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第八单元　化学反应速率与化学平衡
(满分:100分)
一、选择题:本题包括14小题,每小题4分,共56分。每小题只有一个选项符合题意。
1.下列反应中ΔH>0,ΔS>0的是 (　　)
A.HCl(g)+NH3(g)===NH4Cl(s)
B.高温下能自发进行的反应:2N2O5(g)===4NO2(g)+O2(g)
C.2H2(g)+O2(g)===2H2O(l)
D.任何温度下均能自发进行的反应:COCl2(g)===CO(g)+Cl2(g)
2.某温度下,在一恒容密闭容器中进行如下两个反应并达到平衡:
①2X(g)+Y(g)Z(s)+2Q(g)　ΔH1<0
②M(g)+N(g)R(g)+Q(g)　ΔH2>0
下列叙述错误的是 (　　)
A.通入稀有气体Ar,①平衡正向移动
B.加入适量Z,①和②平衡均不移动
C.降温时无法判断Q浓度的增减
D.通入Y,则N的浓度增大
3.已知:2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)　ΔH=-25 kJ·mol-1。某温度下的平衡常数为400。此温度下,在1 L体积不变的密闭容器中加入CH3OH,某时刻测得各组分的物质的量浓度如表。下列说法中正确的是 (　　)
物质 CH3OH CH3OCH3 H2O
c/mol·L-1 0.08 1.6 1.6
A.此时刻反应未达到平衡状态
B.容器内压强不变时,说明反应达平衡状态
C.平衡时,容器中混合物的总能量降低40 kJ
D.平衡时,再加入与起始等量的CH3OH,达新平衡后CH3OH体积分数减小
4.在恒压、NO和O2的起始浓度一定的条件下,催化反应相同时间,测得不同温度下NO转化为NO2的转化率如图中实线所示(图中虚线表示相同条件下NO的平衡转化率随温度的变化)。
下列说法不正确的是 (　　)
A.反应2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的ΔH<0
B.图中X点所示条件下,延长反应时间能提高NO转化率
C.图中Y点所示条件下,增加O2的浓度不能提高NO转化率
D.380 ℃下,c起始(O2)=5.0×10-4 mol·L-1,NO平衡转化率为50%,则平衡常数K>2 000
5.室温下,某溶液初始时仅溶有M,同时发生以下两个反应:①M===X+Y;②M===X+Z。反应①的速率可表示为v1=k1c(M),反应②的速率可表示为v2=k2c(M)(k1、k2为速率常数)。体系中生成物浓度(c)随时间(t)变化的曲线如图所示。下列说法错误的是 (　　)
A.0~10 s内,M的平均反应速率v2(M)=0.7 mol·L-1·s-1
B.温度不变,反应过程中的值不变
C.反应①的活化能比反应②的活化能大
D.温度升高,体系中的值减小
6.CO2电催化还原制备CH3OH的反应历程如图所示(部分物质未画出)。
主反应:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH1
副反应:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH2
下列说法正确的是 (　　)
A.催化剂可同时降低主、副反应的活化能,从而降低ΔH1、ΔH2
B.*OCH2与H+结合形成*OCH3
C.反应过程中有极性键和非极性键的断裂与生成
D.反应*CO+*OH+*HCO+*H2O为决速步
7.温度为T ℃,向体积不等的恒容密闭容器中均充入1 mol气体X,发生反应:X(g)Y(g)+Z(g)　ΔH,反应均进行10 min,测得各容器中X的转化率与容器体积的关系如图所示。
下列说法正确的是 (　　)
A.a点再充入一定量的X,X的转化率减小
B.d点有v正=v逆
C.正反应速率v(b)=v(d)
D.若c点为平衡点,则浓度平衡常数K=0.9
8.(2024·福建南平检测)中国科学家在人工合成淀粉方面取得重大突破性进展,该实验方法首先将CO2催化还原为CH3OH。已知CO2催化加氢的主要反应有
①CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=-49.4 kJ·mol-1
②CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2=+41.2 kJ·mol-1。
下列说法正确的是 (　　)
A.CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)　ΔH=+90.6 kJ·mol-1
B.其他条件不变,增大压强,有利于反应向生成CH3OH的方向进行
C.使用催化剂,能加快反应速率,但活化分子的百分数没有改变
D.升高温度,反应②的速率加快,反应①的速率减慢
9.一定条件下,分别在甲、乙、丙三个恒容密闭容器中加入A和B,发生反应:3A(g)+B(g)2C(g)　ΔH>0,448 K时该反应的化学平衡常数K=1,反应体系中各物质的物质的量浓度的相关数据如下:
容器 温度/K 起始时物质的 浓度/(mol·L-1) 10分钟时物质的 浓度/(mol·L-1)
c(A) c(B) c(C)
甲 448 3 1 0.5
乙 T1 3 1 0.4
丙 448 3 2 a
下列说法不正确的是 (　　)
A.甲中,10分钟内A的化学反应速率:v(A)=0.075 mol·L-1·min-1
B.甲中,10分钟时反应已达到化学平衡状态
C.乙中,T1<448 K、K乙D.丙中,达到化学平衡状态时A的转化率大于25%
10.(2024·辽宁大连检测)氨的催化氧化(生成NO和H2O)是工业制硝酸的基础,在1 L密闭容器中充入1 mol NH3和2 mol O2,测得有关产物的物质的量与温度的关系如图所示。下列说法错误的是 (　　)
A.可加入Pt-Rh合金作催化剂,提高反应的速率
B.氨的催化氧化最佳温度应控制在840 ℃左右
C.520 ℃时,NH3的转化率为40%
D.840 ℃以上,可能发生了反应:2NO(g)O2(g)+N2(g)
11.(2024·江西宜春检测)乙酸甲酯催化醇解反应可制备甲醇和乙酸己酯,其热化学方程式为CH3COOCH3(l)+C6H13OH(l)CH3COOC6H13(l)+CH3OH(l)　ΔH。已知v正=k正·x(CH3COOCH3)·x(C6H13OH), v逆=k逆·x(CH3COOC6H13)·x(CH3OH),其中v正、v逆为正、逆反应速率,k正、k逆为速率常数,x为各组分的物质的量分数。反应开始时,己醇和乙酸甲酯按物质的量之比1∶1投料,测得348 K、343 K、338 K下乙酸甲酯的转化率(α)随时间(t)的变化关系如图所示,下列说法错误的是 (　　)
A.ΔH>0
B.A、B、C、D四点中,v正最大的是A点,v逆最大的是D点
C.曲线①、②、③中,k正-k逆的值最大的是曲线①
D.348 K时,以物质的量分数表示的化学平衡常数Kx≈3.16
12.室温下,某溶液初始时仅溶有M和N且浓度相等,同时发生以下两个反应:①M+N===X+Y:②M+N===X+Z,反应①的速率可表示为v1=k1c2(M),反应②的速率可表示为v2=k2c2(M)(k1、k2为速率常数)。反应体系中组分M、Z的浓度随时间变化情况如图。下列说法错误的是 (　　)
A.0~30 min时间段内,Y的平均反应速率为6.67×10-8 mol·L-1·min-1
B.反应开始后,体系中Y和Z的浓度之比保持不变
C.如果反应能进行到底,反应结束时62.5%的M转化为Z
D.反应①的活化能比反应②的活化能大
13.将a mol X、Y混合气体(物质的量之比为1∶1)加入某容积可变的密闭容器中,发生反应:mX+nYpZ,保持一定温度,改变压强分别达到平衡时,测得不同压强下气体X的物质的量浓度如表所示。
压强p/Pa 2×105 5×105 1×106 3×106
c(X)/(mol·L-1) 0.08 0.20 0.40 0.80
下列说法一定正确的是 (　　)
A.保持一定温度,增大压强,平衡正向移动
B.当压强为3×106 Pa时,此反应的平衡常数表达式为Kp=
