突破07 反应原理综合题（题型精练）-备战2021年高考化学之突破反应原理题

突破07  反应原理综合题（3）限时：30分钟1. 已知H2S高温热分解制H2的反应如下：2H2S(g)2H2(g)＋S2(g)。在恒容密闭容器中，控制不同温度进行H2S的分解实验。以H2S的起始浓度均为c mol·L－1测定H2S的转化率，结果如图所示。图中曲线a为H2S的平衡转化率与温度关系曲线，曲线b表示不同温度下反应经过相同时间且未达到化学平衡时H2S的转化率。请说明随温度的升高，曲线b向曲线a逼近的原因：_______________。【答案】温度升高，反应速率加快，达到平衡所需的时间缩短，故曲线b向曲线a靠近【解析】弄清两条曲线表示的含义，温度低时，H2S转化率相差较大，温度高时，H2S转化率几乎相等，说明温度高时，在该段时间里已经达到平衡。2．乙苯催化脱氢制苯乙烯反应：＋H2(g)　ΔH＝＋124 kJ·mol－1工业上，通常在乙苯蒸气中掺混水蒸气(原料气中乙苯和水蒸气的物质的量之比为1∶9)，控制反应温度600 ℃，并保持体系总压为常压的条件下进行反应。在不同反应温度下，乙苯的平衡转化率和某催化剂作用下苯乙烯的选择性(指除了H2以外的产物中苯乙烯的物质的量分数)变化如图：（1）掺入水蒸气能提高乙苯的平衡转化率，解释说明该事实：_____________________。（2）控制反应温度为600 ℃的理由是___________________________________________。【答案】（1）正反应方向气体分子数增加，加入水蒸气稀释，相当于起减压的效果，使平衡正向移动（2）600 ℃，乙苯的转化率和苯乙烯的选择性均较高。温度过低，反应速率慢，转化率低；温度过高，选择性下降，高温还可能使催化剂失活，且能耗大【解析】（1）题中信息有：保持体系总压为常压的条件下进行反应，加入水蒸气稀释，相当于起减压的效果，正反应方向气体分子数增加，故能使平衡正向移动，增大反应物平衡转化率；（2）结合反应特点及图像可知：600 ℃，乙苯的转化率和苯乙烯的选择性均较高。温度过低，反应速率慢，转化率低；温度过高，选择性下降，高温还可能使催化剂失活，且能耗大3.利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)在催化剂的作用下合成甲醇，主要反应如下：①CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)  ΔH＝－99kJ·mol－1②CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)  ΔH＝－58kJ·mol－1③CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)　ΔH（1）图1中能正确反映平衡常数K随温度变化关系的曲线是________(填字母)；反应③的ΔH＝____kJ·mol－1（2）合成气的组成＝2.60时体系中的CO平衡转化率α(CO)与温度和压强的关系如图2所示。图中的压强p1、p2、p3由大到小的顺序为_____________________________；α(CO)随温度升高而减小，其原因是____________________________________________________________。【答案】　（1）a　＋41（2）p1＞p2＞p3　反应①为放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，α(CO)减小；反应③为吸热反应，升高温度，平衡向正反应方向移动，α(CO)也减小【解析】　（1）已知①CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)ΔH＝－99 kJ·mol－1②CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH＝－58 kJ·mol－1则根据盖斯定律可知②－①即得到反应③CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)的ΔH＝＋41 kJ·mol－1。（2）相同温度下，由于反应①为气体分子数减小的反应，加压有利于提升CO的转化率；而反应③为气体分子数不变的反应，产生CO的量不受压强影响，故增大压强时，有利于CO的转化率升高，所以图2中的压强由大到小顺序为p1＞p2＞p3；反应①为放热反应，升高温度时，平衡向逆反应方向移动，使得体系中CO的量增大；反应③为吸热反应，平衡向正反应方向移动，产生CO的量增大；因此最终结果是随温度升高，CO的转化率减小。4.CO2催化加氢合成二甲醚是一种CO2转化方法，其过程中主要发生下列反应：反应Ⅰ：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)   ΔH =41.2 kJ·mol−1反应Ⅱ：2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)   ΔH =﹣122.5 kJ·mol−1在恒压、CO2和H2的起始量一定的条件下，CO2平衡转化率和平衡时CH3OCH3的选择性随温度的变化如图。