1．化学反应的方向
2．化学反应的限度
3．化学反应的速率
考向一 化学反应速率
1．(2024·北京卷，T10)可采用Deacon催化氧化法将工业副产物HCl制成Cl2，实现氯资源的再利用。反应的热化学方程式：4HCl(g)＋O2(g)2Cl2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－114.4 kJ·mol-1。如图所示为该法的一种催化机理。
下列说法不正确的是( )
A．Y为反应物HCl，W为生成物H2O
B．反应制得1 mol Cl2，须投入2 mol CuO
C．升高反应温度，HCl被O2氧化制Cl2的反应平衡常数减小
D．图中转化涉及的反应中有两个属于氧化还原反应
2．(2023·广东卷，T15)催化剂Ⅰ和Ⅱ均能催化反应R(g) P(g)。反应历程(下图)中，M为中间产物。其他条件相同时，下列说法不正确的是( )
A．使用Ⅰ和Ⅱ，反应历程都分4步进行
B．反应达平衡时，升高温度，R的浓度增大
C．使用Ⅱ时，反应体系更快达到平衡
D．使用Ⅰ时，反应过程中M所能达到的最高浓度更大
3．(2023·辽宁卷，T12)一定条件下，酸性KMnO4溶液与H2C2O4发生反应，Mn(Ⅱ)起催化作用，过程中不同价态含Mn粒子的浓度随时间变化如图所示，下列说法正确的是( )
A．Mn(Ⅲ)不能氧化H2C2O4
B．随着反应物浓度的减小，反应速率逐渐减小
C．该条件下，Mn(Ⅱ)和Mn(Ⅶ)不能大量共存
D．总反应为＋16H＋===2Mn2+＋10CO2↑＋8H2O
4．(2022·北京卷，T14)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，以恒定组成的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，在催化剂上有积碳。
下列说法不正确的是( )
A．反应①为CaO＋CO2===CaCO3；反应②为CaCO3＋CH4CaO＋2CO＋2H2
B．t1～t3，n(H2)比n(CO)多，且生成H2速率不变，可能有副反应CH4C＋2H2
C．t2时刻，副反应生成H2的速率大于反应②生成H2速率
D．t3之后，生成CO的速率为0，是因为反应②不再发生
5．(2023·山东卷，T20节选)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。
反应Ⅰ正反应速率方程为v＝kc(H＋)·c(HCOOH)，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x mol·L-1时，H＋浓度为______ mol·L-1，此时反应Ⅰ正反应速率v＝________ mol·L-1·h-1(用含Ka、x和k的代数式表示)。
考向二 化学平衡
6．(2023·北京卷，T4)下列事实能用平衡移动原理解释的是( )
A．H2O2溶液中加入少量MnO2固体，促进H2O2分解
B．密闭烧瓶内的NO2和N2O4的混合气体，受热后颜色加深
C．铁钉放入浓硝酸中，待不再变化后，加热能产生大量红棕色气体
D．锌片与稀硫酸反应过程中，加入少量CuSO4固体，促进H2的产生
7．(2023·浙江6月卷，T14)一定条件下，1－苯基丙炔(Ph—C≡C—CH3)可与HCl发生催化加成，反应如下：
反应过程中该炔烃及反应产物的占比随时间的变化如图(已知：反应Ⅰ、Ⅲ为放热反应)，下列说法不正确的是( )
A．反应焓变：反应Ⅰ>反应Ⅱ
B．反应活化能：反应Ⅰ<反应Ⅱ
C．增加HCl浓度可增加平衡时产物Ⅱ和产物Ⅰ的比例
D．选择相对较短的反应时间，及时分离可获得高产率的产物Ⅰ
8．(2024·黑吉辽卷，T10)异山梨醇是一种由生物质制备的高附加值化学品，150 ℃时其制备过程及相关物质浓度随时间变化如图所示，15 h后异山梨醇浓度不再变化。下列说法错误的是( )
A．3 h时，反应②正、逆反应速率相等
B．该温度下的平衡常数：①>②
C．0～3 h平均速率v(异山梨醇)＝0.014 mol·kg-1·h-1
D．反应②加入催化剂不改变其平衡转化率
9．(2024·湖南卷，T14)恒压下，向某密闭容器中充入一定量的CH3OH(g)和CO(g)，发生如下反应：
主反应：CH3OH(g)＋CO(g)===CH3COOH(g) ΔH1
副反应：CH3OH(g)＋CH3COOH(g)===CH3COOCH3(g)＋H2O(g) ΔH2
在不同温度下，反应达到平衡时，测得两种含碳产物的分布分数随投料比x(物质的量之比)的变化关系如图所示，下列说法正确的是( )
A．投料比x代表
B．曲线c代表CH3COOH的分布分数
C．ΔH1<0，ΔH2>0
D．L、M、N三点的平衡常数：K(L)＝K(M)>K(N)
10．(2023·全国甲卷，T28)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：
①3O2(g)===2O3(g) K1 ΔH1＝285 kJ·mol-1
②2CH4(g)＋O2(g)===2CH3OH(l) K2 ΔH2＝－329 kJ·mol-1
反应③CH4(g)＋O3(g)===CH3OH(l)＋O2(g)的ΔH3＝________ kJ·mol-1，平衡常数K3＝________(用K1、K2表示)。
(2)电喷雾电离等方法得到的M＋(Fe＋、Co＋、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300 K和310 K下(其他反应条件相同)进行反应MO＋＋CH4===M＋＋CH3OH，结果如图甲所示。图中300 K的曲线是________(填“a”或“b”)。300 K、60 s时MO＋的转化率为________(列出算式)。
甲
(3)MO＋分别与CH4、CD4反应，体系的能量随反应进程的变化如图乙所示(两者历程相似，图中以CH4示例)。
