2024新高考化学高考专题复习
专题十一 化学反应速率与化学平衡
拓展训练
1.臭氧分解2O3 3O2的反应历程包括以下反应:
反应① O3 O2+O· (快)
反应② O3+O· 2O2 (慢)
大气中的氯氟烃光解产生的氯自由基(Cl·)能够催化O3分解,加速臭氧层的破坏。下列说法正确的是( )
A.活化能:反应①>反应②
B.O3分解为O2的速率主要由反应②决定
C.Cl·主要参与反应①,改变O3分解的反应历程
D.Cl·参与反应提高了O3分解为O2的平衡转化率
答案 B
2.汽车尾气中NO产生的反应为N2(g)+O2(g) 2NO(g) ΔH。一定条件下,等物质的量N2和O2在恒容密闭容器中反应,曲线a表示该反应在温度T下c(N2)随时间(t)的变化,曲线b表示该反应在某一起始条件改变时c(N2)随时间(t)的变化。下列叙述不正确的是( )
A.温度T下、0~40 s内v(N2)= mol·L-1·s-1
B.M点v正(N2)小于N点v逆(N2)
C.曲线b对应的条件改变可能是充入氧气
D.若曲线b对应的条件改变是升高温度,则ΔH>0
答案 B
3.某兴趣小组将下表中所给的混合溶液分别加入6个盛有过量 Zn 粒的反应瓶中,以探究硫酸铜溶液的浓度对稀硫酸与锌反应生成氢气速率的影响。
实验组别 混合溶液 A B C D E F
4 mol·L-1H2SO4/mL 30 V1 V2 V3 V4 V5
饱和CuSO4溶液/mL 0 0.5 2.5 5 V6 20
H2O/mL V7 V8 V9 V10 10 0
下列判断不正确的是( )
A.V1=30,V6=10,V7=20
B.本实验利用了控制变量思想,变量为 Cu2+ 浓度
C.反应一段时间后,实验 F 的金属表面可能呈现红色
D.该小组的实验结论是硫酸铜对稀硫酸与锌反应生成氢气有催化作用
答案 D
4. T ℃时,2NO2(g) N2O4(g) ΔH<0,该反应正、逆反应速率与浓度的关系为v正=k正c2(NO2),v逆=k逆c(N2O4)(k正、k逆为速率常数)。结合图像,下列说法错误的是( )
A.图中表示lgv逆~lgc(N2O4)的线是n
B.当2v正(N2O4)=v逆(NO2)时,说明反应达到平衡状态
C. T ℃时,向2 L的容器中充入5 mol N2O4气体和1 mol NO2气体,此时v正
答案 C
5.在起始温度均为T ℃、容积均为1 L的恒容密闭容器A(恒温)、B(绝热)中均加入0.1 mol N2O和0.4 mol CO,发生反应N2O(g)+CO(g) N2(g)+CO2(g) ΔH<0。已知:k正、k逆分别是正、逆反应速率常数,v正=k正·c(N2O)·c(CO),v逆=k逆·c(N2)·c(CO2),A、B容器中N2O的转化率随时间的变化关系如图所示。下列说法错误的是( )
A.曲线N表示A容器中N2O的转化率随时间的变化
B.用CO的浓度变化表示曲线N在0~100 s内的反应速率为1×10-4 mol·L-1·s-1
C.Q点k正小于P点k正
D.T ℃时,=
答案 C
6.T ℃时,含等浓度的AgNO3与Fe(NO3)2的混合溶液中发生反应Fe2+(aq)+Ag+(aq) Fe3+(aq)+Ag(s) ΔH<0,t1时刻,改变某一外界条件继续反应至t2(t2=4t1)时刻,溶液中c(Ag+)和c(Fe3+)随时间的变化关系如图所示。下列说法正确的是( )
已知:T ℃时,该反应的化学平衡常数K=1。
A.若t1时刻未改变外界条件,则此时反应未平衡
B.若t2时刻反应达到平衡,则t1时刻改变的条件可能为升温
C.若始终保持温度不变,则平均反应速率>(表示0~t1 s内Fe2+的平均反应速率,表示0~t2 s内Fe2+的平均反应速率)
D.0~t2 s内Ag+的平均反应速率为 mol·L-1·s-1
答案 C
7.葡萄糖在碱性条件下和亚甲基蓝溶液混合后,蓝色会消失,经振荡,无色溶液又恢复蓝色,此过程可以反复多次。现用培养皿盛放上述溶液,将蓝牙音箱、白色亚克力板、培养皿由下至上放置,打开音箱(设置音频为60赫兹,音量为60分贝),振荡使空气中的氧气进入溶液,一段时间后,培养皿中呈现波纹状颜色变化。
