微專題(四)　化學(xué)反應(yīng)原理綜合題(題型研究課)

微專題(四)化學(xué)反應(yīng)原理綜合題[題型研究課]目錄目錄12高考真題集中研究——明規(guī)律題型考法全面突破——提素養(yǎng)3專題驗收評價高考真題集中研究——明規(guī)律01請回答：(1)ΔH2＝________kJ·mol－1。(2)恒定總壓1.70MPa和水碳比[n(H2O)/n(CO)＝12∶5]投料，在不同條件下達到平衡時CO2和H2的分壓(某成分分壓＝總壓×該成分的物質(zhì)的量分數(shù))如下表：

p(CO2)/MPap(H2)/MPap(CH4)/MPa條件10.400.400條件20.420.360.02①在條件1下，水煤氣變換反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝________。②對比條件1，條件2中H2產(chǎn)率下降是因為發(fā)生了一個不涉及CO2的副反應(yīng)，寫出該反應(yīng)方程式：_______________________。(3)下列說法正確的是________。A．通入反應(yīng)器的原料氣中應(yīng)避免混入O2B．恒定水碳比[n(H2O)/n(CO)]，增加體系總壓可提高H2的平衡產(chǎn)率C．通入過量的水蒸氣可防止Fe3O4被進一步還原為FeD．通過充入惰性氣體增加體系總壓，可提高反應(yīng)速率(4)水煤氣變換反應(yīng)是放熱的可逆反應(yīng)，需在多個催化劑反應(yīng)層間進行降溫操作以“去除”反應(yīng)過程中的余熱(如圖1所示)，保證反應(yīng)在最適宜溫度附近進行。①在催化劑活性溫度范圍內(nèi)，圖2中b～c段對應(yīng)降溫操作的過程，實現(xiàn)該過程的一種操作方法是________。A．按原水碳比通入冷的原料氣B．噴入冷水(蒸氣)C．通過熱交換器換熱②若采用噴入冷水(蒸氣)的方式降溫，在圖3中作出CO平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度變化的曲線。(5)在催化劑活性溫度范圍內(nèi)，水煤氣變換反應(yīng)的歷程包含反應(yīng)物分子在催化劑表面的吸附(快速)、反應(yīng)及產(chǎn)物分子脫附等過程。隨著溫度升高，該反應(yīng)的反應(yīng)速率先增大后減小，其速率減小的原因是________________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)將題干中3個熱化學(xué)方程式依次編號為①②③，根據(jù)蓋斯定律可知，③＝①－②，則ΔH2＝ΔH－ΔH1＝(－41.2kJ·mol－1)－(－47.2kJ·mol－1)＝6kJ·mol－1；(2)①條件1下沒有甲烷生成，只發(fā)生了水煤氣變換反應(yīng)，該反應(yīng)是一個氣體分子數(shù)不變的反應(yīng)。設(shè)在條件1下平衡時容器的總體積為V，水蒸氣和一氧化碳的投料分別為12mol和5mol，參加反應(yīng)的一氧化碳為xmol，根據(jù)已知信息可得以下三段式：(3)一氧化碳和氫氣都可以和氧氣反應(yīng)，則通入反應(yīng)器的原料氣中應(yīng)避免混入O2，A正確；該反應(yīng)前后氣體計量數(shù)相同，則增加體系總壓平衡不移動，不能提高平衡產(chǎn)率，B錯誤；通入過量的水蒸氣可以促進四氧化三鐵被氧化為氧化鐵，并且過量的水蒸氣可以降低體系中CO和H2的濃度，從而防止鐵的氧化物被還原為單質(zhì)鐵，C正確；若保持容器的體積不變，通過充入惰性氣體增加體系總壓，反應(yīng)物濃度不變，反應(yīng)速率不變，D錯誤；(4)①按原水碳比通入冷的原料氣，可以降低溫度，同時化學(xué)反應(yīng)速率稍減小，導(dǎo)致CO的轉(zhuǎn)化率稍減小，與圖中變化相符，A正確；噴入冷水(蒸氣)，可以降低溫度，但是同時水蒸氣的濃度增大，會導(dǎo)致CO的轉(zhuǎn)化率增大，與圖中變化不符，B錯誤；通過熱交換器換熱，可以降低溫度，且不改變投料比，同時化學(xué)反應(yīng)速率稍減小，導(dǎo)致CO的轉(zhuǎn)化率稍減小，與圖中變化相符，C正確；②增大水蒸氣的濃度，平衡正向移動，則一氧化碳的平衡轉(zhuǎn)化率增大，會高于原平衡線；(5)反應(yīng)物分子在催化劑表面的吸附是一個快速過程，溫度過高時，不利于反應(yīng)物分子在催化劑表面的吸附，從而導(dǎo)致其反應(yīng)物分子在催化劑表面的吸附量及濃度降低，反應(yīng)速率減??；溫度過高還會導(dǎo)致催化劑的活性降低，從而使化學(xué)反應(yīng)速率減小。(5)溫度過高時，不利于反應(yīng)物分子在催化劑表面的吸附，從而導(dǎo)致其反應(yīng)物分子在催化劑表面的吸附量及濃度降低，反應(yīng)速率減小；溫度過高還會導(dǎo)致催化劑的活性降低，從而使化學(xué)反應(yīng)速率減小(3)恒壓、750℃時，CH4和CO2按物質(zhì)的量之比1∶3投料，反應(yīng)經(jīng)如下流程(主要產(chǎn)物已標出)可實現(xiàn)CO2高效轉(zhuǎn)化。①下列說法正確的是_________。A．Fe3O4可循環(huán)利用，CaO不可循環(huán)利用

