資源簡介

綜合拔高練
高考真題練
考點1　　化學反應速率及其影響因素
1.(2022浙江1月選考,19)在恒溫恒容條件下,發(fā)生反應A(s)+2B(g) 3X(g),c(B)隨時間的變化如圖中曲線甲所示。下列說法不正確的是(　　)
A.從a、c兩點坐標可求得從a到c時間間隔內(nèi)該化學反應的平均速率
B.從b點切線的斜率可求得該化學反應在反應開始時的瞬時速率
C.在不同時刻都存在關(guān)系:2v(B)=3v(X)
D.維持溫度、容積、反應物起始的量不變,向反應體系中加入催化劑,c(B)隨時間變化關(guān)系如圖中曲線乙所示
2.(2021廣東,14)反應X2Z經(jīng)歷兩步:①XY;②Y2Z。反應體系中X、Y、Z的濃度c隨時間t的變化曲線如圖所示。下列說法不正確的是(　　)
A.a為c(X)隨t的變化曲線
B.t1時,c(X)=c(Y)=c(Z)
C.t2時,Y的消耗速率大于生成速率
D.t3后,c(Z)=2c0-c(Y)
3.(2021河北,13)室溫下,某溶液初始時僅溶有M和N且濃度相等,同時發(fā)生以下兩個反應:①M+NX+Y;②M+NX+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(shù))。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(nèi),Y的平均反應速率為6.67×10-3mol·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(jié)束時62.5%的M轉(zhuǎn)化為Z
D.反應①的活化能比反應②的活化能大
4.(2020江蘇單科,20節(jié)選)CO2/HCOOH循環(huán)在氫能的貯存/釋放、燃料電池等方面具有重要應用。
(1)CO2催化加氫。在密閉容器中,向含有催化劑的KHCO3溶液(CO2與 KOH溶液反應制得)中通入H2生成HCOO-,其離子方程式為　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;其他條件不變,HC轉(zhuǎn)化為HCOO-的轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化如圖1所示。
圖1
反應溫度在40~80 ℃范圍內(nèi),HC催化加氫的轉(zhuǎn)化率迅速上升,其主要原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　。
(3)HCOOH催化釋氫。在催化劑作用下,HCOOH分解生成CO2和H2可能的反應機理如圖2所示。
圖2
①HCOOD催化釋氫反應除生成CO2外,還生成　　　(填化學式)。
②研究發(fā)現(xiàn):其他條件不變時,以HCOOK溶液代替HCOOH催化釋氫的效果更佳,其具體優(yōu)點是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
考點2　　化學平衡及平衡移動原理
5.(2023湖南,13)向一恒容密閉容器中加入1 mol CH4和一定量的H2O,發(fā)生反應:CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)。CH4的平衡轉(zhuǎn)化率按不同投料比x[x=]隨溫度的變化曲線如圖所示。下列說法錯誤的是(　　)
A.x1B.反應速率:vb正C.點a、b、c對應的平衡常數(shù):KaD.反應溫度為T1,當容器內(nèi)壓強不變時,反應達到平衡狀態(tài)
6.(2022江蘇,13)乙醇—水催化重整可獲得H2。其主要反應為
C2H5OH(g)+3H2O(g) 2CO2(g)+6H2(g)　ΔH=173.3 kJ·mol-1
CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)　ΔH=41.2 kJ·mol-1
在1.0×105 Pa、n始(C2H5OH)∶n始(H2O)=1∶3時,若僅考慮上述反應,平衡時CO2和CO的選擇性及H2的產(chǎn)率隨溫度的變化如圖所示。
CO的選擇性=×100%
下列說法正確的是(　　)
A.圖中曲線①表示平衡時H2產(chǎn)率隨溫度的變化
B.升高溫度,平衡時CO的選擇性增大
C.一定溫度下,增大n(C2H5OH)/n(H2O)可提高乙醇平衡轉(zhuǎn)化率
D.一定溫度下,加入CaO(s)或選用高效催化劑,均能提高平衡時H2產(chǎn)率
7.(2023江蘇,13)二氧化碳加氫制甲烷過程中的主要反應為
CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g)　ΔH=-164.7 kJ·mol-1
CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)　ΔH=+41.2 kJ·mol-1
