熱化學(xué)、化學(xué)反應(yīng)速率與平衡的綜合分析1.題型特點(diǎn)這類試題往往以化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡知識(shí)為主題，借助圖像、圖表的手段，綜合考查關(guān)聯(lián)知識(shí)，關(guān)聯(lián)知識(shí)主要有：(1)ΔH符號(hào)的判斷、熱化學(xué)方程式的書寫、應(yīng)用蓋斯定律計(jì)算ΔH。(2)化學(xué)反應(yīng)速率的計(jì)算與比較，外因?qū)瘜W(xué)反應(yīng)速率的影響(濃度、壓強(qiáng)、溫度、催化劑)。(3)平衡常數(shù)、轉(zhuǎn)化率的計(jì)算，溫度對平衡常數(shù)的影響；化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷，用化學(xué)平衡的影響因素進(jìn)行分析和解釋。(4)在多層次曲線圖中反映化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡與溫度、壓強(qiáng)、濃度的關(guān)系。2.解答化學(xué)平衡移動(dòng)問題的步驟(1)正確分析反應(yīng)特點(diǎn)：包括反應(yīng)物、生成物的狀態(tài)，氣體體積變化，反應(yīng)的熱效應(yīng)。(2)明確外界反應(yīng)條件：恒溫恒容、恒溫恒壓、反應(yīng)溫度是否變化、反應(yīng)物投料比是否變化。(3)結(jié)合圖像或K與Q的關(guān)系、平衡移動(dòng)原理等，判斷平衡移動(dòng)的方向或結(jié)果。3.分析圖表與作圖時(shí)應(yīng)注意的問題(1)仔細(xì)分析并準(zhǔn)確畫出曲線的最高點(diǎn)、最低點(diǎn)、拐點(diǎn)和平衡點(diǎn)。(2)找準(zhǔn)縱坐標(biāo)與橫坐標(biāo)的對應(yīng)數(shù)據(jù)。(3)描繪曲線時(shí)注意點(diǎn)與點(diǎn)之間的連接關(guān)系。(4)分析表格數(shù)據(jù)時(shí)，找出數(shù)據(jù)大小的變化規(guī)律。4.解答有關(guān)平衡常數(shù)的計(jì)算(1)結(jié)合題意，運(yùn)用“三段式”，分析計(jì)算、確定各物理量的變化。(2)多重平衡體系的計(jì)算用好連續(xù)計(jì)算法(分設(shè)變量)、守恒法兩種方法。(3)多重平衡體系達(dá)到整體綜合平衡后，每種平衡組分都只能有一個(gè)平衡濃度。1.(2024·湖北，17)用BaCO3和焦炭為原料，經(jīng)反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ得到BaC2，再制備乙炔是我國科研人員提出的綠色環(huán)保新路線。反應(yīng)Ⅰ：BaCO3(s)+C(s)BaO(s)+2CO(g)反應(yīng)Ⅱ：BaO(s)+3C(s)BaC2(s)+CO(g)回答下列問題：(1)寫出BaC2與水反應(yīng)的化學(xué)方程式

。

(2)已知Kp=(pCO)n、K=(pCO105Pa)n(n是CO的化學(xué)計(jì)量系數(shù))。反應(yīng)Ⅰ、①反應(yīng)BaCO3(s)+4C(s)BaC2(s)+3CO(g)在1585K的Kp=Pa3。

②保持1320K不變，假定恒容容器中只發(fā)生反應(yīng)Ⅰ，達(dá)到平衡時(shí)pCO=Pa，若將容器體積壓縮到原來的12，重新建立平衡后pCO=(3)恒壓容器中，焦炭與BaCO3的物質(zhì)的量之比為4∶1，Ar為載氣。1400K和1823K下，BaC2產(chǎn)率隨時(shí)間的關(guān)系曲線依實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合得到圖2(不考慮接觸面積的影響)。①初始溫度為900K，緩慢加熱至1400K時(shí)，實(shí)驗(yàn)表明BaCO3已全部消耗，此時(shí)反應(yīng)體系中含Ba物種為。

②1823K下，反應(yīng)速率的變化特點(diǎn)為，其原因是

。

答案(1)BaC2+2H2O→Ba(OH)2+HC≡CH↑(2)①1016②105105(3)①BaO②速率不變至BaC2產(chǎn)率接近100%容器中只發(fā)生反應(yīng)Ⅱ，反應(yīng)條件恒溫1823K、恒壓，且該反應(yīng)只有CO為氣態(tài)，據(jù)K=pCO解析(1)Ba、Ca同主族，BaC2與CaC2結(jié)構(gòu)相似，BaC2與水反應(yīng)和CaC2與水反應(yīng)相似，其反應(yīng)的化學(xué)方程式為BaC2+2H2O→Ba(OH)2+HC≡CH↑。(2)①反應(yīng)Ⅰ+反應(yīng)Ⅱ得BaCO3(s)+4C(s)BaC2(s)+3CO(g)，則其平衡常數(shù)K=KⅠ×KⅡ=(pCO105Pa)3；由圖1可知，1585K時(shí)KⅠ=102.5，KⅡ=10-1.5，即(pCO105Pa)3=102.5×10-1.5=10，所以pCO3=10×(105Pa)3=1016Pa3，則Kp=pCO3=1016Pa3。②由圖1可知，1320K時(shí)反應(yīng)Ⅰ的KⅠ=100=1，即KⅠ=(pCO105Pa)2=1，所以pCO2=(105Pa)2，即pCO=105Pa；若將容器體積壓縮到原來的12，由于溫度不變、平衡常數(shù)不變，重新建立平衡后pCO不變，即pCO=105Pa。(3)①由圖2可知，14002.(2024·河北，17節(jié)選)氯氣是一種重要的基礎(chǔ)化工原料，廣泛應(yīng)用于含氯化工產(chǎn)品的生產(chǎn)。硫酰氯及1，4?二(氯甲基)苯等可通過氯化反應(yīng)制備。(1)硫酰氯常用作氯化劑和氯磺化劑，工業(yè)上制備原理如下：SO2(g)+Cl2(g)SO2Cl2(g)ΔH=-67.59kJ·mol-1。②恒容密閉容器中按不同進(jìn)料比充入SO2(g)和Cl2(g)，測定T1、T2、T3溫度下體系達(dá)平衡時(shí)的Δp(Δp=p0-p，p0為體系初始壓強(qiáng)，p0=240kPa，p為體系平衡壓強(qiáng))，結(jié)果如圖。上圖中溫度由高到低的順序?yàn)椋袛嘁罁?jù)為