蓝瓶子实验颜色变化过程简示图
以下分析不符合事实的是( )
A.颜色变化的过程是可逆反应
B.蓝色褪去的过程是亚甲基蓝被还原的过程
C.升高温度,不一定能加快溶液变蓝的过程
D.波腹处更容易呈现蓝色的原因是此处氧气浓度更大
答案 A
8.在一定温度下,已知有三个体积均为1.0 L的恒容密闭容器中均发生如下反应:2CH3OH(g) CH3OCH3(g)+H2O(g)。
容器 编号 温度 (℃) 起始物质的量(mol) 平衡物质的量(mol)
CH3OH(g) CH3OCH3(g) H2O(g)
Ⅰ 387 0.20 0.080 0.080
Ⅱ 387 0.40
Ⅲ 207 0.20 0.090 0.090
则下列有关说法正确的是( )
A.该反应的逆反应为放热反应
B.达到平衡时,容器Ⅰ中的压强与容器Ⅲ中的压强相同
C.达到平衡时,容器Ⅱ中的CH3OH转化率比容器Ⅰ中的大些
D.若维持其他条件不变,起始时向容器Ⅰ中充入的CH3OH(g)为0.30 mol,CH3OCH3(g)为0.30 mol和H2O(g)为0.10 mol,则反应将向正反应方向进行
答案 D
9.利用反应2CO(g)+SO2(g) 2CO2(g)+S(l) ΔH<0可实现从燃煤烟气中回收硫。向三个体积相同的恒容密闭容器中通入2 mol CO(g)和1 mol SO2(g)发生反应,反应体系的总压强随时间的变化如图所示。下列说法错误的是( )
A.实验b中,40 min内CO的平均反应速率为2.0 kPa·min-1
B.与实验a相比,实验b改变的条件是加入催化剂
C.实验b中SO2的平衡转化率是75%
D.实验abc相应条件下的平衡常数:Ka=Kb
10.亚硫酸氢盐同碳酸氢盐一样有热不稳定性,加热易分解。一定温度下,分别将两种亚硫酸氢盐加热分解,达平衡时的压强分别为p1、p2。
ⅰ.NH4HSO3(s) NH3(g)+H2O(g)+SO2(g) p1=a Pa
ⅱ.2NaHSO3(s) Na2SO3(s)+H2O(g)+SO2(g) p2=b Pa
在该温度下,将一定质量的NH4HSO3与NaHSO3加入某密闭容器中,平衡时,三种固体均存在。下列说法不正确的是( )
A.平衡时,总压为(b+)Pa
B.保持恒温、恒压,若向体系中再通入一定量N2,容器内固体的质量将减小
C.保持恒温、恒容,初始时在容器内充入NH3,平衡时NH3的物质的量比原平衡大
D.保持恒温将容器体积扩大,再次达平衡后各气体的浓度均保持不变
答案 C
11.恒容密闭容器中,n mol CO2与3n mol H2在不同温度下发生反应:2CO2(g)+6H2(g) C2H4(g)+4H2O(g),达到平衡时,各组分的物质的量浓度(c)随温度(T)变化如图所示:
下列说法正确的是( )
A.该反应的平衡常数随温度升高而增大
B.曲线Y表示c(C2H4)随温度的变化关系
C.提高投料比[n(CO2)∶n(H2)],可提高H2的平衡转化率
D.其他条件不变,2n mol CO2与6n mol H2在T1 ℃下反应,达到平衡时c(H2)
12.将一定量的NH4HS固体置于恒容密闭真空容器中(固体试样的体积忽略不计),使其在50 ℃的恒温条件下分解:NH4HS(s) NH3(g)+H2S(g)。实验测得该体系的压强如表所示:
时间/min 0 10 20 30 40 50 60 70
压强/kPa 0 0.66 1.28 1.78 2.20 2.50 2.50 2.50
已知:Kp为用各气体分压表示的平衡常数,分压=总压×物质的量分数。
下列有关说法正确的是( )
A.当混合气体的平均摩尔质量不再随时间变化时,反应达到平衡
B.0~10 min,用H2S的压强变化表示该反应的平均反应速率为0.066 kPa·min-1
C.50 ℃时,NH4HS(s)的分解反应的压强平衡常数Kp= (kPa)2
