熱點專項練12化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡綜合考查

1.（2023廣東東莞聯(lián)考）我國科學(xué)家合成高選擇性光催化劑，在溫和條件卜.利用CO2合成

CH3CHOo

反應(yīng)l:2CO2（g）+5H2（g）^^CH3CHO（g）+3H2O（g）AHi=-170kJ-moF1

反應(yīng)2:CO2（g）+4H2（g）^^CH4（g）+2H2O（g）78kJ-mol-1

回答下列問題：

（1）2CH4（g）+H2O（g）"^CH3CHO（g）+3H2（g）△"二。

（2）一定溫度下,在容積不變的剛性密閉容器中充入一定量CCh和H2,發(fā)生反應(yīng)lo

①下列情況表明該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是（填字母）。

A.混合氣體密度保持不變

B.COMg）消耗速率和H2O（g）生成速率之比為2:3

C.CH3CHO（g）、H2O（g）的濃度之比保持不變

D.混合氣體平均摩爾質(zhì)量保持不變

②達(dá)到平衡之后，其他條件不變僅改變下列一個條件,能提高CO2的平衡轉(zhuǎn)化率的是一

（填字母）。

A.增大CO2濃度

B.充入惰性氣體

C.降低溫度

D.加入高效催化劑

（3）已知反應(yīng)2cC）2（g）+5H2（g）=CH3CHO（g）+3H2O（g）生成CH3cHO的凈反應(yīng)速率為

y（凈尸?正）?c2（CO2）?/（H2）火逆）,c（CH3cHO）?"（H2O）因正）、網(wǎng)逆）分別表示正、逆反應(yīng)速

率常數(shù)，只與溫度、催化劑有關(guān)，與濃度無關(guān)I。該反應(yīng)的平衡常數(shù)K與武正）、k（逆）的關(guān)

系為（正）、網(wǎng)逆）的負(fù)對數(shù)用冰表示，與溫度⑺關(guān)系如圖1所示。其

中代表pM正）與7關(guān)系的宜線是（填字母）。

（4）一定溫度卜.，在剛性密閉容器中充入1molCCh（g）和犬molHz（g）,僅發(fā)生反應(yīng)1,測得平

衡體系中CH3cHO的體積分?jǐn)?shù)"）與x關(guān)系如圖2所示。在e、f、g、h四個點

中,CH3cHO產(chǎn)率最大的是（填字母）」點對應(yīng)體系中H、O原子個數(shù)比接

近。

圖2

(5)一定溫度下，在剛性密閉容器中充入2molCO2和5molH2,發(fā)生反應(yīng)1和反應(yīng)2,達(dá)到

平衡時測得CH4為0.1mol,CO2的平衡轉(zhuǎn)化率為45%.總壓強(qiáng)為560kPa。反應(yīng)1的平衡

常數(shù)5(只列計算式，不帶單位)。

2.氮氧化物(NO*)的排放對環(huán)境造成嚴(yán)重污染。回答下列問題：

⑴工業(yè)上可利用C(s)+2NO(g)=FO2(g)+N2(g)反應(yīng)處理氮氧化物。

己知:N2(g)+O2(g)^^2NO(g)A/7i=+180.5kJ-mol”,碳的燃燒熱△〃=393.5kJ-mor\則

1

C(s)+2NO(g)^^CO2(g)+N2(g)A”2=kJmor。

(2)用活性炭還原法處理氮氧化物的有關(guān)反應(yīng)為C(s)+2NO(g)=N2(g)+CCh(g)。向一恒

壓密閉容器中加入一定量(足量)的活性炭和NO,在父時刻改變某一條件,其反應(yīng)過程如

圖所示。

0

%

蟠

弱

電

U”’2反應(yīng)時間1

①則Z2時刻改變的條件為。

②力時刻的可逆)_______(填，y或“廿m時刻的w正)。

⑶在恒容密閉容器中發(fā)生反應(yīng)2NH3(g)+CCh(g)iCO(NH2)2(s)+H2O(g)A/7<0o下列

說法正確的是(填字母)。

A.及時分離出生成的尿素，有利于NH3的轉(zhuǎn)化率增大

B.反應(yīng)達(dá)到平衡后，混合氣體的密度不再發(fā)生改變

C.反應(yīng)在任何溫度下都能自發(fā)進(jìn)行

D.當(dāng)尿素的質(zhì)量不變時，說明反應(yīng)達(dá)到平衡

3.汽車尾氣中的CO、NO、是大氣污染物。我國科研工作者經(jīng)過研究，可以用不同方法處

理氮的氧化物，防止空氣污染。回答下列問題：

⑴已知:N2(g)+Ch(g)^=2NO(g)AHi=+180kJmor1

1

4NH3(g)+5O2(g)^^4NO(g)+6H2O(l)AH2=-906kJ-moP

請寫出NH3將NO轉(zhuǎn)化成無毒物質(zhì)的熱化學(xué)方程

式:O

(2)利用比還原NO的反應(yīng):2H2(g)+2NO(g)=N2(g)+2H2O(g)的速率方程為

U=￡C〃(H2>C"(NO),該反應(yīng)在不同條件下的反應(yīng)速率如下：

C(H)C(NO)

