【备考2024年】高考化学全国甲卷真题变式分层精准练第10题

更新时间：2023-12-09 浏览次数：20 类型：二轮复习

一、原题

1. (2023·全国甲卷) 甲烷选择性氧化制备甲醇是一种原子利用率高的方法。回答下列问题：
1. （1）已知下列反应的热化学方程式：
  ① $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ $\text{[math]}$
  
  ② $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ $\text{[math]}$
  
  反应③ $\text{[math]}$ 的 $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ ，平衡常数 $\text{[math]}$ (用 $\text{[math]}$ 表示)。
2. （2）电喷雾电离等方法得到的 $\text{[math]}$ ( $\text{[math]}$ 等)与 $\text{[math]}$ 反应可得 $\text{[math]}$ 。 $\text{[math]}$ 与 $\text{[math]}$ 反应能高选择性地生成甲醇。分别在 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 下(其他反应条件相同)进行反应 $\text{[math]}$ ，结果如下图所示。图中 $\text{[math]}$ 的曲线是(填“a”或“b”。 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 时 $\text{[math]}$ 的转化率为(列出算式)。
3. （3） $\text{[math]}$ 分别与 $\text{[math]}$ 反应，体系的能量随反应进程的变化如下图所示(两者历程相似，图中以 $\text{[math]}$ 示例)。
  
  (ⅰ)步骤Ⅰ和Ⅱ中涉及氢原子成键变化的是(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。
  
  (ⅱ)直接参与化学键变化的元素被替换为更重的同位素时，反应速率会变慢，则 $\text{[math]}$ 与 $\text{[math]}$ 反应的能量变化应为图中曲线(填“c”或“d”)。
  
  (ⅲ) $\text{[math]}$ 与 $\text{[math]}$ 反应，氘代甲醇的产量 $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ (填“＞”“＜”或“=”)。若 $\text{[math]}$ 与 $\text{[math]}$ 反应，生成的氘代甲醇有种。
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二、基础

2. (2018高二上·薛城期中) 化学反应与能量变化密切相关。回答下列问题：
1. （1）反应物和生成物均为气态的某可逆反应，在不同条件下的反应历程分别为A、B，如图所示。
  ①正反应的活化能为(用图中字母表示)；
  ②当反应达平衡后，其他条件不变，升高温度，反应物的转化率将(填“增大”、“减小”、“不变”)；
  ③B历程表明此反应采用的条件为(填标号)。
  A．升高温度　　　
  B.降低温度　　　　
  C.增大反应物浓度　　　
  D.使用催化剂
2. （2）在如图的转化关系中(X代表卤素)。△H₂0(填“＞”、“＝”或“＜”)；△H₁、△H₂和△H₃三者存在的关系为。
3. （3）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：
  ①CO(g)+2H₂(g) $\text{[math]}$ CH₃OH(g)             △H₁
  ②CO₂(g)+3H₂(g) $\text{[math]}$ CH₃OH（g）+H₂O(g)    △H₂
  ③CO₂(g)+H₂(g) $\text{[math]}$ CO(g)+H₂O(g)         △H₃
  已知反应①中的相关的化学键键能数据如下：
  化学键
  H-H
  C-O
  C O
  H-O
  C-H
  E/(kJ·mol^－¹)
  436
  343
  1076
  465
  413
  
  ①计算△H₁=kJ.mol^－¹；
  ②已知△H₃=＋41.1 kJ.mol^－¹ ，则△H₂=kJ.mol^－¹。
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3. 在以煤为主要原料的合成氨工业中，原料气氢气常用下述方法获得：
①C＋H₂O(g) $\text{[math]}$ CO＋H₂；
②CO＋H₂O(g) $\text{[math]}$ CO₂＋H₂；
1. （1）已知CO(g)＋1/2O₂(g)=CO₂(g)；ΔH＝－283.0 kJ/mol；
  H₂(g)＋1/2 O₂(g)=H₂O(g)；ΔH＝－285.8 kJ/mol；写出上述CO与H₂O(g)反应的热化学方程式：
2. （2）从反应混合物中分离出H₂的方法通常是以碱液洗气，根据该工业生产的实际分析，最好选用下列哪种溶液作为吸收剂？，理由是。
  A．氢氧化钠溶液
  B．氨水
  C．石灰水或石灰乳
3. （3）在实验室模拟上述反应②，830 ℃时在1 L的容器中装入CO和H₂O(g)各2 mol使之反应，达到平衡时测得容器中CO₂的浓度为1 mol/L，计算830 ℃时该反应的平衡常数。
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4. (2016·上海) 随着科学技术的发展和环保要求的不断提高，CO₂的捕集利用技术成为研究的重点．
完成下列填空：
1. （1）目前国际空间站处理CO₂的一个重要方法是将CO₂还原，所涉及的反应方程式为：
  CO₂（g）+4H₂（g）⇌CH₄（g）+2H₂O（g）
  已知H₂的体积分数随温度的升高而增加．
  若温度从300℃升至400℃，重新达到平衡，判断下列表格中各物理量的变化．（选填“增大”、“减小”或“不变”）
  v_正
  v_逆
  平衡常数K
  转化率α
2. （2）相同温度时，上述反应在不同起始浓度下分别达到平衡，各物质的平衡浓度如下表：
  
