2019年高考化學(xué) 專題2.2 化學(xué)反應(yīng)原理的綜合應(yīng)用題型搶分卷.doc

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題型02 化學(xué)反應(yīng)原理的綜合應(yīng)用 一、【命題分析】 1．試題一般以新信息為載體，圍繞某種元素的化合物展開，結(jié)合圖形、圖表信息，綜合考查 化學(xué)原理的知識，涉及化學(xué)反應(yīng)中的能量變化、化學(xué)反應(yīng)速率和平衡、溶液中的離子平衡、電化學(xué)、化學(xué)計(jì)算等。 2． 試題篇幅較長，文字較多，題干特征是圖像和表格交替出現(xiàn)，以圖像為主；題給信息一般 是較新穎的工業(yè)合成，信息量大，難度大；充分考查學(xué)生的接受信息能力、知識遷移運(yùn)用能力、解決實(shí)際問題的能力及計(jì)算能力。 3．題目設(shè)問一般為4～5個小題，7～9個填空，出題風(fēng)格相對穩(wěn)定。 二、【熱點(diǎn)透視】 （一）解題技法 1．審題“三讀” （1）泛讀：明確有幾個條件及求解的問題 （2）細(xì)讀：把握關(guān)鍵字、詞和數(shù)量關(guān)系等 （3）精讀要深入思考，挖掘隱含信息等 注意：“向細(xì)心要分、向整潔規(guī)范要分”。 2．審題要點(diǎn) (1)準(zhǔn)確分析題給信息，抓取有效信息。雖然題目在背景材料上呈現(xiàn)新(或陌生)內(nèi)容，但對內(nèi)在的要求或核心知識的考查不變，注意聯(lián)系生產(chǎn)實(shí)際中的各類反應(yīng)原理，融會貫通，就能解決所有問題。 (2)熟練掌握相關(guān)的思想、知識細(xì)節(jié)、生產(chǎn)原理、工藝設(shè)計(jì)原理，還有新時期對化學(xué)工業(yè)原理的新要求(如循環(huán)經(jīng)濟(jì)、原子經(jīng)濟(jì)、節(jié)能環(huán)保等方面的要求)，在工業(yè)中的運(yùn)用。 (3)總結(jié)思維的技巧和方法，答題時注意規(guī)范細(xì)致。該類題的問題設(shè)計(jì)一般沒有遞進(jìn)性，故答題時可跳躍式解答，千萬不能放棄。 （二）真題再現(xiàn) 【考例1】（2018新課標(biāo)Ⅰ卷，T28）采用N2O5為硝化劑是一種新型的綠色硝化技術(shù)，在含能材料、醫(yī)藥等工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用?；卮鹣铝袉栴}： （1）1840年 Devil用干燥的氯氣通過干燥的硝酸銀，得到N2O5，該反應(yīng)的氧化產(chǎn)物是一種氣 體，其分子式為___________。 （2）F. Daniels等曾利用測壓法在剛性反應(yīng)器中研究了25℃時N2O5（g）分解反應(yīng)： 其中NO2二聚為N2O4的反應(yīng)可以迅速達(dá)到平衡。體系的總壓強(qiáng)p隨時間t的變化如下表所示（t=∞時，N2O5（g）完全分解）： t/min 0 40 80 160 260 1300 1700 ∞ p/kPa 35.8 40.3 42.5 45.9 49.2 61.2 62.3 63.1 ①已知：2N2O5（g）===2N2O4（g）+O2（g） ΔH1=?4.4 kJmol?1 2NO2（g）N2O4（g） ΔH 2=?55.3 kJmol?1 則反應(yīng)N2O5（g）===2NO2（g）+O2（g）的ΔH =_______ kJmol?1。 ②研究表明，N2O5（g）分解的反應(yīng)速率v=210?3（kPamin?1）。t=62 min時，測得 體系中 =2.9 kPa，則此時的=________ kPa，v=_______ kPamin?1。 ③若提高反應(yīng)溫度至35℃，則N2O5（g）完全分解后體系壓強(qiáng)p∞（35℃）____63.1 kPa（填“大于”“等于”或“小于”），原因是________。 ④25℃時N2O4（g）2NO2（g）反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp=_______kPa（Kp為以分壓表示的平衡常數(shù)，計(jì)算結(jié)果保留1位小數(shù)）。 （3）對于反應(yīng)2N2O5（g）→4NO2（g）+O2（g），R.A.Ogg提出如下反應(yīng)歷程： 第一步 N2O5NO3+NO2 快速平衡 第二步 NO2+NO3→NO+NO2+O2 慢反應(yīng) 第三步 NO+NO3→2NO2 快反應(yīng) 其中可近似認(rèn)為第二步反應(yīng)不影響第一步的平衡。下列表述正確的是__________（填標(biāo)號）。 A．v（第一步的逆反應(yīng)）>v（第二步反應(yīng)） B．反應(yīng)的中間產(chǎn)物只有NO3 C．第二步中NO2與NO3的碰撞僅部分有效 D．第三步反應(yīng)活化能較高 【答案】（1）O2 （2）①53.1 ②30.0 6.010－2 ③大于 溫度提高，體積不變，總壓強(qiáng)提高；NO2二聚為放熱反應(yīng)，溫度提高，平衡左移，體系物質(zhì)的量增加，總壓強(qiáng)提高 ④13.4 （3）AC ④時間無限長時N2O5完全分解，故由2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)知，此時生成的pNO2＝2pN2O5＝235.8 kPa＝71.6 kPa，pO2＝0.535.8 kPa＝17.9 kPa。