高考化学二轮复习大题突破练3化学反应原理综合题含答案

这是一份高考化学二轮复习大题突破练3化学反应原理综合题含答案，共21页。试卷主要包含了N2O是温室气体之一，0 kJ·ml-1，1 kJ·ml-1，6 kJ·ml-1,则ΔH2=，20 ml 、0等内容，欢迎下载使用。

大题突破练3　化学反应原理综合题
　　　　　　　　　　　　　
1.(2022广东佛山二模)N2O是温室气体之一。直接催化分解是目前消除N2O有前景的方法之一。N2O直接催化分解时发生反应:
①2N2O(g)2N2(g)+O2(g)　ΔH1=-163.0 kJ·mol-1
②2N2O(g)2NO(g)+N2(g)　ΔH2
③2NO(g)+O2(g)2NO2(g)　ΔH3=-114.1 kJ·mol-1
回答下列问题:
(1)已知:④N2(g)+O2(g)2NO(g)　
ΔH=+182.6 kJ·mol-1,则ΔH2=　　　　　　　　　　　　 
kJ·mol-1。
(2)反应进行10 min时,N2O分解转化率随温度变化曲线如图所示。

①反应所需活化能最低的曲线是 (填“a”“b”“c”或“d”);
②由曲线d可知,N2O在800 K左右的分解并不明显,其原因是　　　　　　　　　　　; 
③A点对应的转化率　　　　(填“是”或“不是”)平衡转化率,理由是　  　　　　　　　　　　　　; 
④在513 K下,将1.0 mol N2O充入容积为2.0 L的恒容容器中,B点的平均反应速率v(N2O)=　 mol· L-1·min-1; 
平衡时,测得NO完全转化为NO2,NO2、O2的物质的量分别为0.20 mol 、0.25 mol ,计算反应①的平衡常数为　　　　　　　　　　　　。 
(3)在一定条件下,NO能够与N2O脱掉N2后形成的表面氧反应,促进表面氧的转移形成O2,进而促进N2O分解。NO作用的可能机理如下(*表示催化剂的活性中心):
Step1:O*+NONO2*
Step2:NO2*NO2
Step3:　　　　　　　　　　 
总反应:2O*O2
Step3的反应方程式为　　　　　　　　　　　　。 
2.(2022广东深圳第二次调研)CO、CO2加氢有利于缓解化石能源消耗,实现“碳中和”。该体系主要涉及以下反应:
反应Ⅰ:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)　ΔH1<0
反应Ⅱ:2CO(g)+4H2(g)C2H5OH(g)+H2O(g)　ΔH2<0
反应Ⅲ:2CO2(g)+6H2(g)C2H5OH(g)+3H2O(g)　ΔH3<0
反应Ⅳ:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH4<0
反应Ⅴ:2CH3OH(g)C2H5OH(g)+H2O(g)　ΔH5
回答下列问题:
(1)上述反应中,ΔH5=　　　　　　　　　(写出一个代数式即可)。 
(2)密闭容器中,上述反应体系在一定条件下建立平衡后,下列描述正确的有　　　　(填字母)。 
A.加入催化剂,可提高CO2的平衡转化率
B.降低温度,反应Ⅱ的正反应速率增大,逆反应速率减小
C.增大CO的浓度,反应Ⅲ、Ⅳ的平衡均向左移动
D.恒温恒容充入氩气,反应Ⅰ、Ⅱ的平衡不移动
(3)恒容下,n(CO)=n(CO2)=1 mol ,并按照不同氢碳比[n(H2)n(CO2)+n(CO)]投料,发生上述反应。图甲表示不同氢碳比时,[CO+CO2]的总平衡转化率随温度变化的关系;图乙表示氢碳比=3时,平衡后体系中C2H5OH、CH3OH的选择性随温度变化的关系。
已知:CH3OH的选择性=n(CH3OH)n消耗(CO2)+n消耗(CO)×100%;C2H5OH的选择性=2n(C2H5OH)n消耗(CO2)+n消耗(CO)×100%。

