平衡移动简答题专练高考化学.docx
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平衡移动简答题专练高考化学
平衡移动简答题专练
1.乙醇是重要的有机化工原料,可由乙烯直接水合法或间接水合法生产。
回答下列问题:
(1)间接水合法是指先将乙烯与浓硫酸反应生成硫酸氢乙酯(C2H5OSO3H)。
再水解生成乙醇。
乙烯气相直接水合反应C2H4(g)+H2O(g)=C2H5OH(g)的
与间接水合法相比,气相直接水合法的优点是:
。
(2)下图为气相直接水合法中乙烯的平衡转化率与温度、压强的关系(其中n(H2O)︰n(C2H4)=1︰1)
①图中压强P1、P2、P3、P4的大小顺序为:
,理由是:
②气相直接水合法党采用的工艺条件为:
磷酸/硅藻土为催化剂,反应温度290℃,压强6.9MPa,n(H2O)︰n(C2H4)=0.6︰1。
乙烯的转化率为5℅。
若要进一步提高乙烯的转化率,除了可以适当改变反应温度和压强外,还可以采取的措施有:
、。
【答案】
(1)污染小,腐蚀性小等;
(2)①P1 n(C2H4)的比。 【解析】 (1)与间接水合法相比,气相直接水合法的优点是污染小,腐蚀性小等; (2)①在相同的温度下由于乙烯是平衡转化率是P1 P1 2.三氯氢硅(SiHCl3)是制备硅烷、多晶硅的重要原料。 回答下列问题: (1)对于反应2SiHCl3(g) SiH2Cl2(g)+SiCl4(g),采用大孔弱碱性阴离子交换树脂催化剂,在323K和343K时SiHCl3的转化率随时间变化的结果如图所示。 在343K下: 要提高SiHCl3转化率,可采取的措施是___________;要缩短反应达到平衡的时间,可采取的措施有____________、___________。 【答案】及时移去产物改进催化剂提高反应物压强(浓度) 【解析】温度不变,提高三氯氢硅转化率的方法可以是将产物从体系分离(两边物质的量相等,压强不影响平衡)。 缩短达到平衡的时间,就是加快反应速率,所以可以采取的措施是增大压强(增大反应物浓度)、加入更高效的催化剂(改进催化剂)。 3.煤燃烧排放的烟气含有SO2和NOx,形成酸雨、污染大气,采用NaClO2溶液作为吸收剂可同时对烟气进行脱硫、脱硝。 回答下列问题: (1)在鼓泡反应器中通入含有SO2和NO的烟气,反应温度为323K,NaClO2溶液浓度为5×10−3mol·L−1。 反应一段时间后溶液中离子浓度的分析结果如下表。 离子 SO42− SO32− NO3− NO2− Cl− c/(mol·L−1) 8.35×10−4 6.87×10−6 1.5×10−4 1.2×10−5 3.4×10−3 由实验结果可知,脱硫反应速率______脱硝反应速率(填“大于”或“小于”)。 原因是除了SO2和NO在烟气中的初始浓度不同,还可能是___________。 【答案】大于;NO溶解度较低或脱硝反应活化能较高 【解析】 试题分析: 由实验结果可知,在相同时间内硫酸根离子的浓度增加的多,因此脱硫反应速率大于脱硝反应速率。 原因是除了SO2和NO在烟气中的初始浓度不同,还可能是二氧化硫的还原性强,易被氧化。 4.催化还原CO2是解决温室效应及能源问题的重要手段之一,研究表明,在Cu/ZnO催化剂存在下,CO2和H2可发生两个平行反应,分别生成CH3OH和CO,反应的热化学方程式如下: CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)△H1=-53.7kJ•mol-1I CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)△H2II 某实验室控制CO2和H2初始投料比为1︰2.2,在相同压强下,经过相同反应时间测得如下实验数据: