（新）2022届高三化学大题优练9 以能量和平衡为主线串联反应原理 教师版.docx

以能量和平衡为主线串联反应原理大题优练9优选例题例：I下列为二氧化硫和氮的氧化物转化的部分环节：已知：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) H-196.6kJ/mol2NO(g)+O2(g)2NO2(g) H-113.0kJ/mol则SO2气体与NO2气体反应生成SO3气体和NO气体的热化学方程式为_。II研究已知合成氨反应：N2(g)+3H2(g)2NH3(g) H=-92.2kJ/mol。(1)该反应的化学平衡常数K与温度T的关系如下表所示：T/K473573673K4.4×102K1K2其中，K1_K2(填“>”、“”或“<”)。(2)合成氨在农业和国防中有很重要的意义，在实际工业生产中，常采用下列措施，其中可以用勒夏特列原理解释的是_(填字母)A采用较高温度(400500) B采用较高压强(20MPa50MPa)C用铁触媒加快化学反应速率 D将生成的氨液化并及时从体系中分离出来III工业生产尿素的原理是以NH3和CO2为原料合成尿素CO(NH2)2，反应的化学方程式为：2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(l)+H2O(l) H<0。(3)将2mol NH3和1mol CO2投到一温度恒定、体积恒定的容器中进行反应，一段时间后可判断该可逆反应达到化学平衡状态的标志是_。(填字母)a2v正(NH3)v逆(CO2)b混合气体的密度不再改变c混合气体的平均相对分子质量不再改变dCO2、NH3的体积分数均不再变化(4)在一定温度和压强下，若原料气中的NH3和CO2的物质的量之比(氨碳比)x，如图是氨碳比(x)与CO2平衡转化率()的关系。随着x增大而增大的原因是_。图中的B点处，NH3的平衡转化率为_。【答案】SO2(g)+NO2(g)NO(g)+SO3(g) H=-41.8kJ·mol1 （1） > （2） BD （3） b （4） c(NH3)增大，平衡正向移动，CO2转化率增大 32% 【解析】2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) H-196.6kJ/mol；2NO(g)+O2(g)2NO2(g) H-113.0 kJ/mol；根据盖斯定律得SO2气体与NO2气体反应生成SO3气体和NO气体的热化学方程式SO2(g)+NO2(g)NO(g)+SO3(g) H=-196.6kJ/mol+113.0kJ/mol=-41.8kJ·mol1；II(1)正反应放热，升高温度，平衡逆向移动，平衡常数减小，所以K1>K2；(2) A正反应放热，采用较高温度(400500)，平衡逆向移动，实际工业生产中升高温度的目的是加快反应速率，与勒沙特列原理不符，故不选A；B增大压强，N2(g)+3H2(g)2NH3(g)平衡正向移动，采用较高压强(20MPa50MPa)有利于提高氨气产率，可以用勒夏特列原理解释，故选B；C用铁触媒能加快化学反应速率，但化学平衡不移动，不能用勒夏特列原理解释，故不选C；D将生成的氨液化并及时从体系中分离出来，氨气浓度减小，有利于平衡正向移动，可以用勒夏特列原理解释，故选D；故选BD；III(1)a反应达到平衡状态时，正逆反应速率比等于系数比，2v正(NH3)v逆(CO2)时没有达到平衡状态，故不选a；b反应生成液体，混合气体的质量是变量、容器体积是恒量，密度是变量，混合气体的密度不再改变，一定达到平衡状态，故选b；cNH3、CO2的投料比等于系数比，所以物质的量比不变，混合气体的平均相对分子质量是恒量，平均相对分子质量不再改变，反应不一定平衡，故不选c；dCO2、NH3的投料比等于系数比，体积比始终为12，体积分数不再变化，不一定达到平衡状态，故不选d；(2)c(NH3)增大，平衡正向移动，CO2转化率增大，所以随着x增大而增大；B点NH3和CO2的物质的量之比为41，设NH3和CO2的物质的量分别为4mol、1mol，CO2转化率为64%，则消耗0.64mol CO2、消耗1.28mol NH3，NH3的平衡转化率为。模拟优练1氮及其化合物在工农业生产、生活中有着重要应用，减少氮的氧化物在大气中的排放是环境保护的重要内容之一。(1)已知：N2(g)+O2(g)=2NO(g) H=+180.5kJ·mol1C(s)+O2(g)=CO2(g) H=-393.5kJ·mol12C(s)+O2(g)=2CO(g) H=-221kJ·mol1 若某反应的平衡常数表达式为：，请写出此反应的热化学方程式 。