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第八單元　化學反應速率與化學平衡
(滿分:100分)
一、選擇題:本題包括14小題,每小題4分,共56分。每小題只有一個選項符合題意。
1.下列反應中ΔH>0,ΔS>0的是 (　　)
A.HCl(g)+NH3(g)===NH4Cl(s)
B.高溫下能自發進行的反應:2N2O5(g)===4NO2(g)+O2(g)
C.2H2(g)+O2(g)===2H2O(l)
D.任何溫度下均能自發進行的反應:COCl2(g)===CO(g)+Cl2(g)
2.某溫度下,在一恒容密閉容器中進行如下兩個反應并達到平衡:
①2X(g)+Y(g)Z(s)+2Q(g)　ΔH1<0
②M(g)+N(g)R(g)+Q(g)　ΔH2>0
下列敘述錯誤的是 (　　)
A.通入稀有氣體Ar,①平衡正向移動
B.加入適量Z,①和②平衡均不移動
C.降溫時無法判斷Q濃度的增減
D.通入Y,則N的濃度增大
3.已知:2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)　ΔH=-25 kJ·mol-1。某溫度下的平衡常數為400。此溫度下,在1 L體積不變的密閉容器中加入CH3OH,某時刻測得各組分的物質的量濃度如表。下列說法中正確的是 (　　)
物質 CH3OH CH3OCH3 H2O
c/mol·L-1 0.08 1.6 1.6
A.此時刻反應未達到平衡狀態
B.容器內壓強不變時,說明反應達平衡狀態
C.平衡時,容器中混合物的總能量降低40 kJ
D.平衡時,再加入與起始等量的CH3OH,達新平衡后CH3OH體積分數減小
4.在恒壓、NO和O2的起始濃度一定的條件下,催化反應相同時間,測得不同溫度下NO轉化為NO2的轉化率如圖中實線所示(圖中虛線表示相同條件下NO的平衡轉化率隨溫度的變化)。
下列說法不正確的是 (　　)
A.反應2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的ΔH<0
B.圖中X點所示條件下,延長反應時間能提高NO轉化率
C.圖中Y點所示條件下,增加O2的濃度不能提高NO轉化率
D.380 ℃下,c起始(O2)=5.0×10-4 mol·L-1,NO平衡轉化率為50%,則平衡常數K>2 000
5.室溫下,某溶液初始時僅溶有M,同時發生以下兩個反應:①M===X+Y;②M===X+Z。反應①的速率可表示為v1=k1c(M),反應②的速率可表示為v2=k2c(M)(k1、k2為速率常數)。體系中生成物濃度(c)隨時間(t)變化的曲線如圖所示。下列說法錯誤的是 (　　)
A.0~10 s內,M的平均反應速率v2(M)=0.7 mol·L-1·s-1
B.溫度不變,反應過程中的值不變
C.反應①的活化能比反應②的活化能大
D.溫度升高,體系中的值減小
6.CO2電催化還原制備CH3OH的反應歷程如圖所示(部分物質未畫出)。
主反應:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH1
副反應:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH2
下列說法正確的是 (　　)
A.催化劑可同時降低主、副反應的活化能,從而降低ΔH1、ΔH2
B.*OCH2與H+結合形成*OCH3
C.反應過程中有極性鍵和非極性鍵的斷裂與生成
D.反應*CO+*OH+*HCO+*H2O為決速步
7.溫度為T ℃,向體積不等的恒容密閉容器中均充入1 mol氣體X,發生反應:X(g)Y(g)+Z(g)　ΔH,反應均進行10 min,測得各容器中X的轉化率與容器體積的關系如圖所示。
下列說法正確的是 (　　)
A.a點再充入一定量的X,X的轉化率減小
B.d點有v正=v逆
C.正反應速率v(b)=v(d)
D.若c點為平衡點,則濃度平衡常數K=0.9
8.(2024·福建南平檢測)中國科學家在人工合成淀粉方面取得重大突破性進展,該實驗方法首先將CO2催化還原為CH3OH。已知CO2催化加氫的主要反應有
①CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=-49.4 kJ·mol-1
②CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2=+41.2 kJ·mol-1。
下列說法正確的是 (　　)
A.CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)　ΔH=+90.6 kJ·mol-1
B.其他條件不變,增大壓強,有利于反應向生成CH3OH的方向進行
C.使用催化劑,能加快反應速率,但活化分子的百分數沒有改變
D.升高溫度,反應②的速率加快,反應①的速率減慢
9.一定條件下,分別在甲、乙、丙三個恒容密閉容器中加入A和B,發生反應:3A(g)+B(g)2C(g)　ΔH>0,448 K時該反應的化學平衡常數K=1,反應體系中各物質的物質的量濃度的相關數據如下:
容器 溫度/K 起始時物質的 濃度/(mol·L-1) 10分鐘時物質的 濃度/(mol·L-1)
c(A) c(B) c(C)
甲 448 3 1 0.5
乙 T1 3 1 0.4
丙 448 3 2 a
下列說法不正確的是 (　　)
A.甲中,10分鐘內A的化學反應速率:v(A)=0.075 mol·L-1·min-1
B.甲中,10分鐘時反應已達到化學平衡狀態
C.乙中,T1<448 K、K乙D.丙中,達到化學平衡狀態時A的轉化率大于25%
10.(2024·遼寧大連檢測)氨的催化氧化(生成NO和H2O)是工業制硝酸的基礎,在1 L密閉容器中充入1 mol NH3和2 mol O2,測得有關產物的物質的量與溫度的關系如圖所示。下列說法錯誤的是 (　　)
A.可加入Pt-Rh合金作催化劑,提高反應的速率
B.氨的催化氧化最佳溫度應控制在840 ℃左右
C.520 ℃時,NH3的轉化率為40%
D.840 ℃以上,可能發生了反應:2NO(g)O2(g)+N2(g)
11.(2024·江西宜春檢測)乙酸甲酯催化醇解反應可制備甲醇和乙酸己酯,其熱化學方程式為CH3COOCH3(l)+C6H13OH(l)CH3COOC6H13(l)+CH3OH(l)　ΔH。已知v正=k正·x(CH3COOCH3)·x(C6H13OH), v逆=k逆·x(CH3COOC6H13)·x(CH3OH),其中v正、v逆為正、逆反應速率,k正、k逆為速率常數,x為各組分的物質的量分數。反應開始時,己醇和乙酸甲酯按物質的量之比1∶1投料,測得348 K、343 K、338 K下乙酸甲酯的轉化率(α)隨時間(t)的變化關系如圖所示,下列說法錯誤的是 (　　)
A.ΔH>0
B.A、B、C、D四點中,v正最大的是A點,v逆最大的是D點
C.曲線①、②、③中,k正-k逆的值最大的是曲線①
D.348 K時,以物質的量分數表示的化學平衡常數Kx≈3.16
12.室溫下,某溶液初始時僅溶有M和N且濃度相等,同時發生以下兩個反應:①M+N===X+Y:②M+N===X+Z,反應①的速率可表示為v1=k1c2(M),反應②的速率可表示為v2=k2c2(M)(k1、k2為速率常數)。反應體系中組分M、Z的濃度隨時間變化情況如圖。下列說法錯誤的是 (　　)
A.0~30 min時間段內,Y的平均反應速率為6.67×10-8 mol·L-1·min-1
B.反應開始后,體系中Y和Z的濃度之比保持不變
C.如果反應能進行到底,反應結束時62.5%的M轉化為Z
D.反應①的活化能比反應②的活化能大
13.將a mol X、Y混合氣體(物質的量之比為1∶1)加入某容積可變的密閉容器中,發生反應:mX+nYpZ,保持一定溫度,改變壓強分別達到平衡時,測得不同壓強下氣體X的物質的量濃度如表所示。
壓強p/Pa 2×105 5×105 1×106 3×106
c(X)/(mol·L-1) 0.08 0.20 0.40 0.80
下列說法一定正確的是 (　　)
A.保持一定溫度,增大壓強,平衡正向移動
B.當壓強為3×106 Pa時,此反應的平衡常數表達式為Kp=
