2023年高考化学一轮复习（全国版）第7章专项特训5　化学反应速率、平衡综合题_05高考化学_通用版（老高考）复习资料_2023年复习资料_一轮复习_2023年高考化学一轮复习讲义（全国版）

专项特训 5 化学反应速率、平衡综合题 1．二氧化碳是一种宝贵的碳氧资源。以CO 和NH 为原料合成尿素是固定和利用CO 的成 2 3 2 功范例。在尿素合成塔中的主要反应可表示如下： 反应Ⅰ：2NH (g)＋CO(g)NH COONH(s) ΔH＝－159.47 kJ·mol－1 3 2 2 4 1 反应Ⅱ：NH COONH(s)CO(NH)(s)＋HO(g) ΔH＝＋72.49 kJ·mol－1 2 4 2 2 2 2 请回答下列问题： (1)写出CO 和NH 为原料生成尿素和气态水的热化学方程式：_________________________， 2 3 反应Ⅱ自发进行的条件是_________________________________________________________。 (2)CO 和NH 为原料合成尿素的反应中影响CO 转化率的因素很多，图1为某特定条件下， 2 3 2 不同水碳比和温度影响CO 转化率变化的趋势曲线。 2 下列说法不正确的是________(填字母)。 A．温度升高该反应平衡常数逐渐减小，移走部分尿素平衡向正方向移动 B．当温度低于190 ℃，随温度升高CO 转化率逐渐增大，其原因可能是温度升高平衡向正 2 方向移动 C．当温度高于190 ℃后，随温度升高CO 转化率逐渐减小，其原因可能是温度升高发生了 2 副反应 D．其他条件相同时，为提高CO 的转化率，生产中可以采取的措施是提高水碳比 2 (3)某研究小组为探究反应Ⅰ中影响c(CO)的因素，在恒温下将0.4 mol NH 和0.2 mol CO 放 2 3 2 入容积为2 L的密闭容器中，t 时达到平衡，其c(CO)随时间t变化趋势曲线如图2所示。则 1 2 其逆反应的平衡常数为_________________________________________________。 答案 (1)2NH (g)＋CO(g)CO(NH)(s)＋HO(g) ΔH＝－86.98 kJ·mol－1 高温 3 2 2 2 2(2)ABD (3)6.25×10－5 解析 (1)由盖斯定律：反应Ⅰ＋反应Ⅱ，得到2NH (g)＋CO(g)CO(NH)(s)＋HO(g) 3 2 2 2 2 ΔH＝－86.98 kJ·mol－1；反应Ⅱ的ΔH＞0，ΔS＞0，要使ΔG＝ΔH－T·ΔS＜0，则T需要较大， 即该反应为高温自发。 (2)合成尿素的反应是放热反应，温度升高，平衡逆向移动，平衡常数逐渐减小，尿素为固 体，移走部分尿素平衡不移动，故 A错误；温度越高，发生副反应的可能性越高，会导致 二氧化碳转化率减小，故C正确；根据图像，水碳比越高，二氧化碳的转化率越低，故 D 错误。 (3)在恒温下将0.4 mol NH 和0.2 mol CO 放入容积为2 L的密闭容器中，达到平衡时， 3 2 2NH (g)＋CO(g)NH COONH(s) 3 2 2 4 起始/mol·L－1 0.2 0.1 变化/mol·L－1 0.15 0.075 平衡/mol·L－1 0.05 0.025 逆反应的平衡常数K＝c2(NH )·c(CO)＝0.052×0.025＝6.25×10－5。 3 2 2．丙烯是重要的有机化工原料，主要用于生产聚丙烯、丙烯腈、环氧丙烷等。“丁烯裂解 法”是一种重要的丙烯生产法，生产过程中会有生成乙烯的副反应发生。反应如下： 主反应：3C H4C H； 4 8 3 6 副反应：C H2C H。 4 8 2 4 测得上述两反应的平衡体系中，各组分的质量分数(w%)随温度(T)和压强(p)变化的趋势分别 如图1和图2所示： (1)平衡体系中的丙烯和乙烯的质量比[]是工业生产丙烯时选择反应条件的重要指标之一，从 产物的纯度考虑，该数值越高越好，从图1和图2中表现的趋势来看，下列反应条件最适宜 的是________(填字母)。 A．300 ℃ 0.1 MPa B．700 ℃ 0.1 MPa C．300 ℃ 0.5 MPa D．700 ℃ 0.5 MPa (2)有研究者结合图1数据并综合考虑各种因素，认为450 ℃的反应温度比300 ℃或700 ℃ 更合适，从反应原理角度分析其理由可能是__________________________________________。 (3)图2中，随压强增大，平衡体系中丙烯的质量分数呈上升趋势，从平衡角度解释其原因 是______________________________________________________________________________。 答案 (1)C (2)450 ℃的反应速率比300 ℃快，比700 ℃的副反应程度小，丁烯转化为丙烯的转化率高，该温度下催化剂的选择性最高，是催化剂的最佳活性温度 (3)压强增大， 生成乙烯的副反应平衡逆向移动，丁烯浓度增大，导致主反应的平衡正向移动，丙烯含量增 大 解析 (1)由题可知乙烯越少越好，再结合图像 1和图像2可知，最适宜的温度为300 ℃， 压强越大，乙烯的含量越低，故选C。 3．苯乙烯( )是生产各种塑料的重要单体，可通过乙苯催化脱氢制得：  ΔH＝＋123.5 kJ·mol－1。工业上，通常在乙苯(EB)蒸气中 掺混N(原料气中乙苯和N 的物质的量之比为1∶10，N 不参与反应)，控制反应温度为600 2 2 2 ℃，并保持体系总压为0.1 MPa不变的条件下进行反应。在不同反应温度下，乙苯的平衡转 化率和某催化剂作用下苯乙烯的选择性(指除了H 以外的产物中苯乙烯的物质的量分数)示意 2 图如下。 (1)A、B两点对应的正反应速率较大的是__________________________________。 (2)掺入N 能提高乙苯的平衡转化率，解释说明该事实：_____________________。 2 (3)用平衡分压代替平衡浓度计算600 ℃时的平衡常数K ＝________(保留两位有效数字，分 p 压＝总压×物质的量分数)。 (4)控制反应温度为600 ℃的理由是_________________________________________。 答案 (1)B (2)正反应方向气体分子数增加，加入氮气稀释，相当于减压 (3)0.019 MPa (4)600 ℃时，乙苯的转化率和苯乙烯的选择性均较高；温度过低，反应速率慢，乙苯的转 化率低；温度过高，苯乙烯的选择性下降；高温还可能使催化剂失活，且能耗大 解析 (1)由图可知，A、B两点对应的温度和压强都相同，A点是乙苯和氮气的混合气体， B点是纯乙苯，则B点乙苯浓度大于A点，浓度越大反应速率越大，则正反应速率 B点大 于A点。(3)由图可知，反应温度为600 ℃，并保持体系总压为0.1 MPa时，乙苯转化率为 40%，设乙苯起始物质的量为1 mol，则可建立三段式：  起始/mol 1 0 0 变化/mol 0.4 0.4 0.4平衡/mol 0.6 0.4 0.4 平衡时总物质的量为1.4 mol，乙苯的平衡分压为×0.1 MPa，苯乙烯和氢气的平衡分压为 ×0.1 MPa，则600 ℃时的平衡常数K ＝ MPa≈0.019 MPa。 p 4．Ⅰ.钾是一种活泼金属，工业上通常用金属钠和氯化钾在高温下反应制取。该反应：Na(l) ＋KCl(l)NaCl(l)＋K(g) ΔH>0。 该反应的平衡常数可表示：K＝c(K)，各物质的沸点与压强的关系见下表： 压强/kPa 13.33 53.32 101.3 K的沸点/℃ 590 710 770 Na的沸点/℃ 700 830 890 NaCl的沸点/℃ 1 437 KCl的沸点/℃ 1 465 (1)在常压下金属钾转变为气态从反应混合物中分离的最低温度约为________，而反应的最 高温度应低于________。 (2)制取钾的过程中，为了提高原料的转化率可以采取的措施是_________________。 (3)常压下，当反应温度升高到900 ℃时，该反应的平衡常数可表示为________。 Ⅱ.(4)CO可用于合成甲醇，反应的化学方程式为CO(g)＋2H(g)CHOH(g)。CO在不同温 2 3 度下的平衡转化率与压强的关系如下图所示。该反应 ΔH________(填“＞”或“＜”)0。实 际生产条件控制在250 ℃、1.3×104 kPa左右，选择此压强的理由是____________。 答案 (1)770 ℃ 890 ℃ (2)降低压强或移去钾蒸气或适当升高温度 (3)K＝ (4)＜ 在1.3×104 kPa下，CO的转化率已较高，再增大压强，CO的转化率提高不大，同 时生产成本增加 5．(2022·江西抚州市高三模拟)丙烯是三大合成材料的基本原料之一，其用量最大的是生产 聚丙烯。另外，丙烯可制备1,2二氯丙烷、丙烯醛等。回答下列问题： Ⅰ.