1、专题十五化学反应速率和化学平衡考点1 化学反应速率1.2021河北鸡泽模拟对于反应A(g)+3B(g)2C(g)+2D(g),下列表示中反应速率最快的是()A.v(A)=0.8 molL-1s-1B.v(B)=0.4 molL-1s-1C.v(C)=0.6 molL-1s-1D.v(D)=1.8 molL-1min-12.2021甘肃静宁一中模拟已知:X(g)+2Y(g)3Z(g)H=-a kJmol-1(a0)。下列说法错误的是()A.达到化学平衡状态时,反应放出的总热量可能达到a kJB.升高反应温度,逆反应速率增大,正反应速率减小C.达到化学平衡状态时,X、Y、Z的浓度不再发生变化D.0
2、.1 mol X和0.2 mol Y充分反应生成Z的物质的量一定小于0.3 mol3.2020湖北武汉部分学校质量监测利用 CH4可消除NO2的污染,反应原理为CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(g),在10 L密闭容器中分别加入0.50 mol CH4和1.2 mol NO2,测得不同温度下n(CH4)随时间变化的有关实验数据如表所示:组别n(CH4)/mol温度/K时间/min010204050T10.500.350.250.100.10T20.500.300.18M0.15下列说法正确的是()A.组别中020 min内, NO2降解速率为0.012 5 mol
3、L-1min-1B.由实验数据可知T10)。下列说法正确的是()A.密闭容器的体积保持不变,说明反应已达到平衡B.密闭容器中X的体积分数不变,说明反应已达到平衡C.反应达到平衡时,X和Y的转化率相等D.反应达到平衡时,放出的热量不可能为m kJ8.新角度将5 mL 0.005 molL-1 FeCl3溶液和5 mL 0.015 molL-1 KSCN溶液混合,达到平衡后溶液呈红色。再将混合液均分成5份,分别进行如下实验:实验:滴加4滴蒸馏水,振荡实验:滴加4滴饱和FeCl3溶液,振荡实验:滴加4滴1 molL-1 KCl溶液,振荡实验:滴加4滴1 molL-1 KSCN溶液,振荡实验:滴加4滴
4、6 molL-1 NaOH溶液,振荡下列说法错误的是()A.对比实验和,证明增加反应物浓度,平衡正向移动B.对比实验和,证明增加生成物浓度,平衡逆向移动C.对比实验和,证明增加反应物浓度,平衡正向移动D.对比实验和,证明减少反应物浓度,平衡逆向移动考点3 化学平衡常数与转化率9.2021江西赣州七校联考改编一定温度下,在3个容积均为1 L的恒容密闭容器中发生反应:PCl5(g)PCl3(g)+Cl2(g)。下列说法错误的是()容器编号物质的起始浓度/(molL-1)物质的平衡浓度/(molL-1)c(PCl5)c(PCl3)c(Cl2)c(Cl2)0.4000.21.050.051.950.8
5、00A.达平衡时,容器中c(Cl2)c(PCl5)比容器中的大B.达平衡时,容器与容器中的总压强之比为631C.达平衡时,容器中Cl2体积分数小于13D.达平衡时,容器中0.4 molL-1c(PCl5)0D.比较实验a、c可得出升高温度反应速率加快11.2020湖北武汉部分学校质量监测节选,8分碳及其化合物广泛存在于自然界。请回答下列问题:(1)反应:Fe(s)+CO2(g)FeO(s)+CO(g)H1平衡常数为K1反应:Fe(s)+H2O(g)FeO(s)+H2(g)H2平衡常数为K2不同温度下, K1、K2的值如下表:T/KK1K29731.472.381 1732.151.67现有反应
6、:H2(g)+CO2(g)CO(g)+H2O(g)H3,结合上表数据,反应是(填“放热”或“吸热”)反应,为提高 CO2的转化率可采取的措施有 (写出任意两条)。(2)已知CO2催化加氢合成乙醇的反应原理为2CO2(g)+6H2(g)C2H5OH(g)+3H2O(g)H0。设m为起始时的投料比,即m=n(H2)/n(CO2)。图1中投料比相同,温度从高到低的顺序为 。 图2中 m1、m2、m3从大到小的顺序为 。图3表示在总压为5 MPa的恒压条件下,且m=3时,平衡状态时各物质的物质的量分数与温度的关系。则曲线d代表的物质的化学名称为,T4 K时,该反应的平衡常数Kp的计算式为。一、选择题(