T(K) 催化剂 CO2转化率(%) 甲醇选择性(%) 543 Cat.1 12.3 42.3 543 Cat.2 10.9 72.7 553 Cat.1 15.3 39.1 553 Cat.2 12.0 71.6 [备注]Cat.1: Cu/ZnO纳米棒;Cat.2: Cu/ZnO纳米片;甲醇选择性: 转化的CO2中生成甲醇的百分比 (1)表中实验数据表明,在相同温度下不同的催化剂对CO2转化成CH3OH的选择性有显著的影响,其原因是___________________________。 (2)在如图中分别画出反应I在无催化剂、有Cat.1和有Cat.2三种情况下“反应过程-能量”示意图_________。 【答案】表中数据表明此时未达到平衡,不同的催化剂对反应I的催化能力不同,因而在该时刻下对甲醇选择性有影响 【解析】 (1)表中实验数据表明,在相同温度下不同的催化剂对CO2转化成CH3OH的选择性有显著的影响,其原因是: 表中数据表明此时未达到平衡,不同的催化剂对反应I的催化能力不同,因而在该时刻下对甲醇选择性有影响。 (2)加入催化剂可以降低反应的活化能。 由表中数据可知,Cat.2的催化效率比Cat.1高,所以反应I在无催化剂、有Cat.1和有Cat.2三种情况下“反应过程-能量”示意图为: 。 5.甲醇是重要的化工原料,又可称为燃料。 利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)在催化剂的作用下合成甲醇,发生的主反应如下: ①CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)△H1 ②CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)△H2 ③CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)△H3 回答下列问题: (1)反应①的化学平衡常数K的表达式为;图1中能正确反映平衡常数K随温度变化关系的曲线为(填曲线标记字母),其判断理由是。 (2)合成气的组成n(H2)/n(CO+CO2)=2.60时,体系中的CO平衡转化率(α)与温度和压强的关系如图2所示。 α(CO)值随温度升高而(填“增大”或“减小”),其原因是。 图2中的压强由大到小为_____,其判断理由是_____。 【答案】 (1) ;a;反应①为放热反应,平衡常数应随温度升高变小; (2)减小;升高温度时,反应①为放热反应,平衡向向左移动,使得体系中CO的量增大;反应③为吸热反应,平衡向右移动,又产生CO的量增大;总结果,随温度升高,使CO的转化率降低;P3>P2>P1;相同温度下,由于反应①为气体分子数减小的反应,加压有利于提升CO的转化率;而反应③为气体分子数不变的反应,产生CO的量不受压强影响,故增大压强时,有利于CO的转化率升高 【解析】 (1)化学平衡常数是在一定条件下,当可逆反应达到平衡状态时,生成物浓度的幂之积和反应物浓度的幂之积的比值,则反应①的化学平衡常数K的表达式为 ;由于正方应是放热反应,升高温度平衡向逆反应方向移动,平衡常数减小,因此a正确。 (2)反应①为放热反应,升高温度时,平衡向左移动,使得体系中CO的量增大;反应③为吸热反应,平衡向右移动,又产生CO的量增大;因此最终结果是随温度升高,使CO的转化率降低;相同温度下,由于反应①为气体分子数减小的反应,加压有利于提升CO的转化率;而反应③为气体分子数不变的反应,产生CO的量不受压强影响,故增大压强时,有利于CO的转化率升高,所以图2中的压强由大到小为P3>P2>P1。 6.乙苯催化脱氢制苯乙烯反应: (1)工业上,通常在乙苯蒸气中掺混水蒸气(原料气中乙苯和水蒸气的物质的量之比为1︰9),控制反应温度600℃,并保持体系总压为常压的条件下进行反应。 