。

M點(diǎn)Cl2的轉(zhuǎn)化率為，T1溫度下用分壓表示的平衡常數(shù)Kp=kPa-1。

③下圖曲線中能準(zhǔn)確表示T1溫度下Δp隨進(jìn)料比變化的是(填序號(hào))。

(2)1，4?二(氯甲基)苯(D)是有機(jī)合成中的重要中間體，可由對二甲苯(X)的氯化反應(yīng)合成。對二甲苯淺度氯化時(shí)的反應(yīng)過程為以上各反應(yīng)的速率方程均可表示為v=kc(A)c(B)，其中c(A)、c(B)分別為各反應(yīng)中對應(yīng)反應(yīng)物的濃度，k為速率常數(shù)(k1~k5分別對應(yīng)反應(yīng)①~⑤)。某溫度下，反應(yīng)器中加入一定量的X，保持體系中氯氣濃度恒定(反應(yīng)體系體積變化忽略不計(jì))，測定不同時(shí)刻相關(guān)物質(zhì)的濃度。已知該溫度下，k1∶k2∶k3∶k4∶k5=100∶21∶7∶4∶23。①30min時(shí)，c(X)=6.80mol·L-1，且30~60min內(nèi)v(X)=0.042mol·L-1·min-1，反應(yīng)進(jìn)行到60min時(shí)，c(X)=mol·L-1。

②60min時(shí)，c(D)=0.099mol·L-1，若0~60min產(chǎn)物T的含量可忽略不計(jì)，則此時(shí)c(G)=mol·L-1；60min后，隨T的含量增加，c(D)c(G)(填“增大”“減小”或“答案(1)②T3>T2>T1該反應(yīng)是放熱的、氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，恒容條件下，反應(yīng)正向進(jìn)行時(shí)，容器內(nèi)壓強(qiáng)減小，從T3到T1平衡時(shí)Δp增大，說明反應(yīng)正向進(jìn)行程度逐漸增大，對應(yīng)溫度逐漸降低75%0.03③D(2)①5.54②0.033增大解析(1)②該反應(yīng)的正反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，反應(yīng)正向進(jìn)行程度越大，Δp越大。由圖可知，從T3到T1，Δp增大，說明反應(yīng)正向進(jìn)行程度逐漸增大，已知正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，則溫度由T3到T1逐漸降低，即T3>T2>T1。由圖中M點(diǎn)可知，進(jìn)料比為n(SO2)∶n(Cl2)=2，平衡時(shí)Δp=60kPa，已知恒溫恒容條件下，容器內(nèi)氣體物質(zhì)的量之比等于壓強(qiáng)之比，可據(jù)此列出三段式：SO2(g)+Cl2(g)SO2Cl2(g)Δp起始壓強(qiáng)/kPa16080轉(zhuǎn)化壓強(qiáng)/kPa60606060平衡壓強(qiáng)/kPa1002060可計(jì)算得α(Cl2)=60kPa80kPa×100%=75%，Kp=p(SO2Cl2)p(SO2)·p(Cl2)=60kPa100kPa×20kPa=0.03kPa-1。③根據(jù)“等效平衡”原理，該反應(yīng)中SO2和Cl2的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比為1∶1，則SO2和Cl2的進(jìn)料比互為倒數(shù)(如2與0.5)時(shí)，Δp相等。(2)①根據(jù)v(X)=Δc(X)Δt，60min時(shí)，c(X)=6.80mol·L-1-v(X)·Δt=6.80mol·L-1-0.042mol·L-1·min-1×30min=5.54mol·L-1。②由題給反應(yīng)速率方程推知v生成(D)v生成(G)=3.[2024·黑吉遼，18(1)(2)(3)(4)(5)]為實(shí)現(xiàn)氯資源循環(huán)利用，工業(yè)上采用RuO2催化氧化法處理HCl廢氣：2HCl(g)+12O2(g)Cl2(g)+H2O(g)ΔH1=-57.2kJ·mol-1ΔSK。將HCl和O2分別以不同起始流速通入反應(yīng)器中，在360℃、400℃和440℃下反應(yīng)，通過檢測流出氣成分繪制HCl轉(zhuǎn)化率(α)曲線，如下圖所示(較低流速下轉(zhuǎn)化率可近似為平衡轉(zhuǎn)化率)。回答下列問題：(1)ΔS0(填“>”或“<”)；T3=℃。

