化学选择性必修1第四节 化学反应的调控精品课后复习题

这是一份化学选择性必修1第四节 化学反应的调控精品课后复习题，文件包含24化学反应的调控原卷版docx、24化学反应的调控解析版docx等2份试卷配套教学资源，其中试卷共41页， 欢迎下载使用。

『知识梳理』
一、合成氨反应的原理分析
〖合成氨反应的特点〗
◆合成氨反应：N2(g)＋3H2(g)⇌2NH3(g)。已知298 K时：ΔH＝－92.4 kJ·ml－1，ΔS＝－198.2 J·ml－1·K－1。
◆自发性：常温(298 K)下，ΔH－TΔS<0，能自发进行。
◆可逆性：反应为可逆反应。
◆体积变化(熵变)：ΔS<0，正反应是气体体积缩小的反应。
◆焓变：ΔH<0，是放热反应。
〖原理分析〗
二、工业合成氨的适宜条件
〖问题讨论〗
◆压强
①原理分析：压强越大越好。
②选用条件：目前，我国合成氨厂一般采用的压强为10～30 MPa。
③合成氨时不采用更高压强的理由：压强越大，对材料的强度和设备的制造要求也越高，需要的动力也越大，这将会大大增加生产投资，并可能降低综合经济效益。
◆温度
①原理分析：低温有利于提高原料的平衡转化率。
②选用条件：目前，在实际生产中一般采用的温度为400～500 ℃。
③不采用低温的理由：温度降低会使化学反应速率减小，达到平衡所需时间变长，这在工业生产中是很不经济的。
合成氨反应一般选择400～500 ℃进行的又一重要原因为铁触媒在500 ℃左右时的活性最大。
◆催化剂
①原理分析：在高温、高压下，N2和H2的反应速率仍然很慢。
②选用条件：通常采用加入以铁为主体的多成分催化剂，又称铁触媒。
③选择催化剂的理由：改变反应历程，降低反应的活化能，使反应物在较低温度时能较快地进行反应。
另外，为了防止混有的杂质使催化剂“中毒”，原料气必须经过净化。
◆浓度
①原理分析：在500 ℃和30 MPa时，平衡混合物中NH3的体积分数及平衡时N2和H2的转化率仍较低。
②采取的措施：采取迅速冷却的方法，使气态氨变成液氨后及时从平衡混合物中分离出去；应将NH3分离后的原料气循环使用，并及时补充N2和H2，使反应物保持一定的浓度。
③采取该措施的理由：分离出NH3以促使平衡向生成NH3的方向移动，此外原料气的循环使用并及时补充原料气，既提高了原料的利用率，又提高了反应速率，有利于合成氨反应。
〖工业合成氨的适宜条件〗
〖合成氨的工艺流程〗
〖选择工业合成适宜条件的原则〗
◆考虑参加反应的物质组成、结构和性质等本身因素。
◆考虑影响化学反应速率和平衡的温度、压强、浓度、催化剂等反应条件。
◆选择适宜的生产条件还要考虑设备条件、安全操作、经济成本等情况。
◆选择适宜的生产条件还要考虑环境保护及社会效益等方面的规定和要求。
『题型分析』
『题型一』化学平衡的有关计算
〖典例1〗在T℃时，将足量的某碳酸氢盐()固体置于真空恒容容器中，存在如下平衡：已知反应达平衡时体系的总压强为p。则下列叙述正确的是（ ）
A．当混合气体中的体积分数不变时，说明反应达到平衡状态
B．向平衡体系中加入适量，再次平衡后增大
C．向平衡体系中充入适量的，逆反应速率增大
D．该温度下用压强表示的化学平衡常数为
【答案】C
【详解】A．该反应属于固体分解反应，混合气体中的体积分数恒为50%，故混合气体中的体积分数不变，不能说明反应达到平衡状态，A错误；B．根据化学平衡常数，温度不变常数不变，向平衡体系加入适量，再次平衡后也不变，B错误；C．向平衡体系中充入适量的，生成物浓度增大，逆反应速率增大，C正确；D．反应达平衡时体系的总压强为p，则，故该温度下化学平衡常数为，D错误；故答案为：C。
〖变式1-1〗碳酸氢钠的分解反应如下：2NaHCO3(s)Na2CO3(s)+H2O(g)+CO2(g) △H＞0，一定温度下，在密闭容器中放入NaHCO3固体，反应达平衡时容器中压强为4×103Pa。下列说法正确的是（ ）
A．该反应的平衡常数为4×106Pa2
B．升高温度，正反应速率增加，逆反应速率减小
C．当容器中的气体平均摩尔质量不变时，反应达到平衡
D．缩小体积，再次达到平衡后CO2浓度变大
【答案】A
【详解】A．反应的平衡常数为，A正确；B．升高温度正逆反应速率都会增大，B错误；C．反应过程中，生成，则气体平均摩尔质量，一直不变，C错误；D．温度不变，平衡常数不变，再次达到平衡时总压强不变，根据理想气体方程，，浓度不变，D错误；答案选A。
〖变式1-2〗已知某化学反应的平衡常数表达式为K=，其平衡常数K和温度的关系如表：
下列有关叙述正确的是（ ）
A．该反应是放热反应
B．该反应的化学方程式为CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)
C．800℃时向容器中充入1mlCO和1mlH2O，保持温度不变，达到平衡后其K=0.9