B．過程ⅱ，CaO吸收CO2可促使Fe3O4氧化CO的平衡正移C．過程ⅱ產(chǎn)生的H2O最終未被CaO吸收，在過程ⅲ被排出D．相比于反應(yīng)Ⅰ，該流程的總反應(yīng)還原1molCO2需吸收的能量更多②過程ⅱ平衡后通入He，測得一段時間內(nèi)CO物質(zhì)的量上升，根據(jù)過程ⅲ，結(jié)合平衡移動原理，解釋CO物質(zhì)的量上升的原因________________________________________________________________________________________________________________________。(4)CH4還原能力(R)可衡量CO2轉(zhuǎn)化效率，R＝Δn(CO2)/Δn(CH4)(同一時段內(nèi)CO2與CH4的物質(zhì)的量變化量之比)。①常壓下CH4和CO2按物質(zhì)的量之比1∶3投料，某一時段內(nèi)CH4和CO2的轉(zhuǎn)化率隨溫度變化如圖1，請在圖2中畫出400～1000℃之間R的變化趨勢，并標明1000℃時R值。②催化劑X可提高R值，另一時段內(nèi)CH4轉(zhuǎn)化率、R值隨溫度變化如下表：溫度/℃480500520550CH4轉(zhuǎn)化率/%7.911.520.234.8R2.62.42.11.8下列說法不正確的是_________。A．R值提高是由于催化劑X選擇性地提高反應(yīng)Ⅱ的速率B．溫度越低，含氫產(chǎn)物中H2O占比越高

C．溫度升高，CH4轉(zhuǎn)化率增加，CO2轉(zhuǎn)化率降低，R值減小

D．改變催化劑提高CH4轉(zhuǎn)化率，R值不一定增大解析：(1)反應(yīng)Ⅰ為氣體體積增大的吸熱反應(yīng)，反應(yīng)Ⅱ為氣體體積不變的吸熱反應(yīng)，ΔH>0，升高溫度，平衡右移，CO2平衡轉(zhuǎn)化率增大；降低壓強，平衡右移，CO2平衡轉(zhuǎn)化率增大，故有利于提高CO2平衡轉(zhuǎn)化率的條件是高溫低壓。②R值提高是由于催化劑X選擇性地提高反應(yīng)Ⅱ的速率，使單位時間內(nèi)反應(yīng)Ⅱ中CO2的轉(zhuǎn)化率增大，Δn(CO2)增大的倍數(shù)比Δn(CH4)大，則R提高，選項A正確；根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，溫度越低，CH4轉(zhuǎn)化率越小，而R越大，Δn(CO2)增大的倍數(shù)比Δn(CH4)大，含氫產(chǎn)物中H2O占比越高，選項B正確；溫度升高，CH4轉(zhuǎn)化率增加，CO2轉(zhuǎn)化率也增大，且兩個反應(yīng)中的CO2轉(zhuǎn)化率均增大，但R值減小，選項C不正確；改變催化劑使反應(yīng)有選擇性按反應(yīng)Ⅰ而提高反應(yīng)Ⅰ的速率，則能提高CH4的轉(zhuǎn)化率，反應(yīng)Ⅱ速率未知，不能比較Δn(CO2)/Δn(CH4)的值，則R值不一定增大，選項D正確。(4)①

②C[洞悉考情]反應(yīng)原理的綜合應(yīng)用是高考的必考題型，一般取材于能源、環(huán)境問題、化工生產(chǎn)等真實情境。題目圍繞一個主題，將熱化學(xué)、化學(xué)反應(yīng)速率和平衡等知識融合在一起進行考查。題目一般結(jié)合圖像、表格、數(shù)據(jù)、裝置等信息，考查考生的閱讀、識圖、分析歸納能力，難度較大?？键c主要涉及反應(yīng)熱的相關(guān)計算、化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡移動的影響因素分析、平衡常數(shù)計算及圖像的繪制等。題型考法全面突破——提素養(yǎng)0205min10min15min20minT10.10.080.0620.050.05T20.10.07—x0.06用傳感器測得溫度為T1、T2時容器中n(N2)隨時間變化如下表：x____0.06(填“>”“<”或“＝”)，原因是____________________________________________________________________________________。(2)汽車排氣管裝有三元催化轉(zhuǎn)化裝置，在催化劑表面通過發(fā)生吸附、解吸消除CO、NO等污染物。反應(yīng)機理如下[Pt(s)表示催化劑，右上角帶“*”表示吸附狀態(tài)]：Ⅰ.NO＋Pt(s)===NO*Ⅱ.CO＋Pt(s)===CO*Ⅲ.NO*===N*＋O*Ⅳ.CO*＋O*===CO2＋Pt(s)Ⅴ.N*＋N*===N2＋Pt(s)Ⅵ.NO*＋N*===N2O＋Pt(s)經(jīng)測定汽車尾氣中反應(yīng)物及生成物濃度隨溫度變化的關(guān)系如圖1和圖2所示。①圖1中，溫度為330℃時發(fā)生的主要反應(yīng)為______(填“Ⅳ”“Ⅴ”或“Ⅵ”)；反應(yīng)Ⅴ為________反應(yīng)(填“放熱”或“吸熱”)。②圖2中，溫度從Ta升至Tb的過程中，反應(yīng)物濃度急劇減小的主要原因是___________________________________________________。[解析]

(1)5min時，T1溫度下，0.08mol大于0.07mol，說明T2時反應(yīng)速率更快，則T2＞T1，由表可知，溫度為T1時，反應(yīng)在15min時已達到平衡，則T2時反應(yīng)在15min前已達到平衡狀態(tài)，則x＝0.06。(2)①由圖1可知，生成物中CO2的濃度最大，則溫度為330℃時發(fā)生的主要反應(yīng)為反應(yīng)Ⅳ；反應(yīng)Ⅴ為N*＋N*===N2＋Pt(s)，成鍵要放出熱量，則反應(yīng)Ⅴ為放熱反應(yīng)。②溫度從Ta升至Tb的過程中，反應(yīng)物濃度急劇減小，說明反應(yīng)速率急劇加快，是催化劑活性增加，催化效率提高引起的。③b→c的過程中，隨著壓強的增大，反應(yīng)速率在減小，可能是因為該階段壓強增大，吸附速率雖然增大，但不利于解吸，解吸速率減小更多，所以反應(yīng)速率減小。[答案]