在密閉容器中,1.01×105 Pa、n起始(CO2)∶n起始(H2)=1∶4時,CO2平衡轉(zhuǎn)化率、在催化劑作用下反應相同時間所測得的CO2實際轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化如圖所示。CH4的選擇性可表示為×100%。下列說法正確的是　(　　)
A.反應2CO(g)+2H2(g) CO2(g)+CH4(g)的焓變ΔH=-205.9 kJ·mol-1
B.CH4的平衡選擇性隨著溫度的升高而增加
C.用該催化劑催化二氧化碳反應的最佳溫度范圍約為480~530 ℃
D.450 ℃時,提高的值或增大壓強,均能使CO2平衡轉(zhuǎn)化率達到X點的值
8.(2023湖北,19)納米碗C40H10是一種奇特的碗狀共軛體系。高溫條件下,C40H10可以由C40H20分子經(jīng)過連續(xù)5步氫抽提和閉環(huán)脫氫反應生成。
C40H20(g) C40H18(g)+H2(g)的反應機理和能量變化如下:
回答下列問題:
(1)已知C40Hx中的碳氫鍵和碳碳鍵的鍵能分別為431.0 kJ·mol-1和298.0 kJ·mol-1,H—H鍵能為436.0 kJ·mol-1。估算C40H20(g) C40H18(g)+H2(g)的ΔH=　　　　kJ·mol-1。
(2)圖示歷程包含　　　個基元反應,其中速率最慢的是第　　　個。
(3)C40H10納米碗中五元環(huán)和六元環(huán)結(jié)構(gòu)的數(shù)目分別為　　　、　　　。
(4)1 200 K時,假定體系內(nèi)只有反應C40H12(g) C40H10(g)+H2(g)發(fā)生,反應過程中壓強恒定為p0 (即C40H12的初始壓強),平衡轉(zhuǎn)化率為α,該反應的平衡常數(shù)Kp為　　　　　　(用平衡分壓代替平衡濃度計算,分壓=總壓×物質(zhì)的量分數(shù))。
(5)40H19(g) C40H18(g)+H·(g)及40H11(g) C40H10(g)+H·(g)反應的lnK(K為平衡常數(shù))隨溫度倒數(shù)的關(guān)系如圖所示。已知本實驗條件下,lnK=-+c(R為理想氣體常數(shù),c為截距)。圖中兩條線幾乎平行,從結(jié)構(gòu)的角度分析其原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(6)下列措施既能提高反應物的平衡轉(zhuǎn)化率,又能增大生成C40H10的反應速率的是　　　(填標號)。
a.升高溫度　　　　b.增大壓強 c.加入催化劑
9.(2023遼寧,18)硫酸工業(yè)在國民經(jīng)濟中占有重要地位。
(1)我國古籍記載了硫酸的制備方法——“煉石膽(CuSO4·5H2O)取精華法”。借助現(xiàn)代儀器分析,該制備過程中CuSO4·5H2O分解的TG曲線(熱重)及DSC曲線(反映體系熱量變化情況,數(shù)值已省略)如下圖所示。700 ℃左右有兩個吸熱峰,則此時分解生成的氧化物有SO2、　　　　和　　　　(填化學式)。
(2)鉛室法使用了大容積鉛室制備硫酸(76%以下),副產(chǎn)物為亞硝基硫酸,主要反應如下:
NO2+SO2+H2O NO+H2SO4　2NO+O2 2NO2
(ⅰ)上述過程中NO2的作用為　　　　　　　　　　　　　　　。
(ⅱ)為了適應化工生產(chǎn)的需求,鉛室法最終被接觸法所代替,其主要原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　(答出兩點即可)。
(3)接觸法制硫酸的關(guān)鍵反應為SO2的催化氧化:
SO2(g)+O2(g) SO3(g)　ΔH=-98.9 kJ·mol-1
(ⅰ)為尋求固定投料比下不同反應階段的最佳生產(chǎn)溫度,繪制相應轉(zhuǎn)化率(α)下反應速率(數(shù)值已略去)與溫度的關(guān)系如圖所示,下列說法正確的是　　　　。
a.溫度越高,反應速率越大
b.α=0.88的曲線代表平衡轉(zhuǎn)化率
c.α越大,反應速率最大值對應溫度越低
d.可根據(jù)不同α下的最大速率,選擇最佳生產(chǎn)溫度
(ⅱ)為提高釩催化劑的綜合性能,我國科學家對其進行了改良。不同催化劑下,溫度和轉(zhuǎn)化率關(guān)系如下圖所示,催化性能最佳的是　　　(填標號)。
(ⅲ)設O2的平衡分壓為p,SO2的平衡轉(zhuǎn)化率為αe,用含p和αe的代數(shù)式表示上述催化氧化反應的Kp=　　　　(用平衡分壓代替平衡濃度計算)。
高考模擬練
應用實踐
1.以丙烯、氨氣、氧氣為原料,在催化劑作用下可以合成丙烯腈。反應的化學方程式為2CH2CHCH3(g)+ 2NH3(g)+3O2(g) 2CH2CHCN(g)+6H2O(g)　ΔH<0。下列說法正確的是(　　)
A.該反應一定可以自發(fā)進行
B.上述反應的平衡常數(shù)K=
C.上述反應中每得到1 mol CH2CHCN,轉(zhuǎn)移電子的數(shù)目約為2× 6.02×1023
