2024屆高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí)課件第七章化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡熱點(diǎn)強(qiáng)化練9 化工生產(chǎn)中的速率與平衡圖像分析-課件下載-教習(xí)網(wǎng)

熱點(diǎn)強(qiáng)化練9　化工生產(chǎn)中的速率與平衡圖像分析1.以表面覆蓋Cu2Al2O4的二氧化鈦為催化劑,可以將CO2和CH4直接轉(zhuǎn)化成乙酸。在不同溫度下催化劑的催化效率與乙酸的生成速率如圖所示。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是(　C　)A.250 ℃時(shí),催化劑的活性最大B.250～300 ℃時(shí),溫度升高而乙酸的生成速率降低的原因是催化劑的催化效率降低C.300～400 ℃時(shí),乙酸的生成速率升高的原因是催化劑的催化效率增大D.300～400 ℃時(shí),乙酸的生成速率升高的原因是溫度升高解析:由圖可知,250 ℃時(shí),催化劑的活性最大,A項(xiàng)正確;250～300 ℃時(shí),溫度升高而乙酸的生成速率降低的原因是溫度超過(guò)250 ℃時(shí),催化劑的催化效率降低,B項(xiàng)正確;300～400 ℃時(shí),乙酸的生成速率升高的原因是溫度升高,C項(xiàng)錯(cuò)誤、D項(xiàng)正確。2.(2022·陜西渭南一模)羰基硫(COS)是以煤、石油、天然氣為原料生產(chǎn)的化工原料氣中有機(jī)硫的主要形式。COS催化水解的反應(yīng)為COS(g)+H2O(g)CO2(g)+H2S(g)　ΔH<0,在相同投料比、相同氣流速度、相同時(shí)間內(nèi),測(cè)得不同溫度及不同催化劑下COS水解反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率如圖所示:下列說(shuō)法正確的是(　B　)A.N點(diǎn)為該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的點(diǎn)B.正反應(yīng)的平均反應(yīng)速率:P>N>MC.任何溫度下,γ-Al2O3的催化效果都比TiO2好D.150 ℃時(shí),用γ-Al2O3作催化劑,達(dá)到平衡時(shí)CO2的體積分?jǐn)?shù)最大解析:由題圖可知,在N點(diǎn)對(duì)應(yīng)溫度下,由TiO2作催化劑時(shí)COS的轉(zhuǎn)化率更高,可知N點(diǎn)并未達(dá)到平衡狀態(tài),A項(xiàng)錯(cuò)誤;相同時(shí)間內(nèi)COS的轉(zhuǎn)化率越大催化效率越高,正反應(yīng)的平均反應(yīng)速率P>N>M,B項(xiàng)正確;低溫時(shí)γ-Al2O3對(duì)COS水解反應(yīng)的催化效果好,C項(xiàng)錯(cuò)誤;在相同溫度下,無(wú)論用哪種催化劑,達(dá)到平衡時(shí)CO2的體積分?jǐn)?shù)都一樣,D項(xiàng)錯(cuò)誤。3.(2022·北師大實(shí)驗(yàn)中學(xué)三模)在一定條件下,利用CO2合成CH3OH的反應(yīng)為CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH1,研究發(fā)現(xiàn),反應(yīng)過(guò)程中會(huì)有副反應(yīng):CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH2,溫度對(duì)CH3OH、CO的平衡產(chǎn)率影響如圖所示。下列說(shuō)法中,不正確的是(　C　)A.ΔH1<0,ΔH2>0B.增大壓強(qiáng)有利于加快合成反應(yīng)的速率C.實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中,升高溫度一定降低CH3OH的產(chǎn)率D.