2025广东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( )
编号 时间/minc(NH3)/(10-3 mol·L-1)表面积/cm2 0 20 40 60 80
① a 2.40 2.00 1.60 1.20 0.80
② a 1.20 0.80 0.40 x
③ 2a 2.40 1.60 0.80 0.40 0.40
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
2.(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
3.(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
4.(2021广东,14,4分)反应X2Z经历两步:①XY;②Y2Z。反应体系中X、Y、Z的浓度c随时间t的变化曲线如图所示。
下列说法不正确的是( )
A.a为c(X)随t的变化曲线
B.t1时,c(X)=c(Y)=c(Z)
C.t2时,Y的消耗速率大于生成速率
D.t3后,c(Z)=2c0-c(Y)
5.(2022海南,16节选)某空间站的生命保障系统功能之一是实现氧循环。其中涉及反应:
CO2(g)+4H2(g) 2H2O(g)+CH4(g)
回答问题:
(3)在相同条件下,CO2(g)与H2(g)还会发生不利于氧循环的副反应:
CO2(g)+3H2(g) H2O(g)+CH3OH(g)
在反应器中按n(CO2)∶n(H2)=1∶4通入反应物,在不同温度、不同催化剂条件下,反应进行到2 min时,测得反应器中CH3OH、CH4浓度(μmol·L-1)如下表所示。
催化剂 t=350 ℃ t=400 ℃
c(CH3OH) c(CH4) c(CH3OH) c(CH4)
催化剂Ⅰ 10.8 12 722 345.2 42 780
催化剂Ⅱ 9.2 10 775 34 38 932
在选择使用催化剂Ⅰ和350 ℃条件下反应,0~2 min生成CH3OH的平均反应速率为 μmol·L-1·min-1;若某空间站的生命保障系统实际选择使用催化剂Ⅱ和400 ℃的反应条件,原因是 。
考点2 化学平衡 化学反应的方向
6.(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
7.(2023北京,4,3分)下列事实能用平衡移动原理解释的是( )
A.H2O2溶液中加入少量MnO2固体,促进H2O2分解
B.密闭烧瓶内的NO2和N2O4的混合气体,受热后颜色加深
C.铁钉放入浓HNO3中,待不再变化后,加热能产生大量红棕色气体
D.锌片与稀H2SO4反应过程中,加入少量CuSO4固体,促进H2的产生
8.(2023江苏,10,3分)金属硫化物(MxSy)催化反应CH4(g)+2H2S(g) CS2(g)+4H2(g),既可以除去天然气中的H2S,又可以获得H2。下列说法正确的是( )
A.该反应的ΔS<0
B.该反应的平衡常数K=
C.题图所示的反应机理中,步骤Ⅰ可理解为H2S中带部分负电荷的S与催化剂中的M之间发生作用
D.该反应中每消耗1 mol H2S,转移电子的数目约为2×6.02×1023
9.(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
10.(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
11.(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
12.(2023广东,15,4分)催化剂Ⅰ和Ⅱ均能催化反应R(g)P(g)。反应历程(如图)中,M为中间产物。其他条件相同时,下列说法不正确的是( )
A.使用Ⅰ和Ⅱ,反应历程都分4步进行
B.反应达平衡时,升高温度,R的浓度增大
C.使用Ⅱ时,反应体系更快达到平衡
D.使用Ⅰ时,反应过程中M所能达到的最高浓度更大
考点3 化学平衡常数及其相关计算
13.(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
14.(2022广东,19,14分)铬及其化合物在催化、金属防腐等方面具有重要应用。
(1)催化剂Cr2O3可由(NH4)2Cr2O7加热分解制备,反应同时生成无污染气体。
①完成化学方程式:(NH4)2Cr2O7Cr2O3+ + 。
②Cr2O3催化丙烷脱氢过程中,部分反应历程如图1,X(g)→Y(g)过程的焓变为 (列式表示)。
③Cr2O3可用于NH3的催化氧化。设计从NH3出发经过3步反应制备HNO3的路线 (用“→”表示含氮物质间的转化);其中一个有颜色变化的反应的化学方程式为 。
(2)K2Cr2O7溶液中存在多个平衡。本题条件下仅需考虑如下平衡:
(ⅰ)Cr2(aq)+H2O(l) 2HCr(aq) K1=3.0×10-2(25 ℃)
(ⅱ)HCr(aq) Cr(aq)+H+(aq) K2=3.3×10-7(25 ℃)
①下列有关K2Cr2O7溶液的说法正确的有 。
A.加入少量硫酸,溶液的pH不变
B.加入少量水稀释,溶液中离子总数增加
C.加入少量NaOH溶液,反应(ⅰ)的平衡逆向移动
D.加入少量K2Cr2O7固体,平衡时c2(HCr)与c(Cr2)的比值保持不变
②25 ℃时,0.10 mol·L-1 K2Cr2O7溶液中lg随pH的变化关系如图2。当pH=9.00时,设Cr2、HCr与Cr的平衡浓度分别为x、y、z mol·L-1,则x、y、z之间的关系式为 =0.10;计算溶液中HCr的平衡浓度(写出计算过程,结果保留两位有效数字)。
③在稀溶液中,一种物质对光的吸收程度(A)与其所吸收光的波长(λ)有关;在一定波长范围内,最大A对应的波长(λmax)取决于物质的结构特征;浓度越高,A越大。混合溶液在某一波长的A是各组分吸收程度之和。为研究pH对反应(ⅰ)和(ⅱ)平衡的影响,配制浓度相同、pH不同的K2Cr2O7稀溶液,测得其A随λ的变化曲线如图3。波长λ1、λ2和λ3中,与Cr的值 (填“增大”“减小”或“不变”)。
15.(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
考法强化练
考法1 分压平衡常数(Kp)的计算
1.(2023湖北,19节选)纳米碗C40H10是一种奇特的碗状共轭体系。高温条件下,C40H10可以由C40H20分子经过连续5步氢抽提和闭环脱氢反应生成。
C40H20(g) C40H18(g)+H2(g)的反应机理和能量变化如下:
回答下列问题:
(1)已知C40Hx中的碳氢键和碳碳键的键能分别为431.0 kJ·mol-1和298.0 kJ·mol-1,H—H键能为436.0 kJ·mol-1。估算C40H20(g) C40H18(g)+H2(g)的ΔH= kJ·mol-1。
(2)图示历程包含 个基元反应,其中速率最慢的是第 个。
(3)C40H10纳米碗中五元环和六元环结构的数目分别为 、 。
(4)1 200 K时,假定体系内只有反应C40H12(g) C40H10(g)+H2(g)发生,反应过程中压强恒定为p0 (即C40H12的初始压强),平衡转化率为α,该反应的平衡常数Kp为 (用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。
2.(2022福建,13节选)异丙醇(C3H8O)可由生物质转化得到,催化异丙醇脱水制取高值化学品丙烯(C3H6)的工业化技术已引起人们的关注。其主要反应如下:
Ⅰ.C3H8O(g) C3H6(g)+H2O(g) ΔH1=+52 kJ·mol-1
Ⅱ.2C3H6(g) C6H12(g) ΔH2=-97 kJ·mol-1
回答下列问题:
(2)在1 350 ℃下,刚性密闭容器中的反应体系内水蒸气浓度与反应时间关系如下表:
反应时间 /μs 0 4 8 12 t 20
H2O浓度 /ppm 0 2 440 3 200 3 600 4 000 4 100
①4~8 μs内,(C3H8O)= ppm·μs-1;
②t 16(填“>”“<”或“=”)。
(3)在恒温刚性密闭容器中,反应Ⅰ、Ⅱ均达到平衡的判据是 (填标号)。
a.H2O(g)的分压不变
b.混合气体密度不变
c.n(C3H6)=2n(C6H12)
d.v正(H2O)=v逆(C3H8O)
(4)在一定条件下,若反应Ⅰ、Ⅱ的转化率分别为98%和40%,则丙烯的产率为 。
(5)如图为反应Ⅰ、Ⅱ达到平衡时lgQp与温度的关系曲线。[已知:对于可逆反应aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g),任意时刻Qp=,式中p(X)表示物质X的分压]
①在350 ℃恒压平衡体系中充入少量水蒸气时,反应Ⅰ的状态最有可能对应图中的 点(填“甲”“乙”或“丙”),判断依据是 ;
②350 ℃时,在密闭容器中加入一定量的C3H8O,体系达到平衡后,测得C6H12的分压为x MPa,则水蒸气的分压为 MPa(用含x的代数式表示)。