  [CO₂]/mol•L^﹣¹
  [H₂]/mol•L^﹣¹
  [CH₄]/mol•L^﹣¹
  [H₂O]/mol•L^﹣¹
  平衡Ⅰ
  a
  b
  c
  d
  平衡Ⅱ
  m
  n
  x
  y
  a、b、c、d与m、n、x、y之间的关系式为．
3. （3）碳酸：H₂CO₃ ， K_i1=4.3×10^﹣⁷ ， K_i2=5.6×10^﹣¹¹
  草酸：H₂C₂O₄ ， K_i1=5.9×10^﹣² ， K_i2=6.4×10^﹣⁵
  0.1mol/LNa₂CO₃溶液的pH0.1mol/LNa₂C₂O₄溶液的pH．（选填“大于”“小于”或“等于”）
  等浓度的草酸溶液和碳酸溶液中，氢离子浓度较大的是．若将等浓度的草酸溶液和碳酸溶液等体积混合，溶液中各种离子浓度大小的顺序正确的是．（选填编号）
  a．[H⁺]＞[HC₂O₄^﹣]＞[HCO₃^﹣]＞[CO₃²^﹣] b．[HCO₃^﹣]＞[HC₂O₄^﹣]＞[C₂O₄²^﹣]＞[CO₃²^﹣]
  c．[H⁺]＞[HC₂O₄^﹣]＞[C₂O₄²^﹣]＞[CO₃²^﹣] d．[H₂CO₃]＞[HCO₃^﹣]＞[HC₂O₄^﹣]＞[CO₃²^﹣]
4. （4）人体血液中的碳酸和碳酸氢盐存在平衡：H⁺+HCO₃^﹣⇌H₂CO₃ ，当有少量酸性或碱性物质进入血液中时，血液的pH变化不大，用平衡移动原理解释上述现象．
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三、提高