乙
(ⅰ)步骤Ⅰ和Ⅱ中涉及氢原子成键变化的是________(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。
(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________(填“c”或“d”)。
(ⅲ)MO＋与CH2D2反应，氘代甲醇的产量CH2DOD________(填“>”“＝”或“<”)CHD2OH。若MO＋与CHD3反应，生成的氘代甲醇有________种。
11．(2023·全国乙卷)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甲所示：
甲
根据上述实验结果，可知x＝_____________________，y＝____________。
(2)已知下列热化学方程式：
FeSO4·7H2O(s)===FeSO4(s)＋7H2O(g) ΔH1＝
FeSO4·xH2O(s)===FeSO4(s)＋xH2O(g) ΔH2＝
FeSO4·yH2O(s)===FeSO4(s)＋yH2O(g) ΔH3＝
则·xH2O)(s)的ΔH＝______ kJ·mol-1。
(3)将FeSO4置入抽空的刚性容器中，升高温度发生分解反应：
2FeSO4(s) Fe2O3(s)＋SO2(g)＋SO3(g)(Ⅰ)
平衡时-T的关系如图乙所示。660 K时，该反应的平衡总压p总＝________kPa、平衡常数Kp(Ⅰ)＝______(kPa)2。Kp(Ⅰ)随反应温度升高而________(填“增大”“减小”或“不变”)。
乙
(4)提高温度，上述容器中进一步发生反应2SO3(g) 2SO2(g)＋O2(g)(Ⅱ)，平衡时＝__________(用、表示)。在929 K时，p总＝＝35.7 kPa，则＝________kPa，Kp(Ⅱ)＝________kPa(列出计算式)。
12．(2023·湖北卷，T19)纳米碗C40H10是一种奇特的碗状共轭体系。高温条件下，C40H10可以由C40H20分子经过连续5步氢抽提和闭环脱氢反应生成。
C40H20(g)C40H18(g)＋H2(g)的反应机理和能量变化如下：
回答下列问题：
(1)已知C40Hx中的碳氢键和碳碳键的键能分别为431.0 kJ·mol-1和298.0 kJ·mol-1，H—H键能为436.0 kJ·mol-1。估算C40H20(g) C40H18(g)＋H2(g)的ΔH＝________ kJ·mol-1。
(2)图示历程包含________个基元反应，其中速率最慢的是第________个。
(3)C40H10纳米碗中五元环和六元环结构的数目分别为________、________。
(4)1 200 K时，假定体系内只有反应C40H12(g) C40H10(g)＋H2(g)发生，反应过程中压强恒定为p0(即C40H12的初始压强)，平衡转化率为α，该反应的平衡常数Kp为________(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)。
(5)40H19(g) C40H18(g)＋(g)及40H11(g) C40H10(g)＋H·(g)反应的ln K(K为平衡常数)随温度倒数的关系如图所示。已知本实验条件下，ln K＝－＋c(R为理想气体常数，c为截距)。图中两条线几乎平行，从结构的角度分析其原因是_________________________________________________________。
(6)下列措施既能提高反应物的平衡转化率，又能增大生成C40H10的反应速率的是_________(填标号)。
a．升高温度 b．增大压强 c．加入催化剂
13．(2023·新课标卷，节选)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N2(g)＋
H2(g)===NH3(g)的ΔH＝______ kJ·mol-1。
(ⅰ)
(ⅱ)＋* 2N*
(ⅲ)
(ⅳ)＋* 2H*
(ⅴ)N*＋H* NH*＋*
……
(…) NH3(g)＋*
(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________(填步骤前的标号)，理由是_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(3)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图3、4所示。其中一种进料组成为＝0.75、＝0.25，另一种为＝0.675、＝0.225、xAr＝0.10。(物质i的摩尔分数：xi＝ni/n总)
①图中压强由小到大的顺序为________，判断的依据是_____________________
_____________________________________________________________________。
②进料组成中含有惰性气体Ar的图是________。
③图3中，当p2＝20 MPa、＝0.20时，氮气的转化率α＝________。该温度时，反应N2(g)＋H2(g) NH3(g)的平衡常数Kp＝______________MPa-1(化为最简式)。
1/11．化学反应的方向
2．化学反应的限度
3．化学反应的速率
考向一 化学反应速率
1．(2024·北京卷，T10)可采用Deacon催化氧化法将工业副产物HCl制成Cl2，实现氯资源的再利用。反应的热化学方程式：4HCl(g)＋O2(g)2Cl2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－114.4 kJ·mol-1。如图所示为该法的一种催化机理。