答案 (2)①190 ②> (3)ad (4)58.8% (5)①甲 反应Ⅰ平衡曲线为N,恒压时充入水蒸气,Qp>Kp ②(+2x)
3.(2023全国乙,28节选)硫酸亚铁在工农业生产中有许多用途,如可用作农药防治小麦黑穗病,制造磁性氧化铁、铁催化剂等。回答下列问题:
(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的关系如下图所示。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)。
4.(2023浙江6月选考,19节选)水煤气变换反应是工业上的重要反应,可用于制氢。
水煤气变换反应:CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) ΔH=-41.2 kJ·mol-1
该反应分两步完成:
3Fe2O3(s)+CO(g) 2Fe3O4(s)+CO2(g) ΔH1=-47.2 kJ·mol-1
2Fe3O4(s)+H2O(g) 3Fe2O3(s)+H2(g) ΔH2
请回答:
(2)恒定总压1.70 MPa和水碳比[n(H2O)/n(CO)=12∶5]投料,在不同条件下达到平衡时CO2和H2的分压(某成分分压=总压×该成分的物质的量分数)如下表:
p(CO2)/MPa p(H2)/MPa p(CH4)/MPa
条件1 0.40 0.40 0
条件2 0.42 0.36 0.02
①在条件1下,水煤气变换反应的平衡常数K= 。
②对比条件1,条件2中H2产率下降是因为发生了一个不涉及CO2的副反应,写出该反应方程式 。
(3)下列说法正确的是 。
A.通入反应器的原料气应避免混入O2
B.恒定水碳比[n(H2O)/n(CO)],增加体系总压可提高H2的平衡产率
C.通入过量的水蒸气可防止Fe3O4被进一步还原为Fe
D.通过充入惰性气体增加体系总压,可提高反应速率
(4)水煤气变换反应是放热的可逆反应,需在多个催化剂反应层间进行降温操作以“去除”反应过程中的余热(如图1所示),保证反应在最适宜温度附近进行。
①在催化剂活性温度范围内,图2中b-c段对应降温操作的过程,实现该过程的一种操作方法是 。
A.按原水碳比通入冷的原料气
B.喷入冷水(蒸气)
C.通过热交换器换热
②若采用喷入冷水(蒸气)的方式降温,在图3中作出CO平衡转化率随温度变化的曲线。
(5)在催化剂活性温度范围内,水煤气变换反应的历程包含反应物分子在催化剂表面的吸附(快速)、反应及产物分子脱附等过程。随着温度升高,该反应的反应速率先增大后减小,其速率减小的原因是
考法2 反应速率常数的应用
5.(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
6.(2023山东,20节选)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:
(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)。
7.(2020全国Ⅰ,28,14分)硫酸是一种重要的基本化工产品。接触法制硫酸生产中的关键工序是SO2的催化氧化:SO2(g)+O2(g) SO3(g) ΔH=-98 kJ·mol-1。回答下列问题:
(1)钒催化剂参与反应的能量变化如图(a)所示,V2O5(s)与SO2(g)反应生成VOSO4(s)和V2O4(s)的热化学方程式为 。
(2)当SO2(g)、O2(g)和N2(g)起始的物质的量分数分别为7.5%、10.5%和82%时,在0.5 MPa、2.5 MPa和5.0 MPa压强下,SO2平衡转化率α随温度的变化如图(b)所示。反应在5.0 MPa、550 ℃时的α= ,判断的依据是
。
影响α的因素有 。
(3)将组成(物质的量分数)为2m% SO2(g)、m% O2(g)和q% N2(g)的气体通入反应器,在温度t、压强p条件下进行反应。平衡时,若SO2转化率为α,则SO3压强为 ,平衡常数Kp= (以分压表示,分压=总压×物质的量分数)。
(4)研究表明,SO2催化氧化的反应速率方程为:
v=k(-1)0.8(1-nα')
式中:k为反应速率常数,随温度t升高而增大;α为SO2平衡转化率,α'为某时刻SO2转化率,n为常数。在α'=0.90时,将一系列温度下的k、α值代入上述速率方程,得到v~t曲线,如图(c)所示。
曲线上v最大值所对应温度称为该α'下反应的最适宜温度tm。t
三年模拟
考点强化练
考点1 化学反应速率
1.(2023广州天河综合测试二,10)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
2.(2024届惠州一调,5)下列措施中,不能增大反应速率达到实验目的的是( )
A.铁和稀盐酸反应制氢气时,用铁粉代替铁片
B.常温下用浓硫酸代替稀硫酸与铝反应制氢气
C.乙酸和乙醇进行酯化反应时采取加热措施
D.H2O2分解制O2时加入少量MnO2
3.(2024届佛山南海摸底考,15)生物质X()与Y()同时发生如下反应:
反应Ⅰ:X+Y M() ΔH1
反应Ⅱ:X+Y N() ΔH2反应历程如图,下列说法不正确的是( )
A.ΔH2=E3-E2-E1
B.相同条件下,反应Ⅰ更快达到平衡
C.降低温度,N的平衡物质的量分数增大
D.升高温度,反应Ⅰ、Ⅱ的反应速率都增大
考点2 化学平衡 化学反应的方向
4.(2024届江苏连云港质检一,7)氨催化氧化的化学方程式为4NH3(g)+5O2(g) 4NO(g)+6H2O(g) ΔH=-904.8 kJ·mol-1。下列说法正确的是( )
A.该反应的ΔS<0
B.反应平衡常数K=
C.每消耗1 mol O2,反应共转移4 mol电子
D.平衡后升高温度,正反应速率减小、逆反应速率增大
5.(2023茂名综合测试二,14)一定温度下,向2 L 密闭容器中加入2 mol N2O5发生反应:①2N2O5(g) 4NO2(g)+O2(g)、②2NO2(g) N2O4(g),反应体系中N2O5、NO2、O2的物质的量随反应时间t的部分变化曲线如图所示,下列说法正确的是( )
A.曲线Ⅱ表示n(NO2)随t的变化
B.0~2 min内,2v(N2O5)=v(O2)=1 mol·L-1·min-1
C.3 min后,充入NO2,容器中气体颜色先变深后变浅
D.3 min后,充入O2,容器中气体颜色变浅
6.(2024届执信中学开学考,14)已知[Co(H2O)6]2+呈粉红色,[CoCl4]2-呈蓝色,[ZnCl4]2-为无色。现将CoCl2溶于水,加入浓盐酸后,溶液由粉红色变为蓝色,存在以下平衡:[Co(H2O)6]2++4Cl- [CoCl4]2-+6H2O ΔH,用该溶液做实验,溶液的颜色变化如下:
以下结论和解释正确的是( )
A.等物质的量的[Co(H2O)6]2+和[CoCl4]2-中σ键数之比为3∶2
B.由实验①可推知ΔH<0
C.实验②是由于c(H2O)增大,平衡逆向移动
D.由实验③可知配离子的稳定性:[ZnCl4]2->[CoCl4]2-
考点3 化学平衡常数及其相关计算
7.(2023深圳一模,14)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)
(5)某科研小组在不同压强下进行合成氨的研究。
已知:物质i的物质的量分数xi=。
按照=0.75、=0.25进料比投料,反应达平衡时与温度T的变化关系如图所示。
①压强p1、p2、p3的大小顺序为 。
②当p2=20 MPa,=0.20时,氮气的转化率为 (结果保留三位有效数字)。
答案 (5)①p1
(2)较普遍采用的H2S处理方法是克劳斯工艺,利用两步反应得到单质硫,具体原理如下:
ⅰ.2H2S(g)+3O2(g) 2SO2(g)+2H2O(g) ΔH1=-1 036 kJ·mol-1
ⅱ.4H2S(g)+2SO2(g) 3S2(g)+4H2O(g) ΔH2=+94 kJ·mol-1
①下列措施可以加快反应ⅱ的速率的是 。
A.升高温度
B.保持容积不变,充入N2使体系压强增大
C.及时从体系中分离出S2(g)
D.加入合适的催化剂
②理论上该工艺最好控制参加反应的H2S的总物质的量n(H2S)与参加反应的n(O2)之比为 ,若n(H2S)∶n(O2)过小,会导致 。
(3)最新先进方法是使用金属硫化物光催化分解H2S制得H2和硫蒸气(S2)。
①在一定温度、压强保持100 kPa反应条件下,将n(H2S)∶n(Ar)=1∶4的混合气进行H2S光催化分解反应。平衡时混合气中H2S与H2的分压相等,H2S平衡转化率为 ,平衡常数Kp= kPa。
②在一定温度、压强保持100 kPa反应条件下,对于n(H2S)∶n(Ar)分别为4∶1、1∶1、1∶4、1∶9、1∶19的H2S-Ar混合气,光分解反应过程中H2S转化率随时间的变化如图所示。
n(H2S)∶n(Ar)=1∶9对应图中曲线 ,计算其在0~0.1 s之间,H2S分压的平均变化率为 kPa·s-1。
10.(2023佛山质检二,17)工业利用N2、H2催化合成氨气实现了人类“向空气要面包”的梦想。
(1)原料气(含N2、H2、CO)中的CO能被催化剂吸附,需经过铜氨液处理除去,反应为[Cu(NH3)2]++CO+NH3 [Cu(NH3)3CO]+ ΔH<0。