7、每小题6分,共12分)1.2021河北石家庄质检三级溴丁烷在乙醇中溶剂解的反应进程中的能量变化如图所示。下列说法错误的是()A.三级溴丁烷在乙醇中溶剂解的总反应属于取代反应B.三级溴丁烷在乙醇中溶剂解的总反应速率由反应决定C.适当升温,三级溴丁烷的转化率增大D.适当升温,三级溴丁烷在乙醇中溶剂解的正反应速率的增大程度小于其逆反应速率的增大程度2.2021吉林长春质检T 时,向一个容积为2 L的密闭容器中充入一定量的CO和H2,发生如下反应:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g),反应过程中测得的部分数据如表。下列说法不正确的是()t/min0102030n(CO)/ mol0.200.080
8、.04n(H2)/ mol0.400.08A.若其他条件不变,升高温度,平衡时c(CH3OH)=0.05 molL-1,则该反应的H”“”或“=”),当反应达到平衡状态时,混合气体中CH3OH的体积分数=%。(4)在某压强下,反应在不同温度、不同投料比时,CO2的平衡转化率如图1所示。T1温度下,将6 mol CO2和12 mol H2充入2 L的密闭容器中,5 min后反应达到平衡状态,则05 min内的平均反应速率v(CH3OCH3)=;KA、KB、KC三者之间的大小关系为。图1(5)恒压下将CO2和H2按体积比为13混合,在不同催化剂作用下发生反应和反应,在相同的时间段内CH3OH的选择
9、性和产率随温度的变化如图2所示。其中:CH3OH的选择性=CH3OH的物质的量反应的CO2的物质的量100%。温度高于230 ,CH3OH产率随温度升高而下降的原因是 。在上述条件下合成甲醇的工业条件是。A.210 B.230 C.催化剂CZT D.催化剂CZ(Zr-1)T4.2021河南部分学校开学考试改编,12分乙烯在化工生产中的用途广泛,乙烷脱氢制乙烯是工业上常用的方法。(1)传统的热裂解法和现代的氧化裂解法均以乙烷为原料制备乙烯。方法热化学方程式热裂解法C2H6(g) C2H4(g)+H2(g)H1=+136 kJmol-1氧化裂解法C2H6(g)+12O2(g) C2H4(g)+H2
10、O(g)H2=-105.8 kJmol-1根据表格中提供的信息,列举氧化裂解法的一个优点:。(2)工业上,采用氧化裂解法制乙烯时,通常在乙烷和氧气的混合气体中掺入惰性气体。若将组成为2m%(物质的量分数,后同) C2H6(g)、m% O2(g)和q% 稀有气体的混合气体通入反应器,在温度为T、压强为p的条件下进行上述氧化裂解反应,平衡时若C2H6(g)的转化率为,则平衡常数Kp= 。(3)利用CO2的弱氧化性,开发了乙烷氧化脱氢制乙烯的新工艺。该工艺可用铬的氧化物作催化剂,其反应机理如图1所示:图1已知:CO(g)+12O2(g) CO2(g)H3=-283.0 kJmol-1H2(g)+12
11、O2(g) H2O(l)H4=-285.8 kJmol-1该工艺总反应的热化学方程式为;乙烷制乙烯的过程中会发生副反应,从而在催化剂表面形成积碳,而该工艺可以有效消除催化剂表面的积碳,维持催化剂活性,原因是。(4)热裂解法利用膜反应新技术,可以实现边反应边分离出生成的氢气。不同温度下,1.0 mol乙烷在容积为1.0 L的恒容密闭容器中发生反应:C2H6(g) C2H4(g)+H2(g)。氢气移出率aa=n(分离出的氢气)n(生成的氢气)100%不同时,乙烷的平衡转化率与反应温度的关系如图2所示:图2已知a3、a2、a1依次增大,则相同温度时,对应乙烷的平衡转化率也依次增大的原因是;A点时平衡
12、常数K=0.81,则a1=。一、选择题(每小题6分,共12分)1.2021安徽示范高中联考有四个体积均为0.5 L的恒容密闭容器,在、中按不同投料比(Z)充入HCl和O2(如表),加入催化剂发生反应:4HCl(g)+O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g)H,HCl的平衡转化率()与Z和温度(T)的关系如图所示。下列说法正确的是()容器起始时T/n(HCl)/molZ3000.25a3000.25b3000.254 A.H4bB.容器某时刻处在R点,则R点的v正v逆,压强:p(R)p(Q)C.300 该反应的平衡常数的值为64D.若起始时,在容器中充入0.25 mol Cl2和0.25 mol
