化學(xué)反應(yīng)原理綜合大題(二)

1.研究CO還原NOx對環(huán)境的治理有重要意義，相關(guān)的主要化學(xué)反應(yīng)有:

INO2(g)+C0(g)—C02(g)+N0(g)AHi

II2N02(g)+4C0(g)lN2(g)+4C02(g)AH2Vo

m2N0(g)+2C0(g)」N2(g)+2C02(g)AH3Vo

(1)已知：每Imol下列物質(zhì)分解為氣態(tài)基態(tài)原子吸收的能量分別為

N02COC02NO

819kJ1076kJ1490kJ632kJ

x

①根據(jù)上述信息計算A乩=kJ-mol-o

②下列描述正確的是o

A.在絕熱恒容密閉容器中只進行反應(yīng)I,若壓強不變，能說明反應(yīng)I達到

平衡狀態(tài)

B.反應(yīng)nAH<0,ASV0；該反應(yīng)在低溫下自發(fā)進行

C.恒溫條件下，增大co的濃度能使反應(yīng)ni的平衡向正向移動，平衡常數(shù)

增大

D.上述反應(yīng)達到平衡后，升溫，三個反應(yīng)的逆反應(yīng)速率均一直增大直至達

到新的平衡

T

(2)在一個恒溫恒壓的密閉容器中，NO?和CO的起始物質(zhì)的量比為1：2進

行反應(yīng)，反應(yīng)在無分子篩膜時二氧化氮平衡轉(zhuǎn)化率和有分子篩膜時二氧化氮轉(zhuǎn)

化率隨溫度的變化如圖所示，其中分子篩膜能選擇性分離出N2O

①二氧化氮平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而降低的原因為

②P點二氧化氮轉(zhuǎn)化率高于T點的原因為

22

⑶實驗測得，ViE=kiE?c(N0)?c(C0),V逆=%?c(N2)?c2(C02)(k正、

k逆為速率常數(shù)，只與溫度有關(guān))。

①一定溫度下，向體積為1L的密閉容器中充入一定量的NO和CO,只發(fā)生

反應(yīng)HI,在ti時刻達到平衡狀態(tài)，此時n(CO)=0.lmol,n(NO)=0.2mol,n(N2)=amol,

且N2占平衡總體積的1/4則：｝=______________o

K逆

②在t2時刻,將容器迅速壓縮到原容積的1/2,在其它條件不變的情況下.t3

時刻達到新的平衡狀態(tài)。請在圖中補充畫出t2T3T4時段，正反應(yīng)速率的變化

曲線o

2

【答案】（1）①-227②AB

（2）①反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡逆向移動（或平衡常數(shù)減小）

②分子篩膜從反應(yīng)體系中不斷分離出用，有利于反應(yīng)正向進行，二氧化氮

轉(zhuǎn)化率升高

(3)①270（起點的縱坐標為16,t3時刻達到平衡,t3-t4

處于平衡狀態(tài)與已有線平齊）

【解析】(1)①AA=E反應(yīng)物—E生成物=819+1076—1490一632=一227kJ/^lol；②A項,

反應(yīng)前后氣體系數(shù)不變，如果是恒溫恒容，無論平衡是否移動，容器中的壓強

均不變，換為絕熱容器后，隨著反應(yīng)的正向進行，反應(yīng)放出熱量，體系溫度升

高，等量氣體的壓強隨之增大，此時壓強是變量，可以作為平衡的依據(jù)，A項正

確；B項，當AH-TASVO時，反應(yīng)自發(fā)進行，由AHVO,AS<0,推出該反應(yīng)

低溫下自發(fā)進行，B項正確；C項，增大CO的濃度可以使反應(yīng)in的平衡向正向

移動，但是平衡常數(shù)只受到溫度的影響，溫度不變，平衡常數(shù)不變，C項錯誤;

D項，溫度升高，反應(yīng)速率增大，三個反應(yīng)的逆反應(yīng)速率均增大，三個反應(yīng)均為

放熱反應(yīng)，溫度升高，反應(yīng)向吸熱方向進行，則平衡逆向移動，所以平衡移動

的初期為逆反應(yīng)速率大于正反應(yīng)速率，為了達到新的平衡，逆反應(yīng)速率向正反

3

應(yīng)速率靠近，逆反應(yīng)速率會減小，所以逆反應(yīng)速率的變化趨勢為先增大后減小，

D項錯誤；（2）①反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡向逆反應(yīng)（吸熱）方向進行，

二氧化氮轉(zhuǎn)化率降低；②相同溫度下，二氧化氮的轉(zhuǎn)化率在P點較高是因為使

用了分子篩膜，將產(chǎn)物N分離出來，降低了產(chǎn)物的濃度，使平衡正向進行，從

而二氧化氮的轉(zhuǎn)化率提高；

（3）①列三段式求解：

2NO(g)+2CCXg)—N;(g)+2C0;(g)

初始mol0.2+2a0.1+2a00

轉(zhuǎn)化mol2a2aa2a

平衡mol0.20.1a2a

因為弗占平衡總體積的1/4,所以02+0；+a+2aW，a=0.3moL此時為平衡狀

222

態(tài)，有V正二V逆，即卜正?C(NO)?c(C0)=k逆?c(Nz)?C(C02),

k正=CMS)=03x0.62

=27Q;②在t2時刻，將容器迅速壓縮到原容積的1/2,壓強

k逆C2(NO)C2(CO)0.22X0.12

瞬間增大為原來壓強的兩倍，正逆反應(yīng)速率均增大，但是壓強增大，平衡向正

反應(yīng)（氣體系數(shù)減小）方向進行，則正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率，所以正反應(yīng)速