①除去原料气中CO的理由是 。
②为提高CO吸收率,应选择的条件为 。
A.高温高压 B.高温低压
C.低温高压 D.低温低压
③[Cu(NH3)3CO]+中的配体为 。
(2)研究发现铁催化剂表面上合成氨的反应历程如图所示,其中吸附在铁催化剂表面上的物种用*标注。
①该反应历程中最大活化能对应步骤的化学方程式为 。合成氨反应:H2(g) NH3(g)的ΔH= kJ·mol-1(用图中字母表示)。
②铁催化合成氨时,N2与H2需吸附在催化剂表面活性位点进行反应,由合成氨反应的速率方程v=k·c(N2)·c1.5(H2)·c-1(NH3)(k为速率常数)可知,c(NH3)越大,反应速率越小,原因是 。
(3)反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)的标准平衡常数表达式为Kθ=,其中pθ为标准压强(0.1 MPa),分别为各组分的平衡分压(分压=总压×物质的量分数)。若N2和H2起始物质的量之比为1∶3,反应在恒温、恒压(10 MPa)下进行,平衡时N2转化率为50%,则Kθ= (写出计算过程,结果保留两位有效数字)。
考法综合练
考法1 分压平衡常数(Kp)的计算
1.(2024届河源中学一调,17节选)当今世界多国相继规划了碳达峰、碳中和的时间节点。因此,研发二氧化碳利用技术,降低空气中二氧化碳含量成为研究热点。其中用CO2、H2为原料合成甲醇(CH3OH)的过程主要涉及以下反应:
反应Ⅰ:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1
反应Ⅱ:CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)
ΔH2=+41.2 kJ·mol-1
反应Ⅲ:CH3OH(g)
ΔH3=-45.1 kJ·mol-1
(5)加入新催化剂使1 mol CO2和3 mol H2在1 L密闭容器中只发生反应Ⅰ、Ⅱ,CO2平衡转化率和甲醇选择率(甲醇选择率是指转化生成甲醇的CO2物质的量分数)与温度的变化趋势如图所示。
①由图可知,达到平衡时,最适宜的反应温度是 (填“473 K”“513 K”或“553 K”)。
②553 K时,若反应后体系的总压为p,反应Ⅰ的Kp= (列出计算式)。(Kp为压强平衡常数,其表达式写法:在浓度平衡常数表达式中用气体分压代替浓度,气体的分压等于总压乘以物质的量分数)
2.(2023广东六校第四次联考,19节选)CO2的综合利用是实现碳中和的措施之一。
Ⅱ.CO2和H2一定条件下可以合成甲醇,该过程存在副反应二。
反应一:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=-49.3 kJ·mol-1
反应二:CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)
ΔH2
(3)已知25 ℃和101 kPa下,H2(g)、CO(g)的燃烧热ΔH分别为-285.8 kJ·mol-1、-283.0 kJ·mol-1,H2O(l) H2O(g) ΔH=+44 kJ·mol-1,则ΔH2= kJ·mol-1。
(4)在某密闭容器中充入n(CO2)∶n(H2)=5∶17的混合气体,于5.0 MPa和催化剂作用下发生反应,平衡时CO和CH3OH在含碳产物中物质的量百分数及CO2的转化率随温度的变化如图所示。
①表示平衡时CH3OH在含碳产物中物质的量百分数的曲线是 (填“a”或“b”)。
②CO2平衡转化率随温度的升高先减小后增大,增大的原因可能是 。
③250 ℃时副反应CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)的Kp= (用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。
3.(2023深圳一模,19)苯乙烯是生产塑料与合成橡胶的重要原料。CO2氧化乙苯脱氢制苯乙烯的反应如下:
反应Ⅰ:(g)+CO2(g) (g)+H2O(g)+CO(g) ΔH
已知:
反应Ⅱ:(g) (g)+H2(g) ΔH1=+117.6 kJ·mol-1
反应Ⅲ:CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH2=+41.2 kJ·mol-1
回答下列问题:
(1)反应Ⅰ的ΔH= 。
(2)下列关于反应Ⅰ~Ⅲ的说法正确的是 (填字母)。
A.及时分离出水蒸气,有利于提高平衡混合物中苯乙烯的含量
B.n(CO2)∶n(CO)保持恒定时,说明反应Ⅰ达到化学平衡状态
C.其他条件相同,反应Ⅱ分别在恒容和恒压条件下进行,前者乙苯的平衡转化率更高
D.反应Ⅲ正反应的活化能小于逆反应的活化能
(3)在催化剂MxOy作用下,CO2氧化乙苯脱氢制苯乙烯可能存在如下图所示反应机理:
该机理可表示为以下两个基元反应,请补充反应ⅱ:
ⅰ:(g)+MxOy(s)(g)+MxOy-1(s)+H2O(g);
ⅱ: 。
(4)常压下,乙苯和CO2经催化剂吸附后才能发生上述反应Ⅰ。控制投料比[n(CO2)∶n(乙苯)]分别为1∶1、5∶1和10∶1,并在催化剂作用下发生反应,乙苯平衡转化率与反应温度的关系如图所示:
①乙苯平衡转化率相同时,投料比越高,对应的反应温度越 (填“高”或“低”)。
②相同温度下,投料比远大于10∶1时,乙苯的消耗速率明显下降,可能的原因是:
ⅰ.乙苯的浓度过低;
ⅱ. 。
③850 K时,反应经t min达到图中P点所示状态,若初始时乙苯的物质的量为n mol,则v(苯乙烯)= mol·min-1。
(5)700 K时,向恒容密闭容器中加入过量CaCO3和一定量乙苯,初始和平衡时容器内压强分别为p1 kPa和p2 kPa,则平衡时苯乙烯的分压为 kPa(以含有p1、p2、p的代数式表示)。[已知:①混合气体中某组分的分压等于总压与该气体物质的量分数之积;以平衡分压代替平衡浓度进行计算,可得反应的分压平衡常数Kp。②CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g) Kp=p kPa]
考法2 反应速率常数的应用
4.(2024届湛江一中开学考,19节选)含氮化合物在生产、生活中有着广泛的用途。回答下列问题:
已知:Ⅰ.2H2(g)+O2(g) 2H2O(g) ΔH1=-483.6 kJ·mol-1
Ⅱ.N2(g)+O2(g) 2NO(g) ΔH2=+180.5 kJ·mol-1
Ⅲ.2H2(g)+2NO(g) N2(g)+2H2O(g)
ΔH3
(2)在恒容密闭容器中按投料比=1发生反应Ⅲ,不同催化剂条件下,反应相同时间时,测得NO转化率与温度的关系如图所示。
①下列能够说明反应Ⅲ在某种条件下已达到化学平衡状态的是 (填字母)。
A.v正(NO)=2v逆(N2)
B.混合气体的密度不再变化
C.200 ℃时,容器内气体总压强不再变化
D.混合气体的平均相对分子质量不再变化
②使用催化剂乙,温度高于350 ℃时,NO转化率降低,原因可能是 。
③研究表明该反应速率v=k·cm(H2)·c2(NO),其中k为速率常数,与温度、活化能有关。t1 ℃的初始速率为v0,当H2转化率为50%时,反应速率为,由此可知m= 。
5.(2023大湾区1月联考,19)甲烷是一种温室气体,将它转化为高附加值产品甲醇具有重要意义。目前工业上的甲烷转化大多需要先通过重整生成合成气(CO、H2)再转化为甲醇,涉及的反应如下:
反应Ⅰ:2CH4(g)+O2(g) 2CO(g)+4H2(g) ΔH1=-71.2 kJ/mol
反应Ⅱ:CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)
ΔH2=-90.7 kJ/mol
(1)在恒容密闭容器中发生上述反应,下列说法正确的是 。
A.加入催化剂,降低了反应的ΔH,从而加快了反应速率
B.混合气体的平均相对分子质量保持不变时,说明反应体系已达到平衡
C.平衡时H2的体积分数可能大于
D.平衡时向容器中充入惰性气体,甲醇的产率不变
(2)在密闭容器中通入3 mol CH4和2 mol O2,假设只发生反应Ⅰ和Ⅱ,分别在0.2 MPa和2 MPa下进行反应,其中CH4和CH3OH的平衡体积分数随温度变化如图所示:
①压强为0.2 MPa时,表示CH4和CH3OH的曲线分别是 、 (填“a”“b”“c”或“d”)。
②对于反应Ⅱ,v正=k正·p(CO)·p2(H2),v逆=k逆·p(CH3OH),k正、k逆为速率常数,只与温度有关,分压=总压×物质的量分数。在500 K、2 MPa条件下,测得平衡时CH4的转化率为= (MPa)-2。
③在升温的过程中,速率常数增大的倍数:k正 k逆(填“>”“=”或“<”)。
(3)甲烷直接氧化制甲醇的总反应2CH4(g)+O2(g) 2CH3OH(g)在 (填“高温”“低温”或“任意温度”)条件下能够自发进行;若将总反应看成由反应Ⅰ和反应Ⅱ两步进行,画出由甲烷和氧气经两步生成甲醇的反应过程能量示意图。
