专题9 化学反应速率与化学平衡--2026版十年高考化学真题分类汇编
文档属性
| 名称 | 专题9 化学反应速率与化学平衡--2026版十年高考化学真题分类汇编 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 6.6MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 通用版 | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2025-08-07 10:52:38 | ||
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文档简介
专题九 化学反应速率与化学平衡
考点1 化学反应速率
1.(2025黑、吉、辽、蒙,14,3分)一定条件下,“Br-S-[Fe(CN)6]4--H+”4种原料按固定流速不断注入连续流动反应器中,体系pH-t振荡图像及涉及反应如下。其中AB段发生反应①~④,①②为快速反应。下列说法错误的是( )
① S+H+ HS
② HS+H+ H2SO3
③ 3HS+Br 3S+Br-+3H+
④ H2SO3+Br
⑤ Br+6H++6[Fe(CN)6]4- Br-+6[Fe(CN)6]3-+3H2O
A.原料中c(H+)不影响振幅和周期
B.反应④:3H2SO3+Br 3S+Br-+6H+
C.反应①~④中,H+对S的氧化起催化作用
D.利用pH响应变色材料,可将pH振荡可视化
答案 A
2.(2025安徽,11,3分)恒温恒压密闭容器中,t=0时加入A(g),各组分物质的量分数x随反应时间t变化的曲线如图(反应速率v=kx,k为反应速率常数)。
下列说法错误的是( )
A.该条件下=
B.0~t1时间段,生成M和N的平均反应速率相等
C.若加入催化剂,k1增大,k2不变,则x1和xM,平衡均变大
D.若A(g)→M(g)和A(g)→N(g)均为放热反应,升高温度,则xA,平衡变大
答案 C
3.(2024黑、吉、辽,10,3分)异山梨醇是一种由生物质制备的高附加值化学品,150 ℃时其制备过程及相关物质浓度随时间变化如图所示,15 h后异山梨醇浓度不再变化。下列说法错误的是( )
A.3 h时,反应②正、逆反应速率相等
B.该温度下的平衡常数:①>②
C.0~3 h平均速率v(异山梨醇)=0.014 mol·kg-1·h-1
D.反应②加入催化剂不改变其平衡转化率
答案 A
4.(2024安徽,12,3分)室温下,为探究纳米铁去除水样中Se的影响因素,测得不同条件下Se浓度随时间变化关系如下图。
实验序号 水样体积/mL 纳米铁质量/mg 水样初始pH
① 50 8 6
② 50 2 6
③ 50 2 8
下列说法正确的是( )
A.实验①中,0~2小时内平均反应速率v(Se)=2.0 mol·L-1·h-1
B.实验③中,反应的离子方程式为2Fe+Se+8H+ 2Fe3++Se+4H2O
C.其他条件相同时,适当增加纳米铁质量可加快反应速率
D.其他条件相同时,水样初始pH越小,Se的去除效果越好
答案 C
5.(2024江苏,13,3分)二氧化碳加氢制甲醇过程中的主要反应(忽略其他副反应):
①CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH1=41.2kJ·mol-1
②CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH2
225℃、8×106Pa下,将一定比例CO2、H2混合气匀速通过装有催化剂的绝热反应管。装置及L1、L2、L3…位点处(相邻位点距离相同)的气体温度、CO和CH3OH的体积分数如图所示。下列说法正确的是( )
A.L4处与L8处反应①的平衡常数K相等
B.反应②的焓变ΔH2>0
C.L9处的H2O的体积分数大于L5处
D.混合气从起始到通过L1处,CO的生成速率小于CH3OH的生成速率
答案 C
6.(2022北京,14,3分)CO2捕获和转化可减少CO2排放并实现资源利用,原理如图1所示。反应①完成之后,以N2为载气,将恒定组成的N2、CH4混合气,以恒定流速通入反应器,单位时间流出气体各组分的物质的量随反应时间变化如图2所示。反应过程中始终未检测到CO2,在催化剂上检测到有积炭。下列说法不正确的是 ( )
图1 图2
A.反应①为CaO+CO2 CaCO3;反应②为CaCO3+CH4 CaO+2CO+2H2
B.t1~t3,n(H2)比n(CO)多,且生成H2的速率不变,推测有副反应CH4 C+2H2
C.t2时刻,副反应生成H2的速率大于反应②生成H2的速率
D.t3之后,生成CO的速率为0,是因为反应②不再发生
答案 C
7.(2022广东,15,4分)在相同条件下研究催化剂Ⅰ、Ⅱ对反应X→2Y的影响,各物质浓度c随反应时间t的部分变化曲线如图,则 ( )
A.无催化剂时,反应不能进行
B.与催化剂Ⅰ相比,Ⅱ使反应活化能更低
C.a曲线表示使用催化剂Ⅱ时X的浓度随t的变化
D.使用催化剂Ⅰ时,0~2 min内,v(X)=1.0 mol·L-1·min-1
答案 D
8.(2022河北,13,4分)(双选)恒温恒容条件下,向密闭容器中加入一定量X,发生反应的方程式为①X Y;②Y Z。反应①的速率v1=k1c(X),反应②的速率v2=k2c(Y),式中k1、k2为速率常数。图a为该体系中X、Y、Z浓度随时间变化的曲线,图b为反应①和②的lnk~曲线。下列说法错误的是 ( )
A.随c(X)的减小,反应①、②的速率均降低
B.体系中v(X)=v(Y)+v(Z)
C.欲提高Y的产率,需提高反应温度且控制反应时间
D.温度低于T1时,总反应速率由反应②决定
答案 AB
9.(2022湖南,6,3分)甲基丙烯酸甲酯是合成有机玻璃的单体。
旧法合成的反应:(CH3)2CO+HCN (CH3)2C(OH)CN
(CH3)2C(OH)CN+CH3OH+H2SO4 CH2 C(CH3)COOCH3+NH4HSO4
新法合成的反应:+CO+CH3OH CH2 C(CH3)COOCH3
下列说法错误的是(阿伏加德罗常数的值为NA) ( )
A.HCN的电子式为H∶C N∶
B.新法没有副产物产生,原子利用率高
C.1 L 0.05 mol·L-1的NH4HSO4溶液中N的微粒数小于0.05NA
D.Pd的作用是降低反应的活化能,使活化分子数目增多,百分数不变
答案 D
10.(2022浙江1月选考,19,2分)在恒温恒容条件下,发生反应A(s)+2B(g)3X(g),c(B)随时间的变化如图中曲线甲所示。下列说法不正确的是 ( )
A.从a、c两点坐标可求得从a到c时间间隔内该化学反应的平均速率
B.从b点切线的斜率可求得该化学反应在反应开始时的瞬时速率
C.在不同时刻都存在关系:2v(B)=3v(X)
D.维持温度、容积、反应物起始的量不变,向反应体系中加入催化剂,c(B)随时间变化关系如图中曲线乙所示
答案 C
11.(2022浙江6月选考,20,2分)恒温恒容的密闭容器中,在某催化剂表面上发生氨的分解反应:2NH3(g) N2(g)+3H2(g)。测得不同起始浓度和催化剂表面积下氨浓度随时间的变化,如下表所示。下列说法不正确的是 ( )
A.实验①,0~20 min,v(N2)=1.00×10-5 mol·L-1·min-1
B.实验②,60 min时处于平衡状态,x≠0.40
C.相同条件下,增加氨气的浓度,反应速率增大
D.相同条件下,增加催化剂的表面积,反应速率增大
答案 C
12.(2019浙江4月选考,22,2分)高温高压液态水具有接近常温下弱酸的c(H+)或弱碱的c(OH-),油脂在其中能以较快的反应速率水解。与常温常压水相比,下列说法不正确的是( )
A.高温高压液态水中,体系温度升高,油脂水解反应速率加快
B.高温高压液态水中,油脂与水的互溶能力增强,油脂水解反应速率加快
C.高温高压液态水中,c(H+)增大,可催化油脂水解反应,且产生的酸进一步催化水解
D.高温高压液态水中的油脂水解,相当于常温下在体系中加入了相同c(H+)的酸或相同c(OH-)的碱的水解
答案 D
13.(2018浙江4月选考,22,2分)某工业流程中,进入反应塔的混合气体中NO和O2的物质的量分数分别为0.10和0.06,发生化学反应2NO(g)+O2(g) 2NO2(g),在其他条件相同时,测得实验数据如下表:
压强/(×105 Pa) 温度/℃ NO达到所列转化率需要时间/s
50% 90% 98%
1.0 30 12 250 2 830
90 25 510 5 760
8.0 30 0.2 3.9 36
90 0.6 7.9 74
根据表中数据,下列说法正确的是( )
A.升高温度,反应速率加快
B.增大压强,反应速率变慢
C.在1.0×105 Pa、90 ℃条件下,当转化率为98%时反应已达平衡
D.若进入反应塔的混合气体为a mol,反应速率以v=Δn/Δt表示,则在8.0×105 Pa、30 ℃条件下,转化率从50%增至90%时段NO的反应速率为4a/370 mol·s-1
答案 D
14.(2015福建理综,12,6分)在不同浓度(c)、温度(T)条件下,蔗糖水解的瞬时速率(v)如下表。下列判断不正确的是( )
T/K v/mmol·L-1·min-1 c/mol·L-1 0.600 0.500 0.400 0.300
318.2 3.60 3.00 2.40 1.80
328.2 9.00 7.50 a 4.50
b 2.16 1.80 1.44 1.08
A.a=6.00
B.同时改变反应温度和蔗糖的浓度,v可能不变
C.b<318.2
D.不同温度时,蔗糖浓度减少一半所需的时间相同
答案 D
15.(2015上海单科,20,4分)对于合成氨反应,达到平衡后,以下分析正确的是( )
A.升高温度,对正反应的反应速率影响更大
B.增大压强,对正反应的反应速率影响更大
C.减小反应物浓度,对逆反应的反应速率影响更大
D.加入催化剂,对逆反应的反应速率影响更大
答案 B
16.(2014课标Ⅰ,9,6分)已知分解1 mol H2O2放出热量98 kJ。在含少量I-的溶液中,H2O2分解的机理为:
H2O2+I- H2O+IO- 慢
H2O2+IO- H2O+O2+I- 快
下列有关该反应的说法正确的是( )
A.反应速率与I-浓度有关
B.IO-也是该反应的催化剂
C.反应活化能等于98 kJ·mol-1
D.v(H2O2)=v(H2O)=v(O2)
答案 A
17.(2014北京理综,12,6分)一定温度下,10 mL 0.40 mol/L H2O2溶液发生催化分解。不同时刻测得生成O2的体积(已折算为标准状况)如下表。
t/min 0 2 4 6 8 10
V(O2)/mL 0.0 9.9 17.2 22.4 26.5 29.9
下列叙述的是(溶液体积变化忽略不计)( )
A.0~6 min的平均反应速率:v(H2O2)≈3.3×10-2 mol/(L·min)
B.6~10 min的平均反应速率:v(H2O2)<3.3×10-2 mol/(L·min)
C.反应至6 min时,c(H2O2)=0.30 mol/L
D.反应至6 min时,H2O2分解了50%
答案 C
18.(2014重庆理综,7,6分)在恒容密闭容器中通入X并发生反应:2X(g) Y(g),温度T1、T2下X的物质的量浓度c(X)随时间t变化的曲线如图所示,下列叙述正确的是( )
A.该反应进行到M点放出的热量大于进行到W点放出的热量
B.T2下,在0~t1时间内,v(Y)= mol·L-1·min-1
C.M点的正反应速率v正大于N点的逆反应速率v逆
D.M点时再加入一定量X,平衡后X的转化率减小
答案 C
19.(2024江苏,17,16分)氢能是理想清洁能源,氢能产业链由制氢、储氢和用氢组成。
(1)利用铁及其氧化物循环制氢,原理如图1所示。反应器Ⅰ中化合价发生改变的元素有 C、H、Fe ;含CO和H2各1mol的混合气体通过该方法制氢,理论上可获得 16/9或1.78 mol H2。
图1
(2)一定条件下,将氮气和氢气按n(N2)∶n(H2)=1∶3混合匀速通入合成塔,发生反应N2+3H22NH3。海绵状的α-Fe作催化剂,多孔Al2O3作为α-Fe的“骨架”和气体吸附剂。
①H2中含有CO会使催化剂中毒。CH3COO[Cu(NH3)2]和氨水的混合溶液能吸收CO生成CH3COO[Cu(NH3)3CO]溶液,该反应的化学方程式为 CH3COO[Cu(NH3)2]+NH3+COCH3COO[Cu(NH3)3CO]或CH3COO[Cu(NH3)2]+NH3·H2O+COCH3COO[Cu(NH3)3CO]+H2O 。
②Al2O3含量与α-Fe表面积、出口处氨含量关系如图2所示。Al2O3含量大于2%,出口处氨含量下降的原因是 α-Fe 表面积减小,吸附NH3量增大 。
图2
(3)反应H2+HCHCOO-+H2O可用于储氢。
①密闭容器中,其他条件不变,向含有催化剂的0.1mol·L-1NaHCO3溶液中通入H2,HCOO-产率随温度变化如图3所示。温度高于70℃,HCOO-产率下降的可能原因是 HC受热分解导致浓度下降、H2溶解量下降、催化剂活性下降、HCOO-受热分解 。
图3 图4
②使用含氨基物质(化学式为CN-NH2,CN是一种碳衍生材料)联合Pd-Au催化剂储氢,可能机理如图4所示。氨基能将HC控制在催化剂表面,其原理是 氨基H与HC中的羟基O形成N—H…O氢键 ;用重氢气(D2)代替H2,通过检测是否存在 DCOO-、CN-NHD (填化学式)确认反应过程中的加氢方式。
20.(2018北京理综,27,12分)近年来,研究人员提出利用含硫物质热化学循环实现太阳能的转化与存储。过程如下:
(1)反应Ⅰ:2H2SO4(l)2SO2(g)+2H2O(g)+O2(g) ΔH1=+551 kJ·mol-1
反应Ⅲ:S(s)+O2(g)SO2(g) ΔH3=-297 kJ·mol-1
反应Ⅱ的热化学方程式: 。
(2)对反应Ⅱ,在某一投料比时,两种压强下,H2SO4在平衡体系中物质的量分数随温度的变化关系如图所示。p2 p1(填“>”或“<”),得出该结论的理由是 。
(3)I-可以作为水溶液中SO2歧化反应的催化剂,可能的催化过程如下。将ⅱ补充完整。
ⅰ.SO2+4I-+4H+S↓+2I2+2H2O
ⅱ.I2+2H2O+ + +2I-
(4)探究ⅰ、ⅱ反应速率与SO2歧化反应速率的关系,实验如下:分别将18 mL SO2饱和溶液加入到2 mL下列试剂中,密闭放置观察现象。(已知:I2易溶解在KI溶液中)
序号 A B C D
试剂 组成 0.4 mol·L-1 KI a mol·L-1 KI 0.2 mol·L-1 H2SO4 0.2 mol·L-1 H2SO4 0.2 mol·L-1 KI 0.000 2 mol I2
实验 现象 溶液变黄,一段时间后出现浑浊 溶液变黄,出现浑浊较A快 无明显现象 溶液由棕褐色很快褪色,变成黄色,出现浑浊较A快
①B是A的对比实验,则a= 。
②比较A、B、C,可得出的结论是 。
③实验表明,SO2的歧化反应速率D>A。结合ⅰ、ⅱ反应速率解释原因: 。
答案 (1)3SO2(g)+2H2O(g)2H2SO4(l)+S(s) ΔH2=-254 kJ·mol-1
(2)> 反应Ⅱ是气体物质的量减小的反应,温度一定时,增大压强使反应正向进行,H2SO4的物质的量增大,体系总物质的量减小,H2SO4的物质的量分数增大
(3)SO2 S 4H+
(4)①0.4
②I-是SO2歧化反应的催化剂,H+单独存在时不具有催化作用,但H+可以加快歧化反应速率
③反应ⅱ比ⅰ快;D中由反应ⅱ产生的H+使反应ⅰ加快
考点2 化学平衡 化学反应的方向
1.（2025甘肃，4，3分）CO2加氢转化成甲烷,是综合利用CO2实现“碳中和”和“碳达峰”的重要方式。525 ℃、101 kPa下,CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g) ΔH=-185 kJ/mol。反应达到平衡时,能使平衡向正反应方向移动的是( )
A.减小体系压强
B.升高温度
C.增大H2浓度
D.恒容下充入惰性气体
答案 C
2.(2025江苏,13,3分)甘油(C3H8O3)水蒸气重整获得H2过程中的主要反应:
反应Ⅰ C3H8O3(g) 3CO(g)+4H2(g) ΔH>0
反应Ⅱ CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) ΔH<0
反应Ⅲ CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g) ΔH<0
1.0×105 Pa条件下,1 mol C3H8O3和9 mol H2O发生上述反应达平衡状态时,体系中CO、H2、CO2和CH4的物质的量随温度变化的理论计算结果如图所示。下列说法正确的是( )
A.550 ℃时,H2O的平衡转化率为20%
B.550 ℃反应达平衡状态时,n(CO2)∶n(CO)=11∶25
C.其他条件不变,在400~550 ℃范围,平衡时H2O的物质的量随温度升高而增大
D.其他条件不变,加压有利于增大平衡时H2的物质的量
答案 A
3.(2024浙江6月选考,11,3分)二氧化碳氧化乙烷制备乙烯,主要发生如下两个反应:
Ⅰ C2H6(g)+CO2(g) C2H4(g)+CO(g)+H2O(g) ΔH1>0
Ⅱ C2H6(g)+2CO2(g) 4CO(g)+3H2(g) ΔH2>0
向容积为10 L的密闭容器中投入2 mol C2H6和3 mol CO2,不同温度下,测得5 min时(反应均未平衡)的相关数据见下表,下列说法不正确的是( )
温度(℃) 400 500 600
乙烷转化率(%) 2.2 9.0 17.8
乙烯选择性(%) 92.6 80.0 61.8
注:乙烯选择性=×100%
A.反应活化能:Ⅰ<Ⅱ
B.500 ℃时,0~5 min反应Ⅰ的平均速率为v(C2H4)=2.88×10-3 mol·L-1·min-1
C.其他条件不变,平衡后及时移除H2O(g),可提高乙烯的产率
D.其他条件不变,增大投料比[n(C2H6)/n(CO2)]投料,平衡后可提高乙烷转化率
答案 D
4.(双选)(2024山东,15,4分)逆水气变换反应:CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH>0。一定压力下,按CO2、H2物质的量之比n(CO2)∶n(H2)=1∶1投料,T1,T2温度时反应物摩尔分数随时间变化关系如图所示。已知该反应的速率方程为v=kc0.5(H2)c(CO2),T1、T2温度时反应速率常数k分别为k1、k2。下列说法错误的是( )
A.k1>k2
B.T1、T2温度下达平衡时反应速率的比值:
C.温度不变,仅改变体系初始压力,反应物摩尔分数随时间的变化曲线不变
D.T2温度下,改变初始投料比例,可使平衡时各组分摩尔分数与T1温度时相同
答案 CD
5.(2024浙江1月选考,14,3分)酯在NaOH溶液中发生水解反应,历程如下:
已知:
①
②RCOOCH2CH3水解相对速率与取代基R的关系如下表:
取代基R CH3 ClCH2 Cl2CH
水解相对速率 1 290 7 200
下列说法不正确的是( )
A.步骤Ⅰ是OH-与酯中Cδ+作用
B.步骤Ⅲ使Ⅰ和Ⅱ平衡正向移动,使酯在NaOH溶液中发生的水解反应不可逆
C.酯的水解速率:FCH2COOCH2CH3>ClCH2COOCH2CH3
D.与OH-反应、与18OH-反应,两者所得醇和羧酸盐均不同
答案 D
6.(2023山东,14,4分)(双选)一定条件下,化合物E和TFAA合成H的反应路径如下:
已知反应初始E的浓度为0.10 mol·L-1,TFAA的浓度为0.08 mol·L-1,部分物种的浓度随时间的变化关系如图所示,忽略反应过程中的体积变化。下列说法正确的是( )
A.t1时刻,体系中有E存在
B.t2时刻,体系中无F存在
C.E和TFAA反应生成F的活化能很小
D.反应达平衡后,TFAA的浓度为0.08 mol·L-1
答案 AC
7.(2022北京,12,3分)某MOFs多孔材料孔径大小和形状恰好将N2O4“固定”,能高选择性吸附NO2。废气中的NO2被吸附后,经处理能全部转化为HNO3。原理示意图如下。
已知:2NO2(g) N2O4(g) ΔH<0
下列说法不正确的是 ( )
A.温度升高时不利于NO2吸附
B.多孔材料“固定”N2O4,促进2NO2 N2O4平衡正向移动
C.转化为HNO3的反应是2N2O4+O2+2H2O 4HNO3
D.每获得0.4 mol HNO3时,转移电子的数目为6.02×1022
答案 D
8.(2022广东,13,4分)恒容密闭容器中,BaSO4(s)+4H2(g) BaS(s)+4H2O(g)在不同温度下达平衡时,各组分的物质的量(n)如图所示。下列说法正确的是 ( )
A.该反应的ΔH<0
B.a为n(H2O)随温度的变化曲线
C.向平衡体系中充入惰性气体,平衡不移动
D.向平衡体系中加入BaSO4,H2的平衡转化率增大
答案 C
9.(2022海南,8,2分)某温度下,反应CH2CH2(g)+H2O(g) CH3CH2OH(g)在密闭容器中达到平衡。下列说法正确的是 ( )
A.增大压强,v正>v逆,平衡常数增大
B.加入催化剂,平衡时CH3CH2OH(g)的浓度增大
C.恒容下,充入一定量的H2O(g),平衡向正反应方向移动
D.恒容下,充入一定量的CH2CH2(g),CH2CH2(g)的平衡转化率增大
答案 C
10.(2022浙江1月选考,20,2分)AB型强电解质在水中的溶解(可视作特殊的化学反应)表示为AB(s) An+(aq)+Bn-(aq),其焓变和熵变分别为ΔH和ΔS。对于不同组成的AB型强电解质,下列说法正确的是 ( )
A.ΔH和ΔS均大于零
B.ΔH和ΔS均小于零
C.ΔH可能大于零或小于零,ΔS大于零
D.ΔH和ΔS均可能大于零或小于零
答案 D
11.(2022江苏,13,3分)乙醇—水催化重整可获得H2。其主要反应为
C2H5OH(g)+3H2O(g) 2CO2(g)+6H2(g) ΔH=173.3 kJ·mol-1
CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH=41.2 kJ·mol-1
在1.0×105 Pa、n始(C2H5OH)∶n始(H2O)=1∶3时,若仅考虑上述反应,平衡时CO2和CO的选择性及H2的产率随温度的变化如图所示。
CO的选择性=×100%
下列说法正确的是 ( )
A.图中曲线①表示平衡时H2产率随温度的变化
B.升高温度,平衡时CO的选择性增大
C.一定温度下,增大n(C2H5OH)/n(H2O)可提高乙醇平衡转化率
D.一定温度下,加入CaO(s)或选用高效催化剂,均能提高平衡时H2产率
答案 B
12.(2020浙江7月选考,20,2分)一定条件下:2NO2(g) N2O4(g) ΔH<0。在测定NO2的相对分子质量时,下列条件中,测定结果误差最小的是( )
A.温度0 ℃、压强50 kPa
B.温度130 ℃、压强300 kPa
C.温度25 ℃、压强100 kPa
D.温度130 ℃、压强50 kPa
答案 D
13.(2020江苏单科,15,4分)(双选)CH4与CO2重整生成H2和CO的过程中主要发生下列反应
CH4(g)+CO2(g) 2H2(g)+2CO(g) ΔH=247.1 kJ·mol-1
H2(g)+CO2(g) H2O(g)+CO(g) ΔH=41.2 kJ·mol-1
在恒压、反应物起始物质的量比n(CH4)∶n(CO2)=1∶1条件下,CH4和CO2的平衡转化率随温度变化的曲线如下图所示。下列有关说法正确的是( )
A.升高温度、增大压强均有利于提高CH4的平衡转化率
B.曲线B表示CH4的平衡转化率随温度的变化
C.相同条件下,改用高效催化剂能使曲线A和曲线B相重叠
D.恒压、800 K、n(CH4)∶n(CO2)=1∶1条件下,反应至CH4转化率达到X点的值,改变除温度外的特定条件继续反应,CH4转化率能达到Y点的值
答案 BD
14.(2019海南单科,3,2分)反应C2H6(g)C2H4(g)+H2(g) ΔH>0,在一定条件下于密闭容器中达到平衡,下列各项措施中,不能提高乙烷的平衡转化率的是( )
