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五年2018-2022高考化学真题按知识点分类汇编33-化学平衡图像分析(含解析)
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这是一份五年2018-2022高考化学真题按知识点分类汇编33-化学平衡图像分析(含解析),共46页。试卷主要包含了单选题,多选题,原理综合题等内容,欢迎下载使用。
五年2018-2022高考化学真题按知识点分类汇编33-化学平衡图像分析(含解析)
一、单选题
1.(2022·广东·高考真题)恒容密闭容器中,在不同温度下达平衡时,各组分的物质的量(n)如图所示。下列说法正确的是
A.该反应的
B.a为随温度的变化曲线
C.向平衡体系中充入惰性气体,平衡不移动
D.向平衡体系中加入,H2的平衡转化率增大
2.(2022·江苏·高考真题)乙醇-水催化重整可获得。其主要反应为,,在、时,若仅考虑上述反应,平衡时和CO的选择性及的产率随温度的变化如图所示。
CO的选择性,下列说法正确的是
A.图中曲线①表示平衡时产率随温度的变化
B.升高温度,平衡时CO的选择性增大
C.一定温度下,增大可提高乙醇平衡转化率
D.一定温度下,加入或选用高效催化剂,均能提高平衡时产率
3.(2021·北京·高考真题)丙烷经催化脱氢可制丙烯:C3H8C3H6+H2。600℃,将一定浓度的 CO2与固定浓度的C3H8通过含催化剂的恒容反应器,经相同时间,流出的 C3H6、CO和H2浓度随初始 CO2浓度的变化关系如图。
已知:
①C3H8(g)+5O2(g)=3CO2(g)+4H2O(l) △H=-2220kJ/mol
②C3H6(g)+9/2O2(g)=3CO2(g)+3H2O(l) △H=-2058kJ/mol
③H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l) △H=-286kJ/mol
下列说法不正确的是
A.C3H8(g)=C3H6(g)+H2(g) △H=+124kJ/mol
B.c(H2)和c(C3H6)变化差异的原因:CO2+H2CO+H2O
C.其他条件不变,投料比c(C3H8)/c(CO2)越大,C3H8转化率越大
D.若体系只有C3H6、CO、H2和H2O生成,则初始物质浓度c0与流出物质浓度c之间一定存在:3c0(C3H8)+c0(CO2)=c(CO)+c(CO2)+3c(C3H8)+3c(C3H6)
4.(2021·江苏·高考真题)NH3与O2作用分别生成N2、NO、N2O的反应均为放热反应。工业尾气中的NH3可通过催化氧化为N2除去。将一定比例的NH3、O2和N2的混合气体以一定流速通过装有催化剂的反应管,NH3的转化率、生成N2的选择性[100%]与温度的关系如图所示。
下列说法正确的是
A.其他条件不变,升高温度,NH3的平衡转化率增大
B.其他条件不变,在175~300 ℃范围,随温度的升高,出口处N2和氮氧化物的量均不断增大
C.催化氧化除去尾气中的NH3应选择反应温度高于250 ℃
D.高效除去尾气中的NH3,需研发低温下NH3转化率高和N2选择性高的催化剂
5.(2018·江苏·高考真题)根据下列图示所得出的结论不正确的是
A.图甲是CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)的平衡常数与反应温度的关系曲线,说明该反应的ΔH0
B.图中X点所示条件下,延长反应时间能提高NO转化率
C.图中Y点所示条件下,增加O2的浓度不能提高NO转化率
D.380℃下,c起始(O2)=5.0×10−4 mol·L−1,NO平衡转化率为50%,则平衡常数K>2000
三、原理综合题
8.(2022·全国·统考高考真题)油气开采、石油化工、煤化工等行业废气普遍含有的硫化氢,需要回收处理并加以利用。回答下列问题:
(1)已知下列反应的热化学方程式:
①
②
③
计算热分解反应④的________。
(2)较普遍采用的处理方法是克劳斯工艺。即利用反应①和②生成单质硫。另一种方法是:利用反应④高温热分解。相比克劳斯工艺,高温热分解方法的优点是________,缺点是________。
(3)在、反应条件下,将的混合气进行热分解反应。平衡时混合气中与的分压相等,平衡转化率为________,平衡常数________。
(4)在、反应条件下,对于分别为、、、、的混合气,热分解反应过程中转化率随时间的变化如下图所示。
①越小,平衡转化率________,理由是________。
②对应图中曲线________,计算其在之间,分压的平均变化率为________。
9.(2022·全国·高考真题)金属钛(Ti)在航空航天、医疗器械等工业领域有着重要用途,目前生产钛的方法之一是将金红石转化为,再进一步还原得到钛。回答下列问题:
(1)转化为有直接氯化法和碳氯化法。在时反应的热化学方程式及其平衡常数如下:
(ⅰ)直接氯化:
(ⅱ)碳氯化:
①反应的为_______,_______Pa。
②碳氯化的反应趋势远大于直接氯化,其原因是_______。
③对于碳氯化反应:增大压强,平衡_______移动(填“向左”“向右”或“不”);温度升高,平衡转化率_______(填“变大”“变小”或“不变”)。
(2)在,将、C、以物质的量比1∶2.2∶2进行反应。体系中气体平衡组成比例(物质的量分数)随温度变化的理论计算结果如图所示。
①反应的平衡常数_______。
②图中显示,在平衡时几乎完全转化为,但实际生产中反应温度却远高于此温度,其原因是_______。
(3)碳氯化是一个“气—固—固”反应,有利于“固—固”接触的措施是_______。
10.(2022·山东·高考真题)利用丁内酯(BL)制备1,丁二醇(BD),反应过程中伴有生成四氢呋喃(THF)和丁醇(BuOH)的副反应,涉及反应如下:
已知:①反应Ⅰ为快速平衡,可认为不受慢反应Ⅱ、Ⅲ的影响;②因反应Ⅰ在高压氛围下进行,故压强近似等于总压。回答下列问题:
(1)以或BD为初始原料,在、的高压氛围下,分别在恒压容器中进行反应。达平衡时,以BL为原料,体系向环境放热;以BD为原料,体系从环境吸热。忽略副反应热效应,反应Ⅰ焓变_______。
(2)初始条件同上。表示某物种i的物质的量与除外其它各物种总物质的量之比,和随时间t变化关系如图甲所示。实验测得,则图中表示变化的曲线是_______;反应Ⅰ平衡常数_______(保留两位有效数字)。以BL为原料时,时刻_______,BD产率=_______(保留两位有效数字)。
(3)为达平衡时与的比值。、、三种条件下,以为初始原料,在相同体积的刚性容器中发生反应,随时间t变化关系如图乙所示。因反应在高压氛围下进行,可忽略压强对反应速率的影响。曲线a、b、c中,最大的是_______(填代号);与曲线b相比,曲线c达到所需时间更长,原因是_______。
11.(2022·浙江·统考高考真题)主要成分为的工业废气的回收利用有重要意义。
