资源简介

大题突破(二)　化学反应的热效应、速率和平衡综合题的解题策略
1.(2025·河北卷)乙二醇(EG)是一种重要的基础化工原料,可通过石油化工和煤化工等工业路线合成。
(1)石油化工路线中,环氧乙烷(EO)水合工艺是一种成熟的乙二醇生产方法,环氧乙烷和水反应生成乙二醇,伴随生成二乙二醇(DEG)的副反应。
主反应:EO(aq)+H2O(l)===EG(aq)　ΔH<0
副反应:EO(aq)+EG(aq)===DEG(aq)
体系中环氧乙烷初始浓度为1.5 mol·L-1,恒温下反应30 min,环氧乙烷完全转化,产物中n(EG)∶n(DEG)=10∶1。
①0~30 min内,v总(EO)=　　　　　　　　　 mol·L-1·min-1。
②下列说法正确的是　　　　　　　　　　　　(填序号)。
a.主反应中,生成物总能量高于反应物总能量
b.0~30 min内,v总(EO)=v总(EG)
c.0~30 min内,v主(EG)∶v副(DEG)=11∶1
d.选择适当催化剂可提高乙二醇的最终产率
(2)煤化工路线中,利用合成气直接合成乙二醇,原子利用率可达100%,具有广阔的发展前景。反应如下:
2CO(g)+3H2(g)HOCH2CH2OH(g)　ΔH
按化学计量比进料,固定平衡转化率α,探究温度与压强的关系。α分别为0.4、0.5和0.6时,温度与压强的关系如图:
①代表α=0.6的曲线为　　　　(填“L1”“L2”或“L3”);原因是　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　。
②ΔH　　　　0(填“>”“<”或“=”)。
③已知:反应aA(g)+bB(g)yY(g)+zZ(g),Kx=,x为组分的物质的量分数。
M、N两点对应的体系,Kx(M)　　　　Kx(N)(填“>”“<”或“=”),D点对应体系的Kx的值为　　　　。
④已知:反应aA(g)+bB(g)yY(g)+zZ(g),Kp=,p为组分的分压。调整进料比为n(CO)∶n(H2)=m∶3,系统压强维持p0 MPa,使α(H2)=0.75,此时Kp=　　　　 MPa-4(用含有m和p0的代数式表示)。
2.(2024·重庆卷)高辛烷值的汽油可提升发动机的抗爆震性能,异构烷烃具有较高的辛烷值。
(1)在密闭容器中,n-C5H12(正戊烷)发生异构化反应,可同时生成i-C5H12(异戊烷)和t-C5H12(新戊烷),其平衡常数Kp随温度的变化如下表所示。
异构化反应 Kp
456 K 486 K 512 K
反应1 n-C5H12(g)i-C5H12(g) 2.80 2.50 2.31
反应2 n-C5H12(g)t-C5H12(g) 1.40 1.00 0.77
①体系平衡后,增加压强,反应1的平衡　　　　　(填“正向移动”“逆向移动”或“不移动”)。
②456 K平衡时,i-C5H12和t-C5H12的体积比值为　　　　　　。
③根据上表数据推断t-C5H12i-C5H12为吸热反应,其推断过程是　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　。
(2)加入H2后,n-C5H12在双功能催化剂Pt/分子筛上发生异构化反应且选择性高,主要产物为i-C5H12,其反应机理如下(表示分子筛固体酸催化剂):
对于反应,下列说法正确的是　　　　　　。
A.Pt只能催化脱氢反应,不能催化加氢反应
B.H2的加入增大了平衡常数,有利于反应的进行
C.分子筛固体酸催化剂酸性越强,越有利于的形成
D.H2的加入促进了的加氢反应,减少了副反应的发生
(3)Pb(CH2CH3)4(四乙基铅)能提高汽油的辛烷值,可电解合成。电解池的阳极为Pb,阴极为碳钢,电解液为溶有格氏试剂(CH3CH2MgClCH3C+MgCl+)的有机体系。
①阳极上生成Pb(CH2CH3)4的电极反应式为　　　　　　　　　　　　。
②为了实现阴极产物的循环利用,电解一段时间后,需在阴极区不断加入适量的CH3CH2Cl,其原理是　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　。
③为减少铅污染,Pb(CH2CH3)4被限制使用。(CH3O)2CO是一种潜在替代品,其电解合成的原理如图所示(Pt/C为催化剂)。总反应化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　;
外电路转移1 mol电子时,理论上可生成(CH3O)2CO的物质的量为　　　　　　mol。
题目特点:试题一般聚焦符合时代特征的热点主题命制,围绕相关主题解决实际问题。试题命制不仅关注知识的深度考查,而且更注重知识的融合拓展,如适度融合有机、实验或结构的相关内容。
考查角度:
考法 常考题点
基础考法 1.计算ΔH和目标热化学方程式的书写; 2.化学反应速率的简单计算
综合考法 1.速率平衡中归因类简答题; 2.化学平衡常数、平衡转化率的有关计算; 3.电极反应式和电池方程式的书写、电化学的有关计算
应用创 新考法 1.结合图像分析影响反应速率和平衡的因素; 2.根据表格或图像求解速率和平衡常数; 3.借助反应原理考查物质结构与性质
一、理清两类问题
二、建构四种思维模型
1.盖斯定律运算“加和法”
(1)确定目标反应中的物质存在于哪个已知热化学方程式中及所处的位置与化学计量数。
(2)根据目标反应调整已知反应的方向、计量数和焓变。
(3)根据调整好的已知热化学方程式进行加和运算,进而确定目标热化学方程式或焓变(ΔH)。
2.电化学“二模型”
(1)原电池模型
(2)电解池模型
3.速率与平衡的计算“三段式”
(1)根据题意在反应的下方确定或设定有关起始量、转化量和平衡量(这里的量可以是物质的量、物质的量浓度、分压等)。
(2)根据题中所求的物理量的表示式代入上述有关量进行换算或计算。在进行有关计算时,要注意对单位的要求。
4.速率和平衡的图像分析——“二步”模型
第一步:通过读图识图获取有用信息
第二步:对获取的图像信息进行加工处理
(对图像信息加工处理的角度如图所示)
1.(2025·山东卷)利用CaS循环再生可将燃煤尾气中的SO2转化生产单质硫,涉及的主要反应如下:
Ⅰ.CaS(s)+2SO2(g)CaSO4(s)+S2(g)　ΔH1
Ⅱ.CaSO4(s)+4H2(g)CaS(s)+4H2O(g)　ΔH2
Ⅲ.SO2(g)+3H2(g)H2S(g)+2H2O(g)　ΔH3
