2025江苏版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
五年高考
考点过关练
考点1 化学反应速率
1.★★(2022广东,15,4分)在相同条件下研究催化剂Ⅰ、Ⅱ对反应X→2Y的影响,各物质浓度c随反应时间t的部分变化曲线如图,则( )
A.无催化剂时,反应不能进行
B.与催化剂Ⅰ相比,Ⅱ使反应活化能更低
C.a曲线表示使用催化剂Ⅱ时X的浓度随t的变化
D.使用催化剂Ⅰ时,0~2 min内,v(X)=1.0 mol·L-1·min-1
答案 D
2.★★(2022浙江6月选考,20,2分)恒温恒容的密闭容器中,在某催化剂表面上发生氨的分解反应:2NH3(g) N2(g)+3H2(g)。测得不同起始浓度和催化剂表面积下氨浓度随时间的变化,如下表所示。下列说法不正确的是( )
A.实验①,0~20 min,v(N2)=1.00×10-5 mol·L-1·min-1
B.实验②,60 min时处于平衡状态,x≠0.40
C.相同条件下,增加氨气的浓度,反应速率增大
D.相同条件下,增加催化剂的表面积,反应速率增大
答案 C
3.★★(2022浙江1月选考,19,2分)在恒温恒容条件下,发生反应A(s)+2B(g) 3X(g),c(B)随时间的变化如图中曲线甲所示。下列说法不正确的是( )
A.从a、c两点坐标可求得从a到c时间间隔内该化学反应的平均速率
B.从b点切线的斜率可求得该化学反应在反应开始时的瞬时速率
C.在不同时刻都存在关系:2v(B)=3v(X)
D.维持温度、容积、反应物起始的量不变,向反应体系中加入催化剂,c(B)随时间变化关系如图中曲线乙所示
答案 C
4.★★(2022辽宁,12,3分)某温度下,在1 L恒容密闭容器中2.0 mol X发生反应2X(s) Y(g)+2Z(g),有关数据如下:
时间段/min 产物Z的平均生成速率/mol·L-1·min-1
0~2 0.20
0~4 0.15
0~6 0.10
下列说法错误的是( )
A.1 min时,Z的浓度大于0.20 mol·L-1
B.2 min时,加入0.20 mol Z,此时v正(Z)
D.5 min时,X的物质的量为1.4 mol
答案 B
5.★★(2022北京,14,3分)CO2捕获和转化可减少CO2排放并实现资源利用,原理如图1所示。反应①完成之后,以N2为载气,将恒定组成的N2、CH4混合气,以恒定流速通入反应器,单位时间流出气体各组分的物质的量随反应时间变化如图2所示。反应过程中始终未检测到CO2,在催化剂上检测到有积炭。下列说法不正确的是( )
A.反应①为CaO+CO2 CaCO3;反应②为CaCO3+CH4 CaO+2CO+2H2
B.t1~t3,n(H2)比n(CO)多,且生成H2的速率不变,推测有副反应CH4 C+2H2
C.t2时刻,副反应生成H2的速率大于反应②生成H2的速率
D.t3之后,生成CO的速率为0,是因为反应②不再发生
答案 C
6.★★(2021辽宁,12,3分)某温度下,降冰片烯在钛杂环丁烷催化下聚合,反应物浓度与催化剂浓度及时间关系如图。已知反应物消耗一半所需的时间称为半衰期,下列说法错误的是 ( )
A.其他条件相同时,催化剂浓度越大,反应速率越大
B.其他条件相同时,降冰片烯浓度越大,反应速率越大
C.条件①,反应速率为0.012 mol·L-1·min-1
D.条件②,降冰片烯起始浓度为3.0 mol·L-1时,半衰期为62.5 min
答案 B
考点2 化学平衡 化学反应的方向
7.★★(2022天津,6,3分)向恒温恒容密闭容器中通入2 mol SO2和 1 mol O2,反应2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)达到平衡后,再通入一定量O2,达到新平衡时,下列有关判断错误的是( )
A.SO3的平衡浓度增大
B.反应平衡常数增大
C.正向反应速率增大
D.SO2的转化总量增大
答案 B
8.★★(2022广东,13,4分)恒容密闭容器中,BaSO4(s)+4H2(g) BaS(s)+4H2O(g)在不同温度下达平衡时,各组分的物质的量(n)如图所示。下列说法正确的是( )
A.该反应的ΔH<0
B.a为n(H2O)随温度的变化曲线
C.向平衡体系中充入惰性气体,平衡不移动
D.向平衡体系中加入BaSO4,H2的平衡转化率增大
答案 C
9.★★(2019江苏,11,4分)氢气与氧气生成水的反应是氢能源应用的重要途径。下列有关说法正确的是( )
A.一定温度下,反应2H2(g)+O2(g) 2H2O(g)能自发进行,该反应的ΔH<0
B.氢氧燃料电池的负极反应为O2+2H2O+4e- 4OH-
C.常温常压下,氢氧燃料电池放电过程中消耗11.2 L H2,转移电子的数目为6.02×1023
D.反应2H2(g)+O2(g) 2H2O(g)的ΔH可通过下式估算:ΔH=反应中形成新共价键的键能之和-反应中断裂旧共价键的键能之和
答案 A
10.★★(2022海南,8,2分)某温度下,反应CH2 CH2(g)+H2O(g) CH3CH2OH(g)在密闭容器中达到平衡。下列说法正确的是 ( )
A.增大压强,v正>v逆,平衡常数增大
B.加入催化剂,平衡时CH3CH2OH(g)的浓度增大
C.恒容下,充入一定量的H2O(g),平衡向正反应方向移动
D.恒容下,充入一定量的CH2 CH2(g),CH2 CH2(g)的平衡转化率增大
答案 C
11.★★(2023山东,14,4分)(双选)一定条件下,化合物E和TFAA合成H的反应路径如下:
已知反应初始E的浓度为0.10 mol·L-1,TFAA的浓度为0.08 mol·L-1,部分物种的浓度随时间的变化关系如图所示,忽略反应过程中的体积变化。下列说法正确的是( )
A.t1时刻,体系中有E存在
B.t2时刻,体系中无F存在
C.E和TFAA反应生成F的活化能很小
D.反应达平衡后,TFAA的浓度为0.08 mol·L-1
答案 AC
12.★★(2023江苏,13,3分)二氧化碳加氢制甲烷过程中的主要反应为
CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g) ΔH=-164.7 kJ·mol-1
CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH=41.2 kJ·mol-1
在密闭容器中,1.01×105 Pa、n起始(CO2)∶n起始(H2)=1∶4时,CO2平衡转化率、在催化剂作用下反应相同时间所测得的CO2实际转化率随温度的变化如图所示。CH4的选择性可表示为×100%。下列说法正确的是( )
A.反应2CO(g)+2H2(g) CO2(g)+CH4(g)的焓变ΔH=-205.9 kJ·mol-1
B.CH4的平衡选择性随着温度的升高而增加
C.用该催化剂催化二氧化碳反应的最佳温度范围约为480~530 ℃
D.450 ℃时,提高的值或增大压强,均能使CO2平衡转化率达到X点的值
答案 D
13.★★(2021湖南,11,4分)(双选)已知:A(g)+2B(g) 3C(g) ΔH<0,向一恒温恒容的密闭容器中充入1 mol A和3 mol B发生反应,t1时达到平衡状态Ⅰ,在t2时改变某一条件,t3时重新达到平衡状态Ⅱ,正反应速率随时间的变化如图所示。下列说法正确的是 ( )
A.容器内压强不变,表明反应达到平衡
B.t2时改变的条件:向容器中加入C
C.平衡时A的体积分数φ:φ(Ⅱ)>φ(Ⅰ)
D.平衡常数K:K(Ⅱ)
14.★★(2022辽宁,17节选)工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破,目前已有三位科学家因其获得诺贝尔奖,其反应为N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·mol-1 ΔS=-200 J·K-1·mol-1
回答下列问题:
(1)合成氨反应在常温下 (填“能”或“不能”)自发进行。
(2) 温(填“高”或“低”,下同)有利于提高反应速率, 温有利于提高平衡转化率,综合考虑催化剂(铁触媒)活性等因素,工业常采用400~500 ℃。
针对反应速率与平衡产率的矛盾,我国科学家提出了两种解决方案。
(3)方案一:双温—双控—双催化剂。使用Fe-TiO2-xHy双催化剂,通过光辐射产生温差(如体系温度为495 ℃时,Fe的温度为547 ℃,而TiO2-xHy的温度为415 ℃)。
下列说法正确的是 。
a.氨气在“冷Ti”表面生成,有利于提高氨的平衡产率
b.在“热Fe”表面断裂,有利于提高合成氨反应速率
c.“热Fe”高于体系温度,有利于提高氨的平衡产率
d.“冷Ti”低于体系温度,有利于提高合成氨反应速率
(4)方案二:M-LiH复合催化剂。
下列说法正确的是 。
a.300 ℃时,复合催化剂比单一催化剂效率更高
b.同温同压下,复合催化剂有利于提高氨的平衡产率
c.温度越高,复合催化剂活性一定越高
(5)某合成氨速率方程为v=kcα(N2)cβ(H2)cγ(NH3),根据表中数据,γ= ;
实验 1 2 3 4
m 2m m m
n n n 2n
p p 0.1p p
q 2q 10q 2.828q
在合成氨过程中,需要不断分离出氨的原因为 。
a.有利于平衡正向移动
b.防止催化剂中毒
c.提高正反应速率
答案 (1)能 (2)高 低 (3)ab
(4)a (5)-1 a
考点3 化学平衡常数及其相关计算
15.★★(2022江苏,10,3分)用尿素水解生成的NH3催化还原NO,是柴油机车辆尾气净化的主要方法。反应为4NH3(g)+O2(g)+4NO(g) 4N2(g)+6H2O(g)。
下列说法正确的是( )
A.上述反应ΔS<0
B.上述反应平衡常数K=
C.上述反应中消耗1 mol NH3,转移电子的数目为2×6.02×1023
D.实际应用中,加入尿素的量越多,柴油机车辆排放的尾气对空气污染程度越小
答案 B
16.★★(2020江苏,15,4分)(双选)CH4与CO2重整生成H2和CO的过程中主要发生下列反应
CH4(g)+CO2(g) 2H2(g)+2CO(g) ΔH=247.1 kJ·mol-1
H2(g)+CO2(g) H2O(g)+CO(g) ΔH=41.2 kJ·mol-1
在恒压、反应物起始物质的量比n(CH4)∶n(CO2)=1∶1条件下,CH4和CO2的平衡转化率随温度变化的曲线如图所示。下列有关说法正确的是( )
A.升高温度、增大压强均有利于提高CH4的平衡转化率
B.曲线B表示CH4的平衡转化率随温度的变化
C.相同条件下,改用高效催化剂能使曲线A和曲线B相重叠
D.恒压、800 K、n(CH4)∶n(CO2)=1∶1条件下,反应至CH4转化率达到X点的值,改变除温度外的特定条件继续反应,CH4转化率能达到Y点的值
答案 BD
17.★★(2023辽宁,18节选)接触法制硫酸的关键反应为SO2的催化氧化:SO2(g)+O2(g) SO3(g) ΔH=-98.9 kJ·mol-1
(ⅰ)为寻求固定投料比下不同反应阶段的最佳生产温度,绘制相应转化率(α)下反应速率(数值已略去)与温度的关系如下图所示,下列说法正确的是 。
a.温度越高,反应速率越大
b.α=0.88的曲线代表平衡转化率
c.α越大,反应速率最大值对应温度越低
