2020高考化学冲刺600分题型三化学原理类练习含解析
题型三 化学原理类
(A组)
1．臭氧是地球大气中一种微量气体，人类正在保护和利用臭氧。
(1)氮氧化物会破坏臭氧层，已知：
①NO(g)＋O3(g)===NO2(g)＋O2(g) ΔH1＝－200.9 kJ·mol－1
②2NO(g)＋O2(g)===2NO2(g) ΔH2＝－116.2 kJ·mol－1
则反应：2O3(g)===3O2(g) ΔH＝________。
(2)大气中的部分碘源于O3对海水中I－的氧化。将O3持续通入NaI溶液中进行模拟研究，在第二组实验中加入亚铁盐探究Fe2＋对氧化I－反应的影响，反应体系如图1，测定两组实验中I浓度实验的数据如图2所示：
①反应后的溶液中存在化学平衡：I2(aq)＋I－(aq)I(aq)，当c(I)/c(I－)＝6.8时，溶液中c(I2)＝________。(已知反应的平衡常数K＝680)
②结合实验数据可知，Fe2＋使I－的转化率________(填“增大”“无影响”或“减小”)。
③第二组实验18 s后，I浓度下降。导致I浓度下降的原因是
________________________________________________________________________。
(3)臭氧是一种杀菌消毒剂，还是理想的烟气脱硝剂。
①一种脱硝反应中，各物质的物质的量随时间的变化如图3所示，X为
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________(填化学式)。
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②一种臭氧发生装置原理如图4所示。阳极(惰性电极)的电极反应式为
________________________________________________________________________。
答案：
(1)－285.6 kJ·mol－1
(2)①0.01 mol·L－1 ②增大 ③c(Fe3＋)增大，c(I－)减小，I2(aq)＋I－(aq)I(aq)平衡向逆反应方向移动
(3)①N2O5 ②3H2O－6e－===O3↑＋6H＋
解析：(1)根据盖斯定律，由①×2－②得2O3(g)===3O2(g) ΔH＝－285.6 kJ·mol－1。(2)①该反应的平衡常数K＝c(I)/[c(I2)×c(I－)]，则c(I2)＝＝ mol·L－1＝0.01 mol·L－1。②结合题图2可知，Fe2＋使I－的转化率增大。③18 s后，溶液中c(Fe3＋)增大，发生反应：2Fe3＋＋2I－===I2＋2Fe2＋，导致c(I－)减小，I2(aq)＋I－(aq)I(aq)平衡向逆反应方向移动，从而使I浓度下降。(3)①由题图3可知，NO2反应了4 mol，O3反应了2 mol，生成X和O2各2 mol，根据各物质的变化量之比等于系数之比以及原子守恒，可确定X为N2O5。②由题图4可知，阳极上水失去电子生成臭氧和氢离子，电极反应式为3H2O－6e－===O3↑＋6H＋。
2．甲醇是重要的化工原料。利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)在催化剂作用下合成甲醇，可能发生的反应如下：
Ⅰ.CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) ΔH1＝－41.0 kJ·mol－1
Ⅱ.CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH2＝－90.0 kJ·mol－1
Ⅲ.CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH3
回答下列问题 ：
(1)则ΔH3＝________，在以上制备甲醇的两个反应中，反应Ⅱ优于反应Ⅲ，其原因为
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)一定比例的合成气在装有催化剂的反应器中反应12小时，体系中甲醇的产率和催化剂的催化活性与温度的关系如图1所示。
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当温度为470 K时，图中P点________(填“是”或“不是”)处于平衡状态。490 K之后，甲醇产率下降的原因是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)图2为一定比例的CO2、H2，CO、H2，CO、CO2、H2条件下甲醇生成速率与温度的关系。
