北京曲一线图书策划有限公司 5年高考 3年模拟 B版 化学
专题九 化学反应速率与化学平衡
五年高考
考点1 化学反应速率
1.(2024江西,9,3分)温度T下,向1 L真空刚性容器中加入1 mol (CH ) CHOH,反应达到平
3 2
衡时,c(Y)=0.4 mol/L。下列说法正确的是 (A)
(CH 3)2 CHOH(g) (CH 3)2 CO(g)+H 2(g)
X Y Z
A.再充入1 mol X和1 mol Y,此时v <v
正 逆
B.再充入1 mol X,平衡时,c(Y)=0.8 mol/L
C.再充入1 mol N ,平衡向右移动
2
D.若温度升高,X的转化率增加,则上述反应ΔH<0
2.(2024黑、吉、辽,10,3分)异山梨醇是一种由生物质制备的高附加值化学品,150 ℃
时其制备过程及相关物质浓度随时间变化如图所示,15 h后异山梨醇浓度不再变化。下
列说法错误的是 (A)
A.3 h时,反应②正、逆反应速率相等
B.该温度下的平衡常数:①>②
C.0~3 h平均速率v(异山梨醇)=0.014 mol·kg-1·h-1
D.反应②加入催化剂不改变其平衡转化率
3.(2024安徽,12,3分)室温下,为探究纳米铁去除水样中SeO2-的影响因素,测得不同条
4
件下SeO2-
浓度随时间变化关系如下图。
4
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实验序号 水样体积/mL 纳米铁质量/mg 水样初始pH
① 50 8 6
② 50 2 6
③ 50 2 8
下列说法正确的是 (C)
A.实验①中,0~2小时内平均反应速率v(SeO2- )=2.0 mol·L-1·h-1
4
B.实验③中,反应的离子方程式为2Fe+SeO2- +8H+ 2Fe3++Se+4H O
4 2
C.其他条件相同时,适当增加纳米铁质量可加快反应速率
D.其他条件相同时,水样初始pH越小,SeO2-的去除效果越好
4
4.(2023河北,12,3分)在恒温恒容密闭容器中充入一定量W(g),发生如下反应:
反应②和③的速率方程分别为v=kc2(X)和v=kc(Z),其中k、k分别为反应②和③的速
2 2 3 3 2 3
率常数,反应③的活化能大于反应②。测得W(g)的浓度随时间的变化如下表。
t/min 0 1 2 3 4 5
c(W)/(mol·L-1 ) 0.160 0.113 0.080 0.056 0.040 0.028
下列说法正确的是 (D)
A.0~2 min内,X的平均反应速率为0.080 mol·L-1 ·min-1
B.若增大容器容积,平衡时Y的产率增大
C.若k=k,平衡时c(Z)=c(X)
2 3
D.若升高温度,平衡时c(Z)减小
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5.(2022辽宁,12,3分)某温度下,在1 L恒容密闭容器中2.0 mol X发生反应2X(s)
Y(g)+2Z(g),有关数据如下:
时间段/min 产物Z的平均生成速率/mol·L-1·min-1
0~2 0.20
0~4 0.15
0~6 0.10
下列说法错误的是 (B)
A.1 min时,Z的浓度大于0.20 mol·L-1
B.2 min时,加入0.20 mol Z,此时v (Z)<v (Z)
正 逆
C.3 min时,Y的体积分数约为33.3%
D.5 min时,X的物质的量为1.4 mol
6.(2022广东,15,4分)在相同条件下研究催化剂Ⅰ、Ⅱ对反应X 2Y的影响,各物质
浓度c随反应时间t的部分变化曲线如图,则(D)
A.无催化剂时,反应不能进行
B.与催化剂Ⅰ相比,Ⅱ使反应活化能更低
C.a曲线表示使用催化剂Ⅱ时X的浓度随t的变化
D.使用催化剂Ⅰ时,0~2 min内,v(X)=1.0 mol·L-1·min-1
7.(2022北京,14,3分)CO 捕获和转化可减少CO 排放并实现资源利用,原理如图1所示。
2 2
反应①完成之后,以N 为载气,将恒定组成的N 、CH 混合气,以恒定流速通入反应器,单位
2 2 4
时间流出气体各组分的物质的量随反应时间变化如图2所示。反应过程中始终未检测
到CO ,在催化剂上检测到有积炭。下列说法不正确的是 (C)
2
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A.反应①为CaO+CO CaCO ;反应②为CaCO +CH CaO+2CO+2H
2 3 3 4 2
B.t~t,n(H )比n(CO)多,且生成H 的速率不变,推测有副反应CH C+2H
1 3 2 2 4 2
C.t时刻,副反应生成H 的速率大于反应②生成H 的速率
2 2 2
D.t之后,生成CO的速率为0,是因为反应②不再发生
3
8.(2021广东,14,4分)反应X 2Z经历两步:①X Y;②Y 2Z。反应体系中X、
Y、Z的浓度c随时间t的变化曲线如图所示。下列说法不正确的是 (D)
A.a为c(X)随t的变化曲线
B.t时,c(X)=c(Y)=c(Z)
1
C.t时,Y的消耗速率大于生成速率
2
D.t后,c(Z)=2c-c(Y)
3 0
考点2 化学平衡 化学反应的方向
9.(2024浙江6月选考,11,3分)二氧化碳氧化乙烷制备乙烯,主要发生如下两个反应:
Ⅰ C H (g)+CO (g) C H (g)+CO(g)+H O(g) ΔH>0
2 6 2 2 4 2 1
Ⅱ C H (g)+2CO (g) 4CO(g)+3H (g) ΔH>0
2 6 2 2 2
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向容积为10 L的密闭容器中投入2 mol C H 和3 mol CO ,不同温度下,测得5 min时(反
2 6 2
应均未平衡)的相关数据见下表,下列说法不正确的是 (D)
温度(℃) 400 500 600
乙烷转化率(%) 2.2 9.0 17.8
乙烯选择性(%) 92.6 80.0 61.8
转化为乙烯的乙烷的物质的量
注:乙烯选择性= ×100%
转化的乙烷的总物质的量
A.反应活化能:Ⅰ<Ⅱ
B.500 ℃时,0~5 min反应Ⅰ的平均速率为v(C H )=2.88×10-3 mol·L-1·min-1
2 4
C.其他条件不变,平衡后及时移除H O(g),可提高乙烯的产率
2
D.其他条件不变,增大投料比[n(C H )/n(CO )]投料,平衡后可提高乙烷转化率
2 6 2
10.(双选)(2024山东,15,4分)逆水气变换反应:CO (g)+H (g) CO(g)+H O(g) ΔH>0。
2 2 2
一定压力下,按CO 、H 物质的量之比n(CO )∶n(H )=1∶1投料,T,T温度时反应物摩尔分
2 2 2 2 1 2
数随时间变化关系如图所示。已知该反应的速率方程为v=kc0.5(H )c(CO ),T、T温度时反
2 2 1 2
应速率常数k分别为k、k。下列说法错误的是 (CD)
1 2
A.k>k
1 2
v(T ) k
B.T、T温度下达平衡时反应速率的比值: 1 < 1
1 2
v(T ) k
2 2
C.温度不变,仅改变体系初始压力,反应物摩尔分数随时间的变化曲线不变
D.T温度下,改变初始投料比例,可使平衡时各组分摩尔分数与T温度时相同
2 1
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11.(双选)(2023 海南,13,4 分)工业上苯乙烯的生产主要采用乙苯脱氢工艺:
C H CH CH (g) C H CH CH (g)+H (g)。某条件下无催化剂存在时,该反应的正、逆反应
6 5 2 3 6 5 2 2
速率v随时间t的变化关系如图所示。下列说法正确的是(BD)
A.曲线①表示的是逆反应的v-t关系
B.t时刻体系处于平衡状态
2
C.反应进行到t时,Q>K(Q为浓度商)
1
D.催化剂存在时,v、v都增大
1 2
12.(2023重庆,14,3分)逆水煤气变换体系中存在以下两个反应:
反应Ⅰ:CO (g)+H (g) CO(g)+H O(g)
2 2 2
反应Ⅱ:CO (g)+4H (g) CH (g)+2H O(g)
2 2 4 2
在恒容条件下,按V(CO )∶V(H )=1∶1投料比进行反应,平衡时含碳物质体积分数随温度的
2 2
变化如图所示。下列说法正确的是(C)
A.反应Ⅰ的ΔH<0,反应Ⅱ的ΔH>0
B.M点反应Ⅰ的平衡常数K<1
C.N点H O的压强是CH 的3倍
2 4
D.若按V(CO )∶V(H )=1∶2投料,则曲线之间交点位置不变
2 2
13.(2022海南,8,2分)某温度下,反应CH CH (g)+H O(g) CH CH OH(g)在密闭容器中
2 2 2 3 2
达到平衡。下列说法正确的是 (C)
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A.增大压强,v >v ,平衡常数增大
正 逆
B.加入催化剂,平衡时CH CH OH(g)的浓度增大
3 2
C.恒容下,充入一定量的H O(g),平衡向正反应方向移动
2
D.恒容下,充入一定量的CH CH (g),CH CH (g)的平衡转化率增大
2 2 2 2
14.(2022广东,13,4分)恒容密闭容器中,BaSO (s)+4H (g) BaS(s)+4H O(g)在不同温度
4 2 2
下达平衡时,各组分的物质的量(n)如图所示。下列说法正确的是 (C)
A.该反应的ΔH<0
B.a为n(H O)随温度的变化曲线
2
C.向平衡体系中充入惰性气体,平衡不移动
D.向平衡体系中加入BaSO ,H 的平衡转化率增大
4 2
15.(2022浙江1月选考,20,2分)AB型强电解质在水中的溶解(可视作特殊的化学反应)
表示为AB(s) An+(aq)+Bn-(aq),其焓变和熵变分别为ΔH和ΔS。对于不同组成的AB型
强电解质,下列说法正确的是 (D)
A.ΔH和ΔS均大于零
B.ΔH和ΔS均小于零
C.ΔH可能大于零或小于零,ΔS大于零
D.ΔH和ΔS均可能大于零或小于零
16.(2024江西,16,14分)目前开采的天然气含有H S,综合利用天然气制氢是实现“碳中
2
和”的重要途径。CH 和H S重整制氢的主要反应如下:
4 2
反应Ⅰ:CH (g)+2H S(g) CS (g)+4H (g) ΔH=+260 kJ/mol
4 2 2 2 1
反应Ⅱ:CH (g) C(s)+2H (g) ΔH=+90 kJ/mol
4 2 2
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反应Ⅲ:2H S(g) S (g)+2H (g) ΔH=+181 kJ/mol
2 2 2 3
回答下列问题:
(1)H S分子的电子式为 。
2
(2)反应Ⅳ:CS 2(g) S 2(g)+C(s) ΔH
4
= +11 kJ/mol。
(3)保持反应器进料口总压为100 kPa。分别以8 kPa CH
4
、24 kPa H
2
S(He作辅气)与25
kPa CH
4
、75 kPa H
2
S进料,CH
4
平衡转化率与温度的关系如图1,含有He的曲线为 M ,理
由是 反应 Ⅰ 、 Ⅱ 、 Ⅲ 均为气体分子数增大的反应 , 反应物分压越小 , 平衡正向移动程
度越大 ,C H 平衡转化率越高 。
4
(4)假设在10 L的恒温刚性容器中,通入0.3 mol CH
4
和0.15 mol H
2
S发生反应Ⅰ、Ⅱ和
Ⅲ,起始总压为p 0,CH
4
和H
2
S的转化率与时间的关系如图2,0~5 min内H
2
的化学反应速率
16
为 1.2×10 - 3 mol/(L·min);5 min时,容器内总压为
15
p
0
。
(5)假设H
2
S和CH
4
的混合气体在某固体催化剂上的吸附服从 Langmuir等温吸附(吸附分
子彼此不发生相互作用,且气体分子为单分子层吸附)。
V a p V a p
1 = 1 1 2 = 2 2
吸附等温式为 ,
V 1+a p +a p V 1+a p +a p
m 1 1 2 2 m 1 1 2 2
其中a是气体的吸附系数,V
m
是气体在固体表面的饱和吸附量(标态),p是气体的分压,V是
气体分压为p时的平衡吸附量(标态)。
在一定温度下,H
2
S的吸附系数是CH
4
的4倍,当H
2
S的分压为2 MPa及4 MPa,CH
4
和H
2
S的分
压相同时,H
2
S平衡吸附量分别为0.6 m3/kg和0.8 m3/kg(已换算成标态),则H
2
S的吸附系
数为 0.4 MPa-1。
(6)与传统天然气制氢中需要脱硫将H
2
S转化为硫黄和水相比,上述方法优点是 重整制
氢 , H 原子全部转化为 H , 原子利用率高 。
2
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17.(2024黑、吉、辽,18,13分)为实现氯资源循环利用,工业上采用RuO
2
催化氧化法处
理HCl废气:
1
2HCl(g)+ O (g) Cl (g)+H O(g) ΔH=-57.2 kJ·mol-1 ΔS K
2 2 2 1
2
将HCl和O 分别以不同起始流速通入反应器中,在360 ℃、400 ℃和440 ℃下反应,通过
2
检测流出气成分绘制HCl转化率(α)曲线,如下图所示(较低流速下转化率可近似为平衡
转化率)。
图1 图2
回答下列问题:
(1)ΔS < 0(填“>”或“<”);T= 36 0 ℃。
3
(2)结合以下信息,可知H 的燃烧热ΔH= -285. 8 kJ·mol-1。
2
H O(l) H O(g) ΔH=+44.0 kJ·mol-1
2 2 2