恒容条件下,按1 mol CaS、1 mol SO2和0.1 mol H2投料反应。平衡体系中,各气态物种的lg n随温度的变化关系如图所示,n为气态物种物质的量的值。已知:图示温度范围内反应Ⅱ平衡常数K=108基本不变。
回答下列问题:
(1)反应4H2(g)+2SO2(g)4H2O(g)+S2(g)的焓变ΔH=　　　　　　　　(用含ΔH1、ΔH2的代数式表示)。
(2)乙线所示物种为　　　　(填化学式)。反应Ⅲ的焓变ΔH3　　　　0(填“>”“<”或“=”)。
(3)T1温度下,体系达平衡时,乙线、丙线所示物种的物质的量相等,若丁线所示物种为a mol,则S2为　　　　 mol(用含a的代数式表示);此时,CaS与CaSO4物质的量的差值n(CaS)-n(CaSO4)=　　　　 mol(用含a的最简代数式表示)。
(4)T2温度下,体系达平衡后,压缩容器体积S2产率增大。与压缩前相比,重新达平衡时,H2S与H2物质的量之比　　　　(填“增大”“减小”或“不变”),H2O物质的量n(H2O)　　　　(填“增大”“减小”或“不变”)。
2.(2024·北京卷)HNO3是一种重要的工业原料。可采用不同的氮源制备HNO3。
(1)方法一:早期以硝石(含NaNO3)为氮源制备HNO3,反应的化学方程式为H2SO4(浓)+NaNO3===NaHSO4+HNO3↑。该反应利用了浓硫酸的性质是酸性和　　　　　　。
(2)方法二:以NH3为氮源催化氧化制备HNO3,反应原理分三步进行。
NH3NONO2HNO3
①第Ⅰ步反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　。
②针对第Ⅱ步反应进行研究:在容积可变的密闭容器中,充入2n mol NO和n mol O2进行反应。在不同压强下(p1、p2),反应达到平衡时,测得NO转化率随温度的变化如图1所示。解释y点的容器容积小于x点的容器容积的原因　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　。
(3)人工固氮是高能耗的过程,结合N2分子结构解释原因　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　。
方法三为N2的直接利用提供了一种新的思路。
大题通关练(二)　化学反应的热效应、速率和平衡综合题
1.(2025·湖北荆州阶段练)我国力争于2030年前做到碳达峰,2060年前实现碳中和。CH4与CO2重整是CO2利用的研究热点之一、该重整反应体系主要涉及以下反应:
a)CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) 　ΔH1
b)CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH2
c)CH4(g)C(s)+2H2(g)　ΔH3
d)2CO(g)CO2(g)+C(s)　ΔH4
e)CO(g)+H2(g)H2O(g)+C(s)　ΔH5
(1)上述反应体系在一定条件下建立平衡后,下列说法正确的有　　　　。
A.增大CO2与CH4的浓度,反应a、b、c的正反应速率都增加
B.移去部分C(s),反应c、d、e的平衡均向右移动
C.加入反应a的催化剂,可提高CH4的平衡转化率
D.降低反应温度,反应a~e的正、逆反应速率都减小
(2)重整反应体系中,除碳(C)外沸点最高的物质为　　　　(写化学式)。
(3)设为相对压力平衡常数,其表达式写法:在浓度平衡常数表达式中,用相对分压代替浓度。气体的相对分压等于其分压(单位为kPa)除以p0(p0=100 kPa)。反应a、c、e的ln (温度的倒数)的变化如图所示。
①反应a、c、e中,属于放热反应的有　　　　　　(填字母)。
②反应c的相对压力平衡常数表达式为=　　　　。
③在图中A点对应温度下、原料组成n(CO2)∶n(CH4)=1∶1、初始总压为100 kPa的恒容密闭容器中进行反应,体系达到平衡时H2的分压为40 kPa。平衡时CH4的分压= 　　　　　　kPa,CH4的平衡转化率= 　　　　　　。
(4)CO2用途广泛,写出基于其物理性质的一种用途:　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　。
2.(2025·菏泽一模)TiCl4用于制备海绵钛和钛白粉。一定条件下,可利用金红石(TiO2)、C和Cl2反应制得,涉及主要反应如下:
Ⅰ.TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s)TiCl4(g)+2CO(g)　ΔH1=-49 kJ·mol-1
Ⅱ.TiO2(s)+2Cl2(g)+C(s)TiCl4(g)+CO2(g)　ΔH2=-222 kJ·mol-1
Ⅲ.C(s)+CO2(g)2CO(g)　ΔH3
回答下列问题:
(1)ΔH3=　　　　　　kJ·mol-1。
(2)若在100 kPa下,足量的TiO2、C和Cl2发生上述反应,达到平衡后,气相中TiCl4、CO和CO2摩尔分数随温度的变化关系如图所示。
结合上图分析,实际生产中反应温度选择800~1 000 ℃的原因是　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　。
200 ℃时若向平衡体系中通入少量Cl2,TiO2氯化反应的化学平衡将　　　　　　(填“正向移动”“逆向移动”或“不移动”),Cl2的平衡转化率　　　　　　(填“增大”“减小”或“不变”)。1 200 ℃时,反应Ⅰ的平衡常数Kp=　　　　　　 kPa。
(3)一定条件下,若向15 L恒容容器中加入5 mol TiO2与15 mol碳粉,通入10 mol Cl2发生上述反应,不同时间测得混合体系内各物理量见下表:
t/min 10 20 30 40
n(Cl2)/mol 6 2.5 1 1
n(C)/mol 12 10 9 9
p(CO)∶p(CO2) 2∶1 1∶1 1∶1 1∶1
已知起始总压强为6 MPa,10 min时,体系总压强为　　　　　　MPa;0~20 min内,用TiCl4压强变化表示的化学反应速率v=　　　　　　MPa·min-1。
3.(2025·八省联考四川卷)甲烷氧化偶联制乙烯是提高甲烷附加值的一项重要研究课题,其涉及的反应如下:
①4CH4(g)+O2(g)2C2H6(g)+2H2O(g)　ΔH1=-354 kJ·mol-1
②2CH4(g)+O2(g)C2H4(g)+2H2O(g) ΔH2=-282 kJ·mol-1
③CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(g) ΔH3=-803 kJ·mol-1
已知:以乙烯为例,其选择性定义为×100%。
回答下列问题:
(1)C2H6氧化生成C2H4的热化学方程式④为　　　　　　　　　　　　,
反应的ΔS　　　　0(填“>”“<”或“=”),反应　　　　(填“能”或“不能”)自发进行。
(2)CH4氧化偶联生成C2H4分步进行,C2H6和C2H4的选择性随反应时间的变化关系如图所示,第一步反应的产物为　　　　。
(3)恒压进料,原料气的n(CH4)∶n(O2)对CH4转化率与C2H6、C2H4、CO2选择性的影响如图所示,根据本研究课题的目的,n(CH4)∶n(O2)在　　　　(填“2~3”或“3~4”)更优,其原因是　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　。
(4)一定条件下,C2H4的生成速率v与O2分压p间的关系为:lg v=lgp+1.1。若O2的初始分压为p0,随着反应进行,当C2H4的生成速率v降低到其初始生成速率v0的时,则O2分压p=　　　　(用p0表示)。
(5)若n(CH4)∶n(O2)=3.5∶1、初始压强为450 kPa,在恒容反应器中达平衡,CH4的转化率为30%,C2H4和C2H6的选择性均为40%,则反应④的平衡常数Kp=　　　　 kPa(保留整数)。
4.(2025·福建厦门一模)CO2-CH4催化重整是减缓温室效应、实现碳中和的重要方式,其主反应为CO2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g)　ΔH,反应体系还涉及以下副反应:
ⅰ.CH4(g)C(s)+2H2(g) ΔH1=+75.0 kJ·mol-1
ⅱ.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2=+41.0 kJ·mol-1
ⅲ.CO(g)+H2(g)C(s)+H2O(g) ΔH3=-131.0 kJ·mol-1
(1)主反应的ΔH=　　　　 kJ·mol-1。
(2)我国学者对催化重整的主反应进行理论研究,提出在Pt-Ni或Sn-Ni合金催化下,先发生甲烷逐级脱氢反应,其反应历程如图所示(*表示吸附在催化剂表面)。
①该历程中最大能垒E(正)=　　　　　　　　 eV·mol-1。
②其他条件相同时,催化重整的主反应在不同催化剂下反应相同时间,CO的产率随反应温度的变化如图所示:
B是　　　　　　合金催化下CO的产率随温度的变化曲线,A、B曲线到达W点后重合,请解释原因 　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　。
(3)在1 L恒容密闭容器中通入1 mol H2及一定量CO,反应ⅲ中CO的平衡转化率随n(CO)及温度变化如图:
①A、B两点对应的CO正反应速率v正(A)　　　v正(B)(填“<”“=”或“>”,下同),B和C两点对应的反应温度TB　　　　TC。
②已知反应速率v正=k正x(CO)x(H2),v逆=k逆x(H2O),k为反应速率常数,x为气体的体积分数,在达到平衡状态为D点的反应过程(此过程为恒温)中,当某时刻CO的转化率刚好达到60%时,=　　　　。(用含k正和k逆的式子表示)
5.(2025·武汉联考)丙烯是一种重要的化工原料。工业上常用丙烷制备丙烯,方法有如下几种。
Ⅰ.丙烷氧化脱氢:2C3H8(g)+O2(g)2C3H6(g)+2H2O(g)　ΔH1=-236 kJ·mol-1
(1)下列操作有利于提高丙烷的平衡转化率的有　　　　　　(填序号)。
A.升温 B.减压
C.加催化剂 D.通O2
(2)某温度下,向刚性密闭容器中充入C3H8和O2的混合气体发生反应,下列能说明反应达到平衡状态的是　　　　　　(填序号)。
A.v正(O2)=2v逆(C3H6)
B.容器内压强不再变化
C.容器内混合气体密度不再变化
D.比值不变
Ⅱ.丙烷无氧脱氢:C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)　ΔH2,使用该方法制备丙烯时,体系中还存在副反应:C3H8(g)C2H4(g)+CH4(g)。
(3)已知几种共价键键能如下表所示:
共价键 C—H C—C C==C H—H
键能(kJ·mol-1) 413 348 615 436
①C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)　ΔH2=　　　　kJ·mol-1。
②丙烷无氧脱氢反应在　　　　　　(填“较高”“较低”或“任意”)温度下能自发进行。
(4)一定温度下,将C3H8和H2的混合气体通过催化剂Ga2O3(负载于Al3O3)的表面。反应过程中,催化剂Ga2O3会与H2反应生成另一催化剂Ga-H/GaOx,使用不同催化剂时,Rlnk和的关系如图甲所示(其中a为Ga2O3,b为Ga-H/GaOx),反应过程中丙烷平衡转化率、丙烯选择性以及丙烯生成速率随n(H2)∶n(C3H8)变化如图乙所示。
①已知Arrhenius经验公式为Rlnk=-+C(Ea为活化能,k为速率常数,R和C为常数)。在其他条件相同时,催化效果更好的是　　　　　　　　(填“Ga2O3”或“Ga-H/GaOx”)。判断依据是　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　。
②图乙中,代表丙烯生成速率的曲线为　　　　　(填“c”或“d”);恒温恒压条件下,向密闭容器中通入C3H8和H2混合气体使丙烯生成速率最大,丙烷无氧脱氢反应的Kp=　　　　　　MPa(已知压强为0.1 MPa,列出计算式即可)。 大题突破(二)　化学反应的热效应、速率和平衡综合题的解题策略
1.(2025·河北卷)乙二醇(EG)是一种重要的基础化工原料,可通过石油化工和煤化工等工业路线合成。
(1)石油化工路线中,环氧乙烷(EO)水合工艺是一种成熟的乙二醇生产方法,环氧乙烷和水反应生成乙二醇,伴随生成二乙二醇(DEG)的副反应。
主反应:EO(aq)+H2O(l)===EG(aq)　ΔH<0
副反应:EO(aq)+EG(aq)===DEG(aq)
体系中环氧乙烷初始浓度为1.5 mol·L-1,恒温下反应30 min,环氧乙烷完全转化,产物中n(EG)∶n(DEG)=10∶1。
①0~30 min内,v总(EO)=　　　　　　　　　 mol·L-1·min-1。
