題型逐點通關練(八)化學反應原理的相關分析-2025版世紀金榜二輪化學收官專項輔導與訓練

題型逐點通關練(八)化學反應原理的相關分析(30分鐘36分)1.(12分)(2024·太原一模節選)清潔能源的綜合利用有效降低碳排放,是實現“碳中和、碳達峰”的重要途徑。已知:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)ΔH>0,利用該反應可減少CO2排放,合成清潔能源。(1)下列能說明反應達到平衡狀態的是____(填字母)。(2分)

A.單位時間內生成1molCH3OH(g)的同時消耗了3molH2(g)B.在絕熱恒容的容器中,反應的平衡常數不再變化C.容器內c(CO2)∶c(H2)∶c(CH3OH)∶c(H2O)=1∶3∶1∶1D.在恒溫恒壓的容器中,混合氣體的平均摩爾質量不再變化(2)一定條件下,在一密閉容器中充入1molCO2和3molH2發生反應,如圖表示壓強為1.0MPa和4.0MPa下CO2的平衡轉化率隨溫度的變化關系。其中表示壓強為4.0MPa下CO2的平衡轉化率隨溫度變化的曲線為________(填“Ⅰ”或“Ⅱ”),a點對應的平衡常數Kp=________MPa-2。(列出計算式即可,Kp為以平衡分壓代替平衡濃度表示的平衡常數,分壓=總壓×物質的量分數)(4分)

(3)利用制備的甲醇可以催化制取丙烯,過程中發生如下反應:3CH3OH(g)C3H6(g)+3H2O(g),為探究M、N兩種催化劑的催化效能,進行相關實驗,依據實驗數據獲得如圖所示曲線。已知阿倫尼烏斯經驗公式為Rlnk=-EaT+C(Ea為活化能,假設受溫度影響忽略不計,k為速率常數,R和C為常數)。在M催化劑作用下,該反應的活化能Ea=________kJ·mol-1,從圖中信息獲知催化效能較低的催化劑是________(填“M”或“N”),判斷理由是________________________________。(6【解析】(1)A.單位時間內生成1molCH3OH(g)的同時消耗3molH2(g),反應進行的方向相同,雖然變化量之比等于化學計量數之比,但反應不一定達平衡狀態;B.在絕熱恒容的容器中,隨著反應的進行,混合氣的溫度不斷發生改變,平衡常數不斷發生改變,當反應的平衡常數不再變化時,反應達平衡狀態;C.容器內c(CO2)∶c(H2)∶c(CH3OH)∶c(H2O)=1∶3∶1∶1,即等于化學計量數之比,反應不一定達平衡狀態;D.在恒溫恒壓的容器中,由于反應前后氣體分子數不等,平均摩爾質量在不斷發生改變,當氣體的平均摩爾質量不再變化時,反應達平衡狀態。(2)對于反應CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)ΔH>0,增大壓強,平衡正向移動,CO2的平衡轉化率增大,則表示壓強為4.0MPa下CO2的平衡轉化率隨溫度變化的曲線為Ⅰ;一定條件下,在一密閉容器中充入1molCO2和3molH2發生反應,曲線Ⅱ表示壓強為1.0MPa下CO2的平衡轉化率隨溫度的變化關系,a點時CO2的平衡轉化率為40%,則可建立如下三段式:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)起始量(mol) 1 3 0 0變化量(mol) 0.4 1.2 0.4 0.4平衡量(mol) 0.6 1.8 0.4 0.4a點對應的平衡常數Kp=0.43.2(3)在M催化劑作用下,從圖中可采集數據,得出如下反應:3.0×10-3=-3.4×10-3Ea+C、9.2×10-3=-3.2×10-3Ea+C,從而求出該反應的活化能Ea=31kJ·mol-1;在N催化劑作用下,從圖中可采集數據,得出如下反應:1.0×10-3=-3.6×10-3Ea+C、9.2×10-3=-3.2×10-3Ea+C,從而求出該反應的活化能Ea=20.5kJ·mol-1。從圖中信息獲知催化效能較低的催化劑是M,判斷理由是由圖可知,直線M斜率小,Ea大,催化效能低(或N線計算的Ea=20.5kJ·mol-1,活化能小,催化效能高)。答案:(1)BD(2)Ⅰ1(3)31M由圖可知,直線M斜率小,Ea大,催化效能低(或N線計算的Ea=20.5kJ·mol-1,活化能小,催化效能高)2.(5分)CO2作為碳源加氫是能源再生的有效方法,利用CO2加氫生產甲醇是有前景的可再生路線之一。已知反應Ⅰ:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH1=+43kJ·mol-1反應Ⅱ:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)ΔH2=-41.1kJ·mol-1在催化劑作用下,發生上述反應達到平衡時CO2的平衡轉化率隨溫度和壓強的變化如圖所示,p1、p2、p3由大到小的順序為____________;壓強一定時,CO2的平衡轉化率呈現如圖變化趨勢的原因為________________________。

