专题十五 化学反应原理综合题型研究 题型集训之速率常数、快慢反应（答案）

化学反应原理综合题型集训之速率常数、快慢反应
1．我国科研人员一直致力于氮氧化物(NOx)治理与消除技术研究，以实现“蓝天保卫战”。回答下列问题：
(1)三元催化器可以将汽车尾气中的NO(g)和CO(g)转化成两种无污染的气体。
①已知N2(g)＋O2(g)===2NO(g)　ΔH＝＋180.0 kJ/mol，CO燃烧热为283.5 kJ/mol，则2CO(g)＋2NO(g)===2CO2(g)＋N2(g)　ΔH＝____________kJ/mol
②若在恒温恒容密闭容器中，充入等量的CO和NO发生上述转化反应，以下哪些值不变能说明该反应达到平衡状态________(填字母)。
A．正反应速率 B．气体密度 C．平衡常数 D．反应物与生成物物质的量之比
(2) NH3催化还原NOx技术(SCR技术)是烟气脱硝中应用最广泛的技术。标准SCR有下列反应：
主反应：4NH3(g)＋4NO(g)＋O2(g)4N2(g)＋6H2O(g) Kp(1)
副反应：4NH3(g)＋4NO(g)＋3O2(g)4N2O(g)＋6H2O(g) Kp(2)
①模拟烟气投料比n(NH3)∶n(NO)＝1∶1，不同温度下达平衡时标准SCR实验数据如图1所示(N2的选择性＝×100%)。
图1 图2
300 ℃时NO的转化率最高，此时体系中O2的平衡分压为p，则该温度时主副反应的分压平衡常数之比＝______________(用含有p的式子表示)
②β－MnO2作催化剂能有效减少副产物N2O的量，其晶胞如图2所示，图中“●”表示______原子，该晶胞密度为______g/cm3(Mn－55，用含有a、b的式子表示)
(3)烟气中的NO还可先氧化为NO2，再用碱液吸收。NO在某催化剂表面的氧化机理如下(*为吸附位点，k为速率常数)：
O2(g)＋2*2O*(S1) NO(g)＋*NO*(S2)
NO(g)＋O*NO(S3) NONO2(g)＋*(S4)
假设NO、NO2和O均被相同类型的表面位点吸附，其分数覆盖率用θ表示(θ＝，如：θNO)，未被占据的吸附位点记作θv。
①S1的正、逆反应速率方程分别表示为v正＝k1c(O2)θ和v逆＝k′1θ，则S3的正反应速率方程可表示为__________
②某些催化剂反应历程不经过步骤S3，而是通过NO*＋O**＋NO(S5)进行，当温度和NO浓度恒定时，在一定量某催化剂下的NO氧化反应速率与O2浓度的关系如图3所示，则该催化机理符合________(填“S3”或“S5”)，理由是_____________________
图3
2．研究含氮元素物质的反应对生产、生活、科研等方面具有重要的意义。回答下列问题：
(1)已知：2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)　ΔH1＝－114 kJ·mol－1；
C(s)＋O2(g)CO2(g)　ΔH2＝－393.5 kJ·mol－1；
2NO(g)N2(g)＋O2(g)　ΔH3＝－181 kJ·mol－1。
C(s)与NO2(g)反应生成N2(g)和CO2(g)的热化学方程式为__________________________________
(2)NOx的排放主要来自于汽车尾气，包含NO2和NO，有人提出用活性炭对NOx进行吸收。对于反应：C(s)＋2NO(g)N2(g)＋CO2(g)　ΔH＝－34.0 kJ·mol－1，T1 ℃时，借助传感器测得反应在不同时间点上各物质的浓度如下：
①0～10 min内，NO的平均反应速率v(NO)＝________________，当升高反应温度，该反应的平衡常数K________(填“增大”“减小”或“不变”)。
②30 min后，只改变某一条件，反应重新达到平衡；根据上表中的数据判断改变的条件可能是_______(填字母)
