高考化学复习解答题压轴题化学平衡计算30题专项练习

高考化学复习解答题压轴题化学平衡计算30题专项练习

一、解答题(共30小题)

1.(2021•浙江)“氯碱工业”以电解饱和食盐水为基础制取氯气等产品，氯气是实验室和工

业上的常用气体。请回答：

(1)电解饱和食盐水制取氯气的化学方程式是。

(2)下列说法不正确的是o

A.可采用碱石灰干燥氯气

B.可通过排饱和食盐水法收集氯气

C.常温下，可通过加压使氯气液化而储存于钢瓶中

D.工业上，常用氢气和氯气反应生成的氯化氢溶于水制取盐酸

(3)在一定温度下，氯气溶于水的过程及其平衡常数为：

Ch(g)=CC(aq)K1=C(Ch)/p

Cl2(aq)+H2O(1)=H+(aq)+CI(aq)+HC1O(aq)K2

其中p为CI2(g)的平衡压强，c(Ch)为CI2在水溶液中的平衡浓度。

①C12(g)=C12(aq)的燧变AHI0。(填或“V”)

②平衡常数K2的表达式为七=0

③氯气在水中的溶解度(以物质的量浓度表示)为C,则c=°(用平衡压强p和

上述平衡常数表示，忽略HC1O的电离)

(4)工业上，常采用“加碳氯化'’的方法以高钛渣(主要成分为TiO2)为原料生产Ti。%

相应的化学方程式为；

29

I.TiO2(s)+2Ch(g)=TiC14(g)+O2(g)△H1=181mol・LKj=3.4x10

II.2C(s)+O2(g)#2CO(g)△Hn=-221mol-L1,Kn=1.2xl048

结合数据说明氯化过程中加碳的理由。

(5)在一定温度下，以12为催化剂，氯苯和C”在CS2中发生平行反应，分别生成邻二

氯苯和对二氯苯，两产物浓度之比与反应时间无关。反应物起始浓度均为0.5mol・LI

反应30min测得氯苯15%转化为邻二氯苯，25%转化为对二氯苯。保持其他条件不变,

若要提高产物中邻二氯苯的比例，可采用的措施是。

A.适当提高反应温度

B.改变催化剂

C.适当降低反应温度

D.改变反应物浓度

2.(2020•浙江)研究CO2氧化C2H6制C2H4对资源综合利用有重要意义。

相关的主要化学反应有：

IC2H6(g)=C2H4(g)+H2(g)△Hi=136kJ*mol1

IIC2H6(g)+CO2(g)=C2H4(g)+H2O(g)+CO(g)AH2=l77kJ*mol

IIIC2H6(g)+2CO2(g)=4CO(g)+3H2(g)AH3

1

IVCO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g)AH4=41kJ-mol

已知：298K时，相关物质的相对能量(如图1)。

1_

cm(g)521

_150

_m

050

700_

0_C：H6(g)

_-840^

-4)

日_-1100

_CO(g)5

2・00

-_

々00_

二00_00

__2420M蹈

00_-28650

0H褪.

H：O(1)00::::

-3_-CJUgHCOKg)-----------------

-4

二反应过程

图1

图2

可根据相关物质的相对能量计算反应或变化的AHSH随温度变化可忽略)。例如：H2O

11

(g)=H2O(I)AH=-286kJ*mol-(-242kJ*mol1)=-44kJ*mol0

请回答：

(1)①根据相关物质的相对能量计算△%=kJ-mol'o

②下列描述正确的是

A.升高温度反应I的平衡常数增大

B.加压有利于反应I、II的平衡正向移动

C.反应HI有助于乙烷脱氢，有利于乙烯生成

D.恒温恒压下通水蒸气，反应IV的平衡逆向移动

③有研究表明，在催化剂存在下，反应II分两步进行，过程如下：【C2H6(g)+CO2(g)]

