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考点08 化学反应的方向与调控
【核心考点梳理】
一、自发过程与自发反应的比较

自发过程
自发反应
含义
在一定条件下，不需借助外力就能自发进行的过程
在给定的条件下，可以自发进行到显著程度的化学反应
特征
具有方向性，即过程的某个方向在一定条件下自发进行，而该过程逆方向在该条件下肯定不能自发进行
举例
高山流水，自由落体，冰雪融化
钢铁生锈
应用
(1)可被用来完成有用功。如H2燃烧可设计成原电池
(2)非自发过程要想发生，必须对它做功。如通电将水分解为H2和O2
二、化学反应的方向与焓变的关系
1．分析下列反应进行的方向与ΔH之间的关系
(1)H2(g)＋O2(g)===H2O(l)，燃烧反应是放热反应，ΔH<0，常温下能自发进行。
(2)Zn(s)＋CuSO4(aq)===ZnSO4(aq)＋Cu(s)，该反应是放热反应，ΔH<0，常温下能自发进行。
(3)(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)＋NH3(g)　ΔH＝＋56.7 kJ·mol－1，该反应在常温下能自发进行。
(4)CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)　ΔH>0，该反应在常温下不能自发进行，但在较高温度下能自发进行。
2．自发反应与焓变的关系
大多数放热反应是可以自发进行的，但也有很多吸热反应能自发进行，因此，反应焓变是与反应进行的方向有关的因素之一，但不是决定化学反应能否自发进行的唯一因素。
三、化学反应的方向与熵变的关系
1．熵的含义
自发过程的体系趋向于由有序转变为无序，体系的混乱度增大。体系的混乱度常用熵来描述，熵的概念是表示体系的混乱或无序程度的物理量，其符号为S。熵值越大，体系的混乱度越大。
2．影响熵大小的因素
(1)同一条件下，不同的物质熵值不同。
(2)同一物质的熵与其聚集状态及外界条件有关，如对同一种物质不同状态时熵值大小为S(g)>S(l)>S(s)。
(3)物质的量越大，分子数越多，熵值越大。
(1)物质由固态到液态、由液态到气态或由固态到气态的过程，熵变为正值，是熵增加的过程。
(2)气体体积增大的反应，熵变通常都是正值，是熵增加的反应。
(3)气体体积减小的反应，熵变通常都是负值，是熵减小的反应。
3．反应熵变与反应方向
(1)二者关系
—
(2)结论：不能仅用反应熵变来判断反应能否自发进行。
4．反应熵变是与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。如：2Al(s)＋Fe2O3(s)===Al2O3(s)＋2Fe(s)　ΔS＝－39.35 J·mol－1·K－1，上述反应为熵减少的反应，但在一定条件下，该反应也能自发进行。说明“熵判据”也具有一定的局限性。
四、化学反应的调控
1．合成氨反应的特点
合成氨反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)。已知298 K时：ΔH＝－92.4 kJ·mol－1，ΔS＝－198.2 J·mol－1·K－1。
(1)可逆性：反应为可逆反应。
(2)体积变化：正反应是气体体积缩小的反应。
(3)焓变：ΔH<0，熵变：ΔS<0。
(4)自发性：常温(298 K)下，ΔH－TΔS<0，能自发进行。
2．提高合成氨反应速率和平衡转化率的条件比较
条件
提高反应速率
提高平衡转化率
综合结果
压强
高压
高压
高压
温度
高温
低温
兼顾速率和平衡，且考虑催化剂活性
催化剂
使用
无影响
使用
浓度
增大反应物浓度
增大反应物浓度，降低生成物浓度
增大反应物浓度，且不断减少生成物浓度
3．工业合成氨的适宜条件
外部条件
工业合成氨的适宜条件
压强
根据反应器可使用的钢材质量及综合指标来选择压强(10 MPa～30 MPa)
温度
适宜温度，400～500 ℃
催化剂
使用铁触媒做催化剂
浓度
N2和H2的物质的量之比为1∶2.8的投料比，氨及时从混合气中分离出去
(1)压强：目前，我国的合成氨厂一般采用的压强为10 MPa～30 MPa，不采用更高压强的理由是压强越大，对材料的强度和设备的制造要求越高、需要的动力也越大。
(2)温度：升高温度能提高化学反应速率，但工业合成氨温度不能太高的理由是
①合成氨反应为放热反应，升高温度，转化率降低。
②400～500 ℃催化剂活性最大，升高温度，催化剂活性减弱。
工业生产中，必须从反应限度和反应速率两个角度选择合成氨的适宜条件，既要考虑尽量增大反应物的转化率，充分利用原料，又要选择较快的反应速率，提高单位时间内的产量，同时还要考虑设备的要求和技术条件。

