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專題微練16　化學反應原理的綜合應用
　
1.丙烯是一種重要的化工原料。利用丙烷脫氫制備丙烯的原理為:
直接脫氫:C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)　ΔH1
回答下列問題:
(1)各化學鍵的鍵能如表所示,則ΔH1=_____________kJ·mol-1。
化學鍵 C—H C—C(π鍵) H—H
鍵能/(kJ·mol-1) 413 271 436
(2)計算機模擬直接脫氫的反應歷程如圖所示:
①基元反應速率大小:第一步_____________(填“>”“<”或“=”)第二步。
②依據該歷程圖推測丙烷脫氫可能會產生的副產物為_____________(填分子式)。
(3)一種提高丙烷轉化率的催化劑—膜系統,能讓部分氫氣透過膜后與反應體系分離,其工作原理如圖所示:
①該系統能提高丙烷轉化率的原因為___________________________。
②在T、p0條件下,1 mol丙烷通入無膜反應器,丙烷的平衡轉化率為50%,該反應的壓強平衡常數Kp=_____________;在相同條件下,若換成如圖所示有膜反應器,丙烷的平衡轉化率為75%,則相同時間內出口a和出口b的氫氣質量之比為_____________。
(4)丙烯還可通過丙烷氧化脫氫的方法制備,其原理為:
氧化脫氫:C3H8(g)+O2(g)C3H6(g)+H2O(g)　ΔH2=-118 kJ·mol-1
相比直接脫氫,氧化脫氫制備丙烯的優點為_____________________________,缺點為___________________________(各寫1點即可)。
2.短鏈烴是重要的化工原料,也是衡量國家化工水平的重要指標之一。
Ⅰ.丙烷制烯烴的反應有:
ⅰ.C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)　ΔH1
ⅱ.C3H8(g)C2H4(g)+CH4(g)　ΔH2=+82 kJ·mol-1
已知:共價鍵的鍵能如表所示。
共價鍵 C—H C—C CC H—H
鍵能/(kJ·mol-1) 413 347 613 436
回答下列問題:
(1)ΔH1=_____________kJ·mol-1。
(2)一定溫度下,在恒容密閉容器中充入C3H8(g)發生反應ⅰ和ⅱ,下列事實能說明該反應達到平衡狀態的是_____________(填字母)。
A.容器內混合氣體的平均相對分子質量不再變化
B.的值保持不變
C.v正(C3H8)=v逆(C3H6)
D.C2H4(g)和CH4(g)的物質的量之比保持不變
(3)在溫度為600 ℃、起始壓強為700 kPa的恒溫恒容密閉容器中充入C3H8(g)發生反應ⅰ和ⅱ,達到平衡后CH4(g)、C3H6(g)的體積分數均為15%。
①反應ⅰ的分壓平衡常數為Kp1=_____________kPa。
②若其他條件不變,該反應在恒容絕熱容器中進行,測得平衡時CH4(g)的體積分數大于C3H6(g),則此時反應ⅰ和ⅱ的分壓平衡常數:K'p1_____________K'p2(填“>”“<”或“=”)。
(4)C3H8(g)在催化劑Cr2O3/Al2O3表面制C3H6(g)的部分反應機理如圖所示。從元素電負性角度解釋步驟1能發生反應的原因為____________________________________。
Ⅱ.丙烷、甲醇共進料時,除發生反應ⅰ和ⅱ外,還發生反應:
ⅲ.C3H8(g)+CH3OH(g)CO(g)+3CH4(g)　ΔH=-29 kJ·mol-1
(5)平衡體系中C3H6(g)、C2H4(g)、CH4(g)和CO(g)在含碳微粒中的物質的量分數隨不同投料比L=的變化關系如圖所示,其中代表C2H4(g)的變化曲線為___________(填字母)。
(6)在恒容密閉容器中充入C3H8(g)和CH3OH(g)發生反應,平衡體系中c(CH4)隨溫度的升高先減小后增大,解釋其原因為_______________________________________。
3.(2024·滄衡八校二模)CO2回收與利用是實現“雙碳達標”的重要途徑。工業上利用CO2催化還原制備CH3OH原理:
ⅰ.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH1
ⅱ.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH2=+41.6 kJ·mol-1
(1)反應ⅰ部分反應歷程如圖甲所示(已知:1 eV=96 kJ·mol-1;標“*”的為吸附在催化劑上的物質)。
甲
根據題示信息,反應歷程①~⑥中能壘最大的一步反應式為_____________________。CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)　ΔH=_____________kJ·mol-1。
