資源簡介

綜合拔高練
高考真題練
考點1　反應歷程與活化能
1.(2023廣東,15)催化劑Ⅰ和Ⅱ均能催化反應R(g) P(g)。反應歷程(如圖)中,M為中間產物。其他條件相同時,下列說法不正確的是 (　　)
A.使用Ⅰ和Ⅱ,反應歷程都分4步進行
B.反應達平衡時,升高溫度,R的濃度增大
C.使用Ⅱ時,反應體系更快達到平衡
D.使用Ⅰ時,反應過程中M所能達到的最高濃度更大
2.(2023浙江6月選考,14)一定條件下,1-苯基丙炔()可與HCl發生催化加成,反應如下:
反應過程中該炔烴及反應產物的占比隨時間的變化如圖(已知:反應Ⅰ、Ⅲ為放熱反應),下列說法不正確的是 (　　)
A.反應焓變:反應Ⅰ>反應Ⅱ
B.反應活化能:反應Ⅰ<反應Ⅱ
C.增加HCl濃度可增加平衡時產物Ⅱ和產物Ⅰ的比例
D.選擇相對較短的反應時間,及時分離可獲得高產率的產物Ⅰ
考點2　化學反應速率及其影響因素
3.(2022浙江6月選考,20)恒溫恒容的密閉容器中,在某催化劑表面上發生氨的分解反應:2NH3(g) N2(g)+3H2(g),測得不同起始濃度和催化劑表面積下氨濃度隨時間的變化,如下表所示,下列說法不正確的是 (　　)
編號 時間/minc(NH3)/(10-3 mol·L-1) 表面積/cm2
0 20 40 60 80
① a 2.40 2.00 1.60 1.20 0.80
② a 1.20 0.80 0.40 x
③ 2a 2.40 1.60 0.80 0.40 0.40
A.實驗①,0~20 min,v(N2)=1.00×10-5 mol·L-1·min-1
B.實驗②,60 min時處于平衡狀態,x≠0.40
C.相同條件下,增加氨氣的濃度,反應速率增大
D.相同條件下,增加催化劑的表面積,反應速率增大
4.(2022北京,14)CO2捕獲和轉化可減少CO2排放并實現資源利用,原理如圖1所示。反應①完成之后,以N2為載氣,將恒定組成的N2、CH4混合氣,以恒定流速通入反應器,單位時間流出氣體各組分的物質的量隨反應時間變化如圖2所示。反應過程中始終未檢測到CO2,在催化劑上檢測到有積碳。下列說法不正確的是 (　　)
圖1
圖2
A.反應①為CaO+CO2 CaCO3;反應②為CaCO3+CH4 CaO+2CO+2H2
B.t1~t3,n(H2)比n(CO)多,且生成H2的速率不變,推測有副反應CH4 C+2H2
C.t2時刻,副反應生成H2的速率大于反應②生成H2的速率
D.t3之后,生成CO的速率為0,是因為反應②不再發生
5.(不定項)(2022河北,13)恒溫恒容條件下,向密閉容器中加入一定量X,發生反應的方程式為①X Y;②Y Z。反應①的速率v1=k1c(X),反應②的速率v2=k2c(Y),式中k1、k2為速率常數。圖a為該體系中X、Y、Z濃度隨時間變化的曲線,圖b為反應①和②的lnk~曲線。下列說法錯誤的是 (　　)
　
A.隨c(X)的減小,反應①、②的速率均降低
B.體系中v(X)=v(Y)+v(Z)
C.欲提高Y的產率,需提高反應溫度且控制反應時間
D.溫度低于T1時,總反應速率由反應②決定
考點3　化學反應的調控
6.(2023遼寧,18節選)硫酸工業在國民經濟中占有重要地位。接觸法制硫酸的關鍵反應為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溫度,繪制相應轉化率(α)下反應速率(數值已略去)與溫度的關系如下圖所示,下列說法正確的是　　　　。
a.溫度越高,反應速率越大
b.α=0.88的曲線代表平衡轉化率
c.α越大,反應速率最大值對應溫度越低
d.可根據不同α下的最大速率,選擇最佳生產溫度
(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,溫度和轉化率關系如下圖所示,催化性能最佳的是　　　(填標號)。
考點4　化學平衡常數及平衡轉化率
7.(2023湖南,13)向一恒容密閉容器中加入1 mol CH4和一定量的H2O,發生反應:CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)。CH4的平衡轉化率按不同投料比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:KaD.反應溫度為T1 K,當容器內壓強不變時,反應達到平衡狀態
