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3.(2020·
重庆模拟)将粗硅转化成三氯硅烷(SiHCl3),进一步反应也可以制得粗硅。
其反应:
SiHCl3(g)+H2(g)
Si(s)+3HCl(g),不同温度下,SiHCl3的平衡转化率随反应物的投料比的变化关系如图所示。
下列说法正确的是( )
A.该反应是放热反应
B.横坐标表示的投料比可以是
C.该反应的平衡常数随温度升高而减小
D.实际生产中为提高SiHCl3的利用率,可以适当增大压强
【解析】选B。
当投料比一定时(画等投料比例线),随温度升高(T1>
T2>
T3),SiHCl3的平衡转化率增大,说明正反应是吸热反应,A错误;
增大氢气的浓度可提高SiHCl3的平衡转化率,B正确;
因正反应是吸热反应,升高温度,平衡正向移动,反应的平衡常数增大,C错误;
增大压强,平衡逆向移动,SiHCl3的平衡转化率降低,D错误。
4.(2020·
泰安模拟)某绝热恒容容器中充入2mol·
L-1NO2,发生反应2NO2(g)
N2O4(g) ΔH=-56.9kJ·
mol-1,下列分析不正确的是( )
A.5s时NO2的转化率为75%
B.0~3s内v(NO2)增大是因为体系温度升高
C.3s时化学反应处于平衡状态
D.9s时再充入N2O4,平衡后K较第一次平衡时大
【解析】选C。
分析图象可知,0~5s内Δc(NO2)=2mol·
L-1-0.5mol·
L-1=
1.5mol·
L-1,结合转化率的概念计算出NO2的转化率为
×
100%=75%,A项正确;
该反应的正反应是放热反应,在绝热恒容容器中,随着反应进行不断放出热量,体系温度升高,反应速率增大,故0~3s内v(NO2)增大是因为体系温度升高,B项正确;
3s时二氧化氮反应速率最大,3~7s时v(NO2)随时间减小,7s后v(NO2)不变,反应才处于平衡状态,C项错误;
9s时反应处于平衡状态,再充入N2O4,平衡逆向进行,体系温度降低,平衡常数增大,D项正确。
二、非选择题(本题包括1小题,共18分)
5.(2020·
石家庄模拟)科学家研究出一种以天然气为燃料的“燃烧前捕获系统”,其简单流程如图所示(条件及物质未标出):
(1)已知:
CH4、CO、H2的燃烧热分别为890.3kJ·
mol-1、283.0kJ·
mol-1、
285.8kJ·
mol-1,则上述流程中第一步反应2CH4(g)+O2(g)
2CO(g)+4H2(g)的ΔH=________。
(2)工业上可用H2和CO2制备甲醇,其反应的化学方程式为CO2(g)+3H2(g)
CH3OH(g)+H2O(g),某温度下,将1molCO2和3molH2充入2L恒容密闭容器中,发生上述反应,测得不同时刻反应前后的压强关系如下表:
时间/h
1
2
3
4
5
6
0.90
0.85
0.83
0.81
0.80
①用H2表示前2h内的平均反应速率v(H2)=________。
②该温度下,CO2的平衡转化率为________。
(3)在300℃、8MPa下,将CO2和H2按物质的量之比1∶3通入一恒压密闭容器中发生
(2)中反应,达到平衡时,测得CO2的平衡转化率为50%,则该反应条件下的平衡常数Kp=__________________(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×
物质的量分数)。
(4)CO2经催化加氢可合成低碳烯烃:
2CO2(g)+6H2(g)
C2H4(g)+4H2O(g) ΔH。
在0.1MPa时,按n(CO2)∶n(H2)=1∶3投料,不同温度(T)下,平衡时四种气态物质的物质的量(n)关系如图所示。
①该反应的ΔH________(填“>
”或“<
”)0。
②曲线c表示的物质为________。