D.一定溫度下,使用高效催化劑可以提高平衡時CH2CHCN的產(chǎn)率
2.溫度為T1時,將等物質(zhì)的量的 CO2和H2充入體積為1 L的密閉容器中發(fā)生反應:CO2(g)+H2(g) HCOOH(g)　ΔH=+31 kJ/mol。實驗測得:v正=k正c(CO2)·c(H2),v逆= k逆c(HCOOH),k正、k逆為速率常數(shù),T1時,該反應的平衡常數(shù)K=1。下列有關(guān)說法正確的是(　　)
A.若反應正向進行還未達到平衡時:體系中存在:c(CO2)·c(H2)< c(HCOOH)
B.T1時,CO2的平衡轉(zhuǎn)化率為50%
C.升高溫度k正增大,k逆減小
D.當溫度改變?yōu)門2時,k正=0.9k逆,則T23.某合成氨速率方程為v=kcα(N2)cβ(H2) cγ(NH3)(k為速率常數(shù)),部分數(shù)據(jù)如下表。下列說法正確的是(　　)
實驗 c(N2)/ (mol·L-1) c(H2)/ (mol·L-1) c(NH3)/ (mol·L-1) v/(mol· L-1·s-1)
1 m n p q
2 2m n p 2q
3 m n 0.1p 10q
4 m 2n p 2.828q
A.k與反應溫度、壓強、反應物濃度無關(guān)
B.α=1,γ=-1
C.在恒容容器中反應時,充入He,壓強增大反應速率加快
D.加入適當催化劑,反應活化能、焓變均減小
4.使用丙烯(C3H6)可將汽車尾氣中的NOx還原為N2除去,主要反應為:
反應Ⅰ:2C3H6(g)+18NO(g) 6CO2(g)+9N2(g)+6H2O(g)　ΔH= -5 202 kJ·mol-1
反應Ⅱ:4C3H6(g)+18NO2(g) 12CO2(g)+9N2(g)+12H2O(g)　ΔH= -1 890 kJ·mol-1
反應Ⅲ:2C3H6(g)+9O2(g) 6CO2(g)+6H2O(g)　ΔH=-3 141 kJ·mol-1
將一定比例C3H6、NO2、NO、O2的混合氣體以一定流速通過裝有催化劑的反應管,C3H6、NOx(NO和NO2)的轉(zhuǎn)化率和N2的選擇性[×100%]與溫度的關(guān)系如圖所示。下列說法不正確的是(　　)
A.反應2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)的焓變ΔH=-717 kJ·mol-1
B.高效去除汽車尾氣中的NOx,合適的溫度為300~500 ℃
C.350~400 ℃,NOx的轉(zhuǎn)化率迅速下降的主要原因是催化劑的活性 下降
D.400~550 ℃,以反應Ⅲ為主
5.CH4與CO2重整可以同時利用兩種溫室氣體,其工藝過程中涉及如下反應:
反應Ⅰ　CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g)　ΔH1=+247.4 kJ·mol-1
反應Ⅱ　CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)　ΔH2=+41.2 kJ·mol-1
反應Ⅲ　CH4(g)+O2(g) CO(g)+2H2(g)　ΔH3=-35.6 kJ·mol-1
一定條件下,向體積為V L的密閉容器中通入CH4、CO2各1.0 mol及極少量O2,測得不同溫度下反應平衡時各產(chǎn)物產(chǎn)量如圖所示。下列說法正確的是(　　)
A.隨著溫度升高,各產(chǎn)物產(chǎn)量都增加
B.圖中曲線a表示H2的物質(zhì)的量隨溫度的變化
C.1 100 K時,CH4與CO2的轉(zhuǎn)化率分別為95%、90%,反應Ⅰ的平衡常數(shù)K=
D.反應2CO(g)+O2(g) 2CO2(g)　ΔH=-283 kJ·mol-1
6.用草酸二甲酯(H3COOCCOOCH3)和氫氣為原料制備乙二醇的反應原理如下:
H3COOCCOOCH3(g)+2H2(g) H3COOCCH2OH(g)(乙醇酸甲酯)+CH3OH(g)　ΔH=-16.3 kJ·mol-1
H3COOCCH2OH(g)+2H2(g) HOH2CCH2OH(g)+CH3OH(g)　ΔH=-14.8 kJ·mol-1
在2 MPa條件下,將氫氣和草酸二甲酯體積比(氫酯比)為80∶1的混合氣體以一定流速通過裝有催化劑的反應管,草酸二甲酯的轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)物的選擇性與溫度的關(guān)系如圖所示。
產(chǎn)物的選擇性=×100%,下列說法正確的是(　　)
A.曲線Ⅰ表示乙二醇的選擇性隨溫度的變化
B.其他條件不變,增大壓強或升高溫度,草酸二甲酯的平衡轉(zhuǎn)化率均增大
C.其他條件不變,在190~195 ℃范圍,隨著溫度升高,出口處乙醇酸甲酯的量不斷減小
D.其他條件不變,在190~210 ℃范圍,隨著溫度升高,出口處甲醇和乙二醇的物質(zhì)的量之比[]減小