A．加入一定量的活性炭 B．通入一定量的NO
C．适当缩小容器的体积 D．加入合适的催化剂
(3)为避免汽车尾气中的氮氧化合物对大气的污染，需给汽车安装尾气净化装置，在净化装置中CO和NO发生反应2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g)　ΔH1＝－746.8 kJ·mol－1。实验测得：v正＝k正·p2(NO)·p2(CO)，
v逆＝k逆·p(N2)·p2(CO2)，其中k正、k逆分别为正、逆反应速率常数，只与温度有关；p为气体分压(分压＝物质的量分数×总压)
①达到平衡后，仅升高温度，k正增大的倍数________(填“大于”“小于”或“等于”)k逆增大的倍数
②一定温度下在刚性密闭容器中充入CO、NO和N2，物质的量之比为2∶2∶1，压强为p0 kPa。达到平衡时压强为0.9p0 kPa，此时＝________ kPa－1
(4)某研究小组在实验室以耐高温催化剂催化NO转化为N2，测得NO转化为N2的转化率随温度变化情况如图所示。结合(1)中的反应，用平衡移动原理解释加入CO后，NO转化为N2的转化率增大的原因：_________________
________________________________________________________
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3．油、气发动机会产生CO和氮氧化物等污染气体，研究污染气体对环境的影响和减少污染气体的排放是重要的课题。回答下列问题：
(1)研究表明污染气体能破坏臭氧层。
已知：2NO2(g)2NO(g)＋O2(g)　ΔH1＝＋115.2 kJ·mol－1
2O3(g)3O2(g)　ΔH2＝－286.6 kJ·mol－1
①写出1 mol O3与1 mol NO作用产生NO2和O2的热化学方程式________________________________
②恒容密闭体系中发生①的反应，在相同时间，NO氧化率随值的变化以及随温度的变化曲线如图所示。NO氧化率随值增大而增大的主要原因是_____________________________
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(2)实验测得反应2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)　ΔH<0的瞬时反应速率满足以下关系式：v正＝k正·c2(NO)·c(O2)；
v逆＝k逆·c2(NO2)，k正、k逆为速率常数，受温度影响
①温度为T1时，在1 L的恒容密闭容器中，投入0.6 mol NO和0.3 mol O2，达到平衡时O2为0.2 mol；当温度为T2且该反应达到平衡时，存在k正＝k逆，则T1________T2(选填“大于”“小于”或“等于”)。
②研究发现该反应按如下步骤进行：
第一步：NO＋NON2O2快速平衡　第二步：N2O2＋O22NO2慢反应
其中可近似认为第二步反应不影响第一步的平衡，第一步反应中：v1正＝k1正×c2；v1逆＝k1逆×c。下列叙述正确的是________
A．同一温度下，平衡时第一步反应的k1正/k1逆越大反应正向程度越大
B．第二步反应速率低，因而转化率也低
C．第二步的活化能比第一步的活化能低
D．整个反应的速率由第二步反应速率决定
(3)目前燃油汽车的排气管内部装有三元催化器，尾气中反应物或生成物浓度随温度变化如图2、图3所示。
①请选择使用三元催化剂的最佳温度________，并说明理由____________________________________