(4)工业生产中,研究人员发现甲烷直接氧化制甲醇的反应往往伴随副反应,生成甲醛、甲酸等副产品。为了提高反应速率和产品中甲醇的体积分数,生产中采取的最佳措施是 。
6.(2023汕头一模,19)CO2的综合利用是解决温室问题的有效途径。回答下列问题:
(1)用CO2制备甲醇可实现碳循环,一种制备方法为CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH。
已知:①CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) ΔH1=-40.9 kJ·mol-1
②CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) ΔH2=-90.4 kJ·mol-1
该制备反应的ΔH= 。升高温度,该制备甲醇反应的CO2的平衡转化率 (填“增大”“减小”或“不变”)。
(2)已知反应CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)的v正=k正·p(CO2)·p3(H2),v逆=k逆·p(CH3OH)·p(H2O),其中k正、k逆分别为正、逆反应速率常数,p为气体分压(分压=总压×物质的量分数)。在540 K下,按初始投料比n(CO2)∶n(H2)=3∶1、n(CO2)∶n(H2)=1∶1、n(CO2)∶n(H2)=1∶3,得到不同压强条件下H2的平衡转化率关系图:
①a、b、c各曲线所表示的投料比的大小顺序为 (用字母表示)。
②N点在b曲线上,540 K时的压强平衡常数Kp= (MPa)-2(用平衡分压代替平衡浓度计算)。
③540 K条件下,某容器测得某时刻p(CO2)=0.2 MPa,p(H2)=0.4 MPa,p(CH3OH)=p(H2O)=0.1 MPa,此时= (结果保留两位小数)。
(3)用电解法将CO2转化为燃料是实现碳循环的一种途径,原理如图所示。铜电极上产生C2H4的电极反应式为 ,若阴极只产生CO、HCOOH、C2H4,且生成速率相同,则相同条件下Pt电极产生的O2与Cu电极上产生的HCOOH的物质的量之比为 。
微专题 反应速率和平衡图像分析
1.(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
2.(2023广州二模,12)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
3.(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
4.(2023梅州二模,15)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
5.(2024届广东六校第一次联考,14)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
6.(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
7.(2022全国甲,28,14分)金属钛(Ti)在航空航天、医疗器械等工业领域有着重要用途。目前生产钛的方法之一是将金红石(TiO2)转化为TiCl4,再进一步还原得到钛。回答下列问题:
(1)TiO2转化为TiCl4有直接氯化法和碳氯化法。在1 000 ℃时反应的热化学方程式及其平衡常数如下:
(ⅰ)直接氯化:
TiO2(s)+2Cl2(g) TiCl4(g)+O2(g)
ΔH1=172 kJ·mol-1,=1.0×10-2
(ⅱ)碳氯化:
TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s) TiCl4(g)+2CO(g)
ΔH2=-51 kJ·mol-1,=1.2×1012 Pa
①反应2C(s)+O2(g) 2CO(g)的ΔH为 kJ·mol-1,Kp= Pa。
②碳氯化的反应趋势远大于直接氯化,其原因是 。
③对于碳氯化反应:增大压强,平衡 移动(填“向左”“向右”或“不”);温度升高,平衡转化率 (填“变大”“变小”或“不变”)。
(2)在1.0×105 Pa,将TiO2、C、Cl2以物质的量比1∶2.2∶2进行反应。体系中气体平衡组成比例(物质的量分数)随温度变化的理论计算结果如图所示。
①反应C(s)+CO2(g) 2CO(g)的平衡常数Kp(1 400 ℃)= Pa。
②图中显示,在200 ℃平衡时TiO2几乎完全转化为TiCl4,但实际生产中反应温度却远高于此温度,其原因是 。
(3)TiO2碳氯化是一个“气—固—固”反应,有利于TiO2-C“固—固”接触的措施是 。
8.(2020山东,18,12分)探究CH3OH合成反应化学平衡的影响因素,有利于提高CH3OH的产率。以CO2、H2为原料合成CH3OH涉及的主要反应如下:
Ⅰ.CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=-49.5 kJ·mol-1
Ⅱ.CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) ΔH2=-90.4 kJ·mol-1
Ⅲ.CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH3
回答下列问题:
(1)ΔH3= kJ·mol-1。
(2)一定条件下,向体积为V L的恒容密闭容器中通入1 mol CO2和3 mol H2发生上述反应,达到平衡时,容器中CH3OH(g)为a mol, CO为b mol,此时H2O(g)的浓度为 mol·L-1(用含a、b、V的代数式表示,下同),反应Ⅲ的平衡常数为 。
(3)不同压强下,按照n(CO2)∶n(H2)=1∶3投料,实验测定CO2的平衡转化率和CH3OH的平衡产率随温度的变化关系如下图所示。
已知:CO2的平衡转化率=×100%
CH3OH的平衡产率=×100%
其中纵坐标表示CO2平衡转化率的是图 (填“甲”或“乙”);压强p1、p2、p3由大到小的顺序为 ;
图乙中T1温度时,三条曲线几乎交于一点的原因是 。
(4)为同时提高CO2的平衡转化率和CH3OH的平衡产率,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
9.(2023广州二模,19)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)。
10.(2023辽宁,18,14分)硫酸工业在国民经济中占有重要地位。
(1)我国古籍记载了硫酸的制备方法——“炼石胆(CuSO4·5H2O)取精华法”。借助现代仪器分析,该制备过程中CuSO4·5H2O分解的TG(热重)曲线及DSC曲线(反映体系热量变化情况,数值已省略)如下图所示。700 ℃左右有两个吸热峰,则此时分解生成的氧化物有SO2、 和 (填化学式)。
(2)铅室法使用了大容积铅室制备硫酸(76%以下),副产物为亚硝基硫酸,主要反应如下:
NO2+SO2+H2O NO+H2SO4
2NO+O2 2NO2
(ⅰ)上述过程中NO2的作用为 。
(ⅱ)为了适应化工生产的需求,铅室法最终被接触法所代替,其主要原因是 (答出两点即可)。
(3)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)。
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、2.5、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。
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。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)。
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( )
编号 时间/minc(NH3)/(10-3 mol·L-1)表面积/cm2 0 20 40 60 80
① a 2.40 2.00 1.60 1.20 0.80
② a 1.20 0.80 0.40 x
③ 2a 2.40 1.60 0.80 0.40 0.40
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
2.(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
3.(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
4.(2021广东,14,4分)反应X2Z经历两步:①XY;②Y2Z。反应体系中X、Y、Z的浓度c随时间t的变化曲线如图所示。
下列说法不正确的是( )
A.a为c(X)随t的变化曲线
B.t1时,c(X)=c(Y)=c(Z)
C.t2时,Y的消耗速率大于生成速率
D.t3后,c(Z)=2c0-c(Y)
答案 D
5.(2022海南,16节选)某空间站的生命保障系统功能之一是实现氧循环。其中涉及反应:
CO2(g)+4H2(g) 2H2O(g)+CH4(g)
回答问题:
(3)在相同条件下,CO2(g)与H2(g)还会发生不利于氧循环的副反应:
CO2(g)+3H2(g) H2O(g)+CH3OH(g)
在反应器中按n(CO2)∶n(H2)=1∶4通入反应物,在不同温度、不同催化剂条件下,反应进行到2 min时,测得反应器中CH3OH、CH4浓度(μmol·L-1)如下表所示。
催化剂 t=350 ℃ t=400 ℃
c(CH3OH) c(CH4) c(CH3OH) c(CH4)
催化剂Ⅰ 10.8 12 722 345.2 42 780
催化剂Ⅱ 9.2 10 775 34 38 932
在选择使用催化剂Ⅰ和350 ℃条件下反应,0~2 min生成CH3OH的平均反应速率为 μmol·L-1·min-1;若某空间站的生命保障系统实际选择使用催化剂Ⅱ和400 ℃的反应条件,原因是 。
答案 (3)5.4 相同催化剂,400 ℃的反应速率更快;相同温度,催化剂Ⅱ副产物浓度低,甲烷的比例高
考点2 化学平衡 化学反应的方向
6.(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
7.(2023北京,4,3分)下列事实能用平衡移动原理解释的是( )
A.H2O2溶液中加入少量MnO2固体,促进H2O2分解
B.密闭烧瓶内的NO2和N2O4的混合气体,受热后颜色加深
C.铁钉放入浓HNO3中,待不再变化后,加热能产生大量红棕色气体
D.锌片与稀H2SO4反应过程中,加入少量CuSO4固体,促进H2的产生
答案 B
8.(2023江苏,10,3分)金属硫化物(MxSy)催化反应CH4(g)+2H2S(g) CS2(g)+4H2(g),既可以除去天然气中的H2S,又可以获得H2。下列说法正确的是( )
A.该反应的ΔS<0
B.该反应的平衡常数K=
C.题图所示的反应机理中,步骤Ⅰ可理解为H2S中带部分负电荷的S与催化剂中的M之间发生作用
D.该反应中每消耗1 mol H2S,转移电子的数目约为2×6.02×1023
答案 C
9.(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
10.(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
11.(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
12.(2023广东,15,4分)催化剂Ⅰ和Ⅱ均能催化反应R(g)P(g)。反应历程(如图)中,M为中间产物。其他条件相同时,下列说法不正确的是( )
A.使用Ⅰ和Ⅱ,反应历程都分4步进行
B.反应达平衡时,升高温度,R的浓度增大
C.使用Ⅱ时,反应体系更快达到平衡
D.使用Ⅰ时,反应过程中M所能达到的最高浓度更大
答案 C
考点3 化学平衡常数及其相关计算
13.(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
14.(2022广东,19,14分)铬及其化合物在催化、金属防腐等方面具有重要应用。
(1)催化剂Cr2O3可由(NH4)2Cr2O7加热分解制备,反应同时生成无污染气体。
①完成化学方程式:(NH4)2Cr2O7Cr2O3+ + 。
②Cr2O3催化丙烷脱氢过程中,部分反应历程如图1,X(g)→Y(g)过程的焓变为 (列式表示)。
③Cr2O3可用于NH3的催化氧化。设计从NH3出发经过3步反应制备HNO3的路线 (用“→”表示含氮物质间的转化);其中一个有颜色变化的反应的化学方程式为 。
(2)K2Cr2O7溶液中存在多个平衡。本题条件下仅需考虑如下平衡:
(ⅰ)Cr2(aq)+H2O(l) 2HCr(aq) K1=3.0×10-2(25 ℃)
(ⅱ)HCr(aq) Cr(aq)+H+(aq) K2=3.3×10-7(25 ℃)
①下列有关K2Cr2O7溶液的说法正确的有 。
A.加入少量硫酸,溶液的pH不变
B.加入少量水稀释,溶液中离子总数增加
C.加入少量NaOH溶液,反应(ⅰ)的平衡逆向移动
D.加入少量K2Cr2O7固体,平衡时c2(HCr)与c(Cr2)的比值保持不变
②25 ℃时,0.10 mol·L-1 K2Cr2O7溶液中lg随pH的变化关系如图2。当pH=9.00时,设Cr2、HCr与Cr的平衡浓度分别为x、y、z mol·L-1,则x、y、z之间的关系式为 =0.10;计算溶液中HCr的平衡浓度(写出计算过程,结果保留两位有效数字)。
③在稀溶液中,一种物质对光的吸收程度(A)与其所吸收光的波长(λ)有关;在一定波长范围内,最大A对应的波长(λmax)取决于物质的结构特征;浓度越高,A越大。混合溶液在某一波长的A是各组分吸收程度之和。为研究pH对反应(ⅰ)和(ⅱ)平衡的影响,配制浓度相同、pH不同的K2Cr2O7稀溶液,测得其A随λ的变化曲线如图3。波长λ1、λ2和λ3中,与Cr的值 (填“增大”“减小”或“不变”)。
答案 (1)①N2↑ 4H2O ②E1-E2+ΔH+E3-E4
③NH3 NO NO2 HNO3 2NO+O2 2NO2(或3NO2+H2O 2HNO3+NO,4NO2+O2+2H2O 4HNO3)
(2)①BD ②x+=9.9,可得y≈9.9×10-4.2,即HCr的平衡浓度约为9.9×10-4.2 mol·L-1 ③λ3 增大
15.(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
考法强化练
考法1 分压平衡常数(Kp)的计算
1.(2023湖北,19节选)纳米碗C40H10是一种奇特的碗状共轭体系。高温条件下,C40H10可以由C40H20分子经过连续5步氢抽提和闭环脱氢反应生成。
C40H20(g) C40H18(g)+H2(g)的反应机理和能量变化如下:
回答下列问题:
(1)已知C40Hx中的碳氢键和碳碳键的键能分别为431.0 kJ·mol-1和298.0 kJ·mol-1,H—H键能为436.0 kJ·mol-1。估算C40H20(g) C40H18(g)+H2(g)的ΔH= kJ·mol-1。
(2)图示历程包含 个基元反应,其中速率最慢的是第 个。
(3)C40H10纳米碗中五元环和六元环结构的数目分别为 、 。
(4)1 200 K时,假定体系内只有反应C40H12(g) C40H10(g)+H2(g)发生,反应过程中压强恒定为p0 (即C40H12的初始压强),平衡转化率为α,该反应的平衡常数Kp为 (用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。
答案 (1)+128 (2)3 3 (3)6 10 (4)p0
2.(2022福建,13节选)异丙醇(C3H8O)可由生物质转化得到,催化异丙醇脱水制取高值化学品丙烯(C3H6)的工业化技术已引起人们的关注。其主要反应如下:
Ⅰ.C3H8O(g) C3H6(g)+H2O(g) ΔH1=+52 kJ·mol-1
Ⅱ.2C3H6(g) C6H12(g) ΔH2=-97 kJ·mol-1
回答下列问题:
(2)在1 350 ℃下,刚性密闭容器中的反应体系内水蒸气浓度与反应时间关系如下表:
反应时间 /μs 0 4 8 12 t 20
H2O浓度 /ppm 0 2 440 3 200 3 600 4 000 4 100
①4~8 μs内,(C3H8O)= ppm·μs-1;
②t 16(填“>”“<”或“=”)。
(3)在恒温刚性密闭容器中,反应Ⅰ、Ⅱ均达到平衡的判据是 (填标号)。
a.H2O(g)的分压不变
b.混合气体密度不变
c.n(C3H6)=2n(C6H12)
d.v正(H2O)=v逆(C3H8O)
(4)在一定条件下,若反应Ⅰ、Ⅱ的转化率分别为98%和40%,则丙烯的产率为 。
(5)如图为反应Ⅰ、Ⅱ达到平衡时lgQp与温度的关系曲线。[已知:对于可逆反应aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g),任意时刻Qp=,式中p(X)表示物质X的分压]
①在350 ℃恒压平衡体系中充入少量水蒸气时,反应Ⅰ的状态最有可能对应图中的 点(填“甲”“乙”或“丙”),判断依据是 ;
②350 ℃时,在密闭容器中加入一定量的C3H8O,体系达到平衡后,测得C6H12的分压为x MPa,则水蒸气的分压为 MPa(用含x的代数式表示)。
答案 (2)①190 ②> (3)ad (4)58.8% (5)①甲 反应Ⅰ平衡曲线为N,恒压时充入水蒸气,Qp>Kp ②(+2x)
3.(2023全国乙,28节选)硫酸亚铁在工农业生产中有许多用途,如可用作农药防治小麦黑穗病,制造磁性氧化铁、铁催化剂等。回答下列问题:
(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的关系如下图所示。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)
4.(2023浙江6月选考,19节选)水煤气变换反应是工业上的重要反应,可用于制氢。