7.某研究小組在容積為1 L的容器中,以 AgZSM為催化劑,催化相同時間,測得不同溫度下0.1 mol NO轉(zhuǎn)化為N2的轉(zhuǎn)化率如圖所示。下列說法錯誤的是(　　)
A.其他條件不變,更換高效催化劑進行相同的測定,所得曲線與上圖不一致
B.反應2NO(g)N2(g)+O2(g)的ΔH<0
C.CO能提高NO的轉(zhuǎn)化率的原因可能是CO與生成的氧氣反應
D.Y點再通入CO、N2各0.01 mol,此時平衡逆向移動
8.燃煤電廠鍋爐尾氣中含有氮氧化物(主要成分為NO),可通過主反應4NH3(g)+4NO(g)+O2(g) 4N2(g)+6H2O(g)　ΔH=-1 627.7 kJ· mol-1除去。溫度高于300 ℃時會發(fā)生副反應:4NH3(g)+5O2(g) 4NO(g)+6H2O(g)　ΔH=-904.74 kJ·mol-1。在恒壓、反應物起始物質(zhì)的量之比一定的條件下,反應相同時間,NO的轉(zhuǎn)化率在不同催化劑作用下隨溫度變化的曲線如圖所示。下列有關(guān)說法一定正確的是 (　　)
A.升高溫度、增大壓強均可提高主反應中NO的平衡轉(zhuǎn)化率
B.N2(g)+O2(g) 2NO(g)　ΔH=-180.74 kJ·mol-1
C.圖中X點所示條件下,反應時間足夠長,NO的轉(zhuǎn)化率能達到Y(jié)點 的值
D.圖中Z點到W點NO的轉(zhuǎn)化率降低的原因是主反應的平衡逆向移動
9.甲烷水蒸氣催化重整是制備高純氫的方法之一,反應如下:
反應ⅰ:CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)　ΔH1=+206 kJ·mol-1;
反應ⅱ:CH4(g)+2H2O(g) CO2(g)+4H2(g)　ΔH2=+165 kJ·mol-1。
(1)反應ⅲ:CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)的ΔH3=　　　　;若在一定溫度下的容積固定的密閉容器中進行該反應,則可以提高CO2轉(zhuǎn)化率的措施為　　　　　　　　　　　　,下列說法可以證明該反應已達到平衡狀態(tài)的是　　　　(填字母)。
a.v正(CO2)=v正(H2)
b.容器內(nèi)氣體壓強不再改變
c.H2的濃度不再改變
d.CO和H2O的濃度之比為1∶1
(2)對于反應ⅰ,向體積為2 L的恒容密閉容器中,按=1∶1投料。
①若在恒溫條件下,反應達到平衡時CH4的轉(zhuǎn)化率為50%,則平衡時容器內(nèi)的壓強與起始壓強之比為　　　　(最簡單整數(shù)比)。
②其他條件相同時,在不同催化劑(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)作用下,反應相同時間,CH4的轉(zhuǎn)化率隨反應溫度的變化如圖所示。a點　　　　(填“是”或“不是”)化學平衡狀態(tài),CH4的轉(zhuǎn)化率:c點>b點,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)某科研小組研究了反應ⅱ的動力學,獲得其速率方程v=k·cm(CH4)·c0.5(H2O),k為速率常數(shù)(只受溫度影響),m為CH4的反應級數(shù)。在某溫度下進行實驗,測得各組分初濃度和反應初速率如下:
實驗 序號 c(H2O)/ (mol·L-1) c(CH4)/ (mol·L-1) v/(mol·L-1·s-1)
1 0.100 0.100 1.2×10-2
2 0.100 0.200 2.4×10-2
CH4的反應級數(shù)m=　　　　,當實驗2進行到某時刻,測得c(H2O)= 0.040 mol·L-1,則此時的反應速率v=　　　　mol·L-1·s-1(已知≈0.3)。
(4)甲烷、水蒸氣催化重整制備高純氫只發(fā)生反應ⅰ、反應ⅱ。在恒溫、恒壓條件下,1 mol CH4(g)和1 mol H2O(g)反應達平衡時,CH4(g)的轉(zhuǎn)化率為a,CO2(g)的物質(zhì)的量為b mol,則反應ⅰ的平衡常數(shù)Kx=　　　　　　　　　[寫出含有a、b的計算式;對于反應mA(g)+ nB(g) pC(g)+qD(g),Kx=,x為物質(zhì)的量分數(shù)]。
遷移創(chuàng)新
10.隨著經(jīng)濟全球化,我國已于2020年全面脫貧,家用汽車得到普及,有效處理汽車排放的尾氣是需要進行研究的一項重要課題。利用催化技術(shù)可將尾氣中的NO和CO轉(zhuǎn)化成CO2和N2,化學方程式為 2NO(g)+2CO(g) 2CO2(g)+N2(g),為研究如何提高該轉(zhuǎn)化過程反應速率,某課題組進行了實驗探究。
資料查閱:①不同的催化劑對同一反應的催化效率不同;
②使用相同的催化劑,當催化劑質(zhì)量相等時,催化劑的比表面積對催化效率有影響。
實驗設計:課題組為探究某些外界條件對汽車尾氣轉(zhuǎn)化反應速率的影響規(guī)律,設計了以下對比實驗。
(1)完成以下實驗設計表格:
實驗編號 Ⅰ Ⅱ Ⅲ
實驗目的 為實驗 Ⅱ、Ⅲ作 參照　 ①　　　　　　　　　　 探究溫度對 尾氣轉(zhuǎn)化速 率的影響　
溫度/℃ 280 280 360
NO初始濃 度/(mol/L) 6.50×10-3 6.50×10-3 6.50×10-3
CO初始濃 度/(mol/L) 4.00×10-3 4.00×10-3 4.00×10-3
同質(zhì)量的同種 催化劑的比表 面積/(m2/g) 80 120 ②　
圖像分析與結(jié)論:利用氣體傳感器測定了三組實驗中CO濃度隨時間變化的曲線圖。
(2)第Ⅱ組實驗中,達平衡時NO的濃度為　　　　　　。
(3)由曲線Ⅰ、Ⅱ可知,增大催化劑比表面積,汽車尾氣轉(zhuǎn)化速率　　　　　　　　(填“增大”“減小”或“無影響”)。
答案與分層梯度式解析
綜合拔高練
高考真題練
1.C　C項,任何時刻都存在關(guān)系:3v(B)=2v(X),錯誤。
2.D　A項,X為反應物,隨反應進行,濃度減小,則a為c(X)隨t的變化曲線,正確;B項,t1時,三條曲線交于一點,即此時三種物質(zhì)濃度相等,正確;C項,由題圖分析各曲線的變化趨勢,持續(xù)上升的曲線代表 c(Z),Y作為中間體,c(Y)先增大后減小,t2時刻Y的濃度呈下降趨勢,說明Y的消耗速率大于生成速率,正確;D項,t3后,X全部被消耗,若全部轉(zhuǎn)化為Y,則Y的起始濃度為c0,Y再繼續(xù)轉(zhuǎn)化為Z,假設t3后Y的濃度變化了x,列出該反應的三段式:
　 　Y2Z
起始 c0 0
轉(zhuǎn)化 x 2x
t3后 c0-x 2x
所以t3后,c(Z)=2x,c(Y)=c0-x,計算可得,c(Z)=2c0-2c(Y),錯誤。
3.A　由圖像可知0~30 min時間段內(nèi),M的濃度變化為(0.500- 0.300) mol·L-1=0.200 mol·L-1,Z的濃度變化為0.125 mol·L-1,即反應②中M的濃度變化為0.125 mol·L-1,故反應①中M的濃度變化為(0.200-0.125) mol·L-1=0.075 mol·L-1,即Y的濃度變化為 0.075 mol·L-1,所以0~30 min時間段內(nèi),Y的平均反應速率v(Y)===2.5×10-3 mol·L-1·min-1,A項錯誤;由v=可得:Δc=v·Δt,且v1=k1c2(M),v2=k2c2(M),則Y、Z的濃度變化之比 Δc(Y)∶Δc(Z)=v1∶v2= k1∶k2,所以反應開始后,Y、Z的濃度之比保持不變,B項正確;根據(jù)A項計算,參加反應②的M所占的比例為×100%=62.5%,故如果反應能進行到底,反應結(jié)束時62.5%的M轉(zhuǎn)化為Z,C項正確;反應②的速率較大,所以反應①的活化能比反應②的活化能大,D項正確。
4.答案　(1)HC+H2 HCOO-+H2O　溫度升高反應速率增大,溫度升高催化劑的活性增強
(3)①HD　②提高釋放氫氣的速率,提高釋放出氫氣的純度
解析　(1)根據(jù)題意,HC+H2 HCOO-,1個H2失去2個電子,1個HC得到2個電子,說明n(HC)∶n(H2)∶n(HCOO-)=1∶1∶1。根據(jù)原子守恒及電荷守恒配平離子方程式:HC+H2 HCOO-+H2O;反應溫度在40~80 ℃范圍內(nèi),隨著溫度升高,催化劑活性增強,單位時間內(nèi)HC催化加氫的轉(zhuǎn)化率迅速上升。
(3)①觀察題圖所示反應機理,HCOOH電離出的H+結(jié)合形成,HCOO-結(jié)合形成,然后脫去CO2形成,與結(jié)合產(chǎn)生H2,故是HCOOH的2個H結(jié)合產(chǎn)生了H2,則HCOOD的產(chǎn)物除了CO2還有HD。②HCOOK與HCOOH的不同之處在于前者完全電離,更易與催化劑結(jié)合脫去CO2,相比而言,可提高釋放氫氣的速率;HCOOK溶液呈堿性,CO2不易放出,故還可提高釋放出氫氣的純度。
5.B　一定條件下,增大H2O(g)的濃度,能提高CH4的平衡轉(zhuǎn)化率,即x值越小,CH4的平衡轉(zhuǎn)化率越大,則x1vc正,故B錯誤;由題圖可知,x一定時,溫度升高,CH4的平衡轉(zhuǎn)化率增大,說明正反應為吸熱反應,溫度升高平衡正向移動,K增大,而溫度相同,K不變,則點a、b、c對應的平衡常數(shù): Ka6.B　設乙醇與水的反應為反應Ⅰ,CO2與H2的反應為反應Ⅱ,CO與 CO2的選擇性之和為1,由兩個熱化學方程式知CO僅由反應Ⅱ生成,且溫度升高,CO的選擇性增大,故曲線①代表CO2的選擇性、曲線②代表H2的產(chǎn)率、曲線③代表CO的選擇性。由上述分析可知,A錯誤,B正確;增大n(C2H5OH)/n(H2O)可提高H2O的平衡轉(zhuǎn)化率,C2H5OH平衡轉(zhuǎn)化率降低,C錯誤;CaO與CO2反應,使兩個反應均向H2的物質(zhì)的量增大的方向進行,可提高H2產(chǎn)率,選用高效催化劑,不能使化學平衡移動,不能提高平衡時H2產(chǎn)率,D錯誤。