C.2×105 Pa时X的平衡转化率大于5×105 Pa时X的平衡转化率
D.当压强为2×105 Pa时,若再向体系中加入b mol Y,重新达到平衡时,体系中气体总物质的量为(a+b) mol
14.(2024·湖南雅礼中学检测)一定条件下利用H2和CO2合成乙烯的反应为6H2(g)+2CO2(g)CH2==CH2(g)+4H2O(g)。已知温度对CO2的平衡转化率及催化剂催化效率的影响如图所示。下列说法正确的是 (　　)
A.M点的正反应速率v正大于N点的逆反应速率v逆
B.若图中对应的投料比n(H2)∶n(CO2)=4∶1,则M点对应的乙烯的物质的量分数约为5.88%
C.250 ℃,催化剂对CO2平衡转化率的影响最大
D.当温度高于250 ℃,升高温度,平衡逆向移动导致催化剂的催化效率降低
二、非选择题:本题共3小题,共44分。
15.(15分)(2024·贵州适应性考试)苯乙烯是重要的有机化工原料,可用乙苯为原料制备苯乙烯。制备方法有直接脱氢法和氧化脱氢法。在298 K时反应的热化学方程式及其平衡常数如下:
(ⅰ)直接脱氢:C8H10(g)C8H8(g)+H2(g)
ΔH1=+118.0 kJ·mol-1,=2.7×10-10 Pa;
(ⅱ)氧化脱氢:C8H10(g)+O2(g)C8H8(g)+H2O(g)　ΔH2=-123.8 kJ·mol-1,=2.9×1027.5 P。
回答下列问题:
(1)(7分)①反应H2(g)+O2(g)===H2O(g)的ΔH3=　　　　　　　　(1分) kJ·mol-1,平衡常数=　　　　　　　　(1分)(、表示)。
②氧化脱氢的反应趋势远大于直接脱氢,其原因是　　　　　 　　　　　 　　　　　　(3分)。
③提高氧化脱氢反应平衡转化率的措施有　　　　　(1分)、　　　　　　(1分)。
(2)(6分)已知ΔG=ΔH-TΔS,忽略ΔH、ΔS随温度的变化。当ΔG<0时,反应能自发进行。在100 kPa下,直接脱氢反应的ΔG和随温度变化的理论计算结果如图所示。
①直接脱氢反应在常温下　　　　　　(1分)(填“能”或“不能”)自发进行。
②随温度的变化曲线为　　　　　　(1分)(填“a”或“b”),判断的理由是　　　　　　 　　　　　　(2分)。
③在某温度、100 kPa下,向密闭容器中通入1 mol气态乙苯发生直接脱氢反应,达到平衡时,混合气体中乙苯和氢气的分压相等,该反应的平衡常数=　　　　(2分)kPa(保留小数点后一位;分压=总压×物质的量分数)。
(3)(2分)乙苯脱氢制苯乙烯往往伴随副反应,生成苯和甲苯等芳香烃副产物。一定温度和压强条件下,为了增大反应速率和苯乙烯选择性,应当　　　　　 　　　　　　。
16.(14分)氢是理想的能源和重要化工原料。
Ⅰ .工业制取氢气的主要方法有煤转化、天然气转化等。煤制取氢的主要原理可简化为如下反应。
反应①:C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) ΔH1=-131.5 kJ·mol-1　
反应②:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH2=-41.2 kJ·mol-1　
反应③:CaO(s)+CO2(g)CaCO3(s) ΔH3=-179.2 kJ·mol-1　
对于反应aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g),其标准平衡常数=。在温度恒定为1 120 K的反应炉内加入2 mol C(s)、2mol H2O(g)、2 mol CaO(s),发生上述3个反应,反应过程中压强恒定为16p ,平衡时CO的分压p(CO)=5p 。已知:p =105 Pa,该温度下=20,=1。
(1)(2分)反应④:C(s)+CO2(g)2CO(g)　ΔH4=　　　　　　。
(2)(2分)该温度下反应②的标准平衡常数=　　　　　　。
(3)(4分)平衡时H2的分压p(H2)=　　　　　　Pa,平衡时剩余C(s)的质量=　　　　　　g。
