2025高三二輪化學(xué)大題逐空搶分 二 化學(xué)反應(yīng)原理

．(2024·遼寧卷)為實(shí)現(xiàn)氯資源循環(huán)利用，工業(yè)上采用RuO2催化氧化法處理HCl廢氣：2HCl(g)＋eq\f(1,2)O2(g)Cl2(g)＋H2O(g)ΔH1＝－57.2kJ·mol－1ΔSK。將HCl和O2分別以不同起始流速通入反應(yīng)器中，在360℃、400℃和440℃下反應(yīng)，通過檢測流出氣成分繪制HCl轉(zhuǎn)化率(α)曲線，如下圖所示(較低流速下轉(zhuǎn)化率可近似為平衡轉(zhuǎn)化率)?；卮鹣铝袉栴}：(1)ΔS____0(填“>”或“<”)；T3＝____℃。(2)結(jié)合以下信息，可知H2的燃燒熱ΔH＝________kJ·mol－1。H2O(l)=H2O(g)ΔH2＝＋44.0kJ·mol－1H2(g)＋Cl2(g)=2HCl(g)ΔH3＝－184.6kJ·mol－1(3)下列措施可提高M(jìn)點(diǎn)HCl轉(zhuǎn)化率的是________(填標(biāo)號)。A．增大HCl的流速 B．將溫度升高40℃C．增大n(HCl)∶n(O2) D．使用更高效的催化劑(4)圖中較高流速時(shí)，α(T3)小于α(T2)和α(T1)，原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(5)設(shè)N點(diǎn)的轉(zhuǎn)化率為平衡轉(zhuǎn)化率，則該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝________(用平衡物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)代替平衡濃度計(jì)算)。(6)負(fù)載在TiO2上的RuO2催化活性高，穩(wěn)定性強(qiáng)，TiO2和RuO2的晶體結(jié)構(gòu)均可用右圖表示，二者晶胞體積近似相等，RuO2與TiO2的密度比為1.66，則Ru的相對原子質(zhì)量為____________(精確至1)。答案：(1)＜360(2)－285.8(3)BD(4)流速過快，反應(yīng)物分子來不及在催化劑表面接觸而發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)化率下降，同時(shí)，T3溫度低，反應(yīng)速率低，故單位時(shí)間內(nèi)氯化氫的轉(zhuǎn)化率低(5)6(6)101解析：(1)反應(yīng)2HCl(g)＋eq\f(1,2)O2(g)Cl2(g)＋H2O(g)前后的氣體分子數(shù)目減小，所以該反應(yīng)ΔS<0，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，由于在流速較低時(shí)的轉(zhuǎn)化率視為平衡轉(zhuǎn)化率，所以在流速低的時(shí)候，溫度越高，HCl的轉(zhuǎn)化率越小，故T1代表的溫度為440℃，T3為360℃。(2)表示氫氣燃燒熱的熱化學(xué)方程式為④H2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=H2O(l)，設(shè)①2HCl(g)＋eq\f(1,2)O2(g)Cl2(g)＋H2O(g)，②H2O(l)=H2O(g)，③H2(g)＋Cl2(g)=2HCl(g)，根據(jù)蓋斯定律可得，④＝①＋③－②，因此氫氣的燃燒熱ΔH＝－57.2kJ·mol－1－184.6kJ·mol－1－44kJ·mol－1＝－285.8kJ·mol－1。(3)A項(xiàng)，增大HCl的流速，由圖像可知，HCl的轉(zhuǎn)化減小；B項(xiàng)，M對應(yīng)溫度為360℃，由圖像可知，升高溫度，HCl的轉(zhuǎn)化率增大；C項(xiàng)，增大n(HCl)∶n(O2)，HCl的轉(zhuǎn)化率減小；D項(xiàng)，使用更高效的催化劑，可以增加該溫度下的反應(yīng)速率，使單位時(shí)間內(nèi)HCl的轉(zhuǎn)化率增大。(5)由圖像可知，N點(diǎn)HCl的平衡轉(zhuǎn)化率為80%，設(shè)起始n(HCl)＝n(O2)＝4mol，可列出三段式2HCl(g)＋eq\f(1,2)O2(g)Cl2(g)＋H2O(g)起始量/mol4400變化量/mol3.20.81.61.6平衡量/mol0.83.21.61.6則K＝eq\f(\f(1.6,7.2)×\f(1.6,7.2),\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(0.8,7.2)))\s\up12(2)×\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3.2,7.2)))\s\up6(\f(1,2)))＝6。