2019届高考化学二轮复习化学反应速率和化学平衡学案

专题八 　化学反应速率和化学平衡
命题热点提炼
三年考情汇总
核心素养链接
1.化学反应速率和平衡的影响因素
2018·Ⅰ卷T28(2)(3)，Ⅱ卷T27(1)(2)，Ⅲ卷T28(3)
2017·Ⅰ卷T28(3)，Ⅱ卷T27，Ⅲ卷T28(4)
2016·Ⅱ卷T27，Ⅲ卷T27(4)
1.变化观念——能从内因和外因、量变与质变等方面较全面地分析化学反应速率与化学平衡的实质与影响因素。
2.平衡思想——能用对立统一、联系发展和动态平衡的观点考查、分析化学反应速率和化学平衡问题。
3.实验探究——通过实验探究影响反应速率和平衡的因素等化学问题。
4.科学精神——具有严谨求实的科学态度，客观分析有关化学反应速率和化学平衡问题的利弊。
5.社会责任——关注生产实际中反应平衡和快慢问题，提高经济效益。
2.化学反应速率和化学平衡的有关计算
2018·Ⅰ卷T28(2)，Ⅱ卷T28(1)，Ⅲ卷T28(3)
2017·Ⅰ卷T28(3)，Ⅲ卷T28(4)
2016·Ⅰ卷T27(2)，Ⅲ卷T27(3)
3.化学反应速率和平衡图像在工业生产中的应用
2018·Ⅱ卷T27(2)，Ⅲ卷T28(3)
2017·Ⅱ卷T27，Ⅲ卷T13、T28(4)
2016·Ⅱ卷T27(2)(3)，Ⅲ卷T27(3)
命题热点1　化学反应速率和平衡的影响因素
■知识储备——核心要点填充
1．一定条件下反应C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)　ΔH＞0，在某密闭容器中达到平衡。
改变条件
反应速率变化
平衡移动方向
H2O的转化率
(1)升高温度
增大
右移
增大
(2)减小容器的容积



(3)继续充入水蒸气



(4)保持恒温、恒压，充入Ne



(5)保持恒温、恒容，充入N2



(6)使用催化剂



(7)加入C(s)



【答案】　(2)增大　左移　减小　(3)增大　右移　减小　(4)减小　右移　增大　(5)不变　不移动　不变　(6)增大　不移动　不变　(7)不变　不移动　不变
2．(1)对于H2O(g)＋CO(g)H2(g)＋CO2(g)反应达到平衡时，减小体积增大压强v正________，v逆________，平衡________移动，H2O(g)的转化率________。
(2)对于N2＋3H22NH3反应按N2、H2物质的量比1∶3充入密闭容器，反应达到平衡，N2、H2、NH3的物质的量比为1∶3∶1，若在恒温恒容条件再充入0.5 mol N2,1.5 mol H2,0.5 mol NH3，此时平衡向________移动，若是恒温恒压条件呢？________。上述两条件下N2的转化率如何改变？_________________。
【答案】　(1)增大　增大　不　不变
(2)正反应　不移动　恒温恒容时增大，恒温恒压时不变
3．对于恒容密闭容器中的反应：4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)　ΔH＝Q kJ·mol－1
状态描述
能否平衡
(填“能”或“否”)
(1)单位时间内生成4 mol NO的同时生成4 molNH3

(2)v正(NH3)∶v逆(O2)＝4∶5

(3)NH3的浓度不再改变

(4)容器内总压强不随时间改变

(5)混合气体的密度不再改变

(6)混合气体的平均相对分子质量不再改变

【答案】　(1)能　(2)能　(3)能　(4)能　(5)否　(6)能
4．正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)平衡正向移动，反应物转化率一定增大。 (　　)
(2)若v正、v逆同时增大，平衡不发生移动。 (　　)
(3)在恒温的容器中，减小体积，增大压强，平衡一定移动。 (　　)
(4)向平衡体系中充入惰性气体，平衡一定不移动。 (　　)
(5)对于2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)反应，当容器内气体密度不变时，反应达到平衡。(　　)
(6)对于C(s)＋H2O(g)H2(g)＋CO(g)反应在恒温恒容时，当容器中气体密度不变时，说明反应达到平衡状态。(　　)
【答案】　(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×　(6)√
■真题再做——感悟考法考向
1．(2018·全国卷Ⅱ)CH4­CO2催化重整不仅可以得到合成气(CO和H2)，还对温室气体的减排具有重要意义。回答下列问题：
(1)CH4­CO2催化重整反应为CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)。
已知：C(s)＋2H2(g)===CH4(g)　ΔH＝－75 kJ·mol－1
C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝－394 kJ·mol－1
C(s)＋O2(g)===CO(g)　ΔH＝－111 kJ·mol－1
该催化重整反应的ΔH＝________kJ·mol－1。有利于提高CH4平衡转化率的条件是________(填标号)。
A．高温低压　　　　 B．低温高压
C．高温高压 D．低温低压
某温度下，在体积为2 L的容器中加入2 mol CH4、1 mol CO2以及催化剂进行重整反应，达到平衡时CO2的转化率是50%，其平衡常数为________mol2·L－2。
(2)反应中催化剂活性会因积碳反应而降低，同时存在的消碳反应则使积碳量减少。相关数据如下表：

积碳反应
CH4(g)===C(s)＋2H2(g)
消碳反应
CO2(g)＋C(s)===2CO(g)
ΔH/(kJ·mol－1)
75
172
活化能/ (kJ·mol－1)
催化剂X
33
91
催化剂Y
43
72
①由上表判断，催化剂X________Y(填“优于”或“劣于”)，理由是_____________________________________________________________。
在反应进料气组成、压强及反应时间相同的情况下，某催化剂表面的积碳量随温度的变化关系如图1所示，升高温度时，下列关于积碳反应、消碳反应的平衡常数(K)和速率(v)的叙述正确的是________(填标号)。
A．K积、K消均增加
B．v积减小、v消增加
C．K积减小、K消增加
D．v消增加的倍数比v积增加的倍数大

