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文档简介
备战2025年高考化学【一轮-考点精讲精练】复习讲义
考点42化学反应的方向与调控方法
疆本讲•讲义概要
化学反应方向的判断
知识精讲
二.工业合成氨条件的选择
选择题:20题建议时长:60分钟
课后精练
实际时长:_______分钟
非选择题:5题
赧夯基•知识精讲________________________________________________________
--化学反应方向的判断
1.自发反应
(1)含义:在一定条件下无需外界帮助就能自发进行的反应称为自发反应。
(2)特点:
2.嫡和燧变的含义
(1)燧的含义:端是衡量一个体系混乱度的物理量,用符号S表示。
(2)影响赠大小的因素。
①相同条件下,物质不同燧不同。
②同一物质:S(g)>S(l)>S(s)。
(3)燧变的含义
①燃变是反应前后体系燧的变化,用AS表示,化学反应的AS越大,越有利于反应自发进行。
②赠变=生成物的总燧一反应物的总改商。
③物质的量越大,分子数越多,燧值越大。
④反应过程中气体物质的量增加的反应是熠增大。
⑤固体的溶解过程、墨水扩散过程和气体扩散过程是牖增大。
3.化学反应方向的判断
(1)判据(AG=A4-TA5)
焙放热过程中体系能量隆低,△”三0,具有自发进行
判
据的倾向,但有些吸热反应也可以自发进行,故只用
一
-焙变判断反应进行的方向不全面
-
-①嫡的大小:
底同种物质的炳值:气态之液态力固态
判②嫡判据:
据
一体系的混乱度增加(即嫡增),AS30,反应有自
-
-发进行的倾向。但有些燃减的过程也能自发进
-行,故只用炳变来判断反应进行的方向也不全面
一△G=AH-TAS
复
合△GV0时,反应熊自发进行
判
据△G=0时,反应达到平衡状态
△G>0时,反应不能万重进行
(2)一般规律:四象限法判断反应能否自发进行
ASA/7>0
AW<0
AS>0AS>0
任何温度下反应
高温自发进行
都能自发进行
AH<0A//>0AH
AS<0AS<0
低温自发进行任何温度下反应
都不能自发进行
①AH<0,A葬0的反应任何温度下都能自发进行;
②A//>0,ASO的反应任何温度下都不能自发进行;
③和AS的作用相反,且相差不大时,温度对反应的方向起决定性作用。
当zV/vO,ASO时,低温下反应能自发进行;
当AH>0,A5X)时,高温下反应能自发进行。
二.工业合成氨条件的选择
1.控制反应条件的目的
(1)促进有利的化学反应进行:通过控制反应条件,可以加快化学反应速率,提高反应物的转化率,从而
促进有利的化学反应进行。
(2)抑制有害的化学反应进行:通过控制反应条件,也可以减缓化学反应速率,减少甚至消除有害物质的
产生或抑制副反应的发生,从而抑制有害的化学反应继续进行。
2.控制反应条件的基本措施
(1)控制化学反应速率的措施
通过改变反应体系的温度、溶液的浓度、气体的压强(或浓度)、固体的表面积以及使用催化剂等措施控
制反应速率。
(2)提高转化率的措施
通过改变可逆反应体系的温度、溶液的浓度、气体的压强(或浓度)等改变可逆反应的限度,从而提高转
化率。
3.工业生产中选择适宜生产条件的原则
有利于加快速
外界条件有利于平衡正向移动的条件控制综合分析结果
率的条件控制
增大反应物的增大反应物的浓度、减小生成物不断地补充反应物、及时地
浓度
浓度的浓度分离出生成物
加合适的催化
催化剂——加合适的催化剂
剂
兼顾速率和平衡,考虑催化
AH<Q低温
剂的适宜温度
温度高温在设备条件和成本允许的前
AH>0高温提下,尽量采取高温并考虑
催化剂的活性
压强高压在设备条件和成本允许的前
高压(有气体参Avg<0
力口)(反应前后气体分子数提下,尽量采取高压
减小)
Avg>0(反应前后气体兼顾速率和平衡,选取适宜
低压
分子数增加)的压强
4.下图是工业合成氨的工艺,根据流程解答下列问题:
液态NHsNH3+N2+H2
(1)工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破,其热化学方程式如下:
N2(g)+3H2(g)2NH3(g)A//=-92.4kJnoL,
结合反应的化学方程式分析哪些措施可以提高合成氨的反应速率?哪些措施可以提高氮气或氢气的转化
率?