7.D　已知反應①:CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g)　ΔH= -164.7 kJ·mol-1,反應②:CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)　ΔH= +41.2 kJ·mol-1。A項,根據(jù)蓋斯定律,反應①-2×反應②得2CO(g)+2H2(g) CO2(g)+CH4(g)　ΔH=-164.7 kJ·mol-1-2×(+41.2 kJ· mol-1)=-247.1 kJ·mol-1,錯誤;B項,反應①的ΔH<0,升高溫度,反應①平衡逆向移動,CH4的平衡選擇性減小,錯誤;C項,根據(jù)題圖,CO2實際轉(zhuǎn)化率在350~400 ℃范圍內(nèi)最高,最佳溫度范圍約為350~400 ℃,錯誤;D項,450 ℃時,提高的值或增大壓強,均能使反應①平衡正向移動,CO2平衡轉(zhuǎn)化率增大,能達到X點的值,正確。
8.答案　(1)128
(2)3　3
(3)6　10
(4)p0
(5)兩反應斷鍵和成鍵數(shù)目相同,故ΔH相同,則ln K隨變化率幾乎相同
(6)a
解析　(1)由反應機理可知,反應C40H20(g) C40H18(g)+H2(g)斷裂 2 mol C—H鍵時,形成1 mol C—C鍵和1 mol H—H鍵,故ΔH= 431.0 kJ·mol-1×2-(298.0 kJ·mol-1+436.0 kJ·mol-1)=+128.0 kJ·mol-1。
(2)由題給反應歷程圖可知,圖示歷程包含3個基元反應;正反應活化能越大,反應速率越慢,第3個反應正反應活化能最大,即反應速率最慢。
(3)C40H20中有10個六元環(huán)和1個五元環(huán),C40H10是由C40H20經(jīng)過5步氫抽提和閉環(huán)脫氫形成的,結(jié)合反應機理可知,每脫2個H形成1個五元環(huán),則C40H20→C40H10過程中形成5個五元環(huán),故C40H10中有6個五元環(huán)和10個六元環(huán)。
(4)設C40H12初始物質(zhì)的量為1 mol ,可列出三段式:
　　　　　C40H12(g) C40H10(g)+H2(g)
起始/mol 1 0 0
轉(zhuǎn)化/mol α α α
平衡/mol 1-α α α
平衡時氣體總物質(zhì)的量為(1-α+α+α) mol=(1+α) mol,總壓為p0,則Kp===p0=p0。
(6)由(1)分析推知,生成C40H10的反應為吸熱反應,故升高溫度既可提高反應物平衡轉(zhuǎn)化率,又能加快反應速率,a項正確;該反應為氣體分子數(shù)增大的反應,增大壓強可提高反應速率,但反應物的平衡轉(zhuǎn)化率會減小,b項錯誤;加入催化劑能加快反應速率,但不改變平衡轉(zhuǎn)化率,c項錯誤。
9.答案　(1)SO3　CuO
(2)(ⅰ)催化劑　(ⅱ)產(chǎn)率低、污染環(huán)境(合理即可)
(3)(ⅰ)cd　(ⅱ)d　(ⅲ)
解析　(1)根據(jù)熱重曲線,200 ℃時CuSO4·5H2O失去全部結(jié)晶水,得到CuSO4固體,其質(zhì)量為1.6 mg,800 ℃時0.8 mg固體為CuO,即硫酸銅分解生成SO2、SO3、O2、CuO,其中氧化物為SO2、SO3、CuO。
(2)(ⅰ)由題意可知NO2先反應后生成,可判斷NO2為催化劑。(ⅱ)鉛室法需要大容積的鉛室,反應過程中有副產(chǎn)物產(chǎn)生,產(chǎn)率低。
(3)(ⅰ)根據(jù)題圖可知,隨著溫度的升高,反應速率先增大后減小,a錯誤;相同條件下,反應達平衡時,轉(zhuǎn)化率最大,轉(zhuǎn)化率為0.88時未達到相同溫度下的最大轉(zhuǎn)化率,不是平衡狀態(tài),b錯誤;由題圖可知,轉(zhuǎn)化率越大,反應速率最大值對應的溫度越低,c正確;根據(jù)不同轉(zhuǎn)化率下的最大速率對應的溫度,選擇最佳生產(chǎn)溫度,d正確。(ⅱ)根據(jù)題圖可知在四種不同催化劑作用下,d的轉(zhuǎn)化率最高,且轉(zhuǎn)化率較高時,溫度較低,催化性能最好。(ⅲ)設起始時SO2的物質(zhì)的量為a mol,O2的物質(zhì)的量為b mol,平衡后總壓為p總,列三段式:
　　　　　　　SO2　　+　O2　 SO3
起始/mol a b 0
變化/mol aαe aαe aαe
平衡/mol a(1-αe) b-aαe aαe
SO2的平衡分壓為p總,O2的平衡分壓為p,SO3的平衡分壓為p總,Kp==×=。
知識歸納　壓強平衡常數(shù)(Kp)的計算流程
高考模擬練
