07素养提升练(十四)平衡思想-化学平衡原理的应用【正文】作业手册

素养提升练(十四)平衡思想——化学平衡原理的应用探究点一应用平衡原理控制反应条件1.CO2催化加氢制取甲醇的研究,对于环境、能源问题都具有重要的意义。反应如下:反应ⅰ:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)ΔH1=-49kJ·mol-1反应ⅱ:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH2=+42kJ·mol-1下列说法不正确的是 ()A.增大氢气浓度能提高二氧化碳的转化率B.增大压强,有利于反应向生成甲醇的方向进行,反应ⅰ的平衡常数增大C.升高温度,生成甲醇的速率增大,反应ⅱ的限度同时增大D.选用理想的催化剂可以提高甲醇的产率2.[2025·辽宁抚顺六校联考]NH3与O2作用分别生成N2、NO、N2O的反应均为放热反应。工业尾气中的NH3可通过催化氧化为N2除去。将一定比例的NH3、O2和N2的混合气体以一定流速通过装有催化剂的反应管,NH3的转化率、生成N2的选择性[2n生成(N下列说法正确的是 ()A.其他条件不变,升高温度,NH3的平衡转化率增大B.其他条件不变,在175~300℃范围,随温度的升高,出口处N2和氮氧化物的量均不断增大C.催化氧化除去尾气中的NH3应选择反应温度高于250℃D.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3.CO2催化加氢合成甲醇是重要的碳捕获利用与封存技术,该过程主要发生下列反应:反应①:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)ΔH=-49.5kJ·mol-1反应②:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH=+41.2kJ·mol-1在0.5MPa条件下,将n(CO2)∶n(H2)为1∶3的混合气体以一定流速通过装有催化剂的反应器,实验测得CO2的转化率、CH3OH的选择性[n生成(CH3OH)nA.图中曲线②表示CH3OH的选择性随温度的变化B.一定温度下,增大起始n(CO2)∶n(H2)的比值,可提高H2的平衡转化率C.升高温度时,CO的选择性降低D.一定温度下,选用高效催化剂可提高CH3OH的平衡产率4.[2025·湖北武汉调研]CH4-CO2催化重整是实现“碳中和”的一种理想的CO2利用技术,具有广阔的市场前景和经济、社会价值。该过程中涉及的反应如下。反应Ⅰ:CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)ΔH1反应Ⅱ:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH2=+41kJ·mol-1反应Ⅲ:CH4(g)C(s)+2H2(g)ΔH3=+75kJ·mol-1反应Ⅳ:CO2(g)+C(s)2CO(g)ΔH4=+172kJ·mol-1回答下列问题:(1)ΔH1=kJ·mol-1。

(2)有利于提高平衡时CH4转化率的条件是(填标号)。

A.高温高压 B.高温低压 C.低温高压 D.低温低压(3)该过程中,催化剂的活性会因积碳而降低。在使用不同催化剂时,反应Ⅲ和Ⅳ活化能的相关数据如下表所示。催化剂活化能/(kJ·mol-1)反应Ⅲ反应ⅣM4372N3391催化剂MN(填“优于”或“劣于”),其理由是。

(4)100kPa,以CH4和CO2的起始总物质的量为2.0mol,n(CO2)n(CH4)①在573~853K,n(CO2)n(②n(CO2)n(CH4)=3.0的曲线是探究点二应用平衡原理分析变化的原因5.二甲醚(CH3OCH3)是优良的洁净燃料,利用CO2催化加氢制二甲醚过程中发生的化学反应为反应Ⅰ:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)ΔH1<0反应Ⅱ:2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)ΔH2<0反应Ⅲ:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH3>0一定条件下,在恒容密闭容器中按n(H2)n(CO2)=3投料进行上述反应,CO2的平衡转化率及CO温度从453K上升至573K,CO2的平衡转化率变化的原因是

。

6.(1)利用光能和光催化剂,可将CO2和H2O(g)转化为CH4和O2。紫外光照射时,在不同催化剂(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)作用下,CH4产量随光照时间的变化如图所示。在0~15h内,CH4的平均生成速率Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ从大到小的顺序为。

(2)甲烷是一种重要的化工原料,常用于制H2和CO。甲烷裂解制氢的反应为CH4(g)C(s)+2H2(g)ΔH=+75kJ·mol-1,Ni和活性炭均可作该反应催化剂。CH4在催化剂孔道表面反应,若孔道堵塞会导致催化剂失活。①向反应系统中通入水蒸气可有效减少催化剂失活,其原因是

。

②在相同气体流量条件下,不同催化剂和进料比[V(N2)V(CH4)]对甲烷转化率的影响如图所示。使用活性炭催化剂,且其他条件相同时,随着进料比的增大,甲烷的转化率逐渐增大的原因是

7.[2024·河北沧州二模]二甲醚(DME)作为一种新兴的基本有机化工原料,在制药、燃料、农药等化学工业中有许多独特的用途,其制备方法有CO氢化法、CO2氢化法、CO2电化法等。回答下列问题:(1)CO氢化法所涉及的反应如下:反应ⅰ.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)ΔH1=-49.01kJ·mol-1;反应ⅱ.2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)ΔH2=-24.52kJ·mol-1;反应ⅲ.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH3=+41.17kJ·mol-1。①反应ⅳ.2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)ΔH=kJ·mol-1,利于该反应正向进行的条件是(填“高温”“低温”或“任意温度”)。

②将2.0molCO(g)和4.0molH2(g)充入密闭容器中仅发生反应ⅳ,平衡体系中CH3OCH3(g)的物质的量分数与压强和温度的关系如图所示,关于温度和压强的关系判断正确的是(填字母)。

A.p3>p2,T3>T2 B.p2>p3,T1>T3 C.p3>p4,T4>T2 D.p1>p4,T2>T3(2)CO2氢化法反应原理为反应ⅴ.2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)ΔH<0。在一定压强、CO2和H2的起始投料一定的条件下,发生反应ⅲ、反应ⅴ,实验测得CO2平衡转化率和平衡时CH3OCH3的选择性随温度的变化如图所示。①CH3OCH3的选择性=2n(CH3OCH3)消耗的n(CO2)×100%,②温度高于300℃时,曲线y随温度升高而升高的原因是。

③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(填字母)。

a.低温、低压 b.高温、高压c.高温、低压 d.低温、高压8.[2024·河北邢台二模]工业废气中的二氧化碳加氢制甲醇是“碳中和”的一个重要研究方向,在催化剂作用下,主要发生以下反应:ⅰ.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)ΔH1=-49kJ·mol-1;ⅱ.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH2=+41kJ·mol-1;ⅲ.CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)ΔH3。(1)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kJ·mol-1(用含有Ea的式子表示)。

(2)在n(H2)n(CO2)=3时,反应ⅰ在不同条件下达到平衡,设体系中甲醇物质的量分数为x(CH