《2025年赢在微点化学》

12. 利用$NH_{3}$的还原性可以消除氮氧化物的污染，其中除去NO的主要反应如下：$4NH_{3}(g)+6NO(g)\rightleftharpoons5N_{2}(g)+6H_{2}O(l)$ $\Delta H＜0$，已知该反应速率$v_{正}=k_{正}\cdot c^{4}(NH_{3})\cdot c^{6}(NO)$，$v_{逆}=k_{逆}\cdot c^{x}(N_{2})\cdot c^{y}(H_{2}O)$($k_{正}$、$k_{逆}$分别是正、逆反应速率常数)，该反应的平衡常数$K=\frac{k_{正}}{k_{逆}}$，则$x =$____，$y =$________。

答案： 答案 5 0
解析 当反应达到平衡时有$v_{正}=v_{逆}$,即$k_{正}\cdot c^{4}(NH_{3})\cdot c^{6}(NO)=k_{逆}\cdot c^{x}(N_{2})\cdot c^{y}(H_{2}O)$,变换可得$\frac{k_{正}}{k_{逆}}=\frac{c^{x}(N_{2})\cdot c^{y}(H_{2}O)}{c^{4}(NH_{3})\cdot c^{6}(NO)}$,该反应的平衡常数$K=\frac{k_{正}}{k_{逆}}$,平衡状态下$K=\frac{c^{5}(N_{2})}{c^{4}(NH_{3})\cdot c^{6}(NO)}$,所以$x = 5,y = 0$。

13. 乙烯、环氧乙烷是重要的化工原料，用途广泛。实验测得$2CH_{2}=CH_{2}(g)+O_{2}(g)\rightleftharpoons2\overset{O}{\overset{||}{C - CH_{2}}}(g)$ $\Delta H＜0$中，$v_{逆}=k_{逆}\cdot c^{2}(\overset{O}{\overset{||}{C - CH_{2}}})$，$v_{正}=k_{正}\cdot c^{2}(CH_{2}=CH_{2})\cdot c(O_{2})$($k_{正}$、$k_{逆}$为速率常数，只与温度有关)。
(1)反应达到平衡后，仅降低温度，下列说法正确的是________(填选项字母)。
A. $k_{正}$、$k_{逆}$均增大，且$k_{正}$增大的倍数更多
B. $k_{正}$、$k_{逆}$均减小，且$k_{正}$减小的倍数更少
C. $k_{正}$增大、$k_{逆}$减小，平衡正向移动
D. $k_{正}$、$k_{逆}$均减小，且$k_{逆}$减小的倍数更少
(2)若在1 L的密闭容器中充入1 mol $CH_{2}=CH_{2}(g)$和1 mol $O_{2}(g)$，在一定温度下只发生上述反应，经过10 min反应达到平衡，体系的压强变为原来的0.875倍，则0～10 min内$v(O_{2}) =$______，$\frac{k_{逆}}{k_{正}}=$______。

答案： 答案
(1)B
(2)$0.025\text{ }mol\cdot L^{-1}\cdot min^{-1}$ 0.75
解析
(1)该反应是放热反应,反应达到平衡后,仅降低温度,$k_{正}$、$k_{逆}$均减小,平衡向放热方向即正向移动,正反应速率大于逆反应速率,因此$k_{正}＞k_{逆}$。
(2)
$2CH_{2}=CH_{2}(g)+O_{2}(g)\rightleftharpoons 2\bigcirc (g)$
起始/mol 1 1 0
变化/mol 2x x 2x
平衡/mol $1 - 2x$ $1 - x$ 2x
$\frac{1 - 2x+1 - x+2x}{2}=0.875$,解得$x = 0.25$,则0~10min内$v(O_{2})=\frac{\Delta n}{V\cdot\Delta t}=\frac{0.25\text{ }mol}{1L\times10\text{ }min}=0.025\text{ }mol\cdot L^{-1}\cdot min^{-1}$,$k_{逆}\cdot c^{2}(\bigcirc)=k_{正}\cdot c^{2}(CH_{2}=CH_{2})\cdot c(O_{2})$,$\frac{k_{逆}}{k_{正}}=\frac{(\frac{0.5}{1})^{2}\times0.75}{(\frac{0.5}{1})^{2}} = 0.75$。