(1)回收单质硫。将三分之一的燃烧,产生的与其余混合后反应:。在某温度下达到平衡,测得密闭系统中各组分浓度分别为、、,计算该温度下的平衡常数_______。
(2)热解制。根据文献,将和的混合气体导入石英管反应器热解(一边进料,另一边出料),发生如下反应:
Ⅰ
Ⅱ
总反应:
Ⅲ
投料按体积之比,并用稀释;常压,不同温度下反应相同时间后,测得和体积分数如下表:
温度/
950
1000
1050
1100
1150
0.5
1.5
3.6
5.5
8.5
0.0
0.0
0.1
0.4
1.8
请回答:
①反应Ⅲ能自发进行的条件是_______。
②下列说法正确的是_______。
A.其他条件不变时,用Ar替代作稀释气体,对实验结果几乎无影响
B.其他条件不变时,温度越高,的转化率越高
C.由实验数据推出中的键强于中的键
D.恒温恒压下,增加的体积分数,的浓度升高
③若将反应Ⅲ看成由反应Ⅰ和反应Ⅱ两步进行,画出由反应原料经两步生成产物的反应过程能量示意图_______。
④在,常压下,保持通入的体积分数不变,提高投料比,的转化率不变,原因是_______。
⑤在范围内(其他条件不变),的体积分数随温度升高发生变化,写出该变化规律并分析原因_______。
12.(2021·全国·高考真题)二氧化碳催化加氢制甲醇,有利于减少温室气体二氧化碳。回答下列问题:
(1)二氧化碳加氢制甲醇的总反应可表示为:
该反应一般认为通过如下步骤来实现:
①
②
总反应的_______;若反应①为慢反应,下列示意图中能体现上述反应能量变化的是_______(填标号),判断的理由是_______。
A. B. C. D.
(2)合成总反应在起始物时,在不同条件下达到平衡,设体系中甲醇的物质的量分数为,在℃下的、在下的如图所示。
①用各物质的平衡分压表示总反应的平衡常数,表达式_______;
②图中对应等压过程的曲线是_______,判断的理由是_______;
③当时,的平衡转化率____,反应条件可能为___或___。
13.(2021·广东·高考真题)我国力争于2030年前做到碳达峰,2060年前实现碳中和。CH4与CO2重整是CO2利用的研究热点之一。该重整反应体系主要涉及以下反应:
a)CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) ∆H1
b)CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ∆H2
c)CH4(g)C(s)+2H2(g) ∆H3
d)2CO(g)CO2(g)+C(s) ∆H4
e)CO(g)+H2(g)H2O(g)+C(s) ∆H5
(1)根据盖斯定律,反应a的∆H1=_______(写出一个代数式即可)。
(2)上述反应体系在一定条件下建立平衡后,下列说法正确的有_______。
A.增大CO2与CH4的浓度,反应a、b、c的正反应速率都增加
B.移去部分C(s),反应c、d、e的平衡均向右移动
C.加入反应a的催化剂,可提高CH4的平衡转化率
D.降低反应温度,反应a~e的正、逆反应速率都减小
(3)一定条件下,CH4分解形成碳的反应历程如图所示。该历程分_______步进行,其中,第_______步的正反应活化能最大。
(4)设K为相对压力平衡常数,其表达式写法:在浓度平衡常数表达式中,用相对分压代替浓度。气体的相对分压等于其分压(单位为kPa)除以p0(p0=100kPa)。反应a、c、e的ln K随(温度的倒数)的变化如图所示。
①反应a、c、e中,属于吸热反应的有_______(填字母)。
②反应c的相对压力平衡常数表达式为K=_______。
③在图中A点对应温度下、原料组成为n(CO2):n(CH4)=1:1、初始总压为100kPa的恒容密闭容器中进行反应,体系达到平衡时H2的分压为40kPa。计算CH4的平衡转化率,写出计算过程_______。
(5)CO2用途广泛,写出基于其物理性质的一种用途:_______。
14.(2021·湖北·统考高考真题)丙烯是一种重要的化工原料,可以在催化剂作用下,由丙烷直接脱氢或氧化脱氢制备。
反应Ⅰ(直接脱氢):C3H8(g)=C3H6(g)+H2(g)△H1=+125kJ·mol-1
反应Ⅱ(氧化脱氢):C3H8(g)+O2(g)=C3H6(g)+H2O(g)△H2=-118kJ·mol-1
(1)已知键能:E(C—H)=416kJ·mol-1,E(H—H)=436kJ·mol-1,由此计算生成1mol碳碳π键放出的能量为___kJ。
(2)对于反应Ⅰ,总压恒定为100kPa,在密闭容器中通入C3H8和N2的混合气体(N2不参与反应),从平衡移动的角度判断,达到平衡后“通入N2”的作用是___。在温度为T1时,C3H8的平衡转化率与通入气体中C3H8的物质的量分数的关系如图a所示,计算T1时反应Ⅰ的平衡常数Kp=__kPa(以分压表示,分压=总压×物质的量分数,保留一位小数)。
(3)在温度为T2时,通入气体分压比为p(C3H8):p(O2):p(N2)=10:5:85的混合气体,各组分气体的分压随时间的变化关系如图b所示。0~1.2s生成C3H6的平均速率为__kPa·s-1;;在反应一段时间后,C3H8和O2的消耗速率比小于2∶1的原因为___。
(4)恒温刚性密闭容器中通入气体分压比为p(C3H8):p(O2):p(N2)=2:13:85的混合气体,已知某反应条件下只发生如下反应(k,k′为速率常数):
反应Ⅱ:2C3H8(g)+O2(g)=2C3H6(g)+2H2O(g) k
反应Ⅲ:2C3H6(g)+9O2(g)=6CO2(g)+6H2O(g) k′
实验测得丙烯的净生成速率方程为v(C3H6)=kp(C3H8)-k′p(C3H6),可推测丙烯的浓度随时间的变化趋势为__,其理由是___。
15.(2021·浙江·高考真题)含硫化合物是实验室和工业上的常用化学品。请回答:
(1)实验室可用铜与浓硫酸反应制备少量:。判断该反应的自发性并说明理由_______。
(2)已知。时,在一恒容密闭反应器中充入一定量的和,当反应达到平衡后测得、和的浓度分别为、和。
①该温度下反应的平衡常数为_______。
②平衡时的转化率为_______。
(3)工业上主要采用接触法由含硫矿石制备硫酸。
①下列说法正确的是_______。
A.须采用高温高压的反应条件使氧化为
B.进入接触室之前的气流无需净化处理
C.通入过量的空气可以提高含硫矿石和的转化率
D.在吸收塔中宜采用水或稀硫酸吸收以提高吸收速率
②接触室结构如图1所示,其中1~4表示催化剂层。图2所示进程中表示热交换过程的是_______。
A. B. C. D. E. F. G.
③对于放热的可逆反应,某一给定转化率下,最大反应速率对应的温度称为最适宜温度。在图3中画出反应的转化率与最适宜温度(曲线Ⅰ)、平衡转化率与温度(曲线Ⅱ)的关系曲线示意图(标明曲线Ⅰ、Ⅱ)_______。
(4)一定条件下,在溶液体系中,检测得到pH-时间振荡曲线如图4,同时观察到体系由澄清→浑浊→澄清的周期性变化。可用一组离子方程式表示每一个周期内的反应进程,请补充其中的2个离子方程式。
Ⅰ.