H (g)+Cl (g) 2HCl(g) ΔH=-184.6 kJ·mol-1
2 2 3
(3)下列措施可提高M点HCl转化率的是 B D (填标号)。
A.增大HCl的流速
B.将温度升高40 ℃
C.增大n(HCl)∶n(O )
2
D.使用更高效的催化剂
(4)图中较高流速时,α(T)小于α(T)和α(T),原因是 温度低 , 反应速率慢 , HCl 的转化率
3 2 1
低 。
(5)设N点的转化率为平衡转化率,则该温度下反应的平衡常数K= 6 (用平衡物质的量
分数代替平衡浓度计算)。
(6)负载在TiO 上的RuO 催化活性高,稳定性强。TiO 和RuO 的晶体结构均可用下图表示,
2 2 2 2
二者晶胞体积近似相等,RuO 与TiO 的密度比为 1.66,则Ru的相对原子质量为 101
2 2
(精确至1)。
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18.(2024山东,20,12分)水煤气是H 的主要来源,研究CaO对C-H O体系制H 的影响,涉
2 2 2
及主要反应如下:
C(s)+H O(g) CO(g)+H (g) (Ⅰ) ΔH>0
2 2 1
CO(g)+H O(g) CO (g)+H (g) (Ⅱ) ΔH<0
2 2 2 2
CaO(s)+CO (g) CaCO (s) (Ⅲ) ΔH<0
2 3 3
回答下列问题:
(1)C(s)+CaO(s)+2H O(g) CaCO (s)+2H (g)的焓变ΔH= Δ H +Δ H +Δ H (用代数式表
2 3 2 1 2 3
示)。
(2)压力p下、C-H O-CaO体系达平衡后,图示温度范围内C(s)已完全反应,CaCO (s)在T温
2 3 1
度时完全分解。气相中CO、CO 和H 摩尔分数随温度的变化关系如图所示,则a线对应
2 2
物种为 H (填化学式)。当温度高于T时,随温度升高c线对应物种摩尔分数逐渐降低
2 1
的原因是 随温度升高 , 反应 ( Ⅱ ) 平衡逆向移动 , 故 C O 摩尔分数逐渐降低 。
2
(3)压力p下、温度为T时,图示三种气体的摩尔分数分别为 0.50、0.15、0.05,则反应
0
5
CO(g)+H O(g) CO (g)+H (g)的平衡常数K= ;此时气体总物质的量为 4.0 mol,则
2 2 2 p
9
CaCO (s)的物质的量为 0.5 mol;若向平衡体系中通入少量CO (g),重新达平衡后,分压
3 2
p(CO )将 不变 (填“增大”“减小”或“不变”),p(CO)将 不变 (填“增大”“减
2
小”或“不变”)。
19.(2023广东,19,14分)配合物广泛存在于自然界,且在生产和生活中都发挥着重要作
用。
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(1)某有机物R能与Fe2+形成橙红色的配离子[FeR ]2+,该配离子可被HNO 氧化成淡蓝色的
3 3
配离子[FeR ]3+。
3
①基态Fe2+的3d电子轨道表示式为 。
②完成反应的离子方程式:NO- +2[FeR ]2++3H+ HN O +2[FeR ]3++H O。
3 3 2 3 2
(2)某研究小组对(1)中②的反应进行了研究。用浓度分别为 2.0、2.5、3.0 mol·L-1的
HNO 溶液进行了三组实验,得到c([FeR ]2+)随时间t的变化曲线如图。
3 3
①c(HNO )=3.0 mol·L-1 时 , 在 0~1 min 内 ,[FeR ]2+ 的 平 均 消 耗 速 率 = 5×1 0 - 5
3 3
mo l · L - 1 · mi n - 1 。
②下列有关说法中,正确的有 A B 。
c([FeR ] 2+ )
A.平衡后加水稀释, 3 增大
c([FeR ] 3+ )
3
B.[FeR ]2+平衡转化率:α >α >α
3 Ⅲ Ⅱ Ⅰ
C.三组实验中,反应速率都随反应进程一直减小
D.体系由橙红色转变为淡蓝色所需时间:t >t >t
Ⅲ Ⅱ Ⅰ
(3)R的衍生物L可用于分离稀土。溶液中某稀土离子(用M表示)与L存在平衡:
M+L ML K
1
ML+L ML K
2 2
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研究组配制了L起始浓度c(L)=0.02 mol·L-1、M与L起始浓度比c(M)/c(L)不同的系列
0 0 0
溶液,反应平衡后测定其核磁共振氢谱。配体L上的某个特征H在三个物种L、ML、ML
2
中的化学位移不同,该特征H对应吸收峰的相对峰面积S(体系中所有特征H的总峰面积
计为1)如下表。
c 0(M)/c 0(L) S(L) S(ML) S(ML 2)
0 1.00 0 0
a x <0.01 0.64
b <0.01 0.40 0.60
[注]核磁共振氢谱中相对峰面积S之比等于吸收峰对应H的原子数目之比;“<0.01”表
示未检测到。
①c(M)/c(L)=a时,x= 0.3 6 。
0 0
②c(M)/c(L)=b时,平衡浓度比c (ML )∶c (ML)= 3∶ 4 。
0 0 平 2 平
(4)研究组用吸收光谱法研究了(3)中M与L反应体系。当c(L)=1.0×10-5 mol·L-1时,测
0
得平衡时各物种c /c(L)随c(M)/c(L)的变化曲线如图。c(M)/c(L)=0.51时,计算M的平
平 0 0 0 0 0
衡转化率(写出计算过程,结果保留两位有效数字)。
c(M)=0.51c(L)
0 0
c (L)=c (ML)=0.40c(L)
平 平 0
由L守恒可得c (ML )=[c(L)-c (L)-c (ML)]÷2=[c(L)-0.40c(L)-0.40c(L)]÷2=0.10c(L)
平 2 0 平 平 0 0 0 0
c (M)=c (ML)+c (ML )=0.40c(L)+0.10c(L)=0.50c(L)
转 平 平 2 0 0 0
c (M) 0.50c (L)
M的平衡转化率为 转 ×100%= 0 ×100%≈98%
c (M) 0.51c (L)
0 0
20.(2022重庆,17,14分)反应CO(g)+H O(g) CO (g)+H (g)在工业上有重要应用。
2 2 2
(1)该反应在不同温度下的平衡常数如下表所示。
温度/℃ 700 800 830 1 000
平衡常
1.671.111.00 0.59
数
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①反应的ΔH < 0(填“>”“<”或“=”)。
②反应常在较高温度下进行,该措施的优缺点是 优点是升高温度 , 反应速率较快 ; 缺点是
正反应为放热反应 , 升高温度 , 平衡逆向移动 , 转化率较低 。
(2)该反应常在Pd膜反应器中进行,其工作原理如图所示。
①利用平衡移动原理解释反应器存在Pd膜时具有更高转化率的原因是 P d 膜能及时分
离出 H , 使平衡正向移动 。
2
②某温度下,H 在Pd膜表面上的解离过程存在如下平衡:H 2H,其正反应的活化能远
2 2
小于逆反应的活化能。下列说法错误的是 B D 。
A.Pd膜对气体分子的透过具有选择性
B.过程2的ΔH>0
C.加快Pd膜内H原子迁移有利于H 的解离
2
D.H原子在Pd膜表面上结合为H 的过程为放热反应
2
③同温同压下,等物质的量的CO和H O通入无Pd膜反应器,CO的平衡转化率为75%;若换
2
成Pd膜反应器,CO的平衡转化率为90%,则相同时间内出口a和出口b中H 的质量比为
2
1∶ 8 。
(3)该反应也可采用电化学方法实现,反应装置如图所示。
①固体电解质采用 质子导体 (填“氧离子导体”或“质子导体”)。
②阴极的电极反应式为 2 H + +2 e - H ↑ 。
2
③同温同压下,相同时间内,若进口Ⅰ处n(CO)∶n(H O)=a∶b,出口Ⅰ处气体体积为进口Ⅰ
2
(a+b)(1- y)
处的y倍,则CO的转化率为 ×100 % (用a、b、y表示)。
a
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21.(2022辽宁,17,13分)工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破,目前已有三位科
学家因其获得诺贝尔奖,其反应为 N (g)+3H (g) 2NH (g) ΔH=-92.4 kJ·mol-1
2 2 3
ΔS=-200 J·K-1·mol-1
回答下列问题:
(1)合成氨反应在常温下 能 (填“能”或“不能”)自发进行。
(2) 高 温(填“高”或“低”,下同)有利于提高反应速率, 低 温有利于提高平衡转
化率,综合考虑催化剂(铁触媒)活性等因素,工业常采用400~500 ℃。
针对反应速率与平衡产率的矛盾,我国科学家提出了两种解决方案。
(3)方案一:双温—双控—双催化剂。使用Fe-TiO H 双催化剂,通过光辐射产生温差(如
2-x y
体系温度为495 ℃时,Fe的温度为547 ℃,而TiO H 的温度为415 ℃)。
2-x y
下列说法正确的是 a b 。
a.氨气在“冷Ti”表面生成,有利于提高氨的平衡产率
b. 在“热Fe”表面断裂,有利于提高合成氨反应速率
c.“热Fe”高于体系温度,有利于提高氨的平衡产率
d.“冷Ti”低于体系温度,有利于提高合成氨反应速率
(4)方案二:M-LiH复合催化剂。
下列说法正确的是 a 。
a.300 ℃时,复合催化剂比单一催化剂效率更高
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b.同温同压下,复合催化剂有利于提高氨的平衡产率
c.温度越高,复合催化剂活性一定越高
(5)某合成氨速率方程为v=kcα(N )cβ(H )cγ(NH ),根据表中数据,γ= - 1 ;
2 2 3
c(N ) c(H ) c(N H ) v
2 2 3
实验
mol·L-1 mol·L-1 mol·L-1 mol·L-1·s-1
1 m n p q
2 2m n p 2q
3 m n 0.1p 10q
4 m 2n p 2.828q
在合成氨过程中,需要不断分离出氨的原因为 a 。
a.有利于平衡正向移动
b.防止催化剂中毒
c.提高正反应速率
(6)某种新型储氢材料的晶胞如图,八面体中心为M金属离子,顶点均为NH 配体;四面体中
3
心为硼原子,顶点均为氢原子。若其摩尔质量为188 g·mol-1,则M元素为 F e (填元素
符号);在该化合物中,M离子的价电子排布式为 3 d 6 。
考点3 化学平衡常数及其相关计算
类型1 与方程式运算结合
22.(2023全国甲,28,15分)甲烷选择性氧化制备甲醇是一种原子利用率高的方法。回
答下列问题:
(1)已知下列反应的热化学方程式:
①3O (g) 2O (g) K ΔH=285 kJ·mol-1
2 3 1 1
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②2CH (g)+O (g) 2CH OH(l) K ΔH=-329 kJ·mol-1
4 2 3 2 2
√K
反应③ CH (g)+O (g) CH OH(l)+O (g)的ΔH= -307 kJ·mol-1,平衡常数K= 2
4 3 3 2 3 3
K
1
(用K、K表示)。
1 2
(2)电喷雾电离等方法得到的M+(Fe+、Co+、Ni+等)与O 反应可得MO+。MO+与CH 反应能高
3 4
选择性地生成甲醇。分别在300 K和310 K下(其他反应条件相同)进行反应MO++CH
4
M++CH OH,结果如下图所示。图中300 K的曲线是 b (填“a”或“b”)。300 K、60 s
3
时MO+的转化率为 1-1 0 -0. 1 (列出算式)。
(3)MO+分别与CH 、CD 反应,体系的能量随反应进程的变化如下图所示(两者历程相似,图
4 4
中以CH 示例)。
4
(ⅰ)步骤Ⅰ和Ⅱ中涉及氢原子成键变化的是 Ⅰ (填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。
(ⅱ)直接参与化学键变化的元素被替换为更重的同位素时,反应速率会变慢,则MO+与CD
4
反应的能量变化应为图中曲线 c (填“c”或“d”)。
(ⅲ)MO+与CH D 反应,氘代甲醇的产量 CH DOD < CHD OH(填“>”“=”或“<”)。若
2 2 2 2
MO+与CHD 反应,生成的氘代甲醇有 2 种。
3
23.(2023福建,13,节选)探究甲醇对丙烷制丙烯的影响。
丙烷制烯烃过程主要发生的反应有
ⅰ.C H (g) C H (g)+H (g) ΔH=+124 kJ·mol-1 ΔS=127 J·K-1·mol-1 K
3 8 3 6 2 1 1 p
1
第 16 页 共 67 页北京曲一线图书策划有限公司 5年高考 3年模拟 B版 化学
ⅱ.C H (g) C H (g)+CH (g) ΔH=+82 kJ·mol-1
3 8 2 4 4 2
ΔS=135 J·K-1·mol-1 K
2 p
2
ⅲ.C H (g)+2H (g) 3CH (g) ΔH=-120 kJ·mol-1
3 8 2 4 3
ΔS=27.5 J·K-1·mol-1 K
3 p
3
已知:K为用气体分压表示的平衡常数,分压=物质的量分数×总压。
p
(1)比较反应自发进行(ΔG=ΔH-TΔS<0)的最低温度,反应ⅰ > 反应ⅱ(填“>”或
“<”)。
(2)在0.1 MPa,t ℃下,丙烷单独进料时,平衡体系中各组分的体积分数φ见下表。
C H
组分 C H C H CH 3 H
3 6 2 4 4 2
8
21. 0.
