2024届高三新高考化学大一轮专题训练题-化学反应原理综合题
1.(2022·天津南开·统考二模)NOX(主要指NO和)是大气主要污染物之一。有效去除大气中的是环境保护的重要课题。回答下列问题:
(1)用水吸收NOX的相关热化学方程式如下。
①反应的_______。
②中心原子上的价层电子对数为_______。
(2)用稀硝酸吸收,得到和的混合溶液,电解该混合溶液可获得较浓的硝酸。写出电解时阳极的电极反应式:_______。
(3)用酸性水溶液吸收,吸收过程中存在与生成和的反应,写出该反应的化学方程式:_______。
(4)在催化剂的作用下能与反应生成。
①与生成的反应的化学方程式为________________,当1mol 完全反应时,转移的电子数为_______。
②在有氧条件下,新型催化剂M能催化与反应生成。将一定比例的、和的混合气体,匀速通入装有催化剂M的反应器中,反应相同时间的去除率随反应温度的变化曲线如图所示。
当反应温度高于380℃时,的去除率迅速下降的原因可能是_______。
2.(2022·广东广州·广东实验中学校考三模)丙烯腈( )是一种重要的化工原料,广泛应用在合成纤维、合成橡胶及合成树脂等工业生产中。以3-羟基丙酸乙酯()为原料合成丙烯腈,主要反应过程如下:
反应I: >0
反应II:+NH3(g) (g)+H2O(g)+ >0
(1)已知部分化学键键能如下表所示:
化学键 C﹣O C﹣C C=C C﹣H O﹣H C=O
键能(kJ mol ﹣1) 351 348 615 413 463 745
据此计算ΔH1=___________;此反应自发进行的条件是___________(填“高温易自发”“低温易自发”或“任何温度都能自发”)。
(2)在盛有催化剂、压强为200kPa的恒压密闭容器中按体积比2∶15充入和发生反应,通过实验测得平衡体系中含碳物质(乙醇除外)的物质的量分数随温度的变化如图所示。
①随着温度的升高, (g)的平衡物质的量分数先增大后减小的原因为___________。
②N点对应反应II的平衡常数___________(x代表物质的量分数)。
③科学家通过DFT计算得出反应II的反应历程有两步,其中第一步反应的化学方程式为:+NH3(g) + ,则第二步反应的化学方程式为___________;实验过程中未检测到 的原因可能___________。
④实际生产中若充入一定量N2(不参与反应),可提高丙烯腈的平衡产率,原因为___________。
3.(2022·安徽·模拟预测)CO2的综合利用有利于碳达峰、“碳中和”目标的最终实现。催化CO2和H2能够制取甲醇。
Ⅰ.在催化剂作用下,CO2、H2同时发生如下反应:
反应1(主反应):CO2(g) +3H2(g)=CH3OH(l) +H2O(g) △H= -86.9 kJ·mol-1
反应2(副反应):CO2(g) +H2(g)=CO(g) +H2O(g) △H= +41.2 kJ·mol-1
(1)反应2的发生不利于反应1中CH3OH(l)生成的原因是_______;一定温度、压强下,为了提高反应速率和CH3OH(1)的选择性,应当_______。
(2)假设某温度下,反应1的速率大于反应2的速率,则下列反应过程中的能量变化示意图正确的是_______(填字母)。
A. B. C. D.
(3)若在绝热恒容的密闭体系中进行上述反应,下列能说明反应1达到平衡状态的是_______ ( 填序号)。
①v(CO2)正和v(H2)逆的比值为1:2
②CO2和H2O的物质的量相等
③H2的百分含量不变
④容器的温度恒定不变
Ⅱ.工业上常用甲醇脱氢制重要的化工产品“万能中间体-----HCOOCH3”,具有工艺流程短、原料单一、反应条件温和等优点。该工艺过程涉及如下反应:
反应Ⅰ :2CH3OH(g)HCOOCH3(g) +2H2(g) △H1
反应Ⅱ:HCOOCH3(g) 2CO(g) +2H2(g) △H2
反应Ⅲ:CH3OH(g) CO(g) +2H2(g) △H3
(4)反应Ⅰ、Ⅲ的能量变化如图所示,则△H2 =_______kJ·mol-1
(5)一定温度下,向体积为V L的恒容密闭容器中通入1 mol CH3OH(g)发生上述反应,t min达到平衡时,容器中HCOOCH3为a mol ,CO为b mol ,0~t min内v(CH30H) =_______mol·L-1·min-1(用含a、b、V、t的代数式表示),该温度下,反应Ⅲ的平衡常数K=_______(用含a、b、V的代数式表示)。
4.(2022·内蒙古赤峰·统考模拟预测)十九大报告提出要对环境问题进行全面系统地可持续治理。绿色能源是实施可持续发展的重要途径,利用生物乙醇来制取绿色能源氢气的部分反应过程如图1所示。
图1
(1)已知:①CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g) ΔH1=+41kJ·mol-1;
②CH3CH2OH(g)+H2O(g)=4H2(g)+2CO(g) ΔH2=+256.1kJ·mol-1。
反应III的热化学方程式为_______。
(2)起始加入气体的总物质的量一定,反应II在进气比[n(CO):n(H2O)]不同时,测得CO的平衡转化率与n(CO):n(H2O)的关系如图2所示(图中各点对应的反应温度可能相同,也可能不同)。
图2
①图中显示C、D、E三点对应的CO的平衡转化率逐渐降低,其原因是_______。
②图中B、E、F三点对应的CO的平衡转化率相同,则三点对应温度TB、TE、TF由高到低的顺序为_______,其原因是_______。
③已知反应速率v正=k正x(CO)x(H2O),v逆=k逆x(CO2)x(H2),k正、k逆为反应速率常数,只与温度有关,x为各组分物质的量分数。D点对应的反应条件下,该反应到达D点前,CO的转化率为20%时,=_______。
④若反应从起始分别进行到F点和G点所用的时间相等,则F点和G点对应的条件下,两个反应进行的快慢关系为_______(填标号),其原因是_______;F、G点分别对应体系的总压强的大小关系为_______(填标号),其原因是_______。
a.F>G b.F=G c.F
(1)已知:
①
②
③
④
则_______(用、、表示)。
(2)反应④的反应温度、投料比对平衡转化率的影响如图所示。
①a_______3(填“>”、“<”或“=”);M、N两点反应的平衡常数_______(填“>”、“<”或“=”)。
②300℃,往6L反应容器中加入、,反应10min达到平衡。求0到10min氢气的平均反应速率为_______。
(3)中科院兰州化学物理研究所用催化加氢合成低碳烯烃反应,所得产物含、、等副产物,反应过程如图。
催化剂中添加Na、K、Cu助剂后(助剂也起催化作用)可改变反应的选择性,在其他条件相同时,添加不同助剂,经过相同时间后测得转化率和各产物的物质的量分数如下表。
助剂 转化率(%) 各产物在所有产物中的占比(%)
其他
Na 42.5 35.9 39.6 24.5
K 27.2 75.6 22.8 1.6
Cu 9.8 80.7 12.5 6.8
①欲提高单位时间内乙烯的产量,在中添加_______助剂效果最好;加入助剂能提高单位时间内乙烯产量的根本原因是_______;
②下列说法正确的是_______;
a.第ⅰ步所反应为:
b.第ⅰ步反应的活化能低于第ⅱ步
c.催化剂助剂主要在低聚反应、异构化反应环节起作用
d.使加氢合成低碳烯烃的减小
e.添加不同助剂后,反应的平衡常数各不相同
(4)2018年,强碱性电催化还原制乙烯研究取得突破进展,原理如图所示。
①b极接的是太阳能电池的_______极;
②已知PTFE浸泡了饱和KCl溶液,请写出阴极的电极反应式_______。
6.(2022·广西·统考模拟预测)二氧化碳的排放越来越受到能源和环境领域的关注,其综合利用是目前研究的重要课题之一、回答下列问题:
(1)已知下列反应的正反应活化能(E1)逆反应活化能(E2)如表所示:
序号 化学反应 E1/(kJ·mol-1) E2/(kJ·mol-1)
① H2(g)+ O2(g)=H2O(1) 685 970
② 2CH3OH(1) + 3O2(g)=2CO2 (g) +4H2O (1) 3526 4978
CO2与H2合成液态甲醇的热化学方程式为___________。
(2)一定温度下,在2L密闭容器中充入3 mol CO2和 6 mol H2,发生反应:CO2(g)+ 3H2(g) CH3OH(g) + H2O(g),测定H2的转化率[α(H2) ]随时间的变化如图所示:
①0~ 20 min内,用CH3OH的浓度变化表示的平均 反应速率:v(CH3OH)=___________ mol·L-1·min-1。
②该温度下,反应的平衡常数K=___________ (结果保 留两位小数)。
③若在上述平衡状态下,再向容器中充入1mol CO2和lmolH2O(g),则反应速率 v(正)___v(逆) (填“>”“< “或“= “)。
(3)科学家提出利用CO2与CH4制备合成气: CO2(g) +CH4(g) 2CO(g)+ 2H2(g)。在体积均为2L的密闭容器甲和乙中,分别充入1 molCO2和1 mol CH4、2 mol CO2和2 mol CH4,在相同温度下达到平衡状态时,CO2的转化率:α(甲)___________α(乙)(填“>”“<“或“=” ,下同),达到平衡所需的时间: t(甲)___________ t(乙)。
(4)如图是利用太阳能电池电解C2H6分别转化成其它含碳化合物的原理示意图,碳电极上生成CO的电极反应式___________。若起始投入0.3mol C2H6全部反应完全,生成三种产物中C2H4的物质的量为0.1mol,则电路中转移的电子数目为___________。
7.(2022·福建龙岩·福建省漳平第一中学校联考模拟预测)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) △H1>0
(1)提高乙烷平衡转化率的措施有____、____。
(2)一定温度下,向恒容密闭容器通入等物质的量的C2H6和H2,初始压强为100kPa,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) △H2<0
b.2C2H6(g)+5O2(g)=4CO(g)+6H2O(g) △H3<0
c.C2H4(g)+2O2(g)=2CO(g)+2H2O(g) △H4<0
(3)根据盖斯定律,反应a的△H2=____(写出用含有△H3、△H4表示的代数式)。
(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.H2O的含量随温度升高而增大.