(6)由于二者的晶體結(jié)構(gòu)相似，體積近似相等，則其密度之比等于摩爾質(zhì)量之比。故1.66＝eq\f(M（Ru）＋32,M（Ti）＋32)，則Ru的相對原子質(zhì)量為101。2．(2024·湖南卷)丙烯腈(CH2=CHCN)是一種重要的化工原料。工業(yè)上以N2為載氣，用TiO2作催化劑生產(chǎn)CH2=CHCN的流程如下：已知：①進(jìn)料混合氣進(jìn)入兩釜的流量恒定，兩釜中反應(yīng)溫度恒定：②反應(yīng)釜Ⅰ中發(fā)生的反應(yīng)：?。篐OCH2CH2COOC2H5(g)→CH2=CHCOOC2H5(g)＋H2O(g)ΔH1③反應(yīng)釜Ⅱ中發(fā)生的反應(yīng)：ⅱ：CH2=CHCOOC2H5(g)＋NH3(g)→CH2=CHCONH2(g)＋C2H5OH(g)ΔH2ⅲ：CH2=CHCONH2(g)→CH2=CHCN(g)＋H2O(g)ΔH3④在此生產(chǎn)條件下，酯類物質(zhì)可能發(fā)生水解?；卮鹣铝袉栴}：(1)總反應(yīng)HOCH2CH2COOC2H5(g)＋NH3(g)→CH2=CHCN(g)＋C2H5OH(g)＋2H2O(g)ΔH＝__________(用含ΔH1、ΔH2和ΔH3的代數(shù)式表示)。(2)進(jìn)料混合氣中n(HOCH2CH2COOC2H5)∶n(C2H5OH)＝1∶2，出料中四種物質(zhì)(CH2=CHCOOC2H5、CH2=CHCN、C2H5OH、H2O)的流量(單位時(shí)間內(nèi)出料口流出的物質(zhì)的量)隨時(shí)間變化關(guān)系如圖：①表示CH2=CHCN的曲線是________(填“a”“b”或“c”)。②反應(yīng)釜Ⅰ中加入C2H5OH的作用是____________________________________________。③出料中沒有檢測到CH2=CHCONH2的原因是__________________________________。④反應(yīng)11h后，a、b、c曲線對應(yīng)物質(zhì)的流量逐漸降低的原因是__________________________________________。(3)催化劑TiO2再生時(shí)會(huì)釋放CO2，可用氨水吸收獲得NH4HCO3?，F(xiàn)將一定量的NH4HCO3固體(含0.72g水)置于密閉真空容器中，充入CO2和NH3，其中CO2的分壓為100kPa，在27℃下進(jìn)行干燥。為保證NH4HCO3不分解，NH3的分壓應(yīng)不低于____________kPa[已知p(H2O)＝2.5×102kPa·mol－1×n(H2O)；NH4HCO3分解的平衡常數(shù)Kp＝4×104(kPa)3]。(4)以CH2=CHCN為原料，稀硫酸為電解液，Sn作陰極，用電解的方法可制得Sn(CH2CH2CN)4，其陰極反應(yīng)式____________________________________________。答案：(1)ΔH1＋ΔH2＋ΔH3(2)①c②降低分壓有利于反應(yīng)ⅰ平衡正向移動(dòng)且提高醇的濃度可以使酯的水解程度降低從而提高產(chǎn)率③反應(yīng)ⅲ是不可逆反應(yīng)，且反應(yīng)速率很快④反應(yīng)時(shí)間過長，催化劑中毒活性降低，反應(yīng)速率降低，故產(chǎn)物減少(合理即可)(3)40(4)Sn＋4CH2=CHCN＋4e－＋4H＋=Sn(CH2CH2CN)4解析：(2)①根據(jù)總反應(yīng)HOCH2CH2COOC2H5(g)＋NH3(g)→CH2=CHCN(g)＋C2H5OH(g)＋2H2O(g)，設(shè)進(jìn)料混合氣中n(HOCH2CH2COOC2H5)＝1mol，n(C2H5OH)＝2mol，出料氣中CH2=CHCOOC2H5含量很少，則生成CH2=CHCN(g)、C2H5OH(g)的物質(zhì)的量約為1mol，生成H2O(g)的物質(zhì)的量約為2mol，故出料氣中C2H5OH(g)物質(zhì)的量共約3mol，故出料氣中CH2=CHCN、C2H5OH、H2O物質(zhì)的量之比約為1∶3∶2，故曲線c表示CH2=CHCN的曲線。(3)0.72g水的物質(zhì)的量為0.04mol，故p(H2O)＝2.5×102kPa·mol－1×n(H2O)＝10kPa，NH4HCO3分解的反應(yīng)方程式為NH4HCO3=NH3↑＋CO2↑＋H2O↑，故NH4HCO3分解的平衡常數(shù)Kp＝p(NH3)·p(CO2)·p(H2O)＝4×104(kPa)3，解得p(NH3)＝40kPa，故為保證NH4HCO3不分解，NH3的分壓應(yīng)不低于40kPa。3．