解题方法
1 . 含碳化合物的合成与转化具有重要的研究价值。
(1)热力学规定,在标准压强和指定温度下,由元素最稳定的单质生成化合物时的反应热称为该化合物的标准摩尔生成焓。常温下,、的标准摩尔生成焓分别为、,则表示标准摩尔生成焓的热化学反应方程式为___________ 。
(2)与在某催化剂作用下的反应如图所示:
该反应的热化学反应方程式为___________ 。
(3)汽车尾气中的和在催化转化器中可反应生成两种无毒无害的气体(该反应为放热反应),若该反应在恒温、恒容的密闭体系中进行,下列示意图正确且能说明反应在进行到时刻达到平衡状态的是___________(填标号)。
(4)与可发生反应:,2L密闭容器中通入和,在不同催化剂(A、B)作用下,进行相同时间后,的产率随反应温度的变化如图所示:①在催化剂A、B作用下,正、逆反应活化能差值分别用、表示,则___________ (填“>”“<”或“=”,下同)。
②y点对应的v(逆)___________ z点对应的v(正)。
③若w点的时间为5min,则的平均反应速率为___________ 。此温度下的化学平衡常数为___________ 。
(1)热力学规定,在标准压强和指定温度下,由元素最稳定的单质生成化合物时的反应热称为该化合物的标准摩尔生成焓。常温下,、的标准摩尔生成焓分别为、,则表示标准摩尔生成焓的热化学反应方程式为
(2)与在某催化剂作用下的反应如图所示:
化学键 | |||||
键能/() | 438 | 326 | 802 | 464 | 414 |
(3)汽车尾气中的和在催化转化器中可反应生成两种无毒无害的气体(该反应为放热反应),若该反应在恒温、恒容的密闭体系中进行,下列示意图正确且能说明反应在进行到时刻达到平衡状态的是___________(填标号)。
A. | B. |
C. | D. |
②y点对应的v(逆)
③若w点的时间为5min,则的平均反应速率为
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解题方法
2 . 乙烯是一种基本化工原料,广泛应用于高新材料合成、医药合成等。工业上,乙烯的制备途径有多种。回答下列问题:
(1)二氧化碳催化加氢制备乙烯
反应原理: 。已知相关物质的标准摩尔生成焓数据如表所示[标准摩尔生成焓()是指在标准压力下,一定温度时,由元素最稳定的单质合成1摩尔物质时的反应焓变]。
①△H=______ ;△G随着温度变化的三种趋势如图1所示,能用来表示该反应的曲线是________ (填字母标号)。②向2L的密闭刚性容器中充入1mol 和3mol ,发生上述反应。平衡体系中各成分的浓度随温度的变化如图2所示。则图中代表的曲线是______ (填字母标号);K时,该反应的化学平衡常数___________ 。(2)正丁烷催化裂解制备乙烯
主反应:
副反应:
某温度下,向0.5L恒容密闭容器中充入1mol (g),发生上述反应。保持温度不变,正丁烷与乙烯的浓度随时间的变化关系如图3所示。
①反应开始至达平衡过程中,副反应平均反应速率v(丙烯)=_______ 。
②平衡时乙烯的选择性η(乙烯)=_________ 。
[已知选择性]
③第12min时,其他条件不变,扩大容器容积至1L,至14min体系再次达到平衡,请在图3中画出乙烯的浓度随时间的变化曲线示意图_________ 。
(1)二氧化碳催化加氢制备乙烯
反应原理: 。已知相关物质的标准摩尔生成焓数据如表所示[标准摩尔生成焓()是指在标准压力下,一定温度时,由元素最稳定的单质合成1摩尔物质时的反应焓变]。
物质 | (g) | (g) | (g) | (g) |
0 | 52.3 |
主反应:
副反应:
某温度下,向0.5L恒容密闭容器中充入1mol (g),发生上述反应。保持温度不变,正丁烷与乙烯的浓度随时间的变化关系如图3所示。
①反应开始至达平衡过程中,副反应平均反应速率v(丙烯)=
②平衡时乙烯的选择性η(乙烯)=
[已知选择性]
③第12min时,其他条件不变,扩大容器容积至1L,至14min体系再次达到平衡,请在图3中画出乙烯的浓度随时间的变化曲线示意图
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3 . 是一种重要的化工品,一定温度下发生分解反应:
①
②
③
回答下列问题:
(1)_______ (用含和的式子表示),_______ 0(填“”“<”或“=”)。
