2024荆州公安县三中高三上学期入学考试化学试题含答案
展开公安县第三中学2023-2024学年入学考试
高三化学
第I卷(选择题)
一、单选题
1.过氧化钠和超氧化钾(KO2)均能与CO2和水蒸气反应生成O2,是常用的高原和深水作业的供氧剂。下列说法错误的是
A.Na2O2和KO2均属于离子化合物
B.KO2发生供氧反应时既作氧化剂又作还原剂
C.Na2O2在空气中长时间放置,最终所得固体为Na2CO3
D.等物质的量的KO2和Na2O2完全发生供氧反应,Na2O2的供氧量大
2.在化学工业中,氮是非常重要的非金属元素。氨、铵盐、硝酸都是在化工生产中广泛使用的物质,水合肼(N2H4·H2O)是重要的氢能源稳定剂,其制备的反应原理为NaClO+2NH3=N2H4·H2O+NaCl。与此同时,氮的化合物如果处理不当也会造成环境污染。硝酸厂的烟气中含有大量的氮氧化物(NOx),将烟气与H2的混合气体通入Ce(SO4)2与Ce2(SO4)3的混合溶液中实现无害化处理,其转化过程如图所示。下列说法错误的是
A.该转化过程的实质为NOx被H2还原
B.该处理过程中,混合溶液中Ce4+起催化作用
C.过程Ⅰ发生反应的离子方程式:H2+Ce4+=2H++Ce3+
D.x=2时,过程Ⅱ中还原剂与氧化剂的物质的量之比为4:1
3.设为阿伏伽德罗常数的值,下列说法正确的是
A.晶体中含有共价键数目为
B.100g质量分数为17%的溶液中杂化的原子数约为
C.标准状况下,11.2LNO和混合后的分子数目为
D.与足量浓盐酸反应生成氯气,转移电子数为
4.某化合物结构简式为,下列关于其说法正确的是
A.分子中碳原子与氮原子的个数比是7∶5
B.属于芳香族化合物
C.能与氢氧化钠溶液反应,但不能与盐酸反应
D.属于苯酚的同系物
5.下列化学用语描述或图示表达正确的是
A.原子结构示意图,可以表示和
B.中子数为127的碘原子:
C.过氧化氢的比例模型:
D.NaClO的电子式:
6.短周期主族元素X、Y、Z、M、N的原子序数依次增大,其中基态Y原子s能级电子数是p能级的两倍,Z和M位于同一主族,由上述五种元素形成的化合物可作离子导体,结构如图所示。下列说法错误的是
A.原子半径:M>Y>Z>X B.非金属性:N>Z>M>Y
C.氢化物沸点:Z>N>M>Y D.同周期中第一电离能小于Z的元素有5种
7.中科院国家纳米科学中心科研人员在国际上首次“拍”到氢键的“照片”,实现了氢键的实空间成像,为“氢键的本质”这一化学界争论了多年的问题提供了直观证据。下列有关氢键的说法中正确的是
A.H2O的稳定性高,是因为水分子间存在氢键
B. 比 熔点高
C.H2O比HF沸点高是由于1molH2O中氢键O-H…O数目多于1molHF中F-H…F
D.可燃冰(CH4·8H2O)中甲烷分子与水分子之间形成了氢键
8.在乙酸乙酯、乙醇、乙酸水溶液共存的化学平衡体系中加入含重氢的水,经过足够长的时间后,可以发现,除了水外,体系中含有重氢的化合物是
A.只有乙醇 B.只有乙酸
C.乙酸乙酯、乙醇、乙酸 D.只有乙醇和乙酸
9.下列方程式正确的是
A.饱和溶液与固体反应:
B.酸化和的混合溶液:
C.碱性溶液与反应:
D.电解熔融的阳极反应:
10.下列关于物质的结构或性质及解释均正确的是
选项
物质的结构或性质
解释
A
键角:
水分子中O上孤电子对数比氨分子中N上的多
B
稳定性:
分子间氢键强于分子间作用力
C
熔点:碳化硅>金刚石
的键能大于的键能
D
酸性:
的极性大于的极性,导致的羧基中的羟基极性更大,氢更易电离
A.A B.B C.C D.D
11.近日,科学家利用交叉偶联合成无保护的碳芳苷化合物,在药物合成中有广泛应用。现有两种碳芳苷化合物的结构如图所示(Me代表甲基,Et代表乙基)。
下列说法正确的是
A.甲、乙中含氧官能团完全相同 B.甲分子中含3个手性碳原子
C.乙在酸性或碱性介质中都能发生水解反应 D.甲、乙都能与溶液反应产生
12.实验室制取时,下列装置能达到相应实验目的的是
A.制备 B.净化
C.收集 D.尾气处理
13.利用氢气作为能源的前提是安全有效地解决储存氢气的问题。化学家研究出利用合金储存氢气的方法,其中镧(La)镍(Ni)合金是一种储氢材料,这种合金的晶体结构已经测定,其基本结构单元如图所示,则该合金的化学式可表示为
