2025新教材化学高考第一轮
专题十一 化学反应速率和化学平衡
1.已知:(1)血红蛋白可与O2结合,血红蛋白更易与CO配位,血红蛋白与O2配位示意图如图所示。
(2)血红蛋白(Hb)与O2、CO结合的反应可表示为①Hb+O2 Hb(O2) K1;
②Hb+CO Hb(CO) K2。
下列说法不正确的是( )
A.相同温度下,K1>K2
B.反应①、②的ΔH均小于0
C.CO中的C原子提供孤电子对与Fe2+配位
D.用高压氧舱治疗CO中毒时,平衡②逆向移动
2.反应2CO2(g)+6H2(g) CH3OCH3(g)+3H2O(g) ΔH<0,可实现CO2的资源化利用,下列说法正确的是( )
A.上述反应在任何温度下均可自发进行
B.上述反应每消耗1 mol CO2同时形成7 mol σ 键
C.上述反应平衡常数K=
D.催化剂可以降低上述反应的焓变,加快化学反应速率
3.甲烷—湿空气自热重整制H2过程中零耗能是该方法的一个重要优点,原理如下:
反应Ⅰ CH4(g)+O2(g) CO(g)+2H2O(g) ΔH=-519 kJ· mol-1
反应Ⅱ CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g) ΔH=206 kJ· mol-1
反应Ⅲ CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) ΔH=-41 kJ· mol-1
在1.0×105 Pa下,按n始(CH4)∶n始(空气)∶n始(H2O)=1∶2∶1的混合气体以一定流速通过装有催化剂的反应管,CH4、O2的转化率及CO、CO2的选择性[CO的选择性=×100%]与温度的关系如图所示。下列说法错误的是( )
A.图中曲线②表示O2的转化率随温度的变化关系
B.由图可知,温度升高,CO选择性增大
C.975 K时,改用高效催化剂能提高平衡时CO2的选择性
D.其他条件不变,增大的值可提高CH4的转化率
4. CO2-H2催化重整可获得CH3OH。其主要反应如下。
反应Ⅰ:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=-53.7 kJ· mol-1
反应Ⅱ:CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH2=+41 kJ· mol-1
若仅考虑上述反应,在5.0 MPa、n始(CO2)∶n始(H2)=1∶3时,原料按一定流速通过反应器,达到平衡时,CO2的转化率和CH3OH的选择性随温度变化如图所示。CH3OH的选择性=×100%,下列说法正确的是( )
A.其他条件不变,升高温度,CO2的平衡转化率增大
B.其他条件不变,T>236 ℃时,曲线下降的可能原因是反应Ⅰ正向进行的程度减弱
C.一定温度下,增大n始(CO2)∶n始(H2)可提高CO2的平衡转化率
D.研发高温高效催化剂可提高平衡时CH3OH的选择性
5.在恒温恒容的密闭容器中发生反应2NH3(g)+CO2(g) CO(NH2)2(s)+H2O(g) ΔH<0,T ℃时平衡常数为K,下列说法正确的是( )
A.该反应在任何温度下都可自发进行
B.T ℃时,若
D.若容器内气体压强保持不变,该可逆反应达到化学平衡状态
6.(2024届山东昌乐二中月考一,4改编)已知可逆反应aA+bB cC中,物质的含量A%和C%随温度的变化曲线如图所示(在不同温度下反应相同时间后测得数据),下列说法正确的是( )
A.该反应在T1、T3温度时达到平衡状态
B.该反应的正反应是吸热反应
C.该反应在T2温度时达到平衡状态
D.升高温度,平衡会向正反应方向移动
7.在石油化工中酸碱催化占有重要地位,某酸碱催化反应(总反应为M+D N)的反应机理如下:
HM+ M+H+ pKa=5.0
HM++D HMD+ N k1=1.0×107 mol-1 dm3 s-1
M+DMD* N k2=1.0×102 mol-1 dm3 s-1
已知:基元反应的速率与反应物浓度幂之积成正比;该反应的决速步骤为基元反应中HMD+和MD*的生成;总反应速率为决速反应的速率之和。下列说法正确的是( )
A.生成MD*的速率为k2c(M)·c(D)
B.酸性增强,会使M转化为HM+,降低总反应速率
C.总反应的速率常数k=c(H+)+k2
D.当pH>8后,总反应的速率常数k基本不变
8.(2023湘潭二模,13)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 s时,改变某一外界条件继续反应至t2 s(t2=4t1)时,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 s时未改变外界条件,则此时反应未平衡
B.若t2 s时反应达到平衡,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
