第06周 化学平衡状态
满分：100分
第Ⅰ卷（选择题）
选择题：本题共13个小题，每小题只有一个正确选项，共39分。
1．恒温恒容下可逆反应达到平衡的标志是（ ）。
A. C的生成速率是A的消耗速率的2倍 B. A、B、C的浓度不再变化
C. 混合气体的密度不再变化 D. A、B、C的分子数之比为
2．化学与生活、生产密切相关，下列说法中错误的是（ ）。
A. 液氧甲烷火箭朱雀二号成功发射，发射过程中的能量转化形式为化学能→热能→机械能
B. 钢管表面镀锌可以防止钢管被腐蚀，镀层破损后，钢管反而会加速腐蚀
C. 汽车尾气净化器常使用贵金属作催化剂，但其不能提高有害气体的平衡转化率
D. 制作水果罐头时常加入一定量维生素C，是利用维生素C的还原性
3．研究化学反应能否自发进行在工业生产中有着重要意义。下列说法中正确的是（ ）。
A. 若一个反应、，则该反应在低温下不能自发进行
B. 反应在低温下能自发进行，则该反应的
C. 反应的
D. 温度升高到一定程度，化学反应均可实现自发进行
4．生产水煤气的反应的能量变化如下图，下列说法正确的是（ ）。
A. 该反应过程中既有能量的吸收又有能量的释放
B.
C. 容器内充入1 mol CO、1 mol H2后充分反应，放出(b－a) kJ的热量
D. 加入催化剂可以减小(b－a)的值，从而提高反应速率
5．向绝热恒容密闭容器中通入和，在一定条件下使达到平衡，正反应速率随时间变化的示意图如图所示，下列叙述错误的是（ ）。
A. c点反应没有达到平衡
B. 正反应的活化能大于逆反应的活化能
C. 体系压强不再变化，说明反应达到平衡状态
D. 浓度：b点>c点
6．（2025·河南）在催化剂a或催化剂b作用下，丙烷发生脱氢反应制备丙烯，总反应的化学方程式为，反应进程中的相对能量变化如图所示(*表示吸附态，中部分进程已省略)。
下列说法正确的是（ ）。
A. 总反应是放热反应
B. 两种不同催化剂作用下总反应的化学平衡常数不同
C. 和催化剂b相比，丙烷被催化剂a吸附得到的吸附态更稳定
D. ①转化为②的进程中，决速步骤为
7．在一定温度下，将气体H2和气体I2各0.16 mol充入10 L恒容密闭容器中，发生反应H2(g) + I2(g)2HI(g) ΔH < 0，一段时间后达到平衡。反应过程中测定的数据如下：
t/min 2 4 7 9
n(I2)/mol 0.12 0.11 0.10 0.10
下列说法正确的是（ ）。
A. 前4 min内反应的平均速率v(HI) = 1.25×10-3 mol·L-1·min-1
B. 其他条件不变，增大H2浓度，活化分子百分数增大，反应速率加快
C. 充入少量He使体系压强增大，v正、v逆均不变
D. 其他条件不变，增大压强，平衡常数增大
8．某温度下，在容积为2 L的密闭容器中充入5 mol气体A和3 mol气体B，发生反应： ，5 min后反应达到平衡状态，测得生成2 mol D。下列有关说法不正确的是（ ）。
A. 平衡时A的转化率为60%
B. 该条件下该反应的平衡常数K=1
C. 该条件下反应达到平衡时存在
D. 若该反应在常温下能自发进行，则对决定该反应的自发进行起主要影响作用
9．将一定量纯净的氨基甲酸铵置于特制的密闭真空容器中(假设容器容积不变，固体试样体积忽略不计)，在恒定温度下使其达到分解平衡：。可以判断该分解反应已经达到化学平衡的是（ ）。
①
②密闭容器中总压强不变
③密闭容器中混合气体的密度不变
④密闭容器中氨气的体积分数不变
⑤体系的平均相对分子质量不变
A.②③⑤ B. ②③ C. ②③④ D.①②④
10．反应分两步进行，其能量变化如图所示。下列说法错误的是（ ）。
A. 高温下反应①可以自发正向进行
B. 当恒温恒容容器中气体压强不变时，该反应已达到平衡
C. 反应①的活化能为
D. 选择合适的催化剂，可以降低反应②的活化能，加快总反应的反应速率
11．将物质的量相等的铁和水蒸气分别充入两个不同压强下的恒温密闭容器中，发生反应：，物质的量n随时间t变化的曲线如图所示，下列说法正确的是（ ）。
A. P1＜P2
B. x=0.4
C. c点和d点的平衡常数：
D. a、b、c、d四点混合气体的相对分子质量：
12．在2L恒容密闭容器中充入2 mol X和1 mol Y发生反应：，反应过程持续升高温度，测得混合体系中X的体积分数与温度的关系如图所示。下列推断正确的是（ ）。
A. W点的平衡常数等于M点的平衡常数
B. Q点时，Y的转化率最大
C. W点X的正反应速率等于M点X的正反应速率
D. 平衡时充入Z，相同温度下达到新平衡时Z的体积分数比原平衡时大
13．催化加氢合成甲醇是重要的碳捕获利用与封存技术。催化加氢主要反应有：
反应I.