由題意知，平衡時體系的總壓強(qiáng)為63.1 kPa，則平衡體系中NO2、N2O4的壓強(qiáng)和為63.1 kPa－17.9 kPa＝45.2 kPa，設(shè)N2O4的壓強(qiáng)為x kPa，則 N2O4(g)2NO2(g) 初始壓強(qiáng)/kPa 0 71.6 轉(zhuǎn)化壓強(qiáng)/kPa x 2x 平衡壓強(qiáng)/kPa x 71.6－2x 則x＋(71.6－2x)＝45.2，解得x＝26.4,71.6 kPa－26.4 kPa2＝18.8 kPa，Kp＝＝≈13.4 kPa。 （3）第一步反應(yīng)快速平衡，說明正、逆反應(yīng)速率很大，極短時間內(nèi)即可達(dá)到平衡，A正確。第二步反應(yīng)慢，說明有效碰撞次數(shù)少，C正確。由題給三步反應(yīng)可知，反應(yīng)的中間產(chǎn)物有NO3和NO，B錯誤。反應(yīng)快，說明反應(yīng)的活化能較低，D錯誤。 【考例2】（2018新課標(biāo)Ⅱ卷，T27）CH4–CO2催化重整不僅可以得到合成氣（CO和H2），還對 溫室氣體的減排具有重要意義?；卮鹣铝袉栴}： （1）CH4–CO2催化重整反應(yīng)為：CH4(g)+ CO2(g)===2CO(g)+2H2(g)。 已知：C(s)+2H2(g)=== CH4 (g) ΔH=–75 kJmol?1 C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH=–394 kJmol?1 C(s)+(g)===CO(g) ΔH=–111 kJmol?1 該催化重整反應(yīng)的ΔH=______ kJmol?1，有利于提高CH4平衡轉(zhuǎn)化率的條件是____（填標(biāo)號）。 A．高溫低壓 B．低溫高壓 C．高溫高壓 D．低溫低壓 某溫度下，在體積為2 L的容器中加入2 mol CH4、1 mol CO2以及催化劑進(jìn)行重整反應(yīng)，達(dá)到平衡時CO2的轉(zhuǎn)化率是50%，其平衡常數(shù)為_______mol2L?2。 （2）反應(yīng)中催化劑活性會因積碳反應(yīng)而降低，同時存在的消碳反應(yīng)則使積碳量減少。相關(guān)數(shù)據(jù)如下表： 積碳反應(yīng) CH4(g)===C(s)+2H2(g) 消碳反應(yīng) CO2(g)+ C(s)===2CO(g) ΔH/(kJmol?1) 75 172 活化能/ (kJmol?1) 催化劑X 33 91 催化劑Y 43 72 ①由上表判斷，催化劑X____Y（填“優(yōu)于”或“劣于”），理由是_____________________________。在反應(yīng)進(jìn)料氣組成、壓強(qiáng)及反應(yīng)時間相同的情況下，某催化劑表面的積碳量隨溫度的變化關(guān)系如圖所示。升高溫度時，下列關(guān)于積碳反應(yīng)、消碳反應(yīng)的平衡常數(shù)（K）和速率（v）的敘述正確的是________（填標(biāo)號）。 A．K積、K消均增加 B．v積減小，v消增加 C．K積減小，K消增加 D．v消增加的倍數(shù)比v積增加的倍數(shù)大 ②在一定溫度下，測得某催化劑上沉積碳的生成速率方程為v=kp(CH4)（k為速率常數(shù)）。在p(CH4)一定時，不同p(CO2)下積碳量隨時間的變化趨勢如圖所示，則pa(CO2)、pb(CO2)、pc(CO2)從大到小的順序?yàn)開_______________。 【答案】（1）247 A （2）①劣于 相對于催化劑X，催化劑Y積碳反應(yīng)的活化能大，積碳反應(yīng)的速率?。欢挤磻?yīng)活化能相對小，消碳反應(yīng)速率大 AD ②pc(CO2)＞pb(CO2)＞pa(CO2) CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g) 起始濃度/（molL?1）　　 1　　 0.5　　　　0　　　 0 轉(zhuǎn)化濃度/（molL?1） 0.25 0.25 0.5 0.5 平衡濃度/（molL?1） 0.75 0.25 0.5 0.5 K＝＝＝ mol2L－2 （2）①積碳反應(yīng)中，由于催化劑X的活化能比催化劑Y的活化能要小，所以催化劑X更有利于積碳反應(yīng)的進(jìn)行；而消碳反應(yīng)中，催化劑X的活化能大于催化劑Y，所以催化劑Y更有利于消碳反應(yīng)的進(jìn)行；綜合分析，催化劑X劣于催化劑Y。由表格可知積碳反應(yīng)、消碳反應(yīng)都是吸熱反應(yīng)，溫度升高，平衡右移，K積、K消均增加，溫度升高，反應(yīng)速率均增大，從圖像上可知，隨著溫度的升高，催化劑表面的積碳量是減小的，所以v消增加的倍數(shù)要比v積增加的倍數(shù)大。 ②由速率方程表達(dá)式v＝kp(CH4)[p(CO2)]－0.5可知，v與p(CO2)成反比例關(guān)系，p(CO2)越大，反應(yīng)速率越小，所以pc(CO2)＞pb(CO2)＞pa(CO2)。 【考例3】（2018新課標(biāo)Ⅲ卷，T28）三氯氫硅（SiHCl3）是制備硅烷、多晶硅的重要原料?；卮鹣铝袉栴}： （1）SiHCl3在常溫常壓下為易揮發(fā)的無色透明液體，遇潮氣時發(fā)煙生成(HSiO)2O等，寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式__________。 （2）SiHCl3在催化劑作用下發(fā)生反應(yīng)： 2SiHCl3(g)===SiH2Cl2(g)+ SiCl4(g) ΔH1=48 kJmol?1 3SiH2Cl2(g)===SiH4(g)+2SiHCl3 (g) ΔH2=?30 kJmol?1 則反應(yīng)4SiHCl3(g)===SiH4(g)+ 3SiCl4(g)的ΔH=__________ kJmol?1。 （3）對于反應(yīng)2SiHCl3(g)===SiH2Cl2(g)+SiCl4(g)，采用大孔弱堿性陰離子交換樹脂催化劑，在323 K和343 K時SiHCl3的轉(zhuǎn)化率隨時間變化的結(jié)果如圖所示。 ①343 K時反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率α=_________%。平衡常數(shù)K343 K=__________（保留2位小數(shù)）。 ②在343 K下：要提高SiHCl3轉(zhuǎn)化率，可采取的措施是___________；要縮短反應(yīng)達(dá)到平衡的時間，可采取的措施有____________、___________。 ③比較a、b處反應(yīng)速率大小：va________vb（填“大于”“小于”或“等于”）。反應(yīng)速率v=v正?v逆=?，k正、k逆分別為正、逆向反應(yīng)速率常數(shù)，x為物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)，計(jì)算a處的=__________（保留1位小數(shù)）。 【答案】（1）2SiHCl3+3H2O===(HSiO)2O+6HCl （2）114 （3）①22 0.02 ②及時移去產(chǎn)物 改進(jìn)催化劑 提高反應(yīng)物壓強(qiáng)（濃度） ③大于 1.3 2SiHCl3(g)===SiH2Cl2(g)＋SiCl4(g) 起始濃度/(molL－1) 　　　　1 　　 　0 　 0 轉(zhuǎn)化濃度/(molL－1) 　　　　0.22 　　　0.11 　0.11 平衡濃度/(molL－1) 　　　　0.78 　　　0.11 　0.11 則343 K時該反應(yīng)的平衡常數(shù)K343 k＝[c(SiH2Cl2)c(SiCl4)]/c2(SiHCl3)＝(0.11 molL－1)2/(0.78 molL－1)2≈0.02。 ②在343 K時，要提高SiHCl3轉(zhuǎn)化率，可采取的措施是及時移去產(chǎn)物，使平衡向右移動，要縮短反應(yīng)達(dá)到平衡的時間，需加快化學(xué)反應(yīng)速率，可采取的措施有提高反應(yīng)物壓強(qiáng)或濃度、改進(jìn)催化劑等；溫度越高，反應(yīng)速率越快，達(dá)到平衡的時間越短，曲線a達(dá)到平衡的時間短，則曲線a代表343 K時SiHCl3的轉(zhuǎn)化率變化，曲線b代表323 K時SiHCl3的轉(zhuǎn)化率變化。在343 K時，要提高SiHCl3轉(zhuǎn)化率，可采取的措施是及時移去產(chǎn)物，使平衡向右移動，要縮短反應(yīng)達(dá)到平衡的時間，需加快化學(xué)反應(yīng)速率，可采取的措施有提高反應(yīng)物壓強(qiáng)或濃度、改進(jìn)催化劑等。 ③溫度越高，反應(yīng)速率越快，a點(diǎn)溫度為343 K，b點(diǎn)溫度為323 K，故反應(yīng)速率：va＞vb。反應(yīng)速率v＝v正－v逆＝k正x2SiHCl3－k逆xSiH2Cl2xSiCl4，則有v正＝k正x2SiHCl3，v逆＝k逆xSiH2Cl2xSiCl4，343 K下反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時v正＝v逆，即k正x2SiHCl3＝k逆xSiH2Cl2xSiCl4，此時SiHCl3的平衡轉(zhuǎn)化率α＝22%，經(jīng)計(jì)算可得SiHCl3、SiH2Cl2、SiCl4的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)分別為0.78、0.11、0.11，則有k正0.782＝k逆0.112，k正/k逆＝0.112/0.782≈0.02。a處SiHCl3的平衡轉(zhuǎn)化率α＝20%，此時SiHCl3、SiH2Cl2、SiCl4的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)分別為0.8、0.1、0.1，則有v正/v逆＝(k正x2SiHCl3)/(k逆xSiH2Cl2xSiCl4)＝k正/k逆x2SiHCl3/(xSiH2Cl2xSiCl4)＝0.020.82/0.12≈1.3。 （三）試題預(yù)測 【預(yù)測1】科學(xué)家研究出一種以天然氣為燃料的“燃燒前捕獲系統(tǒng)”，其簡單流程如圖所示(條件及物質(zhì)未標(biāo)出)。 (1)已知：CH4、CO、H2的燃燒熱分別為890.3 kJmol－1、283.0 kJmol－1、285.8 kJmol－1，則上述流程中第一步反應(yīng)2CH4(g)＋O2(g)===2CO(g)＋4H2(g)的ΔH＝______________。 (2)工業(yè)上可用H2和CO2制備甲醇，其反應(yīng)方程式為CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)，某溫度下，將1 mol CO2和3 mol H2充入體積不變的2 L密閉容器中，發(fā)生上述反應(yīng)，測得不同時刻反應(yīng)前后的壓強(qiáng)關(guān)系如下表： 時間/h 1 2 3 4 5 6 0.90 0.85 0.83 0.81 0.80 0.80 ①用H2表示前2 h 的平均反應(yīng)速率v(H2)＝_________________________________； ②該溫度下，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率為________。 (3)在300 ℃、8 MPa下，將CO2和H2按物質(zhì)的量之比1∶3 通入一密閉容器中發(fā)生(2)中反應(yīng)，達(dá)到平衡時，測得CO2的平衡轉(zhuǎn)化率為50%，則該反應(yīng)條件下的平衡常數(shù)為Kp＝________(用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算，分壓＝總壓物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。 (4)CO2經(jīng)催化加氫可合成低碳烯烴：2CO2(g)＋6H2(g)===C2H4(g)＋4H2O(g)　ΔH。在0.1 MPa時，按n(CO2)∶n(H2)＝1∶3投料，如圖所示為不同溫度(T)下，平衡時四種氣態(tài)物質(zhì)的物質(zhì)的量(n)關(guān)系。 ①該反應(yīng)的ΔH________0(填“＞”或“＜”)。 ②曲線c表示的物質(zhì)為________。 ③為提高H2的平衡轉(zhuǎn)化率，除改變溫度外，還可采取的措施是_______________________。 【答案】(1)－71.4 kJmol－1　(2)①0.225 molL－1h－1 ②40%　(3)　(4)①p2>p3　反應(yīng)①為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡左移，α(CO)減?。环磻?yīng)③為吸熱反應(yīng)，升高溫度，平衡右移，α(CO)也減小 N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　物質(zhì)的量減少 1 mol　　　　　　　　　　　　2 mol y (4－3)mol 1 mol∶2 mol＝y(tǒng)∶(4－3)mol， 解得y＝0.5 mol。 則從反應(yīng)開始到25 min時，以N2表示的平均反應(yīng)速率＝＝0.01 molL－1min－1，平衡時，c(N2)＝0.5 mol2 L＝0.25 molL－1、c(H2)＝(3 mol－30.5 mol)2 L＝0.75 molL－1、c(NH3)＝(0.5 mol2)2 L＝0.5 molL－1，則化學(xué)平衡常數(shù)K＝≈2.37[(molL－1)－2]。 (2)由于①、②正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動，平衡常數(shù)減小，因此a正確。 則根據(jù)蓋斯定律可知②－①即得到反應(yīng) ③CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g)的ΔH＝＋41 kJmol－1。 (3)相同溫度下，由于反應(yīng)①為氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，加壓有利于提升CO的轉(zhuǎn)化率；而反應(yīng)③為氣體分子數(shù)不變的反應(yīng)，產(chǎn)生CO的量不受壓強(qiáng)影響，故增大壓強(qiáng)時，有利于CO的轉(zhuǎn)化率升高，所以圖2中的壓強(qiáng)由大到小為p1>p2>p3；反應(yīng)①為放熱反應(yīng)，升高溫度時，平衡向左移動，使得體系中CO的量增大；反應(yīng)③為吸熱反應(yīng)，平衡向右移動，產(chǎn)生CO的量增大；因此最終結(jié)果是隨溫度升高，使CO的轉(zhuǎn)化率降低。 3. (2018河南八市重點(diǎn)高中質(zhì)檢)亞硝酰氯(ClNO)是有機(jī)合成中的重要試劑，可由NO和Cl2反應(yīng)得到，化學(xué)方程式為2NO(g)＋Cl2(g)===2ClNO(g)。 (1)氮氧化物與懸浮在大氣中的海鹽粒子相互作用時會生成亞硝酰氯，涉及如下反應(yīng)： ①2NO2(g)＋NaCl(s)===NaNO3(s)＋ClNO(g)　ΔH1 K1 ②4NO2(g)＋2NaCl(s)===2NaNO3(s)＋2NO(g)＋Cl2(g)　ΔH2　K2 ③2NO(g)＋Cl2(g)===2ClNO(g)　ΔH3　K3 ΔH3與ΔH1、ΔH2之間關(guān)系式為ΔH3＝_____；平衡常數(shù)K3＝______(用K1、K2表示)。 (2)已知幾種化學(xué)鍵的鍵能數(shù)據(jù)如下： 化學(xué)鍵 NO中氮氧鍵 Cl—Cl鍵 Cl—N鍵 N===O鍵 鍵能/kJmol－1 630 243 a 607 則：ΔH3＋2a＝________kJmol－1。 (3)在1 L恒容密閉容器中充入2 mol NO(g)和1 mol Cl2(g)，在不同溫度下測得c(ClNO)與t的關(guān)系如圖A所示： ①T2時反應(yīng)在前10 min內(nèi)NO的平均速率v(NO)＝______molL－1min－1。 ②T2時，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K為________。 ③T2時，Cl2的平衡轉(zhuǎn)化率為________。 (4)在密閉容器中充入NO(g)和Cl2(g)，改變外界條件[溫度、壓強(qiáng)、、催化劑接觸面積]NO的平衡轉(zhuǎn)化率變化如圖B所示。X代表__________。 【答案】(1)2ΔH1－ΔH2　　(2)289 (3)①0.1　②2?、?0%　(4)壓強(qiáng) 4.Ⅰ.霧霾嚴(yán)重影響人們的生活，汽車尾氣排放是造成霧霾天氣的重要原因之一。