(2)N2O5在一定条件下可发生分解：2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g)。某温度下测得恒容密闭容器中N2O5浓度随时间的变化如下表：t/min0.001.002.003.004.005.00c(N2O5)(mol/L)1.000.710.500.350.250.17反应开始时体系压强为P0，第3.00min时体系压强为p1，则p1p0=_；2.00min4.00min内，NO2的平均反应速率为_。一定温度下，在恒容密闭容器中充入一定量N2O5进行该反应，能判断反应已达到化学平衡状态的是 _。aNO2和O2的体积比保持不变 b容器中压强不再变化 c2v正(NO2)=v逆(N2O5) d气体的平均相对分子质量保持不变(3)N2O4与NO2 之间存在反应：N2O4(g)2NO2(g) H=Q kJ·mol1。将一定量的N2O4放入恒容密闭容器中，测得其平衡转化率(N2O4)随温度变化如图所示。如图中a点对应温度下，已知N2O4的起始压强p0为200kPa，该温度下反应的平衡常数Kp=_(小数点后保留一位数字，用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数)。【答案】（1）2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) H=-746.5kJ·mol1 （2）1.9751 0.25mol·L1·min1 b、d （3）213.3kPa 【解析】(1)根据平衡常数可得反应方程式：2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)，将上述三个已知方程式依次编号为、，根据盖斯定律可知=×2，则有2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) H=746.5kJ/mol；(2)同温同压下，气体的物质的量之比等于压强之比；根据已知条件列出三段式：2N2O5(g)4NO2(g) + O2(g) 反应前后气体的压强之比等于物质的量之比，所以p1p0=(0.35+1.30+0.325)1=1.9751；2min4min内，c(N2O5)=(0.50-0.25)mol/L=0.25mol/L，v(N2O5)=0.125mol/(L·min)，v(NO2)=2v(N2O5)=0.25mol·L1·min1。故答案为1.9751；0.25mol·L1·min1；变量不变达平衡。a、NO2和O2的浓度比始终等于化学计量数之比，不能说明反应达到平衡状态，故a错误；b、恒温恒容时，压强与气体的总物质的量成正比，该反应气体的总物质的量是变量，则压强也是变量，当压强不变时，反应达到平衡，故b正确；c、v正(NO2)=2v逆(N2O5)时才能说明反应达到平衡，故c错误；d、该反应气体的总质量不变，若反应向右进行，气体的总物质的量增大，气体的平均相对分子质量减小，当气体的平均相对分子质量不再改变时，则反应达到平衡状态，故d正确。故答案为：bd。(3)设起始时N2O4的物质的量为1mol，则a点时其转化量为0.4mol，列三段式得：N2O4(g) 2NO2(g) 根据压强之比等于物质的量之比得：p平=1.4×200=280kPa，p(NO2)=kPa=160kPa，p(N2O4)=kPa=120kPa，Kp=kPa，故答案为：213.3kPa。2二氧化碳是常见的温室气体，其回收利用是环保领域研究的热点课题。CO2可以与H2反应合成C2H4，该转化分两步进行： 第一步：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) H=+41.3kJ·mol1第二步：2CO(g)+4H2(g)C2H4(g)+2H2O(g) H=-210.5kJ·mol1（1）CO2与H2反应反应合成乙烯的热化学方程式为_。（2）一定条件下的密闭容器中，要提高CO2合成乙烯的转化率，可以采取的措施是_（填标号）。减小压强 增大H2的浓度 加入适当催化剂 分离出H2O(g)（3）己知温度对CO2合成乙烯的平衡转化率及催化剂的催化效率的影响如图所示，下列说法正确的是_（填标号）。N点的速率最大M点的平衡常数比N点的平衡常数大温度低于250时，随温度升高乙烯的平衡产率增大实际反应尽可能在较低的温度下进行，以提高CO2的转化率研究表明CO2和H2在一定条件下可以合成甲醇，反应方程式为CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)反应。一定条件下，往2L恒容密闭容器中充入2.0mol CO2和4.0mol H2，在不同催化剂作用下合成甲醇，相同时间内CO2的转化率随温度变化如图所示：（4）催化效果最佳的是催化剂_(填“A”、“B”或“C”)。