图甲

图乙
①图甲中x　　　　(填“大于”“小于”或“等于”)3,其原因是　  　。 
②Q点对应的体系中n(CH3OH)=　　 mol;此时,H2转化了4 mol ,则反应2CH3OH(g)C2H5OH(g)+H2O(g)的平衡常数Kp=　　　　　(Kp为以分压表示的平衡常数,分压=总压×物质的量分数,结果保留两位有效数字)。 
(4)常温常压下,以Ag为催化剂,在酸性水溶液中将CO2电催化还原为CO的反应历程如图所示:

①据图,CO和CO2相比,　　　　(填化学式)更稳定。 
②吸附在催化剂表面上的物种用*标注,图中第一步反应为CO2+e-+H+COOH,则第二步反应为　　　　　　　　　　　　。 
3.(2022广东肇庆第三次质检)随着我国碳达峰、碳中和目标的确定,含碳化合物的综合利用备受关注。回答下列问题:
(1)已知某反应体系中主要涉及如下反应:
Ⅰ.HCOOH(g)CO2(g)+H2(g)　ΔH1=-66 kJ·mol-1;
Ⅱ.CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)　ΔH2=+247 kJ·mol-1。
①反应Ⅰ和反应Ⅱ中,在热力学上趋势更大的是　　　　(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。 
②反应Ⅰ的一种溶剂化催化反应历程如图所示(其中TS表示过渡态)。

历程中生成　　　　　　　　　　(填“TS1”或“TS2”)的反应步骤为总反应的决速步,反应过程的催化剂为　　　　　　　　　　。 
③反应Ⅱ的催化剂活性会因为甲烷分解产生积碳而降低,同时二氧化碳可与碳发生消碳反应而降低积碳量,设计如下反应:
Ⅲ.CH4(g)C(s)+2H2(g)　ΔH3=+74.5 kJ·mol-1;
Ⅳ.C(s)+CO2(g)2CO(g)　ΔH4。
反应Ⅳ的ΔH4为　　　　　　　　　　　。其他条件相同时,催化剂表面积碳量与温度的关系如图所示,T0 ℃之后,温度升高积碳量减小的主要原因为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(2)甲烷部分催化氧化剂制备乙炔是目前研究的热点之一,反应原理为
2CH4(g)C2H2(g)+3H2(g)　ΔH=+754.8 kJ·mol-1。
①该反应在　　　　　　(填“较高”或“较低”)温度下能自发进行。 
②一定温度下,将1 mol CH4充入10 L的固定容积容器中发生上述反应,实验测得反应前容器内压强为p0kPa,容器内各气体分压与时间的关系如图所示。

6~8 min时,H2的浓度为　 mol ·L-1, 
反应的平衡常数K=　　　　　　　　　　;若8 min时改变的条件是缩小容器容积到5 L,其中C2H2分压与时间的关系可用图中曲线　　　　　　　　　　　(填“L1”“L2”“L3”或“L4”)表示。 
4.(2022湖南衡阳二模)CH4-CO2重整技术是实现“碳中和”的一种理想的CO2利用技术,具有广阔的市场前景、经济效应和社会意义。该过程中涉及的反应如下:
主反应:CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)　ΔH1
副反应:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH2=+41.0 kJ·mol-1
回答下列问题:
(1)已知CH4、CO和H2的燃烧热ΔH分别为-890.3 kJ·mol-1、-283.0 kJ·mol-1和-285.8 kJ·mol-1,该催化重整主反应的ΔH1=　　　　　　　　 kJ·mol-1。有利于提高CO2平衡转化率的条件是　　　　　　　　(填字母)。 
A.高温高压 B.高温低压
C.低温高压 D.低温低压
(2)在刚性密闭容器中,进料比n(CO2)n(CH4)分别等于1.0、1.5、2.0,且反应达到平衡状态。

