备战2026年高考化学复习 大题突破练3　反应原理综合题(含解析)

大题突破练(三)化学反应原理综合题

1.(2024·广东大亚湾区1月联合模拟)某课题组研究CO2加氢制甲醇。涉及的主要反应有:

-1

反应Ⅰ:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)ΔH1=-48.3kJ·mol

-1

反应Ⅱ:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH2=+41.2kJ·mol

反应Ⅲ:CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)

-1

ΔH3=-154.8kJ·mol

反应Ⅳ:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)ΔH4

回答下列有关问题:

(1)反应Ⅳ的ΔH4=。

(2)下列有关说法正确的是。

A.增压时,CO的物质的量分数一定增大

B.当甲醇的分压不再改变时,体系达到平衡

C.在恒容密闭容器中充入Ar,反应Ⅲ速率不变

D.升温时,反应Ⅱ逆反应速率加快的程度大于正反应速率

(3)研究发现,在3MPa条件下,当起始n(CO2)∶n(H2)=1∶3,平衡时CO2的转化率、含碳产物的选择

生成的量

性(转化的CO2中生成CH3OH、CH4或CO的百分比,如甲醇的选择性=×100%)与温度

消耗CH3OH的量

2

关系如图所示。CO

①随着温度升高,甲醇选择性降低而CO2的转化率却升高的原因可能

是。

②在T温度下,若CH4的选择性为10%,计算此温度下反应Ⅱ的平衡常数K=。

(4)一种在铜基催化剂上CO2加氢制甲醇的机理如图所示,其中吸附在铜基催化剂表面上的物种用“*”

标注。

①基态铜原子的价电子排布式为。

②决速步的反应方程式为。

(5)写出甲醇在生产或生活中的一种应用。

2.(2024·甘肃二模)苯乙烯是生产塑料和合成橡胶的重要有机原料,可由乙苯催化脱氢获得。乙苯催

化脱氢制苯乙烯的反应为:

+H2(g)

(1)已知:

化学键C—HC—CCCH—H

键能/(kJ·mol-1)412348612436

计算上述反应的ΔH=kJ·mol-1。

(2)为提高乙苯的平衡转化率,应选择的反应条件为(填字母)。

A.低温、高压B.高温、低压

C.低温、低压D.高温、高压

(3)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)示意图如下:

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。

(4)100kPa恒压下,T1℃时将2mol乙苯蒸气通入容积可变的密闭容器中发生乙苯脱氢制苯乙烯反应。

反应经过10min达到平衡,此时苯乙烯的体积分数为0.375,则乙苯的转化率为,0~10min

-1

内的平均反应速率v(H2)=kPa·min,该温度下的Kp=kPa。

3.(2024·湖北七市二模)为了实现“碳达峰”和“碳中和”的目标,将CO2转化成可利用的化学能源的“负

碳”技术是世界各国关注的焦点。回答下列问题:

方法Ⅰ:CO2催化加氢制甲醇。

以CO2、H2为原料合成CH3OH涉及的反应如下:

-1

反应ⅰ:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)ΔH1=-49.0kJ·mol

-1

反应ⅱ:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH2=+41.0kJ·mol

反应ⅲ:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)ΔH3

-1

(1)计算反应ⅲ的ΔH3=kJ·mol。

(2)一定温度和催化剂条件下,在密闭恒容容器中按照投料n(CO2)∶n(H2)∶n(N2)=1∶3∶1发生反应

(N2不参与反应),平衡时CO2的转化率、CH3OH和CO的选择性[如CH3OH的选择性

()

生成

=×100%]随温度的变化曲线如图所示。

()3()