下列说法不正确的是( )
A．Y为反应物HCl，W为生成物H2O
B．反应制得1 mol Cl2，须投入2 mol CuO
C．升高反应温度，HCl被O2氧化制Cl2的反应平衡常数减小
D．图中转化涉及的反应中有两个属于氧化还原反应
B [由该反应的热化学方程式可知，该反应涉及的主要物质有HCl、O2、CuO、Cl2、H2O；CuO与Y反应生成Cu(OH)Cl，则Y为HCl；Cu(OH)Cl分解生成W和Cu2OCl2，则W为H2O；CuCl2分解为X和CuCl，则X为Cl2；CuCl和Z反应生成Cu2OCl2，则Z为O2。综上所述，X、Y、Z、W依次是Cl2、HCl、O2、H2O。由分析可知，Y为反应物HCl，W为生成物H2O，A正确；CuO在反应中作催化剂，会不断循环，适量即可，B错误；总反应为放热反应，其他条件一定，升温平衡逆向移动，平衡常数减小，C正确；图中涉及的两个氧化还原反应是CuCl2―→CuCl和CuCl―→Cu2OCl2，D正确。]
2．(2023·广东卷，T15)催化剂Ⅰ和Ⅱ均能催化反应R(g) P(g)。反应历程(下图)中，M为中间产物。其他条件相同时，下列说法不正确的是( )
A． 使用Ⅰ和Ⅱ，反应历程都分4步进行
B． 反应达平衡时，升高温度，R的浓度增大
C． 使用Ⅱ时，反应体系更快达到平衡
D． 使用Ⅰ时，反应过程中M所能达到的最高浓度更大
C [由图可知两种催化剂均出现四个波峰，所以使用Ⅰ和Ⅱ，反应历程都分4步进行，A正确；由图可知该反应是放热反应，所以达平衡时，升高温度平衡逆向移动，R的浓度增大，B正确；由图可知Ⅰ的最高活化能小于Ⅱ的最高活化能，所以使用Ⅰ时反应速率更快，反应体系更快达到平衡，C错误；由图可知在前两个历程中使用Ⅰ，活化能较低，反应速率较快，后两个历程中使用Ⅰ活化能较高反应速率较慢，所以使用Ⅰ时，反应过程中M所能达到的最高浓度更大，D正确。]
3．(2023·辽宁卷，T12)一定条件下，酸性KMnO4溶液与H2C2O4发生反应，Mn(Ⅱ)起催化作用，过程中不同价态含Mn粒子的浓度随时间变化如图所示，下列说法正确的是( )
A．Mn(Ⅲ)不能氧化H2C2O4
B．随着反应物浓度的减小，反应速率逐渐减小
C．该条件下，Mn(Ⅱ)和Mn(Ⅶ)不能大量共存
D．总反应为＋16H＋===2Mn2+＋10CO2↑＋8H2O
[答案] C
4．(2022·北京卷，T14)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，以恒定组成的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，在催化剂上有积碳。
下列说法不正确的是( )
A．反应①为CaO＋CO2===CaCO3；反应②为CaCO3＋CH4CaO＋2CO＋2H2
B．t1～t3，n(H2)比n(CO)多，且生成H2速率不变，可能有副反应CH4C＋2H2
C．t2时刻，副反应生成H2的速率大于反应②生成H2速率
D．t3之后，生成CO的速率为0，是因为反应②不再发生
[答案] C
5．(2023·山东卷，T20节选)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。
反应Ⅰ正反应速率方程为v＝kc(H＋)·c(HCOOH)，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x mol·L-1时，H＋浓度为______ mol·L-1，此时反应Ⅰ正反应速率v＝________ mol·L-1·h-1(用含Ka、x和k的代数式表示)。
[解析] HCOOH的电离方程式为HCOOH HCOO－＋H＋，HCOOH溶液中，c(HCOO－)＝c(H＋)，则平衡常数Ka＝＝，则c(H＋)＝ mol·L-1，故反应Ⅰ的正反应速率v＝kx＝ mol·L-1·h-1。
[答案]
考向二 化学平衡
6．(2023·北京卷，T4)下列事实能用平衡移动原理解释的是( )
A．H2O2溶液中加入少量MnO2固体，促进H2O2分解
B．密闭烧瓶内的NO2和N2O4的混合气体，受热后颜色加深
C．铁钉放入浓硝酸中，待不再变化后，加热能产生大量红棕色气体
D．锌片与稀硫酸反应过程中，加入少量CuSO4固体，促进H2的产生
B [MnO2会催化H2O2分解，与平衡移动无关，A项错误； NO2转化为N2O4 的反应是放热反应，升温平衡逆向移动，NO2浓度增大，混合气体颜色加深，B项正确；铁在浓硝酸中钝化，加热会使表面的氧化膜溶解，铁与浓硝酸反应生成大量红棕色气体，与平衡移动无关，C项错误；加入硫酸铜以后，锌置换出铜，锌、铜与稀硫酸构成原电池，从而使反应速率加快，与平衡移动无关，D项错误。]
7．(2023·浙江6月卷，T14)一定条件下，1－苯基丙炔(Ph—C≡C—CH3)可与HCl发生催化加成，反应如下：
反应过程中该炔烃及反应产物的占比随时间的变化如图(已知：反应Ⅰ、Ⅲ为放热反应)，下列说法不正确的是( )
A．反应焓变：反应Ⅰ>反应Ⅱ
B．反应活化能：反应Ⅰ<反应Ⅱ
C．增加HCl浓度可增加平衡时产物Ⅱ和产物Ⅰ的比例
D．选择相对较短的反应时间，及时分离可获得高产率的产物Ⅰ
C [由盖斯定律得：ΔH(Ⅰ)＋ΔH(Ⅲ)＝ΔH(Ⅱ)，反应Ⅰ、Ⅲ为放热反应，因此反应焓变：反应Ⅰ>反应Ⅱ，故A正确；短时间里反应Ⅰ得到的产物比反应Ⅱ得到的产物多，说明反应Ⅰ的反应速率比反应Ⅱ的反应速率快，反应速率越快，其活化能越小，则反应活化能：反应Ⅰ<反应Ⅱ，故B正确；根据图中信息，选择相对较短的反应时间，及时分离可获得高产率的产物Ⅰ，故D正确。]
8．(2024·黑吉辽卷，T10)异山梨醇是一种由生物质制备的高附加值化学品，150 ℃时其制备过程及相关物质浓度随时间变化如图所示，15 h后异山梨醇浓度不再变化。下列说法错误的是( )
A．3 h时，反应②正、逆反应速率相等
B．该温度下的平衡常数：①>②
