2024高三·全国·专题练习
解题方法
1 . 二甲醚是重要的有机合成原料,工业上常用合成气(主要成分为CO、H2)制备二甲醚,其主要反应如下。
反应ⅰ:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g);
反应ⅱ:2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g);
反应ⅲ:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)。
(1)一定温度下,在体积为2 L的刚性容器中充入4 mol CO(g)和8 mol H2(g)制备二甲醚,4 min时达到平衡,平衡时CO(g)的转化率为80%,c(H2)=1.4 mol·L-1,且c(CH3OH)=2c(CH3OCH3)。反应ⅲ的平衡常数Kc=_______ (保留三位有效数字)。
(2)实际工业生产中,需要在260 ℃、压强恒为4.0 MPa的反应釜中进行上述反应。初始时向反应釜中加入0.01 mol CO(g)和0.02 mol H2(g),为确保反应的连续性,需向反应釜中以n(CO)∶n(H2)=1∶2、进气流量0.03 mol·min-1持续通入原料,同时控制出气流量。①已知出气流量为0.02 mol·min-1,单位时间内CO(g)的转化率为60%,则流出气体中CO2(g)的百分含量为_______ 。②需控制出气流量小于进气流量的原因为_______ 。
(3)在ZnxO催化剂的作用下发生反应ⅰ,其可能反应机理如下图所示。①根据元素电负性的变化规律,图中反应步骤Ⅲ可描述为______________ 。
②在合成甲醇过程中,需要不断分离出甲醇的原因为_______ 。
反应ⅰ:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g);
反应ⅱ:2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g);
反应ⅲ:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)。
(1)一定温度下,在体积为2 L的刚性容器中充入4 mol CO(g)和8 mol H2(g)制备二甲醚,4 min时达到平衡,平衡时CO(g)的转化率为80%,c(H2)=1.4 mol·L-1,且c(CH3OH)=2c(CH3OCH3)。反应ⅲ的平衡常数Kc=
(2)实际工业生产中,需要在260 ℃、压强恒为4.0 MPa的反应釜中进行上述反应。初始时向反应釜中加入0.01 mol CO(g)和0.02 mol H2(g),为确保反应的连续性,需向反应釜中以n(CO)∶n(H2)=1∶2、进气流量0.03 mol·min-1持续通入原料,同时控制出气流量。①已知出气流量为0.02 mol·min-1,单位时间内CO(g)的转化率为60%,则流出气体中CO2(g)的百分含量为
(3)在ZnxO催化剂的作用下发生反应ⅰ,其可能反应机理如下图所示。①根据元素电负性的变化规律,图中反应步骤Ⅲ可描述为
②在合成甲醇过程中,需要不断分离出甲醇的原因为
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2024·广东·一模
2 . 工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破,选择高效催化剂实现降能提效是目前研究的重点。回答下列问题:
(1)合成氨反应为 ,理论上___________ (填“高”或“低”,下同)温有利于提高反应速率,___________ 温有利于提高平衡转化率。
(2)合成氨反应在催化作用的化学吸附及初步表面反应历程如下:注:方框内包含微粒种类及数目、微粒的相对总能量(括号里的数字单位:eV),TS表示过渡态,*表示吸附态。
①写出参与化学吸附的反应方程式:___________ 。
②以上历程须克服的最大能垒为___________ eV。
(3)在t℃、压强为0.9MPa的条件下,向一恒压密闭容器中通入氢氮比为3的混合气体,体系中气体的含量与时间变化关系如图所示:①反应20min达到平衡,试求0~20min内氨气的平均反应速率___________ ,该反应的___________ (用数字表达式表示,为以分压表示的平衡常数,分压=总压×物质的量分数)。