①490 K时，根据曲线a、c判断合成甲醇的反应机理是________(填“A”或“B”)。
A．CO2COCH3OH
B．COCO2CH3OH＋H2O
②490 K时，曲线a与曲线b相比，CO的存在使甲醇生成速率增大，结合反应Ⅰ、Ⅲ分析原因：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)研究证实，CO2也可在酸性水溶液中通过电解生成甲醇，则生成甲醇的电极反应式为
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案：
(1)－49.0 kJ·mol－1 反应Ⅱ符合“原子经济性”的原则(绿色化学)，即原子利用率为100%
(2)不是 反应Ⅱ、Ⅲ均为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，且催化剂活性降低
(3)①B ②CO促进反应Ⅰ正向移动，二氧化碳和氢气的量增加，水蒸气的量减少，有利于反应Ⅲ正向进行
(4)CO2＋6H＋＋6e－===CH3OH＋H2O
解析：(1)根据盖斯定律：反应Ⅱ－反应Ⅰ＝反应Ⅲ，故ΔH3＝ΔH2－ΔH1＝－90.0 kJ·mol－1－(－41.0 kJ·mol－1)＝－49.0 kJ·mol－1，由于反应Ⅱ生成物只有甲醇，原子利用率为100%，符合“原子经济性”的原则(绿色化学)，故反应Ⅱ优于反应Ⅲ。(2)温度为470
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K时，图中P点甲醇产率没有达到最大，不是处于平衡状态。反应Ⅱ、Ⅲ均为放热反应，490 K之后，升高温度平衡逆向移动，且催化剂活性降低，使甲醇产率下降。(3)根据图2，①490 K时，从甲醇的生成速率来看，a曲线大于c曲线，即甲醇来源于CO2和H2，故490 K时，根据曲线a、c判断合成甲醇的反应机理是B；②490 K时，曲线a与曲线b相比，CO的存在使甲醇生成速率增大，从化学热力学，结合反应Ⅰ、Ⅲ分析，对Ⅰ.CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)，CO是反应物，CO促进反应Ⅰ正向移动，CO2和H2的量增加，水蒸气的量减少，反应Ⅲ.CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)正向进行，故CO的存在使甲醇生成速率增大。(4)CO2在酸性水溶液中通过电解生成甲醇，CO2中碳元素化合价降低，被还原，发生还原反应，则生成甲醇的电极反应式为CO2＋6H＋＋6e－===CH3OH＋H2O。
3．治理SO2、CO、NOx污染是化学工作者研究的重要课题。
Ⅰ.硫酸厂大量排放含SO2的尾气会对环境造成严重危害。
(1)工业上可利用废碱液(主要成分为Na2CO3)处理硫酸厂尾气中的SO2，得到Na2SO3溶液，该反应的离子方程式为
________________________________________________________________________。
Ⅱ.沥青混凝土可作为反应：2CO(g)＋O2(g)2CO2(g)的催化剂。图甲表示在相同的恒容密闭容器、相同起始浓度、相同反应时间段下，使用同质量的不同沥青混凝土(α型、β型)催化时，CO的转化率与温度的关系。
(2)a、b、c、d四点中，达到平衡状态的是________。
(3)已知c点时容器中O2浓度为0.02 mol·L－1，则50 ℃时，在α型沥青混凝土中CO转化反应的平衡常数K＝________(用含x的代数式表示)。
(4)下列关于图甲的说法正确的是________。
A．CO转化反应的平衡常数K(a)
K