图甲

图乙
①甲烷的质量分数随温度变化的关系如图甲所示,曲线c对应的n(CO2)n(CH4)=　　　　　　　　　　　　; 
②反应体系中,n(H2)n(CO)随温度变化的关系如图乙所示,随着进料比n(CO2)n(CH4)的增加,n(H2)n(CO)的值　　　　　　　　(填“增大”“不变”或“减小”),其原因是　 　　　　　　　　　　　 　。 
(3)在800 ℃、101 kPa时,按投料比n(CO2)n(CH4)=1.0加入刚性密闭容器中,达平衡时甲烷的转化率为90%,二氧化碳的转化率为95%,则副反应的压强平衡常数Kp=　　　　　　　　(计算结果保留3位有效数字)。 
(4)我国科学家设计了一种电解装置如图丙所示,能将二氧化碳转化成合成气CO和H2,同时获得甘油醛。则催化电极a为　　　　　　　　极,催化电极b产生CO的电极反应式为　。 

图丙

5.(2022湖北黄冈二模)苯是一种重要的工业原料,可利用环己烷脱氢制取。环己烷脱氢制苯的反应过程如下:
①(g)(g)+H2(g)
ΔH1=a kJ·mol-1
②(g)(g)+2H2(g)
ΔH2=b kJ·mol-1
③(g)(g)+3H2(g)
ΔH3>0
(1)则反应③的ΔH3为　　　　　(用含a、b的代数式表示),有利于提高上述反应③的平衡转化率的条件是　　　　　(填字母)。 
A.高温高压 B.低温低压
C.高温低压 D.低温高压
(2)不同压强和温度下反应③的平衡转化率如图甲所示。

图甲
Ⅰ.在相同压强下升高温度,未达到新平衡前,v(正)　　(填“大于”“小于”或“等于”)v(逆)。 
Ⅱ.研究表明,既升高温度又增大压强,C6H12的平衡转化率也升高,理由可能是  　　　　　　　　　　　　。 
(3)T ℃向2 L的密闭反应器中充入1 mol C6H12进行催化脱氢,测得C6H10和C6H6的产率x1和x2(以物质的量分数计)随时间的变化关系如图乙所示。在8 min时,反应体系内氢气的物质的量为　　　　　 mol(忽略其他副反应)。0~8 min内C6H6的平均化学反应速率为　　　　　。反应③的化学平衡常数K=　　　　　(只代入数据即可,不需要计算结果)。 

图乙
6.(2022山东泰安三模)清洁能源的综合利用可有效降低碳排放,是实现“碳中和、碳达峰”的重要途径。
(1)以环己烷为原料通过芳构化反应生产苯,同时可获取氢气。图甲是该反应过程中几种物质间的能量关系。

图甲
芳构化反应:(g)→(g)+3H2(g)　ΔH=　　　　　 kJ·mol-1。 
(2)H2和CO2合成乙醇的反应为2CO2(g)+6H2(g)C2H5OH(g)+3H2O(g)。将等物质的量的CO2和H2充入一刚性容器中,测得平衡时C2H5OH的体积分数随温度和压强的关系如图乙。

图乙

图丙
①压强p1　　　　　(填“>”“=”或“<”,下同)p2,a、b两点的平衡常数Ka　　　　　Kb。 
②已知Arrhenius经验公式为Rln k=-EaT+C(Ea为活化能,k为速率常数,R和C为常数)。为探究m、n两种催化剂的催化效能,进行了实验探究,依据实验数据获得图丙曲线。
在m催化剂作用下,该反应的活化能Ea=　　　　　 J·mol-1。从图中信息获知催化效能较高的催化剂是　　　　　(填“m”或“n”),判断理由是　。 
(3)H2和CO合成甲烷反应为2CO(g)+2H2(g)CH4(g)+CO2(g)。T ℃将等物质的量CO和H2充入恒压(200 kPa)的密闭容器中。已知逆反应速率v(逆)=k(逆)p(CH4)·p(CO2),其中p为分压,该温度下k(逆)=5.0×10-4kPa-1·s-1。反应达平衡时测得v(正)=516 kPa·s-1。CO的平衡转化率为　　　　　,该温度下反应的Kp=　　　　　(用组分的分压计算的平衡常数)。 
7.(2022河北石家庄二模)甲醚(CH3OCH3)被称为“21世纪的清洁燃料”。以CO2、H2为原料制备甲醚涉及的主要反应如下:
Ⅰ.2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)　ΔH1<0
Ⅱ.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH2
回答下列问题:
(1)将CO与H2O混合气体置于绝热恒容密闭容器中发生反应Ⅱ,逆反应速率随时间变化的趋势如图所示(不考虑催化剂的影响)。

