1、热点专项练12化学反应速率与化学平衡综合考查1.(2021山东聊城一中开学模拟)CO、H2是重要的化工原料,可用于合成许多重要的有机化合物。(1)已知:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)H1=-90.1 kJmol-1,欲利用H1求出反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)H2=a kJmol-1的a值,则还需要知道一个反应的反应热H,该反应的热化学方程式为。(2)350 时,按投料比n(H2)n(CO)=21向容积为10 L、初始压强为0.3 MPa的刚性密闭容器中充入H2和CO,在某催化剂存在下使其发生反应2CO(g)+4H2(g)C2H4(g)+2H2O(g),
2、平衡时CO的转化率为60%,此时的Kp=(MPa)-3(以分压表示,分压=总压物质的量分数),若反应从开始到达到平衡过程中v(H2)=0.012 MPamin-1,则相应的时间t= min。若本反应是在恒压条件(其他条件相同)下进行的,则达到平衡所用时间t(填“”“”“”或“=”)t2时刻的v(正)。(3)在恒容密闭容器中发生反应2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g)H”“=”或“”)Ea(逆);有利于反应自发进行的条件是(填“高温”或“低温”)。(3)一定温度下,向一恒容密闭容器中充入CO2和CH4发生上述反应,初始时CO2和CH4的分压分别为14 kPa、16 k
3、Pa,一段时间达到平衡后,测得体系压强是起始时的1.4倍,则该反应的平衡常数Kp=(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压物质的量分数)。.CO2和H2合成甲烷也是CO2资源化利用的重要方法。对于反应CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)H=-165 kJmol-1,催化剂的选择是CO2甲烷化技术的核心。在两种不同催化剂条件下反应相同时间,测得CO2转化率和生成CH4选择性随温度变化的影响如下图所示。(4)高于320 后,以Ni-CeO2为催化剂,CO2转化率略有下降,而以Ni为催化剂,CO2转化率却仍在上升,其原因是。(5)对比上述两种催化剂的催化性能,工业上应选择的催化剂是
4、;使用的合适温度为。.以铅蓄电池为电源可将CO2转化为乙烯,其原理如下图所示,电解所用电极材料均为惰性电极。(6)阴极上的电极反应为;每生成0.5 mol乙烯,理论上需消耗铅蓄电池中 mol硫酸。参考答案热点专项练12化学反应速率与化学平衡综合考查1.答案(1)CO2(g)+H2(g)H2O(g)+CO(g)H或CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)H(2)1.6510310(3)0.77C3+HC3H8大(4)CO-2e-+C2CO24NA解析(1)根据盖斯定律知,由反应-可得到CO2(g)+H2(g)H2O(g)+CO(g)H,或用反应-得CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H
5、2(g)H。(2)根据题意可知,开始时H2、CO的分压分别为p始(CO)=0.1MPa,p始(H2)=0.2MPa。设起始充入CO的物质的量为xmol,由题意可列三段式:2CO(g)+4H2(g)C2H4(g)+2H2O(g)起始量/molx2x00转化量/mol0.6x1.2x0.3x0.6x平衡量/mol0.4x0.8x0.3x0.6x同温同压时,气体物质的量之比等于压强之比,故平衡时p(总)=p(始)=0.7p(始)=0.21MPa,由此可求出平衡时p平(H2O)=0.06MPa、p平(C2H4)=0.03MPa、p平(CO)=0.04MPa、p平(H2)=0.08MPa。Kp=(MPa
