第二章《化学反应的方向、限度与速率》测试题
一、单选题
1．已知 ，将一定量的和通入体积为2 L的恒容密闭容器中，在不同温度下进行反应，得到如表所示的两组数据：
实验编号 温度/℃ 平衡常数 起始量/mol 平衡量/mol 达到平衡所需时间/min
1 4 2 0.8 6
2 2 2 0.4
下列说法错误的是A．
B．实验1在前6 min的平均反应速率
C．、的关系：
D．、的关系：
2．下列对化学反应的认识正确的是
A．化学反应过程中，分子的种类和数目一定发生改变
B．如果某化学反应的ΔH和ΔS均小于0，则反应一定能自发进行
C．化学反应过程中，一定有化学键的断裂和形成
D．反应物的总焓大于反应产物的总焓时，ΔH＞0
3．一定条件下，对于可逆反应X(g)+4Y(g)2Z(g)，若X、Y、Z的起始浓度分别为c1、c2、c3(均不为零)，达到平衡时，X、Y、Z的浓度分别为0.1mol·L-1、0.4mol·L-1，0.1mol·L-1，则下列判断错误的是
A．c1：c2=1：4
B．平衡时，Y和Z的生成速率之比为2：1
C．若反应正向进行，X、Y的转化率相等
D．c1的取值范围为0mol·L-1
容器编号 起始时各物质物质的量/mol
n(CO) n(H2O) n(CO2) n(H2)
① 1 4 0 0
② 0 0 1 4
A．容器①中反应达平衡时放出热量大于41 kJ
B．容器①中反应达到平衡时CO和水蒸气的转化率相等
C．平衡时，两容器中CO的物质的量浓度相等
D．容器①与容器②中反应达到平衡时热量变化的绝对值相等
5．已知X(s)+2Y(g)3Z(g) ΔH=-akJmolˉ1(a>0)。下列说法不正确的是
A．1molX和2molY充分反应生成Z的物质的量一定小于3mol
B．达到化学平衡状态时，反应放出的总热量不能达到akJ
C．达到化学平衡状态时，Z的浓度不再发生变化
D．当气体分子总数不变时，反应达到平衡状态
6．对于可逆反应A(g) + 3B(g) 2C(g) + 2D(g)，在不同条件下的化学反应速率如下，其中表示的反应速率最快的是
A．v(A) = 0.5mol·L-1·min-1 B．v(B) = 0.6mol·L-1·s-1
C．v(C) = 0.4mol·L-1·min-1 D．v(D) = 0.5mol·L-1·s-1
7．下列说法中，正确的是
A．冰在室温下自动熔化成水，这是熵减的过程
B．花香四溢、墨汁在水中扩散都是熵增的过程
C．能够自发进行的反应一定是放热反应
D．的反应均是自发进行的反应
8．根据下列实验操作和现象得到的结论正确的是
选项 实验操作和现象 结论
A 向苯酚浊液中加入Na2CO3溶液，溶液变澄清 酸性：苯酚>碳酸
B 将NaOH的乙醇溶液加入溴乙烷中加热，将产生的气体通入酸性KMnO4溶液中，溶液紫红色褪去 证明有乙烯生成
C 向5mL0.1mol·L-1KI溶液中加入1mL0.1mol·L-1FeCl3溶液，充分反应后，萃取分液，向水层中滴加KSCN溶液，溶液呈红色 I-与Fe3+的反应是可逆反应
D 向淀粉溶液中加入足量稀硫酸，水浴加热，冷却后滴入少量新制Cu(OH)2悬浊液并加热，无砖红色沉淀产生 淀粉未发生水解
A．A B．B C．C D．D
9．在新制的氯水中存在平衡：Cl2＋H2OH＋＋Cl－＋HClO，若向氯水中投入少量碳酸钙粉末，溶液中发生的变化是
A．H＋浓度减小，HClO浓度减小 B．H＋浓度增大，HClO浓度增大
C．H＋浓度减小，HClO浓度增大 D．H＋浓度增大，HClO浓度减小
10．一定温度下，在5 L的恒容密闭容器中，反应进行半分钟后，测得NO的物质的量增加了0.3 mol。在此段时间内，用NH3表示的化学反应速率为
A． B． C． D．
11．下列说法正确的是
A．能够用勒夏特列原理来解释高温比室温更有利于合成氨的反应
B．化学电源放电、植物光合作用都发生了化学变化，并伴随有能量的转化
C．反应物用量增加后，有效碰撞次数增多，反应速率一定增大
D．催化剂能提高活化分子的活化能，从而加快反应速率
12．T℃时,将0.10 mol N2O4气体放入1 L密闭容器中，发生反应N2O4(g)2NO2(g) ΔH>0，实验数据如图。下列说法错误的是