(2)在恒容密閉容器中充入2 mol CO2(g)和2 mol H2(g),加入固體催化劑M,若只發生反應ⅰ,下列說法正確的是__________(填字母)。
A.達到平衡時放出熱量為48 kJ
B.CO2的體積分數不變時一定達到平衡狀態
C.增大M的質量,H2的平衡轉化率增大
D.平衡后充入少量Ar,平衡不移動
(3)在密閉容器中充入1 mol CO2(g)和3 mol H2(g),發生上述反應ⅰ和ⅱ,測得CO2(g)的平衡轉化率與壓強(1 MPa、3 MPa、5 MPa)、溫度(T)的關系如圖乙所示。
乙
①表示壓強為1 MPa的曲線是_____________(填“L1”“L2”或“L3”),判斷依據是___________________________
溫度升高,三條曲線逐漸靠近的主要原因是____________________________。
②W點時,CH3OH的物質的量為a mol,則500 ℃時反應ⅱ的平衡常數Kp為_____________(用含a的代數式表示,用平衡分壓代替平衡濃度計算的平衡常數為Kp,分壓=總壓×物質的量分數)。
(4)我國科學家開發了高效電催化裝置,實現CO2在酸性條件下氫化制備CH3OH。陰極反應式為
4.(2024·大連適應性測試)甲醇是重要的化工原料,應用前景廣闊。工業上一般采用以下方法合成:
(1)反應Ⅰ:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)
ΔH=-90 kJ·mol-1
反應Ⅱ:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)
ΔH=+41 kJ·mol-1
則反應Ⅲ:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)的ΔH=_____________kJ·mol-1
(2)在催化劑M的作用下,反應Ⅱ的微觀反應歷程和相對能量(E)如下表所示,其中吸附在催化劑表面上的物種用“*”標注。已知:表示C,表示O,表示H。
歷程 反應
歷程a CO2(g) CO(g)+O*
歷程b H2(g)+O*HO*+H*
歷程c ___________
①歷程c對應的反應為
②決定反應Ⅱ總反應速率的是歷程_____________(填“a”“b”或“c”)。
(3)將CO2和H2按物質的量之比1∶3充入一恒容密閉容器中
①若只發生反應Ⅲ,下列敘述能說明該反應達到平衡狀態的是_____________(填字母)。
A.CO2和H2的轉化率相等
B.生成3 mol O—H的同時生成3 mol H—H
C.ΔH-T·ΔS=0時
D.混合氣體的密度保持不變
②若同時發生反應Ⅱ和反應Ⅲ,測得CO2的平衡轉化率隨溫度、壓強變化的情況如圖所示。
ⅰ.壓強p1、p2、p3的大小關系為_____________。
ⅱ.A點、B點的化學反應速率大小:v(A)_____________v(B)(填“<”“=”或“>”)。
③圖中M點對應的溫度下,已知CO的選擇性(生成的CO與轉化的CO2的百分比)為50%,該溫度下反應Ⅱ的平衡常數為___________(結果保留3位小數)。
5.(2024·沈陽三模)氫能將在實現“雙碳”目標中起重要作用。一種Pd膜反應器催化制氫氣原理如下:
ⅰ.CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)
ⅱ.CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g)
ⅲ.CaO(s)+CO2(g)CaCO3(s)
回答下列問題:
(1)某溫度下,H2在Pd膜表面上的解離過程如下圖,存在如下平衡:H22H,其正反應的活化能遠小于逆反應的活化能。下列說法錯誤的是_____________。
A.過程①為H2在Pd膜表面上的解離過程,ΔH>0
B.加快Pd膜內H原子遷移有利于H2的解離
C.Pd膜對氣體分子的透過具有選擇性
D.氫原子核外只有一個電子,它產生的原子光譜只有一根或明或暗的線
(2)在特定溫度下,由穩定態單質生成1 mol化合物的焓變叫做該物質在此溫度下的標準摩爾生成焓。表中為幾種物質在298 K的標準摩爾生成焓,則反應ⅱ的ΔH2(298 K)=_____________kJ/mol;該反應_____________(填“高溫”或“低溫”)時自發進行。
物質 H2(g) CO2(g) CH4(g) H2O(g)
標準摩爾生成焓 /(kJ/mol) 0 -394 -74.6 -242
(3)CH4、CO、CO2對復合膜透氫能力影響如下圖,_____________對Pd膜的滲透性能和使用壽命產生致命影響。請結合反應原理和下圖分析CO2吸附劑CaO可增加氫氣透過率的原因:___________________________
(4)恒溫恒容Pd膜反應器中按甲烷、水蒸氣1∶3投料,體系壓強為100 kPa,平衡后測得甲烷轉化率為80%,CO2選擇性為60%(CO2選擇性=×100%),氧化鈣對二氧化碳的吸收率為50%,則CO2的分壓為_____________kPa,反應ⅰ的平衡常數Kp=__________kPa。(寫出計算式即可;用分壓代替物質的量濃度計算;分壓=總壓×物質的量分數)
