[2020高中化学]专题22 平衡图像专练(教师版)

专题22 平衡图像专练

1．二甲醚(CH3OCH3)重整制取H2,具有无毒、无刺激性等优点.回答下列问题：

(1) CH3OCH3和O2发生反应I：CH3OCH3(g)+1/2O2(g)=2CO(g)+3H2(g) △H

已知：CH3OCH3(g) CO(g)+H2(g)+CH4 (g) △H1

CH4 (g)+3/2O2(g)=CO(g)+2H2O (g) △H2

H2(g)+1/2O2(g)=H2O (g) △H3

①保持温度和压强不变,分别按不同进料比通入CH3OCH3和O2,发生反应I.测得平衡时H2的体积百分含量与进料气中n(O2)/n(CH3OCH3)的关系如图所示.当n(O2)/n(CH3OCH3)＞0.6时,H2的体积百分含量快速降低,其主要原因是____(填标号).

A．过量的O2起稀释作用

B．过量的O2与H2发生副反应生成H2O

C ．n(O2)/n(CH3OCH3)＞0.6平衡向逆反应方向移动

(2)T℃时,在恒容密闭容器中通入CH3OCH3,发生反应II：CH3OCH3(g)CO(g)+H2(g)+CH4(g),测得容器内初始压强为41.6 kPa,反应过程中反应速率v(CH3OCH3)时间t与CH3OCH3分压P(CH3OCH3)的关系如图所示.

①t=400 s时,CH3OCH3的转化率为____(保留2位有效数字)；反应速率满足

v(CH3OCH3)=kP n(CH3OCH3),k=_____s-1；400 s时v(CH3OCH3)=_____kPa．s-1.

【答案】 B 16% 4.410-4 1.6510-2

【解析】

(1) ①反应I：CH3OCH3(g)+1/2O2(g) 2CO(g)+3H2(g),由信息可知,过量的O2与H2发生副反应生成H2O,使H2的体积百分含量快速降低,A、C选项不能说明H2的体积百分含量快速降低,故选B；

故答案为：B；

(2)①设起始时CH3OCH3的物质的量为n,则

CH3OCH3(g)CO(g)+H2(g)+CH4(g),

起始量（mol）n 0 0 0

转化量（mol）n n n n

400 s时（mol）n- n n n n总物质的量：n+2n

根据等温等容条件下,压强之比等于物质的量之比,有=,解得=0.16=16%；

由图象可知,当P(CH3OCH3)=10.0kPa时,v(CH3OCH3)=4.4×10-3kPa·s-1,

根据v(CH 3OCH3)=kP n(CH3OCH3),n=1,则k=s-1=4.410-4 s-1；

由图象可知,400 s时P(CH3OCH3)=35.0kPa,则v(CH3OCH3)==1.65×10-2kPa．s-1.

故答案为：16%；4.410-4；1.6510-2.

2．中科院大连化学物理研究所的一项最新成果实现了甲烷高效生产乙烯,甲烷在催化作用下脱氢,在气相中经自由基偶联反应生成乙烯,如图所示.

（1）已知相关物质的燃烧热如上表,写出甲烷制备乙烯的热化学方程式_____________.

（2）在400 ℃时,向初始体积1 L的恒压反应器中充入1 molCH4,发生上述反应,测得平衡混合气体中C2H4的体积分数为20.0%.则：

①若容器体积固定,不同压强下可得变化如下图,则压强的关系是__________.

②实际制备C2H4时,通常存在副反应：2CH4(g) →C2H6(g)＋H2(g).反应器和CH4起始量不变,不同温度下C2H6和C2H4的体积分数与温度的关系曲线如图.

A．在200 ℃时,测出乙烷的量比乙烯多的主要原因可能是_____________.

B．400℃时,C2H4、C2H6的体积分数分别为20.0%、6.0%,则体系中CH4的体积分数是_________.

