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专题17 化学反应与能量、速率和平衡综合题1【乐山市2018届第二次调查研究考试】甲醇是重要的化工原料，又可作为燃料。利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)在催化剂的作用下合成甲醇，发生的主要反应如下:I.CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) H1II.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) H2=+41.2kJ/molIII.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)H3=-49.53kJ/mol某些物质的标准生成热物质COCO2H2CH3OH(g)标准生成热(kJ/mol)-110.52-393.510-201.25回答下列问题:(1)物质的标准生成热是常用的化学热力学数据，可以用来计算化学反应热。化学反应热:H=生成物标准生成热总和一反应物标准生成热总和。计算 H1=_kJ/mol。(2)在一容积可变的密团容器中，1molCO与2molH2发生反应:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) H1，CO在不同温度下的平衡转化率(a)与压强的关系如图所示。a、b两点的反应速率:v(a)_v(b)(填“”、“”、“或“=”)，原因是_。在c点条件下，下列叙述能说明上述反应达到化学平衡状态的是_(填代号)。a.H2的消耗速率是CH3OH生成速率的2倍 b.CH3OH的体积分数不再改变C混合气体的密度不再改变 d.CO和CH3OH的物质的量之和保持不变计算图中a点的平衡常数Kp_(kPa)-2(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压物质的量分数)。(3)合成甲醇尾气中CO的浓度常用电化学气敏传感器进行测量，其中CO传感器可用下图简单表示，则阳极发生的电极反应为_。【答案】90.73CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)是放热反应，温度升高，平衡逆向移动，CO的平衡转化率减小，故T1”“ c(Cl) c(HCO3) c(OH) c(H+) c(CO32)5.610-5【解析】解之得，H2的平衡转化率为57.1%。在恒容密闭容器里按体积比为1：3充入二氧化碳和氢气，一定条件下反应达到平衡状。当改变反应的某一个条件后，A. 反应物的浓度增大，可能是增大了反应物的浓度（再加入少量的反应物）使平衡向正反应方向移动的结果，也可能是增大生成物浓度（或升高温度）使平衡向逆反应方向移动的结果； B. 混合气体的密度减小，有可能是减小反应物浓度使平衡逆向移动，也有可能是减小生成物浓度（如降低温度使部分水液化）使平衡正向移动的结果；C. 正反应速率小于逆反应速率，平衡一定向逆反应方向移动；D. 氢气的转化率减小，可能是增大氢气的浓度（再加入少量氢气）使平衡正向移动的结果，也可能是升高温度使平衡逆向移动的结果。综上所述，能说明平衡一定向逆反应方向移动的是C；（2）由图可知，反应明显分为两个阶段，前后两个阶段所消耗的HCl的物持的量之比为3:2，说明原溶液中的溶质为碳酸钠和氢氧化钠，且两者物质的量之比为2:1，两者物质的量分别是2mol、1mol。通入1mol HCl时，氢氧化钠恰好反应完全，溶液中所含溶质为Na2CO3、NaCl。a点溶液中有3mol NaCl和1molNaHCO3，由于碳酸氢根离子的水解程度大于电离程度，所以，各离子浓度由大到小的关系式为c(Na+)c(Cl-)c(HC03-)c(OH-)c(H+)c(CO32-)；（3）CO2在自然界循环时可与CaCO3反应，CaCO3是一种难容物质，其Ksp = 2.8109。CaCl2溶液与Na2CO3溶液混合可形成CaCO3沉淀，现将等体积的CaCl2溶液与Na2CO3溶液混合，若Na2CO3溶液的浓度为2104molL-1，则生成沉淀所需CaCl2溶液的最小浓度为molL-1。