【核心归纳】
1．复合判据
(1)判据

(2)温度对反应方向的影响

2．根据反应特点具体分析外界条件对速率和平衡的影响；从速率和平衡的角度进行综合分析，再充分考虑实际情况，选出适宜的外界条件。
外界条件
有利于加快速率的条件控制
有利于平衡正向移动的条件控制
综合分析结果
浓度
增大反应物的浓度
增大反应物的浓度、减小生成物的浓度
不断地补充反应物、及时地分离出生成物
催化剂
加合适的催化剂
无
加合适的催化剂
温度
高温
ΔH＜0
低温
兼顾速率和平衡，考虑催化剂的适宜温度
ΔH＞0
高温
在设备条件允许的前提下，尽量采取高温并考虑催化剂的活性
压强
高压(有气体参加)
Δνg＜0
高压
在设备条件允许的前提下，尽量采取高压
Δνg＞0
低压
兼顾速率和平衡，选取适宜的压强
【必备知识基础练】
1．（2023春·广东·高二惠州一中校联考阶段练习）在硫酸工业中，通过如下反应使SO2转化为SO3：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)     ∆H<0。下列说法不正确的是
A．为使SO2尽可能多地转化为SO3，工业生产中的反应温度越低越好
B．使用合适的催化剂可加快该反应的反应速率
C．通入过量的空气可以提高SO2的转化率
D．反应后尾气中的SO2必须回收
【答案】A
【解析】A．为使SO2尽可能多地转化为SO3即平衡正向移动，同时考虑到温度对速率的影响，工业生产中的反应温度并不是越低越好，A错误；
B．使用合适的催化剂可加快该反应的反应速率，B正确；
C．通入过量的空气促使平衡正向移动，可以提高SO2的转化率，C正确；
D．二氧化硫在转化中并未达到100%转化且二氧化硫有毒性的污染性气体需回收并循环利用，D正确；
故选A。
2．（2023春·江苏扬州·高二扬州大学附属中学校考期中）对于反应  。下列说法正确的是
A．反应的
B．其他条件不变，升高体系的温度，该反应的平衡常数增大
C．保持其他条件不变，增大浓度能提高的反应速率和转化率
D．使用催化剂能改变反应途径，降低反应的焓变
【答案】C
【解析】A．该反应的正反应是气体体积减小的反应，所以反应的ΔS＜0，A错误；
B．该反应的正反应是放热反应，在其它条件不变时，升高体系的温度，化学平衡向吸热的逆反应方向移动，导致该反应的平衡常数K减小，B错误；
C．O2是反应物，在保持其他条件不变时，增大反应物O2浓度，能提高反应物SO2的反应速率，同时化学平衡正向移动，导致SO2的平衡转化率提高，C正确；
D．使用催化剂只能改变反应途径，降低反应的活化能，但不能改变反应物、生成物的能量，因此不能降低反应的焓变，D错误；
故合理选项是C。
3．（2023秋·广东梅州·高二广东梅县东山中学校联考期末）下列说法正确的是
A．自发进行的反应不需要任何条件，就可以发生反应
B．的反应一定能自发进行
C．增大反应物浓度，可增大活化分子百分数，从而增加有效碰撞的次数
D．反应，若正反应的活化能为 kJ⋅mol，逆反应的活化能为 kJ⋅mol，则 kJ⋅mol
【答案】D
【解析】A．自发进行的反应可能需要引发，如燃烧反应需要点燃，故A错误；
B．的反应不一定能自发进行，比如高温下熵变减小的反应不能自发进行，故B错误；
C．增大反应物浓度，单位体积内分子数目增大，活化分子数目增大，但活化分子百分数不变，从而增加有效碰撞的次数，故C错误；
