2024人教版新教材高中化学选择性必修1
综合拔高练
五年高考练
考点1 化学反应速率及其影响因素
1.(2021浙江1月选考,19)取50 mL过氧化氢水溶液,在少量I-存在下分解:2H2O2 2H2O+O2↑。在一定温度下,测得O2的放出量,转换成H2O2浓度(c)如下表:
t/min 0 20 40 60 80
c/(mol·L-1) 0.80 0.40 0.20 0.10 0.050
下列说法不正确的是( )
A.反应20 min时,测得O2体积为224 mL(标准状况)
B.20~40 min,消耗H2O2的平均速率为0.010 mol·L-1·min-1
C.第30 min时的瞬时速率小于第50 min时的瞬时速率
D.H2O2分解酶或Fe2O3代替I-也可以催化H2O2分解
2.(双选)(2020山东,14)1,3-丁二烯与HBr发生加成反应分两步:第一步H+进攻1,3-丁二烯生成碳正离子();第二步Br-进攻碳正离子完成1,2-加成或1,4-加成。反应进程中的能量变化如下图所示。已知在0 ℃和40 ℃时,1,2-加成产物与1,4-加成产物的比例分别为70∶30和15∶85。下列说法正确的是( )
A.1,4-加成产物比1,2-加成产物稳定
B.与0 ℃相比,40 ℃时1,3-丁二烯的转化率增大
C.从0 ℃升至40 ℃,1,2-加成正反应速率增大,1,4-加成正反应速率减小
D.从0 ℃升至40 ℃,1,2-加成正反应速率的增大程度小于其逆反应速率的增大程度
考点2 化学平衡及其移动
3.(双选)(2021湖南,11)已知:A(g)+2B(g) 3C(g) ΔH<0,向一恒温恒容的密闭容器中充入1 mol A和3 mol B发生反应,t1时达到平衡状态Ⅰ,在t2时改变某一条件,t3时重新达到平衡状态Ⅱ,正反应速率随时间的变化如图所示。下列说法正确的是 ( )
A.容器内压强不变,表明反应达到平衡
B.t2时改变的条件:向容器中加入C
C.平衡时A的体积分数φ:φ(Ⅱ)>φ(Ⅰ)
D.平衡常数K:K(Ⅱ)
A.加入苯,振荡,平衡正向移动
B.经苯2次萃取分离后,在水溶液中加入KSCN,溶液呈血红色,表明该化学反应存在限度
C.加入FeSO4固体,平衡逆向移动
D.该反应的平衡常数K=
5.(2020海南单科,6)NO与CO是燃油汽车尾气中的有害气体,常温常压下它们之间的反应:CO(g)+NO(g) CO2(g)+N2(g) ΔH=
-374.3 kJ· mol-1 K=2.5×1060,反应速度较小。有关该反应的说法正确的是( )
A.K很大,NO与CO在排入大气之前就已反应完全
B.增大压强,平衡将向右移动,K>2.5×1060
C.升高温度,既增大反应速率又增大K
D.选用适宜催化剂可达到尾气排放标准
6.(2020北京,10)一定温度下,反应I2(g)+H2(g) 2HI(g)在密闭容器中达到平衡时,测得c(I2)=0.11 mmol·L-1、c(H2)=0.11 mmol·L-1、c(HI)=0.78 mmol·L-1。 相同温度下,按下列4组初始浓度进行实验,反应逆向进行的是( )
A B C D
c(I2)/(mmol·L-1) 1.00 0.22 0.44 0.11
c(H2)/(mmol·L-1) 1.00 0.22 0.44 0.44
c(HI)/(mmol·L-1) 1.00 1.56 4.00 1.56
(注:1 mmol·L-1=10-3 mol·L-1)
考点3 化学平衡常数及平衡转化率
7.(双选)(2019江苏单科,15)在恒压、NO和O2的起始浓度一定的条件下,催化反应相同时间,测得不同温度下NO转化为NO2的转化率如图中实线所示(图中虚线表示相同条件下NO的平衡转化率随温度的变化)。下列说法正确的是( )
A.反应2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)的ΔH>0
B.图中X点所示条件下,延长反应时间能提高NO转化率