13、 H2O(g),300 达平衡时容器中c(HCl)0.2 molL-12.新素材、新情境肼(N2H4)和氧气反应的产物随着温度不同而发生变化。在相同时间内不同温度下测得N2H4和氧气反应的产物的产率的变化曲线如图所示。下列说法不正确的是()A.温度低于400 时,肼和氧气发生的主要反应中反应物的物质的量之比为11B.温度低于400 时,肼和氧气反应的生成物有氮气、NO和水C.温度高于900 时,N2与NO的产率降低,但是反应速率加快了D.温度高于900 时,NO和N2的产率降低的原因一定是平衡逆向移动二、非选择题(共23分)3.新角度2020湖北八校第一次联考,11分合理利用和转化NO2、SO
14、2、CO、NO等污染性气体是环保领域的重要课题。(1)用CH4催化还原氮氧化物可以消除氮氧化物污染。已知:CH4(g)+4NO2(g)4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)H=-574.0 kJmol-1CH4(g)+4NO(g)2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)H=-1 160.0 kJmol-1H2O(g)H2O(l)H=-44.0 kJmol-11 mol CH4(g)与NO2(g)反应生成N2(g)、CO2(g)和H2O(l)的反应热为。(2)已知2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的反应历程分两步:2NO(g)N2O2(g)(快)v1正=k1正c2(NO),v1逆=k1
15、逆c(N2O2)N2O2(g)+O2(g)2NO2(g)(慢)v2正=k2正c(N2O2)c(O2),v2逆=k2逆c2(NO2)一定温度下,反应2NO(g)+O2(g)2NO2(g)达到平衡状态,该反应的平衡常数的表达式K=(用k1正、k1逆、k2正、k2逆表示),反应的活化能E1与反应的活化能E2的大小关系为E1E2(填“”“”“T1,B正确;温度为T1 K,40 min时,反应已达到平衡状态,又温度T2 KT1 K,故T2 K、40 min时反应也已达到平衡状态,故M=0.15,C错误;T2 K时,达到平衡,甲烷剩余量增多,说明温度升高,平衡向逆反应方向移动,所以该反应的H0,则H-TS
16、0恒成立,该反应在任何温度下都能自发进行,D错误。4.C从反应开始到第一次达到平衡时,A物质的平均反应速率为0.4mol2.0L3min0.067 molL-1min-1,A项正确;由曲线变化可知,D是反应物,A、B是生成物,同一反应、同一时间段内,各物质的物质的量的变化量之比等于其化学计量数之比,03 min内,n(D)=0.4 mol,n(A)=0.4 mol,n(B)=0.2 mol,则反应的方程式为2D(s)2A(g)+B(g),因D为固体,故化学平衡常数K=c2(A)c(B),B项正确;温度升高,D的物质的量减少,A、B的物质的量增大,平衡正向移动,而温度升高,平衡向吸热反应方向移动
17、,故该反应的正反应为吸热反应,温度升高,B的反应速率加快,平衡常数增大,C项错误;可逆反应中,增加固体反应物的量,气体物质的浓度不变,平衡不移动,A的物质的量变化情况符合b曲线,D项正确。5.(1)-122.7 kJmol-1(2分)D(2分)(2)5.1310-5 molL-1min-1(2分)75%(2分)增大压强、升高温度、加入催化剂、增大反应物浓度(任意写出两条)(2分)(3)0.8(2分)【解析】(1)将已知反应依次编号为、,根据盖斯定律,由2+-2可得2CO2 (g)+6H2(g) CH3OCH3(g)+3H2O(g)H=-122.7 kJmol-1。该反应的正反应为气体分子数减小