A．混合气体的密度始终保持不变
B．a点v正>v逆
C．60秒后，再充入少量NO2或N2O4，达平衡后，NO2的体积分数减小
D．升高温度，容器内的气体颜色变浅
二、填空题
13．(1)已知：①NaHCO3(s)=NaHCO3(aq)△H=+18.81kJ·mol-1
②Na2CO3(s)=Na2CO2(aq)△H=-16.44 k J· mol-1
③2NaHCO3(s)=Na2CO3(s)+CO2(g)+H2O(1)△H=+92.34kJ·mol-1
资料显示，NaHCO3固体加热到100℃发生分解，但是加热NaHCO3溶液不到80℃就有大量CO2气体放出。写出碳酸氢钠溶液分解的热化学方程式_______，并从反应热角度说明原因_________。
(2)用焦炭还原NO2的反应为2NO2(g)+2C(s) N2(g)+2CO2(g)，在恒温条件下，1molNO2和足量C发生该反应，测得平衡时NO2和CO2的物质的量浓度与平衡总压的关系如图所示：
①A、B两点的浓度平衡常数关系：Kc(A)___________Kc(B)(填“<”“>”或“=”)
②A、B、C三点中NO2的转化率最低的是___________(填“A”“B”或“C”)点。
③计算C点时该反应的压强平衡常数Kp(C)=___________(Kp是用平衡分压代替平衡浓度计算)
14．某温度下在4 L密闭容器中，X、Y、Z三种气态物质的物质的量随时间变化曲线如图。
(1)该反应的化学方程式是_______；
(2)2 min内Y的转化率为_______；
(3)5min内用X表示的化学反应速率为_______；
15．已知在一定温度下的可逆反应N2O4(g)2NO2(g)中，v正=k正c(N2O4)，v逆=k逆c2(NO2)(k正、k逆只是温度的函数)。若该温度下的平衡常数K=10，则k正=______k逆。升高温度，k正增大的倍数______(填“大于”“小于”或“等于”)k逆增大的倍数。
16．(1)在2L密闭容器中，起始投入4molN2和6molH2在一定条件下生成NH3，平衡时仅改变温度测得的数据如表所示(已知：T1
T1 3.6
T2 2
①该反应的平衡常数K表达式为K=___。
②则K1___K2(填“>”、“<”或“=”)。
③在T2下，经过10s达到化学平衡状态，则0～10s内N2的平均速率v(N2)为___，平衡时H2的转化率为___若再同时增加各物质的量为1mol平衡常数___ (填“增大”、“减小”或“不变”)
④下列能说明该反应已达到平衡状态的是__。
A．3v(H2)正=2v(NH3)逆
B．容器内气体压强不变
C．混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态
D．ΔH保持不变
(2)已知下列化学键的键能写出工业上制氨的热化学方程式：
化学键 H—H N≡N N—H
键能/kJ·mol-1 430 936 390
热化学方程式：___。
17．臭氧是一种强氧化剂，常用于消毒、杀菌等。
(1)O3与KI溶液反应生成的两种单质分别是_______(填分子式，下同)和_______。
(2)O3在水中易分解，发生反应。已知O3的起始浓度为，则O3的浓度减少一半所需的时间t与温度T、溶液pH的关系如表所示。
3.0 4.0 5.0 6.0
20 301 231 169 58
30 158 108 48 15
50 31 26 15 7
①由表中数据可知，T相同时，pH越大，O3的分解速率越大，表明引起速率变化的可能原因是_______对O3分解起到了催化作用。
②在30℃、pH=4.0的条件下，O3的分解速率为_______。
③根据表中的递变规律，推测O3在下列条件下分解速率由小到大的顺序为_______(填序号)。
A．40℃、pH=3.0 B．10℃、pH=4.0 C．30℃、pH=7.0
18．二甲醚是一种重要的清洁燃料，可以通过CH3OH分子间脱水制得：2CH3OH(g) CH3OCH3(g)＋H2O(g) ΔH=-23.5 kJ·mol-1。在T1℃，恒容密闭容器中建立上述平衡，体系中各组分浓度随时间变化如图所示。