D．反应，焓变等于反应物的活化能减去生成物的活化能，若正反应的活化能为 kJ⋅mol，逆反应的活化能为 kJ⋅mol，则 kJ⋅mol，故D正确。
综上所述，答案为D。
4．（2023春·陕西宝鸡·高二统考期中）下列推论正确的是
A．S(g)+O2(g)=SO2(g) △H1，S(s)+O2(g)=SO2(g) △H2；则：△H1＞△H2
B．NaOH(aq)+HCl(aq)=NaCl(aq)+H2O(l)  △H =-57.4kJ/mol，则：含20gNaOH的溶液与稀盐酸完全反应，放出的热量为28.7kJ
C．C(石墨，s)=C(金刚石，s) △H=+1.9kJ/mol，则：由石墨制取金刚石的反应是吸热反应，金刚石比石墨稳定
D．CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g) △H ＞0，△S＞0，则：该反应任何温度下都能自发进行
【答案】B
【解析】A．固态硫变为气态硫是吸热过程，气体与气体反应生成气体比固体和气体反应生成气体产生的热量多，但反应热为负值，△H1＜△H2，故A错误；
B．NaOH(aq)+HCl(aq)=NaCl(aq)+H2O(l) △H=-57.4 kJ/mol，即在稀溶液中1mol NaOH完全反应放出57.4kJ热量，则含20g NaOH即0.5mol的稀溶液与稀盐酸完全反应，放出的热量为28.7kJ，故B正确；
C．C(石墨，s)=C(金刚石，s) △H=+1.9 kJ/mol，则由石墨制取金刚石的反应是吸热反应，金刚石的能量高于石墨的能量，则石墨比金刚石稳定，故C错误；
D．CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g) △H ＞0，△S＞0，高温下才能使，故高温下能自发进行，故D错误；
答案选B。
5．（2023秋·云南丽江·高二统考期末）下列关于工业合成氨的叙述中错误的是
A．在动力、设备、材料允许的条件下尽可能在高压下进行
B．温度越高越有利于工业合成氨
C．在工业合成氨中N2、H2的循环利用可提高其利用率，降低成本
D．将混合气体中的氨液化有利于合成氨反应
【答案】B
【解析】A．合成氨的正反应为气体体积缩小的反应，压强越大，反应物的转化率越高，则在动力、设备、材料允许的条件下尽可能在高压下进行，故A正确；
B．合成氨的正反应为放热反应，升高温度后不利于氨气的生成，故B错误；
C．合成氨中N2和H2的循环使用，可以提高原料气的利用率，降低成本，故C正确；
D．合成氨的反应中，将混合气体中的氨气液化，减小了生成物浓度，平衡向着正向移动，可以用平衡移动原理解释，故D正确；
故答案选B。
6．（2023春·浙江·高二校联考期中）一定温度下，向2.0L恒容密闭容器中充入4molSO2和2molO2发生反应：。经过一段时间后达到平衡，反应过程中测定的部分数据见下表：

0
2
4
6
8

0
1.6
2.8
3.6
3.6
下列说法正确的是
A．4s内反应的平均速率
B．该反应的平衡常数
C．此温度下，若该容器中有、和，则反应逆向进行
D．当容器内密度保持不变时，该反应达到平衡状态
【答案】B
【分析】一定温度下，向2.0L恒容密闭容器中充入4molSO2和2molO2发生反应：。8s时反应达平衡，此时生成SO3的物质的量为3.6mol，则可建立如下三段式：