反应II.
压强分别为、时，将的混合气体置于密闭容器中反应，不同温度下体系中的平衡转化率和、CO的选择性如图所示。
(或CO)的选择性
下列说法正确的是（ ）。
A. 反应为吸热反应
B. 曲线③、④表示CO的选择性，且
C. 相同温度下，反应I、II的平衡常数
D. 一定温度下，调整，可提高的平衡转化率
第Ⅱ卷（非选择题）
非选择题：包括第14题~第17题4个大题，共61分。
14．下表列举了不同温度下大气固氮和工业固氮的部分化学平衡常数K的值：
反应 大气固氮 工业固氮
温度/℃ 27 2 000 25 400 450
平衡常数K 0.1 0.507 0.152
（1）分析数据可知：大气固氮反应属于___________(填“吸热”或“放热”)反应，其平衡常数的表达式为K=___________。2 000 ℃时向某密闭容器中充入一定量的N2和O2进行该反应，达到平衡后容器中分子的N2、O2的相对个数如下图所示，请在下图中空白处画出合适个数的NO。
（2）向一密闭容器中充入1 mol N2和3 mol H2发生合成氨反应，平衡时氨气的体积分数随压强和温度的变化如图所示：
①p1、p2、p3由小到大的顺序是___________。
②T1温度下，M点对应的H2的平衡转化率为___________，若此时容器体积为1L，则该温度下平衡常数K=___________(计算结果都保留1位小数)。
15．下，往5 L的恒容密闭容器中充入和，发生反应，4 min后，反应达到平衡，此时混合气体中的物质的量分数为。回答下列问题：
（1）反应达到平衡时，_______，的平衡转化率为_______。
（2）内，_______。
（3）反应达到平衡后，混合气体的总压强与起始时混合气体的总压强之比为_______。
（4）对于反应，下列说法正确的是_______(填字母)。
A. 每消耗1 mol CO的同时断裂4 mol碳氢键，则该反应达到平衡
B. 每消耗，同时转移电子
C. 反应进行到某时刻时，与的物质的量之和可能为
D. 不管反应进行到何种程度，该恒容密闭容器中的恒为
16．二氧化碳是工业废气中的常见物质，有关二氧化碳的综合开发利用已成为研究热点。
方法 Ⅰ ：捕碳技术
（1）捕碳技术（主要指捕获CO2）在降低温室气体排放中具有重要的作用。下列物质中可作为捕碳剂的是_______（填字母）。
A. K2CO3 B. CaO C. Na2SO4 D. NH4Cl
方法 Ⅱ：CO2加氢制甲醇
利用CO2加氢合成甲醇的主要反应如下：
主反应 CO2(g) + 3H2(g)CH3OH(g) + H2O(g) ΔH1= - 48.97 kJ mol-1
副反应 CO2(g) + H2(g)CO(g) + H2O(g) ΔH2= 41.17 kJ mol-1
（2）根据上述反应，CO(g) +2H2(g)CH3OH(g) ΔH =_______。
（3）恒温恒容时，下列能说明CO2(g) + 3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)到达平衡状态的是_______（填字母）。
A. 混合气体的密度不再改变
B. v(CO2) = 3v(H2)
C. 每断裂2 mol C=O键，同时断裂3 mol H—O键
D. CH3OH(g)的质量不再改变
（4）向刚性容器中充入物质的量之比为1∶3的CO2和H2，发生上述主、副反应。
①有利于提高甲醇平衡产率的条件是_______（填字母）。
A．高温高压 B．低温高压 C．高温低压 D．低温低压
②一定条件下，反应相同时间，CO2转化率和甲醇选择性随温度的变化如下图所示：
200~300 ℃时，CH3OH选择性随温度的升高而下降，可能的原因是___________________________（写一种）。
③一定条件下，达到平衡时CO2的总转化率为20%，主反应的选择性为75%，若总压为p0，则副反应的Kp =_______。（已知：分压=总压×该组分的物质的量分数）
方法 Ⅲ ：CO2电解制甲醇
（5）利用电解原理，可将CO2转化为CH3OH，其装置如图所示：
①双极膜B侧为_______（填“阴离子”或“阳离子”）交换膜。