Ⅱ .用氢气回收二氧化碳来合成甲酸是实现碳中和的有效途径,涉及的反应如下。
主反应:CO2(g)+H2(g)HCOOH(g)　ΔH
副反应:CO2(g)+H2(g)H2O(g)+CO(g)
(4)(4分)已知阿伦尼乌斯公式是反应速率常数随温度变化关系的经验公式,可写作Rln k=-+C(k为反应速率常数,Ea为反应活化能,R和C为常数)。为探究m、n两种催化剂对主反应的催化效能进行了实验,依据实验数据获得曲线如图所示。在m催化剂作用下,该反应的活化能Ea=　　　　　　　　 J·mol-1,对该反应催化效能较高的催化剂是　　　　(填“m”或“n”)。
(5)(2分)在某催化剂的作用下,CO2和H2发生主、副反应,维持压强不变,按照固定初始投料比将CO2和H2按一定流速通过该催化剂,测得下表数据。
温度/K CO2实际转化率/% 甲酸选择性/%
323 42.5 58.9
343 54.6 52.3
升高温度,CO2实际转化率提高而甲酸选择性降低,其原因是　　　　　 　　　　　　。
17.(15分)处理、回收和利用CO是环境科学研究的热点课题。回答下列问题:
(1)(4分)CO用于处理大气污染物N2O的反应为CO(g)+N2O(g)CO2(g)+N2(g)。在Zn+作用下该反应的具体过程如图1所示,反应过程中能量变化情况如图2所示。
总反应:CO(g)+N2O(g)CO2(g)+N2(g)　ΔH=　　　　　　(1分)kJ·mol-1;该总反应的决速步是反应　　　　　　(1分)(填“①”或“②”),判断的理由是 　　　　　 　　　　　　(2分)。
(2)(3分)已知:CO(g)+N2O(g)CO2(g)+N2(g)的速率方程为v=k·c(N2O),k为速率常数(与温度有关)。为提高反应速率,可采取的措施是　　　　　　(填序号)。
A.升温 B.恒容时,再充入CO
C.恒压时,再充入N2O D.恒压时,再充入N2
(3)(8分)在总压为100 kPa的恒容密闭容器中,充入一定量的CO(g)和N2O(g)发生上述反应,不同条件下达到平衡,T2 K时N2O的转化率与的变化曲线和=2时N2O的转化率与的变化曲线如图3所示。
①表示N2O的转化率随的变化曲线为　　　　(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。
②T1　　　　　　T2(填“>”或“<”),判断的理由是　　　　　 　　　　　　。
③已知:该反应的标准平衡常数Kθ=,其中pθ为标准压强(100 kPa),p(CO2)、p(N2)、p(N2O)和p(CO)为各组分的平衡分压,则T2 K时,该反应的标准平衡常数Kθ=　　　　(计算结果保留两位有效数字,p(分)=p(总)×物质的量分数)。
化学反应速率与化学平衡
1.答案　B
解析　反应HCl(g)+NH3(g)===NH4Cl(s)的ΔS<0,A不符合题意;2N2O5(g)===4NO2(g)+O2(g)的ΔS>0,高温下能自发进行,可知ΔH>0,B符合题意;反应O2(g)+2H2(g)===2H2O(l)的ΔS<0,C不符合题意;反应COCl2(g)===CO(g)+Cl2(g)的ΔS>0,且任何温度下均能自发进行,可知ΔH<0,D不符合题意。
2.答案　A
解析　A项,容积不变,通入稀有气体Ar,反应体系中各物质浓度不变,则①平衡不移动,错误;B项,Z为固体,则加入适量Z,①和②平衡均不移动,正确;C项,①为放热反应,②为吸热反应,则降温时无法判断Q浓度的增减,正确;D项,通入Y,①正向移动,Q浓度增加,则②逆向移动,则N的浓度增大,正确。
3.答案　C
解析　依据表中数据,此时Qc==400=K,说明此时刻已达到化学平衡,A错误;可逆反应两边气体的计量数之和相等,反应过程中压强始终不变,所以压强不变,不能说明反应达到平衡状态,B错误;平衡时,n(CH3OCH3)=1 L×1.6 mol·L-1=1.6 mol,反应放出能量为1.6 mol×25 kJ·mol-1=40 kJ,C正确;平衡时再加入与起始等量的甲醇,两次平衡是等效平衡,达到新平衡后,甲醇的体积分数不变,D错误。
4.答案　C
