2023屆高考二輪總復(fù)習(xí)試題 化學(xué)（適用于山東、海南） 大題突破練3　化學(xué)反應(yīng)原理綜合題

大題突破練3化學(xué)反應(yīng)原理綜合題1.(2022山東棗莊二模)2021年9月,中國(guó)科學(xué)院宣布在人工合成淀粉方面取得突破性進(jìn)展,在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)二氧化碳到淀粉的全合成,該技術(shù)未來有望促進(jìn)碳中和的生物經(jīng)濟(jì)發(fā)展。(1)CO2人工合成轉(zhuǎn)化為淀粉只需要11步,其中前兩步涉及的反應(yīng)如圖所示:反應(yīng):CO2(g)+2H2(g)HCHO(g)+H2O(g)ΔH=。

(2)反應(yīng)Ⅰ進(jìn)行時(shí),同時(shí)發(fā)生反應(yīng):2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g),在1L恒容密閉容器中充入4.0molCO2和6.0molH2,一定溫度下,達(dá)到平衡時(shí),c(CO2)=c(H2O),c(H2)=1.2mol·L-1,CH3OH物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為%(計(jì)算結(jié)果保留1位小數(shù))。

(3)乙烯是合成工業(yè)的重要原料,一定條件下可發(fā)生反應(yīng):3C2H4(g)2C3H6(g)。①分別在不同溫度、不同催化劑下,保持其他初始條件不變,重復(fù)實(shí)驗(yàn),經(jīng)相同時(shí)間測(cè)得C2H4的體積分?jǐn)?shù)與溫度的關(guān)系如圖所示:在催化劑甲作用下,圖中M點(diǎn)的速率v(正)(填“>”“<”或“=”)v(逆);根據(jù)圖中所給信息,應(yīng)選擇的反應(yīng)條件為。

②一定溫度下,該反應(yīng)正、逆反應(yīng)速率與C2H4、C3H6的濃度關(guān)系:v(正)=k(正)·c3(C2H4),v(逆)=k(逆)·c2(C3H6)(k(正)、k(逆)是速率常數(shù)),且lgv(正)~lgc(C2H4)或lgv(逆)~lgc(C3H6)的關(guān)系如圖所示。向恒容密閉容器中充入一定量C2H4,反應(yīng)進(jìn)行m分鐘后達(dá)平衡,測(cè)得c(C2H4)=1.0mol·L-1,該溫度下,平衡常數(shù)K=(用含a、b的計(jì)算式表示,下同),用C3H6表示的平均反應(yīng)速率為mol·L-1·min-1。

2.(2022山東淄博二模)溫室氣體的利用是當(dāng)前環(huán)境和能源領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。Ⅰ.CH4與CO2、H2O重整制合成氣的反應(yīng)如下:ⅰ.CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)ⅱ.CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)ⅲ.CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)已知反應(yīng)ⅱ和ⅲ的平衡常數(shù)的自然對(duì)數(shù)lnKp與溫度的關(guān)系如圖1所示。圖1(1)ⅰ.CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)ΔH(填“>”或“<”)0。

(2)分別在不同壓強(qiáng)下,向VL密閉容器中按照n(CO)∶n(CH4)∶n(H2O)=1∶1∶1投料,實(shí)驗(yàn)測(cè)得平衡時(shí)n(H2圖2①壓強(qiáng)p1、p2、p3由大到小的順序?yàn)椤?/p>

②壓強(qiáng)為p2時(shí),隨著溫度升高,n(H2)nⅡ.向密閉容器中充入一定量的CH4(g)和NO(g),保持總壓為100kPa發(fā)生反應(yīng):CH4(g)+4NO(g)2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)ΔH<0。已知n(NO)n(CH4)=1時(shí)NO的平衡轉(zhuǎn)化率~1T、T圖3(3)曲線(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)表示T3K下NO平衡轉(zhuǎn)化率~n(NO)n(CH4)的關(guān)系,Tl(填“>(4)在n(NO)n(CH4)=1、T3K下,該反應(yīng)平衡時(shí)N2p(CO2)pθ·[p(N2)pθ]2·[p(H2O)pθ]2[p(NO)pθ]4·p(CH4)pθ,3.(2022遼寧鞍山二模)水煤氣變換反應(yīng)可用于大規(guī)模制H2,反應(yīng)原理如下:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)ΔH=-41.2kJ·mol-1。(1)生產(chǎn)中,欲既提高CO的轉(zhuǎn)化率,又提高反應(yīng)速率,可采取的一項(xiàng)措施是。