T[C2H4(g)+H2(g)+CO2(g)lT[C2H4(g)+CO(g)+H2O(g)J,且第二步速

率较慢(反应活化能为2iokj・moi7)。根据相关物质的相对能泥，画出反应n分两步进

行的“能量-反应过程图“，起点从【c2H6(g)+CO2(g)l的能曷-477kJ・mol1,开始

(如图2)。

(2)①C02和C2H6按物质的量1:1投料，在923K和保持总压恒定的条件下，研究催

化齐IJX对“C02氧化C2H6制C2H4”的影响,所得实验数据如下表：

催化剂转化率C2H6/%转化率CO2/%产率C2H"%

催化剂X19.037.63.3

结合具体反应分析，在催化剂X作用下，C02氧化C2H6的主要产物是,判断依

据是o

②采用选择性膜技术(可选择性地让某气体通过而离开体系)可提高C2H4的选择性(生

成C2H4的物质的量与消耗C2H6的物质的量之比)。在773K,乙烷平衡转化率为9.1%,

保持温度和其他实验条件不变，采用选择性膜技术，乙烷转化率可提高到11.0%.结合

具体反应说明乙烷转化率增大的原因是O

3.(2020•浙江)研究NO,之间的转化具有重要意义。

(1)已知：N2O4(g)=2NCh(g)AH>0

将一定量N2O4气体充入恒容的密闭容器中，控制反应温度为T!o

①下列可以作为反应达到平衡的判据是o

A.气体的压强不变B.v正(N2O4)=2v逆(NCh)C.K不变

D.容器内气体的密度不变E.容器内颜色不变

分别为T3和T4(T4>T3),测得C(NO)随t(时间)的变化曲线如图3。

转化相同量的NO,在温度(填叮3”或叮4“)下消耗的时间较长，试结合反应过

程能量图(图2)分析其原因o

4.(2020•新课标m)二氧化碳催化加氢合成乙烯是综合利用CO2的热点研究领域。回答下

列问题：

(1)CO2催化加氢生成乙烯和水的反应中，产物的物质的量之比n(C2H4):n(H2O)

=。当反应达到平衡时，若增大压强,则n(C2H4)(填“变大”“变小”

或“不变”)。

(2)理论计算表明。原料初始组成n(CO2):n(H2)=1:3,在体系压强为O.IMPa,

反应达到平衡时，四种组分的物质的量分数x随温度T的变化如图所示。图中，表示C2H4、

CO2变化的曲线分别是、oCO2催化加氢合成c2H4反应的AH0

(填“大于”或“小于

(3)根据图中点A(440K,0.39),计算该温度时反应的平衡常数Kp=(MPa)

(列出计算式。以分压表示，分压=总压x物质的量分数)。

(4)二氧化碳催化加氢合成乙烯反应往往伴随副反应，生成C3He、C3H8、C4H8等低碳

烧。一定温度和压强条件下，为了提高反应速率和乙烯选择性，应当

5.(2020•新课标II)天然气的主要成分为C%,一般还含有C2H6等始类，是重要的燃料和

化工原料。

(1)乙烷在一定条件可发生如下反应：c2H6(g)=C2H4(g)+H2(g)AHI,相关物质

的燃烧热数据如下表所示:

物质C2H6(g)C2H4(g)H2(g)

燃烧热AH/(kJ-mol!)-1560-1411-286

①4Hi=kJ・molT。

②提高该反应平衡转化率的方法有、O

③容器中通入等物质的量的乙烷和氢气，在等压下(P)发生上述反应，乙烷的平衡转化

率为a.反应的平衡常数Kp=(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压X

物质的量分数)。

(2)高温下，甲烷生成乙烷的反应如下：2cH4朝C2H6+H2.反应在初期阶段的速率方

程为：r=kxcC&,其中k为反应速率常数。

①设反应开始时的反应速率为ri，甲烷的转化率为a时的反应速率为⑵则r2=n。

②对于处于初期阶段的该反应，下列说法正确的是o

A.增加甲烷浓度，1•增大

B.增加H2浓度，I•增大

C.乙烷的生成速率逐渐增大

D.降低反应温度，k减小

(3)CH4和C02都是比较稳定的分子，科学家利用电化学装置实现两种分子的耦合转化,

其原理如图所示：

——

------固体电解质(传导O2-)

①阴极上的反应式为O

②若生成的乙烯和乙烷的体积比为2:1,则消耗的CH4和CO2体秒［比为o

6.(2020•新课标I)硫酸是一种重要的基本化工产品。接触法制硫酸生产中的关键工序是

SO2的催化氧化：SO2(g)+2。2(g)机催化剂SO3(g)△H=-98kJ-mor1.回答下列

2

问题：

(1)锐催化剂参与反应的能量变化如图(a)所示，V2O5(s)与SO2(g)反应生成VOSO4

(s)和V2O4(s)的热化学方程式为：

图⑶图(b)

