(浙江選考)2022年高考化學(xué)大一輪復(fù)習(xí) 專題8 化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡 專項突破練(四)

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1、(浙江選考)2022年高考化學(xué)大一輪復(fù)習(xí) 專題8 化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡 專項突破練(四) 1.(2017·浙江名校協(xié)作體高三上學(xué)期考試)為應(yīng)對全球石油資源日益緊缺,提高煤的利用效率,我國開發(fā)了煤制烯烴技術(shù),并進(jìn)入工業(yè)化試驗階段。 (1)煤氣化制合成氣(CO和H2) 已知:C(s)+H2O(g)===CO(g)+H2(g) ΔH1=131.3 kJ·mol-1 C(s)+2H2O(g)===CO2(g)+2H2(g) ΔH2=90 kJ·mol-1 則一氧化碳與水蒸氣反應(yīng)生成二氧化碳和氫氣的熱化學(xué)方程式是_______________________。 (2)由合成氣制甲醇:合

2、成氣CO和H2在一定條件下能發(fā)生如下反應(yīng):CO(g) +2H2(g)CH3OH(g)。在容積均為V L的甲、乙、丙三個密閉容器中分別充入a mol CO和2a mol H2,三個容器的反應(yīng)溫度分別為T1、T2、T3且恒定不變,在其他條件相同的情況下,實驗測得反應(yīng)均進(jìn)行到t min時CO的體積分?jǐn)?shù)如圖所示,此時三個容器中一定處在化學(xué)平衡狀態(tài)的是______________________(填“T1”或“T2” 或“T3”);該溫度下的化學(xué)平衡常數(shù)為____________________(用a、V表示)。 (3)由甲醇制烯烴 主反應(yīng): 2CH3OHC2H4+2H2O………i 3

3、CH3OHC3H6+3H2O………ii 副反應(yīng): 2CH3OHCH3OCH3+H2O……iii 某實驗室控制反應(yīng)溫度為400 ℃,在相同的反應(yīng)體系中分別填裝等量的兩種催化劑(Cat.1和Cat.2),以恒定的流速通入CH3OH,在相同的壓強(qiáng)下進(jìn)行兩種催化劑上甲醇制烯烴的對比研究。得到如下實驗數(shù)據(jù):(選擇性:轉(zhuǎn)化的甲醇中生成乙烯和丙烯的百分比) ①下列說法錯誤的是________。 A.反應(yīng)進(jìn)行一段時間后甲醇的轉(zhuǎn)化率下降,可能的原因是催化劑失活,工業(yè)生產(chǎn)中需定期更換催化劑 B.使用Cat.2反應(yīng)2 h后乙烯和丙烯的選擇性下降,可能的原因是生成副產(chǎn)物二甲醚 C.

4、使用Cat.1產(chǎn)生的烯烴主要為丙烯,使用Cat.2產(chǎn)生的烯烴主要為乙烯 D.不管使用Cat.1還是使用Cat.2,都能提高活化分子的百分?jǐn)?shù) ②在上圖中分別畫出反應(yīng)i在無催化劑、有Cat.1、有Cat.2三種情況下“反應(yīng)過程—能量”示意圖。 答案 (1)CO(g)+H2O(g)===CO2(g)+H2(g) ΔH =-41.3 kJ·mol-1 (2)T3 9V2/2a2 (3)①C ② 解析 (1)已知①C(s)+H2O(g)===CO(g)+H2(g) ΔH1=131.3 kJ·mol-1,②C(s)+2H2O(g)===CO2(g)+2H2(g) ΔH2=90 kJ·mol-1

5、,由蓋斯定律可知,②-①得到CO(g)+H2O(g)===CO2(g)+H2(g) ΔH=90 kJ·mol-1-131.3 kJ·mol-1=-41.3 kJ·mol-1。 (2)CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH<0,該反應(yīng)正反應(yīng)為放熱反應(yīng),根據(jù)圖像,T1中的狀態(tài)轉(zhuǎn)變成T2中的狀態(tài),CO百分含量減小,說明平衡正向移動,說明T1未達(dá)平衡狀態(tài),T2中的狀態(tài)轉(zhuǎn)變成T3中的狀態(tài),CO百分含量增大,說明平衡逆向移動,說明T2可能達(dá)平衡狀態(tài),一定達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是T3;         CO(g) +2H2(g)CH3OH(g) 起始物質(zhì)的量/mol  a   2a