D．1200℃时，当4c(CO2)·c(H2)=c(CO)·c(H2O)时，该反应向正反应方向进行
【答案】C
【详解】A．根据表格数据可知，随着温度的升高，化学反应平衡常数K增大，则说明上述反应为吸热反应，A错误；B．根据平衡常数的含义和表达式可知，上述反应为：CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)，B错误；C．温度不变，化学反应平衡常数不变，所以800℃时向容器中充入1mlCO和1mlH2O，保持温度不变，达到平衡后其K值与表格数据一致，为0.9，C正确；D．1200℃时，K=2.6，当4c(CO2)·c(H2)=c(CO)·c(H2O)时即Q=4＞K，所以反应向逆反应方向进行，D错误；故选C。
〖变式1-3〗在可逆反应2SO2(g)+O2⇌2SO3(g)的平衡状态下，保持恒温恒容向容器中加入一定量的O2，下列说法正确的是(K为平衡常数，Qc为浓度商)（ ）
A．Qc不变，K变大，O2转化率增大B．Qc不变，K变大，SO2转化率增大
C．Qc变小，K不变，O2转化率减小D．Qc增大，K不变，SO2转化率增大
【答案】C
【详解】当可逆反应2SO2(g)+O2⇌2SO3(g)达到平衡状态后，保持温度不变，则平衡常数K不变；浓度商，容器容积不变，向容器中充入一定量的O2，分母变大，所以浓度商Qc减小，平衡正向移动，由于充入了O2，所以O2的转化率减小，故C正确；故选C。
『题型二』化学反应条件的控制及优化
〖典例2〗在硫酸工业中，通过如下反应使SO2转化为SO3：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ∆H<0。下列说法不正确的是（ ）
A．为使SO2尽可能多地转化为SO3，工业生产中的反应温度越低越好
B．使用合适的催化剂可加快该反应的反应速率
C．通入过量的空气可以提高SO2的转化率
D．反应后尾气中的SO2必须回收
【答案】A
【详解】A．为使SO2尽可能多地转化为SO3即平衡正向移动，同时考虑到温度对速率的影响，工业生产中的反应温度并不是越低越好，A错误；B．使用合适的催化剂可加快该反应的反应速率，B正确；C．通入过量的空气促使平衡正向移动，可以提高SO2的转化率，C正确；D．二氧化硫在转化中并未达到100%转化且二氧化硫有毒性的污染性气体需回收并循环利用，D正确；故选A。
〖变式2-1〗NO和CO都是汽车尾气中的有害物质，它们能缓慢地发生如下反应：2NO+2CO=N2+2CO2，为了控制汽车尾气对大气的污染，下列方法可行的是（ ）
A．增加空气进入量B．增大压强C．提高反应温度D．使用催化剂
【答案】D
【详解】A．增加空气进入量，不利于该反应的发生，故A不符合题意；B．增大压强虽然能够加快反应速率，但不利于实际操作，故B不符合题意；C．提高反应温度，虽然加快反应速率，但不利于实际操作，故C不符合题意；D．使用催化剂，能够加快反应速率，容易操作，故D符合题意；答案为D。
〖变式2-2〗下列关于化学反应的调控措施说法不正确的是（ ）
A．硫酸工业中，为使黄铁矿充分燃烧，可将矿石粉碎
B．硝酸工业中，氨的氧化使用催化剂是为了增大反应速率，提高生产效率
C．合成氨工业中，为提高氮气和氢气的利用率，采用循环操作
D．对于合成氨的反应，如果调控好反应条件，可使一种反应物的转化率达到100%
【答案】D
【详解】A．硫酸工业中，将矿石粉碎可以增大反应物的接触面积，有利于黄铁矿的充分燃烧，故A正确；B．硝酸工业中，氨的氧化使用催化剂，可以降低反应的活化能，增大反应速率，提高生产效率，故B正确；C．合成氨工业中，分离出液氨的混合气体中含有的氮气和氢气采用循环操作，有利于提高氮气和氢气的利用率，故C正确；D．合成氨反应为可逆反应，可逆反应不可能完全反应，所以调控反应条件不可能使反应物的转化率达到100%，故D错误；故选D。
〖变式2-3〗关于工业合成NH3的说法中不正确的是（ ）
A．适当加压可提高氨的产率
B．加入催化剂可以加快反应速率
C．选择400-500℃是因该温度下氨的平衡产率最高
D．将含N2和H2的原料气循环使用可以提高原料的转化率
【答案】C
【分析】合成氨的反应为： 。
【详解】A．合成氨是气体体积减小的反应，适当增加压强平衡正向移动，可提高氨的产率，A正确；B．加入催化剂可以加快反应速率，B正确；C．对于放热反应而言温度越低氨的平衡产率更高，选择400-500℃是综合考虑该温度下反应速率和氨的产率，C错误；D．将含N2和H2的原料气循环使用可以提高原料的转化率，D正确；故选C。
『巩固练习』
一、单选题
1．合成氨工业中采用循环操作，主要是为了（ ）
A．增大化学反应速率
B．使氨气液化分离，使化学平衡向生成NH3的方向移动
C．提高氮气和氢气的利用率
