第九章 化学反应速率与化学平衡--2027山东版高考化学第一轮章节练
文档属性
| 名称 | 第九章 化学反应速率与化学平衡--2027山东版高考化学第一轮章节练 |
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| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 1.7MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 鲁科版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2026-01-26 00:00:00 | ||
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2027山东版高考化学第一轮
第九章 化学反应速率与化学平衡
第1节 化学反应速率
五年高考
1.★(2024甘肃,4,3分)下列措施能降低化学反应速率的是( )
A.催化氧化氨制备硝酸时加入铂
B.中和滴定时,边滴边摇锥形瓶
C.锌粉和盐酸反应时加水稀释
D.石墨合成金刚石时增大压强
2.★★★(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
3.★★★(教考衔接:鲁科版选必1第2章第3节)(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
4.★★(2025浙江6月选考,18节选)(3)某研究小组提出,商用ClO2(常含杂质Cl2)在水中易发生如下反应,影响自来水消毒效果。
Ⅳ 2ClO2(aq)+H2O(l) Cl(aq)+2H+(aq)
Ⅴ 2ClO2(aq)+ClO-(aq)+H2O(l) 2Cl(aq)+2H+(aq)+Cl-(aq)
ClO2中Cl2含量对ClO2反应初始速率[v初始(ClO2)]的影响如图所示。实验条件:T2℃,ClO2初始浓度相同。
①Cl2的存在主要加快了反应 (填“Ⅳ”或“Ⅴ”)。
②指出改变v初始(ClO2)的影响因素,并解释原因: 。
三年模拟
5.★★(不定项)(2026届山东潍坊一中开学考,13)为减轻大气污染,可将汽车尾气中的CO和NO转化为无污染气体。在一定条件下,向一容积为2 L的恒容密闭容器中充入10 mol CO和10 mol NO,使之在催化剂作用下发生反应2CO(g)+2NO(g) 2CO2(g)+N2(g),测得反应过程中部分物质的物质的量随反应时间变化的曲线如图所示。下列说法不正确的是( )
A.2 min时,v正(NO)=v逆(NO)
B.曲线Ⅱ表示n(N2)随时间的变化
C.用同一物质表示反应速率时,b点的正反应速率大于c点的逆反应速率
D.0~5 min内,v(CO)=0.8 mol·L-1·min-1
6.★★★(不定项)(2024届山东德州期末,14)已知橙红色的配离子[FeR3]2+可被HNO3氧化成淡蓝色的配离子[FeR3]3+(HNO3的还原产物是HNO2),现用浓度分别为2.0 mol·L-1、2.5 mol·L-1、3.0 mol·L-1的HNO3溶液进行实验,c{[FeR3]2+}随时间t的变化曲线如图所示。下列有关说法错误的是( )
A.实验中n{[FeR3]2+}、n{[FeR3]3+}之和不变时,反应达到平衡状态
B.三组实验中,反应速率都是前期速率增大,后期速率减小
C.2.0 mol·L-1的HNO3溶液进行实验,平衡时[FeR3]2+的平均消耗速率为4.7×10-5 mol·L-1·min-1
D.平衡后加水稀释,增大
7.★★★(不定项)(2025届山东滕州期中,11)某科研小组利用如下反应消除NO和CO的污染:2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g) ΔH=x kJ·mol-1。T ℃时,在容积为2 L的恒容密闭容器中充入2 mol NO和2 mol CO,保持温度不变,5 min时达到平衡状态,此时c(N2)=0.4 mol·L-1。下列说法中不正确的是( )
A.x<0
B.α(NO)=20%
C.0~5 min内,v(CO)=0.16 mol·L-1·min-1
D.保持温度不变,若再向上述平衡体系中充入2 mol NO和2 mol CO,重新达到平衡时,c(N2)=0.8 mol·L-1
8.★★★(2025届山东德州高三下学期开学考,20节选)乙炔和乙烯是重要的基础化工原料,利用乙炔制乙烯的过程如下。
反应Ⅰ:C2H2(g)+H2(g) C2H4(g)(主反应)
反应Ⅱ:C2H2(g)+2H2(g) C2H6(g)(副反应)
(2)在T1℃时,将体积比为1∶2的C2H2和H2充入某恒容容器中,发生上述反应。
①初始压强为p0 kPa,5 min后达到平衡,H2的体积分数为,C2H4与C2H6的物质的量之比为2∶1,则H2的转化率为 ,v(C2H4)= kPa·min-1(用含p0的代数式表示)。
第2节 化学平衡
五年高考
1.★(2023北京,4,3分)下列事实能用平衡移动原理解释的是( )
A.H2O2溶液中加入少量MnO2固体,促进H2O2分解
B.密闭烧瓶内的NO2和N2O4的混合气体,受热后颜色加深
C.铁钉放入浓HNO3中,待不再变化后,加热能产生大量红棕色气体
D.锌片与稀H2SO4反应过程中,加入少量CuSO4固体,促进H2的产生
2.★(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
3.★★(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
4.★★(2025安徽,17节选)Ⅰ.通过甲酸分解可获得超高纯度的CO。甲酸有两种可能的分解反应:
①HCOOH(g) CO(g)+H2O(g) ΔH1=+26.3 kJ·mol-1
②HCOOH(g) CO2(g)+H2(g) ΔH2=-14.9 kJ·mol-1
(2)一定温度下,向恒容密闭容器中通入一定量的HCOOH(g),发生上述两个分解反应,下列说法中能表明反应达到平衡状态的是 (填标号)。
a.气体密度不变
b.气体总压强不变
c.H2O(g)的浓度不变
d.CO和CO2的物质的量相等
5.★★(2025浙江6月选考,18节选)氯气、二氧化氯常用于漂白、杀菌,有重要的应用价值。
(1)下列措施中能提高新制饱和氯水中HClO浓度的是 。
A.加NaCl固体
B.加水
C.加CaCO3粉末
D.加足量Ca(OH)2溶液
6.★★(2025北京,15节选)(4)MgCl2和NH3反应过程中能量变化示意图如下。
①室温下,MgCl2和NH3反应生成[Mg(NH3)6]Cl2而不生成[Mg(NH3)]Cl2 。分析原因: 。
②从平衡的角度推断利于[Mg(NH3)6]Cl2脱除NH3生成MgCl2的条件并说明理由: 。
三年模拟
7.★★(2025届山东聊城二中月考,1)工业上合成甲醇的反应为CO(g)+2H2(g) CH3OH(g),在恒温、恒容密闭容器中充入等物质的量的CO和H2,下列叙述不能判断该反应达到平衡状态的是( )
A.2v正(CO)=v逆(H2)
B.混合气体中CO体积分数不变时
C.不变时
D.容器内气体的平均摩尔质量不变时
8.★(2026届山东青岛期初调研,20节选)(3)①恒温、恒压密闭容器中若只发生反应CH3COOH(g)+C2H5OH(g) CH3COOC2H5(g)+H2O(g),下列能说明反应已达平衡状态的是 (填标号)。
A.容器容积不再改变
B.混合气体的密度不再改变
C.体系中H2O与CH3COOH的物质的量之比不变
D.气体的平均摩尔质量不变
9.★★(2025届山东青岛期初调研,20节选)工业上通过在高温条件下用焦炭还原Ca3(PO4)2来生产白磷。为优化生产条件,往往会向原料中添加石英砂。过程中发生下列反应:
2Ca3(PO4)2(s)+10C(s) 6CaO(s)+P4(g)+10CO(g)(Ⅰ) ΔH1>0
CaO(s)+SiO2(s) CaSiO3(s)(Ⅱ) ΔH2<0
2Ca3(PO4)2(s)+10C(s)+6SiO2(s) 6CaSiO3(s)+P4(g)+10CO(g)(Ⅲ)
(2)在一真空恒容密闭容器中加入足量的焦炭、Ca3(PO4)2、SiO2,控制反应温度为T1,发生以上三个反应。下列能证明反应达到平衡状态的有 (填标号)。
A.气体中P4的百分含量不再变化
B.容器内压强不再变化
C.气体的密度不再变化
D.气体的平均相对分子质量不再变化
10.★★(2026届山东省实验中学二诊,20节选)(2)在500 K、容积为1 L的恒容容器中,对于合成氨反应,初始投料N2(g)为0.2 mol,H2(g)为0.05 mol,NH3(g)为0.15 mol,以下可说明反应达到平衡的有 (填序号)。
①H2的体积分数不变
②N2的物质的量分数不变
③气体总压不变
④NH3的分压不变
⑤混合气体的密度不变
11.★★★(2025届山东泰安一模,19节选)草酸亚铁(FeC2O4)可用于制药。在一定温度下,将FeC2O4置入真空容器中发生如下反应:
反应Ⅰ:FeC2O4(s) FeO(s)+CO(g)+CO2(g) ΔH1
反应Ⅱ:FeO(s)+CO(g) Fe(s)+CO2(g) ΔH2<0
已知760 K以下只发生反应Ⅰ,平衡时pCO~T的关系如图所示。760 K以上反应Ⅰ和反应Ⅱ同时进行。
(1)660 K时,将FeC2O4置入一真空刚性容器中至反应到达平衡,此时反应Ⅰ的平衡常数Kp(Ⅰ)= (kPa)2;有关该混合体系说法正确的是 (填标号)。
a.反应Ⅰ的正、逆反应的活化能(Ea正、Ea逆):Ea正b.FeO的质量不变时,体系达到平衡状态
c.平衡后充入惰性气体氩,pCO减小
d.平衡时,分离出部分CO2,再次平衡时,pCO≠
第3节 化学平衡常数及其相关计算
五年高考
1.★(不定项)(2023海南,13,4分)工业上苯乙烯的生产主要采用乙苯脱氢工艺:C6H5CH2CH3(g) C6H5CHCH2(g)+H2(g)。某条件下无催化剂存在时,该反应的正、逆反应速率v随时间t的变化关系如图所示。下列说法正确的是 ( )
A.曲线①表示的是逆反应的v-t关系
B.t2时刻体系处于平衡状态
C.反应进行到t1时,Q>K(Q为浓度商)
D.催化剂存在时,v1、v2都增大
2.★★★(2024江西,9,3分)温度T下,向1 L真空刚性容器中加入1 mol (CH3)2CHOH,反应达到平衡时,c(Y)=0.4 mol/L。下列说法正确的是 ( )
(CH3)2CHOH(g) (CH3)2CO(g)+H2(g)
X Y Z
A.再充入1 mol X和1 mol Y,此时v正B.再充入1 mol X,平衡时,c(Y)=0.8 mol/L
C.再充入1 mol N2,平衡向右移动
D.若温度升高,X的转化率增加,则上述反应ΔH<0
3.★★★(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
4.★★★(2024甘肃,17,14分)SiHCl3是制备半导体材料硅的重要原料,可由不同途径制备。
(1)由SiCl4制备SiHCl3:
SiCl4(g)+H2(g) SiHCl3(g)+HCl(g) ΔH1=+74.22 kJ·mol-1(298 K)
已知SiHCl3(g)+H2(g) Si(s)+3HCl(g) ΔH2=+219.29 kJ·mol-1(298 K)
298 K时,由SiCl4(g)+2H2(g) Si(s)+4HCl(g)制备56 g硅 (填“吸”或“放”)热 kJ。升高温度有利于制备硅的原因是 。
(2)在催化剂作用下由粗硅制备SiHCl3:3SiCl4(g)+2H2(g)+Si(s) 4SiHCl3(g)。在773 K、2 L密闭容器中,经不同方式处理的粗硅和催化剂混合物与0.4 mol H2(g)和0.1 mol SiCl4(g)反应,SiCl4转化率随时间的变化如下图所示:
①0~50 min,经方式 处理后的反应速率最快;在此期间,经方式丙处理后的平均反应速率v(SiHCl3)= mol·L-1·min-1。
②当反应达平衡时,H2的浓度为 mol·L-1,平衡常数K的计算式为 。
③增大容器体积,反应平衡向 移动。
5.★★★★(2021山东,20节选)2-甲氧基-2-甲基丁烷(TAME)常用作汽油添加剂。在催化剂作用下,可通过甲醇与烯烃的液相反应制得,体系中同时存在如下反应:
反应Ⅰ:+CH3OH ΔH1
反应Ⅱ:+CH3OH ΔH2
反应Ⅲ: ΔH3
回答下列问题:
(2)为研究上述反应体系的平衡关系,向某反应容器中加入1.0 mol TAME,控制温度为353 K,测得TAME的平衡转化率为α。
已知反应Ⅲ的平衡常数=9.0(Kx是以物质的量分数表示的平衡常数),则平衡体系中B的物质的量为 mol,反应Ⅰ的平衡常数= 。
同温同压下,再向该容器中注入惰性溶剂四氢呋喃稀释,反应Ⅰ的化学平衡将 (填“正向移动”“逆向移动”或“不移动”);平衡时,A与CH3OH物质的量浓度之比c(A)∶c(CH3OH)= 。
(3)为研究反应体系的动力学行为,向盛有四氢呋喃的另一容器中加入一定量A、B和CH3OH。控制温度为353 K,A、B物质的量浓度c随反应时间t的变化如图所示。代表B的变化曲线为 (填“X”或“Y”);t=100 s时,反应Ⅲ的正反应速率v正 逆反应速率v逆(填“>”“<”或“=”)。
三年模拟
6.★★★(不定项)(2025届山东枣庄八中开学考,15)已知1 mol CO2(g)与足量的C(s)在恒容的密闭容器中发生反应:C(s)+CO2(g) 2CO(g),测得平衡时体系中气体的物质的量分数(x)与温度(T)的关系如图。
下列说法正确的是( )
A.将平衡体系的温度由800 K升至1 000 K,该反应的平衡常数K增大
B.向800 K时的平衡体系中充入氦气,反应速率增大,平衡逆向移动
C.向1 000 K时的平衡体系中再加入1 mol CO2(g),达新平衡后x(CO)>50%
D.在1 250 K时,该反应达平衡后,CO2的平衡转化率约为81.82%
7.★★(2026届山东省实验中学一诊,17节选)以焦炭和铁矿石为主要原料的高炉炼铁技术备受关注,涉及的主要反应为Fe2O3(s)+3CO(g) 2Fe(s)+3CO2(g) ΔH<0。
(1)T1℃时,向容积为10 L的恒容密闭容器中加入3 mol Fe2O3和3 mol CO发生反应,5 min时达到平衡,平衡时测得混合气体中CO2的体积分数为80%,则0~5 min内以CO2表示该反应的速率v(CO2)= mol·L-1·min-1,该温度下反应的平衡常数为 。下列选项中能够说明该反应已经达到平衡状态的是 。
A.固体的物质的量不再变化
B.体系的压强保持不变
C.混合气体的平均摩尔质量保持不变
D.单位时间内消耗CO和生成CO2的物质的量相等
考法突破12 分压平衡常数的计算
五年高考
1.★★★(2024贵州,17节选)(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 ,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2.★★★(2025河北,17节选)(2)煤化工路线中,利用合成气直接合成乙二醇,原子利用率可达100%,具有广阔的发展前景。反应如下:
2CO(g)+3H2(g) HOCH2CH2OH(g) ΔH
按化学计量比进料,固定平衡转化率α,探究温度与压强的关系。α分别为0.4、0.5和0.6时,温度与压强的关系如图:
①代表α=0.6的曲线为 (填“L1”“L2”或“L3”);原因是 。
②ΔH 0(填“>”“<”或“=”)。
③已知:反应aA(g)+bB(g) yY(g)+zZ(g),Kx=,x为组分的物质的量分数。
M、N两点对应的体系,Kx(M) Kx(N)(填“>”“<”或“= ”),D点对应体系的Kx的值为 。
④已知:反应aA(g)+bB(g) yY(g)+zZ(g),Kp=,p为组分的分压。调整进料比为n(CO)∶n(H2)=m∶3,系统压强维持p0 MPa,使α(H2)=0.75,此时Kp= MPa-4(用含有m和p0的代数式表示)。
3.★★★★(2025湖南,18节选)在温和条件下,将CO转化为C4烃类具有重要意义。采用电化学—化学串联催化策略可将CO高选择性合成C4H10。
在反应器中,发生如下反应:
反应ⅰ:2C2H4(g) C4H8(g) ΔH1=-104.7 kJ·mol-1
反应ⅱ:2C2H4(g)+H2(g) C4H10(g) ΔH2=-230.7 kJ·mol-1
(4)一定温度下,CO、C2H4和H2(体积比为x∶2∶1)按一定流速进入装有催化剂的恒容反应器(入口压强为100 kPa)发生反应ⅰ和ⅱ。有CO存在时,反应ⅱ的反应进程如图1所示。随着x的增加,C2H4的转化率和产物的选择性(选择性=×100%)如图2所示。
①根据图1,写出生成C4H10的决速步反应式 ;C4H10的选择性大于C4H8的原因是 。
②结合图2,当x≥2时,混合气体以较低的流速经过恒容反应器时,反应近似达到平衡,随着x的增大,C2H4的转化率减小的原因是 ;当x=2时,该温度下反应ⅱ的Kp= (kPa)-2(保留两位小数)。
4.★★★★★(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 。
三年模拟
5.★★★(不定项)(2025届山东青岛期初调研,15)工业试剂硫酰氯的制备原理为SO2(g)+Cl2(g) SO2Cl2(g) ΔH<0。恒容密闭容器中按不同进料比充入SO2(g)和Cl2(g),测定T1、T2和T3温度下体系达平衡时的Δp(Δp=p0-p,其中p0=240 kPa为体系起始压强,p为体系平衡压强),结果如图所示。下列说法正确的是( )
A.温度关系为T1>T2>T3
B.T1温度下,平衡常数Kp=0.03 kPa-1
C.N点时,SO2Cl2的体积分数为
D.T1温度下且n(SO2)/n(Cl2)=0.5时,Δp=60 kPa
6.★★★(2025届山东滕州一中开学考,20节选)近年来丙烯的生产技术不断发展,在催化剂的作用下,可由丙烷直接脱氢或氧化脱氢制备丙烯,反应历程如下:
反应Ⅰ(直接脱氢):C3H8(g) C3H6(g)+H2(g) ΔH1
反应Ⅱ(氧化脱氢):2C3H8(g)+O2(g) 2C3H6(g)+2H2O(g) ΔH2=-236 kJ·mol-1