③为提高H2的平衡转化率,除改变温度外,还可采取的措施是
________。
【解析】
(1)CH4、CO、H2的燃烧热分别为890.3kJ·
mol-1,据此写出热化学方程式。
①CH4(g)+2O2(g)
CO2(g)+2H2O(l) ΔH1=-890.3kJ·
mol-1
②CO(g)+
O2(g)
CO2(g)ΔH2=-283.0kJ·
③H2(g)+
H2O(l)ΔH3=-285.8kJ·
根据盖斯定律,由①×
2-②×
2-③×
4可得2CH4(g)+O2(g)
2CO(g)+4H2(g),则有ΔH=2ΔH1-2ΔH2-4ΔH3=(-890.3kJ·
mol-1)×
2-(-283.0kJ·
2-
(-285.8kJ·
4=-71.4kJ·
mol-1。
(2)①恒温恒容时,气体的压强之比等于其物质的量之比,2h时,
=0.85,设消耗CO2的物质的量为xmol,则:
CO2(g)+3H2(g)
CH3OH(g)+H2O(g) ΔV
12
xmol2xmol
有
=0.85,解得x=0.3,故前2h内的平均反应速率v(H2)=
=
0.225mol·
L-1·
h-1。
②该温度下,反应进行5h时达到平衡状态,此时
=0.80,设消耗CO2的物质的量为ymol,则有
=0.80,解得y=0.4,故CO2的平衡转化率为
100%=40%。
(3)设开始时投入CO2和H2的物质的量分别为1mol、3mol,CO2的平衡转化率为50%,则有:
CO2(g)+3H2(g)
CH3OH(g)+H2O(g)
起始量/mol1300
转化量/mol0.51.50.50.5
平衡量/mol0.51.50.50.5
则平衡时p(CO2)=p(CH3OH)=p(H2O)=8MPa×
MPa,p(H2)=8MPa×
4MPa,故该反应条件下的平衡常数Kp=
。
(4)①由图可知,随着温度的升高,n(H2)逐渐增大,说明平衡逆向移动,则正反应为放热反应,故有ΔH<
0。
②随着温度的升高,n(H2)逐渐增大,由于H2是反应物,则另一条逐渐增大的曲线a代表CO2;
C2H4(g)、H2O(g)都是生成物,随着平衡逆向移动,二者的物质的量逐渐减小,根据化学计量数的关系可知,曲线b代表H2O(g),曲线c代表C2H4(g)。
③该反应的正反应是气体分子数减少的放热反应,欲提高H2的平衡转化率,除改变温度外,还可以增大压强或不断分离出产物H2O(g)。
答案:
(1)-71.4kJ·
(2)①0.225mol·
h-1 ②40%
(3)
(4)①<
②C2H4 ③加压(或不断分离出水蒸气)
【加固训练】
含氮化合物是化工、能源、环保等领域的研究热点。
请回答下列问题:
(1)合成尿素[CO(NH2)2]的反应式为2NH3(g)+CO2(g)
H2O(l)+H2NCONH2(s) ΔH=-134kJ·
向恒容密闭容器中按物质的量之比4∶1充入NH3和CO2,使反应进行,保持温度不变,测得CO2的转化率随时间的变化情况如图1所示。
①若统一用CO2的浓度变化表示反应速率,则A点的逆反应速率________B点的正反应速率(填“>
”“<
”或“=”)。
②下列叙述中不能说明该反应达到平衡状态的是________(填字母标号)。
A.体系压强不再变化
B.气体平均摩尔质量不再变化
C.NH3消耗速率和CO2的消耗速率之比为2∶1
D.固体质量不再发生变化
③工业上合成尿素时,既能加快反应速率,又能提高原料利用率的措施有________(填序号)。
A.升高温度
B.加入催化剂
C.将尿素及时分离出去
D.增大反应体系的压强
(2)汽车尾气已成为许多大城市空气的主要污染源,其中存在大量NO。
实验发现,NO易发生二聚反应2NO(g)
N2O2(g)并快速达到平衡。
向真空钢瓶中充入一定量的NO进行反应,测得温度T1和T2时NO的转化率随时间变化的结果如图2所示。