A. B. C. D.
14.常温下,将0.1mol/L的NaOH溶液滴入到20mL0.1mol/L的溶液中,(或)的分布系数【如】NaOH溶液体积V与pH的关系如图所示。下列说法中正确的是
A.曲线a表示的是的分布系数变化曲线
B.的水解平衡常数的数量级为
C.n点对应的溶液中,
D.在n、p、q三点中,水的电离程度最大的是p点
二、多选题
15.用价层电子对互斥理论可以预测空间构型,也可以推测键角大小,下列判断正确的是
A.SO2、CS2、BeCl2都是直线形的分子
B.BF3键角为120°,NF3键角小于120°
C.CH2O、BF3、SO3都是平面三角形的分子
D.NH3、PCl3、SF6都是三角锥形的分子
第II卷(非选择题)
三、工业流程题
16.废旧太阳能电池CIGS具有较高的回收利用价值,其主要组成为CuIn0.5Ga0.5Se2.某探究小组回收处理流程如图:
回答下列问题:
(1)硒(Se)为第四周期与硫为同族元素,Se的原子序数为 ;镓(Ga)和铟(In)位于元素周期表第IIIA族,CuIn0.5Ga0.5Se2中Cu的化合价为 。
(2)“酸浸氧化”发生的主要氧化还原反应的离子方程式为 。
(3)已知:25°C,Kb(NH3·H2O)≈2.0×10−5,Kp[Ga(OH)3]≈1.0×10−35,Ksp[In(OH)3]=1.0×10−33。当金属阳离子浓度小于1.0×10−5 mol∙L−1时沉淀完全,In3+恰好完全沉淀时溶液的pH约为 (保留一位小数);为探究Ga(OH)3在氨水中能否溶解,计算反应Ga(OH)3(s)+NH3·H2O[Ga(OH)4]-+NH的平衡常数K= 。(已知:Ga3++4OH-[Ga(OH)4]-,K'=≈1.0×1034)
(4)“回流过滤”中加入的SOCl2是一种液态化合物,极易与水反应,写出SOCl2与水反应的化学反应方程式 ;SOCl2的作用是将氢氧化物转化为氯化物和 。
(5)“高温气相沉积”过程中发生的化学反应方程式为 。
四、有机推断题
17.有机物H(C9H8O4)是洁面化妆品的中间体,以A为原料合成有机物H的路线如图:
已知:①A是相对分子量为92的芳香烃; ②D是C的一氯取代物;
③RCHO+R1CH2CHORCH=CR1CHO+H2O(R、R1为烃基或氢原子)。
回答下列问题:
(1)A的化学名称为 。
(2)由D生成E所用的试剂和反应条件为 。
(3)由E生成F的反应类型为 ,F的结构简式为 。
(4)G与新制Cu(OH)2悬浊液反应的化学方程式为 。
(5)H长期暴露在空气中容易变质的主要原因是 。
(6)参照上述流程,设计以乙醇为原料制备CH3CH=CHCOOH的合成路线: 。(其它无机试剂任选)。
五、实验题
18.氮化锶(Sr3N2)在工业上广泛用于生产荧光粉。锶与氮气在加热条件下可生成氮化锶,氮化锶遇水剧烈反应。某同学设计如下装置制备氮化锶(各装置盛装足量试剂),所使用的氮气样品可能含有少量CO、CO2、O2等气体杂质。
已知:醋酸二氨合亚铜CH3COO[Cu(NH3)2]溶液能定量吸收CO,但易被O2氧化,失去吸收CO能力;连苯三酚碱性溶液能定量吸收O2。
Ⅰ.氮化锶的制取
(1)装置B仪器的名称是 。
(2)装置C、D、E盛装的试剂分别是 (填代号)。
甲.连苯三酚碱性溶液 乙.浓硫酸 丙.醋酸二氨合亚铜溶液
(3)该套装置设计存在缺陷,可能会导致产品变质,提出改进方案 。