(2)温度为T1、压强恒为p kPa时,向密闭容器中通入C3H8和Ar的混合气体,容器内仅发生反应Ⅰ,从平衡移动的角度判断,达到平衡后“通入Ar”的作用是 ;温度为T1时,C3H8的平衡转化率(α)与通入气体中C3H8的物质的量分数(x)的关系如图所示,计算T1时反应Ⅰ的平衡常数Kp= kPa(用分压表示,分压=总压×物质的量分数)。
7.★★★(2026届山东青岛期初调研 ,20节选)二氧化碳转化涉及的反应:
Ⅰ.CO2(g)+2H2O(g) CH4(g)+2O2(g) ΔH=+802.3 kJ·mol-1
Ⅱ.2CO2(g)+2H2O(g) CH3COOH(g)+2O2(g) ΔH=+799.9 kJ·mol-1
Ⅲ.CH4(g)+CO2(g) CH3COOH(g) ΔH
(2)已知lnKp=-+C(Kp为分压平衡常数;R、C均为常数,R>0,不同反应的C值不同),下列能正确表达反应Ⅰ、Ⅱ的lnKp与温度关系的图像是 (填标号),选择理由是 ,正确图像中曲线交点处反应Ⅲ的分压平衡常数Kp= kPa-1。
A B
C D
8.★★★(2025届山东德州三模,20节选)化学链燃烧中燃料与空气不直接接触,是一种无焰燃烧。煤的气化产物的钙基载氧体化学链燃烧反应在三个不同反应器中进行,更有利于CO2的捕集。
Ⅰ.水蒸气转化器:①C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g)
Ⅱ.还原反应器:②CO(g)+CaSO4(s) CaS(s)+CO2(g)
③H2(g)+CaSO4(s) CaS(s)+H2O(g)
Ⅲ.氧化反应器:④CaS(s)+2O2(g) CaSO4(s)
(2)在恒温、恒容密闭容器中进行还原反应,初始压强为p,达平衡后测得混合气中CO2的物质的量分数为40%,则反应②的Kp= ,CO的分压pCO为 (用含p的代数式表示)。若压缩容器容积,重新达平衡后pCO (填“增大”“减小”或“不变”)。
考法突破13 反应速率常数的应用
五年高考
1.★★★(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
2.★★★(不定项)(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
3.★★(2025甘肃,17节选)乙炔加氢是除去乙烯中少量乙炔杂质、得到高纯度乙烯的重要方法。该过程包括以下两个主要反应:
反应1:C2H2(g)+H2(g) C2H4(g) ΔH1=-175 kJ·mol-1(25 ℃、101 kPa)
反应2:C2H2(g)+2H2(g) C2H6(g) ΔH2=-312 kJ·mol-1(25 ℃、101 kPa)
(3)对于反应1,反应速率v(C2H2)与H2浓度c(H2)的关系可用方程式v(C2H2)=k[c(H2)]a表示(k为常数)。145 ℃时,保持其他条件不变,测定了不同浓度时的反应速率(如下表)。当v(C2H2)=1.012×10-4 mol·L-1·s-1时,c(H2)= mol·L-1。
实验组 c(H2)/(mol·L-1) v(C2H2)/(mol·L-1·s-1)
一 4.60×10-3 5.06×10-5
二 1.380×10-2 1.518×10-4
4.★★★★(2025全国,28,15分)乙酸乙酯是一种应用广泛的有机化学品,可由乙酸和乙醇通过酯化反应制备。回答下列问题:
(1)乙酸、乙醇和乙酸乙酯的燃烧热分别为-874 kJ·mol-1、-1 367 kJ·mol-1和-2 238 kJ·mol-1,则酯化反应CH3COOH(l)+C2H5OH(l) CH3COOC2H5(l)+H2O(l)的ΔH= kJ·mol-1。
(2)酯化反应中的3种有机物的沸点从高到低的顺序为 ,原因是 。
(3)在常压和353.15 K时,初始组成n(CH3COOH)∶n(C2H5OH)=3∶1、NaHSO4作催化剂的条件下进行反应,得到乙醇浓度随反应时间的变化如下图所示。
平衡时乙酸的转化率α= %,平衡常数K= (保留2位有效数字)。已知酯化反应的速率方程为r=k+c(CH3COOH)c(C2H5OH)-k-c(CH3COOC2H5)c(H2O),其中k+=1.0×10-5 L·mol-1·s-1,则k-= L·mol-1·s-1(保留2位有效数字)。
(4)研究发现,难以通过改变反应温度或压强来提高乙酸乙酯平衡产率,原因是 。若要提高乙酸乙酯的产率,可以采用的方法是 (举1例)。
5.★★★★(2025重庆,17节选)(3)利用弛豫法可研究快速反应的速率常数(k,在一定温度下为常数)。其原理是通过微扰(如瞬时升温)使化学平衡发生偏离,观测体系微扰后从不平衡态趋向新平衡态所需的弛豫时间(τ) ,从而获得k的信息。对于H2O H++OH- ,若将纯水瞬时升温到25 ℃,测得τ=4.0×10-5 s。已知:25 ℃时,c(H2O)=55.6 mol·L-1,v(正)=k1c(H2O),v(逆)=k2c(H+)c(OH-),τ=(xe为H+的平衡浓度)。
①25 ℃时,H2O H++OH-的平衡常数K= mol·L-1(保留2位有效数字)。
②下列能正确表示瞬时升温后反应建立新平衡的过程示意图为 。
③25 ℃时,计算得k2为 L·mol-1·s-1。
6.★★★★★(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”)。
三年模拟
7.★★★(2025届山东省实验中学一模,10)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+N X+Y;②M+N X+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2.5×10-3 mol·L-1·min-1
B.如果反应能进行到底,反应结束时62.5%的M转化为Y
C.反应开始后,体系中Y和Z的浓度之比一直为3∶5
D.降低相同温度,反应①的速率减小的程度更大
8.★★(2025届山东德州高三下学期开学考,20节选)乙炔和乙烯是重要的基础化工原料,利用乙炔制乙烯的过程如下。
反应Ⅰ:C2H2(g)+H2(g) C2H4(g) ΔH1(主反应)
反应Ⅱ:C2H2(g)+2H2(g) C2H6(g) ΔH2(副反应)
(1)已知相关物质的摩尔燃烧焓:
物质 C2H2(g) H2(g) C2H6(g)
摩尔燃烧焓/(kJ·mol-1) -1 299 -286 -1 560
ΔH2= kJ·mol-1。
(2)若反应Ⅱ的v正=k正·p(C2H2)p2(H2),v逆=k逆·p(C2H6)(k正和k逆分别为正反应和逆反应的速率常数),当增大时,k正与k逆变化更大的是 。
9.★★(2026届山东肥城开学考,20节选)(3)在催化剂作用下,CO能将NOx转化为无毒清洁物质。某温度下,在容积为2 L的恒容密闭容器中充入1.6 mol CO和1 mol NO,发生反应2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g)。实验测得v正=k正·c2(NO)·c2(CO),v逆=k逆·c(N2)·c2(CO2)(k正、k逆分别为正、逆反应的速率常数,只与温度有关)。当反应达到平衡时,NO的转化率为80%。
①= 。
②平衡时体系压强为p kPa,Kp为用分压表示的平衡常数(分压=总压×物质的量分数),则Kp= kPa-1(用含p的式子表示)。
10.★★★(2025届山东烟台期中,18节选)(2)已知反应Ⅰ:C2H6(g) C2H4(g)+H2(g)的速率方程为v正=k正·p(C2H6),v逆=k逆·p(C2H4)·p(H2),其中k正、k逆分别为正、逆反应的速率常数,p为各组分分压。
①在实际生产中,T ℃时,向恒容密闭容器中通入C2H6(g)和N2(作稀释剂,不参与反应),测得容器总压(p总)和C2H6(g)转化率α随时间变化的关系如图。起始时n(C2H6)∶n(N2)= ;平衡时p(C2H4)= ;a处的= 。
第4节 化学反应的方向与调控
五年高考
1.★★(教考衔接:人教版必修二第五章第一节)(2024北京,7,3分)硫酸是重要化工原料,工业生产制取硫酸的原理示意图如下。
下列说法不正确的是( )
A.Ⅰ的化学方程式:3FeS2+8O2 Fe3O4+6SO2
B.Ⅱ中的反应条件都是为了提高SO2平衡转化率
C.将黄铁矿换成硫黄可以减少废渣的产生
D.生产过程中产生的尾气可用碱液吸收
2.★(2025浙江1月选考,18节选)(4)工业中常用如下反应生产HCON(CH3)2:
(CH3)2NH(g)+CO(g) HCON(CH3)2(l)
某条件下反应自发且熵减,则反应在该条件下ΔH 0(填“>”“<”或“=”)。
3.★(2024贵州,17节选)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
(1)反应ⅰ在1 000 K时 (选填“能”或“不能”)自发进行。
4.★★(2025湖南,18节选)(3)在反应器中,发生如下反应:
反应ⅰ:2C2H4(g) C4H8(g) ΔH1=-104.7 kJ·mol-1
反应ⅱ:2C2H4(g)+H2(g) C4H10(g) ΔH2=-230.7 kJ·mol-1
计算反应C4H8(g)+H2(g) C4H10(g)的ΔH= kJ·mol-1,该反应 (填标号)。
A.高温自发 B.低温自发
C.高温低温均自发 D.高温低温均不自发
三年模拟
5.★★(2025届山东日照一模,20节选)CO2加氢制甲醚的反应原理为2CO2(g)+6H2(g) CH3OCH3(g)+3H2O(g) ΔH,其分步反应及副反应如下:
Ⅰ.CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)
ΔH1=-49.4 kJ·mol-1
Ⅱ.2CH3OH(g) CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH2=-23.4 kJ·mol-1 ΔS2<0
Ⅲ.CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH3=+41.1 kJ·mol-1
回答下列问题:
(1)ΔH= kJ·mol-1,反应Ⅰ~Ⅲ的ΔG随温度的变化如图,其中表示反应Ⅲ的ΔG随温度的变化曲线是 (填“a”“b”或“c”)。
6.★★★(教考衔接:鲁科版选必1第2章第4节)(2024届山东青岛三模,20节选)工业合成氨反应为N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·mol-1,ΔS=-200 J·mol-1·K-1。
Ⅰ.传统的工业合成氨采用Fe作催化剂。
(1)研究表明,合成氨反应在Fe催化剂上可能通过如下机理进行(*表示催化剂表面吸附位点,表示被吸附于催化剂表面的N2)。决速步为 (填标号)。
①氮气吸附:N2(g)+*
②氮气解离:+* 2N*
③氢气吸附解离:H2(g)+2* 2H*
④表面反应:N*+H* NH*+* NH*+H* N+* N+H* N+*
⑤脱附:N NH3(g)+*
(2)一定条件下,增加氢气分压会使合成氨速率降低,称为“氢中毒”,其原因为 。
考法突破14 反应速率和平衡图像分析
五年高考
1.★★★(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
2.★★★(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)为
①CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH1=41.2 kJ·mol-1
②CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) ΔH2
225 ℃、8×106 Pa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
3.★★★★(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
4.★★★★(不定项)(2023山东,14,4分)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
5.★★★(2025湖北,19节选)CaH2(s)粉末可在较低温度下还原Fe2O3(s)。回答下列问题:
(1)已知一定温度下,
CaH2(s)+6Fe2O3(s) Ca(OH)2(s)+4Fe3O4(s) ΔH1=m kJ·mol-1
2CaH2(s)+Fe3O4(s) 2Ca(OH)2(s)+3Fe(s) ΔH2=n kJ·mol-1
则3CaH2(s)+2Fe2O3(s) 3Ca(OH)2(s)+4Fe(s)的ΔH3= kJ·mol-1(用m和n表示)。
(2)如图分别是260 ℃、280 ℃和300 ℃下CaH2(s)还原Fe2O3(s)过程中反应体系电阻R(Ω)随反应时间t(h)变化的曲线,可用 (填标号)表示反应的快慢。
a.
(3)图中曲线 (填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”)对应的反应温度最高。
6.★★★(2025甘肃,17节选)乙炔加氢是除去乙烯中少量乙炔杂质、得到高纯度乙烯的重要方法。该过程包括以下两个主要反应:
反应1:C2H2(g)+H2(g) C2H4(g) ΔH1=-175 kJ·mol-1(25 ℃、101 kPa)
反应2:C2H2(g)+2H2(g) C2H6(g) ΔH2=-312 kJ·mol-1(25 ℃、101 kPa)
(1)25 ℃、101 kPa时,反应C2H4(g)+H2(g) C2H6(g) ΔH= kJ·mol-1。
(2)一定条件下,使用某含Co催化剂,在不同温度下测得乙炔转化率和产物选择性(指定产物的物质的量/转化的乙炔的物质的量)如图所示(反应均未达平衡)。
在60~220 ℃范围内,乙炔转化率随温度升高而增大的原因为 (任写一条),当温度由220 ℃升高至260 ℃,乙炔转化率减小的原因可能为 。
在120~240 ℃范围内,反应1和反应2乙炔的转化速率大小关系为v1 v2(填“>”“<”或“=”),理由为 。
三年模拟
7.★★(2026届山东青岛期初调研,10)下列对图示分析所得结论正确的是( )
甲 乙
丙 丁
A.图甲,催化剂Ⅰ对反应2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)的催化效果更好
B.图乙,恒容和固定投料条件下,2NO2(g) N2O4(g)平衡时气体颜色a点比b点深
C.图丙,CaCO3(s)在恒温密闭容器中分解,t1 s时可能充入了CO2
D.图丁,合成氨反应,固定N2投料时,a、b、c三点中N2转化率b点最高,c点最低
8.★★(2025届山东青岛期初调研,20节选改编)(3)CH4也可以作为制取白磷的还原剂,反应方程式为6Ca3(PO4)2(s)+10CH4(g)+18SiO2(s) 18CaSiO3(s)+3P4(g)+10CO(g)+20H2O(g)(Ⅳ) ΔH4>0。在一容器中加入足量的Ca3(PO4)2、SiO2并通入一定量的CH4,在不同的压强下,反应体系达到平衡时测得CH4体积分数随温度T的变化关系如图所示:
①上图中压强由高到低的顺序为 ,判断依据是 。
②M点与N点以CO表示的正反应速率大小关系为vM vN(填“>”“=”或“<”)。
③温度为T0时,若p1=100 kPa,则CH4的平衡转化率为 (保留两位有效数字),反应Ⅳ的平衡常数= (列出计算式即可)。
9.★★★(2026届山东德州开学考,20节选改编)乙酸和氢气制备乙醇的过程中涉及如下反应。
主反应:CH3COOH(g)+2H2(g) CH3CH2OH(g)+H2O(g) ΔH1<0
副反应:CH3COOH(g)+CH3CH2OH(g) CH3COOCH2CH3(g)+H2O(g) ΔH2<0
已知:①副反应的热效应很小。
②整个过程中生成的n(CH3CH2OH)明显大于n(CH3COOCH2CH3)。
③S表示产物选择性:S(乙醇)=×100%,S(乙酸乙酯)=×100%。
(2)按n(H2)=1 mol,n(CH3COOH)=0.1 mol投料发生上述反应,如图表示2.0 MPa条件下平衡时S(乙醇)、S(乙酸乙酯)随温度的变化,以及250 ℃条件下平衡时S(乙醇)、S(乙酸乙酯)随压强的变化。
①2.0 MPa条件下S(乙酸乙酯)随温度的变化曲线是 ,250 ℃条件下S(乙醇)随压强变化的曲线是 。
微专题3 化工生产中多重平衡体系分析
考向1 n-T图像曲线归属判断
1.★★★(2025广东,19节选)(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。
编号 过程 ΔH
(a) Ti(s)+TiCl4(g) 2TiCl2(s) ΔH1
(b) TiCl2(s)+TiCl4(g) 2TiCl3(g) +200.1 kJ/mol
(c) Ti(s)+3TiCl4(g) 4TiCl3(g) +132.4 kJ/mol
(d) TiCl3(g) TiCl3(s) ΔH2
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)。
考向2 分压平衡常数与原位CO2利用率的计算
2.★★★★(2025河南,17节选)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
(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%
考向3 多重平衡体系热效应的计算
3.★★★★(2025届山东青岛调研,20节选)工业废气中的CO可重整为CH4(反应①),反应过程中通入一定量的H2O用于补充H2(反应②),副反应为CO的歧化(反应③)。
反应①:CO(g)+3H2(g) CH4(g)+H2O(g) ΔH1=-200 kJ/mol
反应②:CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) ΔH2=-40 kJ/mol
反应③:2CO(g) CO2(g)+C(s) ΔH3=-170 kJ/mol
回答下列问题:
(1)三个反应的lgKp与温度的关系如图所示,反应②对应图中曲线 (填“a”或“b”),CH4热裂反应CH4(g) C(s)+2H2(g)的ΔH= 。
(2)在一定的压强下通入CO、H2与H2O的混合气体。分析表明,平衡时气体的组成如图所示(未计入H2O),随着温度升高,H2体积分数增大,原因为 。
