2．现代工业的发展导致CO2的大量排放，对环境造成的影响日益严重，通过各国科技工作者的努力，已经开发出许多将CO2回收利用的技术，其中催化转化法最具应用价值。
回答下列问题：
（1）在催化转化法回收利用CO2的过程中，可能涉及以下化学反应：
①CO2（g）+2H2O
（1）
CH3OH
（1）+
O2（g）△H=+727kJ·mol-1△G=+703kJ·mol-1
②CO2（g）+2H2O
（1）
CH4（g）+2O2（g）△H=+890kJ·mol-1△G=+818kJ·mol-1
③CO2（g）+3H2（g）
CH3OH
（1）+H2O
（1）△H=-131kJ·mol-1△G=-9.35kJ·mol-1
④CO2（g）+4H2（g）
CH4（g）+2H2O
（1）△H=-253kJ·mol-1△G=-130kJ·mol-1
从化学平衡的角度来看，上述化学反应中反应进行程度最小的是____，反应进行程度最大的是_____。
（2）反应CO2（g）+4H2（g）=CH4（g）+2H2O（g）称为Sabatier反应，可用于载人航空航天工业。
我国化学工作者对该反应的催化剂及催化效率进行了深入的研究。
①在载人航天器中利用Sabatier反应实现回收CO2再生O2，其反应过程如图所示，这种方法再生O2的最大缺点是需要不断补充_________（填化学式）。
②在1.5MPa，气体流速为20mL·min-l时研究温度对催化剂催化性能的影响，得到CO2的转化率（%）如下：
分析上表数据可知：
_____（填化学式）的催化性能更好。
③调整气体流速，研究其对某一催化剂催化效率的影响，得到CO2的转化率（%）如下：
分析上表数据可知：
相同温度时，随着气体流速增加，CO2的转化率____（填“增大”或“减小”），其可能的原因是_________________________________。
④在上述实验条件中，Sabatier反应最可能达到化学平衡状态的温度是____，已知初始反应气体中V（H2）:
V（CO2）=4:
l，估算该温度下的平衡常数为___________（列出计算表达式）。
（3）通过改变催化剂可以改变CO2与H2反应催化转化的产物，如利用Co／C作为催化剂，反应后可以得到含有少量甲酸的甲醇。
为了研究催化剂的稳定性，将Co/C催化剂循环使用，相同条件下，随着循环使用次数的增加，甲醇的产量如图所示，试推测甲醇产量变化的原因_________________________________。
（已知Co的性质与Fe相似）
【答案】②④H2Co4N/Al2O3减小气流流速加快，导致反应物与催化剂接触时间不够360℃
反应产生的甲酸腐蚀催化剂，使催化剂活性降低
【解析】
【分析】
（1）在温度、压强一定的条件下，反应总是向△G＜0的方向进行，由此判断。
（2）①分析反应过程图，CO2、O2、H2O属于循环过程中始终在循环过程中的，而H2属于循环过程中加入的，由此可知正确答案；
②分析表中数据，在相同温度下，对比不同催化剂时CO2的转化率可选择出催化性能更好的催化剂；
③分析表中数据，在温度不变的情况下，气流速度增大，CO2的转化率逐渐降低，据此分析原因；
④分析表中数据，大部分数据显示，在气流速度不变的情况下，CO2的转化率随着温度的增大而逐渐增大，但增大的幅度在逐渐减小，故在上述实验条件中，Sabatier反应最可能达到化学平衡状态的温度是360℃，根据此时CO2的转化率，计算该温度下的平衡常数；
（3）由图可知，随着Co/C催化剂循环次数的增多，甲醇的产量逐渐降低，说明该催化剂在循环过程中受到一定程度的影响，结合产物的性质进行分析；
【详解】
（1）分析四个反应，根据在温度、压强一定的条件下，反应总是向△G＜0的方向进行，反应的△G越小反应进行程度越大，反之反应进行的程度就越小，故上述化学反应中反应进行程度最小的是②，反应进行程度最大的是④。
答案为：
②；④；
（2）①分析循环图，只有H2需不断补充，答案为：