B.C2H6在体系中的物质的量百分数随温度升高而增大
C.此催化剂的优点是在较低温度下能降低CO的平衡产率
③某学者研究了生成C2H4的部分反应历程如图所示,写出该部分反应历程的总反应方程式____。该历程的催化剂是____。
8.(2022·安徽芜湖·安徽师范大学附属中学校考模拟预测)我国力争于2030年前做到碳达峰,2060年前实现碳中和。因此,研发二氧化碳的利用技术,将二氧化碳转化为能源是缓解环境和能源问题的方案之一。CO2耦合乙苯(C6H5-C2H5,简称EB)脱氢制备苯乙烯(C6H5-C2H3,简称ST)是综合利用CO2的热点研究领域。制备ST涉及的主要反应如下:
a.EB(g)=ST(g)+H2(g) △H1
b.CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g) △H2=+41.2 kJ·mol-1
c.EB(g)+CO2(g)=ST(g)+CO(g)+H2O(g) △H3=+158.8 kJ·mol-1
回答下列问题:
(1)为提高EB平衡转化率,应选择的反应条件为_______(填标号)。
A.低温、高压 B.高温、低压 C.低温、低压 D.高温、高压
(2)在一定条件下,选择合适的催化剂只进行b反应:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)。
①调整CO2和H2初始投料比,测得在一定投料比和一定温度下,该反应CO2的平衡转化率如图。
已知:Kx是以物质的量分数表示的化学平衡常数;反应速率v=v正-v逆=k正x(CO2)x(H2)-k逆x(CO)x(H2O),k正、k逆分别为正、逆向反应速率常数,x为物质的量分数。B、E、F三点反应温度最高的是_______点,计算E点所示的投料比在从起始到平衡的过程中,当CO2转化率达到20%时,=_______。
②在容积不变的密闭容器中,分别在温度T1、T2(T2>T1>E点温度)发生上述反应,反应中H2(g)和CO(g)的体积分数(ω)随时间(t)的变化关系如图所示。已知:起始时密闭容器中ω[CO2(g)]和ω[H2(g)]、ω[CO(g)]和ω[H2O(g)]分别相等。则表示T1时ω[CO(g)]的曲线是_______(填“甲”“乙”“丙”或“丁”);在温度T2、反应时间20min时,反应的正反应速率v正_______ (填“>”“=”或“<”)逆反应速率v逆。
(3)恒压0.1 MPa下,改变原料气配比为下列三种情况:仅EB、n(EB):n(CO2)=1:10、n(EB):n(N2)=1:10进行以上a、b反应,测得EB的平衡转化率与温度的变化关系如图所示。
①图中,表示原料气配比n(EB):n(N2)=1:10的曲线是曲线_______(填“I”或“Ⅱ”)。
②CO2能显著提高EB的平衡转化率,从平衡移动的角度解释CO2的作用:_______。
③设Kpr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(分压除以p0,p0=0.1 MPa)代替浓度进行计算。A点时,H2的物质的量分数为0.01,该条件下反应a的Kpr为_______。
9.(2022·陕西西安·西北工业大学附属中学校考模拟预测)习近平主席在第75届联合国大会提出我国要实现2030年前碳达峰、2060年前碳中和的目标。因此CO2的捕集、利用与封存成为科学家研究的重要课题。
(1)研究表明CO2与CH4在催化剂存在下可发生反应制得合成气:CO2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g) ΔH,一定压强下,由最稳定单质生成1mol化合物的焓变为该物质的摩尔生成焓。已知CO2(g)、CH4(g)、CO(g)的摩尔生成焓分别为-395kJ·mol-1、-74.9kJ·mol-1、-110.4kJ·mol-1,则上述反应的ΔH=_______kJ·mol-1。
(2)环氧乙烷可用于口罩等医用品的消毒。工业上以乙烯为原料利用氧化法生产环氧乙烷,涉及如下反应:
反应I:2CH2=CH2(g)+O2(g)2ΔH1=-210kJ·mol-1
反应II:CH2=CH2(g)+3O2(g)2CO2(g)+2H2O(l) ΔH2=-1413.0kJ·mol-1
已知:环氧乙烷的选择性=
向一密闭容器中通入2molCH2=CH2(g)和1.5molO2(g),乙烯的平衡转化率、环氧乙烷的选择性与温度或压强的关系如图所示。图中X代表_______(填“温度”或“压强”),在x和L2的条件下,达到平衡时容器的体积为1L,反应II的平衡常数K=_______(列出计算式)。
(3)电解法转化CO2可实现CO2资源化利用,电解CO2制备HCOOH的原理示意图如图所示。
①a、b表示CO2进气管,其中_______(填“a”或“b”)管是不需要的。
②若起始两侧溶液体积相同,电解一段时间后,两侧溶液中K+的物质的量相差0.04mol,则阳极产生的气体在标准状况下的总体积为_______L(假设产生的气体全部逸出)。
(4)反应物分子一步直接转化为产物的反应称为基元反应,一个化学反应往往是由多个基元反应分步进行的,这个分步过程称为反应机理。一定温度下,基元反应的化学反应速率与反应物浓度的化学计量数的幂的乘积成正比,如基元反应mA(g)+nB(g)pC(g)的速率方程可表示为v=kcm(A)·cn(B)(k为速率常数)。实验测得低温时某反应的速率方程为v=kc2(NO2),其反应机理有如下两种可能。则该反应的化学方程式可表示为_______,以下机理中与其速率方程符合的反应机理是_______(填编号)。
反应机理 第一步反应 第二步反应
I 2NO2=N2O4(快反应) N2O4+2CO=2NO+2CO2(慢反应)
II 2NO2=NO3+NO(慢反应) NO3+CO=NO2+CO2(快反应)
10.(2022·四川成都·统考一模)我国高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,其反应原理之一为CH4(g)+2H2S(g)CS2(g)+4H2(g)。
(1)反应在高温下才可自发进行,则该反应的活化能E正____E逆(填“>”“<”或“=”)。判断的理由是____。
(2)对在恒温恒容条件下的该反应,下列条件可作为反应达到平衡判断依据的是____(填序号)。
a.混合气体密度不变
b.容器内压强不变
c.2v正(H2S)=v逆(CS2)
d.CH4与H2的物质的量分数之比保持不变
(3)为了研究甲烷对H2S制氢的影响,原料初始组成n(CH4):n(H2S)=1:2。保持体系压强为0.1MPa,反应达到平衡时,四种组分的物质的量分数x随温度T的变化如图甲所示:
①图中表示CH4、H2变化的曲线分别是____。
②M点对应温度下,CH4的转化率约为____(保留3位有效数字)。950℃时,该反应的Kp=____(以分压表示,分压=总压×物质的量分数)。
③维持N点温度不变,向容器内再通入CH4、H2S、CS2、H2各0.1mol,此时速率关系为v正____v逆(填“大于”“小于”或“等于”)。
(4)实验测定:在其他条件不变时,升高温度,CH4的平衡转化率先增大后下降,下降的可能原因是____。
(5)H2S可用Na2CO3溶液吸收,将吸收足量H2S气体后的溶液用如图乙所示的电解池电解,可在阳极得到有工业应用价值的Na2S2O3,则图中隔膜应使用_____(填“阳”或“阴”)离子交换膜,阴极电极反应式为____。若电解前阳极室和阴极室溶液质量相同,当电路中通过电子物质的量为2mol时,则理论上阳极室和阴极室质量差为____g。
11.(2022·天津南开·统考三模)甲醇是基本有机原料之一,用于制造氯甲烷、甲胺和硫酸二甲酯等多种有机产品,甲醇可由CO与H2反应制得。回答下列问题:
(1)已知在25℃,101kPa下:甲醇(l)的燃烧热为727,CO(g)的燃烧热为283,H2O(g)=H2O(l) 。则甲醇(l)不完全燃烧生成一氧化碳和水蒸气的热化学方程式为_______。
(2)恒温恒压下,在容积可变的密闭容器中加入一定量的CO和H2发生反应制备甲醇,测得平衡时CO的转化率(α)随温度、压强的变化如图所示。
则T1_______T2(填“>”、“<”或“=”,下同),M点的正反应速率_______N点的逆反应速率。
(3)密闭容器中,高温TK条件下,用CO还原氧化铁得到单质铁。若初始压强为pkPa,平衡后气体中CO的物质的量分数为a,此温度反应的平衡常数Kp=_______(Kp为以分压表示的平衡常数,气体分压=气体总压×体积分数)。
(4)以甲醇为原料,通过电化学法可以合成碳酸二甲酯[(CH3O)2CO],工作原理如图所示。
①阳极的电极反应式为_______。
②若以铅蓄电池为电源,A应与铅蓄电池的_______(填“Pb”或“PbO2”)相连。
