3 反应，生成的氘代甲醇有2种。
[解析]由（ⅱ）中信息可知，CH2D2 中C—H 键比C—D 键更易断裂，CHD2OH 更易生成，产量更大；结合题图中化学键变化情况可知，MO+ 与CHD3 反应可生成CHD2OD 和CD3OH 两种产物。
3. [2023全国乙卷，14分]硫酸亚铁在工农业生产中有许多用途，如可用作农药防治小麦黑穗病，制造磁性氧化铁、铁催化剂等。回答下列问题:
（1） 在N2 气氛中,FeSO4⋅7H2O 的脱水热分解过程如图所示:
根据上述实验结果，可知x= 4,y= 1。
[解析]由题图可知，FeSO4⋅7H2O→FeSO4 即7个结晶水完全失去时失重比为45.3% ，则失重比为19.4% 时，失去的结晶水数目为19.4%×745.3%≈3 ，故x=7−3=4 ，同理可推出y=7−38.8%×745.3%=1 。
（2） 已知下列热化学方程式:
FeSO4⋅7H2OsFeSO4s+7H2Og ΔH1=akJ⋅ml−1
FeSO4⋅xH2OsFeSO4s+xH2OgΔH2=bkJ⋅ml−1
FeSO4⋅yH2OsFeSO4s+yH2OgΔH3=ckJ⋅ml−1
则FeSO4⋅7H2Os+FeSO4⋅yH2Os2FeSO4⋅xH2Os 的ΔH= a+c−2b （1分）kJ⋅ml−1 。
[解析]将题中反应依次编号为①、②、③，已求得x=4 ,y=1 ,则根据盖斯定律，由①+③−2×② 可得FeSO4⋅7H2Os+FeSO4⋅yH2Os2FeSO4⋅xH2OsΔH=ΔH1+ΔH3−2ΔH2=a+c−2bkJ⋅ml−1 。
（3） 将FeSO4 置入抽空的刚性容器中，升高温度发生分解反应:
2FeSO4s⇌Fe2O3s+SO2g+SO3g （Ⅰ）平衡时pSO3−T 的关系如下图所示。660K 时，该反应的平衡总压p总= 3.0 kPa 、平衡常数Kp （Ⅰ）= 2.25 kPa2 。Kp （Ⅰ） 随反应温度升高而增大（填“增大”“减小”或“不变”）。
[解析]由反应（Ⅰ）可知平衡体系中pSO2=pSO3 ，则由题图可知，660K 时，该反应的平衡总压p总=1.5×2kPa=3.0kPa 。Kp （Ⅰ）=pSO2⋅pSO3=1.52kPa2=2.25kPa2 。由题图可知，随反应温度升高pSO3 增大，则Kp （Ⅰ）增大。
（4） 提高温度，上述容器中进一步发生反应2SO3g⇌2SO2g+O2g （Ⅱ）,平衡时pO2= pSO2−pSO34 （用pSO3 、pSO2 表示）。在929K 时，p总=84.6kPa ，pSO3=35.7kPa ,则pSO2= 46.26kPa ,Kp （Ⅱ）= 46.262× kPa （列出计算式）。
[解析]综合2FeSO4s⇌Fe2O3s+SO2g+SO3g （Ⅰ）、2SO3g⇌2SO2g+O2g （Ⅱ）可知，平衡时的pSO2−pSO32 为反应（Ⅱ）生成的SO2 的分压，而反应（Ⅱ）中SO2 和O2 的化学计量数之比为2:1 ，故pO2=12×pSO2−pSO32=pSO2−pSO34 。p总=pSO3+pSO2+pO2=35.7kPa+pSO2+pSO2−35.7kPa4=84.6kPa ，则pSO2=46.26kPa ,pO2=2.64kPa ，KpII=pSO22⋅pO2pSO32=46.262× 。
4. [2020全国卷Ⅲ，14分]二氧化碳催化加氢合成乙烯是综合利用CO2 的热点研究领域。回答下列问题：
（1） CO2 催化加氢生成乙烯和水的反应中，产物的物质的量之比nC2H4:nH2O= 1:4 。当反应达到平衡时，若增大压强，则nC2H4 变大（填“变大”“变小”或“不变”）。
[解析]由题意知二氧化碳与氢气反应生成乙烯和水，反应的化学方程式为2CO2+6H2⇌CH2CH2+4H2O ，nC2H4:nH2O=1:4 ；此反应为气体体积减小的反应，增大压强，平衡向气体体积减小的方向（正反应方向）移动，nC2H4 变大。
（2） 理论计算表明，原料初始组成nCO2:nH2=1:3 ，在体系压强为0.1MPa ,反应达到平衡时，四种组分的物质的量分数x 随温度T 的变化如图所示。
图中，表示C2H4 、CO2 变化的曲线分别是d 、c 。CO2 催化加氢合成C2H4 反应的ΔH 小于0（填“大于”或“小于”）。
[解析]反应方程式中CO2 和H2 的化学计量数之比为1:3 ，开始时加入的nCO2:nH2=1:3 ，则平衡时nCO2:nH2 也应为1:3 ，nC2H4:nH2O 应为1:4 ，由题图可知曲线a 表示H2 变化，曲线b 表示H2O 变化，曲线c 表示CO2 变化，曲线d 表示C2H4 变化，随温度升高，平衡时C2H4 和H2O 的物质的量分数逐渐减小，H2 和CO2 的物质的量分数逐渐增加，说明升高温度平衡逆向移动，根据升高温度平衡向吸热的方向移动，知正反应为放热反应，ΔH 小于0。
（3） 根据图中点A440K,0.39 ，计算该温度时反应的平衡常数Kp= 94×10.0393 或0.394××0.3932×10.13 等MPa−3 （列出计算式。以分压表示，分压= 总压×物质的量分数）。
[解析]在440K 时，氢气的物质的量分数为0.39 ，H2O 的物质的量分数也为0.39 ，根据平衡时nCO2:nH2=1:3 ，知CO2 的物质的量分数为0.393 ，根据平衡时nC2H4:nH2O=1:4 ，知C2H4 的物质的量分数为0.394 ，则pH2=0.39×0.1MPa ，pH2O=0.39×0.1MPa ，pC2H4=0.39×0.14MPa ，pCO2=0.39×0.13MPa ，Kp=p4H2O⋅pC2H4p6H2⋅p2CO2=0.394××0.3932×10.13MPa−3=94×10.0393MPa−3 。
（4） 二氧化碳催化加氢合成乙烯反应往往伴随副反应，生成C3H6 、C3H8 、C4H8 等低碳烃。一定温度和压强条件下，为了提高反应速率和乙烯选择性，应当选择合适催化剂等。
[解析]压强和温度一定，若要提高反应速率和乙烯的选择性，可采用选择合适催化剂等方法。
题组四
一、选择题
1. [2021辽宁，3分]某温度下，在恒容密闭容器中加入一定量X ，发生反应2Xs⇌Ys+Zg ，一段时间后达到平衡。下列说法错误的是( C )
A. 升高温度，若cZ 增大，则ΔH>0
B. 加入一定量Z ，达新平衡后mY 减小
C. 加入等物质的量的Y 和Z ，达新平衡后cZ 增大
D. 加入一定量氩气，平衡不移动
[解析]升高温度，若cZ 增大，说明平衡正向移动，则正反应为吸热反应，该反应的ΔH>0 ，A 项正确；加入一定量Z ，平衡逆向移动，达到新平衡后mY 减小，B 项正确；该反应的平衡常数K=cZ ,加入等物质的量的Y 和Z ，温度不变，平衡常数不变，则达新平衡后cZ 不变，C 项错误；加入一定量氩气，各物质浓度不变，平衡不移动，D 项正确。
2. [2021北京，3分]丙烷经催化脱氢可制丙烯：C3H8⇌C3H6+H2 。600℃ ，将一定浓度的CO2 与固定浓度的C3H8 通过含催化剂的恒容反应器，经相同时间，流出的C3H6 、CO 和H2 浓度随初始CO2 浓度的变化关系如图。
已知：①C3H8g+5O2g3CO2g+4H2OlΔH=−2220kJ⋅ml−1
②C3H6g+92O2g3CO2g+3H2Ol ΔH=−2058kJ⋅ml−1
③H2g+12O2gH2OlΔH=−286kJ⋅ml−1
下列说法不正确的是( C )
A. C3H8gC3H6g+H2gΔH=+124kJ⋅ml−1
B. cH2 和cC3H6 变化差异的原因：CO2+H2⇌CO+H2O
C. 其他条件不变，投料比cC3H8/cCO2 越大，C3H8 转化率越大
D. 若体系只有C3H6 、CO 、H2 和H2O 生成，则初始物质浓度c0 与流出物质浓度c 之间一定存在：3c0C3H8+c0CO2=cCO+cCO2+3cC3H8+3cC3H6
[解析]根据盖斯定律，由①−②−③ 得C3H8gC3H6g+H2g ΔH=−2220+2058+286kJ⋅ml−1=+124kJ⋅ml−1 ，A 项正确；根据C3H8g⇌C3H6g+H2g 知，C3H6 、H2 的浓度变化趋势应该一致，但由题图知，氢气的浓度变化不明显，CO 、C3H6 的浓度变化趋势基本一致，因此推断发生了反应CO2+H2⇌CO+H2O ，从而导致C3H6 、H2 的浓度变化出现差异，B 项正确；投料比cC3H8/cCO2 增大，C3H8 的转化率减小，C 项错误；该反应可逆，生成物中只有C3H6 、CO 、H2O 和H2 时，根据碳原子守恒，可得3c0C3H8+c0CO2=3cC3H6+cCO+3cC3H8+cCO2 ，D 项正确。
二、非选择题
3. [2020浙江7月选考，10分]研究CO2 氧化C2H6 制C2H4 对资源综合利用有重要意义。相关的主要化学反应有:
ⅠC2H6g⇌C2H4g+H2gΔH1=136kJ⋅ml−1
ⅡC2H6g+CO2g⇌C2H4g+H2Og+COgΔH2=177kJ⋅ml−1
ⅢC2H6g+2CO2g⇌4COg+3H2gΔH3
ⅣCO2g+H2g⇌COg+H2OgΔH4=41kJ⋅ml−1
已知：298K 时，相关物质的相对能量（如图1）。
图1
可根据相关物质的相对能量计算反应或变化的ΔH （ΔH 随温度变化可忽略）。例如：
H2OgH2OlΔH=−286kJ⋅ml−1−−242kJ⋅ml−1=−44kJ⋅ml−1 。
请回答：
（1）① 根据相关物质的相对能量计算ΔH3= 430kJ⋅ml−1 。
[解析]由题给信息可知，ΔH3=0+4×−110kJ⋅ml−1−2×−393kJ⋅ml−1−−84kJ⋅ml−1=430kJ⋅ml−1 。
② 下列描述正确的是AD。
A. 升高温度反应Ⅰ的平衡常数增大
B. 加压有利于反应Ⅰ、Ⅱ的平衡正向移动
C. 反应Ⅲ有助于乙烷脱氢，有利于乙烯生成
D. 恒温恒压下通水蒸气，反应Ⅳ的平衡逆向移动
[解析]反应Ⅰ的焓变大于0，则正反应为吸热反应，升高温度，平衡向正反应方向移动，平衡常数增大，A 项正确；反应Ⅰ、Ⅱ均为气体分子数增多的反应，因此加压，平衡向逆反应方向移动，B 项错误；反应Ⅲ的生成物中有CO ，而由反应Ⅱ可知，生成乙烯的同时还有CO 生成，故反应Ⅲ抑制了反应Ⅱ的进行，即抑制了乙烯的生成，同理反应Ⅲ中生成的H2 会抑制反应Ⅰ的进行，即抑制了乙烯的生成，C 项错误；水蒸气是反应Ⅳ的生成物，因此通水蒸气时，反应Ⅳ的平衡逆向移动，D 项正确。
③ 有研究表明，在催化剂存在下，反应Ⅱ分两步进行,过程如下:【C2H6g+CO2g 】→ 【C2H4g+H2g+CO2g 】→ 【C2H4g+COg+H2Og 】,且第二步速率较慢（反应活化能为210kJ⋅ml−1 ）。根据相关物质的相对能量，画出反应Ⅱ分两步进行的“能量-反应过程图”，起点从【C2H6g+CO2g 】的能量−477kJ⋅ml−1 开始（如图2）。
图2
[答案]
[解析]由反应Ⅰ可知，C2H6g⇌C2H4g+H2gΔH1=136kJ⋅ml−1 ，而题图2中反应起点对应物质的能量为−477kJ⋅ml−1 ，故反应Ⅱ的第一步反应生成物的能量为−477kJ⋅ml−1+136kJ⋅ml−1=−341kJ⋅ml−1 ，第二步反应的活化能为210kJ⋅ml−1 ，结合反应Ⅳ的焓变可知第二步生成物的能量为−300kJ⋅ml−1 ，据此作图。
（2）① CO2 和C2H6 按物质的量1:1 投料，在923K 和保持总压恒定的条件下,研究催化剂X 对“CO2 氧化C2H6 制C2H4 ”的影响,所得实验数据如表:
结合具体反应分析,在催化剂X 作用下,CO2 氧化C2H6 的主要产物是CO ,判断依据是C2H4 的产率低，说明催化剂X 有利于提高反应Ⅲ速率。
[解析]由反应Ⅰ、反应Ⅱ和反应Ⅲ可知，乙烷的氧化产物有乙烯和CO ，结合题表数据可知，乙烷的转化率较高，但因乙烯的产率较低，故乙烷的主要氧化产物是CO 。催化剂X 有利于提高反应Ⅲ速率。
