資源簡(jiǎn)介

中小學(xué)教育資源及組卷應(yīng)用平臺(tái)
第36講　化學(xué)反應(yīng)的方向 化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控
【備考目標(biāo)】　1.了解熵、熵變的含義，會(huì)用復(fù)合判據(jù)判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向。2.了解化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控在生活、生產(chǎn)和科學(xué)研究領(lǐng)域中的重要作用。
考點(diǎn)1　化學(xué)反應(yīng)的方向
1．自發(fā)過(guò)程
(1)含義：在一定條件下，不需要借助光、電等外力作用就能自動(dòng)進(jìn)行的過(guò)程。
(2)特點(diǎn)
①高能量狀態(tài)低能量狀態(tài)。
②有序狀態(tài)無(wú)序狀態(tài)。
2．熵和熵變
(1)熵是度量體系混亂程度的物理量，符號(hào)為S。
(2)影響熵大小的因素
①相同條件下，物質(zhì)不同熵不同。
②同一物質(zhì)：S(g)＞S(l)＞S(s)。
(3)熵變(ΔS)＝生成物的總熵－反應(yīng)物的總熵。
3．化學(xué)反應(yīng)方向的判據(jù)
(1)焓判據(jù)
①放熱過(guò)程中體系能量降低，ΔH＜0 ，具有自發(fā)的傾向。
②實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)放熱反應(yīng)是可以自發(fā)進(jìn)行的。
例如：Zn(s)＋CuSO4(aq)===ZnSO4(aq)＋Cu(s)　ΔH＝－216.8 kJ/mol。
③有些吸熱反應(yīng)也可以自發(fā)進(jìn)行，如Ba(OH)2·8H2O晶體與NH4Cl晶體的反應(yīng)是吸熱的，但是這個(gè)反應(yīng)卻是可以自發(fā)進(jìn)行的，故不能只根據(jù)放熱或者吸熱來(lái)判斷化學(xué)反應(yīng)的方向，焓變只是影響反應(yīng)方向的一種因素。
(2)熵判據(jù)
①體系的混亂度增加， ΔS＞0，反應(yīng)有自發(fā)的傾向。
②有些熵減的過(guò)程也能自發(fā)進(jìn)行，如乙烯聚合為聚乙烯的反應(yīng)，故熵變只是影響反應(yīng)方向的一種因素。
(3)復(fù)合判據(jù)——自由能變化判據(jù)
①在溫度、壓強(qiáng)一定的條件下，化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向是反應(yīng)的焓變和熵變共同影響的結(jié)果，因此，把焓變和熵變判據(jù)結(jié)合起來(lái)組成的復(fù)合判據(jù)即自由能變化ΔG，更適合于所有過(guò)程的判斷。ΔG＝ΔH－TΔS(T為開(kāi)爾文溫度)，ΔG的正、負(fù)決定著反應(yīng)的自發(fā)與否。
ΔH－TΔS<0，反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行。
ΔH－TΔS>0，反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行。
[注意]　化學(xué)反應(yīng)方向的判據(jù)指出的僅僅是在一定條件下化學(xué)反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的趨勢(shì)，并不能說(shuō)明在該條件下反應(yīng)一定能實(shí)際發(fā)生，還要考慮化學(xué)反應(yīng)的引發(fā)條件、快慢問(wèn)題等。
②圖示
【基點(diǎn)判斷】(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)
(1)凡是放熱反應(yīng)都是自發(fā)的，因?yàn)槲鼰岱磻?yīng)都是非自發(fā)的(× )
(2)熵增的反應(yīng)一定能自發(fā)進(jìn)行(× )
(3)NH4HCO3(g)===NH3(g)＋H2O(g)＋CO2(g)　ΔH＝＋185.57 kJ·mol－1能自發(fā)進(jìn)行，原因是體系有自發(fā)地向混亂度增加的方向轉(zhuǎn)變的傾向(√ )
(4)放熱過(guò)程有自發(fā)進(jìn)行的傾向性，但并不一定能自發(fā)進(jìn)行，吸熱過(guò)程沒(méi)有自發(fā)進(jìn)行的傾向性，但在一定條件下也可自發(fā)進(jìn)行(√ )
題組練習(xí)
1．下表中內(nèi)容與結(jié)論相對(duì)應(yīng)的是(　　 )
選項(xiàng) 內(nèi)容 結(jié)論
A H2O(g)變成H2O(l) ΔS>0
B 硝酸銨溶于水可自發(fā)進(jìn)行 該過(guò)程的ΔS>0
C 一個(gè)反應(yīng)的ΔH>0，ΔS>0 該反應(yīng)一定不能自發(fā)進(jìn)行
D H2(g)＋F2(g) 2HF(g)的ΔH＝－546.6 kJ·mol－1，ΔS＝＋173.8 J·mol－1·K－1 該反應(yīng)在任意溫度下都不能自發(fā)進(jìn)行
解析：選B。物質(zhì)由氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)，混亂度減小，即ΔS<0，A項(xiàng)錯(cuò)誤；硝酸銨溶于水是吸熱的熵增加過(guò)程，ΔS>0，該過(guò)程可自發(fā)進(jìn)行，B項(xiàng)正確；ΔH>0，ΔS>0時(shí)，根據(jù)復(fù)合判據(jù)可知，高溫時(shí)ΔH－TΔS<0，即高溫條件下，該反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，C項(xiàng)錯(cuò)誤；由ΔH<0，ΔS>0知，ΔH－TΔS<0，該反應(yīng)在任意溫度下都能自發(fā)進(jìn)行，D項(xiàng)錯(cuò)誤。
2．已知甲烷在隔絕空氣時(shí)在不同溫度下有可能發(fā)生如下兩個(gè)裂解反應(yīng)：①CH4(g) C(s)＋2H2(g)；②2CH4(g) C2H2(g)＋3H2(g)。某同學(xué)為了得到用天然氣制取炭黑的允許溫度范圍和最佳溫度，在圖書(shū)館中查到了如下熱力學(xué)數(shù)據(jù)：
反應(yīng)①的ΔH(298 K)＝＋74.848 kJ·mol－1，ΔS(298 K)＝＋80.674 J·mol－1·K－1。
反應(yīng)②的ΔH(298 K)＝＋376.426 kJ·mol－1，ΔS(298 K)＝＋220.211 J·mol－1·K－1。
已知焓變和熵變隨溫度變化很小。請(qǐng)參考上述信息，回答下列問(wèn)題：
(1)反應(yīng)②在______(填“高溫”或“低溫”)下自發(fā)進(jìn)行。
(2)反應(yīng)①在常溫下________(填“能”或“不能”)自發(fā)進(jìn)行。
(3)制取炭黑的允許溫度范圍為_(kāi)_______。
(4)為了提高甲烷的炭化程度，下面四個(gè)溫度中最合適的是________(填字母)
A．905.2 K B．927 K C．1 273 K D．2 000 K
解析：(1)反應(yīng)②是吸熱的熵增反應(yīng)，在高溫下自發(fā)進(jìn)行。(2)ΔH－TΔS＝74.848 kJ·mol－1－80.674×10－3 kJ·mol－1·K－1×298 K＝50.807 kJ·mol－1>0，所以該反應(yīng)在常溫下不能自發(fā)進(jìn)行。(3)甲烷裂解為炭黑和氫氣時(shí)，ΔH－TΔS＝74.848 kJ·mol－1－80.674×10－3 kJ·mol－1·K－1×T<0，解得T>927.8 K；裂解為乙炔時(shí)，ΔH－TΔS＝376.426 kJ·mol－1－220.211×10－3 kJ·mol－1·K－1×T<0，解得T>1 709.4 K，即溫度高于1 709.4 K時(shí)自發(fā)裂解為乙炔和氫氣，所以要制取炭黑，必須控制溫度在927.8～1 709.4 K。(4)要提高甲烷的炭化程度，應(yīng)在927.8～1 709.4 K的范圍內(nèi)盡可能提高溫度。
答案：(1)高溫　(2)不能　(3)927.8～1 709.4 K　(4)C
考點(diǎn)2　化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控
1．化工生產(chǎn)適宜條件選擇的一般原則
條件 原則
從化學(xué)反應(yīng)速率分析 既不能過(guò)快，又不能太慢
從化學(xué)平衡移動(dòng)分析 既要注意外界條件對(duì)速率和平衡影響的一致性，又要注意對(duì)二者影響的矛盾性
從原料的利用率分析 增加易得廉價(jià)原料，提高難得高價(jià)原料的利用率，從而降低生產(chǎn)成本
從實(shí)際生產(chǎn)能力分析 如設(shè)備承受高溫、高壓的能力等
從催化劑的使用活性分析 注意催化劑的活性受溫度的限制
2.控制反應(yīng)條件的基本措施
(1)控制化學(xué)反應(yīng)速率的措施
通過(guò)改變反應(yīng)體系的溫度、溶液的濃度、氣體的壓強(qiáng)(或濃度)、固體的表面積以及使用催化劑等途徑調(diào)控反應(yīng)速率。
(2)提高轉(zhuǎn)化率的措施
通過(guò)改變可逆反應(yīng)體系的溫度、溶液的濃度、氣體的壓強(qiáng)(或濃度)等改變可逆反應(yīng)的限度，從而提高轉(zhuǎn)化率。
3．典型實(shí)例——工業(yè)合成氨
(1)反應(yīng)原理
N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol－1
(2)反應(yīng)特點(diǎn)
①反應(yīng)為可逆反應(yīng)；
②正反應(yīng)為放熱反應(yīng)；
③反應(yīng)物、生成物均為氣體，且正反應(yīng)為氣體物質(zhì)的量減小的反應(yīng)。
(3)反應(yīng)條件的選擇
反應(yīng)條件 對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響 對(duì)平衡混合物中氨含量的影響 合成氨條件的選擇
增大壓強(qiáng) 增大反應(yīng)速率 平衡正向移動(dòng)，提高平衡混合物中氨的含量 壓強(qiáng)增大，需要的動(dòng)力大，對(duì)材料、設(shè)備的要求高。故采用10 MPa～30 MPa的高壓
升高溫度 增大反應(yīng)速率 平衡逆向移動(dòng)，降低平衡混合物中氨的含量 溫度要適宜，既要保證反應(yīng)有較快的速率，又要使反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率不能太低。故采用400～500 ℃的溫度，并且在該溫度下催化劑的活性最大
使用催化劑 增大反應(yīng)速率 沒(méi)有影響 工業(yè)上一般選用鐵觸媒作催化劑
[注意]　為充分利用原料氣，合成氨工業(yè)生產(chǎn)中常采用循環(huán)操作的方法提高原料的利用率。
題組練習(xí)
1．(人教選擇性必修1 P51T1改編)合成氨工業(yè)中將NH3分離后的原料氣循環(huán)使用的主要目的是(　　 )
A．降低NH3的沸點(diǎn) B．提高N2和H2的利用率
C．增大合成氨反應(yīng)的速率 D．提高平衡混合物中NH3的含量
解析：選B。合成氨工業(yè)采用循環(huán)操作，使未反應(yīng)的N2和H2進(jìn)入合成塔重新反應(yīng)，提高N2和H2的利用率，避免造成不必要的浪費(fèi)，B正確。
2．(人教選擇性必修1 P51T3)在硫酸工業(yè)中，通過(guò)下列反應(yīng)使SO2氧化為SO3∶2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)　ΔH＝－196.6 kJ/mol。下表列出了在不同溫度和壓強(qiáng)下，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)SO2的轉(zhuǎn)化率
溫度/℃ 平衡時(shí)SO2的轉(zhuǎn)化率/%
0.1 MPa 0.5 MPa 1 MPa 5 MPa 10 MPa
450 97.5 98.9 99.2 99.6 99.7
550 85.6 92.9 94.9 97.7 98.3
(1)從理論上分析，為了使二氧化硫盡可能多地轉(zhuǎn)化為三氧化硫，應(yīng)選擇的條件是________________。
(2)在實(shí)際生產(chǎn)中，選定的溫度為400～500 ℃，原因是_______________________________。
(3)在實(shí)際生產(chǎn)中，采用的壓強(qiáng)為常壓，原因是___________________________________。
(4)在實(shí)際生產(chǎn)中，通入過(guò)量的空氣，原因是_______________________________________。
(5)尾氣中的SO2必須回收，原因是_______________________________________。
解析：正反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)。從提高反應(yīng)速率方面考慮，合成SO3需要加入催化劑、高溫、高壓；從增大SO2的轉(zhuǎn)化率方面考慮，合成SO3需要低溫、高壓、通入過(guò)量空氣；從表中數(shù)據(jù)、對(duì)設(shè)備材料的要求以及催化劑的活性方面綜合考慮，最適宜的條件為常壓、400～500 ℃、催化劑。
答案：(1)低溫、高壓　(2)在此溫度下催化劑的活性較高　(3)常壓下，SO2的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高，若采用高壓，雖然平衡向右移動(dòng)，但SO2轉(zhuǎn)化率增大程度較小，而且生產(chǎn)成本增大　(4)增大反應(yīng)物O2的濃度，提高SO2的轉(zhuǎn)化率　(5)防止污染環(huán)境
高考真題
1．(2022·浙江1月選考)AB型強(qiáng)電解質(zhì)在水中的溶解(可視作特殊的化學(xué)反應(yīng))表示為AB(s)===An＋(aq)＋Bn－(aq)，其焓變和熵變分別為ΔH和ΔS。對(duì)于不同組成的AB型強(qiáng)電解質(zhì)，下列說(shuō)法正確的是(　　)
A．ΔH和ΔS均大于零 B．ΔH和ΔS均小于零
C．ΔH可能大于零或小于零，ΔS大于零 D．ΔH和ΔS均可能大于零或小于零
解析：選D。強(qiáng)電解質(zhì)溶于水有的放熱，如硫酸銅等；有的吸熱，如碳酸氫鈉等，所以在水中溶解對(duì)應(yīng)的ΔH可能大于零或小于零。固體轉(zhuǎn)化為離子，混亂度是增加的，但離子在水中存在水合過(guò)程，這樣會(huì)引發(fā)水的混亂度的變化，讓水分子更加規(guī)則，即水的混亂度下降，所以整個(gè)溶解過(guò)程的熵變?chǔ)，取決于固體轉(zhuǎn)化為離子的熵增與水合過(guò)程的熵減兩個(gè)作用的相對(duì)大小關(guān)系，若是前者占主導(dǎo)，則整個(gè)溶解過(guò)程熵增，即ΔS＞0，反之，熵減，即ΔS＜0。綜上所述，D符合題意。
2．(2022·湖南高考節(jié)選)(1)已知ΔG＝ΔH－TΔS，ΔG的值只決定于反應(yīng)體系的始態(tài)和終態(tài)，忽略ΔH、ΔS隨溫度的變化。若ΔG＜0，則該反應(yīng)可以自發(fā)進(jìn)行。根據(jù)如圖判斷：600 ℃時(shí)，下列反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行的是________。
A．C(s)＋O2(g)===CO2(g) B．2C(s)＋O2(g)===2CO(g)
C．TiO2(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(g)＋O2(g) D．TiO2(s)＋C(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(g)＋CO2(g)
解析：由圖可知，600 ℃時(shí)，ΔG＞0的僅有反應(yīng)TiO2(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(g)＋O2(g)，反應(yīng)TiO2(s)＋C(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(g)＋CO2(g)根據(jù)蓋斯定律，可由A和C選項(xiàng)中反應(yīng)相加得到，由此判斷其ΔG＜0，反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行。
答案：C
3．(2022·江蘇高考)用尿素水解生成的NH3催化還原NO，是柴油機(jī)車輛尾氣凈化的主要方法。反應(yīng)為4NH3(g)＋O2(g)＋4NO(g) 4N2(g)＋6H2O(g)，下列說(shuō)法正確的是(　　 )
A．上述反應(yīng)ΔS＜0
B.上述反應(yīng)平衡常數(shù)K＝
C．上述反應(yīng)中消耗1 mol NH3，轉(zhuǎn)移電子的數(shù)目為2×6.02×1023
D．實(shí)際應(yīng)用中，加入尿素的量越多，柴油機(jī)車輛排放的尾氣對(duì)空氣污染程度越小
解析：選B。由方程式可知，該反應(yīng)是一個(gè)氣體分子數(shù)增大的反應(yīng)，即熵增的反應(yīng)，反應(yīng)ΔS＞0，A錯(cuò)誤；由方程式可知，反應(yīng)平衡常數(shù)K＝，B正確；由方程式可知，反應(yīng)每消耗4 mol氨氣，反應(yīng)轉(zhuǎn)移12 mol電子，則反應(yīng)中消耗1 mol氨氣轉(zhuǎn)移電子的數(shù)目為12××6.02×1023＝3×6.02×1023，C錯(cuò)誤；實(shí)際應(yīng)用中，加入尿素的量越多，尿素水解生成的氨氣過(guò)量，柴油機(jī)車輛排放的氨氣對(duì)空氣污染程度增大，D錯(cuò)誤。
4．(2021·湖南高考節(jié)選)氨氣中氫含量高，是一種優(yōu)良的小分子儲(chǔ)氫載體，且安全、易儲(chǔ)運(yùn)，可通過(guò)氨熱分解法由氨氣得到氫氣。
相關(guān)化學(xué)鍵的鍵能數(shù)據(jù)
化學(xué)鍵 N≡N H—H N—H
鍵能E/(kJ·mol－1) 946 436.0 390.8
在一定溫度下，利用催化劑將NH3分解為N2和H2。回答下列問(wèn)題：
(1)反應(yīng)2NH3(g) N2(g)＋3H2(g)　ΔH＝________kJ·mol－1。
(2)已知該反應(yīng)的ΔS＝198.9 J·mol－1·K－1，在下列哪些溫度下反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行？____________(填字母)。
A．25 ℃ B．125 ℃ C．225 ℃ D．325 ℃
