1.可逆反應(yīng)X(g)+Y(g)2Z(g) ΔH甲>乙
B.平衡時,c(NO):甲=丙>乙
C.平衡時,N2的轉(zhuǎn)化率:甲>乙
D.平衡時,甲中c(N2)=0.4 ml·L-1
二、非選擇題
10.(2020山東)探究CH3OH合成反應(yīng)化學(xué)平衡的影響因素,有利于提高CH3OH的產(chǎn)率。以CO2、H2為原料合成CH3OH涉及的主要反應(yīng)如下:
Ⅰ.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=-49.5 kJ·ml-1
Ⅱ.CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH2=-90.4 kJ·ml-1
Ⅲ.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH3
回答下列問題:
(1)ΔH3= kJ·ml-1。
(2)一定條件下,向容積為V L的恒容密閉容器中通入1 ml CO2和3 ml H2發(fā)生上述反應(yīng),達(dá)到平衡時,容器中CH3OH(g)為a ml,CO為b ml,此時H2O(g)的濃度為 ml·L-1(用含a、b、V的代數(shù)式表示,下同),反應(yīng)Ⅲ的平衡常數(shù)為 。
(3)不同壓強(qiáng)下,按照n(CO2)∶n(H2)=1∶3投料,實(shí)驗(yàn)測定CO2的平衡轉(zhuǎn)化率和CH3OH的平衡產(chǎn)率隨溫度的變化關(guān)系如下圖所示。
已知:CO2的平衡轉(zhuǎn)化率=n(CO2)初始-n(CO2)平衡n(CO2)初始×100%
CH3OH的平衡產(chǎn)率=n(CH3OH)平衡n(CO2)初始×100%
其中縱坐標(biāo)表示CO2平衡轉(zhuǎn)化率的是圖 (填“甲”或“乙”);壓強(qiáng)p1、p2、p3由大到小的順序?yàn)? ;圖乙中T1溫度時,三條曲線幾乎交于一點(diǎn)的原因是 。
(4)為同時提高CO2的平衡轉(zhuǎn)化率和CH3OH的平衡產(chǎn)率,應(yīng)選擇的反應(yīng)條件為 (填字母)。
A.低溫、高壓B.高溫、低壓
C.低溫、低壓D.高溫、高壓
11.(2021廣東)我國力爭于2030年前做到碳達(dá)峰,2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。CH4與CO2重整是CO2利用的研究熱點(diǎn)之一。該重整反應(yīng)體系主要涉及以下反應(yīng):
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)根據(jù)蓋斯定律,反應(yīng)a的ΔH1= (寫出一個代數(shù)式即可)。
(2)上述反應(yīng)體系在一定條件下建立平衡后,下列說法正確的有 。
A.增大CO2與CH4的濃度,反應(yīng)a、b、c的正反應(yīng)速率都增加
B.移去部分C(s),反應(yīng)c、d、e的平衡均向右移動
C.加入反應(yīng)a的催化劑,可提高CH4的平衡轉(zhuǎn)化率
D.降低反應(yīng)溫度,反應(yīng)a~e的正、逆反應(yīng)速率都減小
(3)一定條件下,CH4分解形成碳的反應(yīng)歷程如圖1所示。該歷程分 步進(jìn)行,其中,第 步的正反應(yīng)活化能最大。
圖1
圖2
(4)設(shè)Kpr為相對壓力平衡常數(shù),其表達(dá)式寫法:在濃度平衡常數(shù)表達(dá)式中,用相對分壓代替濃度。氣體的相對分壓等于其分壓(單位為kPa)除以p0(p0=100 kPa)。反應(yīng)a、c、e的ln Kpr隨1T(溫度的倒數(shù))的變化如圖2所示。
①反應(yīng)a、c、e中,屬于吸熱反應(yīng)的有 (填字母)。
②反應(yīng)c的相對壓力平衡常數(shù)表達(dá)式為Kpr= 。
③在圖2中A點(diǎn)對應(yīng)溫度下、原料組成為n(CO2)∶n(CH4)=1∶1、初始總壓為100 kPa的恒容密閉容器中進(jìn)行反應(yīng),體系達(dá)到平衡時H2的分壓為40 kPa。計算CH4的平衡轉(zhuǎn)化率,寫出計算過程。
(5)CO2用途廣泛,寫出基于其物理性質(zhì)的一種用途: 。
