工業(yè)生產(chǎn)中優(yōu)化選擇(含解析)

2020屆高考化學(xué)第二輪專(zhuān)題復(fù)習(xí)課時(shí)提升訓(xùn)練工業(yè)生產(chǎn)中優(yōu)化選擇1、碳及其化合物與人類(lèi)生產(chǎn)、生活密切相關(guān)。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：(1)在化工生產(chǎn)過(guò)程中，少量CO的存在會(huì)引起催化劑中毒。為了防止催化劑中毒，常用SO2將CO氧化，SO2被還原為S。已知：①C(s)＋eq\f(1,2)O2(g)=CO(g)ΔH1＝－126.4kJ·mol－1②C(s)＋O2(g)=CO2(g)ΔH2＝－393.5kJ·mol－1③S(s)＋O2(g)=SO2(g)ΔH3＝－296.8kJ·mol－1則SO2氧化CO的熱化學(xué)方程式為_(kāi)______________________。(2)CO可用于合成甲醇，反應(yīng)方程式為CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)。①CO在不同溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率與壓強(qiáng)的關(guān)系如圖1所示，該反應(yīng)的ΔH________(填“＞”或“＜”)0。圖2表示CO的平衡轉(zhuǎn)化率與起始投料比[eq\f(nH2,nCO)]、溫度的變化關(guān)系，測(cè)得B(x1,60)點(diǎn)氫氣的轉(zhuǎn)化率為40%，則x1＝__________。②一定條件下，將2molCO和2molH2置于容積為2L固定的密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)CO與H2體積之比為2∶1，則平衡常數(shù)K＝________。答案：(1)SO2(g)＋2CO(g)=S(s)＋2CO2(g)ΔH＝－237.4kJ·mol－1(2)①＜3②4.5解析(1)由蓋斯定律可知，2×②－2×①－③即可得所求熱化學(xué)方程式。(2)①由于溫度越高CO的平衡轉(zhuǎn)化率越低，則可推出溫度升高平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，則正反應(yīng)放熱，即ΔH＜0。令CO起始物質(zhì)的量為1mol，H2的起始物質(zhì)的量為x1mol，當(dāng)CO變化0.6mol時(shí)，H2變化1.2mol，則有eq\f(1.2,x1)×100%＝40%，解得x1＝3。②列出三段式，先根據(jù)兩種氣體體積比為2∶1，可列式求出平衡濃度c(CH3OH)＝eq\f(1,3)mol·L－1，c(CO)＝eq\f(2,3)mol·L－1，c(H2)＝eq\f(1,3)mol·L－1，然后列式計(jì)算K＝eq\f(cCH3OH,cCO·c2H2)＝4.5。2、甲醇是一種重要的試劑，氫氣和二氧化碳在一定條件下可合成甲醇：3H2(g)＋CO2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)，在某密閉容器中充入3mol氫氣和1mol二氧化碳，測(cè)得混合氣體中甲醇的體積分?jǐn)?shù)與溫度的關(guān)系如圖A所示：試回答下列問(wèn)題：(1)該反應(yīng)是________(填“放熱”或“吸熱”)反應(yīng)。該反應(yīng)平衡常數(shù)的表達(dá)式為_(kāi)_________，為了降低合成甲醇的成本可以采用的措施是___________(任意寫(xiě)出一條合理的建議)。(2)解釋O～T0內(nèi)，甲醇的體積分?jǐn)?shù)變化趨勢(shì)：__________________。(3)氫氣在Q點(diǎn)的轉(zhuǎn)化率________(填“大于”“小于”或“等于”，下同)氫氣在W點(diǎn)的轉(zhuǎn)化率；其他條件相同，甲醇在Q點(diǎn)的正反應(yīng)速率________甲醇在M點(diǎn)的正反應(yīng)速率。(4)圖B表示氫氣轉(zhuǎn)化率α(H2)與投料比eq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(VH2,VCO2)))的關(guān)系，請(qǐng)?jiān)趫DB中畫(huà)出兩條變化曲線(xiàn)并標(biāo)出曲線(xiàn)對(duì)應(yīng)的條件，兩條曲線(xiàn)對(duì)應(yīng)的條件分別為：一條曲線(xiàn)對(duì)應(yīng)的壓強(qiáng)是1.01×105Pa；另一條曲線(xiàn)對(duì)應(yīng)的壓強(qiáng)是3.03×105Pa。