(1)＝5min時，T1溫度下，n(N2)＝0.08mol，T2溫度下，n(N2)＝0.07mol，說明T2時反應(yīng)速率更快，則T2>T1，由表可知，溫度為T2時，反應(yīng)在15min前已達到平衡(2)①Ⅳ放熱②溫度升高，催化劑活性逐漸增強，反應(yīng)速率逐漸加快，所以反應(yīng)物濃度快速減小③壓強增大，吸附速率雖然增大，但不利于解吸，解吸速率減小更多，所以反應(yīng)速率總體減小增分策略1．圖像、圖表中信息表述反應(yīng)最佳條件的選擇或控制就是為了又“快”又“多”又“純”地生產(chǎn)，即主要是從反應(yīng)速率與轉(zhuǎn)化率(化學(xué)平衡)兩個角度來回答，“快”就是提高反應(yīng)速率，“多”就是提高轉(zhuǎn)化率，使原料利用率高，“純”就是減少副反應(yīng)的發(fā)生，而影響反應(yīng)速率、轉(zhuǎn)化率及選擇性的主要因素就是濃度、溫度、壓強與催化劑，表述時應(yīng)主要圍繞這些因素作答。

可從以下三個環(huán)節(jié)進行突破：通讀全題明確題中有哪些考點，并弄清相關(guān)考點之間的聯(lián)系，如蓋斯定律與平衡移動間的關(guān)系等準確定位即準確判定題中針對文字表達的知識點。通過題中所給信息確定文字表達知識點所涉及的化學(xué)原理、化學(xué)規(guī)律，如針對文字：速率變化、平衡移動、主副反應(yīng)間關(guān)系等。該點是解決此類題目的重中之重，若能準確判斷所考查的原理，則文字表述便是水到渠成文字表述先講普遍原理，再結(jié)合本題論述。如：其他條件不變情況下，改變××條件，可逆反應(yīng)平衡向×方向移動，導(dǎo)致××發(fā)生變化2．圖像、圖表中信息分析(1)圖像類明標明晰橫、縱坐標所表示的化學(xué)含義，用變量的觀點分析坐標，這是理解題意和進行正確思維的前提找點找出曲線中的特殊點(起點、終點、頂點、拐點、交叉點、平衡點等)，分析這些點所表示的化學(xué)意義以及影響這些點的主要因素及限制因素等，這些點往往隱含著某些限制條件或某些特殊的化學(xué)含義析線正確分析曲線的走向、變化趨勢(上升、下降、平緩、轉(zhuǎn)折等)，同時對走勢有轉(zhuǎn)折變化的曲線，要分區(qū)段進行分析，研究找出各段曲線的變化趨勢及其含義續(xù)表(2)圖表類明義明確圖表所呈現(xiàn)信息的化學(xué)含義(圖表的含義)，如物質(zhì)的量濃度變化與時間二維關(guān)系辨數(shù)通過圖表明確相應(yīng)數(shù)學(xué)規(guī)律，即變化趨勢等，如：正向或反向變化、極值點等析理結(jié)合題意及圖表規(guī)律分析確定其對應(yīng)的化學(xué)原理，并提煉出相應(yīng)變化規(guī)律及原因[集訓(xùn)沖關(guān)]1．二氧化碳是潛在的碳資源，無論是天然的二氧化碳氣藏(氣體礦藏)，還是各種爐氣、尾氣、副產(chǎn)氣，進行分離回收合理利用，意義重大。CO2在Cu-ZnO的催化下，同時發(fā)生反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ，是解決溫室效應(yīng)和能源短缺的重要手段。(已知活化能EaⅠ<EaⅡ)(1)反應(yīng)Ⅰ能自發(fā)進行的條件是__________。(2)保持溫度T