5. (2023高二下·泸县期末) 我国含硫、天然气资源丰富，天然气脱硫和甲烷与硫化氢重整制氢具有重要的现实意义。回答下列问题：
1. （1）天然气脱硫工艺涉及如下反应：
  2H₂S(g) +3O₂(g)=2SO₂(g)+2H₂O(g)     ΔH₁=akJ ·mol^-1
        $\text{[math]}$ H₂S(g)+ $\text{[math]}$ SO₂(g)=S₂(g)+ $\text{[math]}$ H₂O(g)    ΔH₂=b kJ ·mol^-1
  2H₂S(g)+O₂(g)=2S(g) +2H₂O(g)     ΔH₃=c kJ ·mol^-1
  则2S(g)=S₂(g)  △H₄= kJ ·mol^-1
2. （2）甲烷与H₂S重整制氢是一条全新的H₂S转化与制氢技术路线。为了研究甲烷对H₂S制氢的影响，理论计算表明，原料初始组成n(CH₄)：n(H₂S)=1：2，在体系压强恒为1.0MPa，反应CH₄(g)+2H₂S(g)→CS₂ (g)+4H₂(g)     △H达到平衡时，四种组分的物质的量分数x随温度T的变化如图所示。
  ①图中表示H₂S、H₂变化的曲线分别是  、。反应达平衡的标志是(填标号)。
  A.2v_正(H₂S)=4v_逆(H₂)
  B．CH₄的体积分数不再变化
  C． $\text{[math]}$ 不再变化
  D．混合气体的密度不再改变
  ②由图可知该反应的ΔH0(填“>”“<”或“=”)，判断的理由是   。
  ③M点对应温度下，CH₄的转化率为；950℃时该反应的K_p= ( MPa)²。
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6. (2023高二下·万载期末) 甲烷在工业上有很多用途。回答下列问题：
Ⅰ.利用甲烷催化还原 $\text{[math]}$ 消除氮氧化物的污染：
ⅰ. $\text{[math]}$ ；
ⅱ. $\text{[math]}$ ；
ⅲ. $\text{[math]}$ 。
其中： $\text{[math]}$ 。
1. （1） $\text{[math]}$ (用含a、b的代数式表示)。
2. （2）在4L某恒容密闭容器中充入 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ ，只发生反应ⅲ， $\text{[math]}$ 的平衡转化率 $\text{[math]}$ 随温度的变化关系如图所示。
  ①曲线上m、n两点的正反应速率： $\text{[math]}$ (填“>”、“<”或“=”) $\text{[math]}$ 。
  ②T₁时，若反应进行到 $\text{[math]}$ 时达到平衡，此时测得混合气体的总压强为 $\text{[math]}$ ，则 $\text{[math]}$ 内， $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ ，反应平衡常数 $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ (用分压表示，分压=物质的量分数×总压)。
  ③下列说法正确的是(填标号)。
  A．当混合气体的密度不再随时间改变时，该反应达到平衡
  B．该反应的反应物的键能总和小于生成物的键能总和
  C．降低温度，有利于提高 $\text{[math]}$ 的转化率，反应平衡常数也增大
  D．加入合适的催化剂， $\text{[math]}$ 的值增大
3. （3）甲烷-氧气燃料电池的工作原理如图所示(L、K均为惰性电极，气体已换算成标准状况)。
  ①电池工作时，K电极上发生(填“还原反应”或“氧化反应”)。
  ②L电极上的电极反应式为。
  ③每消耗 $\text{[math]}$ ，电路中转移电子的物质的量为mol。
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7. (2023高二下·博爱期末) 地球上的氮元素对动植物有重要的作用，氮元素形成的化合物是当前的研究热点。回答下列问题：
1. （1）在7℃时，向一个3L的恒容密闭容器中通入 $\text{[math]}$ ，发生反应： $\text{[math]}$ ，此时 $\text{[math]}$ 的平衡转化率为60%。
  ①科学上规定：在298.15K时，由最稳定的单质生成1mol某纯物质时的焓变，叫做该物质的标准摩尔生成焓( $\text{[math]}$ )；最稳定的单质的标准摩尔生成焓规定为零。已知：部分物质的标准摩尔生成焓数据如表(单位： $\text{[math]}$ )：
  
  物质
            $\text{[math]}$
            $\text{[math]}$
            $\text{[math]}$
            $\text{[math]}$
            $\text{[math]}$
            $\text{[math]}$
            $\text{[math]}$
  -46.1
  0
  90.3
  -241.8
  33.2
  11.1
  则上述该反应的 $\text{[math]}$ =。
  ②下列说法错误的是(填标号)。
  a．当混合气体的平均摩尔质量不变时，反应达到平衡
  b．当 $\text{[math]}$ 时，反应达到平衡
  c．反应过程中分离出 $\text{[math]}$ ，正反应速率增大
  d．平衡时，若 $\text{[math]}$ 的转化率为60%，则a=5
2. （2）把NO与 $\text{[math]}$ 按物质的量之比为2：1充入注射器中，然后迅速推压注射器的活塞至一个位置，看到气体颜色“先变深后变浅”。查文献得知： $\text{[math]}$ 的反应速率非常快，在气体压缩的同时，反应立刻达到新的平衡，观察不到由旧平衡到新平衡的“过渡态”。如图是利用数字压强传感器记录的反应体系的压强随时间的变化曲线。结合以上信息，分析气体颜色“后变浅”的原因。
3. （3）将固体 $\text{[math]}$ 置于一个2L的恒容真空密闭容器中，在一定温度下发生下列反应：① $\text{[math]}$ ， ② $\text{[math]}$ ，经过10min反应达到平衡，此时 $\text{[math]}$ ，压强为120kPa。
  ①前10min内用 $\text{[math]}$ 表示的平均化学反应速率为。
  ②反应②的 $\text{[math]}$ 为(分压=总压×物质的量分数)。
  ③甲同学绘制出如图所示平衡后四种气体在平衡体系中的体积分数随温度的变化情况。
  乙同学认为曲线b不可能表示氢气的体积分数，原因是
4. （4）一种焦炭催化CO还原NO反应的反应历程如下，请补充完整(“*表示吸附态”)
  Ⅰ.NO $\text{[math]}$ NO*
  Ⅱ.2NO* $\text{[math]}$ ON-NO*
  Ⅲ.
  Ⅳ.ON-NO-CO* $\text{[math]}$ ON-N*+CO₂；
  Ⅴ.。
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8. (2023高一下·成都期末) 人工光合作用的途径之一就是在催化剂和光照条件下，将 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 转化为甲醇( $\text{[math]}$ )，该反应化学方程式为 $\text{[math]}$ 。一定温度光照下，将1mol $\text{[math]}$ 和2mol $\text{[math]}$ 在2L密闭容器中进行上述反应，测得 $\text{[math]}$ 随时间的变化如表所示：
时间/min
0
1
2
3
4
5
$\text{[math]}$ /mol
0
0.2
0.6
0.7
0.8
0.8
1. （1）用 $\text{[math]}$ (g)浓度变化表示0～2min内该反应的平均反应速率为。
2. （2）达到平衡时 $\text{[math]}$ 的转化率为。
3. （3）该反应达平衡后的气体压强与反应前的气体压强比为。
4. （4）下列选项中能说明该反应已达到平衡状态的是____(填字母)。
  
