高三《化学反应速率 化学平衡》专题过关检测卷含答案及解析.docx
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高三《化学反应速率化学平衡》专题过关检测卷含答案及解析
《化学反应速率化学平衡》专题过关检测卷
班级 姓名 得分
非选择题(100分)
1.(14分)(2019·山东潍坊二模)CH4超干重整CO2技术可得到富含CO的化工原料。
回答下列问题:
(1)CH4超干重整CO2的催化转化如下图所示:
①已知相关反应的能量变化如下图所示:
过程Ⅰ的热化学方程式为
。
②关于上述过程Ⅱ的说法不正确的是 (填序号)。
a.实现了含碳物质与含氢物质的分离
b.可表示为CO2+H2
H2O(g)+CO
c.CO未参与反应
d.Fe3O4、CaO为催化剂,降低了反应的ΔH
③其他条件不变,在不同催化剂(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)作用下,反应CH4(g)+CO2(g)
2CO(g)+2H2(g)进行相同时间后,CH4的转化率随反应温度的变化如右图所示。
a点所代表的状态 (填“是”或“不是”)平衡状态;b点CH4的转化率高于c点,原因是 。
(2)在一刚性密闭容器中,CH4和CO2的分压分别为20kPa、25kPa,加入Ni/α-Al2O3催化剂并加热至1123K使其发生反应CH4(g)+CO2(g)
2CO(g)+2H2(g)。
①研究表明CO的生成速率v(CO)=1.3×10-2×p(CH4)·p(CO2)mol·g-1·s-1,某时刻测得p(CO)=20kPa,则p(CO2)= kPa,v(CO)= mol·g-1·s-1。
②达到平衡后测得体系压强是起始时的1.8倍,则该反应的平衡常数的计算式为Kp= (kPa)2(用各物质的分压代替物质的量浓度计算)。
2.(14分)(2017·广东广州4月综合检测)航天员呼吸产生的CO2用下列反应处理,可实现空间站中O2的循环利用。
Sabatier反应:
CO2(g)+4H2(g)
CH4(g)+2H2O(g);水电解反应:
2H2O(l)
2H2(g)+O2(g)。
(1)将原料气按n(CO2)∶n(H2)=1∶4置于密闭容器中发生Sabatier反应,测得H2O(g)的物质的量分数与温度的关系如右图所示(虚线表示平衡曲线)。
①该反应的平衡常数K随温度升高而 (填“增大”或“减小”)。
②温度过高或过低均不利于该反应的进行,原因是 。
③200℃达到平衡时体系的总压强为p,该反应平衡常数Kp的计算式为 (不必化简,用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。
(2)Sabatier反应在空间站运行时,下列措施能提高CO2转化效率的是 (填字母)。
A.适当减压B.增大催化剂的比表面积
C.反应器前段加热,后段冷却
D.提高原料气中CO2所占比例
E.合理控制反应器中气体的流速
(3)一种新的循环利用方案是用Bosch反应CO2(g)+2H2(g)
C(s)+2H2O(g)代替Sabatier反应。
①已知CO2(g)、H2O(g)的生成焓分别为-394kJ·mol-1、-242kJ·mol-1,Bosch反应的ΔH= kJ·mol-1(生成焓指一定条件下由对应单质生成1mol化合物时的反应热)。
②一定条件下Bosch反应必须在高温下才能启动,原因是 。
③新方案的优点是 。
3.(14分)(2019·山东滨州二模)氮及其化合物对环境具有显著影响。
(1)已知汽车气缸中氮及其化合物发生如下反应:
N2(g)+O2(g)
2NO(g) ΔH=+180kJ·mol-1 N2(g)+2O2(g)
2NO2(g) ΔH=+68kJ·mol-1
则2NO(g)+O2(g)
2NO2(g) ΔH= kJ·mol-1
(2)对于反应2NO(g)+O2(g)
2NO2(g)的反应历程如下:
第一步:
2NO(g)
N2O2(g)(快速平衡)
第二步:
N2O2(g)+O2(g)
2NO2(g)(慢反应)
其中可近似认为第二步反应不影响第一步的平衡,第一步反应中:
v正=k1正·c2(NO),v逆=k1逆·c(N2O2),k1正、k1逆为速率常数,仅受温度影响。
下列叙述正确的是 (填标号)
A.整个反应的速率由第一步反应速率决定
