化学反应速率与化学平衡 阶段评估检测(六)（学生版+教师版）2025年高考化学总复习（含解析）

化学反应速率与化学平衡 阶段评估检测(六)
(75分钟　100分)
一、选择题:本题共14小题,每小题3分,共42分。在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的。
1.以下措施是为了加快化学反应速率的是 (　　)
A.葡萄酒中添加SO2作抗氧化剂
B.塑料中添加防老剂
C.燃煤发电时用煤粉代替煤块
D.低温保存运输疫苗
2.反应A(g)+3B(g)2C(g)+2D(g)在四种不同情况下的反应速率分别为①v(A)=0.45 mol·L-1·min-1;②v(B)=0.6 mol·L-1·s-1;③v(C)=0.4 mol·L-1·s-1;
④v(D)=0.45 mol·L-1·s-1,该反应进行的快慢顺序为 (　　)
A.④>③=②>①　　　 B.④<③=②<①
C.①>②>③>④ D.④>③>②>①
3.在恒温恒容的密闭容器中,可逆反应:4A(g)+5B(g)3C(s)+6D(g)　ΔH<0,不能作为达到化学平衡状态的标志的是 (　　)
A.气体密度不再发生变化
B.A的物质的量浓度不再改变
C.容器内总压强不再改变
D.A、B、C、D四种物质的物质的量之比为4∶5∶3∶6
4.反应2H2(g)+2NO(g)===2H2O(g)+N2(g)的速率方程为v=kcα(H2)·cβ(NO),该反应在不同条件下的反应速率如下:
温度/ ℃ c(H2)/(mol·L-1) c(NO)/(mol·L-1) 反应速率
T1 0.1 0.1 v
T1 0.2 0.2 8v
T1 0.3 0.2 12v
T2 0.3 0.2 16v
下列说法正确的是 (　　)
A.T2B.通过前三组实验可以计算出α=2,β=1
C.在T2 ℃、c(NO)=0.1 mol·L-1条件下,若反应速率为8v,则c(H2)=0.3 mol·L-1
D.其他条件不变时,该反应体系中反应物浓度的改变对v有影响,且c(NO)影响较大
5.为了研究含一定浓度Fe2+的溶液在不同条件下被氧气氧化的氧化率,实验结果如图所示,判断下列说法正确的是 (　　)
A.pH越小,氧化率越小
B.温度越高,氧化率越小
C.Fe2+的氧化率仅与溶液的pH和温度有关
D.实验说明降低pH、升高温度有利于提高Fe2+的氧化率
6.(2024·邢台模拟)TiO2在电子、光学和催化剂领域有广泛应用,设计通过TiCl4制备TiO2和TiO2制备TiCl4的反应原理分别如下:
Ⅰ.TiCl4(g)+O2(g)===TiO2(s)+2Cl2(g)　ΔH1=-178 kJ·mol-1;
Ⅱ.TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s)===TiCl4(g)+2CO(g)　ΔH2=-42 kJ·mol-1。
下列说法错误的是 (　　)
A.反应Ⅰ能自发进行主要是焓减驱动
B.反应Ⅰ的体系中加入碳粉,可改变反应进行的方向
C.反应Ⅱ正反应的活化能比逆反应的活化能大
D.减小压强和降低温度,会降低反应Ⅱ的速率
7.在1 L密闭容器中进行如下反应:X(g)+3Y(g)2Z(g),达到平衡时X、Y、Z的物质的量分别为0.1 mol、0.3 mol、0.2 mol,保持温度和容器体积不变,再向容器中充入X、Y、Z各0.1 mol、0.3 mol、0.2 mol,则下列说法正确的是 (　　)
A.平衡向正反应方向移动
B.化学平衡常数不变,平衡不移动
C.平衡向逆反应方向移动
D.容器内压强始终保持原来的2倍
8.(2024·衡水模拟)一定条件下,丙烯与HCl反应生成CH3CHClCH3和CH3CH2CH2Cl的反应历程如图所示。下列说法正确的是 (　　)
A.丙烯与HCl的反应是吸热反应
B.合成CH3CHClCH3的反应中,第Ⅱ步为反应的决速步
C.其他条件不变,适当升高温度可以提高加成产物中CH3CH2CH2Cl的比例
D.CH2=CH—CH3(g)+HCl(g)CH3CH2CH2Cl(g)的焓变等于第一步与第二步正反应活化能的差值
9.(2024·山东模拟)在Fe+催化作用下,C2H6与N2O制备乙醛的反应机理如图所示。下列说法正确的是 (　　)
A.X为C2H5OH,是中间产物之一
B.过程①～⑥,Fe元素的化合价均发生了变化
C.增加Fe+的量,C2H6平衡转化率不变
D.每消耗1 mol N2O,可制备0.5 mol CH3CHO
10.SO2和NO2都属于大气的污染物之一,对环境有很大危害。它们在一定条件下可以发生可逆反应SO2(g)+NO2(g)SO3(g)+NO(g)。若在绝热恒容密闭容器中达到平衡,正反应速率随时间变化的曲线如图所示。下列有关说法正确的是
(　　)
A.反应在c点达到平衡状态
B.反应物浓度:a点大于b点
C.若减小容器的体积:a～b段SO2的转化率一定保持不变
D.Δt1=Δt2时,SO2的转化率:a～b段一定大于b～c段
11.密闭容器中加入HBr,一定条件下发生反应:2HBr(g)Br2(g)+H2(g),c(HBr)随反应时间的变化如曲线①所示,分别改变一个条件,得到曲线②和③,下列说法错误的是 (　　)
A.该反应正反应为吸热反应