②为探究温度对催化剂催化效果的影响，将固定比例NO、CO混合气体，以一定流速发生2NO(g)＋2CO(g)2CO2(g)＋N2(g)　ΔH1＝－751 kJ·mol－1，通过三元催化剂排气管，相同时间内测量尾气中NO的含量，得到脱氮率随温度变化如图所示，已知图中BC段为平衡状态，且平衡脱氮率为m－n×10－4T2，100 ℃≤T≤1 000 ℃，m、n为常数。下列说法错误的是________
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A．平衡脱氮率m－n×10－4T2表达式中：m＝0.69，n＝2.5×10－3
B．CD段处于平衡状态，因该反应正向放热，升温平衡逆向移动，故脱氮率降低
C．D点平衡脱氮率为44%
D．BA段因温度下降，催化剂活性降低，故平衡脱氮率下降
4．新能源是未来能源发展的方向，积极发展氢能是实现“碳达峰、碳中和”的重要举措
(1)工业上常利用CO2合成二甲醚，相关物质变化的焓变示意图如下：
请写出CO2直接加氢合成CH3OCH3(g)的热化学方程式：　　　　　　　　　　
(2)CO2通过加氢也可制得甲醇，其反应历程如图，下列说法正确的是　　　　(填序号)
①Cu－ZnO－ZrO2做催化剂，气体以一定的流速通过其表面，但对反应物的平衡转化率无影响
②该过程中，既有极性键和非极性键的断裂，也有极性键和非极性键的形成
③整个实验过程中原子的利用率达到了100％
④CO2通过加氢制甲醇的反应式为CO2＋3H2CH3OH＋H2O
(3)将含有大量CO2的空气吹入K2CO3溶液中，再把CO2从溶液中提取出来，并使之与H2在催化剂作用下生成可再生能源甲醇，相关反应如下：
反应Ⅰ：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　 ΔH1＝－49.2 kJ/mol
反应Ⅱ：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)　 ΔH2＝＋41.2 kJ/mol
①现使用一种催化剂(CZZA/rGO)，按n(CO2)∶n(H2)＝1∶3(总量为a mol)投料于恒容密闭容器中进行反应，CO2的平衡转化率和甲醇的选择率(甲醇的选择率为转化的CO2中生成甲醇的物质的量分数)随温度的变化趋势如图所示(忽略温度对催化剂的影响)。在513 K达平衡时，反应体系内甲醇的物质的量为　　　　mol(列出计算式)；随着温度的升高，CO2的平衡转化率增加，但甲醇的选择率降低，请分析其原因：　　　　　　　
②将1.0 mol CO2和3.0 mol H2充入2 L恒容密闭容器中，使其仅按反应Ⅰ进行，在不同催化剂作用下，相同时间内CO2的转化率随温度变化如上图所示。下列说法错误的是　　　　(填字母)
A．根据图中曲线分析，催化剂Ⅰ的催化效果最好
B．b点v正可能等于v逆
C．a点转化率比c点高可能的原因是该反应为放热反应，升温平衡逆向移动，转化率降低
D．CO2与H2的浓度比保持1∶3不再变化，说明该反应已达平衡状态
③若将密闭容器恒定为1 L，温度为180 ℃，起始时充入2.0 mol CO2和2.0 mol H2，使其仅按反应Ⅱ进行。已知：反应速率v＝v正－v逆＝k正c(CO2)·c(H2)－k逆c(CO)·c(H2O)，CO2平衡转化率为60％。该温度下k正与k逆的比值为　　　　(保留两位有效数字)
5．大气污染物包括H2S和SO2等，H2S和SO2的转化对资源利用和环境保护有重要意义。回答下列问题。
(1)在FeOOH催化下，H2S与CO2反应可以制备粮食熏蒸剂羰基硫(COS)：H2S(g)＋CO2(g)COS(g)＋H2O(l)　ΔH。在25 ℃、101 kPa下由指定单质(大多是最稳定单质)生成1 mol某物质的反应焓变，称为该物质的标准摩尔生成焓(ΔfH)。相关物质的标准摩尔生成焓如表所示。
物质 H2S(g) CO2(g) COS(g) H2O(l)