已知汽車尾氣排放時容易發(fā)生以下反應(yīng)： ①N2(g)＋O2(g)===2NO(g)　ΔH1＝a kJmol－1 ②2NO(g)＋O2(g)===2NO2(g)　ΔH2＝b kJmol－1 ③CO(g)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH3＝c kJmol－1 ④2CO(g)＋2NO(g)===N2(g)＋2CO2(g)　ΔH4 請回答下列問題： (1)根據(jù)反應(yīng)①②③，確定反應(yīng)④中ΔH4＝________kJmol－1。 (2)下列情況能說明反應(yīng)②已達(dá)平衡狀態(tài)的是_________________________(填編號)。 A．單位時間內(nèi)生成1 mol NO2的同時消耗了1 mol NO B．在恒溫恒容的容器中，混合氣體的密度保持不變 C．混合氣體的顏色保持不變 D．在恒溫恒壓的容器中，NO的體積分?jǐn)?shù)保持不變 Ⅱ.甲醇是重要的化工原料，又可作為燃料。工業(yè)上可利用CO或CO2來生產(chǎn)燃料甲醇。已知甲醇制備的有關(guān)化學(xué)反應(yīng)以及在不同溫度下的化學(xué)平衡常數(shù)如下表所示： 化學(xué)反應(yīng) 平衡 常數(shù) 溫度/℃ 500 700 800 反應(yīng)①：2H2(g)＋CO(g)===CH3OH(g) K1 2.5 0.34 0.15 反應(yīng)②：H2(g)＋CO2(g)===H2O(g)＋CO(g) K2 1.0 1.70 2.52 反應(yīng)③：3H2(g)＋CO2(g)===CH3OH(g)＋H2O(g) K3 請回答下列問題： (1)反應(yīng)②是________(填“吸熱”或“放熱”)反應(yīng)。 (2)據(jù)反應(yīng)①與②可推導(dǎo)出K1、K2與K3之間的關(guān)系，則K3＝________(用K1、K2表示)。 (3)500 ℃時測得反應(yīng)③在某時刻H2(g)、CO2(g)、CH3OH(g)、H2O(g)的濃度(molL－1)分別為0.8、0.1、0.3、0.15，則此時v正________v逆(填“>”“＝”或“<”)。 (4)反應(yīng)①按照相同的物質(zhì)的量投料，測得CO在不同溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率與壓強(qiáng)的關(guān)系如圖所示。下列說法正確的是________(填字母)。 A．溫度：T1＞T2＞T3 B．正反應(yīng)速率：v(a)＞v(c)，v(b)＞v(d) C．平衡常數(shù)：K(a)＞K(c)，K(b)＝K(d) 【答案】Ⅰ.(1)(2c－a)　(2)CD Ⅱ.(1)吸熱　(2)K1K2　(3)＞　(4)C Ⅱ.(1)反應(yīng)②的平衡常數(shù)隨溫度升高而增大，說明升高溫度平衡正向移動，正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)。 (2)反應(yīng)①＋②得到反應(yīng)③，可得平衡常數(shù)K3＝K1K2。 (3)500 ℃時，測得反應(yīng)③在某時刻CO2(g)、H2(g)、CH3OH(g)、H2O(g)的濃度分別為0.1 molL－1、0.8 molL－1、0.3 molL－1、0.15 molL－1，Q＝≈0.88＜K＝2.5，則此時反應(yīng)正向進(jìn)行v正＞v逆。 (4)A項(xiàng)，根據(jù)反應(yīng)①中溫度與K的關(guān)系知該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡左移，CO－的轉(zhuǎn)化率減小，所以T3>T2>T1，錯誤；B項(xiàng)，反應(yīng)速率v(c)>v(a)，v(b)>v(d)，錯誤；C項(xiàng)，溫度越高，平衡常數(shù)越小，壓強(qiáng)對平衡常數(shù)無影響，所以K(a)>K(c)，K(b)＝K(d)，正確。 5. (2018山東濟(jì)南第一中學(xué)高三月考)氫氣是一種新型的綠色能源,又是一種重要的化工原料。以生物材質(zhì)(以C計(jì))與水蒸氣反應(yīng)制取H2是一種低耗能、高效率的制H2方法。該方法由氣化爐制造H2和燃燒爐再生CaO兩步構(gòu)成。氣化爐中涉及的反應(yīng)為: Ⅰ. C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)　K1; Ⅱ. CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)　K2; Ⅲ. CaO(s)+CO2(g)CaCO3(s)　K3。 (1)該工藝制H2總反應(yīng)可表示為C(s)+2H2O(g)+CaO(s)CaCO3(s)+2H2(g),其反應(yīng)的平衡常數(shù)K=　　　　　　　(用K1、K2、K3的代數(shù)式表示)。在2 L的密閉容器中加入一定量的C(s)、H2O(g)和CaO(s)。下列能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是　　　　　　　。 a.容器內(nèi)混合物的質(zhì)量不變 b.H2與H2O(g)的物質(zhì)的量之比不再變化 c.混合氣體的密度不再變化 d.形成a mol H—H鍵的同時斷裂2a mol H—O鍵 (2)對于反應(yīng)Ⅰ,不同溫度和壓強(qiáng)對H2產(chǎn)率的影響如下表。 　　　　　壓強(qiáng)　　　 溫度 p1/MPa p2/MPa 500 ℃ 45.6% 51.3% 700 ℃ 67.8% 71.6% 由表中數(shù)據(jù)判斷:p1　　　　　(填“>”“<”或“=”)p2。