解析：(1) 根據(jù)反應(yīng)熱＝反應(yīng)物的總鍵能-生成物的總鍵能，2NH3(g) N2(g)＋3H2(g)，ΔH＝390.8 kJ·mol－1×3×2－(946 kJ·mol－1＋436.0 kJ·mol－1×3)＝＋90.8 kJ·mol－1。(2)若反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行，則需ΔH－T·ΔS<0，T>＝＝456.5 K，即溫度應(yīng)高于(456.5－273)℃＝183.5 ℃。
答案：(1)＋90.8　(2)CD
5．(2022·遼寧高考節(jié)選)工業(yè)合成氨是人類科學(xué)技術(shù)的一項(xiàng)重大突破，目前已有三位科學(xué)家因其獲得諾貝爾獎(jiǎng)，其反應(yīng)為：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ·mol－1　ΔS＝－200 J·K－1·mol－1?；卮鹣铝袉?wèn)題：
(1)合成氨反應(yīng)在常溫下________(填“能”或“不能”)自發(fā)。
(2)________溫(填“高”或“低”，下同)有利于提高反應(yīng)速率，________溫有利于提高平衡轉(zhuǎn)化率，綜合考慮催化劑(鐵觸媒)活性等因素，工業(yè)常采用400～500 ℃。
針對(duì)反應(yīng)速率與平衡產(chǎn)率的矛盾，我國(guó)科學(xué)家提出了解決方案。
(4)方案二：M LiH復(fù)合催化劑。
下列說(shuō)法正確的是________。
a．300 ℃時(shí)，復(fù)合催化劑比單一催化劑效率更高
b．同溫同壓下，復(fù)合催化劑有利于提高氨的平衡產(chǎn)率
c．溫度越高，復(fù)合催化劑活性一定越高
(5)某合成氨速率方程為：v＝kcα(N2)cβ(H2)cγ(NH3)，根據(jù)表中數(shù)據(jù)，γ＝________。
實(shí)驗(yàn) c(N2)/(mol·L－1) c(H2)/(mol·L－1) c(NH3)/(mol·L－1) v/(mol·L－1·s－1)
1 m n p q
2 2m n p 2q
3 m n 0.1p 10q
4 m 2n p 2.828q
在合成氨過(guò)程中，需要不斷分離出氨的原因?yàn)開(kāi)_________。
a．有利于平衡正向移動(dòng) b．防止催化劑中毒 c．提高正反應(yīng)速率
解析：(1)ΔG＝ΔH－TΔS＝(－92.4＋0.2×298) kJ·mol－1＝－32.4 kJ·mol－1＜0，所以合成氨反應(yīng)在常溫下能自發(fā)進(jìn)行。
(2)溫度越高，反應(yīng)速率越快，所以高溫有利于提高反應(yīng)速率；因?yàn)檎磻?yīng)為放熱反應(yīng)，所以低溫有利于提高平衡轉(zhuǎn)化率。
(4)從圖中可以看出，300 ℃時(shí)，復(fù)合催化劑比單一催化劑的反應(yīng)速率快，催化效率更高，a正確；催化劑只能改變反應(yīng)速率，不能改變平衡狀態(tài)，所以同溫同壓下，復(fù)合催化劑不能提高氨的平衡產(chǎn)率，b不正確；雖然圖中顯示溫度高反應(yīng)速率快，但溫度高到一定程度后，復(fù)合催化劑活性就可能不變或變低，c不正確。
(5)選擇實(shí)驗(yàn)1和3進(jìn)行分析，此時(shí)＝＝，則γ＝－1；在合成氨過(guò)程中，需要不斷分離出氨，有利于平衡正向移動(dòng)，a正確；氨在該催化劑的催化作用下生成，不會(huì)使催化劑中毒，b不正確；分離出氨，并沒(méi)有增大反應(yīng)物的濃度，所以不會(huì)提高正反應(yīng)速率，c不正確。
答案：(1)能　(2)高　低　(4)a　(5)－1　a
6．(2023·遼寧高考節(jié)選)硫酸工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位。
接觸法制硫酸的關(guān)鍵反應(yīng)為SO2的催化氧化：
SO2(g)＋O2(g) SO3(g) ΔH＝－98.9 kJ·mol－1
(ⅰ)為尋求固定投料比下不同反應(yīng)階段的最佳生產(chǎn)溫度，繪制相應(yīng)轉(zhuǎn)化率(α)下反應(yīng)速率(數(shù)值已略去)與溫度的關(guān)系如圖2所示，下列說(shuō)法正確的是________(填字母)。
圖2
a．溫度越高，反應(yīng)速率越大 b．α＝0.88的曲線代表平衡轉(zhuǎn)化率
c．α越大，反應(yīng)速率最大值對(duì)應(yīng)溫度越低 d．可根據(jù)不同α下的最大速率，選擇最佳生產(chǎn)溫度
(ⅱ)為提高釩催化劑的綜合性能，我國(guó)科學(xué)家對(duì)其進(jìn)行了改良。不同催化劑下，溫度和轉(zhuǎn)化率關(guān)系如圖3所示，催化性能最佳的是________(填字母)。
圖3
(ⅲ)設(shè)O2的平衡分壓為p，SO2的平衡轉(zhuǎn)化率為αe。用含p和αe的代數(shù)式表示上述催化氧化反應(yīng)的Kp＝__________________________________________(用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算)。
解析：(ⅰ)由題圖2可知，溫度高于一定值時(shí)，溫度升高，反應(yīng)速率減小，a錯(cuò)誤；該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，不同溫度下，平衡轉(zhuǎn)化率會(huì)改變，b錯(cuò)誤；由題圖2可知，α越大，反應(yīng)速率最大值對(duì)應(yīng)溫度越低，c正確；可根據(jù)不同α下的最大速率，選擇最佳生產(chǎn)溫度，d正確。(ⅱ)根據(jù)題圖3所知，在相同溫度下d催化劑對(duì)應(yīng)的SO2轉(zhuǎn)化率最高，催化性能最佳。(ⅲ)設(shè)SO2的起始分壓為2x，則結(jié)合題中信息可得：
　　　 SO2(g)＋O2(g) SO3(g)　　　　
起始分壓： 2x p＋xαe 0
變化分壓： 2xαe xαe 2xαe
平衡分壓： 2x(1－αe) p 2xαe
則Kp＝＝。
答案：(ⅰ)cd　(ⅱ)d　(ⅲ)
7．(2023·浙江6月選考)水煤氣變換反應(yīng)是工業(yè)上的重要反應(yīng)，可用于制氫。
水煤氣變換反應(yīng)：CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)　ΔH＝－41.2 kJ·mol－1
該反應(yīng)分兩步完成：
3Fe2O3(s)＋CO(g) 2Fe3O4(s)＋CO2(g)　ΔH1＝－47.2 kJ·mol－1
2Fe3O4(s)＋H2O(g) 3Fe2O3(s)＋H2(g)　ΔH2
請(qǐng)回答：
(1)ΔH2＝________ kJ·mol－1。
(2)恒定總壓1.70 MPa和水碳比[＝]投料，在不同條件下達(dá)到平衡時(shí)CO2和H2的分壓(某成分分壓＝總壓×該成分的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))如下表：
p(CO2)/MPa p(H2)/MPa p(CH4)/MPa
條件1 0.40 0.40 0
條件2 0.42 0.36 0.02
①在條件1下，水煤氣變換反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝______。
②對(duì)比條件1，條件2中H2產(chǎn)率下降是因?yàn)榘l(fā)生了一個(gè)不涉及CO2的副反應(yīng)，寫(xiě)出該反應(yīng)方程式__________________________________________________________________。
(3)下列說(shuō)法正確的是 ______。
A．通入反應(yīng)器的原料氣中應(yīng)避免混入O2
B．恒定水碳比[]，增加體系總壓可提高H2的平衡產(chǎn)率
C．通入過(guò)量的水蒸氣可防止Fe3O4被進(jìn)一步還原為Fe
D．通過(guò)充入惰性氣體增加體系總壓，可提高反應(yīng)速率
(4)水煤氣變換反應(yīng)是放熱的可逆反應(yīng)，需在多個(gè)催化劑反應(yīng)層間進(jìn)行降溫操作以“去除”反應(yīng)過(guò)程中的余熱(如圖1所示)，保證反應(yīng)在最適宜溫度附近進(jìn)行。
①在催化劑活性溫度范圍內(nèi)，圖2中b～c段對(duì)應(yīng)降溫操作的過(guò)程，實(shí)現(xiàn)該過(guò)程的一種操作方法是 ______。
A．按原水碳比通入冷的原料氣 B．噴入冷水(蒸氣) C．通過(guò)熱交換器換熱
②若采用噴入冷水(蒸氣)的方式降溫，在圖3中作出CO平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度變化的曲線。
(5)在催化劑活性溫度范圍內(nèi)，水煤氣變換反應(yīng)的歷程包含反應(yīng)物分子在催化劑表面的吸附(快速)、反應(yīng)及產(chǎn)物分子脫附等過(guò)程。隨著溫度升高，該反應(yīng)的反應(yīng)速率先增大后減小，其速率減小的原因是______________________________________________________________。
解析：(2)①在條件1下，CH4的分壓為0，設(shè)開(kāi)始時(shí)加入n(H2O)＝12 mol、n(CO)＝5 mol、水煤氣變換反應(yīng)中消耗的n(CO)＝x mol，
　　　　　　CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)
開(kāi)始(mol)　　5　　　12 　0　　　 0
反應(yīng)(mol)　　 x x x x
平衡(mol)　　 5－x 12－x x x
反應(yīng)前后氣體總計(jì)量數(shù)之和不變，則反應(yīng)前后氣體總物質(zhì)的量不變，為17 mol，總壓強(qiáng)始終不變，為1.70 MPa，則平衡時(shí)p(CO2)＝p(H2)＝×1.70 MPa＝0.1x MPa＝0.40 MPa，x＝4，則平衡時(shí)p(CO)＝×1.70 MPa＝0.10 MPa，p(H2O)＝×1.70 MPa＝0.80 MPa，化學(xué)平衡常數(shù)K＝＝＝2。②對(duì)比條件1，條件2中H2產(chǎn)率下降是因?yàn)榘l(fā)生了一個(gè)不涉及CO2的副反應(yīng)，說(shuō)明沒(méi)有CO2生成，氫氣的量減少，應(yīng)該是CO和H2反應(yīng)生成CH4和H2O，反應(yīng)方程式為CO＋3H2 CH4＋H2O。
(3)CO、H2都是可燃物，和氧氣混合時(shí)易產(chǎn)生爆炸，為防止安全事故的發(fā)生，通入反應(yīng)器的原料氣中應(yīng)避免混入O2，故A正確；恒定水碳比[]，CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)反應(yīng)前后氣體計(jì)量數(shù)之和不變，壓強(qiáng)不影響平衡移動(dòng)，所以不能提高平衡產(chǎn)率，故B錯(cuò)誤；過(guò)量的水蒸氣能將Fe3O4氧化為Fe2O3，且過(guò)量的水蒸氣可以降低CO、H2的濃度，從而防止鐵的氧化物被還原為Fe，故C正確；通過(guò)充入惰性氣體增加體系總壓，但反應(yīng)物和生成物的分壓不變，反應(yīng)速率不變，故D錯(cuò)誤。(4)①按原水碳比通入冷的原料氣，降低溫度，化學(xué)反應(yīng)速率稍減小，CO的轉(zhuǎn)化率稍減小，圖像符合，故A正確；噴入冷水(蒸氣)，降低溫度，增大水蒸氣的濃度，平衡正向移動(dòng)，CO的轉(zhuǎn)化率增大，圖像不符合，故B錯(cuò)誤；通過(guò)熱交換器換熱，降低溫度，但不改變投料比，反應(yīng)速率稍減小，CO的轉(zhuǎn)化率稍降低，圖像符合，故C正確。②若采用噴入冷水(蒸氣)的方式降溫，增大水蒸氣的濃度，平衡正向移動(dòng)，CO的平衡轉(zhuǎn)化率增大，大于原來(lái)的平衡轉(zhuǎn)化率，所以其圖像為
。
(5)該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，且反應(yīng)物分子在催化劑表面的吸附速率較快，溫度過(guò)高，不利于反應(yīng)物分子在催化劑表面吸附，導(dǎo)致反應(yīng)物分子在催化劑表面的吸附量降低，且溫度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致催化劑活性降低，都導(dǎo)致反應(yīng)速率降低。
答案：(1)＋6　(2)①2　②CO＋3H2 CH4＋H2O　(3)AC　(4)①AC
　
(5)溫度過(guò)高，不利于反應(yīng)物分子在催化劑表面吸附且溫度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致催化劑活性降低
鞏固練習(xí)一
一、選擇題(每題5分，共10題，共50分)
1．下列說(shuō)法中正確的是(　　 )
A．鐵在潮濕空氣中生銹是自發(fā)過(guò)程 B．電解池的反應(yīng)是屬于自發(fā)反應(yīng)
C．NH4NO3溶于水吸熱，說(shuō)明其溶于水不是自發(fā)過(guò)程 D．非自發(fā)反應(yīng)在任何條件下一定都不能發(fā)生
解析：選A。鐵在潮濕空氣中易生銹，故A正確；電解池的反應(yīng)需要外界提供電能，電解池的反應(yīng)不屬于自發(fā)反應(yīng)，故B錯(cuò)誤；NH4NO3溶于水是自發(fā)過(guò)程，故C錯(cuò)誤；非自發(fā)反應(yīng)改變條件后有可能發(fā)生，D項(xiàng)錯(cuò)誤。
2．下列說(shuō)法正確的是(　　 )
A．反應(yīng)N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)的ΔH<0，ΔS>0
B．反應(yīng)2CO(g)＋2NO(g)===N2(g)＋2CO2(g)在常溫下能自發(fā)進(jìn)行，則反應(yīng)的ΔH＞0，ΔS＜0
C．反應(yīng)TiO2(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(g)＋O2(g)　ΔH>0能自發(fā)進(jìn)行，其原因是ΔS>0
D．反應(yīng)4Fe(s)＋3O2(g)===2Fe2O3(s)常溫下可自發(fā)進(jìn)行，該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)
解析：選C。該反應(yīng)的正反應(yīng)為氣體分子數(shù)減少的反應(yīng)，ΔS<0，A項(xiàng)錯(cuò)誤；從反應(yīng)方程式中氣體物質(zhì)化學(xué)計(jì)量數(shù)來(lái)看，物質(zhì)的量在減小，即熵減小，但反應(yīng)能自發(fā)，則該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，ΔH<0，B項(xiàng)錯(cuò)誤；一個(gè)吸熱反應(yīng)如果能自發(fā)進(jìn)行，則該反應(yīng)一定是熵增大反應(yīng)，C項(xiàng)正確；該反應(yīng)的氣體分子數(shù)減小，即熵減小，但反應(yīng)能自發(fā)，說(shuō)明反應(yīng)一定為放熱反應(yīng)，D項(xiàng)錯(cuò)誤。
3．下列關(guān)于焓判據(jù)和熵判據(jù)的說(shuō)法中，不正確的是(　　 )
A．放熱的自發(fā)過(guò)程可能是熵減小的過(guò)程，吸熱的自發(fā)過(guò)程一定為熵增加的過(guò)程
B．4Fe(OH)2(s)＋2H2O(l)＋O2(g)===4Fe(OH)3(s)　ΔH＝－444.3 kJ·mol－1　ΔS＝－280.1 J·mol－1·K－1在常溫常壓下能自發(fā)進(jìn)行
C．在室溫下碳酸鈣的分解反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行，但同樣是這個(gè)吸熱反應(yīng)在較高溫度(1 200 K)下則能自發(fā)進(jìn)行
D．放熱過(guò)程(ΔH＜0)或熵增加(ΔS＞0)的過(guò)程一定是自發(fā)的
解析：選D。反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的判斷依據(jù)是ΔH－TΔS＜0，放熱的自發(fā)過(guò)程中ΔH＜0，ΔS可能小于0也可能大于0，所以放熱的自發(fā)過(guò)程可能是熵減小的過(guò)程，吸熱的自發(fā)過(guò)程中ΔH＞0、ΔH－TΔS＜0，則ΔS必須大于0，所以吸熱的自發(fā)過(guò)程一定為熵增加的過(guò)程，A正確；常溫下T＝298 K，則－444.3 kJ·mol－1－298 K×(－280.1×10－3 kJ·mol－1·K－1)＝－360.830 2 kJ/mol＜0，即ΔH－TΔS＜0，所以該反應(yīng)在常溫常壓能自發(fā)進(jìn)行，B正確；碳酸鈣分解的方程式為CaCO3(s) CaO(s)＋CO2(g)，其中ΔH＞0，ΔS＞0，高溫時(shí)才能滿足反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的條件ΔH－TΔS＜0，所以碳酸鈣的分解在室溫下不能自發(fā)進(jìn)行，但在較高溫度(1 200 K)下能自發(fā)進(jìn)行，C正確；當(dāng)ΔG＝ΔH－TΔS＜0時(shí)反應(yīng)自發(fā)，僅ΔH＜0或ΔS＞0無(wú)法確保ΔG＜0，即不一定自發(fā)，D錯(cuò)誤。
4．CO2催化加氫制取甲醇的研究，對(duì)于環(huán)境、能源問(wèn)題都具有重要的意義。反應(yīng)如下：
反應(yīng)i：CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH1＝－58 kJ·mol－1
反應(yīng)ii：CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)　ΔH2＝＋42 kJ·mol－1
下列說(shuō)法不正確的是(　　 )
A．增大氫氣濃度能提高二氧化碳的轉(zhuǎn)化率
B．增大壓強(qiáng)，有利于反應(yīng)向生成甲醇的方向進(jìn)行，反應(yīng)i的平衡常數(shù)增大
C．升高溫度，生成甲醇的速率增大，反應(yīng)ii的限度同時(shí)增大
D．選用理想的催化劑可以提高甲醇在最終產(chǎn)物中的比例
解析：選B。增大壓強(qiáng)，平衡向氣體體積減小的方向移動(dòng)，則有利于反應(yīng)i向生成甲醇的方向進(jìn)行，但是平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，溫度不變，平衡常數(shù)不變，故B錯(cuò)誤。