B.曲线①,0～50 min用H2表示的平均反应速率为0.01 mol·L-1·min-1
C.曲线②,可能使用了催化剂或压缩容器体积
D.曲线③,达到平衡后,容器内各物质的浓度分别增加0.2 mol·L-1,平衡正向移动
12.(2024·湖南选择考改编)向体积均为1 L的两恒容容器中分别充入2 mol X和
1 mol Y发生反应:2X(g)+Y(g)Z(g)　ΔH,其中甲为绝热过程,乙为恒温过程,两反应体系的压强随时间的变化曲线如图所示。下列说法正确的是 (　　)
A.ΔH>0
B.气体的总物质的量:naC.a点平衡常数:K<12
D.反应速率:va正13.合成氨工业涉及固体燃料的气化,需要研究CO2与CO之间的转化。现让一定量的CO2与足量碳在体积可变的密闭容器中发生反应:C(s)+CO2(g)2CO(g),测得压强、温度对CO、CO2的平衡组成的影响如图所示。下列说法正确的是
(　　)
A.平衡体系的压强:p1>p2>p3
B.该反应的活化能:Ea(正)C.该反应的平衡常数:K(a)=K(b)>K(c)
D.图中d点按=再通入混合气,平衡不移动
14.二氧化碳加氢制甲醇涉及的反应可表示为
反应Ⅰ:CO2(g)+3H2(g)===CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH1=-49 kJ·mol-1
反应Ⅱ:CO2(g)+H2(g)===CO(g)+H2O(g)　ΔH2=+41 kJ·mol-1
一体积固定的密闭容器中,在5 MPa下,按照n(CO2)∶n(H2)=1∶3投料,平衡时,CO和CH3OH在含碳产物中物质的量分数及CO2的转化率随温度的变化如题图所示。下列说法正确的是 (　　)
A.H2的平衡转化率始终低于CO2
B.n曲线代表的物质为CH3OH,温度越高,越有利于CH3OH的生成
C.270～400 ℃时,平衡移动的程度:反应Ⅰ>反应Ⅱ
D.加入选择性高的催化剂,可提高CH3OH的平衡转化率
二、非选择题:本题共4小题,共58分。
15.(16分)一定温度下,向5 L某恒
容密闭容器中充入一定量的气体M和N,发生反应:xM(g)+yN(g)zR(g)　ΔH>0。容器中M、N、R的物质的量随时间的变化如图所示。回答下列问题:
(1)上述可逆反应中的化学计量数x∶y=　　　　　;反应第一次达到平衡时,R的物质的量分数为　　　　　。
(2)在0～10 min内,下列关于上述可逆反应的说法正确的是　　　　　(填字母)。
A.M的正反应速率va>vb
B.b点时,n(M)=n(R),则该反应达到平衡
C.升高温度,正、逆反应速率均增大,ΔH也增大
D.加入适宜的催化剂,N的平衡转化率保持不变
(3)若将p mol M与q mol N的混合气体充入该容器中,发生上述反应,反应至某时刻时各物质的量恰好满足:n(M)=2n(N)=3n(R)。则原混合气体中p∶q=　　　　。
(4)若某温度下,在4个容积相同的恒容密闭容器中,以不同的投料方式进行上述反应。根据在相同时间内测定的结果,判断进行该反应由快到慢的顺序为
　　　　(填序号)。
①v(M)=0.05 mol·L-1·min-1
②v(N)=0.03 mol·L-1·min-1
③v(R)=0.06 mol·L-1·min-1
④v(N)=0.01 mol·L-1·s-1
16.(14分)活性炭可处理污染物NO。温度恒定在T ℃下,在2 L恒容密闭容器中加入NO气体和活性炭固体反应生成气体A和气体B。各物质初始及平衡时的物质的量如下:
项目 活性炭 NO A B
初始时物质的量/mol 2.050 0.200 0 0
平衡时物质的量/mol 2.000 0.100 0.050 0.050
(1)写出该反应的化学方程式:　　　　 　　　　　　　　　　　;上述反应达到平衡共耗时5 min,当活性炭消耗0.025 mol时,反应的时间　　　　(填“>”“<”或“=”)2.5 min。
(2)上述反应达到平衡后,其他条件不变时,通入0.2 mol NO,请在图中画出正、逆反应速率(v正及v逆)随时间t变化的示意图。
(3)向上述表格的平衡体系中通入0.100 mol NO和0.150 mol CO2,平衡
　　　　(填“正向”“逆向”或“不”)移动,请给出判断理由:　 　。
17.(14分)(2023·青岛模拟)二氧化碳、氮氧化物的再利用一直是当前研究的重要课题。
Ⅰ.氮的氧化物之间存在三个转化,它们的转化反应以及平衡常数K和温度T的关系如下:
①4NO2(g)+O2(g)2N2O5(g)　ΔH1　lnK1=c1+
②2NO2(g)+O3(g)N2O5(g)+O2(g)　ΔH2　lnK2=c2+
③2O3(g)3O2(g)　ΔH3　lnK3=c3+
(1)反应②的活化能Ea(正)　　　　(填“大于”“小于”或“等于”)Ea(逆)。
Ⅱ.CO2的再利用:CO2氧化异丁烷(C4H10)制备2-甲基丙烯(C4H8),其反应为
C4H10(g)+CO2(g)C4H8(g)+H2O(g)+CO(g)　ΔH
(2)在催化剂Fe2O3作用下,该反应的反应机理如下:
写出该反应的两个基元反应: 　 　 　 　 　　、 　　　　　　　　。
(3)常压下,异丁烷和CO2在催化剂作用下反应,控制投料比n(异丁烷)∶n(CO2)分别为8∶1、4∶1和1∶1,异丁烷的平衡转化率随反应温度的变化关系如图。