ΔfH/(kJ·mol－1) －20.6 －393.5 －14.3 －285.8
ΔH=　　　　　kJ·mol－1
(2)T ℃下，将1.8 mol H2和1.2 mol SO2充入2 L恒容密闭容器中发生反应：2H2(g)＋SO2(g)S(l)＋2H2O(g)，反应体系中气体的总压强随时间的变化关系如图1所示
①0~15 min内，该反应的平均反应速率v(H2)＝　　　　　mol·L－1·min－1
②SO2的平衡转化率为　　　　　　　
③T ℃下，该反应的平衡常数Kp＝　　　　　Pa－1(用各物质的平衡分压表示平衡常数，分压＝总压×物质的量分数，列出计算式即可)
(3)高温下CO可将SO2还原为S2：4CO(g)＋2SO2(g)4CO2(g)＋S2(g)　ΔH＜0。平衡时CO的体积分数与温度和压强的变化关系如图2所示(虚线框表示没有测定该条件下的数据)
①T1、T2、T3由大到小的关系是　　　　　，判断的理由是　　　　　　　　　　
②该反应的正、逆反应速率方程分别为v正＝k正·c4(CO)·c2(SO2)、v逆＝k逆·c4(CO2)·c(S2)(k正、k逆分别为正、逆反应的速率常数，只与温度有关)。阿伦尼乌斯提出了反应速率常数与温度之间关系的经验公式：
k＝A[k为反应速率常数，A为比例系数，e为自然对数的底，R为理想气体常数，T为热力学温度，Ea为反应活化能]。在相同温度下，反应活化能越大，反应速率常数越　　　　　(填“大”或“小”)。当该反应达到平衡后，升高温度，　　　　　(填“增大”“减小”或“不变”)
6．甲醇的制取与应用在全球引发了关于“甲醇经济”的广泛探讨。
Ⅰ.在CO2催化加氢制CH3OH的反应体系中，发生的主要反应如下：
反应a：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH1＝－63 kJ·mol-1
反应b：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)　ΔH2＝＋36 kJ·mol－1
反应c：CH3OH(g)CO(g)＋2H2(g)　ΔH3
(1)已知反应b中相关化学键键能数据如下表：
化学键 H－H C==O C≡O H－O
E/(kJ·mol-1) x 803 1 076 465
计算：x=　　　　　，ΔH3=　　　　　 kJ·mol－1
(2)恒温恒容时，下列能说明反应a一定达到平衡状态的是　　　　(填字母)。
A．v正(CO2)=3v逆(H2)
B．c(CO2)∶c(H2)=1∶3
C．混合气体的密度不再发生变化
D．混合气体中H2O(g)的百分含量保持不变
(3)在催化剂作用下，将物质的量之比为1∶2的CO2和H2的混合气体充入一恒容密闭容器中发生反应a、b，已知反应b的反应速率v正＝k正·x(CO2)·x(H2)，v逆＝k逆·x(CO)·x(H2O)，k正、k逆为速率常数，x为物质的量分数
①平衡时，CO2转化率为60%，CO2和H2的物质的量之比为1∶1，若反应b的k正＝20 mol·L－1·s－1，则平衡v逆=　　　　　 mol·L－1·s－1。
②Arrhenius经验公式为Rln k＝－＋C，其中Ea为活化能，T为热力学温度，k为速率常数，R和C为常数，则ΔH2＝　　　　　 kJ·mol－1(用含k正、k逆、T、R的代数式表示)
(4)其他条件相同时，反应温度对CH3OH选择性的影响如图所示。由图可知，温度相同时CH3OH选择性的实验值略高于其平衡值，可能的原因是　　　　　　
[已知CH3OH的选择性＝n(生成CH3OH消耗的CO2),n(消耗CO2的总量))×100%]
Ⅱ.利用甲醇分解制取烯烃，涉及如下反应：
a．2CH3OH(g)===C2H4(g)＋2H2O(g)
b．3CH3OH(g)===C3H6(g)＋3H2O(g)