H2；
②对比表中的数据，在相同温度下，催化剂为Co4N/Al2O3时，CO2的转化率更大，答案为：
Co4N/Al2O3；
③分析表中数据，温度不变时，随着气体流速的逐渐增大，CO2的转化率逐渐减小，可能是气体流速过快，来不及和催化剂充分接触，导致CO2的转化率减小。
答案为：
减小；气流流速加快，导致反应物与催化剂接触时间不够；
④分析表中数据，大部分数据表明，在320℃至360℃时，气体流速不变的情况下，CO2的转化率的增大幅度在逐渐减小，由此可知Sabatier反应最可能达到化学平衡状态的温度是360℃，结合题中所给信息，选择气体流速为10mL·min-1时CO2的转化率进行计算。
已知初始反应气体中V（H2）:
V（CO2）=4:
l，根据在密闭容器里，全部由气体参与的反应中，压强、温度不变时，气体的体积比等于物质的量之比，可知V（H2）:
V（CO2）=n（H2）:
n（CO2）=4:
l，设初始气体中H2的物质的量为4mol，CO2的物质的量为1mol，则有：
在密闭容器中，全部由气体参与的反应中，平衡时气体的物质的量之比=气体物质的量浓度之比，可知该温度下，该反应的平衡常数K=
。
答案为：
360℃；
；
（3）根据题中催化剂循环次数和甲醇产量的关系：
催化剂的循环次数越多，甲醇的产量逐渐降低，说明催化剂一定程度受到了其他物质的影响，结合题给信息：
用Co／C作为催化剂，反应后可以得到含有少量甲酸的甲醇。
又已知Co的性质与Fe相似，说明甲酸可与催化剂中的Co进行反应，故催化剂的活性降低，进而影响甲醇的产量，答案为：
反应产生的甲酸腐蚀催化剂，使催化剂活性降低。
3．某温度时，在一个容积为2L的密闭容器中，X、Y、Z三种物质的物质的量随时间的变化曲线如图所示。
根据图中数据，完成下列问题：
（1）该反应的化学方程____；
（2）反应开始至2min，气体Z的平均反应速率为_____；
（3）达到平衡后，下列说法不正确的是_____。
A．X、Y、Z的浓度之比是1：
2：
3
B．X的消耗速率和Y的生成速率相等
C．Z的浓度保持不变
【答案】3X+2Y
3Z0.125mol/ （ L
min）B
【解析】
【分析】
【详解】
（1）根据图知，随着反应的进行X、Y的物质的量减少，而Z的物质的量增大，所以X和Y是反应物、Z是生成物，10min时反应达到平衡状态，则参加反应的△n（X）=（1.00-0.25）mol=0.75mol、△n（Y）=（1.00-0.50）mol=0.50mol、△n（Z）=（0.75-0）mol=0.75mol，同一可逆反应中同一时间段内参加反应的各物质的物质的量之比等于其计量数之比，所以X、Y、Z的计量数之比=0.75mol：
050mol：
0.75mol=3：
2：
3所以该反应方程式：
3X+2Y
3Z；
（2）0-2min内Z的平均反应速率v=
=
=0.125mol/（L
min），故答案为：
0.125mol/（L
min）；
（3）A.相同容器中，X、Y、Z的浓度之比等于其物质的量之比=0.25mol：
0.50mol：
0.75mol=1:
2:
3，故A正确；
B.该反应中X、Y的计量数之比为3:
2，当X的消耗速率与Y的生成速率之比为3:
2时该反应达到平衡状态，所以当X的消耗速率和Y的生成速率相等时该反应没有达到平衡状态，故B错误；
C.当Z的浓度保持不变时，正逆反应速率相等，可逆反应达到平衡状态，故C正确；
故选B。
4．一定条件下，在2L密闭容器中发生反应：
3A（g）+B（g）⇌2C（g），开始时加入4molA、6molB、2molC，2min末测得C的物质的量是3mol。
（1）用A的浓度变化表示的反应速率是：
________；
（2）在2min末，B的浓度为：
___________；
（3）若改变下列一个条件，推测该反应速率发生的变化（填变大、变小、或不变）①升高温度，化学反应速率_____；②充入1molB，化学反应速率___；③将容器的体积变为3L，化学反应速率_________。