水煤气变换反应:CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) ΔH=-41.2 kJ·mol-1
该反应分两步完成:
3Fe2O3(s)+CO(g) 2Fe3O4(s)+CO2(g) ΔH1=-47.2 kJ·mol-1
2Fe3O4(s)+H2O(g) 3Fe2O3(s)+H2(g) ΔH2
请回答:
(2)恒定总压1.70 MPa和水碳比[n(H2O)/n(CO)=12∶5]投料,在不同条件下达到平衡时CO2和H2的分压(某成分分压=总压×该成分的物质的量分数)如下表:
p(CO2)/MPa p(H2)/MPa p(CH4)/MPa
条件1 0.40 0.40 0
条件2 0.42 0.36 0.02
①在条件1下,水煤气变换反应的平衡常数K= 。
②对比条件1,条件2中H2产率下降是因为发生了一个不涉及CO2的副反应,写出该反应方程式 。
(3)下列说法正确的是 。
A.通入反应器的原料气应避免混入O2
B.恒定水碳比[n(H2O)/n(CO)],增加体系总压可提高H2的平衡产率
C.通入过量的水蒸气可防止Fe3O4被进一步还原为Fe
D.通过充入惰性气体增加体系总压,可提高反应速率
(4)水煤气变换反应是放热的可逆反应,需在多个催化剂反应层间进行降温操作以“去除”反应过程中的余热(如图1所示),保证反应在最适宜温度附近进行。
①在催化剂活性温度范围内,图2中b-c段对应降温操作的过程,实现该过程的一种操作方法是 。
A.按原水碳比通入冷的原料气
B.喷入冷水(蒸气)
C.通过热交换器换热
②若采用喷入冷水(蒸气)的方式降温,在图3中作出CO平衡转化率随温度变化的曲线。
(5)在催化剂活性温度范围内,水煤气变换反应的历程包含反应物分子在催化剂表面的吸附(快速)、反应及产物分子脱附等过程。随着温度升高,该反应的反应速率先增大后减小,其速率减小的原因是
答案 (2) ①2.0 ②CO+3H2 CH4+H2O (3)AC (4)①A
②
(5)反应物分子在催化剂表面的吸附为快速建立平衡的放热过程,温度升高,吸附平衡逆移,被吸附的反应物浓度降低,成为反应速率降低的主要因素
考法2 反应速率常数的应用
5.(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
6.(2023山东,20节选)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:
(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)。
答案 (2)
7.(2020全国Ⅰ,28,14分)硫酸是一种重要的基本化工产品。接触法制硫酸生产中的关键工序是SO2的催化氧化:SO2(g)+O2(g) SO3(g) ΔH=-98 kJ·mol-1。回答下列问题:
(1)钒催化剂参与反应的能量变化如图(a)所示,V2O5(s)与SO2(g)反应生成VOSO4(s)和V2O4(s)的热化学方程式为 。
(2)当SO2(g)、O2(g)和N2(g)起始的物质的量分数分别为7.5%、10.5%和82%时,在0.5 MPa、2.5 MPa和5.0 MPa压强下,SO2平衡转化率α随温度的变化如图(b)所示。反应在5.0 MPa、550 ℃时的α= ,判断的依据是
。
影响α的因素有 。
(3)将组成(物质的量分数)为2m% SO2(g)、m% O2(g)和q% N2(g)的气体通入反应器,在温度t、压强p条件下进行反应。平衡时,若SO2转化率为α,则SO3压强为 ,平衡常数Kp= (以分压表示,分压=总压×物质的量分数)。
(4)研究表明,SO2催化氧化的反应速率方程为:
v=k(-1)0.8(1-nα')
式中:k为反应速率常数,随温度t升高而增大;α为SO2平衡转化率,α'为某时刻SO2转化率,n为常数。在α'=0.90时,将一系列温度下的k、α值代入上述速率方程,得到v~t曲线,如图(c)所示。
曲线上v最大值所对应温度称为该α'下反应的最适宜温度tm。t
。
答案 (1)2V2O5(s)+2SO2(g) 2VOSO4(s)+V2O4(s) ΔH=-351 kJ·mol-1
(2)0.975 该反应气体分子数减少,增大压强,α提高。5.0 MPa>2.5 MPa=p2,所以p1=5.0 MPa 温度、压强和反应物的起始浓度(组成)
(3)
(4)升高温度,k增大使v逐渐提高,但α降低使v逐渐下降。t
三年模拟
考点强化练
考点1 化学反应速率
1.(2023广州天河综合测试二,10)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.(2024届惠州一调,5)下列措施中,不能增大反应速率达到实验目的的是( )
A.铁和稀盐酸反应制氢气时,用铁粉代替铁片
B.常温下用浓硫酸代替稀硫酸与铝反应制氢气
C.乙酸和乙醇进行酯化反应时采取加热措施
D.H2O2分解制O2时加入少量MnO2
答案 B
3.(2024届佛山南海摸底考,15)生物质X()与Y()同时发生如下反应:
反应Ⅰ:X+Y M() ΔH1
反应Ⅱ:X+Y N() ΔH2反应历程如图,下列说法不正确的是( )
A.ΔH2=E3-E2-E1
B.相同条件下,反应Ⅰ更快达到平衡
C.降低温度,N的平衡物质的量分数增大
D.升高温度,反应Ⅰ、Ⅱ的反应速率都增大
答案 A
考点2 化学平衡 化学反应的方向
4.(2024届江苏连云港质检一,7)氨催化氧化的化学方程式为4NH3(g)+5O2(g) 4NO(g)+6H2O(g) ΔH=-904.8 kJ·mol-1。下列说法正确的是( )
A.该反应的ΔS<0
B.反应平衡常数K=
C.每消耗1 mol O2,反应共转移4 mol电子
D.平衡后升高温度,正反应速率减小、逆反应速率增大
答案 C
5.(2023茂名综合测试二,14)一定温度下,向2 L 密闭容器中加入2 mol N2O5发生反应:①2N2O5(g) 4NO2(g)+O2(g)、②2NO2(g) N2O4(g),反应体系中N2O5、NO2、O2的物质的量随反应时间t的部分变化曲线如图所示,下列说法正确的是( )
A.曲线Ⅱ表示n(NO2)随t的变化
B.0~2 min内,2v(N2O5)=v(O2)=1 mol·L-1·min-1
C.3 min后,充入NO2,容器中气体颜色先变深后变浅
D.3 min后,充入O2,容器中气体颜色变浅
答案 C
6.(2024届执信中学开学考,14)已知[Co(H2O)6]2+呈粉红色,[CoCl4]2-呈蓝色,[ZnCl4]2-为无色。现将CoCl2溶于水,加入浓盐酸后,溶液由粉红色变为蓝色,存在以下平衡:[Co(H2O)6]2++4Cl- [CoCl4]2-+6H2O ΔH,用该溶液做实验,溶液的颜色变化如下:
以下结论和解释正确的是( )
A.等物质的量的[Co(H2O)6]2+和[CoCl4]2-中σ键数之比为3∶2
B.由实验①可推知ΔH<0
C.实验②是由于c(H2O)增大,平衡逆向移动
D.由实验③可知配离子的稳定性:[ZnCl4]2->[CoCl4]2-
答案 D
考点3 化学平衡常数及其相关计算
7.(2023深圳一模,14)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)
8.(2024届广东实验中学10月月考,19节选)科学研究推动科学技术的发展。氨气是最重要的化学品之一,工业合成氨技术不断取得突破。我国目前氨气的生产能力位于世界首位,这离不开我国科学家的研究和付出。
(5)某科研小组在不同压强下进行合成氨的研究。
已知:物质i的物质的量分数xi=。
按照=0.75、=0.25进料比投料,反应达平衡时与温度T的变化关系如图所示。
①压强p1、p2、p3的大小顺序为 。
②当p2=20 MPa,=0.20时,氮气的转化率为 (结果保留三位有效数字)。
答案 (5)①p1
(2)较普遍采用的H2S处理方法是克劳斯工艺,利用两步反应得到单质硫,具体原理如下:
ⅰ.2H2S(g)+3O2(g) 2SO2(g)+2H2O(g) ΔH1=-1 036 kJ·mol-1
ⅱ.4H2S(g)+2SO2(g) 3S2(g)+4H2O(g) ΔH2=+94 kJ·mol-1
①下列措施可以加快反应ⅱ的速率的是 。
A.升高温度
B.保持容积不变,充入N2使体系压强增大
C.及时从体系中分离出S2(g)
D.加入合适的催化剂
②理论上该工艺最好控制参加反应的H2S的总物质的量n(H2S)与参加反应的n(O2)之比为 ,若n(H2S)∶n(O2)过小,会导致 。
(3)最新先进方法是使用金属硫化物光催化分解H2S制得H2和硫蒸气(S2)。
①在一定温度、压强保持100 kPa反应条件下,将n(H2S)∶n(Ar)=1∶4的混合气进行H2S光催化分解反应。平衡时混合气中H2S与H2的分压相等,H2S平衡转化率为 ,平衡常数Kp= kPa。
②在一定温度、压强保持100 kPa反应条件下,对于n(H2S)∶n(Ar)分别为4∶1、1∶1、1∶4、1∶9、1∶19的H2S-Ar混合气,光分解反应过程中H2S转化率随时间的变化如图所示。