【提示】升高温度、增大压强、增大反应物的浓度、使用催化剂等,都可以使合成氨的反应速率增大:降
低温度、增大压强、增大反应物浓度或减小生成物浓度等有利于提高氮气或氢气的转化率。
(2)工业合成氨中,使用铁触媒作催化剂。
①铁触媒加快化学反应速率的原因是什么?
【提示】使用铁触媒作催化剂改变了反应历程,降低了反应的活化能,提高了活化分子的百分数,有效碰
撞次数增加,反应速率加快。
②铁触媒能提高氢气的平衡转化率吗?简述理由。
【提示】不能。因为催化剂对化学平衡无影响。
③铁触媒能提高反应混合物中氨的体积分数吗?
【提示】能。因为实际合成氨过程为非平衡状态下进行,反应速率大,单位时间里生产的氨气的量多。
(3)合成氨时选择500。<2而不采用常温主要考虑什么因素?
【提示】考虑速率因素,500(时催化剂的催化活性最好。
(4)合成氨时一般采用的压强为10-30MPa的原因是什么?
【提示】合成氨时增大压强尽管可以同时提高反应速率和反应物的转化率。但是,压强越大,对材料的强
度和设备的要求也越高,增加生产投资将降低综合经济效益。故一般采用的压强为10〜30MPa。
(5)合成氨工业中,为提高反应物的转化率,还采取哪些措施?
【提示】使氨气变成液氨并及时分离,分离后的原料气循环使用。
(6)综合考虑一选择适宜的生产条件
a.温度:400-500℃d.以铁触媒作催化剂
b.压强:10-30MPae.采用循环操作提高原料利用率
n(N2)1
c.投料比:^-=—
n(//2)2.8
港提能•课后精练_________________________________________________
1.一定温度下,在密闭容器中发生反应:BaSO4(s)+4H2(g)BaS(s)+4H2O(g)AH>0o下列说法正确
的是
A.在恒容条件下,向平衡体系中充入惰性气体,平衡不移动
B.在恒压条件下,向平衡体系中加入H2,Bas。4的转化率不变
C.混合气体的物质的量不再发生变化可说明反应达到平衡
D.该反应在任何温度下都能自发进行
【答案】A
【详解】A.在恒容条件下,向平衡体系中充入惰性气体,反应体系中各物质的浓度不变,平衡不移动,A
正确;
B.在恒压条件下,向平衡体系中加入H2,平衡正向移动,BaSO,的转化率变大,B错误;
C.该反应气体总物质的量不变,故混合气体的物质的量不变不能说明反应到平衡,C错误;
D.该反应为吸热的,不是在任何温度下都能自发进行,D错误;
故选A。
2.已知AG=AH-TAS(设AH、AS不随温度而变化),当AG<0时反应能自发进行。关于反应
CaSO4(g)=CaO(g)+SO3(g)AH>0,AS>0„下列说法正确的是
A.低温下能自发进行B.任意温度下都不能自发进行
C.高温下能自发进行D.任意温度下都能自发进行
【答案】C
【详解】反应CaSO4(g)=CaO(g)+SC)3(g),若AG=AH-TAS<0,则反应可自发进行,AH>0,AS>0,因
此T为较大正数时,反应能自发进行,故答案为C。
3.有关工业合成氨的说法错误的是
A.不断移去液氨,有利于反应正向进行B.400〜500。(2时,原料的平衡转化率最大
C.增大压强,氨的分解速率增加D.原料气须经过净化处理,以防止催化剂中毒
【答案】B
【详解】A.如果改变可逆反应的条件(如浓度、压强、温度等),化学平衡就被破坏,并向减弱这种改变的
方向移动,不断将氨气液化,降低生成物浓度,有利于平衡正向移动,故A正确;
B.合成氨是放热反应,升高温度平衡逆向移动,原料的平衡转化率降低,控制温度为400。(2〜500(是因
为此温度催化剂的活性最高,反应速率较大,生产效率较高,故B错误;
C.增大压强,化学反应速率增大,氨的分解速率增加,故C正确;
D.制备原料气过程中会产生其它杂质,为防止催化剂中毒和安全,原料气须经过净化处理,故D正确;
故答案选B。
4.下列关于工业生产过程的叙述正确的是
A.联合制碱法中循环使用CO2和N%,以提高原料利用率
B.硫酸工业中,SO2氧化为SO3时采用常压,因为高压会降低SO2转化率
C.合成氨生产中将NH3液化分离,可加快正反应速率,提高N2、%的转化率
D.SO2在接触室被氧化成SO3,SO3在吸收塔内被吸收制成浓硫酸
【答案】D