下列圖像正確的是　　　　　。 (3)已知反應(yīng)Ⅱ的ΔH=-41.1 kJmol-1,CO鍵、O—H鍵、H—H鍵的鍵能分別為803 kJmol-1,464 kJmol-1、436 kJmol-1,則CO中碳氧鍵的鍵能為　　　　　 kJmol-1。 (4)對于反應(yīng)Ⅲ,若平衡時再充入CO2,使其濃度增大到原來的2倍,則平衡向　　　　　　　(填“正反應(yīng)”或“逆反應(yīng)”)方向移動;當(dāng)重新平衡后,CO2的濃度　　　　　(填“變大”“變小”或“不變”)。 【答案】(1)K1K2K3　bc　(2)>　BD　(3)1 072.9　(4)正反應(yīng)　不變 壓強(qiáng),平衡正向移動,氫氣的產(chǎn)率增大,因此p1>p2;減小壓強(qiáng),平衡正向移動,與圖像不符,A項(xiàng)錯誤;根據(jù)表格數(shù)據(jù),升高溫度,氫氣的產(chǎn)率增大,說明平衡正向移動,與圖像吻合,B項(xiàng)正確;升高溫度,平衡正向移動,水的含量減少,降低壓強(qiáng),平衡正向移動,水的含量減少,與圖像不符,C項(xiàng)錯誤;升高溫度,平衡正向移動,平衡常數(shù)增大,與圖像吻合,D項(xiàng)正確。(3)設(shè)CO中碳氧鍵的鍵能為x kJmol-1,反應(yīng)Ⅱ.CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)的ΔH=-41.1 kJmol-1=反應(yīng)物的鍵能之和-生成物的鍵能之和=(x+4642) kJmol-1-(8032+436) kJmol-1,解得x=1 072.9;(4)反應(yīng)Ⅲ.CaO(s)+CO2(g)CaCO3(s),若平衡時再充入CO2,使其濃度增大到原來的2倍,相當(dāng)于增大壓強(qiáng),平衡正向移動;溫度不變,平衡常數(shù)不變,K=,則重新平衡后,CO2濃度不變。 6. 汽車尾氣已成為城市空氣的主要污染源之一，其中的氮氧化物是重要污染物。 (1)汽車內(nèi)燃機(jī)工作時產(chǎn)生NO的原理如圖1所示： 該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為________________________。 (2)治理尾氣的方法之一是在排氣管上安裝催化轉(zhuǎn)化器，發(fā)生如下反應(yīng)：2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g) ΔH＜0。若在一定溫度下將2 mol NO、1 mol CO充入1 L固定容積的容器中，反應(yīng)過程中各物質(zhì)的濃度變化如圖2所示。 ①則從開始到達(dá)到平衡狀態(tài)的過程中，平均反應(yīng)速率v(CO2)＝____，該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝______。(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字) ②20 min時改變的條件可能是________。 A． 增大壓強(qiáng) B．降低溫度 C．減小CO2濃度且改用更高效的催化劑 D．在恒溫恒容條件下，充入He氣體 ③若保持溫度不變，20 min時向容器中充入CO、N2各0.6 mol，平衡將________(填“正向”“逆向”或“不”)移動，原因是_________________________________。 (3)用焦炭還原NO2的反應(yīng)為2NO2(g)＋2C(s)N2(g)＋2CO2(g)，在恒溫條件下，向1 L密閉容器中加入不同物質(zhì)的量的NO2和足量C發(fā)生該反應(yīng)，測得平衡時NO2和CO2的物質(zhì)的量濃度與平衡總壓強(qiáng)的關(guān)系如圖3所示，計(jì)算C點(diǎn)時該反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp(C)＝________(Kp是用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算，分壓＝總壓物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。 【答案】(1)N2(g)＋O2(g)===2NO(g)　ΔH＝＋180 kJmol－1 (2)①0.027 molL－1min－1　0.035?、贑?、鄄弧〈藭r的Q＝＝≈0.035，Q＝K，故平衡不移動 (3)2 7. NH3作為一種重要化工原料，被大量應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，與其有關(guān)性質(zhì)反應(yīng)的催化劑研究曾被列入國家863計(jì)劃。催化劑常具有較強(qiáng)的選擇性，即專一性。已知： 反應(yīng)Ⅰ：4NH3(g)＋5O2(g)===4NO(g)＋6H2O(g)　ΔH1＝－905.0 kJmol－1 反應(yīng)Ⅱ：4NH3(g)＋3O2(g)===2N2(g)＋6H2O(g)　ΔH2 (1) 化學(xué)鍵 H—O O===O N≡N N—H 鍵能/(kJmol－1) 463 496 942 391 ΔH2＝______________。 (2)在恒溫恒容裝置中充入一定量的NH3和O2，在某催化劑的作用下進(jìn)行反應(yīng)Ⅰ，則下列有關(guān)敘述中正確的是________(填字母)。 A．使用催化劑時，可降低該反應(yīng)的活化能，加快其反應(yīng)速率 B．