φ/% 23.755.2 0.0
0 1
②从初始进料到体系达平衡时,反应ⅰ、ⅱ、ⅲ消耗丙烷的平均速率从大到小的顺序为
反应 ⅱ >反应 ⅰ >反应 ⅲ (填标号)。
③平衡体系中检测不到H ,可认为存在反应:3C H (g) 2C H (g)+3CH (g) K。下列相关
2 3 8 3 6 4 p
说法正确的是 a b (填标号)。
a.K=K2 ·K
p p p
1 3
0.2102×0.5523×0.12
b.K= (MPa)2
p 0.0013
c.使用催化剂,可提高丙烯的平衡产率
d.平衡后再通入少量丙烷,可提高丙烯的体积分数
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④ 由 表 中 数 据 推 算 : 丙 烯 选 择 性 =
n (丙烯) 0.210 0.210
生成 ×100%= ×100%或
n (丙烷) 0.552 0.552-0.237 ×100 % ( 或其他合
转化 0.210+0.237+
3
理答案 )
(列出计算式)。
(3)丙烷、甲醇共进料时,还发生反应:
ⅳ.CH OH(g) CO(g)+2H (g) ΔH=+91 kJ·mol-1
3 2 4
在0.1 MPa、t ℃下,平衡体系中各组分体积分数与进料比的关系如图所示。
①进料比n(丙烷)∶n(甲醇)=1时,体系总反应:
C H (g)+CH OH(g) CO(g)+3CH (g) ΔH= -2 9 kJ·mol-1
3 8 3 4
②随着甲醇投料增加,平衡体系中丙烯的体积分数降低的原因是 随着甲醇投料增加 , 反
应 ⅳ 生成 H , 抑制反应 ⅰ 的进行 , 同时促进反应 ⅲ 的进行 , 造成丙烷过多消耗 , 丙烯的生成
2
量减少 。
24.(2023湖南,16,14分)聚苯乙烯是一类重要的高分子材料,可通过苯乙烯聚合制得。
Ⅰ.苯乙烯的制备
(1)已知下列反应的热化学方程式:
21
①C H C H (g)+ O (g) 8CO (g)+5H O(g) ΔH=-4 386.9 kJ·mol-1
6 5 2 5 2 2 2 1
2
②C H CH CH (g)+10O (g) 8CO (g)+4H O(g) ΔH=-4 263.1 kJ·mol-1
6 5 2 2 2 2 2
1
③H (g)+ O (g) H O(g) ΔH=-241.8 kJ·mol-1
2 2 2 3
2
计算反应④C H C H (g) C H CH CH (g)+H (g)的ΔH= +11 8 kJ·mol-1;
6 5 2 5 6 5 2 2 4
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(2)在某温度、100 kPa下,向反应器中充入1 mol气态乙苯发生反应④,其平衡转化率为
50%,欲将平衡转化率提高至75%,需要向反应器中充入 5 mol水蒸气作为稀释气(计算
时忽略副反应);
(3)在913 K、100 kPa下,以水蒸气作稀释气、Fe O 作催化剂,乙苯除脱氢生成苯乙烯外,
2 3
还会发生如下两个副反应:
⑤C H C H (g) C H (g)+CH CH (g)
6 5 2 5 6 6 2 2
⑥C H C H (g)+H (g) C H CH (g)+CH (g)
6 5 2 5 2 6 5 3 4
以 上 反 应 体 系 中 , 芳 香 烃 产 物 苯 乙 烯 、 苯 和 甲 苯 的 选 择 性 S(S=
转化为目的产物所消耗乙苯的量
×100%)随乙苯转化率的变化曲线如图所示,其中曲
已转化的乙苯总量
线b代表的产物是 甲苯 ,理由是 随着反应 ④ 进行 ,c ( H ) 增大 , 导致反应 ⑥ 速率加快 , 甲
2
苯的选择性提高 ;
(4)关于本反应体系中催化剂Fe O 的描述错误的是 B D ;
2 3
A.X射线衍射技术可测定Fe O 晶体结构
2 3
B.Fe O 可改变乙苯平衡转化率
2 3
C.Fe O 降低了乙苯脱氢反应的活化能
2 3
D.改变Fe O 颗粒大小不影响反应速率
2 3
Ⅱ.苯乙烯的聚合
苯乙烯聚合有多种方法,其中一种方法的关键步骤是某Cu(Ⅰ)的配合物促进C H CH X(引
6 5 2
·
发剂,X表示卤素)生成自由基C H H ,实现苯乙烯可控聚合。
6 5C 2
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(5)引发剂C H CH Cl、C H CH Br、C H CH I中活性最高的是 C H CH I ;
6 5 2 6 5 2 6 5 2 6 5 2
(6)室温下,①Cu+在配体L的水溶液中形成[Cu(L) ]+,其反应平衡常数为K;②CuBr在水中的
2
溶度积常数为K 。由此可知,CuBr在配体L的水溶液中溶解反应的平衡常数为 K ·K
sp sp
(所有方程式中计量系数关系均为最简整数比)。
类型2 与电化学结合
25.(2024湖南,18,15分)丙烯腈( )是一种重要的化工原料。工业上以N
2
为载气,用TiO 作催化剂生产 的流程如下:
2
已知:①进料混合气进入两釜的流量恒定,两釜中反应温度恒定;
②反应釜Ⅰ中发生的反应:
ⅰ.HOCH CH COOC H (g) +H O(g) ΔH
2 2 2 5 2 1
③反应釜Ⅱ中发生的反应:
ⅱ. +NH (g) +C H OH(g) ΔH
3 2 5 2
ⅲ. +H O(g) ΔH
2 3
④在此生产条件下,酯类物质可能发生水解。
回答下列问题:
(1)总反应 HOCH CH COOC H (g)+NH (g) +C H OH(g)+2H O(g) ΔH=
2 2 2 5 3 2 5 2
Δ H +Δ H +Δ H (用含ΔH、ΔH和ΔH的代数式表示);
1 2 3 1 2 3
(2) 进 料 混 合 气 中 n(HOCH CH COOC H )∶n(C H OH)=1∶2, 出 料 中 四 种 物 质 (
2 2 2 5 2 5
、 、C H OH、H O)的流量(单位时间内出料口流
2 5 2
出的物质的量)随时间变化关系如图:
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①表示 的曲线是 c (填“a”“b”或“c”);
②反应釜Ⅰ中加入C H OH的作用是 抑制酯类物质的水解 ;
2 5
③出料中没有检测到 的原因是 反应 ⅲ 为不可逆反应 ;
④反应11 h后,a、b、c曲线对应物质的流量逐渐降低的原因是 催化剂 Ti O 的活性减
2
弱 ;
(3)催化剂TiO 再生时会释放CO ,可用氨水吸收获得NH HCO 。现将一定量的NH HCO 固体
2 2 4 3 4 3
(含0.72 g水)置于密闭真空容器中,充入CO 和NH ,其中CO 的分压为100 kPa,在27 ℃下
2 3 2
进行干燥。为保证NH HCO 不分解,NH 的分压应不低于 40 kPa[已知p(H O)=2.5×102
4 3 3 2
kPa·mol-1×n(H O),NH HCO 分解的平衡常数K=4×104(kPa)3];
2 4 3 p
(4)以 为原料,稀硫酸为电解液,Sn 作阴极,用电解的方法可制得
Sn(CH CH CN) ,其阴极反应式为 Sn+4C H CHCN+4 H + +4 e - S n ( C H CH C N ) 。
2 2 4 2 2 2 4
26.(2023重庆,17,14)银及其化合物在催化与电化学等领域中具有重要应用。
(1)在银催化下,乙烯与氧气反应生成环氧乙烷(EO)和乙醛(AA)。根据下图所示,回答下列问
题:
①中间体OMC生成吸附态EO 的活化能为 8 3 kJ/mol。
(ads)
②由EO(g)生成AA(g)的热化学方程式为 E O ( g ) A A ( g ) Δ H =-10 2 kJ/mo l 。
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1
(2)一定条件下,银催化剂表面上存在反应:Ag O(s) 2Ag(s)+ O (g)。该反应平衡压强p
2 2 e
2
与温度T的关系如下:
44
T/K 401 463
3
p/
e 10 51 100
kPa
1
①463 K时的平衡常数K
p
= 1 0 (kPa
)2
。
②起始状态Ⅰ中有Ag O、Ag和O ,经下列过程达到各平衡状态:
2 2
已知状态Ⅰ和Ⅲ的固体质量相等,下列叙述正确的是 CD E (填字母)。
A.从Ⅰ到Ⅱ的过程ΔS>0
B.p(Ⅱ)>p(Ⅲ)
e e
C.平衡常数:K(Ⅱ)>K(Ⅳ)
D.若体积V(Ⅲ)=2V(Ⅰ),则Q(Ⅰ)=√2K(Ⅲ)
E.逆反应的速率:v(Ⅰ)>v(Ⅱ)=v(Ⅲ)>v(Ⅳ)
③某温度下,向恒容容器中加入 Ag O,分解过程中反应速率v(O )与压强p的关系为
2 2
p
v(O )=k(1- ),k为速率常数(定温下为常数)。当固体质量减少4%时,逆反应速率最大。若
2 p
e
3k
转化率为14.5%,则v(O )= (用k表示)。
2
4
(3)α-AgI可用作固体离子导体,能通过加热γ-AgI制得。上述两种晶体的晶胞示意图
如图所示(为了简化,只画出了碘离子在晶胞中的位置)。
①测定晶体结构最常用的仪器是 D (填字母)。
A.质谱仪 B.红外光谱仪
C.核磁共振仪 D.X射线衍射仪
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②γ-AgI与α-AgI晶胞的体积之比为 12∶ 7 。
③测定α-AgI中导电离子类型的实验装置如下图所示。实验测得支管 a中AgI质量不
变,可判定导电离子是Ag+而不是I-,依据是 如果导电离子是 I - , 则支管 a 中 AgI 质量增
加 。
27.(2023河北,17,15分)氮是自然界重要元素之一,研究氮及其化合物的性质以及氮的
循环利用对解决环境和能源问题都具有重要意义。
已知:1 mol物质中的化学键断裂时所需能量如下表。
物质 N 2(g) O 2(g) NO(g)
能量/kJ 945 498 631
回答下列问题:
(1)恒温下,将1 mol空气(N 和O 的体积分数分别为0.78和0.21,其余为惰性组分)置于容
2 2
积为V L的恒容密闭容器中,假设体系中只存在如下两个反应:
ⅰ.N (g)+O (g) 2NO(g) K ΔH
2 2 1 1
ⅱ.2NO(g)+O (g) 2NO (g) K ΔH=-114 kJ·mol-1
2 2 2 2
①ΔH= +18 1 kJ·mol-1。
1
②以下操作可以降低上述平衡体系中NO浓度的有 C D (填标号)。
A.缩小体积 B.升高温度
C.移除NO D.降低N 浓度
2 2
0.21 2a+b
③若上述平衡体系中 c(NO )=a mol·L-1,c(NO)=b mol·L-1,则 c(O )= -
2 2
V 2
b2
mol·L-1,K= 0.78 a+b 0.21 2a+b (写出含a、b、V的计算式)。
1 ( - )( - )
V 2 V 2
(2)氢气催化还原NO 作为一种高效环保的脱硝技术备受关注。高温下氢气还原NO反应
x
的速率方程为v=kcx(NO)cy(H ),k为速率常数。在一定温度下改变体系中各物质浓度,测定
2
结果如下表。
第 23 页 共 67 页北京曲一线图书策划有限公司 5年高考 3年模拟 B版 化学
组号 c(NO)/(mol·L-1 ) c(H 2)/(mol·L-1 ) v/(mol·L-1·s-1 )
1 0.10 0.10 r
2 0.10 0.20 2r
3 0.20 0.10 4r
4 0.05 0.30 ?