13.(2024届雅礼中学第一次月考,14)在催化剂作用下,CO2氧化C2H6可获得C2H4。其主要化学方程式如下:
反应Ⅰ.CO2(g)+C2H6(g) C2H4(g)+CO(g)+H2O(g) ΔH1=+177 kJ·mol-1
反应Ⅱ.2CO2(g)+C2H6(g) 4CO(g)+3H2(g) ΔH2=+430 kJ·mol-1
压强分别为p1、p2时,将2 mol C2H6和2 mol CO2的混合气体置于密闭容器中反应,不同温度下体系中乙烷的平衡转化率、乙烯的选择性[C2H4的选择性=×100%]如图所示。下列说法正确的是( )
A.p1>p2
B.压强为p1、温度为210 ℃时,反应达平衡时,n生成(CO)=n生成(C2H4)
C.C2H4的选择性下降的原因可能是随着温度的升高,反应Ⅱ中生成的CO抑制了反应Ⅰ的进行
D.研发低温下C2H6转化率高和C2H4选择性高的催化剂,可以提高平衡时C2H4的产率
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各通入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a、b、c相应条件下平衡常数:Ka=Kb
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
11.反应Si(s)+3HCl(g) SiHCl3(g)+H2(g) ΔH是工业上制备高纯硅的重要中间过程。一定压强下,起始投入原料的值和温度与SiHCl3的平衡产率的变化关系如图所示。下列说法错误的是( )
A.该反应为放热反应,ΔH<0
B.M、N点SiHCl3的分压:M>N
C.的值越大,SiHCl3平衡产率越高
D.M、N点的逆反应速率:vM>vN
12.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)
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
14.一定温度下,在2 L的密闭容器中,A、B、C三种气体的物质的量浓度随时间变化的曲线如图所示。下列描述正确的是( )
A.X点的v正>Y点的v正
B.Z点时反应达到平衡状态
C.B的平衡转化率为30%
D.保持温度、容器容积不变,5 min时充入1 mol He,正、逆反应速率均增大
15.向1 L刚性容器中投入a mol A(g)与M(s)(足量)发生反应:M(s)+5A(g) 5B(g)+N(s)(相对分子质量:M大于N)。测得不同温度下B(g)的体积分数φ(B)随时间t的变化曲线如图所示。下列说法正确的是( )
A.0~t1 min内,v(N)= mol·L-1·min-1
B.温度升高,容器内气体的密度减小
C.T1 ℃,再投入a mol A(g),平衡时n(A)=0.7a mol
D.由图上信息可知:T2>T1
16.CH4和CO2重整制取合成气CO和H2,在减少温室气体排放的同时,可充分利用碳资源。该重整工艺主要涉及以下反应:
反应a:CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g) ΔH1>0
反应b:CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH2>0
反应c:CH4(g) C(s)+2H2(g) ΔH3>0
反应d:2CO(g) C(s)+CO2(g) ΔH4<0
(1)重整时往反应体系中通入一定量的水蒸气,可在消除积碳的同时生成水煤气,反应为C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g),该反应的ΔH= (写出一个代数式)。
(2)关于CH4和CO2重整,下列说法正确的是 (填编号)。
A.CH4的物质的量保持不变时,反应体系达到平衡状态
B.恒容时通入N2增大压强,CO2的平衡转化率减小
C.加入反应c的催化剂,该反应的平衡常数K增大
D.降低反应温度,反应d的v正>v逆
(3)一定压强下,按照n(CH4)∶n(CO2)=2∶1 投料,CH4和CO2重整反应达到平衡时各组分的物质的量分数随温度的变化如图所示:
①图中曲线m、n分别表示物质 、 的变化(填“H2”“CO”或“CO2”)。
②700 ℃后,C(s)的物质的量分数随温度升高而增大的原因是 。
③某温度下体系中不存在积碳,CH4和H2O的物质的量分数分别是0.50、0.04,该温度下甲烷的平衡转化率为 ,反应b的平衡常数K= (列出计算式)。
17.我国在应对气候变化工作中取得显著成效,并向国际社会承诺2030年实现“碳达峰”,2060年实现“碳中和”。因此将CO2转化为高附加值化学品成为科学家研究的重要课题。工业上在Cu-ZnO催化下利用CO2发生如下反应Ⅰ生产甲醇,同时伴有反应Ⅱ发生。
