資源簡介

熱點突破練7　反應原理綜合
1.(2024·四川樂山期末)天然氣高溫條件下可以轉化為氫氣,發生反應的熱化學方程式為CH4(g)C(g)+2H2(g)　ΔH。
回答下列問題:
(1)反應的平衡常數表達式為K=　　　　;已知幾種物質的燃燒熱如下表所示,則反應的ΔH=　　　　 kJ·mol-1。
可燃物 CH4(g) C(g) H2(g)
燃燒熱/kJ·mol-1 -890.3 -393.5 -285.8
(2)一定溫度下,在容積不變的密閉容器中充入適量CH4發生上述反應,下列情況能說明反應達到平衡狀態的是　　　　　(填序號)。
a.反應總壓強不隨時間變化
b.氣體密度不隨時間變化
c.CH4體積分數不隨時間變化
d.CH4的消耗速率與H2的生成速率之比為1∶2
(3)在體積為2 L的密閉容器中充入1 mol CH4發生上述反應,不同溫度下測得CH4的轉化率隨時間的變化關系如下表所示:
溫度/℃ 時間/min
2 4 6 8 10
T1 40% 60% 80% 80% 80%
T2 20% 30% 40% 60% 60%
①T1　　　　T2(填“>”“<”或“=”)。
②T2條件下,前2 min內,用H2表示的化學反應速率v(H2)=　　　　 mol·L-1·min-1;達平衡時H2的體積分數為　　　　　%(結果保留1位小數)。
(4)一定溫度,100 kPa條件下,向密閉容器中充入CH4、Ar氣混合氣體,CH4的轉化率與的關系如圖所示。
①增大,CH4平衡轉化率減小的原因是
　　　　　　　　　　　　　　　。
②此溫度下,該反應的分壓平衡常數Kp=　　　 (kPa)2。
2.(2024·湖北荊州階段練)我國力爭于2030年前做到碳達峰,2060年前實現碳中和。CH4與CO2重整是CO2利用的研究熱點之一、該重整反應體系主要涉及以下反應:
a)CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) 　ΔH1
b)CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH2
c)CH4(g)C(s)+2H2(g)　ΔH3
d)2CO(g)CO2(g)+C(s)　ΔH4
e)CO(g)+H2(g)H2O(g)+C(s)　ΔH5
(1)上述反應體系在一定條件下建立平衡后,下列說法正確的有　　　　。
A.增大CO2與CH4的濃度,反應a、b、c的正反應速率都增加
B.移去部分C(s),反應c、d、e的平衡均向右移動
C.加入反應a的催化劑,可提高CH4的平衡轉化率
D.降低反應溫度,反應a~e的正、逆反應速率都減小
(2)重整反應體系中,除碳(C)外沸點最高的物質為　　　　(寫化學式)。
(3)設為相對壓力平衡常數,其表達式寫法:在濃度平衡常數表達式中,用相對分壓代替濃度。氣體的相對分壓等于其分壓(單位為kPa)除以p0(p0=100 kPa)。反應a、c、e的ln 隨(溫度的倒數)的變化如圖所示。
①反應a、c、e中,屬于放熱反應的有　　　　(填字母)。
②反應c的相對壓力平衡常數表達式為=　　　　。
③在圖中A點對應溫度下、原料組成n(CO2)∶n(CH4)=1∶1、初始總壓為100 kPa的恒容密閉容器中進行反應,體系達到平衡時H2的分壓為40 kPa。平衡時CH4的分壓= 　　　　kPa,CH4的平衡轉化率= 　　　　。
(4)CO2用途廣泛,寫出基于其物理性質的一種用途:　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　。
3.(2024·福建廈門一模)CO2—CH4催化重整是減緩溫室效應、實現碳中和的重要方式,其主反應為CO2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g)　ΔH,反應體系還涉及以下副反應:
ⅰ.CH4(g)C(s)+2H2(g)　ΔH1=+75.0 kJ·mol-1
ⅱ.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH2=+41.0 kJ·mol-1
ⅲ.CO(g)+H2(g)C(s)+H2O(g)　ΔH3=-131.0 kJ·mol-1
(1)主反應的ΔH=　　　　 kJ·mol-1。
(2)我國學者對催化重整的主反應進行理論研究,提出在Pt—Ni或Sn—Ni合金催化下,先發生甲烷逐級脫氫反應,其反應歷程如圖所示(*表示吸附在催化劑表面)。
①該歷程中最大能壘E(正)=　　　　 eV/mol。
②其他條件相同時,催化重整的主反應在不同催化劑下反應相同時間,CO的產率隨反應溫度的變化如圖所示:
B是　　　　合金催化下CO的產率隨溫度的變化曲線,A、B曲線到達W點后重合,請解釋原因
　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)在1 L恒容密閉容器中通入1 mol H2及一定量CO,反應ⅲ中CO的平衡轉化率隨n(CO)及溫度變化如圖:
①A、B兩點對應的CO正反應速率v正(A)　　v正(B)(填“<”“=”或“>”,下同),B和C兩點對應的反應溫度TB　　　　TC。
②已知反應速率v正=k正x(CO)x(H2),v逆=k逆x(H2O),k為反應速率常數,x為氣體的體積分數,在達到平衡狀態為D點的反應過程(此過程為恒溫)中,當某時刻CO的轉化率剛好達到60%時,=　　　　。(用含k正和k逆的式子表示)
熱點突破練7　反應原理綜合
1.(2024·四川樂山期末)天然氣高溫條件下可以轉化為氫氣,發生反應的熱化學方程式為CH4(g)C(g)+2H2(g)　ΔH。
回答下列問題:
(1)反應的平衡常數表達式為K=　　　　;已知幾種物質的燃燒熱如下表所示,則反應的ΔH=　　　　 kJ·mol-1。
可燃物 CH4(g) C(g) H2(g)
燃燒熱/kJ·mol-1 -890.3 -393.5 -285.8
(2)一定溫度下,在容積不變的密閉容器中充入適量CH4發生上述反應,下列情況能說明反應達到平衡狀態的是　　　　　(填序號)。
a.反應總壓強不隨時間變化
b.氣體密度不隨時間變化
c.CH4體積分數不隨時間變化
d.CH4的消耗速率與H2的生成速率之比為1∶2
(3)在體積為2 L的密閉容器中充入1 mol CH4發生上述反應,不同溫度下測得CH4的轉化率隨時間的變化關系如下表所示:
溫度/℃ 時間/min
2 4 6 8 10
T1 40% 60% 80% 80% 80%
T2 20% 30% 40% 60% 60%
①T1　　　　T2(填“>”“<”或“=”)。
②T2條件下,前2 min內,用H2表示的化學反應速率v(H2)=　　　　 mol·L-1·min-1;達平衡時H2的體積分數為　　　　　%(結果保留1位小數)。
(4)一定溫度,100 kPa條件下,向密閉容器中充入CH4、Ar氣混合氣體,CH4的轉化率與的關系如圖所示。
①增大,CH4平衡轉化率減小的原因是
　　　　　　　　　　　　　　　。
②此溫度下,該反應的分壓平衡常數Kp=　　　 (kPa)2。
答案　(1)　+74.8　(2)ac
(3)①>　②0.1　54.5　(4)①壓強不變,增大,Ar分壓減小,反應中各物質所占壓強增大,平衡逆向移動,CH4平衡轉化率減小?、诨?.1×103