B.同一温度下,平衡时第一步反应的k1正/k1逆越大,反应正向程度越大
C.第二步反应速率低,因而转化率也低
D.第二步反应的活化能比第一步反应的活化能高
(3)科学家研究出了一种高效催化剂,可以将CO和NO2两者转化为无污染气体,反应方程式为2NO2(g)+4CO(g)
4CO2(g)+N2(g) ΔH<0。
某温度下,向10L密闭容器中分别充入0.1molNO2和0.2molCO,发生上述反应,随着反应的进行,容器内的压强变化如下表所示:
时间/min
0
2
4
6
8
10
12
压强/kPa
75
73.4
71.95
70.7
69.7
68.75
68.75
在此温度下,反应的平衡常数Kp= kPa-1(Kp为以分压表示的平衡常数);若降低温度,再次平衡后,与原平衡相比体系压强(P总)减小的原因是 。
(4)汽车排气管装有的三元催化装置,可以消除CO、NO等的污染,反应机理如下:
Ⅰ:
NO+Pt(s)
NO(*) [Pt(s)表示催化剂,NO(*)表示吸附态NO,下同]
Ⅱ:
CO+Pt(s)
CO(*)
Ⅲ:
NO(*)
N(*)+O(*)
Ⅳ:
CO(*)+O(*)
CO2+2Pt(s)
Ⅴ:
N(*)+N(*)
N2+2Pt(s)
Ⅵ:
NO(*)+N(*)
N2O+2Pt(s)
尾气中反应物及生成物浓度随温度的变化关系如下图。
①330℃以下的低温区发生的主要反应的化学方程式是 。
②330℃以下反应Ⅴ的活化能 反应Ⅵ的活化能(填“<”“>”或“=”),理由是
。
4.(10分)(2019·山东日照3月模拟)二氧化碳是潜在的碳资源,无论是天然的二氧化碳气藏,还是各种炉气、尾气、副产气,进行分离回收和提浓,合理利用,意义重大。
(1)在空间站中常利用CO2(g)+2H2(g)
C(s)+2H2O(g),再电解水实现O2的循环利用,350℃时,向体积为2L的恒容密闭容器中通入8molH2和4molCO2发生以上反应。
①若反应起始和平衡时温度相同(均为350℃),测得反应过程中压强(p)随时间(t)的变化如图中a所示,则上述反应的ΔH 0(填“>”或“<”);其他条件相同时,若仅改变某一条件,测得其压强(p)随时间(t)的变化如图中曲线b所示,则改变的条件是 。
②下图是反应平衡常数的对数与温度的变化关系图,m的值为 。
(2)CO2在Cu-ZnO催化下,同时发生如下反应Ⅰ、Ⅱ,是解决温室效应和能源短缺的重要手段。
Ⅰ.CO2(g)+3H2(g)
CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1<0
Ⅱ.CO2(g)+H2(g)
CO(g)+H2O(g) ΔH2>0
保持温度T时,在容积不变的密闭容器中,充入一定量的CO2及H2,起始及达平衡时,容器内各气体物质的量及总压强如下表:
CO2
H2
CH3OH(g)
CO
H2O(g)
总压强/kPa
起始/mol
0.5
0.9
0
0
0
p0
平衡/mol
n
0.3
p
若反应Ⅰ、Ⅱ均达平衡时,p0=1.4p,则表中n= ;反应1的平衡常数Kp= (kPa)-2(用含p的式子表示)。
5.(10分)(2019·福建福州下学期检测)二甲醚(CH3OCH3)是一种新兴化工原料,具有甲基化反应性能。
Ⅰ.二甲醚的生产:
二甲醚的生产原理之一是利用甲醇脱水成二甲醚,化学方程式如下:
反应i 2CH3OH(g)
CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH1
(1)已知:
甲醇、二甲醚的气态标准燃烧热分别为-761.5kJ·mol-1、-1455.2kJ·mol-1,且H2O(g)
H2O(l) ΔH=-44.0kJ·mol-1。
反应i的ΔH1= kJ·mol-1。
(2)反应i中甲醇转化率、二甲醚选择性的百分率与不同催化剂的关系如下表所示,生产时,选择的最佳催化剂是 。
催化剂
甲醇转化率/%
二甲醚选择性/%
SO2-TiO2/S
35.1
98.1
SO2-TiO2/Fe3+
52.9
98.7
GiSNL-108
81.0
98.1
SO2-Al2O3
62.1
96.4
图1
(3)选定催化剂后,测得平衡时的甲醇转化率与温度的关系如图1所示。
经研究产物的典型色谱图发现该过程主要存在的副反应为反应ii 2CH3OH(g)