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(c)，A项错误；从图象可以看出，同温下β型沥青混凝土催化下，催化能力强于α型，所以在均未达到平衡状态时，同温下β型沥青混凝土中CO转化速率比α型要大，B项正确；反应物的浓度越大，分子之间发生有效碰撞的几率越高，b点时达到平衡，一氧化碳的转化率最大，剩余物质的浓度最小，有效碰撞几率不是最高的，C项错误；温度太高，催化剂可能会失去活性，催化能力下降，D项正确。(5)模拟尾气中一氧化氮的物质的量为0.025 mol，而图中参与反应生成X和Y的一氧化氮的物质的量为0.025 mol×(8%＋16%)＝0.006 mol，模拟尾气中O2的物质的量为0.5 mol，测得排出的气体中含0.45 mol O2，说明实际参与反应的氧气的物质的量为0.05 mol，同时测得0.0525 mol CO2，根据氧原子守恒，可知一氧化二氮的物质的量为0.05×2＋0.006－0.052 5×2＝0.001 mol，根据氮守恒，可知氮气的物质的量为＝0.002 mol，所以16%对应的是氮气，而8%对应的是一氧化二氮，即Y对应的是N2O。(6)实验过程中采用NO模拟NOx，而不采用NO2的原因是二氧化氮与四氧化二氮之间存在平衡，会导致一定的分析误差。
4．氮的化合物在工业生产和生活中都有重要的应用，运用化学原理研究氮的单质及其化合物具有重要意义。
Ⅰ.一氯胺(NH2Cl)在中性或酸性环境中会发生水解，生成具有强烈杀菌作用的HClO，是重要的水的消毒剂。
(1)写出NH2Cl的电子式：________________。
(2)写出NH2Cl与水反应的化学方程式：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)一定条件下(T ℃、1.01×105 Pa)，可以用Cl2(g)和NH3(g)制得NH2Cl(g)，同时得到HCl(g)。已知部分化学键的键能如下表：
化学键
N—H
Cl—Cl
N—Cl
H—Cl
键能/(kJ·mol－1)
391.3
243.0
191.2
431.8
写出该反应的热化学方程式：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
Ⅱ.亚硝酰氯(NOCl)是有机合成中的重要试剂，可由NO与Cl2在一定条件下合成：2NO(g)＋Cl2(g)2NOCl(g) ΔH<0。保持恒温恒容条件，将物质的量之和为3 mol的NO和Cl2以不同的氮氯比进行反应，平衡时某反应物的转化率与氮氯比及不同温度的关系如图所示：
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(4)图中T1、T2的关系为T1________T2(填“>”“<”或“＝”)。
(5)图中纵坐标为物质________的转化率，理由为
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(6)图中A、B、C三点对应的NOCl体积分数最大的是________(填“A”“B”或“C”)。
(7)若容器容积为1 L，则B点的平衡常数为________。
答案：
(1)
(2)NH2Cl＋H2O===HClO＋NH3(或NH2Cl＋2H2O===HClO＋NH3·H2O)
(3)Cl2(g)＋NH3(g)===NH2Cl(g)＋HCl(g) ΔH＝＋11.3 kJ·mol－1
(4)< (5)Cl2 增加时，Cl2的转化率增大
(6)A (7)80 L·mol－1
解析：
(1)①氮原子与氢原子、氯原子之同形成1对共用电子对，NH2Cl的电子式为。
(2)一氯胺(NH2Cl)在中性或酸性环境中会发生水解，生成具有强烈杀菌作用的HClO，NH2Cl与水反应的化学方程式为NH2Cl＋H2O===HClO＋NH3。
(3)NH3(g)＋Cl2(g)===NH2Cl(l)＋HCl(g)，ΔH＝反应物的键能之和－生成物的键能之和＝(3×391.3＋243.0)－(2×391.3＋191.2＋431.8)＝＋11.3 kJ·mol－1，热化学方程式为Cl2(g)＋NH3(g)===NH2Cl(g)＋HCl(g) ΔH＝＋11.3 kJ·mol－1。
(4)根据图象，在其他条件相同时，T1下的转化率比T2大，该反应为放热反应，说明T1B；相同温度时，随着的增大，平衡正向移动，但NOCl体积分数减小，即平衡时NOCl体积分数A>C；因此NOCl体积分数最大的是A。(7)假设n(NO)＝2x，则n(Cl2)＝x，则2x＋x＝3 mol，x＝1 mol，A点氯气的转化率为80%，则
2NO(g)＋Cl2(g)2NOCl(g)
起始(mol) 2 1 0
转化(mol) 1.6 0.8 1.6
平衡(mol) 0.4 0.2 1.6
K(A)＝＝80，温度不变，K不变，因此B点平衡常数为80。
(B组)