在不同反应温度下,乙苯的平衡转化率和某催化剂作用下苯乙烯的选择性(指除了H2以外的产物中苯乙烯的物质的量分数)示意图如下: ①掺入水蒸气能提高乙苯的平衡转化率,解释说明该事实___________。 ②控制反应温度为600℃的理由是____________。 【答案】(3)①正反应方向气体分子数增加,加入水蒸气起稀释,相当于起减压的效果 ②600℃时,乙苯的转化率和苯乙烯的选择性均较高。 温度过低,反应速率慢,转化率低;温度过高,选择性下降。 高温还可能使催化剂失活,且能耗大 【解析】 (1)①常压下掺混水蒸气起稀释作用,相当于起减压的效果,而该反应正方向气体分子数增加,减压可使平衡正向移动,乙苯的平衡转化率增大。 ②从图像上看出,600℃时,乙苯的转化率和苯乙烯的选择性均较高;温度过低,反应速率慢,转化率低;温度过高,选择性下降。 高温还可能使催化剂失活,且能耗大,综合考虑,应控制温度为600℃。 7.在容积为1.00L的容器中,通入一定量的N2O4,发生反应N2O4(g) 2NO2(g),随温度升高,混合气体的颜色变深。 回答下列问题: (1)100℃时达到平衡后,改变反应温度为T,c(N2O4)以0.0020mol·L-1·s-1的平均速率降低,经10s又达到平衡。 ①T100℃(填“大于”“小于”),判断理由是。 (2)温度T时反应达平衡后,将反应容器的容积减少一半,平衡向(填“正反应”或“逆反应”)方向移动,判断理由是。 【答案】 (1)①大于;反应正方向吸热,反应向吸热方向进行,故温度升高 (2)逆反应对气体分子数增大的反应,增大压强平衡向逆反应方向移动 【解析】 (1)①根据题意知,改变反应温度为T后,c(N2O4)以0.0020mol·L-1·s-1的平均速率降低,即平衡向正反应方向移动,又反应正方向吸热,反应向吸热方向进行,故为温度升高,T大于1000C,答案为: 大于;反应正方向吸热,反应向吸热方向进行,故温度升高; (2)温度为T时,反应达平衡,将反应容器的体积减小一半,即增大压强,当其他条件不变时,增大压强,平衡向气体物质平衡向气体物质系数减小的方向移动,即向逆反应方向移动,答案为: 逆反应对气体分子数增大的反应,增大压强平衡向逆反应方向移动。 8.NH3经一系列反应可以得到HNO3,如下图所示。 (1)II中,2NO(g)+O2 2NO2(g)。 在其他条件相同时,分别测得NO的平衡转化率在不同压强(P1、P2)下温度变化的曲线(如右图)。 ①比较P1、P2的大小关系: ________________。 ②随温度升高,该反应平衡常数变化的趋势是________________。 【答案】 (1)①P1<P2;②减小; 【解析】 (1)①该反应的正反应为气体物质的量减小的反应,其他条件不变时,增大压强,平衡向气体物质的量减小的方向移动,即向正反应方向移动,即压强越高,NO的平衡转化率越大,根据图示知,相同温度下,压强P1时NO的转化率<P2时NO的转化率,故P1<P2; ②其他条件不变时,升高温度,平衡向着吸热反应方向移动,又根据图示知,相同压强下,随着温度的升高,NO的转化率降低,即升高温度,平衡向逆反应方向移动,故逆反应方向为吸热反应,则正反应方向是放热反应,则随着温度的升高,该反应的平衡常数减小。 9.NOx(主要指NO和NO2)是大气主要污染物之一。 有效去除大气中的NOx是环境保护的重要课题。 (1)在有氧条件下,新型催化剂M能催化NH3与NOx反应生成N2。 ①NH3与NO2生成N2的反应中,当生成1molN2时,转移的电子数为__________mol。 ②将一定比例的O2、NH3和NOx的混合气体,匀速通入装有催化剂M的反应器中反应(装置见图)。 