2022屆高考化學(xué)人教版二輪專題復(fù)習(xí)訓(xùn)練-專題六化學(xué)反應(yīng)速率化學(xué)平衡專題強(qiáng)化練

專題強(qiáng)化練(一)平衡常數(shù)、速率常數(shù)集訓(xùn)1．活性炭還原法也是消除氮氧化物污染的有效方法，其原理為：2C(s)＋2NO2(g)N2(g)＋2CO2(g)ΔH<0。已知該反應(yīng)的正反應(yīng)速率方程為v正＝k正·p2(NO2)，逆反應(yīng)速率方程為v逆＝k逆·p(N2)·p2(CO2)，其中k正、k逆分別為正、逆反應(yīng)速率常數(shù)。則如圖(lgk表示速率常數(shù)的對(duì)數(shù)，eq\f(1,T)表示溫度的倒逆隨eq\f(1,T)變化關(guān)系的斜線是__________。答案cd解析升高溫度，正、逆反應(yīng)速率都增大，說明T升高k正、k逆都增大，則eq\f(1,T)增大，即溫度降低，k正、k逆都減小，即lgk正、lgk逆都減小，而該反應(yīng)焓變小于0，為放熱反應(yīng)，降低溫度平衡正向移動(dòng)，說明平衡狀態(tài)下降低溫度v正＞v逆，則k正減小的幅度較小，即表示lgk正隨eq\f(1,T)變化關(guān)系的斜線的斜率較小，所以c表示lgk正隨eq\f(1,T)變化關(guān)系，d表示lgk逆隨eq\f(1,T)變化關(guān)系。2．在催化劑作用下H2還原NO，2H2(g)＋2NO(g)2H2O(g)＋N2(g)ΔH＜0，反應(yīng)的速率方程為v正＝k正·c(H2)·c2(NO)(k正為速率常數(shù)，只與溫度、催化劑有關(guān)系)，其中v正為正反應(yīng)速率。(1)相同條件下，對(duì)速率影響程度c(NO)________c(H2)(填“大于”“小于”或“等于”)。(2)設(shè)反應(yīng)開始時(shí)H2和NO的濃度相同，v正＝v0，NO的轉(zhuǎn)化率為α?xí)r的反應(yīng)速率為vα，則vα＝________v0。答案(1)大于(2)(1－α)3解析(1)由反應(yīng)的速率方程為v正＝k正·c(H2)·c2(NO)可知，相同條件下，對(duì)反應(yīng)速率影響程度c(NO)大于c(H2)。(2)設(shè)反應(yīng)開始時(shí)氫氣和一氧化氮的濃度都為c，反應(yīng)開始時(shí)v正＝v0，由反應(yīng)的速率方程可得正·c(H2)·c2(NO)＝eq\f(v0,c3)×c3(1－α)3＝(1－α)3v0。3．化學(xué)動(dòng)力學(xué)上將一步完成的反應(yīng)稱為基元反應(yīng)。對(duì)于基元反應(yīng)：aA＋bB→cC＋dD，其速率方程為v＝k·ca(A)·cb(B)(k為只與溫度有關(guān)的速率常數(shù))，復(fù)雜反應(yīng)(由幾個(gè)基元反應(yīng)構(gòu)成)的速率取決于慢的基元反應(yīng)。(1)已知反應(yīng)NO2(g)＋CO(g)NO(g)＋CO2(g)ΔH＜0，在溫度低于250℃時(shí)是由兩個(gè)基元反應(yīng)構(gòu)成的復(fù)雜反應(yīng)，該反應(yīng)的速率方程為v＝k·c2(NO2)，則其兩個(gè)基元反應(yīng)分別為：Ⅰ.________=NO3＋________；Ⅱ.略，這兩個(gè)反應(yīng)中活化能較小的是________。(2)某科研小組測(cè)得380℃時(shí)該反應(yīng)的c(NO2)、c(CO)與生成CO2的速率[v(CO2)]的關(guān)系如下：c(CO)/(mol·L－1)0.0250.050.025c(NO2)/(mol·L－1)0.040.040.12v(CO2)/(mol·L－1·s－1)2.2×10－44.4×10－46.6×10－4則該溫度下的反應(yīng)速率常數(shù)k＝______L·mol－1·s－1。答案(1)2NO2NOⅡ(2)0.22解析(1)溫度低于250℃時(shí)，該反應(yīng)的速率方程式為v＝k·c2(NO2)，說明NO2和CO不參與同一個(gè)基元反應(yīng)，且NO2參與的基元反應(yīng)為慢反應(yīng)，決定了該反應(yīng)的反應(yīng)速率，基元反應(yīng)Ⅰ中產(chǎn)物有NO3，根據(jù)元素守恒可知該基元反應(yīng)的反應(yīng)物應(yīng)為NO2，則該基元反應(yīng)Ⅰ為2NO2=NO3＋NO；活化能越大，反應(yīng)速率越慢，基元反應(yīng)Ⅰ決定整個(gè)反應(yīng)速率，說明反應(yīng)Ⅰ活化能較大，即反應(yīng)Ⅱ活化能較小。(2)根據(jù)表格分析可知CO和NO2的濃度均會(huì)影響反應(yīng)速率，由于該反應(yīng)不是基元反應(yīng)，由題1·s－1＝k×0.04mol·L－1×0.025mol·L－1，可解得k＝0.22L·mol－1·s－1。4．(1)溫度為T1℃時(shí)，將等物質(zhì)的量的CO2和H2充入體積為1L的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)：CO2(g)＋H2(g)HCOOH(g)ΔH＝－31.4kJ·mol－1K＝2實(shí)驗(yàn)測(cè)得：v正＝k正·c(CO2)·c(H2)，v逆＝k逆·c(HCOOH)，k正、k逆為速率常數(shù)。T1℃時(shí)，k逆＝______(以k正表示)。(2)當(dāng)溫度改變?yōu)門2℃時(shí)，k正＝1.9k逆，則T2℃時(shí)平衡壓強(qiáng)________T1℃時(shí)平衡壓強(qiáng)(填“＞”“＜”或“＝”)，理由是_________________________________________。