2024年
专项突破练(四) 加试题中的化学反应速率和化学平衡
1．(2017·浙江名校协作体高三上学期考试)为应对全球石油资源日益紧缺，提高煤的利用效率，我国开发了煤制烯烃技术，并进入工业化试验阶段。 (1)煤气化制合成气(CO和H2) 已知：C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g) ΔH1＝131.3 kJ·mol
C(s)＋2H2O(g)===CO2(g)＋2H2(g) ΔH2＝90 kJ·mol
则一氧化碳与水蒸气反应生成二氧化碳和氢气的热化学方程式是_______________________。 (2)由合成气制甲醇：合成气CO和H2在一定条件下能发生如下反应：CO(g) ＋2H2(g)
CH3OH(g)。在容积均为
－1
－1
V L的甲、乙、丙三个密闭容器中分别充入a mol CO和2a mol H2，三个容器的反应温度分别为T1、T2、T3且恒
定不变，在其他条件相同的情况下，实验测得反应均进行到t min时CO的体积分数如图所示，此时三个容器中一定处在化学平衡状态的是______________________(填“T1”或“T2” 或“T3”)；该温度下的化学平衡常数为____________________(用a、V表示)。
(3)由甲醇制烯烃 主反应： 2CH3OH3CH3OH
C2H4＋2H2O………i
C3H6＋3H2O………ii
CH3OCH3＋H2O……iii
副反应： 2CH3OH
某实验室控制反应温度为400 ℃，在相同的反应体系中分别填装等量的两种催化剂(Cat.1和Cat.2)，以恒定的流速通入CH3OH，在相同的压强下进行两种催化剂上甲醇制烯烃的对比研究。得到如下实验数据：(选择性：转化的甲醇中生成乙烯和丙烯的百分比)
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①下列说法错误的是________。
A．反应进行一段时间后甲醇的转化率下降，可能的原因是催化剂失活，工业生产中需定期更换催化剂 B．使用Cat.2反应2 h后乙烯和丙烯的选择性下降，可能的原因是生成副产物二甲醚 C．使用Cat.1产生的烯烃主要为丙烯，使用Cat.2产生的烯烃主要为乙烯 D．不管使用Cat.1还是使用Cat.2，都能提高活化分子的百分数
②在上图中分别画出反应i在无催化剂、有Cat.1、有Cat.2三种情况下“反应过程—能量”示意图。 答案 (1)CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g) ΔH ＝－41.3 kJ·mol (2)T3 9V/2a (3)①C
－1
2
2
②
－1
解析 (1)已知①C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g) ΔH1＝131.3 kJ·mol，②C(s)＋2H2O(g)===CO2(g)＋2H2(g) ΔH2＝90 kJ·mol，由盖斯定律可知，②－①得到CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g) ΔH＝90 kJ·mol－131.3 kJ·mol＝－41.3 kJ·mol。 (2)CO(g)＋2H2(g)
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CH3OH(g) ΔH＜0，该反应正反应为放热反应，根据图像，T1中的状态转变成T2中的状态，
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CO百分含量减小，说明平衡正向移动，说明T1未达平衡状态，T2中的状态转变成T3中的状态，CO百分含量增大，说明平衡逆向移动，说明T2可能达平衡状态，一定达到化学平衡状态的是T3； CO(g) ＋2H2(g)
CH3OH(g)
起始物质的量/mol a 2a 0 变化物质的量/mol n 2n n 平衡物质的量/mol a－n 2a－2n n
a－n平衡时CO的体积分数为×100%＝20%，解得：
3a－2n2a3
V29Vn＝a，此温度下平衡常数K＝＝2。 3a2a2a??3??2×3
2
V???V?
(3)①当催化剂失活后，副产物增多，甲醇的转化率下降，需要及时更换催化剂，A正确；使用Cat.2时，随反应的不断进行，生成的副产物二甲醚增多，导致生成乙烯和丙烯的选择性下降，B正确；由图示可知，使用Cat.1时丙烯与乙烯的比值随时间增长不断减小，说明乙烯增多，即使用Cat.1时主要生成乙烯，而使用Cat.2时，产物中乙烯的含量明显大于丙烯，可见使用Cat.2时产生的烯烃也主要为乙烯，C错误；使用催化剂能降低反应活化能，提高活化分子的百分数，D正确。
②从图中数据分析，在催化剂Cat.1的作用下，甲醇的转化率更大，说明催化剂Cat.1对反应i催化效果更好，催化剂能降低反应的活化能，说明使用催化剂Cat.1的反应过程中活化能更低，故反应过程——能量图为
2．(2017·浙江“超级全能生”选考科目8月联考)煤的气化得CO和H2，在催化剂存在条件下进一步合成甲醇(反应Ⅰ)，并同时发生反应Ⅱ。 Ⅰ.CO(g)＋2H2(g)Ⅱ. CO(g)＋H2(g)
CH3OH(g) ΔH1 ＝ －81 kJ·mol C(s)＋H2O (g) ΔH2
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已知：①2C(s)＋O2(g)===2CO(g) ΔH3 ＝－221 kJ·mol ②H2O(g)===H2O(l) ΔH4 ＝－44.0 kJ·mol ③H2的标准燃烧热为－285. 8 kJ·mol
④反应过程中催化剂对选择性会产生影响，甲醇选择性是指转化的CO中生成甲醇的百分比。 请回答：
(1)反应Ⅱ中ΔH2 ＝________kJ·mol。
(2)为减弱副反应Ⅱ的发生，下列采取的措施合理的是________。
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2024版高考化学大一轮复习专题8化学反应速率和化学平衡专项突破练(四)