(2023·新課標(biāo)卷)氨是最重要的化學(xué)品之一，我國目前氨的生產(chǎn)能力位居世界首位?；卮鹣铝袉栴}：(1)根據(jù)圖1數(shù)據(jù)計(jì)算反應(yīng)eq\f(1,2)N2(g)＋eq\f(3,2)H2(g)NH3(g)的ΔH＝________kJ·mol－1。(2)研究表明，合成氨反應(yīng)在Fe催化劑上可能通過圖2機(jī)理進(jìn)行(*表示催化劑表面吸附位，Neq\o\al(*,2)表示被吸附于催化劑表面的N2)。判斷上述反應(yīng)機(jī)理中，速率控制步驟(即速率最慢步驟)為________(填步驟前的標(biāo)號)，理由是________________________________________。(3)合成氨催化劑前驅(qū)體(主要成分為Fe3O4)使用前經(jīng)H2還原，生成α-Fe包裹的Fe3O4。已知α-Fe屬于立方晶系，晶胞參數(shù)a＝287pm，密度為7.8g·cm－3，則α-Fe晶胞中含有Fe的原子數(shù)為____________(列出計(jì)算式，阿伏加德羅常數(shù)的值為NA)。(4)在不同壓強(qiáng)下，以兩種不同組成進(jìn)料，反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)氨的摩爾分?jǐn)?shù)與溫度的計(jì)算結(jié)果如下圖所示。其中一種進(jìn)料組成為xH2＝0.75、xN2＝0.25，另一種為xH2＝0.675、xN2＝0.225、xAr＝0.10。eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(物質(zhì)ⅰ的摩爾分?jǐn)?shù)：x?。絓f(nⅰ,n總)))①圖中壓強(qiáng)由小到大的順序?yàn)開___________，判斷的依據(jù)是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。②進(jìn)料組成中含有惰性氣體Ar的圖是________。③圖3中，當(dāng)p2＝20MPa、xNH3＝0.20時(shí)，氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化率α＝________。該溫度時(shí)，反應(yīng)eq\f(1,2)N2(g)＋eq\f(3,2)H2(g)NH3(g)的平衡常數(shù)Kp＝________(MPa)－1(化為最簡式)。答案：(1)－45(2)(ⅱ)在化學(xué)反應(yīng)中，能壘最大的一步為速率控制步驟，而斷開化學(xué)鍵的步驟能壘都比較大，由于N≡N的鍵能比H—H的大很多，因此，在題述反應(yīng)機(jī)理中，速率控制步驟為(ⅱ)(3)eq\f(7.8×2873NA,56×1030)(4)①p1<p2<p3合成氨的反應(yīng)為氣體分子數(shù)減少的反應(yīng)，壓強(qiáng)越大平衡時(shí)氨的摩爾分?jǐn)?shù)越大②圖4③33.33%eq\f(\r(3),36)解析：(3)已知α-Fe屬于立方晶系，晶胞參數(shù)a＝287pm，密度為7.8g·cm－3，設(shè)其晶胞中含有的Fe原子數(shù)為x，則α-Fe晶體密度ρ＝eq\f(56x×1030,NA·2873)g·cm－3＝7.8g·cm－3，解得x＝eq\f(7.8×2873NA,56×1030)。(4)③圖3中，進(jìn)料組成為xH2＝0.75、xN2＝0.25時(shí)，兩者物質(zhì)的量之比為3∶1。假設(shè)進(jìn)料中氫氣和氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量分別為3mol和1mol，達(dá)到平衡時(shí)氮?dú)獾淖兓繛閥mol，則有：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)始(mol)130變(mol)y3y2y平(mol)1－y3－3y2y當(dāng)p2＝20MPa、xNH3＝0.20時(shí)，xNH3＝eq\f(2y,4－2y)＝0.20，解得y＝eq\f(1,3)，則氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化率α＝eq\f(\f(1,3),1)×100%≈33.33%；平衡時(shí)N2、H2、NH3的物質(zhì)的量分別為eq\f(2,3)mol、2mol、eq\f(2,3)mol，其物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)分別為eq\f(1,5)、eq\f(3,5)、eq\f(1,5)，則該溫度下Kp′＝eq\f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,5)p2))\s\up12(2),\f(1,5)p2×\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3,5)p2))\s\up12(3))＝eq\f(25,27×400)(MPa)－2。