5．(2023·浙江臺(tái)州期末)常壓下，1 g冰融化成1 g水、1 g水蒸發(fā)成1 g水蒸氣的焓和熵的變化情況如圖所示。
已知：融化過(guò)程：H2O(s) H2O(l)　ΔH1、ΔS1
蒸發(fā)過(guò)程：H2O(l) H2O(g)　ΔH2、ΔS2
下列說(shuō)法不正確的是(　　 )
A．ΔH1＞0；ΔH2＞0 B．ΔS1＞0；ΔS2＞0
C．ΔS1＞ΔS2 D．蒸發(fā)過(guò)程屬于高溫自發(fā)過(guò)程
解析：選C。水由固態(tài)轉(zhuǎn)化為液態(tài)吸收能量，融化過(guò)程為吸熱過(guò)程，則ΔH1＞0，蒸發(fā)過(guò)程為吸熱過(guò)程，則ΔH2＞0，A正確；同種物質(zhì)不同狀態(tài)的混亂度：g>l>s，混亂度越大熵變值越大，則ΔS1＞0、ΔS2＞0，B正確；蒸發(fā)過(guò)程熵變值更大，即ΔS2＞ΔS1，C錯(cuò)誤；蒸發(fā)過(guò)程ΔH2＞0，ΔS2＞0，根據(jù)自發(fā)進(jìn)行的判據(jù)：ΔG＝ΔH－TΔS＜0，該反應(yīng)需要高溫條件自發(fā)進(jìn)行，D正確。
6．已知固態(tài)、氣態(tài)離子的標(biāo)準(zhǔn)熵是根據(jù)熱力學(xué)第三定律求出的絕對(duì)值，水合態(tài)離子的標(biāo)準(zhǔn)熵是以298 K時(shí)H＋(aq)的標(biāo)準(zhǔn)熵為0算得的相對(duì)值。298 K時(shí)一些離子在不同狀態(tài)下的標(biāo)準(zhǔn)熵值數(shù)據(jù)如表所示，通過(guò)數(shù)據(jù)分析得出的下列結(jié)論不正確的是(　　 )
標(biāo)準(zhǔn)熵值/(J·mol－1·L－1) 離子
Li＋ Na＋ K＋ Be2＋ Mg2＋ Ca2＋ Al3＋
固態(tài)離子標(biāo)準(zhǔn)熵S(s) 29.1 51.3 64.7 9.5 32.7 41.6 28.3
氣態(tài)離子標(biāo)準(zhǔn)熵S(g) 138.8 153.7 160.3 136.3 148.6 154.9 164.6
水合態(tài)離子標(biāo)準(zhǔn)熵S(aq) 13.4 59 102.5 －129.7 －138.1 －53.1 －321.7
A．金屬離子由固態(tài)到氣態(tài)，標(biāo)準(zhǔn)熵值增加
B．同周期金屬離子價(jià)態(tài)越高，水合態(tài)離子的標(biāo)準(zhǔn)熵值越小
C．同主族金屬離子半徑越小，水合態(tài)離子的標(biāo)準(zhǔn)熵值越小
D．同主族金屬元素固態(tài)或氣態(tài)離子的標(biāo)準(zhǔn)熵值隨原子序數(shù)增大而增大
解析：選C。由表格數(shù)據(jù)信息可知：金屬離子由固態(tài)到氣態(tài)時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)熵值增加，A正確；Na、Mg、Al是同一周期元素，從左到右，隨原子序數(shù)的增大，由Na＋、Mg2＋、Al3＋的水合態(tài)離子標(biāo)準(zhǔn)熵值逐漸減小，可推斷出：同周期金屬離子價(jià)態(tài)越高，水合態(tài)離子的標(biāo)準(zhǔn)熵值越小，B正確；Mg2＋的半徑大于Be2＋，但Mg2＋的水合態(tài)離子的標(biāo)準(zhǔn)熵值小于Be2＋，C錯(cuò)誤；Li、Na、K是同一主族元素，根據(jù)表格數(shù)據(jù)可知：同主族金屬元素隨原子序數(shù)增大，元素的固態(tài)或氣態(tài)離子的標(biāo)準(zhǔn)熵值逐漸增大，D正確。
7．相同的溫度和壓強(qiáng)下，有關(guān)下列兩個(gè)反應(yīng)的說(shuō)法不正確的是(　　 )
反應(yīng) ΔH/(kJ/mol) Δn ΔS/(J·K－1·mol－1)
MgCO3(s) MgO(s)＋CO2(g) 117.6 1 a
CaCO3(s) CaO(s)＋CO2(g) 177.9 1 b
注：①其中Δn表示反應(yīng)方程式中氣體化學(xué)計(jì)量數(shù)差；
②ΔH－TΔS＜0的反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行。
A．因?yàn)棣相同，所以a與b大小相近
B．熱分解溫度：MgCO3(s)＞CaCO3(s)
C．a(chǎn)－b＝S[MgO(s)]＋S[CaCO3(s)]－S[MgCO3(s)]－S[CaO(s)]
D．兩個(gè)反應(yīng)在不同溫度下的ΔH和Δn都大于零
解析：選B。熵變的大小與氣體體積的改變大小有關(guān)，由方程式可知，兩反應(yīng)中氣體化學(xué)計(jì)量數(shù)差相同，則反應(yīng)的熵變a與b大小相近，A正確；MgCO3和CaCO3都為離子晶體，離子所帶電荷相等，由于Mg2＋半徑小于Ca2＋半徑， Mg2＋比Ca2＋更易與碳酸根離子中的氧離子結(jié)合，使碳酸根離子分解為CO2，則MgCO3的熱分解溫度小于CaCO3，B錯(cuò)誤；由方程式可知，兩反應(yīng)中氣體化學(xué)計(jì)量數(shù)差相同，則反應(yīng)的熵變a與b的差值為a－b＝S[MgO(s)]＋S[CaCO3(s)]－S[MgCO3(s)]－S[CaO(s)]，C正確；由表格數(shù)據(jù)可知，兩個(gè)反應(yīng)都是氣體體積增大的吸熱反應(yīng)，則兩個(gè)反應(yīng)在不同溫度下的ΔH和Δn都大于零，D正確。
8．合成氨反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，NH3的體積分?jǐn)?shù)與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如圖所示。根據(jù)此圖分析合成氨工業(yè)最有前途的研究方向是(　　 )
A．提高分離技術(shù) B．研制耐高壓的合成塔
C．研制低溫催化劑 D．探索不用N2和H2合成氨的新途徑
解析：選C。由題圖可知，NH3的體積分?jǐn)?shù)隨著溫度的升高而顯著下降，故要提高NH3的體積分?jǐn)?shù)，必須降低溫度，但目前所用催化劑鐵觸媒的活性最高時(shí)的溫度為500 ℃左右，故最有前途的研究方向?yàn)檠兄频蜏卮呋瘎?br/>9．NH3與O2作用分別生成N2、NO、N2O的反應(yīng)均為放熱反應(yīng)。工業(yè)尾氣中的NH3可通過(guò)催化氧化為N2除去。將一定比例的NH3、O2和N2的混合氣體以一定流速通過(guò)裝有催化劑的反應(yīng)管，NH3的轉(zhuǎn)化率、生成N2的選擇性[×100%]與溫度的關(guān)系如圖所示。
下列說(shuō)法正確的是(　　 )
A．其他條件不變，升高溫度，NH3的平衡轉(zhuǎn)化率增大
B．其他條件不變，在175～300 ℃范圍，隨溫度的升高，出口處N2和氮氧化物的量均不斷增大
C．催化氧化除去尾氣中的NH3應(yīng)選擇反應(yīng)溫度高于250 ℃
D．高效除去尾氣中的NH3，需研發(fā)低溫下NH3轉(zhuǎn)化率高和N2選擇性高的催化劑
解析：選D。NH3與O2作用分別生成N2、NO、N2O的反應(yīng)均為放熱反應(yīng)，根據(jù)勒夏特列原理，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，氨氣的平衡轉(zhuǎn)化率降低，A錯(cuò)誤；根據(jù)圖像，在175～300 ℃范圍，隨溫度的升高，N2的選擇性降低，即產(chǎn)生氮?dú)獾牧繙p少，B錯(cuò)誤；根據(jù)圖像，溫度高于250 ℃，N2的選擇性降低，且氨氣的轉(zhuǎn)化率變化并不大，浪費(fèi)能源，根據(jù)圖像，溫度應(yīng)略小于225 ℃，此時(shí)氨氣的轉(zhuǎn)化率、氮?dú)獾倪x擇性較大，C錯(cuò)誤；氮?dú)鈱?duì)環(huán)境無(wú)污染，氮的氧化物污染環(huán)境，因此高效除去尾氣中的NH3，需研發(fā)低溫下NH3轉(zhuǎn)化率高和N2選擇性高的催化劑，D正確。
10．在恒容密閉容器中充入3 mol X和3 mol Y，在催化劑的作用下發(fā)生反應(yīng)：3X(g)＋Y(g) 2Z(g)　ΔH<0，反應(yīng)過(guò)程持續(xù)升高溫度，測(cè)得混合體系中Z的體積分?jǐn)?shù)與溫度的關(guān)系如圖所示。下列推斷正確的是(　　)
A．M點(diǎn)和P點(diǎn)均達(dá)到平衡狀態(tài)
B．M點(diǎn)的逆反應(yīng)速率可能大于N點(diǎn)的逆反應(yīng)速率
C．反應(yīng)過(guò)程中X、Y的體積分?jǐn)?shù)均先減小后增大
D．P點(diǎn)Z的體積分?jǐn)?shù)小于N點(diǎn)，原因可能是高溫使催化劑活性降低
解析：選B。根據(jù)題中示意圖可知，N點(diǎn)之前隨溫度升高，Z的含量增加，說(shuō)明反應(yīng)正向進(jìn)行，N點(diǎn)之后隨溫度升高，Z的含量減小，說(shuō)明平衡逆向進(jìn)行，則M點(diǎn)沒(méi)有達(dá)到平衡狀態(tài)，N點(diǎn)達(dá)到平衡狀態(tài)，N點(diǎn)之后溫度升高平衡逆向移動(dòng)，A錯(cuò)誤；由于溫度會(huì)影響催化劑的活性，M點(diǎn)溫度雖然低于N點(diǎn)，但考慮催化劑的活性，M點(diǎn)的逆反應(yīng)速率可能大于N點(diǎn)的逆反應(yīng)速率，B正確；由于X和Y不是按照化學(xué)計(jì)量數(shù)之比通入的，所以反應(yīng)過(guò)程中X、Y的體積分?jǐn)?shù)不一定均先減小后增大，C錯(cuò)誤；催化劑不會(huì)影響平衡狀態(tài)，P點(diǎn)Z的體積分?jǐn)?shù)小于N點(diǎn)，是溫度升高平衡逆向進(jìn)行導(dǎo)致的，D錯(cuò)誤。
二、非選擇題(共2題，共30分)
11．(17分)回答下列問(wèn)題：
(1)用釕的配合物作催化劑，一定條件下可直接光催化分解CO2，發(fā)生反應(yīng)：2CO2(g)===2CO(g)＋O2(g)，該反應(yīng)的ΔH________(填“>”或“<”，下同)0，ΔS________0，在低溫下，該反應(yīng)________(填“能”或“不能”)自發(fā)進(jìn)行。(6分)
(2)超音速飛機(jī)在平流層飛行時(shí)，尾氣中的NO會(huì)破壞臭氧層?？茖W(xué)家正在研究利用催化技術(shù)將尾氣中的NO和CO轉(zhuǎn)變成CO2和N2，化學(xué)方程式為2NO＋2CO 2CO2＋N2。反應(yīng)在常溫下能夠自發(fā)進(jìn)行，則反應(yīng)的ΔH________(填“>”或“<”)0。(2分)
(3)已知在100 kPa、298 K時(shí)石灰石分解反應(yīng)CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)的ΔH＞0、ΔS＞0。
①常溫下，該反應(yīng)________(填“能”或“不能”)自發(fā)進(jìn)行。(2分)
②據(jù)本題反應(yīng)數(shù)據(jù)分析，溫度________(填“能”或“不能”)成為反應(yīng)進(jìn)行方向的決定因素。(2分)
(4)已知CaSO4(s)＋CO(g)===CaO(s)＋SO2(g)＋CO2(g)　ΔH＝＋218 kJ·mol－1，該反應(yīng)能夠自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)條件是________。(3分)
(5)某吸熱反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，則該反應(yīng)的ΔS____(填“>”或“<”)0。(2分)
解析：(1)由于CO在O2中燃燒生成CO2為放熱反應(yīng)，則二氧化碳分解生成CO和氧氣的反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，ΔH＞0，根據(jù)化學(xué)方程式可知，反應(yīng)后氣體的化學(xué)計(jì)量數(shù)之和增加，ΔS＞0，故低溫下ΔG＝ΔH－TΔS>0，反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行。(2)ΔG＝ΔH－TΔS＜0時(shí)反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行，通過(guò)化學(xué)方程式可知常溫下ΔS＜0，常溫下反應(yīng)能夠自發(fā)進(jìn)行，則ΔH＜0。(3)①根據(jù)ΔG＝ΔH－TΔS＜0時(shí)反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行，已知ΔH＞0，ΔS＞0，則常溫下不能自發(fā)進(jìn)行。②該反應(yīng)的ΔH＞0、ΔS＞0，高溫條件下能使ΔG＝ΔH－TΔS＜0，而常溫條件下ΔG＝ΔH－TΔS>0，則該反應(yīng)中溫度能成為決定反應(yīng)進(jìn)行方向的因素。(4)該反應(yīng)的ΔS＞0、ΔH＞0，則高溫時(shí)ΔG＝ΔH－TΔS＜0，反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行。(5)已知某吸熱反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，即ΔG＝ΔH－TΔS＜0，ΔH＞0，則ΔS＞0。
答案：(1)>　>　不能　(2)<　(3)不能　能　(4)高溫　(5) >
12．(13分)乙烯是石油化工最基本的原料之一。
(1)乙烷在一定條件下可脫氫制得乙烯：C2H6(g) C2H4(g)＋H2(g)　ΔH1＞0。提高乙烷平衡轉(zhuǎn)化率的措施有________________________________、____________________________________。(4分)
(2)在乙烷中引入O2可以降低反應(yīng)溫度，減少積碳。涉及如下反應(yīng)：
a．2C2H6(g)＋O2(g) 2C2H4(g)＋2H2O(g)ΔH2＜0
b．2C2H6(g)＋5O2(g) 4CO(g)＋6H2O(g)ΔH3＜0
c．C2H4(g)＋2O2(g) 2CO(g)＋2H2O(g)ΔH4＜0
氧氣的引入可能導(dǎo)致過(guò)度氧化。為減少過(guò)度氧化，需要尋找催化劑降低反應(yīng)________(填“a”“b”或“c”)的活化能，判斷的依據(jù)是___________________________________________________。(4分)
(3)常壓下，在某催化劑作用下按照n(C2H6)∶n(O2)＝1∶1投料制備乙烯，體系中C2H4和CO在含碳產(chǎn)物中的物質(zhì)的量百分?jǐn)?shù)及C2H6轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化如圖所示。
①乙烯的物質(zhì)的量百分?jǐn)?shù)隨溫度升高而降低的原因是_______________________________。(2分)
②在570～600 ℃溫度范圍內(nèi)，下列說(shuō)法正確的是________(填字母)。(3分)
A．C2H4產(chǎn)率隨溫度升高而增大
B．H2O的含量隨溫度升高而增大
C．C2H6在體系中的物質(zhì)的量百分?jǐn)?shù)隨溫度升高而增大
D．此催化劑的優(yōu)點(diǎn)是能在較低溫度下降低CO的平衡產(chǎn)率
解析：(1)C2H6(g) C2H4(g)＋H2(g)　ΔH1＞0，該反應(yīng)是氣體體積增大的吸熱反應(yīng)，提高乙烷平衡轉(zhuǎn)化率的措施有減小壓強(qiáng)、升高溫度或及時(shí)移出生成物。(3)①分析反應(yīng)a、c都為放熱反應(yīng)，升高溫度，兩者反應(yīng)平衡均逆向移動(dòng)，但反應(yīng)a平衡逆向移動(dòng)的程度較大，則乙烯的物質(zhì)的量百分?jǐn)?shù)降低。②根據(jù)圖中信息，C2H4產(chǎn)率隨溫度升高而降低，故A錯(cuò)誤；乙烷轉(zhuǎn)化率增大，生成水的量增大，而乙烯量減小，說(shuō)明發(fā)生反應(yīng)c，水的量增大，因此H2O的含量隨溫度升高而增大，故B正確；根據(jù)圖中信息C2H6轉(zhuǎn)化率增大，則C2H6在體系中的物質(zhì)的量百分?jǐn)?shù)隨溫度升高而降低，故C錯(cuò)誤；根據(jù)圖中信息，CO在較高溫度時(shí)含量較大，因此該催化劑的優(yōu)點(diǎn)是能在較低溫度下降低CO的平衡產(chǎn)率，故D正確。
答案：(1)減小壓強(qiáng)　升高溫度(或及時(shí)移出生成物)
(2)a　制備的目標(biāo)產(chǎn)品是C2H4，b、c均為副反應(yīng)，應(yīng)加快反應(yīng)a的反應(yīng)速率
(3)①反應(yīng)a、c是放熱反應(yīng)，升高溫度，反應(yīng)a平衡逆向移動(dòng)程度較大?、贐D
熱點(diǎn)題型(十)　化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡圖像
識(shí)圖是化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的難點(diǎn)，從近三年高考試題來(lái)看，圖像、數(shù)據(jù)信息是高考考查的難點(diǎn)，高考題的信息給予具有多樣化，往往根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際，并結(jié)合陌生圖像，分析投料比、轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)率的變化，考查接受、加工、同化新信息能力。預(yù)計(jì)2025年的高考仍然會(huì)以物質(zhì)(或微粒)變化示意圖、能量變化圖像或化學(xué)平衡圖像的形式呈現(xiàn)本考點(diǎn)，另外選擇有機(jī)反應(yīng)、溶液中進(jìn)行的反應(yīng)考查化學(xué)平衡問(wèn)題成為命題熱點(diǎn)，尤其是化學(xué)平衡圖像的繪制，應(yīng)引起關(guān)注。
類型1　速率 時(shí)間圖像
1．常見(jiàn)含“斷點(diǎn)”的速率 時(shí)間圖像
圖像
t1時(shí)刻所改變的條件 溫度 升高 降低 升高 降低
正反應(yīng)為放熱反應(yīng) 正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)
壓強(qiáng) 增大 減小 增大 減小
正反應(yīng)為氣體物質(zhì)的量增大的反應(yīng) 正反應(yīng)為氣體物質(zhì)的量減小的反應(yīng)
2.“漸變”類速率 時(shí)間圖像
圖像 分析 結(jié)論
t1時(shí)v′正突然增大，v′逆逐漸增大；v′正＞v′逆，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng) t1時(shí)其他條件不變，增大反應(yīng)物的濃度