專題微練16　化學反應原理的綜合應用
1.答案　(1)+119　(2)① <　②C6H14　(3)① Ar吹掃分離部分H2,生成物濃度減小,平衡正向移動　②　1∶5
(4)丙烷轉化率較高　丙烷可能與O2發生副反應,導致丙烯產率降低
解析　(1)由方程式可知,丙烷直接脫氫的反應中斷裂2 mol碳氫鍵,形成1 mol碳碳π鍵和1 mol氫氫鍵,則反應ΔH=2×413 kJ·mol-1—271 kJ·mol-1—436 kJ·mol-1=+119 kJ·mol-1。(2)①由圖可知,丙烷直接脫氫的反應存在4個基元反應,第一步基元反應的活化能大于第二步,反應的活化能越大,反應速率越慢,所以第一步基元反應的反應速率慢于第二步。②由圖可知,第一步反應生成的自由基·C3H*7可能相互結合生成副產物C6H14。(3)①由圖可知,Ar吹掃能分離出部分氫氣,生成物濃度減小,平衡向正反應方向移動,丙烷轉化率增大。②由題意可知,丙烷的平衡轉化率為50%,由方程式可知,平衡時丙烷、丙烯、氫氣的物質的量為1 mol-1 mol×50%=0.5 mol、1 mol×50%=0.5 mol、1 mol×50%=0.5 mol,則反應的壓強平衡常數Kp==;在相同條件下,若換成如圖所示有膜反應器,丙烷的平衡轉化率為75%時,反應平衡時丙烷、丙烯、氫氣的物質的量為1 mol-1 mol×75%=0.25 mol、1 mol×75%=0.75 mol、1 mol×75%=0.75 mol,設出口a氫氣的物質的量為x mol,溫度不變,平衡常數不變,則由平衡常數可得=,解得x=0.125,所以相同時間內出口a和出口b的氫氣質量之比為0.125 mol×2 g·mol-1∶(0.75-0.125) mol×2 g·mol-1=1∶5。(4)相比直接脫氫,氧化脫氫的優點是可以減小生成物氫氣的濃度,使平衡向正反應方向移動,有利于增大丙烷轉化率;缺點是催化劑作用下丙烷可能與通入的氧氣發生副反應,導致丙烯的產率降低。
2.答案　(1)+124　(2)AB　(3)①56.25或　②<
(4)C原子的電負性大于H原子,O原子的電負性大于Cr原子,顯負電的C原子與顯正電的Cr原子成鍵,顯正電的H原子與顯負電的O原子成鍵　(5)c　(6)反應ⅱ為吸熱反應,反應ⅲ為放熱反應,升高溫度反應ⅱ正向移動,反應ⅲ逆向移動,開始時反應ⅲ占主導,溫度升高到一定程度后反應ⅱ占主導
解析　(1)ΔH1=反應物的總鍵能-生成物的總鍵能=347×2+8×413-613-347-6×413-436=+124 kJ·mol-1。(2)容器內混合氣體的平均相對分子質量不再變化,無論反應ⅰ還是反應ⅱ,氣體質量不變,n可變,說明平均相對分子質量是一個可變的值,不再發生變化說明達到平衡狀態,A項正確;反應ⅰ中=,當Q不變時,說明Q=K,達到了平衡狀態,B項正確;C3H8參加了兩個反應,而C3H6只存在于一個反應,不能說明達到平衡狀態,C項錯誤;C2H4(g)和CH4(g)在任何時刻物質的量都是按1∶1生成,二者物質的量之比保持不變不能說明達到了平衡狀態,D項錯誤。(3)①體積分數=物質的量分數,甲烷的體積分數等于乙烯的體積分數,丙烯的體積分數等于氫氣的體積分數,則C3H8的體積分數為100%-15%-15%-15%-15%=40%,則平衡時的壓強==1 000 kPa,則p(C3H8)=1 000×40%=400 kPa,p(C3H6)=p(H2)=15%×1 000=150 kPa,Kp1==56.25 kPa。②由方程式可知p(C3H6)=p(H2),p(C2H4)=p(CH4),所以Kp1==,Kp2==,平衡時CH4%>C3H6%,則p(CH4)>p(C3H6),因此K'p13.答案　(1)HCOO*+H*+2H2(g)HCOOH*+2H2(g)(或HCOO*+H*HCOOH*)　-89.6　(2)D　(3)①L3　反應ⅰ是氣體分子數減小反應,反應ⅱ是氣體分子數相等反應,其他條件相同時,增大壓強,CO2的平衡轉化率增大　溫度升高對反應ⅱ的影響大于反應ⅰ,反應ⅱ是氣體分子數相等的反應,增大壓強,CO2的平衡轉化率趨向相等　②　(4)CO2+6H++6e-CH3OH+H2O
解析　(1)根據圖甲,過渡態能壘計算如表:
過渡態 TS1 TS2 TS3 TS4 TS5
能壘/eV 0.87 1.15 0.96 0.14 0.1