代表投料比为1∶1的曲线为　　　　(填字母),异丁烷平衡转化率相同时,投料比越高对应的反应温度越　　　　(填“高”或“低”)。
(4)已知某温度时,反应CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g),Kp=p1 kPa。该温度下,向恒容密闭容器中加入过量CaCO3和一定量异丁烷,初始和平衡时容器内压强分别为
p2 kPa和p3 kPa,CO2氧化异丁烷反应的平衡常数Kp为　　　　(用含有p1、p2、p3的代数式表示,初始压强不含CO2的分压)。
18.(14分)(2024·青岛模拟)二氧化碳加氢制甲醇是碳中和的一个重要研究方向。在恒压条件下,将3 mol H2和1 mol CO2充入密闭容器中进行如下反应:
Ⅰ:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH1
Ⅱ:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH2<0
Ⅲ:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)　ΔH3<0
回答下列问题:
(1)CO2转化率α(CO2)、CH3OH选择性(产物中CH3OH的物质的量与参加反应的CO2的物质的量之比,用SM表示)、CO选择性(产物中CO的物质的量与参加反应的CO2的物质的量之比,用SCO表示)随温度变化如图所示。
①反应Ⅰ正反应活化能为Ea正 kJ·mol-1,逆反应活化能为Ea逆 kJ·mol-1,
则Ea正　　　　(填“>”“<”或“=”)Ea逆。
②图1中表示α(CO2)的曲线是　　　　　　　,曲线c随温度升高而升高的原因
是　 　　　　　　　。
③已知T=240 ℃,α(CO2)=0.3,p(CH3OH)∶p(CO)=4∶1,反应Ⅱ的分压平衡常数Kp=　　　　(保留2位有效数字)。
(2)为探究原料气中混杂CO对反应的影响,测得α(CO2)、平衡时CH3OH与初始CO2物质的量之比γ随原料气中的变化如图所示。
①图中α(CO2)降低而γ升高的原因是　　　　;
当=0.15时,α(CO2)=0.2,n(CO)=0.1 mol,则γ=　　　　。
②下列措施能提高γ值的是　　　　(填字母)。
A.恒容条件通入H2
B.恒压条件通入氩气
C.选用更高效的催化剂
D.将尾气进行循环使用
阶段评估检测(六)
(75分钟　100分)
一、选择题:本题共14小题,每小题3分,共42分。在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的。
1.以下措施是为了加快化学反应速率的是 (　　)
A.葡萄酒中添加SO2作抗氧化剂
B.塑料中添加防老剂
C.燃煤发电时用煤粉代替煤块
D.低温保存运输疫苗
【解析】选C。A.SO2具有还原性,添加SO2作抗氧化剂,可减缓氧化的速率,故A不选;B.添加防老剂,可防止氧化,可减缓反应速率,故B不选;C.燃煤发电时用煤粉代替煤块,增大接触面积,可增大反应速率,故C选;D.疫苗的主要成分为蛋白质,高温会发生变性,不是为了加快化学反应速率,故D不选。
2.反应A(g)+3B(g)2C(g)+2D(g)在四种不同情况下的反应速率分别为①v(A)=0.45 mol·L-1·min-1;②v(B)=0.6 mol·L-1·s-1;③v(C)=0.4 mol·L-1·s-1;
④v(D)=0.45 mol·L-1·s-1,该反应进行的快慢顺序为 (　　)
A.④>③=②>①　　　 B.④<③=②<①
C.①>②>③>④ D.④>③>②>①
【解析】选A。①v(A)=0.45 mol·L-1·min-1=0.007 5 mol·L-1·s-1,②v(B)=0.6 mol·L-1·s-1,则v(A)=v(B)=0.2 mol·L-1·s-1,
③v(C)=0.4 mol·L-1·s-1,则v(A)=v(C)=0.2 mol·L-1·s-1,④v(D)=0.45 mol·L-1·s-1,则v(A)=v(D)=0.225 mol·L-1·s-1;可见速率大小关系为④>③=②>①。
3.在恒温恒容的密闭容器中,可逆反应:4A(g)+5B(g)3C(s)+6D(g)　ΔH<0,不能作为达到化学平衡状态的标志的是 (　　)
A.气体密度不再发生变化
B.A的物质的量浓度不再改变
C.容器内总压强不再改变
D.A、B、C、D四种物质的物质的量之比为4∶5∶3∶6
【解析】选D。C(s)为固态,该反应中混合气体的密度为变量,当气体密度不再发生变化时,表明达到平衡状态,能作为达到化学平衡状态的标志,故A错误;A的物质的量浓度不再改变,表明正逆反应速率相等,该反应达到平衡状态,能作为达到化学平衡状态的标志,故B错误;该反应为气体物质的量缩小的反应,在恒温恒容的密闭容器中容器内总压强为变量,当容器内总压强不再改变时,表明达到平衡状态,能作为达到化学平衡状态的标志,故C错误;各组分的物质的量之比与初始物质的量、转化率有关,A、B、C、D四种物质的物质的量之比为4∶5∶3∶6时不一定达到平衡状态,不能作为达到化学平衡状态的标志,故D正确。
4.反应2H2(g)+2NO(g)===2H2O(g)+N2(g)的速率方程为v=kcα(H2)·cβ(NO),该反应在不同条件下的反应速率如下:
温度/ ℃ c(H2)/(mol·L-1) c(NO)/(mol·L-1) 反应速率
T1 0.1 0.1 v
T1 0.2 0.2 8v
T1 0.3 0.2 12v
T2 0.3 0.2 16v
下列说法正确的是 (　　)
A.T2B.通过前三组实验可以计算出α=2,β=1
C.在T2 ℃、c(NO)=0.1 mol·L-1条件下,若反应速率为8v,则c(H2)=0.3 mol·L-1
D.其他条件不变时,该反应体系中反应物浓度的改变对v有影响,且c(NO)影响较大
【解析】选D。在c(H2)=0.3 mol·L-1、c(NO)=0.2 mol·L-1条件下,T2 ℃时的反应速率比T1 ℃时的反应速率快,温度越高,反应速率越快,则T2>T1,故A错误;由表中自上而下第3、第4组数据,可知k受温度影响,由第1组数据可得①:v=k·0.1α·0.1β,由第2组数据可得②:8v=k·0.2α·0.2β,由第3组数据可得③:12v=k·0.3α·0.2β,联立①②可得:α+β=3,联立②③可得:α=1,故β=2,故B错误;设c(H2)=y mol·L-1,由T2 ℃时的数据可得:16v=k×0.3×0.22,由选项中已知数据可得:8v=k·y×0.12,联立解得y=0.6,即c(H2)=0.6 mol·L-1,故C错误;k受温度影响,其他条件不变时,由v=kcα(H2)·cβ(NO)可知,只有反应物浓度改变对v有影响,由B中计算可知β>α,可知c(NO)对反应速率影响较大,故D正确。
5.为了研究含一定浓度Fe2+的溶液在不同条件下被氧气氧化的氧化率,实验结果如图所示,判断下列说法正确的是 (　　)
A.pH越小,氧化率越小
B.温度越高,氧化率越小
C.Fe2+的氧化率仅与溶液的pH和温度有关
D.实验说明降低pH、升高温度有利于提高Fe2+的氧化率
【解析】选D。由②③可知,温度相同时,pH越小,氧化率越大,由①②可知,pH相同时,温度越高,氧化率越大,A、B错误;Fe2+的氧化率除受pH、温度影响外,还受其他因素影响,如浓度等,C错误。
6.(2024·邢台模拟)TiO2在电子、光学和催化剂领域有广泛应用,设计通过TiCl4制备TiO2和TiO2制备TiCl4的反应原理分别如下:
Ⅰ.TiCl4(g)+O2(g)===TiO2(s)+2Cl2(g)　ΔH1=-178 kJ·mol-1;
Ⅱ.TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s)===TiCl4(g)+2CO(g)　ΔH2=-42 kJ·mol-1。
下列说法错误的是 (　　)
A.反应Ⅰ能自发进行主要是焓减驱动
B.反应Ⅰ的体系中加入碳粉,可改变反应进行的方向
C.反应Ⅱ正反应的活化能比逆反应的活化能大
D.减小压强和降低温度,会降低反应Ⅱ的速率
【解析】选C。A.反应Ⅰ方程式两边的气体分子数相同,熵变不大,能自发进行主要是焓减驱动,故A正确;B.反应Ⅰ的逆反应不能自发进行,但加入碳粉后,由反应Ⅰ变为反应Ⅱ,使反应焓值减小、熵值增大,从而反应能够自发进行,故B正确;C.反应Ⅱ为放热反应,正反应的活化能比逆反应的活化能小,故C错误;D.减小压强和降低温度,反应Ⅱ的化学反应速率会降低,故D正确。
7.在1 L密闭容器中进行如下反应:X(g)+3Y(g)2Z(g),达到平衡时X、Y、Z的物质的量分别为0.1 mol、0.3 mol、0.2 mol,保持温度和容器体积不变,再向容器中充入X、Y、Z各0.1 mol、0.3 mol、0.2 mol,则下列说法正确的是 (　　)
A.平衡向正反应方向移动
B.化学平衡常数不变,平衡不移动
C.平衡向逆反应方向移动
D.容器内压强始终保持原来的2倍
【解析】选A。达到平衡时X、Y、Z的物质的量分别为0.1 mol、0.3 mol、0.2 mol,保持温度和容器体积不变,再向容器中充入X、Y、Z各0.1 mol、0.3 mol、0.2 mol,浓度均变为原来的2倍,相当于压强增大,则平衡正向移动,故A正确,C错误;温度不变,K不变,压强增大,平衡正向移动,故B错误;平衡正向移动,则容器内压强小于原来的2倍,故D错误。
8.(2024·衡水模拟)一定条件下,丙烯与HCl反应生成CH3CHClCH3和CH3CH2CH2Cl的反应历程如图所示。下列说法正确的是 (　　)
A.丙烯与HCl的反应是吸热反应
B.合成CH3CHClCH3的反应中,第Ⅱ步为反应的决速步
C.其他条件不变,适当升高温度可以提高加成产物中CH3CH2CH2Cl的比例
D.CH2=CH—CH3(g)+HCl(g)CH3CH2CH2Cl(g)的焓变等于第一步与第二步正反应活化能的差值
【解析】选C。A.丙烯与HCl的总能量大于CH3CHClCH3或CH3CH2CH2Cl的能量,则丙烯与HCl的反应是放热反应,故A错误;B.合成CH3CHClCH3的反应中,第Ⅰ步的活化能大于第Ⅱ步,则第Ⅰ步为决速步,故B错误;C.丙烯与HCl反应生成CH3CH2CH2Cl的活化能较大,适当提高温度,可以提高生成CH3CH2CH2Cl的速率,从而提高加成产物中CH3CH2CH2Cl的比例,故C正确;D.CH2=CH—CH3(g)+HCl(g)CH3CH2CH2Cl(g)的焓变等于第一步焓变与第二步焓变之和,故D错误。