(1)该条件下反应平衡常数表达式K=___________。在T1℃时，反应的平衡常数为___________。
(2)相同条件下，若改变起始浓度，某时刻各组分浓度依次为c(CH3OH)=0.4 mol·L-1、c(H2O)=0.6 mol·L-1、c(CH3OCH3)=1.2 mol·L-1，此时正、逆反应速率的大小：v正___________v逆(填“＞”、“＜”或“=”)。
19．氢气、碳氧化物是合成可再生能源甲醇的基础原料，具有重要的应用前景。
(1)已知H2(g)、CO(g)和CH4(g)的燃烧热分别为285.8 kJ/mol、283.0 kJ/mol和890.0 kJ/mol。一定条件下，CO与H2合成燃烧的热化学方程式为：CO(g)+3H2(g)=CH4(g)+H2O(l) △H，则△H=___；该反应能自发进行的原因是___。
(2)工业上一般采用下列两种反应合成甲醇：
反应A：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)
反应B：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)
①一定温度下，在体积可变的恒压密闭容器中加入4 mol H2和一定量的CO发生反应A，开始时容器体积为2 L，CO和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图1所示，10 min时达到平衡，则反应A的化学平衡常数为_______。(结果保留一位小数)。
②恒温恒容条件下，在密闭容器中通入等物质的量的CO2和H2，下列描述能说明反应B已经达到平衡状态的是___（填序号）。
A．容器内CO2的体积分数不再变化
B．当CO2和H2转化率的比值不再变化
C．当水分子中断裂2NA个O-H键，同时氢分子中断裂3NA个H-H键
D．容器内混合气体的平均相对分子质量达到34.5，且保持不变
20．在一定条件下，二氧化硫和氧气发生如下反应：2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g) ΔH<0。
(1)写出该反应的化学平衡常数表达式：K=_______。
(2)降低温度，该反应K值_______，二氧化硫转化率_______，化学反应速率_______(以上均填“增大”、“减小”或“不变”)。
(3)600℃时，在一密闭容器中，将二氧化硫和氧气混合，反应过程中SO2、O2、SO3物质的量变化如下图所示，反应处于平衡状态的时间是_______。
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．D
【详解】A．根据表中数据可知，实验1中达到平衡时消耗的氧气的物质的量为，则消耗的二氧化硫的物质的量为，，故A项正确；
B．实验1在前6 min的平均反应速率，故B项正确；
C．平衡时的量：实验1＞实验2，说明实验1的反应限度小于实验2的反应限度，则，故C项正确；
D．由于该反应为放热反应，结合上述分析可知，故D项错误；
故选D。
2．C
【详解】A．分子数目可能改变也可能不变，如H2＋I2=2HI，分子数不变，故错误；
B．△G=△H－T△S，△H<0，△S<0，自发进行△G<0，要求温度为低温，故错误；
C．化学反应就是旧键的断裂和新键的形成，故正确；
D．反应物的总焓大于生成物的总焓，说明反应是放热反应，△H<0，故错误。
3．D
【详解】A．若反应向正反应方向进行，由各物质的变化量之比等于化学计量数之比可得：(c1—0.1mol/L)：(c2—0.4mol/L)=1：4，解得c1：c2=1：4，故A正确；
B．平衡时，正反应速率等于逆反应速率，由化学反应速率之比等于化学计量数之比可知，Y和Z的生成速率之比为为4：2=2：1，故B正确；
C．若反应向正反应方向进行，由各物质的变化量之比等于化学计量数之比可得：(c1—0.1mol/L)：(c2—0.4mol/L)=1：4，X和Y的起始浓度之比和平衡时浓度之比均为1：4，由转化率公式可知，X、Y的转化率相等，故C正确；