  A . 相同时间内， $\text{[math]}$ B . 容器内混合气体的平均相对分子质量保持不变 C . 容器内温度不变化 D . 容器内气体的密度不再变化
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四、培优

9. (2023高二下·揭阳期中) 碳达峰、碳中和是现在需要继续完成的环保任务，CO₂的综合利用成为热点研究对象，CO₂作为碳源加氢是再生能源的有效方法，CO₂加氢可以合成甲醇，Olah提出“甲醇经济"概念，认为甲醇会在不久的将来扮演不可或缺的角色，通过CO₂加氢生产甲醇是有希望的可再生路线之一，该过程主要发生如下反应：
反应I：CO₂(g)+H₂(g) $\text{[math]}$ CO(g)+H₂O(g) △H₁
反应Ⅱ：CO₂(g)+3H₂(g) $\text{[math]}$ CH₃OH(g)+H₂O(g) △H₂=-41.1kJ•mol^-1
1. （1） ①相关键能如表，则△H₁=，该反应的活化能E_a(正)E_a(逆)(填“大于”“小于”或“等于”)。
  化学键
  H－H
  C $\text{[math]}$ O
  O－H
  C=O
  键能/(kJ•mol^-1)
  436
  1071
  464
  803
  ②若K₁、K₂分别表示反应I、反应Ⅱ的平衡常数，则CO(g)+2H₂(g) $\text{[math]}$ CH₃OH(g)的平衡常数K=(用含K₁、K₂的代数式表示)。
2. （2）在一固定容积的密闭容器中发生反应CO(g)+2H₂(g) $\text{[math]}$ CH₃OH(g)，若要提高CO的转化率，则可以采取的措施是(填字母)。
  a.升温 b.加入催化剂 c.增加CO的浓度 d.加入H₂加压 e.加入惰性气体加压 f.分离出甲醇
3. （3）在催化剂作用下，发生上述反应I、Ⅱ，达平衡时CO₂的转化率随温度和压强的变化如图，判断P₁、P₂、P₃的大小关系：，解释压强一定时，CO₂的平衡转化率呈现如图变化的原因：。
4. （4）某温度下，初始压强为P，向容积为2L的恒容密闭容器中充入2molCO₂、3molH₂发生反应I、Ⅱ，平衡时CO₂的转化率是50%，体系内剩余1molH₂ ，反应Ⅱ的平衡常数K=。
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10. (2023高二下·茂名期中) 二氧化碳加氢合成甲醇是人工合成淀粉的首要步骤之一，同时也是实现碳中和的重要途径。该过程总反应为CO₂(g)+3H₂(g)=CH₃OH(g)+H₂O(g) ΔH=-49.4kJ•mol^-1
在特定催化剂条件下，其反应机理为
Ⅰ.CO₂(g)+H₂(g)=CO(g)+H₂O(g) ΔH₁=+40.9kJ•mol^-1
Ⅱ.CO(g)+2H₂(g)=CH₃OH(g) ΔH₂
回答以下问题：
1. （1） ΔH₂=kJ•mol^-1。
2. （2）恒压下，按n(CO₂)：n(H₂)=1：3进行合成甲醇的实验，该过程在无分子筛膜和有分子筛膜时甲醇的平衡产率随温度的变化如图甲所示(分子筛膜能选择性分离出H₂O)。
  