(其他條件相同)答案：(1)放熱K＝eq\f(cCH3OH·cH2O,c3H2·cCO2)增加CO2的充入量(合理即可)(2)溫度低于T0時(shí)，反應(yīng)未達(dá)到平衡，反應(yīng)正向進(jìn)行，使甲醇的體積分?jǐn)?shù)逐漸增大(3)小于小于(4)如圖所示解析(1)W點(diǎn)表示在T0時(shí)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，達(dá)到平衡之后，升高溫度，甲醇的體積分?jǐn)?shù)減小，說(shuō)明平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，則正反應(yīng)是放熱反應(yīng)。該反應(yīng)平衡常數(shù)的表達(dá)式K＝eq\f(cCH3OH·cH2O,c3H2·cCO2)，為了降低合成甲醇的成本可以采用的措施是：增加CO2的充入量。(3)Q點(diǎn)時(shí)反應(yīng)未達(dá)到平衡狀態(tài)，反應(yīng)正向進(jìn)行，甲醇的體積分?jǐn)?shù)增大，氫氣的轉(zhuǎn)化率增大，所以Q點(diǎn)氫氣的轉(zhuǎn)化率小于W點(diǎn)的。Q點(diǎn)和M點(diǎn)對(duì)應(yīng)體系中各物質(zhì)的濃度相同，M點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溫度較高，反應(yīng)速率較大。(4)其他條件不變，隨著氫氣與二氧化碳體積比增大，氫氣的轉(zhuǎn)化率減小；該反應(yīng)的正反應(yīng)是氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，氫氣轉(zhuǎn)化率增大。3、CO是合成尿素、甲酸的原料。(1)在100kPa和TK下，由穩(wěn)定單質(zhì)生成1mol化合物的焓變稱(chēng)為該物質(zhì)在TK時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓，用符號(hào)ΔHθ表示。已知石墨和一氧化碳的燃燒熱分別為393.5kJ·mol－1和283.0kJ·mol－1，則CO(g)的ΔHθ＝________________________________。(2)合成尿素的反應(yīng)：2NH3(g)＋CO(g)CO(NH2)2(g)＋H2(g)ΔH＝－81.0kJ·mol－1；T℃時(shí)，在體積為2L的恒容密閉容器中，將2mol的NH3和1molCO混合反應(yīng)，5min時(shí)，NH3的轉(zhuǎn)化率為80%。則0～5min平均反應(yīng)速率為v(CO)＝___________________________。已知：溫度/K398498…平衡常數(shù)(K)126.5K1…則：K1________(填“＞”或“＜”)126.5；其判斷理由是____。若保持恒溫恒容條件，將物質(zhì)的量之和為3mol的NH3和CO以不同的氨碳比進(jìn)行反應(yīng)，結(jié)果如圖所示：①若圖中c表示平衡體系中尿素的體積分?jǐn)?shù)，則a表示________的轉(zhuǎn)化率。②當(dāng)eq\f(nNH3,nCO)＝________時(shí)，尿素含量最大；此時(shí)，對(duì)于該反應(yīng)既能增大反應(yīng)速率又能使平衡正向移動(dòng)的措施是__________________(寫(xiě)一種)。答案：(1)－110.5kJ·mol－1(2)0.08mol·L－1·min－1＜合成尿素的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡逆向移動(dòng)，K減?、貱O②2按物質(zhì)的量之比為2∶1加入NH3和CO4、工業(yè)制硫酸生產(chǎn)流程如下圖：(1)我國(guó)硫鐵礦資源比較豐富，但很多工廠(chǎng)仍以硫磺為原料生產(chǎn)硫酸，理由是_____________________________________。(2)在催化反應(yīng)中，下列措施中有利于提高SO2平衡轉(zhuǎn)化率的有________(填字母代號(hào))。A．升高溫度B．減小壓強(qiáng)C．不斷補(bǔ)充空氣D．及時(shí)分離出SO3(3)在生產(chǎn)中為提高催化劑催化效率采取了哪些措施？________________________________________________________________________。(至少答出兩點(diǎn)措施)(4)已知2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)ΔH＝－196kJ·mol－1。在450℃、常壓和釩催化條件下向一密閉容器中充入2molSO2和1molO2，充分反應(yīng)后，放出的熱量__________(填“<”、“>”或“＝”)196kJ，理由是_____________________________。(5)經(jīng)檢測(cè)生產(chǎn)硫酸的原料氣成分(體積分?jǐn)?shù))為SO27%、O211%、N282%。在500℃，0.1MPa條件下達(dá)到平衡時(shí)，各種氣體的體積比為V(SO2)∶V(SO3)∶V(O2)∶V(N2)＝0.46∶6.54∶7.73∶82，則SO2的利用率為_(kāi)_________。