②TiO2电极上电极反应方程式为___________________________。
17．某空间站利用萨巴蒂尔反应：，配合水的电解实现氧气再生的流程简图如下。
（1）已知：电解液态水制备1mol，电解反应的。由此计算的摩尔燃烧焓___________。
（2）已知：萨巴蒂尔反应的平衡常数(K)与反应温度(t)之间的关系如图。
①萨巴蒂尔反应在___________(填“高温”或“低温”)下能自发进行。
②某研究小组模拟该反应，温度t下，向容积为10 L的密闭容器中通入0.1 mol和0.4 mol，反应平衡后测得容器中。则的转化率为______，反应温度t约为____℃。
（3）在相同条件下，与还会发生不利于氧循环的副反应：
，在反应器中按通入反应物在不同温度、不同催化剂条件下，反应进行到2 min时，测得反应器中、浓度如表。
催化剂
催化剂Ⅰ 10.8 12 722 345.2 42 780
催化剂Ⅱ 9.2 10 775 34 38 932
若选用催化剂 Ⅰ，在350 ℃条件下反应，0~2 min生成的平均反应速率为_____；结合表格信息分析，从提高循环系统制氧效率的角度，反应器的最佳反应条件应选择催化剂___________(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)和___________。
（4）令代替萨巴蒂尔反应，虽可实现氢、氧元素完全循环利用，但使用一段时间后催化剂的催化效果会明显下降，其原因是___________________________________________。
（5）“富集装置”可利用电化学法富集空间站内“空气”中的作为萨巴蒂尔反应器的原料气之一，装置如图。a极为______ (填“正”或“负”)极，b电极上发生的电极反应为___________________________。
答案第1页，共2页第06周 化学平衡状态
满分：100分
第Ⅰ卷（选择题）
选择题：本题共13个小题，每小题只有一个正确选项，共39分。
1．恒温恒容下可逆反应达到平衡的标志是（ ）。
A. C的生成速率是A的消耗速率的2倍 B. A、B、C的浓度不再变化
C. 混合气体的密度不再变化 D. A、B、C的分子数之比为
【答案】B
【解析】题述都为正反应速率，不能说明反应达到平衡，A错误；各物质的浓度不变，可以说明反应达到平衡，B正确；混合气体总质量不变，容器的体积不变，则密度始终不变，混合气体的密度不再变化，不能说明反应达到平衡，C错误；A、B、C的分子数之比为1∶3∶2，不能说明各物质的浓度不再改变，则不能说明反应达到平衡，D错误。
2．化学与生活、生产密切相关，下列说法中错误的是（ ）。
A. 液氧甲烷火箭朱雀二号成功发射，发射过程中的能量转化形式为化学能→热能→机械能
B. 钢管表面镀锌可以防止钢管被腐蚀，镀层破损后，钢管反而会加速腐蚀
C. 汽车尾气净化器常使用贵金属作催化剂，但其不能提高有害气体的平衡转化率
D. 制作水果罐头时常加入一定量维生素C，是利用维生素C的还原性
【答案】B
【解析】液氧、甲烷发生氧化还原反应生成CO2和H2O，产生大量热量，化学能转化为热能，大量热的气体推动物体运动，从而使火箭发射升空，此时热能转化为机械能，故该过程的能量转化形式为化学能→热能→机械能，A正确；镀层破损后，二者暴露在空气中，形成原电池，由于锌的还原性强于铁，铁作正极，锌作负极，锌被氧化腐蚀，仍能保护铁，B错误；催化剂能够改变化学反应速率，但不能提高反应物的转化率，C正确；维生素C是常见的还原剂，可以减缓食品的氧化速率，D正确。
3．研究化学反应能否自发进行在工业生产中有着重要意义。下列说法中正确的是（ ）。
A. 若一个反应、，则该反应在低温下不能自发进行
B. 反应在低温下能自发进行，则该反应的
C. 反应的
D. 温度升高到一定程度，化学反应均可实现自发进行
【答案】C
【解析】当时反应可自发进行，则、的反应在任何温度下均能自发进行，A错误；反应在低温下能自发进行，可知，从化学方程式知，则，B错误；为反应前后气体分子数减小的反应，故，C正确；对于、的反应，其在任何温度下都不能自发进行，D错误。
4．生产水煤气的反应的能量变化如下图，下列说法正确的是（ ）。
A. 该反应过程中既有能量的吸收又有能量的释放
B.
