2023届高考化学鲁科版一轮复习热点强化练13　多平衡体系的综合分析.docx

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1、热点强化练13多平衡体系的综合分析1.CH4与CO2重整生成H2和CO的过程中主要发生下列反应:CH4(g)+CO2(g)2H2(g)+2CO(g)H=+247.1 kJmol-1H2(g)+CO2(g)H2O(g)+CO(g)H=+41.2 kJmol-1在恒压、反应物起始物质的量之比n(CH4)n(CO2)=11条件下,CH4和CO2的平衡转化率随温度变化的曲线如图所示。下列有关说法正确的是(D)A.升高温度、增大压强均有利于提高CH4的平衡转化率B.曲线A表示CH4的平衡转化率随温度的变化C.相同条件下,改用高效催化剂能使曲线A和曲线B重叠D.恒压、800 K、n(CH4)n(CO2)=

2、11条件下,反应至CH4的转化率达到X点的值,改变除温度外的特定条件继续反应,CH4的转化率能达到Y点的值解析:甲烷和二氧化碳反应是吸热反应,升高温度,平衡向吸热反应方向即正向移动,甲烷的平衡转化率增大,甲烷和二氧化碳反应是体积增大的反应,增大压强,平衡逆向移动,甲烷的平衡转化率减小,故A错误;根据两个反应得到总反应为CH4(g)+2CO2(g)H2(g)+3CO(g)+H2O(g),加入的CH4与CO2的物质的量相等,CO2的消耗量大于CH4的,因此CO2的转化率大于CH4的,因此曲线B表示CH4的平衡转化率随温度的变化,故B错误;使用高效催化剂,只能提高反应速率,但不能改变平衡转化率,故C

3、错误;800 K时甲烷的转化率为X点的值,可以通过改变二氧化碳的量来提高甲烷的转化率,使其达到Y点的值,故D正确。2.(2021湖北武汉期中)工业上利用NH3和CO2制取尿素CO(NH2)2,有关反应的热化学方程式如下: 反应:2NH3(l)+CO2(g)H2NCOONH4(l)H=a kJmol-1 反应:H2NCOONH4(l)H2O(l)+CO(NH2)2(l)H=b kJmol-1 下列有关说法正确的是(C)A.反应2NH3(l)+CO2(g)H2O(l)+CO(NH2)2(l)的H=(a-b)kJmol-1B. 反应在一定温度下能自发进行,则a0C. 采用高压,既能加快反应的速率又能

4、提高原料的平衡转化率D. 生产过程中及时将水分离出去,可以加快反应的正反应速率解析:根据盖斯定律,反应+反应得2NH3(l)+CO2(g)H2O(l)+CO(NH2)2(l)H=(a+b)kJmol-1,故A错误; 反应是熵减的反应,S0,反应在一定温度下能自发进行,说明G=H-TS0,则a”“0;该反应的n气0,则压强越大,乙苯的平衡转化率越小,故p1p2p3。(3)达平衡时v正=v逆,即k正c(CO)c(NO2)=k逆c(CO2)c(NO),故k正k逆=c(CO2)c(NO)c(CO)c(NO2)=K。答案:.13(b+2a).(1)0.2 mol/(Lmin)1.8x=2w+yz=y(2

5、)p1p2p3(3)K=k正k逆5.H2S广泛存在于天然气等燃气及废水中,热分解或氧化H2S有利于环境保护并回收硫资源。(1)Binoist等进行了H2S热分解实验:2H2S(g)2H2(g)+S2(g),开始时,H2S与Ar的体积比为119。在压强为101 kPa下测得在三种不同温度下H2S的转化率如图1所示。H2S分解反应的H(填“”或“0;温度越高,化学反应速率越快,随着反应进行,化学反应速率降低,故A、B、C、D四点中,v正最大的是A,v逆最大的是B,由于A、C两点H2S的转化率相同,则容器中H2的分压由大到小的关系是BA=CD。(2)当1 mol H2S与19 mol Ar混合,发生

6、反应2H2S(g)2H2(g)+S2(g),生成n(H2)n(S2)=21,图中b表示的物质是S2,M点时,n(H2S)=n(H2),反应 2H2S(g)2H2(g)+S2(g)的平衡常数Kp=p2(H2)p(S2)p2(H2S)=(0.520.25101)20.2520.25101(0.520.25101)2 kPa=1.25 kPa。答案:(1)ABBA=CD(2)S21.256.(2021湖北宜昌月考)丙烯是一种重要的化工原料,可通过丁烯催化裂解或丁烯与甲醇耦合制备。 .丁烯催化裂解生产丙烯的化学方程式是2C4H8(g)2C3H6(g)+C2H4(g)。(1)已知C4H8、C3H6、C2

7、H4的燃烧热分别为2 710.0 kJmol-1、2 050.0 kJmol-1、1 410.0 kJmol-1,则该反应的H= kJmol-1。下列操作既能提高C4H8的平衡转化率,又能加快反应速率的是(填字母,下同)。A.升高温度B.增大压强C.增大C4H8的浓度D.使用更高效的催化剂(2)某温度下,在体积为2 L的刚性密闭容器中充入2.00 mol C4H8进行上述反应,容器内的总压强p随时间t的变化如下表所示:反应时间t/min024681012总压强p/kPa4.004.514.804.914.965.005.00则010 min内v(C4H8)= molL-1min-1,该温度下的