A.增大容器容积 B.升高反应温度
C.分离出部分氢气 D.等容下通入惰性气体
答案 D
15.(2019浙江4月选考,20,2分)在温热气候条件下,浅海地区有厚层的石灰石沉积,而深海地区却很少。下列解析不正确的是 ( )
A.与深海地区相比,浅海地区水温较高,有利于游离的CO2增多、石灰石沉积
B.与浅海地区相比,深海地区压强大,石灰石岩层易被CO2溶解,沉积少
C.深海地区石灰石岩层的溶解反应为:CaCO3(s)+H2O(l)+CO2(aq) Ca(HCO3)2(aq)
D.海水呈弱碱性,大气中CO2浓度增加,会导致海水中C浓度增大
答案 D
16.(2018浙江4月选考,14,2分)反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH<0,若在恒压绝热容器中发生,下列选项表明反应一定已达平衡状态的是( )
A.容器内的温度不再变化
B.容器内的压强不再变化
C.相同时间内,断开H—H键的数目和形成N—H键的数目相等
D.容器内气体的浓度c(N2)∶c(H2)∶c(NH3)=1∶3∶2
答案 A
17.(2016四川理综,6,6分)一定条件下,CH4与H2O(g)发生反应:CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)。设起始=Z,在恒压下,平衡时CH4的体积分数φ(CH4)与Z和T(温度)的关系如图所示。下列说法正确的是( )
A.该反应的焓变ΔH>0
B.图中Z的大小为a>3>b
C.图中X点对应的平衡混合物中=3
D.温度不变时,图中X点对应的平衡在加压后φ(CH4)减小
答案 A
18.(2015安徽理综,11,6分)汽车尾气中NO产生的反应为:N2(g)+O2(g)2NO(g)。一定条件下,等物质的量的N2(g)和O2(g)在恒容密闭容器中反应,如图曲线a表示该反应在温度T下N2的浓度随时间的变化,曲线b表示该反应在某一起始反应条件改变时N2的浓度随时间的变化。下列叙述正确的是( )
A.温度T下,该反应的平衡常数K=
B.温度T下,随着反应的进行,混合气体的密度减小
C.曲线b对应的条件改变可能是加入了催化剂
D.若曲线b对应的条件改变是温度,可判断该反应的ΔH<0
答案 A
19.(2015天津理综,6,6分)某温度下,在2 L的密闭容器中,加入1 mol X(g)和2 mol Y(g)发生反应:
X(g)+mY(g)3Z(g)
平衡时,X、Y、Z的体积分数分别为30%、60%、10%。在此平衡体系中加入1 mol Z(g),再次达到平衡后,X、Y、Z的体积分数不变。下列叙述不正确的是( )
A.m=2
B.两次平衡的平衡常数相同
C.X与Y的平衡转化率之比为1∶1
D.第二次平衡时,Z的浓度为0.4 mol·L-1
答案 D
20.(2014四川理综,7,6分)在10 L恒容密闭容器中充入X(g)和Y(g),发生反应X(g)+Y(g) M(g)+N(g),所得实验数据如下表:
实验编号 温度/℃ 起始时物质的量/mol 平衡时物质的量/mol
n(X) n(Y) n(M)
① 700 0.40 0.10 0.090
② 800 0.10 0.40 0.080
③ 800 0.20 0.30 a
④ 900 0.10 0.15 b
下列说法正确的是( )
A.实验①中,若5 min时测得n(M)=0.050 mol,则0至5 min时间内,用N表示的平均反应速率v(N)=1.0×10-2 mol/(L·min)
B.实验②中,该反应的平衡常数K=2.0
C.实验③中,达到平衡时,X的转化率为60%
D.实验④中,达到平衡时,b>0.060
答案 C
21.(2024北京,16,10分)HNO3是一种重要的工业原料。可采用不同的氮源制备HNO3。
(1)方法一:早期以硝石(含NaNO3)为氮源制备HNO3,反应的化学方程式为H2SO4(浓)+NaNO3 NaHSO4+HNO3↑。该反应利用了浓硫酸的性质是酸性和 。
(2)方法二:以NH3为氮源催化氧化制备HNO3,反应原理分三步进行。
①第Ⅰ步反应的化学方程式为 。
②针对第Ⅱ步反应进行研究:在容积可变的密闭容器中,充入2n mol NO和n mol O2进行反应。在不同压强下(p1、p2),反应达到平衡时,测得NO转化率随温度的变化如图所示。解释y点的容器容积小于x点的容器容积的原因 。
(3)方法三:研究表明可以用电解法以N2为氮源直接制备HNO3,其原理示意图如下。
①电极a表面生成N的电极反应式: 。
②研究发现:N2转化可能的途径为N2 NO N。电极a表面还发生ⅲ.H2O O2。ⅲ的存在,有利于途径ⅱ,原因是 。
(4)人工固氮是高能耗的过程,结合N2分子结构解释原因: 。方法三为N2的直接利用提供了一种新的思路。
答案
(1)难挥发性
(2)①4NH3+5O2 4NO+6H2O ②该反应放热，且正反应的气体分子数减少，y点的温度高于x点的温度，为使两点的NO转化率相同，需增大压强，故y点的容器容积小于x点的容器容积
(3)①N2-10e-+6H2O 2N+12H+ ②ⅲ产生的O2参与ⅱ中NO的氧化
(4)N2分子中的氮氮三键的键能较大，破坏它需要较大的能量
22.(2024黑、吉、辽,18,13分)为实现氯资源循环利用,工业上采用RuO2催化氧化法处理HCl废气:
2HCl(g)+O2(g) Cl2(g)+H2O(g) ΔH1=-57.2 kJ·mol-1 ΔS K
将HCl和O2分别以不同起始流速通入反应器中,在360 ℃、400 ℃和440 ℃下反应,通过检测流出气成分绘制HCl转化率(α)曲线,如下图所示(较低流速下转化率可近似为平衡转化率)。
图1
图2
回答下列问题:
(1)ΔS < 0(填“>”或“<”);T3= 360 ℃。
(2)结合以下信息,可知H2的燃烧热ΔH= -285.8 kJ·mol-1。
H2O(l) H2O(g) ΔH2=+44.0 kJ·mol-1
H2(g)+Cl2(g) 2HCl(g) ΔH3=-184.6 kJ·mol-1
(3)下列措施可提高M点HCl转化率的是 BD (填标号)。
A.增大HCl的流速
B.将温度升高40 ℃
C.增大n(HCl)∶n(O2)
D.使用更高效的催化剂
(4)图中较高流速时,α(T3)小于α(T2)和α(T1),原因是温度低,反应速率慢,HCl的转化率低 。
(5)设N点的转化率为平衡转化率,则该温度下反应的平衡常数K= 6 (用平衡物质的量分数代替平衡浓度计算)。
(6)负载在TiO2上的RuO2催化活性高,稳定性强。TiO2和RuO2的晶体结构均可用下图表示,二者晶胞体积近似相等,RuO2与TiO2的密度比为1.66,则Ru的相对原子质量为 101 (精确至1)。
23.(2024山东,20,12分)水煤气是H2的主要来源,研究CaO对C-H2O体系制H2的影响,涉及主要反应如下:
C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g) (Ⅰ) ΔH1>0
CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) (Ⅱ) ΔH2<0
CaO(s)+CO2(g) CaCO3(s) (Ⅲ) ΔH3<0
回答下列问题:
(1)C(s)+CaO(s)+2H2O(g) CaCO3(s)+2H2(g)的焓变ΔH= ΔH1+ΔH2+ΔH3 (用代数式表示)。
(2)压力p下、C-H2O-CaO体系达平衡后,图示温度范围内C(s)已完全反应,CaCO3(s)在T1温度时完全分解。气相中CO、CO2和H2摩尔分数随温度的变化关系如图所示,则a线对应物种为 H2 (填化学式)。当温度高于T1时,随温度升高c线对应物种摩尔分数逐渐降低的原因是 随温度升高,反应(Ⅱ)平衡逆向移动,故CO2摩尔分数逐渐降低 。
(3)压力p下、温度为T0时,图示三种气体的摩尔分数分别为0.50、0.15、0.05,则反应CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)的平衡常数Kp= ;此时气体总物质的量为4.0 mol,则CaCO3(s)的物质的量为 0.5 mol;若向平衡体系中通入少量CO2(g),重新达平衡后,分压p(CO2)将 不变 (填“增大”“减小”或“不变”),p(CO)将 不变 (填“增大”“减小”或“不变”)。
24.(2024浙江6月选考,19,10分)氢是清洁能源,硼氢化钠(NaBH4)是一种环境友好的固体储氢材料,其水解生氢反应方程式如下。(除非特别说明,本题中反应条件均为25 ℃、101 kPa)
NaBH4(s)+2H2O(l) NaBO2(aq)+4H2(g) ΔH<0
请回答:
(1)该反应能自发进行的条件是 C 。
A.高温 B.低温
C.任意温度 D.无法判断
(2)该反应比较缓慢。忽略体积变化的影响,下列措施中可加快反应速率的是 AC 。
A.升高溶液温度
B.加入少量异丙胺[(CH3)2CHNH2]
C.加入少量固体硼酸[B(OH)3]
D.增大体系压强
(3)为加速NaBH4水解,某研究小组开发了一种水溶性催化剂,当该催化剂足量、浓度一定且活性不变时,测得反应开始时生氢速率v与投料比[n(NaBH4)/n(H2O)]之间的关系,结果如图1所示。请解释ab段变化的原因 ab段随投料比增大,反应物水的物质的量分数降低,微粒间的有效碰撞减少,生成H2速率降低 。
图1
图2
(4)氢能的高效利用途径之一是在燃料电池中产生电能。某研究小组的自制熔融碳酸盐燃料电池工作原理如图2所示,正极上的电极反应式是 O2+4e-+2CO2 2C 。该电池以3.2 A恒定电流工作14分钟,消耗H2体积为0.49 L,故可测得该电池将化学能转化为电能的转化率为 70% 。[已知:该条件下H2的摩尔体积为24.5 L/mol;电荷量q(C)=电流I(A)×时间t(s);NA=6.0×1023 mol-1;e=1.60×10-19 C。]
(5)资源的再利用和再循环有利于人类的可持续发展。选用如下方程式,可以设计能自发进行的多种制备方法,将反应副产物偏硼酸钠(NaBO2)再生为NaBH4。(已知:ΔG是反应的自由能变化量,其计算方法也遵循盖斯定律,可类比ΔH计算方法;当ΔG<0时,反应能自发进行。)
Ⅰ.NaBH4(s)+2H2O(l) NaBO2(s)+4H2(g) ΔG1=-320 kJ/mol
Ⅱ.H2(g)+O2(g) H2O(l) ΔG2=-240 kJ/mol
Ⅲ.Mg(s)+O2(g) MgO(s) ΔG3=-570 kJ/mol
请书写一个方程式表示NaBO2再生为NaBH4的一种制备方法,并注明ΔG NaBO2(s)+2H2(g)+2Mg(s) NaBH4(s)+2MgO(s) ΔG=-340 kJ/mol[或NaBO2(s)+2H2O(l)+4Mg(s) NaBH4(s)+4MgO(s) ΔG=-1 000 kJ/mol] 。(要求:反应物不超过三种物质;氢原子利用率为100%。)
25.(2024浙江1月选考,19,10分)通过电化学、热化学等方法,将CO2转化为HCOOH等化学品,是实现“双碳”目标的途径之一。
请回答:
(1)某研究小组采用电化学方法将CO2转化为HCOOH,装置如图1。电极B上的电极反应式是 CO2+2e-+2H+HCOOH 。
(2)该研究小组改用热化学方法,相关热化学方程式如下:
Ⅰ:C(s)+O2(g)CO2(g) ΔH1=-393.5 kJ·mol-1
Ⅱ:C(s)+H2(g)+O2(g)HCOOH(g) ΔH2=-378.7 kJ·mol-1
Ⅲ:CO2(g)+H2(g)HCOOH(g) ΔH3
①ΔH3= +14.8 kJ·mol-1。
②反应Ⅲ在恒温、恒容的密闭容器中进行,CO2和H2的投料浓度均为1.0 mol·L-1,平衡常数K=2.4×10-8,则CO2的平衡转化率为 2.4×10-8 。
③用氨水吸收HCOOH,得到1.00 mol·L-1氨水和0.18 mol·L-1甲酸铵的混合溶液,298 K时该混合溶液的pH= 10 。[已知:298 K时,电离常数Kb(NH3·H2O)=1.8×10-5、Ka(HCOOH)=1.8×10-4]
(3)为提高效率,该研究小组参考文献优化热化学方法,在如图2密闭装置中充分搅拌催化剂M的DMSO(有机溶剂)溶液,CO2和H2在溶液中反应制备HCOOH,反应过程中保持CO2(g)和H2(g)的压强不变,总反应CO2+H2HCOOH的反应速率为v,反应机理如下列三个基元反应,各反应的活化能E2Ⅳ:M+CO2Q E1
Ⅴ:Q+H2L E2
Ⅵ:LM+HCOOH E3
①催化剂M足量条件下,下列说法正确的是 CD 。
A.v与CO2(g)的压强无关
B.v与溶液中溶解H2的浓度无关
C.温度升高,v不一定增大
D.在溶液中加入N(CH2CH3)3,可提高CO2转化率
②实验测得:298 K,p(CO2)=p(H2)=2 MPa下,v随催化剂M浓度c变化如图3。c≤c0时,v随c增大而增大;c>c0时,v不再显著增大。请解释原因 由E2c0时,v不再显著增大,因受限于CO2(g)和H2(g)在溶液中的溶解速度(或浓度) 。
26.(2023浙江1月选考,19,10分)“碳达峰·碳中和”是我国社会发展重大战略之一,CH4还原CO2是实现“双碳”经济的有效途径之一,相关的主要反应有:
Ⅰ:CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g) ΔH1=+247 kJ·mol-1,K1
Ⅱ:CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH2=+41 kJ·mol-1,K2
请回答:
(1)有利于提高CO2平衡转化率的条件是 。
A.低温低压 B.低温高压
C.高温低压 D.高温高压
(2)反应CH4(g)+3CO2(g) 4CO(g)+2H2O(g)的ΔH= kJ·mol-1,K= (用K1,K2表示)。
(3)恒压、750 ℃时,CH4和CO2按物质的量之比1∶3投料,反应经如下流程(主要产物已标出)可实现CO2高效转化。
①下列说法正确的是 。
A.Fe3O4可循环利用,CaO不可循环利用
B.过程ⅱ,CaO吸收CO2可促使Fe3O4氧化CO的平衡正移
C.过程ⅱ产生的H2O最终未被CaO吸收,在过程ⅲ被排出
D.相比于反应Ⅰ,该流程的总反应还原1 mol CO2需吸收的能量更多
②过程ⅱ平衡后通入He,测得一段时间内CO物质的量上升,根据过程ⅲ,结合平衡移动原理,解释CO物质的量上升的原因 。
(4)CH4还原能力(R)可衡量CO2转化效率,R=Δn(CO2)/Δn(CH4)(同一时段内CO2与CH4的物质的量变化量之比)。
①常压下CH4和CO2按物质的量之比1∶3投料,某一时段内CH4和CO2的转化率随温度变化如图1,请在图2中画出400~1 000 ℃之间R的变化趋势,并标明1 000 ℃时R值。
图1图2
②催化剂X可提高R值,另一时段内CH4转化率、R值随温度变化如下表:
温度/℃ 480 500 520 550
CH4转化率/% 7.9 11.5 20.2 34.8
R 2.6 2.4 2.1 1.8
下列说法不正确的是 。
A.R值提高是由于催化剂X选择性地提高反应Ⅱ的速率
B.温度越低,含氢产物中H2O占比越高
C.温度升高,CH4转化率增加,CO2转化率降低,R值减小
D.改变催化剂提高CH4转化率,R值不一定增大
答案 (1)C (2)+329 K1·
(3)①BC ②通入He,CaCO3分解平衡正移,导致增大,促进Fe还原CO2平衡正移
(4)①
②C
27.(2022湖北,19,14分)自发热材料在生活中的应用日益广泛。某实验小组为探究“CaO-Al-H2O”体系的发热原理,在隔热装置中进行了下表中的五组实验,测得相应实验体系的温度升高值(ΔT)随时间(t)的变化曲线,如图所示。
回答下列问题:
(1)已知:
①CaO(s)+H2O(l) Ca(OH)2(s)
ΔH1=-65.17 kJ·mol-1
②Ca(OH)2(s) Ca2+(aq)+2OH-(aq) ΔH2=-16.73 kJ·mol-1
③Al(s)+OH-(aq)+3H2O(l) [Al(OH)4]-(aq)+H2(g) ΔH3=-415.0 kJ·mol-1
则CaO(s)+2Al(s)+7H2O(l) Ca2+(aq)+2[Al(OH)4]-(aq)+3H2(g)的ΔH4= kJ·mol-1。
(2)温度为T时,Ksp[Ca(OH)2]=x,则Ca(OH)2饱和溶液中c(OH-)= (用含x的代数式表示)。
(3)实验a中,4 min后ΔT基本不变,原因是 。
(4)实验b中,ΔT的变化说明Al粉与H2O在该条件下 (填“反应”或“不反应”)。实验c中,前3 min的ΔT有变化,其原因是 ;3 min后ΔT基本不变,其原因是 微粒的量有限。
(5)下列说法不能解释实验d在10 min内温度持续升高的是 (填标号)。
A.反应②的发生促使反应①平衡右移
B.反应③的发生促使反应②平衡右移
C.气体的逸出促使反应③向右进行
D.温度升高导致反应速率加快
(6)归纳以上实验结果,根据实验e的特征,用文字简述其发热原理 。
答案 (1)-911.9 (2)
(3)反应生成的Ca(OH)2覆盖在CaO表面,阻止反应进行 (4)不反应 Al和溶液中的OH-发生了反应,放出热量 OH-
(5)A (6)实验e中,发生反应①、②和③,反应③中有气体生成,气体的逸出促使反应③向右进行,反应③的发生使得溶液中OH-的浓度减小,促使反应②平衡右移,反应②的发生促使反应①平衡右移,这三步反应都是放热反应,温度升高导致反应速率加快
考点3 化学平衡常数及其相关计算
1.(2025山东,10,2分)在恒容密闭容器中,Na2SiF6(s)热解反应所得固相产物和气相产物均为含氟化合物。平衡体系中各组分物质的量随温度的变化关系(实线部分)如图所示。已知:T2温度时,Na2SiF6(s)完全分解;体系中气相产物在T1、T3温度时的分压分别为p1、p3。下列说法错误的是( )
A.a线所示物种为固相产物
B.T1温度时,向容器中通入N2,气相产物分压仍为p1
C.p3小于T3温度时热解反应的平衡常数Kp
D.T1温度时,向容器中加入b线所示物种,重新达平衡时逆反应速率增大
答案 D
2.(2024北京,10,3分)可采用Deacon催化氧化法将工业副产物HCl制成Cl2,实现氯资源的再利用。反应的热化学方程式:4HCl(g)+O2(g) 2Cl2(g)+2H2O(g) ΔH=-114.4 kJ·mol-1。下图所示为该法的一种催化机理。
下列说法不正确的是( )
A.Y为反应物HCl,W为生成物H2O
B.反应制得1 mol Cl2,须投入2 mol CuO
C.升高反应温度,HCl被O2氧化制Cl2的反应平衡常数减小
D.图中转化涉及的反应中有两个属于氧化还原反应
答案 B
3.(2024湖南,14,3分)恒压下,向某密闭容器中充入一定量的CH3OH(g)和CO(g),发生如下反应:
主反应:CH3OH(g)+CO(g) CH3COOH(g) ΔH1
副反应:CH3OH(g)+CH3COOH(g) CH3COOCH3(g)+H2O(g) ΔH2
在不同温度下,反应达到平衡时,测得两种含碳产物的分布分数δ[如δ(CH3COOH)=
]随投料比x(物质的量之比)的变化关系如图所示,下列说法正确的是( )
A.投料比x代表
B.曲线c代表乙酸的分布分数
C.ΔH1<0,ΔH2>0
D.L、M、N三点的平衡常数:K(L)=K(M)>K(N)
答案 D
4.(2023湖南,13,3分)向一恒容密闭容器中加入1 mol CH4和一定量的H2O,发生反应:CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)。CH4的平衡转化率按不同投料比x[x=]随温度的变化曲线如图所示。下列说法错误的是( )
A.x1B.反应速率:vb正C.点a、b、c对应的平衡常数:KaD.反应温度为T1,当容器内压强不变时,反应达到平衡状态
答案 B
5.(2022湖南,14,4分)(双选)向体积均为1 L的两恒容容器中分别充入2 mol X和1 mol Y发生反应:2X(g)+Y(g) Z(g) ΔH,其中甲为绝热过程,乙为恒温过程,两反应体系的压强随时间的变化曲线如图所示。下列说法正确的是 ( )
A.ΔH>0
B.气体的总物质的量:naC.a点平衡常数:K>12
D.反应速率:va正答案 BC
6.(2022江苏,10,3分)用尿素水解生成的NH3催化还原NO,是柴油机车辆尾气净化的主要方法。反应为
4NH3(g)+O2(g)+4NO(g) 4N2(g)+6H2O(g)
下列说法正确的是 ( )
A.上述反应ΔS<0
B.上述反应平衡常数K=
C.上述反应中消耗1 mol NH3,转移电子的数目为2×6.02×1023
D.实际应用中,加入尿素的量越多,柴油机车辆排放的尾气对空气污染程度越小
答案 B
7.（2025河南，17,15分）CaCO3的热分解与NixPy催化的CH4重整结合,可生产高纯度合成气(H2+CO),实现碳资源的二次利用。主要反应如下:
反应Ⅰ:CaCO3(s) CaO(s)+CO2(g) ΔH1=+178 kJ·mol-1
反应Ⅱ:CH4(g)+CO2(g) 2H2(g)+2CO(g) ΔH2=+247 kJ·mol-1
反应Ⅲ:H2(g)+CO2(g) H2O(g)+CO(g) ΔH3=+41 kJ·mol-1
回答下列问题:
(1)Ca位于元素周期表中 区;基态Ni2+的价电子排布式为 。
(2)水分子的VSEPR模型与其空间结构模型不同,原因是 。
(3)NixPy的晶胞如图1所示(晶胞参数a=b≠c,a=β=90°,γ=120°),该物质的化学式为 。
(4)恒压条件下,CH4重整反应可以促进CaCO3分解,原因是 。
(5)在温度分别为T1、T2和T3下,CH4的平衡转化率与压强的关系如图2所示,反应温度最高的是 (填“T1”“T2”或“T3”),原因是 。
(6)一定温度、100 kPa下,向体系中加入1.0 mol CaCO3和1.0 mol CH4,假设此条件下其他副反应可忽略,恒压反应至平衡时,体系中CaCO3转化率为80%,CH4转化率为60%,CO物质的量为1.3 mol,反应Ⅲ的平衡常数Kp= (保留小数点后一位),此时原位CO2利用率为 。
已知:原位CO2利用率=×100%
答案 (1)s 3d8
(2)水的中心原子O的价层电子对数为4,孤电子对数为2,所以VSEPR模型与其空间结构模型不同
(3)Ni5P4 (4)CH4重整反应消耗了CO2,从而促进CaCO3分解
(5)T1 CH4参与的反应Ⅱ为吸热反应,当压强一定时,升高温度,平衡正向移动,CH4平衡转化率最大的曲线对应的反应温度最高
(6)1.2 70%
8.（2025广东，19，14分）钛单质及其化合物在航空、航天、催化等领域应用广泛。
(1)基态Ti原子的价层电子排布式为 。
(2)298 K下,反应TiO2(s)+2C(s)+2Cl2(g) TiCl4(g)+2CO(g)的ΔH<0、ΔS>0,则298 K下该反应 (填“能”或“不能”)自发进行。
(3)以TiCl4为原料可制备TiCl3。将5.0 mol TiCl4与10.0 mol Ti放入容积为V0 L的恒容密闭容器中,反应体系存在下列过程。
①ΔH1= kJ/mol。
②不同温度下,平衡时反应体系的组成如图。曲线Ⅰ对应的物质为 。
③温度T0 K下,n[TiCl4(g)]= mol,反应(c)的平衡常数K= (列出算式,无须化简)。
(4)钛基催化剂可以催化储氢物质肼(N2H4)的分解反应:
(e)N2H4 N2↑+2H2↑ (f)3N2H4 N2↑+4NH3↑
为研究某钛基催化剂对上述反应的影响,以肼的水溶液为原料(含N2H4的物质的量为n0)进行实验,得到n1/n0、n2/n0随时间t变化的曲线如图。其中,n1为H2与N2的物质的量之和;n2为剩余N2H4的物质的量。设ne为0~t时间段内反应(e)消耗N2H4的物质的量,该时间段内,本体系中催化剂的选择性用×100%表示。
①0~t0 min内,N2H4的转化率为 (用含y2的代数式表示)。
②0~t0 min内,催化剂的选择性为 (用含y1与y2的代数式表示,写出推导过程)。
答案 (1)3d24s2
(2)能