t1時(shí)v′正突然減小，v′逆逐漸減?。籿′逆＞v′正，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng) t1時(shí)其他條件不變，減小反應(yīng)物的濃度
t1時(shí)v′逆突然增大，v′正逐漸增大；v′逆＞v′正，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng) t1時(shí)其他條件不變，增大生成物的濃度
t1時(shí)v′逆突然減小，v′正逐漸減?。籿′正＞v′逆，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng) t1時(shí)其他條件不變，減小生成物的濃度
例1.(2023·湘豫名校聯(lián)考)某溫度下，將2 mol H2和2 mol I2充入密閉的剛性容器中發(fā)生反應(yīng)H2(g)＋I(xiàn)2(g) 2HI(g)，該反應(yīng)的v t圖像如圖所示，t1時(shí)刻測(cè)定容器內(nèi)HI的物質(zhì)的量為1 mol，t2時(shí)刻保持等溫等容，抽走0.5 mol HI。下列有關(guān)敘述正確的是(　　 )
A．該溫度下2HI(g) H2(g)＋I(xiàn)2(g)的平衡常數(shù)K＝
B．反應(yīng)過(guò)程中，可以利用氣體的總壓強(qiáng)保持不變來(lái)判斷是否達(dá)到平衡
C．t2時(shí)刻，抽取HI的瞬間，v′逆在圖像上的變化應(yīng)該是c點(diǎn)
D．t2時(shí)刻，抽取HI后達(dá)到平衡后H2的百分含量減少
解析：選C。A項(xiàng)，t1時(shí)刻測(cè)定容器內(nèi)HI的物質(zhì)的量為1 mol，根據(jù)反應(yīng)方程式的系數(shù)可知，H2和I2各剩下1.5 mol，該反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的系數(shù)之和不變，可以用物質(zhì)的量代替濃度計(jì)算平衡常數(shù)，故該溫度下2HI(g) H2(g)＋I(xiàn)2(g)的平衡常數(shù)K＝＝2.25，故A錯(cuò)誤；B項(xiàng)，該反應(yīng)前后氣體總物質(zhì)的量不變，恒溫恒容下，氣體的總壓強(qiáng)始終不變，故反應(yīng)過(guò)程中，不能利用氣體的總壓強(qiáng)保持不變來(lái)判斷是否達(dá)到平衡，故B錯(cuò)誤；C項(xiàng)，t2時(shí)刻，抽取HI的瞬間，生成物的濃度瞬間減小，則v′逆瞬間減小，則在圖像上的變化應(yīng)該是c點(diǎn)，故C正確；D項(xiàng)，t2時(shí)刻，抽取HI后相當(dāng)于減小壓強(qiáng)，減小壓強(qiáng)平衡不移動(dòng)，平衡后H2的百分含量不變，故D錯(cuò)誤。
【對(duì)點(diǎn)練】 1.如圖是關(guān)于反應(yīng)A2(g)＋3B2(g) 2C(g) ΔH<0的平衡移動(dòng)圖像，影響平衡移動(dòng)的原因可能是(　　 )
A．增大反應(yīng)物濃度，同時(shí)減小生成物濃度 B．增大反應(yīng)物濃度，同時(shí)使用催化劑
C．升高溫度，同時(shí)加壓 D．降低溫度，同時(shí)減壓
解析：選A。增大反應(yīng)物濃度，v正比原平衡時(shí)大；減小生成物濃度，v逆比原平衡時(shí)小，達(dá)平衡前，v正＞v逆，A符合題意。增大反應(yīng)物濃度，同時(shí)使用催化劑，v正、v逆一定大于原平衡時(shí)的v正、v逆，B不合題意。由于正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，所以升高溫度，平衡逆向移動(dòng)；由于反應(yīng)物氣體分子數(shù)大于生成物氣體分子數(shù)，所以加壓時(shí)，平衡正向移動(dòng)，盡管不能確定平衡如何移動(dòng)，但條件改變的瞬間，v正、v逆一定大于原平衡時(shí)的v正、v逆，C不合題意。降低溫度，同時(shí)減壓，v正、v逆一定小于原平衡時(shí)的v正、v逆，D不合題意。
類型2　反應(yīng)進(jìn)程圖像
反應(yīng)進(jìn)程圖像的分析思路
此類圖像一般縱坐標(biāo)表示物質(zhì)的量、濃度、百分含量、轉(zhuǎn)化率，橫坐標(biāo)表示反應(yīng)時(shí)間。解題的關(guān)鍵是找轉(zhuǎn)折點(diǎn)。
1．轉(zhuǎn)折點(diǎn)之前，用外因?qū)λ俾实挠绊懛治鰡?wèn)題，用“先拐先平數(shù)值大”的規(guī)律判斷不同曲線表示溫度或壓強(qiáng)的大小。
2．轉(zhuǎn)折點(diǎn)之后是平衡狀態(tài)或平衡移動(dòng)，解題時(shí)要抓住量的變化，找出平衡移動(dòng)的方向，利用化學(xué)平衡移動(dòng)原理推理分析。
[示例](1)濃度 時(shí)間圖像的判斷
如A(g)＋B(g) AB(g)
(2)含量 時(shí)間圖像的判斷(C%指某產(chǎn)物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，B%指某反應(yīng)物的質(zhì)量分?jǐn)?shù))
①判斷是否加入催化劑
(a用催化劑，b不用催化劑)
②判斷反應(yīng)吸熱還是放熱
(T2>T1，正反應(yīng)為吸熱反應(yīng))
(T2>T1，正反應(yīng)為放熱反應(yīng))
③判斷反應(yīng)體積是增大還是減小
(p1>p2，正反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng))
(p1>p2，正反應(yīng)為氣體體積增大的反應(yīng))
例2.工業(yè)上以CH4為原料制備H2的原理為CH4(g)＋H2O(g) CO(g)＋3H2(g)。在一定條件下a、b兩個(gè)恒溫恒容的密閉容器中均通入1.1 mol CH4(g)和1.1 mol H2O(g)，測(cè)得兩容器中CO的物質(zhì)的量隨時(shí)間的變化曲線分別為a和b。已知容器a的體積為10 L，溫度為Ta，下列說(shuō)法不正確的是(　　 )
A．容器a中CH4從反應(yīng)開(kāi)始到恰好平衡時(shí)的平均反應(yīng)速率為0.025 mol·L－1·min－1
B．a(chǎn)、b兩容器的溫度可能相同
C．在達(dá)到平衡前，容器a的壓強(qiáng)逐漸增大
D．該反應(yīng)在Ta溫度下的平衡常數(shù)為27
解析：選B。觀察兩容器中CO的物質(zhì)的量隨時(shí)間的變化曲線a和b可知，當(dāng)CO的物質(zhì)的量保持不變時(shí)便達(dá)到平衡狀態(tài)，a容器用了4 min，b容器用了6.5 min，兩個(gè)容器中反應(yīng)快慢不同，若二者溫度相同，則容器a壓強(qiáng)大，該反應(yīng)為反應(yīng)前后氣體分子數(shù)增大的反應(yīng)，加壓平衡逆向移動(dòng)，平衡時(shí)a中CO的物質(zhì)的量應(yīng)低于b，因此溫度肯定不同。用三段式分析a容器中各物質(zhì)的相關(guān)量：
　　　　　CH4(g)＋H2O(g) CO(g)＋3H2(g)
起始量(mol)　1.1　　1.1　　 0　　　0
轉(zhuǎn)化量(mol)　1　　　1　　　1　　　3
平衡量(mol)　0.1　　0.1　　 1　　　3
A項(xiàng)，容器a中CH4從反應(yīng)開(kāi)始到恰好平衡時(shí)的平均反應(yīng)速率為＝＝0.025 mol·L－1·min－1，正確；B項(xiàng)，根據(jù)以上分析a、b兩容器的溫度不可能相同，錯(cuò)誤；C項(xiàng)，因?yàn)樵摲磻?yīng)條件為恒溫恒容，反應(yīng)后氣體的物質(zhì)的量增大，所以在達(dá)到平衡前，容器a的壓強(qiáng)逐漸增大，正確；D項(xiàng)，該反應(yīng)在Ta溫度下的平衡常數(shù)為＝27，正確。
【對(duì)點(diǎn)練】 2.向一容積不變的密閉容器中充入一定量A和B，發(fā)生如下反應(yīng)：xA(g)＋2B(s) yC(g)　ΔH<0。在一定條件下，容器中A、C的物質(zhì)的量濃度隨時(shí)間變化的曲線如圖所示。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
(1)用A的濃度變化表示該反應(yīng)在0～10 min內(nèi)的平均反應(yīng)速率v(A)＝________________________________。
(2)根據(jù)圖像可確定x∶y＝________。
(3)0～10 min容器內(nèi)壓強(qiáng)________(填“變大”“不變”或“變小”)。
(4)推測(cè)第10 min引起曲線變化的反應(yīng)條件可能是________(填序號(hào)，下同)；第16 min引起曲線變化的反應(yīng)條件可能是________。
①減壓　②增大A的濃度　③增大C的量
④升溫　⑤降溫?、藜哟呋瘎?br/>(5)若平衡Ⅰ的平衡常數(shù)為K1，平衡Ⅱ的平衡常數(shù)為K2，則K1________(填“>”“＝”或“<”)K2。
解析：(1)0～10 min內(nèi)v(A)＝＝0.02 mol·L－1·min－1。(2)根據(jù)圖像可知，0～10 min內(nèi)A的物質(zhì)的量濃度減少量為0.20 mol·L－1，C的物質(zhì)的量濃度增加量為0.40 mol·L－1，x、y之比等于A、C的物質(zhì)的量濃度變化量之比，故x∶y＝0.20 mol·L－1∶0.40 mol·L－1＝1∶2。(3)該反應(yīng)是氣體分子數(shù)增大的反應(yīng)，而容器容積不變，因此0～10 min容器內(nèi)壓強(qiáng)變大。(4)根據(jù)圖像可知，10 min時(shí)改變條件后，A、C的濃度瞬時(shí)不變且隨后反應(yīng)速率加快，故改變的條件可能是升溫或加入催化劑；16 min時(shí)改變條件后，A、C的濃度瞬時(shí)不變，且隨后A的濃度逐漸增大，C的濃度逐漸減小，說(shuō)明平衡逆向移動(dòng)，故改變的條件可能是升溫。(5)升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，平衡常數(shù)減小，則K1>K2。
答案：(1)0.02 mol·L－1·min－1　(2)1∶2　(3)變大　(4)④⑥　④　(5)>
類型3　恒壓(或恒溫)條件下的圖像
化學(xué)平衡圖像題的解題流程
此類圖像的縱坐標(biāo)為某物質(zhì)的平衡濃度或轉(zhuǎn)化率，橫坐標(biāo)為溫度或壓強(qiáng)，解答此類問(wèn)題，要關(guān)注曲線的變化趨勢(shì)，有多個(gè)變量時(shí)，注意控制變量，即“定一議二”。
[示例](1)恒壓線、恒溫線圖像的判斷(α表示反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，c表示反應(yīng)物的平衡濃度)
圖①：若p1>p2>p3，則正反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，ΔH＜0。
圖②：若T1>T2，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，且為氣體體積增大的反應(yīng)。
(2)兩種特殊圖像
①對(duì)于化學(xué)反應(yīng)mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)(如圖)，M點(diǎn)前，v正>v逆；M點(diǎn)為平衡點(diǎn)；M點(diǎn)后為平衡受溫度的影響情況，即升溫導(dǎo)致A的百分含量增加(或C的百分含量減少)，平衡左移，故正反應(yīng)ΔH＜0。
②對(duì)于化學(xué)反應(yīng)mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)(如圖)，L線上所有的點(diǎn)都是平衡點(diǎn)。L線的左上方E點(diǎn)，A的百分含量大于此壓強(qiáng)時(shí)平衡體系的A的百分含量，所以E點(diǎn)：v正>v逆；則L線的右下方F點(diǎn)：v正＜v逆。
例3.在恒壓、H2和CO2的起始濃度一定的條件下，用不同Mg含量的催化劑Ni/xMg(x值越大表示Mg含量越大)催化反應(yīng)相同時(shí)間，測(cè)得不同溫度下反應(yīng)：4H2(g)＋CO2(g)===CH4(g)＋2H2O(g)的CO2的轉(zhuǎn)化率如圖所示。下列說(shuō)法正確的是(　　 )
A．反應(yīng)4H2(g)＋CO2(g)===CH4(g)＋2H2O(g)的ΔH>0
B．延長(zhǎng)W點(diǎn)的反應(yīng)時(shí)間可提高CO2的轉(zhuǎn)化率
C．相同條件下催化劑中Mg的含量越高催化效率越高
D．使用合適的催化劑可以提高CO2的轉(zhuǎn)化率
解析：選D。據(jù)圖可知使用不同催化劑時(shí)，在360 ℃左右，相同時(shí)間內(nèi)CO2的轉(zhuǎn)化率相同，說(shuō)明該溫度下，該時(shí)間段內(nèi)三種催化劑條件下反應(yīng)都達(dá)到了平衡，繼續(xù)升高溫度CO2的轉(zhuǎn)化率減小，說(shuō)明平衡逆向移動(dòng)，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，ΔH<0，A錯(cuò)誤；W點(diǎn)處反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡，延長(zhǎng)W點(diǎn)的反應(yīng)時(shí)間平衡也不會(huì)移動(dòng)，CO2的轉(zhuǎn)化率不變，B錯(cuò)誤；據(jù)圖可知溫度較低反應(yīng)未達(dá)到平衡時(shí)，相同時(shí)間內(nèi)使用催化劑Ni/0.1Mg時(shí)比使用催化劑Ni/0.05Mg時(shí)CO2轉(zhuǎn)化率低，催化效率低，C錯(cuò)誤；據(jù)圖可知，在溫度較低反應(yīng)未達(dá)到平衡時(shí)，選用合適的催化劑可以加快反應(yīng)速率，提高CO2的轉(zhuǎn)化率，D正確。
【對(duì)點(diǎn)練】 3.在恒壓、NO和O2的起始濃度一定的條件下，催化反應(yīng)相同時(shí)間，測(cè)得不同溫度下NO轉(zhuǎn)化為NO2的轉(zhuǎn)化率如圖中實(shí)線所示(圖中虛線表示相同條件下NO的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化)。下列說(shuō)法不正確的是(　　 )
A．圖中Y點(diǎn)所示條件下，增加O2的濃度能提高NO轉(zhuǎn)化率
B．圖中X點(diǎn)所示條件下，延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間能提高NO轉(zhuǎn)化率
C．反應(yīng)2NO(g)＋O2(g)===2NO2(g)的ΔH＞0
D．380 ℃下，c起始(O2)＝5.0×10－4 mol·L－1，NO平衡轉(zhuǎn)化率為50%，則平衡常數(shù)K＞2 000
解析：選C。Y點(diǎn)所示條件下達(dá)到平衡狀態(tài)，增大氧氣濃度平衡正向移動(dòng)，NO轉(zhuǎn)化率提高，A正確；X點(diǎn)沒(méi)有達(dá)到平衡狀態(tài)，平衡正向進(jìn)行，延長(zhǎng)時(shí)間導(dǎo)致消耗的NO量增多，導(dǎo)致NO轉(zhuǎn)化率提高，B正確；升高溫度NO平衡轉(zhuǎn)化率降低，說(shuō)明升高溫度，化學(xué)平衡逆向移動(dòng)，根據(jù)平衡移動(dòng)原理：升高溫度，化學(xué)平衡向吸熱方向移動(dòng)，逆反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，則該反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，所以ΔH＜0，C錯(cuò)誤；380 ℃下c起始(O2)＝5.0×10－4 mol/L，反應(yīng)正向移動(dòng)，則c平衡(O2)＜5.0×10－4 mol/L，NO平衡轉(zhuǎn)化率為50%，則平衡時(shí)c(NO)＝c(NO2)，化學(xué)平衡常數(shù)K＝>＝2 000，D正確。
類型4　實(shí)際生產(chǎn)中多因素影響下的速率平衡圖像
例4.(2023·江蘇高考)二氧化碳加氫制甲烷過(guò)程中的主要反應(yīng)為
CO2(g)＋4H2(g)===CH4(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－164.7 kJ·mol－1
CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g)　ΔH＝41.2 kJ·mol－1
在密閉容器中，1.01×105 Pa、n起始(CO2)∶n起始(H2)＝1∶4時(shí)，CO2平衡轉(zhuǎn)化率、在催化劑作用下反應(yīng)相同時(shí)間所測(cè)得的CO2實(shí)際轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化如題圖所示。CH4的選擇性可表示為×100%。下列說(shuō)法正確的是(　　 )
A．反應(yīng)2CO(g)＋2H2(g)===CO2(g)＋CH4(g)的焓變?chǔ)＝－205.9 kJ·mol－1
B．CH4的平衡選擇性隨著溫度的升高而增加
C．用該催化劑催化二氧化碳反應(yīng)的最佳溫度范圍約為480～530 ℃
D．450 ℃時(shí)，提高的值或增大壓強(qiáng)，均能使CO2平衡轉(zhuǎn)化率達(dá)到X點(diǎn)的值
解析：選D。由蓋斯定律可知反應(yīng)2CO(g)＋2H2(g)===CO2(g)＋CH4(g)的焓變?chǔ)＝－2×41.2 kJ·mol－1－164.7 kJ·mol－1＝－247.1 kJ·mol－1，A錯(cuò)誤；CO2(g)＋4H2(g)===CH4(g)＋2H2O(g)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動(dòng)，CH4的含量降低，故CH4的平衡選擇性隨著溫度的升高而降低，B錯(cuò)誤；450 ℃時(shí)，提高的值可提高二氧化碳的平衡轉(zhuǎn)化率，增大壓強(qiáng)反應(yīng)CO2(g)＋4H2(g)===CH4(g)＋2H2O(g)平衡正向移動(dòng)，可提高二氧化碳的平衡轉(zhuǎn)化率，均能使CO2平衡轉(zhuǎn)化率達(dá)到X點(diǎn)的值，D正確。
【方法指導(dǎo)】　投料比與轉(zhuǎn)化率之間的關(guān)系