因此該溫度下，反應(yīng)eq\f(1,2)N2(g)＋eq\f(3,2)H2(g)NH3(g)的平衡常數(shù)Kp＝eq\r(\a\vs4\al(Kp′))＝eq\r(\f(25,27×400)（MPa）－2)＝eq\f(\r(3),36)(MPa)－1。4．(2023·福建卷)探究甲醇對丙烷制丙烯的影響。丙烷制烯烴過程主要發(fā)生的反應(yīng)有ⅰ.C3H8(g)=C3H6(g)＋H2(g)ΔH1＝＋124kJ·mol－1ΔS1＝127J·K－1·mol－1Kp1ⅱ.C3H8(g)=C2H4(g)＋CH4(g)ΔH2＝＋82kJ·mol－1ΔS2＝135J·K－1·mol－1Kp2ⅲ.C3H8(g)＋2H2(g)=3CH4(g)ΔH3＝－120kJ·mol－1ΔS3＝27.5J·K－1·mol－1Kp3已知：Kp為用氣體分壓表示的平衡常數(shù)，分壓＝物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)×總壓。在0.1MPa、t℃下，丙烷單獨(dú)進(jìn)料時(shí)，平衡體系中各組分的體積分?jǐn)?shù)φ見下表。物質(zhì)丙烯乙烯甲烷丙烷氫氣體積分?jǐn)?shù)(%)2123.755.20.10(1)比較反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行(ΔG＝ΔH－TΔS＜0)的最低溫度，反應(yīng)ⅰ________反應(yīng)ⅱ(填“＞”或“＜”)。(2)①在該溫度下，Kp2遠(yuǎn)大于Kp1，但φ(C3H6)和φ(C2H4)相差不大，說明反應(yīng)ⅲ的正向進(jìn)行有利于反應(yīng)ⅰ的________反應(yīng)和反應(yīng)ⅱ的________反應(yīng)(填“正向”或“逆向”)。②從初始投料到達(dá)到平衡，反應(yīng)ⅰ、ⅱ、ⅲ的丙烷消耗的平均速率從大到小的順序?yàn)開_______。③平衡體系中檢測不到H2，可認(rèn)為存在反應(yīng)：3C3H8(g)=2C3H6(g)＋3CH4(g)Kp，下列相關(guān)說法正確的是________(填標(biāo)號)。a．Kp＝Keq\o\al(2,p1)·Kp3b．Kp＝eq\f(0.2102×0.5523×0.12,0.0013)(MPa)2c．使用催化劑，可提高丙烯的平衡產(chǎn)率d．平衡后再通入少量丙烷，可提高丙烯的體積分?jǐn)?shù)④由表中數(shù)據(jù)推算：丙烯選擇性＝eq\f(n生成（丙烯）,n轉(zhuǎn)化（丙烷）)×100%＝________________(列出計(jì)算式)。(3)丙烷甲醇共進(jìn)料時(shí)，還發(fā)生反應(yīng)：ⅳ.CH3OH(g)=CO(g)＋2H2(g)ΔH4＝＋91kJ·mol－1在0.1MPa、t℃下，平衡體系中各組分體積分?jǐn)?shù)與進(jìn)料比的關(guān)系如圖所示。①進(jìn)料比n(丙烷)∶n(甲醇)＝1時(shí)，體系總反應(yīng)：C3H8(g)＋CH3OH(g)=CO(g)＋3CH4(g)ΔH＝________kJ·mol－1。②隨著甲醇投料增加，平衡體系中丙烯的體積分?jǐn)?shù)降低的原因是__________________________________________________________________________________________________。答案：(1)＞(2)①正向逆向②ⅱ＞?。劲＂踑b④eq\f(21,21＋23.7＋\f(55.2－23.7,3))×100%(3)①－29②甲醇的投料增加，反應(yīng)ⅳ正向移動(dòng)，氫氣增加，反應(yīng)ⅰ逆向移動(dòng)；反應(yīng)ⅲ正向移動(dòng)，造成丙烯體積分?jǐn)?shù)下降解析：(1)反應(yīng)ⅰ的ΔG＝124－127T(未帶單位)＜0，T＞eq\f(124,127)，同理反應(yīng)ⅱ：T＞eq\f(82,135)，故反應(yīng)ⅰ的最低溫度比反應(yīng)ⅱ的最低溫度大。(2)②根據(jù)平衡體積分?jǐn)?shù)φ(甲烷)＞φ(乙烯)＞φ(丙烯)，消耗1mol丙烷生成1mol丙烯或1mol乙烯和1mol甲烷或3mol甲烷，可知反應(yīng)速率ⅱ＞?。劲?；③根據(jù)蓋斯定律：目標(biāo)反應(yīng)＝2?。?