适用于新高考新教材广西专版2024届高考化学一轮总复习热点专项练12化学反应速率与化学平衡综合考查

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(1)用H2S和天然气生产CS2的反应为CH4(g)+2H2S(g)CS2(l)+4H2(g)。
已知:Ⅰ.CH4(g)+4S(s)CS2(g)+2H2S(g) ΔH1
Ⅱ.H2S(g)S(s)+H2(g) ΔH2
Ⅲ.CS2(l)CS2(g) ΔH3
则反应CH4(g)+2H2S(g)CS2(l)+4H2(g)的ΔH= (用含ΔH1、ΔH2、ΔH3的代数式表示)。
(2)800 ℃时,将一定量的H2S气体充入容积为2 L的恒容密闭容器中,发生反应:H2S(g)S(s)+H2(g) ΔH2>0。
①反应10 min后达到化学平衡状态,测得容器中H2的物质的量为2 ml,则用S的生成速率表示的反应速率v= g·min-1。
②在不改变反应物用量的前提下,欲提高H2S的平衡转化率,可以采取的措施是 (任写一条)。
(3)向容积为1 L的恒容密闭容器中充入1 ml CH4和2 ml H2S,发生如下反应:CH4(g)+2H2S(g)CS2(g)+4H2(g),测得不同温度下,CH4的平衡转化率与温度的关系如图所示:
①1 200 ℃时,该反应的平衡常数K= (列出计算式即可)。
②该反应的ΔH (填“>”“<”或“=”)0,原因是 。
③下列情况能说明反应达到平衡状态的是 (填字母)。
A.4v(CH4)=v(H2)
B.混合气体的压强保持不变
C.混合气体的平均摩尔质量保持不变
D.n(CH4)∶n(H2S)∶n(CS2)∶n(H2)=1∶2∶1∶4
2.氮氧化物(NOx)的排放对环境造成严重污染。回答下列问题:
(1)工业上可利用C(s)+2NO(g)CO2(g)+N2(g)反应处理氮氧化物。
已知:N2(g)+O2(g)2NO(g) ΔH1=+180.5 kJ·ml-1,碳的燃烧热ΔH=-393.5 kJ·ml-1,则C(s)+2NO(g)CO2(g)+N2(g) ΔH2= kJ·ml-1。
(2)用活性炭还原法处理氮氧化物的有关反应为C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)。向一恒压密闭容器中加入一定量(足量)的活性炭和NO,在t2时刻改变某一条件,其反应过程如图所示。
①则t2时刻改变的条件为 。
②t1时刻的v(逆) (填“>”“<”或“=”)t2时刻的v(正)。
(3)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.及时分离出生成的尿素,有利于NH3的转化率增大
B.反应达到平衡后,混合气体的密度不再发生改变
C.反应在任何温度下都能自发进行
D.当尿素的质量不变时,说明反应达到平衡
3.(2021福建福州三模)汽车尾气中的CO、NOx是大气污染物。我国科研工作者经过研究,可以用不同方法处理氮的氧化物﹐防止空气污染。回答下列问题:
(1)已知:N2(g)+O2(g)2NO(g)
ΔH1=+180 kJ·ml-1
4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(l) ΔH2=-906 kJ·ml-1
请写出NH3将NO转化成无毒物质的热化学方程式: 。
(2)利用H2还原NO的反应:2H2(g)+2NO(g)N2(g)+2H2O(g)的速率方程为v=k·cα(H2)·cβ(NO),该反应在不同条件下的反应速率如下:
则速率方程中,α= ;β= 。
(3)活性炭处理汽车尾气中NO的方法:C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g) ΔH<0,在恒压密闭容器中加入足量的活性炭和一定量的NO气体,以下能说明该反应一定达到平衡状态的是 (填字母)。
A.v(N2)=v(CO2)
B.容器与外界不发生热交换
C.容器内气体的物质的量不变
D.容器内气体密度不变
(4)科研人员进一步研究了在C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)反应中,活性炭搭载钙、镧氧化物的反应活性对比。在三个反应器中分别加入C、CaO/C、La2O3/C,通入NO使其浓度达到0.1 ml·L-1。不同温度下,测得2小时后NO去除率如图所示:
①据图分析,490 ℃以下反应活化能最小的是 (填“a”“b”或“c”)。
②活性炭搭载CaO条件下,490 ℃时的反应速率v(NO)= ml·L-1·h-1。若某温度下此反应的平衡常数为100,则反应达到平衡时NO的去除率为 (保留两位有效数字)。
4.(2021河北邯郸三模)我国在第75届联合国大会上提出要实现2030年前碳达峰、2060年前碳中和的目标。因此CO2的捕集、利用与封存成为科学家研究的重要课题。