6、     0 變化物質(zhì)的量/mol  n   2n     n 平衡物質(zhì)的量/mol  a-n  2a-2n   n 平衡時CO的體積分?jǐn)?shù)為×100%=20%,解得: n=a,此溫度下平衡常數(shù)K==。 (3)①當(dāng)催化劑失活后,副產(chǎn)物增多,甲醇的轉(zhuǎn)化率下降,需要及時更換催化劑,A正確;使用Cat.2時,隨反應(yīng)的不斷進(jìn)行,生成的副產(chǎn)物二甲醚增多,導(dǎo)致生成乙烯和丙烯的選擇性下降,B正確;由圖示可知,使用Cat.1時丙烯與乙烯的比值隨時間增長不斷減小,說明乙烯增多,即使用Cat.1時主要生成乙烯,而使用Cat.2時,產(chǎn)物中乙烯的含量明顯大于丙烯,可見使用Cat.2時產(chǎn)生的烯烴也主要為乙烯,C

7、錯誤;使用催化劑能降低反應(yīng)活化能,提高活化分子的百分?jǐn)?shù),D正確。 ②從圖中數(shù)據(jù)分析,在催化劑Cat.1的作用下,甲醇的轉(zhuǎn)化率更大,說明催化劑Cat.1對反應(yīng)i催化效果更好,催化劑能降低反應(yīng)的活化能,說明使用催化劑Cat.1的反應(yīng)過程中活化能更低,故反應(yīng)過程——能量圖為 2.(2017·浙江“超級全能生”選考科目8月聯(lián)考)煤的氣化得CO和H2,在催化劑存在條件下進(jìn)一步合成甲醇(反應(yīng)Ⅰ),并同時發(fā)生反應(yīng)Ⅱ。 Ⅰ.CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH1 = -81 kJ·mol-1 Ⅱ. CO(g)+H2(g) C(s)+H2O (g) ΔH2 已知:①2C(s)

8、+O2(g)===2CO(g) ΔH3 =-221 kJ·mol-1 ②H2O(g)===H2O(l) ΔH4 =-44.0 kJ·mol-1 ③H2的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱為-285. 8 kJ·mol-1 ④反應(yīng)過程中催化劑對選擇性會產(chǎn)生影響,甲醇選擇性是指轉(zhuǎn)化的CO中生成甲醇的百分比。 請回答: (1)反應(yīng)Ⅱ中ΔH2 =________kJ·mol-1。 (2)為減弱副反應(yīng)Ⅱ的發(fā)生,下列采取的措施合理的是________。 A.反應(yīng)前加入少量的水蒸氣 B.增壓 C.降低反應(yīng)溫度 D.使用合適催化劑,平衡前提高甲醇的選擇性 (3)在常壓下,CO和H2的起始加入量為10 mol、1

9、4 mol,容器體積為10 L,選用Cu/NiO催化劑,升高溫度在450 ℃時測得甲醇的選擇性為80%,CO的轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系如圖所示,則此溫度下反應(yīng)Ⅰ的平衡常數(shù)K=________,并說明CO的轉(zhuǎn)化率隨溫度升高先增大后減小的原因:________________________________________________________________________。 (4)350 ℃時甲醇的選擇性為90%,其他條件不變,畫出350 ℃時甲醇的物質(zhì)的量隨時間的變化曲線。 答案 (1)-131.3 (2)AD (3)3.2 在150 ℃至350 ℃時,反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ未達(dá)到平衡,隨溫

10、度升高,CO轉(zhuǎn)化率增大,350 ℃后,反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ已達(dá)到平衡,兩反應(yīng)均放熱,平衡逆向移動,CO轉(zhuǎn)化率減小 (4) 解析 (1)本題考查熱化學(xué)反應(yīng)方程式的計算,①2C(s)+O2(g)===2CO(g),②H2O(g)===H2O(l),③H2(g)+1/2O2(g)===H2O(l) ΔH5=-285.8 kJ·mol-1,根據(jù)根據(jù)蓋斯定律,Ⅱ=③-②-①/2,ΔH2=-131.3 kJ·mol-1。(2)加入少量的水蒸氣,增加Ⅱ的生成物的濃度,平衡向逆反應(yīng)方向進(jìn)行,CO和H2的量增加,反應(yīng)Ⅰ向正反應(yīng)方向進(jìn)行,A正確;增大壓強(qiáng),反應(yīng)Ⅱ向正反應(yīng)方向進(jìn)行,不利于甲醇的生成,B錯誤;兩個反應(yīng)都是放