(2)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)其他條件不變,在體系中投入一定量CaO可以增大H2的體積分?jǐn)?shù),從化學(xué)平衡的角度解釋原因:

。

(3)在其他條件相同時(shí),將兩種等質(zhì)量不同粒徑的CaO(納米級(jí)和微米級(jí))投入體系中,H2體積分?jǐn)?shù)隨時(shí)間變化如圖所示,其中表示納米級(jí)CaO對(duì)H2體積分?jǐn)?shù)產(chǎn)生影響的曲線是(填“a”或“b”),判斷理由是。

(4)將CaCO3加熱至T℃,部分發(fā)生分解,達(dá)到平衡時(shí)Kp=p0kPa。T℃,在一真空密閉容器中加入過量的CaCO3,再充入一定量的H2,加入催化劑使其發(fā)生反應(yīng):CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)(忽略其他副反應(yīng)),測(cè)得該反應(yīng)中物質(zhì)分壓如圖所示(t時(shí)刻前,CO2的分壓未給出):①A點(diǎn)坐標(biāo)為(t,);

②H2的平衡轉(zhuǎn)化率為;

③反應(yīng)CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)的平衡常數(shù)Kp=。

4.(2022湖南衡陽二模)CH4-CO2重整技術(shù)是實(shí)現(xiàn)“碳中和”的一種理想的CO2利用技術(shù),具有廣闊的市場(chǎng)前景、經(jīng)濟(jì)效應(yīng)和社會(huì)意義。該過程中涉及的反應(yīng)如下:主反應(yīng):CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)ΔH1副反應(yīng):CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH2=+41.0kJ·mol-1回答下列問題:(1)已知CH4、CO和H2的燃燒熱ΔH分別為-890.3kJ·mol-1、-283.0kJ·mol-1和-285.8kJ·mol-1,該催化重整主反應(yīng)的ΔH1=kJ·mol-1。有利于提高CO2平衡轉(zhuǎn)化率的條件是(填字母)。

A.高溫高壓 B.高溫低壓C.低溫高壓 D.低溫低壓(2)在剛性密閉容器中,進(jìn)料比n(CO2)n(CH4)分別等于1圖甲圖乙①甲烷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨溫度變化的關(guān)系如圖甲所示,曲線c對(duì)應(yīng)的n(CO2)②反應(yīng)體系中,n(H2)n(CO)隨溫度變化的關(guān)系如圖乙所示,隨著進(jìn)料比n(CO2)n(CH4)的增加,(3)在800℃、101kPa時(shí),按投料比n(CO2)n(CH4)=1.0加入剛性密閉容器中,達(dá)平衡時(shí)甲烷的轉(zhuǎn)化率為90%,二氧化碳的轉(zhuǎn)化率為95%,(4)我國(guó)科學(xué)家設(shè)計(jì)了一種電解裝置如圖丙所示,能將二氧化碳轉(zhuǎn)化成合成氣CO和H2,同時(shí)獲得甘油醛。則催化電極a為極,催化電極b產(chǎn)生CO的電極反應(yīng)式為。

圖丙5.(2022湖北黃岡二模)苯是一種重要的工業(yè)原料,可利用環(huán)己烷脫氫制取。環(huán)己烷脫氫制苯的反應(yīng)過程如下:①(g)(g)+H2(g)ΔH1=akJ·mol-1②(g)(g)+2H2(g)ΔH2=bkJ·mol-1③(g)(g)+3H2(g)ΔH3>0(1)則反應(yīng)③的ΔH3為(用含a、b的代數(shù)式表示),有利于提高上述反應(yīng)③的平衡轉(zhuǎn)化率的條件是(填字母)。