d.可根据不同α下的最大速率,选择最佳生产温度
(ⅱ)为提高钒催化剂的综合性能,我国科学家对其进行了改良。不同催化剂下,温度和转化率关系如下图所示,催化性能最佳的是 (填标号)。
(ⅲ)设O2的平衡分压为p,SO2的平衡转化率为αe,用含p和αe的代数式表示上述催化氧化反应的Kp= (用平衡分压代替平衡浓度计算)。
答案 (ⅰ)cd (ⅱ)d (ⅲ)
18.★★(2023新课标,29,15分)氨是最重要的化学品之一,我国目前氨的生产能力位居世界首位。回答下列问题:
(1)根据图1数据计算反应N2(g)+H2(g) NH3(g)的ΔH= kJ·mol-1。
(2)研究表明,合成氨反应在Fe催化剂上可能通过图2机理进行(*表示催化剂表面吸附位,表示被吸附于催化剂表面的N2)。判断上述反应机理中,速率控制步骤(即速率最慢步骤)为 (填步骤前的标号),理由是 。
(3)合成氨催化剂前驱体(主要成分为Fe3O4)使用前经H2还原,生成α-Fe包裹的Fe3O4。已知α-Fe属于立方晶系,晶胞参数a=287 pm,密度为7.8 g·cm-3。则α-Fe晶胞中含有Fe的原子数为 (列出计算式,阿伏加德罗常数的值为NA)。
(4)在不同压强下,以两种不同组成进料,反应达平衡时氨的摩尔分数与温度的计算结果如图所示。其中一种进料组成为=0.75、=0.25,另一种为=0.675、=0.225、xAr=0.10。(物质i的摩尔分数:xi=ni/n总)
图3
图4
①图中压强由小到大的顺序为 ,判断的依据是 。
②进料组成中含有惰性气体Ar的图是 。
③图3中,当p2=20 MPa、=0.20时,氮气的转化率α= 。该温度时,反应N2(g)+H2(g) NH3(g)的平衡常数Kp= MPa-1(化为最简式)。
答案 (1)-45
(2)(ⅱ) N2分子中键能很高,解离为N原子所需能量最多
(3)
(4)①p1、p2、p3/p1
19.★★(2023全国乙,28节选)(3)将FeSO4置入抽空的刚性容器中,升高温度发生分解反应:2FeSO4(s) Fe2O3(s)+SO2(g)+SO3(g)(Ⅰ)
平衡时~T的关系如图所示。660 K时,该反应的平衡总压p总= kPa,平衡常数Kp(Ⅰ)= (kPa)2。Kp(Ⅰ)随反应温度升高而 (填“增大”“减小”或“不变”)。
(4)提高温度,上述容器中进一步发生反应2SO3(g) 2SO2(g)+O2(g)(Ⅱ),平衡时= (用、表示)。在929 K时,p总=84.6 kPa,=35.7 kPa,则= kPa,Kp(Ⅱ)= kPa(列出计算式)。
答案 (3)3.0 2.25 增大
(4) 46.26
20.★★(2023江苏,17,16分)空气中CO2含量的控制和CO2资源利用具有重要意义。
(1)燃煤烟气中CO2的捕集可通过如下所示的物质转化实现。
“吸收”后所得的KHCO3溶液与石灰乳反应的化学方程式为 ;载人航天器内,常用LiOH固体而很少用KOH固体吸收空气中的CO2,其原因是 。
(2)合成尿素[CO(NH2)2]是利用CO2的途径之一。尿素合成主要通过下列反应实现。
反应Ⅰ:2NH3(g)+CO2(g) NH2COONH4(l)
反应Ⅱ:NH2COONH4(l) CO(NH2)2(l)+H2O(l)
①密闭体系中反应Ⅰ的平衡常数(K)与温度的关系如图1所示,反应Ⅰ的ΔH (填“=0”“>0”或“<0”)。
②反应体系中除发生反应Ⅰ、反应Ⅱ外,还发生尿素水解、尿素缩合生成缩二脲[(NH2CO)2NH]和尿素转化为氰酸铵(NH4OCN)等副反应。尿素生产中实际投入NH3和CO2的物质的量之比为n(NH3)∶n(CO2)=4∶1,其实际投料比值远大于理论值的原因是 。
(3)催化电解吸收CO2的KOH溶液可将CO2转化为有机物。在相同条件下,恒定通过电解池的电量,电解得到的部分还原产物的法拉第效率(FE%)随电解电压的变化如图2所示。
FE%=×100%
其中,QX=nF,n表示电解生成还原产物X所转移电子的物质的量,F表示法拉第常数。
①当电解电压为U1时,电解过程中含碳还原产物的FE%为0,阴极主要还原产物为 (填化学式)。
②当电解电压为U2时,阴极由HC生成CH4的电极反应式为 。
③当电解电压为U3时,电解生成的C2H4和HCOO-的物质的量之比为 (写出计算过程)。
答案 (1)KHCO3+Ca(OH)2 CaCO3+KOH+H2O
相同质量的LiOH吸收CO2的量比KOH的多
(2)①<0 ②提高CO2的转化率,抑制尿素水解,抑制尿素缩合生成缩二脲
(3)①H2 ②10HC+8e- CH4↑+9C+3H2O
③生成1 mol C2H4转移12 mol电子,生成1 mol HCOO-转移2 mol电子
=
==
21.★★(2023浙江1月选考,19,10分)“碳达峰·碳中和”是我国社会发展重大战略之一,CH4还原CO2是实现“双碳”经济的有效途径之一,相关的主要反应有:
Ⅰ:CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g) ΔH1=+247 kJ·mol-1,K1
Ⅱ:CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH2=+41 kJ·mol-1,K2
请回答:
(1)有利于提高CO2平衡转化率的条件是 。
A.低温低压 B.低温高压
C.高温低压 D.高温高压
(2)反应CH4(g)+3CO2(g) 4CO(g)+2H2O(g)的ΔH= kJ·mol-1,K= (用K1,K2表示)。
(3)恒压、750 ℃时,CH4和CO2按物质的量之比1∶3投料,反应经如下流程(主要产物已标出)可实现CO2高效转化。
①下列说法正确的是 。
A.Fe3O4可循环利用,CaO不可循环利用
B.过程ⅱ,CaO吸收CO2可促使Fe3O4氧化CO的平衡正移
C.过程ⅱ产生的H2O最终未被CaO吸收,在过程ⅲ被排出
D.相比于反应Ⅰ,该流程的总反应还原1 mol CO2需吸收的能量更多
②过程ⅱ平衡后通入He,测得一段时间内CO物质的量上升,根据过程ⅲ,结合平衡移动原理,解释CO物质的量上升的原因 。
(4)CH4还原能力(R)可衡量CO2转化效率,R=Δn(CO2)/Δn(CH4)(同一时段内CO2与CH4的物质的量变化量之比)。
①常压下CH4和CO2按物质的量之比1∶3投料,某一时段内CH4和CO2的转化率随温度变化如图1,请在图2中画出400~1 000 ℃之间R的变化趋势,并标明1 000 ℃时R值。
图1
图2
②催化剂X可提高R值,另一时段内CH4转化率、R值随温度变化如下表:
温度/℃ 480 500 520 550
CH4转化率/% 7.9 11.5 20.2 34.8
R 2.6 2.4 2.1 1.8
下列说法不正确的是 。
A.R值提高是由于催化剂X选择性地提高反应Ⅱ的速率
B.温度越低,含氢产物中H2O占比越高
C.温度升高,CH4转化率增加,CO2转化率降低,R值减小
D.改变催化剂提高CH4转化率,R值不一定增大
答案 (1)C (2)+329 K1·
(3)①BC ②通入He,CaCO3分解平衡正移,导致增大,促进Fe还原CO2平衡正移
(4)① ②C
22.★★(2023全国甲,28,15分)甲烷选择性氧化制备甲醇是一种原子利用率高的方法。回答下列问题:
(1)已知下列反应的热化学方程式:
①3O2(g) 2O3(g) K1 ΔH1=285 kJ·mol-1
②2CH4(g)+O2(g) 2CH3OH(l) K2 ΔH2=-329 kJ·mol-1
反应③CH4(g)+O3(g) CH3OH(l)+O2(g)的ΔH3= kJ·mol-1,平衡常数K3= (用K1、K2表示)。
(2)电喷雾电离等方法得到的M+(Fe+、Co+、Ni+等)与O3反应可得MO+。MO+与CH4反应能高选择性地生成甲醇。分别在300 K和310 K下(其他反应条件相同)进行反应MO++CH4 M++CH3OH,结果如图所示。图中300 K的曲线是 (填“a”或“b”)。300 K、60 s时MO+的转化率为 (列出算式)。
(3)MO+分别与CH4、CD4反应,体系的能量随反应进程的变化如图所示(两者历程相似,图中以CH4示例)。
(ⅰ)步骤Ⅰ和Ⅱ中涉及氢原子成键变化的是 (填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。
(ⅱ)直接参与化学键变化的元素被替换为更重的同位素时,反应速率会变慢,则MO+与CD4反应的能量变化应为图中曲线 (填“c”或“d”)。
(ⅲ)MO+与CH2D2反应,氘代甲醇的产量CH2DOD CHD2OH(填“>”“=”或“<”)。若MO+与CHD3反应,生成的氘代甲醇有 种。
答案 (1)-307
(2)b (1-10-0.1)×100%
(3)(ⅰ)Ⅰ (ⅱ)c (ⅲ)< 2
23.★★(2023湖南,16节选)聚苯乙烯是一类重要的高分子材料,可通过苯乙烯聚合制得。
Ⅰ.苯乙烯的制备
(1)已知下列反应的热化学方程式:
①C6H5C2H5(g)+O2(g) 8CO2(g)+5H2O(g) ΔH1=-4 386.9 kJ·mol-1
②C6H5CH CH2(g)+10O2(g) 8CO2(g)+4H2O(g) ΔH2=-4 263.1 kJ·mol-1
③H2(g)+O2(g) H2O(g) ΔH3=-241.8 kJ·mol-1
计算反应④C6H5C2H5(g) C6H5CH CH2(g)+H2(g)的ΔH4= kJ·mol-1;
(2)在某温度、100 kPa下,向反应器中充入1 mol气态乙苯发生反应④,其平衡转化率为50%,欲将平衡转化率提高至75%,需要向反应器中充入 mol水蒸气作为稀释气(计算时忽略副反应);
(3)在913 K、100 kPa下,以水蒸气作稀释气、Fe2O3作催化剂,乙苯除脱氢生成苯乙烯外,还会发生如下两个副反应:
⑤C6H5C2H5(g) C6H6(g)+CH2 CH2(g)
⑥C6H5C2H5(g)+H2(g) C6H5CH3(g)+CH4(g)
以上反应体系中,芳香烃产物苯乙烯、苯和甲苯的选择性S(S=×100%)随乙苯转化率的变化曲线如图所示,其中曲线b代表的产物是 ,理由是 ;
(4)关于本反应体系中催化剂Fe2O3的描述错误的是 ;
A.X射线衍射技术可测定Fe2O3晶体结构
B.Fe2O3可改变乙苯平衡转化率
C.Fe2O3降低了乙苯脱氢反应的活化能
D.改变Fe2O3颗粒大小不影响反应速率
答案 (1)+118 (2)5
(3)甲苯 随着反应④进行,c(H2)增大,导致反应⑥速率加快,甲苯的选择性提高
(4)BD
考法强化练
考法 反应速率常数的应用
1.★★(2022河北,13,4分)(双选)恒温恒容条件下,向密闭容器中加入一定量X,发生反应的方程式为①X Y;②Y Z。反应①的速率v1=k1c(X),反应②的速率v2=k2c(Y),式中k1、k2为速率常数。图a为该体系中X、Y、Z浓度随时间变化的曲线,图b为反应①和②的lnk~曲线。下列说法错误的是( )
A.随c(X)的减小,反应①、②的速率均降低
B.体系中v(X)=v(Y)+v(Z)
C.欲提高Y的产率,需提高反应温度且控制反应时间
D.温度低于T1时,总反应速率由反应②决定
答案 AB
