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专题微练16　化学反应原理的综合应用
　
1.丙烯是一种重要的化工原料。利用丙烷脱氢制备丙烯的原理为:
直接脱氢:C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)　ΔH1
回答下列问题:
(1)各化学键的键能如表所示,则ΔH1=_____________kJ·mol-1。
化学键 C—H C—C(π键) H—H
键能/(kJ·mol-1) 413 271 436
(2)计算机模拟直接脱氢的反应历程如图所示:
①基元反应速率大小:第一步_____________(填“>”“<”或“=”)第二步。
②依据该历程图推测丙烷脱氢可能会产生的副产物为_____________(填分子式)。
(3)一种提高丙烷转化率的催化剂—膜系统,能让部分氢气透过膜后与反应体系分离,其工作原理如图所示:
①该系统能提高丙烷转化率的原因为___________________________。
②在T、p0条件下,1 mol丙烷通入无膜反应器,丙烷的平衡转化率为50%,该反应的压强平衡常数Kp=_____________;在相同条件下,若换成如图所示有膜反应器,丙烷的平衡转化率为75%,则相同时间内出口a和出口b的氢气质量之比为_____________。
(4)丙烯还可通过丙烷氧化脱氢的方法制备,其原理为:
氧化脱氢:C3H8(g)+O2(g)C3H6(g)+H2O(g)　ΔH2=-118 kJ·mol-1
相比直接脱氢,氧化脱氢制备丙烯的优点为_____________________________,缺点为___________________________(各写1点即可)。
2.短链烃是重要的化工原料,也是衡量国家化工水平的重要指标之一。
Ⅰ.丙烷制烯烃的反应有:
ⅰ.C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)　ΔH1
ⅱ.C3H8(g)C2H4(g)+CH4(g)　ΔH2=+82 kJ·mol-1
已知:共价键的键能如表所示。
共价键 C—H C—C CC H—H
键能/(kJ·mol-1) 413 347 613 436
回答下列问题:
(1)ΔH1=_____________kJ·mol-1。
(2)一定温度下,在恒容密闭容器中充入C3H8(g)发生反应ⅰ和ⅱ,下列事实能说明该反应达到平衡状态的是_____________(填字母)。
A.容器内混合气体的平均相对分子质量不再变化
B.的值保持不变
C.v正(C3H8)=v逆(C3H6)
D.C2H4(g)和CH4(g)的物质的量之比保持不变
(3)在温度为600 ℃、起始压强为700 kPa的恒温恒容密闭容器中充入C3H8(g)发生反应ⅰ和ⅱ,达到平衡后CH4(g)、C3H6(g)的体积分数均为15%。
①反应ⅰ的分压平衡常数为Kp1=_____________kPa。
②若其他条件不变,该反应在恒容绝热容器中进行,测得平衡时CH4(g)的体积分数大于C3H6(g),则此时反应ⅰ和ⅱ的分压平衡常数:K'p1_____________K'p2(填“>”“<”或“=”)。
(4)C3H8(g)在催化剂Cr2O3/Al2O3表面制C3H6(g)的部分反应机理如图所示。从元素电负性角度解释步骤1能发生反应的原因为____________________________________。
Ⅱ.丙烷、甲醇共进料时,除发生反应ⅰ和ⅱ外,还发生反应:
ⅲ.C3H8(g)+CH3OH(g)CO(g)+3CH4(g)　ΔH=-29 kJ·mol-1
(5)平衡体系中C3H6(g)、C2H4(g)、CH4(g)和CO(g)在含碳微粒中的物质的量分数随不同投料比L=的变化关系如图所示,其中代表C2H4(g)的变化曲线为___________(填字母)。
(6)在恒容密闭容器中充入C3H8(g)和CH3OH(g)发生反应,平衡体系中c(CH4)随温度的升高先减小后增大,解释其原因为_______________________________________。
3.(2024·沧衡八校二模)CO2回收与利用是实现“双碳达标”的重要途径。工业上利用CO2催化还原制备CH3OH原理:
ⅰ.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH1
ⅱ.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH2=+41.6 kJ·mol-1
(1)反应ⅰ部分反应历程如图甲所示(已知:1 eV=96 kJ·mol-1;标“*”的为吸附在催化剂上的物质)。
甲
根据题示信息,反应历程①~⑥中能垒最大的一步反应式为_____________________。CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)　ΔH=_____________kJ·mol-1。
