2019版高考化學大一輪復(fù)習專題8化學反應(yīng)速率和化學平衡專項突破練四.doc
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專項突破練(四) 加試題中的化學反應(yīng)速率和化學平衡 1．(2017浙江名校協(xié)作體高三上學期考試)為應(yīng)對全球石油資源日益緊缺，提高煤的利用效率，我國開發(fā)了煤制烯烴技術(shù)，并進入工業(yè)化試驗階段。 (1)煤氣化制合成氣(CO和H2) 已知：C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g) ΔH1＝131.3 kJmol－1 C(s)＋2H2O(g)===CO2(g)＋2H2(g) ΔH2＝90 kJmol－1 則一氧化碳與水蒸氣反應(yīng)生成二氧化碳和氫氣的熱化學方程式是_______________________。 (2)由合成氣制甲醇：合成氣CO和H2在一定條件下能發(fā)生如下反應(yīng)：CO(g) ＋2H2(g)CH3OH(g)。在容積均為V L的甲、乙、丙三個密閉容器中分別充入a mol CO和2a mol H2，三個容器的反應(yīng)溫度分別為T1、T2、T3且恒定不變，在其他條件相同的情況下，實驗測得反應(yīng)均進行到t min時CO的體積分數(shù)如圖所示，此時三個容器中一定處在化學平衡狀態(tài)的是______________________(填“T1”或“T2” 或“T3”)；該溫度下的化學平衡常數(shù)為____________________(用a、V表示)。 (3)由甲醇制烯烴 主反應(yīng)： 2CH3OHC2H4＋2H2O………i 3CH3OHC3H6＋3H2O………ii 副反應(yīng)： 2CH3OHCH3OCH3＋H2O……iii 某實驗室控制反應(yīng)溫度為400 ℃，在相同的反應(yīng)體系中分別填裝等量的兩種催化劑(Cat.1和Cat.2)，以恒定的流速通入CH3OH，在相同的壓強下進行兩種催化劑上甲醇制烯烴的對比研究。得到如下實驗數(shù)據(jù)：(選擇性：轉(zhuǎn)化的甲醇中生成乙烯和丙烯的百分比) ①下列說法錯誤的是________。 A．反應(yīng)進行一段時間后甲醇的轉(zhuǎn)化率下降，可能的原因是催化劑失活，工業(yè)生產(chǎn)中需定期更換催化劑 B．使用Cat.2反應(yīng)2 h后乙烯和丙烯的選擇性下降，可能的原因是生成副產(chǎn)物二甲醚 C．使用Cat.1產(chǎn)生的烯烴主要為丙烯，使用Cat.2產(chǎn)生的烯烴主要為乙烯 D．不管使用Cat.1還是使用Cat.2，都能提高活化分子的百分數(shù) ②在上圖中分別畫出反應(yīng)i在無催化劑、有Cat.1、有Cat.2三種情況下“反應(yīng)過程—能量”示意圖。 答案 (1)CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g) ΔH ＝－41.3 kJmol－1 (2)T3 9V2/2a2 (3)①C ② 解析 (1)已知①C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g) ΔH1＝131.3 kJmol－1，②C(s)＋2H2O(g)===CO2(g)＋2H2(g) ΔH2＝90 kJmol－1，由蓋斯定律可知，②－①得到CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g) ΔH＝90 kJmol－1－131.3 kJmol－1＝－41.3 kJmol－1。 (2)CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH＜0，該反應(yīng)正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，根據(jù)圖像，T1中的狀態(tài)轉(zhuǎn)變成T2中的狀態(tài)，CO百分含量減小，說明平衡正向移動，說明T1未達平衡狀態(tài)，T2中的狀態(tài)轉(zhuǎn)變成T3中的狀態(tài)，CO百分含量增大，說明平衡逆向移動，說明T2可能達平衡狀態(tài)，一定達到化學平衡狀態(tài)的是T3； CO(g) ＋2H2(g)CH3OH(g) 起始物質(zhì)的量/mol a 2a 0 變化物質(zhì)的量/mol n 2n n 平衡物質(zhì)的量/mol a－n 2a－2n n 平衡時CO的體積分數(shù)為100%＝20%，解得： n＝a，此溫度下平衡常數(shù)K＝＝。 (3)①當催化劑失活后，副產(chǎn)物增多，甲醇的轉(zhuǎn)化率下降，需要及時更換催化劑，A正確；使用Cat.2時，隨反應(yīng)的不斷進行，生成的副產(chǎn)物二甲醚增多，導(dǎo)致生成乙烯和丙烯的選擇性下降，B正確；由圖示可知，使用Cat.1時丙烯與乙烯的比值隨時間增長不斷減小，說明乙烯增多，即使用Cat.1時主要生成乙烯，而使用Cat.2時，產(chǎn)物中乙烯的含量明顯大于丙烯，可見使用Cat.2時產(chǎn)生的烯烴也主要為乙烯，C錯誤；使用催化劑能降低反應(yīng)活化能，提高活化分子的百分數(shù)，D正確。 ②從圖中數(shù)據(jù)分析，在催化劑Cat.1的作用下，甲醇的轉(zhuǎn)化率更大，說明催化劑Cat.1對反應(yīng)i催化效果更好，催化劑能降低反應(yīng)的活化能，說明使用催化劑Cat.1的反應(yīng)過程中活化能更低，故反應(yīng)過程——能量圖為 2．(2017浙江“超級全能生”選考科目8月聯(lián)考)煤的氣化得CO和H2，在催化劑存在條件下進一步合成甲醇(反應(yīng)Ⅰ)，并同時發(fā)生反應(yīng)Ⅱ。 Ⅰ.CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH1 ＝ －81 kJmol－1 Ⅱ. CO(g)＋H2(g) C(s)＋H2O (g) ΔH2 已知：①2C(s)＋O2(g)===2CO(g) ΔH3 ＝－221 kJmol－1 ②H2O(g)===H2O(l) ΔH4 ＝－44.0 kJmol－1 ③H2的標準燃燒熱為－285. 8 kJmol－1 ④反應(yīng)過程中催化劑對選擇性會產(chǎn)生影響，甲醇選擇性是指轉(zhuǎn)化的CO中生成甲醇的百分比。 請回答： (1)反應(yīng)Ⅱ中ΔH2 ＝________kJmol－1。 (2)為減弱副反應(yīng)Ⅱ的發(fā)生，下列采取的措施合理的是________。 A．反應(yīng)前加入少量的水蒸氣 B．增壓 C．降低反應(yīng)溫度 D．使用合適催化劑，平衡前提高甲醇的選擇性 (3)在常壓下，CO和H2的起始加入量為10 mol、14 mol，容器體積為10 L，選用Cu/NiO催化劑，升高溫度在450 ℃時測得甲醇的選擇性為80%，CO的轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系如圖所示，則此溫度下反應(yīng)Ⅰ的平衡常數(shù)K＝________，并說明CO的轉(zhuǎn)化率隨溫度升高先增大后減小的原因：________________________________________________________________________。 (4)350 ℃時甲醇的選擇性為90%，其他條件不變，畫出350 ℃時甲醇的物質(zhì)的量隨時間的變化曲線。 答案 (1)－131.3 (2)AD (3)3.2 在150 ℃至350 ℃時，反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ未達到平衡，隨溫度升高，CO轉(zhuǎn)化率增大，350 ℃后，反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ已達到平衡，兩反應(yīng)均放熱，平衡逆向移動，CO轉(zhuǎn)化率減小 (4) 解析 (1)本題考查熱化學反應(yīng)方程式的計算，①2C(s)＋O2(g)===2CO(g)，②H2O(g)===H2O(l)，③H2(g)＋1/2O2(g)===H2O(l) ΔH5＝－285.8 kJmol－1，根據(jù)根據(jù)蓋斯定律，Ⅱ＝③－②－①/2，ΔH2＝－131.3 kJmol－1。(2)加入少量的水蒸氣，增加Ⅱ的生成物的濃度，平衡向逆反應(yīng)方向進行，CO和H2的量增加，反應(yīng)Ⅰ向正反應(yīng)方向進行，A正確；增大壓強，反應(yīng)Ⅱ向正反應(yīng)方向進行，不利于甲醇的生成，B錯誤；兩個反應(yīng)都是放熱反應(yīng)，降低溫度，平衡都向正反應(yīng)方向移動，不利于甲醇的生成，C錯誤；根據(jù)信息④，使用合適的催化劑，提高甲醇的選擇性，有利于甲醇的生成，D正確。 (3) CO(g) ＋ 2H2(g)CH3OH(g) 起始/mol 10 14 0 變化/mol 1050%80% 8 4 根據(jù)信息，有1 mol CO和1 mol H2參與反應(yīng)Ⅱ，因此達到平衡時，CO和H2的物質(zhì)的量都是5 mol，甲醇的物質(zhì)的量為4 mol，根據(jù)平衡常數(shù)的表達式，K＝，代入數(shù)值解得K＝3.2，在150～350 ℃時，反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ未達到平衡，隨溫度升高，CO轉(zhuǎn)化率增大，350 ℃后反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ已達到平衡，兩反應(yīng)均放熱，平衡逆向移動，CO轉(zhuǎn)化率減小。(4)根據(jù)(3)的分析，當350 ℃時，甲醇的選擇性為90%，達到平衡n(CH3OH)＝6.3 mol，即圖像為 。 3．