8.(2023全國乙,28節選)硫酸亞鐵在工農業生產中有許多用途,如可用作農藥防治小麥黑穗病,制造磁性氧化鐵、鐵催化劑等。回答下列問題:
(3)將FeSO4置入抽空的剛性容器中,升高溫度發生分解反應:
2FeSO4(s) Fe2O3(s)+SO2(g)+SO3(g)(Ⅰ)
平衡時~T的關系如圖所示。660 K時,該反應的平衡總壓p總=
　 　kPa,平衡常數Kp(Ⅰ)=　　　(kPa)2。Kp(Ⅰ)隨反應溫度升高而
　　　　(填“增大”“減小”或“不變”)。
(4)提高溫度,上述容器中進一步發生反應2SO3(g) 2SO2(g)+O2(g)(Ⅱ),平衡時=　　　　(用表示)。在
929 K時,p總=84.6 kPa,=35.7 kPa,則=　　　　kPa,Kp(Ⅱ)=
　　　　kPa(列出計算式)。
9.(2022全國乙,28改編)油氣開采、石油化工、煤化工等行業廢氣普遍含有的硫化氫,需要回收處理并加以利用。回答下列問題:
(1)在1 470 K、100 kPa反應條件下,將n(H2S)∶n(Ar)=1∶4的混合氣進行H2S熱分解反應[2H2S(g) S2(g)+2H2(g)]。平衡時混合氣中H2S與H2的分壓相等,H2S平衡轉化率為　　　　　　,平衡常數Kp=
　　　　kPa。
(2)在1 373 K、100 kPa反應條件下,對于n(H2S)∶n(Ar)分別為4∶1、1∶1、1∶4、1∶9、1∶19的H2S-Ar混合氣,熱分解反應過程中H2S轉化率隨時間的變化如下圖所示。
①n(H2S)∶n(Ar)越小,H2S平衡轉化率　　　　,理由是　　　　　　　　　　　。
②n(H2S)∶n(Ar)=1∶9對應圖中曲線　　　　,計算其在0~0.1 s之間,H2S分壓的平均變化率為　　　　kPa·s-1。
10.(2022山東,20)利用γ-丁內酯(BL)制備1,4-丁二醇(BD),反應過程中伴有生成四氫呋喃(THF)和1-丁醇(BuOH)的副反應,涉及反應如下:
已知:①反應Ⅰ為快速平衡,可認為不受慢反應Ⅱ、Ⅲ的影響;②因反應Ⅰ在高壓H2氛圍下進行,故H2壓強近似等于總壓。回答下列問題:
(1)以5.0×10-3 mol BL或BD為初始原料,在493 K、3.0×103 kPa的高壓H2氛圍下,分別在恒壓容器中進行反應。達平衡時,以BL為原料,體系向環境放熱X kJ;以BD為原料,體系從環境吸熱Y kJ。忽略副反應熱效應,反應Ⅰ焓變ΔH(493 K,3.0×103 kPa)=　　　　　　　 kJ·mol-1。
(2)初始條件同上。xⅰ表示某物種ⅰ的物質的量與除H2外其他各物種總物質的量之比,xBL和xBD隨時間t變化關系如圖所示。實驗測得X　　　　kPa-2(保留兩位有效數字)。以BL為原料時,t1時刻=　　　　,BD產率=　　　　(保留兩位有效數字)。
11.(2023湖南,16節選)聚苯乙烯是一類重要的高分子材料,可通過苯乙烯聚合制得。
Ⅰ.苯乙烯的制備
(1)已知下列反應的熱化學方程式:
①C6H5C2H5(g)+O2(g) 8CO2(g)+5H2O(g)　ΔH1=-4 386.9 kJ·mol-1
②C6H5CHCH2(g)+10O2(g) 8CO2(g)+4H2O(g)　ΔH2=-4 263.1 kJ·mol-1
③H2(g)+O2(g) H2O(g)　ΔH3=-241.8 kJ·mol-1
計算反應④C6H5C2H5(g) C6H5CHCH2(g)+H2(g)的ΔH4=
　　　　kJ·mol-1;
(2)在某溫度、100 kPa下,向反應器中充入1 mol氣態乙苯發生反應④,其平衡轉化率為50%,欲將平衡轉化率提高至75%,需要向反應器中充入　　　　mol水蒸氣作為稀釋氣(計算時忽略副反應);
(3)在913 K、100 kPa下,以水蒸氣作稀釋氣、Fe2O3作催化劑,乙苯除脫氫生成苯乙烯外,還會發生如下兩個副反應:
⑤C6H5C2H5(g) C6H6(g)+CH2CH2(g)
⑥C6H5C2H5(g)+H2(g) C6H5CH3(g)+CH4(g)
以上反應體系中,芳香烴產物苯乙烯、苯和甲苯的選擇性S(S=×100%)隨乙苯轉化率的變化曲線如圖所示,其中曲線b代表的產物是　 　　　,理由是　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