能壘最大的一步反應為HCOO*+H*+2H2(g)HCOOH*+2H2(g)。根據圖甲可知,CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH1=-48 kJ·mol-1。根據蓋斯定律可知,(ⅰ)-(ⅱ)得目標反應,ΔH1-ΔH2=(-48-41.6) kJ·mol-1=-89.6 kJ·mol-1。(2)反應ⅰ為可逆反應,轉化的CO2的物質的量小于1 mol,放出的熱量小于48 kJ,A項錯誤;代入數據計算,CO2的體積分數始終為50%,B項錯誤;M為催化劑,對平衡轉化率無影響,C項錯誤;恒容條件下充入氬氣,反應物濃度不變,平衡不移動,D項正確。(3)①反應ⅱ的反應前后氣體分子數不變,增大壓強對其無影響,反應ⅰ合成甲醇是氣體分子數減小的反應,其他條件不變時增大壓強,CO2的平衡轉化率增大,故L3曲線代表壓強為1 MPa。溫度升高,反應ⅰ平衡向左移動,反應ⅱ平衡向右移動,對反應ⅱ的影響大于反應ⅰ,反應ⅱ是氣體分子數不變的反應,壓強對平衡轉化率的影響逐漸減小,故不同壓強下,CO2的平衡轉化率趨向相等。②根據三段式:
　　　　　CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)
起始/mol 　1　　　　3　　 　　　0　 　　　0
變化/mol 　a　　 　3a　　　　　a　　 　　a
平衡/mol　1-a　 　3-3a　　　　a　　 　　a
　　　　　CO2(g) + H2(g) CO(g) + H2O(g)
起始/mol 　1-a　　 3-3a　　　　0　　 　a
變化/mol 　0.5-a　0.5-a　 　0.5-a　0.5-a
平衡/mol 　0.5　 　2.5-2a　　0.5-a　　0.5
平衡時n(CO2)=0.5 mol,n(H2)=(2.5-2a) mol,n(CO)=(0.5-a) mol,n(H2O)=0.5 mol,反應ⅱ的平衡常數Kp=====。(4)CO2在陰極上發生還原反應生成CH3OH,電極反應式為CO2+6H++6e-CH3OH+H2O。
4.答案　(1)-49　(2)①HO*+H*H2O(g)　②c　(3)①BC　②p1解析　(1)由蓋斯定律可知,由反應Ⅰ+反應Ⅱ可得反應Ⅲ,則CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)的ΔH=(-90 kJ·mol-1)+(+41 kJ·mol-1)=-49 kJ·mol-1。(2)①反應Ⅱ為CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g),總歷程為反應Ⅱ,結合歷程a、b可知,歷程c對應的反應HO*+H*H2O(g)。②活化能越小反應越快,活化能越大反應越慢,決定總反應速率的是慢反應;據圖可知決定反應Ⅱ總反應速率的是歷程c。(3)①A項,CO2和H2的投料比等于反應系數比,則CO2和H2的轉化率一直相等,不能說明反應達到平衡狀態;B項,生成3 mol O—H的同時生成3 mol H—H,說明正、逆反應速率相等,反應達到平衡;C項,ΔG=ΔH-T·ΔS=0,反應達到平衡狀態;D項,容器容積和氣體總質量始終不變,則混合氣體的密度始終不變,因此不能說明反應已達平衡。②ⅰ.反應Ⅱ為反應前后氣體物質的量不變的反應,加壓平衡不移動,而對于反應Ⅲ,加壓平衡正向移動,使得二氧化碳的平衡轉化率增大,故p1　　　　　CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)
起始/mol　 　　　　　　　　　0　　 　0
轉化/mol　 0.125　 0.125　　0.125 　0.125
平衡/mol　
　　 　　CO2(g) + 3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)
起始/mol 　1　 　　　3　　　　　0　　 　　0
轉化/mol 0.25-0.125
=0.125　0.375　　　0.125　 　0.125
平衡/mol　
則平衡時二氧化碳、氫氣、一氧化碳、水的物質的量分別為0.75 mol、2.5 mol、0.125 mol、0.25 mol,反應Ⅱ為等分子數的反應,則該溫度下反應Ⅱ的平衡常數為=0.017。
5.答案　(1)AD　(2)+164.6　高溫　(3)CO　CaO吸收CO2導致反應ⅱ平衡右移,進而導致CH4和H2O的濃度下降,反應ⅰ平衡左移,CO濃度降低,氫氣透過率增加
(4)6　
解析　(1)如圖,由于正反應的活化能遠小于逆反應的活化能,過程①為H2在Pd膜表面上的解離過程,ΔH<0,A項錯誤;加快Pd膜內H原子遷移,使H原子濃度降低,H22H平衡向右移動,有利于H2的解離,B項正確;由圖知, Pd膜允許H原子通過,但是H2不能通過,對氣體分子的透過具有選擇性,C項正確;氫原子核外只有一個電子,但是它的激發態有多種,當電子躍遷回較低狀態時釋放能量,發出多條不同波長的光,所以它產生的原子光譜中不只有一根或明或暗的線,D項錯誤。(2)由表中幾種物質在298 K的標準摩爾生成焓可知,①C(s)+O2(g)CO2(g)　ΔH=-394 kJ·mol-1,②C(s)+2H2(g)CH4(g)　ΔH=-74.6 kJ·mol-1,③H2(g)+O2(g)H2O(g)　ΔH=-242 kJ·mol-1,則反應ⅱ=①-②-2×③,ΔH2(298 K)=(-394+74.6+484) kJ·mol-1=+164.6 kJ·mol-1;該反應ΔH2(298 K)>0,ΔS2(298 K)>0,故反應在高溫時自發進行。(3)由圖知,隨著CO的物質的量分數增加,H2的透過率明顯降低,即CO對Pd膜的滲透性能和使用壽命可產生致命影響。CaO吸收CO2導致反應ⅱ平衡右移,進而導致CH4和H2O的濃度下降,反應ⅰ平衡左移,CO濃度降低,氫氣透過率增加。(4)恒溫恒容Pd膜反應器中按甲烷、水蒸氣1∶3投料,體系壓強為100 kPa,此時甲烷的分壓為25 kPa,水蒸氣的分壓為75 kPa,平衡后測得甲烷的轉化率為80%,CO2選擇性為60%(CO2選擇性=×100%),此時CO的分壓為25 kPa×80%×(1-60%)=8 kPa,氧化鈣對二氧化碳的吸收率為50%,CO2的分壓為25 kPa×80%×60%×50%=6 kPa;則由三段式得