C．0～3 h平均速率v(异山梨醇)＝0.014 mol·kg-1·h-1
D．反应②加入催化剂不改变其平衡转化率
A [由题图可知，3小时后异山梨醇浓度继续增大，15 h后异山梨醇浓度才不再变化，所以3 h时，反应②未达到平衡状态，即正、逆反应速率不相等，故A错误；该温度下，15 h后所有物质浓度都不再变化，且此时山梨醇转化完全，即反应充分，而1，4-失水山梨醇仍有剩余，即反应②正向进行程度小于反应①，反应限度小于反应①，所以该温度下的平衡常数：①>②，故B正确；由图可知，在0～3 h内异山梨醇的浓度变化量为0.042 mol·kg-1，所以平均速率(异山梨醇)＝＝0.014 mol·kg-1·h-1，故C正确；催化剂只能改变化学反应速率，不能改变物质平衡转化率，所以反应②加入催化剂不改变其平衡转化率，故D正确。]
9．(2024·湖南卷，T14)恒压下，向某密闭容器中充入一定量的CH3OH(g)和CO(g)，发生如下反应：
主反应：CH3OH(g)＋CO(g)===CH3COOH(g) ΔH1
副反应：CH3OH(g)＋CH3COOH(g)===CH3COOCH3(g)＋H2O(g) ΔH2
在不同温度下，反应达到平衡时，测得两种含碳产物的分布分数随投料比x(物质的量之比)的变化关系如图所示，下列说法正确的是( )
A．投料比x代表
B．曲线c代表CH3COOH的分布分数
C．ΔH1<0，ΔH2>0
D．L、M、N三点的平衡常数：K(L)＝K(M)>K(N)
D [根据主副反应产物可知曲线a或曲线b表示δ(CH3COOH)，曲线c或曲线d表示δ(CH3COOCH3)，投料比x代表，故A错误，B错误；根据分析可知，曲线a或曲线b表示δ(CH3COOH)，当同一投料比时，观察图像可知T2时δ(CH3COOH)大于T1时δ(CH3COOH)，而T2>T1可知，温度越高则δ(CH3COOH)越大，说明温度升高主反应正向移动，ΔH1>0；曲线c或曲线d表示δ(CH3COOCH3)，当同一投料比时，观察可知T1时δ(CH3COOCH3)大于T2时δ(CH3COOCH3)，而T2>T1可知，温度越高则δ(CH3COOCH3)越小，说明温度升高副反应逆向移动，ΔH2<0，故C错误；副反应ΔH2<0，且TN>TM＝TL，升高温度平衡逆向移动，K(L)＝K(M)>K(N)，故D正确。]
10．(2023·全国甲卷，T28)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：
①3O2(g)===2O3(g) K1 ΔH1＝285 kJ·mol-1
②2CH4(g)＋O2(g)===2CH3OH(l) K2 ΔH2＝－329 kJ·mol-1
反应③CH4(g)＋O3(g)===CH3OH(l)＋O2(g)的ΔH3＝________ kJ·mol-1，平衡常数K3＝________(用K1、K2表示)。
(2)电喷雾电离等方法得到的M＋(Fe＋、Co＋、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300 K和310 K下(其他反应条件相同)进行反应MO＋＋CH4===M＋＋CH3OH，结果如图甲所示。图中300 K的曲线是________(填“a”或“b”)。300 K、60 s时MO＋的转化率为________(列出算式)。
甲
(3)MO＋分别与CH4、CD4反应，体系的能量随反应进程的变化如图乙所示(两者历程相似，图中以CH4示例)。
乙
(ⅰ)步骤Ⅰ和Ⅱ中涉及氢原子成键变化的是________(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。
(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________(填“c”或“d”)。
(ⅲ)MO＋与CH2D2反应，氘代甲醇的产量CH2DOD________(填“>”“＝”或“<”)CHD2OH。若MO＋与CHD3反应，生成的氘代甲醇有________种。
[答案] (1)－307
(2)b (1－10-0.1)×100%
(3)(ⅰ)Ⅰ (ⅱ)c (ⅲ)< 2
11．(2023·全国乙卷)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甲所示：
甲
根据上述实验结果，可知x＝_____________________，y＝____________。
(2)已知下列热化学方程式：
FeSO4·7H2O(s)===FeSO4(s)＋7H2O(g) ΔH1＝
FeSO4·xH2O(s)===FeSO4(s)＋xH2O(g) ΔH2＝
FeSO4·yH2O(s)===FeSO4(s)＋yH2O(g) ΔH3＝
则·xH2O)(s)的ΔH＝______ kJ·mol-1。
(3)将FeSO4置入抽空的刚性容器中，升高温度发生分解反应：
2FeSO4(s) Fe2O3(s)＋SO2(g)＋SO3(g)(Ⅰ)
平衡时-T的关系如图乙所示。660 K时，该反应的平衡总压p总＝________kPa、平衡常数Kp(Ⅰ)＝______(kPa)2。Kp(Ⅰ)随反应温度升高而________(填“增大”“减小”或“不变”)。
乙
(4)提高温度，上述容器中进一步发生反应2SO3(g) 2SO2(g)＋O2(g)(Ⅱ)，平衡时＝__________(用、表示)。在929 K时，p总＝＝35.7 kPa，则＝________kPa，Kp(Ⅱ)＝________kPa(列出计算式)。
[答案] (1)4 1 (2)a＋c－2b (3)3.0 2.25 增大 46.26
12．(2023·湖北卷，T19)纳米碗C40H10是一种奇特的碗状共轭体系。高温条件下，C40H10可以由C40H20分子经过连续5步氢抽提和闭环脱氢反应生成。
