
反應(yīng)Ⅰ:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=-48.3 kJ·ml-1
反應(yīng)Ⅱ:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2=+41.2 kJ·ml-1
反應(yīng)Ⅲ:CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)
ΔH3=-154.8 kJ·ml-1
反應(yīng)Ⅳ:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH4
回答下列有關(guān)問題:
(1)反應(yīng)Ⅳ的ΔH4= 。
(2)下列有關(guān)說法正確的是 。
A.增壓時(shí),CO的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)一定增大
B.當(dāng)甲醇的分壓不再改變時(shí),體系達(dá)到平衡
C.在恒容密閉容器中充入Ar,反應(yīng)Ⅲ速率不變
D.升溫時(shí),反應(yīng)Ⅱ逆反應(yīng)速率加快的程度大于正反應(yīng)速率
(3)研究發(fā)現(xiàn),在3 MPa條件下,當(dāng)起始n(CO2)∶n(H2)=1∶3,平衡時(shí)CO2的轉(zhuǎn)化率、含碳產(chǎn)物的選擇性(轉(zhuǎn)化的CO2中生成CH3OH、CH4或CO的百分比,如甲醇的選擇性=生成CH3OH的量消耗CO2的量×100%)與溫度關(guān)系如圖所示。
①隨著溫度升高,甲醇選擇性降低而CO2的轉(zhuǎn)化率卻升高的原因可能是 。
②在T溫度下,若CH4的選擇性為10%,計(jì)算此溫度下反應(yīng)Ⅱ的平衡常數(shù)K= 。
(4)一種在銅基催化劑上CO2加氫制甲醇的機(jī)理如圖所示,其中吸附在銅基催化劑表面上的物種用“*”標(biāo)注。
①基態(tài)銅原子的價(jià)電子排布式為 。
②決速步的反應(yīng)方程式為 。
(5)寫出甲醇在生產(chǎn)或生活中的一種應(yīng)用 。
2.(2024·甘肅二模)苯乙烯是生產(chǎn)塑料和合成橡膠的重要有機(jī)原料,可由乙苯催化脫氫獲得。乙苯催化脫氫制苯乙烯的反應(yīng)為:
+H2(g)
(1)已知:
計(jì)算上述反應(yīng)的ΔH= kJ·ml-1。
(2)為提高乙苯的平衡轉(zhuǎn)化率,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
(3)工業(yè)上,通常在乙苯蒸氣中摻混水蒸氣(原料氣中乙苯和水蒸氣的物質(zhì)的量之比為1∶9),控制反應(yīng)溫度600 ℃,并保持體系總壓為常壓的條件下進(jìn)行反應(yīng)。在不同反應(yīng)溫度下,乙苯的平衡轉(zhuǎn)化率和某催化劑作用下苯乙烯的選擇性(指除了H2以外的產(chǎn)物中苯乙烯的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))示意圖如下:
①摻入水蒸氣能提高乙苯的平衡轉(zhuǎn)化率,解釋說明該事實(shí): 。
②控制反應(yīng)溫度為600 ℃的理由是 。
(4)100 kPa恒壓下,T1 ℃時(shí)將2 ml乙苯蒸氣通入容積可變的密閉容器中發(fā)生乙苯脫氫制苯乙烯反應(yīng)。反應(yīng)經(jīng)過10 min達(dá)到平衡,此時(shí)苯乙烯的體積分?jǐn)?shù)為0.375,則乙苯的轉(zhuǎn)化率為 ,0~10 min內(nèi)的平均反應(yīng)速率v(H2)= kPa·min-1,該溫度下的Kp= kPa。
3.(2024·湖北七市二模)為了實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”和“碳中和”的目標(biāo),將CO2轉(zhuǎn)化成可利用的化學(xué)能源的“負(fù)碳”技術(shù)是世界各國關(guān)注的焦點(diǎn)?;卮鹣铝袉栴}:
方法Ⅰ:CO2催化加氫制甲醇。
以CO2、H2為原料合成CH3OH涉及的反應(yīng)如下:
反應(yīng)ⅰ:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=-49.0 kJ·ml-1
反應(yīng)ⅱ:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2=+41.0 kJ·ml-1
反應(yīng)ⅲ:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH3
(1)計(jì)算反應(yīng)ⅲ的ΔH3= kJ·ml-1。
(2)一定溫度和催化劑條件下,在密閉恒容容器中按照投料n(CO2)∶n(H2)∶n(N2)=1∶3∶1發(fā)生反應(yīng)(N2不參與反應(yīng)),平衡時(shí)CO2的轉(zhuǎn)化率、CH3OH和CO的選擇性[如CH3OH的選擇性=n生成(CH3OH)n生成(CH3OH)+n生成(CO)×100%]隨溫度的變化曲線如圖所示。
①圖中曲線a表示物質(zhì) (填“CO2”“CH3OH”或“CO”)的變化。
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 (填字母)。
A.升高溫度,反應(yīng)ⅰ逆向移動,所以正反應(yīng)速率減小
B.向容器中再通入少量N2,CO2的平衡轉(zhuǎn)化率下降
C.移去部分H2O(g),反應(yīng)ⅲ平衡一定不移動
D.選擇合適的催化劑能提高CH3OH的選擇性
③保持溫度不變,在恒容反應(yīng)器中,初始總壓為5p kPa,只發(fā)生反應(yīng)ⅰ和ⅱ,達(dá)到平衡時(shí)CO2的轉(zhuǎn)化率為80%,CO的選擇性為25%,則H2的轉(zhuǎn)化率為 ,反應(yīng)ⅱ的壓強(qiáng)平衡常數(shù)Kp= (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))。
方法Ⅱ:催化加氫制甲酸。
(3)科研工作者通過開發(fā)新型催化劑,利用太陽能電池將工業(yè)排放的CO2轉(zhuǎn)化為HCOOH。
已知CO2(g)+H2(g)HCOOH(g) ΔH=-31.4 kJ·ml-1。溫度為T1 ℃達(dá)到平衡時(shí),化學(xué)平衡常數(shù)K=1.8。實(shí)驗(yàn)測得:v正=k正c(CO2)·c(H2),v逆=k逆c(HCOOH),k正、k逆為速率常數(shù)。T1 ℃時(shí),k正= k逆;若溫度為T2 ℃達(dá)到平衡時(shí),k正=1.9k逆,則T2 (填“>”“”“p2
B.恒溫密閉體系中,加壓時(shí)副反應(yīng)平衡不移動
C.300~350 ℃曲線變化的原因可能是此時(shí)以發(fā)生副反應(yīng)為主
D.加入選擇性更好的催化劑,可以提高甲醇的平衡產(chǎn)率
E.300 ℃時(shí),當(dāng)體系中混合氣體的平均摩爾質(zhì)量不再改變,則該體系達(dá)到平衡狀態(tài)
(4)在T ℃下,恒壓反應(yīng)器中,按初始投料n(CO2)∶n(H2)=1∶1發(fā)生反應(yīng):CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g),初始總壓為2 MPa,反應(yīng)平衡后,H2的平衡轉(zhuǎn)化率為60%,則該反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp= (MPa)-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))。
(5)一種基于銅基金屬簇催化劑電催化還原CO2制備甲醇的裝置如圖所示。控制其他條件相同,將一定量的CO2通入該電催化裝置中,陰極所得產(chǎn)物及其物質(zhì)的量與電壓的關(guān)系如圖所示。
①b電極生成CH3OH的電極反應(yīng)式為 。
②控制電壓為0.8 V,電解時(shí)轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為 ml。
大題突破練(三) 化學(xué)反應(yīng)原理綜合題
1.(2024·廣東大亞灣區(qū)1月聯(lián)合模擬)某課題組研究CO2加氫制甲醇。涉及的主要反應(yīng)有:
反應(yīng)Ⅰ:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=-48.3 kJ·ml-1
反應(yīng)Ⅱ:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2=+41.2 kJ·ml-1
反應(yīng)Ⅲ:CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)
ΔH3=-154.8 kJ·ml-1
反應(yīng)Ⅳ:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH4
回答下列有關(guān)問題:
(1)反應(yīng)Ⅳ的ΔH4= 。
(2)下列有關(guān)說法正確的是 。
A.增壓時(shí),CO的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)一定增大
B.當(dāng)甲醇的分壓不再改變時(shí),體系達(dá)到平衡
C.在恒容密閉容器中充入Ar,反應(yīng)Ⅲ速率不變
D.升溫時(shí),反應(yīng)Ⅱ逆反應(yīng)速率加快的程度大于正反應(yīng)速率
(3)研究發(fā)現(xiàn),在3 MPa條件下,當(dāng)起始n(CO2)∶n(H2)=1∶3,平衡時(shí)CO2的轉(zhuǎn)化率、含碳產(chǎn)物的選擇性(轉(zhuǎn)化的CO2中生成CH3OH、CH4或CO的百分比,如甲醇的選擇性=生成CH3OH的量消耗CO2的量×100%)與溫度關(guān)系如圖所示。
①隨著溫度升高,甲醇選擇性降低而CO2的轉(zhuǎn)化率卻升高的原因可能是 。
②在T溫度下,若CH4的選擇性為10%,計(jì)算此溫度下反應(yīng)Ⅱ的平衡常數(shù)K= 。
(4)一種在銅基催化劑上CO2加氫制甲醇的機(jī)理如圖所示,其中吸附在銅基催化劑表面上的物種用“*”標(biāo)注。
①基態(tài)銅原子的價(jià)電子排布式為 。
②決速步的反應(yīng)方程式為 。
(5)寫出甲醇在生產(chǎn)或生活中的一種應(yīng)用 。
答案:(1)-89.5 kJ·ml-1 (2)BC
(3)①生成甲醇的反應(yīng)均為放熱反應(yīng),升溫時(shí)平衡逆向移動,甲醇選擇性降低;反應(yīng)Ⅱ是吸熱反應(yīng),升溫平衡正向移動,且反應(yīng)Ⅱ占主導(dǎo)作用 ②0.198
(4)①3d104s1 ②CH3O*+OH*+2H*CH3OH*+H2O*
(5)作燃料(或溶劑或制甲醛等)
解析:(1)根據(jù)蓋斯定律可知反應(yīng)Ⅰ-反應(yīng)Ⅱ=反應(yīng)Ⅳ,ΔH4=ΔH1-ΔH2=-48.3 kJ·ml-1-(+41.2 kJ·ml-1)=-89.5 kJ·ml-1。
(2)反應(yīng)Ⅱ是等體積變化的反應(yīng),反應(yīng)Ⅳ是氣體體積減小的反應(yīng),增壓時(shí)反應(yīng)Ⅳ的平衡正向移動,CO的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)減小,A錯誤;反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí),各物質(zhì)的濃度、含量均不變,則甲醇的分壓不再改變時(shí)其濃度不變,體系達(dá)到平衡狀態(tài),B正確;在恒容密閉容器中充入Ar時(shí),反應(yīng)物、生成物的濃度均不變,則反應(yīng)速率不變化,C正確;反應(yīng)Ⅱ是吸熱反應(yīng),升高溫度時(shí)平衡正向移動,即升溫時(shí)反應(yīng)Ⅱ逆反應(yīng)速率加快的程度小于正反應(yīng)速率,D錯誤。
(3)②設(shè)起始時(shí)n(CO2)=1 ml、n(H2)=3 ml,由圖可知,T溫度平衡時(shí)CO2的轉(zhuǎn)化率為60%、CH3OH的選擇性為60%,CH4的選擇性為10%,則CO的選擇性為1-60%-10%=30%,平衡體系中CO2的物質(zhì)的量為0.4 ml,n(CH3OH)=1 ml×60%×60%=0.36 ml,n(CH4)=0.06 ml,n(CO)=0.18 ml,根據(jù)H、O原子守恒可得:2n'(H2)+2n(H2O)+0.36 ml×4+0.06 ml×4=6 ml,n(H2O)+0.8 ml+0.36 ml+0.18 ml=2 ml,解得n'(H2)=1.5 ml,n(H2O)=0.66 ml,此溫度下反應(yīng)Ⅱ的平衡常數(shù)K=c(CO)·c(H2O)c(CO2)·c(H2)=0.66V××1.5V=0.198。
