【淘寶店鋪：向陽百分百】【淘寶店鋪：向陽百分百】專題09化學反應原理綜合(題型突破)目錄題型1化工生產中條件選擇與控制題型2設置情景制備新型工業材料TOC\o"1-1"\p""\h\z\u題型3運用化學反應原理環境保護題型1化工生產中條件選擇與控制1．(2024·浙江省金華市十校選考模擬考試)科學家開發新型催化劑實現了N2O對CH3CH=CHCH3(2-丁烯)的氣相選擇性氧化，其反應為：反應I：CH3CH=CHCH3(g)＋N2O(g)CH3CH2COCH3(g)＋N2(g)ΔH1＝-398kJ·mol?1反應Ⅱ：CH3CH=CHCH3(g)＋2N2O(g)2CH3CHO(g)＋2N2(g)ΔH2請回答：(1)幾種共價鍵的鍵能數據如下表所示。共價鍵鍵能413347614745945607418已知N2O的結構式為N=N=O，反應Ⅱ的正反應的活化能為，則反應Ⅱ的逆反應的活化能為kJ·mol?1。(2)一定溫度下，向恒壓密閉容器中充入CH3CH=CHCH3(g)和N2O(g)，發生反應I和反應Ⅱ，測得平衡體系中N2的體積分數與起始投料比的關系如圖所示。下列有關說法正確的是___________(填標號)。A．混合氣體中N2體積分數不再變化說明反應已達到平衡狀態B．達到平衡時，體系中N2的體積分數總是小于50%C．M、N、Q三點，N2O(g)的轉化率大小：N>M>QD．從N到Q，N2百分含量下降，是因為反應Ⅰ逆向移動(3)在恒壓密閉容器中充入2molCH3CH=CHCH3(g)和2molN2O(g)，發生反應I和反應Ⅱ。P1壓強下測得平衡時CH3CH2COCH的選擇性與溫度的關系如圖所示。X點時CH3CH=CHCH3(g)的平衡轉化率為50%。(CH3CH2COCH的選擇性)。①其他條件不變，溫度升高，平衡時CH3CH2COCH3(g)的選擇性升高的原因是。②X點反應I的平衡常數KP的數值為(用平衡分壓代替平衡濃度，分壓=總壓×物質的量分數)。③若P2P1，請在圖中畫出P2時，CH3CH2COCH3的選擇性隨溫度升高的變化曲線。【答案】(1)E+716(2)AB(3)溫度升高，反應Ⅱ逆向移動使反應物濃度增大，反應物濃度增大促進反應I正向移動的影響程度大于溫度升高使反應I逆向移動的影響程度1.4【解析】(1)ΔH2=反應物的鍵能之和-生成物的鍵能之和=，ΔH2=正反應的活化能-逆反應的活化能，則反應Ⅱ的逆反應的活化能=-ΔH2=(E+716)kJ·mol?1。(2)A項，混合氣體中N2體積分數不再變化，則其濃度不再變化，說明反應已達到平衡狀態，A正確；B項，反應I和反應Ⅱ的產物中N2的體積分數均為50%，可逆反應中必存在反應物，則N2體積分數一定小于50%，B正確；C項，保持CH3CH=CHCH3(g)的物質的量不變，增大N2O(g)的物質的量，起始投料比增大，反應I和反應Ⅱ平衡均正向移動，但N2O(g)的轉化率減小，則在M、N、Q三點中，N2O(g)的轉化率大小排序為M>N>Q，C錯誤；D項，從N到Q，繼續增大起始投料比，平衡時氣體總體積增加的幅度大于N2增加的幅度，使得N2百分含量下降，D錯誤；故選AB。(3)①其他條件不變，溫度升高，反應Ⅱ逆向移動使反應物濃度增大，反應物濃度增大促進反應I正向移動的影響程度大于溫度升高使反應I逆向移動的影響程度，因而平衡時CH3CH2COCH3(g)的選擇性升高。②列出三段式：則平衡時，CH3CH=CHCH3、N2O、CH3CH2COCH3、CH3CHO、N2的物質的量分別為1mol、0.6mol、0.6mol、0.8mol、1.4mol，總物質的量為4.4mol，X點反應I的平衡常數；③反應I為氣體體積不變的反應，反應Ⅱ為氣體體積增大的反應。同一溫度下，增大壓強反應Ⅱ逆向移動使反應物濃度增大，反應物濃度增大促進反應I正向移動，因而平衡時CH3CH2COCH3(g)的選擇性升高。若P2P1，則P2時CH3CH2COCH3的選擇性隨溫度升高的變化曲線應在P1時曲線的上方，畫出其曲線為。2．(2024·山東煙臺高三期中聯考)將CO2轉化為高附加值碳基燃料，可有效減少碳排放。將CO2和H2在催化劑作用下，可實現二氧化碳甲烷化。可能發生反應：i．CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)ΔH1ii．CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH2＝+41.2kJ·mol－1iii．CO(g)+3H2(g)CH4(g)+H2O(g)ΔH3＝-206.1kJ·mol－1(1)利用不同催化劑，在一定溫度和反應時間條件下，測得產物的生成速率與催化劑的關系如圖可知有利于制甲烷的催化劑是。(2)不同條件下，投料，發生上述反應，CO2的平衡轉化率與溫度的關系如圖2.升高溫度，反應i的化學平衡常數(填“增大”或“減小”)；、、由大到小的順序是。壓強為的條件下，溫度高于600℃之后，隨著溫度升高轉化率增大的原因是。