D．提高平衡混合物中氨的含量
【答案】C
【详解】合成氨工业中采用循环操作，氮气和氢气循环使用，目的就是提高氮气和氢气的利用率，故选C。
2．合成氨工业中采用循环操作，主要是为了（ ）
A．加快反应速率B．提高NH3的平衡浓度
C．降低NH3的沸点D．提高N2和H2的利用率
【答案】D
【详解】合成氨反应的转化率不高，采用循环操作，可提高氮气和氢气的利用率，降低生产成本，D项符合题意。
故选D。
3．已知反应 2NH3N2+3H2，在某温度下的平衡常数为0.25，在此条件下，氨的合成反应N2 + 3H22NH3的平衡常数为（ ）
A．4B．2C．1D．0.5
【答案】A
【详解】相同温度下，同一可逆反应的正逆平衡常数互为倒数关系，已知反应 2NH3 ⇌ N2+3H2，在某温度下的平衡常数为0.25，则该条件下反应N2+ 3H2⇌2NH3的平衡常数K==4，故选A。
4．将催化加氢转化为高附加值的化学品及燃料，有助于减少人们对化石燃料的依赖，并可缓解带来的环境压力。刚性容器中反应达到平衡后，若其他条件不变，充入，下列关系正确的是（ ）
A．B．
C．D．
【答案】C
【详解】达到平衡后，若其他条件不变，充入反应物，平衡正向移动，另一种反应物氢气的平衡转化率会升高，但可逆反应的平衡转化率达不到100%，受氢气物质的量的限制，后面太多二氧化碳的通入对氢气的平衡转化率影响不大，C正确；故选C。
5．在特定条件下，和发生反应：，，且测得合成反应的速率与参与反应的物质的浓度的关系为：。下列有关叙述错误的是（ ）
A．当的百分含量不再变化时，反应达到化学平衡
B．加压，增加的倍数大于增加的倍数
C．升高温度，的平衡转化率降低
D．该条件下，分离出可提高转化率，但反应速率将降低
【答案】D
【详解】A．当的百分含量不再变化时，说明平衡不再移动，反应达到化学平衡，A正确；B．反应为气体分子数减小的反应，加压平衡正向移动，则增加的倍数大于增加的倍数，B正确；C．反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，的平衡转化率降低，C正确；D．该条件下，分离出，平衡正向移动，可提高转化率；，氨气浓度减小，根据速率方程可知，反应速率将增大，D错误；故选D。
6．羰基硫(COS)能防止某些昆虫、线虫和真菌的危害。在容积不变的密闭容器中，将CO和混合后在催化剂作用下，加热发生反应并达到平衡。若反应前CO的物质的量为10 ml，达到平衡时CO的物质的量为8 ml，且化学平衡常数为0.1.下列说法正确的是（ ）
A．反应前的物质的量为7 ml
B．增大压强，化学平衡正向移动
C．增大CO浓度，正反应速率增大，逆反应速率减小
D．增大的比值，可以减小CO的转化率
【答案】A
【详解】A．，，解得x=7，则反应前的物质的量为7 ml，故A正确；B．该反应是等体积反应，增大压强，化学平衡不移动，故B错误；C．增大CO浓度，正反应速率增大，逆反应速率增大，故C错误；D．增大的比值，相当于不断加入硫化氢，平衡正向移动，增大CO的转化率，故D错误。
综上所述，答案为A。
7．对于反应，下列说法正确的是（ ）
A．该反应在任意条件下均能自发进行
B．反应的焓变
C．其他条件一定，增加压强，反应平衡常数增大
D．及时分离出，正反应速率增大，平衡向正反应方向移动
【答案】B
【详解】A．反应 ()是气体减小的放热反应，△S<0，△H<0，则在T较小时△H-T△S<0，该反应在低温条件下能自发进行，故A错误；B．转化为的过程放热，则放出的热量大于-akJ，反应的焓变，故B正确；C．平衡常数只受温度影响，其他条件一定，增加压强，反应平衡常数不变，故C错误；D．及时分离出，正反应速率瞬间不变，建立平衡过程中会减小，平衡向正反应方向移动，故D错误；故选B。
8．850℃时，向容积为2L的恒容密闭容器中充入1mlX(g)和1mlY(g)，发生反应：X(g)+Y(g)2Z(g) △H，10min时反应达到平衡。已知该反应的平衡常数K值与温度的关系如图所示。下列说法正确的是（ ）
A．△H＞0，该反应在高温下可以自发进行
B．0~10min内，X的化学反应速率为ml•L-1•min-1
C．其他条件相同，若起始时充入3mlX和1mlY进行该反应，则平衡后，c(Z)=0.5ml•L-1
D．其他条件相同，在T1℃发生该反应，平衡时Y的转化率大于33.3%，则T1＞850
【答案】B
【详解】A．由图可知，温度升高，平衡常数减小，则升温平衡逆向移动，反应为放热反应，焓变小于零，反应可以在低温下自发进行，A错误；B．850℃时，反应的K=1.0；，，，则0~10min内，X的化学反应速率为ml•L-1•min-1，B正确；C．该反应是可逆反应，平衡时生成的Z小于1ml，C错误；D．由B分析可知，850℃时，Y的平衡转化率约为33.33%；其他条件相同，在T1℃发生该反应，平衡时Y的转化率大于33.3%，则平衡进行程度较大，温度较低，因此，D错误；故选B。