1.A　反應2CH2CHCH3(g)+2NH3(g)+3O2(g) 2CH2CHCN(g)+ 6H2O(g)是反應前后氣體體積增大的反應,ΔS>0,又因為該反應ΔH<0,則ΔH-TΔS<0恒成立,所以該反應一定可以自發(fā)進行,A正確; 2CH2CHCH3(g)+2NH3(g)+3O2(g) 2CH2CHCN(g)+6H2O(g)的平衡常數(shù)K=,B錯誤;題述反應中每得到1 mol CH2CHCN,消耗1.5 mol O2,轉(zhuǎn)移6 mol電子,數(shù)目約為6×6.02×1023,C錯誤;催化劑不能使平衡移動,D錯誤。
2.D　c(CO2)·c(H2)1,則反應逆向進行,A錯誤;T1時,將等物質(zhì)的量的CO2和H2充入體積為1 L的密閉容器中發(fā)生反應:CO2(g)+H2(g) HCOOH(g)　K=1,設CO2與H2的初始濃度為a mol/L,假設CO2的轉(zhuǎn)化率為50%時反應達平衡狀態(tài),列三段式如下:
　　　　　　　　　 CO2(g)+H2(g) HCOOH(g)
起始濃度/(mol/L) a a 0
變化濃度/(mol/L) 0.5a 0.5a 0.5a
平衡濃度/(mol/L) 0.5a 0.5a 0.5a
此時K===,不一定等于1,說明假設不成立,B錯誤;升高溫度k正增大,k逆增大,C錯誤;反應達到化學平衡時,v正=v逆,則k正c(CO2)·c(H2)=k逆c(HCOOH),所以==K,T1時K=1,所以k正=k逆,當溫度改變?yōu)門2時,k正=0.9k逆,則K=0.9<1,反應為吸熱反應,溫度升高有利于反應正向進行,所以溫度T23.B　k為速率常數(shù),與反應溫度有關(guān),A錯誤;將實驗1、2的數(shù)據(jù)代入合成氨速率方程,可得α=1,將1、3的數(shù)據(jù)代入合成氨速率方程,可得γ=-1,B正確;在恒容容器中反應,充入He,N2、H2、NH3的濃度不變,v不變,C錯誤;催化劑不能改變反應的焓變,D錯誤。
4.B　根據(jù)蓋斯定律,可得目標反應2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)　ΔH== -717 kJ·mol-1,A正確;去除汽車尾氣中的NOx,應選擇NOx轉(zhuǎn)化率高和N2選擇性高的溫度條件,300 ℃左右最合適,B錯誤;350~400 ℃, NOx的轉(zhuǎn)化率迅速下降,說明反應速率明顯減小,催化劑催化能力減弱,活性降低,C正確;400~550 ℃,C3H6的轉(zhuǎn)化率未有明顯下降,NOx的轉(zhuǎn)化率及N2的選擇性有明顯降低,說明C3H6的轉(zhuǎn)化以反應Ⅲ為主,D正確。
5.B　隨著溫度升高,CO、H2產(chǎn)量增加,但H2O產(chǎn)量減少,A錯誤;由于反應Ⅱ消耗氫氣,所以得到CO的物質(zhì)的量比氫氣的物質(zhì)的量多(因O2充入量極少則反應Ⅲ對反應產(chǎn)物量的影響很小),題圖中曲線a表示H2的物質(zhì)的量隨溫度的變化,B正確;1 100 K時,CH4與CO2的轉(zhuǎn)化率分別為95%、90%,則甲烷物質(zhì)的量為0.05 mol,二氧化碳物質(zhì)的量為0.1 mol,根據(jù)題圖中信息得到CO物質(zhì)的量為1.90 mol,氫氣物質(zhì)的量為1.55 mol,反應Ⅰ的平衡常數(shù)K==,C錯誤;根據(jù)蓋斯定律,(反應Ⅲ-反應Ⅰ)×2得到反應2CO(g)+O2(g) 2CO2(g)　ΔH=-566 kJ·mol-1,D錯誤。
6.D　根據(jù)題意可知,乙醇酸甲酯的選擇性與乙二醇的選擇性之和為100%,故曲線Ⅱ為乙二醇的選擇性隨溫度的變化,A項錯誤;由于反應Ⅰ、Ⅱ為放熱反應,故其他條件不變,升高溫度,草酸二甲酯的平衡轉(zhuǎn)化率減小,B項錯誤;根據(jù)題圖,在190~195 ℃范圍內(nèi),隨溫度升高,乙醇酸甲酯的選擇性變化不大,而同時草酸二甲酯的轉(zhuǎn)化率(曲線Ⅰ)明顯增大,故出口處乙醇酸甲酯的量增加,C項錯誤;設出口處含乙醇酸甲酯a mol,乙二醇b mol,則n(CH3OH)=(a+2b) mol,==+2,根據(jù)題圖可知隨溫度升高,變小,故出口處甲醇和乙二醇的物質(zhì)的量之比減小,D項正確。
7.D　更換高效催化劑,能使反應速率加快,催化相同時間,若反應未達平衡,則NO的轉(zhuǎn)化率較原曲線相應溫度的轉(zhuǎn)化率大,所得曲線與題圖不一致,A正確;待NO轉(zhuǎn)化率達最大后,再升高溫度,NO的轉(zhuǎn)化率降低,因此2NO(g)N2(g)+O2(g)為放熱反應,ΔH<0,B正確;CO可以與生成的氧氣反應,因此CO能提高NO的轉(zhuǎn)化率,C正確;n(CO)/n(NO)=1時,發(fā)生反應2CO(g)+2NO(g) 2CO2(g)+N2(g),Y點時NO的轉(zhuǎn)化率為80%,體積為1 L,則:
　　　　　　　 2CO(g)+2NO(g) 2CO2(g)+N2(g)
開始/(mol/L) 0.1 0.1 0 0
轉(zhuǎn)化/(mol/L) 0.08 0.08 0.08 0.04
平衡/(mol/L) 0.02 0.02 0.08 0.04