在温度T2下,达到平衡时体系的总压强为200kPa,X点N2O2的物质的量分数为______________,
X点对应的平衡常数Kp=____________(用分压表示);
提高NO平衡转化率的条件为__________________________(任答两点)。
(1)①由图象可知,A点时反应未达平衡,在达到平衡过程中,v(逆)增大,平衡时v(正)=v(逆),故A点的逆反应速率<
B点的正反应速率。
②A项,该反应为气体分子数减少的反应,体系压强不再变化,说明反应已达平衡状态;
B项,反应不生成气体,气体平均摩尔质量不再变化,说明反应已达平衡状态;
C项,NH3消耗速率和CO2的消耗速率之比始终为2∶1,不能说明反应已达平衡状态;
D项,固体质量不再发生变化,说明反应已达到平衡状态。
故选C。
③该反应为气体体积减小的放热反应,增大压强,加快反应速率,平衡正向移动,转化率增大;
升高温度,平衡逆向移动,转化率减小;
加催化剂或减少固体产物平衡不移动,所以既能加快反应速率,又能提高原料利用率的措施为D。
(2)列“三段式”:
2NO(g)
N2O2(g)
开始:
10
转化:
0.880.44
平衡:
0.120.44
X点N2O2的物质的量分数=
≈78.6%
Kp=
≈0.086
由图可知,降低温度可增大转化率,增大压强也可提高转化率。
(1)①<
②C ③D
(2)78.6% 0.086 降低温度、增大压强
一、选择题(本题包括2小题,每题10分,共20分)
北京西城区模拟改编)已知:
2Cr
+2H+
Cr2
+H2O。
25℃时,调节初始浓度为1.0mol·
L-1的Na2CrO4溶液的pH,测定平衡时溶液中c(Cr2
)和c(H+),获得下图所示的曲线。
下列说法不正确的是( )
A.平衡时,pH越小,c(Cr2
)越大
B.A点Cr
的平衡转化率为25%
C.A点Cr
转化为Cr2
的平衡常数K=1014
D.平衡时,若溶液中c(Cr2
)=c(Cr
),则c(H+)>
2.0×
10-7mol·
L-1
A项,pH越小,c(H+)越大,越有利于平衡正向移动,平衡时c(Cr2
)越大;
B项,A点c(Cr2
)=0.25mol·
L-1,反应的c(Cr
)=
0.25mol·
L-1×
2=0.5mol·
L-1,Cr
的平衡转化率为50%;
C项,A点时,平衡常数K=
=1014;
D项,若溶液中c(Cr2
)=c(Cr
),则二者约为0.33mol·
L-1,此时,c(H+)<
L-1。
煤气化是综合利用煤的一种方式,由于气体燃料燃烧更加洁净,从而能更好地去除硫等污染物,并且气体燃烧的效率比固体要高,气体容易通过管道运输。
煤气化的一种方法是在气化炉中给煤炭加氢,发生的主要反应为C(s)+2H2(g)
CH4(g)。
在VL的容器中投入amol碳(足量),同时通入2amolH2,控制条件使其发生上述反应,实验测得碳的平衡转化率随压强及温度的变化关系如图所示。
A.上述正反应为吸热反应
B.在4MPa、1200K时,图中X点v正(H2)<
v逆(H2)
C.在5MPa、800K时,该反应的平衡常数为
D.工业上维持6MPa、1000K而不采用10MPa、1000K,主要是因为前者碳的转化率高
A项,由图观察,温度越高碳的平衡转化率越大,平衡正向移动,正反应为吸热反应,正确;
B项,X点是未平衡时,反应正向进行,正反应速率大于逆反应速率,错误;
C项,此时碳转化率为50%
C(s)+2H2(g)
CH4(g)
起始量a2a0
转化量0.5aa0.5a
平衡量0.5aa0.5a
K=
,错误;
D项,该选择的原因是两者转化率相差不大,但压强增大对设备要求高,能量需求大,错误。
广州模拟)研究反应:
H2(g)+I2(g)
2HI(g) ΔH<
温度T时,在两个体积均为1L的密闭容器中进行实验,测得气体混合物中碘化氢的物质的量分数ω(HI)与反应时间t的关系如表:
容器
编号
起始物质
t/min
20
40
60
80
100
Ⅰ
0.5molI2、
0.5molH2
ω(HI)/%
50
68
76
Ⅱ
xmolHI
91
84
81
研究发现上述反应中v(正)=ka·
ω(H2)·
ω(I2),v(逆)=kb·
ω2(HI),其中ka、kb为常数。
A.温度为T时该反应的
=32
B.容器Ⅰ中前20min的平均速率v(HI)=0.0125mol·
min-1
C.若起始时,向容器Ⅰ中加入物质的量均为0.1mol的H2、I2、HI,反应逆向进行
D.若两容器中,kaⅠ=kaⅡ且kbⅠ=kbⅡ则x的值一定为1
【解析】选D。
温度为T时该反应的
=64,A错误;
容器Ⅰ中前20minω(HI)=50%,则物质的量为0.5mol,故平均速率v(HI)=
(0.5mol÷
1L)÷
20min=0.025mol·
min-1,B错误;
容器Ⅰ平衡时H2、I2、HI浓度分别为0.1mol·
L-1、0.1mol·
L-1、0.8mol·
L-1,K=
=64,若起始时,向容器Ⅰ中加入物质的量均为0.1mol的H2、I2、HI,Q=
=1<
64,正反应速率大于逆反应速率,平衡正向进行,C错误;
若两容器中kaⅠ=kaⅡ且kbⅠ=kbⅡ则为恒容条件下的等效平衡,且容器Ⅰ、Ⅱ的正反应速率、逆反应速率相等,则x的值一定为1,D正确。
二、非选择题(本题包括2小题,共30分)
3.(14分)(2020年山东等级考模拟)聚乙烯醇生产过程中会产生大量副产物乙酸甲酯,其催化醇解反应可用于制备甲醇和乙酸己酯,该反应的化学方程式为
CH3COOCH3(l)+C6H13OH(l)
CH3COOC6H13(l)+CH3OH(l)
已知v正=k正x(CH3COOCH3)·
x(C6H13OH),v逆=k逆x(CH3COOC6H13)·
x(CH3OH),其中
v正、v逆为正、逆反应速率,k正、k逆为速率常数,x为各组分的物质的量分数。
(1)反应开始时,己醇和乙酸甲酯按物质的量之比1∶1投料,测得348K、343K、338K三个温度下乙酸甲酯转化率(α)随时间(t)的变化关系如下图所示。
该醇解反应的ΔH________0(填“>
”)。
348K时,以物质的量分数表示的化学平衡常数Kx=________(保留2位有效数字)。
在曲线①、②、③中,k正-k逆值最大的曲线是________;
A、B、C、D四点中,
v正最大的是_____________,
v逆最大的是__________________。
(2)343K时,己醇和乙酸甲酯按物质的量之比1∶1、1∶2和2∶1进行初始投料。
则达到平衡后,初始投料比________时,乙酸甲酯转化率最大;
与按1∶2投料相比,按2∶1投料时化学平衡常数Kx________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(3)该醇解反应使用离子交换树脂作催化剂,下列关于该催化剂的说法正确的是________。
a.参与了醇解反应,但并不改变反应历程
b.使k正和k逆增大相同倍数
c.降低了醇解反应的活化能
d.提高乙酸甲酯的平衡转化率
(1)根据图象,①的速率最快,说明①对应的是最高温度348K,温度升高,平衡时转化率增大,说明正向是吸热的,所以ΔH>
348K时,设初始投入为1mol,则有:
代入平衡常数表达式:
Kx=x(CH3COOC6H13)·
x(CH3OH)/[x(CH3COOCH3)·
x(C6H13OH)]=0.32×
0.32/(0.18×
0.18)≈3.2
k正、k逆是温度的函数,根据平衡移动的规律,k正受温度影响更大,因此温度升高,k正增大的程度大于k逆,因此,k正-k逆值最大的曲线是①。
根据v正=k正
x(CH3COOCH3)·
x(CH3OH),A点
