2023屆高考化學(xué)魯科版一輪復(fù)習(xí)熱點(diǎn)強(qiáng)化練13　多平衡體系的綜合分析

熱點(diǎn)強(qiáng)化練13多平衡體系的綜合分析1.CH4與CO2重整生成H2和CO的過程中主要發(fā)生下列反應(yīng):CH4(g)+CO2(g)2H2(g)+2CO(g)ΔH=+247.1kJ·mol-1H2(g)+CO2(g)H2O(g)+CO(g)ΔH=+41.2kJ·mol-1在恒壓、反應(yīng)物起始物質(zhì)的量之比n(CH4)∶n(CO2)=1∶1條件下,CH4和CO2的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度變化的曲線如圖所示。下列有關(guān)說法正確的是(D)A.升高溫度、增大壓強(qiáng)均有利于提高CH4的平衡轉(zhuǎn)化率B.曲線A表示CH4的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化C.相同條件下,改用高效催化劑能使曲線A和曲線B重疊D.恒壓、800K、n(CH4)∶n(CO2)=1∶1條件下,反應(yīng)至CH4的轉(zhuǎn)化率達(dá)到X點(diǎn)的值,改變除溫度外的特定條件繼續(xù)反應(yīng),CH4的轉(zhuǎn)化率能達(dá)到Y(jié)點(diǎn)的值解析:甲烷和二氧化碳反應(yīng)是吸熱反應(yīng),升高溫度,平衡向吸熱反應(yīng)方向即正向移動(dòng),甲烷的平衡轉(zhuǎn)化率增大,甲烷和二氧化碳反應(yīng)是體積增大的反應(yīng),增大壓強(qiáng),平衡逆向移動(dòng),甲烷的平衡轉(zhuǎn)化率減小,故A錯(cuò)誤;根據(jù)兩個(gè)反應(yīng)得到總反應(yīng)為CH4(g)+2CO2(g)H2(g)+3CO(g)+H2O(g),加入的CH4與CO2的物質(zhì)的量相等,CO2的消耗量大于CH4的,因此CO2的轉(zhuǎn)化率大于CH4的,因此曲線B表示CH4的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化,故B錯(cuò)誤;使用高效催化劑,只能提高反應(yīng)速率,但不能改變平衡轉(zhuǎn)化率,故C錯(cuò)誤;800K時(shí)甲烷的轉(zhuǎn)化率為X點(diǎn)的值,可以通過改變二氧化碳的量來提高甲烷的轉(zhuǎn)化率,使其達(dá)到Y(jié)點(diǎn)的值,故D正確。2.(2021·湖北武漢期中)工業(yè)上利用NH3和CO2制取尿素[CO(NH2)2],有關(guān)反應(yīng)的熱化學(xué)方程式如下:反應(yīng)Ⅰ:2NH3(l)+CO2(g)H2NCOONH4(l)ΔH=akJ·mol-1反應(yīng)Ⅱ:H2NCOONH4(l)H2O(l)+CO(NH2)2(l)ΔH=bkJ·mol-1下列有關(guān)說法正確的是(C)A.反應(yīng)2NH3(l)+CO2(g)H2O(l)+CO(NH2)2(l)的ΔH=(a-b)kJ·mol-1B.反應(yīng)Ⅰ在一定溫度下能自發(fā)進(jìn)行,則a>0C.采用高壓,既能加快反應(yīng)的速率又能提高原料的平衡轉(zhuǎn)化率D.生產(chǎn)過程中及時(shí)將水分離出去,可以加快反應(yīng)Ⅱ的正反應(yīng)速率解析:根據(jù)蓋斯定律,反應(yīng)Ⅰ+反應(yīng)Ⅱ得2NH3(l)+CO2(g)H2O(l)+CO(NH2)2(l)ΔH=(a+b)kJ·mol-1,故A錯(cuò)誤;反應(yīng)Ⅰ是熵減的反應(yīng),ΔS<0,反應(yīng)Ⅰ在一定溫度下能自發(fā)進(jìn)行,說明ΔG=ΔH-TΔS<0,則a<0,故B錯(cuò)誤;2NH3(l)+CO2(g)H2NCOONH4(l)是氣體體積減小的反應(yīng),增大壓強(qiáng),化學(xué)反應(yīng)速率加快,平衡正向移動(dòng),原料的平衡轉(zhuǎn)化率增大,故C正確;反應(yīng)Ⅱ中水是液態(tài),其濃度視為定值,生產(chǎn)過程中及時(shí)將水分離出去,對反應(yīng)速率無影響,故D錯(cuò)誤。3.(2019·天津卷,25節(jié)選)在1L真空密閉容器中加入amolPH4I固體,t℃時(shí)發(fā)生如下反應(yīng):PH4I(s)PH3(g)+HI(g)①4PH3(g)P4(g)+6H2(g)②2HI(g)H2(g)+I2(g)③達(dá)平衡時(shí),體系中n(HI)=bmol,n(I2)=cmol,n(H2)=dmol,則t℃時(shí)反應(yīng)①的平衡常數(shù)K值為(用字母表示)。