解析　(1)根據化學平衡常數的定義,該反應平衡常數表達式K=;根據蓋斯定律可知,ΔH=(-890.3) kJ·mol-1-(-393.5) kJ·mol-1-2×(-285.8) kJ·mol-1 =+74.8 kJ·mol-1;(2)a.該反應為氣體物質的量增大的反應,即當反應總壓強不再改變,說明反應達到平衡,符合題意;b.容積不變,混合氣體總體積不變,組分都是氣體,混合氣體總質量不變,即混合氣體密度不變,不能說明反應達到平衡,不符合題意;c.根據化學反應限度的定義,當甲烷體積分數不再變化,說明反應達到平衡,符合題意;d.甲烷的消耗速率,氫氣的生成速率均是向正反應方向進行,甲烷的消耗速率與氫氣的生成速率之比為1∶2,不能說明反應達到平衡,不符合題意,答案為ac;(3)①上述反應為吸熱反應,溫度升高,平衡向正反應方向移動,甲烷的轉化率增大,即T1>T2;②前2 min內,甲烷消耗量為1 mol×20%=0.2 mol,則生成氫氣物質的量為0.4 mol,用氫氣表示的反應速率v(H2)==0.1 mol·L-1·min-1;達到平衡時,消耗甲烷的物質的量為0.6 mol,生成碳蒸氣物質的量為0.6 mol,生成氫氣物質的量為1.2 mol,則氫氣的體積分數為×100%=54.5%;(4)①因為總壓強不變,因此總壓強等于各組分分壓與Ar分壓的和,因此當壓強不變時,增大,則Ar分壓減小,反應中各物質所占的壓強增大,平衡逆向進行,甲烷平衡轉化率減小;②令起始時,通入1 mol甲烷和1 mol Ar,達到平衡時,消耗甲烷物質的量為0.5 mol,則生成碳蒸氣物質的量為0.5 mol,氫氣物質的量為1 mol,用分壓表示Kp=
=。
2.(2024·湖北荊州階段練)我國力爭于2030年前做到碳達峰,2060年前實現碳中和。CH4與CO2重整是CO2利用的研究熱點之一、該重整反應體系主要涉及以下反應:
a)CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) 　ΔH1
b)CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH2
c)CH4(g)C(s)+2H2(g)　ΔH3
d)2CO(g)CO2(g)+C(s)　ΔH4
e)CO(g)+H2(g)H2O(g)+C(s)　ΔH5
(1)上述反應體系在一定條件下建立平衡后,下列說法正確的有　　　　。
A.增大CO2與CH4的濃度,反應a、b、c的正反應速率都增加
B.移去部分C(s),反應c、d、e的平衡均向右移動
C.加入反應a的催化劑,可提高CH4的平衡轉化率
D.降低反應溫度,反應a~e的正、逆反應速率都減小
(2)重整反應體系中,除碳(C)外沸點最高的物質為　　　　(寫化學式)。
(3)設為相對壓力平衡常數,其表達式寫法:在濃度平衡常數表達式中,用相對分壓代替濃度。氣體的相對分壓等于其分壓(單位為kPa)除以p0(p0=100 kPa)。反應a、c、e的ln 隨(溫度的倒數)的變化如圖所示。
①反應a、c、e中,屬于放熱反應的有　　　　(填字母)。
②反應c的相對壓力平衡常數表達式為=　　　　。
③在圖中A點對應溫度下、原料組成n(CO2)∶n(CH4)=1∶1、初始總壓為100 kPa的恒容密閉容器中進行反應,體系達到平衡時H2的分壓為40 kPa。平衡時CH4的分壓= 　　　　kPa,CH4的平衡轉化率= 　　　　。
(4)CO2用途廣泛,寫出基于其物理性質的一種用途:　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　。
答案　(1)AD　(2)H2O　(3)①e?、凇、?6　68%　(4)做冷凍劑或人工降雨
解析　(1)A.增大CO2和CH4的濃度,對于反應a、b、c來說,均增大了反應物的濃度,反應的正反應速率增大,正確;B.C為固體,移去部分C(s),反應物和生成物的濃度均沒有發生改變,反應的正逆反應速率均不變,反應c、d、e的平衡不移動,錯誤;C.催化劑可以同等條件下增大正逆反應速率,但不改變反應的平衡狀態,平衡轉化率不變,錯誤;D.降低溫度,體系的總能量降低,正、逆反應速率均減小,正確;(2)重整反應體系中,除碳(C)外,水常溫下為液態而其他物質均為氣態,則沸點最高的物質為H2O。