9．一定温度下，向2.0L恒容密闭容器中充入4mlSO2和2mlO2发生反应：。经过一段时间后达到平衡，反应过程中测定的部分数据见下表：
下列说法正确的是（ ）
A．4s内反应的平均速率
B．该反应的平衡常数
C．此温度下，若该容器中有、和，则反应逆向进行
D．当容器内密度保持不变时，该反应达到平衡状态
【答案】B
【分析】一定温度下，向2.0L恒容密闭容器中充入4mlSO2和2mlO2发生反应：。8s时反应达平衡，此时生成SO3的物质的量为3.6ml，则可建立如下三段式：
【详解】A．4s内SO3的物质的量为2.8ml，则消耗O2的物质的量为1.4ml，反应的平均速率，A不正确；B．该反应的平衡常数K==810，B正确；C．此温度下，若该容器中有、和，则浓度商Q==128＜810，反应正向进行，C不正确；D．容器的体积始终不变，混合气的质量始终不变，则容器内气体的密度始终不变，当容器内密度保持不变时，该反应不一定达到平衡状态，D不正确；故选B。
10．下列关于工业合成氨的叙述中错误的是（ ）
A．在动力、设备、材料允许的条件下尽可能在高压下进行
B．温度越高越有利于工业合成氨
C．在工业合成氨中N2、H2的循环利用可提高其利用率，降低成本
D．将混合气体中的氨液化有利于合成氨反应
【答案】B
【详解】A．合成氨的正反应为气体体积缩小的反应，压强越大，反应物的转化率越高，则在动力、设备、材料允许的条件下尽可能在高压下进行，故A正确；B．合成氨的正反应为放热反应，升高温度后不利于氨气的生成，故B错误；C．合成氨中N2和H2的循环使用，可以提高原料气的利用率，降低成本，故C正确；D．合成氨的反应中，将混合气体中的氨气液化，减小了生成物浓度，平衡向着正向移动，可以用平衡移动原理解释，故D正确；故答案选B。
11．在2 L的恒容密闭容器中充入1ml X(g)和2 ml Y(g)，发生反应：，测得在不同温度下、相同时间内X(g)与Z(g)的百分含量如图所示。下列说法错误的是（ ）
A．从反应开始到各点时的平均化学反应速率：
B．a点时，Y(g)的转化率为50%
C．T3℃下，平衡常数K=4
D．降低温度，有利于提高Z(g)的平衡产率
【答案】A
【分析】在2 L的恒容密闭容器中充入1ml X(g)和2 ml Y(g)，发生反应：，设a点时，参加反应X的物质的量为nml，则可建立如下三段式：
则1-n=n，n=0.5ml。
【详解】A．对于可逆反应，温度越高，反应速率越快，T1＜T2＜T3，则从反应开始到各点时的平均化学反应速率：，A错误；B．a点时，Y(g)的转化率为=50%，B正确；C．T3 ℃下，平衡常数K==4，C正确；D．从图中可以看出，当反应进行到b点时，反应达平衡状态，升高温度，X的百分含量增大，平衡逆向移动，则正反应为放热反应，所以降低温度，有利于提高Z(g)的平衡产率，D正确；故选A。
12．丙烷经催化脱氢制丙烯的反应为C3H8(g)=C3H6(g)+H2(g)。600℃，将固定浓度的C3H8通入有催化剂的恒容反应器，逐渐提高CO2浓度，经相同时间，测得出口处C3H6、CO和H2浓度随初始CO2浓度的变化关系如图所示。下列说法不正确的是（ ）
A．丙烷脱氢制丙烯反应的化学平衡常数K=
B．c(H2)和c(C3H6)变化差异的原因：CO2+H2CO+H2O
C．其他条件不变，投料比c(C3H8)/c(CO2)越大，C3H8转化率越小
D．若体系只有C3H6、H2、CO和H2O生成，则出口处物质浓度c之间一定存在关系：2c(C3H6)=2c(H2)+c(CO)+2c(H2O)
【答案】D
【详解】A．根据化学平衡常数的定义式，丙烷脱氢制丙烯反应的化学平衡常数K=，A正确；B．丙烷催化脱氢生成的氢气会与CO2反应生成CO和H2O，因此丙烯的浓度变化基本不受二氧化碳浓度的影响，而H2的浓度随着二氧化碳浓度的增大而趋于一个定值，B正确；C．其他条件不变，投料比c(C3H8)/c(CO2)越大，说明丙烷的相对浓度越大，丙烷浓度增大使其转化率减小，C正确；D．根据丙烷催化脱氢制丙烯的反应可知，生成的丙烯和氢气的物质的量相同，而CO2+H2CO+H2O，则有c(C3H6)=c(H2)+c(CO)+c(H2O)，D错误；故答案选D。
13．一定温度下，向2.0L恒容密闭容器中充入，发生反应：。反应中测得的部分数据见下表：
下列说法错误的是（ ）
A．0s时，正反应速率最大，逆反应速率为0
B．0~50s内，用表示的平均反应速率
C．250s时，反应已达到平衡，的平衡转化率为20%
D．当时，反应处于停止状态
【答案】D