表中第4组的反应速率为 0.7 5r mol·L-1·s-1。(写出含r的表达式)
(3)①以空气中的氮气为原料电解合成氨时,N 在 阴 (填“阴”或“阳”)极上发生反
2
应,产生NH 。
3
②氨燃料电池和氢燃料电池产生相同电量时,理论上消耗NH 和H 的质量比为17∶3,则
3 2
在碱性介质中氨燃料电池负极的电极反应式为 2N H +6O H - -6 e - N +6H O 。
3 2 2
③我国科学家研究了水溶液中三种催化剂(a、b、c)上N 电还原为NH (图1)和H O电还原
2 3 2
为H (图2)反应历程中的能量变化,则三种催化剂对N 电还原为NH 的催化活性由强到弱
2 2 3
的顺序为 ba c (用字母a、b、c排序)。
图1
图2
类型3 分压平衡常数
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28.(2024贵州,17,14分)在无氧环境下,CH 经催化脱氢芳构化可以直接转化为高附加值
4
的芳烃产品。一定温度下,CH 芳构化时同时存在如下反应:
4
ⅰ.CH (g) C(s)+2H (g) ΔH=+74.6 kJ·mol-1
4 2 1
ΔS=+80.84 J·mol-1·K-1
ⅱ.6CH (g) C H (l)+9H (g) ΔH
4 6 6 2 2
回答下列问题:
(1)反应ⅰ在1 000 K时 能 (选填“能”或“不能”)自发进行。
(2)已知25 ℃时有关物质的燃烧热数据如表,则反应ⅱ的ΔH= 6a -b - 9c kJ·mol-1(用
2
含a、b、c的代数式表示)。
物质 CH 4(g) C 6 H 6(l) H 2(g)
ΔH/(kJ·mol-1 ) a b c
(3)受反应ⅰ影响,随着反应进行,单位时间内甲烷转化率和芳烃产率逐渐降低,原因是 反
应 ⅰ 有积炭生成 , 随着反应的进行 , 生成的积炭逐渐增多 , 覆盖在催化剂表面 , 使催化剂催
化性能逐渐降低 , 化学反应速率逐渐减小 。
(4)对催化剂在不同的pH条件下进行处理,能够改变催化剂的活性。将催化剂在5种不同
pH条件下处理后分别用于催化CH 芳构化,相同反应时间内测定相关数据如下表,其中最
4
佳pH为 10. 0 ,理由是 pH=10. 0 时 , 产物中积炭平均含量最低 , C H 平均转化率最大 , 芳
4
烃平均产率最高 。
pH CH 平均转化率/% 芳烃平均产率/% 产物中积炭平均含量/%
4
2.4 9.60 5.35 40.75
4.0 9.80 4.60 45.85
7.0 9.25 4.05 46.80
10.0 10.45 6.45 33.10
12.0 9.95 4.10 49.45
(5)973 K、100 kPa下,在某密闭容器中按n(C H )∶n(CH )=1∶5充入气体,发生反应C H (g)
6 6 4 6 6
+CH (g) C H (g)+H (g),平衡时 C H 与 C H 的分压比为 4∶1,则 C H 的平衡转化率为
4 7 8 2 6 6 7 8 6 6
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0.2 2
( ×100 kPa)
6 0.22
20 % ,平衡常数K= 或 (用平衡分压代
p
0.8 4.8 0.8×4.8
( ×100 kPa)( ×100 kPa)
6 6
替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数,列出计算式即可)。
(6)引入丙烷可促进甲烷芳构化制备苯和二甲苯,反应如下:
(两个反应可视为同级数的平行反应)
v k A ( E a,2 -E a,1)
对于同级数的平行反应有 1= 1= 1e RT ,其中v、k分别为反应速率和反应速率
v k A
2 2 2
k
常数,E为反应活化能,A、A为定值,R为常数,T为温度,同一温度下 1是定值。已知E
a 1 2
k
a,苯
2
<E ,若要提高苯的产率,可采取的措施有 适当降低温度 , 加入合适的催化剂 ( 合理即
a,二甲苯
可 ) 。
29.(2024新课标,29,14分)Ni(CO) (四羰合镍,沸点43 ℃)可用于制备高纯镍,也是有机化
4
合物羰基化反应的催化剂。回答下列问题:
(1)Ni基态原子价电子的轨道表示式为
↑
↑↓↑↓↑↑ ↓
↓
3d 4s
√2
。镍的晶胞结构类型与铜的相同,晶胞体积为a3,镍原子半径为 a 。
4
(2)Ni(CO) 结构如图所示,其中含有σ键的数目为 8 ,Ni(CO) 晶体的类型为 分子晶体
4 4
。
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(3)在总压分别为0.10、0.50、1.0、2.0 MPa下,Ni(s)和CO(g)反应达平衡时,Ni(CO) 体积
4
分数x与温度的关系如图所示。反应 Ni(s)+4CO(g) Ni(CO) (g)的ΔH 小于 0(填
4
“大于”或“小于”)。从热力学角度考虑, 增大压强、降低温度 有利于Ni(CO) 的生
4
成(写出两点),p、100 ℃时 CO 的平衡转化率α= 97.3% ,该温度下平衡常数K=
3 p
9×1 0 3 (MPa)-3。
(4)对于同位素交换反应Ni(C16O) +C18O Ni(C16O) C18O+C16O,20 ℃时反应物浓度随时间
4 3
的变化关系为c[Ni(C16O) ]=c[Ni(C16O) ]e-kt(k为反应速率常数),则Ni(C16O) 反应一半所需
1 4 0 4 4
ln2
时间t
1
=
k
(用k表示)。
2
30.(2023全国乙,28,14分)硫酸亚铁在工农业生产中有许多用途,如可用作农药防治小
麦黑穗病,制造磁性氧化铁、铁催化剂等。回答下列问题:
(1)在N 气氛中,FeSO ·7H O的脱水热分解过程如图所示:
2 4 2
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根据上述实验结果,可知x= 4 ,y= 1 。
(2)已知下列热化学方程式:
FeSO ·7H O(s) FeSO (s)+7H O(g) ΔH=a kJ·mol-1
4 2 4 2 1
FeSO ·xH O(s) FeSO (s)+xH O(g) ΔH=b kJ·mol-1
4 2 4 2 2
FeSO ·yH O(s) FeSO (s)+yH O(g) ΔH=c kJ·mol-1
4 2 4 2 3
则FeSO ·7H O(s)+FeSO ·yH O(s) 2(FeSO ·xH O)(s)的ΔH= a +c - 2b kJ·mol-1。
4 2 4 2 4 2
(3)将FeSO 置入抽空的刚性容器中,升高温度发生分解反应:
4
2FeSO (s) Fe O (s)+SO (g)+SO (g)(Ⅰ)
4 2 3 2 3
平衡时p ~T的关系如下图所示。660 K时,该反应的平衡总压p = 3.0 kPa,平衡常
SO 总
3
数K(Ⅰ)= 2.25 (kPa)2。K(Ⅰ)随反应温度升高而 增大 (填“增大”“减小”或
p p
“不变”)。
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(4)提高温度,上述容器中进一步发生反应 2SO (g) 2SO (g)+O (g)(Ⅱ),平衡时
3 2 2
p -p
p O 2 = SO 2 4 SO 3 (用p SO 3 、p SO 2 表示)。在 929 K 时,p 总 =84.6 kPa,p SO 3 =35.7 kPa,则
2.64×46.262
p = 46.2 6 kPa,K(Ⅱ)= kPa(列出计算式)。
SO 2 p 35.72
31.(2023辽宁,18,14分)硫酸工业在国民经济中占有重要地位。
(1)我国古籍记载了硫酸的制备方法——“炼石胆(CuSO ·5H O)取精华法”。借助现代
4 2
仪器分析,该制备过程中CuSO ·5H O分解的TG(热重)曲线及DSC曲线(反映体系热量变化
4 2
情况,数值已省略)如下图所示。700 ℃左右有两个吸热峰,则此时分解生成的氧化物有
SO 、 Cu O 和 S O (填化学式)。
2 3
(2)铅室法使用了大容积铅室制备硫酸(76%以下),副产物为亚硝基硫酸,主要反应如下:
NO +SO +H O NO+H SO
2 2 2 2 4
2NO+O 2NO
2 2
(ⅰ)上述过程中NO 的作用为 催化剂 。
2
(ⅱ)为了适应化工生产的需求,铅室法最终被接触法所代替,其主要原因是 反应过程有
N O 、 N O 参与 , 容易污染环境 ; 制备的硫酸纯度不高 , 含有副产物亚硝基硫酸等合理答案
2
(答出两点即可)。
1
(3)接触法制硫酸的关键反应为SO 的催化氧化:SO (g)+ O (g) SO (g)
2 2 2 3
2
ΔH=-98.9 kJ·mol-1。
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(ⅰ)为寻求固定投料比下不同反应阶段的最佳生产温度,绘制相应转化率(α)下反应速率
(数值已略去)与温度的关系如下图所示,下列说法正确的是 c d 。
a.温度越高,反应速率越大
b.α=0.88的曲线代表平衡转化率
c.α越大,反应速率最大值对应温度越低
d.可根据不同α下的最大速率,选择最佳生产温度
(ⅱ)为提高钒催化剂的综合性能,我国科学家对其进行了改良。不同催化剂下,温度和转
化率关系如下图所示,催化性能最佳的是 d (填标号)。
(ⅲ)设O 的平衡分压为p,SO 的平衡转化率为α,用含p和α的代数式表示上述催化氧
2 2 e e
α
e
化反应的K= 1 (用平衡分压代替平衡浓度计算)。
p
(1-α )p2
e
32.(2023湖北,19,14分)纳米碗C H 是一种奇特的碗状共轭体系。高温条件下,C H
40 10 40 10
可以由C H 分子经过连续5步氢抽提和闭环脱氢反应生成。
40 20
C H (g) C H (g)+H (g)的反应机理和能量变化如下:
40 20 40 18 2
第 30 页 共 67 页北京曲一线图书策划有限公司 5年高考 3年模拟 B版 化学
回答下列问题:
(1)已知C H 中的碳氢键和碳碳键的键能分别为431.0 kJ·mol-1和298.0 kJ·mol-1,H—
40 x
H键能为436.0 kJ·mol-1。估算C H (g) C H (g)+H (g)的ΔH= 12 8 kJ·mol-1。
40 20 40 18 2
(2)图示历程包含 3 个基元反应,其中速率最慢的是第 3 个。
(3)C H 纳米碗中五元环和六元环结构的数目分别为 6 、 1 0 。
40 10
(4)1 200 K时,假定体系内只有反应C H (g) C H (g)+H (g)发生,反应过程中压强恒定
40 12 40 10 2
α2
为p (即C H 的初始压强),平衡转化率为α,该反应的平衡常数K为 p (用平衡
0 40 12 p 1-α2 0
分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。
· ·
(5)
C40
H
19
(g) C
40
H
18
(g)+H·(g)及
C40
H
11
(g) C
40
H
10
(g)+H·(g)反应的ln K(K为平衡常数)
ΔH
随温度倒数的关系如图所示。已知本实验条件下,ln K=- +c(R为理想气体常数,c为
RT
截距)。图中两条线几乎平行,从结构的角度分析其原因是 两反应断键和成键数目相同 ,
1
故 Δ H 相同 , 则 ln K 随 变化率几乎相同 。
T
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(6)下列措施既能提高反应物的平衡转化率,又能增大生成C H 的反应速率的是 a (填
40 10
标号)。
a.升高温度
b.增大压强
c.加入催化剂
类型4 浓度/物质的量分数/标准平衡常数等
33.(2024湖南,14,3分)恒压下,向某密闭容器中充入一定量的CH OH(g)和CO(g),发生如下
3
反应:
主反应:CH OH(g)+CO(g) CH COOH(g) ΔH
3 3 1
副反应:CH OH(g)+CH COOH(g) CH COOCH (g)+H O(g) ΔH
3 3 3 3 2 2
在不同温度下,反应达到平衡时,测得两种含碳产物的分布分数δ[如δ(CH COOH)=
3
n(CH COOH)
3 ]随投料比x(物质的量之比)的变化关系如图所示,
n(CH COOH)+n(CH COOCH )
3 3 3
下列说法正确的是 (D)
第 32 页 共 67 页北京曲一线图书策划有限公司 5年高考 3年模拟 B版 化学
n(CH OH)
A.投料比x代表 3
n(CO)
B.曲线c代表乙酸的分布分数
C.ΔH<0,ΔH>0
1 2
D.L、M、N三点的平衡常数:K(L)=K(M)>K(N)
34.(2024全国甲,28,15分)甲烷转化为多碳化合物具有重要意义。一种将甲烷溴化再
偶联为丙烯(C H )的研究所获得的部分数据如下。回答下列问题:
3 6
(1)已知如下热化学方程式:
CH (g)+Br (g) CH Br(g)+HBr(g) ΔH=-29 kJ·mol-1
4 2 3 1
3CH Br(g) C H (g)+3HBr(g) ΔH=+20 kJ·mol-1
3 3 6 2
计算反应3CH (g)+3Br (g) C H (g)+6HBr(g)的ΔH= -6 7 kJ·mol-1。
4 2 3 6
(2)CH 与Br 反应生成CH Br,部分CH Br会进一步溴化。将8 mmol CH 和8 mmol Br 通入
4 2 3 3 4 2
密闭容器,平衡时,n(CH )、n(CH Br)与温度的关系见下图(假设反应后的含碳物质只有
4 3
CH 、CH Br和CH Br )。
4 3 2 2
(ⅰ)图中CH Br的曲线是 a (填“a”或“b”)。
3
(ⅱ)560 ℃时,CH 的转化率α= 80 % ,n(HBr)= 7. 8 mmol。
4
(ⅲ)560 ℃时,反应CH Br(g)+Br (g) CH Br (g)+HBr(g)的平衡常数K= 10.9 2 。
3 2 2 2