(3)①在某溫度下，向恒容容器中充入7molCO2和12molH2，初始壓強為19kPa，反應經10min達到平衡，此時氣體的總物質的量為17mol，，則kPa/min，該溫度下反應ii的化學平衡常數K=。②若保持溫度不變壓縮容器的體積，CH4的物質的量(填“增加”“減小”或“不變”)，反應i的平衡將(填“正向”“逆向”或“不”)移動。【答案】(1)Pt@h-BN3(2)減小CO2平衡轉化率為反應i和反應的CO2平衡轉化率之和。ⅰ為放熱反應；ⅱ為吸熱反應。600℃之后，CO2轉化率主要取決于反應ⅱ(3)0.11增加正向【解析】(1)根據圖示，在一定溫度和反應時間條件下，使用催化劑Pt@h-BN3甲烷的生成速率最大且CO的速率最小，所以有利于制甲烷的催化劑是Pt@h-BN3。(2)ii．CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH2＝+41.2kJ·mol－1；iii．CO(g)+3H2(g)CH4(g)+H2O(g)ΔH3＝-206.1kJ·mol－1；根據蓋斯定律ii+iii得

CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)ΔH1=，正反應放熱，升高溫度，反應i的化學平衡常數減小；其它條件不變，增大壓強i正向移動，CO2的平衡轉化率增大，所以、、由大到小的順序是。CO2平衡轉化率為反應i和反應ii的CO2平衡轉化率之和。ⅰ為放熱反應；ⅱ為吸熱反應。600℃之后，CO2轉化率主要取決于反應ⅱ，所以溫度高于600℃之后，隨著溫度升高轉化率增大；(3)①在某溫度下，向恒容容器中充入7molCO2和12molH2，初始壓強為19kPa，反應經10min達到平衡，此時氣體的總物質的量為17mol，反應i氣體物質的量減小，壓強減小是因為發生反應i：7-x+12-4x+x+2x=17，x=1，所以甲烷的kPa/min；恒溫、恒容，壓強比等于物質的量比，則平衡時氣體物質的量為17mol，，n(CO)=3mol，n(CH4)=1mol，1molCO2參加反應i、3molCO2參加反應ⅱ，反應i消耗氫氣4mol、反應ⅱ消耗氫氣3mol，平衡時容器中n(CO)=3mol、n(H2)=5mol、n(CO2)=3mol、n(H2O)=5mol，則該溫度下反應ii的化學平衡常數K==1；②若保持溫度不變，壓縮容器的體積，反應ⅰ為正向移動，CH4的物質的量增加。3．(2024·北京朝陽區高三期中聯考)合成氨的發展體現了化學科學與技術的不斷進步。(1)1898年，化學家用氮氣、碳化鈣(CaC2)與水蒸氣反應制備氨：i．碳化鈣和氮氣在1000℃的高溫下產生氰氨化鈣(CaCN2)；ii．氰氨化鈣與水蒸氣反應生成氨氣。寫出反應ii的化學方程式：。(2)20世紀初，以N2和H2為原料的工業合成氨方法研制成功。其反應為：。①N2的化學性質穩定，即使在高溫、高壓下，N2和H2的化合反應仍然進行得十分緩慢。從分子結構角度解釋原因：。②壓強對合成氨有較大影響。下圖為不同壓強下，以物質的量分數x(H2)=0.75、x(N2)=0.25進料(組成1)，反應達平衡時，x(NH3)與溫度的計算結果。i．判斷壓強：p1p2(填“>”或“<”)，簡述理由：。ii．在p1、x(NH3)=0.20時，氮氣的轉化率為。iii．合成氨原料氣中存在不參與反應的Ar時會影響NH3的平衡含量。在p1時，以物質的量分數x(H2)=0.675、x(N2)=0.225、x(Ar)=0.10進料(組成2)，反應達平衡時x(NH3)與溫度的計算結果與組成1相比有一定變化，在上圖中用虛線畫出相應曲線。(3)我國科學家研制出雙催化劑，通過光輻射產生溫差(如體系溫度為495℃時，納米Fe的溫度為547℃，而的溫度為415℃，解決了溫度對合成氨工業反應速率和平衡轉化率影響矛盾的問題，其催化合成氨機理如圖所示。分析解釋：與傳統的催化合成氨(鐵觸媒、400~500℃)相比，雙催化劑雙溫催化合成氨具備優勢的原因是。【答案】(1)aCN2+3H2O(g)aCO3+2NH3(2)N2中含氮氮三鍵(N≡N)，鍵能大，難斷裂<合成氨反應是氣體分子數減小的反應，相同溫度下，增大壓強，平衡正向移動，氨的物質的量分數增大(3)N≡N在“熱Fe”表面易于斷裂，有利于提高合成氨反應的速率；“冷Ti”低于體系溫度，氨氣在“冷Ti”表面生成，有利于提高氨的平衡產率【解析】(1)氰氨化鈣與水蒸氣反應生成氨氣和碳酸鈣，故反應的化學方程式寫為：aCN2+3H2O(g)aCO3+2NH3；(2)①N2中含氮氮三鍵(N≡N)，鍵能大，難斷裂，因此即使在高溫、高壓下，N2和H2的化合反應仍然進行得十分緩慢；②i．合成氨反應是氣體分子數減小的反應，相同溫度下，增大壓強，平衡正向移動，氨的物質的量分數增大，所以p1<p2；ii．圖中，進料組成為x(H2)=0.75、x(N2)=0.25兩者物質的量之比為3：1。假設進料中氫氣和氮氣的物質的量分別為3mol和1mol，達到平衡時氮氣的變化量為xmol，則有：在p1、x(NH3)=0.20時，x(NH3)=，解得x=；iii．