生成�CHO生H成

�CH3OH+�CO

①图中曲线a表示物质(填“CO2”“CH3OH”或“CO”)的变化。

②上述反应体系在一定条件下建立平衡后,下列说法正确的有(填字母)。

A.升高温度,反应ⅰ逆向移动,所以正反应速率减小

B.向容器中再通入少量N2,CO2的平衡转化率下降

C.移去部分H2O(g),反应ⅲ平衡一定不移动

D.选择合适的催化剂能提高CH3OH的选择性

③保持温度不变,在恒容反应器中,初始总压为5pkPa,只发生反应ⅰ和ⅱ,达到平衡时CO2的转化率为

80%,CO的选择性为25%,则H2的转化率为,反应ⅱ的压强平衡常数Kp=

(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。

方法Ⅱ:催化加氢制甲酸。

(3)科研工作者通过开发新型催化剂,利用太阳能电池将工业排放的CO2转化为HCOOH。

-1

已知CO2(g)+H2(g)HCOOH(g)ΔH=-31.4kJ·mol。温度为T1℃达到平衡时,化学平衡常数

K=1.8。实验测得:v正=k正c(CO2)·c(H2),v逆=k逆c(HCOOH),k正、k逆为速率常数。T1℃时,k正=

k逆;若温度为T2℃达到平衡时,k正=1.9k逆,则T2(填“>”“<”或“=”)T1。

4.(2024·吉林白山二模)氨是重要的化工原料,也是潜在的储氢材料。回答下列问题:

(1)氨的沸点为-33.35℃,易液化,工业上常用作制冷剂,其易液化的主要原因

是。

(2)在液氨中制备B2(NH)3的反应如下:

①BCl3(s)+6NH3(l)B(NH2)3(s)+3NH4Cl(s)ΔH1;

②2B(NH2)3(s)B2(NH)3(s)+3NH3(l)ΔH2;

③2BCl3(s)+9NH3(l)B2(NH)3(s)+6NH4Cl(s)ΔH3。

上述反应中,ΔH1、ΔH2、ΔH3之间等式关系为。

(3)氨分解制备氢气,反应历程如图所示。

-1

①N2(g)的键能为kJ·mol。

②写出NH3分解总反应的热化学方程式:。

(4)化学上,把反应物消耗一半所用时间叫作“半衰期”。在恒容密闭容器中充入适量钨和0.8molNH3,

实验测得在钨表面氨气分解反应半衰期与温度(T)、起始压强(p)的关系如图所示。

T1(填“>”“<”或“=”)T2。T2温度下,反应进行到tmin时容器内反应体系总压强为

kPa。

(5)一定温度下,向1L恒容密闭容器中充入1molN2和nmolH2合成氨气。NH3的平衡体积分数与

()

投料比η[η=]关系如图所示。

()

�H2

�N2

①在a、b、c点中,N2的平衡转化率最大的是(填字母)。

2-2

②若b点对应体系中,NH3体积分数为,则该温度下,平衡常数K为L·mol(只列计

1

算式)。9

5.(2023·湖北卷节选)纳米碗C40H10是一种奇特的碗状共轭体系。高温条件下,C40H10可以由C40H20分

子经过连续5步氢抽提和闭环脱氢反应生成。

C40H20(g)C40H18(g)+H2(g)的反应机理和能量变化如下:

回答下列问题:

(1)图示历程包含个基元反应,其中速率最慢的是第个。

(2)C40H10纳米碗中五元环和六元环结构的数目分别为、。

(3)1200K时,假定体系内只有反应C40H12(g)C40H10(g)+H2(g)发生,反应过程中压强恒定为p0(即

C40H12的初始压强),平衡转化率为α,该反应的平衡常数Kp为(用平衡分压代替平衡浓度计

算,分压=总压×物质的量分数)。

··

(4)H19(g)C40H18(g)+H·(g)及H11(g)C40H10(g)+H·(g)反应的lnK(K为平衡常数)随温度倒

4040

数的C关系如图所示。已知本实验条C件下,lnK=-+c(R为理想气体常数,c为截距)。图中两条线几乎

Δ�

平行,从结构的角度分析其原因是𝑅。

(5)下列措施既能提高反应物的平衡转化率,又能增大生成C40H10的反应速率的是(填字母)。

a.升高温度

b.增大压强

c.加入催化剂

6.(2024·辽宁沈阳一模)2023杭州亚运会火炬塔燃料首次使用新型燃料——绿色零增碳甲醇,用实际

行动向世界展示了我国对碳中和的决心和成果,具体流程如图。

回答下列问题:

(1)整个过程只消耗太阳能。H2O和CO2仅充当能量的媒介且可实现完美循环,这是典型的人工光合

过程,则过程H2O+CO2CH3OH+O2为(填“吸热”或“放热”)反应。

(2)CO2催化加氢制备甲醇,反应如下:

主反应:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)ΔH1

-1

副反应:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH2=+41.2kJ·mol

下表中数据是该反应中相关物质的标准摩尔生成焓(Δf)(标准摩尔生成焓是指在298.15K、100

θ

m-1

kPa由稳定态单质生成1mol化合物时的焓变)。则ΔH1�=kJ·mol。

物质H2(g)CO2(g)H2O(g)CH3OH(g)

-1

Δf/(kJ·mol)0-394-242-201

θ

�m

(3)探究影响CH3OH合成反应化学平衡的因素,有利于提高CH3OH的产率。CO2的平衡转化率X和

CH3OH的选择性S随温度、压强变化如图。

()

CH3OH的选择性=×100%,则下列说法正确的是(填字母)。

()

�消C耗H3��

�CO2

A.p1>p2

B.恒温密闭体系中,加压时副反应平衡不移动

C.300~350℃曲线变化的原因可能是此时以发生副反应为主

D.加入选择性更好的催化剂,可以提高甲醇的平衡产率

E.300℃时,当体系中混合气体的平均摩尔质量不再改变,则该体系达到平衡状态

(4)在T℃下,恒压反应器中,按初始投料n(CO2)∶n(H2)=1∶1发生反

应:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g),初始总压为2MPa,反应平衡后,H2的平衡转化率为60%,则

-2

该反应的平衡常数Kp=(MPa)(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。

(5)一种基于铜基金属簇催化剂电催化还原CO2制备甲醇的装置如图所示。控制其他条件相同,将一

定量的CO2通入该电催化装置中,阴极所得产物及其物质的量与电压的关系如图所示。

①b电极生成CH3OH的电极反应式为。

②控制电压为0.8V,电解时转移电子的物质的量为mol。

大题突破练(三)化学反应原理综合题

1.(2024·广东大亚湾区1月联合模拟)某课题组研究CO2加氢制甲醇。涉及的主要反应有:

-1

反应Ⅰ:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)ΔH1=-48.3kJ·mol

-1

反应Ⅱ:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH2=+41.2kJ·mol

反应Ⅲ:CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)

-1

ΔH3=-154.8kJ·mol

反应Ⅳ:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)ΔH4

回答下列有关问题:

(1)反应Ⅳ的ΔH4=。

(2)下列有关说法正确的是。

A.增压时,CO的物质的量分数一定增大

B.当甲醇的分压不再改变时,体系达到平衡

C.在恒容密闭容器中充入Ar,反应Ⅲ速率不变

D.升温时,反应Ⅱ逆反应速率加快的程度大于正反应速率

(3)研究发现,在3MPa条件下,当起始n(CO2)∶n(H2)=1∶3,平衡时CO2的转化率、含碳产物的选择

生成的量

性(转化的CO2中生成CH3OH、CH4或CO的百分比,如甲醇的选择性=×100%)与温度

消耗CH3OH的量

2

关系如图所示。CO

①随着温度升高,甲醇选择性降低而CO2的转化率却升高的原因可能

是。

②在T温度下,若CH4的选择性为10%,计算此温度下反应Ⅱ的平衡常数K=。

(4)一种在铜基催化剂上CO2加氢制甲醇的机理如图所示,其中吸附在铜基催化剂表面上的物种用“*”

标注。

①基态铜原子的价电子排布式为。

②决速步的反应方程式为。

(5)写出甲醇在生产或生活中的一种应用。

答案:(1)-89.5kJ·mol-1(2)BC

(3)①生成甲醇的反应均为放热反应,升温时平衡逆向移动,甲醇选择性降低;反应Ⅱ是吸热反应,升温平

衡正向移动,且反应Ⅱ占主导作用②0.198

101*****

(4)①3d4s②CH3O+OH+2HCH3OH+H2O

(5)作燃料(或溶剂或制甲醛等)