C. 容器内充入1 mol CO、1 mol H2后充分反应，放出(b－a) kJ的热量
D. 加入催化剂可以减小(b－a)的值，从而提高反应速率
【答案】A
【解析】该反应过程中断裂旧的化学键吸收热量，形成新的化学键放出热量，因此该过程中既有能量的吸收又有能量的释放，A正确；该反应中反应物总能量低于生成物总能量，是吸热反应，根据图中信息得到 ，B错误；容器内充入1 mol CO、1 mol H2后充分反应，由于该反应是可逆反应，反应物不能完全转化，因此放出的热量小于(b－a) kJ，C错误；加入催化剂可以降低活化能，提高反应速率，但不影响反应热，即不能减小(b－a)的值，D错误。
5．向绝热恒容密闭容器中通入和，在一定条件下使达到平衡，正反应速率随时间变化的示意图如图所示，下列叙述错误的是（ ）。
A. c点反应没有达到平衡
B. 正反应的活化能大于逆反应的活化能
C. 体系压强不再变化，说明反应达到平衡状态
D. 浓度：b点>c点
【答案】B
【解析】由化学方程式可知，该反应是气体体积不变的反应，由图可知，正反应速率先增大再减小是因为绝热恒容密闭容器中发生的反应为放热反应，c点前反应放出热量使反应温度升高，温度对反应速率的影响大于反应物浓度减小对反应速率的影响，c点后温度对反应速率的影响小于反应物浓度减小对反应速率的影响；c点后正反应速率减小，说明反应未达平衡。化学平衡状态的实质是正反应速率等于逆反应速率，由分析可知，c点后正反应速率减小，说明反应未达平衡，A正确；由分析可知，该反应为反应物总能量高于生成物总能量的放热反应，则正反应的活化能小于逆反应的活化能，B错误；由分析可知，该反应是气体体积不变的放热反应，反应中体系压强增大，则体系压强不再变化说明正逆反应速率相等，反应已达到平衡，C正确；反应形成平衡的过程中，反应物浓度会随时间不断减小，所以b点二氧化氮的浓度大于c点，D正确。
6．（2025·河南）在催化剂a或催化剂b作用下，丙烷发生脱氢反应制备丙烯，总反应的化学方程式为，反应进程中的相对能量变化如图所示(*表示吸附态，中部分进程已省略)。
下列说法正确的是（ ）。
A. 总反应是放热反应
B. 两种不同催化剂作用下总反应的化学平衡常数不同
C. 和催化剂b相比，丙烷被催化剂a吸附得到的吸附态更稳定
D. ①转化为②的进程中，决速步骤为
【答案】C
【解析】由图可知，生成物能量高，总反应为吸热反应，A错误；平衡常数只与温度有关，与催化剂无关，B错误；由图可知，丙烷被催化剂a吸附后能量更低，则被催化剂a吸附后得到的吸附态更稳定，C正确；活化能高的反应速率慢，是反应的决速步骤，故决速步骤为*CH3CHCH3→*CH3CH=CH2+*H或*CH3CHCH3+*H→*CH3CH=CH2+2*H，D错误。
7．在一定温度下，将气体H2和气体I2各0.16 mol充入10 L恒容密闭容器中，发生反应H2(g) + I2(g)2HI(g) ΔH < 0，一段时间后达到平衡。反应过程中测定的数据如下：
t/min 2 4 7 9
n(I2)/mol 0.12 0.11 0.10 0.10
下列说法正确的是（ ）。
A. 前4 min内反应的平均速率v(HI) = 1.25×10-3 mol·L-1·min-1
B. 其他条件不变，增大H2浓度，活化分子百分数增大，反应速率加快
C. 充入少量He使体系压强增大，v正、v逆均不变
D. 其他条件不变，增大压强，平衡常数增大
【答案】C
【解析】前4分钟内，I2的物质的量从0.16 mol减少到0.11 mol，消耗量为0.05 mol。根据反应的化学方程式，每消耗1 mol I2生成2 mol HI，因此HI的生成量为0.05 mol×2=0.10 mol，其浓度变化为0.10 mol/10 L=0.01 mol/L，平均速率为，A错误；增大H2浓度会增加单位体积内的活化分子总数，但活化分子百分数由温度决定，与浓度无关，B错误；恒容条件下充入He，总压强增大但各反应物浓度不变，正、逆反应速率均不受影响，C正确；平衡常数K仅与温度有关，反应前后气体分子数相等（2 mol 2 mol），压强变化不影响平衡常数，D错误。
8．某温度下，在容积为2 L的密闭容器中充入5 mol气体A和3 mol气体B，发生反应： ，5 min后反应达到平衡状态，测得生成2 mol D。下列有关说法不正确的是（ ）。
A. 平衡时A的转化率为60%
B. 该条件下该反应的平衡常数K=1
C. 该条件下反应达到平衡时存在
D. 若该反应在常温下能自发进行，则对决定该反应的自发进行起主要影响作用
【答案】C
【解析】生成2 mol D，则参加反应的A为3 mol，A的转化率为×100%=60%，A正确；根据题中信息列三段式：