(3)①由圖可知,隨著溫度的升高,反應a和c的ln增大,說明的數值增大,反應向正反應方向進行,反應a和c為吸熱反應;而反應e的ln減小,說明減小,反應向逆反應方向進行,則反應e為放熱反應。②反應中碳為固體不影響平衡常數,根據相對壓力平衡常數定義可知,用相對分壓代替濃度,則反應c的平衡常數表達式:=。③由圖可知,A處對應反應c的ln =0,即==1,則p2(H2)=100p(CH4),已知反應平衡時p(H2)=40 kPa,則p(CH4)=16 kPa,且初始狀態時p(CH4)=×100 kPa=50 kPa,故CH4的平衡轉化率為×100%=68%;(4)固態CO2即為干冰,干冰升華吸熱可使周圍環境的溫度降低,用于冷凍劑或人工降雨均是利用其物理性質。
3.(2024·福建廈門一模)CO2—CH4催化重整是減緩溫室效應、實現碳中和的重要方式,其主反應為CO2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g)　ΔH,反應體系還涉及以下副反應:
ⅰ.CH4(g)C(s)+2H2(g)　ΔH1=+75.0 kJ·mol-1
ⅱ.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH2=+41.0 kJ·mol-1
ⅲ.CO(g)+H2(g)C(s)+H2O(g)　ΔH3=-131.0 kJ·mol-1
(1)主反應的ΔH=　　　　 kJ·mol-1。
(2)我國學者對催化重整的主反應進行理論研究,提出在Pt—Ni或Sn—Ni合金催化下,先發生甲烷逐級脫氫反應,其反應歷程如圖所示(*表示吸附在催化劑表面)。
①該歷程中最大能壘E(正)=　　　　 eV/mol。
②其他條件相同時,催化重整的主反應在不同催化劑下反應相同時間,CO的產率隨反應溫度的變化如圖所示:
B是　　　　合金催化下CO的產率隨溫度的變化曲線,A、B曲線到達W點后重合,請解釋原因
　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)在1 L恒容密閉容器中通入1 mol H2及一定量CO,反應ⅲ中CO的平衡轉化率隨n(CO)及溫度變化如圖:
①A、B兩點對應的CO正反應速率v正(A)　　v正(B)(填“<”“=”或“>”,下同),B和C兩點對應的反應溫度TB　　　　TC。
②已知反應速率v正=k正x(CO)x(H2),v逆=k逆x(H2O),k為反應速率常數,x為氣體的體積分數,在達到平衡狀態為D點的反應過程(此過程為恒溫)中,當某時刻CO的轉化率剛好達到60%時,=　　　　。(用含k正和k逆的式子表示)
答案　(1)+247　(2)①3.809?、赟n—Ni　W點后,反應達到平衡,使用催化劑,化學平衡不移動,不影響CO的產率,故重合　(3)①<　>　②
解析　(1)由蓋斯定律可知,反應ⅰ+ⅱ-ⅲ得到主反應,則反應焓變ΔH=(+75.0 kJ·mol-1)+(+41.0 kJ·mol-1)-(-131.0 kJ·mol-1)=+247 kJ·mol-1;(2)①由圖可知,使用Sn—Ni催化劑時,由C+H*到過渡態2的能壘最大,能壘為5.496 eV·mol-1-1.687 eV·mol-1=3.809 eV·mol-1;②由反應歷程示意圖可知,使用Pt—Ni合金作催化劑時,整個過程中的每一步反應的活化能都較小,反應速率較快,催化效果更好;由一氧化碳的產率隨反應溫度變化的示意圖可知,相同溫度時,曲線A的反應速率大于曲線B,則曲線B表示Sn—Ni合金催化下一氧化碳的產率隨溫度的變化曲線;由圖可知,W點一氧化碳的產率最高,反應達到平衡,催化劑只改變反應歷程,化學平衡不移動,不影響一氧化碳的產率,所以A、B曲線到達W點后重合;(3)①由圖可知,A點起始氫氣和一氧化碳分別為1 mol、0.5 mol,平衡時一氧化碳的轉化率為66.7%,則平衡時氫氣、一氧化碳和水蒸氣的濃度分別為=0.666 