【解析】A．4s内SO3的物质的量为2.8mol，则消耗O2的物质的量为1.4mol，反应的平均速率，A不正确；
B．该反应的平衡常数K==810，B正确；
C．此温度下，若该容器中有、和，则浓度商Q==128＜810，反应正向进行，C不正确；
D．容器的体积始终不变，混合气的质量始终不变，则容器内气体的密度始终不变，当容器内密度保持不变时，该反应不一定达到平衡状态，D不正确；
故选B。
7．（2023春·江苏常州·高二统考期中）对于反应 ，下列说法正确的是
A．该反应在任何温度下均能自发进行
B．反应的平衡常数可表示为
C．使用高效催化剂能降低反应的活化能和焓变
D．升温、加压和使用催化剂能增大的生成速率
【答案】D
【解析】A．，该反应在低温下均能自发进行，故A错误；
B．反应的平衡常数可表示为，故B错误；
C．催化剂能降低反应的活化能，不能改变焓变，故C错误；
D．升温、加压和使用催化剂，都能增大反应速率，加快的生成速率，故D正确；
选D。
8．（2023春·广东·高二惠州一中校联考阶段练习）在恒容密闭容器中进行反应：C(s)＋CO2(g) 2CO(g)  ∆H>0。下列说法不正确的是
A．∆S>0
B．反应在高温下能自发进行
C．当混合气体的密度不再变化时，反应一定达到平衡状态
D．容器内气体浓度c(CO2)∶c(CO)=1∶2时，反应一定达到平衡状态
【答案】D
【解析】A．气体分子总数增加，则，A正确；
B．由于该反应是吸热反应，其△S＞0，根据△H－T△S＜0，该反应在高温下才能自发进行，低温下不能自发进行，B正确；
C．随着正反应的发生，混合气体的密度逐渐增大，所以当混合气体的密度不再发生变化时，反应达到平衡状态，C正确；
D．因为各成分的量取决于起始的投料，容器内气体浓度c(CO2)∶c(CO)=1∶2时，难以体现逆反应速率和正反应速率相等、也难以确定各成分的量是否不再变化，故反应不一定达到平衡状态， D不正确；
答案选D。
【关键能力提升练】
9．（2023春·江苏常州·高二统考期中）以、为原料合成涉及的反应如下：
反应Ⅰ：
反应Ⅱ：
反应Ⅲ：
在5MPa下，按照投料，平衡时，CO和在含碳产物中物质的量分数及的转化率随温度的变化如图。下列说法正确的是

A．反应Ⅲ中反应物的总键能大于生成物的总键能
B．曲线代表CO在含碳产物中物质的量分数
C．该条件下温度越低，越有利于工业生产
D．图示270℃时，平衡体系中的体积分数约为66.6%
【答案】D
【解析】A．根据盖斯定律I-Ⅱ可得反应ⅢCO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g) ΔH3=-49kJ·mol-1-41kJ·mol-1=-90kJ·mol-1；ΔH=反应物的总键能-生成物的总键能，故反应Ⅲ中反应物的总键能小于生成物的总键能，A错误；
B．反应Ⅱ的正反应是吸热反应，生成物中有CO，温度升高，反应Ⅱ的平衡正向移动，CO的物质的量分数增大；反应Ⅲ的正反应是放热反应，反应物中有CO，温度升高，反应Ⅲ的平衡逆向移动，CO的物质的量分数也会增大，也就是说，温度升高，CO的产量变大，则CO在含碳产物的物质的量分数增大，故符合这个规律的是曲线n，B错误；
C．由图可知，温度在150℃时有利于反应Ⅰ进行，CH3OH的含量高，有利于提高CH3OH的产率，但并不是温度越低越好，因为温度太低反应速率太慢，C错误；
D．根据题意设起始量n(CO2)=1mol，n(H2)=3mol，平衡时甲醇和CO的物质的量相等，设CH3OH物质的量为 xmol，则CO 的物质的量也为xmol，270℃时CO2的转化率为25%，则平衡时CO2的物质的量为0.75mol，根据碳守恒：0.75+2x=1，解得x=0.125，根据氧守恒，水的物质的量为：2mol-0.75mol×2-0.125mol-0.125mol=0.25mol，根据氢守恒，氢气的物质的量为=2.5mol，则反应后总的物质的量0.75mol+0.125mol+0.125mol+2.5mol+0.25mol=3.75mol，则平衡体系中H2的体积分数为=66.7%，D正确；
答案选D。
10．（2023春·河北廊坊·高二固安县第一中学校联考开学考试）在2 L的恒容密闭容器中充入1mol X(g)和2 mol Y(g)，发生反应：，测得在不同温度下、相同时间内X(g)与Z(g)的百分含量如图所示。下列说法错误的是