5．C、N、S的氧化物常会造成一些环境问题，科研工作者正在研究用各种化学方法来消除这些物质对环境的影响。
(1)目前工业上有一种方法是用CO2和H2在230 ℃、催化剂条件下转化生成甲醇蒸气和水蒸气。图1表示恒压容器中0.5 mol CO2和1.5 mol H2转化率达80%时的能量变化示意图。写出该反应的热化学方程式
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)“亚硫酸盐法”吸收烟气中的SO2。室温条件下，将烟气通入(NH4)2SO3溶液中，测得溶液pH与含硫组分物质的量分数的关系如图2所示。
请写出a点时n(HSO)n(H2SO3)＝_________________________________________，
b点时溶液pH＝7，则
n(NH):n(HSO)＝________________。
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(3)催化氧化法去除NO。一定条件下，用NH3消除NO污染，其反应原理为4NH3＋6NO5N2＋6H2O。不同温度条件下，n(NH3) :n(NO)分别为4:1、3:1、1:3时，得到NO脱除率曲线如图3所示：
①请写出N2的电子式________。
②曲线c对应NH3与NO的物质的量之比是________。
③曲线a中NO的起始浓度为6×10－4mg·m－3，从A点到B点经过0.8 s，该时间段内NO的脱除速率为________mg·m－3·s－1。
(4)间接电化学法去除NO。其原理如图4所示，写出电解池阴极的电极反应式(阴极室溶液呈酸性，加入HSO，生成S2O)：
________________________________________________________________________。
答案：
(1)CO2(g)＋3H2(g),CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH＝－49 kJ·mol－1
(2)1:1 3:1
(3)①:N⋮⋮N: ②1:3 ③1.5×10－4
(4)2HSO＋2e－＋2H＋===S2O＋2H2O
解析：
(1)根据题图1，恒压容器中0.5 mol CO2和1.5 mol H2转化率达80%时放出热量为23 kJ－3.4 kJ＝19.6 kJ，则热化学方程式为：CO2(g)＋3H2(g),CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH＝－×2 kJ·mol－1＝－49 kJ·mol－1。
(2)由题图2可知，a点时HSO和H2SO3物质的量分数相等，所以n(HSO):n(H2SO3)＝1:1；根据题图2曲线可知，b点时溶液中含硫组分为HSO和SO，即溶质为NH4HSO3和(NH4)2SO3，且n(SO)＝n(HSO)，溶液的pH＝7，结合电荷守恒可知n(NH)＝n(HSO)＋2n(SO)，则n(NH)＝3n(HSO)，所以n(NH):n(HSO)＝3:1。
(3)①N2的电子式为:N⋮⋮N:。②其他条件相同时，NH3含量越高，NO脱除率越大。则曲线a、b、c对应n(NH3)n(NO)分别为4:1、3:1、1:3。③曲线a中NO的起始浓度为6×10－4 mg·m－3，从A点到B点经过0.8 s，该时间段内NO的脱除速度为＝1.5×10－4mg·m－3·s－1。
(4)电解池阴极上HSO转化为S2O，由于阴极室溶液呈酸性，配平电极反应式为：2HSO＋2e－＋2H＋===S2O＋2H2O。
6．实施以节约能源和减少废气排放为基本内容的节能减排政策，是应对全球气候问题、建设资源节约型、环境友好型社会的必然选择。试运用所学知识，回答下列问题：
(1)已知在一定温度下，①C(s)＋CO2(g)2CO(g) ΔH1＝a kJ/mol 平衡常数K1
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；②CO(g)＋H2O(g)H2(g)＋CO2(g) ΔH2＝b kJ/mol 平衡常数K2；
某反应的平衡常数表达式K3＝，请写出此反应的热化学方程式：____________________________________________________，K1、K2、K3之间的关系是：____________________。