x(C6H13OH)大,温度高,因此A点v正最大,C点x(CH3COOC6H13)·
x(CH3OH)大且温度高,因此C点v逆最大。
(2)增大己醇的投入量,可以增大乙酸甲酯转化率,因此,2∶1时乙酸甲酯转化率最大。
化学平衡常数Kx只与温度有关,因此不变。
(3)催化剂参与了醇解反应,改变了反应历程,a错误;
催化剂不影响化学平衡,说明催化剂使k正和k逆增大相同倍数,b正确;
催化剂能够降低反应的活化能,c正确;
催化剂不改变化学平衡,d错误。
(1)>
3.2 ① A C
(2)2∶1 不变 (3)bc
(2020·
遵义模拟)在1.0L密闭容器中放入0.10molA(g),在一定温度条件下进行如下反应:
A(g)
B(g)+C(g)ΔH=+85.1kJ·
反应时间(t)与容器内气体总压强(p)的数据见下表:
时间t/h
8
16
25
30
总压强p
/100kPa
4.91
5.58
6.32
7.31
8.54
9.50
9.52
9.53
回答下列问题:
(1)欲提高A的平衡转化率,应采取的措施为___________(答出两项措施)。
(2)由总压强p和起始压强p0计算反应物A的转化率α(A)的表达式为______________,平衡时A的转化率为________,列式并计算反应的平衡常数
K:
_________________。
(3)①由总压强p和起始压强p0表示反应体系的总物质的量n总和反应物A的物质的量n(A),n总=________mol,n(A)=________mol。
②下表为反应物A浓度与反应时间的数据,计算:
a=________。
反应时间t/h
c(A)/(mol·
L-1)
0.10
a
0.026
0.0065
分析该反应中反应物的浓度c(A)变化与时间间隔(Δt)的规律,得出的结论是_________________,
由此规律推出反应在12h时反应物的浓度c(A)为________mol·
(2)压强之比等于气体的物质的量之比,依据三段式进行求解:
A(g)
B(g) + C(g)
始态:
p000
反应:
p0·
α(A)p0·
α(A)
终态:
p0-p0·
p=p0-p0·
α(A)+p0·
α(A)=p0+p0·
α(A),求得α(A)=(
-1)×
100%;
25h时反应已平衡,α(A)=(
100%≈94.1%;
依据三段式进行求解:
A(g)
B(g) + C(g)
始态/
(mol·
L-1)0.1000
反应/
L-1)0.09410.09410.0941
平衡态/
L-1)0.10-0.09410.09410.0941
≈1.5。
(3)①依据
可得n总=
0.1mol;
n(A)=0.1mol×
[1-α(A)]=0.1mol×
[1-(
-1)]=0.1mol×
(2-
);
②n(A)=0.1mol×
)=0.1mol×
)≈0.051mol,体积为1L,a=0.051;
0~4h时浓度大约变为0h时的
,4~
8h浓度又变为4h时的
,从8~16h经过8个小时浓度变为8h的
,所以每经过4个小时浓度均降低为原来的
(1)升高温度;
降低压强
(2)(
100% 94.1%
A(g)
B(g) + C(g)
起始0.1000
平衡0.10×
(1-94.1%)0.10×
94.1%0.10×
94.1%
≈1.5
(3)①0.10×
0.10×
)
②0.051 达到平衡前每间隔4h,c(A)减少约一半 0.013
4.(16分)(2020·
南昌模拟)硫酸是基础化工的重要产品,硫酸的消费量可作为衡量一个国家工业发展水平的标志。
生产硫酸的主要反应为SO2(g)+
SO3(g)。
(1)恒温恒容下,平衡体系中SO3的体积分数φ(SO3)和y与SO2、O2的物
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