题型逐点通关练(八)化学反应原理的相关分析-2025版世纪金榜二轮化学收官专项辅导与训练

题型逐点通关练(八)化学反应原理的相关分析(30分钟36分)1.(12分)(2024·太原一模节选)清洁能源的综合利用有效降低碳排放,是实现“碳中和、碳达峰”的重要途径。已知:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)ΔH>0,利用该反应可减少CO2排放,合成清洁能源。(1)下列能说明反应达到平衡状态的是____(填字母)。(2分)

A.单位时间内生成1molCH3OH(g)的同时消耗了3molH2(g)B.在绝热恒容的容器中,反应的平衡常数不再变化C.容器内c(CO2)∶c(H2)∶c(CH3OH)∶c(H2O)=1∶3∶1∶1D.在恒温恒压的容器中,混合气体的平均摩尔质量不再变化(2)一定条件下,在一密闭容器中充入1molCO2和3molH2发生反应,如图表示压强为1.0MPa和4.0MPa下CO2的平衡转化率随温度的变化关系。其中表示压强为4.0MPa下CO2的平衡转化率随温度变化的曲线为________(填“Ⅰ”或“Ⅱ”),a点对应的平衡常数Kp=________MPa-2。(列出计算式即可,Kp为以平衡分压代替平衡浓度表示的平衡常数,分压=总压×物质的量分数)(4分)

(3)利用制备的甲醇可以催化制取丙烯,过程中发生如下反应:3CH3OH(g)C3H6(g)+3H2O(g),为探究M、N两种催化剂的催化效能,进行相关实验,依据实验数据获得如图所示曲线。已知阿伦尼乌斯经验公式为Rlnk=-EaT+C(Ea为活化能,假设受温度影响忽略不计,k为速率常数,R和C为常数)。在M催化剂作用下,该反应的活化能Ea=________kJ·mol-1,从图中信息获知催化效能较低的催化剂是________(填“M”或“N”),判断理由是________________________________。(6【解析】(1)A.单位时间内生成1molCH3OH(g)的同时消耗3molH2(g),反应进行的方向相同,虽然变化量之比等于化学计量数之比,但反应不一定达平衡状态;B.在绝热恒容的容器中,随着反应的进行,混合气的温度不断发生改变,平衡常数不断发生改变,当反应的平衡常数不再变化时,反应达平衡状态;C.容器内c(CO2)∶c(H2)∶c(CH3OH)∶c(H2O)=1∶3∶1∶1,即等于化学计量数之比,反应不一定达平衡状态;D.在恒温恒压的容器中,由于反应前后气体分子数不等,平均摩尔质量在不断发生改变,当气体的平均摩尔质量不再变化时,反应达平衡状态。(2)对于反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)ΔH>0,增大压强,平衡正向移动,CO2的平衡转化率增大,则表示压强为4.0MPa下CO2的平衡转化率随温度变化的曲线为Ⅰ;一定条件下,在一密闭容器中充入1molCO2和3molH2发生反应,曲线Ⅱ表示压强为1.0MPa下CO2的平衡转化率随温度的变化关系,a点时CO2的平衡转化率为40%,则可建立如下三段式:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)起始量(mol) 1 3 0 0变化量(mol) 0.4 1.2 0.4 0.4平衡量(mol) 0.6 1.8 0.4 0.4a点对应的平衡常数Kp=0.43.2(3)在M催化剂作用下,从图中可采集数据,得出如下反应:3.0×10-3=-3.4×10-3Ea+C、9.2×10-3=-3.2×10-3Ea+C,从而求出该反应的活化能Ea=31kJ·mol-1;在N催化剂作用下,从图中可采集数据,得出如下反应:1.0×10-3=-3.6×10-3Ea+C、9.2×10-3=-3.2×10-3Ea+C,从而求出该反应的活化能Ea=20.5kJ·mol-1。从图中信息获知催化效能较低的催化剂是M,判断理由是由图可知,直线M斜率小,Ea大,催化效能低(或N线计算的Ea=20.5kJ·mol-1,活化能小,催化效能高)。答案:(1)BD(2)Ⅰ1(3)31M由图可知,直线M斜率小,Ea大,催化效能低(或N线计算的Ea=20.5kJ·mol-1,活化能小,催化效能高)2.(5分)CO2作为碳源加氢是能源再生的有效方法,利用CO2加氢生产甲醇是有前景的可再生路线之一。已知反应Ⅰ:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH1=+43kJ·mol-1反应Ⅱ:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)ΔH2=-41.1kJ·mol-1在催化剂作用下,发生上述反应达到平衡时CO2的平衡转化率随温度和压强的变化如图所示,p1、p2、p3由大到小的顺序为____________;压强一定时,CO2的平衡转化率呈现如图变化趋势的原因为________________________。

【解析】反应Ⅰ是气体体积不变的反应,增大压强,平衡不移动,反应Ⅱ是气体体积减小的反应,增大压强,平衡向正反应方向移动,二氧化碳的转化率增大,由图可知,压强为p1、p2、p3时,二氧化碳的转化率依次减小,则压强的大小顺序为p1>p2>p3;反应Ⅰ是吸热反应,升高温度,平衡向正反应方向移动,反应Ⅱ是放热反应,升高温度,平衡向逆反应方向移动,由图可知,压强一定时,温度升高,二氧化碳的转化率先增大后减小,说明TK之前以反应Ⅰ为主,转化率随着温度升高而增大,TK之后以反应Ⅱ为主,转化率随着温度升高而降低。答案:p1>p2>p3TK之前以反应Ⅰ为主,转化率随着温度升高而增大,TK之后以反应Ⅱ为主,转化率随着温度升高而减小3.(7分)(2024·德州三模节选)在催化作用下,温度为T1℃时,将一定量CO2和H2充入密闭容器中发生如下反应:主反应Ⅰ:CO2(g)+H2(g)HCOOH(g)副反应Ⅱ:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH2=+41kJ·mol-1(1)实验测得反应Ⅰ:v正=k正c(CO2)c(H2),v逆=k逆c(HCOOH),k正、k逆为速率常数。lgk与温度的关系如图甲所示,T1℃下,图中A、B的纵坐标分别为a-0.7、a-1,则K=__________(已知10-0.3≈0.5)。(2分)