C.图中Y点所示条件下,增加O2的浓度不能提高NO转化率
D.380 ℃下,c起始(O2)=5.0×10-4 mol·L-1,NO平衡转化率为50%,则平衡常数K>2 000
8.(2021全国甲,28改编)二氧化碳催化加氢制甲醇,有利于减少温室气体二氧化碳。合成总反应[CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH<0]在起始物n(H2)/n(CO2)=3时,在不同条件下达到平衡,设体系中甲醇的物质的量分数为x(CH3OH),在t=250 ℃下的x(CH3OH)~p、在p=5×105Pa下的x(CH3OH)~t如图所示。
回答下列问题:
(1)用各物质的平衡分压表示总反应的平衡常数,表达式Kp= 。
(2)图中对应等压过程的曲线是 ,判断的理由是 。
(3)当x(CH3OH)=0.10时,CO2的平衡转化率α= ,反应条件可能为
或 。
9.(2021广东,19改编)我国力争于2030年前做到碳达峰,2060年前实现碳中和。CH4与CO2重整是CO2利用的研究热点之一。该重整反应体系主要涉及以下反应:
a)CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) ΔH1
b)CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2
c)CH4(g)C(s)+2H2(g) ΔH3
d)2CO(g)CO2(g)+C(s) ΔH4
e)CO(g)+H2(g)H2O(g)+C(s) ΔH5
设为相对压力平衡常数,其表达式写法:在浓度平衡常数表达式中,用相对分压代替浓度。气体的相对分压等于其分压(单位为kPa)除以p0(p0=100 kPa)。反应a、c、e的ln随(温度的倒数)的变化如图所示。
(1)反应a、c、e中,属于吸热反应的有 (填字母)。
(2)反应c的相对压力平衡常数表达式为= 。
(3)在图中A点对应温度下、原料组成为n(CO2)∶n(CH4)=1∶1、初始总压为100 kPa的恒容密闭容器中进行反应,体系达到平衡时H2的分压为40 kPa。计算CH4的平衡转化率,写出计算过程。
10.(2021湖南,16节选)在一定温度下,利用催化剂将NH3分解为N2和H2。回答下列问题:
某兴趣小组对该反应进行了实验探究。在一定温度和催化剂的条件下,将0.1 mol NH3通入3 L的密闭容器中进行反应(此时容器内总压为200 kPa),各物质的分压随时间的变化曲线如图所示。
①若保持容器体积不变,t1时反应达到平衡,用H2的浓度变化表示0~t1时间内的反应速率v(H2)= mol·L-1·min-1(用含t1的代数式表示);
②t2时将容器体积迅速缩小至原来的一半并保持不变,图中能正确表示压缩后N2分压变化趋势的曲线是 (用图中a、b、c、d表示),理由是
;
③在该温度下,反应的标准平衡常数K = [已知:分压=总压×该组分物质的量分数,对于反应dD(g)+eE(g)gG(g)+hH(g) K =,其中p =100 kPa,pG、pH、pD、pE为各组分的平衡分压]。
考点4 化学反应速率与化学平衡图像
11.(2021河北,13)室温下,某溶液初始时仅溶有M和N且浓度相等,同时发生以下两个反应:①M+NX+Y;②M+NX+Z。反应①的速率可表示为v1=k1c2(M),反应②的速率可表示为v2=k2c2(M)(k1、k2为速率常数)。反应体系中组分M、Z的浓度随时间变化情况如图。下列说法错误的是( )
A.0~30 min时间段内,Y的平均反应速率为6.67×10-3mol·L-1·min-1
B.反应开始后,体系中Y和Z的浓度之比保持不变
C.如果反应能进行到底,反应结束时62.5%的M转化为Z
D.反应①的活化能比反应②的活化能大
12.(2021广东,14)反应X2Z经历两步:①XY;②Y2Z。反应体系中X、Y、Z的浓度c随时间t的变化曲线如图所示。下列说法不正确的是( )