答案(1)0.5k正(2)＞CO2(g)＋H2(g)HCOOH(g)為放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡常數(shù)減小，平衡左移，氣體的物質(zhì)的量增加，總壓強(qiáng)增大解析(1)反應(yīng)CO2(g)＋H2(g)HCOOH(g)達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)，有v正＝v逆，即k正·c(CO2)·c(H2)＝k逆·c(HCOOH)，所以eq\f(k正,k逆)＝eq\f(cHCOOH,cCO2·cH2)＝2，所以k正＝2k逆，即k逆＝0.5k正。(2)當(dāng)溫度改變?yōu)門2時(shí)，k正＝1.9k逆，則K＝eq\f(cHCOOH,cCO2·cH2)＝eq\f(k正,k逆)＝1.9＜2，該反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡逆向移動(dòng)，氣體的物質(zhì)的量增大，總壓強(qiáng)增大。5．已知在一定溫度下的可逆反應(yīng)N2O4(g)2NO2(g)ΔH>0中，v正＝k正·c(N2O4)，v逆＝k逆·c2(NO2)(k正、k逆只是溫度的函數(shù))。若該溫度下的平衡常數(shù)K＝10，則k正＝________k逆。升高溫度，k正增大的倍數(shù)______(填“大于”“小于”或“等于”)k逆增大的倍數(shù)。答案10大于正增大的倍數(shù)大于k逆增大的倍數(shù)。6．模擬汽車的“催化轉(zhuǎn)化器”，將2molNO(g)和2molCO(g)充入1L的密閉容器中，發(fā)生反應(yīng)2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g)，測(cè)得CO的平衡轉(zhuǎn)化率α隨溫度T變化曲線如圖所示。圖像中A點(diǎn)逆反應(yīng)速率________C點(diǎn)正反應(yīng)速率(填“>”“＝”或“＜”)；實(shí)驗(yàn)測(cè)得：v正＝k正·c2(NO)·c2(CO)，v逆＝k逆·c(N2)·c2(CO2)，k正、k逆分別是正、逆反應(yīng)速率常數(shù)。則T1℃時(shí)A點(diǎn)處對(duì)應(yīng)的v正∶v逆＝________。答案<40.5解析T1℃時(shí)，B點(diǎn)一氧化碳轉(zhuǎn)化率為50%，由化學(xué)方程式可知，一氧化碳和一氧化氮的濃度均為2mol·L－1－2mol·L－1×50%＝1mol·L－1，氮?dú)獾臐舛葹?mol·L－1×50%×eq\f(1,2)＝0.5mol·L－1，二氧化碳的濃度為2mol·L－1×50%＝1mol·L－1，由平衡時(shí)v正＝v逆可得eq\f(k正,k逆)＝eq\f(cN2·c2CO2,c2NO·c2CO)＝eq\f(0.5×12,12×12)＝0.5，A點(diǎn)一氧化碳轉(zhuǎn)化率為25%，則由化學(xué)方程式可知，一氧化碳和一氧化氮的濃度均為2mol·L－1－2mol·L－1×25%＝1.5mol·L－1，氮?dú)獾臐舛葹?mol·L－1×25%×eq\f(1,2)＝0.25mol·L－1，二氧化碳的濃度為2mol·L－1×25%＝0.5mol·L－1，則eq\f(v正,v逆)＝eq\f(k正·c2NO·c2CO,k逆·cN2·c2CO2)＝0.5×eq\f(1.52×1.52,0.25×0.52)＝40.5。7．在T0K、1.0×104kPa下，等物質(zhì)的量的CO與CH4混合氣體可以合成乙醛，反應(yīng)化學(xué)方程式如下：CO(g)＋CH4(g)CH3CHO(g)實(shí)驗(yàn)測(cè)得：v正＝k正·p(CO)·p(CH4)，v逆＝k逆·p(CH3CHO)，k正、k逆為速率常數(shù)，p為氣體的5(kPa)－1，則k正＝___________(以k逆表示)；當(dāng)CO轉(zhuǎn)化率為20%時(shí)，CH3CHO(g)的分壓p(CH3CHO)＝____________kPa。答案k逆×4.5×10－5eq\f(1,9)×104(或1.1×103)解析v正＝k正·p(CO)·p(CH4)，v逆＝k逆·p(CH3CHO)，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，v正＝v逆，則eq\f(k正,k逆)＝eq\f(pCH3CHO,pCO·pCH4)＝Kp，帶入數(shù)值得k正＝k逆×4.5×10－5；等物質(zhì)的量的CO與CH4合成乙醛，設(shè)它們起始量均為1mol，當(dāng)CO轉(zhuǎn)化率為20%時(shí)，列出反應(yīng)的三段式如下：CO(g)＋CH4(g)CH3CHO(g)起始量/mol110變化量/mol0.2

0.2

0.2最終量/mol0.8

0.8

0.2所以p(CH3CHO)＝eq\f(0.2,1.8)×1.0×104kPa＝eq\f(1,9)×104(或1.1×103)kPa。(二)最佳反應(yīng)條件、原因解釋集訓(xùn)1．二甲醚催化重整制氫的反應(yīng)過程主要包括以下幾個(gè)反應(yīng)(以下數(shù)據(jù)為25℃、1.01×105Pa條件下測(cè)定)：Ⅰ：CH3OCH3(g)＋H2O(l)2CH3OH(l)ΔH>0Ⅱ：CH3OH(l)＋H2O(l)CO2(g)＋3H2(g)ΔH>0Ⅲ：CO(g)＋H2O(l)CO2(g)＋H2(g)ΔH<0Ⅳ：CH3OH(l)CO(g)＋2H2(g)ΔH>0工業(yè)生產(chǎn)中測(cè)得不同溫度下各組分體積分?jǐn)?shù)及二甲醚轉(zhuǎn)化率的關(guān)系如圖所示：你認(rèn)為反應(yīng)控制的最佳溫度應(yīng)為________(填字母)。A．