專項(xiàng)突破練(四)加試題中的化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡1(2017浙江名校協(xié)作體高三上學(xué)期考試)為應(yīng)對全球石油資源日益緊缺，提高煤的利用效率，我國開發(fā)了煤制烯烴技術(shù)，并進(jìn)入工業(yè)化試驗(yàn)階段。(1)煤氣化制合成氣(CO和H2)已知：C(s)H2O(g)=CO(g)H2(g)H1131.3 kJmol1C(s)2H2O(g)=CO2(g)2H2(g)H290 kJmol1則一氧化碳與水蒸氣反應(yīng)生成二氧化碳和氫氣的熱化學(xué)方程式是_。(2)由合成氣制甲醇：合成氣CO和H2在一定條件下能發(fā)生如下反應(yīng)：CO(g) 2H2(g)CH3OH(g)。在容積均為V L的甲、乙、丙三個(gè)密閉容器中分別充入a mol CO和2a mol H2，三個(gè)容器的反應(yīng)溫度分別為T1、T2、T3且恒定不變，在其他條件相同的情況下，實(shí)驗(yàn)測得反應(yīng)均進(jìn)行到t min時(shí)CO的體積分?jǐn)?shù)如圖所示，此時(shí)三個(gè)容器中一定處在化學(xué)平衡狀態(tài)的是_(填“T1”或“T2” 或“T3”)；該溫度下的化學(xué)平衡常數(shù)為_(用a、V表示)。(3)由甲醇制烯烴主反應(yīng)： 2CH3OHC2H42H2Oi3CH3OHC3H63H2Oii副反應(yīng)： 2CH3OHCH3OCH3H2Oiii某實(shí)驗(yàn)室控制反應(yīng)溫度為400 ，在相同的反應(yīng)體系中分別填裝等量的兩種催化劑(Cat.1和Cat.2)，以恒定的流速通入CH3OH，在相同的壓強(qiáng)下進(jìn)行兩種催化劑上甲醇制烯烴的對比研究。得到如下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：(選擇性：轉(zhuǎn)化的甲醇中生成乙烯和丙烯的百分比)下列說法錯(cuò)誤的是_。A反應(yīng)進(jìn)行一段時(shí)間后甲醇的轉(zhuǎn)化率下降，可能的原因是催化劑失活，工業(yè)生產(chǎn)中需定期更換催化劑B使用Cat.2反應(yīng)2 h后乙烯和丙烯的選擇性下降，可能的原因是生成副產(chǎn)物二甲醚C使用Cat.1產(chǎn)生的烯烴主要為丙烯，使用Cat.2產(chǎn)生的烯烴主要為乙烯D不管使用Cat.1還是使用Cat.2，都能提高活化分子的百分?jǐn)?shù)在上圖中分別畫出反應(yīng)i在無催化劑、有Cat.1、有Cat.2三種情況下“反應(yīng)過程能量”示意圖。答案(1)CO(g)H2O(g)=CO2(g)H2(g)H 41.3 kJmol1(2)T39V2/2a2(3)C解析(1)已知C(s)H2O(g)=CO(g)H2(g)H1131.3 kJmol1，C(s)2H2O(g)=CO2(g)2H2(g)H290 kJmol1，由蓋斯定律可知，得到CO(g)H2O(g)=CO2(g)H2(g)H90 kJmol1131.3 kJmol141.3 kJmol1。(2)CO(g)2H2(g)CH3OH(g)H0，該反應(yīng)正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，根據(jù)圖像，T1中的狀態(tài)轉(zhuǎn)變成T2中的狀態(tài)，CO百分含量減小，說明平衡正向移動(dòng)，說明T1未達(dá)平衡狀態(tài)，T2中的狀態(tài)轉(zhuǎn)變成T3中的狀態(tài)，CO百分含量增大，說明平衡逆向移動(dòng)，說明T2可能達(dá)平衡狀態(tài)，一定達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是T3； CO(g) 2H2(g)CH3OH(g)起始物質(zhì)的量/mola2a0變化物質(zhì)的量/moln2nn平衡物質(zhì)的量/molan 2a2nn平衡時(shí)CO的體積分?jǐn)?shù)為100%20%，解得：na，此溫度下平衡常數(shù)K。