℃時，在容積不變的密閉容器中，充入一定量的CO2及H2，起始及達平衡時，容器內(nèi)各氣體物質(zhì)的量及總壓強如表：

CO2H2CH3OH(g)COH2O(g)總壓強/kPa起始/mol0.50.9000p0平衡/mol

n

0.3p若反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ均達平衡時，p0＝1.4p，則表中n＝__________；反應(yīng)Ⅰ的平衡常數(shù)Kp＝__________(kPa)－2。(用含p的式子表示)平衡后總物質(zhì)的量：0.2＋0.6－2×0.2＋0.2＋0.3＋0.3－0.2＝1.0mol，(3)根據(jù)反應(yīng)可知剛開始充入CO2及H2，入口處含水量少，CO2濃度高，故β≈0。反應(yīng)Ⅱ活化能大于反應(yīng)Ⅰ，反應(yīng)Ⅰ速率比反應(yīng)Ⅱ速率快，使β增大且大于1。解析：反應(yīng)開始時，反應(yīng)Ⅰ中CO2濃度大，生成CO的速率較快，CO物質(zhì)的量分數(shù)增大；隨著反應(yīng)繼續(xù)進行，反應(yīng)Ⅱ的CO消耗速率增大，反應(yīng)ⅠCO生成速率減小，兩者速率相等時，出現(xiàn)極大值，之后隨著反應(yīng)Ⅱ生成甲醇消耗一氧化碳增加，一氧化碳量減小，其物質(zhì)的量分數(shù)減小。答案：反應(yīng)開始時，反應(yīng)Ⅰ中CO2濃度大，生成CO的速率較快，CO物質(zhì)的量分數(shù)增大；隨著反應(yīng)繼續(xù)進行，反應(yīng)Ⅱ的CO消耗速率增大，反應(yīng)ⅠCO生成速率減小，兩者速率相等時，出現(xiàn)極大值3．二甲醚(DME)是一種重要的化工原料，可以通過CO2制備得到。制備方法和涉及反應(yīng)如下：請回答：恒壓條件下，在密閉容器中利用方法b制備二甲醚。按照n(CO2)∶n(H2)＝1∶3投料，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率和CO、CH3OCH3的選擇性隨溫度變化如圖所示。在200～350℃的范圍內(nèi)，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率先降低后升高的原因：________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：根據(jù)蓋斯定律，反應(yīng)Ⅰ×2＋反應(yīng)Ⅱ可得反應(yīng)Ⅲ，則ΔH3＝2ΔH1＋ΔH2<0，反應(yīng)Ⅲ為放熱反應(yīng)。溫度較低(200～280℃)時以反應(yīng)Ⅲ為主，反應(yīng)放熱，升溫平衡逆向移動，二氧化碳平衡轉(zhuǎn)化率降低，溫度較高(280～350℃)時以反應(yīng)Ⅳ為主，反應(yīng)吸熱，升溫平衡正向移動，二氧化碳平衡轉(zhuǎn)化率升高。答案：溫度較低(200～280℃)時以反應(yīng)Ⅲ為主，反應(yīng)放熱，升溫平衡逆向移動，二氧化碳平衡轉(zhuǎn)化率降低，溫度較高(280～350℃)時以反應(yīng)Ⅳ為主，反應(yīng)吸熱，升溫平衡正向移動，二氧化碳平衡轉(zhuǎn)化率升高[解析]

由圖可知，t1時反應(yīng)消耗N2O4的濃度為(0.04－0.01)mol·L－1，由方程式可得反應(yīng)生成NO2的濃度為0.03mol·L－1×2＝0.06mol·L－1；該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向正反應(yīng)方向移動，NO2的濃度增大，T2較大則溫度較高，反應(yīng)速率較快，更快達到平衡狀態(tài)。[答案]

增分策略解答繪圖題的步驟當溫度高于最適宜溫度后，催化劑的催化活性逐漸減小，催化劑對化學(xué)反應(yīng)速率的影響超過了溫度升高對化學(xué)反應(yīng)速率的影響，因此化學(xué)反應(yīng)速率逐漸減小，SO2的轉(zhuǎn)化率也逐漸減?。挥捎谠摲磻?yīng)為放熱反應(yīng)，隨著溫度的升高，SO2的平衡轉(zhuǎn)化率減??；由于反應(yīng)混合物與催化劑層的接觸時間較少，在實際的反應(yīng)時間內(nèi)反應(yīng)還沒有達到化學(xué)平衡狀態(tài)，故在相應(yīng)溫度下SO2的轉(zhuǎn)化率低于其平衡轉(zhuǎn)化率。答案:2．研究CO2氧化C2H6制C2H4對資源綜合利用有重要意義。已知：298K時，相關(guān)物質(zhì)的相對能量(如圖1)?！鶾C2H4(g)＋CO(g)＋H2O(g)]，且第二步速率較慢(反應(yīng)活化能為210kJ·mol－1)。根據(jù)相關(guān)物質(zhì)的相對能量，畫出上述反應(yīng)分兩步進行的“能量反應(yīng)過程圖”，起點從[C2H6(g)＋CO2(g)]的能量－477kJ·mol－1開始(如圖2)。解析：由題中信息可知，反應(yīng)分兩步進行，第一步的反應(yīng)是C2H6(g)＋CO2(g)―→C2H4(g)＋H2(g)＋CO2(g)，C2H4(g)、H2(g)、CO2(g)的相對能量之和為52kJ·mol－1＋0＋(－393kJ·mol－1)＝－341kJ·mol－1；第二步的反應(yīng)是C2H4(g)＋H2(g)＋CO2(g)―→C2H4(g)＋H2O(g)＋CO(g)，其活化能為210kJ·mol－1，故該反應(yīng)體系的過渡態(tài)的相對能量又升高了210kJ·mol－1，過渡態(tài)的相對能量變?yōu)椋?41kJ·mol－1＋210kJ·mol－1＝－131kJ·mol－1，最終生成物C2H4(g)、H2O(g)、CO(g)的相對能量之和為52kJ·mol－1＋(－242kJ·mol－1)＋(－110kJ·mol－1)＝－300kJ·mol－1，結(jié)合題中信息，第一步的活化能較小，第二步的活化能較大，可以畫出“能量-反應(yīng)過程圖”。答案：

3．甲烷是一種溫室氣體，將它轉(zhuǎn)化為高附加值產(chǎn)品甲醇具有重要意義。目前工業(yè)上的甲烷轉(zhuǎn)化大多需要先通過重整生成合成氣(CO、H2)再轉(zhuǎn)化為甲醇，涉及的反應(yīng)如下：甲烷直接氧化制甲醇的總反應(yīng)2CH4(g)＋O2(g)

2CH3OH(g)在________(填“高溫”“低溫”或“任意溫度”)條件下能夠自發(fā)進行；若將總反應(yīng)看成由反應(yīng)Ⅰ和反應(yīng)Ⅱ兩步進行且反應(yīng)Ⅱ的反應(yīng)速率較慢，畫出由甲烷和氧氣經(jīng)兩步生成產(chǎn)物的反應(yīng)過程能量示意圖。解析：甲烷直接氧化制甲醇的總反應(yīng)，可由反應(yīng)Ⅰ＋反應(yīng)Ⅱ×2得到，故該反應(yīng)的ΔH小于0，為放熱反應(yīng)，從方程式來看，氣體的物質(zhì)的量減少，故總反應(yīng)是熵減的反應(yīng)，根據(jù)符合判據(jù)，ΔG＝ΔH－TΔS，總反應(yīng)在低溫條件下能夠自發(fā)進行；由題意可知，兩步均為放熱反應(yīng)，反應(yīng)Ⅰ的活化能較小，反應(yīng)Ⅱ的活化能較大，由此可畫出反應(yīng)過程能量示意圖。答案：低溫