C.2×105 Pa時X的平衡轉化率大于5×105 Pa時X的平衡轉化率
D.當壓強為2×105 Pa時,若再向體系中加入b mol Y,重新達到平衡時,體系中氣體總物質的量為(a+b) mol
14.(2024·湖南雅禮中學檢測)一定條件下利用H2和CO2合成乙烯的反應為6H2(g)+2CO2(g)CH2==CH2(g)+4H2O(g)。已知溫度對CO2的平衡轉化率及催化劑催化效率的影響如圖所示。下列說法正確的是 (　　)
A.M點的正反應速率v正大于N點的逆反應速率v逆
B.若圖中對應的投料比n(H2)∶n(CO2)=4∶1,則M點對應的乙烯的物質的量分數約為5.88%
C.250 ℃,催化劑對CO2平衡轉化率的影響最大
D.當溫度高于250 ℃,升高溫度,平衡逆向移動導致催化劑的催化效率降低
二、非選擇題:本題共3小題,共44分。
15.(15分)(2024·貴州適應性考試)苯乙烯是重要的有機化工原料,可用乙苯為原料制備苯乙烯。制備方法有直接脫氫法和氧化脫氫法。在298 K時反應的熱化學方程式及其平衡常數如下:
(ⅰ)直接脫氫:C8H10(g)C8H8(g)+H2(g)
ΔH1=+118.0 kJ·mol-1,=2.7×10-10 Pa;
(ⅱ)氧化脫氫:C8H10(g)+O2(g)C8H8(g)+H2O(g)　ΔH2=-123.8 kJ·mol-1,=2.9×1027.5 P。
回答下列問題:
(1)(7分)①反應H2(g)+O2(g)===H2O(g)的ΔH3=　　　　　　　　(1分) kJ·mol-1,平衡常數=　　　　　　　　(1分)(、表示)。
②氧化脫氫的反應趨勢遠大于直接脫氫,其原因是　　　　　 　　　　　 　　　　　　(3分)。
③提高氧化脫氫反應平衡轉化率的措施有　　　　　(1分)、　　　　　　(1分)。
(2)(6分)已知ΔG=ΔH-TΔS,忽略ΔH、ΔS隨溫度的變化。當ΔG<0時,反應能自發進行。在100 kPa下,直接脫氫反應的ΔG和隨溫度變化的理論計算結果如圖所示。
①直接脫氫反應在常溫下　　　　　　(1分)(填“能”或“不能”)自發進行。
②隨溫度的變化曲線為　　　　　　(1分)(填“a”或“b”),判斷的理由是　　　　　　 　　　　　　(2分)。
③在某溫度、100 kPa下,向密閉容器中通入1 mol氣態乙苯發生直接脫氫反應,達到平衡時,混合氣體中乙苯和氫氣的分壓相等,該反應的平衡常數=　　　　(2分)kPa(保留小數點后一位;分壓=總壓×物質的量分數)。
(3)(2分)乙苯脫氫制苯乙烯往往伴隨副反應,生成苯和甲苯等芳香烴副產物。一定溫度和壓強條件下,為了增大反應速率和苯乙烯選擇性,應當　　　　　 　　　　　　。
16.(14分)氫是理想的能源和重要化工原料。
Ⅰ .工業制取氫氣的主要方法有煤轉化、天然氣轉化等。煤制取氫的主要原理可簡化為如下反應。
反應①:C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) ΔH1=-131.5 kJ·mol-1　
反應②:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH2=-41.2 kJ·mol-1　
反應③:CaO(s)+CO2(g)CaCO3(s) ΔH3=-179.2 kJ·mol-1　
對于反應aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g),其標準平衡常數=。在溫度恒定為1 120 K的反應爐內加入2 mol C(s)、2mol H2O(g)、2 mol CaO(s),發生上述3個反應,反應過程中壓強恒定為16p ,平衡時CO的分壓p(CO)=5p 。已知:p =105 Pa,該溫度下=20,=1。
(1)(2分)反應④:C(s)+CO2(g)2CO(g)　ΔH4=　　　　　　。
(2)(2分)該溫度下反應②的標準平衡常數=　　　　　　。
(3)(4分)平衡時H2的分壓p(H2)=　　　　　　Pa,平衡時剩余C(s)的質量=　　　　　　g。