图1　　　　　　　图2
②在一定温度下，测得某催化剂上沉积碳的生成速率方程为v＝k·p(CH4)·[p(CO2)]－0.5(k为速率常数)。在p(CH4)一定时，不同p(CO2)下积碳量随时间的变化趋势如图2所示，则pa(CO2)、pb(CO2)、pc(CO2)从大到小的顺序为_________________________________________________________。
【解析】　(1)将已知中3个反应依次编号为①、②、③，根据盖斯定律③×2－①－②得该催化重整反应的ΔH＝(－111×2＋75＋394) kJ·mol－1＝＋247 kJ·mol－1。由于该反应为吸热且气体体积增大的反应，要提高CH4的平衡转化率，需在高温低压下进行。根据平衡时消耗的CO2为1 mol×50%＝0.5 mol，则消耗的CH4为0.5 mol，生成的CO和H2均为1 mol，根据三段式法可知平衡时CH4、CO2、CO和H2的平衡浓度分别为0.75 mol·L－1、0.25 mol·L－1、0.5 mol·L－1、0.5 mol·L－1，则平衡常数K＝＝ mol2·L－2。(2)①从表格中数据可看出相对于催化剂X，用催化剂Y催化时积碳反应的活化能大，则积碳反应的反应速率小，而消碳反应活化能相对小，则消碳反应的反应速率大，再根据题干信息“反应中催化剂活性会因积碳反应而降低”可知催化剂X劣于催化剂Y。由表格可知积炭反应、消碳反应都是吸热反应，温度升高，平衡右移，K积、K消均增加，温度升高，反应速率均增大。从图像上可知600～700 ℃随温度升高，催化剂表面的积碳量减小，所以v消增加的倍数要比v积增加的倍数大，故A、D正确。②由该图像可知在反应时间和p(CH4)相同时，图像中速率关系va>vb>vc，结合沉积碳的生成速率方程v＝k·p(CH4)·[p(CO2)]－0.5，在p(CH4)相同时，随着p(CO2)增大，反应速率逐渐减慢，即可判断：pc(CO2)>pb(CO2)>pa(CO2)。
【答案】　(1)247　A　
(2)①劣于　相对于催化剂X，催化剂Y积碳反应的活化能大，积碳反应的速率小；而消碳反应活化能相对小，消碳反应速率大　AD
②pc(CO2)、pb(CO2)、pa(CO2)
2．(2017·全国卷Ⅲ，节选)298 K时，将20 mL 3x mol·L－1 Na3AsO3、20 mL 3x mol·L－1 I2和20 mL NaOH溶液混合，发生反应：AsO(aq)＋I2(aq)＋2OH－(aq)AsO(aq)＋2I－(aq)＋H2O(l)。溶液中c(AsO)与反应时间(t)的关系如图所示。

(1)下列可判断反应达到平衡的是________(填标号)。
a．溶液的pH不再变化
b．v(I－)＝2v(AsO)
c．c(AsO)/c(AsO)不再变化
d．c(I－)＝y mol·L－1
(2)tm时，v正________v逆(填“大于”“小于”或“等于”)。
(3)tm时v逆________tn时v逆(填“大于”“小于”或“等于”)，理由是_____________________________________________________________。
【解析】　(1)a对：溶液pH不变时，则c(OH－)也保持不变，反应处于平衡状态。
b错：根据反应方程式，始终存在速率关系：v(I－)＝2v(AsO)，反应不一定处于平衡状态。
c对：由于Na3AsO3总量一定，当c(AsO)/c(AsO)不再变化时，c(AsO)、c(AsO)也保持不变，反应建立平衡。
d错：由图可知，建立平衡时c(I－)＝2c(AsO)＝2y mol·L－1，因此c(I－)＝y mol·L－1时，反应没有建立平衡。
(2)tm时，反应正向进行，故v正大于v逆。
(3)由于tm时生成物AsO的浓度小于tn时AsO的浓度，因v逆的大小取决于生成物浓度的大小，故tm时的v逆小于tn时的v逆。
【答案】　(1)ac　(2)大于　(3)小于　tm时生成物浓度较低
3．(2016·全国卷Ⅰ，节选)CrO和Cr2O在溶液中可相互转化。室温下，初始浓度为1.0 mol·L－1的Na2CrO4溶液中c(Cr2O)随c(H＋)的变化如图所示。

(1)用离子方程式表示Na2CrO4溶液中的转化反应______________________
__________________________________________________________。
(2)由图可知，溶液酸性增大，CrO的平衡转化率____(填“增大”“减小”或“不变”)。根据A点数据，计算出该转化反应的平衡常数为________。
(3)升高温度，溶液中CrO的平衡转化率减小，则该反应的ΔH________0(填“大于”“小于”或“等于”)。
【解析】　(1)由信息CrO和Cr2O在溶液中可相互转化，再结合图像知，Na2CrO4溶液中的转化反应为2CrO＋2H＋Cr2O＋H2O。(2)由图可知，溶液的酸性增强，Cr2O的浓度越大，平衡向正反应方向移动，因此CrO的平衡转化率增大；由反应2CrO＋2H＋Cr2O＋H2O得该转化反应的平衡常数表达式为，根据A点数据可以得出c(H＋)＝1.0×10－7mol·L－1、c(Cr2O)＝0.25 mol·L－1，可求出转化的c(CrO)＝0.25 mol·L－1×2＝0.5 mol·L－1，进一步可得平衡时c(CrO)＝0.5 mol·L－1，代入表达式中得平衡常数K＝1.0×1014。(3)溶液中CrO的平衡转化率减小，说明平衡向逆反应方向移动，由升高温度平衡向吸热的方向移动，得出正反应为放热反应，ΔH小于0。
【答案】　(1)2CrO＋2H＋Cr2O＋H2O　(2)增大　1.0×1014　(3)小于

外界条件对反应速率和化学平衡的影响思维流程

■模拟尝鲜——高考类题集训
1．(2018·合肥模拟)汽车尾气中的NO(g)和CO(g)在一定温度和催化剂条件下可发生反应：2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g)　ΔH。
(1)已知：CO的燃烧热ΔH1＝－283.0 kJ·mol－1，N2(g)＋O2(g)2NO(g)　ΔH2＝＋180.5 kJ·mol－1。
则ΔH＝________________。
(2)某研究小组探究催化剂对CO、NO转化的影响。将NO和CO以一定的流速通过两种不同的催化剂进行反应，相同时间内测量逸出气体中NO含量，从而确定尾气脱氮率(脱氮率即NO的转化率)，结果如图所示。
①以下说法正确的是________(填字母)。
A．两种催化剂均能降低活化能，但ΔH不变
B．相同条件下，改变压强对脱氮率没有影响
C．曲线Ⅱ对应的催化剂适用于450 ℃左右脱氮
D．曲线Ⅱ对应的催化剂脱氮率比曲线Ⅰ对应的催化剂高
②若低于200 ℃，图中曲线Ⅰ脱氮率随温度升高而变化不大的主要原因为____________________________________________________________；
判断a点是否为对应温度下的平衡脱氮率，并说明其理由：
____________________________________________________________
____________________________________________________________
____________________________________________________________。
【解析】　(1)已知①CO(g)＋O2(g)CO2(g)　ΔH1＝－283.0 kJ·mol－1，②N2(g)＋O2(g)2NO(g)　ΔH2＝＋180.5 kJ·mol－1，根据盖斯定律，由①×2－②，可得2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g)　ΔH＝2ΔH1－ΔH2＝(－283.0 kJ·mol－1)×2－180.5 kJ·mol－1＝－746.5 kJ·mol－1。(2)①A项，催化剂能降低反应的活化能，但不影响反应热，正确；B项，该反应前后气体分子数不相等，改变压强，平衡发生移动，脱氮率改变，错误；C项，曲线Ⅱ在450 ℃左右脱氮率最高，因此曲线Ⅱ对应的催化剂适合450 ℃左右脱氮，正确；D项，平衡脱氮率只与温度有关，使用催化剂，可以加快反应速率，但不能改变反应限度，错误。②低于200 ℃时，曲线Ⅰ脱氮率随温度升高而变化不大，主要是因为温度较低时，催化剂的活性偏低。a点不是对应温度下的平衡脱氮率，因为该反应为放热反应，若a点为对应温度下的平衡脱氮率，则升高温度，平衡脱氮率应降低，根据曲线Ⅱ可知，a点不是对应温度下的平衡脱氮率。
【答案】　(1)－746.5 kJ·mol－1　(2)①AC　②温度较低时，催化剂的活性偏低　不是平衡脱氮率。因为该反应为放热反应，根据曲线Ⅱ可知，a点对应温度下的平衡脱氮率应该更高
2．(2018·蓉城名校联考)(1)向2 L密闭容器中加入2 mol CO2和6 mol H2，在适当催化剂作用下，发生反应：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(l)＋H2O(l)。
下列叙述能说明此反应达到平衡状态的是________(填字母)。
a．v(CO2)正＝3v(H2)逆
b．H2和CH3OH的质量之比不再变化
c．混合气体的密度保持不变
d．CO2气体体积分数保持不变
(2)改变温度，使反应CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH＜0中的所有物质都为气态。起始温度、体积相同(T1 ℃、2 L密闭容器)。反应过程中部分数据如表：