K==1 600,Y點再通入CO、N2各0.01 mol,Qc== 888.98.C　主反應的焓變小于0,為放熱反應,且反應后氣體體積增大,故升高溫度、增大壓強平衡均逆向移動,NO的平衡轉(zhuǎn)化率減小,A錯誤;根據(jù)蓋斯定律,×(副反應-主反應)可得N2(g)+O2(g) 2NO(g)　ΔH=×[-904.74 kJ·mol-1-(-1 627.7 kJ·mol-1)]=+180.74 kJ· mol-1,B錯誤;據(jù)題圖可知X點的轉(zhuǎn)化率低于相同溫度下的Y點,說明測定轉(zhuǎn)化率時X點還未達到平衡,反應時間足夠長,NO的轉(zhuǎn)化率能達到Y(jié)點的值,C正確;Z點到W點NO的轉(zhuǎn)化率降低可能是因為催化劑的活性降低,還有可能是溫度高于300 ℃發(fā)生副反應造成的,D錯誤。
9.答案　(1)+41 kJ·mol-1　增大H2濃度,將CO或H2O從體系中移出　c
(2)①3∶2　②不是　兩點均未達到化學平衡狀態(tài),從b點到c點,隨溫度升高,反應速率加快,相同時間內(nèi)CH4轉(zhuǎn)化率增大
(3)0.013 6
(4)
解析　(1)根據(jù)蓋斯定律,反應ⅲ可以由反應ⅰ-反應ⅱ得到,則ΔH3=ΔH1-ΔH2=(+206 kJ·mol-1)-(+165 kJ·mol-1)=+41 kJ·mol-1。在一定溫度下,因該反應為分子數(shù)不變的反應,不能通過改變壓強使平衡移動,為了提高二氧化碳的轉(zhuǎn)化率,可以增大H2濃度,將CO或H2O從體系中移出。兩個都描述的是正反應速率,不能判斷反應是否達到平衡,a錯誤;該反應為分子數(shù)不變的反應,壓強始終不變,b錯誤;體系中任一物質(zhì)的濃度不變,則反應達到平衡,c正確;CO和H2O均為生成物且化學計量數(shù)之比為1∶1,即整個過程中CO和H2O的濃度之比始終為1∶1,d錯誤。(2)①根據(jù)題意=1∶1,設開始時n(H2O)= n(CH4)=1 mol,反應達平衡時CH4的轉(zhuǎn)化率為50%,即平衡時CH4轉(zhuǎn)化 1 mol×50%=0.5 mol,列三段式:
　　　　　CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)
起始/mol 1 1 0 0
變化/mol 0.5 0.5 0.5 1.5
平衡/mol 0.5 0.5 0.5 1.5
恒溫恒容條件下,壓強之比等于物質(zhì)的量之比,則==。 ②從題圖中可以看出,三種催化劑對應的反應速率不同,其中催化劑Ⅰ對應的反應速率最快,催化劑Ⅲ對應的反應速率最慢,但平衡時甲烷的轉(zhuǎn)化率相同,所以a點不是平衡狀態(tài);b、c兩點均未達到化學平衡狀態(tài),從b點到c點,隨溫度升高,反應速率加快,相同時間內(nèi)CH4轉(zhuǎn)化率增大。(3)根據(jù)題意,實驗1和實驗2對應的濃度不同,測得的反應速率不同,將實驗1和實驗2數(shù)據(jù)代入速率方程可得m=1、k的數(shù)值約為0.4;當實驗2進行到某時刻,測得c(H2O)=0.040 mol·L-1,則c(CH4)=0.200 mol·L-1-=0.17 mol·L-1,代入v= kc1(CH4)·c0.5(H2O)得v=0.013 6 mol·L-1·s-1。(4)根據(jù)C原子守恒,平衡時,n(CO2)+n(CO)=n轉(zhuǎn)化(CH4)=1 mol×a=a mol,n(CO)=(a-b) mol,則:
　　　　　CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)
轉(zhuǎn)化/mol a-b a-b a-b 3(a-b)
　　　　　CH4(g)+2H2O(g) CO2(g)+4H2(g)
轉(zhuǎn)化/mol b 2b b 4b
平衡時,n(CH4)=(1-a) mol,n(H2O)=(1-a-b) mol,n(H2)=(3a+b) mol,n總=(2+2a) mol,則Kx===。
10.答案　(1)①探究催化劑比表面積對尾氣轉(zhuǎn)化速率的影響　②80
(2)3.50×10-3 mol/L　
(3)增大
解析　(1)①由題表中數(shù)據(jù)可知,實驗Ⅱ的目的是探究催化劑比表面積對尾氣轉(zhuǎn)化速率的影響;②實驗Ⅲ的目的是探究溫度對尾氣轉(zhuǎn)化速率的影響,則催化劑的比表面積為80 m2/g。(2)通過圖像可知,平衡時CO的濃度改變量Δc(CO)=4.00×10-3 mol/L-1.00×10-3 mol/L= 3.00×10-3 mol/L,則NO的濃度改變量Δc(NO)=3.00×10-3 mol/L,NO的平衡濃度c(NO)=6.50×10-3 mol/L-3.00×10-3 mol/L=3.50× 10-3 mol/L。(3)由曲線Ⅰ、Ⅱ可知,Ⅱ先達到平衡,則增大催化劑比表面積,汽車尾氣轉(zhuǎn)化速率增大。
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