② 采用选择性膜技术（可选择性地让某气体通过而离开体系）可提高C2H4 的选择性（生成C2H4 的物质的量与消耗C2H6 的物质的量之比）。在773K ,乙烷平衡转化率为9.1% ，保持温度和其他实验条件不变，采用选择性膜技术,乙烷转化率可提高到11.0% 。结合具体反应说明乙烷转化率增大的原因是选择性膜吸附C2H4 ，促进反应Ⅱ平衡正向移动。
[解析]选择性膜可吸附乙烯，使反应体系中的乙烯浓度降低，从而促使反应Ⅱ的平衡向正反应方向移动。
4. [2020山东，12分]探究CH3OH 合成反应化学平衡的影响因素，有利于提高CH3OH 的产率。以CO2 、H2 为原料合成CH3OH 涉及的主要反应如下:
Ⅰ.CO2g+3H2g⇌CH3OHg+H2Og ΔH1=−49.5kJ⋅ml−1
Ⅱ.COg+2H2g⇌CH3OHgΔH2=−90.4kJ⋅ml−1
Ⅲ.CO2g+H2g⇌COg+H2OgΔH3
回答下列问题:
（1） ΔH3= +40.9 kJ⋅ml−1 。
[解析]分析三个热化学方程式，可应用盖斯定律计算，ΔH3=ΔH1−ΔH2=−49.5kJ⋅ml−1−−90.4kJ⋅ml−1=+40.9kJ⋅ml−1 。
（2） 一定条件下，向体积为VL 的恒容密闭容器中通入1mlCO2 和3mlH2 发生上述反应，达到平衡时，容器中CH3OHg 为aml ,CO 为bml ,此时H2Og 的浓度为a+bV ml⋅L−1 （用含a 、b 、V 的代数式表示，下同），反应Ⅲ的平衡常数为ba+b1−a−b3−3a−b 。
[解析]由题述三个反应可知，平衡时H2Og 的浓度等于CH3OHg 和COg 的浓度之和，即H2Og 的浓度为a+bVml⋅L−1 。平衡时CH3OHg 、COg 、H2Og 的浓度分别为aVml⋅L−1 、bVml⋅L−1 、a+bVml⋅L−1 ，则从开始至平衡，消耗CO2g 的浓度为aV+bVml⋅L−1=a+bVml⋅L−1 ，消耗H2g 的浓度为3aV+bVml⋅L−1=3a+bVml⋅L−1 ，即平衡时CO2g 、H2g 的浓度分别为1−a−bVml⋅L−1 、3−3a−bVml⋅L−1 ，则反应Ⅲ的平衡常数为cCO⋅cH2OcCO2⋅cH2=bV×a+bV1−a−bV×3−3a−bV=ba+b1−a−b3−3a−b 。
（3） 不同压强下，按照nCO2:nH2=1:3 投料，实验测定CO2 的平衡转化率和CH3OH 的平衡产率随温度的变化关系如图所示。
已知：CO2 的平衡转化率=nCO2初始−nCO2平衡nCO2初始×100%CH3OH 的平衡产率=nCH3OH平衡nCO2初始×100%
其中纵坐标表示CO2 平衡转化率的是图乙（填“甲”或“乙”）;压强p1 、p2 、p3 由大到小的顺序为p1 、p2 、p3 ;图乙中T1 温度时，三条曲线几乎交于一点的原因是T1 时以反应Ⅲ为主，反应Ⅲ前后气体分子数相等，压强改变对平衡没有影响。
[解析]反应Ⅰ为放热反应，故低温阶段，温度越高，CO2 的平衡转化率越低，而反应Ⅲ为吸热反应，温度较高时，主要发生反应Ⅲ，则温度越高，CO2 的平衡转化率越高，即图乙的纵坐标表示的是CO2 的平衡转化率。反应Ⅰ为气体分子数减少的反应，反应Ⅲ为气体分子数不变的反应，因此低温阶段压强越大，CO2 的平衡转化率越高，故压强由大到小的顺序是p1 、p2 、p3 。反应Ⅲ为吸热反应，温度较高时，主要发生反应Ⅲ，且反应Ⅲ前后气体分子数相等，故CO2 的平衡转化率几乎不再受压强影响。
（4） 为同时提高CO2 的平衡转化率和CH3OH 的平衡产率，应选择的反应条件为A（填标号）。
A. 低温、高压B. 高温、低压C. 低温、低压D. 高温、高压
[解析]由上述分析知，图甲、图乙的纵坐标分别表示CH3OH 的平衡产率、CO2 的平衡转化率，且p1>p2>p3 ，分析图像可知，应选择的反应条件为低温、高压，A 项正确。
题组五
一、选择题
1. [2022广东，4分]恒容密闭容器中，BaSO4s+4H2g⇌BaSs+4H2Og 在不同温度下达平衡时，各组分的物质的量n 如图所示。下列说法正确的是( C )
A. 该反应的ΔH<0
B. a 为nH2O 随温度的变化曲线
C. 向平衡体系中充入惰性气体，平衡不移动
D. 向平衡体系中加入BaSO4 ,H2 的平衡转化率增大
[解析]温度越高，达到平衡时，H2 的物质的量越少，说明升高温度，平衡正向移动，则该反应的ΔH>0 ，A 项错误；结合热化学方程式中各物质的状态，由图像曲线变化趋势可知a 上面的曲线为nH2O 随温度的变化曲线，B 项错误；化学方程式中反应前后气体分子数相等，故向平衡体系中充入惰性气体，平衡不移动，C 项正确；BaSO4 为固态，向平衡体系中加入BaSO4 ，H2 的平衡转化率不变，D 项错误。
2. [2021广东，4分]反应X2Z 经历两步：①X→Y ；②Y→2Z 。反应体系中X 、Y 、Z 的浓度c 随时间t 的变化曲线如图所示。下列说法不正确的是( D )
A. a 为cX 随t 的变化曲线B. t1 时，cX=cY=cZ
C. t2 时，Y 的消耗速率大于生成速率D. t3 后，cZ=2c0−cY
[解析]由于X2Z 反应分①X→Y 和②Y→2Z 两步进行，随着不断反应，X 的浓度逐渐减小，Y 的浓度先增加而后减小，Z 的浓度逐渐增大，可判断：
结合上述分析可知a 表示cX 随t 的变化曲线，A 项正确；t1 时图像中X 、Y 、Z 的物质的量浓度均在同一点，即物质的量浓度相等，B 项正确；t2 时Y 的物质的量浓度在减小，说明Y 的消耗速率大于生成速率，C 项正确；从图像中看出t3 后，X 的浓度为0，若全生成Z ，则cZ=2c0 ，体系中存在一定量Y ，由②反应可知，体系中cZ=2c0−2cY ，D 项错误。
3. [2020浙江7月选考，2分]5mL0.1ml⋅L−1KI 溶液与1mL0.1ml⋅L−1FeCl3 溶液发生反应:2Fe3+aq+2I−aq⇌2Fe2+aq+I2aq ,达到平衡。下列说法不正确的是( D )
A. 加入苯，振荡，平衡正向移动
B. 经苯2次萃取分离后，在水溶液中加入KSCN ,溶液呈红色，表明该化学反应存在限度
C. 加入FeSO4 固体，平衡逆向移动
D. 该反应的平衡常数K=c2Fe2+c2Fe3+⋅c2I−
[解析]碘易溶于苯，加入苯，碘进入苯中，使水溶液中碘的浓度减小，平衡正向移动，A 项正确；如果反应能进行到底，则经过苯两次萃取后溶液中不会有Fe3+ ，加入KSCN ，溶液不会呈红色，溶液呈红色说明此反应是可逆反应，有反应限度，B 项正确；加入FeSO4 ，二价铁离子浓度增大，平衡逆向移动，C 项正确；该反应的平衡常数K=c2Fe2+⋅cI2/[c2Fe3+⋅c2I−〗 ，D 项错误。
4. [2020海南，2分]NO 与CO 是燃油汽车尾气中的两种有害气体，常温常压下它们之间的反应：COg+NOgCO2g+12N2gΔH=−374.3kJ⋅ml−1K=2.5×1060 ，反应速率较小。有关该反应的说法正确的是( D )
A. K 很大，NO 与CO 在排入大气之前就已反应完全
B. 增大压强，平衡将向右移动，K>2.5×1060
C. 升高温度，既增大反应速率又增大K
D. 选用适宜催化剂可达到尾气排放标准
[解析]该反应的化学平衡常数很大，说明反应进行的程度很大，但由于NO 和CO 的反应速率较小，故在排入大气之前，两者不可能完全反应，A 项错误。该反应为气体总体积减小的反应，增大压强平衡正向移动，由于化学平衡常数只与温度有关，故K 不发生变化，B 项错误。正反应为放热反应，升高温度，反应速率增大，但平衡逆向移动，K 值减小，C 项错误。选用适宜的催化剂，可加快反应速率，使尾气得到净化，达到尾气排放标准，D 项正确。
【易错警示】 需明确化学平衡常数和化学反应速率没有直接联系，即化学平衡常数大，化学反应速率不一定大；同样，化学反应速率大，化学平衡常数也不一定大。
5. [2020北京，3分]一定温度下，反应I2g+H2g⇌2HIg 在密闭容器中达到平衡时，测得cI2=0.11mml⋅L−1 ,cHI=0.78mml⋅L−1 。相同温度下，按下列4组初始浓度进行实验，反应逆向进行的是( C )
（注:1mml⋅L−1=10−3ml⋅L−1 ）
[解析]A 项，Qc=×1.00=1 ，B 项，Qc=×0.22≈50.28 ，C 项，Qc=×0.44≈82.64 ，D 项，Qc=×0.44≈50.28 ，C 项Qc 最大，反应逆向进行的可能性最大，故本题选C 。
二、非选择题
6. [2022全国甲卷，14分]金属钛Ti 在航空航天、医疗器械等工业领域有着重要用途。目前生产钛的方法之一是将金红石TiO2 转化为TiCl4 ,再进一步还原得到钛。回答下列问题：
（1） TiO2 转化为TiCl4 有直接氯化法和碳氯化法。在1000℃ 时反应的热化学方程式及其平衡常数如下：
i 直接氯化：
TiO2s+2Cl2gTiCl4g+O2g
ΔH1=172kJ⋅ml−1 ，Kp1=1.0×10−2
ii 碳氯化：
TiO2s+2Cl2g+2CsTiCl4g+2COgΔH2=−51kJ⋅ml−1 ，Kp2=1.2×1012Pa
① 反应2Cs+O2g2COg 的ΔH 为−223 kJ⋅ml−1 ，Kp= 1.2×1014 Pa 。
[解析]根据盖斯定律，ii 中热化学方程式−i 中热化学方程式得出2Cs+O2g2COgΔH=ΔH2−ΔH1=−51kJ⋅ml−1−172kJ⋅ml−1=−223kJ⋅ml−1 ；Kp=Kp2/Kp1=1.2×1012Pa/1.0×10−2=1.2×1014Pa 。
② 碳氯化的反应趋势远大于直接氯化，其原因是碳氯化反应相当于在直接氯化反应中加入碳，在高温下碳与O2 反应，降低生成物的浓度，使直接氯化反应平衡向右移动或碳氯化反应是放热的熵增反应（合理即可）。
③ 对于碳氯化反应：增大压强，平衡向左移动（填“向左”“向右”或“不”）；温度升高，平衡转化率变小（填“变大”“变小”或“不变”）。
[解析]对于碳氯化反应，反应后气体体积增大，故增大压强，平衡向左移动；该反应是放热反应，温度升高，平衡向左移动，平衡转化率变小。
（2） 在1.0×105Pa ，将TiO2 、C、Cl2 以物质的量比1:2.2:2 进行反应。体系中气体平衡组成比例（物质的量分数）随温度变化的理论计算结果如图所示。
① 反应Cs+CO2g2COg 的平衡常数Kp1400℃= 7.2×105 Pa 。
[解析]1400℃ 时CO 占气体总量的0.6 ，CO2 占气体总量的0.05 ，Kp1400℃=c2COcCO2=0.6×105Pa20.05×105Pa=7.2×105Pa 。
② 图中显示,在200℃ 平衡时TiO2 几乎完全转化为TiCl4 ,但实际生产中反应温度却远高于此温度,其原因是TiO2 、C 中原子间的化学键键能大，断键需要的能量较大，反应的活化能较大或升高温度可以提高反应速率（合理即可）。
（3） TiO2 碳氯化是一个“气—固—固”反应，有利于TiO2−C “固—固”接触的措施是将固体粉碎并混合均匀，通入Cl2 使固体粉末呈“沸腾”状态。
[解析]TiO2 碳氯化是一个“气—固—固”反应，有利于TiO2−C “固—固”接触的措施是将固体粉碎并混合均匀，再将Cl2 通入使固体粉末呈“沸腾”状态（在沸腾炉中进行反应）。
7. [2021全国甲卷，14分]二氧化碳催化加氢制甲醇，有利于减少温室气体二氧化碳。回答下列问题：
（1） 二氧化碳加氢制甲醇的总反应可表示为：
CO2g+3H2gCH3OHg+H2Og
该反应一般认为通过如下步骤来实现：
①CO2g+H2gCOg+H2Og
ΔH1=+41kJ⋅ml−1
②COg+2H2gCH3OHg
ΔH2=−90kJ⋅ml−1
总反应的ΔH= −49 kJ⋅ml−1 ；若反应①为慢反应，下列示意图中能体现上述反应能量变化的是A （填标号），判断的理由是ΔH1 为正值,ΔH2 和ΔH 为负值,反应①的活化能大于反应②的活化能。