  ①有分子筛膜时甲醇产率高的原因是。
  ②某温度下，反应前后体系中某些物质的物质的量如表中数，则达到平衡时水蒸气的体积分数为；若该体系的总压强为p₀ ，则反应Ⅱ的平衡常数K_p=(以平衡分压代替平衡浓度进行计算，分压=总压×物质的量分数)。
  
  物质时刻
  n(CO₂)/mol
  n(H₂)/mol
  n(CO)/mol
  反应前
  1
  3
  0
  平衡时
            $\text{[math]}$
            $\text{[math]}$
            $\text{[math]}$
3. （3）如果在不同压强下，CO₂和H₂的起始物质的量比仍为1：3，测定CO₂的平衡转化率随温度升高的变化关系，如图乙所示。
  
  ①压强p₁p₂(填“＞”或“＜”)。
  ②图中T₁温度时，两条曲线几乎交于一点，试分析原因：。
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11. (2023高二下·宜宾期末) 一定条件下，水气变换反应 $\text{[math]}$ 的中间产物是 $\text{[math]}$ 。为探究该反应过程，研究 $\text{[math]}$ 水溶液在密封石英管中的分子反应：
Ⅰ． $\text{[math]}$

Ⅱ． $\text{[math]}$

研究发现，在反应Ⅰ、Ⅱ中， $\text{[math]}$ 仅对反应Ⅰ有催加速作用；反应Ⅰ速率远大于反应Ⅱ，近似认为反应Ⅰ建立平衡后始终处于平衡状态。忽略水电离，其浓度视为常数。回答下列问题：
1. （1）一定条件下，反应Ⅰ、Ⅱ的焓变分别为 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ ，则该条件下水气变换反应的焓变 $\text{[math]}$ (用含 $\text{[math]}$ 的代数式表示)。
2. （2）反应Ⅰ正反应速率方程为： $\text{[math]}$ ， k为反应速率常数。 $\text{[math]}$ 温度下， $\text{[math]}$ 电离平衡常数为 $\text{[math]}$ ，当 $\text{[math]}$ 平衡浓度为 $\text{[math]}$ 时， $\text{[math]}$ 浓度为 $\text{[math]}$ ，此时反应Ⅰ应速率 $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ (用含 $\text{[math]}$ 和k的代数式表示)。
3. （3） $\text{[math]}$ 温度下，在密封石英管内完全充满 $\text{[math]}$ 水溶液，使 $\text{[math]}$ 分解，分解产物均完全溶于水。含碳物种浓度与反应时间的变化关系如图所示(忽略碳元素的其他存在形式)。 $\text{[math]}$ 时刻测得 $\text{[math]}$ 的浓度分别为 $\text{[math]}$ ，反应Ⅱ达平衡时，测得 $\text{[math]}$ 的浓度为 $\text{[math]}$ 。体系达平衡后 $\text{[math]}$ (用含y的代数式表示，下同)，反应Ⅱ的平衡常数为。
  
  相同条件下，若反应起始时溶液中同时还含有 $\text{[math]}$ 盐酸，则图示点 $\text{[math]}$ 中， $\text{[math]}$ 的浓度峰值点可能是(填标号)。与不同盐酸相比， $\text{[math]}$ 达浓度峰值时， $\text{[math]}$ 浓度(填“增大”“减小”或“不变”)， $\text{[math]}$ 的反应(填“增大”“减小”或“不变”)。
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12. (2023高二下·电白期中) 工业上利用反应： $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ 可减少 $\text{[math]}$ 的排放。

（1）已知： $\text{[math]}$ $\text{[math]}$
$\text{[math]}$ $\text{[math]}$ $\text{[math]}$
（2）工业上为提高 $\text{[math]}$ 产率，理论上应采用的条件是___________(填字母)。

A . 高温高压 B . 低温低压 C . 高温低压 D . 低温高压
（3）能判断工业上合成甲醇反应达到化学平衡状态的依据是___________(填字母)。

A . 容器内压强不变 B . 混合气体中 $\text{[math]}$ 不变 C . $\text{[math]}$ D . $\text{[math]}$
（4）在容积为1L的恒温密闭容器中充入 $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ ，一定条件下发生反应，测得 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 的浓度随时间变化如图所示：

①0～3min $\text{[math]}$ (保留两位小数)

② $\text{[math]}$ 的平衡转化率是%

③平衡常数 $\text{[math]}$ (保留两位小数)

