2019版高考化学大一轮复习专题8化学反应速率和化学平衡专项突破练（四）.doc

- 1 -专项突破练专项突破练( (四四) ) 加试题中的化学反应速率和化学平衡加试题中的化学反应速率和化学平衡1(2017·浙江名校协作体高三上学期考试)为应对全球石油资源日益紧缺，提高煤的利用效率，我国开发了煤制烯烃技术，并进入工业化试验阶段。(1)煤气化制合成气(CO 和 H2)已知：C(s)H2O(g)=CO(g)H2(g)H1131.3 kJ·mol1C(s)2H2O(g)=CO2(g)2H2(g)H290 kJ·mol1则一氧化碳与水蒸气反应生成二氧化碳和氢气的热化学方程式是_。(2)由合成气制甲醇：合成气 CO 和 H2在一定条件下能发生如下反应：CO(g) 2H2(g)CH3OH(g)。在容积均为V L 的甲、乙、丙三个密闭容器中分别充入a mol CO 和 2a mol H2，三个容器的反应温度分别为T1、T2、T3且恒定不变，在其他条件相同的情况下，实验测得反应均进行到t min 时 CO 的体积分数如图所示，此时三个容器中一定处在化学平衡状态的是_(填“T1”或“T2” 或“T3”)；该温度下的化学平衡常数为_(用a、V表示)。(3)由甲醇制烯烃主反应： 2CH3OHC2H42H2Oi3CH3OHC3H63H2Oii副反应： 2CH3OHCH3OCH3H2Oiii某实验室控制反应温度为 400 ，在相同的反应体系中分别填装等量的两种催化剂(Cat.1和 Cat.2)，以恒定的流速通入 CH3OH，在相同的压强下进行两种催化剂上甲醇制烯烃的对比研究。得到如下实验数据：(选择性：转化的甲醇中生成乙烯和丙烯的百分比)- 2 -下列说法错误的是_。A反应进行一段时间后甲醇的转化率下降，可能的原因是催化剂失活，工业生产中需定期更换催化剂B使用 Cat.2 反应 2 h 后乙烯和丙烯的选择性下降，可能的原因是生成副产物二甲醚C使用 Cat.1 产生的烯烃主要为丙烯，使用 Cat.2 产生的烯烃主要为乙烯D不管使用 Cat.1 还是使用 Cat.2，都能提高活化分子的百分数在上图中分别画出反应 i 在无催化剂、有 Cat.1、有 Cat.2 三种情况下“反应过程能量”示意图。答案 (1)CO(g)H2O(g)=CO2(g)H2(g)- 3 -H 41.3 kJ·mol1 (2)T3 9V2/2a2 (3)C解析 (1)已知C(s)H2O(g)=CO(g)H2(g) H1131.3 kJ·mol1，C(s)2H2O(g)=CO2(g)2H2(g) H290 kJ·mol1，由盖斯定律可知，得到 CO(g)H2O(g)=CO2(g)H2(g) H90 kJ·mol1131.3 kJ·mol141.3 kJ·mol1。(2)CO(g)2H2(g)CH3OH(g) H0，该反应正反应为放热反应，根据图像，T1中的状态转变成T2中的状态，CO 百分含量减小，说明平衡正向移动，说明T1未达平衡状态，T2中的状态转变成T3中的状态，CO 百分含量增大，说明平衡逆向移动，说明T2可能达平衡状态，一定达到化学平衡状态的是T3；CO(g) 2H2(g)CH3OH(g)起始物质的量/mol a 2a 0变化物质的量/mol n 2n n平衡物质的量/mol an 2a2n n平衡时 CO 的体积分数为×100%20%，解得：an 3a2nna，此温度下平衡常数K。2 32 3a V a 3 V×(2a 3 V)29V2 2a2(3)当催化剂失活后，副产物增多，甲醇的转化率下降，需要及时更换催化剂，A 正确；使用 Cat.2 时，随反应的不断进行，生成的副产物二甲醚增多，导致生成乙烯和丙烯的选择性下降，B 正确；由图示可知，使用 Cat.1 时丙烯与乙烯的比值随时间增长不断减小，说明乙烯增多，即使用 Cat.1 时主要生成乙烯，而使用 Cat.2 时，产物中乙烯的含量明显大于丙烯，可见使用 Cat.2 时产生的烯烃也主要为乙烯，C 错误；使用催化剂能降低反应活化能，提高活化分子的百分数，D 正确。从图中数据分析，在催化剂 Cat.1 的作用下，甲醇的转化率更大，说明催化剂 Cat.1 对反应 i 催化效果更好，催化剂能降低反应的活化能，说明使用催化剂 Cat.1 的反应过程中活化能更低，故反应过程能量图为- 4 -2(2017·浙江“超级全能生”选考科目 8 月联考)煤的气化得 CO 和 H2，在催化剂存在条件下进一步合成甲醇(反应)，并同时发生反应。.CO(g)2H2(g)CH3OH(g) H1 81 kJ·mol1. CO(g)H2(g) C(s)H2O (g) H2 已知：2C(s)O2(g)=2CO(g) H3 221 kJ·mol1H2O(g)=H2O(l) H4 44.0 kJ·mol1H2的标准燃烧热为285. 