若測得容器內(nèi)4v正(NH3)＝6v逆(H2O)時，說明反應(yīng)已達(dá)到平衡 C．當(dāng)容器內(nèi)＝1時，說明反應(yīng)已達(dá)到平衡 (3)氨催化氧化時會發(fā)生上述兩個競爭反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ。為分析某催化劑對該反應(yīng)的選擇性，在1 L密閉容器中充入1 mol NH3和2 mol O2，測得有關(guān)物質(zhì)的量關(guān)系如圖： ①該催化劑在高溫時選擇反應(yīng)________(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。 ②520 ℃時，4NH3(g)＋5O2(g)===4NO(g)＋6H2O(g)的平衡常數(shù)K＝________(不要求得出計(jì)算結(jié)果，只需列出數(shù)字計(jì)算式)。 ③有利于提高NH3轉(zhuǎn)化為N2的平衡轉(zhuǎn)化率的措施有________(填字母)。 A．使用催化劑Pt/Ru B．使用催化劑Cu/TiO2 C．增大NH3和O2的初始投料比 D．投料比不變，增大反應(yīng)物的濃度 E．降低反應(yīng)溫度 【答案】(1)－1 260 kJmol－1　(2)A (3)①Ⅰ?、凇、跡 (3)①根據(jù)圖像結(jié)合N元素守恒可知，在高溫時氨主要轉(zhuǎn)化為NO，所以該催化劑在高溫時選擇反應(yīng)Ⅰ。 ②520 ℃時，4NH3(g)＋5O2(g)===4NO(g)＋6H2O(g)的平衡常數(shù)可根據(jù)A點(diǎn)數(shù)據(jù)計(jì)算。A點(diǎn)對應(yīng)的縱坐標(biāo)為0.2，說明n(N2)＝n(NO)＝0.2 mol，根據(jù)N原子守恒得n(NH3)＝1 mol－0.2 mol－0.2 mol2＝0.4 mol，再根據(jù)H元素守恒得n(H2O)＝ mol＝0.9 mol，最后根據(jù)O原子守恒得n(O2)＝2 mol－0.2 mol－0.9 mol＝1.45 mol，因?yàn)槿莘e為1 L，所以K＝。 ③使用催化劑可以加快化學(xué)反應(yīng)速率，但不能提高反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，A和B都不正確；增大NH3和O2的初始投料比雖然有利于反應(yīng)Ⅱ的發(fā)生，但會減小氨氣的轉(zhuǎn)化率，C不正確；正反應(yīng)是氣體分子數(shù)增大的反應(yīng)，投料比不變，增大反應(yīng)物的濃度相當(dāng)于采取了加壓的措施，加壓對逆反應(yīng)有利，所以氨的轉(zhuǎn)化率減小，D不正確；正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，降低反應(yīng)溫度對正反應(yīng)有利，所以有利于提高NH3轉(zhuǎn)化為N2的平衡轉(zhuǎn)化率，E正確。 8. 氨催化氧化時會發(fā)生兩個競爭反應(yīng)： 反應(yīng)Ⅰ：4NH3(g)＋5O2(g)===4NO(g)＋6H2O(g) ΔH＝－905.0 kJmol－1 反應(yīng)Ⅱ：4NH3(g)＋3O2(g)===2N2(g)＋6H2O(g) ΔH＝－1 266.6 kJmol－1 為分析某催化劑對該反應(yīng)的選擇性，在1 L密閉容器中充入1 mol NH3和2 mol O2，測得有關(guān)物質(zhì)的量關(guān)系如下圖： ①該催化劑在低溫時選擇反應(yīng)______(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。 ②520 ℃時4NH3＋3O2===2N2＋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AgZSM5為催化劑，測得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775 K，發(fā)現(xiàn)NO的分解率降低，其可能的原因?yàn)開________________，在n(NO)/n(CO)＝1的條件下，為更好的除去NOx物質(zhì)，應(yīng)控制在最佳溫度在________K左右。 【答案】(1)①Ⅱ?、凇、墼摲磻?yīng)為放熱反應(yīng)，當(dāng)溫度升高，平衡向左(逆反應(yīng)方向)移動 (2)NO分解反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度不利于反應(yīng)進(jìn)行　870 故520 ℃時4NH3＋3O2===2N2＋6H2O的平衡常數(shù)K＝； ③已知4NH3(g)＋5O2(g)===4NO(g)＋6H2O(g)　ΔH＝－905.0 kJmol－1，正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡后，溫度升高，平衡向左(逆反應(yīng)方向)移動，導(dǎo)致NO的物質(zhì)的量逐漸減小，即C點(diǎn)比B點(diǎn)所產(chǎn)生的NO的物質(zhì)的量少。(2)溫度升高、分解率降低，即平衡向左移動，故正反應(yīng)為放熱反應(yīng)。在＝1條件下，為更好的除去NOx，NO的轉(zhuǎn)化率應(yīng)較高，故溫度應(yīng)高于870 K，但870 K后升高溫度對NO的轉(zhuǎn)化率影響不大，故最佳溫度為870 K。 9.Ⅰ.工業(yè)上可用CO或CO2來生產(chǎn)燃料甲醇。