《高中化学》第37讲化学反应的方向与调控

PAGE第37讲化学反应的方向与调控层次1基础性1.(2021·浙江选考卷)相同温度和压强下,关于物质熵的大小比较,合理的是()A.1molCH4(g)<1molH2(g)B.1molH2O(g)<2molH2O(g)C.1molH2O(s)>1molH2O(l)D.1molC(s,金刚石)>1molC(s,石墨)2.(2023·广东梅州联考)下列说法正确的是()A.自发进行的反应不需要任何条件,就可以发生反应B.ΔH<0的反应一定能自发进行C.增大反应物浓度,可增大活化分子百分数,从而增加有效碰撞的次数D.反应A(g)2B(g),若正反应的活化能为EakJ·mol-1,逆反应的活化能为EbkJ·mol-1,则ΔH=(Ea-Eb)kJ·mol-13.(2023·广东广州联考)下列对化学反应预测正确的是()选项化学方程式已知条件预测AM(s)X(g)+Y(s)ΔH>0它一定是非自发反应BW(s)+xG(g)2Q(g)ΔH<0,自发反应x可以等于3C4X(g)+5Y(g)4W(g)+6G(g)能自发反应ΔH一定小于0D4M(s)+N(g)+2W(l)4Q(s)常温下,自发进行ΔH>04.一定条件下:2NO2(g)N2O4(g)ΔH<0。在测定NO2的相对分子质量时,下列条件中,测定结果误差最小的是()A.温度0℃、压强50kPaB.温度130℃、压强300kPaC.温度25℃、压强100kPaD.温度130℃、压强50kPa5.(2023·广东广州统考)空燃比是指机动车内燃机气缸内混合气中空气与燃料之间的质量比例,通过调节空燃比可控制机动车尾气中CO、NOx、碳氢化合物等污染物的排放。内燃机工作时,气缸中会发生反应N2(g)+O2(g)2NO(g)ΔH=+180kJ·mol-1,下列说法正确的是()A.上述反应在高温下可以自发进行,则该反应ΔS>0B.上述反应平衡常数表达式K=cC.气缸内温度升高,正反应速率加快,逆反应速率减慢D.实际应用中,控制气缸内空燃比越小,机动车尾气对环境的污染越小6.化学家PaulSabatier研究发现,CO2在催化剂作用下能够转化为甲烷,即Sabatier反应:CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)ΔH1<0;副反应:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH2>0。(1)研究发现,若其他条件不变,压强对CO2的转化率和CH4的选择性的影响如图所示。化工生产上,通常选取0.1MPa而不选取更高的压强,原因是。(2)t℃时,向某刚性容器中充入1molCO2和1molH2,若仅发生Sabatier反应,下列说法正确的是(填字母)。a.H2的转化率先逐步减小后保持不变b.CO2的正反应速率先逐步减小后保持不变c.反应混合物的密度始终保持不变d.该反应的平衡常数先逐步减小后保持不变层次2综合性7.在密闭容器中充入足量的FeO(s)和适量O2(g),在一定条件下发生反应6FeO(s)+O2(g)2Fe3O4(s)ΔH<0,达到平衡时,测得O2浓度为amol·L-1;保持温度不变,缩小容积至原来的四分之一,重新达到平衡时,测得O2浓度为cmol·L-1,下列有关说法正确的是()A.上述反应为熵减反应,在较高温度下能自发进行B.恒温恒容条件下平衡后,再充入O2,O2的平衡转化率减小C.当FeO(s)或Fe3O4(s)的物质的量保持不变时达到平衡状态D.温度不变,达到新平衡时,c=4a8.温度为T℃,压强为1.01×105Pa时,某密闭容器中发生反应A(g)+aB(?)3C(g)+D(s),达到平衡时,测得c(A)=0.4mol·L-1;压缩容器,使压强增大至2.02×105Pa,第二次达到平衡时,测得c(A)=0.72mol·L-1,继续压缩容器,使压强增大至5.05×105Pa,第三次达到平衡时,测得c(A)=2.2mol·L-1。则下列说法不正确的是()A.第二次达到平衡时,B为气态B.a>2C.第一次达到平衡后,增大压强,平衡逆向移动D.第三次达到平衡时,B为非气态9.