【详解】A.联合制碱法中,碳酸氢钠受热分解生成碳酸钠和二氧化碳,二氧化碳被循环利用,而氯化锭并
没有直接循环利用,而是作为其他化工原料,则氨气没有被循环利用,故A错误;
B.对于该反应,常压时转化率就很高了,增大压强对提高SO2的转化率影响不大,同时会增大成本,故通
常采用常压而不是高压,故B错误;
C.合成氨生产过程中将NE液化分离,导致生成物浓度减小,逆反应速率瞬间减小,正反应速率随之减小,
平衡向正反应方向移动,从而提高了N2、氏的转化率,故C错误;
D.SO2在接触室被氧化成SO3,SO3在吸收塔内被吸收制成浓硫酸,故D正确;
答案选D。
5.氮化硼(BN)是重要的无机材料,可通过下面两种反应制得:
反应I:2B(s)+N2(g)=2BN(s)
反应II:B2O3(s)+2NH3(g)=2BN(s)+3H2O(g)
已知反应I常温下自发,反应n常温下不自发,B(s)、BN(s)、B/^s)熔点分别约为2300℃、3100℃、
450℃,下列说法正确的是
A.常温下反应I的AG<0,因此速率快
B.反应I的AS<0,AH>0
C.性能优良的催化剂可使反应II在常温下自发进行
D.由各物质熔点可推测在实际生产中反应I所需的温度高于反应II
【答案】D
【详解】A.常温下反应I的AG<0,说明反应可以自发进行,但不能判断反应速率的快慢,A错误;
B.反应I是化合反应所以A/7<0,B错误;
c.反应n在常温下不能自发进行,催化剂不能使不能自发的反应变为自发的反应,c错误;
D.反应I:2B(s)+Nz(g)=2BN(s),反应n:B2O3(s)+2NH3(g)=2BN(s)+3H2O(g),B(s)、BN(s)、B2O3(s)
熔点分别约为2300℃、3100℃、450℃,由各物质熔点可推测在实际生产中反应I所需的温度高于反应II,D
正确;
故选Do
6.(NH4)2C03(s)2NH3(g)+C02(g)+H2O(g)AH>0o25。(3时,将(NH)CO3固体放置在密闭
容器中达到平衡,测得C(NH3)为O.OlmoLL-。下列说法不正确的是
A.该反应AS>0
B.该反应常温下能自发进行
C.(NHJ2CO3固体的量越多,产生N&浓度越大
D.平衡时CO2生成的速率和H?。消耗的速率相等
【答案】C
【详解】A.反应前后气体分子数增加,则AS>0,故A正确;
B.25P时(NHJ2CO3能分解生成氨气,说明该反应常温下能自发进行,故B正确;
C.增加固体反应物用量对反应速率和化学平衡均无影响,则浓度保持不变,故C错误;
D.平衡时正反应速率等于逆反应速率,则平衡时CO2生成的速率和H?。消耗的速率相等,故D正确;
故选:Co
7.乙烯是重要的有机化工原料,广泛用于合成乙醇、乙醛、乙酸等;乙烯直接氧化制乙酸的反应为
CH2=CH2(g)+O2(g)、催;制'CH3COOH(g)A^„实验室可用加热乙醇和浓硫酸混合物至170。(3时反应制取
乙烯。下列有关乙烯直接氧化制乙酸反应的说法正确的是
A.反应中投入ImoQ和lmolCH2=CH2,反应结束转移电子的数目约等于4x6.02x1023
B.反应的A^=E(C-C)+4E(C-H)-E(C=O)-E(C-O)-E(O-H)(E表示键能)
C.一定温度下,反应可以自发进行,该反应的A//<0
D.反应使用高效选择性催化剂,可以提高CH2=CH2的平衡转化率
【答案】c
【详解】A.由反应CH2=CH2(g)+C)2(g)『一催?剂一'CH3coOH(g)可知,该反应为可逆反应,反应中投入
ImoQ和lmolCH2=CH2,不能完全转化,转移电子的数目小于4x6.02x1023,故A错误;
B.焙变可以用反应物的总键能减去生成物的总键能,所以该反应的岫=£«=0+£(0田+£(0=0)-
E(C-C)-E(C=O)-E(C-O)-E(O-H)(E表示键能),故B错误;
C.由于该反应的AS<0,要能自发进行,根据AG=A//-TAS<0,则该反应的必<0,故C正确;
D.反应使用高效选择性催化剂,能缩短达到平衡的时间,但不能提供转化率,故D错误:
故选C。
8.氮是生命的基础,氮及其化合物在生产生活中具有广泛应用。工业上用氨的催化氧化生产硝酸,其热
化学方程式为4NH3(g)+502(g)U4N0(g)+6H2O(g)AH=-904kLmoH生产硝酸的尾气中主要含有NO>NO2