D.50 ℃时,若在65 min时将容器的容积压缩至原来的,再次达到平衡时,体系的压强大于2.50 kPa
答案 C
13.根据下列图示所得出的结论不正确的是( )
甲 乙
丙 丁
A.图甲是恒温密闭容器中发生反应CaCO3(s) CaO(s)+CO2(g)时c(CO2)随反应时间变化的曲线,说明t1时刻改变的条件可能是缩小容器的体积
B.图乙是H2的起始量一定时恒温密闭容器中发生反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g),达到平衡时NH3的体积分数随N2的起始物质的量的变化曲线,则H2的转化率:b>c>a
C.图丙是一定温度下,将一定质量的冰醋酸加水稀释过程中溶液的导电能力变化,则用湿润的pH试纸测量a处溶液的pH,测量结果偏小
D.图丁表示反应2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ΔH<0不同温度时平衡常数K随压强的变化关系图,则T1
14.利用晶格氧部分氧化甲烷制合成气(CO与H2)技术将传统甲烷重整反应分解为几个气固相反应,实现燃料与氧气不接触,其一般模型如图所示:
在一定温度下,该模型涉及的主要反应如下:
主反应:2CeO2(s)+CH4(g) Ce2O3(s)+CO(g)+2H2(g) ΔH1=+352.5 kJ·mol-1
副反应:8CeO2(s)+CH4(g) 4Ce2O3(s)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH2=+700 kJ·mol-1
甲烷裂解反应:CH4(g) C(s)+2H2(g) ΔH3=+90 kJ·mol-1
载氧体恢复晶格氧反应:2Ce2O3(s)+O2(g) 4CeO2(s) ΔH4=-751 kJ·mol-1
请回答下列问题:
(1)模型中载氧体中Ce的价态:载氧体Ⅰ 载氧体Ⅱ(填“>”“<”或“=”)。
(2)该模型部分氧化甲烷制合成气的反应方程式为2CH4(g)+O2(g) 2CO(g)+4H2(g),该温度下反应的ΔH= kJ·mol-1。
(3)已知副反应的ΔS=+549 J·mol-1·K-1,下列温度下反应能自发进行的是 (填字母)。
A.750 ℃ B.950 ℃ C.1 050 ℃
(4)控制投料比为n(CeO2)∶n(CH4)=2∶1、压强为100 kPa时,平衡时C(s)及各气体的物质的量随温度的变化如图a所示:
图a 图b
已知:X(H2)=×100%,X(CO)=×100%
①图a中曲线c对应的气体为 。
②图a中忽略CO2(g)与c气体,486 ℃平衡时,n(H2O)= mol。
(5)当n(CH4)=1 mol、p=100 kPa时,控制不同n(CeO2),平衡时n(C)、X(H2)、X(CO)与温度的关系如图b所示,请说明当反应体系温度低于1 000 ℃时,n(CeO2)越大,温度越高,越有利于合成气的生成: 。
答案 (1)> (2)-46 (3)C (4)①CO ②0.2
(5)生成合成气的反应为气体分子数增大的吸热反应,体系温度低于1 000 ℃时,温度升高平衡正向移动;CeO2作为催化剂可提高反应速率,n(CeO2)增大,使甲烷反应更完全
15.335 ℃时,在恒容密闭反应器中C10H18(l)催化脱氢的反应过程如下:
反应1:C10H18(l) C10H12(l)+3H2(g) ΔH1
反应2:C10H12(l) C10H8(l)+2H2(g) ΔH2
测得C10H12和C10H8的产率x1和x2随时间的变化关系如图所示。下列说法错误的是( )
A.使用催化剂能改变反应历程
B.更换催化剂,反应1、2的ΔH1、ΔH2不会改变
C.8 h时,反应1、2都未处于平衡状态
D.x1显著低于x2,说明反应2的活化能比反应1的大
答案 D
15.2022年10月16日,党的二十大报告将“人与自然和谐共生”作为中国式现代化的重要特征。请回答下列问题:
(1)在催化剂的作用下CO2和H2发生反应ⅰ生产甲醇,同时有副反应ⅱ发生。
已知:ⅰ.CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=-49.4 kJ·mol-1
ⅱ.CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH2=+41.2 kJ·mol-1
则CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) ΔH= ;
①向密闭容器中加入CO2(g)和H2(g)合成CH3OH(g),已知反应ⅰ的正反应速率可表示为v正=k正·c(CO2)·c3(H2),逆反应速率可表示为v逆=k逆·c(CH3OH)·c(H2O),其中k正、k逆为速率常数,图中能够代表k逆的曲线为 (填“L1”“L2”“L3”或“L4”);
②对于上述反应体系,下列说法错误的是 (填字母);
A.增大CO2的浓度,反应ⅰ、ⅱ的正反应速率均增大
B.恒容密闭容器中,当气体密度不变时,反应达到平衡
C.加入催化剂,H2的平衡转化率不变
③不同条件下,按照n(CO2)∶n(H2)=1∶3投料,CO2的平衡转化率如下图所示,压强p1、p2、p3由大到小的顺序是 ;当压强为p1时,温度高于570 ℃之后,随着温度升高CO2平衡转化率增大的原因是 。
(2)利用CO2制取甲醛可以缓解温室效应,反应方程式为CO2(g)+2H2(g) HCHO(g)+H2O(g)。T1℃时,将体积比为1∶2的CO2和H2混合气体充入恒容密闭容器中,每隔一定时间测得容器内气体压强如下表所示,请回答下列问题。
时间/min 0 10 20 30 40 50 60
压强/kPa 1.08 0.96 0.88 0.82 0.80 0.80 0.80
①已知:v[p(B)]=。前10 min,用H2的压强变化表示该反应的平均反应速率为 kPa·min-1;
②T1℃时,反应的平衡常数Kp= kPa-1(Kp为用各气体分压表示的平衡常数,分压=总压×物质的量分数;结果保留三位有效数字)。
答案 (1)-90.6 kJ·mol-1 ①L4 ②B ③p3>p2>p1 反应ⅰ是放热反应,反应ⅱ是吸热反应,温度高于570 ℃之后,转化率主要由反应ⅱ决定 (2)①0.024 ②38.3
16.将煤炭转化为烯烃(乙烯、丙烯等)既可以减少CO2的排放,又可以制备重要的化工原料。该过程先转化为二甲醚CH3OCH3,再转化为烯烃。
(1)制备二甲醚的主要反应:
反应Ⅰ:C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g) ΔH1=+131.3 kJ·mol-1
反应Ⅱ:CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) ΔH2=-547.4 kJ·mol-1
反应Ⅲ:2CH3OH(g) CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH3=+85.2 kJ·mol-1
①“反应Ⅰ”能自发进行的条件是 (填“高温”“低温”或“任意温度”)。
②某反应X的平衡常数表达式为Kp=,则反应X的热化学方程式为 。
(2)二甲醚制备烯烃的主要反应:
反应Ⅳ:2CH3OCH3(g) C2H4(g)+2CH3OH(g) ΔH4=+196.3 kJ·mol-1
反应Ⅴ:C2H4(g)+CH3OCH3(g) C3H6(g)+CH3OH(g) ΔH5=-48.1 kJ·mol-1
①该反应过程常用的催化剂有两种:ZSM-5以及SAPO-34,它们都是多孔笼状结构,ZSM-5笼状孔径约为0.55 nm,SAPO-34约为0.4 nm。相同条件下,在催化剂SAPO-34作用下反应(如图)获得的产物中,n(C2H4)∶n(C3H6)更大的原因是 。