8、平衡常数K= kPa(用气体的分压表示)。.将甲醇转化耦合到丁烯裂解过程中生产丙烯,主要涉及下列反应:2C4H8(g)2C3H6(g)+C2H4(g)H02CH3OH(g)C2H4(g)+2H2O(g)H0C2H4(g)+C4H8(g)2C3H6(g)H0已知:甲醇吸附在催化剂上,可以活化催化剂;甲醇浓度过大也会抑制丁烯在催化剂上的转化。(3)图1是C3H6及某些副产物的产率与n(CH3OH)n(C4H8)的关系曲线。最佳的n(CH3OH)n(C4H8)约为。(4)图2是某压强下,将CH3OH和C4H8按一定的物质的量之比投料,反应达到平衡时C3H6的体积分数随温度的变化曲线。由图可知平衡时C

9、3H6的体积分数随温度的升高呈现先升高后降低,其原因可能是。(5)下列有关将甲醇转化耦合到丁烯裂解过程中生产丙烯的说法正确的是。A.增大甲醇的通入量一定可以促进丁烯裂解B.甲醇转化生成的水可以减少催化剂上的积碳,延长催化剂的寿命C.提高甲醇与丁烯的物质的量的比值不能提高丙烯的平衡组成D.将甲醇转化引入丁烯的裂解中,可以实现反应热效应平衡,降低能耗解析:(1)由C4H8、C3H6、C2H4的燃烧热可得热化学方程式为C4H8(g)+6O2(g)4CO2(g)+4H2O(l)H=-2 710.0 kJmol-1C3H6(g)+92O2(g)3CO2(g)+3H2O(l)H=-2 050.0 kJmo

10、l-1C2H4(g)+3O2(g)2CO2(g)+2H2O(l)H=-1 410.0 kJmol-1由盖斯定律2-2-可得2C4H8(g)2C3H6(g)+C2H4(g)的反应热H=(-2 710.0 kJmol-1)2-(-2 050.0 kJmol-1)2-(-1 410.0 kJmol-1)=+90.0 kJmol-1,反应正向是体积增大的吸热反应,升高温度,使平衡正向移动,既能提高C4H8的平衡转化率,又能加快反应速率,故选A;增大压强,能加快反应速率,但不能提高C4H8的平衡转化率,故不选B;增大C4H8的浓度,能加快反应速率,但C4H8的平衡转化率降低,故不选C;使用更高效的催化剂

11、,能加快反应速率,但不能改变反应进程,即不能提高C4H8的平衡转化率,故不选D。(2)反应的三段式为2C4H8(g)2C3H6(g)+C2H4(g)起始量/mol2.0000变化量/mol2x2xx平衡量/mol2.00-2x2xx根据体系压强之比等于物质的量之比有2.00(2.00+x)=4.005.00,解得x=0.50,010 min内v(C4H8)=0.50mol22L10min=0.0500 molL-1min-1;平衡分压p(C4H8)=p(C3H6)=0.45.00 kPa=2.00 kPa,p(C2H4)=0.25.00 kPa=1.00 kPa,所以Kp=p(C2H4)p2(

12、C3H6)p2(C4H8)=1 kPa。(3)由图1可知,n(CH3OH)n(C4H8)=1.0时,C3H6的产率最大,C2H4、C3H8、C4H10、C5+等的产率不高,所以最佳的n(CH3OH)n(C4H8)约为1.0,(4)反应正向为吸热反应,反应正向为放热反应,所以300500 时,主要发生吸热的反应,升高温度,平衡正移,使C3H6的体积分数增大;温度高于500 时,主要发生放热的反应,升高温度,平衡逆移,使C3H6的体积分数降低,当然还可能发生副反应,生成C2H4、C3H8、C4H10、C5+等使C3H6的体积分数降低。(5)增大甲醇的通入量即增大反应物浓度,使反应正向进行,可以促进

13、丁烯裂解,但结合已知信息甲醇浓度过大也会抑制丁烯在催化剂上的转化可知,增大甲醇的通入量不一定都促进丁烯裂解,故A错误;根据反应C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)可知,甲醇转化生成的水可以减少催化剂上的积碳,防止催化剂失效,延长催化剂的寿命,故B正确;提高甲醇与丁烯的物质的量的比值,相当于单方面增大甲醇的浓度,促进反应的平衡正向移动,使丙烯的含量增大,提高了丙烯的平衡组成,故C错误;2CH3OH(g)C2H4(g)+2H2O(g)的反应放热,使体系温度升高,促进反应正向进行,同时生成的乙烯能促进反应的平衡正向进行,放出的热量得到有效利用,降低了能耗,故D正确。答案:(1)+90.0A(2)0.05001(3)1.0(4)反应正向为吸热反应,反应正向为放热反应,所以300500 时,主要发生吸热的反应,升高温度,平衡正移,使C3H6的体积分数增大;温度高于500 时,主要发生放热的反应,升高温度,平衡逆移,使C3H6的体积分数降低,当然还可能发生副反应,生成C2H4、C3H8、C4H10、C5+等使C3H6的体积分数降低。(5)BD