以N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)為例，當(dāng)N2與H2的投料比為1∶3(系數(shù)比)時(shí)，N2與H2的平衡轉(zhuǎn)化率相等，且平衡時(shí)NH3的體積分?jǐn)?shù)最大；增大N2與H2的投料比，則α(H2)增大，α(N2)減??；減小N2與H2的投料比，則α(H2)減小，α(N2)增大。
【對(duì)點(diǎn)練】 4.(2023·福建百校聯(lián)盟三模)以CO2、H2為原料合成CH3OH涉及的主要反應(yīng)如下：
①CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH1
②CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)ΔH2
CO2的平衡轉(zhuǎn)化率(X CO2)、CH3OH的選擇性(S CH3OH)隨溫度、壓強(qiáng)變化如下：
已知：S CH3OH＝×100%。
下列敘述正確的是(　　)
A．p1B．400 ℃左右，體系發(fā)生的反應(yīng)主要是反應(yīng)①
C．由圖可知，ΔH1<0，ΔH2>0
D.起始n(CO2)＝1 mol、n(H2)＝3 mol，平衡后X CO2＝30%，S CH3OH＝80%，若只發(fā)生反應(yīng)①②，則H2的平衡轉(zhuǎn)化率為25%
解析：選C。反應(yīng)①為氣體體積減小的反應(yīng)，相同溫度下，增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，CH3OH的選擇性增大，由圖可知，相同溫度下，p1壓強(qiáng)下CH3OH的選擇性大于p2壓強(qiáng)下CH3OH的選擇性，則p1＞p2，A錯(cuò)誤；400 ℃左右，CH3OH的選擇性接近為0，說(shuō)明400 ℃左右，體系發(fā)生的反應(yīng)主要是②，B錯(cuò)誤；由圖可知，相同壓強(qiáng)下，升高溫度，CH3OH的選擇性減小，但CO2的平衡轉(zhuǎn)化率先減小后增大，說(shuō)明反應(yīng)①平衡逆向移動(dòng)，反應(yīng)②平衡正向移動(dòng)，則ΔH1＜0，ΔH2＞0，C正確；初始n(CO2)＝1 mol、n(H2)＝3 mol，平衡后X CO2＝30%、Δn(CO2)＝1 mol×30%＝0.3 mol，S CH3OH＝80%，n(轉(zhuǎn)化為CH3OH的CO2)＝0.3 mol×80%＝0.24 mol，列化學(xué)平衡三段式，
　　　 　　CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)
變化(mol)　0.24　　　0.72　　0.24　　　0.24
　　　 　　CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)
變化(mol)　0.06　 　0.06　0.06　 　0.06
Δn(H2)＝0.72 mol＋0.06 mol＝0.78 mol，氫氣轉(zhuǎn)化率為×100%＝26%，D錯(cuò)誤。
鞏固練習(xí)二
一、選擇題(每題5分，共4題，共20分)
1．在恒溫恒壓下，某一體積可變的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)：A(g)＋B(g) 2C(g)　ΔH＜0，t1時(shí)達(dá)到平衡后，在t2時(shí)改變某一條件，其反應(yīng)過(guò)程如圖所示。下列說(shuō)法正確的是(　　 )
A.Ⅰ、Ⅱ兩過(guò)程達(dá)到平衡時(shí)，A的體積分?jǐn)?shù)：Ⅰ＞Ⅱ
B．t2時(shí)改變的條件是向密閉容器中加入物質(zhì)C
C．0～t2時(shí)，v正＞v逆
D．Ⅰ、Ⅱ兩過(guò)程達(dá)到平衡時(shí)，平衡常數(shù)：K(Ⅰ)＜K(Ⅱ)
解析：選B。反應(yīng)速率與其物質(zhì)的量濃度成正比，Ⅰ、Ⅱ達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)逆反應(yīng)速率相等，說(shuō)明Ⅰ、Ⅱ達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)各物質(zhì)的物質(zhì)的量濃度不變，則A的體積分?jǐn)?shù)：Ⅰ＝Ⅱ，故A錯(cuò)誤；向密閉容器中加物質(zhì)C，逆反應(yīng)速率瞬間增大，再次建立的平衡與原平衡等效，說(shuō)明和原平衡相同，符合圖像，故B正確；由題中圖示可知，0～t1時(shí)，逆反應(yīng)速率增大，說(shuō)明平衡正向移動(dòng)，即v正＞v逆，t1～t2時(shí)，逆反應(yīng)速率不變，說(shuō)明處于平衡狀態(tài)，即v正＝v逆，故C錯(cuò)誤；化學(xué)平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，Ⅰ、Ⅱ溫度相同，則其平衡常數(shù)相同，故D錯(cuò)誤。
2．工業(yè)上主要采用甲醇與CO的羰基化反應(yīng)來(lái)制備乙酸，發(fā)生反應(yīng)如下：CH3OH(g)＋CO(g) CH3COOH(l)。在恒壓密閉容器中通入0.20 mol的CH3OH(g)和0.22 mol的CO，測(cè)得甲醇的轉(zhuǎn)化率隨溫度變化如圖所示。假設(shè)在T2溫度下，達(dá)到平衡時(shí)容器的體積為2 L。下列說(shuō)法正確的是(　　 )
A．該反應(yīng)的平衡常數(shù)T1＜T2
B．B點(diǎn)時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率約為27.7%
C．T1時(shí)，該反應(yīng)的正反應(yīng)速率：B點(diǎn)大于A點(diǎn)
D．T2時(shí)向上述已達(dá)平衡的恒壓容器中，再通入0.12 mol CH3OH和0.06 mol CO氣體時(shí)容器體積變?yōu)? L，此時(shí)平衡不發(fā)生移動(dòng)
解析：選D。根據(jù)圖像可知，甲醇的轉(zhuǎn)化率隨著溫度的升高而減小，說(shuō)明升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，平衡常數(shù)減小，因此平衡常數(shù)T1＞T2，A錯(cuò)誤；根據(jù)圖像，B點(diǎn)時(shí)CH3OH的轉(zhuǎn)化率為80%，即反應(yīng)的甲醇為0.16 mol，則反應(yīng)的CO為0.16 mol，CO的轉(zhuǎn)化率＝×100%＝72.7%，B錯(cuò)誤；T1時(shí)，A點(diǎn)未達(dá)到平衡，此時(shí)甲醇的濃度大于B點(diǎn)甲醇的濃度，濃度越大，反應(yīng)速率越快，因此溫度為T1時(shí)，該反應(yīng)的正反應(yīng)速率：B點(diǎn)小于A點(diǎn)，C錯(cuò)誤；根據(jù)圖像，溫度為T2時(shí)， CH3OH的轉(zhuǎn)化率為60%，即反應(yīng)的甲醇為0.12 mol，則反應(yīng)的CO為0.12 mol，平衡時(shí)甲醇為0.08 mol，CO為0.10 mol，平衡時(shí)容器的體積為2 L，平衡濃度分別為甲醇為0.04 mol/L，CO為0.05 mol/L，再通入0.12 mol CH3OH和0.06 mol CO的混合氣體，容器體積變?yōu)? L，此時(shí)濃度分別為甲醇為＝0.05 mol/L，CO為＝0.04 mol/L，Q＝，K＝，平衡不移動(dòng)，D正確。
3．化學(xué)反應(yīng)2ICl I2＋Cl2　Kp，可分為以下兩步：
①2NO(g)＋2ICl(g)===2NOCl(g)＋I(xiàn)2(g)　Kp1；
②2NOCl(g)===2NO(g)＋Cl2(g)　Kp2。
經(jīng)測(cè)定和計(jì)算，得到lg Kp1～和lg Kp2～均為線性關(guān)系，如下圖所示，已知反應(yīng)②是吸熱反應(yīng)。則下列說(shuō)法正確的是(　　 )
A．NOCl是化學(xué)反應(yīng)2ICl I2＋Cl2的催化劑
B．圖②代表lg Kp2～
C．Kp＝Kp1＋Kp2
D．當(dāng)2v正(ICl)＝v逆(Cl2)時(shí)，表明可逆反應(yīng)2ICl I2＋Cl2達(dá)到了平衡狀態(tài)
解析：選B。NOCl在反應(yīng)①中是生成物，在反應(yīng)②中是反應(yīng)物，所以NOCl是總反應(yīng)的中間體，不是催化劑，A錯(cuò)誤；因反應(yīng)②是吸熱反應(yīng)，Kp隨溫度的升高而增大，T增大，1/T減小，B正確；①＋②得總反應(yīng)，所以Kp＝Kp1×Kp2，C錯(cuò)誤；速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，v正(ICl)＝2v逆(Cl2)時(shí)反應(yīng)達(dá)到平衡，D錯(cuò)誤。
4．(2023·江蘇第二次大聯(lián)考)通過(guò)反應(yīng)2CO2(g)＋6H2(g) C2H4(g)＋4H2O(g)可將CO2轉(zhuǎn)化為C2H4，在0.1 MPa，反應(yīng)物起始物質(zhì)的量之比n(CO2)∶n(H2)＝1∶3的條件下，不同溫度下達(dá)到平衡時(shí)，CO2、H2、C2H4、H2O四種組分的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)如圖所示。下列說(shuō)法正確的是(　　 )
A．圖中曲線b表示平衡時(shí)C2H4的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)隨溫度的變化
B．440 ℃時(shí)H2的平衡轉(zhuǎn)化率為60%
C．保持其他條件不變，在絕熱密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，達(dá)到平衡時(shí)，C2H4的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)比在恒溫密閉容器中的高
D．保持其他條件不變，延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間，可將平衡時(shí)CO2的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)從Y點(diǎn)的值升至X點(diǎn)的值
解析：選B。由反應(yīng)物二氧化碳的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)與溫度變化曲線可知，曲線a表示氫氣的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)隨溫度變化，由化學(xué)方程式可知，曲線b表示水蒸氣的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)隨溫度變化，曲線c表示乙烯的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)隨溫度變化。曲線b表示水蒸氣的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)隨溫度變化，A錯(cuò)誤；設(shè)起始?xì)錃獾奈镔|(zhì)的量為3 mol，平衡時(shí)轉(zhuǎn)化率為a%，由440 ℃平衡時(shí)氫氣和水蒸氣的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)相等可得：3－3×a%＝，解得a＝60，B正確；由圖可知，升高溫度，二氧化碳的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)增大說(shuō)明平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，則保持其他條件不變，在絕熱密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，反應(yīng)放出的熱量使反應(yīng)溫度升高，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，達(dá)到平衡時(shí)，生成物乙烯的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)比在恒溫密閉容器中的低，C錯(cuò)誤；一定溫度下反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，二氧化碳的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)不變，則溫度不變，延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間，二氧化碳的的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)不變，不可能由Y點(diǎn)的值升至X點(diǎn)的值，D錯(cuò)誤。
二、非選擇題(共2題，共25分)
5．(13分)(2023·廣東高考節(jié)選)配合物廣泛存在于自然界，且在生產(chǎn)和生活中都發(fā)揮著重要作用。
(1)某有機(jī)物R能與Fe2＋形成橙紅色的配離子[FeR3]2＋，該配離子可被HNO3氧化成淡藍(lán)色的配離子[FeR3]3＋。(2分)
完成反應(yīng)的離子方程式：NO＋2[FeR3]2＋＋3H＋ ________＋2[FeR3]3＋＋H2O。
(2)某研究小組對(duì)(1)中的反應(yīng)進(jìn)行了研究。
用濃度分別為2.0 mol·L－1、2.5 mol·L－1、3.0 mol·L－1的HNO3溶液進(jìn)行了三組實(shí)驗(yàn)，得到c([FeR3]2＋)隨時(shí)間t的變化曲線如圖。
①c(HNO3)＝3.0 mol·L－1時(shí)，在0～1 min內(nèi)，[FeR3]2＋的平均消耗速率＝____________。(2分)
②下列有關(guān)說(shuō)法中，正確的有__________________。(2分)
A．平衡后加水稀釋，增大
B．[FeR3]2＋的平衡轉(zhuǎn)化率：αⅢ>αⅡ>αⅠ
C．三組實(shí)驗(yàn)中，反應(yīng)速率都隨反應(yīng)進(jìn)程一直減小
D．體系由橙紅色轉(zhuǎn)變?yōu)榈{(lán)色所需時(shí)間：tⅢ>tⅡ>tⅠ
(3)R的衍生物L(fēng)可用于分離稀土。溶液中某稀土離子(用M表示)與L存在平衡：
M＋L ML　K1
ML＋L ML2　K2
研究組配制了L起始濃度c0(L)＝0.02 mol·L－1、M與L起始濃度比c0(M)/c0(L)不同的系列溶液，反應(yīng)平衡后測(cè)定其核磁共振氫譜。配體L上的某個(gè)特征H在三個(gè)物種L、ML、ML2中的化學(xué)位移不同，該特征H對(duì)應(yīng)吸收峰的相對(duì)峰面積S(體系中所有特征H的總峰面積計(jì)為1)如下表。
c0(M)/c0(L) S(L) S(ML) S(ML2)
0 1.00 0 0
a x <0.01 0.64
b <0.01 0.40 0.60
[注] 核磁共振氫譜中相對(duì)峰面積S之比等于吸收峰對(duì)應(yīng)H的原子數(shù)目之比；“<0.01”表示未檢測(cè)到。
①c0(M)/c0(L)＝a時(shí)，x＝_______________。(2分)
②c0(M)/c0(L)＝b時(shí)，平衡濃度比c平(ML2)∶c平(ML)＝________________。(2分)
(4)研究組用吸收光譜法研究了(3)中M與L反應(yīng)體系。當(dāng)c0(L)＝1.0×10－5 mol·L－1時(shí)，測(cè)得平衡時(shí)各物種c平/c0(L)隨c0(M)/c0(L)的變化曲線如圖。c0(M)/c0(L)＝0.51時(shí)，計(jì)算M的平衡轉(zhuǎn)化率________(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。(3分)
解析：(1)根據(jù)原子守恒可知離子方程式中需要增加HNO2。
(2)①濃度分別為2.0 mol·L－1、2.5 mol·L－1、3.0 mol·L－1的HNO3溶液，反應(yīng)物濃度增加，反應(yīng)速率增大，據(jù)此可知三者對(duì)應(yīng)的曲線分別為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ；c(HNO3)＝3.0 mol·L－1時(shí)，在0～1 min內(nèi)，觀察圖像可知[FeR3]2＋的平均消耗速率為＝5×10－5 mol/(L·min)。②對(duì)于反應(yīng)NO＋2[FeR3]2＋＋3H＋ HNO2＋2[FeR3]3＋＋H2O，加水稀釋，平衡往粒子數(shù)增加的方向移動(dòng)，[FeR3]2＋含量增加，[FeR3]3＋含量減小，增大，A正確；HNO3濃度增加，[FeR3]2＋轉(zhuǎn)化率增加，故αⅢ>αⅡ>αⅠ，B正確；觀察圖像可知，三組實(shí)驗(yàn)反應(yīng)速率都是前期速率增加，后期速率減小，C錯(cuò)誤；硝酸濃度越高，反應(yīng)速率越快，體系由橙紅色轉(zhuǎn)變?yōu)榈{(lán)色所需時(shí)間越短，故tⅠ>tⅡ>tⅢ，D錯(cuò)誤。
(3)①c0(M)/c0(L)＝a時(shí)，S(ML2)＋S(ML)＋S(L)＝1，且S(ML2)＝0.64，S(ML)<0.01得x＝0.36。②S(ML2)相比于S(ML)含有兩個(gè)配體，則S(ML2)與S(ML)的濃度比應(yīng)為S(ML2)相對(duì)峰面積S的一半與S(ML)的相對(duì)峰面積S之比，即＝。
(4)c0(M)＝0.51c0(L)＝5.1×10－6 mol·L－1；c平(ML)＝c平(L)＝0.4c0(L)＝4.0×10－6 mol·L－1，由L守恒可知c平(ML2)＝＝1.0×10－6 mol·L－1，則c轉(zhuǎn)(M)＝4.0×10－6 mol·L－1＋1.0×10－6 mol·L－1＝5.0×10－6 mol·L－1；則M的轉(zhuǎn)化率為×100%≈98%。
答案：(1)HNO2　(2)①5×10－5 mol/(L·min)　②AB(3)①0.36?、?∶4　(4)98%
6．(12分)(2023·新課標(biāo)卷節(jié)選)氨是最重要的化學(xué)品之一，我國(guó)目前氨的生產(chǎn)能力位居世界首位?；卮鹣铝袉?wèn)題：
已知反應(yīng)N2(g)＋H2(g) NH3(g)的ΔH＝－45 kJ·mol－1。
(4)在不同壓強(qiáng)下，以兩種不同組成進(jìn)料，反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)氨的摩爾分?jǐn)?shù)與溫度的計(jì)算結(jié)果如圖3、4所示。其中一種進(jìn)料組成為xH2＝0.75、xN2＝0.25，另一種為xH2＝0.675、xN2＝0.225、xAr＝0.10。(物質(zhì)i的摩爾分?jǐn)?shù)：xi＝ni/n總)