【解析】反應Ⅰ是氣體體積不變的反應,增大壓強,平衡不移動,反應Ⅱ是氣體體積減小的反應,增大壓強,平衡向正反應方向移動,二氧化碳的轉化率增大,由圖可知,壓強為p1、p2、p3時,二氧化碳的轉化率依次減小,則壓強的大小順序為p1>p2>p3;反應Ⅰ是吸熱反應,升高溫度,平衡向正反應方向移動,反應Ⅱ是放熱反應,升高溫度,平衡向逆反應方向移動,由圖可知,壓強一定時,溫度升高,二氧化碳的轉化率先增大后減小,說明TK之前以反應Ⅰ為主,轉化率隨著溫度升高而增大,TK之后以反應Ⅱ為主,轉化率隨著溫度升高而降低。答案:p1>p2>p3TK之前以反應Ⅰ為主,轉化率隨著溫度升高而增大,TK之后以反應Ⅱ為主,轉化率隨著溫度升高而減小3.(7分)(2024·德州三模節選)在催化作用下,溫度為T1℃時,將一定量CO2和H2充入密閉容器中發生如下反應:主反應Ⅰ:CO2(g)+H2(g)HCOOH(g)副反應Ⅱ:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH2=+41kJ·mol-1(1)實驗測得反應Ⅰ:v正=k正c(CO2)c(H2),v逆=k逆c(HCOOH),k正、k逆為速率常數。lgk與溫度的關系如圖甲所示,T1℃下,圖中A、B的縱坐標分別為a-0.7、a-1,則K=__________(已知10-0.3≈0.5)。(2分)

(2)溫度T2℃時,k正=0.8k逆,則T2________T1(填“>”“<”或“=”)(1分)

(3)實驗測得平衡時CO2的轉化率及HCOOH和CO的選擇性(產物的選擇性:生成的HCOOH或CO與轉化的CO2的比值)隨溫度變化如圖乙所示。曲線a表示________,200~360℃,升高溫度曲線b對應縱坐標值減小的原因是__________________________________。(4分)