c．3C2H4(g)2C3H6(g)
(5)恒压条件下，平衡体系中各物质的量分数随温度变化如图所示。已知650 K时，2x(C2H4)=x(C3H6)，平衡体系总压强为p，则650 K反应c的平衡常数Kp＝　　　　　
【化学反应原理综合题型集训之速率常数、快慢反应】答案
1．(1) ①－747　②AD　
(2) ①256p2　②锰　
(3) ①v＝k3c(NO)θO　
②S5　从S5可以看出，v由NO和O的吸附量共同决定，二者的吸附竞争，当氧浓度过大导致氧吸附量增多，使得NO的吸附量减少，故v不升反降
解析：(1) ①N2(g)＋O2(g)===2NO(g)　ΔH＝＋180.0 kJ/mol，CO(g)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝－283.0 kJ/mol，由盖斯定律，目标反应式＝②×2－①，ΔH＝2ΔH2－ΔH1＝[2×(－283.5)－180]kJ/mol ＝－747 kJ/mol。②恒温恒容下，容器容积不变，反应前后气体总质量不变，故混合气体的密度始终不变，不能说明反应达到平衡，B错误；温度不变平衡常数始终不变，不能说明反应已达平衡，C错误。(2) ①假设初始时NH3和NO均为1 mol,300 ℃时NO转化率最高，NO的平衡转化率是50%，N2的选择性为80%，消耗的NO为0.5 mol，生成的N2为0.4 mol，则NH3的平衡转化率为50%，消耗NH3的物质的量为0.5 mol，由N原子守恒，N2O的物质的量为×(0.5＋0.5－0.4×2)＝0.1 mol，＝＝，＝，则＝·p2(O2)＝＝256p2。②由晶胞图知，黑球位于顶点和体心，共有2个，白球位于面上和体内，共有4个，由化学式可知，黑球为锰原子，白球为氧原子；密度为ρ＝＝g/cm3＝g/cm3。
2．(1)2C(s)＋2NO2(g)===N2(g)＋2CO2(g)　ΔH＝－854 kJ·mol－1
(2)①0.042 mol·L－1·min－1　减小　②BC
(3)①小于　②
(4)加入的CO与NO分解生成的O2反应，使NO分解平衡向生成N2的方向移动，因此NO的转化率升高
解析：(1)①2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)　ΔH1＝－114 kJ·mol－1；
②C(s)＋O2(g)CO2(g)　ΔH2＝－393.5 kJ·mol－1；
③2NO(g)N2(g)＋O2(g)　ΔH3＝－181 kJ·mol－1。
C(s)与NO2(g)反应生成N2(g)和CO2(g)的反应为2C(s)＋2NO2(g)===N2(g)＋2CO2(g)。根据盖斯定律可知，该反应可由2×②＋③－①得到，则该反应的ΔH＝2×ΔH2＋ΔH3－ΔH1＝2×(－393.5 kJ·mol－1)＋(－181 kJ·mol－1)－(－114 kJ·mol－1)＝－854 kJ·mol－1。
(2)①0～10 min内，NO的平均反应速率v(NO)＝＝＝0.042 mol·L－1·min－1；该反应为放热反应，温度升高，平衡逆向移动，平衡常数K减小。
②30 min后，只改变某一条件，反应重新达到平衡，新平衡时NO和N2的浓度均大于原平衡浓度。A项，加入一定量的活性炭，碳是固体对反应速率和化学平衡均无影响；B项，通入一定量的NO，可增大NO浓度，同时使平衡正向移动，从而使N2的浓度增大；C项，适当缩小容器的体积，反应前后体积不变，平衡不移动，NO、N2的浓度增大；D项，加入合适的催化剂，催化剂只改变化学反应速率，不改变化学平衡。
(3)①平衡时v正＝v逆，则k正·p2(NO)·p2(CO)＝k逆·p(N2)·p2(CO2)，可得＝＝K，该反应为放热反应，温度升高平衡逆向移动，K减小，即减小，则k正增大的倍数小于k逆增大的倍数。