解析:反應(yīng)①生成的n(HI)=體系中n(HI)+2×體系中n(I2)=(b+2c)mol,反應(yīng)②中生成的n(H2)=體系中n(H2)-反應(yīng)③中生成的n(H2)=(d-c)mol,體系中n(PH3)=反應(yīng)①生成的n(PH3)-反應(yīng)②中轉(zhuǎn)化的n(PH3)=[b+2c-23(d-c)]mol=(b+8c-2d3)mol,反應(yīng)①的平衡常數(shù)K=c(PH3)·答案:(b+8c-4.(2022·河南鄭州單元測試)研究和深度開發(fā)CO、CO2的應(yīng)用對構(gòu)建生態(tài)文明社會具有重要的意義?；卮鹣铝袉栴}:Ⅰ.CO可用于高爐煉鐵,已知:Fe3O4(s)+4CO(g)3Fe(s)+4CO2(g)ΔH1=akJ/mol3Fe2O3(s)+CO(g)2Fe3O4(s)+CO2(g)ΔH2=bkJ/mol則反應(yīng)Fe2O3(s)+3CO(g)2Fe(s)+3CO2(g)的ΔH3=kJ/mol(用含a、b的代數(shù)式表示)。

Ⅱ.一定條件下,CO2和CO可以互相轉(zhuǎn)化(1)某溫度下,在容積為2L的密閉容器中,按甲、乙兩種方式投入反應(yīng)物發(fā)生反應(yīng):CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)。容器反應(yīng)物甲8molCO2(g)、16molH2(g)乙wmolCO2(g)、xmolH2(g)、ymolCO(g)、zmolH2O(g)甲容器15min后達(dá)到平衡,此時(shí)CO2的轉(zhuǎn)化率為75%。則0～15min內(nèi)平均反應(yīng)速率v(H2)=,此條件下該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=。欲使平衡后乙與甲中相同組分氣體的體積分?jǐn)?shù)相等,則w、x、y、z需滿足的關(guān)系是,且(均用含y的等式表示)。

(2)研究表明,溫度、壓強(qiáng)對反應(yīng)“C6H5CH2CH3(g)+CO2(g)C6H5CHCH2(g)+CO(g)+H2O(g)ΔH”中乙苯的平衡轉(zhuǎn)化率影響如圖所示:則ΔH(填“>”“<”或“=”)0,壓強(qiáng)p1、p2、p3從大到小的順序是。

(3)CO可被NO2氧化:CO+NO2CO2+NO。當(dāng)溫度高于225℃時(shí),反應(yīng)速率v正=k正·c(CO)·c(NO2)、v逆=k逆·c(CO2)·c(NO),k正、k逆分別為正、逆反應(yīng)速率常數(shù)。在上述溫度范圍內(nèi),k正、k逆與該反應(yīng)的平衡常數(shù)K之間的關(guān)系為。