(2)結(jié)合以下信息，可知H2的燃燒熱ΔH=kJ·mol-1。

H2O(l)=H2O(g)ΔH2=+44.0kJ·mol-1H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g)ΔH3=-184.6kJ·mol-1(3)下列措施可提高M(jìn)點(diǎn)HCl轉(zhuǎn)化率的是(填標(biāo)號(hào))。

A.增大HCl的流速B.將溫度升高40℃C.增大n(HCl)∶n(O2)D.使用更高效的催化劑(4)圖中較高流速時(shí)，α(T3)小于α(T2)和α(T1)，原因是。

(5)設(shè)N點(diǎn)的轉(zhuǎn)化率為平衡轉(zhuǎn)化率，則該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)K=(用平衡物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)代替平衡濃度計(jì)算)。

答案(1)<360(2)-285.8(3)BD(4)反應(yīng)未達(dá)平衡時(shí)，流速過快，反應(yīng)物分子來不及在催化劑表面接觸而發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)化率下降，同時(shí)，T3溫度低，反應(yīng)速率低，故單位時(shí)間內(nèi)氯化氫的轉(zhuǎn)化率低(5)6解析(1)2HCl(g)+12O2(g)Cl2(g)+H2O(g)反應(yīng)后氣體分子數(shù)目減小，該反應(yīng)ΔS<0；該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，由于在流速較低時(shí)的轉(zhuǎn)化率視為平衡轉(zhuǎn)化率，在流速低的時(shí)候，溫度越高，HCl的轉(zhuǎn)化率越小，由圖像可知，T1代表的溫度為440℃，T3為360℃。(2)根據(jù)蓋斯定律可得反應(yīng)H2(g)+12O2(g)=H2O(l)的ΔH=ΔH1+ΔH3-ΔH2=-57.2kJ·mol-1-184.6kJ·mol-1-44.0kJ·mol-1=-285.8kJ·mol-1，即氫氣的燃燒熱ΔH=-285.8kJ·mol-1。(3)增大HCl的流速，由圖像可知，HCl的轉(zhuǎn)化率減小，A不符合題意；M點(diǎn)對應(yīng)的溫度為360℃，由圖像可知，溫度升高40℃為400℃時(shí)，HCl的轉(zhuǎn)化率增大，B符合題意；增大n(HCl)∶n(O2)，HCl的轉(zhuǎn)化率減小，C不符合題意；M點(diǎn)時(shí)，反應(yīng)未達(dá)到平衡，使用高效催化劑，可以增加該溫度下的反應(yīng)速率，使單位時(shí)間內(nèi)HCl的轉(zhuǎn)化率增加，D符合題意。(5)由圖像可知，N點(diǎn)HCl的平衡轉(zhuǎn)化率為80%，設(shè)起始n(HCl)=n(O2)=4mol2HCl(g)+12O2(g)Cl2(g)+H2O(g)起始量/mol4400變化量/mol3.20.81.61.6平衡量/mol0.83.21.61.6則K=1.67.2×題型突破練(A)[分值：50分]1.(10分)(2024·貴州，17)在無氧環(huán)境下，CH4經(jīng)催化脫氫芳構(gòu)化可以直接轉(zhuǎn)化為高附加值的芳烴產(chǎn)品。一定溫度下，CH4芳構(gòu)化時(shí)同時(shí)存在如下反應(yīng)：ⅰ.CH4(g)→C(s)+2H2(g)ΔH1=+74.6kJ·mol-1ΔS=+80.84J·mol-1·K-1ⅱ.6CH4(g)→C6H6(l)+9H2(g)ΔH2回答下列問題：(1)反應(yīng)ⅰ在1000K時(shí)(填“能”或“不能”)自發(fā)進(jìn)行。

(2)已知25℃時(shí)有關(guān)物質(zhì)的燃燒熱數(shù)據(jù)如表，則反應(yīng)ⅱ的ΔH2=kJ·mol-1(用含a、b、c的代數(shù)式表示)。

物質(zhì)CH4(g)C6H6(l)H2(g)ΔH/(kJ·mol-1)abc(3)受反應(yīng)ⅰ影響，隨著反應(yīng)進(jìn)行，單位時(shí)間內(nèi)甲烷轉(zhuǎn)化率和芳烴產(chǎn)率逐漸降低，原因是

。

(4)對催化劑在不同的pH條件下進(jìn)行處理，能夠改變催化劑的活性。將催化劑在5種不同pH條件下處理后分別用于催化CH4芳構(gòu)化，相同反應(yīng)時(shí)間內(nèi)測定相關(guān)數(shù)據(jù)如下表，其中最佳pH為，理由是

。

pHCH4平均轉(zhuǎn)化率/%芳烴平均產(chǎn)率/%產(chǎn)物中積碳平均含量/%2.49.605.3540.754.09.804.6045.857.09.254.0546.8010.010.456.4533.1012.09.954.1049.45(5)973K、100kPa下，在某密閉容器中按n(C6H6)∶n(CH4)=1∶5充入氣體，發(fā)生反應(yīng)C6H6(g)+CH4(g)→C7H8(g)+H2(g)，平衡時(shí)C6H6與C7H8的分壓比為4∶1，則C6H6的平衡轉(zhuǎn)化率為，平衡常數(shù)Kp=(用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算，分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)，列出計(jì)算式即可)。

