1、題型檢測（十一） 原理綜合題1. （2019貴陽模擬）甲烷是天然氣的主要成分，是一種重要的清潔能源和化工原料。（1）利用光能和光催化劑， 可將CO2和H20（g）轉化為CH4,圖1為在恒溫、紫外光照射、 不同催化劑（I、n ）作用下，在體積為 2 L的密閉容器中，CH4的量隨光照時間的變化。反 應開始后的16小時內，在第 種催化劑作用下，收集的 CH 4較多；020小時內，在第I種催化劑作用下，02的平均生成速度 v（0 2）=。$ LQ & 20 25 30 光照時側Zh 國1(20.15)H2 : CH 4(g) +（2）工業上常用CH4和水蒸氣在一定條件下的恒容密閉容器中制取H2

2、O（g）CO（g） + 3H 2（g）AH = + 206 kJ mo.1。下列說法能表明該反應達平衡狀態的是 （填字母）。a 各組分的物質的量濃度不再變化b .氣體的分子總數不隨時間而變化c.體系的密度保持不變d .生成3 mol H 2的同時消耗1 mol CH 4一定溫度時，在體積為2 L的恒容密閉容器中，充入0.25 mol的CH 4和0.25 mol的水蒸氣發生以上反應。測得CH4平衡時的轉化率與溫度、壓強的關系如圖2所示，則P1（填“” “或”“ =” ）p2;當壓強為 p2時，x點的v（正）（填“>”“或'“ =” ）v（逆）；溫度為1 100 C時，y點的平衡常數

3、 K =。圖2解析：（1）由題圖1可知，在反應開始后的16小時內，在第n種催化劑作用下生成的甲烷較多。在第I種催化劑作用下，在 020 h內共生成15 mol甲烷，則v(CH4)= 15 mol/(2 L X 20 h) = 0.375 mol L -1 一1,根據生成甲烷的化學方程式 CO2 + 2H2O CH 4+ 202可 知，v(O2)= 2v(CH 4)= 0.75 mol1O(2)任何一個可逆反應，各組分的物質的量濃度在達到平衡之前的時間內在變化，達到平衡后各組分的物質的量濃度不變，a項正確；該反應為氣體分子數增大的反應，故氣體的分子總數不變可以說明該反應達到平衡狀態，b項正確；容

4、器容積不變，氣體的總質量不變，則容器內的氣體密度始終不變，c項錯誤；生成 H2和消耗CH 4均表示正反應方向，d項錯誤。由題圖2可知，p1時CH 4的平衡轉化率比p2時高，而該反應為氣體分子數增大 的反應，增大壓強，平衡向逆反應方向移動，CH 4的平衡轉化率降低，故 p1<p2 ；壓強為p2時，x點甲烷的轉化率低于 y點，即反應仍在向正反應方向進行，故v(正)>v(逆)o y點甲烷的平衡轉化率為80%，則存在：始態/molCH 4(g) + H20(g)CO(g) +03H2(g)00.250.25反應/mol0.25 X 0.80.25 X 0.80.25 X 0.83X 0.2

5、5X 0.8平衡/mol0.050.050.200.60平衡濃度/,仆 0.0250.0250.100.30(mol -L 1)(0.30 mol L 3X 0.10 mol L-1故平衡常數 K= 4.32 mol2 -L -2。0.025 mol L 1X 0.025 mol L 1答案：(1)n 0.75 mol L 1 - h 1(2) ab <>4.32 mol2 - L 22. (2019福州三模)甲醇是一種可再生能源，具有廣闊的開發和應用前景，可用Pt/Al2O3、Pd/C、Rh/SiO 2等作催化劑，采用如下反應來合成甲醇：2H2(g) + CO(g)CH 3OH(

6、g)(1) 下表所列數據是各化學鍵的鍵能:化學鍵H Hic=aC HC OO H鍵能 /(kJ moL1)abcde該反應的 出=(用含字母的代數式表示 )。某科研小組用 Pd/C作催化劑，在450 C時，研究了 n(H2) ： n(CO)分別為2 ： 1、3 : 1 時CO轉化率的變化情況(如圖)，則圖中表示n(H2) : n(CO) = 3 : 1的變化曲線為(填“曲線a”或“曲線(3) 某化學研究性學習小組模擬工業合成甲醇的反應，在2 L的恒容密閉容器內充入 1mol CO和2 mol H 2,加入合適催化劑后在某溫度下開始反應，并用壓力計監測容器內壓強的變化如下：反應時間/min051