(4)①Cu的原子序數(shù)為29,基態(tài)銅原子核外電子排布式為[Ar]3d104s1,其價(jià)電子排布式為3d104s1。
②反應(yīng)的能壘或活化能越高,反應(yīng)速率越慢,該步反應(yīng)的反應(yīng)速率決定整個反應(yīng)的反應(yīng)速率,是決速步,由圖可知,過渡態(tài)5的能壘最高,該步反應(yīng)為CH3O*+OH*+2H*CH3OH*+H2O*。
(5)甲醇具有可燃性,是良好的有機(jī)溶劑,是重要的化工原料等,可用作燃料、溶劑、制備甲醛等。
2.(2024·甘肅二模)苯乙烯是生產(chǎn)塑料和合成橡膠的重要有機(jī)原料,可由乙苯催化脫氫獲得。乙苯催化脫氫制苯乙烯的反應(yīng)為:
+H2(g)
(1)已知:
計(jì)算上述反應(yīng)的ΔH= kJ·ml-1。
(2)為提高乙苯的平衡轉(zhuǎn)化率,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
(3)工業(yè)上,通常在乙苯蒸氣中摻混水蒸氣(原料氣中乙苯和水蒸氣的物質(zhì)的量之比為1∶9),控制反應(yīng)溫度600 ℃,并保持體系總壓為常壓的條件下進(jìn)行反應(yīng)。在不同反應(yīng)溫度下,乙苯的平衡轉(zhuǎn)化率和某催化劑作用下苯乙烯的選擇性(指除了H2以外的產(chǎn)物中苯乙烯的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))示意圖如下:
①摻入水蒸氣能提高乙苯的平衡轉(zhuǎn)化率,解釋說明該事實(shí): 。
②控制反應(yīng)溫度為600 ℃的理由是 。
(4)100 kPa恒壓下,T1 ℃時(shí)將2 ml乙苯蒸氣通入容積可變的密閉容器中發(fā)生乙苯脫氫制苯乙烯反應(yīng)。反應(yīng)經(jīng)過10 min達(dá)到平衡,此時(shí)苯乙烯的體積分?jǐn)?shù)為0.375,則乙苯的轉(zhuǎn)化率為 ,0~10 min內(nèi)的平均反應(yīng)速率v(H2)= kPa·min-1,該溫度下的Kp= kPa。
答案:(1)+124 (2)B
(3)①正反應(yīng)為氣體分子數(shù)增大的反應(yīng),保持壓強(qiáng)不變,加入水蒸氣,容器容積增大,等效為降低壓強(qiáng),平衡向正反應(yīng)方向移動 ②600 ℃時(shí)乙苯的轉(zhuǎn)化率與苯乙烯的選擇性均較高,溫度過低,反應(yīng)速率較慢,轉(zhuǎn)化率較低,溫度過高,選擇性下降,高溫下可能使催化劑失去活性,且消耗能量較大
(4)60% 3.75 56.25
解析:(1)反應(yīng)熱=反應(yīng)物斷鍵所吸收的熱量-生成物成鍵放出能量,ΔH=2×412 kJ· ml-1+348 kJ· ml-1-612 kJ· ml-1-436 kJ· ml-1=+124 kJ· ml-1。
(2)正反應(yīng)為氣體分子數(shù)增大的反應(yīng),減小壓強(qiáng),有利于平衡正向移動;正反應(yīng)為吸熱反應(yīng),升高溫度,有利于平衡正向移動,所以選擇高溫、低壓。
(3)①正反應(yīng)方向氣體分子數(shù)增加,加入水蒸氣起稀釋作用,相當(dāng)于起減壓的效果,減壓的條件下,平衡正向移動,乙苯的平衡轉(zhuǎn)化率增大。
(4)根據(jù)方程式+H2(g),反應(yīng)經(jīng)過10 min達(dá)到平衡,設(shè)反應(yīng)消耗的乙苯的物質(zhì)的量為x ml,則剩下的乙苯為(2-x) ml,苯乙烯的體積分?jǐn)?shù)為0.375=x(2-x)+x+x×100%,解得x=1.2,則乙苯的轉(zhuǎn)化率為1.2ml2ml×100%=60%;0~10 min內(nèi)的平均反應(yīng)速率v(H2)=ΔpΔt=0.375×100 kPa10min=3.75 kPa·min-1;該溫度下的Kp=p(H2)·p(苯乙烯)p(苯乙烷)=0.375×100 kPa×0.375×100 kPa0.25×100 kPa=56.25 kPa。