14. 温度为$T_{1}$，在三个容积均为1 L的恒容密闭容器中仅发生反应$CH_{4}(g)+H_{2}O(g)\rightleftharpoons CO(g)+3H_{2}(g)$ $\Delta H = + 206.3kJ\cdot mol^{-1}$，该反应中，正反应速率为$v_{正}=k_{正}\cdot c(CH_{4})\cdot c(H_{2}O)$，逆反应速率为$v_{逆}=k_{逆}\cdot c(CO)\cdot c^{3}(H_{2})$，$k_{正}$、$k_{逆}$为速率常数，受温度影响。已知$T_{1}$时，$k_{正}=k_{逆}$，则该温度下，平衡常数$K_{1}=$________；当温度变为$T_{2}$时，若$k_{正}=1.5k_{逆}$，则$T_{2}$__________(填“＞”“=”或“＜”)$T_{1}$。

答案： 答案 1 ＞
解析 解题步骤及过程:
步骤1 代入特殊值:
平衡时$v_{正}=v_{逆}$,即$k_{正}\cdot c(CH_{4})\cdot c(H_{2}O)=k_{逆}\cdot c(CO)\cdot c^{3}(H_{2})$;
步骤2 适当变式求平衡常数,
$K_{1}=\frac{c(CO)\cdot c^{3}(H_{2})}{c(CH_{4})\cdot c(H_{2}O)}=\frac{k_{正}}{k_{逆}}$;$k_{正}=k_{逆}$,$K_{1}=1$;
步骤3 求其他,
$K_{2}=\frac{c(CO)\cdot c^{3}(H_{2})}{c(CH_{4})\cdot c(H_{2}O)}=\frac{k_{正}}{k_{逆}}$;$k_{正}=1.5k_{逆}$,$K_{2}=1.5$;$1.5＞1$,平衡正向移动,升高温度平衡向吸热方向移动,则$T_{2}＞T_{1}$。

我国提出力争在2030年前实现“碳达峰”，2060年前实现“碳中和”。因此，二氧化碳捕捉和利用成了科研热点。
我国科研人员提出了以$Ni/Al_{2}O_{3}$为催化剂，由$CO_{2}(g)$和$H_{2}(g)$转化为$CH_{4}(g)$和$H_{2}O(g)$的反应历程，其示意图如图1所示。

（1）该可逆反应的化学方程式为____________。
（2）向1 L恒容密闭容器中加入4.0 mol $H_{2}(g)$、1.0 mol $CO_{2}(g)$，控制条件（催化剂为$Ni/Al_{2}O_{3}$、温度为T）使之发生上述反应，测得容器内气体的压强随时间的变化如图2所示。
①4 min时$CO_{2}$的转化率为________。
②T温度下该反应的化学平衡常数为________。

答案： 提示
(1)$CO_{2}(g)+4H_{2}(g)\xrightarrow{Ni/Al_{2}O_{3}}CH_{4}(g)+2H_{2}O(g)$
(2)①75% ②6.75
解析
(2)①根据题图2可知,4min时反应处于平衡状态,此时容器内气体总压强为$0.7p_{0}\text{ }kPa$,设发生反应的$CO_{2}$的物质的量为xmol,列出三段式:
$CO_{2}+4H_{2}\xrightarrow{Ni/Al_{2}O_{3}}CH_{4}+2H_{2}O$
起始/mol 1.0 4.0 0 0
变化/mol x 4x x 2x
平衡/mol $1.0 - x$ $4.0 - 4x$ x 2x
在温度、体积相同的条件下,气体压强之比等于气体的物质的量之比,所以$\frac{1.0 - x+4.0 - 4x+x+2x}{1.0 + 4.0}=\frac{0.7p_{0}}{p_{0}}$,解得$x = 0.75$,$\alpha(CO_{2})=\frac{0.75\text{ }mol}{1.0\text{ }mol}\times100\% = 75\%$。②T温度下该反应的化学平衡常数$K=\frac{c(CH_{4})\cdot c^{2}(H_{2}O)}{c(CO_{2})\cdot c^{4}(H_{2})}=\frac{0.75\times1.5^{2}}{0.25\times1^{4}} = 6.75$。