18、的放热反应,故增大压强、降低温度可提高CO2的平衡转化率。(2)设06.5 min内反应的CH3OCH3为x mol,根据“三段式”法进行计算:CH3OCH3(g) CH4(g)+H2(g)+CO(g)起始量/mol 1 0 0 0变化量/mol x x x x6.5 min时的量/mol 1-x x x x恒温恒容条件下,气体的物质的量之比等于压强之比,即1+2x1 = 55.050.0,解得x=0.05,故06.5 min内v(CH3OCH3)=0.05mol150L6.5min5.1310-5 molL-1min-1。由题表可知平衡时气体总压强为125.0 kPa,设平衡时反应的CH3O
19、CH3为y mol,根据“三段式”法进行计算:CH3OCH3(g) CH4(g)+H2(g)+CO(g)起始量/mol1 0 0 0变化量/moly y y y平衡量/mol1-y y y y则1+2y1 = 125.050.0,解得y=0.75,故二甲醚的平衡转化率为0.75mol1mol100%=75%。要缩短反应达到平衡的时间可采取的措施有增大压强、升高温度、加入催化剂、增大反应物浓度等。(3)当反应达到平衡状态时v正=v逆,则k正k逆 = p(CH3CHO)p(CO)p(CH4)=Kp=4.510-5,T2 K、1.0104 kPa时,设起始时n(CH4)=n(CO)=1 mol,则C
20、O的转化率为20%时,列出三段式:CH4(g)+CO(g) CH3CHO(g)起始量/mol 1 10变化量/mol 0.2 0.2 0.2最终量/mol 0.8 0.8 0.2所以p(CH4)=p(CO)=0.81.81.0104 kPa,p(CH3CHO)=0.21.81.0104 kPa,则v正v逆 = k正p(CO)p(CH4)k逆p(CH3CHO)=4.510-5(0.81.81.0104)20.21.81.0104=0.8。6.D根据盖斯定律由-得:C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)H1=-574.0 kJmol-1,A项正确;反应中C为固体,即反应前后气体总质量不相等
21、,在恒容条件下,当容器内气体密度不变时,说明气体的质量不变,反应达到平衡状态,B项正确;H=正反应的活化能-逆反应的活化能,且H3=+180.5 kJmol-1,则反应正反应的活化能一定大于180.5 kJmol-1,C项正确;反应为反应前后气体体积不发生变化的反应,增大压强对平衡移动无影响,即化学平衡不发生移动,D项错误。7.A该反应为气体分子数发生变化的反应,一定温度和压强下,当容器体积不变时,说明反应已达平衡,A项正确;设X和Y起始的物质的量均为a mol,反应进行到某时刻,X转化x mol,则Y转化3x mol,此时X为(a-x) mol,Y为(a-3x) mol,Z为2x mol,X
22、的体积分数为a-x2a-2x = 12,该值始终不变,所以X的体积分数不变时不能表明反应已达平衡,B项错误;相同条件下,X和Y的转化量不相等,又二者起始投入量相等,则平衡时X和Y的转化率肯定不相等,C项错误;因X和Y起始投入量未知,故平衡时反应放出的热量可能为m kJ,D项错误。8.B该可逆反应为Fe3+3SCN-Fe(SCN)3,Fe3+、SCN-的浓度对平衡有影响,而Cl-、K+的浓度对平衡无影响。实验为对照实验,对比实验和,相当于在的基础上增大Fe3+的浓度,平衡正向移动,A项正确;对比实验和,滴加蒸馏水和滴加KCl溶液效果等同,平衡不发生移动,B项错误;对比实验和,相当于在的基础上增大
23、SCN-的浓度,平衡正向移动,C项正确;Fe3+能和OH-反应,对比实验和,相当于在的基础上减小Fe3+的浓度,平衡逆向移动,D项正确。9.A容器中PCl5(g)PCl3(g)+Cl2(g)起始浓度/(molL-1) 0.400转化浓度/(molL-1) 0.2 0.20.2平衡浓度/(molL-1) 0.2 0.20.2平衡时c(Cl2)c(PCl5)=1,K=c(Cl2)c(PCl3)c(PCl5)=0.20.20.2=0.2,容器中,开始时c(Cl2)c(PCl5)1.86,此时Qc=1.950.051.050.091.861,则达平衡时,容器中c(Cl2)c(PCl5)比容器中的小,A