(2)在恒容密闭容器中充入2 mol CO2(g)和2 mol H2(g),加入固体催化剂M,若只发生反应ⅰ,下列说法正确的是__________(填字母)。
A.达到平衡时放出热量为48 kJ
B.CO2的体积分数不变时一定达到平衡状态
C.增大M的质量,H2的平衡转化率增大
D.平衡后充入少量Ar,平衡不移动
(3)在密闭容器中充入1 mol CO2(g)和3 mol H2(g),发生上述反应ⅰ和ⅱ,测得CO2(g)的平衡转化率与压强(1 MPa、3 MPa、5 MPa)、温度(T)的关系如图乙所示。
乙
①表示压强为1 MPa的曲线是_____________(填“L1”“L2”或“L3”),判断依据是___________________________
温度升高,三条曲线逐渐靠近的主要原因是____________________________。
②W点时,CH3OH的物质的量为a mol,则500 ℃时反应ⅱ的平衡常数Kp为_____________(用含a的代数式表示,用平衡分压代替平衡浓度计算的平衡常数为Kp,分压=总压×物质的量分数)。
(4)我国科学家开发了高效电催化装置,实现CO2在酸性条件下氢化制备CH3OH。阴极反应式为
4.(2024·大连适应性测试)甲醇是重要的化工原料,应用前景广阔。工业上一般采用以下方法合成:
(1)反应Ⅰ:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)
ΔH=-90 kJ·mol-1
反应Ⅱ:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)
ΔH=+41 kJ·mol-1
则反应Ⅲ:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)的ΔH=_____________kJ·mol-1
(2)在催化剂M的作用下,反应Ⅱ的微观反应历程和相对能量(E)如下表所示,其中吸附在催化剂表面上的物种用“*”标注。已知:表示C,表示O,表示H。
历程 反应
历程a CO2(g) CO(g)+O*
历程b H2(g)+O*HO*+H*
历程c ___________
①历程c对应的反应为
②决定反应Ⅱ总反应速率的是历程_____________(填“a”“b”或“c”)。
(3)将CO2和H2按物质的量之比1∶3充入一恒容密闭容器中
①若只发生反应Ⅲ,下列叙述能说明该反应达到平衡状态的是_____________(填字母)。
A.CO2和H2的转化率相等
B.生成3 mol O—H的同时生成3 mol H—H
C.ΔH-T·ΔS=0时
D.混合气体的密度保持不变
②若同时发生反应Ⅱ和反应Ⅲ,测得CO2的平衡转化率随温度、压强变化的情况如图所示。
ⅰ.压强p1、p2、p3的大小关系为_____________。
ⅱ.A点、B点的化学反应速率大小:v(A)_____________v(B)(填“<”“=”或“>”)。
③图中M点对应的温度下,已知CO的选择性(生成的CO与转化的CO2的百分比)为50%,该温度下反应Ⅱ的平衡常数为___________(结果保留3位小数)。
5.(2024·沈阳三模)氢能将在实现“双碳”目标中起重要作用。一种Pd膜反应器催化制氢气原理如下:
ⅰ.CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)
ⅱ.CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g)
ⅲ.CaO(s)+CO2(g)CaCO3(s)
回答下列问题:
(1)某温度下,H2在Pd膜表面上的解离过程如下图,存在如下平衡:H22H,其正反应的活化能远小于逆反应的活化能。下列说法错误的是_____________。
A.过程①为H2在Pd膜表面上的解离过程,ΔH>0
B.加快Pd膜内H原子迁移有利于H2的解离
C.Pd膜对气体分子的透过具有选择性
D.氢原子核外只有一个电子,它产生的原子光谱只有一根或明或暗的线
(2)在特定温度下,由稳定态单质生成1 mol化合物的焓变叫做该物质在此温度下的标准摩尔生成焓。表中为几种物质在298 K的标准摩尔生成焓,则反应ⅱ的ΔH2(298 K)=_____________kJ/mol;该反应_____________(填“高温”或“低温”)时自发进行。
物质 H2(g) CO2(g) CH4(g) H2O(g)
标准摩尔生成焓 /(kJ/mol) 0 -394 -74.6 -242
(3)CH4、CO、CO2对复合膜透氢能力影响如下图,_____________对Pd膜的渗透性能和使用寿命产生致命影响。请结合反应原理和下图分析CO2吸附剂CaO可增加氢气透过率的原因:___________________________