(3)少量I 可提高生成CH Br的选择性。500 ℃时,分别在有I 和无I 的条件下,将8 mmol
2 3 2 2
CH 和8 mmol Br 通入密闭容器,溴代甲烷的物质的量(n)随时间(t)的变化关系见下图。
4 2
第 33 页 共 67 页北京曲一线图书策划有限公司 5年高考 3年模拟 B版 化学
v(有I )
(ⅰ)在11~19 s之间,有I 和无I 时CH Br的生成速率之比 2 = 3∶ 2 。
2 2 3
v(无I )
2
(ⅱ)从图中找出I 提高了CH Br选择性的证据: 有 I 时生成的 CH B r 比无 I 时多 , 生成的
2 3 2 3 2
CH Br 比无 I 时少 。
2 2 2
(ⅲ)研究表明,I 参与反应的可能机理如下:
2
①I (g) ·I(g)+·I(g)
2
②·I(g)+CH Br (g) IBr(g)+·CH Br(g)
2 2 2
③·CH Br(g)+HBr(g) CH Br(g)+·Br(g)
2 3
④·Br(g)+CH (g) HBr(g)+·CH (g)
4 3
⑤·CH (g)+IBr(g) CH Br(g)+·I(g)
3 3
⑥·I(g)+·I(g) I (g)
2
根据上述机理,分析I 提高CH Br选择性的原因: 改变了反应机理 , 发生了反应 C H Br ( g )
2 3 2 2
+CH ( g ) 2C H B r ( g ) 。
4 3
35.(2024安徽,17,15分)乙烯是一种用途广泛的有机化工原料,由乙烷制乙烯的研究备
受关注。回答下列问题:
【乙烷制乙烯】
(1)C H 氧化脱氢反应:
2 6
2C H (g)+O (g) 2C H (g)+2H O(g)
2 6 2 2 4 2
ΔH=-209.8 kJ·mol-1
1
第 34 页 共 67 页北京曲一线图书策划有限公司 5年高考 3年模拟 B版 化学
C H (g)+CO (g) C H (g)+H O(g)+CO(g) ΔH=178.1 kJ·mol-1
2 6 2 2 4 2 2
计算:2CO(g)+O (g) 2CO (g) ΔH= -56 6 kJ·mol-1
2 2 3
(2)C H 直接脱氢反应为C H (g) C H (g)+H (g) ΔH,C H 的平衡转化率与温度和压强的
2 6 2 6 2 4 2 4 2 6
关系如图所示,则ΔH > 0(填“>”“<”或“=”)。结合下图,下列条件中,达到平衡时
4
转化率最接近40%的是 b (填标号)。
a.600 ℃,0.6 MPa
b.700 ℃,0.7 MPa
c.800 ℃,0.8 MPa
(3)一定温度和压强下,反应ⅰ C H (g) C H (g)+H (g) K
2 6 2 4 2 a
1
反应ⅱ C H (g)+H (g) 2CH (g) K ( K 远大于K )
2 6 2 4 a a a
2 2 1
(K是以平衡物质的量分数代替平衡浓度计算的平衡常数)
a
1
①仅发生反应ⅰ时,C H 的平衡转化率为25.0%,计算K = 。
2 6 a 1 15
②同时发生反应ⅰ和ⅱ时,与仅发生反应ⅰ相比,C H 的平衡产率 增大 (填“增大”
2 4
“减小”或“不变”)。
【乙烷和乙烯混合气的分离】
(4)通过Cu+修饰的Y分子筛的吸附—脱附,可实现C H 和C H 混合气的分离。Cu+的 空
2 4 2 6
轨道 与C H 分子的π键电子形成配位键,这种配位键强弱介于范德华力和共价键之间。
2 4
用该分子筛分离C H 和C H 的优点是 选择性强 , 吸附效果好 。
2 4 2 6
(5)常温常压下,将C H 和C H 等体积混合,以一定流速通过某吸附剂,测得两种气体出口浓
2 4 2 6
度(c)与进口浓度(c)之比随时间变化关系如图所示。下列推断合理的是 BC (填标号)。
0
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A.前30 min,两种气体均未被吸附
B.p点对应的时刻,出口气体的主要成分是C H
2 6
C.a-b对应的时间段内,吸附的C H 逐渐被C H 替代
2 6 2 4
36.(2022海南,16,10分)某空间站的生命保障系统功能之一是实现氧循环。其中涉及
反应:
CO (g)+4H (g) 2H O(g)+CH (g)
2 2 2 4
回答问题:
(1)已知:电解液态水制备1 mol O (g),电解反应的ΔH=+572 kJ·mol-1。由此计算H (g)的
2 2
燃烧热(焓)ΔH= -28 6 kJ·mol-1。
(2)已知:CO (g)+4H (g) 2H O(g)+CH (g)的平衡常数(K)与反应温度(t)之间的关系如图
2 2 2 4
1所示。
图1
①若反应为基元反应,且反应的ΔH与活化能(E)的关系为|ΔH|>E。补充完成该反应过
a a
程的能量变化示意图(图2,答案在图2下方)。
图2
第 36 页 共 67 页北京曲一线图书策划有限公司 5年高考 3年模拟 B版 化学
②某研究小组模拟该反应。温度t下,向容积为10 L的抽空的密闭容器中通入0.1 mol
CO 和0.4 mol H ,反应平衡后测得容器中n(CH )=0.05 mol。则CO 的转化率为 50 % ,反
2 2 4 2
应温度t约为 660. 2 ( 或 660. 1 或 660. 3 , 其他合理答案也可 ) ℃。
(3)在相同条件下,CO (g)与H (g)还会发生不利于氧循环的副反应:
2 2
CO 2(g)+3H 2(g) H
2
O(g)+CH
3
OH(g)
在反应器中按n(CO )∶n(H )=1∶4通入反应物,在不同温度、不同催化剂条件下,反应进行
2 2
到2 min时,测得反应器中CH OH、CH 浓度(μmol·L-1)如下表所示。
3 4
t=350 ℃ t=400 ℃
催化剂
c(CH 3 OH) c(CH 4) c(CH 3 OH) c(CH 4)
催化剂
10.8 12 722 345.2 42 780
Ⅰ
催化剂
9.2 10 775 34 38 932
Ⅱ
在选择使用催化剂Ⅰ和350 ℃条件下反应,0~2 min生成CH OH的平均反应速率为 5.4
3
μmol·L-1·min-1;若某空间站的生命保障系统实际选择使用催化剂Ⅱ和400 ℃的反应
条件,原因是 相同催化剂 , 40 0 ℃ 的反应速率更快 ; 相同温度 , 催化剂 Ⅱ 副产物浓度低 , 而
甲烷的比例高 。
37.(2022河北,16,14分)氢能是极具发展潜力的清洁能源,以氢燃料为代表的燃料电池
有良好的应用前景。
(1)298 K时,1 g H 燃烧生成H O(g)放热121 kJ,1 mol H O(l)蒸发吸热44 kJ。表示H 燃烧
2 2 2 2
1
热的热化学方程式为 H ( g ) + O ( g ) H O ( l ) Δ H =-28 6 k J · mo l - 1 。
2 2 2
2
(2)工业上常用甲烷水蒸气重整制备氢气,体系中发生如下反应:
Ⅰ CH (g)+H O(g) CO(g)+3H (g)
4 2 2
Ⅱ CO(g)+H O(g) CO (g)+H (g)
2 2 2
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①下列操作中,能提高CH (g)平衡转化率的是 B C (填标号)。
4
A.增加CH (g)用量
4
B.恒温恒压下通入惰性气体
C.移除CO(g)
D.加入催化剂
②恒温恒压条件下,1 mol CH (g)和1 mol H O(g)反应达平衡时,CH (g)的转化率为α,CO (g)
4 2 4 2
(α-b)(3α+b) 3
的物质的量为b mol,则反应Ⅰ的平衡常数K= [写出含有
x (1-α)(1-α-b)(2+2α) 2
xp (C)·xq (D)
α、b的计算式;对于反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g),K= ,x为物质的量分
x xm (A)·xn (B)
数]。其他条件不变,H O(g)起始量增加到 5 mol,达平衡时α=0.90,b=0.65,平衡体系中
2
H (g)的物质的量分数为 0.4 3 (结果保留两位有效数字)。
2
(3)氢氧燃料电池中氢气在 负 (填“正”或“负”)极发生反应。
(4)在允许O2-自由迁移的固体电解质燃料电池中,C H 放电的电极反应式为 C H -
n 2n+2 n 2n+2
( 6 n +2 ) e - + ( 3 n +1 ) O 2- n C O + (n + 1 ) H O 。
2 2
(5)甲醇燃料电池中,吸附在催化剂表面的甲醇分子逐步脱氢得到CO,四步可能脱氢产物及
其相对能量如图,则最可行途径为a→ b→e→h→ j (用b~j等代号表示)。
38.(2021湖南,16,14分)氨气中氢含量高,是一种优良的小分子储氢载体,且安全、易储
运,可通过下面两种方法由氨气得到氢气。
方法Ⅰ.氨热分解法制氢气
相关化学键的键能数据
化学键 H—H N—H
第 38 页 共 67 页北京曲一线图书策划有限公司 5年高考 3年模拟 B版 化学
键能E/(kJ·mol-1 ) 946 436.0 390.8
在一定温度下,利用催化剂将NH 分解为N 和H 。回答下列问题:
3 2 2
(1)反应2NH (g) N (g)+3H (g) ΔH= +90. 8 kJ·mol-1;
3 2 2
(2)已知该反应的ΔS=198.9 J·mol-1·K-1,在下列哪些温度下反应能自发进行? C D (填
标号);
A.25 ℃ B.125 ℃ C.225 ℃ D.325 ℃
(3)某兴趣小组对该反应进行了实验探究。在一定温度和催化剂的条件下,将0.1 mol
NH 通入3 L的密闭容器中进行反应(此时容器内总压为200 kPa),各物质的分压随时间的
3
变化曲线如图所示。
①若保持容器体积不变,t时反应达到平衡,用H 的浓度变化表示0~t时间内的反应速率
1 2 1
0.02
v(H )= mol·L-1·min-1(用含t的代数式表示);
2 t 1
1
②t时将容器体积迅速缩小至原来的一半并保持不变,图中能正确表示压缩后N 分压变
2 2
化趋势的曲线是 b (用图中a、b、c、d表示),理由是 体积压缩一半瞬间 , N 压强变
2
大 ( 为 80 kPa ) , 该反应为气体分子数增大的反应 , 加压平衡逆向移动 , N 的分压随着平衡逆
2
向移动而变小 ;
③在该温度下,反应的标准平衡常数Kө= 0.48 [已知:分压=总压×该组分物质的量分
p g p h
( ) ( )
G · H
pө pө
数,对于反应dD(g)+eE(g) gG(g)+hH(g) Kө= ,其中pө=100 kPa,p、p、
p d p e G H
( ) ( )
D · E
pө pө
p、p为各组分的平衡分压]。
D E
方法Ⅱ.氨电解法制氢气
利用电解原理,将氨转化为高纯氢气,其装置如图所示。
第 39 页 共 67 页北京曲一线图书策划有限公司 5年高考 3年模拟 B版 化学
(4)电解过程中OH-的移动方向为 从右往左 (填“从左往右”或“从右往左”);
(5)阳极的电极反应式为 2N H -6 e - +6O H - N +6H O 。
3 2 2
三年模拟
题型强化练
题型1 反应速率和平衡图像分析
1.(2024安徽合肥二模,9)SiHCl 被应用于制造多晶硅及硅烷偶联剂等领域。50 ℃时,
3
将n mol SiHCl 置于密闭容器中发生如下反应:2SiHCl (g) SiH Cl (g)+SiCl (g)。
3 3 2 2 4
SiHCl 的转化率随时间变化的曲线如下图所示。下列说法正确的是 (C)
3
A.SiH Cl 和SiCl 均为由极性键构成的非极性分子
2 2 4
B.0~100 min内,v(SiHCl )=10-3n mol·L-1·min-1
3
10.52
C.50 ℃时该反应的平衡常数K=
792
D.b-c段平均速率大于a-b段平均速率
2.(2024广东深圳一模,16)常温下,向某溶剂(不参与反应)中加入一定量X、Y和M,所得
溶液中同时存在如下平衡:
(ⅰ)X(aq)+M(aq) N(aq)
(ⅱ)Y(aq)+M(aq) N(aq)
第 40 页 共 67 页北京曲一线图书策划有限公司 5年高考 3年模拟 B版 化学
(ⅲ)X(aq) Y(aq)
X、Y的物质的量浓度c随反应时间t的变化关系如图所示。300 s后反应体系达到平衡
状态。下列说法正确的是 (B)
A.100~300 s内,v(N)=1.15×10-3 mol·L-1·s-1
B.t=100 s时,反应(ⅲ)的逆反应速率大于正反应速率
C.若反应(ⅲ)的E <E ,则X比Y更稳定
a(正) a(逆)
D.若再向容器中加入上述溶剂,则n(X)、n(Y)均不变
3.(2024广东广州二模,15)恒容密闭容器中充入X,在催化剂作用下发生反应:2X(g)
2Y(g)+Z(g)。起始压强为p kPa,反应时间为t s,测得X的转化率随温度的变化如图中实线
所示(虚线表示平衡转化率)。下列说法正确的是 (D)
A.该反应的ΔH<0
B.催化剂可降低该反应的焓变,提高平衡转化率
C.增大起始压强,X的平衡转化率增大
0.4 p
D.800 ℃时,0~t s内化学反应速率v(Y)= kPa·s-1
t
4.(2024湖南仿真模拟三,13)在恒压密闭容器中,充入起始量一定的CO 和H ,主要发生下
2 2
列反应。
反应Ⅰ:CO (g)+H (g) CO(g)+H O(g) ΔH=+41.2 kJ/mol
2 2 2
反应Ⅱ:2CO (g)+6H (g) CH OCH (g)+3H O(g)
2 2 3 3 2
第 41 页 共 67 页北京曲一线图书策划有限公司 5年高考 3年模拟 B版 化学
ΔH=-122.5 kJ/mol
n (CO)
达平衡时,CO 的转化率和CO的选择性随温度的变化如图所示[CO的选择性= 生成 ],
2
n (CO )
反应 2
下列说法不正确的是 (D)
A.反应Ⅰ的ΔS>0
B.温度一定,通过增大压强能提高CH OCH 的平衡产率
3 3
C.温度高于300 ℃时,曲线②随温度升高而升高说明此时主要发生反应Ⅰ
D.同时提高CO 的平衡转化率和平衡时CH OCH 的选择性,应选择在低温、低压条件下反
2 3 3
应
5.(2024河北邯郸第四次调研,11)CO 的回收和利用是实现“碳中和”的有效途径。在
