备考2025届高考化学一轮复习强化训练第七章化学反应速率和化学平衡第5讲化学反应速率与化学平衡的图像专项训练-多反应平衡体系

专项训练-多反应平衡体系1.[2024江苏]乙醇－水催化重整可获得H2。其主要反应为C2H5OH（g）＋3H2O（g）2CO2（g）＋6H2（g）ΔH＝173.3kJ·mol－1CO2（g）＋H2（g）CO（g）＋H2O（g）ΔH＝41.2kJ·mol－1在1.0×105Pa、n始（C2H5OH）∶n始（H2O）＝1∶3时，若仅考虑上述反应，平衡时CO2和CO的选择性及H2的产率随温度的变更如图所示。CO的选择性＝n生成（CO）n生成（A.图中曲线①表示平衡时H2产率随温度的变更B.上升温度，平衡时CO的选择性增大C.确定温度下，增大n（D.确定温度下，加入CaO（s）或选用高效催化剂，均能提高平衡时H2产率解析由CO的选择性计算公式可知，相同温度下，CO和CO2的选择性之和为1，故图中曲线②代表平衡时H2产率随温度的变更；由图可知，约330℃以后H2的平衡产率随温度的上升而减小，结合题给方程式可知，此时CO的选择性应随温度的上升而增大，故曲线③代表平衡时CO的选择性，曲线①代表平衡时CO2的选择性。A项，曲线②代表H2的平衡产率随温度的变更，错误；B项，由图可知，上升温度，平衡时CO的选择性增大，正确；C项，增大n（C2H5OH）n（H2.[2024上海格致中学检测]乙酸制氢气过程中发生的反应主要有热裂解反应：CH3COOH（g）⇌2CO（g）＋2H2（g）ΔH＝＋213.7kJ·mol－1；脱羧反应：CH3COOH（g）⇌CH4（g）＋CO2（g）ΔH＝－33.5kJ·mol－1。（1）在密闭容器中，利用乙酸制氢气，应选择常压（填“较大压强”或“常压”）。（2）一段时间内，该反应体系中温度与气体产率的关系如图所示，640℃之前，氢气产率低于甲烷产率；640℃之后氢气产率高于甲烷产率，可能的缘由是随着温度上升，热裂解反应向正反应方向移动，脱羧反应向逆反应方向移动。（3）保持其他条件不变，在CH3COOH（g）中掺杂确定量水蒸气，氢气产率显著提高而CO的产率下降，请分析缘由：CO＋H2O（g）△H2＋CO2（用化学方程式表示）。解析（1）在密闭容器中，发生反应CH3COOH（g）⇌2CO（g）＋2H2（g），该反应为气体分子数增大的反应，增大压强，平衡逆向移动，氢气产率减小，故相对于较大压强，常压下氢气的产率较高且能耗低。（2）热裂解反应的正反应吸热，脱羧反应的正反应放热，640℃之后升温，热裂解反应向正反应方向移动，脱羧反应向逆反应方向移动，故氢气产率高于甲烷产率。（3）CH3COOH（g）中掺杂的水蒸气与CO反应生成二氧化碳和氢气，CO＋H2O（g）△H2＋CO2，氢气产率显著提高而CO的产率下降。3.[2024洛阳模拟]丁烯是一种重要的化工原料，可由丁烷催化脱氢制备。（1）正丁烷（C4H10）脱氢制丁烯（C4H①C4H10（g）⇌C4H8（g）＋H2（g）Δ已知：②C4H10（g）＋12O2（g）C4H8（g）＋H2O（g）ΔH2＝－③H2（g）＋12O2（g）H2O（g）ΔH3＝－242kJ·mol反应①的ΔH1为＋123kJ·mol－1。图1是反应①平衡转化率与反应温度及压强的关系图，x小于0.1（填“大于”或“小于”）；欲使丁烯的平衡产率提高，应实行的措施是AD（填标号）。A.上升温度 B.降低温度C.增大压强 D.减小压强（2）丁烷和氢气的混合气体以确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2为丁烯产率与进料气中n（氢气）/n（丁烷）的关系。图中曲线呈现先上升后降低的变更趋势，其降低的缘由是氢气是产物之一，当达到某一值后，随着n（氢气）/n（丁烷）增大，平衡逆向移动，丁烯的产率下降。（3）图3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℃之前随温度上升而增大的缘由可能是上升温度有利于反应向吸热方向进行、温度上升反应速率加快，单位时间内产生的丁烯更多；590℃之后，丁烯产率快速降低的主要缘由可能是丁烯高温裂解生成短碳链烃类化合物。