②一定温度下,在体积为1 L的密闭容器中投入2 mol CH3OCH3发生“反应Ⅳ”和“反应Ⅴ”,初始总压为p0,反应到达平衡时总压为1.2p0,且n(C2H4)∶n(C3H6)=1∶1。则平衡时体系中CH3OCH3的转化率α(CH3OCH3)= 。“反应Ⅴ”的平衡常数Kp= 。
答案 (1)①高温 ②C(s)+CO(g)+3H2(g) CH3OCH3(g) ΔH=-878.3 kJ mol-1 (2)①SAPO-34孔径较小,体积较小的乙烯更易在其表面吸附、脱吸附 ②50% 1
17.甲醇是一种用途十分广泛的基本有机化工原料。
(1)甲醇分子中H—C—H的键角比C—O—H的键角 (填“大”或“小”),理由是 。
(2)CO2作为未来的重要碳源,其选择性加氢合成CH3OH一直是研究热点。在CO2加氢合成CH3OH的体系中同时发生以下反应:
反应ⅰ CO2(g)+3H2(g) CH3OH(l)+H2O(g) ΔH1
反应ⅱ CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH2
反应ⅲ 2CO(g) CO2(g)+C(s) ΔH3
若某容器中同时发生反应ⅰ、ⅱ、ⅲ,一定条件下建立平衡后,下列说法正确的是 (填字母)。
A.反应ⅱ的平衡常数为1
B.增加少量碳,反应ⅲ逆向移动
C.反应ⅱ反应前后气体分子数不变,故增大该容器的压强对反应ⅱ的平衡无影响
D.选用合适的催化剂可提高CH3OH在单位时间内的产量
(3)设为相对压力平衡常数,其表达式写法:在浓度平衡常数表达式中,用相对分压代替浓度。气体的相对分压等于其分压(单位为kPa)除以pθ(pθ=100 kPa)。反应ⅰ、ⅱ、ⅲ的ln随1/T(温度的倒数)的变化如图所示。
①反应ⅰ、ⅱ、ⅲ中,正反应活化能大于逆反应活化能的反应有 。
②反应ⅰ的相对压力平衡常数表达式为= 。[用p(x)表示x的分压]
③在A点对应温度下,原料组成为n(CO2)∶n(H2)=1∶1,初始总压为100 kPa的1 L恒容密闭容器中进行上述三个反应,体系达到平衡时CO的分压为30 kPa。则CO2的平衡转化率为 。
(4)维持压强和投料不变,将CO2和H2按一定流速通过反应器,二氧化碳的转化率α(CO2)和甲醇的选择性x(CH3OH)随温度变化的关系如图所示:
已知催化剂活性受温度影响变化不大。结合反应ⅰ和反应ⅱ,分析235 ℃后甲醇的选择性随温度升高而下降的原因是 ,二氧化碳的转化率随温度升高也在下降的可能原因是 。
答案 (1)大 C—O—H中的O原子上有2个孤电子对,其对共价键的斥力大于共价键之间的斥力,使C—O—H键受到挤压,故H—C—H的键角大 (2)D (3)①ⅱ ②或 ③82%
(4)ⅰ为放热反应,反应达平衡后,升高温度,平衡逆向移动,反应ⅱ的平衡正向移动,甲醇选择性下降 反应达平衡后,升高温度,反应ⅰ使二氧化碳的转化率减小的程度大于反应ⅱ使二氧化碳的转化率增大的程度
18.高纯度的氢氟酸是制造芯片的重要原料之一。
(1)已知:HF(aq) H+(aq)+F-(aq) ΔH=-10.4 kJ/mol
H+(aq)+OH-(aq) H2O(l) ΔH=-57.3 kJ/mol
则:HF(aq)+NaOH(aq) NaF(aq)+H2O(l)的ΔH= 。
(2)HF无论是气态还是在水溶液中均可二聚形成(HF)2。HF能二聚的原因是 ,写出(HF)2发生第二步电离的方程式: 。
(3)如图为恒温、带有可自由移动隔板的刚性容器。当两边分别充入4 g氦气和20 g单分子态的HF气体时,隔板位于“5”处,隔板两边容器内的压强均为100 kPa。
若固定隔板于“5”处,当右侧容器内反应2HF(g) (HF)2(g)达到平衡状态时,右侧容器内压强为p1;松开隔板,隔板移至“6”处并达到新的平衡,此时右侧容器内压强为p2,则p1 p2(填“大于”“小于”或“等于”)。该温度下,2HF(g) (HF)2(g)反应的平衡常数Kp= kPa-1(Kp为以分压表示的平衡常数,计算结果保留2位有效数字)。
(4)若将上述容器改为绝热容器,固定隔板在“5”处,下列不能说明右侧容器内反应已达平衡状态的是 。
