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文檔簡介

專項特訓4化學反應速率、平衡綜合題

1.二氧化碳是一種寶貴的碳氧資源。以CCh和NFh為原料合成尿素是固定和利用C02的成

功范例。在尿素合成塔中的主要反應可表示如下:

反應I:2NH3(g)+CCh(g)NH2COONH4(S)A/7I=-159.47kJ-moF*

1

反應H:NH2COONH4(S)CO(NH2)2(s)+H2O(g)A/72=+72.49kJ-mol-

請回答下列問題:

(1)寫出CCh和N%為原料生成尿素和氣態(tài)水的熱化學方程式:,

反應II自發(fā)進行的條件是。

(2)CO2和N%為原料合成尿素的反應中影響CCh轉化率的因素很多,圖1為某特定條件下,

不同水碳比瑞和溫度影響C6轉化率變化的趨勢曲縹

CO2轉化率/%

0)

〃(乩=0.3

75

//4〃(乩0)

=0.4

7。//T\〃(COJ

/\\〃(周0)

=0.5

65

17()18()190200溫度/七

圖1

下列說法不正確的是..(填字母)。

A.溫度升高該反應平衡常數(shù)逐漸減小,移走部分尿素平衡向正方向移動

B.當溫度低于190℃,隨溫度升高CO2轉化率逐漸增大,其原因可能是溫度升高平衡向正

方向移動

C.當溫度高于190℃后,隨溫度升高CO?轉化率逐漸減小,其原因可能是溫度升高發(fā)生了

副反應

D.其他條件相同時,為提高CCh的轉化率,生產(chǎn)中可以采取的措施是提高水碳比

(3)某研究小組為探究反應I中影響c(CCh)的因素,在恒溫下將04molNH3和0.2molCO2放

入容積為2L的密閉容器中,”時達到平衡,其c(CCh)隨時間r變化趨勢曲線如圖2所示。則

其逆反應的平衡常數(shù)為。

h

圖2

-1

答案⑴2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g)A//=-86.98kJ-mol局溫

(2)ABD(3)6.25X10—

解析⑴由蓋斯定律:反應1+反應U,得到2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g)

A//=-86.98kJ-moF1;反應H的AH>0,AS>0,要使AGnAH—TASVO,則T需要較大,

即該反應為高溫自發(fā)。

⑵合成尿素的反應是放熱反應,溫度升高,平衡逆向移動,平衡常數(shù)逐漸減小,尿素為固體,

移走部分尿素平衡不移動,故A錯誤;溫度越高,發(fā)生副反應的可能性越高,會導致二氧化

碳轉化率減小,故C正確;根據(jù)圖像,水碳比越高,二氧化碳的轉化率越低,故D錯誤。

(3)在恒溫下將0.4molNH3和0.2molCO2放入容積為2L的密閉容器中,達到平衡時,

2NH3(g)+CO2(g)NH2COONH4(S)

起始/(mol-L-1)0.20.1

變化/(molir)0.150.075

平衡/(mo卜L>)0.050.025

2

逆反應的平衡常數(shù)/^=^(NHa)-c(CO2)=0.05X0.025=6.25X10r。

2.丙烯是重要的有機化工原料,主要用于生產(chǎn)聚丙烯、丙烯月青、環(huán)氧丙烷等?!岸∠┝呀夥ā?/p>

是一種重要的丙烯生產(chǎn)法,生產(chǎn)過程中會有生成乙烯的副反應發(fā)生。反應如下:

主反應:3c4H84c3H6;

副反應:C4H82c2H4。

測得上述兩反應的平衡體系中,各組分的質量分數(shù)儂%)隨溫度(為和壓強(P)變化的趨勢分別

如圖1和圖2所示:

7vf一

6(.f

5(L)4yr

4.

%.tf/t

己3irI.

-,.