Ⅱ.产品纯度的测定
称取6.0 g Ⅰ中所得产品,加入干燥的三颈瓶中,然后由恒压漏斗加入蒸馏水,通入水蒸气,将产生的氨全部蒸出,用200mL1.00mol/L的盐酸标准溶液完全吸收(吸收液体积变化忽略不计)。从烧杯中量取20.00 mL的吸收液,用1.00mol/LNaOH标准溶液滴定过剩的HCl,到终点时消耗16.00mLNaOH溶液。(图中夹持装置略)
(4)三颈瓶中发生的化学反应方程式为 。
(5)装置中2的作用为 。
(6)用1.00mol/LNaOH标准溶液滴定过剩的HCl时所选指示剂为 (填字母)。
a.石蕊试液 b.酚酞试液 c.甲基橙
(7)产品纯度为 。
(8)下列实验操作可能使氮化锶(Sr3N2)测定结果偏高的是 (填字母)。
a.滴定时未用NaOH标准溶液润洗滴定管
b.读数时,滴定前平视,滴定后俯视
c.摇动锥形瓶时有液体溅出
六、原理综合题
19.碳及其化合物广泛存在于自然界。请回答下列问题:
(1)反应Ⅰ: △H1平衡常数为K1
反应Ⅱ: △H2平衡常数为K2
不同温度下,K1、K2的值如下表:
K1
K2
973
1.47
2.38
1173
2.15
1.67
现有反应Ⅲ:,结合上表数据,反应Ⅲ是 (填“放热”或“吸热”)反应。
(2)催化加氢合成二甲醚是一种转化方法,其过程中主要发生下列反应:
反应Ⅲ: △H3
反应Ⅳ: △H=-122.5kJ/mol
在恒压、和的起始量一定的条件下,平衡转化率和平衡时的选择性随温度的变化如图。
其中:的选择性
①温度高于300℃,平衡转化率随温度升高而上升的原因是 。
②220℃时,在催化剂作用下与反应一段时间后,测得的选择性为48%(图中点)。不改变反应时间和温度,一定能提高选择性的措施有 。
(3)石油化工生产中,利用裂解反应可以获得重要化工原料乙烯、丙烯。一定条件下,正丁烷裂解的主反应如下:
反应Ⅴ:
反应Ⅵ:
一定温度下,向容积为的密闭容器中通入正丁烷,反应时间与容器内气体总压强数据如下:
0
10
20
30
40
5
7.2
8.4
8.8
8.8
①反应速率可以用单位时间内分压的变化表示,即v=,前内正丁烷的平均反应速率v(正丁烷) ,该温度下,正丁烷的平衡转化率 。
②若平衡时乙烯的体积分数为,则该温度下反应Ⅴ的分压平衡常数Kp= MPa(保留一位小数)。
③若反应在恒温、恒压条件下进行,平衡后反应容器的体积 (填“大于”“小于”或“等于”)。
参考答案:
1.D。【详解】A.Na2O2和KO2均含离子键,均是由阴、阳离子组成的离子化合物,A项正确;
B.KO2发生供氧反应时,其中O的化合价既升高又降低,故既作氧化剂又作还原剂,B项正确;
C.Na2O2在空气中长时间放置,会和水蒸气、二氧化碳反应,最终得到的固体为Na2CO3,C项正确;
D.由4KO2+2CO2=2K2CO3+3O2、2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2,可得关系式:4KO2~3O2、2 Na2O2~ O2,由此推得等物质的量的KO2和Na2O2完全发生供氧反应,KO2的供氧量大,D项错误;
故选:D。