(3)①-267.8 ②TiCl2(s) ③0.5
(4)①(1-y2)×100% ②×100%
设0~t0 min内,反应(e)生成N2的物质的量为p,反应(f)生成N2的物质的量为q,则反应(e)生成H2的物质的量为2p,消耗N2H4的物质的量为p;反应(f)消耗N2H4的物质的量为3q。y1===,y2==,联立两式解得p=。由(4)①可知,n0-n2=(1-y2)n0,故催化剂的选择性×100%=×100%=×100%=×100%
9.(2024河北,17,15分)氯气是一种重要的基础化工原料,广泛应用于含氯化工产品的生产。硫酰氯及1,4-二(氯甲基)苯等可通过氯化反应制备。
(1)硫酰氯常用作氯化剂和氯磺化剂,工业上制备原理如下:
SO2(g)+Cl2(g) SO2Cl2(g) ΔH=-67.59 kJ·mol-1
①若正反应的活化能为E正kJ·mol-1,则逆反应的活化能E逆= kJ·mol-1(用含E正的代数式表示)。
②恒容密闭容器中按不同进料比充入SO2(g)和Cl2(g),测定T1、T2、T3温度下体系达平衡时的Δp(Δp=p0-p,p0为体系初始压强,p0=240 kPa,p为体系平衡压强),结果如图1。
图1中温度由高到低的顺序为 ,判断依据为 。M点Cl2的转化率为 ,T1温度下用分压表示的平衡常数Kp= kPa-1。
③图2曲线中能准确表示T1温度下Δp随进料比变化的是 (填字母)。
(2)1,4-二(氯甲基)苯(D)是有机合成中的重要中间体,可由对二甲苯(X)的氯化反应合成。对二甲苯浅度氯化时反应过程为
以上各反应的速率方程均可表示为v=kc(A)c(B),其中c(A)、c(B)分别为各反应中对应反应物的浓度,k为速率常数(k1~k5分别对应反应①~⑤)。某温度下,反应器中加入一定量的X,保持体系中氯气浓度恒定(反应体系体积变化忽略不计),测定不同时刻相关物质的浓度。
已知该温度下,k1∶k2∶k3∶k4∶k5=100∶21∶7∶4∶23。
①30 min时,c(X)=6.80 mol·L-1,且30~60 min内v(X)=0.042 mol·L-1·min-1,反应进行到60 min时,c(X)= mol·L-1。
②60 min时,c(D)=0.099 mol·L-1,若0~60 min产物T的含量可忽略不计,则此时c(G)= mol·L-1;60 min后,随T的含量增加, (填“增大”“减小”或“不变”)。
答案 (1)①E正+67.59 ②T3、T2、T1 该反应为气体分子数减小的反应,且ΔH<0,反应正向进行时,容器内压强减小,温度从T3到T1,平衡时Δp增大,说明反应正向进行程度逐渐增大,对应温度逐渐降低 75% 0.03 ③D
(2)①5.54 ②0.033 增大
10.(2024贵州,17,14分)在无氧环境下,CH4经催化脱氢芳构化可以直接转化为高附加值的芳烃产品。一定温度下,CH4芳构化时同时存在如下反应:
ⅰ.CH4(g) C(s)+2H2(g) ΔH1=+74.6 kJ·mol-1 ΔS=+80.84 J·mol-1·K-1
ⅱ.6CH4(g) C6H6(l)+9H2(g) ΔH2
回答下列问题:
(1)反应ⅰ在1 000 K时 能 (选填“能”或“不能”)自发进行。
(2)已知25 ℃时有关物质的燃烧热数据如表,则反应ⅱ的ΔH2= 6a-b-9c kJ·mol-1(用含a、b、c的代数式表示)。
物质 CH4(g) C6H6(l) H2(g)
ΔH/(kJ·mol-1) a b c
(3)受反应ⅰ影响,随着反应进行,单位时间内甲烷转化率和芳烃产率逐渐降低,原因是 反应ⅰ有积炭生成,随着反应的进行,生成的积炭逐渐增多,覆盖在催化剂表面,使催化剂催化性能逐渐降低,化学反应速率逐渐减小 。
(4)对催化剂在不同的pH条件下进行处理,能够改变催化剂的活性。将催化剂在5种不同pH条件下处理后分别用于催化CH4芳构化,相同反应时间内测定相关数据如下表,其中最佳pH为 10.0 ,理由是 pH=10.0时,产物中积炭平均含量最低,CH4平均转化率最大,芳烃平均产率最高 。
pH CH4平均转化率/% 芳烃平均产率/% 产物中积炭平均含量/%
2.4 9.60 5.35 40.75
4.0 9.80 4.60 45.85
7.0 9.25 4.05 46.80
10.0 10.45 6.45 33.10
12.0 9.95 4.10 49.45
(5)973 K、100 kPa下,在某密闭容器中按n(C6H6)∶n(CH4)=1∶5充入气体,发生反应C6H6(g)+CH4(g) C7H8(g)+H2(g),平衡时C6H6与C7H8的分压比为4∶1,则C6H6的平衡转化率为 20% ,平衡常数Kp= (用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数,列出计算式即可)。
(6)引入丙烷可促进甲烷芳构化制备苯和二甲苯,反应如下:
(两个反应可视为同级数的平行反应)
对于同级数的平行反应有,其中v、k分别为反应速率和反应速率常数,Ea为反应活化能,A1、A2为定值,R为常数,T为温度,同一温度下是定值。已知Ea,苯11.(2024全国甲,28,15分)甲烷转化为多碳化合物具有重要意义。一种将甲烷溴化再偶联为丙烯(C3H6)的研究所获得的部分数据如下。回答下列问题:
(1)已知如下热化学方程式:
CH4(g)+Br2(g) CH3Br(g)+HBr(g) ΔH1=-29 kJ·mol-1
3CH3Br(g) C3H6(g)+3HBr(g) ΔH2=+20 kJ·mol-1
计算反应3CH4(g)+3Br2(g) C3H6(g)+6HBr(g)的ΔH= -67 kJ·mol-1。
(2)CH4与Br2反应生成CH3Br,部分CH3Br会进一步溴化。将8 mmol CH4和8 mmol Br2通入密闭容器,平衡时,n(CH4)、n(CH3Br)与温度的关系见下图(假设反应后的含碳物质只有CH4、CH3Br和CH2Br2)。
(ⅰ)图中CH3Br的曲线是 a (填“a”或“b”)。
(ⅱ)560 ℃时,CH4的转化率α= 80% ,n(HBr)= 7.8 mmol。
(ⅲ)560 ℃时,反应CH3Br(g)+Br2(g) CH2Br2(g)+HBr(g)的平衡常数K= 10.92 。
(3)少量I2可提高生成CH3Br的选择性。500 ℃时,分别在有I2和无I2的条件下,将8 mmol CH4和8 mmol Br2通入密闭容器,溴代甲烷的物质的量(n)随时间(t)的变化关系见下图。
(ⅰ)在11~19 s之间,有I2和无I2时CH3Br的生成速率之比= 3∶2 。
(ⅱ)从图中找出I2提高了CH3Br选择性的证据: 有I2时生成的CH3Br比无I2时多,生成的CH2Br2比无I2时少 。
(ⅲ)研究表明,I2参与反应的可能机理如下:
①I2(g) ·I(g)+·I(g)
②·I(g)+CH2Br2(g) IBr(g)+·CH2Br(g)
③·CH2Br(g)+HBr(g) CH3Br(g)+·Br(g)
④·Br(g)+CH4(g) HBr(g)+·CH3(g)
⑤·CH3(g)+IBr(g) CH3Br(g)+·I(g)
⑥·I(g)+·I(g) I2(g)
根据上述机理,分析I2提高CH3Br选择性的原因: 改变了反应机理,发生了反应CH2Br2(g)+CH4(g) 2CH3Br(g) 。
12.(2024新课标,29,14分)Ni(CO)4(四羰合镍,沸点43 ℃)可用于制备高纯镍,也是有机化合物羰基化反应的催化剂。回答下列问题:
(1)Ni基态原子价电子的轨道表示式为 。镍的晶胞结构类型与铜的相同,晶胞体积为a3,镍原子半径为 a 。
(2)Ni(CO)4结构如图所示,其中含有σ键的数目为 8 ,Ni(CO)4晶体的类型为 分子晶体 。
(3)在总压分别为0.10、0.50、1.0、2.0 MPa下,Ni(s)和CO(g)反应达平衡时,Ni(CO)4体积分数x与温度的关系如图所示。反应Ni(s)+4CO(g) Ni(CO)4(g)的ΔH 小于 0(填“大于”或“小于”)。从热力学角度考虑, 增大压强、降低温度 有利于Ni(CO)4的生成(写出两点),p3、100 ℃时CO的平衡转化率α= 97.3% ,该温度下平衡常数Kp= 9×103 (MPa)-3。
(4)对于同位素交换反应Ni(C16O)4+C18O Ni(C16O)3C18O+C16O,20 ℃时反应物浓度随时间的变化关系为c1(Ni(C16O)4)=c0(Ni(C16O)4)e-kt(k为反应速率常数),则Ni(C16O)4反应一半所需时间 (用k表示)。
13.(2024湖南,18,15分)丙烯腈()是一种重要的化工原料。工业上以N2为载气,用TiO2作催化剂生产的流程如下:
已知:①进料混合气进入两釜的流量恒定,两釜中反应温度恒定;
②反应釜Ⅰ中发生的反应:
ⅰ.HOCH2CH2COOC2H5(g) +H2O(g) ΔH1
③反应釜Ⅱ中发生的反应:
ⅱ.+NH3(g) +C2H5OH(g) ΔH2
ⅲ. +H2O(g) ΔH3
④在此生产条件下,酯类物质可能发生水解。
回答下列问题:
(1)总反应HOCH2CH2COOC2H5(g)+NH3(g) +C2H5OH(g)+2H2O(g) ΔH= ΔH1+ΔH2+ΔH3 (用含ΔH1、ΔH2和ΔH3的代数式表示);
(2)进料混合气中n(HOCH2CH2COOC2H5)∶n(C2H5OH)=1∶2,出料中四种物质(、、C2H5OH、H2O)的流量(单位时间内出料口流出的物质的量)随时间变化关系如图:
①表示的曲线是 c (填“a”“b”或“c”);
②反应釜Ⅰ中加入C2H5OH的作用是 抑制酯类物质的水解 ;
③出料中没有检测到的原因是 反应ⅲ为不可逆反应 ;
④反应11 h后,a、b、c曲线对应物质的流量逐渐降低的原因是 催化剂TiO2的活性减弱 ;
(3)催化剂TiO2再生时会释放CO2,可用氨水吸收获得NH4HCO3。现将一定量的NH4HCO3固体(含0.72 g水)置于密闭真空容器中,充入CO2和NH3,其中CO2的分压为100 kPa,在27 ℃下进行干燥。为保证NH4HCO3不分解,NH3的分压应不低于 40 kPa[已知p(H2O)=2.5×102 kPa·mol-1×n(H2O),NH4HCO3分解的平衡常数Kp=4×104(kPa)3];
(4)以为原料,稀硫酸为电解液,Sn作阴极,用电解的方法可制得Sn(CH2CH2CN)4,其阴极反应式为 Sn+4CH2CHCN+4H++4e-Sn(CH2CH2CN)4 。
14.(2024安徽,17,15分)乙烯是一种用途广泛的有机化工原料,由乙烷制乙烯的研究备受关注。回答下列问题:
【乙烷制乙烯】
(1)C2H6氧化脱氢反应:
2C2H6(g)+O2(g) 2C2H4(g)+2H2O(g)
ΔH1=-209.8 kJ·mol-1
C2H6(g)+CO2(g) C2H4(g)+H2O(g)+CO(g) ΔH2=178.1 kJ·mol-1
计算:2CO(g)+O2(g) 2CO2(g) ΔH3= -566 kJ·mol-1
(2)C2H6直接脱氢反应为C2H6(g) C2H4(g)+H2(g) ΔH4,C2H6的平衡转化率与温度和压强的关系如图所示,则ΔH4 > 0(填“>”“<”或“=”)。结合下图,下列条件中,达到平衡时转化率最接近40%的是 b (填标号)。
a.600 ℃,0.6 MPa
b.700 ℃,0.7 MPa
c.800 ℃,0.8 MPa
(3)一定温度和压强下,反应ⅰ C2H6(g) C2H4(g)+H2(g)
反应ⅱ C2H6(g)+H2(g) 2CH4(g) ()
(Kx是以平衡物质的量分数代替平衡浓度计算的平衡常数)
①仅发生反应ⅰ时,C2H6的平衡转化率为25.0%,计算 。
②同时发生反应ⅰ和ⅱ时,与仅发生反应ⅰ相比,C2H4的平衡产率 增大 (填“增大”“减小”或“不变”)。
【乙烷和乙烯混合气的分离】
(4)通过Cu+修饰的Y分子筛的吸附—脱附,可实现C2H4和C2H6混合气的分离。Cu+的 空轨道 与C2H4分子的π键电子形成配位键,这种配位键强弱介于范德华力和共价键之间。用该分子筛分离C2H4和C2H6的优点是 选择性强,吸附效果好 。
(5)常温常压下,将C2H4和C2H6等体积混合,以一定流速通过某吸附剂,测得两种气体出口浓度(c)与进口浓度(c0)之比随时间变化关系如图所示。下列推断合理的是 BC (填标号)。
A.前30 min,两种气体均未被吸附
B.p点对应的时刻,出口气体的主要成分是C2H6
C.a-b对应的时间段内,吸附的C2H6逐渐被C2H4替代
15.(2023全国乙,28,14分)硫酸亚铁在工农业生产中有许多用途,如可用作农药防治小麦黑穗病,制造磁性氧化铁、铁催化剂等。回答下列问题:
(1)在N2气氛中,FeSO4·7H2O的脱水热分解过程如图所示:
根据上述实验结果,可知x= ,y= 。
(2)已知下列热化学方程式:
FeSO4·7H2O(s) FeSO4(s)+7H2O(g) ΔH1=a kJ·mol-1
FeSO4·xH2O(s) FeSO4(s)+xH2O(g) ΔH2=b kJ·mol-1
FeSO4·yH2O(s) FeSO4(s)+yH2O(g) ΔH3=c kJ·mol-1
则FeSO4·7H2O(s)+FeSO4·yH2O(s) 2(FeSO4·xH2O)(s)的ΔH= kJ·mol-1。
(3)将FeSO4置入抽空的刚性容器中,升高温度发生分解反应:
2FeSO4(s) Fe2O3(s)+SO2(g)+SO3(g)(Ⅰ)
平衡时~T的关系如下图所示。660 K时,该反应的平衡总压p总= kPa,平衡常数Kp(Ⅰ)= (kPa)2。Kp(Ⅰ)随反应温度升高而 (填“增大”“减小”或“不变”)。
(4)提高温度,上述容器中进一步发生反应2SO3(g) 2SO2(g)+O2(g)(Ⅱ),平衡时= (用、表示)。在929 K时,p总=84.6 kPa,=35.7 kPa,则= kPa,Kp(Ⅱ)= kPa(列出计算式)。
答案 (1)4 1
(2)a+c-2b
(3)3.0 2.25 增大 46.26
16.(2023新课标,29,15分)氨是最重要的化学品之一,我国目前氨的生产能力位居世界首位。回答下列问题:
(1)根据图1数据计算反应N2(g)+H2(g) NH3(g)的ΔH= kJ·mol-1。
(2)研究表明,合成氨反应在Fe催化剂上可能通过图2机理进行(*表示催化剂表面吸附位,表示被吸附于催化剂表面的N2)。判断上述反应机理中,速率控制步骤(即速率最慢步骤)为 (填步骤前的标号),理由是 。
(3)合成氨催化剂前驱体(主要成分为Fe3O4)使用前经H2还原,生成α-Fe包裹的Fe3O4。已知α-Fe属于立方晶系,晶胞参数a=287 pm,密度为7.8 g·cm-3。则α-Fe晶胞中含有Fe的原子数为 (列出计算式,阿伏加德罗常数的值为NA)。
(4)在不同压强下,以两种不同组成进料,反应达平衡时氨的摩尔分数与温度的计算结果如图所示。其中一种进料组成为=0.75、=0.25,另一种为=0.675、=0.225、xAr=0.10。(物质i的摩尔分数:xi=ni/n总)
图3
图4
①图中压强由小到大的顺序为 ,判断的依据是 。
②进料组成中含有惰性气体Ar的图是 。
③图3中,当p2=20 MPa、=0.20时,氮气的转化率α= 。该温度时,反应N2(g)+H2(g) NH3(g)的平衡常数Kp= MPa-1(化为最简式)。
答案 (1)-45
(2)ⅱ 1个分子变为2个N*的能垒最大,反应最慢,为速率控制步骤(N2分子中键能大,解离为N原子所需能量最多)
(3)
(4)①p1、p2、p3/p117.(2023山东,20,12分)一定条件下,水气变换反应CO+H2O CO2+H2的中间产物是HCOOH。为探究该反应过程,研究HCOOH水溶液在密封石英管中的分解反应:
Ⅰ.HCOOH CO+H2O (快)
Ⅱ.HCOOH CO2+H2 (慢)
研究发现,在反应Ⅰ、Ⅱ中,H+仅对反应Ⅰ有催化加速作用;反应Ⅰ速率远大于反应Ⅱ,近似认为反应Ⅰ建立平衡后始终处于平衡状态。忽略水的电离,其浓度视为常数。
回答下列问题:
(1)一定条件下,反应Ⅰ、Ⅱ的焓变分别为ΔH1、ΔH2,则该条件下水气变换反应的焓变ΔH= (用含ΔH1、ΔH2的代数式表示)。
(2)反应Ⅰ正反应速率方程为v=kc(H+)c(HCOOH),k为反应速率常数。T1温度下,HCOOH电离平衡常数为Ka,当HCOOH平衡浓度为x mol·L-1时,H+浓度为 mol·L-1,此时反应Ⅰ正反应速率v= mol·L-1·h-1(用含Ka、x和k的代数式表示)。
(3)T2温度下,在密封石英管内完全充满1.0 mol·L-1 HCOOH水溶液,使HCOOH分解,分解产物均完全溶于水,含碳物种浓度与反应时间的变化关系如图所示(忽略碳元素的其他存在形式)。t1时刻测得CO、CO2的浓度分别为0.70 mol·L-1、0.16 mol·L-1;反应Ⅱ达平衡时,测得H2的浓度为y mol·L-1。体系达平衡后= (用含y的代数式表示,下同),反应Ⅱ的平衡常数为 。
相同条件下,若反应起始时溶液中同时还含有0.10 mol·L-1盐酸,则图示点a、b、c、d中,CO新的浓度峰值点可能是 (填标号)。与不含盐酸相比,CO达浓度峰值时,CO2浓度 (填“增大”“减小”或“不变”),的值 (填“增大”“减小”或“不变”)。
答案 (1)ΔH2-ΔH1
(2) kx
(3) a 减小 不变
18.(2023湖南,16,14分)聚苯乙烯是一类重要的高分子材料,可通过苯乙烯聚合制得。
Ⅰ.苯乙烯的制备
(1)已知下列反应的热化学方程式:
①C6H5C2H5(g)+O2(g) 8CO2(g)+5H2O(g) ΔH1=-4 386.9 kJ·mol-1
②C6H5CH CH2(g)+10O2(g) 8CO2(g)+4H2O(g) ΔH2=-4 263.1 kJ·mol-1
③H2(g)+O2(g) H2O(g) ΔH3=-241.8 kJ·mol-1
计算反应④C6H5C2H5(g) C6H5CH CH2(g)+H2(g)的ΔH4= kJ·mol-1;
(2)在某温度、100 kPa下,向反应器中充入1 mol气态乙苯发生反应④,其平衡转化率为50%,欲将平衡转化率提高至75%,需要向反应器中充入 mol水蒸气作为稀释气(计算时忽略副反应);
(3)在913 K、100 kPa下,以水蒸气作稀释气、Fe2O3作催化剂,乙苯除脱氢生成苯乙烯外,还会发生如下两个副反应:
⑤C6H5C2H5(g) C6H6(g)+CH2 CH2(g)
⑥C6H5C2H5(g)+H2(g) C6H5CH3(g)+CH4(g)
以上反应体系中,芳香烃产物苯乙烯、苯和甲苯的选择性S(S=×100%)随乙苯转化率的变化曲线如图所示,其中曲线b代表的产物是 ,理由是 ;
(4)关于本反应体系中催化剂Fe2O3的描述错误的是 ;
A.X射线衍射技术可测定Fe2O3晶体结构
B.Fe2O3可改变乙苯平衡转化率
C.Fe2O3降低了乙苯脱氢反应的活化能
D.改变Fe2O3颗粒大小不影响反应速率
Ⅱ.苯乙烯的聚合
苯乙烯聚合有多种方法,其中一种方法的关键步骤是某Cu(Ⅰ)的配合物促进C6H5CH2X(引发剂,X表示卤素)生成自由基C6H5H2,实现苯乙烯可控聚合。
(5)引发剂C6H5CH2Cl、C6H5CH2Br、C6H5CH2I中活性最高的是 ;
(6)室温下,①Cu+在配体L的水溶液中形成[Cu(L)2]+,其反应平衡常数为K;②CuBr在水中的溶度积常数为Ksp。由此可知,CuBr在配体L的水溶液中溶解反应的平衡常数为 (所有方程式中计量系数关系均为最简整数比)。
答案 (1)+118
(2)5
(3)甲苯 随着反应④进行,c(H2)增大,导致反应⑥速率加快,甲苯的选择性提高
(4)BD
(5)C6H5CH2I
(6)K·Ksp
19.(2023辽宁,18,14分)硫酸工业在国民经济中占有重要地位。
(1)我国古籍记载了硫酸的制备方法——“炼石胆(CuSO4·5H2O)取精华法”。借助现代仪器分析,该制备过程中CuSO4·5H2O分解的TG(热重)曲线及DSC曲线(反映体系热量变化情况,数值已省略)如下图所示。700 ℃左右有两个吸热峰,则此时分解生成的氧化物有SO2、 和 (填化学式)。
(2)铅室法使用了大容积铅室制备硫酸(76%以下),副产物为亚硝基硫酸,主要反应如下:
NO2+SO2+H2O NO+H2SO4
2NO+O2 2NO2
(ⅰ)上述过程中NO2的作用为 。
(ⅱ)为了适应化工生产的需求,铅室法最终被接触法所代替,其主要原因是 (答出两点即可)。
(3)接触法制硫酸的关键反应为SO2的催化氧化:SO2(g)+O2(g) SO3(g) ΔH=-98.9 kJ·mol-1
(ⅰ)为寻求固定投料比下不同反应阶段的最佳生产温度,绘制相应转化率(α)下反应速率(数值已略去)与温度的关系如下图所示,下列说法正确的是 。
a.温度越高,反应速率越大
b.α=0.88的曲线代表平衡转化率
c.α越大,反应速率最大值对应温度越低
d.可根据不同α下的最大速率,选择最佳生产温度
(ⅱ)为提高钒催化剂的综合性能,我国科学家对其进行了改良。不同催化剂下,温度和转化率关系如下图所示,催化性能最佳的是 (填标号)。
(ⅲ)设O2的平衡分压为p,SO2的平衡转化率为αe,用含p和αe的代数式表示上述催化氧化反应的Kp= (用平衡分压代替平衡浓度计算)。
答案 (1)CuO SO3
(2)(ⅰ)催化剂 (ⅱ)反应过程有NO、NO2参与,容易污染环境;制备的硫酸纯度不高,含有副产物亚硝基硫酸等合理答案
(3)(ⅰ)cd (ⅱ)d (ⅲ)
20.(2022广东,19,14分)铬及其化合物在催化、金属防腐等方面具有重要应用。
(1)催化剂Cr2O3可由(NH4)2Cr2O7加热分解制备,反应同时生成无污染气体。
①完成化学方程式:(NH4)2Cr2O7Cr2O3+ + 。
②Cr2O3催化丙烷脱氢过程中,部分反应历程如图1,X(g)→Y(g)过程的焓变为 (列式表示)。
图1
③Cr2O3可用于NH3的催化氧化。设计从NH3出发经过3步反应制备HNO3的路线 (用“→”表示含氮物质间的转化);其中一个有颜色变化的反应的化学方程式为 。
(2)K2Cr2O7溶液中存在多个平衡。本题条件下仅需考虑如下平衡:
(ⅰ)Cr2(aq)+H2O(l) 2HCr(aq) K1=3.0×10-2(25 ℃)
(ⅱ)HCr(aq) Cr(aq)+H+(aq) K2=3.3×10-7(25 ℃)
①下列有关K2Cr2O7溶液的说法正确的有 。
A.加入少量硫酸,溶液的pH不变
B.加入少量水稀释,溶液中离子总数增加
C.加入少量NaOH溶液,反应(ⅰ)的平衡逆向移动
D.加入少量K2Cr2O7固体,平衡时c2(HCr)与c(Cr2)的比值保持不变
②25 ℃时,0.10 mol·L-1 K2Cr2O7溶液中lg随pH的变化关系如图2。当pH=9.00时,设Cr2、HCr与Cr的平衡浓度分别为x、y、z mol·L-1,则x、y、z之间的关系式为 =0.10;计算溶液中HCr的平衡浓度(写出计算过程,结果保留两位有效数字)。
图2
③在稀溶液中,一种物质对光的吸收程度(A)与其所吸收光的波长(λ)有关;在一定波长范围内,最大A对应的波长(λmax)取决于物质的结构特征;浓度越高,A越大。混合溶液在某一波长的A是各组分吸收程度之和。为研究pH对反应(ⅰ)和(ⅱ)平衡的影响,配制浓度相同、pH不同的K2Cr2O7稀溶液,测得其A随λ的变化曲线如图3。波长λ1、λ2和λ3中,与Cr的λmax最接近的是 ;溶液pH从a变到b的过程中,的值 (填“增大”“减小”或“不变”)。
图3
答案 (1)①N2↑ 4H2O ②E1-E2+ΔH+E3-E4
③NH3 NO NO2 HNO3 2NO+O2 2NO2或3NO2+H2O 2HNO3+NO,4NO2+O2+2H2O 4HNO3
(2)①BD ②x+y+z 当pH=9.00时,溶液中c(H+)=10-9 mol·L-1,K1==3.0×10-2=,K2==3.3×10-7=,K1·K2===3.0×10-2×3.3×10-7=9.9×10-9,=9.9,故=0.10。根据图像,pH=9.00时,lg=lg=4.2,=104.2,结合=0.10,可得y=9.9×10-4.2,即HCr的平衡浓度为9.9×10-4.2 mol·L-1 ③λ3 增大