在相同溫度和相同壓強下，組成2平衡時氨的摩爾分數較小。在恒壓下充入惰性氣體Ar，反應混合物中各組分的濃度減小，各組分的分壓也減小，化學平衡要朝氣體分子數增大的方向移動，因此，充入惰性氣體Ar不利于合成氨，進料組成中含有惰性氣體Ar的圖用虛線畫出相應曲線如下：；(3)N≡N在“熱Fe”表面易于斷裂，有利于提高合成氨反應的速率；“冷Ti”低于體系溫度，氨氣在“冷Ti”表面生成，有利于提高氨的平衡產率，故與傳統的催化合成氨(鐵觸媒、400~500℃)相比，雙催化劑雙溫催化合成氨具備優勢。4．(2023·遼寧省錦州市高三質量檢測)尿素[CO(NH2)2]在醫學、農業、工業以及環保領域都有著廣泛的應用。工業合成尿素的熱化學方程式為：2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(g)+H2O(l)?H=-87.0kJ?mol-1。合成尿素的反應分步進行，如圖是反應的機理及能量變化(單位：kJ?mol-1)，TS表示過渡態。回答下列問題：(1)若?E1=66.5kJ?mol-1，則?E2=_____kJ?mol-1。(2)若向某恒溫、恒容的密閉容器中分別加入等物質的量的NH3和CO2，發生合成尿素的反應。下列敘述能說明反應已經達到平衡狀態的是_____(填標號)。a．斷裂6molN－H鍵的同時斷裂2molO－H鍵b．混合氣體的壓強不再變化c．混合氣體的密度不再變化d．CO2的體積分數不再變化(3)最后一步反應的化學方程式可表示為：HNCO(g)+NH3(g)CO(NH2)2(g)。I．在T1℃和T2℃時，向恒容密閉容器中投入等物質的量的HNCO和NH3，平衡時lgp(NH3)與lgp[CO(NH2)2]的關系如圖I所示，p為物質的分壓(單位為kPa)。①T1_____T2(填“＞”“＜”或“=”)。②T2時，該反應的標準平衡常數Kθ=_____。[已知：分壓=總壓×該組分物質的量分數，對于反應：dD(g)+eE(g)gG(g)，Kθ=，其中Kθ=100kPa，p(G)、p(D)、p(E)為各組分的平衡分壓。]③保持溫度不變，點A時繼續投入等物質的量的兩種反應物，再次達到平衡時，CO(NH2)2的體積分數將_____(填“增大”“減小”或“不變”)。Ⅱ．其他條件相同，在不同催化劑下發生該反應，反應正向進行至相同時間，容器中CO(NH2)2的物質的量隨溫度變化的曲線如圖Ⅱ所示。④在500℃時，催化效率最好的是催化劑_____(填標號)。⑤500℃以上，n[CO(NH2)2]下降的原因可能是_____(不考慮物質的穩定性)。【答案】(1)241(2)bc(3)＜1000增大c隨著溫度的升高，催化劑活性降低，反應速率減慢，相同時間內生成的CO(NH2)2的物質的量減少【解析】(1)反應焓變是-87kJ/mol，即圖中最終階段相對初始階段的能量是-87kJ/mol，那么由TS3到最終階段，有；(2)a項，根據方程式可知：每2分子NH3反應產生1分子CO(NH3)2，會斷裂2個N-H鍵，即1個NH3分子斷裂1個N-H鍵。現在斷裂6molN-H鍵，就是6molNH3反應，要生成3molH2O，形成6molO-H鍵，同時斷裂2molO-H鍵，就是lmol水發生反應，生成水的物質的量大于消耗的水的物質的量，正、逆反應速率不相等，沒有達到平衡，a不符合題意；b項，該反應在恒溫恒容條件下進行，反應前后氣體的物質的量發生改變，當氣體壓強不再變化時，氣體的物質的量不變，則反應達到了平衡狀態，b符合題意；c項，反應前后氣體的質量發生變化，而反應恒溫恒容條件下進行，氣體的體積不變，氣體的密度會發生變化，若在混合氣體的密度不再變化，則反應達到了平衡狀態，c符合題意；d項，由三段式計算可知二氧化碳體積分數為定值，所以二氧化碳體積分數不再變化不能說明是否已達平衡，d不符合題意；故選bc；(3)①由反應機理圖可知，最后一步的反應為放熱反應，升高溫度平衡逆向移動，若p(NH3)保持不變，溫度升高，p[CO(NH2)2]會減小，由圖可知，當lgp(NH3)=1時，T2直線所對應的lgp[CO(NH2)2]比T1直線所對應的lgp[CO(NH2)2]小，則有T1＜T2；②向恒容密閉容器中投入等物質的量的HNCO和NH3，平衡時HNCO和NH3分壓相等，根據平衡常數表達式，并代入A點數據，可知T2℃時此反應的標準平衡常數；③若點A時繼續投入等物質的量的兩種反應物，體積不變，則相當于增大壓強，加壓時化學平衡向氣體體積減小的方向移動，故化學平衡正向移動，CO(NH2)2的體積分數變大；④由圖Ⅱ可知在溫度為T1時，催化劑③的作用下，CO(NH2)2的物質的量較多，其物質的量分數較大，故該溫度下催化效率最好的是催化劑c；⑤催化劑存在活化溫度，在活化溫度時催化效果較高，由圖Ⅱ的CO(NH2)2的體積分數隨著溫度的變化趨勢可知：T2℃以上，n[CO(NH2)2]下降，原因可能是：隨溫度的升高，可能導致催化劑活性降低，使反應速率降低，相同時間生成的CO(NH2)2的物質的量減少。題型2設置情景制備新型工業材料1．(2024·河北石家莊·高三石家莊精英中學期中)氨的用途十分泛，如氨是制造硝酸和氮肥的重要原料。工業合成氨是人類科學技術的一項重大突破。回答下列問題：(1)合成氨反應的歷程和能量的變化如圖所示，符號“·”可視為催化劑。在合成氨的基元反應中，決速步驟的活化能為kJ/mol。(2)在不同條件下進行合成氨反應，下列反應速率由大到小的順序是(填選項序號)。①v(N2)=0.5mol/(L·min)