n(H2S)∶n(Ar)=1∶9对应图中曲线 ,计算其在0~0.1 s之间,H2S分压的平均变化率为 kPa·s-1。
答案 (2)①AD ②2∶1 SO2不能完全转化为S2,多余的SO2排放到空气中会污染大气 (3)①50% 4.76 ②d 24.9
10.(2023佛山质检二,17)工业利用N2、H2催化合成氨气实现了人类“向空气要面包”的梦想。
(1)原料气(含N2、H2、CO)中的CO能被催化剂吸附,需经过铜氨液处理除去,反应为[Cu(NH3)2]++CO+NH3 [Cu(NH3)3CO]+ ΔH<0。
①除去原料气中CO的理由是 。
②为提高CO吸收率,应选择的条件为 。
A.高温高压 B.高温低压
C.低温高压 D.低温低压
③[Cu(NH3)3CO]+中的配体为 。
(2)研究发现铁催化剂表面上合成氨的反应历程如图所示,其中吸附在铁催化剂表面上的物种用*标注。
①该反应历程中最大活化能对应步骤的化学方程式为 。合成氨反应:H2(g) NH3(g)的ΔH= kJ·mol-1(用图中字母表示)。
②铁催化合成氨时,N2与H2需吸附在催化剂表面活性位点进行反应,由合成氨反应的速率方程v=k·c(N2)·c1.5(H2)·c-1(NH3)(k为速率常数)可知,c(NH3)越大,反应速率越小,原因是 。
(3)反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)的标准平衡常数表达式为Kθ=,其中pθ为标准压强(0.1 MPa),分别为各组分的平衡分压(分压=总压×物质的量分数)。若N2和H2起始物质的量之比为1∶3,反应在恒温、恒压(10 MPa)下进行,平衡时N2转化率为50%,则Kθ= (写出计算过程,结果保留两位有效数字)。
答案 (1)①防止催化剂中毒 ②C ③NH3、CO
(2)①N+H* N -a+b ②c(NH3)较大时,NH3占据催化剂表面更多活性位点,阻碍N2和H2的吸附 (3)5.3×10-4
设N2、H2起始物质的量分别为1 mol、3 mol,平衡时N2转化率为50%,则n转化(N2)=1 mol×50%=0.5 mol,可列出三段式:
N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)
起始/mol 1 3 0
转化/mol 0.5 1.5 1
平衡/mol 0.5 1.5 1
则n总=(0.5+1.5+1) mol=3 mol,故Kθ=≈5.3×10-4。
考法综合练
考法1 分压平衡常数(Kp)的计算
1.(2024届河源中学一调,17节选)当今世界多国相继规划了碳达峰、碳中和的时间节点。因此,研发二氧化碳利用技术,降低空气中二氧化碳含量成为研究热点。其中用CO2、H2为原料合成甲醇(CH3OH)的过程主要涉及以下反应:
反应Ⅰ:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1
反应Ⅱ:CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)
ΔH2=+41.2 kJ·mol-1
反应Ⅲ:CH3OH(g)
ΔH3=-45.1 kJ·mol-1
(5)加入新催化剂使1 mol CO2和3 mol H2在1 L密闭容器中只发生反应Ⅰ、Ⅱ,CO2平衡转化率和甲醇选择率(甲醇选择率是指转化生成甲醇的CO2物质的量分数)与温度的变化趋势如图所示。
①由图可知,达到平衡时,最适宜的反应温度是 (填“473 K”“513 K”或“553 K”)。
②553 K时,若反应后体系的总压为p,反应Ⅰ的Kp= (列出计算式)。(Kp为压强平衡常数,其表达式写法:在浓度平衡常数表达式中用气体分压代替浓度,气体的分压等于总压乘以物质的量分数)
答案 (5)①513 K ②
2.(2023广东六校第四次联考,19节选)CO2的综合利用是实现碳中和的措施之一。
Ⅱ.CO2和H2一定条件下可以合成甲醇,该过程存在副反应二。
反应一:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=-49.3 kJ·mol-1
反应二:CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)
ΔH2
(3)已知25 ℃和101 kPa下,H2(g)、CO(g)的燃烧热ΔH分别为-285.8 kJ·mol-1、-283.0 kJ·mol-1,H2O(l) H2O(g) ΔH=+44 kJ·mol-1,则ΔH2= kJ·mol-1。
(4)在某密闭容器中充入n(CO2)∶n(H2)=5∶17的混合气体,于5.0 MPa和催化剂作用下发生反应,平衡时CO和CH3OH在含碳产物中物质的量百分数及CO2的转化率随温度的变化如图所示。
①表示平衡时CH3OH在含碳产物中物质的量百分数的曲线是 (填“a”或“b”)。
②CO2平衡转化率随温度的升高先减小后增大,增大的原因可能是 。
③250 ℃时副反应CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)的Kp= (用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。
答案 (3)+41.2 (4)①a ②温度升高后,以副反应(或反应二)为主,副反应(或反应二)是吸热反应,升高温度平衡正向移动 ③
3.(2023深圳一模,19)苯乙烯是生产塑料与合成橡胶的重要原料。CO2氧化乙苯脱氢制苯乙烯的反应如下:
反应Ⅰ:(g)+CO2(g) (g)+H2O(g)+CO(g) ΔH
已知:
反应Ⅱ:(g) (g)+H2(g) ΔH1=+117.6 kJ·mol-1
反应Ⅲ:CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH2=+41.2 kJ·mol-1
回答下列问题:
(1)反应Ⅰ的ΔH= 。
(2)下列关于反应Ⅰ~Ⅲ的说法正确的是 (填字母)。
A.及时分离出水蒸气,有利于提高平衡混合物中苯乙烯的含量
B.n(CO2)∶n(CO)保持恒定时,说明反应Ⅰ达到化学平衡状态
C.其他条件相同,反应Ⅱ分别在恒容和恒压条件下进行,前者乙苯的平衡转化率更高
D.反应Ⅲ正反应的活化能小于逆反应的活化能
(3)在催化剂MxOy作用下,CO2氧化乙苯脱氢制苯乙烯可能存在如下图所示反应机理:
该机理可表示为以下两个基元反应,请补充反应ⅱ:
ⅰ:(g)+MxOy(s)(g)+MxOy-1(s)+H2O(g);
ⅱ: 。
(4)常压下,乙苯和CO2经催化剂吸附后才能发生上述反应Ⅰ。控制投料比[n(CO2)∶n(乙苯)]分别为1∶1、5∶1和10∶1,并在催化剂作用下发生反应,乙苯平衡转化率与反应温度的关系如图所示:
①乙苯平衡转化率相同时,投料比越高,对应的反应温度越 (填“高”或“低”)。
②相同温度下,投料比远大于10∶1时,乙苯的消耗速率明显下降,可能的原因是:
ⅰ.乙苯的浓度过低;
ⅱ. 。
③850 K时,反应经t min达到图中P点所示状态,若初始时乙苯的物质的量为n mol,则v(苯乙烯)= mol·min-1。
(5)700 K时,向恒容密闭容器中加入过量CaCO3和一定量乙苯,初始和平衡时容器内压强分别为p1 kPa和p2 kPa,则平衡时苯乙烯的分压为 kPa(以含有p1、p2、p的代数式表示)。[已知:①混合气体中某组分的分压等于总压与该气体物质的量分数之积;以平衡分压代替平衡浓度进行计算,可得反应的分压平衡常数Kp。②CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g) Kp=p kPa]
答案 (1)+158.8 kJ·mol-1 (2)AB
(3)MxOy-1(s)+CO2(g) MxOy(s)+CO(g)
(4)①低 ②CO2过多地占据催化剂表面,导致催化剂对乙苯的吸附率降低 ③
考法2 反应速率常数的应用
4.(2024届湛江一中开学考,19节选)含氮化合物在生产、生活中有着广泛的用途。回答下列问题:
已知:Ⅰ.2H2(g)+O2(g) 2H2O(g) ΔH1=-483.6 kJ·mol-1
Ⅱ.N2(g)+O2(g) 2NO(g) ΔH2=+180.5 kJ·mol-1
Ⅲ.2H2(g)+2NO(g) N2(g)+2H2O(g)
ΔH3
(2)在恒容密闭容器中按投料比=1发生反应Ⅲ,不同催化剂条件下,反应相同时间时,测得NO转化率与温度的关系如图所示。
①下列能够说明反应Ⅲ在某种条件下已达到化学平衡状态的是 (填字母)。
A.v正(NO)=2v逆(N2)
B.混合气体的密度不再变化
C.200 ℃时,容器内气体总压强不再变化
D.混合气体的平均相对分子质量不再变化
②使用催化剂乙,温度高于350 ℃时,NO转化率降低,原因可能是 。
③研究表明该反应速率v=k·cm(H2)·c2(NO),其中k为速率常数,与温度、活化能有关。t1 ℃的初始速率为v0,当H2转化率为50%时,反应速率为,由此可知m= 。
答案 (2)①ACD ②根据盖斯定律,ΔH3=ΔH1-ΔH2=[-483.6-(+180.5)] kJ·mol-1=-664.1 kJ·mol-1,350 ℃时反应Ⅲ已达到平衡状态,该反应为放热反应,温度升高,平衡逆向移动(或温度高于350 ℃时,催化剂逐渐失去活性等) ③1