11、熱反應(yīng),降低溫度,平衡都向正反應(yīng)方向移動,不利于甲醇的生成,C錯誤;根據(jù)信息④,使用合適的催化劑,提高甲醇的選擇性,有利于甲醇的生成,D正確。 (3)    CO(g) +    2H2(g)CH3OH(g) 起始/mol 10 14 0 變化/mol 10×50%×80% 8 4 根據(jù)信息,有1 mol CO和1 mol H2參與反應(yīng)Ⅱ,因此達(dá)到平衡時,CO和H2的物質(zhì)的量都是5 mol,甲醇的物質(zhì)的量為4 mol,根據(jù)平衡常數(shù)的表達(dá)式,K=,代入數(shù)值解得K=3.2,在150~350 ℃時,反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ未達(dá)到平衡,隨溫度

12、升高,CO轉(zhuǎn)化率增大,350 ℃后反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ已達(dá)到平衡,兩反應(yīng)均放熱,平衡逆向移動,CO轉(zhuǎn)化率減小。(4)根據(jù)(3)的分析,當(dāng)350 ℃時,甲醇的選擇性為90%,達(dá)到平衡n(CH3OH)=6.3 mol,即圖像為 。 3.(2017·浙江“七彩陽光”新高考研究聯(lián)盟高三下學(xué)期聯(lián)考)已知在298 K和101 kPa條件下,有如下反應(yīng): 反應(yīng)Ⅰ:C(s) + O2(g)===CO2(g) ΔH1=-393.5 kJ·mol-1 反應(yīng)Ⅱ:2C(s) + O2(g)===2CO(g) ΔH2=-221 kJ·mol-1 反應(yīng)Ⅲ:N2(g) + O2(g)===2NO(g) ΔH3=180

13、.5 kJ·mol-1 試回答下列問題: (1)汽車尾氣凈化原理為反應(yīng)Ⅳ:2NO(g) + 2CO(g)N2(g) + 2CO2(g) ΔH=___________,該反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行的條件是________(填“高溫”“低溫”或“任意溫度”)。 (2)如果在一定溫度下,體積為 2 L的密閉容器中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)Ⅳ,0~4 min各物質(zhì)物質(zhì)的量的變化如下表所示:     物質(zhì)(mol) 時間   NO CO N2 CO2 起始 0.4 1.0 2 min末 2.0 0.8 1.6 4 min末 1.6 ①求 0~2 min

14、 內(nèi)用 CO 來表示的平均反應(yīng)速率 v(CO)=________。 ②試計算該溫度下反應(yīng)Ⅳ的化學(xué)平衡常數(shù) K=________。 (3)若一定溫度下,在容積可變的密閉容器中,上述反應(yīng)Ⅳ達(dá)到平衡狀態(tài),此時容積為3 L, c(N2)隨時間t的變化曲線x如圖所示。 ①若在 t2 min時改變一個條件,c(N2)隨反應(yīng)時間t的變化如曲線y所示,則改變的條件是________。 ②若在t2 min時升高溫度,t3 min時重新達(dá)到平衡,請在圖中畫出在 t2~t4 內(nèi) c(N2)的變化曲線。 答案  (1)-746.5 kJ·mol-1 低溫 (2)①0.1 mol·L-1·min-1?、?

15、.6 (3)①快速將容器體積由3 L壓縮到2 L ② 解析 (1)根據(jù)蓋斯定律可知反應(yīng)Ⅳ由(反應(yīng)Ⅰ×2-反應(yīng)Ⅱ-反應(yīng)Ⅲ)得到,則ΔH=(-393.5 kJ·mol-1)×2-(-221 kJ·mol-1)-180.5 kJ·mol-1= -746.5 kJ·mol-1;由ΔG=ΔH-TΔS<0,其中ΔH<0、ΔS<0,可知該反應(yīng)在低溫下能自發(fā)進(jìn)行。 (2)①0~2 min 內(nèi)N2變化物質(zhì)的量:1.0 mol-0.80 mol=0.2 mol,則CO變化物質(zhì)的量為0.4 mol,用 CO 來表示的平均反應(yīng)速率 v(CO)=0.4 mol÷2 L÷2 min=0.1 mol·L-1·min