【点睛】两种稀溶液等体积混合后，若两溶液中的溶质不发生反应，则两溶质的浓度均变为原来的一半。4【云南省红河州2018届高三复习统一检测】碳及其化合物在能源和材料方面具有广泛的用途，回答下列问题：（1）已知CH4(g)+O2(g)=CO(g)+2H2O(l) =-607.31kJ/mol2CO(g)+ O2(g)=2CO2(g) =-566.0kJ/mol写出表示甲烷燃烧热的热化学方程式_。（2）天然气的一个重要用途是制取H2，其原理为：CO2(g)CH4(g) 2CO(g)2H2(g) 。在密闭容器中通入物质的量浓度均为0.1mol/L的CH4与CO2，在一定条件下发生反应，测得CH4的平衡转化率与温度及压强的关系如下图所示。则：压强P2_P1（填 “”或“”、“”或“=”）。 求X点对应温度下的该反应的平衡常数K=_。（计算结果保留两位小数）（3）CO可以合成二甲醚，CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(g)H2O(g) H同一温度下转化率P1大于P2，而该反应是气体体积增大的反应，减小压强平衡向正反应方向移动，所以P2P1c(HS-)c(OH-)c(H+) Bc(HS-)c(NH4+)(S2-)c(H+)Cc(NH4+)c(HS-)c(H2S)c(H+) Dc(HS-)c(S2-)c(H+)c(OH-)(3)工业上常用CH4与水蒸气在一定条件下来制取H2，其原理为：CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)一定温度时，在一个体积为2L的恒容密闭容器中，加入lnmolCH4和1.4mol水蒸气发生上述反应，5min后达平衡，生成0.2molCO，用H2表示该反应的速率为_。此反应的平衡常数为_(结果保留到小数点后三位)。下列说法中能说明此反应达到平衡状态的是_。A体系的压强不再发生变化 B生成1molCH4的同时消耗3molH2C各组分的物质的量浓度不再改变 D体系的密度不再发生变化 E.反应速率V(CH4):V(H2O)v(CO):v(H2)=1:1:1:3(4)甲醇水蒸气重整制氢反应：CH3OH(g)+H2O(g)=CO2(g)+3H2(g) H=+49kJ/mol。某温度下，将n(H2O):n(CH3OH)=1：1的原料气充入恒容密闭容器中，初始压强为p1，反应达到平衡时总压强为p2，则平衡时甲醇的转化率为_。(5)如图所示，直接甲醇燃料电池是质子交换膜燃料电池的一种变种，它直接使用甲醇而勿需预先重整。请写出电池工作时的负极反应式：_。【答案】 CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g) H=-41kJ/mol AC 0.06mol/(Lmin) 0.011(mol2/L2) AC CH4O-6e-+H2O6H+CO2（3）5min后达平衡，生成0.2molCO，则同时生成氢气是0.6mol，浓度是0.3mol/L，因此用H2表示该反应的速率为0.3mol/L5min0.06 molL-1min-1。平衡时剩余甲烷是0.8mol，水蒸气是1.2mol，因此甲烷、水蒸气、CO和氢气的浓度分别是（mol/L）0.4、0.6、0.1、0.3，此反应的平衡常数为0.10.33/0.40.60.011。A.正反应体积增大，体系的压强不再发生变化说明反应达到平衡状态，A正确；B.生成1molCH4的同时消耗3molH2均表示逆反应速率，不能说明反应达到平衡状态，B错误；C.各组分的物质的量浓度不再改变说明反应达到平衡状态，C正确；D.密度是混合气的质量和容器容积的比值，在反应过程中质量和容积始终是不变的，体系的密度不再发生变化不能说明反应达到平衡状态，D错误；E.反应速率V(CH4):V(H2O):v(CO):v(H2)=1:1:1:3不能说明反应达到平衡状态，E错误；答案选AC；（4） CH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g)起始量（mol） 11 00转化量（mol）nnn3n平衡量（mol） 1n1nn 3n则，解得，所以平衡时甲醇的转化率为。