21.(2022海南,16,10分)某空间站的生命保障系统功能之一是实现氧循环。其中涉及反应:
CO2(g)+4H2(g) 2H2O(g)+CH4(g)
回答问题:
(1)已知:电解液态水制备1 mol O2(g),电解反应的ΔH=+572 kJ·mol-1。由此计算H2(g)的燃烧热(焓)ΔH= kJ·mol-1。
(2)已知:CO2(g)+4H2(g) 2H2O(g)+CH4(g)的平衡常数(K)与反应温度(t)之间的关系如图1所示。
图1
①若反应为基元反应,且反应的ΔH与活化能(Ea)的关系为|ΔH|>Ea。补充完成该反应过程的能量变化示意图(图2)。
图2
②某研究小组模拟该反应。温度t下,向容积为10 L的抽空的密闭容器中通入0.1 mol CO2和0.4 mol H2,反应平衡后测得容器中n(CH4)=0.05 mol。则CO2的转化率为 ,反应温度t约为 ℃。
(3)在相同条件下,CO2(g)与H2(g)还会发生不利于氧循环的副反应:
CO2(g)+3H2(g) H2O(g)+CH3OH(g)
在反应器中按n(CO2)∶n(H2)=1∶4通入反应物,在不同温度、不同催化剂条件下,反应进行到2 min时,测得反应器中CH3OH、CH4浓度(μmol·L-1)如下表所示。
催化剂 t=350 ℃ t=400 ℃
c(CH3OH) c(CH4) c(CH3OH) c(CH4)
催化剂Ⅰ 10.8 12 722 345.2 42 780
催化剂Ⅱ 9.2 10 775 34 38 932
在选择使用催化剂Ⅰ和350 ℃条件下反应,0~2 min生成CH3OH的平均反应速率为 μmol·L-1·min-1;若某空间站的生命保障系统实际选择使用催化剂Ⅱ和400 ℃的反应条件,原因是 。
答案 (1)-286
(2)①
②50% 660.2(或660.1或660.3,其他合理答案也可)
(3)5.4 相同催化剂,400 ℃的反应速率更快;相同温度,催化剂Ⅱ副产物浓度低,甲烷的比例高
22.(2022河北,16,14分)氢能是极具发展潜力的清洁能源,以氢燃料为代表的燃料电池有良好的应用前景。
(1)298 K时,1 g H2燃烧生成H2O(g)放热121 kJ,1 mol H2O(l)蒸发吸热44 kJ。表示H2燃烧热的热化学方程式为 。
(2)工业上常用甲烷水蒸气重整制备氢气,体系中发生如下反应:
Ⅰ CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)
Ⅱ CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)
①下列操作中,能提高CH4(g)平衡转化率的是 (填标号)。
A.增加CH4(g)用量
B.恒温恒压下通入惰性气体
C.移除CO(g)
D.加入催化剂
②恒温恒压条件下,1 mol CH4(g)和1 mol H2O(g)反应达平衡时,CH4(g)的转化率为α,CO2(g)的物质的量为b mol,则反应Ⅰ的平衡常数Kx= [写出含有α、b的计算式;对于反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g),Kx=,x为物质的量分数]。其他条件不变,H2O(g)起始量增加到5 mol,达平衡时α=0.90,b=0.65,平衡体系中H2(g)的物质的量分数为 (结果保留两位有效数字)。
(3)氢氧燃料电池中氢气在 (填“正”或“负”)极发生反应。
(4)在允许O2-自由迁移的固体电解质燃料电池中,CnH2n+2放电的电极反应式为 。
(5)甲醇燃料电池中,吸附在催化剂表面的甲醇分子逐步脱氢得到CO,四步可能脱氢产物及其相对能量如图,则最可行途径为a→ (用b~j等代号表示)。
答案 (1)H2(g)+O2(g) H2O(l) ΔH=-286 kJ·mol-1
(2)①BC ② 0.43
(3)负
(4)CnH2n+2-(6n+2)e-+(3n+1)O2- nCO2+(n+1)H2O
(5)b→e→f→i
23.(2022湖南,16,13分)2021年我国制氢量位居世界第一,煤的气化是一种重要的制氢途径。回答下列问题:
(1)在一定温度下,向体积固定的密闭容器中加入足量的C(s)和1 mol H2O(g),起始压强为0.2 MPa时,发生下列反应生成水煤气:
Ⅰ.C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g) ΔH1=+131.4 kJ·mol-1
Ⅱ.CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) ΔH2=-41.1 kJ·mol-1
①下列说法正确的是 :
A.平衡时向容器中充入惰性气体,反应Ⅰ的平衡逆向移动
B.混合气体的密度保持不变时,说明反应体系已达到平衡
C.平衡时H2的体积分数可能大于
D.将炭块粉碎,可加快反应速率
②反应平衡时,H2O(g)的转化率为50%,CO的物质的量为0.1 mol。此时,整个体系 (填“吸收”或“放出”)热量 kJ,反应Ⅰ的平衡常数Kp= (以分压表示,分压=总压×物质的量分数)。
(2)一种脱除和利用水煤气中CO2方法的示意图如下:
①某温度下,吸收塔中K2CO3溶液吸收一定量的CO2后,c(C)∶c(HC)=1∶2,则该溶液的pH= (该温度下H2CO3的=4.6×10-7,=5.0×10-11);
②再生塔中产生CO2的离子方程式为 ;
③利用电化学原理,将CO2电催化还原为C2H4,阴极反应式为 。
答案 (1)①BD ②吸收 31.2 0.02
(2)①10 ②2HC C+CO2↑+H2O
③2CO2+12e-+12H+ C2H4+4H2O
24.(2022全国甲,28,14分)金属钛(Ti)在航空航天、医疗器械等工业领域有着重要用途。目前生产钛的方法之一是将金红石(TiO2)转化为TiCl4,再进一步还原得到钛。回答下列问题:
(1) TiO2转化为TiCl4有直接氯化法和碳氯化法。在1 000 ℃时反应的热化学方程式及其平衡常数如下:
(ⅰ)直接氯化:
TiO2(s)+2Cl2(g) TiCl4(g)+O2(g) ΔH1=172 kJ·mol-1,=1.0×10-2
(ⅱ)碳氯化:
TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s) TiCl4(g)+2CO(g)
ΔH2=-51 kJ·mol-1,=1.2×1012 Pa
①反应2C(s)+O2(g) 2CO(g)的ΔH为 kJ·mol-1,Kp= Pa。
②碳氯化的反应趋势远大于直接氯化,其原因是 。
③对于碳氯化反应:增大压强,平衡 移动(填“向左”“向右”或“不”);温度升高,平衡转化率 (填“变大”“变小”或“不变”)。
(2)在1.0×105 Pa,将TiO2、C、Cl2以物质的量比1∶2.2∶2进行反应。体系中气体平衡组成比例(物质的量分数)随温度变化的理论计算结果如图所示。
①反应C(s)+CO2(g) 2CO(g)的平衡常数Kp(1 400 ℃)= Pa。
②图中显示,在200 ℃平衡时TiO2几乎完全转化为TiCl4,但实际生产中反应温度却远高于此温度,其原因是 。
(3)TiO2碳氯化是一个“气—固—固”反应,有利于TiO2-C“固—固”接触的措施是 。
答案 (1)①-223 1.2×1014 ②碳氯化反应熵增、放热且平衡常数远大于105 Pa ③向左 变小
(2)①7.2×105 ②为了提高反应速率,在相同时间内得到更多的TiCl4产品,提高效益
(3)搅拌或研磨固体成粉
25.(2022全国乙,28,14分)油气开采、石油化工、煤化工等行业废气普遍含有的硫化氢,需要回收处理并加以利用。回答下列问题:
(1)已知下列反应的热化学方程式:
①2H2S(g)+3O2(g) 2SO2(g)+2H2O(g) ΔH1=-1 036 kJ·mol-1
②4H2S(g)+2SO2(g) 3S2(g)+4H2O(g) ΔH2=94 kJ·mol-1
③2H2(g)+O2(g) 2H2O(g) ΔH3=-484 kJ·mol-1
计算H2S热分解反应④2H2S(g) S2(g)+2H2(g)的ΔH4= kJ·mol-1。
(2)较普遍采用的H2S处理方法是克劳斯工艺,即利用反应①和②生成单质硫。另一种方法是,利用反应④高温热分解H2S。相比克劳斯工艺,高温热分解方法的优点是 ,缺点是 。
(3)在1 470 K、100 kPa反应条件下,将n(H2S)∶n(Ar)=1∶4的混合气进行H2S热分解反应。平衡时混合气中H2S与H2的分压相等,H2S平衡转化率为 ,平衡常数Kp= kPa。
(4)在1 373 K、100 kPa反应条件下,对于n(H2S)∶n(Ar)分别为4∶1、1∶1、1∶4、1∶9、1∶19的H2S-Ar混合气,热分解反应过程中H2S转化率随时间的变化如下图所示。
①n(H2S)∶n(Ar)越小,H2S平衡转化率 ,理由是 。
②n(H2S)∶n(Ar)=1∶9对应图中曲线 ,计算其在0~0.1 s之间,H2S分压的平均变化率为 kPa·s-1。
答案 (1)+170
(2)高温热分解能够获得H2,H2可作燃料,且副产物少 能耗高
(3)50% 4.76
(4)①越高(或越大) H2S的热分解反应为气体分子数增大的反应,恒压条件下,不断充入Ar,导致H2S的分压降低,相当于减压,平衡正向移动,H2S的平衡转化率升高 ②d 24.9
26.(2022山东,20,11分)利用γ-丁内酯(BL)制备1,4-丁二醇(BD),反应过程中伴有生成四氢呋喃(THF)和1-丁醇(BuOH)的副反应,涉及反应如下:
已知:①反应Ⅰ为快速平衡,可认为不受慢反应Ⅱ、Ⅲ的影响;②因反应Ⅰ在高压H2氛围下进行,故H2压强近似等于总压。回答下列问题:
(1)以5.0×10-3 mol BL或BD为初始原料,在493 K、3.0×103 kPa的高压H2氛围下,分别在恒压容器中进行反应。达平衡时,以BL为原料,体系向环境放热X kJ;以BD为原料,体系从环境吸热Y kJ。忽略副反应热效应,反应Ⅰ焓变ΔH(493 K,3.0×103 kPa)= kJ·mol-1。
(2)初始条件同上。xi表示某物种i的物质的量与除H2外其他各物种总物质的量之比,xBL和xBD随时间t变化关系如图甲所示。实验测得X图甲
(3)(xBD/xBL)max为达平衡时xBD与xBL的比值。(493 K,2.5×103 kPa)、(493 K,3.5×103 kPa)、(513 K,2.5×103 kPa)三种条件下,以5.0×10-3mol BL为初始原料,在相同体积的刚性容器中发生反应,随时间t变化关系如图乙所示。因反应在高压H2氛围下进行,可忽略压强对反应速率的影响。曲线a、b、c中,(xBD/xBL)max最大的是 (填代号);与曲线b相比,曲线c达到=1.0所需时间更长,原因是 。
图乙
答案 (1)-200(X+Y)
(2)ac 8.3×10-8 0.08 39%
(3)c 由于b和c代表的温度相同,而压强对反应速率的影响可忽略,压强增大反应Ⅱ、Ⅲ均是逆向进行,(xBD/xBL)max增大,故=1.0所需时间更长
27. （2022浙江1月选考，29，10分)工业上,以煤炭为原料,通入一定比例的空气和水蒸气,经过系列反应可以得到满足不同需求的原料气。
请回答:
(1)在C和O2的反应体系中:
反应1 C(s)+O2(g) CO2(g) ΔH1=-394 kJ·mol-1
反应2 2CO(g)+O2(g) 2CO2(g) ΔH2=-566 kJ·mol-1
反应3 2C(s)+O2(g) 2CO(g) ΔH3
①设y=ΔH-TΔS,反应1、2和3的y随温度T的变化关系如图1所示。图中对应于反应3的线条是 。
图1
②一定压强下,随着温度的升高,气体中CO与CO2的物质的量之比 。
A.不变 B.增大 C.减小 D.无法判断
(2)水煤气反应:C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) ΔH=131 kJ·mol-1。
工业生产水煤气时,通常交替通入合适量的空气和水蒸气与煤炭反应,其理由是 。
(3)一氧化碳变换反应:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH=-41 kJ·mol-1。
①一定温度下,反应后测得各组分的平衡压强(即组分的物质的量分数×总压):p(CO)=0.25 MPa、p(H2O)=0.25 MPa、p(CO2)=0.75 MPa和p(H2)=0.75 MPa,则反应的平衡常数K的数值为 。
②维持与题①相同的温度和总压,提高水蒸气的比例,使CO的平衡转化率提高到90%,则原料气中水蒸气和CO的物质的量之比为 。
③生产过程中,为了提高变换反应的速率,下列措施中合适的是 。
A.反应温度愈高愈好 B.适当提高反应物压强
C.选择合适的催化剂 D.通入一定量的氮气
④以固体催化剂M催化变换反应,若水蒸气分子首先被催化剂的活性表面吸附而解离,能量—反应过程如图2所示。
图2
用两个化学方程式表示该催化反应历程(反应机理):步骤Ⅰ: ;步骤Ⅱ: 。
答案 (1)①a ②B
(2)水蒸气与煤炭反应吸热,氧气与煤炭反应放热,交替通入空气和水蒸气有利于维持体系热量平衡,保持较高温度,有利于加快化学反应速率
(3)①9.0 ②1.8∶1 ③BC
④M+H2O MO+H2 MO+CO M+CO2
28.(2022浙江6月选考,29,10分)主要成分为H2S的工业废气的回收利用有重要意义。
(1)回收单质硫。将三分之一的H2S燃烧,产生的SO2与其余H2S混合后反应:
2H2S(g)+SO2(g) S8(s)+2H2O(g)
在某温度下达到平衡,测得密闭系统中各组分浓度分别为c(H2S)=2.0×10-5 mol·L-1、c(SO2)=5.0×10-5 mol·L-1、c(H2O)=4.0×10-3 mol·L-1,计算该温度下的平衡常数K= 。
(2)热解H2S制H2。根据文献,将H2S和CH4的混合气体导入石英管反应器热解(一边进料,另一边出料),发生如下反应:
Ⅰ 2H2S(g) 2H2(g)+S2(g) ΔH1=170 kJ·mol-1
Ⅱ CH4(g)+S2(g) CS2(g)+2H2(g) ΔH2=64 kJ·mol-1
总反应:
Ⅲ 2H2S(g)+CH4(g) CS2(g)+4H2(g)
投料按体积之比V(H2S)∶V(CH4)=2∶1,并用N2稀释;常压、不同温度下反应相同时间后,测得H2和CS2体积分数如下表:
温度/℃ 950 1 000 1 050 1 100 1 150
H2/(V%) 0.5 1.5 3.6 5.5 8.5
CS2/(V%) 0.0 0.0 0.1 0.4 1.8
请回答:
①反应Ⅲ能自发进行的条件是 。
②下列说法正确的是 。
A.其他条件不变时,用Ar替代N2作稀释气体,对实验结果几乎无影响
B.其他条件不变时,温度越高,H2S的转化率越高
C.由实验数据推出H2S中的键强于CH4中的键
D.恒温恒压下,增加N2的体积分数,H2的浓度升高
③若将反应Ⅲ看成由反应Ⅰ和反应Ⅱ两步进行,画出由反应原料经两步生成产物的反应过程能量示意图。
④在1 000 ℃、常压下,保持通入的H2S体积分数不变,提高投料比[V(H2S)∶V(CH4)],H2S的转化率不变,原因是 。
⑤在950 ℃~1 150 ℃范围内(其他条件不变),S2(g)的体积分数随温度升高发生变化,写出该变化规律并分析原因 。
答案 (1)8.0×108 L·mol-1
(2)①高温 ②AB
③
④1 000 ℃时CH4不参与反应,相同分压的H2S经历相同的时间转化率相同
⑤先升后降。在低温段,以反应Ⅰ为主,随温度升高,S2(g)的体积分数增大;在高温段,随温度升高,反应Ⅱ消耗S2的速率大于反应Ⅰ生成S2的速率,S2(g)的体积分数减小
29.(2020天津,16,14分)利用太阳能光解水,制备的H2用于还原CO2合成有机物,可实现资源的再利用。回答下列问题:
Ⅰ.半导体光催化剂浸入水或电解质溶液中,光照时可在其表面得到产物
(1)上图为该催化剂在水中发生光催化反应的原理示意图。光解水能量转化形式为 。
(2)若将该催化剂置于Na2SO3溶液中,产物之一为S,另一产物为 。若将该催化剂置于AgNO3溶液中,产物之一为O2,写出生成另一产物的离子反应式 。
Ⅱ.用H2还原CO2可以在一定条件下合成CH3OH(不考虑副反应)
CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH<0
(3)某温度下,恒容密闭容器中,CO2和H2的起始浓度分别为a mol·L-1和3a mol·L-1,反应平衡时,CH3OH的产率为b,该温度下反应平衡常数的值为 。
(4)恒压下,CO2和H2的起始物质的量比为1∶3时,该反应在无分子筛膜时甲醇的平衡产率和有分子筛膜时甲醇的产率随温度的变化如下图所示,其中分子筛膜能选择性分离出H2O。
①甲醇平衡产率随温度升高而降低的原因为 。
②P点甲醇产率高于T点的原因为 。
③根据上图,在此条件下采用该分子筛膜时的最佳反应温度为 ℃。
Ⅲ.调节溶液pH可实现工业废气CO2的捕获和释放
(5)C的空间构型为 。已知25 ℃碳酸电离常数为、,当溶液pH=12时,c(H2CO3)∶c(HC)∶c(C)=1∶ ∶ 。
答案 (1)光能转化为化学能
(2)H2 Ag++e-Ag
(3)
(4)①该反应为放热反应,温度升高,平衡逆向移动(或平衡常数减小)
②分子筛膜从反应体系中不断分离出H2O,有利于反应正向进行,甲醇产率升高 ③210
(5)平面(正)三角形 1012· 1024··
30.(2019天津理综,10,14分)多晶硅是制作光伏电池的关键材料。以下是由粗硅制备多晶硅的简易过程。
回答下列问题:
Ⅰ.硅粉与HCl在300 ℃时反应生成1 mol SiHCl3气体和H2,放出225 kJ热量,该反应的热化学方程式为 。SiHCl3的电子式为 。
Ⅱ.将SiCl4氢化为SiHCl3有三种方法,对应的反应依次为:
①SiCl4(g)+H2(g) SiHCl3(g)+HCl(g) ΔH1>0
②3SiCl4(g)+2H2(g)+Si(s) 4SiHCl3(g) ΔH2<0
③2SiCl4(g)+H2(g)+Si(s)+HCl(g) 3SiHCl3(g) ΔH3
(1)氢化过程中所需的高纯度H2可用惰性电极电解KOH溶液制备,写出产生H2的电极名称 (填“阳极”或“阴极”),该电极反应方程式为 。
(2)已知体系自由能变ΔG=ΔH-TΔS,ΔG<0时反应自发进行。三个氢化反应的ΔG与温度的关系如图1所示,可知:反应①能自发进行的最低温度是 ;相同温度下,反应②比反应①的ΔG小,主要原因是 。
(3)不同温度下反应②中SiCl4转化率如图2所示。下列叙述正确的是 (填序号)。
a.B点:v正>v逆
b.v正:A点>E点
c.反应适宜温度:480~520 ℃
(4)反应③的ΔH3= (用ΔH1,ΔH2表示)。温度升高,反应③的平衡常数K (填“增大”“减小”或“不变”)。
(5)由粗硅制备多晶硅过程中循环使用的物质除SiCl4、SiHCl3和Si外,还有 (填分子式)。
答案 Ⅰ.Si(s)+3HCl(g) SiHCl3(g)+H2(g)
ΔH=-225 kJ·mol-1
Ⅱ.(1)阴极 2H2O+2e- H2↑+2OH-或2H++2e- H2↑
(2)1 000 ℃ ΔH2<ΔH1导致反应②的ΔG小
(3)a、c
(4)ΔH2-ΔH1 减小
(5)HCl、H2
31.(2018课标Ⅱ,27,14分)CH4-CO2催化重整不仅可以得到合成气(CO和H2),还对温室气体的减排具有重要意义。回答下列问题:
(1)CH4-CO2催化重整反应为:CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)。
已知:C(s)+2H2(g) CH4(g) ΔH=-75 kJ·mol-1
C(s)+O2(g) CO2(g) ΔH=-394 kJ·mol-1
C(s)+O2(g) CO(g) ΔH=-111 kJ·mol-1
该催化重整反应的ΔH= kJ·mol-1。有利于提高CH4平衡转化率的条件是 (填标号)。
A.高温低压 B.低温高压 C.高温高压 D.低温低压
某温度下,在体积为2 L的容器中加入2 mol CH4、1 mol CO2以及催化剂进行重整反应,达到平衡时CO2的转化率是50%,其平衡常数为 mol2·L-2。
(2)反应中催化剂活性会因积碳反应而降低,同时存在的消碳反应则使积碳量减少。相关数据如下表:
积碳反应CH4(g) C(s)+2H2(g) 消碳反应CO2(g)+C(s)2CO(g)
ΔH/(kJ·mol-1) 75 172
活化能/ (kJ·mol-1) 催化剂X 33 91
催化剂Y 43 72
①由上表判断,催化剂X Y(填“优于”或“劣于”),理由是 。在反应进料气组成、压强及反应时间相同的情况下,某催化剂表面的积碳量随温度的变化关系如下图所示。升高温度时,下列关于积碳反应、消碳反应的平衡常数(K)和速率(v)的叙述正确的是 (填标号)。
A.K积、K消均增加
B.v积减小、v消增加
C.K积减小、K消增加
D.v消增加的倍数比v积增加的倍数大
②在一定温度下,测得某催化剂上沉积碳的生成速率方程为v=k·p(CH4)·[p(CO2)]-0.5(k为速率常数)。在p(CH4)一定时,不同p(CO2)下积碳量随时间的变化趋势如下图所示,则pa(CO2)、pb(CO2)、pc(CO2)从大到小的顺序为 。
答案 (1)247 A
(2)①劣于 相对于催化剂X,催化剂Y积碳反应的活化能大,积碳反应的速率小;而消碳反应活化能相对小,消碳反应速率大 AD
②pc(CO2)、pb(CO2)、pa(CO2)
32.(2018海南单科,16,9分)过氧化氢(H2O2)是重要的化工产品,广泛应用于绿色化学合成、医疗消毒等领域。回答下列问题:
(1)已知:
H2(g)+O2(g) H2O(l) ΔH1=-286 kJ·mol-1
H2(g)+O2(g) H2O2(l) ΔH2=-188 kJ·mol-1
过氧化氢分解反应2H2O2(l)2H2O(l)+O2(g)的ΔH= kJ·mol-1。不同温度下过氧化氢分解反应的平衡常数K313 K K298 K(填“大于”“小于”或“等于”)。
(2)100 ℃时,在不同金属离子存在下,纯过氧化氢24 h的分解率见下表:
离子 加入量/(mg·L-1) 分解率/% 离子 加入量/(mg·L-1) 分解率/%
无 — 2 Fe3+ 1.0 15
Al3+ 10 2 Cu2+ 0.1 86
Zn2+ 10 10 Cr3+ 0.1 96
由上表数据可知,能使过氧化氢分解反应活化能降低最多的离子是 。贮运过氧化氢时,可选用的容器材质为 (填标号)。
A.不锈钢 B.纯铝 C.黄铜 D.铸铁
(3)过氧化氢的=2.24×10-12,H2O2的酸性 H2O(填“大于”“小于”或“等于”)。研究表明,过氧化氢溶液中H的浓度越大,过氧化氢的分解速率越快。常温下,不同浓度的过氧化氢分解率与pH的关系如图所示。一定浓度的过氧化氢,pH增大分解率增大的原因是 ;相同pH下,过氧化氢浓度越大分解率越低的原因是 。
答案 (1)-196 小于
(2)Cr3+ B
(3)大于 pH升高,H的浓度增大,分解速率加快 过氧化氢浓度越高,其电离程度越低,分解率越小
33.(2018浙江4月选考,30,10分)(一)以四甲基氯化铵[(CH3)4NCl]水溶液为原料,通过电解法可以制备四甲基氢氧化铵[(CH3)4NOH],装置如图1所示。
图1
(1)收集到(CH3)4NOH的区域是 (填 “a”“b”“ c”或“d”)。
(2)写出电池总反应 。
(二)乙酸乙酯一般通过乙酸和乙醇酯化合成:
CH3COOH(l)+C2H5OH(l)CH3COOC2H5(l)+H2O(l) ΔH=-2.7 kJ·mol-1
已知纯物质和相关恒沸混合物的常压沸点如下表:
纯物质 沸点/℃ 恒沸混合物(质量分数) 沸点/℃
乙醇 78.3 乙酸乙酯(0.92)+水(0.08) 70.4
乙酸 117.9 乙酸乙酯(0.69)+乙醇(0.31) 71.8
乙酸乙酯 77.1 乙酸乙酯(0.83)+乙醇(0.08)+水(0.09) 70.2
请完成:
(1)关于该反应,下列说法不合理的是 。
A.反应体系中硫酸有催化作用
B.因为化学方程式前后物质的化学计量数之和相等,所以反应的ΔS等于零