解析（1）依据盖斯定律，由②－③可得①，则ΔH1＝ΔH2－ΔH3＝－119kJ·mol－1－（－242kJ·mol－1）＝＋123kJ·mol－1。反应①为气体分子数增大的反应，减小压强，平衡正向移动，平衡转化率增大，故x小于0.1。反应①为气体分子数增大的吸热反应，减小压强、上升温度，均可使平衡正向移动，丁烯的平衡产率提高。（3）该反应为吸热反应，上升温度，反应速率加快，且平衡正向移动，因此丁烯产率在590℃之前随温度上升而增大；590℃之后，丁烯高温裂解生成短碳链烃类化合物，因此丁烯产率降低。4.[全国Ⅰ高考]接受N2O5为硝化剂是一种新型的绿色硝化技术，在含能材料、医药等工业中得到广泛应用。回答下列问题：F.Daniels等曾利用测压法在刚性反应器中探讨了25℃时N2O5（g）分解反应：其中NO2二聚为N2O4的反应可以快速达到平衡。体系的总压强p随时间t的变更如表所示（t＝∞时，N2O5（g）完全分解）：t/min0408016026013001700∞p/kPa35.840.342.545.949.261.262.363.1（1）已知：2N2O5（g）2N2O4（g）＋O2（g）ΔH1＝－4.4kJ·mol－12NO2（g）N2O4（g）ΔH2＝－55.3kJ·mol－1则反应N2O5（g）2NO2（g）＋12O2（g）的ΔH＝53.1kJ·mol－1。（2）探讨表明，N2O5（g）分解的反应速率v＝2×10－3×pN2O5（kPa·min－1）。t＝62min时，测得体系中pO2＝2.9kPa，则此时的pN2O5＝30.0kPa，v＝（3）若提高反应温度至35℃，则N2O5（g）完全分解后体系压强p∞（35℃）大于63.1kPa（填“大于”“等于”或“小于”），缘由是温度提高，体积不变，总压强提高；NO2二聚为放热反应，温度提高，平衡左移，体系物质的量增加，总压强提高。（4）25℃时N2O4（g）⇌2NO2（g）反应的平衡常数Kp＝13.4kPa（Kp为以分压表示的平衡常数，计算结果保留1位小数）。解析（1）将已知热化学方程式依次编号为a、b，依据盖斯定律，由12×a－b得N2O5（g）2NO2（g）＋12O2（g）ΔH＝ΔH1－2ΔH22＝－4.4+55.3×22kJ·mol－1＝＋53.1kJ·mol－2N2O5（g）2N2O4（g）＋O2（g）起始量35.8kPa00转化量5.8kPa5.8kPa2.9kPa62min量30.0kPa5.8kPa2.9kPa则62min时pN2O5＝30.0kPa，v＝2×10－3×30.0kPa·min－1＝6.0×10－2kPa·min－1。（3）刚性反应容器的体积不变，25℃N2O5（g）完全分解时体系的总压强为63.1kPa，上升温度，从两个方面分析：一方面是体积不变，上升温度，体系总压强增大；另一方面，2NO2⇌N2O4的逆反应是吸热反应，升温，平衡向生成NO2的方向移动，体系物质的量增大，故体系总压强增大。（4）N2O5完全分解生成N2O4和O2，起始pN2O5＝35.8kPa，其完全分解时pN2O4＝35.8kPa，pON2O4⇌2NO2平衡量35.8kPa－x2x35.8kPa－x＋2x＋17.9kPa＝63.1kPa，解得x＝9.4kPa。平衡时，pN2O4＝26.4kPa，pNO2＝18.8kPa，K＝5.[2024福建福州质检改编]以CO2、H2为原料合成CH3OH涉及的反应如下：Ⅰ.CO2（g）＋3H2（g）⇌CH3OH（g）＋H2O（g）ΔH1＝－49kJ·mol－1Ⅱ.CO2（g）＋H2（g）⇌CO（g）＋H2O（g）ΔH2＝＋41kJ·mol－1Ⅲ.CO（g）＋2H2（g）⇌CH3OH（g）ΔH3（1）Kp为分压平衡常数，各反应的lnKp随1T的变更如图1所示。计算反应Ⅲ的ΔH3＝－90kJ·mol－1，其对应的曲线为a（填“a”或“c”图1（2）在5MPa下，依据n（CO2）∶n（H2）＝1∶3投料，平衡时，CO和CH3OH在含碳产物中的物质的量分数及CO2的转化率随温度的变更如图2所示。图2①图中代表CH3OH的曲线为m（填“m”或“n”）。