高考模擬練
應用實踐
1.水在高溫高壓狀態下呈現許多特殊的性質。當溫度、壓強分別超過臨界溫度(374.2 ℃)、臨界壓強(22.1 MPa)時的水稱為超臨界水。超臨界水能夠與氧氣等氧化劑以任意比例互溶,由此發展了超臨界水氧化技術。一定實驗條件下,測得乙醇的超臨界水氧化結果如圖所示,其中x為以碳元素計量的物質的量分數,t為反應時間。下列說法不合理的是 (　　)
A.乙醇的超臨界水氧化過程中,一氧化碳是中間產物,二氧化碳是最終產物
B.在550 ℃條件下,反應時間為15 s時,乙醇氧化為二氧化碳已趨于完全
C.乙醇的超臨界水氧化過程中,乙醇的消耗速率或二氧化碳的生成速率都可用來表示反應的速率,而且兩者數值相等
D.隨溫度升高,xCO峰值出現的時間提前,且峰值更高,說明隨溫度升高乙醇的氧化速率比一氧化碳氧化速率的增長幅度更大
2.N2O無害化處理的一種方法的原理為2N2O 2N2(g)+O2(g),在一定容積的密閉容器中發生此反應,N2O的轉化率如圖所示,若N2O的起始濃度為1 mol·L-1,下列說法錯誤的是 (　　)
A.升高溫度,有利于提高N2O的平衡轉化率
B.a、c兩點中,N2的物質的量濃度相等
C.反應在230 ℃、恒壓容器中進行,達平衡時,N2O的轉化率大于98%
D.若b點反應達到平衡狀態,O2的體積分數為20%
3.乙烯氣相水合反應制備乙醇是工業乙醇的主要來源,在氣相條件下可表示為C2H4(g)+H2O(g) C2H5OH(g)　ΔH。在起始n(H2O)=n(C2H4)條件下,乙烯的平衡轉化率隨溫度、壓強的變化關系如圖所示。下列分析錯誤的是 (　　)
A.乙烯氣相水合反應的ΔH<0
B.圖中a點對應的平衡常數Kp=
C.圖中壓強的大小關系為p1>p2>p3
D.達到平衡狀態a、b所需要的時間:a>b
4.某小組為了探究Br+5Br-+6H+ 3Br2+3H2O的反應速率(v)與反應物濃度的關系,在20 ℃時進行實驗,所得的數據如表:
① ② ③ ④ ⑤
c(H+)/(mol·L-1) 0.008 0.008 0.004 0.008 0.004
c(Br)/(mol·L-1) 0.001 0.001 0.001 0.002 0.002
c(Br-)/(mol·L-1) 0.10 0.20 0.20 0.10 0.40
v/(mol·L-1·s-1) 2.4×10-8 4.8×10-8 1.2×10-8 4.8×10-8 v1
已知:反應速率方程為v=k·cm(Br)·cn(Br-)·cp(H+)(k為速率常數)
下列結論不正確的是 (　　)
A.實驗⑤中,v1=9.6×10-8
B.若溫度升高到40 ℃,則常數k增大
C.m=1,n=1,p=2
D.實驗①④,探究的是c(Br)對反應速率的影響
5.在一定條件下,向某2 L恒容密閉容器中充入
2 mol CO2、4 mol H2,發生反應CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g),測得反應10 min時,不同溫度下氫氣的轉化率如圖所示。[已知:該反應的速率方程v正=k正·p4(H2)·p(CO2)、v逆=k逆·p2(H2O)·p(CH4),k正、k逆只與溫度有關]
下列說法錯誤的是 (　　)
A.圖中a、b、c三點對應的v(CH4)逆由大到小的順序為c、b、a
B.該反應的ΔH<0
C.T2 K下,起始時容器內的壓強為3 MPa,k逆=2(MPa)-2·min-1,則該溫度下k正≈33.3 (MPa)-4·min-1
D.升高溫度或增大壓強,都可以提高反應物的平衡轉化率
6.(不定項)一定條件下,分別向體積為1 L的密閉容器中充入氣體,發生反應:2X(g)+Y(g) Z(g),測得實驗①、②、③反應過程中體系壓強隨時間的變化曲線如圖所示。下列說法正確的是 (　　)
實驗 充入氣體量 反應過程條件
① 2 mol X+1 mol Y 恒溫
② 1 mol Z 恒溫
③ 1 mol Z 絕熱
A.曲線Ⅰ對應實驗②
B.正反應為吸熱反應
C.氣體的總物質的量:nc>nd
D.b點平衡常數比c點平衡常數小
遷移創新