24、项错误。达平衡时,假设容器与容器中的总压强之比为 631,压强之比等于浓度之比,容器中总浓度为0.2 molL-13=0.6 molL-1,说明容器中总浓度为3.1 molL-1,根据A项分析得出容器中反应向正反应方向进行,设PCl5(g)转化的浓度为x molL-1,则有容器中 PCl5(g)PCl3(g)+Cl2(g)起始浓度/(molL-1) 1.05 0.051.95转化浓度/(molL-1) x x x平衡浓度/(molL-1) 1.05-x 0.05+x 1.95+x容器中总浓度为3.1 molL-1,则3.1=1.05-x+0.05+x+1.95+x,解得x=0.05;则平衡时c
25、(PCl5)=1 molL-1,c(PCl3)=0.1 molL-1,c(Cl2)=2 molL-1,此时Qc=20.11=0.2=K,说明此时反应达到化学平衡状态,假设成立, B项正确。容器中达平衡时,Cl2的体积分数为0.20.23=13。容器相当于将两个容器合并后体积压缩一半,增大压强,平衡向逆反应方向移动,Cl2的量减小,所以达平衡时,容器中Cl2的体积分数小于13,C项正确。容器中平衡时c(PCl5)=0.2 molL-1,容器相当于将两个容器合并后体积压缩一半,若平衡不移动c(PCl5)=0.4 molL-1,但增大压强,平衡向逆反应方向移动,c(PCl5)增大,所以c(PCl5)
26、0.4 molL-1,又因反应开始,消耗PCl5,所以c(PCl5)0.8 molL-1,则达平衡时,容器中0.4 molL-1c(PCl5)0.8 molL-1,D项正确。10.C实验c,设达到平衡时X2转化的物质的量为x mol,根据“三段式”法进行计算: AX3(g) + X2(g) AX5(g)起始量/mol0.200.200转化量/molxxx平衡量/mol0.20-x 0.20-x x则0.20-x+0.20-x+x0.20+0.20=140175,解得x=0.08,v(AX3)=0.08mol10L40min=210-4 molL-1min-1,A项正确。实验a,设平衡时转化的X
27、2的物质的量为y mol,运用“三段式”法进行计算: AX3(g) + X2(g) AX5(g)起始量/mol0.200.200转化量/molyyy平衡量/mol0.20-y 0.20-yy则0.20-y+0.20-y+y0.20+0.20=120160,解得y=0.10,则平衡时c(AX3)=c(X2)=c(AX5)=0.01 molL-1,故用浓度表示的平衡常数K=0.010.010.01=100,B项正确;实验c相对于实验a,容器容积和起始投料量均相同,但起始总压强增大,因此实验c的温度高于实验a,由于实验a达到平衡时AX3(g)转化0.10 mol,实验c达到平衡时AX3(g)转化0.
28、08 mol,因此升高温度,平衡向逆反应方向移动,该反应的逆反应为吸热反应,正反应为放热反应,HT2T1(1分)m1m2m3(1分)乙醇(1分)0.1255(0.3755)3(0.1255)2(0.3755)6(2分)【解析】(1)K1=c(CO)c(CO2),K2=c(H2)c(H2O),则K3=c(CO)c(H2O)c(H2)c(CO2)=K1K2,所以973 K时,K3=K1K20.62,1 173 K时,K3=K1K21.29,升高温度,平衡常数增大,所以正反应为吸热反应,为提高CO2的转化率可采用的措施有升高温度、增大氢气浓度、吸收CO、液化水蒸气。(2)正反应放热,则温度越高,二氧
29、化碳的平衡转化率越小,所以温度从高到低的顺序为T3T2T1。增大n(H2),平衡正向移动,二氧化碳的平衡转化率增大,所以m1m2m3。升高温度,平衡逆向移动,二氧化碳和氢气的物质的量分数增大,乙醇、水蒸气的物质的量分数减少,按化学计量数之比进行投料,则平衡时乙醇的物质的量分数是水蒸气的13,CO2的物质的量分数是H2的13,所以曲线d代表乙醇,曲线a代表H2,曲线b代表CO2,曲线c代表H2O。体系中各组分的分压=该物质的物质的量分数体系总压强,由题图3中T4 K对应数据可得Kp=0.1255(0.3755)3(0.1255)2(0.3755)6。1.C结合题图最初反应物和最终生成物,可写出总