12.近年來,隨著聚酯工業(yè)的快速發(fā)展,氯氣的需求量和氯化氫的產(chǎn)出量也隨之迅速增長。因此,將氯化氫轉(zhuǎn)化為氯氣的技術(shù)成為科學(xué)研究的熱點(diǎn)。回答下列問題:
(1)Deacn發(fā)明的直接氧化法為:4HCl(g)+O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g)。下圖為剛性容器中,進(jìn)料濃度比c(HCl)∶c(O2)分別等于1∶1、4∶1、7∶1時HCl平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度變化的關(guān)系:
可知反應(yīng)平衡常數(shù)K(300 ℃) K(400 ℃)(填“大于”或“小于”)。設(shè)HCl初始濃度為c0,根據(jù)進(jìn)料濃度比c(HCl)∶c(O2)=1∶1的數(shù)據(jù)計算K(400 ℃)= (列出計算式)。按化學(xué)計量比進(jìn)料可以保持反應(yīng)物高轉(zhuǎn)化率,同時降低產(chǎn)物分離的能耗。進(jìn)料濃度比c(HCl)∶c(O2)過低、過高的不利影響分別是 。
(2)Deacn直接氧化法可按下列催化過程進(jìn)行:
CuCl2(s)CuCl(s)+12Cl2(g) ΔH1=83 kJ·ml-1
CuCl(s)+12O2(g)CuO(s)+12Cl2(g) ΔH2=-20 kJ·ml-1
CuO(s)+2HCl(g)CuCl2(s)+H2O(g) ΔH3=-121 kJ·ml-1
則4HCl(g)+O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g)的ΔH= kJ·ml-1。
(3)在一定溫度的條件下,進(jìn)一步提高HCl的轉(zhuǎn)化率的方法是 。(寫出2種)
考點(diǎn)規(guī)范練21 化學(xué)平衡的移動
1.D 該反應(yīng)前后氣體體積不變,減小容器容積壓強(qiáng)增大,平衡不移動,A項(xiàng)錯誤。催化劑只改變反應(yīng)速率,不改變化學(xué)平衡,Z的產(chǎn)率不變,B項(xiàng)錯誤。兩種反應(yīng)物,增加一種物質(zhì)的量可以增大另一種物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率,本身轉(zhuǎn)化率減小,增大c(X),X的轉(zhuǎn)化率減小,C項(xiàng)錯誤。正反應(yīng)是放熱反應(yīng),降溫平衡正向移動,Y的轉(zhuǎn)化率增大,D項(xiàng)正確。
2.C 該反應(yīng)逆反應(yīng)為吸熱、氣體分子數(shù)目增大的反應(yīng),ΔH>0,ΔS>0,高溫時自發(fā)進(jìn)行,故A項(xiàng)錯誤;該反應(yīng)正反應(yīng)為放熱反應(yīng),若容器絕熱,開始反應(yīng)時放出熱量使容器容積增大,反應(yīng)速率減小。隨反應(yīng)進(jìn)行,反應(yīng)速率逐漸增大。則化學(xué)反應(yīng)速率應(yīng)先減小后增大,故B項(xiàng)錯誤;保持溫度不變,達(dá)到平衡后,充入2 ml N2,密閉容器帶有活塞,則容器容積變大,容器內(nèi)各氣體濃度變小,平衡逆向移動,SO2的轉(zhuǎn)化率變小,故C項(xiàng)正確;起始加入n(SO2)n(O2)=2∶1,反應(yīng)中n(SO2)n(O2)=2∶1,故n(SO2)n(O2)始終等于2∶1,不能判定可逆反應(yīng)達(dá)到平衡,故D項(xiàng)錯誤。
3.D 運(yùn)用三段式求算m。設(shè)轉(zhuǎn)化的X的物質(zhì)的量為n ml。
X(g)+ mY(g) 3Z(g)
起始(ml)120
轉(zhuǎn)化(ml)nmn3n
平衡(ml)(1-n)(2-mn)3n
據(jù)(1-n)∶(2-mn)∶3n=30%∶60%∶10%
求得:n=0.1,m=2。
由m=2知,A項(xiàng)正確。由第二次平衡時,X、Y、Z的體積分?jǐn)?shù)不變可知兩次平衡的平衡常數(shù)相同,則B項(xiàng)正確。由m和n的數(shù)值及起始量可計算出X、Y二者的平衡轉(zhuǎn)化率都為10%,C項(xiàng)正確。第二次平衡時,c(Z)=4ml×10%2 L=0.2 ml·L-1,D項(xiàng)錯誤。