(4)恒温恒容Pd膜反应器中按甲烷、水蒸气1∶3投料,体系压强为100 kPa,平衡后测得甲烷转化率为80%,CO2选择性为60%(CO2选择性=×100%),氧化钙对二氧化碳的吸收率为50%,则CO2的分压为_____________kPa,反应ⅰ的平衡常数Kp=__________kPa。(写出计算式即可;用分压代替物质的量浓度计算;分压=总压×物质的量分数)
专题微练16　化学反应原理的综合应用
1.答案　(1)+119　(2)① <　②C6H14　(3)① Ar吹扫分离部分H2,生成物浓度减小,平衡正向移动　②　1∶5
(4)丙烷转化率较高　丙烷可能与O2发生副反应,导致丙烯产率降低
解析　(1)由方程式可知,丙烷直接脱氢的反应中断裂2 mol碳氢键,形成1 mol碳碳π键和1 mol氢氢键,则反应ΔH=2×413 kJ·mol-1—271 kJ·mol-1—436 kJ·mol-1=+119 kJ·mol-1。(2)①由图可知,丙烷直接脱氢的反应存在4个基元反应,第一步基元反应的活化能大于第二步,反应的活化能越大,反应速率越慢,所以第一步基元反应的反应速率慢于第二步。②由图可知,第一步反应生成的自由基·C3H*7可能相互结合生成副产物C6H14。(3)①由图可知,Ar吹扫能分离出部分氢气,生成物浓度减小,平衡向正反应方向移动,丙烷转化率增大。②由题意可知,丙烷的平衡转化率为50%,由方程式可知,平衡时丙烷、丙烯、氢气的物质的量为1 mol-1 mol×50%=0.5 mol、1 mol×50%=0.5 mol、1 mol×50%=0.5 mol,则反应的压强平衡常数Kp==;在相同条件下,若换成如图所示有膜反应器,丙烷的平衡转化率为75%时,反应平衡时丙烷、丙烯、氢气的物质的量为1 mol-1 mol×75%=0.25 mol、1 mol×75%=0.75 mol、1 mol×75%=0.75 mol,设出口a氢气的物质的量为x mol,温度不变,平衡常数不变,则由平衡常数可得=,解得x=0.125,所以相同时间内出口a和出口b的氢气质量之比为0.125 mol×2 g·mol-1∶(0.75-0.125) mol×2 g·mol-1=1∶5。(4)相比直接脱氢,氧化脱氢的优点是可以减小生成物氢气的浓度,使平衡向正反应方向移动,有利于增大丙烷转化率;缺点是催化剂作用下丙烷可能与通入的氧气发生副反应,导致丙烯的产率降低。
2.答案　(1)+124　(2)AB　(3)①56.25或　②<
(4)C原子的电负性大于H原子,O原子的电负性大于Cr原子,显负电的C原子与显正电的Cr原子成键,显正电的H原子与显负电的O原子成键　(5)c　(6)反应ⅱ为吸热反应,反应ⅲ为放热反应,升高温度反应ⅱ正向移动,反应ⅲ逆向移动,开始时反应ⅲ占主导,温度升高到一定程度后反应ⅱ占主导
解析　(1)ΔH1=反应物的总键能-生成物的总键能=347×2+8×413-613-347-6×413-436=+124 kJ·mol-1。(2)容器内混合气体的平均相对分子质量不再变化,无论反应ⅰ还是反应ⅱ,气体质量不变,n可变,说明平均相对分子质量是一个可变的值,不再发生变化说明达到平衡状态,A项正确;反应ⅰ中=,当Q不变时,说明Q=K,达到了平衡状态,B项正确;C3H8参加了两个反应,而C3H6只存在于一个反应,不能说明达到平衡状态,C项错误;C2H4(g)和CH4(g)在任何时刻物质的量都是按1∶1生成,二者物质的量之比保持不变不能说明达到了平衡状态,D项错误。(3)①体积分数=物质的量分数,甲烷的体积分数等于乙烯的体积分数,丙烯的体积分数等于氢气的体积分数,则C3H8的体积分数为100%-15%-15%-15%-15%=40%,则平衡时的压强==1 000 kPa,则p(C3H8)=1 000×40%=400 kPa,p(C3H6)=p(H2)=15%×1 000=150 kPa,Kp1==56.25 kPa。②由方程式可知p(C3H6)=p(H2),p(C2H4)=p(CH4),所以Kp1==,Kp2==,平衡时CH4%>C3H6%,则p(CH4)>p(C3H6),因此K'p13.答案　(1)HCOO*+H*+2H2(g)HCOOH*+2H2(g)(或HCOO*+H*HCOOH*)　-89.6　(2)D　(3)①L3　反应ⅰ是气体分子数减小反应,反应ⅱ是气体分子数相等反应,其他条件相同时,增大压强,CO2的平衡转化率增大　温度升高对反应ⅱ的影响大于反应ⅰ,反应ⅱ是气体分子数相等的反应,增大压强,CO2的平衡转化率趋向相等　②　(4)CO2+6H++6e-CH3OH+H2O
解析　(1)根据图甲,过渡态能垒计算如表:
过渡态 TS1 TS2 TS3 TS4 TS5
能垒/eV 0.87 1.15 0.96 0.14 0.1