溫度2反應(yīng)速率

(mol-L-1)(mol-L1)

Ti0.10.1V

Ti0.3().13v

0.20.281，

則速率方程中,a=介o

(3)活性炭處理汽車尾氣中NO的方法:C(s)+2NO(g)-N2(g)+CCh(g)△，<(),在恒壓密

閉容器中加入足量的活性炭和一定量的NO氣體，以下能說明該反應(yīng)一定達(dá)到平衡狀態(tài)

的是(填字母)。

A.V(N2)=V(CO2)

B.容器與外界不發(fā)生熱交換

C.容器內(nèi)氣體的物質(zhì)的量不變

D.容器內(nèi)氣體密度不變

(4)科研人員進(jìn)一步研究了在C(s)+2NO(g)iN2(g)+CCh(g)反應(yīng)中，活性炭搭載鈣、鐲

氧化物的反應(yīng)活性對比。在三個反應(yīng)器中分別加入C、CaO/C、LazCh/C,通入NO使其

濃度達(dá)到0.1molL'o不同溫度下，測得2小時后NO去除率如圖所示：

①據(jù)圖分析,490℃以下反應(yīng)活化能最小的是(填或"c”)。

②活性炭搭載CaO條件下,49()℃時的反應(yīng)速率v(NO)=molL'.h'c若某

溫度下此反應(yīng)的平衡常數(shù)為100,則反應(yīng)達(dá)到平衡時NO的去除率為

(保留兩位有效數(shù)字)。

4.我國在第75屆聯(lián)合國大會上提出要實現(xiàn)2030年前"碳達(dá)峰''、2060年前"碳中和''的

目標(biāo)。因此CCh的捕集、利用與封存成為科學(xué)家研究的重要課題。

I.研究表明CCh與CH4在催化劑存在下可發(fā)生反應(yīng)制得合成氣:CO"g)+CH4(g)i

2co(g)+2H2(g)AHo

(1)一定壓強(qiáng)下，由最穩(wěn)定單質(zhì)生成1mol化合物的焙變?yōu)樵撐镔|(zhì)的摩爾生成焰。已知

C02(g)、CH"g)、CO(g)的摩爾生成焰分別為-395kJmol”、

-74.9kJmol\-110.4kJ-molL則上述反應(yīng)的△〃=kJmolL

(2)此反應(yīng)的活化能E(正)(填“>”“二”或“<")其(逆);有利于反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的

條件是(填“高溫”或‘低溫

(3)一定溫度下，向一恒容密閉容器中充入CCh和CK發(fā)生上述反應(yīng)，初始時CO2和CH4

的分壓分別為14kPa、16kPa,一段時間達(dá)到平衡后，測得體系壓強(qiáng)是起始時的1.4倍，則

該反應(yīng)的平衡常數(shù)a二(用平衡分壓代替立衡濃度計算，分壓二總壓x物質(zhì)的

量分?jǐn)?shù))。

IICCh和合成甲烷也是C02資源化利用的重要方法。對于反應(yīng)CO2(g)+4H2(g)-

CH4(g)+2H2O(g)A/￥=-165催化劑的選擇是CO2甲烷化技術(shù)的核心。在兩種不

同催化劑條件下反應(yīng)相同時間，測得CCh轉(zhuǎn)化率和CH4選擇性隨溫度變化的影響如下圖

所示。

100

8o

次

、

榔

￥6o

郃4o

0

。2O

。仔'尸：：-7....

200240280320360

溫度"C

0o

8o

6o

4o

2O

200240280320360

溫度〃C

(4)高于320℃后，以Ni-CeCh為催化劑,CO2轉(zhuǎn)化率略有下降，而以Ni為催化劑,CO2轉(zhuǎn)化

率卻仍在上升，其原因是。

(5)對比上述兩種催化劑的催化性能，工業(yè)上應(yīng)選擇的催化劑是;使用的合適溫

度為O

HI.以鉛酸蓄電池為電源可將CO2轉(zhuǎn)化為乙烯，其原理如下圖所示，電解所用電極材料均

為惰性電極。

co2

質(zhì)子交換膜

(6)陰極上的電極反應(yīng)為;每生成

0.5mol乙烯,理論上需消耗鉛酸蓄電池中mol硫酸。

參考答案

熱點專項練12化學(xué)反應(yīng)速率與

化學(xué)平衡綜合考查

L答案(1)+186kJ-mol'1

(2)①D@C⑶代管c

k(逆)