反应时间
CO2(mol)
H2(mol)
CH3OH(mol)
H2O(mol)
反应Ⅰ：恒温恒容
0 min
1
3
0
0
20 min
0.5



反应Ⅱ：绝热恒容
0 min
1
3
0
0
①达到平衡时，反应Ⅰ、Ⅱ对比：平衡常数K(Ⅰ)______(填“＞”“＜”或“＝”，下同)K(Ⅱ)；平衡时气体的密度ρ(Ⅰ)________ρ(Ⅱ)。
②对反应Ⅰ，前20 min内的平均反应速率v(CH3OH)＝________mol·L－1·min－1。
【解析】　(1)反应达到平衡状态时，3v(CO2)正＝v(H2)逆，a错误；达到平衡状态时各组分浓度保持不变，由于容器体积不变，故达到平衡状态时，H2和CH3OH的质量之比不再发生变化，b正确；容器容积不变，随反应的进行，混合气体质量逐渐减小，则混合气体的密度也逐渐减小，当混合气体的密度保持不变时，反应到达平衡状态，c正确；反应前加入的CO2和H2的物质的量之比为1∶3，反应中消耗的CO2和H2的物质的量之比也为1∶3，故CO2的体积分数始终保持不变，不能由此判断反应是否达到平衡状态，d错误。综上分析，根据bc可判断反应达到平衡状态。(2)①反应Ⅰ在恒温恒容条件下进行，反应Ⅱ在绝热恒容条件下进行，该反应为放热反应，随着反应的进行，反应Ⅱ中的温度高于反应Ⅰ中的温度，升高温度平衡向逆反应方向移动，则平衡常数减小，故平衡常数K(Ⅰ)＞K(Ⅱ)。由于容器体积相等，且混合气体的质量也相等并保持不变，故达到平衡时，反应Ⅰ、反应Ⅱ中混合气体的密度相等。②根据表格中数据可知前20 min内消耗CO2的物质的量为0.5 mol，则v(CO2)＝＝0.012 5 mol·L－1·min－1，该反应中CO2、CH3OH的化学计量数相同，则v(CH3OH)＝v(CO2)＝0.012 5 mol·L－1·min－1。
【答案】　(1)bc　(2)①＞　＝　②0.012 5
3．(2018·桂林模拟)甲醇是新型的汽车动力燃料。工业上可通过H2和CO化合制备甲醇，该反应的热化学方程式为2H2(g)＋CO(g)CH3OH(g)　ΔH1＝－116 kJ·mol－1。
(1)下列措施中有利于提高2H2(g)＋CO(g)CH3OH(g)反应速率及原料平衡转化率的是________(填标号)。
A．分离出CH3OH　　　 B．升高温度
C．增大压强 D．加入合适的催化剂
(2)在容积为2 L的恒容容器中，分别在230 ℃、250 ℃、270 ℃下，改变H2和CO的起始组成比[n(H2)/n(CO)]，起始时CO的物质的量固定为1 mol，实验结果如图所示：
①Z曲线对应的温度是________，判断的依据是____________________
__________________________________________________________。
②从图中可以得出的结论是(写两条)_____________________________
______________________、______________________。
(3)利用图中a点对应的数据，计算Z曲线对应温度下反应2H2(g)＋CO(g) CH3OH(g)的平衡常数为____；若在a点向容器中再充入1.5 mol CH3OH和0.5 mol H2，则原平衡________(填“向正反应方向”“向逆反应方向”或“不”)移动。
【解析】　(1)分离出CH3OH，平衡正向移动，可提高原料的转化率，但反应速率减小，A项不符合题意；升高温度，反应速率加快，但平衡逆向移动，原料的转化率降低，B项不符合题意；增大压强，平衡正向移动，且能加快反应速率，C项符合题意；加入合适的催化剂能加快反应速率，但对化学平衡移动无影响，D项不符合题意。(2)①合成CH3OH的反应为放热反应，在n(H2)/n(CO)相同的条件下，温度越高CO的平衡转化率越低，故题图中Z曲线对应的温度为270 ℃。②从题图中可看出在温度相同的条件下，n(H2)/n(CO)越大，CO的平衡转化率越高；在n(H2)/n(CO)相同的条件下，反应的温度越低，CO的平衡转化率越高(或温度越高，CO的平衡转化率越低)。(3)根据题图知a点对应的n(H2)/n(CO)＝1.5，又起始时CO的物质的量为1 mol，则起始时H2的物质的量为1.5 mol，结合a点CO的平衡转化率为50%，由三段式法可知平衡时CO、H2、CH3OH的浓度均为0.25 mol·L－1，则根据化学方程式可计算平衡常数K＝＝16(mol·L－1)－2。在a点时再充入1.5 mol CH3OH和0.5 mol H2，此时容器中CO、H2、CH3OH的物质的量浓度分别为0.25 mol·L－1、0.5 mol·L－1、1 mol·L－1，则Qc＝＝16(mol·L－1)－2＝K，故原平衡不移动。
【答案】　(1)C　(2)①270 ℃　该反应是放热反应，温度越高平衡转化率越低，在n(H2)/n(CO)相同的条件下，Z曲线的CO平衡转化率最低，故Z曲线对应的温度为270 ℃
②相同温度下，CO的平衡转化率随n(H2)/n(CO)增大而增大　在n(H2)/n(CO)相同的条件下，温度越低，CO的平衡转化率越高或温度越高CO的平衡转化率越低　(3)16或16(mol·L－1)－2　不
命题热点2　化学反应速率和化学平衡的有关计算
■知识储备——核心要点填充
1．某温度下，将2 mol CO与5 mol H2的混合气体充入容积为2 L的密闭容器中，在催化剂的作用下发生反应：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)。经过5 min后，反应达到平衡，此时c(H2)＝1 mol/L。请回答：
(1)5 min内CO的平均反应速率为________。
(2)该反应的平衡常数表达式为________________________________，
其值为________________。
(3)CO、H2的转化率分别为________、________。
(4)平衡时，CH3OH(g)的体积分数为________。
(5)若保持体积不变，再充入2 mol CO和1.5 mol CH3OH，此时v(正)________v(逆)(填“＞”“＜”或“＝”)。此时平衡向________移动(填“左”或“右”)，平衡常数为________。
(6)在其他条件不变的情况下，再增加2 mol CO与5 mol H2，达到新平衡时，CO的转化率________(填“增大”“减小”或“不变”，下同)。平衡常数________。
(7)若升高温度，平衡常数减小，则该反应的ΔH______0(填“＞”或“＜”)。
【答案】　(1)0.15 mol/(L·min)
(2)K＝　3
(3)75%　60%　(4)37.5%　(5)＞　右　3　(6)增大　不变　(7)＜
2．(1)对于N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　K1
2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)　K2
NH3(g)N2(g)＋H2(g)　K3
则K1与K2的关系为________，K2与K3的关系为________，K3与K1的关系为______________。
(2)已知A＋B2C　K1，C＋DE　K2，则A＋B＋2D2E的K3＝________(用K1、K2表示)。
【答案】　(1)K1·K2＝1　K2＝K或K3＝　K1·K＝1
(2)K3＝K1·K
3．正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)化学平衡向右移动，反应物转化率和平衡常数均一定增大。 (　　)
(2)升高温度，化学平衡常数一定增大。 (　　)
(3)反应A(g)＋3B(g)2C(g)达平衡后，温度不变，增大压强，平衡正向移动，平衡常数K值增大。 (　　)
(4)当某时刻的浓度商Qc＞K时，平衡向逆反应方向移动。 (　　)
(5)K＝，温度升高，K增大，则CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)　ΔH＞0。(　　)
(6)增大反应物的浓度，反应物的转化率一定减小。(　　)
【答案】　(1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)×　(6)×
■真题再做——感悟考法考向
1．(2018·全国卷Ⅰ，节选)(1)F.Daniels等曾利用测压法在刚性反应器中研究了25 ℃时N2O5(g)分解反应：
2N2O5(g)―→4NO2(g)＋O2(g)