，故Kp＝Keq\o\al(2,p1)·Kp3，a正確；分壓＝物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)×總壓＝體積分?jǐn)?shù)×總壓，故Kp＝eq\f(p3（CH4）·p2（C3H6）,p3（C3H8）)＝eq\f(（0.552×0.1）3×（0.210×0.1）2,（0.001×0.1）3)(MPa)2＝eq\f(0.5523×0.2102×0.12,0.0013)(MPa)2，b正確；催化劑不能影響平衡，c錯(cuò)誤；平衡后再通入丙烷，恒壓條件下，相當(dāng)于等效平衡，因此丙烯的體積分?jǐn)?shù)不變，d錯(cuò)誤；④在相同條件下，物質(zhì)的量之比等于體積之比，同時(shí)消耗1mol丙烷生成1mol丙烯或1mol乙烯和1mol甲烷或3mol甲烷，因此丙烯的選擇性＝eq\f(n生成（丙烯）,n轉(zhuǎn)化（丙烷）)×100%＝eq\f(21,21＋23.7＋\f(55.2－23.7,3))×100%。(3)①ⅲ.C3H8(g)＋2H2(g)=3CH4(g)ΔH3＝－120kJ·mol－1，ⅳ.CH3OH(g)=CO(g)＋2H2(g)ΔH4＝＋91kJ·mol－1，根據(jù)蓋斯定律，目標(biāo)反應(yīng)＝ⅲ＋ⅳ，故ΔH＝－29kJ·mol－1。5．(2022·遼寧高考改編)工業(yè)合成氨是人類科學(xué)技術(shù)的一項(xiàng)重大突破，目前已有三位科學(xué)家因其獲得諾貝爾獎(jiǎng)，其反應(yīng)為：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝－92.4kJ·mol－1ΔS＝－200J·K－1·mol－1?；卮鹣铝袉栴}：(1)合成氨反應(yīng)在常溫下________(填“能”或“不能”)自發(fā)。(2)________溫(填“高”或“低”，下同)有利于提高反應(yīng)速率，________溫有利于提高平衡轉(zhuǎn)化率，綜合考慮催化劑(鐵觸媒)活性等因素，工業(yè)常采用400～500℃。(3)針對反應(yīng)速率與平衡產(chǎn)率的矛盾，我國科學(xué)家提出了兩種解決方案。其一是M-LiH復(fù)合催化法，有關(guān)反應(yīng)速率的變化曲線如圖所示。下列說法正確的是________。a．300℃時(shí)，復(fù)合催化劑比單一催化劑效率更高b．同溫同壓下，復(fù)合催化劑有利于提高氨的平衡產(chǎn)率c．溫度越高，復(fù)合催化劑活性一定越高(4)某合成氨速率方程為：v＝kcα(N2)cβ(H2)·cγ(NH3)，根據(jù)表中數(shù)據(jù)，γ＝________；實(shí)驗(yàn)eq\f(c（N2）,mol·L－1)eq\f(c（H2）,mol·L－1)eq\f(c（NH3）,mol·L－1)eq\f(v,mol·L－1·s－1)1mnpq22mnp2q3mn0.1p10q4m2np2.828q在合成氨過程中，需要不斷分離出氨的原因?yàn)開_______。a．有利于平衡正向移動(dòng) b．防止催化劑中毒c．提高正反應(yīng)速率(5)某種新型儲(chǔ)氫材料的晶胞如圖，八面體中心為M金屬離子，頂點(diǎn)均為NH3配體；四面體中心為硼原子，頂點(diǎn)均為氫原子。若其摩爾質(zhì)量為188g·mol－1，則M元素為________(填元素符號)；在該化合物中，M離子的價(jià)電子排布式為________。答案：(1)能(2)高低(3)a(4)－1ac(5)Fe3d6解析：(1)對于合成氨反應(yīng)，常溫下，ΔG＝ΔH－TΔS＝－92.4kJ·mol－1－298K×(－0.2kJ·K－1·mol－1)＝－32.8kJ·mol－1＜0，故合成氨反應(yīng)在常溫下能自發(fā)進(jìn)行。(4)將實(shí)驗(yàn)1、3中數(shù)據(jù)分別代入合成氨的速率方程可得：①q＝k·mα·nβ·pγ，③10q＝k·mα·nβ·(0.1p)γ，可得γ＝－1。合成氨過程中，不斷分離出氨，即降低體系中c(NH3)，生成物濃度下降，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，提高正反應(yīng)速率，a、c正確；氨不能使催化劑中毒，b錯(cuò)誤。(5)由晶胞結(jié)構(gòu)可知，“”代表M(NH3)eq\o\al(x＋,6)，“”代表BHeq\o\al(－,4)，面心立方最密堆積的晶胞中，“”處于8個(gè)頂角和6個(gè)面心，則每個(gè)晶胞中含“”的個(gè)數(shù)為8×eq\f(1,8)＋6×eq\f(1,2)＝4，8個(gè)“”均處于晶胞內(nèi)部，則“”和“”的個(gè)數(shù)之比為4∶8＝1∶2，故該晶體的化學(xué)式為M(NH3)6·(BH4)2；又知該化合物的摩爾質(zhì)量為188g·mol－1，則有Mr(M)＋17×6＋15×2＝188，解得Mr(M)＝56，故M元素為Fe?