2I/rH

1r)

l■士

)H()

H

(1)平衡體系中的丙烯和乙烯的質量比產(chǎn)隼黑1是工業(yè)生產(chǎn)丙烯時選擇反應條件的重要指標

機(C2H4)

之一,從產(chǎn)物的純度考慮,該數(shù)值越高越好,從圖1和圖2中表現(xiàn)的趨勢來看,下列反應條

件最適宜的是(填字母)。

A.300℃0.1MPaB.700℃0.1MPaC.300℃0.5MPaD.700℃0.5MPa

(2)有研究者結合圖1數(shù)據(jù)并綜合考慮各種因素,認為450℃的反應溫度比300℃或7009更

合適,從反應原理角度分析其理由可能是。

(3)圖2中,隨壓強增大,平衡體系中丙烯的質量分數(shù)呈上升趨勢,從平衡角度解釋其原因是

答案(1)C(2)450C的反應速率比300℃快,比700℃的副反應程度小,丁烯轉化為丙烯

的轉化率高,該溫度下催化劑的選擇性最高,是催化劑的最佳活性溫度(3)壓強增大,生成

乙烯的副反應平衡逆向移動,丁烯濃度增大,導致主反應的平衡正向移動,丙烯含量增大

解析(1)由題可知乙烯越少越好,再結合圖像1和圖像2可知,最適宜的溫度為300C,壓

強越大,乙烯的含量越低,故選C。

3.苯乙烯(\=/^一)是生產(chǎn)各種塑料的重要單體,可通過乙苯催化脫氫制得:

C^CHCHKg)催化劑

CH=CH(g)+11(g)△“=+123.5kJ.mo「。工業(yè)上,通常在乙苯(EB)蒸氣中

摻混N2(原料氣中乙苯和N2的物質的量之比為1:10,N2不參與反應),控制反應溫度為

600℃,并保持體系總壓為0.1MPa不變的條件下進行反應。在不同反應溫度下,乙苯的平

衡轉化率和某催化劑作用下苯乙烯的選擇性(指除了H2以外的產(chǎn)物中苯乙烯的物質的量分數(shù))

示意圖如下。

10()

80

60

40

20

0-400500600700

溫度代

(1)A、B兩點對應的正反應速率較大的是o

(2)摻入N2能提高乙苯的平衡轉化率,解釋說明該事實:。

⑶用平衡分壓代替平衡濃度計算600℃時的平衡常數(shù)&=(保留兩位有效數(shù)字,分

壓=總壓X物質的量分數(shù))。

(4)控制反應溫度為600℃的理由是。

答案(1)B(2)正反應方向氣體分子數(shù)增加,加入氮氣稀釋,相當于減壓(3)0.019MPa

(4)600℃時,乙苯的轉化率和苯乙烯的選擇性均較高;溫度過低,反應速率慢,乙苯的轉化

率低;溫度過高,苯乙烯的選擇性下降;高溫還可能使催化劑失活,且能耗大

解析(1)由圖可知,A、B兩點對應的溫度和壓強都相同,A點是乙苯和氮氣的混合氣體,B

點是純乙苯,則B點乙苯濃度大于A點,濃度越大反應速率越大,則正反應速率B點大于A

點。(3)由圖可知,反應溫度為600℃,并保持體系總壓為0.1MPa時,乙苯轉化率為40%,

設乙苯起始物質的量為1mol,則可建立三段式:

(\-CKCH,(g)催化劑XX-CII=CH,(g)+H,(g)

起始/mol100

變化/mol0.40.40.4

平衡/mol0.60.40.4

平衡時總物質的量為1.4mol,乙苯的平衡分壓為魯XO.lMPa,苯乙烯和氫氣的平衡分壓為

04

04(nx01)2

■rrXO-lMPa,則600℃時的平衡常數(shù)勺=-^-----MPa?=0.019MPa。

-L4X01

4.I.鉀是一種活潑金屬,工業(yè)上通常用金屬鈉和氯化鉀在高溫下反應制取。該反應:Na(l)

+KC1(1)NaCl(l)+K(g)AW>0?