2N2O4(g)
其中NO2二聚为N2O4的反应可以迅速达到平衡。体系的总压强p随时间t的变化如下表所示[t＝∞时，N2O5(g)完全分解]：
t/min
0
40
80
160
260
1 300
1 700
∞
p/kPa
35.8
40.3
42.5
45.9
49.2
61.2
62.3
63.1
①研究表明，N2O5(g)分解的反应速率v＝2×10－3×pN2O5(kPa·min－1)。t＝62 min时，测得体系中pO2＝2.9 kPa，则此时的pN2O5＝________ kPa，v＝________ kPa·min－1。
②若提高反应温度至35 ℃，则N2O5(g)完全分解后体系压强p∞(35 ℃)________63.1 kPa(填“大于”“等于”或“小于”)，原因是________________________________________________________________。
③25 ℃时N2O4(g)2NO2(g)反应的平衡常数Kp＝________kPa(Kp为以分压表示的平衡常数，计算结果保留1位小数)。
(2)对于反应2N2O5(g)―→4NO2(g)＋O2(g)，R.A.Ogg提出如下反应历程：
第一步　N2O5NO2＋NO3　快速平衡
第二步　NO2＋NO3―→NO＋NO2＋O2　慢反应
第三步　NO＋NO3―→2NO2　快反应
其中可近似认为第二步反应不影响第一步的平衡。下列表述正确的是________(填标号)。
A．v(第一步的逆反应)>v(第二步反应)
B．反应的中间产物只有NO3
C．第二步中NO2与NO3的碰撞仅部分有效
D．第三步反应活化能较高
【解析】　(1)①t＝62 min时，体系中pO2＝2.9 kPa，根据三段式法得
2N2O5(g)===2N2O4(g)＋O2(g)
起始　　35.8 kPa　　0 　　　　0
转化　　5.8 kPa　　5.8 kPa　　2.9 kPa
62 min　30.0 kPa　　5.8 kPa　　2.9 kPa
则62 min时pN2O5＝30.0 kPa，v＝2×10－3×30.0 kPa·min－1＝6.0×10－2 kPa·min－1。②刚性反应容器的体积不变，25 ℃ 、N2O5(g)完全分解时体系的总压强为63.1 kPa，升高温度，从两个方面分析：一方面是体积不变，升高温度，体系总压强增大；另一方面，2NO2N2O4的逆反应是吸热反应，升温，平衡向生成NO2的方向移动，体系物质的量增大，故体系总压强增大。③N2O5完全分解生成N2O4和O2，起始pN2O5＝35.8 kPa，其完全分解时pN2O4＝35.8 kPa，pO2＝17.9 kPa，设25 ℃平衡时N2O4转化了x，则
　　　N2O4　　2NO2
平衡　35.8 kPa－x　　　2x
35.8 kPa－x＋2x＋17.9 kPa＝63.1 kPa，解得x＝9.4 kPa。平衡时，pN2O4＝26.4 kPa，pNO2＝18.8 kPa，K＝＝ kPa≈13.4 kPa。(2)快速平衡，说明第一步反应的正、逆反应速率都较大，则第一步反应的逆反应速率大于第二步反应的速率，A项正确；反应的中间产物除NO3外还有NO，B项错误；第二步反应慢，说明有效碰撞次数少，C项正确；第三步反应快，说明反应活化能较低，D项错误。
【答案】　(1)①30.0　6.0×10－2　②大于　温度升高，体积不变，总压强增大；NO2二聚为放热反应，温度升高，平衡左移，体系物质的量增加，总压强提高
③13.4　(2)AC
2．(2017·全国卷Ⅰ，节选)H2S与CO2在高温下发生反应：H2S(g)＋CO2(g) COS(g)＋H2O(g)。在610 K时，将0.10 mol CO2与0.40 mol H2S充入2.5 L的空钢瓶中，反应平衡后水的物质的量分数为0.02。
(1)H2S的平衡转化率α1＝________%，反应平衡常数K＝________。
(2)在620 K重复实验，平衡后水的物质的量分数为0.03，H2S的转化率α2________α1，该反应的ΔH________0。(填“＞”“＜”或“＝”)
(3)向反应器中再分别充入下列气体，能使H2S转化率增大的是________(填标号)。
A．H2S　　　　　　　 B．CO2
C．COS D．N2
【解析】　(1)解：设平衡时H2S转化的物质的量为x。
　　　　　H2S(g)＋CO2(g) COS(g)＋H2O(g)
初始/mol 0.40 　0.10 　0 　0
转化/mol x 　x 　x 　x
平衡/mol 0.40－x 　0.10－x 　x 　x
由题意得：
＝0.02
解得：x＝0.01 mol
H2S的平衡转化率α1＝×100%＝2.5%。
K＝＝
＝≈2.8×10－3。
(2)温度升高，水的平衡物质的量分数增大，平衡右移，则H2S的转化率增大，故α2>α1。温度升高，平衡向吸热反应方向移动，故ΔH>0。
(3)A项，充入H2S，H2S的转化率反而减小。
B项，充入CO2，增大了一种反应物的浓度，能够提高另一种反应物的转化率，故H2S的转化率增大。
C项，充入COS，平衡左移，H2S的转化率减小。
D项，充入N2，对平衡无影响，不改变H2S的转化率。
【答案】　(1)2.5　2.8×10－3　(2)>　>　(3)B
3．(2017·全国卷Ⅲ，节选)298 K时，将20 mL 3x mol·L－1Na3AsO3、20 mL 3x mol·L－1 I2和20 mL NaOH溶液混合，发生反应：AsO(aq)＋I2(aq)＋2OH－(aq)AsO(aq)＋2I－(aq)＋H2O(l)。溶液中c(AsO)与反应时间(t)的关系如图所示。