9.(2024·山东模拟)在Fe+催化作用下,C2H6与N2O制备乙醛的反应机理如图所示。下列说法正确的是 (　　)
A.X为C2H5OH,是中间产物之一
B.过程①～⑥,Fe元素的化合价均发生了变化
C.增加Fe+的量,C2H6平衡转化率不变
D.每消耗1 mol N2O,可制备0.5 mol CH3CHO
【解析】选C。A.根据反应③,X为CH3CH2OH,是生成物,故A错误;B.根据题图可知,过程①③⑥Fe元素的化合价发生了变化,故B错误;C.Fe+是催化剂,催化剂只改变反应速率,不改变反应物的平衡转化率,故C正确;D.反应③是制备过程的副反应,会生成X(乙醇),因此每消耗1 mol N2O,制备的CH3CHO小于0.5 mol,故D错误。
10.SO2和NO2都属于大气的污染物之一,对环境有很大危害。它们在一定条件下可以发生可逆反应SO2(g)+NO2(g)SO3(g)+NO(g)。若在绝热恒容密闭容器中达到平衡,正反应速率随时间变化的曲线如图所示。下列有关说法正确的是
(　　)
A.反应在c点达到平衡状态
B.反应物浓度:a点大于b点
C.若减小容器的体积:a～b段SO2的转化率一定保持不变
D.Δt1=Δt2时,SO2的转化率:a～b段一定大于b～c段
【解析】选B。正逆反应速率相等时,可逆反应达到平衡状态,根据图知,c点对应的正反应速率还在改变,则c点没有达到平衡状态,A错误;从a点到b点,v正在增大,反应仍在正向进行,消耗反应物使反应物浓度降低,所以反应物浓度:a点大于b点,B正确;若减小容器的体积,反应物浓度增大,正反应速率加快,则a～b段SO2的转化率增大,C错误;随着反应的进行,a～c点正反应速率逐渐增大,相同时间内消耗SO2的物质的量增多,所以SO2的转化率:a～b段小于b～c段,D错误。
11.密闭容器中加入HBr,一定条件下发生反应:2HBr(g)Br2(g)+H2(g),c(HBr)随反应时间的变化如曲线①所示,分别改变一个条件,得到曲线②和③,下列说法错误的是 (　　)
A.该反应正反应为吸热反应
B.曲线①,0～50 min用H2表示的平均反应速率为0.01 mol·L-1·min-1
C.曲线②,可能使用了催化剂或压缩容器体积
D.曲线③,达到平衡后,容器内各物质的浓度分别增加0.2 mol·L-1,平衡正向移动
【解析】选C。A.由图可知,③先达到平衡,且平衡时c(HBr)小,可知改变的条件为升高温度,则正反应为吸热反应,故A正确;B.曲线①,0～50 min用H2表示的平均反应速率为×=0.01 mol·L-1·min-1,故B正确;C.①②的平衡状态相同,②中反应速率快,且反应为气体体积不变的反应,则曲线②可能使用了催化剂,若缩小体积,气体的浓度都增大,与图像不符合,故C错误;D.曲线③达到平衡时,c(HBr)=0.2 mol·L-1,Br2(g)、H2(g)的浓度均为0.7 mol·L-1,K==,往容器中加入浓度均为0.2 mol·L-1的三种物质,Q==12.(2024·湖南选择考改编)向体积均为1 L的两恒容容器中分别充入2 mol X和
1 mol Y发生反应:2X(g)+Y(g)Z(g)　ΔH,其中甲为绝热过程,乙为恒温过程,两反应体系的压强随时间的变化曲线如图所示。下列说法正确的是 (　　)
A.ΔH>0
B.气体的总物质的量:naC.a点平衡常数:K<12
D.反应速率:va正【解析】选B。甲容器在绝热条件下,随着反应的进行,压强先增大后减小,根据理想气体状态方程pV=nRT可知,刚开始压强增大的原因是容器温度升高,则说明上述反应过程放热,即ΔH<0,故A错误;根据A项分析可知,上述密闭容器中的反应为放热反应,图中a点和c点的压强相等,因甲容器为绝热过程,乙容器为恒温过程,若两者气体物质的量相等,则甲容器压强大于乙容器压强,则说明甲容器中气体的总物质的量此时相比乙容器小,即气体总物质的量:na　　　　　　　2X(g)+Y(g)Z(g)
c0/mol·L-1 2 1 0
Δc/mol·L-1 2x x x
c平/mol·L-1 2-2x 1-x x,
则有=,计算得到x=0.75,那么化学平衡常数K===12,甲容器为绝热条件,当Q=12时,因反应为放热反应,此时压强会大于p,要使压强等于p,反应体系气体物质的量需进一步减小,即反应会继续正向移动,当达到平衡时,K>12,故C错误;根据图像可知,甲容器达到平衡的时间短,温度高,所以达到平衡的速率相对乙容器的快,即va正>vb正,故D错误。
13.合成氨工业涉及固体燃料的气化,需要研究CO2与CO之间的转化。现让一定量的CO2与足量碳在体积可变的密闭容器中发生反应:C(s)+CO2(g)2CO(g),测得压强、温度对CO、CO2的平衡组成的影响如图所示。下列说法正确的是
(　　)
A.平衡体系的压强:p1>p2>p3
B.该反应的活化能:Ea(正)C.该反应的平衡常数:K(a)=K(b)>K(c)
D.图中d点按=再通入混合气,平衡不移动
【解析】选D。C(s)+CO2(g)2CO(g)为气体体积增大的反应,压强减小,平衡正向移动,φ(CO)增大,根据图中关系可知p1、p2、p3的大小关系为p1Ea(逆),B错误;化学平衡常数是温度的函数,a、b两点对应的温度相同,c点对应的温度高于a、b两点,该反应是吸热反应,温度升高,平衡正向移动,则图中a、b、c三点对应的平衡常数大小关系是K(a)=K(b)14.二氧化碳加氢制甲醇涉及的反应可表示为