C40H20(g)C40H18(g)＋H2(g)的反应机理和能量变化如下：
回答下列问题：
(1)已知C40Hx中的碳氢键和碳碳键的键能分别为431.0 kJ·mol-1和298.0 kJ·mol-1，H—H键能为436.0 kJ·mol-1。估算C40H20(g) C40H18(g)＋H2(g)的ΔH＝________ kJ·mol-1。
(2)图示历程包含________个基元反应，其中速率最慢的是第________个。
(3)C40H10纳米碗中五元环和六元环结构的数目分别为________、________。
(4)1 200 K时，假定体系内只有反应C40H12(g) C40H10(g)＋H2(g)发生，反应过程中压强恒定为p0(即C40H12的初始压强)，平衡转化率为α，该反应的平衡常数Kp为________(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)。
(5)40H19(g) C40H18(g)＋(g)及40H11(g) C40H10(g)＋H·(g)反应的ln K(K为平衡常数)随温度倒数的关系如图所示。已知本实验条件下，ln K＝－＋c(R为理想气体常数，c为截距)。图中两条线几乎平行，从结构的角度分析其原因是_________________________________________________________。
(6)下列措施既能提高反应物的平衡转化率，又能增大生成C40H10的反应速率的是_________(填标号)。
a．升高温度 b．增大压强 c．加入催化剂
[解析] (1)由题给目标热化学方程式可知，1个C40H20分子参加反应，该转化过程中断裂了2个C—H键，形成了1个C—C键和1个H—H键，则ΔH＝431.0 kJ·mol-1×2－298.0 kJ·mol-1－436.0 kJ·mol-1＝＋128 kJ·mol-1。(2)由题给反应历程图可知，该历程中包含3个基元反应，其中第3个基元反应的活化能最大，故第3个基元反应的速率最慢。(3)由题给C40H20(g)C40H18(g)＋H2(g)的反应机理可知，由C40H18到纳米碗C40H10的转化过程中六元环结构的数目没有发生改变，仍为10个；每减少2个H需加一个五元环，则五元环结构的数目为1＋10÷2＝6。(4)假设起始时C40H12(g)的物质的量为1 mol，则由题意可列“三段式”：
C40H12(g) C40H10(g)＋H2(g)
起始量/mol 1 0 0
转化量/mol α α α
平衡量/mol 1－α α α
平衡时各气体的物质的量之和为(1＋α) mol，则Kp＝＝。(5)由题给两个反应过程可知，在反应过程中1个反应物分子断裂1个C—H键、形成1个C—C键，二者具有相同的断键和成键过程，反应历程几乎等效，所以反应限度受温度影响的程度几乎相同。(6)该反应的正反应为吸热反应，升温，平衡正向移动，反应物的平衡转化率提高，且升温会使反应速率增大，a符合题意；该反应为气体分子数增多的反应，增大压强，反应速率增大，但平衡逆向移动，反应物的平衡转化率降低，b不符合题意；加入催化剂，反应速率增大，但平衡不移动，反应物的平衡转化率不变，c不符合题意。
[答案] (1)＋128 (2)3 3 (3)6 10 (4) (5)两个反应过程中断键和成键过程相同 (6)a
13．(2023·新课标卷，节选)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N2(g)＋
H2(g)===NH3(g)的ΔH＝______ kJ·mol-1。
(ⅰ)
(ⅱ)＋* 2N*
(ⅲ)
(ⅳ)＋* 2H*
(ⅴ)N*＋H* NH*＋*
……
(…) NH3(g)＋*
(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________(填步骤前的标号)，理由是_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(3)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图3、4所示。其中一种进料组成为＝0.75、＝0.25，另一种为＝0.675、＝0.225、xAr＝0.10。(物质i的摩尔分数：xi＝ni/n总)
①图中压强由小到大的顺序为________，判断的依据是_____________________
_____________________________________________________________________。
②进料组成中含有惰性气体Ar的图是________。
③图3中，当p2＝20 MPa、＝0.20时，氮气的转化率α＝________。该温度时，反应N2(g)＋H2(g) NH3(g)的平衡常数Kp＝______________MPa-1(化为最简式)。
[答案] (1)－45 (2)ⅱ 在化学反应中，能垒最大的步骤为决速步骤，N≡N键的键能比H—H键的大 (3)①p1
章末综合测评(二) 化学反应的方向、限度与速率
(本试卷共80分)
一、选择题(本题共12小题，每小题3分，共36分。每小题只有一个选项符合题目要求)
1．下列内容与结论相对应的是( )
选项 内容 结论
A H2O(g)变成H2O(l) ΔS＞0
B 硝酸铵溶于水可自发进行 该过程的ΔS＞0
C 一个反应的ΔH＞0、ΔS＞0 反应一定不能正向自发进行
D H2(g)＋F2(g)===2HF(g)的ΔH＝，ΔS＝＋8 J·mol-1·K-1 反应在任意温度下都不能正向自发进行
[答案] B
2．甲烷与氯气在光照条件下存在如下反应历程(“·”表示电子)：
①Cl22Cl·(慢反应)
②CH4＋Cl·―→·CH3＋HCl(快反应)
③·CH3＋Cl2―→CH3Cl＋Cl·(快反应)
④·CH3＋Cl·―→CH3Cl(快反应)