（5）甲醇在负极发生失去电子的氧化反应，又因为存在质子交换膜，则负极反应式为CH4O-6e-+H2O6H+CO2。点睛：本题考查盖斯定律、盐类水解、化学平衡计算、新型电池电极反应式书写等，为高频考点，侧重考查学生分析判断及计算能力，明确电离平衡常数与离子水解程度关系、三段式在化学平衡计算中的灵活运用是解本题关键，注意平衡状态判断时要抓住变量不再发生变化这一关键特征。8【四川省双流中学2018届高三考前第二次模拟】氮的固定意义重大，氮肥的大面积使用提高了粮食产量。(1)目前人工固氮有效且有意义的方法是_(用一个化学方程式表示)。(2)自然界发生的一个固氮反应是N2(B)+O2(g) 2NO(g)，已知N2、O2、NO三种分子中化学键断裂所吸收的能量依次为946kJmol-1、498kJmol-1、632kJmol-1，则该反应的H=_kJmol-1。(3)恒压100kPa时，反应2NO(g)+O2(g)2NO2(g)中NO的平衡转化率与温度的关系曲线如图1，反应2NO2(g)N2O4(g)中NO2的平衡转化率与温度的关系曲线如图2。图1中A、B、C三点表示不同温度、压强下2NO(g)+O2(g)2NO2(g)达到平衡时NO的转化率，则_点对应的压强最大。恒压100kPa、25时，2NO2(g) N2O4(g)平衡体系中N2O4的物质的量分数为_，列式计算平衡常数Kp=_。(Kp用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压物质的量分数)(4)室温下，用往射器吸入一定量NO2气体，将针头插入胶塞密封，然后迅速将气体体积压缩为原来的一半并使活塞固定，此时手握针筒有热感，继续放置一段时间。从活塞固定时开始观察，气体颜色逐渐_(填“变深”或“变浅”)，原因是_。已知2NO2(g)N2O4(g)在几微秒内即可达到化学平衡【答案】 N2+3H2 2NH3 +180 B 66.7% (100KPa/66.7%)/100KPa/(1-66.7%2 变浅 活塞固定时2NO2(g) N2O4(g)已达平衡状态，因反应是放热反应，放置时气体温度下降，平衡向正反应方向移动，NO2浓度降低 2NO2(g) N2O4(g)起始量(mol) x 0变化量(mol) 0.8x 0.4x平衡量(mol) 0.2x 0.4x平衡体系中N2O4的物质的量分数=100%=66.7%，Kp用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压物质的量分数列式计算；(4)压缩活塞平衡正移,反应放热,针管微热,活塞固定时2NO2(g) N2O4(g)已达平衡状态,放置时气体温度下降,平衡向正反应方向移动, NO2浓度降低,颜色变浅。详解:(1)游离态的氮元素反应生成化合态氮元素为氮的固定,如工业合成氨,反应的化学方程式为: N2+3H2 2NH3，因此，本题正确答案是: N2+3H2 2NH3；(2) N2(B)+O2(g) 2NO(g)，已知N2、O2、NO三种分子中化学键断裂所吸收的能量依次为946kJmol-1、498kJmol-1、632kJmol-1，则该反应的H=（946kJmol-1+498kJmol-1）-2632kJmol-1=+180kJmol-1，因此，本题正确答案是:+180；(3)图中曲线上各点为等压不等温,通过控制变量做等温线确定ABC三点与曲线交点等温不等压,从而确定曲线以下的点压强小于100kPa,曲线以上的点压强大于100kPa,所以B点压强最大，因此，本题正确答案是:B;25时NO2的转化率为80%,设起始量二氧化氮物质的量为x, 2NO2(g) N2O4(g)起始量(mol) x 0变化量(mol) 0.8x 0.4x平衡量(mol) 0.2x 0.4x平衡体系中N2O4的物质的量分数=100%=66.7%，Kp用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压物质的量分数,则Kp=(100KPa/66.7%)/100KPa/(1-66.7%2因此，本题正确答案是: 66.7% ;(100KPa/66.7%)/100KPa/(1-66.7%2 。