(6)引入丙烷可促進(jìn)甲烷芳構(gòu)化制備苯和二甲苯，反應(yīng)如下：(兩個(gè)反應(yīng)可視為同級數(shù)的平行反應(yīng))對于同級數(shù)的平行反應(yīng)有v1v2=k1k2=A1A2e(Ea，2?Ea，1RT)，其中v、k分別為反應(yīng)速率和反應(yīng)速率常數(shù)，Ea為反應(yīng)活化能，A1答案(1)能(2)6a-b-9c(3)反應(yīng)ⅰ有積炭生成，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，生成的積炭逐漸增多，覆蓋在催化劑表面，使催化劑催化性能逐漸降低，化學(xué)反應(yīng)速率減小(4)10.0pH=10.0時(shí)，產(chǎn)物中積炭平均含量最低，CH4平均轉(zhuǎn)化率最大，芳烴平均產(chǎn)率最高(5)20%0.26×100kPa2解析(1)反應(yīng)ⅰ.CH4(g)→C(s)+2H2(g)ΔH1=+74.6kJ·mol-1ΔS=+80.84J·mol-1·K-1，在1000K時(shí)，ΔG=ΔH-TΔS=+74.6kJ·mol-1-1000K×80.84×10-3kJ·mol-1·K-1=-6.24kJ·mol-1<0，故反應(yīng)ⅰ在1000K時(shí)能自發(fā)進(jìn)行。(2)ⅱ.6CH4(g)→C6H6(l)+9H2(g)ΔH2由題給數(shù)據(jù)可得出以下熱化學(xué)方程式：①CH4(g)+2O2(g)→CO2(g)+2H2O(l)ΔH=akJ·mol-1②C6H6(l)+152O2(g)→6CO2(g)+3H2O(l)ΔH=bkJ·mol③H2(g)+12O2(g)=H2O(l)ΔH=ckJ·mol依據(jù)蓋斯定律，將反應(yīng)①×6-②-③×9得，反應(yīng)ⅱ的ΔH2=(6a-b-9c)kJ·mol-1。(5)設(shè)起始時(shí)C6H6的物質(zhì)的量為1mol，CH4的物質(zhì)的量為5mol，參加反應(yīng)的C6H6的物質(zhì)的量為xmol，則可建立如下三段式：C6H6(g)+CH4(g)→C7H8(g)+H2(g)起始量/mol1500轉(zhuǎn)化量/molxxxx平衡量/mol1―x5―xxx根據(jù)平衡時(shí)C6H6與C7H8的分壓比為4∶1得1?x6×p總x6×p總=41，解得x=0.2。平衡時(shí)，n(C6H6)=0.8mol，n(CH4)=4.8mol，n(C7H8)=0.2mol，n(H2)=0.2mol，則C6H6的平衡轉(zhuǎn)化率為0.2mol1mol×100%=20%，平衡常數(shù)Kp=0.26×100kPa20.86×100kPa2.(10分)(2023·遼寧，18)硫酸工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位。(1)我國古籍記載了硫酸的制備方法——“煉石膽(CuSO4·5H2O)取精華法”。借助現(xiàn)代儀器分析，該制備過程中CuSO4·5H2O分解的TG曲線(熱重)及DSC曲線(反映體系熱量變化情況，數(shù)值已省略)如圖1所示。700℃左右有兩個(gè)吸熱峰，則此時(shí)分解生成的氧化物有SO2、和(填化學(xué)式)。

(2)鉛室法使用了大容積鉛室制備硫酸(76%以下)，副產(chǎn)物為亞硝基硫酸，主要反應(yīng)如下：NO2+SO2+H2O=NO+H2SO42NO+O2=2NO2ⅰ.上述過程中NO2的作用為。

ⅱ.為了適應(yīng)化工生產(chǎn)的需求，鉛室法最終被接觸法所代替，其主要原因是

(答出兩點(diǎn)即可)。

(3)接觸法制硫酸的關(guān)鍵反應(yīng)為SO2的催化氧化：SO2(g)+12O2(g)SO3(g)ΔH=-98.9kJ·mol-1ⅰ.為尋求固定投料比下不同反應(yīng)階段的最佳生產(chǎn)溫度，繪制相應(yīng)轉(zhuǎn)化率(α)下反應(yīng)速率(數(shù)值已略去)與溫度的關(guān)系如圖2所示，下列說法正確的是。

a.溫度越高，反應(yīng)速率越大b.α=0.88的曲線代表平衡轉(zhuǎn)化率c.α越大，反應(yīng)速率最大值對應(yīng)溫度越低d.可根據(jù)不同α下的最大速率，選擇最佳生產(chǎn)溫度ⅱ.為提高釩催化劑的綜合性能，我國科學(xué)家對其進(jìn)行了改良。不同催化劑下，溫度和轉(zhuǎn)化率關(guān)系如圖3所示，催化性能最佳的是(填標(biāo)號(hào))。

ⅲ.設(shè)O2的平衡分壓為p，SO2的平衡轉(zhuǎn)化率為αe，用含p和αe的代數(shù)式表示上述催化氧化反應(yīng)的Kp=(用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算)。