已知在一个分步反应中，较慢的一步反应控制总反应的速率。下列说法不正确的是( )
A．上述过程的总反应的化学方程式为CH4＋Cl2CH3Cl＋HCl
B．光照的主要作用是促进反应①的进行从而使总反应速率加快
C．反应②～④都是由微粒通过有效碰撞而发生的反应
D．反应①是释放能量的反应
D [由反应历程可知，甲烷与氯气发生取代反应生成一氯甲烷和氯化氢，则总反应的化学方程式为CH4＋Cl2CH3Cl＋HCl，故A正确；光照的主要作用是破坏氯气分子中的共价键，形成氯原子，促进反应①的进行从而使总反应速率加快，故B正确；由反应历程可知，反应②～④都是由微粒通过有效碰撞而发生的反应，故C正确；反应①是破坏氯气分子中的共价键形成氯原子的过程，应吸收能量，故D错误。]
3．下列产生氢气速率最快的是( )
选项 温度 物质 酸(足量)
A 25 ℃ 1 g锌粒 1 mol·L-1盐酸
B 60 ℃ 1 g锌粉 2.5 mol·L-1硝酸
C 60 ℃ 1 g锌粒 2 mol·L-1盐酸
D 60 ℃ 1 g锌粉 1 mol·L-1硫酸
D [反应物浓度越大，温度越高，反应速率越快；反应物间接触面积越大，反应速率越快；硝酸和锌反应生成的是氮的氧化物；选项D中温度较高，氢离子浓度较大，反应物之间的接触面积较大，反应速率最快。]
4．下列实验事实不能用勒·夏特列原理解释的是( )
A．工业合成氨反应中加压有利于提高氨的产率
B．将装NO2的烧瓶浸泡在冷水和热水中
C．红棕色的NO2，加压后颜色先变深后变浅
D．
[答案] D
5．已知在300 ℃、70 MPa下由二氧化碳和氢气合成乙醇(CH3CH2OH)已成为现实：2CO2(g)＋6H2(g) CH3CH2OH(g)＋3H2O(g)。下列叙述错误的是( )
A．使用催化剂可在一定时间内提高生产效率
B．升高温度，该反应平衡常数K一定增大
C．充入大量CO2气体可提高H2的转化率
D．从平衡混合气体中分离出CH3CH2OH(g)和H2O(g)，可提高CO2和H2的平衡转化率
B [因催化剂能提高化学反应速率，加快反应进行，则在一定时间内提高了生产效率，故A正确；反应需在300 ℃进行是为了获得较快的反应速率，不能说明反应是吸热还是放热，所以K不一定增大，故B错误；充入大量CO2气体，能使平衡正向移动，提高H2的转化率，故C正确；从平衡混合气体中及时分离出产物，使平衡正向移动，可提高CO2和H2的转化率，故D正确。]
6．工业常采用氨氧化法制硝酸，主要工艺流程如图所示。
将氨和空气(氧∶氮≈2∶1)混合通过灼热的铂铑合金网，发生的反应为4NH3(g)＋5O2(g)===4NO(g)＋6H2O(g) ΔH<0，生成的一氧化氮利用反应后残余的氧气继续氧化为二氧化氮，2NO(g)＋O2(g)===2NO2(g) ΔH＝－116.4 kJ·mol-1，随后将二氧化氮通入水中制取硝酸；吸收塔排放的尾气中含有少量的NO、NO2等氮氧化物。工业以石灰乳为试剂，采用气－液逆流接触法(尾气从处理设备的底部进入，石灰乳从设备顶部喷淋)处理尾气。下列有关硝酸工业制备说法不正确的是( )
A．合成塔中使用催化剂，可以提高单位时间内H2的转化率
B．升高温度可以提高氧化炉中NH3的平衡转化率
C．吸收塔中鼓入过量的空气可以提高硝酸的产率
D．采用气－液逆流接触法是为了使尾气中的氮氧化物吸收更充分
B [催化剂可以加快反应速率，提高单位时间内H2的转化率，A正确；合成氨的反应为放热反应，升高温度会降低氨的平衡转化率，B不正确；鼓入过量空气可以增大NO的转化率，提高NO2的产率，同时也可以增大压强，提高NO2的溶解度，提高硝酸的产率，C正确；采用气－液逆流接触法可以增大氮氧化物与石灰乳的接触的面积，使其被充分吸收，D正确。]
7．可逆反应2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)达到平衡状态后，保持温度﹑容器容积不变，向容器中充入一定量的O2，下列说法正确的是(K为平衡常数，Q为浓度商)( )
A．Q不变，K变大，O2的转化率增大
B．Q减小，K不变，O2的转化率减小
C．平衡常数越大，表示该反应速率越快
D．系数变为两倍，则ΔH的数值和K的数值也变为原来的两倍
B [当可逆反应2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)达到平衡状态后，保持恒温恒容向容器中充入一定量的O2，氧气的浓度增大，平衡正向移动，其余反应物的转化率增大，O2自身的转化率减小，Q变小，平衡常数是温度的函数，温度不变，平衡常数不发生改变，A错误，B正确；平衡常数越大，说明反应正向进行的限度越大，与该反应速率无关，C错误；系数变为两倍，则ΔH的数值变为原来的两倍，但是K的数值变为原来的平方，D错误。]
8．在容积一定的密闭容器中，加入一定量的一氧化氮和足量碳发生化学反应：C(s)＋2NO(g) CO2(g)＋N2(g)，平衡时c平(NO)与温度(T)的关系如图所示，则下列说法正确的是( )
A．该反应的ΔH＞0
B．若该反应在T1 ℃、T2 ℃时的平衡常数分别为K1、K2，则K1＜K2
C．若B、C、D点的压强分别为pB、pC、pD，则pC＝pD＞pB
D．在T2 ℃时，若反应体系处于D点，则此时v正＞v逆
D [升高温度，NO的浓度增大，说明平衡逆向移动，则该反应的ΔH＜0，故A错误；ΔH＜0，升高温度平衡常数减小，则K1＞K2，故B错误；反应中气体分子数不变，压强与温度有关，温度越高压强越大，则pC＞pD＝pB，故C错误。]
9．利用天然气和水蒸气重整制备H2的反应为CH4(g)＋H2O(g) CO(g)＋3H2(g) ΔH>0，每次只改变一个条件(X)，其他条件不变，CH4的平衡转化率(φ)随X的变化趋势如图所示。下列说法正确的是( )
A．X为温度时，φ的变化趋势为曲线N
B．X为压强时，φ的变化趋势为曲线M
C．X为投料比时，φ的变化趋势为曲线N