答案：(1)硫鐵礦為原料的生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢棄物太多，處理成本高(2)CD(3)①凈化氣體；②控制溫度在400～500℃；③增大催化劑與反應(yīng)氣體的接觸面積(答兩點(diǎn)即可)(4)<在1atm和298K條件下，2molSO2和1molO2完全反應(yīng)生成2molSO3，放出196kJ熱量，該反應(yīng)為可逆反應(yīng)，不可能進(jìn)行完全，又因?yàn)榉磻?yīng)溫度為450℃，所以放出的熱量小于196kJ(5)93.4%5、氨催化氧化時(shí)會(huì)發(fā)生兩個(gè)競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)：反應(yīng)Ⅰ：4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)ΔH＝－905.0kJ·mol－1反應(yīng)Ⅱ：4NH3(g)＋3O2(g)2N2(g)＋6H2O(g)ΔH＝－1266.6kJ·mol－1為分析某催化劑對(duì)該反應(yīng)的選擇性，在1L密閉容器中充入1molNH3和2molO2，測(cè)得有關(guān)物質(zhì)的量關(guān)系如下圖：①該催化劑在低溫時(shí)選擇反應(yīng)______(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。②520℃時(shí)，4NH3＋3O22N2＋6H2O平衡常數(shù)K＝________________________________(不要求得出計(jì)算結(jié)果，只需列出數(shù)字計(jì)算式)。③C點(diǎn)比B點(diǎn)所產(chǎn)生的NO的物質(zhì)的量少的主要原因是__________________________________________。(2)汽車(chē)使用乙醇汽油并不能減少NOx的排放，這使NOx的有效消除成為環(huán)保領(lǐng)域的重要課題。某研究性小組在實(shí)驗(yàn)室以Ag-ZSM-5為催化劑，測(cè)得NO轉(zhuǎn)化為N2的轉(zhuǎn)化率隨溫度變化情況如圖所示。若不使用CO，溫度超過(guò)775K，發(fā)現(xiàn)NO的分解率降低，其可能的原因?yàn)開(kāi)__________________________________，在n(NO)/n(CO)＝1的條件下，為更好地除去NOx物質(zhì)，應(yīng)控制在最佳溫度在________K左右。答案：(1)①Ⅱ②eq\f(0.22×0.96,0.44×1.453)③該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡向左(逆反應(yīng)方向)移動(dòng)(2)NO分解反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度不利于反應(yīng)正向進(jìn)行8706、德國(guó)化學(xué)家哈伯從1902年開(kāi)始研究由氮?dú)夂蜌錃庵苯雍铣砂?，反?yīng)原理為N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝－92.4kJ·mol－1。(1)在恒溫恒容條件下，向反應(yīng)平衡體系中充入氮?dú)?，達(dá)到新平衡時(shí)，c(H2)將________(填“增大”“減小”“不變”或“無(wú)法判斷”，下同)，c(N2)·c3(H2)將________。(2)工業(yè)上可用CH4與水蒸氣制氫氣：CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)。在200℃時(shí)2L的密閉容器中，將1molCH4和1molH2O(g)混合，達(dá)到平衡時(shí)CH4的轉(zhuǎn)化率為80%。則200℃時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝__________________________________________(保留一位小數(shù))。(3)如圖為合成氨反應(yīng)在不同溫度和壓強(qiáng)、使用相同催化劑條件下，初始時(shí)氮?dú)狻錃獾捏w積比為1∶3時(shí)，平衡混合物中氨的體積分?jǐn)?shù)。若分別用vA(NH3)和vB(NH3)表示從反應(yīng)開(kāi)始至達(dá)平衡狀態(tài)A、B時(shí)的化學(xué)反應(yīng)速率，則vA(NH3)________(填“>”“<”或“＝”)vB(NH3)。答案：(1)減小增大(2)69.1(3)<解析(1)恒溫恒容條件下，向反應(yīng)平衡體系中充入氮?dú)?，平衡將向正反?yīng)方向移動(dòng)，故達(dá)到新平衡時(shí)，c(H2)減小。溫度不變，平衡常數(shù)K＝eq\f(c2NH3,cN2·c3H2)不變，達(dá)到新平衡后，c(NH3)增大，K不變，故c(N2)·c3(H2)也會(huì)增大。(2)根據(jù)三段式法進(jìn)行計(jì)算：CH4(g)＋H2O