【答案】2CH4（g）C2H4（g）+2H2（g）△H=+202.0 kJ/mol p1＞p2在200℃时,乙烷的生成速率比乙烯的快28%

【解析】(1)根据表格中数据有：①H2(g)+1

2

O2(g)═H2O(l)△H1=-285.8kJ/mol,②

CH4(g)+2O2(g)→CO2(g)+2H2O(l)△H2=-890.3kJ/mol,③C2H4(g)+3O2(g)→2CO2(g)+2H2O(l)△H3=-1411.5kJ/mol,甲烷制备乙烯的化学方程式为：2CH4(g)→C2H4(g)+2H2(g),根据盖斯定律,将②×2-③-①×2得

到,2CH4(g)→C2H4(g)+2H2(g) △H=2△H2-△H3-2△H1 =+202.5kJ/mol,故答案为：

2CH4(g)→C2H4(g)+2H2(g)△H=+202.5 kJ/mol；

(2)①若容器体积固定,2CH4(g)→C2H4(g)+2H2(g),反应为气体分子数增多的反应,温度相同时,压强增大不利于反应正向进行,CH4的平衡转化率降低,因此p1＞p2,故答案为：p1＞p2；

②A.根据图象,200℃时,测出乙烷的量比乙烯多,是因为生成乙烷的反应速率较快,故答案为：在200℃时,乙烷的生成速率比乙烯的快；

B.设最终气体的总物质的量为x,则C2H4为0.2x、C2H6为0.06x,根据2CH4(g)→C2H4(g)+2H2(g)和2CH4(g) →C2H6(g)＋H2(g)可知,生成的氢气为0.4x+0.06x=0.46x,则含有的甲烷为x-(0.2x+0.06x+0.46x)=0.28x,因此体系中CH4的体积分数=×100%=28%,故答案为：28%.

3．随着科技的进步,合理利用资源、保护环境成为当今社会关注的焦点.甲胺铅碘(CH3NH3PI3)引用作新敏化太阳能电池的敏化剂,可由CH3NH2、PbI2及HI为原料合成.回答下列问题：

制取甲胺的反应为CH 3OH(g)+NH3(g)CH3NH2(g)+H2O(g) △H1.

（1）上述反应中所需的甲醇可以利用甲烷为原料在催化剂作用下直接氧化来合成.煤炭中加氢气可发生反应：C(s)+2H 2(g)CH4(g) △H2.在密闭容器中投入碳和H2,控制条件使其发生该反应,测得碳的平衡转化率随压强及温度的变化关系如图中曲线所示.

①该反应的△H2_______0(填“>” 、“<”或“=”),判断理由是_______.

②在4MPa、1100K时,图中X点v正(H2)____ v逆(H2)(填“>”、“<”或“=”).该条件下,将1molC和2molH2通入密闭容器中进行反应,平衡时测得的转化率为80%,CH4的体积分数为______.若维持容器体积不变,向其中再加入0.5mo1C和1mo1H2,再次达到平衡后,平衡常数K_____(填“增大”、“减小”或“不变”).

③某化学兴趣小组提供下列四个条件进行上述反应,比较分析后,你选择的反应条件是______(填字母序号). A．5MPa 800K B．6MPa 1000K C．10MPa 1000K D．10MPa 1100K

【答案】> 随着温度升高,碳的平衡转化率增大,平衡向正反应方向移动,故该反应为吸热反应> 66.7% 不变 B

【解析】

（1）①由图可知,随着反应温度升高,碳的平衡转化率增大,说明平衡向正反应方向移动,该反应为吸热反应,故答案为：>；随着温度升高,碳的平衡转化率增大,平衡向正反应方向移动,故该反应为吸热反应；

②在4MPa、1100K时,图中X点没有达到平衡,碳的转化率有增大趋势,说明反应向正反应方向进行,则v正(H2) > v逆(H2)；由题给数据建立如下三段式：

C(s)+2H 2(g)CH4(g)

起（mol） 1 2 0

变（mol）0.8 1.6 0.8

平（mol）0.4 0.8