若平衡时溶液的pH＝14，则该反应的平衡常数K为________。
【解析】　反应前，三种溶液混合后，c (Na3AsO3)＝3x mol·L－1×＝x mol·L－1，同理，c(I2)＝x mol·L－1，反应情况如下：
　　 AsO (aq)＋I2(aq)＋2OH－(aq) AsO(aq)＋2I－(aq)＋H2O(l)
x x 　 0 0
x－y x－y　 1 　 y 2y
K＝＝。
【答案】　
4．(2015·全国卷Ⅰ，节选)Bodensteins研究了下列反应：
2HI(g)H2(g)＋I2(g)
在716 K时，气体混合物中碘化氢的物质的量分数x(HI)与反应时间t的关系如下表：
t/min
0
20
40
60
80
120
x(HI)
1
0.91
0.85
0.815
0.795
0.784
x(HI)
0
0.60
0.73
0.773
0.780
0.784
(1)根据上述实验结果，该反应的平衡常数K的计算式为________。
(2)上述反应中，正反应速率为v正＝k正x2(HI)，逆反应速率为v逆＝k逆x(H2)x(I2)，其中k正、k逆为速率常数，则k逆为________(以K和k正表示)。若k正＝0.002 7 min－1，在t＝40 min 时，v正＝________min－1。
(3)由上述实验数据计算得到v正～x(HI)和v逆～x(H2)的关系可用下图表示。当升高到某一温度时，反应重新达到平衡，相应的点分别为______(填字母)。

【解析】　(1)由表中数据可知，无论是从正反应方向开始，还是从逆反应方向开始，最终x(HI)均为0.784，说明此时已达到了平衡状态。设HI的初始浓度为1 mol·L－1，则：
　　　　　　　　　　2HI(g)H2(g)＋I2(g)
初始浓度/mol·L－1　　　1　　　　0　　　 0
　0.216　 0.108 　 0.108
　0.784 　 0.108 　 0.108
K＝＝。
(2)建立平衡时，v正＝v逆，即k正x2(HI)＝k逆x(H2)·x(I2)，k逆＝k正。由于该反应前后气体分子数不变，故k逆＝k正＝k正＝。在40 min时，x(HI)＝0.85，则v正＝0.002 7 min－1×0.852≈1.95×10－3 min－1。
(3)因2HI(g)H2(g)＋I2(g)　ΔH＞0，升高温度，v正、v逆均增大，且平衡向正反应方向移动，HI的物质的量分数减小，H2、I2的物质的量分数增大。因此，反应重新达到平衡后，相应的点分别应为A点和E点。
【答案】　(1)　(2)k正/K　1.95×10－3　(3)A、E

反应速率和化学平衡有关计算模板——三段式
mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)
起始/mol·L－1(kPa)　 a　　 　b　　　 0　　　 0
变化/mol·L－1(kPa) mx 　　nx 　　　px 　　 qx
平衡/mol·L－1(kPa) a－mx b－nx　　px 　　 qx
(1)v(A)＝。　(2)α(A)＝×100%。
(3)K＝。
(4)生成物的产率：实际产量占理论产量的百分数。一般来说，转化率越高，原料利用率越高，产率越高。
产率＝×100%。
(5)混合物中某组分的百分含量＝×100%。
■模拟尝鲜——高考类题集训
1．(2018·成都模拟)工业上可通过煤的液化合成甲醇，主反应为CO(g)＋2H2(g)催化剂,CH3OH(l)　ΔH＝a。已知：常温下CH3OH、H2和CO的燃烧热分别为726.5 kJ·mol－1、285.5 kJ·mol－1、283.0 kJ·mol－1；CH3OH(l)的汽化热为35.32 kJ·mol－1(汽化热是指1 mol 物质由液态变为气态所吸收的热量)。
(1)a＝________；提高合成甲醇反应的选择性的关键因素是______________。
(2)T K下，在容积为1.00 L的某密闭容器中进行CO、H2合成甲醇的反应，相关数据如图1。