(3)T1℃时将5 mol CO、2 mol H2与3 mol H2O通入恒压容器(压强为p),达到平衡时各气体的体积分数(未计入H2O)如表,T1℃时= (用含p的代数式表示),此时产生C(s)的物质的量为 ,整个过程放热 kJ。
气体 CO H2 CO2 CH4
体积分数
考向4 复合图像曲线归属判断
4.★★★★★(2025陕晋青宁,17,15分)MgCO3/MgO循环在CO2捕获及转化等方面具有重要应用。科研人员设计了利用MgCO3与H2反应生成CH4的路线,主要反应如下:
Ⅰ.MgCO3(s) MgO(s)+CO2(g) ΔH1=+101 kJ·mol-1
Ⅱ.CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g) ΔH2=-166 kJ·mol-1
Ⅲ.CO2(g)+H2(g) H2O(g)+CO(g) ΔH3=+41 kJ·mol-1
回答下列问题:
(1)计算MgCO3(s)+4H2(g) MgO(s)+2H2O(g)+CH4(g) ΔH4= kJ·mol-1。
(2)提高CH4平衡产率的条件是 。
A.高温高压 B.低温高压
C.高温低压 D.低温低压
(3)高温下MgCO3分解产生的MgO催化CO2与H2反应生成CH4,部分历程如图,其中吸附在催化剂表面的物种用*标注。所示步骤中最慢的基元反应是 (填序号),生成水的基元反应方程式为 。
(4)100 kPa下,在密闭容器中H2(g)和MgCO3(s)各1 mol发生反应。反应物(H2、MgCO3)的平衡转化率和生成物(CH4、CO2)的选择性随温度变化关系如下图(反应Ⅲ在360 ℃以下不考虑)。
注:含碳生成物选择性=×100%
①表示CH4选择性的曲线是 (填字母)。
②点M温度下,反应Ⅱ的Kp= (kPa)-2(列出计算式即可)。
③在550 ℃下达到平衡时,n(CO)= mol。500~600 ℃,随温度升高H2平衡转化率下降的原因可能是
。
考向5 复杂气固反应体系分析
5.★★★★★(2024山东,20节选)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:
(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 (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 。
(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 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 (填“增大”“减小”或“不变”),p(CO)将 (填“增大”“减小”或“不变”)。
6.★★★★★(2025山东,20,12分)利用CaS循环再生可将燃煤尾气中的SO2转化生产单质硫,涉及的主要反应如下:
Ⅰ.CaS(s)+2SO2(g) CaSO4(s)+S2(g) ΔH1
Ⅱ.CaSO4(s)+4H2(g) CaS(s)+4H2O(g) ΔH2
Ⅲ.SO2(g)+3H2(g) H2S(g)+2H2O(g) ΔH3
恒容条件下,按1 mol CaS、1 mol SO2和0.1 mol H2投料反应。平衡体系中,各气态物种的lgn随温度的变化关系如图所示,n为气态物种物质的量的值。
已知:图示温度范围内反应Ⅱ平衡常数K=108基本不变。
回答下列问题:
(1)反应4H2(g)+2SO2(g) 4H2O(g)+S2(g)的焓变ΔH= (用含ΔH1、ΔH2的代数式表示)。
(2)乙线所示物种为 (填化学式)。反应Ⅲ的焓变ΔH3 0(填“>”“<”或“=”)。
(3)T1温度下,体系达平衡时,乙线、丙线所示物种的物质的量相等,若丁线所示物种为a mol,则S2为 mol(用含a的代数式表示);此时,CaS与CaSO4物质的量的差值n(CaS)-n(CaSO4)= mol(用含a的最简代数式表示)。
(4)T2温度下,体系达平衡后,压缩容器体积S2产率增大。与压缩前相比,重新达平衡时,H2S与H2物质的量之比 (填“增大”“减小”或“不变”),H2O物质的量n(H2O) (填“增大”“减小”或“不变”)。
第九章 化学反应速率与化学平衡
第1节 化学反应速率
五年高考
1.★(2024甘肃,4,3分)下列措施能降低化学反应速率的是( )
A.催化氧化氨制备硝酸时加入铂
B.中和滴定时,边滴边摇锥形瓶
C.锌粉和盐酸反应时加水稀释
D.石墨合成金刚石时增大压强
答案 C
2.★★★(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
3.★★★(教考衔接:鲁科版选必1第2章第3节)(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.★★(2025浙江6月选考,18节选)(3)某研究小组提出,商用ClO2(常含杂质Cl2)在水中易发生如下反应,影响自来水消毒效果。
Ⅳ 2ClO2(aq)+H2O(l) Cl(aq)+2H+(aq)
Ⅴ 2ClO2(aq)+ClO-(aq)+H2O(l) 2Cl(aq)+2H+(aq)+Cl-(aq)
ClO2中Cl2含量对ClO2反应初始速率[v初始(ClO2)]的影响如图所示。实验条件:T2℃,ClO2初始浓度相同。
①Cl2的存在主要加快了反应 (填“Ⅳ”或“Ⅴ”)。
②指出改变v初始(ClO2)的影响因素,并解释原因: 。
答案 (3)①Ⅴ ②Cl2浓度增大、pH增大,均使溶液中ClO-浓度增大,反应Ⅴ的反应物浓度增大,反应速率增大
三年模拟
5.★★(不定项)(2026届山东潍坊一中开学考,13)为减轻大气污染,可将汽车尾气中的CO和NO转化为无污染气体。在一定条件下,向一容积为2 L的恒容密闭容器中充入10 mol CO和10 mol NO,使之在催化剂作用下发生反应2CO(g)+2NO(g) 2CO2(g)+N2(g),测得反应过程中部分物质的物质的量随反应时间变化的曲线如图所示。下列说法不正确的是( )
A.2 min时,v正(NO)=v逆(NO)
B.曲线Ⅱ表示n(N2)随时间的变化
C.用同一物质表示反应速率时,b点的正反应速率大于c点的逆反应速率
D.0~5 min内,v(CO)=0.8 mol·L-1·min-1
答案 A
6.★★★(不定项)(2024届山东德州期末,14)已知橙红色的配离子[FeR3]2+可被HNO3氧化成淡蓝色的配离子[FeR3]3+(HNO3的还原产物是HNO2),现用浓度分别为2.0 mol·L-1、2.5 mol·L-1、3.0 mol·L-1的HNO3溶液进行实验,c{[FeR3]2+}随时间t的变化曲线如图所示。下列有关说法错误的是( )
A.实验中n{[FeR3]2+}、n{[FeR3]3+}之和不变时,反应达到平衡状态
B.三组实验中,反应速率都是前期速率增大,后期速率减小
C.2.0 mol·L-1的HNO3溶液进行实验,平衡时[FeR3]2+的平均消耗速率为4.7×10-5 mol·L-1·min-1
D.平衡后加水稀释,增大
答案 AC
7.★★★(不定项)(2025届山东滕州期中,11)某科研小组利用如下反应消除NO和CO的污染:2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g) ΔH=x kJ·mol-1。T ℃时,在容积为2 L的恒容密闭容器中充入2 mol NO和2 mol CO,保持温度不变,5 min时达到平衡状态,此时c(N2)=0.4 mol·L-1。下列说法中不正确的是( )
A.x<0
B.α(NO)=20%
C.0~5 min内,v(CO)=0.16 mol·L-1·min-1
D.保持温度不变,若再向上述平衡体系中充入2 mol NO和2 mol CO,重新达到平衡时,c(N2)=0.8 mol·L-1
答案 BD
8.★★★(2025届山东德州高三下学期开学考,20节选)乙炔和乙烯是重要的基础化工原料,利用乙炔制乙烯的过程如下。
反应Ⅰ:C2H2(g)+H2(g) C2H4(g)(主反应)
反应Ⅱ:C2H2(g)+2H2(g) C2H6(g)(副反应)
(2)在T1℃时,将体积比为1∶2的C2H2和H2充入某恒容容器中,发生上述反应。
①初始压强为p0 kPa,5 min后达到平衡,H2的体积分数为,C2H4与C2H6的物质的量之比为2∶1,则H2的转化率为 ,v(C2H4)= kPa·min-1(用含p0的代数式表示)。
答案 (2)①60% 0.04p0
第2节 化学平衡
五年高考
1.★(2023北京,4,3分)下列事实能用平衡移动原理解释的是( )
A.H2O2溶液中加入少量MnO2固体,促进H2O2分解
B.密闭烧瓶内的NO2和N2O4的混合气体,受热后颜色加深
C.铁钉放入浓HNO3中,待不再变化后,加热能产生大量红棕色气体
D.锌片与稀H2SO4反应过程中,加入少量CuSO4固体,促进H2的产生
答案 B
2.★(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
3.★★(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
4.★★(2025安徽,17节选)Ⅰ.通过甲酸分解可获得超高纯度的CO。甲酸有两种可能的分解反应:
①HCOOH(g) CO(g)+H2O(g) ΔH1=+26.3 kJ·mol-1
②HCOOH(g) CO2(g)+H2(g) ΔH2=-14.9 kJ·mol-1
(2)一定温度下,向恒容密闭容器中通入一定量的HCOOH(g),发生上述两个分解反应,下列说法中能表明反应达到平衡状态的是 (填标号)。
a.气体密度不变
b.气体总压强不变
c.H2O(g)的浓度不变
d.CO和CO2的物质的量相等
答案 (2)bc
5.★★(2025浙江6月选考,18节选)氯气、二氧化氯常用于漂白、杀菌,有重要的应用价值。
(1)下列措施中能提高新制饱和氯水中HClO浓度的是 。
A.加NaCl固体
B.加水
C.加CaCO3粉末
D.加足量Ca(OH)2溶液
答案 (1)C
6.★★(2025北京,15节选)(4)MgCl2和NH3反应过程中能量变化示意图如下。
①室温下,MgCl2和NH3反应生成[Mg(NH3)6]Cl2而不生成[Mg(NH3)]Cl2 。分析原因: 。
②从平衡的角度推断利于[Mg(NH3)6]Cl2脱除NH3生成MgCl2的条件并说明理由: 。
答案 (4)①E2三年模拟
7.★★(2025届山东聊城二中月考,1)工业上合成甲醇的反应为CO(g)+2H2(g) CH3OH(g),在恒温、恒容密闭容器中充入等物质的量的CO和H2,下列叙述不能判断该反应达到平衡状态的是( )
A.2v正(CO)=v逆(H2)
B.混合气体中CO体积分数不变时
C.不变时
D.容器内气体的平均摩尔质量不变时
答案 B
8.★(2026届山东青岛期初调研,20节选)(3)①恒温、恒压密闭容器中若只发生反应CH3COOH(g)+C2H5OH(g) CH3COOC2H5(g)+H2O(g),下列能说明反应已达平衡状态的是 (填标号)。
A.容器容积不再改变
B.混合气体的密度不再改变
C.体系中H2O与CH3COOH的物质的量之比不变
D.气体的平均摩尔质量不变
答案 (3)①C
9.★★(2025届山东青岛期初调研,20节选)工业上通过在高温条件下用焦炭还原Ca3(PO4)2来生产白磷。为优化生产条件,往往会向原料中添加石英砂。过程中发生下列反应:
2Ca3(PO4)2(s)+10C(s) 6CaO(s)+P4(g)+10CO(g)(Ⅰ) ΔH1>0
CaO(s)+SiO2(s) CaSiO3(s)(Ⅱ) ΔH2<0
2Ca3(PO4)2(s)+10C(s)+6SiO2(s) 6CaSiO3(s)+P4(g)+10CO(g)(Ⅲ)
(2)在一真空恒容密闭容器中加入足量的焦炭、Ca3(PO4)2、SiO2,控制反应温度为T1,发生以上三个反应。下列能证明反应达到平衡状态的有 (填标号)。
A.气体中P4的百分含量不再变化
B.容器内压强不再变化
C.气体的密度不再变化
D.气体的平均相对分子质量不再变化
答案 (2)BC
10.★★(2026届山东省实验中学二诊,20节选)(2)在500 K、容积为1 L的恒容容器中,对于合成氨反应,初始投料N2(g)为0.2 mol,H2(g)为0.05 mol,NH3(g)为0.15 mol,以下可说明反应达到平衡的有 (填序号)。
①H2的体积分数不变
②N2的物质的量分数不变
③气体总压不变
④NH3的分压不变
⑤混合气体的密度不变
答案 (2)①③④
11.★★★(2025届山东泰安一模,19节选)草酸亚铁(FeC2O4)可用于制药。在一定温度下,将FeC2O4置入真空容器中发生如下反应:
反应Ⅰ:FeC2O4(s) FeO(s)+CO(g)+CO2(g) ΔH1
反应Ⅱ:FeO(s)+CO(g) Fe(s)+CO2(g) ΔH2<0
已知760 K以下只发生反应Ⅰ,平衡时pCO~T的关系如图所示。760 K以上反应Ⅰ和反应Ⅱ同时进行。
(1)660 K时,将FeC2O4置入一真空刚性容器中至反应到达平衡,此时反应Ⅰ的平衡常数Kp(Ⅰ)= (kPa)2;有关该混合体系说法正确的是 (填标号)。
a.反应Ⅰ的正、逆反应的活化能(Ea正、Ea逆):Ea正b.FeO的质量不变时,体系达到平衡状态
c.平衡后充入惰性气体氩,pCO减小
d.平衡时,分离出部分CO2,再次平衡时,pCO≠
答案 (1)2.25 bd
第3节 化学平衡常数及其相关计算
五年高考
1.★(不定项)(2023海南,13,4分)工业上苯乙烯的生产主要采用乙苯脱氢工艺:C6H5CH2CH3(g) C6H5CHCH2(g)+H2(g)。某条件下无催化剂存在时,该反应的正、逆反应速率v随时间t的变化关系如图所示。下列说法正确的是 ( )
A.曲线①表示的是逆反应的v-t关系
B.t2时刻体系处于平衡状态
C.反应进行到t1时,Q>K(Q为浓度商)
D.催化剂存在时,v1、v2都增大
答案 BD
2.★★★(2024江西,9,3分)温度T下,向1 L真空刚性容器中加入1 mol (CH3)2CHOH,反应达到平衡时,c(Y)=0.4 mol/L。下列说法正确的是 ( )
(CH3)2CHOH(g) (CH3)2CO(g)+H2(g)
X Y Z
A.再充入1 mol X和1 mol Y,此时v正B.再充入1 mol X,平衡时,c(Y)=0.8 mol/L
C.再充入1 mol N2,平衡向右移动
D.若温度升高,X的转化率增加,则上述反应ΔH<0
答案 A
3.★★★(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
4.★★★(2024甘肃,17,14分)SiHCl3是制备半导体材料硅的重要原料,可由不同途径制备。
(1)由SiCl4制备SiHCl3:
SiCl4(g)+H2(g) SiHCl3(g)+HCl(g) ΔH1=+74.22 kJ·mol-1(298 K)
已知SiHCl3(g)+H2(g) Si(s)+3HCl(g) ΔH2=+219.29 kJ·mol-1(298 K)
298 K时,由SiCl4(g)+2H2(g) Si(s)+4HCl(g)制备56 g硅 (填“吸”或“放”)热 kJ。升高温度有利于制备硅的原因是 。
(2)在催化剂作用下由粗硅制备SiHCl3:3SiCl4(g)+2H2(g)+Si(s) 4SiHCl3(g)。在773 K、2 L密闭容器中,经不同方式处理的粗硅和催化剂混合物与0.4 mol H2(g)和0.1 mol SiCl4(g)反应,SiCl4转化率随时间的变化如下图所示:
①0~50 min,经方式 处理后的反应速率最快;在此期间,经方式丙处理后的平均反应速率v(SiHCl3)= mol·L-1·min-1。
②当反应达平衡时,H2的浓度为 mol·L-1,平衡常数K的计算式为 。
③增大容器体积,反应平衡向 移动。
答案 (1)吸 587.02 升高温度会加快反应速率,且该反应为吸热反应,升高温度有利于反应正向进行
(2)①甲 5.6×10-5 ②0.195 15
③逆反应方向
5.★★★★(2021山东,20节选)2-甲氧基-2-甲基丁烷(TAME)常用作汽油添加剂。在催化剂作用下,可通过甲醇与烯烃的液相反应制得,体系中同时存在如下反应:
反应Ⅰ:+CH3OH ΔH1
反应Ⅱ:+CH3OH ΔH2
反应Ⅲ: ΔH3
回答下列问题:
(2)为研究上述反应体系的平衡关系,向某反应容器中加入1.0 mol TAME,控制温度为353 K,测得TAME的平衡转化率为α。
已知反应Ⅲ的平衡常数=9.0(Kx是以物质的量分数表示的平衡常数),则平衡体系中B的物质的量为 mol,反应Ⅰ的平衡常数= 。
同温同压下,再向该容器中注入惰性溶剂四氢呋喃稀释,反应Ⅰ的化学平衡将 (填“正向移动”“逆向移动”或“不移动”);平衡时,A与CH3OH物质的量浓度之比c(A)∶c(CH3OH)= 。
(3)为研究反应体系的动力学行为,向盛有四氢呋喃的另一容器中加入一定量A、B和CH3OH。控制温度为353 K,A、B物质的量浓度c随反应时间t的变化如图所示。代表B的变化曲线为 (填“X”或“Y”);t=100 s时,反应Ⅲ的正反应速率v正 逆反应速率v逆(填“>”“<”或“=”)。
答案 (2)0.9α 逆向移动 1∶10 (3)X <
三年模拟
6.★★★(不定项)(2025届山东枣庄八中开学考,15)已知1 mol CO2(g)与足量的C(s)在恒容的密闭容器中发生反应:C(s)+CO2(g) 2CO(g),测得平衡时体系中气体的物质的量分数(x)与温度(T)的关系如图。
下列说法正确的是( )
A.将平衡体系的温度由800 K升至1 000 K,该反应的平衡常数K增大
B.向800 K时的平衡体系中充入氦气,反应速率增大,平衡逆向移动
C.向1 000 K时的平衡体系中再加入1 mol CO2(g),达新平衡后x(CO)>50%
D.在1 250 K时,该反应达平衡后,CO2的平衡转化率约为81.82%
答案 AD
7.★★(2026届山东省实验中学一诊,17节选)以焦炭和铁矿石为主要原料的高炉炼铁技术备受关注,涉及的主要反应为Fe2O3(s)+3CO(g) 2Fe(s)+3CO2(g) ΔH<0。
(1)T1℃时,向容积为10 L的恒容密闭容器中加入3 mol Fe2O3和3 mol CO发生反应,5 min时达到平衡,平衡时测得混合气体中CO2的体积分数为80%,则0~5 min内以CO2表示该反应的速率v(CO2)= mol·L-1·min-1,该温度下反应的平衡常数为 。下列选项中能够说明该反应已经达到平衡状态的是 。