-1-1

解析:(1)根据盖斯定律可知反应Ⅰ-反应Ⅱ=反应Ⅳ,ΔH4=ΔH1-ΔH2=-48.3kJ·mol-(+41.2kJ·mol)=-89.5

kJ·mol-1。

(2)反应Ⅱ是等体积变化的反应,反应Ⅳ是气体体积减小的反应,增压时反应Ⅳ的平衡正向移动,CO的

物质的量分数减小,A错误;反应达到平衡时,各物质的浓度、含量均不变,则甲醇的分压不再改变时其

浓度不变,体系达到平衡状态,B正确;在恒容密闭容器中充入Ar时,反应物、生成物的浓度均不变,则

反应速率不变化,C正确;反应Ⅱ是吸热反应,升高温度时平衡正向移动,即升温时反应Ⅱ逆反应速率加

快的程度小于正反应速率,D错误。

(3)②设起始时n(CO2)=1mol、n(H2)=3mol,由图可知,T温度平衡时CO2的转化率为60%、CH3OH

的选择性为60%,CH4的选择性为10%,则CO的选择性为1-60%-10%=30%,平衡体系中CO2的物质

的量为0.4mol,n(CH3OH)=1mol×60%×60%=0.36mol,n(CH4)=0.06mol,n(CO)=0.18mol,根据H、O原

子守恒可得:2n'(H2)+2n(H2O)+0.36mol×4+0.06mol×4=6mol,n(H2O)+0.8mol+0.36mol+0.18mol=2

..

()·()

mol,解得n'(H2)=1.5mol,n(H2O)=0.66mol,此温度下反应Ⅱ的平衡常数K==0.198。

()·()06.60.18

�CO�H2���

0415

�CO2�H2=×

(4)①Cu的原子序数为29,基态铜原子核外电子排布式为[Ar]3d104s1,其价电子排布式为�3d10�4s1。

②反应的能垒或活化能越高,反应速率越慢,该步反应的反应速率决定整个反应的反应速率,是决速步,

*****

由图可知,过渡态5的能垒最高,该步反应为CH3O+OH+2HCH3OH+H2O。

(5)甲醇具有可燃性,是良好的有机溶剂,是重要的化工原料等,可用作燃料、溶剂、制备甲醛等。

2.(2024·甘肃二模)苯乙烯是生产塑料和合成橡胶的重要有机原料,可由乙苯催化脱氢获得。乙苯催

化脱氢制苯乙烯的反应为:

+H2(g)

(1)已知:

化学键C—HC—CCCH—H

键能/(kJ·mol-1)412348612436

计算上述反应的ΔH=kJ·mol-1。

(2)为提高乙苯的平衡转化率,应选择的反应条件为(填字母)。

A.低温、高压B.高温、低压

C.低温、低压D.高温、高压

(3)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)示意图如下:

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。

(4)100kPa恒压下,T1℃时将2mol乙苯蒸气通入容积可变的密闭容器中发生乙苯脱氢制苯乙烯反应。

反应经过10min达到平衡,此时苯乙烯的体积分数为0.375,则乙苯的转化率为,0~10min

-1

内的平均反应速率v(H2)=kPa·min,该温度下的Kp=kPa。

答案:(1)+124(2)B

(3)①正反应为气体分子数增大的反应,保持压强不变,加入水蒸气,容器容积增大,等效为降低压强,平

衡向正反应方向移动②600℃时乙苯的转化率与苯乙烯的选择性均较高,温度过低,反应速率较慢,

转化率较低,温度过高,选择性下降,高温下可能使催化剂失去活性,且消耗能量较大

(4)60%3.7556.25

解析:(1)反应热=反应物断键所吸收的热量-生成物成键放出能量,ΔH=2×412kJ·mol-1+348kJ·mol-1-

612kJ·mol-1-436kJ·mol-1=+124kJ·mol-1。

(2)正反应为气体分子数增大的反应,减小压强,有利于平衡正向移动;正反应为吸热反应,升高温度,有

利于平衡正向移动,所以选择高温、低压。

(3)①正反应方向气体分子数增加,加入水蒸气起稀释作用,相当于起减压的效果,减压的条件下,平衡

正向移动,乙苯的平衡转化率增大。

(4)根据方程式+H2(g),反应经过10min达到

平衡,设反应消耗的乙苯的物质的量为xmol,则剩下的乙苯为(2-x)mol,苯乙烯的体积分数为

.

0.375=×100%,解得x=1.2,则乙苯的转化率为×100%=60%;0~10min内的平均反应速率

(-)

�12mol

2�+�+�2mo(l)·()

.-1苯乙烯..

v(H2)==3.75kPa·min;该温度下的Kp===56.25

(苯乙烷).

