2022届高考化学二轮复习课时作业8化学反应速率化学平衡含答案

这是一份2022届高考化学二轮复习课时作业8化学反应速率化学平衡含答案，共14页。试卷主要包含了乙烯气相直接水合反应制备乙醇，下列叙述正确的是等内容，欢迎下载使用。

下列说法不正确的是( C )
A．①中B在0～20 min平均反应速率为8.25×10－3 ml·L－1·min－1
B．②中K＝0.25，可能使用了催化剂
C．③中y＝1.4 ml·L－1
D．比较①、④可知，该反应为吸热反应
【解析】 根据v＝Δc/Δt可计算出B的反应速率为eq \f(1.0－0.67 ml·L－1,2×20 min)＝8.25×10－3 ml·L－1·min－1，A正确；由表中数据可知，该反应为反应前后气体分子数不变的可逆反应。实验②的平衡状态与实验①相同，但是到达平衡所用的时间较少，说明该容器中的反应速率较大。催化剂能改变反应速率，但不改变平衡，①②平衡时浓度相同，但②反应速率更快，可能使用了催化剂，B正确；比较实验①和实验③中的数据可知，在相同温度下，实验③中的A的平衡浓度大于实验①，所以反应过程中，反应速率也比实验①中的大，在相同温度下，该反应的起始浓度与平衡浓度成比例，故③中y＝1.2 ml·L－1，C错误；比较实验④和实验①中数据可知，温度升高，起始浓度相同，但平衡A的浓度变小，说明平衡正向移动，故可判断该反应的正反应为吸反应，D正确。
2．(2020·青岛模拟)乙烯气相直接水合反应制备乙醇：C2H4(g)＋H2O(g)C2H5OH(g)。乙烯的平衡转化率随温度、压强的变化关系如下[起始时，n(H2O)＝n(C2H4)＝1ml，容器体积为1 L]。下列分析不正确的是( B )
A．乙烯气相直接水合反应的ΔH＜0
B．图中压强的大小关系为：p1＞p2＞p3
C．图中a点对应的平衡常数K＝eq \f(5,16)
D．达到平衡状态a、b所需要的时间：a＞b
【解析】 温度升高，乙烯的转化率降低，平衡逆向移动，正向为放热反应，ΔH＜0，A项正确；增大压强，平衡正向移动，乙烯的转化率增大，由图可知，相同温度下转化率p1 C2H4(g)＋H2O(g)C2H5OH(g)
始(ml/L) 1 1 0
转(ml/L) 0.2 0.2 0.2
平(ml/L) 0.8 0.8 0.2
平衡常数K＝eq \f(cC2H5OH,cC2H4cH2O)＝eq \f(0.2,0.8×0.8)＝eq \f(5,16)，C项正确；升高温度，增大压强，反应速率加快b点温度和压强均大于a点，因此反应速率b>a，所需要的时间：a＞b，D项正确。
3．(2020·厦门模拟)下列叙述正确的是( C )
A．合成氨反应放热，采用低温可以提高氨的生成速率
B．常温下，将pH＝4的醋酸溶液加水稀释，溶液中所有离子的浓度均降低
C．反应4Fe(OH)2(s)＋2H2O(l)＋O2(g)═══4Fe(OH)3(s)常温下能自发进行，该反应的ΔH<0
D．在一容积可变的密闭容器中反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)达平衡后，保持温度不变，缩小体积，平衡正向移动，eq \f(c2SO3,c2SO2cO2)的值增大
【解析】 降低温度，会减慢氨的生成速率，A错误；常温下，将pH＝4的醋酸溶液稀释后，溶液中氢离子的浓度降低，由c(OH－)＝eq \f(Kw,cH＋)知氢氧根离子的浓度增大，B错误；反应4Fe(OH)2(s)＋2H2O(l)＋O2(g)═══4Fe(OH)3(s)，ΔS＜0，常温下能自发进行，说明ΔH－T·ΔS＜0，因此可知ΔH＜0，C正确；eq \f(c2SO3,c2SO2cO2)可看作该反应的平衡常数的倒数，温度不变，平衡常数不变，则该值不变，D错误。