若起始時加入合適的催化劑加快反應(yīng)Ⅰ的速率，請在圖中畫出此條件下CO以碳元素計的物質(zhì)的量分數(shù)隨時間變化的圖像。解析：若起始時加入合適的催化劑加快反應(yīng)Ⅰ的速率，導(dǎo)致反應(yīng)Ⅰ中生成CO速率更快，由于反應(yīng)Ⅱ的CO消耗速率與反應(yīng)Ⅰ中生成CO速率差別更大，導(dǎo)致CO的極值更大；更大的一氧化碳濃度導(dǎo)致反應(yīng)Ⅱ反應(yīng)速率加快，則極值后CO濃度減小速率更快。答案：

在體積為2L的密閉容器中按物質(zhì)的量之比為1∶2充入CO和H2發(fā)生反應(yīng)Ⅱ，測得平衡混合物中CH3OH的體積分數(shù)在不同壓強下隨溫度的變化如圖所示。C點對應(yīng)的平衡常數(shù)Kp＝________________(對于氣相反應(yīng)，用組分B的平衡壓強p(B)代替物質(zhì)的量濃度c(B)也可以表示平衡常數(shù)，記作Kp，如p(B)＝p·x(B)，p為平衡壓強，x(B)為平衡系統(tǒng)中B的物質(zhì)的量分數(shù))。

增分策略化學(xué)平衡計算的基本模式——“三段式法”根據(jù)反應(yīng)進行(或移動)的方向，設(shè)定某反應(yīng)物消耗的量，然后列式求解。[集訓(xùn)沖關(guān)]1．二甲醚(DME)是一種重要的化工原料，可以通過CO2制備得到。制備方法和涉及反應(yīng)如下：方法a：“二步法”制二甲醚請回答：在一定溫度下，向1L的恒容密閉容器中通入1molCO2(g)和3molH2(g)和利用方法a制備二甲醚。測得CO2的平衡轉(zhuǎn)化率為30%，CH3OCH3為amol，CO(g)為bmol，反應(yīng)Ⅰ的平衡常數(shù)為________________(用含a、b的式子表示，只需列出計算式)。解析：在一定溫度下，向1L的恒容密閉容器中通入1molCO2(g)和3molH2(g)和利用方法a制備二甲醚。測得CO2的平衡轉(zhuǎn)化率為30%，CH3OCH3為amol，CO(g)為bmol，則發(fā)生副反應(yīng)即

Ⅳ：各反應(yīng)均達平衡時，測得體系中

n(PH3)＝amol，n(P4)＝bmol，n(H2)＝cmol，則

T2

℃時反應(yīng)Ⅰ的平衡常數(shù)K值為________________________。(用a、b、c表示)解析：各反應(yīng)均達平衡時，測得體系中n(PH3)＝amol，n(P4)＝bmol，n(H2)＝cmol，根據(jù)白磷為bmol，結(jié)合反應(yīng)Ⅱ計算可知，消耗的PH3為4bmol和生成的H2為6bmol，因為最終PH3為amol，說明反應(yīng)Ⅰ生成的PH3和HI都為(a＋4b)mol，最終氫氣為cmol，則反應(yīng)Ⅲ生成H2為(c－6b)mol，反應(yīng)Ⅲ消耗HI為(2c－12b)mol，4．丙烯是一種重要的化工原料，可以在催化劑作用下，由丙烷直接脫氫或氧化脫氫制備。反應(yīng)Ⅰ(直接脫氫)：C3H8(g)===C3H6(g)＋H2(g)ΔH1＝＋125kJ·mol－1(1)已知鍵能：E(C—H)＝416kJ·mol－1，E(H—H)＝436kJ·mol－1，由此計算生成1mol碳碳π鍵放出的能量為________kJ。(2)對于反應(yīng)Ⅰ，總壓恒定為100kPa，在密閉容器中通入C3H8和N2的混合氣體(N2不參與反應(yīng))，從平衡移動的角度判斷，達到平衡后“通入N2”的作用是________________________________。在溫度為T1時，C3H8的平衡轉(zhuǎn)化率與通入氣體中C3H8的物質(zhì)的量分數(shù)的關(guān)系如圖a所示，計算T1時反應(yīng)Ⅰ的平衡常數(shù)Kp＝________kPa(以分壓表示，分壓＝總壓×物質(zhì)的量分數(shù)，保留一位小數(shù))。(3)在溫度為T2時，通入氣體分壓比為p(C3H8)∶p(O2)∶p(N2)＝10∶5∶85的混合氣體，各組分氣體的分壓隨時間的變化關(guān)系如圖b所示。0～1.2s生成C3H6的平均速率為______kPa·s－1；在反應(yīng)一段時間后，C3H8和O2的消耗速率比小于2∶1的原因為________________________________________________________________________________________________________________________。(4)恒溫剛性密閉容器中通入氣體分壓比為p(C3H8)∶p(O2)∶p(N2)＝2∶13∶85的混合氣體，已知某反應(yīng)條件下只發(fā)生如下反應(yīng)(k、k′為速率常數(shù))：反應(yīng)Ⅱ：2C3H8(g)＋O2(g)===2C3H6(g)＋2H2O(g)

k反應(yīng)Ⅲ：2C3H6(g)＋9O2(g)===6CO2(g)＋6H2O(g)