将一定量纯净的氨基甲酸铵置于特制的密闭真空容器中(假设容器容积不变,固体试样体积忽略不计),使其达到分解平衡:NH2COONH4(s)2NH3(g)+CO2(g)。该条件下的平衡数据如下表,下列说法正确的是()温度/℃15.020.025.030.035.0平衡总压强/kPa5.78.312.017.124.0平衡气体总浓度2.43.44.86.89.4A.该可逆反应达到平衡的标志之一是混合气体平均相对分子质量不变B.因该反应熵变ΔS大于0,焓变ΔH大于0,所以在低温下正向自发进行C.达到平衡后,若在恒温下压缩容器容积,氨基甲酸铵固体的质量增加D.根据表中数据,计算15.0℃时的NH3平衡浓度为1.6mol·L-110.二氧化碳加氢合成二甲醚(CH3OCH3)具有重要的现实意义和广阔的应用前景。该方法主要涉及下列反应:反应Ⅰ:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)ΔH1=-49.0kJ·mol-1反应Ⅱ:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH2=+41.2kJ·mol-1反应Ⅲ:2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)ΔH3=-24.5kJ·mol-1向恒压密闭容器中按n(CO2)∶n(H2)=1∶3通入CO2和H2,平衡时各含碳物种的体积分数随温度的变化如图所示。下列有关说法正确的是()A.反应Ⅰ的平衡常数可表示为K=cB.图中曲线b表示CO2的平衡体积分数随温度的变化C.510K时,反应至CH3OCH3的体积分数达到X点的值,延长反应时间不能提高CH3OCH3的体积分数D.增大压强有利于提高平衡时CH3OCH3的选择性(CH3OCH3的选择性=2×C11.合成氨工业中,原料气(N2、H2及少量CO、NH3的混合气)在进入合成塔前常用醋酸二氨合铜(Ⅰ)溶液来吸收原料气中的CO,其反应是[Cu(NH3)2]Ac+CO+NH3[Cu(NH3)3]Ac·COΔH<0。(1)必须除去原料气中CO的原因是。(2)醋酸二氨合铜(Ⅰ)溶液吸收CO的适宜生产条件应是。(3)吸收CO后的醋酸二氨合铜(Ⅰ)溶液经过适当处理又可再生,恢复其吸收CO的能力以供循环使用。醋酸二氨合铜(Ⅰ)溶液再生的适宜生产条件应是。12.运用化学反应原理研究化学反应有重要意义。(1)硫酸生产中,SO2催化氧化生成SO3:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),混合体系中SO3的百分含量和温度的关系如图1所示(曲线上任何一点都表示平衡状态)。图1①若在恒温、恒压条件下向上述平衡体系中通入氦气,平衡(填“向左”“向右”或“不”)移动。②若反应进行到状态D时,v(正)(填“>”“<”或“=”)v(逆)。(2)课本里介绍的合成氨技术叫哈伯法:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)ΔH<0,应用此法反应达到平衡时反应物的转化率不高。①能使该反应的反应速率增大,且平衡向正反应方向移动的措施是(填字母)。A.使用更高效的催化剂B.升高温度C.及时分离出氨D.充入氮气,增大氮气的浓度(保持容器容积不变)②若在某温度下,2L的密闭容器中发生合成氨的反应,图2表示N2的物质的量随时间的变化曲线。用H2表示0~10min内该反应的平均速率v(H2)=。从第11min起,压缩容器的容积为1L,则n(N2)的变化曲线为(填字母)。图2层次3创新性13.(2023·广东汕头金山中学三模)丙烯是石化工业的基础原料,也是重要的有机化工原料。近年来,丙烷脱氢制丙烯工艺备受关注。丙烷脱氢过程的主反应为反应①:C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)ΔH1=+124.27kJ·mol-1副反应为反应②:C3H8(g)CH4(g)+C2H4(g)ΔH2=+81.30kJ·mol-1反应③:C2H4(g)+H2(g)C2H6(g)ΔH3=-136.94kJ·mol-1反应④:C3H8(g)+H2(g)CH4(g)+C2H6(g)ΔH4(1)对于反应④,ΔH4=kJ·mol-1。