【详解】A．时，只有正向反应，所以正反应速率最大，逆反应速率为0，A项正确；B．，B项正确；C．250s时，反应已达到平衡，，则转化了0.20ml，因此的平衡较化率为20%，C项正确；D．可逆反应达到平衜时，反应并未停止，D项错误。
故选D。
14．一氧化氮的氢化还原反应为 ，其正反应速率方程为，k为速率常数，只受温度影响。T℃时，实验得到的数据如下表所示：
下列说法正确的是（ ）
A．平衡常数
B．，
C．升高温度，k值减小
D．升高温度，该反应的平衡常数K值增大
【答案】B
【详解】A．I组和II组温度相同，故平衡常数一定相同，A错误；B．II组NO的浓度是I组的2倍，但正反应速率是其4倍，故；III组H2的浓度是I组的2倍，正反应速率是其2倍，故，B正确；C．k为速率常数，升高温度反应速率增大，k值增大，C错误；D．该反应为放热反应，升高温度，该反应的平衡常数K值减小，D错误；故选B。
15．以、为原料合成涉及的反应如下：
反应Ⅰ：
反应Ⅱ：
反应Ⅲ：
在5MPa下，按照投料，平衡时，CO和在含碳产物中物质的量分数及的转化率随温度的变化如图。下列说法正确的是（ ）
A．反应Ⅲ中反应物的总键能大于生成物的总键能
B．曲线代表CO在含碳产物中物质的量分数
C．该条件下温度越低，越有利于工业生产
D．图示270℃时，平衡体系中的体积分数约为66.6%
【答案】D
【详解】A．根据盖斯定律I-Ⅱ可得反应ⅢCO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g) ΔH3=-49kJ·ml-1-41kJ·ml-1=-90kJ·ml-1；ΔH=反应物的总键能-生成物的总键能，故反应Ⅲ中反应物的总键能小于生成物的总键能，A错误；B．反应Ⅱ的正反应是吸热反应，生成物中有CO，温度升高，反应Ⅱ的平衡正向移动，CO的物质的量分数增大；反应Ⅲ的正反应是放热反应，反应物中有CO，温度升高，反应Ⅲ的平衡逆向移动，CO的物质的量分数也会增大，也就是说，温度升高，CO的产量变大，则CO在含碳产物的物质的量分数增大，故符合这个规律的是曲线n，B错误；C．由图可知，温度在150℃时有利于反应Ⅰ进行，CH3OH的含量高，有利于提高CH3OH的产率，但并不是温度越低越好，因为温度太低反应速率太慢，C错误；D．根据题意设起始量n(CO2)=1ml，n(H2)=3ml，平衡时甲醇和CO的物质的量相等，设CH3OH物质的量为 xml，则CO 的物质的量也为xml，270℃时CO2的转化率为25%，则平衡时CO2的物质的量为0.75ml，根据碳守恒：0.75+2x=1，解得x=0.125，根据氧守恒，水的物质的量为：2ml-0.75ml×2-0.125ml-0.125ml=0.25ml，根据氢守恒，氢气的物质的量为=2.5ml，则反应后总的物质的量0.75ml+0.125ml+0.125ml+2.5ml+0.25ml=3.75ml，则平衡体系中H2的体积分数为=66.7%，D正确；答案选D。
16．甲醇脱氢法制HCOOCH3工艺过程涉及如下反应：
反应Ⅰ：2CH3OH(g)HCOOCH3(g)＋2H2(g) ΔH1=＋135.4 kJ·ml-1
反应Ⅱ：CH3OH(g) CO(g)＋2H2(g) ΔH2=＋106.0 kJ·ml-1
向容积为10 L的恒容密闭容器中通入1 ml CH3OH(g)发生上述反应，反应相同时间，测得CH3OH的转化率和HCOOCH3的选择性随温度变化如图所示。(已知：HCOOCH3的选择性=)
下列说法错误的是（ ）
A．HCOOCH3(g) 2CO(g)＋2H2(g) ΔH=+76.6 kJ·ml-1
B．实线代表的是CH3OH的转化率
C．553 K时，H2的体积分数为0.25
D．高于553 K时，虚线趋势下降可能是因为HCOOCH3分解
【答案】C
【详解】A．根据盖斯定律，反应Ⅱ的2倍减去反应Ⅰ得到 ，A正确；B．反应Ⅰ、反应Ⅱ都是吸热反应，升高温度，平衡正向移动，转化率增大，因此实线代表的是的转化率，B正确；C．553K时，实线为的转化率20.0%，虚线为的选择性（50.0%），则
故553 K时，H2的体积分数为，C错误；D．根据图中分析虚线为的选择性，实线为的转化率，高于553 K时，虚线趋势下降可能是因为HCOOCH3分解，D正确；故选C。
二、原理综合题
17．工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破。其合成原理为：N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH<0。
(1)在恒温恒容密闭容器中进行合成氨的反应，下列能说明该反应已达到平衡状态的是___________。
A．容器内N2、H2、NH3的浓度之比为1∶3∶2
B．N2百分含量保持不变
C．容器内压强保持不变
D．混合气体的密度保持不变