Δ�0375×100kPa�H2�0375×100kPa×0375×100kPa

Δ�=10min025×100kPa

kPa。�

3.(2024·湖北七市二模)为了实现“碳达峰”和“碳中和”的目标,将CO2转化成可利用的化学能源的“负

碳”技术是世界各国关注的焦点。回答下列问题:

方法Ⅰ:CO2催化加氢制甲醇。

以CO2、H2为原料合成CH3OH涉及的反应如下:

-1

反应ⅰ:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)ΔH1=-49.0kJ·mol

-1

反应ⅱ:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH2=+41.0kJ·mol

反应ⅲ:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)ΔH3

-1

(1)计算反应ⅲ的ΔH3=kJ·mol。

(2)一定温度和催化剂条件下,在密闭恒容容器中按照投料n(CO2)∶n(H2)∶n(N2)=1∶3∶1发生反应

(N2不参与反应),平衡时CO2的转化率、CH3OH和CO的选择性[如CH3OH的选择性

()

生成

=×100%]随温度的变化曲线如图所示。

()3()

生成�CHO生H成

�CH3OH+�CO

①图中曲线a表示物质(填“CO2”“CH3OH”或“CO”)的变化。

②上述反应体系在一定条件下建立平衡后,下列说法正确的有(填字母)。

A.升高温度,反应ⅰ逆向移动,所以正反应速率减小

B.向容器中再通入少量N2,CO2的平衡转化率下降

C.移去部分H2O(g),反应ⅲ平衡一定不移动

D.选择合适的催化剂能提高CH3OH的选择性

③保持温度不变,在恒容反应器中,初始总压为5pkPa,只发生反应ⅰ和ⅱ,达到平衡时CO2的转化率为

80%,CO的选择性为25%,则H2的转化率为,反应ⅱ的压强平衡常数Kp=

(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。

方法Ⅱ:催化加氢制甲酸。

(3)科研工作者通过开发新型催化剂,利用太阳能电池将工业排放的CO2转化为HCOOH。

-1

已知CO2(g)+H2(g)HCOOH(g)ΔH=-31.4kJ·mol。温度为T1℃达到平衡时,化学平衡常数

K=1.8。实验测得:v正=k正c(CO2)·c(H2),v逆=k逆c(HCOOH),k正、k逆为速率常数。T1℃时,k正=

k逆;若温度为T2℃达到平衡时,k正=1.9k逆,则T2(填“>”“<”或“=”)T1。

答案:(1)-90.0

(2)①CO②D③(或者66.7%)0.8

2

(3)1.8<3

-1-1-1

解析:(1)根据盖斯定律,ⅰ-ⅱ=ⅲ,所以ΔH3=ΔH1-ΔH2=-49.0kJ·mol-(+41.0kJ·mol)=-90.0kJ·mol。

(2)①反应ⅱ为吸热反应,升高温度平衡正向移动,CO的选择性提高,反应中CO2的转化率升高,CO的选

择性为曲线a;反应ⅰ为放热反应,升高温度平衡逆向移动,CH3OH的选择性降低,反应中CO2的转化率

降低,CH3OH的选择性为曲线c;两反应综合效应,CO2的转化率为曲线b。

②升高温度,所有反应的正逆反应速率均升高,A项错误;在恒容容器中充入N2,反应体系中各物质的

浓度不会发生改变,反应速率不变,平衡不移动,CO2转化率不变,B项错误;移去部分H2O(g),反应ⅰ、ⅱ

均正向移动,导致CH3OH和CO增加,浓度商可能发生变化,反应ⅲ平衡可能发生移动,C项错误;催化

剂具有专一性,所以选择合适的催化剂能提高CH3OH的选择性,D项正确。

③投料n(CO2)∶n(H2)∶n(N2)=1∶3∶1,假设初始物质的量分别为1mol、3mol、1mol,因为发生反

应ⅰ和ⅱ,达到平衡时CO2的转化率为80%,CO的选择性为25%,所以共反应掉CO2的物质的量为0.8

mol,生成CO物质的量为0.8mol×25%=0.2mol,根据C守恒,生成CH3OH物质的量为0.6mol。列三

段式:

CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

起始/mol1300

转化/mol0.61.80.60.6

平衡/mol0.210.60.8

CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)

起始/mol1300

转化/mol0.20.20.20.2

平衡/mol0.210.20.8

..