A．从反应开始到各点时的平均化学反应速率：
B．a点时，Y(g)的转化率为50%
C．T3℃下，平衡常数K=4
D．降低温度，有利于提高Z(g)的平衡产率
【答案】A
【分析】在2 L的恒容密闭容器中充入1mol X(g)和2 mol Y(g)，发生反应：，设a点时，参加反应X的物质的量为nmol，则可建立如下三段式：

则1-n=n，n=0.5mol。
【解析】A．对于可逆反应，温度越高，反应速率越快，T1＜T2＜T3，则从反应开始到各点时的平均化学反应速率：，A错误；
B．a点时，Y(g)的转化率为=50%，B正确；
C．T3 ℃下，平衡常数K==4，C正确；
D．从图中可以看出，当反应进行到b点时，反应达平衡状态，升高温度，X的百分含量增大，平衡逆向移动，则正反应为放热反应，所以降低温度，有利于提高Z(g)的平衡产率，D正确；
故选A。
11．（2023春·江苏盐城·高二江苏省响水中学校考期中）下列说法正确的是
A．自发反应是指不需要条件就能发生的反应
B．非自发过程在任何条件下都不可能变为自发过程
C．在其他外界条件不变的情况下，使用催化剂可以改变化学反应进行的方向
D．常温下，反应C(s)+CO2(g)2CO(g)不能自发进行，则该反应的△H＞0
【答案】D
【解析】A．自发反应是指在一定温度和压强下，不需要外界帮助即可发生的化学反应，故A错误；
B．非自发过程在一定条件下可能变为自发过程，如碳酸钙受热分解的反应是熵增的吸热反应，属于在高温下进行的非自发过程，故B错误；
C．使用催化剂只能降低反应的活化能，加快反应速率，但不能改变化学反应进行的方向，故C错误；
D．碳与二氧化碳生成一氧化碳的反应是熵增的反应，由常温下该反应不能自发进行可知，反应ΔH—TΔS＞0，则该反应的焓变ΔH＞0，故D正确；
故选D。
12．（2023春·安徽·高二校联考期中）将放入一个装满的恒压密闭容器中，在、的条件下使之充分反应至时刻达平衡状态，此时容器中无剩余，剩余。此条件下可以发生如下反应：①；②，已知反应②的，是压强平衡常数(用分压代替平衡浓度，分压总压物质的量分数)。下列说法错误的是
A．时刻，共消耗 B．时刻，容器中的分压为
C．时刻，容器中气体总物质的量为 D．起始时，容器中
【答案】B
【分析】放入一个装满的恒压密闭容器中，在、的条件下使之充分反应至时刻达平衡状态，此时容器中无剩余，则硫完全反应生成0.8mol二氧化硫、同时消耗0.8mol氧气，剩余：