Ⅱ .用氫氣回收二氧化碳來合成甲酸是實現碳中和的有效途徑,涉及的反應如下。
主反應:CO2(g)+H2(g)HCOOH(g)　ΔH
副反應:CO2(g)+H2(g)H2O(g)+CO(g)
(4)(4分)已知阿倫尼烏斯公式是反應速率常數隨溫度變化關系的經驗公式,可寫作Rln k=-+C(k為反應速率常數,Ea為反應活化能,R和C為常數)。為探究m、n兩種催化劑對主反應的催化效能進行了實驗,依據實驗數據獲得曲線如圖所示。在m催化劑作用下,該反應的活化能Ea=　　　　　　　　 J·mol-1,對該反應催化效能較高的催化劑是　　　　(填“m”或“n”)。
(5)(2分)在某催化劑的作用下,CO2和H2發生主、副反應,維持壓強不變,按照固定初始投料比將CO2和H2按一定流速通過該催化劑,測得下表數據。
溫度/K CO2實際轉化率/% 甲酸選擇性/%
323 42.5 58.9
343 54.6 52.3
升高溫度,CO2實際轉化率提高而甲酸選擇性降低,其原因是　　　　　 　　　　　　。
17.(15分)處理、回收和利用CO是環境科學研究的熱點課題。回答下列問題:
(1)(4分)CO用于處理大氣污染物N2O的反應為CO(g)+N2O(g)CO2(g)+N2(g)。在Zn+作用下該反應的具體過程如圖1所示,反應過程中能量變化情況如圖2所示。
總反應:CO(g)+N2O(g)CO2(g)+N2(g)　ΔH=　　　　　　(1分)kJ·mol-1;該總反應的決速步是反應　　　　　　(1分)(填“①”或“②”),判斷的理由是 　　　　　 　　　　　　(2分)。
(2)(3分)已知:CO(g)+N2O(g)CO2(g)+N2(g)的速率方程為v=k·c(N2O),k為速率常數(與溫度有關)。為提高反應速率,可采取的措施是　　　　　　(填序號)。
A.升溫 B.恒容時,再充入CO
C.恒壓時,再充入N2O D.恒壓時,再充入N2
(3)(8分)在總壓為100 kPa的恒容密閉容器中,充入一定量的CO(g)和N2O(g)發生上述反應,不同條件下達到平衡,T2 K時N2O的轉化率與的變化曲線和=2時N2O的轉化率與的變化曲線如圖3所示。
①表示N2O的轉化率隨的變化曲線為　　　　(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。
②T1　　　　　　T2(填“>”或“<”),判斷的理由是　　　　　 　　　　　　。
③已知:該反應的標準平衡常數Kθ=,其中pθ為標準壓強(100 kPa),p(CO2)、p(N2)、p(N2O)和p(CO)為各組分的平衡分壓,則T2 K時,該反應的標準平衡常數Kθ=　　　　(計算結果保留兩位有效數字,p(分)=p(總)×物質的量分數)。
化學反應速率與化學平衡
1.答案　B
解析　反應HCl(g)+NH3(g)===NH4Cl(s)的ΔS<0,A不符合題意;2N2O5(g)===4NO2(g)+O2(g)的ΔS>0,高溫下能自發進行,可知ΔH>0,B符合題意;反應O2(g)+2H2(g)===2H2O(l)的ΔS<0,C不符合題意;反應COCl2(g)===CO(g)+Cl2(g)的ΔS>0,且任何溫度下均能自發進行,可知ΔH<0,D不符合題意。
2.答案　A
解析　A項,容積不變,通入稀有氣體Ar,反應體系中各物質濃度不變,則①平衡不移動,錯誤;B項,Z為固體,則加入適量Z,①和②平衡均不移動,正確;C項,①為放熱反應,②為吸熱反應,則降溫時無法判斷Q濃度的增減,正確;D項,通入Y,①正向移動,Q濃度增加,則②逆向移動,則N的濃度增大,正確。
3.答案　C
解析　依據表中數據,此時Qc==400=K,說明此時刻已達到化學平衡,A錯誤;可逆反應兩邊氣體的計量數之和相等,反應過程中壓強始終不變,所以壓強不變,不能說明反應達到平衡狀態,B錯誤;平衡時,n(CH3OCH3)=1 L×1.6 mol·L-1=1.6 mol,反應放出能量為1.6 mol×25 kJ·mol-1=40 kJ,C正確;平衡時再加入與起始等量的甲醇,兩次平衡是等效平衡,達到新平衡后,甲醇的體積分數不變,D錯誤。
4.答案　C