(2)向一恒温恒容密闭容器中投入足量(s),只发生反应①,下列叙述正确的是_______ (填标号)。
A.平衡后,再充入少量,质量增大
B.体积分数不变时,该反应达到平衡状态
C.再投入一定量的(s),反应速率明显增大
(3)的速率方程为,(、为速率常数,只与温度有关)。
①某温度下,K=15,,则_______ 。
②已知:(R为常数,的单位为,温度T的单位为K,E的单位为)速率常数与活化能()、温度(T)的关系如图所示(Cat1、Cat2为催化剂)。相同条件下,催化效率较高的是_______ (填“Cat1”或“Cat2”),判断依据是_______ 。在催化剂Cat2作用下,正反应的活化能为_______ 。
(4)一定温度下,向一体积为1L的恒容密闭容器中充入足量(s),达到平衡时测得生成1mol (g)和0.4mol ,则的平衡常数K=_______ 。
①
②
③
回答下列问题:
(1)
(2)向一恒温恒容密闭容器中投入足量(s),只发生反应①,下列叙述正确的是
A.平衡后,再充入少量,质量增大
B.体积分数不变时,该反应达到平衡状态
C.再投入一定量的(s),反应速率明显增大
(3)的速率方程为,(、为速率常数,只与温度有关)。
①某温度下,K=15,,则
②已知:(R为常数,的单位为,温度T的单位为K,E的单位为)速率常数与活化能()、温度(T)的关系如图所示(Cat1、Cat2为催化剂)。相同条件下,催化效率较高的是
(4)一定温度下,向一体积为1L的恒容密闭容器中充入足量(s),达到平衡时测得生成1mol (g)和0.4mol ,则的平衡常数K=
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4 . 转化利用对化解全球环境生态危机、助力全球“碳达峰、碳中和”目标的实现具有重要意义。化学工作者致力于将转化为各种化工原料。Ⅰ.早在二十世纪初,工业上以和为原料在一定温度和压强下合成尿素。反应分两步:①和生成;②分解生成尿素。
(1)活化能:反应①______ 反应②(填“>”“<”或“=”); _____ (用含、、、的式子表示)。
Ⅱ.利用和重整技术可获得合成气(主要成分为CO、),重整过程中反应的热化学方程式如下:
反应ⅰ:
反应ⅱ:
不同配比随温度变化对出口合成气中的影响如下图所示:(2)对于反应ⅰ,试比较M点和N点的转化率:M_______ N(填“>”“<”或“=”,下同);平衡常数M_______ N。
(3)当,温度高于900℃,减小的原因可能是_______ 。
(1)活化能:反应①
Ⅱ.利用和重整技术可获得合成气(主要成分为CO、),重整过程中反应的热化学方程式如下:
反应ⅰ:
反应ⅱ:
不同配比随温度变化对出口合成气中的影响如下图所示:(2)对于反应ⅰ,试比较M点和N点的转化率:M
(3)当,温度高于900℃,减小的原因可能是
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解题方法
5 . 甲烷选择性氧化制备甲醇是一种原子利用率高的方法。回答下列问题:
(1)已知下列反应的热化学方程式:
①
②
反应③的______ ,平衡常数______ (用、表示)。
(2)电喷雾电离等方法得到的(、、等)与反应可得。与反应能高选择性地生成甲醇。分别在300K和310K下(其他反应条件相同)进行反应,结果如下图所示。图中300K的曲线是______ (填“a”或“b”)。300K、60s时的转化率为______ (列出算式)。(3)分别与、反应,体系的能量随反应进程的变化如下图所示(两者历程相似,图中以示例)。(ⅰ)步骤Ⅰ和Ⅱ中涉及氢原子成键变化的是______ (填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。
(ⅱ)直接参与化学键变化的元素被替换为更重的同位素时,反应速率会变慢,则与反应的能量变化应为图中曲线______ (填“c”或“d”)。
(ⅲ)与反应,氘代甲醇的产量______ (填“>”“<”或“=”)。若与反应,生成的氘代甲醇可能为______ 或______ (写结构简式)。
(1)已知下列反应的热化学方程式:
①
②
反应③的
(2)电喷雾电离等方法得到的(、、等)与反应可得。与反应能高选择性地生成甲醇。分别在300K和310K下(其他反应条件相同)进行反应,结果如下图所示。图中300K的曲线是