5 mol·L-1、=0.166 5 mol·L-1和=0.333 5 mol·L-1,反應的平衡常數KA=≈3.0,B點起始氫氣和一氧化碳分別為1 mol、0.5 mol,平衡時一氧化碳的轉化率為50%,則平衡時氫氣、一氧化碳和水蒸氣的濃度分別為=0.75 mol·L-1、=0.25 mol·L-1和=0.25 mol·L-1,反應的平衡常數KB=≈1.3,C點起始氫氣和一氧化碳分別為1 mol、1 mol,平衡時一氧化碳的轉化率為45%,則平衡時氫氣、一氧化碳和水蒸氣的濃度分別為=0.55 mol·L-1、=0.55 mol·L-1和=0.45 mol·L-1,反應的平衡常數KC=≈1.5,反應ⅲ是放熱反應,升高溫度,平衡向逆反應方向移動,化學平衡常數減小,A點平衡常數大于B點,所以A點的反應溫度小于B點,正反應速率小于B點,B點的平衡常數小于C點,所以B點反應溫度高于C點;②由圖可知,D點起始氫氣和一氧化碳分別為1 mol、1 mol,平衡時一氧化碳的轉化率為60%,則平衡時氫氣、一氧化碳和水蒸氣的物質的量為1 mol-1 mol×60%=0.4 mol、1 mol-1 mol×60%=0.4 mol和1 mol×60%=0.6 mol,所以氫氣、一氧化碳和水蒸氣的物質的量分數分別為x(CO)=x(H2)==,x(H2O)==,已知反應速率公式可得===。(共22張PPT)
熱點突破練7　反應原理綜合
第一篇　新高考題型突破
板塊Ⅳ　化學反應的熱效應、速率與平衡
回答下列問題:
(1)反應的平衡常數表達式為K=　　　 　;已知幾種物質的燃燒熱如下表所示,則反應的ΔH=　　　　 kJ·mol-1。
可燃物 CH4(g) C(g) H2(g)
燃燒熱/kJ·mol-1 -890.3 -393.5 -285.8
解析　(1)根據化學平衡常數的定義,該反應平衡常數表達式K=;根據蓋斯定律可知,ΔH=(-890.3) kJ·mol-1-(-393.5) kJ·mol-1-2×(-285.8) kJ·mol-1 =+74.8 kJ·mol-1;
(2)一定溫度下,在容積不變的密閉容器中充入適量CH4發生上述反應,下列情況能說明反應達到平衡狀態的是　　　　　(填序號)。
a.反應總壓強不隨時間變化 b.氣體密度不隨時間變化
c.CH4體積分數不隨時間變化 d.CH4的消耗速率與H2的生成速率之比為1∶2
解析　(2)a.該反應為氣體物質的量增大的反應,即當反應總壓強不再改變,說明反應達到平衡,符合題意;b.容積不變,混合氣體總體積不變,組分都是氣體,混合氣體總質量不變,即混合氣體密度不變,不能說明反應達到平衡,不符合題意;c.根據化學反應限度的定義,當甲烷體積分數不再變化,說明反應達到平衡,符合題意;d.甲烷的消耗速率,氫氣的生成速率均是向正反應方向進行,甲烷的消耗速率與氫氣的生成速率之比為1∶2,不能說明反應達到平衡,不符合題意,答案為ac;
(3)在體積為2 L的密閉容器中充入1 mol CH4發生上述反應,不同溫度下測得CH4的轉化率隨時間的變化關系如下表所示:
溫度/℃ 時間/min
2 4 6 8 10
T1 40% 60% 80% 80% 80%
T2 20% 30% 40% 60% 60%
①T1　　　　T2(填“>”“<”或“=”)。
②T2條件下,前2 min內,用H2表示的化學反應速率v(H2)=　　　　 mol·L-1·min-1;達平衡時H2的體積分數為　　　　　%(結果保留1位小數)。
解析　(3)①上述反應為吸熱反應,溫度升高,平衡向正反應方向移動,甲烷的轉化率增大,即T1>T2;②前2 min內,甲烷消耗量為1 mol×20%=0.2 mol,則生成氫氣物質的量為0.4 mol,用氫氣表示的反應速率v(H2)==0.1 mol·L-1·min-1;達到平衡時,消耗甲烷的物質的量為0.6 mol,生成碳蒸氣物質的量為0.6 mol,生成氫氣物質的量為1.2 mol,則氫氣的體積分數為×100%=54.5%;