2.★★(2021河北,13,4分)室温下,某溶液初始时仅溶有M和N且浓度相等,同时发生以下两个反应:①M+NX+Y;②M+NX+Z。反应①的速率可表示为v1=k1c2(M),反应②的速率可表示为v2=k2c2(M)(k1、k2为速率常数)。反应体系中组分M、Z的浓度随时间变化情况如图。下列说法错误的是( )
A.0~30 min时间段内,Y的平均反应速率为6.67×10-3 mol·L-1·min-1
B.反应开始后,体系中Y和Z的浓度之比保持不变
C.如果反应能进行到底,反应结束时62.5%的M转化为Z
D.反应①的活化能比反应②的活化能大
答案 A
3.★★★(2021湖北,19,14分)丙烯是一种重要的化工原料,可以在催化剂作用下,由丙烷直接脱氢或氧化脱氢制备。
反应Ⅰ(直接脱氢):C3H8(g) C3H6(g)+H2(g) ΔH1 =+125 kJ·mol-1
反应Ⅱ(氧化脱氢):C3H8(g)+O2(g)C3H6(g)+H2O(g) ΔH2=-118 kJ·mol-1
(1)已知键能:E(C—H)=416 kJ·mol-1,E(H—H)=436 kJ·mol-1,由此计算生成1 mol碳碳π键放出的能量为 kJ。
(2)对于反应Ⅰ,总压恒定为100 kPa,在密闭容器中通入C3H8和N2的混合气体(N2不参与反应),从平衡移动的角度判断,达到平衡后“通入N2”的作用是 ;在温度为T1时,C3H8的平衡转化率与通入气体中C3H8的物质的量分数的关系如图a所示,计算T1时反应Ⅰ的平衡常数Kp= kPa(以分压表示,分压=总压×物质的量分数,保留一位小数)。
图a
(3)在温度为T2时,通入气体分压比为p(C3H8)∶p(O2)∶p(N2)=10∶5∶85的混合气体,各组分气体的分压随时间的变化关系如图b所示。0~1.2 s生成C3H6的平均速率为 kPa·s-1;在反应一段时间后,C3H8和O2的消耗速率比小于2∶1的原因为 。
图b
(4)恒温刚性密闭容器中通入气体分压比为p(C3H8 )∶p(O2)∶p(N2)=2∶13∶85的混合气体,已知某反应条件下只发生如下反应(k、k'为速率常数):
反应Ⅱ:2C3H8(g)+O2(g) 2C3H6(g)+2H2O(g) k
反应Ⅲ:2C3H6(g)+9O2(g) 6CO2(g)+6H2O(g) k'
实验测得丙烯的净生成速率方程为v(C3H6)=kp(C3H8)-k'p(C3H6),可推测丙烯的浓度随时间的变化趋势为 ,其理由是
。
答案 (1)271 (2)使平衡正向移动或提高丙烷转化率 16.7 (3)2.0 发生副反应,生成CO2、H2O,使O2消耗量增大 (4)先增大后减小(直至为0) 反应开始时反应Ⅱ为主要反应,反应一段时间后,反应Ⅲ为主要反应(或反应初始时,C3H8的分压较大,反应Ⅱ的速率较大;随着反应的进行,C3H8的分压降低,C3H6的分压增大,反应Ⅲ的速率较大)
4.★★★(2023山东,20,12分)一定条件下,水气变换反应CO+H2O CO2+H2的中间产物是HCOOH。为探究该反应过程,研究HCOOH水溶液在密封石英管中的分解反应:
Ⅰ.HCOOH CO+H2O (快)
Ⅱ.HCOOH CO2+H2 (慢)
研究发现,在反应Ⅰ、Ⅱ中,H+仅对反应Ⅰ有催化加速作用;反应Ⅰ速率远大于反应Ⅱ,近似认为反应Ⅰ建立平衡后始终处于平衡状态。忽略水的电离,其浓度视为常数。
回答下列问题:
(1)一定条件下,反应Ⅰ、Ⅱ的焓变分别为ΔH1、ΔH2,则该条件下水气变换反应的焓变ΔH= (用含ΔH1、ΔH2的代数式表示)。
(2)反应Ⅰ正反应速率方程为v=kc(H+)c(HCOOH),k为反应速率常数。T1温度下,HCOOH电离平衡常数为Ka,当HCOOH平衡浓度为x mol·L-1时,H+浓度为 mol·L-1,此时反应Ⅰ正反应速率v= mol·L-1·h-1(用含Ka、x和k的代数式表示)。
(3)T2温度下,在密封石英管内完全充满1.0 mol·L-1 HCOOH水溶液,使HCOOH分解,分解产物均完全溶于水,含碳物种浓度与反应时间的变化关系如图所示(忽略碳元素的其他存在形式)。t1时刻测得CO、CO2的浓度分别为0.70 mol·L-1、0.16 mol·L-1;反应Ⅱ达平衡时,测得H2的浓度为y mol·L-1。体系达平衡后= (用含y的代数式表示,下同),反应Ⅱ的平衡常数为 。
相同条件下,若反应起始时溶液中同时还含有0.10 mol·L-1盐酸,则图示点a、b、c、d中,CO新的浓度峰值点可能是 (填标号)。与不含盐酸相比,CO达浓度峰值时,CO2浓度 (填“增大”“减小”或“不变”),的值 (填“增大”“减小”或“不变”)。
答案 (1)ΔH2-ΔH1
(2) kx
(3) a 减小 不变
三年模拟
考点强化练
考点1 化学反应速率
1.★★(2024届扬州期初调研,10)用活性炭与NO2反应:2C(s)+2NO2(g) 2CO2(g)+N2(g) ΔH<0来消除氮氧化物产生的空气污染。下列说法正确的是( )
A.该反应只在高温条件下能自发进行
B.该反应平衡常数的表达式为K=
C.该反应中消耗1 mol NO2,转移电子的数目为4×6.02×1023
D.该反应到达平衡后,升高温度,正反应速率减慢,逆反应速率加快
答案 C
2.★★(2023南通、泰州等八市第二次调研,8)用CH4消除NO2的反应为CH4(g)+2NO2(g) N2(g)+2H2O(g)+CO2(g) ΔH<0。下列说法正确的是( )
A.平衡时升高温度,v正增大,v逆减小
B.反应平衡常数K=
C.反应中生成22.4 L N2,转移电子数目为8×6.02×1023
D.实际应用中,适当增加CH4的量有利于消除NO2,减轻空气污染程度
答案 D
3.★★(2024届南京六校联合调研,17节选)不同催化剂作用下NH3还原NOx的机理与效果是研究烟气(含NOx、O2、N2等)脱硝的热点。
(3)选择性催化还原脱硝技术是控制尾部烟气中NOx排放的最成熟有效的技术之一,在相同时间内,三种催化剂下NO的转化率、NO2浓度随温度变化如图所示。
①温度约为 时,催化剂的活性最大。在MnCe或MnCeZr的催化作用下,350~400 ℃NO2浓度明显增大的原因是 。
②在MnCe催化剂催化作用下,X点的正反应速率 (填“>”“<”或“=”)逆反应速率,说明理由: 。
答案 (3)①300 ℃ 在较高温度下,随着催化剂活性的下降,没有参加反应的NO逐渐被氧化成了NO2 ②> X点反应未达到最大限度,反应仍在正向进行
4.★★★(2023扬州期初调研,17节选)臭氧催化氧化是降解水体中有机污染物的常用方法。
(2)研究温度对一定时间内O3降解有机污染物的影响。通常降解时采用一次性投加O3的方式,温度升高,相同时间内有机污染物降解率降低。提出猜想:溶液中溶解的O3浓度减小。作出猜想的依据: ;设计一个实验验证猜想: 。
(3)研究O3降解有机污染物的路径。
资料:除直接降解有机污染物外,O3在溶液中能产生羟基自由基(·OH),·OH也能降解水中有机污染物。
实验:取三份废水,保持其他条件相同,通入O3的量相同。第一份直接通入O3;第二份在加入一定量MnO2的同时通入O3;第三份在加入一定量MnO2与叔丁醇的同时通入O3(叔丁醇能迅速结合·OH而将其除去),分别测量三份废水中有机污染物的残留率随时间的变化,结果如图1所示。根据图中曲线可以得出的结论为 。
(4)研究O3降解有机污染物的机理。MnO2催化O3反应的一种机理如图2所示,“Vo”表示MnO2表面的氧离子空穴。图中所示的反应步骤Ⅱ可描述为 。根据此机理,实际具有催化活性的催化剂为 (以含字母x的化学式表示其组成)。
答案 (2)温度升高,O3转化为O2的速率加快;或温度升高,O3在溶液中的溶解度降低 取相同体积、不同温度的若干份蒸馏水,向其中通入等物质的量的O3,放置相同时间后测量其中O3的浓度 (3)MnO2对O3降解有机污染物有催化作用;降解过程中产生了·OH,·OH参与降解,但不是降解的主要路径;O3直接降解是该降解过程的主要路径(合理即可) (4)O3与晶体中的O2-反应生成,同时释放出O2 MnO2-x
考点2 化学平衡 化学反应的方向
5.★(2023南京二模,8)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
6.★★(2023苏北四市第一次调研,13)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
7.★★(2024届苏州期中,13)NiO-In2O3可协同催化CO2的氢化,体系中涉及以下两个反应:
反应1:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=-49.3 kJ·mol-1
反应2:CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH2=41.2 kJ·mol-1
将一定比例的CO2、H2以一定流速通过催化剂,在一定温度下反应,CO2的转化率、CH3OH或CO的选择性[×100%]与催化剂中NiO的质量分数的关系如图所示。下列说法正确的是( )
A.反应2H2(g)+CO(g) CH3OH(g) ΔH=90.5 kJ·mol-1
B.曲线Y表示CO2的转化率随催化剂中NiO的质量分数的变化
C.其他条件不变,催化剂中NiO的质量分数为1%时,CH3OH的产率最高
D.其他条件不变,NiO的质量分数从25%增加到50%,CH3OH的平衡选择性降低
答案 B
8.★★(2024届无锡期中教学质量调研,13)拥有中国自主知识产权的全球首套煤制乙醇工业化项目投产成功。某煤制乙醇过程表示如下:
过程a包括以下3个主要反应:
Ⅰ.CH3COOCH3(g)+2H2(g) C2H5OH(g)+CH3OH(g) ΔH1
Ⅱ.CH3COOCH3(g)+C2H5OH(g) CH3COOC2H5(g)+CH3OH(g) ΔH2
Ⅲ.CH3COOCH3(g)+H2(g) CH3CHO(g)+CH3OH(g) ΔH3
相同时间内,测得乙酸甲酯转化率随温度的变化如图1所示,乙醇和乙酸乙酯的选择性[乙醇选择性=]随温度的变化如图2所示。
下列说法不正确的是( )
A.205 ℃后反应Ⅲ开始发生反应
B.225~235 ℃,反应Ⅰ处于平衡状态
C.温度可影响催化剂的选择性,从而影响目标产物乙醇的选择性
D.205 ℃时,CH3COOCH3起始物质的量为5 mol,转化率为30%,则最终生成乙醇0.6 mol
答案 B
9.★★(2023苏锡常镇四市第二次调研,13)用草酸二甲酯(H3COOCCOOCH3)和氢气为原料制备乙二醇的反应原理如下:
H3COOCCOOCH3(g)+2H2(g) H3COOCCH2OH(乙醇酸甲酯,g)+CH3OH(g) ΔH=-16.3 kJ· mol-1
H3COOCCH2OH(g)+2H2(g) HOH2CCH2OH(g)+CH3OH(g) ΔH=-14.8 kJ· mol-1
在2 MPa条件下,将氢气和草酸二甲酯体积比(氢酯比)为80∶1的混合气体以一定流速通过装有催化剂的反应管,草酸二甲酯的转化率、产物的选择性与温度的关系如图所示。
产物的选择性=×100%,下列说法正确的是( )
A.曲线Ⅰ表示乙二醇的选择性随温度的变化
B.其他条件不变,增大压强或升高温度,草酸二甲酯的平衡转化率均增大
C.其他条件不变,在190~195 ℃,随着温度升高,出口处乙醇酸甲酯的量不断减小