则ΔH2　　　　　(填“>”或“<”)0;a、b、c三点对应反应体系温度Ta、Tb、Tc由高到低的顺序为　　　　　　　　　　。 
(2)在恒压条件下,按CO2与H2的物质的量之比为1∶3投料,测得CO2平衡转化率和平衡时CO的选择性(转化的CO2中生成CO的物质的量分数)随温度的变化曲线如图所示。

①曲线n随温度升高显示如图所示的变化趋势的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
②T ℃时反应Ⅱ的平衡常数K=　　　　　(保留两位有效数字);合成甲醚的适宜温度为260 ℃,理由是　 　　　　　　　　　　　　。 
③其他条件不变,改为恒容条件,CO平衡选择性比恒压条件下的平衡选择性　　　　　(填“高”“低”或“不变”)。 
8.(2022广东汕头二模)CO2是一种温室气体,CO2的产生会影响人类生存的环境,将CO2作为原料转化为有用的化学品,对实现碳中和及生态环境保护有着重要意义。
Ⅰ.工业上以CO2和NH3为原料合成尿素,在合成塔中存在如下转化:

(1)液相中,合成尿素的热化学方程式为2NH3(l)+CO2(l)H2O(l)+NH2CONH2(l)　ΔH=　　　　　　　　 kJ·mol-1。 
(2)在恒容密闭容器中发生反应:2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g)　ΔH<0。下列说法正确的是　　　　(填字母)。 
A.增大CO2的浓度,有利于NH3的转化率增大
B.反应在任何温度下都能自发进行
C.当混合气体的密度不再发生改变时反应达平衡状态
D.充入He,压强增大,平衡向正反应方向移动
Ⅱ.可利用CO2和CH4催化制备合成气(CO、H2),在一定温度下容积为1 L的密闭容器中,充入等物质的量的CH4和CO2,加入Ni/Al2O3使其发生反应:CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)。
(3)反应达平衡后,平衡常数K=81,此时测得c(CO)为3 mol·L-1,则CH4的转化率为　　　　　　　　(保留2位有效数字)。 
(4)制备“合成气”反应历程分两步:
步骤
反应
正反应速率方程
逆反应速率方程
反应①
CH4(g)C(ads)+2H2(g)
v(正)=k1·c(CH4)
v(逆)=k2·c2(H2)
反应②
C(ads)+CO2(g)2CO(g)
v(正)=k3·c(CO2)
v(逆)=k4·c2(CO)
上述反应中C(ads)为吸附性活性炭,反应历程的能量变化如图所示:

①反应速率快慢比较:反应①　　　　　　　　(填“>”“<”或“=”)反应②,请依据有效碰撞理论微观探析其原因　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 
②一定温度下,反应CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)的平衡常数K=　　　　　　　　(用k1、k2、k3、k4表示)。 