4.D 由表中數(shù)據(jù)可知,T1 ℃時達(dá)到平衡n(C)=0.35 ml,T2 ℃時達(dá)到平衡n(C)=0.375 ml,由于反應(yīng)2NO(g)+C(s)N2(g)+CO2(g)的ΔH乙,A項(xiàng)正確。丙中反應(yīng)相當(dāng)于將甲容器體積壓縮一半發(fā)生的反應(yīng),體系壓強(qiáng)增大,但由于該反應(yīng)為反應(yīng)前后氣體分子數(shù)不變的反應(yīng),故平衡不移動,則平衡時丙中NO的濃度為甲中NO的濃度的2倍,乙中反應(yīng)相當(dāng)于減小甲中O2的初始濃度發(fā)生的反應(yīng),平衡逆向移動,所以平衡時乙中NO的濃度小于甲中NO的濃度,B項(xiàng)錯誤。甲、乙中N2的初始濃度相等,甲中反應(yīng)相當(dāng)于增大乙中氧氣的初始濃度發(fā)生的反應(yīng),則甲中N2的轉(zhuǎn)化率較大,故平衡時,N2的轉(zhuǎn)化率:甲>乙,C項(xiàng)正確。T ℃時,K=0.09,設(shè)甲中反應(yīng)平衡時消耗的N2的濃度為x ml·L-1,則有:
N2(g) + O2(g) 2NO(g)
初始(ml·L-1)0.460.460
轉(zhuǎn)化(ml·L-1)xx2x
平衡(ml·L-1)0.46-x0.46-x2x
平衡常數(shù)K=(2x)2(0.46-x)2=0.09,解得x=0.06,所以平衡時甲中c(N2)=0.4 ml·L-1,D項(xiàng)正確。
10.答案 (1)+40.9
(2)a+bV b(a+b)(1-a-b)(3-3a-b)
(3)乙 p1、p2、p3 T1時以反應(yīng)Ⅲ為主,反應(yīng)Ⅲ前后氣體分子數(shù)相等,壓強(qiáng)改變對平衡沒有影響
(4)A
解析 本題利用科研文獻(xiàn)中圖像、曲線及數(shù)據(jù)設(shè)題,要求考生在陌生情景中進(jìn)行熱力學(xué)分析,有一定難度。
(1)根據(jù)蓋斯定律可得Ⅰ-Ⅱ=Ⅲ,則ΔH3=+40.9 kJ·ml-1。
(2)反應(yīng)Ⅰ:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)
轉(zhuǎn)化/ml x3x xx
反應(yīng)Ⅱ: CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)
轉(zhuǎn)化/ml a-x2a-2xa-x
反應(yīng)Ⅲ: CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)
轉(zhuǎn)化/ml yy yy
n(CO)=y ml-a ml+x ml=b ml,則x+y=a+b。
則c(H2O)=x+yV ml·L-1=a+bV ml·L-1
KⅢ=c(CO)c(H2O)c(CO2)c(H2)=b(a+b)V21-x-yV×3-3x-y-2a+2xV=b(a+b)(1-a-b)(3-3a-b)。
(3)從圖乙中看到在T1時,p不同時三條曲線交于一點(diǎn),說明壓強(qiáng)的改變對平衡無影響。而反應(yīng)Ⅲ前后分子數(shù)不變,反應(yīng)以Ⅲ為主,所以升高溫度平衡向正方向移動,CO2的轉(zhuǎn)化率升高。圖乙縱坐標(biāo)表示CO2的平衡轉(zhuǎn)化率,圖甲縱坐標(biāo)表示CH3OH的平衡產(chǎn)率,反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ都是體積減小的反應(yīng),增大壓強(qiáng)平衡向正反應(yīng)方向移動,故p1>p2>p3。
(4)由反應(yīng)的方程式可知,低溫、高壓可提高CO2的平衡轉(zhuǎn)化率和CH3OH的平衡產(chǎn)率。
11.答案 (1)ΔH2+ΔH3-ΔH5或ΔH3-ΔH4 (2)AD
(3)4 4 (4)①a、c ②[p(H2)p0]2p(CH4)p0 ③40%(計算過程略) (5)人工降雨
解析 本題考查蓋斯定律、化學(xué)平衡、化學(xué)反應(yīng)機(jī)理及平衡常數(shù)的計算等。