實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中,可以通過(guò)使用合適的催化劑提高CH3OH的選擇性解析:由題干圖像信息可知,升高溫度CO的平衡產(chǎn)率增大,即副反應(yīng)正向移動(dòng),則ΔH2>0,CH3OH的平衡產(chǎn)率減小,即合成反應(yīng)逆向移動(dòng),則ΔH1<0,A正確;增大壓強(qiáng)即壓縮體積,反應(yīng)物濃度增大,故有利于加快合成反應(yīng)的速率,B正確;實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中,往往保持一定流速通入氣體反應(yīng)物,故在反應(yīng)未達(dá)到平衡之前,溫度越高反應(yīng)速率越快,則CH3OH的產(chǎn)率越大,反應(yīng)達(dá)到平衡后再升高溫度平衡逆向移動(dòng),則CH3OH的產(chǎn)率反而降低,故升高溫度不一定降低CH3OH的產(chǎn)率,C不正確;實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中,可以通過(guò)使用合適的催化劑提高CH3OH的選擇性,減少副反應(yīng)的發(fā)生而提高原料的利用率和CH3OH的產(chǎn)率,D正確。4.(不定項(xiàng))(2022·山東煙臺(tái)三模)工業(yè)上用C6H5Cl和H2S的高溫氣相反應(yīng)制備苯硫酚(C6H5SH),同時(shí)有副產(chǎn)物C6H6生成:Ⅰ.C6H5Cl(g)+H2S(g)C6H5SH(g)+HCl(g)　ΔH1Ⅱ.C6H5Cl(g)+H2S(g)C6H6(g)+HCl(g)+S8(g)　ΔH2使C6H5Cl和H2S按物質(zhì)的量1∶1進(jìn)入反應(yīng)器,定時(shí)測(cè)定反應(yīng)器尾端出來(lái)的混合氣體中各產(chǎn)物的量,得到單程收率(×100%)與溫度的關(guān)系如圖所示。下列說(shuō)法正確的是(　BC　)A.ΔH1<0,ΔH2<0B.反應(yīng)Ⅱ的活化能較大C.590 ℃以上,隨溫度升高,反應(yīng)Ⅰ消耗H2S減少D.645 ℃時(shí),反應(yīng)Ⅰ的化學(xué)平衡常數(shù)K=解析:溫度大于590 ℃時(shí),隨溫度升高,苯硫酚的單程收率降低,說(shuō)明ΔH1<0,隨溫度升高,苯的單程收率增大,說(shuō)明ΔH2>0,故A錯(cuò)誤;溫度較低時(shí),苯的單程收率小,說(shuō)明反應(yīng)Ⅱ的速率小,反應(yīng)Ⅱ的活化能較大,故B正確;590 ℃以上,隨溫度升高,苯硫酚的單程收率降低,反應(yīng)Ⅰ消耗H2S減少,故C正確;設(shè)通入氯苯、H2S的物質(zhì)的量各為1 mol,645 ℃時(shí),苯硫酚的單程收率為20%、苯的單程收率為20%,則反應(yīng)Ⅰ消耗0.2 mol氯苯、0.2 mol H2S,生成苯硫酚0.2 mol、氯化氫0.2 mol,反應(yīng)Ⅱ消耗0.2 mol氯苯、0.2 mol H2S,生成苯0.2 mol、氯化氫0.2 mol、S8 0.025 mol,容器中含有0.6 mol氯苯、0.6 mol H2S、0.2 mol苯硫酚、0.4 mol氯化氫,反應(yīng)Ⅰ的化學(xué)平衡常數(shù)K==,故D錯(cuò)誤。5.(2022·湖南師大附中月考)減少氮的氧化物和碳的氧化物在大氣中的排放是環(huán)境保護(hù)的重要內(nèi)容之一。(1)已知:N2(g)+O2(g)2NO(g)　ΔH=+180.5 kJ/molC(s)+O2(g)CO2(g)　ΔH=-393.5 kJ/mol2C(s)+O2(g)2CO(g)　ΔH=-221 kJ/mol若某反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為,請(qǐng)寫出此反應(yīng)的熱化學(xué)方程式: 　。 (2)利用H2和CO2在一定條件下可以合成乙烯:6H2(g)+2CO2(g)CH2CH2(g)+4H2O(g),已知不同溫度對(duì)CO2的平衡轉(zhuǎn)化率及催化劑的效率影響如圖所示。下列有關(guān)說(shuō)法正確的是　　　(填序號(hào))。 ①不同條件下反應(yīng),N點(diǎn)的速率最大②M點(diǎn)時(shí)平衡常數(shù)比N點(diǎn)時(shí)平衡常數(shù)大③溫度低于250 ℃時(shí),隨溫度升高乙烯的產(chǎn)率增大④實(shí)際反應(yīng)中應(yīng)盡可能在較低的溫度下進(jìn)行,以提高CO2的平衡轉(zhuǎn)化率⑤該反應(yīng)ΔH<0(3)在密閉容器中充入5 mol CO和4 mol NO,發(fā)生上述(1)中某反應(yīng),如圖為平衡時(shí)NO的體積分?jǐn)?shù)與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系。①溫度:T1　　　　(填“<”或“>”)T2。 ②某溫度下,若反應(yīng)進(jìn)行到10分鐘達(dá)到平衡狀態(tài)D點(diǎn)時(shí),容器的容積為2 L,則此時(shí)的平衡常數(shù)K=　　　　　(保留兩位有效數(shù)字);用CO的濃度變化表示的平均反應(yīng)速率v(CO)=　　　　　　。 ③若在D點(diǎn)對(duì)反應(yīng)容器升溫的同時(shí)擴(kuò)大容積至體系壓強(qiáng)減小,重新達(dá)到的平衡狀態(tài)可能是圖中A～G點(diǎn)中的　　　　點(diǎn)。解析:(1)由平衡常數(shù)表達(dá)式知目標(biāo)方程式為2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g),根據(jù)蓋斯定律,可知ΔH=-746.5 kJ/mol。(2)①隨著溫度的升高,化學(xué)反應(yīng)速率增大,但催化劑的催化效率先升高后降低,所以N點(diǎn)的反應(yīng)速率不一定最大,錯(cuò)誤;②隨溫度升高CO2的平衡轉(zhuǎn)化率減小,說(shuō)明溫度升高平衡逆向移動(dòng),所以該反應(yīng)的ΔH<0,M點(diǎn)時(shí)溫度低于N點(diǎn),故M點(diǎn)時(shí)平衡常數(shù)比N點(diǎn)時(shí)平衡常數(shù)大,正確;③溫度低于250 ℃時(shí),隨溫度升高乙烯的產(chǎn)率減小,錯(cuò)誤;④該反應(yīng)在較低的溫度下進(jìn)行能提高CO2的平衡轉(zhuǎn)化率,但溫度低,反應(yīng)速率小,實(shí)際反應(yīng)中應(yīng)盡可能在250 ℃下進(jìn)行,錯(cuò)誤;⑤隨溫度升高CO2的平衡轉(zhuǎn)化率減小,說(shuō)明溫度升高平衡逆向移動(dòng),所以該反應(yīng)的ΔH<0,正確。(3)①2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)　ΔH=-746.5 kJ/mol,升高溫度平衡逆向移動(dòng),NO的體積分?jǐn)?shù)增大,所以T1>T2。②在2 L密閉容器中充入5 mol CO和4 mol NO,則CO和NO的起始濃度分別為2.5 mol/L和 2 mol/L。設(shè)NO濃度的變化量為2x mol/L,　　　　2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) 2 2.5 0 0 2x 2x x 2x 2-2x 2.5-2x x 2x=0.25,解得x=0.5,K=≈0.22;根據(jù)v=,用CO的濃度變化表示的平均反應(yīng)速率v(CO)==0.1 mol/(L·min)。③若在D點(diǎn)對(duì)反應(yīng)容器升溫的同時(shí)擴(kuò)大容積至體系壓強(qiáng)減小,平衡逆向移動(dòng),NO體積分?jǐn)?shù)增大,故重新達(dá)到的平衡狀態(tài)可能是圖中的A點(diǎn)。答案:(1)2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)ΔH=-746.5 kJ/mol(2)②⑤(3)①>?、?.22　0.1 mol/(L·min)?、跘6.(2021·湖北卷)丙烯是一種重要的化工原料,可以在催化劑作用下,由丙烷直接脫氫或氧化脫氫制備。反應(yīng)Ⅰ(直接脫氫):C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)　ΔH1=+125 kJ·mol-1反應(yīng)Ⅱ(氧化脫氫):C3H8(g)+O2(g)C3H6(g)+H2O(g)　ΔH2=-118 kJ·mol-1(1)已知鍵能:E(C—H)=416 kJ·mol-1,E(H—H)=436 kJ·mol-1,由此計(jì)算生成1 mol碳碳π鍵放出的能量為　　　　 kJ。 (2)對(duì)于反應(yīng)Ⅰ,總壓恒定為100 kPa,在密閉容器中通入C3H8和N2的混合氣體(N2不參與反應(yīng)),從平衡移動(dòng)的角度判斷,達(dá)到平衡后“通入N2”的作用是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。在溫度為T1時(shí),C3H8的平衡轉(zhuǎn)化率與通入氣體中C3H8的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)的關(guān)系如圖a所示,計(jì)算T1時(shí)反應(yīng)Ⅰ的平衡常數(shù)Kp=　　　　 kPa(以分壓表示,分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù),保留一位小數(shù))。 (3)在溫度為T2時(shí),通入氣體分壓比為p(C3H8)∶p(O2)∶p(N2)=10∶5∶85的混合氣體,各組分氣體的分壓隨時(shí)間的變化關(guān)系如圖b所示。