；衔镏蠪e(NH3)6·(BH4)2，NH3整體為0價(jià)，BHeq\o\al(－,4)中B為＋3價(jià)，H為－1價(jià)，則Fe為＋2價(jià)，基態(tài)Fe原子核外電子排布式為[Ar]3d64s2，失去4s軌道上的2個(gè)電子得到Fe2＋，故Fe2＋的價(jià)電子排布式為3d6。1．(2024·福州市高三年級第一次質(zhì)量檢測)研究二氧化碳合成甲醇對實(shí)現(xiàn)碳中和具有重要意義，二氧化碳加氫制甲醇的過程一般含有以下三個(gè)反應(yīng)：Ⅰ.CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH1K1Ⅱ.CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)ΔH2＝＋41.2kJ·mol－1K2Ⅲ.CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)ΔH3＝－90.6kJ·mol－1K3(1)ΔH1＝____________；反應(yīng)Ⅰ在________(填“高溫”“低溫”或“任意溫度”)下可自發(fā)進(jìn)行。(2)一定溫度下，向盛有催化劑的恒容密閉容器中按初始進(jìn)料比n(CO2)∶n(H2)＝1∶1投入反應(yīng)物，發(fā)生反應(yīng)Ⅰ。下列不能說明該反應(yīng)一定處于平衡狀態(tài)的是________(填字母)。a．容器內(nèi)氣體的壓強(qiáng)不再發(fā)生改變b．CO2的體積分?jǐn)?shù)不再變化c．1molH—H鍵斷裂的同時(shí)1molC—H鍵斷裂d．反應(yīng)的焓變?chǔ)不再變化(3)向恒容密閉容器中按初始進(jìn)料比n(CO2)∶n(H2)＝1∶3投入反應(yīng)物，只發(fā)生反應(yīng)Ⅰ和Ⅱ。在不同溫度下達(dá)到平衡，體系中CH3OH、CO的選擇性和CO2的平衡轉(zhuǎn)化率[α(CO2)]與溫度的關(guān)系如圖所示。已知：CH3OH的選擇性＝eq\f(生成的CH3OH的物質(zhì)的量,轉(zhuǎn)化的CO2的物質(zhì)的量)×100%①圖中表示CH3OH選擇性變化的曲線是________(填“a”或“b”)，其原因是________________________________________________。②當(dāng)T＝250℃，平衡時(shí)CH3OH的體積分?jǐn)?shù)φ(CH3OH)＝________(答案保留兩位有效數(shù)字)。(4)500℃時(shí)，已知K1＝2.5，K2＝1.0，則K3＝________。該溫度下，往2L恒容密閉容器中充入1molCO和2molH2發(fā)生反應(yīng)Ⅲ。測得t2時(shí)刻，CO的轉(zhuǎn)化率為50%，則此時(shí)該反應(yīng)的v(正)________v(逆)(填“>”“<”或“＝”)。答案：(1)－49.4kJ·mol－1低溫(2)bd(3)①a反應(yīng)Ⅰ是放熱反應(yīng)，反應(yīng)Ⅱ是吸熱反應(yīng)，溫度升高，反應(yīng)Ⅰ平衡逆向移動(dòng)，反應(yīng)Ⅱ平衡正向移動(dòng)，甲醇的選擇性降低②4.1%(4)2.5<解析：(1)根據(jù)蓋斯定律，反應(yīng)Ⅰ＝反應(yīng)Ⅱ＋反應(yīng)Ⅲ，則ΔH1＝ΔH2＋ΔH3＝－49.4kJ·mol－1；反應(yīng)Ⅰ的ΔH1<0、ΔS<0，由ΔG＝ΔH－TΔS可知，該反應(yīng)在低溫條件下自發(fā)進(jìn)行。(2)該反應(yīng)是氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，則容器內(nèi)氣體壓強(qiáng)不再發(fā)生改變可以說明反應(yīng)Ⅰ處于平衡狀態(tài)；設(shè)CO2的起始量為amol，反應(yīng)過程中的變化量為xmol，由題意列三段式：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)起始量/molaa00變化量/molx3xxx某時(shí)刻量/mola－xa－3xxx任意時(shí)刻CO2的體積分?jǐn)?shù)為eq\f(a－x,（a－x）＋（a－3x）＋x＋x)×100%＝50%，所以CO2的體積分?jǐn)?shù)不變不能說明反應(yīng)Ⅰ處于平衡狀態(tài)；斷裂H—H鍵為正反應(yīng)方向，斷裂C—H鍵為逆反應(yīng)方向，由各物質(zhì)化學(xué)計(jì)量數(shù)之比知，斷裂1molH—H鍵的同時(shí)斷裂1molC—H鍵，則正、逆反應(yīng)速率相等，可以說明反應(yīng)Ⅰ處于平衡狀態(tài)；反應(yīng)的ΔH不隨反應(yīng)進(jìn)行發(fā)生改變，所以ΔH不變無法說明反應(yīng)Ⅰ處于平衡狀態(tài)。