2019高考化学二轮增分策略 加试30题专练(三)化学平衡原理综合应用.doc
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2019高考化学二轮增分策略 加试30题专练(三)化学平衡原理综合应用.doc
1加试加试 3030 题专练题专练( (三三) ) 化学平衡原理综合应用化学平衡原理综合应用12018·温州市高三选考适应性测试(二模)甲醇是一种重要的有机化工原料,CO2与 H2在催化剂 CZZA(普通铜基催化剂)作用下合成甲醇,相关反应如下:反应 CO2(g)3H2(g)CH3OH(g)H2O(g) H149.2 kJ·mol1反应 CO2(g)H2(g)CO(g)H2O(g) H2已知:CO 和 H2的标准燃烧热分别为283.0 kJ·mol1和285.8 kJ·mol1H2O(g)=H2O(l) H344.0 kJ·mol1请回答:(1)反应的 H2_ kJ·mol1。(2)研究表明:在其他条件相同的情况下,将催化剂 CZZA 换成新型催化剂(CZZA/rGO),可以显著提高甲醇的选择性,试用过渡态理论解释其原因:_。(3)以 CZZA/rGO 为催化剂,在一定条件下,将物质的量之比为 13(总量为a mol)的 CO2与H2通入恒容密闭容器中进行反应,CO2的平衡转化率和甲醇的选择率(甲醇的选择率:转化的CO2中生成甲醇的物质的量分数)随温度的变化趋势如图 1 所示:在 553 K 时,反应体系内甲醇的物质的量为_ mol。随着温度的升高,CO2的平衡转化率增大但甲醇的选择率降低,请分析其原因:_。(4)将 CO2与 H2按物质的量之比为 13 通入恒温恒容密闭容器中,控制条件,使其仅仅按反应进行,得到甲醇的体积分数与时间的关系如图 2 所示。保持其他条件不变,t1时再向容器中加入一定量物质的量之比为 13 的 CO2与 H2混合气,t2时再次达到平衡,请在下图中2画出t1t3时间内甲醇体积分数随时间的变化曲线。答案 (1)41.2 (2)新型催化剂能将反应活化能降低更多,使反应物更容易生成甲醇 (3)0.031 5a 当温度升高时反应平衡逆向移动,而反应平衡正向移动且幅度更大,所以 CO2的转化率增加,但甲醇的选择性却降低。(4)解析 CO(g) O2(g)=CO2(g) H283.0 kJ·mol1、H2(g) O2(g)=H2O(l) 1 21 2H285.8 kJ·mol1,H2O(g)=H2O(l) H344.0 kJ·mol1,反应CO2(g)3H2(g)CH3OH(g)H2O(g) H149.2 kJ·mol1,反应 CO2(g)H2(g)CO(g)H2O(g) H2(1)由盖斯定律,得反应的 H2285.8 kJ·mol1(283.0 kJ·mol1)(44.0 kJ·mol1)41.2 kJ·mol1。(2)在其他条件相同的情况下,将催化剂 CZZA 换成新型催化剂(CZZA/rGO),可以显著提高甲醇的选择性,用过渡态理论解释其原因:新型催化剂能将反应活化能降低更多,使反应物更容易生成甲醇。(3) CO2(g) 3H2(g)CH3OH(g)H2O(g)始/mol 0.25a 0.75a变/mol 0.25a×21%×60% 0.031 5a平/mol 0.031 5a在 553 K 时,反应体系内甲醇的物质的量为 0.25a×21%×60%0.031 5a;随着温度的升高,CO2的平衡转化率增大但甲醇的选择率降低,其原因是当温度升高时反应平衡逆向移动,而反应平衡正向移动且幅度更大,所以 CO2的转化率增加,但甲醇的选择性却降低。(4)保持其他条件不变,t1时再向容器中加入一定量物质的量之比为 13 的 CO2与 H2混合气,t2时再次达到平衡,t1时相当于对原平衡进行加压,平衡正向移动,甲醇的体积分数增大。32(2017·浙江省金华十校高二第一学期期末调研)二氧化碳加氢合成乙烯的反应如下:2CO2(g)6H2(g)C2H4(g)4H2O(g) H。