（5）化学反应的方向与限度
1.不能用焓判据解释的自发进行的反应过程是( )
A.铁在潮湿空气中生锈
B.天然气的燃烧
C.铜在潮湿空气中产生铜绿
D.与反应产生
2.下列关于焓变与反应方向的叙述中正确的是( )
A.化学反应的焓变与其反应的方向无关
B.化学反应的焓变直接决定了反应的方向
C.反应焓变为正值时不利于反应自发进行
D.焓变为负值的反应都能自发进行
3.已知反应的为正值，为负值。设和不随温度而变。下列说法正确的是( )
A.低温下能自发进行 B.高温下能自发进行
C.任何温度下都能自发进行 D.任何温度下都不能自发进行
4.二甲醚催化制备乙醇主要涉及以下两个反应：
反应Ⅰ：；
反应Ⅱ：；
在固定的原料比、体系压强不变的条件下，同时发生反应Ⅰ、Ⅱ，平衡时各物质的物质的量分数随温度的变化如图所示。下列说法正确的是( )
A.曲线B表示的物质的量分数随温度的变化
B.600 K后升高温度，的物质的量分数降低原因是反应Ⅱ平衡右移
C.测得X点的物质的量分数是10%，则X点反应Ⅱ有：
D.其他条件不变，延长反应时间能提高平衡混合物中乙醇含量
5.T℃时，在一固定容积的密闭容器中发生反应：，按照不同配比充入A、B，达到平衡时容器中A、B浓度变化如图中曲线（实线）所示，下列判断正确的是( )
A.T℃时，该反应的平衡常数值为4
B.c点没有达到平衡，此时反应向逆向进行
C.若c点为平衡点，则此时容器内的温度高于T℃
D.T℃时，直线cd上的点均为平衡状态
6.在一定温度下，向2L固定容积的密闭容器中通入、，发生反应。能说明该反应已达到平衡状态的是( )
A.混合气体的平均相对分子质量不变
B.体系中，且保持不变
C.混合气体的密度不随时间变化
D.单位时间内有键断裂，同时有键生成
7.工业上常用煤和水作原料经过多步反应制得氢气，其中一步反应的原理为，下列能说明反应达到平衡状态的是( )
A.恒温恒容条件下，混合气体的压强不再发生变化
B.两个H—O键断裂的同时有两个C=O键断裂
C.在恒容密闭容器中，气体密度不再发生变化
D.混合气体的平均摩尔质量不再发生变化
8.某温度下，在1 L恒容密闭容器中2.0 mol X发生反应，有关数据如下：
时间段/min 产物Z的平均生成速率
0~2 0.20
0~4 0.15
0~6 0.10
下列说法错误的是( )
A.1 min时，Z的浓度大于
B.3 min时，Y的体积分数约为
C.5 min时，
D.体系压强不变时，反应达到平衡状态
9.在一密闭容器中，物质M发生三个竞争的脱水反应：①，②，③，反应历程如图所示。相同条件下，下列说法正确的是( )
A.由图可知，物质M比物质N稳定
B.反应①比反应②和③更快达到化学平衡
C.的反应热
D.平衡后压缩容器，物质E的物质的量不变
10.肼是一种含氢量高的燃料。向恒容密闭容器内加入，一定条件下体系中存在以下平衡：
Ⅰ.
Ⅱ.