图1　　　　　　　　　图2
①该化学反应0～10 min内的平均反应速率v(H2)＝________；M点和N点的逆反应速率较大的是__________[填“v逆(M)”“v逆(N)”或“不能确定”]。
②10 min时容器内CO的体积分数为________。
③对于气相反应，常用某组分(B)的平衡压强(pB)代替物质的量浓度(cB)表示平衡常数(以Kp表示)，其中，pB＝p总×B的体积分数；若在T K下平衡气体总压强为x atm，则该反应的Kp＝________(计算表达式)。实验测得不同温度下的ln K(化学平衡常数K的自然对数)如图2所示，请分析ln K随温度呈现如图2所示变化趋势的原因__________________________________。
【解析】　(1)根据CH3OH、H2和CO的燃烧热数据，可得①CH3OH(l)＋O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH＝－726.5 kJ·mol－1，②H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH＝－285.5 kJ·mol－1，③CO(g)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝－283.0 kJ·mol－1，根据盖斯定律，由③＋②×2－①，可得CO(g)＋2H2(g),CH3OH(l)　ΔH＝－127.5 kJ·mol－1。合成甲醇的反应需要催化剂，因此提高合成甲醇反应选择性的关键因素是催化剂。(2)由题意可得CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)　ΔH＝(－127.5 kJ·mol－1)＋35.32 kJ·mol－1＝－92.18 kJ·mol－1。①0～10 min内，v(H2)＝＝0.12 mol·L－1·min－1。根据题图1知，N点时反应未达平衡，N点的逆反应速率小于平衡时的逆反应速率，15 min 后平衡发生移动，H2的物质的量浓度减小，平衡正向移动，但由于造成平衡移动的原因未知，因此无法判断M点的逆反应速率与原平衡逆反应速率的大小，所以M点和N点的逆反应速率大小无法比较。②根据题图1知，10 min时n(CO)＝0.4 mol，n(H2)＝0.8 mol，n(CH3OH)＝0.6 mol，故容器内CO的体积分数为×100%≈22.22%。③根据题图1知，10 min时反应达到平衡，n(CO)＝0.4 mol，n(H2)＝0.8 mol，n(CH3OH)＝0.6 mol，CO的体积分数为＝，H2的体积分数为＝，CH3OH的体积分数为＝，故该反应的Kp＝atm－2。
【答案】　(1)－127.5 kJ·mol－1　催化剂(或提高催化剂的选择性)　(2)①0.12 mol·L－1·min－1　不能确定　②(或22.22%)　③atm－2　反应的正反应为放热反应，温度升高平衡逆向移动，平衡常数减小，ln K减小
2．氮氧化物的排放是造成酸雨的主要原因，可用活性炭还原法处理氮氧化物，有关反应为C(s)＋2NO(g)N2(g)＋CO2(g)。某研究小组向密闭的真空容器中(假设容器体积不变，固体试剂体积忽略不计)加入NO和足量的活性炭，在恒温(T1 ℃)条件下反应50 min，反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下：
浓度/(mol·L－1)
时间/min　　
NO
N2
CO2
0
1.00
0
0
10
0.58
0.21
0.21
20
0.40
0.30
0.30
30
0.40
0.30
0.30
40
0.32
x
0.17
50
0.32
x
0.17
(1)10～20 min，以v(N2)表示的反应速率为________。
(2)该反应的平衡常数表达式K＝________。根据表中数据，计算T1 ℃时该反应的平衡常数为________(小数点后保留两位数字)，20 min时NO的转化率为________。
(3)30 min时，改变某一条件，反应重新达到平衡，x的值为________(小数点后保留两位数字)，改变的条件为________。
(4)一定温度下，随着NO的起始浓度增大，则NO的平衡转化率________(填“增大”“不变”或“减小”)。
【解析】　(1)10～20 min，v(N2)＝＝0.009 mol·L－1·min－1。
(2)由C(s)＋2NO(g)N2(g)＋CO2(g)可知，K＝，20～30 min反应达到平衡状态，各物质的平衡浓度为c(CO2)＝c(N2)＝0.30 mol·L－1；c(NO)＝0.40 mol·L－1，反应的平衡常数K＝≈0.56。
α(NO)＝×100%＝60%。
(3)若温度改变，NO和CO2不会均减小，故温度不变，K不变，故K＝＝0.56，
解得x≈0.34，所以条件改变是减小CO2的浓度，平衡右移，NO减小，N2增多。
(4)题给反应是气体体积不变的反应，增大NO浓度相当于增大压强，平衡不移动，NO转化率不变。
【答案】　(1)0.009 mol·L－1·min－1
(2)　0.56　60%　(3)0.34　减小CO2的浓度　(4)不变
3．(2018·山西八校联考)利用乙苯与苯乙烯之间的可逆反应来实现脱氢和加氢：

维持体系总压恒定，在温度T时，物质的量为n、体积为V的乙苯蒸气发生催化脱氢。已知乙苯的平衡转化率α，则在该温度下反应的平衡常数K＝________(用含α、n、V的代数式表示)。
【解析】　根据反应平衡时n(乙苯)＝n(1－α)，n(苯乙烯)＝nα，n(H2)＝nα，由于体系总压恒定，所以反应前后物质的量之比等于体积之比，有n∶(n＋nα)＝V∶V(反应后)，V(反应后)＝(1＋α)V，故该温度下反应的平衡常数K＝＝。
【答案】　
4．(2018·日照统考)用焦炭还原NO2的反应为2NO2(g)＋2C(s)N2(g)＋2CO2(g)，在恒温条件下，1 mol NO2和足量C发生该反应，测得平衡时NO2和CO2的物质的量浓度与平衡总压的关系如图所示：

(1)A、C两点的浓度平衡常数关系：Kc(A)________(填“＜”“＞”或“＝”)Kc(C)。
(2)A、B、C三点中NO2的转化率最高的是________(填“A”“B”或“C”)点。
(3)计算B点时该反应的压强平衡常数Kp(B)＝______(Kp是用平衡分压代替平衡浓度进行计算，分压＝总压×物质的量分数)。
【解析】　(1)A、C两点的温度相同，所以平衡常数相等。(2)由题图知，A、B、C三点中NO2的转化率最高的是C点。(3)B点时，设反应达平衡时，生成的CO2的物质的量为2a mol，根据三段式法得：
　　　　　　2NO2(g)＋2C(s)N2(g)＋2CO2(g)
起始/(mol)　 　1　　　　　　　　0　　　0
转化/(mol)　 　2a　　　　　　　 a　　　2a
平衡/(mol)　　1－2a　　　　　　 a　　　2a
由题图知，B点时，NO2和CO2浓度相等，则1－2a＝2a，解得a＝0.25，则B点时NO2和CO2的分压也相等，所以Kp(B)＝＝p(N2)＝16 MPa×＝3.2 MPa。
【答案】　(1)＝　(2)C　(3)3.2 MPa
[题后归纳]　Kp的计算步骤
(1)计算平衡体系中各物质的nx或cx。
(2)计算各气体的物质的量分数φ(x)＝。
(3)计算各气体的分压p(x)＝×p总。
(4)代入Kp表达式。如A(g)＋2B(g)C(g)　Kp＝。
命题热点3　化学反应速率和平衡图像在工业生产中的应用
■真题再做——感悟考法考向
1．(2018·全国卷Ⅲ，节选)对于反应2SiHCl3(g)===SiH2Cl2(g)＋SiCl4(g)，采用大孔弱碱性阴离子交换树脂催化剂，在323 K和343 K时SiHCl3的转化率随时间变化的结果如图所示。