A.a为c(X)随t的变化曲线
B.t1时,c(X)=c(Y)=c(Z)
C.t2时,Y的消耗速率大于生成速率
D.t3后,c(Z)=2c0-c(Y)
考点5 化学反应的调控
13.(2019课标Ⅲ,28节选)近年来,随着聚酯工业的快速发展,氯气的需求量和氯化氢的产出量也随之迅速增长。因此,将氯化氢转化为氯气的技术成为科学研究的热点。Deacon发明的直接氧化法为:4HCl(g)+O2(g) 2Cl2(g)+2H2O(g)。下图为刚性容器中,进料浓度比c(HCl)∶c(O2)分别等于1∶1、4∶1、7∶1时HCl平衡转化率随温度变化的关系:
可知反应平衡常数K(300 ℃) K(400 ℃)(填“大于”或“小于”)。设HCl初始浓度为c0,根据进料浓度比c(HCl)∶c(O2)=1∶1的数据计算K(400 ℃)= (列出计算式)。按化学计量比进料可以保持反应物高转化率,同时降低产物分离的能耗。进料浓度比c(HCl)∶c(O2)过低、过高的不利影响分别是 。
三年模拟练
应用实践
1.(2021河南豫西名校联考)据报道,加拿大科学家发明了一种特殊的“电催化剂”,该新型“电催化剂”是一种用于电解器中催化水分解为氢气与氧气的多孔金属氧化物固体。下列有关该催化剂的说法正确的是( )
A.使用该催化剂,能减小水分解反应的焓变
B.该催化剂的使用可提高水的分解率
C.金属氧化物固体的多孔结构,可提高催化剂的催化效率
D.该催化剂可以作所有液态化合物分解反应的催化剂
2.(2022黑龙江省实验中学月考)已知化合物A与H2O在一定条件下反应生成化合物B与HCOO-,其反应历程如图所示,其中TS表示过渡态,I表示中间体。下列说法正确的是( )
A.化合物A与H2O之间的碰撞均为有效碰撞
B.该历程中的最大能垒(活化能)E正=16.87 kJ· mol-1
C.使用更高效的催化剂可降低反应的活化能和反应热
D.平衡状态时,升温使平衡逆向移动
3.(2021浙江杭州联考)北京航空航天大学教授团队与中科院高能物理研究所合作,合成了Y、Sc(Y1/NC,Sc1/NC)单原子催化剂,用于常温常压下的电化学催化氢气还原氮气的反应。反应历程与相对能量模拟计算结果如图所示(*表示稀土单原子催化剂)。下列说法错误的是( )
A.Sc1/NC比Y1/NC更有利于吸附氮气
B.实际生产中将催化剂的尺寸处理成纳米级可提高氮气的平衡转化率
C.使用Sc1/NC单原子催化剂的反应历程中,最大能垒的反应过程可表示为*N2+H *NNH
D.升高温度不一定可以提高氨气单位时间内的产率
4.(2020北京石景山一模)SiHCl3在催化剂作用下主要发生反应:2SiHCl3(g) SiH2Cl2(g)+SiCl4(g) ΔH=+48 kJ·mol-1。已知:反应速率v=v正-v逆=k正·-k逆··,k正、k逆分别为正、逆反应速率常数,x为物质的量分数,向两个容积相等的恒容密闭容器中分别充入等量SiHCl3(g),在323 K和343 K时SiHCl3的转化率随时间变化的结果如图所示。
下列说法正确的是( )
A.343 K时反应物的平衡转化率为21%
B.a点的反应速率小于b点的反应速率
C.343 K时=
D.由323 K时SiHCl3的平衡转化率数据,不能计算323 K的平衡常数K
5.(2021福建漳州一模)利用气相沉积法制备TiN的反应为2TiCl4(g)+N2(g)+4H2(g) 2TiN(s)+8HCl(g) ΔH=-346.2 kJ·mol-1。现将一定量的三种反应物投入密闭容器中,测得反应过程中TiN的质量(m)和反应体系的压强(p)随温度(T)的变化如图所示。下列说法正确的是( )
A.曲线Ⅰ表示的是TiN的质量随温度变化曲线
B.曲线Ⅱ中a、b、c三点均已达到平衡状态
C.混合气体的平均摩尔质量:(a)>(c)
D.该反应的平衡常数:K(b)
反应Ⅰ CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g) ΔH=-164.7 kJ/mol