A.容器右侧气体的密度不再改变
B.容器右侧的温度不再改变
C.容器右侧气体的压强不再改变
D.容器右侧气体的平均相对分子质量不再改变
E.2v(HF)=v[(HF)2]
答案 (1)-67.7 kJ/mol (2)HF分子间可形成氢键 H H++2F- (3)大于 0.0038 (4)AE
19.氨基甲酸铵(H2NCOONH4)为尿素生产过程的中间产物,易分解。某小组对氨基甲酸铵的分解实验进行探究。
已知:Ⅰ.N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)
ΔH1=-92.4 kJ·mol-1
Ⅱ.C(s)+O2(g) CO2(g)
ΔH2=-393.8 kJ·mol-1
Ⅲ.N2(g)+3H2(g)+C(s)+O2(g) H2NCOONH4(s)
ΔH3=-645.7 kJ·mol-1
回答下列问题:
(1)写出H2NCOONH4分解生成NH3与CO2气体的热化学方程式: 。
(2)恒容条件下,实验测得数据如下表所示:
T/K 293 298 303 308 313
p/kPa 8.60 11.40 16.24 20.86 30.66
①恒温恒容时,下列能够说明该反应已达到化学平衡状态的是 (填字母)。
A.容器内总压强不再改变
B.2v正(NH3)=v逆(CO2)
C.c2(NH3)·c(CO2)的值不再改变
D.NH3的体积分数不再改变
②某温度下,该反应平衡时容器内总压强为p,写出该反应的压强平衡常数的计算式Kp= (用平衡分压代替平衡浓度,分压=总压×物质的量分数)。
③随着温度升髙,Kp逐渐 (填“增大”“减小”或“不变”),其主要原因是
。
④某温度下,达到平衡后,欲增加NH3的平衡浓度,可采取的措施有 (填标号)。
A.加H2NCOONH4 B.加催化剂
C.减小体积增大压强 D.移走CO2
(3)已知:RlnKp=-+C(C为常数)。根据上表实验数据得到下图,则该反应的反应热ΔH= kJ·mol-1。
答案 (1)H2NCOONH4(s) 2NH3(g)+CO2(g)
ΔH=+159.5 kJ·mol-1 (2)①AC ②4p3/27 ③增大 该反应是一个气体分子数增大的吸热反应,温度升高,平衡向右移动,所以Kp增大 ④D (3)+144.18
20.减少CO2排放并实现CO2的有效转化已成为科研工作者的研究热点。根据以下几种常见的CO2利用方法,回答下列问题。
Ⅰ.利用CH4-CO2干重整反应不仅可以对天然气资源综合利用,还可以缓解温室效应对环境的影响。该反应一般认为通过如下步骤来实现:
ⅰ.CH4(g) C(ads)+2H2(g)
ⅱ.C(ads)+CO2(g) 2CO(g)
上述反应中的C(ads)为吸附活性炭,反应过程的能量变化如图所示。
(1)CH4-CO2干重整的反应速率由 决定(填“反应ⅰ”或“反应ⅱ”),CH4-CO2干重整反应的热化学方程式为 (用图中E1、E2、E3表示反应热)。
Ⅱ.以氧化铟(In2O3)作催化剂,采用“CO2催化加氢制甲醇”方法将CO2资源化利用。反应历程如下。
ⅰ.催化剂活化:In2O3(无活性) In2O3-x(有活性);
ⅱ.CO2与H2在活化的催化剂表面同时发生如下反应。
反应①:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1 主反应
反应②:CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH2 副反应
(2)某温度下,在恒容密闭反应器中,下列能说明反应①达到平衡状态的是 (填标号)。
A.v正(H2)∶v正(CH3OH)=3∶1
B.混合气体的平均摩尔质量保持不变
C.混合气体的密度保持不变
D.CH3OH(g)的分压保持不变
(3)增大CO2和H2混合气体的流速,可减少产物中H2O(g)的积累,从而减少催化剂的失活,请用化学方程式表示催化剂失活的原因: 。