②下列叙述能说明该条件下反应达到平衡状态的是___________ (填标号)。
a.氨气的体积分数保持不变 b.容器中氢氮比保持不变
c.和的平均反应速率之比为1∶2 d.气体密度保持不变
③若起始条件相同,在恒容容器中发生反应,则达到平衡时H2的含量符合图中___________ (填“d”“e”“f”或“g”)点。
(1)合成氨反应为 ,理论上
(2)合成氨反应在催化作用的化学吸附及初步表面反应历程如下:注:方框内包含微粒种类及数目、微粒的相对总能量(括号里的数字单位:eV),TS表示过渡态,*表示吸附态。
①写出参与化学吸附的反应方程式:
②以上历程须克服的最大能垒为
(3)在t℃、压强为0.9MPa的条件下,向一恒压密闭容器中通入氢氮比为3的混合气体,体系中气体的含量与时间变化关系如图所示:①反应20min达到平衡,试求0~20min内氨气的平均反应速率
②下列叙述能说明该条件下反应达到平衡状态的是
a.氨气的体积分数保持不变 b.容器中氢氮比保持不变
c.和的平均反应速率之比为1∶2 d.气体密度保持不变
③若起始条件相同,在恒容容器中发生反应,则达到平衡时H2的含量符合图中
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2024·天津河北·一模
3 . 氢能的开发和利用是推动我国能源结构转型,保障国家能源安全,实现“碳达峰”、“碳中和”目标的重要途径。目前,我国已成为世界第一大产氢国,主要有三类工业制氢路线:
(1)化工燃料重整制氢
已知:
则与反应生成和的反应热是___________ 。
(2)工业副产氢
已知:工业上用水煤气法制氢气,有关化学方程式是:
反应一:
反应二:
①反应一在时达到化学平衡状态,则此温度下该反应的平衡常数表达式___________ 。
②在时将和各通入体积为的密闭容器中反应发生反应二,时达到平衡状态,该反应的平衡常数是9,则的转化率是___________ ,用的浓度变化表示的反应速率是___________ 。
(3)清洁能源电解制氢
已知:利用电解饱和食盐水可制得氢气,下图为电解装置示意图:①电极是极___________ (填“阴”或“阳”),电极的电极反应式___________ 。
②假设室温条件下电解饱和食盐水一段时间,当两极产生的气体共(标准状况下)时,溶液的为___________ (溶液体积没有变化)。
(1)化工燃料重整制氢
已知:
则与反应生成和的反应热是
(2)工业副产氢
已知:工业上用水煤气法制氢气,有关化学方程式是:
反应一:
反应二:
①反应一在时达到化学平衡状态,则此温度下该反应的平衡常数表达式
②在时将和各通入体积为的密闭容器中反应发生反应二,时达到平衡状态,该反应的平衡常数是9,则的转化率是
(3)清洁能源电解制氢
已知:利用电解饱和食盐水可制得氢气,下图为电解装置示意图:①电极是极
②假设室温条件下电解饱和食盐水一段时间,当两极产生的气体共(标准状况下)时,溶液的为
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2024高三下·全国·专题练习
4 . 雾霾主要成分为灰尘、SO2、NOx和有机碳氢化合物等粒子。烟气脱硝是治理雾霾的方法之一、
(1)以臭氧为烟气脱硝剂时,脱硝过程涉及的反应之一为:2NO2(g)+O3(g)⇌N2O5(g)+O2(g)。不同温度下,控制其它条件一定,在两个恒容容器中发生该反应,相关信息如下表及图所示:
①T1___________ T2(填“<"、“>”或“无法确定”),该反应的H___________ 0(填“<”或“>”)。
②0~25min内乙容器中反应的平均速率:v(NO2)=___________ 。
③T1温度下,混合气体的起始总压为p,则达到平衡时,NO2的转化率为___________ ,平衡常数Kp=___________ (以分压表示,分压=总压×物质的量分数)。
(1)以臭氧为烟气脱硝剂时,脱硝过程涉及的反应之一为:2NO2(g)+O3(g)⇌N2O5(g)+O2(g)。不同温度下,控制其它条件一定,在两个恒容容器中发生该反应,相关信息如下表及图所示:
容器 | 甲 | 乙 |
温度/K | T1 | T2 |
容积/L | 2 | |