反应Ⅱ CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH=+41.2 kJ/mol
反应Ⅲ 2CO(g)+2H2(g) CO2(g)+CH4(g) ΔH=-247.1 kJ/mol
向恒压密闭容器中通入1 mol CO2和4 mol H2,平衡时CH4、CO、CO2的物质的量随温度的变化如图所示,下列叙述错误的是( )
A.反应Ⅲ在a点的平衡常数K=
B.图中曲线B表示平衡时n(CO2)随温度的变化关系
C.CO(g)+3H2(g) CH4(g)+H2O(l)的ΔH>-205.9 kJ/mol
D.在低温条件下,可同时提高CO2的平衡转化率和CH4的平衡产率
迁移创新
7.(2022福建厦门双十中学期中)利用CO2合成二甲醚可以很大程度地帮助实现“碳中和”,其合成过程由两种工艺组成。
工艺1:先在设备一加氢合成甲醇,主要涉及以下反应:
Ⅰ.甲醇的合成:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g);
Ⅱ.逆水汽变换:CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g);
再通过设备二合成二甲醚,涉及以下反应:
Ⅲ.甲醇脱水:2CH3OH(g) CH3OCH3(g)+H2O(g)。
工艺2:在双功能催化剂作用下,由CO2加氢直接得到二甲醚。
已知:相关物质变化的焓变示意图如下:
回答下列问题:
(1)请写出工艺2中CO2直接加氢合成CH3OCH3(g)(反应Ⅳ)的热化学方程式: 。
(2)①工艺1需先在设备一合成甲醇。在不同压强下,按照n(CO2)∶n(H2)=1∶3投料合成甲醇,实验测定CO2的平衡转化率和CH3OH的平衡产率随温度的变化关系如图所示。
图甲
图乙
下列说法正确的是 (填字母)。
A.图甲纵坐标表示CH3OH的平衡产率
B.压强:p1>p2>p3
C.为了同时提高CO2的平衡转化率和CH3OH的平衡产率,应选择低温、高压的反应条件
D.一定温度、压强下,寻找活性更高的催化剂,是提高CO2的平衡转化率的主要研究方向
②解释图乙不同压强下纵坐标代表的物理量在550 ℃后趋于相等的原因:
。
(3)若一定量CO2和H2仅发生反应Ⅰ和Ⅱ,研究表明:在其他条件相同的情况下,用新型催化剂可以显著提高甲醇的选择性。使用该催化剂,按n(CO2)∶n(H2)=1∶3(总量为a mol)投料于恒容密闭容器中进行反应,CO2的平衡转化率和甲醇的选择性(甲醇的选择性:转化的CO2中生成甲醇的物质的量分数)随温度的变化趋势如图所示(忽略温度对催化剂的影响)。
①根据图中数据,温度选择 K(填“473”“513”或“553”),达到平衡时,反应体系内甲醇的产量最高。
②随着温度的升高,CO2的平衡转化率增加但甲醇的选择性降低,请分析其原因: 。
答案全解全析
五年高考练
C A项, 20 min时,消耗H2O2:(0.80 mol·L-1-0.40 mol·L-1)×0.05 L=0.02 mol,由2H2O2 2H2O+O2↑知,生成O20.01 mol×22.4 L·mol-1=0.224 L=224 mL,正确;B项,
20~40 min,v(H2O2)==0.010 mol·L-1·min-1,正确;C项,随着H2O2浓度的下降,反应逐渐变慢,故第30 min时的瞬时速率大于第50 min时的瞬时速率,错误;D项,Fe2O3或H2O2分解酶对H2O2的分解均有催化作用,故可代替I-作催化剂,正确。
2.AD 根据题给反应进程中的能量关系,1,3-丁二烯与HBr的加成反应为放热反应,两种温度下,1,4-加成产物比1,2-加成产物的能量低,所以1,4-加成产物更稳定,A项正确;1,3-丁二烯与HBr的加成反应为放热反应,升温,平衡向逆反应方向移动,1,3-丁二烯的转化率降低,且说明正反应速率的增大程度小于其逆反应速率的增大程度,B项错误,D项正确;升温时,1,2-加成正反应速率和1,4-加成正反应速率都增大,C项错误。