Ⅱ.①_______;
Ⅲ.;
Ⅳ.②_______。
16.(2021·江苏·高考真题)甲烷是重要的资源,通过下列过程可实现由甲烷到氢气的转化。
(1)500℃时,CH4与H2O重整主要发生下列反应:
CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)
CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)
已知CaO(s)+CO2(g)=CaCO3(s) ΔH=-178.8kJ·mol-1。向重整反应体系中加入适量多孔CaO,其优点是___。
(2)CH4与CO2重整的主要反应的热化学方程式为
反应I:CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g) ΔH=246.5kJ·mol-1
反应II:H2(g)+CO2(g)=CO(g)+H2O(g) ΔH=41.2kJ·mol-1
反应III:2CO(g)=CO2(g)+C(s) ΔH=-172.5kJ·mol-1
①在CH4与CO2重整体系中通入适量H2O(g),可减少C(s)的生成,反应3CH4(g)+CO2(g)+2H2O(g)=4CO(g)+8H2(g)的ΔH=___。
②1.01×105Pa下,将n起始(CO2):n起始(CH4)=1:1的混合气体置于密闭容器中,不同温度下重整体系中CH4和CO2的平衡转化率如图1所示。800℃下CO2平衡转化率远大于600℃下CO2平衡转化率,其原因是___。
(3)利用铜—铈氧化物(xCuO·yCeO2,Ce是活泼金属)催化氧化可除去H2中少量CO,催化氧化过程中Cu、Ce的化合价均发生变化,可能机理如图2所示。将n(CO):n(O2):n(H2):n(N2)=1:1:49:49的混合气体以一定流速通过装有xCuO·yCeO2催化剂的反应器,CO的转化率随温度变化的曲线如图3所示。
①Ce基态原子核外电子排布式为[Xe]4f15d16s2,图2所示机理的步骤(i)中,元素Cu、Ce化合价发生的变化为___。
②当催化氧化温度超过150℃时,催化剂的催化活性下降,其可能原因是___。
17.(2020·山东·高考真题)探究CH3OH合成反应化学平衡的影响因素,有利于提高CH3OH的产率。以CO2、H2为原料合成CH3OH涉及的主要反应如下:
Ⅰ.
Ⅱ.
Ⅲ.
回答下列问题:
(1)_________。
(2)一定条件下,向体积为VL的恒容密闭容器中通入1 mol CO2和3 mol H2发生上述反应,达到平衡时,容器中CH3OH(g)为ɑ mol,CO为b mol,此时H2(g)的浓度为__________mol﹒L-1(用含a、b、V的代数式表示,下同),反应Ⅲ的平衡常数为___________。
(3)不同压强下,按照n(CO2):n(H2)=1:3投料,实验测定CO2的平衡转化率和CH3OH的平衡产率随温度的变化关系如下图所示。
已知:CO2的平衡转化率=
CH3OH的平衡产率=
其中纵坐标表示CO2平衡转化率的是图___________(填“甲”或“乙”);压强p1、p2、p3由大到小的顺序为___________;图乙中T1温度时,三条曲线几乎交于一点的原因是___________。
(4)为同时提高CO2的平衡转化率和CH3OH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
18.(2020·浙江·统考高考真题)研究NOx之间的转化具有重要意义。
(1)已知:N2O4(g) 2NO2(g) ΔH>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T1。
①下列可以作为反应达到平衡的判据是________。
A.气体的压强不变 B.v正(N2O4)=2v逆(NO2) C.K不变 D.容器内气体的密度不变 E.容器内颜色不变
②t1时刻反应达到平衡,混合气体平衡总压强为p,N2O4气体的平衡转化率为75%,则反应N2O4(g) 2NO2(g)的平衡常数Kp=________(对于气相反应,用某组分B的平衡压强p(B)代替物质的量浓度c(B)也可表示平衡常数,记作Kp,如p(B)=p·x(B),p为平衡总压强,x(B)为平衡系统中B的物质的量分数)。
③反应温度T1时,c(N2O4)随t(时间)变化曲线如图,画出0~t2时段,c(NO2)随t变化曲线。保持其它条件不变,改变反应温度为T2(T2>T1),再次画出0~t2时段,c(NO2)随t变化趋势的曲线________。
(2) NO氧化反应:2NO(g)+O2(g)=2NO2(g)分两步进行,其反应过程能量变化示意图如图。
Ⅰ 2NO(g)=N2O2(g) ΔH1
Ⅱ N2O2(g)+O2(g)→2NO2(g) ΔH2
①决定NO氧化反应速率的步骤是________(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。
②在恒容的密闭容器中充入一定量的NO和O2气体,保持其它条件不变,控制反应温度分别为T3和T4(T4>T3),测得c(NO)随t(时间)的变化曲线如图。转化相同量的NO,在温度_____(填“T3”或“T4”)下消耗的时间较长,试结合反应过程能量图分析其原因____。
19.(2018·全国·高考真题)CH4-CO2催化重整不仅可以得到合成气(CO和H2),还对温室气体的减排具有重要意义。回答下列问题:
(1)CH4-CO2催化重整反应为:CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g)。
已知:C(s)+2H2(g)=CH4(g) ΔH=-75 kJ·mol−1
C(s)+O2(g)=CO2(g) ΔH=-394 kJ·mol−1
C(s)+1/2O2(g)=CO(g) ΔH=-111 kJ·mol−1
该催化重整反应的ΔH=______kJ·mol−1。有利于提高CH4平衡转化率的条件是____(填标号)。
A.高温低压B.低温高压C.高温高压D.低温低压