(4)h5：2

560x^0^4x(560x靛14尸

(5)11^26^

(560x尖/x(560xU產(chǎn)

0.00.0

解析(1)根據(jù)蓋斯定律,△，=AHI-2A〃2=-17()kJ-mol'-C-178X2)kJ?mol“=+186kJmol'o

(2)①容積不變的剛性容器中氣體總質(zhì)量保持不變，則混合氣體的密度始終保持不變，即混合氣體

的密度不變，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài),A錯誤;消耗CCh、生成H?O都是向正反應(yīng)方向進(jìn)行，

因此CO?消耗速率和水蒸氣生成速率之比為2：3,不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài),B錯

誤;CECH0、比0都是生成物，物質(zhì)的量濃度之比始終是1:3,不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài),C錯

誤;該反應(yīng)為物質(zhì)的量減少的反應(yīng)，而氣體總質(zhì)量相等，因此平均摩爾質(zhì)量為變量，當(dāng)氣體平均摩爾

質(zhì)量不變時，說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài),D正確。

②增大COz濃度，二氧化碳轉(zhuǎn)化率減小,A錯誤;充入惰性氣體，平衡不移動,B錯誤;該反應(yīng)正反應(yīng)

為放熱反應(yīng)，降低溫度，平衡右移,C02轉(zhuǎn)化率增大,C正確;催化劑無法改變平衡轉(zhuǎn)化率,D錯誤。

(3)當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時,v(正)=v(逆)，即k(正)七2(82>/(%)=%(逆)YCH3cH0>/出2。),可得

嚼黑然用=黑二K;該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向進(jìn)行,平衡常數(shù)減小，瞥減小，

zi

c(CO2)xc>(H2)〃(逆)〃(趙)

升高溫度向正)、&(逆)均增大，但網(wǎng)正)增大的倍數(shù)小于M逆)增大的倍數(shù),pk(正)=電攵(正)是減小

的，且其減小程度比P?逆)小,c符合。

(4)根據(jù)勒夏特列原理，隨著氫氣的物質(zhì)的量增大，平衡向正反應(yīng)方向移動,CO2轉(zhuǎn)化率增大，即

CH3CHO產(chǎn)率最大的點為h;f點時CH3cH。的體積分?jǐn)?shù)最大，說明是按照化學(xué)方程式中反應(yīng)物

系數(shù)之比投料，即f點對應(yīng)氏的物質(zhì)的量為2.5moi,H與。原子個數(shù)比為(2.5x2)：2=5：2。

(5)CO2的-平衡轉(zhuǎn)化率為45%,即消耗CO3的物質(zhì)的量為2molx45%=0.9mol,-平衡時CIL為。1

mol,根據(jù)碳元素守恒?(CH3CHO)=1X(0.9mol-0.1mol)=0.4mol,結(jié)合化學(xué)方程式中的系數(shù)關(guān)系，從

而求出容器中各氣體的物質(zhì)的量分別為n(CO2)=2mol-0.9mo)=1.1mol,n(CH3CHO)=0.4

mol,w(CH4)=0.1mol,n(H2)=5mol-5x0.4mol-4x0.1mol=2.6mol,n(H2O)=3x0.4mol+2x0.1mol=l.4

mol,氣體總物質(zhì)的量為1.1mol+0.4mol+0.1mol+2.6mol+1.4moi=5.6mol,反應(yīng)1的平衡常數(shù)

0414

二p(CH3CHO)xp3(H2。)二560)彘x(560x彘)3

252O

p(CO2)xp(H2)(560X￡￡X(560X14)5

D.O

2.答案(1)-574(2)①向密閉容器中加入NO②<

(3)BD

解析(1)已知：

@N2(g)+O2(g)^±2NO(g)AM=+180.5kJmol1

②C(s)+Ch(g)^=CO2(g)△止-393.5kJ-mo/

②-①可得目標(biāo)化學(xué)方程式，則AH2=AH-AH1=-574kJ-molL

(2)①因為恒壓容器中，改變條件的瞬間，逆反應(yīng)速率減小,但平衡正向移動且達(dá)平衡后，逆反應(yīng)速

率與原平衡相同，所以會時刻改變的條件為向密閉容器中加入NOo

②力時刻,反應(yīng)達(dá)到平衡M正尸v(逆),/2時刻，充入NO,反應(yīng)物的濃度增大，正反應(yīng)速率增大，則

v(正)<江(正)，所以4時刻的v(逆)《2時刻的v(正)。

(3)因為尿素呈固杰,所以及時分離出生成的尿素，對NH］的轉(zhuǎn)化率沒有影響,A不正確;因為達(dá)平

衡前,混合氣體的質(zhì)量減小，但容積不變，所以密度不斷減小，當(dāng)混合氣體的密度不再發(fā)生改變時，

反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài).B正確;△”<0,AS<0,A”-7AS<0時反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行，則低溫下反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，但高