(1)343 K时反应的平衡转化率α＝________%。平衡常数K343 K＝________(保留2位小数)。
(2)在343 K下：要提高SiHCl3转化率，可采取的措施是________；要缩短反应达到平衡的时间，可采取的措施有________、________。
(3)比较a、b处反应速率大小：va________vb(填“大于”“小于”或“等于”)。反应速率v＝v正－v逆＝k正－k逆，k正、k逆分别为正、逆向反应速率常数，x为物质的量分数，计算a处的＝________(保留1位小数)。
【解析】　(1)温度越高，反应越先达到平衡，根据图示，左侧曲线对应的温度为343 K,343 K时反应的平衡转化率为22%。设开始时加入SiHCl3的浓度为a mol·L－1，根据化学方程式和SiHCl3的平衡转化率知，达平衡时，SiHCl3、SiH2Cl2、SiCl4的浓度分别为0.78a mol·L－1、0.11a mol·L－1、0.11a mol·L－1，化学平衡常数K＝≈0.02。(2)根据化学平衡移动原理并结合该反应特点，及时分离出生成物可提高反应物的转化率。缩短反应达到平衡的时间，实质就是提高反应速率，可采用加压的方式或选择更为高效的催化剂。(3)温度越
高，反应速率越大，a点所在曲线对应的温度高于b点所在曲线对应的温度，所以a点反应速率大于b点反应速率。a点所在曲线达到平衡时，v正＝v逆，即k正＝k逆，从题图上可知a点所在曲线平衡时SiHCl3的转化率为22%，设投入SiHCl3 y mol，则根据三段式法得
　　　 2SiHCl3(g)===SiH2Cl2(g)＋SiCl4(g)
开始/mol y 0 0
转化/mol 0.22y 0.11y 0.11y
平衡/mol 0.78y 0.11y 0.11y
代入k正＝k逆得，k正0.782＝k逆0.112，＝　①
在a处SiHCl3的转化率为20%，根据三段式法得
　　　 2SiHCl3(g)===SiH2Cl2(g)＋SiCl4(g)
开始/mol y 0 0
转化/mol 0.2y 0.1y 0.1y
a处/mol 0.8y 0.1y 0.1y
则＝＝×，将①代入计算得出≈1.3。
【答案】　(1)22　0.02
(2)及时移去产物　改进催化剂　提高反应物压强(浓度)
(3)大于　1.3
2．(2017·全国卷Ⅱ，改编)丁烯是一种重要的化工原料，可由丁烷催化脱氢制备。回答下列问题：
(1)正丁烷(C4H10)脱氢制1­丁烯(C4H8)的热化学方程式如下：
C4H10(g)===C4H8(g)＋H2(g)　　ΔH1＞0
图(a)是反应平衡转化率与反应温度及压强的关系图，x________0.1(填“大于”或“小于”)；欲使丁烯的平衡产率提高，应采取的措施是________(填标号)。
A．升高温度　　　　　 B．降低温度
C．增大压强 D．降低压强

图(a)　　　　　　　图(b)

图(c)
(2)丁烷和氢气的混合气体以一定流速通过填充有催化剂的反应器(氢气的作用是活化催化剂)，出口气中含有丁烯、丁烷、氢气等。图(b)为丁烯产率与进料气中n(氢气)/n(丁烷)的关系。图中曲线呈现先升高后降低的变化趋势，其降低的原因是__________________________________________
________________________________________________________。
(3)图(c)为反应产率和反应温度的关系曲线，副产物主要是高温裂解生成的短碳链烃类化合物。丁烯产率在590 ℃之前随温度升高而增大的原因可能是__________、________；590 ℃之后，丁烯产率快速降低的主要原因可能是_____________________________________________________________
__________________________________________________________。
【解析】　(1)由图(a)可知，同温下，x MPa时丁烯的平衡产率高于0.1 MPa时的，根据压强减小平衡向右移动可知，x小于0.1。欲提高丁烯的平衡产率，应使平衡向右移动，该反应的正反应为吸热反应，因此可以通过升高温度的方法使平衡向右移动；该反应为气体体积增大的反应，因此可以通过降低压强的方法使平衡向右移动，所以A、D选项正确。
(2)由于氢气是产物之一，随着n(氢气)/n(丁烷)增大，逆反应速率增大，所以丁烯产率降低。
(3)该反应的正反应为吸热反应，因此升高温度可以使平衡向右移动，使丁烯的产率增大，另外，反应速率也随温度的升高而增大。由题意知，丁烯在高温条件下能够发生裂解，因此当温度超过590 ℃时，参与裂解反应的丁烯增多，而使产率降低。
【答案】　(1)小于　AD
(2)氢气是产物之一，随着n(氢气)/n(丁烷)增大，逆反应速率增大
(3)升高温度有利于反应向吸热方向进行　温度升高反应速率加快　丁烯高温裂解生成短链烃类
3．(2016·全国卷Ⅲ，节选)煤燃烧排放的烟气含有SO2和NOx，形成酸雨、污染大气，采用NaClO2溶液作为吸收剂可同时对烟气进行脱硫、脱硝。回答下列问题：
在不同温度下，NaClO2溶液脱硫、脱硝的反应中SO2和NO的平衡分压pe如图所示。

(1)由图分析可知，反应温度升高，脱硫、脱硝反应的平衡常数均________(填“增大”“不变”或“减小”)。
(2)反应ClO＋2SO===2SO＋Cl－的平衡常数K表达式为______________________________。
【解析】　(1)由图分析可知，温度升高，－lg(pe/Pa)减小，则pe变大，说明平衡逆向移动，则脱硫、脱硝反应的平衡常数均减小。(2)反应ClO＋2SO2SO＋Cl－的平衡常数K表达式为K＝。
【答案】　(1)减小　(2)K＝
4．(2015·全国卷Ⅱ，改编)甲醇既是重要的化工原料，又可作为燃料，利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)在催化剂作用下合成甲醇。发生的主要反应如下：
①CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)　ΔH1<0
②CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH2
③CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)　ΔH3>0
回答下列问题：
(1)反应①的化学平衡常数K表达式为______________________________；
图1中能正确反映平衡常数K随温度变化关系的曲线为________(填曲线标记字母)，其判断理由是_______________________________________
__________________________________________________________。

图1
(2)合成气组成n(H2)/n(CO＋CO2)＝2.60时，体系中的CO平衡转化率(α)与温度和压强的关系如图2所示。α(CO)值随温度升高而________(填“增大”或“减小”)，其原因是____________________________________
______________________________________________________________
____________________________________________________________；
图2中的压强由大到小为________，其判断理由是
_________________________________________________________
_________________________________________________________
_________________________________________________________。

图2
【解析】　(1)根据化学平衡常数的书写要求可知，反应①的化学平衡常数为K＝c(CH3OH)/[c(CO)·c2(H2)]。
反应①为放热反应，温度升高，平衡逆向移动，平衡常数K减小，故曲线a符合要求。
(2)由图2可知，压强一定时，CO的平衡转化率随温度的升高而减小，其原因是反应①为放热反应，温度升高，平衡逆向移动，反应③为吸热反应，温度升高，平衡正向移动，又使产生CO的量增大，而总结果是随温度升高，CO的转化率减小。
反应①的正反应为气体总分子数减小的反应，温度一定时，增大压强，平衡正向移动，CO的平衡转化率增大，而反应③为气体总分子数不变的反应，产生CO的量不受压强的影响，因此增大压强时，CO的转化率提高，故压强p1、p2、p3的关系为p1＜p2＜p3。
【答案】　(1)K＝[或Kp＝]　a　反应①为放热反应，平衡常数数值应随温度升高变小
(2)减小　升高温度时，反应①为放热反应，平衡向左移动，使得体系中CO的量增大；反应③为吸热反应，平衡向右移动，又使产生CO的量增大；总结果，随温度升高，使CO的转化率降低
p3＞p2＞p1　相同温度下，由于反应①为气体总分子数减小的反应，加压有利于提升CO的转化率；而反应③为气体分子数不变的反应，产生CO的量不受压强影响。故增大压强时，有利于CO的转化率升高