(4)ⅱ中反应①、②的lnK(K代表化学平衡常数)随×103 K-1(T代表温度)的变化如图所示。
升高温度,反应CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)的化学平衡常数K (填“增大”“减小”或“不变”)。
(5)恒温恒压密闭容器中,加入2 mol CO2和4 mol H2,只发生反应①和反应②,初始压强为p0。在230 ℃以上,升高温度,CO2的平衡转化率增大,但甲醇的产率降低,原因是 。在300 ℃发生反应,反应达到平衡时,CO2的转化率为50%,容器体积减小20%。则反应②用平衡分压表示的平衡常数Kp= (保留两位有效数字)。
答案 (1)反应ⅰ CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g) ΔH=(E1-E2+E3) kJ·mol-1 (2)BD (3)In2O3-x+xH2O In2O3+xH2 (4)减小 (5)230 ℃以上,升高温度,反应①的平衡逆向移动,反应②的平衡正向移动,但温度对反应②的平衡影响更大 0.22
21. 我国力争于2030年前做到碳达峰,2060年前实现碳中和。利用CO2与H2合成有机燃料是研究热点之一。该反应体系主要涉及以下反应:
①CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH1 副反应
②2CO(g)+4H2(g)+2H2O(g) ΔH2 副反应
③2CO2(g)+6H2(g)+4H2O(g) ΔH3 主反应
(1)根据盖斯定律,反应③的ΔH3= (用含ΔH1和ΔH2的代数式表示)。
(2)上述反应体系在一定条件下建立平衡后,下列说法正确的有 。
A.增大CO2与H2的浓度,反应①、②、③的正反应速率都增加
B.降低反应温度,反应①、②、③的正、逆反应速率都减小
C.加入催化剂,可提高CO2的平衡转化率
D.及时分离出,反应②、③的平衡均向右移动
(3)一定条件下,将1 mol CO2和3 mol H2加入1 L容积不变的密闭容器中,只发生主反应(不考虑发生副反应),温度对CO2的平衡转化率、实际转化率和催化剂催化效率的影响如图甲所示。
①结合图像分析该反应实际反应温度定于250 ℃的原因:
。
②实验测得v正=k正c2(CO2)c6(H2),v逆=k逆c(C2H4)·c4(H2O),k正、k逆为速率常数,只与温度有关,250 ℃时= (写出代数式即可);当温度升高时,k正增大m倍,k逆增大n倍,则m n(填“>”“<”或“=”)。
③设Kx为物质的量分数平衡常数,其表达式写法:在浓度平衡常数表达式中,用物质的量分数代替浓度。250 ℃时,该反应达到平衡时的平衡常数Kx= (写出代数式即可)。
(4)科学家通过电化学方法,用惰性电极进行电解,可有效实现以CO2和水为原料在酸性条件下合成乙烯,其合成原理如图乙所示。b电极上的电极反应式为 ,该装置中使用的是 (“阴”或“阳”)离子交换膜。
答案 (1)2ΔH1+ΔH2 (2)ABD (3)①当温度低于250 ℃时,随着温度升高,催化剂活性增强,反应速率加快,CO2实际转化率变大;当温度高于250 ℃时,随着温度升高,催化剂活性降低、催化效率降低,CO2实际转化率变低(其他合理答案均可)
② < ③ (4)2CO2+12H++12e- C2H4+4H2O 阳
22. 近年来,碳中和、碳达峰成为热点。以二氧化碳为原料生产甲醇是一种有效利用二氧化碳的途径。
(1)已知:反应Ⅰ CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g) ΔH1<0
反应Ⅱ CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) ΔH2<0
反应Ⅲ CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g) ΔH3>0