答案(1)CuOSO3(2)ⅰ.催化劑ⅱ.鉛室法制得的產(chǎn)品中存在亞硝基硫酸雜質(zhì)，生產(chǎn)過程中需使用有毒的氮氧化物(3)ⅰ.cdⅱ.dⅲ.α解析(1)由圖可知，起始時(shí)有2.5mgCuSO4·5H2O，其物質(zhì)的量是0.01mmol，所含結(jié)晶水的質(zhì)量為0.9mg，則固體質(zhì)量剩余1.6mg時(shí)所得固體為CuSO4，加熱過程中Cu元素的質(zhì)量不變，則固體質(zhì)量剩余0.8mg時(shí)所得的固體是CuO，結(jié)合題圖DSC曲線有兩個(gè)吸熱峰可知，700℃發(fā)生的反應(yīng)為CuSO4→CuO+SO3、SO3→SO2+O2，則生成的氧化物除SO2外，還有CuO、SO3。(2)ⅰ.根據(jù)所給的反應(yīng)方程式，NO2在反應(yīng)過程中先消耗再生成，說明NO2在反應(yīng)中起催化劑的作用。(3)ⅰ.根據(jù)不同轉(zhuǎn)化率下的反應(yīng)速率曲線可以看出，隨著溫度的升高反應(yīng)速率先加快后減慢，a錯(cuò)誤；由圖像可知，相同溫度下，轉(zhuǎn)化率可以達(dá)到0.90和0.92，則α=0.88不是平衡轉(zhuǎn)化率，b錯(cuò)誤；隨著轉(zhuǎn)化率的增大，最大反應(yīng)速率不斷減小，最大反應(yīng)速率出現(xiàn)的溫度也逐漸降低，c正確；ⅲ.利用分壓代替濃度計(jì)算平衡常數(shù)，反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp=p(SO3)p(SO2)·p12(O2)=n(SO3)n總p總n(SO2)n總·p總3.(14分)(2024·山東，20)水煤氣是H2的主要來源，研究CaO對C-H2O體系制H2的影響，涉及主要反應(yīng)如下：C(s)+H2O(g)CO(g)＋H2(g)(Ⅰ)ΔH1>0CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)(Ⅱ)ΔH2<0CaO(s)+CO2(g)CaCO3(s)(Ⅲ)ΔH3<0(1)C(s)+CaO(s)+2H2O(g)CaCO3(s)+2H2(g)的焓變?chǔ)=(用代數(shù)式表示)。

(2)壓力p下，C-H2O-CaO體系達(dá)平衡后，圖示溫度范圍內(nèi)C(s)已完全反應(yīng)，CaCO3(s)在T1溫度時(shí)完全分解。氣相中CO、CO2和H2摩爾分?jǐn)?shù)隨溫度的變化關(guān)系如圖所示，則a線對應(yīng)物種為(填化學(xué)式)。當(dāng)溫度高于T1時(shí)，隨溫度升高c線對應(yīng)物種摩爾分?jǐn)?shù)逐漸降低的原因是

。

(3)壓力p下、溫度為T0時(shí)，圖示三種氣體的摩爾分?jǐn)?shù)分別為0.50、0.15、0.05，則反應(yīng)CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)的平衡常數(shù)Kp=；此時(shí)氣體總物質(zhì)的量為4.0mol，則CaCO3(s)的物質(zhì)的量為_____________mol；若向平衡體系中通入少量CO2(g)，重新達(dá)平衡后，分壓p(CO2)將(填“增大”“減小”或“不變”)，p(CO)將(填“增大”“減小”或“不變”)。

答案(1)ΔH1+ΔH2+ΔH3(2)H2當(dāng)溫度高于T1，CaCO3(s)已完全分解，只發(fā)生反應(yīng)Ⅱ，溫度升高，反應(yīng)Ⅱ平衡逆向移動(dòng)，所以CO2的摩爾分?jǐn)?shù)逐漸降低(3)59解析(1)根據(jù)蓋斯定律，目標(biāo)總反應(yīng)=反應(yīng)(Ⅰ)+反應(yīng)(Ⅱ)+反應(yīng)(Ⅲ)，則其ΔH=ΔH1+ΔH2+ΔH3。(2)圖示溫度范圍內(nèi)C(s)已完全反應(yīng)，則反應(yīng)Ⅰ已經(jīng)進(jìn)行完全，反應(yīng)Ⅱ和Ⅲ均為放熱反應(yīng)，從開始到T1，溫度不斷升高，反應(yīng)Ⅱ和Ⅲ平衡逆向移動(dòng)，依據(jù)反應(yīng)Ⅱ，H2量減小，摩爾分?jǐn)?shù)減小，CO量升高，摩爾分?jǐn)?shù)增大，所以a線代表H2的摩爾分?jǐn)?shù)的變化，b線代表CO的摩爾分?jǐn)?shù)的變化。T1時(shí)，CaCO3(s)已完全分解，當(dāng)溫度高于T1，相當(dāng)于只發(fā)生反應(yīng)Ⅱ，CO2的摩爾分?jǐn)?shù)減小，則c線代表CO2的摩爾分?jǐn)?shù)隨溫度的變化。(3)壓力p下、溫度為T0時(shí)，H2、CO、CO2的摩爾分?jǐn)?shù)分別為0.50、0.15、0.05，則H2O(g)的摩爾分?jǐn)?shù)為1-0.5-0.15-0.05=0.3，則反應(yīng)CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)的平衡常數(shù)Kp=p(CO2)·p(H2)p(CO)·p(H2Ⅰ：C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)Ⅳ：C(s)+2H2O(g)=CO2(g)+2H2(g)Ⅴ：C(s)+CaO(s)+2H2O(g)CaCO3(s)+2H2(g)平衡時(shí)氣體n(總)=4mol，根據(jù)H2、CO、CO2的摩爾分?jǐn)?shù)可計(jì)算三者的物質(zhì)的量分別為：n(H2)=4mol×0.5=2mol，同理，n(CO)=0.6mol，n(CO2)=0.2mol，平衡時(shí)，由反應(yīng)(Ⅰ)生成的H2：n(H2)Ⅰ=n(CO)=0.6mol，由反應(yīng)(Ⅳ)生成的H2：n(H2)Ⅳ=2n(CO2)=2×0.2mol=0.4mol，則由反應(yīng)(Ⅴ)生成的H2：n(H2)Ⅴ=2mol-0.6mol-0.4mol=1mol，由反應(yīng)(Ⅴ)產(chǎn)物關(guān)系可得n(CaCO3)=12n(H2)Ⅴ=12×1mol=0.5mol；若向平衡體系中通入少量CO2(g)后，反應(yīng)ⅢCaO(s)+CO2(g)=CaCO3(s)重新達(dá)平衡，Kp=1p(CO2)，溫度不變，Kp不變，則分壓p(CO2)不變，Kc=1c(CO4.(16分)二氧化碳、甲烷等是主要的溫室氣體。研發(fā)二氧化碳和甲烷的利用技術(shù)對治理生態(tài)環(huán)境具有重要意義。已知：常溫常壓下，一些物質(zhì)的燃燒熱如表所示。物質(zhì)CH4(g)H2(g)CO(g)ΔH/(kJ·mol-1)-890.3-285.8-283.0(1)在催化劑作用下，甲烷的催化重整是制備合成氣的重要方法，寫出CH4(g)與CO2(g)反應(yīng)生成CO(g)和H2(g)的熱化學(xué)方程式：