Ⅰ.CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1
Ⅱ.CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH2=+41.2 kJ· mol-1
回答下列问题:
(1)已知:CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) ΔH=-90.6 kJ· mol-1,则ΔH1= 。
(2)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。
①上图中能够代表k逆的曲线为 (填“L1”“L2”“L3”或“L4”)。
②温度为T1 K时,反应Ⅰ的化学平衡常数K= 。
③对于上述反应体系,下列说法正确的是 。
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,反应达到平衡状态
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。
①压强p1、p2、p3由大到小的顺序是 。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: 。
②图中点M(500,60),此时压强p1为0.1 MPa,CH3OH的选择性为(选择性:转化的CO2中生成CH3OH和CO的百分比),CO2的平衡转化率为60%。则该温度时反应Ⅰ的平衡常数Kp= MPa-2(分压=总压×物质的量分数)。
18.丙醛是一种重要的有机原料,在许多领域都有广泛的应用。在铑催化剂作用下,用乙烯合成丙醛涉及的反应如下:
主反应Ⅰ.C2H4(g)+H2(g)+CO(g) CH3CH2CHO(g) ΔH1
副反应Ⅱ.C2H4(g)+H2(g) C2H6(g) ΔH2
(3)在恒压条件下,按照投料n(C2H4)∶n(CO)∶n(H2)=1∶1∶1,匀速通入装有催化剂的反应器中发生反应Ⅰ和Ⅱ,相同时间内,测得不同温度下C2H4的转化率(α)如图所示。测得v(B) v(D)(填“>”“=”或“<”),产生这一结果的原因可能是 。
19.近年,甲醇的制取与应用在全球引发了关于“甲醇经济”的广泛探讨。二氧化碳加氢制甲醇已经成为研究热点,在某CO2催化加氢制CH3OH的反应体系中,发生的主要反应如下:
Ⅰ.CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1<0
Ⅱ.CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH2>0
回答下列问题:
(1)下列能说明反应Ⅰ一定达到平衡状态的是 (填标号)。
A.v正(CO2)=3v逆(H2)
B.平衡常数不再发生变化
C.混合气体的密度不再发生变化
D.混合气体中H2O(g)的百分含量保持不变
(2)在催化剂作用下,将平均相对分子质量为16的CO2和H2的混合气体充入一恒容密闭容器中发生反应Ⅰ、Ⅱ,已知反应Ⅱ的反应速率v正=k正x(CO2)·x(H2),v逆=k逆x(CO)·x(H2O),k正、k逆为速率常数,x为物质的量分数。
①当CO2转化率达到60%时,反应达到平衡状态,这时CO2和H2的平均相对分子质量为23,若反应Ⅱ的k正=20 mol·L-1·s-1,平衡时反应速率v逆= mol·L-1·s-1。
②Arrhenius经验公式为Rlnk=-+C,其中Ea为活化能,T为热力学温度,k为速率常数,R和C为常数,则ΔH2= kJ·mol-1(用含k正、k逆、T、R的代数式表示)。
③由实验测得,随着温度的逐渐升高,平衡时混合气体的平均相对分子质量几乎又变回16,原因是 。
(3)其他条件相同时,反应温度对CH3OH选择性的影响如图所示:
由图可知,温度相同时CH3OH选择性的实验值略高于其平衡值,可能的原因是 。
(4)利用甲醇分解制取烯烃,涉及反应如下:
a.2CH3OH(g) C2H4(g)+2H2O(g)
b.3CH3OH(g) C3H6(g)+3H2O(g)
c.3C2H4(g) 2C3H6(g)
恒压条件下,平衡体系中各物质的物质的量分数随温度变化如图所示:
已知650 K时,2x(C2H4)=x(C3H6),平衡体系总压强为P,则650 K时反应c的平衡常数Kp= 。
专题十一 化学反应速率和化学平衡
1.已知:(1)血红蛋白可与O2结合,血红蛋白更易与CO配位,血红蛋白与O2配位示意图如图所示。
(2)血红蛋白(Hb)与O2、CO结合的反应可表示为①Hb+O2 Hb(O2) K1;
②Hb+CO Hb(CO) K2。
下列说法不正确的是( )
A.相同温度下,K1>K2
B.反应①、②的ΔH均小于0
C.CO中的C原子提供孤电子对与Fe2+配位
D.用高压氧舱治疗CO中毒时,平衡②逆向移动
答案 A
2.反应2CO2(g)+6H2(g) CH3OCH3(g)+3H2O(g) ΔH<0,可实现CO2的资源化利用,下列说法正确的是( )