总的物质的量为1.0mol，则，a=0.25mol；
【解析】A．由分析可知，时刻，共消耗，A正确；
B．时刻，容器中的分压为，B错误；
C．时刻，容器中气体总物质的量为，C正确；
D．起始时，容器中，D正确。
故选B。
13．（2023春·山东滨州·高二统考开学考试）工业上可用甲烷氧化制备甲醛，该反应的副产物主要有CO、。在一定容积的密闭容器中加入某催化剂，按物质的量之比1∶1投入甲烷和氧气，分别于不同温度下反应相同时间，测得甲醛、CO的选择性及甲烷的转化率随温度的变化情况如图所示。
(注：HCHO的选择性=)

下列说法错误的是
A．制备甲醛的反应中，正反应的活化能大于逆反应的活化能
B．低于650℃时，随温度的升高，甲烷的转化率增大的原因可能是温度升高，反应速率加快
C．650℃时，体系中
D．650℃时，甲醛的产率为20%
【答案】AC
【解析】A．由图可知甲醛的选择性随温度的升高始终降低，可知升温不利于HCHO的生成，该反应为放热反应，则正反应的活化能小于逆反应活化能，故A错误；
B．低于650℃时，由于反应速率较慢，测定转化率时反应为平衡，随温度升高，反应速率加快，相同时间内甲烷的转化率增大，故B正确；
C．设初始投料为1mol甲烷和1mol氧气，650℃时，甲烷的平衡转化率为50%，即平衡时n(CH4)=0.5mol，HCHO的选择性为40%，HCHO的实际产量为0.5mol×40%=0.2mol，此时CO的选择性也为40%，则CO的产量为0.5mol×40%=0.2mol，根据碳原子守恒，此时=1-0.5-0.2-0.2=0.1mol，体系中，故C错误；
D．设初始投料为1mol甲烷和1mol氧气，根据碳元素守恒可知，理论上最多生成1molHCHO，据图可知此温度下甲烷的平衡转化率为50%，即平衡时n(CH4)=0.5mol，，HCHO的选择性为40%，所以HCHO的实际产量为0.5mol×40%=0.2mol，平衡产率为，故D正确；
故选：AC。

14．（2023秋·河南驻马店·高二统考期末）金属钛(Ti)在航空航天、医疗器械等工业领域有着重要用途。目前生产钛的方法之一是将金红石(TiO2)转化为TiCl4，再进一步还原得到钛。回答下列问题：
(1)TiO2转化为TiCl4有直接氯化法和碳氯化法。在1000℃时反应的热化学方程式及其平衡常数如下：
(i)直接氯化：TiO2(s)+2Cl2(g)=TiCl4(g)+O2(g) △H1=+172kJ•mol-1，Kp1=1.0×10-2
(ii)碳氯化：TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s)=TiCl4(g)+2CO(g) △H2=-51kJ•mol-1，Kp2=1.2×1012Pa
①对于直接氯化反应：增大压强，平衡______移动(填“向左”“向右”或“不”)；温度升高，平衡转化率______(填“变大”“变小”或“不变”)。
②直接氯化的反应趋势远小于碳氯化，其原因是______。
(2)在1.0×105Pa，将TiO2、C、Cl2按物质的量比1∶2.2∶2进行反应。体系中气体平衡组成比例(物质的量分数)随温度变化的理论计算结果如图所示。

①反应C(s)+CO2(g)CO(g)的平衡常数Kp(1400℃)=______Pa(≈8.5)。
②图中显示，在200℃平衡时TiO2几乎完全转化为TiCl4，但实际生产中反应温度却远高于此温度，其原因是______。
(3)TiO2直接氯化和碳氯化都属于“气—固”反应，工业生产中有利于“气—固”充分接触的措施是______。
【答案】(1) 不 变大 直接氯化的体系是气体分子数不变、且是吸热过程，而碳氯化反应气体分子数增加，△H小于0，是熵增、放热过程，熵判据与焓判据均是自发过程
(2) 850 为了提高反应速率，在相同时间内得到更多的TiCl4产品，提高效益
(3)将固体粉碎后加入反应容器，鼓入Cl2吹起固体反应物，使固体粉末“沸腾”