7、0152025壓強/MPa12.610.89.58.78.48.4則從反應開始到 20 min時，CO的平均反應速率為 ，該溫度下的平衡常數K為。將CO和H2加入密閉容器中，在一定條件下發生反應：CO(g) + 2H2(g) CH3OH(g)AH<0o平衡時CO的體積分數()與溫度和壓強的關系如下圖所示(虛線框表示沒有測定該條件下的數據)o二罷書茫宇">T1、 T2、 T 3 由大至U小的關系是 , 判斷理由是美國的兩家公司合作開發了多孔硅甲醇直接燃料電池，其工作原理如圖: 石墨2為(填"正”或"負”)極。AH = (2a+ b 3c d 石墨1極發生

8、的電極反應式為 解析：由反應熱厶H=反應物總鍵能生成物總鍵能，可得e)kJ mol 1。(2)對于反應 2H2(g) + CO(g)CH 3OH(g) , H2的相對投入量越大，CO的轉化率越大，則n (H2)： n (CO) = 3： 1的變化曲線是平衡轉化率高的曲線a。(3)由表知，反應進行到20 min時，反應達到平衡，設此時轉化的 CO的物質的量為x mol，則有2H2(g) + CO(g)CH 3OH(g)起始物質的量/mol210轉化物質的量/mol2xxx平衡物質的量/mol2 2x1 xx由同溫同體積條件下，壓強比=物質的量之比，有3瞬，解得x = 0-5, CO的平均反應速率

9、=0.5 mol2 L X 20 min=0.012 5 mol L 1min1 ;反應的平衡常數K =0.5c (CH 3OH )2-=2= 4。由反應 2H 2(g) + CO(g)CH 3OH(g) AH<0 得，圖c2 ( H2) c (CO )1 X 052 2像中由左向右，壓強增大，平衡右移，CO體積分數應減小，但實際情況是、T2、T3對應 的CO體積分數逐漸增大，其原因只能是此反應本身為放熱反應， 溫度越高，平衡向左移動 的程度越大，導致 CO體積分數越大，即溫度由大到小的順序為 T3>T2>T1。(5)由圖中石墨1進出物質變化 CH 3OH(g) tCO2(g

10、), C化合價變化為一2 + 4，則石墨1為燃料電池的負極(也可以用圖中H+的移動方向判斷正負極)，石墨2為正極，用 H+維持電荷守恒，可得 石墨1極的電極反應式為 CH30H 6e+ H2O=CO2f + 6H +。答案：(1)(2 a + b 3c d e)kJ mol 1曲線a(3) 0.012 5 mol Lmin 14(4) T3>T2>T1壓強越大，CO的體積分數越小，T1、T2、T3對應的CO的體積分數逐漸增大，該反應為放熱反應，溫度升高，平衡向左移動，則T3>T2>T1(5) 正 CH 3OH + H2O 6e =CO2? + 6H +3. (2019合

11、肥模擬)低碳經濟成為人們一種新的生活理念，二氧化碳的捕捉和利用是能源領域的一個重要研究方向。請你結合下列有關圖示和所學知識回答：E1I 用 CO 2 催化加氫可以制取乙烯：CO 2(g) + 3H 2(g)2C2H 4(g) + 2H 2O(g)(1) 若該反應體系的能量隨反應過程變化關系如圖1所示，則該反應AH =(用含a、b的式子表示)。又知：相關化學鍵的鍵能如下表所示，實驗測得上述反應的AH = 152 kJ mol 1，則表中的x =化學鍵C=OH HC=CC HH 0鍵能 /(kJ mol 1)803436x414464(2) 以稀硫酸為電解質溶液，利用太陽能電池將 CO2轉化為乙烯

12、的工作原理如圖2所示。則M極上的電極反應式為。n 用co 2催化加氫還可以制取二甲醚:2C0 2(g) + 6H2(g)CH 30CH 3(g) + 3H 20(g) H = - 122.5 kJ mol 圖中A、B、C三點對應的平衡常數分別為Ka、Kb、Kc，三者大小關系是 。Ti溫度下，將6 mol CO 2和12 mol H 2充入2 L的密閉容器中，經過 5 min反應達到平衡，則05 min內的平均反應速率 v(H 2)=，平衡常數 K=(列出計算式即可)。解析：根據圖1知，該反應為放熱反應，AH = (a b)kJ mol -1。根據H =反應物總 解析：1.(1)根據蓋斯定律，由