容器体积为2 L，得出各物质的浓度均为1 mol/L，平衡常数，B正确；达到平衡时，正、逆反应速率相等，存在，C错误；根据的反应可以自发，反应前后气体系数相等，近似与等于0，若该反应在常温下能自发进行，则对决定该反应的自发进行起主要影响作用，D正确。
9．将一定量纯净的氨基甲酸铵置于特制的密闭真空容器中(假设容器容积不变，固体试样体积忽略不计)，在恒定温度下使其达到分解平衡：。可以判断该分解反应已经达到化学平衡的是（ ）。
①
②密闭容器中总压强不变
③密闭容器中混合气体的密度不变
④密闭容器中氨气的体积分数不变
⑤体系的平均相对分子质量不变
A.②③⑤ B. ②③ C. ②③④ D.①②④
【答案】B
【解析】平衡时正、逆反应速率相等，因此平衡时，①错误；该反应是气体体积增大的反应，故当容器内压强不变时，已达到平衡，②正确；随反应进行混合气体的质量增大，容器的容积不变，反应混合气体的密度增大，当密度不再变化，说明到达平衡状态，③正确；混合气体只含氨气和二氧化碳，二者的物质的量之比始终为2∶1，氨气体积分数始终不变，所以氨气的体积分数不变不能说明到达平衡，④错误；混合气体只含氨气和二氧化碳，二者的物质的量之比始终为2∶1，密闭容器中混合气体的平均相对分子质量始终不变，所以平均相对分子质量不变不能说明到达平衡，⑤错误；故选B。
10．反应分两步进行，其能量变化如图所示。下列说法错误的是（ ）。
A. 高温下反应①可以自发正向进行
B. 当恒温恒容容器中气体压强不变时，该反应已达到平衡
C. 反应①的活化能为
D. 选择合适的催化剂，可以降低反应②的活化能，加快总反应的反应速率
【答案】C
【解析】由图可知，反应①的ΔH＞0，ΔS＞0，高温下ΔH-TΔS＜0成立，反应自发进行，A正确；总反应是气体分子总数增多的反应，当恒温恒容容器中气体压强不变时，即气体的总物质的量、各组分的物质的量均不变，说明该反应已达到平衡，B正确；由图可知，反应①的活化能为[-300-(-477)] kJ mol-1=177 kJ mol-1，C错误；由图可知，反应②的活化能大于反应①的活化能，反应②速率更慢，是决速反应，选择合适的催化剂，可以降低反应②的活化能，加快总反应的反应速率，D正确。
11．将物质的量相等的铁和水蒸气分别充入两个不同压强下的恒温密闭容器中，发生反应：，物质的量n随时间t变化的曲线如图所示，下列说法正确的是（ ）。
A. P1＜P2
B. x=0.4
C. c点和d点的平衡常数：
D. a、b、c、d四点混合气体的相对分子质量：
【答案】D
【解析】压强越大，反应速率越快，达到平衡所需时间越少，由图可知，压强为P1时，反应先达到平衡，则压强：P1＞P2，A错误；由图可知，起始时铁的物质的量为4.0 mol，平衡时氢气、铁的物质的量分别为3.6 mol、x mol，由化学方程式可知，x=4.0—3.6×=1.3，B错误；平衡常数只受温度影响，温度不变，平衡常数不变，由图可知，c点和d点温度相同，平衡常数相等，由B项分析知，平衡时氢气和水蒸气的物质的量分别为3.6 mol、1.3mol，设容器的体积为V L，反应的平衡常数K=≠9，C错误；该反应是气体体积不变、气体质量减小的反应，反应过程中气体的平均相对分子质量减小，增大压强，平衡不移动，气体的平均相对分子质量不变，则a、b、c、d四点混合气体的相对分子质量大小顺序为，D正确。
12．在2L恒容密闭容器中充入2 mol X和1 mol Y发生反应：，反应过程持续升高温度，测得混合体系中X的体积分数与温度的关系如图所示。下列推断正确的是（ ）。
A. W点的平衡常数等于M点的平衡常数
B. Q点时，Y的转化率最大
C. W点X的正反应速率等于M点X的正反应速率
D. 平衡时充入Z，相同温度下达到新平衡时Z的体积分数比原平衡时大
【答案】B
【解析】图中信息显示，在Q点之后，升高温度，X的体积分数不断增大，则平衡逆向移动，正反应为放热反应，则Q点前，反应都未达平衡，据此解答。因W点与M点的温度不同，则W点和M点的平衡常数不相等，A错误；Q点时，反应达平衡，Q点之后，升高温度，平衡逆向移动，Y的转化率减小，则Q点时，Y的转化率最大，B正确；由图可知，M点和W点X的体积分数相等，即M点和W点X的浓度相等，但M点的温度高于W点，温度越高，反应速率越大，则M点X的正反应速率大于W点X的正反应速率，C错误；平衡时充入Z，相当于增大压强，但该反应是气体分子数不变的反应，改变压强对平衡没有影响，则相同温度下达到新平衡时Z的体积分数与原平衡相等，D错误。
13．催化加氢合成甲醇是重要的碳捕获利用与封存技术。催化加氢主要反应有：
反应I.
