(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)

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，