等大气污染物,可用石灰浆等碱性溶液吸收处理,并得到Ca(NO3)2、Ca(NO2)2等化工产品。对于反应4NH3(g)
+502(g)U4NO(g)+6H2O(g),下列有关说法正确的是
A.该反应的△$>()
B.加入催化剂可降低该反应的婚变
C.4moiNH3和5moi。2充分反应放出的热量为904kJ
D.达到平衡时,升高温度,v(正)减小、v(逆)增加
【答案】A
【详解】A.由反应方程式可知,该反应一定是1商增的反应,反应△$>(),A项正确;
B.加入催化剂反应的焰变不变,B项错误;
C.该反应是可逆反应,可逆反应不可能完全反应,则41noiN%和5moi。2不可能完全反应,反应放出的热
量小于904kJ,C项错误;
D.达到平衡时,升高温度,v(正卜v(逆)均增加,D项错误;
9.S02可生产SO3并进而制得硫酸等,其反应原理为:2SO2(g)+02(g)2SO3(g)+196.6kJo下列说法正
确的是
A.该反应在工业上需要在高温高压下进行
B.反应速率平衡后再通入。2、SC)3的体积分数一定增加
C.反应在高温、催化剂条件下进行可提高SO2的平衡转化率
D.2moiSO?。和lmolC)2(g)充分反应放出的热量小于196.6kJ
【答案】D
【详解】A.该反应的条件是在常压,450〜500。(2时,用五氧化二钢作催化剂,这个反应是可逆反应,而且
是反应后气体分子数减小的反应,从理论上来说,应采用高压有利于sc)3生成,但是在常压时S0,转化率已
很高,没有必要用高压设备了,故A错误;
B.当通入的量很大时,参与反应的。2较少,生成的SC>3增加较少,但是由于混合气体总量增加更多,
则SC>3的体积分数反而减小,故B错误;
C.催化剂能改变反应速率,但不能改变SO?的平衡转化率,故C错误;
D.该反应为可逆反应,不能进行到底,放出的热量小于196.6kJ,故D正确;
答案选D。
10.一定温度下,在1L恒容密闭容器中,发生“甲烷重整”反应:CH4(g)+H20(g)CO(g)+3H2(g),其
原理如下所示。
已知“甲烷重整”反应在不同温度下的化学平衡常数如下表所示:
温度/OC850100012001400
K0.522751772
下列说法错误的是
A.物质a可能是FeO
B.该反应在任何温度下均可自发进行
C.若减小的值,则CH,的平衡转化率增大
D.1000℃,若容器中”(CH4)="(H2O)=〃(H2)=lmol、n(CO)=2mol,则反应处于平衡状态
【答案】B
【详解】A.由反应①可知,氢元素被还原,则铁元素被氧化,所以物质a可能是FeO,A正确;
B.该反应的AS>0,根据表中数据,升高温度,化学平衡常数增大,则正反应为吸热反应,AH〉。,根据
反应可自发进行,可知该反应在高温下可能自发进行,B错误;
C.若减小〃仁凡):〃(凡0)的值,即相当于增加水蒸气的浓度,化学平衡正向移动,贝仁风的平衡转化率
增大,C正确;
D.1000℃,若容器中〃((2114)=〃(凡0)=〃(凡)=111101,w(CO)=2mol,则
2mol(ImolY
3
C(CO)-C(H2)=JL_I1L.1=2=K,则此时反应处于平衡状态,D正确;
C(CH4)-C(H2O)Imoljmol
"ILiiT
故选B。
11.CO?催化加氢制甲醇,有利于减少温室气体,其反应式为CO2(g)+3H2(g)UCH3OH(g)+H2O(g)
AH<0,下图为"(COJ:"(H2)=1:3,温度在25(TC下的甲醇的物质的量分数X(CH3<3H)与压强p的关系
及压强在〃=5xl()5pa下的甲醇的物质的量分数X(CH3OH)与温度t的关系,下列有关说法正确的是
p/105Pa
123456789
0.11
0.10
(0.09
H
o0.08
x
o0.07
)
x0.06
0.05
0.04
0.03
0.02
0.01
200210220230240250260270280
t/℃
A.由图可知,随压强增大,平衡常数K增大
B.曲线a为250。(2时等温过程曲线
C.该反应在任何温度下都能自发进行
D.当x(CH3()H)=0.1时,凡的平衡转化率为53.3%
【答案】B
【详解】A.平衡常数K只受温度的影响,压强增大,K值不变,A错误;