2.C。【详解】A.该转化过程的实质为NOx被H2还原为N2,H2被氧化为水,故A正确;B.处理过程中,Ce3+和Ce4+做催化剂,催化剂在反应前后,质量不变,数量不变,故B正确;C.过程Ⅰ发生的反应为Ce4+把H2氧化为H+,自身被还原为Ce3+,反应的离子方程式为:H2+2Ce4+═2H++2Ce3+,故C错误;D.x=2时,过程Ⅱ为2NO2+8Ce3++8H+=N2+8Ce4++4H2O,还原剂为Ce3+,氧化剂为NO2,两者之比为4:1,故D正确;故选:C。
3.B。【详解】A.晶体中含有共价键数目为,故A错误;B.H2O、H2O2中O原子均采用杂化,100g质量分数为17%的溶液中杂化的原子数约为,故B正确;C.标准状况下,11.2LNO和混合后生成0.5molNO2、剩余0.25molO2,分子数目为0.75,故C错误;D.KClO3和盐酸反应生成氯化钾、氯气、水,KClO3中Cl元素化合价由+5降低为0,与足量浓盐酸反应生成氯气,转移电子数为,故D错误;选B。
4.A。【详解】A.根据物质的结构简式可知在分子中碳原子与氮原子的个数比是7∶5,正确;B.由于在物质分子中没有苯环,所以不属于芳香族化合物,错误;C.由于在化合物分子中含有Cl原子和氨基,所以能与氢氧化钠溶液反应,也能能与盐酸反应,错误;D.由于没有苯环,所以不属于苯酚的同系物,错误。
答案选A。
5.A。【详解】A.原子结构示意图表示碳元素的所有核素,可以表示和,A正确;
B.的质子数为53,质量数为127,表示质量数为127的碘原子,B不正确;C.过氧化氢分子中,O原子半径比H原子半径大,比例模型为,C不正确;D.NaClO为离子化合物,电子式为,D不正确;故选A。
6.C。【详解】A.同周期原子序数越大原子半径越小,电子层数越多原子半径越大,则原子半径:M(P)>Y(C)>Z(N)>X(H),A正确;B.元素越靠近周期表的右上角,非金属性越强,则非金属性:N(Cl)>Z(N)>M(P)>Y(C),B正确;C.不是最简单的氢化物,Y为C元素,碳原子数目较大的烷烃是固态,Z为N元素,而NH3为气态,则沸点Y>Z,C错误;D.Z为N元素,同周期主族元素随原子序数增大第一电离能呈增大趋势,但ⅡA、ⅤA元素高于同周期相邻元素,稀有气体第一电离能最大,N的2p能级处于半满稳定状态,其第一电离能大于同周期相邻元素,则同周期中第一电离能小于N的有Li、Be、B、C、O共5种,D正确;故选:C。
7.C。【详解】A.H2O的稳定性高是因为H2O分子中H-O键的键能大,与水分子间存在氢键无关,A项错误;B. 形成分子内氢键, 形成分子间氢键,故 比 的熔点低,B项错误;C.1molH2O中氢键O-H…O数目多于1molHF中氢键F-H…F,故H2O的沸点为HF的沸点高,C项正确;D.可燃冰中的甲烷分子与水分子间不能形成氢键,D项错误;答案选C。
8.D。【详解】酯化反应的原理:酸去羟基,醇去氢;而酯化反应为可逆反应,酯化反应生成的H-OH中的羟基来自羧酸、氢原子来自醇,向体系中加入含重氢的水,经过足够长的时间后,重水中的-OD进入了羧酸,D原子进入乙醇,所以最终含有重氢的化合物是乙酸乙酯和乙醇,故选D。
9.A。【详解】A. 硫酸钙固体在饱和碳酸钠溶液中可转化为碳酸钙固体,A正确;B. 离子方程式未配平,配平后离子方程式为,B错误;C.该反应在碱性溶液中进行,不能生成氢离子,离子方程式为,C错误;D. 电解池阳极发生氧化反应,因熔融氧化铝完全电离为Al3+和O2-,阳极是O2-失电子,电极反应式为,D错误;答案选A。