②下列说法正确的是　　　　　　　　　　　　(填序号)。
a.主反应中,生成物总能量高于反应物总能量
b.0~30 min内,v总(EO)=v总(EG)
c.0~30 min内,v主(EG)∶v副(DEG)=11∶1
d.选择适当催化剂可提高乙二醇的最终产率
(2)煤化工路线中,利用合成气直接合成乙二醇,原子利用率可达100%,具有广阔的发展前景。反应如下:
2CO(g)+3H2(g)HOCH2CH2OH(g)　ΔH
按化学计量比进料,固定平衡转化率α,探究温度与压强的关系。α分别为0.4、0.5和0.6时,温度与压强的关系如图:
①代表α=0.6的曲线为　　　　(填“L1”“L2”或“L3”);原因是　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　。
②ΔH　　　　0(填“>”“<”或“=”)。
③已知:反应aA(g)+bB(g)yY(g)+zZ(g),Kx=,x为组分的物质的量分数。
M、N两点对应的体系,Kx(M)　　　　Kx(N)(填“>”“<”或“=”),D点对应体系的Kx的值为　　　　。
④已知:反应aA(g)+bB(g)yY(g)+zZ(g),Kp=,p为组分的分压。调整进料比为n(CO)∶n(H2)=m∶3,系统压强维持p0 MPa,使α(H2)=0.75,此时Kp=　　　　 MPa-4(用含有m和p0的代数式表示)。
答案　(1)①0.05　②cd　(2)①L1　该反应为气体分子数减小的反应,温度相同时,增大压强,平衡正向移动,固定平衡转化率增大　②<　③=　12 ④
解析　(1)①环氧乙烷的初始浓度为1.5 mol·L-1,反应30 min,环氧乙烷完全转化,则0~30 min内。v总(EO)==0.05 mol·L-1·min-1。②主反应ΔH<0,为放热反应,生成物总能量低于反应物总能量,a错误;由题目信息知,合成乙二醇的过程中伴随着副反应的发生,EG既是主反应的生成物,又是副反应的反应物,即EG的浓度变化量小于EO的浓度变化量,故v总(EO)>v总(EG),b错误;由题目信息知,反应完成后产物中n(EG)∶n(DEG)=10∶1,即Δn(EG)∶Δn(DEG)=10∶1,反应时间相同,则v总(EG)∶v副(DEG)=10∶1,结v总(EG)=v主(EG)-v副(EG)可得,,则v主(EG)∶v副(DEG)=11∶1,c正确;选择适当催化剂可以提高主反应的选择性,从而提高乙二醇的最终产率,d正确。(2)①由题目信息知,该反应为气体分子数减小的反应,同一温度下,增大压强,平衡正向移动,则α增大,故L1、L2、L3分别代表α=0.6、0.5、0.4的曲线。②由图可知,压强相等时,温度越高则对应的平衡转化率α越小,即平衡逆向移动,故该反应为放热反应,ΔH<0。③M、N两点对应平衡转化率相等,则平衡时各组分物质的量分数均相等,故Kx(M)=Kx(N);D点对应的平衡转化率为0.5,根据题给信息知,该反应按化学计量比进料,设起始加入2 mol CO、3 mol H2,列三段式:
平衡时x(CO)=、x(H2)=、x(HOCH2CH2OH)=,则D点对应体系的Kx==12。④设在该条件下,起始时加入m mol CO和3 mol H2,α(H2)=0.75,则H2转化了2.25 mol,由此列三段式:
平衡时,x(CO)=、x(H2)=、x(HOCH2CH2OH)=,则Kp= MPa-4=
MPa-4。
2.(2024·重庆卷)高辛烷值的汽油可提升发动机的抗爆震性能,异构烷烃具有较高的辛烷值。
(1)在密闭容器中,n-C5H12(正戊烷)发生异构化反应,可同时生成i-C5H12(异戊烷)和t-C5H12(新戊烷),其平衡常数Kp随温度的变化如下表所示。
异构化反应 Kp
456 K 486 K 512 K
反应1 n-C5H12(g)i-C5H12(g) 2.80 2.50 2.31
反应2 n-C5H12(g)t-C5H12(g) 1.40 1.00 0.77
①体系平衡后,增加压强,反应1的平衡　　　　　(填“正向移动”“逆向移动”或“不移动”)。
②456 K平衡时,i-C5H12和t-C5H12的体积比值为　　　　　　。
③根据上表数据推断t-C5H12i-C5H12为吸热反应,其推断过程是　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　。
(2)加入H2后,n-C5H12在双功能催化剂Pt/分子筛上发生异构化反应且选择性高,主要产物为i-C5H12,其反应机理如下(表示分子筛固体酸催化剂):
对于反应,下列说法正确的是　　　　　　。
A.Pt只能催化脱氢反应,不能催化加氢反应
B.H2的加入增大了平衡常数,有利于反应的进行
C.分子筛固体酸催化剂酸性越强,越有利于的形成
D.H2的加入促进了的加氢反应,减少了副反应的发生
(3)Pb(CH2CH3)4(四乙基铅)能提高汽油的辛烷值,可电解合成。电解池的阳极为Pb,阴极为碳钢,电解液为溶有格氏试剂(CH3CH2MgClCH3C+MgCl+)的有机体系。
①阳极上生成Pb(CH2CH3)4的电极反应式为　　　　　　　　　　　　。
②为了实现阴极产物的循环利用,电解一段时间后,需在阴极区不断加入适量的CH3CH2Cl,其原理是　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　。
③为减少铅污染,Pb(CH2CH3)4被限制使用。(CH3O)2CO是一种潜在替代品,其电解合成的原理如图所示(Pt/C为催化剂)。总反应化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　;
外电路转移1 mol电子时,理论上可生成(CH3O)2CO的物质的量为　　　　　　mol。
答案　(1)①不移动　②2　③由盖斯定律可知,反应1-反应2得t-C5H12i-C5H12,根据上表数据,K(456 K)==2、K(486 K)==2.5、K(512 K)==3,升高温度,K值增大,反应正向进行
(2)C
(3)①Pb-4e-+4CH3C===Pb(CH2CH3)4
②阴极MgCl+得到电子发生还原反应生成镁单质:MgCl++2e-===Mg+Cl-,在阴极区不断加入适量的CH3CH2Cl,发生反应CH3CH2Cl+Mg===CH3CH2MgCl,实现阴极产物的循环利用
③2CH3OH+CO2===(CH3O)2CO+H2O　0.5