12.(2022·安徽合肥·合肥一中校考模拟预测)我国高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)天然气脱硫工艺涉及如下反应:
则_______
(2)甲烷与重整制氢是一条全新的转化与制氢技术路线。为了研究甲烷对制氢的影响,理论计算表明,原料初始组成,在体系压强为0.1MPa,反应达到平衡时,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 变化的曲线分别是 _______、_______。反应达平衡的标志是_______(填标号)。
A. B.的体积分数不再变化
C.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△H _______ 0(填“>”“<”或“=”),判断的理由是_______。
③M点对应温度下,的转化率为 _______;950℃时该反应的 _______。
(3)燃料电池的原理如图所示。电池的负极反应式为_______。该电池理论输出电压为0.800 V,则该燃料电池的理论效率为_______(已知:燃料电池的理论效率是指电池所产生的最大电能与燃料电池反应所能释放的全部能量之比;法拉第常数
13.(2022·河北·一模)我国对世界郑重承诺:2030年前实现碳达峰,2060年前实现碳中和。而研发二氧化碳的碳捕集和碳利用技术则是关键,其中催化转化法最具应用价值。回答下列问题:
Ⅰ.一定温度下,和在催化剂作用下可发生两个平行反应,分别生成和。
a:
b:
(1)相同温度下,_______。
(2)在传统的催化固定反应床中,转化率和甲醇选择性通常都比较低,科学团队研制了一种具有反应和分离双功能的分子筛膜催化反应器,极大地改善了该问题,原理如图所示。
保持压强为,温度为,向密闭容器中投料比按投入一定量和,不同反应模式下的平衡转化率和甲醇选择性的相关实验数据如下表所示。
实验组 反应模式 温度/ 转化率 选择性
① 3 260 21.9 67.3
② 3 260 36.1 100.0
已知选择性:转化的中生成的百分比。
①模式时,上述条件下发生反应,下列说法能作为反应a达到平衡状态的判据是_______(填选项字母)。
A.气体压强不再变化 B.气体平均相对分子质量不再变化
C.不再变化 D.的物质的量之比为
②由表中数据可知模式下,的转化率明显提高,结合具体反应分析可能的原因:_______。
(3)反应b在进气比不同时,测得相应的平衡转化率见图(各点对应的反应温度可能相同,也可能不同,其他反应条件都相同)。
①D和F两点对应的温度关系:_______(填<,>,或=),其原因是_______。
②已知反应速率,,k为反应速率常数,x为物质的量分数,在达到平衡状态为G点的反应过程(此过程为恒温)中,当的转化率刚好达到时,_______。
Ⅱ.用下图装置电解二氧化碳也可制取甲醇,控制在一定温度左右,持续通入二氧化碳,电解过程中物质的量基本不变。
(4)阴极电极反应式为:_______。
14.(2022·内蒙古呼和浩特·统考一模)甲醇是重要的化工原料,合成甲醇和利用甲醇的研究和探索,在国际上一直受到重视。工业上常利用CO2和H2为原料合成甲醇,再利用甲醇生产丙烯。回答下列问题:
(1)①常温下, H2和甲醇的燃烧热分别为285.8 kJ·mol-1和726.4 kJ·mol-1, 1mol甲醇汽化需要吸收82.0kJ的热量,则CO2和H2在Cu/ZnO催化作用下合成气态甲醇的热化学方程式为:CO2(g)+ 3H2(g) CH3OH(g) +H2O(1) △H=_______kJ·mol-1;
②上述反应分两步进行:
第一步_______(写化学方程式)△H> 0
第二步Cu/Zn* + 2H2 + CO2 = Cu/ZnO* + CH3OH △H< 0
③第二步反应几乎不影响总反应达到平衡所用的时间,由此推知以下能正确表示Cu/ZnO催化CO2和H2合成甲醇反应过程的示意图为_______。
a. b.
c. d.
(2)工业上用CO2和H2催化合成甲醇存在如下反应:
主反应CO2(g) +3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) △H<0
副反应CO2(g)+ H2(g) CO(g)+ H2O(g) △H>0
一定条件下,在装有催化剂的密闭容器中投入amolCO2和3amolH2,发生上述合成反应。
①在相同时间内,测得甲醇产率与温度的关系如图所示。温度为470K时,图中P点_______(填“处于”或“不处于”)平衡状态;490K之后,甲醇的产率随温度的升高而减小的原因可能是_______。
②某温度下,达平衡时容器中CH3OH的物质的量为c mol, CO的物质的量为d mol。则此条件下CO2的转化率为_______(列式表示,下同);甲醇的选择性(指转化为甲醇的CO2占发生反应的CO2的百分比)为_______;此条件下副反应的平衡常数为_______。
(3)甲醇催化制取丙烯的过程中发生如下反应: 3CH3OH(g)C3H6(g) + 3H2O(g) ,该反应的Arrhenius经验公式的实验数据如图中直线a所示,已知Arrhenius经验公式为( Ea为活化能,k为速率常数,R和C为常数)。则该反应的活化能Ea=_______kJ·mol-1,当改变外界条件时,实验数据如中的直线b所示,则实验可能改变的外界条件是_______。
15.(2022·河北·模拟预测)CO2是一种温室气体,对人类的生存环境产生巨大的影响,将CO2作为原料转化为有用化学品,对实现碳中和及生态环境保护有着重要意义。
Ⅰ.工业上以CO2和NH3为原料合成尿素,在合成塔中存在如下转化:
(1)液相中,合成尿素的热化学方程式为:2NH3(l)+CO2(l)=H2O(l)+NH2CONH2(l) △H=___________kJ/mol。
(2)在恒容密闭容器中发生反应:2NH3(g)+CO2(g)=CO(NH2)2(s)+H2O(g) △H<0。下列说法正确的是
A.增大CO2的浓度,有利于NH3的转化率增大
B.反应在任何温度下都能自发进行
C.当混合气体的密度不再发生改变时反应达平衡状态
D.充入He,压强增大,平衡向正反应移动
Ⅱ.可利用CO2和CH4催化制备合成气(CO、H2),在一定温度下容积为1 L密闭容器中,充入等物质的量CH4和CO2,加入Ni/Al2O3使其发生反应:CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)
(3)反应达平衡后,平衡常数K=81,此时测得c(CO)为3 mol/L,则CH4的转化率为___________(保留2位有效数字)。
(4)制备“合成气”反应历程分两步:
步骤 反应 正反应速率方程 逆反应速率方程
反应① CH4(g)C(ads)+2H2(g) v正=k1·c(CH4) v逆=k2·c2(H2)
反应② C(ads)+CO2(g)2CO(g) v正=k3·c(CO2) v逆=k4·c2(CO)
上述反应中C(ads)为吸附性活性炭,反应历程的能量图变化如下图所示:
①反应速率快慢比较:反应①___________反应②(填“>”“<”或“=”),请依据有效碰撞理论微观探析其原因___________。
②一定温度下,反应CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)的平衡常数K=___________(用k1、k2、k3、k4表示)。
(5)制备合成气(CO、H2)过程中发生副反应:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H2=+41.0 kJ/mol,在刚性密闭容器中,进料比分别等于1.0、1.5、2.0,且反应达到平衡状态。反应体系中,随温度变化的关系如图所示:
随着进料比的增加,的值___________(填“增大”、“不变”或“减小”),其原因是___________。
16.(2022·天津·校联考二模)汽车尾气中含有氨氧化合物、和CO等,减少它们在大气中的排放是环境保护的重要内容之一。
(1)一定条件,反应的反应历程如图所示,该历程分步进行,其中第_______步是决速步骤。
(2)在恒温恒容密闭容器中进行上述反应,原料组成,体系达到平衡时的体积分数为25%,则CO的平衡转化率=_______。
(3)氮的氧化物脱除可用电化学原理处理,如下图装置可同时吸收和NO。已知:是一种弱酸。直流电源的正极为_______(填“a”或“b”),阴极的电极反应式_______。该电解装置选择_______(填“阳”或“阴”)离子交换膜。
中国提出要实现“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,争取在2060年前实现碳中和”的目标,二氧化碳的资源化利用对实现碳中和目标具有促进作用。