A.高溫高壓 B.低溫低壓C.高溫低壓 D.低溫高壓(2)不同壓強(qiáng)和溫度下反應(yīng)③的平衡轉(zhuǎn)化率如圖甲所示。圖甲Ⅰ.在相同壓強(qiáng)下升高溫度,未達(dá)到新平衡前,v(正)(填“大于”“小于”或“等于”)v(逆)。

Ⅱ.研究表明,既升高溫度又增大壓強(qiáng),C6H12的平衡轉(zhuǎn)化率也升高,理由可能是

。

(3)T℃向2L的密閉反應(yīng)器中充入1molC6H12進(jìn)行催化脫氫,測(cè)得C6H10和C6H6的產(chǎn)率x1和x2(以物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)計(jì))隨時(shí)間的變化關(guān)系如圖乙所示。在8min時(shí),反應(yīng)體系內(nèi)氫氣的物質(zhì)的量為mol(忽略其他副反應(yīng))。0~8min內(nèi)C6H6的平均化學(xué)反應(yīng)速率為。反應(yīng)③的化學(xué)平衡常數(shù)K=(只代入數(shù)據(jù)即可,不需要計(jì)算結(jié)果)。

圖乙6.(2022山東泰安三模)清潔能源的綜合利用可有效降低碳排放,是實(shí)現(xiàn)“碳中和、碳達(dá)峰”的重要途徑。(1)以環(huán)己烷為原料通過芳構(gòu)化反應(yīng)生產(chǎn)苯,同時(shí)可獲取氫氣。圖甲是該反應(yīng)過程中幾種物質(zhì)間的能量關(guān)系。圖甲芳構(gòu)化反應(yīng):(g)→(g)+3H2(g)ΔH=kJ·mol-1。

(2)H2和CO2合成乙醇的反應(yīng)為2CO2(g)+6H2(g)C2H5OH(g)+3H2O(g)。將等物質(zhì)的量的CO2和H2充入一剛性容器中,測(cè)得平衡時(shí)C2H5OH的體積分?jǐn)?shù)隨溫度和壓強(qiáng)的關(guān)系如圖乙。圖乙圖丙①壓強(qiáng)p1(填“>”“=”或“<”,下同)p2,a、b兩點(diǎn)的平衡常數(shù)KaKb。

②已知Arrhenius經(jīng)驗(yàn)公式為Rlnk=-EaT+C(Ea為活化能,k為速率常數(shù),R和C為常數(shù))。為探究m、n兩種催化劑的催化效能,進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)探究在m催化劑作用下,該反應(yīng)的活化能Ea=J·mol-1。從圖中信息獲知催化效能較高的催化劑是(填“m”或“n”),判斷理由是。

(3)H2和CO合成甲烷反應(yīng)為2CO(g)+2H2(g)CH4(g)+CO2(g)。T℃將等物質(zhì)的量CO和H2充入恒壓(200kPa)的密閉容器中。已知逆反應(yīng)速率v(逆)=k(逆)p(CH4)·p(CO2),其中p為分壓,該溫度下k(逆)=5.0×10-4kPa-1·s-1。反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)測(cè)得v(正)=516kPa·s-1。CO的平衡轉(zhuǎn)化率為,該溫度下反應(yīng)的Kp=(用組分的分壓計(jì)算的平衡常數(shù))。

7.(2022河北石家莊二模)甲醚(CH3OCH3)被稱為“21世紀(jì)的清潔燃料”。以CO2、H2為原料制備甲醚涉及的主要反應(yīng)如下:Ⅰ.2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)ΔH1<0Ⅱ.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH2回答下列問題:(1)將CO與H2O混合氣體置于絕熱恒容密閉容器中發(fā)生反應(yīng)Ⅱ,逆反應(yīng)速率隨時(shí)間變化的趨勢(shì)如圖所示(不考慮催化劑的影響)。則ΔH2(填“>”或“<”)0;a、b、c三點(diǎn)對(duì)應(yīng)反應(yīng)體系溫度Ta、Tb、Tc由高到低的順序?yàn)椤?/p>