C2H4(g)+2H2O(g) ΔH2=-29.1kJ·mol-1
①工业上生产二甲醚的温度通常在270~300℃,高于330℃之后,甲醇转化率下降,根据化学平衡移动原理分析原因是
;根据化学反应速率变化分析原因是 。
②某温度下,以CH3OH(g)为原料,平衡时各物质的分压数据如下表:
物质
CH3OH(g)
CH3OCH3(g)
C2H4(g)
H2O(g)
分压/MPa
0.16
0.288
0.016
……
则反应i中,CH3OH(g)的平衡转化率α= ,反应i的平衡常数Kp= (用平衡分压代替平衡浓度计算;结果保留两位有效数字)。
6.(12分)(2019·福建质量检测)氧气是一种常见的氧化剂,用途广泛。
回答下列问题:
(1)用H2O2制取O2时,分解的热化学方程式为2H2O2(aq)
2H2O(l)+O2(g) ΔH=akJ·mol-1
①相同条件下,H2O2分解时,无论是否使用催化剂,均不会改变的是 (填字母)。
A.反应速率B.反应热C.活化能D.生成物
②以Fe3+作催化剂时,H2O2的分解反应分两步进行,第一步反应为:
H2O2(aq)+2Fe3+(aq)
2Fe2+(aq)+O2(g)+2H+(aq) ΔH=bkJ·mol-1
第二步反应的热化学方程式为 。
(2)工业上用Cl2生产某些含氯有机物时产生HCl副产物,可用O2将其转化为Cl2,实现循环利用[O2(g)+4HCl(g)
2Cl2(g)+2H2O(g)]。
将1molO2和4molHCl充入某恒容密闭容器中,分别在T1和T2的温度下进行实验,测得容器内总压强(p)与反应时间(t)的变化关系如图所示。
①该反应的速率v=kca(O2)·cb(HCl)(k为速率常数),下列说法正确的是 (填字母)。
A.使用催化剂,k不变
B.温度升高,k增大
C.平衡后分离出水蒸气,k变小
D.平衡后再充入1molO2和4molHCl,反应物转化率都增大
②T1 T2(填“>”或“<”)。
该反应的ΔH 0(填“>”或“<”),判断的依据是 。
③T2时,HCl的平衡转化率= ,反应的Kx= (Kx为以物质的量分数表示的平衡常数)。
7.(12分)(2018·全国Ⅱ卷)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=-75kJ·mol-1
C(s)+O2(g)
CO2(g) ΔH=-394kJ·mol-1
C(s)+
(g)
CO(g) ΔH=-111kJ·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2L的容器中加入2molCH4、1molCO2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右上图所示。
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右图所示,则pa(CO2)、pb(CO2)、pc(CO2)从大到小的顺序为 。
8.(14分)(2018·全国Ⅲ卷)三氯氢硅(SiHCl3)是制备硅烷、多晶硅的重要原料。
回答下列问题:
(1)SiHCl3在常温常压下为易挥发的无色透明液体,遇潮气时发烟生成(HSiO)2O等,写出该反应的化学方程式
。
(2)SiHCl3在催化剂作用下发生反应:
2SiHCl3(g)
SiH2Cl2(g)+SiCl4(g) ΔH1=+48kJ·mol-1
3SiH2Cl2(g)
SiH4(g)+2SiHCl3(g) ΔH2=-30kJ·mol-1
则反应4SiHCl3(g)
SiH4(g)+3SiCl4(g)的ΔH= kJ·mol-1。
(3)对于反应2SiHCl3(g)
SiH2Cl2(g)+SiCl4(g),采用大孔弱碱性阴离子交换树脂催化剂,在323K和343K时SiHCl3的转化率随时间变化的结果如右图所示。
①343K时反应的平衡转化率α= %。
平衡常数K343K= (保留2位小数)。
②在343K下,要提高SiHCl3转化率,可采取的措施是 ;要缩短反应达到平衡的时间,可采取的措施有 、 。
③比较a、b处反应速率大小:
va vb(填“大于”“小于”或“等于”)。
反应速率v=v正-v逆=k正
-k正
k正、k逆分别为正、逆向反应速率常数,x为物质的量分数,计算a处
= (保留1位小数)。
《化学反应速率 化学平衡》参考答案及解析:
1.