5.(2023大湾区1月联考,19)甲烷是一种温室气体,将它转化为高附加值产品甲醇具有重要意义。目前工业上的甲烷转化大多需要先通过重整生成合成气(CO、H2)再转化为甲醇,涉及的反应如下:
反应Ⅰ:2CH4(g)+O2(g) 2CO(g)+4H2(g) ΔH1=-71.2 kJ/mol
反应Ⅱ:CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)
ΔH2=-90.7 kJ/mol
(1)在恒容密闭容器中发生上述反应,下列说法正确的是 。
A.加入催化剂,降低了反应的ΔH,从而加快了反应速率
B.混合气体的平均相对分子质量保持不变时,说明反应体系已达到平衡
C.平衡时H2的体积分数可能大于
D.平衡时向容器中充入惰性气体,甲醇的产率不变
(2)在密闭容器中通入3 mol CH4和2 mol O2,假设只发生反应Ⅰ和Ⅱ,分别在0.2 MPa和2 MPa下进行反应,其中CH4和CH3OH的平衡体积分数随温度变化如图所示:
①压强为0.2 MPa时,表示CH4和CH3OH的曲线分别是 、 (填“a”“b”“c”或“d”)。
②对于反应Ⅱ,v正=k正·p(CO)·p2(H2),v逆=k逆·p(CH3OH),k正、k逆为速率常数,只与温度有关,分压=总压×物质的量分数。在500 K、2 MPa条件下,测得平衡时CH4的转化率为= (MPa)-2。
③在升温的过程中,速率常数增大的倍数:k正 k逆(填“>”“=”或“<”)。
(3)甲烷直接氧化制甲醇的总反应2CH4(g)+O2(g) 2CH3OH(g)在 (填“高温”“低温”或“任意温度”)条件下能够自发进行;若将总反应看成由反应Ⅰ和反应Ⅱ两步进行,画出由甲烷和氧气经两步生成甲醇的反应过程能量示意图。
(4)工业生产中,研究人员发现甲烷直接氧化制甲醇的反应往往伴随副反应,生成甲醛、甲酸等副产品。为了提高反应速率和产品中甲醇的体积分数,生产中采取的最佳措施是 。
答案 (1)BD
(2)①b d ②1 mol ③<
(3)低温
(4)使用合适的催化剂
6.(2023汕头一模,19)CO2的综合利用是解决温室问题的有效途径。回答下列问题:
(1)用CO2制备甲醇可实现碳循环,一种制备方法为CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH。
已知:①CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) ΔH1=-40.9 kJ·mol-1
②CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) ΔH2=-90.4 kJ·mol-1
该制备反应的ΔH= 。升高温度,该制备甲醇反应的CO2的平衡转化率 (填“增大”“减小”或“不变”)。
(2)已知反应CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)的v正=k正·p(CO2)·p3(H2),v逆=k逆·p(CH3OH)·p(H2O),其中k正、k逆分别为正、逆反应速率常数,p为气体分压(分压=总压×物质的量分数)。在540 K下,按初始投料比n(CO2)∶n(H2)=3∶1、n(CO2)∶n(H2)=1∶1、n(CO2)∶n(H2)=1∶3,得到不同压强条件下H2的平衡转化率关系图:
①a、b、c各曲线所表示的投料比的大小顺序为 (用字母表示)。
②N点在b曲线上,540 K时的压强平衡常数Kp= (MPa)-2(用平衡分压代替平衡浓度计算)。
③540 K条件下,某容器测得某时刻p(CO2)=0.2 MPa,p(H2)=0.4 MPa,p(CH3OH)=p(H2O)=0.1 MPa,此时= (结果保留两位小数)。
(3)用电解法将CO2转化为燃料是实现碳循环的一种途径,原理如图所示。铜电极上产生C2H4的电极反应式为 ,若阴极只产生CO、HCOOH、C2H4,且生成速率相同,则相同条件下Pt电极产生的O2与Cu电极上产生的HCOOH的物质的量之比为 。
答案 (1)-49.5 kJ·mol-1 减小
(2)①a>b>c ②0.5 ③0.64
(3)2CO2+12e-+12H+ C2H4+4H2O 4∶1
微专题 反应速率和平衡图像分析
1.(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
2.(2023广州二模,12)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.(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
4.(2023梅州二模,15)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
5.(2024届广东六校第一次联考,14)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
6.(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
7.(2022全国甲,28,14分)金属钛(Ti)在航空航天、医疗器械等工业领域有着重要用途。目前生产钛的方法之一是将金红石(TiO2)转化为TiCl4,再进一步还原得到钛。回答下列问题:
(1)TiO2转化为TiCl4有直接氯化法和碳氯化法。在1 000 ℃时反应的热化学方程式及其平衡常数如下:
(ⅰ)直接氯化:
TiO2(s)+2Cl2(g) TiCl4(g)+O2(g)
ΔH1=172 kJ·mol-1,=1.0×10-2
(ⅱ)碳氯化:
TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s) TiCl4(g)+2CO(g)
ΔH2=-51 kJ·mol-1,=1.2×1012 Pa
①反应2C(s)+O2(g) 2CO(g)的ΔH为 kJ·mol-1,Kp= Pa。
②碳氯化的反应趋势远大于直接氯化,其原因是 。
③对于碳氯化反应:增大压强,平衡 移动(填“向左”“向右”或“不”);温度升高,平衡转化率 (填“变大”“变小”或“不变”)。
(2)在1.0×105 Pa,将TiO2、C、Cl2以物质的量比1∶2.2∶2进行反应。体系中气体平衡组成比例(物质的量分数)随温度变化的理论计算结果如图所示。
①反应C(s)+CO2(g) 2CO(g)的平衡常数Kp(1 400 ℃)= Pa。
②图中显示,在200 ℃平衡时TiO2几乎完全转化为TiCl4,但实际生产中反应温度却远高于此温度,其原因是 。
(3)TiO2碳氯化是一个“气—固—固”反应,有利于TiO2-C“固—固”接触的措施是 。
答案 (1)①-223 1.2×1014 ②C与O2反应生成CO的平衡常数很大,推动TiO2直接氯化反应平衡向生成TiCl4方向移动 ③向左 变小
(2)①7.2×105 ②为了提高反应速率,在相同时间内得到更多的TiCl4产品,提高效益
(3)将TiO2和C粉碎并充分混合
8.(2020山东,18,12分)探究CH3OH合成反应化学平衡的影响因素,有利于提高CH3OH的产率。以CO2、H2为原料合成CH3OH涉及的主要反应如下:
Ⅰ.CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=-49.5 kJ·mol-1
Ⅱ.CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) ΔH2=-90.4 kJ·mol-1
Ⅲ.CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH3
回答下列问题:
(1)ΔH3= kJ·mol-1。
(2)一定条件下,向体积为V L的恒容密闭容器中通入1 mol CO2和3 mol H2发生上述反应,达到平衡时,容器中CH3OH(g)为a mol, CO为b mol,此时H2O(g)的浓度为 mol·L-1(用含a、b、V的代数式表示,下同),反应Ⅲ的平衡常数为 。
(3)不同压强下,按照n(CO2)∶n(H2)=1∶3投料,实验测定CO2的平衡转化率和CH3OH的平衡产率随温度的变化关系如下图所示。
已知:CO2的平衡转化率=×100%
CH3OH的平衡产率=×100%
其中纵坐标表示CO2平衡转化率的是图 (填“甲”或“乙”);压强p1、p2、p3由大到小的顺序为 ;
图乙中T1温度时,三条曲线几乎交于一点的原因是
。
(4)为同时提高CO2的平衡转化率和CH3OH的平衡产率,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
答案 (1)+40.9
(2)
(3)乙 p1、p2、p3 T1时以反应Ⅲ为主,反应Ⅲ前后气体分子数相等,压强改变对平衡没有影响
(4)A
9.(2023广州二模,19)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