(2)该体系平衡时,下列说法正确的是(填字母)。A.增大压强,反应④平衡不移动B.单位时间内消耗丙烯的物质的量等于消耗丙烷的物质的量C.增大压强,气体平均摩尔质量增大D.选择适当催化剂能提高丙烷平衡转化率和丙烯选择性(3)丙烷脱氢过程的主、副反应平衡常数Kp与温度T(K)的关系曲线如下图。(ⅰ)从热力学的角度分析,在高温条件下,C—C键断裂的裂解反应比C—H键断裂的脱氢反应容易,由此可知,代表反应①的平衡常数Kp与温度T(K)的关系曲线的是(填“Ⅰ”“Ⅱ”“Ⅲ”或“Ⅳ”)。(ⅱ)若仅考虑反应①,在温度为T、起始压强为p时,在刚性容器中加入一定量的丙烷,经过一段时间后,测得反应①丙烷平衡转化率为60%,则反应①的Kp=。(ⅲ)下列哪些措施能提高丙烯的产率(填字母)。A.优良的催化剂 B.低压C.适当地升高温度 D.高压E.通入氢气(4)在常压下,不同温度下、不同水烃比(M,1mol丙烷中加入水蒸气的物质的量)的反应①丙烷脱氢平衡转化率曲线如下图。由图可知,温度为800K,最佳水烃比=,原因是。第37讲化学反应的方向与调控1.B解析CH4(g)和H2(g)物质的量相同,且均为气态,CH4(g)含有的原子总数多,CH4(g)的摩尔质量大,所以熵值1molCH4(g)>1molH2(g),A错误;相同状态的相同物质,物质的量越大,熵值越大,所以熵值1molH2O(g)<2molH2O(g),B正确;等量的相同物质,熵值关系为S(g)>S(l)>S(s),所以熵值1molH2O(s)<1molH2O(l),C错误;从金刚石和石墨的结构组成上来看,金刚石的微观结构更有序,熵值更低,所以熵值1molC(s,金刚石)<1molC(s,石墨),D错误。2.D解析自发进行的反应可能需要引发,如燃烧反应需要点燃,A错误;ΔH<0的反应不一定能自发进行,比如高温下熵变减小的反应不能自发进行,B错误;增大反应物浓度,单位体积内分子数目增大,活化分子数目增大,但活化分子百分数不变,从而增加有效碰撞的次数,C错误;反应A(g)2B(g),焓变等于反应物的活化能减去生成物的活化能,若正反应的活化能为EakJ·mol-1,逆反应的活化能为EbkJ·mol-1,则ΔH=(Ea-Eb)kJ·mol-1,D正确。3.B解析A项,由方程式可知,该反应为熵增的吸热反应,高温条件下,反应ΔH-TΔS<0,能自发进行;B项,若x等于3,该反应为熵减的放热反应,反应ΔH-TΔS可能小于0,能自发进行;C项,由方程式可知,该反应为熵增的反应,反应能自发进行,说明ΔH-TΔS<0,则反应的焓变可以大于0,也可以小于0;D项,由方程式可知,该反应为熵减的反应,反应能自发进行,说明反应ΔH-TΔS<0,则反应的焓变小于0;故选B。4.D解析测定二氧化氮的相对分子质量,要使测定结果误差最小,应该使混合气体中NO2的含量越多越好,为了实现该目的,应该改变条件使平衡尽可能地逆向移动。该反应是一个反应前后气体分子数减小的放热反应,可以通过减小压强、升高温度使平衡逆向移动,则选项中,温度高的为130℃,压强低的为50kPa,结合二者选D。5.A解析该反应是吸热反应,ΔH>0,高温条件下反应能自发进行,说明T很大时ΔH-TΔS<0,则ΔS>0,A正确;由方程式可知,反应平衡常数表达式K=c2(NO)c(N2)·c(O2),B6.答案(1)虽然增大压强可使CO2的转化率和CH4的选择性稍有增大,但能耗更大、成本更高,综合经济效益下降(其他合理说法也可,如0.1MPa下,CO2的转化率和CH4的选择性已经较高,再进一步增大压强,CO2的转化率和CH4的选择性变化不大,且加压会增大设备投资和能耗)(2)bc解析(1)根据题图可以得出压强大于0.1MPa时,CO2的转化率和CH4的选择性变化已经不明显,如果继续增大压强,会增大设备投资和能耗,反而降低了生产效益。(2)根据题意,随着反应进行,H2的消耗量越来越多,其转化率越来越大,达到平衡后保持定值,a错误;随着反应进行,正反应速率逐渐减小,当正、逆反应速率相等时达到平衡状态,b正确;混合物的质量不变,容器容积不变,故密度不变,c正确;化学平衡常数仅随温度的改变而改变,若温度始终为t℃,平衡常数保持不变,d错误。