率的總體趨勢為先突然增大，然后減小,

2.乙醛是一種重要的煌類衍生物，廣泛應(yīng)用于紡織、醫(yī)藥、化纖、染料和

食品工業(yè)。

（一）以乙烯和氧氣（或空氣）為原料，在由PdCk、CuCl2＞鹽酸組成的催化劑

水溶液中，進行液相氧化生產(chǎn)乙醛，工業(yè)上一般控制反應(yīng)溫度在120~130℃,壓

強在300~350KPa。又稱Wacker法。其反應(yīng)式為：

主反應(yīng)：CH2=CH2(g)+jo2(g)^CH3CHO(g)A4—243.2

kJ?moF1

i3

副反應(yīng)：yCH2=CH2(g)+-02(g)=CO2(g)+H2O(g)、H=—

705.5kJ?mol-1

(1)已知：水的汽化熱是44.0kJ-mol-,請計算乙烯的燃燒熱：NH

=kJ,mol-1

汽化熱：在標準大氣壓UOlKPa)下，使Imol物質(zhì)在一定溫度下蒸發(fā)所需要

的熱量。

(2)Wacker法乙烯氧化制乙醛過程，按照以下機理進行：

①乙烯埃基化反應(yīng)：_____________________________

②金屬杷的再氧化反應(yīng)：Pd+2CUC12=PdCl2+2CuCl

③氯化亞銅的氧化反應(yīng)：2CuCl+102+2HC1=2CUC12+H20

請寫出①的反應(yīng)方程式。

(3)下列有關(guān)說法正確的是

A.Wacker法制乙醛反應(yīng)中，氯化鈿是反應(yīng)催化劑，氯化銅的作用是使催化

劑再生，沒有氯化銅的存在，就不能完成此催化過程。

B.工業(yè)上采用的原料氣中乙烯大量過量，并有大量未反應(yīng)的乙烯氣要循環(huán)

使用，這樣可提高乙烯利用率，同時原料氣中加入CO?有利于提高乙醛選擇性。

5

C.原料氣中乙烯大量過量的原因可能是為了讓乙烯的體積分數(shù)處在爆炸極

限范圍之外，以避免危險的發(fā)生。

D.乙烯氧化生成乙醛的反應(yīng)是在氣-液相中進行的，加壓和升溫都有利于

提高乙烯和氧在液體中的溶解度，加快反應(yīng)速率。

(4)控制反應(yīng)條件在120~130℃和300~350KPa,原料氣的體積比是

V(C2H4):V(O2)：V(CO2)：V(N2)=15：10.5：9.5：65,以一定流速通入催化劑

水溶液中，一段時間后反應(yīng)達平衡，測得乙烯的體積分數(shù)是0.1,氧氣的體積分

數(shù)是0.05,如果充入lOOmol原料氣，請計算反應(yīng)達平衡時，Z7(CH3CHO)=

mole(不考慮HC1的揮發(fā))

(二)實際工業(yè)生產(chǎn)要求有較高產(chǎn)量，速率不能太低，轉(zhuǎn)化率盡可能大，所

以應(yīng)盡量使平衡正向移動。

(1)可逆反應(yīng)：aA+bB=rR+sS,對反應(yīng)物A,凈反應(yīng)速率為n=r正

(XA)-r逆區(qū))，XA為反應(yīng)物A的轉(zhuǎn)化率，圖a表示反應(yīng)物A的轉(zhuǎn)化率和A的凈

反應(yīng)速率與溫度(T)的關(guān)系圖。圖a分析可知，在相同溫度下，凈反應(yīng)速率為

時,XA最大(從"r=0、n、R、n、n”選填)；由圖a判斷該反應(yīng)是

反應(yīng)(填“吸熱”或“放熱”),并簡述原因o

(2)請在圖a中繪制:在不同r下，符合工業(yè)生產(chǎn)要求的最佳溫度

6

【答案】(―)(1)-1499(2)CH2—CH2(g)+PdCl2+H20=CH3CHO+Pd+

(3)ABC(4)4

(二)(l)r=O放熱由圖分析可知，反應(yīng)達平衡時(r=0),隨溫度升

高，XA降低，故該反應(yīng)為放熱反應(yīng)(2)

13

【解析】(一)(1)JCH2-CH2(g)+-o2(g)—C02(g)+H20(g)、H=—

705.5kJ?mol-1①

-1

H20(g)-H20(l)A-44.OkJ-mol②

利用蓋斯定律，將①X2+②X2可得乙烯的燃燒熱：A〃=[(-705.5)X2+(-

44.0)X2]kJ-mol-1=-1499kJ?mol,(2)乙烯之基化是指乙烯在PdCb的氧

化下生成CRCHO'Pd等,則①的反應(yīng)方程式為:CH2=CH2(g)+PdCl2+H20=CH3CHO

+Pd+2HClo(3)A項，Wacker法制乙醛反應(yīng)中，氯化鋁是反應(yīng)的催化劑，參

與反應(yīng)(將乙烯氧化為乙醛)后被還原為Pd,CuCL將其氧化為PdCk,又可表現(xiàn)

7

出催化能力，從而完成催化過程，A正確；B項，工業(yè)上采用的原料氣中乙烯大

量過量，可促進平衡正向移動，提高乙醛的產(chǎn)量，雖然乙烯的轉(zhuǎn)化率降低，但

由于原料氣的循環(huán)使用，最終可提高乙烯的利用率；原料氣中加入CO?,可降低

乙烯氧化生成CO2的轉(zhuǎn)化率，有利于提高乙醛的選擇性，B正確；C項，乙烯與

02混合達到一定體積分數(shù)范圍時會發(fā)生爆炸，所以原料氣中乙烯大量過量的原

因可能是為了讓乙烯的體積分數(shù)處在爆炸極限范圍之外，C正確；D項，乙烯氧

化生成乙醛的反應(yīng)是在氣-液相中進行的，加壓有利于提高乙烯和氧在液體中的

溶解度，加快反應(yīng)速率，但升溫對乙烯和氧在液體中的溶解不利，D不正確；故

選ABC。(4)原料氣的體積比是V(C2HJ:V(02)：V(CO2):V(N2)=15：10.5：9.5：

65,充入lOOmol原料氣，則〃(C2HD=100molX15%=15mol,z?(02)=100molX

10.5%=10.5molo

設(shè)生成CH3CHO的CH2XH2物質(zhì)的量為x,燃燒生成CO?的CH2XH2物質(zhì)的量為

y,則可建立下列三段式：

CH;-CH;(g)+30式g)，—2co式g)+2H:0(g)

y3,v2y2y

2CH;=CH;(g)+5(g)-2CH；CHO(g)