k′實驗測得丙烯的凈生成速率方程為v(C3H6)＝kp(C3H8)－k′p(C3H6)，可推測丙烯的濃度隨時間的變化趨勢為________，其理由是____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)反應(yīng)Ⅰ中，當1molC3H8參與反應(yīng)時斷裂2molC—H鍵、形成1mol碳碳π鍵和1molH—H鍵，即416kJ·mol－1×2－436kJ·mol－1－E(碳碳π鍵)＝＋125kJ·mol－1，解得：E(碳碳π鍵)＝271kJ·mol－1，所以形成1mol碳碳π鍵放出的能量為271kJ。(2)達到平衡后，通入N2，由于總壓恒定為100kPa，則容器體積增大，平衡向氣體體積增大的方向移動，即向正反應(yīng)方向移動，C3H8的轉(zhuǎn)化率增大；根據(jù)圖a，C3H8的物質(zhì)的量分數(shù)為0.4時，其平衡轉(zhuǎn)化率為50%；假設(shè)混合氣體為1mol，則起始時C3H8為0.4mol，N2為0.6mol，運用三段式法計算：答案：(1)271

(2)減小氣體濃度，使平衡右移，提高C3H8轉(zhuǎn)化率16.7

(3)2

H2和C3H6都消耗O2

(4)先增大后減小反應(yīng)開始時，體系中主要發(fā)生反應(yīng)Ⅱ，c(C3H6)逐漸增大，隨著反應(yīng)進行，p(C3H8)減小，p(C3H6)增大，v(C3H6)減小，體系中主要發(fā)生反應(yīng)Ⅲ，c(C3H6)逐漸減小專題驗收評價031．化學(xué)固定、催化活化循環(huán)利用CO2的研究，備受重視。銅基催化劑上CO2加氫合成甲醇是重要的利用途徑。該工藝主要發(fā)生合成甲醇的反應(yīng)Ⅰ和逆水汽變換反應(yīng)Ⅱ。已知甲醇的選擇性＝n(CH3OH)/n(CO2)參與反應(yīng)請回答：(1)ΔH3＝________，反應(yīng)Ⅲ自發(fā)進行的條件是________。(2)恒溫恒容條件下，原料氣CO2(g)、H2(g)以物質(zhì)的量濃度1∶3投料時，控制合適條件(不考慮反應(yīng)Ⅲ)，甲醇的選擇性為50%。已知初始c(CO2)＝1.0mol·L－1，CO2平衡轉(zhuǎn)化率為50%，則該條件下K1＝________。(3)以50Cu/45Zn/5Al為催化劑，催化劑表面金屬能吸附CO2、CO、H2分子，反應(yīng)Ⅰ和Ⅱ發(fā)生在催化劑表面的不同活性位點。在240℃、2MPa條件下，將原料氣按照a、b、c、d四種方式以相同流速通過催化劑，測得各組分轉(zhuǎn)化率(X)和選擇性(S)如表所示。另測得CO2轉(zhuǎn)化率、甲醇選擇性與溫度、原料氣組成關(guān)系如圖1、圖2所示。表催化劑性能與原料氣組成的關(guān)系原料氣(體積分數(shù))CO2∶CO∶H2(%)XCO2XCOSCH3OHSCOa.16∶0∶841804356b.16∶0.6∶83.41206138c.16∶2∶821108911d.16∶4∶8096.0990①分析表中數(shù)據(jù)，推測隨著原料氣中摻雜CO體積分數(shù)的增大，CO2轉(zhuǎn)化率迅速降低、甲醇選擇性急劇增大的原因________________________________________________________________________________________________________________________。②結(jié)合表、圖1、圖2等有關(guān)知識，下列說法正確的是________。A．其他條件一定時，原料氣中CO體積分數(shù)越大，生成甲醇越多B．一定范圍內(nèi)升高溫度利于CO2與催化劑活性位點結(jié)合，可以提高CO2的轉(zhuǎn)化率C．根據(jù)圖2中的a線，推測溫度對反應(yīng)Ⅱ的速率影響程度比反應(yīng)Ⅰ大D．增大流速，原料氣與催化劑碰撞的機會多，甲醇產(chǎn)率一定增加③請在圖2中畫出按照d投料時甲醇的選擇性隨溫度變化的曲線。(3)①分析表中數(shù)據(jù)，推測隨著原料氣中摻雜CO體積分數(shù)的增大，CO2轉(zhuǎn)化率迅速降低、甲醇選擇性急劇增大的原因是CO與CO2在催化劑表面產(chǎn)生競爭吸附，占據(jù)反應(yīng)Ⅱ的活性位點，抑制反應(yīng)Ⅱ的發(fā)生；CO直接與H2生成了CH3OH。②隨著原料氣中摻雜CO體積分數(shù)的增大，CO2轉(zhuǎn)化率迅速降低，CH3OH的選擇性增大，不能確定生成的CH3OH的物質(zhì)的量如何變化，故A錯誤；由圖1可知，升高溫度CO2的轉(zhuǎn)化率增大，原因是一定范圍內(nèi)升高溫度利于CO2與催化劑活性位點結(jié)合，故B正確；根據(jù)圖2中的a線，升高溫度CH3OH的選擇性減小，反應(yīng)Ⅱ是吸熱反應(yīng)，反應(yīng)Ⅰ是放熱反應(yīng)，推測溫度對反應(yīng)Ⅱ的速率影響程度比反應(yīng)Ⅰ大，故C正確；增大流速，若催化劑表面活性位點都被占據(jù)，甲醇產(chǎn)率不一定增加，故D錯誤。③由圖2可知，隨著原料氣中摻雜CO體積分數(shù)的增大，甲醇選擇性急劇增大，則按照d投料時甲醇的選擇性大于c且隨著溫度的升高不斷減小。2．(2023·浙江嘉興二模)甲醇是一種理想的可再生清潔能源，近年來隨著環(huán)保督查、碳雙控等政策的實施，我國甲醇產(chǎn)能利用率不斷提升。(1)根據(jù)如圖相關(guān)物質(zhì)的能量，計算ΔH＝________kJ·mol－1。(2)向容積均為0.5L的恒容密閉容器中分別充入0.1molCO2和0.3molH2，在兩種催化劑(Ⅰ和Ⅱ)、不同溫度下發(fā)生上述反應(yīng)，經(jīng)過相同時間，測得CO2的轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系曲線如圖所示(已知此實驗條件下催化劑均未失活)。下列說法正確的是________。A．催化效率較高的是催化劑ⅡB．A點v正一定小于C點的v逆C．C點的正反應(yīng)速率：v正(Ⅰ)＝v正(Ⅱ)D．T1～T3溫度區(qū)，CO2的轉(zhuǎn)化率隨溫度升高均增大的原因是反應(yīng)未達平衡，隨溫度升高反應(yīng)速率加快，相同時間內(nèi)CO2轉(zhuǎn)化率增大(3)將CO2和H2分別充入甲、乙兩個恒容密閉容器中發(fā)生反應(yīng)，相關(guān)數(shù)據(jù)如下表所示，測得不同溫度下甲容器內(nèi)CO2的平衡轉(zhuǎn)化率曲線甲如圖所示。