其中：CH3OCH3的选择性=×100％①温度高于300 ℃，CO2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CO2与H2反应一段时间后，测得CH3OCH3的选择性为48%（图中A点）。不改变反应时间和温度，一定能提高CH3OCH3选择性的措施有        。【答案】①反应Ⅰ的ΔH＞0，反应Ⅱ的ΔH＜0，温度升高使CO2转化为CO的平衡转化率上升，使CO2转化为CH3OCH3的平衡转化率下降，且上升幅度超过下降幅度   ②增大压强，使用对反应Ⅱ催化活性更高的催化剂【解析】①根据反应方程式，反应I为吸热反应，升高温度，平衡向正反应方向移动，CO2的转化率增大，反应II为放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向进行，CO2的转化率降低，根据图像，上升幅度超过下降幅度，因此温度超过300℃时，CO2转化率上升；②图中A点CH3OCH3的选择性没有达到此温度下平衡时CH3OCH3的选择性，依据CH3OCH3选择性公式，提高CH3OCH3选择性，不改变反应时间和温度时，根据反应II，可以增大压强，或者使用对反应II催化活性更高的催化剂。5.环戊二烯容易发生聚合生成二聚体，该反应为可逆反应。不同温度下，溶液中环戊二烯浓度与反应时间的关系如图所示，下列说法正确的是__________（填标号）。A．T1＞T2B．a点的反应速率小于c点的反应速率C．a点的正反应速率大于b点的逆反应速率D．b点时二聚体的浓度为0.45 mol·L−1【答案】CD【解析】A．温度越高化学反应速率越快，单位时间内反应物浓度减少越多，则T1<T2，故A错误；B．温度越高化学反应速率越快，因此a点反应速率大于c点反应速率，故B错误；C．a点、b点反应一直在正向进行，故v（正）>v(逆)，a点反应物浓度大于b点，故a点正反应速率大于b点，故C正确；D．b点时环戊二烯浓度由1.5mol/L减小到0.6mol/L，减少了0.9mol/L，因此生成二聚体0.45mol/L，故D正确。6.已知CO2催化加氢合成乙醇的反应原理为：2CO2(g)＋6H2(g)C2H5OH(g)＋3H2O(g)　ΔH<0。　（1）图1、图2分别是CO2的平衡转化率随压强及温度的变化关系，已知m为起始时的投料比，即m＝。①图1中投料比相同，温度从高到低的顺序为____________________，判断依据是________________________________________________________________________。②图2中m1、m2、m3从大到小的顺序为____________，判断依据是_______________。（2）图3表示在总压为5 MPa的恒压条件下，且m＝3时，平衡状态时各物质的物质的量分数与温度的关系。则曲线d代表的物质为____________(填化学式)，T4温度时，该反应的平衡常数Kp＝________(提示：用平衡分压代替平衡浓度来计算，某组分平衡分压＝总压×该组分的物质的量分数，结果保留小数点后三位)。【答案】　（1）①T3>T2>T1　正反应放热，升高温度平衡逆向移动，温度越高，CO2的平衡转化率越小，所以T3>T2>T1　②m1>m2>m3　保持n(CO2)不变，增大n(H2)，平衡正向移动，CO2的平衡转化率增大，所以m1＞m2＞m3　（2）C2H5OH　0.243【解析】　（2）升高温度平衡逆向移动，CO2、H2含量增大、C2H5OH、H2O含量减小，乙醇的含量是水蒸气的倍，所以曲线d代表的物质为C2H5OH；Kp＝≈0.243。6.反应中催化剂活性会因积碳反应而降低，同时存在的消碳反应则使积碳量减少。相关数据如下表： 积碳反应CH4(g)= C(s)+2H2(g)消碳反应CO2(g)+ C(s)= 2CO(g)ΔH/(kJ·mol−1)75172活化能/(kJ·mol−1)催化剂X3391催化剂Y4372①在反应进料气组成、压强及反应时间相同的情况下，某催化剂表面的积碳量随温度的变化关系如图所示。升高温度时，下列关于积碳反应、消碳反应的平衡常数（K）和速率（v）的叙述正确的是________（填标号）。A．K积、K消均增加    B．v积减小，v消增加 C．K积减小，K消增加   D．v消增加的倍数比v积增加的倍数大②在一定温度下，测得某催化剂上沉积碳的生成速率方程为v=k·p(CH4)· （k为速率常数）。在p(CH4)一定时，不同p(CO2)下积碳量随时间的变化趋势如图所示，则pa(CO2)、pb(CO2)、pc(CO2)从大到小的顺序为________________。【答案】 ① AD     ②pc(CO2)、pb(CO2)、pa(CO2)【解析】①根据表中数据可知相对于催化剂X，催化剂Y积碳反应的活化能大，积碳反应的速率小；而消碳反应活化能相对小，消碳反应速率大，所以催化剂X劣于Y。A．正反应均是吸热反应，升高温度平衡向正反应方向进行，因此K积、K消均增加，A正确；B．升高温度反应速率均增大，B错误；C．根据A中分析可知选项C错误；D．积碳量达到最大值以后再升高温度积碳量降低，这说明v消增加的倍数比v积增加的倍数大，D正确。答案选AD。②根据反应速率方程式可知在p(CH4)一定时，生成速率随p(CO2)的升高而降低，所以根据图像可知pa(CO2)、pb(CO2)、pc(CO2)从大到小的顺序为pc(CO2)、pb(CO2)、pa(CO2)。