4．将1 ml CO和2 ml H2充入密闭容器中，发生反应：CO(g)＋2H2(g)eq \(,\s\up7(催化剂))CH3OH(g) ΔH。在其他条件相同时，测得CO平衡转化率[α(CO)]与温度和压强的关系如图。
下列说法不正确的是( C )
A．ΔH<0
B．C、D两点的反应速率：v(C)>v(D)
C．若E点的容器体积为10 L，该温度下的平衡常数为K＝25
D．工业生产中实际控制的条件为200 ℃、p2压强，不采用p3的理由是增大压强转化率变化不大，但工业成本升高，得不偿失
【解析】 从图示可知，温度由200 ℃→250 ℃，CO平衡转化率减小，平衡左移，该反应正反应为放热反应，ΔH<0，A正确；C、D两点对应的温度相同，压强大的反应速率快，因此v(C)>v(D)，B正确；根据CO(g)＋2H2(g)eq \(,\s\up7(催化剂))CH3OH(g)反应，E点时CO平衡转化率为80%，所以生成甲醇的量为1×80%＝0.8(ml)，剩余CO的量为1－1×80%＝0.2(ml)，H2的量为2－1×80%×2＝0.4(ml)，各物质浓度为c(CH3OH)＝0.08 ml·L－1，c(CO)＝0.02 ml·L－1，c(H2)＝0.04 ml·L－1，该温度下的平衡常数为K＝c(CH3OH)/c(CO)×c2(H2)＝0.08/0.02×(0.04)2＝2 500，C错误；从图像可以得知，工业生产中实际控制的条件为200 ℃、p2压强，不采用p3的理由是增大压强转化率变化不大，但工业成本升高，得不偿失，D正确。
5．(2020·长沙模拟)一定量的CO2与足量的碳在体积可变的恒压密闭容器中反应：C(s)＋CO2(g)2CO(g)。平衡时，体系中气体体积分数与温度的关系如下图所示：
已知：气体分压(P分)＝气体总压(P总)×体积分数。下列说法正确的是( B )
A．550 ℃时，若充入惰性气体，v正、v逆均减小，平衡不移动
B．650 ℃时，反应达平衡后CO2的转化率为25.0%
C．T ℃时，若充入等体积的CO2和CO，平衡向逆反应方向移动
D．925 ℃时，用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数KP＝24.0P总
【解析】 由于反应在体积可变的恒压密闭容器中进行，当550 ℃时，若充入惰性气体，容器的容积扩大，使反应混合物的浓度减小，因此v正、v逆均减小，由于该反应是气体体积增大的反应，减小压强，化学平衡向气体体积最大的正反应方向移动，A错误；根据图像可知在650 ℃时，反应达平衡后CO的体积分数是40%，则CO2的体积分数是60%，假设平衡时总物质的量是1 ml，则反应产生CO 0.4 ml，其中含有CO2 0.6 ml，反应产生0.4 ml CO消耗CO2的物质的量是0.2 ml，因此CO2转化率为0.2 ml÷(0.6 ml＋0.2 ml)×100%＝25.0%，B正确；T ℃时，平衡时CO2和CO的体积分数都是50%，若充入等体积的CO2和CO，化学平衡不移动，C错误；925 ℃时，用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数CO的体积分数为96%，则CO的分压＝0.96P总，CO2的体积分数为4%，CO2的分压＝0.04P总，用平衡分压代替浓度表示的化学平衡常数KP＝eq \f(0.96P总2,0.04P总)＝23.0P总，D错误。