反应II.
压强分别为、时，将的混合气体置于密闭容器中反应，不同温度下体系中的平衡转化率和、CO的选择性如图所示。
(或CO)的选择性
下列说法正确的是（ ）。
A. 反应为吸热反应
B. 曲线③、④表示CO的选择性，且
C. 相同温度下，反应I、II的平衡常数
D. 一定温度下，调整，可提高的平衡转化率
【答案】B
【解析】可由反应 Ⅰ -反应 Ⅱ 得到，ΔH=-49.4 kJ/mol-41.2 kJ/mol<0，故该反应为放热反应，A错误；随着温度的升高，反应 Ⅰ 平衡逆向移动，反应 Ⅱ 平衡正向移动，则CH3OH的选择性随温度的升高而减小，CO的选择性随温度的升高而增大，故曲线③、④表示CO的选择性，压强增大，反应 Ⅰ 平衡正向移动，反应物浓度减小，促使反应 Ⅱ 化学平衡逆向移动，使CO选择性减小，故p1>p2，B正确；随着温度的升高，反应 Ⅰ 平衡逆向移动，反应 Ⅱ 平衡正向移动，在未给定具体温度的情况下，无法比较反应 Ⅰ、Ⅱ 的化学平衡常数大小，C错误；调整，氢气的起始浓度减小，则CO2的平衡转化率减小，D错误。
第Ⅱ卷（非选择题）
非选择题：包括第14题~第17题4个大题，共61分。
14．下表列举了不同温度下大气固氮和工业固氮的部分化学平衡常数K的值：
反应 大气固氮 工业固氮
温度/℃ 27 2 000 25 400 450
平衡常数K 0.1 0.507 0.152
（1）分析数据可知：大气固氮反应属于___________(填“吸热”或“放热”)反应，其平衡常数的表达式为K=___________。2 000 ℃时向某密闭容器中充入一定量的N2和O2进行该反应，达到平衡后容器中分子的N2、O2的相对个数如下图所示，请在下图中空白处画出合适个数的NO。
（2）向一密闭容器中充入1 mol N2和3 mol H2发生合成氨反应，平衡时氨气的体积分数随压强和温度的变化如图所示：
①p1、p2、p3由小到大的顺序是___________。
②T1温度下，M点对应的H2的平衡转化率为___________，若此时容器体积为1L，则该温度下平衡常数K=___________(计算结果都保留1位小数)。
【答案】（1）吸热 （2）① p1＜p2＜p3 ②66.7% 5.3
【解析】（1）对于固氮反应，温度从27 ℃升高到2 000 ℃，平衡常数增大，则表明升高温度，平衡正向移动，大气固氮反应属于吸热反应，其平衡常数的表达式为K=。2 000 ℃时向某密闭容器中充入一定量的N2和O2进行该反应，达到平衡后，依据容器中N2、O2分子的相对个数，我们可假设N2的分子个数为5，O2的分子个数为2，NO的分子个数为x，依据平衡常数(设容器体积为V L)，可建立等式：K==0.1，解得x=1。在图中空白处画出合适个数的NO为。（2）①合成氨反应是体积缩小的可逆反应，加压平衡正向移动，氨气的体积分数增大，则p1、p2、p3由小到大的顺序是p1＜p2＜p3；②向一密闭容器中充入1 mol N2和3 mol H2发生合成氨反应，T1温度下，M点对应的氨的体积分数为50%，设参加反应N2的物质的量为x，则可建立如下三段式：
则，解得x=，H2的平衡转化率为≈66.7%，若此时容器体积为1 L，则该温度下平衡常数K=≈5.3。
15．下，往5 L的恒容密闭容器中充入和，发生反应，4 min后，反应达到平衡，此时混合气体中的物质的量分数为。回答下列问题：
（1）反应达到平衡时，_______，的平衡转化率为_______。
（2）内，_______。
（3）反应达到平衡后，混合气体的总压强与起始时混合气体的总压强之比为_______。
（4）对于反应，下列说法正确的是_______(填字母)。
A. 每消耗1 mol CO的同时断裂4 mol碳氢键，则该反应达到平衡
B. 每消耗，同时转移电子
C. 反应进行到某时刻时，与的物质的量之和可能为
D. 不管反应进行到何种程度，该恒容密闭容器中的恒为
【答案】（1）0.02 37.5 （2）0.005 （3）4∶5 （4）AD
【解析】（1）根据已知条件列三段式：