300～350℃ B．350～400℃C．400～450℃ D．450～500℃答案C解析400～450℃二甲醚的轉(zhuǎn)化率較高，如果再升高溫度，則會(huì)增大成本，轉(zhuǎn)化率提高有限，溫度太低，反應(yīng)速率太慢。2．汽車排氣管裝有三元催化劑裝置，在催化劑表面通過發(fā)生吸附、解吸消除CO、NO等污染物。反應(yīng)機(jī)理如下[Pt(s)表示催化劑，右上角帶“*”表示吸附狀態(tài)]：Ⅰ.NO＋Pt(s)=NO*Ⅱ.CO＋Pt(s)=CO*Ⅲ.NO*=N*＋O*Ⅳ.CO*＋O*=CO2＋Pt(s)Ⅴ.N*＋N*=N2＋Pt(s)Ⅵ.NO*＋N*=N2O＋Pt(s)經(jīng)測(cè)定汽車尾氣中反應(yīng)物濃度及生成物濃度隨溫度T變化關(guān)系如圖1和圖2所示。(1)圖1中溫度從Ta升至Tb的過程中，反應(yīng)物濃度急劇減小的主要原因是_________________________________________________________________________________________。(2)圖2中T2℃時(shí)反應(yīng)Ⅴ的活化能________(填“<”“>”或“＝”)反應(yīng)Ⅵ的活化能；T3℃時(shí)發(fā)生的主要反應(yīng)為________(填“Ⅳ”“Ⅴ”或“Ⅵ”)。答案(1)溫度升高，催化劑活性增強(qiáng)，反應(yīng)速率加快(2)>Ⅳ解析(1)由圖1可知，溫度升高，反應(yīng)物的消耗量增大，說明催化劑的活性增強(qiáng)，反應(yīng)速率加快。(2)反應(yīng)的活化能越小，反應(yīng)速率越快，反應(yīng)物的消耗量越大，其濃度越小，生成物的濃度越大。由圖2可知，T2℃時(shí)，N2的濃度小于N2O的濃度，說明反應(yīng)Ⅴ的反應(yīng)速率小于反應(yīng)Ⅵ的反應(yīng)速率，則反應(yīng)Ⅴ的活化能大于反應(yīng)Ⅵ的活化能；T3℃時(shí)，生成物二氧化碳的濃度最大，說明發(fā)生的主要反應(yīng)為反應(yīng)Ⅳ。3．我國(guó)科研人員研究出了用活性炭對(duì)汽車尾氣中NO處理的方法：C(s)＋2NO(g)N2(g)＋CO2(g)ΔH<0。在恒壓密閉容器中加入足量的活性炭和一定量的NO氣體，反應(yīng)相同時(shí)間時(shí)，測(cè)得NO的轉(zhuǎn)化率α(NO)隨溫度的變化關(guān)系如圖所示：由圖可知，溫度低于1050K時(shí)，NO的轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而增大，原因是_______________________________________________________________________________________。答案溫度低于1050K時(shí)，反應(yīng)未達(dá)到平衡狀態(tài)，隨溫度升高，反應(yīng)速率加快，NO轉(zhuǎn)化率增大4．在密閉容器中充入5molCO和4molNO，發(fā)生反應(yīng)：2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g)ΔH＝－746.5kJ·mol－1，圖1為平衡時(shí)NO的體積分?jǐn)?shù)與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系。(1)溫度：T1________(填“＜”或“＞”)T2。(2)若在D點(diǎn)對(duì)反應(yīng)容器升溫的同時(shí)擴(kuò)大體積使體系壓強(qiáng)減小，重新達(dá)到的平衡狀態(tài)可能是圖中A～G點(diǎn)中的________點(diǎn)。(3)某研究小組探究催化劑對(duì)CO、NO轉(zhuǎn)化的影響。將NO和CO以一定的流速通過兩種不同的催化劑進(jìn)行反應(yīng)，相同時(shí)間內(nèi)測(cè)量逸出氣體中NO含量，從而確定尾氣脫氮率(脫氮率即NO的轉(zhuǎn)化率)，結(jié)果如圖2所示。若低于200℃，圖2中曲線Ⅰ脫氮率隨溫度升高而變化不大的主要原因?yàn)開___________________________________________；a點(diǎn)________(填“是”或“不是”)對(duì)應(yīng)溫度下的平衡脫氮率，說明其理由：_______________________________。答案(1)＞(2)A(3)溫度較低時(shí)，催化劑的活性偏低不是該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，根據(jù)曲線Ⅱ可知，a點(diǎn)對(duì)應(yīng)溫度下的平衡脫氮率應(yīng)該更高解析(1)根據(jù)反應(yīng)2CO(g)＋2NO(g)N2(g)＋2CO2(g)ΔH＝－746.5kJ·mol－1，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，所以NO的體積分?jǐn)?shù)會(huì)增大，即T1＞T2。(2)若在D點(diǎn)對(duì)反應(yīng)容器升溫的同時(shí)擴(kuò)大體積使體系壓強(qiáng)減小，則平衡會(huì)逆向移動(dòng)，NO的體積分?jǐn)?shù)增加，重新達(dá)到的平衡狀態(tài)可能是圖中A點(diǎn)。(3)根據(jù)圖像可知，溫度較低時(shí)，催化劑的活性偏低，因此溫度低于200℃，曲線Ⅰ脫氮率隨溫度升高而變化不大；a點(diǎn)不是對(duì)應(yīng)溫度下的平衡脫氮率，因?yàn)樵摲磻?yīng)為放熱反應(yīng)，根據(jù)曲線Ⅱ可知，a點(diǎn)對(duì)應(yīng)溫度下的平衡脫氮率應(yīng)該更高。