6．(2020·海淀区模拟)某电路板生产企业的水质情况及国家允许排放的污水标准如下表所示。为研究废水中Cu2＋处理的最佳pH，取5份等量的废水，分别用30%的NaOH溶液调节pH至8.5、9、9.5、10、11，静置后，分析上层清液中铜元素的含量，实验结果如下图所示。
查阅资料，平衡Ⅰ：Cu(OH)2＋4NH3[Cu(NH3)4]2＋＋2OH－；
平衡Ⅱ：Cu(OH)2＋2OH－[Cu(OH－)4]2－
下列说法不正确的是( B )
A．废水中Cu2＋处理的最佳pH约为9
B．b～c段：随pH升高，Cu(OH)2的量增加，平衡Ⅰ正向移动，铜元素含量上升
C．c～d段：随pH升高，c(OH－)增加，平衡Ⅰ逆向移动，铜元素含量下降
D．d点以后，随c(OH－)增加，铜元素含量可能上升
【解析】 根据图像，在pH＝9时，Cu元素的含量最小，即废水中Cu2＋处理的最佳pH约为9，A正确；b～c段：pH增大，c(OH－)增大，根据勒夏特列原理，平衡Ⅰ中，Cu(OH)2增大，平衡向逆反应方向移动，B错误；c～d段：pH增大，c(OH－)增大，平衡I向逆反应方向进行，铜元素含量下降，C正确；d点以后，c(OH－)增大，平衡II向正反应方向进行，生成Cu[(OH－)4]2－，铜元素含量增大，D正确。
7．(2020·济南模拟)1,2－二氯丙烷(CH2ClCHClCH3)是一种重要的化工原料，工业上可用丙烯加成法制备，主要副产物为3－氯丙烯(CH2＝CHCH2Cl)，反应原理为：
Ⅰ.CH2＝CHCH3(g)＋Cl2(g)CH2ClCHClCH3(g) ΔH1＝－134 kJ·ml－1
Ⅱ.CH2＝CHCH3(g)＋Cl2(g)CH2＝CHCH2Cl(g)＋HCl(g) ΔH2＝－102 kJ·ml－1
请回答下列问题：
(1)已知CH2＝CHCH2Cl(g)＋HCl(g)CH2ClCHClCH3(g)的活化能Ea(正)为132 kJ·ml－1，则该反应的活化能Ea(逆)为__164__kJ·ml－1。
(2)一定温度下，向恒容密闭容器中充入等物质的量的CH2＝CHCH3(g)和Cl2(g)。在催化剂作用下发生反应Ⅰ、Ⅱ，容器内气体的压强随时间的变化如下表所示。
①用单位时间内气体分压的变化来表示反应速率，即v＝eq \f(Δp,Δt)，则前120 min内平均反应速率v(CH2ClCHClCH3)＝__0.09__kPa·min－1。(保留小数点后2位)。
②该温度下，若平衡时HCl的体积分数为eq \f(1,8)，则丙烯的平衡总转化率α＝__74%__；反应I的平衡常数Kp＝__0.21__kPa－1(Kp为以分压表示的平衡常数，保留小数点后2位)。
(3)某研究小组向密闭容器中充入一定量的CH2＝CHCH3和Cl2，分别在A、B两种不同催化剂作用下发生反应，一段时间后测得CH2ClCHClCH3的产率与温度的关系如下图所示。
①下列说法错误的是__bd__(填代号)。
a．使用催化剂A的最佳温度约为250 ℃
b．相同条件下，改变压强不影响CH2ClCHClCH3的产率
c．两种催化剂均能降低反应的活化能，但ΔH不变
d．提高CH2ClCHClCH3反应选择性的关键因素是控制温度
②在催化剂A作用下，温度低于200 ℃时，CH2ClCHClCH3的产率随温度升高变化不大，主要原因是__温度较低，催化剂的活性较低，对化学反应速率的影响小__。