3.BC A项,该反应反应前后气体物质的量不变,随着反应的进行,压强始终不变,因此压强不变不能作为达到平衡状态的标志,错误;B项,t2时刻条件改变瞬间正反应速率不变,后逐渐增大,说明反应向逆反应方向进行,即加入了C,正确;C项,状态Ⅰ的初始投料n(A)∶n(B)=1∶3,向体系中加入C时,相当于投料n(A)∶n(B)=1∶2,状态Ⅰ和状态Ⅱ不是等效平衡,状态Ⅱ达到状态Ⅰ的等效平衡需再加入一定量B,即状态Ⅱ平衡正向移动才能达到状态Ⅰ的等效平衡,因此A的体积分数φ(Ⅱ)>φ(Ⅰ),正确;D项,对于确定的反应,化学平衡常数只与温度有关,状态Ⅰ和状态Ⅱ温度相同,所以平衡常数相同,错误。
4.D A项,在已知平衡体系中,加入苯,振荡,可以萃取溶液中的碘单质,使溶液中碘单质的浓度减小,平衡正向移动,正确;B项,经苯2次萃取后,在水溶液中加入KSCN溶液,溶液呈血红色说明溶液中含有Fe3+,则说明该反应是可逆反应,存在反应限度,正确;C项,加入FeSO4固体,c(Fe2+)增大,平衡逆向移动,正确;D项,依据化学平衡常数的定义知,该反应的平衡常数K=,错误。
5.D 该反应的化学平衡常数很大,说明反应进行的程度很大,但由于NO和CO的反应速率较小,在排入大气之前不可能完全反应,A项错误;该反应为气体总体积减小的反应,增大压强平衡正向移动,由于化学平衡常数只与温度有关,即K不发生变化,B项错误;正反应为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,且能加快反应速率,但K值减小,C项错误;选用适宜的催化剂,可加快反应速率,使尾气得到净化,达到尾气排放标准,D项正确。
6.C 对于反应I2(g)+H2(g) 2HI(g),依据化学平衡常数定义知,K=≈50.28。A项,Q==1.00<50.28,反应正向进行;B项,Q=≈50.28,反应处于平衡状态;C项,Q=≈82.64>50.28,反应逆向进行;D项,Q=≈50.28,反应处于平衡状态。
7.BD 从虚线可知,随温度升高NO平衡转化率逐渐降低,说明平衡逆向移动,则NO与O2生成NO2的反应为放热反应,ΔH<0,A项错误;图像中实线的最高点为恰好平衡点,X点未达到平衡,延长时间反应继续向右进行,NO转化率增大,B项正确;Y点为平衡点,增大O2浓度,平衡正向移动,可以提高NO转化率,C项错误;该反应的平衡常数表达式为K=,因该温度下NO转化率为50%,则K==2 000,D项正确。
8.答案 (1)
(2)b 总反应ΔH<0,升高温度时平衡向逆反应方向移动,甲醇的物质的量分数变小
(3)33.3% 5×105 Pa,210 ℃ 9×105 Pa,250 ℃
解析 (1)结合总反应的化学方程式可知Kp=。
(2)总反应为气体体积减小的放热反应,当其他条件不变,升高温度或减小压强时,平衡逆向移动,x(CH3OH)减小,则a为250 ℃下的x(CH3OH)~p曲线,b为p=5×105 Pa下的x(CH3OH)~t曲线。
(3)当x(CH3OH)=0.10时,设CO2、H2起始物质的量分别为a mol、3a mol,CO2转化了b mol,列三段式:
CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)
始/mol a 3a 0 0
转/mol b 3b b b
平/mol a-b 3a-3b b b
x(CH3OH)==0.10,得a=3b,CO2的平衡转化率α=×100%≈33.3%;分析题给图像,x(CH3OH)=0.10时,曲线a相应的点表示温度250 ℃、压强9×105 Pa,曲线b相应的点表示压强5×105 Pa、温度210 ℃。