解析　隨溫度升高,化學反應速率增大,一定時間段內NO的轉化率提高;隨著溫度升高,兩條曲線重合,且NO的平衡轉化率下降,說明溫度升高,平衡逆向移動,則該反應為放熱反應,ΔH<0,A正確;X點時反應未達到平衡狀態,延長反應時間可提高NO轉化率,B正確;Y點所示條件下,增加O2的濃度,平衡正向移動,NO轉化率增大,C錯誤;設NO的起始濃度為a mol·L-1,由題給條件列三段式:
平衡常數K==2 000,D正確。
5.答案　D
解析　由反應化學方程式可知M的濃度變化量等于Y和Z的濃度變化量之和,0~10 s內,M的平衡反應速率v(M)= mol·L-1·s-1=0.7 mol·L-1·s-1,A正確;,溫度不變,不變,則恒定不變,v1與v(Y)成正比,v2與v(Z)成正比,則的值不變,B正確;由圖可知相同條件下,Z的生成速率大于Y,可知反應②的速率大于反應①,根據反應活化能越大反應速率越小,可知反應①的活化能比反應②的活化能大,C正確;不能確定溫度升高對反應①和反應②的影響,故不能確定體系中的變化情況,D錯誤。
6.答案　D
解析　催化劑可同時降低主、副反應的活化能,但不能降低ΔH1、ΔH2,A錯誤;由反應歷程圖可知,*OCH2與H原子結合形成*OCH3,不是結合H+,B錯誤;依據圖中變化關系,沒有非極性鍵的形成,C錯誤;由反應歷程圖可知,反應*CO+*OH+*HCO+*H2O的活化能(1.64 eV)最大,該步反應速率最慢,為決速步,D正確。
7.答案　A
解析　容器容積越小反應物濃度越大,反應速率越快,所以a、b點容器中反應已經達到平衡,d點容器中反應未平衡。a點反應已達平衡,再充入一定量的X,新平衡時壓強大于原平衡,X的轉化率減小,A正確;d點反應未平衡,v正≠v逆,B錯誤;b點與d點X的轉化率相同,各組分物質的量相同,因容積不同,所以各物質濃度不同,反應速率不同,C錯誤;若c點為平衡點,由列三段式可得濃度平衡常數K=,D錯誤。
8.答案　B
解析　根據蓋斯定律可知,反應①-反應②得目標反應CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)　ΔH=ΔH1-ΔH2=-90.6 kJ·mol-1,A錯誤。由題意知反應①為反應前后氣體分子數減小的反應,反應②為反應前后氣體分子數不變的反應,其他條件不變,增大壓強,對反應②無影響,而反應①平衡正向移動,則有利于反應向生成CH3OH的方向進行,B正確。使用催化劑,能降低反應的活化能,增大活化分子的百分數,使反應速率加快,C錯誤。升高溫度,反應①、②的速率均加快,D錯誤。
9.答案　B
解析　甲中,10分鐘時C的濃度為0.5 mol·L-1,則A的濃度減小0.75 mol·L-1,10分鐘內A的化學反應速率v(A)=0.75 mol·L-1÷10 min=0.075 mol·L-1·min-1,故A正確;甲中,10分鐘時C的濃度為0.5 mol·L-1,則A的濃度減小0.75 mol·L-1,B的濃度減小0.25 mol·L-1,10分鐘時,c(A)=2.25 mol·L-1、c(B)=0.75 mol·L-1,濃度商Q=0,正反應吸熱,升高溫度,反應速率加快,平衡常數增大,若T1>448 K,10分鐘時C的濃度應該大于0.5 mol·L-1,所以乙中,T1<448 K、K乙10.答案　C
解析　Pt-Rh合金作催化劑可以降低活化能,加快反應速率,A正確;根據題圖可知,840 ℃時氨催化氧化生成NO的物質的量最多,N2的物質的量小,B正確;520 ℃時,生成0.2 mol NO和0.2 mol N2,根據氮原子守恒可知,轉化了0.6 mol NH3,即NH3的轉化率為60%,C錯誤;840 ℃以上,N2的物質的量增大,NO的物質的量減小,則可能發生了反應2NO(g)O2(g)+N2(g),D正確。
11.答案　B