(2)在恒壓條件下,按CO2與H2的物質(zhì)的量之比為1∶3投料,測(cè)得CO2平衡轉(zhuǎn)化率和平衡時(shí)CO的選擇性(轉(zhuǎn)化的CO2中生成CO的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))隨溫度的變化曲線如圖所示。①曲線n隨溫度升高顯示如圖所示的變化趨勢(shì)的原因是。

②T℃時(shí)反應(yīng)Ⅱ的平衡常數(shù)K=(保留兩位有效數(shù)字);合成甲醚的適宜溫度為260℃,理由是

。

③其他條件不變,改為恒容條件,CO平衡選擇性比恒壓條件下的平衡選擇性(填“高”“低”或“不變”)。

8.(2022廣東汕頭二模)CO2是一種溫室氣體,CO2的產(chǎn)生會(huì)影響人類生存的環(huán)境,將CO2作為原料轉(zhuǎn)化為有用的化學(xué)品,對(duì)實(shí)現(xiàn)碳中和及生態(tài)環(huán)境保護(hù)有著重要意義。Ⅰ.工業(yè)上以CO2和NH3為原料合成尿素,在合成塔中存在如下轉(zhuǎn)化:(1)液相中,合成尿素的熱化學(xué)方程式為2NH3(l)+CO2(l)H2O(l)+NH2CONH2(l)ΔH=kJ·mol-1。

(2)在恒容密閉容器中發(fā)生反應(yīng):2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g)ΔH<0。下列說法正確的是(填字母)。

A.增大CO2的濃度,有利于NH3的轉(zhuǎn)化率增大B.反應(yīng)在任何溫度下都能自發(fā)進(jìn)行C.當(dāng)混合氣體的密度不再發(fā)生改變時(shí)反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài)D.充入He,壓強(qiáng)增大,平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)Ⅱ.可利用CO2和CH4催化制備合成氣(CO、H2),在一定溫度下容積為1L的密閉容器中,充入等物質(zhì)的量的CH4和CO2,加入Ni/Al2O3使其發(fā)生反應(yīng):CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)。(3)反應(yīng)達(dá)平衡后,平衡常數(shù)K=81,此時(shí)測(cè)得c(CO)為3mol·L-1,則CH4的轉(zhuǎn)化率為(保留2位有效數(shù)字)。

(4)制備“合成氣”反應(yīng)歷程分兩步:步驟反應(yīng)正反應(yīng)速率方程逆反應(yīng)速率方程反應(yīng)①CH4(g)C(ads)+2H2(g)v(正)=k1·c(CH4)v(逆)=k2·c2(H2)反應(yīng)②C(ads)+CO2(g)2CO(g)v(正)=k3·c(CO2)v(逆)=k4·c2(CO)上述反應(yīng)中C(ads)為吸附性活性炭,反應(yīng)歷程的能量變化如圖所示:①反應(yīng)速率快慢比較:反應(yīng)①(填“>”“<”或“=”)反應(yīng)②,請(qǐng)依據(jù)有效碰撞理論微觀探析其原因。

②一定溫度下,反應(yīng)CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)的平衡常數(shù)K=(用k1、k2、k3、k4表示)。