A.固体的物质的量不再变化
B.体系的压强保持不变
C.混合气体的平均摩尔质量保持不变
D.单位时间内消耗CO和生成CO2的物质的量相等
答案 (1)0.048 64 AC
考法突破12 分压平衡常数的计算
五年高考
1.★★★(2024贵州,17节选)(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 ,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,苯答案 (5)20%
(6)适当降低温度,加入合适的催化剂(合理即可)
2.★★★(2025河北,17节选)(2)煤化工路线中,利用合成气直接合成乙二醇,原子利用率可达100%,具有广阔的发展前景。反应如下:
2CO(g)+3H2(g) HOCH2CH2OH(g) ΔH
按化学计量比进料,固定平衡转化率α,探究温度与压强的关系。α分别为0.4、0.5和0.6时,温度与压强的关系如图:
①代表α=0.6的曲线为 (填“L1”“L2”或“L3”);原因是 。
②ΔH 0(填“>”“<”或“=”)。
③已知:反应aA(g)+bB(g) yY(g)+zZ(g),Kx=,x为组分的物质的量分数。
M、N两点对应的体系,Kx(M) Kx(N)(填“>”“<”或“= ”),D点对应体系的Kx的值为 。
④已知:反应aA(g)+bB(g) yY(g)+zZ(g),Kp=,p为组分的分压。调整进料比为n(CO)∶n(H2)=m∶3,系统压强维持p0 MPa,使α(H2)=0.75,此时Kp= MPa-4(用含有m和p0的代数式表示)。
答案 (2)①L1 该反应的正反应为气体分子数减小的反应,温度相同时,增大压强,平衡正向移动,平衡转化率α增大
②< ③= 12 ④
3.★★★★(2025湖南,18节选)在温和条件下,将CO转化为C4烃类具有重要意义。采用电化学—化学串联催化策略可将CO高选择性合成C4H10。
在反应器中,发生如下反应:
反应ⅰ:2C2H4(g) C4H8(g) ΔH1=-104.7 kJ·mol-1
反应ⅱ:2C2H4(g)+H2(g) C4H10(g) ΔH2=-230.7 kJ·mol-1
(4)一定温度下,CO、C2H4和H2(体积比为x∶2∶1)按一定流速进入装有催化剂的恒容反应器(入口压强为100 kPa)发生反应ⅰ和ⅱ。有CO存在时,反应ⅱ的反应进程如图1所示。随着x的增加,C2H4的转化率和产物的选择性(选择性=×100%)如图2所示。
①根据图1,写出生成C4H10的决速步反应式 ;C4H10的选择性大于C4H8的原因是 。
②结合图2,当x≥2时,混合气体以较低的流速经过恒容反应器时,反应近似达到平衡,随着x的增大,C2H4的转化率减小的原因是 ;当x=2时,该温度下反应ⅱ的Kp= (kPa)-2(保留两位小数)。
答案 (4)①*C2H5+*C2H4 *C4H9 生成C4H10的活化能(或能垒)低于生成C4H8的,生成C4H10的反应速率更快
②反应ⅰ和ⅱ为气体分子数减小的反应,入口压强不变,随着x增大,反应体系的分压减小,平衡逆向移动 0.16
4.★★★★★(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 。
答案 (1)-200(X+Y)
(2)a、c 8.3×10-8 0.08 39%
(3)c c、b温度一致,但c中氢气压强更大,BL平衡转化率较大,需时更长
三年模拟
5.★★★(不定项)(2025届山东青岛期初调研,15)工业试剂硫酰氯的制备原理为SO2(g)+Cl2(g) SO2Cl2(g) ΔH<0。恒容密闭容器中按不同进料比充入SO2(g)和Cl2(g),测定T1、T2和T3温度下体系达平衡时的Δp(Δp=p0-p,其中p0=240 kPa为体系起始压强,p为体系平衡压强),结果如图所示。下列说法正确的是( )
A.温度关系为T1>T2>T3
B.T1温度下,平衡常数Kp=0.03 kPa-1
C.N点时,SO2Cl2的体积分数为
D.T1温度下且n(SO2)/n(Cl2)=0.5时,Δp=60 kPa
答案 BD
6.★★★(2025届山东滕州一中开学考,20节选)近年来丙烯的生产技术不断发展,在催化剂的作用下,可由丙烷直接脱氢或氧化脱氢制备丙烯,反应历程如下:
反应Ⅰ(直接脱氢):C3H8(g) C3H6(g)+H2(g) ΔH1
反应Ⅱ(氧化脱氢):2C3H8(g)+O2(g) 2C3H6(g)+2H2O(g) ΔH2=-236 kJ·mol-1
(2)温度为T1、压强恒为p kPa时,向密闭容器中通入C3H8和Ar的混合气体,容器内仅发生反应Ⅰ,从平衡移动的角度判断,达到平衡后“通入Ar”的作用是 ;温度为T1时,C3H8的平衡转化率(α)与通入气体中C3H8的物质的量分数(x)的关系如图所示,计算T1时反应Ⅰ的平衡常数Kp= kPa(用分压表示,分压=总压×物质的量分数)。
答案 (2)提高C3H8(g)的转化率
7.★★★(2026届山东青岛期初调研 ,20节选)二氧化碳转化涉及的反应:
Ⅰ.CO2(g)+2H2O(g) CH4(g)+2O2(g) ΔH=+802.3 kJ·mol-1
Ⅱ.2CO2(g)+2H2O(g) CH3COOH(g)+2O2(g) ΔH=+799.9 kJ·mol-1
Ⅲ.CH4(g)+CO2(g) CH3COOH(g) ΔH
(2)已知lnKp=-+C(Kp为分压平衡常数;R、C均为常数,R>0,不同反应的C值不同),下列能正确表达反应Ⅰ、Ⅱ的lnKp与温度关系的图像是 (填标号),选择理由是 ,正确图像中曲线交点处反应Ⅲ的分压平衡常数Kp= kPa-1。
A B
C D
答案 (2)C 据公式可知曲线的斜率为-,反应Ⅰ、Ⅱ的ΔH均为正值,且反应Ⅰ的ΔH更大,对应斜率的绝对值更大 1
8.★★★(2025届山东德州三模,20节选)化学链燃烧中燃料与空气不直接接触,是一种无焰燃烧。煤的气化产物的钙基载氧体化学链燃烧反应在三个不同反应器中进行,更有利于CO2的捕集。
Ⅰ.水蒸气转化器:①C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g)
Ⅱ.还原反应器:②CO(g)+CaSO4(s) CaS(s)+CO2(g)
③H2(g)+CaSO4(s) CaS(s)+H2O(g)
Ⅲ.氧化反应器:④CaS(s)+2O2(g) CaSO4(s)
(2)在恒温、恒容密闭容器中进行还原反应,初始压强为p,达平衡后测得混合气中CO2的物质的量分数为40%,则反应②的Kp= ,CO的分压pCO为 (用含p的代数式表示)。若压缩容器容积,重新达平衡后pCO (填“增大”“减小”或“不变”)。
答案 (2)4 0.1p 增大
考法突破13 反应速率常数的应用
五年高考
1.★★★(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
2.★★★(不定项)(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
3.★★(2025甘肃,17节选)乙炔加氢是除去乙烯中少量乙炔杂质、得到高纯度乙烯的重要方法。该过程包括以下两个主要反应:
反应1:C2H2(g)+H2(g) C2H4(g) ΔH1=-175 kJ·mol-1(25 ℃、101 kPa)
反应2:C2H2(g)+2H2(g) C2H6(g) ΔH2=-312 kJ·mol-1(25 ℃、101 kPa)
(3)对于反应1,反应速率v(C2H2)与H2浓度c(H2)的关系可用方程式v(C2H2)=k[c(H2)]a表示(k为常数)。145 ℃时,保持其他条件不变,测定了不同浓度时的反应速率(如下表)。当v(C2H2)=1.012×10-4 mol·L-1·s-1时,c(H2)= mol·L-1。
实验组 c(H2)/(mol·L-1) v(C2H2)/(mol·L-1·s-1)
一 4.60×10-3 5.06×10-5
二 1.380×10-2 1.518×10-4
答案 (3)9.2×10-3
4.★★★★(2025全国,28,15分)乙酸乙酯是一种应用广泛的有机化学品,可由乙酸和乙醇通过酯化反应制备。回答下列问题:
(1)乙酸、乙醇和乙酸乙酯的燃烧热分别为-874 kJ·mol-1、-1 367 kJ·mol-1和-2 238 kJ·mol-1,则酯化反应CH3COOH(l)+C2H5OH(l) CH3COOC2H5(l)+H2O(l)的ΔH= kJ·mol-1。
(2)酯化反应中的3种有机物的沸点从高到低的顺序为 ,原因是 。
(3)在常压和353.15 K时,初始组成n(CH3COOH)∶n(C2H5OH)=3∶1、NaHSO4作催化剂的条件下进行反应,得到乙醇浓度随反应时间的变化如下图所示。
平衡时乙酸的转化率α= %,平衡常数K= (保留2位有效数字)。已知酯化反应的速率方程为r=k+c(CH3COOH)c(C2H5OH)-k-c(CH3COOC2H5)c(H2O),其中k+=1.0×10-5 L·mol-1·s-1,则k-= L·mol-1·s-1(保留2位有效数字)。
(4)研究发现,难以通过改变反应温度或压强来提高乙酸乙酯平衡产率,原因是 。若要提高乙酸乙酯的产率,可以采用的方法是 (举1例)。
答案 (1)-3
(2)CH3COOH>C2H5OH>CH3COOC2H5 乙酸乙酯分子间不存在氢键,乙酸分子间的氢键比乙醇的更强
(3)30 3.9 2.6×10-6
(4)|ΔH|很小,温度对平衡影响小;液相反应,压强对平衡影响小 及时移出产物
5.★★★★(2025重庆,17节选)(3)利用弛豫法可研究快速反应的速率常数(k,在一定温度下为常数)。其原理是通过微扰(如瞬时升温)使化学平衡发生偏离,观测体系微扰后从不平衡态趋向新平衡态所需的弛豫时间(τ) ,从而获得k的信息。对于H2O H++OH- ,若将纯水瞬时升温到25 ℃,测得τ=4.0×10-5 s。已知:25 ℃时,c(H2O)=55.6 mol·L-1,v(正)=k1c(H2O),v(逆)=k2c(H+)c(OH-),τ=(xe为H+的平衡浓度)。
①25 ℃时,H2O H++OH-的平衡常数K= mol·L-1(保留2位有效数字)。
②下列能正确表示瞬时升温后反应建立新平衡的过程示意图为 。
③25 ℃时,计算得k2为 L·mol-1·s-1。
答案 (3)①1.8×10-16 ②D ③1.25×1011
6.★★★★★(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)
(3) a 减小 不变
三年模拟
7.★★★(2025届山东省实验中学一模,10)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+N X+Y;②M+N X+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2.5×10-3 mol·L-1·min-1
B.如果反应能进行到底,反应结束时62.5%的M转化为Y
C.反应开始后,体系中Y和Z的浓度之比一直为3∶5
D.降低相同温度,反应①的速率减小的程度更大
答案 B
8.★★(2025届山东德州高三下学期开学考,20节选)乙炔和乙烯是重要的基础化工原料,利用乙炔制乙烯的过程如下。
反应Ⅰ:C2H2(g)+H2(g) C2H4(g) ΔH1(主反应)
反应Ⅱ:C2H2(g)+2H2(g) C2H6(g) ΔH2(副反应)
(1)已知相关物质的摩尔燃烧焓:
物质 C2H2(g) H2(g) C2H6(g)
摩尔燃烧焓/(kJ·mol-1) -1 299 -286 -1 560
ΔH2= kJ·mol-1。
(2)若反应Ⅱ的v正=k正·p(C2H2)p2(H2),v逆=k逆·p(C2H6)(k正和k逆分别为正反应和逆反应的速率常数),当增大时,k正与k逆变化更大的是 。
答案 (1)-311 (2)k逆
9.★★(2026届山东肥城开学考,20节选)(3)在催化剂作用下,CO能将NOx转化为无毒清洁物质。某温度下,在容积为2 L的恒容密闭容器中充入1.6 mol CO和1 mol NO,发生反应2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g)。实验测得v正=k正·c2(NO)·c2(CO),v逆=k逆·c(N2)·c2(CO2)(k正、k逆分别为正、逆反应的速率常数,只与温度有关)。当反应达到平衡时,NO的转化率为80%。
①= 。
②平衡时体系压强为p kPa,Kp为用分压表示的平衡常数(分压=总压×物质的量分数),则Kp= kPa-1(用含p的式子表示)。
答案 (3)①20 ②
10.★★★(2025届山东烟台期中,18节选)(2)已知反应Ⅰ:C2H6(g) C2H4(g)+H2(g)的速率方程为v正=k正·p(C2H6),v逆=k逆·p(C2H4)·p(H2),其中k正、k逆分别为正、逆反应的速率常数,p为各组分分压。
①在实际生产中,T ℃时,向恒容密闭容器中通入C2H6(g)和N2(作稀释剂,不参与反应),测得容器总压(p总)和C2H6(g)转化率α随时间变化的关系如图。起始时n(C2H6)∶n(N2)= ;平衡时p(C2H4)= ;a处的= 。
答案 (2)①1∶4 15 kPa 2.5
第4节 化学反应的方向与调控
五年高考
1.★★(教考衔接:人教版必修二第五章第一节)(2024北京,7,3分)硫酸是重要化工原料,工业生产制取硫酸的原理示意图如下。
下列说法不正确的是( )
A.Ⅰ的化学方程式:3FeS2+8O2 Fe3O4+6SO2
B.Ⅱ中的反应条件都是为了提高SO2平衡转化率
C.将黄铁矿换成硫黄可以减少废渣的产生
D.生产过程中产生的尾气可用碱液吸收
答案 B
2.★(2025浙江1月选考,18节选)(4)工业中常用如下反应生产HCON(CH3)2:
(CH3)2NH(g)+CO(g) HCON(CH3)2(l)
某条件下反应自发且熵减,则反应在该条件下ΔH 0(填“>”“<”或“=”)。
答案 (4)<
3.★(2024贵州,17节选)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
(1)反应ⅰ在1 000 K时 (选填“能”或“不能”)自发进行。
答案 (1)能
4.★★(2025湖南,18节选)(3)在反应器中,发生如下反应:
反应ⅰ:2C2H4(g) C4H8(g) ΔH1=-104.7 kJ·mol-1
反应ⅱ:2C2H4(g)+H2(g) C4H10(g) ΔH2=-230.7 kJ·mol-1
计算反应C4H8(g)+H2(g) C4H10(g)的ΔH= kJ·mol-1,该反应 (填标号)。
A.高温自发 B.低温自发
C.高温低温均自发 D.高温低温均不自发
答案 (3)-126.0 B
三年模拟
5.★★(2025届山东日照一模,20节选)CO2加氢制甲醚的反应原理为2CO2(g)+6H2(g) CH3OCH3(g)+3H2O(g) ΔH,其分步反应及副反应如下:
Ⅰ.CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)
ΔH1=-49.4 kJ·mol-1
Ⅱ.2CH3OH(g) CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH2=-23.4 kJ·mol-1 ΔS2<0
Ⅲ.CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH3=+41.1 kJ·mol-1
回答下列问题:
(1)ΔH= kJ·mol-1,反应Ⅰ~Ⅲ的ΔG随温度的变化如图,其中表示反应Ⅲ的ΔG随温度的变化曲线是 (填“a”“b”或“c”)。
答案 (1)-122.2 a
6.★★★(教考衔接:鲁科版选必1第2章第4节)(2024届山东青岛三模,20节选)工业合成氨反应为N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·mol-1,ΔS=-200 J·mol-1·K-1。
Ⅰ.传统的工业合成氨采用Fe作催化剂。
(1)研究表明,合成氨反应在Fe催化剂上可能通过如下机理进行(*表示催化剂表面吸附位点,表示被吸附于催化剂表面的N2)。决速步为 (填标号)。
①氮气吸附:N2(g)+*
②氮气解离:+* 2N*
③氢气吸附解离:H2(g)+2* 2H*
④表面反应:N*+H* NH*+* NH*+H* N+* N+H* N+*
⑤脱附:N NH3(g)+*
(2)一定条件下,增加氢气分压会使合成氨速率降低,称为“氢中毒”,其原因为 。
答案 (1)②
(2)增加氢气分压会增加吸附H的活性位点比例,从而降低N2的吸附与解离速率
考法突破14 反应速率和平衡图像分析
五年高考
1.★★★(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
2.★★★(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)为
①CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH1=41.2 kJ·mol-1
②CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) ΔH2
225 ℃、8×106 Pa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
3.★★★★(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
4.★★★★(不定项)(2023山东,14,4分)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
5.★★★(2025湖北,19节选)CaH2(s)粉末可在较低温度下还原Fe2O3(s)。回答下列问题:
(1)已知一定温度下,
CaH2(s)+6Fe2O3(s) Ca(OH)2(s)+4Fe3O4(s) ΔH1=m kJ·mol-1
2CaH2(s)+Fe3O4(s) 2Ca(OH)2(s)+3Fe(s) ΔH2=n kJ·mol-1
则3CaH2(s)+2Fe2O3(s) 3Ca(OH)2(s)+4Fe(s)的ΔH3= kJ·mol-1(用m和n表示)。
(2)如图分别是260 ℃、280 ℃和300 ℃下CaH2(s)还原Fe2O3(s)过程中反应体系电阻R(Ω)随反应时间t(h)变化的曲线,可用 (填标号)表示反应的快慢。
a.