(4)一定溫度,100 kPa條件下,向密閉容器中充入CH4、Ar氣混合氣體,CH4的轉化率與的關系如圖所示。
①增大,CH4平衡轉化率減小的原因是_______________________________
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
②此溫度下,該反應的分壓平衡常數Kp=　　　　　　　 (kPa)2。
壓強不變,增大,Ar分壓減小,反應中各物質所占壓強增大,平衡逆向移動,CH4平衡轉化率減小
或1.1×103
解析　(4)①因為總壓強不變,因此總壓強等于各組分分壓與Ar分壓的和,因此當壓強不變時,增大,則Ar分壓減小,反應中各物質所占的壓強增大,平衡逆向進行,甲烷平衡轉化率減小;②令起始時,通入1 mol甲烷和1 mol Ar,達到平衡時,消耗甲烷物質的量為0.5 mol,則生成碳蒸氣物質的量為0.5 mol,氫氣物質的量為1 mol,用分壓表示Kp==。
2.(2024·湖北荊州階段練)我國力爭于2030年前做到碳達峰,2060年前實現碳中和。CH4與CO2重整是CO2利用的研究熱點之一、該重整反應體系主要涉及以下反應:
(1)上述反應體系在一定條件下建立平衡后,下列說法正確的有　　　　。
A.增大CO2與CH4的濃度,反應a、b、c的正反應速率都增加
B.移去部分C(s),反應c、d、e的平衡均向右移動
C.加入反應a的催化劑,可提高CH4的平衡轉化率
D.降低反應溫度,反應a~e的正、逆反應速率都減小
(2)重整反應體系中,除碳(C)外沸點最高的物質為　　　　(寫化學式)。
AD
H2O
解析　(1)A.增大CO2和CH4的濃度,對于反應a、b、c來說,均增大了反應物的濃度,反應的正反應速率增大,正確;B.C為固體,移去部分C(s),反應物和生成物的濃度均沒有發生改變,反應的正逆反應速率均不變,反應c、d、e的平衡不移動,錯誤;C.催化劑可以同等條件下增大正逆反應速率,但不改變反應的平衡狀態,平衡轉化率不變,錯誤;D.降低溫度,體系的總能量降低,正、逆反應速率均減小,正確;(2)重整反應體系中,除碳(C)外,水常溫下為液態而其他物質均為氣態,則沸點最高的物質為H2O。
(3)設為相對壓力平衡常數,其表達式寫法:在濃度平衡常數表達式中,用相對分壓代替濃度。氣體的相對分壓等于其分壓(單位為kPa)除以p0(p0=100 kPa)。反應a、c、e的ln 隨(溫度的倒數)的變化如圖所示。
①反應a、c、e中,屬于放熱反應的有　　　(填字母)。
②反應c的相對壓力平衡常數表達式為=　　　　。
e
解析　(3)①由圖可知,隨著溫度的升高,反應a和c的ln增大,說明的數值增大,反應向正反應方向進行,反應a和c為吸熱反應;而反應e的ln減小,說明減小,反應向逆反應方向進行,則反應e為放熱反應。②反應中碳為固體不影響平衡常數,根據相對壓力平衡常數定義可知,用相對分壓代替濃度,則反應c的平衡常數表達式:=。
③在圖中A點對應溫度下、原料組成n(CO2)∶n(CH4)= 1∶1、初始總壓為100 kPa的恒容密閉容器中進行反應,體系達到平衡時H2的分壓為40 kPa。平衡時CH4的分壓= 　　　　kPa,CH4的平衡轉化率= 　　　　。
(4)CO2用途廣泛,寫出基于其物理性質的一種用途:　　　　　　　　　　　　。
16
68%
做冷凍劑或人工降雨
解析　③由圖可知,A處對應反應c的ln =0,即==1,則p2(H2)=100p(CH4),已知反應平衡時p(H2)=40 kPa,則p(CH4)=16 kPa,且初始狀態時p(CH4)=×100 kPa=50 kPa,故CH4的平衡轉化率為×100%=68%;(4)固態CO2即為干冰,干冰升華吸熱可使周圍環境的溫度降低,用于冷凍劑或人工降雨均是利用其物理性質。