(3)當(dāng)催化劑失活后，副產(chǎn)物增多，甲醇的轉(zhuǎn)化率下降，需要及時(shí)更換催化劑，A正確；使用Cat.2時(shí)，隨反應(yīng)的不斷進(jìn)行，生成的副產(chǎn)物二甲醚增多，導(dǎo)致生成乙烯和丙烯的選擇性下降，B正確；由圖示可知，使用Cat.1時(shí)丙烯與乙烯的比值隨時(shí)間增長不斷減小，說明乙烯增多，即使用Cat.1時(shí)主要生成乙烯，而使用Cat.2時(shí)，產(chǎn)物中乙烯的含量明顯大于丙烯，可見使用Cat.2時(shí)產(chǎn)生的烯烴也主要為乙烯，C錯(cuò)誤；使用催化劑能降低反應(yīng)活化能，提高活化分子的百分?jǐn)?shù)，D正確。從圖中數(shù)據(jù)分析，在催化劑Cat.1的作用下，甲醇的轉(zhuǎn)化率更大，說明催化劑Cat.1對反應(yīng)i催化效果更好，催化劑能降低反應(yīng)的活化能，說明使用催化劑Cat.1的反應(yīng)過程中活化能更低，故反應(yīng)過程能量圖為2(2017浙江“超級全能生”選考科目8月聯(lián)考)煤的氣化得CO和H2，在催化劑存在條件下進(jìn)一步合成甲醇(反應(yīng))，并同時(shí)發(fā)生反應(yīng)。.CO(g)2H2(g)CH3OH(g) H1 81 kJmol1. CO(g)H2(g) C(s)H2O (g)H2 已知：2C(s)O2(g)=2CO(g)H3 221 kJmol1H2O(g)=H2O(l)H4 44.0 kJmol1H2的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱為285. 8 kJmol1反應(yīng)過程中催化劑對選擇性會(huì)產(chǎn)生影響，甲醇選擇性是指轉(zhuǎn)化的CO中生成甲醇的百分比。請回答：(1)反應(yīng)中H2 _kJmol1。(2)為減弱副反應(yīng)的發(fā)生，下列采取的措施合理的是_。A反應(yīng)前加入少量的水蒸氣B增壓C降低反應(yīng)溫度D使用合適催化劑，平衡前提高甲醇的選擇性(3)在常壓下，CO和H2的起始加入量為10 mol、14 mol，容器體積為10 L，選用Cu/NiO催化劑，升高溫度在450 時(shí)測得甲醇的選擇性為80%，CO的轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系如圖所示，則此溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)K_，并說明CO的轉(zhuǎn)化率隨溫度升高先增大后減小的原因：_。(4)350 時(shí)甲醇的選擇性為90%，其他條件不變，畫出350 時(shí)甲醇的物質(zhì)的量隨時(shí)間的變化曲線。答案(1)131.3(2)AD(3)3.2在150 至350 時(shí)，反應(yīng)、未達(dá)到平衡，隨溫度升高，CO轉(zhuǎn)化率增大，350 后，反應(yīng)、已達(dá)到平衡，兩反應(yīng)均放熱，平衡逆向移動(dòng)，CO轉(zhuǎn)化率減小(4)解析(1)本題考查熱化學(xué)反應(yīng)方程式的計(jì)算，2C(s)O2(g)=2CO(g)，H2O(g)=H2O(l)，H2(g)1/2O2(g)=H2O(l)H5285.8 kJmol1，根據(jù)根據(jù)蓋斯定律，/2，H2131.3 kJmol1。(2)加入少量的水蒸氣，增加的生成物的濃度，平衡向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，CO和H2的量增加，反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行，A正確；增大壓強(qiáng)，反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行，不利于甲醇的生成，B錯(cuò)誤；兩個(gè)反應(yīng)都是放熱反應(yīng)，降低溫度，平衡都向正反應(yīng)方向移動(dòng)，不利于甲醇的生成，C錯(cuò)誤；根據(jù)信息，使用合適的催化劑，提高甲醇的選擇性，有利于甲醇的生成，D正確。