容積CO2(g)H2(g)甲容器VL1molamol乙容器VL2mol2amol①請在圖中畫出乙容器中CO2的平衡轉(zhuǎn)化率曲線乙。②當乙容器中CO2的平衡轉(zhuǎn)化率與甲容器M點相同時，該反應(yīng)的平衡常數(shù)之比K甲∶K乙＝________。(4)實驗發(fā)現(xiàn)，其他條件不變時向上述體系中投入一定量的CaO，反應(yīng)相同時間測得H2的體積分數(shù)增大，其可能的原因是_______________________________________________________________________。(2)根據(jù)圖示信息可知，使用催化劑Ⅱ時，相同時間內(nèi)，CO2的轉(zhuǎn)化率更高，則催化效率較高的是催化劑Ⅱ，故A正確；反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時，兩種催化劑催化作用下CO2的轉(zhuǎn)化率相等，則B和C點處于平衡狀態(tài)，則C點v逆＝v正，而A點溫度低于C點，則A點v正一定小于C點的v逆，故B正確；反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時，兩種催化劑催化作用下CO2的轉(zhuǎn)化率相等，則B和C點處于平衡狀態(tài)，兩種催化劑的催化效率不同，則C點v正(Ⅰ)≠v正(Ⅱ)，故C錯誤；T1～T3溫度區(qū)，CO2的轉(zhuǎn)化率隨溫度升高均增大的原因是：反應(yīng)未達平衡，隨溫度升高反應(yīng)速率加快，相同時間內(nèi)CO2轉(zhuǎn)化率增大，故D正確。(4)其他條件不變時向上述體系中投入一定量的CaO，CaO和CO2反應(yīng)生成CaCO3，CO2濃度降低，平衡正向移動，反應(yīng)相同時間測得H2的體積分數(shù)增大。答案：(1)－49.3

(2)ABD(3)①

②4∶1(4)CaO和CO2反應(yīng)生成CaCO3，CO2濃度降低，平衡正向移動3．甲烷和乙炔(CH≡CH)在有機合成中有著廣泛的用途?；卮鹣铝袉栴}：(1)已知：①圖1中A點溫度時的平衡常數(shù)Kp＝________(用氣體平衡時分壓代替濃度計算)。②T

℃時，向體積為2L的恒容密閉容器中充入0.4molCH4進行上述反應(yīng)。當反應(yīng)達到平衡時，測得c(CH4)＝c(H2)，則CH4的轉(zhuǎn)化率為__________________。