（5）T2温度下，若反应进行10min达到图中a点状态，用CO2的浓度表示的反应速率v(CO2)=_。（6）图中b点已达平衡状态，则该温度下反应的平衡常数K=_。（7）在某催化剂作用下，CO2和H2除发生反应外，还发生如下反应：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)反应。维持压强不变，按固定初始投料比将CO2和H2按一定流速通过该催化剂，经过相同时间测得如下实验数据：T(K)CO2实际转化率（%）甲醇选择性（%）54312.342.355315.339.1注：甲醇的选择性是指发生反应的CO2中转化为甲醇的百分比。表中数据说明，升高温度CO2的实际转化率提高而甲醇的选择性降低，其原因是_。【答案】（1）2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g) H=127.9kJ·mol1 （2） （3） （4）A （5）0.06mol·(L·min)1 （6）112.5 （7）升高温度，反应的反应速率均加快，但反应的反应速率变化更大 【解析】将第一个方程式乘以2加第二个方程式，得到CO2与H2反应反应合成乙烯的热化学方程式为2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g) H=-127.9kJ·mol1；故答案为：2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g) H=-127.9kJ·mol1。减小压强，向体积增大即逆向移动，转化率减小，故不符合题意；增大H2的浓度，平衡正向移动，二氧化碳转化率增大，故符合题意；加入适当催化剂，加快反应速率，平衡不移动，转化率不变，故不符合题意；分离出H2O(g)，平衡正向移动，二氧化碳转化率增大，故符合题意；综上所述，答案为：。N点温度高，但催化效率低，因此N的速率不一定最大，故错误；从M点到N点，温度升高，平衡逆向移动，因此M点的平衡常数比N点的平衡常数大，故正确；温度低于250时，随温度升高，平衡逆向移动，乙烯的平衡产率减小，故错误；实际反应尽可能在较低的温度下进行，平衡正向进行，虽然提高CO2的转化率，但催化剂的活性，反应速率减小，经济效率低，故错误；综上所述，答案为：。.在T1温度下，相同时间内，催化剂A转化率最大，因此催化效果最佳的是催化剂；故答案为A。T2温度下，若反应进行10min达到图中a点状态，用CO2的浓度表示的反应速率；故答案为：0.06mol·(L·min)1。图中b点已达平衡状态，转化率为60%，则该温度下反应的平衡常数；故答案为：112.5。表中数据说明，升高温度，可能升高温度，反应的反应速率均加快，但反应的反应速率变化更大，而此甲醇的选择性降低，其原因是升高温度，反应的反应速率均加快，但反应的反应速率变化更大。3丙烯是仅次于乙烯的有机化工原料，可由丙烷脱氢氧化制取。丙烷脱氢氧化工艺包含的反应有：主反应：C3H8(g)C3H6(g)+H2(g) H1=+124.27kJ·mol1(脱氢反应)H2(g)+O2(g)=H2O(g) H2=-241.82kJ·mol1(烧氢反应)副反应：C3H8(g)CH4(g)+C2H4(g) H3=+81.30kJ·mol1C2H4(g)+H2(g)C2H6(g) H4=-136.94kJ·mol1C3H8(g)+H2(g)CH4(g)+C2H6(g) H5回答下列问题：(1)H5=_kJ·mol1。(2)图1是制备工艺中一些反应平衡常数的对数值与温度的关系图，欲提高丙烯的产率，能否尽可能的提高反应温度_?其原因是_。除温度外，下列还可提高丙烯产率的措施有_(填序号)。A降低压强B增大压强C采用选择性优良的催化剂D选择性的氧化消除部分氢气(3)实际脱氢工艺中常常通入水蒸汽，以改变丙烷的平衡转化率。图2为常压、6001000K时，不同水烃比M下丙烷脱氢反应的平衡转化率变化图。由图可知，常压、温度恒定时水烃比对平衡转化率的影响规律为_。设某温度、1atm(记为p0)下丙烷的脱氢转化率为y，加入反应体系的水蒸汽与原料丙烷的物质的量之比为M，则脱氢反应的平衡常数的表达式为Kp=_（Kp为以分压表示的平衡常数，写出表达式即可）。(4)当反应温度为923K时，计算可知脱氢反应的反应热为+115.66kJ·mol1，烧氢反应的反应热为-237.75kJ·mol1，为保证烧氢所放热量完全满足脱氢吸热之用(假设脱氢率为100%)，则烧氢率应大于_；由此可见，烧氢过程不仅可以提高丙烷脱氢的转化率，还可以_。