则H2的转化率为;平衡时气体(包括N2)的总物质的量为0.2mol+1mol+0.6mol+0.8

18mol+02mol2

3mol3

mol+0.2mol+1mol=3.8mol,平=衡时总压强p平=3.8pkPa,CO2、H2、CO、H2O的分压分别为0.2pkPa、

..

pkPa、0.2pkPa、0.8pkPa,反应ⅱ的Kp==0.8。

.

02�kPa×08�kPa

02�kPa�kPa()

(3)反应CO2(g)+H2(g)HCOOH(g)的化学平衡常数表达式K=;而v=kc(CO2)·c(H2),v

()·()正正逆

�HCOOH

�CO2�H2

=k逆c(HCOOH),k正、k逆为速率常数,平衡时v正=v逆,即k正c(CO2)·c(H2)=k逆c(HCOOH),则

()正

K=,所以k正=1.8k逆;温度为T2℃时,k正=1.9k逆,则K=1.9,即平衡常数K增大,反应正向

()·()�

�HCOOH逆

�CO2�H2=�

移动,该反应为放热反应,所以T2<T1。

4.(2024·吉林白山二模)氨是重要的化工原料,也是潜在的储氢材料。回答下列问题:

(1)氨的沸点为-33.35℃,易液化,工业上常用作制冷剂,其易液化的主要原因

是。

(2)在液氨中制备B2(NH)3的反应如下:

①BCl3(s)+6NH3(l)B(NH2)3(s)+3NH4Cl(s)ΔH1;

②2B(NH2)3(s)B2(NH)3(s)+3NH3(l)ΔH2;

③2BCl3(s)+9NH3(l)B2(NH)3(s)+6NH4Cl(s)ΔH3。

上述反应中,ΔH1、ΔH2、ΔH3之间等式关系为。

(3)氨分解制备氢气,反应历程如图所示。

-1

①N2(g)的键能为kJ·mol。

②写出NH3分解总反应的热化学方程式:。

(4)化学上,把反应物消耗一半所用时间叫作“半衰期”。在恒容密闭容器中充入适量钨和0.8molNH3,

实验测得在钨表面氨气分解反应半衰期与温度(T)、起始压强(p)的关系如图所示。

T1(填“>”“<”或“=”)T2。T2温度下,反应进行到tmin时容器内反应体系总压强为

kPa。

(5)一定温度下,向1L恒容密闭容器中充入1molN2和nmolH2合成氨气。NH3的平衡体积分数与

()

投料比η[η=]关系如图所示。

()

�H2

�N2

①在a、b、c点中,N2的平衡转化率最大的是(填字母)。

2-2

②若b点对应体系中,NH3体积分数为,则该温度下,平衡常数K为L·mol(只列计

1

算式)。9

答案:(1)N的电负性较大,NH3分子间形成氢键

(2)ΔH3=2ΔH1+ΔH2

-1

(3)①946②2NH3(g)N2(g)+3H2(g)ΔH=+90kJ·mol

.

(4)<150(5)①c②

.2.

04

3

解析:(2)由盖斯定律可知08③×2=42×①+②,故ΔH3=2ΔH1+ΔH2。

-1-1-1

(3)①2N(g)N2(g)ΔH=-(518-45)×2kJ·mol=-946kJ·mol,故N2的键能为946kJ·mol。

-1

②从图像看出,NH3(g)相对能量为0,N2(g)+H2(g)的相对能量为45kJ·mol,故

13

-1

2NH3(g)N2(g)+3H2(g)ΔH=+902kJ·mol2。

(4)起始投入反应物的量相等,T1温度下半衰期大于T2,说明T1<T2;在恒温恒容条件下,气体压强之比=

物质的量之比,对于恒温恒容密闭容器,气体总物质的量与压强成正比。初始NH3为0.8mol,反应0.4

mol时气体总物质的量为1.2mol,对应的压强为p,有0.8mol∶1.2mol=100kPa∶p,解得p=150kPa。

(5)①投料比越大,N2平衡转化率越大,故c点转化率最大;

②按化学计量数投料时氨平衡体积分数最大,故b点时n=3,设氮气转化量为xmol,则

N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

起始量/mol130

变化量/molx3x2x

平衡量/mol1-x3-3x2x

,解得x=0.2,则平衡时体系中氮气、氢气、氨气的浓度分别为0.8mol·L-1、2.4mol·L-1、0.4

-

2�1

42�=9.

mol·L-1,故K=L2·mol-2。

.2.