B.根据分析可知,b为等压过程曲线,a为等温过程曲线,B正确;
C.由于该反应AH<0、AS<0,根据AG=AH-TAS,不一定小于0,在低温时能够自发,C错误;
D.起始物n(H2)/n(CC)2)=3,设11(氏)=3mol,n(CC)2)=lmol,设二氧化碳的变化量为x,根据已知条件列三段
CO2(g)+3H2(g)UCH30H(g)+H2O(g)
起始(rr©l)1300
式:x,x(CH3(DH)=0.1时,
转移(rra)l)x3xX
某时亥!|(n©l)1-%3-3xXX
=0.1,解得:x=1,则H2
-----------------------X100%的平衡转化率为33.3%,D错误;
x+x+1—%+3—3x
故选B。
12.反应2cC)2(g)+6H2(g)T^CH30cH3信)+3凡0值)AH<0可实现CO?的资源化,下列说法正确
的是
A.上述反应在任何温度下均可自发进行
B.上述反应每消耗ImolCO2同时形成7moic5键
cfCH.OCH.)
C.上述反应平衡常数K=dco;wt)
D.催化剂可以降低上述反应的焰变,提高化学反应速率
【答案】B
【详解】A.AH-TaSO时反应自发进行,该反应△>1<(),AS<0,反应在较低温度下可自发进行,A错误;
B.根据2cC)2(g)+6H2(g)T^CH30cH3(g)+3HQ(g),反应每消耗ImolC02,生成
05moicH30cH3、1.5molH2O,形成7moio键,B正确;
c(CH,OCHj«c3(HO)
C.上述反应平衡常数K=I9,C错误;
c,(CC)2).c(H2)
D.催化剂可以加快反应速率,但是不改变反应的焰变,D错误;
故选Bo
13.苯与水煤气合成甲苯的烷基化反应可简化如下:
下表分析了Pt-ZSM-5催化剂应用于苯与水煤气合成甲苯的烷基化反应的相关实验数据:
苯平衡转甲苯和对二甲苯
温度/℃甲苯选择性,%对二甲苯选择性,%
化率,%总选择性,%
4002.1763.1457.535.61
4253.7984.9675.469.50
4505.9282.2073.788.42
4757.0883.9978.105.89
(注:表中各次实验均控制苯、CO、氏进气量比例为1:1:2,使用催化剂Pt-ZSM-5,反应压力3MPa)
下面说法错误的是
A.表中数据分析了反应温度对苯与水煤气烷基化反应的影响
B.反应温度升高,催化剂对目标产物选择性增大,副产物选择性降低
C.450。(2下若苯与氢气投料比为1:4,则苯的平衡转化率大于5.92%
D.获取上述实验数据需保证各次实验中Pt-ZSM-5催化剂的比表面积一致
【答案】B
【详解】A.由表中数据可知,表中为不同温度,苯与水煤气烷基化反应的数据,分析了反应温度对苯与水
煤气烷基化反应的影响,故A正确;
B.由表中数据可知,反应温度升高,400-450(时,催化剂对目标产物选择性增大,副产物选择性也增大,
在475。(3后,催化剂对目标产物选择性增大,副产物选择性降低,故B错误;
C.45(FC下若苯与氢气投料比为1:4,氢气浓度增大,平衡正向移动,则苯的平衡转化率增大,故C正确;
D.各次实验中Pt-ZSM-5催化剂的比表面积一致,对反应的催化效果相同,可比较温度的影响,故D正确。
故选B。
14.CH3cH2cH3的澳化、氯化反应过程及产物的选择性如图所示。下列说法正确的是
能量能量
CH3CH2CH3+C1»\\_____
\CH3CH2CHrHCl
\(45%)
(CH3)2CH-+HC1
(55%)
氯化反应过程“
A.CH3cH2cH2•比(CH?)2CH•更稳定
B.使用催化剂对氯化、澳化反应的AH有影响
C.升高温度,氯化、澳化反应的CH3cH2cH3平衡转化率都增大
D.以CH3cH2cHJ为原料合成2-丙醇时,应该选用澳化反应,然后再水解
【答案】D
【详解】A.能量低,物质稳定,根据图象可知,CH3cH2cH2•比(CH3)2CH•高,即(CE%CH・比CH3cH2cH2•稳
定,故A错误;
B.AH只与体系中始态和终态有关,因此使用催化剂降低活化能,AH保持不变,故B错误;
C.根据澳化反应过程图象可知,该反应为吸热反应,升高温度,促进平衡向正反应方向移动,CH3cH2cH3
的平衡转化率增大,根据氯化反应图象可知,该反应为放热反应,升高温度,平衡向逆反应方向进行,