[解析]根据盖斯定律可知总反应= 反应①+ 反应②，则总反应的ΔH=ΔH1+ΔH2=+41kJ⋅ml−1+−90kJ⋅ml−1=−49kJ⋅ml−1 。总反应是放热反应，即生成物的总能量比反应物的总能量低，则B 、D 项错误；反应①为慢反应，则反应①的活化能较大，故A 项正确。
（2） 合成总反应在起始物nH2/nCO2=3 时，在不同条件下达到平衡，设体系中甲醇的物质的量分数为xCH3OH ，在t=250℃ 下的xCH3OH∼p 、在p=5×105Pa 下的xCH3OH∼t 如图所示。
① 用各物质的平衡分压表示总反应的平衡常数，表达式Kp= pH2O⋅pCH3OHp3H2⋅pCO2 。
[解析]根据总反应的化学方程式可知，其压强平衡常数表达式Kp=pH2O⋅pCH3OHpCO2⋅p3H2 。
② 图中对应等压过程的曲线是b ，判断的理由是总反应ΔH<0 ,升高温度时平衡向逆反应方向移动,甲醇的物质的量分数变小。
[解析]氢气和二氧化碳合成甲醇的总反应为放热反应，则升温平衡向逆反应方向移动，混合气体中甲醇的物质的量分数减小，故曲线b 表示等压过程的曲线。
③ 当xCH3OH=0.10 时，CO2 的平衡转化率α= 33.3% ，反应条件可能为5×105Pa ,210℃ 或9×105Pa ,250℃ 。
[解析]根据起始物nH2/nCO2=3 ，设初始时H2 为3ml ，CO2 为1ml ，达到平衡时转化的CO2 为aml ，应用三段式法计算：
CO2g+3H2g=CH3OHg+H2Og起始量/ml1300转化量/mla3aaa平衡量/ml1−a3−3aaa
则a4−2a=0.10 ，计算得a=13 ，故CO2 的平衡转化率为13ml÷1ml×100%≈33.3% 。结合上述分析知，曲线a 、b 分别对应t=250℃ 下的xCH3OH∼p 的曲线、p=5×105Pa 下的xCH3OH∼t 的曲线，对照图像中的xCH3OH=0.10 可知，反应条件可能是5×105Pa ，210℃ 或9×105Pa ，250℃ 。
题组六
1. [2023山东，12分]一定条件下,水气变换反应CO+H2O⇌CO2+H2 的中间产物是HCOOH 。为探究该反应过程,研究HCOOH 水溶液在密封石英管中的分解反应:
Ⅰ.HCOOH⇌CO+H2O （快）
Ⅱ.HCOOH⇌CO2+H2 （慢）
研究发现,在反应Ⅰ、Ⅱ中,H+ 仅对反应Ⅰ有催化加速作用;反应Ⅰ速率远大于反应Ⅱ,近似认为反应Ⅰ建立平衡后始终处于平衡状态。忽略水的电离，其浓度视为常数。
回答下列问题:
（1） 一定条件下,反应Ⅰ、Ⅱ的焓变分别为ΔH1 、ΔH2 ,则该条件下水气变换反应的焓变ΔH= ΔH2−ΔH1 （用含ΔH1 、ΔH2 的代数式表示）。
[解析]根据盖斯定律，由Ⅱ-Ⅰ可得水气变换反应COg+H2Og⇌CO2g+H2gΔH=ΔH2−ΔH1 。
（2） 反应Ⅰ正反应速率方程为:v=kcH+⋅cHCOOH ,k 为反应速率常数。T1 温度下,HCOOH 电离平衡常数为Ka ,当HCOOH 平衡浓度为xml⋅L−1 时,H+ 浓度为Kax ml⋅L−1 ,此时反应Ⅰ正反应速率v= kKaxx ml⋅L−1⋅h−1 （用含Ka 、x 和k 的代数式表示）。
[解析]根据HCOOH⇌HCOO−+H+ ，设平衡时H+ 浓度为aml⋅L−1 ，则HCOOH 电离平衡常数Ka=a2x ，a=Kax ，此时反应Ⅰ正反应速率v=k⋅cH+⋅cHCOOH=kKaxxml⋅L−1⋅h−1 。
（3） T3 温度下,在密封石英管内完全充满1.0ml⋅L−1HCOOH 水溶液,使HCOOH 分解,分解产物均完全溶于水。含碳物种浓度与反应时间的变化关系如图所示（忽略碳元素的其他存在形式）。t1 时刻测得CO 、CO2 的浓度分别为0.70ml⋅L−1 、0.16ml⋅L−1 ,反应Ⅱ达平衡时,测得H2 的浓度为yml⋅L−1 。体系达平衡后cCOcCO2= 51.0−y6y （用含y 的代数式表示，下同）,反应Ⅱ的平衡常数为6y21.0−y 。
相同条件下,若反应起始时溶液中同时还含有0.10ml⋅L−1 盐酸,则图示点a 、b 、c 、d 中,CO 新的浓度峰值点可能是b （填标号）。与不含盐酸相比,CO 达浓度峰值时,CO2 浓度减小（填“增大”“减小”或“不变”）,cCOcHCOOH 的值不变（填“增大”“减小”或“不变”）。
[解析]
由上述分析及近似认为反应Ⅰ建立平衡后始终处于平衡状态，知t1 时刻之后一氧化碳的浓度始终是甲酸浓度的5倍，反应Ⅱ平衡时cCO2=cH2=yml⋅L−1 ，则结合碳原子守恒知，平衡体系中cHCOOH=16×1.0−yml⋅L−1 ，cCO=56×1.0−yml⋅L−1 ，cCOcCO2=561.0−yy=51.0−y6y ，反应Ⅱ的平衡常数K2=6y21.0−y 。加入0.10ml⋅L−1 盐酸后，H+ 作催化剂，反应Ⅰ的反应速率加快，达平衡的时间缩短，催化剂不影响平衡移动，故CO 的浓度峰值不变，则CO 新的浓度峰值点可能是b 点。由图可知，与不含盐酸相比，CO 达浓度峰值时，CO2 浓度减小（从b 点做竖直垂线，观察CO2 浓度变化）。温度不变，反应Ⅰ的平衡常数值不变，故cCOcHCOOH 的值不变。
2. [2022全国乙卷，15分]油气开采、石油化工、煤化工等行业废气普遍含有的硫化氢，需要回收处理并加以利用。回答下列问题：
（1） 已知下列反应的热化学方程式：
①2H2Sg+3O2g2SO2g+2H2Og ΔH1=−1036kJ⋅ml−1
②4H2Sg+2SO2g3S2g+4H2Og ΔH2=94kJ⋅ml−1
③2H2g+O2g2H2Og ΔH3=−484kJ⋅ml−1
计算H2S 热分解反应④2H2SgS2g+2H2g 的ΔH4= +170 （或170）kJ⋅ml−1 。
[解析]根据盖斯定律，反应④=①+②−3×③3 ，故ΔH4=ΔH1+ΔH2−3ΔH33=+170kJ⋅ml−1 。
（2） 较普遍采用的H2S 处理方法是克劳斯工艺，即利用反应①和②生成单质硫。另一种方法是，利用反应④高温热分解H2S 。相比克劳斯工艺，高温热分解方法的优点是得到燃料H2 、不产生SO2 污染物，缺点是耗能较大。
[解析]相比克劳斯工艺，高温热分解方法的优点是得到燃料H2 、不产生SO2 污染物；缺点是反应需要高温，耗能较大。
（3） 在1470K 、100kPa 反应条件下，将nH2S:nAr=1:4 的混合气进行H2S 热分解反应。平衡时混合气中H2S 与H2 的分压相等，H2S 平衡转化率为50% ,平衡常数Kp= 4.76kPa 。
[解析]由反应④可知，H2S∼H2 ，平衡时混合气中H2S 与H2 的分压相等，则H2S 平衡转化率为50% 。设起始时nH2S=1ml ，列三段式如下：
2H2Sg⇌S2g+2H2gAr起始量/ml1004变化量平衡量
平衡时H2S 、S2 、H2 的物质的量分数分别为110.5 、121 、110.5 ，则Kp=pS2⋅p2H2p2H2S=pS2=121×100kPa≈4.76kPa 。
（4） 在1373K 、100kPa 反应条件下，对于nH2S:nAr 分别为4:1 、1:1 、1:4 、1:9 、1:19 的H2S−Ar 混合气，热分解反应过程中H2S 转化率随时间的变化如图所示。
① nH2S:nAr 越小，H2S 平衡转化率越高，理由是2H2Sg⇌S2g+2H2g 为气体分子数增大的反应，总压不变，nH2S:nAr 越小，pH2S 越小，越有利于平衡正向移动，故H2S 平衡转化率越高。
[解析]2H2Sg⇌S2g+2H2g 为气体分子数增大的反应，nH2S:nAr 越小，总压不变，pH2S 越小，越有利于平衡正向移动，H2S 平衡转化率越高。
② nH2S:nAr=1:9 对应图中曲线d ，计算其在0∼0.1s 之间，H2S 分压的平均变化率为24.9 kPa⋅s−1 。
[解析]结合①中分析，nH2S:nAr=1:9 对应图中曲线d 。由图像可知，0∼0.1s 内H2S 分解了24% ，设起始时nH2S=1ml ，列三段式如下：
2H2Sg⇌S2g+2H2gAr起始量/ml1009变化量平衡量
H2S 的起始分压是110×100kPa=10kPa ，平衡时H2S 的分压为×100kPa≈7.51kPa ，故H2S 分压的平均变化率为10−⋅s−1=24.9kPa⋅s−1 。
3. [2021湖北，14分]丙烯是一种重要的化工原料，可以在催化剂作用下，由丙烷直接脱氢或氧化脱氢制备。
反应Ⅰ（直接脱氢）：C3H8gC3H6g+H2gΔH1=+125kJ⋅ml−1
反应Ⅱ（氧化脱氢）：C3H8g+12O2gC3H6g+H2OgΔH2=−118kJ⋅ml−1
（1） 已知键能：EC—H=416kJ⋅ml−1 ,EH—H=436kJ⋅ml−1 ，由此计算生成1ml 碳碳π 键放出的能量为271kJ 。
[解析]反应Ⅰ中断裂2mlC—H 键、形成1ml 碳碳π 键和1mlH—H 键，故416kJ⋅ml−1×2−E （碳碳π 键）−436kJ⋅ml−1=+125kJ⋅ml−1 ，解得E （碳碳π 键）=271kJ⋅ml−1 。
（2） 对于反应Ⅰ，总压恒定为100kPa ，在密闭容器中通入C3H8 和N2 的混合气体（N2 不参与反应），从平衡移动的角度判断，达到平衡后“通入N2 ”的作用是减小气体浓度，使平衡右移，提高C3H8g 转化率；
在温度为T1 时，C3H8 的平衡转化率与通入气体中C3H8 的物质的量分数的关系如图a所示，计算T1 时反应Ⅰ的平衡常数Kp= 16.7kPa （以分压表示，分压= 总压×物质的量分数，保留一位小数）。
图a
[解析]达到平衡后，通入N2 ，由于总压恒定为100kPa ，则容器体积增大，平衡向气体体积增大的方向移动，即向正反应方向移动，C3H8g 的转化率增大。根据图a，C3H8 的物质的量分数为0.4时，其平衡转化率为50% 。假设混合气体为1ml ，则起始时C3H8 为0.4ml ，N2 为0.6ml ，运用三段式法计算：
C3H8g⇌C3H6g+H2g起始量/ml0.400转化量平衡量
由于总压恒定为100kPa ，平衡时C3H8 为0.2ml ，C3H6 为0.2ml ，H2 为0.2ml ，N2 为0.6ml ，则C3H8g 、C3H6g 、H2g 的分压均为100kPa× ，故T1 时反应Ⅰ的平衡常数Kp=1006kPa×1006kPa1006kPa=16.7kPa 。
（3） 在温度为T2 时，通入气体分压比为pC3H8:pO2:pN2=10:5:85 的混合气体，各组分气体的分压随时间的变化关系如图b所示。0～1.2s 生成C3H6 的平均速率为2kPa⋅s−1 ；在反应一段时间后，C3H8 和O2 的消耗速率比小于2:1 的原因为H2 和C3H6 都消耗O2 。
图b
[解析]0～1.2s 内C3H6 的分压由0增大为2.4kPa ，则生成C3H6 的平均速率为⋅s−1 ；若只发生反应Ⅰ、Ⅱ，C3H6 的分压应大于H2 和H2O 的分压，但由图b知，随着反应进行，分压：pH2O>pC3H6>pH2 ，且有CO2 生成，H2 分压降低，故体系中还发生反应：C3H6+92O23CO2+3H2O ，H2+12O2H2O ,消耗O2 ，因此C3H8 和O2 的消耗速率比小于2:1 。
（4） 恒温刚性密闭容器中通入气体分压比为pC3H8:pO2:pN2=2:13:85 的混合气体，已知某反应条件下只发生如下反应（k ，k′ 为速率常数）：
反应Ⅱ：2C3H8g+O2g2C3H6g+2H2Ogk
反应Ⅲ:2C3H6g+9O2g6CO2g+6H2Ogk′
实验测得丙烯的净生成速率方程为vC3H6=kpC3H8−k′pC3H6 ，可推测丙烯的浓度随时间的变化趋势为先增大后减小，其理由是反应开始时，体系中主要发生反应Ⅱ，cC3H6 逐渐增大，随着反应进行，pC3H8 减小，pC3H6 增大，vC3H6 减小，体系中主要发生反应Ⅲ，cC3H6 逐渐减小。
[解析]反应开始时，反应Ⅱ向右进行，cC3H6 逐渐增大，且体系中以反应Ⅱ为主，随着反应进行，pC3H8 减小，pC3H6 增大，使得vC3H6 减小，体系中以反应Ⅲ为主，因此丙烯的浓度随时间的变化趋势为先增大后减小。时间段/min