若改變溫度至T2

℃,10s后反應(yīng)再次達到平衡，測得c(CH4)＝2c(H2)，則該變化過程中T1________(填“>”或“<”)T2。①M點時，v正________(填“>”“<”或“＝”)v逆。②15min時僅改變了一個外界條件，改變的條件可能是____________________________________________________________。③0～10min內(nèi)氯乙烯的平均反應(yīng)速率v(CH2===CHCl)＝__________mol·L－1·min－1。向密閉容器中充入一定量乙炔和氯化氫，發(fā)生上述反應(yīng)，測得乙炔的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、S的關(guān)系如圖3所示。其中S3>S2>S1，則S代表的物理量是____________________。(3)①由圖2可知，M點后，反應(yīng)物(C2H2或HCl)濃度仍增大，說明M點時反應(yīng)逆向進行，此時v正<v逆。②15min時僅改變了一個外界條件，導(dǎo)致反應(yīng)逆向進行，則改變的條件可能是增大氯乙烯的濃度或改變溫度。4．捕集CO2轉(zhuǎn)化為合成氣(CO和H2)，再轉(zhuǎn)化為烴類及含氧化合物等高附加值化學(xué)品(即費托合成)，有利于實現(xiàn)碳循環(huán)利用。(1)捕集CO2涉及下列反應(yīng)：有關(guān)物質(zhì)能量變化如圖1所示，設(shè)穩(wěn)定單質(zhì)的焓(H)為0，則ΔH1＝________kJ·mol－1。(2)保持總壓p0恒定，初始H2和CO2的物質(zhì)的量之比3∶1，發(fā)生上述①②反應(yīng)，不同溫度下平衡組分物質(zhì)的量分數(shù)如圖2，在600℃以下時，CH4含量高于CO的原因為____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________；某溫度下，平衡體系中CH4和CO的物質(zhì)的量分數(shù)均為10%，則反應(yīng)①的平衡常數(shù)Kp＝______(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))。(3)在恒溫恒壓條件下，H2和CO按一定體積比投料，通過費托合成反應(yīng)生成甲烷和氣態(tài)水，假設(shè)副反應(yīng)忽略不計。(ⅰ)反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為____________________________________________________________________________________________。(ⅱ)下列措施可以增大CO平衡轉(zhuǎn)化率的是________(填標號)。A．適當升高溫度B．降低溫度C．增大原料氣中H2的體積分數(shù)D．選擇更高效的催化劑解析：由圖1所示的有關(guān)物質(zhì)能量變化知，ΔH1＝－111kJ·mol－1－242kJ·mol－1－(－394kJ·mol－1)＝41kJ·mol－1，ΔH2＝－75kJ·mol－1＋2×(－242kJ·mol－1)－(－394kJ·mol－1)＝－165kJ·mol－1。(2)在600℃以下時，CH4含量高于CO的原因為反應(yīng)①的ΔH>0，反應(yīng)②的ΔH<0，溫度降低，CO2轉(zhuǎn)化為CO的平衡轉(zhuǎn)化率減小，使CO2轉(zhuǎn)化為CH4的平衡轉(zhuǎn)化率增大。(或：反應(yīng)①吸熱，反應(yīng)②放熱，低溫以反應(yīng)①為主導(dǎo)?；颍篊O＋3H2===CH4＋H2O正向放熱，低溫有利于CO轉(zhuǎn)化為CH4)；(3)(ⅰ)在恒溫恒壓條件下，H2和CO按一定體積比投料，通過費托合成反應(yīng)生成甲烷和氣態(tài)水，按蓋斯定律，反應(yīng)②－反應(yīng)①可得目標熱化學(xué)方程式：則反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為CO(g)＋3H2(g)===CH4(g)＋H2O(g)

ΔH＝(－165kJ·mol－1)－(＋41kJ·mol－1)＝－206kJ·mol－1。(ⅱ)正反應(yīng)放熱，適當升高溫度，平衡左移，CO平衡轉(zhuǎn)化率減小，A不符合；降低溫度，平衡右移，CO平衡轉(zhuǎn)化率增大，B符合；增大原料氣中H2的體積分數(shù)，有利于消耗CO，CO平衡轉(zhuǎn)化率增大，C符合；選擇更高效的催化劑，不影響平衡移動，CO平衡轉(zhuǎn)化率不改變，D不符合。(ⅲ)3molH2和1molCO反應(yīng)達平衡時，CO的轉(zhuǎn)化率為α，則5．用CO2與CH4制備合成氣(CO、H2)，可能的反應(yīng)歷程如圖：E表示方框中物質(zhì)總能量的值且E5>E1(單位：kJ)，TS表示過渡態(tài)。(1)制備合成氣(CO、H2)的熱化學(xué)方程式為________________________________________________________________________________________________________________________，該反應(yīng)自發(fā)進行的條件為____________(填“低溫”“高溫”或“任意溫度”)。(2)若E4－E2>E3－E1，則決定制備“合成氣”反應(yīng)速率的化學(xué)方程式為__________________。(3)在密閉容器中發(fā)生上述制備合成氣的總反應(yīng)，控制CH4和CO2初始投料量均為1mol。①若在恒溫條件下、1L恒容容器進行反應(yīng)，則反應(yīng)達到平衡狀態(tài)的標志是________(填序號)。a．反應(yīng)總速率v(CH4)∶v(CO2)∶v(CO)∶v(H2)＝1∶1∶2∶2b．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再改變c．斷裂8molC—H鍵的同時斷裂4molH—H鍵②若在恒壓容器進行a、b兩組反應(yīng)，二者起始體積分別對應(yīng)為VaL、VbL。測得甲烷的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強的關(guān)系如下圖所示：則橫坐標X代表______(填“溫度”或“壓強”)，理由是______________________________________________。a點的平衡常數(shù)Kc為________。(4)“目數(shù)”的含義是篩子上單位面積的孔數(shù)，催化劑的顆粒大小可以用目數(shù)衡量。如：20～40目數(shù)催化劑是指能通過20目篩子但是不能通過40目篩子的催化劑。其他條件相同，一定流速的CO2與CH4的混合氣通過相同質(zhì)量不同“目數(shù)”的同種催化劑發(fā)生反應(yīng)，請完成圖像。解析：(1)二氧化碳和甲烷反應(yīng)生成CO、H2，E5>E1說明反應(yīng)吸熱，焓變?yōu)檎?，熱化學(xué)方程式為CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)

ΔH＝(E5－E1)kJ·mol－1。ΔH>0，氣體物質(zhì)的量增多，ΔS>0，該反應(yīng)自發(fā)進行的條件為高溫。解析：(1)二氧化碳和甲烷反應(yīng)生成CO、H2，E5>E1說明反應(yīng)吸熱，焓變?yōu)檎?，熱化學(xué)方程式為CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)

ΔH＝(E5－E1)kJ·mol－1。ΔH>0，氣體物質(zhì)的量增多，ΔS>0，該反應(yīng)自發(fā)進行的條件為高溫。(2)若E4－E2>E3－E1，說明第二步反應(yīng)的活化能大于第一步反應(yīng)的活化能，活化能越高反應(yīng)速率越慢，第二步反應(yīng)速率慢，慢反應(yīng)決定總反應(yīng)速率，則決定制備“合成氣”反應(yīng)速率的化學(xué)方程式為C(ads)＋CO2(g)===2CO(g)。(3)①總速率v(CH4)∶v(CO2)∶v(CO)∶v(H2)＝1∶1∶2∶2，不能判斷正逆反應(yīng)速率是否相等，反應(yīng)不