參考答案大題突破練3化學(xué)反應(yīng)原理綜合題1.答案(1)ΔH1+ΔH2+12ΔH3+13Δ(2)11.1(3)①>催化劑乙、反應(yīng)溫度200℃②10a-b1解析(1)反應(yīng)Ⅰ:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)ΔH1,反應(yīng)Ⅱ:CH3OH(g)+O2(g)HCHO(g)+H2O2(l)ΔH2,反應(yīng)Ⅲ:2H2O2(l)2H2O(g)+O2(g)ΔH3,反應(yīng)Ⅳ:3H2O(g)32O2(g)+3H2(g)ΔH4。根據(jù)蓋斯定律,由反應(yīng)Ⅰ+Ⅱ+12×Ⅲ+13×Ⅳ可得反應(yīng):CO2(g)+2H2(g)HCHO(g)+H2O(g)ΔH=ΔH1+ΔH2+12ΔH3+13ΔH4。(2)設(shè)平衡時(shí)CH3OH物質(zhì)的量為xmol,C2H4物質(zhì)的量為ymol,列三段式:容器容積為1L,達(dá)到平衡時(shí),c(CO2)=c(H2O),則4-x-2y=x+4y①,c(H2)=1.2mol·L-1,則6-3x-6y=1.2②,聯(lián)立①②式解得x=0.8、y=0.4,則CH3OH物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為0.82.4+1.2+0(3)①催化劑不能使平衡發(fā)生移動(dòng),由題圖可知M點(diǎn)乙烯的轉(zhuǎn)化率低于同溫度下催化劑為乙時(shí)乙烯的轉(zhuǎn)化率,說明M點(diǎn)時(shí)反應(yīng)還沒有達(dá)到平衡狀態(tài),反應(yīng)還向正反應(yīng)方向進(jìn)行,故v(正)>v(逆);根據(jù)題圖中所給信息,催化劑為乙的時(shí)候乙烯的轉(zhuǎn)化率高,故應(yīng)選擇的反應(yīng)條件為催化劑乙、反應(yīng)溫度200℃。②由化學(xué)方程式3C2H4(g)2C3H6(g)可知,正反應(yīng)速率與乙烯的濃度有關(guān),逆反應(yīng)速率與丙烯的濃度有關(guān),由速率公式可得:lgv(正)=lgk(正)+3lgc(C2H4),lgv(逆)=lgk(逆)+2lgc(C3H6),故lgv(正)的斜率更大一些,由題圖可知當(dāng)lgc(C2H4)和lgc(C3H6)均為0時(shí),lgv(正)=a,lgv(逆)=b,則lgv(正)=lgk(正)=a,k(正)=10a,lgv(逆)=lgk(逆)=b,k(逆)=10b,則T℃時(shí),該反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí),v(正)=v(逆),即k(正)c3(C2H4)=k(逆)c2(C3H6),則平衡常數(shù)K=c2(C3H6)c3(C2H4)=k(正)k(逆)=10a10b=10a-b則平衡常數(shù)K=c2(C3H6)c3(C2H4)=[23(x-1.0)]21.03=10a-b,解得:23(x-1.0)=102.答案(1)>(2)①p3>p2>p1②升高溫度,反應(yīng)ⅰ、ⅱ平衡均正向移動(dòng),反應(yīng)ⅲ平衡逆向移動(dòng),T<Tm時(shí),升高溫度對(duì)反應(yīng)ⅰ、ⅱ的促進(jìn)程度大于對(duì)反應(yīng)ⅲ的抑制程度,n(H2)增加的多,而T>Tm時(shí),升高溫度對(duì)反應(yīng)ⅰ、ⅱ的促進(jìn)程度小于對(duì)反應(yīng)ⅲ的抑制程度,n(H2)消耗的多(3)Ⅱ>(4)20%4.0解析(1)由題干中反應(yīng)ⅱ和ⅲ的平衡常數(shù)的自然對(duì)數(shù)lnKp與溫度的關(guān)系圖所示信息可知,反應(yīng)ⅱ的平衡常數(shù)隨溫度升高而增大,說明反應(yīng)ⅱ正反應(yīng)為吸熱反應(yīng),即ΔH2>0,反應(yīng)ⅲ的平衡常數(shù)隨溫度升高而減小,說明反應(yīng)ⅲ正反應(yīng)是放熱反應(yīng),即ΔH3<0,反應(yīng)ⅱ-反應(yīng)ⅲ可得反應(yīng)ⅰ,根據(jù)蓋斯定律可知,ΔH=ΔH2-ΔH3>0;(2