+247
解析　(1)由蓋斯定律可知,反應ⅰ+ⅱ-ⅲ得到主反應,則反應焓變ΔH=(+75.0 kJ·mol-1)+(+41.0 kJ·mol-1)-(-131.0 kJ·mol-1)=+247 kJ·mol-1;
(2)我國學者對催化重整的主反應進行理論研究,提出在Pt—Ni或Sn—Ni合金催化下,先發生甲烷逐級脫氫反應,其反應歷程如圖所示(*表示吸附在催化劑表面)。
①該歷程中最大能壘E(正)=　　　　 eV/mol。
3.809
解析　(2)①由圖可知,使用Sn—Ni催化劑時,由C+H*到過渡態2的能壘最大,能壘為5.496 eV·mol-1 -1.687 eV·mol-1=3.809 eV·mol-1;
②其他條件相同時,催化重整的主反應在不同催化劑下反應相同時間,CO的產率隨反應溫度的變化如圖所示:
B是　　　　合金催化下CO的產率隨溫度的變化曲線,
A、B曲線到達W點后重合,請解釋原因
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
Sn—Ni
W點后,反應達到平衡,使用催化劑,化學平衡不移動,不影響CO的產率,故重合
解析　②由反應歷程示意圖可知,使用Pt—Ni合金作催化劑時,整個過程中的每一步反應的活化能都較小,反應速率較快,催化效果更好;由一氧化碳的產率隨反應溫度變化的示意圖可知,相同溫度時,曲線A的反應速率大于曲線B,則曲線B表示Sn—Ni合金催化下一氧化碳的產率隨溫度的變化曲線;由圖可知,W點一氧化碳的產率最高,反應達到平衡,催化劑只改變反應歷程,化學平衡不移動,不影響一氧化碳的產率,所以A、B曲線到達W點后重合;
(3)在1 L恒容密閉容器中通入1 mol H2及一定量CO,反應ⅲ中CO的平衡轉化率隨n(CO)及溫度變化如圖:
①A、B兩點對應的CO正反應速率v正(A)　 　v正(B)(填“<”“=”或“>”,下同),B和C兩點對應的反應溫度
TB　　　　TC。
②已知反應速率v正=k正x(CO)x(H2),v逆=k逆x(H2O),k為反應速率常數,x為氣體的體積分數,在達到平衡狀態為D點的反應過程(此過程為恒溫)中,當某時刻CO的轉化率剛好達到60%時,=　　　　。(用含k正和k逆的式子表示)
<
>
解析　(3)①由圖可知,A點起始氫氣和一氧化碳分別為1 mol、0.5 mol,平衡時一氧化碳的轉化率為66.7%,則平衡時氫氣、一氧化碳和水蒸氣的濃度分別為=0.666 5 mol·L-1、=0.166 5 mol·L-1和=0.333 5 mol·L-1,反應的平衡常數KA= ≈3.0,B點起始氫氣和一氧化碳分別為1 mol、0.5 mol,平衡時一氧化碳的轉化率為
50%,則平衡時氫氣、一氧化碳和水蒸氣的濃度分別為=0.75 mol·L-1、=0.25 mol·L-1和=0.25 mol·L-1,反應的平衡常數KB=≈1.3,C點起始氫氣和一氧化碳分別為1 mol、1 mol,平衡時一氧化碳的轉化率為45%,則平衡時氫氣、一氧化碳和水蒸氣的濃度分別為=0.55 mol·L-1、=0.55 mol·L-1和=0.45 mol·L-1, 反應的平衡常數KC=≈1.5,反應ⅲ是放熱反應,升高溫度,平衡向
逆反應方向移動,化學平衡常數減小,A點平衡常數大于B點,所以A點的反應溫度小于B點,正反應速率小于B點,B點的平衡常數小于C點,所以B點反應溫度高于C點;②由圖可知,D點起始氫氣和一氧化碳分別為1 mol、1 mol,平衡時一氧化碳的轉化率為60%,則平衡時氫氣、一氧化碳和水蒸氣的物質的量為1 mol-1 mol×60%=0.4 mol、1 mol-1 mol×60%=0.4 mol和1 mol×60%=0.6 mol,所以氫氣、一氧化碳和水蒸氣的物質的量分數分別為x(CO)=x(H2)==, x(H2O)==,已知反應速率公式可得===。

展開更多......

收起↑