(3)图中曲线 (填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”)对应的反应温度最高。
答案 (1) (2)d (3)Ⅰ
6.★★★(2025甘肃,17节选)乙炔加氢是除去乙烯中少量乙炔杂质、得到高纯度乙烯的重要方法。该过程包括以下两个主要反应:
反应1:C2H2(g)+H2(g) C2H4(g) ΔH1=-175 kJ·mol-1(25 ℃、101 kPa)
反应2:C2H2(g)+2H2(g) C2H6(g) ΔH2=-312 kJ·mol-1(25 ℃、101 kPa)
(1)25 ℃、101 kPa时,反应C2H4(g)+H2(g) C2H6(g) ΔH= kJ·mol-1。
(2)一定条件下,使用某含Co催化剂,在不同温度下测得乙炔转化率和产物选择性(指定产物的物质的量/转化的乙炔的物质的量)如图所示(反应均未达平衡)。
在60~220 ℃范围内,乙炔转化率随温度升高而增大的原因为 (任写一条),当温度由220 ℃升高至260 ℃,乙炔转化率减小的原因可能为 。
在120~240 ℃范围内,反应1和反应2乙炔的转化速率大小关系为v1 v2(填“>”“<”或“=”),理由为 。
答案 (1)-137
(2)其他条件相同时,随着温度升高,反应1、2的速率加快;在60~220 ℃范围内,含Co催化剂的活性随温度升高而增强(任写一条) 温度过高,含Co催化剂的活性下降 > 相同温度下,产物选择性:乙烯>乙烷,说明乙烯的生成速率更大
三年模拟
7.★★(2026届山东青岛期初调研,10)下列对图示分析所得结论正确的是( )
甲 乙
丙 丁
A.图甲,催化剂Ⅰ对反应2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)的催化效果更好
B.图乙,恒容和固定投料条件下,2NO2(g) N2O4(g)平衡时气体颜色a点比b点深
C.图丙,CaCO3(s)在恒温密闭容器中分解,t1 s时可能充入了CO2
D.图丁,合成氨反应,固定N2投料时,a、b、c三点中N2转化率b点最高,c点最低
答案 C
8.★★(2025届山东青岛期初调研,20节选改编)(3)CH4也可以作为制取白磷的还原剂,反应方程式为6Ca3(PO4)2(s)+10CH4(g)+18SiO2(s) 18CaSiO3(s)+3P4(g)+10CO(g)+20H2O(g)(Ⅳ) ΔH4>0。在一容器中加入足量的Ca3(PO4)2、SiO2并通入一定量的CH4,在不同的压强下,反应体系达到平衡时测得CH4体积分数随温度T的变化关系如图所示:
①上图中压强由高到低的顺序为 ,判断依据是 。
②M点与N点以CO表示的正反应速率大小关系为vM vN(填“>”“=”或“<”)。
③温度为T0时,若p1=100 kPa,则CH4的平衡转化率为 (保留两位有效数字),反应Ⅳ的平衡常数= (列出计算式即可)。
答案 (3)①p1、p2、p3 该反应为气体分子数增大的反应,增大压强平衡逆向移动,CH4体积分数增大 ②< ③13%
9.★★★(2026届山东德州开学考,20节选改编)乙酸和氢气制备乙醇的过程中涉及如下反应。
主反应:CH3COOH(g)+2H2(g) CH3CH2OH(g)+H2O(g) ΔH1<0
副反应:CH3COOH(g)+CH3CH2OH(g) CH3COOCH2CH3(g)+H2O(g) ΔH2<0
已知:①副反应的热效应很小。
②整个过程中生成的n(CH3CH2OH)明显大于n(CH3COOCH2CH3)。
③S表示产物选择性:S(乙醇)=×100%,S(乙酸乙酯)=×100%。
(2)按n(H2)=1 mol,n(CH3COOH)=0.1 mol投料发生上述反应,如图表示2.0 MPa条件下平衡时S(乙醇)、S(乙酸乙酯)随温度的变化,以及250 ℃条件下平衡时S(乙醇)、S(乙酸乙酯)随压强的变化。
①2.0 MPa条件下S(乙酸乙酯)随温度的变化曲线是 ,250 ℃条件下S(乙醇)随压强变化的曲线是 。
答案 (2)①b d
微专题3 化工生产中多重平衡体系分析
考向1 n-T图像曲线归属判断
1.★★★(2025广东,19节选)(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。
编号 过程 ΔH
(a) Ti(s)+TiCl4(g) 2TiCl2(s) ΔH1
(b) TiCl2(s)+TiCl4(g) 2TiCl3(g) +200.1 kJ/mol
(c) Ti(s)+3TiCl4(g) 4TiCl3(g) +132.4 kJ/mol
(d) TiCl3(g) TiCl3(s) ΔH2
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)。
答案 (3)①-267.8 ②TiCl2(s) ③0.5
考向2 分压平衡常数与原位CO2利用率的计算
2.★★★★(2025河南,17节选)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·mo
2027山东版高考化学第一轮
第九章 化学反应速率与化学平衡
第1节 化学反应速率
五年高考
1.★(2024甘肃,4,3分)下列措施能降低化学反应速率的是( )
A.催化氧化氨制备硝酸时加入铂
B.中和滴定时,边滴边摇锥形瓶
C.锌粉和盐酸反应时加水稀释
D.石墨合成金刚石时增大压强
2.★★★(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
3.★★★(教考衔接:鲁科版选必1第2章第3节)(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
4.★★(2025浙江6月选考,18节选)(3)某研究小组提出,商用ClO2(常含杂质Cl2)在水中易发生如下反应,影响自来水消毒效果。
Ⅳ 2ClO2(aq)+H2O(l) Cl(aq)+2H+(aq)
Ⅴ 2ClO2(aq)+ClO-(aq)+H2O(l) 2Cl(aq)+2H+(aq)+Cl-(aq)
ClO2中Cl2含量对ClO2反应初始速率[v初始(ClO2)]的影响如图所示。实验条件:T2℃,ClO2初始浓度相同。
①Cl2的存在主要加快了反应 (填“Ⅳ”或“Ⅴ”)。
②指出改变v初始(ClO2)的影响因素,并解释原因: 。
三年模拟
5.★★(不定项)(2026届山东潍坊一中开学考,13)为减轻大气污染,可将汽车尾气中的CO和NO转化为无污染气体。在一定条件下,向一容积为2 L的恒容密闭容器中充入10 mol CO和10 mol NO,使之在催化剂作用下发生反应2CO(g)+2NO(g) 2CO2(g)+N2(g),测得反应过程中部分物质的物质的量随反应时间变化的曲线如图所示。下列说法不正确的是( )
A.2 min时,v正(NO)=v逆(NO)
B.曲线Ⅱ表示n(N2)随时间的变化
C.用同一物质表示反应速率时,b点的正反应速率大于c点的逆反应速率
D.0~5 min内,v(CO)=0.8 mol·L-1·min-1
6.★★★(不定项)(2024届山东德州期末,14)已知橙红色的配离子[FeR3]2+可被HNO3氧化成淡蓝色的配离子[FeR3]3+(HNO3的还原产物是HNO2),现用浓度分别为2.0 mol·L-1、2.5 mol·L-1、3.0 mol·L-1的HNO3溶液进行实验,c{[FeR3]2+}随时间t的变化曲线如图所示。下列有关说法错误的是( )
A.实验中n{[FeR3]2+}、n{[FeR3]3+}之和不变时,反应达到平衡状态
B.三组实验中,反应速率都是前期速率增大,后期速率减小
C.2.0 mol·L-1的HNO3溶液进行实验,平衡时[FeR3]2+的平均消耗速率为4.7×10-5 mol·L-1·min-1
D.平衡后加水稀释,增大
7.★★★(不定项)(2025届山东滕州期中,11)某科研小组利用如下反应消除NO和CO的污染:2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g) ΔH=x kJ·mol-1。T ℃时,在容积为2 L的恒容密闭容器中充入2 mol NO和2 mol CO,保持温度不变,5 min时达到平衡状态,此时c(N2)=0.4 mol·L-1。下列说法中不正确的是( )
A.x<0
B.α(NO)=20%
C.0~5 min内,v(CO)=0.16 mol·L-1·min-1
D.保持温度不变,若再向上述平衡体系中充入2 mol NO和2 mol CO,重新达到平衡时,c(N2)=0.8 mol·L-1
8.★★★(2025届山东德州高三下学期开学考,20节选)乙炔和乙烯是重要的基础化工原料,利用乙炔制乙烯的过程如下。
反应Ⅰ:C2H2(g)+H2(g) C2H4(g)(主反应)
反应Ⅱ:C2H2(g)+2H2(g) C2H6(g)(副反应)
(2)在T1℃时,将体积比为1∶2的C2H2和H2充入某恒容容器中,发生上述反应。
①初始压强为p0 kPa,5 min后达到平衡,H2的体积分数为,C2H4与C2H6的物质的量之比为2∶1,则H2的转化率为 ,v(C2H4)= kPa·min-1(用含p0的代数式表示)。
第2节 化学平衡
五年高考
1.★(2023北京,4,3分)下列事实能用平衡移动原理解释的是( )
A.H2O2溶液中加入少量MnO2固体,促进H2O2分解
B.密闭烧瓶内的NO2和N2O4的混合气体,受热后颜色加深
C.铁钉放入浓HNO3中,待不再变化后,加热能产生大量红棕色气体
D.锌片与稀H2SO4反应过程中,加入少量CuSO4固体,促进H2的产生
2.★(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
3.★★(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
4.★★(2025安徽,17节选)Ⅰ.通过甲酸分解可获得超高纯度的CO。甲酸有两种可能的分解反应:
①HCOOH(g) CO(g)+H2O(g) ΔH1=+26.3 kJ·mol-1
②HCOOH(g) CO2(g)+H2(g) ΔH2=-14.9 kJ·mol-1
(2)一定温度下,向恒容密闭容器中通入一定量的HCOOH(g),发生上述两个分解反应,下列说法中能表明反应达到平衡状态的是 (填标号)。
a.气体密度不变
b.气体总压强不变
c.H2O(g)的浓度不变
d.CO和CO2的物质的量相等
5.★★(2025浙江6月选考,18节选)氯气、二氧化氯常用于漂白、杀菌,有重要的应用价值。
(1)下列措施中能提高新制饱和氯水中HClO浓度的是 。
A.加NaCl固体
B.加水
C.加CaCO3粉末
D.加足量Ca(OH)2溶液
6.★★(2025北京,15节选)(4)MgCl2和NH3反应过程中能量变化示意图如下。
①室温下,MgCl2和NH3反应生成[Mg(NH3)6]Cl2而不生成[Mg(NH3)]Cl2 。分析原因: 。
②从平衡的角度推断利于[Mg(NH3)6]Cl2脱除NH3生成MgCl2的条件并说明理由: 。
三年模拟
7.★★(2025届山东聊城二中月考,1)工业上合成甲醇的反应为CO(g)+2H2(g) CH3OH(g),在恒温、恒容密闭容器中充入等物质的量的CO和H2,下列叙述不能判断该反应达到平衡状态的是( )
A.2v正(CO)=v逆(H2)
B.混合气体中CO体积分数不变时
C.不变时
D.容器内气体的平均摩尔质量不变时
8.★(2026届山东青岛期初调研,20节选)(3)①恒温、恒压密闭容器中若只发生反应CH3COOH(g)+C2H5OH(g) CH3COOC2H5(g)+H2O(g),下列能说明反应已达平衡状态的是 (填标号)。
A.容器容积不再改变
B.混合气体的密度不再改变
C.体系中H2O与CH3COOH的物质的量之比不变
D.气体的平均摩尔质量不变
9.★★(2025届山东青岛期初调研,20节选)工业上通过在高温条件下用焦炭还原Ca3(PO4)2来生产白磷。为优化生产条件,往往会向原料中添加石英砂。过程中发生下列反应:
2Ca3(PO4)2(s)+10C(s) 6CaO(s)+P4(g)+10CO(g)(Ⅰ) ΔH1>0
CaO(s)+SiO2(s) CaSiO3(s)(Ⅱ) ΔH2<0
2Ca3(PO4)2(s)+10C(s)+6SiO2(s) 6CaSiO3(s)+P4(g)+10CO(g)(Ⅲ)
(2)在一真空恒容密闭容器中加入足量的焦炭、Ca3(PO4)2、SiO2,控制反应温度为T1,发生以上三个反应。下列能证明反应达到平衡状态的有 (填标号)。
A.气体中P4的百分含量不再变化
B.容器内压强不再变化
C.气体的密度不再变化
D.气体的平均相对分子质量不再变化
10.★★(2026届山东省实验中学二诊,20节选)(2)在500 K、容积为1 L的恒容容器中,对于合成氨反应,初始投料N2(g)为0.2 mol,H2(g)为0.05 mol,NH3(g)为0.15 mol,以下可说明反应达到平衡的有 (填序号)。
①H2的体积分数不变
②N2的物质的量分数不变
③气体总压不变
④NH3的分压不变
⑤混合气体的密度不变
11.★★★(2025届山东泰安一模,19节选)草酸亚铁(FeC2O4)可用于制药。在一定温度下,将FeC2O4置入真空容器中发生如下反应:
反应Ⅰ:FeC2O4(s) FeO(s)+CO(g)+CO2(g) ΔH1
反应Ⅱ:FeO(s)+CO(g) Fe(s)+CO2(g) ΔH2<0
已知760 K以下只发生反应Ⅰ,平衡时pCO~T的关系如图所示。760 K以上反应Ⅰ和反应Ⅱ同时进行。
(1)660 K时,将FeC2O4置入一真空刚性容器中至反应到达平衡,此时反应Ⅰ的平衡常数Kp(Ⅰ)= (kPa)2;有关该混合体系说法正确的是 (填标号)。
a.反应Ⅰ的正、逆反应的活化能(Ea正、Ea逆):Ea正
c.平衡后充入惰性气体氩,pCO减小
d.平衡时,分离出部分CO2,再次平衡时,pCO≠
第3节 化学平衡常数及其相关计算
五年高考
1.★(不定项)(2023海南,13,4分)工业上苯乙烯的生产主要采用乙苯脱氢工艺:C6H5CH2CH3(g) C6H5CHCH2(g)+H2(g)。某条件下无催化剂存在时,该反应的正、逆反应速率v随时间t的变化关系如图所示。下列说法正确的是 ( )
A.曲线①表示的是逆反应的v-t关系
B.t2时刻体系处于平衡状态
C.反应进行到t1时,Q>K(Q为浓度商)
D.催化剂存在时,v1、v2都增大
2.★★★(2024江西,9,3分)温度T下,向1 L真空刚性容器中加入1 mol (CH3)2CHOH,反应达到平衡时,c(Y)=0.4 mol/L。下列说法正确的是 ( )
(CH3)2CHOH(g) (CH3)2CO(g)+H2(g)
X Y Z
A.再充入1 mol X和1 mol Y,此时v正
C.再充入1 mol N2,平衡向右移动
D.若温度升高,X的转化率增加,则上述反应ΔH<0
3.★★★(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
4.★★★(2024甘肃,17,14分)SiHCl3是制备半导体材料硅的重要原料,可由不同途径制备。
(1)由SiCl4制备SiHCl3:
SiCl4(g)+H2(g) SiHCl3(g)+HCl(g) ΔH1=+74.22 kJ·mol-1(298 K)
已知SiHCl3(g)+H2(g) Si(s)+3HCl(g) ΔH2=+219.29 kJ·mol-1(298 K)
298 K时,由SiCl4(g)+2H2(g) Si(s)+4HCl(g)制备56 g硅 (填“吸”或“放”)热 kJ。升高温度有利于制备硅的原因是 。
(2)在催化剂作用下由粗硅制备SiHCl3:3SiCl4(g)+2H2(g)+Si(s) 4SiHCl3(g)。在773 K、2 L密闭容器中,经不同方式处理的粗硅和催化剂混合物与0.4 mol H2(g)和0.1 mol SiCl4(g)反应,SiCl4转化率随时间的变化如下图所示:
①0~50 min,经方式 处理后的反应速率最快;在此期间,经方式丙处理后的平均反应速率v(SiHCl3)= mol·L-1·min-1。
②当反应达平衡时,H2的浓度为 mol·L-1,平衡常数K的计算式为 。
③增大容器体积,反应平衡向 移动。
5.★★★★(2021山东,20节选)2-甲氧基-2-甲基丁烷(TAME)常用作汽油添加剂。在催化剂作用下,可通过甲醇与烯烃的液相反应制得,体系中同时存在如下反应:
反应Ⅰ:+CH3OH ΔH1
反应Ⅱ:+CH3OH ΔH2
反应Ⅲ: ΔH3
回答下列问题:
(2)为研究上述反应体系的平衡关系,向某反应容器中加入1.0 mol TAME,控制温度为353 K,测得TAME的平衡转化率为α。
已知反应Ⅲ的平衡常数=9.0(Kx是以物质的量分数表示的平衡常数),则平衡体系中B的物质的量为 mol,反应Ⅰ的平衡常数= 。
同温同压下,再向该容器中注入惰性溶剂四氢呋喃稀释,反应Ⅰ的化学平衡将 (填“正向移动”“逆向移动”或“不移动”);平衡时,A与CH3OH物质的量浓度之比c(A)∶c(CH3OH)= 。
(3)为研究反应体系的动力学行为,向盛有四氢呋喃的另一容器中加入一定量A、B和CH3OH。控制温度为353 K,A、B物质的量浓度c随反应时间t的变化如图所示。代表B的变化曲线为 (填“X”或“Y”);t=100 s时,反应Ⅲ的正反应速率v正 逆反应速率v逆(填“>”“<”或“=”)。
三年模拟
6.★★★(不定项)(2025届山东枣庄八中开学考,15)已知1 mol CO2(g)与足量的C(s)在恒容的密闭容器中发生反应:C(s)+CO2(g) 2CO(g),测得平衡时体系中气体的物质的量分数(x)与温度(T)的关系如图。
下列说法正确的是( )
A.将平衡体系的温度由800 K升至1 000 K,该反应的平衡常数K增大
B.向800 K时的平衡体系中充入氦气,反应速率增大,平衡逆向移动
C.向1 000 K时的平衡体系中再加入1 mol CO2(g),达新平衡后x(CO)>50%
D.在1 250 K时,该反应达平衡后,CO2的平衡转化率约为81.82%
7.★★(2026届山东省实验中学一诊,17节选)以焦炭和铁矿石为主要原料的高炉炼铁技术备受关注,涉及的主要反应为Fe2O3(s)+3CO(g) 2Fe(s)+3CO2(g) ΔH<0。
(1)T1℃时,向容积为10 L的恒容密闭容器中加入3 mol Fe2O3和3 mol CO发生反应,5 min时达到平衡,平衡时测得混合气体中CO2的体积分数为80%,则0~5 min内以CO2表示该反应的速率v(CO2)= mol·L-1·min-1,该温度下反应的平衡常数为 。下列选项中能够说明该反应已经达到平衡状态的是 。
A.固体的物质的量不再变化
B.体系的压强保持不变
C.混合气体的平均摩尔质量保持不变
D.单位时间内消耗CO和生成CO2的物质的量相等
考法突破12 分压平衡常数的计算
五年高考
1.★★★(2024贵州,17节选)(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 ,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
2CO(g)+3H2(g) HOCH2CH2OH(g) ΔH
按化学计量比进料,固定平衡转化率α,探究温度与压强的关系。α分别为0.4、0.5和0.6时,温度与压强的关系如图:
①代表α=0.6的曲线为 (填“L1”“L2”或“L3”);原因是 。
②ΔH 0(填“>”“<”或“=”)。
③已知:反应aA(g)+bB(g) yY(g)+zZ(g),Kx=,x为组分的物质的量分数。
M、N两点对应的体系,Kx(M) Kx(N)(填“>”“<”或“= ”),D点对应体系的Kx的值为 。
④已知:反应aA(g)+bB(g) yY(g)+zZ(g),Kp=,p为组分的分压。调整进料比为n(CO)∶n(H2)=m∶3,系统压强维持p0 MPa,使α(H2)=0.75,此时Kp= MPa-4(用含有m和p0的代数式表示)。
3.★★★★(2025湖南,18节选)在温和条件下,将CO转化为C4烃类具有重要意义。采用电化学—化学串联催化策略可将CO高选择性合成C4H10。
在反应器中,发生如下反应:
反应ⅰ:2C2H4(g) C4H8(g) ΔH1=-104.7 kJ·mol-1
反应ⅱ:2C2H4(g)+H2(g) C4H10(g) ΔH2=-230.7 kJ·mol-1
(4)一定温度下,CO、C2H4和H2(体积比为x∶2∶1)按一定流速进入装有催化剂的恒容反应器(入口压强为100 kPa)发生反应ⅰ和ⅱ。有CO存在时,反应ⅱ的反应进程如图1所示。随着x的增加,C2H4的转化率和产物的选择性(选择性=×100%)如图2所示。