②设1 L的刚性容器中分别充入CO、NO和N2的物质的量分别为2 mol、2 mol、1 mol，则：
2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g)
起始(mol) 2 2 1 0
转化(mol) 2x 2x x 2x
平衡(mol) 2－2x 2－2x 1＋x 2x
则反应后总物质的量为(5－x) mol，初始压强为p0 kPa，达到平衡时压强为0.9p0 kPa，则＝，x＝0.5，平衡时CO、NO、N2和CO2的物质的量分别为1 mol、1 mol、1.5 mol、1 mol，总物质的量为4.5 mol，则K＝＝
＝＝ kPa－1。
3．(1)①NO(g)＋O3(g)NO2(g)＋O2(g)　ΔH＝－200.9 kJ·mol－1　
②随值增大，相当于NO浓度不变，加大O3的浓度，有利于平衡NO(g)＋O3(g)NO2＋O2(g)正向移动　
(2)①小于　②AD　
(3)①425 ℃左右　此时反应物CO和NO浓度较低，副产物N2O浓度很低，CO2和N2浓度较高。(或425 ℃左右时，以主反应生成CO2和N2为主，抑制了副反应N2O的生成)　②BD
解析：(1)①已知：反应①2NO2 2NO(g)＋O2(g)　ΔH1＝＋115.2 kJ·mol－1；反应②2O3 3O2　ΔH2＝－286.6 kJ·mol－1；利用盖斯定律可知，②式－①式后再除以2即得NO＋O3 NO2＋O2，则对应的热效应ΔH＝＝＝－200.9 kJ·mol－1。
②根据平衡移动原理，增大的比值，O3浓度增加，有利于平衡NO＋O3 NO2＋O2正向移动，使NO的氧化率增大。
(2)①温度为T1时：可列三段式：
2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)
起始(mol)　0.6　　0.3　　　0
转化(mol)　0.2　　0.1　　　0.2
平衡(mol)　0.4　　0.2　　　0.2，则温度为T1时，平衡常数K1＝＝1.25，由于平衡时v正＝v逆，不难推出平衡常数等于速率常数之比，即：K1＝＝1.25；温度为T2时，该反应存在K2＝＝1，显然K2＜K1，由于该反应为放热反应，则温度越高，对应的平衡常数越小，所以T1＜T2；
②A.由①分析可知，当第一步反应达平衡状态时，v1正＝v1逆，由于速率常数之比实际上就是平衡常数，平衡常数越大，反应正向进行的程度越大，A正确；B.反应速率快慢与转化率之间无因果关系，B错误；C.相同温度下，第一步反应快速达到平衡，第二步是慢反应，所以第二步活化能比第一步高，C错误；D.整个反应的化学反应速率由第二步慢反应决定，D正确；
(3)①图2、图3的横坐标的每个小格是25 ℃，选择NO、CO、N2O尽可能地转化为无污染的N2和CO2较高，节约热源。因此选择425 ℃左右，此时反应物CO和NO浓度较低，副产物N2O浓度很低，CO2和N2浓度较高。(或425 ℃左右时，以主反应生成CO2和N2为主，抑制了副反应N2O的生成)
②A.此处可以通过表格给出，也可以通过坐标给出并列方程。平衡脱氮率m－n×10－4T2表达式中，根据B，C，建立方程0.6＝m－n×10－4×6002，0.53＝m－n×10－4×8002，解之m＝0.69，n＝2.5×10－3，A正确；B.CD段从图中可以看到，温度没变时，脱氮率还在下降，故不处于平衡状态，B错误；C.D点时，根据A项知平衡脱氮率＝0.69－2.5×10－3×10－4×1 0002＝0.44，即44%，C正确；D.BA段因温度下降，反应速率减慢，故平衡脱氮率下降，D错误。
4．(1)2CO2(g)＋6H2(g)CH3OCH3(g)＋3H2O(g)　ΔH＝－123.1 kJ·mol－1　
(2)①④　
(3)①0.25a×78％×15％　升高温度时，反应Ⅱ正向移动的幅度大于反应Ⅰ逆向移动的幅度　