(1)①CH4(g)+CO2(g)
2CO(g)+2H2(g) ΔH=247.4kJ·mol-1 ②cd ③不是 b和c都未达平衡,b点温度高,反应速率快,相同时间内转化率高
(2)①15 1.95 ②
解析
(1)①据CH4超干重整CO2的催化转化图,过程Ⅰ的化学反应为CH4(g)+CO2(g)
2CO(g)+2H2(g)。
由能量—反应进程曲线得热化学方程式:
CH4(g)+H2O(g)
CO(g)+3H2(g) ΔH=+206.2kJ·mol-1(i),CO2(g)+4H2(g)
CH4(g)+2H2O(g)
ΔH=-165kJ·mol-1(ii),(i)×2+(ii)得过程Ⅰ的热化学方程式:
CH4(g)+CO2(g)
2CO(g)+2H2(g) ΔH=247.4kJ·mol-1②过程Ⅱ物质变化为左上(CO、H2、CO2)+右下(惰性气体)→左下(H2O)+右上(CO、惰性气体),总反应为H2+CO2
H2O+CO,Fe3O4、CaO为总反应的催化剂,能降低反应的活化能,但不能改变反应的ΔH,故ab正确,cd错误。
③通常,催化剂能加快反应速率,缩短反应到达平衡的时间,但催化剂不能使平衡发生移动,即不能改变平衡转化率;若图中a点为化学平衡,则保持温度不变(800℃),将催化剂Ⅱ换成Ⅰ或Ⅲ,CH4转化率应不变,故a点不是化学平衡;同理,图中b、c两点都未达到化学平衡,据题意,b、c两点只有温度不同,b点温度较高,反应速率快,相同时间内CH4转化率高。
(2)①据气态方程PV=nRT,恒温恒容时某组分气体的分压与其物质的量成正比。
则反应中分压为
1123K恒容时,CH4(g)+CO2(g)
2CO(g)+2H2(g)
起始分压/kPa:
202500
改变分压/kPa:
10102020
某时分压/kPa:
10152020
即某时刻p(CO2)=15kPa,p(CH4)=10kPa。
代入v(CO)=1.3×10-2×p(CH4)·p(CO2)mol·g-1·s-1=1.95mol·g-1·s-1。
②设达到平衡时CH4的改变分压为xkPa,
1123K恒容时,CH4(g)+CO2(g)
2CO(g)+2H2(g)
起始分压/kPa:
202500
改变分压/kPa:
xx2x2x
平衡分压/kPa:
20-x25-x2x2x
据题意,有
=1.8,解得x=18。
CH4(g)、CO2(g)、CO(g)、H2(g)的平衡分压依次是2kPa、7kPa、36kPa、36kPa,代入Kp=
=
(kPa)2。
2.