(4)在一定条件下,向体积为2L的恒容密闭容器中通入1mol和3mol,发生反应,测得和随时间变化如图所示。
①M点时,_______。(填“>”、“<”或“=”)
②下列叙述中一定能说明该反应达到平衡状态的是_______。
A.化学反应速率关系:
B.容器内混合气体的密度不再改变
C.单位时间内,每断裂2个C=O键,同时断裂3个O-H键
D.容器内混合气体的平均摩尔质量不再改变
17.(2022·黑龙江哈尔滨·哈九中校考模拟预测)卤素的单质及其化合物参与的很多反应在研究化学动力学和化学热力学时,都有着重要的意义。元素的/F-Z图是以元素的不同氧化态(可理解为化合价)Z与对应物种的/F在热力学标准态pH=0或pH=14作图。图中任何2种物种连线的斜率在数值上等于相应电对的标准电极电势φA或φB,A、B分别表示pH=0(实线)或pH=14(虚线)。
上图中各物种的/F图的数值如下表所示:
A X- X2 HXO HXO2 B X- X2
F -3.06 0 / / / / F -3.06 0 / / / /
Cl -1.36 0 1.61 4.91 7.32 9.79 Cl -1.36 0 0.40 1.72 2.38 3.18
Br -1.06 0 1.60 / 7.60 11.12 Br -1.06 0 0.45 / 2.61 4.47
I -0.54 0 1.45 / 5.97 9.27 I -0.54 0 0.45 / 1.01 2.41
已知:标准电极电势越大,氧化能力越强。
(1)用上表提供的数据计算φB(/Cl-)=0.62,则φA(/Cl-)=_______。
(2)通过计算得出结论:对同一氧化态的卤素,氧化能力比较,含氧酸_______含氧酸盐(填“大于”、“等于”或“小于”)
(3)在如图的转化关系中(X代表卤素)。△H1、△H2和△H3三者存在的等式关系为_______,卤素单质中(F2、Cl2、Br2、I2)与H2化合最难的是_______;试通过电对(X2/X-)的标准电极电势解释原因_______。
(4)在起始温度相同(T℃)的条件下,分别向容积相同的密闭容器甲、乙、丙中加入等量NH4I(s),发生反应:①NH4I(s) NH3+HI △H>0,②2HI I2(g)+H2,容器如图所示。
①已知H-H键的键能是436kJ/mol,I-I键的键能是151kJ/mol,H-I键的键能是299kJ/mol,写出反应②的热化学方程式:_______。
②甲、乙、丙三个容器中反应均达到平衡时,I2(g)的体积分数由大到小的顺序是_______。
③在反应过程中,测得丙容器中HI、H2的物质的量浓度(c)随时间(t)变化如图所示。0~2min内,用NH3表示的反应速率为_______,HI的分解率为_______。若平衡时总压强为P,则反应②的平衡常数Kp=_______。
18.(2022·黑龙江哈尔滨·哈尔滨三中校考模拟预测)“可燃冰”(甲烷的水合物)是一种清洁燃料,其开发利用是解决能源危机的重要课题。在一定条件下CH4(g)与H2O(g)可发生反应I:CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)△H1),已知表中数据:
化学键 C—H H—O C≡O H—H
键能(kJ/mol) 413 463 1075 436
(1)请写出反应I的热化学方程式:____。
利用上述反应制氢是目前制氢的常用方法,还包含反应II:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)△H2。分析I、II两个反应,回答下列问题:
(2)下列说法中能证明该反应体系已达到化学平衡状态的是____(填字母)。
A.恒温恒容,混合气体的密度不再发生变化
B.恒温恒容,=
C.恒容绝热,体系温度不再发生变化
D.恒温恒容,气体平均相对分子质量不再改变
(3)不同温度下反应达到平衡时各物质的物质的量分数如图所示。
①根据图象解释温度高于T1时,CO2的物质的量分数随温度升高而下降的原因可能为____。
②T2℃时,容器中=____。
(4)反应I与反应II的平衡常数的自然对数lnKp与温度的关系如图所示。
表示反应II的曲线是____。(填写“m”或“n”)
(5)某温度下,向恒压密闭容器中充入1molCH4和1molH2O(g),容器的总压强为100kPa,.反应达到平衡时,CO2的平衡分压p(CO2)=10kPa,H2体积百分含量为60%,则H2O(g)的转化率为____,该温度下反应IICO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)的平衡常数Kp=____。
试卷第2页,共2页
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参考答案:
1.(1) +75.9 3
(2)
(3)
(4) NH3与O2反应产生了NO
【解析】(1)
①由题干信息可知,反应I: ,反应II: ,2I -3II即可得到反应,根据盖斯定律可知, =2×(-136.2kJ/mol)-3×(-116.1kJ/mol)=+75.9,故答案为:+75.9;
②中心原子上的价层电子对数为2+=3,故答案为:3;
(2)
用稀硝酸吸收,得到和的混合溶液,电解该混合溶液可获得较浓的硝酸,电解时阳极上发生氧化反应,即将HNO2氧化为HNO3,故该电极的电极反应式为:,故答案为:;
(3)
用酸性水溶液吸收,吸收过程中存在与生成和的反应,根据氧化还原反应配平可得该反应的化学方程式为:,故答案为:;
(4)
①与生成和H2O,根据氧化还原反应配平可得,该反应的反应的化学方程式为,反应中转移24mol电子,当1mol 完全反应时,转移的电子数为3mol×6.02×1023mol-1=1.806×1024,故答案为:;1.806×1024;
②当反应温度高于380℃时,NOx的去除率迅速下降,可能的原因是NH3与O2反应产生了NO,导致NOx去除率降低,故答案为:NH3与O2反应产生了NO。
2.(1) +34 kJ mol﹣1 高温易自发
(2) 反应I和反应II都是吸热反应,温度升高,平衡都正向移动;温度较低时,反应I进行的程度大,的物质的量分数增大;温度较高时反应Ⅱ进行的程度增大,的物质的量分数减小 (g) (g)+H2O(g) 第二步反应非常快 该反应为气体分子数增大的反应,恒压密闭容器中充入一定量N2,降低各气体分压(相当于扩大容器体积),会使反应II的平衡正向移动
【详解】(1)焓变=反应物总键能﹣生成物总键能,ΔH1=(463+413×9+351×3+348×3+745)kJ mol-1﹣(413×8+615+745+351×2+348×2+463×2)kJ mol﹣1=+34 kJ mol-1;该反应为吸热反应,熵增反应,温度越高混乱程度增大,更有利于自发进行;
故答案为:+34 kJ mol-1;高温易自发;
(2)①反应I、II均为吸热反应,最高点前反应I进行程度大,最高点后反应II进行程度大,所以随着温度的升高,丙烯酸乙酯的平衡体积分数先增大后减小,
故答案为:反应I和反应II都是吸热反应,温度升高,平衡都正向移动;温度较低时,反应I进行的程度大,的物质的量分数增大;温度较高时反应Ⅱ进行的程度增大,的物质的量分数减小;
②设的初始物质的量为2mol、氨气的初始物质的量为15mol;A点的含量为0,说明反应I完全进行,生成2mol和2mol水;和丙烯腈的含量相等,说明有1mol、1mol氨气参与反应II,生成1mol乙醇和1mol水,则平衡体系中氨气的物质的量为14mol、的物质的量1mol、丙烯腈1mol、乙醇1mol、水3mol,N点对应反应II的平衡常数 ;
故答案为: ;
③第一步反应是和氨气反应生成乙醇和,反应的化学方程式为+NH3(g) +,;第二步反应的活化能远小于第一步,所以第二步反应的速率远大于第一步反应的速率,实验过程中未检测到,第二步反应的活化能远小于第一步,所以第二步反应的速率远大于第一步反应的速率;
故答案为: (g) (g)+H2O(g);第二步反应非常快;
④该反应为气体分子数增大的反应,恒压密闭容器中充入一定量N2,相当于减压,降低各气体分压(相当于扩大容器体积),会使反应II的平衡正向移动,所以充入一定量N2 (不参与反应),可提高丙烯腈的平衡产率,
故答案为:该反应为气体分子数增大的反应,恒压密闭容器中充入一定量N2,降低各气体分压(相当于扩大容器体积),会使反应II的平衡正向移动
3.(1) 反应2消耗CO2、H2,且有H2O(g)生成,CO2、H2浓度减小和H2O( g)浓度增大都使反应1逆向进行 选择性催化剂(选择CH3OH的催化剂)
(2)A
(3)③④
(4)76.6
(5)