C.因为反应的ΔH接近于零,所以温度变化对平衡转化率的影响大
D.因为反应前后都是液态物质,所以压强变化对化学平衡的影响可忽略不计
(2)一定温度下该反应的平衡常数K=4.0。若按化学方程式中乙酸和乙醇的化学计量数比例投料,则乙酸乙酯的平衡产率y= ;若乙酸和乙醇的物质的量之比为n∶1,相应平衡体系中乙酸乙酯的物质的量分数为x,请在图2中绘制x随n变化的示意图(计算时不计副反应)。
图2
(3)工业上多采用乙酸过量的方法,将合成塔中乙酸、乙醇和硫酸混合液加热至110 ℃左右发生酯化反应并回流,直到塔顶温度达到70~71 ℃,开始从塔顶出料,控制乙酸过量的作用有
考点1 化学反应速率
1.(2025黑、吉、辽、蒙,14,3分)一定条件下,“Br-S-[Fe(CN)6]4--H+”4种原料按固定流速不断注入连续流动反应器中,体系pH-t振荡图像及涉及反应如下。其中AB段发生反应①~④,①②为快速反应。下列说法错误的是( )
① S+H+ HS
② HS+H+ H2SO3
③ 3HS+Br 3S+Br-+3H+
④ H2SO3+Br
⑤ Br+6H++6[Fe(CN)6]4- Br-+6[Fe(CN)6]3-+3H2O
A.原料中c(H+)不影响振幅和周期
B.反应④:3H2SO3+Br 3S+Br-+6H+
C.反应①~④中,H+对S的氧化起催化作用
D.利用pH响应变色材料,可将pH振荡可视化
答案 A
2.(2025安徽,11,3分)恒温恒压密闭容器中,t=0时加入A(g),各组分物质的量分数x随反应时间t变化的曲线如图(反应速率v=kx,k为反应速率常数)。
下列说法错误的是( )
A.该条件下=
B.0~t1时间段,生成M和N的平均反应速率相等
C.若加入催化剂,k1增大,k2不变,则x1和xM,平衡均变大
D.若A(g)→M(g)和A(g)→N(g)均为放热反应,升高温度,则xA,平衡变大
答案 C
3.(2024黑、吉、辽,10,3分)异山梨醇是一种由生物质制备的高附加值化学品,150 ℃时其制备过程及相关物质浓度随时间变化如图所示,15 h后异山梨醇浓度不再变化。下列说法错误的是( )
A.3 h时,反应②正、逆反应速率相等
B.该温度下的平衡常数:①>②
C.0~3 h平均速率v(异山梨醇)=0.014 mol·kg-1·h-1
D.反应②加入催化剂不改变其平衡转化率
答案 A
4.(2024安徽,12,3分)室温下,为探究纳米铁去除水样中Se的影响因素,测得不同条件下Se浓度随时间变化关系如下图。
实验序号 水样体积/mL 纳米铁质量/mg 水样初始pH
① 50 8 6
② 50 2 6
③ 50 2 8
下列说法正确的是( )
A.实验①中,0~2小时内平均反应速率v(Se)=2.0 mol·L-1·h-1
B.实验③中,反应的离子方程式为2Fe+Se+8H+ 2Fe3++Se+4H2O
C.其他条件相同时,适当增加纳米铁质量可加快反应速率
D.其他条件相同时,水样初始pH越小,Se的去除效果越好
答案 C
5.(2024江苏,13,3分)二氧化碳加氢制甲醇过程中的主要反应(忽略其他副反应):
①CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH1=41.2kJ·mol-1
②CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH2
225℃、8×106Pa下,将一定比例CO2、H2混合气匀速通过装有催化剂的绝热反应管。装置及L1、L2、L3…位点处(相邻位点距离相同)的气体温度、CO和CH3OH的体积分数如图所示。下列说法正确的是( )
A.L4处与L8处反应①的平衡常数K相等
B.反应②的焓变ΔH2>0
C.L9处的H2O的体积分数大于L5处
D.混合气从起始到通过L1处,CO的生成速率小于CH3OH的生成速率
答案 C
6.(2022北京,14,3分)CO2捕获和转化可减少CO2排放并实现资源利用,原理如图1所示。反应①完成之后,以N2为载气,将恒定组成的N2、CH4混合气,以恒定流速通入反应器,单位时间流出气体各组分的物质的量随反应时间变化如图2所示。反应过程中始终未检测到CO2,在催化剂上检测到有积炭。下列说法不正确的是 ( )
图1 图2
A.反应①为CaO+CO2 CaCO3;反应②为CaCO3+CH4 CaO+2CO+2H2
B.t1~t3,n(H2)比n(CO)多,且生成H2的速率不变,推测有副反应CH4 C+2H2
C.t2时刻,副反应生成H2的速率大于反应②生成H2的速率
D.t3之后,生成CO的速率为0,是因为反应②不再发生
答案 C
7.(2022广东,15,4分)在相同条件下研究催化剂Ⅰ、Ⅱ对反应X→2Y的影响,各物质浓度c随反应时间t的部分变化曲线如图,则 ( )
A.无催化剂时,反应不能进行
B.与催化剂Ⅰ相比,Ⅱ使反应活化能更低
C.a曲线表示使用催化剂Ⅱ时X的浓度随t的变化
D.使用催化剂Ⅰ时,0~2 min内,v(X)=1.0 mol·L-1·min-1
答案 D
8.(2022河北,13,4分)(双选)恒温恒容条件下,向密闭容器中加入一定量X,发生反应的方程式为①X Y;②Y Z。反应①的速率v1=k1c(X),反应②的速率v2=k2c(Y),式中k1、k2为速率常数。图a为该体系中X、Y、Z浓度随时间变化的曲线,图b为反应①和②的lnk~曲线。下列说法错误的是 ( )
A.随c(X)的减小,反应①、②的速率均降低
B.体系中v(X)=v(Y)+v(Z)
C.欲提高Y的产率,需提高反应温度且控制反应时间
D.温度低于T1时,总反应速率由反应②决定
答案 AB
9.(2022湖南,6,3分)甲基丙烯酸甲酯是合成有机玻璃的单体。
旧法合成的反应:(CH3)2CO+HCN (CH3)2C(OH)CN
(CH3)2C(OH)CN+CH3OH+H2SO4 CH2 C(CH3)COOCH3+NH4HSO4
新法合成的反应:+CO+CH3OH CH2 C(CH3)COOCH3
下列说法错误的是(阿伏加德罗常数的值为NA) ( )
A.HCN的电子式为H∶C N∶
B.新法没有副产物产生,原子利用率高
C.1 L 0.05 mol·L-1的NH4HSO4溶液中N的微粒数小于0.05NA
D.Pd的作用是降低反应的活化能,使活化分子数目增多,百分数不变
答案 D
10.(2022浙江1月选考,19,2分)在恒温恒容条件下,发生反应A(s)+2B(g)3X(g),c(B)随时间的变化如图中曲线甲所示。下列说法不正确的是 ( )
A.从a、c两点坐标可求得从a到c时间间隔内该化学反应的平均速率
B.从b点切线的斜率可求得该化学反应在反应开始时的瞬时速率
C.在不同时刻都存在关系:2v(B)=3v(X)
D.维持温度、容积、反应物起始的量不变,向反应体系中加入催化剂,c(B)随时间变化关系如图中曲线乙所示
答案 C
11.(2022浙江6月选考,20,2分)恒温恒容的密闭容器中,在某催化剂表面上发生氨的分解反应:2NH3(g) N2(g)+3H2(g)。测得不同起始浓度和催化剂表面积下氨浓度随时间的变化,如下表所示。下列说法不正确的是 ( )
A.实验①,0~20 min,v(N2)=1.00×10-5 mol·L-1·min-1
B.实验②,60 min时处于平衡状态,x≠0.40
C.相同条件下,增加氨气的浓度,反应速率增大
D.相同条件下,增加催化剂的表面积,反应速率增大
答案 C
12.(2019浙江4月选考,22,2分)高温高压液态水具有接近常温下弱酸的c(H+)或弱碱的c(OH-),油脂在其中能以较快的反应速率水解。与常温常压水相比,下列说法不正确的是( )
A.高温高压液态水中,体系温度升高,油脂水解反应速率加快
B.高温高压液态水中,油脂与水的互溶能力增强,油脂水解反应速率加快
C.高温高压液态水中,c(H+)增大,可催化油脂水解反应,且产生的酸进一步催化水解
D.高温高压液态水中的油脂水解,相当于常温下在体系中加入了相同c(H+)的酸或相同c(OH-)的碱的水解
答案 D
13.(2018浙江4月选考,22,2分)某工业流程中,进入反应塔的混合气体中NO和O2的物质的量分数分别为0.10和0.06,发生化学反应2NO(g)+O2(g) 2NO2(g),在其他条件相同时,测得实验数据如下表:
压强/(×105 Pa) 温度/℃ NO达到所列转化率需要时间/s
50% 90% 98%
1.0 30 12 250 2 830
90 25 510 5 760
8.0 30 0.2 3.9 36
90 0.6 7.9 74
根据表中数据,下列说法正确的是( )
A.升高温度,反应速率加快
B.增大压强,反应速率变慢
C.在1.0×105 Pa、90 ℃条件下,当转化率为98%时反应已达平衡
D.若进入反应塔的混合气体为a mol,反应速率以v=Δn/Δt表示,则在8.0×105 Pa、30 ℃条件下,转化率从50%增至90%时段NO的反应速率为4a/370 mol·s-1
答案 D
14.(2015福建理综,12,6分)在不同浓度(c)、温度(T)条件下,蔗糖水解的瞬时速率(v)如下表。下列判断不正确的是( )
T/K v/mmol·L-1·min-1 c/mol·L-1 0.600 0.500 0.400 0.300
318.2 3.60 3.00 2.40 1.80
328.2 9.00 7.50 a 4.50
b 2.16 1.80 1.44 1.08
A.a=6.00
B.同时改变反应温度和蔗糖的浓度,v可能不变
C.b<318.2
D.不同温度时,蔗糖浓度减少一半所需的时间相同
答案 D
15.(2015上海单科,20,4分)对于合成氨反应,达到平衡后,以下分析正确的是( )
A.升高温度,对正反应的反应速率影响更大
B.增大压强,对正反应的反应速率影响更大
C.减小反应物浓度,对逆反应的反应速率影响更大
D.加入催化剂,对逆反应的反应速率影响更大
答案 B
16.(2014课标Ⅰ,9,6分)已知分解1 mol H2O2放出热量98 kJ。在含少量I-的溶液中,H2O2分解的机理为:
H2O2+I- H2O+IO- 慢
H2O2+IO- H2O+O2+I- 快
下列有关该反应的说法正确的是( )
A.反应速率与I-浓度有关
B.IO-也是该反应的催化剂
C.反应活化能等于98 kJ·mol-1
D.v(H2O2)=v(H2O)=v(O2)
答案 A
17.(2014北京理综,12,6分)一定温度下,10 mL 0.40 mol/L H2O2溶液发生催化分解。不同时刻测得生成O2的体积(已折算为标准状况)如下表。
t/min 0 2 4 6 8 10
V(O2)/mL 0.0 9.9 17.2 22.4 26.5 29.9
下列叙述的是(溶液体积变化忽略不计)( )
A.0~6 min的平均反应速率:v(H2O2)≈3.3×10-2 mol/(L·min)
B.6~10 min的平均反应速率:v(H2O2)<3.3×10-2 mol/(L·min)
C.反应至6 min时,c(H2O2)=0.30 mol/L
D.反应至6 min时,H2O2分解了50%
答案 C
18.(2014重庆理综,7,6分)在恒容密闭容器中通入X并发生反应:2X(g) Y(g),温度T1、T2下X的物质的量浓度c(X)随时间t变化的曲线如图所示,下列叙述正确的是( )
A.该反应进行到M点放出的热量大于进行到W点放出的热量
B.T2下,在0~t1时间内,v(Y)= mol·L-1·min-1
C.M点的正反应速率v正大于N点的逆反应速率v逆
D.M点时再加入一定量X,平衡后X的转化率减小
答案 C
19.(2024江苏,17,16分)氢能是理想清洁能源,氢能产业链由制氢、储氢和用氢组成。
(1)利用铁及其氧化物循环制氢,原理如图1所示。反应器Ⅰ中化合价发生改变的元素有 C、H、Fe ;含CO和H2各1mol的混合气体通过该方法制氢,理论上可获得 16/9或1.78 mol H2。
图1
(2)一定条件下,将氮气和氢气按n(N2)∶n(H2)=1∶3混合匀速通入合成塔,发生反应N2+3H22NH3。海绵状的α-Fe作催化剂,多孔Al2O3作为α-Fe的“骨架”和气体吸附剂。
①H2中含有CO会使催化剂中毒。CH3COO[Cu(NH3)2]和氨水的混合溶液能吸收CO生成CH3COO[Cu(NH3)3CO]溶液,该反应的化学方程式为 CH3COO[Cu(NH3)2]+NH3+COCH3COO[Cu(NH3)3CO]或CH3COO[Cu(NH3)2]+NH3·H2O+COCH3COO[Cu(NH3)3CO]+H2O 。
②Al2O3含量与α-Fe表面积、出口处氨含量关系如图2所示。Al2O3含量大于2%,出口处氨含量下降的原因是 α-Fe 表面积减小,吸附NH3量增大 。
图2
(3)反应H2+HCHCOO-+H2O可用于储氢。
①密闭容器中,其他条件不变,向含有催化剂的0.1mol·L-1NaHCO3溶液中通入H2,HCOO-产率随温度变化如图3所示。温度高于70℃,HCOO-产率下降的可能原因是 HC受热分解导致浓度下降、H2溶解量下降、催化剂活性下降、HCOO-受热分解 。
图3 图4
②使用含氨基物质(化学式为CN-NH2,CN是一种碳衍生材料)联合Pd-Au催化剂储氢,可能机理如图4所示。氨基能将HC控制在催化剂表面,其原理是 氨基H与HC中的羟基O形成N—H…O氢键 ;用重氢气(D2)代替H2,通过检测是否存在 DCOO-、CN-NHD (填化学式)确认反应过程中的加氢方式。
20.(2018北京理综,27,12分)近年来,研究人员提出利用含硫物质热化学循环实现太阳能的转化与存储。过程如下:
(1)反应Ⅰ:2H2SO4(l)2SO2(g)+2H2O(g)+O2(g) ΔH1=+551 kJ·mol-1
反应Ⅲ:S(s)+O2(g)SO2(g) ΔH3=-297 kJ·mol-1
反应Ⅱ的热化学方程式: 。
(2)对反应Ⅱ,在某一投料比时,两种压强下,H2SO4在平衡体系中物质的量分数随温度的变化关系如图所示。p2 p1(填“>”或“<”),得出该结论的理由是 。
(3)I-可以作为水溶液中SO2歧化反应的催化剂,可能的催化过程如下。将ⅱ补充完整。
ⅰ.SO2+4I-+4H+S↓+2I2+2H2O
ⅱ.I2+2H2O+ + +2I-
(4)探究ⅰ、ⅱ反应速率与SO2歧化反应速率的关系,实验如下:分别将18 mL SO2饱和溶液加入到2 mL下列试剂中,密闭放置观察现象。(已知:I2易溶解在KI溶液中)
序号 A B C D
试剂 组成 0.4 mol·L-1 KI a mol·L-1 KI 0.2 mol·L-1 H2SO4 0.2 mol·L-1 H2SO4 0.2 mol·L-1 KI 0.000 2 mol I2
实验 现象 溶液变黄,一段时间后出现浑浊 溶液变黄,出现浑浊较A快 无明显现象 溶液由棕褐色很快褪色,变成黄色,出现浑浊较A快
①B是A的对比实验,则a= 。
②比较A、B、C,可得出的结论是 。
③实验表明,SO2的歧化反应速率D>A。结合ⅰ、ⅱ反应速率解释原因: 。
答案 (1)3SO2(g)+2H2O(g)2H2SO4(l)+S(s) ΔH2=-254 kJ·mol-1
(2)> 反应Ⅱ是气体物质的量减小的反应,温度一定时,增大压强使反应正向进行,H2SO4的物质的量增大,体系总物质的量减小,H2SO4的物质的量分数增大
(3)SO2 S 4H+
(4)①0.4
②I-是SO2歧化反应的催化剂,H+单独存在时不具有催化作用,但H+可以加快歧化反应速率
③反应ⅱ比ⅰ快;D中由反应ⅱ产生的H+使反应ⅰ加快
考点2 化学平衡 化学反应的方向
1.（2025甘肃，4，3分）CO2加氢转化成甲烷,是综合利用CO2实现“碳中和”和“碳达峰”的重要方式。525 ℃、101 kPa下,CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g) ΔH=-185 kJ/mol。反应达到平衡时,能使平衡向正反应方向移动的是( )
A.减小体系压强
B.升高温度
C.增大H2浓度
D.恒容下充入惰性气体
答案 C
2.(2025江苏,13,3分)甘油(C3H8O3)水蒸气重整获得H2过程中的主要反应:
反应Ⅰ C3H8O3(g) 3CO(g)+4H2(g) ΔH>0
反应Ⅱ CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) ΔH<0
反应Ⅲ CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g) ΔH<0
1.0×105 Pa条件下,1 mol C3H8O3和9 mol H2O发生上述反应达平衡状态时,体系中CO、H2、CO2和CH4的物质的量随温度变化的理论计算结果如图所示。下列说法正确的是( )
A.550 ℃时,H2O的平衡转化率为20%
B.550 ℃反应达平衡状态时,n(CO2)∶n(CO)=11∶25
C.其他条件不变,在400~550 ℃范围,平衡时H2O的物质的量随温度升高而增大
D.其他条件不变,加压有利于增大平衡时H2的物质的量
答案 A
3.(2024浙江6月选考,11,3分)二氧化碳氧化乙烷制备乙烯,主要发生如下两个反应:
Ⅰ C2H6(g)+CO2(g) C2H4(g)+CO(g)+H2O(g) ΔH1>0
Ⅱ C2H6(g)+2CO2(g) 4CO(g)+3H2(g) ΔH2>0
向容积为10 L的密闭容器中投入2 mol C2H6和3 mol CO2,不同温度下,测得5 min时(反应均未平衡)的相关数据见下表,下列说法不正确的是( )
温度(℃) 400 500 600
乙烷转化率(%) 2.2 9.0 17.8
乙烯选择性(%) 92.6 80.0 61.8
注:乙烯选择性=×100%
A.反应活化能:Ⅰ<Ⅱ
B.500 ℃时,0~5 min反应Ⅰ的平均速率为v(C2H4)=2.88×10-3 mol·L-1·min-1
C.其他条件不变,平衡后及时移除H2O(g),可提高乙烯的产率
D.其他条件不变,增大投料比[n(C2H6)/n(CO2)]投料,平衡后可提高乙烷转化率
答案 D
4.(双选)(2024山东,15,4分)逆水气变换反应:CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH>0。一定压力下,按CO2、H2物质的量之比n(CO2)∶n(H2)=1∶1投料,T1,T2温度时反应物摩尔分数随时间变化关系如图所示。已知该反应的速率方程为v=kc0.5(H2)c(CO2),T1、T2温度时反应速率常数k分别为k1、k2。下列说法错误的是( )
A.k1>k2
B.T1、T2温度下达平衡时反应速率的比值:
C.温度不变,仅改变体系初始压力,反应物摩尔分数随时间的变化曲线不变
D.T2温度下,改变初始投料比例,可使平衡时各组分摩尔分数与T1温度时相同
答案 CD
5.(2024浙江1月选考,14,3分)酯在NaOH溶液中发生水解反应,历程如下:
已知:
①
②RCOOCH2CH3水解相对速率与取代基R的关系如下表:
取代基R CH3 ClCH2 Cl2CH
水解相对速率 1 290 7 200
下列说法不正确的是( )
A.步骤Ⅰ是OH-与酯中Cδ+作用
B.步骤Ⅲ使Ⅰ和Ⅱ平衡正向移动,使酯在NaOH溶液中发生的水解反应不可逆
C.酯的水解速率:FCH2COOCH2CH3>ClCH2COOCH2CH3
D.与OH-反应、与18OH-反应,两者所得醇和羧酸盐均不同
答案 D
6.(2023山东,14,4分)(双选)一定条件下,化合物E和TFAA合成H的反应路径如下:
已知反应初始E的浓度为0.10 mol·L-1,TFAA的浓度为0.08 mol·L-1,部分物种的浓度随时间的变化关系如图所示,忽略反应过程中的体积变化。下列说法正确的是( )
A.t1时刻,体系中有E存在
B.t2时刻,体系中无F存在
C.E和TFAA反应生成F的活化能很小
D.反应达平衡后,TFAA的浓度为0.08 mol·L-1
答案 AC
7.(2022北京,12,3分)某MOFs多孔材料孔径大小和形状恰好将N2O4“固定”,能高选择性吸附NO2。废气中的NO2被吸附后,经处理能全部转化为HNO3。原理示意图如下。
已知:2NO2(g) N2O4(g) ΔH<0
下列说法不正确的是 ( )
A.温度升高时不利于NO2吸附
B.多孔材料“固定”N2O4,促进2NO2 N2O4平衡正向移动
C.转化为HNO3的反应是2N2O4+O2+2H2O 4HNO3
D.每获得0.4 mol HNO3时,转移电子的数目为6.02×1022
答案 D
8.(2022广东,13,4分)恒容密闭容器中,BaSO4(s)+4H2(g) BaS(s)+4H2O(g)在不同温度下达平衡时,各组分的物质的量(n)如图所示。下列说法正确的是 ( )
A.该反应的ΔH<0
B.a为n(H2O)随温度的变化曲线
C.向平衡体系中充入惰性气体,平衡不移动
D.向平衡体系中加入BaSO4,H2的平衡转化率增大
答案 C
9.(2022海南,8,2分)某温度下,反应CH2CH2(g)+H2O(g) CH3CH2OH(g)在密闭容器中达到平衡。下列说法正确的是 ( )
A.增大压强,v正>v逆,平衡常数增大
B.加入催化剂,平衡时CH3CH2OH(g)的浓度增大
C.恒容下,充入一定量的H2O(g),平衡向正反应方向移动
D.恒容下,充入一定量的CH2CH2(g),CH2CH2(g)的平衡转化率增大
答案 C
10.(2022浙江1月选考,20,2分)AB型强电解质在水中的溶解(可视作特殊的化学反应)表示为AB(s) An+(aq)+Bn-(aq),其焓变和熵变分别为ΔH和ΔS。对于不同组成的AB型强电解质,下列说法正确的是 ( )
A.ΔH和ΔS均大于零
B.ΔH和ΔS均小于零
C.ΔH可能大于零或小于零,ΔS大于零
D.ΔH和ΔS均可能大于零或小于零
答案 D
11.(2022江苏,13,3分)乙醇—水催化重整可获得H2。其主要反应为
C2H5OH(g)+3H2O(g) 2CO2(g)+6H2(g) ΔH=173.3 kJ·mol-1
CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH=41.2 kJ·mol-1
在1.0×105 Pa、n始(C2H5OH)∶n始(H2O)=1∶3时,若仅考虑上述反应,平衡时CO2和CO的选择性及H2的产率随温度的变化如图所示。
CO的选择性=×100%
下列说法正确的是 ( )
A.图中曲线①表示平衡时H2产率随温度的变化
B.升高温度,平衡时CO的选择性增大
C.一定温度下,增大n(C2H5OH)/n(H2O)可提高乙醇平衡转化率
D.一定温度下,加入CaO(s)或选用高效催化剂,均能提高平衡时H2产率
答案 B
12.(2020浙江7月选考,20,2分)一定条件下:2NO2(g) N2O4(g) ΔH<0。在测定NO2的相对分子质量时,下列条件中,测定结果误差最小的是( )
A.温度0 ℃、压强50 kPa
B.温度130 ℃、压强300 kPa
C.温度25 ℃、压强100 kPa
D.温度130 ℃、压强50 kPa
答案 D
13.(2020江苏单科,15,4分)(双选)CH4与CO2重整生成H2和CO的过程中主要发生下列反应
CH4(g)+CO2(g) 2H2(g)+2CO(g) ΔH=247.1 kJ·mol-1
H2(g)+CO2(g) H2O(g)+CO(g) ΔH=41.2 kJ·mol-1
在恒压、反应物起始物质的量比n(CH4)∶n(CO2)=1∶1条件下,CH4和CO2的平衡转化率随温度变化的曲线如下图所示。下列有关说法正确的是( )
A.升高温度、增大压强均有利于提高CH4的平衡转化率
B.曲线B表示CH4的平衡转化率随温度的变化
C.相同条件下,改用高效催化剂能使曲线A和曲线B相重叠
D.恒压、800 K、n(CH4)∶n(CO2)=1∶1条件下,反应至CH4转化率达到X点的值,改变除温度外的特定条件继续反应,CH4转化率能达到Y点的值
答案 BD
14.(2019海南单科,3,2分)反应C2H6(g)C2H4(g)+H2(g) ΔH>0,在一定条件下于密闭容器中达到平衡,下列各项措施中,不能提高乙烷的平衡转化率的是( )
A.增大容器容积 B.升高反应温度
C.分离出部分氢气 D.等容下通入惰性气体