①圖中壓強(qiáng)由小到大的順序?yàn)開(kāi)_______________，判斷的依據(jù)是____________________________。(5分)
②進(jìn)料組成中含有惰性氣體Ar的圖是________。(2分)
③圖3中，當(dāng)p2＝20 MPa、xNH3＝0.20時(shí)，氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化率α＝________。該溫度時(shí)，反應(yīng)N2(g)＋H2(g) NH3(g)的平衡常數(shù)Kp＝________MPa－1(化為最簡(jiǎn)式)。(5分)
解析：(4)①工業(yè)合成氨為氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，當(dāng)溫度相同時(shí)，壓強(qiáng)越大，平衡時(shí)混合氣體中氨的摩爾分?jǐn)?shù)越大，結(jié)合圖3或圖4均能得出壓強(qiáng)由小到大的順序?yàn)閜1　　　 　N2(g)＋H2(g) NH3(g)
起始量/mol 0.25 0.75 0
變化量/mol x 3x 2x
平衡量/mol 0.25－x 0.75－3x 2x
則根據(jù)xNH3＝0.20得＝0.20，解得x＝，則N2的轉(zhuǎn)化率α＝×100%≈33.33%。平衡時(shí)N2、H2、NH3的物質(zhì)的量分別為 mol、 mol、 mol，其物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)分別為、、，此時(shí)N2、H2、NH3對(duì)應(yīng)的平衡分壓分別為p2、p2、p2，則該溫度下Kp＝，整理并代入p2＝20 MPa得Kp＝ MPa－1。
答案：(4)①p121世紀(jì)教育網(wǎng) www.21cnjy.com 精品試卷·第 2 頁(yè) （共 2 頁(yè)）
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第36講　化學(xué)反應(yīng)的方向 化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控
【備考目標(biāo)】　1.了解熵、熵變的含義，會(huì)用復(fù)合判據(jù)判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向。2.了解化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控在生活、生產(chǎn)和科學(xué)研究領(lǐng)域中的重要作用。
考點(diǎn)1　化學(xué)反應(yīng)的方向
1．自發(fā)過(guò)程
(1)含義：在一定條件下，不需要借助光、電等外力作用就能自動(dòng)進(jìn)行的過(guò)程。
(2)特點(diǎn)
①高能量狀態(tài)低能量狀態(tài)。
②有序狀態(tài)無(wú)序狀態(tài)。
2．熵和熵變
(1)熵是度量體系混亂程度的物理量，符號(hào)為S。
(2)影響熵大小的因素
①相同條件下，物質(zhì)不同熵不同。
②同一物質(zhì)：S(g) S(l) S(s)。
(3)熵變(ΔS)＝生成物的總熵－反應(yīng)物的總熵。
3．化學(xué)反應(yīng)方向的判據(jù)
(1)焓判據(jù)
①放熱過(guò)程中體系能量降低，ΔH＜0 ，具有自發(fā)的傾向。
②實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)放熱反應(yīng)是可以自發(fā)進(jìn)行的。
例如：Zn(s)＋CuSO4(aq)===ZnSO4(aq)＋Cu(s)　ΔH＝－216.8 kJ/mol。
③有些吸熱反應(yīng)也可以自發(fā)進(jìn)行，如Ba(OH)2·8H2O晶體與NH4Cl晶體的反應(yīng)是吸熱的，但是這個(gè)反應(yīng)卻是可以自發(fā)進(jìn)行的，故不能只根據(jù)放熱或者吸熱來(lái)判斷化學(xué)反應(yīng)的方向，焓變只是影響反應(yīng)方向的一種因素。
(2)熵判據(jù)
①體系的混亂度增加， ΔS＞0，反應(yīng)有自發(fā)的傾向。
②有些熵減的過(guò)程也能自發(fā)進(jìn)行，如乙烯聚合為聚乙烯的反應(yīng)，故熵變只是影響反應(yīng)方向的一種因素。
(3)復(fù)合判據(jù)——自由能變化判據(jù)
①在溫度、壓強(qiáng)一定的條件下，化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向是反應(yīng)的焓變和熵變共同影響的結(jié)果，因此，把焓變和熵變判據(jù)結(jié)合起來(lái)組成的復(fù)合判據(jù)即自由能變化ΔG，更適合于所有過(guò)程的判斷。ΔG＝ΔH－TΔS(T為開(kāi)爾文溫度)，ΔG的正、負(fù)決定著反應(yīng)的自發(fā)與否。
ΔH－TΔS<0，反應(yīng) 。
ΔH－TΔS>0，反應(yīng) 。
[注意]　化學(xué)反應(yīng)方向的判據(jù)指出的僅僅是在一定條件下化學(xué)反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的趨勢(shì)，并不能說(shuō)明在該條件下反應(yīng)一定能實(shí)際發(fā)生，還要考慮化學(xué)反應(yīng)的引發(fā)條件、快慢問(wèn)題等。
②圖示
【基點(diǎn)判斷】(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)
(1)凡是放熱反應(yīng)都是自發(fā)的，因?yàn)槲鼰岱磻?yīng)都是非自發(fā)的( )
(2)熵增的反應(yīng)一定能自發(fā)進(jìn)行( )
(3)NH4HCO3(g)===NH3(g)＋H2O(g)＋CO2(g)　ΔH＝＋185.57 kJ·mol－1能自發(fā)進(jìn)行，原因是體系有自發(fā)地向混亂度增加的方向轉(zhuǎn)變的傾向( )
(4)放熱過(guò)程有自發(fā)進(jìn)行的傾向性，但并不一定能自發(fā)進(jìn)行，吸熱過(guò)程沒(méi)有自發(fā)進(jìn)行的傾向性，但在一定條件下也可自發(fā)進(jìn)行( )
題組練習(xí)
1．下表中內(nèi)容與結(jié)論相對(duì)應(yīng)的是(　　 )
選項(xiàng) 內(nèi)容 結(jié)論
A H2O(g)變成H2O(l) ΔS>0
B 硝酸銨溶于水可自發(fā)進(jìn)行 該過(guò)程的ΔS>0
C 一個(gè)反應(yīng)的ΔH>0，ΔS>0 該反應(yīng)一定不能自發(fā)進(jìn)行
D H2(g)＋F2(g) 2HF(g)的ΔH＝－546.6 kJ·mol－1，ΔS＝＋173.8 J·mol－1·K－1 該反應(yīng)在任意溫度下都不能自發(fā)進(jìn)行
2．已知甲烷在隔絕空氣時(shí)在不同溫度下有可能發(fā)生如下兩個(gè)裂解反應(yīng)：①CH4(g) C(s)＋2H2(g)；②2CH4(g) C2H2(g)＋3H2(g)。某同學(xué)為了得到用天然氣制取炭黑的允許溫度范圍和最佳溫度，在圖書(shū)館中查到了如下熱力學(xué)數(shù)據(jù)：
反應(yīng)①的ΔH(298 K)＝＋74.848 kJ·mol－1，ΔS(298 K)＝＋80.674 J·mol－1·K－1。
反應(yīng)②的ΔH(298 K)＝＋376.426 kJ·mol－1，ΔS(298 K)＝＋220.211 J·mol－1·K－1。
已知焓變和熵變隨溫度變化很小。請(qǐng)參考上述信息，回答下列問(wèn)題：
(1)反應(yīng)②在______(填“高溫”或“低溫”)下自發(fā)進(jìn)行。
(2)反應(yīng)①在常溫下________(填“能”或“不能”)自發(fā)進(jìn)行。
(3)制取炭黑的允許溫度范圍為_(kāi)_______。
(4)為了提高甲烷的炭化程度，下面四個(gè)溫度中最合適的是________(填字母)
A．905.2 K B．927 K C．1 273 K D．2 000 K
考點(diǎn)2　化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控
1．化工生產(chǎn)適宜條件選擇的一般原則
條件 原則
從化學(xué)反應(yīng)速率分析 既不能過(guò)快，又不能太慢
從化學(xué)平衡移動(dòng)分析 既要注意外界條件對(duì)速率和平衡影響的一致性，又要注意對(duì)二者影響的矛盾性
從原料的利用率分析 增加易得廉價(jià)原料，提高難得高價(jià)原料的利用率，從而降低生產(chǎn)成本
從實(shí)際生產(chǎn)能力分析 如設(shè)備承受高溫、高壓的能力等
從催化劑的使用活性分析 注意催化劑的活性受溫度的限制
2.控制反應(yīng)條件的基本措施
(1)控制化學(xué)反應(yīng)速率的措施
通過(guò)改變反應(yīng)體系的溫度、溶液的濃度、氣體的壓強(qiáng)(或濃度)、固體的表面積以及使用催化劑等途徑調(diào)控反應(yīng)速率。
(2)提高轉(zhuǎn)化率的措施
通過(guò)改變可逆反應(yīng)體系的溫度、溶液的濃度、氣體的壓強(qiáng)(或濃度)等改變可逆反應(yīng)的限度，從而提高轉(zhuǎn)化率。
3．典型實(shí)例——工業(yè)合成氨
(1)反應(yīng)原理
N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol－1
(2)反應(yīng)特點(diǎn)
①反應(yīng)為可逆反應(yīng)；
②正反應(yīng)為放熱反應(yīng)；
③反應(yīng)物、生成物均為氣體，且正反應(yīng)為氣體物質(zhì)的量減小的反應(yīng)。
(3)反應(yīng)條件的選擇
反應(yīng)條件 對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響 對(duì)平衡混合物中氨含量的影響 合成氨條件的選擇
增大壓強(qiáng) 增大反應(yīng)速率 平衡正向移動(dòng)，提高平衡混合物中氨的含量 壓強(qiáng)增大，需要的動(dòng)力大，對(duì)材料、設(shè)備的要求高。故采用10 MPa～30 MPa的高壓
升高溫度 增大反應(yīng)速率 平衡逆向移動(dòng)，降低平衡混合物中氨的含量 溫度要適宜，既要保證反應(yīng)有較快的速率，又要使反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率不能太低。故采用400～500 ℃的溫度，并且在該溫度下催化劑的活性最大
使用催化劑 增大反應(yīng)速率 沒(méi)有影響 工業(yè)上一般選用鐵觸媒作催化劑
[注意]　為充分利用原料氣，合成氨工業(yè)生產(chǎn)中常采用循環(huán)操作的方法提高原料的利用率。
題組練習(xí)
1．(人教選擇性必修1 P51T1改編)合成氨工業(yè)中將NH3分離后的原料氣循環(huán)使用的主要目的是(　　 )
A．降低NH3的沸點(diǎn) B．提高N2和H2的利用率
C．增大合成氨反應(yīng)的速率 D．提高平衡混合物中NH3的含量
2．(人教選擇性必修1 P51T3)在硫酸工業(yè)中，通過(guò)下列反應(yīng)使SO2氧化為SO3∶2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)　ΔH＝－196.6 kJ/mol。下表列出了在不同溫度和壓強(qiáng)下，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)SO2的轉(zhuǎn)化率
溫度/℃ 平衡時(shí)SO2的轉(zhuǎn)化率/%
0.1 MPa 0.5 MPa 1 MPa 5 MPa 10 MPa
450 97.5 98.9 99.2 99.6 99.7
550 85.6 92.9 94.9 97.7 98.3
(1)從理論上分析，為了使二氧化硫盡可能多地轉(zhuǎn)化為三氧化硫，應(yīng)選擇的條件是________________。
(2)在實(shí)際生產(chǎn)中，選定的溫度為400～500 ℃，原因是____________________________________。
(3)在實(shí)際生產(chǎn)中，采用的壓強(qiáng)為常壓，原因是_______________________________________。
(4)在實(shí)際生產(chǎn)中，通入過(guò)量的空氣，原因是_______________________________________。
(5)尾氣中的SO2必須回收，原因是______________________________________________。
高考真題
1．(2022·浙江1月選考)AB型強(qiáng)電解質(zhì)在水中的溶解(可視作特殊的化學(xué)反應(yīng))表示為AB(s)===An＋(aq)＋Bn－(aq)，其焓變和熵變分別為ΔH和ΔS。對(duì)于不同組成的AB型強(qiáng)電解質(zhì)，下列說(shuō)法正確的是(　　)
A．ΔH和ΔS均大于零 B．ΔH和ΔS均小于零
C．ΔH可能大于零或小于零，ΔS大于零 D．ΔH和ΔS均可能大于零或小于零
2．(2022·湖南高考節(jié)選)(1)已知ΔG＝ΔH－TΔS，ΔG的值只決定于反應(yīng)體系的始態(tài)和終態(tài)，忽略ΔH、ΔS隨溫度的變化。若ΔG＜0，則該反應(yīng)可以自發(fā)進(jìn)行。根據(jù)如圖判斷：600 ℃時(shí)，下列反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行的是________。
A．C(s)＋O2(g)===CO2(g) B．2C(s)＋O2(g)===2CO(g)
C．TiO2(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(g)＋O2(g) D．TiO2(s)＋C(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(g)＋CO2(g)
3．(2022·江蘇高考)用尿素水解生成的NH3催化還原NO，是柴油機(jī)車輛尾氣凈化的主要方法。反應(yīng)為4NH3(g)＋O2(g)＋4NO(g) 4N2(g)＋6H2O(g)，下列說(shuō)法正確的是(　　 )
A．上述反應(yīng)ΔS＜0
B.上述反應(yīng)平衡常數(shù)K＝
C．上述反應(yīng)中消耗1 mol NH3，轉(zhuǎn)移電子的數(shù)目為2×6.02×1023
D．實(shí)際應(yīng)用中，加入尿素的量越多，柴油機(jī)車輛排放的尾氣對(duì)空氣污染程度越小
4．(2021·湖南高考節(jié)選)氨氣中氫含量高，是一種優(yōu)良的小分子儲(chǔ)氫載體，且安全、易儲(chǔ)運(yùn)，可通過(guò)氨熱分解法由氨氣得到氫氣。
相關(guān)化學(xué)鍵的鍵能數(shù)據(jù)
化學(xué)鍵 N≡N H—H N—H
鍵能E/(kJ·mol－1) 946 436.0 390.8
在一定溫度下，利用催化劑將NH3分解為N2和H2。回答下列問(wèn)題：
(1)反應(yīng)2NH3(g) N2(g)＋3H2(g)　ΔH＝________kJ·mol－1。
(2)已知該反應(yīng)的ΔS＝198.9 J·mol－1·K－1，在下列哪些溫度下反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行？____________(填字母)。
A．25 ℃ B．125 ℃ C．225 ℃ D．325 ℃
5．(2022·遼寧高考節(jié)選)工業(yè)合成氨是人類科學(xué)技術(shù)的一項(xiàng)重大突破，目前已有三位科學(xué)家因其獲得諾貝爾獎(jiǎng)，其反應(yīng)為：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ·mol－1　ΔS＝－200 J·K－1·mol－1?；卮鹣铝袉?wèn)題：
(1)合成氨反應(yīng)在常溫下________(填“能”或“不能”)自發(fā)。
(2)________溫(填“高”或“低”，下同)有利于提高反應(yīng)速率，________溫有利于提高平衡轉(zhuǎn)化率，綜合考慮催化劑(鐵觸媒)活性等因素，工業(yè)常采用400～500 ℃。
針對(duì)反應(yīng)速率與平衡產(chǎn)率的矛盾，我國(guó)科學(xué)家提出了解決方案。
(4)方案二：M LiH復(fù)合催化劑。
下列說(shuō)法正確的是________。
a．300 ℃時(shí)，復(fù)合催化劑比單一催化劑效率更高
b．同溫同壓下，復(fù)合催化劑有利于提高氨的平衡產(chǎn)率
c．溫度越高，復(fù)合催化劑活性一定越高
(5)某合成氨速率方程為：v＝kcα(N2)cβ(H2)cγ(NH3)，根據(jù)表中數(shù)據(jù)，γ＝________。
實(shí)驗(yàn) c(N2)/(mol·L－1) c(H2)/(mol·L－1) c(NH3)/(mol·L－1) v/(mol·L－1·s－1)
1 m n p q
2 2m n p 2q
3 m n 0.1p 10q
4 m 2n p 2.828q
在合成氨過(guò)程中，需要不斷分離出氨的原因?yàn)開(kāi)_________。
a．有利于平衡正向移動(dòng) b．防止催化劑中毒 c．提高正反應(yīng)速率
6．(2023·遼寧高考節(jié)選)硫酸工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位。
接觸法制硫酸的關(guān)鍵反應(yīng)為SO2的催化氧化：
SO2(g)＋O2(g) SO3(g) ΔH＝－98.9 kJ·mol－1
(ⅰ)為尋求固定投料比下不同反應(yīng)階段的最佳生產(chǎn)溫度，繪制相應(yīng)轉(zhuǎn)化率(α)下反應(yīng)速率(數(shù)值已略去)與溫度的關(guān)系如圖2所示，下列說(shuō)法正確的是________(填字母)。
圖2
a．溫度越高，反應(yīng)速率越大 b．α＝0.88的曲線代表平衡轉(zhuǎn)化率
c．α越大，反應(yīng)速率最大值對(duì)應(yīng)溫度越低 d．可根據(jù)不同α下的最大速率，選擇最佳生產(chǎn)溫度
(ⅱ)為提高釩催化劑的綜合性能，我國(guó)科學(xué)家對(duì)其進(jìn)行了改良。不同催化劑下，溫度和轉(zhuǎn)化率關(guān)系如圖3所示，催化性能最佳的是________(填字母)。
圖3
(ⅲ)設(shè)O2的平衡分壓為p，SO2的平衡轉(zhuǎn)化率為αe。用含p和αe的代數(shù)式表示上述催化氧化反應(yīng)的Kp＝__________________________________________(用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算)。