【分析】当反应达到平衡状态时,正逆反应速率相等,各物质的浓度、百分含量不变,以及由此衍生的一些物理量也不发生变化,解题时要注意,选择判断的物理量,随着反应的进行发生变化,当该物理量由变化到定值时,说明可逆反应到达平衡状态;根据图象判断反应热,根据盖斯定律,计算反应热;根据反应速率的计算公式,根据元素守恒可知反应中的各物质的量,从而计算出反应Ⅲ的K值,以此来解析;
【详解】(1)反应2消耗CO2、H2,且有H2O(g)生成,CO2、H2浓度减小和H2O( g)浓度增大都使反应1逆向进行;根据影响反应速率的因素,一定温度、压强下,温度压强不能改变,可以利用催化剂,可以用选择性催化剂,选择生成CH3OH的催化剂;
(2)②反应1为放热反应,则反应物总能量高于生成物总能量,反应2为吸热反应,则反应物总能量低于生成物总能量,BC错误;反应1的速率大于反应2的速率,说明反应1的活化能小于反应2,D错误,则A正确;
故选A。
(3)①.v(CO2)正和v(H2)逆的比值为1:3,才能证明正逆反应速率相等,此时给定的条件不能判断平衡,①不符合题意;
②.CO2和H2O的物质的量相等,不能说明正逆反应速率相等,不能表明反应已达到平衡,②不符合题意;
③.H2的百分含量为一个变量,当H2的百分含量不变时,说明正逆反应速率相等,则反应达平衡状态,③符合题意;
④.反应1为放热反应,容器为恒容绝热,容器的温度会随着反应的温度发生改变,温度为一个变量,当容器的温度恒定不变时,说明正逆反应速率相等,则反应达平衡状态,④符合题意;
故选③④。
(4)根据图中信息可知反应 △H1=+135.4 kJ·mol-1;△H3=+106.0 kJ·mol-1;根据盖斯定律可知2反应Ⅲ-反应Ⅰ=反应Ⅱ,故△H2 =2×△H3-△H1=2×106.0 kJ·mol-1-135.4 kJ·mol-1=76.6 kJ·mol-1;
(5)1mol CH3OH(g)发生上述反应,t min达到平衡时,容器中HCOOCH3为amol,CO为bmol,根据C守恒可知,t min时容器中n(CH3OH)=(1-2a-b)mol,反应的甲醇的物质的量为:(2a+b)mol,v(CH3OH)= = = =mol·L-1·min-1;根据H守恒,可知t min时容器中n(H2)= =(2a+2b)mol,根据C守恒可知,t min时容器中n(CH3OH)=(1-2a-b)mol,CO为bmol,该温度下,反应Ⅲ的平衡常数K= ==;
4.(1)2CO2(g)+6H2(g)=CH3CH2OH(g)+3H2O(g) ΔH=-174.1kJ·mol-1
(2) 三点对应的温度不同,升高温度,平衡逆向移动。CO的平衡转化率逐渐降低 TB>TE>TF B、E、F三点对应的化学平衡常数K值的大小关系为KB
(2)①根据图象可知,C、D、E三点不变,但CO的平衡转化率依次降低,根据反应①,推出CO与H2O反应CO+H2OH2+CO2,该反应为放热反应,根据勒夏特列原理,升高温度,平衡向逆反应方向进行,CO的平衡转化率降低,因此三点CO平衡转化率降低可能原因是三点对应的温度不同,升高温度,平衡逆向移动。CO的平衡转化率逐渐降低;
②B点=0.5,令n(CO)=1mol,n(H2O)=2mol,达到平衡时,消耗n(CO)= n(H2O)=0.5mol,达到平衡时生成n(H2)=n(CO2)=0.5mol,该温度下K==,同理计算出E点温度下的平衡常数为1,F点温度下平衡常数为3,KB<KE<KF,该反应的正反应为放热反应,温度越高,K值越小,即TB>TE>TF;故答案为TB>TE>TF;B、E、F三点对应的化学平衡常数K值的大小关系为KB
④两点=1.5,两点达到平衡时间相同,F点CO的平衡转化率高,说明反应程度更高,可判断F点反应更快;但是这个反应为放热反应,F点反应程度高,表明F点的反应温度低,要达到更高反应速率,说明F点的压强更高;故答案为a;反应时间相同,F点对应的反应限度更大;a;该反应为放热反应,F点对应的反应限度大,则F点对应的反应温度低,在F点对应的反应条件下,反应速率更快。因此F点对应的压强更大。
5.(1)
(2) > >
(3) K 降低了生成乙烯的反应的活化能,对其他副反应几乎无影响 ac
(4) 正 2CO2+12e-+8H2O=C2H4+12OH-
【解析】(1)
,故;
(2)
投料比越大,二氧化碳的转化率越高,故a>3;从图中可以看,升高温度二氧化碳的转化率降低,为放热反应,N的温度比M高,温度越高,平衡常数越小,故>;300℃时二氧化碳的平衡转化率为0.6%,二氧化碳投料为1mol,故二氧化碳反应的物质的量为0.6mol,根据反应,氢气转化的物质的量为,氢气的平均反应速率为:;
(3)
通过表格中可以看出,选择Na为助剂时,乙烯的选择性太低;选择Cu为助剂时二氧化碳的转化率太低,故选K作助剂;加入助剂后降低了生成乙烯的反应的活化能,对其他副反应几乎无影响;
a.从图中可以看出,第一步是二氧化碳和氢气反应生成一氧化碳,第ⅰ步所反应为:,a正确;
b.第ⅰ步反应为慢反应,活化能高于第ⅱ步,b错误;
c.从图中可以看出,催化剂助剂主要在低聚反应、异构化反应环节起作用,c正确;
d.加入催化剂使不能改变加氢合成低碳烯烃的,d错误;
e.添加不同助剂后,不影响反应的平衡常数,e错误;
故选ac;
(4)
左侧a电极二氧化碳生成乙烯,碳元素化合价降低,故a电极为阴极,接太阳能电池的负极,电极b为阳极,接太阳能电池的正极;阴极的电极反应式为:2CO2+12e-+8H2O=C2H4+12OH-。
6.(1)CO2(g) +3H2(g)=CH3OH (1)+H2O(1)△H= - 129kJ·mol-1
(2) 0.04 4. 23 >
(3) > >
(4) C2H6- 10e -+ 2H2O= 2CO+ 10H+ 2.2NA
【详解】(1)首先分别算出反应①和反应②的焓变,反应①的焓变为,即反应①的热化学方程式为,反应②的焓变为,即反应②的热化学方程式为,
再利用盖斯定律要求出与合成液态甲醇反应的化学方程式为,即,焓变为,即与合成液态甲醇的热化学方程式为;
故答案为;
(2)一定温度下,在2L密闭容器中充入3 mol和 6 mol ,即它们的起始浓度分别为和,依据的转化率[]随时间的变化图可知的转化为0.8,即在20min内的转化浓度为,故可列出如下平衡三段式
用0~20min内,用的浓度变化表示的平均反应速率:;
平衡常数
若在上述平衡状态下,再向容器中充入和,则和的浓度变化为和,所以此时的浓度商,故;
故答案为0.04;4.23;>;
(3)反应为气体体积增大的反应,当在体积均为2L的密闭容器甲和乙中,分别充入1 mol和1 mol 、2 mol 和2 mol ,在相同温度下达到平衡状态时,可以把乙看作是两个甲的反应再加压进入一个甲的容器中,故相对甲而言,乙的的平衡向逆反应方向移动,故转化率下降;但是乙的压强更大,反应速率更快,所以达到平衡所需时间更长的为甲;
故答案为:>;>;
(4)据图可知利用太阳能电池电解分别转化成、、,依据电荷守恒与质量守恒可以写出三个电极反应式分别为:、、,若起始投入全部反应完全,生成三种产物中的物质的量为0.1mol,即生成时消耗了,转移的电子为0.1mol×2=0.2mol,而生成和转移的电子数相同,可以合并计算,则剩余的生成和时转移的电子为0.2mol×10=2mol,故转移的电子数目一共为;
故答案为;。
7.(1) 升高温度 降低压强
(2) 110 15
(3)ΔH3-2ΔH4
(4)a
(5) 体系未达到平衡状态,温度升高,生成CO的反应速率增大的程度大于C2H4 A C2H6+2O2=C2H4+2HO2 BNOH
【解析】(1)
C2H6(g)=C2H4(g)+H2(g) ΔH1>0,该反应是体积增大的吸热反应,提高乙烷平衡转化率的措施有减小压强、升高温度或及时移出生成物;
(2)
一定温度下,向恒容密闭容器通入等物质的量的C2H6和H2,初始压强为100kPa,假设都为1mol,发生上述反应,乙烷的平衡转化率为20%,
根据压强之比等于物质的量之比得到,解得x=110kPa,即平衡时体系的压强为110kPa,该反应的平衡常数。答案为:110;15;
(3)
根据盖斯定律,反应b减去反应c的2倍,得到反应a的ΔH2=ΔH3 2ΔH4。答案为:ΔH3 2ΔH4;
(4)
为减少过度氧化,即bc,要加快反应a的反应速率,因此需要寻找催化剂降低反应a的活化能。答案为:a;
(5)
升高温度,C2H6的转化率在不断增大,则表明反应未达平衡。混合物中CO的百分率大,则表明生成CO的速率比生成C2H4的速率大,所以原因是: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;
②A.因为反应未达平衡,在三个反应中,随温度升高,反应物的转化率都增大,生成水的量都增大,因此H2O的含量随温度升高而增大,A正确;
B.根据图中信息C2H6转化率增大,则C2H6在体系中的物质的量百分数随温度升高而降低,B错误;
C.因为反应并未达到平衡,图中信息仅显示相同时间内CO的百分含量,没有显示不同温度下CO的平衡产率,所以不能说明该催化剂在较低温度下降低CO的平衡产率,C错误;