答案 D
15.(2019浙江4月选考,20,2分)在温热气候条件下,浅海地区有厚层的石灰石沉积,而深海地区却很少。下列解析不正确的是 ( )
A.与深海地区相比,浅海地区水温较高,有利于游离的CO2增多、石灰石沉积
B.与浅海地区相比,深海地区压强大,石灰石岩层易被CO2溶解,沉积少
C.深海地区石灰石岩层的溶解反应为:CaCO3(s)+H2O(l)+CO2(aq) Ca(HCO3)2(aq)
D.海水呈弱碱性,大气中CO2浓度增加,会导致海水中C浓度增大
答案 D
16.(2018浙江4月选考,14,2分)反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH<0,若在恒压绝热容器中发生,下列选项表明反应一定已达平衡状态的是( )
A.容器内的温度不再变化
B.容器内的压强不再变化
C.相同时间内,断开H—H键的数目和形成N—H键的数目相等
D.容器内气体的浓度c(N2)∶c(H2)∶c(NH3)=1∶3∶2
答案 A
17.(2016四川理综,6,6分)一定条件下,CH4与H2O(g)发生反应:CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)。设起始=Z,在恒压下,平衡时CH4的体积分数φ(CH4)与Z和T(温度)的关系如图所示。下列说法正确的是( )
A.该反应的焓变ΔH>0
B.图中Z的大小为a>3>b
C.图中X点对应的平衡混合物中=3
D.温度不变时,图中X点对应的平衡在加压后φ(CH4)减小
答案 A
18.(2015安徽理综,11,6分)汽车尾气中NO产生的反应为:N2(g)+O2(g)2NO(g)。一定条件下,等物质的量的N2(g)和O2(g)在恒容密闭容器中反应,如图曲线a表示该反应在温度T下N2的浓度随时间的变化,曲线b表示该反应在某一起始反应条件改变时N2的浓度随时间的变化。下列叙述正确的是( )
A.温度T下,该反应的平衡常数K=
B.温度T下,随着反应的进行,混合气体的密度减小
C.曲线b对应的条件改变可能是加入了催化剂
D.若曲线b对应的条件改变是温度,可判断该反应的ΔH<0
答案 A
19.(2015天津理综,6,6分)某温度下,在2 L的密闭容器中,加入1 mol X(g)和2 mol Y(g)发生反应:
X(g)+mY(g)3Z(g)
平衡时,X、Y、Z的体积分数分别为30%、60%、10%。在此平衡体系中加入1 mol Z(g),再次达到平衡后,X、Y、Z的体积分数不变。下列叙述不正确的是( )
A.m=2
B.两次平衡的平衡常数相同
C.X与Y的平衡转化率之比为1∶1
D.第二次平衡时,Z的浓度为0.4 mol·L-1
答案 D
20.(2014四川理综,7,6分)在10 L恒容密闭容器中充入X(g)和Y(g),发生反应X(g)+Y(g) M(g)+N(g),所得实验数据如下表:
实验编号 温度/℃ 起始时物质的量/mol 平衡时物质的量/mol
n(X) n(Y) n(M)
① 700 0.40 0.10 0.090
② 800 0.10 0.40 0.080
③ 800 0.20 0.30 a
④ 900 0.10 0.15 b
下列说法正确的是( )
A.实验①中,若5 min时测得n(M)=0.050 mol,则0至5 min时间内,用N表示的平均反应速率v(N)=1.0×10-2 mol/(L·min)
B.实验②中,该反应的平衡常数K=2.0
C.实验③中,达到平衡时,X的转化率为60%
D.实验④中,达到平衡时,b>0.060
答案 C
21.(2024北京,16,10分)HNO3是一种重要的工业原料。可采用不同的氮源制备HNO3。
(1)方法一:早期以硝石(含NaNO3)为氮源制备HNO3,反应的化学方程式为H2SO4(浓)+NaNO3 NaHSO4+HNO3↑。该反应利用了浓硫酸的性质是酸性和 。
(2)方法二:以NH3为氮源催化氧化制备HNO3,反应原理分三步进行。
①第Ⅰ步反应的化学方程式为 。
②针对第Ⅱ步反应进行研究:在容积可变的密闭容器中,充入2n mol NO和n mol O2进行反应。在不同压强下(p1、p2),反应达到平衡时,测得NO转化率随温度的变化如图所示。解释y点的容器容积小于x点的容器容积的原因 。
(3)方法三:研究表明可以用电解法以N2为氮源直接制备HNO3,其原理示意图如下。
①电极a表面生成N的电极反应式: 。
②研究发现:N2转化可能的途径为N2 NO N。电极a表面还发生ⅲ.H2O O2。ⅲ的存在,有利于途径ⅱ,原因是 。
(4)人工固氮是高能耗的过程,结合N2分子结构解释原因: 。方法三为N2的直接利用提供了一种新的思路。
答案
(1)难挥发性
(2)①4NH3+5O2 4NO+6H2O ②该反应放热，且正反应的气体分子数减少，y点的温度高于x点的温度，为使两点的NO转化率相同，需增大压强，故y点的容器容积小于x点的容器容积
(3)①N2-10e-+6H2O 2N+12H+ ②ⅲ产生的O2参与ⅱ中NO的氧化
(4)N2分子中的氮氮三键的键能较大，破坏它需要较大的能量
22.(2024黑、吉、辽,18,13分)为实现氯资源循环利用,工业上采用RuO2催化氧化法处理HCl废气:
2HCl(g)+O2(g) Cl2(g)+H2O(g) ΔH1=-57.2 kJ·mol-1 ΔS K
将HCl和O2分别以不同起始流速通入反应器中,在360 ℃、400 ℃和440 ℃下反应,通过检测流出气成分绘制HCl转化率(α)曲线,如下图所示(较低流速下转化率可近似为平衡转化率)。
图1
图2
回答下列问题:
(1)ΔS < 0(填“>”或“<”);T3= 360 ℃。
(2)结合以下信息,可知H2的燃烧热ΔH= -285.8 kJ·mol-1。
H2O(l) H2O(g) ΔH2=+44.0 kJ·mol-1
H2(g)+Cl2(g) 2HCl(g) ΔH3=-184.6 kJ·mol-1
(3)下列措施可提高M点HCl转化率的是 BD (填标号)。
A.增大HCl的流速
B.将温度升高40 ℃
C.增大n(HCl)∶n(O2)
D.使用更高效的催化剂
(4)图中较高流速时,α(T3)小于α(T2)和α(T1),原因是温度低,反应速率慢,HCl的转化率低 。
(5)设N点的转化率为平衡转化率,则该温度下反应的平衡常数K= 6 (用平衡物质的量分数代替平衡浓度计算)。
(6)负载在TiO2上的RuO2催化活性高,稳定性强。TiO2和RuO2的晶体结构均可用下图表示,二者晶胞体积近似相等,RuO2与TiO2的密度比为1.66,则Ru的相对原子质量为 101 (精确至1)。
23.(2024山东,20,12分)水煤气是H2的主要来源,研究CaO对C-H2O体系制H2的影响,涉及主要反应如下:
C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g) (Ⅰ) ΔH1>0
CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) (Ⅱ) ΔH2<0
CaO(s)+CO2(g) CaCO3(s) (Ⅲ) ΔH3<0
回答下列问题:
(1)C(s)+CaO(s)+2H2O(g) CaCO3(s)+2H2(g)的焓变ΔH= ΔH1+ΔH2+ΔH3 (用代数式表示)。
(2)压力p下、C-H2O-CaO体系达平衡后,图示温度范围内C(s)已完全反应,CaCO3(s)在T1温度时完全分解。气相中CO、CO2和H2摩尔分数随温度的变化关系如图所示,则a线对应物种为 H2 (填化学式)。当温度高于T1时,随温度升高c线对应物种摩尔分数逐渐降低的原因是 随温度升高,反应(Ⅱ)平衡逆向移动,故CO2摩尔分数逐渐降低 。
(3)压力p下、温度为T0时,图示三种气体的摩尔分数分别为0.50、0.15、0.05,则反应CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)的平衡常数Kp= ;此时气体总物质的量为4.0 mol,则CaCO3(s)的物质的量为 0.5 mol;若向平衡体系中通入少量CO2(g),重新达平衡后,分压p(CO2)将 不变 (填“增大”“减小”或“不变”),p(CO)将 不变 (填“增大”“减小”或“不变”)。
24.(2024浙江6月选考,19,10分)氢是清洁能源,硼氢化钠(NaBH4)是一种环境友好的固体储氢材料,其水解生氢反应方程式如下。(除非特别说明,本题中反应条件均为25 ℃、101 kPa)
NaBH4(s)+2H2O(l) NaBO2(aq)+4H2(g) ΔH<0
请回答:
(1)该反应能自发进行的条件是 C 。
A.高温 B.低温
C.任意温度 D.无法判断
(2)该反应比较缓慢。忽略体积变化的影响,下列措施中可加快反应速率的是 AC 。
A.升高溶液温度
B.加入少量异丙胺[(CH3)2CHNH2]
C.加入少量固体硼酸[B(OH)3]
D.增大体系压强
(3)为加速NaBH4水解,某研究小组开发了一种水溶性催化剂,当该催化剂足量、浓度一定且活性不变时,测得反应开始时生氢速率v与投料比[n(NaBH4)/n(H2O)]之间的关系,结果如图1所示。请解释ab段变化的原因 ab段随投料比增大,反应物水的物质的量分数降低,微粒间的有效碰撞减少,生成H2速率降低 。
图1
图2
(4)氢能的高效利用途径之一是在燃料电池中产生电能。某研究小组的自制熔融碳酸盐燃料电池工作原理如图2所示,正极上的电极反应式是 O2+4e-+2CO2 2C 。该电池以3.2 A恒定电流工作14分钟,消耗H2体积为0.49 L,故可测得该电池将化学能转化为电能的转化率为 70% 。[已知:该条件下H2的摩尔体积为24.5 L/mol;电荷量q(C)=电流I(A)×时间t(s);NA=6.0×1023 mol-1;e=1.60×10-19 C。]
(5)资源的再利用和再循环有利于人类的可持续发展。选用如下方程式,可以设计能自发进行的多种制备方法,将反应副产物偏硼酸钠(NaBO2)再生为NaBH4。(已知:ΔG是反应的自由能变化量,其计算方法也遵循盖斯定律,可类比ΔH计算方法;当ΔG<0时,反应能自发进行。)
Ⅰ.NaBH4(s)+2H2O(l) NaBO2(s)+4H2(g) ΔG1=-320 kJ/mol
Ⅱ.H2(g)+O2(g) H2O(l) ΔG2=-240 kJ/mol
Ⅲ.Mg(s)+O2(g) MgO(s) ΔG3=-570 kJ/mol
请书写一个方程式表示NaBO2再生为NaBH4的一种制备方法,并注明ΔG NaBO2(s)+2H2(g)+2Mg(s) NaBH4(s)+2MgO(s) ΔG=-340 kJ/mol[或NaBO2(s)+2H2O(l)+4Mg(s) NaBH4(s)+4MgO(s) ΔG=-1 000 kJ/mol] 。(要求:反应物不超过三种物质;氢原子利用率为100%。)
25.(2024浙江1月选考,19,10分)通过电化学、热化学等方法,将CO2转化为HCOOH等化学品,是实现“双碳”目标的途径之一。
请回答:
(1)某研究小组采用电化学方法将CO2转化为HCOOH,装置如图1。电极B上的电极反应式是 CO2+2e-+2H+HCOOH 。
(2)该研究小组改用热化学方法,相关热化学方程式如下:
Ⅰ:C(s)+O2(g)CO2(g) ΔH1=-393.5 kJ·mol-1
Ⅱ:C(s)+H2(g)+O2(g)HCOOH(g) ΔH2=-378.7 kJ·mol-1
Ⅲ:CO2(g)+H2(g)HCOOH(g) ΔH3
①ΔH3= +14.8 kJ·mol-1。
②反应Ⅲ在恒温、恒容的密闭容器中进行,CO2和H2的投料浓度均为1.0 mol·L-1,平衡常数K=2.4×10-8,则CO2的平衡转化率为 2.4×10-8 。
③用氨水吸收HCOOH,得到1.00 mol·L-1氨水和0.18 mol·L-1甲酸铵的混合溶液,298 K时该混合溶液的pH= 10 。[已知:298 K时,电离常数Kb(NH3·H2O)=1.8×10-5、Ka(HCOOH)=1.8×10-4]
(3)为提高效率,该研究小组参考文献优化热化学方法,在如图2密闭装置中充分搅拌催化剂M的DMSO(有机溶剂)溶液,CO2和H2在溶液中反应制备HCOOH,反应过程中保持CO2(g)和H2(g)的压强不变,总反应CO2+H2HCOOH的反应速率为v,反应机理如下列三个基元反应,各反应的活化能E2
Ⅴ:Q+H2L E2
Ⅵ:LM+HCOOH E3
①催化剂M足量条件下,下列说法正确的是 CD 。
A.v与CO2(g)的压强无关
B.v与溶液中溶解H2的浓度无关
C.温度升高,v不一定增大
D.在溶液中加入N(CH2CH3)3,可提高CO2转化率
②实验测得:298 K,p(CO2)=p(H2)=2 MPa下,v随催化剂M浓度c变化如图3。c≤c0时,v随c增大而增大;c>c0时,v不再显著增大。请解释原因 由E2
26.(2023浙江1月选考,19,10分)“碳达峰·碳中和”是我国社会发展重大战略之一,CH4还原CO2是实现“双碳”经济的有效途径之一,相关的主要反应有:
Ⅰ:CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g) ΔH1=+247 kJ·mol-1,K1
Ⅱ:CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH2=+41 kJ·mol-1,K2
请回答:
(1)有利于提高CO2平衡转化率的条件是 。
A.低温低压 B.低温高压
C.高温低压 D.高温高压
(2)反应CH4(g)+3CO2(g) 4CO(g)+2H2O(g)的ΔH= kJ·mol-1,K= (用K1,K2表示)。
(3)恒压、750 ℃时,CH4和CO2按物质的量之比1∶3投料,反应经如下流程(主要产物已标出)可实现CO2高效转化。
①下列说法正确的是 。
A.Fe3O4可循环利用,CaO不可循环利用
B.过程ⅱ,CaO吸收CO2可促使Fe3O4氧化CO的平衡正移
C.过程ⅱ产生的H2O最终未被CaO吸收,在过程ⅲ被排出
D.相比于反应Ⅰ,该流程的总反应还原1 mol CO2需吸收的能量更多
②过程ⅱ平衡后通入He,测得一段时间内CO物质的量上升,根据过程ⅲ,结合平衡移动原理,解释CO物质的量上升的原因 。
(4)CH4还原能力(R)可衡量CO2转化效率,R=Δn(CO2)/Δn(CH4)(同一时段内CO2与CH4的物质的量变化量之比)。
①常压下CH4和CO2按物质的量之比1∶3投料,某一时段内CH4和CO2的转化率随温度变化如图1,请在图2中画出400~1 000 ℃之间R的变化趋势,并标明1 000 ℃时R值。
图1图2
②催化剂X可提高R值,另一时段内CH4转化率、R值随温度变化如下表:
温度/℃ 480 500 520 550
CH4转化率/% 7.9 11.5 20.2 34.8
R 2.6 2.4 2.1 1.8
下列说法不正确的是 。
A.R值提高是由于催化剂X选择性地提高反应Ⅱ的速率
B.温度越低,含氢产物中H2O占比越高
C.温度升高,CH4转化率增加,CO2转化率降低,R值减小
D.改变催化剂提高CH4转化率,R值不一定增大
答案 (1)C (2)+329 K1·
(3)①BC ②通入He,CaCO3分解平衡正移,导致增大,促进Fe还原CO2平衡正移
(4)①
②C
27.(2022湖北,19,14分)自发热材料在生活中的应用日益广泛。某实验小组为探究“CaO-Al-H2O”体系的发热原理,在隔热装置中进行了下表中的五组实验,测得相应实验体系的温度升高值(ΔT)随时间(t)的变化曲线,如图所示。
回答下列问题:
(1)已知:
①CaO(s)+H2O(l) Ca(OH)2(s)
ΔH1=-65.17 kJ·mol-1
②Ca(OH)2(s) Ca2+(aq)+2OH-(aq) ΔH2=-16.73 kJ·mol-1
③Al(s)+OH-(aq)+3H2O(l) [Al(OH)4]-(aq)+H2(g) ΔH3=-415.0 kJ·mol-1
则CaO(s)+2Al(s)+7H2O(l) Ca2+(aq)+2[Al(OH)4]-(aq)+3H2(g)的ΔH4= kJ·mol-1。
(2)温度为T时,Ksp[Ca(OH)2]=x,则Ca(OH)2饱和溶液中c(OH-)= (用含x的代数式表示)。
(3)实验a中,4 min后ΔT基本不变,原因是 。
(4)实验b中,ΔT的变化说明Al粉与H2O在该条件下 (填“反应”或“不反应”)。实验c中,前3 min的ΔT有变化,其原因是 ;3 min后ΔT基本不变,其原因是 微粒的量有限。
(5)下列说法不能解释实验d在10 min内温度持续升高的是 (填标号)。
A.反应②的发生促使反应①平衡右移
B.反应③的发生促使反应②平衡右移
C.气体的逸出促使反应③向右进行
D.温度升高导致反应速率加快
(6)归纳以上实验结果,根据实验e的特征,用文字简述其发热原理 。
答案 (1)-911.9 (2)
(3)反应生成的Ca(OH)2覆盖在CaO表面,阻止反应进行 (4)不反应 Al和溶液中的OH-发生了反应,放出热量 OH-
(5)A (6)实验e中,发生反应①、②和③,反应③中有气体生成,气体的逸出促使反应③向右进行,反应③的发生使得溶液中OH-的浓度减小,促使反应②平衡右移,反应②的发生促使反应①平衡右移,这三步反应都是放热反应,温度升高导致反应速率加快
考点3 化学平衡常数及其相关计算
1.(2025山东,10,2分)在恒容密闭容器中,Na2SiF6(s)热解反应所得固相产物和气相产物均为含氟化合物。平衡体系中各组分物质的量随温度的变化关系(实线部分)如图所示。已知:T2温度时,Na2SiF6(s)完全分解;体系中气相产物在T1、T3温度时的分压分别为p1、p3。下列说法错误的是( )
A.a线所示物种为固相产物
B.T1温度时,向容器中通入N2,气相产物分压仍为p1
C.p3小于T3温度时热解反应的平衡常数Kp
D.T1温度时,向容器中加入b线所示物种,重新达平衡时逆反应速率增大
答案 D
2.(2024北京,10,3分)可采用Deacon催化氧化法将工业副产物HCl制成Cl2,实现氯资源的再利用。反应的热化学方程式:4HCl(g)+O2(g) 2Cl2(g)+2H2O(g) ΔH=-114.4 kJ·mol-1。下图所示为该法的一种催化机理。
下列说法不正确的是( )
A.Y为反应物HCl,W为生成物H2O
B.反应制得1 mol Cl2,须投入2 mol CuO
C.升高反应温度,HCl被O2氧化制Cl2的反应平衡常数减小
D.图中转化涉及的反应中有两个属于氧化还原反应
答案 B
3.(2024湖南,14,3分)恒压下,向某密闭容器中充入一定量的CH3OH(g)和CO(g),发生如下反应:
主反应:CH3OH(g)+CO(g) CH3COOH(g) ΔH1
副反应:CH3OH(g)+CH3COOH(g) CH3COOCH3(g)+H2O(g) ΔH2
在不同温度下,反应达到平衡时,测得两种含碳产物的分布分数δ[如δ(CH3COOH)=
]随投料比x(物质的量之比)的变化关系如图所示,下列说法正确的是( )
A.投料比x代表
B.曲线c代表乙酸的分布分数
C.ΔH1<0,ΔH2>0
D.L、M、N三点的平衡常数:K(L)=K(M)>K(N)
答案 D
4.(2023湖南,13,3分)向一恒容密闭容器中加入1 mol CH4和一定量的H2O,发生反应:CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)。CH4的平衡转化率按不同投料比x[x=]随温度的变化曲线如图所示。下列说法错误的是( )
A.x1
答案 B
5.(2022湖南,14,4分)(双选)向体积均为1 L的两恒容容器中分别充入2 mol X和1 mol Y发生反应:2X(g)+Y(g) Z(g) ΔH,其中甲为绝热过程,乙为恒温过程,两反应体系的压强随时间的变化曲线如图所示。下列说法正确的是 ( )
A.ΔH>0
B.气体的总物质的量:na
D.反应速率:va正
6.(2022江苏,10,3分)用尿素水解生成的NH3催化还原NO,是柴油机车辆尾气净化的主要方法。反应为
4NH3(g)+O2(g)+4NO(g) 4N2(g)+6H2O(g)
下列说法正确的是 ( )
A.上述反应ΔS<0
B.上述反应平衡常数K=
C.上述反应中消耗1 mol NH3,转移电子的数目为2×6.02×1023
D.实际应用中,加入尿素的量越多,柴油机车辆排放的尾气对空气污染程度越小
答案 B
7.（2025河南，17,15分）CaCO3的热分解与NixPy催化的CH4重整结合,可生产高纯度合成气(H2+CO),实现碳资源的二次利用。主要反应如下:
反应Ⅰ:CaCO3(s) CaO(s)+CO2(g) ΔH1=+178 kJ·mol-1
反应Ⅱ:CH4(g)+CO2(g) 2H2(g)+2CO(g) ΔH2=+247 kJ·mol-1
反应Ⅲ:H2(g)+CO2(g) H2O(g)+CO(g) ΔH3=+41 kJ·mol-1
回答下列问题:
(1)Ca位于元素周期表中 区;基态Ni2+的价电子排布式为 。
(2)水分子的VSEPR模型与其空间结构模型不同,原因是 。
(3)NixPy的晶胞如图1所示(晶胞参数a=b≠c,a=β=90°,γ=120°),该物质的化学式为 。
(4)恒压条件下,CH4重整反应可以促进CaCO3分解,原因是 。
(5)在温度分别为T1、T2和T3下,CH4的平衡转化率与压强的关系如图2所示,反应温度最高的是 (填“T1”“T2”或“T3”),原因是 。
(6)一定温度、100 kPa下,向体系中加入1.0 mol CaCO3和1.0 mol CH4,假设此条件下其他副反应可忽略,恒压反应至平衡时,体系中CaCO3转化率为80%,CH4转化率为60%,CO物质的量为1.3 mol,反应Ⅲ的平衡常数Kp= (保留小数点后一位),此时原位CO2利用率为 。
已知:原位CO2利用率=×100%
答案 (1)s 3d8
(2)水的中心原子O的价层电子对数为4,孤电子对数为2,所以VSEPR模型与其空间结构模型不同
(3)Ni5P4 (4)CH4重整反应消耗了CO2,从而促进CaCO3分解
(5)T1 CH4参与的反应Ⅱ为吸热反应,当压强一定时,升高温度,平衡正向移动,CH4平衡转化率最大的曲线对应的反应温度最高
(6)1.2 70%
8.（2025广东，19，14分）钛单质及其化合物在航空、航天、催化等领域应用广泛。
(1)基态Ti原子的价层电子排布式为 。
(2)298 K下,反应TiO2(s)+2C(s)+2Cl2(g) TiCl4(g)+2CO(g)的ΔH<0、ΔS>0,则298 K下该反应 (填“能”或“不能”)自发进行。
(3)以TiCl4为原料可制备TiCl3。将5.0 mol TiCl4与10.0 mol Ti放入容积为V0 L的恒容密闭容器中,反应体系存在下列过程。
①ΔH1= kJ/mol。
②不同温度下,平衡时反应体系的组成如图。曲线Ⅰ对应的物质为 。
③温度T0 K下,n[TiCl4(g)]= mol,反应(c)的平衡常数K= (列出算式,无须化简)。
(4)钛基催化剂可以催化储氢物质肼(N2H4)的分解反应:
(e)N2H4 N2↑+2H2↑ (f)3N2H4 N2↑+4NH3↑
为研究某钛基催化剂对上述反应的影响,以肼的水溶液为原料(含N2H4的物质的量为n0)进行实验,得到n1/n0、n2/n0随时间t变化的曲线如图。其中,n1为H2与N2的物质的量之和;n2为剩余N2H4的物质的量。设ne为0~t时间段内反应(e)消耗N2H4的物质的量,该时间段内,本体系中催化剂的选择性用×100%表示。
①0~t0 min内,N2H4的转化率为 (用含y2的代数式表示)。
②0~t0 min内,催化剂的选择性为 (用含y1与y2的代数式表示,写出推导过程)。
答案 (1)3d24s2
(2)能
(3)①-267.8 ②TiCl2(s) ③0.5
(4)①(1-y2)×100% ②×100%
设0~t0 min内,反应(e)生成N2的物质的量为p,反应(f)生成N2的物质的量为q,则反应(e)生成H2的物质的量为2p,消耗N2H4的物质的量为p;反应(f)消耗N2H4的物质的量为3q。y1===,y2==,联立两式解得p=。由(4)①可知,n0-n2=(1-y2)n0,故催化剂的选择性×100%=×100%=×100%=×100%