D．若反应正向完全反应，由平衡时X、Y、Z的浓度可知，X的起始浓度c1=0.1mol/L+0.1mol/L×=0.15mol/L，若反应逆向完全反应，由平衡时X、Y、Z的浓度可知，X的起始浓度c1=0，该反应为不可能完全进行的可逆反应，则c1的取值范围为0 mol/L
4．D
【详解】A．反应△H=-41 kJ/mol表示生成1 mol生成物放出热量41 kJ，而该反应是可逆反应，反应物不能完全转化为生成物，因此容器①中反应达平衡时放出热量小于41 kJ，A错误；
B．在反应①中加入的CO是1 mol，加入的H2O是4 mol，CO、H2O按1：1关系反应，所以该反应达到平衡时CO和水蒸气的转化率不相等，B错误；
C．将反应②逆向转化，与反应①的开始时相应物质的物质的量不同，因此二者达到平衡时不是等效平衡，所以平衡时，两容器中CO的物质的量浓度不相等，C错误；
D．对于容器①，由于平衡时CO的转化率为80%，则该反应放出热量是Q=41 kJ/mol×1 mol×80%=32.8 kJ。平衡时各种气体的物质的量n(CO)=0.2 mol，n(H2O)=3.2 mol，n(CO2)=n(H2)=0.8 mol，该反应的化学平衡常数K=；对于反应②，假如反应的CO2的物质的量为x，则根据物质反应转化关系可知平衡时：n(CO)=x mol，n(H2O)=xmol，n(CO2)=(1-x)mol，n(H2)= (4-x)mol，反应在相同温度下进行，化学平衡常数相同，所以K=，解得x=0.8 mol，每反应1 mol会吸收热量41 kJ，所以反应0.8 mol CO2，吸收热量为Q=0.8 mol×41 kJ/mol=32.8 kJ，可见容器①与容器②中反应达到平衡时热量变化的绝对值相等，D正确；
故合理选项是D。
5．B
【详解】A．X(s)+2Y(g)3Z(g)属于可逆反应，反应不可能进行到底，故1molX和2molY充分反应生成Z的物质的量一定小于3mol，A正确；
B．实际生成Z的物质的量大于等于3mol时，反应放出的总热量大于等于akJ，B错误；
C．达到化学平衡状态时Z的消耗速率和生成速率相等，Z的浓度不再发生变化，C正确；
D．X为固体，该反应为气体体积增大的反应，则容器内气体分子总数不再发生变化，为平衡状态，D正确；
故选B。
6．D
【分析】同一化学反应中，同一段时间内，各物质的反应速率之比等于其计量数之比；先把不同物质的反应速率换算成同一物质的反应速率再进行比较，据此分析解题。
【详解】A．v(A)=0.5 mol·L-1·min-1，A错误；
B．v(B)=0.6mol·L-1·s-1，所以v(A)= v(D)= ×0.6 mol·L-1·s-1=0.2mol·L-1·s-1=12 mol·L-1·min-1，B错误；
C．v(C)=0.4mol·L-1·min-1，所以v(A)= v(C)= ×0.4mol·L-1·min-1=0.2 mol·L-1·min-1，C错误；
D．v(D)=0.5mol·L-1·s-1，所以v(A)= v(D)= ×0.5 mol·L-1·s-1=0.25 mol·L-1·s-1=15 mol·L-1·min-1，D正确；
故选D。
7．B
【详解】A．反应向熵值方向进行，同种物质熵值：液体＞固体，冰在室温下自动熔化成水，是熵增的过程，故A错误；
B．花香四溢、墨汁在水中扩散，混乱度增加，熵值增大，故B正确；
C．能够自发进行的反应是△H-T△S＜0，不一定是放热反应，单一判据不够全面，故C错误；
D．△G＜0反应自发进行，由△G=△H-T△S可知，△H＜0时，若△S＜0，则△G可能大于0，反应非自发，故D错误；
故选：B。
8．C
【详解】A．向苯酚浊液中加入Na2CO3溶液，溶液变澄清，生成苯酚钠和碳酸氢钠，说明苯酚酸性强于碳酸氢根，本身苯酚的酸性弱于碳酸，A错误；
B．将NaOH的乙醇溶液加入溴乙烷中加热，将产生的气体通入少量酸性KMnO4溶液，溶液紫红色褪去，可能是挥发出的乙醇被酸性高锰酸钾氧化，也可能是溴乙烷发生消去反应得到的乙烯使酸性高锰酸钾的紫色褪色，B错误；
C．向5mL0.1mol·L-1KI溶液中加入1mL0.1mol·L-1FeCl3溶液，I-过量，碘离子和铁离子发生氧化还原反应生成碘单质和亚铁离子，充分反应后，萃取分液，向水层中滴加KSCN溶液，溶液呈血红色，说明溶液中还含有Fe3+，没有反应完，说明I-与Fe3+的反应是可逆反应，C正确；