（5）催化剂和反应条件与反应物转化率和产物的选择性有高度相关。控制相同投料比和相同反应时间，四组实验数据如下：

实验编号	温度(K)	催化剂	$\text{[math]}$ 转化率(%)	甲醇选择性(%)
A	543	$\text{[math]}$ / $\text{[math]}$ 纳米棒	12.3	42.3
B	543	$\text{[math]}$ / $\text{[math]}$ 纳米片	11.9	72.7
C	553	$\text{[math]}$ / $\text{[math]}$ 纳米棒	15.3	39.1
D	553	$\text{[math]}$ / $\text{[math]}$ 纳米片	12.0	70.6

(注：甲醇选择性是指转化的 $\text{[math]}$ 中生成甲醇的百分含量)，根据上表所给数据，用 $\text{[math]}$ 生产甲醇的最优选项为(填字母)。

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13. (2022高三上·潍坊期末) 氙的氟化物是优良的氟化剂，稀有气体Xe和F₂混合在催化剂作用下同时存在如下反应：
反应I： $\text{[math]}$
反应Ⅱ： $\text{[math]}$
反应Ⅲ： $\text{[math]}$
已知：XeF₂选择性是指生成XeF₂所消耗的Xe的物质的量与初始Xe的物质的量的比值。
回答下列问题：
1. （1）向刚性密闭容器中加入n mol的Xe和4mol的F₂ ，初始压强为10⁶Pa，测得在相同时间内，上述反应Xe的转化率和XeF₂的选择性与温度的关系如图1所示，则制取XeF₂的最适宜温度为；当超过1000℃，XeF₂选择性随着温度升高而降低的可能原因是。
2. （2）在1000℃时，初始条件同上，x_i表示含Xe元素的某物质与含Xe元素各物质的总物质的量之比，x_i随时间t变化关系如图2所示。测得平衡时XeF₂的选择性为80%，图2中表示XeF₄变化的曲线是，则反应过程能量变化为kJ(用含X、Y的代数式表示)，F₂的转化率为反应I以物质的量分数表示的平衡常数K_x=。
3. （3）在1000℃时，反应Ⅱ的平衡常数K_p=，保持初始其他条件不变，反应达平衡后增大体系压强， $\text{[math]}$ 的变化趋势为(填“增大”“减小”或“不变”)。
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14. (2023高一下·重庆期中) 目前全球使用的燃料主要是煤、石油、天然气，而能源结构正在向多元、清洁、低碳转型。我国向国际社会作出“碳达峰、碳中和”的郑重承诺，中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施将二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，力争2060年前实现碳中和，树立了大国形象，彰显了大国担当。太阳能的利用是热门研究方向之一，“液态阳光”技术可助力我国完成碳达峰、碳中和目标。具体分三步：
第1步，把光变成能量，目前采用光伏发电的形式；

第2步，电解水制氢气；

第3步， $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 在催化剂等条件下合成 $\text{[math]}$ 。

请回答下列问题：
1. （1）光伏发电实现能转化为能。
2. （2）恒温恒容条件下，发生反应： $\text{[math]}$ ，下列说法正确的是_______(多选，填字母)。
  
  A . 混合气体的总压强保持不变时，反应达到平衡状态 B . $\text{[math]}$ 与足量氢气反应，会产生 $\text{[math]}$ C . 断裂 $\text{[math]}$ 的同时，形成 $\text{[math]}$ ，则说明反应已达平衡 D . 该条件下充入氮气，压强增大，则反应速率加快
3. （3）一定温度下，向 $\text{[math]}$ 恒容密闭容器中充入 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ ，发生上述反应，经 $\text{[math]}$ 达到平衡，测得平衡时压强与反应前压强之比为19∶25。
  ①开始反应至 $\text{[math]}$ 时 $\text{[math]}$ 的平均反应速率为 $\text{[math]}$ 。
  
  ②该条件下，反应达到平衡时， $\text{[math]}$ 的转化率为。
4. （4） $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 都是温室气体。 $\text{[math]}$ 时，科研人员探究等质量的三种催化剂(图中用I、II、III表示)在相同条件下的催化效果。在 $\text{[math]}$ 恒容容器中，分别充入 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ ，发生反应为： $\text{[math]}$ 测得 $\text{[math]}$ 物质的量随时间变化如图所示。
  
  由图可知，三种不同催化剂催化性能由强到弱的顺序为。
5. （5）为实现低碳环保的目标，如图为甲烷燃料电池的构造示意图：
  
  通入 $\text{[math]}$ 气体的电极为极(填“正”或“负”)；当电路通过 $\text{[math]}$ 电子时，负极消耗物质的质量是g。
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