Ⅰ.研究表明CO2与CH4在催化剂存在下可发生反应制得合成气:CO2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g) ΔH。
(1)一定压强下,由最稳定单质生成1 ml化合物的焓变为该物质的摩尔生成焓。已知CO2(g)、CH4(g)、CO(g)的摩尔生成焓分别为-395 kJ·ml-1、
-74.9 kJ·ml-1、-110.4 kJ·ml-1。则上述反应的ΔH= kJ·ml-1。
(2)此反应的活化能Ea(正) (填“>”“=”或“<”)Ea(逆);有利于反应自发进行的条件是 (填“高温”或“低温”)。
(3)一定温度下,向一恒容密闭容器中充入CO2和CH4发生上述反应,初始时CO2和CH4的分压分别为14 kPa、16 kPa,一段时间达到平衡后,测得体系压强是起始时的1.4倍,则该反应的平衡常数Kp= (用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。
Ⅱ.CO2和H2合成甲烷也是CO2资源化利用的重要方法。对于反应CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g) ΔH=-165 kJ·ml-1,催化剂的选择是CO2甲烷化技术的核心。在两种不同催化剂条件下反应相同时间,测得CO2转化率和生成CH4选择性随温度变化的影响如下图所示。
(4)高于320 ℃后,以Ni-CeO2为催化剂,CO2转化率略有下降,而以Ni为催化剂,CO2转化率却仍在上升,其原因是 。
(5)对比上述两种催化剂的催化性能,工业上应选择的催化剂是 ;使用的合适温度为 。
Ⅲ.以铅酸蓄电池为电源可将CO2转化为乙烯,其原理如下图所示,电解所用电极材料均为惰性电极。
(6)阴极上的电极反应为 ;每生成0.5 ml乙烯,理论上需消耗铅酸蓄电池中 ml硫酸。
参考答案
热点专项练12 化学反应速率与
化学平衡综合考查
1.答案 (1)ΔH1+4ΔH2-ΔH3
(2)①6.4 ②升高温度(或移除生成物H2,合理即可)
(3)① ②> 升高温度,CH4的平衡转化率增大,平衡正向移动,则正反应为吸热反应,故ΔH>0 ③BC
解析 (1)由盖斯定律可知,Ⅰ+4×Ⅱ-Ⅲ得反应CH4(g)+2H2S(g)CS2(l)+4H2(g),则ΔH=ΔH1+4ΔH2-ΔH3。
(2)①由化学方程式可知,反应生成2ml氢气时,生成2ml硫固体,则用硫的生成速率表示的反应速率v==6.4g·min-1。
②该反应是气体体积不变的吸热反应,升高温度、移除生成物氢气,化学平衡向正反应方向移动,硫化氢的平衡转化率增大。
(3)①由题图可知,1200℃时甲烷的平衡转化率为80%,平衡时甲烷的浓度为(1ml·L-1-1ml·L-1×80%)=0.2ml·L-1,由化学方程式可知,平衡时硫化氢的浓度为(2ml·L-1-0.8×2ml·L-1)=0.4ml·L-1、二硫化碳的浓度为0.8ml·L-1、氢气的浓度为0.8×1ml·L-1×4=3.2ml·L-1,则化学平衡常数K=。
②由题图可知,温度升高,甲烷的平衡转化率增大,说明平衡向正反应方向移动,该反应为吸热反应,ΔH>0。
③4v(CH4)=v(H2)不能说明正逆反应速率相等,无法判断反应是否达到平衡状态,A错误;该反应是气体体积增大的反应,反应中混合气体的压强增大,则混合气体的压强保持不变说明正逆反应速率相等,反应达到平衡状态,B正确;由质量守恒定律可知,反应前后气体的总质量不变,该反应是气体体积增大的反应,反应中混合气体的平均摩尔质量减小,则混合气体的平均摩尔质量保持不变说明正逆反应速率相等,反应达到平衡状态,C正确;平衡时,n(CH4)∶n(H2S)∶n(CS2)∶n(H2)=1∶2∶1∶4不能说明正逆反应速率相等,无法判断反应是否达到平衡状态,D错误。
2.答案 (1)-574 (2)①向密闭容器中加入NO ②<
(3)BD
解析 (1)已知:
①N2(g)+O2(g)2NO(g) ΔH1=
+180.5kJ·ml-1
②C(s)+O2(g)CO2(g) ΔH=
-393.5kJ·ml-1
②-①可得目标化学方程式,则ΔH2=ΔH-ΔH1=-574kJ·ml-1。
(2)①因为恒压容器中,改变条件的瞬间,逆反应速率减小,但平衡正向移动且达平衡后,逆反应速率与原平衡相同,所以t2时刻改变的条件为向密闭容器中加入NO。
②t1时刻,反应达到平衡,v(正)=v(逆),t2时刻,充入NO,反应物的浓度增大,正反应速率增大,则v(正)(3)因为尿素呈固态,所以及时分离出生成的尿素,对NH3的转化率没有影响,A不正确;因为达平衡前,混合气体的质量减小,但体积不变,所以密度不断减小,当混合气体的密度不再发生改变时,反应达平衡状态,B正确;ΔH<0,ΔS<0,ΔH-TΔS<0时反应自发进行,则低温下反应能自发进行,但高温下反应不能自发进行,C不正确;当尿素的质量不变时,正、逆反应速率相等,反应达平衡状态,D正确。
3.答案 (1)4NH3(g)+6NO(g)5N2(g)+6H2O(l)
ΔH=-1 806 kJ·ml-1