(2)温度T2℃时,k正=0.8k逆,则T2________T1(填“>”“<”或“=”)(1分)

(3)实验测得平衡时CO2的转化率及HCOOH和CO的选择性(产物的选择性:生成的HCOOH或CO与转化的CO2的比值)随温度变化如图乙所示。曲线a表示________,200~360℃,升高温度曲线b对应纵坐标值减小的原因是__________________________________。(4分)

【解析】(1)实验测得反应Ⅰ:v正=k正c(CO2)c(H2),v逆=k逆c(HCOOH),k正、k逆为速率常数,lgk与温度的关系如图甲所示,主反应Ⅰ:CO2(g)+H2(g)HCOOH(g)是一个放热反应,则降低温度平衡正向移动,图中A表示lgk正、B表示lgk逆,T1℃下,平衡时v正=v逆,k逆c(HCOOH)=k正c(CO2)c(H2),图中A、B的纵坐标分别为a-0.7、a-1,则K=c(HCOOH)c(CO2(2)温度T2℃时,k正=0.8k逆,则k正k逆=0.8k逆k逆=0.8,小于K(T1),主反应Ⅰ:CO2(g)+H2(g)HCOOH(g)是一个放热反应,则升高温度平衡逆向移动,K值减小(3)由题干信息可知,主反应Ⅰ:CO2(g)+H2(g)HCOOH(g)是一个放热反应,即升高温度平衡逆向移动,则HCOOH的选择性随温度升高而减小,且相同温度下,CO的选择性和HCOOH的选择性之和为1,曲线a表示HCOOH的选择性,b表示CO2的转化率,c表示CO的选择性,由于主反应Ⅰ:CO2(g)+H2(g)HCOOH(g)是一个放热反应,副反应Ⅱ:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH2=+41kJ·mol-1,则升高温度反应Ⅰ逆向移动,CO2的转化率减小,而反应Ⅱ正向移动,CO2的平衡转化率增大,200~360℃,升高温度曲线b对应纵坐标值减小的原因是升高温度,反应Ⅰ逆向移动程度大于反应Ⅱ正向移动程度。答案:(1)2(2)>(3)HCOOH的选择性升高温度,反应Ⅰ逆向移动程度大于反应Ⅱ正向移动程度4.(12分)(2024·菏泽二模节选)CH4还原CO2是实现“双碱”经济的有效途径之一,涉及反应如下:Ⅰ:CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) ΔH1=+248.3kJ·mol-1Ⅱ:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2=+41kJ·mol-1回答下列问题:(1)反应Ⅰ的正、逆反应速率方程为v正=k正·c(CH4)·c(CO2)、v逆=k逆·c2(CO)·c2(H2),k正、k逆符合阿伦尼乌斯公式Rlnk=-EaT+C(Ea为活化能;T为温度;R、C为常数),实验测得k正的实验数据如图所示,则正反应的活化能Ea=__________kJ·mol-1,升高温度Rlnk正k逆的值________(填“增大”“减小”或“不变(2)一定温度和压强下,重整反应中会因发生副反应CH4(g)C(s)+2H2(g)而产生积碳,从而导致催化剂活性降低。若向容器中通入过量水蒸气可以清除积碳,反应的化学方程式为__________________________,

c(H2)c(CH4)的值________(填“增大”“减小(3)在101kPa时,工业上按投料n(CO2)n(CH4)=1加入刚性密闭容器中,只发生Ⅰ、Ⅱ两个反应,CH4和CO2的平衡转化率与温度的关系如图所示,温度高于1200K时,CO2和CH4的平衡转化率趋于相等的原因可能是__________________;

计算1000K时反应Ⅱ的压强平衡常数Kp=____________________________(计算结果保留3位有效数字,用平衡分压代替平衡浓度【解析】(1)根据阿伦尼乌斯公式Rlnk=-EaT+C将图中数据代入80=-8.2×10-3Ea+20=-8.4×10-3Ea+C,两式相减,求得Ea=3×105J·mol-1=300kJ·mol-1;当反应Ⅰ:CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)达平衡时,v正=k正·c(CH4)·c(CO2)=v逆=k逆·c2(CO)·c2(H2),k正k逆=c2(CO)·c2(H2)c(CH(2)水蒸气可以清除积碳,反应为C+H2OCO+H2;c(H2)增大,副反应CH4(g)C(s)+2H2(g)的平衡常数K=c2(H2)c(CH4(3)1200K以上时以反应Ⅰ为主,二者转化率趋于相等;设开始时,n(CO2)=n(CH4)=1mol,1000K时CH4转化率为80%即反应了0.80mol,可得三段式:CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)开始(mol) 1 1 0 0转化(mol) 0.8 0.8 1.6 1.6平衡(mol) 0.2 0.2 1.6 1.6对于副反应,n(CO2)=0.2mol,n(CO)=n(H2)=1.6mol,CO2转化率为85%即反应了0.85mol-0.8mol=0.05molCO2(g)+H2(g)