②v(H2)=0.02mol/(L·s)③v(NH3)=0.4mol/(L·min)

④v(NH3)=0.02mol/(L·s)(3)對于合成氨反應而言，只控制一個變量，下列圖像合理的是___________(填選項字母)。A．B．C．D．(4)一定溫度下，向2L恒容密閉容器中充入0.4molN2、1.2molH2發生反應，NH3的濃度隨時間變化情況如表所示：時間/min510152025濃度/mol/L0.080.140.180.200.200~10min內，用H2表示的平均反應速率為；實驗測得體系平衡時的壓強為10MPa，則該反應的平衡常數Kp=MPa-2(用分數表示，Kp為分壓表示的平衡常數，分壓=總壓×體積分數)；若維持溫度不變，向另一2L恒容密閉容器中充入H2、N2和NH3各4mol時，該反應的v正(填“>”“<”或“=”)v逆。【答案】(1)352(2)④①②③(3)BD(4)0.021mol·L-1·min-1>【解析】(1)活化能最大的那步反應對總反應速率影響最大，則基元反應的活化能為500kJmol-1-48kJmol-1=352kJmol-1；(2)N2+3NH32NH3，根據速率之比等于計量數之比，都轉化為用H2表示的速率，然后進行比較：①v(N2)=0.5mol/(L·min)，所以v(H2)=1.5mol·L-1·min-1；②v(H2)=0.02mol/(L·s)=1.2mol·L-1·min-1；③v(NH3)=0.4mol/(L·min)，所以v(H2)=0.6mol·L-1·min-1；④v(NH3)=0.02mol/(L·s)=1.2mol·L-1·min-1，所以v(H2)=1.8mol·L-1·min-1；所以該反應的速率由大到小的順序是④①②③；(3)合成氨反應的化學方程式為：N2+3H22NH3，該反應為放熱反應；A項，增大壓強，平衡正向移動，氨的平衡百分含量增大，故A錯誤；B項，起始時N2的物質的量增大，氨的平衡百分含量先增大后減小，故B正確；C項，由反應方程式可知，達到化學平衡時N2、H2、NH3的濃度并不一定相等，圖像不一定正確，故C錯誤；D項，反應達到平衡后，升高溫度，平衡逆向移動，故與圖像相符合，故D正確，故選BD；(4)0~10min內，NH3的濃度變化量為0.14mol/L，根據方程式N2+3H22NH3，H2的濃度變化量為0.21mol/L，用H2表示的平均反應速率為=0.021mol?L-1?min-1；由表格數據可知，平衡時NH3的濃度為0.2mol/L，即物質的量為0.4mol，列三段式如下：平衡時N2的分壓為p(N2)=10MPa=MPa；同理可計算p(H2)=MPa；p(NH3)=MPa；Kp===MPa-2；利用上述三段式數據，可計算出濃度平衡常數Kc=，另一2L恒容密閉容器中充入H2、N2和NH3各4mol時，Qc=，反應向正反應方向進行，即v正>v逆。2．(2024·浙江金華一中高三期中)乙烯、丙烯是化學工業的最基本原料，工業上可采用多種方法生產，請回答下列問題：方法一：利用丙烷脫氫制烯烴，反應如下。ⅠC3H8(g)C3H6(g)＋H2(g)ΔH1ⅡC3H8(g)C2H4(g)＋CH4(g)ΔH2ⅢC2H4(g)＋H2(g)C2H6(g)ΔH3ⅣC3H8(g)+H2(g)CH4(g)＋C2H6(g)ΔH4上述各反應常壓下平衡常數自然對數值隨溫度(T)的變化如圖1所示。(1)ΔH10(填“＜”或“>”)；圖1中表示反應Ⅱ的曲線為(填“a”或“b”)。(2)T1溫度下，向體積不等的恒容容器中加入等量C3H8，若只發生反應Ⅰ，反應相同時間后，測得各容器中C3H8的轉化率與容器體積關系如圖2。①下列說法正確的是。A．各容器內反應的平衡常數相同B．體系處于W點時，加催化劑，可提高C3H8轉化率C．體系處于W、M兩點時，若升高溫度，凈反應速率均增加D．反應過程中若容器內氣體密度不再變化，則反應已達平衡②保持其他條件不變，增大C3H8初始投料，請在圖2中畫出C3H8的轉化率與容器體積關系圖。方法二：利用甲醇分解制取烯烴，涉及反應如下。a.2CH3OH(g)=C2H4(g)＋2H2O(g)ΔH＝-22.66kJ·mol?1b.3CH3OH(g)=C3H6(g)＋3H2O(g)ΔH＝-92.24kJ·mol?1c.3C2H4(g)2C3H6(g)(3)①恒壓條件下，平衡體系中各物質的物質的量分數隨溫度變化如圖3所示。已知923K時，，假設沒有副反應，平衡體系總壓強為P，求923K反應c的平衡常數KP。