(浙江选考)2019版高考化学大一轮复习专题8化学反应速率和化学平衡专项突破练(四)
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专项突破练(四) 加试题中的化学反应速率和化学平衡
1.(2017·浙江名校协作体高三上学期考试)为应对全球石油资源日益紧缺,提高煤的利用效率,我国开发了煤制烯烃技术,并进入工业化试验阶段。
(1)煤气化制合成气(CO和H2)
已知:C(s)+H2O(g)===CO(g)+H2(g)
ΔH1=131.3 kJ·mol-1
C(s)+2H2O(g)===CO2(g)+2H2(g)
ΔH2=90 kJ·mol-1
则一氧化碳与水蒸气反应生成二氧化碳和氢气的热化学方程式是_______________________。
(2)由合成气制甲醇:合成气CO和H2在一定条件下能发生如下反应:CO(g) +2H2(g) CH3OH(g)。在容积均为V L的甲、乙、丙三个密闭容器中分别充入a mol CO和2a mol H2,三个容器的反应温度分别为T1、T2、T3且恒定不变,在其他条件相同的情况下,实验测得反应均进行到t min时CO的体积分数如图所示,此时三个容器中一定处在化学平衡状态的是______________________(填“T1”或“T2” 或“T3”);该温度下的化学平衡常数为____________________(用a、V表示)。
(3)由甲醇制烯烃
主反应: 2CH3OH C2H4+2H2O (i)
3CH3OH C3H6+3H2O (ii)
副反应: 2CH3OH CH3OCH3+H2O (iii)
某实验室控制反应温度为400 ℃,在相同的反应体系中分别填装等量的两种催化剂(Cat.1和Cat.2),以恒定的流速通入CH3OH,在相同的压强下进行两种催化剂上甲醇制烯烃的对比研究。得到如下实验数据:(选择性:转化的甲醇中生成乙烯和丙烯的百分比)
①下列说法错误的是________。
A.反应进行一段时间后甲醇的转化率下降,可能的原因是催化剂失活,工业生产中需定期更换催化剂
B.使用Cat.2反应2 h后乙烯和丙烯的选择性下降,可能的原因是生成副产物二甲醚
C.使用Cat.1产生的烯烃主要为丙烯,使用Cat.2产生的烯烃主要为乙烯
D.不管使用Cat.1还是使用Cat.2,都能提高活化分子的百分数
②在上图中分别画出反应i在无催化剂、有Cat.1、有Cat.2三种情况下“反应过程—能量”示意图。
答案(1)CO(g)+H2O(g)===CO2(g)+H2(g)
ΔH =-41.3 kJ·mol -1 (2)T 3 9V 2/2a 2
(3)①C
②
解析 (1)已知①C(s)+H 2O(g)===CO(g)+H 2(g) ΔH 1=131.3 kJ·mol
-1
,②C(s)+
2H 2O(g)===CO 2(g)+2H 2(g) ΔH 2=90 kJ·mol -1
,由盖斯定律可知,②-①得到CO(g)+H 2O(g)===CO 2(g)+H 2(g) ΔH =90 kJ·mol -1
-131.3 kJ·mol -1
=-41.3 kJ·mol -1
。 (2)CO(g)+2H 2(g) CH 3OH(g) ΔH <0,该反应正反应为放热反应,根据图像,T 1中的状态转变成T 2中的状态,CO 百分含量减小,说明平衡正向移动,说明T 1未达平衡状态,T 2中的状态转变成T 3中的状态,CO 百分含量增大,说明平衡逆向移动,说明T 2可能达平衡状态,一定达到化学平衡状态的是T 3;
CO(g) +2H 2(g) CH 3OH(g) 起始物质的量/mol a 2a 0 变化物质的量/mol n 2n n 平衡物质的量/mol a -n 2a -2n n
平衡时CO 的体积分数为a -n
3a -2n
×100%=20%,解得:
n =23a ,此温度下平衡常数K =23
a V a 3V ×⎝ ⎛⎭
⎪⎪
⎫2a 3V 2=9V
2
2a
2。 (3)①当催化剂失活后,副产物增多,甲醇的转化率下降,需要及时更换催化剂,A 正确;使用Cat.2时,随反应的不断进行,生成的副产物二甲醚增多,导致生成乙烯和丙烯的选择性下降,B 正确;由图示可知,使用Cat.1时丙烯与乙烯的比值随时间增长不断减小,说明乙烯增多,即使用Cat.1时主要生成乙烯,而使用Cat.2时,产物中乙烯的含量明显大于丙烯,可见使用Cat.2时产生的烯烃也主要为乙烯,C 错误;使用催化剂能降低反应活化能,提高活化分子的百分数,D 正确。
②从图中数据分析,在催化剂Cat.1的作用下,甲醇的转化率更大,说明催化剂Cat.1对反应i 催化效果更好,催化剂能降低反应的活化能,说明使用催化剂Cat.1的反应过程中活化能更低,故反应过程——能量图为
2.(2017·浙江“超级全能生”选考科目8月联考)煤的气化得CO和H2,在催化剂存在条件下进一步合成甲醇(反应Ⅰ),并同时发生反应Ⅱ。
Ⅰ.CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) ΔH1=-81 kJ·mol-1
Ⅱ. CO(g)+H2(g) C(s)+H2O (g) ΔH2
已知:①2C(s)+O2(g)===2CO(g) ΔH3=-221 kJ·mol-1
②H2O(g)===H2O(l) ΔH4=-44.0 kJ·mol-1
③H2的标准燃烧热为-285. 8 kJ·mol-1
④反应过程中催化剂对选择性会产生影响,甲醇选择性是指转化的CO中生成甲醇的百分比。请回答:
(1)反应Ⅱ中ΔH2=________kJ·mol-1。
(2)为减弱副反应Ⅱ的发生,下列采取的措施合理的是________。
A.反应前加入少量的水蒸气
B.增压
C.降低反应温度
D.使用合适催化剂,平衡前提高甲醇的选择性
(3)在常压下,CO和H2的起始加入量为10 mol、14 mol,容器体积为10 L,选用Cu/NiO催化剂,升高温度在450 ℃时测得甲醇的选择性为80%,CO的转化率与温度的关系如图所示,则此温度下反应Ⅰ的平衡常数K=________,并说明CO的转化率随温度升高先增大后减小的原因:________________________________________________________________________。
(4)350 ℃时甲醇的选择性为90%,其他条件不变,画出350 ℃时甲醇的物质的量随时间的变化曲线。
答案(1)-131.3 (2)AD (3)3.2 在150 ℃至350 ℃时,反应Ⅰ、Ⅱ未达到平衡,随温度升高,CO转化率增大,350 ℃后,反应Ⅰ、Ⅱ已达到平衡,两反应均放热,平衡逆向移动,