【解析】(1)實驗測得反應Ⅰ:v正=k正c(CO2)c(H2),v逆=k逆c(HCOOH),k正、k逆為速率常數,lgk與溫度的關系如圖甲所示,主反應Ⅰ:CO2(g)+H2(g)HCOOH(g)是一個放熱反應,則降低溫度平衡正向移動,圖中A表示lgk正、B表示lgk逆,T1℃下,平衡時v正=v逆,k逆c(HCOOH)=k正c(CO2)c(H2),圖中A、B的縱坐標分別為a-0.7、a-1,則K=c(HCOOH)c(CO2(2)溫度T2℃時,k正=0.8k逆,則k正k逆=0.8k逆k逆=0.8,小于K(T1),主反應Ⅰ:CO2(g)+H2(g)HCOOH(g)是一個放熱反應,則升高溫度平衡逆向移動,K值減小(3)由題干信息可知,主反應Ⅰ:CO2(g)+H2(g)HCOOH(g)是一個放熱反應,即升高溫度平衡逆向移動,則HCOOH的選擇性隨溫度升高而減小,且相同溫度下,CO的選擇性和HCOOH的選擇性之和為1,曲線a表示HCOOH的選擇性,b表示CO2的轉化率,c表示CO的選擇性,由于主反應Ⅰ:CO2(g)+H2(g)HCOOH(g)是一個放熱反應,副反應Ⅱ:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH2=+41kJ·mol-1,則升高溫度反應Ⅰ逆向移動,CO2的轉化率減小,而反應Ⅱ正向移動,CO2的平衡轉化率增大,200~360℃,升高溫度曲線b對應縱坐標值減小的原因是升高溫度,反應Ⅰ逆向移動程度大于反應Ⅱ正向移動程度。答案:(1)2(2)>(3)HCOOH的選擇性升高溫度,反應Ⅰ逆向移動程度大于反應Ⅱ正向移動程度4.(12分)(2024·菏澤二模節選)CH4還原CO2是實現“雙堿”經濟的有效途徑之一,涉及反應如下:Ⅰ:CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) ΔH1=+248.3kJ·mol-1Ⅱ:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2=+41kJ·mol-1回答下列問題:(1)反應Ⅰ的正、逆反應速率方程為v正=k正·c(CH4)·c(CO2)、v逆=k逆·c2(CO)·c2(H2),k正、k逆符合阿倫尼烏斯公式Rlnk=-EaT+C(Ea為活化能;T為溫度;R、C為常數),實驗測得k正的實驗數據如圖所示,則正反應的活化能Ea=__________kJ·mol-1,升高溫度Rlnk正k逆的值________(填“增大”“減小”或“不變(2)一定溫度和壓強下,重整反應中會因發生副反應CH4(g)C(s)+2H2(g)而產生積碳,從而導致催化劑活性降低。若向容器中通入過量水蒸氣可以清除積碳,反應的化學方程式為__________________________,

c(H2)c(CH4)的值________(填“增大”“減小(3)在101kPa時,工業上按投料n(CO2)n(CH4)=1加入剛性密閉容器中,只發生Ⅰ、Ⅱ兩個反應,CH4和CO2的平衡轉化率與溫度的關系如圖所示,溫度高于1200K時,CO2和CH4的平衡轉化率趨于相等的原因可能是__________________;

計算1000K時反應Ⅱ的壓強平衡常數Kp=____________________________(計算結果保留3位有效數字,用平衡分壓代替平衡濃度【解析】(1)根據阿倫尼烏斯公式Rlnk=-EaT+C將圖中數據代入80=-8.2×10-3Ea+20=-8.4×10-3Ea+C,兩式相減,求得Ea=3×105J·mol-1=300kJ·mol-1;當反應Ⅰ:CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)達平衡時,v正=k正·c(CH4)·c(CO2)=v逆=k逆·c2(CO)·c2(H2),k正k逆=c2(CO)·c2(H2)c(CH(2)水蒸氣可以清除積碳,反應為C+H2OCO+H2;c(H2)增大,副反應CH4(g)C(s)+2H2(g)的平衡常數K=c2(H2)c(CH4(3)1200K以上時以反應Ⅰ為主,二者轉化率趨于相等;設開始時,n(CO2)=n(CH4)=1mol,1000K時CH4轉化率為80%即反應了0.80mol,可得三段式:CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)開始(mol) 1 1 0 0轉化(mol) 0.8 0.8 1.6 1.6平衡(mol) 0.2 0.2 1.6 1.6對于副反應,n(CO2)=0.2mol,n(CO)=n(H2)=1.6mol,CO2轉化率為85%即反應了0.85mol-0.8mol=0.05molCO2(g)+H2(g)