(1)根據(jù)蓋斯定律:反應(yīng)c-反應(yīng)d可得反應(yīng)a,則ΔH1=ΔH3-ΔH4;反應(yīng)b+反應(yīng)c-反應(yīng)e可得反應(yīng)a,則ΔH1=ΔH2+ΔH3-ΔH5。
(2)增大CO2與CH4的濃度,反應(yīng)a、b、c中反應(yīng)物濃度都增大,正反應(yīng)速率增加,A項(xiàng)正確;移去部分C(s),不影響平衡轉(zhuǎn)化率,B項(xiàng)錯誤;催化劑不能影響平衡轉(zhuǎn)化率,C項(xiàng)錯誤;降低反應(yīng)溫度,使正、逆反應(yīng)的活化分子百分含量降低,故正、逆反應(yīng)速率都減小,D項(xiàng)正確。
(3)從圖可知反應(yīng)經(jīng)歷了:CH4→CH3+H→CH2+2H→CH+3H→C+4H,共4步反應(yīng),第4步反應(yīng)的正反應(yīng)活化能最大。
(4)①隨1T增大(降低溫度),反應(yīng)a、c的lnKpr逐漸減小,即平衡逆向移動,則反應(yīng)a、c的正反應(yīng)為吸熱反應(yīng);相反,反應(yīng)e的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)。②結(jié)合反應(yīng)方程式,將物質(zhì)濃度用相對分壓替換即可寫出相對壓力平衡常數(shù)表達(dá)式。③從反應(yīng)a、c可知,甲烷與氫氣的物質(zhì)的量之比為1∶2。起始CH4的分壓為50 kPa,平衡時H2的分壓為40 kPa,則平衡時已反應(yīng)的CH4分壓為20 kPa,則CH4的平衡轉(zhuǎn)化率為20 kPa50 kPa×100%=40%。(5)干冰(固態(tài)CO2)升華時會吸收大量的熱,可以用于人工降雨。
12.答案 (1)大于 0.422×0.422(1-0.84)4×(1-0.21)c0 O2和Cl2分離能耗較高、HCl轉(zhuǎn)化率較低
(2)-116
(3)增加反應(yīng)體系壓強(qiáng)、及時除去產(chǎn)物
解析 (1)分析任意一條平衡曲線可知,在進(jìn)料濃度比固定的條件下,隨著溫度的升高,HCl的平衡轉(zhuǎn)化率降低,說明正反應(yīng)為放熱反應(yīng),由于K只與溫度有關(guān),升高溫度,平衡逆向移動,平衡常數(shù)K減小,即K(300 ℃)大于K(400 ℃)。
根據(jù)進(jìn)料濃度比及HCl的平衡轉(zhuǎn)化率間的關(guān)系可知,c(HCl)∶c(O2)=1∶1的曲線為最上面的那條曲線,由該曲線可知:溫度為400 ℃時HCl的平衡轉(zhuǎn)化率為84%。
根據(jù)條件可列三段式如下:
4HCl(g) + O2(g)2Cl2(g) + 2H2O(g)
初始:c0 c0 0 0
轉(zhuǎn)化:c0×0.84 c0×0.21 c0×0.42 c0×0.42
平衡:c0× c0×(1-0.21) c0×0.42 c0×0.42
(1-0.84)
K(400 ℃)=c2(Cl2)·c2(H2O)c4(HCl)·c(O2)=(c0×0.42)2·(c0×0.42)2[c0×(1-0.84)]4·[c0×(1-0.21)]=0.422×0.422(1-0.84)4×(1-0.21)c0
進(jìn)料濃度比c(HCl)∶c(O2)過低,導(dǎo)致產(chǎn)品Cl2混有大量O2,則分離兩氣體時導(dǎo)致能耗較高。而進(jìn)料濃度比c(HCl)∶c(O2)過高,則導(dǎo)致HCl的轉(zhuǎn)化率過低,浪費(fèi)原料。
(2)由蓋斯定律可知,將題給催化過程的三個反應(yīng)直接相加可得:2HCl(g)+12O2(g)Cl2(g)+H2O(g)
ΔH'=(83-20-121)kJ·ml-1=-58 kJ·ml-1,則ΔH=2ΔH'=-116 kJ·ml-1
(3)在溫度一定時,要增大HCl的平衡轉(zhuǎn)化率,可采取的措施有:及時移走部分產(chǎn)物、增大體系壓強(qiáng)等。溫度/℃
n(C)/ml
n(CO2)/ml
T1
0.15
T2
0.375
起始濃度
甲
乙
丙
c(N2)/(ml·L-1)
0.46
0.46
0.92
c(O2)/(ml·L-1)
0.46
0.23
0.92

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