7．(2023·浙江6月選考)水煤氣變換反應(yīng)是工業(yè)上的重要反應(yīng)，可用于制氫。
水煤氣變換反應(yīng)：CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)　ΔH＝－41.2 kJ·mol－1
該反應(yīng)分兩步完成：
3Fe2O3(s)＋CO(g) 2Fe3O4(s)＋CO2(g)　ΔH1＝－47.2 kJ·mol－1
2Fe3O4(s)＋H2O(g) 3Fe2O3(s)＋H2(g)　ΔH2
請(qǐng)回答：
(1)ΔH2＝________ kJ·mol－1。
(2)恒定總壓1.70 MPa和水碳比[＝]投料，在不同條件下達(dá)到平衡時(shí)CO2和H2的分壓(某成分分壓＝總壓×該成分的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))如下表：
p(CO2)/MPa p(H2)/MPa p(CH4)/MPa
條件1 0.40 0.40 0
條件2 0.42 0.36 0.02
①在條件1下，水煤氣變換反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝______。
②對(duì)比條件1，條件2中H2產(chǎn)率下降是因?yàn)榘l(fā)生了一個(gè)不涉及CO2的副反應(yīng)，寫(xiě)出該反應(yīng)方程式_______________________________________________________________________。
(3)下列說(shuō)法正確的是 ______。
A．通入反應(yīng)器的原料氣中應(yīng)避免混入O2
B．恒定水碳比[]，增加體系總壓可提高H2的平衡產(chǎn)率
C．通入過(guò)量的水蒸氣可防止Fe3O4被進(jìn)一步還原為Fe
D．通過(guò)充入惰性氣體增加體系總壓，可提高反應(yīng)速率
(4)水煤氣變換反應(yīng)是放熱的可逆反應(yīng)，需在多個(gè)催化劑反應(yīng)層間進(jìn)行降溫操作以“去除”反應(yīng)過(guò)程中的余熱(如圖1所示)，保證反應(yīng)在最適宜溫度附近進(jìn)行。
①在催化劑活性溫度范圍內(nèi)，圖2中b～c段對(duì)應(yīng)降溫操作的過(guò)程，實(shí)現(xiàn)該過(guò)程的一種操作方法是 ______。
A．按原水碳比通入冷的原料氣 B．噴入冷水(蒸氣) C．通過(guò)熱交換器換熱
②若采用噴入冷水(蒸氣)的方式降溫，在圖3中作出CO平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度變化的曲線。
(5)在催化劑活性溫度范圍內(nèi)，水煤氣變換反應(yīng)的歷程包含反應(yīng)物分子在催化劑表面的吸附(快速)、反應(yīng)及產(chǎn)物分子脫附等過(guò)程。隨著溫度升高，該反應(yīng)的反應(yīng)速率先增大后減小，其速率減小的原因是
________________________________________________________________________。
鞏固練習(xí)一
一、選擇題(每題5分，共10題，共50分)
1．下列說(shuō)法中正確的是(　　 )
A．鐵在潮濕空氣中生銹是自發(fā)過(guò)程 B．電解池的反應(yīng)是屬于自發(fā)反應(yīng)
C．NH4NO3溶于水吸熱，說(shuō)明其溶于水不是自發(fā)過(guò)程 D．非自發(fā)反應(yīng)在任何條件下一定都不能發(fā)生
2．下列說(shuō)法正確的是(　　 )
A．反應(yīng)N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)的ΔH<0，ΔS>0
B．反應(yīng)2CO(g)＋2NO(g)===N2(g)＋2CO2(g)在常溫下能自發(fā)進(jìn)行，則反應(yīng)的ΔH＞0，ΔS＜0
C．反應(yīng)TiO2(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(g)＋O2(g)　ΔH>0能自發(fā)進(jìn)行，其原因是ΔS>0
D．反應(yīng)4Fe(s)＋3O2(g)===2Fe2O3(s)常溫下可自發(fā)進(jìn)行，該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)
3．下列關(guān)于焓判據(jù)和熵判據(jù)的說(shuō)法中，不正確的是(　　 )
A．放熱的自發(fā)過(guò)程可能是熵減小的過(guò)程，吸熱的自發(fā)過(guò)程一定為熵增加的過(guò)程
B．4Fe(OH)2(s)＋2H2O(l)＋O2(g)===4Fe(OH)3(s)　ΔH＝－444.3 kJ·mol－1　ΔS＝－280.1 J·mol－1·K－1在常溫常壓下能自發(fā)進(jìn)行
C．在室溫下碳酸鈣的分解反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行，但同樣是這個(gè)吸熱反應(yīng)在較高溫度(1 200 K)下則能自發(fā)進(jìn)行
D．放熱過(guò)程(ΔH＜0)或熵增加(ΔS＞0)的過(guò)程一定是自發(fā)的
4．CO2催化加氫制取甲醇的研究，對(duì)于環(huán)境、能源問(wèn)題都具有重要的意義。反應(yīng)如下：
反應(yīng)i：CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH1＝－58 kJ·mol－1
反應(yīng)ii：CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)　ΔH2＝＋42 kJ·mol－1
下列說(shuō)法不正確的是(　　 )
A．增大氫氣濃度能提高二氧化碳的轉(zhuǎn)化率
B．增大壓強(qiáng)，有利于反應(yīng)向生成甲醇的方向進(jìn)行，反應(yīng)i的平衡常數(shù)增大
C．升高溫度，生成甲醇的速率增大，反應(yīng)ii的限度同時(shí)增大
D．選用理想的催化劑可以提高甲醇在最終產(chǎn)物中的比例
5．(2023·浙江臺(tái)州期末)常壓下，1 g冰融化成1 g水、1 g水蒸發(fā)成1 g水蒸氣的焓和熵的變化情況如圖所示。
已知：融化過(guò)程：H2O(s) H2O(l)　ΔH1、ΔS1
蒸發(fā)過(guò)程：H2O(l) H2O(g)　ΔH2、ΔS2
下列說(shuō)法不正確的是(　　 )
A．ΔH1＞0；ΔH2＞0 B．ΔS1＞0；ΔS2＞0
C．ΔS1＞ΔS2 D．蒸發(fā)過(guò)程屬于高溫自發(fā)過(guò)程
6．已知固態(tài)、氣態(tài)離子的標(biāo)準(zhǔn)熵是根據(jù)熱力學(xué)第三定律求出的絕對(duì)值，水合態(tài)離子的標(biāo)準(zhǔn)熵是以298 K時(shí)H＋(aq)的標(biāo)準(zhǔn)熵為0算得的相對(duì)值。298 K時(shí)一些離子在不同狀態(tài)下的標(biāo)準(zhǔn)熵值數(shù)據(jù)如表所示，通過(guò)數(shù)據(jù)分析得出的下列結(jié)論不正確的是(　　 )
標(biāo)準(zhǔn)熵值/(J·mol－1·L－1) 離子
Li＋ Na＋ K＋ Be2＋ Mg2＋ Ca2＋ Al3＋
固態(tài)離子標(biāo)準(zhǔn)熵S(s) 29.1 51.3 64.7 9.5 32.7 41.6 28.3
氣態(tài)離子標(biāo)準(zhǔn)熵S(g) 138.8 153.7 160.3 136.3 148.6 154.9 164.6
水合態(tài)離子標(biāo)準(zhǔn)熵S(aq) 13.4 59 102.5 －129.7 －138.1 －53.1 －321.7
A．金屬離子由固態(tài)到氣態(tài)，標(biāo)準(zhǔn)熵值增加
B．同周期金屬離子價(jià)態(tài)越高，水合態(tài)離子的標(biāo)準(zhǔn)熵值越小
C．同主族金屬離子半徑越小，水合態(tài)離子的標(biāo)準(zhǔn)熵值越小
D．同主族金屬元素固態(tài)或氣態(tài)離子的標(biāo)準(zhǔn)熵值隨原子序數(shù)增大而增大
7．相同的溫度和壓強(qiáng)下，有關(guān)下列兩個(gè)反應(yīng)的說(shuō)法不正確的是(　　 )
反應(yīng) ΔH/(kJ/mol) Δn ΔS/(J·K－1·mol－1)
MgCO3(s) MgO(s)＋CO2(g) 117.6 1 a
CaCO3(s) CaO(s)＋CO2(g) 177.9 1 b
注：①其中Δn表示反應(yīng)方程式中氣體化學(xué)計(jì)量數(shù)差；
②ΔH－TΔS＜0的反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行。
A．因?yàn)棣相同，所以a與b大小相近
B．熱分解溫度：MgCO3(s)＞CaCO3(s)
C．a(chǎn)－b＝S[MgO(s)]＋S[CaCO3(s)]－S[MgCO3(s)]－S[CaO(s)]
D．兩個(gè)反應(yīng)在不同溫度下的ΔH和Δn都大于零
8．合成氨反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，NH3的體積分?jǐn)?shù)與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如圖所示。根據(jù)此圖分析合成氨工業(yè)最有前途的研究方向是(　　 )
A．提高分離技術(shù) B．研制耐高壓的合成塔
C．研制低溫催化劑 D．探索不用N2和H2合成氨的新途徑
9．NH3與O2作用分別生成N2、NO、N2O的反應(yīng)均為放熱反應(yīng)。工業(yè)尾氣中的NH3可通過(guò)催化氧化為N2除去。將一定比例的NH3、O2和N2的混合氣體以一定流速通過(guò)裝有催化劑的反應(yīng)管，NH3的轉(zhuǎn)化率、生成N2的選擇性[×100%]與溫度的關(guān)系如圖所示。
下列說(shuō)法正確的是(　　 )
A．其他條件不變，升高溫度，NH3的平衡轉(zhuǎn)化率增大
B．其他條件不變，在175～300 ℃范圍，隨溫度的升高，出口處N2和氮氧化物的量均不斷增大
C．催化氧化除去尾氣中的NH3應(yīng)選擇反應(yīng)溫度高于250 ℃
D．高效除去尾氣中的NH3，需研發(fā)低溫下NH3轉(zhuǎn)化率高和N2選擇性高的催化劑
10．在恒容密閉容器中充入3 mol X和3 mol Y，在催化劑的作用下發(fā)生反應(yīng)：3X(g)＋Y(g) 2Z(g)　ΔH<0，反應(yīng)過(guò)程持續(xù)升高溫度，測(cè)得混合體系中Z的體積分?jǐn)?shù)與溫度的關(guān)系如圖所示。下列推斷正確的是(　　)
A．M點(diǎn)和P點(diǎn)均達(dá)到平衡狀態(tài)
B．M點(diǎn)的逆反應(yīng)速率可能大于N點(diǎn)的逆反應(yīng)速率
C．反應(yīng)過(guò)程中X、Y的體積分?jǐn)?shù)均先減小后增大
D．P點(diǎn)Z的體積分?jǐn)?shù)小于N點(diǎn)，原因可能是高溫使催化劑活性降低
二、非選擇題(共2題，共30分)
11．(17分)回答下列問(wèn)題：
(1)用釕的配合物作催化劑，一定條件下可直接光催化分解CO2，發(fā)生反應(yīng)：2CO2(g)===2CO(g)＋O2(g)，該反應(yīng)的ΔH________(填“>”或“<”，下同)0，ΔS________0，在低溫下，該反應(yīng)________(填“能”或“不能”)自發(fā)進(jìn)行。(6分)
(2)超音速飛機(jī)在平流層飛行時(shí)，尾氣中的NO會(huì)破壞臭氧層。科學(xué)家正在研究利用催化技術(shù)將尾氣中的NO和CO轉(zhuǎn)變成CO2和N2，化學(xué)方程式為2NO＋2CO 2CO2＋N2。反應(yīng)在常溫下能夠自發(fā)進(jìn)行，則反應(yīng)的ΔH________(填“>”或“<”)0。(2分)
(3)已知在100 kPa、298 K時(shí)石灰石分解反應(yīng)CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)的ΔH＞0、ΔS＞0。
①常溫下，該反應(yīng)________(填“能”或“不能”)自發(fā)進(jìn)行。(2分)
②據(jù)本題反應(yīng)數(shù)據(jù)分析，溫度________(填“能”或“不能”)成為反應(yīng)進(jìn)行方向的決定因素。(2分)
(4)已知CaSO4(s)＋CO(g)===CaO(s)＋SO2(g)＋CO2(g)　ΔH＝＋218 kJ·mol－1，該反應(yīng)能夠自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)條件是________。(3分)
(5)某吸熱反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，則該反應(yīng)的ΔS____(填“>”或“<”)0。(2分)
12．(13分)乙烯是石油化工最基本的原料之一。
(1)乙烷在一定條件下可脫氫制得乙烯：C2H6(g) C2H4(g)＋H2(g)　ΔH1＞0。提高乙烷平衡轉(zhuǎn)化率的措施有____________________________________、______________________________。(4分)
(2)在乙烷中引入O2可以降低反應(yīng)溫度，減少積碳。涉及如下反應(yīng)：
a．2C2H6(g)＋O2(g) 2C2H4(g)＋2H2O(g)ΔH2＜0
b．2C2H6(g)＋5O2(g) 4CO(g)＋6H2O(g)ΔH3＜0
c．C2H4(g)＋2O2(g) 2CO(g)＋2H2O(g)ΔH4＜0
氧氣的引入可能導(dǎo)致過(guò)度氧化。為減少過(guò)度氧化，需要尋找催化劑降低反應(yīng)________(填“a”“b”或“c”)的活化能，判斷的依據(jù)是______________________________________________________。(4分)
(3)常壓下，在某催化劑作用下按照n(C2H6)∶n(O2)＝1∶1投料制備乙烯，體系中C2H4和CO在含碳產(chǎn)物中的物質(zhì)的量百分?jǐn)?shù)及C2H6轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化如圖所示。
①乙烯的物質(zhì)的量百分?jǐn)?shù)隨溫度升高而降低的原因是__________________________。(2分)
②在570～600 ℃溫度范圍內(nèi)，下列說(shuō)法正確的是________(填字母)。(3分)
A．C2H4產(chǎn)率隨溫度升高而增大
B．H2O的含量隨溫度升高而增大
C．C2H6在體系中的物質(zhì)的量百分?jǐn)?shù)隨溫度升高而增大
D．此催化劑的優(yōu)點(diǎn)是能在較低溫度下降低CO的平衡產(chǎn)率
熱點(diǎn)題型(十)　化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡圖像
識(shí)圖是化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的難點(diǎn)，從近三年高考試題來(lái)看，圖像、數(shù)據(jù)信息是高考考查的難點(diǎn)，高考題的信息給予具有多樣化，往往根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際，并結(jié)合陌生圖像，分析投料比、轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)率的變化，考查接受、加工、同化新信息能力。預(yù)計(jì)2025年的高考仍然會(huì)以物質(zhì)(或微粒)變化示意圖、能量變化圖像或化學(xué)平衡圖像的形式呈現(xiàn)本考點(diǎn)，另外選擇有機(jī)反應(yīng)、溶液中進(jìn)行的反應(yīng)考查化學(xué)平衡問(wèn)題成為命題熱點(diǎn)，尤其是化學(xué)平衡圖像的繪制，應(yīng)引起關(guān)注。
類型1　速率 時(shí)間圖像
1．常見(jiàn)含“斷點(diǎn)”的速率 時(shí)間圖像
圖像
t1時(shí)刻所改變的條件 溫度 升高 降低 升高 降低
正反應(yīng)為放熱反應(yīng) 正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)
壓強(qiáng) 增大 減小 增大 減小
正反應(yīng)為氣體物質(zhì)的量增大的反應(yīng) 正反應(yīng)為氣體物質(zhì)的量減小的反應(yīng)
2.“漸變”類速率 時(shí)間圖像
圖像 分析 結(jié)論
t1時(shí)v′正突然增大，v′逆逐漸增大；v′正＞v′逆，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng) t1時(shí)其他條件不變，增大反應(yīng)物的濃度
t1時(shí)v′正突然減小，v′逆逐漸減??；v′逆＞v′正，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng) t1時(shí)其他條件不變，減小反應(yīng)物的濃度
t1時(shí)v′逆突然增大，v′正逐漸增大；v′逆＞v′正，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng) t1時(shí)其他條件不變，增大生成物的濃度
t1時(shí)v′逆突然減小，v′正逐漸減??；v′正＞v′逆，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng) t1時(shí)其他條件不變，減小生成物的濃度
例1.(2023·湘豫名校聯(lián)考)某溫度下，將2 mol H2和2 mol I2充入密閉的剛性容器中發(fā)生反應(yīng)H2(g)＋I(xiàn)2(g) 2HI(g)，該反應(yīng)的v t圖像如圖所示，t1時(shí)刻測(cè)定容器內(nèi)HI的物質(zhì)的量為1 mol，t2時(shí)刻保持等溫等容，抽走0.5 mol HI。下列有關(guān)敘述正確的是(　　 )
A．該溫度下2HI(g) H2(g)＋I(xiàn)2(g)的平衡常數(shù)K＝
B．反應(yīng)過(guò)程中，可以利用氣體的總壓強(qiáng)保持不變來(lái)判斷是否達(dá)到平衡
C．t2時(shí)刻，抽取HI的瞬間，v′逆在圖像上的變化應(yīng)該是c點(diǎn)
D．t2時(shí)刻，抽取HI后達(dá)到平衡后H2的百分含量減少
【對(duì)點(diǎn)練】 1.如圖是關(guān)于反應(yīng)A2(g)＋3B2(g) 2C(g) ΔH<0的平衡移動(dòng)圖像，影響平衡移動(dòng)的原因可能是(　　 )