此时混合气体中的物质的量分数==；解得x=0.1，反应达到平衡时，；的平衡转化率=；（2）内，；（3）反应达到平衡后，混合气体的总压强与起始时混合气体的总压强之比等于反应前后气体的总物质的量之比，即；（4）每消耗1 mol CO的同时断裂4 mol碳氢键，可说明每消耗1 mol CO同时消耗1 mol CH4，则正反应速率等于逆反应速率，则该反应达到平衡，A正确；气体未标明标准状况下，无法根据体积确定其物质的量，B错误；由反应可知，若0.2 mol CO完全反应，则消耗0.6 mol氢气，同时生成0.2 mol CH4，此时H2与CH4的物质的量之和为0.4 mol，该反应为可逆反应，CO不能完全反应，则最终H2与CH4的物质的量之和大于0.4 mol，C错误；根据元素守恒，无论应进行到何种程度，该恒容密闭容器中的恒为，D正确。
16．二氧化碳是工业废气中的常见物质，有关二氧化碳的综合开发利用已成为研究热点。
方法 Ⅰ ：捕碳技术
（1）捕碳技术（主要指捕获CO2）在降低温室气体排放中具有重要的作用。下列物质中可作为捕碳剂的是_______（填字母）。
A. K2CO3 B. CaO C. Na2SO4 D. NH4Cl
方法 Ⅱ：CO2加氢制甲醇
利用CO2加氢合成甲醇的主要反应如下：
主反应 CO2(g) + 3H2(g)CH3OH(g) + H2O(g) ΔH1= - 48.97 kJ mol-1
副反应 CO2(g) + H2(g)CO(g) + H2O(g) ΔH2= 41.17 kJ mol-1
（2）根据上述反应，CO(g) +2H2(g)CH3OH(g) ΔH =_______。
（3）恒温恒容时，下列能说明CO2(g) + 3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)到达平衡状态的是_______（填字母）。
A. 混合气体的密度不再改变
B. v(CO2) = 3v(H2)
C. 每断裂2 mol C=O键，同时断裂3 mol H—O键
D. CH3OH(g)的质量不再改变
（4）向刚性容器中充入物质的量之比为1∶3的CO2和H2，发生上述主、副反应。
①有利于提高甲醇平衡产率的条件是_______（填字母）。
A．高温高压 B．低温高压 C．高温低压 D．低温低压
②一定条件下，反应相同时间，CO2转化率和甲醇选择性随温度的变化如下图所示：
200~300 ℃时，CH3OH选择性随温度的升高而下降，可能的原因是___________________________（写一种）。
③一定条件下，达到平衡时CO2的总转化率为20%，主反应的选择性为75%，若总压为p0，则副反应的Kp =_______。（已知：分压=总压×该组分的物质的量分数）
方法 Ⅲ ：CO2电解制甲醇
（5）利用电解原理，可将CO2转化为CH3OH，其装置如图所示：
①双极膜B侧为_______（填“阴离子”或“阳离子”）交换膜。
②TiO2电极上电极反应方程式为___________________________。
【答案】（1）AB （2）-90.14 kJ·mol-1 （3）CD （4）① B ② ΔH1<0，ΔH2>0，升温主反应逆向移动，副反应正向移动(或升温对副反应速率的影响更大或温度升高，催化剂活性降低) ③ 5×10-3（或）
（5）① 阳离子 ② CO2 + 6H+ + 6e-=CH3OH + H2O
【解析】（1）捕碳剂需要能与二氧化碳发生反应从而捕获二氧化碳。K2CO3、CaO能与二氧化碳反应，可以作为捕碳剂，Na2SO4、NH4Cl与二氧化碳不反应，不能作为捕碳剂，故选AB。（2）反应CO(g) +2H2(g)CH3OH(g)，根据盖斯定律可知： 。（3）在恒温恒容条件下，根据，反应前后气体总质量m不变，容器体积V不变，所以混合气体的密度始终不变，故混合气体的密度不变能作为判断平衡的标志，A错误；v(CO2) = 3v(H2)，未指明是正反应速率还是逆反应速率，若均为正反应速率或均为逆反应速率，不能说明正、逆反应速率相等，无法判断达到平衡状态，B错误；每断裂2 mol C=O键，意味着消耗1 mol CO2，断裂3 mol H—O键，意味着消耗1 mol H2O和1 mol CH3OH，根据化学计量数之比，正、逆反应速率相等，可以说明反应达到平衡状态，C正确；CH3OH(g)的质量不再改变，说明其浓度不再变化，反应达到平衡状态，D正确。