9.答案 (1)ac (2) (3)A点对应温度下反应c的ln=0,则平衡体系中=1,即=1,p(CH4)=16 kPa,初始p(CH4)=50 kPa,则CH4的平衡转化率为×100%=68%
解析 (1)由题图可知温度越低,×103越大,反应a、c的ln越小,说明反应a、c随温度降低平衡逆向移动,故反应a、c为吸热反应;(2)反应c的相对压力平衡常数表达式为;(3)A点对应温度下反应c的ln=0,则=1,即=1,p2(H2)=p0·p(CH4),平衡体系中p(H2)=40 kPa,p0=100 kPa,则p(CH4)=16 kPa,起始时n(CO2)∶n(CH4)=1∶1,总压为100 kPa,则起始时p(CH4)=50 kPa,CH4的平衡转化率为×100%=68%。
10.答案 ① ②b 体积压缩一半瞬间,N2压强变大(为80 kPa),该反应为气体分子数增大的反应,加压平衡逆向移动,N2的压强随着平衡逆向移动而变小 ③0.48
解析 ①随着反应正向进行,H2和N2的分压逐渐增大,且H2的分压是N2的三倍,由题图可知t1时,H2、N2、NH3的分压分别为120 kPa、40 kPa、120 kPa,恒容时,压强之比=物质的量之比,可得n(H2)=0.06 mol,v(H2)=n(H2)÷3 L÷t1 min= mol·L-1·min-1;②体积压缩一半瞬间,N2分压由40 kPa变为80 kPa,加压平衡向逆反应方向移动,随着反应的进行,N2分压变小,再次平衡时仍比原来大,故符合条件的曲线为b;③根据①可知平衡时,H2、N2、NH3的分压分别为120 kPa、40 kPa、120 kPa,根据标准平衡常数公式有K ==0.48。
11.A A项,由图像可知0~30 min时间段内,M的浓度变化为(0.500-0.300) mol·L-1=0.200 mol·L-1,Z的浓度变化为0.125 mol·L-1,即反应②中M的浓度变化为0.125 mol·L-1,故反应①中M的浓度变化为(0.200-0.125) mol·L-1=0.075 mol·L-1,即Y的浓度变化为0.075 mol·L-1,所以0~30 min时间段内,Y的平均反应速率v(Y)==2.5×10-3 mol·L-1·min-1,错误;B项,由v=可得:Δc=v·Δt,且v1=k1c2(M),v2=k2c2(M),则Y、Z的浓度变化之比Δc(Y)∶Δc(Z)=v1∶v2= k1∶k2,所以反应开始后,Y、Z的浓度变化保持不变,正确;C项,根据A项计算,参加反应②的M所占的比例为×100%=62.5%,故如果反应能进行到底,反应结束时62.5%的M转化为Z,正确;D项,反应②的速率较大,所以反应①的活化能比反应②的活化能大,正确。
12.D A项,X为反应物,随反应进行,浓度减小,则a为c(X)随t的变化曲线,正确;B项,t1时,三条曲线交于一点,即此时三种物质浓度相等,正确;C项,由题图分析各曲线的变化趋势,持续上升的曲线代表c(Z),Y作为中间体,c(Y)先增大后减小,t2时刻Y的浓度呈下降趋势,说明Y的消耗速率大于生成速率,正确;t3后,X全部被消耗,若全部转化为Y,则Y的起始浓度为c0,Y再继续转化为Z,假设t3后Y的浓度变化了x,列出该反应的三段式:
Y2Z
起始 c0 0
转化 x 2x
t3后 c0-x 2x
所以t3后,c(Z)=2x,c(Y)=c0-x,计算可得,c(Z)=2c0-2c(Y),错误。
13.答案 大于 O2和Cl2分离能耗较高、HCl转化率较低
解析 由题图可知,温度升高,HCl平衡转化率降低,即平衡逆向移动,则该可逆反应的正反应是放热反应,故K(300 ℃)>K(400 ℃);随着进料浓度比c(HCl)∶c(O2)逐渐增大,HCl平衡转化率逐渐降低,所以图中三条曲线由上到下分别对应的进料浓度比c(HCl)∶c(O2)为1∶1、4∶1、7∶1,400 ℃、c(HCl)∶c(O2)=1∶1时,HCl的平衡转化率为84%。设HCl初始浓度为c0(O2初始浓度也为c0),则平衡时HCl、O2、Cl2、H2O(g)的浓度分别为(1-0.84)c0、(1-0.21)c0、0.42c0、0.42c0,则K(400 ℃)=。进料浓度比c(HCl)∶c(O2)过低,导致平衡时气体中混有大量O2,增大分离能耗;进料浓度比c(HCl)∶c(O2)过高,会导致平衡时HCl转化率较低。