解析:Ⅰ.已知①Fe3O4(s)+4CO(g)3Fe(s)+4CO2(g)ΔH1=akJ/mol,②3Fe2O3(s)+CO(g)2Fe3O4(s)+CO2(g)ΔH2=bkJ/mol,根據(jù)蓋斯定律,②+①×23可得Fe2O3(s)+3CO(g)2Fe(s)+3CO2(g)ΔH3=(ΔH2+2ΔH1)×13Ⅱ.(1)甲容器15min后達(dá)到平衡,此時(shí)CO2的轉(zhuǎn)化率為75%,轉(zhuǎn)化的二氧化碳為8mol×75%=6mol,CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)初始/mol 8 16 0 0轉(zhuǎn)化/mol 6 6 6 6平衡/mol 2 10 6 60～15min內(nèi)平均反應(yīng)速率v(H2)=6mol2L15min=0.2mol/(L·min);該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=c(CO)·c((2)根據(jù)圖像可知,溫度越高,乙苯的平衡轉(zhuǎn)化率越大,表明ΔH>0;該反應(yīng)的Δn氣>0,則壓強(qiáng)越大,乙苯的平衡轉(zhuǎn)化率越小,故p1>p2>p3。(3)達(dá)平衡時(shí)v正=v逆,即k正·c(CO)·c(NO2)=k逆·c(CO2)·c(NO),故k正k逆答案:Ⅰ.13Ⅱ.(1)0.2mol/(L·min)1.8x=2w+yz=y(2)>p1>p2>p3(3)K=k5.H2S廣泛存在于天然氣等燃?xì)饧皬U水中,熱分解或氧化H2S有利于環(huán)境保護(hù)并回收硫資源。(1)Binoist等進(jìn)行了H2S熱分解實(shí)驗(yàn):2H2S(g)2H2(g)+S2(g),開始時(shí),H2S與Ar的體積比為1∶19。在壓強(qiáng)為101kPa下測得在三種不同溫度下H2S的轉(zhuǎn)化率如圖1所示。H2S分解反應(yīng)的ΔH(填“>”或“<”)0,A、B、C、D四點(diǎn)中:v正最大的是(填字母,下同),v逆最大的是,容器中H2的分壓由大到小的關(guān)系是。

(2)當(dāng)1molH2S與19molAr混合,在101kPa及不同溫度下反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)H2、H2S及S2(g)的體積分?jǐn)?shù)如圖2所示。圖中b表示的物質(zhì)是,M點(diǎn)時(shí),反應(yīng)2H2S(g)2H2(g)+S2(g)的平衡常數(shù)Kp=kPa(Kp為以分壓表示的平衡常數(shù),保留兩位小數(shù))。

解析:(1)化學(xué)反應(yīng)中,溫度越高,化學(xué)反應(yīng)速率越快,從圖1可看出曲線Ⅲ的H2S的轉(zhuǎn)化速率最快,說明曲線Ⅲ溫度最高,而轉(zhuǎn)化率也是最高,說明反應(yīng)正向移動(dòng),故正反應(yīng)吸熱,ΔH>0;溫度越高,化學(xué)反應(yīng)速率越快,隨著反應(yīng)進(jìn)行,化學(xué)反應(yīng)速率降低,故A、B、C、D四點(diǎn)中,v正最大的是A,v逆最大的是B,由于A、C兩點(diǎn)H2S的轉(zhuǎn)化率相同,則容器中H2的分壓由大到小的關(guān)系是B>A=C>D。(2)當(dāng)1molH2S與19molAr混合,發(fā)生反應(yīng)2H2S(g)2H2(g)+S2(g),生成n(H2)∶n(S2)=2∶1,圖中b表示的物質(zhì)是S2,M點(diǎn)時(shí),n(H2S)=n(H2),反應(yīng)2H2S(g)2H2(g)+S2(g)的平衡常數(shù)Kp=p2(H2)·答案:(1)>ABB>A=C>D(2)S21.256.(2021·湖北宜昌月考)丙烯是一種重要的化工原料,可通過丁烯催化裂解或丁烯與甲醇耦合制備。Ⅰ.丁烯催化裂解生產(chǎn)丙烯的化學(xué)方程式是2C4H8(g)2C3H6(g)+C2H4(g)。(1)已知C4H8、C3H6、C2H4的燃燒熱分別為2710.0kJ·mol-1、2050.0kJ·mol-1、1410.0kJ·mol-1,則該反應(yīng)的ΔH=kJ·mol-1。下列操作既能提高C4H8的平衡轉(zhuǎn)化率,又能加快反應(yīng)速率的是(填字母,下同)。

A.升高溫度 B.增大壓強(qiáng)C.增大C4H8的濃度 D.使用更高效的催化劑(2)某溫度下,在體積為2L的剛性密閉容器中充入2.00molC4H8進(jìn)行上述反應(yīng),容器內(nèi)的總壓強(qiáng)p隨時(shí)間t的變化如下表所示:反應(yīng)時(shí)間t/min024681012總壓強(qiáng)p/kPa4.004.514.804.914.965.005.00則0～10min內(nèi)v(C4H8)=mol·L-1·min-1,該溫度下的平衡常數(shù)K=kPa(用氣體的分壓表示)。