不同温度下达到平衡时，均几乎完全分解，分解产物的物质的量如图。下列说法正确的是( )
A.曲线a对应的物质是
B.低于M点对应温度时，以反应Ⅰ为主
C.体系中还存在
D.N点时，体系内为3：4
11.在温度为时，向容积为2 L的密闭容器中通入和，发生反应，后反应达到平衡，的转化率为。下列说法正确的是( )
A.内，平均反应速率
B.该温度下反应的平衡常数为
C.当时，说明反应已达到平衡状态
D.若平衡后升温，正反应速率减小，逆反应速率增大，平衡逆向移动
12.将一定量纯净的氨基甲酸铵固体置于密闭真空容器中（容器体积不变，固体试样体积忽略不计），在恒定温度下使其达到分解平衡：。下列各项：①；②密闭容器中压强不变；③密闭容器中混合气体的密度不变；④密闭容器中氨气的体积分数不变；⑤密闭容器中不变。能判断该反应已经达到化学平衡状态的是( )
A.②③⑤ B.②③④ C.①④ D.全部
13.如图所示，关闭活塞K，向甲、乙两刚性密闭容器中分别充入，此时甲、乙的容积均为2L(连通管体积忽略不计)。在时，两容器中均发生反应：。达平衡时，乙的体积为2.6 L，下列说法正确的是( )
A.甲中反应的平衡常数小于乙
B.若打开活塞K，达平衡时乙容器的体积大于3.2 L
C.当乙中A与B的体积分数之比为1：2时，反应达到平衡状态
D.平衡时甲容器中A的物质的量大于0.55 mol
14.利用二氧化碳氢化法合成二甲醚，可实现二氧化碳再利用。其中涉及的反应有
Ⅰ.
Ⅱ.
Ⅲ.
已知：生成物A的选择性
回答下列问题：
（1）写出与转化为和（反应Ⅳ）的热化学方程式：______________。
（2）在恒温（）恒容条件下，将一定量的通入密闭容器中（含催化剂）发生上述反应。下列不能够说明该反应体系已达到化学平衡状态的是_____________（填序号）。
A.
B.反应Ⅰ中
C.混合气体的平均相对分子质量不变
D.混合气体的密度不变
E.的转化率不变
（3）在3.0 MPa下，研究人员在恒压密闭容器中充入和发生反应，平衡时的转化率和生成物的选择性随温度变化如图甲。所示（不考虑其他因素影响）：
①在条件下，平衡时_________，计算反应在下的平衡常数为_________（结果保留三位有效数字）。
（2）温度高于，平衡转化率随温度升高而上升的原因是________________。
（4）某二甲醚/双氧水燃料电池的工作原理如图乙所示。电池工作时，A电极附近溶液的pH______（填“减小”“增大”或“不变”）；B电极的电极反应式为____________。
15.TiN具有良好的导电和导热性，可用作高温结构材料和超导材料。可利用化学气相沉积技术来制备氮化钛。请回答下列问题：
（1）已知下，三种制备氮化铁反应的热化学方程式：
ⅰ.
ⅱ.
ⅲ.
利用反应ⅰ和ⅱ两种方式制备TiN时，反应ⅱ的反应趋势远大于反应ⅰ，其原因是______________。
（2）在反应条件下，将、、以物质的量之比为1：1：2加入反应容器中进行反应ⅲ。20 min后反应达到平衡状态，平衡时混合气体中与的分压相等，则的平衡转化率为_______________（保留三位有效数字），内，以分压表示的平均反应速率为________。
（3）在某刚性容器中合成原料氨气。将0.10 mol 和投入反应容器中，测得反应过程中的体积分数和反应体系的总压强p随着温度的升高而变化的曲线如图：
①对于该可逆反应过程，下列有关说法正确的是_____（填序号）。
A.a、b、c三点时，该反应均处于平衡状态
B.过程中，该反应平衡逆向移动
C.混合气体的平均摩尔质量：
D.混合气体的密度：