解析　随温度升高,化学反应速率增大,一定时间段内NO的转化率提高;随着温度升高,两条曲线重合,且NO的平衡转化率下降,说明温度升高,平衡逆向移动,则该反应为放热反应,ΔH<0,A正确;X点时反应未达到平衡状态,延长反应时间可提高NO转化率,B正确;Y点所示条件下,增加O2的浓度,平衡正向移动,NO转化率增大,C错误;设NO的起始浓度为a mol·L-1,由题给条件列三段式:
平衡常数K==2 000,D正确。
5.答案　D
解析　由反应化学方程式可知M的浓度变化量等于Y和Z的浓度变化量之和,0~10 s内,M的平衡反应速率v(M)= mol·L-1·s-1=0.7 mol·L-1·s-1,A正确;,温度不变,不变,则恒定不变,v1与v(Y)成正比,v2与v(Z)成正比,则的值不变,B正确;由图可知相同条件下,Z的生成速率大于Y,可知反应②的速率大于反应①,根据反应活化能越大反应速率越小,可知反应①的活化能比反应②的活化能大,C正确;不能确定温度升高对反应①和反应②的影响,故不能确定体系中的变化情况,D错误。
6.答案　D
解析　催化剂可同时降低主、副反应的活化能,但不能降低ΔH1、ΔH2,A错误;由反应历程图可知,*OCH2与H原子结合形成*OCH3,不是结合H+,B错误;依据图中变化关系,没有非极性键的形成,C错误;由反应历程图可知,反应*CO+*OH+*HCO+*H2O的活化能(1.64 eV)最大,该步反应速率最慢,为决速步,D正确。
7.答案　A
解析　容器容积越小反应物浓度越大,反应速率越快,所以a、b点容器中反应已经达到平衡,d点容器中反应未平衡。a点反应已达平衡,再充入一定量的X,新平衡时压强大于原平衡,X的转化率减小,A正确;d点反应未平衡,v正≠v逆,B错误;b点与d点X的转化率相同,各组分物质的量相同,因容积不同,所以各物质浓度不同,反应速率不同,C错误;若c点为平衡点,由列三段式可得浓度平衡常数K=,D错误。
8.答案　B
解析　根据盖斯定律可知,反应①-反应②得目标反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)　ΔH=ΔH1-ΔH2=-90.6 kJ·mol-1,A错误。由题意知反应①为反应前后气体分子数减小的反应,反应②为反应前后气体分子数不变的反应,其他条件不变,增大压强,对反应②无影响,而反应①平衡正向移动,则有利于反应向生成CH3OH的方向进行,B正确。使用催化剂,能降低反应的活化能,增大活化分子的百分数,使反应速率加快,C错误。升高温度,反应①、②的速率均加快,D错误。
9.答案　B
解析　甲中,10分钟时C的浓度为0.5 mol·L-1,则A的浓度减小0.75 mol·L-1,10分钟内A的化学反应速率v(A)=0.75 mol·L-1÷10 min=0.075 mol·L-1·min-1,故A正确;甲中,10分钟时C的浓度为0.5 mol·L-1,则A的浓度减小0.75 mol·L-1,B的浓度减小0.25 mol·L-1,10分钟时,c(A)=2.25 mol·L-1、c(B)=0.75 mol·L-1,浓度商Q=0,正反应吸热,升高温度,反应速率加快,平衡常数增大,若T1>448 K,10分钟时C的浓度应该大于0.5 mol·L-1,所以乙中,T1<448 K、K乙10.答案　C
解析　Pt-Rh合金作催化剂可以降低活化能,加快反应速率,A正确;根据题图可知,840 ℃时氨催化氧化生成NO的物质的量最多,N2的物质的量小,B正确;520 ℃时,生成0.2 mol NO和0.2 mol N2,根据氮原子守恒可知,转化了0.6 mol NH3,即NH3的转化率为60%,C错误;840 ℃以上,N2的物质的量增大,NO的物质的量减小,则可能发生了反应2NO(g)O2(g)+N2(g),D正确。
11.答案　B