溫下反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行,C不正確;當(dāng)尿素的質(zhì)量不變時，正、逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài),D

正確。

1

3.答案(1)4NH3(g)+6NO(g)^5N2(g)+6H2O(l)A//=-l806kJmor

(2)12(3)BD(4)①a②0.022595%

解析⑴①N2(g)+Ch(g)^~=2NO(g)△”產(chǎn)+180kJmor1

②4NH3(g)+5O2(g)L4NO(g；+6H2O⑴△”2=-906kJmor'

1

根據(jù)蓋斯定律有②?5x①得4NHKg)+6NO(g)16H2。⑴+5N?(g)AH=AH2-5AHI=-906kJmor-

5x(4-180kJ-mol1)^1806kJmolL

⑵由表中數(shù)據(jù)可得:①片杈0.rxO.l。,②3I，=〃XO.3"XOE③8呻杈0.2"x0.2”,聯(lián)立三式可解得

a=1$=2o

(3)v(N2)=v(CO2),未指明是正反應(yīng)速率還是逆反應(yīng)速率，不能說明反應(yīng)一定達(dá)到平衡狀態(tài).A不符

合題意;化學(xué)反應(yīng)伴隨著能量變化，當(dāng)反應(yīng)未達(dá)平衡時，容器與外界存在熱交換，因此當(dāng)容器與外界

不發(fā)生熱交換時,說明反應(yīng)已達(dá)平衡,B符合題意;該反應(yīng)是氣體體積不變的反應(yīng)，無論反應(yīng)是否平

衡，容器內(nèi)氣體的物質(zhì)的量均不變，因此容器內(nèi)氣體的物質(zhì)的量不變，不能說明反應(yīng)已達(dá)平衡,C不

符合題意;同溫同壓下,氣體的密度之比等于摩爾質(zhì)量之比，當(dāng)容器內(nèi)氣體密度不變時，則M不變，

又因為M二景則氣體質(zhì)量〃?也不變，說明反應(yīng)已達(dá)平衡,D符合題意。

(4)①活化能越小，反應(yīng)越容易發(fā)生,反應(yīng)速率越快，相同條件下NO去除率越大，因此490c以下

反應(yīng)活化能最小的是人

②活性炭搭載CaO條件下,490℃時,2小時后NO的去除率為45%,則NO濃度減小量為0.1

mol-L-'x45%=0.045反應(yīng)速率v(NO)=

竺粵警L).O225moi.—h"。設(shè)達(dá)到平衡時NO的去除率為x,則：

C(s)+2NO(g)一N2(g)+CO2(g)

起始量/(molL/)0.100

變化量/(mol.L")O.lx0.05x0.05x

平衡量/(mol?L")0.1-0.lx0.05x0.05x

0.05xx0.05>:

平衡常數(shù)為100,則(O.l-O.lx)2二100,解得門95%°

4.答案⑴+249.1(2)>高溫(3)259.2(kPa)2

(4)以Ni-CeCh為催化劑測定轉(zhuǎn)化率時,CO2甲烷化反應(yīng)已達(dá)平衡，升高溫度平衡逆向移動,CO2轉(zhuǎn)

化率下降;以Ni為催化劑時,CCh甲烷化反應(yīng)速率較慢，升高溫度反應(yīng)速率增大，反應(yīng)相同時間時

CO2轉(zhuǎn)化率增加

⑸Ni-CcCh320℃

(6)2CO2+12FT+12e-C2H4+4H2O6

解析(1)根據(jù)摩爾生成烙的定義,推出①C(s)+02(g)：_CO2(g)AM=-395kJ-mol-',(2)C(s)4-2H2(g)

—CH4(g)△”2=74.9kJ-mo-,③C(s)+102(g)^~CO(g)A/73=-110.4kLmol",根據(jù)目標(biāo)反應(yīng)方

程式及蓋斯定律可知，③x2-②-①得目標(biāo)方程式，所以10.4)x2-(-74.9)-(-395)JkJmol"

'=+249.1kJ-molL

(2)根據(jù)第(1)問分析可知，該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，所以活化能￡(正)式逆);根據(jù)AH-TAS<0可自發(fā)進(jìn)

行，當(dāng)△”>()、AS>0時,高溫專利于反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行。

(3)根據(jù)已知信息，設(shè)