(對于氣相反應，用某組分B的平衡壓強p(B)代替物質的量濃度c(B)也可表示平衡常數，記作，如，p為平衡總壓強，x(B)為平衡系統中B的物質的量分數)②工業上使甲醇反應氣流經ZSM-5分子篩催化分解，該催化劑同時也可催化丁烯裂解2C4H8(g)C2H4(g)＋2C3H6(g)ΔH＝+117.93kJ·mol?1。請說明，甲醇分解工藝中常常添加適量丁烯共同反應，其原因可能為。【答案】(1)>b(2)AC(3)丁烯分解為吸熱反應，可以為反應體系降溫，防止催化劑因反應溫度過高而失活。甲醇分解轉化率很高，基本不受丁烯分解吸熱影響【解析】(1)由圖1可知a、b兩條曲線均隨著溫度的升高，lnKp的數值增大，說明升高溫度對于I、II兩個反應的影響都是平衡向正反應吸熱方向移動，所以ΔH1>0；根據II、III、IV的反應方程式，列出各反應的分壓平衡常數依次為，可看出，由圖1可知當T=600K時，lnKp(IV)和lnKp(III)幾乎相等，即600K時，Kp(IV)=Kp(III)，所以此時Kp(II)=1，lnKp(II)=0，對應曲線b，所以表示反應Ⅱ的曲線為b；(2)①A項，因為平衡常數只隨溫度的改變而改變，各容器所處溫度相同，所以各容器內反應的平衡常數相同，A正確；B項，催化劑只能改變反應速率，對平衡移動沒有影響，因此體系處于W點時，加催化劑，不會改變C3H8的轉化率，B錯誤；C項，凈反應速率為正反應速率-逆反應速率，反應Ⅰ為吸熱反應，升高溫度，化學平衡正向移動，正反應速率增大幅度大于逆反應速率增大幅度，因此體系處于W、M兩點時，若升高溫度，凈反應速率均增加，C正確；D項，各反應容器恒容，容器內氣體質量一定，密度也為一定值，所以密度不再變化，不能說明反應已達平衡，D錯誤；故選AC；②原圖中前半段，容器體積小，反應物濃度大，反應速率較大，反應一段時間后已達到平衡狀態，此時隨著容器體積增大，化學平衡正向移動，因此丙烷的轉化率增大，但是隨著容器體積繼續增大，反應速率減小，后半段反應尚未達到平衡，且體積越大，濃度越小反應速率越慢，因此丙烷的轉化率也就越低。在此基礎上增大丙烷初始投料，丙烷濃度增大，則相同時間內前半段仍會達到平衡，但是丙烷濃度增大，轉化率降低，因此體積相同的情況下轉化率較加料前更低，但是初始丙烷投料量增大，丙烷的濃度也增大，反應速率也更大，對體積較大的情況而言，反應速率增大丙烷的轉化率增大，但是隨著體積繼續增大，反應速率還是會減小，丙烷的轉化率從而下降，故總體表現就是曲線右移。如圖所示：；(3)①根據題干中Kp定義式和923K時關系式，可得反應c的Kp=。設在923K時，，反應a中生成xmol乙烯和2xmol水，反應b中生成ymol丙烯和3ymol水，c反應中，有則根據，有x-3n=2(y+2n)，即x=2y+7n；，代入后有，代入可得：Kp=；②丁烯分解為吸熱反應，可以為反應體系降溫，防止催化劑因反應溫度過高而失活。甲醇分解轉化率很高，基本不受丁烯分解吸熱影響，所以甲醇分解工藝中常常添加適量丁烯共同反應。3．(2023·遼寧省沈陽市二模)甲醇水蒸氣催化重整是當前制取清潔能源氫氣的主要方法，其反應機理如下：反應I：CH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g)ΔH1反應II：O2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH2請回答下列問題：(1)在催化劑作用下，反應I可通過如圖1所示的反應歷程實現催化重整，則ΔH1=___________kJ·mol-1。(2)將一定量的甲醇氣體和水蒸氣混合反應，使用催化劑R，測得相同條件下，甲醇的轉化率[(CH3OH)%]與CO的物質的量分數[(CO)%]變化如圖2所示。反應II為___________反應(填“吸熱”或“放熱”)，選擇催化劑R的作用為___________。(3)將1mol甲醇氣體和1.3mol水蒸氣混合充入2L恒容密閉容器中，控制反應溫度為300℃、起始壓強為2.5MPa下進行反應。平衡時容器中n(CH3OH)=n(CO)=0.1mol，甲醇的轉化率為___________，則反應I的平衡常數Kc=___________(mol·L-1)2(列出計算式即可)。(4)相同反應條件下，測得相同時間內甲醇水蒸氣重整反應各組分的含量與反應溫度關系曲線圖如下，下列說法中正確的是___________。a．升溫對反應I的化學反應速率影響更大b．該條件下催化劑活性溫度高于270℃c．催化劑的選擇應考慮提高生成CO2的選擇性d．