（4）①主反应为CO2(g) + 3H2(g)CH3OH(g) + H2O(g) ΔH1= - 48.97 kJ mol-1，该反应是气体分子数减小的放热反应，降低温度，平衡向放热反应方向移动，即向生成甲醇的方向移动，有利于提高甲醇的平衡产率；增大压强，平衡向气体分子数减小的方向移动，也就是向生成甲醇的方向移动，有利于提高甲醇的平衡产率；综上，低温高压有利于提高甲醇平衡产率，故选B。②200~300 ℃时，CH3OH选择性随温度的升高而下降，可能原因如下：ΔH1<0，ΔH2>0，升温主反应逆向移动，副反应正向移动或温度升高，催化剂活性降低。③假设加入CO2的物质的量为1 mol，则氢气为3 mol，主反应CO2转化了x mol，因为平衡时CO2的总转化率为20%，则副反应CO2转化了(0.2-x) mol，根据三段式：
则甲醇的选择性 ，解得x=0.15 mol，所以平衡时CO2的物质的量为0.8 mol，氢气为2.5 mol， CO为0.05 mol，水为0.2 mol，平衡时气体总物质的量为 ，副反应的。（5）①由图可知，TiO2电极上，H+和CO2反应生成CH3OH，H+要从双极膜B侧移动到TiO2电极参与反应，所以双极膜B侧为阳离子交换膜，②TiO2电极上，CO2在H+存在的条件下得到电子生成CH3OH和H2O，电极反应方程式为CO2 + 6H+ + 6e-=CH3OH + H2O。
17．某空间站利用萨巴蒂尔反应：，配合水的电解实现氧气再生的流程简图如下。
（1）已知：电解液态水制备1mol，电解反应的。由此计算的摩尔燃烧焓___________。
（2）已知：萨巴蒂尔反应的平衡常数(K)与反应温度(t)之间的关系如图。
①萨巴蒂尔反应在___________(填“高温”或“低温”)下能自发进行。
②某研究小组模拟该反应，温度t下，向容积为10 L的密闭容器中通入0.1 mol和0.4 mol，反应平衡后测得容器中。则的转化率为______，反应温度t约为____℃。
（3）在相同条件下，与还会发生不利于氧循环的副反应：
，在反应器中按通入反应物在不同温度、不同催化剂条件下，反应进行到2 min时，测得反应器中、浓度如表。
催化剂
催化剂Ⅰ 10.8 12 722 345.2 42 780
催化剂Ⅱ 9.2 10 775 34 38 932
若选用催化剂 Ⅰ，在350 ℃条件下反应，0~2 min生成的平均反应速率为_____；结合表格信息分析，从提高循环系统制氧效率的角度，反应器的最佳反应条件应选择催化剂___________(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)和___________。
（4）令代替萨巴蒂尔反应，虽可实现氢、氧元素完全循环利用，但使用一段时间后催化剂的催化效果会明显下降，其原因是___________________________________________。
（5）“富集装置”可利用电化学法富集空间站内“空气”中的作为萨巴蒂尔反应器的原料气之一，装置如图。a极为______ (填“正”或“负”)极，b电极上发生的电极反应为___________________________。
【答案】（1） 286 （2）① 低温 ② 50% 660.2或660.1或660.3 （3）5.4 Ⅱ 400℃ （4）生成的碳颗粒附着在催化剂表面，使反应位点减少或生成的碳颗粒使催化剂中毒 （5）正极
【解析】（1）电解液态水制备1 mol，电解反应的，即，则，即的摩尔燃烧焓。（2）正反应气体体积减小，ΔS＜0，升高温度K减小，则ΔH＜0；T较小时ΔG=ΔH-TΔS＜0，因此该反应低温时自发，平衡时，则二氧化碳、氢气、水、甲烷的物质的量变化量分别为0.05 mol、0.2 mol、0.1 mol、0.05 mol，二氧化碳的转化率为，根据三段式有，容器体积为10 L，平衡时二氧化碳、氢气、水、甲烷的浓度分别为0.005 mol/L、0.02 mol/L、0.01 mol/L、0.005 mol/L，则平衡常数，从图中可以读出温度在660 ℃左右。（3）起始时体系内没有甲醇，因此选用催化剂 Ⅰ，在350 ℃条件下反应甲醇的浓度变化量为，则其速率为，使用催化剂 Ⅱ、400 ℃时甲烷的选择性和生成率更高，因此选择催化剂 Ⅱ、400 ℃作为反应条件。（4）有固体C生成，C会附着在催化剂表面，使得催化剂催化效果下降。（5）由图可以看出a发生，是正极，b发生，是负极。
答案第1页，共2页