三年模拟练
1.C 加入催化剂,不能改变水分解反应的焓变,A项错误;催化剂的使用不能改变水的分解率,B项错误;固体接触面积越大,催化剂的催化效率越高,C项正确;催化剂具有专一性、选择性,不同反应往往选择不同的催化剂,D项错误。
2.D 根据有效碰撞理论可知,反应物分子之间的碰撞不均为有效碰撞,A错误;该历程中的最大能垒(活化能)E正=16.87 kJ·mol-1-(-1.99 kJ·mol-1)=18.86 kJ·mol-1,B错误;催化剂可降低反应的活化能,但不能改变反应热,C错误;由题图可知,反应物具有的能量大于生成物具有的能量,则该反应是放热反应,升高温度,化学平衡向逆反应方向移动,D正确。
3.B 从图中可以看出,使用Sc1/NC吸附氮气的活化能更低,更有利于吸附氮气,A项正确;催化剂只能改变反应速率,不影响化学平衡移动,即生产中将催化剂的尺寸处理成纳米级不能提高氮气的平衡转化率,B项错误;从图中可以看出,使用Sc1/NC单原子催化剂的反应历程中,最大能垒的反应过程可表示为*N2+HNNH,C项正确;由题图可知,合成氨的反应为放热反应,升高温度平衡逆向移动,且温度越高,催化剂吸附N2越困难,即升高温度能加快反应速率,但不一定能提高氨气单位时间内的产率,D项正确。
4.C 该反应为气体分子总数不变的吸热反应,升高温度,平衡向正反应方向移动,且能提高SiHCl3的转化率。根据图像可知曲线L1、L2分别为343 K和323 K时SiHCl3的转化率—时间曲线,即343 K时反应物的平衡转化率为22%,A项错误;a、b两点的反应物的转化率相等,则各物质浓度也相等,但a点温度较高,即a点反应速率要比b点大,B项错误;343 K时SiHCl3的平衡转化率为22%,设起始时SiHCl3的浓度为1 mol/L,则
2SiHCl3(g) SiH2Cl2(g)+SiCl4(g)
起始(mol/L) 1 0 0
转化(mol/L) 0.22 0.11 0.11
平衡(mol/L) 0.78 0.11 0.11
平衡时v正=v逆,则k正·=k逆··,即,C项正确;同理,由323K时SiHCl3的转化率为21%,设起始时SiHCl3为1 mol/L,根据三段式法可求出平衡时SiHCl3(g)、SiH2Cl2(g)、SiCl4(g)分别为0.79 mol/L、0.105 mol/L和0.105 mol/L,则平衡常数K=≈1.77×10-2,D项错误。
5.C 依据起点的纵坐标及曲线的变化趋势可知,曲线Ⅰ呈现上升趋势,曲线Ⅱ先升后降,因为该反应为放热反应,故升高温度,平衡逆移,TiN的质量减小,所以曲线Ⅰ表示的是压强随温度的变化,曲线Ⅱ表示的是TiN的质量随温度的变化,A错误;温度越高反应速率越快,达到平衡的时间越短,b点为恰好达到平衡的点,a点还未达到平衡,c点可看作在b点基础上升高温度,平衡逆向移动,B错误;由题图可知a、b、c三点对应的体系内固体质量大小关系是m(b)>m(c)>m(a),依据质量守恒,则气体质量大小关系为m(b)
素养解读
本题以气相沉积法制备TiN的反应为情境,结合图像考查化学平衡状态的判定、化学平衡移动的知识,培养学生变化观念与平衡思想的化学学科核心素养,提高学生在复杂情境中利用所学知识分析问题、解决问题的能力。