已知甲醇制備的有關(guān)化學(xué)反應(yīng)以及在不同溫度下的化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù)如下表所示： 化學(xué)反應(yīng) 平衡 常數(shù) 溫度/℃ 500 700 800 反應(yīng)①：2H2(g)＋CO(g)===CH3OH(g) K1, 2.5 0.34 0.15 反應(yīng)②：H2(g)＋CO2(g)===H2O(g)＋CO(g) K2 1.0 1.70 2.52 反應(yīng)③：3H2(g)＋CO2(g)===CH3OH(g)＋H2O(g) K3 (1)據(jù)反應(yīng)①與②可推導(dǎo)出K1、K2與K3之間的關(guān)系，則K3＝________(用K1、K2表示)。500 ℃時測得反應(yīng)③在某時刻，H2(g)、CO2(g)、CH3OH(g)、H2O(g)的濃度(molL－1)分別為0.8、0.1、0.3、0.15，則此時v正________(填“>”、“＝”或“<”)v逆。 (2)在3 L容積可變的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)②，已知c(CO)—反應(yīng)時間t變化曲線Ⅰ如圖所示，若在t0時刻分別改變一個條件，曲線Ⅰ變?yōu)榍€Ⅱ和曲線Ⅲ。當(dāng)曲線Ⅰ變?yōu)榍€Ⅱ時，改變的條件是______________。當(dāng)曲線Ⅰ變?yōu)榍€Ⅲ時，改變的條件是______________。 Ⅱ.利用CO和H2可以合成甲醇，反應(yīng)原理為CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(g)。一定條件下，在容積為V L的密閉容器中充入a mol CO與2a mol H2合成甲醇，平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如下圖所示。 (1)p1________(填“>”、“<”或“＝”)p2，理由是_________________________________________。 (2)該甲醇合成反應(yīng)在A點(diǎn)的平衡常數(shù)K＝______________(用a和V表示)。 (3)該反應(yīng)達(dá)到平衡時，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率的關(guān)系是CO________(填“>”、“<”或“＝”)H2。 (4)下列措施中能夠同時滿足增大反應(yīng)速率和提高CO轉(zhuǎn)化率的是________(填字母)。 A．使用高效催化劑 B．降低反應(yīng)溫度 C．增大體系壓強(qiáng) D．不斷將CH3OH從反應(yīng)混合物中分離出來 【答案】Ⅰ.(1)K1K2　>　(2)加入催化劑　將容器的體積(快速)壓縮至2 L Ⅱ.(1)<　甲醇的合成反應(yīng)是分子數(shù)減少的反應(yīng)，相同溫度下，增大壓強(qiáng)CO的轉(zhuǎn)化率提高　(2) (3)＝ (4)C (a－0.75a)/V molL－1＝0.25a/V molL－1、c(H2)＝(2a－20.75a)/V molL－1＝0.5a/V molL－1、c(CH3OH)＝0.75a/V molL－1，根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)的定義，K＝；(3)氫氣的轉(zhuǎn)化率為20.75a/2a100%＝75%，與CO的轉(zhuǎn)化率相等；(4)催化劑只能加快反應(yīng)速率，對化學(xué)平衡無影響，A錯誤；降低溫度，化學(xué)反應(yīng)速率降低，B錯誤；增大壓強(qiáng)，化學(xué)反應(yīng)速率增大，根據(jù)勒夏特列原理，增大壓強(qiáng)，化學(xué)平衡向體積減小的方向移動，即正反應(yīng)方向移動，C正確；分離出CH3OH，雖然化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向進(jìn)行，CO的轉(zhuǎn)化率增大，但化學(xué)反應(yīng)速率不增大，D錯誤。 10. 二甲醚(CH3OCH3)是一種重要的清潔燃料，也可替代氟利昂作制冷劑等，對臭氧層無破壞作用。工業(yè)上以水煤氣(CO、H2)為原料生產(chǎn)二甲醚(CH3OCH3)的新工藝主要發(fā)生三個反應(yīng)： 2H2(g)＋CO(g)CH3OH(g)　ΔH＝－90.0 kJmol－1　① 2CH3OH(g) CH3OCH3(g)＋H2O(g)　ΔH＝－24.5kJmol－1?、? CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　ΔH＝－41.1 kJmol－1　③ 回答下列問題： (1) 新工藝的總反應(yīng)3H2＋3COCH3OCH3＋CO2的熱化學(xué)方程式為_________________。 (2)已知一些共價鍵的鍵能如下： 化學(xué)鍵 H—H C—H C—O O—H 鍵能/kJmol－1 436 414 326 464 運(yùn)用反應(yīng)①計(jì)算一氧化碳中碳氧共價鍵的鍵能為________kJmol－1。 (3)在250℃的恒容密閉容器中，下列事實(shí)可以作為反應(yīng)③已達(dá)平衡依據(jù)的是________(填選項(xiàng)字母)。 A．容器內(nèi)氣體密度保持不變 B．CO與CO2的物質(zhì)的量之比保持不變 C．H2O與CO2的生成速率之比為1∶1 D．該反應(yīng)的平衡常數(shù)保持不變 (4)對于反應(yīng)①某溫度下，將2 mol CO和6 mol H2充入2 L的密閉容器中，充分