)①反應(yīng)ⅰ、ⅱ均為氣體體積增大的反應(yīng),減小壓強(qiáng),平衡正向移動(dòng),n(H2)增加的程度大于n(CO),則壓強(qiáng)p1、p2、p3由大到小的順序?yàn)閜3>p2>p1;②由題圖可知,壓強(qiáng)為p2時(shí),隨著溫度升高,n(H2)n(CO)先增大后減小,原因是反應(yīng)ⅰ、ⅱ均為吸熱反應(yīng),升高溫度,反應(yīng)ⅰ、ⅱ平衡均正向移動(dòng),反應(yīng)ⅲ是放熱反應(yīng),平衡逆向移動(dòng),T<Tm時(shí),升高溫度對(duì)反應(yīng)ⅰ、ⅱ的促進(jìn)程度大于對(duì)反應(yīng)ⅲ的抑制程度,n(H2)增加的多,而T>Tm時(shí),升高溫度對(duì)反應(yīng)ⅰ、ⅱ的促進(jìn)程度小于對(duì)反應(yīng)ⅲ(3)由化學(xué)方程式CH4(g)+4NO(g)2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)可知,隨著n(NO)n(CH4)的增大,即增大NO的投入量,平衡正向移動(dòng),CH4的轉(zhuǎn)化率增大而NO的轉(zhuǎn)化率卻減小,由題圖3所示信息可知,曲線Ⅱ表示T3K下NO的平衡轉(zhuǎn)化率~n(NO)n(CH4)的關(guān)系,由化學(xué)方程式CH4(g)+4NO(g)2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)ΔH<0可知,升高溫度平衡逆向移動(dòng),則NO的轉(zhuǎn)化率減小,題圖中曲線Ⅰ表示n(NO)n(CH4)=1時(shí)NO的平衡轉(zhuǎn)化率(4)由題干圖示信息可知,在n(NO)n(CH4)=1、T3CH4(g)+4NO(g)2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)起始量/mol a a 0 0 0轉(zhuǎn)化量/mol 0.2a 0.8a 0.4a 0.2a 0.4a平衡量/mol 0.8a 0.2a 0.4a 0.2a 0.4a則該反應(yīng)平衡時(shí)N2的體積分?jǐn)?shù)為0.4a2a×100%=20%,則此時(shí)CH4、NO、CO2、N2、H2O的平衡分壓分別為:p(CH4)=0.8a2a×100kPa=40kPa,p(NO)=0.2a2a×100kPa=10kPa,p(CO2)=0.2a2a×100kPa=10kPa,p(N2)=0.4a10kPa1003.答案(1)增大H2O(g)的濃度(2)CaO可以和產(chǎn)物CO2反應(yīng),降低產(chǎn)物的濃度,使平衡正向移動(dòng)(3)a質(zhì)量相等的納米級(jí)CaO顆粒更細(xì)小,表面積更大,與CO2接觸更充分,吸收的CO2更多,反應(yīng)限度更大,H2體積分?jǐn)?shù)更大(4)①p0②50%③10解析(1)該反應(yīng)為氣體體積不變的放熱反應(yīng),生產(chǎn)中可用增大反應(yīng)物水蒸氣的濃度,使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng),既提高CO的轉(zhuǎn)化率,又提高反應(yīng)速率。(2)其他條件不變,在體系中投入一定量氧化鈣,氧化鈣與生成物二氧化碳反應(yīng)生成碳酸鈣,生成物濃度減小,平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng),氫氣的體積分?jǐn)?shù)增大。(3)質(zhì)量相等的納米級(jí)氧化鈣顆粒更細(xì)小,表面積更大,與二氧化碳接觸更充分,吸收的二氧化碳更多,反應(yīng)限度更大,氫氣體積分?jǐn)?shù)更大,故曲線a表示納米級(jí)氧化鈣對(duì)氫氣體積分?jǐn)?shù)的影響。