解析　溫度越高,反應速率越快,達到平衡所需時間越短,曲線①對應的反應速率最快,說明溫度最高,即曲線①對應溫度為348 K,曲線②對應溫度為343 K,曲線③對應溫度為338 K。由題圖可知,溫度越高,乙酸甲酯的平衡轉化率越大,說明升高溫度平衡正向移動,則該反應的ΔH>0,A正確。溫度越高,反應速率越快,曲線①對應的溫度最高,A點時反應向正反應方向進行,隨著反應進行,v正逐漸減小,v逆逐漸增大,C點時反應達到平衡,則v正最大的是A點,v逆最大的是C點,B錯誤。該反應為吸熱反應,升高溫度,平衡正向移動,k正受溫度影響較大,則升高溫度,k正增大的程度大于k逆,故k正-k逆的值最大的是曲線①,C正確。348 K時,反應達到平衡時乙酸甲酯的轉化率為64%,反應開始時,己醇和乙酸甲酯按物質的量之比1∶1投料,設己醇和乙酸甲酯的物質的量均為1 mol,則平衡時己醇、乙酸甲酯、乙酸己酯和甲醇的物質的量分別為0.36 mol、0.36 mol、0.64 mol和0.64 mol,各物質總的物質的量為2 mol,則該反應的Kx=≈3.16,D正確。
12.答案　A
解析　由圖像可知,30 min時c(M)=0.3 mol·L-1、c(Z)=0.125 mol·L-1,所以c(Y)=0.5 mol·L-1-0.3 mol·L-1-0.125 mol·L-1=0.075 mol·L-1,所以0~30 min時間段內,v(Y)==0.002 5 mol·L-1·min-1,A符合題意;由v1=k1c2(M)、v2=k2c2(M)可知兩反應的速率之比始終保持不變,則體系中Y和Z的濃度之比保持不變,B不符合題意;由A項可知,反應開始后,在相同的時間內體系中c(Y)∶c(Z)=0.075 mol·L-1∶0.125 mol·L-1=3∶5,所以如果反應進行到底將有即62.5%的M轉化為Z,C不符合題意;由分析可知,在相同時間內生成Z較多,生成Y較少,即反應速率:①<②,所以反應①的活化能高于反應②的活化能,D不符合題意。
13.答案　D
解析　保持一定溫度,X(g)和Y(g)起始量相同,容積可變,結合題表數據可知,在壓強小于1×106 Pa時,增大壓強為原來的x倍,X的平衡濃度=原來X平衡濃度的x倍,則壓強小于1×106 Pa時增大壓強,平衡不移動,m+n=p,且Z一定為氣體;3×106 Pa是1×106 Pa的3倍,但3×106 Pa時,X的平衡濃度的值比0.40的3倍小,說明此時Z為非氣態,在壓強大于等于3×106 Pa時,增大壓強,平衡正向移動,A錯誤。當壓強為3×106 Pa時,Z為非氣態,故此反應的平衡常數表達式為Kp=,B錯誤。對于反應前后氣體分子數不變的反應,改變壓強不影響反應物的平衡轉化率,則2×105 Pa時X的平衡轉化率與5×105 Pa時X的平衡轉化率相等,C錯誤。當壓強為2×105 Pa時,反應前后氣體分子數不變,達到平衡時,體系共有a mol氣體,再向體系中加入b mol Y,重新達到平衡時,體系中氣體總物質的量為(a+b) mol,D正確。
14.答案　B
解析　由于N點對應的反應溫度高、催化劑的催化效率低,而M點對應的反應溫度低、催化劑的催化效率高,M點的正反應速率v正不一定大于N點的逆反應速率v逆,A錯誤;M點時CO2的平衡轉化率為50%,設起始時n(CO2)=1 mol,則n(H2)=4 mol,列三段式計算:
M點時對應的乙烯的物質的量分數為×100%≈5.88%,B正確;催化劑只影響反應速率,不影響平衡移動和反應物的平衡轉化率,C錯誤;由題圖可知,該反應的催化劑在250 ℃左右活性最高,當溫度高于250 ℃時,催化劑活性降低,導致催化效率降低,與平衡的移動無關,D錯誤。
15.(1)①-241.8　　②氧化脫氫反應和直接脫氫反應的ΔS均大于0,但氧化脫氫反應的ΔH<0,反應自發進行,直接脫氫反應的ΔH>0,反應高溫下才能自發進行　③及時分離出產物 適當降低溫度　(2)①不能　②b　反應為吸熱反應,溫度升高,平衡正向移動,增大　③33.3　(3)選擇合適的催化劑