。

(2)在恒溫恒容密閉容器中，通入一定量的CH4、CO2發(fā)生催化重整反應(yīng)。①下列能說明該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是(填字母)。

A.混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再變化B.v正(CH4)=2v逆(CO)C.CO與H2濃度的比值不再變化D.容器內(nèi)混合氣體的密度不再變化②當(dāng)投料比n(CH4)n(CO2)=1.0時(shí)，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率(α)與溫度(T)、初始壓強(qiáng)(p)的關(guān)系如圖所示。由圖可知：壓強(qiáng)p1(填“>”“<”或“=”)2MPa；當(dāng)溫度為T3K、初始壓強(qiáng)為2MPa時(shí)，a點(diǎn)的v逆(填“>”“<”或“=”)v正。起始時(shí)向1L恒容容器中加入2molCH4和2molCO2，在溫度為T(3)我國科學(xué)家對甲烷和水蒸氣催化重整反應(yīng)機(jī)理也進(jìn)行了廣泛研究，通常認(rèn)為該反應(yīng)分兩步進(jìn)行。第一步：CH4催化裂解生成H2和碳(或碳?xì)湮锓N)，其中碳(或碳?xì)湮锓N)吸附在催化劑上，如CH4→Cads/[C(H)n]ads+(2-n2)H2；第二步：碳(或碳?xì)湮锓N)和H2O反應(yīng)生成CO2和H2，如Cads/[C(H)n]ads+2H2O→CO2+(2+n2)H判斷過程(填序號(hào))加入了催化劑，原因是

。

控制整個(gè)過程②反應(yīng)速率的是第Ⅱ步，其原因?yàn)椤?/p>

答案(1)CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g)ΔH=+247.3kJ·mol-1(2)①A②<>4(3)②催化劑降低了活化能第Ⅱ步的活化能大，反應(yīng)速率慢解析(1)根據(jù)已知燃燒熱可得熱化學(xué)方程式：①CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)ΔH=-890.3kJ·mol-1；②H2(g)+12O2(g)=H2O(l)ΔH=-285.8kJ·mol-1；③CO(g)+12O2(g)=CO2(g)ΔH=-283.0kJ·mol-1。根據(jù)蓋斯定律，將熱化學(xué)方程式①-②×2-③×2，整理可得CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g)ΔH=+247.3kJ·mol-1。(2)①在恒溫恒容密閉容器中，通入一定量的CH4、CO2發(fā)生催化重整反應(yīng)：CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g)，該反應(yīng)的正反應(yīng)是氣體體積增大的反應(yīng)，反應(yīng)后氣體的物質(zhì)的量增大，根據(jù)M=mn可知，混合氣體m不變，n變化，平均相對分子質(zhì)量變化，當(dāng)平均相對分子質(zhì)量不再變化，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，A正確；反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，當(dāng)2v正(CH4)=v逆(CO)，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故v正(CH4)=2v逆(CO)時(shí)反應(yīng)未達(dá)到平衡狀態(tài)，B錯(cuò)誤；CO與H2都是生成物，二者的濃度比始終保持不變，因此不能據(jù)此判斷反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)，C錯(cuò)誤；該反應(yīng)的反應(yīng)物都是氣體，氣體的質(zhì)量不變，反應(yīng)在恒溫恒容密閉容器中進(jìn)行，氣體的體積不變，則根據(jù)ρ=mV可知容器內(nèi)混合氣體的密度始終不變化，因此不能據(jù)此判斷反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)，D錯(cuò)誤。②該反應(yīng)的正反應(yīng)為氣體分子數(shù)增多的反應(yīng)，在其他條件不變時(shí)，增大壓強(qiáng)，化學(xué)平衡逆向移動(dòng)α(CO2)減小，故壓強(qiáng)：p1<2MPa；根據(jù)圖示可知，當(dāng)溫度為T3K、初始壓強(qiáng)為2MPa時(shí)，反應(yīng)進(jìn)行到a點(diǎn)時(shí)CO2的轉(zhuǎn)化率大于該壓強(qiáng)下的CO2平衡轉(zhuǎn)化率，則說明反應(yīng)逆向進(jìn)行，故反應(yīng)速率關(guān)系：v逆>v正；根據(jù)圖示可知，在溫度為T6K，起始壓強(qiáng)為2MPa時(shí)，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率為0.5。由于開始時(shí)加入n(CH4)=n(CO2)=2mol，則根據(jù)CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g)中反應(yīng)轉(zhuǎn)化關(guān)系可知平衡時(shí)n(CH4)=n(CO2)=1mol，n(H2)=n(CO)=2mol，氣體總物質(zhì)的量為n(總)=6mol，反應(yīng)在恒溫恒容密閉容器中進(jìn)行，氣體的壓強(qiáng)與氣體的物質(zhì)的量呈正比，則平衡時(shí)氣體總壓強(qiáng)為p(平衡)=6mol2mol+2mol×2MPa=3MPa，則壓強(qiáng)平衡常數(shù)Kp=(3×13)2×(3×13)2(3×16)×(3×題型突破練(B)[分值：50分]1.(10分)(2024·湖南益陽高三模擬)煤的間接液化是煤的綜合利用的一種重要方法。首先是煤燃燒生成CO2，再在鉬系催化劑的催化作用下與H2O反應(yīng)，最終生成C2H5OH。過程中主要發(fā)生如下反應(yīng)：反應(yīng)Ⅰ：C(s)+O2(g)=CO2(g)ΔH1=-393.5kJ·mol-1反應(yīng)Ⅱ：2CO2(g)+2H2O(g)=C2H4(g)+3O2(g)ΔH2=+1323kJ·mol-1反應(yīng)Ⅲ：C2H4(g)+H2O(g)=C2H5OH(l)ΔH3=-88.2kJ·mol-1(1)已知H2O(l)=H2O(g)ΔH4=+44.0kJ·mol-1，C2H5OH的燃燒熱ΔH5=kJ·mol-1。