②x、y、z三点对应温度下的平衡常数由大到小的顺序为__________。
③当温度为时，该反应达到平衡，以气体分压表示的该反应的平衡常数_____（列出计算式即可）。
答案以及解析
1.答案：D
解析：铁在潮湿空气中能自发产生铁锈，能量降低，是能用焓判据解释的自发过程；天然气燃烧生成和水时放热，能量降低，是能用焓判据解释的自发过程；铜在潮湿空气中能自发产生铜绿，能量降低，是能用焓判据解释的自发过程；与反应产生，是一个吸热的自发过程，不能用焓判据解释，故选D。
2.答案：C
解析：焓变是与化学反应进行的方向有关的因素之一，但不是决定反应能否自发进行的唯一因素。可逆反应的两个反应方向的焓变的数值相等，但是符号（变化趋势）相反，故A、B项错误；，说明反应为吸热反应，不利于反应自发进行，C项正确；焓变只表示化学反应是吸热还是放热，不能用来独立判断反应的自发性，D项错误。
3.答案：D
解析：反应的，则在任何温度下，恒成立，故在任何温度下，该反应都不能自发进行。故选D。
4.答案：C
解析：温度高于600 K时，乙醇和甲醇的物质的量分数几乎为零，说明高于600 K以反应Ⅰ为主，则随着温度升高，反应Ⅰ化学平衡逆向移动，CO和二甲醚物质的量分数增大，故B表示二甲醚或者CO的物质的量分数随温度的变化情况。根据分析可知，曲线B表示CO或二甲醚物质的量分数随温度变化情况，A错误；600 K后，主要进行反应Ⅰ，升高温度，反应Ⅰ逆向移动，的物质的量分数减小，B错误；测得X点乙醇的物质的量分数为10%，低于该温度下平衡时乙醇的物质的量分数，则反应Ⅱ正向移动，，C正确；乙醇的产率不受反应时间的影响，延长反应时间不能提高平衡混合物中乙醇含量，D错误；故答案选C。
5.答案：C
解析：该反应的平衡常数，A错误；c点没有达到平衡状态，若要达到平衡状态，应向d点移动，A、B的浓度降低，说明反应正向进行， B错误；若c点为平衡点，此时平衡常数小于T℃时的平衡常数，说明平衡逆向移动，即此时容器内的温度高于T℃，C正确；平衡常数只受温度影响，与浓度、压强无关，因此T℃时，曲线b上的点均为平衡状态，而cd上的点除d点外都不是平衡状态，D错误。
6.答案：A
解析：A.反应前后气体质量不变，气体物质的量变化，混合气体的平均相对分子质量不随时间变化，说明反应达到平衡状态，故A选；
B.体系中，且始终保持不变,不能说明反应是否达到平衡状态,故B不选；
C.气体的质量、体积始终不变，混合气体的密度不随时间变化，不能判定平衡，故C不选；
D.单位时间内有键断裂，同时有键生成，均体现正反应速率，条件不足，不能判定平衡，故D不选；故选A。
7.答案：B
解析：A.由反应可知，该反应是一个反应前后气体物质的量不变的反应，恒温恒容条件下，混合气体的压强不变，所以混合气体的压强不再发生变化不能说明反应达到平衡状态，故A错误；
B.两个键断裂表示的是正反应速率，两个C=O键断裂表示的是逆反应速率，正、逆反应速率相等，说明反应达到平衡状态，故B正确；
C.在恒容密闭容器中，混合气体的质量和体积始终不变，则混合气体的密度始终不变，所以反应容器内的气体密度不再发生变化不能说明反应达到平衡状态，故C错误；
D.该反应是反应前后气体的物质的量不变的可逆反应，根据，可知混合气体的平均摩尔质量始终不发生变化，所以混合气体的平均摩尔质量不变不能说明反应达到平衡状态，故D错误；
故答案：B。
8.答案：C