反应Ⅰ:CO2(g)+3H2(g)===CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH1=-49 kJ·mol-1
反应Ⅱ:CO2(g)+H2(g)===CO(g)+H2O(g)　ΔH2=+41 kJ·mol-1
一体积固定的密闭容器中,在5 MPa下,按照n(CO2)∶n(H2)=1∶3投料,平衡时,CO和CH3OH在含碳产物中物质的量分数及CO2的转化率随温度的变化如题图所示。下列说法正确的是 (　　)
A.H2的平衡转化率始终低于CO2
B.n曲线代表的物质为CH3OH,温度越高,越有利于CH3OH的生成
C.270～400 ℃时,平衡移动的程度:反应Ⅰ>反应Ⅱ
D.加入选择性高的催化剂,可提高CH3OH的平衡转化率
【解析】选A。起始按n(CO2)∶n(H2)=1∶3投料,只发生反应Ⅰ时,CO2、H2平衡转化率相同,发生反应Ⅱ时,H2的平衡转化率小于CO2的平衡转化率,当Ⅰ、Ⅱ都发生时,则H2的平衡转化率小于CO2的平衡转化率,A正确;反应Ⅰ是放热反应,温度升高,平衡逆向移动,从而使CH3OH的产量变少,故n不代表甲醇,B错误;反应Ⅰ是放热反应,反应Ⅱ是吸热反应,270～400 ℃时,平衡移动的程度:反应Ⅰ<反应Ⅱ,C错误;催化剂只能改变反应速率,不能改变CH3OH的平衡转化率,D错误。
二、非选择题:本题共4小题,共58分。
15.(16分)一定温度下,向5 L某恒
容密闭容器中充入一定量的气体M和N,发生反应:xM(g)+yN(g)zR(g)　ΔH>0。容器中M、N、R的物质的量随时间的变化如图所示。回答下列问题:
(1)上述可逆反应中的化学计量数x∶y=　　　　　;反应第一次达到平衡时,R的物质的量分数为　　　　　。
【解析】由图可知,第一次平衡时,参加反应的M、N、R的物质的量分别为
1.05 mol-0.60 mol=0.45 mol、0.75 mol-0.30 mol=0.45 mol、0.90 mol,则可逆反应中的化学计量数x∶y∶z=1∶1∶2,则反应为M(g)+N(g)2R(g)　ΔH>0。(1)由上述分析,可逆反应中的化学计量数x∶y=1∶1;反应第一次达到平衡时,M、N、R的物质的量分别为0.60 mol、0.30 mol、0.90 mol,R的物质的量分数为×100%=50%。
(2)在0～10 min内,下列关于上述可逆反应的说法正确的是　　　　　(填字母)。
A.M的正反应速率va>vb
B.b点时,n(M)=n(R),则该反应达到平衡
C.升高温度,正、逆反应速率均增大,ΔH也增大
D.加入适宜的催化剂,N的平衡转化率保持不变
【解析】由图可知,第一次平衡时,参加反应的M、N、R的物质的量分别为
1.05 mol-0.60 mol=0.45 mol、0.75 mol-0.30 mol=0.45 mol、0.90 mol,则可逆反应中的化学计量数x∶y∶z=1∶1∶2,则反应为M(g)+N(g)2R(g)　ΔH>0。(2)由图可知,a、b两点均没有达到平衡,且a点M的物质的量大于b,浓度越大反应速率越大,故M的正反应速率va>vb,A正确;b点时,n(M)=n(R),但是此后两者的物质的量继续变化,说明该反应没有达到平衡,B错误;升高温度,使得正、逆反应速率均增大,但ΔH不变,C错误;加入适宜的催化剂,加快反应速率,但是不改变平衡状态,N的平衡转化率保持不变,D正确。
(3)若将p mol M与q mol N的混合气体充入该容器中,发生上述反应,反应至某时刻时各物质的量恰好满足:n(M)=2n(N)=3n(R)。则原混合气体中p∶q=　　　　。
【解析】由图可知,第一次平衡时,参加反应的M、N、R的物质的量分别为
1.05 mol-0.60 mol=0.45 mol、0.75 mol-0.30 mol=0.45 mol、0.90 mol,则可逆反应中的化学计量数x∶y∶z=1∶1∶2,则反应为M(g)+N(g)2R(g)　ΔH>0。
(3)若将p mol M与q mol N的混合气体充入该容器中,发生反应:
　　　　　　　M(g) + N(g) 2R(g)
起始(mol) p q 0
转化(mol) a a 2a
某时刻(mol) p-a q-a 2a
反应至某时刻时各物质的量恰好满足:n(M)=2n(N)=3n(R),
则(p-a)=2(q-a)=3×2a,p=7a、q=4a,故原混合气体中p∶q=7∶4。
(4)若某温度下,在4个容积相同的恒容密闭容器中,以不同的投料方式进行上述反应。根据在相同时间内测定的结果,判断进行该反应由快到慢的顺序为
　　　　(填序号)。
①v(M)=0.05 mol·L-1·min-1
②v(N)=0.03 mol·L-1·min-1
③v(R)=0.06 mol·L-1·min-1
④v(N)=0.01 mol·L-1·s-1
【解析】由图可知,第一次平衡时,参加反应的M、N、R的物质的量分别为
1.05 mol-0.60 mol=0.45 mol、0.75 mol-0.30 mol=0.45 mol、0.90 mol,则可逆反应中的化学计量数x∶y∶z=1∶1∶2,则反应为M(g)+N(g)2R(g)　ΔH>0。