16、-1; ②2~4 min 時CO2的物質(zhì)的量沒有發(fā)生變化,可知2 min時反應(yīng)已達(dá)到平衡,此時:        2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) 起始量/mol 0.4 1.6 1.0 2.0 變化量/mol 0.4 0.4 0.2 0.4 平衡量/mol 0.8 2.0 0.8 1.6 平衡濃度/mol·L-1 0.4 1.0 0.4 0.8 該溫度下反應(yīng)Ⅳ 的化學(xué)平衡常數(shù)K==1.6。

17、 (3)①由圖示可知c(N2)的濃度瞬間增大為原來的1.5倍,可通過快速將容器體積由3 L壓縮到2 L即可;②t2min時升高溫度平衡逆向移動,c(N2)的濃度會減小,重新達(dá)到新的平衡狀態(tài),所得曲線如圖所示: 。 4.(2017·臺州高三2月選考科目質(zhì)量評估)汽車尾氣的主要成分有CO、SO2、氮氧化物等,科研工作者目前正在嘗試以二氧化鈦(TiO2)催化分解汽車尾氣的研究。 (1)已知:2NO(g)+O2(g)===2NO2(g) ΔH1=-113.0 kJ·mol-1 2SO2(g)+O2(g)===2SO3(l) ΔH2=-288.4 kJ·mol-1 請判斷反應(yīng)NO2(g)+

18、SO2(g)===NO(g)+SO3(l) ΔH3,在低溫下能否自發(fā)進(jìn)行,并說明理由:________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)已知TiO2催化尾氣降解原理: 2CO(g)+O2(g)2CO2(g); 2H2O(g)+4NO(g)+3O2(g)4HNO3(g)。 Ⅰ.在O2濃度幾乎不變的條件下,模擬CO、NO的降解,得到降

19、解率隨時間變化如圖1所示[A的降解率=],反應(yīng)40 s后檢測到HNO3濃度有所降低,請用化學(xué)方程式并結(jié)合化學(xué)反應(yīng)原理知識解釋出現(xiàn)該現(xiàn)象可能的原因:______________________________ ________________________________________________________________________。 Ⅱ.圖2為在不同顆粒間隙的瀝青混凝土(α、β型)和不同溫度下,實驗進(jìn)行相同一段時間(t s)后測得的CO降解率變化,回答下列問題: ①已知50 ℃、t s時容器中O2濃度為0.01 mol·L-1,求此溫度下CO降解反應(yīng)的平衡常數(shù)

20、________。 ②下列關(guān)于圖2的敘述不正確的是________(填字母)。 A.根據(jù)降解率由b點(diǎn)到c點(diǎn)隨溫度的升高而增大,可知CO降解反應(yīng)的平衡常數(shù)Kb

21、生成氮?dú)?,并且NO濃度降低,平衡2H2O+4NO+3O24HNO3逆向移動,造成HNO3濃度降低 Ⅱ. ①?、?AC 解析 (1)①2NO(g)+O2(g)===2NO2(g) ΔH1=-113.0 kJ·mol-1 ②2SO2(g)+O2(g)===2SO3(l) ΔH2=-288.4 kJ·mol-1 根據(jù)蓋斯定律②×-①× 得 NO2(g)+SO2(g)===NO(g)+SO3(l) ΔH3=(-288.4 kJ·mol-1)-(-113.0 kJ·mol-1)×=-87.7 kJ·mol-1;氣體物質(zhì)的量減少,ΔS<0,ΔH<0,根據(jù)ΔH-TΔS<0能自發(fā)進(jìn)行,所以該反

22、應(yīng)在低溫下可自發(fā)進(jìn)行。(2)Ⅰ.40 s后發(fā)生反應(yīng)2NO===N2+O2生成氮?dú)?,并且NO濃度降低,使平衡2H2O+4NO+3O24HNO3逆向移動,造成HNO3濃度降低;Ⅱ. ①設(shè)初始CO的濃度為a mol·L-1,            2CO(g)+O2(g)2CO2(g) 開始濃度/mol·L-1 a 0 轉(zhuǎn)化濃度/mol·L-1 ax ax 平衡濃度/mol-1 a-ax 0.01 ax K===;②根據(jù)降解率由b點(diǎn)到c點(diǎn)隨溫度的升高而增大,b點(diǎn)不是平衡狀態(tài),A錯誤;根據(jù)圖示,相同溫度下β型瀝青混凝土反應(yīng)速率快,B正確;溫度越高,有效碰撞頻率越高,C錯誤;在適宜的溫度下催化劑的效果最好,D正確。

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