反应相同时间NOx的去除率随反应温度的变化曲线如图所示,在50~250℃范围内随着温度的升高,NOx的去除率先迅速上升后上升缓慢的主要原因是____________________________;当反应温度高于380℃时,NOx的去除率迅速下降的原因可能是___________________________。 。 【答案】迅速上升段是催化剂活性随温度升高增大与温度升高共同使NOx去除反应速率迅速增大;上升缓慢段主要是温度升高引起的NOx去除反应速率增大催化剂活性下降;NH3与O2反应生成了NO 【解析】 (1)①NH3与NO2的反应为8NH3+6NO2 7N2+12H2O,该反应中NH3中-3价的N升至0价,NO2中+4价的N降至0价,生成7molN2转移24mol电子。 生成1molN2时转移电子数为 mol。 ②因为反应时间相同,所以低温时主要考虑温度和催化剂对化学反应速率的影响;高温时NH3与O2发生催化氧化反应。 在50~250℃范围内,NOx的去除率迅速上升段是催化剂活性随温度升高增大与温度升高共同使NOx去除反应速率迅速增大;上升缓慢段主要是温度升高引起的NOx去除反应速率增大,温度升高催化剂活性下降。 反应温度高于380℃时,NOx的去除率迅速下降的原因可能是NH3与O2反应生成了NO,反应的化学方程式为4NH3+5O2 4NO+6H2O。 10.CH4-CO2催化重整不仅可以得到合成气(CO和H2),还对温室气体的减排具有重要意义。 回答下列问题: (1)反应中催化剂活性会因积碳反应而降低,同时存在的消碳反应则使积碳量减少。 相关数据如下表: 积碳反应 CH4(g)=C(s)+2H2(g) 消碳反应 CO2(g)+C(s)=2CO(g) ΔH/(kJ·mol−1) 75 172 活化能/ (kJ·mol−1) 催化剂X 33 91 催化剂Y 43 72 ①由上表判断,催化剂X____Y(填“优于”或“劣于”),理由是_________________。 【答案】劣于相对于催化剂X,催化剂Y积碳反应的活化能大,积碳反应的速率小;而消碳反应活化能相对小,消碳反应速率大 【解析】 (1)①根据表中数据可知相对于催化剂X,催化剂Y积碳反应的活化能大,积碳反应的速率小;而消碳反应活化能相对小,消碳反应速率大,所以催化剂X劣于Y。 11.丁烯是一种重要的化工原料,可由丁烷催化脱氢制备。 回答下列问题: (1)丁烷和氢气的混合气体以一定流速通过填充有催化剂的反应器(氢气的作用是活化催化剂),出口气中含有丁烯、丁烷、氢气等。 图(b)为丁烯产率与进料气中n(氢气)/n(丁烷)的关系。 图中曲线呈现先升高后降低的变化趋势,其降低的原因是___________。 (2)图(c)为反应产率和反应温度的关系曲线,副产物主要是高温裂解生成的短碳链烃类化合物。 丁烯产率在590 ℃之前随温度升高而增大的原因可能是___________、____________;590℃之后,丁烯产率快速降低的主要原因可能是_____________。 【答案】氢气是产物之一,随着n(氢气)/n(丁烷)增大,逆反应速率增大升高温度有利于反应向吸热方向进行温度升高反应速率加快丁烯高温裂解生成短链烃类 【解析】 (1)因为通入丁烷和氢气,发生①,氢气是生成物,随着n(H2)/n(C4H10)增大,相当于增大氢气的量,反应向逆反应方向进行,逆反应速率增加; (2)根据图(c),590℃之前,温度升高时反应速率加快,生成的丁烯会更多,同时由于反应①是吸热反应,升高温度平衡正向移动,平衡体系中会含有更多的丁烯。 而温度超过590℃时,由于丁烷高温会裂解生成短链烃类,所以参加反应①的丁烷也就相应减少。 12.