Ⅱ.將甲醇轉(zhuǎn)化耦合到丁烯裂解過程中生產(chǎn)丙烯,主要涉及下列反應(yīng):①2C4H8(g)2C3H6(g)+C2H4(g)ΔH>0②2CH3OH(g)C2H4(g)+2H2O(g)ΔH<0③C2H4(g)+C4H8(g)2C3H6(g)ΔH<0已知:甲醇吸附在催化劑上,可以活化催化劑;甲醇濃度過大也會抑制丁烯在催化劑上的轉(zhuǎn)化。(3)圖1是C3H6及某些副產(chǎn)物的產(chǎn)率與n(CH3OH(4)圖2是某壓強(qiáng)下,將CH3OH和C4H8按一定的物質(zhì)的量之比投料,反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)C3H6的體積分?jǐn)?shù)隨溫度的變化曲線。由圖可知平衡時(shí)C3H6的體積分?jǐn)?shù)隨溫度的升高呈現(xiàn)先升高后降低,其原因可能是

。

(5)下列有關(guān)將甲醇轉(zhuǎn)化耦合到丁烯裂解過程中生產(chǎn)丙烯的說法正確的是。

A.增大甲醇的通入量一定可以促進(jìn)丁烯裂解B.甲醇轉(zhuǎn)化生成的水可以減少催化劑上的積碳,延長催化劑的壽命C.提高甲醇與丁烯的物質(zhì)的量的比值不能提高丙烯的平衡組成D.將甲醇轉(zhuǎn)化引入丁烯的裂解中,可以實(shí)現(xiàn)反應(yīng)熱效應(yīng)平衡,降低能耗解析:(1)由C4H8、C3H6、C2H4的燃燒熱可得熱化學(xué)方程式為①C4H8(g)+6O2(g)4CO2(g)+4H2O(l)ΔH=-2710.0kJ·mol-1②C3H6(g)+92O2(g)3CO2(g)+3H2O(l)ΔH=-2050.0kJ·mol-1③C2H4(g)+3O2(g)2CO2(g)+2H2O(l)ΔH=-1410.0kJ·mol-1由蓋斯定律①×2-2×②-③可得2C4H8(g)2C3H6(g)+C2H4(g)的反應(yīng)熱ΔH=(-2710.0kJ·mol-1)×2-(-2050.0kJ·mol-1)×2-(-1410.0kJ·mol-1)=+90.0kJ·mol-1,反應(yīng)正向是體積增大的吸熱反應(yīng),升高溫度,使平衡正向移動(dòng),既能提高C4H8的平衡轉(zhuǎn)化率,又能加快反應(yīng)速率,故選A;增大壓強(qiáng),能加快反應(yīng)速率,但不能提高C4H8的平衡轉(zhuǎn)化率,故不選B;增大C4H8的濃度,能加快反應(yīng)速率,但C4H8的平衡轉(zhuǎn)化率降低,故不選C;使用更高效的催化劑,能加快反應(yīng)速率,但不能改變反應(yīng)進(jìn)程,即不能提高C4H8的平衡轉(zhuǎn)化率,故不選D。(2)反應(yīng)的三段式為2C4H8(g)2C3H6(g)+C2H4(g)起始量/mol 2.00 0 0變化量/mol 2x 2x x平衡量/mol 2.00-2x 2x x根據(jù)體系壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比有2.00∶(2.00+x)=4.00∶5.00,解得x=0.50,0～10min內(nèi)v(C4H8)=0.50mol×22L10min=0.0500mol·L-1·min-1;平衡分壓p(C4H8)=p(C3H6)=0.4×5.00kPa=2.00kPa,p(C2H4)=0.2×5.00kPa=1.00kPa,所以K(3)由圖1可知,n(CH3OH)n(C4H8)=1.0時(shí),C3H6的產(chǎn)率最大,C2H4(4)反應(yīng)①正向?yàn)槲鼰岱磻?yīng),反應(yīng)②③正向?yàn)榉艧岱磻?yīng),所以300～500℃時(shí),主要發(fā)生吸熱的反應(yīng)①,升高溫度,平衡正移,使C3H6的體積分?jǐn)?shù)