②说明150～250℃范围内CO2转化率随温度上升而降低的缘由反应Ⅰ是放热反应，反应Ⅱ是吸热反应，温度上升反应Ⅰ使CO2平衡转化率减小的程度大于反应Ⅱ使CO2平衡转化率增大的程度。③下列说法错误的是B（填字母）。A.H2的平衡转化率始终低于CO2B.温度越低，越有利于工业生产CH3OHC.加入选择性高的催化剂，可提高CH3OH的平衡产率D.150～400℃范围内，温度上升，H2O的平衡产量先减小后增大④270℃时平衡体系中CO的分压为0.16MPa，反应Ⅱ的平衡常数为0.解析（1）依据盖斯定律，由Ⅰ－Ⅱ可得CO（g）＋2H2（g）⇌CH3OH（g）ΔH3＝ΔH1－ΔH2＝－90kJ·mol－1。该反应为放热反应，且放出的热量比反应Ⅰ多，1T增大，温度降低，平衡正向移动，Kp增大，且增大程度比反应Ⅰ的大，故其对应曲线为a。（2）①反应Ⅰ、Ⅲ为放热反应，随着温度上升，平衡逆向移动，CH3OH的物质的量分数减小，故代表CH3OH的曲线是m。③依据起始投料比与化学计量数之比的关系，知若只发生反应Ⅰ，CO2和H2的转化率相等，但有反应Ⅱ、Ⅲ发生，且反应Ⅱ、Ⅲ消耗的H2的量确定小于反应Ⅱ消耗的CO2的量的3倍，因此H2的转化率始终低于CO2，A正确；温度太低，反应速率过慢，不利于工业生产CH3OH，B错误；加入选择性高的催化剂，使CO2和H2更趋向于发生反应Ⅰ，可以提高CH3OH的平衡产率，C正确；由已知反应知，转化的CO2的量等于生成的水的量，150～400℃时，CO2的转化领先减小后增大，故H2O的平衡产量先减小后增大，D正确。④据图2可知，270℃时平衡体系中CO和CH3OH的含量相同，CO2转化率为24％，设起始时CO2的物质的量为1mol，H2的物质的量为3mol，则反应达平衡时CO2的物质的量为0.76mol，依据C原子守恒知CH3OH、CO的物质的量均为0.12mol，H2O的物质的量为0.24mol（与CO2的转化量相等），由已知反应结合H原子守恒，可计算出H2的物质的量为2.52mol，则气体总物质的量为3.76mol，故CO的分压为5MPa×0.123.76≈0.16MPa6.[能量作图＋物质结构＋多反应体系]利用反应原理CH4（g）＋2H2S（g）⇌CS2（g）＋4H2（g），既可以消退工业废气中的H2S，又可以获得CS2和H2。（1）CS2在制造玻璃等方面应用广泛。已知CS2（l）的燃烧热为1077kJ·mol－1，写出表示CS2（l）燃烧热的热化学方程式：CS2（l）＋3O2（g）CO2（g）＋2SO2（g）ΔH＝－1077kJ·mol－1。（2）CH4、H2S、CS2的键角从大到小的依次为CS2＞CH4＞H2S。（3）反应CH4（g）＋2H2S（g）⇌CS2（g）＋4H2（g）可认为由如下反应分步实现：反应ⅰ.2H2S（g）⇌2H2（g）＋S2（g）ΔH1＝＋170kJ·mol－1反应ⅱ.CH4（g）＋S2（g）⇌CS2（g）＋2H2（g）ΔH2＝＋64kJ·mol－1现将原料按n（CH4）∶n（H2S）＝1∶2通入某密闭容器中（保持体系压强为60kPa），不同温度下反应相同时间后，测得H2和CS2的体积分数如图1所示：①请在图2中画出低温阶段反应ⅱ过程中的能量变更曲线：（合理即可）②试验测得在950～1150℃范围内（其他条件相同），S2（g）的体积分数随温度上升先增大后减小，其缘由可能是低温阶段，只发生反应ⅰ，温度上升，S2（g）的体积分数增大；高温阶段，温度上升，反应ⅱ消耗S2（g）的速率大于反应ⅰ生成S2（g）的速率，S2（g）的体积分数减小（合理即可）。③在1150℃时，为提高H2S的平衡转化率，除变更温度外，还可实行的措施是减小体系压强、刚好分别出产物、减小起始时H2S与CH4的物质的量之比、在恒压条件下通入稀有气体稀释反应物等（任写两条，合理即可）（列举两条）。④假定图1中1200℃下为平衡态，则该温度下CH4（g）＋2H2S（g）⇌CS2（g）＋4H2（g）的压强平衡常数Kp＝6×24410×202kPa2（列出计算式即可，K（4）工业上处理废气中的H2S也可以用氧化锌法，其原理为H2S＋ZnOZnS＋H2O。某六方ZnO晶胞的结构如图3所示：具有相像晶胞结构的Z