30、反应并判断反应类型;反应的活化能越小,反应越快,活化能越大,反应越慢;整个反应的反应速率是由最慢的反应决定的。结合题图可知总反应方程式为(CH3)3CBr+C2H5OH(CH3)3COC2H5+HBr,则该反应为取代反应,A项正确;结合题图可知反应的活化能最大,则总反应速率是由反应决定的,B项正确;结合题图能量关系可知三级溴丁烷在乙醇中溶剂解的反应为放热反应,则适当升温,平衡逆向移动,三级溴丁烷的转化率减小,C项错误;根据升温正逆反应速率均加快及平衡逆向移动,知适当升温,三级溴丁烷在乙醇中溶剂解的正反应速率的增大程度小于其逆反应速率的增大程度,D项正确。2.B30 min时n(H2)=0.40
31、 mol-0.08 mol=0.32 mol,n(CO)=12n(H2)=0.16 mol,n(CO)=0.20 mol-0.16 mol=0.04 mol,说明20 min时反应处于平衡状态。列出三段式:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)起始量(mol)0.200.400转化量(mol)0.160.320.16平衡量(mol)0.040.080.16可知反应达到平衡时,c(CH3OH)=0.16mol2L=0.08 molL-1。若保持其他条件不变,升高温度,平衡时c(CH3OH)=0.05 molL-10.08 molL-1,说明升高温度平衡向逆反应方向移动,则该反应为放热反应,H(
32、2分)20(2分)(4)0.18 molL-1min-1(1分)KA=KCKB(1分)(5)反应为放热反应,温度升高,平衡逆向移动,使CO2转化为CH3OH的产率降低(2分) BD(2分)【解析】(1)根据盖斯定律可知,反应=2反应-反应,所以H3=2H1-H2=-49.6 kJmol-12-23.4 kJmol-1=-122.6 kJmol-1。(2)反应为气体分子数减小的反应,随着反应的进行,反应体系内的总压强逐渐减小,当反应体系内总压强保持不变时,反应达到化学平衡状态,A项正确;由于容器内气体的总质量不变,容器的体积不变,故混合气体的密度始终保持不变,B项错误;水分子中断裂2NA个HO键
33、(表示逆反应速率),同时氢气分子中断裂3NA个HH键(表示正反应速率),表明v(正)=v(逆),能说明反应达到化学平衡状态,C项正确;该反应生成的CH3OH(g)和H2O(g)的量始终保持等比例,所以其浓度之比保持不变不能说明反应达到化学平衡状态,D项错误。(3)Qc=c2(CH3OH)c(CH3OCH3)c(H2O)=0.421.81.80.05v逆。设反应达到平衡状态时,CH3OCH3又转化x molL-1,根据“三段式”法进行计算: CH3OCH3(g)+H2O(g)2CH3OH(g)某时刻的浓度/(molL-1) 1.8 1.8 0.4转化浓度/(molL-1) x x 2x平衡浓度/
34、(molL-1) 1.8-x 1.8-x 0.4+2x则(0.4+2x)2(1.8-x)(1.8-x)=0.25,解得x=0.2,所以平衡时CH3OH的体积分数为0.81.6+1.6+0.8100%=20%。(4)由题目信息可知H2与CO2的投料比为2,根据题图1可知,反应达到平衡状态时CO2(g)的平衡转化率为60%,所以v(CH3OCH3)=12v(CO2)=126mol60%2L5min=0.18 molL-1min-1;由于反应为放热反应,故在投料比相同时,温度越高,CO2(g)的平衡转化率越小,所以T1KB。(5)反应为放热反应,温度升高,平衡逆向移动,使CO2转化为CH3OH的产率
35、降低。工业生产甲醇要使产率最高且甲醇的选择性也要高,根据题图2可知,应选择230 和催化剂CZ(Zr-1)T。4.(每空2分)(1)能耗低(或产物易分离) (2)22(m100+mp)0.5(1-)1.5 (3)C2H6(g)+CO2(g) C2H4(g)+CO(g)+H2O(l)H=+133.2 kJmol-1积碳能与CO2反应生成CO,从而脱离催化剂表面(4)氢气移出率增大,体系中氢气的浓度降低,平衡正向移动,乙烷的平衡转化率增大90%【解析】(1)氧化裂解法涉及的反应是放热反应,可节约能源,且副产物H2O易与目标产物C2H4分离。(2)设原混合气体的总物质的量为100 mol,则 C2H