D．向淀粉溶液中加入足量稀硫酸，水浴加热，冷却后未加过量碱直接滴入少量新制Cu(OH)2悬浊液并加热，无砖红色沉淀产生也可能是过量的硫酸与氢氧化铜酸碱中和，不能确定是否淀粉发生水解，D错误；
故选C。
9．C
【详解】碳酸的酸性弱于盐酸而强于次氯酸，向氯水中投入少量碳酸钙粉末后，它与盐酸反应，而不与次氯酸反应。又由于H＋浓度减小，平衡Cl2＋H2O H＋＋Cl－＋HClO向正反应方向移动，故HClO浓度增大，故C选项符合题意，答案选 C。
【点睛】
10．A
【详解】若反应进行半分钟后NO的物质的量增加了0.3 mol，则用NO浓度变化表示的反应速率为v(NO)=，根据反应方程式中物质反应转化关系可知：在此段时间内，用NH3表示的化学反应速率为v(NH3)=v(NO)=0.002 mol/(L s)，故合理选项是A。
11．B
【详解】A．合成氨是放热反应，升高温度平衡逆向移动，不能够用勒夏特列原理来解释高温比室温更有利于合成氨的反应，A错误；
B．化学电源放电、植物光合作用都发生了化学变化，化学变化中一定伴随有能量的转化，B正确；
C．反应物用量增加后，有效碰撞次数不一定增多，反应速率不一定增大，例如增加固体的质量，C错误；
D．催化剂能降低活化分子的活化能，从而加快反应速率，D错误；
答案选B。
12．D
【详解】A．混合气体密度，与相互转化，没有其他状态的物质生成，不变，该容器体积恒定为1L，不变，即不变，A正确；
B．反应从开始后，向的正方向移动，根据图象60秒时才达到平衡，所以a点并未达到平衡，正从正反应建立平衡，所以a点v正>v逆，B正确；
C．60秒后，再充入少量NO2或N2O4，等效于增压、达平衡后，NO2的体积分数减小，C正确；
D．升高温度N2O4(g)2NO2(g) ΔH>0平衡右移，容器内NO2气体浓度增大、颜色变深，D错误；
答案为D。
13． 2NaHCO3(aq)=Na2CO3(aq)+CO2(g)+H2O(l)△H=+38.28kJ mol-1 反应需要的能量比固体小 = B点 6Mpa
【详解】(1)根据加热NaHCO3溶液不到80℃就有大量CO2气体放出，根据盖斯定律，将③+②-2①即可得出2NaHCO3(aq)=Na2CO3(aq)+CO2(g)+H2O(l)△H=+38.28kJ mol-1；在溶液中发生反应需要的能量比固体小；故答案为：2NaHCO3(aq)=Na2CO3(aq)+CO2(g)+H2O(l)△H=+38.28kJ mol-1；反应需要的能量比固体小；
(2)因在恒温条件下，温度不变，则平衡常数不变，A、B两点平衡常数相等，A、B、C三点中B点NO2的浓度最高，则转化率最低，C点的总压强为30 Mpa，气体共有5份，每份分压为6 Mpa，，故答案为：=；B点；6Mpa
14．(1)3X(g)+Y(g)2Z(g)
(2)10%
(3)0.03mol/(L min)
【详解】（1）从图中可以看出，X和Y的物质的量减少，Z的物质的量增加，所以X和Y是反应物，Z是生成物；各物质的物质的量的变化之比等于方程式的化学计量数之比，反应从开始到2min，X的物质的量变化了1.0mol-0.7mol=0.3mol，Y的物质的量变化了1.0mol-0.9mol=0.1mol，Z的物质的量变化了0.3mol-0.1mol=0.2mol，X、Y、Z变化的物质的量之比为0.3：0.1：0.2=3：1：2；5min时达到平衡状态，所以该反应的化学方程式为3X(g)+Y(g) 2Z(g)；
（2）2min内Y的物质的量变化了0.1mol，所以Y的转化率为×100%=10%；
（3）5min内X的物质的量变化了1.0mol-0.4mol=0.6mol，则用X表示的反应速率为v==0.03mol/(L min)。
15． 10 大于
【详解】当反应达到平衡时，v正=v逆，即k正 c(N2O4)=k逆 c2(NO2)。k正=k逆 =k逆 k=10k逆；该反应是吸热反应，升高温度，平衡向正方向移动，k正增大的倍数大于k逆增大的倍数。
16． K= ＞ 0.05mol/mol/(L·s) 50% 不变 BC N2(g)+3H2(g)2NH3(g)ΔH=-114kJ/mol