(2)将原料气按n(CO2) :n(H2)＝1:4置于密闭容器中发生反应：CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g)，测得H2O(g)的物质的量分数与温度的关系如图所示(虚线表示平衡曲线)。
①该反应的平衡常数K随温度降低而________(填“增大”或“减小”)。
②在密闭恒温(高于100 ℃)恒容装置中进行该反应，下列能说明达到平衡状态的是________。
A．混合气体密度不再改变
B．混合气体压强不再改变
C．混合气体平均摩尔质量不再改变
D．n(CO2) :n(H2)＝1:2
③200 ℃达到平衡时体系的总压强为p，该反应平衡常数Kp的计算表达式为________。(不必化简，用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)
(3)500 ℃时，CO与水反应生成CO2和H2。将CO2和H2分离得到H2的过程示意图如下。
①吸收池中所有离子浓度的等式关系是
________________________________________________________________________。
②结合电极反应式，简述K2CO3溶液的再生原理：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案：(1)C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g) ΔH＝(a＋b) kJ/mol K3＝K1·K2
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(2)①增大 ②BC ③
(3)①c(K＋)＋c(H＋)===2c(CO)＋c(HCO)＋c(OH－)
②阴极反应：2H2O＋2e－＝H2↑＋2OH－，OH－＋HCO===CO＋H2O，使K2CO3溶液得以再生
解析：平衡常数为生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积，平衡常数中，分子为生成物，分母为反应物，所以该方程式为C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g) ，根据盖斯定律，①和②相加得此反应的ΔH＝(a＋b) kJ/mol ，因此，该反应的热化学方程式为： C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g) ΔH＝(a＋b) kJ/mol ，根据化学方程式可知：K1＝， K2＝，K3＝，则K3＝K1·K2。(2)①根据图中平衡时H2O(g)的物质的量分数随温度的降低而增大，可知该反应正反应为放热反应，K随温度降低而增大；②根据在密闭恒温(高于100 ℃)恒容装置中进行该反应CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g)；混合气体密度不会改变，所以不能作为平衡的依据，A错误；由反应可知两边计量数不相等，混合气体压强不再改变说明反应达到平衡，B正确；混合气体平均摩尔质量不再改变，M＝m/n，说明n不再改变，说明达到平衡，C正确； n(CO2):n(H2)不可能等于1:2，故D错；③在密闭容器里全部由气体参与的反应中，平衡时气体压强之比＝气体物质的量之比＝气体物质的量浓度之比。根据200 ℃反应达到平衡时H2O(g)的物质的量分数，可知平衡时H2O(g)所占的压强为0.6p，根据化学方程式可知CH4所占的压强为0.3p，因此CO2和H2所占的压强为0.1p。根据初始投料比以及CO2和H2化学计量数之比可知达到平衡时，两者的物质的量之比也为1:4，故平衡时CO2所占的压强为0.02p，H2所占的压强为0.08p，故可写出Kp的计算表达式为。(3)①由图示已知吸收池用的是K2CO3溶液吸收CO2，离子方程式为：CO＋CO2＋H2O===2HCO，溶质为KHCO3或K2CO3、KHCO3，只能依据电荷守恒得 c(K＋)＋c(H＋)===2c(CO)＋c(HCO)＋c(OH－)；②已知惰性电极电解KHCO3，阴极水放电生成氢气，阴极附近c(OH－)增大，OH－＋HCO===CO＋H2O，K＋向阴极移动，使K2CO3溶液得以再生。
7．CO、CO2是化石燃料燃烧的主要产物。
(1)将含0.02 mol CO2和0.01 mol CO的混合气体通入有足量Na2O2固体的密闭容器中，同时不断地用电火花点燃，充分反应后，固体质量增加________g。