参考答案

大题突破练3　化学反应原理综合题
1.答案 (1)+19.6
(2)①a　②不加催化剂,N2O分解的活化能大　③不是　温度相同条件下,催化剂不影响N2O的平衡转化率,在A点对应温度下,A点对应转化率不是最大值　④0.030　8.0
(3)2NO22NO+O2
解析 (1)由盖斯定律,反应①+反应④=反应②,则ΔH2=ΔH1+ΔH=(-163.0 kJ·mol-1)+(+182.6 kJ·mol-1)=+19.6 kJ·mol-1。
(2)①由题图可知,未平衡时,反应进行相同时间,a对应N2O的转化率最大,则a对应的反应速率最大,反应所需活化能最低的曲线是a。
④B点N2O的转化率为60%,则Δc(N2O)=60%×1.0mol2.0 L=0.30 mol·L-1,v(N2O)=0.30mol·L-110min=0.030 mol· L-1·min-1。
平衡时,测得NO完全转化为NO2,则平衡后有0.20 mol NO2、N2O、0.25 mol O2、N2共四种物质,根据氧原子守恒,n(N2O)=1.0 mol-0.20 mol ×2-0.25 mol ×2=0.10 mol,根据氮原子守恒,n(N2)=(1.0 mol ×2-0.20 mol -0.10 mol×2)×12=0.80 mol ,即平衡时有0.20 mol NO2、0.10 mol N2O、0.25 mol O2、0.80 mol N2,反应①的平衡常数K=(0.802.0)2×0.252.0(0.102.0)2=8.0。
(3)Step3的反应方程式=总反应-2(Step1+Step2),为2NO22NO+O2。
2.答案 (1)ΔH2-2ΔH1(或ΔH3-2ΔH4)
(2)CD
(3)①大于　相同温度下,氢碳比增大,该体系加氢反应的平衡向右移动,CO和CO2的平衡转化率均增大,故x>3　②0.8　0.75
(4)①CO2　②*COOH+H++e-H2O+*CO
解析 (1)根据盖斯定律,Ⅱ-Ⅰ×2可得Ⅴ,Ⅲ-2×Ⅳ也可得Ⅴ,所以ΔH5=ΔH2-2ΔH1或ΔH3-2ΔH4。
(2)催化剂可以加快反应速率,但不能改变平衡转化率,A错误;降低温度,正逆反应速率均减小,B错误;增大CO的浓度,反应Ⅰ、Ⅱ平衡正向移动,CH3OH(g)、C2H5OH(g)的浓度增大,反应Ⅲ、Ⅳ的平衡均向左移动,C正确;氩气不参与反应,恒温恒容充入氩气,反应Ⅰ、Ⅱ中的反应物和生成物的浓度均不改变,平衡不移动,D正确。
(3)①相同温度下,氢碳比增大,即氢气的物质的量增大,该体系加氢反应的平衡向右移动,CO和CO2的平衡转化率均增大,故x>3。
②Q点[CO+CO2]的总平衡转化率为80%,乙醇和甲醇的选择性均为50%,所以n(CH3OH)=(1 mol+1 mol)×80%×50%=0.8 mol ;n(C2H5OH)=(1 mol +1 mol )×80%×50%×12=0.4 mol ,设生成H2O(g)的物质的量为x mol ,H2转化了4 mol,则根据H元素守恒有4×0.8 mol +6×0.4 mol +2x mol =4 mol×2,解得x=1.2,该反应前后气体体积不变,所以可以用物质的量代替分压计算平衡常数Kp,则平衡常数Kp=1.2×0.40.82=0.75。
(4)①据题图可知CO2的能量低于CO,所以CO2更稳定。
②据题图可知第二步反应中*COOH结合H+和e-转化为H2O和*CO,方程式为*COOH+H++e-H2O+*CO。
3.答案(1)①Ⅰ　②TS2　[X—Fe—H]+　
③+172.5 kJ·mol-1　消碳反应速率增大的程度大于积碳反应速率增大的程度
(2)①较高　②0.06　0.001 2　L2
解析 (1)①反应放热有利于反应的进行,反应放出的热量越多,在热力学上的趋势越大,故选Ⅰ;
②由题图可知历程经过TS2步骤的活化能较大,为总反应的控速步骤;由图示可知,总反应过程中[X—Fe—H]+没有消耗,故催化剂为[X—Fe—H]+;
③由盖斯定律可知,反应Ⅳ=反应Ⅱ-反应Ⅲ,ΔH4=(+247 kJ·mol-1)-(+74.5 kJ·mol-1)=+172.5 kJ·mol-1;
T0 ℃之后,温度升高,对消碳反应的反应速率影响更大,故积碳量减小的主要原因为消碳反应速率增大的程度大于积碳反应速率增大的程度。
(2)①该反应的ΔH>0、ΔS>0,由ΔG=ΔH-TΔS<0有利于反应自发进行推知,该反应在较高温度下能自发进行。