题目特点:试题一般聚焦符合时代特征的热点主题命制,围绕相关主题解决实际问题。试题命制不仅关注知识的深度考查,而且更注重知识的融合拓展,如适度融合有机、实验或结构的相关内容。
考查角度:
考法 常考题点
基础考法 1.计算ΔH和目标热化学方程式的书写; 2.化学反应速率的简单计算
综合考法 1.速率平衡中归因类简答题; 2.化学平衡常数、平衡转化率的有关计算; 3.电极反应式和电池方程式的书写、电化学的有关计算
应用创 新考法 1.结合图像分析影响反应速率和平衡的因素; 2.根据表格或图像求解速率和平衡常数; 3.借助反应原理考查物质结构与性质
一、理清两类问题
二、建构四种思维模型
1.盖斯定律运算“加和法”
(1)确定目标反应中的物质存在于哪个已知热化学方程式中及所处的位置与化学计量数。
(2)根据目标反应调整已知反应的方向、计量数和焓变。
(3)根据调整好的已知热化学方程式进行加和运算,进而确定目标热化学方程式或焓变(ΔH)。
2.电化学“二模型”
(1)原电池模型
(2)电解池模型
3.速率与平衡的计算“三段式”
(1)根据题意在反应的下方确定或设定有关起始量、转化量和平衡量(这里的量可以是物质的量、物质的量浓度、分压等)。
(2)根据题中所求的物理量的表示式代入上述有关量进行换算或计算。在进行有关计算时,要注意对单位的要求。
4.速率和平衡的图像分析——“二步”模型
第一步:通过读图识图获取有用信息
第二步:对获取的图像信息进行加工处理
(对图像信息加工处理的角度如图所示)
1.(2025·山东卷)利用CaS循环再生可将燃煤尾气中的SO2转化生产单质硫,涉及的主要反应如下:
Ⅰ.CaS(s)+2SO2(g)CaSO4(s)+S2(g)　ΔH1
Ⅱ.CaSO4(s)+4H2(g)CaS(s)+4H2O(g)　ΔH2
Ⅲ.SO2(g)+3H2(g)H2S(g)+2H2O(g)　ΔH3
恒容条件下,按1 mol CaS、1 mol SO2和0.1 mol H2投料反应。平衡体系中,各气态物种的lg n随温度的变化关系如图所示,n为气态物种物质的量的值。已知:图示温度范围内反应Ⅱ平衡常数K=108基本不变。
回答下列问题:
(1)反应4H2(g)+2SO2(g)4H2O(g)+S2(g)的焓变ΔH=　　　　　　　　(用含ΔH1、ΔH2的代数式表示)。
(2)乙线所示物种为　　　　(填化学式)。反应Ⅲ的焓变ΔH3　　　　0(填“>”“<”或“=”)。
(3)T1温度下,体系达平衡时,乙线、丙线所示物种的物质的量相等,若丁线所示物种为a mol,则S2为　　　　 mol(用含a的代数式表示);此时,CaS与CaSO4物质的量的差值n(CaS)-n(CaSO4)=　　　　 mol(用含a的最简代数式表示)。
(4)T2温度下,体系达平衡后,压缩容器体积S2产率增大。与压缩前相比,重新达平衡时,H2S与H2物质的量之比　　　　(填“增大”“减小”或“不变”),H2O物质的量n(H2O)　　　　(填“增大”“减小”或“不变”)。
答案　(1)ΔH1+ΔH2　(2)H2O　<　
(3)150a　(4)增大　减小
解析　(1)根据盖斯定律,由Ⅰ+Ⅱ可得4H2(g)+2SO2(g)4H2O(g)+S2(g)　ΔH=ΔH1+ΔH2。(2)根据图示温度范围内反应Ⅱ平衡常数K=108基本不变知,恒有=108,=102,则=102,lg n(H2O)-lg n(H2)=2,结合图中曲线变化曲势知,乙线表示H2O,丁线表示H2。温度升高,S2逐渐减少,反应Ⅰ的平衡逆向移动,则SO2逐渐增多,故丙线为SO2,甲线为H2S,结合K3=知,温度升高,K3减小,故反应Ⅲ的平衡逆向移动,反应Ⅲ为放热反应,ΔH3<0。(3)T1温度下,平衡体系中H2的物质的量为a mol,H2O和SO2的物质的量相等,根据=102,知n(H2O)=n(SO2) =100a mol,根据H守恒,n(H2)+n(H2O)+n(H2S) =0.1 mol,则n(H2S) =(0.1-101a) mol;根据S守恒,n(H2S)+n(SO2)+2n(S2)=1 mol,则n(S2)= mol;根据O守恒,n(H2O)+2n(SO2)+4n(CaSO4)=2 mol, 则n(CaSO4)= mol;根据 Ca 守恒,n(CaS)+n(CaSO4) =1 mol,则n(CaS)=1-() mol= mol,故n(CaS)-n(CaSO4)= mol =150a mol。(4)T2温度下,体系达平衡后,压缩容器体积,反应Ⅰ、Ⅲ的平衡正向移动,重新达平衡时,H2S与H2物质的量之比 增大,反应Ⅱ的平衡常数K=基本不变,重新平衡时H2的物质的量减小,则n(H2O)减小。
2.(2024·北京卷)HNO3是一种重要的工业原料。可采用不同的氮源制备HNO3。
(1)方法一:早期以硝石(含NaNO3)为氮源制备HNO3,反应的化学方程式为H2SO4(浓)+NaNO3===NaHSO4+HNO3↑。该反应利用了浓硫酸的性质是酸性和　　　　　　。
(2)方法二:以NH3为氮源催化氧化制备HNO3,反应原理分三步进行。
NH3NONO2HNO3
①第Ⅰ步反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　。
②针对第Ⅱ步反应进行研究:在容积可变的密闭容器中,充入2n mol NO和n mol O2进行反应。在不同压强下(p1、p2),反应达到平衡时,测得NO转化率随温度的变化如图1所示。解释y点的容器容积小于x点的容器容积的原因　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　。
(3)人工固氮是高能耗的过程,结合N2分子结构解释原因　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　。
方法三为N2的直接利用提供了一种新的思路。
答案　(1)难挥发性
(2)①4NH3+5O24NO+6H2O　②x、y点NO转化率相同,p1>p2,压强对容器容积的影响大于温度的影响
(3)N2中存在氮氮三键,键能高,断裂时需要较大的能量
解析　(1)该反应为复分解反应,生成的HNO3为气体,能促进反应正向进行,浓硫酸体现了酸性和难挥发性。(2)①第Ⅰ步反应为氨气催化氧化生成NO的反应,化学方程式为4NH3+5O24NO+6H2O。②第Ⅱ步反应为2NO+O22NO2,该反应为气体分子数减小的反应,其他条件不变,增大压强,平衡正向移动,NO的平衡转化率增大,故p1>p2,x、y点NO的转化率相同,则n(NO)相同,y点的温度和压强均高于x点,结合V=nRT/p知,y点的容器容积小于x点的容器容积,说明压强对容器容积的影响大于温度对容器容积的影响。(3)N2中存在氮氮三键,键能高,断裂时需要较大的能量,故人工固氮是高能耗的过程。