A.上述反应在任何温度下均可自发进行
B.上述反应每消耗1 mol CO2同时形成7 mol σ 键
C.上述反应平衡常数K=
D.催化剂可以降低上述反应的焓变,加快化学反应速率
答案 B
3.甲烷—湿空气自热重整制H2过程中零耗能是该方法的一个重要优点,原理如下:
反应Ⅰ CH4(g)+O2(g) CO(g)+2H2O(g) ΔH=-519 kJ· mol-1
反应Ⅱ CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g) ΔH=206 kJ· mol-1
反应Ⅲ CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) ΔH=-41 kJ· mol-1
在1.0×105 Pa下,按n始(CH4)∶n始(空气)∶n始(H2O)=1∶2∶1的混合气体以一定流速通过装有催化剂的反应管,CH4、O2的转化率及CO、CO2的选择性[CO的选择性=×100%]与温度的关系如图所示。下列说法错误的是( )
A.图中曲线②表示O2的转化率随温度的变化关系
B.由图可知,温度升高,CO选择性增大
C.975 K时,改用高效催化剂能提高平衡时CO2的选择性
D.其他条件不变,增大的值可提高CH4的转化率
答案 C
4. CO2-H2催化重整可获得CH3OH。其主要反应如下。
反应Ⅰ:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=-53.7 kJ· mol-1
反应Ⅱ:CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH2=+41 kJ· mol-1
若仅考虑上述反应,在5.0 MPa、n始(CO2)∶n始(H2)=1∶3时,原料按一定流速通过反应器,达到平衡时,CO2的转化率和CH3OH的选择性随温度变化如图所示。CH3OH的选择性=×100%,下列说法正确的是( )
A.其他条件不变,升高温度,CO2的平衡转化率增大
B.其他条件不变,T>236 ℃时,曲线下降的可能原因是反应Ⅰ正向进行的程度减弱
C.一定温度下,增大n始(CO2)∶n始(H2)可提高CO2的平衡转化率
D.研发高温高效催化剂可提高平衡时CH3OH的选择性
答案 B
5.在恒温恒容的密闭容器中发生反应2NH3(g)+CO2(g) CO(NH2)2(s)+H2O(g) ΔH<0,T ℃时平衡常数为K,下列说法正确的是( )
A.该反应在任何温度下都可自发进行
B.T ℃时,若
D.若容器内气体压强保持不变,该可逆反应达到化学平衡状态
答案 D
6.(2024届山东昌乐二中月考一,4改编)已知可逆反应aA+bB cC中,物质的含量A%和C%随温度的变化曲线如图所示(在不同温度下反应相同时间后测得数据),下列说法正确的是( )
A.该反应在T1、T3温度时达到平衡状态
B.该反应的正反应是吸热反应
C.该反应在T2温度时达到平衡状态
D.升高温度,平衡会向正反应方向移动
答案 C
7.在石油化工中酸碱催化占有重要地位,某酸碱催化反应(总反应为M+D N)的反应机理如下:
HM+ M+H+ pKa=5.0
HM++D HMD+ N k1=1.0×107 mol-1 dm3 s-1
M+DMD* N k2=1.0×102 mol-1 dm3 s-1
已知:基元反应的速率与反应物浓度幂之积成正比;该反应的决速步骤为基元反应中HMD+和MD*的生成;总反应速率为决速反应的速率之和。下列说法正确的是( )
A.生成MD*的速率为k2c(M)·c(D)
B.酸性增强,会使M转化为HM+,降低总反应速率
C.总反应的速率常数k=c(H+)+k2
D.当pH>8后,总反应的速率常数k基本不变
答案 A
8.(2023湘潭二模,13)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 s时,改变某一外界条件继续反应至t2 s(t2=4t1)时,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 s时未改变外界条件,则此时反应未平衡
B.若t2 s时反应达到平衡,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
13.(2024届雅礼中学第一次月考,14)在催化剂作用下,CO2氧化C2H6可获得C2H4。其主要化学方程式如下:
反应Ⅰ.CO2(g)+C2H6(g) C2H4(g)+CO(g)+H2O(g) ΔH1=+177 kJ·mol-1
反应Ⅱ.2CO2(g)+C2H6(g) 4CO(g)+3H2(g) ΔH2=+430 kJ·mol-1
压强分别为p1、p2时,将2 mol C2H6和2 mol CO2的混合气体置于密闭容器中反应,不同温度下体系中乙烷的平衡转化率、乙烯的选择性[C2H4的选择性=×100%]如图所示。下列说法正确的是( )
