【精品】2019版高考化学大一轮复习专题8化学反应速率和化学平衡专项突破练四.pdf

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1、-1-专项突破练(四)加试题中的化学反应速率和化学平衡1(2017浙江名校协作体高三上学期考试)为应对全球石油资源日益紧缺，提高煤的利用效率，我国开发了煤制烯烃技术，并进入工业化试验阶段。(1)煤气化制合成气(CO和 H2)已知：C(s)H2O(g)=CO(g)H2(g)H1131.3 kJ mol1C(s)2H2O(g)=CO2(g)2H2(g)H290 kJ mol1则一氧化碳与水蒸气反应生成二氧化碳和氢气的热化学方程式是_。(2)由 合 成 气 制 甲 醇：合 成 气CO 和H2在 一 定 条 件 下 能 发 生 如 下 反 应：CO(g)2H2(g)CH3OH(g)。在容积均为VL 的

2、甲、乙、丙三个密闭容器中分别充入amol CO和 2amol H2，三个容器的反应温度分别为T1、T2、T3且恒定不变，在其他条件相同的情况下，实验测得反应均进行到t min 时 CO的体积分数如图所示，此时三个容器中一定处在化学平衡状态的是_(填“T1”或“T2”或“T3”)；该 温 度 下 的 化 学 平 衡 常 数 为_(用a、V表示)。-2-(3)由甲醇制烯烃主反应：2CH3OHC2H42H2O i3CH3OHC3H63H2O ii副反应：2CH3OHCH3OCH3H2O iii某实验室控制反应温度为400，在相同的反应体系中分别填装等量的两种催化剂(Cat.1和Cat.2)，以恒定的

3、流速通入CH3OH，在相同的压强下进行两种催化剂上甲醇制烯烃的对比研究。得到如下实验数据：(选择性：转化的甲醇中生成乙烯和丙烯的百分比)下列说法错误的是_。-3-A反应进行一段时间后甲醇的转化率下降，可能的原因是催化剂失活，工业生产中需定期更换催化剂B使用 Cat.2 反应 2 h 后乙烯和丙烯的选择性下降，可能的原因是生成副产物二甲醚C使用 Cat.1 产生的烯烃主要为丙烯，使用Cat.2产生的烯烃主要为乙烯D不管使用Cat.1 还是使用 Cat.2，都能提高活化分子的百分数在上图中分别画出反应i 在无催化剂、有 Cat.1、有 Cat.2 三种情况下“反应过程能量”示意图。答案(1)CO(

4、g)H2O(g)=CO2(g)H2(g)H 41.3 kJ mol1(2)T39V2/2a2(3)C解 析(1)已 知 C(s)H2O(g)=CO(g)H2(g)H1 131.3 kJmol 1，C(s)2H2O(g)=CO2(g)2H2(g)H290 kJ mol 1，由盖斯定律可知，得到CO(g)H2O(g)=CO2(g)H2(g)H90 kJ mol1131.3 kJ mol141.3 kJ mol1。(2)CO(g)2H2(g)CH3OH(g)H0，该反应正反应为放热反应，根据图像，T1中的状态转变成T2中的状态，CO百分含量减小，说明平衡正向移动，说明T1未达平衡状态，T2中的状态转

5、变成T3中的状态，CO百分含量增大，说明平衡逆向移动，说明T2可能达平衡状态，一定达到化学平衡状态的是T3；CO(g)2H2(g)CH3OH(g)起始物质的量/mol a2a0 变化物质的量/mol n2nn平衡物质的量/mol an 2a2nn平衡时 CO的体积分数为an3a2n100%20%，解得：n23a，此温度下平衡常数K23aVa3V2a3V29V22a2。(3)当催化剂失活后，副产物增多，甲醇的转化率下降，需要及时更换催化剂，A 正确；使用 Cat.2时，随反应的不断进行，生成的副产物二甲醚增多，导致生成乙烯和丙烯的选择性-4-下降，B正确；由图示可知，使用Cat.1 时丙烯与乙烯

6、的比值随时间增长不断减小，说明乙烯增多，即使用Cat.1时主要生成乙烯，而使用Cat.2时，产物中乙烯的含量明显大于丙烯，可见使用Cat.2 时产生的烯烃也主要为乙烯，C错误；使用催化剂能降低反应活化能，提高活化分子的百分数，D正确。从图中数据分析，在催化剂Cat.1的作用下，甲醇的转化率更大，说明催化剂Cat.1对反应 i 催化效果更好，催化剂能降低反应的活化能，说明使用催化剂Cat.1的反应过程中活化能更低，故反应过程能量图为2(2017浙江“超级全能生”选考科目8 月联考)煤的气化得CO和 H2，在催化剂存在条件下进一步合成甲醇(反应)，并同时发生反应。.CO(g)2H2(g)CH3OH