趣退(mol)15-y10.5-3y0

變化量(mol)2A-X2x

平衡t(mol)15-2x-y10.5-x-3y2x

則與戶=0.1①

100-x

②

解①、②方程，可求出產(chǎn)2mol,所以反應(yīng)達平衡時，Z7(CH3CHO)=4mol。

8

(二)(1)圖a分析可知，在相同溫度下，轉(zhuǎn)化率最大的點，其凈反應(yīng)速率為

0,所以凈反應(yīng)速率為r=0時，XA最大；由圖a可知，當轉(zhuǎn)化率達到最高點后,

升高溫度，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率降低，則平衡逆向移動，所以該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，

原因是：由圖分析可知，反應(yīng)達平衡時(r=0),隨溫度升高，XA降低，故該反應(yīng)

為放熱反應(yīng)。(2)在不同r下，符合工業(yè)生產(chǎn)要求的最佳溫度，是r=0的各個點

的連線，圖象為：

3.工業(yè)上一般以C0和乩為原料合成甲醇，該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：

CO(g)+2H2(g)-CH3OH(g)

(1)該反應(yīng)的A「0(填“>”、"V”或“=”)。

(2)若將等物質(zhì)的量的CO和乩混合氣體充入恒溫恒容密閉容器中進行上述

反應(yīng)，下列事實能說明此反應(yīng)已達到平衡狀態(tài)的是

A.容器內(nèi)氣體密度保持不變

B.混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變

C.生成CH3OH的速率與生成H2的速率相等

D.C0的體積分數(shù)保持不變

9

(3)當按投料比%=2,分別在Pl、P2、P3壓強下，測得不同溫度下平衡時

CO的平衡轉(zhuǎn)化率如圖lo

圖1mH：｝n（CO）-2

圖2

500510520530540550FK

520K時，投料比倦卜2(總物質(zhì)的量為3mo1),維持反應(yīng)過程中壓強P3不

變,達到平衡時測得容器體積為0.1L,則平衡常數(shù)能

若乩和CO的物質(zhì)的量之比為n：1(維持反應(yīng)過程中壓強P3不變)，相應(yīng)平

衡體系中CH3OH的物質(zhì)的量分數(shù)為x,請在圖2中繪制x隨n變化的示意圖

(4)甲醇合成甲醛的反應(yīng)為：

I.2cH30H(g)-CH30cH3(g)+H20(g)(主反應(yīng))

II.2CH30H(g)—C2H4(g)+2&0(g)(副反應(yīng))

反應(yīng)過程中的能量變化如圖3所示。

①在一定溫度下，在恒容容器中進行合成甲醛的反應(yīng)，測得CH30cH3含量隨

著時間的推移，先增大后減小，請結(jié)合碰撞理論說明原因：

②在不改變溫度的前提下，說出其中一個能增大CH30cH3選擇性的措施:

Q.0苧

【答案】(1)<(2)BD(3)0.25I

(4)①反應(yīng)I的活化能小于反應(yīng)n的活化能，相同條件下反應(yīng)I的反應(yīng)速率

大于反應(yīng)n速率，故所以一開始CH30cH3含量顯著上升。后隨著反應(yīng)n的進行,

CH30H濃度減小，HzO(g)濃度變大，促使反應(yīng)I平衡左移，CH30cH3含量又有所下

降

②增大P

【解析】(1)一氧化碳和氫氣反應(yīng)生成甲醇的反應(yīng)是化合反應(yīng)，大多數(shù)的化

合反應(yīng)吸熱，故該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，NH<0；(2)A項，該反應(yīng)為一個恒容的反

應(yīng)，反應(yīng)過程中氣體總質(zhì)量不變，氣體總體積不變，故混合氣體的密度恒不變，

A錯誤；B項，混合氣體的平均相對分子質(zhì)量等于混合氣體的質(zhì)量除以混合氣體

的總物質(zhì)的量，隨著反應(yīng)的不斷進行，混合氣體的總物質(zhì)的量不斷減小，當反

應(yīng)達平衡時，混合氣體的總物質(zhì)的量不再發(fā)生變化，混合氣體的平均相對分子

質(zhì)量也不再發(fā)生變化，故可以判斷反應(yīng)達平衡狀態(tài)，B正確；C項，甲醇的生成

TT

速率與氫氣的生成速率相等，但不等于化學(xué)計量數(shù)的比，故不能判斷反應(yīng)達平

衡，C錯誤；D項，隨著反應(yīng)的不斷進行，CO的體積分數(shù)不斷減小，當反應(yīng)達平

衡時，CO的體積分數(shù)不再發(fā)生變化，故可以判斷反應(yīng)達平衡，D正確；故選BD；

(3)520K、P3壓強下,CO的轉(zhuǎn)化率為80%,當投料比^^=2且總物質(zhì)的量為3mol

時，n(H2)=2moLz?(C0)=lmol,則平衡時c(H2)=4mol/L,c(C0)=2mol/L,

c(CH30H)=8mol/L,該溫度下的平衡常數(shù)后黑優(yōu);=下三=0.25；達到平衡時

CH30H的物質(zhì)的量分數(shù)為鼻=0.57,當n值大于或小于2時，甲醇的物質(zhì)的量

Z+4+o

(2,0.57)

分數(shù)均減小，故正確的圖像為：!

;(5)①在一定溫度下,

在恒容容器中進行合成甲醛的反應(yīng)，測得CH30cH3含量隨著時間的推移，先增大

后減小，是因為反應(yīng)I的活化能小于反應(yīng)n的活化能，相同條件下反應(yīng)I的反

應(yīng)速率大于反應(yīng)II速率，故所以一開始CH30cH3含量顯著上升。后隨著反應(yīng)n的

進行，CH30H濃度減小，HzO(g)濃度變大，促使反應(yīng)I平衡左移，CH30cH3含量又

有所下降；②在不改變溫度的前提下，能夠增大CH30cH3的選擇性可以通過增大

壓強等方法。

4.過量排放含氮物質(zhì)會污染大氣或水體,研究氮及其化合物的性質(zhì)及轉(zhuǎn)化,

對降低含氮物質(zhì)的污染有著重大的意義。

(1)合成氨反應(yīng)。

已知,氨的分解反應(yīng)：2NB(g)=N2(g)+3H2(g),活化能Ea=600kJ?mol\

TZ

合成氨有關(guān)化學(xué)鍵的鍵能如下表:

化學(xué)鍵H—HN三NN—H

E/kJ,mol1436946391

13

則合成氨反應(yīng)：yN2(g)+yH2(g)一限(g)的活化能Ea=

(2)已知2N0+02=2N()2反應(yīng)歷程分兩步

活化

方程式焙變

能

總反應(yīng)2N0(g)+02(g)=2N02(g)E總.△樂0

第一步(快速

Eal

2N0(g)—N202(g)△耳

平衡)

第二步(慢反N202(g)

Ea2△國

應(yīng))+02(g)=2N02(g)

①平衡常數(shù)K可用氣體分壓來表示，即K的表達式中用平衡分壓代替平衡

濃度，分壓=總壓X物質(zhì)的量分數(shù)(例如：p(NO)=P&xx(NO)),某一時刻第一步

達到平衡，寫出第一步反應(yīng)的平衡常數(shù)J=(用P總和各氣體的物質(zhì)的分

數(shù)來表示)。

②用NO表示總反應(yīng)的速率方程為MNOXkiaNOAcQ);NO2表示的總反應(yīng)

速率方程為v(NO2)=k2.c(NO).c(O2),左與h是速率常數(shù)，貝！Jkjk2=o

③下列關(guān)于反應(yīng)2N0(g)+02(g)=2N02(g)的說法正確的是o

A.2Ea=%+Ea2B.增大壓強，反應(yīng)速率常數(shù)增大

C.溫度升高，正逆反應(yīng)速率都增大D.總反應(yīng)快慢由第二步?jīng)Q定

(3)NIL催化還原氮氧化物(SCR)技術(shù)是目前應(yīng)用最廣泛的煙氣氮氧化物脫

除技術(shù)。

①用活化后的V2O5作催化劑，氨氣將NO還原成N的一種反應(yīng)歷程如圖1所

示，請寫出圖1中所示的總反應(yīng)方程式,該反應(yīng)的含氮氣體組分隨溫度

變化如圖2所示,當溫度大于600K時,可能發(fā)生副反應(yīng)的化學(xué)方程式o

圖1氨氣選擇性還原NO反應(yīng)歷程圖2氣體中含氨組分濃度隨溫度變化

②在有催化劑的作用下，經(jīng)過相同時間，測得脫氮率隨反應(yīng)溫度的變化情

況如下圖所示，其他條件相同時，請在圖中補充在無催化劑作用下脫氮率隨溫

度變化的曲線O

(4)電解法處理氮氧化合物是目前大氣污染治理的一個新思路，原理是將

NO、在電解池中分解成無污染的苗和除去，如下圖示，兩電極間是新型固體氧

化物陶瓷，在一定條件下可自由傳導(dǎo)03電解池陰極反應(yīng)為

，卜|—

NOir*

x

【答案】⑴254kJ?mT⑵①造瑞②1③CD

(3)@4NH3+4N0+02=4N2+6H20

4NH3+502=4N0+6H20(^N2+02=2N0)

2-

(4)2N0x+4xe-=N2+2xO

【解析】(。△!!=反應(yīng)物總鍵能性成物總鍵能，△H=；X(N三N)+：X

13

(H-H)-3X(N-H)=yX946kJ/mol+-X436kJ/mol4X391kJ/mol=-46kJ/mol,

△11=正反應(yīng)活化能壁反應(yīng)活化能，則Y6=Ea-J義600,Ea=254kJ/mol；

(2)①根據(jù)平衡常數(shù)L=端，②平衡時，根據(jù)反應(yīng)速率

\/另、\/

15

與計量系數(shù)成正比，v(NO)=v(N02),即kjc(NO)?c(()2)=k2，c(NO)力。),則

ki=k2,2=1；③A項，總反應(yīng)的活化能由決速步驟決定，即由慢反應(yīng)決定，

故A錯誤；B項，平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，故B錯誤；C項，溫度升高，正逆反

應(yīng)速率都增大，故C正確；D項，總反應(yīng)快慢由慢反應(yīng)決定，故D正確；故選

CD；(3)①根據(jù)圖示1可知NB、NO、O2反應(yīng)生成此和慶0,方程式為：4NH3+4N0

+02=4N2+6H20；根據(jù)圖2,發(fā)生副反應(yīng)產(chǎn)生NO,方程式為：4NH3+502=4N0+

6H2。(或NZ+O2=2NO)；②催化劑可加快反應(yīng)速率，縮短反應(yīng)時間，平衡不移動。

相同時間內(nèi)，沒有催化劑時單位時間內(nèi)脫氮率將下降，由此作圖；

(4)

；由題意可知NOx經(jīng)電解形成N2,結(jié)合電子轉(zhuǎn)移、

?100200)00400WO

amv/r

2-

電荷守恒，陰極反應(yīng)為：2N0x+4xe-=N2+2X0O

5.研究氫的獲得和應(yīng)用具有重要意義。

⑴已知：2112s(g)—2H2(g)+S2(g)>0將0.20molH2s氣體充入密

閉容器中，保持恒壓(p=a)、溫度Ti條件下進行上述反應(yīng)。

①下列可以作為反應(yīng)達到平衡狀態(tài)的判據(jù)是o

A.氣體的平均相對分子質(zhì)量不變B.。正田2?=2。逆⑸)

C.｛不變D.容器體積不變

②L時刻反應(yīng)達到平衡，H2s的平衡轉(zhuǎn)化率為40%。該反應(yīng)的平衡常數(shù)

T3

4=(用a的代數(shù)式表示。對于氣相反應(yīng)，用某組分B的平衡壓強p(B)

代替物質(zhì)的量濃度c(B)也可表示平衡常數(shù)，記作旗如p(B)=p-x(B),p為平

衡總壓強，x(B)為平衡系統(tǒng)中B的物質(zhì)的量分數(shù))。

③反應(yīng)溫度Ti時，畫出0工2時段，加SJ隨時間變化曲線"(S2)—t]。保持

其它條件不變，改變反應(yīng)溫度為丁2,畫出0工2時段，4⑸)隨時間變化趨

勢的曲線"(s，一t]

(2)已知：某催化劑作用下，乩還原NO的反應(yīng)有兩種可能:

I.2N0(g)+H2(g)=N20(g)+H20(g)AH\

II.2NO(g)+2H2(g)—N2(g)+2H20(g)A巡

反應(yīng)歷程可以表示為(*表示吸附態(tài))

吸附分解：NO(g)fNO*-N*+O*①

H?(g)f2H*②

反應(yīng)脫附：O*+2H*TH2O(g)③

N*+NO*^N2O(g)④

N*+N*fN?(g)⑤

17

其中，反應(yīng)脫附過程中④與⑤是一組競爭關(guān)系，決定了乩還原NO的最終產(chǎn)

物。

①如圖顯示不同溫度條件下，原料氣〃（Hj：〃（NO）=l,達到平衡時體系中岫

和NO的含量，由此判斷AM0（填“〉”或“<”）；判斷反應(yīng)脫附過程

中④與⑤兩步反應(yīng)的活化能高低并說明理由O

②如圖顯示不同溫度條件下，原料氣"（Hj："（NO）分別為1、2、3（對應(yīng)圖中

標注“1”、“2”、“3”），達到平衡時，體系中N2和的含量，由此可知，

增加乩的量，可以增加的選擇性（填“弗”或“40”）

【答案】（1）①ABD②

TK

(2)①》由圖可知溫度低時以反應(yīng)④為主，溫度高時以反應(yīng)⑤為主，說

明反應(yīng)⑤具有較高的反應(yīng)活化能②M

【解析】(1)①A項，該反應(yīng)反應(yīng)物和生成物均為氣體，且前后氣體系數(shù)之

和不相等，所以氣體總物質(zhì)的量會變，而總質(zhì)量不變，所以未平衡時氣體的平

均相對分子質(zhì)量會變，當其不變時，說明反應(yīng)達到平衡，故A符合題意；B項,

同一反應(yīng)同一時段反應(yīng)速率之比等于計量數(shù)之比，所以。正(H2s)=2%(S，，所以

當/正(H2s)=2/逆⑸)時，也即v正區(qū))=/逆⑸)，說明反應(yīng)平衡，故B符合題意；

C項，平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，無論反應(yīng)是否平衡，只要溫度不變K就不變，所

以K不變不能說明反應(yīng)平衡，故C不符合題意；D項，反應(yīng)過程中恒壓，而前后

氣體系數(shù)之和不相等，所以未平衡時容器體積會變，當體積不變時說明反應(yīng)平

衡，故D符合題意；故選ABD；②根據(jù)分析可知平衡時A(H2S)=0.12moL

Z?(H2)=0.08mol,/7區(qū))=0.04moL氣體總物質(zhì)的量為

0.12mol+0.08mol+0.041noi=0.241noi，總壓強為a,所以p(HS)=,同

20.24mol2

理可知夕(H2)=；a,p(S2)=1a,;③反應(yīng)溫度Ti時，初始

3o

投料為0.20molH2S,所以反應(yīng)過程中S2的物質(zhì)的量增大，匕時反應(yīng)達到平衡,

S2的物質(zhì)的量不再改變，根據(jù)三段式可知平衡時A(S2)=0.04mol；反應(yīng)溫度T2

時，該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，升高溫度，反應(yīng)速率加快，達到平衡所需時間縮短,

且平衡正向移動，平衡時A(S2)>0.041no1,所以曲線圖為

(2)①據(jù)圖可知溫度越高弗含量越大，而N20在溫度達到一定值繼續(xù)升高溫度含

量下降，說明生成NO的反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，所以＞0；由圖可知溫度低時以反

應(yīng)④為主，說明該反應(yīng)容易進行，溫度高時以反應(yīng)⑤為主，說明反應(yīng)⑤具有較

高的反應(yīng)活化能；②據(jù)圖可知相同溫度的情況下，投料比越大，即氫氣的量越

多，苗的含量越高，說明增加氫氣的量可以增加總的選擇性。

6.可逆反應(yīng)2S02(g)+02(g)=2S03(g)是硫酸工業(yè)中非常重要的一個反應(yīng),

因該反應(yīng)中使用催化劑而被命名為接觸法制硫酸。

(1)某溫度下，使用V2O5進行反應(yīng):2S02(g)+02(g)=2S03(g),在保證。2(g)

的濃度不變的條件下，增大容器的體積，平衡(填字母代號)。

A.向正反應(yīng)方向移動B.不移動C.向逆反應(yīng)方向移動D.無法

確定

(2)使用V2O5催化該反應(yīng)時，涉及到催化劑V2O5的熱化學(xué)反應(yīng)有：

?V205(s)+S02(g)-V2O4(s)+SO3(g)M=+59.6kJ/mol

②2V2O4(s)+O2(g)=2V205(S)32=-314.4kJ/mol

向10L密閉容器中加入VzOKs)、S02(g)各lmol及一定量的O2,改變加入

的量，在常溫下反應(yīng)一段時間后，測得容器中V2O4、V2O5、SO?和S03的量隨反

應(yīng)前加入的變化如圖所示，圖中沒有生成SO3的可能原因是

(3)向一保持常壓的密閉容器中加入V2()5(s)、S02(g)各0.6mol,02(g)0.3mol,

此時容器的體積為10L,分別在「、丁2兩種溫度下進行反應(yīng)，測得容器中SO?的

轉(zhuǎn)化率如圖所示。

afSOM

力

//?

//?

y?