③p点是否为对应温度下CH2ClCHClCH3的平衡产率，判断理由是__不是平衡产率，因为该反应的正反应为放热反应，降低温度平衡向正反应方向移动，p点的平衡产率应高于B催化剂作用下450_℃的产率__。
【解析】 (1)已知：Ⅰ.CH2＝CHCH3(g)＋Cl2(g)CH2ClCHClCH3(g) ΔH1＝－134 kJ·ml－1，Ⅱ.CH2＝CHCH3(g)＋Cl2(g)CH2＝CHCH2Cl(g)＋HCl(g) ΔH2＝－102 kJ·ml－1，根据盖斯定律可知，Ⅰ－Ⅱ得CH2＝CHCH2Cl(g)＋HCl(g)CH2ClCHClCH3(g)，此反应的反应热ΔH＝ΔH1－ΔH2＝Ea(正)－Ea(逆)，则Ea(逆)＝Ea(正)－(ΔH1－ΔH2)＝132 kJ·ml－1－(－134 kJ·ml－1＋102 kJ·ml－1)＝164 kJ·ml－1；(2)①因反应Ⅱ的ΔV＝0，Δp＝0，则反应Ⅰ的Δp＝80 kPa－69.4 kPa＝10.6 kPa，则120 min内平均反应速率v(CH2ClCHClCH3)＝eq \f(Δp,Δt)＝eq \f(10.6,120) kPa·min－1≈0.09 kPa·min－1；②设起始时CH2＝CHCH3(g)和Cl2(g)均为5 ml，则容器内起始时总物质的量为10 ml，根据恒温恒容条件下气体的物质的量与压强成正比可知，平衡时气体的总物质的量为10 ml×eq \f(57.6 kpa,80 kpa)＝7.2 ml，减小的物质的量为10 ml－7.2 ml＝2.8 ml，根据反应Ⅰ可知反应生成的CH2ClCHClCH3(g)为2.8 ml，平衡时HCl的体积分数为eq \f(1,8)，说明生成的HCl为7.2 ml×eq \f(1,8)＝0.9 ml，结合反应Ⅰ、Ⅱ，则参加反应的丙烯的总物质的量为2.8 ml＋0.9 ml＝3.7 ml，故平衡时丙烯的平衡总转化率α＝eq \f(3.7 ml,5 ml)×100%＝74%；另外平衡时CH2＝CHCH3(g)和Cl2(g)均为1.3 ml，CH2ClCHClCH3为2.8 ml，则反应I的平衡常数Kp＝eq \f(\f(2.8 ml,7.2 ml)×57.6 kpa,\f(1.3 ml,7.2 ml)×57.6 kpa×\f(1.3 ml,7.2 ml)×57.6 kpa)≈0.21 kpa－1；(3)①a.由图示可知使用催化剂A时产率最高时温度约为250 ℃，即使用催化剂A的最佳温度约为250 ℃，故a正确；b.反应Ⅰ是一个气体分子数减少的反应，改变压强可以使该反应的化学平衡发生移动，故CH2ClCHClCH3的产率会随着压强的改变而改变，b错误；c.催化剂能降低反应的活化能，但不影响ΔH，故c正确；d.由图中信息可知，两种不同的催化剂对CH2ClCHClCH3的产率的影响有明显的差别，催化剂有适宜的活化温度，故提高该反应的选择性的关键因素是催化剂的选择及其活化温度的控制，故d错误；故答案为bd；②催化剂的效率与温度有关，当温度较低时，催化剂的活性较低，对化学反应速率的影响小，导致CH2ClCHClCH3的产率随温度升高变化不大；③反应Ⅰ的正反应为放热反应，降低温度平衡向正反应方向移动，p点的平衡产率应高于B催化剂作用下450 ℃的产率，故p点不是对应温度下CH2ClCHClCH3的平衡产率。
8．(2020·天津实验中学模拟)尿素[CO(NH2)2]是首个由无机物合成的有机化合物，通常用作植物的氮肥。合成尿素的主要反应如下：
ⅰ.2NH3(l)＋CO2(g)(l)(氨基甲酸铵) ΔH＝－a kJ/ml
ⅱ. (l)(l)＋H2O(l) ΔH＝＋b kJ/ml