5．已知Ⅰ.CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)，Ⅱ.CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)，Ⅲ.CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)。如圖為一定比例的CO2、H2；CO、H2；CO、CO2、H2三個(gè)反應(yīng)體系下甲醇生成速率與溫度的關(guān)系。(1)490K時(shí)，根據(jù)曲線a、c判斷合成甲醇的反應(yīng)機(jī)理是________(填“A”或“B”)。A．CO2eq\o(,\s\up7(H2),\s\do5(H2O))COeq\o(,\s\up7(H2))CH3OHB．COeq\o(,\s\up7(H2O),\s\do5(H2))CO2eq\o(,\s\up7(H2))CH3OH＋H2O(2)490K時(shí)，曲線a與曲線b相比，CO的存在使甲醇生成速率增大，結(jié)合反應(yīng)Ⅰ、Ⅲ分析原因：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案(1)B(2)CO的存在促使反應(yīng)Ⅰ正向進(jìn)行，二氧化碳和氫氣的量增加，水蒸氣的量減少，有利于反應(yīng)Ⅲ正向進(jìn)行解析(1)490K時(shí)，a曲線對(duì)應(yīng)的甲醇的生成速率大于c曲線，即甲醇主要來源于CO2和H2的反應(yīng)。故490K時(shí)，根據(jù)曲線a、c判斷合成甲醇的反應(yīng)機(jī)理是B。(2)490K時(shí)，曲線a與曲線b相比，CO的存在使甲醇生成速率增大，結(jié)合反應(yīng)Ⅰ、Ⅲ分析，對(duì)于反應(yīng)Ⅰ：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)，CO是反應(yīng)物，CO的存在促使反應(yīng)Ⅰ正向進(jìn)行，CO2和H2的量增加，水蒸氣的量減少，有利于反應(yīng)Ⅲ：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)正向進(jìn)行，所以CO的存在使甲醇生成速率增大。6．CH4—CO2重整反應(yīng)[CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)ΔH>0]在大力推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)、“碳達(dá)峰”、“碳中和”的時(shí)代背景下，受到更為廣泛的關(guān)注。該反應(yīng)以兩種溫室氣體為原料，可以生成合成氣。如何減少反應(yīng)過程中的催化劑積碳，是研究的熱點(diǎn)之一，某條件下，發(fā)生主反應(yīng)的同時(shí)，還發(fā)生了積碳反應(yīng)：CO歧化：2CO(g)CO2(g)＋C(s)ΔH＝－172kJ·mol－1CH4裂解：CH4(g)C(s)＋2H2(g)ΔH＝＋75kJ·mol－1(1)對(duì)積碳反應(yīng)進(jìn)行計(jì)算，得到溫度和壓強(qiáng)對(duì)積碳反應(yīng)中平衡碳量的影響圖(圖a和圖b)，其中表示溫度和壓強(qiáng)對(duì)CH4的裂解反應(yīng)中平衡碳量影響的是__________________________(填字母)，理由是___________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)實(shí)驗(yàn)表明，在重整反應(yīng)中，低溫、高壓時(shí)會(huì)有顯著積碳產(chǎn)生，由此可推斷，對(duì)于該重整反應(yīng)而言，其積碳主要由__________反應(yīng)產(chǎn)生。綜合以上分析，為抑制積碳產(chǎn)生，應(yīng)選用高溫、低壓條件。答案(1)aCH4的裂解反應(yīng)為體積增大的吸熱反應(yīng)，減小壓強(qiáng)或升高溫度，平衡正移，即高溫低壓有利于反應(yīng)正向進(jìn)行，平衡碳量增大，與圖a相符(2)CO歧化解析(1)甲烷的裂解反應(yīng)為氣體體積增大的吸熱反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，平衡碳量減小，升高溫度，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，平衡碳量增大，由圖可知，圖a中溫度升高或降低壓強(qiáng)時(shí)，平衡碳量增大，則圖a表示溫度和壓強(qiáng)對(duì)甲烷裂解反應(yīng)中平衡炭量的影響。(2)由在重整反應(yīng)中，低溫、高壓時(shí)會(huì)有顯著積碳產(chǎn)生可知，產(chǎn)生積碳的反應(yīng)為氣體體積減小的放熱反應(yīng)，由題給化學(xué)方程式可知，積碳主要是由一氧化碳的歧化反應(yīng)產(chǎn)生。7．在一定條件下，由CO2和H2合成甲醇已成為現(xiàn)實(shí)，該合成對(duì)解決能源問題具有重大意義。該過程中有兩個(gè)競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)，反應(yīng)過程能量關(guān)系如圖。由CO2和H2合成甲醇有兩個(gè)競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)，為提高CH3OH的選擇性，在原料氣中摻入一定量CO，原因是_______________________________________________。