8 kJ·mol1反应过程中催化剂对选择性会产生影响，甲醇选择性是指转化的 CO 中生成甲醇的百分比。请回答：(1)反应中 H2 _kJ·mol1。(2)为减弱副反应的发生，下列采取的措施合理的是_。A反应前加入少量的水蒸气B增压C降低反应温度D使用合适催化剂，平衡前提高甲醇的选择性(3)在常压下，CO 和 H2的起始加入量为 10 mol、14 mol，容器体积为 10 L，选用 Cu/NiO 催化剂，升高温度在 450 时测得甲醇的选择性为 80%，CO 的转化率与温度的关系如图所示，则此温度下反应的平衡常数K_，并说明 CO 的转化率随温度升高先增大后减小的原因：_。(4)350 时甲醇的选择性为 90%，其他条件不变，画出 350 时甲醇的物质的量随时间的变化曲线。答案 (1)131.3 (2)AD (3)3.2 在 150 至 350 时，反应、未达到平衡，随温- 5 -度升高，CO 转化率增大，350 后，反应、已达到平衡，两反应均放热，平衡逆向移动，CO 转化率减小(4)解析 (1)本题考查热化学反应方程式的计算，2C(s)O2(g)=2CO(g)，H2O(g)=H2O(l)，H2(g)1/2O2(g)=H2O(l) H5285.8 kJ·mol1，根据根据盖斯定律，/2，H2131.3 kJ·mol1。(2)加入少量的水蒸气，增加的生成物的浓度，平衡向逆反应方向进行，CO 和 H2的量增加，反应向正反应方向进行，A 正确；增大压强，反应向正反应方向进行，不利于甲醇的生成，B 错误；两个反应都是放热反应，降低温度，平衡都向正反应方向移动，不利于甲醇的生成，C 错误；根据信息，使用合适的催化剂，提高甲醇的选择性，有利于甲醇的生成，D 正确。(3) CO(g) 2H2(g)CH3OH(g)起始/mol 10 14 0变化/mol 10×50%×80% 8 4 根据信息，有 1 mol CO 和 1 mol H2参与反应，因此达到平衡时，CO 和 H2的物质的量都是5 mol，甲醇的物质的量为 4 mol，根据平衡常数的表达式，K，代入数值解cCH3OHcCO·c2H2得K3.2，在 150350 时，反应、未达到平衡，随温度升高，CO 转化率增大，350 后反应、已达到平衡，两反应均放热，平衡逆向移动，CO 转化率减小。(4)根据(3)的分析，当 350 时，甲醇的选择性为 90%，达到平衡n(CH3OH)6.3 mol，即图像为。 3(2017·浙江“七彩阳光”新高考研究联盟高三下学期联考)已知在 298 K 和 101 kPa 条件下，有如下反应：反应：C(s) O2(g)=CO2(g) H1393.5 kJ·mol1反应：2C(s) O2(g)=2CO(g) H2221 kJ·mol1- 6 -反应：N2(g) O2(g)=2NO(g) H3180.5 kJ·mol1试回答下列问题：(1)汽车尾气净化原理为反应：2NO(g) 2CO(g)N2(g) 2CO2(g) H_，该反应能自发进行的条件是_(填“高温” “低温”或“任意温度”)。(2)如果在一定温度下，体积为 2 L 的密闭容器中发生化学反应，04 min 各物质物质的量的变化如下表所示：物质(mol)时间 NOCON2 CO2起始 0.41.02 min 末 2.00.81.64 min 末 1.6求 02 min 内用 CO 来表示的平均反应速率 v(CO)_。试计算该温度下反应的化学平衡常数 K_。(3)若一定温度下，在容积可变的密闭容器中，上述反应达到平衡状态，此时容积为 3 L, c(N2)随时间t的变化曲线 x 如图所示。若在 t2 min 时改变一个条件，c(N2)随反应时间t的变化如曲线 y 所示，则改变的条件是_。若在t2 min 时升高温度，t3 min 时重新达到平衡，请在图中画出在 t2t4 内 c(N2)的变化曲线。答案 (1)746.5 kJ·mol1 低温 (2)0.1 mol·L1·min1 1.6 (3)快速将容器体积由 3 L 压缩到 2 L 解析 (1)根据盖斯定律可知反应由(反应×2反应反应)得到，则- 7 -H(393.5 kJ·mol1)×2(221 kJ·mol1)180.5 kJ·mol1 746.5 kJ·mol1；由 GHTS0，其中 H0、S0，可知该反应在低温下能自发进行。