ⅲ.2(缩二脲)＋NH3(副反应，程度较小)
(1)实验室制取氨气的化学方程式是__2NH4Cl＋Ca(OH)2eq \(═══,\s\up7(△))CaCl2＋2NH3↑＋2H2O__。
(2)CO(NH2)2中C为＋4价，N的化合价__－3__。
(3)CO2和NH3合成尿素的热化学方程式为__2NH3(l)＋CO2(g) (l)＋H2O(l) ΔH＝(b－a )kJ/ml__。
(4)工业上提高氨碳比eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(nNH3,nCO2)))，可以提高尿素的产率，结合反应ⅰ～ⅲ，解释尿素产率提高的原因__提高氨碳比eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(nNH3,nCO2)))有利于反应ⅰ、ⅱ正向移动，促进氨基____甲酸铵分解生成尿素，有利于反应ⅲ逆向移动，抑制副反应ⅲ的发生，从而提高尿素产率__。
(5)某科研小组模拟工业合成尿素，一定条件下，在0.5 L的密闭容器中投入4 ml NH3和1 ml CO2，测得反应中各组分的物质的量随时间变化如图1所示：
①反应进行到10 min时，用CO2表示反应ⅰ的速率v(CO2)＝__0.148_ml/(L·min)__。
②合成总反应的快慢由慢的一步决定，则合成尿素的总反应的快慢由第__ⅱ__步反应决定(填“ⅰ”或“ⅱ”)。
(6)我国研制出非贵金属镍钼基高效电催化剂，实现电解富尿素废水低能耗制H2(装置如图2)。总反应为：CO(NH2)2＋H2Oeq \(═══,\s\up7(电解))3H2↑＋N2↑＋CO2↑。
①A电极连接电源的__正__极(填“正”或“负”)。
②A电极的电极反应为__CO(NH2)2－6e－＋H2O═══N2↑＋CO2↑＋6H＋__。
【解析】 (1)实验室由NH4Cl固体和Ca(OH)2固体混合加热制取氨气，化学方程式是2NH4Cl＋Ca(OH)2eq \(═══,\s\up7(△))CaCl2＋2NH3↑＋2H2O；(2)其中H为＋1价，由化合物中正负价代数和为0，CO(NH2)2中C为＋4价，算出N的化合价为－3；(3)由盖斯定律，CO2和NH3合成尿素的热化学方程式由反应ⅰ＋反应ⅱ，可得：2NH3(l)＋CO2(g)(l)＋H2O(l) ΔH＝(b－a)kJ/ml；(4)从反应ⅰ～ⅲ的平衡移动方向解答：提高氨碳比eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(nNH3,nCO2)))有利于反应ⅰ、ⅱ正向移动，促进氨基甲酸铵分解生成尿素，有利于反应ⅲ逆向移动，抑制副反应ⅲ的发生，从而提高尿素产率；(5)①反应进行到10 min时，用CO2表示反应ⅰ的速率v(CO2)＝eq \f(0.74 ml,0.5 L×10 min)＝0.148 ml/(L·min)；②合成总反应的快慢由慢的一步决定，由图的斜率大小可知，的生成速率比消耗速率快，则合成尿素的总反应的快慢由第ⅱ步反应决定；(6)①A电极上CO(NH2)2转化生成N2，N化合价升高，失去电子，作为阳极，应该连接电源的正极；②总反应为：CO(NH2)2＋H2Oeq \(═══,\s\up7(电解))3H2↑＋N2↑＋CO2↑，阳极A电极上N化合价升高，失去电子，电极反应为CO(NH2)2－6e—＋H2O═══N2↑＋CO2↑＋6H＋。
9．(2020·衡水模拟)甲醛在木材加工、医药等方面有重要用途。甲醇直接脱氢是工业上合成甲醛的新方法，制备过程涉及的主要反应如下：