A.p1>p2
B.压强为p1、温度为210 ℃时,反应达平衡时,n生成(CO)=n生成(C2H4)
C.C2H4的选择性下降的原因可能是随着温度的升高,反应Ⅱ中生成的CO抑制了反应Ⅰ的进行
D.研发低温下C2H6转化率高和C2H4选择性高的催化剂,可以提高平衡时C2H4的产率
答案 C
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各通入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a、b、c相应条件下平衡常数:Ka=Kb
10.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
11.反应Si(s)+3HCl(g) SiHCl3(g)+H2(g) ΔH是工业上制备高纯硅的重要中间过程。一定压强下,起始投入原料的值和温度与SiHCl3的平衡产率的变化关系如图所示。下列说法错误的是( )
A.该反应为放热反应,ΔH<0
B.M、N点SiHCl3的分压:M>N
C.的值越大,SiHCl3平衡产率越高
D.M、N点的逆反应速率:vM>vN
答案 C
12.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)
13.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
14.一定温度下,在2 L的密闭容器中,A、B、C三种气体的物质的量浓度随时间变化的曲线如图所示。下列描述正确的是( )
A.X点的v正>Y点的v正
B.Z点时反应达到平衡状态
C.B的平衡转化率为30%
D.保持温度、容器容积不变,5 min时充入1 mol He,正、逆反应速率均增大
答案 A
15.向1 L刚性容器中投入a mol A(g)与M(s)(足量)发生反应:M(s)+5A(g) 5B(g)+N(s)(相对分子质量:M大于N)。测得不同温度下B(g)的体积分数φ(B)随时间t的变化曲线如图所示。下列说法正确的是( )
A.0~t1 min内,v(N)= mol·L-1·min-1
B.温度升高,容器内气体的密度减小
C.T1 ℃,再投入a mol A(g),平衡时n(A)=0.7a mol
D.由图上信息可知:T2>T1
答案 D
16.CH4和CO2重整制取合成气CO和H2,在减少温室气体排放的同时,可充分利用碳资源。该重整工艺主要涉及以下反应:
反应a:CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g) ΔH1>0
反应b:CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH2>0
反应c:CH4(g) C(s)+2H2(g) ΔH3>0
反应d:2CO(g) C(s)+CO2(g) ΔH4<0
(1)重整时往反应体系中通入一定量的水蒸气,可在消除积碳的同时生成水煤气,反应为C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g),该反应的ΔH= (写出一个代数式)。
(2)关于CH4和CO2重整,下列说法正确的是 (填编号)。
A.CH4的物质的量保持不变时,反应体系达到平衡状态
B.恒容时通入N2增大压强,CO2的平衡转化率减小
C.加入反应c的催化剂,该反应的平衡常数K增大
D.降低反应温度,反应d的v正>v逆
(3)一定压强下,按照n(CH4)∶n(CO2)=2∶1 投料,CH4和CO2重整反应达到平衡时各组分的物质的量分数随温度的变化如图所示:
①图中曲线m、n分别表示物质 、 的变化(填“H2”“CO”或“CO2”)。
②700 ℃后,C(s)的物质的量分数随温度升高而增大的原因是 。
③某温度下体系中不存在积碳,CH4和H2O的物质的量分数分别是0.50、0.04,该温度下甲烷的平衡转化率为 ,反应b的平衡常数K= (列出计算式)。
答案 (1)ΔH1-ΔH2-ΔH3(或-ΔH2-ΔH4、-ΔH1-ΔH2+ΔH3-2ΔH4)
(2)AD
(3)①CO2 H2 ②反应c为吸热反应,反应d为放热反应。700 ℃后,随着温度升高,反应c右移对C(s)的物质的量分数的影响比反应d左移对C(s)的物质的量分数的影响大 ③12.5%
17.我国在应对气候变化工作中取得显著成效,并向国际社会承诺2030年实现“碳达峰”,2060年实现“碳中和”。因此将CO2转化为高附加值化学品成为科学家研究的重要课题。工业上在Cu-ZnO催化下利用CO2发生如下反应Ⅰ生产甲醇,同时伴有反应Ⅱ发生。
Ⅰ.CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1
Ⅱ.CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH2=+41.2 kJ· mol-1