°h時印s

①T2時，2sO2(g)+O2(g)=2S03(g)的平衡常數(shù)K=o

②下列說法正確的是o

A.TiVTz

B.若向該容器通入高溫He(g)(不參加反應(yīng)，高于Tz),S03的產(chǎn)率將減小，

僅因為溫度升高，平衡向逆方向移動

C.合成硫酸的設(shè)備中，在接觸室合成S03需要高壓設(shè)備

D.依據(jù)反應(yīng)裝置所能承受的最高溫度定為此反應(yīng)溫度

③在比更高的溫度丁3下，反應(yīng)②平衡向左移動，生成更多的V2O4固體會

7T

覆蓋在V2O5固體的表面上，該因素對反應(yīng)①影響超過了溫度因素的影響。請在

圖中畫出在丁3下，a(SO2)在0?ti時刻的變化圖(0?。時刻之間已經(jīng)平

衡)o

【答案】(DB

(2)常溫下,V205(s)+S02(g)-V2O4(s)+S03(g)和2S02(g)+02(g)—2S03(g)

反應(yīng)都很慢

a(SO?)/%|

(3)①1.89X104②AC③9°|-Z7Z~"r*

—

【解析】(1)Tz時使用V2O5進行反應(yīng):2S02(g)+02(g)—2S03(g),實際上

反應(yīng)的過程為①V2()5(S)+S02(g)=V2()4(S)+S03(g),②2V2()4(S)+02(g)=

2V205(S)反應(yīng)①為反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量不變的反應(yīng)，增大容器的體積，即減

小壓強，平衡不移動，對于反應(yīng)②，由于氧氣的濃度不變，則平衡也不移動，

故2s02(g)+02(g)—2s03(g)不移動，故答案為B；(2)由圖像可知，隨反應(yīng)前

加入里的變化，SO?未參與反應(yīng)，V2O4逐漸減少，V2O5逐新增多，由此可知，容

器中發(fā)生反應(yīng)2V2()4(s)+02(g)w2V2()5(s),而反應(yīng)V2()5(s)+S02(g)一

V204(s)+S03(g)和2S02(g)+02(g)=2S03(g)幾乎沒有發(fā)生，可能是在常溫下反

應(yīng)都很慢，則沒有生成S03；(3)①由圖像可知，在T2溫度下，該反應(yīng)達到平衡

狀態(tài)時，SO2的轉(zhuǎn)化率為90%,則SO2的轉(zhuǎn)化量為0.54moL可列出三段式(單位

為mol)為：

2SO3+022SO3

起始0一60.30

改變0.540.270.54

平衡0.060.030.54

則平衡時氣體總物質(zhì)的量為0.06mol+0.03mol+0.541noi=0.63mol,設(shè)平衡

時容器的體積為V,根據(jù)恒溫恒壓下，氣體的體積之比等于物質(zhì)的量之比可得:

2(0.54)2

呼=黑吟，解得，V=7L,則該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=。屋003=

V0.63molc(dO2)xc(O2)2義出。3

1.89X104;②A項，由圖像可知，在Tz溫度下，該反應(yīng)先達到平衡狀態(tài)，則反應(yīng)

速率更大，且該反應(yīng)正向為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動，SO2的轉(zhuǎn)化率

低，則丁2溫度更高，則T1VT2,A正確；B項，通入高溫He,相當于加熱，同時

容器的體積增大，相當于減小壓強，平衡均左移，產(chǎn)率減小，B錯誤C項，在接

觸室增大壓強，有利于合成S03,所以需要高壓設(shè)備，C正確；D項，為了安全

起見，反應(yīng)溫度應(yīng)低于反應(yīng)裝置所能承受的最高溫度定，D錯誤；故選AC；③

在比Tz更高的溫度T3下，反應(yīng)②平衡向左移動，轉(zhuǎn)化率降低，同時生成更多的

V2O4固體會覆蓋在V2O5固體的表面上，該因素對反應(yīng)①影響超過了溫度因素的影

響，所以反應(yīng)速率也降低。所以在T3下，a(SO?)在0?匕時刻的變化圖(0?匕

7.化合物PHJ是一種白色晶體，受熱不穩(wěn)定，易分解產(chǎn)生PR。PA是無色

劇毒氣體，廣泛用于半導(dǎo)體器件和集成電路生產(chǎn)的外延、離子注入和摻雜。

(1)在2L真空密閉容器中加入一定量PHJ固體，L℃時發(fā)生如下反應(yīng)：

PH4I(s)-PH3(g)+HI(g)

①下列可以作為反應(yīng)達到平衡的判據(jù)是o

A.容器內(nèi)氣體的壓強不變B.容器內(nèi)HI的氣體體積分數(shù)不變

C.容器內(nèi)PHJ質(zhì)量不變D.容器內(nèi)氣體的密度不變

E.容器內(nèi)氣體的平均相對分子質(zhì)量不變

②由時刻反應(yīng)達到平衡后，在t2時刻維持溫度不變瞬間縮小容器體積至1L,

t3時刻反應(yīng)重新達到平衡。在下圖中畫出t2?t4時段的U正、U逆隨時間變化

圖o

O11力2/3t

(2)PH4I固體分解產(chǎn)生的PA和HI均不穩(wěn)定，在一定溫度下也開始分解。

在2L真空密閉容器中加入一定量PHJ固體，已知在T2c時存在如下反應(yīng):

IPHd(s)-PH3(g)+HI(g)

II4PH3(g)—P4(g)+6H2(g)

DI2HI(g)」H2(g)+I2(g)卜國

①已知：298K,lOlkPa,H-P鍵、P-P鍵、H-H鍵的鍵能分別為322kJ?mol1.

2T

200kJ?mol，436kJ?mol1試計算A甚=。

②各反應(yīng)均達平衡時，測得體系中n(PH3)=amo1,z?(P4)=bmo1,z?(H2)=c

mol,則丁2℃時反應(yīng)I的平衡常數(shù)｛值為o(用a、b、

c表示)

③維持溫度不變，縮小體積增大壓強，達到新的平衡后，發(fā)現(xiàn)其它各成分

的物質(zhì)的量均發(fā)生變化，而A(L)基本不變，試解釋可能原因

【答案】⑴①ACD②:3

—IU|

Ot\±2玄3±4t

(2)①+48kJ?molT②a(a+16b—2c)

4

③增大壓強的瞬間各氣體濃度均增大，反應(yīng)I平衡逆向移動使c(HI)減小,

反應(yīng)n平衡逆向移動使。(乂)減小，對于反應(yīng)HI兩者作用相當，反應(yīng)HI平

衡不移動，刀(I，基本不變(只答反應(yīng)1口平衡不移動不得分)

【解析】(1)①A項，反應(yīng)前沒有氣體，反應(yīng)后生成氣體，反應(yīng)中容器內(nèi)氣

體壓強一直改變，當容器內(nèi)氣體壓強不再改變時，可以說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，