(4)①由反應(yīng)CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)的平衡常數(shù)Kp=p0kPa可知,A點(diǎn)二氧化碳的分壓為p0kPa,則A點(diǎn)的坐標(biāo)為(t,p0);②由題圖可知,平衡時(shí)氫氣的轉(zhuǎn)化率為20p0③由題圖可知,平衡時(shí)二氧化碳、氫氣、一氧化碳、水蒸氣的平衡分壓分別為p0kPa、10p0kPa、10p0kPa、10p0kPa,則分壓平衡常數(shù)Kp=10p04.答案(1)+247.3B(2)①2.0②減小隨著投料比n(CO2)n(CH4)的增加,n(CO2)增大,副反應(yīng)平衡正向移動(dòng),導(dǎo)致n(3)1.06(4)陽CO2+H2O+2e-(或2CO2+2e-+CO)解析(1)根據(jù)題中所給條件,可以列出CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l)ΔH3=-890.3kJ·mol-1,CO(g)+12O2(g)CO2(g)ΔH4=-283.0kJ·mol-1,H2(g)+12O2(g)H2O(l)ΔH5=-285.8kJ·mol-1,根據(jù)蓋斯定律可得ΔH1=ΔH3-2×(ΔH4+ΔH5)=-890.3kJ·mol-1-2×(-283.0-285.8)kJ·mol-1=+247.3kJ·mol-1;主反應(yīng):CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)化學(xué)方程式反應(yīng)物系數(shù)之和小于生成物系數(shù)之和,并且該反應(yīng)為吸熱反應(yīng),故高溫低壓有利于二氧化碳的轉(zhuǎn)化。(2)①甲烷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=16n(CH4)44n(CO2)+16n(CH4)=1644n②可對(duì)比同一溫度下,三條線的橫坐標(biāo)的大小,由題圖可知隨著進(jìn)料比n(CO2)n(CH4)的增加,n(H2)n(CO)的值減小,其原因是隨著投料比n(CO2)n(3)設(shè)開始時(shí)n(CO2)=1mol,n(CH4)=1mol,列出三段式:CH4轉(zhuǎn)化率為90%,反應(yīng)了0.9mol;對(duì)于副反應(yīng)來說開始二氧化碳是0.1mol,氫氣是1.8mol,一氧化碳是1.8mol,二氧化碳的轉(zhuǎn)化率為95%,則副反應(yīng)中反應(yīng)的二氧化碳物質(zhì)的量=1mol×95%-1mol×90%=0.05mol,列出三段式:,反應(yīng)平衡后,n(CH4)=0.1mol,n(CO2)=0.05mol,n(H2)=1.75mol,n(CO)=1.85mol,n(H2O)=0.05mol,n總=3.8mol,設(shè)總壓強(qiáng)為p,則有Kp=p(H2O)(4)催化電極b表面二氧化碳還原為一氧化碳為電解池的陰極,故催化電極a為電解池的陽極;陰極產(chǎn)生CO的電極反應(yīng)式為CO2+H2O+2e-或2CO2+2e-+CO。5.答案(1)(a+b)kJ·mol-1C(2)Ⅰ.大于Ⅱ.升高溫度平衡正向移動(dòng),C6H12的平衡轉(zhuǎn)化率增大,增大壓強(qiáng),平衡逆向移動(dòng),C6H12的平衡轉(zhuǎn)化率減小,溫度升高對(duì)平衡的影響大于壓強(qiáng)增大對(duì)平衡的影響(3)2.340.0475mol·L-1·min-1(解析(1)根據(jù)蓋斯定律,由反應(yīng)①+②得到反應(yīng)③,ΔH3=ΔH1+ΔH2=(a+b)kJ·mol-1。已知反應(yīng)③的ΔH3>0,且正反應(yīng)是一個(gè)氣體體積增大的反應(yīng),則高溫低壓,平衡正向移動(dòng),有利于提高上述反應(yīng)③的平衡轉(zhuǎn)化率。(2)Ⅰ.反應(yīng)③的ΔH3>0,在相同壓強(qiáng)下升高溫度,平衡正向移動(dòng),則未達(dá)到新平衡前,v(正)大于v(逆)。Ⅱ.反應(yīng)③的ΔH3>0,且正反應(yīng)是一個(gè)氣體體積增大的反應(yīng),升高溫度平衡正向移動(dòng),C6H12的平衡轉(zhuǎn)化率增大,增大壓強(qiáng),平衡逆向移動(dòng),C6H12的平衡轉(zhuǎn)化率減小,研究表明,既升高溫度又增大壓強(qiáng),C6H12的平衡轉(zhuǎn)化率也升高,理由可能是溫度升高對(duì)平衡的影響大于壓強(qiáng)增大對(duì)平衡的影響。