解析：反应开始一段时间，随着时间的延长，产物逐渐增多，产物Z的平均生成速率逐渐减小，则内Z的平均生成速率大于内的平均生成速率，由题表可知，内Z的平均生成速率为，所以1min时，Z的浓度大于，A正确；反应生成的Y与Z的物质的量之比恒为1：2，反应体系中只有Y和Z为气体，相同条件下，气体的体积之比等于其物质的量之比，所以Y的体积分数始终约为，B正确；由题表中数据可知，内，Z转化的浓度为，内，Z转化的浓度为，所以反应到4 min时已达到平衡状态，则5 min时，Z的正、逆反应速率相等，C错误；该反应是正反应方向气体的物质的量增大的反应，恒温恒容条件下反应正向进行，气体的物质的量增加，压强增大，只有处于平衡状态时，压强不变，所以压强不变时，反应达到平衡状态，D正确。
9.答案：C
解析：由题图可知，的能量低于与的能量之和，但无法直接比较和的能量，且未说明M与N的实际状态，因此不能直接比较M与N的稳定性，A错误；同一密闭容器中，三个反应的反应物均为M，则三个反应同时达到平衡，B错误；反应③×2-反应②×2得，根据盖斯定律可知，，C正确；平衡后压缩容器相当于增大压强，反应①和③的平衡逆移使的浓度增大，促使反应②的平衡正移，E的物质的量增大，A错误。
10.答案：C
解析：由题图可知温度较高时生成的非常少，即主要发生反应Ⅰ，达到平衡时，所以曲线b对应的物质是、曲线a对应的物质是，A错误；
由题图可知低于M点对应温度主要生成，即主要发生反应Ⅱ，B错误；
已知在不同温度下达到平衡时均几乎完全分解，温度升高时，生成的的物质的量趋于0，所以存在的分解反应，C正确；
由题图可知N点：，且反应Ⅱ中生成的，则反应Ⅰ中生成的，所以反应Ⅰ和反应Ⅱ中生成的之比为3：1，则，D错误。
11.答案：A
解析：向容积为2L的密闭容器中通入和，二者发生反应，5 min后反应达到平衡，的转化率为，内，的物质的量变化量为0.2 mol，由题给化学方程式可知的物质的量变化量为0.6 mol，，A正确；根据分析可列出三段式：
则该温度下反应平衡常数，B错误；当时，说明反应已达到平衡状态，C错误；平衡后升高温度，正、逆反应速率均增大，因为该反应为放热反应，所以平衡逆向移动，D错误。
12.答案：A
解析：，没有说明反应的方向，也不符合速率与化学计量数的比例关系，①错误；该反应是气体分子数增大的反应，压强也随之增大，当密闭容器中压强不再增大时，说明反应达到平衡状态，②正确；根据，气体质量是变量，容器体积不变，密闭容器中混合气体的密度不再变化时能说明反应达到平衡状态，③正确；反应生成的、的物质的量之比始终是2:1，因此密闭容器中氨气的体积分数始终不变，故体积分数不能作为平衡状态的判据，④错误；密闭容器中反应开始后，在增大，当不再变化时，能说明反应达到平衡状态，⑤正确；综上所述能判断该反应已经达到化学平衡状态的是②③⑤；故选A。
13.答案：D
解析：化学平衡常数是温度的函数，温度不变，平衡常数不变，甲、乙两容器的反应温度相同，平衡常数相等，A错误：若打开活塞K，相当于等压条件，与原来的乙等效，故反应后总体积为2.6L×2=5.2L，所以达平衡时乙容器的体积为5.2L-2L=3.2L，B错误；由于反应物A与B是按照1：2通入的，且二者的转化率相等，所以这个过程中A与B的体积分数之比恒为1：2，不能判断反应是否达到平衡状态，C错误；乙变成恒压，达平衡时，乙的体积为2.6 L，平衡时混合物的物质的量之和为开始时的1.3倍，利用三段式计算得平衡时A的物质的量为0.55 mol；甲保持恒容，相当于达到平衡状态后再进行加压，平衡将逆向移动，A的转化率减小，所以平衡时甲容器中A的物质的量大于0.55 mol，D正确。
14.答案：（1）
（2）AD
（3）①0.16 mol；24.9
②反应Ⅲ的，反应Ⅳ（或反应Ⅰ、Ⅱ）的，温度升高使转化为CO的平衡转化率上升，使转化为和的平衡转化率下降，且上升幅度超过下降幅度
（4）增大；