13、+X 2得：C4H8© + C2H4(g)2C3H6(g) AH=+ 148 kJ mol 1Op （ C4H8） p （C2H4）v正 k逆k正n .（1）由題圖1可知，300 c時，乙烯的質量分數最低，雖然丙烯的質量分數不是最高，但丙烯與乙烯的質量比最大。由題圖2可知，當壓強為 0.5 MPa時，乙烯的質量分數最低，丙烯的質量分數最高，則丙烯與乙烯的質量比最大。故最適宜的條件為300 C、0.5 MPa。答案：I .（1）C4H8（g） + C2H4（g）2C3H6（g） H = + 148 kJ mol 1為DJ/k逆n .（1）C（2）450 C比300 C的反應速率快，比7

14、00 C的副反應程度小； 該溫度下丁烯轉化成丙烯的轉化率高；該溫度下催化劑的選擇性最高；該溫度是催化劑的活性溫度（合理即可）C02的平衡轉化率如圖 3某壓強下，合成二甲醚的反應在不同溫度、不同投料比時, 所示。19料比*(HWg閹3圖中Ti、T2分別表示反應溫度，判斷Ti、T2大小關系的依據是mol X 3 = 10.8 mol，故 v(H2)= 嚴8 嚴1 = 1.08 mol L "min -1。平衡時 n( CO 2)= (6 2 L X 5 min13.6)mol = 2.4 mol , n(H2) = (12 10.8)mol = 1.2 mol , n(CH 3OCH 3

15、) = 2X 3.6 mol = 1.8 mol ,3n(H 2O) =3.6 mol = 5.4 mol，故平衡常數c (CH 3OCH 3) c3 ( H2O)c2 (CO2) c6 ( H2)0.9 X 2.73 =1.22X 0.66答案：(1)(a b)kJ mol 1764(2) 2CO2 + 12e + 12H*=C2H4+ 4H2O該反應為放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，從圖中可知，在相同投料比時，T1溫度下CO 2的平衡轉化率大于 T2溫度下CO 2的平衡轉化率，則 T1<T2 Ka = Kc>Kb(4)1.08 mol Lmin 1:；：2)7其他合理答案均可

16、)4. (2019懷化模擬)丙烯是重要的有機化工原料，主要用于生產聚丙烯、丙烯腈、環氧 丙烷等。1.(1)以丁烯和乙烯為原料反應生成丙烯的方法稱為"烯烴歧化法"，反應為C4H 8(g)一定條件+ C2H4(g)2C3H6(g)。已知： C2H4(g) + 3O2(g)=2CO 2(g) + 2H2O(l) H1 = 1 411 kJ mol 19 C3H6(g) + 2O2(g)=3CO 2(g) + 3H2O(l) H2= 2 049 kJ mol 1 C4H 8(g) + 6O2(g)=4CO 2(g) + 4H 2O(l) H3= 2 539 kJ mol 1“烯烴歧

17、化法”反應的熱化學方程式為 C .混合氣體的平均相對分子質量不再改變D. C4H8、C2H4、C3H6的濃度均不再變化(3)Kp是用反應體系中氣體物質的分壓來表示的平衡常數，即將K表達式中平衡濃度用一定條件平衡分壓代替。已知反應：C4H8(g) + C2H4(g)條2C3H6(g)，該反應中正反應速率v正=k正 p(C4H8)p(C2H4)，逆反應速率 v逆=k逆 p2(C3H6),其中k正、k逆為速率常數，則Kp為(用k正、k逆表示)。n “丁烯裂解法”是另一種重要的丙烯生產方法，但生產過程中會有生成乙烯的副反應發生。主反應：3C4H8催化劑4C3H6 ;副反應：C4H8催化劑2C2H4。測

18、得上述兩反應的平衡體系中，各組分的質量分數(w)隨溫度(t)和壓強(p)變化的趨勢分別如圖1和圖2所示。定爪強F)圖|00.1 0.2 0.3 0.4 0.5井訓（宦慍唯下）(1) 平衡體系中的丙烯和乙烯的質量比是工業生產丙烯時選擇反應條件的重要指標之，從產物的純度考慮，該數值越高越好，從圖1和圖2中表現的趨勢來看，下列反應條件最適宜的是 (填字母序號)。A. 300 C 0.1 MPaB . 700 C 0.1 MPaC. 300 C 0.5 MPaD. 700 C 0.5 MPa(2) 有研究者結合圖1數據并綜合考慮各種因素，認為450 C的反應溫度比 300 C或700 C更合適，從反應