能垒最大的一步反应为HCOO*+H*+2H2(g)HCOOH*+2H2(g)。根据图甲可知,CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH1=-48 kJ·mol-1。根据盖斯定律可知,(ⅰ)-(ⅱ)得目标反应,ΔH1-ΔH2=(-48-41.6) kJ·mol-1=-89.6 kJ·mol-1。(2)反应ⅰ为可逆反应,转化的CO2的物质的量小于1 mol,放出的热量小于48 kJ,A项错误;代入数据计算,CO2的体积分数始终为50%,B项错误;M为催化剂,对平衡转化率无影响,C项错误;恒容条件下充入氩气,反应物浓度不变,平衡不移动,D项正确。(3)①反应ⅱ的反应前后气体分子数不变,增大压强对其无影响,反应ⅰ合成甲醇是气体分子数减小的反应,其他条件不变时增大压强,CO2的平衡转化率增大,故L3曲线代表压强为1 MPa。温度升高,反应ⅰ平衡向左移动,反应ⅱ平衡向右移动,对反应ⅱ的影响大于反应ⅰ,反应ⅱ是气体分子数不变的反应,压强对平衡转化率的影响逐渐减小,故不同压强下,CO2的平衡转化率趋向相等。②根据三段式:
　　　　　CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)
起始/mol 　1　　　　3　　 　　　0　 　　　0
变化/mol 　a　　 　3a　　　　　a　　 　　a
平衡/mol　1-a　 　3-3a　　　　a　　 　　a
　　　　　CO2(g) + H2(g) CO(g) + H2O(g)
起始/mol 　1-a　　 3-3a　　　　0　　 　a
变化/mol 　0.5-a　0.5-a　 　0.5-a　0.5-a
平衡/mol 　0.5　 　2.5-2a　　0.5-a　　0.5
平衡时n(CO2)=0.5 mol,n(H2)=(2.5-2a) mol,n(CO)=(0.5-a) mol,n(H2O)=0.5 mol,反应ⅱ的平衡常数Kp=====。(4)CO2在阴极上发生还原反应生成CH3OH,电极反应式为CO2+6H++6e-CH3OH+H2O。
4.答案　(1)-49　(2)①HO*+H*H2O(g)　②c　(3)①BC　②p1解析　(1)由盖斯定律可知,由反应Ⅰ+反应Ⅱ可得反应Ⅲ,则CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)的ΔH=(-90 kJ·mol-1)+(+41 kJ·mol-1)=-49 kJ·mol-1。(2)①反应Ⅱ为CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g),总历程为反应Ⅱ,结合历程a、b可知,历程c对应的反应HO*+H*H2O(g)。②活化能越小反应越快,活化能越大反应越慢,决定总反应速率的是慢反应;据图可知决定反应Ⅱ总反应速率的是历程c。(3)①A项,CO2和H2的投料比等于反应系数比,则CO2和H2的转化率一直相等,不能说明反应达到平衡状态;B项,生成3 mol O—H的同时生成3 mol H—H,说明正、逆反应速率相等,反应达到平衡;C项,ΔG=ΔH-T·ΔS=0,反应达到平衡状态;D项,容器容积和气体总质量始终不变,则混合气体的密度始终不变,因此不能说明反应已达平衡。②ⅰ.反应Ⅱ为反应前后气体物质的量不变的反应,加压平衡不移动,而对于反应Ⅲ,加压平衡正向移动,使得二氧化碳的平衡转化率增大,故p1　　　　　CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)
起始/mol　 　　　　　　　　　0　　 　0
转化/mol　 0.125　 0.125　　0.125 　0.125
平衡/mol　
　　 　　CO2(g) + 3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)
起始/mol 　1　 　　　3　　　　　0　　 　　0
转化/mol 0.25-0.125
=0.125　0.375　　　0.125　 　0.125
平衡/mol　
则平衡时二氧化碳、氢气、一氧化碳、水的物质的量分别为0.75 mol、2.5 mol、0.125 mol、0.25 mol,反应Ⅱ为等分子数的反应,则该温度下反应Ⅱ的平衡常数为=0.017。
5.答案　(1)AD　(2)+164.6　高温　(3)CO　CaO吸收CO2导致反应ⅱ平衡右移,进而导致CH4和H2O的浓度下降,反应ⅰ平衡左移,CO浓度降低,氢气透过率增加
(4)6　
解析　(1)如图,由于正反应的活化能远小于逆反应的活化能,过程①为H2在Pd膜表面上的解离过程,ΔH<0,A项错误;加快Pd膜内H原子迁移,使H原子浓度降低,H22H平衡向右移动,有利于H2的解离,B项正确;由图知, Pd膜允许H原子通过,但是H2不能通过,对气体分子的透过具有选择性,C项正确;氢原子核外只有一个电子,但是它的激发态有多种,当电子跃迁回较低状态时释放能量,发出多条不同波长的光,所以它产生的原子光谱中不只有一根或明或暗的线,D项错误。(2)由表中几种物质在298 K的标准摩尔生成焓可知,①C(s)+O2(g)CO2(g)　ΔH=-394 kJ·mol-1,②C(s)+2H2(g)CH4(g)　ΔH=-74.6 kJ·mol-1,③H2(g)+O2(g)H2O(g)　ΔH=-242 kJ·mol-1,则反应ⅱ=①-②-2×③,ΔH2(298 K)=(-394+74.6+484) kJ·mol-1=+164.6 kJ·mol-1;该反应ΔH2(298 K)>0,ΔS2(298 K)>0,故反应在高温时自发进行。