CH3cH2cH3的平衡转化率降低,故C错误;
D.根据图象可知,(CH3)2CH•选择性95%,相对较大,即产生2—丙醇产量较多,以CH3cH2cH3为原料合
成2一丙醇时,应该选用澳化反应,然后再水解,故D正确;
答案为D。
15.一种生产环氧乙烷的反应为:、<H(山口皿.下列说法正
确的是
A.该反应AH>0
B.使用Ag/a-A^Os是为了提高乙烯的平衡转化率
C.该反应中每消耗Imol乙烯,转移电子的数目为2x6.02x1023
D.实际生产投料时,Me,"值越大,平衡体系中环氧乙烷物质的量分数越大
【答案】c
【详解】A.根据反应式可知该反应AS<0,根据反应自发的条件,AH<0,A错误;
B.任何催化剂不会影响平衡转化率,B错误;
C.根据方程式,反应中消耗Imol乙烯时,消耗。2物质的量为0.5mol,转移电子2mol,C正确;
D.严曾大'可理解为CH2=CHz用量一定、增加用量;用量增加,可提高CH2=CH?
转化率,增加平衡体系中环氧乙烷物质的量,但因为CH?=CH2用量一定,平衡体系中环氧乙烷物质的量
的增加是有限的,而混合体系物质的量总量增加是无限的,当5用量超过一定程度时,虽然环氧乙烷物质
的量仍然增加,但其物质的量分数(在体系中所占物质的量百分比)却减小,D错误;
故答案为:Co
16.工业合成甲醇的反应为CC)2(g)+3H2(g)UCH30H(g)+HQ(g)AH<0。反应相同时间,实验测得甲
醇的产率与压强,温度的关系分别如图1,图2所示。下列叙述正确的是
图1
A.合成甲醇时压强越大越好B.增大压强,正反应速率增大,逆反应速率减小
C.合成甲醇的最佳温度为520KD.520K之前升高温度单位时间内甲醇的产率减小
【答案】C
【详解】A.虽然增大压强能加快反应速率、使平衡正向移动而提高甲醇的产率,但压强越大,对材料的强
度和设备的制造要求也越高,需要的动力也越大,这将会大大增加生产投资,并可能降低综合经济效益,
故合成甲醇时不是压强越大越好,A项错误;
B.增大压强,正、逆反应速率都增大,B项错误;
C.根据图2可知,520K时甲醇的产率最大,合成甲醇的最佳温度为520K,C项正确;
D.图示曲线为反应相同时间,520K之前反应未达到平衡状态,升高温度,反应速率加快,单位时间内甲
醇的产率增大,D项错误;
答案选C。
17.我国科学家研发出一种新型双温催化剂Fe-TiO2.xHy,该催化剂催化N2和H2合成NH3(反应体系温度
为495。0的原理如图所示,下列分析错误的是
热Fe冷Ti双温催化
热Fe(547°C)
冷Ti(415°C)
A.“热Fe”上的变化属于熔增、嫡增的变化
B.“热Fe”有利于N?快速转化为N
C.“冷Ti”低于体系温度,有利于提高合成氨反应速率
D.该催化剂能较好地解决传统合成氨工艺中存在的反应速率和平衡产率的矛盾
【答案】C
【详解】A.由分析可知,“热Fe”上的变化为:1N2=N,氮气分子发生共价键断裂的变化为焰增、嫡增的
变化,故A正确;
B.由分析可知,“热Fe”高于体系温度,有利于氮氮共价键的断裂,加快反应速率,故B正确;
C.由分析可知,“冷Ti”低于体系温度,有利于平衡向正反应方向移动,提高氨气的产率,但降低温度不
利于提高合成氨反应速率,故C错误;
D.由分析可知,“热Fe”高于体系温度,有利于氮氮共价键的断裂,加快反应速率,“冷Ti”低于体系温度,
有利于平衡向正反应方向移动,提高氨气的产率,所以该催化剂能较好地解决传统合成氨工艺中存在的反
应速率和平衡产率的矛盾,故D正确;
故选C。
18.如NOx是大气中主要的污染物。大气中过量的NO*和水体中过量的NH;、NO;,N("均是污染物。
通过催化还原的方法,可将烟气和机动车尾气中的NO转化为氏[反应为
1
2NO(g)+2CO(g)^=^2CO2(g)+N2(g)△H=-746.5kJmol-];也可将水体中的NO:、NO]转化为N2。对于
反应2NO(g)+2CO(g)=^2CC>2(g)+N2(g),下列说法正确的是
A.该反应在任何条件下都能自发进行
eg)")
B.反应的平衡常数可表示为K=
c(NO)-c(CO)
C.使用高效的催化剂可以降低反应的熔变
其它条件不变,增大浮黑的值,NO的转化率下降
D.