(2)1 2 (3)BD (4)①a ②0.022 5 95%
解析 (1)①N2(g)+O2(g)2NO(g) ΔH1=
+180kJ·ml-1
②4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(l)
ΔH2=-906kJ·ml-1
根据盖斯定律有②-5×①得4NH3(g)+6NO(g)6H2O(l)+5N2(g) ΔH=ΔH2-5ΔH1=-906kJ·ml-1-5×(+180kJ·ml-1)=-1806kJ·ml-1。
(2)由表中数据可得:①v=k×0.1α×0.1β,②3v=k×0.3α×0.1β,③8v=k×0.2α×0.2β,联立三式可解得α=1,β=2。
(3)v(N2)=v(CO2),未指明是正反应速率还是逆反应速率,不能说明反应一定达到平衡状态,A不符合题意;化学反应伴随着能量变化,当反应未达平衡时,容器与外界存在热交换,因此当容器与外界不发生热交换时,说明反应已达平衡,B符合题意;反应物气体的物质的量和生成物气体的物质的量均为2ml,无论反应是否平衡,容器内气体的物质的量均不变,因此容器内气体的物质的量不变,不能说明反应已达平衡,C不符合题意;同温同压下,气体的密度之比等于摩尔质量之比,当容器内气体密度不变时,则M不变,又因为M=,则气体质量m也不变,说明反应已达平衡,D符合题意。
(4)①活化能越小,反应越容易发生,反应速率越快,相同条件下NO去除率越大,因此490℃以下反应活化能最小的是a。
②活性炭搭载CaO条件下,490℃时,2小时后NO的去除率为45%,则NO浓度减小量为0.1ml·L-1×45%=0.045ml·L-1,反应速率v(NO)=
=0.0225ml·L-1·h-1。设达到平衡时NO的去除率为x,则:
C(s)+2NO(g) N2(g) + CO2(g)
起始量/(ml·L-1)0.100
变化量/(ml·L-1)0.1x0.05x0.05x
平衡量/(ml·L-1)0.1-0.1x0.05x0.05x
平衡常数为100,则=100,解得x≈95%。
4.答案 (1)+249.1 (2)> 高温 (3)259.2(kPa)2
(4)以Ni-CeO2为催化剂测定转化率时,CO2甲烷化反应已达平衡,升高温度平衡逆向移动,CO2转化率下降;以Ni为催化剂时,CO2甲烷化反应速率较慢,升高温度反应速率加快,反应相同时间时CO2转化率增加
(5)Ni-CeO2 320 ℃
(6)2CO2+12H++12e-C2H4+4H2O 6
解析 (1)根据摩尔生成焓的定义,推出①C(s)+O2(g)CO2(g) ΔH1=-395kJ·ml-1,②C(s)+2H2(g)CH4(g) ΔH2=-74.9kJ·ml-1,③C(s)+O2(g)CO(g) ΔH3=-110.4kJ·ml-1,根据目标反应方程式及盖斯定律可知,③×2-②-①得目标方程式,所以ΔH=[(-110.4)×2-(-74.9)-(-395)]kJ·ml-1=+249.1kJ·ml-1。
(2)根据第(1)问分析可知,该反应为吸热反应,所以活化能Ea(正)>Ea(逆);根据ΔH-TΔS<0可自发进行,当ΔH>0、ΔS>0时,高温有利于反应自发进行。
(3)根据已知信息,设平衡时转化的二氧化碳的压强为pkPa,则
CO2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g)
起始/kPa141600
转化/kPapp2p2p
平衡/kPa14-p16-p2p2p
由平衡的p总=(14+16)kPa×1.4=42kPa可知,(14-p)+(16-p)+2p+2p=30+2p=42kPa,则p=6kPa。所以平衡时,p(CO2)=8kPa,p(CH4)=10kPa,p(CO)=12kPa,p(H2)=12kPa,则平衡常数Kp==259.2(kPa)2。
(4)高于320℃后,以Ni-CeO2为催化剂测定转化率时,CO2甲烷化反应已达平衡,升高温度平衡逆向移动,CO2转化率下降;以Ni为催化剂时,CO2甲烷化反应速率较慢,升高温度反应速率加快,反应相同时间时CO2转化率增加。
(5)根据图像分析可知,温度适宜(320℃)时,以Ni-CeO2为催化剂明显比以Ni为催化剂时CO2转化率高,且CH4选择性强,所以应选择Ni-CeO2为催化剂,最佳温度为320℃。
(6)以铅酸蓄电池为电源可将CO2转化为乙烯,根据装置图分析,CO2在阴极得到电子转化为乙烯,所以阴极上的电极反应为2CO2+12H++12e-C2H4+4H2O;铅酸蓄电池放电时的总反应为Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O,则根据电子转移数守恒可得到,C2H4~12e-~6Pb~12H2SO4,则每生成0.5ml乙烯,理论上需消耗铅酸蓄电池中硫酸的物质的量为0.5ml×12=6ml。
温度
反应速率
T1
0.1
0.1
v
T1
0.3
0.1
3v
T1
0.2
0.2
8v