②BD　
③2.3
解析：(1)由焓变示意图可以得到以下热化学方程式：
①2CO2(g)＋6H2(g)2CH3OH(g)＋2H2O(g)　ΔH1＝－99.2 kJ·mol－1；
②2CH3OH(g)＋2H2O(g)CH3OCH3(g)＋3H2O(g)　ΔH2＝－23.9 kJ·mol－1
根据盖斯定律：①＋②得2CO2(g)＋6H2(g)CH3OCH3(g)＋3H2O(g)　ΔH＝ΔH1＋ΔH2＝－123.1 kJ·mol－1；(2)气体以一定流速通过Cu-ZnO-ZrO2时，与催化剂的接触面积增大，反应速率加快，有利于提高平衡前单位时间内反应物的转化率，但对反应物的平衡转化率无影响，故①正确；该反应过程中，有极性键和非极性键的断裂，有极性键的形成，但无非极性键的形成，故②错误；由图可知，在整个反应过程中，原子并没有全部转化为CH3OH，所以原子利用率小于100％，故③错误；CO2通过加氢制甲醇的方程式为CO2＋3H2CH3OH＋H2O，故④正确；(3)①按n(CO2)∶n(H2)＝1∶3(总量为a mol)投料于恒容密闭容器中进行反应，则CO2的物质的量为0.25a mol，由图可知，在513 K达平衡时，CO2的平衡转化率为15％，甲醇的选择率为78％，则反应体系内甲醇的物质的量为0.25a×78％×15％ mol；反应Ⅰ为放热反应，升温平衡逆向移动，反应Ⅱ为吸热反应，升温平衡正向移动，则随着温度的升高，由于反应Ⅱ正向移动的幅度大于反应Ⅰ逆向移动的幅度，CO2的平衡转化率增加，但甲醇的选择率降低；②根据图中曲线分析，温度低于T4时，相同时间内，催化剂Ⅰ作用下CO2的转化率最大，则催化剂Ⅰ的催化效果最好，A项正确；由图可知，b点时，反应未达到平衡状态，则v正大于v逆，B项错误；a点转化率比c点高可能的原因是该反应为放热反应，升温平衡逆向移动，转化率降低，C项正确；CO2与H2按浓度比1∶3充入，又按1∶3反应，则CO2与H2浓度比始终保持1∶3，则CO2与H2浓度比保持1∶3不再变化，不能说明该反应已达平衡状态，D项错误。③若将密闭容器恒定为1 L，温度为180 ℃，起始时充入2.0 mol CO2和2.0 mol H2，使其仅按反应Ⅱ进行，CO2平衡转化率为60％，可列出三段式：
　　　　　 CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)
起始(mol/L) 2 2 0 0
转化(mol/L) 1.2 1.2 1.2 1.2
平衡(mol/L) 0.8 0.8 1.2 1.2
则平衡常数K＝＝，当反应达到平衡时，正、逆反应速率相等，则v正＝v逆，＝＝K＝＝2.25≈2.3。
5．(1)＋114　
(2)①0.05　
②62.5%
③eq \f((×3p0)2,(×3p0)2×(×3p0))
(3)①T3＞T2＞T1 该反应为反应前后气体分子数减小的放热反应，增大压强，平衡正向移动，CO的体积分数减小；升高温度，平衡逆向移动，CO的体积分数增大　
②小　增大
解析：(1)反应的焓变可由生成物的总标准摩尔生成焓减去反应物的总标准摩尔生成焓得到，即H2S(g)+CO2(g)COS(g)+H2O(l)的ΔH=[-14.3 kJ·mol-1+(-285.8 kJ·mol-1)]-[-20.6 kJ·mol-1+(-393.5 kJ·mol-1)]=+114 kJ·mol-1。
(2)①设平衡时SO2的转化量为x mol，列三段式：
　　　　　　　2H2(g)+SO2(g)S(l)+2H2O(g)
起始量/mol 1.8 1.2 0
转化量/mol 2x x 2x
平衡量/mol 1.8-2x 1.2-x 2x