解析：反应Ⅳ：，由盖斯定律可知，，所以反应热，则反应Ⅳ的热化学方程式为。
（2）可能是反应过程中某一时刻的状态，不能说明反应达到平衡状态，A符合题意；，速率之比等于化学计量数之比，说明反应已达到平衡状态，B不符合题意；反应Ⅰ是反应前后气体分子数之和不等的反应，反应Ⅱ、Ⅲ是反应前后气体分子数之和不变的反应，所以混合气体的平均相对分子质量不变说明反应已达到平衡状态，C不符合题意；混合气体的质量和容器的容积不变，所以混合气体的密度始终不变，D符合题意；的转化率不变说明反应已达到平衡状态，E不符合题意。
（3）①由图甲可知在条件下，平衡转化率为，CO的选择性为，的选择性为，起始充入，所以反应Ⅲ消耗的物质的量，则反应Ⅰ消耗的物质的量，同时生成了，而反应Ⅱ生成的物质的量0.16mol，则消耗了，所以体系中还剩有的物质的量，所以体系中共含有的物质的量，反应Ⅱ反应前后气体分子数之和不变，可用物质的量代替浓度计算平衡常数，所以该反应在下的平衡常数。
②反应Ⅲ是吸热反应，反应Ⅳ（或反应Ⅰ、Ⅱ）是放热反应，而温度升高使得反应Ⅲ平衡正向移动（平衡转化率升高），使反应Ⅳ（或反应Ⅰ、Ⅱ）平衡逆向移动（平衡转化率降低），所以高于后，温度升高使得的平衡转化率上升的原因是其平衡转化率的上升幅度超过下降幅度。
（4）由题意可知二甲醚作燃料，该原电池工作时，B电极为负极，二甲醚在负极发生氧化反应：；A电极为正极，发生还原反应：，所以A电极附近溶液的pH增大。
15.答案：（1）反应ⅰ和ⅱ的焓变相近，但反应ⅱ气体分子数增大较多，熵增程度大，因此反应ⅱ的反应趋势远大于反应
（2）66.7%；1.125
（3）①BC
②
③
解析：（1）由热化学方程式可知，反应和ⅱ的焓变相近，但反应ⅱ气体分子数增大较多，熵增程度远大于反应，远小于反应ⅰ，所以反应ⅱ的反应趋势远大于反应ⅰ。
（2）设起始加入四氯化钛、氮气和氢气的物质的量分别为1 mol、1 mol和2 mol，四氯化钛的转化量为a mol，由热化学方程式可知，20 min后反应达到平衡，四氯化钛、氮气、氢气、氯化氢的物质的量分别为（1-a） mol、（1-0.5a） mol、（2-2a） mol、4a mol，平衡时混合气体中氮气和氢气的分压相等，则，即，解得，则四氯化钛的平衡转化率为；平衡时，混合气体的总物质的量为，在反应条件下，内四氯化钛的反应速率为。
（3）①根据题给信息可知反应开始时的体积分数为0，由题图可知，b点氨气的体积分数最大，反应在b、c点达到平衡，a点反应未达到平衡状态，故A错误；由题图可知，b点氨气的体积分数最大，反应已达到平衡，过程为化学平衡移动过程，升高温度，的体积分数降低，所以该反应的正反应为放热反应，同理过程为化学平衡移动过程，升高温度，平衡向吸热的逆反应方向移动，故B正确；由质量守恒定律可知，反应前后气体的总质量相等，合成氨反应为，的体积分数越大，气体总物质的量越小，则b、c、a三点气体总物质的量依次增大，混合气体的平均摩尔质量：，故C正确；由质量守恒定律可知，反应前后气体的总质量相等，在恒容密闭容器中混合气体的密度始终不变，则b、c、a三点混合气体的密度相等，故D错误。
②该反应为放热反应，升高温度，平衡向吸热的逆反应方向移动，反应的平衡常数减小，由题图可知，x、y、m三点对应温度依次增大，所以平衡常数依次减小，故。
③由题图可知，反应达到平衡时，氨气的体积分数为、体系总压强为30.0 MPa，设氮气的转化率为x，平衡时氮气、氢气和氨气的物质的量分别为、和，由氨气的体积分数为可得，，解得，则平衡时总物质的量为0.3 mol，氮气、氢气和氨气的物质的量分别为、0.06 mol，氮气、氢气和氨气的平衡分压分别为、和，反应的平衡常数。