(3)②當(dāng)T＝250℃時(shí)，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率為30%，CH3OH和CO的選擇性均為50%，假設(shè)初始投入的CO2的物質(zhì)的量為1mol，初始投入的H2的物質(zhì)的量為3mol，則參與反應(yīng)的CO2的物質(zhì)的量為1mol×30%＝0.3mol，生成的CH3OH和CO的物質(zhì)的量相等，均為0.15mol，根據(jù)反應(yīng)Ⅰ和反應(yīng)Ⅱ的化學(xué)方程式知，平衡時(shí)H2O的物質(zhì)的量為0.3mol，H2的物質(zhì)的量為2.4mol，平衡體系中的氣體總量為(1－0.3)mol＋2.4mol＋0.15mol＋0.15mol＋0.3mol＝3.7mol，故φ(CH3OH)＝eq\f(0.15,3.7)×100%≈4.1%。(4)反應(yīng)Ⅲ＝反應(yīng)Ⅰ－反應(yīng)Ⅱ，故K3＝K1÷K2＝2.5。該溫度下，往2L恒容密閉容器中充入1molCO和2molH2發(fā)生反應(yīng)Ⅲ，測得t2時(shí)刻，CO的轉(zhuǎn)化率為50%，由此列三段式：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)起始量/mol120變化量/mol0.510.5t2時(shí)刻量/mol0.510.5根據(jù)體積為2L可計(jì)算出t2時(shí)刻的濃度商Q＝4>K3，則反應(yīng)逆向進(jìn)行，故v(正)<v(逆)。2．(2024·長春市高三質(zhì)量監(jiān)測)處理、回收和利用CO是環(huán)境科學(xué)研究的熱點(diǎn)課題。(1)CO用于處理大氣污染物N2O的反應(yīng)為CO(g)＋N2O(g)CO2(g)＋N2(g)。在Zn＋作用下該反應(yīng)的具體過程如圖1所示，反應(yīng)過程中能量變化情況如圖2所示?？偡磻?yīng)CO(g)＋N2O(g)CO2(g)＋N2(g)ΔH＝________kJ·mol－1；該總反應(yīng)的決速步是反應(yīng)________(填“①”或“②”)，判斷的理由是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)已知：CO(g)＋N2O(g)CO2(g)＋N2(g)的速率方程為v＝k·c(N2O)，k為速率常數(shù)(與溫度有關(guān))。為提高反應(yīng)速率，可采取的措施是________(填序號)。A．升溫 B．恒容時(shí)，再充入COC．恒容時(shí)，再充入N2O D．恒壓時(shí)，再充入N2(3)在總壓為100kPa的恒容密閉容器中，充入一定量的CO(g)和N2O(g)發(fā)生上述反應(yīng)，不同條件下達(dá)到平衡，T2K時(shí)N2O的轉(zhuǎn)化率與eq\f(n（N2O）,n（CO）)的變化曲線和eq\f(n（N2O）,n（CO）)＝2時(shí)N2O的轉(zhuǎn)化率與eq\f(1,T)的變化曲線如圖3所示：①表示N2O的轉(zhuǎn)化率隨eq\f(n（N2O）,n（CO）)變化的曲線為________(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。②T1________T2(填“>”或“<”)，判斷的理由是________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。③已知：該反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)Kθ＝eq\f(\f(p（CO2）,pθ)×\f(p（N2）,pθ),\f(p（CO）,pθ)×\f(p（N2O）,pθ))，其中pθ為標(biāo)準(zhǔn)壓強(qiáng)(100kPa)，p(CO2)、p(N2)、p(N2O)和p(CO)為各組分的平衡分壓，則T2K時(shí)，該反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)Kθ＝________(計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字，p(分)＝p(總)×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。