9【庆市綦江中学2018届高三高考适应性考试】氮的固定一直是科学家研究的重要课题，合成氨则是人工固氮比较成熟的技术，其原理为:N2(g)+3H2(g)2NH3(g) H（1）已知破坏1mol共价键需要的能量如表所示H-HN-HN-NNN435.5kJ390.8kJ163kJ945.8kJ则H=_。（2）在恒温、恒压容器中，按体积比1:3加入N2和H2进行合成氨反应，达到平衡后，再向容器中充入适量氨气，达到新平衡时，c(H2)将_（填“增大”、“减小”、或“不变”，后同）；若在恒温、恒容条件下c(N2)/c(NH3)将_。（3）在不同温度、压强和使用相同催化剂条件下，初始时N2、H2分别为0.1mol、0.3mol 时，平衡混合物中氨的体积分数（）如图所示。其中，p1、p2和p3由大到小的顺序是_，原因是_。若在250、p1条件下，反应达到平衡时的容器体积为1L，则该条件下合成氨的平衡常数K=_(结果保留两位小数)。（4）H2NCOONH4是工业由氨气合成尿素的中间产物。在一定温度下、体积不变的密闭容器中发生反应H2NCOONH4(s)2NH3(g)+CO2(g),能说明该反应达到平衡状态的是_（填序号）每生成34g NH3的同时消耗44g CO2 混合气体的密度保持不变 NH3的体积分数保持不变 混合气体的平均相对分子质量不变 c(NH3):c(CO2)=2:1（5）科学家发现，N2和H2组成的原电池合成氨与工业合成氨相比具有效率高，条件易达到等优点。其装置如图所示、写出该原电池的电极反应：_、_，若N2来自于空气，当电极B到A间通过2molH+时理论上需要标况下空气的体积为_（结果保留两位小数）。【答案】 -92.5kJ/mol(1分) 不变 减小 p1p2p3 该反应的正反应为气体体积减小的反应，相同温度下，增大压强平衡正移，NH3 的体积分数增大，由图可知p1p2p3 5.93103 （mol/L）-2 或 5925.93（mol/L）-2 N2+6e-+6H+=2NH3 3H2-6e-=6H+ 9.33L【解析】H=E断-E成=945.8+3435.5-6390.8=-92.5 kJ/mol 在恒温恒压条件下通NH3相当于平衡不移动，所以不变；恒温恒容条件下相当于加压，平衡正移，比值减小；该反应的正反应为气体体积减小的反应，增大压强平衡正移。NH3 的体积分数增大，由图可知p1p2p3。 由图可知氨气的体积分数为0.667，根据三段式可计算出c(NH3)=0.16mol/L c(N2)=0.02mol/L c(H2)=0.06mol/L，则K=5925.93； 相当于正逆速率相等，能说明该反应达到平衡状态；气体密度会随平衡的移动而变化，不变时说明达平衡，能说明该反应达到平衡状态；中的量永远为定值，不能说明该反应达到平衡状态；答案选； 正极：N2+6e-+6H+=2NH3 负极：3H2-6e-=6H+ 整个计算用电子守恒，通过2molH+时则有1/3molN2参与反应，相当于（1/3）（5/4）22.4=9.33L空气。10【遵义航天高级中学2018届高三第十一次模拟】硝酸是一种重要的化工原料，工业上采用氨的催化氧化法制备硝酸。(1) 已知反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)为放热反应，在恒容容器中能说明该反应达到平衡状态的是（_）A容器内N2、H2、NH3的浓度之比为1:2:3 B v正(N2)=v逆(H2)C容器内压强保持不变 D混合气体的密度保持不变(2)理论上,为了增大平衡时的转化率,可采取的措施是_(要求答出两点)合成氨技术的创立开辟了人工固氮的重要途径,合成氨反应的平衡常数K值和温度的关系如下表，则400时,测得某时刻氮气、氢气、氨气的物质的量浓度分别为1 molL-1、2 molL-1、3 molL-1时,此时刻该反应正反应速率_ 逆反应速率(填“大于”、“小于”或“等于”） 温度/200300400K1.00.860.5(4)消除硝酸工厂尾气的一种方法是用甲烷催化还原氮氧化物，已知： CH4 (g)2O2(g)CO2(g)2H2O(g) H890.3 kJmol-1 N2(g)2O2(g)2NO2(g) H67.0 kJmol-1 则CH4(g)将NO2(g)还原为N2(g)等的热化学方程式为_(5)在25 