某温度下,在体积为2 L的容器中加入2 mol CH4、1 mol CO2以及催化剂进行重整反应,达到平衡时CO2的转化率是50%,其平衡常数为_______mol2·L−2。
(2)反应中催化剂活性会因积碳反应而降低,同时存在的消碳反应则使积碳量减少。
相关数据如下表:
积碳反应
CH4(g)=C(s)+2H2(g)
消碳反应
CO2(g)+C(s)=2CO(g)
ΔH/(kJ·mol−1)
75
172
活化能/
(kJ·mol−1)
催化剂X
33
91
催化剂Y
43
72
①由上表判断,催化剂X____Y(填“优于”或“劣于”),理由是_________________。在反应进料气组成、压强及反应时间相同的情况下,某催化剂表面的积碳量随温度的变化关系如图所示。升高温度时,下列关于积碳反应、消碳反应的平衡常数(K)和速率(v)的叙述正确的是________填标号)。
A.K积、K消均增加B.v积减小,v消增加
C.K积减小,K消增加D.v消增加的倍数比v积增加的倍数大
②在一定温度下,测得某催化剂上沉积碳的生成速率方程为v=k·p(CH4)·[p(CO2)]-0.5(k为速率常数)。在p(CH4)一定时,不同p(CO2)下积碳量随时间的变化趋势如图所示,则pa(CO2)、pb(CO2)、pc(CO2)从大到小的顺序为________________。
20.(2019·江苏·高考真题)CO2的资源化利用能有效减少CO2排放,充分利用碳资源。
(1)CaO可在较高温度下捕集CO2,在更高温度下将捕集的CO2释放利用。CaC2O4·H2O热分解可制备CaO,CaC2O4·H2O加热升温过程中固体的质量变化见下图。
①写出400~600 ℃范围内分解反应的化学方程式:________。
②与CaCO3热分解制备的CaO相比,CaC2O4·H2O热分解制备的CaO具有更好的CO2捕集性能,其原因是________。
(2)电解法转化CO2可实现CO2资源化利用。电解CO2制HCOOH的原理示意图如下。
①写出阴极CO2还原为HCOO−的电极反应式:________。
②电解一段时间后,阳极区的KHCO3溶液浓度降低,其原因是________。
(3)CO2催化加氢合成二甲醚是一种CO2转化方法,其过程中主要发生下列反应:
反应Ⅰ:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH =41.2 kJ·mol−1
反应Ⅱ:2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g) ΔH =﹣122.5 kJ·mol−1
在恒压、CO2和H2的起始量一定的条件下,CO2平衡转化率和平衡时CH3OCH3的选择性随温度的变化如图。其中:
CH3OCH3的选择性=×100%
①温度高于300 ℃,CO2平衡转化率随温度升高而上升的原因是________。
②220 ℃时,在催化剂作用下CO2与H2反应一段时间后,测得CH3OCH3的选择性为48%(图中A点)。不改变反应时间和温度,一定能提高CH3OCH3选择性的措施有________。
21.(2018·北京·高考真题)近年来,研究人员提出利用含硫物质热化学循环实现太阳能的转化与存储。过程如下:
(1)反应Ⅰ:2H2SO4(l)=2SO2(g)+2H2O(g)+O2(g) ΔH1=+551 kJ·mol-1
反应Ⅲ:S(s)+O2(g)=SO2(g) ΔH3=-297 kJ·mol-1
反应Ⅱ的热化学方程式:_________________________________________。
(2)对反应Ⅱ,在某一投料比时,两种压强下,H2SO4在平衡体系中物质的量分数随温度的变化关系如图所示。
p2_______p 1(填“>”或“<”),得出该结论的理由是________________。
(3)I-可以作为水溶液中SO2歧化反应的催化剂,可能的催化过程如下。将ii补充完整。
i.SO2+4I-+4H+===S↓+2I2+2H2O
ii.I2+2H2O+_________===_________+_______+2I-
(4)探究i、ii反应速率与SO2歧化反应速率的关系,实验如下:分别将18 mL SO2饱和溶液加入到2 mL下列试剂中,密闭放置观察现象。(已知:I2易溶解在KI溶液中)
A
B
C
D
试剂组成
0.4 mol·L-1 KI
a mol·L-1 KI
0.2 mol·L-1 H2SO4
0.2 mol·L-1 H2SO4
0.2 mol·L-1 KI
0.0002 mol I2
实验现象
溶液变黄,一段时间后出现浑浊
溶液变黄,出现浑浊较A快
无明显现象
溶液由棕褐色很快褪色,变成黄色,出现浑浊较A快
①B是A的对比实验,则a=__________。
②比较A、B、C,可得出的结论是______________________。
③实验表明,SO2的歧化反应速率D>A,结合i、ii反应速率解释原因:________________。
22.(2018·浙江·校联考高考真题)(一)以四甲基氯化铵[(CH3)4NCl]水溶液为原料,通过电解法可以制备四甲基氢氧化铵[(CH3)4NOH],装置如图所示。
(1)收集到(CH3)4NOH的区域是_______(填a、b、c或d)。
(2)写出电池总反应_______。
(二)乙酸乙酯一般通过乙酸和乙醇酯化合成:CH3COOH(l)+C2H5OH(l) CH3COOC2H5(l)+H2O(l) ΔH=-2.7kJ·mol-1
已知纯物质和相关恒沸混合物的常压沸点如下表:
纯物质
沸点/℃
恒沸混合物(质量分数)
沸点/℃
乙醇
78.3
乙酸乙酯(0.92)+水(0.08)
70.4
乙酸
117.9
乙酸乙酯(0.69)+乙醇(0.31)
71.8
乙酸乙酯
77.1
乙酸乙酯(0.83)+乙醇(0.08) +水(0.09)
70.2
请完成:
(1)关于该反应,下列说法不合理的是_______。
A.反应体系中硫酸有催化作用
B.因为化学方程式前后物质的化学计量数之和相等,所以反应的ΔS等于零
C.因为反应的△H 接近于零,所以温度变化对平衡转化率的影响大
D.因为反应前后都是液态物质,所以压强变化对化学平衡的影响可忽略不计