　　　　CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)
起始/kPa　25　 　75　　 　　0　 　　0
變化/kPa　 8　　　8　　　　　8　　 　24
平衡/kPa　17 　　67　　 　　8　　 　24
　　　　CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g)
起始/kPa　17　　　67　　　　　0　 　　24
變化/kPa　12　　　24　　　 　12　 　　48
平衡/kPa　 5　　　43　 　　　12　 　　72
反應ⅰ的平衡常數Kp= kPa2。(共51張PPT)
專題微練16　化學反應原理
的綜合應用
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1.丙烯是一種重要的化工原料。利用丙烷脫氫制備丙烯的原理為：
直接脫氫：C3H8(g) C3H6(g)+H2(g)　ΔH1
回答下列問題：
(1)各化學鍵的鍵能如表所示，則ΔH1=________kJ·mol-1。
化學鍵 C—H C—C(π鍵) H—H
鍵能/(kJ·mol-1) 413 271 436
+119
1
5
2
3
4
(2)計算機模擬直接脫氫的反應歷程如圖所示：

①基元反應速率大小：第一步____(填“>”“<”或“=”)第二步。
②依據該歷程圖推測丙烷脫氫可能會產生的副產物為_______ (填分子式)。
<
C6H14
1
5
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3
4
(3)一種提高丙烷轉化率的催化劑—膜系統，能讓部分氫氣透
過膜后與反應體系分離，其工作原理如圖所示：
①該系統能提高丙烷轉化率的原因為___________________________
_________________________。
Ar吹掃分離部分H2，生成物濃度減小，平衡正向移動
1
5
2
3
4
②在T、p0條件下，1 mol丙烷通入無膜反應器，丙烷的平衡轉化率
為50%，該反應的壓強平衡常數Kp=_______；在相同條件下，若換成如圖所示有膜反應器，丙烷的平衡轉化率為75%，則相同時間內出口a和出口b的氫氣質量之比為__________。
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丙烷轉化率較高
丙烷可能與O2發生副反應，導致丙烯產率降低
(1)由方程式可知，丙烷直接脫氫的反應中斷裂2 mol碳氫鍵，形成1 mol碳碳π鍵和1 mol氫氫鍵，則反應ΔH=2×413 kJ·mol-1—
解析
271 kJ·mol-1—436 kJ·mol-1=+119 kJ·mol-1。(2)①由圖可知，丙烷直接脫氫的反應存在4個基元反應，第一步基元反應的活化能大于第二步，反應的活化能越大，反應速率越慢，所以第一步基元反應的反應速率慢于第二步。②由圖可知，第一步反應生成的自由基·C3H*7可能相互結合生成副產物C6H14。(3)①由圖可知，Ar吹掃能分離出部分氫氣，生成物濃度減小，平衡向正反應方向移動，丙烷轉化率增大。②由題意可知,丙烷的平衡轉化率為50%,由
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量之比為0.125 mol×2 g·mol-1∶(0.75-0.125) mol×2 g·mol-1=1∶
5。(4)相比直接脫氫，氧化脫氫的優點是可以減小生成物氫氣的濃度，使平衡向正反應方向移動，有利于增大丙烷轉化率；缺點是催化劑作用下丙烷可能與通入的氧氣發生副反應，導致丙烯的產率降低。
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2.短鏈烴是重要的化工原料,也是衡量國家化工水平的重要指標之一。
Ⅰ.丙烷制烯烴的反應有：
ⅰ.C3H8(g)===C3H6(g)+H2(g)　ΔH1
ⅱ.C3H8(g)===C2H4(g)+CH4(g)　ΔH2=+82 kJ·mol-1
已知：共價鍵的鍵能如表所示。
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共價鍵 C—H C—C C==C H—H