9.(2024河北,17,15分)氯气是一种重要的基础化工原料,广泛应用于含氯化工产品的生产。硫酰氯及1,4-二(氯甲基)苯等可通过氯化反应制备。
(1)硫酰氯常用作氯化剂和氯磺化剂,工业上制备原理如下:
SO2(g)+Cl2(g) SO2Cl2(g) ΔH=-67.59 kJ·mol-1
①若正反应的活化能为E正kJ·mol-1,则逆反应的活化能E逆= kJ·mol-1(用含E正的代数式表示)。
②恒容密闭容器中按不同进料比充入SO2(g)和Cl2(g),测定T1、T2、T3温度下体系达平衡时的Δp(Δp=p0-p,p0为体系初始压强,p0=240 kPa,p为体系平衡压强),结果如图1。
图1中温度由高到低的顺序为 ,判断依据为 。M点Cl2的转化率为 ,T1温度下用分压表示的平衡常数Kp= kPa-1。
③图2曲线中能准确表示T1温度下Δp随进料比变化的是 (填字母)。
(2)1,4-二(氯甲基)苯(D)是有机合成中的重要中间体,可由对二甲苯(X)的氯化反应合成。对二甲苯浅度氯化时反应过程为
以上各反应的速率方程均可表示为v=kc(A)c(B),其中c(A)、c(B)分别为各反应中对应反应物的浓度,k为速率常数(k1~k5分别对应反应①~⑤)。某温度下,反应器中加入一定量的X,保持体系中氯气浓度恒定(反应体系体积变化忽略不计),测定不同时刻相关物质的浓度。
已知该温度下,k1∶k2∶k3∶k4∶k5=100∶21∶7∶4∶23。
①30 min时,c(X)=6.80 mol·L-1,且30~60 min内v(X)=0.042 mol·L-1·min-1,反应进行到60 min时,c(X)= mol·L-1。
②60 min时,c(D)=0.099 mol·L-1,若0~60 min产物T的含量可忽略不计,则此时c(G)= mol·L-1;60 min后,随T的含量增加, (填“增大”“减小”或“不变”)。
答案 (1)①E正+67.59 ②T3、T2、T1 该反应为气体分子数减小的反应,且ΔH<0,反应正向进行时,容器内压强减小,温度从T3到T1,平衡时Δp增大,说明反应正向进行程度逐渐增大,对应温度逐渐降低 75% 0.03 ③D
(2)①5.54 ②0.033 增大
10.(2024贵州,17,14分)在无氧环境下,CH4经催化脱氢芳构化可以直接转化为高附加值的芳烃产品。一定温度下,CH4芳构化时同时存在如下反应:
ⅰ.CH4(g) C(s)+2H2(g) ΔH1=+74.6 kJ·mol-1 ΔS=+80.84 J·mol-1·K-1
ⅱ.6CH4(g) C6H6(l)+9H2(g) ΔH2
回答下列问题:
(1)反应ⅰ在1 000 K时 能 (选填“能”或“不能”)自发进行。
(2)已知25 ℃时有关物质的燃烧热数据如表,则反应ⅱ的ΔH2= 6a-b-9c kJ·mol-1(用含a、b、c的代数式表示)。
物质 CH4(g) C6H6(l) H2(g)
ΔH/(kJ·mol-1) a b c
(3)受反应ⅰ影响,随着反应进行,单位时间内甲烷转化率和芳烃产率逐渐降低,原因是 反应ⅰ有积炭生成,随着反应的进行,生成的积炭逐渐增多,覆盖在催化剂表面,使催化剂催化性能逐渐降低,化学反应速率逐渐减小 。
(4)对催化剂在不同的pH条件下进行处理,能够改变催化剂的活性。将催化剂在5种不同pH条件下处理后分别用于催化CH4芳构化,相同反应时间内测定相关数据如下表,其中最佳pH为 10.0 ,理由是 pH=10.0时,产物中积炭平均含量最低,CH4平均转化率最大,芳烃平均产率最高 。
pH CH4平均转化率/% 芳烃平均产率/% 产物中积炭平均含量/%
2.4 9.60 5.35 40.75
4.0 9.80 4.60 45.85
7.0 9.25 4.05 46.80
10.0 10.45 6.45 33.10
12.0 9.95 4.10 49.45
(5)973 K、100 kPa下,在某密闭容器中按n(C6H6)∶n(CH4)=1∶5充入气体,发生反应C6H6(g)+CH4(g) C7H8(g)+H2(g),平衡时C6H6与C7H8的分压比为4∶1,则C6H6的平衡转化率为 20% ,平衡常数Kp= (用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数,列出计算式即可)。
(6)引入丙烷可促进甲烷芳构化制备苯和二甲苯,反应如下:
(两个反应可视为同级数的平行反应)
对于同级数的平行反应有,其中v、k分别为反应速率和反应速率常数,Ea为反应活化能,A1、A2为定值,R为常数,T为温度,同一温度下是定值。已知Ea,苯
(1)已知如下热化学方程式:
CH4(g)+Br2(g) CH3Br(g)+HBr(g) ΔH1=-29 kJ·mol-1
3CH3Br(g) C3H6(g)+3HBr(g) ΔH2=+20 kJ·mol-1
计算反应3CH4(g)+3Br2(g) C3H6(g)+6HBr(g)的ΔH= -67 kJ·mol-1。
(2)CH4与Br2反应生成CH3Br,部分CH3Br会进一步溴化。将8 mmol CH4和8 mmol Br2通入密闭容器,平衡时,n(CH4)、n(CH3Br)与温度的关系见下图(假设反应后的含碳物质只有CH4、CH3Br和CH2Br2)。
(ⅰ)图中CH3Br的曲线是 a (填“a”或“b”)。
(ⅱ)560 ℃时,CH4的转化率α= 80% ,n(HBr)= 7.8 mmol。
(ⅲ)560 ℃时,反应CH3Br(g)+Br2(g) CH2Br2(g)+HBr(g)的平衡常数K= 10.92 。
(3)少量I2可提高生成CH3Br的选择性。500 ℃时,分别在有I2和无I2的条件下,将8 mmol CH4和8 mmol Br2通入密闭容器,溴代甲烷的物质的量(n)随时间(t)的变化关系见下图。
(ⅰ)在11~19 s之间,有I2和无I2时CH3Br的生成速率之比= 3∶2 。
(ⅱ)从图中找出I2提高了CH3Br选择性的证据: 有I2时生成的CH3Br比无I2时多,生成的CH2Br2比无I2时少 。
(ⅲ)研究表明,I2参与反应的可能机理如下:
①I2(g) ·I(g)+·I(g)
②·I(g)+CH2Br2(g) IBr(g)+·CH2Br(g)
③·CH2Br(g)+HBr(g) CH3Br(g)+·Br(g)
④·Br(g)+CH4(g) HBr(g)+·CH3(g)
⑤·CH3(g)+IBr(g) CH3Br(g)+·I(g)
⑥·I(g)+·I(g) I2(g)
根据上述机理,分析I2提高CH3Br选择性的原因: 改变了反应机理,发生了反应CH2Br2(g)+CH4(g) 2CH3Br(g) 。
12.(2024新课标,29,14分)Ni(CO)4(四羰合镍,沸点43 ℃)可用于制备高纯镍,也是有机化合物羰基化反应的催化剂。回答下列问题:
(1)Ni基态原子价电子的轨道表示式为 。镍的晶胞结构类型与铜的相同,晶胞体积为a3,镍原子半径为 a 。
(2)Ni(CO)4结构如图所示,其中含有σ键的数目为 8 ,Ni(CO)4晶体的类型为 分子晶体 。
(3)在总压分别为0.10、0.50、1.0、2.0 MPa下,Ni(s)和CO(g)反应达平衡时,Ni(CO)4体积分数x与温度的关系如图所示。反应Ni(s)+4CO(g) Ni(CO)4(g)的ΔH 小于 0(填“大于”或“小于”)。从热力学角度考虑, 增大压强、降低温度 有利于Ni(CO)4的生成(写出两点),p3、100 ℃时CO的平衡转化率α= 97.3% ,该温度下平衡常数Kp= 9×103 (MPa)-3。
(4)对于同位素交换反应Ni(C16O)4+C18O Ni(C16O)3C18O+C16O,20 ℃时反应物浓度随时间的变化关系为c1(Ni(C16O)4)=c0(Ni(C16O)4)e-kt(k为反应速率常数),则Ni(C16O)4反应一半所需时间 (用k表示)。
13.(2024湖南,18,15分)丙烯腈()是一种重要的化工原料。工业上以N2为载气,用TiO2作催化剂生产的流程如下:
已知:①进料混合气进入两釜的流量恒定,两釜中反应温度恒定;
②反应釜Ⅰ中发生的反应:
ⅰ.HOCH2CH2COOC2H5(g) +H2O(g) ΔH1
③反应釜Ⅱ中发生的反应:
ⅱ.+NH3(g) +C2H5OH(g) ΔH2
ⅲ. +H2O(g) ΔH3
④在此生产条件下,酯类物质可能发生水解。
回答下列问题:
(1)总反应HOCH2CH2COOC2H5(g)+NH3(g) +C2H5OH(g)+2H2O(g) ΔH= ΔH1+ΔH2+ΔH3 (用含ΔH1、ΔH2和ΔH3的代数式表示);
(2)进料混合气中n(HOCH2CH2COOC2H5)∶n(C2H5OH)=1∶2,出料中四种物质(、、C2H5OH、H2O)的流量(单位时间内出料口流出的物质的量)随时间变化关系如图:
①表示的曲线是 c (填“a”“b”或“c”);
②反应釜Ⅰ中加入C2H5OH的作用是 抑制酯类物质的水解 ;
③出料中没有检测到的原因是 反应ⅲ为不可逆反应 ;
④反应11 h后,a、b、c曲线对应物质的流量逐渐降低的原因是 催化剂TiO2的活性减弱 ;
(3)催化剂TiO2再生时会释放CO2,可用氨水吸收获得NH4HCO3。现将一定量的NH4HCO3固体(含0.72 g水)置于密闭真空容器中,充入CO2和NH3,其中CO2的分压为100 kPa,在27 ℃下进行干燥。为保证NH4HCO3不分解,NH3的分压应不低于 40 kPa[已知p(H2O)=2.5×102 kPa·mol-1×n(H2O),NH4HCO3分解的平衡常数Kp=4×104(kPa)3];
(4)以为原料,稀硫酸为电解液,Sn作阴极,用电解的方法可制得Sn(CH2CH2CN)4,其阴极反应式为 Sn+4CH2CHCN+4H++4e-Sn(CH2CH2CN)4 。
14.(2024安徽,17,15分)乙烯是一种用途广泛的有机化工原料,由乙烷制乙烯的研究备受关注。回答下列问题:
【乙烷制乙烯】
(1)C2H6氧化脱氢反应:
2C2H6(g)+O2(g) 2C2H4(g)+2H2O(g)
ΔH1=-209.8 kJ·mol-1
C2H6(g)+CO2(g) C2H4(g)+H2O(g)+CO(g) ΔH2=178.1 kJ·mol-1
计算:2CO(g)+O2(g) 2CO2(g) ΔH3= -566 kJ·mol-1
(2)C2H6直接脱氢反应为C2H6(g) C2H4(g)+H2(g) ΔH4,C2H6的平衡转化率与温度和压强的关系如图所示,则ΔH4 > 0(填“>”“<”或“=”)。结合下图,下列条件中,达到平衡时转化率最接近40%的是 b (填标号)。
a.600 ℃,0.6 MPa
b.700 ℃,0.7 MPa
c.800 ℃,0.8 MPa
(3)一定温度和压强下,反应ⅰ C2H6(g) C2H4(g)+H2(g)
反应ⅱ C2H6(g)+H2(g) 2CH4(g) ()
(Kx是以平衡物质的量分数代替平衡浓度计算的平衡常数)
①仅发生反应ⅰ时,C2H6的平衡转化率为25.0%,计算 。
②同时发生反应ⅰ和ⅱ时,与仅发生反应ⅰ相比,C2H4的平衡产率 增大 (填“增大”“减小”或“不变”)。
【乙烷和乙烯混合气的分离】
(4)通过Cu+修饰的Y分子筛的吸附—脱附,可实现C2H4和C2H6混合气的分离。Cu+的 空轨道 与C2H4分子的π键电子形成配位键,这种配位键强弱介于范德华力和共价键之间。用该分子筛分离C2H4和C2H6的优点是 选择性强,吸附效果好 。
(5)常温常压下,将C2H4和C2H6等体积混合,以一定流速通过某吸附剂,测得两种气体出口浓度(c)与进口浓度(c0)之比随时间变化关系如图所示。下列推断合理的是 BC (填标号)。
A.前30 min,两种气体均未被吸附
B.p点对应的时刻,出口气体的主要成分是C2H6
C.a-b对应的时间段内,吸附的C2H6逐渐被C2H4替代
15.(2023全国乙,28,14分)硫酸亚铁在工农业生产中有许多用途,如可用作农药防治小麦黑穗病,制造磁性氧化铁、铁催化剂等。回答下列问题:
(1)在N2气氛中,FeSO4·7H2O的脱水热分解过程如图所示:
根据上述实验结果,可知x= ,y= 。
(2)已知下列热化学方程式:
FeSO4·7H2O(s) FeSO4(s)+7H2O(g) ΔH1=a kJ·mol-1
FeSO4·xH2O(s) FeSO4(s)+xH2O(g) ΔH2=b kJ·mol-1
FeSO4·yH2O(s) FeSO4(s)+yH2O(g) ΔH3=c kJ·mol-1
则FeSO4·7H2O(s)+FeSO4·yH2O(s) 2(FeSO4·xH2O)(s)的ΔH= kJ·mol-1。
(3)将FeSO4置入抽空的刚性容器中,升高温度发生分解反应:
2FeSO4(s) Fe2O3(s)+SO2(g)+SO3(g)(Ⅰ)
平衡时~T的关系如下图所示。660 K时,该反应的平衡总压p总= kPa,平衡常数Kp(Ⅰ)= (kPa)2。Kp(Ⅰ)随反应温度升高而 (填“增大”“减小”或“不变”)。
(4)提高温度,上述容器中进一步发生反应2SO3(g) 2SO2(g)+O2(g)(Ⅱ),平衡时= (用、表示)。在929 K时,p总=84.6 kPa,=35.7 kPa,则= kPa,Kp(Ⅱ)= kPa(列出计算式)。
答案 (1)4 1
(2)a+c-2b
(3)3.0 2.25 增大 46.26
16.(2023新课标,29,15分)氨是最重要的化学品之一,我国目前氨的生产能力位居世界首位。回答下列问题:
(1)根据图1数据计算反应N2(g)+H2(g) NH3(g)的ΔH= kJ·mol-1。
(2)研究表明,合成氨反应在Fe催化剂上可能通过图2机理进行(*表示催化剂表面吸附位,表示被吸附于催化剂表面的N2)。判断上述反应机理中,速率控制步骤(即速率最慢步骤)为 (填步骤前的标号),理由是 。
(3)合成氨催化剂前驱体(主要成分为Fe3O4)使用前经H2还原,生成α-Fe包裹的Fe3O4。已知α-Fe属于立方晶系,晶胞参数a=287 pm,密度为7.8 g·cm-3。则α-Fe晶胞中含有Fe的原子数为 (列出计算式,阿伏加德罗常数的值为NA)。
(4)在不同压强下,以两种不同组成进料,反应达平衡时氨的摩尔分数与温度的计算结果如图所示。其中一种进料组成为=0.75、=0.25,另一种为=0.675、=0.225、xAr=0.10。(物质i的摩尔分数:xi=ni/n总)
图3
图4
①图中压强由小到大的顺序为 ,判断的依据是 。
②进料组成中含有惰性气体Ar的图是 。
③图3中,当p2=20 MPa、=0.20时,氮气的转化率α= 。该温度时,反应N2(g)+H2(g) NH3(g)的平衡常数Kp= MPa-1(化为最简式)。
答案 (1)-45
(2)ⅱ 1个分子变为2个N*的能垒最大,反应最慢,为速率控制步骤(N2分子中键能大,解离为N原子所需能量最多)
(3)
(4)①p1、p2、p3/p1
Ⅰ.HCOOH CO+H2O (快)
Ⅱ.HCOOH CO2+H2 (慢)
研究发现,在反应Ⅰ、Ⅱ中,H+仅对反应Ⅰ有催化加速作用;反应Ⅰ速率远大于反应Ⅱ,近似认为反应Ⅰ建立平衡后始终处于平衡状态。忽略水的电离,其浓度视为常数。
回答下列问题:
(1)一定条件下,反应Ⅰ、Ⅱ的焓变分别为ΔH1、ΔH2,则该条件下水气变换反应的焓变ΔH= (用含ΔH1、ΔH2的代数式表示)。
(2)反应Ⅰ正反应速率方程为v=kc(H+)c(HCOOH),k为反应速率常数。T1温度下,HCOOH电离平衡常数为Ka,当HCOOH平衡浓度为x mol·L-1时,H+浓度为 mol·L-1,此时反应Ⅰ正反应速率v= mol·L-1·h-1(用含Ka、x和k的代数式表示)。
(3)T2温度下,在密封石英管内完全充满1.0 mol·L-1 HCOOH水溶液,使HCOOH分解,分解产物均完全溶于水,含碳物种浓度与反应时间的变化关系如图所示(忽略碳元素的其他存在形式)。t1时刻测得CO、CO2的浓度分别为0.70 mol·L-1、0.16 mol·L-1;反应Ⅱ达平衡时,测得H2的浓度为y mol·L-1。体系达平衡后= (用含y的代数式表示,下同),反应Ⅱ的平衡常数为 。
相同条件下,若反应起始时溶液中同时还含有0.10 mol·L-1盐酸,则图示点a、b、c、d中,CO新的浓度峰值点可能是 (填标号)。与不含盐酸相比,CO达浓度峰值时,CO2浓度 (填“增大”“减小”或“不变”),的值 (填“增大”“减小”或“不变”)。
答案 (1)ΔH2-ΔH1
(2) kx
(3) a 减小 不变
18.(2023湖南,16,14分)聚苯乙烯是一类重要的高分子材料,可通过苯乙烯聚合制得。
Ⅰ.苯乙烯的制备
(1)已知下列反应的热化学方程式:
①C6H5C2H5(g)+O2(g) 8CO2(g)+5H2O(g) ΔH1=-4 386.9 kJ·mol-1
②C6H5CH CH2(g)+10O2(g) 8CO2(g)+4H2O(g) ΔH2=-4 263.1 kJ·mol-1
③H2(g)+O2(g) H2O(g) ΔH3=-241.8 kJ·mol-1
计算反应④C6H5C2H5(g) C6H5CH CH2(g)+H2(g)的ΔH4= kJ·mol-1;
(2)在某温度、100 kPa下,向反应器中充入1 mol气态乙苯发生反应④,其平衡转化率为50%,欲将平衡转化率提高至75%,需要向反应器中充入 mol水蒸气作为稀释气(计算时忽略副反应);
(3)在913 K、100 kPa下,以水蒸气作稀释气、Fe2O3作催化剂,乙苯除脱氢生成苯乙烯外,还会发生如下两个副反应:
⑤C6H5C2H5(g) C6H6(g)+CH2 CH2(g)
⑥C6H5C2H5(g)+H2(g) C6H5CH3(g)+CH4(g)
以上反应体系中,芳香烃产物苯乙烯、苯和甲苯的选择性S(S=×100%)随乙苯转化率的变化曲线如图所示,其中曲线b代表的产物是 ,理由是 ;
(4)关于本反应体系中催化剂Fe2O3的描述错误的是 ;
A.X射线衍射技术可测定Fe2O3晶体结构
B.Fe2O3可改变乙苯平衡转化率
C.Fe2O3降低了乙苯脱氢反应的活化能
D.改变Fe2O3颗粒大小不影响反应速率
Ⅱ.苯乙烯的聚合
苯乙烯聚合有多种方法,其中一种方法的关键步骤是某Cu(Ⅰ)的配合物促进C6H5CH2X(引发剂,X表示卤素)生成自由基C6H5H2,实现苯乙烯可控聚合。
(5)引发剂C6H5CH2Cl、C6H5CH2Br、C6H5CH2I中活性最高的是 ;
(6)室温下,①Cu+在配体L的水溶液中形成[Cu(L)2]+,其反应平衡常数为K;②CuBr在水中的溶度积常数为Ksp。由此可知,CuBr在配体L的水溶液中溶解反应的平衡常数为 (所有方程式中计量系数关系均为最简整数比)。
答案 (1)+118
(2)5
(3)甲苯 随着反应④进行,c(H2)增大,导致反应⑥速率加快,甲苯的选择性提高
(4)BD
(5)C6H5CH2I
(6)K·Ksp
19.(2023辽宁,18,14分)硫酸工业在国民经济中占有重要地位。
(1)我国古籍记载了硫酸的制备方法——“炼石胆(CuSO4·5H2O)取精华法”。借助现代仪器分析,该制备过程中CuSO4·5H2O分解的TG(热重)曲线及DSC曲线(反映体系热量变化情况,数值已省略)如下图所示。700 ℃左右有两个吸热峰,则此时分解生成的氧化物有SO2、 和 (填化学式)。
(2)铅室法使用了大容积铅室制备硫酸(76%以下),副产物为亚硝基硫酸,主要反应如下:
NO2+SO2+H2O NO+H2SO4
2NO+O2 2NO2
(ⅰ)上述过程中NO2的作用为 。
(ⅱ)为了适应化工生产的需求,铅室法最终被接触法所代替,其主要原因是 (答出两点即可)。
(3)接触法制硫酸的关键反应为SO2的催化氧化:SO2(g)+O2(g) SO3(g) ΔH=-98.9 kJ·mol-1
(ⅰ)为寻求固定投料比下不同反应阶段的最佳生产温度,绘制相应转化率(α)下反应速率(数值已略去)与温度的关系如下图所示,下列说法正确的是 。
a.温度越高,反应速率越大
b.α=0.88的曲线代表平衡转化率
c.α越大,反应速率最大值对应温度越低
d.可根据不同α下的最大速率,选择最佳生产温度
(ⅱ)为提高钒催化剂的综合性能,我国科学家对其进行了改良。不同催化剂下,温度和转化率关系如下图所示,催化性能最佳的是 (填标号)。
(ⅲ)设O2的平衡分压为p,SO2的平衡转化率为αe,用含p和αe的代数式表示上述催化氧化反应的Kp= (用平衡分压代替平衡浓度计算)。
答案 (1)CuO SO3
(2)(ⅰ)催化剂 (ⅱ)反应过程有NO、NO2参与,容易污染环境;制备的硫酸纯度不高,含有副产物亚硝基硫酸等合理答案
(3)(ⅰ)cd (ⅱ)d (ⅲ)
20.(2022广东,19,14分)铬及其化合物在催化、金属防腐等方面具有重要应用。
(1)催化剂Cr2O3可由(NH4)2Cr2O7加热分解制备,反应同时生成无污染气体。
①完成化学方程式:(NH4)2Cr2O7Cr2O3+ + 。
②Cr2O3催化丙烷脱氢过程中,部分反应历程如图1,X(g)→Y(g)过程的焓变为 (列式表示)。
图1
③Cr2O3可用于NH3的催化氧化。设计从NH3出发经过3步反应制备HNO3的路线 (用“→”表示含氮物质间的转化);其中一个有颜色变化的反应的化学方程式为 。
(2)K2Cr2O7溶液中存在多个平衡。本题条件下仅需考虑如下平衡:
(ⅰ)Cr2(aq)+H2O(l) 2HCr(aq) K1=3.0×10-2(25 ℃)
(ⅱ)HCr(aq) Cr(aq)+H+(aq) K2=3.3×10-7(25 ℃)
①下列有关K2Cr2O7溶液的说法正确的有 。
A.加入少量硫酸,溶液的pH不变
B.加入少量水稀释,溶液中离子总数增加
C.加入少量NaOH溶液,反应(ⅰ)的平衡逆向移动
D.加入少量K2Cr2O7固体,平衡时c2(HCr)与c(Cr2)的比值保持不变
②25 ℃时,0.10 mol·L-1 K2Cr2O7溶液中lg随pH的变化关系如图2。当pH=9.00时,设Cr2、HCr与Cr的平衡浓度分别为x、y、z mol·L-1,则x、y、z之间的关系式为 =0.10;计算溶液中HCr的平衡浓度(写出计算过程,结果保留两位有效数字)。
图2
③在稀溶液中,一种物质对光的吸收程度(A)与其所吸收光的波长(λ)有关;在一定波长范围内,最大A对应的波长(λmax)取决于物质的结构特征;浓度越高,A越大。混合溶液在某一波长的A是各组分吸收程度之和。为研究pH对反应(ⅰ)和(ⅱ)平衡的影响,配制浓度相同、pH不同的K2Cr2O7稀溶液,测得其A随λ的变化曲线如图3。波长λ1、λ2和λ3中,与Cr的λmax最接近的是 ;溶液pH从a变到b的过程中,的值 (填“增大”“减小”或“不变”)。
图3
答案 (1)①N2↑ 4H2O ②E1-E2+ΔH+E3-E4
③NH3 NO NO2 HNO3 2NO+O2 2NO2或3NO2+H2O 2HNO3+NO,4NO2+O2+2H2O 4HNO3
(2)①BD ②x+y+z 当pH=9.00时,溶液中c(H+)=10-9 mol·L-1,K1==3.0×10-2=,K2==3.3×10-7=,K1·K2===3.0×10-2×3.3×10-7=9.9×10-9,=9.9,故=0.10。根据图像,pH=9.00时,lg=lg=4.2,=104.2,结合=0.10,可得y=9.9×10-4.2,即HCr的平衡浓度为9.9×10-4.2 mol·L-1 ③λ3 增大
21.(2022海南,16,10分)某空间站的生命保障系统功能之一是实现氧循环。其中涉及反应:
CO2(g)+4H2(g) 2H2O(g)+CH4(g)
回答问题:
(1)已知:电解液态水制备1 mol O2(g),电解反应的ΔH=+572 kJ·mol-1。由此计算H2(g)的燃烧热(焓)ΔH= kJ·mol-1。
(2)已知:CO2(g)+4H2(g) 2H2O(g)+CH4(g)的平衡常数(K)与反应温度(t)之间的关系如图1所示。
图1
①若反应为基元反应,且反应的ΔH与活化能(Ea)的关系为|ΔH|>Ea。补充完成该反应过程的能量变化示意图(图2)。
图2
②某研究小组模拟该反应。温度t下,向容积为10 L的抽空的密闭容器中通入0.1 mol CO2和0.4 mol H2,反应平衡后测得容器中n(CH4)=0.05 mol。则CO2的转化率为 ,反应温度t约为 ℃。
