2019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
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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
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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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