【答案】0.375mol·L-1·min-12.75mol·L-1变大变大变小
【解析】
【分析】
根据题干信息，建立三段式有：
据此分析解答。
【详解】
（1）2min内，用A的浓度变化表示的反应速率为：
，故答案为：
0.375mol·L-1·min-1；
（2）根据上述分析可知。
在2min末，B的物质的量为5.5mol，则B的浓度
，故答案为：
2.75mol·L-1；
（3）①升高温度，体系内活化分子数增多，有效碰撞几率增大，化学反应速率变大，故答案为：
变大；
②冲入1molB，体系内活化分子数增多，有效碰撞几率增大，化学反应速率变大，故答案为：
变大；
③将容器的体积变为3L，浓度减小，单位体积内的活化分子数减小，有效碰撞几率减小，化学反应速率变小，故答案为：
变小。
5．在2L密闭容器内，800℃时反应2NO（g）+O2（g）→2NO2（g）体系中，n（NO）随时间的变化如表：
时间/s
0
1
2
3
4
5
n（NO）/mol
0.020
0.010
0.008
0.007
0.007
0.007
（1）上述反应_____（填“是”或“不是”）可逆反应。
（2）如图所示，表示NO2变化曲线的是____。
用O2表示0～1s内该反应的平均速率v=____。
（3）能说明该反应已达到平衡状态的是____（填字母）。
a．v（NO2）=2v（O2）b．容器内压强保持不变
c．v逆（NO）=2v正（O2）d．容器内密度保持不变
【答案】是b0.0025mol/（L·s）bc
【解析】
【分析】
（1）从表中数据可看出，反应进行3s后，n（NO）始终保持不变，从而可确定上述反应是否为可逆反应。
（2）利用图中数据，结合化学反应，可确定表示NO2变化的曲线。
从表中数据可以得出，0～1s内，∆n（NO）=0.01mol，则可计算出用O2表示0～1s内该反应的平均速率v。
（3）a．不管反应进行到什么程度，总有v（NO2）=2v（O2）；
b．因为反应前后气体分子数不等，所以平衡前容器内压强始终发生改变；
c．v逆（NO）=2v正（O2）表示反应方向相反，且数值之比等于化学计量数之比；
d．容器内气体的质量不变，容器的体积不变，所以容器内密度保持不变。
【详解】
（1）从表中数据可看出，反应进行3s后，n（NO）=0.007mol，且始终保持不变，从而可确定上述反应是可逆反应。
答案为：
是；
（2）从图中可看出，∆n（NO）=0.007mol，结合化学反应，可确定∆n（NO2）=0.007mol，从而确定表示NO2变化的是曲线b。
从表中数据可以得出，0～1s内，∆n（NO）=0.01mol，则可计算出用O2表示0～1s内该反应的平均速率v=
=0.0025mol/（L·s）。
答案为：
b；0.0025mol/（L·s）；
（3）a．不管反应进行到什么程度，总有v（NO2）=2v（O2），所以不一定达平衡状态，a不合题意；
b．因为反应前后气体分子数不等，所以平衡前容器内压强始终发生改变，当压强不变时，反应达平衡状态，b符合题意；
c．v逆（NO）=2v正（O2）表示反应方向相反，且数值之比等于化学计量数之比，则此时反应达平衡状态，c符合题意；
d．容器内气体的质量不变，容器的体积不变，所以容器内密度保持不变，所以当密度不变时，反应不一定达平衡状态，d不合题意；
故选bc。
答案为：
bc。
【点睛】
用体系的总量判断平衡状态时，应分析此总量是常量还是变量，常量不能用来判断平衡状态，变量不变时反应达平衡状态。
6．一定温度时，在4L密闭容器中，某反应中的气体M和气体N的物质的量随时间变化的曲线如图所示：
（1）t1时刻N的转化率为____________。
（2）0～t3时间内用M表示的化学反应速率为____________mol/（L·min）。
（3）平衡时容器内气体的压强与起始时容器内压强的比值为____________。