另外，可以通過控制雙組分催化劑(CuO-ZnO)中CuO的含量，可提高甲醇產(chǎn)率，根據(jù)下圖判斷，催化劑選擇性最好的CuO的含量為________。答案加入一定濃度的CO，使反應(yīng)CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)逆向移動(dòng)，提高生成CH3OH的選擇性50%解析根據(jù)圖像可知CH3OH含量最大，催化劑選擇性最好的CuO的含量為50%。8．將甲醇轉(zhuǎn)化耦合到丁烯裂解過程中生產(chǎn)丙烯，主要涉及下列反應(yīng)：①2C4H8(g)→2C3H6(g)＋C2H4(g)ΔH＞0②2CH3OH(g)→C2H4(g)＋2H2O(g)ΔH＜0③C2H4(g)＋C4H8(g)→2C3H6(g)ΔH＜0已知：甲醇吸附在催化劑上，可以活化催化劑；甲醇濃度過大也會(huì)抑制丁烯在催化劑上的轉(zhuǎn)化。(1)圖1是C3H6及某些副產(chǎn)物的產(chǎn)率與eq\f(nCH3OH,nC4H8)的關(guān)系曲線。最佳的eq\f(nCH3OH,nC4H8)約為______________。(2)圖2是某壓強(qiáng)下，將CH3OH和C4H8按一定的物質(zhì)的量之比投料，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)C3H6的體積分?jǐn)?shù)隨溫度的變化曲線。由圖可知平衡時(shí)C3H6的體積分?jǐn)?shù)隨溫度的升高呈現(xiàn)先升高后降低的變化，其原因可能是_____________________________________________________________________________________________________________________________。答案(1)1.0(2)300～500℃時(shí)，丁烯裂解(反應(yīng)①)為主要反應(yīng)，是吸熱反應(yīng)，升高溫度，平衡正向移動(dòng)，使C3H6的體積分?jǐn)?shù)增大；溫度高于500℃時(shí)，反應(yīng)②③為主要反應(yīng)，是放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，使C3H6的體積分?jǐn)?shù)降低，同時(shí)溫度升高易發(fā)生副反應(yīng)，C3H6可能轉(zhuǎn)化為C2H4、C3H8、C4H10、Ceq\o\al(＋,5)等，使C3H6的體積分?jǐn)?shù)降低(三)化學(xué)反應(yīng)原理的綜合分析應(yīng)用1．(2021·哈爾濱市第三中學(xué)模擬)研究NOx的轉(zhuǎn)化具有重要意義。Ⅰ.已知：NO氫化反應(yīng)：2NO(g)＋2H2(g)2H2O(g)＋N2(g)ΔH1，某溫度下，等物質(zhì)的量的NO和H2在恒容密閉容器中發(fā)生反應(yīng)，起始?jí)簭?qiáng)為100kPa。(1)物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)生成熱是常用的化學(xué)熱力學(xué)數(shù)據(jù)，可以用來計(jì)算反應(yīng)熱。ΔH＝生成物標(biāo)準(zhǔn)生成熱總和－反應(yīng)物標(biāo)準(zhǔn)生成熱總和。物質(zhì)NO(g)H2(g)H2O(g)N2(g)標(biāo)準(zhǔn)生成熱/(kJ·mol－1)90.250－241.80①ΔH1＝________kJ·mol－1。②提高該反應(yīng)平衡轉(zhuǎn)化率的方法有__________________________________________________________________________________________________(寫一條)。③達(dá)平衡時(shí)，總壓減少20%，NO的轉(zhuǎn)化率為________，該反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp＝________。(2)該反應(yīng)的速率方程為v＝k·cx(NO)·cy(H2)，k為反應(yīng)速率常數(shù)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填空：實(shí)驗(yàn)編號(hào)初始濃度/(mol·L－1)形成N2的初始速率v/(mol·L－1·s－1)c(NO)c(H2)16.00×10－31.00×10－33.19×10－326.00×10－32.00×10－36.38×10－331.00×10－36.00×10－34.8×10－442.00×10－36.00×10－31.92×10－3①x＝________，y＝________。②設(shè)反應(yīng)開始時(shí)的反應(yīng)速率為v1，NO的轉(zhuǎn)化率為α?xí)r的反應(yīng)速率為v2，則v2＝________v1。Ⅱ.已知：NO氧化反應(yīng)：2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)分兩步進(jìn)行，其反應(yīng)過程能量變化示意圖如圖。第一步：2NO(g)N2O2(g)ΔH1第二步：N2O2(g)＋O2(g)2NO2(g)ΔH2(3)下列說法正確的是________(填字母)。A．ΔH1＞0B．決定NO氧化反應(yīng)速率的步驟為第二步C．反應(yīng)的中間產(chǎn)物為N2O2和O2D．第二步中N2O2和O2的碰撞僅部分有效(4)在恒容的密閉容器中充入一定量的NO和O2氣體，保持其他條件不變時(shí)，控制反應(yīng)溫度分別為T1和T2(T1＞T2)，測(cè)得c(NO)隨t(時(shí)間)的變化曲線如圖。