由图1可知，反应体系的起始压强为4p0 Pa，达到平衡时，反应体系压强为3p0 Pa，根据恒温恒容时气体物质的量之比等于压强之比可得=，解得x=0.75，则0~15 min内v(H2)==0.05 mol·L-1·min-1。②SO2的平衡转化率为×100%=62.5%。③由上述分析可知，平衡时，H2、SO2、H2O的物质的量分别为0.3 mol、0.45 mol、1.5 mol，则混合气体的总物质的量为2.25 mol，该反应的平衡常数Kp==Pa-1。(3)②根据该公式可知，在相同温度下，反应活化能Ea越大，速率常数k越小，反应速率越慢。当该反应达到平衡后，v正=v逆，即k正·c4(CO)·c2(SO2)=k逆·c4(CO2)·c(S2)，该反应的平衡常数K==，升高温度，平衡逆向移动，则平衡常数K=减小，故增大。
6．(1)436　＋99　
(2)D　
(3)①0.8　
②RTln　
(4)在该条件下反应a的速率大于反应b，单位时间内生成甲醇的量比生成CO的量多　
(5)
解析：(1) ΔH2=反应物的总键能-生成物的总键能=2×803 kJ·mol-1+x kJ·mol-1-1 076 kJ·mol-1-2×465 kJ·mol-1=+36 kJ·mol-1，解得x=436；由盖斯定律可知，反应b-反应a可得反应c，ΔH3=ΔH2-ΔH1=+36 kJ·mol-1+63 kJ·mol-1=+99 kJ·mol-1。
(3)①在催化剂作用下，将物质的量之比为1∶2的CO2和H2的混合气体充入一恒容密闭容器中发生反应a、b，设反应a消耗x mol CO2，反应b消耗y mol CO2，则有
　　　　　　　　CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)
起始/mol　　　　　1　　　2　　　　　0　　　0
转化/mol　　　　　x　　　3x　　　　　x　　　x
平衡/mol　　　　　1-x　　2-3x　　　　x　　　x
　　　　　　　　CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)
起始/mol　　　　　1-x　　2-3x　　　0　　　x
转化/mol　　　　　　y　　y　　　　　y　　y
平衡/mol　　　　　1-x-y　2-3x-y　　　y　　x+y
当CO2转化率达到60%时，反应达到平衡状态，则×100%=60%，这时CO2和H2的物质的量之比为1∶1，则1-x-y=2-3x-y，解得x=0.5，y=0.1，则CH3OH、H2O、CO2、H2、CO的物质的量分别为0.5 mol、0.6 mol、0.4 mol、0.4 mol、0.1 mol，v正=k正·x(CO2)·x(H2)=0.8 mol·L-1·s-1，故v逆=v正=0.8 mol·L-1·s-1。②Rln k=-+C，Ea=TC-RTln k，ΔH=反应物键能之和-生成物键能之和=Ea正-Ea逆=-RTln k正+RTln k逆=RTln 。
(5)已知650 K时，2x(C2H4)=x(C3H6)，设在650 K时，向容器中加入5 mol CH3OH(g)使其发生反应a、b，得到n0(C2H4)=1 mol，n0(C3H6)=1 mol，n0(H2O)=5 mol，反应c可列三段式：
　　　　　3C2H4(g)2C3H6(g)
n0/mol　　　1　　　　　　1
Δn/mol　　　3n　　　　　2n
nt/mol　　　1-3n　　　　1+2n
因为，2x(C2H4)=x(C3H6)，所以2(1-3n)=1+2n，解得n=，所以最终平衡体系中含有 mol C2H4(g)、 mol C3H6(g)，以及5 mol H2O(g)，则x(C3H6)= =，x(C2H4)= =，代入Kp===。
精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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