【解析】（1）①对于直接氯化反应，反应后气体分子数不变，依据勒夏特列原理，增大压强，平衡往气体分子数减少的方向移动，即平衡不移动；该反应是吸热反应，温度升高，平衡往吸热方向移动，即向右移动，则平衡转化率变大；
②碳氯化的反应趋势远大于直接氯化，因为碳氯化反应气体分子数增加，∆H小于0，是熵增、放热过程，熵判据与焓判据均是自发过程，而直接氯化的体系气体分子数不变、且是吸热过程；
（2）①从图中可知，1400℃，体系中气体平衡组成比例CO2是0.05，TiCl4是0.35，CO是0.6，Cl2是0，反应C(s)+CO2(g)=CO(g)的平衡常数Kp(1400℃)===850；
②实际生产中需要综合考虑反应的速率、产率等，以达到最佳效益，实际反应温度远高于200℃，就是为了提高反应速率，在相同时间内得到更多的TiCl4产品，提高效益。
（3）固体颗粒越小，比表面积越大，反应接触面积越大。有利于TiO2 – C“固-固”接触，可将两者粉碎后混合，同时鼓入Cl2吹起固体反应物，使固体粉末“沸腾”，增大接触面积。
15．（2023秋·高二课时练习）二氧化碳的捕集、存储和转化是当今化学研究的热点问题之一。
（1）用钌的配合物作催化剂，一定条件下可直接光催化分解，发生反应，该反应的________（填“>”“<”或“=”，下同）0，_________0，在低温下，该反应________（填“能”或“不能”）自发进行。
（2）的转化途径之一是首先利用太阳能或生物质能分解水制，然后将与转化为甲醇或其他化学产品。你认为该方法需要解决的技术问题有__________（填字母）。
a．开发高效光催化剂
b．将通过光催化剂制取的从反应体系中有效分离，并与发生催化转化
c．二氧化碳及水资源的供应
【答案】 > > 不能 ab
【解析】（1）该反应是分解反应，且为CO的燃烧反应的逆向反应，因CO燃烧时放热，所以该反应为吸热反应，即，因气体的物质的量增多，所以,时，反应可自发进行，所以在高温下，该反应能自发进行，在低温下，该反应不能自发进行，故答案为：＞；＞；不能；
（2）a．开发高效催化剂，可以促使与转化为甲醇或其他化学产品，a符合题意；
b．将通过光催化剂制取的从反应体系中有效分离，使其与发生催化转化，b满足题意；
c．二氧化碳和水供应充足，不用考虑，c不满足题意；
故答案为：ab；
【学科素养拔高练】
16．（2023春·上海宝山·高二上海市行知中学校考期中）努力实现碳达峰、碳中和展现了我国积极参与和引领全球气候治理的大国担当，其中对于CO2的综合利用是实现碳中和的保证。

I.回收利用CO2解决空间站供氧问题物质转化如图所示：

反应A为CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)，是回收利用CO2的关键步骤。
(1)将原料气按n(CO2)：n(H2)=1：4置于恒容密闭容器中发生反应A，在相同时间内测得H2O的物质的量分数与温度的变化曲线如图所示。理论上能提高CO2平衡转化率的措施为______(单选)。

A．升高温度 B．及时从体系中移走水蒸气
C．恒容条件下向容器中冲入氩气 D．提高原料气中CO2的比例
(2)下列能说明反应A已达平衡的是______(单选)。
A．生成4molH2(g)的同时消耗2mol2H2O(g)
B．容器内混合气体的密度保持不变
C．容器内混合气体的平均相对分子质量保持不变
D．容器内CO2与H2物质的量之比保持不变
(3)空间站的反应器内，通常采用反应器前段加热，后段冷却的方法来提高CO2的转化效率，可能的原因是______。
(4)在容积为1L的密闭容器中充入4molH2(g)和1molCO2(g)发生反应，测得10min时反应达到平衡状态，此时容器内H2O(g)的体积分数为0.25，若此时向容器内额外充入1molH2(g)和0.5molH2O(g)，则该平衡将向着______方向移动(填“正”或“逆”)。
II.某研究团队利用2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g)生产乙烯。
在三个容积均为1L的密闭容器中以不同的氢碳比[]充入H2(g)和CO2(g)，在一定条件下CO2(g)的平衡转化率与温度的关系如图所示。