(3)由图知,随着CO的物质的量分数增加,H2的透过率明显降低,即CO对Pd膜的渗透性能和使用寿命可产生致命影响。CaO吸收CO2导致反应ⅱ平衡右移,进而导致CH4和H2O的浓度下降,反应ⅰ平衡左移,CO浓度降低,氢气透过率增加。(4)恒温恒容Pd膜反应器中按甲烷、水蒸气1∶3投料,体系压强为100 kPa,此时甲烷的分压为25 kPa,水蒸气的分压为75 kPa,平衡后测得甲烷的转化率为80%,CO2选择性为60%(CO2选择性=×100%),此时CO的分压为25 kPa×80%×(1-60%)=8 kPa,氧化钙对二氧化碳的吸收率为50%,CO2的分压为25 kPa×80%×60%×50%=6 kPa;则由三段式得
　　　　CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)
起始/kPa　25　 　75　　 　　0　 　　0
变化/kPa　 8　　　8　　　　　8　　 　24
平衡/kPa　17 　　67　　 　　8　　 　24
　　　　CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g)
起始/kPa　17　　　67　　　　　0　 　　24
变化/kPa　12　　　24　　　 　12　 　　48
平衡/kPa　 5　　　43　 　　　12　 　　72
反应ⅰ的平衡常数Kp= kPa2。(共51张PPT)
专题微练16　化学反应原理
的综合应用
1
5
2
3
4
1.丙烯是一种重要的化工原料。利用丙烷脱氢制备丙烯的原理为：
直接脱氢：C3H8(g) C3H6(g)+H2(g)　ΔH1
回答下列问题：
(1)各化学键的键能如表所示，则ΔH1=________kJ·mol-1。
化学键 C—H C—C(π键) H—H
键能/(kJ·mol-1) 413 271 436
+119
1
5
2
3
4
(2)计算机模拟直接脱氢的反应历程如图所示：

①基元反应速率大小：第一步____(填“>”“<”或“=”)第二步。
②依据该历程图推测丙烷脱氢可能会产生的副产物为_______ (填分子式)。
<
C6H14
1
5
2
3
4
(3)一种提高丙烷转化率的催化剂—膜系统，能让部分氢气透
过膜后与反应体系分离，其工作原理如图所示：
①该系统能提高丙烷转化率的原因为___________________________
_________________________。
Ar吹扫分离部分H2，生成物浓度减小，平衡正向移动
1
5
2
3
4
②在T、p0条件下，1 mol丙烷通入无膜反应器，丙烷的平衡转化率
为50%，该反应的压强平衡常数Kp=_______；在相同条件下，若换成如图所示有膜反应器，丙烷的平衡转化率为75%，则相同时间内出口a和出口b的氢气质量之比为__________。
1∶5
1
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丙烷转化率较高
丙烷可能与O2发生副反应，导致丙烯产率降低
(1)由方程式可知，丙烷直接脱氢的反应中断裂2 mol碳氢键，形成1 mol碳碳π键和1 mol氢氢键，则反应ΔH=2×413 kJ·mol-1—
解析
271 kJ·mol-1—436 kJ·mol-1=+119 kJ·mol-1。(2)①由图可知，丙烷直接脱氢的反应存在4个基元反应，第一步基元反应的活化能大于第二步，反应的活化能越大，反应速率越慢，所以第一步基元反应的反应速率慢于第二步。②由图可知，第一步反应生成的自由基·C3H*7可能相互结合生成副产物C6H14。(3)①由图可知，Ar吹扫能分离出部分氢气，生成物浓度减小，平衡向正反应方向移动，丙烷转化率增大。②由题意可知,丙烷的平衡转化率为50%,由
解析
1
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解析
量之比为0.125 mol×2 g·mol-1∶(0.75-0.125) mol×2 g·mol-1=1∶
5。(4)相比直接脱氢，氧化脱氢的优点是可以减小生成物氢气的浓度，使平衡向正反应方向移动，有利于增大丙烷转化率；缺点是催化剂作用下丙烷可能与通入的氧气发生副反应，导致丙烯的产率降低。
解析
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2.短链烃是重要的化工原料,也是衡量国家化工水平的重要指标之一。
Ⅰ.丙烷制烯烃的反应有：
ⅰ.C3H8(g)===C3H6(g)+H2(g)　ΔH1
ⅱ.C3H8(g)===C2H4(g)+CH4(g)　ΔH2=+82 kJ·mol-1
已知：共价键的键能如表所示。
1
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共价键 C—H C—C C==C H—H