7.C解析A项,根据题给反应式可知:反应物只有O2是气体,产物是固体,它是熵减反应,正反应是放热反应,由复合判据知,它在较低温度下能自发进行,A错误;B项,恒温条件下,化学平衡常数不变,再充入氧气,化学平衡向正反应方向移动,最终平衡时O2浓度不变,氧气的平衡转化率增大,B错误;C项,当固体质量或物质的量保持不变时,说明正反应速率等于逆反应速率,C正确;D项,假设化学平衡不移动,当缩小容积至原容器容积的14时,则氧气浓度增至原来的4倍。实际上,缩小容积时化学平衡向气体体积减小的正反应方向移动,导致氧气浓度减小。当第二次达到平衡时,因温度不变,平衡常数K不变,则根据平衡常数表达式可知:K=1c(O2),8.C解析压强由1.01×105Pa增大到2.02×105Pa,即为原来的两倍时,平衡时A的浓度小于原来的两倍,所以加压平衡正向移动,则该反应是气体分子数减小的反应,所以第二次达到平衡时B是气体,1+a>3,即a>2,A、B项正确,C项错误;压强由2.02×105Pa增大到5.05×105Pa,即为原来的2.5倍时,平衡时A的浓度大于原来的2.5倍,所以平衡逆向移动,则加压后该反应是气体分子数之和增大的反应,所以第三次达到平衡时B为非气态,D项正确。9.C解析根据化学方程式NH2COONH4(s)2NH3(g)+CO2(g)可知,生成的气体的物质的量之比始终是2∶1,所以气体的平均相对分子质量始终不变,故不能作为达到平衡状态的判断依据,A项错误;从表中数据可以看出,随着温度升高,气体的总浓度增大,平衡正向移动,则该反应的正反应为吸热反应,ΔH>0,反应中固体变为气体,混乱度增大,ΔS>0,根据ΔG=ΔH-TΔS可知反应在高温下正向自发进行,B项错误;压缩容器容积,气体压强增大,平衡逆向移动,氨基甲酸铵固体的质量增加,C项正确;反应中生成的氨和二氧化碳的浓度之比为2∶1,总浓度为2.4×10-3mol·L-1,所以氨的浓度为1.6×10-3mol·L-1,D项错误。10.D解析反应Ⅰ中H2O也是气态,所以平衡常数为K=c(CH3OH)·c(H2O)c(CO2)·c3(H2),A错误;只有反应Ⅲ涉及CH3OCH3,反应Ⅲ焓变小于0,升高温度平衡逆向移动,所以CH3OCH3的体积分数会随温度升高而降低,则b代表的应该是CH3OCH3,a代表CO2,B错误;b代表的应该是CH3OCH3,X点位于曲线下方,所以延长反应时间可以提高CH3OCH3的体积分数,C错误;反应Ⅰ为气体化学计量数之和减小的反应,反应Ⅱ、Ⅲ均为气体化学计量数之和不变的反应,增大压强,反应Ⅰ平衡正向移动,CH11.答案(1)防止CO使催化剂中毒(2)低温、高压(3)高温、低压解析合成氨的流程中的除杂,是为了除去能使催化剂中毒的物质。题中指出:在合成氨的过程中必须除去CO,因此CO是属于使催化剂中毒的物质。从吸收CO的化学方程式可得:吸收CO的反应是正反应气体体积缩小的放热反应,因此为了使CO尽最大可能地被吸收,应采取高压、低温的办法使平衡正向移动,要使醋酸二氨合铜(Ⅰ)溶液再生,即使平衡逆向移动,故必须采取低压、高温的办法。12.答案(1)①向左②>(2)①D②0.06mol·L-1·min-1d解析(1)①恒温恒压条件下,向题述平衡体系中通入氦气,则反应容器的容积会增大,平衡会向气体分子数增大的方向(向左)移动。②反应进行到状态D时没有达到平衡,反应向右进行,所以v(正)>v(逆)。(2)①该反应是一个气体分子数减小的放热反应,升高温度,平衡逆向移动;使用更高效的催化剂,反应速率增大,但平衡不移动;分离出氨,平衡虽然正向移动,但反应速率减小;充入氮气,平衡正向移动且反应速率增大。②0~10min时,N2从0.6mol减少到0.2mol,变化量为0.4mol,则H2的变化量为1.2mol,v(H2)=1.2mol2L10min=0.06mol·L-1·min-1。平衡时压缩容器的容积,气体的压强增大,平衡正向移动,N13.答案(1)-55.64(2)C(3)(ⅰ)Ⅳ(ⅱ)0.9p(ⅲ)ABC(4)15恒