丙烯腈(CH2=CHCN)是一种重要的化工原料,工业上可用“丙烯氨氧化法”生产,主要副产物有丙烯醛(CH2=CHCHO)和乙腈(CH3CN)等,回答下列问题: (1)以丙烯、氨、氧气为原料,在催化剂存在下生成丙烯腈(C3H3N)和副产物丙烯醛(C3H4O)的热化学方程式如下: ①C3H6(g)+NH3(g)+ O2(g)=C3H3N(g)+3H2O(g)ΔH=−515kJ/mol ②C3H6(g)+O2(g)=C3H4O(g)+H2O(g)ΔH=−353kJ/mol 两个反应在热力学上趋势均很大,其原因是________;有利于提高丙烯腈平衡产率的反应条件是________;提高丙烯腈反应选择性的关键因素是________。 (2)图(a)为丙烯腈产率与反应温度的关系曲线,最高产率对应温度为460℃。 低于460℃时,丙烯腈的产率________(填“是”或者“不是”)对应温度下的平衡产率,判断理由是________;高于460℃时,丙烯腈产率降低的可能原因是________(双选,填标号) A.催化剂活性降低B.平衡常数变大 C.副反应增多D.反应活化能增大 (3)丙烯腈和丙烯醛的产率与n(氨)/n(丙烯)的关系如图(b)所示。 由图可知,最佳n(氨)/n(丙烯)约为_________,理由是____________。 进料气氨、空气、丙烯的理论体积比约为________。 【答案】两个反应均为放热量大的反应降低温度、降低压强催化剂不是该反应为放热反应,平衡产率应随温度升高而降低AC1该比例下丙烯腈产率最高,而副产物丙烯醛产率最低1: 7.5: 1 【解析】 (1)因为两个反应均为放热量大的反应,所以热力学趋势大;该反应为气体分子数增大的放热反应,所以降低温度、降低压强有利于提高丙烯腈的平衡产率;提高丙烯腈反应选择性的关键因素是催化剂。 (2)因为该反应为放热反应,平衡产率应随温度升高而降低,反应刚开始进行,尚未达到平衡状态,460℃以前是建立平衡的过程,所以低于460℃时,丙烯腈的产率不是对应温度下的平衡产率;高于460℃时,丙烯腈产率降低,A.催化剂在一定温度范围内活性较高,若温度过高,活性降低,正确;B.平衡常数变大,对产率的影响是提高产率才对,错误;C.根据题意,副产物有丙烯醛,副反应增多导致产率下降,正确;D.反应活化能的大小不影响平衡,错误;答案选AC。 (3)根据图像可知,当n(氨)/n(丙烯)约为1时,该比例下丙烯腈产率最高,而副产物丙烯醛产率最低;根据化学反应C3H6(g)+NH3(g)+3/2O2(g)=C3H3N(g)+3H2O(g),氨气、氧气、丙烯按1: 1.5: 1的体积比加入反应达到最佳状态,而空气中氧气约占20%,所以进料氨、空气、丙烯的理论体积约为1: 7.5: 1。 13.用O2将HCl转化为Cl2,可提高效益,减少污染, (1)新型RuO2催化剂对上述HCl转化为Cl2的总反应具有更好的催化活性, ①在上述实验中若压缩体积使压强增大,画出相应aHCl—T曲线的示意图,并简要说明理由。 【答案】; 【解析】①同时由于该总反应是气体系数减小的反应,所以,压缩体积使压强增大,一定温度下,平衡应正向移动,ɑHCl应较题目实验状态下为大,所以可得曲线图: 14.煤炭燃烧过程中会释放出大量的SO2,严重破坏生态环境。 采用一定的脱硫技术可以把硫元素以CaSO4的形式固定,从而降低SO2的排放。 但是煤炭燃烧过程中产生的CO又会与CaSO4发生化学反应,降低脱硫效率。 相关反应的热化学方程式如下: CaSO4(s)+CO(g) CaO(s)+SO2(g)+CO2(g)ΔH1=218.4kJ·mol-1(反应Ⅰ) CaSO4(s)+4CO(g) CaS(s)+4CO2(g)ΔH2=-175.6kJ·mol-1(反应Ⅱ) 请回答下列问题: (1)通过监测反应体系中气体浓度的变化判断反应Ⅰ和Ⅱ是否同时发生,理由是。 【答案】 (1)反应I中生成有SO2,监测SO2与CO2的浓度增加量的比不为1: 1,可确定发生两个反应。 