D.其他条件不变,在190~210 ℃,随着温度升高,出口处甲醇和乙二醇的物质的量之比[]减小
答案 D
10.★★(2023无锡期终教学质量调研,13)在催化剂作用下,CO2氧化C2H6可获得C2H4。其主要化学反应如下:
反应Ⅰ.C2H6(g)+CO2(g) C2H4(g)+H2O(g)+CO(g) ΔH1=+177 kJ· mol-1
反应Ⅱ.C2H6(g)+2CO2(g) 4CO(g)+3H2 ΔH2=+430 kJ· mol-1
压强分别为p1、p2时,将2 mol C2H6和3 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产率
答案 C
考点3 化学平衡常数及其相关计算
11.★(2023南通、淮安等五市第一次调研,8)工业合成氨的反应为N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ· mol-1。下列说法正确的是( )
A.使用高效催化剂可减小ΔH
B.适当降温或加压,反应的平衡常数都增大
C.及时将体系中的NH3液化分离,有利于平衡正向移动
D.用E表示键能,则E()+3E(H—H)-6E(N—H)=92.4 kJ· mol-1
答案 C
12.★★(2024届淮安五校联考,8)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
13.★★(2024届南通如东开学考,10)活性Fe3O4-x催化反应H2(g)+HC(aq) HCOO-(aq)+H2O(l),进而可制得甲酸。反应机理如图所示。下列说法正确的是( )
A.该反应的ΔH>0
B.该反应的平衡常数K=
C.反应前后,碳原子的杂化方式和化合价均没有发生变化
D.题图所示的反应机理中,步骤Ⅰ可理解为带部分负电荷的氢与HC中带部分正电荷的碳结合,带部分正电荷的氢与带部分负电荷的羟基氧结合生成水,HC转化为HCOO-
答案 D
14.★★(2024届前黄高级中学期中,13)在某催化剂作用下CO2和H2合成甲酸仅涉及以下反应:
Ⅰ.CO2(g)+H2(g) HCOOH(g) ΔH1<0
Ⅱ.CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH2
在2 L刚性容器中,CO2(g)和H2(g)各投1 mol发生反应,平衡时CO2的转化率及HCOOH和CO的选择性(产物的选择性:生成的HCOOH或CO与转化的CO2的比值)随温度变化如图所示。下列说法正确的是 ( )
A.ΔH2<0
B.曲线b表示平衡时HCOOH的选择性
C.240 ℃时,反应Ⅰ的平衡常数K=
D.在200 ℃~360 ℃之间,温度对反应Ⅰ的影响要小于反应Ⅱ
答案 C
15.★★(2023前黄、姜堰等四校联考,13)工业上利用两种温室气体CH4和CO2催化重整制取H2和CO,主要反应如下。
反应Ⅰ:CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g) ΔH1=+247.4 kJ· mol-1 K1
过程中还发生三个副反应:
反应Ⅱ:CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH2=+41.2 kJ· mol-1 K2
反应Ⅲ:2CO(g) CO2(g)+C(s) ΔH3=-171.0 kJ· mol-1 K3
反应Ⅳ:CH4(g) 2H2(g)+C(s) ΔH4 K4
将CH4与CO2(体积比为1∶1)的混合气体以一定流速通过催化剂,产物中H2与CO的物质的量之比、CO2的转化率与温度的关系如图所示。下列说法正确的是( )
A.升高温度,CO2的转化率增大,一定是因为反应Ⅰ、Ⅱ平衡正向移动
B.反应Ⅳ的平衡常数K4=K1·K3
C.升高温度,CO2的转化率增大,一定是因为反应Ⅲ的速率减慢
D.升高温度,产物中H2与CO的物质的量之比增大,是由于升温有利于反应Ⅱ正向进行、反应Ⅲ逆向进行
答案 B
16.★★(2023苏锡常镇四市第一次调研,13)工业上制备Ti,采用碳氯化法将TiO2转化成TiCl4。在1 000 ℃时发生如下反应:
①TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s) TiCl4(g)+2CO(g) ΔH1=-51.0 kJ· mol-1 K1=1.6×1014
②2CO(g) CO2(g)+C(s) ΔH2=-172.5 kJ· mol-1 K2=1.0×10-4
③2C(s)+O2(g) 2CO(g) ΔH3=-223.0 kJ· mol-1 K3=2.5×1018
在1.0×105Pa,将TiO2、C、Cl2以物质的量比1∶2.2∶2进行碳氯化,平衡时体系中CO2、CO、TiCl4和C的组成比(物质的量分数)随温度变化如图所示。下列说法不正确的是( )
A.1 000 ℃时,反应TiO2(s)+2Cl2(g) TiCl4(g)+O2(g)的平衡常数K=6.4×10-5
B.曲线Ⅲ表示平衡时CO2的物质的量分数随温度的变化
C.高于600 ℃时,升高温度,主要对反应②的平衡产生影响
D.为保证TiCl4的平衡产率,选择反应温度应高于1 000 ℃
答案 D
考法综合练
考法 反应速率常数的应用
1.★★★(2024届徐州部分学校开学考,17)甲烷水蒸气催化重整是制备高纯氢的方法之一,反应如下。
反应ⅰ:CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g) ΔH1=+206 kJ· mol-1;
反应ⅱ:CH4(g)+2H2O(g) CO2(g)+4H2(g) ΔH2=+165 kJ· mol-1。
(1)反应ⅲ:CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)的ΔH3= ;若在一定温度下的容积固定的密闭容器中进行该反应,则可以提高CO2转化率的措施为 (写出两条);下列说法可以证明该反应已达到平衡状态的是 (填字母)。
a.v正(CO2)=v正(H2)
b.容器内气体压强不再改变
c.H2的浓度不再改变
d.CO和H2O的浓度之比为1∶1
(2)对于反应ⅰ,向体积为2 L的恒容密闭容器中,按=1∶1投料。
①若在恒温条件下,反应达到平衡时CH4的转化率为50%,则平衡时容器内的压强与起始压强之比为 (填最简整数比)。
②其他条件相同时,在不同催化剂(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)作用下,反应相同时间,CH4的转化率随反应温度的变化如图所示。a点 (填“是”或“不是”)化学平衡状态;CH4的转化率:c点>b点,原因是 。
(3)某科研小组研究了反应ⅱ的动力学,获得其速率方程v=k·cm(CH4)·c0.5(H2O),k为速率常数(只受温度影响),m为CH4的反应级数。在某温度下进行实验,测得各组分初浓度和反应初速率如下:
实验序号 c(H2O)/mol·L-1 c(CH4)/mol·L-1 v/mol·L-1·s-1
1 0.100 0.100 1.2×10-2
2 0.100 0.200 2.4×10-2
CH4的反应级数m= ,当实验2进行到某时刻,测得c(H2O)=0.040 mol·L-1,则此时的反应速率v= (已知≈0.3)。
(4)甲烷水蒸气催化重整制备高纯氢只发生反应ⅰ、反应ⅱ。在恒温、恒压条件下,1 mol CH4(g)和1 mol H2O(g)反应达平衡时,CH4(g)的转化率为a,CO2(g)的物质的量为b mol,则反应ⅰ的平衡常数Kx= [写出含有a、b的计算式;对于反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g),Kx=,x为物质的量分数]。
答案 (1)+41 kJ·mol-1 增大H2浓度,将CO或H2O从体系中移出(合理即可) c (2)①3∶2 ②不是 两点均未达到化学平衡状态,从b点到c点,随温度升高,反应速率加快,相同时间内CH4转化率增大 (3)1 0.013 6 mol·L-1·s-1
(4)
2.★★★(2024届苏南名校抽查调研,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
微专题 反应速率和平衡图像分析
1.★★(2022江苏,13,3分)乙醇—水催化重整可获得H2。其主要反应为
C2H5OH(g)+3H2O(g) 2CO2(g)+6H2(g) ΔH=173.3 kJ·mol-1
CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH=41.2 kJ·mol-1
在1.0×105 Pa、n始(C2H5OH)∶n始(H2O)=1∶3时,若仅考虑上述反应,平衡时CO2和CO的选择性及H2的产率随温度的变化如图所示。
CO的选择性=×100%
下列说法正确的是( )
A.图中曲线①表示平衡时H2产率随温度的变化
B.升高温度,平衡时CO的选择性增大
C.一定温度下,增大n(C2H5OH)/n(H2O)可提高乙醇平衡转化率
D.一定温度下,加入CaO(s)或选用高效催化剂,均能提高平衡时H2产率
答案 B
2.★★(2023湖南,13,3分)向一恒容密闭容器中加入1 mol CH4和一定量的H2O,发生反应:CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)。CH4的平衡转化率按不同投料比x[x=]随温度的变化曲线如图所示。下列说法错误的是( )
A.x1
答案 B
3.★★(2023常州教育学会学业水平监测,13)利用CO2-CH4超干法重整制合成气(CO+H2),主要反应如下。
反应Ⅰ:CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g) ΔH1=+247 kJ· mol-1
反应Ⅱ:CH4(g)+3CO2(g) 4CO(g)+2H2O(g) ΔH2=+330 kJ· mol-1
反应Ⅲ:CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) ΔH3=-41.5 kJ· mol-1
恒压条件下,n始(CO2)∶n始(CH4)=3.3时,若仅考虑上述反应,平衡时CO2、CH4、CO、H2的体积分数和CH4的还原能力随温度的变化如图所示。已知:工业上将干重整反应中CH4的还原能力定义为一个CH4分子消耗的CO2分子的数量。数量越大,还原能力越强。下列说法正确的是( )
A.反应Ⅱ的平衡常数为K=
B.图中曲线X表示平衡时H2的体积分数随温度的变化
C.温度在600~1 000 ℃时,升高温度对反应Ⅰ的影响程度大于反应Ⅱ
D.其他条件不变,增大压强或选择合适的催化剂均能提高CO的平衡产率
答案 B
4.★★(2019江苏,15,4分)(双选)在恒压、NO和O2的起始浓度一定的条件下,催化反应相同时间,测得不同温度下NO转化为NO2的转化率如图中实线所示(图中虚线表示相同条件下NO的平衡转化率随温度的变化)。下列说法正确的是 ( )
A.反应2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)的ΔH>0
B.图中X点所示条件下,延长反应时间能提高NO转化率