催化剂已知:C2H4(g)3O2(g)=2CO2(g)2H2O(l) H1a kJ·mol1;2H2(g)O2(g)=2H2O(l) H2b kJ·mol1;H2O(l)=H2O(g) H3c kJ·mol1;请回答:(1)H_ kJ·mol1。(用a、b、c表示)(2)在催化剂Fe3(CO)12/ZSM5、空速 1200 h1 条件下,温度、压强、氢碳比n(H2)/n(CO2)x对 CO2平衡转化率及温度对催化效率影响如图 1 所示。下列有关说法正确的是_(填字母)。AH>0B增大氢碳比,可以提高 CO2的平衡转化率C温度低于 300 时,随温度升高乙烯的产率增大D平衡常数:K(M)>K(N)E为提高 CO2的平衡转化率,工业生产中应在尽可能低的温度下合成乙烯M 点时,CO2的平衡转化率为 ,则此时平衡体系中乙烯的体积分数为_。2 34工业生产中压强一般控制在 2.12.6 MPa 之间,理由是_。(3)恒温(300 ),在体积为 1 L 的恒容容器中以n(H2)/n(CO2)3 的投料比加入反应物,至t1时达到平衡。t2时将容器体积瞬间扩大至 2 L 并保持不变,t3时重新达平衡。在图 2中绘制 0t4时间段内,容器内混合气体的平均相对分子质量(M)随时间(t)变化的图像。答案 (1)3b4ca (2)BD 1/9(或 11.1%)压强小于 2.1 MPa,CO2的平衡转化率较小;压强大于 2.6 MPa,CO2 的平衡转化率提高幅度较小,运行成本增加 (3)起点 12.5,t2低于 20(实际为16.7),t3高于 12.5解析 (1) 已知:C2H4(g)3O2(g)=2CO2(g)2H2O(l) H1a kJ·mol1;2H2(g)O2(g)=2H2O(l) H2b kJ·mol1;H2O(l)=H2O(g) H3c kJ·mol1;根据盖斯定律,将×3×4得:2CO2(g )6H2(g)C2H4(g)4H2O(g) H(3b4ca) 催化剂kJ·mol1。(2)根据图像,CO2平衡转化率随温度升高而降低,说明升高温度,平衡逆向移动,正反应为放热反应,H0,故 A 错误;根据方程式 2CO2(g)6H2(g)C2H4(g)4H2O(g),催化剂增大氢碳比,可以提高 CO2的平衡转化率,故 B 正确;根据 A 的分析,H0,温nH2nCO2度升高,平衡逆向移动,乙烯的产率降低,故 C 错误;升高温度,平衡逆向移动,平衡常数减小,则平衡常数:K(M)>K(N),故 D 正确;根据图像,为提高 CO2的平衡转化率,工业生产中应在 300 温度下合成乙烯,但温度太低,催化剂的活性较低,反应速率太慢,故 E错误。设参与反应的二氧化碳的物质的量为 3n mol,则氢气为 9n mol,根据反应 2CO2(g)6H2(g)C2H4(g)4H2O(g)可知,CO2的平衡转化率为 ,平衡时n(CO2)n mol,n(H2)催化剂2 33n mol,n(C2H4)n mol,n (H2O)4n mol,平衡体系中乙烯的体积分数物质的量分数 11.1%。n 9n1 9根据图像,工业生产中压强一般控制在 2.12.6 MPa 之间,是因为压强小于 2.1 MPa,CO2的平衡转化率较小;压强大于 2.6 MPa,CO2 的平衡转化率提高幅度较小,运行成本增加。5(3)设参与反应的二氧化碳的物质的量为 3 mol,则氢气为 9 mol,起始时混合气体的平均相对分子质量(M)12.5;300 时,CO2的平衡转化率为 ,根据反应 2CO2(g)3 × 442 × 939236H2(g)C2H4(g)4H2O(g)可知,平衡时 n(CO2)1 mol,n(H2)3 mol,n(C2H4)1 催化剂mol,n (H2O)4 mol,混合气体的平均相对分子质量(M)16.67;t2时将容3 × 442 × 99器体积瞬间扩大至 2 L 并保持不变,平衡逆向移动,气体的物质的量增大,但小于 12 mol, 新平衡时混合气体的平均相对分子质量(M)减小,但大于 12.5,容器内混合气体的平均相对分子质量(M)随时间(t)变化的图像为 起点 12.5,t2低于 20(实际为 16.7),t3高于 12.5。