250℃時，n(CH3OH)：n(CO)不小于1.3【答案】(1)(a-b+c)(2)吸熱加快反應速率，降低反應Ⅱ的選擇性(3)90%(或0.90或0.9)(能體現出計算過程，直接寫結果不給分)(4)acd【解析】(1)ΔH1=反應物總能量-生成物總能量，由圖可知ΔH1=(a-b+c)kJ·mol-1；(2)由圖中信息可知隨溫度升高，CO的物質的量分數增加，說明反應II正向移動，則正向為吸熱方向；由圖可知，在其他條件相同時，使用催化劑R時CO的物質的量分數較小，而甲醇轉化一直較高，說明催化劑R的使用可減少反應II的發生，即對反應II具有選擇性，同時使用催化劑可加快反應速率；(3)根據題中信息列三段式：甲醇的轉化率為；則反應I的平衡常數=；(4)a項，由圖可知升高溫度CO的含量幾乎不發生改變，而氫氣的含量增大趨勢顯著，可知升溫對反應I的化學反應速率影響更大，故正確；b項，由圖可知，溫度高于250℃時產物含量的變化率減小，說明催化劑的活性開始降低，故錯誤；c項，催化劑的選擇考慮提高生成CO2的選擇性，這樣才能提高甲醇催化重整生成氫氣的選擇性，故正確；d項，由圖可知反應起點時n(CH3OH)：n(CO)=1.3，250℃時，兩者含量差距增大，n(CH3OH)：n(CO)大于1.3，故正確；故選acd。4．(2024·浙江省A9協作體高三聯考)CH3OH是一種綠色燃料，可由CO或CO2制備。工業上制備CH3OH發生如下反應：反應1：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)ΔH=-49.5kJ/mol反應2：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH=+41.2kJ/mol請回答：(1)CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，該反應的ΔH=kJ/mol。(2)將CO2和H2按1︰3通入密閉容器中發生反應1和反應2，改變反應溫度，分別測得1MPa、3MPa、5MPa下CO2的平衡轉化率(α)以及3MPa時生成CH3OH、CO選擇性(S)的變化如圖甲(選擇性為目標產物在總產物中的比率)。①代表5MPa下α(CO2)隨溫度變化趨勢的是曲線(填“a”“b”或“c”)。②隨著溫度升高，a、b、c三條曲線接近重合的原因是。③P點對應的反應2的平衡常數Kp=。④分子篩膜反應器可提高反應1的平衡轉化率，原理如圖乙所示。分子篩膜反應器可提高轉化率的原因是。⑤請在下圖中畫出5MPa時生成CH3OH、CO選擇性(S)隨溫度變化的曲線。【答案】(1)-90.7(2)①a②升溫會抑制放熱反應1，同時促進吸熱反應2，即溫度較高時以反應2為主，而反應2前后氣體分子數相等，壓強改變對平衡無影響，所以三條轉化率曲線隨溫度升高逐漸接近重合③或0.0096或9.6×10-3④分子篩膜可將H2O從體系中移出，使c(H2O)降低，促使反應1平衡正向移動⑤

(S(CO)位于3MPa曲線下方，S(CH3OH)位于3MPa曲線上方，兩線交點縱坐標為50)【解析】(1)根據蓋斯定律：反應1-反應2計算可得CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，該反應的ΔH=-49.5kJ/mol-(+41.2kJ/mol)=-90.7kJ/mol。(2)①由圖可知，一定低溫條件下、5MPa時甲醇的選擇性(S)最大，CO選擇性(S)最小，說明低溫條件增大壓強時主要發生反應1，反應1是氣體體積減小的反應，增大壓強反應1的平衡正向移動，二氧化碳的平衡轉化率(α)增大，即壓強越大二氧化碳的平衡轉化率(α)越大，所以代表5MPa下，α(CO2)隨溫度變化趨勢的是曲線a；②由圖可知，溫度較高時甲醇的選擇性(S)較小，CO選擇性(S)較大，說明溫度較高時主要發生反應2，反應2是氣體體積不變化的吸熱反應，三條曲線幾乎交于一點，說明壓強對二氧化碳平衡轉化率幾乎沒有影響，即a、b、c三條曲線接近重合的原因是為溫度較高時以反應2為主，該反應前后氣體分子數相等，改變壓強對其平衡沒有影響，故答案為：升溫會抑制放熱反應1，同時促進吸熱反應2，即溫度較高時以反應2為主，而反應2前后氣體分子數相等，壓強改變對平衡無影響，所以三條轉化率曲線隨溫度升高逐漸接近重合；③若起始時二氧化碳和氫氣的物質的量分別為1mol、3mol，P點時甲醇的選擇性(S)、CO選擇性(S)均為50%，二氧化碳的平衡轉化率(α)=20%，體系壓強為3MPa，平衡時：n(CO2)=1mol×(1-20%)=0.8mol，設n(H2)=xmol，n(CH3OH)=n(CO)=ymol，n(H2O)=zmol，根據C、H、O原子守恒可知，0.8+2y=1，，2x+4y+2z=6，0.8×2+2y+z=2，解得x=2.6mol，y=0.1mol，z=0.2mol，體系中氣體的總物質的量n=2.6mol+0.1mol+0.1mol+0.2mol+0.8mol=3.8mol，p(CO2)=；同理可知：p(H2)=，p(CO)=，p(H2O)=，反應2的平衡常數Kp==0.0096；④由圖可知，該分子篩膜反應器具有雙重功能，只催化反應1，且能分離出生成物水蒸氣，促進反應1的平衡正向移動，以提高二氧化碳的平衡轉化率，分子篩膜可將H2O從體系中移出，使c(H2O)降低，促使反應1平衡正向移動；⑤壓強增大，S(CO)降低，位于3MPa曲線下方，S(CH3OH)增大，位于3MPa曲線上方，兩線交點縱坐標為50，故曲線為