【详解】①根据方程式可知该反应的平衡常数K表达式为K=。
②T1＜T2，升高温度氨气的物质的量减小，则平衡逆向移动，该反应为放热反应，则K减小，所以K1＞K2；
③在T2K下，经过10s达到化学平衡状态时生成氨气是2mol，根据方程式可知消耗氮气是1mol，浓度是0.5mol/L，则0～10s内v(N2)=0.5mol/L÷10s＝0.05mol/mol/(L·s)；生成2mol氨气消耗3mol氢气，氢气转化率=×100%=50%；若再同时增加各物质的量为1 mol，由于温度不变，因此化学平衡常数不变；
④A.2v(H2)正=3v(NH3)逆该反应达到平衡状态，则3v(H2)正=2v(NH3)逆没有达到平衡状态，故错误；
B．恒容时反应前后气体总物质的量减小，则压强减小，当容器内气体压强不变时反应达到平衡状态，故正确；
C．反应前后气体的质量不变，但物质的量是变化的，因此混合气体的平均相对分子质量是变量，混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态，正逆反应速率相等，反应达到平衡状态，故正确；
D．无论反应是否达到平衡状态，则ΔH始终保持不变，不能据此判断平衡状态，故错误；
故选BC；
(2)该反应的焓变=反应物总键能-生成物总键能=（936+3×430-6×390）kJ/mol=-114kJ/mol，则该反应热化学方程式为N2(g)+3H2(g)2NH3(g)ΔH=-114kJ/mol。
17． O2 I2 OH- B＜A＜C
【详解】(1)O3与KI溶液反应生成O2、I2及KOH，所以反应方程为O3+2I-+H2O＝O2+I2+2OH-，所以两种单质是I2、O2，故答案为：I2；O2；
(2)①pH增大，则OH-浓度增大，pH增大能加速O3分解，表明对O3分解起催化作用的是OH-，故答案为：OH-；
②在30℃、pH=4.0的条件下，O3的分解速率为v=0.0108mol/L÷108min=1.00×10-4mol/（L min），故答案为：1.00×10-4 mol/（L min）；
③由表中数据可知，40℃、pH=3.0时，所需时间在31min～158min之间；10℃、pH=4.0时，所需时间＞231nin；30℃、pH=7.0时，所需时间＜7min，则分解速率依次增大的顺序为B＜A＜C。
18．(1) 5
(2)＞
【详解】（1）由图象知，反应在t1时达到平衡，平衡时各物质的浓度分别为c(CH3OCH3)=1.0 mol·L-1，c(H2O)=0.8 mol·L-1，c(CH3OH)=0.4 mol·L-1；根据反应2CH3OH(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)可知，根据化学平衡常数的含义是可逆反应达到平衡状态时各种生成物浓度幂之积与各种反应物浓度幂之积的比，则其平衡常数的表达式为K=；在T1℃时，该反应的化学平衡常数K=；
（2）在该条件下的浓度商Qc==K，则化学反应正向进行，因此反应速率关系为：v正＞v逆。
19． -250.4 kJ/mol 该反应的焓变数值较大，且小于0 0.1 (L/mol)2 ABCD
【分析】(1)写出三种物质燃烧的热化学方程式，然后根据盖斯定律计算所求反应的焓变，当△G=△H-T△S<0时，反应能自发进行；
(2)①根据图像分析，反应开始时CO浓度为1 mol/L，由于开始时容器体积为2 L，则开始时CO的物质的量是2 mol，反应达到平衡状态时c(CH3OH)=0.3 mol/L，起始时在体积可变的恒压密闭容器中加入4 mol H2和2 mol CO发生反应A：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，根据物质反应转化关系得到平衡时各种气体的物质的量，然后假设此时容器容积为V L，利用浓度定义式和甲醇浓度，可得转化物质的量与容器体积关系式，再根据恒温恒压下气体的物质的量的比等于压强之比，计算出转化的物质的量及平衡时容器容积，进而得到平衡时各种物质的浓度，带入平衡常数表达式即可求解；