c(CO)
【答案】D
【详解】A.该反应为放热反应,即AH<0且反应前后气体分子数减少,故AS<0,AG=AH-TAS,当温度
较低时,AG=AH-TAS<0,故该反应低温自发,A错误;
B.反应的平衡常数可表示为K=2点与族:,B错误;
c(NO)c(CO)
C.催化剂可以改变反应历程,但不能改变焰变,c错误;
D.其它条件不变,增大?黑的值,提高CO的转化率,NO的转化率下降,D正确;
c(CO)
故选D。
19.金属硫化物(MH)催化反应CH/g)+2H2s(g)=CS2(g)+4Hz(g),既可以除去天然气中的H?S,又可
以获得H.下列说法正确的是
2
C(CH.).C(H7S)
B.该反应的平衡常数K=11J口、
卜C(H2J
C.题图所示的反应机理中,步骤I可理解为H2s中带部分负电荷的s与催化剂中的M之间发生作用
D.该反应中每消耗ImolHzS,转移电子的数目约为2x6.02x1023
【答案】C
【详解】A.左侧反应物气体计量数之和为3,右侧生成物气体计量数之和为5,AS>0,A错误;
B.由方程形式知,K=2;口二,B错误;
C.由题图知,经过步骤I后,H2s中带部分负电荷的s与催化剂中的M之间形成了作用力,C正确;
D.由方程式知,消耗ImolH2s同时生成2moi凡,转移4moiel数目为4x6.02x,D错误;
故选C。
20.以锻基化合物为载体运用化学平衡分离、提纯某纳米级活性铁粉,反应原理为
Fe(s)+5CO(g)UFe(CO)5(g)装置如下:
已知温度:T,<T2.对于该过程理解不正确的是
A.Fe(s)+5CO(g)UFe(CO)5(g)为放热反应
B.Fe(COb是以Fe为中心原子,CO为配体的配合物
C.工作时,工区域和T2区域发生反应的平衡常数互为倒数关系
D.Fe(s)+5CO(g)UFe(CO)5(g),温度升高,反应AG增大
【答案】C
【详解】A.已知「CT2,当默基合铁挥发到较高温度区域T2时,五默基合铁分解,纯铁粉残留在右端,
一氧化碳循环利用,铁粉和一氧化碳化合成五魏基合铁时放出热量,反应Fe(s)+5CO(g)UFe(CO)5(g)AH
<0,为放热反应,故A正确;
B.配合物Fe(C0)5中心原子为Fe提供空轨道,CO提供电子作为配体,故B正确;
C.(区域Fe(s)+5CO(g)UFe(CO)5(g)&,T?区域发生反应Fe(CO)s(g)UFe(s)+5C0(g)K?,两者温
度不同,则平衡常数不是互为倒数关系,故C错误;
D.该反应为放热反应,燧变小于0,根据反应AG=AH-TAS,升高温度不利于反应自发进行,反应AG增大,
故D正确;
故选C。
21.多晶硅是制作光伏电池的关键材料。以下是由粗硅制备多晶硅的简易过程。
回答下列问题:
I.硅粉与HC1在300。(2时反应生成ImolSiHCb气体和H2,放出225kJ热量,该反应的热化学方程式
为。SiHCK的电子式为。
II.将SiCL氢化为SiHCh有三种方法,对应的反应依次为:
①SiCL(g)+H2(g)-iSiHCL(g)+HCl(g)AH,>0
②3SiC14(g)+2H?(g)+Si(s)彳=4SiHCk(g)AH2<0
③2SiCl4(g)+H2(g)+Si(s)+HCl(g)^=^3SiHCl3(g)AH3
(1)氢化过程中所需的高纯度H?可用惰性电极电解KOH溶液制备,写出产生H?的电极名称(填“阳
极”或“阴极”),该电极反应方程式为0
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-4OSI
-ffi
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回)()4())()00400440480520560
图1
A图2