回答下列问题:
(1)已知:CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) ΔH=-90.6 kJ· mol-1,则ΔH1= 。
(2)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。
①上图中能够代表k逆的曲线为 (填“L1”“L2”“L3”或“L4”)。
②温度为T1 K时,反应Ⅰ的化学平衡常数K= 。
③对于上述反应体系,下列说法正确的是 。
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,反应达到平衡状态
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。
①压强p1、p2、p3由大到小的顺序是 。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: 。
②图中点M(500,60),此时压强p1为0.1 MPa,CH3OH的选择性为(选择性:转化的CO2中生成CH3OH和CO的百分比),CO2的平衡转化率为60%。则该温度时反应Ⅰ的平衡常数Kp= MPa-2(分压=总压×物质的量分数)。
答案 (1)-49.4 kJ·mol-1 (2)①L4 ②1 ③AC
(3)①p3>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,温度对反应Ⅱ的影响大于对反应Ⅰ的影响,CO2的平衡转化率主要由反应Ⅱ决定 ②150
18.丙醛是一种重要的有机原料,在许多领域都有广泛的应用。在铑催化剂作用下,用乙烯合成丙醛涉及的反应如下:
主反应Ⅰ.C2H4(g)+H2(g)+CO(g) CH3CH2CHO(g) ΔH1
副反应Ⅱ.C2H4(g)+H2(g) C2H6(g) ΔH2
(3)在恒压条件下,按照投料n(C2H4)∶n(CO)∶n(H2)=1∶1∶1,匀速通入装有催化剂的反应器中发生反应Ⅰ和Ⅱ,相同时间内,测得不同温度下C2H4的转化率(α)如图所示。测得v(B) v(D)(填“>”“=”或“<”),产生这一结果的原因可能是 。
答案 (3)> 随温度升高,催化剂活性降低,导致反应速率降低
19.近年,甲醇的制取与应用在全球引发了关于“甲醇经济”的广泛探讨。二氧化碳加氢制甲醇已经成为研究热点,在某CO2催化加氢制CH3OH的反应体系中,发生的主要反应如下:
Ⅰ.CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1<0
Ⅱ.CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH2>0
回答下列问题:
(1)下列能说明反应Ⅰ一定达到平衡状态的是 (填标号)。
A.v正(CO2)=3v逆(H2)
B.平衡常数不再发生变化
C.混合气体的密度不再发生变化
D.混合气体中H2O(g)的百分含量保持不变
(2)在催化剂作用下,将平均相对分子质量为16的CO2和H2的混合气体充入一恒容密闭容器中发生反应Ⅰ、Ⅱ,已知反应Ⅱ的反应速率v正=k正x(CO2)·x(H2),v逆=k逆x(CO)·x(H2O),k正、k逆为速率常数,x为物质的量分数。
①当CO2转化率达到60%时,反应达到平衡状态,这时CO2和H2的平均相对分子质量为23,若反应Ⅱ的k正=20 mol·L-1·s-1,平衡时反应速率v逆= mol·L-1·s-1。
②Arrhenius经验公式为Rlnk=-+C,其中Ea为活化能,T为热力学温度,k为速率常数,R和C为常数,则ΔH2= kJ·mol-1(用含k正、k逆、T、R的代数式表示)。
③由实验测得,随着温度的逐渐升高,平衡时混合气体的平均相对分子质量几乎又变回16,原因是 。
(3)其他条件相同时,反应温度对CH3OH选择性的影响如图所示:
由图可知,温度相同时CH3OH选择性的实验值略高于其平衡值,可能的原因是 。
(4)利用甲醇分解制取烯烃,涉及反应如下:
a.2CH3OH(g) C2H4(g)+2H2O(g)
b.3CH3OH(g) C3H6(g)+3H2O(g)
c.3C2H4(g) 2C3H6(g)
恒压条件下,平衡体系中各物质的物质的量分数随温度变化如图所示:
已知650 K时,2x(C2H4)=x(C3H6),平衡体系总压强为P,则650 K时反应c的平衡常数Kp= 。
答案 (1)D (2)①0.8 ②RTln ③反应Ⅰ为放热反应,反应Ⅱ为吸热反应,当温度升高时,以反应Ⅱ为主,反应Ⅱ是气体分子数不变的反应,发生反应Ⅱ时混合气体的平均相对分子质量不变
(3)测定实验值时反应尚未达到平衡状态,且反应Ⅰ的速率大于反应Ⅱ
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