3.(2024·湖北七市二模)為了實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”和“碳中和”的目標(biāo),將CO2轉(zhuǎn)化成可利用的化學(xué)能源的“負(fù)碳”技術(shù)是世界各國關(guān)注的焦點(diǎn)?;卮鹣铝袉栴}:
方法Ⅰ:CO2催化加氫制甲醇。
以CO2、H2為原料合成CH3OH涉及的反應(yīng)如下:
反應(yīng)ⅰ:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=-49.0 kJ·ml-1
反應(yīng)ⅱ:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2=+41.0 kJ·ml-1
反應(yīng)ⅲ:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH3
(1)計(jì)算反應(yīng)ⅲ的ΔH3= kJ·ml-1。
(2)一定溫度和催化劑條件下,在密閉恒容容器中按照投料n(CO2)∶n(H2)∶n(N2)=1∶3∶1發(fā)生反應(yīng)(N2不參與反應(yīng)),平衡時(shí)CO2的轉(zhuǎn)化率、CH3OH和CO的選擇性[如CH3OH的選擇性=n生成(CH3OH)n生成(CH3OH)+n生成(CO)×100%]隨溫度的變化曲線如圖所示。
①圖中曲線a表示物質(zhì) (填“CO2”“CH3OH”或“CO”)的變化。
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 (填字母)。
A.升高溫度,反應(yīng)ⅰ逆向移動,所以正反應(yīng)速率減小
B.向容器中再通入少量N2,CO2的平衡轉(zhuǎn)化率下降
C.移去部分H2O(g),反應(yīng)ⅲ平衡一定不移動
D.選擇合適的催化劑能提高CH3OH的選擇性
③保持溫度不變,在恒容反應(yīng)器中,初始總壓為5p kPa,只發(fā)生反應(yīng)ⅰ和ⅱ,達(dá)到平衡時(shí)CO2的轉(zhuǎn)化率為80%,CO的選擇性為25%,則H2的轉(zhuǎn)化率為 ,反應(yīng)ⅱ的壓強(qiáng)平衡常數(shù)Kp= (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))。
方法Ⅱ:催化加氫制甲酸。
(3)科研工作者通過開發(fā)新型催化劑,利用太陽能電池將工業(yè)排放的CO2轉(zhuǎn)化為HCOOH。
已知CO2(g)+H2(g)HCOOH(g) ΔH=-31.4 kJ·ml-1。溫度為T1 ℃達(dá)到平衡時(shí),化學(xué)平衡常數(shù)K=1.8。實(shí)驗(yàn)測得:v正=k正c(CO2)·c(H2),v逆=k逆c(HCOOH),k正、k逆為速率常數(shù)。T1 ℃時(shí),k正= k逆;若溫度為T2 ℃達(dá)到平衡時(shí),k正=1.9k逆,則T2 (填“>”“
這是一份備戰(zhàn)2025年高考二輪復(fù)習(xí)化學(xué)(通用版)大題突破練3 化學(xué)反應(yīng)原理綜合題(Word版附解析),共8頁。試卷主要包含了某課題組研究CO2加氫制甲醇,3 kJ·ml-1,8 kJ·ml-1,5 kJ·ml-1 BC,198,75 56,7%) 0等內(nèi)容,歡迎下載使用。
這是一份2023屆高考化學(xué)二輪復(fù)習(xí)《化學(xué)反應(yīng)原理》大題專練02(解析版),共28頁。
這是一份2023屆高考化學(xué)二輪復(fù)習(xí)《化學(xué)反應(yīng)原理》大題專練05(解析版),共28頁。試卷主要包含了合成氨在生產(chǎn)中具有重要意義,近年科學(xué)家提出“綠色自由”構(gòu)想等內(nèi)容,歡迎下載使用。
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