起始充入量 | 4molNO2和2molO3 |
②0~25min内乙容器中反应的平均速率:v(NO2)=
③T1温度下,混合气体的起始总压为p,则达到平衡时,NO2的转化率为
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2024高三下·全国·专题练习
5 . 在“碳达峰”“碳中和”的发展背景下,催化加氢合成甲醇是重要的碳捕获利用与封
存技术,该过程主要发生下列反应:
反应①
反应②
回答下列问题:
(1)①现向2L恒容密闭容器中加入,在恒温下发生上述反应。10s后反应达到平衡,此时容器内的浓度为,CO为。则前10s内的平均反应速率___________ 。
(2)0.5MPa下,将的混合气体以一定流速通过装有催化剂的反应器,测得的转化率、或CO的选择性[]以及的产率(的转化率×的选择性)随温度的变化如图2所示。曲线a表示___________ (填“”或“CO”)的选择性随温度的变化,270℃时,对应的转化率为___________ ;在210~250℃之间,的产率增大的原因是___________ 。
存技术,该过程主要发生下列反应:
反应①
反应②
回答下列问题:
(1)①现向2L恒容密闭容器中加入,在恒温下发生上述反应。10s后反应达到平衡,此时容器内的浓度为,CO为。则前10s内的平均反应速率
(2)0.5MPa下,将的混合气体以一定流速通过装有催化剂的反应器,测得的转化率、或CO的选择性[]以及的产率(的转化率×的选择性)随温度的变化如图2所示。曲线a表示
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2024高三下·全国·专题练习
6 . 某科研团队利用和反应使之转化为水煤气,对争取2060年前实现“碳中和”、减缓燃料危机和减轻温室效应具有重要的意义。请回答下列问题:
(1)均为的恒容密闭容器,向容器中充入和,向容器中充入和,在催化剂存在下发生反应:,测得的平衡转化率随温度的变化如图甲所示。①容器中在温度为时,到达点,用表示内的化学反应速率为___________ ,此时的化学平衡常数为___________ (保留两位小数),若在此温度下时向容器的平衡体系中再充入各各,重新达到平衡前,___________ (填““”或)。
②点时该反应的平衡常数为,则___________ (填“>”“<”或“=”)。
③两点处容器内气体总压强分别是,则的大小顺序为___________ 。
(1)均为的恒容密闭容器,向容器中充入和,向容器中充入和,在催化剂存在下发生反应:,测得的平衡转化率随温度的变化如图甲所示。①容器中在温度为时,到达点,用表示内的化学反应速率为
②点时该反应的平衡常数为,则
③两点处容器内气体总压强分别是,则的大小顺序为
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2024高三下·全国·专题练习
7 . 是重要的化工原料,合理使用能发挥其在工业生产、物质合成、速率分析等领域的重要作用。
(1)650K时,某研究小组测得反应i:的浓度、速率数据如下:
已知k为速率常数,一般情况下只与温度有关,实验测得
,通过以上实验数据可知___________ ,___________ ;650K时,若,,___________ 。
(1)650K时,某研究小组测得反应i:的浓度、速率数据如下:
实验编号 | |||
① | 0.025 | 0.040 | |
② | 0.050 | 0.040 | |
③ | 0.025 | 0.120 |
,通过以上实验数据可知
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2024高三下·全国·专题练习
8 . 一定条件下,水气变换反应的中间产物是。为探究该反应过程,研究水溶液在密封石英管中的分解反应:
I.
II.
研究发现,在反应I、II中,仅对反应I有催加速作用;反应I速率远大于反应II,近似认为反应I建立平衡后始终处于平衡状态。忽略水电离,其浓度视为常数。回答下列问题:
(1)反应I正反应速率方程为:,k为反应速率常数。温度下,电离平衡常数为,当平衡浓度为时,浓度为___________ ,此时反应I的反应速率___________ (用含和k的代数式表示)。
I.
II.