产物Z 的平均生成速率/ml⋅L−1⋅min−1
0∼2
0.20
0∼4
0.15
0∼6
0.10
t/min
nA/ml
nB/ml
nC/ml
0
2.0
2.4
0
5
0.9
10
1.6
15
1.6
催化剂
转化率C2H6/%
转化率CO2/%
产率C2H4/%
催化剂X
19.0
37.6
3.3
A
B
C
D
cI2/mml⋅L−1
1.00
0.22
0.44
0.11
cH2/mml⋅L−1
1.00
0.22
0.44
0.44
cHI/mml⋅L−1
1.00
1.56
4.00
1.56
反应Ⅰ速率远大于反应Ⅱ，此点CO 浓度最大，说明反应Ⅰ此时处于平衡状态，结合碳原子守恒和题中给出的CO 、CO2 浓度，可知t1 时刻HCOOH 的浓度为1.0−0.70−0.16ml⋅L−1=0.14ml⋅L−1 ，则反应Ⅰ的平衡常数K1=cCOcHCOOH=
一、选择题
1. [2023湖南，3分]向一恒容密闭容器中加入1mlCH4 和一定量的H2O ，发生反应:CH4g+H2Og⇌COg+3H2g 。CH4 的平衡转化率按不同投料比x[x=nCH4nH2O] 随温度的变化曲线如图所示。下列说法错误的是( B )
A. x1
[解析]
结合图像分析可知，A 项正确，B 项错误；该反应为吸热反应，温度升高，平衡常数增大，结合图像可知平衡常数Ka
A. 反应①为CaO+CO2CaCO3 ；反应②为CaCO3+CH4催化剂CaO+2CO+2H2
B. t1min∼t3min ，nH2 比nCO 多，且生成H2 的速率不变，推测有副反应CH4催化剂C+2H2
C. t2min 时刻，副反应生成H2 的速率大于反应②生成H2 的速率
D. t3min 之后，生成CO 的速率为0，是因为反应②不再发生
[解析]根据题图1知，A 项正确；若只发生反应②，则nH2=nCO ，而t1min～t3min ，nH2 比nCO 多，且生成H2 的速率不变，结合反应过程中始终未检测到CO2 ，催化剂上有积炭，可推测有副反应，且反应②和副反应中CH4 和H2 的化学计量数之比均为1:2 ，B 项正确；t2min 时，H2 的流出速率为2mml⋅min−1 ，CO 的流出速率约为1.5mml⋅min−1 ，vH2vCO<2 ，说明副反应生成H2 的速率小于反应②生成H2 的速率，C 项错误；根据题图2知，t3min 后，CO 的生成速率为0，CH4 的流出速率逐渐增大，最终恢复到1mml⋅min−1 ，H2 的生成速率逐渐减小至0，说明t3min 后反应②不再发生，副反应逐渐停止，D 项正确。
3. [2022辽宁，3分]某温度下,在1L 恒容密闭容器中2.0mlX 发生反应2Xs⇌Yg+2Zg ,有关数据如下:
下列说法错误的是( B )
A. 1min 时,Z 的浓度大于0.20ml⋅L−1
B. 2min 时,加入0.20mlZ ,此时v正Z
D. 5min 时,X 的物质的量为1.4ml
[解析]由图表可知，产物Z 的生成速率随时间的推移呈减小趋势，2min 时产物Z 的浓度为0.4ml⋅L−1 ，则1min 时，Z 的浓度大于0.20ml⋅L−1 ，A 项正确；由表可知，4min 时Z 的物质的量为0.15ml⋅L−1⋅min−1×4min×1L=0.6ml ，6min 时Z 的物质的量也为0.6ml ，说明4min 时反应已达平衡，根据题目信息列三段式：
2Xs⇌Yg+2Zg起始量ml2.000反应量平衡量
故该反应的平衡常数K=c2Z⋅cY=0.62×0.3=0.108 ，2min 时Y 的浓度为0.2ml⋅L−1 ，Z 的浓度为0.4ml⋅L−1 ，加入0.20mlZ 后，Z 的浓度为0.6ml⋅L−1 ，此时Qc=c2Z⋅cY=0.62×0.2=0.072<0.108 ，反应正向进行，v正Z>v逆Z ，B 项错误；由反应方程式可知，X 为固体，生成物Y 和Z 均为气体，且物质的量之比为1:2 ，故Y 的体积分数始终为33.3% ，C 项正确；5min 时反应已达到平衡状态，结合上述分析可知，此时X 的物质的量为1.4ml ，D 项正确。
4. [2020浙江1月选考，2分]一定温度下，在2L 的恒容密闭容器中发生反应Ag+2Bg⇌3Cg 。反应过程中的部分数据如下表所示：
下列说法正确的是( C )
A. 0∼5min 用A表示的平均反应速率为0.09ml⋅L−1⋅min−1
B. 该反应在10min 后才达到平衡
C. 平衡状态时，cC=0.6ml⋅L−1
D. 物质B的平衡转化率为20%
[解析]0～5min 用A 表示的平均反应速率vA=vC3=0.9ml2L×5min×13=0.03ml⋅L−1⋅min−1 ，A 错误；反应10min 时，nA=1.6ml ，即消耗0.4mlA ，根据反应的化学方程式可知，消耗0.8mlB ，即此时nB=1.6ml ，由题表中数据知，15min 时nB=1.6ml ,说明10min 时反应处于平衡状态，B 错误；结合上述分析，达到平衡时消耗0.4mlA ，则平衡时生成1.2mlC ，故cC=0.6ml⋅L−1 ，C 正确；物质B 的平衡转化率为0.82.4×100%≈33.3% ，D 错误。
5. [2019浙江4月选考，2分]下列说法正确的是( B )
A. H2g+I2g⇌2HIg ,其他条件不变,缩小反应容器体积,正逆反应速率不变
B. Cs+H2Og⇌H2g+COg ,碳的质量不再改变说明反应已达平衡
C. 若压强不再随时间变化能说明反应2A （?）+Bg⇌2C （?）已达平衡,则A、C不能同时是气体
D. 1mlN2 和3mlH2 反应达到平衡时H2 转化率为10% ,放出热量Q1 ;在相同温度和压强下，当2mlNH3 分解为N2 和H2 的转化率为10% 时,吸收热量Q2 ,Q2 不等于Q1
[解析]对于反应H2g+I2g⇌2HIg ，反应前后气体分子数相等，缩小反应容器体积，平衡不移动，正逆反应速率增大相同的倍数，A 项错误；碳的质量不变，说明正、逆反应速率相等，反应已达平衡状态，B 项正确；恒温恒容条件下，若A 、C 同时为气体，当压强不变时，也能说明反应达到平衡状态，C 项错误；设N2g+3H2g⇌2NH3g ΔH=−aa>0kJ⋅ml−1 ，1mlN2 和3mlH2 反应达到平衡时H2 转化率为10% ，放出热量Q1=0.1akJ ，当2mlNH3 分解为N2 和H2 的转化率为10% 时，吸收热量Q2=0.1akJ ，故Q1=Q2 ，D 项错误。
二、非选择题
6. [2021广东，14分]我国力争于2030年前做到碳达峰，2060年前实现碳中和。CH4 与CO2 重整是CO2 利用的研究热点之一。该重整反应体系主要涉及以下反应：
a)CH4g+CO2g⇌2COg+2H2gΔH1
b)CO2g+H2g⇌COg+H2OgΔH2
c)CH4g⇌Cs+2H2gΔH3
d)2COg⇌CO2g+CsΔH4
e)COg+H2g⇌H2Og+CsΔH5
（1） 根据盖斯定律，反应a 的ΔH1= ΔH3+ΔH2−ΔH5 （或ΔH3−ΔH4 ）（写出一个代数式即可）。
[解析]根据盖斯定律，由c−d ，可得a ，故ΔH1=ΔH3−ΔH4 。或由c+b−e ，可得a ，故ΔH1=ΔH3+ΔH2−ΔH5 。
（2） 上述反应体系在一定条件下建立平衡后，下列说法正确的有AD。
A. 增大CO2 与CH4 的浓度，反应a 、b 、c 的正反应速率都增加
B. 移去部分Cs ,反应c 、d 、e 的平衡均向右移动
C. 加入反应a 的催化剂，可提高CH4 的平衡转化率
D. 降低反应温度，反应a∼e 的正、逆反应速率都减小
[解析]增大CO2 与CH4 的浓度，反应a 、b 、c 的反应物浓度增大，反应速率都增加，故A 正确；C 为固体，移去部分Cs ，反应c 、d 、e 的平衡不移动，故B 错误；加入反应的催化剂，平衡不移动，CH4 的平衡转化率不变，故C 错误；降低反应温度，化学反应速率减小，反应a～e 的正逆反应速率都减小，故D 正确。
（3） 一定条件下，CH4 分解形成碳的反应历程如图1所示。该历程分4步进行,其中，第4步的正反应活化能最大。
[解析]根据题图1知，该历程有4个过渡态，分4步进行。第4步的正反应活化能最大。
（4） 设Kpr 为相对压力平衡常数，其表达式写法：在浓度平衡常数表达式中，用相对分压代替浓度。气体的相对分压等于其分压（单位为kPa ）除以p0p0=100kPa 。反应a 、c 、e 的lnKpr 随1T （温度的倒数）的变化如图2所示。
① 反应a 、c 、e 中，属于吸热反应的有ac （填字母）。
[解析]根据题图2知，随着1T 增大，即T 降低，a 、c 的lnKpr 减小，Kpr 减小，说明平衡逆向移动，根据化学平衡移动原理，降温时平衡向放热反应方向移动，故a 、c 的逆反应为放热反应，则正反应为吸热反应。
② 反应c 的相对压力平衡常数表达式为Kpr= p2H2100pCH4 。
[解析]反应c 的相对压力平衡常数表达式为Kpr=[pH2p0]2pCH4p0=p2H2100pCH4 。
③ 在图2中A点对应温度下、原料组成为nCO2:nCH4=1:1 、初始总压为100kPa 的恒容密闭容器中进行反应，体系达到平衡时H2 的分压为40kPa 。计算CH4 的平衡转化率，写岀计算过程。
[答案]根据A点反应c 的lnKpr=0 和Kpr=p2H2100pCH4 得pCH4=16kPa 。设起始时CH4 和CO2 均为1ml ，初始总压为100kPa ，平衡时H2 的分压为40kPa ，CH4 的分压为16kPa ，根据恒温恒容时气体的压强之比等于其物质的量之比，则2ml:100kPa=nCH4:16kPa ，解得nCH4=0.32ml ，故甲烷的平衡转化率为0.32ml1ml×100%=32% （3分）
[解析]题图2中A 点反应c 的lnKpr=0 ，则Kpr=1 ，根据Kpr=p2H2100pCH4 ，pCH4=16kPa 。设起始时CH4 和CO2 均为1ml ，初始总压为100kPa ，平衡时H2 的分压为40kPa ，CH4 的分压为16kPa ，根据恒温恒容时气体的压强之比等于其物质的量之比，则2ml:100kPa=nCH4:16kPa ，解得nCH4=0.32ml ，故甲烷的平衡转化率为0.32ml1ml×100%=32% 。
（5） CO2 用途广泛，写出基于其物理性质的一种用途：用于人工降雨。
[解析]根据干冰（固态CO2 ）升华时吸热知，CO2 可用于人工降雨。
题组二
一、选择题
1. [2022天津，3分]向恒温恒容密闭容器中通入2mlSO2 和1mlO2 ,反应2SO2g+O2g⇌2SO3g 达到平衡后，再通入一定量O2 ,达到新的平衡时，下列有关判断错误的是( B )
A. SO3 的平衡浓度增大B. 反应平衡常数增大
C. 正向反应速率增大D. SO2 的转化总量增大
[解析]达平衡后再通入一定量O2 ，平衡正向移动，SO3 的平衡浓度增大，A 项正确；平衡常数只与温度有关，温度不变，平衡常数不变，B 项错误；通入一定量O2 ，反应物浓度增大，正向反应速率增大，C 项正确；平衡正向移动，SO2 的转化总量增大，D 项正确。
2. [2022海南，2分]某温度下，反应CH2CH2g+H2Og⇌CH3CH2OHg 在密闭容器中达到平衡。下列说法正确的是( C )
A. 增大压强，v正>v逆 ，平衡常数增大
B. 加入催化剂，平衡时CH3CH2OHg 的浓度增大
C. 恒容下，充入一定量的H2Og ，平衡向正反应方向移动
D. 恒容下，充入一定量的CH2CH2g ，CH2CH2g 的平衡转化率增大
[解析]增大压强，该反应平衡正向移动，v正>v逆 ，但平衡常数只与温度有关，因此平衡常数不变，A 项错误；加入催化剂，平衡不移动，平衡时CH3CH2OHg 的浓度不变，B 项错误；恒容下，充入一定量的H2Og ，反应物浓度增大，平衡向正反应方向移动，C 项正确；恒容下，充入一定量的CH2CH2g ，平衡向正反应方向移动，H2Og 的平衡转化率增大，但CH2CH2g 的平衡转化率减小，D 项错误。