①根据图1,写出生成C4H10的决速步反应式 ;C4H10的选择性大于C4H8的原因是 。
②结合图2,当x≥2时,混合气体以较低的流速经过恒容反应器时,反应近似达到平衡,随着x的增大,C2H4的转化率减小的原因是 ;当x=2时,该温度下反应ⅱ的Kp= (kPa)-2(保留两位小数)。
4.★★★★★(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
三年模拟
5.★★★(不定项)(2025届山东青岛期初调研,15)工业试剂硫酰氯的制备原理为SO2(g)+Cl2(g) SO2Cl2(g) ΔH<0。恒容密闭容器中按不同进料比充入SO2(g)和Cl2(g),测定T1、T2和T3温度下体系达平衡时的Δp(Δp=p0-p,其中p0=240 kPa为体系起始压强,p为体系平衡压强),结果如图所示。下列说法正确的是( )
A.温度关系为T1>T2>T3
B.T1温度下,平衡常数Kp=0.03 kPa-1
C.N点时,SO2Cl2的体积分数为
D.T1温度下且n(SO2)/n(Cl2)=0.5时,Δp=60 kPa
6.★★★(2025届山东滕州一中开学考,20节选)近年来丙烯的生产技术不断发展,在催化剂的作用下,可由丙烷直接脱氢或氧化脱氢制备丙烯,反应历程如下:
反应Ⅰ(直接脱氢):C3H8(g) C3H6(g)+H2(g) ΔH1
反应Ⅱ(氧化脱氢):2C3H8(g)+O2(g) 2C3H6(g)+2H2O(g) ΔH2=-236 kJ·mol-1
(2)温度为T1、压强恒为p kPa时,向密闭容器中通入C3H8和Ar的混合气体,容器内仅发生反应Ⅰ,从平衡移动的角度判断,达到平衡后“通入Ar”的作用是 ;温度为T1时,C3H8的平衡转化率(α)与通入气体中C3H8的物质的量分数(x)的关系如图所示,计算T1时反应Ⅰ的平衡常数Kp= kPa(用分压表示,分压=总压×物质的量分数)。
7.★★★(2026届山东青岛期初调研 ,20节选)二氧化碳转化涉及的反应:
Ⅰ.CO2(g)+2H2O(g) CH4(g)+2O2(g) ΔH=+802.3 kJ·mol-1
Ⅱ.2CO2(g)+2H2O(g) CH3COOH(g)+2O2(g) ΔH=+799.9 kJ·mol-1
Ⅲ.CH4(g)+CO2(g) CH3COOH(g) ΔH
(2)已知lnKp=-+C(Kp为分压平衡常数;R、C均为常数,R>0,不同反应的C值不同),下列能正确表达反应Ⅰ、Ⅱ的lnKp与温度关系的图像是 (填标号),选择理由是 ,正确图像中曲线交点处反应Ⅲ的分压平衡常数Kp= kPa-1。
A B
C D
8.★★★(2025届山东德州三模,20节选)化学链燃烧中燃料与空气不直接接触,是一种无焰燃烧。煤的气化产物的钙基载氧体化学链燃烧反应在三个不同反应器中进行,更有利于CO2的捕集。
Ⅰ.水蒸气转化器:①C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g)
Ⅱ.还原反应器:②CO(g)+CaSO4(s) CaS(s)+CO2(g)
③H2(g)+CaSO4(s) CaS(s)+H2O(g)
Ⅲ.氧化反应器:④CaS(s)+2O2(g) CaSO4(s)
(2)在恒温、恒容密闭容器中进行还原反应,初始压强为p,达平衡后测得混合气中CO2的物质的量分数为40%,则反应②的Kp= ,CO的分压pCO为 (用含p的代数式表示)。若压缩容器容积,重新达平衡后pCO (填“增大”“减小”或“不变”)。
考法突破13 反应速率常数的应用
五年高考
1.★★★(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
2.★★★(不定项)(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
3.★★(2025甘肃,17节选)乙炔加氢是除去乙烯中少量乙炔杂质、得到高纯度乙烯的重要方法。该过程包括以下两个主要反应:
反应1:C2H2(g)+H2(g) C2H4(g) ΔH1=-175 kJ·mol-1(25 ℃、101 kPa)
反应2:C2H2(g)+2H2(g) C2H6(g) ΔH2=-312 kJ·mol-1(25 ℃、101 kPa)
(3)对于反应1,反应速率v(C2H2)与H2浓度c(H2)的关系可用方程式v(C2H2)=k[c(H2)]a表示(k为常数)。145 ℃时,保持其他条件不变,测定了不同浓度时的反应速率(如下表)。当v(C2H2)=1.012×10-4 mol·L-1·s-1时,c(H2)= mol·L-1。
实验组 c(H2)/(mol·L-1) v(C2H2)/(mol·L-1·s-1)
一 4.60×10-3 5.06×10-5
二 1.380×10-2 1.518×10-4
4.★★★★(2025全国,28,15分)乙酸乙酯是一种应用广泛的有机化学品,可由乙酸和乙醇通过酯化反应制备。回答下列问题:
(1)乙酸、乙醇和乙酸乙酯的燃烧热分别为-874 kJ·mol-1、-1 367 kJ·mol-1和-2 238 kJ·mol-1,则酯化反应CH3COOH(l)+C2H5OH(l) CH3COOC2H5(l)+H2O(l)的ΔH= kJ·mol-1。
(2)酯化反应中的3种有机物的沸点从高到低的顺序为 ,原因是 。
(3)在常压和353.15 K时,初始组成n(CH3COOH)∶n(C2H5OH)=3∶1、NaHSO4作催化剂的条件下进行反应,得到乙醇浓度随反应时间的变化如下图所示。
平衡时乙酸的转化率α= %,平衡常数K= (保留2位有效数字)。已知酯化反应的速率方程为r=k+c(CH3COOH)c(C2H5OH)-k-c(CH3COOC2H5)c(H2O),其中k+=1.0×10-5 L·mol-1·s-1,则k-= L·mol-1·s-1(保留2位有效数字)。
(4)研究发现,难以通过改变反应温度或压强来提高乙酸乙酯平衡产率,原因是 。若要提高乙酸乙酯的产率,可以采用的方法是 (举1例)。
5.★★★★(2025重庆,17节选)(3)利用弛豫法可研究快速反应的速率常数(k,在一定温度下为常数)。其原理是通过微扰(如瞬时升温)使化学平衡发生偏离,观测体系微扰后从不平衡态趋向新平衡态所需的弛豫时间(τ) ,从而获得k的信息。对于H2O H++OH- ,若将纯水瞬时升温到25 ℃,测得τ=4.0×10-5 s。已知:25 ℃时,c(H2O)=55.6 mol·L-1,v(正)=k1c(H2O),v(逆)=k2c(H+)c(OH-),τ=(xe为H+的平衡浓度)。
①25 ℃时,H2O H++OH-的平衡常数K= mol·L-1(保留2位有效数字)。
②下列能正确表示瞬时升温后反应建立新平衡的过程示意图为 。
③25 ℃时,计算得k2为 L·mol-1·s-1。
6.★★★★★(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”)。
三年模拟
7.★★★(2025届山东省实验中学一模,10)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+N X+Y;②M+N X+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2.5×10-3 mol·L-1·min-1
B.如果反应能进行到底,反应结束时62.5%的M转化为Y
C.反应开始后,体系中Y和Z的浓度之比一直为3∶5
D.降低相同温度,反应①的速率减小的程度更大
8.★★(2025届山东德州高三下学期开学考,20节选)乙炔和乙烯是重要的基础化工原料,利用乙炔制乙烯的过程如下。
反应Ⅰ:C2H2(g)+H2(g) C2H4(g) ΔH1(主反应)
反应Ⅱ:C2H2(g)+2H2(g) C2H6(g) ΔH2(副反应)
(1)已知相关物质的摩尔燃烧焓:
物质 C2H2(g) H2(g) C2H6(g)
摩尔燃烧焓/(kJ·mol-1) -1 299 -286 -1 560
ΔH2= kJ·mol-1。
(2)若反应Ⅱ的v正=k正·p(C2H2)p2(H2),v逆=k逆·p(C2H6)(k正和k逆分别为正反应和逆反应的速率常数),当增大时,k正与k逆变化更大的是 。
9.★★(2026届山东肥城开学考,20节选)(3)在催化剂作用下,CO能将NOx转化为无毒清洁物质。某温度下,在容积为2 L的恒容密闭容器中充入1.6 mol CO和1 mol NO,发生反应2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g)。实验测得v正=k正·c2(NO)·c2(CO),v逆=k逆·c(N2)·c2(CO2)(k正、k逆分别为正、逆反应的速率常数,只与温度有关)。当反应达到平衡时,NO的转化率为80%。
①= 。
②平衡时体系压强为p kPa,Kp为用分压表示的平衡常数(分压=总压×物质的量分数),则Kp= kPa-1(用含p的式子表示)。
10.★★★(2025届山东烟台期中,18节选)(2)已知反应Ⅰ:C2H6(g) C2H4(g)+H2(g)的速率方程为v正=k正·p(C2H6),v逆=k逆·p(C2H4)·p(H2),其中k正、k逆分别为正、逆反应的速率常数,p为各组分分压。
①在实际生产中,T ℃时,向恒容密闭容器中通入C2H6(g)和N2(作稀释剂,不参与反应),测得容器总压(p总)和C2H6(g)转化率α随时间变化的关系如图。起始时n(C2H6)∶n(N2)= ;平衡时p(C2H4)= ;a处的= 。
第4节 化学反应的方向与调控
五年高考
1.★★(教考衔接:人教版必修二第五章第一节)(2024北京,7,3分)硫酸是重要化工原料,工业生产制取硫酸的原理示意图如下。
下列说法不正确的是( )
A.Ⅰ的化学方程式:3FeS2+8O2 Fe3O4+6SO2
B.Ⅱ中的反应条件都是为了提高SO2平衡转化率
C.将黄铁矿换成硫黄可以减少废渣的产生
D.生产过程中产生的尾气可用碱液吸收
2.★(2025浙江1月选考,18节选)(4)工业中常用如下反应生产HCON(CH3)2:
(CH3)2NH(g)+CO(g) HCON(CH3)2(l)
某条件下反应自发且熵减,则反应在该条件下ΔH 0(填“>”“<”或“=”)。
3.★(2024贵州,17节选)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
(1)反应ⅰ在1 000 K时 (选填“能”或“不能”)自发进行。
4.★★(2025湖南,18节选)(3)在反应器中,发生如下反应:
反应ⅰ:2C2H4(g) C4H8(g) ΔH1=-104.7 kJ·mol-1
反应ⅱ:2C2H4(g)+H2(g) C4H10(g) ΔH2=-230.7 kJ·mol-1
计算反应C4H8(g)+H2(g) C4H10(g)的ΔH= kJ·mol-1,该反应 (填标号)。
A.高温自发 B.低温自发
C.高温低温均自发 D.高温低温均不自发
三年模拟
5.★★(2025届山东日照一模,20节选)CO2加氢制甲醚的反应原理为2CO2(g)+6H2(g) CH3OCH3(g)+3H2O(g) ΔH,其分步反应及副反应如下:
Ⅰ.CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)
ΔH1=-49.4 kJ·mol-1
Ⅱ.2CH3OH(g) CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH2=-23.4 kJ·mol-1 ΔS2<0
Ⅲ.CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH3=+41.1 kJ·mol-1
回答下列问题:
(1)ΔH= kJ·mol-1,反应Ⅰ~Ⅲ的ΔG随温度的变化如图,其中表示反应Ⅲ的ΔG随温度的变化曲线是 (填“a”“b”或“c”)。
6.★★★(教考衔接:鲁科版选必1第2章第4节)(2024届山东青岛三模,20节选)工业合成氨反应为N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·mol-1,ΔS=-200 J·mol-1·K-1。
Ⅰ.传统的工业合成氨采用Fe作催化剂。
(1)研究表明,合成氨反应在Fe催化剂上可能通过如下机理进行(*表示催化剂表面吸附位点,表示被吸附于催化剂表面的N2)。决速步为 (填标号)。
①氮气吸附:N2(g)+*
②氮气解离:+* 2N*
③氢气吸附解离:H2(g)+2* 2H*
④表面反应:N*+H* NH*+* NH*+H* N+* N+H* N+*
⑤脱附:N NH3(g)+*
(2)一定条件下,增加氢气分压会使合成氨速率降低,称为“氢中毒”,其原因为 。
考法突破14 反应速率和平衡图像分析
五年高考
1.★★★(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
2.★★★(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)为
①CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH1=41.2 kJ·mol-1
②CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) ΔH2
225 ℃、8×106 Pa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
3.★★★★(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
4.★★★★(不定项)(2023山东,14,4分)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
5.★★★(2025湖北,19节选)CaH2(s)粉末可在较低温度下还原Fe2O3(s)。回答下列问题:
(1)已知一定温度下,
CaH2(s)+6Fe2O3(s) Ca(OH)2(s)+4Fe3O4(s) ΔH1=m kJ·mol-1
2CaH2(s)+Fe3O4(s) 2Ca(OH)2(s)+3Fe(s) ΔH2=n kJ·mol-1
则3CaH2(s)+2Fe2O3(s) 3Ca(OH)2(s)+4Fe(s)的ΔH3= kJ·mol-1(用m和n表示)。
(2)如图分别是260 ℃、280 ℃和300 ℃下CaH2(s)还原Fe2O3(s)过程中反应体系电阻R(Ω)随反应时间t(h)变化的曲线,可用 (填标号)表示反应的快慢。
a.
(3)图中曲线 (填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”)对应的反应温度最高。
6.★★★(2025甘肃,17节选)乙炔加氢是除去乙烯中少量乙炔杂质、得到高纯度乙烯的重要方法。该过程包括以下两个主要反应:
反应1:C2H2(g)+H2(g) C2H4(g) ΔH1=-175 kJ·mol-1(25 ℃、101 kPa)
反应2:C2H2(g)+2H2(g) C2H6(g) ΔH2=-312 kJ·mol-1(25 ℃、101 kPa)
(1)25 ℃、101 kPa时,反应C2H4(g)+H2(g) C2H6(g) ΔH= kJ·mol-1。
(2)一定条件下,使用某含Co催化剂,在不同温度下测得乙炔转化率和产物选择性(指定产物的物质的量/转化的乙炔的物质的量)如图所示(反应均未达平衡)。
在60~220 ℃范围内,乙炔转化率随温度升高而增大的原因为 (任写一条),当温度由220 ℃升高至260 ℃,乙炔转化率减小的原因可能为 。
在120~240 ℃范围内,反应1和反应2乙炔的转化速率大小关系为v1 v2(填“>”“<”或“=”),理由为 。
三年模拟
7.★★(2026届山东青岛期初调研,10)下列对图示分析所得结论正确的是( )
甲 乙
丙 丁
A.图甲,催化剂Ⅰ对反应2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)的催化效果更好
B.图乙,恒容和固定投料条件下,2NO2(g) N2O4(g)平衡时气体颜色a点比b点深
C.图丙,CaCO3(s)在恒温密闭容器中分解,t1 s时可能充入了CO2
D.图丁,合成氨反应,固定N2投料时,a、b、c三点中N2转化率b点最高,c点最低
8.★★(2025届山东青岛期初调研,20节选改编)(3)CH4也可以作为制取白磷的还原剂,反应方程式为6Ca3(PO4)2(s)+10CH4(g)+18SiO2(s) 18CaSiO3(s)+3P4(g)+10CO(g)+20H2O(g)(Ⅳ) ΔH4>0。在一容器中加入足量的Ca3(PO4)2、SiO2并通入一定量的CH4,在不同的压强下,反应体系达到平衡时测得CH4体积分数随温度T的变化关系如图所示:
①上图中压强由高到低的顺序为 ,判断依据是 。
②M点与N点以CO表示的正反应速率大小关系为vM vN(填“>”“=”或“<”)。
③温度为T0时,若p1=100 kPa,则CH4的平衡转化率为 (保留两位有效数字),反应Ⅳ的平衡常数= (列出计算式即可)。
9.★★★(2026届山东德州开学考,20节选改编)乙酸和氢气制备乙醇的过程中涉及如下反应。
主反应:CH3COOH(g)+2H2(g) CH3CH2OH(g)+H2O(g) ΔH1<0
副反应:CH3COOH(g)+CH3CH2OH(g) CH3COOCH2CH3(g)+H2O(g) ΔH2<0
已知:①副反应的热效应很小。
②整个过程中生成的n(CH3CH2OH)明显大于n(CH3COOCH2CH3)。
③S表示产物选择性:S(乙醇)=×100%,S(乙酸乙酯)=×100%。
(2)按n(H2)=1 mol,n(CH3COOH)=0.1 mol投料发生上述反应,如图表示2.0 MPa条件下平衡时S(乙醇)、S(乙酸乙酯)随温度的变化,以及250 ℃条件下平衡时S(乙醇)、S(乙酸乙酯)随压强的变化。
①2.0 MPa条件下S(乙酸乙酯)随温度的变化曲线是 ,250 ℃条件下S(乙醇)随压强变化的曲线是 。
微专题3 化工生产中多重平衡体系分析
考向1 n-T图像曲线归属判断
1.★★★(2025广东,19节选)(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。
编号 过程 ΔH
(a) Ti(s)+TiCl4(g) 2TiCl2(s) ΔH1
(b) TiCl2(s)+TiCl4(g) 2TiCl3(g) +200.1 kJ/mol
(c) Ti(s)+3TiCl4(g) 4TiCl3(g) +132.4 kJ/mol
(d) TiCl3(g) TiCl3(s) ΔH2
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)。
考向2 分压平衡常数与原位CO2利用率的计算
2.★★★★(2025河南,17节选)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
(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%
考向3 多重平衡体系热效应的计算
3.★★★★(2025届山东青岛调研,20节选)工业废气中的CO可重整为CH4(反应①),反应过程中通入一定量的H2O用于补充H2(反应②),副反应为CO的歧化(反应③)。
反应①:CO(g)+3H2(g) CH4(g)+H2O(g) ΔH1=-200 kJ/mol
反应②:CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) ΔH2=-40 kJ/mol
反应③:2CO(g) CO2(g)+C(s) ΔH3=-170 kJ/mol
回答下列问题:
(1)三个反应的lgKp与温度的关系如图所示,反应②对应图中曲线 (填“a”或“b”),CH4热裂反应CH4(g) C(s)+2H2(g)的ΔH= 。
(2)在一定的压强下通入CO、H2与H2O的混合气体。分析表明,平衡时气体的组成如图所示(未计入H2O),随着温度升高,H2体积分数增大,原因为 。
(3)T1℃时将5 mol CO、2 mol H2与3 mol H2O通入恒压容器(压强为p),达到平衡时各气体的体积分数(未计入H2O)如表,T1℃时= (用含p的代数式表示),此时产生C(s)的物质的量为 ,整个过程放热 kJ。
气体 CO H2 CO2 CH4
体积分数
考向4 复合图像曲线归属判断
4.★★★★★(2025陕晋青宁,17,15分)MgCO3/MgO循环在CO2捕获及转化等方面具有重要应用。科研人员设计了利用MgCO3与H2反应生成CH4的路线,主要反应如下:
Ⅰ.MgCO3(s) MgO(s)+CO2(g) ΔH1=+101 kJ·mol-1