(2)一定温度下该反应的平衡常数K=4.0。若按化学方程式中乙酸和乙醇的化学计量数比例投料,则乙酸乙酯的平衡产率y =_______;若乙酸和乙醇的物质的量之比为n : 1,相应平衡体系中乙酸乙酯的物质的量分数为x,请在图中绘制x随n变化的示意图(计算时不计副反应)_______。
(3)工业上多采用乙酸过量的方法,将合成塔中乙酸、乙醇和硫酸混合液加热至110℃左右发生酯化反应并回流,直到塔顶温度达到70~71℃,开始从塔顶出料。控制乙酸过量的作用有_______。
(4)近年,科学家研究了乙醇催化合成乙酸乙酯的新方法:2C2H5OH(g) CH3COOC2H5(g)+2H2(g)
在常压下反应,冷凝收集,测得常温下液体收集物中主要产物的质量分数如图所示。关于该方法,下列推测合理的是_______。
A.反应温度不宜超过300℃
B.增大体系压强,有利于提高乙醇平衡转化率
C.在催化剂作用下,乙醛是反应历程中的中间产物
D.提高催化剂的活性和选择性,减少乙醚、乙烯等副产物是工艺的关键
参考答案:
1.C
【详解】A.从图示可以看出,平衡时升高温度,氢气的物质的量减少,则平衡正向移动,说明该反应的正反应是吸热反应,即ΔH>0,故A错误;
B.从图示可以看出,在恒容密闭容器中,随着温度升高氢气的平衡时的物质的量减少,则平衡随着温度升高正向移动,水蒸气的物质的量增加,而a曲线表示的是物质的量不随温度变化而变化,故B错误;
C.容器体积固定,向容器中充入惰性气体,没有改变各物质的浓度,平衡不移动,故C正确;
D.BaSO4是固体,向平衡体系中加入BaSO4,不能改变其浓度,因此平衡不移动,氢气的转化率不变,故D错误;
故选C。
2.B
【分析】根据已知反应①,反应②,且反应①的热效应更大,温度升高的时候对反应①影响更大一些,根据选择性的含义,升温时CO选择性增大,同时CO2的选择性减小,所以图中③代表CO的选择性,①代表CO2的选择性,②代表H2的产率,以此解题。
【详解】A.由分析可知②代表H2的产率,故A错误;
B.由分析可知升高温度,平衡时CO的选择性增大,故B正确;
C.一定温度下,增大,可以认为开始时水蒸气物质的量不变,增大乙醇物质的量,乙醇的平衡转化率降低,故C错误;
D.加入或者选用高效催化剂,不会影响平衡时产率,故D错误;
故选B。
3.C
【详解】A.根据盖斯定律结合题干信息①C3H8(g)+5O2(g)=3CO2(g)+4H2O(l) △H=-2220kJ/mol②C3H6(g)+9/2O2(g)=3CO2(g)+3H2O(l) △H=-2058kJ/mol ③H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l) △H=-286kJ/mol 可知,可由①-②-③得到目标反应C3H8(g)=C3H6(g)+H2(g),该反应的△H==+124kJ/mol,A正确;
B.仅按C3H8(g)=C3H6(g)+H2(g)可知C3H6、H2的浓度随CO2浓度变化趋势应该是一致的,但是氢气的变化不明显,反而是CO与C3H6的变化趋势是一致的,因此可以推断高温下能够发生反应CO2+H2CO+H2O,从而导致C3H6、H2的浓度随CO2浓度变化趋势出现这样的差异,B正确;
C.投料比增大,相当于增大C3H8浓度,浓度增大,转化率减小, C错误;
D.根据质量守恒定律,抓住碳原子守恒即可得出,如果生成物只有C3H6、CO、H2O、H2,那么入口各气体的浓度c0和出口各气体的浓度符合3c0(C3H8)+c0(CO2)=3c(C3H6)+c(CO)+3c(C3H8)+c(CO2),D正确;
答案为:C。
4.D
【详解】A.NH3与O2作用分别生成N2、NO、N2O的反应均为放热反应,根据勒夏特列原理,升高温度,平衡向逆反应方向进行,氨气的平衡转化率降低,故A错误;
B.根据图象,在175~300 ℃范围,随温度的升高,N2的选择率降低,即产生氮气的量减少,故B错误;
C.根据图象,温度高于250℃ N2的选择率降低,且氨气的转化率变化并不大,浪费能源,根据图象,温度应略小于225℃,此时氨气的转化率、氮气的选择率较大,故C错误;
D.氮气对环境无污染,氮的氧化物污染环境,因此高效除去尾气中的NH3,需研发低温下NH3转化率高和N2选择性高的催化剂,故D正确;
答案为D。
5.C
【分析】A. 升高温度,lgK减小,平衡向逆反应方向移动,逆反应为吸热反应,正反应为放热反应,该反应的ΔH0;
B. 根据图象,随着时间的推移,c(H2O2)变化趋于平缓,随着反应的进行H2O2分解速率逐渐减小;
C. 根据图象,没有滴入NaOH溶液时,0.1000mol/LHX溶液的pH1,HX为一元弱酸;
D. 根据图象可见横坐标越小,纵坐标越大,-lgc(SO42-)越小,-lgc(Ba2+)越大,说明c(SO42-)越大c(Ba2+)越小。
【详解】A. 升高温度,lgK减小,平衡向逆反应方向移动,逆反应为吸热反应,正反应为放热反应,该反应的ΔH0,A项正确;
B. 根据图象,随着时间的推移,c(H2O2)变化趋于平缓,随着反应的进行H2O2分解速率逐渐减小,B项正确;
C. 根据图象,没有滴入NaOH溶液时,0.1000mol/LHX溶液的pH1,HX为一元弱酸,C项错误;
D. 根据图象可见横坐标越小,纵坐标越大,-lgc(SO42-)越小,-lgc(Ba2+)越大,说明c(SO42-)越大c(Ba2+)越小,D项正确;
答案选C。
【点睛】本题考查图象的分析,侧重考查温度对化学平衡常数的影响、化学反应速率、酸碱中和滴定pH曲线的分析、沉淀溶解平衡曲线的分析,掌握有关的原理,明确图象中纵、横坐标的含义和曲线的变化趋势是解题的关键。
6.AD
【分析】根据图象分析可知该加成反应为放热反应,且生成的1,4-加成产物的能量比1,2-加成产物的能量低,结合题干信息及温度对化学反应速率与化学平衡的影响效果分析作答。
【详解】根据上述分析可知,
A. 能量越低越稳定,根据图象可看出,1,4-加成产物的能量比1,2-加成产物的能量低,即1,4-加成产物的能量比1,2-加成产物稳定,故A正确;
B. 该加成反应不管生成1,4-加成产物还是1,2-加成产物,均为放热反应,则升高温度,不利用1,3-丁二烯的转化,即在40时其转化率会减小,故B错误;