(2)已知：2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g) ΔH＝－566.0 kJ·mol－1，键能Eo===o＝499.0 kJ·mol－1。则反应：CO(g)＋O2(g)CO2(g)＋O(g)的ΔH＝__________ kJ·mol－1。
(3)在某密闭容器中发生反应：2CO2(g)2CO(g)＋O2(g)，1 mol CO2在不同温度下的平衡分解量如图所示。
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①恒温恒容条件下，能表示该可逆反应达到平衡状态的有________(填字母)。
A．CO的体积分数保持不变
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摩尔质量保持不变
D．单位时间内，消耗CO的浓度等于生成CO2的浓度
②分析上图，若1 500 ℃时反应达到平衡状态，且容器体积为1 L，则此时反应的平衡常数K＝________(计算结果保留1位小数)。
③向2 L的恒容密闭容器中充入2 mol CO2(g)，发生反应：2CO2(g)2CO(g)＋O2(g)，测得温度为T ℃时，容器内O2的物质的量浓度随时间的变化如曲线Ⅱ所示。图中曲线Ⅰ表示相对于曲线Ⅱ仅改变一种反应条件后，c(O2)随时间的变化，则改变的条件是________；a、b两点用CO浓度变化表示的净反应速率关系为va(CO)________(填“>”“<”或“＝”)vb(CO)。
答案：(1)0.84 g (2)－33.5
(3)①AC ②3.2×10－8mol·L－1 ③升温 <
解析：(1)①Na2O2与CO2反应：2CO2＋2Na2O2===2Na2CO3＋O2，电火花不断引燃，发生反应：2CO＋O2===2CO2，整个过程相当于CO＋Na2O2===Na2CO3，由于加入足量的Na2O2固体，则反应后的气体只能为O2，所以反应后生成物的化学式是Na2CO3、O2，将含0.02 mol CO2和0.01 mol CO的混合气体通入有足量Na2O2固体的密闭容器中，固体质量增加为CO的质量＝(0.02 mol＋0.01 mol)×28 g·mol－1＝0.84 g。(2)①已知：2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g) ΔH＝－566.0 kJ·mol－1；键能Eo===o＝499.0 kJ·mol－1，即O2(g)===2O(g) ΔH＝＋499 kJ·mol－1；由盖斯定律：两个方程相加除以2即可得到CO(g)＋O2(g)CO2
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(g)＋O(g) ΔH＝－33.5 kJ·mol－1。(3)①CO的体积分数保持不变是平衡标志，A项正确；反应前后气体质量不变，体积不变，容器内混合气体的密度始终保持不变，不能说明反应达到平衡状态，B项错误；反应前后气体物质的量变化，气体质量不变，容器内混合气体的平均摩尔质量保持不变，说明反应达到平衡状态，C项正确；2CO2(g)2CO(g)＋O2(g)，单位时间内，消耗CO的浓度等于生成CO2的浓度说明反应逆向进行，不能说明反应达到平衡状态，D项错误；②设生成的氧气为x mol，则
2CO2(g)2CO(g)＋O2(g)
起始量(mol): 1 0 0
转化量(mol): 2x 2x x
平衡量(mol): 1－2x 2x x
平衡时，氧气的体积分数为0.2%，则＝0.2%，则x＝0.002，则c(CO2)＝0.996 mol·L－1，c(CO)＝0.004 mol·L－1，c(O2)＝0.002 mol·L－1，则K＝≈3.2×10－8mol·L－1；③向2 L的恒容密闭容器中充入2 mol CO2(g)，发生反应：2CO2(g)2CO(g)＋O2(g)，反应为吸热反应，图中曲线Ⅰ表示相对于曲线Ⅱ仅改变一种反应条件后c(O2)随时间的变化，曲线Ⅰ达到平衡时间缩短，平衡状态下氧气浓度增大，则改变的条件是升温，温度越高反应速率越大，则a、b两点用CO浓度变化表示的净反应速率关系为va(CO)
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