【答案】（1）-55.64 （2） 不能 在高温下副反应比脱氢反应更容易进行 ACD （3） 水烃比越大，脱氢反应平衡转化率越高 （4） 48.6% 降低能耗【解析】（1）根据盖斯定律由+得到C3H8(g)+H2(g)CH4(g)+C2H6(g)的H5=H3+H4=+81.30kJ·mol1+(-136.94kJ·mol1)=-55.64kJ·mol1；(2)由图可知，欲提高丙烯的产率，不能尽可能的提高反应温度，因为在高温下副反应比脱氢反应更容易进行；降低压强、选择性的氧化消除部分氢气可以使主反应正向进行，采用选择性优良的催化剂可以加快主反应速率，降低副反应进行程度，提高丙烯产率，故选ACD；(3)水烃比值越大，相当于只有烃分解，扩大体积，减小压强，所以比值越大，正向移动程度越大，即水烃比越大，脱氢反应平衡转化率越高；假设丙烷为1mol，则有：C3H8(g)C3H6(g) + H2(g)Kp=；(4)由题意可知，烧氢放出的热量为脱氢提供热量，依据量的关系可得：烧氢率应大于=48.6%，由此可见，烧氢过程不仅可以提高丙烷脱氢的转化率，还可以降低能耗。4氧化亚氮（N2O）是一种强温室气体，且易转换成颗粒污染物。研究氧化亚氮分解对环境保护有重要意义。(1)污水生物脱氮过程中，在微生物催化下，硝酸铵可分解为N2O和另一种产物，该反应的化学方程式为_。(2)已知反应2N2O(g)2N2(g)+O2(g) H=-163kJ·mol1，1mol N2(g)、1mol O2(g)分子中化学键断裂时分别需要吸收945kJ、498kJ的能量，则1mol N2O(g)分子中化学键断裂时需要吸收的能量为_kJ。(3)在一定温度下的恒容容器中，反应2N2O(g)2N2(g)+O2(g)的部分实验数据如下：反应时间/min0102030405060708090100c(N2O)/mol/L0.1000.0900.0800.0700.0600.0500.0400.0300.0200.0100.010在020min时段，反应速率v(O2)为_mol·(L·min)1。若N2O起始浓度c0为0.150mol·L1，则反应至30min时N2O的转化率=_。比较不同起始浓度时N2O的分解速率：v(c0=0.150mol·L1)_v(c0=0.100mol·L1)（填“”“=”或“”）。不同温度（T）下，N2O分解半衰期随起始压强的变化关系如图所示（图中半衰期指任一浓度N2O消耗一半时所需的相应时间），则T2_T1（填“”“=”或“”）。当温度为T1、起始压强为p0，反应至t1 min时，体系压强p=_（用p0表示）。(4)碘蒸气的存在能大幅度提高N2O的分解速率，反应历程为：第一步 I2(g)2I(g) （快反应）第二步 I(g)+N2O(g)N2(g)+IO(g) （慢反应）第三步 IO(g)+N2O(g)N2(g)+O2(g)+I(g) （快反应）实验表明，含碘时N2O分解速率方程v=k·c(N2O)·c(I2)0.5（k为速率常数）。下列表述正确的是_（填标号）。aN2O分解反应中，k(含碘)k(无碘)b第一步对总反应速率起决定作用c第二步活化能比第三步大 dI2浓度与N2O分解速率无关【答案】（1）NH4NO3N2O+2H2O （2）1112.5 （3）5.0×104 20.0% = 1.25p0 （4）c 【解析】(1)NH4NO3中，氮元素发生归中反应，生成N2O，则据质量守恒定律，另一产物为H2O，反应的化学方程式为NH4NO3N2O+2H2O。答案为：NH4NO3N2O+2H2O；(2)设1mol N2O(g)分子中化学键断裂时需要吸收的能量为x，则：H=2x-(2×945kJ+498kJ)=-136kJ，从而得出x=1112.5kJ。答案为：1112.5；(3)在020min 时段，反应速率v(O2)为=5.0×104mol·L1·min1。观察表中数据可得，相同时段内c(N2O)的变化量相等，故单位时间内c(N2O)的变化量是定值，即N2O的分解速率是定值，v(c0=0.150mol·L1)=v(c0=0.100mol·L1)=1.0×103mol·L1·min1。若N2O起始浓度c0为0.150mol·L1，则反应至30min时N2O的转化率=20.0%。温度越高，反应速率越快，所用时间越短，由相同压强时的半衰期可以看出，T2时的半衰期长，则T2T1。由反应可知，当2mol N2O反应一半时，容器中气体的总物质的量为2.5mol，则，从而得出p=1.25p0。答案为：5.0×104；20.0%；=；1.25p0；(4)a由题意知，碘蒸气的存在能大幅度提高N2O的分解速率，所以k(含碘)k(无碘)，a不正确；b慢反应对反应速率起决定作用，所以第二步对总反应速率起决定作用，b不正确；c第二步反应为慢反应，第三步反应为快反应，所以第二步反应的活化能比第三步大，c正确；d根据v=k·c(N2O)·c(I2)0.5，I2浓度与 N2O分解速率有关，d不正确；故选c。