故选A;
③起初反应时,BNOH先与O2反应,生成BNO 和HO2 ,生成的BNO 再与C2H6反应,重新生成BNOH,则表明BNOH为催化剂;C2H6先转化为C2H5 、C2H5 再与O2反应生成C2H4和HO2 ;从而得出总反应式为C2H6+2O2=C2H4+2HO2 。答案为: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;A;C2H6+2O2=C2H4+2HO2 ;BNOH。
8.(1)B
(2) F 16 乙 <
(3) Ⅱ CO2作为稀释气降低EB分压并消耗氢气,促进EB脱氢反应平衡正反应方向移动,进而提高EB平衡转化率 0.04
【详解】(1)由盖斯定律可计算出△H1=△H3△H2,△H1=+117.6 kJ·mol-1,正反应为总体积增大的吸热反应,提高EB的平衡转化率,使平衡正向移动,根据勒夏特列原理可知,减小压强平衡正向移动,升高温度平衡正向移动,则应选择的条件为高温低压,答案选B;
(2)①对于可逆反应CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g),正反应为吸热反应,B点CO2和H2初始投料比为0.5,CO2的平衡转化率为50%,E点CO2和H2初始投料比为1,CO2的平衡转化率为50%,F点CO2和H2初始投料比为1.5,CO2的平衡转化率为50%,投料比越大,CO2气体越多,平衡向正向移动,CO2的转化率会减小,此时CO2的平衡转化率为50%,可知投料比越大,温度就越高,B、E、F三点反应温度最高的是F点;
E点所示的投料比为1,当CO2的平衡转化率为50%,反应达到平衡后列出三段式为
此时
E点所示的投料比为1,当CO2的平衡转化率为20%,反应达到平衡后列出三段式为:
,,,,平衡时;
②已知T1>E,现在升高温度,平衡向右移动,所以平衡时T1温度下CO的含量应该大于E点时CO的含量。由题意可知E点时,二氧化碳转化率为50%,列三段式可得E点CO的体积分数为25%,只有曲线乙符合。
已知T2>T1>E,在温度T2、反应时间20min时,符合条件的曲线为甲,此时CO的体积分数在减小,平衡向逆向移动,则反应速率v正<v逆;
(3)①原料气为EB、N2、CO2,N2为无关气体,若n(EB):n(CO2)=1:10,a、b反应均向正向移动,若n(EB):n(N2)=1:10,恒压时充入N2,体积增大,平衡向正向移动,符合条件的曲线为Ⅱ;
②CO2作为稀释气降低EB分压并消耗氢气,促进EB脱氢反应平衡正反应方向移动,进而提高EB平衡转化率;
③列出反应c的平衡三段式为:
反应c的相对压力平衡常数表达式为:,A点EB的转化率为80%,H2的物质的量分数为0.01,平衡时气体总的物质的量为1+10+0.8=11.8mol,平衡时EB、ST、H2的物质的量分别为0.2mol、0.8mol、0.118mol,反应a的相对压力平衡常数为,带入数值得,,计算可得Kpr为0.04。
9.(1)+249.1
(2) 压强
(3) a 0.56
(4) NO2+CO=NO+CO2 II
【解析】(1)
根据摩尔生成焓的定义,推出①C(s)+O2(g)=CO2(g)ΔH=-395kJ·mol-1②C(s)+2H2(g)=CH4(g)ΔH=-74.9kJ·mol-1,③C(s)+O2(g)=CO(g) ΔH=-110.4kJ·mol-1,根据目标反应方程式及盖斯定律可知,③×2-②-①得CO2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g) ΔH=[(-110.4)×2-(-74.9)-(-395)]kJ·mol-1=+249.1kJ·mol-1;
故答案为+249.1;
(2)
若X为温度,升高温度I 和II反应均逆向进行,乙烯转化率降低,与图中不符,增大压强I 和II反应均正向进行,乙烯转化率增大,故X代表压强;在x和L2的条件下,平衡状态下乙烯转化率为30%,环氧乙烷选择性80%,转化为环氧乙烷反应的乙烯物质的量=2mol×30%×80%=0.48mol,转化为CO2和H2O反应的乙烯物质的量=0.6mol-0.48mol=0.12mol,结合三段式列式计算可知,平衡时乙烯的物质的量=2.0mol-0.6mol=1.4mol,氧气的物质的量=1.5mol-0.24mol-0.36mol=0.9mol,二氧化碳的物质的量=0.12mol×2=0.24mol,反应II的平衡常数K=;
故答案为:压强;;
(3)
由装置图可知,Sn电极为阴极,阴极CO2发生还原反应生成HCOOH,a、b表示CO2进气管,则a管是不需要的;电解池中Sn电极为阴极,Pt电极为阳极,阳离子通过阳离子交换膜移向阴极,即K+从左池通过阳离子交换膜移向右池,K+向阴极区迁移,电解一段时间后,若两侧电极液中K+的物质的量相差0.04mol,即转移电子的物质的量为0.02mol,阳极的电极反应为4HCO-4e-=O2↑+4CO2↑+2H2O,转移0.02mol电子时,生成的气体为0.025mol,气体的体积(标况下)为0.025mol×22.4L/mol=0.56L;
故答案为:a;0.56;
(4)
总反应速率快慢取决于反应速率慢的基元反应,某反应的速率方程为v=kc2(NO2),即说明慢反应要符合该速率方程,则与速率方程符合的是机理II,分步反应叠加可得到总反应,则该反应的化学方程式可表示为NO2+CO=NO+CO2;
故答案为:NO2+CO=NO+CO2;II。
10.(1) > 该反应正向为熵增的反应,在高温下才可自发进行,则ΔH>0,因此该反应的活化能E正>E逆
(2)bd
(3) d、a 33.3% 0.01 小于
(4)温度过高,H2S发生分解
(5) 阴 2H2O+2e-=H2↑+2OH- 70
【解析】(1)
由反应CH4(g)+2H2S(g) CS2(g)+4H2(g)可知△S>0,反应在高温下才可自发进行,即△H-T△S<0,说明△H>0,该反应的正反应为吸热反应,说明该反应的活化能E正>E逆,故答案为:>;该反应正向为熵增的反应,在高温下才可自发进行,则ΔH>0,因此该反应的活化能E正>E逆;
(2)
a、该反应气体质量与体积不变,则密度为定值,则容器内气体的密度不再随时间变化不能说明该反应已达到平衡状态,故a错误;
b、该反应前后气体物质的量发生改变,则压强为变值,则容器内气体的总压强不再随时间变化说明该反应已达到平衡状态,故b正确;
c、速率方向有正有逆,但反应速率不与对应物质的化学计量系数成正比,故2v正(H2S)=v逆(CS2)可以说明该反应未达到平衡状态,故c错误;
d、CH4为反应物,H2为生成物,当物质的量分数之比保持不变,说明已达到平衡,故d正确;
故答案为:bd;
(3)
①由a、b、c、d变化趋势可知,ab曲线为反应物,cd曲线为生成物,原料初始组成n(CH4);n(H2S)=1:2,可知CH4的物质的量分数小,即d曲线为CH4,由方程式可知,CS2与H2的生成量为1:4,即曲线a为H2,故答案为:d、a;
②M点对应温度下,设原料初始组成n(CH4)为1mol,n(H2S)为2mol,△n(CH4)为xmol,由三段式:,M点时H2S和H2的物质的量分数相等,也就是H2S和H2的物质的量相等,即2-2x=4x,可得x=mol,α(CH4)=;950℃时,设原料初始组成n(CH4)为1mol,n(H2S)为2mol,△n(CH4)为amol,由三段式:,950℃时,CH4和CS2的物质的量分数相等,也就是CH4和CS2的物质的量相等,即1-a=a,得a=0.5mol,则 CH4、H2S、CS2、H2物质的量分别为0.5mol、1mol、0.5mol、2mol,总物质的量为(0.5mol+1mol+0.5mol+2mol)=4mol,p( CH4)=×0.1MPa=0.0125MPa,p( H2S)=0.025MPa,p( CS2)=0.0125MPa,p( H2)=0.05MPa,该反应的Kp=,故答案为:33.3%;0.01;
③由②可知950℃时,在同一容器中,维持N点温度不变,向容器内再通入CH4、H2S、CS2,H2各0.1mol,则 CH4、H2S、CS2、H2物质的量分别为0.6mol、1.1mol、0.6mol、2.1mol,,Qc>K,反应逆向进行,此时速率关系为v正
在其他条件不变时,随着温度升高,H2S会发生分解,导致浓度H2S减小,CH4的平衡转化率下降,故答案为:温度过高,H2S发生分解;
(5)
足量的H2S气体与碳酸钠溶液发生反应2H2S+Na2CO3=2NaHS+H2O+CO2,电解NaHS溶液,在阳极生成Na2S2O3,S元素化合价升高,失电子,发生氧化反应,NaHS溶液显碱性,则电解时阳极的电极反应式为2HS-+8OH--8e-=+5H2O,阴极的电极反应式为2H2O+2e-=H2↑+2OH-,OH-移向阳极,则隔膜应使用阴离子交换膜,当转移2mole-时,阴极生成1molH2,向阳极转移2molOH-,阳极室和阴极室质量差为2mol×1g mol-1+4mol×17g mol-1=70g,故答案为:阴;2H2O+2e-=H2↑+2OH-;70。