7.利用CO2合成二甲醚可以很大程度地幫助實現“碳中和”,其合成過程由兩種工藝組成。
工藝1:先在設備一加氫合成甲醇,主要涉及以下反應:
Ⅰ.甲醇的合成:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g);
Ⅱ.逆水汽變換:CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g);
再通過設備二合成二甲醚,涉及以下反應:
Ⅲ.甲醇脫水:2CH3OH(g) CH3OCH3(g)+H2O(g)。
工藝2:在雙功能催化劑作用下,由CO2加氫直接得到二甲醚。
已知:相關物質變化的焓變示意圖如下:
回答下列問題:
(1)請寫出工藝2中CO2直接加氫合成CH3OCH3(g)(反應Ⅳ)的熱化學方程式:　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　。
(2)①工藝1需先在設備一合成甲醇。在不同壓強下,按照n(CO2)∶n(H2)=1∶3投料合成甲醇,實驗測得CO2的平衡轉化率和CH3OH的平衡產率隨溫度的變化關系如圖所示。
　
下列說法正確的是　　　　(填字母)。
A.圖甲縱坐標表示CH3OH的平衡產率
B.壓強:p1>p2>p3
C.為了同時提高CO2的平衡轉化率和CH3OH的平衡產率,應選擇低溫、高壓的反應條件
D.一定溫度、壓強下,尋找活性更高的催化劑,是提高CO2的平衡轉化率的主要研究方向
②解釋圖乙不同壓強下縱坐標代表的物理量在550 ℃后趨于相等的原因:　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　 　　　。
(3)若一定量CO2和H2僅發生反應Ⅰ和Ⅱ,研究表明:在其他條件相同的情況下,用新型催化劑可以顯著提高甲醇的選擇性。使用該催化劑,按n(CO2)∶n(H2)=1∶3(總量為a mol)投料于恒容密閉容器中進行反應,CO2的平衡轉化率和甲醇的選擇性(甲醇的選擇性:轉化的CO2中生成甲醇的物質的量分數)隨溫度的變化趨勢如圖所示(忽略溫度對催化劑的影響)。
①根據圖中數據,溫度選擇　　　　K(填“473”“513”或“553”),達到平衡時,反應體系內甲醇的產量最高。
②隨著溫度的升高,CO2的平衡轉化率增加但甲醇的選擇性降低,請分析其原因:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
答案與分層梯度式解析
綜合拔高練
高考真題練
1.C 2.C 3.C 4.C 5.AB 7.B
1.C　由題圖可知使用題給兩種催化劑時均出現四組峰,反應歷程都分4步進行,A正確;由題圖可知總反應是放熱反應,升高溫度平衡逆向移動,反應達平衡時,R的濃度增大,B正確;由題圖可知使用催化劑Ⅰ時基元反應的最大活化能低于使用催化劑Ⅱ時基元反應的最大活化能,所以使用催化劑Ⅰ時反應體系更快達到平衡,C錯誤;由題圖可知在前兩個歷程中使用催化劑Ⅰ時基元反應的最大活化能較低,反應速率較快,后兩個歷程中使用催化劑Ⅰ時基元反應的最大活化能較高,反應速率較慢,所以使用催化劑Ⅰ時,反應過程中M所能達到的最高濃度更大,D正確。
考場速決
快速分析反應進程圖,使用催化劑Ⅱ時,反應歷程中基元反應的最大活化能高,反應速率慢,反應體系不可能更快達到平衡,C錯誤。
教材溯源
神奇的催化劑
(1)催化劑對化學反應速率的影響:催化劑的質量和化學性質在反應前后不變,故反應歷程中必定既包括有催化劑參與的反應,又包括使催化劑再生的反應。催化劑通過參與反應改變反應歷程、降低反應的活化能來提高化學反應速率。
(2)催化劑具有選擇性:某種催化劑對某一反應可能是活性很強的催化劑,但對其他反應就不一定具有催化作用。根據這一特性,可以通過選擇催化劑來調控反應。如教材中提到的乙烯與氧氣可發生兩個反應:C2H4(g)+O2(g) (g)主反應,C2H4(g)+3O2(g) 2CO2(g)+2H2O(g)(副反應),研究人員開發了一種銀催化劑,能加快主反應而對副反應影響較小,從而提高環氧乙烷的生產效率。
(3)酶:酶是特殊的催化劑,其比一般的催化劑具有更高的選擇性和催化效率,且反應條件要溫和。
(4)催化劑活性:催化劑活性受自身成分、粒徑、合成方法、反應溫度、壓強等條件的影響。通常,催化劑發揮作用需要維持在活性溫度范圍內。