化学反应速率和平衡图像解答思路
一审题：审明各物质的状态(有无固体、液体)，明确气体分子数的变化(变大、变小、不变)，正反应是吸热还是放热。
二析图像：

三想方法：
①三步分析法：一看反应速率是增大还是减小；二看v(正)、v(逆)的相对大小；三看化学平衡移动的方向。
②先拐先平数值大：在含量(转化率)－时间曲线中，先出现拐点的反应则先达到平衡，说明该曲线反应速率快，表示温度较高、有催化剂、压强较大等。
③定一议二：当图像中有三个量时，先确定一个量不变，再讨论另外两个量的关系，有时还需要作辅助线。
④想规律做判断：联想化学反应速率、化学平衡移动规律，将图表与原理结合，对照得出结论。
■模拟尝鲜——高考类题集训
1．(2018·石家庄模拟)氨气是工业制硝酸的主要原料之一，催化氧化步骤中发生的主要反应如下：
Ⅰ.4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)　
ΔH＝－906 kJ·mol－1
Ⅱ.4NH3(g)＋3O2(g)2N2(g)＋6H2O(g)　
ΔH＝－1 266 kJ·mol－1
将固定比例的NH3和O2的混合气体以一定流速通过填充有催化剂的反应器，反应产率与温度的关系如图1所示。

(1)催化氧化步骤中，最适宜的温度为________℃(填“T1”或“T2”)。
(2)低于T1 ℃时，NO的产率较低的原因为____________。
(3)高于T2 ℃时，NO的产率降低的可能原因为________(填选项字母)。
A．催化剂活性降低 B．平衡常数减小
C．反应活化能增大 D．氨气溶于水
(4)T3 ℃(T3＞T2)时，向20 L恒容密闭容器中充入2 mol NH3和2.75 mol O2，发生反应Ⅰ。反应过程中各物质的物质的量随时间(t)的变化关系如图2所示。
T3 ℃时，该反应的平衡常数K＝________；5 min时，改变了某一外界条件，所改变的条件可能为________。
【解析】　(1)工业制硝酸时，催化氧化步骤是为了将NH3转化为NO，根据题图1知，T2 ℃时NO的产率最高，故该步骤最适宜的温度为T2 ℃。(2)温度较低时，反应速率慢，同时部分反应物生成N2，因此NO的产率较低。(3)高于T2 ℃时NO的产率降低，可能原因为催化剂活性降低或平衡逆向移动，平衡常数减小。(4)根据题图2知，T3 ℃反应达平衡时，NH3的物质的量为1 mol，O2的物质的量为1.5 mol，NO的物质的量为1 mol，H2O的物质的量为1.5 mol，则平衡常数K＝＝[()4×()6]/[()4×()5]＝0.075。根据题图2知，5 min瞬间各物质的物质的量不变，根据5 min后各物质物质的量的变化之比可知，NO、H2O的物质的量减少，NH3、O2的物质的量增加，说明平衡向逆反应方向移动，逆反应为气体分子数减小的吸热反应，故改变的条件可能为升高温度或缩小容器容积。
【答案】　(1)T2　(2)温度较低时，反应速率慢，同时部分反应物生成N2　(3)AB　(4)0.075　升高温度或缩小容器容积
2.氨气制取尿素[CO(NH2)2]的合成塔中发生反应：
2NH3(g)＋CO2(g)CO(NH2)2(l)＋H2O(g)。
如图为合成塔中不同氨碳比a[]和水碳比b[]时二氧化碳的转化率(x%)。b宜控制在________(填字母)范围内。
A．0.6～0.7　　　 B．1～1.1　　　　C．1.5～1.6
a宜控制在4.0左右，理由是__________________________________
_________________________________________________________。
【解析】　控制变量，作垂直于横轴的一条直线交三条曲线于三点，转化率越高越好，所以选择A。选择最佳氨碳比，可看最上面曲线的走势，整体增加，曲线先陡后平(略上升)，依然选择拐点，当氨碳比大于4.0 时，增大氨气的量，CO2转化率增加不大，但生产成本提高了，不划算；氨碳比太小，CO2转化率低。
【答案】　A　当氨碳比大于4.0时，增大氨气的量，CO2转化率增加不大，但生产成本提高了，不划算；氨碳比太小，CO2转化率低
3．(1)一定条件下在恒温恒容的密闭容器中按一定比例充入NO(g)和Cl2(g)，平衡时ClNO的体积分数随n(NO)/n(Cl2)的变化图像如图1，则A、B、C三状态中，NO的转化率最大的是________点，当n(NO)/n(Cl2)＝1.5时，反应达到平衡状态ClNO的体积分数可能是D、E、F三点中的________点。

图1
(2)用活性α­Al2O3催化COS水解的反应为COS(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2S(g)　ΔH＜0，相同投料比，相同流量且在催化剂表面停留相同时间时，不同温度下COS的转化率(未达到平衡)如图2所示；某温度下，COS的平衡转化率与投料比[]的关系如图3所示。

图2

图3
①由图3可知，催化剂活性最大时对应的温度约为________，COS的转化率在后期下降的原因是________________________________。
②由图3可知，P点时平衡常数K＝________(保留两位有效数字)。Q点平衡转化率高于P点的原因是_______________________________________
_________________________________________________________。
【解析】　(1)n(NO)/n(Cl2)的值越小，NO的转化率越大，故A、B、C三状态中NO的转化率最大的是A点，n(NO)/n(Cl2)＝2时，反应达到平衡状态，ClNO的体积分数最大，结合题图1中曲线的变化趋势，当n(NO)/n(Cl2)＝1.5时，反应达到平衡状态ClNO的体积分数可能是D点。
(2)①由题图2可知，相同投料比、相同流量且在催化剂表面停留相同时间时，温度约为150 ℃时COS的转化率最大，即该温度下反应速率最快，催化剂活性最大；随着温度的升高，催化剂失去活性，发生副反应等导致COS的转化率降低。②由题图3，设P点起始时COS的浓度为1 mol·L－1，根据三段式法，则有：
　　　　　　　　COS(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2S(g)
起始浓度/(mol·L－1) 1　　　3　　　　 0　　　 0
转化浓度/(mol·L－1) 0.3　　0.3　　 　0.3　 　0.3
平衡浓度/(mol·L－1) 0.7　　2.7　　 　0.3　　 0.3
平衡常数K＝＝≈0.048。在相同条件下增大，相当于在COS起始浓度不变的情况下，增大了水蒸气的起始浓度，平衡正向移动，导致COS的平衡转化率增大。
【答案】　(1)A　D
(2)①150 ℃　催化剂中毒，发生副反应等　②0.048　相同条件下越高，相当于COS浓度不变的情况下，增大水蒸气浓度，平衡正向移动，COS转化率提高