轉(zhuǎn)化相同量的NO，在溫度________(填“T1”或“T2”)下消耗的時(shí)間較長(zhǎng)，試結(jié)合反應(yīng)過程能量圖分析其原因________________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案Ⅰ.(1)①－664.1②降低溫度(或增大壓強(qiáng)或減小體積)③80%3.2(kPa)－1(2)①21②(1－α)3Ⅱ.(3)BD(4)T1ΔH1＜0，溫度升高，第一步反應(yīng)平衡逆移，c(N2O2)減小，濃度降低的影響大于溫度對(duì)第二步反應(yīng)速率的影響解析Ⅰ.(1)①ΔH1＝生成物標(biāo)準(zhǔn)生成熱總和－反應(yīng)物標(biāo)準(zhǔn)生成熱總和＝－241.8kJ·mol－1×2＋0－(90.25kJ·mol－1×2＋0×2)＝－664.1kJ·mol－1；②該反應(yīng)2NO(g)＋2H2(g)2H2O(g)＋N2(g)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，故降低溫度或減小體積或增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，均可提高該反應(yīng)平衡轉(zhuǎn)化率；③等物質(zhì)的量的NO和H2在恒容密閉容器中發(fā)生反應(yīng)，起始?jí)簭?qiáng)為100kPa，則起始時(shí)NO和H2的分壓分別為50kPa，設(shè)NO和H2減小的分壓為2xkPa，可列出三段式：2NO(g)＋2H2(g)2H2O(g)＋N2(g)起始/kPa505000改變/kPa2x2x2xx平衡/kPa50－2x50－2x2xx平衡時(shí)總壓為(50－2x＋50－2x＋2x＋x)kPa＝(100－x)kPa，則eq\f(x,100)×100%＝20%，解得x＝20，(2)①由實(shí)驗(yàn)1和實(shí)驗(yàn)2可得：k×(6.00×10－3)x×(1.00×10－3)y＝3.19×10－3，k×(6.00×10－3)x×(2.00×10－3)y＝6.38×10－3，兩式同側(cè)分別作比可得2y＝2，解得y＝1；同理，解得x＝2；②設(shè)反應(yīng)開始時(shí)NO和H2的濃度均為bmol·L－1，則v1＝k×b2×b＝k×b3，NO的轉(zhuǎn)化率為α?xí)r，NO和H2的濃度均為(1－α)bmol·L－1，則v2＝k×[(1－α)b]2×(1－α)b＝k×(1－α)3b3，則v2＝(1－α)3v1。Ⅱ.(3)由圖可知，第一步反應(yīng)的反應(yīng)物的總能量比生成物的總能量高，則第一步反應(yīng)為放熱反應(yīng)，ΔH1＜0，故A錯(cuò)誤；由圖可知，第一步反應(yīng)的活化能比第二步反應(yīng)的活化能小，活化能越大，反應(yīng)速率越小，則決定NO氧化反應(yīng)速率的步驟為第二步，故B正確；反應(yīng)的中間產(chǎn)物為N2O2，O2為總反應(yīng)的反應(yīng)物，故C錯(cuò)誤；第二步中N2O2和O2的碰撞僅部分有效，否則反應(yīng)速率將非?？?，故D正確。(4)由圖可知，轉(zhuǎn)化相同量的NO，在溫度T1下消耗的時(shí)間較長(zhǎng)，因?yàn)棣1＜0，溫度升高，第一步反應(yīng)平衡逆移，c(N2O2)減小，濃度降低的影響大于溫度對(duì)第二步反應(yīng)速率的影響，導(dǎo)致轉(zhuǎn)化相同量的NO，在溫度T1下消耗的時(shí)間較長(zhǎng)。2．(2021·安徽省黃山市高三第一次質(zhì)量檢測(cè))碘及其化合物在合成殺菌劑、藥物等方面具有廣泛用途?；卮鹣铝袉栴}：(1)向碘水中加入四氯化碳后充分振蕩，靜置后的現(xiàn)象是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)①已知反應(yīng)H2(g)＋I(xiàn)2(g)2HI(g)，該反應(yīng)中相關(guān)化學(xué)鍵的鍵能數(shù)據(jù)如表所示：共價(jià)鍵H—HI—IH—I鍵能/(kJ·mol－1)436151299則該反應(yīng)的ΔH＝________kJ·mol－1。②下列敘述能說明上述反應(yīng)已達(dá)到平衡的是________(填字母)。a．單位時(shí)間內(nèi)生成nmolH2，同時(shí)生成nmolHIb．溫度和體積一定時(shí)，HI濃度不再變化c．溫度和體積一定時(shí)，混合氣體顏色不再變化d．溫度和壓強(qiáng)一定時(shí)，混合氣體的密度不再變化(3)NaHSO3溶液在不同溫度下均可被過量KIO3(IOeq\o\al(－,3)被還原成I－)氧化，當(dāng)NaHSO3完全消耗即有I2析出，寫出I2析出時(shí)發(fā)生反應(yīng)的離子方程式：______________________________。依據(jù)I2析出所需時(shí)間可以求得NaHSO3的反應(yīng)速率，將濃度均為0.020mol·L－1NaHSO3溶液(含少量淀粉)10.0mL、KIO3(過量)酸性溶液40.0mL混合，記錄10～55℃間溶液變藍(lán)時(shí)間，55℃時(shí)未觀察到溶液變藍(lán)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖。圖中a點(diǎn)對(duì)應(yīng)的NaHSO3反應(yīng)速率為______mol·L－1·s－1。b、c兩點(diǎn)對(duì)應(yīng)的NaHSO3反應(yīng)速率v(b)________v(c)(填“>”“＝”或“<”)。