(2)当SO2(g)、02(g)和N2(g)起始的物质的量分数分别为7.5%、10.5%和82%

时，在0.5MPa、2.5MPa和5.0MPa压强下，SO2平衡转化率a随温度的变化如图(b)

所示。反应在5.0MPa、550℃时的a=,判断的依据是。影响a的因素

有o

(3)将组成(物质的量分数)为2m%S6(g)、m%O2(g)和q%N2(g)的气体通入

反应器，在温度t、压强P条件下进行反应。平衡时，若SO2转化率为a,则SO3压强

为,平衡常数Kp=(以分压表示，分压=总压x物质的量分数)。

(4)研究表明，SO2催化氧化的反应速率方程为：v=k(J--1)°-8(i-na9式中:

k为反应速率常数，随温度I升高而增大；a为SO2平衡转化率，d为某时刻SO2转化率,

n为常数。在af=0.90时，将一系列温度下的k、a值代入上述速率方程，得至“〜t曲线,

如图(c)所示。

10

8

6

4

420460500540580

r/℃

图(c)

曲线上V最大值所对应温度称为该d下反应的最适宜温度tm.IVtm时，V逐渐提高；I

>tm后，V逐渐下降。原因是o

7.(2020•天津)利用太阳能光解水，制备的H2用于还原CO2合成有机物，可实现资源的

冉利用。回答下列问题：

I.半导体光催化剂浸入水或电解质溶液中，光照时可在其表面得到产物

(1)图1为该催化剂在水中发生光催化反应的原理示意图。光解水能量转化形式

为。

(2)若将该催化剂置于Na2s03溶液中，产物之一为SO42一,另一产物为o若将

该催化剂置于AgNO3溶液中，产物之一为02,写出生成另一产物的离子反应式。

200220240

图2温度

II.用H2还原CO2可以在一定条件下合成CH30H(不考虑副反应)

CO2(g)+3H2(g)=CH30H(g)+H2O(g)AH<0

(3)某温度下，恒容密闭容器中，CO2和H2的起始浓度分别为amol・L7和3amol・L

,,反应平衡时，CH30H的产率为b,该温度下反应平衡常数的值为o

(4)恒压下，CO2和H2的起始物质的量比为1:3时，该反应在无分子筛膜时甲醇的

平衡产率和有分子筛膜时甲醇的产率随温度的变化如图2所示，其中分子筛膜能选择性

分离出H20O

①甲醇平衡产率随温度升高而降低的原因为o

②P点甲醇产率高于T点的原因为o

③根据图2,在此条件下采用该分子筛膜时的最佳反应温度为℃<,

III.调节溶液pH可实现工业废气CO2的捕获和释放

(5)CO32-的空间构型为o已知25'C碳酸电离常数为Kal、Ka2,当溶液pH=

12时，c(H2co3)：c(HCO3):c(CO32)=1::o

8.(2020•上海)乙烯氯氧化法是当今世界上制备聚氯乙烯单体的最先进的方法。

已知：2cH2=CH2(g)+4HC1(g)+O2(g)-2cleH2cH2cl(g)+2H2O(g)

(1)容器体积为2L,起始气体总物质的量为Imol,lOmin后，气体总物质的量仅为70%,

则CH2=CH2反应速率为o

(2)C1CH2cH2cl(g)=CH2=CHC1(g)+HC1(g)如图为C1CH2cH2cl的转化率a与

温度和压强的关系。则平衡常数表示为K=,根据图象判断PiP2(填“>”、

“V”或“=”)，该反应为反应(填“吸热或放热”)