19、原理角度分析其理由可能是(3) 圖2中，隨壓強增大平衡體系中丙烯的質量分數呈上升趨勢，從平衡角度解釋其原因是根據題意，可列出三段式:C4H8（g） + C2H4（g）2C3H6（g）起始物質的量/mola+ 0.5b 2a + 0.5b0轉化物質的量/mol0.5b0.5bb平衡物質的量/mola2ab根據題意可知,C3H16占平衡總體積的1，b1則-=1解得a = b。根據化學反應速a+ 2a + b 40 5b0 5aa率的定義可得： v（C4H8）= mol min _= mol L 一1 minmol 1 minV tiV ti2Vt1T。由于v生成（C4H8）和V消耗（C3H6）都是

20、逆反應速率，二者之比恒等于1 : 2, A項錯誤。C4H8（g）、C2H4（g）、C3H6（g）的物質的量之比為 1 : 1 : 2,不能說明各物質的物質的量不變，故該項不能作為該反應達到平衡狀態的標志，B項錯誤。由于混合氣體的總質量不變，總物質的量也不變，所以混合氣體的平均相對分子質量始終不變，C項錯誤。C4H8（g）、C2H4（g）、C3H6（g）的濃度不變，表明反應已達平衡狀態，D項正確。平衡時V正=V逆，貝U Kp =V逆p2 （C3H6）k逆 k正(3) 壓強增大，生成乙烯的副反應平衡逆向移動，丁烯濃度增大，導致主反應的平衡正 向移動，從而使丙烯含量增大5. 氮的化合物在生產、生活中

21、廣泛存在。(1) 鍵能是氣態基態原子形成1 mol化學鍵釋放的最低能量。已知下列化學鍵的鍵能如表所示:化學鍵NNO=ON NN HO H鍵能 /(kJ mol 一1)946497193391463寫出1 mol氣態肼(H2N NH 2)燃燒生成氮氣和水蒸氣的熱化學方程式：(2) 用焦炭還原NO的反應為2NO(g) + C(s)N2(g) + CO2(g)，向容積均為1 L的甲、乙、丙三個恒容恒溫(反應溫度分別為400 C、400 C、T C )容器中分別加入足量的焦炭和 一定量的NO,測得各容器中n (NO)隨反應時間t的變化情況如表所示。t/min010203040n(NO)(甲容器)/mo

22、l2.001.501.100.800.80n(NO)(乙容器)/mol1.000.800.650.530.45n(NO)(丙容器)/mol2.001.451.001.001.00 該反應為 (填"放熱”或"吸熱”)反應。 乙容器中的反應在 60 min時達到平衡狀態，則060 min內用NO的濃度變化表示的平均反應速率 v(NO) =(3) 用焦炭還原NO2的反應為2NO 2(g) + 2C(s)N2© +2CO 2(g)，在恒溫條件下，1 mol NO 2和足量焦炭發生反應，測得平衡時NO2和CO2的物質的量濃度與平衡總壓強的關系如圖所示： A、C兩點用濃度表示

23、的平衡常數關系：Kc(A)(填“ “ >”或"=” )Kc(C)。 A、B、C三點中NO2的轉化率最高的是 (填“ A” “或” “C”點。 B點時該反應用壓強表示的平衡常數Kp(B) =(填數值，Kp是用平衡分壓代替解析：由題意并結合題給表中數據可得N2H4(g) + O2(g)=N2(g) + 2H2O(g)AH =E(反應物總鍵能)-E(生成物總鍵能)=(193 + 391 X 4+ 497 - 946 - 463X 4)kJ mol t = 544 kJ mol -1。(2)由題給表中數據可知，甲容器和丙容器中NO的起始量相等，但丙容器中反應先達到平衡狀態，則 T C&

24、gt;400 C,又升高溫度反應達到平衡狀態時，n(NO)增大，則平衡逆向移動，該反應為放熱反應。 該反應為反應前后氣體分子數不變的反應，反應條件是恒溫 恒容，起始時，甲容器中NO的物質的量為2.00 mol，乙容器中NO的物質的量為1.00 mol ,則乙容器中反應達到平衡狀態時， NO的濃度應該為甲容器中反應達到平衡狀態時NO濃度的一半，即乙容器中的反應在 60 min達到平衡狀態時，NO的濃度為0.40 mol L-1,則v(NO)Ac (NO )=At=(1.00-0.40) mol L -160 min= 001 mol L 1 min 1oA、C兩點的溫度相同，所以用濃度表示的平衡