。TOC\o"1-1"\p""\h\z\u題型3運用化學反應原理環境保護1．(2024·江蘇淮安·高三校聯考階段練習)研究煙氣脫硝脫硫是環境保護、促進社會可持續發展的重要課題。(1)一種隔膜電化學法可處理燃煤煙氣中的NO和SO2，裝置如圖所示。陰極區的電極反應式為。使用固體催化劑可提高脫硫效率。氣體在固體催化劑表面反應的機理是氣體反應物分子吸附在催化劑表面，占據催化劑表面活性位點，生成一些活性高的微粒，從而降低反應活化能，提高反應速率。(2)活性炭催化脫除SO2的機理如圖所示(*代表吸附態)。寫出“熱再生”生成SO2的化學方程式。(3)V2O5/炭基材料是在活性炭上載有V2O5活性成分，構成更高活性的活性炭催化劑，更有利于SO2轉化為SO3，最終實現脫硫。①通過紅外光譜發現，脫硫開始后催化劑表面出現了VOSO4的吸收峰，再通入O2后VOSO4吸收峰消失，后一步用化學方程式表示為。②控制一定氣體流速和溫度，考察煙氣中O2的存在對V2O5/炭基材料催化劑脫硫活性的影響，結果如圖所示，當O2濃度過高時，去除率下降，其原因可能是。(4)科學家通過NH3活化改進提升了活性炭的脫硫性能，認為活性炭表面的含氮官能團具有催化性能，含氮官能團越豐富越有利于提升脫硫性能，原因可能是。【答案】(1)2HSO3-+2e-+2H+=S2O42-+2H2O(2)C+2H2SO4(濃)CO2↑+2SO2↑+2H2O(3)4VOSO4+O2=2V2O5+4SO3氧氣濃度過高時，O2和SO2分子會產生競爭吸附的局勢，當O2分子占據催化劑過多活性位點時，剩余的SO2分子就不能很好地被吸附，導致脫硫率下降(4)活性炭材料表面的含氮官能團具有堿性，能夠促進活性炭對SO2的吸附及氧化【解析】(1)由題干圖示信息可知，電極A上實現HSO3-轉化為S2O42-，則S的化合價降低，該電極為陰極，該電極反應為：2HSO3-+2e-+2H+=S2O42-+2H2O，電極B為陽極，電極反應為：SO2-2e-+2H2O=4H++SO42-，吸收池中反應為：2S2O42-+2NO+2H2O=4HSO3-+N2，故陰極區的電極反應式為2HSO3-+2e-+2H+=S2O42-+2H2O；(2)根據圖中信息可知，“熱再生”是活性炭基材料與濃硫酸反應生成SO2，反應的化學方程式為C+2H2SO4(濃)CO2↑+2SO2↑+2H2O；(3)①根據題意可知，該脫硫反應過程可描述為SO2與V2O5作用形成具有VOSO4結構的中間體；VOSO4中間體與氣相的O2反應生成SO3和V2O5或3SO2+V2O5+O2=2VOSO4+SO3，4VOSO4+O2=2V2O5+4SO3；②當O2濃度過高時，去除率下降，其可能原因是氧氣濃度過高時，O2、SO2和NO分子會產生競爭吸附的局勢，當O2分子占據催化劑過多活性位時，剩余的SO2、NO分子就不能很好地被吸附，導致脫硫脫硝率下降；(4)活性炭材料表面的含氮官能團具有堿性，能夠促進活性炭對SO2的吸附及氧化，含氮官能團越豐富越有利于提升脫硫性能。2．(2024·江蘇南通高三期中)捕集并轉化CO2可以有效實現碳達峰、碳中和。Ⅰ.工業上利用兩種溫室氣體CH4和CO2催化重整制取H2和CO，主要反應為反應①：CH4(g)＋CO(g)2CO(g)＋2H2(g)ΔH1＝+247.4kJ·mol?1過程中還發生三個副反應：反應②：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)ΔH2＝+41.2kJ·mol?1反應③：2CO(g)CO2(g)＋C(s)ΔH3＝-171.0kJ·mol?1反應④：2CO(g)2H2(g)＋C(s)ΔH4將CH4與CO2(體積比為1∶1)的混合氣體以一定流速通過催化劑，產物中H2與CO的物質的量之比、CO2的轉化率與溫度的關系如圖所示：(1)ΔH4=。(2)500℃時，比較小，此時發生的副反應以(選填②、③、④中一種)為主。升高溫度，產物中H2與CO的物質的量之比增大的原因是。Ⅱ.光催化CH4和生成CO和H2催化反應機理如圖所示：(3)上述反應機理中表現出氧化性的粒子有。Ⅲ.用光電化學法將CO2還原為有機物實現碳資源的再生利用，其裝置如左圖所示，其他條件一定時，恒定通過電解池的電量，電解得到的部分還原產物的法拉第效率(FE%)隨電解電壓的變化如右圖所示：，其中，，n表示電解生成還原產物X所轉移電子的物質的量，F表示法拉第常數。(4)當電解電壓為U1V時，陰極生成HCHO的電極反應式為。(5)當電解電壓為U2V時，電解生成的HCOOH和HCHO的物質的量之比為3：2，則生成HCHO的法拉第效率m為。