(2)已知体系自由能变△G=A/7-7AS,AG<0时反应自发进行。三个氢化反应的AG与温度的关系如图1
所示,可知:反应①能自发进行的最低温度是;相同温度下,反应②比反应①的AG小,主
要原因是O
(3)不同温度下反应②中SiCL转化率如图2所示。下列叙述正确的是(填序号)。
a.B点:n正>"逆b.唯:A点>£点c.反应适宜温度:480~520℃
(4)反应③的公国=(用AH?表示)。温度升高,反应③的平衡常数K(填“增大”、
“减小”或“不变”)。
(5)由粗硅制备多晶硅过程中循环使用的物质除SiCl,、SiHCL和Si外,还有(填分子式)。
300℃
【答案】Si(s)+3HCl(g)^=SiHCl3(g)+H2(g)A^=-225kJmor':Cl:Si:Cl:阴极
"H"
+
2H2O+2e-=H2T+2OH-2H+2e-=H2T1000℃AH?<导致反应②的AG小a、c
AH2-AH,减小HC1、H2
【详解】I.参加反应的物质是固态的Si、气态的HC1,生成的是气态的SiHCb和氢气,反应条件是300。。
配平后发现SiHCb的化学计量数恰好是1,由此可顺利写出该条件下的热化学方程式:Si(s)+3HCl(g)=
300℃
SiHCb(g)+H2(g)AH=-225kTmoH;SiHCb中硅与1个H、3个Cl分别形成共价单键,由此可写出其电子式
为::6i:§i:6i:,注意别漏标3个氯原子的孤电子对;
..甘..
II.(1)电解KOH溶液,阳极发生氧化反应而产生。2、阴极发生还原反应才产生H2;阴极的电极反应式可
以直接写成2H++2e=H2T,或写成由水得电子也可以:2H2O+2e=H2T+2OH;
(2)由题目所给的图1可以看出,反应①(最上面那条线)当AG=0时,对应的横坐标温度是1000(;从
反应前后气体分子数的变化来看,反应①的燧变化不大,而反应②中燧是减小的,可见燧变对反应②的自
发更不利,而结果反应②的AG更负,说明显然是焰变产生了较大的影响,即AH2<AHI导致反应②的AG小
(两个反应对应的AH,一个为正值,一个为负值,大小比较很明显);
(3)图2给的是不同温度下的转化率,注意依据控制变量法思想,此时所用的时间一定是相同的,所以图
示中A、B、C点反应均正向进行,D点刚好达到平衡,D点到E点才涉及平衡的移动。在到达平衡状态以
前,正反应速率大于逆反应速率,a项正确,B点反应正向进行,正反应速率大于逆反应速率;b点错误,
温度越高,反应速率越快,所以E点的正(或逆)反应速率均大于A点;c项正确,C到D点,SiHCb的
转化率较高,选择此温度范围比较合适,在实际工业生产中还要综合考虑催化剂的活性温度。
(4)将反应①反向,并与反应②直接相加可得反应③,所以AH3=AH2-AHI,因AH2O、AHi>0,所以AH3
必小于0,即反应③正反应为放热反应,而放热反应的化学平衡常数随着温度的升高而减小;
(5)反应①生成的HC1可用于流程中粗硅提纯的第1步,三个可逆反应中剩余的氏也可循环使用。
22.研发CO?利用技术,降低空气中CO?含量是目前科学家研究的热点之一、CO2与H2在催化作用下生成
可再生资源甲醇,相关反应如下:
反应I:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)AH<0
反应n:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)AH2
(1)反应II在低温或常温下不能自发进行,则AH2(填"/"v”或“=”)0。
(2)CC)2和合成甲醇时温度对单位时间内CO2转化率及甲醇和CO产率的影响如图1所示。则由图1判断
合成CH30H最适宜的温度是;温度升高CH30H产率先升高后降低,降低的可能原因
是o
%
、
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