C.图中Y点所示条件下,增加O2的浓度不能提高NO转化率
D.380 ℃下,c起始(O2)=5.0×10-4 mol·L-1,NO平衡转化率为50%,则平衡常数K>2 000
答案 BD
5.★★(2023南京、盐城一模,13)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
6.★★(2021江苏,14,3分)NH3与O2作用分别生成N2、NO、N2O的反应均为放热反应。工业尾气中NH3可通过催化氧化为N2除去。将一定比例NH3、O2和N2的混合气体以一定流速通过装有催化剂的反应管,NH3的转化率、N2的选择性[×100%]与温度的关系如图所示。下列说法正确的是( )
A.其他条件不变,升高温度,NH3的平衡转化率增大
B.其他条件不变,在175~300 ℃范围,随着温度的升高,出口处氮气、氮氧化物的量均不断增大
C.催化氧化除去尾气中的NH3应选择反应温度高于250 ℃
D.高效除去尾气中的NH3,需研发低温下NH3转化率高和N2选择性高的催化剂
答案 D
7.★★(2023南通、泰州等八市第二次调研,13)在催化剂作用下,以C2H6、CO2为原料合成C2H4,其主要反应如下:
反应1 C2H6(g)+CO2(g) C2H4(g)+H2O(g)+CO(g) ΔH=+177 kJ· mol-1
反应2 C2H6(g) CH4(g)+H2(g)+C(s) ΔH=+9 kJ· mol-1
将体积比为1∶1的C2H6、CO2混合气体按一定流速通过催化反应管,测得C2H6、CO2的转化率随温度变化的关系如图所示。
已知C2H4的选择性=×100%。下列说法正确的是( )
A.图中曲线①表示CO2转化率随温度的变化
B.720~800 ℃范围内,随温度的升高,出口处C2H4及CH4的量均增大
C.720~800 ℃范围内,随温度的升高,C2H4的选择性不断增大
D.其他条件不变,加入CaO(s)或选用高效催化剂,均能提高平衡时C2H4产率
答案 B
8.★★(2023如皋第二次适应性考试,13)异丁烯是重要的化工原料,可由异丁醇脱水制得。异丁醇催化脱水时发生如下反应:
反应1:(g) (异丁烯,g)+H2O(g) ΔH1
反应2:2(g)(g) ΔH2
压强p=1 atm不变,向一定体积的密闭容器中充入V(异丁醇)∶V(N2)=1∶1的混合气体(N2不参与反应),平衡时所得异丁醇的转化率、异丁烯的产率与温度的关系如图所示。
下列说法正确的是( )
A.ΔH1>0、ΔH2>0
B.150~350 ℃范围内,异丁醇的平衡转化率越来越高的原因是该温度下催化剂的活性强
C.p=1 atm,200 ℃时,V(异丁醇)∶V(N2)的起始比值越大,平衡时异丁烯的产率越低
D.p=1 atm,200 ℃时,若将起始时N2换成H2O(g),平衡时异丁烯的产率增大
答案 C
9.★★(2023苏锡常镇四市第一次调研,17节选)工业上利用甲醇和水蒸气可制备氢气。
Ⅰ.电解法制氢:甲醇电解可制得H2,其原理如图1所示。
(1)阳极的电极反应式为 。
Ⅱ.催化重整法制氢
(2)反应1:CH3OH(g) CO(g)+2H2(g) ΔH1=+90.6 kJ/mol
反应2:CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) ΔH2=-41.2 kJ/mol
则反应3:CH3OH(g)+H2O(g) CO2(g)+3H2(g) ΔH3= kJ/mol。
(3)以CuO-ZnO-Al2O3催化剂进行甲醇重整制氢时,固定其他条件不变,改变水、甲醇的物质的量比,甲醇平衡转化率及CO选择性的影响如图2所示。[CO的选择性=×100%]
①当水、甲醇的物质的量比大于0.8时,CO选择性下降的原因是 。
②当水、甲醇的物质的量比一定时,温度升高,CO选择性有所上升,可能原因是 。
(4)铜基催化剂(Cu/CeO2)能高效进行甲醇重整制氢,但因原料中的杂质或发生副反应生成的物质会使催化剂失活。
①甲醇中混有少量的甲硫醇(CH3SH),重整制氢时加入ZnO可有效避免铜基催化剂失活,其原理用化学反应方程式表示为 。
②将失活的铜基催化剂分为两份,第一份直接在氢气下进行还原,第二份先在空气中高温煅烧后再进行氢气还原。结果只有第二份催化剂活性恢复,说明催化剂失活的另外可能的原因是 。
答案 (1)CH3OH+H2O-6e- CO2↑+6H+
(2)+49.4 (3)①增加水的用量,反应2平衡向正反应方向移动;反应3中更多的CH3OH转化为CO2,都使CO选择性下降 ②反应1的ΔH1>0,升高温度,平衡正向移动,反应2的ΔH2<0,升高温度,平衡逆向移动,都使CO选择性增大;反应3的ΔH3>0,升高温度,平衡正向移动,使更多的甲醇转化为CO2,使CO2选择性增大,但此影响程度小于前两者使CO选择性上升的影响,所以CO的选择性仍然随温度的升高而上升 (4)①CH3SH+ZnO ZnS+CH3OH ②催化剂表面有积炭沉积
10.★★★(2023南京、盐城二模,17)苯乙烯是合成橡胶和塑料的重要原料,可由乙苯为原料制得。
(1)利用“乙苯脱氢反应”可制备苯乙烯。
C6H5C2H5(g)(g)+H2(g) ΔH=a kJ· mol-1
保持气体总压不变,原料气按以下A、B、C三种投料方式进行:
A.乙苯
B.n(乙苯)∶n(N2)=1∶10
C.n(乙苯)∶n(CO2)=1∶10
三种投料分别达到平衡时,乙苯转化为苯乙烯的转化率[×100%]与温度的关系如图1所示。
①a (填“>”“<”或“不能确定”)0。
②相同温度下,投料方式B乙苯的平衡转化率比投料方式A的高,其原因是 。
③相同温度下,投料方式C乙苯的平衡转化率比投料方式B的高,其可能原因是 。
④工业上利用“乙苯脱氢反应”生产苯乙烯时,会产生少量积炭。使用相同条件下的水蒸气代替N2,可较长时间内保持催化剂的催化活性,其原因是 。
(2)CO2用于制备苯乙烯有助于实现“碳中和”。
①在催化剂X作用下,CO2参与反应的机理如图2所示(α、β表示乙苯分子中C或H原子的位置;A、B为催化剂的活性位点,其中A位点带部分正电荷,B1、B2位点带部分负电荷)。根据元素电负性的变化规律,图2所示的反应机理中步骤Ⅰ和步骤Ⅱ可描述为 。
②保持混合气体总压(p)等其他条件不变,CO2的分压[p(CO2)=×p]与乙苯转化率的关系如图3所示。p(CO2)>14 kPa时,乙苯转化率下降的原因是 。
答案 (1)①> ②加入一定量N2使“乙苯脱氢反应”的Qc
11.★★★(2023广东,19,14分)配合物广泛存在于自然界,且在生产和生活中都发挥着重要作用。
(1)某有机物R能与Fe2+形成橙红色的配离子[FeR3]2+,该配离子可被HNO3氧化成淡蓝色的配离子[FeR3]3+。
①基态Fe2+的3d电子轨道表示式为 。
②完成反应的离子方程式:N+2[FeR3]2++3H+ +2[FeR3]3++H2O。
(2)某研究小组对(1)中②的反应进行了研究。用浓度分别为2.0 mol·L-1、2.5 mol·L-1、3.0 mol·L-1的HNO3溶液进行了三组实验,得到c([FeR3]2+)随时间t的变化曲线如图所示。
①c(HNO3)=3.0 mol·L-1时,在0~1 min内,[FeR3]2+的平均消耗速率= 。
②下列有关说法中,正确的有 。
A.平衡后加水稀释,增大
B.[FeR3]2+平衡转化率:αⅢ>αⅡ>αⅠ
C.三组实验中,反应速率都随反应进程一直减小
D.体系由橙红色转变为淡蓝色所需时间:tⅢ>tⅡ>tⅠ
(3)R的衍生物L可用于分离稀土。溶液中某稀土离子(用M表示)与L存在平衡:
M+L ML K1
ML+L ML2 K2
研究组配制了L起始浓度c0(L)=0.02 mol·L-1、M与L起始浓度比c0(M)/c0(L)不同的系列溶液,反应平衡后测定其核磁共振氢谱。配体L上的某个特征H在三个物种L、ML、ML2中的化学位移不同,该特征H对应吸收峰的相对峰面积S(体系中所有特征H的总峰面积计为1)如下表。
c0(M)/c0(L) S(L) S(ML) S(ML2)
0 1.00 0 0
a x <0.01 0.64
b <0.01 0.40 0.60
[注]核磁共振氢谱中相对峰面积S之比等于吸收峰对应H的原子数目之比;“<0.01”表示未检测到。
①c0(M)/c0(L)=a时,x= 。
②c0(M)/c0(L)=b时,平衡浓度比c平(ML2)∶c平(ML)= 。
(4)研究组用吸收光谱法研究了(3)中M与L反应体系。当c0(L)=1.0×10-5 mol·L-1时,测得平衡时各物种c平/c0(L)随c0(M)/c0(L)的变化曲线如图所示。c0(M)/c0(L)=0.51时,计算M的平衡转化率(写出计算过程,结果保留两位有效数字)。
答案 (1)① ②HNO2
(2)①5×10-5 mol·L-1·min-1 ②AB
(3)①0.36 ②3∶4
(4)c0(M)=0.51c0(L)
c平(L)=c平(ML)=0.40c0(L)
由L守恒可得c平(ML2)=[c0(L)-c平(L)-c平(ML)]÷2=[c0(L)-0.40c0(L)-0.40c0(L)]÷2=0.10c0(L)
c转(M)=c平(ML)+c平(ML2)=0.40c0(L)+0.10c0(L)=0.50c0(L)
M的平衡转化率为×100%=×100%≈98%
12.★★★(2021江苏,18,14分)甲烷是重要的资源,通过下列过程可实现由甲烷到氢气的转化。
(1)500 ℃时,CH4与H2O重整主要发生下列反应:
CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)
CO(g)+H2O(g) H2(g)+CO2(g)
已知CaO(s)+CO2(g) CaCO3(s) ΔH=-178.8 kJ·mol-1。向重整反应体系中加入适量多孔CaO,其优点是 。
(2)CH4与CO2重整的主要反应的热化学方程式为
反应Ⅰ:CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g) ΔH=246.5 kJ·mol-1
反应Ⅱ:H2(g)+CO2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH=41.2 kJ·mol-1
反应Ⅲ:2CO(g) CO2(g)+C(s) ΔH=-172.5 kJ·mol-1
①在CH4与CO2重整体系中通入适量H2O(g),可减少C(s)的生成,反应3CH4(g)+CO2(g)+2H2O(g) 4CO(g)+8H2(g)的ΔH= 。
②1.01×105 Pa下,将n起始(CO2)∶n起始(CH4)=1∶1的混合气体置于密闭容器中,不同温度下重整体系中CH4和CO2的平衡转化率如图1所示。800 ℃下CO2平衡转化率远大于600 ℃下CO2平衡转化率,其原因是 。
(3)利用铜-铈氧化物(xCuO·yCeO2,Ce是活泼金属)催化氧化可除去H2中少量CO,催化氧化过程中Cu、Ce的化合价均发生变化,可能机理如图2所示。将n(CO)∶n(O2)∶n(H2)∶n(N2)=1∶1∶49∶49的混合气体以一定流速通过装有xCuO·yCeO2催化剂的反应器,CO的转化率随温度变化的曲线如图3所示。
①Ce基态原子核外电子排布式为[Xe]4f15d16s2,图2所示机理的步骤(ⅰ)中,元素Cu、Ce化合价发生的变化为 。