鍵能(kJ·mol-1) 413 347 613 436
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AB
(3)在溫度為600 ℃、起始壓強為700 kPa的恒溫恒容密閉容器中充入C3H8(g)發生反應ⅰ和ⅱ，達到平衡后CH4(g)、C3H6(g)的體積分數均為15%。
①反應ⅰ的分壓平衡常數為Kp1=____________kPa。
②若其他條件不變，該反應在恒容絕熱容器中進行，測得平衡時CH4(g)的體積分數大于C3H6(g),則此時反應ⅰ和ⅱ的分壓平衡常數：K'p1_____K'p2(填“>”“<”或“=”)。
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(4)C3H8(g)在催化劑Cr2O3/Al2O3表面制C3H6(g)的部分反應機理如圖所示。從元素電負性角度解釋步驟1能發生反應的原因為____________
____________________________________________________________________________________________________________________。
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C原子的電負性大于H原子，O原子的電負性大于Cr原子，顯負電的C原子與顯正電的Cr原子成鍵，顯正電的H原子與顯負電的O原子成鍵
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Ⅱ.丙烷、甲醇共進料時，除發生反應ⅰ和ⅱ外，還發生反應：
ⅲ.C3H8(g)+CH3OH(g)===CO(g)+3CH4(g)　ΔH=-29 kJ·mol-1
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(5)平衡體系中C3H6(g)、C2H4(g)、CH4(g)和CO(g)在含碳微粒中的物質的量分數隨不同投料比L= 的變化關系如圖所示，其中代表C2H4(g)的變化曲線為__________(填字母)。
c
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4
(6)在恒容密閉容器中充入C3H8(g)和CH3OH(g)發生反應，平衡體系中c(CH4)隨溫度的升高先減小后增大，解釋其原因為________________
___________________________________________________________
_________________________________________________________。
反應ⅱ為吸熱反應，反應ⅲ為放熱反應，升高溫度反應ⅱ正向移動，反應ⅲ逆向移動，開始時反應ⅲ占主導，溫度升高到一定程度后反應ⅱ占主導
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3.(2024·滄衡八校二模)CO2回收與利用是實現“雙碳達標”的重要途徑。工業上利用CO2催化還原制備CH3OH原理：
ⅰ.CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH1
ⅱ.CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)　ΔH2=+41.6 kJ·mol-1
(1)反應ⅰ部分反應歷程如圖甲所示(已知：1 eV=96 kJ·mol-1；標“*”的為吸附在催化劑上的物質)。
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根據題示信息，反應歷程①~⑥中能壘最大的一步反應式為_______
_________________________________________________________。CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)　ΔH=____________kJ·mol-1。
(2)在恒容密閉容器中充入2 mol CO2(g)和2 mol H2(g)，加入固體催化劑M，若只發生反應ⅰ，下列說法正確的是________(填字母)。
A.達到平衡時放出熱量為48 kJ
B.CO2的體積分數不變時一定達到平衡狀態
C.增大M的質量，H2的平衡轉化率增大
D.平衡后充入少量Ar，平衡不移動
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HCOO*
+H*+2H2(g)===HCOOH*+2H2(g)(或HCOO*+H*===HCOOH*)
-89.6
D
(3)在密閉容器中充入1 mol CO2(g)和3 mol H2(g)，發生上述反應ⅰ和ⅱ，測得CO2(g)的平衡轉化率與壓強(1 MPa、3 MPa、5 MPa)、溫度(T)的關系如圖乙所示。