（4）该反应的化学方程式为____________；比较t2时刻，正逆反应速率大小：
v正____v逆（填“＞”、“=”或“＜”）。
（5）其他条件不变时，采取下列措施，反应速率的变化情况如何？
保持恒温、恒容：
①充入少量氦气：
____________（填“增大”、“减小”或“不变”，下同）；
②充入一定量的气体N：
____________。
（6）下列能表示上述反应达到化学平衡状态的是____________。
（填编号）
A.v逆（M）=2v正（N）B.M与N的物质的量之比保持不变
C.混合气体密度保持不变D.容器中压强保持不变
【答案】25%3/4t37:
102N
M＞不变增大BD
【解析】
【分析】
【详解】
（1）t1时刻消耗N是8mol－6mol＝2mol，N的转化率=
×100％=25%；
（2）0～t3时间内M增加了5mol－2mol＝3mol，则用M表示的化学反应速率v（M）=
=
3/4t3mol/（L·min）；
（3）初始投放量n（N）=8mol，n（M）=2mol，t3反应达到平衡，n（N）=2mol，n（M）=5mol，混合气体的物质的量与容器内的压强呈正比，可得P（平衡）：
P（初始）=7：
10；
（4）初始投放量n（N）=8mol，n（M）=2mol，t3反应达到平衡，n（N）=2mol，n（M）=5mol，根据单位时间的物质的变化量呈系数比，得化学反应式为2N（g）
M（g），t2时刻向正反应方向进行，正逆反应速率大小v正＞v逆；
（5）其他条件不变时，保持恒温、恒容：
①充入少量氦气，反应物浓度不变，速率不变；
②充入一定量的气体N，反应物浓度增大，速率增大；
（6）A.v逆（M）=2v正（N）正逆反应速率不相等，没有达到平衡状态，A不选；
B.M与N的物质的量之比是个变量，当M与N的物质的量之比保持不变，反应达到平衡，可作平衡依据，B选；
C.反应前后容器体积和质量均是不变的，混合气体密度是个定值，任意时刻都相同，不能用来判定平衡，C不选；
D.该反应从正向开始，压强会减小，容器中压强保持不变说明达到平衡，D选；
故能表示上述反应达到化学平衡状态的是BD。
【点睛】
平衡的判断，特别需要注意是否为变量，若为变量保持不变，可作平衡依据，若为定量，不能做依据，尤其混合气体的密度，相对分子质量，压强等。
7．工业废水中常含有一定量的Cr2O72-和CrO42-，它们会对人类及生态系统产生很大危害，必须进行处理．常用的处理方法有两种．方法1：
还原沉淀法．
该法的工艺流程为：
其中第①步存在平衡2CrO42−（黄色）+2H+⇌Cr2O32−（橙色）+H2O
（1）若平衡体系的 pH=2，该溶液显______色．
（2）能说明第①步反应达平衡状态的是_____（填序号）
A．Cr2O72−和CrO42−的浓度相同
B．2v（Cr2O72−）=v（CrO42−）
C．溶液的颜色不变
（3）第②步中，还原1molCr2O72−离子，需要______mol的FeSO4•7H2O．
（4）第③步生成的Cr（OH）3在溶液中存在以下沉淀溶解平衡：
Cr（OH）3（s）⇌Cr3+（aq）+3OH-（aq），常温下，Cr（OH）3的溶度积Ksp=c（Cr3+）•c3（OH-）=10-32，要使c（Cr3+）降至10-5mol/L，溶液的pH应调至______．
方法2：
电解法．
该法用Fe做电极电解含Cr2O72−的酸性废水，随着电解的进行，在阴极附近溶液pH升高，产生Cr（OH）3沉淀；
（5）用Fe做电极的原因为______（用电极反应式解释）．
（6）在阴极附近溶液 pH 升高，溶液中同时生成的沉淀还有______．
【答案】橙C65阳极反应为Fe−2e−═Fe2+，提供还原剂Fe2+Fe（OH）3
【解析】
【分析】
（1）pH=2，溶液呈酸性，有利于平衡向正反应分析移动；
（2）达到平衡时，正逆反应速率相等，各物质的浓度不变；
（3）根据氧化还原反应中得失电子守恒来计算；