若某反应的平衡常数表达式为K=,根据反应Ⅰ~Ⅲ,请写出此反应的热化学方程式:
。
(2)在一定条件下(温度为T1 ℃),往恒容密闭容器中充入1.0 mol CO2和4.0 mol H2,发生反应Ⅰ,初始压强为p0,5 min达到平衡,压强为0.8p0。
①CO2的平衡转化率α= 。
②若该反应的速率方程v=k·,k为常数,p为平衡时气体分压,则该反应的速率v= (用含k的式子表示,分压=总压×物质的量分数)。
(3)工业中,对于反应Ⅰ,通常同时存在副反应Ⅳ:CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH4。在一定条件下,在合成塔中充入一定量CO2和H2。不同压强时,CO2的平衡转化率如图a所示。当气体总压强恒定为1 MPa时,平衡时各物质的物质的量分数如图b所示。
①图a中,相同温度下,压强越大,CO2的平衡转化率越大,其原因是 ;
②由图b可知ΔH4 0(填“>”“<”或“=”);H2的物质的量分数随温度升高而增大的原因是 。
(4)研究HCHO燃料电池和氯碱工业联合应用装置如图所示,两极间用阳离子交换膜隔开,左右两侧分别是NaOH溶液和NaCl稀溶液。b极为 极,a极的电极反应式为 。
答案 (1)CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=kJ·mol-1 (2)①50% ②k (3)①增大压强,反应Ⅳ平衡不移动,反应Ⅰ平衡向正反应方向移动 ②> 温度升高时,反应Ⅰ平衡向左移动增加的H2的量大于反应Ⅳ平衡向右移动减少的H2的量 (4)正 HCHO-4e-+5OH- HC+3H2O
23. 乙烯是石油化工最基本原料之一。
Ⅰ.乙烷在一定条件下可脱氢制得乙烯:C2H6(g) C2H4(g)+H2(g) ΔH1>0。
(1)提高乙烷平衡转化率的措施有 、 。
(2)一定温度下,向恒容密闭容器中通入等物质的量的C2H6和H2,初始压强为100 kPa,发生上述反应,乙烷的平衡转化率为20%。平衡时体系的压强为 kPa,该反应的平衡常数Kp= kPa(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。
Ⅱ.在乙烷中引入O2可以降低反应温度,减少积碳。涉及如下反应:
a.2C2H6(g)+O2(g) 2C2H4(g)+2H2O(g) ΔH2<0
b.2C2H6(g)+5O2(g) 4CO(g)+6H2O(g) ΔH3<0
c.C2H4(g)+2O2(g) 2CO(g)+2H2O(g) ΔH4<0
(3)根据盖斯定律,反应a的ΔH2= (写出代数式)。
(4)氧气的引入可能导致过度氧化。为减少过度氧化,需要寻找催化剂降低反应 (选填“a”“b”或“c”)的活化能。
(5)常压下,在某催化剂作用下按照n(C2H6)∶n(O2)=1∶1投料制备乙烯,体系中C2H4和CO在含碳产物中的物质的量百分数及C2H6转化率随温度的变化如下图所示。
①乙烯的物质的量百分数随温度升高而降低的原因是 。
②在570~600 ℃温度范围内,下列说法正确的有 (填字母)。
A.C2H4产率随温度升高而增大
B.H2O的含量随温度升高而增大
C.C2H6在体系中的物质的量百分数随温度升高而增大
D.此催化剂的优点是在较低温度下降低CO的平衡产率
③某学者研究了生成C2H4的部分反应历程如下图所示。写出该历程的总反应方程式: 。该历程的催化剂是 。
答案 (1)升高温度 减小压强(或及时移出生成物) (2)110 15 (3)ΔH3-2ΔH4 (4)a
(5)①体系未达平衡,温度升高,生成CO的反应速率增大的程度大于C2H4 ②AB ③C2H6+2O2 C2H4+2HO2· BNOH
精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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