C. 从0升至40,正化学反应速率均增大,即1,4-加成和1,2-加成反应的正速率均会增大,故C错误;
D. 从0升至40,对于1,2-加成反应来说,化学平衡向逆向移动,即1,2-加成正反应速率的增大程度小于其逆反应速率的增大程度,故D正确;
答案选AD。
7.BD
【详解】A.随温度升高NO的转化率先升高后降低,说明温度较低时反应较慢,一段时间内并未达到平衡,分析温度较高时,已达到平衡时的NO转化率可知,温度越高NO转化率越低,说明温度升高平衡向逆方向移动,根据勒夏特列原理分析该反应为放热反应,∆H0,所以K不等于2000,若K0,这个是不成立的,若K>2000,则500a2>0,这是成立的,所以K>2000,是成立的,故D正确;
故选BD。
【点睛】解本题时需要注意:实线中在最高点之前反应没有达到平衡状态,主要讨论温度对化学反应速率的影响;最高点之后反应达到平衡状态,可以研究温度对化学平衡的影响。
8.(1)170
(2) 副产物氢气可作燃料 耗能高
(3) 50% 4.76
(4) 越高 n(H2S):n(Ar)越小,H2S的分压越小,平衡向正反应方向进行,H2S平衡转化率越高 d 24.9
【详解】(1)已知:
①2H2S(g)+3O2(g)=2SO2(g)+2H2O(g) ΔH1=-1036kJ/mol
②4H2S(g)+2SO2(g)=3S2(g)+4H2O(g) ΔH2=94kJ/mol
③2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) ΔH3=-484kJ/mol
根据盖斯定律(①+②)×-③即得到2H2S(g)=S2(g)+2H2(g)的ΔH4=(-1036+94)kJ/mol×+484kJ/mol=170 kJ/mol;
(2)根据盖斯定律(①+②)×可得2H2S(g)+O2(g)=S2(g)+2H2O(g) ΔH=(-1036+94)kJ/mol×=-314kJ/mol,因此,克劳斯工艺的总反应是放热反应;根据硫化氢分解的化学方程式可知,高温热分解方法在生成单质硫的同时还有氢气生成。因此,高温热分解方法的优点是:可以获得氢气作燃料;但由于高温分解H2S会消耗大量能量,所以其缺点是耗能高;
(3)假设在该条件下,硫化氢和氩的起始投料的物质的量分别为1mol和4mol,根据三段式可知:
平衡时H2S和H2的分压相等,则二者的物质的量相等,即1-x=x,解得x=0.5,所以H2S的平衡转化率为,所以平衡常数Kp==≈4.76kPa;
(4)①由于正反应是体积增大的可逆反应,n(H2S):n(Ar)越小,H2S的分压越小,相当于降低压强,平衡向正反应方向移动,因此H2S平衡转化率越高;
②n(H2S):n(Ar)越小,H2S平衡转化率越高,所以n(H2S):n(Ar)=1:9对应的曲线是d;根据图象可知n(H2S):n(Ar)=1:9反应进行到0.1s时H2S转化率为0.24。假设在该条件下,硫化氢和氩的起始投料的物质的量分别为1mol和9mol,则根据三段式可知
此时H2S的压强为≈7.51kPa,H2S的起始压强为10kPa,所以H2S分压的平均变化率为=24.9kPa·s-1。
9.(1) -223 1.2×1014 碳氯化反应气体分子数增加,∆H小于0,是熵增、放热过程,熵判据与焓判据均是自发过程,而直接氯化的体系气体分子数不变、且是吸热过程 向左 变小
(2) 7.2×105 为了提高反应速率,在相同时间内得到更多的TiCl4产品,提高效益
(3)将两固体粉碎后混合,同时鼓入Cl2,使固体粉末“沸腾”
【详解】(1)①根据盖斯定律,将“反应ⅱ-反应ⅰ”得到反应2C(s)+O2(g)=2CO(g),则∆H=-51kJ/mol-172kJ/mol=-223kJ/mol;则Kp===1.2×1014Pa;
②碳氯化的反应趋势远大于直接氯化,因为碳氯化反应气体分子数增加,∆H小于0,是熵增、放热过程,熵判据与焓判据均是自发过程,而直接氯化的体系气体分子数不变、且是吸热过程;
③对应碳氯化反应,气体分子数增大,依据勒夏特列原理,增大压强,平衡往气体分子数减少的方向移动,即平衡向左移动;该反应是放热反应,温度升高,平衡往吸热方向移动,即向左移动,则平衡转化率变小。
(2)①从图中可知,1400℃,体系中气体平衡组成比例CO2是0.05,TiCl4是0.35,CO是0.6,反应C(s)+CO2(g)=2CO(g)的平衡常数Kp(1400℃)==Pa=7.2×105Pa;
②实际生产中需要综合考虑反应的速率、产率等,以达到最佳效益,实际反应温度远高于200℃,就是为了提高反应速率,在相同时间内得到更多的TiCl4产品。
(3)固体颗粒越小,比表面积越大,反应接触面积越大。有利于TiO2 – C“固-固”接触,可将两者粉碎后混合,同时鼓入Cl2,使固体粉末“沸腾”,增大接触面积。
10.(1)-200(X+Y)
(2) a或c 8.3×10-8 0.08 39%
(3) c 由于b和c代表的温度相同,而压强对反应速率的影响可忽略,压强增大反应Ⅱ、Ⅲ均是逆向移动,增大,故=1.0所需时间更长
【详解】(1)依题意,结合已知信息,可推定在同温同压下,以同物质的量的BL或BD为初始原料,达到平衡时的状态相同,两个平衡完全等效。则以5.0×10-3mol的BL为原料,达到平衡时放出XkJ热量与同物质的量的BD为原料达到平衡时吸收YkJ热量的能量二者能量差值为(X+Y)kJ,则1mol时二者能量和为200(X+Y)kJ,反应I为放热反应,因此焓变=-200(X+Y)kJ·mol-1。
(2)实验测定Xp2>p3;温度升高,反应I和II平衡逆向移动,反应III向正反应方向移动,所以T1温度时,三条曲线交与一点的原因为:T1时以反应III为主,反应III前后分子数相等,压强改变对平衡没有影响;
(4).根据图示可知,温度越低,CO2的平衡转化率越大,CH3OH的平衡产率越大,压强越大,CO2的平衡转化率越大,CH3OH的平衡产率越大,所以选择低温和高压,答案选A。
【点睛】本题为化学反应原理综合题,考查了盖斯定律、化学平衡常数的计算、勒夏特列原理进行图象的分析,难点为平衡常数的计算,巧用了三个反应的化学方程式,进行了数据的处理,得到反应III的各项数据,进行计算得到平衡常数。