工业上用丙烯加成法制备1,2二氯丙烷，主要副产物为3氯丙烯，反应原理为 ①CH==CHCH (g)＋Cl(g)CHClCHClCH (g) ΔH＝－134 kJ·mol－1 2 3 2 2 3 1 ②CH==CHCH (g)＋Cl(g)CH==CHCH Cl(g)＋HCl(g) ΔH＝－102 kJ·mol－1 2 3 2 2 2 2 (1)一定温度下，向恒容密闭容器中充入等物质的量的CH==CHCH (g)和Cl(g)，在催化剂作 2 3 2 用下发生反应①②，容器内气体的压强随时间的变化如下表所示。 时间/min 0 60 120 180 240 300 360压强/kPa 80 74.2 69.4 65.2 61.6 57.6 57.6 用单位时间内气体分压的变化来表示反应速率，即v＝，则反应①前180 min内平均反应速 率v(CHClCHClCH )＝________ kPa·min－1(保留小数点后2位)。 2 3 Ⅱ.丙烯的制备方法 方法一：丙烷无氧脱氢法制备丙烯反应：C H(g)C H(g)＋H(g) ΔH＝＋124 kJ·mol－1 3 8 3 6 2 (2)①某温度下，在刚性容器中充入C H ，起始压强为10 kPa，平衡时总压强为14 kPa， 3 8 C H 的平衡转化率为________。该反应的平衡常数K ＝________ kPa(保留小数点后2位)。 3 8 p ②总压分别为100 kPa和10 kPa时发生该反应，平衡体系中C H 和C H 的物质的量分数随 3 8 3 6 温度变化关系如图1所示。 10 kPa 时 C H 和 C H 的物质的量分数随温度变化关系的曲线分别是____________、 3 8 3 6 ______________________________________________________________________________。 ③高温下，丙烷生成丙烯的反应在初期阶段的速率方程为r＝k×c(C H)，其中k为反应速率 3 8 常数。对于处于初期阶段的该反应，下列说法正确的是________(填字母)。 A．增加丙烷浓度，r增大 B．增加H 浓度，r增大 2 C．丙烯的生成速率逐渐增大 D．降低反应温度，k减小 方法二：丙烷氧化脱氢法制备丙烯还生成CO、CO 等副产物，制备丙烯的反应：C H(g)＋ 2 3 8 O(g)C H(g)＋HO(g) ΔH＝－118 kJ·mol－1，在催化剂的作用下C H 的转化率和C H 的 2 3 6 2 3 8 3 6 产率随温度变化关系如图2所示。 (3)图中C H 的转化率随温度升高而上升的原因是________________________，观察图2， 3 8 回答能提高C H 选择性的措施是________。(C H 的选择性＝×100%) 3 6 3 6答案 (1)0.08 (2)①40% 2.67 ②Z Y ③AD (3)温度升高，反应速率增大(或温度升 高，催化剂的活性增大) 选择相对较低的温度(或选择更合适的催化剂) 解析 (1)由于CH==CHCH (g)＋Cl(g)CHClCHClCH (g)反应使容器内气体压强减小； 2 3 2 2 3 设180 min时，CHClCHClCH (g)的压强为p， 2 3 CH==CHCH (g)＋Cl(g)CHClCHClCH (g) Δp 2 3 2 2 3 1 1 p 80－65.2 p＝14.8 kPa，v(CHClCHClCH )＝≈0.08 kPa·min－1。 2 3 (2)① C H(g)C H(g)＋H(g) 3 8 3 6 2 初始/kPa 10 0 0 转化/kPa x x x 平衡/kPa 10－x x x 平衡时总压强为14 kPa，即10－x＋x＋x＝14，x＝4，C H 的平衡转化率为×100%＝40%； 3 8 该反应的平衡常数K ＝ kPa≈2.67 kPa。 p ②增大压强，C H(g)C H(g)＋H(g)逆向移动，C H 的物质的量分数增大，C H 的物质 3 8 3 6 2 3 8 3 6 的量分数减小；升高温度，C H(g)C H(g)＋H(g)正向移动，C H 的物质的量分数减小， 3 8 3 6 2 3 8 C H 的物质的量分数增大，10 kPa时C H 和C H 的物质的量分数随温度变化关系的曲线分 3 6 3 8 3 6 别是Z、Y。 ③根据r＝k×c(C H)可知，增加丙烷浓度，r增大，故A正确；根据r＝k×c(C H)，增加 3 8 3 8 H 浓度，r不变，故B错误；随反应进行，丙烷浓度逐渐减小，丙烯的生成速率逐渐减小， 2 故C错误；降低温度，反应速率减慢，r减小，根据r＝k×c(C H)可知，k减小，故D正确。 3 8 (3)根据图2，较低温度下，丙烯的选择性大，能提高 C H 选择性的措施是选择相对较低的 3 6 温度或选择更合适的催化剂。