(3)在相同条件下,CO2(g)与H2(g)还会发生不利于氧循环的副反应:
CO2(g)+3H2(g) H2O(g)+CH3OH(g)
在反应器中按n(CO2)∶n(H2)=1∶4通入反应物,在不同温度、不同催化剂条件下,反应进行到2 min时,测得反应器中CH3OH、CH4浓度(μmol·L-1)如下表所示。
催化剂 t=350 ℃ t=400 ℃
c(CH3OH) c(CH4) c(CH3OH) c(CH4)
催化剂Ⅰ 10.8 12 722 345.2 42 780
催化剂Ⅱ 9.2 10 775 34 38 932
在选择使用催化剂Ⅰ和350 ℃条件下反应,0~2 min生成CH3OH的平均反应速率为 μmol·L-1·min-1;若某空间站的生命保障系统实际选择使用催化剂Ⅱ和400 ℃的反应条件,原因是 。
答案 (1)-286
(2)①
②50% 660.2(或660.1或660.3,其他合理答案也可)
(3)5.4 相同催化剂,400 ℃的反应速率更快;相同温度,催化剂Ⅱ副产物浓度低,甲烷的比例高
22.(2022河北,16,14分)氢能是极具发展潜力的清洁能源,以氢燃料为代表的燃料电池有良好的应用前景。
(1)298 K时,1 g H2燃烧生成H2O(g)放热121 kJ,1 mol H2O(l)蒸发吸热44 kJ。表示H2燃烧热的热化学方程式为 。
(2)工业上常用甲烷水蒸气重整制备氢气,体系中发生如下反应:
Ⅰ CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)
Ⅱ CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)
①下列操作中,能提高CH4(g)平衡转化率的是 (填标号)。
A.增加CH4(g)用量
B.恒温恒压下通入惰性气体
C.移除CO(g)
D.加入催化剂
②恒温恒压条件下,1 mol CH4(g)和1 mol H2O(g)反应达平衡时,CH4(g)的转化率为α,CO2(g)的物质的量为b mol,则反应Ⅰ的平衡常数Kx= [写出含有α、b的计算式;对于反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g),Kx=,x为物质的量分数]。其他条件不变,H2O(g)起始量增加到5 mol,达平衡时α=0.90,b=0.65,平衡体系中H2(g)的物质的量分数为 (结果保留两位有效数字)。
(3)氢氧燃料电池中氢气在 (填“正”或“负”)极发生反应。
(4)在允许O2-自由迁移的固体电解质燃料电池中,CnH2n+2放电的电极反应式为 。
(5)甲醇燃料电池中,吸附在催化剂表面的甲醇分子逐步脱氢得到CO,四步可能脱氢产物及其相对能量如图,则最可行途径为a→ (用b~j等代号表示)。
答案 (1)H2(g)+O2(g) H2O(l) ΔH=-286 kJ·mol-1
(2)①BC ② 0.43
(3)负
(4)CnH2n+2-(6n+2)e-+(3n+1)O2- nCO2+(n+1)H2O
(5)b→e→f→i
23.(2022湖南,16,13分)2021年我国制氢量位居世界第一,煤的气化是一种重要的制氢途径。回答下列问题:
(1)在一定温度下,向体积固定的密闭容器中加入足量的C(s)和1 mol H2O(g),起始压强为0.2 MPa时,发生下列反应生成水煤气:
Ⅰ.C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g) ΔH1=+131.4 kJ·mol-1
Ⅱ.CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) ΔH2=-41.1 kJ·mol-1
①下列说法正确的是 :
A.平衡时向容器中充入惰性气体,反应Ⅰ的平衡逆向移动
B.混合气体的密度保持不变时,说明反应体系已达到平衡
C.平衡时H2的体积分数可能大于
D.将炭块粉碎,可加快反应速率
②反应平衡时,H2O(g)的转化率为50%,CO的物质的量为0.1 mol。此时,整个体系 (填“吸收”或“放出”)热量 kJ,反应Ⅰ的平衡常数Kp= (以分压表示,分压=总压×物质的量分数)。
(2)一种脱除和利用水煤气中CO2方法的示意图如下:
①某温度下,吸收塔中K2CO3溶液吸收一定量的CO2后,c(C)∶c(HC)=1∶2,则该溶液的pH= (该温度下H2CO3的=4.6×10-7,=5.0×10-11);
②再生塔中产生CO2的离子方程式为 ;
③利用电化学原理,将CO2电催化还原为C2H4,阴极反应式为 。
答案 (1)①BD ②吸收 31.2 0.02
(2)①10 ②2HC C+CO2↑+H2O
③2CO2+12e-+12H+ C2H4+4H2O
24.(2022全国甲,28,14分)金属钛(Ti)在航空航天、医疗器械等工业领域有着重要用途。目前生产钛的方法之一是将金红石(TiO2)转化为TiCl4,再进一步还原得到钛。回答下列问题:
(1) TiO2转化为TiCl4有直接氯化法和碳氯化法。在1 000 ℃时反应的热化学方程式及其平衡常数如下:
(ⅰ)直接氯化:
TiO2(s)+2Cl2(g) TiCl4(g)+O2(g) ΔH1=172 kJ·mol-1,=1.0×10-2
(ⅱ)碳氯化:
TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s) TiCl4(g)+2CO(g)
ΔH2=-51 kJ·mol-1,=1.2×1012 Pa
①反应2C(s)+O2(g) 2CO(g)的ΔH为 kJ·mol-1,Kp= Pa。
②碳氯化的反应趋势远大于直接氯化,其原因是 。
③对于碳氯化反应:增大压强,平衡 移动(填“向左”“向右”或“不”);温度升高,平衡转化率 (填“变大”“变小”或“不变”)。
(2)在1.0×105 Pa,将TiO2、C、Cl2以物质的量比1∶2.2∶2进行反应。体系中气体平衡组成比例(物质的量分数)随温度变化的理论计算结果如图所示。
①反应C(s)+CO2(g) 2CO(g)的平衡常数Kp(1 400 ℃)= Pa。
②图中显示,在200 ℃平衡时TiO2几乎完全转化为TiCl4,但实际生产中反应温度却远高于此温度,其原因是 。
(3)TiO2碳氯化是一个“气—固—固”反应,有利于TiO2-C“固—固”接触的措施是 。
答案 (1)①-223 1.2×1014 ②碳氯化反应熵增、放热且平衡常数远大于105 Pa ③向左 变小
(2)①7.2×105 ②为了提高反应速率,在相同时间内得到更多的TiCl4产品,提高效益
(3)搅拌或研磨固体成粉
25.(2022全国乙,28,14分)油气开采、石油化工、煤化工等行业废气普遍含有的硫化氢,需要回收处理并加以利用。回答下列问题:
(1)已知下列反应的热化学方程式:
①2H2S(g)+3O2(g) 2SO2(g)+2H2O(g) ΔH1=-1 036 kJ·mol-1
②4H2S(g)+2SO2(g) 3S2(g)+4H2O(g) ΔH2=94 kJ·mol-1
③2H2(g)+O2(g) 2H2O(g) ΔH3=-484 kJ·mol-1
计算H2S热分解反应④2H2S(g) S2(g)+2H2(g)的ΔH4= kJ·mol-1。
(2)较普遍采用的H2S处理方法是克劳斯工艺,即利用反应①和②生成单质硫。另一种方法是,利用反应④高温热分解H2S。相比克劳斯工艺,高温热分解方法的优点是 ,缺点是 。
(3)在1 470 K、100 kPa反应条件下,将n(H2S)∶n(Ar)=1∶4的混合气进行H2S热分解反应。平衡时混合气中H2S与H2的分压相等,H2S平衡转化率为 ,平衡常数Kp= kPa。
(4)在1 373 K、100 kPa反应条件下,对于n(H2S)∶n(Ar)分别为4∶1、1∶1、1∶4、1∶9、1∶19的H2S-Ar混合气,热分解反应过程中H2S转化率随时间的变化如下图所示。
①n(H2S)∶n(Ar)越小,H2S平衡转化率 ,理由是 。
②n(H2S)∶n(Ar)=1∶9对应图中曲线 ,计算其在0~0.1 s之间,H2S分压的平均变化率为 kPa·s-1。
答案 (1)+170
(2)高温热分解能够获得H2,H2可作燃料,且副产物少 能耗高
(3)50% 4.76
(4)①越高(或越大) H2S的热分解反应为气体分子数增大的反应,恒压条件下,不断充入Ar,导致H2S的分压降低,相当于减压,平衡正向移动,H2S的平衡转化率升高 ②d 24.9
26.(2022山东,20,11分)利用γ-丁内酯(BL)制备1,4-丁二醇(BD),反应过程中伴有生成四氢呋喃(THF)和1-丁醇(BuOH)的副反应,涉及反应如下:
已知:①反应Ⅰ为快速平衡,可认为不受慢反应Ⅱ、Ⅲ的影响;②因反应Ⅰ在高压H2氛围下进行,故H2压强近似等于总压。回答下列问题:
(1)以5.0×10-3 mol BL或BD为初始原料,在493 K、3.0×103 kPa的高压H2氛围下,分别在恒压容器中进行反应。达平衡时,以BL为原料,体系向环境放热X kJ;以BD为原料,体系从环境吸热Y kJ。忽略副反应热效应,反应Ⅰ焓变ΔH(493 K,3.0×103 kPa)= kJ·mol-1。
(2)初始条件同上。xi表示某物种i的物质的量与除H2外其他各物种总物质的量之比,xBL和xBD随时间t变化关系如图甲所示。实验测得X
(3)(xBD/xBL)max为达平衡时xBD与xBL的比值。(493 K,2.5×103 kPa)、(493 K,3.5×103 kPa)、(513 K,2.5×103 kPa)三种条件下,以5.0×10-3mol BL为初始原料,在相同体积的刚性容器中发生反应,随时间t变化关系如图乙所示。因反应在高压H2氛围下进行,可忽略压强对反应速率的影响。曲线a、b、c中,(xBD/xBL)max最大的是 (填代号);与曲线b相比,曲线c达到=1.0所需时间更长,原因是 。
图乙
答案 (1)-200(X+Y)
(2)ac 8.3×10-8 0.08 39%
(3)c 由于b和c代表的温度相同,而压强对反应速率的影响可忽略,压强增大反应Ⅱ、Ⅲ均是逆向进行,(xBD/xBL)max增大,故=1.0所需时间更长
27. （2022浙江1月选考，29，10分)工业上,以煤炭为原料,通入一定比例的空气和水蒸气,经过系列反应可以得到满足不同需求的原料气。
请回答:
(1)在C和O2的反应体系中:
反应1 C(s)+O2(g) CO2(g) ΔH1=-394 kJ·mol-1
反应2 2CO(g)+O2(g) 2CO2(g) ΔH2=-566 kJ·mol-1
反应3 2C(s)+O2(g) 2CO(g) ΔH3
①设y=ΔH-TΔS,反应1、2和3的y随温度T的变化关系如图1所示。图中对应于反应3的线条是 。
图1
②一定压强下,随着温度的升高,气体中CO与CO2的物质的量之比 。
A.不变 B.增大 C.减小 D.无法判断
(2)水煤气反应:C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) ΔH=131 kJ·mol-1。
工业生产水煤气时,通常交替通入合适量的空气和水蒸气与煤炭反应,其理由是 。
(3)一氧化碳变换反应:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH=-41 kJ·mol-1。
①一定温度下,反应后测得各组分的平衡压强(即组分的物质的量分数×总压):p(CO)=0.25 MPa、p(H2O)=0.25 MPa、p(CO2)=0.75 MPa和p(H2)=0.75 MPa,则反应的平衡常数K的数值为 。
②维持与题①相同的温度和总压,提高水蒸气的比例,使CO的平衡转化率提高到90%,则原料气中水蒸气和CO的物质的量之比为 。
③生产过程中,为了提高变换反应的速率,下列措施中合适的是 。
A.反应温度愈高愈好 B.适当提高反应物压强
C.选择合适的催化剂 D.通入一定量的氮气
④以固体催化剂M催化变换反应,若水蒸气分子首先被催化剂的活性表面吸附而解离,能量—反应过程如图2所示。
图2
用两个化学方程式表示该催化反应历程(反应机理):步骤Ⅰ: ;步骤Ⅱ: 。
答案 (1)①a ②B
(2)水蒸气与煤炭反应吸热,氧气与煤炭反应放热,交替通入空气和水蒸气有利于维持体系热量平衡,保持较高温度,有利于加快化学反应速率
(3)①9.0 ②1.8∶1 ③BC
④M+H2O MO+H2 MO+CO M+CO2
28.(2022浙江6月选考,29,10分)主要成分为H2S的工业废气的回收利用有重要意义。
(1)回收单质硫。将三分之一的H2S燃烧,产生的SO2与其余H2S混合后反应:
2H2S(g)+SO2(g) S8(s)+2H2O(g)
在某温度下达到平衡,测得密闭系统中各组分浓度分别为c(H2S)=2.0×10-5 mol·L-1、c(SO2)=5.0×10-5 mol·L-1、c(H2O)=4.0×10-3 mol·L-1,计算该温度下的平衡常数K= 。
(2)热解H2S制H2。根据文献,将H2S和CH4的混合气体导入石英管反应器热解(一边进料,另一边出料),发生如下反应:
Ⅰ 2H2S(g) 2H2(g)+S2(g) ΔH1=170 kJ·mol-1
Ⅱ CH4(g)+S2(g) CS2(g)+2H2(g) ΔH2=64 kJ·mol-1
总反应:
Ⅲ 2H2S(g)+CH4(g) CS2(g)+4H2(g)
投料按体积之比V(H2S)∶V(CH4)=2∶1,并用N2稀释;常压、不同温度下反应相同时间后,测得H2和CS2体积分数如下表:
温度/℃ 950 1 000 1 050 1 100 1 150
H2/(V%) 0.5 1.5 3.6 5.5 8.5
CS2/(V%) 0.0 0.0 0.1 0.4 1.8
请回答:
①反应Ⅲ能自发进行的条件是 。
②下列说法正确的是 。
A.其他条件不变时,用Ar替代N2作稀释气体,对实验结果几乎无影响
B.其他条件不变时,温度越高,H2S的转化率越高
C.由实验数据推出H2S中的键强于CH4中的键
D.恒温恒压下,增加N2的体积分数,H2的浓度升高
③若将反应Ⅲ看成由反应Ⅰ和反应Ⅱ两步进行,画出由反应原料经两步生成产物的反应过程能量示意图。
④在1 000 ℃、常压下,保持通入的H2S体积分数不变,提高投料比[V(H2S)∶V(CH4)],H2S的转化率不变,原因是 。
⑤在950 ℃~1 150 ℃范围内(其他条件不变),S2(g)的体积分数随温度升高发生变化,写出该变化规律并分析原因 。
答案 (1)8.0×108 L·mol-1
(2)①高温 ②AB
③
④1 000 ℃时CH4不参与反应,相同分压的H2S经历相同的时间转化率相同
⑤先升后降。在低温段,以反应Ⅰ为主,随温度升高,S2(g)的体积分数增大;在高温段,随温度升高,反应Ⅱ消耗S2的速率大于反应Ⅰ生成S2的速率,S2(g)的体积分数减小
29.(2020天津,16,14分)利用太阳能光解水,制备的H2用于还原CO2合成有机物,可实现资源的再利用。回答下列问题:
Ⅰ.半导体光催化剂浸入水或电解质溶液中,光照时可在其表面得到产物
(1)上图为该催化剂在水中发生光催化反应的原理示意图。光解水能量转化形式为 。
(2)若将该催化剂置于Na2SO3溶液中,产物之一为S,另一产物为 。若将该催化剂置于AgNO3溶液中,产物之一为O2,写出生成另一产物的离子反应式 。
Ⅱ.用H2还原CO2可以在一定条件下合成CH3OH(不考虑副反应)
CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH<0
(3)某温度下,恒容密闭容器中,CO2和H2的起始浓度分别为a mol·L-1和3a mol·L-1,反应平衡时,CH3OH的产率为b,该温度下反应平衡常数的值为 。
(4)恒压下,CO2和H2的起始物质的量比为1∶3时,该反应在无分子筛膜时甲醇的平衡产率和有分子筛膜时甲醇的产率随温度的变化如下图所示,其中分子筛膜能选择性分离出H2O。
①甲醇平衡产率随温度升高而降低的原因为 。
②P点甲醇产率高于T点的原因为 。
③根据上图,在此条件下采用该分子筛膜时的最佳反应温度为 ℃。
Ⅲ.调节溶液pH可实现工业废气CO2的捕获和释放
(5)C的空间构型为 。已知25 ℃碳酸电离常数为、,当溶液pH=12时,c(H2CO3)∶c(HC)∶c(C)=1∶ ∶ 。
答案 (1)光能转化为化学能
(2)H2 Ag++e-Ag
(3)
(4)①该反应为放热反应,温度升高,平衡逆向移动(或平衡常数减小)
②分子筛膜从反应体系中不断分离出H2O,有利于反应正向进行,甲醇产率升高 ③210
(5)平面(正)三角形 1012· 1024··
30.(2019天津理综,10,14分)多晶硅是制作光伏电池的关键材料。以下是由粗硅制备多晶硅的简易过程。
回答下列问题:
Ⅰ.硅粉与HCl在300 ℃时反应生成1 mol SiHCl3气体和H2,放出225 kJ热量,该反应的热化学方程式为 。SiHCl3的电子式为 。
Ⅱ.将SiCl4氢化为SiHCl3有三种方法,对应的反应依次为:
①SiCl4(g)+H2(g) SiHCl3(g)+HCl(g) ΔH1>0
②3SiCl4(g)+2H2(g)+Si(s) 4SiHCl3(g) ΔH2<0
③2SiCl4(g)+H2(g)+Si(s)+HCl(g) 3SiHCl3(g) ΔH3
(1)氢化过程中所需的高纯度H2可用惰性电极电解KOH溶液制备,写出产生H2的电极名称 (填“阳极”或“阴极”),该电极反应方程式为 。
(2)已知体系自由能变ΔG=ΔH-TΔS,ΔG<0时反应自发进行。三个氢化反应的ΔG与温度的关系如图1所示,可知:反应①能自发进行的最低温度是 ;相同温度下,反应②比反应①的ΔG小,主要原因是 。
(3)不同温度下反应②中SiCl4转化率如图2所示。下列叙述正确的是 (填序号)。
a.B点:v正>v逆
b.v正:A点>E点
c.反应适宜温度:480~520 ℃
(4)反应③的ΔH3= (用ΔH1,ΔH2表示)。温度升高,反应③的平衡常数K (填“增大”“减小”或“不变”)。
(5)由粗硅制备多晶硅过程中循环使用的物质除SiCl4、SiHCl3和Si外,还有 (填分子式)。
答案 Ⅰ.Si(s)+3HCl(g) SiHCl3(g)+H2(g)
ΔH=-225 kJ·mol-1
Ⅱ.(1)阴极 2H2O+2e- H2↑+2OH-或2H++2e- H2↑
(2)1 000 ℃ ΔH2<ΔH1导致反应②的ΔG小
(3)a、c
(4)ΔH2-ΔH1 减小
(5)HCl、H2
31.(2018课标Ⅱ,27,14分)CH4-CO2催化重整不仅可以得到合成气(CO和H2),还对温室气体的减排具有重要意义。回答下列问题:
(1)CH4-CO2催化重整反应为:CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)。
已知:C(s)+2H2(g) CH4(g) ΔH=-75 kJ·mol-1
C(s)+O2(g) CO2(g) ΔH=-394 kJ·mol-1
C(s)+O2(g) CO(g) ΔH=-111 kJ·mol-1
该催化重整反应的ΔH= kJ·mol-1。有利于提高CH4平衡转化率的条件是 (填标号)。
A.高温低压 B.低温高压 C.高温高压 D.低温低压
某温度下,在体积为2 L的容器中加入2 mol CH4、1 mol CO2以及催化剂进行重整反应,达到平衡时CO2的转化率是50%,其平衡常数为 mol2·L-2。
(2)反应中催化剂活性会因积碳反应而降低,同时存在的消碳反应则使积碳量减少。相关数据如下表:
积碳反应CH4(g) C(s)+2H2(g) 消碳反应CO2(g)+C(s)2CO(g)
ΔH/(kJ·mol-1) 75 172
活化能/ (kJ·mol-1) 催化剂X 33 91
催化剂Y 43 72
①由上表判断,催化剂X Y(填“优于”或“劣于”),理由是 。在反应进料气组成、压强及反应时间相同的情况下,某催化剂表面的积碳量随温度的变化关系如下图所示。升高温度时,下列关于积碳反应、消碳反应的平衡常数(K)和速率(v)的叙述正确的是 (填标号)。
A.K积、K消均增加
B.v积减小、v消增加
C.K积减小、K消增加
D.v消增加的倍数比v积增加的倍数大
②在一定温度下,测得某催化剂上沉积碳的生成速率方程为v=k·p(CH4)·[p(CO2)]-0.5(k为速率常数)。在p(CH4)一定时,不同p(CO2)下积碳量随时间的变化趋势如下图所示,则pa(CO2)、pb(CO2)、pc(CO2)从大到小的顺序为 。
答案 (1)247 A
(2)①劣于 相对于催化剂X,催化剂Y积碳反应的活化能大,积碳反应的速率小;而消碳反应活化能相对小,消碳反应速率大 AD
②pc(CO2)、pb(CO2)、pa(CO2)
32.(2018海南单科,16,9分)过氧化氢(H2O2)是重要的化工产品,广泛应用于绿色化学合成、医疗消毒等领域。回答下列问题:
(1)已知:
H2(g)+O2(g) H2O(l) ΔH1=-286 kJ·mol-1
H2(g)+O2(g) H2O2(l) ΔH2=-188 kJ·mol-1
过氧化氢分解反应2H2O2(l)2H2O(l)+O2(g)的ΔH= kJ·mol-1。不同温度下过氧化氢分解反应的平衡常数K313 K K298 K(填“大于”“小于”或“等于”)。
(2)100 ℃时,在不同金属离子存在下,纯过氧化氢24 h的分解率见下表:
离子 加入量/(mg·L-1) 分解率/% 离子 加入量/(mg·L-1) 分解率/%
无 — 2 Fe3+ 1.0 15
Al3+ 10 2 Cu2+ 0.1 86
Zn2+ 10 10 Cr3+ 0.1 96
由上表数据可知,能使过氧化氢分解反应活化能降低最多的离子是 。贮运过氧化氢时,可选用的容器材质为 (填标号)。
A.不锈钢 B.纯铝 C.黄铜 D.铸铁
(3)过氧化氢的=2.24×10-12,H2O2的酸性 H2O(填“大于”“小于”或“等于”)。研究表明,过氧化氢溶液中H的浓度越大,过氧化氢的分解速率越快。常温下,不同浓度的过氧化氢分解率与pH的关系如图所示。一定浓度的过氧化氢,pH增大分解率增大的原因是 ;相同pH下,过氧化氢浓度越大分解率越低的原因是 。
答案 (1)-196 小于
(2)Cr3+ B
(3)大于 pH升高,H的浓度增大,分解速率加快 过氧化氢浓度越高,其电离程度越低,分解率越小
33.(2018浙江4月选考,30,10分)(一)以四甲基氯化铵[(CH3)4NCl]水溶液为原料,通过电解法可以制备四甲基氢氧化铵[(CH3)4NOH],装置如图1所示。
图1
(1)收集到(CH3)4NOH的区域是 (填 “a”“b”“ c”或“d”)。
(2)写出电池总反应 。
(二)乙酸乙酯一般通过乙酸和乙醇酯化合成:
CH3COOH(l)+C2H5OH(l)CH3COOC2H5(l)+H2O(l) ΔH=-2.7 kJ·mol-1
已知纯物质和相关恒沸混合物的常压沸点如下表:
纯物质 沸点/℃ 恒沸混合物(质量分数) 沸点/℃
乙醇 78.3 乙酸乙酯(0.92)+水(0.08) 70.4
乙酸 117.9 乙酸乙酯(0.69)+乙醇(0.31) 71.8
乙酸乙酯 77.1 乙酸乙酯(0.83)+乙醇(0.08)+水(0.09) 70.2
请完成:
(1)关于该反应,下列说法不合理的是 。
A.反应体系中硫酸有催化作用
B.因为化学方程式前后物质的化学计量数之和相等,所以反应的ΔS等于零
C.因为反应的ΔH接近于零,所以温度变化对平衡转化率的影响大
D.因为反应前后都是液态物质,所以压强变化对化学平衡的影响可忽略不计
(2)一定温度下该反应的平衡常数K=4.0。若按化学方程式中乙酸和乙醇的化学计量数比例投料,则乙酸乙酯的平衡产率y= ;若乙酸和乙醇的物质的量之比为n∶1,相应平衡体系中乙酸乙酯的物质的量分数为x,请在图2中绘制x随n变化的示意图(计算时不计副反应)。
图2
(3)工业上多采用乙酸过量的方法,将合成塔中乙酸、乙醇和硫酸混合液加热至110 ℃左右发生酯化反应并回流,直到塔顶温度达到70~71 ℃,开始从塔顶出料,控制乙酸过量的作用有
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