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①表示壓強為1 MPa的曲線是_____(填“L1”“L2”或“L3”)，判斷依據是_________________________________________________________________________________________________________。
溫度升高，三條曲線逐漸靠近的主要原因是_____________________
______________________________________________________________________________________。
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L3
反應ⅰ是氣體分子數減小反應，反應ⅱ是氣體分子數相等反應，其他條件相同時，增大壓強，CO2的平衡轉化率增大
溫度升高對反應ⅱ的影響大于反應ⅰ，反應ⅱ是氣體分子數相等的反應，增大壓強，CO2的平衡轉化率趨向相等
②W點時，CH3OH的物質的量為a mol，則500 ℃時反應ⅱ的平衡常
數Kp為__________(用含a的代數式表示，用平衡分壓代替平衡濃度計算的平衡常數為Kp，分壓=總壓×物質的量分數)。
(4)我國科學家開發了高效電催化裝置，實現CO2在酸性條件下氫化制備CH3OH。陰極反應式為______________________________。
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CO2+6H++6e-===CH3OH+H2O
(1)根據圖甲，過渡態能壘計算如表：
能壘最大的一步反應為HCOO*+H*+2H2(g)===HCOOH*+2H2(g)。根據圖甲可知，CO2(g)+3H2(g)===CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH1=
-48 kJ·mol-1。根據蓋斯定律可知，(ⅰ)-(ⅱ)得目標反應，ΔH1- ΔH2=(-48-41.6) kJ·mol-1=-89.6 kJ·mol-1。(2)反應ⅰ為可逆反應,
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過渡態 TS1 TS2 TS3 TS4 TS5
能壘/eV 0.87 1.15 0.96 0.14 0.1
轉化的CO2的物質的量小于1 mol，放出的熱量小于48 kJ，A項錯誤；代入數據計算，CO2的體積分數始終為50%，B項錯誤；M為催化劑，對平衡轉化率無影響，C項錯誤；恒容條件下充入氬氣,反應物濃度不變，平衡不移動，D項正確。(3)①反應ⅱ的反應前后氣體分子數不變，增大壓強對其無影響，反應ⅰ合成甲醇是氣體分子數減小的反應，其他條件不變時增大壓強，CO2的平衡轉化率增大，故L3曲線代表壓強為1 MPa。溫度升高，反應ⅰ平衡向
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左移動，反應ⅱ平衡向右移動，對反應ⅱ的影響大于反應ⅰ，反應ⅱ是氣體分子數不變的反應，壓強對平衡轉化率的影響逐漸減小，故不同壓強下，CO2的平衡轉化率趨向相等。②根據三段式:
解析
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　　　 　CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)
起始/mol 　1　　　3　　 　　 0　 　　 0
變化/mol 　a　　 3a　　　　 　a　　 　 a
平衡/mol　1-a　　3-3a　　　 　a　　 　 a
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-49
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歷程 反應
歷程a CO2(g) CO(g)+O*
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歷程b H2(g)+O* HO*+H*
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歷程c _________________
①歷程c對應的反應為______________________。
②決定反應Ⅱ總反應速率的是歷程________(填“a”“b”或“c”)。
(3)將CO2和H2按物質的量之比1∶3充入一恒容密閉容器中
①若只發生反應Ⅲ，下列敘述能說明該反應達到平衡狀態的是_____
(填字母)。
A.CO2和H2的轉化率相等
B.生成3 mol O—H的同時生成3 mol H—H
C.ΔH-T·ΔS=0時
D.混合氣體的密度保持不變
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HO*+H* H2O(g)