該反應的平衡常數(shù)可表示:K=c(K),各物質的沸點與壓強的關系見下表:

壓強/kPa13.3353.32101.3

K的沸點/℃590710770

Na的沸點/℃700830890

NaCl的沸點/℃1437

KCI的沸點/℃1465

(1)在常壓下金屬鉀轉變?yōu)闅鈶B(tài)從反應混合物中分離的最低溫度約為,而反應的最高

溫度應低于O

(2)制取鉀的過程中,為了提高原料的轉化率可以采取的措施是。

(3)常壓下,當反應溫度升高到900C時,該反應的平衡常數(shù)可表示為。

II.(4)CO可用于合成甲醇,反應的化學方程式為C0(g)+2HKg)CH30H(g)。CO在不同

溫度下的平衡轉化率與壓強的關系如下圖所示。該反應(填“>”或)0。

實際生產(chǎn)條件控制在250°C、1.3X104kPa左右,選擇此壓強的理由是。

p!x10*kPa

答案(1)770℃890℃(2)降低壓強或移去鉀蒸氣或適當升高溫度(3瘴=法六

(4)<在1.3X104kPa下,CO的轉化率已較高,再增大壓強,CO的轉化率提高不大,同時

生產(chǎn)成本增加

5.(2022?江西撫州市高三模擬)丙烯是三大合成材料的基本原料之一,其用量最大的是生產(chǎn)聚

丙烯。另外,丙烯可制備1,2-二氯丙烷、丙烯醛等?;卮鹣铝袉栴}:

I.工業(yè)上用丙烯加成法制備1,2-二氯丙烷,主要副產(chǎn)物為3-氯丙烯,反應原理為

①CH2=CHCH3(g)+Cl2(g)CH2ClCHClCH3(g)AM=—134kJ?mo「

1

@CH2=CHCH3(g)+Cl2(g)CH2=CHCH2Cl(g)+HCl(g)AW2=-102kJ-moF

⑴一定溫度下,向恒容密閉容器中充入等物質的量的CH2=CHCHKg)和Cb(g),在催化劑作

用下發(fā)生反應①②,容器內(nèi)氣體的壓強隨時間的變化如下表所示。

時間/min060120180240300360

壓強/kPa8074.269.465.261.657.657.6

用單位時間內(nèi)氣體分壓的變化來表示反應速率,即。=笑,則反應①前180min內(nèi)平均反應

速率o(CH2cleHC1CH3)=kPa-minr(保留小數(shù)點后2位)。

II.丙烯的制備方法

方法一:丙烷無氧脫氫法制備丙烯反應:C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)A,=+124kJ-mo「

⑵①某溫度下,在剛性容器中充入C3H8,起始壓強為10kPa,平衡時總壓強為14kPa,C3H8

的平衡轉化率為<,該反應的平衡常數(shù)Kp=kPa(保留小數(shù)點后2位)。

②總壓分別為100kPa和10kPa時發(fā)生該反應,平衡體系中C3H8和C3H6的物質的量分數(shù)隨

溫度變化關系如圖1所示。

10kPa時C3H8和C3H6的物質的量分數(shù)隨溫度變化關系的曲線分別是、

_________________________________________________________________________________O

③高溫下,丙烷生成丙烯的反應在初期階段的速率方程為r=AXc(C3H8),其中左為反應速率

常數(shù)。對于處于初期階段的該反應,下列說法正確的是(填字母)。

A.增加丙烷濃度,/?增大

B.增加H?濃度,,?增大

C.丙烯的生成速率逐漸增大

D.降低反應溫度,上減小

方法二:丙烷氧化脫氫法制備丙烯還生成CO、CO2等副產(chǎn)物,制備丙烯的反應:c3H8(g)+

1

1o2(g)C3H6(g)+H2O(g)△"=-118kJ-mol,在催化劑的作用下C3H8的轉化率和C3H6

的產(chǎn)率隨溫度變化關系如圖2所示。

%

/35?的轉化率(歲)

<C3HH57

£3()一C3H,,的產(chǎn)率/

25

簡20

艷15(575J7)

(550,13^/

105

(535身/^

^>^^(55(),8)

嗝5,4)

540550560570

溫度化

圖2

(3)圖中C3H8的轉化率隨溫度升高而上升的原因是,觀察圖2,回

答能提高C3H6選擇性的措施是。(C3H6的選擇性=及虢鬻瑞盍基X100%)

答案(1)0.08(2)①40%2.67②ZY③AD(3)溫度升高,反應速率增大(或溫度升高,

催化劑的活性增大)選擇相對較低的溫度(或選擇更合適的催化劑)

解析⑴由于CH2=CHCH3(g)+Cl2(g)CH2cleHCICJNg)反應使容器內(nèi)氣體壓強減小;

設180mi

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