二、非选择题
3. [2023新课标卷，15分]氨是最重要的化学品之一，我国目前氨的生产能力位居世界首位。回答下列问题:
（1） 根据图1数据计算反应12N2g+32H2gNH3g 的ΔH= −45 kJ⋅ml−1 。
图1 能量转换关系
[解析]该反应的ΔH= 断裂旧键吸收的总能量-形成新键释放的总能量=473+654kJ⋅ml−1−339+397+436kJ⋅ml−1=−45kJ⋅ml−1 。
（2） 研究表明，合成氨反应在Fe 催化剂上可能通过图2机理进行(∗ 表示催化剂表面吸附位，N2∗ 表示被吸附于催化剂表面的N2) 。判断上述反应机理中，速率控制步骤（即速率最慢步骤）为（ⅱ）（填步骤前的标号），理由是氮氮三键的键能最大，使其断裂需要的能量最多。
（ⅰ）N2g+∗⇌N2∗
（ⅱ）N2∗+∗⇌2N∗
（ⅲ）H2g+∗⇌H2∗
（ⅳ）H2∗+∗⇌2H∗
ⅴN∗+H∗⇌NH∗+∗
……
…NH3∗⇌NH3g+∗
图2 反应机理
[解析]根据图1能量转换关系可知，键能：N≡N 键>H—H 键，断裂N≡N 键需要吸收的能量最多，结合图2反应机理知，步骤（ⅱ）为该反应的速率控制步骤。
（3） 合成氨催化剂前驱体（主要成分为Fe3O4 ）使用前经H2 还原，生成α−Fe 包裹的Fe3O4 。已知α−Fe 属于立方晶系,晶胞参数a=287pm ,密度为7.8g⋅cm−3 。则α−Fe 晶胞中含有Fe 的原子数为7.8×287×10−103NA56 （列出计算式，阿伏加德罗常数的值为NA ）。
[解析]晶胞参数a=287pm ,则晶胞体积为287×10−103cm3 ,晶体密度为7.8g⋅cm−3 ，则晶胞质量为7.8×287×10−103g ,设晶胞中Fe 原子数为N ,则NNA×56=7.8×287×10−103 ，N=7.8×287×10−103NA56 。
（4） 在不同压强下，以两种不同组成进料，反应达平衡时氨的摩尔分数与温度的计算结果如下图所示。其中一种进料组成为xH2=0.75 、xN2=0.25 ,另一种为xH2=0.675 、xN2=0.225 、xAr=0.10 。（物质i 的摩尔分数:xi=n1/n总 ）
① 图中压强由小到大的顺序为p1
[解析]Ar 不参与化学反应，含Ar 的进料组成中H2 、N2 的分压较小，导致平衡时混合气体中氨的摩尔分数减小，结合两图可知，图4表示进料组成中含有Ar 的图像。
③ 图3中，当p2=20MPa 、xNH3=0.20 时，氮气的转化率α= 33.33% 。该温度时，反应12N2g+32H2g⇌NH3g 的平衡常数Kp= 336 MPa−1 （化为最简式）。
[解析]结合p2=20MPa 、xNH3=0.20 ，以及图3对应的进料气的组成，设进料气中N2 和H2 分别为0.25ml 和0.75ml ，达平衡时N2 的转化量为xml ，列三段式：
12N2g+32H2g⇌NH3g起始量变化量/mlx3x2x平衡量/ml0.25−x0.75−3x2x
则根据xNH3=0.20 得2x0.25−x+0.75−3x+2x=0.20 ，解得x=112 ，则N2 的转化率α=1120.25×100%≈33.33% 。此时N2 、H2 、NH3 对应的平衡分压分别为15p2 、35p2 、15p2 ，则Kp=15p215p212⋅35p232 ，整理并代入p2=20MPa 得Kp=336MPa−1 。
4. [2020全国卷Ⅰ，14分]硫酸是一种重要的基本化工产品。接触法制硫酸生产中的关键工序是SO2 的催化氧化：SO2g+12O2g钒催化剂SO3gΔH=−98kJ⋅ml−1 。回答下列问题：
（1） 钒催化剂参与反应的能量变化如图（a）所示,V2O5s 与SO2g 反应生成VOSO4s 和V2O4s 的热化学方程式为2V2O5s+2SO2g2VOSO4s+V2O4s ΔH=−351kJ⋅ml−1 。
图（a）
[解析]根据题图（a）知，V2O4s+SO3gV2O5s+SO2gΔH2=−24kJ⋅ml−1 ①，V2O4s+2SO3g2VOSO4sΔH1=−399kJ⋅ml−1② 。根据盖斯定律，由②−①×2 得：2V2O5s+2SO2g2VOSO4s+V2O4sΔH=−399+48kJ⋅ml−1=−351kJ⋅ml−1 。
（2） 当SO2g 、O2g 和N2g 起始的物质的量分数分别为7.5% 、10.5% 和82% 时，在0.5MPa 、2.5MPa 和5.0MPa 压强下,SO2 平衡转化率α 随温度的变化如图（b）所示。反应在5.0MPa 、550℃ 时的α= 0.975，判断的依据是该反应气体分子数减少，增大压强，α 提高。5.0MPa>2.5MPa=p2 ,所以p1=5.0MPa 。影响α 的因素有温度、压强和反应物的起始浓度（组成）。
图（b）
[解析]由题给反应式知，该反应为气体分子数减少的反应，其他条件一定时，增大压强，SO2 平衡转化率增大，故p1=5.0MPa 。结合题图（b）知5.0MPa 、550℃ 时对应的SO2 平衡转化率为0.975。影响平衡转化率的因素有：温度、压强、反应物的起始浓度等。
（3） 将组成（物质的量分数）为2m%SO2g 、m%O2g 和q%N2g 的气体通入反应器，在温度t 、压强p 条件下进行反应。平衡时，若SO2 转化率为α ,则SO3 压强为2mα100−mαp ，平衡常数Kp= α1−α1.5m100−mαp0.5 （以分压表示，分压= 总压×物质的量分数）。
[解析]设通入的SO2 、O2 和N2 共100ml ，利用三段式法进行计算：
SO2g+12O2g钒催化剂SO3g起始量/ml2mm0变化量/ml2mαmα2mα平衡量/ml2m−2mαm−mα2mα
平衡时气体的总物质的量为3m+q−mαml ，则pSO2=p×2m−2mα3m+q−mα ,pO2=p×m−mα3m+q−mα ，pSO3=p×2mα3m+q−mα ,因3m+q=100 ,Kp=pSO3pSO2×p12O2 ，代入计算得pSO3=2mα100−mαp 、Kp=α1−α1.5m100−mαp0.5 。
（4） 研究表明，SO2 催化氧化的反应速率方程为v=kαα′−10.81−nα′ 。式中：k 为反应速率常数，随温度t 升高而增大；α 为SO2 平衡转化率，α′ 为某时刻SO2 转化率，n 为常数。在α′=0.90 时，将一系列温度下的k 、α 值代入上述速率方程，得到v∼t 曲线，如图（c）所示。
图（c）
曲线上v 最大值所对应温度称为该α′ 下反应的最适宜温度tm 。t
[解析]升高温度，反应速率常数k 增大，反应速率v 提高，但α 降低使反应速率逐渐下降。t
题组三
一、选择题
1. [2022江苏，3分]乙醇-水催化重整可获得H2 。其主要反应为
C2H5OHg+3H2Og2CO2g+6H2gΔH=173.3kJ⋅ml−1
CO2g+H2gCOg+H2OgΔH=41.2kJ⋅ml−1
在1.0×105Pa 、n始C2H5OH:n始H2O=1:3 时，若仅考虑上述反应，平衡时CO2 和CO 的选择性及H2 的产率随温度的变化如图所示。CO 的选择性=n生成COn生成CO2+n生成CO×100% 。下列说法正确的是( B )
A. 图中曲线①表示平衡时H2 产率随温度的变化
B. 升高温度，平衡时CO 的选择性增大
C. 一定温度下，增大nC2H5OHnH2O 可提高乙醇平衡转化率
D. 一定温度下，加入CaOs 或选用高效催化剂，均能提高平衡时H2 产率
[解析]由CO 的选择性计算公式可知，相同温度下，CO 和CO2 的选择性之和为1，故曲线②代表平衡时H2 产率随温度的变化；由题图可知，约330℃ 以后H2 的平衡产率随温度的升高而减小，结合题给方程式可知，此时CO 的选择性应随温度的升高而增大，故曲线③代表平衡时CO 的选择性，曲线①代表平衡时CO2 的选择性。A 项，曲线②代表H2 的平衡产率随温度的变化，错误；B 项，由题图可知，升高温度，平衡时CO 的选择性增大，正确；C 项，增大nC2H5OHnH2O ，乙醇的平衡转化率减小，错误；D 项，高效催化剂能加快反应速率，但不可以改变平衡时H2 的产率，错误。
二、非选择题
2. [2023全国甲卷，15分]甲烷选择性氧化制备甲醇是一种原子利用率高的方法。回答下列问题：
（1） 已知下列反应的热化学方程式:
①3O2g2O3gK1ΔH1=285kJ⋅ml−1
②2CH4g+O2g2CH3OHlK2ΔH2=−329kJ⋅ml−1
反应③CH4g+O3gCH3OHl+O2g 的ΔH3= −307 kJ⋅ml−1 ,平衡常数K3= K2K1 （用K1 、K2 表示）。
[解析]根据盖斯定律，反应③=12×②−① ，则ΔH3=12×ΔH2−ΔH1=−307kJ⋅ml−1 ，K3=K2K1 。
（2） 电喷雾电离等方法得到的M+ （Fe+ 、C+ 、Ni+ 等）与O3 反应可得MO+ 。MO+ 与CH4 反应能高选择性地生成甲醇。分别在300K 和310K 下（其他反应条件相同）进行反应MO++CH4M++CH3OH ,结果如下图所示。图中300K 的曲线是b （填“a ”或“b ”）。300K 、60s 时MO+ 的转化率为1−10−0.11×100% （列出算式）。
[解析]由原子守恒知，cMO++cM+ 为定值，随反应的进行，MO+ 减少，cMO+cMO++cM+ 减小，温度越高，反应速率越快，反应相同时间时，对应的−lg[cMO+cMO++cM+] 越大，故曲线b 表示300K 时的曲线，设起始时cMO+=1ml⋅L−1 ,则反应过程中cMO++cM+ 始终为1ml⋅L−1 ,300K 、60s 时−lg[cMO+cMO++cM+]=0.1 ，即cMO+cMO++cM+=10−0.1 ，则此时cMO+=10−0.1ml⋅L−1 ,MO+ 的转化率为1−10−0.11×100% 。
（3） MO+ 分别与CH4 、CD4 反应，体系的能量随反应进程的变化如图所示（两者历程相似，图中以CH4 示例）。
（ⅰ） 步骤Ⅰ和Ⅱ中涉及氢原子成键变化的是Ⅰ（填“Ⅰ”或“Ⅱ”）。
[解析]结合图示转化可知，步骤Ⅰ中CH4 、MO+ 转化为，C—H 键断裂，形成O—H 键，涉及氢原子成键变化,步骤Ⅱ中转化为CH3OH 和M+ ，M—O 键、M—C 键断裂，形成C—O 键，不涉及氢原子成键变化。
（ⅱ） 直接参与化学键变化的元素被替换为更重的同位素时，反应速率会变慢，则MO+ 与CD4 反应的能量变化应为图中曲线c （填“c ”或“d ”）。
[解析]由题意可知，MO+ 与CD4 的反应比与CH4 的反应慢，反应的活化能越大，反应速率越慢，故MO+ 与CD4 反应的能量变化对应图中曲线c 。
（ⅲ） MO+ 与CH2D2 反应，氘代甲醇的产量CH2DOD < CHD2OH （填“> ”“= ”或“< ”）。若MO+ 与CHD3 反应，生成的氘代甲醇有2种。
[解析]由（ⅱ）中信息可知，CH2D2 中C—H 键比C—D 键更易断裂，CHD2OH 更易生成，产量更大；结合题图中化学键变化情况可知，MO+ 与CHD3 反应可生成CHD2OD 和CD3OH 两种产物。
3. [2023全国乙卷，14分]硫酸亚铁在工农业生产中有许多用途，如可用作农药防治小麦黑穗病，制造磁性氧化铁、铁催化剂等。回答下列问题:
（1） 在N2 气氛中,FeSO4⋅7H2O 的脱水热分解过程如图所示:
根据上述实验结果，可知x= 4,y= 1。
[解析]由题图可知，FeSO4⋅7H2O→FeSO4 即7个结晶水完全失去时失重比为45.3% ，则失重比为19.4% 时，失去的结晶水数目为19.4%×745.3%≈3 ，故x=7−3=4 ，同理可推出y=7−38.8%×745.3%=1 。
（2） 已知下列热化学方程式:
FeSO4⋅7H2OsFeSO4s+7H2Og ΔH1=akJ⋅ml−1
FeSO4⋅xH2OsFeSO4s+xH2OgΔH2=bkJ⋅ml−1