Ⅱ.CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g) ΔH2=-166 kJ·mol-1
Ⅲ.CO2(g)+H2(g) H2O(g)+CO(g) ΔH3=+41 kJ·mol-1
回答下列问题:
(1)计算MgCO3(s)+4H2(g) MgO(s)+2H2O(g)+CH4(g) ΔH4= kJ·mol-1。
(2)提高CH4平衡产率的条件是 。
A.高温高压 B.低温高压
C.高温低压 D.低温低压
(3)高温下MgCO3分解产生的MgO催化CO2与H2反应生成CH4,部分历程如图,其中吸附在催化剂表面的物种用*标注。所示步骤中最慢的基元反应是 (填序号),生成水的基元反应方程式为 。
(4)100 kPa下,在密闭容器中H2(g)和MgCO3(s)各1 mol发生反应。反应物(H2、MgCO3)的平衡转化率和生成物(CH4、CO2)的选择性随温度变化关系如下图(反应Ⅲ在360 ℃以下不考虑)。
注:含碳生成物选择性=×100%
①表示CH4选择性的曲线是 (填字母)。
②点M温度下,反应Ⅱ的Kp= (kPa)-2(列出计算式即可)。
③在550 ℃下达到平衡时,n(CO)= mol。500~600 ℃,随温度升高H2平衡转化率下降的原因可能是
。
考向5 复杂气固反应体系分析
5.★★★★★(2024山东,20节选)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:
(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 (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 。
(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 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 (填“增大”“减小”或“不变”),p(CO)将 (填“增大”“减小”或“不变”)。
6.★★★★★(2025山东,20,12分)利用CaS循环再生可将燃煤尾气中的SO2转化生产单质硫,涉及的主要反应如下:
Ⅰ.CaS(s)+2SO2(g) CaSO4(s)+S2(g) ΔH1
Ⅱ.CaSO4(s)+4H2(g) CaS(s)+4H2O(g) ΔH2
Ⅲ.SO2(g)+3H2(g) H2S(g)+2H2O(g) ΔH3
恒容条件下,按1 mol CaS、1 mol SO2和0.1 mol H2投料反应。平衡体系中,各气态物种的lgn随温度的变化关系如图所示,n为气态物种物质的量的值。
已知:图示温度范围内反应Ⅱ平衡常数K=108基本不变。
回答下列问题:
(1)反应4H2(g)+2SO2(g) 4H2O(g)+S2(g)的焓变ΔH= (用含ΔH1、ΔH2的代数式表示)。
(2)乙线所示物种为 (填化学式)。反应Ⅲ的焓变ΔH3 0(填“>”“<”或“=”)。
(3)T1温度下,体系达平衡时,乙线、丙线所示物种的物质的量相等,若丁线所示物种为a mol,则S2为 mol(用含a的代数式表示);此时,CaS与CaSO4物质的量的差值n(CaS)-n(CaSO4)= mol(用含a的最简代数式表示)。
(4)T2温度下,体系达平衡后,压缩容器体积S2产率增大。与压缩前相比,重新达平衡时,H2S与H2物质的量之比 (填“增大”“减小”或“不变”),H2O物质的量n(H2O) (填“增大”“减小”或“不变”)。
第九章 化学反应速率与化学平衡
第1节 化学反应速率
五年高考
1.★(2024甘肃,4,3分)下列措施能降低化学反应速率的是( )
A.催化氧化氨制备硝酸时加入铂
B.中和滴定时,边滴边摇锥形瓶
C.锌粉和盐酸反应时加水稀释
D.石墨合成金刚石时增大压强
答案 C
2.★★★(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
3.★★★(教考衔接:鲁科版选必1第2章第3节)(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.★★(2025浙江6月选考,18节选)(3)某研究小组提出,商用ClO2(常含杂质Cl2)在水中易发生如下反应,影响自来水消毒效果。
Ⅳ 2ClO2(aq)+H2O(l) Cl(aq)+2H+(aq)
Ⅴ 2ClO2(aq)+ClO-(aq)+H2O(l) 2Cl(aq)+2H+(aq)+Cl-(aq)
ClO2中Cl2含量对ClO2反应初始速率[v初始(ClO2)]的影响如图所示。实验条件:T2℃,ClO2初始浓度相同。
①Cl2的存在主要加快了反应 (填“Ⅳ”或“Ⅴ”)。
②指出改变v初始(ClO2)的影响因素,并解释原因: 。
答案 (3)①Ⅴ ②Cl2浓度增大、pH增大,均使溶液中ClO-浓度增大,反应Ⅴ的反应物浓度增大,反应速率增大
三年模拟
5.★★(不定项)(2026届山东潍坊一中开学考,13)为减轻大气污染,可将汽车尾气中的CO和NO转化为无污染气体。在一定条件下,向一容积为2 L的恒容密闭容器中充入10 mol CO和10 mol NO,使之在催化剂作用下发生反应2CO(g)+2NO(g) 2CO2(g)+N2(g),测得反应过程中部分物质的物质的量随反应时间变化的曲线如图所示。下列说法不正确的是( )
A.2 min时,v正(NO)=v逆(NO)
B.曲线Ⅱ表示n(N2)随时间的变化
C.用同一物质表示反应速率时,b点的正反应速率大于c点的逆反应速率
D.0~5 min内,v(CO)=0.8 mol·L-1·min-1
答案 A
6.★★★(不定项)(2024届山东德州期末,14)已知橙红色的配离子[FeR3]2+可被HNO3氧化成淡蓝色的配离子[FeR3]3+(HNO3的还原产物是HNO2),现用浓度分别为2.0 mol·L-1、2.5 mol·L-1、3.0 mol·L-1的HNO3溶液进行实验,c{[FeR3]2+}随时间t的变化曲线如图所示。下列有关说法错误的是( )
A.实验中n{[FeR3]2+}、n{[FeR3]3+}之和不变时,反应达到平衡状态
B.三组实验中,反应速率都是前期速率增大,后期速率减小
C.2.0 mol·L-1的HNO3溶液进行实验,平衡时[FeR3]2+的平均消耗速率为4.7×10-5 mol·L-1·min-1
D.平衡后加水稀释,增大
答案 AC
7.★★★(不定项)(2025届山东滕州期中,11)某科研小组利用如下反应消除NO和CO的污染:2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g) ΔH=x kJ·mol-1。T ℃时,在容积为2 L的恒容密闭容器中充入2 mol NO和2 mol CO,保持温度不变,5 min时达到平衡状态,此时c(N2)=0.4 mol·L-1。下列说法中不正确的是( )
A.x<0
B.α(NO)=20%
C.0~5 min内,v(CO)=0.16 mol·L-1·min-1
D.保持温度不变,若再向上述平衡体系中充入2 mol NO和2 mol CO,重新达到平衡时,c(N2)=0.8 mol·L-1
答案 BD
8.★★★(2025届山东德州高三下学期开学考,20节选)乙炔和乙烯是重要的基础化工原料,利用乙炔制乙烯的过程如下。
反应Ⅰ:C2H2(g)+H2(g) C2H4(g)(主反应)
反应Ⅱ:C2H2(g)+2H2(g) C2H6(g)(副反应)
(2)在T1℃时,将体积比为1∶2的C2H2和H2充入某恒容容器中,发生上述反应。
①初始压强为p0 kPa,5 min后达到平衡,H2的体积分数为,C2H4与C2H6的物质的量之比为2∶1,则H2的转化率为 ,v(C2H4)= kPa·min-1(用含p0的代数式表示)。
答案 (2)①60% 0.04p0
第2节 化学平衡
五年高考
1.★(2023北京,4,3分)下列事实能用平衡移动原理解释的是( )
A.H2O2溶液中加入少量MnO2固体,促进H2O2分解
B.密闭烧瓶内的NO2和N2O4的混合气体,受热后颜色加深
C.铁钉放入浓HNO3中,待不再变化后,加热能产生大量红棕色气体
D.锌片与稀H2SO4反应过程中,加入少量CuSO4固体,促进H2的产生
答案 B
2.★(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
3.★★(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
4.★★(2025安徽,17节选)Ⅰ.通过甲酸分解可获得超高纯度的CO。甲酸有两种可能的分解反应:
①HCOOH(g) CO(g)+H2O(g) ΔH1=+26.3 kJ·mol-1
②HCOOH(g) CO2(g)+H2(g) ΔH2=-14.9 kJ·mol-1
(2)一定温度下,向恒容密闭容器中通入一定量的HCOOH(g),发生上述两个分解反应,下列说法中能表明反应达到平衡状态的是 (填标号)。
a.气体密度不变
b.气体总压强不变
c.H2O(g)的浓度不变
d.CO和CO2的物质的量相等
答案 (2)bc
5.★★(2025浙江6月选考,18节选)氯气、二氧化氯常用于漂白、杀菌,有重要的应用价值。
(1)下列措施中能提高新制饱和氯水中HClO浓度的是 。
A.加NaCl固体
B.加水
C.加CaCO3粉末
D.加足量Ca(OH)2溶液
答案 (1)C
6.★★(2025北京,15节选)(4)MgCl2和NH3反应过程中能量变化示意图如下。
①室温下,MgCl2和NH3反应生成[Mg(NH3)6]Cl2而不生成[Mg(NH3)]Cl2 。分析原因: 。
②从平衡的角度推断利于[Mg(NH3)6]Cl2脱除NH3生成MgCl2的条件并说明理由: 。
答案 (4)①E2
7.★★(2025届山东聊城二中月考,1)工业上合成甲醇的反应为CO(g)+2H2(g) CH3OH(g),在恒温、恒容密闭容器中充入等物质的量的CO和H2,下列叙述不能判断该反应达到平衡状态的是( )
A.2v正(CO)=v逆(H2)
B.混合气体中CO体积分数不变时
C.不变时
D.容器内气体的平均摩尔质量不变时
答案 B
8.★(2026届山东青岛期初调研,20节选)(3)①恒温、恒压密闭容器中若只发生反应CH3COOH(g)+C2H5OH(g) CH3COOC2H5(g)+H2O(g),下列能说明反应已达平衡状态的是 (填标号)。
A.容器容积不再改变
B.混合气体的密度不再改变
C.体系中H2O与CH3COOH的物质的量之比不变
D.气体的平均摩尔质量不变
答案 (3)①C
9.★★(2025届山东青岛期初调研,20节选)工业上通过在高温条件下用焦炭还原Ca3(PO4)2来生产白磷。为优化生产条件,往往会向原料中添加石英砂。过程中发生下列反应:
2Ca3(PO4)2(s)+10C(s) 6CaO(s)+P4(g)+10CO(g)(Ⅰ) ΔH1>0
CaO(s)+SiO2(s) CaSiO3(s)(Ⅱ) ΔH2<0
2Ca3(PO4)2(s)+10C(s)+6SiO2(s) 6CaSiO3(s)+P4(g)+10CO(g)(Ⅲ)
(2)在一真空恒容密闭容器中加入足量的焦炭、Ca3(PO4)2、SiO2,控制反应温度为T1,发生以上三个反应。下列能证明反应达到平衡状态的有 (填标号)。
A.气体中P4的百分含量不再变化
B.容器内压强不再变化
C.气体的密度不再变化
D.气体的平均相对分子质量不再变化
答案 (2)BC
10.★★(2026届山东省实验中学二诊,20节选)(2)在500 K、容积为1 L的恒容容器中,对于合成氨反应,初始投料N2(g)为0.2 mol,H2(g)为0.05 mol,NH3(g)为0.15 mol,以下可说明反应达到平衡的有 (填序号)。
①H2的体积分数不变
②N2的物质的量分数不变
③气体总压不变
④NH3的分压不变
⑤混合气体的密度不变
答案 (2)①③④
11.★★★(2025届山东泰安一模,19节选)草酸亚铁(FeC2O4)可用于制药。在一定温度下,将FeC2O4置入真空容器中发生如下反应:
反应Ⅰ:FeC2O4(s) FeO(s)+CO(g)+CO2(g) ΔH1
反应Ⅱ:FeO(s)+CO(g) Fe(s)+CO2(g) ΔH2<0
已知760 K以下只发生反应Ⅰ,平衡时pCO~T的关系如图所示。760 K以上反应Ⅰ和反应Ⅱ同时进行。
(1)660 K时,将FeC2O4置入一真空刚性容器中至反应到达平衡,此时反应Ⅰ的平衡常数Kp(Ⅰ)= (kPa)2;有关该混合体系说法正确的是 (填标号)。
a.反应Ⅰ的正、逆反应的活化能(Ea正、Ea逆):Ea正
c.平衡后充入惰性气体氩,pCO减小
d.平衡时,分离出部分CO2,再次平衡时,pCO≠
答案 (1)2.25 bd
第3节 化学平衡常数及其相关计算
五年高考
1.★(不定项)(2023海南,13,4分)工业上苯乙烯的生产主要采用乙苯脱氢工艺:C6H5CH2CH3(g) C6H5CHCH2(g)+H2(g)。某条件下无催化剂存在时,该反应的正、逆反应速率v随时间t的变化关系如图所示。下列说法正确的是 ( )
A.曲线①表示的是逆反应的v-t关系
B.t2时刻体系处于平衡状态
C.反应进行到t1时,Q>K(Q为浓度商)
D.催化剂存在时,v1、v2都增大
答案 BD
2.★★★(2024江西,9,3分)温度T下,向1 L真空刚性容器中加入1 mol (CH3)2CHOH,反应达到平衡时,c(Y)=0.4 mol/L。下列说法正确的是 ( )
(CH3)2CHOH(g) (CH3)2CO(g)+H2(g)
X Y Z
A.再充入1 mol X和1 mol Y,此时v正
C.再充入1 mol N2,平衡向右移动
D.若温度升高,X的转化率增加,则上述反应ΔH<0
答案 A
3.★★★(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
4.★★★(2024甘肃,17,14分)SiHCl3是制备半导体材料硅的重要原料,可由不同途径制备。
(1)由SiCl4制备SiHCl3:
SiCl4(g)+H2(g) SiHCl3(g)+HCl(g) ΔH1=+74.22 kJ·mol-1(298 K)
已知SiHCl3(g)+H2(g) Si(s)+3HCl(g) ΔH2=+219.29 kJ·mol-1(298 K)
298 K时,由SiCl4(g)+2H2(g) Si(s)+4HCl(g)制备56 g硅 (填“吸”或“放”)热 kJ。升高温度有利于制备硅的原因是 。
(2)在催化剂作用下由粗硅制备SiHCl3:3SiCl4(g)+2H2(g)+Si(s) 4SiHCl3(g)。在773 K、2 L密闭容器中,经不同方式处理的粗硅和催化剂混合物与0.4 mol H2(g)和0.1 mol SiCl4(g)反应,SiCl4转化率随时间的变化如下图所示:
①0~50 min,经方式 处理后的反应速率最快;在此期间,经方式丙处理后的平均反应速率v(SiHCl3)= mol·L-1·min-1。
②当反应达平衡时,H2的浓度为 mol·L-1,平衡常数K的计算式为 。
③增大容器体积,反应平衡向 移动。
答案 (1)吸 587.02 升高温度会加快反应速率,且该反应为吸热反应,升高温度有利于反应正向进行
(2)①甲 5.6×10-5 ②0.195 15
③逆反应方向
5.★★★★(2021山东,20节选)2-甲氧基-2-甲基丁烷(TAME)常用作汽油添加剂。在催化剂作用下,可通过甲醇与烯烃的液相反应制得,体系中同时存在如下反应:
反应Ⅰ:+CH3OH ΔH1
反应Ⅱ:+CH3OH ΔH2
反应Ⅲ: ΔH3
回答下列问题:
(2)为研究上述反应体系的平衡关系,向某反应容器中加入1.0 mol TAME,控制温度为353 K,测得TAME的平衡转化率为α。
已知反应Ⅲ的平衡常数=9.0(Kx是以物质的量分数表示的平衡常数),则平衡体系中B的物质的量为 mol,反应Ⅰ的平衡常数= 。
同温同压下,再向该容器中注入惰性溶剂四氢呋喃稀释,反应Ⅰ的化学平衡将 (填“正向移动”“逆向移动”或“不移动”);平衡时,A与CH3OH物质的量浓度之比c(A)∶c(CH3OH)= 。
(3)为研究反应体系的动力学行为,向盛有四氢呋喃的另一容器中加入一定量A、B和CH3OH。控制温度为353 K,A、B物质的量浓度c随反应时间t的变化如图所示。代表B的变化曲线为 (填“X”或“Y”);t=100 s时,反应Ⅲ的正反应速率v正 逆反应速率v逆(填“>”“<”或“=”)。
答案 (2)0.9α 逆向移动 1∶10 (3)X <
三年模拟
6.★★★(不定项)(2025届山东枣庄八中开学考,15)已知1 mol CO2(g)与足量的C(s)在恒容的密闭容器中发生反应:C(s)+CO2(g) 2CO(g),测得平衡时体系中气体的物质的量分数(x)与温度(T)的关系如图。
下列说法正确的是( )
A.将平衡体系的温度由800 K升至1 000 K,该反应的平衡常数K增大
B.向800 K时的平衡体系中充入氦气,反应速率增大,平衡逆向移动
C.向1 000 K时的平衡体系中再加入1 mol CO2(g),达新平衡后x(CO)>50%
D.在1 250 K时,该反应达平衡后,CO2的平衡转化率约为81.82%
答案 AD
7.★★(2026届山东省实验中学一诊,17节选)以焦炭和铁矿石为主要原料的高炉炼铁技术备受关注,涉及的主要反应为Fe2O3(s)+3CO(g) 2Fe(s)+3CO2(g) ΔH<0。
(1)T1℃时,向容积为10 L的恒容密闭容器中加入3 mol Fe2O3和3 mol CO发生反应,5 min时达到平衡,平衡时测得混合气体中CO2的体积分数为80%,则0~5 min内以CO2表示该反应的速率v(CO2)= mol·L-1·min-1,该温度下反应的平衡常数为 。下列选项中能够说明该反应已经达到平衡状态的是 。
A.固体的物质的量不再变化
B.体系的压强保持不变
C.混合气体的平均摩尔质量保持不变
D.单位时间内消耗CO和生成CO2的物质的量相等
答案 (1)0.048 64 AC
考法突破12 分压平衡常数的计算
五年高考
1.★★★(2024贵州,17节选)(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 ,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
(6)适当降低温度,加入合适的催化剂(合理即可)
2.★★★(2025河北,17节选)(2)煤化工路线中,利用合成气直接合成乙二醇,原子利用率可达100%,具有广阔的发展前景。反应如下:
2CO(g)+3H2(g) HOCH2CH2OH(g) ΔH
按化学计量比进料,固定平衡转化率α,探究温度与压强的关系。α分别为0.4、0.5和0.6时,温度与压强的关系如图:
①代表α=0.6的曲线为 (填“L1”“L2”或“L3”);原因是 。
②ΔH 0(填“>”“<”或“=”)。
③已知:反应aA(g)+bB(g) yY(g)+zZ(g),Kx=,x为组分的物质的量分数。
M、N两点对应的体系,Kx(M) Kx(N)(填“>”“<”或“= ”),D点对应体系的Kx的值为 。
④已知:反应aA(g)+bB(g) yY(g)+zZ(g),Kp=,p为组分的分压。调整进料比为n(CO)∶n(H2)=m∶3,系统压强维持p0 MPa,使α(H2)=0.75,此时Kp= MPa-4(用含有m和p0的代数式表示)。
答案 (2)①L1 该反应的正反应为气体分子数减小的反应,温度相同时,增大压强,平衡正向移动,平衡转化率α增大
②< ③= 12 ④
3.★★★★(2025湖南,18节选)在温和条件下,将CO转化为C4烃类具有重要意义。采用电化学—化学串联催化策略可将CO高选择性合成C4H10。
在反应器中,发生如下反应:
反应ⅰ:2C2H4(g) C4H8(g) ΔH1=-104.7 kJ·mol-1
反应ⅱ:2C2H4(g)+H2(g) C4H10(g) ΔH2=-230.7 kJ·mol-1
(4)一定温度下,CO、C2H4和H2(体积比为x∶2∶1)按一定流速进入装有催化剂的恒容反应器(入口压强为100 kPa)发生反应ⅰ和ⅱ。有CO存在时,反应ⅱ的反应进程如图1所示。随着x的增加,C2H4的转化率和产物的选择性(选择性=×100%)如图2所示。
①根据图1,写出生成C4H10的决速步反应式 ;C4H10的选择性大于C4H8的原因是 。
②结合图2,当x≥2时,混合气体以较低的流速经过恒容反应器时,反应近似达到平衡,随着x的增大,C2H4的转化率减小的原因是 ;当x=2时,该温度下反应ⅱ的Kp= (kPa)-2(保留两位小数)。
答案 (4)①*C2H5+*C2H4 *C4H9 生成C4H10的活化能(或能垒)低于生成C4H8的,生成C4H10的反应速率更快