6、)-31.65103(MPa)-3。v(H2)=0.012MPamin-1,求得t=10min。由于正反应是气体分子数减小的反应,在刚性容器中进行反应时,随着反应的进行,容器中气体压强减小,反应速率变慢,故在恒压条件下达到平衡所用时间小于t。(3)由图可知,C3转化为C3和C3转化为C3H8的活化能分别为0.68eV、0.77eV,故最大活化能为0.77eV,此过程反应物为C3、H,反应产物为C3H8。活化能越小,反应速率越大,故C3转化为C3的速率比C3转化为C3H8的速率大。(4)CO燃料电池总反应为2CO+O22CO2,CO在负极上失去电子转化为CO2,电极反应式为CO-2e-+C2CO
7、2。电路中转移电子的数目与定向移动的C所带电荷总数相等,故转移的电子数目为4NA。2.答案(1)-574(2)向密闭容器中加入NO(3)BD解析(1)已知:N2(g)+O2(g)2NO(g)H1=+180.5kJmol-1C(s)+O2(g)CO2(g)H=-393.5kJmol-1-可得目标化学方程式,则H2=H-H1=-574kJmol-1。(2)因为恒压容器中,改变条件的瞬间,逆反应速率减小,但平衡正向移动且达平衡后,逆反应速率与原平衡相同,所以t2时刻改变的条件为向密闭容器中加入NO。t1时刻,反应达到平衡,v(正)=v(逆),t2时刻,充入NO,反应物的浓度增大,正反应速率增大,则v
8、(正)v(正),所以t1时刻的v(逆)t2时刻的v(正)。(3)因为尿素呈固态,所以及时分离出生成的尿素,对NH3的转化率没有影响,A不正确;因为达平衡前,混合气体的质量减小,但体积不变,所以密度不断减小,当混合气体的密度不再发生改变时,反应达平衡状态,B正确;H0,S0,H-TS高温(3)259.2(kPa)2(4)以Ni-CeO2为催化剂测定转化率时,CO2甲烷化反应已达平衡,升高温度平衡逆向移动,CO2转化率下降;以Ni为催化剂时,CO2甲烷化反应速率较慢,升高温度反应速率加快,反应相同时间时CO2转化率增加(5)Ni-CeO2320 (6)2CO2+12H+12e-C2H4+4H2O6
9、解析(1)根据摩尔生成焓的定义,推出C(s)+O2(g)CO2(g)H1=-395kJmol-1,C(s)+2H2(g)CH4(g)H2=-74.9kJmol-1,C(s)+O2(g)CO(g)H3=-110.4kJmol-1,根据目标反应方程式及盖斯定律可知,2-得目标方程式,所以H=(-110.4)2-(-74.9)-(-395)kJmol-1=+249.1kJmol-1。(2)根据第(1)问分析可知,该反应为吸热反应,所以活化能Ea(正)Ea(逆);根据H-TS0、S0时,高温有利于自发进行。(3)根据已知信息,设平衡时转化的二氧化碳的压强为pkPa,则CO2(g)+CH4(g)2CO(
10、g)+2H2(g)起始/kPa141600转化/kPapp2p2p平衡/kPa14-p16-p2p2p由平衡的p总=(14+16)kPa1.4=42kPa可知,(14-p)+(16-p)+2p+2p=30+2p=42kPa,则p=6kPa。所以平衡时,p平(CO2)=8kPa,p平(CH4)=10kPa,p平(CO)=12kPa,p平(H2)=12kPa,则平衡常数Kp=(kPa)2=259.2(kPa)2。(4)高于320后,以Ni-CeO2为催化剂测定转化率时,CO2甲烷化反应已达平衡,升高温度平衡逆向移动,CO2转化率下降;以Ni为催化剂时,CO2甲烷化反应速率较慢,升高温度反应速率加快
11、,反应相同时间时CO2转化率增加。(5)根据图像分析可知,温度适宜(320)时,以Ni-CeO2为催化剂明显比以Ni为催化剂时CO2转化率高,且催化剂选择性强,所以应选择Ni-CeO2为催化剂,最佳温度为320。(6)以铅蓄电池为电源可将CO2转化为乙烯,根据装置图分析,CO2在阴极得到电子转化为乙烯,所以阴极上的电极反应为2CO2+12H+12e-C2H4+4H2O;铅蓄电池放电时的总反应为Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O,则根据电子转移数守恒可得到,C2H412e-6Pb12H2SO4,则每生成0.5mol乙烯,理论上需消耗铅蓄电池中硫酸的物质的量为0.5mol12=6mol。