大题通关练(二)　化学反应的热效应、速率和平衡综合题
1.(2025·湖北荆州阶段练)我国力争于2030年前做到碳达峰,2060年前实现碳中和。CH4与CO2重整是CO2利用的研究热点之一、该重整反应体系主要涉及以下反应:
a)CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) 　ΔH1
b)CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH2
c)CH4(g)C(s)+2H2(g)　ΔH3
d)2CO(g)CO2(g)+C(s)　ΔH4
e)CO(g)+H2(g)H2O(g)+C(s)　ΔH5
(1)上述反应体系在一定条件下建立平衡后,下列说法正确的有　　　　。
A.增大CO2与CH4的浓度,反应a、b、c的正反应速率都增加
B.移去部分C(s),反应c、d、e的平衡均向右移动
C.加入反应a的催化剂,可提高CH4的平衡转化率
D.降低反应温度,反应a~e的正、逆反应速率都减小
(2)重整反应体系中,除碳(C)外沸点最高的物质为　　　　(写化学式)。
(3)设为相对压力平衡常数,其表达式写法:在浓度平衡常数表达式中,用相对分压代替浓度。气体的相对分压等于其分压(单位为kPa)除以p0(p0=100 kPa)。反应a、c、e的ln (温度的倒数)的变化如图所示。
①反应a、c、e中,属于放热反应的有　　　　　　(填字母)。
②反应c的相对压力平衡常数表达式为=　　　　。
③在图中A点对应温度下、原料组成n(CO2)∶n(CH4)=1∶1、初始总压为100 kPa的恒容密闭容器中进行反应,体系达到平衡时H2的分压为40 kPa。平衡时CH4的分压= 　　　　　　kPa,CH4的平衡转化率= 　　　　　　。
(4)CO2用途广泛,写出基于其物理性质的一种用途:　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　。
答案　(1)AD　(2)H2O　(3)①e　②　③16　68%　(4)做冷冻剂或人工降雨
解析　(1)A.增大CO2和CH4的浓度,对于反应a、b、c来说,均增大了反应物的浓度,反应的正反应速率增大,正确;B.C为固体,移去部分C(s),反应物和生成物的浓度均没有发生改变,反应的正逆反应速率均不变,反应c、d、e的平衡不移动,错误;C.催化剂可以同等条件下增大正逆反应速率,但不改变反应的平衡状态,平衡转化率不变,错误;D.降低温度,体系的总能量降低,正、逆反应速率均减小,正确。(2)重整反应体系中,除碳(C)外,水常温下为液态而其他物质均为气态,则沸点最高的物质为H2O。(3)①由图可知,随着温度的升高,反应a和c的ln增大,说明的数值增大,反应向正反应方向进行,反应a和c为吸热反应;而反应e的ln减小,说明减小,反应向逆反应方向进行,则反应e为放热反应。②反应中碳为固体不影响平衡常数,根据相对压力平衡常数定义可知,用相对分压代替浓度,则反应c的平衡常数表达式:。③由图可知,A处对应反应c的ln =0,即=1,则p2(H2)=100p(CH4),已知反应平衡时p(H2)=40 kPa,则p(CH4)=16 kPa,且初始状态时p(CH4)=×100 kPa=50 kPa,故CH4的平衡转化率为×100%=68%。(4)固态CO2即为干冰,干冰升华吸热可使周围环境的温度降低,用于冷冻剂或人工降雨均是利用其物理性质。
2.(2025·菏泽一模)TiCl4用于制备海绵钛和钛白粉。一定条件下,可利用金红石(TiO2)、C和Cl2反应制得,涉及主要反应如下:
Ⅰ.TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s)TiCl4(g)+2CO(g)　ΔH1=-49 kJ·mol-1
Ⅱ.TiO2(s)+2Cl2(g)+C(s)TiCl4(g)+CO2(g)　ΔH2=-222 kJ·mol-1
Ⅲ.C(s)+CO2(g)2CO(g)　ΔH3
回答下列问题:
(1)ΔH3=　　　　　　kJ·mol-1。
(2)若在100 kPa下,足量的TiO2、C和Cl2发生上述反应,达到平衡后,气相中TiCl4、CO和CO2摩尔分数随温度的变化关系如图所示。
结合上图分析,实际生产中反应温度选择800~1 000 ℃的原因是　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　。
200 ℃时若向平衡体系中通入少量Cl2,TiO2氯化反应的化学平衡将　　　　　　(填“正向移动”“逆向移动”或“不移动”),Cl2的平衡转化率　　　　　　(填“增大”“减小”或“不变”)。1 200 ℃时,反应Ⅰ的平衡常数Kp=　　　　　　 kPa。
(3)一定条件下,若向15 L恒容容器中加入5 mol TiO2与15 mol碳粉,通入10 mol Cl2发生上述反应,不同时间测得混合体系内各物理量见下表:
t/min 10 20 30 40
n(Cl2)/mol 6 2.5 1 1
n(C)/mol 12 10 9 9
p(CO)∶p(CO2) 2∶1 1∶1 1∶1 1∶1
已知起始总压强为6 MPa,10 min时,体系总压强为　　　　　　MPa;0~20 min内,用TiCl4压强变化表示的化学反应速率v=　　　　　　MPa·min-1。
答案　(1)+173　(2)其他条件不变时,温度低于800 ℃,反应速率慢,高于1 000 ℃,TiCl4的摩尔分数显著降低　正向移动　不变　3 600 (3)6.6　0.112 5
3.(2025·八省联考四川卷)甲烷氧化偶联制乙烯是提高甲烷附加值的一项重要研究课题,其涉及的反应如下:
①4CH4(g)+O2(g)2C2H6(g)+2H2O(g)　ΔH1=-354 kJ·mol-1
②2CH4(g)+O2(g)C2H4(g)+2H2O(g) ΔH2=-282 kJ·mol-1
③CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(g) ΔH3=-803 kJ·mol-1
已知:以乙烯为例,其选择性定义为×100%。
回答下列问题:
(1)C2H6氧化生成C2H4的热化学方程式④为　　　　　　　　　　　　,