(3)工业上，可用氯气与碱反应制取消毒剂。

C12+2NaOH->NaCl+NaClO+H2O

3Cl2+6NaOH(热)—5NaCl+NaClO3+3H2。

上述两个反应都是放热反应，工业上欲制备高纯度的次氯酸钠型濮毒剂，需要控制温度,

采取的措施可以是

(请设计一个方案)。消毒剂的消毒效率常用有效氯的含量来表示，有效氯含量

的实质就是指单位质量的含氯化合物中所含氧化态氯的氧化能力相当于多少纯净氯气的

氧化能力。具体分析中，也可以采用消毒液在酸性条件下所放出的游离氯(C12)的质量

与原消毒剂质量之比来表示有效氯。则上述过程中制得的高纯度次氯酸钠型消毒剂，其

有效氯为0

(4)配平下列化学方程式方程式：

NH4++CIOTN2十cr+H1O+H+

(5)溶液中NH4+检验的方法是o

9.(2020•山东)探究CH3OH合成反应化学平衡的影响因素，有利于提高CH.3OII的产率。

以CO2、H2为原料合成CH30H涉及的主要反应如下：

1

I.CO2(g)+3H2(g)=CH30H(g)+H2O(g)AHI=-49.5kJ-moK

1

II.CO(g)+2Hz(g)=CH30H(g)AH2=-90.4kJ-mol

III.CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g)AH3

回答下列问题：

(1)AH3=kJ*mol_1o

(2)一定条件下，向体积为VL的恒容密闭容器中通入ImolCCh和3moi比发生上述反

应，达到平衡时，容器中CH30H(g)为amol,CO为bmol,此时H2O(g)的浓度为

mol・L7(用含a、b、V的代数式表示，下同)，反应用的平衡常数为。

(3)不同压强下，按照n(CO2)：n(H2)=1:3投料，实脸测定CCh的平衡转化率和

CH30H的平衡产率随温度的变化关系如图所示。

P]

n(CO,)初蛤-n(COo)平衡

已知：CO2的平衡转化率=-----7、——十恸x100%

n(82)初始

n(CH30H)平衡

CH30H的平衡产率=xlOO%

n(C02)初始

其中纵坐标表示CO2平衡转化率的是图(填“甲”或"乙”)；压强力、P2、P3由大

到小的顺序为；图乙中Ti温度时，三条曲线几乎交于一点的原因是o

(4)为同时提高CO2的平衡转化率和CH30H的平衡产率，应选择的反应条件为

(填标号)。

A.低温、高压B.高温、低压C.低温、低压D.高温、高压

10.(2021•延边州模拟)CO2和CH4是两种重要的温室气体，通过CH4和CO2反应制造更

高价值化学品是目前的研究目标。请回答下列问题：

I.工业上可以利用CO2和H2合成CH3OH:CO2(g)+3H2(g)=CH30H(g)+H2O

(g)AH<0o该反应在起始温度和体积均相同(TC、1L)的两个密闭容器中分别进行,

反应物起始物质的量如表。

CO2(mol)Hi(mol)CH3OH(mol)H2O(mol)

反应a(恒温恒容)1300

反应b(绝热恒容)0011

⑴达到平衡时，反应a,b对比：CO2的体积分数<p(a)(p(b)o(填“>”、“v”

或“=”)

(2)下列能说明反应a达到平衡状态的是o(填字母)

A.v正(CO2)=3v逆(H2)

B.混合气体的平均摩尔质量不再改变

C.c(CH3OH)=c(H2O)

D.容器内压强不再改变

II.我国科学家研究了不同反应温度对含碳产物组成的影响。

已知：反应1：CO2(g)+4H2(g)=CH4(g)+2H2O(g)AH<0

反应2:CO2(g)+H2(g)=C0(g)+H20(g)AH>0

在密闭容器中通入3mol的的比和Imol的CO2,分别在IMPa和lOMPa下进行反应。

实验中对平衡体系组成的三种物质(82、CO、CH4)进行分析，其中温度对CO和CH4

的影响如图1所示。

TD

i

II

IE

♦F

I

I

I

I

图1图2

(3)1MPa时，表示CH4和CO三衡组成随温度变化关系的曲线分别是和。

M点平衡组成含量高于N点的原因是o

(4)图中当CH4和CO平衡组成均为40%时，若容器的体积为1L,该温度下反应1的

平衡常数K的值为o

III.在Ti时，向体积为2L的恒容容器中充入物质的量之和为3moi的的CO和H2,发

生反应CO(g)+2H2(g)=CH30H(g),反应达到平衡时CH30H(g)的体积分数(<p)