2
一恒容密闭反应器中充入体积比为 1∶1 的 CO 和 H ,发生反应:① CO (g)+H (g)
2 2 2 2
HCOOH(g) ΔH=+31.2 kJ·mol-1,② CO (g)+H (g) CO(g)+H O(g) ΔH=+41.2
2 2 2
n(HCOOH)
kJ·mol-1。CO 的平衡转化率与HCOOH的选择性[HCOOH的选择性=
2 n(HCOOH)+n(CO)
×100%]与温度的关系如图所示。下列叙述错误的是 (D)
A.温度高于673 K时,主要发生反应②
B.温度低于673 K时,HCOOH的选择性随温度升高而增大
C.平衡时,再充入0.1 mol CO 和0.1 mol H ,再次达到平衡时,HCOOH的物质的量增大
2 2
D.673 K下反应达到平衡时,CO 、HCOOH、CO的浓度之比为5∶57∶133
2
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6.(2024北京西城二模,14)二氧化碳与氢气催化合成乙烯具有重要的意义。将CO 和H
2 2
按物质的量之比1∶3加入V L的密闭容器中,压强为0.1 MPa,反应达到平衡状态时,各组
分的物质的量分数x随温度T的变化如下图所示。
已知:
1
H (g)+ O (g) H O(l) ΔH=-285.8 kJ·mol-1
2 2 2 1
2
C H (g)+3O (g) 2CO (g)+2H O(l)
2 4 2 2 2
ΔH=-1 411 kJ·mol-1
2
H O(g) H O(l) ΔH=-44 kJ·mol-1
2 2 3
下列说法不正确的是 (D)
A.CO 与 H 合成 C H 的反应的热化学方程式 :2CO (g)+6H (g) C H (g)+4H O(g)
2 2 2 4 2 2 2 4 2
ΔH=-127.8 kJ·mol-1
B.图中b、d分别表示CO 、C H 的变化曲线
2 2 4
C.570 K、0.2 MPa反应达到平衡状态时,M点显示的可能是C H 的物质的量分数
2 4
D.CO 与H 合成C H 反应的K<K
2 2 2 4 E F
7.(2024辽宁部分重点中学协作体模拟,18)甲醇是一种化工产品,也是清洁能源。工业
上利用废气中的CO 制备CH OH的方案有:
2 3
方案1 反应1:CO (g)+3H (g) CH OH(g)+H O(g)
2 2 3 2
副反应:CO (g)+H (g) CO(g)+H O(g) ΔH=+41 kJ·mol-1
2 2 2
3
方案2 反应2:CO (g)+2H O(g) CH OH(g)+ O (g)
2 2 3 2
2
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上述两个反应的焓变和熵变如下表:
ΔH/ ΔS/
反应
(kJ·mol-1
)
(J·mol-1·K-1
)
反应1 -49 -177
反应2 +676 -44
(1)上述两种方案中,工业上选择方案1,理由是 方案 1 能耗小或方案 1 在较低温度下能
自发进行 , 而方案 2 通过改变温度不能自发进行 。
(2)已知几种共价键的键能数据如下:
共价键 C O H—H C—O C—H O—H
键能/(kJ·mol-1 ) E 436 358 413 467
利用表格数据和上述焓变估算E= 820. 5 kJ·mol-1。
(3)在恒容密闭容器中充入CO 和H 仅发生反应:
2 2
CO (g)+3H (g) CH OH(g)+H O(g),CO 的平衡转化率与投料比、温度的关系如图所示。
2 2 3 2 2
①T < T(填“>”“<”或“=”)。a点时CH OH的体积分数为 16. 7 %(保留到小数
1 2 3
点后1位)。
②a→c与横坐标轴平行,其原因是 投料比增大对 C O 平衡转化率的影响与升温的影响
2
恰好抵消 。
(4)一定温度下,在密闭容器中充入1 mol CO 和3 mol H ,只发生反应:CO (g)+3H (g)
2 2 2 2
CH OH(g)+H O(g)。达到平衡时CO 、CH OH的浓度与压强的关系如图所示。
3 2 2 3
①曲线Ⅱ代表 C H O H (填“CH OH”或“CO ”)。
3 3 2
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②M点CO 的平衡转化率为 50 % %。
2
(5)一定温度下,在总压保持2.5a kPa下,向反应器中充入1 mol CO 和2.3 mol H ,发生方
2 2
案1的两个反应,达到平衡时测得CO 的转化率为50%,CH OH的选择性为80%[CH OH的选择
2 3 3
n(CH OH) 0.4
性= 3 ×100%]。该温度下,方案1中反应1的K= kPa-2(K为
n(CO)+n(CH OH) p a2 p
3
用分压替代浓度计算的平衡常数,分压=总压×物质的量分数)。
题型2 分压平衡常数的计算
8.(2024福建福州二模,11,节选)工业上用H 还原WO 的总反应为3H (g)+WO (s) W(s)
2 3 2 3
+3H O(g) ΔH。实验测得在一定条件下,平衡时H 的体积分数随温度的变化曲线如图所
2 2
示。
①该反应ΔH > 0(填“>”或“<”)。
②由图可知,a点处v > v (填“>”“<”或“=”)。
正 逆
③900 ℃时该反应的压强平衡常数K= 2 7 (用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压
p
×物质的量分数)。
9.(2024四川绵阳三诊,28,节选)异丙醇(C H O)是重要的化工原料,丙烯直接水合法是工
3 8
业制备异丙醇的常用方法,回答下列问题:
(1)丙烯直接水合法制异丙醇的反应可表示为 C H (g)+H O(g) C H O(g) ΔH=-52
3 6 2 3 8
kJ·mol-1
已知:2C H (g)+9O (g) 6CO (g)+6H O(g) ΔH=-3 854 kJ·mol-1
3 6 2 2 2
1 mol C H O(g)完全燃烧生成CO (g)和H O(g)放出热量 1 87 5 kJ。
3 8 2 2
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n(H O)
(2)以上制备异丙醇反应的起始物 2 =3时,在不同条件下达到平衡,设体系中丙烯
n(C H )
3 6
的转化率为α(C H ),在t=130 ℃下的α(C H )~p、在p=8 MPa下的α(C H )~t如图1所示:
3 6 3 6 3 6
图1
图1中对应等温过程的曲线是 Ⅰ 。A点的反应条件为 8 MP a 、 12 5 ℃ ,该点的分
压平衡常数K= 0.175 MPa-1。保持反应条件不变,下列可进一步提高C H 平衡转化率
p 3 6
的措施是 c (填字母)。
a.增大C H (g)与H O(g)的进料比
3 6 2
b.充入惰性气体Ar
c.及时分离产品C H O(g)
3 8
d.换用更高效的催化剂
(3)单程转化率反映了原料在第一次通过反应器时被转化的程度。将C H (g)和H O(g)的混
3 6 2
合气体以一定流速通过填充有催化剂的反应器,研究不同温度对C H 单程转化率和C H O
3 6 3 8
选择性的影响,结果如图2所示。由图2可知,190~220 ℃时C H 单程转化率很低,可能的
3 6
原因是 低温时催化剂活性低 ,235 ℃以后,随温度升高C H O的选择性下降,可能的原
3 8
因是 发生了副反应 。
图2
10.(2024重庆联合诊断,17,节选)CO 与H 的反应过程涉及的主要反应如下:
2 2
①CO (g)+3H (g) CH OH(g)+H O(g) ΔH=-49.5 kJ·mol-1
2 2 3 2 1
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②CO (g)+H (g) CO(g)+H O(g) ΔH=+41.2 kJ·mol-1
2 2 2 2
向2 L恒容密闭容器中通入2 mol CO (g)和2.24 mol H (g)发生上述反应①和②,起始总
2 2
压强为21.2 MPa,实验测得CO 的平衡转化率和平衡时CH OH的选择性(转化的CO 中生成
2 3 2
CH OH的百分比)随温度的变化情况如图所示,其中表示CH OH选择性的曲线是 X (填
3 3
“X”或“Y”),a、c两点中CH OH的产率最高的是 a 点,240 ℃时反应①的压强平衡
3
25
常数K= 4. 2 ( 或 ) MPa-2,Y曲线如此变化的原因是 280 ℃ 前以反应 ① 为主 , 随温度
p
6
升高 CO 转化率下降 ; 280 ℃ 后以反应 ② 为主 , 随温度升高 CO 转化率升高 。
2 2
11.(2024吉林延边一模,18,节选)利用CO 催化加氢制二甲醚,可以实现CO 的再利用,涉
2 2
及以下主要反应:
Ⅰ.CO (g)+H (g) CO(g)+H O(g) ΔH
2 2 2 1
Ⅱ.2CO (g)+6H (g) CH OCH (g)+3H O(g) ΔH
2 2 3 3 2 2
相关物质及能量变化的示意图如图1所示。
图1
回答下列问题:
恒压条件下,CO 、H 起始量相等时,CO 的平衡转化率和CH OCH 的选择性随温度变化如图
2 2 2 3 3
2n (CH OCH )
2所示。已知:CH OCH 的选择性= 生成 3 3 ×100%。
3 3
n (CO )
消耗 2
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①300 ℃时,通入CO 、H 各2 mol,平衡时CH OCH 的选择性、CO 的平衡转化率都为30%,
2 2 3 3 2
平衡时生成CH OCH 的物质的量为 0.09 mol,此温度下反应Ⅰ的平衡常数K= 0.20
3 3 p
(保留2位有效数字。用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。
②300~360 ℃区间,CO 平衡转化率随温度变化的曲线如图 2所示,分析曲线变化的原因:
2
反应 Ⅰ 为吸热反应 , CO 的平衡转化率随温度升高而增大 ; 反应 Ⅱ 为放热反应 , CO 的平衡转
2 2
化率随温度升高而减小 , 300~360 ℃ 区间 , 反应 Ⅰ 的趋势大于反应 Ⅱ 。
图2
12.(2024九省联考贵州卷,17,节选)苯乙烯是重要的有机化工原料,可用乙苯为原料制
备苯乙烯。制备方法有直接脱氢法和氧化脱氢法。在298 K时反应的热化学方程式及其
平衡常数如下:
(ⅰ)直接脱氢法:
C H (g) C H (g)+H (g) ΔH=+118.0 kJ·mol-1, K =2.7×10-10 Pa
8 10 8 8 2 1 p
1
(ⅱ)氧化脱氢法:
1 1
C 8 H 10 (g)+ O 2 (g) C 8 H 8 (g)+H 2 O(g) ΔH 2 =-123.8 kJ·mol-1,K =2.9×1027.5 Pa2
2 p
2
回答下列问题:
1 K
(1)①反应H (g)+ O (g) H O(g)的ΔH= -241.8 kJ·mol-1,平衡常数K = p 2 (用
2 2 2 2 3 p 3 K
p
1
K 、K 表示)。
p p
1 2
②氧化脱氢的反应趋势远大于直接脱氢,其原因是 氧化脱氢反应和直接脱氢反应的
Δ S 均大于 0 , 但氧化脱氢反应的 Δ H < 0 , 反应在任何温度下都自发 ; 直接脱氢反应的 Δ H > 0 ,
反应在高温下才能自发进行 。
③提高氧化脱氢反应平衡转化率的措施有 及时分离出产物 、 适当降低温度 ( 或其
他合理答案 ) 。
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(2)已知ΔG=ΔH-TΔS,忽略ΔH、ΔS随温度的变化。当ΔG<0时,反应能自发进行。在
100 kPa下,直接脱氢反应的ΔG和K 随温度变化的理论计算结果如图所示。
p
1
①直接脱氢反应在常温下 不能 (选填“能”或“不能”)自发。
②K 随温度的变化曲线为 b (选填“a”或“b”),判断的理由是 反应为吸热反应 ,
p
1
温度上升 , 平衡正向移动 ,K 增大 。
p
1
③在某温度、100 kPa下,向密闭容器中通入1 mol气态乙苯发生直接脱氢反应,达到平衡
时,混合气体中乙苯和氢气的分压相等,该反应的平衡常数K = 33.3 kPa(保留到小数
p
1
点后一位;分压=总压×物质的量分数)。
13.(2024河南八市重点中学4月模拟,19)CO 作为未来的重要碳源,其选择性加氢合成甲
2
醇一直是研究热点。已知:
反应Ⅰ:CH OH(g) HCHO(g)+H (g) ΔH=+54.5 kJ·mol-1
3 2 1
反应Ⅱ:HCHO(g)+H O(g) HCOOH(g)+H (g)
2 2
ΔH=+9.9 kJ·mol-1
2
反应Ⅲ:HCOOH(g) CO (g)+H (g) ΔH=-14.9 kJ·mol-1
2 2 3
反应Ⅳ:CO (g)+3H (g) CH OH(g)+H O(g) ΔH
2 2 3 2 4
回答下列问题:
(1)ΔH= -49. 5 k J · mo l - 1 。
4
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(2)向恒温恒压密闭容器中充入 1 mol CH OH(g)和 1 mol H O(g)发生反应Ⅳ的逆反应
3 2
[CH OH(g)+H O(g) CO (g)+3H (g)],反应达到平衡时,CH OH(g)的转化率为50%,此时容器的
3 2 2 2 3
容积为V L。保持温度、压强不变,欲将CH OH(g)的平衡转化率提高到80%,需要向该密闭
3
容器中充入 15.6 mol Ne(氖气)作为稀释气,再次达到平衡时容器的容积为 6. 4V
L(用V表示)。
(3)一定条件下,研究HCOOH水溶液在密封石英管中的分子反应:
Ⅰ.HCOOH CO+H O(快)
2
Ⅱ.HCOOH CO +H (慢)
2 2
则反应Ⅰ的活化能 小于 (填“大于”“小于”或“等于”)反应Ⅱ的活化能。