(3) CO(g) 2H2(g)CH3OH(g)起始/mol 10 14 0變化/mol 1050%80% 8 4 根據(jù)信息，有1 mol CO和1 mol H2參與反應(yīng)，因此達(dá)到平衡時(shí)，CO和H2的物質(zhì)的量都是5 mol，甲醇的物質(zhì)的量為4 mol，根據(jù)平衡常數(shù)的表達(dá)式，K，代入數(shù)值解得K3.2，在150350 時(shí)，反應(yīng)、未達(dá)到平衡，隨溫度升高，CO轉(zhuǎn)化率增大，350 后反應(yīng)、已達(dá)到平衡，兩反應(yīng)均放熱，平衡逆向移動(dòng)，CO轉(zhuǎn)化率減小。(4)根據(jù)(3)的分析，當(dāng)350 時(shí)，甲醇的選擇性為90%，達(dá)到平衡n(CH3OH)6.3 mol，即圖像為。3(2017浙江“七彩陽光”新高考研究聯(lián)盟高三下學(xué)期聯(lián)考)已知在298 K和101 kPa條件下，有如下反應(yīng)：反應(yīng)：C(s) O2(g)=CO2(g) H1393.5 kJmol1反應(yīng)：2C(s) O2(g)=2CO(g) H2221 kJmol1反應(yīng)：N2(g) O2(g)=2NO(g) H3180.5 kJmol1試回答下列問題：(1)汽車尾氣凈化原理為反應(yīng)：2NO(g) 2CO(g)N2(g) 2CO2(g)H_，該反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行的條件是_(填“高溫”“低溫”或“任意溫度”)。(2)如果在一定溫度下，體積為 2 L的密閉容器中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，04 min各物質(zhì)物質(zhì)的量的變化如下表所示：物質(zhì)(mol)時(shí)間NOCON2 CO2起始 0.41.02 min末 2.00.81.64 min末 1.6求 02 min 內(nèi)用 CO 來表示的平均反應(yīng)速率 v(CO)_。試計(jì)算該溫度下反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù) K_。(3)若一定溫度下，在容積可變的密閉容器中，上述反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，此時(shí)容積為3 L, c(N2)隨時(shí)間t的變化曲線x如圖所示。若在 t2 min時(shí)改變一個(gè)條件，c(N2)隨反應(yīng)時(shí)間t的變化如曲線y所示，則改變的條件是_。若在t2 min時(shí)升高溫度，t3 min時(shí)重新達(dá)到平衡，請?jiān)趫D中畫出在 t2t4 內(nèi) c(N2)的變化曲線。答案 (1)746.5 kJmol1低溫(2)0.1 molL1min11.6(3)快速將容器體積由3 L壓縮到2 L 解析(1)根據(jù)蓋斯定律可知反應(yīng)由(反應(yīng)2反應(yīng)反應(yīng))得到，則H(393.5 kJmol1)2(221 kJmol1)180.5 kJmol1 746.5 kJmol1；由GHTS0，其中H0、S0，可知該反應(yīng)在低溫下能自發(fā)進(jìn)行。(2)02 min 內(nèi)N2變化物質(zhì)的量：1.0 mol0.80 mol0.2 mol，則CO變化物質(zhì)的量為0.4 mol，用 CO 來表示的平均反應(yīng)速率 v(CO)0.4 mol2 L2 min0.1 molL1min1；24 min 時(shí)CO2的物質(zhì)的量沒有發(fā)生變化，可知2 min時(shí)反應(yīng)已達(dá)到平衡，此時(shí)： 2NO(g)2CO(g)N2(g)2CO2(g)起始量/mol 0.4 1.6 1.0 2.0變化量/mol 0.4 0.4 0.2 0.4平衡量/mol 0.8 2.0 0.8 1.6平衡濃度/molL1 0.4 1.0 0.4 0.8該溫度下反應(yīng) 的化學(xué)平衡常數(shù)K1.6。