FeSO4⋅yH2OsFeSO4s+yH2OgΔH3=ckJ⋅ml−1
则FeSO4⋅7H2Os+FeSO4⋅yH2Os2FeSO4⋅xH2Os 的ΔH= a+c−2b （1分）kJ⋅ml−1 。
[解析]将题中反应依次编号为①、②、③，已求得x=4 ,y=1 ,则根据盖斯定律，由①+③−2×② 可得FeSO4⋅7H2Os+FeSO4⋅yH2Os2FeSO4⋅xH2OsΔH=ΔH1+ΔH3−2ΔH2=a+c−2bkJ⋅ml−1 。
（3） 将FeSO4 置入抽空的刚性容器中，升高温度发生分解反应:
2FeSO4s⇌Fe2O3s+SO2g+SO3g （Ⅰ）平衡时pSO3−T 的关系如下图所示。660K 时，该反应的平衡总压p总= 3.0 kPa 、平衡常数Kp （Ⅰ）= 2.25 kPa2 。Kp （Ⅰ） 随反应温度升高而增大（填“增大”“减小”或“不变”）。
[解析]由反应（Ⅰ）可知平衡体系中pSO2=pSO3 ，则由题图可知，660K 时，该反应的平衡总压p总=1.5×2kPa=3.0kPa 。Kp （Ⅰ）=pSO2⋅pSO3=1.52kPa2=2.25kPa2 。由题图可知，随反应温度升高pSO3 增大，则Kp （Ⅰ）增大。
（4） 提高温度，上述容器中进一步发生反应2SO3g⇌2SO2g+O2g （Ⅱ）,平衡时pO2= pSO2−pSO34 （用pSO3 、pSO2 表示）。在929K 时，p总=84.6kPa ，pSO3=35.7kPa ,则pSO2= 46.26kPa ,Kp （Ⅱ）= 46.262× kPa （列出计算式）。
[解析]综合2FeSO4s⇌Fe2O3s+SO2g+SO3g （Ⅰ）、2SO3g⇌2SO2g+O2g （Ⅱ）可知，平衡时的pSO2−pSO32 为反应（Ⅱ）生成的SO2 的分压，而反应（Ⅱ）中SO2 和O2 的化学计量数之比为2:1 ，故pO2=12×pSO2−pSO32=pSO2−pSO34 。p总=pSO3+pSO2+pO2=35.7kPa+pSO2+pSO2−35.7kPa4=84.6kPa ，则pSO2=46.26kPa ,pO2=2.64kPa ，KpII=pSO22⋅pO2pSO32=46.262× 。
4. [2020全国卷Ⅲ，14分]二氧化碳催化加氢合成乙烯是综合利用CO2 的热点研究领域。回答下列问题：
（1） CO2 催化加氢生成乙烯和水的反应中，产物的物质的量之比nC2H4:nH2O= 1:4 。当反应达到平衡时，若增大压强，则nC2H4 变大（填“变大”“变小”或“不变”）。
[解析]由题意知二氧化碳与氢气反应生成乙烯和水，反应的化学方程式为2CO2+6H2⇌CH2CH2+4H2O ，nC2H4:nH2O=1:4 ；此反应为气体体积减小的反应，增大压强，平衡向气体体积减小的方向（正反应方向）移动，nC2H4 变大。
（2） 理论计算表明，原料初始组成nCO2:nH2=1:3 ，在体系压强为0.1MPa ,反应达到平衡时，四种组分的物质的量分数x 随温度T 的变化如图所示。
图中，表示C2H4 、CO2 变化的曲线分别是d 、c 。CO2 催化加氢合成C2H4 反应的ΔH 小于0（填“大于”或“小于”）。
[解析]反应方程式中CO2 和H2 的化学计量数之比为1:3 ，开始时加入的nCO2:nH2=1:3 ，则平衡时nCO2:nH2 也应为1:3 ，nC2H4:nH2O 应为1:4 ，由题图可知曲线a 表示H2 变化，曲线b 表示H2O 变化，曲线c 表示CO2 变化，曲线d 表示C2H4 变化，随温度升高，平衡时C2H4 和H2O 的物质的量分数逐渐减小，H2 和CO2 的物质的量分数逐渐增加，说明升高温度平衡逆向移动，根据升高温度平衡向吸热的方向移动，知正反应为放热反应，ΔH 小于0。
（3） 根据图中点A440K,0.39 ，计算该温度时反应的平衡常数Kp= 94×10.0393 或0.394××0.3932×10.13 等MPa−3 （列出计算式。以分压表示，分压= 总压×物质的量分数）。
[解析]在440K 时，氢气的物质的量分数为0.39 ，H2O 的物质的量分数也为0.39 ，根据平衡时nCO2:nH2=1:3 ，知CO2 的物质的量分数为0.393 ，根据平衡时nC2H4:nH2O=1:4 ，知C2H4 的物质的量分数为0.394 ，则pH2=0.39×0.1MPa ，pH2O=0.39×0.1MPa ，pC2H4=0.39×0.14MPa ，pCO2=0.39×0.13MPa ，Kp=p4H2O⋅pC2H4p6H2⋅p2CO2=0.394××0.3932×10.13MPa−3=94×10.0393MPa−3 。
（4） 二氧化碳催化加氢合成乙烯反应往往伴随副反应，生成C3H6 、C3H8 、C4H8 等低碳烃。一定温度和压强条件下，为了提高反应速率和乙烯选择性，应当选择合适催化剂等。
[解析]压强和温度一定，若要提高反应速率和乙烯的选择性，可采用选择合适催化剂等方法。
题组四
一、选择题
1. [2021辽宁，3分]某温度下，在恒容密闭容器中加入一定量X ，发生反应2Xs⇌Ys+Zg ，一段时间后达到平衡。下列说法错误的是( C )
A. 升高温度，若cZ 增大，则ΔH>0
B. 加入一定量Z ，达新平衡后mY 减小
C. 加入等物质的量的Y 和Z ，达新平衡后cZ 增大
D. 加入一定量氩气，平衡不移动
[解析]升高温度，若cZ 增大，说明平衡正向移动，则正反应为吸热反应，该反应的ΔH>0 ，A 项正确；加入一定量Z ，平衡逆向移动，达到新平衡后mY 减小，B 项正确；该反应的平衡常数K=cZ ,加入等物质的量的Y 和Z ，温度不变，平衡常数不变，则达新平衡后cZ 不变，C 项错误；加入一定量氩气，各物质浓度不变，平衡不移动，D 项正确。
2. [2021北京，3分]丙烷经催化脱氢可制丙烯：C3H8⇌C3H6+H2 。600℃ ，将一定浓度的CO2 与固定浓度的C3H8 通过含催化剂的恒容反应器，经相同时间，流出的C3H6 、CO 和H2 浓度随初始CO2 浓度的变化关系如图。
已知：①C3H8g+5O2g3CO2g+4H2OlΔH=−2220kJ⋅ml−1
②C3H6g+92O2g3CO2g+3H2Ol ΔH=−2058kJ⋅ml−1
③H2g+12O2gH2OlΔH=−286kJ⋅ml−1
下列说法不正确的是( C )
A. C3H8gC3H6g+H2gΔH=+124kJ⋅ml−1
B. cH2 和cC3H6 变化差异的原因：CO2+H2⇌CO+H2O
C. 其他条件不变，投料比cC3H8/cCO2 越大，C3H8 转化率越大
D. 若体系只有C3H6 、CO 、H2 和H2O 生成，则初始物质浓度c0 与流出物质浓度c 之间一定存在：3c0C3H8+c0CO2=cCO+cCO2+3cC3H8+3cC3H6
[解析]根据盖斯定律，由①−②−③ 得C3H8gC3H6g+H2g ΔH=−2220+2058+286kJ⋅ml−1=+124kJ⋅ml−1 ，A 项正确；根据C3H8g⇌C3H6g+H2g 知，C3H6 、H2 的浓度变化趋势应该一致，但由题图知，氢气的浓度变化不明显，CO 、C3H6 的浓度变化趋势基本一致，因此推断发生了反应CO2+H2⇌CO+H2O ，从而导致C3H6 、H2 的浓度变化出现差异，B 项正确；投料比cC3H8/cCO2 增大，C3H8 的转化率减小，C 项错误；该反应可逆，生成物中只有C3H6 、CO 、H2O 和H2 时，根据碳原子守恒，可得3c0C3H8+c0CO2=3cC3H6+cCO+3cC3H8+cCO2 ，D 项正确。
二、非选择题
3. [2020浙江7月选考，10分]研究CO2 氧化C2H6 制C2H4 对资源综合利用有重要意义。相关的主要化学反应有:
ⅠC2H6g⇌C2H4g+H2gΔH1=136kJ⋅ml−1
ⅡC2H6g+CO2g⇌C2H4g+H2Og+COgΔH2=177kJ⋅ml−1
ⅢC2H6g+2CO2g⇌4COg+3H2gΔH3
ⅣCO2g+H2g⇌COg+H2OgΔH4=41kJ⋅ml−1
已知：298K 时，相关物质的相对能量（如图1）。
图1
可根据相关物质的相对能量计算反应或变化的ΔH （ΔH 随温度变化可忽略）。例如：
H2OgH2OlΔH=−286kJ⋅ml−1−−242kJ⋅ml−1=−44kJ⋅ml−1 。
请回答：
（1）① 根据相关物质的相对能量计算ΔH3= 430kJ⋅ml−1 。
[解析]由题给信息可知，ΔH3=0+4×−110kJ⋅ml−1−2×−393kJ⋅ml−1−−84kJ⋅ml−1=430kJ⋅ml−1 。
② 下列描述正确的是AD。
A. 升高温度反应Ⅰ的平衡常数增大
B. 加压有利于反应Ⅰ、Ⅱ的平衡正向移动
C. 反应Ⅲ有助于乙烷脱氢，有利于乙烯生成
D. 恒温恒压下通水蒸气，反应Ⅳ的平衡逆向移动
[解析]反应Ⅰ的焓变大于0，则正反应为吸热反应，升高温度，平衡向正反应方向移动，平衡常数增大，A 项正确；反应Ⅰ、Ⅱ均为气体分子数增多的反应，因此加压，平衡向逆反应方向移动，B 项错误；反应Ⅲ的生成物中有CO ，而由反应Ⅱ可知，生成乙烯的同时还有CO 生成，故反应Ⅲ抑制了反应Ⅱ的进行，即抑制了乙烯的生成，同理反应Ⅲ中生成的H2 会抑制反应Ⅰ的进行，即抑制了乙烯的生成，C 项错误；水蒸气是反应Ⅳ的生成物，因此通水蒸气时，反应Ⅳ的平衡逆向移动，D 项正确。
③ 有研究表明，在催化剂存在下，反应Ⅱ分两步进行,过程如下:【C2H6g+CO2g 】→ 【C2H4g+H2g+CO2g 】→ 【C2H4g+COg+H2Og 】,且第二步速率较慢（反应活化能为210kJ⋅ml−1 ）。根据相关物质的相对能量，画出反应Ⅱ分两步进行的“能量-反应过程图”，起点从【C2H6g+CO2g 】的能量−477kJ⋅ml−1 开始（如图2）。
图2
[答案]
[解析]由反应Ⅰ可知，C2H6g⇌C2H4g+H2gΔH1=136kJ⋅ml−1 ，而题图2中反应起点对应物质的能量为−477kJ⋅ml−1 ，故反应Ⅱ的第一步反应生成物的能量为−477kJ⋅ml−1+136kJ⋅ml−1=−341kJ⋅ml−1 ，第二步反应的活化能为210kJ⋅ml−1 ，结合反应Ⅳ的焓变可知第二步生成物的能量为−300kJ⋅ml−1 ，据此作图。
（2）① CO2 和C2H6 按物质的量1:1 投料，在923K 和保持总压恒定的条件下,研究催化剂X 对“CO2 氧化C2H6 制C2H4 ”的影响,所得实验数据如表:
结合具体反应分析,在催化剂X 作用下,CO2 氧化C2H6 的主要产物是CO ,判断依据是C2H4 的产率低，说明催化剂X 有利于提高反应Ⅲ速率。
[解析]由反应Ⅰ、反应Ⅱ和反应Ⅲ可知，乙烷的氧化产物有乙烯和CO ，结合题表数据可知，乙烷的转化率较高，但因乙烯的产率较低，故乙烷的主要氧化产物是CO 。催化剂X 有利于提高反应Ⅲ速率。
② 采用选择性膜技术（可选择性地让某气体通过而离开体系）可提高C2H4 的选择性（生成C2H4 的物质的量与消耗C2H6 的物质的量之比）。在773K ,乙烷平衡转化率为9.1% ，保持温度和其他实验条件不变，采用选择性膜技术,乙烷转化率可提高到11.0% 。结合具体反应说明乙烷转化率增大的原因是选择性膜吸附C2H4 ，促进反应Ⅱ平衡正向移动。
[解析]选择性膜可吸附乙烯，使反应体系中的乙烯浓度降低，从而促使反应Ⅱ的平衡向正反应方向移动。
4. [2020山东，12分]探究CH3OH 合成反应化学平衡的影响因素，有利于提高CH3OH 的产率。以CO2 、H2 为原料合成CH3OH 涉及的主要反应如下:
Ⅰ.CO2g+3H2g⇌CH3OHg+H2Og ΔH1=−49.5kJ⋅ml−1
Ⅱ.COg+2H2g⇌CH3OHgΔH2=−90.4kJ⋅ml−1
Ⅲ.CO2g+H2g⇌COg+H2OgΔH3
回答下列问题:
（1） ΔH3= +40.9 kJ⋅ml−1 。
[解析]分析三个热化学方程式，可应用盖斯定律计算，ΔH3=ΔH1−ΔH2=−49.5kJ⋅ml−1−−90.4kJ⋅ml−1=+40.9kJ⋅ml−1 。