(4)在1L真空密閉容器中加入amolNH4I固體，t℃時(shí)發(fā)生如下反應(yīng)：NH4I(s)NH3(g)＋HI(g)①2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)②2HI(g)I2(g)＋H2(g)③達(dá)平衡時(shí)，體系中n(HI)＝bmol，n(I2)＝cmol，n(H2)＝dmol，則n(N2)＝________mol，t℃時(shí)反應(yīng)①的平衡常數(shù)K為________(用字母表示)。答案(1)液體分為兩層，上層為淺黃色(或無色)，下層為紫色(2)①－11②bc(3)IOeq\o\al(－,3)＋5I－＋6H＋=3I2↓＋3H2O5×10－5<(4)eq\f(d－c,3)b(eq\f(8c－2d,3)＋b)解析(2(436＋151－2×299)kJ·mol－1＝－11kJ·mol－1；②通過化學(xué)方程式可以看出，H2和HI的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比為1∶2，單位時(shí)間內(nèi)生成nmolH2，同時(shí)生成2nmolHI，反應(yīng)達(dá)到平衡，a項(xiàng)錯(cuò)誤；當(dāng)溫度和體積一定時(shí)，HI的濃度不再變化，其物質(zhì)的量也不變，表明反應(yīng)達(dá)到平衡，b項(xiàng)正確；氣態(tài)的I2為紫色，氫氣和碘化氫氣體均為無色，當(dāng)溫度和體積一定時(shí)，混合氣體顏色不再變化，表明各物質(zhì)的物質(zhì)的量不再變化，反應(yīng)達(dá)到平衡，c項(xiàng)正確；該反應(yīng)為等體反應(yīng)，ρ＝eq\f(m,V)，質(zhì)量和體積均不變，密度也不會(huì)改變，故密度不再變化無法判斷反應(yīng)是否達(dá)到平衡，d項(xiàng)錯(cuò)誤。(3)當(dāng)NaHSO3完全消耗會(huì)有I2析出，是過量的KIO3與I－反應(yīng)生成I2，離子方程式為IOeq\o\al(－,3)＋5I－＋6H＋=3I2↓＋3H2O；由圖可知，a點(diǎn)為(10,80)，反應(yīng)在80s時(shí)有I2析出，NaHSO3反應(yīng)速率為eq\f(0.020mol·L－1×10.0×10－3L,10.0＋40.0×10－3L×80s)＝5×10－5mol·L－1·s－1；升高溫度，反應(yīng)速率加快，c點(diǎn)溫度高于b點(diǎn)，所以v(b)＜v(c)。(4)達(dá)平衡時(shí)，I2的物質(zhì)的量為cmol，I2是反應(yīng)③的生成物，根據(jù)反應(yīng)③可知，此反應(yīng)中生成了cmolH2，平衡時(shí)，n(H2)＝dmol，所以反應(yīng)②生成了(d－c)molH2，反應(yīng)②中N2和H2的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比為1∶3，所以n(N2)＝eq\f(d－c,3)mol；反應(yīng)③中生成cmolI2，代表反應(yīng)③消耗了2cmolHI，平衡時(shí)，HI的物質(zhì)的量為bmol，表明反應(yīng)①生成了(b＋2c)molHI，根據(jù)化學(xué)計(jì)量數(shù)可知，反應(yīng)①生成了(b＋2c)molNH3，在反應(yīng)②中生成了eq\f(d－c,3)molN2，表明反應(yīng)②消耗了eq\f(2d－c,3)molNH3，平衡時(shí)，n(NH3)＝(b＋2c)－eq\f(2d－c,3)＝eq\f(8c－2d,3)＋b，反應(yīng)①的平衡常數(shù)K＝c(NH3)·c(HI)，因?yàn)轶w積為1L，所以K＝c(NH3)·c(HI)＝(eq\f(8c－2d,3)＋b)×b。3．(2021·鄭州市高三二模)甲醇是重要的化工原料，用CO2和H2在催化劑的作用下合成甲醇，主要發(fā)生以下反應(yīng)：反應(yīng)Ⅰ：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH1＝－53.7kJ·mol－1反應(yīng)Ⅱ：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)ΔH2＝＋41.2kJ·mol－1反應(yīng)Ⅲ：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)ΔH3(1)已知部分化學(xué)鍵的鍵能如下表：化學(xué)鍵H—HH—OC=OCO鍵能/(kJ·mol－1)436465a1076.8則ΔH3＝________kJ·mol－1，a＝________。(2)通過計(jì)算機(jī)對(duì)反應(yīng)CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，在0.1MPa時(shí)，不同溫度下，不同水碳比eq\f(nH2O,nCH4)進(jìn)行熱力學(xué)計(jì)算，繪得反應(yīng)平衡體系中H2的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)與水碳比、平衡溫度的關(guān)系如圖所示。