②当催化氧化温度超过150 ℃时,催化剂的催化活性下降,其可能原因是 。
答案 (1)多孔CaO表面积大,提高H2的产率;提供热量
(2)①657.1 kJ·mol-1 ②温度升高,促进反应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ都向消耗CO2的方向移动,CO2的平衡转化率增大
(3)①Cu的化合价由+2变为+1,Ce的化合价由+4变为+3 ②温度升高,Cu2+(或Cu+)被H2(或CO)还原为Cu
专题十一 化学反应速率和化学平衡
五年高考
考点过关练
考点1 化学反应速率
1.★★(2022广东,15,4分)在相同条件下研究催化剂Ⅰ、Ⅱ对反应X→2Y的影响,各物质浓度c随反应时间t的部分变化曲线如图,则( )
A.无催化剂时,反应不能进行
B.与催化剂Ⅰ相比,Ⅱ使反应活化能更低
C.a曲线表示使用催化剂Ⅱ时X的浓度随t的变化
D.使用催化剂Ⅰ时,0~2 min内,v(X)=1.0 mol·L-1·min-1
答案 D
2.★★(2022浙江6月选考,20,2分)恒温恒容的密闭容器中,在某催化剂表面上发生氨的分解反应:2NH3(g) N2(g)+3H2(g)。测得不同起始浓度和催化剂表面积下氨浓度随时间的变化,如下表所示。下列说法不正确的是( )
A.实验①,0~20 min,v(N2)=1.00×10-5 mol·L-1·min-1
B.实验②,60 min时处于平衡状态,x≠0.40
C.相同条件下,增加氨气的浓度,反应速率增大
D.相同条件下,增加催化剂的表面积,反应速率增大
答案 C
3.★★(2022浙江1月选考,19,2分)在恒温恒容条件下,发生反应A(s)+2B(g) 3X(g),c(B)随时间的变化如图中曲线甲所示。下列说法不正确的是( )
A.从a、c两点坐标可求得从a到c时间间隔内该化学反应的平均速率
B.从b点切线的斜率可求得该化学反应在反应开始时的瞬时速率
C.在不同时刻都存在关系:2v(B)=3v(X)
D.维持温度、容积、反应物起始的量不变,向反应体系中加入催化剂,c(B)随时间变化关系如图中曲线乙所示
答案 C
4.★★(2022辽宁,12,3分)某温度下,在1 L恒容密闭容器中2.0 mol X发生反应2X(s) Y(g)+2Z(g),有关数据如下:
时间段/min 产物Z的平均生成速率/mol·L-1·min-1
0~2 0.20
0~4 0.15
0~6 0.10
下列说法错误的是( )
A.1 min时,Z的浓度大于0.20 mol·L-1
B.2 min时,加入0.20 mol Z,此时v正(Z)
D.5 min时,X的物质的量为1.4 mol
答案 B
5.★★(2022北京,14,3分)CO2捕获和转化可减少CO2排放并实现资源利用,原理如图1所示。反应①完成之后,以N2为载气,将恒定组成的N2、CH4混合气,以恒定流速通入反应器,单位时间流出气体各组分的物质的量随反应时间变化如图2所示。反应过程中始终未检测到CO2,在催化剂上检测到有积炭。下列说法不正确的是( )
A.反应①为CaO+CO2 CaCO3;反应②为CaCO3+CH4 CaO+2CO+2H2
B.t1~t3,n(H2)比n(CO)多,且生成H2的速率不变,推测有副反应CH4 C+2H2
C.t2时刻,副反应生成H2的速率大于反应②生成H2的速率
D.t3之后,生成CO的速率为0,是因为反应②不再发生
答案 C
6.★★(2021辽宁,12,3分)某温度下,降冰片烯在钛杂环丁烷催化下聚合,反应物浓度与催化剂浓度及时间关系如图。已知反应物消耗一半所需的时间称为半衰期,下列说法错误的是 ( )
A.其他条件相同时,催化剂浓度越大,反应速率越大
B.其他条件相同时,降冰片烯浓度越大,反应速率越大
C.条件①,反应速率为0.012 mol·L-1·min-1
D.条件②,降冰片烯起始浓度为3.0 mol·L-1时,半衰期为62.5 min
答案 B
考点2 化学平衡 化学反应的方向
7.★★(2022天津,6,3分)向恒温恒容密闭容器中通入2 mol SO2和 1 mol O2,反应2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)达到平衡后,再通入一定量O2,达到新平衡时,下列有关判断错误的是( )
A.SO3的平衡浓度增大
B.反应平衡常数增大
C.正向反应速率增大
D.SO2的转化总量增大
答案 B
8.★★(2022广东,13,4分)恒容密闭容器中,BaSO4(s)+4H2(g) BaS(s)+4H2O(g)在不同温度下达平衡时,各组分的物质的量(n)如图所示。下列说法正确的是( )
A.该反应的ΔH<0
B.a为n(H2O)随温度的变化曲线
C.向平衡体系中充入惰性气体,平衡不移动
D.向平衡体系中加入BaSO4,H2的平衡转化率增大
答案 C
9.★★(2019江苏,11,4分)氢气与氧气生成水的反应是氢能源应用的重要途径。下列有关说法正确的是( )
A.一定温度下,反应2H2(g)+O2(g) 2H2O(g)能自发进行,该反应的ΔH<0
B.氢氧燃料电池的负极反应为O2+2H2O+4e- 4OH-
C.常温常压下,氢氧燃料电池放电过程中消耗11.2 L H2,转移电子的数目为6.02×1023
D.反应2H2(g)+O2(g) 2H2O(g)的ΔH可通过下式估算:ΔH=反应中形成新共价键的键能之和-反应中断裂旧共价键的键能之和
答案 A
10.★★(2022海南,8,2分)某温度下,反应CH2 CH2(g)+H2O(g) CH3CH2OH(g)在密闭容器中达到平衡。下列说法正确的是 ( )
A.增大压强,v正>v逆,平衡常数增大
B.加入催化剂,平衡时CH3CH2OH(g)的浓度增大
C.恒容下,充入一定量的H2O(g),平衡向正反应方向移动
D.恒容下,充入一定量的CH2 CH2(g),CH2 CH2(g)的平衡转化率增大
答案 C
11.★★(2023山东,14,4分)(双选)一定条件下,化合物E和TFAA合成H的反应路径如下:
已知反应初始E的浓度为0.10 mol·L-1,TFAA的浓度为0.08 mol·L-1,部分物种的浓度随时间的变化关系如图所示,忽略反应过程中的体积变化。下列说法正确的是( )
A.t1时刻,体系中有E存在
B.t2时刻,体系中无F存在
C.E和TFAA反应生成F的活化能很小
D.反应达平衡后,TFAA的浓度为0.08 mol·L-1
答案 AC
12.★★(2023江苏,13,3分)二氧化碳加氢制甲烷过程中的主要反应为
CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g) ΔH=-164.7 kJ·mol-1
CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH=41.2 kJ·mol-1
在密闭容器中,1.01×105 Pa、n起始(CO2)∶n起始(H2)=1∶4时,CO2平衡转化率、在催化剂作用下反应相同时间所测得的CO2实际转化率随温度的变化如图所示。CH4的选择性可表示为×100%。下列说法正确的是( )
A.反应2CO(g)+2H2(g) CO2(g)+CH4(g)的焓变ΔH=-205.9 kJ·mol-1
B.CH4的平衡选择性随着温度的升高而增加
C.用该催化剂催化二氧化碳反应的最佳温度范围约为480~530 ℃
D.450 ℃时,提高的值或增大压强,均能使CO2平衡转化率达到X点的值
答案 D
13.★★(2021湖南,11,4分)(双选)已知:A(g)+2B(g) 3C(g) ΔH<0,向一恒温恒容的密闭容器中充入1 mol A和3 mol B发生反应,t1时达到平衡状态Ⅰ,在t2时改变某一条件,t3时重新达到平衡状态Ⅱ,正反应速率随时间的变化如图所示。下列说法正确的是 ( )
A.容器内压强不变,表明反应达到平衡
B.t2时改变的条件:向容器中加入C
C.平衡时A的体积分数φ:φ(Ⅱ)>φ(Ⅰ)
D.平衡常数K:K(Ⅱ)
14.★★(2022辽宁,17节选)工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破,目前已有三位科学家因其获得诺贝尔奖,其反应为N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·mol-1 ΔS=-200 J·K-1·mol-1
回答下列问题:
(1)合成氨反应在常温下 (填“能”或“不能”)自发进行。
(2) 温(填“高”或“低”,下同)有利于提高反应速率, 温有利于提高平衡转化率,综合考虑催化剂(铁触媒)活性等因素,工业常采用400~500 ℃。
针对反应速率与平衡产率的矛盾,我国科学家提出了两种解决方案。
(3)方案一:双温—双控—双催化剂。使用Fe-TiO2-xHy双催化剂,通过光辐射产生温差(如体系温度为495 ℃时,Fe的温度为547 ℃,而TiO2-xHy的温度为415 ℃)。
下列说法正确的是 。
a.氨气在“冷Ti”表面生成,有利于提高氨的平衡产率
b.在“热Fe”表面断裂,有利于提高合成氨反应速率
c.“热Fe”高于体系温度,有利于提高氨的平衡产率
d.“冷Ti”低于体系温度,有利于提高合成氨反应速率
(4)方案二:M-LiH复合催化剂。
下列说法正确的是 。
a.300 ℃时,复合催化剂比单一催化剂效率更高
b.同温同压下,复合催化剂有利于提高氨的平衡产率
c.温度越高,复合催化剂活性一定越高
(5)某合成氨速率方程为v=kcα(N2)cβ(H2)cγ(NH3),根据表中数据,γ= ;
实验 1 2 3 4
m 2m m m
n n n 2n
p p 0.1p p
q 2q 10q 2.828q
在合成氨过程中,需要不断分离出氨的原因为 。
a.有利于平衡正向移动
b.防止催化剂中毒
c.提高正反应速率
答案 (1)能 (2)高 低 (3)ab
(4)a (5)-1 a
考点3 化学平衡常数及其相关计算
15.★★(2022江苏,10,3分)用尿素水解生成的NH3催化还原NO,是柴油机车辆尾气净化的主要方法。反应为4NH3(g)+O2(g)+4NO(g) 4N2(g)+6H2O(g)。
下列说法正确的是( )
A.上述反应ΔS<0
B.上述反应平衡常数K=
C.上述反应中消耗1 mol NH3,转移电子的数目为2×6.02×1023
D.实际应用中,加入尿素的量越多,柴油机车辆排放的尾气对空气污染程度越小
答案 B
16.★★(2020江苏,15,4分)(双选)CH4与CO2重整生成H2和CO的过程中主要发生下列反应
CH4(g)+CO2(g) 2H2(g)+2CO(g) ΔH=247.1 kJ·mol-1
H2(g)+CO2(g) H2O(g)+CO(g) ΔH=41.2 kJ·mol-1
在恒压、反应物起始物质的量比n(CH4)∶n(CO2)=1∶1条件下,CH4和CO2的平衡转化率随温度变化的曲线如图所示。下列有关说法正确的是( )
A.升高温度、增大压强均有利于提高CH4的平衡转化率
B.曲线B表示CH4的平衡转化率随温度的变化
C.相同条件下,改用高效催化剂能使曲线A和曲线B相重叠
D.恒压、800 K、n(CH4)∶n(CO2)=1∶1条件下,反应至CH4转化率达到X点的值,改变除温度外的特定条件继续反应,CH4转化率能达到Y点的值
答案 BD