D．某条件下，若CH4(g)、H2O(g)初始浓度均为，φ＝25%，则K＝
C [X为温度时，升高温度平衡正向移动，φ的变化趋势为曲线M，A错误；X为压强时，加压平衡逆向移动，φ的变化趋势为曲线N，B错误；某条件下，若CH4(g)、H2O(g)初始浓度均为0.2 mol·L-1，φ＝25%，则K＝0.007 5 mol2·L-2，D错误。]
10．一定温度下，在3个体积均为1.0 L的恒容密闭容器中反应2H2(g)＋CO(g) CH3OH(g)达到平衡，下列说法正确的是( )
容器 温度/K 物质的起始浓度/ (mol·L-1) 物质的平衡浓度/ (mol·L-1)
c始(H2) c始(CO) c始(CH3OH) c平(CH3OH)
Ⅰ 400 0.20 0.10 0 0.080
Ⅱ 400 0.40 0.20 0
Ⅲ 500 0 0 0.10 0.025
A．该反应的正反应为吸热反应
B．达到平衡时，Ⅰ中反应物的转化率比Ⅱ中的大
C．达到平衡时，Ⅱ中c平(H2)大于Ⅲ中c平(H2)的两倍
D．达到平衡时，Ⅲ中的反应速率比Ⅰ中的大
D [在Ⅲ中，0.10 mol·L-1的CH3OH相当于0.20 mol·L-1的H2和0.10 mol·L-1的CO，若温度相同，则Ⅰ、Ⅲ是等效平衡，但Ⅲ的温度较高，平衡时CH3OH的浓度较低，说明升高温度平衡逆向移动，正反应为放热反应，故A项错误；对比Ⅰ、Ⅱ，在相同温度下反应，但Ⅱ的起始浓度是Ⅰ的两倍，容器体积不变，相当于加压，平衡正向移动，反应物的转化率增大，则容器Ⅰ中反应物的转化率比容器Ⅱ中的小，故B项错误；Ⅲ中相当于起始c始(H2)为Ⅱ的一半，Ⅱ浓度较大，Ⅲ温度较高，增大浓度平衡正向移动，升高温度平衡逆向移动，则平衡时Ⅱ中c平(H2)小于Ⅲ中c平(H2)的两倍，故C项错误；对比Ⅰ、Ⅲ，Ⅲ温度较高，升高温度，反应速率增大，故D项正确。]
11．在恒容密闭容器中通入CH4与CO2，使其物质的量浓度均为1.0 mol·L-1，在一定条件下发生反应：CO2(g)＋CH4(g) 2CO(g)＋2H2(g)。测得平衡时CH4的体积分数与温度及压强的关系如图所示。
下列说法一定正确的是( )
A．该反应的ΔH<0
B．压强p1、p2、p3由小到大的顺序为p1C．压强为p2时，b点处v正＜v逆
D．a点时CH4的转化率为70%
[答案] B
12．在体积可变的密闭容器中投入0.5 mol CO和1 mol H2，不同条件下发生反应：CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g) ΔH。实验测得平衡时H2的转化率随温度、压强的变化如图1所示。下列说法错误的是( )
A．Y代表压强，且Y1＞Y2；X代表温度，且ΔH＜0
B．M点反应物转化率之比等于N点
C．若M、N两点对应的容器体积均为5 L，则N点的平衡常数K＝100 mol-2·L2
D．图2中曲线AB能正确表示该反应平衡常数的值的负对数pK(pK＝－lg K)与X的关系
[答案] D
二、非选择题(本题共4小题，共44分)
13．(11分)以下是关于合成氨的有关问题，请回答：
(1)若在一容积为2 L的密闭容器中加入0.2 mol N2和0.6 mol H2在一定条件下发生反应：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH<0，若在5 min时反应达到平衡，此时测得NH3的物质的量为0.2 mol。则平衡时c(N2)＝________。平衡时H2的转化率为________%。(4分)
(2)平衡后，若提高H2的转化率，可以采取的措施有________(填字母)。(1分)
A．加入催化剂 B．增大容器体积
C．降低反应体系的温度 D．加入一定量N2
(3)若在0.5 L的密闭容器中，一定量的氮气和氢气进行如下反应：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH<0，其化学平衡常数K与温度T的关系如表所示：
T/℃ 200 300 400
K/(mol·L-1)-2 K1 K2 0.5
请完成下列问题：(6分)
①写出化学平衡常数K的表达式________________________________________
_____________________________________________________________________。
②试比较K1、K2的大小，K1________(填“>”“<”或“＝”)K2。
③400 ℃时，反应2NH3(g) N2(g)＋3H2(g)的化学平衡常数为________。当测得NH3、N2和H2物质的量分别为3 mol、2 mol和 1 mol时，则该反应的v(N2)正______________填“>”“<”或“＝”)v(N2)逆。
[答案] (1)0.05 mol·L-1 50 (2)CD > 2(mol·L-1)2 >
14．(13分)Ⅰ．一定温度下，在2 L的密闭容器中，X、Y、Z三种气体的量随时间变化的曲线如图：
(1)从反应开始到10 s时，用Z表示的反应速率为________，X的物质的量浓度减少了________，Y的转化率为________。(6分)
(2)该反应的化学方程式为______________________________________________
_______________________________________________________________。(2分)
Ⅱ．KI溶液在酸性条件下能与氧气反应。现有以下实验记录：回答下列问题：
实验编号 ① ② ③ ④ ⑤
温度/℃ 30 40 50 60 70
显色时间/s 160 80 40 20 10
(1)该反应的离子方程式为______________________________________________