(2017浙江“七彩陽光”新高考研究聯(lián)盟高三下學期聯(lián)考)已知在298 K和101 kPa條件下，有如下反應(yīng)： 反應(yīng)Ⅰ：C(s) ＋ O2(g)===CO2(g) ΔH1＝－393.5 kJmol－1 反應(yīng)Ⅱ：2C(s) ＋ O2(g)===2CO(g) ΔH2＝－221 kJmol－1 反應(yīng)Ⅲ：N2(g) ＋ O2(g)===2NO(g) ΔH3＝180.5 kJmol－1 試回答下列問題： (1)汽車尾氣凈化原理為反應(yīng)Ⅳ：2NO(g) ＋ 2CO(g)N2(g) ＋ 2CO2(g) ΔH＝___________，該反應(yīng)能自發(fā)進行的條件是________(填“高溫”“低溫”或“任意溫度”)。 (2)如果在一定溫度下，體積為 2 L的密閉容器中發(fā)生化學反應(yīng)Ⅳ，0～4 min各物質(zhì)物質(zhì)的量的變化如下表所示： 物質(zhì)(mol) 時間 NO CO N2 CO2 起始 0.4 1.0 2 min末 2.0 0.8 1.6 4 min末 1.6 ①求 0～2 min 內(nèi)用 CO 來表示的平均反應(yīng)速率 v(CO)＝________。 ②試計算該溫度下反應(yīng)Ⅳ的化學平衡常數(shù) K＝________。 (3)若一定溫度下，在容積可變的密閉容器中，上述反應(yīng)Ⅳ達到平衡狀態(tài)，此時容積為3 L, c(N2)隨時間t的變化曲線x如圖所示。 ①若在 t2 min時改變一個條件，c(N2)隨反應(yīng)時間t的變化如曲線y所示，則改變的條件是________。 ②若在t2 min時升高溫度，t3 min時重新達到平衡，請在圖中畫出在 t2～t4 內(nèi) c(N2)的變化曲線。 答案 (1)－746.5 kJmol－1 低溫 (2)①0.1 molL－1min－1?、?.6 (3)①快速將容器體積由3 L壓縮到2 L ② 解析 (1)根據(jù)蓋斯定律可知反應(yīng)Ⅳ由(反應(yīng)Ⅰ2－反應(yīng)Ⅱ－反應(yīng)Ⅲ)得到，則ΔH＝(－393.5 kJmol－1)2－(－221 kJmol－1)－180.5 kJmol－1＝ －746.5 kJmol－1；由ΔG＝ΔH－TΔS＜0，其中ΔH＜0、ΔS＜0，可知該反應(yīng)在低溫下能自發(fā)進行。 (2)①0～2 min 內(nèi)N2變化物質(zhì)的量：1.0 mol－0.80 mol＝0.2 mol，則CO變化物質(zhì)的量為0.4 mol，用 CO 來表示的平均反應(yīng)速率 v(CO)＝0.4 mol2 L2 min＝0.1 molL－1min－1； ②2～4 min 時CO2的物質(zhì)的量沒有發(fā)生變化，可知2 min時反應(yīng)已達到平衡，此時： 2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g) 起始量/mol 0.4 1.6 1.0 2.0 變化量/mol 0.4 0.4 0.2 0.4 平衡量/mol 0.8 2.0 0.8 1.6 平衡濃度/molL－1 0.4 1.0 0.4 0.8 該溫度下反應(yīng)Ⅳ 的化學平衡常數(shù)K＝＝1.6。 (3)①由圖示可知c(N2)的濃度瞬間增大為原來的1.5倍，可通過快速將容器體積由3 L壓縮到2 L即可；②t2min時升高溫度平衡逆向移動，c(N2)的濃度會減小，重新達到新的平衡狀態(tài)，所得曲線如圖所示： 。 4．(2017臺州高三2月選考科目質(zhì)量評估)汽車尾氣的主要成分有CO、SO2、氮氧化物等，科研工作者目前正在嘗試以二氧化鈦(TiO2)催化分解汽車尾氣的研究。 (1)已知：2NO(g)＋O2(g)===2NO2(g) ΔH1＝－113.0 kJmol－1 2SO2(g)＋O2(g)===2SO3(l) ΔH2＝－288.4 kJmol－1 請判斷反應(yīng)NO2(g)＋SO2(g)===NO(g)＋SO3(l) ΔH3，在低溫下能否自發(fā)進行，并說明理由：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)已知TiO2催化尾氣降解原理： 2CO(g)＋O2(g)2CO2(g)； 2H2O(g)＋4NO(g)＋3O2(g)4HNO3(g)。 Ⅰ.在O2濃度幾乎不變的條件下，模擬CO、NO的降解，得到降解率隨時間變化如圖1所示[A的降解率＝]，反應(yīng)40 s后檢測到HNO3濃度有所降低，請用化學方程式并結(jié)合化學反應(yīng)原理知識解釋出現(xiàn)該現(xiàn)象可能的原因：______________________________ ________________________________________________________________________。 Ⅱ.圖2為在不同顆粒間隙的瀝青混凝土(α、β型)和不同溫度下，實驗進行相同一段時間(t s)后測得的CO降解率變化，回答下列問題： ①已知50 ℃、t s時容器中O2濃度為0.01 molL－1，求此溫度下CO降解反應(yīng)的平衡常數(shù)________。 ②下列關(guān)于圖2的敘述不正確的是________(填字母)。 A．根據(jù)降解率由b點到c點隨溫度的升高而增大，可知CO降解反應(yīng)的平衡常數(shù)Kb下載提示(請認真閱讀)
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