研究发现,在反应I、II中,仅对反应I有催加速作用;反应I速率远大于反应II,近似认为反应I建立平衡后始终处于平衡状态。忽略水电离,其浓度视为常数。回答下列问题:
(1)反应I正反应速率方程为:,k为反应速率常数。温度下,电离平衡常数为,当平衡浓度为时,浓度为
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2024·上海普陀·二模
9 . Ⅰ.甲醇是一种理想的储氢载体,我国科学家研发的全球首套太阳能燃料合成项目被称为“液态阳光”计划,可利用太阳能电解水产生H2,再将CO2与H2转化为甲醇,以实现碳中和。
(1)下列关于甲醇(CH3OH)的说法中,正确的是___________
Ⅱ.已知,CO2生产甲醇过程主要发生以下反应:
反应Ⅰ.CO2(g) + 3H2(g)CH3OH(g) + H2O(g) ∆H1= −48.97kJ·mol−1
反应Ⅱ.CO2(g) + H2(g)CO(g) + H2O(g) ∆H2= +41.17 kJ·mol−1
反应Ⅲ.CO(g) + 2H2(g)CH3OH(g) ∆H3
(2)反应Ⅲ中,①活化能E(正)___________ E (逆) (填“>”、“<”或“=”);
②该反应在___________ 条件下能自发进行;
A.在高温条件下自发进行 B.在低温条件下自发进行
C.在任何条件下都能自发进行 D.在任何条件下都不能自发进行
(3)反应III中,CO的平衡转化率与温度的关系如图所示:①A、B、C三点平衡常数KA、KB、KC的大小关系为___________ 。T1时,由D点到B点过程中,正、逆反应速率之间的关系:v正 ___________ v逆。(填“>”、“<”或“=”)
②向某恒温恒压密闭 容器中充入1mol CO(g)和2mol H2(g),下列能说明反应III达到平衡的是___________ ;
A.容器内混合气体的密度不再改变
B.容器内混合气体的平均相对分子质量不再改变
C.两种反应物转化率的比值不再改变
D.v正(CO)=2 v逆(H2)
③在2L恒容密闭 容器中充入2mol CO和4mol H2,在p2和T1条件下经10min达到平衡状态。在该条件下,v(H2)=___________ mol·L−1·min−1。
(4)在CO2加氢合成甲醇的体系中,①下列说法不正确的是___________ ;
A.若在绝热恒容 容器,反应I的平衡常数K保持不变,说明反应I、II都已达平衡
B.若气体的平均相对分子质量不变,说明反应I、II都已达平衡
C.体系达平衡后,若压缩体积,反应I平衡正向移动,反应II平衡不移动
D.选用合适的催化剂可以提高甲醇在单位时间内的产量
②已知:CH3OH的选择性=×100%,不考虑催化剂活性温度,为同时提高CO2的平衡转化率和甲醇的选择性,应选择的反应条件是___________ ,并说明其原因
A.高温高压 B.高温低压 C.低温低压 D.低温高压
原因:___________
(5)我国科学家设计了离子液体电还原CO2合成CH3OH工艺,写出碱性条件下CO2生成甲醇的电极反应式___________ 。
(1)下列关于甲醇(CH3OH)的说法中,正确的是___________
A.甲醇在一定条件下可被氧化生成CO2 | B.甲醇储氢符合“相似相溶”原理 |
C.甲醇官能团的电子式: | D.甲醇分子是含有极性键的非极性分子 |
Ⅱ.已知,CO2生产甲醇过程主要发生以下反应:
反应Ⅰ.CO2(g) + 3H2(g)CH3OH(g) + H2O(g) ∆H1= −48.97kJ·mol−1
反应Ⅱ.CO2(g) + H2(g)CO(g) + H2O(g) ∆H2= +41.17 kJ·mol−1
反应Ⅲ.CO(g) + 2H2(g)CH3OH(g) ∆H3
(2)反应Ⅲ中,①活化能E(正)
②该反应在
A.在高温条件下自发进行 B.在低温条件下自发进行
C.在任何条件下都能自发进行 D.在任何条件下都不能自发进行
(3)反应III中,CO的平衡转化率与温度的关系如图所示:①A、B、C三点平衡常数KA、KB、KC的大小关系为
②向某
A.容器内混合气体的密度不再改变
B.容器内混合气体的平均相对分子质量不再改变
C.两种反应物转化率的比值不再改变
D.v正(CO)=2 v逆(H2)
③在2L
(4)在CO2加氢合成甲醇的体系中,①下列说法不正确的是
A.若在
B.若气体的平均相对分子质量不变,说明反应I、II都已达平衡
C.体系达平衡后,若压缩体积,反应I平衡正向移动,反应II平衡不移动
D.选用合适的催化剂可以提高甲醇在单位时间内的产量
②已知:CH3OH的选择性=×100%,不考虑催化剂活性温度,为同时提高CO2的平衡转化率和甲醇的选择性,应选择的反应条件是
A.高温高压 B.高温低压 C.低温低压 D.低温高压
原因:
(5)我国科学家设计了离子液体电还原CO2合成CH3OH工艺,写出碱性条件下CO2生成甲醇的电极反应式
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23-24高三下·甘肃张掖·阶段练习
名校
10 . 一定温度下,在密闭容器内进行着某一反应,X气体、Y气体的物质的量随反应时间变化的曲线如图所示。下列叙述中正确的是
A.反应的化学方程式为 |
B.t1min时,Y的浓度是X浓度的1.5倍 |
C.t2min时,正、逆反应速率相等 |
D.Y的反应速率:t1时刻<t2时刻<t3时刻 |
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