下，向浓度均为0.1 molL-1的MgCl2和CuCl2混合溶液中逐滴加入氨水，先生成_沉淀(填化学式)，当两种沉淀共存时,溶液中C(Mg2+)/C(Cu2+)=_(已知25 时KspMg(OH)2=1.810-11，KspCu(OH)2=2.210-20)【答案】 C 降温、加压、分离氨气 小于 CH4(g)+2NO2(g) 2N2 (g) +CO2(g)+ 2H2O(g) H=-823.3kJ/mol Cu(OH)2 8.2108 或9109 / 11【解析】分析：（1）可逆反应达到平衡时, v正=v逆 (同种物质表示)或正逆速率之比等于化学计量数之比(不同物质表示),反应混合物各组分的物质的量、浓度、含量不再变化,以及由此衍生的一些量也不发生变化,由此进行判断；（2）根据反应特点分析增大平衡转化率的措施；（3）根据浓度商和平衡常数相对大小判断平衡移动方向，从而推断正逆反应速率大小；（4）根据盖斯定律计算反应热，书写热化学方程式；（5）根据溶度积计算。 (3)QC=2.25K=0.5，说明反应向逆反应方向进行，因此v正(N2)=v逆(N2)，因此，本题正确答案是: 小于；（4） CH4 (g)2O2(g)CO2(g)2H2O(g) H890.3 kJmol-1 N2(g)2O2(g)2NO2(g) H67.0 kJmol-1 根据盖斯定律：-得：CH4(g)+2NO2(g) 2N2 (g) +CO2(g)+ 2H2O(g) H=-823.3kJ/mol，因此，本题正确答案是: CH4(g)+2NO2(g) 2N2 (g)+CO2(g)+ 2H2O(g) H=-823.3kJ/mol；（5）由于KspCu(OH)2KspMg(OH)2，所以先生成Cu(OH)2沉淀；当两种沉淀共存时，溶液是Cu(OH)2、Mg(OH)2的饱和溶液，溶液中OH-离子浓度相同，根据溶度积常数计算，溶液中C(Mg2+)/C(Cu2+)= =8.2108，故答案为：8.2108 或9109 / 11。11【西安市长安区2018届高三教学质量检测】氨气及含氮化合物在化工生产和国防工业中具有广泛应用。请回答：（1）已知：(i)氢气的燃烧热为286.0 kJmol-1(ii)4NH3(g)+3O2(g)2N2(g)+6H2O (l) H=- 1530.6 kJmol-1。合成氨反应的热化学方程式为_。（2）恒温恒容条件下，起始按物质的量之比为11向密闭容器中充入N2(g)和H2(g)，发生合成氨的反应。达平衡后，N2(g)的体积分数为_；然后只降低温度，N2(g)的体积分数会_（填选项字母）。A增大 B减小 C不变 D不能判断（3）T时，CO2(g)和NH3(g)合成尿素的原理为2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(1)。在2 L恒容密闭容器中，通入1.2 mol NH3(g)和0.6 mol CO2(g)，2 min时反应恰好达到平衡，测得c(NH3)=0.2 molL-1。02min内，用NH3表示的反应速率(NH3)=_；反应的平衡常数K=_。若其他条件不变，2 min时将容器体积迅速压缩到1L，在3 min时重新达到平衡，请在图1中画出23 min内c(NH3)随时间(t)变化的曲线关系图。（4）碱性氨气燃料电池的装置如图2 所示，写出负极的电极反应式_。当电路中每通过3.6 mol e-，则需要标况下空气的体积_L。【答案】 N2(g)+3H2(g)2NH3(g) H=-92.7 kJmol-1 50% C 0.2 molL-1min-1 250 2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O 100.8【解析】分析：（1）根据H2的燃烧热写出H2燃烧的热化学方程式，再用盖斯定律。（2）用三段式计算平衡后N2（g）的体积分数。降低温度，平衡向正反应方向移动，N2（g）物质的量减小，气体总物质的量也减小，结合计算判断N2（g）的体积分数。（3）根据化学反应速率的含义计算（NH3）。用三段式和化学平衡常数表达式计算K。其他条件不变时，将容器体积迅速压缩到1L，NH3（g）、CO2（g）迅速增大到平衡时的两倍；增大压强平衡向正反应方向移动，NH3（g）、CO2（g）浓度又减小，再依据化学平衡常数计算3min平衡时c（NH3）。