11.(1)
(2) < <
(3)
(4) PbO2
【解析】(1)
目标反应为,反应热,故则甲醇(l)不完全燃烧生成一氧化碳和水蒸气的热化学方程式为:;
(2)
该反应为放热反应,恒压条件下,温度越高,CO的转化率越低,图中可以看出压强相同时,T2温度下CO的转化率低,故T1
CO还原氧化铁得到铁单质的化学方程式为:,反应前后的气体只有CO和CO2,且两者化学计量数相同,平衡时CO的物质的量分数为a,平衡分压为pa,可列出三段式:,平衡常数;
(4)
由图可知,B电极附近氧气参与反应生成水,氧元素化合价降低,故B电极为阴极,与电源负极相连,发生的电极反应为:;A电极为阳极,与电源正极相连,发生的电极反应为:;铅蓄电池中PbO2为正极,故A电极应与PbO2相连。
12.(1)
(2) c a BD > 温度升高,反应物减少,生成物增大,说明平衡正向移动 或33.3% 0.01
(3) 2H2S-4e-=4H++S2 69.8%
【详解】(1)由盖斯定律,3×反应2-反应1可得反应3,则;
(2)①由方程式可知,CH4与H2S为反应物,投料比为1:2,因此c为H2S,d为CH4,CS2和H2为生成物,系数比为1:4,因此b为CS2,a为H2,故H2S、H2变化的曲线分别是c、a;
A.方程式为CH4(g)+2H2S(g)→CS2(g)+4H2(g),因此2v正(H2S)=v逆(H2)时反应达到平衡,A错误;
B.CH4的体积分数不再变化时,说明各组分的浓度不再变化,反应达到平衡,B正确;
C.CH4与H2S均为反应物,投料时二者按照系数比1:2,反应的量与系数成正比,也为1:2,此时剩余的量也是1:2,这种情况下一直为1:2,因此不再变化不能说明达到平衡,C错误;
D.混合气体的密度ρ=,该反应前后都是气体,m不变,前后气体系数之和不相等,V是变量,因此ρ是变量,变量不变时,反应达到平衡,D正确;
故选BD。
②由图象可知,温度升高,生成物的量增大,反应物的量减少,说明平衡正向移动,正反应吸热,ΔH>0
③设CH4与H2S的投料量为amol和2amol,参加反应的CH4的物质的量为x,列出三段式:
,M点时H2与H2S的物质的量分数相等,因此2amol-2x=4x,解得x=amol,因此CH4的转化率为×100%=≈33.3%;
设CH4与H2S的投料量为amol和2amol,950℃时参加反应的CH4的物质的量为y,列出三段式:,950℃时CS2与CH4的物质的量分数相等,因此amol-y=y,解得y=amol,平衡时CH4、H2S、CS2、H2的物质的量分别为amol、amol、amol、2amol,分压分别为×0.1MPa、×0.1MPa、×0.1MPa、×0.1MPa,Kp===0.01(MPa)2;
(3)燃料电池中,通入O2的一极为正极,因此正极为b电极;H2S在负极失电子发生氧化反应,生成S2,电极反应为2H2S-4e-=4H++S2。1mol H2S反应理论上转移2mol电子,可产生的容量为Q=nF=2mol×96500 C/mol=193000C,该电池理论输出电压为0.800 V,则产生的电能为0.800×193000=154 400J=154.4kJ,由可知1molH2S反应放出221.2kJ能量,则该燃料电池的理论效率为。
13.(1)—90.7kJ/mol
(2) B CMR模式下,只发生反应a,双功能的分子筛膜能及时分离出水蒸气,时平衡右移,二氧化碳产率增大
(3) < 通过计算得出D点平衡常数K小于F点,该反应为吸热反应,升高温度,平衡常数K越大
(4)7CO2+6e—+5H2O=CH3OH+6
【详解】(1)由盖斯定律可知,反应a—b可得反应,则△H3=△H1—△H2=(—49.5kJ/mol)—(+41.2 kJ/mol)= —90.7kJ/mol,故答案为:—90.7kJ/mol;
(2)①A.恒压条件下,气体压强始终不变,则气体压强不再变化不能说明正逆反应速率相等,无法判断反应是否达到平衡,故错误;
B.由质量守恒定律可知,反应前后气体的质量相等,反应a是物质的量减小的反应,反应中气体平均相对分子质量增大,则气体平均相对分子质量不再变化说明正逆反应速率相等,反应已达到平衡,故正确;
C.的比值与化学计量数的比值相等,反应中始终不变,则不再变化不能说明正逆反应速率相等,无法判断反应是否达到平衡,故错误;
D.的物质的量之比为不能说明正逆反应速率相等,无法判断反应是否达到平衡,故错误;
故选B;
②由表中数据可知模式下,只发生反应a,双功能的分子筛膜能及时分离出水蒸气,时平衡右移,二氧化碳产率增大,故答案为:CMR模式下,只发生反应a,双功能的分子筛膜能及时分离出水蒸气,时平衡右移,二氧化碳产率增大;
(3)①由图可知,D点二氧化碳和氢气的物质的量比为1:1,二氧化碳的转化率为60%,设容器的体积为1L,起始二氧化碳和氢气的物质的量均为1mol,则平衡时二氧化碳、氢气、一氧化碳和水蒸气的浓度分别为0.4mol/L、0.4mol/L、0.6mol/L和0.6mol/L ,反应的平衡常数K1==2.25,F点二氧化碳和氢气的物质的量比为1.5:1,二氧化碳的转化率为50%,设容器的体积为1L,起始二氧化碳的物质的量为1.5mol、氢气的物质的量为1mol,则平衡时二氧化碳、氢气、一氧化碳和水蒸气的浓度分别为0.75mol/L、0.25mol/L、0.75mol/L和0. 75mol/L ,反应的平衡常数K2==3,该反应为吸热反应,升高温度,平衡向正反应方向移动,化学平衡常数增大,由F点平衡常数大于D点可知,D点反应温度小于F点,故答案为:<;通过计算得出D点平衡常数K小于F点,该反应为吸热反应,升高温度,平衡常数K越大;
②由图可知,G点二氧化碳和氢气的物质的量比为1.5:1,二氧化碳的转化率为40%,设容器的体积为1L,起始二氧化碳的物质的量为1.5mol、氢气的物质的量为1mol,则平衡时二氧化碳、氢气、一氧化碳和水蒸气的浓度分别为0.9mol/L、0.4mol/L、0.6mol/L和0. 6mol/L ,反应的平衡常数K3==1,反应达到平衡时由反应达到平衡时,正逆反应速率相等可得:=,== K3=1, 当二氧化碳的转化率为20%时,二氧化碳、氢气、一氧化碳和水蒸气的浓度分别为1.2mol/L、0.7mol/L、0.3mol/L和0. 3mol/L,则=1×=,故答案为:;
(4)由题意可知,通入二氧化碳的电极为电解池的阴极,在水分子作用下,二氧化碳在阴极得到电子发生还原反应生成甲醇和碳酸氢根离子,电极反应式为7CO2+6e—+5H2O=CH3OH+6,故答案为:7CO2+6e—+5H2O=CH3OH+6。
14.(1) -49.0 Cu/ZnO*+H2= Cu/Zn*+H2O c
(2) 不处于 升高温度,主反应平衡逆向移动,甲醇产率降低;催化剂活性降低或副反应更易进行
(3) 31.0 使用催化剂(或使用更高效的催化剂)
【详解】(1)①根据题意写出热化学方程式,由盖斯定律得目标方程式的;②以总反应方程式与第二步反应式相减即得第一步反应方程式:Cu/ZnO*+H2= Cu/Zn*+H2O;③第一步反应吸热,第二步反应放热,可排除b、d选项,又由于第二步反应几乎不影响总反应达到平衡所用的时间,因此第二步速率快,反应活化能低于第一步,所以c选项正确;
(2)①由图象可知470K之后甲醇产率还在增大,温度持续升高,说明反应还在朝着主反应的正方向进行,不处于平衡状态;在490K时,反应达到平衡,此时甲醇产率达最高值,升高温度,主反应平衡逆向移动,另外随温度升高催化剂活性降低或副反应更易进行,甲醇产率降低;②根据题意可列三段式,注意主反应各物质的末态量作为副反应对应物质的起始量,已知量为CO2、H2的起始物质的量、CH3OH、CO的末态物质的量:
,
则CO2转化率=;甲醇的选择性=;副反应的化学平衡常数为
K副=;
(3)将直线a上两点坐标代入列方程组 解得Ea=31.0(kJ·mol-1);由于该反应的Arrhenius经验公式为一直线方程,因此活化能Ea即为该直线的斜率,如图过程a→b直线斜率减小,即活化能Ea降低,所以改变的条件可能是使用了催化剂或使用了更高效的催化剂。
15.(1)-93.7 △H=△H1+△H2
(2)AC
(3)60%
(4) < 反应②活化能低,同条件下单位体积内活化分子数多,有效碰撞几率大,速率快 K=
(5) 减小 随着投料比 的增加,n(CO2)增大,副反应平衡正向移动,导致n(CO)增多,n(H2)减少,减少
【详解】(1)根据盖斯定律:2NH3(l)+CO2(l) H2O(l)+NH2CONH2(l)△H=ΔH1+ΔH2=(-109.2+15.5)kJ/mol=-93.7kJ/mol,故答案为:-93.7;