反应的ΔS　　　　0(填“>”“<”或“=”),反应　　　　(填“能”或“不能”)自发进行。
(2)CH4氧化偶联生成C2H4分步进行,C2H6和C2H4的选择性随反应时间的变化关系如图所示,第一步反应的产物为　　　　。
(3)恒压进料,原料气的n(CH4)∶n(O2)对CH4转化率与C2H6、C2H4、CO2选择性的影响如图所示,根据本研究课题的目的,n(CH4)∶n(O2)在　　　　(填“2~3”或“3~4”)更优,其原因是　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　。
(4)一定条件下,C2H4的生成速率v与O2分压p间的关系为:lg v=lgp+1.1。若O2的初始分压为p0,随着反应进行,当C2H4的生成速率v降低到其初始生成速率v0的时,则O2分压p=　　　　(用p0表示)。
(5)若n(CH4)∶n(O2)=3.5∶1、初始压强为450 kPa,在恒容反应器中达平衡,CH4的转化率为30%,C2H4和C2H6的选择性均为40%,则反应④的平衡常数Kp=　　　　 kPa(保留整数)。
答案　(1)2C2H6(g)+O2(g)2C2H4(g)+2H2O(g)　ΔH=-210 kJ·mol-1　>　能
(2)C2H6
(3)2~3　n(CH4)∶n(O2)为2~3时,乙烯的选择性远大于乙烷的选择性,而n(CH4)∶n(O2)为3~4时,乙烯的选择性与乙烷的选择性相差不大,且n(CH4)∶n(O2)为2~3时CH4的转化率大
(4)　(5)416
解析　(1)由题意可知,乙烷氧化为乙烯的反应为2C2H6(g)+O2(g)2C2H4(g)+2H2O(g),由盖斯定律可知,反应②×2-反应①=反应④,则反应④的ΔH=(-282 kJ·mol-1)×2-(-354 kJ·mol-1)=-210 kJ·mol-1,反应的热化学方程式为2C2H6(g)+O2(g)2C2H4(g)+2H2O(g)　ΔH=-210 kJ·mol-1;该反应是熵增的放热反应,任何条件下,反应ΔH-TΔS均小于0,能自发进行;(2)由图可知,甲烷偶联生成乙烯起始反应时,乙烷的选择性大于乙烯的选择性,说明第一步反应的产物为乙烷;(3)由图可知,n(CH4)∶n(O2)为2~3时,乙烯的选择性远大于乙烷的选择性,而n(CH4)∶n(O2)为3~4时,乙烯的选择性与乙烷的选择性相差不大,且n(CH4)∶n(O2)为2~3时CH4的转化率大,所以甲烷氧化偶联制乙烯时n(CH4)∶n(O2)为2~3时更优;(4)由题意可知,反应起始时lg v0=lgp0+1.1①,随着反应进行,当C2H4的生成速率v降低到其初始生成速率v0的lgp+1.1②,联立方程解得氧气的分压p=;(5)设起始甲烷、氧气的物质的量依次为3.5 mol、1 mol,平衡时CH4的转化率为30%,乙烷和乙烯的选择性均为40%,则平衡时甲烷、乙烷和乙烯的物质的量为3.5 mol-3.5 mol×30%=2.45 mol、3.5 mol×30%×40%×=0.21 mol,由碳原子个数守恒可知,二氧化碳的物质的量为3.5 mol-2.45 mol-0.21 mol×2-0.21 mol×2=0.21 mol,由氢原子个数守恒可知,H2O(g)的物质的量为
=1.05 mol,由氧原子个数守恒可知,氧气的物质的量为=0.265 mol,则平衡时混合气体的总物质的量为4.395 mol,由物质的量之比等于压强之比可知,平衡时气体压强为=439.5 kPa,则反应④的平衡常数Kp=≈416 kPa。
4.(2025·福建厦门一模)CO2-CH4催化重整是减缓温室效应、实现碳中和的重要方式,其主反应为CO2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g)　ΔH,反应体系还涉及以下副反应:
ⅰ.CH4(g)C(s)+2H2(g) ΔH1=+75.0 kJ·mol-1
ⅱ.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2=+41.0 kJ·mol-1
ⅲ.CO(g)+H2(g)C(s)+H2O(g) ΔH3=-131.0 kJ·mol-1
(1)主反应的ΔH=　　　　 kJ·mol-1。
(2)我国学者对催化重整的主反应进行理论研究,提出在Pt-Ni或Sn-Ni合金催化下,先发生甲烷逐级脱氢反应,其反应历程如图所示(*表示吸附在催化剂表面)。
①该历程中最大能垒E(正)=　　　　　　　　 eV·mol-1。
②其他条件相同时,催化重整的主反应在不同催化剂下反应相同时间,CO的产率随反应温度的变化如图所示:
B是　　　　　　合金催化下CO的产率随温度的变化曲线,A、B曲线到达W点后重合,请解释原因 　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　。
(3)在1 L恒容密闭容器中通入1 mol H2及一定量CO,反应ⅲ中CO的平衡转化率随n(CO)及温度变化如图:
①A、B两点对应的CO正反应速率v正(A)　　　v正(B)(填“<”“=”或“>”,下同),B和C两点对应的反应温度TB　　　　TC。
②已知反应速率v正=k正x(CO)x(H2),v逆=k逆x(H2O),k为反应速率常数,x为气体的体积分数,在达到平衡状态为D点的反应过程(此过程为恒温)中,当某时刻CO的转化率刚好达到60%时,=　　　　。(用含k正和k逆的式子表示)
答案　(1)+247　(2)①3.809　②Sn—Ni　W点后,反应达到平衡,使用催化剂,化学平衡不移动,不影响CO的产率,故重合　(3)①<　>　②
