题型 以速率、平衡为中心的原理综合题
1．石油化工生产中，利用裂解反应可以获得重要化工原料乙烯、丙烯。一定条件下，正丁烷裂解的主反应如下：
反应Ⅰ C4H10(g)
催化剂催化剂
CH4(g)＋CH3CH===CH2(g) ΔH1； C2H6(g)＋CH2===CH2(g) ΔH2；
反应Ⅰ C4H10(g)回答下列问题：
(1)正丁烷、乙烷和乙烯的燃烧热分别为Q1 kJ·mol－1、Q2 kJ·mol－1、Q3 kJ·mol－1，反应Ⅰ的ΔH2＝________。
(2)一定温度下，向容积为5 L的密闭容器中通入正丁烷，反应时间(t)与容器内气体总压强(p)数据如下：
t/min p/MPa 0 5 a 7.2 2a 8.4 3a 8.8 4a 8.8 Ⅰ该温度下，正丁烷的平衡转化率α＝________；反应速率可以用单位时间内分压的变化表示，即v＝Δp/Δt，前2a min内正丁烷的平均反应速率v(正丁烷)＝________MPa·min－1。
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Ⅰ若平衡时甲烷、乙烯的体积分数分别为11、4，则该温度下反应Ⅰ的压强平衡常数Kp＝________MPa(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数，保留三位有效数字)。
Ⅰ若反应在恒温、恒压条件进行，平衡后反应容器的体积________8.8 L(填“>”“<”或“＝”)。 Ⅰ实际生产中发现高于640 K后，乙烯和丙烯的产率随温度升高增加幅度减小，可能的原因是______________________________(任写1条)。
(3)一种丁烷燃料电池工作原理如图所示。
ⅠA电极上发生的是________反应(填“氧化”或“还原”)。 Ⅰ写出B电极的电极反应式：________。
解析 (1)ⅠC4H10(g)＋6.5O2(g)===4CO2(g)＋5H2O(l) ΔH＝－Q1 kJ·mol－1
ⅠC2H6(g)＋3.5O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(l) ΔH＝－Q2 kJ·mol－1
ⅠCH2===CH2(g)＋3O2(g)===2CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－Q3 kJ·mol－1 Ⅰ－Ⅰ－Ⅰ得：C4H10(g)
催化剂
C2H6(g)＋CH2===CH2(g) ΔH2＝(Q2＋Q3－Q1) kJ·mol1；
－
(2)Ⅰ设该温度下，正丁烷的平衡转化率α，平衡时，5(1－α)＋5α＋5α＝8.8，α＝0.76；前2a min内压强从5 MPa增大到8.4 MPa，即前2a min内正丁烷的Δp＝3.4 MPa，根据v(正丁烷)＝Δp/Δt＝(8.4 MPa－5 MPa)/2a min＝1.7/a MPa·min－1；
Ⅰ反应Ⅰ C4H10(g)
催化剂
CH4(g)＋CH3CH===CH2(g)，平衡时，若平衡时甲烷、乙烯的
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体积分数分别为11、4，则丙烯和乙烷的体积分数分别为11、4，正丁烷为1－2/11－2/11－1/4228.8×11×8.8×11
－1/4＝3/22，Kp＝＝2.13；Ⅰ反应为体积变大的反应，若反应在恒温、恒压条件
38.8×22进行，平衡后反应容器的体积变大，故体积大于8.8 L；Ⅰ高于640 K后，乙烯和丙烯的产率随温度升高增加幅度减小，可能的原因是：催化剂活性降低(或反应物浓度降低等)；(3)A电极上氧气得电子，发生还原反应；B电极上正丁烷被氧化，电极反应式为：C4H10＋13O2－－26e
－
===4CO2＋5H2O。
答案 (1)(Q2＋Q3－Q1) kJ·mol－1
(2)Ⅰ76% 1.7/a Ⅰ2.13 Ⅰ> Ⅰ催化剂活性降低(或反应物浓度降低等) (3)Ⅰ还原 ⅠC4H10＋13O2－－26e－===4CO2＋5H2O
2．(2019·陕西省高三下学期第一次模拟，27)Ⅰ.硫和氮的氧化物直接排放会引发严重的环境问题，请回答下列问题：
(1)下列环境问题主要由硫氧化物和氮氧化物的排放引发的是________。 A．全球变暖 B．酸雨 C．水体富营养化(水华)
D．白色污染
(2)SO2的排放主要来自于煤的燃烧。常用石灰石脱硫，其产物可以做建筑材料。 已知：CaCO3(s)===CO2(g)＋CaO(s) ΔH＝＋178.2 kJ/mol SO2(g)＋CaO(s)===CaSO3(s) ΔH＝－402 kJ/mol
