07素养提升练(十四)平衡思想-化学平衡原理的应用【答案】作业手册

素养提升练(十四)平衡思想——化学平衡原理的应用1.B[解析]增大压强,平衡向气体分子数减小的方向移动,则有利于反应ⅰ向生成甲醇的方向进行,但是平衡常数只与温度有关,温度不变,平衡常数不变,故B错误。2.D[解析]NH3与O2作用分别生成N2、NO、N2O的反应均为放热反应,根据勒夏特列原理,升高温度,平衡向逆反应方向移动,氨气的平衡转化率降低,故A错误;根据图像,在225~300℃范围,随温度的升高,NH3的转化率变化不大,N2的选择性降低,即产生氮气的量减少,故B错误;根据图像,温度高于250℃,且氨气的转化率变化并不大,而N2的选择性降低,则应选择温度应略小于225℃,此时氨气的转化率、氮气的选择性较大,故C错误;氮气对环境无污染,氮的氧化物污染环境,因此高效除去尾气中的NH3,需研发低温下NH3转化率高和N2选择性高的催化剂,故D正确。3.B[解析]反应①为放热反应,升高温度后平衡逆向移动,CH3OH的选择性降低;反应②为吸热反应,平衡正向移动生成CO,CH3OH的选择性也降低,所以升高温度之后,CH3OH的选择性降低,曲线①表示CH3OH的选择性随温度的变化,A错误;一定温度下,增大n(CO2)∶n(H2)的比值,相当于增加CO2而H2浓度不变,平衡正向移动,氢气的平衡转化率提高,B正确;升高温度,反应①为放热反应,平衡逆向移动,反应②为吸热反应,平衡正向移动生成CO,CO的选择性升高,C错误;选用高效催化剂只能改变反应速率,不能改变平衡转化率,D错误。4.(1)+247(2)B(3)优于使用催化剂M时,反应Ⅲ的活化能比使用催化剂N时高,反应Ⅳ的活化能比使用催化剂N时低,相同时间内积碳量更少(4)①温度升高对反应Ⅲ的促进程度比反应Ⅳ的促进程度大②a[解析](1)由盖斯定律可知,反应Ⅲ+反应Ⅳ可得反应Ⅰ,CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g),则有ΔH1=ΔH3+ΔH4=+75kJ·mol-1+172kJ·mol-1=+247kJ·mol-1。(2)反应Ⅰ、反应Ⅱ、反应Ⅲ和反应Ⅳ都是吸热反应,且反应Ⅰ、Ⅲ过程中气体体积增大,则升高温度和减小压强可以促进平衡正向移动,有利于提高平衡时CH4转化率,故选B。(4)①反应Ⅲ生成碳,反应Ⅳ消耗积碳,这两个反应都是吸热反应,在573~853K,n(CO2)n(CH4)=0.5时,积碳量随着温度的升高而增大的理由是温度升高对反应Ⅲ的促进程度比反应Ⅳ的促进程度大。②反应Ⅲ生成碳,反应Ⅳ消耗积碳,n(CO2)n(CH5.453K到553K,主要发生反应Ⅰ,反应Ⅰ正反应放热,温度升高CO2的平衡转化率下降;553K到573K,主要发生反应Ⅲ,反应Ⅲ正反应吸热,温度升高CO2的平衡转化率升高6.(1)Ⅱ>Ⅲ>Ⅰ(2)①水蒸气与碳反应生成CO与氢气,减少固体碳对孔道的堵塞②进入反应的甲烷含量越低,甲烷分子与催化剂接触的机会越大,转化率越高[解析](1)过横坐标“15”处作垂直于横轴的垂线,则CH4产量越高,CH4平均生成速率越大,故速率:Ⅱ>Ⅲ>Ⅰ。(2)①当加入水蒸气后,加入的水蒸气能与碳反应生成CO和氢气,减少固体碳对孔道的堵塞,从而有效减少催化剂失活。②随着进料比的加大,甲烷的含量将降低,甲烷分子与催化剂接触的机会增大,转化率增大。7.(1)①-204.88低温②BD(2)①x②反应ⅲ为吸热反应,反应ⅴ是放热反应,温度高于300℃时,升高温度,反应ⅲ平衡向正向移动消耗CO2的量大于反应ⅴ平衡逆向移动生成CO2的量③d[解析](1)①依据盖斯定律ⅰ×2+ⅱ-ⅲ×2得到反应ⅳ:2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)ΔH=-204.88kJ·mol-1,由于正反应是放热的熵减反应,依据ΔG=ΔH-TΔS<0可知,利于该反应正向进行的条件是低温。②反应ⅳ正反应是放热反应,压强相同时,升高温度平衡逆向进行,二甲醚的物质的量分数减小,因此T1>T2>T3>T4。反应ⅳ正反应气体分子数减小,温度相同时,增大压强平衡正向进行,二甲醚的物质的量分数增大,因此p1>p2>p3>p4,答案选BD。(2)①升高温度反应ⅲ平衡正向移动,反应ⅴ平衡逆向移动,CH3OCH3的选择性减小,故表示平衡时CH3OCH3的选择性的是曲线x。②由于反应ⅲ为吸热反应,反应ⅴ为放热反应,温度高于300℃时,升高温度,反应ⅲ平衡正向移动消耗CO2的量大于反应ⅴ平衡逆向移动生成CO2的量,所以温度高于300℃时,曲线y随温度升高而升高。③升高温度反应ⅲ平衡正向移动,反应ⅴ平衡逆向移动,其中反应ⅲ气体分子数不变,反应ⅴ气体分子数减小,所以为同时提高CO2的平衡转化率和平衡时CH3OCH3的选择性,应选择的反应条件为低温、高压。8.(1)(Ea+90)(2)aT1℃、9×105Pa210℃、p0Pa(3)n(CO)n(CO2)增大,与CO反应的H2变多,与CO2反应的H2变少,所以α(CO2)降低;n(CO)n(C[解析](1)由盖斯定律可知,反应ⅰ-反应ⅱ可得反应ⅲ,则CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)ΔH3=ΔH1-ΔH2=-49kJ·mol-1-41kJ·mol-1=-90kJ·mol-1=正反应活化能-逆反应活化能,已知反应ⅲ正反应的活化能为EakJ·mol-1,则其逆反应的活化能为(Ea+90)kJ·mol-1。(2)反应ⅰ是气体分子数减小的反应,恒温条件下增大压强,平衡正向移动,x(CH3OH)增大,则图中对应恒温过程的曲线是a,对应恒压过程的曲线是b,设起始物n(H2)=3mol,n(CO2)=1mol,平衡时CO2的物质的量为1mol-13mol=23mol,H2的物质的量为3mol-1mol=2mol,CH3OH和H2O的物质的量为13mol,气体的总物质的量为13mol+13