解析　温度越高,反应速率越快,达到平衡所需时间越短,曲线①对应的反应速率最快,说明温度最高,即曲线①对应温度为348 K,曲线②对应温度为343 K,曲线③对应温度为338 K。由题图可知,温度越高,乙酸甲酯的平衡转化率越大,说明升高温度平衡正向移动,则该反应的ΔH>0,A正确。温度越高,反应速率越快,曲线①对应的温度最高,A点时反应向正反应方向进行,随着反应进行,v正逐渐减小,v逆逐渐增大,C点时反应达到平衡,则v正最大的是A点,v逆最大的是C点,B错误。该反应为吸热反应,升高温度,平衡正向移动,k正受温度影响较大,则升高温度,k正增大的程度大于k逆,故k正-k逆的值最大的是曲线①,C正确。348 K时,反应达到平衡时乙酸甲酯的转化率为64%,反应开始时,己醇和乙酸甲酯按物质的量之比1∶1投料,设己醇和乙酸甲酯的物质的量均为1 mol,则平衡时己醇、乙酸甲酯、乙酸己酯和甲醇的物质的量分别为0.36 mol、0.36 mol、0.64 mol和0.64 mol,各物质总的物质的量为2 mol,则该反应的Kx=≈3.16,D正确。
12.答案　A
解析　由图像可知,30 min时c(M)=0.3 mol·L-1、c(Z)=0.125 mol·L-1,所以c(Y)=0.5 mol·L-1-0.3 mol·L-1-0.125 mol·L-1=0.075 mol·L-1,所以0~30 min时间段内,v(Y)==0.002 5 mol·L-1·min-1,A符合题意;由v1=k1c2(M)、v2=k2c2(M)可知两反应的速率之比始终保持不变,则体系中Y和Z的浓度之比保持不变,B不符合题意;由A项可知,反应开始后,在相同的时间内体系中c(Y)∶c(Z)=0.075 mol·L-1∶0.125 mol·L-1=3∶5,所以如果反应进行到底将有即62.5%的M转化为Z,C不符合题意;由分析可知,在相同时间内生成Z较多,生成Y较少,即反应速率:①<②,所以反应①的活化能高于反应②的活化能,D不符合题意。
13.答案　D
解析　保持一定温度,X(g)和Y(g)起始量相同,容积可变,结合题表数据可知,在压强小于1×106 Pa时,增大压强为原来的x倍,X的平衡浓度=原来X平衡浓度的x倍,则压强小于1×106 Pa时增大压强,平衡不移动,m+n=p,且Z一定为气体;3×106 Pa是1×106 Pa的3倍,但3×106 Pa时,X的平衡浓度的值比0.40的3倍小,说明此时Z为非气态,在压强大于等于3×106 Pa时,增大压强,平衡正向移动,A错误。当压强为3×106 Pa时,Z为非气态,故此反应的平衡常数表达式为Kp=,B错误。对于反应前后气体分子数不变的反应,改变压强不影响反应物的平衡转化率,则2×105 Pa时X的平衡转化率与5×105 Pa时X的平衡转化率相等,C错误。当压强为2×105 Pa时,反应前后气体分子数不变,达到平衡时,体系共有a mol气体,再向体系中加入b mol Y,重新达到平衡时,体系中气体总物质的量为(a+b) mol,D正确。
14.答案　B
解析　由于N点对应的反应温度高、催化剂的催化效率低,而M点对应的反应温度低、催化剂的催化效率高,M点的正反应速率v正不一定大于N点的逆反应速率v逆,A错误;M点时CO2的平衡转化率为50%,设起始时n(CO2)=1 mol,则n(H2)=4 mol,列三段式计算:
M点时对应的乙烯的物质的量分数为×100%≈5.88%,B正确;催化剂只影响反应速率,不影响平衡移动和反应物的平衡转化率,C错误;由题图可知,该反应的催化剂在250 ℃左右活性最高,当温度高于250 ℃时,催化剂活性降低,导致催化效率降低,与平衡的移动无关,D错误。
15.(1)①-241.8　　②氧化脱氢反应和直接脱氢反应的ΔS均大于0,但氧化脱氢反应的ΔH<0,反应自发进行,直接脱氢反应的ΔH>0,反应高温下才能自发进行　③及时分离出产物 适当降低温度　(2)①不能　②b　反应为吸热反应,温度升高,平衡正向移动,增大　③33.3　(3)选择合适的催化剂