5应对雾霾污染、改善空气质量需要从多方面入手，如开发利用清洁能源。甲醇是一种可再生的清洁能源，具有广阔的开发和应用前景。已知：CH3OH(g)+H2O(l)=CO2(g)+3H2(g) H=+93.0kJ·mol1CH3OH(g)+1/2O2(g)=CO2(g)+2H2(g) H=-192.9kJ·mol1CH3OH(g)=CH3OH(l) H=-38.19kJ·mol1则表示CH3OH的燃烧热的热化学方程式为_。在一定条件下用CO和H2合成CH3OH：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，在2L恒容密闭容器中充入1mol CO和2mol H2，在催化剂作用下充分反应。下图表示平衡混合物中CH3OH的体积分数在不同压强下随温度的变化的平衡曲线。回答下列问题：（1）该反应的反应热H_0（填“>”或“<”），压强的相对大小：p1_p2（填“>”或“<”）。（2）压强为p2，温度为300时，该反应的化学平衡常数K=_。（3）下列各项中，不能说明该反应已经达到平衡的是_。A容器内气体压强不再变化 Bv(CO)v(H2)v(CO3OH)=121C容器内的密度不在变化 D容器内混合气体的平均相对分子质量不再变化E容器内各组分的质量分数不再变化（4）某温度下在保证H2浓度不变的情况下，增大容器的体积，平衡_（填字母）。A向正反应方向移动 B向逆反应方向移动 C不移动作出此判断的依据是_。【答案】CH3OH(l)+3/2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) H=-726.51kJ·mol1 .（1）< > （2）K=48 （3）BC （4）C 保证c(H2)不变情况下，增大容器体积，c(CO3OH)与c(CO)同等倍数减小，根据浓度商，所以平衡不移动【解析】已知：CH3OH(g)+H2O(l)=CO2(g)+3H2(g) H=+93.0kJ·mol1CH3OH(g)+1/2O2(g)=CO2(g)+2H2(g) H=-192.9kJ·mol1CH3OH(g)=CH3OH(l) H=-38.19kJ·mol1根据盖斯定律可知，×3-×2-即得到甲醇的燃烧热的热化学方程式：CH3OH(l)+3/2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) H=-726.51kJ·mol1，故答案为：CH3OH(l)+3/2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) H=-726.51kJ·mol1；（1）据图可知，随着温度的升高，CH3OH的体积分数逐渐减小，说明升高温度，平衡逆向移动，则该反应的正反应为放热反应，H0；因该反应的正反应是气体体积减小的反应，则增大压强，平衡正向移动，CH3OH的体积分数增大，即压强越大，CH3OH的体积分数越大，据图可知，压强为P1时CH3OH的体积分数大于压强为P2时CH3OH的体积分数，所以P1P2，故答案为：；（2）压强为P2，温度为300时，CH3OH的体积分数为50%，根据三段式法有：CO(g) + 2H2(g)CH3OH(g)起始量（mol） 1 2 0转化量（mol） x 2x x平衡量（mol） 1-x 2-2x x×100%=50%，解得x=0.75mol，则达到平衡时CO、H2、CH3OH的浓度分别为：0.125mol/L、0.25mol/L、0.375mol/L，所以平衡常数K=48，故答案为48；（3）A该反应是反应前后气体体积变化的可逆反应，容器内气体压强不再变化，说明反应达到了平衡状态，故A正确；Bv(CO)v(H2)v(CO3OH)=121，因未指明是正反应速率还是逆反应速率，则不能说明反应达到了平衡状态，故B错误；C因容器恒容且反应前后总质量不变，则容器内的密度始终不变，所以容器内的密度不再变化不能说明反应达到了平衡状态，故C错误；D因该反应的气体总质量不变，而反应前后气体物质的量不相等，所以容器内混合气体的平均相对分子质量不再变化，说明反应达到了平衡状态，故D正确；E容器内各组分的质量分数不再变化，说明反应达到了平衡状态，故E正确；答案选BC。（4）某温度下在保证H2浓度不变的情况下，增大容器的体积，则c(CO3OH)与c(CO)同等倍数减小，根据浓度商的表达式可知，Qc不变，则平衡不移动，故答案为：C；保证c(H2)不变情况下，增大容器体积，c(CO3OH)与c(CO)同等倍数减小，根据浓度商，所以平衡不移动。