(4)以CO 、H 为原料发生反应Ⅳ和副反应Ⅴ:CO (g)+H (g) CO(g)+H O(g)。CO 的平衡转
2 2 2 2 2 2
化率[α(CO )]、CH OH的选择性[X(CH OH)]随温度、压强变化如图所示[X(CH OH)=
2 3 3 3
生成的n(CH OH)
3 ×100%]。
生成的n(CH OH)+生成的n(CO)
3
①压强:p > p(填“>”或“<”)。
a b
②副反应Ⅴ的ΔH > 0(填“>”或“<”)。
③400 ℃时,CH OH的选择性几乎为零,主要发生副反应Ⅴ,原因是 反应 Ⅳ 为放热反应 , 副
3
反应 Ⅴ 为吸热反应 , 温度越高 , 越有利于副反应 Ⅴ 。
④一定温度下,向2 L恒容密闭容器中充入2 mol CO 和6 mol H ,只发生反应Ⅳ和副反应
2 2
Ⅴ,反应达到平衡时,α(CO )=30%,X(CH OH)=80%,压强为p kPa。则该温度下副反应Ⅴ的平衡
2 3
3
常数K= (用最简分式表示)。
p 259
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14.(2024江西部分高中5月联考,18)异丁烯( )是重要的化工生产原料,可由异丁烷
( )催化脱氢制备,反应如下:
主反应: (g) (g)+H (g) ΔH=+123.5 kJ·mol-1
2 1
副反应: (g) (g)+CH (g) ΔH
4 2
已知:一定温度下,由元素的最稳定的单质生成1 mol纯物质的热效应被称为该物质的摩
尔生成焓。几种物质的摩尔生成焓如下表:
气态物质 C H CH
2 4 4
摩尔生成焓/(kJ·mol-1 ) -134.5 20.4 52.3 -74.8
请回答下列问题:
(1)ΔH= +80. 1 kJ·mol-1。
2
(2)有利于提高异丁烷平衡转化率的条件是 B C (填标号)。
A.低温 B.高温 C.低压 D.高压 E.催化剂
(3)其他条件相同,在恒压(p kPa)密闭容器中充入异丁烷和N 各1 mol(N 作惰性气体),经过
2 2
生成某产物的原料量
相同时间测得相关数据如图 1和图2所示。[产率= ×100%。空
投入的原料量
速(GHSV)表示单位时间通过单位体积催化剂的气体量](不考虑温度对催化剂活性的影响,
异丁烷分子在催化剂表面能较快吸附)
图1
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图2
①图1中,在该时间段内,600 ℃时异丁烯产率为 27.3 % 。
②下列说法错误的是 A (填标号)。
A.由图1可知,温度越高,异丁烷的转化率越大,丙烯的产率越小
B.混入N 的目的之一是减小异丁烷的吸附速率,同时带走催化剂局部多余的热量,从而抑
2
制催化剂的积炭
C.图2中,空速增加,异丁烷转化率降低的原因可能是原料气在催化剂中停留时间过短
D.图2中,空速增加,异丁烯选择性升高的原因可能是原料气将产物迅速带走,抑制了副反
应的发生
③图1中,随着温度升高,异丁烷转化率升高而异丁烯选择性下降的原因可能是 温度升
高 , 反应速率增大 , 异丁烷转化率增大 , 副反应反应速率增大的程度更大 , 异丁烯选择性下
降 。
④温度为T ℃,反应t min后达到平衡,此时异丁烷的转化率为a,异丁烯的选择性为
0.8ap
80%,0~t min内,H 的分压平均变化率为 kPa·min-1;该条件下,主反应的平衡
2 (2+a)t
0.64a2p
常数K= kPa。
p (1-a)(2+a)
题型3 涉及反应速率常数的解题方法
15.(2024 辽 宁 鞍 山 第 二 次 质 量 监 测 ,6) 丙 酮 的 溴 代 反 应 (CH COCH +Br
3 3 2
CH COCH Br+HBr)的速率方程为v=k·cm(CH COCH )·cn(Br )·cp(HCl),其中k为速率常数,与
3 2 3 3 2
温度有关;“m+n+p”为反应级数。某温度时,获得如下实验数据:
实验 初始浓度c/(mol·L-1 ) 溴颜色消失
序号 CH COCH HCl Br 所需时间t/s
3 3 2
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① 0.80 0.20 0.001 0 200
② 1.60 0.20 0.001 0 100
③ 0.80 0.40 0.001 0 100
④ 0.80 0.20 0.002 0 400
分析实验数据所得出的结论错误的是 (C)
A.增大c(Br ),能延长溶液颜色消失的时间
2
B.实验②和③的平均反应速率相等
C.实验①在200 s内的平均速率v(CH COCH )=0.004 mol·L-1·s-1
3 3
D.反应级数为1
16.(2024河北石家庄一模,12)某密闭容器中含有X和Y,同时发生以下两个反应:①X+Y
M+Q;②X+Y N+Q。反应①的正反应速率v =kc(X)·c(Y),反应②的正反应速率
1(正) 1
v =kc(X)·c(Y),其中k、k为速率常数。某温度下,体系中生成物浓度(c)随时间(t)变化
2(正) 2 1 2
的曲线如图所示。下列说法正确的是 (A)
A.10 s时,正反应速率v(正)>v(正)
1 2
B.0~6 s内,X的平均反应速率v(X)=0.5 mol·L-1·s-1
C.若升高温度,4 s时容器中c(N)∶c(M)的值减小
D.反应①的活化能大于反应②
17.(2024安徽黄山一模,14)室温下,某溶液初始时仅溶有A,同时发生两个反应:①A
B+C;②A B+D,反应①的速率可表示为v=kc(A),反应②的速率可表示为v=kc(A)(k、
1 1 2 2 1
k为速率常数)。图1为T温度时,该体系中A、B、C、D的浓度随时间变化的曲线,图2
2 2
1
为反应①和②的lnk~ 曲线。下列说法正确的是 (D)
T
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图1 图2
A.L 表示D浓度随时间变化的曲线
4
B.t=2 s时曲线L 表示的物质的反应速率为2 mol·L-1·s-1
1 1
C.T温度时,反应①的活化能比反应②的活化能小
2
c(D)
D.若图1的温度降低,t时刻体系中 值变大
0
c(C)
18.(2024江西部分学校4月模拟,11)工业上常用羰基法提纯镍,其原理是Ni(s)+4CO(g)
Ni(CO) (g) ΔH,速率方程式为v =v -v =k c4(CO)-k c[Ni(CO) ](k为速率常数)。
4 净 正 逆 正 逆 4
在恒容密闭容器中充入足量的含难熔杂质的镍粉和4 mol CO发生上述反应,测得CO浓度
与温度的关系如图所示。下列叙述正确的是(D)
A.上述反应中,ΔH>0
B.净反应速率:b>c
C.a点正反应速率:T=T
1 2
D.T温度下,2~6 min内用Ni(CO) 表示的平均反应速率为0.025 mol·L-1·min-1
1 4
19.(2024湖北部分校三模,19,节选)近两年来,碳中和连续成为两会期间最受关注的议
题之一,CO 的回收和利用对于改善环境,实现绿色发展至关重要。
2
(1)CO 甲烷化反应最早由化学家PaulSabatier提出。已知:
2
反应Ⅰ:CO (g)+H (g) CO(g)+H O(g) ΔH=+41.2 kJ·mol-1
2 2 2
反应Ⅱ:2CO(g)+2H (g) CO (g)+CH (g) ΔH=-247.1 kJ·mol-1
2 2 4
①CO 的结构式为 直线形 。
2
②CO 甲烷化反应是 放热 (填“吸热”或“放热”)反应。
2
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③反应Ⅰ的v =k c(CO )·c(H ),v =k c(H O)·c(CO)(k 和k 为速率常数,与温度、催
正 正 2 2 逆 逆 2 正 逆
k
化剂有关)。若平衡后升高温度,则 正 增大 (填“增大”“不变”或“减小”)。
k
逆
20.(2024福建福州三模,13)研究氮氧化物(NO )的还原处理方法是环保领域的主要方向
x
之一。回答下列问题:
Ⅰ.用H 还原NO的反应为2H (g)+2NO(g) N (g)+2H O(g) ΔH<0。
2 2 2 2
(1)该反应的正反应速率方程可表示为v =k·cm(NO)·cn(H )。某温度下,测得正反应速率
正 2
v 与c(NO)或c(H )的变化关系如图1所示。
正 2
图1
则m= 2 ;n= 1 。
(2)研究表明上述反应历程分两步基元反应:
ⅰ.2NO(g)+H (g) N (g)+H O (l)
2 2 2 2
ⅱ.H O (l)+H (g) 2H O(g)
2 2 2 2
根据(1)所给信息判断,H 还原NO总反应的速率由反应 ⅰ (填“ⅰ”或“ⅱ”)决定。
2
(3)将一定量的H 和NO置于以下条件下发生反应(起始容器的体积、温度、压强均相同),
2
到达平衡时,H 的平衡转化率最大的是 b 。
2
a.恒温恒容 b.恒温恒压 c.恒容绝热
Ⅱ.脱除汽车尾气中NO和CO包括以下两个反应:
反应ⅰ.2NO+CO N O+CO ;
2 2
反应ⅱ.N O+CO N +CO ;
2 2 2
反应过程中各物质相对能量如图2所示(TS表示过渡态):
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图2
(4)CO 和 NO 反 应 生 成 N 的 热 化 学 方 程 式 为 2N O ( g ) +2C O ( g ) N ( g ) +2CO ( g )
2 2 2
Δ H =-747. 2 k J · mo l - 1 。
题型4 多重平衡体系分析
21.(2024广东省一模,15)在一密闭容器中,物质M发生三个脱水的竞争反应:①M(g)
1 1
N(g)+H O(g) ΔH,②M(g) E(g)+ H O(g) ΔH,③M(g) F(g)+H O(g) ΔH,反应历
2 1 2 2 2 3
2 2
程如图所示。相同条件下,下列说法正确的是 (C)
A.由图可知,物质M比物质N稳定
B.反应①比反应②和③更快达到化学平衡
C.E(g) 2F(g)+H O(g)的反应热ΔH=2ΔH-2ΔH
2 3 2
D.平衡后压缩容器,物质E的物质的量不变
22.(2024北京海淀二模,14)向丙烷脱氢制丙烯的反应体系中加入CO ,可以提高丙烷的
2
利用率。在相同温度下,分别将投料比相同的CO —C H 、N —C H 混合气体以相同流速持
2 3 8 2 3 8
续通过同种催化剂表面,C H 转化率和C H 选择性随通入气体时间的变化如图所示。
3 8 3 6
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已知:Ⅰ.反应① C H (g) C H (g)+H (g) ΔH=+124 kJ·mol-1
3 8 3 6 2 1
反应② H (g)+CO (g) H O(g)+CO(g) ΔH=+41.2 kJ·mol-1
2 2 2 2
Ⅱ.反应体系中存在C H 的裂解和生成积炭等副反应。
3 8
n(生成C H 所用的C H )
3 6 3 8
Ⅲ.C H 的选择性= ×100%
3 6 n(反应消耗的C H )
3 8
下列说法正确的是 (D)
A.C H (g)+CO (g) C H (g)+H O(g)+CO(g) ΔH=+82.8 kJ·mol-1
3 8 2 3 6 2
B.30 min内,两体系中C H 选择性相同,生成C H 的速率也相同
3 6 3 6
C.ⅲ中的C H 转化率高于ⅳ中的,是因为反应②使反应①的平衡正向移动
3 8
D.ⅲ、ⅳ对比,150 min后ⅳ中C H 转化率为0,可能是因为积炭使催化剂失效
3 8
23.(2024河北唐山一模,17,节选)通过捕捉空气中的CO 和电解水产生的H 可以合成
2 2
“零碳甲醇”,实现碳中和。回答下列问题:
(2)在2 L恒温恒容装有某催化剂的密闭容器中充入 2 mol CO 和6 mol H ,发生如下反
2 2
应:
主反应①:CO (g)+3H (g) CH OH(g)+H O(g) ΔH<0
2 2 3 2 1
副反应②:CO (g)+4H (g) CH (g)+2H O(g) ΔH<0
2 2 4 2 2
副反应③:CO (g)+H (g) CO(g)+H O(g) ΔH>0
2 2 2 3
某温度下反应均达平衡后,测得CH OH为1 mol,CH 为0.4 mol,CO为0.2 mol,则CH OH的选
3 4 3
生成CH OH的物质的量
择性为 62.5 % (CH OH的选择性= 3 ×100%)。反应②的平衡
3
转化的CO 的物质的量
2
0.4 2 2
×( )
2 2
常数为 K = (只列出计算式)。
0.4 1.2 4
×( )
2 2
(3)若测得上述反应在不同温度下CO 的平衡转化率和CH OH的选择性如下图所示:
2 3
第 57 页 共 67 页北京曲一线图书策划有限公司 5年高考 3年模拟 B版 化学
通过图示分析,更适合生产甲醇的温度为 A (填标号)。
A.400 ℃ B.600 ℃ C.800 ℃ D.1 000 ℃
高于800 ℃时,CO 转化率增大的主要原因是 温度高于 80 0 ℃ , 以反应 ③ 主 。
2
24.(2024安徽安庆二模,17)以CO和CO 为原料合成有机物,是科学家研究的主要课题。
2
回答下列问题:
(1)CO 与H 催化重整制备CH OCH 的过程中存在以下反应:
2 2 3 3
Ⅰ.2CO (g)+6H (g) CH OCH (g)+3H O(g);
2 2 3 3 2
Ⅱ.CO (g)+H (g) CO(g)+H O(g)。
2 2 2
相关物质能量变化的示意图如下所示。
①由已知信息可知2CO (g)+6H (g) CH OCH (g)+3H O(g) ΔH= -17 5 kJ·mol-1。
2 2 3 3 2
②向密闭容器中以物质的量之比为1∶3充入CO 与H ,实验测得CO 的平衡转化率随温
2 2 2
度和压强的变化关系如图所示。
由图可知,p、p、p由大到小的顺序为 p >p >p ,T时主要发生反应 Ⅱ (填“Ⅰ”
1 2 3 1 2 3 2
或“Ⅱ”),平衡转化率随温度变化先降后升的原因是 开始升温时以反应 Ⅰ 为主 , 反应放