(5)催化劑中毒:因吸附或沉積毒物(反應原料中帶入的雜質、反應產物或副產物等)而使催化劑活性降低或喪失的過程。
2.C　根據蓋斯定律,反應Ⅱ=反應Ⅰ+反應Ⅲ,反應Ⅰ、Ⅲ均為放熱反應,即焓變均小于0,故反應Ⅱ的焓變小于反應Ⅰ的焓變,A正確;由題圖可知,短時間內產物Ⅰ占比比產物Ⅱ高,說明反應Ⅰ的速率比反應Ⅱ的速率快,反應速率越快,其活化能越低,則反應活化能:反應Ⅰ<反應Ⅱ,B正確;設反應Ⅰ、反應Ⅱ的平衡常數分別為K1、K2,則平衡時,即溫度不變,增加HCl濃度,平衡時產物Ⅱ和產物Ⅰ的比例不變,C錯誤;根據題圖可知,前30 min產物Ⅰ占比遠大于產物Ⅱ,故選擇相對較短的反應時間并及時分離可獲得高產率的產物Ⅰ,D正確。
3.C　實驗①中,0~20 min,Δc(NH3)=2.40×10-3 mol·L-1-2.00×10-3 mol·L-1=4.00×10-4 mol·L-1,v(NH3)==2.00×10-5 mol·L-1·min-1,反應速率之比等于化學計量數之比,v(N2)=v(NH3)=1.00×10-5 mol·L-1·min-1,A正確;恒溫條件下平衡常數K恒定,實驗③平衡時c(NH3)=0.40×10-3 mol·L-1,若實驗②平衡時c(NH3)也等于0.40×10-3 mol·L-1,由于起始投料量不同,求出的K必然不同,所以x≠0.40,B正確;實驗①中氨氣起始濃度大于實驗②,但在0~20 min,實驗①和實驗②中氨氣濃度變化量都是4.00×10-4 mol·L-1,不能說明相同條件下,氨氣的濃度增加,反應速率增大,C錯誤;對比實驗①和實驗③,氨氣起始濃度相同,實驗③中催化劑表面積是實驗①中催化劑表面積的2倍,實驗③先達到平衡狀態,反應速率快,說明相同條件下,增加催化劑的表面積,反應速率增大,D正確。
4.C　根據題圖1 CO2捕獲和轉化的原理,可知反應①為CO2與CaO反應生成CaCO3,反應②為CaCO3與CH4在催化劑作用下反應生成CaO、CO和H2,A正確;由題圖2可知,t1~t3,n(H2)比n(CO)多,生成H2的速率不變,又因為在催化劑上檢測到有積碳,故可推測發生的副反應為CH4 C+2H2,B正確;t2時刻,CO的氣體流速=反應②生成的H2的氣體流速≈1.5 mmol·min-1,副反應生成的H2的氣體流速≈0.5 mmol·min-1,故副反應生成H2的速率小于反應②生成H2的速率,C錯誤;只有反應②生成CO,題圖2中t3之后CO氣體流速為0,即反應②不再發生,D正確。
5.AB　由圖a可知,濃度隨時間增加逐漸減小的曲線代表的是X,濃度隨時間增加逐漸增大的曲線代表的是Z,濃度隨時間增加先增大后減小的曲線代表的是Y;由圖b可知,反應①的速率常數隨溫度升高增大的幅度小于反應②的。由圖a可知,隨c(X)的減小,c(Y)先增大后減小,因此,反應①的速率隨c(X)的減小而減小,而反應②的速率隨c(X)的減小先增大后減小,A錯誤。根據體系中發生的反應可知,在Y的濃度達到最大值之前,單位時間內X的減少量等于Y和Z的增加量,故v(X)=v(Y)+v(Z),但在Y的濃度達到最大值之后,單位時間內Z的增加量等于X和Y的減少量,故v(X)+v(Y)=v(Z),B錯誤。由圖a可知,Y的濃度先增大后減小,故要控制反應時間;升高溫度可以加快反應速率,提高單位時間內Y的產率;故欲提高Y的產率,需提高反應溫度且控制反應時間,C正確。由圖b可知,溫度低于T1時,k1>k2,反應②為慢反應,因此,總反應速率由反應②決定,D正確。
6.答案　(ⅰ)cd　(ⅱ)d　
解析　(ⅰ)根據題圖可知,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,反應達到平衡時,轉化率最大,轉化率為0.88時未達到相同溫度下的最大轉化率,不是平衡狀態,b錯誤;由題圖可知,轉化率越大,反應速率最大值對應的溫度越低,c正確;根據不同轉化率下的最大速率對應的溫度,選擇最佳生產溫度,d正確。(ⅱ)根據題圖可知在四種不同催化劑作用下,d的轉化率最高,且轉化率較高時,溫度較低,催化性能最好。
7.B　應用“定一議二”原則分析圖像,解題過程中可以作輔助線幫助分析。
題述反應為反應前后氣體物質的量不相等的反應,恒溫恒容條件下,當容器內壓強不變時,說明反應達到平衡狀態,D正確。