10.D。【详解】A.随着孤电子对数增多,成键电子对与成键电子对之间的斥力减小,键角也减小, H2O和的键角大小为,选项A错误;B.非金属氢化物的稳定性跟其对应的非金属的非金属性有关,非金属性越强,越稳定,所以HF和HCl的稳定性大小为,但解释错误,选项B错误;C.键长越短,键能越大,熔沸点越高,碳化硅和金刚石的熔点大小为金刚石>碳化硅,选项C错误;D.的极性大于的极性,导致的羧基中的羟基极性更大,更容易电离出氢离子,酸性大于,选项D正确;答案选D。
11.C。【详解】A.甲中含氧官能团为羟基和醚键,乙中含氧官能团为羟基、醚键和肽键,甲、乙中含氧官能团不完全相同,故A错误;B.手性碳原子是指与四个各不相同原子或基团相连的碳原子,甲分子中含5个手性碳原子,位置为 ,故B错误;C.乙中含有肽键,在酸性或碱性介质中都能发生水解反应,故C正确;D.甲、乙中没有羧基,不能与溶液反应产生,故D错误;故选C。
12.D。【详解】A.浓盐酸与二氧化锰常温下不反应,缺少加热,不能制备氯气,故A错误;B.应先通过饱和食盐水除去HCl,后通入浓硫酸干燥氯气,除杂顺序错误,故B错误;C.氯气的密度比空气密度大,应长管进短管出,故C错误;D.氯气有毒,可用NaOH溶液吸收,Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O,图中装置可吸收尾气,故D正确;故答案为D。
13.B。【详解】根据原子相对位置,用均摊法计算晶胞中含有的各种元素的原子个数。由图可知La原子的数目为,Ni原子的数目为,所以该合金中La与Ni的原子个数比为3:15=1:5,故物质化学式为LiNi5,合理选项是B。
14.C。【详解】A.NaOH与反应生成和H2O,随着加入NaOH溶液体积增大,的物质的量增多,的分布系数增大,则曲线b代表其变化曲线,A错误;B.m点对应的溶液中c()=c(),pH=4.2,此时Ka2(H2C2O4)=×c(H+)=c(H+)=10-4.2,q点对应溶液中溶质为,水解常数Kh==10-9.8,数量级为10-10,B错误;C.n点对应的溶液中c()=n(),物料守恒关系为2c(Na+)=3[c()+c(H2C2O4)+c()],电荷守恒关系为c(Na+)+c(H+)=c()+2c()+c(OH-),则c()+2c(OH-)=2c(H+)+3c(H2C2O4)+c(),常温下n点pH<7,c(OH-)
16.(1) 34 +1
(2)Cu2O+H2O2+4H+=2Cu2++3H2O
(3) 4.7 2.0×10−6
(4) SOCl2+H2O=SO2+2HCl 作溶剂
(5)GaCl3+NH3GaN+3HCl
【详解】(1)硒(Se)为第四周期与硫为同族元素,S为16号元素,第四周期有18种元素,因此Se的原子序数为34;镓(Ga)和铟(In)位于元素周期表第IIIA族,CuIn0.5Ga0.5Se2中Ga、In化合价为+3价,Se为−2价,则Cu的化合价为+1;故答案为:34;+1。
(2)CuIn0.5Ga0.5Se2.高温灼烧得到氧化亚铜,双氧水将牙痛氧化为铜离子,因此“酸浸氧化”发生的主要氧化还原反应的离子方程式为Cu2O+H2O2+4H+=2Cu2++3H2O;故答案为:Cu2O+H2O2+4H+=2Cu2++3H2O。