热 , 平衡逆向移动 , CO 平衡转化率下降 ; 升高到一定温度后 , 以反应 Ⅱ 为主 , 反应吸热 , 平衡正
2
向移动 。
(2)工业上常用合成气(主要成分为CO、H )在一定条件下制备甲醇,涉及的反应如下:
2
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反应1:CO(g)+2H (g) CH OH(g) ΔH<0
2 3
反应2:CO(g)+3H (g) CH (g)+H O(g) ΔH<0
2 4 2
反应3:CO(g)+H O(g) CO (g)+H (g) ΔH<0
2 2 2
向容积为2 L的刚性密闭催化反应器中充入2 mol CO和4 mol H 发生上述反应,测得不
2
同 温 度 下 ,2 min 内 CO 的 转 化 率 和 CH OH 的 选 择 性 (CH OH 的 选 择 性 =
3 3
生成CH OH的物质的量
3 ×100%)如图所示。
消耗CO的物质的量
①若反应过程中催化剂的活性几乎不受温度影响,则T K前CO转化率升高的原因是 温
1
度升高 , 反应速率加快 , 相同时间内的 CO 消耗量增多 , 故 CO 的转化率升高 。
②反应在T K下,2 min时达到平衡,此时体系压强为a kPa,c(CO )=0.05 mol·L-1。用CO
1 2
的分压变化表示的化学反应速率为 0.26 7a kPa·min-1,反应3的K= 0.318 。(K
p p
是指用平衡分压代替平衡浓度进行计算的平衡常数,如A的平衡分压=p ×A的物质的量
总
分数,以上两空结果均保留3位小数)
综合拔高练
建议用时:40分钟
1.(2024北京朝阳二模,3)下列事实可以用平衡移动原理解释的是 (D)
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A.合成氨工业中使用铁触媒,提高生产效率
B.铝片放入浓HNO 中,待不再变化后,加热产生红棕色气体
3
C.在钢铁表面镀上一层锌,钢铁不易被腐蚀
D.盐碱地(含较多的NaCl、Na CO )施加适量石膏(CaSO ·2H O),土壤的碱性降低
2 3 4 2
2.(2024安徽合肥一模,9)合成氨原料气中的杂质CO需预先用吸收液处理,其反应原理
为[Cu(NH ) ]+(aq)+CO(g)+NH (g) [Cu(NH ) CO]+(aq) ΔH<0,吸收液在一定条件下可再生
3 2 3 3 3
下列叙述正确的是 (D)
A.CO中σ键和π键个数之比为1∶1
B.上述反应在高温条件下可自发进行
C.增大压强,平衡正向移动,平衡常数增大
D.吸收液再生的适宜条件是高温和低压
3.(2024广东省二模,12)一定条件下,NH 在恒容密闭容器中发生分解反应:2NH (g)
3 3
N (g)+3H (g) ΔH>0。v(NH )随时间的变化如图所示。已知t时反应达到平衡,t时改变
2 2 3 1 2
某单一条件(浓度、温度或催化剂等)。下列说法不正确的是 (D)
A.由0到t,H 的浓度不断增大 B.由t到t,2v (H )=3v (NH )
1 2 1 2 正 2 逆 3
C.t时,可能向容器中通入了N D.平衡常数K 可能小于K
2 2 Ⅰ Ⅱ
4.(2024山东济宁二模,14,改编)一定条件下, 与浓硫酸发生取代反应生成水
和单萘磺酸,反应过程和有机物占比随时间变化如图所示:
第 60 页 共 67 页北京曲一线图书策划有限公司 5年高考 3年模拟 B版 化学
下列说法正确的是 (C)
A.升高温度,反应Ⅰ的速率增大程度大于反应Ⅱ
B.产物Ⅰ的热稳定性比产物Ⅱ强
K
2
C.平衡常数的比值 =6
K
1
D.加催化剂(只催化反应Ⅰ),极值点e可能变为b点
5.(2024河北石家庄三模,13)将1 mol CO (g)和3 mol H (g)充入2 L恒容密闭容器中发
2 2
生反应:
Ⅰ.CO (g)+3H (g) CH OH(g)+H O(g) ΔH<0(慢反应)
2 2 3 2 1
Ⅱ.CO (g)+H (g) CO(g)+H O(g) ΔH>0(快反应)
2 2 2 2
测得相同时间内c(CO )、v (CO )与温度的关系如图所示。下列说法错误的是 (B)
2 正 2
A.200 ℃前,加入催化剂可使a线转化为b线
B.300 ℃时,M点对应的反应体系中,v (CO )>v (CO )
正 2 逆 2
C.400 ℃时,若5 min时达到平衡,则v(CO )=0.04 mol·L-1·min-1
2
D.400 ℃后,温度对正反应速率的影响比浓度大
第 61 页 共 67 页北京曲一线图书策划有限公司 5年高考 3年模拟 B版 化学
6.(2024河北保定二模,10)高纯度SnO 可用作玻璃擦光剂、搪瓷抛光剂、催化剂等。
2
利用水解反应制备高纯度SnO 的原理为SnO2++(x+1)H O SnO ·xH O+2H+。某温度下,
2 2 2 2
测得体系中c(SnO2+)、c(H+)(H O电离产生的H+不考虑)与时间的关系如图所示。下列叙述
2
正确的是 (D)
A.正反应速率:a>c
B.平衡后增大c(H+),平衡常数K减小
C.b点时水解反应已停止
D.c=2(c-c)
4 1 2
7.(2024北京朝阳二模,14)甲烷还原二氧化碳是实现“双碳”目标的有效途径之一。常
压、催化剂作用下,按照CO 和CH 的物质的量之比3∶1投料。有关反应如下:
2 4
Ⅰ:CH (g)+CO (g) 2CO(g)+2H (g) ΔH=+247 kJ·mol-1
4 2 2 1
Ⅱ:CO (g)+H (g) CO(g)+H O(g) ΔH=+41 kJ·mol-1
2 2 2 2
某一时段内,CH 和CO 的转化率随温度变化如下图所示。
4 2
Δn(CO )
已知:CO 的转化效率= 2 。
2
Δn(CH )
4
下列分析不正确的是 (C)
A.根据反应Ⅰ、Ⅱ,低压高温有利于提高CO 的平衡转化率
2
第 62 页 共 67 页北京曲一线图书策划有限公司 5年高考 3年模拟 B版 化学
B.500 ℃时,CO 的转化效率为1.5
2
C.由400 ℃升高到600 ℃,含氢产物中水的占比增大
D.由700 ℃升高到1 000 ℃,CO 的转化效率逐渐增大
2
8.(2024湖南长沙一中适应性演练三,16)2023年10月神舟十七号顺利发射升空,标志着
我国航天事业的飞速发展。
Ⅰ.火箭推进剂的研究是航天工业中的重要课题,常见推进剂的燃料包括肼(N H )、液氢
2 4
等,具有不同的推进效能。回答下列问题:
(1)火箭推进剂可用 N H 作燃料,N O 作氧化剂,反应的热化学方程式可表示为 2N H (l)
2 4 2 4 2 4
+N O (g) 3N (g)+4H O(g)
2 4 2 2
ΔH,相关物质的摩尔生成焓ΔH如下表所示。
1 f m
物质 N 2 O 4(g) N 2 H 4(l) H 2 O(g)
摩尔生成焓Δ f H m /(kJ·mol-1 ) +10.8 +165.8 -242.0
注:一定温度下,由最稳定单质生成1 mol纯物质的热效应称为该物质的摩尔生成焓,用
Δ
f
H
m
表示。如N
2
H 4(l)的摩尔生成焓:N 2(g)+2H 2(g) N
2
H 4(l) Δ
f
H
m
=+165.8 kJ·mol-1。
①ΔH= - 1 310. 4 kJ·mol-1。
1
②结合化学反应原理,N H (l)作推进剂燃料可自发进行反应的原因为 该反应正反应为
2 4
放热的熵增反应 , 在任意温度下 Δ G =Δ H - T Δ S <0 , 均可自发进行 。
(2)火箭推进器内氢气燃烧的简化反应历程如图甲所示,分析其反应机理:
甲
该历程分 4 步进行,其中氢气燃烧决速步对应的化学方程式为 2 H ( g ) +O ( g )
2 2
2 H · (g)+ O 2 (g)+H 2 (g) [ 或 H 2 (g) 2 H · (g) ] 。
Ⅱ.利用“一碳化学”技术可有效实现工业制氢,为推进剂提供了丰富的氢燃料,该工业
制氢方法主要涉及以下两个反应:
a.CH 4(g)+CO 2(g) 2CO(g)+2H 2(g) ΔH
1
=+247 kJ·mol-1
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b.CO(g)+H
2
O(g) CO 2(g)+H 2(g) ΔH
2
=-41 kJ·mol-1
已知Kθ
为反应的标准压强平衡常数,其表示方法为在浓度平衡常数表达式中,用各组分气
p
体平衡时的相对分压代替浓度。气体的相对分压等于其分压(单位为kPa)除以标准压力
1
pθ。反应a、b的lnKθ
p
随
T
×103 (T为温度)的变化如图乙所示。
乙 丙
(3)① 能 表 示 反 应 b 的 曲 线 为 y , 反 应 a 的 标 准 压 强 平 衡 常 数 表 达 式
p(CO) 2 p(H ) 2
[ ] ·[ 2 ]
pθ pθ
Kθ= [p(X)表示气体X的分压,用含p、p(X)的式子表示]。
p p(CO ) p(CH ) θ
[ 2 ]·[ 4 ]
pθ pθ
②维持在T K温度下,往恒容密闭容器中通入含有等量CH 、CO 、H O的混合气体进行反
1 4 2 2
应a、b,初始压强为120 kPa,达到平衡时体系压强为140 kPa。该温度下CH 的平衡转化
4
240
率为 25 % ,H 的平衡分压为 kPa。
2
11
(4)我国科学家提出了一种在500 ℃下电解甲烷制氢的方法,反应原理如图丙所示,请写出
Ni电极上的电极反应式: CO2- +4 e - C+3O 2 - 。
3
9.(2024重庆二模,17)丙烯是三大合成材料的基本原料之一。可以用丙烷直接脱氢、丙
烷氧化脱氢和电解法制丙烯。已知下列反应的热化学方程式:
直接脱氢ⅰ:CH CH CH (g) CH CHCH (g)+H (g) ΔH=+123.8 kJ·mol-1
3 2 3 2 3 2 1
1
氧化脱氢ⅱ:CH CH CH (g)+ O (g) CH CHCH (g)+H O(g) ΔH
3 2 3 2 2 3 2 2
2
ⅲ:2H (g)+O (g) 2H O(g) ΔH=-483.6 kJ·mol-1
2 2 2 3
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(1)ΔH= -11 8 kJ·mol-1。
2
(2)一定条件下,在装有锌基催化剂(ZnO)的恒压密闭容器中,发生直接脱氢反应,丙烯的平
K
衡产率x与平衡常数K的关系可表示为x2= p ,式中p为系统总压。p分别为a MPa
p K +p
p
和b MPa时(a>b),丙烯的平衡产率与温度的关系如图1所示。
图1
①其中表示b MPa下的关系曲线是 Ⅰ (填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。T ℃时,K= 1.7 8b ( 或
4 p
16
b ) MPa。
9
实验证明,系统总压不变,在丙烷中混入一些水蒸气,丙烷的平衡转化率增大,其原因是
该反应是气体分子数增加的反应 , 恒压条件下 , 充入水蒸气 , 可降低反应体系中各组分的分
压 , 有利于平衡正向移动 。
③立方ZnO的晶胞如图2所示,则该晶体中O2-的配位数为 4 ;晶胞参数为c pm,O2-与
√3
Zn2+间的最小距离为 c pm。
4
图2 图3
(3)以惰性材料作电极,电解法制取丙烯的原理如图3所示。
①X极为 阴 极(填“阳”或“阴”)。
②若电解生成1 mol丙烯,理论上阳极区溶液减少的质量为 16 2 g。
10.(2024河南4月模拟,29)CO 催化氧化C H 制取C H 的新路径涉及以下反应:
2 2 6 2 4
反应Ⅰ:C H (g)+CO (g) C H (g)+H O(g)+CO(g) ΔH>0
2 6 2 2 4 2 1
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反应Ⅱ:C H (g)+2CO (g) 4CO(g)+3H (g) ΔH>0
2 6 2 2 2
回答下列问题:
(1)计算反应C H (g)+2CO(g)+3H (g) 2C H (g)+2H O(g)的ΔH= 2Δ H -Δ H (用含ΔH
2 6 2 2 4 2 3 1 2 1
和ΔH的式子表示)。
2
(2)CO 和C H 按物质的量之比为1∶1投料,在923 K和保持总压恒定的条件下发生反应Ⅰ
2 2 6
和反应Ⅱ,研究催化剂X和催化剂Y对“CO 氧化C H 制C H ”的影响,所得实验数据如下
2 2 6 2 4
表:
催化剂 C H 转化率/% CO 转化率/%
2 6 2
催化剂X 19.0 37.6
催化剂Y 18.0 21.0
结合上表数据分析,CO 催化氧化C H 制备C H 的最佳催化剂为 催化剂 Y ,判断依据是
2 2 6 2 4
催化剂 Y 条件下以反应 Ⅰ 为主 。
(3)若向绝热恒容容器中加入CO (g)和C H (g),发生反应Ⅰ和反应Ⅱ。下列事实不能说明
2 2 6
体系达到平衡状态的是 A C (填选项字母)。
A.v (C H )=v (CO )
正 2 4 逆 2
B.反应体系的平衡常数不变
C.容器内气体的密度不变
D.容器内气体的平均相对分子质量不变
(4)一定条件下向容积为1.0 L的密闭容器中通入2 mol C H 和3 mol CO 发生反应Ⅰ和
2 6 2
反应Ⅱ,C H 的平衡转化率和平衡时C H 的选择性随温度、压强的变化关系如图所示(已
2 6 2 4
生成C H 消耗C H 的量
知: C H 的选择性= 2 4 2 6 ×100%)。
2 4
C H 的总消耗量
2 6
①压强p < p(填“>”或“<”),理由是 反应 Ⅰ 和反应 Ⅱ 均为气体体积增大的反应 ,
1 2
压强越大 , 平衡越逆向移动 , 乙烷的转化率越小 。
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n(CO)
②压强为p、温度为T K时,反应达平衡时,混合气体中 = 2 。
1
n(C H )
2 4
③M点时,反应Ⅰ的平衡常数为 0.5 7 mol/L(保留2位有效数字)。
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