8.答案　(3)3.0　2.25　增大
(4)　46.26　()2×2.64
解析　(3)由題給平衡時~T的關系圖得,660 K時=1.5 kPa,根據反應(Ⅰ)的化學方程式可知=1.5 kPa,沒有其他氣體存在,則該反應的平衡總壓p總==3.0 kPa,平衡常數Kp(Ⅰ)==2.25 (kPa)2;由題圖得,隨溫度升高而逐漸增大,則也隨溫度升高而增大,故Kp(Ⅰ)隨反應溫度升高而增大。
(4)提高溫度后,容器中進一步發生反應2SO3(g) 2SO2(g)+O2(g)(Ⅱ),結合反應(Ⅰ),設SO3分解前的物質的量為a mol(SO2的物質的量也為a mol),平衡時轉化的SO3的物質的量為2x mol,則有
　　　　　2SO3(g) 2SO2(g)+O2(g)
起始/mol　　a　　a　　0
轉化/mol　　2x　　2x　　x
平衡/mol　　a-2x　　a+2x　　x
平衡時n總=(2a+x) mol,則p總,p總,p總,聯立解得;在929 K時,p總==84.6 kPa,又=35.7 kPa,解得=46.26 kPa,=2.64 kPa,Kp(Ⅱ)= kPa。
9.答案　(1)50%　4.76
(2)①越高　等溫等壓下加入惰性氣體,平衡向氣體分子數增加的方向移動　②d　24.9
解析　(1)設n(H2S)=1 mol,則n(Ar)=4 mol,轉化的n(H2S)=x mol,列三段式:
　　　　　　　2H2S(g) 2H2(g)+S2(g)
起始/mol　　1　　0　　0
轉化/mol　　x　　x　　
平衡/mol　　1-x　　x　　
平衡時H2S和H2的分壓相等,即n(H2S)=n(H2),1-x=x,x=0.5,H2S的轉化率為×100%=50%;此時n(H2S)=n(H2)=0.5 mol,n(S2)=0.25 mol,p(S2)=×100 kPa≈4.76 kPa,Kp=,平衡時H2S和H2的分壓相等,故Kp=p(S2)≈4.76 kPa。
(2)2H2S(g) 2H2(g)+S2(g)是氣體物質的量增多的反應,壓強越小反應正向進行的程度越大,H2S的轉化率越大。在100 kPa的恒壓條件下,n(H2S)∶n(Ar)越小,H2S的分壓越小,相當于降低壓強,H2S的平衡轉化率越大,故題圖中曲線a、b、c、d、e對應的n(H2S)∶n(Ar)分別是4∶1、1∶1、1∶4、1∶9、1∶19。當n(H2S)∶n(Ar)=1∶9時,設n(H2S)=1 mol,則n(Ar)=9 mol,0 s時p(H2S)=×100 kPa=10 kPa,0.1 s內H2S的轉化率為24%,即參加反應的H2S的物質的量為0.24 mol,列三段式:
　　　　　　　2H2S(g) 2H2(g)+S2(g)
起始/mol　　1　　0　　0
轉化/mol　　0.24　　0.24　　0.12
0.1 s/mol　　0.76　　0.24　　0.12
0.1 s時,p(H2S)=×100 kPa≈7.51 kPa,則0.1 s內H2S分壓的平均變化率為=24.9 kPa·s-1。
10.答案　(1)-200(X+Y)
(2)a、c　8.3×10-8　0.08　39%
解析　(1)反應Ⅰ為可逆反應,在相同條件下,以等物質的量的BL或BD為初始原料,達到平衡時的狀態相同,以5.0×10-3 mol BL為原料,達平衡時放熱X kJ,以5.0×10-3 mol BD為原料,達平衡時吸熱Y kJ,故反應Ⅰ的ΔH=- kJ·mol-1=-200(X+Y) kJ·mol-1。
(2)由X11.答案　(1)+118　(2)5
(3)甲苯　主反應④的產物苯乙烯應該選擇性最高,曲線a代表苯乙烯,隨乙苯轉化率的增大,反應體系中H2的量增大,反應⑥速率加快,甲苯的選擇性提高
解析　(1)由蓋斯定律得④=①-②-③,則ΔH4=ΔH1-ΔH2-ΔH3=-4 386.9 kJ·mol-1-(-4 263.1 kJ·mol-1)-(-241.8 kJ·mol-1)=+118.0 kJ·mol-1。
(2)乙苯的平衡轉化率為50%時,根據反應④列三段式:
C6H5C2H5(g) C6H5CH CH2(g)+H2(g)
起始/mol　　1　　0　　0
轉化/mol　　0.5　　0.5　　0.5
平衡/mol　　0.5　　0.5　　0.5