键能(kJ·mol-1) 413 347 613 436
1
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+124
AB
(3)在温度为600 ℃、起始压强为700 kPa的恒温恒容密闭容器中充入C3H8(g)发生反应ⅰ和ⅱ，达到平衡后CH4(g)、C3H6(g)的体积分数均为15%。
①反应ⅰ的分压平衡常数为Kp1=____________kPa。
②若其他条件不变，该反应在恒容绝热容器中进行，测得平衡时CH4(g)的体积分数大于C3H6(g),则此时反应ⅰ和ⅱ的分压平衡常数：K'p1_____K'p2(填“>”“<”或“=”)。
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56.25或
<
(4)C3H8(g)在催化剂Cr2O3/Al2O3表面制C3H6(g)的部分反应机理如图所示。从元素电负性角度解释步骤1能发生反应的原因为____________
____________________________________________________________________________________________________________________。
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C原子的电负性大于H原子，O原子的电负性大于Cr原子，显负电的C原子与显正电的Cr原子成键，显正电的H原子与显负电的O原子成键
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Ⅱ.丙烷、甲醇共进料时，除发生反应ⅰ和ⅱ外，还发生反应：
ⅲ.C3H8(g)+CH3OH(g)===CO(g)+3CH4(g)　ΔH=-29 kJ·mol-1
1
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(5)平衡体系中C3H6(g)、C2H4(g)、CH4(g)和CO(g)在含碳微粒中的物质的量分数随不同投料比L= 的变化关系如图所示，其中代表C2H4(g)的变化曲线为__________(填字母)。
c
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(6)在恒容密闭容器中充入C3H8(g)和CH3OH(g)发生反应，平衡体系中c(CH4)随温度的升高先减小后增大，解释其原因为________________
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_________________________________________________________。
反应ⅱ为吸热反应，反应ⅲ为放热反应，升高温度反应ⅱ正向移动，反应ⅲ逆向移动，开始时反应ⅲ占主导，温度升高到一定程度后反应ⅱ占主导
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3.(2024·沧衡八校二模)CO2回收与利用是实现“双碳达标”的重要途径。工业上利用CO2催化还原制备CH3OH原理：
ⅰ.CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH1
ⅱ.CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)　ΔH2=+41.6 kJ·mol-1
(1)反应ⅰ部分反应历程如图甲所示(已知：1 eV=96 kJ·mol-1；标“*”的为吸附在催化剂上的物质)。
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根据题示信息，反应历程①~⑥中能垒最大的一步反应式为_______
_________________________________________________________。CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)　ΔH=____________kJ·mol-1。
(2)在恒容密闭容器中充入2 mol CO2(g)和2 mol H2(g)，加入固体催化剂M，若只发生反应ⅰ，下列说法正确的是________(填字母)。
A.达到平衡时放出热量为48 kJ
B.CO2的体积分数不变时一定达到平衡状态
C.增大M的质量，H2的平衡转化率增大
D.平衡后充入少量Ar，平衡不移动
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HCOO*
+H*+2H2(g)===HCOOH*+2H2(g)(或HCOO*+H*===HCOOH*)
-89.6
D
(3)在密闭容器中充入1 mol CO2(g)和3 mol H2(g)，发生上述反应ⅰ和ⅱ，测得CO2(g)的平衡转化率与压强(1 MPa、3 MPa、5 MPa)、温度(T)的关系如图乙所示。