18. AE p Ⅱ T4 ΔH1<0,温度升高,反应Ⅰ平衡逆移,c(N2O2)减小,浓度降低的影响大于温度对反应Ⅱ速率的影响
【分析】(1)①化学反应平衡的判断可从以下几方面考虑:体系中所有反应物和生成物的质量(或浓度)保持不变,正反应速率等于逆反应速率;
②建立三段式求解可得;
③由图确定t1时反应生成的NO2浓度;该反应为吸热反应,升高温度,平衡向正反应方向移动;
(2)①由图可知,反应Ⅰ的活化能小于反应Ⅱ的活化能,活化能越大,反应速率越慢;
②由图可知,转化相同量的NO,在温度T4下消耗的时间较长,原因是浓度降低的影响大于温度对反应Ⅱ速率的影响。
【详解】(1)①A、该反应是一个气体体积减小的反应,气体的压强不变说明各物质浓度保持不变,反应达到化学平衡状态,故正确;
B、v正(N2O4)=2v逆(NO2)说明正逆反应速率不相等,反应没有达到化学平衡状态,故错误;
C、温度不变,化学平衡常数K不变,则K不变不能说明反应达到化学平衡状态,故错误;
D、由质量守恒定律可知,反应前后气体质量不变,恒容容器的体积不变,则密度始终不变,则密度不变不能说明反应达到化学平衡状态,故错误;
E、容器内颜色不变说明各物质浓度保持不变,反应达到化学平衡状态,故正确;
AE正确,故答案为:AE;
②设起始N2O4的物质的量为1mol,由题给数据建立如下三段式:
由三段式数据可知N2O4的平衡分压为×p=,NO2的平衡分压为×p=,则平衡常数Kp==,故答案为:;
③由图可知,t1时反应消耗N2O4的浓度为(0.04—0.01)mol/L,由方程式可得反应生成NO2的浓度为0.03 mol/L×2=0.06 mol/L;该反应为吸热反应,升高温度,平衡向正反应方向移动,NO2的浓度增大,则0~t2时段,NO2的浓度c(NO2)随t变化趋势的曲线为,故答案为:;
(2)①由图可知,反应Ⅰ的活化能小于反应Ⅱ的活化能,活化能越大,反应速率越慢,则化学反应速率反应Ⅰ快于反应Ⅱ,化学反应取决于反应速率较慢的一步,则决定NO氧化反应速率的步骤是反应Ⅱ,故答案为:Ⅱ;
②由图可知,转化相同量的NO,在温度T4下消耗的时间较长,原因是反应Ⅰ为放热反应,温度升高,反应Ⅰ平衡逆移,c(N2O2)减小,浓度降低的影响大于温度对反应Ⅱ速率的影响,导致转化相同量的NO,在温度较高的T4下消耗的时间较长,故答案为:T4;反应Ⅰ为放热反应,温度升高,反应Ⅰ平衡逆移,c(N2O2)减小,浓度降低的影响大于温度对反应Ⅱ速率的影响;
19. 247 A 劣于 相对于催化剂X,催化剂Y积碳反应的活化能大,积碳反应的速率小;而消碳反应活化能相对小,消碳反应速率大 AD pc(CO2)、pb(CO2)、pa(CO2)
【详解】(1)已知:
①C(s)+2H2(g)=CH4(g) ΔH=-75 kJ·mol−1
②C(s)+O2(g)=CO2(g) ΔH=-394 kJ·mol−1
③C(s)+1/2O2(g)=CO(g) ΔH=-111 kJ·mol−1
根据盖斯定律可知③×2-②-①即得到该催化重整反应CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g)的ΔH=+247 kJ·mol−1。正反应是体积增大的吸热反应,所以有利于提高CH4平衡转化率的条件是高温低压,答案选A;某温度下,在体积为2 L的容器中加入2 mol CH4、1 mol CO2以及催化剂进行重整反应,达到平衡时CO2的转化率是50%,根据方程式可知
所以其平衡常数为mol2·L−2。
(2)①根据表中数据可知相对于催化剂X,催化剂Y积碳反应的活化能大,积碳反应的速率小;而消碳反应活化能相对小,消碳反应速率大,所以催化剂X劣于Y。
A.正反应均是吸热反应,升高温度平衡向正反应方向进行,因此K积、K消均增加,A正确;
B.升高温度反应速率均增大,B错误;
C.根据A中分析可知选项C错误;
D.积碳量达到最大值以后再升高温度积碳量降低,这说明v消增加的倍数比v积增加的倍数大,D正确。
答案选AD。
②根据反应速率方程式可知在p(CH4)一定时,生成速率随p(CO2)的升高而降低,所以根据图象可知pa(CO2)、pb(CO2)、pc(CO2)从大到小的顺序为pc(CO2)、pb(CO2)、pa(CO2)。
20. CaC2O4CaCO3+CO↑ CaC2O4·H2O热分解放出更多的气体,制得的CaO更加疏松多孔 CO2+H++2e−HCOO−或CO2++2e−HCOO−+ 阳极产生O2,pH减小,浓度降低;K+部分迁移至阴极区 反应Ⅰ的ΔH>0,反应Ⅱ的ΔH<0,温度升高使CO2转化为CO的平衡转化率上升,使CO2转化为CH3OCH3的平衡转化率下降,且上升幅度超过下降幅度 增大压强,使用对反应Ⅱ催化活性更高的催化剂
【分析】本题注重理论联系实际,引导考生认识并体会化学科学对社会发展的作用,试题以减少CO2排放,充分利用碳资源为背景,考查《化学反应原理》模块中方程式的计算、电化学、外界条件对化学反应速率和化学平衡的影响等基本知识;
【详解】(1)①令CaC2O4·H2O的物质的量为1mol,即质量为146g,根据图象,第一阶段剩余固体质量为128,原固体质量为146g,相差18g,说明此阶段失去结晶水,第二阶段从剩余固体质量与第一阶段剩余固体质量相对比,少了28g,相差1个CO,因此400℃~600℃范围内,分解反应方程式为CaC2O4 CaCO3+CO↑;
②CaC2O4·H2O热分解放出更多的气体,制得的CaO更加疏松多孔,增加与CO2的接触面积,更好捕捉CO2;
(2)①根据电解原理,阴极上得到电子,化合价降低,CO2+HCO3-+2e-=HCOO-+CO32-,或CO2+H++2e-=HCOO-;
②阳极反应式为2H2O-4e-=O2↑+4H+,阳极附近pH减小,H+与HCO3-反应,同时部分K+迁移至阴极区,所以电解一段时间后,阳极区的KHCO3溶液浓度降低;
(3)①根据反应方程式,反应I为吸热反应,升高温度,平衡向正反应方向移动,CO2的转化率增大,反应II为放热反应,升高温度,平衡向逆反应方向进行,CO2的转化率降低,根据图象,上升幅度超过下降幅度,因此温度超过300℃时,CO2转化率上升;