36、6(g)、 O2(g)和稀有气体的物质的量分别为2m mol、m mol和q mol,则2m+m+q=3m+q=100。平衡时C2H6(g)的转化率为,列“三段式”:C2H6(g) + 12O2(g) C2H4(g)+H2O(g)起始量/mol2m m 0 0转化量/mol 2m m 2m 2m平衡量/mol 2m(1-) m(1-) 2m 2m平衡时混合气体的总物质的量n(总)= 2m(1-) mol+m(1-) mol+2m mol+2m mol+q mol =(100+m) mol,则平衡时C2H6(g)、O2(g)、C2H4(g)、H2O(g)的物质的量分数分别为2m(1-)100+m
37、、m(1-)100+m、2m100+m、2m100+m,对应的分压分别为2m(1-)p100+m、m(1-)p100+m、2mp100+m、2mp100+m,Kp=p(C2H4)p(H2O)p(C2H6)p0.5(O2)=22(m100+mp)0.5(1-)1.5。(3)根据盖斯定律,由热裂解法热化学方程式-+得C2H6(g)+CO2(g) C2H4(g)+CO(g)+H2O(l),则H=(+136 kJmol-1)-(-283.0 kJmol-1)+(-285.8 kJmol-1)=+133.2 kJmol-1。该工艺中形成的积碳能与CO2反应生成CO,从而可以有效消除催化剂表面的积碳,维持
38、催化剂活性。(4)氢气移出率增大,生成物中氢气的浓度降低,有利于平衡正向移动,乙烷的平衡转化率增大。A点时乙烷的平衡转化率为90%,生成H2的总物质的量为0.9 mol,设平衡时体系中H2的物质的量为x mol,平衡常数K=0.9x0.1=0.81,解得x=0.09,则氢气移出率a1=0.9-0.090.9100%=90%。1.BHCl的平衡转化率随温度升高而减小,说明升温平衡逆向移动,则正反应为放热反应,H0,增大氧气的物质的量,可促进HCl的转化,即Z越小,HCl的平衡转化率越大,故a4v逆,该反应为气体分子数减少的反应,因此p(R)p(Q),B项正确;300 ,Z=n(HCl)n(O2)
39、=4时,起始n(HCl)=0.25 mol,n(O2)=0.062 5 mol,容器体积为0.5 L,则起始c(HCl)=0.5 molL-1,c(O2)=0.125 molL-1,根据该条件下HCl的平衡转化率为80%,可得出平衡时c(O2)=0.025 molL-1,c(HCl)=0.1 molL-1,c(Cl2)=c(H2O)=0.2 molL-1,则K=0.220.220.140.025=640,C项错误;在0.5 L容器中只充入0.25 mol Cl2和0.25 mol H2O(g),等效于在0.5 L容器中充入0.5 mol HCl和0.125 mol O2,HCl和O2的物质的量
40、为容器中的2倍,相当于在容器的基础上增大压强,若平衡不移动,则平衡时c(HCl)=0.2 molL-1,但增大压强平衡正向移动,故300 达到平衡时0.1 molL-1c(HCl)0. 2 molL-1,D项错误。2.D选项A,由题图可知,温度低于400 时,肼和氧气发生的主要反应为N2H4+O2N2+2H2O,正确;选项B,由题图及上述分析可知,温度低于400 时,肼和氧气反应的生成物有氮气、NO和水,正确;选项C,由题图可知,当温度高于900 后,N2的产率与 NO 的产率都降低了,由于反应速率随温度的升高而增大,所以反应速率加快了,正确;选项D,温度高于900 时,NO和N2产率降低的原
41、因可能是平衡逆向移动,也可能是发生了其他副反应,不正确。3.(除标明外,每空2分)(1)-955.0 kJmol-1(2)k1正k2正k1逆k2逆【解析】(1)运用盖斯定律计算,(+4)12得到1 mol CH4(g)与NO2(g)反应生成N2(g)、CO2(g)和H2O(l)的反应热为-955.0 kJmol-1。(2)平衡状态下正逆反应速率相同, k1正c2(NO)=k1逆c(N2O2),k2正c(N2O2)c(O2)=k2逆c2(NO2),一定温度下,反应2NO(g)+O2(g)2NO2(g)达到平衡状态,该反应的平衡常数K=c2(NO2)c2(NO)c(O2)=k1正k2正k1逆k2逆