平衡時,氣體總物質的量為1.5 mol,則Kp= kPa。欲將平衡轉化率提高至75%,設需要向反應器中充入x mol水蒸氣,根據反應④列三段式:
C6H5C2H5(g) C6H5CHCH2(g)+H2(g)
起始/mol　　1　　0　　0
轉化/mol　　0.75　　0.75　　0.75
平衡/mol　　0.25　　0.75　　0.75
平衡時,氣體總物質的量為0.25 mol+0.75 mol+0.75 mol+x mol=(1.75+x) mol,因溫度不變,則Kp不變,Kp= kPa,解得x=5。
高考模擬練
1.C 2.D 3.C 4.A 5.D 6.CD
1.C　根據題圖可知,乙醇的超臨界水氧化過程中,CO含量先增大再減小,CO2含量一直增大,C2H5OH含量一直減小,可見CO是中間產物,CO2是最終產物,A項合理;由題圖可知,在550 ℃條件下,反應15s之后,CO含量接近零,說明乙醇氧化為二氧化碳已趨于完全,B項合理;乙醇的超臨界水氧化過程中,乙醇的消耗速率和二氧化碳的生成速率不相等,C項不合理;只有單位時間內乙醇氧化生成CO的速率比CO氧化生成CO2的速率更快,xCO峰值出現的時間才會提前且峰值更高,所以隨溫度升高,xCO峰值出現的時間提前且峰值更高,可說明隨溫度升高乙醇的氧化速率比一氧化碳氧化速率的增長幅度更大,D項合理。
素養解讀
本題以圖像的形式提供乙醇的超臨界水氧化結果圖,考查學生對新信息的接受能力、對圖像的分析能力,培養學生宏觀辨識與微觀探析、證據推理與模型認知的化學學科核心素養。
2.D　由題圖可知,N2O在230 ℃時的平衡轉化率大于在180 ℃時的平衡轉化率,說明升高溫度,平衡正向移動,升溫有利于提高N2O的平衡轉化率,A正確;a、c兩點N2O的轉化率相等,則這兩點生成N2的物質的量相等,容器容積不變,因此a、c兩點N2的物質的量濃度相等,B正確;正反應為氣體物質的量增大的反應,在230 ℃、恒壓容器中進行反應,達平衡時容器體積大于同溫下恒容時的體積,相當于在恒容條件下達到平衡的基礎上減壓,平衡正向移動,N2O的平衡轉化率增大,即大于98%,C正確;在230 ℃下,b點N2O的平衡轉化率為98%,列三段式:
　　　　　　2N2O(g) 2N2(g)+O2(g)
c始/mol·L-1　　1　　0　　0
Δc/mol·L-1　　0.98　　0.98　　0.49
c平/mol·L-1　　0.02　　0.98　　0.49
則平衡狀態下O2的體積分數為×100%≈32.9%,D錯誤。
3.C　由題圖可知,同一壓強下,隨溫度升高乙烯平衡轉化率下降,說明升溫平衡逆向移動,逆反應為吸熱反應,則乙烯氣相水合反應的ΔH<0,A正確;設起始n(H2O)=n(C2H4)=1 mol,A點乙烯的平衡轉化率為20%,則參與反應的乙烯為0.2 mol,平衡時n(H2O)=n(C2H4)=0.8 mol,n(C2H5OH)=0.2 mol,Kp=,B正確;相同溫度下,壓強越大乙烯的平衡轉化率越大,因此p3>p2>p1,C錯誤;b點的溫度、壓強均高于a點,反應速率:b>a,因此達到平衡所需時間:a>b,D正確。
4.A　對比實驗①②可知,其他條件相同反應速率與c(Br-)成正比,對比實驗①④可知,其他條件相同反應速率與c(Br)成正比,再由實驗③⑤中數據可知,v1=1.2×10-8×2×2=4.8×10-8,A錯誤;溫度升高,活化分子數增多,有效碰撞幾率增大,反應速率加快,則速率常數k增大,B正確;對比實驗①②可知c(Br-)增大到原來的2倍,反應速率增大到原來的2倍,n=1,同理,對比實驗①④可知m=1,對比實驗②③可知,c(H+)增大到原來的2倍,反應速率增大到原來的4倍,所以p=2,C正確;對比實驗①④可知,c(H+)、c(Br-)相同,只有c(Br)不同,所以實驗①④探究的是c(Br)對反應速率的影響,D正確。
5.D　從題圖可看出,T2之前H2的轉化率隨溫度的升高而增大,T2之后H2的轉化率隨溫度的升高而減小,溫度越高,化學反應速率越快,達平衡所需時間越短,可判斷T2之前反應未達到平衡狀態,T2之后反應達到平衡狀態,升高溫度,平衡逆向移動,則題述反應ΔH<0;c點所處溫度高于b點所處溫度,高于a點所處溫度,升高溫度正、逆反應速率都增大,且a、b、c三點中CH4和H2O的濃度,由大到小的順序為c、b、a故v(CH4)逆由大到小的順序為c、b、a,A、B正確。T2 K下,反應達到平衡狀態,氫氣的轉化率為80%,起始時充入2 mol CO2、4 mol H2,壓強為3 MPa,可以推出起始時CO2分壓為1 MPa,H2分壓為2 MPa,恒容條件下可得:
CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g)
起始(MPa)　　1　　2　　0　　0
變化(MPa)　　0.4　　1.6　　0.4　　0.8
平衡(MPa)　　0.6　　0.4　　0.4　　0.8
Kp=(MPa)-2,又根據題給已知條件,推出Kp=,k正=k逆×Kp=2 (MPa)-2·min-1× (MPa)-2≈33.3(MPa)-4·min-1,C正確;ΔH<0,升高溫度,平衡逆向移動,反應物的平衡轉化率下降,D錯誤。
6.CD　恒溫恒容條件下,氣體的壓強之比等于物質的量之比,起始時實驗②與實驗③的壓強相等,實驗①的初始壓強是實驗②、③的初始壓強的3倍,則曲線Ⅰ對應實驗①,且m=3p,A錯誤;實驗①與實驗②的溫度相等,實驗①與實驗②達平衡時互為等效平衡,故曲線Ⅱ對應實驗②,曲線Ⅲ對應實驗③,實驗②與實驗③充入的Z一樣多,實驗③比實驗②達到平衡所用的時間長,反應在恒容條件下進行,說明實驗③的溫度低,反應速率小,實驗③中反應逆向進行,體系溫度降低,故正反應是放熱反應,B錯誤;根據pV=nRT,c、d兩點的壓強相同,V相同,由于反應吸熱,c點的溫度比d點低,則c點的氣體物質的量大于d點的氣體物質的量,故氣體的總物質的量:nc>nd,C正確;正反應是放熱反應,溫度越低,該反應的平衡常數越大,c點的溫度比b點低,故b點平衡常數小于c點的平衡常數,D正確。
7.答案　(1)2CO2(g)+6H2(g) CH3OCH3(g)+3H2O(g)　ΔH=-123.1 kJ/mol
(2)①ABC　②反應Ⅱ是吸熱反應,550 ℃后以反應Ⅱ為主,反應Ⅱ是反應前后氣體體積相等的反應
(3)①553　②當溫度升高時反應Ⅰ的平衡逆向移動,而反應Ⅱ的平衡正向移動且幅度更大,所以CO2的轉化率增加,但甲醇的選擇性降低
解析　(1)根據題給焓變示意圖可知:在工藝2中,2 mol CO2(g)和6 mol H2(g)的總能量比1 mol CH3OCH3(g)和3 mol H2O(g)的總能量高(99.2+23.9) kJ=123.1 kJ,所以CO2直接加氫合成CH3OCH3(g)(反應Ⅳ)的熱化學方程式為2CO2(g)+6H2(g) CH3OCH3(g)+3H2O(g)　ΔH=-123.1 kJ/mol。
(2)①根據題給焓變示意圖可知:反應Ⅰ為放熱反應,反應Ⅱ為吸熱反應,在其他條件不變時,溫度升高,反應Ⅰ平衡逆向移動,反應Ⅱ平衡正向移動,CH3OH(g)的平衡產率會降低且不可能隨溫度升高而增大,所以圖甲縱坐標表示CH3OH的平衡產率,A正確;反應Ⅰ的正反應是氣體體積減小的反應,在其他條件不變時,增大壓強,化學平衡正向移動,CO2的平衡轉化率增大,CH3OH的平衡產率增大,壓強:p1>p2>p3,B正確;反應Ⅰ的正反應是氣體體積減小的放熱反應,為了同時提高CO2的平衡轉化率和CH3OH的平衡產率,根據平衡移動原理,可知應選擇低溫、高壓的反應條件,C正確;一定溫度、壓強下,尋找活性更高的催化劑,可以加快反應速率,但化學平衡不發生移動,因此不能提高CO2的平衡轉化率,D錯誤。
(3)①按n(CO2)∶n(H2)=1∶3(總量為a mol)投料于恒容密閉容器中進行反應,n(CO2)=×a mol= mol,n(CH3OH)=n(CO2)×CO2的平衡轉化率×甲醇的選擇性,473 K時,n(CH3OH)=n(CO2)×13.2%×86%≈0.028a mol,513 K時,n(CH3OH)=n(CO2)×15%×78%≈0.029a mol,553 K時,n(CH3OH)=n(CO2)×60%×21%≈0.032a mol,故溫度選擇553 K,達到平衡時,反應體系內甲醇的產量最高;②反應Ⅰ為放熱反應,反應Ⅱ為吸熱反應,當溫度升高時反應Ⅰ的平衡逆向移動,而反應Ⅱ的平衡正向移動且幅度更大,所以CO2的轉化率增加,但甲醇的選擇性降低。

展開更多......

收起↑