2CaSO3(s)＋O2(g)===2CaSO4(s) ΔH＝－234.2 kJ/mol
写出石灰石脱硫的热化学反应方程式_______________________。
Ⅰ.NOx的排放主要来自于汽车尾气，包含NO2和NO，有人提出用活性炭对NOx进行吸附，发生反应如下：
反应a：C(s)＋2NO(g)ΔH＝－34.0 kJ/mol 反应b：2C(s)＋2NO2(g)
N2(g)＋2CO2(g) N2(g)＋CO2(g)
ΔH＝－64.2 kJ/mol
(3)对于反应a，在T1 Ⅰ时，借助传感器测得反应在不同时间点上各物质的浓度如下：
时间(min) 0 浓度(mol·L－1) NO N2 1.00 0 0.58 0.21 0.40 0.30 0.40 0.30 0.48 0.36 0.48 0.36 10 20 30 40 50 Ⅰ0～10 min内，NO的平均反应速率v(NO)＝________，当升高反应温度，该反应的平衡常数K________(选填“增大”、“减小”或“不变”)。
Ⅰ30 min后，只改变某一条件，反应重新达到平衡；根据上表中的数据判断改变的条件可能是________(填字母)。
A．加入一定量的活性炭 C适当缩小容器的体积
B．通入一定量的NO D．加入合适的催化剂
(4)某实验室模拟反应b，在密闭容器中加入足量的C和一定量的NO2气体，维持温度为T2 Ⅰ，如图为不同压强下反应b经过相同时间NO2的转化率随着压强变化的示意图。请从动力学角度分析，1 050 kPa前，反应b中NO2转化率随着压强增大而增大的原因______________________；
在1 100 kPa时，NO2的体积分数为________。
(5)用某物质的平衡分压代替其物质的量浓度也可以表示化学平衡常数(记作Kp)；在T2 Ⅰ、1.1×106Pa时，该反应的化学平衡常数Kp＝___________________
(计算表达式表示)；已知：气体分压(p分)＝气体总压(p总)×体积分数。
解析 (1)硫氧化物和氮氧化物的排放引发酸雨、光化学烟雾等；A.全球变暖是二氧化碳，A错误；B.硫氧化物和氮氧化物的排放引发硫酸型酸雨和硝酸型酸雨，B正确； C．水体富营养化(水华)是磷元素过量排放，C错误；D.白色污染是聚乙烯、聚氯乙烯等塑料制品造成，D错误；故合理选项是B；
(2)已知：ⅠCaCO3(s)===CO2(g)＋CaO(s) ΔH＝＋178.2 kJ/mol ⅠSO2(g)＋CaO(s)===CaSO3(s) ΔH＝－402 kJ/mol Ⅰ2CaSO3(s)＋O2(g)===2CaSO4(s) ΔH＝－234.2 kJ/mol
根据盖斯定律，将 (Ⅰ＋Ⅰ)×2＋Ⅰ，整理可得：得到石灰石脱硫的热化学反应方程式：2CaCO3(s)＋2SO2(g)＋O2(g)===2CaSO4(s)＋2CO2(g) ΔH＝－681.8 kJ/mol；(3)ⅠC(s)＋2NO(g)
N2(g)＋CO2(g) ΔH＝－34.0 kJ/mol，图表数据得到0～10 min内，NO的平均反应
Δc1.00 mol/L－0.58 mol/L速率v(NO)＝Δt＝＝0.042 mol/(L·min)，由于该反应的正反应为放热反
10 min应，所以升高温度，化学平衡向吸热的逆反应方向移动，故化学平衡常数减小；Ⅰ30 min后，只改变某一条件，反应重新达到平衡，C(s)＋2NO(g)
N2(g)＋CO2(g)，依据图表数据分析，
c（N2）·c（CO2）0.36×0.369
平衡状态物质浓度增大，依据平衡常数计算K＝＝0.482＝16，平衡常数
c2（NO）会随温度变化，而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增大，反应前后气体体积不变，所以可能是减小容器体积后加入一定量一氧化氮；A.加入一定量的活性炭，炭是固体物质，对化学平衡无影响，平衡不移动，A错误；B.通入一定量的NO，新平衡状态下物质平衡浓度增大，B正确；C.适当缩小容器的体积，反应前后体积不变，平衡状态物质浓度增大，C正确；D.加入合适的催化剂，催化剂只改变化学反应速率，不能使化学平衡移动，D错误；故合理选项是BC；(4)1 050 KPa前反应未达平衡状态，增大压强，物质的浓度增大，反应速率加快，NO2转化率提高，在1 100 kPa时二氧化氮转化率40%，结合三段法计算列式得到；设通入二氧化氮2 mol，
化学反应原理综合题 解析版