0～1.2 s生成C3H6的平均速率為　　　　 kPa·s-1;在反應(yīng)一段時(shí)間后,C3H8和O2的消耗速率比小于2∶1的原因?yàn)?/span>　　　　　　。 (4)恒溫剛性密閉容器中通入氣體分壓比為p(C3H8)∶p(O2)∶p(N2)=2∶13∶85的混合氣體,已知某反應(yīng)條件下只發(fā)生如下反應(yīng)(k、k′為速率常數(shù)):反應(yīng)Ⅱ:2C3H8(g)+O2(g)2C3H6(g)+2H2O(g)　k反應(yīng)Ⅲ:2C3H6(g)+9O2(g)6CO2(g)+6H2O(g)　k′實(shí)驗(yàn)測(cè)得丙烯的凈生成速率方程為v(C3H6)=kp(C3H8)-k′p(C3H6),可推測(cè)丙烯的濃度隨時(shí)間的變化趨勢(shì)為　　　　　　　　　,其理由是　　。解析:(1)由C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)　ΔH1=+125 kJ·mol-1可知反應(yīng)中需要斷裂 2 mol C—H、形成1 mol碳碳π鍵和1 mol H—H,416 kJ·mol-1×2-E (碳碳π鍵) -436 kJ·mol-1=+125 kJ·mol-1,解得E(碳碳π鍵)=271 kJ·mol-1,所以形成1 mol碳碳π鍵放出的能量為271 kJ。(2)達(dá)到平衡后“通入N2”,由于總壓恒定為100 kPa,則容器體積增大,氣體濃度減小,平衡向氣體體積增大的方向移動(dòng),即向正反應(yīng)方向移動(dòng),C3H8(g)的轉(zhuǎn)化率增大;根據(jù)圖a,C3H8的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為0.4時(shí),其平衡轉(zhuǎn)化率為50%,假設(shè)混合氣體為1 mol,則起始時(shí)C3H8為0.4 mol,N2為0.6 mol,運(yùn)用三段式法計(jì)算　　　　　C3H8(g)H2(g)+C3H6(g)起始/mol 0.4 0 0變化/mol 0.2 0.2 0.2平衡/mol 0.2 0.2 0.2由于總壓恒定為100 kPa,平衡時(shí)C3H8為0.2 mol,C3H6為0.2 mol,H2為0.2 mol,N2為0.6 mol,則C3H8(g)、C3H6(g)、H2(g)的分壓均為100 kPa×=kPa,故T1時(shí)反應(yīng)Ⅰ的平衡常數(shù)Kp=≈16.7 kPa。(3)0～1.2 s內(nèi)C3H6的分壓由0增大為2.4 kPa,則生成C3H6的平均速率為=2 kPa·s-1;若只發(fā)生反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ,C3H6的分壓應(yīng)大于H2和H2O的分壓,但由圖b知,隨著反應(yīng)進(jìn)行,分壓p(H2O)>p(C3H6)>p(H2),且有CO2生成,H2分壓降低,故體系中還發(fā)生反應(yīng)C3H6(g)+O2(g)3CO2(g)+3H2O(g)、H2(g)+O2(g)H2O(g),消耗O2,因此C3H8和O2的消耗速率比小于2∶1。(4)反應(yīng)開(kāi)始時(shí),反應(yīng)Ⅱ向右進(jìn)行,c(C3H6)逐漸增大,且體系中以反應(yīng)Ⅱ?yàn)橹?隨著反應(yīng)進(jìn)行,p(C3H8)減小,p(C3H6)增大,使得v(C3H6)減小,體系中以反應(yīng)Ⅲ為主,因此丙烯的濃度隨時(shí)間的變化趨勢(shì)為先增大后減小。答案:(1)271　(2)使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)或提高丙烷轉(zhuǎn)化率　16.7　(3)2.0　(發(fā)生副反應(yīng))生成CO2、H2O使O2消耗量增大(4)先增大后減小　反應(yīng)開(kāi)始時(shí),反應(yīng)Ⅱ?yàn)橹饕磻?yīng),反應(yīng)一段時(shí)間后,反應(yīng)Ⅲ為主要反應(yīng)(或反應(yīng)初始時(shí),C3H8的分壓較大,反應(yīng)Ⅱ的速率較大。隨著反應(yīng)的進(jìn)行,C3H8的分壓降低,C3H6的分壓增大,反應(yīng)Ⅲ的速率較大)7.在一定條件下,由CO2和H2合成甲醇已成為現(xiàn)實(shí),該合成對(duì)解決能源問(wèn)題具有重大意義。該過(guò)程中有兩個(gè)競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng),反應(yīng)過(guò)程能量關(guān)系如圖。