7、(g)H1 81 kJ mol1.CO(g)H2(g)C(s)H2O(g)H2已知：2C(s)O2(g)=2CO(g)H3221 kJ mol 1H2O(g)=H2O(l)H444.0 kJ mol1H2的标准燃烧热为 285.8 kJ mol 1反应过程中催化剂对选择性会产生影响，甲醇选择性是指转化的CO中生成甲醇的百分比。请回答：(1)反应中H2_kJmol1。(2)为减弱副反应的发生，下列采取的措施合理的是_。A反应前加入少量的水蒸气B增压C降低反应温度D使用合适催化剂，平衡前提高甲醇的选择性(3)在常压下，CO和 H2的起始加入量为10 mol、14 mol，容器体积为10 L，选用

8、Cu/NiO 催化剂，升高温度在450 时测得甲醇的选择性为80%，CO的转化率与温度的关系如图所示，则此温度下反应的平衡常数K_，并说明CO的转化率随温度升高先增大后减小的原因：_。-5-(4)350 时甲醇的选择性为90%，其他条件不变，画出350 时甲醇的物质的量随时间的变化曲线。答案(1)131.3(2)AD(3)3.2 在 150 至350 时，反应、未达到平衡，随温度升高，CO转化率增大，350 后，反应、已达到平衡，两反应均放热，平衡逆向移动，CO转化率减小(4)解析(1)本题考查热化学反应方程式的计算，2C(s)O2(g)=2CO(g)，H2O(g)=H2O(l)，H2(g)1

9、/2O2(g)=H2O(l)H5285.8 kJ mol1，根据根据盖斯定律，/2，H2131.3 kJ mol 1。(2)加入少量的水蒸气，增加的生成物的浓度，平衡向逆反应方向进行，CO和 H2的量增加，反应向正反应方向进行，A 正确；增大压强，反应向正反应方向进行，不利于甲醇的生成，B错误；两个反应都是放热反应，降低温度，平衡都向正反应方向移动，不利于甲醇的生成，C错误；根据信息，使用合适的催化剂，提高甲醇的选择性，有利于甲醇的生成，D正确。(3)CO(g)2H2(g)CH3OH(g)起始/mol 10 14 0 变化/mol 10 50%80%8 4 根据信息，有1 mol CO 和 1

10、 mol H2参与反应，因此达到平衡时，CO和 H2的物质的量都是5 mol，甲醇的物质的量为4 mol，根据平衡常数的表达式，KcCH3OHcCOc2H2，代入数值解得K3.2，在 150350 时，反应、未达到平衡，随温度升高，CO转化率增大，350 后反应、已达到平衡，两反应均放热，平衡逆向移动，CO转化率减小。(4)根据(3)的分析，当 350 时，甲醇的选择性为90%，达到平衡n(CH3OH)6.3 mol，即图像为-6-。3(2017浙江“七彩阳光”新高考研究联盟高三下学期联考)已知在 298 K 和 101 kPa 条件下，有如下反应：反应：C(s)O2(g)=CO2(g)H13

11、93.5 kJ mol1反应：2C(s)O2(g)=2CO(g)H2221 kJ mol1反应：N2(g)O2(g)=2NO(g)H3180.5 kJ mol1试回答下列问题：(1)汽 车 尾 气 净 化 原 理 为 反 应 ：2NO(g)2CO(g)N2(g)2CO2(g)H_，该反应能自发进行的条件是_(填“高温”“低温”或“任意温度”)。(2)如果在一定温度下，体积为 2 L的密闭容器中发生化学反应，04 min各物质物质的量的变化如下表所示：物质(mol)时间NO CO N2 CO2起始0.4 1.0 2 min 末2.0 0.8 1.6 4 min 末1.6 求 0 2 min 内用

12、 CO 来表示的平均反应速率v(CO)_。试计算该温度下反应的化学平衡常数K_。(3)若一定温度下，在容积可变的密闭容器中，上述反应达到平衡状态，此时容积为3 L,c(N2)随时间t的变化曲线x 如图所示。若在t2 min 时改变一个条件，c(N2)随反应时间t的变化如曲线y 所示，则改变的条件是_。-7-若在t2 min 时升高温度，t3 min 时重新达到平衡，请在图中画出在t2t4 内c(N2)的变化曲线。答案(1)746.5 kJmol 1低温(2)0.1 molL1min11.6(3)快速将容器体积由 3 L 压缩到 2 L 解析(1)根据盖斯定律可知反应由(反应 2反应反应)得到，