【答案】(1)+76.4kJ/mol(2)②升高溫度，反應以反應④為主，H2增大幅度大于CO(3)CO2、h+(4)CO2+4e—+4H+=HCHO+H2O(5)20%【解析】(1)由蓋斯定律可知，反應①+反應③得到反應④，則反應ΔH4=(+247.4kJ/mol)+(—171.0kJ/mol)=+76.4kJ/mol；(2)500℃時，產物的比值比較小說明反應中氫氣的物質的量減小、一氧化碳的物質的量增大，則此時發生的副反應以②為主；升高溫度，產物的比值增大說明反應以反應④的為主，氫氣的物質的量增大幅度大于一氧化碳；(3)由圖可知，二氧化碳Rh表面得到電子生成一氧化碳和氧離子，氧離子作用下甲烷失去電子生成一氧化碳和氫氣，則表現氧化性的微粒為二氧化碳和h+；(4)由圖可知，電解電壓為U1V時，酸性條件下二氧化碳在陰極得到電子發生還原反應生成甲醛和水，電極反應式為CO2+4e—+4H+=HCHO+H2O；(5)電解電壓為U2V時，放電生成1mol甲酸轉移2mol，生成1mol甲醛轉移4mol電子，由圖可知，生成甲酸的FE%為15%，則由電解生成的甲酸和甲醛的物質的量之比為3：2可得：：=3：2，解得m=20。3．(2024·浙江省嘉興市高三基礎測試)CO2過度排放會引起氣候、環境等問題。在Cu/ZnO催化劑下，CO2和H2可發生反應生成CH3OH和CO，熱化學方程式如下：Ⅰ.CO(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH＝-50kJ·mol?1Ⅱ.CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)ΔH＝+41.2kJ·mol?1(1)已知：2CO(g)＋O2(g)=2CO2(g)ΔH1＝-566kJ·mol?1H2O(g)=H2O(l)

ΔH＝-44kJ·mol?1寫出表示氫氣燃燒熱的熱化學方程式。(2)在一定溫度下，向體積固定的密閉容器中通入1molCO2和2.31molH2，起始壓強為0.33MPa，發生反應Ⅰ和Ⅱ。平衡時，總壓為0.25MPa，CO2的轉化率為50%，則反應Ⅰ的平衡常數KP=(以分壓表示，分壓=總壓×物質的量分數)(3)不同壓強下，維持投料比相同，實驗測定CO2的平衡轉化率隨溫度的變化關系如圖1所示。在恒壓密閉容器中，維持投料比相同，將CO2和H2按一定的流速通過反應器，二氧化碳的轉化率和甲醇的選擇性[]隨溫度變化關系如圖2所示。圖示溫度范圍催化劑的活性受溫度影響不大。①下列說法不正確的是。A．圖1中，P1P2P3P4B．圖1中550℃后以反應Ⅱ為主，反應Ⅱ前后氣體分子數相等，壓強改變對平衡基本沒有影響C．圖2中236℃后，升溫使反應Ⅰ平衡逆向移動的程度大于反應Ⅱ平衡正向移動程度，使CO2轉化率和CH3OH選擇性都下降D．改用活性更好的催化劑能使圖2中各溫度下CO2轉化率都增大②假設只發生反應Ⅰ，一定溫度下氫氣和二氧化碳的物質的量之比為n：1，相應平衡體系中甲醇的物質的量分數為y，請在圖3中繪制y隨n變化的示意圖。(4)在密閉容器中，維持其他條件不變，在不同的壓強下發生反應Ⅰ和Ⅱ，二氧化碳的平衡轉化率和甲醇的選擇性隨壓強變化關系如下表所示。n(CO)隨壓強增大而(填“增大”“減小”或“不變”)，從化學平衡移動角度解釋原因。壓強P(MPa)123456的平衡轉化率%8.115.322.229.536.143.2的選擇性%49.580.190.094.597.198.6【答案】(1)

(2)40(3)AD(4)減小增大壓強使反應Ⅰ平衡正向移動，水蒸氣濃度變大，CO2和H2濃度下降，使反應Ⅱ平衡逆向移動【解析】(1)氫氣燃燒熱的熱化學方程式，已知①2CO(g)＋O2(g)=2CO2(g)、②H2O(g)=H2O(l)，根據蓋斯定律，反應II+反應①+反應②可得，，則表示氫氣燃燒熱的熱化學方程式；(2)一定溫度體積不變的情況下，氣體的物質的量與壓強成正比，起始壓強為0.33MPa，平衡時總壓為0.25MPa，則平衡時總物質的量為，CO2的轉化率為50%，則消耗n(CO2)=0.5mol，設反應I和II分別消耗CO2xmol、ymol，列三段式：則有x+y=0.5、(1-x-y)+(2.3-3x-y)+(x+y)+(x+y)=2.5，解得x=0.4，y=0.1，平衡時n(CO2)=0.5mol，n(H2)=1mol，n(CH3OH)=0.4mol，n(H2O)=0.5mol，反應Ⅰ的平衡常數；(3)①A項，相同溫度下，增大壓強平衡正向移動，二氧化碳的轉化率增大，則圖1中，P1＞P2＞P3＞P4，故A錯誤；B項，圖1中550℃后以反應Ⅱ為主，反應Ⅱ前后氣體分子數相等，壓強改變對平衡基本沒有影響，因此二氧化碳的轉化率幾乎相等，故B正確；C項，反應I為放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，二氧化碳的轉化率降低，反應II為吸熱反應，升高溫度，平衡正向移動，所以甲醇的選擇性隨溫度升高而下降，則圖2中236℃后，升溫使反應Ⅰ平衡逆向移動的程度大于反應Ⅱ平衡正向移動程度，使CO2轉化率和CH3OH選擇性都下降，故C正確；D項，催化劑只改變反應速率，不影響平衡移動，改用活性更好的催化劑能使圖2中各溫度下CO2轉化率都不變，故D錯誤；故選AD；②若只發生反應Ⅰ，當氫氣和二氧化碳的物質的量之比為3：1時，甲醇的物質的量分數最大，此時n=3，最后隨著n的增大，甲醇的物質的量分數開始逐漸減小，示意圖為；(4)根據表格