(ⅱ)直接参与化学键变化的元素被替换为更重的同位素时,反应速率会变慢,则与反应的能量变化应为图中曲线
(ⅲ)与反应,氘代甲醇的产量
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6 . I.甲醇()是重要的化工原料,又可作为燃料。利用合成气(主要成分为、和)在催化剂的作用下合成甲醇,涉及的反应有:
①②
③与反应生成和
已知反应①中的相关的化学键键能数据如下:(为)
化学键 | |||||
436 | 343 | 1076 | 465 | 413 |
(1)
(2)反应③的热化学方程式为
Ⅱ.亚硝酰氯()是有机合成中的重要试剂,可通过反应:获得。
(3)在恒温恒容的密闭容器中,氮氧化物与悬浮在大气中的海盐粒子相互作用时,涉及如下反应:
①
②
③
则
下列事实不能说明上述体系中反应③已达平衡状态的是
a.容器内气体的颜色不再变化 b.容器中气体的密度不再变化 c.不再发生变化
(4)300℃时,的正反应速率表达式为,测得速率和浓度的关系如表所示:
序号 | ||
① | 0.30 | 0.36 |
② | 0.60 | 1.44 |
③ | 0.90 | 3.24 |
(5)对于反应③按投料比把和加入到压强恒为p的密闭容器中发生反应,平衡时的转化率与温度T的关系如图所示:①M点时容器内的体积分数为
②M点的分压平衡常数
(6)一定条件下,在恒温恒容的密闭容器中按一定比例充入和,平衡时的体积分数随的变化图像如图所示,则A、B、C三状态中,的转化率最大的是
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7 . 已知① ②C2H5OH(g)=C2H5OH(l) ,③(a、b、c均>0)。若使酒精液体完全燃烧,最后恢复到室温,则放出的热量为(单位:)
A. | B. | C. | D. |
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解题方法
8 . 工业燃烧煤、石油等化石燃料释放出大量氮氧化物(NOx)、CO2、CO、SO2等气体,严重污染空气。对废气进行脱硝、脱碳和脱硫处理可实现绿色环保、废物利用。
(1)I.脱硝:已知:H2的燃烧热为285.8 kJ/mol
N2(g)+2O2(g)=2NO2(g) H= +133 kJ/mol
H2O(g)=H2O(l) H=- 44 kJ/mol
催化剂存在下,H2还原NO2生成水蒸气和其他无毒物质的热化学方程式为___________ 。
(2)II.脱碳:
向2L恒容密闭容器中加入2 mol CO2、6 mol H2,在适当的催化剂作用下,发生反应 CO2(g) + 3H2(g) =CH3OH(l) + H2O(l)。下列叙述能说明此反应达到平衡状态的是___________ 。
A.混合气体的平均式量保持不变
B.CO2和H2的体积分数保持不变
C.CO2和H2的转化率相等
D.混合气体的密度保持不变
E.1 mol CO2生成的同时有3 mol H—H键断裂
(3)III.脱硫:
如图电解装置可将雾霾中的NO、SO2分别转化为NH和SO。物质A的化学式为___________ ,阴极的电极反应式是___________ 。
(1)I.脱硝:已知:H2的燃烧热为285.8 kJ/mol
N2(g)+2O2(g)=2NO2(g) H= +133 kJ/mol
H2O(g)=H2O(l) H=- 44 kJ/mol
催化剂存在下,H2还原NO2生成水蒸气和其他无毒物质的热化学方程式为
(2)II.脱碳:
向2L恒容密闭容器中加入2 mol CO2、6 mol H2,在适当的催化剂作用下,发生反应 CO2(g) + 3H2(g) =CH3OH(l) + H2O(l)。下列叙述能说明此反应达到平衡状态的是
A.混合气体的平均式量保持不变
B.CO2和H2的体积分数保持不变
C.CO2和H2的转化率相等
D.混合气体的密度保持不变
E.1 mol CO2生成的同时有3 mol H—H键断裂
(3)III.脱硫:
如图电解装置可将雾霾中的NO、SO2分别转化为NH和SO。物质A的化学式为
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9 . 以 为原料合成 的反应是研究热点之一,该反应体系涉及的反应如下:
I.
II.