(3)已知:25°C,Kb(NH3·H2O)≈2.0×10−5,Kp[Ga(OH)3]≈1.0×10−35,Ksp[In(OH)3]=1.0×10−33。当金属阳离子浓度小于1.0×10−5 mol∙L−1时沉淀完全,Ksp[In(OH)3]= 1.0×10−5×c3(OH-)=1.0×10−33,解得c(OH-) ≈1.0×10−9.3 mol∙L−1,则pH≈4.7,则In3+恰好完全沉淀时溶液的pH约为4.7;根据已知:Ga3++4OH-[Ga(OH)4]-,K'=≈1.0×1034,则,为探究Ga(OH)3在氨水中能否溶解,计算反应Ga(OH)3(s)+NH3·H2O[Ga(OH)4]-+NH的平衡常数K=;故答案为:4.7;2.0×10−6。
(4)“回流过滤”中加入的SOCl2是一种液态化合物,极易与水反应,生成二氧化硫和盐酸,则SOCl2与水反应的化学反应方程式SOCl2+H2O=SO2+2HCl;根据回流过滤得到滤渣和滤液,说明SOCl2的作用是将氢氧化物转化为氯化物和作溶剂;故答案为:SOCl2+H2O=SO2+2HCl;作溶剂。
(5)“高温气相沉积”过程是GaCl3和NH3在高温下反应生成GaN和HCl,其发生的化学反应方程式为GaCl3+NH3GaN+3HCl;故答案为:GaCl3+NH3GaN+3HCl。
17. 甲苯 氢氧化钠水溶液,加热 氧化反应 +2Cu(OH)2+NaOH+Cu2O↓+3H2O H为酚类化合物,易被空气中的氧气氧化 CH3CH2OHCH3CHOCH3CH=CHCHOCH3CH=CHCOOH
【详解】(1)A是,名称为甲苯;
(2)D是,D与NaOH的水溶液共热,发生水解反应产生E:。故由D生成E所用的试剂和反应条件为氢氧化钠水溶液,加热;
(3)E是,分子中含有醇羟基,由于羟基连接的C原子上含有2个H原子,可以在催化剂存在条件下加热,发生氧化反应产生F:,则由E生成F的反应类型为氧化反应;F的结构简式是;
(4)G是,该物质分子中含有醛基,能够与新制Cu(OH)2悬浊液混合加热,发生氧化反应,醛基变为羧基,由于溶液显碱性,因此反应产生的是羧酸的钠盐,反应方程式为:+2Cu(OH)2+NaOH+Cu2O↓+3H2O;
(5)利用信息③实现碳链变化,乙醇发生催化氧化生成乙醛,2个分子乙醛反应生成CH3CH=CHCHO,CH3CH=CHCHO再进一步氧化生成CH3CH=CHCOOH,故以乙醇为原料制备CH3CH=CHCOOH的合成路线为:CH3CH2OHCH3CHOCH3CH=CHCHOCH3CH=CHCOOH。
18. 洗气瓶 甲丙乙 在装置F后连接一盛有碱石灰的干燥管 Sr3N2+6H2O=3Sr(OH)2+2NH3↑ 平衡气压,防止倒吸 c 96.93% bc
【详解】(1)装置B仪器名称是洗气瓶。答案为:洗气瓶;
(2)醋酸二氨合亚铜用于吸收CO,但易被O2氧化,而连苯三酚碱性溶液用于吸收O2,所以应放在醋酸二氨合亚铜溶液的前面,浓硫酸用于干燥N2,放在最后面,故装置C、D、E盛装的试剂分别是甲丙乙。答案为:甲丙乙;
(3)该套装置设计存在缺陷,只考虑反应前除杂和防止水蒸气进入,没有考虑尾端管口可能会进入空气,从而得出改进方案为在装置F后连接一盛有碱石灰的干燥管。答案为:在装置F后连接一盛有碱石灰的干燥管;
(4)三颈瓶中发生Sr3N2与H2O反应生成Sr(OH)2和NH3,化学方程式为Sr3N2+6H2O=3Sr(OH)2+2NH3↑。答案为:Sr3N2+6H2O=3Sr(OH)2+2NH3↑;
(5)装置中2与大气连通,可用于平衡内外压强,防止产生负压,其作用为。平衡气压,防止倒吸。答案为:平衡气压,防止倒吸;