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①表示压强为1 MPa的曲线是_____(填“L1”“L2”或“L3”)，判断依据是_________________________________________________________________________________________________________。
温度升高，三条曲线逐渐靠近的主要原因是_____________________
______________________________________________________________________________________。
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L3
反应ⅰ是气体分子数减小反应，反应ⅱ是气体分子数相等反应，其他条件相同时，增大压强，CO2的平衡转化率增大
温度升高对反应ⅱ的影响大于反应ⅰ，反应ⅱ是气体分子数相等的反应，增大压强，CO2的平衡转化率趋向相等
②W点时，CH3OH的物质的量为a mol，则500 ℃时反应ⅱ的平衡常
数Kp为__________(用含a的代数式表示，用平衡分压代替平衡浓度计算的平衡常数为Kp，分压=总压×物质的量分数)。
(4)我国科学家开发了高效电催化装置，实现CO2在酸性条件下氢化制备CH3OH。阴极反应式为______________________________。
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CO2+6H++6e-===CH3OH+H2O
(1)根据图甲，过渡态能垒计算如表：
能垒最大的一步反应为HCOO*+H*+2H2(g)===HCOOH*+2H2(g)。根据图甲可知，CO2(g)+3H2(g)===CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH1=
-48 kJ·mol-1。根据盖斯定律可知，(ⅰ)-(ⅱ)得目标反应，ΔH1- ΔH2=(-48-41.6) kJ·mol-1=-89.6 kJ·mol-1。(2)反应ⅰ为可逆反应,
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过渡态 TS1 TS2 TS3 TS4 TS5
能垒/eV 0.87 1.15 0.96 0.14 0.1
转化的CO2的物质的量小于1 mol，放出的热量小于48 kJ，A项错误；代入数据计算，CO2的体积分数始终为50%，B项错误；M为催化剂，对平衡转化率无影响，C项错误；恒容条件下充入氩气,反应物浓度不变，平衡不移动，D项正确。(3)①反应ⅱ的反应前后气体分子数不变，增大压强对其无影响，反应ⅰ合成甲醇是气体分子数减小的反应，其他条件不变时增大压强，CO2的平衡转化率增大，故L3曲线代表压强为1 MPa。温度升高，反应ⅰ平衡向
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左移动，反应ⅱ平衡向右移动，对反应ⅱ的影响大于反应ⅰ，反应ⅱ是气体分子数不变的反应，压强对平衡转化率的影响逐渐减小，故不同压强下，CO2的平衡转化率趋向相等。②根据三段式:
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　　　 　CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)
起始/mol 　1　　　3　　 　　 0　 　　 0
变化/mol 　a　　 3a　　　　 　a　　 　 a
平衡/mol　1-a　　3-3a　　　 　a　　 　 a
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-49
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历程 反应
历程a CO2(g) CO(g)+O*
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历程b H2(g)+O* HO*+H*
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历程c _________________
①历程c对应的反应为______________________。
②决定反应Ⅱ总反应速率的是历程________(填“a”“b”或“c”)。
(3)将CO2和H2按物质的量之比1∶3充入一恒容密闭容器中
①若只发生反应Ⅲ，下列叙述能说明该反应达到平衡状态的是_____
(填字母)。
A.CO2和H2的转化率相等
B.生成3 mol O—H的同时生成3 mol H—H
C.ΔH-T·ΔS=0时
D.混合气体的密度保持不变