(2)A.增大CO2的浓度,平衡正向移动,有利于NH3的转化率增大,故A正确;
B.因为正反应是熵减的反应,即△S<0,根据△H-T△S<0可知,反应在低温下才能自发进行,高温下是不能自发进行的,故B错误;
C.混合气体的密度不再发生改变,即混合气体的质量不在改变,也即个组分的量不在改变,反应达到平衡状态,故C正确;
D.在恒容密闭容器中,充入He,各物质浓度不变,平衡不移动,故D错误;
故答案为:AC;
(3)设充入CH4和CO2物质的量都为xmol,列三段式:,,解得x=2.5mol,CH4的转化率为;
(4)①活化能越大反应速率越慢,反应②活化能低,同条件下单位体积内活化分子数多,有效碰撞几率大,速率快,则反应速率:反应①<反应②;
②一定温度下,反应到达平衡时正逆反应速率相等,,,则K=;
(5)可对比同一温度下,三条线的横坐标的大小,由图可知随着进料比的增加,的值减小,其原因是随着投料比 的增加,n(CO2)增大,副反应平衡正向移动,导致n(CO)增多,n(H2)减少,减少。
16.(1)3
(2)80%
(3) b 2HSO+2e-+4H+=H2S2O4+2H2O 阳
(4) > CD
【解析】(1)
一定条件,反应的反应历程如图所示,由图可知,反应过程中能量变化出现3个峰,即吸收3次活化能,经历3步基元反应,因为第3次对应峰最高,即活化能最大,对该反应过程起决速作用,故答案为:3;
(2)
在恒温恒容密闭容器中进行上述反应,原料组成, ,体系达到平衡时的体积分数为 =25%,x=0.8,则CO的平衡转化率==80%。故答案为:80%;
(3)
由图可知,HSO在左边电极上发生还原反应生成H2S2O4,在右边电极上二氧化硫发生氧化反应生成H2SO4,则左边电极为阴极,右边电极为阳极,因此直流电源的正极为b;阴极的电极反应式为2HSO+2e-+4H+=H2S2O4+2H2O;阳极的电极反应式为SO2-2e-+2H2O=H2SO4+2H+;电解过程中阳极区生成的氢离子通过离子交换膜向阴极区转移,因此该电解装置选择阳离子交换膜,故答案为:b;2HSO+2e-+4H+=H2S2O4+2H2O;阳。
(4)
①由图M点时,浓度增大,反应正向进行,>。故答案为:>;
②A.化学反应速率关系:,虽等于系数比,但没有指明正逆速率,无法确定平衡,故A不符合题意;
B.恒容条件,CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)各物质均为气体,有质量守恒定律反应前后质量不变,故密度始终不变,因此密度不变不能确定平衡,故B不符合题意;
C.由CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)反应可知,每断裂2个C=O键,消耗一个CO2分子,断裂3个O-H键,生成一个CH3OH分子和一个H2O分子,即v正=v逆,达到平衡,故C符合题意;
D.反应中各物质均为气体,质量不变,前后气体分子数不相等,由M= 知,容器内混合气体的平均摩尔质量不再改变时反应达到平衡,故D符合题意;
故答案为:CD。
17.(1)1.45
(2)大于
(3) △H2+△H3-△H1=0 I2 在同一条件下I2/I-的标准电极电势最小,I2的氧化能力最弱,与H2化合最难
(4) 2HI(g) I2(g)+H2(g),△H=+1lkJ/mol 乙>丙>甲 2.5mol/(L·min) 20%
【详解】(1)图中任何2种物种连线的斜率在数值上等于相应电对的标准电极电势,则φA(/Cl-)==1.45;答案为:1.45。
(2)根据图象,结合计算可知,对同一氧化态的卤素,pH=0时相应电对的标准电极电势大于pH=14时(即比较斜率),结合已知“标准电极电势越大,氧化能力越强”, 对同一氧化态的卤素,氧化能力比较,含氧酸大于含氧酸盐;答案:大于。
(3)根据盖斯定律,△H1、△H2和△H3三者存在的等式关系为△H2+△H3-△H1=0;同主族从上到下元素的非金属性逐渐减弱,一般单质与H2化合越来越难,卤素单质中(F2、Cl2、Br2、I2)与H2化合最难的是I2;已知“标准电极电势越大,氧化能力越强”,在同一条件下I2/I-的标准电极电势最小,I2的氧化能力最弱,与H2化合最难;答案为:△H2+△H3-△H1=0;I2;在同一条件下I2/I-的标准电极电势最小,I2的氧化能力最弱,与H2化合最难。
(4)① H=反应物的键能总和-生成物的键能总和,则反应2HI(g) H2(g)+I2(g) H=2×299kJ/mol-(436kJ/mol+151kJ/mol)=+11kJ/mol,即反应②的热化学方程式为2HI(g) H2(g)+I2(g) H=+11kJ/mol;答案为:2HI(g) H2(g)+I2(g) H=+11kJ/mol。
②由于反应①、②的正反应都是吸热反应,甲容器相对于丙容器,温度降低,反应①、②都逆向移动,甲容器中I2(g)的体积分数小于丙容器中I2(g)的体积分数;反应①的正反应为气体分子物质的量增大的反应,反应②为反应前后气体分子物质的量不变的反应,乙容器为恒温恒压容器,容器中加入NH4I(s)后发生反应①、②,乙容器的容积增大,乙容器相对于丙容器,容积增大、压强减小,反应①正向移动,引起反应②正向移动,乙容器中I2(g)的体积分数大于丙容器中I2(g)的体积分数;甲、乙、丙三个容器中反应均达到平衡时,I2(g)的体积分数由大到小的顺序是乙>丙>甲;答案为:乙>丙>甲。
③根据图象2min时反应达到平衡,H2、HI的平衡物质的量浓度依次为0.5mol/L、4mol/L,0~2min内反应②消耗的HI为1mol/L、生成I2为0.5mol/L,则反应①生成HI为4mol/L+1mol/L=5mol/L,根据反应①,反应生成的NH3为5mol/L,则用NH3表示的反应速率为=2.5mol/(L min);HI的分解率为=20%;平衡时NH3、HI、H2、I2的物质的量浓度依次为5mol/L、4mol/L、0.5mol/L、0.5mol/L,平衡时总压强为P,则NH3、HI、H2、I2的分压依次为0.5P、0.4P、0.05P、0.05P,反应②的平衡常数Kp==;答案:2.5mol/(L min);20%;。
18.(1)CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)△H=+195kJ/mol
(2)CD
(3) 温度高于T1时,反应II逆向移动,反应I的进行程度较大,CO2的物质的量分数随温度升高而下降 1:7
(4)m
(5) 80%
【详解】(1)根据表格中键能数据可得△H=反应物的总键能-生成物的总键能=413kJ/mol×4+463kJ/mol×2-1075kJ/mol-436kJ/mol×3=+195kJ/mol,故可得热化学方程式为CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)△H=+195kJ/mol。
(2)A.恒温恒容时,气体的质量不变,故混合气体的密度为一不变的量,故混合气体的密度不再发生变化,不一定平衡;
B.恒温恒容,=时,不一定达到了平衡;
C.恒容绝热,体系温度不再发生变化,说明反应达到了平衡;
D.恒温恒容,气体的质量不变,但是物质的量随反应的进行而变化,故平均分子质量为一变量,故平均相对分子质量不再改变,说明反应达到了平衡;
故选CD。
(3)①温度高于T1时,反应II逆向移动,反应I的进行程度较大,CO2的物质的量分数随温度升高而下降;
②由图可知开始两种反应物1:1混合,设第一步变化量为x,第二步反应变化量为y;
水蒸气重整:
水煤气变换:
T2oC时,CO2的物质的量和CO相等,则由x-y=y,解得:y=,所以平衡时H2的物质的量为3x+y=3.5x,CO2的物质的量为y=0.5x,则容器中=1:7,故答案为:1:7;
(4)反应I为吸热反应,温蒂升高,平衡正向移动,K增大,lnKp增大,故为曲线n,故表示反应II的曲线是m。
(5)由发生的反应:
可知,平衡时CH4、H2O、CO、H2、CO2的物质的量分别为:(1-x)mol,(1-x-y)mol,(x-y)mol,(3x+y)mol,ymol,容器的总压强为100kPa,反应达到平衡时,H2体积百分含量为60%,CO2的平衡分压p(CO2)=10kPa,则有,可以得到3x=5y,=60%,可以得到1.8x+y=1.2,联立方程组,解得,则CH4的转化率为α(H2O)==80%,平衡时p(CO)==,p(H2O)=,p(CO2))=0.1×100kPa,p(H2)=0.6×100kPa,所以反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)的平衡常数Kp==,故答案为:80%;。
答案第1页,共2页
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