(1)請(qǐng)寫出CO(g)與H2(g)生成CH3OH(g)的熱化學(xué)方程式:　。 (2)對(duì)于CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)反應(yīng),已知v正=k正c(CO2)·c3(H2),v逆=k逆c(CH3OH)·c(H2O),升高溫度k正增大的倍數(shù)　　　(填“<”“>”或“=”)k逆增大的倍數(shù),為了提高H2的轉(zhuǎn)化率,可采取的措施有　　　　　(填字母)。 A.加壓 B.升溫C.加催化劑 D.增加CO2的濃度(3)在一容積可變的密閉容器中,充入1 mol CO2與3 mol H2發(fā)生反應(yīng):CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g),CO2在不同溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率與總壓強(qiáng)的關(guān)系如圖所示,圖中M點(diǎn)時(shí)CH3OH的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為　　　　,該反應(yīng)的壓強(qiáng)平衡常數(shù)Kp=　　　　atm-2(用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算,分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。 (4)由CO2和H2合成甲醇有兩個(gè)競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng),為提高CH3OH的選擇性,在原料氣中摻入一定量CO,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。另外,可以通過(guò)控制雙組分催化劑(CuO-ZnO)中CuO的含量,提高甲醇產(chǎn)率,根據(jù)如圖判斷,催化劑選擇性最好的CuO的含量為　　　　　。解析:(1)根據(jù)圖像可知兩個(gè)競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)為ⅰ.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH=-53.66 kJ/molⅱ.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH=+36.90 kJ/mol根據(jù)蓋斯定律ⅰ-ⅱ可得CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)　ΔH=-90.56 kJ/mol。(2)該反應(yīng)ΔH<0,升高溫度平衡逆向移動(dòng),說(shuō)明逆反應(yīng)速率比正反應(yīng)速率增大得多,所以k正增大的倍數(shù)<k逆增大的倍數(shù);升溫平衡逆向移動(dòng),H2的轉(zhuǎn)化率減小,加催化劑不影響平衡轉(zhuǎn)化率,增大壓強(qiáng)、增加CO2的濃度都能使平衡正向移動(dòng),H2的轉(zhuǎn)化率增大,故選AD。(3)根據(jù)圖中M點(diǎn)CO2的平衡轉(zhuǎn)化率為50%,得　　　　　CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)起始/mol 1 3 0 0轉(zhuǎn)化/mol 0.5 1.5 0.5 0.5平衡/mol 0.5 1.5 0.5 0.5所以平衡時(shí)CH3OH的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為×100%≈16.7%;Kp=≈5.33×10-4 atm-2。(4)加入一定量的CO可以使反應(yīng)CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)逆向移動(dòng),提高CH3OH的選擇性;根據(jù)圖像可知CH3OH選擇性最大,催化劑選擇性最好的CuO的含量為50%。答案:(1)CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)　ΔH=-90.56 kJ/mol　(2)<　AD　(3)16.7%　5.33×10-4　(4)加入一定量CO,使反應(yīng)CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)逆向移動(dòng),提高CH3OH的選擇性　50%

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