17.★★(2023辽宁,18节选)接触法制硫酸的关键反应为SO2的催化氧化:SO2(g)+O2(g) SO3(g) ΔH=-98.9 kJ·mol-1
(ⅰ)为寻求固定投料比下不同反应阶段的最佳生产温度,绘制相应转化率(α)下反应速率(数值已略去)与温度的关系如下图所示,下列说法正确的是 。
a.温度越高,反应速率越大
b.α=0.88的曲线代表平衡转化率
c.α越大,反应速率最大值对应温度越低
d.可根据不同α下的最大速率,选择最佳生产温度
(ⅱ)为提高钒催化剂的综合性能,我国科学家对其进行了改良。不同催化剂下,温度和转化率关系如下图所示,催化性能最佳的是 (填标号)。
(ⅲ)设O2的平衡分压为p,SO2的平衡转化率为αe,用含p和αe的代数式表示上述催化氧化反应的Kp= (用平衡分压代替平衡浓度计算)。
答案 (ⅰ)cd (ⅱ)d (ⅲ)
18.★★(2023新课标,29,15分)氨是最重要的化学品之一,我国目前氨的生产能力位居世界首位。回答下列问题:
(1)根据图1数据计算反应N2(g)+H2(g) NH3(g)的ΔH= kJ·mol-1。
(2)研究表明,合成氨反应在Fe催化剂上可能通过图2机理进行(*表示催化剂表面吸附位,表示被吸附于催化剂表面的N2)。判断上述反应机理中,速率控制步骤(即速率最慢步骤)为 (填步骤前的标号),理由是 。
(3)合成氨催化剂前驱体(主要成分为Fe3O4)使用前经H2还原,生成α-Fe包裹的Fe3O4。已知α-Fe属于立方晶系,晶胞参数a=287 pm,密度为7.8 g·cm-3。则α-Fe晶胞中含有Fe的原子数为 (列出计算式,阿伏加德罗常数的值为NA)。
(4)在不同压强下,以两种不同组成进料,反应达平衡时氨的摩尔分数与温度的计算结果如图所示。其中一种进料组成为=0.75、=0.25,另一种为=0.675、=0.225、xAr=0.10。(物质i的摩尔分数:xi=ni/n总)
图3
图4
①图中压强由小到大的顺序为 ,判断的依据是 。
②进料组成中含有惰性气体Ar的图是 。
③图3中,当p2=20 MPa、=0.20时,氮气的转化率α= 。该温度时,反应N2(g)+H2(g) NH3(g)的平衡常数Kp= MPa-1(化为最简式)。
答案 (1)-45
(2)(ⅱ) N2分子中键能很高,解离为N原子所需能量最多
(3)
(4)①p1、p2、p3/p1
19.★★(2023全国乙,28节选)(3)将FeSO4置入抽空的刚性容器中,升高温度发生分解反应:2FeSO4(s) Fe2O3(s)+SO2(g)+SO3(g)(Ⅰ)
平衡时~T的关系如图所示。660 K时,该反应的平衡总压p总= kPa,平衡常数Kp(Ⅰ)= (kPa)2。Kp(Ⅰ)随反应温度升高而 (填“增大”“减小”或“不变”)。
(4)提高温度,上述容器中进一步发生反应2SO3(g) 2SO2(g)+O2(g)(Ⅱ),平衡时= (用、表示)。在929 K时,p总=84.6 kPa,=35.7 kPa,则= kPa,Kp(Ⅱ)= kPa(列出计算式)。
答案 (3)3.0 2.25 增大
(4) 46.26
20.★★(2023江苏,17,16分)空气中CO2含量的控制和CO2资源利用具有重要意义。
(1)燃煤烟气中CO2的捕集可通过如下所示的物质转化实现。
“吸收”后所得的KHCO3溶液与石灰乳反应的化学方程式为 ;载人航天器内,常用LiOH固体而很少用KOH固体吸收空气中的CO2,其原因是 。
(2)合成尿素[CO(NH2)2]是利用CO2的途径之一。尿素合成主要通过下列反应实现。
反应Ⅰ:2NH3(g)+CO2(g) NH2COONH4(l)
反应Ⅱ:NH2COONH4(l) CO(NH2)2(l)+H2O(l)
①密闭体系中反应Ⅰ的平衡常数(K)与温度的关系如图1所示,反应Ⅰ的ΔH (填“=0”“>0”或“<0”)。
②反应体系中除发生反应Ⅰ、反应Ⅱ外,还发生尿素水解、尿素缩合生成缩二脲[(NH2CO)2NH]和尿素转化为氰酸铵(NH4OCN)等副反应。尿素生产中实际投入NH3和CO2的物质的量之比为n(NH3)∶n(CO2)=4∶1,其实际投料比值远大于理论值的原因是 。
(3)催化电解吸收CO2的KOH溶液可将CO2转化为有机物。在相同条件下,恒定通过电解池的电量,电解得到的部分还原产物的法拉第效率(FE%)随电解电压的变化如图2所示。
FE%=×100%
其中,QX=nF,n表示电解生成还原产物X所转移电子的物质的量,F表示法拉第常数。
①当电解电压为U1时,电解过程中含碳还原产物的FE%为0,阴极主要还原产物为 (填化学式)。
②当电解电压为U2时,阴极由HC生成CH4的电极反应式为 。
③当电解电压为U3时,电解生成的C2H4和HCOO-的物质的量之比为 (写出计算过程)。
答案 (1)KHCO3+Ca(OH)2 CaCO3+KOH+H2O
相同质量的LiOH吸收CO2的量比KOH的多
(2)①<0 ②提高CO2的转化率,抑制尿素水解,抑制尿素缩合生成缩二脲
(3)①H2 ②10HC+8e- CH4↑+9C+3H2O
③生成1 mol C2H4转移12 mol电子,生成1 mol HCOO-转移2 mol电子
=
==
21.★★(2023浙江1月选考,19,10分)“碳达峰·碳中和”是我国社会发展重大战略之一,CH4还原CO2是实现“双碳”经济的有效途径之一,相关的主要反应有:
Ⅰ:CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g) ΔH1=+247 kJ·mol-1,K1
Ⅱ:CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH2=+41 kJ·mol-1,K2
请回答:
(1)有利于提高CO2平衡转化率的条件是 。
A.低温低压 B.低温高压
C.高温低压 D.高温高压
(2)反应CH4(g)+3CO2(g) 4CO(g)+2H2O(g)的ΔH= kJ·mol-1,K= (用K1,K2表示)。
(3)恒压、750 ℃时,CH4和CO2按物质的量之比1∶3投料,反应经如下流程(主要产物已标出)可实现CO2高效转化。
①下列说法正确的是 。
A.Fe3O4可循环利用,CaO不可循环利用
B.过程ⅱ,CaO吸收CO2可促使Fe3O4氧化CO的平衡正移
C.过程ⅱ产生的H2O最终未被CaO吸收,在过程ⅲ被排出
D.相比于反应Ⅰ,该流程的总反应还原1 mol CO2需吸收的能量更多
②过程ⅱ平衡后通入He,测得一段时间内CO物质的量上升,根据过程ⅲ,结合平衡移动原理,解释CO物质的量上升的原因 。
(4)CH4还原能力(R)可衡量CO2转化效率,R=Δn(CO2)/Δn(CH4)(同一时段内CO2与CH4的物质的量变化量之比)。
①常压下CH4和CO2按物质的量之比1∶3投料,某一时段内CH4和CO2的转化率随温度变化如图1,请在图2中画出400~1 000 ℃之间R的变化趋势,并标明1 000 ℃时R值。
图1
图2
②催化剂X可提高R值,另一时段内CH4转化率、R值随温度变化如下表:
温度/℃ 480 500 520 550
CH4转化率/% 7.9 11.5 20.2 34.8
R 2.6 2.4 2.1 1.8
下列说法不正确的是 。
A.R值提高是由于催化剂X选择性地提高反应Ⅱ的速率
B.温度越低,含氢产物中H2O占比越高
C.温度升高,CH4转化率增加,CO2转化率降低,R值减小
D.改变催化剂提高CH4转化率,R值不一定增大
答案 (1)C (2)+329 K1·
(3)①BC ②通入He,CaCO3分解平衡正移,导致增大,促进Fe还原CO2平衡正移
(4)① ②C
22.★★(2023全国甲,28,15分)甲烷选择性氧化制备甲醇是一种原子利用率高的方法。回答下列问题:
(1)已知下列反应的热化学方程式:
①3O2(g) 2O3(g) K1 ΔH1=285 kJ·mol-1
②2CH4(g)+O2(g) 2CH3OH(l) K2 ΔH2=-329 kJ·mol-1
反应③CH4(g)+O3(g) CH3OH(l)+O2(g)的ΔH3= kJ·mol-1,平衡常数K3= (用K1、K2表示)。
(2)电喷雾电离等方法得到的M+(Fe+、Co+、Ni+等)与O3反应可得MO+。MO+与CH4反应能高选择性地生成甲醇。分别在300 K和310 K下(其他反应条件相同)进行反应MO++CH4 M++CH3OH,结果如图所示。图中300 K的曲线是 (填“a”或“b”)。300 K、60 s时MO+的转化率为 (列出算式)。
(3)MO+分别与CH4、CD4反应,体系的能量随反应进程的变化如图所示(两者历程相似,图中以CH4示例)。
(ⅰ)步骤Ⅰ和Ⅱ中涉及氢原子成键变化的是 (填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。
(ⅱ)直接参与化学键变化的元素被替换为更重的同位素时,反应速率会变慢,则MO+与CD4反应的能量变化应为图中曲线 (填“c”或“d”)。
(ⅲ)MO+与CH2D2反应,氘代甲醇的产量CH2DOD CHD2OH(填“>”“=”或“<”)。若MO+与CHD3反应,生成的氘代甲醇有 种。
答案 (1)-307
(2)b (1-10-0.1)×100%
(3)(ⅰ)Ⅰ (ⅱ)c (ⅲ)< 2
23.★★(2023湖南,16节选)聚苯乙烯是一类重要的高分子材料,可通过苯乙烯聚合制得。
Ⅰ.苯乙烯的制备
(1)已知下列反应的热化学方程式:
①C6H5C2H5(g)+O2(g) 8CO2(g)+5H2O(g) ΔH1=-4 386.9 kJ·mol-1
②C6H5CH CH2(g)+10O2(g) 8CO2(g)+4H2O(g) ΔH2=-4 263.1 kJ·mol-1
③H2(g)+O2(g) H2O(g) ΔH3=-241.8 kJ·mol-1
计算反应④C6H5C2H5(g) C6H5CH CH2(g)+H2(g)的ΔH4= kJ·mol-1;
(2)在某温度、100 kPa下,向反应器中充入1 mol气态乙苯发生反应④,其平衡转化率为50%,欲将平衡转化率提高至75%,需要向反应器中充入 mol水蒸气作为稀释气(计算时忽略副反应);
(3)在913 K、100 kPa下,以水蒸气作稀释气、Fe2O3作催化剂,乙苯除脱氢生成苯乙烯外,还会发生如下两个副反应:
⑤C6H5C2H5(g) C6H6(g)+CH2 CH2(g)
⑥C6H5C2H5(g)+H2(g) C6H5CH3(g)+CH4(g)
以上反应体系中,芳香烃产物苯乙烯、苯和甲苯的选择性S(S=×100%)随乙苯转化率的变化曲线如图所示,其中曲线b代表的产物是 ,理由是 ;
(4)关于本反应体系中催化剂Fe2O3的描述错误的是 ;
A.X射线衍射技术可测定Fe2O3晶体结构
B.Fe2O3可改变乙苯平衡转化率
C.Fe2O3降低了乙苯脱氢反应的活化能
D.改变Fe2O3颗粒大小不影响反应速率
答案 (1)+118 (2)5
(3)甲苯 随着反应④进行,c(H2)增大,导致反应⑥速率加快,甲苯的选择性提高
(4)BD
考法强化练
考法 反应速率常数的应用
1.★★(2022河北,13,4分)(双选)恒温恒容条件下,向密闭容器中加入一定量X,发生反应的方程式为①X Y;②Y Z。反应①的速率v1=k1c(X),反应②的速率v2=k2c(Y),式中k1、k2为速率常数。图a为该体系中X、Y、Z浓度随时间变化的曲线,图b为反应①和②的lnk~曲线。下列说法错误的是( )