(4)判断反应快慢需要单位统一,且需要转换为同一物质,①由化学方程式体现的计量数关系可知,v(N)=v(M)=0.05 mol·L-1·min-1,②v(N)=0.03 mol·L-1·min-1,③v(N)=v(R)=0.03 mol·L-1·min-1,④v(N)=0.01 mol·L-1·s-1=0.6 mol·L-1·min-1,故由快到慢的顺序为④>①>②=③。
答案:(1)1∶1　50%　(2)AD　(3)7∶4
(4)④>①>②=③
16.(14分)活性炭可处理污染物NO。温度恒定在T ℃下,在2 L恒容密闭容器中加入NO气体和活性炭固体反应生成气体A和气体B。各物质初始及平衡时的物质的量如下:
项目 活性炭 NO A B
初始时物质的量/mol 2.050 0.200 0 0
平衡时物质的量/mol 2.000 0.100 0.050 0.050
(1)写出该反应的化学方程式:　　　　 　　　　　　　　　　　;上述反应达到平衡共耗时5 min,当活性炭消耗0.025 mol时,反应的时间　　　　(填“>”“<”或“=”)2.5 min。
【解析】(1)表中数据可知,C、NO、A、B的化学计量数之比为0.05∶0.1∶0.05∶0.05=1∶2∶1∶1,反应中C被氧化,结合原子守恒可知,生成N2与CO2,且该反应为可逆反应,故该反应的化学方程式为C+2NON2+CO2,上述反应达到平衡共耗时5 min,因为随着反应进行,c(NO)不断减小,反应速率减慢,当活性炭消耗
0.025 mol时,反应的时间<2.5 min。
(2)上述反应达到平衡后,其他条件不变时,通入0.2 mol NO,请在图中画出正、逆反应速率(v正及v逆)随时间t变化的示意图。
【解析】(2)题述反应达到平衡后,其他条件不变时,通入0.2 mol NO,瞬间正反应速率加快,逆反应速率不变,随着反应进行正反应速率减小,逆反应速率增大,到正反应速率等于逆反应速率时重新达到平衡状态,正、逆反应速率(v正及v逆)随时间t变化的示意图:
(3)向上述表格的平衡体系中通入0.100 mol NO和0.150 mol CO2,平衡
　　　　(填“正向”“逆向”或“不”)移动,请给出判断理由:　 　。
【解析】(3)表中数据计算平衡常数K===0.25,向题述表格的平衡体系中
通入0.100 mol NO和0.150 mol CO2,此时的浓度商
Q===0.25=K,平衡不移动。
答案:(1)C+2NON2+CO2　<
(2)
(3)不　根据表中数据计算平衡常数K===0.25,
浓度商Q===0.25=K,平衡不移动
17.(14分)(2023·青岛模拟)二氧化碳、氮氧化物的再利用一直是当前研究的重要课题。
Ⅰ.氮的氧化物之间存在三个转化,它们的转化反应以及平衡常数K和温度T的关系如下:
①4NO2(g)+O2(g)2N2O5(g)　ΔH1　lnK1=c1+
②2NO2(g)+O3(g)N2O5(g)+O2(g)　ΔH2　lnK2=c2+
③2O3(g)3O2(g)　ΔH3　lnK3=c3+
(1)反应②的活化能Ea(正)　　　　(填“大于”“小于”或“等于”)Ea(逆)。
Ⅱ.CO2的再利用:CO2氧化异丁烷(C4H10)制备2-甲基丙烯(C4H8),其反应为
C4H10(g)+CO2(g)C4H8(g)+H2O(g)+CO(g)　ΔH
【解析】(1)该反应中升高温度,lnK减小,则K减小,正反应为放热反应,ΔH2<0,反应②的ΔH2=Ea(正)-Ea(逆)<0,所以Ea(正)(2)在催化剂Fe2O3作用下,该反应的反应机理如下:
写出该反应的两个基元反应: 　 　 　 　 　　、 　　　　　　　　。
【解析】(2)该反应表示的两个基元反应:C4H10和Fe2O3反应生成C4H8、H2O、Fe3O4,Fe3O4和CO2反应生成Fe2O3、CO,基元反应方程式依次是
C4H10+3Fe2O3===2Fe3O4+C4H8+H2O、2Fe3O4+CO2===3Fe2O3+CO。
(3)常压下,异丁烷和CO2在催化剂作用下反应,控制投料比n(异丁烷)∶n(CO2)分别为8∶1、4∶1和1∶1,异丁烷的平衡转化率随反应温度的变化关系如图。
代表投料比为1∶1的曲线为　　　　(填字母),异丁烷平衡转化率相同时,投料比越高对应的反应温度越　　　　(填“高”或“低”)。
【解析】(3)常压下,温度一定时,n(C4H10)∶n(CO2)越大,C4H10的平衡转化率越小,所以a、b、c分别表示投料比为1∶1、4∶1、8∶1;根据图像知,异丁烷平衡转化率相同时,投料比越高对应的反应温度越高。
(4)已知某温度时,反应CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g),Kp=p1 kPa。该温度下,向恒容密闭容器中加入过量CaCO3和一定量异丁烷,初始和平衡时容器内压强分别为
p2 kPa和p3 kPa,CO2氧化异丁烷反应的平衡常数Kp为　　　　(用含有p1、p2、p3的代数式表示,初始压强不含CO2的分压)。
【解析】(4)开始时p(C4H10)=p2 kPa,平衡时压强为p3 kPa,温度不变化学平衡常数不变,则p(CO2)=p1 kPa,设反应消耗的p(C4H10)=x kPa,则:
(kPa)　C4H10(g)+CO2(g)C4H8(g)+H2O(g)+CO(g)
变化 x x x x x
平衡 p2-x p1 x x x
平衡时总压强为(p2-x+p1+x+x+x)kPa=p3 kPa,x=,CO2氧化异丁烷脱氢反应的平衡常数Kp为==。
答案:(1)小于
(2)C4H10+3Fe2O3===2Fe3O4+C4H8+H2O
2Fe3O4+CO2===3Fe2O3+CO　(3)a　高
(4)
18.(14分)(2023·青岛模拟)二氧化碳加氢制甲醇是碳中和的一个重要研究方向。在恒压条件下,将3 mol H2和1 mol CO2充入密闭容器中进行如下反应:
Ⅰ:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH1
Ⅱ:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH2<0
Ⅲ:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)　ΔH3<0
回答下列问题:
(1)CO2转化率α(CO2)、CH3OH选择性(产物中CH3OH的物质的量与参加反应的CO2的物质的量之比,用SM表示)、CO选择性(产物中CO的物质的量与参加反应的CO2的物质的量之比,用SCO表示)随温度变化如图所示。
①反应Ⅰ正反应活化能为Ea正 kJ·mol-1,逆反应活化能为Ea逆 kJ·mol-1,
则Ea正　　　　(填“>”“<”或“=”)Ea逆。
②图1中表示α(CO2)的曲线是　　　　　　　,曲线c随温度升高而升高的原因
是　 　　　　　　　。
③已知T=240 ℃,α(CO2)=0.3,p(CH3OH)∶p(CO)=4∶1,反应Ⅱ的分压平衡常数Kp=　　　　(保留2位有效数字)。
【解析】(1)①Ⅰ:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH1,Ⅱ:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH2<0,Ⅲ:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)　ΔH3<0,反应Ⅰ=反应Ⅱ+反应Ⅲ,则依据盖斯定律,ΔH1=ΔH2+ΔH3,又ΔH2<0、ΔH3<0,则ΔH1<0,反应Ⅰ的ΔH1=正反应的活化能-逆反应的活化能<0,则Ea正②反应均为放热反应,所以随着温度的升高α(CO2)会减小,SM与Sco的和是1,所以曲线a是α(CO2)随温度变化的曲线,三个反应同时进行且均为放热反应,所以b表示SM,c表示Sco,曲线c随温度升高而升高的原因是温度升高,反应Ⅲ逆向移动(或者温度升高,反应Ⅰ、Ⅱ均逆向移动,但反应Ⅰ放热更多,其平衡移动受温度影响更大)。
③T=240 ℃,α(CO2)=0.3,所以参与反应的CO2的物质的量为1 mol×0.3=0.3 mol,由p(CH3OH)∶p(CO)=4∶1可得CH3OH、CO的物质的量分别为0.8×0.3 mol=0.24 mol、0.2×0.3 mol=0.06 mol,平衡状态CO2物质的量为1 mol-0.3 mol=0.7 mol,根据氧元素守恒可得平衡状态n(H2O)=(1×2-0.06-0.24-0.7×2)mol=0.3 mol,根据氢元素守恒可得平衡状态n(H2)= mol=2.22 mol,反应Ⅱ的
Kp====≈0.012。
(2)为探究原料气中混杂CO对反应的影响,测得α(CO2)、平衡时CH3OH与初始CO2物质的量之比γ随原料气中的变化如图所示。
①图中α(CO2)降低而γ升高的原因是　　　　;
当=0.15时,α(CO2)=0.2,n(CO)=0.1 mol,则γ=　　　　。
②下列措施能提高γ值的是　　　　(填字母)。
A.恒容条件通入H2
B.恒压条件通入氩气
C.选用更高效的催化剂
D.将尾气进行循环使用
【解析】(2)①增大,与CO反应的H2变多,与CO2反应的H2变少,所以α(CO2)降低;增大,反应Ⅲ更多地发生,产生CH3OH变多,所以γ升高,初始3 mol H2和
1 mol CO2,=0.15时n(CO)=0.15 mol,平衡状态时α(CO2)=0.2,所以n(CO2)=
1 mol×(1-0.2)=0.8 mol,n(CO)=0.1 mol,根据碳元素守恒,n(CH3OH)=0.25 mol,所以γ==0.25。
②A.恒容条件通入H2,反应Ⅰ和Ⅲ平衡正向移动生成更多的CH3OH,γ增大,故A正确;B.恒压条件通入氩气体系体积增大,浓度减小,相当于减小压强,平衡逆向移动,γ减小,故B错误;C.催化剂不改变平衡状态,γ不变,故C错误;D.将尾气进行循环使用会使CO与H2反应生成更多的CH3OH,γ增大,故D正确。
答案:(1)①<
②a　温度升高,反应Ⅲ逆向移动(或者温度升高,反应Ⅰ、Ⅱ均逆向移动,但反应Ⅰ放热更多,其平衡移动受温度影响更大)
③0.012
(2)①增大,与CO反应的H2变多,与CO2反应的H2变少,所以α(CO2)降低;增大,反应Ⅲ更多地发生,产生CH3OH变多,所以γ升高　0.25　②AD
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