2023年高考化學(xué)復(fù)習(xí) 大一輪復(fù)習(xí)講義 專項(xiàng)特訓(xùn)4　化學(xué)反應(yīng)速率、平衡綜合題

專項(xiàng)特訓(xùn)4化學(xué)反應(yīng)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(yīng)可表示如下：

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

1

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

請(qǐng)回答下列問(wèn)題：

(1)寫出CCh和N%為原料生成尿素和氣態(tài)水的熱化學(xué)方程式:,

反應(yīng)II自發(fā)進(jìn)行的條件是。

(2)CO2和N%為原料合成尿素的反應(yīng)中影響CCh轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化率變化的趨勢(shì)曲縹

CO2轉(zhuǎn)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(shuō)法不正確的是..(填字母)。

A.溫度升高該反應(yīng)平衡常數(shù)逐漸減小，移走部分尿素平衡向正方向移動(dòng)

B.當(dāng)溫度低于190℃,隨溫度升高CO2轉(zhuǎn)化率逐漸增大，其原因可能是溫度升高平衡向正

方向移動(dòng)

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

副反應(yīng)

D.其他條件相同時(shí)，為提高CCh的轉(zhuǎn)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(yīng)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(shí)達(dá)到平衡，其c(CCh)隨時(shí)間r變化趨勢(shì)曲線如圖2所示。則

其逆反應(yīng)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(yīng)1+反應(yīng)U,得到2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g)

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

即該反應(yīng)為高溫自發(fā)。

⑵合成尿素的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡逆向移動(dòng)，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(dòng)，故A錯(cuò)誤；溫度越高，發(fā)生副反應(yīng)的可能性越高，會(huì)導(dǎo)致二氧化

碳轉(zhuǎn)化率減小，故C正確；根據(jù)圖像，水碳比越高，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率越低，故D錯(cuò)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(dá)到平衡時(shí)，

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

2.丙烯是重要的有機(jī)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(guò)程中會(huì)有生成乙烯的副反應(yīng)發(fā)生。反應(yīng)如下：

主反應(yīng)：3c4H84c3H6；

副反應(yīng)：C4H82c2H4。

測(cè)得上述兩反應(yīng)的平衡體系中，各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)儂％)隨溫度(為和壓強(qiáng)(P)變化的趨勢(shì)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(zhì)量比產(chǎn)隼黑1是工業(yè)生產(chǎn)丙烯時(shí)選擇反應(yīng)條件的重要指標(biāo)

機(jī)(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(shì)來(lái)看，下列反應(yīng)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(jié)合圖1數(shù)據(jù)并綜合考慮各種因素，認(rèn)為450℃的反應(yīng)溫度比300℃或7009更

合適，從反應(yīng)原理角度分析其理由可能是。

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

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

的轉(zhuǎn)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(qiáng)增大，生成

乙烯的副反應(yīng)平衡逆向移動(dòng)，丁烯濃度增大，導(dǎo)致主反應(yīng)的平衡正向移動(dòng)，丙烯含量增大

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

強(qiáng)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(guò)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(zhì)的量之比為1：10,N2不參與反應(yīng))，控制反應(yīng)溫度為

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

衡轉(zhuǎn)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(zhì)的量分?jǐn)?shù))

示意圖如下。

10()

80

60

40

20

0-400500600700

溫度代

(1)A、B兩點(diǎn)對(duì)應(yīng)的正反應(yīng)速率較大的是o

(2)摻入N2能提高乙苯的平衡轉(zhuǎn)化率，解釋說(shuō)明該事實(shí)：。

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

壓=總壓X物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。

(4)控制反應(yīng)溫度為600℃的理由是。

答案(1)B(2)正反應(yīng)方向氣體分子數(shù)增加，加入氮?dú)庀♂?，相?dāng)于減壓(3)0.019MPa

(4)600℃時(shí)，乙苯的轉(zhuǎn)化率和苯乙烯的選擇性均較高；溫度過(guò)低，反應(yīng)速率慢，乙苯的轉(zhuǎn)化

率低；溫度過(guò)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(diǎn)對(duì)應(yīng)的溫度和壓強(qiáng)都相同，A點(diǎn)是乙苯和氮?dú)獾幕旌蠚怏w，B

點(diǎn)是純乙苯，則B點(diǎn)乙苯濃度大于A點(diǎn)，濃度越大反應(yīng)速率越大，則正反應(yīng)速率B點(diǎn)大于A

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

設(shè)乙苯起始物質(zhì)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(shí)總物質(zhì)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(shí)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(yīng)制取。該反應(yīng)：Na(l)

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

該反應(yīng)的平衡常數(shù)可表示：K=c(K),各物質(zhì)的沸點(diǎn)與壓強(qiáng)的關(guān)系見(jiàn)下表：

壓強(qiáng)/kPa13.3353.32101.3

K的沸點(diǎn)/℃590710770

Na的沸點(diǎn)/℃700830890

NaCl的沸點(diǎn)/℃1437

KCI的沸點(diǎn)/℃1465

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

溫度應(yīng)低于O

(2)制取鉀的過(guò)程中，為了提高原料的轉(zhuǎn)化率可以采取的措施是。

(3)常壓下，當(dāng)反應(yīng)溫度升高到900C時(shí)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)可表示為。

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

溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率與壓強(qiáng)的關(guān)系如下圖所示。該反應(yīng)(填“>”或)0。

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

p!x10*kPa

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

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

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。回答下列問(wèn)題：

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(yīng)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(zhì)的量的CH2=CHCHKg)和Cb(g)，在催化劑作

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

時(shí)間/min060120180240300360

壓強(qiáng)/kPa8074.269.465.261.657.657.6

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

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

II.丙烯的制備方法

方法一：丙烷無(wú)氧脫氫法制備丙烯反應(yīng)：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?jí)簭?qiáng)為10kPa,平衡時(shí)總壓強(qiáng)為14kPa,C3H8

的平衡轉(zhuǎn)化率為＜，該反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp=kPa(保留小數(shù)點(diǎn)后2位)。

②總壓分別為100kPa和10kPa時(shí)發(fā)生該反應(yīng)，平衡體系中C3H8和C3H6的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)隨

溫度變化關(guān)系如圖1所示。

10kPa時(shí)C3H8和C3H6的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)隨溫度變化關(guān)系的曲線分別是、

_________________________________________________________________________________O

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

常數(shù)。對(duì)于處于初期階段的該反應(yīng)，下列說(shuō)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(yīng)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(yīng)：c3H8(g)+

1

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

的產(chǎn)率隨溫度變化關(guān)系如圖2所示。

%

/35?的轉(zhuǎn)化率（歲）

<C3HH57

￡3()一C3H,,的產(chǎn)率/

25

簡(jiǎn)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(zhuǎn)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(yīng)速率增大（或溫度升高,

催化劑的活性增大）選擇相對(duì)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(yīng)使容器內(nèi)氣體壓強(qiáng)減?。?/p>

設(shè)180mi