________________________________________________________________。(2分)
(2)该实验的目的是探究___________________________________________。(1分)
(3)实验试剂除了1 mol·L-1KI溶液、H2SO4溶液外，还需要的试剂是________。(1分)
(4)上述实验操作中除了需要(3)的条件外，还必须控制不变的是________(填字母)。(1分)
A．温度 B．试剂的浓度
C．试剂的用量(体积) D．试剂添加的顺序
[解析] Ⅰ．(1)10 s时，Z的物质的量增加1.58 mol，其反应速率为＝0.079 mol·L-1·s-1，X的物质的量由 1.20 mol 降低到0.41 mol，其浓度减少量为＝0.395 mol·L-1，Y的物质的量由 1.00 mol 减少为0.21 mol，其转化率为×100%＝79%。(2)由图可知X、Y为反应物，Z为反应产物，三者的物质的量变化量分别为0.79 mol、0.79 mol、1.58 mol，变化量之比为1∶1∶2，可得反应的化学方程式为X(g)＋Y(g) 2Z(g)。Ⅱ．(1)KI具有强的还原性，能被氧气氧化成碘单质，反应的离子方程式为4H＋＋4I－＋O2===2I2＋2H2O。(2)由表格数据可知，该实验改变的外界条件是温度，测量的是不同温度条件下显色的时间，可知其探究的是温度对反应速率的影响。(3)为确定显色的时间，需要指示剂与碘单质出现显色，结合碘单质的性质可知应用淀粉溶液作指示剂。(4)设计实验必须保证其他条件不变，只改变一个条件，才能得到准确的结论，而浓度条件在(3)已经控制一致，因此还必须控制不变的是试剂的用量和试剂的添加顺序。
[答案] Ⅰ．(1)0.079 mol·L-1·s-1 0.395 mol·L-1 79% (2)X(g)＋Y(g) 2Z(g) Ⅱ．(1)4H＋＋4I－＋O2===2I2＋2H2O (2)温度对反应速率的影响 (3)淀粉溶液 (4)CD
15．(12分)氮的氧化物是大气污染物之一，用活性炭或一氧化碳还原氮氧化物，可防止空气污染。回答下列问题：
已知：2C(s)＋O2(g)===2CO(g) ΔH＝－221 kJ·mol-1，
C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH＝－393.5 kJ·mol-1，
N2(g)＋O2(g)===2NO(g) ΔH＝ ＋181 kJ·mol-1。
(1)若某反应的平衡常数表达式为K＝，请写出此反应的热化学方程式：________________________________________________________________；
下列措施能够增大此反应中NO的转化率的是________(填字母)。(3分)
a．增大容器压强 b．升高温度
c．使用优质催化剂 d．增大CO的浓度
(2)向容积为2 L的密闭容器中加入活性炭(足量)和NO，发生反应C(s)＋2NO(g) N2(g)＋CO2(g)，NO和N2的物质的量变化如下表所示：(9分)
物质的量/mol T1/℃ T2/℃
0 5 min 10 min 15 min 20 min 25 min 30 min
NO 2.0 1.16 0.80 0.80 0.50 0.40 0.40
N2 0 0.42 0.60 0.60 0.75 0.80 0.80
①0～5 min内，以CO2表示的该反应速率v(CO2)＝________________，该条件下的平衡常数K＝________________。
②第15 min后，温度调整到T2，数据变化如上表所示，则T1________(填“>”“<”或“＝”)T2。
③若30 min时，保持T2不变，向该容器中再加入该四种反应物各2 mol，则此时反应________(填“正向”“逆向”或“不”)移动；最终达平衡时NO的转化率α＝________。
[答案] (1)2CO(g)＋2NO(g) N2(g)＋2CO2(g) ΔH＝－747 kJ·mol-1 ad
(2)①0.042 mol·L-1·min-1 ②＞ ③正向 60%
16．(8分)下列反应在210 ℃达到平衡：
①PCl5(g) PCl3(g)＋Cl2(g) ΔH>0 K＝1 mol·L-1
②CO(g)＋Cl2(g) COCl2(g) ΔH<0
K＝5×104(mol·L-1)-1
③COCl2(g) CO(g)＋Cl2(g) ΔH>0
(1)根据反应①的平衡常数，下列等式一定成立的是________(填字母)。(1分)
A．c平(PCl5)＝c平(PCl3)＝c平(Cl2)＝1
B．c平(PCl5)＝c平(PCl3)·c平(Cl2)＝1
C．c平(PCl5)＝c平(PCl3)·c平(Cl2)
(2)减少Cl2的浓度，反应③的K的数值________(填“增大”“减小”或“不变”)。(2分)
(3)要使反应①和②的K的数值接近，可采取什么措施________________________________________________________________。(2分)
(4)③的K＝________。(3分)
[解析] (1)由反应①的平衡常数表达式K＝＝，可得c平(PCl5)＝c平(PCl3)·c平(Cl2)，选C。(2)K只与外界条件中的温度有关，改变物质的浓度，K不变。(3)由于K只与外界条件中的温度有关，其他使平衡移动的因素是不可行的。故要使反应①和②的K的数值接近，可以使反应①正向移动，反应②逆向移动，同时升温即可。(4)反应③是反应②的逆反应，其K是反应②K的倒数，则反应③的K＝2×10-5 mol·L-1。
[答案] (1)C (2)不变 (3)同时升温
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