反应Ⅰ：CH3OH(g)HCHO(g)＋H2(g) ΔH1＝＋85.2 kJ·ml－1
反应Ⅱ：CH3OH(g)＋1/2O2(l)HCHO(g)＋H2O(g) ΔH2
反应Ⅲ：H2(g)＋1/2O2(g)H2O(g) ΔH3＝－241.8 kJ·ml－1
副反应：
反应Ⅳ：CH3OH(g)＋O2(g)CO(g)＋2H2O(g) ΔH4＝－393.0 kJ·ml－1
(1)计算反应Ⅱ的反应热ΔH2＝__－156.6_kJ/ml__。
(2)750 K下，在恒容密闭容器中，发生反应CH3OH(g)HCHO(g)＋H2(g)，若起始压强为P0，达到平衡转化率为α，则平衡时的总压强P平＝__P0(1＋α)__(用含P0和α的式子表示)；当P0＝101 kPa，测得α＝50.0%，计算反应平衡常数Kp＝__50.5__kPa(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数，忽略其它反应)。
(3)Na2CO3是甲醇脱氢制甲醛的催化剂，有研究指出，催化反应的部分机理如下：
历程ⅰ：CH3OH→H·＋·CH2OH
历程ⅱ：·CH2OH→·H＋HCHO
历程ⅲ：·CH2OH→3·H＋CO
历程ⅳ：·H＋·H→H2
下图表示一定条件下温度对碳酸钠催化脱氢性能的影响，回答下列问题：
①从平衡角度解析550 ℃～650 ℃甲醇生成甲醛的转化率随温度升高的原因__甲醇脱氢反应为吸热反应，升高温度，有利于脱氢反应向正反应方向进行__；
②反应历程i的活化能__<__(填“>”、“<”或“＝”)CH3OH(g)HCHO(g)＋H2(g)活化能。
③650 ℃～750 ℃，反应历程ⅱ的速率__<__(填“>”、“<”或“＝”)反应历程ⅲ的速率。
(4)吹脱是处理甲醛废水的一种工艺，吹脱速率可用方程v＝0.042 3c(mg·L－1·h－1)表示(其中c为甲醛浓度)，下表为常温下甲醛的浓度随吹脱时间变化数据。
则当甲醛浓度为2 000 mg/L时，其吹脱速率v＝__84.6__mg·L－1·h－1，分析上表数据，起始浓度为10 000 mg/L，当甲醛浓度降为5 000 mg/L，吹脱时间为__16__h。
【解析】 (1)反应Ⅰ：CH3OH(g)HCHO(g)＋H2(g) ΔH1＝＋85.2 kJ·ml－1
反应Ⅱ：CH3OH(g)＋1/2O2(l)HCHO(g)＋H2O(g) ΔH2
反应Ⅲ：H2(g)＋1/2O2(g)H2O(g) ΔH3＝－241.8 kJ·ml－1
根据盖斯定律计算：计算反应Ⅱ的反应热ΔH2＝ΔH1＋ΔH3＝－241.8 kJ·ml－1＋85.2 kJ·ml－1＝－156.6 kJ/ml；
(2)若起始压强为P0，达到平衡转化率为α，
CH3OH(g)HCHO(g)＋H2(g)
起始量(ml)：1 0 0
变化量(ml)：a a a
平衡时(ml)：1－a a a
压强之比等于物质的量之比，则p0∶P平＝1∶(1＋a)，P平＝p0(1＋a)；