解析　(1)①反应H2(g)+O2(g)===H2O(g)由反应ⅱ-反应ⅰ可得,即ΔH3=ΔH2-ΔH1=(-123.8-118.0) kJ·mol-1=-241.8 kJ·mol-1;,,。②氧化脱氢反应和直接脱氢反应的ΔS均大于0,但氧化脱氢反应的ΔH<0,反应自发进行,直接脱氢反应的ΔH>0,反应在高温下才能自发进行,故氧化脱氢的反应趋势远大于直接脱氢。③提高氧化脱氢反应平衡转化率的措施有及时分离出产物、适当降低温度。(2)①直接脱氢反应的ΔH>0、ΔS>0,反应在高温下自发进行,在常温下不能自发进行。②反应为吸热反应,温度升高,平衡正向移动,增大,故b曲线为随温度的变化曲线。③设转化的C8H10的物质的量为x mol,可得三段式:
达到平衡时,混合气体中乙苯和H2的分压相等,根据阿伏加德罗定律及推论可知,此时1-x=x,解得x=0.5,平衡时混合气体的总物质的量为1.5 mol,≈33.3 kPa。(3)为了增大反应速率和苯乙烯选择性,可以选择合适的催化剂。
16.答案　(1)-90.3 kJ·mol-1　(2)0.8　(3)8×105　14.25
(4)9.6×104　n　(5)温度升高,主、副反应速率均加快,但副反应速率加快更多,导致甲酸的选择性降低
解析　(1)由盖斯定律可知,反应①-反应②可得反应④,则ΔH4=ΔH1-ΔH2=(-131.5 kJ·mol-1)-(-41.2 kJ·mol-1)=-90.3 kJ·mol-1。(2)题中已知平衡时CO的分压p(CO)=5p ,即=5,该温度下,=20,则=4,由=1,得=1,=0.8。(3)由题意知平衡时总压=p(CO2)+p(CO)+p(H2O)+p(H2)=p +5p +p(H2O)+p(H2)=16p ,由=4,得p(H2)=4p(H2O),代入可得p(H2O)=2p ,p(H2)=4×2p =8p =8×105 Pa。第一步:分析题意。由反应前后温度恒定为1 120 K,压强恒定为16p ,又反应炉体积不变,可知平衡时气体的总物质的量也为2 mol,要求剩余碳的质量,就要计算反应①碳的消耗量,即反应①生成CO或H2的量。第二步:计算平衡时相关物质的物质的量。平衡时氢气的物质的量为=1 mol,一氧化碳的物质的量为=0.625 mol。第三步:计算剩余碳的质量。设反应①生成氢气a mol,反应②生成氢气b mol,由题意可得a+b=1,a-b=0.625,联立解得a=0.812 5,则剩余碳的质量为(2 mol-0.812 5 mol)×12 g·mol-1=14.25 g。(4)将坐标(7.2,56.2)和(7.5,27.4)代入Rln k=-+C中,可知Ea=×103 J·mol-1=9.6×104 J·mol-1;对比图中直线m和n的斜率绝对值的大小可知,使用催化剂n时对应的Ea较小,则对该反应催化效能较高的催化剂是n。(5)温度升高,主、副反应速率均加快,但副反应速率加快更多,导致甲酸的选择性降低。
17.答案　(1)-361.22　①　反应①的最大活化能是149.6 kJ·mol-1,反应②的最大活化能是108.22 kJ·mol-1,反应②的活化能更小,故反应①是总反应的决速步　(2)AC
(3)①Ⅱ　②>　曲线Ⅰ表示的变化,由于ΔH<0,则越大,T越小,N2O的转化率越大,故T1>T2　③0.64
解析　(1)总反应:CO(g)+N2O(g)CO2(g)+N2(g)　ΔH=-361.22 kJ·moI-1;总反应的决速步是活化能最大的步骤,反应①最大活化能是149.6 kJ·mol-1,反应②最大活化能是108.22 kJ·mol-1,所以决速步是反应①。(2)升温,k增大速率加快,A正确;恒容时,再充入CO,根据v=k·c(N2O)知,c(N2O)不变,速率不变,B错误;恒压时,再充入N2O,根据v=k·c(N2O)知,c(N2O)增大,速率加快,C正确;恒压时,再充入N2,c(N2O)减小,速率减慢,D错误。(3)①CO的物质的量不变时,N2O的物质的量越多,其转化率越低,符合的曲线为Ⅱ。②曲线Ⅰ为的变化曲线,由于ΔH<0,则越大,T越小,N2O的转化率越大,故T1>T2。③由题图3可知,T2 K、=2时,N2O的平衡转化率为30%,设起始时CO的物质的量为x mol,N2O的物质的量为2x mol,列出三段式:
Kθ=≈0.64,该反应的标准平衡常数Kθ为0.64。

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