42、;反应的反应速率慢,说明反应的活化能大,则E1E2。(3)反应达到平衡状态,C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)中各物质的平衡浓度为c(CO2)=c(N2)=0.030 molL-1,c(NO)=0.040 molL-1,反应的平衡常数K=c(CO2)c(N2)c2(NO)=0.0300.0300.04020.56,或平衡时c(N2)=0.034 molL-1,c(CO2)=0.017 molL-1,c(NO)=0.032 molL-1,反应的平衡常数K=c(CO2)c(N2)c2(NO)=0.0340.0170.03220.56。30 min时,改变某一条件,反应重新达到平衡时,c
43、(N2)=0.034 molL-1,c(CO2)=0.017 molL-1,c(NO)=0.032 molL-1,则平衡常数K=c(CO2)c(N2)c2(NO)=0.0340.0170.03220.56,平衡常数不变说明改变的条件一定不是温度,依据数据分析,氮气浓度增大,二氧化碳和一氧化氮浓度减小,反应前后气体分子数不变,所以改变的条件是减小二氧化碳浓度,平衡正向移动。在51 min时,保持温度和容器体积不变再充入NO和N2,使二者的浓度均增加至原来的两倍,Qc=c(CO2)c(N2)c2(NO)=0.0170.0680.06420.28v逆。4.(1)-90.64(1分)大于(1分)及时将
44、产物中的CH3OH移出或除去生成的水,或增大起始时的n(H2)n(CO2)(1分)1.33(2分)(2)作催化剂(1分)CO2+8H+8e-CH4+2H2O(1分)(3)吸收热量(1分)CO+OH+H+3H2(g)CO+3H2(g)+H2O(g)或OH+HH2O(g)(1分)小于(1分)0(2分) 【解析】(1)将已知反应依次编号为a、b、c,根据盖斯定律知,c=b-a,故H3=H2-H1=(-49.47-41.17) kJmol-1=-90.64 kJmol-1。结合题图1可知,CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)的正反应是气体分子数减小的放热反应,降低温度、增大压强均可
45、提高CO2的平衡转化率,故p1p22 MPa,另外增大n(H2)n(CO2)、及时分离出生成物中的CH3OH或H2O也有利于提高CO2的平衡转化率。设起始时CO2、H2的物质的量分别为x mol、3x mol,则平衡时CO2转化的物质的量为0.2x mol,根据“三段式”法进行计算:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)起始量/mol x 3x 0 0转化量/mol 0.2x 0.6x 0.2x 0.2x平衡量/mol 0.8x 2.4x 0.2x 0.2xa点H2的平衡分压p(H2)=n(H2)n总p3=2.4x3.6x2 MPa1.33 MPa。(2)分析该装置可知,阳极
46、上有机废水被氧化为CO2,阴极上CO2被还原为CH4,在电解过程中微生物作催化剂。阴极上CO2得到电子并结合H+生成CH4和H2O,电极反应式为CO2+8H+8e-CH4+2H2O。(3)由题图3可知,物质吸附在催化剂表面形成过渡态的过程会吸收热量,其中活化能最小的反应的化学方程式为CO+OH+H+3H2(g)CO+3H2(g)+H2O(g),也可写作OH+HH2O(g)。a点QpKp,平衡向逆反应方向移动,故v(正)v(逆);Kp()=p(CH4)p2(H2O)p(CO2)p4(H2),Kp()=p(CH4)p(H2O)p(CO)p3(H2),900 时,Kp()=Kp(),即p(CH4)p2(H2O)p(CO2)p4(H2)=p(CH4)p(H2O)p(CO)p3(H2),化简得p(CO2)p(H2)p(CO)p(H2O)=1,即反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)的Kp=1,则lg Kp=0。