②反应ⅰ和ⅱ为气体分子数减小的反应,入口压强不变,随着x增大,反应体系的分压减小,平衡逆向移动 0.16
4.★★★★★(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
答案 (1)-200(X+Y)
(2)a、c 8.3×10-8 0.08 39%
(3)c c、b温度一致,但c中氢气压强更大,BL平衡转化率较大,需时更长
三年模拟
5.★★★(不定项)(2025届山东青岛期初调研,15)工业试剂硫酰氯的制备原理为SO2(g)+Cl2(g) SO2Cl2(g) ΔH<0。恒容密闭容器中按不同进料比充入SO2(g)和Cl2(g),测定T1、T2和T3温度下体系达平衡时的Δp(Δp=p0-p,其中p0=240 kPa为体系起始压强,p为体系平衡压强),结果如图所示。下列说法正确的是( )
A.温度关系为T1>T2>T3
B.T1温度下,平衡常数Kp=0.03 kPa-1
C.N点时,SO2Cl2的体积分数为
D.T1温度下且n(SO2)/n(Cl2)=0.5时,Δp=60 kPa
答案 BD
6.★★★(2025届山东滕州一中开学考,20节选)近年来丙烯的生产技术不断发展,在催化剂的作用下,可由丙烷直接脱氢或氧化脱氢制备丙烯,反应历程如下:
反应Ⅰ(直接脱氢):C3H8(g) C3H6(g)+H2(g) ΔH1
反应Ⅱ(氧化脱氢):2C3H8(g)+O2(g) 2C3H6(g)+2H2O(g) ΔH2=-236 kJ·mol-1
(2)温度为T1、压强恒为p kPa时,向密闭容器中通入C3H8和Ar的混合气体,容器内仅发生反应Ⅰ,从平衡移动的角度判断,达到平衡后“通入Ar”的作用是 ;温度为T1时,C3H8的平衡转化率(α)与通入气体中C3H8的物质的量分数(x)的关系如图所示,计算T1时反应Ⅰ的平衡常数Kp= kPa(用分压表示,分压=总压×物质的量分数)。
答案 (2)提高C3H8(g)的转化率
7.★★★(2026届山东青岛期初调研 ,20节选)二氧化碳转化涉及的反应:
Ⅰ.CO2(g)+2H2O(g) CH4(g)+2O2(g) ΔH=+802.3 kJ·mol-1
Ⅱ.2CO2(g)+2H2O(g) CH3COOH(g)+2O2(g) ΔH=+799.9 kJ·mol-1
Ⅲ.CH4(g)+CO2(g) CH3COOH(g) ΔH
(2)已知lnKp=-+C(Kp为分压平衡常数;R、C均为常数,R>0,不同反应的C值不同),下列能正确表达反应Ⅰ、Ⅱ的lnKp与温度关系的图像是 (填标号),选择理由是 ,正确图像中曲线交点处反应Ⅲ的分压平衡常数Kp= kPa-1。
A B
C D
答案 (2)C 据公式可知曲线的斜率为-,反应Ⅰ、Ⅱ的ΔH均为正值,且反应Ⅰ的ΔH更大,对应斜率的绝对值更大 1
8.★★★(2025届山东德州三模,20节选)化学链燃烧中燃料与空气不直接接触,是一种无焰燃烧。煤的气化产物的钙基载氧体化学链燃烧反应在三个不同反应器中进行,更有利于CO2的捕集。
Ⅰ.水蒸气转化器:①C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g)
Ⅱ.还原反应器:②CO(g)+CaSO4(s) CaS(s)+CO2(g)
③H2(g)+CaSO4(s) CaS(s)+H2O(g)
Ⅲ.氧化反应器:④CaS(s)+2O2(g) CaSO4(s)
(2)在恒温、恒容密闭容器中进行还原反应,初始压强为p,达平衡后测得混合气中CO2的物质的量分数为40%,则反应②的Kp= ,CO的分压pCO为 (用含p的代数式表示)。若压缩容器容积,重新达平衡后pCO (填“增大”“减小”或“不变”)。
答案 (2)4 0.1p 增大
考法突破13 反应速率常数的应用
五年高考
1.★★★(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
2.★★★(不定项)(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
3.★★(2025甘肃,17节选)乙炔加氢是除去乙烯中少量乙炔杂质、得到高纯度乙烯的重要方法。该过程包括以下两个主要反应:
反应1:C2H2(g)+H2(g) C2H4(g) ΔH1=-175 kJ·mol-1(25 ℃、101 kPa)
反应2:C2H2(g)+2H2(g) C2H6(g) ΔH2=-312 kJ·mol-1(25 ℃、101 kPa)
(3)对于反应1,反应速率v(C2H2)与H2浓度c(H2)的关系可用方程式v(C2H2)=k[c(H2)]a表示(k为常数)。145 ℃时,保持其他条件不变,测定了不同浓度时的反应速率(如下表)。当v(C2H2)=1.012×10-4 mol·L-1·s-1时,c(H2)= mol·L-1。
实验组 c(H2)/(mol·L-1) v(C2H2)/(mol·L-1·s-1)
一 4.60×10-3 5.06×10-5
二 1.380×10-2 1.518×10-4
答案 (3)9.2×10-3
4.★★★★(2025全国,28,15分)乙酸乙酯是一种应用广泛的有机化学品,可由乙酸和乙醇通过酯化反应制备。回答下列问题:
(1)乙酸、乙醇和乙酸乙酯的燃烧热分别为-874 kJ·mol-1、-1 367 kJ·mol-1和-2 238 kJ·mol-1,则酯化反应CH3COOH(l)+C2H5OH(l) CH3COOC2H5(l)+H2O(l)的ΔH= kJ·mol-1。
(2)酯化反应中的3种有机物的沸点从高到低的顺序为 ,原因是 。
(3)在常压和353.15 K时,初始组成n(CH3COOH)∶n(C2H5OH)=3∶1、NaHSO4作催化剂的条件下进行反应,得到乙醇浓度随反应时间的变化如下图所示。
平衡时乙酸的转化率α= %,平衡常数K= (保留2位有效数字)。已知酯化反应的速率方程为r=k+c(CH3COOH)c(C2H5OH)-k-c(CH3COOC2H5)c(H2O),其中k+=1.0×10-5 L·mol-1·s-1,则k-= L·mol-1·s-1(保留2位有效数字)。
(4)研究发现,难以通过改变反应温度或压强来提高乙酸乙酯平衡产率,原因是 。若要提高乙酸乙酯的产率,可以采用的方法是 (举1例)。
答案 (1)-3
(2)CH3COOH>C2H5OH>CH3COOC2H5 乙酸乙酯分子间不存在氢键,乙酸分子间的氢键比乙醇的更强
(3)30 3.9 2.6×10-6
(4)|ΔH|很小,温度对平衡影响小;液相反应,压强对平衡影响小 及时移出产物
5.★★★★(2025重庆,17节选)(3)利用弛豫法可研究快速反应的速率常数(k,在一定温度下为常数)。其原理是通过微扰(如瞬时升温)使化学平衡发生偏离,观测体系微扰后从不平衡态趋向新平衡态所需的弛豫时间(τ) ,从而获得k的信息。对于H2O H++OH- ,若将纯水瞬时升温到25 ℃,测得τ=4.0×10-5 s。已知:25 ℃时,c(H2O)=55.6 mol·L-1,v(正)=k1c(H2O),v(逆)=k2c(H+)c(OH-),τ=(xe为H+的平衡浓度)。
①25 ℃时,H2O H++OH-的平衡常数K= mol·L-1(保留2位有效数字)。
②下列能正确表示瞬时升温后反应建立新平衡的过程示意图为 。
③25 ℃时,计算得k2为 L·mol-1·s-1。
答案 (3)①1.8×10-16 ②D ③1.25×1011
6.★★★★★(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)
(3) a 减小 不变
三年模拟
7.★★★(2025届山东省实验中学一模,10)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+N X+Y;②M+N X+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2.5×10-3 mol·L-1·min-1
B.如果反应能进行到底,反应结束时62.5%的M转化为Y
C.反应开始后,体系中Y和Z的浓度之比一直为3∶5
D.降低相同温度,反应①的速率减小的程度更大
答案 B
8.★★(2025届山东德州高三下学期开学考,20节选)乙炔和乙烯是重要的基础化工原料,利用乙炔制乙烯的过程如下。
反应Ⅰ:C2H2(g)+H2(g) C2H4(g) ΔH1(主反应)
反应Ⅱ:C2H2(g)+2H2(g) C2H6(g) ΔH2(副反应)
(1)已知相关物质的摩尔燃烧焓:
物质 C2H2(g) H2(g) C2H6(g)
摩尔燃烧焓/(kJ·mol-1) -1 299 -286 -1 560
ΔH2= kJ·mol-1。
(2)若反应Ⅱ的v正=k正·p(C2H2)p2(H2),v逆=k逆·p(C2H6)(k正和k逆分别为正反应和逆反应的速率常数),当增大时,k正与k逆变化更大的是 。
答案 (1)-311 (2)k逆
9.★★(2026届山东肥城开学考,20节选)(3)在催化剂作用下,CO能将NOx转化为无毒清洁物质。某温度下,在容积为2 L的恒容密闭容器中充入1.6 mol CO和1 mol NO,发生反应2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g)。实验测得v正=k正·c2(NO)·c2(CO),v逆=k逆·c(N2)·c2(CO2)(k正、k逆分别为正、逆反应的速率常数,只与温度有关)。当反应达到平衡时,NO的转化率为80%。
①= 。
②平衡时体系压强为p kPa,Kp为用分压表示的平衡常数(分压=总压×物质的量分数),则Kp= kPa-1(用含p的式子表示)。
答案 (3)①20 ②
10.★★★(2025届山东烟台期中,18节选)(2)已知反应Ⅰ:C2H6(g) C2H4(g)+H2(g)的速率方程为v正=k正·p(C2H6),v逆=k逆·p(C2H4)·p(H2),其中k正、k逆分别为正、逆反应的速率常数,p为各组分分压。
①在实际生产中,T ℃时,向恒容密闭容器中通入C2H6(g)和N2(作稀释剂,不参与反应),测得容器总压(p总)和C2H6(g)转化率α随时间变化的关系如图。起始时n(C2H6)∶n(N2)= ;平衡时p(C2H4)= ;a处的= 。
答案 (2)①1∶4 15 kPa 2.5
第4节 化学反应的方向与调控
五年高考
1.★★(教考衔接:人教版必修二第五章第一节)(2024北京,7,3分)硫酸是重要化工原料,工业生产制取硫酸的原理示意图如下。
下列说法不正确的是( )
A.Ⅰ的化学方程式:3FeS2+8O2 Fe3O4+6SO2
B.Ⅱ中的反应条件都是为了提高SO2平衡转化率
C.将黄铁矿换成硫黄可以减少废渣的产生
D.生产过程中产生的尾气可用碱液吸收
答案 B
2.★(2025浙江1月选考,18节选)(4)工业中常用如下反应生产HCON(CH3)2:
(CH3)2NH(g)+CO(g) HCON(CH3)2(l)
某条件下反应自发且熵减,则反应在该条件下ΔH 0(填“>”“<”或“=”)。
答案 (4)<
3.★(2024贵州,17节选)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
(1)反应ⅰ在1 000 K时 (选填“能”或“不能”)自发进行。
答案 (1)能
4.★★(2025湖南,18节选)(3)在反应器中,发生如下反应:
反应ⅰ:2C2H4(g) C4H8(g) ΔH1=-104.7 kJ·mol-1
反应ⅱ:2C2H4(g)+H2(g) C4H10(g) ΔH2=-230.7 kJ·mol-1
计算反应C4H8(g)+H2(g) C4H10(g)的ΔH= kJ·mol-1,该反应 (填标号)。
A.高温自发 B.低温自发
C.高温低温均自发 D.高温低温均不自发
答案 (3)-126.0 B
三年模拟
5.★★(2025届山东日照一模,20节选)CO2加氢制甲醚的反应原理为2CO2(g)+6H2(g) CH3OCH3(g)+3H2O(g) ΔH,其分步反应及副反应如下:
Ⅰ.CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)
ΔH1=-49.4 kJ·mol-1
Ⅱ.2CH3OH(g) CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH2=-23.4 kJ·mol-1 ΔS2<0
Ⅲ.CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH3=+41.1 kJ·mol-1
回答下列问题:
(1)ΔH= kJ·mol-1,反应Ⅰ~Ⅲ的ΔG随温度的变化如图,其中表示反应Ⅲ的ΔG随温度的变化曲线是 (填“a”“b”或“c”)。
答案 (1)-122.2 a
6.★★★(教考衔接:鲁科版选必1第2章第4节)(2024届山东青岛三模,20节选)工业合成氨反应为N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·mol-1,ΔS=-200 J·mol-1·K-1。
Ⅰ.传统的工业合成氨采用Fe作催化剂。
(1)研究表明,合成氨反应在Fe催化剂上可能通过如下机理进行(*表示催化剂表面吸附位点,表示被吸附于催化剂表面的N2)。决速步为 (填标号)。
①氮气吸附:N2(g)+*
②氮气解离:+* 2N*
③氢气吸附解离:H2(g)+2* 2H*
④表面反应:N*+H* NH*+* NH*+H* N+* N+H* N+*
⑤脱附:N NH3(g)+*
(2)一定条件下,增加氢气分压会使合成氨速率降低,称为“氢中毒”,其原因为 。
答案 (1)②
(2)增加氢气分压会增加吸附H的活性位点比例,从而降低N2的吸附与解离速率
考法突破14 反应速率和平衡图像分析
五年高考
1.★★★(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
2.★★★(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)为
①CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH1=41.2 kJ·mol-1
②CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) ΔH2
225 ℃、8×106 Pa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
3.★★★★(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
4.★★★★(不定项)(2023山东,14,4分)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
5.★★★(2025湖北,19节选)CaH2(s)粉末可在较低温度下还原Fe2O3(s)。回答下列问题:
(1)已知一定温度下,
CaH2(s)+6Fe2O3(s) Ca(OH)2(s)+4Fe3O4(s) ΔH1=m kJ·mol-1
2CaH2(s)+Fe3O4(s) 2Ca(OH)2(s)+3Fe(s) ΔH2=n kJ·mol-1
则3CaH2(s)+2Fe2O3(s) 3Ca(OH)2(s)+4Fe(s)的ΔH3= kJ·mol-1(用m和n表示)。
(2)如图分别是260 ℃、280 ℃和300 ℃下CaH2(s)还原Fe2O3(s)过程中反应体系电阻R(Ω)随反应时间t(h)变化的曲线,可用 (填标号)表示反应的快慢。
a.
(3)图中曲线 (填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”)对应的反应温度最高。
答案 (1) (2)d (3)Ⅰ
6.★★★(2025甘肃,17节选)乙炔加氢是除去乙烯中少量乙炔杂质、得到高纯度乙烯的重要方法。该过程包括以下两个主要反应:
反应1:C2H2(g)+H2(g) C2H4(g) ΔH1=-175 kJ·mol-1(25 ℃、101 kPa)
反应2:C2H2(g)+2H2(g) C2H6(g) ΔH2=-312 kJ·mol-1(25 ℃、101 kPa)
(1)25 ℃、101 kPa时,反应C2H4(g)+H2(g) C2H6(g) ΔH= kJ·mol-1。
(2)一定条件下,使用某含Co催化剂,在不同温度下测得乙炔转化率和产物选择性(指定产物的物质的量/转化的乙炔的物质的量)如图所示(反应均未达平衡)。
在60~220 ℃范围内,乙炔转化率随温度升高而增大的原因为 (任写一条),当温度由220 ℃升高至260 ℃,乙炔转化率减小的原因可能为 。
在120~240 ℃范围内,反应1和反应2乙炔的转化速率大小关系为v1 v2(填“>”“<”或“=”),理由为 。
答案 (1)-137
(2)其他条件相同时,随着温度升高,反应1、2的速率加快;在60~220 ℃范围内,含Co催化剂的活性随温度升高而增强(任写一条) 温度过高,含Co催化剂的活性下降 > 相同温度下,产物选择性:乙烯>乙烷,说明乙烯的生成速率更大
三年模拟
7.★★(2026届山东青岛期初调研,10)下列对图示分析所得结论正确的是( )
甲 乙
丙 丁
A.图甲,催化剂Ⅰ对反应2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)的催化效果更好
B.图乙,恒容和固定投料条件下,2NO2(g) N2O4(g)平衡时气体颜色a点比b点深
C.图丙,CaCO3(s)在恒温密闭容器中分解,t1 s时可能充入了CO2
D.图丁,合成氨反应,固定N2投料时,a、b、c三点中N2转化率b点最高,c点最低
答案 C
8.★★(2025届山东青岛期初调研,20节选改编)(3)CH4也可以作为制取白磷的还原剂,反应方程式为6Ca3(PO4)2(s)+10CH4(g)+18SiO2(s) 18CaSiO3(s)+3P4(g)+10CO(g)+20H2O(g)(Ⅳ) ΔH4>0。在一容器中加入足量的Ca3(PO4)2、SiO2并通入一定量的CH4,在不同的压强下,反应体系达到平衡时测得CH4体积分数随温度T的变化关系如图所示:
①上图中压强由高到低的顺序为 ,判断依据是 。
②M点与N点以CO表示的正反应速率大小关系为vM vN(填“>”“=”或“<”)。
③温度为T0时,若p1=100 kPa,则CH4的平衡转化率为 (保留两位有效数字),反应Ⅳ的平衡常数= (列出计算式即可)。
答案 (3)①p1、p2、p3 该反应为气体分子数增大的反应,增大压强平衡逆向移动,CH4体积分数增大 ②< ③13%
9.★★★(2026届山东德州开学考,20节选改编)乙酸和氢气制备乙醇的过程中涉及如下反应。
主反应:CH3COOH(g)+2H2(g) CH3CH2OH(g)+H2O(g) ΔH1<0
副反应:CH3COOH(g)+CH3CH2OH(g) CH3COOCH2CH3(g)+H2O(g) ΔH2<0
已知:①副反应的热效应很小。
②整个过程中生成的n(CH3CH2OH)明显大于n(CH3COOCH2CH3)。
③S表示产物选择性:S(乙醇)=×100%,S(乙酸乙酯)=×100%。
(2)按n(H2)=1 mol,n(CH3COOH)=0.1 mol投料发生上述反应,如图表示2.0 MPa条件下平衡时S(乙醇)、S(乙酸乙酯)随温度的变化,以及250 ℃条件下平衡时S(乙醇)、S(乙酸乙酯)随压强的变化。
①2.0 MPa条件下S(乙酸乙酯)随温度的变化曲线是 ,250 ℃条件下S(乙醇)随压强变化的曲线是 。
答案 (2)①b d
微专题3 化工生产中多重平衡体系分析
考向1 n-T图像曲线归属判断
1.★★★(2025广东,19节选)(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。
编号 过程 ΔH
(a) Ti(s)+TiCl4(g) 2TiCl2(s) ΔH1
(b) TiCl2(s)+TiCl4(g) 2TiCl3(g) +200.1 kJ/mol
(c) Ti(s)+3TiCl4(g) 4TiCl3(g) +132.4 kJ/mol
(d) TiCl3(g) TiCl3(s) ΔH2
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)。
答案 (3)①-267.8 ②TiCl2(s) ③0.5
考向2 分压平衡常数与原位CO2利用率的计算
2.★★★★(2025河南,17节选)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·mo
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