当P0＝101 kPa，测得α＝50.0%，计算反应平衡常数Kp＝eq \f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(a,1＋a)p0))2,\f(1－a,1＋a)p0)＝eq \f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(0.5,1＋0.5)))2×101 kPa,\f(1－0.5,1＋0.5))＝50.5 kPa；(3)①从平衡角度可知，550 ℃～650 ℃甲醇生成甲醛的转化率随温度升高的原因是：甲醇脱氢反应为吸热反应，升高温度，有利于脱氢反应向正反应方向进行；②由盖斯定律，历程ⅰ＋历程ⅱ＋历程ⅳ得CH3OH(g)HCHO(g)＋H2(g)，前两者吸收能量，历程ⅳ放出能量，总反应CH3OH(g)HCHO(g)＋H2(g)是吸热反应，故历程i的活化能小于总反应的活化能。③由图可知650 ℃～750 ℃，甲醇的转化率变大，但甲醛的选择性变小，反应历程ⅱ的速率小于反应历程ⅲ的速率。(4)当甲醛浓度为2 000 mg/L时，吹脱速率v＝0.042 3c(mg·L－1·h－1)＝0.042 3×2 000(mg·L－1·h－1)＝84.6 mg·L－1·h－1；根据甲醛浓度减少量和时间之间关系作图：从图中读出当甲醛浓度减少量为5 000 mg·L－1时，所耗时间约为16 h。
10．(2020·郑州模拟)CH4超干重整CO2技术可得到富含CO的化工原料。回答下列问题：
(1)CH4超干重整CO2的催化转化如图所示：
①已知相关反应的能量变化如图所示：
过程Ⅰ的热化学方程式为__CH4(g)＋CO2(g)═══2CO(g)＋2H2(g) ΔH＝＋247.4 kJ·ml－1__。
②关于上述过程Ⅱ的说法不正确的是__cd__(填序号)。
a．实现了含碳物质与含氢物质的分离
b．可表示为CO2＋H2═══H2O(g)＋CO
c．CO未参与反应
d．Fe3O4、CaO为催化剂，降低了反应的ΔH
③其他条件不变，在不同催化剂(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)作用下，反应CH4(g)＋CO2(g)═══2CO(g)＋2H2(g)进行相同时间后，CH4的转化率随反应温度的变化如图所示。a点所代表的状态__不是__(填“是”或“不是”)平衡状态；b点CH4的转化率高于c点，原因是__b和c都未达平衡，b点温度高，反应速率快，相同时间内转化率高__。
(2)在一刚性密闭容器中，CH4和CO2的分压分别为20 kPa、25 kPa，加入Ni/α－Al2O3催化剂并加热至1 123 K使其发生反应CH4(g)＋CO2(g)═══2CO(g)＋2H2(g)。
①研究表明CO的生成速率v(CO)＝1.3×10－2·p(CH4)·p(CO2)ml·g－1·s－1，某时刻测得p(CO)＝20 kPa，则p(CO2)＝__15__kPa，v(CO)＝__1.95__ml·g－1·s－1。
②达到平衡后测得体系压强是起始时的1.8倍，则该反应的平衡常数的计算式为Kp＝__eq \f(362×362,2×7)__(kPa)2。(用各物质的分压代替物质的量浓度计算)
(3)CH4超干重整CO2得到的CO经偶联反应可制得草酸(H2C2O4)。常温下，向某浓度的草酸溶液中加入一定浓度的NaOH溶液，所得溶液中c(H2C2O4)＝c(C2Oeq \\al(2－,4))，则此时溶液的pH＝__2.7__。(已知常温下H2C2O4的Ka1＝6×10－2，Ka2＝6×10－5，lg6＝0.8)