②图中A点CH3OCH3的选择性没有达到此温度下平衡时CH3OCH3的选择性,依据CH3OCH3选择性公式,提高CH3OCH3选择性,不改变反应时间和温度时,根据反应II,可以增大压强,或者使用对反应II催化活性更高的催化剂。
【点睛】本题的难点(1)是文字叙述,应根据图象和所学知识,结合所问问题进行分析解答;(2)电极反应式的书写,阴极反应是将CO2还原成HCOO-,先写出CO2+2e-→HCOO-,然后根据原子守恒和电荷守恒,得出CO2+H++2e-=HCOO-,或者为CO2+HCO3-+2e-=HCOO-+CO32-。
21. 3SO2(g)+2H2O (g)=2H2SO4 (l)+S(s) ΔH2=−254 kJ·mol−1 > 反应Ⅱ是气体物质的量减小的反应,温度一定时,增大压强使反应正向移动,H2SO4 的物质的量增大,体系总物质的量减小,H2SO4的物质的量分数增大 SO2 SO42— 4H+ 0.4 I−是SO2歧化反应的催化剂,H+单独存在时不具有催化作用,但H+可以加快歧化反应速率 反应ii比i快;D中由反应ii产生的H+使反应i加快
【详解】分析:(1)应用盖斯定律结合反应II分析。
(2)采用“定一议二”法,根据温度相同时,压强与H2SO4物质的量分数判断。
(3)依据催化剂在反应前后质量和化学性质不变,反应i+反应ii消去I-得总反应。
(4)用控制变量法对比分析。
详解:(1)根据过程,反应II为SO2催化歧化生成H2SO4和S,反应为3SO2+2H2O=2H2SO4+S。应用盖斯定律,反应I+反应III得,2H2SO4(l)+S(s)=3SO2(g)+2H2O(g)ΔH=ΔH1+ΔH3=(+551kJ/mol)+(-297kJ/mol)=+254kJ/mol,反应II的热化学方程式为3SO2(g)+2H2O(g)=2H2SO4(l)+S(s)ΔH=-254kJ/mol。
(2)在横坐标上任取一点,作纵坐标的平行线,可见温度相同时,p2时H2SO4物质的量分数大于p1时;反应II是气体分子数减小的反应,增大压强平衡向正反应方向移动,H2SO4物质的量增加,体系总物质的量减小,H2SO4物质的量分数增大;则p2p1。
(3)反应II的总反应为3SO2+2H2O=2H2SO4+S,I-可以作为水溶液中SO2歧化反应的催化剂,催化剂在反应前后质量和化学性质不变,(总反应-反应i)2得,反应ii的离子方程式为I2+2H2O+SO2=4H++SO42-+2I-。
(4)①B是A的对比实验,采用控制变量法,B比A多加了0.2mol/LH2SO4,A与B中KI浓度应相等,则a=0.4。
②对比A与B,加入H+可以加快SO2歧化反应的速率;对比B与C,单独H+不能催化SO2的歧化反应;比较A、B、C,可得出的结论是:I−是SO2歧化反应的催化剂,H+单独存在时不具有催化作用,但H+可以加快歧化反应速率。
③对比D和A,D中加入KI的浓度小于A,D中多加了I2,反应i消耗H+和I-,反应ii中消耗I2,D中“溶液由棕褐色很快褪色,变成黄色,出现浑浊较A快”,反应速率DA,由此可见,反应ii比反应i速率快,反应ii产生H+使c(H+)增大,从而反应i加快。
点睛:本题以利用含硫物质热化学循环实现太阳能的转化与存储为载体,考查盖斯定律的应用、化学平衡图象的分析、方程式的书写、控制变量法探究外界条件对化学反应速率的影响,考查学生灵活运用所学知识解决实际问题的能力。
22. d 2(CH3)4NCl+2H2O2(CH3)4NOH+ H2 ↑+Cl2 ↑ BC 0.67(或67%) 使平衡正向进行,增大乙醇转化率,减少产品中乙醇含量 ACD
【分析】(一)根据电解原理分析电极发生的反应,得出电解总反应方程式;
(二)根据乙酸乙酯的合成原理,结合化学平衡原理分析即可。
【详解】(一)(1)以石墨为电极电解四甲基氯化铵溶液制备四甲基氢氧化铵,需要氢氧根离子,电解过程中阴极氢离子得到电子生成氢气,电解附近生成氢氧根离子,所以收集到(CH3)4NOH的区域是阴极区即d口。
故答案为d;
(2)结合反应为和生成物的关系可知电解过程中生成产物为四甲基氢氧化铵、氢气和氯气,据此写出电解反应的化学方程式:2(CH3)4NCl+2H2O2(CH3)4NOH+ H2 ↑+Cl2 ↑。
故答案为2(CH3)4NCl+2H2O2(CH3)4NOH+ H2 ↑+Cl2 ↑。
(二)(1)A项,酯化反应中浓硫酸具有催化作用和吸水作用,故A项不符合题意;
B项,反应过程中生成的乙酸乙酯为气体,反应前后熵变不为0,故B项符合题意;
C项,温度变化对反应速率影响较大,因为反应的△H 接近于零,所以温度变化对平衡转化率的影响不大,故C项符合题意;
D项,压强对纯液体和固体影响不大,所以压强变化对该反应的化学平衡的影响可忽略不计,故D项不符合题意。
综上所述,本题正确答案为BC。
(2)设生成乙酸乙酯物质的量为x,则
CH3COOH(l)+C2H5OH(l) CH3COOC2H5(l)+H2O(l)
1 1 0 0
1-x 1-x x x
所以平衡常数K==4,X=0.667mol,则乙酸乙酯的平衡产率y=100%=66.7%;
乙酸和乙醇的物质的量之比,随乙酸的物质的量增加,乙酸乙酯的产量也会增加,当n:1=1:1时,乙酸乙酯的物质的量分数达到最大,乙酸的物质的量继续增大,乙酸乙酯物质的量分数反而逐渐减小图象如图所示:
故答案为66.7%;;
(3)增大反应物的浓度使平衡向正反应方向进行,增加其他反应物转化率,所以控制乙酸过量的作用是使平衡正向进行,增大乙醇转化率,减少产品中乙醇含量,
故答案为使平衡正向进行,增大乙醇转化率,减少产品中乙醇含量;
(4)A项,反应温度不宜超过300℃,若超过,图象分析可知乙酸乙酯质量分数降低,乙醚质量分数增加,故A项符合题意;
B项,该可逆反应的正反应是气体体积减小的反应,增大体系压强,平衡逆向移动,乙醇平衡转化率变小,故B项不符合题意。
C项,在催化剂作用下,乙醇氧化为乙醛,乙醛被氧化为乙酸,乙醛是反应历程中的中间产物,故C项符合题意;
D项,工艺的关键是减少乙醚、乙烯等副产物,可以提高催化剂的活性和选择性,故D项符合题意。
综上所述,本题正确答案为ACD。
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