A．增大反應(yīng)物濃度，同時(shí)減小生成物濃度 B．增大反應(yīng)物濃度，同時(shí)使用催化劑
C．升高溫度，同時(shí)加壓 D．降低溫度，同時(shí)減壓
類型2　反應(yīng)進(jìn)程圖像
反應(yīng)進(jìn)程圖像的分析思路
此類圖像一般縱坐標(biāo)表示物質(zhì)的量、濃度、百分含量、轉(zhuǎn)化率，橫坐標(biāo)表示反應(yīng)時(shí)間。解題的關(guān)鍵是找轉(zhuǎn)折點(diǎn)。
1．轉(zhuǎn)折點(diǎn)之前，用外因?qū)λ俾实挠绊懛治鰡?wèn)題，用“先拐先平數(shù)值大”的規(guī)律判斷不同曲線表示溫度或壓強(qiáng)的大小。
2．轉(zhuǎn)折點(diǎn)之后是平衡狀態(tài)或平衡移動(dòng)，解題時(shí)要抓住量的變化，找出平衡移動(dòng)的方向，利用化學(xué)平衡移動(dòng)原理推理分析。
[示例](1)濃度 時(shí)間圖像的判斷
如A(g)＋B(g) AB(g)
(2)含量 時(shí)間圖像的判斷(C%指某產(chǎn)物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，B%指某反應(yīng)物的質(zhì)量分?jǐn)?shù))
①判斷是否加入催化劑
(a用催化劑，b不用催化劑)
②判斷反應(yīng)吸熱還是放熱
(T2>T1，正反應(yīng)為吸熱反應(yīng))
(T2>T1，正反應(yīng)為放熱反應(yīng))
③判斷反應(yīng)體積是增大還是減小
(p1>p2，正反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng))
(p1>p2，正反應(yīng)為氣體體積增大的反應(yīng))
例2.工業(yè)上以CH4為原料制備H2的原理為CH4(g)＋H2O(g) CO(g)＋3H2(g)。在一定條件下a、b兩個(gè)恒溫恒容的密閉容器中均通入1.1 mol CH4(g)和1.1 mol H2O(g)，測(cè)得兩容器中CO的物質(zhì)的量隨時(shí)間的變化曲線分別為a和b。已知容器a的體積為10 L，溫度為Ta，下列說(shuō)法不正確的是(　　 )
A．容器a中CH4從反應(yīng)開(kāi)始到恰好平衡時(shí)的平均反應(yīng)速率為0.025 mol·L－1·min－1
B．a(chǎn)、b兩容器的溫度可能相同
C．在達(dá)到平衡前，容器a的壓強(qiáng)逐漸增大
D．該反應(yīng)在Ta溫度下的平衡常數(shù)為27
【對(duì)點(diǎn)練】 2.向一容積不變的密閉容器中充入一定量A和B，發(fā)生如下反應(yīng)：xA(g)＋2B(s) yC(g)　ΔH<0。在一定條件下，容器中A、C的物質(zhì)的量濃度隨時(shí)間變化的曲線如圖所示。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
(1)用A的濃度變化表示該反應(yīng)在0～10 min內(nèi)的平均反應(yīng)速率v(A)＝________________________________。
(2)根據(jù)圖像可確定x∶y＝________。
(3)0～10 min容器內(nèi)壓強(qiáng)________(填“變大”“不變”或“變小”)。
(4)推測(cè)第10 min引起曲線變化的反應(yīng)條件可能是________(填序號(hào)，下同)；第16 min引起曲線變化的反應(yīng)條件可能是________。
①減壓?、谠龃驛的濃度?、墼龃驝的量 ④升溫　⑤降溫?、藜哟呋瘎?br/>(5)若平衡Ⅰ的平衡常數(shù)為K1，平衡Ⅱ的平衡常數(shù)為K2，則K1________(填“>”“＝”或“<”)K2。
類型3　恒壓(或恒溫)條件下的圖像
化學(xué)平衡圖像題的解題流程
此類圖像的縱坐標(biāo)為某物質(zhì)的平衡濃度或轉(zhuǎn)化率，橫坐標(biāo)為溫度或壓強(qiáng)，解答此類問(wèn)題，要關(guān)注曲線的變化趨勢(shì)，有多個(gè)變量時(shí)，注意控制變量，即“定一議二”。
[示例](1)恒壓線、恒溫線圖像的判斷(α表示反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，c表示反應(yīng)物的平衡濃度)
圖①：若p1>p2>p3，則正反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，ΔH＜0。
圖②：若T1>T2，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，且為氣體體積增大的反應(yīng)。
(2)兩種特殊圖像
①對(duì)于化學(xué)反應(yīng)mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)(如圖)，M點(diǎn)前，v正>v逆；M點(diǎn)為平衡點(diǎn)；M點(diǎn)后為平衡受溫度的影響情況，即升溫導(dǎo)致A的百分含量增加(或C的百分含量減少)，平衡左移，故正反應(yīng)ΔH＜0。
②對(duì)于化學(xué)反應(yīng)mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)(如圖)，L線上所有的點(diǎn)都是平衡點(diǎn)。L線的左上方E點(diǎn)，A的百分含量大于此壓強(qiáng)時(shí)平衡體系的A的百分含量，所以E點(diǎn)：v正>v逆；則L線的右下方F點(diǎn)：v正＜v逆。
例3.在恒壓、H2和CO2的起始濃度一定的條件下，用不同Mg含量的催化劑Ni/xMg(x值越大表示Mg含量越大)催化反應(yīng)相同時(shí)間，測(cè)得不同溫度下反應(yīng)：4H2(g)＋CO2(g)===CH4(g)＋2H2O(g)的CO2的轉(zhuǎn)化率如圖所示。下列說(shuō)法正確的是(　　 )
A．反應(yīng)4H2(g)＋CO2(g)===CH4(g)＋2H2O(g)的ΔH>0
B．延長(zhǎng)W點(diǎn)的反應(yīng)時(shí)間可提高CO2的轉(zhuǎn)化率
C．相同條件下催化劑中Mg的含量越高催化效率越高
D．使用合適的催化劑可以提高CO2的轉(zhuǎn)化率
【對(duì)點(diǎn)練】 3.在恒壓、NO和O2的起始濃度一定的條件下，催化反應(yīng)相同時(shí)間，測(cè)得不同溫度下NO轉(zhuǎn)化為NO2的轉(zhuǎn)化率如圖中實(shí)線所示(圖中虛線表示相同條件下NO的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化)。下列說(shuō)法不正確的是(　　 )
A．圖中Y點(diǎn)所示條件下，增加O2的濃度能提高NO轉(zhuǎn)化率
B．圖中X點(diǎn)所示條件下，延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間能提高NO轉(zhuǎn)化率
C．反應(yīng)2NO(g)＋O2(g)===2NO2(g)的ΔH＞0
D．380 ℃下，c起始(O2)＝5.0×10－4 mol·L－1，NO平衡轉(zhuǎn)化率為50%，則平衡常數(shù)K＞2 000
類型4　實(shí)際生產(chǎn)中多因素影響下的速率平衡圖像
例4.(2023·江蘇高考)二氧化碳加氫制甲烷過(guò)程中的主要反應(yīng)為
CO2(g)＋4H2(g)===CH4(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－164.7 kJ·mol－1
CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g)　ΔH＝41.2 kJ·mol－1
在密閉容器中，1.01×105 Pa、n起始(CO2)∶n起始(H2)＝1∶4時(shí)，CO2平衡轉(zhuǎn)化率、在催化劑作用下反應(yīng)相同時(shí)間所測(cè)得的CO2實(shí)際轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化如題圖所示。CH4的選擇性可表示為×100%。下列說(shuō)法正確的是(　　 )
A．反應(yīng)2CO(g)＋2H2(g)===CO2(g)＋CH4(g)的焓變?chǔ)＝－205.9 kJ·mol－1
B．CH4的平衡選擇性隨著溫度的升高而增加
C．用該催化劑催化二氧化碳反應(yīng)的最佳溫度范圍約為480～530 ℃
D．450 ℃時(shí)，提高的值或增大壓強(qiáng)，均能使CO2平衡轉(zhuǎn)化率達(dá)到X點(diǎn)的值
【方法指導(dǎo)】　投料比與轉(zhuǎn)化率之間的關(guān)系
以N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)為例，當(dāng)N2與H2的投料比為1∶3(系數(shù)比)時(shí)，N2與H2的平衡轉(zhuǎn)化率相等，且平衡時(shí)NH3的體積分?jǐn)?shù)最大；增大N2與H2的投料比，則α(H2)增大，α(N2)減??；減小N2與H2的投料比，則α(H2)減小，α(N2)增大。
【對(duì)點(diǎn)練】 4.(2023·福建百校聯(lián)盟三模)以CO2、H2為原料合成CH3OH涉及的主要反應(yīng)如下：
①CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH1
②CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)ΔH2
CO2的平衡轉(zhuǎn)化率(X CO2)、CH3OH的選擇性(S CH3OH)隨溫度、壓強(qiáng)變化如下：
已知：S CH3OH＝×100%。
下列敘述正確的是(　　)
A．p1B．400 ℃左右，體系發(fā)生的反應(yīng)主要是反應(yīng)①
C．由圖可知，ΔH1<0，ΔH2>0
D.起始n(CO2)＝1 mol、n(H2)＝3 mol，平衡后X CO2＝30%，S CH3OH＝80%，若只發(fā)生反應(yīng)①②，則H2的平衡轉(zhuǎn)化率為25%
鞏固練習(xí)二
一、選擇題(每題5分，共4題，共20分)
1．在恒溫恒壓下，某一體積可變的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)：A(g)＋B(g) 2C(g)　ΔH＜0，t1時(shí)達(dá)到平衡后，在t2時(shí)改變某一條件，其反應(yīng)過(guò)程如圖所示。下列說(shuō)法正確的是(　　 )
A.Ⅰ、Ⅱ兩過(guò)程達(dá)到平衡時(shí)，A的體積分?jǐn)?shù)：Ⅰ＞Ⅱ
B．t2時(shí)改變的條件是向密閉容器中加入物質(zhì)C
C．0～t2時(shí)，v正＞v逆
D．Ⅰ、Ⅱ兩過(guò)程達(dá)到平衡時(shí)，平衡常數(shù)：K(Ⅰ)＜K(Ⅱ)
2．工業(yè)上主要采用甲醇與CO的羰基化反應(yīng)來(lái)制備乙酸，發(fā)生反應(yīng)如下：CH3OH(g)＋CO(g) CH3COOH(l)。在恒壓密閉容器中通入0.20 mol的CH3OH(g)和0.22 mol的CO，測(cè)得甲醇的轉(zhuǎn)化率隨溫度變化如圖所示。假設(shè)在T2溫度下，達(dá)到平衡時(shí)容器的體積為2 L。下列說(shuō)法正確的是(　　 )
A．該反應(yīng)的平衡常數(shù)T1＜T2
B．B點(diǎn)時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率約為27.7%
C．T1時(shí)，該反應(yīng)的正反應(yīng)速率：B點(diǎn)大于A點(diǎn)
D．T2時(shí)向上述已達(dá)平衡的恒壓容器中，再通入0.12 mol CH3OH和0.06 mol CO氣體時(shí)容器體積變?yōu)? L，此時(shí)平衡不發(fā)生移動(dòng)
3．化學(xué)反應(yīng)2ICl I2＋Cl2　Kp，可分為以下兩步：
①2NO(g)＋2ICl(g)===2NOCl(g)＋I(xiàn)2(g)　Kp1；
②2NOCl(g)===2NO(g)＋Cl2(g)　Kp2。
經(jīng)測(cè)定和計(jì)算，得到lg Kp1～和lg Kp2～均為線性關(guān)系，如下圖所示，已知反應(yīng)②是吸熱反應(yīng)。則下列說(shuō)法正確的是(　　 )
A．NOCl是化學(xué)反應(yīng)2ICl I2＋Cl2的催化劑
B．圖②代表lg Kp2～
C．Kp＝Kp1＋Kp2
D．當(dāng)2v正(ICl)＝v逆(Cl2)時(shí)，表明可逆反應(yīng)2ICl I2＋Cl2達(dá)到了平衡狀態(tài)
4．(2023·江蘇第二次大聯(lián)考)通過(guò)反應(yīng)2CO2(g)＋6H2(g) C2H4(g)＋4H2O(g)可將CO2轉(zhuǎn)化為C2H4，在0.1 MPa，反應(yīng)物起始物質(zhì)的量之比n(CO2)∶n(H2)＝1∶3的條件下，不同溫度下達(dá)到平衡時(shí)，CO2、H2、C2H4、H2O四種組分的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)如圖所示。下列說(shuō)法正確的是(　　 )
A．圖中曲線b表示平衡時(shí)C2H4的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)隨溫度的變化
B．440 ℃時(shí)H2的平衡轉(zhuǎn)化率為60%
C．保持其他條件不變，在絕熱密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，達(dá)到平衡時(shí)，C2H4的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)比在恒溫密閉容器中的高
D．保持其他條件不變，延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間，可將平衡時(shí)CO2的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)從Y點(diǎn)的值升至X點(diǎn)的值
二、非選擇題(共2題，共25分)
5．(13分)(2023·廣東高考節(jié)選)配合物廣泛存在于自然界，且在生產(chǎn)和生活中都發(fā)揮著重要作用。
(1)某有機(jī)物R能與Fe2＋形成橙紅色的配離子[FeR3]2＋，該配離子可被HNO3氧化成淡藍(lán)色的配離子[FeR3]3＋。(2分)
完成反應(yīng)的離子方程式：NO＋2[FeR3]2＋＋3H＋ ________＋2[FeR3]3＋＋H2O。
(2)某研究小組對(duì)(1)中的反應(yīng)進(jìn)行了研究。
用濃度分別為2.0 mol·L－1、2.5 mol·L－1、3.0 mol·L－1的HNO3溶液進(jìn)行了三組實(shí)驗(yàn)，得到c([FeR3]2＋)隨時(shí)間t的變化曲線如圖。
①c(HNO3)＝3.0 mol·L－1時(shí)，在0～1 min內(nèi)，[FeR3]2＋的平均消耗速率＝____________。(2分)
②下列有關(guān)說(shuō)法中，正確的有__________________。(2分)
A．平衡后加水稀釋，增大
B．[FeR3]2＋的平衡轉(zhuǎn)化率：αⅢ>αⅡ>αⅠ
C．三組實(shí)驗(yàn)中，反應(yīng)速率都隨反應(yīng)進(jìn)程一直減小
D．體系由橙紅色轉(zhuǎn)變?yōu)榈{(lán)色所需時(shí)間：tⅢ>tⅡ>tⅠ
(3)R的衍生物L(fēng)可用于分離稀土。溶液中某稀土離子(用M表示)與L存在平衡：
M＋L ML　K1
ML＋L ML2　K2
研究組配制了L起始濃度c0(L)＝0.02 mol·L－1、M與L起始濃度比c0(M)/c0(L)不同的系列溶液，反應(yīng)平衡后測(cè)定其核磁共振氫譜。配體L上的某個(gè)特征H在三個(gè)物種L、ML、ML2中的化學(xué)位移不同，該特征H對(duì)應(yīng)吸收峰的相對(duì)峰面積S(體系中所有特征H的總峰面積計(jì)為1)如下表。
c0(M)/c0(L) S(L) S(ML) S(ML2)
0 1.00 0 0
a x <0.01 0.64
b <0.01 0.40 0.60
[注] 核磁共振氫譜中相對(duì)峰面積S之比等于吸收峰對(duì)應(yīng)H的原子數(shù)目之比；“<0.01”表示未檢測(cè)到。
①c0(M)/c0(L)＝a時(shí)，x＝_______________。(2分)
②c0(M)/c0(L)＝b時(shí)，平衡濃度比c平(ML2)∶c平(ML)＝________________。(2分)
(4)研究組用吸收光譜法研究了(3)中M與L反應(yīng)體系。當(dāng)c0(L)＝1.0×10－5 mol·L－1時(shí)，測(cè)得平衡時(shí)各物種c平/c0(L)隨c0(M)/c0(L)的變化曲線如圖。c0(M)/c0(L)＝0.51時(shí)，計(jì)算M的平衡轉(zhuǎn)化率________(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。(3分)
6．(12分)(2023·新課標(biāo)卷節(jié)選)氨是最重要的化學(xué)品之一，我國(guó)目前氨的生產(chǎn)能力位居世界首位?；卮鹣铝袉?wèn)題：
已知反應(yīng)N2(g)＋H2(g) NH3(g)的ΔH＝－45 kJ·mol－1。
(4)在不同壓強(qiáng)下，以兩種不同組成進(jìn)料，反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)氨的摩爾分?jǐn)?shù)與溫度的計(jì)算結(jié)果如圖3、4所示。其中一種進(jìn)料組成為xH2＝0.75、xN2＝0.25，另一種為xH2＝0.675、xN2＝0.225、xAr＝0.10。(物質(zhì)i的摩爾分?jǐn)?shù)：xi＝ni/n總)
①圖中壓強(qiáng)由小到大的順序?yàn)開(kāi)_______________，判斷的依據(jù)是____________________________。(5分)
②進(jìn)料組成中含有惰性氣體Ar的圖是________。(2分)
③圖3中，當(dāng)p2＝20 MPa、xNH3＝0.20時(shí)，氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化率α＝________。該溫度時(shí)，反應(yīng)N2(g)＋H2(g) NH3(g)的平衡常數(shù)Kp＝________MPa－1(化為最簡(jiǎn)式)。(5分)
21世紀(jì)教育網(wǎng) www.21cnjy.com 精品試卷·第 2 頁(yè) （共 2 頁(yè)）
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