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HO*+H* H2O(g)
c
BC
②若同时发生反应Ⅱ和反应Ⅲ，测得CO2的平衡转化率随温度、压强变化的情况如图所示。
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ⅰ.压强p1、p2、p3的大小关系为_________。
ⅱ.A点、B点的化学反应速率大小：v(A)____v(B)(填“<”“=”或“>”)。
③图中M点对应的温度下，已知CO的选择性(生成的CO与转化的CO2的百分比)为50%，该温度下反应Ⅱ的平衡常数为__________(结果保留3位小数)。
p1<
0.017
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平衡；C项，ΔG=ΔH-T·ΔS=0，反应达到平衡状态；D项，容器容积和气体总质量始终不变，则混合气体的密度始终不变，因此不能说明反应已达平衡。②ⅰ.反应Ⅱ为反应前后气体物质的量不变的反应，加压平衡不移动，而对于反应Ⅲ，加压平衡正向移动,使得二氧化碳的平衡转化率增大，故p1解析
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的转化率为25%，则反应0.25 mol二氧化碳，已知CO的选择性(生成的CO与转化的CO2的百分比)为50%，则生成CO为0.125 mol；
　　　　　CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)
起始/mol　 　　　　　　　　0　　 　0
转化/mol　 0.125　 0.125　　0.125 　0.125
平衡/mol　
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下列说法错误的是________。


A.过程①为H2在Pd膜表面上的解离过程，ΔH>0
B.加快Pd膜内H原子迁移有利于H2的解离
C.Pd膜对气体分子的透过具有选择性
D.氢原子核外只有一个电子，它产生的原子光谱只有一根或明或暗的线
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AD
(2)在特定温度下，由稳定态单质生成1 mol化合物的焓变叫做该物质在此温度下的标准摩尔生成焓。表中为几种物质在298 K的标准摩尔生成焓，则反应ⅱ的ΔH2(298 K)=________kJ/mol；该反应________
(填“高温”或“低温”)时自发进行。
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物质 H2(g) CO2(g) CH4(g) H2O(g)
标准摩尔生成焓(kJ/mol) 0 -394 -74.6 -242
+164.6
高温
(3)CH4、CO、CO2对复合膜透氢
能力影响如图，______对Pd膜的
渗透性能和使用寿命产生致命影
响。请结合反应原理和下图分析
CO2吸附剂CaO可增加氢气透过
率的原因：_________________________________________________
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CaO吸收CO2导致反应ⅱ平衡右移，进而导致CH4和H2O的浓度下降，反应ⅰ平衡左移，CO浓度降低，氢气透过率增加
CO
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(1)如图，由于正反应的活化能远小于逆反应的活化能，过程①为H2在Pd膜表面上的解离过程，ΔH<0，A项错误；加快Pd膜内H原子迁移，使H原子浓度降低，H2 2H平衡向右移动，有利于H2的解离，B项正确；由图知， Pd膜允许H原子通过，但是H2不能通过，对气体分子的透过具有选择性，C项正确；氢原子核外只有一个电子，但是它的激发态有多种，当电子跃迁回较低状态时释放能量，发出多条不同波长的光，所以它产生的原子光谱中不
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只有一根或明或暗的线，D项错误。(2)由表中几种物质在298 K的标准摩尔生成焓可知，①C(s)+O2(g)===CO2(g)　ΔH=-394 kJ·mol-1，②C(s)+2H2(g)===CH4(g)　ΔH=-74.6 kJ·mol-1，③H2(g)+O2(g)===H2O(g)　ΔH=-242 kJ·mol-1，则反应ⅱ=①-②-2×③，ΔH2(298 K)=(-394+74.6+484) kJ·mol-1=+164.6 kJ·mol-1;该反应ΔH2(298 K)>0，ΔS2(298 K)>0，故反应在高温时自发进行。
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