【解析】 (1)反应I中生成有SO2,监测SO2与CO2的浓度增加量的比即可确定是否发生两个反应。 15.用CaSO4代替O2与燃料CO反应,既可以提高燃烧效率,又能得到高纯CO2,是一种高效、清洁、经济的新型燃烧技术,反应①为主反应,反应②和③为副反应。 ①1/4CaSO4(s)+CO(g) 1/4CaS(s)+CO2(g)△H1=-47.3kJ/mol ②CaSO4(s)+CO(g) CaO(s)+CO2(g)+SO2(g)△H2=+210.5kJ/mol ③CO(g) 1/2C(s)+1/2CO2(g)△H3=-86.2kJ/mol (1)反应①~③的平衡常数的对数lgK随反应温度T的变化曲线见图18.结合各反应的△H,归纳lgK~T曲线变化规律: a) b)。 【答案】 (1)a)、放热反应的lgK随温度升高而下降;b)、放出或吸收热量越大的反应,其lgK受温度影响越大; 【解析】 (1)由图像及反应的△H可知,a)、反应①③是放热反应,随温度升高,lgK降低;反应②是吸热反应,随温度升高,lgK增大;b)、从图像上看出反应②、③的曲线较陡,说明放出或吸收热量越大的反应,其lgK受温度影响越大。 16.二甲醚( )是一种应用前景广阔的清洁燃科,以CO和氢气为原料生产二甲醚主要发生以下三个反应: 编号 热化学方程式 化学平衡常数 ① ② ③ 回答下列问题: (1)工艺中反应①和反应②分别在不同的反应器中进行,无反应③发生。 该工艺中反应③的发生提高了 的产率,原因是___________________________。 【答案】反应③消耗了反应②中的产物 ,使反应②的化学平衡向正反应方向移动,从而提高了 的产率 【详解】 (1)新工艺中③的发生提高了CH3OCH3的产率,是因反应③能消耗反应②中的产物水,从而使反应②的平衡右移,故能提高CH3OCH3的产率,故答案为: 反应③消耗了反应②中的产物H2O,使反应②的化学平衡向正反方应向移动,从而提高了CH3OCH3的产率。 17.氮的氧化物(NOx)是大气主要污染物,有效去除大气中的NOx是环境保护的重要课题。 (1)在有氧条件下,新型催化剂M能催化NH3与NOx反应生成N2,将一定比例的O2、NH3和NOx的混合气体匀速通入装有催化剂M的反应器中反应,反应相同时间,NOx的去除率随反应温度的变化曲线如图所示。 ①在50℃~150℃范围内随温度升高,NOx的去除率迅速上升的原因是____。 ②当反应温度高于380℃时,NOx的去除率迅速下降的原因可能是___。 【答案】催化剂活性随温度升高而增大,使NOx去除反应速率迅速增大;温度升高,反应速率加快催化剂活性下降(或NH3与O2反应生成了NO) 【解析】 (3)在一定温度范围内催化剂活性较大,超过其温度范围,催化剂活性降低,根据图知, ①催化剂活性随温度升高而增大,使NOx去除反应速率迅速增大;温度升高,反应速率加快. ②在一定温度范围内催化剂活性较大,超过其温度范围,催化剂活性下降;(或在温度、催化剂条件下,氨气能被催化氧化生成NO), 即: 当反应温度高于380℃时,NOx的去除率迅速下降的原因可能催化剂活性下降(或NH3与O2反应生成了NO)。 18.大气中CO2含量的增加会加剧温室效应,为减少其排放,需将工业生产中产生的CO2分离出来进行储存和利用。 (1)以TiO2/Cu2Al2O4为催化剂,可以将CO2和CH4直接转化为乙酸,请写出该反应的化学方程式: ____________。 在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率的关系如图所示。 在温度为____________时,催化剂的活性最好,效率最高。
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