②恒温恒容条件下，在密闭容器中通入等物质的量的CO2 和H2，发生反应B：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，达到平衡状态时，v正=v逆，容器内混合气体的平均相对分子质量等于以g/mol为单位的平均摩尔质量，据此分析。
【详解】(1) H2(g)、CO(g)和CH4(g)的燃烧热分别为285.8 kJ/mol、283.0 kJ/mol和890.0 kJ/mol。
①H2(g)+O2(g)= H2O(l) △H1=-285.8 kJ/mol
②CO(g)+O2(g)= CO2 (g) △H2=-283.0 kJ/mol
③CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H3=-890.0 kJ/mol
将①×3+②-③，整理可得：CO(g)+3H2(g)=CH4(g)+H2O(l) △H =3△H1+△H2-△H3=-250.4 kJ/mol，
当△G=△H-T△S<0时，反应能自发进行，该反应中焓变数值较大且小于0，所以能自发进行；
(2)①根据图像分析，反应达到平衡状态时c(CH3OH)=0.3 mol/L，起始时在体积可变的恒压密闭容器中加入4 mol H2和一定量的CO发生反应A：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，开始时容器体积为2 L，根据理想气体状态方程pV=nRT，则有p=cRT，由于反应为恒压容器，所以始末态体系压强相等，根据图像可知在反应开始时c(CO)=1 mol/L，则开始时n(CO)=1 mol/L×2 L=2 mol，n(H2)=4 mol，假设反应过程在反应产生CH3OH的物质的量为x，则反应消耗CO为x mol，消耗H2为2x mol，所以平衡时CO为(2-x)mol，H2为(4-2x)mol，CH3OH为x mol，假设平衡时容器的容积为V L，则=0.3 mol/L，所以x=0.3V mol，在恒温恒压下气体的物质的量的比等于压强之比，所以=，解得V=L，x=0.5 mol，所以平衡时c(CO)==0.9 mol/L，c(H2)=2c(CO)=1.8 mol/L，c(CH3OH)=0.3 mol/L，故该反应的化学平衡常数K==(L/mol)2≈0.1(L/mol)2；
②A. 容器内CO2的体积分数随着反应进行而变化，当容器内CO2的体积分数不再变化时，反应达到平衡状态，A正确；
B. CO2和H2的物质的量的比不等于化学计量数之比，则CO2和H2转化率的比值随着反应进行而变化，当CO2和H2转化率的比值不再变化，反应达到平衡状态，B正确；
C. 当水分子中断裂2NA个O-H键，必然会同时产生3NA个H-H键，同时氢分子中断裂3NA个H-H键，则氢气的浓度不变，正反应速率等于逆反应速率，反应达到平衡状态，C正确；
D. 容器内混合气体的质量守恒，物质的量随着反应进行而变化，混合气体的平均相对分子质量也随之变化，当混合气体的平均相对分子质量为34.5且保持不变时，反应达到平衡状态，D正确；
故合理选项是ABCD。
【点睛】本题考查化学平衡的计算，涉及到盖斯定律的应用，化学平衡常数的计算，化学平衡的移动，化学平衡状态的判断，掌握化学反应基本原理和平衡状态的特征及有关概念是解题关键。
20． 增大 增大 减小 15～20min和25～30min
【详解】(1) 反应达到平衡时，各生成物浓度的化学计量数次幂的乘积除以各反应物浓度的化学计量数次幂的乘积所得的比值，2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)的化学平衡常数表达式K=；
(2) 2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)正反应放热，降低温度，平衡正向移动， K值增大，二氧化硫转化率增大；降低温度，化学反应速率减小。
(3)反应达到平衡状态时，各物质浓度不再变化，根据图示，反应处于平衡状态的时间是15～20min和25～30min。
答案第1页，共2页
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