(2)02 min 内 N2变化物质的量：1.0 mol0.80 mol0.2 mol，则 CO 变化物质的量为0.4 mol，用 CO 来表示的平均反应速率 v(CO)0.4 mol÷2 L÷2 min0.1 mol·L1·min1；24 min 时 CO2的物质的量没有发生变化，可知 2 min 时反应已达到平衡，此时：2NO(g)2CO(g)N2(g)2CO2(g)起始量/mol 0.4 1.6 1.0 2.0变化量/mol 0.4 0.4 0.2 0.4平衡量/mol 0.8 2.0 0.8 1.6平衡浓度/mol·L1 0.4 1.0 0.4 0.8该温度下反应 的化学平衡常数K1.6。0.4 × 0.82 0.42 × 1.02(3)由图示可知c(N2)的浓度瞬间增大为原来的 1.5 倍，可通过快速将容器体积由 3 L 压缩到 2 L 即可；t2min 时升高温度平衡逆向移动，c(N2)的浓度会减小，重新达到新的平衡状态，所得曲线如图所示：。 4(2017·台州高三 2 月选考科目质量评估)汽车尾气的主要成分有 CO、SO2、氮氧化物等，科研工作者目前正在尝试以二氧化钛(TiO2)催化分解汽车尾气的研究。(1)已知：2NO(g)O2(g)=2NO2(g) H1113.0 kJ·mol12SO2(g)O2(g)=2SO3(l) H2288.4 kJ·mol1请判断反应 NO2(g)SO2(g)=NO(g)SO3(l) H3，在低温下能否自发进行，并说明理由：_。(2)已知 TiO2催化尾气降解原理：2CO(g)O2(g)2CO2(g)；2H2O(g)4NO(g)3O2(g)4HNO3(g)。.在 O2浓度几乎不变的条件下，模拟 CO、NO 的降解，得到降解率随时间变化如图 1 所示A的降解率，反应 40 s 后检测到 HNO3浓度有所降低，请用化学方cA初始cA实验结束cA初始- 8 -程式并结合化学反应原理知识解释出现该现象可能的原因：_。.图 2 为在不同颗粒间隙的沥青混凝土(、 型)和不同温度下，实验进行相同一段时间(t s)后测得的 CO 降解率变化，回答下列问题：已知 50 、t s 时容器中 O2浓度为 0.01 mol·L1，求此温度下 CO 降解反应的平衡常数_。下列关于图 2 的叙述不正确的是_(填字母)。A根据降解率由 b 点到 c 点随温度的升高而增大，可知 CO 降解反应的平衡常数Kb<KcB相同温度下， 型沥青混凝土中 CO 降解速率比 型要大Ca 点的数据反映出 CO 与 O2之间所发生的有效碰撞频率是整个实验过程中最高的Dd 点降解率出现突变的原因可能是温度升高后催化剂失效答案 (1)能，H3(288.4 kJ·mol1)(113.0 kJ·mol1)× 87.7 1 2kJ·mol1<0，且可判断反应的 S<0，故在低温下可自发进行 (2). 40 s 后发生反应2NO=N2O2，生成氮气，并且 NO 浓度降低，平衡 2H2O4NO3O24HNO3逆向移动，造成HNO3浓度降低. AC100x21x2解析 (1)2NO(g)O2(g)=2NO2(g) H1113.0 kJ·mol12SO2(g)O2(g)=2SO3(l) H2288.4 kJ·mol1根据盖斯定律× × 得 NO2(g)SO2(g)=NO(g)SO3(l) H3(288.4 1 21 2kJ·mol1)(113.0 kJ·mol1)× 87.7 kJ·mol1；气体物质的量减少，1 2- 9 -S<0，H<0，根据 HTS<0 能自发进行，所以该反应在低温下可自发进行。(2).40 s 后发生反应 2NO=N2O2生成氮气，并且 NO 浓度降低，使平衡 2H2O4NO3O24HNO3逆向移动，造成 HNO3浓度降低；. 设初始 CO 的浓度为a mol·L1，2CO(g)O2(g)2CO2(g)开始浓度/mol·L1 a 0转化浓度/mol·L1 ax ax平衡浓度/mol1 aax 0.01 axK；根据降解率由 b 点到 c 点随温度的升高而增大，c2CO2c2CO·cO2ax2aax2 × 0.01100x21x2b 点不是平衡状态，A 错误；根据图示，相同温度下 型沥青混凝土反应速率快，B 正确； 温度越高，有效碰撞频率越高，C 错误；在适宜的温度下催化剂的效果最好，D 正确。