04

3

5.(2023·湖北卷08节×2选4)纳米碗C40H10是一种奇特的碗状共轭体系。高温条件下,C40H10可以由C40H20分

子经过连续5步氢抽提和闭环脱氢反应生成。

C40H20(g)C40H18(g)+H2(g)的反应机理和能量变化如下:

回答下列问题:

(1)图示历程包含个基元反应,其中速率最慢的是第个。

(2)C40H10纳米碗中五元环和六元环结构的数目分别为、。

(3)1200K时,假定体系内只有反应C40H12(g)C40H10(g)+H2(g)发生,反应过程中压强恒定为p0(即

C40H12的初始压强),平衡转化率为α,该反应的平衡常数Kp为(用平衡分压代替平衡浓度计

算,分压=总压×物质的量分数)。

··

(4)H19(g)C40H18(g)+H·(g)及H11(g)C40H10(g)+H·(g)反应的lnK(K为平衡常数)随温度倒

4040

数的C关系如图所示。已知本实验条C件下,lnK=-+c(R为理想气体常数,c为截距)。图中两条线几乎

Δ�

平行,从结构的角度分析其原因是𝑅。

(5)下列措施既能提高反应物的平衡转化率,又能增大生成C40H10的反应速率的是(填字母)。

a.升高温度

b.增大压强

c.加入催化剂

答案:(1)33(2)610(3)

(2)·(-)

��0

(4)两个反应的化学键变化相似1+,使�得1Δ�H数值相近,lnK的斜率取决于ΔH,所以两条线几乎平行

(5)a

解析:(1)基元反应是指在反应中一步直接转化为产物的反应,从图上看包含3个基元反应,其中第3步

活化能最大,故该步反应速率最慢。

(2)C40H20中有10个六元环、1个五元环。从C40H20C40H18,形成一个五元环,从C40H20C40H10

需经过连续5步氢抽提和闭环脱氢反应,故新形成5个五元环。故C40H10中有6个五元环、10个六

元环。

(3)起始C40H12为整体1,平衡转化率为α,则:

C40H12(g)C40H10(g)+H2(g)

起始:100

转化:ααα

平衡:1-ααα

-

平衡时,C40H12、C40H10、H2的分压分别为p0、p0、p0。

1���

()·()·1+�1+�1+�

Kp=�-�。

()00(2)·(-)

�C40H10�H21+��1+����0

1�

�C40H12=�0=1+�1�

(4)因两个反应的化学键1+变�化相似,使得ΔH数值相近,lnK的斜率取决于ΔH,所以两条线几乎平行。

(5)该反应是吸热反应,升高温度既可以增大反应速率,又能提高平衡转化率,a符合题意;该反应是气体

分子数增大的反应,增大压强可以增大反应速率,而平衡转化率减小,b错误;加入催化剂可以增大反应

速率,但不影响平衡转化率,c错误。

6.(2024·辽宁沈阳一模)2023杭州亚运会火炬塔燃料首次使用新型燃料——绿色零增碳甲醇,用实际

行动向世界展示了我国对碳中和的决心和成果,具体流程如图。

回答下列问题:

(1)整个过程只消耗太阳能。H2O和CO2仅充当能量的媒介且可实现完美循环,这是典型的人工光合

过程,则过程H2O+CO2CH3OH+O2为(填“吸热”或“放热”)反应。

(2)CO2催化加氢制备甲醇,反应如下:

主反应:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)ΔH1

-1

副反应:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH2=+41.2kJ·mol

下表中数据是该反应中相关物质的标准摩尔生成焓(Δf)(标准摩尔生成焓是指在298.15K、100

θ

m-1

kPa由稳定态单质生成1mol化合物时的焓变)。则ΔH1�=kJ·mol。

物质H2(g)CO2(g)H2O(g)CH3OH(g)

-1

Δf/(kJ·mol)0-394-242-201

θ

�m

(3)探究影响CH3OH合成反应化学平衡的因素,有利于提高CH3OH的产率。CO2的平衡转化率X和

CH3OH的选择性S随温度、压强变化如图。

()

CH3OH的选择性=×100%,则下列说法正确的是(填字母)。

()

�消C耗H3��

�CO2

A.p1>p2

B.恒温密闭体系中,加压时副反应平衡不移动

C.300