II大題突破熱化學、化學反應速率與平衡的綜合分析（A）

1.（10分）（2024?貴州，17）在無氧環境下，CH4經催化脫氫芳構化可以直接轉化為高附加值的芳煌產品。一定

溫度下，CH4芳構化時同時存在如下反應：

i.CH4（g）一C（s）+2H?（g）AHi=+74.6kJ-mol-1AS=+80.84J-mol4-K-1

ii.6cHKg）一C6H6⑴+9H2（g）AH2

回答下列問題：

⑴反應i在1000K時（填“能”或“不能”）自發進行。

（2）已知25℃時有關物質的燃燒熱數據如表，則反應ii的△%=kJ-mol”（用含a、b、c的代數式表

示）。

物質CH4(g)C6H6⑴H2(g)

AH/CkJ-mol-1)abc

⑶受反應i影響，隨著反應進行，單位時間內甲烷轉化率和芳煌產率逐漸降低，原因

是O

（4）對催化劑在不同的pH條件下進行處理，能夠改變催化劑的活性。將催化劑在5種不同pH條件下處理

后分別用于催化CH4芳構化，相同反應時間內測定相關數據如下表，其中最佳pH為,理由

是O

PHCH4平均轉化率/%芳煌平均產率/%產物中積碳平均含量/%

2.49.605.3540.75

4.09.804.6045.85

7.09.254.0546.80

10.010.456.4533.10

12.09.954.1049.45

（5）973K、100kPa下，在某密閉容器中按〃（C6H6）：”（CH4）=1：5充入氣體，發生反應

C6H6（g）+CH4（g）-C7H8（g）+H2（g）,平衡時C6H6與C7H8的分壓比為4：1,則C6H6的平衡轉化率

為，平衡常數Kp=（用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓x物質的量分數，列出

計算式即可）。

（6）引入丙烷可促進甲烷芳構化制備苯和二甲苯，反應如下：

rw小“o小催化劑^C6H6(g)+H2(g)

CH4(g)+C3HB(g)———

(過量)^C!!Hl(l(g)+H2(g)(兩個反應可視為同級數的平行反應)

2-4

Ea1

對于同級數的平行反應有"=?=?e(f—),其中v、左分別為反應速率和反應速率常數，及為反應活化

v2k2A2

能，4、A2為定值，R為常數,T為溫度，同一溫度下魯是定值。已知&琴＜&二樣，若要提高苯的產率，

可采取的措施有o

2.(10分X2023?遼寧，18)硫酸工業在國民經濟中占有重要地位。

(1)我國古籍記載了硫酸的制備方法——“煉石膽(CuSO,5H2O)取精華法”。借助現代儀器分析，該制備過

程中CuSO#5H2O分解的TG曲線(熱重)及DSC曲線(反映體系熱量變化情況，數值已省略)如圖1所示。

700c左右有兩個吸熱峰，則此時分解生成的氧化物有S02、和(填化學式)。

(2)鉛室法使用了大容積鉛室制備硫酸(76%以下)，副產物為亞硝基硫酸，主要反應如下：

NO2+SO2+H2O=NO+H2SO4

2NO+O2=2NO2

i.上述過程中NO?的作用為0

ii.為了適應化工生產的需求，鉛室法最終被接觸法所代替，其主要原因是(答出兩點即

可)。

1

(3)接觸法制硫酸的關鍵反應為SO2的催化氧化：S02(g)+102(g)-SO3(g)AH=-98.9kJ.mol

i.為尋求固定投料比下不同反應階段的最佳生產溫度，繪制相應轉化率(a)下反應速率(數值已略去)與溫度

的關系如圖2所示，下列說法正確的是。

拗

?

.88

同a=0

日

.90

a=0

.92

a=0

20

05

51

500

90

04

48

470

七

溫度/

圖2

大

率越

應速

高，反

度越

a.溫

率

轉化

平衡

代表

曲線

0.88的

b.a=

越低

溫度

對應

大值

率最

應速

大，反

c.a越

度

產溫

佳生

擇最

率，選

大速

的最

同a下

根據不

d.可

所

如圖3

關系

化率

和轉

，溫度

劑下

催化

。不同

改良

行了

其進

家對

科學

，我國

性能

綜合

劑的

催化

高鈾

為提

ii.

號）。

（填標

的是

最佳

性能

催化

示，

8(

60

<

4(

3

螂2(

-K

a--V

O

Cs

-K-

b-V

S

Ce

-K-

c^V

e

s—C

—K—C

d-V

50

05

50

450

0

40

350

/t

溫度

圖3

的a=

反應

氧化

催化

上述

表示

數式

的代

和ae

含p

為用

化率

衡轉

的平

p,SO

壓為

衡分

的平

設0

iii.

2

2

算）。

度計

衡濃

替平

壓代

衡分

（用平