回答下列问题:
(1)已知 和101kPa下,的燃烧热分别为 、 ,则∆H2=___________ kJ/mol。
(2)在恒压密闭容器中,按照 投料进行反应,反应I、以物质的分压表示的平衡常数随温度 的变化关系如下图1所示(体系总压为 )。___________ (填:“” 或“”); 点对应温度下体系达到平衡时 的转化率为 ,反应I的Kp=___________ kPa-2 (保留两位有效数字)。
②通过调整温度可调控平衡时 的值。点对应温度下,平衡时 ,则p(H2)=___________ kPa 。
(3)在密闭容器中,保持投料比不变,将和按一定流速通过反应器,一段时间后,测得 转化率和甲醇选择性随温度变化关系如上图2所示。①若 催化剂的活性受温度影响不大,则 图中曲线下降的原因是___________ ;
②若气体流速过大,的转化率会降低,原因是___________ 。
(4)向恒温恒压的两个密闭容器甲 、乙 中,分别充入物质的量均为的 和 ,若只发生反应其正反应速率 为气体分压。若甲、乙容器平衡时正反应速率之比 则甲、乙容器的体积之比为___________ 。
I.
II.
回答下列问题:
(1)已知 和101kPa下,的燃烧热分别为 、 ,则∆H2=
(2)在恒压密闭容器中,按照 投料进行反应,反应I、以物质的分压表示的平衡常数随温度 的变化关系如下图1所示(体系总压为 )。
①反应对应图1中
②通过调整温度可调控平衡时 的值。点对应温度下,平衡时 ,则p(H2)=
(3)在密闭容器中,保持投料比不变,将和按一定流速通过反应器,一段时间后,测得 转化率和甲醇选择性随温度变化关系如上图2所示。①若 催化剂的活性受温度影响不大,则 图中曲线下降的原因是
②若气体流速过大,的转化率会降低,原因是
(4)向恒温恒压的两个密闭容器甲 、乙 中,分别充入物质的量均为的 和 ,若只发生反应其正反应速率 为气体分压。若甲、乙容器平衡时正反应速率之比 则甲、乙容器的体积之比为
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10 . CO2是一种温室气体,对人类的生存环境产生巨大的影响,将CO2作为原料转化为有用化学品,对实现碳中和及生态环境保护有着重要意义。
Ⅰ.工业上以CO2和NH3为原料合成尿素,在合成塔中存在如下转化:
(1)液相中,合成尿素的热化学方程式为:2NH3(l)+CO2(l)H2O(l)+NH2CONH2(l) ΔH=___________ kJ/mol。
Ⅱ.可利用CO2和CH4催化制备合成气(CO、H2),在一定温度下容积为1 L密闭容器中,充入等物质的量CH4和CO2,加入Ni/Al2O3使其发生反应:CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)。
(2)制备“合成气”反应历程分两步:
上述反应中C(ads)为吸附性活性炭,反应历程的能量图变化如下图所示:
①反应速率快慢比较:反应①___________ 反应②(填“>”“<”或“=”),请依据有效碰撞理论微观探析其原因___________ 。
②一定温度下,反应CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)的平衡常数K=___________ (用k1、k2、k3、k4表示)。
(3)制备合成气(CO、H2)过程中发生副反应:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2=+41.0 kJ/mol,在刚性密闭容器中,进料比分别等于1.0、1.5、2.0,且反应达到平衡状态。反应体系中,随温度变化的关系如图所示:
随着进料比的增加,的值___________ (填“增大”、“不变”或“减小”),其原因是___________ 。
Ⅰ.工业上以CO2和NH3为原料合成尿素,在合成塔中存在如下转化:
(1)液相中,合成尿素的热化学方程式为:2NH3(l)+CO2(l)H2O(l)+NH2CONH2(l) ΔH=
Ⅱ.可利用CO2和CH4催化制备合成气(CO、H2),在一定温度下容积为1 L密闭容器中,充入等物质的量CH4和CO2,加入Ni/Al2O3使其发生反应:CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)。
(2)制备“合成气”反应历程分两步:
步骤 | 反应 | 正反应速率方程 | 逆反应速率方程 |
反应① | CH4(g)C(ads)+2H2(g) | v正=k1·c(CH4) | v逆=k2·c2(H2) |
反应② | C(ads)+CO2(g)2CO(g) | v正=k3·c(CO2) | v逆=k4·c2(CO) |
①反应速率快慢比较:反应①
②一定温度下,反应CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)的平衡常数K=
(3)制备合成气(CO、H2)过程中发生副反应:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2=+41.0 kJ/mol,在刚性密闭容器中,进料比分别等于1.0、1.5、2.0,且反应达到平衡状态。反应体系中,随温度变化的关系如图所示:
随着进料比的增加,的值
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