由圖可知，溫度一定時(shí)，H2的平衡物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)與水碳比的關(guān)系是________，可能的原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)電解法由甲醇和CO合成碳酸二甲酯的工作原理如下圖所示，則陽極的電極反應(yīng)式為________________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案(1)－94.9806(2)水碳比越大，氫氣的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)越大水碳比增大，生成的CO會(huì)與H2O(g)反應(yīng)，進(jìn)一步生成H2，使得氫氣的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)增大(3)2CH3OH＋CO－2e－=(CH3O)2CO＋2H＋解析(1)反應(yīng)Ⅰ－反應(yīng)Ⅱ＝反應(yīng)Ⅲ，ΔH3＝ΔH1－ΔH2＝(－53.7－41.2)kJ·mol－1＝－94.9kJ·mol－1；ΔH＝反應(yīng)物總鍵能－生成物總鍵能，ΔH2＝(2a＋436－1076.8－2×465)kJ·mol－1＝＋41.2kJ·mol－1，解得a＝806。(2)由圖可知，溫度一定時(shí)，水碳比越大，氫氣的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)越大，水碳比增大，生成的CO會(huì)與H2O(g)反應(yīng)，進(jìn)一步生成H2，使得氫氣的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)增大。(3)陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，元素化合價(jià)升高，由電解池工作原理圖可以判斷，左側(cè)為陽極，CH3OH和CO反應(yīng)生成(CH3O)2CO，電極反應(yīng)式為2CH3OH＋CO－2e－=(CH3O)2CO＋2H＋。4．(2021·江西省八所重點(diǎn)中學(xué)聯(lián)考)汽車三元催化器可將汽車尾氣排出的三種主要有害物質(zhì)(CO、NOx和碳?xì)浠衔?轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)，其內(nèi)部具有細(xì)密的網(wǎng)格狀橫截面，類似蜂窩結(jié)構(gòu)，上面沉積了很多諸如鉑、鈀、銠等貴金屬涂層。(1)三元催化劑內(nèi)部做成蜂窩狀結(jié)構(gòu)的目的是_______________________________________________________________________________________________________________。有些汽車在行駛或者停放時(shí)發(fā)現(xiàn)排氣管會(huì)漏出無色無味液體，說明該三元催化器工作狀態(tài)________(填“正?！被颉爱惓！?。(2)汽車排放的尾氣中同時(shí)存在NOx和CO，利用它們的相互作用可將NOx還原成無害物質(zhì)，原理如圖所示：若尾氣中c(NO2)∶c(NO)＝1∶1，發(fā)生脫氮反應(yīng)，反應(yīng)過程中轉(zhuǎn)移2mol電子時(shí)放出的熱量為305.1kJ，則該脫氮反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為__________________________________________________________________________________________________________________。(3)某研究中心為測(cè)評(píng)M、N兩種品牌的三元催化器的性能，進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：分別將其中催化劑置于兩個(gè)容積為2L的剛性密閉容器中，在400℃，各充入物質(zhì)的量相等的NO和CO發(fā)生反應(yīng)2CO(g)＋2NO(g)=2CO2(g)＋N2(g)，測(cè)定容器內(nèi)總壓強(qiáng)隨時(shí)間的變化，數(shù)據(jù)如圖：①平衡時(shí)，兩品牌中NO的轉(zhuǎn)化率：M________N(填“大于”“等于”或“小于”)，裝有M品牌催化劑的容器中NO的平衡轉(zhuǎn)化率為________。②通過實(shí)驗(yàn)測(cè)得，v正＝k正·p2(NO)·p2(CO)，v逆＝k逆·p(N2)·p2(CO2)(k正、k逆為速率常數(shù)，只與溫度有關(guān)，p為對(duì)應(yīng)氣體分壓)。在400℃，若選擇兩品牌中效果更佳的催化劑參與反應(yīng)，第10min的v正∶v逆＝________。(4)另一研究小組為探究在不同溫度下，M品牌的催化劑對(duì)CO、NO轉(zhuǎn)化的影響，將固定比例的NO和CO混合氣體以一定的流速通過裝有M品牌的三元催化器的排氣管，相同時(shí)間內(nèi)測(cè)量尾氣中的NO的含量，得出脫氮率(即NO的轉(zhuǎn)化率)隨溫度的變化關(guān)系圖，如圖所示：①由圖中數(shù)據(jù)可知，該品牌的催化劑使用的最佳溫度范圍是________。A．溫度越低越好 B．200℃～350℃C．500℃～700℃ D．850℃～1000℃②某汽車在年檢時(shí)發(fā)現(xiàn)尾氣明顯異常，修車師傅發(fā)現(xiàn)三元催化器有高溫?zé)霟^的痕跡和異常顏色，并表示清洗三元催化器無效，只能更換，請(qǐng)從化學(xué)角度解釋尾氣異常原因：_____________________________________________________________________________________。③通過大量數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，圖中BC段為平衡狀態(tài)，且平衡脫氮率＝m－n