②起始充入CH4的物质的量为1 mol ,压强为p0kPa;由题图可知,平衡时CH4、C2H2、H2的压强分别为0.6p0kPa、0.2p0kPa、0.6p0kPa,平衡时由压强比等于物质的量之比推知CH4、C2H2、H2的物质的量之比为6∶2∶6;设反应的CH4的物质的量为2x mol,则剩余CH4、生成C2H2、生成H2的物质的量分别为(1-2x) mol、x mol、3x mol,(1-2x)∶x=6∶2,则x=0.2,故CH4、C2H2、H2的物质的量分别为0.6 mol 、0.2 mol 、0.6 mol ,H2的浓度为0.6mol10 L=0.06 mol ·L-1,则反应的平衡常数K=0.210×(0.610)3(0.610)2=0.001 2。容器的容积缩小到5 L 时,乙炔分压瞬间增大到原来的2倍,该反应为气体分子总数增大的反应,缩小容器容积平衡逆向移动,故曲线L2表示C2H2分压与时间的关系。
4.答案 (1)+247.3　B
(2)①2.0　②减小　随着投料比n(CO2)n(CH4)的增加,n(CO2)增大,副反应平衡正向移动,导致n(CO)增多,n(H2)减少,n(H2)n(CO)减小
(3)1.06　(4)阳　CO2+H2O+2e-(或2CO2+2e-+CO)
解析 (1)根据题中所给条件,可以列出CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l)　ΔH3=-890.3 kJ·mol-1,CO(g)+12O2(g)CO2(g)　ΔH4=-283.0 kJ·mol-1,H2(g)+12O2(g)H2O(l)　ΔH5=-285.8 kJ·mol-1,根据盖斯定律可得ΔH1=ΔH3-2×(ΔH4+ΔH5)=-890.3 kJ·mol-1-2×(-283.0-285.8) kJ·mol-1=+247.3 kJ·mol-1;主反应:CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)化学方程式反应物系数之和小于生成物系数之和,并且该反应为吸热反应,故高温低压有利于二氧化碳的转化。
(2)①甲烷的质量分数=16n(CH4)44n(CO2)+16n(CH4)=1644n(CO2)n(CH4)+16,由a、b、c三条线的起始投入甲烷的质量分数可知,甲烷的质量分数越大,n(CO2)n(CH4)越小,故曲线c对应的n(CO2)n(CH4)=2.0;
②可对比同一温度下,三条线的横坐标的大小,由题图可知随着进料比n(CO2)n(CH4)的增加,n(H2)n(CO)的值减小,其原因是随着投料比n(CO2)n(CH4)的增加,n(CO2)增大,副反应平衡正向移动,导致n(CO)增多,n(H2)减少,n(H2)n(CO)减小。
(3)设开始时n(CO2)=1 mol,n(CH4)=1 mol,列出三段式:
CH4转化率为90%,反应了0.9 mol;对于副反应来说开始二氧化碳是0.1 mol,氢气是1.8 mol,一氧化碳是1.8 mol,二氧化碳的转化率为95%,则副反应中反应的二氧化碳物质的量=1 mol×95%-1 mol×90%=0.05 mol,列出三段式:
,
反应平衡后,n(CH4)=0.1 mol,n(CO2)=0.05 mol,n(H2)=1.75 mol,n(CO)=1.85 mol,n(H2O)=0.05 mol,n总=3.8 mol,设总压强为p,则有Kp=p(H2O)·p(CO)p(CO2)·p(H2)=0.053.8p×1.853.8p0.053.8p×1.753.8p≈1.06。
(4)催化电极b表面二氧化碳还原为一氧化碳为电解池的阴极,故催化电极a为电解池的阳极;阴极产生CO的电极反应式为CO2+H2O+2e-或2CO2+2e-+CO。
5.答案 (1)(a+b) kJ·mol-1　C
(2)Ⅰ.大于　Ⅱ.升高温度平衡正向移动,C6H12的平衡转化率增大,增大压强,平衡逆向移动,C6H12的平衡转化率减小,温度升高对平衡的影响大于压强增大对平衡的影响
(3)2.34　0.047 5 mol·L-1·min-1　(1.17)3×0.380.09
解析 (1)根据盖斯定律,由反应①+②得到反应③,ΔH3=ΔH1+ΔH2=(a+b) kJ·mol-1。已知反应③的ΔH3>0,且正反应是一个气体体积增大的反应,则高温低压,平衡正向移动,有利于提高上述反应③的平衡转化率。
(2)Ⅰ.反应③的ΔH3>0,在相同压强下升高温度,平衡正向移动,则未达到新平衡前,v(正)大于v(逆)。
Ⅱ.反应③的ΔH3>0,且正反应是一个气体体积增大的反应,升高温度平衡正向移动,C6H12的平衡转化率增大,增大压强,平衡逆向移动,C6H12的平衡转化率减小,研究表明,既升高温度又增大压强,C6H12的平衡转化率也升高,理由可能是温度升高对平衡的影响大于压强增大对平衡的影响。
(3)在8 min时,C6H10的产率为0.06,C6H6的产率为0.76,设环己烷的转化量为x mol,环己烯的转化量为y mol,根据三段式分析:


则有:y=0.76,x-y=0.06,则x=0.82,则反应体系内氢气的物质的量为0.82 mol+2×0.76 mol=2.34 mol,0~8 min内C6H6的平均化学反应速率为v=ΔcΔt=ΔnVΔt=0.76mol2 L×8min=0.047 5 mol·L-1·min-1。平衡体系中,环己烷的物质的量浓度为(1-0.82)mol2 L=0.09 mol·L-1,苯的浓度为0.76mol2 L=0.38 mol·L-1,H2的浓度为2.34mol2 L=1.17 mol·L-1,则反应③的化学平衡常数K=c3(H2)·c(苯)c(环己烷)=(1.17)3×0.380.09。
6.答案 (1)+208.4
(2)①<　>
②9.6×104　n　由题图可知,直线n斜率大,Ea小,催化效率高
(3)40%　1681×10-4 (kPa)-2
解析 (1)由题图可得热化学方程式:①(g)→(g)+2H2(g)　ΔH1=+237.1 kJ·mol-1;②(g)→(g)+H2(g)　ΔH2=-28.7 kJ·mol-1。根据盖斯定律,由反应①+②环己烷转化为苯的热化学方程式为(g)→(g)+3H2(g)　ΔH=(+237.1 kJ·mol-1)+(-28.7 kJ·mol-1)=+208.4 kJ·mol-1。
(2)①该反应为气体体积减小的反应,温度一定时增大压强,平衡向正反应方向移动,乙醇的体积分数增大,由题图可知,压强为p1时乙醇的体积分数小于p2时,则p1 ②在m催化剂作用下,由题图中数据可得如下方程式:56.2=-7.2×10-3Ea+C ①,27.4=-7.5×10-3Ea+C ②,联立方程可得Ea=9.6×104 J·mol-1;由题图可知,直线n的斜率大于m,说明使用催化剂n的活化能(Ea)小于m,催化效率高于m。
(3)设起始通入一氧化碳和氢气的物质的量都为2 mol、生成甲烷的物质的量为a mol,由题意可建立如下三段式:

平衡时正逆反应速率相等,由三段式数据可得:5.0×10-4×(a4-2a×200)×(a4-2a×200)=516,解得a=0.4,则一氧化碳的转化率为2×0.42×100%=40%,平衡时分压常数Kp=(0.43.2×200 kPa)×(0.43.2×200 kPa)(1.23.2×200 kPa)2×(1.23.2×200 kPa)2=1681×10-4 (kPa)-2。
7.答案 (1)>　Tc>Tb>Ta
(2)①ΔH1<0,升温时反应Ⅰ平衡逆向移动,CO2的转化率降低,ΔH2>0,升温反应Ⅱ平衡正向移动,CO2的平衡转化率升高,升温过程中曲线n先减小后增大,则温度低时反应Ⅰ对平衡影响大,温度高时反应Ⅱ对平衡影响大　②0.046　此温度下,CO的选择性较低且反应速率不低,若温度再高CO的选择性增大,不利于合成甲醚　③高
解析 (1)v(逆)开始时逐渐增大,则c(CO2)、c(H2)逐渐减小,说明温度升高逆反应放热,则正反应为吸热反应,则ΔH2>0;由a→b温度为影响反应速率的主要因素,由b→c浓度为影响反应速率的主要因素,v(逆)一直在变,说明未达到平衡,反应一直向逆反应方向进行,逆反应是放热的,故Tc>Tb>Ta。
(2)①因ΔH2>0,升温该反应正向进行,CO的选择性增大,故m表示CO选择性,n为CO2平衡转化率,曲线n随温度升高显示如题图所示变化的原因是ΔH1<0,升温反应Ⅰ平衡逆向移动,CO2的平衡转化率降低,ΔH2>0,升温反应Ⅱ平衡正向移动,CO2的平衡转化率升高,升温过程中曲线n先减小后增大,则温度低时反应Ⅰ对平衡影响大,温度高时反应Ⅱ对平衡影响大。
②设开始时投入n(CO2)=x mol,n(H2)=3x mol,平衡时生成a mol CH3OCH3、b mol CO,即
　2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)
转化/mol 2a 6a a 3a
　CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)
转化/mol b b b b
则2a+bx=40%,b2a+b=25%,解得a=0.15x,b=0.1x,
平衡时n(H2O)=0.55x mol,n(CO)=0.1x mol,n(CO2)=0.6x mol,n(H2)=2x mol,K=c(CO)·c(H2O)c(CO2)·c(H2)=0.1xV·0.55xV0.6xV·2xV≈0.046。
在260 ℃下,CO的选择性较低且反应速率不低,若温度再高CO的选择性增大,不利于合成甲醚。
③其他条件不变,改为恒容条件,合成甲醚的反应为气体体积减小的反应,压强减小,不利于甲醚的合成,造成合成甲醚更少,从而增大了CO平衡选择性,故改为恒容条件,CO平衡选择性比恒压条件下的平衡选择性高。
8.答案 (1)-93.7　(2)AC　(3)60%
(4)①<　反应②活化能低,同条件下单位体积内活化分子数多,有效碰撞几率大,速率快　②k1×k3k2×k4
解析 (2)增大CO2的浓度,平衡正向移动,有利于NH3的转化率增大,A正确;该反应的正反应是熵减的反应,即ΔS<0,根据ΔH-TΔS<0可知,反应在低温下才能自发进行,高温下是不能自发进行的,B错误;混合气体的密度不再发生改变,即混合气体的质量不再改变,各组分的量也不再改变,反应达到平衡状态,C正确;在恒容密闭容器中,充入He,各物质浓度不变,平衡不移动,D错误。
(3)设充入CH4和CO2物质的量都为x mol,列三段式:
CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)
起始量/(mol·L-1) x x 0 0
转化量/(mol·L-1) 1.5 1.5 3 3
平衡量/(mol·L-1) x-1.5 x-1.5 3 3
则有K=c2(CO)·c2(H2)c(CH4)·c(CO2)=32×32(x-1.5)2=81,解得x=2.5,CH4的转化率为1.5mol2.5mol×100%=60%;
(4)①活化能越大反应速率越慢,反应②活化能低,同条件下单位体积内活化分子数多,有效碰撞几率大,速率快,则反应速率:反应①<反应②;
②一定温度下,反应到达平衡时正逆反应速率相等,则有v(正)=k1c(CH4)·k3c(CO2)=v(逆)=k4c2(CO)·k2c2(H2),而平衡常数K=c2(CO)·c2(H2)c(CH4)·c(CO2),则K=k1×k3k2×k4。