与吧处的关系如图2所示。

(5)当勇27=3.5时,达到平衡后，CH30H的体积分数可能是图象中的_______(填

n(C0)

“D”、或"F')点。

(6)—屋「=______时，CH30H的体积分数最大。

n(C0)

11.(2021♦武汉模拟)甲醇是重要的化工原料，可用于制备甲醛、醋酸等产品。利用CH4

与5在催化剂的作用下合成甲醇。

主反应：CH4(g)+Ao2(g)=CH3OH(g)aH副反应：CH4(g)+2O2(g)=82(g)

+2H2O(g)

回答下列问题：

(1)已知：CH30H(1)=CH3OH(g)AH=+138kJ/mol,CH4和CH30H的燃烧热分别

为-890kJ/moK-726kJ/mol,则主反应的△H=kJ/moL

(2)科技工作者结合实验与计算机模拟结果，研究了CH4、6和H20(g)(H2O的作

用是活化催化剂)按照一定体积比在催化剂表面合成甲醇的反应，部分历程如图所示(吸

附在催化剂表面的物种用*标注，TS代表过渡态)。

0-

O

E-10-

•

r-20-

o

/-30-

/

袈-40-

号

S-50-

①在催化剂表面上更容易被吸附的是0(填“H2O”或Q”)

②该历程中正反应最大的活化能为kJ/mol,写出该步骤的化学方程式o

(3)在恒温的刚性密闭容器中，分别按照CH4、02的体积比为2:1以及CH4、02、H2O

(g)的体积比为2:1:8反应相同的时间，所得产物的选择性(如甲醇的选择性=

n(CH30H)

个“Sc、))如图所示。

n(CH30H)+n(C02)

兴

、

生

素

时

总

春

<

②向上述刚性密闭容器中按照体积比2:1:8充入CH4、02和H2O(g),在450K下达

平衡时，CH4的转化率为50%,CH30H的选择性为90%,则副反应的压强平衡常数Kp

=o(计算结果保留1位小数)

12.(2021•河北模拟)乙醇水蒸气重整制氢是一种来源广泛的制备氢气的方法，主要反应为:

©C2H50H(g)+3H2O(g)=6H2(g)+2CO2(g)AHI

同时发生如下反应：

1

②C2H50H(g)WH2(g)+C0(g)+CH4(g)AH2=+49.6kJ-mor

@CO(g)+H2O(g)=82(g)+H2(g)AH3=-41.4kJ*mol1

(1)根据图1信息，计算反应①的AH|=o

(2)已知在某催化剂作用下，乙醇的转化率、氢气的产率和体系口含碳物质百分含量随

温度的变化如图2所示。随着温度的升高，CO2的百分含量先增大后减小的原因

为；催化剂发挥作用的最佳温度是0

w

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23

之673,723773

F/K

图1图2

(3)一定温度下，在2L恒容密闭容器中，充入0.8molC2H50H(g),1.5molH2O(g)

发生反应，经5min达到平衡，测得CH4(g)的浓度为0.1mol・L」，CO(g)的浓度为

0.05mol-LCO2(g)的浓度为0.45mol・L1,达到平衡时，反应①乙解的转化率

为,反应①的长=o(列出计算式，不要求计算)

(4)A.Akande等研究了NiAbCh催化剂上乙醇水蒸气重整反应的性能，提出了粗略的

反应机理，如图所示，其中C2H50H分解为该反应的决速步骤。

步骤A步弊in

NiAlQ催化剂上乙静水蒸气重整反应机理

①在此反应历程中，所需活化能最大的步骤是0

②反应物在催化剂表面的吸附，对于此反应的进行起着至关重要的作用，可以提高

C2H50H在催化剂表面的吸附速率的措施为。(填标号)

a.提高水蒸气的浓度

b.增大乙醇蒸气的分压

c.增大催化剂的比表面积

d.降低产物浓度

③乙醇水蒸气重整制氢反应，在其他条件一定的情况下，不同催化剂对氢气产率的影响

如图所示，M点处氢气的产率(填‘'可能是”、“一定是”或“一定不是”)该反应的

平衡产率，原因为0

100

包

”

产

率

70

、

O

/Mg

射□Ni

VMgO

AC(

)

/Mgt

▲Kh

50

/MgO

■Pd

40

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I

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