解析　(1)由盖斯定律可知,反应ⅰ+ⅱ-ⅲ得到主反应,则反应焓变ΔH=(+75.0 kJ·mol-1)+(+41.0 kJ·mol-1)-(-131.0 kJ·mol-1)=+247 kJ·mol-1;(2)①由图可知,使用Sn—Ni催化剂时,由C+H*到过渡态2的能垒最大,能垒为5.496 eV·mol-1-1.687 eV·mol-1=3.809 eV·mol-1;②由反应历程示意图可知,使用Pt—Ni合金作催化剂时,整个过程中的每一步反应的活化能都较小,反应速率较快,催化效果更好;由一氧化碳的产率随反应温度变化的示意图可知,相同温度时,曲线A的反应速率大于曲线B,则曲线B表示Sn—Ni合金催化下一氧化碳的产率随温度的变化曲线;由图可知,W点一氧化碳的产率最高,反应达到平衡,催化剂只改变反应历程,化学平衡不移动,不影响一氧化碳的产率,所以A、B曲线到达W点后重合;(3)①由图可知,A点起始氢气和一氧化碳分别为1 mol、0.5 mol,平衡时一氧化碳的转化率为66.7%,则平衡时氢气、一氧化碳和水蒸气的浓度分别为=0.333 5 mol·L-1,反应的平衡常数KA=≈3.0,B点起始氢气和一氧化碳分别为1 mol、0.5 mol,平衡时一氧化碳的转化率为50%,则平衡时氢气、一氧化碳和水蒸气的浓度分别为-1-1=0.25 mol·L-1,反应的平衡常数KB=≈1.3,C点起始氢气和一氧化碳分别为1 mol、1 mol,平衡时一氧化碳的转化率为45%,则平衡时氢气、一氧化碳和水蒸气的浓度分别为-1-1=0.45 mol·L-1,反应的平衡常数KC=≈1.5,反应ⅲ是放热反应,升高温度,平衡向逆反应方向移动,化学平衡常数减小,A点平衡常数大于B点,所以A点的反应温度小于B点,正反应速率小于B点,B点的平衡常数小于C点,所以B点反应温度高于C点;②由图可知,D点起始氢气和一氧化碳分别为1 mol、1 mol,一氧化碳的转化率为60%,则氢气、一氧化碳和水蒸气的物质的量为1 mol-1 mol×60%=0.4 mol、1 mol-1 mol×60%=0.4 mol和1 mol×60%=0.6 mol,所以氢气、一氧化碳和水蒸气的物质的量分数分别为x(CO)=x(H2)=,x(H2O)=,已知反应速率公式可得。
5.(2025·武汉联考)丙烯是一种重要的化工原料。工业上常用丙烷制备丙烯,方法有如下几种。
Ⅰ.丙烷氧化脱氢:2C3H8(g)+O2(g)2C3H6(g)+2H2O(g)　ΔH1=-236 kJ·mol-1
(1)下列操作有利于提高丙烷的平衡转化率的有　　　　　　(填序号)。
A.升温 B.减压
C.加催化剂 D.通O2
(2)某温度下,向刚性密闭容器中充入C3H8和O2的混合气体发生反应,下列能说明反应达到平衡状态的是　　　　　　(填序号)。
A.v正(O2)=2v逆(C3H6)
B.容器内压强不再变化
C.容器内混合气体密度不再变化
D.比值不变
Ⅱ.丙烷无氧脱氢:C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)　ΔH2,使用该方法制备丙烯时,体系中还存在副反应:C3H8(g)C2H4(g)+CH4(g)。
(3)已知几种共价键键能如下表所示:
共价键 C—H C—C C==C H—H
键能(kJ·mol-1) 413 348 615 436
①C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)　ΔH2=　　　　kJ·mol-1。
②丙烷无氧脱氢反应在　　　　　　(填“较高”“较低”或“任意”)温度下能自发进行。
(4)一定温度下,将C3H8和H2的混合气体通过催化剂Ga2O3(负载于Al3O3)的表面。反应过程中,催化剂Ga2O3会与H2反应生成另一催化剂Ga-H/GaOx,使用不同催化剂时,Rlnk和的关系如图甲所示(其中a为Ga2O3,b为Ga-H/GaOx),反应过程中丙烷平衡转化率、丙烯选择性以及丙烯生成速率随n(H2)∶n(C3H8)变化如图乙所示。
①已知Arrhenius经验公式为Rlnk=-+C(Ea为活化能,k为速率常数,R和C为常数)。在其他条件相同时,催化效果更好的是　　　　　　　　(填“Ga2O3”或“Ga-H/GaOx”)。判断依据是　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　。
②图乙中,代表丙烯生成速率的曲线为　　　　　(填“c”或“d”);恒温恒压条件下,向密闭容器中通入C3H8和H2混合气体使丙烯生成速率最大,丙烷无氧脱氢反应的Kp=　　　　　　MPa(已知压强为0.1 MPa,列出计算式即可)。
答案　(1)BD　(2)BD
(3)①+123　②较高
(4)①Ga-H/GaOx　据Arrhenius经验公式,斜率越小,活化能越小,催化剂催化效果越好　②d　
解析　(1)A.该反应是放热反应,升温平衡向逆反应方向移动,丙烷的平衡转化率降低,故不符合题意;B.该反应是气体体积增大的反应,减压,平衡向正反应方向移动,丙烷的平衡转化率增大,故符合题意;C.加入催化剂,化学平衡不移动,丙烷的平衡转化率不变,故不符合题意;D.通入氧气,氧气浓度增大,平衡向正反应方向移动,丙烷的平衡转化率增大,故符合题意;(2)A.由方程式可知,v正(O2)=2v逆(C3H6)说明正、逆反应速率不相等,反应没有达到平衡,故不符合题意;B.该反应是气体体积增大的反应,反应中容器内压强增大,则容器内压强保持不变说明正、逆反应速率相等,反应已达到平衡,故符合题意;C.由质量守恒定律可知,反应前后气体的质量相等,在恒容密闭容器中混合气体的密度始终不变,则混合气体的密度保持不变不能说明正、逆反应速率相等,无法判断反应是否达到平衡,故不符合题意;D.反应中反应物的浓度减小,生成物的浓度增大,比值增大,则比值不变说明正、逆反应速率相等,反应已达到平衡,故符合题意;(3)①反应ΔH=反应物的键能之和—生成物的键能之和,则反应ΔH=(413×8+348×2) kJ·mol-1-(413×6+615+348+436) kJ·mol-1 =+123 kJ·mol-1;②丙烷无氧脱氢反应是熵增的吸热反应,较高温度条件下ΔH-TΔS<0,反应能自发进行;(4)①由Arrhenius经验公式可知,图中曲线的斜率越小,反应的活化能越小,则反应速率越快,由图可知,催化剂Ga2O3的斜率大于催化剂Ga-H/GaOx,所以催化效果更好的催化剂为Ga-H/GaOx。②由题给信息可知,增大氢气的量有利于生成更多催化效果更好的催化剂Ga-H/GaOx,使得反应速率逐渐增大,而氢气量的增加,会使主反应平衡向逆反应方向移动,使得丙烷的平衡转化率降低,所以曲线d为丙烯生成速率、曲线c为丙烷平衡转化率;由图可知,n(H2)∶n(C3H8)为2时,丙烯生成速率最大,丙烷平衡转化率为45%、丙烯选择性为90%,设氢气和丙烷的起始量分别为2 mol、1 mol,平衡时丙烷的物质的量为1 mol-1 mol×45%=0.55 mol、丙烯的物质的量为1 mol×45%×90%=0.405 mol,由方程式可知,主反应消耗丙烷和生成氢气的物质的量都为0.405 mol,则平衡时氢气的物质的量为2.405 mol;由方程式可知,副反应消耗丙烷、生成乙烯和甲烷的物质的量都为1 mol×45%-0.405 mol=0.045 mol,则丙烷无氧脱氢反应的平衡常数Kp=。

展开更多......

收起↑