（4）根据装置图中电子的流向，通入NH3的一极为负极，通入O2的一极为正极；NH3失电子被氧化成N2，结合碱性条件、原子守恒和电荷守恒写电极反应式，根据电极反应式计算消耗标准状况下空气的体积。（2）设起始N2、H2物质的量都为amol，从起始到平衡过程中转化N2物质的量为xmol，用三段式N2（g）+3H2（g）2NH3（g）n（起始）（mol） a a 0n（转化）（mol） x 3x 2xn（平衡）（mol）a-x a-3x 2x达平衡后，N2（g）的体积分数为100%=100%=50%。降低温度，平衡向正反应方向移动，N2（g）物质的量减小，气体总物质的量也减小，根据上述计算，N2（g）的体积分数与a、x无关，恒为50%，即N2（g）的体积分数不变，答案选C。（3）（NH3）=0.2mol/（Lmin）。用三段式 2NH3（g）+CO2（g）CO（NH2）2（s）+H2O（l）c（起始）（mol/L） 0.6 0.3c（转化）（mol/L） 0.4 0.2c（平衡）（mol/L） 0.2 0.1反应的平衡常数K=250。其他条件不变时，将容器体积迅速压缩到1L，NH3（g）、CO2（g）迅速增大到平衡时的两倍，瞬时NH3（g）、CO2（g）的浓度依次为0.4mol/L、0.2mol/L；增大压强平衡向正反应方向移动，NH3（g）、CO2（g）浓度又减小，设3min平衡时c（NH3）=ymol/L，用三段式2NH3（g）+CO2（g）CO（NH2）2（s）+H2O（l）2min体积压缩至1L时（mol/L） 0.4 0.223min内c（转化）（mol/L） 0.4-y 3min时c（平衡）（mol/L） y 温度不变，化学平衡常数不变，K=250，解得y=0.2。作图要点：2min时c（NH3）为0.4mol/L，23min内c（NH3）逐渐减小，3min时达到平衡c（NH3）=0.2mol/L。12【吉林省实验中学2018届高三下学期第十次模拟】研究NO2、NO、CO、NO2等污染物的处理，对环境保护有重要的意义。（1）NO2(g)+CO(g)CO2(g)+NO(g) H1=234.00kJmol-1N2(g)+O2(g)NO(g) H2=89.75 kJmol-12NO(g)+O2(g)2NO2(g) H3=112.30kJmol-1若NO2气体和CO气体反应生成无污染气体，其热化学方程式为_。（2）某温度下，向10L密闭容器中分别充入0.1 molNO2和0.2 molCO，发生反应：2NO2(g)+4CO(g)N2(g)+4CO2(g)，经10min反应达到平衡，容器的压强变为原来的010min内，CO的平均反应速率v(CO)=_；若容器中观察到_，可判断该反应达到平衡状态；为增大污染物处理效率，起始最佳投料比为_；平衡后，仅将CO、CO2气体浓度分别增加一倍，则平衡_(填“右移”或“左移”或“不移动”)。（3）在高效催化剂作用下可用NH3还原NO2进行污染物处理。相同条件下，选用A、B、C三种催化剂进行反应，生成氮气的物质的量与时间变化如图a。活化能最小的是_用E(A)、E(B)、E(C)表示三种催化剂下该反应的活化能。 在催化剂A作用下测得相同时间处理NO2的量与温度关系如图b。试说明图中曲线先增大后减小的原因_(假设该温度范围内催化剂的催化效率相同)。（4）有人设想在含有NO2的酸性污水中加入填充有铝粉的多孔活性炭颗粒进行水的净化。试结合电极反应说明多孔活性炭的主要作用_。【答案】 2NO2(g)+4CO(g)4CO2(g)+N2(g) H=-868.8KJ/mol 410-4mol/(Lmin) 体系内气体颜色不再改变 不移动 E(A) 低于300，反应未达到平衡，温度升高，反应速度加快；高于300，反应 已平衡，随温度升高，反应逆向进行 活性炭在与铝粉形成的原电池中作正极，发生反应：2NO2-+8H+6e-=N2+4H2O，将NO2-转化为无污染的N2【解析】试题分析：（1）NO2和CO生成无污染的CO2和N2，根据盖斯定律书写热化学方程
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