（4）根据溶度积常数以及水的离子积常数来进行计算；
（5）阳极是活性电极时，阳极本身失电子，生成阳离子；
（6）溶液PH升高的原因是溶液中氢离子浓度减少，即氢离子在阴极得电子，PH升高，生成沉淀为Cr（OH）3和Fe（OH）3。
【详解】
（1）溶液显酸性，c（H+）较大，上述平衡右移，该溶液显橙色；综上所述，本题答案是：
橙；
（2）A．Cr2O72−和CrO42−的浓度相同时，反应不一定达到平衡状态，A错误；
B．2v（Cr2O72−）=v（CrO42−），没有标出正逆反应速率，无法判定反应是否达到平衡状态，B错误；
C．平衡时各物质的浓度不再改变，即溶液的颜色不再改变，可以判断反应达到平衡状态，C正确；
综上所述，本题选C；
（3）根据电子得失守恒可以知道,还原1molCr2O72−离子，得到Cr3+，得到电子：
2×（6-3）=6mol，Fe2+被氧化为Fe3+，需要FeSO4•7H2O的物质的量为
=6mol；
综上所述，本题答案是：
6；
（4）当c（Cr3+）=10-5mol/L时,溶液的c（OH-）=
=10-9mol/L,c（H+）=
=10-5mol/L,pH=5，即要使c（Cr3+）降至10-5mol/L，溶液的pH应调至5；
综上所述，本题答案是：
5；
（5）用Fe做阳极，发生氧化反应，失电子：
Fe−2e-=Fe2+，产生的亚铁离子做还原剂；
综上所述，本题答案是：
Fe−2e-=Fe2+，提供还原剂Fe2+；
（6）溶液中氢离子在阴极得电子被还原为氢气，阴极极反应为：
2H++2e-=H2↑，溶液酸性减弱，溶液pH升高，亚铁离子被氧化为铁离子，酸性减弱，铁离子产生沉淀Fe（OH）3；
综上所述，本题答案是：
Fe（OH）3。
8．恒温恒容下，将2molA气体和1molB气体通入体积为2L的密闭容器中发生反应：
2A（g）＋B（g）=xC（g）＋2D（s），2min达平衡，测得平衡时A的物质的量为1.2mol，C的浓度为0.6mol·L－1。
（1）从开始反应至达到平衡状态，生成B的平均反应速率为________。
（2）x＝________。
（3）A的转化率与B的转化率之比为________。
（4）下列各项可作为该反应达到平衡状态的标志的是________。
A．D的质量不再变化
B．压强不再变化
C．气体密度不再变化
D．气体的平均相对分子质量不再变化
E.A的消耗速率与B的消耗速率之比为2∶1
（5）请结合（4）总结化学平衡状态的判断依据有哪些：
_____________（至少写出2条）。
【答案】0.1mol·L－1·min－131∶1ACD正反应速率=逆反应速率，体系中各种物质的质量、物质的量不变
【解析】
【分析】
反应前，A的浓度=
=1mol/L，B的浓度=
=0.5mol/L，平衡时，A的浓度=
=0.6mol/L，说明A的浓度减小了0.4mol/L，C的浓度为0.6mol/L，说明C的浓度增大了0.6mol/L，所以：
，据此分析解答。
【详解】
（1）v（B）=
=0.1mol·L－1·min－1，故答案为：
0.1mol·L－1·min－1；
（2）同一反应用不同的物质表示的反应速率之比=化学计量数之比，故0.4:
0.6=2:
x，解得：
x=3，故答案为：
3；
（3）A的转化率=
=40%，B的转化率=
=40%，所以，A的转化率与B的转化率之比为1:
1，故答案为：
1:
1；
（4）2A（g）＋B（g）=3C（g）＋2D（s）
A．若反应还未平衡，体系中反应物的质量将减小，生成物的质量将增大，D的质量不变，说明已达到平衡时，A正确；
B．该反应是一个气体分子数不变的反应，压强不变，不能说明已达平衡，B错误；
C．该反应是气体质量减小的反应，容器的体积不变，密度不再变化，说明气体的质量不再变化，说明已达到平衡，C正确；
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