【解析】 (1)①据CH4超干重整CO2的催化转化图，过程Ⅰ的化学反应为CH4(g)＋CO2(g)═══2CO(g)＋2H2(g)。由能量－反应进程曲线得热化学方程式：CH4(g)＋H2O(g)═══CO(g)＋3H2(g) ΔH＝＋206.2 kJ·ml－1(ⅰ)；CO2(g)＋4H2(g)═══CH4(g)＋2H2O(g) ΔH＝－165 kJ·ml－1(ⅱ)；(ⅰ)×2＋(ⅱ)得过程I的热化学方程式：CH4(g)＋CO2(g)═══2CO(g)＋2H2(g) ΔH＝＋247.4 kJ·ml－1②过程Ⅱ物质变化为：左上(CO、H2、CO2)＋右下(惰性气体)→左下(H2O)＋右上(CO、惰性气体)，总反应为H2＋CO2═══H2O＋CO。Fe3O4、CaO为总反应的催化剂，能降低反应的活化能，但不能改变反应的ΔH。故ab正确，cd错误。③通常，催化剂能加快反应速率，缩短反应到达平衡的时间。但催化剂不能使平衡发生移动，即不能改变平衡转化率。若图中a点为化学平衡状态，则保持温度不变(800 ℃)，将催化剂II换成I或III，CH4转化率应不变，故a点不是化学平衡状态。同理，图中b、c两点都未达到化学平衡。据题意，b、c两点只有温度不同，b点温度较高，反应速率快，相同时间内CH4转化率高。(2)①据气态方程PV＝nRT，恒温恒容时某组分气体的分压与其物质的量成正比。则反应中分压为
1 123 K恒容时，CH4(g)＋CO2(g)═══2CO(g)＋2H2(g)
起始分压/kPa: 20 25 0 0
改变分压/kPa: 10 10 20 20
某时分压/kPa: 10 15 20 20
即某时刻p(CO2)＝15 kPa，p(CH4)＝10 kPa。
代入v(CO)＝1.3×10－2·p(CH4)·p(CO2)ml·g－1·s－1＝1.95 ml·g－1·s－1。
②设达到平衡时CH4的改变分压为x kPa，
1 123 K恒容时，CH4(g)＋CO2(g)═══2CO(g)＋2H2(g)
起始分压/kPa: 20 25 0 0
改变分压/kPa: x x 2x 2x
平衡分压/kPa: 20－x 25－x 2x 2x
据题意，有eq \f(20－x＋25－x＋2x＋2x,20＋25)＝1.8，解得x＝18。CH4(g)、CO2(g)、CO(g)、H2(g)的平衡分压依次是2 kPa、7 kPa、36 kPa、36 kPa，代入Kp＝eq \f(p2CO·p2H2,pCH4·pCO2)＝eq \f(362×362,2×7)(kPa)2。(3)常温下，草酸溶液与NaOH溶液混合，所得混合溶液中仍存在分步电离：
H2C2O4H＋＋HC2Oeq \\al(－,4) Ka1＝eq \f(cH＋·cHC2O\\al(－,4),cH2C2O4)
HC2Oeq \\al(－,4)H＋＋C2Oeq \\al(2－,4) Ka2＝eq \f(cH＋·cC2O\\al(2－,4),cHC2O\\al(－,4))
当c(H2C2O4)＝c(C2Oeq \\al(2－,4))时，Ka1·Ka2＝c2(H＋)。
c(H＋)＝eq \r(Ka1·Ka2)＝6×10－3.5 ml/L，pH＝2.7。
序号
时间(min)
温度(℃)
0
20
40
50
①
800
1.0
0.67
0.50
0.50
②
800
x
0.50
0.50
0.50
③
800
y
0.75
0.60
0.60
④
820
1.0
0.25
0.20
0.20
项目
废水水质
排放标准
pH
1.0
6～9
Cu2＋/mg·L－1
72
≤0.5
NHeq \\al(＋,4)/mg·L－1
2 632
≤15
时间/min
0
60
120
180
240
300
360
压强/kPa
80
74.2
69.4
65.2
61.6
57.6
57.6
浓度(mg/L)
10 000
8 000
4 000
2 000
1 000
吹脱时间(h)
0
7
23
39
55