6.C 反应Ⅰ、Ⅲ均为放热反应,升高温度,Ⅰ、Ⅲ平衡均逆向移动,CH4物质的量减小,因此曲线A表示平衡时n(CH4)随温度的变化关系;反应Ⅱ为吸热反应,反应Ⅲ为放热反应,升高温度,反应Ⅱ正向移动,反应Ⅲ逆向移动,CO物质的量增大,因此曲线C表示平衡时n(CO)随温度的变化关系;曲线B表示平衡时n(CO2)随温度的变化关系。反应Ⅲ的平衡常数K=,在a点c(CO)=c(CH4),所以平衡常数K=,A正确;由上述分析可知曲线B表示平衡时n(CO2)随温度的变化关系,B正确;根据盖斯定律,由Ⅱ+Ⅲ得:CO(g)+3H2(g) CH4(g)+H2O(g) ΔH=-205.9 kJ/mol,1 mol气态水的能量比1 mol液态水的能量高,气态水转化为液态水放热,故CO(g)+3H2(g) CH4(g)+H2O(l)的ΔH<-205.9 kJ/mol,C错误;由题图可知,温度低于600 ℃时,随着温度的降低平衡时甲烷的物质的量增大,二氧化碳的物质的量减小,因此在低温条件下,可同时提高CO2的平衡转化率和CH4的平衡产率,D正确。
7.答案 (1)2CO2(g)+6H2(g) CH3OCH3(g)+3H2O(g) ΔH=-123.1 kJ/ mol
(2)①ABC ②反应Ⅱ是吸热反应,550 ℃后以反应Ⅱ为主,反应Ⅱ是反应前后气体体积相等的反应 (3)①553 ②当温度升高时反应Ⅰ的平衡逆向移动,而反应Ⅱ的平衡正向移动且幅度更大,所以CO2的转化率增加,但甲醇的选择性降低
解析 (1)根据题给焓变示意图可知:在工艺2中,2 mol CO2(g)和6 mol H2(g)的总能量比1 mol CH3OCH3(g)和3 mol H2O(g)的总能量高(99.2+23.9) kJ=123.1 kJ,所以CO2直接加氢合成CH3OCH3(g)(反应Ⅳ)的热化学方程式为2CO2(g)+6H2(g) CH3OCH3(g)+3H2O(g) ΔH=-123.1 kJ/mol。
(2)①根据题给焓变示意图可知:反应Ⅰ为放热反应,反应Ⅱ为吸热反应,在其他条件不变时,温度升高,反应Ⅰ平衡逆向移动,反应Ⅱ平衡正向移动,CH3OH(g)的平衡产率会降低且不可能随温度升高而增大,所以图甲纵坐标表示CH3OH的平衡产率,A正确;反应Ⅰ的正反应是气体体积减小的反应,在其他条件不变时,增大压强,化学平衡正向移动,CO2的平衡转化率增大,CH3OH的平衡产率增大,压强:p1>p2>p3,B正确;反应Ⅰ的正反应是气体体积减小的放热反应,为了同时提高CO2的平衡转化率和CH3OH的平衡产率,根据平衡移动原理,可知应选择低温、高压的反应条件,C正确;一定温度、压强下,寻找活性更高的催化剂,可以加快反应速率,但化学平衡不发生移动,因此不能提高CO2的平衡转化率,D错误。②图乙纵坐标表示CO2的平衡转化率,不同压强下CO2的平衡转化率在550 ℃后趋于相等,这是由于反应Ⅱ是吸热反应,550 ℃后以反应Ⅱ为主,反应Ⅱ是反应前后气体体积相等的反应,所以不同压强下CO2的平衡转化率趋于相等。
(3)①按n(CO2)∶n(H2)=1∶3(总量为a mol)投料于恒容密闭容器中进行反应,n(CO2)=×a mol= mol,由碳元素守恒,n(CH3OH)=n(CO2)×CO2的平衡转化率×甲醇的选择性,473 K时,n(CH3OH)=n(CO2)×13.2%×86%≈0.028a mol,513 K时,n(CH3OH)=n(CO2)×15%×78%≈0.029a mol,553 K时,n(CH3OH)=n(CO2)×60%×21%≈0.032a mol,故温度选择553 K,达到平衡时,反应体系内甲醇的产量最高;②反应Ⅰ为放热反应,反应Ⅱ为吸热反应,当温度升高时反应Ⅰ的平衡逆向移动,而反应Ⅱ的平衡正向移动且幅度更大,所以CO2的转化率增加,但甲醇的选择性降低。
素养解读
本题以当今热点问题“碳中和”为情境,引发学生对环保问题的关注,引导学生从化学角度思考社会问题的解决办法,激发学生学习化学的兴趣。本题的综合性很强,借助图像多角度考查化学反应速率与化学平衡的问题,培养学生变化观念与平衡思想、科学态度与社会责任的化学学科核心素养。
精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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