13、则 H(393.5 kJmol1)2(221 kJ mol 1)180.5 kJ mol1 746.5 kJ mol1；由G HTS0，其中 H 0、S0，可知该反应在低温下能自发进行。(2)0 2 min 内 N2变化物质的量：1.0 mol0.80 mol0.2 mol，则 CO变化物质的量为0.4 mol，用 CO 来表示的平均反应速率v(CO)0.4 mol 2 L 2 min 0.1 mol L 1min1；2 4 min 时 CO2的物质的量没有发生变化，可知2 min 时反应已达到平衡，此时：2NO(g)2CO(g)N2(g)2CO2(g)起始量/mol 0.4 1.6 1.0

14、2.0 变化量/mol 0.4 0.4 0.2 0.4 平衡量/mol 0.8 2.0 0.8 1.6 平衡浓度/mol L 1 0.4 1.0 0.4 0.8 该温度下反应 的化学平衡常数K0.4 0.820.421.021.6。(3)由图示可知c(N2)的浓度瞬间增大为原来的1.5 倍，可通过快速将容器体积由3 L 压缩到 2 L 即可；t2min 时升高温度平衡逆向移动，c(N2)的浓度会减小，重新达到新的平衡状态，所得曲线如图所示：。4(2017台州高三2 月选考科目质量评估)汽车尾气的主要成分有CO、SO2、氮氧化物等，科研工作者目前正在尝试以二氧化钛(TiO2)催化分解汽车尾气的研

15、究。(1)已知：2NO(g)O2(g)=2NO2(g)H1113.0 kJ mol12SO2(g)O2(g)=2SO3(l)H2288.4 kJ mol1-8-请判断反应NO2(g)SO2(g)=NO(g)SO3(l)H3，在低温下能否自发进行，并说明理由：_ _。(2)已知 TiO2催化尾气降解原理：2CO(g)O2(g)2CO2(g)；2H2O(g)4NO(g)3O2(g)4HNO3(g)。.在 O2浓度几乎不变的条件下，模拟CO、NO的降解，得到降解率随时间变化如图1 所示 A的降解率cA初始cA实验结束cA初始，反应 40 s 后检测到HNO3浓度有所降低，请用化学方程式并结合化学反应

16、原理知识解释出现该现象可能的原因：_ _。.图 2 为在不同颗粒间隙的沥青混凝土(、型)和不同温度下，实验进行相同一段时间(ts)后测得的CO降解率变化，回答下列问题：已知50、t s 时容器中O2浓度为0.01 mol L1，求此温度下CO降解反应的平衡常数_。下列关于图2 的叙述不正确的是_(填字母)。A根据降解率由b 点到 c 点随温度的升高而增大，可知CO降解反应的平衡常数KbKcB相同温度下，型沥青混凝土中CO降解速率比 型要大Ca 点的数据反映出CO与 O2之间所发生的有效碰撞频率是整个实验过程中最高的Dd 点降解率出现突变的原因可能是温度升高后催化剂失效答案(1)能，H3(288

17、.4 kJ mol 1)(113.0 kJ mol1)1287.7 kJ mol10，且可判断反应的S0，故在低温下可自发进行(2).40 s后发生反应2NO=N2O2，生成氮气，并且NO浓度降低，平衡2H2O 4NO 3O24HNO3逆向移动，造成HNO3浓度降低-9-.100 x21x2 AC解析(1)2NO(g)O2(g)=2NO2(g)H1113.0 kJ mol 12SO2(g)O2(g)=2SO3(l)H2288.4 kJ mol1根据盖斯定律1212得 NO2(g)SO2(g)=NO(g)SO3(l)H3(288.4 kJ mol1)(113.0 kJ mol1)1287.7 k

18、J mol1；气体物质的量减少，S0，H0，根据HTS0 能自发进行，所以该反应在低温下可自发进行。(2).40 s 后发生反应2NO=N2O2生成氮气，并且NO浓度降低，使平衡2H2O4NO 3O24HNO3逆向移动，造成HNO3浓度降低；.设初始CO的浓度为amolL1，2CO(g)O2(g)2CO2(g)开始浓度/mol L 1a 0 转化浓度/mol L 1axax平衡浓度/mol1aax 0.01 axKc2CO2c2COcO2ax2aax20.01100 x21x2；根据降解率由b 点到 c 点随温度的升高而增大，b 点不是平衡状态，A错误；根据图示，相同温度下 型沥青混凝土反应速率快，B正确；温度越高，有效碰撞频率越高，C错误；在适宜的温度下催化剂的效果最好，D正确。