(5)下列说法不正确的是______(不定项)。
A．该反应的正反应活化能E1＞逆反应活化能E2
B．氢碳比：①＞②
C．在氢碳比为2.0时，Q点：v(正)＜v(逆)
D．该反应发生前后C原子的杂化方式发生改变
(6)在上述2L的密闭容器中充入2molH2(g)和1molCO2(g)发生反应，10min后到达P点，那么这10min内H2O(g)的反应速率为______。
【答案】(1)B
(2)C
(3)前端加热，有利于加快反应速率；后段冷却，有利于提高CO2的转化率
(4)正
(5)AC
(6)0.05mol•L-1•min-1

【解析】（1）A．升高温度，H2O的物质的量分数减小，说明平衡向逆反应方向进行，CO2平衡转化率降低，A错误；
B．及时从体系中移走水蒸气，平衡向正反应方向进行，CO2平衡转化率提高，B正确；
C．恒容条件下向容器中冲入氩气，各组分的浓度不变，平衡不移动，CO2平衡转化率不变，C错误；
D．提高原料气中CO2的比例，平衡向正反应方向移动，但是CO2起始量变大，CO2平衡转化率降低，D错误；
故答案为：B。
（2）A．CO2(g)+4H2(g)⇌CH4(g)+2H2O(g)，根据反应可知生成4molH2(g)的同时消耗2mol2H2O(g)，未知H2的消耗量和H2O水的生成量，无法对比正逆反应的速率大小，不能确定反应是否平衡，A错误；
B．恒容容器，体积不变，混合气体总质量不变，混合气体的密度一直保持不变，不能确定反应是否平衡，B错误；
C．反应前后计量数之和不相等，当容器内混合气体的平均相对分子质量保持不变，说明混合气体的物质的量之和不变，各组分的物质的量保持不变，则反应达到平衡，C正确；
D．投料比和化学计量数相等，则容器内CO2与H2物质的量之比始终与投料比相同，保持不变，正逆反应速率是否相等无法确定，不能确定反应是否平衡；
故答案为：C。
（3）通常采用反应器前段加热，后段冷却的方法来提高CO2的转化效率，可能的原因是前端加热，有利于加快反应速率；后段冷却，有利于提高CO2的转化率；
故答案为：前端加热，有利于加快反应速率；后段冷却，有利于提高CO2的转化率。
（4）向容器内额外充入1molH2(g)和0.5molH2O(g)，反应物浓度增加，平衡向正反应方向移动；
故答案为：正；
（5）A．温度升高，CO2(g)的平衡转化率降低，平衡向逆反应方向移动，则正反应为放热反应，该反应的正反应活化能E1<逆反应活化能E2，A错误；
B．氢碳比越大，二氧化碳的转化率越高，则①＞②，B正确；
C．P点达到平衡，Q点没有达到平衡，平衡向正反应方向移动，v(正)>v(逆)，C错误；
D．CO2中C原子价电子对数为2+=2，sp杂化，C2H4中的C原子的价电子对数为3+=3，sp2杂化，该反应发生前后C原子的杂化方式发生改变，D正确；
故答案为：AC。
（6）10min内转化CO2的物质的量为1mol ×50%=0.5mol，根据反应2CO2(g)+6H2(g)⇌C2H4(g)+4H2O(g)可知，生成水的物质的量为1mol，则10min内H2O(g)的反应速率为；
故答案为：0.05mol•L-1•min-1。