08第八单元07素养提升练(十四)平衡思想-化学平衡原理的应用【正文】

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.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(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)A.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.[2023·辽宁大连模拟]硫酸是重要的化工原料,可用于生产化肥、农药、炸药、染料等。SO2的催化氧化是工业合成硫酸中重要的一步,其热化学方程式为2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)ΔH=-196kJ·mol-1。回答下列问题:(1)当SO2、O2、N2(不参与反应)起始的物质的量分数分别为10%、15%和75%时,在压强为p1、p2和p3下,SO2平衡转化率α随温度的变化如图所示。p1、p2和p3由小到大的顺序为,判断的依据是

。

(2)以CaCO3为基础固硫材料,探究复合不同的催化剂(V2O5、V2O5-MnO2、V2O5-GeO2)在不同温度下催化SO2向SO3的转化效率(用单位时间SO2转化率表示)如图所示:①仅使用CaCO3而不使用催化剂获得的X线的实验目的是。

②下列有关说法正确的是。

a.同温度下,三种催化剂中V2O5催化剂效率最低b.温度越高一定越有利于催化剂催化效率的提升c.同温同压下,使用复合催化剂有利于提高SO3的平衡产率d.催化剂通过改变反应历程,增大活化分子百分数,实现加快反应速率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(CO3)=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

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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。

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.[2023·湖南师大附中模拟]甲醇是一种基本的有机化工原料,用途十分广泛。应用CO2催化加氢规模化生产甲醇是综合利用CO2,实现“碳达峰”的有效措施之一。我国科学家研究发现二氧化碳电催化还原制甲醇的反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)ΔH,需通过以下两步实现:Ⅰ.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH1Ⅱ.CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)ΔH2(1)反应过程中各物质的相对能量变化情况如图所示。ΔH2=。

恒压下,CO2和H2的起始物质的量之比为1∶3,该反应在无分子筛膜时甲醇的平衡产率和有分子筛膜(能选择性分离出H2O)时甲醇的产率随温度的变化如图所示。温度相同时,有分子筛膜的容器中甲醇的产率大于无分子筛膜的原因为。

(3)按照n(CO2)∶n(H2)=1∶3投料,在恒容密闭容器中进行反应,CO2的平衡转化率随温度和压强变化如图所示。①压强p1、p2、p3由大到小的顺序是。

②压强为p2时,温度高于670℃之后,随着温度升高平衡转化率增大的原因是。

③同时增大CO2的平衡转化率和CH3OH的产率可采取的措施是。

8.[2023·辽宁沈阳二模]甲醇水蒸气催化重整是当前制取清洁能源氢气的主要方法,其反应机理如下:反应Ⅰ:CH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g)ΔH1反应Ⅱ:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH2请回答下列问题:(1)在催化剂作用下,反应Ⅰ可通过如图甲所示的反应过程实现催化重整,则ΔH1=kJ·mol-1。

甲将一定量的甲醇气体和水蒸气混合反应,使用催化剂R,测得相同条件下,甲醇的转化率[(CH3OH)%]与CO的物质的量分数[(CO)%]变化如图乙所示。反应Ⅱ为反应(填“吸热”或“放热”),选择催化剂R的作用为。

乙(3)将1mol甲醇气体和1.3mol水蒸气混合