A符合；B項，根據(jù)反應(yīng)式可知，容器內(nèi)HI的氣體體積分數(shù)始終不變，容器

內(nèi)HI的氣體體積分數(shù)不變不能作為反應(yīng)達到平衡的標志，B不符合；C項,

容器內(nèi)PHJ的質(zhì)量不再改變時，可以說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，C符合；D項，容

器體積始終不變，氣體總質(zhì)量發(fā)生改變，則容器內(nèi)氣體的密度不再改變時，可

以說明反應(yīng)達到平衡，D符合；E.容器內(nèi)氣體的平均相對分子質(zhì)量始終不變，

容器內(nèi)氣體的平均相對分子質(zhì)量不變不能作為反應(yīng)達到平衡的標志，E不符合;

故選ACD；②0時刻反應(yīng)達到平衡后，在t2時刻維持溫度不變瞬間縮小容器體積

至1L,則平衡逆向移動，u逆〉u正，但由于PHJ為固體，增大壓強，正反應(yīng)速

率不變，t3時刻反應(yīng)重新達到平衡，U正=U逆，因此t2?t4時段的U正、V逆隨時

間變化圖為:;(2)①根據(jù)A層反應(yīng)物的總鍵能-生成物

Ot\±2±3￡4t

的總鍵能，△笈=(4X3X322kJ?mol1)-[(6X200kJ-mol1)+(6X436

11

kJ?mor)]=+48kj?mol；②各反應(yīng)均達平衡時，測得體系中Z7(PH3)=amol,

Z7(P4)=bmol,Z7(H2)=Cmol,根據(jù)白磷為bmoL結(jié)合反應(yīng)H計算可知，消耗的

PPL為4bmol和生成的乩為6bmol,因為最終PA為amol,說明反應(yīng)I生成的PH3

和HI都為(a+4b)moL最終氫氣為cmol,則反應(yīng)III生成乩為(c-6b)mol,反應(yīng)

m消耗HI為(2c-12b)mol,則平衡時HI為(a+4b-2c+12b)=(a+16b-2c)mol,T2℃

時，對于反應(yīng)I的平衡常數(shù)為仁,網(wǎng)3)：但1)=|,世若￡=2”1：一幻；③由于增大

壓強的瞬間各氣體濃度均增大，而反應(yīng)I平衡逆向移動使得C(HI)減小，反應(yīng)

II平衡逆向移動使。(的減小，對于反應(yīng)III兩者作用相當，反應(yīng)HI平衡不移

動，因此HL)基本不變。

8.對溫室氣體二氧化碳的研究一直是人們關(guān)注的熱點。某工廠使用C02

與乩來合成可再生能源甲醇，反應(yīng)如下：

藥

①主反應(yīng)：C02(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H20(g)△〃

②副反應(yīng)：2C02(g)+6H2(g)=C2H50H(g)+3H20(g)

(1)已知反應(yīng)中相關(guān)的化學(xué)鍵鍵能E數(shù)據(jù)如下表：

化學(xué)鍵c-oc=oH-HH-0C-H

E/kJ.mol1abcde

則主反應(yīng)的△生；該反應(yīng)自發(fā)進行條件是o

(2)投料時只添加反應(yīng)物，且C02和乩體積比為1比3,下列有關(guān)說法正確

的是o

A.若保持溫度、體積不變，當甲醇和水蒸氣的體積分數(shù)相等時可判斷反應(yīng)

達到平衡狀態(tài)

B.若保持溫度、體積不變，不斷分離出甲醇，平衡①右移。其原因是逆反

應(yīng)速率減小

C.在恒溫恒壓的密閉容器中，反應(yīng)已達平衡，若再按初始投料比加入反應(yīng)

物，達新平衡時，各物種分壓與原平衡相同

D.降低溫度或增大壓強可提高反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，也使該反應(yīng)的平衡常數(shù)K

增大

(3)其他條件相同，在催化劑作用和不加催化劑作用下，以上反應(yīng)進行相同

時間后，甲醇產(chǎn)率隨反應(yīng)溫度的變化如圖所示。該工廠更換為生產(chǎn)乙醇的生產(chǎn)

TT

線后，需要使用一種抑制劑P（可以降低化學(xué)反應(yīng)速率，作用原理似于催化劑）

來抑制主反應(yīng)①。

甲酹產(chǎn)率

I

①其他條件相同時，請在圖中畫出若選用抑制劑P,在溫度從TJC到之

間，甲醇產(chǎn)率的變化曲線可能出現(xiàn)的最大區(qū)域范圍，用*表示（此溫度范圍內(nèi)

催化劑和抑制劑均未失去活性，T4為曲線最高點）o

②試用碰撞理論解釋抑制劑的作用原理

（4）在一密閉恒容容器中，CO?和員的分壓分別為akPa、4akPa,加

入催化劑并在一定溫度下發(fā)生以上反應(yīng)，達到平衡后測得體系壓強是起始時的

0.8倍，且乙醇選擇性是甲醇選擇性的4倍。則反應(yīng)①的平衡常數(shù)為

除（kPa）'%（甲醇選擇性:轉(zhuǎn)化的CO2中生成甲醇的百分

比;用各物質(zhì)的分壓數(shù)據(jù)代替物質(zhì)的量濃度計算，須用最簡分數(shù)表示）。

【答案】（1）（2b+3c-a-3e-3d）kJ?mol*1低溫（2）BC

②抑制劑可升高反應(yīng)活化能，降低活化分子百分數(shù)，從而降低化學(xué)反應(yīng)速

(4)28a73125或28/3125，

【解析】(1)根據(jù)△年反應(yīng)物的總鍵能-生成物的總鍵能可知，主反應(yīng)的根

據(jù)△年(2b+3c-a-3e-3d)kJ?molT,該反應(yīng)為燧減的反應(yīng)，XH<0,因此該反應(yīng)

在低溫條件能夠自發(fā)進行；(2)A項，投料時只添加反應(yīng)物，且CO?和乩體積比

為1：3時，無論反應(yīng)是否達到平衡，甲醇和水蒸氣的體積分數(shù)均相等，A錯誤；

B項，溫度、體積不變，不斷分離出甲醇，濃度減小，逆反應(yīng)速率減小，平衡①

右移，B正確；C項，溫度不變，平衡常數(shù)不發(fā)生改變，因此若再按初始投料比

加入反應(yīng)物，達新平衡時，各物種分壓與原平衡相同，C正確；D項，平衡常數(shù)