(2)為更好地研究煤的液化過程，某學(xué)習(xí)小組對反應(yīng)Ⅱ進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。在一個(gè)2L的剛性容器中加入2molCO2氣體及4mol水蒸氣，在500℃及鉬系催化劑(固體)存在條件下只發(fā)生反應(yīng)Ⅱ。①下列能說明該反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)的是(填字母)。

A.CO2的體積分?jǐn)?shù)不再改變B.n(CO2)∶n(H2O)不再改變C.容器的總壓不再改變D.容器中氣體的密度不再改變②如圖為平衡時(shí)四種組分的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)隨溫度的變化曲線。圖中曲線b表示的物質(zhì)是，原因是

。

③T1K時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)為。

④T1K時(shí)，某同學(xué)在該容器中加入mmolCO2和nmolH2O(g)，同時(shí)加入了1molC2H4和3molO2，達(dá)到平衡后CO2的體積分?jǐn)?shù)仍與N點(diǎn)相同，則n=(用含m的代數(shù)式表示)。

答案(1)-1366.8(2)①AB②C2H4隨溫度升高，平衡正向移動(dòng)，C2H4的含量增大，且O2物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)增大量是C2H4的3倍③2716④2m解析(2)①CO2的體積分?jǐn)?shù)不再改變，濃度不變，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，A選；充入的反應(yīng)物不是按系數(shù)比充入，n(CO2)∶n(H2O)不再改變，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，B選；該反應(yīng)反應(yīng)前后氣體總物質(zhì)的量不變，容器的總壓不再改變，不能判斷反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)，C不選；該反應(yīng)反應(yīng)前后氣體總物質(zhì)的量不變，容器的體積不變，密度為定值，容器中氣體的密度不再改變，不能判斷反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)，D不選。③列出三段式：2CO2(g)+2H2O(g)=C2H4(g)+3O2(g)初始/mol2400轉(zhuǎn)化/mol2x2xx3x平衡/mol2-2x4-2xx3x平衡時(shí)2-2x=x，解得x=23，則平衡時(shí)c(CO2)=13mol·L-1，c(H2O)=43mol·L-1，c(C2H4)=13mol·L-1，c(O2)=1mol·L-1，故T1K時(shí)反應(yīng)的平衡常數(shù)K=13×13132×432=2716。④加入1molC2H4和3molO2，等效于加入2molCO2和22.(10分)(2023·遼寧撫順普通高中高三模擬)我國承諾在2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰即二氧化碳的排放量不再增長。因此，研發(fā)二氧化碳利用技術(shù)、降低空氣中二氧化碳含量成為研究熱點(diǎn)。請回答下列問題：(1)以CO2和NH3為原料合成尿素是利用CO2的成功范例。在尿素合成塔中的主要反應(yīng)可表示如下：反應(yīng)①：2NH3(g)+CO2(g)NH2COONH4(s)ΔHl=-159.5kJ·mol-1反應(yīng)②：NH2COONH4(s)CO(NH2)2(s)+H2O(g)ΔH2總反應(yīng)③：2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g)ΔH3=-87.0kJ·mol-1反應(yīng)②的ΔH2=kJ·mol-1。

(2)利用工業(yè)廢氣中的CO2可以制取甲醇：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，一定條件下往恒容密閉容器中充入1molCO2和3molH2，在不同催化劑作用下發(fā)生反應(yīng)Ⅰ、反應(yīng)Ⅱ與反應(yīng)Ⅲ，相同時(shí)間內(nèi)CO2的轉(zhuǎn)化率隨溫度變化如圖所示。①催化劑效果最佳的反應(yīng)是(填“反應(yīng)Ⅰ”“反應(yīng)Ⅱ”或“反應(yīng)Ⅲ”)。