A.随c(X)的减小,反应①、②的速率均降低
B.体系中v(X)=v(Y)+v(Z)
C.欲提高Y的产率,需提高反应温度且控制反应时间
D.温度低于T1时,总反应速率由反应②决定
答案 AB
2.★★(2021河北,13,4分)室温下,某溶液初始时仅溶有M和N且浓度相等,同时发生以下两个反应:①M+NX+Y;②M+NX+Z。反应①的速率可表示为v1=k1c2(M),反应②的速率可表示为v2=k2c2(M)(k1、k2为速率常数)。反应体系中组分M、Z的浓度随时间变化情况如图。下列说法错误的是( )
A.0~30 min时间段内,Y的平均反应速率为6.67×10-3 mol·L-1·min-1
B.反应开始后,体系中Y和Z的浓度之比保持不变
C.如果反应能进行到底,反应结束时62.5%的M转化为Z
D.反应①的活化能比反应②的活化能大
答案 A
3.★★★(2021湖北,19,14分)丙烯是一种重要的化工原料,可以在催化剂作用下,由丙烷直接脱氢或氧化脱氢制备。
反应Ⅰ(直接脱氢):C3H8(g) C3H6(g)+H2(g) ΔH1 =+125 kJ·mol-1
反应Ⅱ(氧化脱氢):C3H8(g)+O2(g)C3H6(g)+H2O(g) ΔH2=-118 kJ·mol-1
(1)已知键能:E(C—H)=416 kJ·mol-1,E(H—H)=436 kJ·mol-1,由此计算生成1 mol碳碳π键放出的能量为 kJ。
(2)对于反应Ⅰ,总压恒定为100 kPa,在密闭容器中通入C3H8和N2的混合气体(N2不参与反应),从平衡移动的角度判断,达到平衡后“通入N2”的作用是 ;在温度为T1时,C3H8的平衡转化率与通入气体中C3H8的物质的量分数的关系如图a所示,计算T1时反应Ⅰ的平衡常数Kp= kPa(以分压表示,分压=总压×物质的量分数,保留一位小数)。
图a
(3)在温度为T2时,通入气体分压比为p(C3H8)∶p(O2)∶p(N2)=10∶5∶85的混合气体,各组分气体的分压随时间的变化关系如图b所示。0~1.2 s生成C3H6的平均速率为 kPa·s-1;在反应一段时间后,C3H8和O2的消耗速率比小于2∶1的原因为 。
图b
(4)恒温刚性密闭容器中通入气体分压比为p(C3H8 )∶p(O2)∶p(N2)=2∶13∶85的混合气体,已知某反应条件下只发生如下反应(k、k'为速率常数):
反应Ⅱ:2C3H8(g)+O2(g) 2C3H6(g)+2H2O(g) k
反应Ⅲ:2C3H6(g)+9O2(g) 6CO2(g)+6H2O(g) k'
实验测得丙烯的净生成速率方程为v(C3H6)=kp(C3H8)-k'p(C3H6),可推测丙烯的浓度随时间的变化趋势为 ,其理由是
。
答案 (1)271 (2)使平衡正向移动或提高丙烷转化率 16.7 (3)2.0 发生副反应,生成CO2、H2O,使O2消耗量增大 (4)先增大后减小(直至为0) 反应开始时反应Ⅱ为主要反应,反应一段时间后,反应Ⅲ为主要反应(或反应初始时,C3H8的分压较大,反应Ⅱ的速率较大;随着反应的进行,C3H8的分压降低,C3H6的分压增大,反应Ⅲ的速率较大)
4.★★★(2023山东,20,12分)一定条件下,水气变换反应CO+H2O CO2+H2的中间产物是HCOOH。为探究该反应过程,研究HCOOH水溶液在密封石英管中的分解反应:
Ⅰ.HCOOH CO+H2O (快)
Ⅱ.HCOOH CO2+H2 (慢)
研究发现,在反应Ⅰ、Ⅱ中,H+仅对反应Ⅰ有催化加速作用;反应Ⅰ速率远大于反应Ⅱ,近似认为反应Ⅰ建立平衡后始终处于平衡状态。忽略水的电离,其浓度视为常数。
回答下列问题:
(1)一定条件下,反应Ⅰ、Ⅱ的焓变分别为ΔH1、ΔH2,则该条件下水气变换反应的焓变ΔH= (用含ΔH1、ΔH2的代数式表示)。
(2)反应Ⅰ正反应速率方程为v=kc(H+)c(HCOOH),k为反应速率常数。T1温度下,HCOOH电离平衡常数为Ka,当HCOOH平衡浓度为x mol·L-1时,H+浓度为 mol·L-1,此时反应Ⅰ正反应速率v= mol·L-1·h-1(用含Ka、x和k的代数式表示)。
(3)T2温度下,在密封石英管内完全充满1.0 mol·L-1 HCOOH水溶液,使HCOOH分解,分解产物均完全溶于水,含碳物种浓度与反应时间的变化关系如图所示(忽略碳元素的其他存在形式)。t1时刻测得CO、CO2的浓度分别为0.70 mol·L-1、0.16 mol·L-1;反应Ⅱ达平衡时,测得H2的浓度为y mol·L-1。体系达平衡后= (用含y的代数式表示,下同),反应Ⅱ的平衡常数为 。
相同条件下,若反应起始时溶液中同时还含有0.10 mol·L-1盐酸,则图示点a、b、c、d中,CO新的浓度峰值点可能是 (填标号)。与不含盐酸相比,CO达浓度峰值时,CO2浓度 (填“增大”“减小”或“不变”),的值 (填“增大”“减小”或“不变”)。
答案 (1)ΔH2-ΔH1
(2) kx
(3) a 减小 不变
三年模拟
考点强化练
考点1 化学反应速率
1.★★(2024届扬州期初调研,10)用活性炭与NO2反应:2C(s)+2NO2(g) 2CO2(g)+N2(g) ΔH<0来消除氮氧化物产生的空气污染。下列说法正确的是( )
A.该反应只在高温条件下能自发进行
B.该反应平衡常数的表达式为K=
C.该反应中消耗1 mol NO2,转移电子的数目为4×6.02×1023
D.该反应到达平衡后,升高温度,正反应速率减慢,逆反应速率加快
答案 C
2.★★(2023南通、泰州等八市第二次调研,8)用CH4消除NO2的反应为CH4(g)+2NO2(g) N2(g)+2H2O(g)+CO2(g) ΔH<0。下列说法正确的是( )
A.平衡时升高温度,v正增大,v逆减小
B.反应平衡常数K=
C.反应中生成22.4 L N2,转移电子数目为8×6.02×1023
D.实际应用中,适当增加CH4的量有利于消除NO2,减轻空气污染程度
答案 D
3.★★(2024届南京六校联合调研,17节选)不同催化剂作用下NH3还原NOx的机理与效果是研究烟气(含NOx、O2、N2等)脱硝的热点。
(3)选择性催化还原脱硝技术是控制尾部烟气中NOx排放的最成熟有效的技术之一,在相同时间内,三种催化剂下NO的转化率、NO2浓度随温度变化如图所示。
①温度约为 时,催化剂的活性最大。在MnCe或MnCeZr的催化作用下,350~400 ℃NO2浓度明显增大的原因是 。
②在MnCe催化剂催化作用下,X点的正反应速率 (填“>”“<”或“=”)逆反应速率,说明理由: 。
答案 (3)①300 ℃ 在较高温度下,随着催化剂活性的下降,没有参加反应的NO逐渐被氧化成了NO2 ②> X点反应未达到最大限度,反应仍在正向进行
4.★★★(2023扬州期初调研,17节选)臭氧催化氧化是降解水体中有机污染物的常用方法。
(2)研究温度对一定时间内O3降解有机污染物的影响。通常降解时采用一次性投加O3的方式,温度升高,相同时间内有机污染物降解率降低。提出猜想:溶液中溶解的O3浓度减小。作出猜想的依据: ;设计一个实验验证猜想: 。
(3)研究O3降解有机污染物的路径。
资料:除直接降解有机污染物外,O3在溶液中能产生羟基自由基(·OH),·OH也能降解水中有机污染物。
实验:取三份废水,保持其他条件相同,通入O3的量相同。第一份直接通入O3;第二份在加入一定量MnO2的同时通入O3;第三份在加入一定量MnO2与叔丁醇的同时通入O3(叔丁醇能迅速结合·OH而将其除去),分别测量三份废水中有机污染物的残留率随时间的变化,结果如图1所示。根据图中曲线可以得出的结论为 。
(4)研究O3降解有机污染物的机理。MnO2催化O3反应的一种机理如图2所示,“Vo”表示MnO2表面的氧离子空穴。图中所示的反应步骤Ⅱ可描述为 。根据此机理,实际具有催化活性的催化剂为 (以含字母x的化学式表示其组成)。
答案 (2)温度升高,O3转化为O2的速率加快;或温度升高,O3在溶液中的溶解度降低 取相同体积、不同温度的若干份蒸馏水,向其中通入等物质的量的O3,放置相同时间后测量其中O3的浓度 (3)MnO2对O3降解有机污染物有催化作用;降解过程中产生了·OH,·OH参与降解,但不是降解的主要路径;O3直接降解是该降解过程的主要路径(合理即可) (4)O3与晶体中的O2-反应生成,同时释放出O2 MnO2-x
考点2 化学平衡 化学反应的方向
5.★(2023南京二模,8)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
6.★★(2023苏北四市第一次调研,13)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
7.★★(2024届苏州期中,13)NiO-In2O3可协同催化CO2的氢化,体系中涉及以下两个反应:
反应1:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=-49.3 kJ·mol-1
反应2:CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH2=41.2 kJ·mol-1
将一定比例的CO2、H2以一定流速通过催化剂,在一定温度下反应,CO2的转化率、CH3OH或CO的选择性[×100%]与催化剂中NiO的质量分数的关系如图所示。下列说法正确的是( )
A.反应2H2(g)+CO(g) CH3OH(g) ΔH=90.5 kJ·mol-1
B.曲线Y表示CO2的转化率随催化剂中NiO的质量分数的变化
C.其他条件不变,催化剂中NiO的质量分数为1%时,CH3OH的产率最高
D.其他条件不变,NiO的质量分数从25%增加到50%,CH3OH的平衡选择性降低
答案 B
8.★★(2024届无锡期中教学质量调研,13)拥有中国自主知识产权的全球首套煤制乙醇工业化项目投产成功。某煤制乙醇过程表示如下:
过程a包括以下3个主要反应:
Ⅰ.CH3COOCH3(g)+2H2(g) C2H5OH(g)+CH3OH(g) ΔH1
Ⅱ.CH3COOCH3(g)+C2H5OH(g) CH3COOC2H5(g)+CH3OH(g) ΔH2
Ⅲ.CH3COOCH3(g)+H2(g) CH3CHO(g)+CH3OH(g) ΔH3
相同时间内,测得乙酸甲酯转化率随温度的变化如图1所示,乙醇和乙酸乙酯的选择性[乙醇选择性=]随温度的变化如图2所示。
下列说法不正确的是( )
A.205 ℃后反应Ⅲ开始发生反应
B.225~235 ℃,反应Ⅰ处于平衡状态
C.温度可影响催化剂的选择性,从而影响目标产物乙醇的选择性
D.205 ℃时,CH3COOCH3起始物质的量为5 mol,转化率为30%,则最终生成乙醇0.6 mol
答案 B
9.★★(2023苏锡常镇四市第二次调研,13)用草酸二甲酯(H3COOCCOOCH3)和氢气为原料制备乙二醇的反应原理如下:
H3COOCCOOCH3(g)+2H2(g) H3COOCCH2OH(乙醇酸甲酯,g)+CH3OH(g) ΔH=-16.3 kJ· mol-1
H3COOCCH2OH(g)+2H2(g) HOH2CCH2OH(g)+CH3OH(g) ΔH=-14.8 kJ· mol-1
在2 MPa条件下,将氢气和草酸二甲酯体积比(氢酯比)为80∶1