（2） 一定条件下，向体积为VL 的恒容密闭容器中通入1mlCO2 和3mlH2 发生上述反应，达到平衡时，容器中CH3OHg 为aml ,CO 为bml ,此时H2Og 的浓度为a+bV ml⋅L−1 （用含a 、b 、V 的代数式表示，下同），反应Ⅲ的平衡常数为ba+b1−a−b3−3a−b 。
[解析]由题述三个反应可知，平衡时H2Og 的浓度等于CH3OHg 和COg 的浓度之和，即H2Og 的浓度为a+bVml⋅L−1 。平衡时CH3OHg 、COg 、H2Og 的浓度分别为aVml⋅L−1 、bVml⋅L−1 、a+bVml⋅L−1 ，则从开始至平衡，消耗CO2g 的浓度为aV+bVml⋅L−1=a+bVml⋅L−1 ，消耗H2g 的浓度为3aV+bVml⋅L−1=3a+bVml⋅L−1 ，即平衡时CO2g 、H2g 的浓度分别为1−a−bVml⋅L−1 、3−3a−bVml⋅L−1 ，则反应Ⅲ的平衡常数为cCO⋅cH2OcCO2⋅cH2=bV×a+bV1−a−bV×3−3a−bV=ba+b1−a−b3−3a−b 。
（3） 不同压强下，按照nCO2:nH2=1:3 投料，实验测定CO2 的平衡转化率和CH3OH 的平衡产率随温度的变化关系如图所示。
已知：CO2 的平衡转化率=nCO2初始−nCO2平衡nCO2初始×100%CH3OH 的平衡产率=nCH3OH平衡nCO2初始×100%
其中纵坐标表示CO2 平衡转化率的是图乙（填“甲”或“乙”）;压强p1 、p2 、p3 由大到小的顺序为p1 、p2 、p3 ;图乙中T1 温度时，三条曲线几乎交于一点的原因是T1 时以反应Ⅲ为主，反应Ⅲ前后气体分子数相等，压强改变对平衡没有影响。
[解析]反应Ⅰ为放热反应，故低温阶段，温度越高，CO2 的平衡转化率越低，而反应Ⅲ为吸热反应，温度较高时，主要发生反应Ⅲ，则温度越高，CO2 的平衡转化率越高，即图乙的纵坐标表示的是CO2 的平衡转化率。反应Ⅰ为气体分子数减少的反应，反应Ⅲ为气体分子数不变的反应，因此低温阶段压强越大，CO2 的平衡转化率越高，故压强由大到小的顺序是p1 、p2 、p3 。反应Ⅲ为吸热反应，温度较高时，主要发生反应Ⅲ，且反应Ⅲ前后气体分子数相等，故CO2 的平衡转化率几乎不再受压强影响。
（4） 为同时提高CO2 的平衡转化率和CH3OH 的平衡产率，应选择的反应条件为A（填标号）。
A. 低温、高压B. 高温、低压C. 低温、低压D. 高温、高压
[解析]由上述分析知，图甲、图乙的纵坐标分别表示CH3OH 的平衡产率、CO2 的平衡转化率，且p1>p2>p3 ，分析图像可知，应选择的反应条件为低温、高压，A 项正确。
题组五
一、选择题
1. [2022广东，4分]恒容密闭容器中，BaSO4s+4H2g⇌BaSs+4H2Og 在不同温度下达平衡时，各组分的物质的量n 如图所示。下列说法正确的是( C )
A. 该反应的ΔH<0
B. a 为nH2O 随温度的变化曲线
C. 向平衡体系中充入惰性气体，平衡不移动
D. 向平衡体系中加入BaSO4 ,H2 的平衡转化率增大
[解析]温度越高，达到平衡时，H2 的物质的量越少，说明升高温度，平衡正向移动，则该反应的ΔH>0 ，A 项错误；结合热化学方程式中各物质的状态，由图像曲线变化趋势可知a 上面的曲线为nH2O 随温度的变化曲线，B 项错误；化学方程式中反应前后气体分子数相等，故向平衡体系中充入惰性气体，平衡不移动，C 项正确；BaSO4 为固态，向平衡体系中加入BaSO4 ，H2 的平衡转化率不变，D 项错误。
2. [2021广东，4分]反应X2Z 经历两步：①X→Y ；②Y→2Z 。反应体系中X 、Y 、Z 的浓度c 随时间t 的变化曲线如图所示。下列说法不正确的是( D )
A. a 为cX 随t 的变化曲线B. t1 时，cX=cY=cZ
C. t2 时，Y 的消耗速率大于生成速率D. t3 后，cZ=2c0−cY
[解析]由于X2Z 反应分①X→Y 和②Y→2Z 两步进行，随着不断反应，X 的浓度逐渐减小，Y 的浓度先增加而后减小，Z 的浓度逐渐增大，可判断：
结合上述分析可知a 表示cX 随t 的变化曲线，A 项正确；t1 时图像中X 、Y 、Z 的物质的量浓度均在同一点，即物质的量浓度相等，B 项正确；t2 时Y 的物质的量浓度在减小，说明Y 的消耗速率大于生成速率，C 项正确；从图像中看出t3 后，X 的浓度为0，若全生成Z ，则cZ=2c0 ，体系中存在一定量Y ，由②反应可知，体系中cZ=2c0−2cY ，D 项错误。
3. [2020浙江7月选考，2分]5mL0.1ml⋅L−1KI 溶液与1mL0.1ml⋅L−1FeCl3 溶液发生反应:2Fe3+aq+2I−aq⇌2Fe2+aq+I2aq ,达到平衡。下列说法不正确的是( D )
A. 加入苯，振荡，平衡正向移动
B. 经苯2次萃取分离后，在水溶液中加入KSCN ,溶液呈红色，表明该化学反应存在限度
C. 加入FeSO4 固体，平衡逆向移动
D. 该反应的平衡常数K=c2Fe2+c2Fe3+⋅c2I−
[解析]碘易溶于苯，加入苯，碘进入苯中，使水溶液中碘的浓度减小，平衡正向移动，A 项正确；如果反应能进行到底，则经过苯两次萃取后溶液中不会有Fe3+ ，加入KSCN ，溶液不会呈红色，溶液呈红色说明此反应是可逆反应，有反应限度，B 项正确；加入FeSO4 ，二价铁离子浓度增大，平衡逆向移动，C 项正确；该反应的平衡常数K=c2Fe2+⋅cI2/[c2Fe3+⋅c2I−〗 ，D 项错误。
4. [2020海南，2分]NO 与CO 是燃油汽车尾气中的两种有害气体，常温常压下它们之间的反应：COg+NOgCO2g+12N2gΔH=−374.3kJ⋅ml−1K=2.5×1060 ，反应速率较小。有关该反应的说法正确的是( D )
A. K 很大，NO 与CO 在排入大气之前就已反应完全
B. 增大压强，平衡将向右移动，K>2.5×1060
C. 升高温度，既增大反应速率又增大K
D. 选用适宜催化剂可达到尾气排放标准
[解析]该反应的化学平衡常数很大，说明反应进行的程度很大，但由于NO 和CO 的反应速率较小，故在排入大气之前，两者不可能完全反应，A 项错误。该反应为气体总体积减小的反应，增大压强平衡正向移动，由于化学平衡常数只与温度有关，故K 不发生变化，B 项错误。正反应为放热反应，升高温度，反应速率增大，但平衡逆向移动，K 值减小，C 项错误。选用适宜的催化剂，可加快反应速率，使尾气得到净化，达到尾气排放标准，D 项正确。
【易错警示】 需明确化学平衡常数和化学反应速率没有直接联系，即化学平衡常数大，化学反应速率不一定大；同样，化学反应速率大，化学平衡常数也不一定大。
5. [2020北京，3分]一定温度下，反应I2g+H2g⇌2HIg 在密闭容器中达到平衡时，测得cI2=0.11mml⋅L−1 ,cHI=0.78mml⋅L−1 。相同温度下，按下列4组初始浓度进行实验，反应逆向进行的是( C )
（注:1mml⋅L−1=10−3ml⋅L−1 ）
[解析]A 项，Qc=×1.00=1 ，B 项，Qc=×0.22≈50.28 ，C 项，Qc=×0.44≈82.64 ，D 项，Qc=×0.44≈50.28 ，C 项Qc 最大，反应逆向进行的可能性最大，故本题选C 。
二、非选择题
6. [2022全国甲卷，14分]金属钛Ti 在航空航天、医疗器械等工业领域有着重要用途。目前生产钛的方法之一是将金红石TiO2 转化为TiCl4 ,再进一步还原得到钛。回答下列问题：
（1） TiO2 转化为TiCl4 有直接氯化法和碳氯化法。在1000℃ 时反应的热化学方程式及其平衡常数如下：
i 直接氯化：
TiO2s+2Cl2gTiCl4g+O2g
ΔH1=172kJ⋅ml−1 ，Kp1=1.0×10−2
ii 碳氯化：
TiO2s+2Cl2g+2CsTiCl4g+2COgΔH2=−51kJ⋅ml−1 ，Kp2=1.2×1012Pa
① 反应2Cs+O2g2COg 的ΔH 为−223 kJ⋅ml−1 ，Kp= 1.2×1014 Pa 。
[解析]根据盖斯定律，ii 中热化学方程式−i 中热化学方程式得出2Cs+O2g2COgΔH=ΔH2−ΔH1=−51kJ⋅ml−1−172kJ⋅ml−1=−223kJ⋅ml−1 ；Kp=Kp2/Kp1=1.2×1012Pa/1.0×10−2=1.2×1014Pa 。
② 碳氯化的反应趋势远大于直接氯化，其原因是碳氯化反应相当于在直接氯化反应中加入碳，在高温下碳与O2 反应，降低生成物的浓度，使直接氯化反应平衡向右移动或碳氯化反应是放热的熵增反应（合理即可）。
③ 对于碳氯化反应：增大压强，平衡向左移动（填“向左”“向右”或“不”）；温度升高，平衡转化率变小（填“变大”“变小”或“不变”）。
[解析]对于碳氯化反应，反应后气体体积增大，故增大压强，平衡向左移动；该反应是放热反应，温度升高，平衡向左移动，平衡转化率变小。
（2） 在1.0×105Pa ，将TiO2 、C、Cl2 以物质的量比1:2.2:2 进行反应。体系中气体平衡组成比例（物质的量分数）随温度变化的理论计算结果如图所示。
① 反应Cs+CO2g2COg 的平衡常数Kp1400℃= 7.2×105 Pa 。
[解析]1400℃ 时CO 占气体总量的0.6 ，CO2 占气体总量的0.05 ，Kp1400℃=c2COcCO2=0.6×105Pa20.05×105Pa=7.2×105Pa 。
② 图中显示,在200℃ 平衡时TiO2 几乎完全转化为TiCl4 ,但实际生产中反应温度却远高于此温度,其原因是TiO2 、C 中原子间的化学键键能大，断键需要的能量较大，反应的活化能较大或升高温度可以提高反应速率（合理即可）。
（3） TiO2 碳氯化是一个“气—固—固”反应，有利于TiO2−C “固—固”接触的措施是将固体粉碎并混合均匀，通入Cl2 使固体粉末呈“沸腾”状态。
[解析]TiO2 碳氯化是一个“气—固—固”反应，有利于TiO2−C “固—固”接触的措施是将固体粉碎并混合均匀，再将Cl2 通入使固体粉末呈“沸腾”状态（在沸腾炉中进行反应）。
7. [2021全国甲卷，14分]二氧化碳催化加氢制甲醇，有利于减少温室气体二氧化碳。回答下列问题：
（1） 二氧化碳加氢制甲醇的总反应可表示为：
CO2g+3H2gCH3OHg+H2Og
该反应一般认为通过如下步骤来实现：
①CO2g+H2gCOg+H2Og
ΔH1=+41kJ⋅ml−1
②COg+2H2gCH3OHg
ΔH2=−90kJ⋅ml−1
总反应的ΔH= −49 kJ⋅ml−1 ；若反应①为慢反应，下列示意图中能体现上述反应能量变化的是A （填标号），判断的理由是ΔH1 为正值,ΔH2 和ΔH 为负值,反应①的活化能大于反应②的活化能。
[解析]根据盖斯定律可知总反应= 反应①+ 反应②，则总反应的ΔH=ΔH1+ΔH2=+41kJ⋅ml−1+−90kJ⋅ml−1=−49kJ⋅ml−1 。总反应是放热反应，即生成物的总能量比反应物的总能量低，则B 、D 项错误；反应①为慢反应，则反应①的活化能较大，故A 项正确。
（2） 合成总反应在起始物nH2/nCO2=3 时，在不同条件下达到平衡，设体系中甲醇的物质的量分数为xCH3OH ，在t=250℃ 下的xCH3OH∼p 、在p=5×105Pa 下的xCH3OH∼t 如图所示。
① 用各物质的平衡分压表示总反应的平衡常数，表达式Kp= pH2O⋅pCH3OHp3H2⋅pCO2 。
[解析]根据总反应的化学方程式可知，其压强平衡常数表达式Kp=pH2O⋅pCH3OHpCO2⋅p3H2 。
② 图中对应等压过程的曲线是b ，判断的理由是总反应ΔH<0 ,升高温度时平衡向逆反应方向移动,甲醇的物质的量分数变小。
[解析]氢气和二氧化碳合成甲醇的总反应为放热反应，则升温平衡向逆反应方向移动，混合气体中甲醇的物质的量分数减小，故曲线b 表示等压过程的曲线。
③ 当xCH3OH=0.10 时，CO2 的平衡转化率α= 33.3% ，反应条件可能为5×105Pa ,210℃ 或9×105Pa ,250℃ 。