只與溫度有關(guān)，因此增大壓強，平衡常數(shù)不發(fā)生改變，D錯誤；故選BC；(3)①

選用抑制劑P后，甲醇的生成速率降低，且T,為曲線的最高點，因此甲醇產(chǎn)率

劑的作用原理為：抑制劑可升高反應(yīng)活化能，降低活化分子百分數(shù)，從而降低

化學(xué)反應(yīng)速率；(4)根據(jù)題干信息可知，乙醇選擇性是甲醇選擇性的4倍，則轉(zhuǎn)

化的C02中有80%轉(zhuǎn)化為乙醇，20%轉(zhuǎn)化為甲醇，設(shè)轉(zhuǎn)化的CO2為x,列三段式有：

co2(g)+3H2(g)=CH30H(g)+H2O(g)

起始a4a00

轉(zhuǎn)化0.2x0.6x0.2x0.2x

平衡a-x4a-3x0.2x0.2x

282(g)+6H2(g)=C2H50H(g)+3H2O(g)

起始a4a

轉(zhuǎn)化0.8x2.4x0.4x1.2x

平衡a-x4a-3x0.4x1.2x

又達到平衡后測得體系壓強是起始時的0.8倍，則

02)+0.2x+0.4x+：x+(a-x)+(4a-3x),解得x=0.5a,則反應(yīng)①的平衡常數(shù)為4=

a+4a

0.1ax0.7a_28

0.5ax(2.5a)3-3125a2°

9.CO2催化加氫合成二甲醛是一種CO2轉(zhuǎn)化方法，其過程中主要發(fā)生下列反

應(yīng)：

-1

反應(yīng)I：CO2(g)+H2(g)—CO(g)+H20(g)AH=41.2kJ-mol

反應(yīng)II：2C02(g)+6H2(g)—CH30cH3(g)+3H20(g)

在恒壓、CO?和乩的起始量一定的條件下，CO?平衡轉(zhuǎn)化率和平衡時CH30cH3

的選擇性隨溫度的變化如圖。其中：

2xCHQCHa的物質(zhì)的量

CH30cH§的選擇性______2_____2___________xIi(n)(n)o/0/

反應(yīng)的CO,的物質(zhì)的量

80

60

40

20

1

(1)已知反應(yīng)：2co(g)+4H2(g)-CH3OH(g)+H20(g)AH=-204.9kJ?mol

31T

則反應(yīng)n的M.mor1,反應(yīng)n的自發(fā)條件為

A.高溫B.高壓C.低溫D.低壓

(2)溫度高于300℃,CO?平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而上升的原因是

____________________O

(3)220。。時，在催化劑作用下CO?與慶反應(yīng)：段吃網(wǎng)后，測得CH30cH3的選

擇性對應(yīng)圖中A點數(shù)據(jù)。下列說法正確的是o

A.其他反應(yīng)條件不變，增大壓強一定可提高平衡時CH30cH3的選擇性

B.其他反應(yīng)條件不變，改變催化劑，CH30cH3的選擇性不會改變

C.其他反應(yīng)條件不變，升高溫度，CO2的轉(zhuǎn)化率一定隨著溫度的升高而降

低

D.其他反應(yīng)條件不變，提高投料時的氫碳比[nOL)：n(C02)],能提高CO2

平衡轉(zhuǎn)化率

(4)若起始投料比為n(乩)：n(C02)=3,發(fā)生主要反應(yīng)I和反應(yīng)H不考慮其

他副反應(yīng)，則288c時的反應(yīng)I的平衡常數(shù)為o

(5)若反應(yīng)體系為恒容，其他反應(yīng)條件不變，在上圖中畫出平衡時CH30cH3

的選擇性隨溫度的變化示意圖o

【答案】(1)-122.5C

(2)反應(yīng)I的△!!>(),反應(yīng)II的△HVO,溫度升高使CO2轉(zhuǎn)化為CO的平衡轉(zhuǎn)

化率上升，使CO2轉(zhuǎn)化為CH30cH3的平衡轉(zhuǎn)化率下降，且上升幅度超過下降幅度

31

M

6cii,oaij的選擇性

cg平街找化率

2&6O

摧

(3)AD⑷K=0.04忠^^^(2購333)(

5)守

孝

&8t30)

3?2

2(X)2402?032()360

溫度一

1

【解析】⑴反應(yīng)I：CO2(g)+H2(g)—CO(g)+H2O(g)AH=41.2kJ-moK

1

反應(yīng)m：2C0(g)+4H2(g)-CH3OH(g)+H2O(g)AH=-204.9kJ?moK

根據(jù)蓋斯定律可知ix2+ni即得到反應(yīng)n：

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2cO2(g)+6H2(g)—CH30cH3(g)+3H20(g)AH=-122.5kJ?mol

反應(yīng)II正反應(yīng)是體積減小的放熱反應(yīng),根據(jù)△G=AH-TAS<0可知反應(yīng)II

的自發(fā)條件為低溫，故選C。

(2)由于反應(yīng)I的△}{>(),反應(yīng)H的△!!<(),溫度升高使CO2轉(zhuǎn)化為C0的平

衡轉(zhuǎn)化率上升，使CO2轉(zhuǎn)化為CH30cH3的平衡轉(zhuǎn)化率下降，且上升幅度超過下降

幅度，所以溫度高于300C,CO?平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而上升。

(3)A項，其他反應(yīng)條件不變，增大壓強反應(yīng)H向正反應(yīng)方向進行，因此一

定可提高平衡時CH3OCH3的選擇性，A正確；B項，其他反應(yīng)條件不變，改變催

化劑可以改變反應(yīng)歷程，因此CH30cH3的選擇性會改變，B錯誤；C項，由于反

應(yīng)I的△!{>(),反應(yīng)n的△HVO,因此其他反應(yīng)條件不變，升高溫度，CO2的轉(zhuǎn)

化率不一定隨著溫度的升高而降低，C錯誤；D項，其他反應(yīng)條件不變，提高投

料時的氫碳比[n(H2)：n(C02)],相當于是增大氫氣濃度，因此能提高COZ平衡