(6)用1.00mol/LNaOH标准溶液滴定过剩的HCl时,需防止NH4Cl与NaOH发生反应,所以应选择变色范围在酸性区域的指示剂,所选指示剂为c。答案为:c;
(7)与NH3反应的盐酸物质的量为:0.200L×1.00mol/L-0.0160L×1.00mol/L×=0.04mol,n(Sr3N2)=0.02mol,产品纯度为 =96.93%。答案为:96.93%;
(8)a.滴定时未用NaOH标准溶液润洗滴定管,所用V(NaOH)增大,与NH3反应盐酸的物质的量减小,产品纯度偏低,a不合题意;
b.读数时,滴定前平视,滴定后俯视,所用V(NaOH)减小,与NH3反应盐酸的物质的量增大,产品纯度偏高,b符合题意;
c.摇动锥形瓶时有液体溅出,所用V(NaOH)减小,与NH3反应盐酸的物质的量增大,产品纯度偏高,c符合题意;
故选bc。答案为:bc。
19. 吸热 反应Ⅲ的△H>0,温度升高使转化为的平衡转化率上升,反应Ⅳ的,温度升高使转化为的平衡转化率下降:且上升幅度超过下降幅度 增大压强、使用对反应Ⅳ催化活性更高的催化剂 0.17 76% 2.1 大于
【详解】(1) 反应Ⅲ:,则K==,由表中数据可以看出,973K时,K<1,1173K时,K>1,温度升高,K值增大,则反应Ⅲ是吸热反应。答案为:吸热;
(2)①反应Ⅲ: △H3<0,
反应Ⅳ: △H=-122.5kJ/mol
升高温度,反应Ⅲ平衡正向移动,平衡转化率增大,反应Ⅳ平衡逆向移动,平衡转化率减小,最终结果是平衡转化率增大,则表明反应Ⅲ对平衡转化率的影响占主导地位,从而得出温度高于300℃,平衡转化率随温度升高而上升的原因是反应Ⅲ的△H>0,温度升高使转化为的平衡转化率上升,反应Ⅳ的,温度升高使转化为的平衡转化率下降:且上升幅度超过下降幅度。答案为:反应Ⅲ的△H>0,温度升高使转化为的平衡转化率上升,反应Ⅳ的,温度升高使转化为的平衡转化率下降:且上升幅度超过下降幅度;
②反应Ⅲ的反应前后气体分子数相等,而反应后气体的分子数减小,要想提高选择性,即设法促进反应Ⅳ的平衡正向移动,从而得出不改变反应时间和温度,一定能提高选择性的措施有增大压强、使用对反应Ⅳ催化活性更高的催化剂。答案为:增大压强、使用对反应Ⅳ催化活性更高的催化剂;
(3)①前时,混合气的总压强为8.4MPa,设正丁烷的变化量为x,则三段式为:
5MPa-x+x+x=8.4MPa,x=3.4MPa,前内正丁烷的平均反应速率v(正丁烷) 0.17。
平衡时,混合气的总压强为8.8MPa,设正丁烷的变化量为y,则三段式为:
5MPa-y+y+y=8.8MPa,y=3.8MPa,该温度下,正丁烷的平衡转化率=76%。答案为:0.17;76%;
②若平衡时乙烯的体积分数为,则平衡时p(C2H4)= p(C2H6)=8.8MPa×=2.2MPa,发生反应后,压强由5MPa变为8.8MPa,压强增大3.8MPa,发生反应Ⅵ,压强增大2.2MPa,则发生反应Ⅴ,压强增大3.8MPa-2.2MPa=1.6MPa,从而得出平衡时p(CH4)= p(C3H6)= 1.6MPa,p(C4H10)= 5MPa-3.8MPa=1.2MPa,该温度下反应Ⅴ的分压平衡常数Kp== 2.1MPa。答案为:2.1;
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