(1)①减小 ②温度过低,反应速率较小;温度过高,反应向右进行的程度小 ③
(2)BCE
(3)①-90 ②反应的活化能高 ③氢原子利用率为100%
解析
(1)①根据H2O(g)的物质的量分数与温度的关系图可得,温度越高,H2O(g)的物质的量分数越低,故升高温度平衡逆向移动,平衡常数K减小。
③200℃时平衡体系中H2O(g)的物质的量分数为0.6,根据化学方程式CO2(g)+4H2(g)
CH4(g)+2H2O(g),所以CH4的物质的量分数为0.3,因此CO2和H2的物质的量分数共为0.1,又因为CO2和H2的初始投料比和化学计量数之比均为1∶4,所以CO2的物质的量分数为0.02,H2的物质的量分数为0.08;达到平衡时体系的总压强为p,则四种物质的分压分别为p(CO2)=0.02p、p(H2)=0.08p、p(CH4)=0.3p、p(H2O)=0.6p,所以该反应平衡常数Kp=
=
。
(2)适当减压,化学反应速率降低,平衡逆向移动,CO2平衡转化率降低,A错误;增大催化剂的比表面积,提高了化学反应速率,能提高CO2转化效率,B正确;反应器前段加热,加快反应速率,后段冷却,提高CO2平衡转化率,C正确;提高原料气中CO2所占比例,降低CO2的转化率,D错误;合理控制反应器中气体的流速,可使反应物充分反应,提高了CO2转化效率,E正确。
(3)①由已知可得C(s)+O2(g)
CO2(g) ΔH=-394kJ·mol-1Ⅰ、2H2(g)+O2(g)
2H2O(g) ΔH=-484kJ·mol-1Ⅱ,Ⅱ-Ⅰ可得Bosch反应CO2(g)+2H2(g)
C(s)+2H2O(g),ΔH=[-484-(-394)]kJ·mol-1=-90kJ·mol-1。
②Bosch反应为放热反应,一定条件下必须在高温下才能启动,说明高温条件才能引发此反应开始,故该反应的活化能很高。
3.
(1)-112
(2)BD
(3)0.04 降低温度,由于反应放热,所以平衡向正反应方向移动,容器中气体分子数减少,总压强也减小;若温度降低,体积不变,根据阿伏加德罗定律,总压强减小
(4)①CO+2NO
CO2+N2O ②> 生成N2O的选择性高,说明反应Ⅵ的化学反应速率大,该反应的活化能就小
解析
(1)已知汽车气缸中氮及其化合物发生如下反应:
①N2(g)+O2(g)
2NO(g) ΔH=+180kJ·mol-1,②N2(g)+2O2(g)
2NO2(g) ΔH=+68kJ·mol-1,运用盖斯定律将②-①得,2NO(g)+O2(g)
2NO2(g) ΔH=+68kJ·mol-1-180kJ·mol-1=-112kJ·mol-1。
(2)决定总反应速率的是慢反应,A错误;因为v正=k1正·c2(NO),v逆=k1逆·c(N2O2),同一温度下达到平衡时v正=v逆,即k1正/k1逆=c(N2O2)/c2(NO)=反应的平衡常数,k1正/k1逆越大,反应正向程度越大,B正确;化学反应速率快慢,与转化率没有关系,故C错误;化学反应的活化能越高,化学反应速率越慢,所以第二步比第一步反应的活化能高,D正确。
(3)向10L密闭容器中分别充入0.1molNO2和0.2molCO,反应10min达到平衡,体系内压强由75kPa减少到68.75kPa,则该反应中转化N2的浓度为xmol·L-1
2NO2(g)+4CO(g)
4CO2(g)+N2(g)
开始(mol·L-1)0.010.0200
变化(mol·L-1)2x4x4xx
平衡(mol·L-1)0.01-2x0.02-4x4xx
根据压强比就等于物质的量之比:
75kPa/68.75kPa=(0.01+0.02)/(0.01-2x+0.02-4x+4x+x),解得x=0.0025;Kp=[(68.75×0.01/
0.0275)4×68.75×0.0025/0.0275]/[(68.75×0.005/0.0275)2×(68.75×0.01/0.0275)4]=0.04;因为该反应为放热反应,所以降低温度平衡正向移动,气体的总物质的量减小,压强减小;若温度降低,体积不变,根据阿伏加德罗定律,总压强减小。
(4)①由图可知330℃以下的低温区中CO2、N2O含量较高,故发生的主要反应的化学方程式是CO+2NO
CO2+N2O。
②低温区N2O选择性高于N2,由此可推断出:
Ⅴ反应的活化能>Ⅵ反应的活化能,理由是反应的活化能小,化学反应速率大,选择性高。
4.
(1)①< 加入催化剂 ②0
(2)0.2
解析
(1)①根据PV=nRT,此反应V一定,正反应n在减小,图像显示压强在增大,确定温度在升高,所以正反应为放热反应,ΔH<0;根据图像分析发现b线相对于a线不同点只是速率加快,达到平衡时间缩短,确定改变的条件是催化剂;
②列三段式:
CO2(g)+2H2(g)
C(s)+2H2O(g)
c(初)240
Δcx2x2x
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