(2)恒温下，往一个4 L的密闭容器中充入2 ml N2和5.2 ml H2，反应过程中对NH3的浓度进行检测，得到的数据如表所示：
①10 min内用N2表示的平均反应速率为___________ml·L-1·min-1.此条件下该反应的化学平衡常数K=___________。
②已知：N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92 kJ·ml-1
N2(g)+O2(g)=2NO(g) ΔH=+181 kJ·ml-1
2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) ΔH=-484 kJ·ml-1
写出氨气催化氧化生成NO和水蒸气的热化学方程式___________。
(3)甲醚(CH3OCH3)是重要的化工原料，可用CO和H2制得，总反应的热化学方程式如下：2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH=-206.0 kJ·ml-1①。
该过程可分为以下两步反应完成：
ⅰ.醇合成反应
ⅱ.甲醇脱水反应：2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH=-24.0 kJ·ml-1
起始时向容器中投入2 ml CO和4 ml H2，测得某时刻上述总反应中放出的热量为51.5 kJ，此时CO的转化率为___________。
【答案】(1)BC
(2) 0.007 0.1 4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(g) ΔH=-906 kJ·ml-1
(3)25%
【分析】合成氨反应为正向放热、气体分子数减少的反应，因此升高温度平衡逆向移动不利于氨的合成，增大压强，平衡正向移动利于氨的合成；计算平衡常数列三段式进行计算，据此分析。
【详解】（1）A．判断可逆反应是否达到平衡的标志是v正=v逆，特征是达到平衡后各组分的浓度、百分含量等保持不变，容器内N2、H2、NH3的浓度之比为1∶3∶2不能说明v正=v逆，A不符题意；B．N2的百分含量保持不变，即单位时间生成1 ml氮气的同时消耗1 ml氮气，v正=v逆，B符合题意；C．该反应是气体分子数变化的反应，恒温恒容密闭容器中进行反应，体系的压强会随气体物质的量变化而变化，当容器内压强不再变化时，反应达到平衡，C符合题意；D．根据气体密度公式ρ=，气体的总质量m不变，恒容容器V不变，密度是定值，不能判断是否平衡，D不符题意；故答案为：BC。
（2）①10 min时用NH3表示的平均反应速率为v(NH3)=0.014 ml·L-1·min-1，v(N2)=v(NH3)=×0.014=0.007 ml·L-1·min-1，依题意列出三段式：
代入平衡常数的表达式计算K==0.1；故答案为：0.007；0.1；②依题意氨气催化氧化生成NO和水蒸气的反应方程式为4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(g)，分别记已知方程式及ΔH为：①N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH1=-92 kJ·ml-1，②N2(g)+O2(g)=2NO(g) ΔH2=+181 kJ·ml-1，③2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) ΔH3=-484 kJ·ml-1，根据盖斯定律，则目标方程式的ΔH=ΔH3×3+ΔH2×2-ΔH1×2=-484×3+181×2-(-92)×2=-906 kJ·ml-1。故答案为：4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(g) ΔH=-906 kJ·ml-1。
（3）由总反应2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH=-206.0 kJ·ml-1，可知2mlCO完全反应时放出206.0kJ热量，则放出的热量为51.5 kJ时消耗的CO的物质的量为：，CO的转化率==25%。故答案为：25%。
18．近年随着现代工业的发展，二氧化氮的排放量大增，二氧化氮对臭氧空洞的形成起着重要作用，同时还是光化学烟雾和酸雨的成因之一。如何实现二氧化氮的转化利用成为了科学家研究的课题。回答下列问题：
(1)催化生成的过程可分为三步：
第一步：：
第三步：。
则第二步的反应方程式为_______。
(2)科学家测得HCO自由基还原二氧化氮的反应机理如图所示，两种过渡态物质相比，_______(填“过渡态1”或“过渡态2”)较稳定，该反应分_______步进行，决定该反应速率的是第_______步。