(3)在8min時(shí),C6H10的產(chǎn)率為0.06,C6H6的產(chǎn)率為0.76,設(shè)環(huán)己烷的轉(zhuǎn)化量為xmol,環(huán)己烯的轉(zhuǎn)化量為ymol,根據(jù)三段式分析:則有:y=0.76,x-y=0.06,則x=0.82,則反應(yīng)體系內(nèi)氫氣的物質(zhì)的量為0.82mol+2×0.76mol=2.34mol,0~8min內(nèi)C6H6的平均化學(xué)反應(yīng)速率為v=ΔcΔt=ΔnVΔt=0.76mol2L×8min=0.0475mol·L-1·min-1。平衡體系中,環(huán)己烷的物質(zhì)的量濃度為(1-0.82)mol2L=0.09mol·L-1,苯的濃度為06.答案(1)+208.4(2)①<>②9.6×104n由題圖可知,直線n斜率大,Ea小,催化效率高(3)40%1681×10-解析(1)由題圖可得熱化學(xué)方程式:①(g)→(g)+2H2(g)ΔH1=+237.1kJ·mol-1;②(g)→(g)+H2(g)ΔH2=-28.7kJ·mol-1。根據(jù)蓋斯定律,由反應(yīng)①+②環(huán)己烷轉(zhuǎn)化為苯的熱化學(xué)方程式為(g)→(g)+3H2(g)ΔH=(+237.1kJ·mol-1)+(-28.7kJ·mol-1)=+208.4kJ·mol-1。(2)①該反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng),溫度一定時(shí)增大壓強(qiáng),平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng),乙醇的體積分?jǐn)?shù)增大,由題圖可知,壓強(qiáng)為p1時(shí)乙醇的體積分?jǐn)?shù)小于p2時(shí),則p1<p2;由題圖可知,壓強(qiáng)一定時(shí)升高溫度,乙醇的體積分?jǐn)?shù)減小,說明平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng),正反應(yīng)為放熱反應(yīng),反應(yīng)的平衡常數(shù)減小,則溫度較低的a點(diǎn)平衡常數(shù)大于b點(diǎn)。②在m催化劑作用下,由題圖中數(shù)據(jù)可得如下方程式:56.2=-7.2×10-3Ea+C①,27.4=-7.5×10-3Ea+C②,聯(lián)立方程可得Ea=9.6×104J·mol-1;由題圖可知,直線n的斜率大于m,說明使用催化劑n的活化能(Ea)小于(3)設(shè)起始通入一氧化碳和氫氣的物質(zhì)的量都為2mol、生成甲烷的物質(zhì)的量為amol,由題意可建立如下三段式:平衡時(shí)正逆反應(yīng)速率相等,由三段式數(shù)據(jù)可得:5.0×10-4×(a4-2a×200)×(a4-2a×200)=516,解得a=0.4,則一氧化碳的轉(zhuǎn)化率為2×0.427.答案(1)>Tc>Tb>Ta(2)①ΔH1<0,升溫時(shí)反應(yīng)Ⅰ平衡逆向移動(dòng),CO2的轉(zhuǎn)化率降低,ΔH2>0,升溫反應(yīng)Ⅱ平衡正向移動(dòng),CO2的平衡轉(zhuǎn)化率升高,升溫過程中曲線n先減小后增大,則溫度低時(shí)反應(yīng)Ⅰ對(duì)平衡影響大,溫度高時(shí)反應(yīng)Ⅱ?qū)ζ胶庥绊懘螈?.046此溫度下,CO的選擇性較低且反應(yīng)速率不低,若溫度再高CO的選擇性增大,不利于合成甲醚③高解析(1)v(逆)開始時(shí)逐漸增大,則c(CO2)、c(H2)逐漸減小,說明溫度升高逆反應(yīng)放熱,則正反應(yīng)為吸熱反應(yīng),則ΔH2>0;由a→b溫度為影響反應(yīng)速率的主要因素,由b→c濃度為影響反應(yīng)速率的主要因素,v(逆)一直在變,說明未達(dá)到平衡,反應(yīng)一直向逆