(3)由圖示可知c(N2)的濃度瞬間增大為原來的1.5倍，可通過快速將容器體積由3 L壓縮到2 L即可；t2min時(shí)升高溫度平衡逆向移動(dòng)，c(N2)的濃度會(huì)減小，重新達(dá)到新的平衡狀態(tài)，所得曲線如圖所示：。4(2017臺(tái)州高三2月選考科目質(zhì)量評估)汽車尾氣的主要成分有CO、SO2、氮氧化物等，科研工作者目前正在嘗試以二氧化鈦(TiO2)催化分解汽車尾氣的研究。(1)已知：2NO(g)O2(g)=2NO2(g) H1113.0 kJmol12SO2(g)O2(g)=2SO3(l) H2288.4 kJmol1請判斷反應(yīng)NO2(g)SO2(g)=NO(g)SO3(l) H3，在低溫下能否自發(fā)進(jìn)行，并說明理由：_。(2)已知TiO2催化尾氣降解原理：2CO(g)O2(g)2CO2(g)；2H2O(g)4NO(g)3O2(g)4HNO3(g)。.在O2濃度幾乎不變的條件下，模擬CO、NO的降解，得到降解率隨時(shí)間變化如圖1所示A的降解率，反應(yīng)40 s后檢測到HNO3濃度有所降低，請用化學(xué)方程式并結(jié)合化學(xué)反應(yīng)原理知識解釋出現(xiàn)該現(xiàn)象可能的原因：_。.圖2為在不同顆粒間隙的瀝青混凝土(、型)和不同溫度下，實(shí)驗(yàn)進(jìn)行相同一段時(shí)間(t s)后測得的CO降解率變化，回答下列問題：已知50 、t s時(shí)容器中O2濃度為0.01 molL1，求此溫度下CO降解反應(yīng)的平衡常數(shù)_。下列關(guān)于圖2的敘述不正確的是_(填字母)。A根據(jù)降解率由b點(diǎn)到c點(diǎn)隨溫度的升高而增大，可知CO降解反應(yīng)的平衡常數(shù)Kb<KcB相同溫度下，型瀝青混凝土中CO降解速率比型要大Ca點(diǎn)的數(shù)據(jù)反映出CO與O2之間所發(fā)生的有效碰撞頻率是整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中最高的Dd點(diǎn)降解率出現(xiàn)突變的原因可能是溫度升高后催化劑失效答案(1)能，H3(288.4 kJmol1)(113.0 kJmol1)87.7 kJmol1<0，且可判斷反應(yīng)的S<0，故在低溫下可自發(fā)進(jìn)行 (2). 40 s后發(fā)生反應(yīng)2NO=N2O2，生成氮?dú)?，并且NO濃度降低，平衡2H2O4NO3O24HNO3逆向移動(dòng)，造成HNO3濃度降低. AC解析(1)2NO(g)O2(g)=2NO2(g) H1113.0 kJmol12SO2(g)O2(g)=2SO3(l) H2288.4 kJmol1根據(jù)蓋斯定律 得 NO2(g)SO2(g)=NO(g)SO3(l)H3(288.4 kJmol1)(113.0 kJmol1)87.7 kJmol1；氣體物質(zhì)的量減少，S<0，H<0，根據(jù)HTS<0能自發(fā)進(jìn)行，所以該反應(yīng)在低溫下可自發(fā)進(jìn)行。(2).40 s后發(fā)生反應(yīng)2NO=N2O2生成氮?dú)猓⑶襈O濃度降低，使平衡2H2O4NO3O24HNO3逆向移動(dòng)，造成HNO3濃度降低；. 設(shè)初始CO的濃度為a molL1， 2CO(g)O2(g)2CO2(g)開始濃度/molL1 a 0轉(zhuǎn)化濃度/molL1 ax ax平衡濃度/mol1 aax 0.01 axK；根據(jù)降解率由b點(diǎn)到c點(diǎn)隨溫度的升高而增大，b點(diǎn)不是平衡狀態(tài)，A錯(cuò)誤；根據(jù)圖示，相同溫度下型瀝青混凝土反應(yīng)速率快，B正確；溫度越高，有效碰撞頻率越高，C錯(cuò)誤；在適宜的溫度下催化劑的效果最好，D正確。