25、常數相等。由題圖知，A、B、C三點中NO2的轉化率最高的是 C點。B點時，設反應達到平衡狀態，生成CO 2的物質的量為2a mol，根據三段式法，2NO 2(g) + 2C(s)N 2(g) + 2CO 2(g)起始 /mol 10 0轉化 /mol 2a a 2a平衡 /mol 1 - 2a a 2a由題圖知，B點時，NO2和CO2濃度相等，則1-2a = 2a,解得a= 0.25，貝U B點時p2 (CO 2)p (N2)0.25NO2和CO2的分壓也相等，所以Kp(B) =:= p(N2)= 16X=p2 ( NO2)0.5 + 0.25 + 0.53.2。答案：(1)N2H4(g) +

26、 O2(g)=N2(g) + 2H20(g) AH = - 544 kJ mol -1(2)放熱 0.01 mol L -1 min -1(3)二C 3.26. (2019 西適應考)氨催化氧化是硝酸工業的基礎，氨氣在 Pt催化劑作用下發生主 反應I和副反應n：I .4NH 3(g) + 502(g)4N0(g) + 6H 20(g) Hi = 905 kJ moL1n .4NH 3(g) + 3O2(g)2N2(g) + 6H2O(g)少2(1)已知：斷裂1 mol物質中化學鍵需要的能量/kJNOO2N2629496942則少2=。(2)以Pt為催化劑，在1 L密閉容器中充入1 mol NH

27、 3和2 mol O 2,測得有關物質的量 與溫度的關系如圖甲所示。JL_ _ftNO/V0,5 Nj /0+2(810 T/rT 該催化劑在高溫時對反應 更有利(填“I”或“n” )。 520 C時，NH3的轉化率為。 520 C時，反應n的平衡常數 K =(列出計算式即可)。 下列說法正確的是(填序號)。A .工業上氨催化氧化生成 NO時，最佳溫度應控制在 840 C左右B .增大NH3和O2的初始投料比可以提高 NH3生成NO的平衡轉化率C .投料比不變，增加反應物的濃度可以提高NH3生成NO的平衡轉化率D 使用催化劑時，可降低反應的活化能，加快其反應速率(3) 在有氧條件下，新型催化劑

28、M能催化NH3與NO反應生成N2。反應原理為催化劑4NH 3+ 4NO + O24N2+ 6H2O(g)將一定比例的 NO、NH3與O2的混合氣體，勻速通入裝有催化劑M的反應器(如圖乙所示)中發生上述反應，反應相同時間NO的去除率隨反應溫度的變化曲線如圖丙所示。100 200 300500溫度當反應溫度高于380 C時，NO的去除率迅速下降的原因可能是 （填序號）。A . NO百分含量減小B .副反應增多C催化劑活性降低D 反應活化能增大217已知：上述反應的平衡常數與溫度的關系為IgK = 5.08+ 2T7。若該反應在某溫度下達到平衡，升高溫度時，平衡 （填“正向”“逆向”或“不”）移動，

29、原因是;逆反應速率將 （填“增大” “減小”或“不變”）。解析：反應熱=反應物的總鍵能生成物的總鍵能，由題表數據可得反應 川:2N2（g）+ 202(g)4NO(g)AH3= 2X 942 kJ mol mol + 2X 496 kJ mol 1 4X 629 kJ mol 1 = +360 kJ mol 1；根據蓋斯定律，由I川得反應n,即 4NH3(g) + 3O2(g)2N2(g) + 6H2O(g)AH2= AH1 AH3= 905 kJ mol 1 360 kJ mol 1= 1 265 kJ mol 1。由題圖可知，該催化劑在高溫時，生成的NO的物質的量遠大于 N2,故該催化劑在高

30、溫下更有利于反應 I發生。520 C時,4NH3(g) + 5O2(g)4NO(g) + 6H2O(g)變化量 /mol 0.20.250.20.34NH3(g) + 3O2(g)2N2(g) + 6H 2O(g)變化量/mol 0.40.30.20.6NH 3的轉化率為0.2 mol + 0.4 mol x 100% = 60%。 由得平衡時，n(NH 3)= 1 mol 0.2 mol 0.4 mol = 0.4 mol , n(O2) = 2 mol 0.25 mol0.3 mol = 1.45 mol, n(H2O) = 0.3 mol + 0.6 mol = 0.9 mol，由于容器容積為 1 L ,所以反應n的平衡常數0.22X 0.960.44X 1.453 工業上氨催化氧化生成 NO時，根據圖示可知 840 C生成NO最多，故A正確；增大NH3和O2的初始投料比會降低 NH3轉化率，提高 O2轉化率，故B錯誤；投料比不變， 增加反應