解析　(1)①反應H2(g)+O2(g)===H2O(g)由反應ⅱ-反應ⅰ可得,即ΔH3=ΔH2-ΔH1=(-123.8-118.0) kJ·mol-1=-241.8 kJ·mol-1;,,。②氧化脫氫反應和直接脫氫反應的ΔS均大于0,但氧化脫氫反應的ΔH<0,反應自發進行,直接脫氫反應的ΔH>0,反應在高溫下才能自發進行,故氧化脫氫的反應趨勢遠大于直接脫氫。③提高氧化脫氫反應平衡轉化率的措施有及時分離出產物、適當降低溫度。(2)①直接脫氫反應的ΔH>0、ΔS>0,反應在高溫下自發進行,在常溫下不能自發進行。②反應為吸熱反應,溫度升高,平衡正向移動,增大,故b曲線為隨溫度的變化曲線。③設轉化的C8H10的物質的量為x mol,可得三段式:
達到平衡時,混合氣體中乙苯和H2的分壓相等,根據阿伏加德羅定律及推論可知,此時1-x=x,解得x=0.5,平衡時混合氣體的總物質的量為1.5 mol,≈33.3 kPa。(3)為了增大反應速率和苯乙烯選擇性,可以選擇合適的催化劑。
16.答案　(1)-90.3 kJ·mol-1　(2)0.8　(3)8×105　14.25
(4)9.6×104　n　(5)溫度升高,主、副反應速率均加快,但副反應速率加快更多,導致甲酸的選擇性降低
解析　(1)由蓋斯定律可知,反應①-反應②可得反應④,則ΔH4=ΔH1-ΔH2=(-131.5 kJ·mol-1)-(-41.2 kJ·mol-1)=-90.3 kJ·mol-1。(2)題中已知平衡時CO的分壓p(CO)=5p ,即=5,該溫度下,=20,則=4,由=1,得=1,=0.8。(3)由題意知平衡時總壓=p(CO2)+p(CO)+p(H2O)+p(H2)=p +5p +p(H2O)+p(H2)=16p ,由=4,得p(H2)=4p(H2O),代入可得p(H2O)=2p ,p(H2)=4×2p =8p =8×105 Pa。第一步:分析題意。由反應前后溫度恒定為1 120 K,壓強恒定為16p ,又反應爐體積不變,可知平衡時氣體的總物質的量也為2 mol,要求剩余碳的質量,就要計算反應①碳的消耗量,即反應①生成CO或H2的量。第二步:計算平衡時相關物質的物質的量。平衡時氫氣的物質的量為=1 mol,一氧化碳的物質的量為=0.625 mol。第三步:計算剩余碳的質量。設反應①生成氫氣a mol,反應②生成氫氣b mol,由題意可得a+b=1,a-b=0.625,聯立解得a=0.812 5,則剩余碳的質量為(2 mol-0.812 5 mol)×12 g·mol-1=14.25 g。(4)將坐標(7.2,56.2)和(7.5,27.4)代入Rln k=-+C中,可知Ea=×103 J·mol-1=9.6×104 J·mol-1;對比圖中直線m和n的斜率絕對值的大小可知,使用催化劑n時對應的Ea較小,則對該反應催化效能較高的催化劑是n。(5)溫度升高,主、副反應速率均加快,但副反應速率加快更多,導致甲酸的選擇性降低。
17.答案　(1)-361.22　①　反應①的最大活化能是149.6 kJ·mol-1,反應②的最大活化能是108.22 kJ·mol-1,反應②的活化能更小,故反應①是總反應的決速步　(2)AC
(3)①Ⅱ　②>　曲線Ⅰ表示的變化,由于ΔH<0,則越大,T越小,N2O的轉化率越大,故T1>T2　③0.64
解析　(1)總反應:CO(g)+N2O(g)CO2(g)+N2(g)　ΔH=-361.22 kJ·moI-1;總反應的決速步是活化能最大的步驟,反應①最大活化能是149.6 kJ·mol-1,反應②最大活化能是108.22 kJ·mol-1,所以決速步是反應①。(2)升溫,k增大速率加快,A正確;恒容時,再充入CO,根據v=k·c(N2O)知,c(N2O)不變,速率不變,B錯誤;恒壓時,再充入N2O,根據v=k·c(N2O)知,c(N2O)增大,速率加快,C正確;恒壓時,再充入N2,c(N2O)減小,速率減慢,D錯誤。(3)①CO的物質的量不變時,N2O的物質的量越多,其轉化率越低,符合的曲線為Ⅱ。②曲線Ⅰ為的變化曲線,由于ΔH<0,則越大,T越小,N2O的轉化率越大,故T1>T2。③由題圖3可知,T2 K、=2時,N2O的平衡轉化率為30%,設起始時CO的物質的量為x mol,N2O的物質的量為2x mol,列出三段式:
Kθ=≈0.64,該反應的標準平衡常數Kθ為0.64。

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