②一定溫度下，下列不能說明上述反應(yīng)Ⅰ達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是(填字母)。

A.CO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在混合氣體中保持不變B.反應(yīng)中CO2與H2的物質(zhì)的量之比為1∶3C.3v正(CO2)=v逆(H2)D.容器內(nèi)氣體總壓強(qiáng)不再變化E.容器內(nèi)混合氣體的密度不再變化③若反應(yīng)Ⅲ在a點(diǎn)時(shí)已達(dá)平衡狀態(tài)，a點(diǎn)CO2轉(zhuǎn)化率高于b點(diǎn)和c點(diǎn)的原因是

。

④c點(diǎn)時(shí)總壓強(qiáng)為0.1MPa，該反應(yīng)的平衡常數(shù)=MPa-2(用平衡分壓代替平衡濃度，分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)，計(jì)算結(jié)果用最簡分式表示)。

答案(1)+72.5(2)①反應(yīng)Ⅰ②BE③該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，c點(diǎn)所在溫度高，平衡逆向移動(dòng)，轉(zhuǎn)化率低于a點(diǎn)；b點(diǎn)所在溫度低，反應(yīng)速率慢，相同時(shí)間內(nèi)反應(yīng)未達(dá)到平衡，轉(zhuǎn)化率低于a點(diǎn)④25600解析(1)根據(jù)蓋斯定律，反應(yīng)①+反應(yīng)②得總反應(yīng)③，即ΔH2=ΔH3-ΔH1=-87.0kJ·mol-1-(-159.5kJ·mol-1)=+72.5kJ·mol-1。(2)①根據(jù)圖像分析，相同溫度下，CO2轉(zhuǎn)化率最高的為反應(yīng)Ⅰ，故其催化效果最好。②CO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在混合氣體中保持不變，即反應(yīng)體系各組分濃度保持不變，說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，A不合題意；起始時(shí)CO2與H2的物質(zhì)的量之比為1∶3，根據(jù)化學(xué)方程式可知，轉(zhuǎn)化中CO2與H2的物質(zhì)的量之比一直為1∶3，故不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，B符合題意；當(dāng)3v正(CO2)=v逆(H2)時(shí)，正、逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)，C不合題意；反應(yīng)過程中氣體的物質(zhì)的量發(fā)生改變，故容器內(nèi)氣體總壓強(qiáng)發(fā)生改變，當(dāng)容器內(nèi)壓強(qiáng)不再變化時(shí)說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，D不合題意；反應(yīng)過程中氣體的質(zhì)量不變，容器的體積不變，即容器內(nèi)混合氣體的密度一直不變，故混合氣體的密度不再變化不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，E符合題意。④c點(diǎn)時(shí)總壓強(qiáng)為0.1MPa，且c點(diǎn)CO2的轉(zhuǎn)化率為23CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)起始量/mol1300轉(zhuǎn)化量/mol23223平衡量/mol13123則平衡體系中氣體的總物質(zhì)的量為(13+1+23+23)mol=83mol，p(CO2)=1383×0.1MPa=180MPa，p(H2)=183×0.1MPa=380MPa，p(CH3OH)=p(H2O)=2383×0.1MPa=2803.(14分)(2024·江西九江高三二模)CO2與H2反應(yīng)合成HCOOH，是實(shí)現(xiàn)“碳中和”的有效途徑。(1)已知：CO2(g)+H2(g)HCOOH(g)ΔH=。

(2)在催化作用下，溫度為T1℃時(shí)，將一定量CO2和H2充入密閉容器中發(fā)生如下反應(yīng)：主反應(yīng)Ⅰ：CO2(g)+H2(g)HCOOH(g)K=α；副反應(yīng)Ⅱ：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH=+41.2kJ·mol-1。①如圖是不同催化劑電化學(xué)還原CO2生產(chǎn)HCOOH的催化性能及機(jī)理，并通過DFT計(jì)算催化劑表面該還原過程的物質(zhì)的相對能量，如圖所示(帶“*”表示物質(zhì)處于吸附態(tài))。電化學(xué)還原CO2生產(chǎn)HCOOH，使用作催化劑較優(yōu)。

②實(shí)驗(yàn)測得反應(yīng)Ⅰ：v正=k正c(CO2)·c(H2)，v逆=k逆c(HCOOH)，k正、k逆為速率常數(shù)。溫度為T2℃時(shí)，k正=0.8αk逆，則T2(填“大于”“小于”或“等于”)T1，判斷依據(jù)是

。

③實(shí)驗(yàn)測得平衡時(shí)CO2的轉(zhuǎn)化率及HCOOH和CO的選擇性(產(chǎn)物的選擇性：生成的HCOOH或CO與轉(zhuǎn)化的CO2的比值)隨溫度變化如圖所示。曲線b表示，200~360℃，升高溫度曲線b對應(yīng)縱坐標(biāo)值減小的原因是。240℃時(shí)，平衡體系中氫氣的分壓為p0kPa，主反應(yīng)Ⅰ的Kp=kPa-1(用x、y、p0表示)。

答案(1)-31.4kJ·mol-1(2)①BiIn②大于K(T2)=0.8α<K(T1)=α，該反應(yīng)ΔH<0，溫度越高，K越小③CO2的轉(zhuǎn)化率升高溫度，反應(yīng)Ⅰ平衡逆向移動(dòng)程度大于反應(yīng)Ⅱ平衡正向移動(dòng)程度y解析(1)由蓋斯定律