(3)科学家尝试采用焦炭还原法消除二氧化氮污染，反应原理为，在2L恒容密闭容器中加入足量的碳和2ml 气体，相同时间内测得二氧化氮的转化率随温度变化如图所示，图中m、n、p三点平衡常数由大到小的顺序为_______，p点化学反应平衡常数为_______(计算结果保留两位小数)。
(4)工业上采用CO还原生成两种大气成分消除污染，若完全还原2ml 时该反应的正反应活化能为，逆反应活化能为，写出该反应的热化学方程式：_______。下列关于该反应的说法正确的是_______(填选项字母)。
A．恒温恒压下，体系内混合气体密度不随时间变化时，反应达到平衡状态
B．恒温恒容下，平衡后，充入惰性气体，的平衡转化率增大
C．恒温恒压下，再按照原比例加入相同量的反应物，的平衡转化率增大
D．及时分离出，逆反应速率减小，正反应速率增大，平衡正向移动
【答案】(1)
(2) 过渡态1 二(或两) 二
(3) 0.09
(4) A
【详解】（1）根据催化生成的过程可分为三步，第一步生成了NO，则第二步必须消除，同时还要生成，则可写出第二步反应方程式为。
（2）能量越高越不稳定，观察图像可知过渡态1较稳定；由图可知，该反应分两步进行；化学反应速率取决于较慢的步骤，而活化能越大，反应速率越慢，故第二步为决速步骤。
（3）观察图像，可知达到最高点(平衡点)后，温度升高二氧化氮的转化率降低，说明平衡逆向移动，该反应为放热反应，温度升高平衡常数减小；1100K时，反应达到平衡，的转化率为40%，的起始投入量为2ml，则参加反应的为0.8ml，根据方程式可知生成为0.4ml、为0.8ml，剩余为1.2ml，即。
（4）依题意，CO还原2ml生成两种大气成分，可知该反应方程式为，反应的焓变等于正逆反应活化能之差，故；A．恒温恒压下，平衡移动则气体体积改变，体系内混合气体密度随之改变，故密度不变可以说明反应达到平衡状态，A正确；B．恒温恒容下，平衡后，充入惰性气体，各物质浓度不变，平衡不移动，的平衡转化率不变，B错误；C．恒温恒压下，再按照原比例加入相同量的反应物，容器体积扩大，建立新的平衡与原平衡相同，的平衡转化率不变，C错误；D．及时分离出，逆反应速率减小，正反应速率随之减小，D错误；故选A。
19．工业上常以水煤气为原料制备氢气或甲醇，其主要反应：，称为催化变换反应，请回答下列问题。
(1)已知在25℃时：
则25℃时催化变换反应的___________。
(2)某温度下催化变换反应平衡常数为9，反应开始时和的浓度都是，达平衡时的转化率为___________；在该温度下，若起始时，反应后，测得，则此时该反应________(填“>”“<”或“=”)，这段时间内以浓度变化表示的速率为_________。
(3)恒温恒容条件下，判断催化变换反应达到平衡状态的标志有___________。
A．容器内的压强保持不变
B．容器中的浓度与的浓度相等
C．容器中混合气体的密度保持不变
D．的生成速率与的生成速率相等
E．键断裂的同时有键断裂
(4)在催化变换反应的产物中补充氢气可以用于工业制备甲醇：，当起始投料时，在不同条件下达到平衡，测得体系中甲醇物质的量分数为，如图所示，a线表示在下的、b线表示在下的(温度)。
①根据图像判断该制备甲醇反应___________0。
②已知气体分压气体总压体积分数，用某物质的平衡分压代替物质的量浓度也可以表示化学平衡常数(记作)，则250℃时，当时，计算该反应___________(只需列出计算表达式，不必计算结果)。
【答案】(1)
(2) 75% >
(3)DE
(4) <
【详解】（1）在25℃时，第三个热化学方程式减去第一个热化学方程式的，再减去第二个热化学方程式的得到CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)即CO催化变换反应的△H=−394 kJ∙ml−1− (−111 kJ∙ml−1)−( −242 kJ∙ml−1)=−41 kJ∙ml−1；故答案为：−41 kJ∙ml−1。
（2）某温度下CO催化变换反应平衡常数为9，反应开始时CO(g)和H2O(g)的浓度都是0.01 ml∙L−1，设至平衡时转化CO的浓度为xml/L，则，，解得x=0.0075，达平衡时CO的转化率为；在该温度下，若起始时c(CO)=0.01 ml∙L−1，c(H2O)=0.02 ml∙L−1，反应10s后，测得c(H2)=0.005 ml∙L−1，则此时c(CO)=0.005 ml∙L−1，c(CO2)=0.005 ml∙L−1，c(H2O)=0.015 ml∙L−1，，反应正向进行即此时该反应υ正＞υ逆；这段时间内以浓度变化表示的速率为=；故答案为：75%；＞；。