[解析]根据起始物nH2/nCO2=3 ，设初始时H2 为3ml ，CO2 为1ml ，达到平衡时转化的CO2 为aml ，应用三段式法计算：
CO2g+3H2g=CH3OHg+H2Og起始量/ml1300转化量/mla3aaa平衡量/ml1−a3−3aaa
则a4−2a=0.10 ，计算得a=13 ，故CO2 的平衡转化率为13ml÷1ml×100%≈33.3% 。结合上述分析知，曲线a 、b 分别对应t=250℃ 下的xCH3OH∼p 的曲线、p=5×105Pa 下的xCH3OH∼t 的曲线，对照图像中的xCH3OH=0.10 可知，反应条件可能是5×105Pa ，210℃ 或9×105Pa ，250℃ 。
题组六
1. [2023山东，12分]一定条件下,水气变换反应CO+H2O⇌CO2+H2 的中间产物是HCOOH 。为探究该反应过程,研究HCOOH 水溶液在密封石英管中的分解反应:
Ⅰ.HCOOH⇌CO+H2O （快）
Ⅱ.HCOOH⇌CO2+H2 （慢）
研究发现,在反应Ⅰ、Ⅱ中,H+ 仅对反应Ⅰ有催化加速作用;反应Ⅰ速率远大于反应Ⅱ,近似认为反应Ⅰ建立平衡后始终处于平衡状态。忽略水的电离，其浓度视为常数。
回答下列问题:
（1） 一定条件下,反应Ⅰ、Ⅱ的焓变分别为ΔH1 、ΔH2 ,则该条件下水气变换反应的焓变ΔH= ΔH2−ΔH1 （用含ΔH1 、ΔH2 的代数式表示）。
[解析]根据盖斯定律，由Ⅱ-Ⅰ可得水气变换反应COg+H2Og⇌CO2g+H2gΔH=ΔH2−ΔH1 。
（2） 反应Ⅰ正反应速率方程为:v=kcH+⋅cHCOOH ,k 为反应速率常数。T1 温度下,HCOOH 电离平衡常数为Ka ,当HCOOH 平衡浓度为xml⋅L−1 时,H+ 浓度为Kax ml⋅L−1 ,此时反应Ⅰ正反应速率v= kKaxx ml⋅L−1⋅h−1 （用含Ka 、x 和k 的代数式表示）。
[解析]根据HCOOH⇌HCOO−+H+ ，设平衡时H+ 浓度为aml⋅L−1 ，则HCOOH 电离平衡常数Ka=a2x ，a=Kax ，此时反应Ⅰ正反应速率v=k⋅cH+⋅cHCOOH=kKaxxml⋅L−1⋅h−1 。
（3） T3 温度下,在密封石英管内完全充满1.0ml⋅L−1HCOOH 水溶液,使HCOOH 分解,分解产物均完全溶于水。含碳物种浓度与反应时间的变化关系如图所示（忽略碳元素的其他存在形式）。t1 时刻测得CO 、CO2 的浓度分别为0.70ml⋅L−1 、0.16ml⋅L−1 ,反应Ⅱ达平衡时,测得H2 的浓度为yml⋅L−1 。体系达平衡后cCOcCO2= 51.0−y6y （用含y 的代数式表示，下同）,反应Ⅱ的平衡常数为6y21.0−y 。
相同条件下,若反应起始时溶液中同时还含有0.10ml⋅L−1 盐酸,则图示点a 、b 、c 、d 中,CO 新的浓度峰值点可能是b （填标号）。与不含盐酸相比,CO 达浓度峰值时,CO2 浓度减小（填“增大”“减小”或“不变”）,cCOcHCOOH 的值不变（填“增大”“减小”或“不变”）。
[解析]
由上述分析及近似认为反应Ⅰ建立平衡后始终处于平衡状态，知t1 时刻之后一氧化碳的浓度始终是甲酸浓度的5倍，反应Ⅱ平衡时cCO2=cH2=yml⋅L−1 ，则结合碳原子守恒知，平衡体系中cHCOOH=16×1.0−yml⋅L−1 ，cCO=56×1.0−yml⋅L−1 ，cCOcCO2=561.0−yy=51.0−y6y ，反应Ⅱ的平衡常数K2=6y21.0−y 。加入0.10ml⋅L−1 盐酸后，H+ 作催化剂，反应Ⅰ的反应速率加快，达平衡的时间缩短，催化剂不影响平衡移动，故CO 的浓度峰值不变，则CO 新的浓度峰值点可能是b 点。由图可知，与不含盐酸相比，CO 达浓度峰值时，CO2 浓度减小（从b 点做竖直垂线，观察CO2 浓度变化）。温度不变，反应Ⅰ的平衡常数值不变，故cCOcHCOOH 的值不变。
2. [2022全国乙卷，15分]油气开采、石油化工、煤化工等行业废气普遍含有的硫化氢，需要回收处理并加以利用。回答下列问题：
（1） 已知下列反应的热化学方程式：
①2H2Sg+3O2g2SO2g+2H2Og ΔH1=−1036kJ⋅ml−1
②4H2Sg+2SO2g3S2g+4H2Og ΔH2=94kJ⋅ml−1
③2H2g+O2g2H2Og ΔH3=−484kJ⋅ml−1
计算H2S 热分解反应④2H2SgS2g+2H2g 的ΔH4= +170 （或170）kJ⋅ml−1 。
[解析]根据盖斯定律，反应④=①+②−3×③3 ，故ΔH4=ΔH1+ΔH2−3ΔH33=+170kJ⋅ml−1 。
（2） 较普遍采用的H2S 处理方法是克劳斯工艺，即利用反应①和②生成单质硫。另一种方法是，利用反应④高温热分解H2S 。相比克劳斯工艺，高温热分解方法的优点是得到燃料H2 、不产生SO2 污染物，缺点是耗能较大。
[解析]相比克劳斯工艺，高温热分解方法的优点是得到燃料H2 、不产生SO2 污染物；缺点是反应需要高温，耗能较大。
（3） 在1470K 、100kPa 反应条件下，将nH2S:nAr=1:4 的混合气进行H2S 热分解反应。平衡时混合气中H2S 与H2 的分压相等，H2S 平衡转化率为50% ,平衡常数Kp= 4.76kPa 。
[解析]由反应④可知，H2S∼H2 ，平衡时混合气中H2S 与H2 的分压相等，则H2S 平衡转化率为50% 。设起始时nH2S=1ml ，列三段式如下：
2H2Sg⇌S2g+2H2gAr起始量/ml1004变化量平衡量
平衡时H2S 、S2 、H2 的物质的量分数分别为110.5 、121 、110.5 ，则Kp=pS2⋅p2H2p2H2S=pS2=121×100kPa≈4.76kPa 。
（4） 在1373K 、100kPa 反应条件下，对于nH2S:nAr 分别为4:1 、1:1 、1:4 、1:9 、1:19 的H2S−Ar 混合气，热分解反应过程中H2S 转化率随时间的变化如图所示。
① nH2S:nAr 越小，H2S 平衡转化率越高，理由是2H2Sg⇌S2g+2H2g 为气体分子数增大的反应，总压不变，nH2S:nAr 越小，pH2S 越小，越有利于平衡正向移动，故H2S 平衡转化率越高。
[解析]2H2Sg⇌S2g+2H2g 为气体分子数增大的反应，nH2S:nAr 越小，总压不变，pH2S 越小，越有利于平衡正向移动，H2S 平衡转化率越高。
② nH2S:nAr=1:9 对应图中曲线d ，计算其在0∼0.1s 之间，H2S 分压的平均变化率为24.9 kPa⋅s−1 。
[解析]结合①中分析，nH2S:nAr=1:9 对应图中曲线d 。由图像可知，0∼0.1s 内H2S 分解了24% ，设起始时nH2S=1ml ，列三段式如下：
2H2Sg⇌S2g+2H2gAr起始量/ml1009变化量平衡量
H2S 的起始分压是110×100kPa=10kPa ，平衡时H2S 的分压为×100kPa≈7.51kPa ，故H2S 分压的平均变化率为10−⋅s−1=24.9kPa⋅s−1 。
3. [2021湖北，14分]丙烯是一种重要的化工原料，可以在催化剂作用下，由丙烷直接脱氢或氧化脱氢制备。
反应Ⅰ（直接脱氢）：C3H8gC3H6g+H2gΔH1=+125kJ⋅ml−1
反应Ⅱ（氧化脱氢）：C3H8g+12O2gC3H6g+H2OgΔH2=−118kJ⋅ml−1
（1） 已知键能：EC—H=416kJ⋅ml−1 ,EH—H=436kJ⋅ml−1 ，由此计算生成1ml 碳碳π 键放出的能量为271kJ 。
[解析]反应Ⅰ中断裂2mlC—H 键、形成1ml 碳碳π 键和1mlH—H 键，故416kJ⋅ml−1×2−E （碳碳π 键）−436kJ⋅ml−1=+125kJ⋅ml−1 ，解得E （碳碳π 键）=271kJ⋅ml−1 。
（2） 对于反应Ⅰ，总压恒定为100kPa ，在密闭容器中通入C3H8 和N2 的混合气体（N2 不参与反应），从平衡移动的角度判断，达到平衡后“通入N2 ”的作用是减小气体浓度，使平衡右移，提高C3H8g 转化率；
在温度为T1 时，C3H8 的平衡转化率与通入气体中C3H8 的物质的量分数的关系如图a所示，计算T1 时反应Ⅰ的平衡常数Kp= 16.7kPa （以分压表示，分压= 总压×物质的量分数，保留一位小数）。
图a
[解析]达到平衡后，通入N2 ，由于总压恒定为100kPa ，则容器体积增大，平衡向气体体积增大的方向移动，即向正反应方向移动，C3H8g 的转化率增大。根据图a，C3H8 的物质的量分数为0.4时，其平衡转化率为50% 。假设混合气体为1ml ，则起始时C3H8 为0.4ml ，N2 为0.6ml ，运用三段式法计算：
C3H8g⇌C3H6g+H2g起始量/ml0.400转化量平衡量
由于总压恒定为100kPa ，平衡时C3H8 为0.2ml ，C3H6 为0.2ml ，H2 为0.2ml ，N2 为0.6ml ，则C3H8g 、C3H6g 、H2g 的分压均为100kPa× ，故T1 时反应Ⅰ的平衡常数Kp=1006kPa×1006kPa1006kPa=16.7kPa 。
（3） 在温度为T2 时，通入气体分压比为pC3H8:pO2:pN2=10:5:85 的混合气体，各组分气体的分压随时间的变化关系如图b所示。0～1.2s 生成C3H6 的平均速率为2kPa⋅s−1 ；在反应一段时间后，C3H8 和O2 的消耗速率比小于2:1 的原因为H2 和C3H6 都消耗O2 。
图b
[解析]0～1.2s 内C3H6 的分压由0增大为2.4kPa ，则生成C3H6 的平均速率为⋅s−1 ；若只发生反应Ⅰ、Ⅱ，C3H6 的分压应大于H2 和H2O 的分压，但由图b知，随着反应进行，分压：pH2O>pC3H6>pH2 ，且有CO2 生成，H2 分压降低，故体系中还发生反应：C3H6+92O23CO2+3H2O ，H2+12O2H2O ,消耗O2 ，因此C3H8 和O2 的消耗速率比小于2:1 。
（4） 恒温刚性密闭容器中通入气体分压比为pC3H8:pO2:pN2=2:13:85 的混合气体，已知某反应条件下只发生如下反应（k ，k′ 为速率常数）：
反应Ⅱ：2C3H8g+O2g2C3H6g+2H2Ogk
反应Ⅲ:2C3H6g+9O2g6CO2g+6H2Ogk′
实验测得丙烯的净生成速率方程为vC3H6=kpC3H8−k′pC3H6 ，可推测丙烯的浓度随时间的变化趋势为先增大后减小，其理由是反应开始时，体系中主要发生反应Ⅱ，cC3H6 逐渐增大，随着反应进行，pC3H8 减小，pC3H6 增大，vC3H6 减小，体系中主要发生反应Ⅲ，cC3H6 逐渐减小。
[解析]反应开始时，反应Ⅱ向右进行，cC3H6 逐渐增大，且体系中以反应Ⅱ为主，随着反应进行，pC3H8 减小，pC3H6 增大，使得vC3H6 减小，体系中以反应Ⅲ为主，因此丙烯的浓度随时间的变化趋势为先增大后减小。时间段/min
产物Z 的平均生成速率/ml⋅L−1⋅min−1
0∼2
0.20
0∼4
0.15
0∼6
0.10
t/min
nA/ml
nB/ml
nC/ml
0
2.0
2.4
0
5
0.9
10
1.6
15
1.6
催化剂
转化率C2H6/%
转化率CO2/%
产率C2H4/%
催化剂X
19.0
37.6
3.3
A
B
C
D
cI2/mml⋅L−1
1.00
0.22
0.44
0.11
cH2/mml⋅L−1
1.00
0.22
0.44
0.44
cHI/mml⋅L−1
1.00
1.56
4.00
1.56
反应Ⅰ速率远大于反应Ⅱ，此点CO 浓度最大，说明反应Ⅰ此时处于平衡状态，结合碳原子守恒和题中给出的CO 、CO2 浓度，可知t1 时刻HCOOH 的浓度为1.0−0.70−0.16ml⋅L−1=0.14ml⋅L−1 ，则反应Ⅰ的平衡常数K1=cCOcHCOOH=
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