答案：(1)－361.22①反應(yīng)①的最大活化能是149.6kJ·mol－1，反應(yīng)②的最大活化能是108.22kJ·mol－1，反應(yīng)②的最大活化能更小，故反應(yīng)①是總反應(yīng)的決速步(2)AC(3)①Ⅱ②>曲線Ⅰ表示N2O的轉(zhuǎn)化率隨eq\f(1,T)的變化，由于ΔH<0，則eq\f(1,T)越大，T越小，N2O的平衡轉(zhuǎn)化率越大，故T1>T2③0.64解析：(2)升溫，k增大，反應(yīng)速率增大；恒容時(shí)，再充入CO，c(N2O)不變，反應(yīng)速率不變；恒容時(shí)，再充入N2O，c(N2O)增大，反應(yīng)速率增大；恒壓時(shí)，再充入N2，c(N2O)減小，反應(yīng)速率減小。(3)①eq\f(n（N2O）,n（CO）)越大，N2O的平衡轉(zhuǎn)化率越低，則曲線Ⅱ代表N2O的轉(zhuǎn)化率隨eq\f(n（N2O）,n（CO）)變化的曲線。②該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，則eq\f(1,T)越大，T越小，平衡CO(g)＋N2O(g)CO2(g)＋N2(g)正向移動(dòng)，N2O的平衡轉(zhuǎn)化率越大，故T1>T2。③由圖3可知，T2K、eq\f(n（N2O）,n（CO）)＝2時(shí)，N2O的平衡轉(zhuǎn)化率為30%，設(shè)起始時(shí)CO為1mol、N2O為2mol，列出三段式：CO(g)＋N2O(g)CO2(g)＋N2(g)起始量(mol)1200轉(zhuǎn)化量(mol)0.60.60.60.6平衡量(mol)0.41.40.60.6反應(yīng)前后氣體分子數(shù)不變，平衡時(shí)總壓仍為100kPa，p(CO)＝100kPa×eq\f(0.4,3)，p(N2O)＝100kPa×eq\f(1.4,3)，p(CO2)＝100kPa×eq\f(0.6,3)，p(N2)＝100kPa×eq\f(0.6,3)，則該反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)Kθ＝eq\f(\f(100kPa×\f(0.6,3),100kPa)×\f(100kPa×\f(0.6,3),100kPa),\f(100kPa×\f(0.4,3),100kPa)×\f(100kPa×\f(1.4,3),100kPa))≈0.64。3．(2024·合肥市高三第一次教學(xué)質(zhì)量檢測)精脫硫技術(shù)主要用于煤氣中羰基硫(COS)和二硫化碳(CS2)的轉(zhuǎn)化。(1)利用焦?fàn)t煤氣中的H2可脫除煤氣中羰基硫(COS)。羰基硫氫化反應(yīng)歷程有途徑Ⅰ和途徑Ⅱ兩種可能，如圖1所示。①已知羰基硫氫化反應(yīng)速率較快，推測其更合理的反應(yīng)歷程是途徑________(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。②反應(yīng)COS(g)＋H2(g)=CO(g)＋H2S(g)的ΔH＝________________kJ·mol－1。(2)MoS2可作羰基硫氫化反應(yīng)的催化劑，催化機(jī)理如圖2所示。不同鉬(Mo)含量的MoS2催化劑對COS轉(zhuǎn)化率和H2S的選擇性不同，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖3所示。根據(jù)圖3數(shù)據(jù)，選擇________(填“3.4%Mo”或“8.7%Mo”)含量的MoS2催化劑效果更好。當(dāng)H2S選擇性低于100%時(shí)表明部分COS氣體與催化劑發(fā)生了反應(yīng)，催化劑有吸硫現(xiàn)象；若H2S選擇性高于100%，可能的原因是__________________________________。(3)金屬M(fèi)o的晶胞結(jié)構(gòu)如圖4所示，若原子a、b的坐標(biāo)分別為(0，0，0)、(1，0，0)，則原子c的坐標(biāo)為____________。設(shè)晶體密度為ρg·cm－3，則晶胞參數(shù)為______________pm(阿伏加德羅常數(shù)的值為NA)。(4)一定溫度下，向恒容密閉容器中充入物質(zhì)的量之比為1∶4的CS2(g)和H2(g)，發(fā)生反應(yīng)：CS2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2S(g)，容器內(nèi)氣體壓強(qiáng)隨時(shí)間的變化如下表所示。時(shí)間/min050100150200250300壓強(qiáng)/kPa100.088.079.872.468.265.065.0①0～250min內(nèi)，H2分壓的平均變化量為________kPa·min－1。②該溫度下，平衡常數(shù)Kp＝_______