（3）A．该反应是等体积反应，压强不变，因此容器内的压强保持不变，不能作为判断平衡标志，选项A不符合题意；B．平衡时浓度不再发生变化，但容器中H2O(g)的浓度与CO2的浓度不一定相等，因此不能作为判断平衡标志，选项B不符合题意；C．气体密度等于气体质量除以容器体积，气体质量不变，容器体积不变，因此密度始终不变，当容器中混合气体的密度保持不变，不能作为判断平衡标志，选项C不符合题意；D．CO的生成速率，逆向反应，H2的生成速率，正向反应，两者速率比等于计量系数之比，因此能作为判断平衡标志，选项D符合题意；E．2 ml H−O键断裂，即消耗1ml水，正向反应，同时有1 ml H−H键断裂，即消耗1ml氢气，逆向反应，能作为判断平衡标志，选项E符合题意；答案选DE。
（4）①根据图像b曲线，温度升高x(CH3OH)减小，说明平衡逆向移动，逆向是吸热反应，正向是放热反应，因此该制备甲醇反应△H＜0；故答案为：＜；②250℃时，当x(CH3OH)=0.10时，设至平衡转化二氧化碳物质的量为yml，根据题意建立三段式，，，解得y=，此时二氧化碳、氢气、水蒸气的物质的量分数依次为0.2、0.6、0.1，由图a知总压强为9×105Pa，则反应Kp=；故答案为：。
三、实验题
20．探究化学反应的快慢和限度具有十分重要的意义。
Ⅰ.某实验小组欲通过用酸性和(草酸)反应测定单位时间内生成的速率研究影响反应速率的因素，设计实验方案如下(溶液已酸化)，实验装置如图甲所示：
(1)上述反应的离子方程式为：___________，该实验是探究___________对反应速率的影响。
(2)若实验①在2min末收集了4.48mLCO2(标准状况下)，则在2min末，c(MnO)=___________ml/L(假设混合溶液的体积为50mL，反应前后体积变化忽略不计)。
(3)小组同学发现反应速率变化如图乙，其中t1～t2时间内速率变快的主要原因可能是___________。
Ⅱ．溶液中存在平衡：(橙色)(黄色)。用溶液进行下列实验：
(4)向溶液中加入30%NaOH溶液，溶液呈___________色。向溶液中逐滴加入溶液(已知为黄色沉淀)，则平衡向着___________方向移动，溶液颜色变化为___________。
(5)对比实验②和④可得出的结论是___________。
【答案】(1) 浓度
(2)0.0052
(3)反应放热或产物是反应的催化剂
(4) 黄 正反应 橙色逐渐变浅，最后变为无色
(5)酸性溶液氧化性强
【分析】(1)上述反应中草酸被酸性高锰酸钾溶液氧化为二氧化碳、高锰酸根被还原为锰离子，反应的离子方程式为2MnO+5H2C2O4+6H+=2Mn2++10CO2↑+8H2O；两次试验，草酸浓度不同，所以该实验探究的是浓度对化学反应速率的影响。
(2)若实验①在2min末收集了4.48mL CO2(标准状况下)，二氧化碳的物质的量为0.0002ml，根据2MnO+5H2C2O4+6H+=2Mn2++10CO2↑+8H2O可知，反应消耗0.00004ml MnO，则在2min末，c(MnO)=ml·L-1。
(3)图乙中t1～t2时间内反应速率加快，主要原因可能是反应放热或产物Mn2+是反应的催化剂。
(4)向K2Cr2O7溶液中加入30%NaOH溶液，氢离子浓度减小，Cr2O(橙色)+H2O2CrO(黄色)+2H+平衡正向移动，溶液呈黄色；若向溶液中逐滴加入溶液，则产生黄色沉淀，CrO浓度减小，平衡向着正反应方向移动，溶液中Cr2O 、CrO的浓度均减小，则溶液颜色变化为橙色逐渐变浅，最后变为无色。
(5)根据实验②可知，酸性条件下K2Cr2O7能氧化乙醇；根据实验④可知，碱性条件下K2Cr2O7不能氧化乙醇，对比实验②和④，可得出的结论是K2Cr2O7酸性溶液氧化性强。条件
提高反应速率
提高平衡转化率
压强
增大压强
增大压强
温度
升高温度
降低温度
催化剂
使用
无影响
浓度
增大反应物浓度
增大反应物浓度，降低生成物浓度
外部条件
工业合成氨的适宜条件
压强
10～30 MPa
温度
400～500 ℃
催化剂
使用铁触媒作催化剂
浓度
氨及时从混合气中分离出去，剩余气体循环使用；及时补充N2和H2
温度/℃
700
800
830
1000
1200
K
0.6
0.9
1.0
1.7
2.6
0
2
4
6
8
0
1.6
2.8
3.6
3.6
t/s
0
50
150
250
350
0
0.16
0.19
0.20
0.20
实验组别
NO起始浓度/()
起始浓度/()
起始的正反应速率／()
I
II
III
时间/min
5
10
15
20
25
30
c(NH3)/ml·L-1
0.08
0.14
0.18
0.20
0.20
0.20
实验序号
A溶液
B溶液
①
20mL溶液
30mL溶液
②
20mL溶液
30mL溶液