c
BC
②若同時發生反應Ⅱ和反應Ⅲ，測得CO2的平衡轉化率隨溫度、壓強變化的情況如圖所示。
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ⅰ.壓強p1、p2、p3的大小關系為_________。
ⅱ.A點、B點的化學反應速率大小：v(A)____v(B)(填“<”“=”或“>”)。
③圖中M點對應的溫度下，已知CO的選擇性(生成的CO與轉化的CO2的百分比)為50%，該溫度下反應Ⅱ的平衡常數為__________(結果保留3位小數)。
p1<
0.017
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平衡；C項，ΔG=ΔH-T·ΔS=0，反應達到平衡狀態；D項，容器容積和氣體總質量始終不變，則混合氣體的密度始終不變，因此不能說明反應已達平衡。②ⅰ.反應Ⅱ為反應前后氣體物質的量不變的反應，加壓平衡不移動，而對于反應Ⅲ，加壓平衡正向移動,使得二氧化碳的平衡轉化率增大，故p1解析
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的轉化率為25%，則反應0.25 mol二氧化碳，已知CO的選擇性(生成的CO與轉化的CO2的百分比)為50%，則生成CO為0.125 mol；
　　　　　CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)
起始/mol　 　　　　　　　　0　　 　0
轉化/mol　 0.125　 0.125　　0.125 　0.125
平衡/mol　
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下列說法錯誤的是________。


A.過程①為H2在Pd膜表面上的解離過程，ΔH>0
B.加快Pd膜內H原子遷移有利于H2的解離
C.Pd膜對氣體分子的透過具有選擇性
D.氫原子核外只有一個電子，它產生的原子光譜只有一根或明或暗的線
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AD
(2)在特定溫度下，由穩定態單質生成1 mol化合物的焓變叫做該物質在此溫度下的標準摩爾生成焓。表中為幾種物質在298 K的標準摩爾生成焓，則反應ⅱ的ΔH2(298 K)=________kJ/mol；該反應________
(填“高溫”或“低溫”)時自發進行。
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物質 H2(g) CO2(g) CH4(g) H2O(g)
標準摩爾生成焓(kJ/mol) 0 -394 -74.6 -242
+164.6
高溫
(3)CH4、CO、CO2對復合膜透氫
能力影響如圖，______對Pd膜的
滲透性能和使用壽命產生致命影
響。請結合反應原理和下圖分析
CO2吸附劑CaO可增加氫氣透過
率的原因：_________________________________________________
______________________________________________________________。
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CaO吸收CO2導致反應ⅱ平衡右移，進而導致CH4和H2O的濃度下降，反應ⅰ平衡左移，CO濃度降低，氫氣透過率增加
CO
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(1)如圖，由于正反應的活化能遠小于逆反應的活化能，過程①為H2在Pd膜表面上的解離過程，ΔH<0，A項錯誤；加快Pd膜內H原子遷移，使H原子濃度降低，H2 2H平衡向右移動，有利于H2的解離，B項正確；由圖知， Pd膜允許H原子通過，但是H2不能通過，對氣體分子的透過具有選擇性，C項正確；氫原子核外只有一個電子，但是它的激發態有多種，當電子躍遷回較低狀態時釋放能量，發出多條不同波長的光，所以它產生的原子光譜中不
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只有一根或明或暗的線，D項錯誤。(2)由表中幾種物質在298 K的標準摩爾生成焓可知，①C(s)+O2(g)===CO2(g)　ΔH=-394 kJ·mol-1，②C(s)+2H2(g)===CH4(g)　ΔH=-74.6 kJ·mol-1，③H2(g)+O2(g)===H2O(g)　ΔH=-242 kJ·mol-1，則反應ⅱ=①-②-2×③，ΔH2(298 K)=(-394+74.6+484) kJ·mol-1=+164.6 kJ·mol-1;該反應ΔH2(298 K)>0，ΔS2(298 K)>0，故反應在高溫時自發進行。
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