强化练11　反应热、化学反应速率与平衡小综合 （含解析）江苏省2023高考化学三轮冲刺突破强化练

强化练11　反应热、化学反应速率与平衡小综合

1.(2022·江苏省盐城市期中)二氧化碳加氢制甲醇的总反应可表示为:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH,一般认为通过如下步骤来实现;①CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH1;②CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)　ΔH2;体系能量变化如图所示。下列有关说法正确的是              (　　)

A.ΔH1<ΔH2

B.步骤②反应ΔS>0

C.二氧化碳加氢制甲醇的总反应速率取决于步骤①

D.二氧化碳加氢制甲醇的总反应的平衡常数K=

2.(2022·江苏省苏北四市期末检测)在CO2与H2反应制甲醇的反应体系中,主要反应的热化学方程式为

反应Ⅰ:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH1=-49.5 kJ·mol-1

反应Ⅱ:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)     ΔH2

反应Ⅲ:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH3=40.9 kJ·mol-1

向恒压密闭容器中通入1 mol CO2和3 mol H2,CO2的平衡转化率、CH3OH的平衡产率随温度的变化如图所示。下列说法正确的是              (　　)

A.反应Ⅰ的平衡常数K=

B.ΔH2=90.4 kJ·mol-1

C.曲线a代表的是CO2的平衡转化率

D.其他条件相同时,改变用量可使CO2的平衡转化率与CH3OH的平衡产率相等

3.(2022·江苏省连云港市第二次调研)CO和H2合成乙醇发生如下反应:

反应Ⅰ:2CO(g)+4H2(g)CH3CH2OH(g)+H2O(g)　ΔH1=-128.8 kJ·mol-1;

反应Ⅱ:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)　ΔH2=-41.8 kJ·mol-1;

向一恒容密闭容器中投入一定量的CO和H2发生上述反应,CO的平衡转化率与温度、投料比α的关系如图所示。

下列有关说法正确的是 (　　)

A.α1<α2

B.在400 K、α2=2时,反应Ⅰ的平衡常数K=0.25

C.在500 K、投料比为α3的条件下,增大压强可使CO的平衡转化率从Y点到Z点

D.为同时提高CO的平衡转化率和CH3CH2OH的产率可采用的反应条件为低温、低压

4.(2022·江苏省南京市、盐城市一模)一种捕获并资源化利用CO2的方法是将CO2催化加氢合成CH3OCH3,其过程中主要发生如下反应:Ⅰ.2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)　ΔH1=-122.5 kJ·mol-1;Ⅱ.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH2=41.2 kJ·mol-1;向恒压密闭容器中充入1 mol CO2和3 mol H2,CO2的平衡转化率和平衡时CH3OCH3的选择性CH3OCH3的选择性=×100%随温度的变化如图所示。下列说法错误的是              (　　)

A.2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)　ΔH=-204.9 kJ·mol-1

B.由图可知,210 ℃时以反应Ⅰ为主,300 ℃时,以反应Ⅱ为主

C.增大反应体系压强,CH3OCH3选择性增大

D.反应状态达A点时,容器中n(CH3OCH3)为 mol

5.硫酸是化学工业中重要的产品和原料,可用于化肥、农药、炸药等。乙酸乙酯常用作香料和溶剂,实验室可以在浓硫酸作用下,用乙醇和乙酸反应制取乙酸乙酯,用浓硫酸和蔗糖做“黑面包”等。工业上用催化氧化法制取SO3,再用浓硫酸吸收SO3得到发烟硫酸(H2SO4·SO3), 发烟硫酸加水可以得到浓硫酸。催化氧化法制取SO3的反应如下:

2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)　ΔH=-196.6 kJ/mol,下列关于工业上制取浓硫酸的说法正确的是 (　　)

A.催化氧化法制取SO3能够自发进行的原因是ΔS>0

B.2 mol SO2(g)和1 mol O2(g)所含化学键的键能总和比2 mol SO3(g)大196.6 kJ/mol

C.工业上用浓硫酸吸收SO3时是将SO3从吸收塔底部通入,浓硫酸从塔顶喷淋下来,这样操作的目的是提高SO3的吸收率

D.将1 mol H2SO4·SO3全部转化为H2SO4需消耗水2 mol

6.氢气是重要的石油化工原料,也是未来的清洁能源载体,拥有来源广、能量密度高、清洁环保等优点,被广泛应用于生活生产中。反应吸附强化甲烷蒸汽重整制氢技术是工业上制氢常用技术之一,特点是甲烷蒸汽重整制氢过程中加入纳米氧化钙作为高温CO2吸附剂,所涉及的反应方程式如下所示:

①CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)　ΔH1=206.2 kJ/mol;

②CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)　ΔH2=-41.1 kJ/mol;

③CO2(g)+CaO(s)CaCO3(s)　ΔH3=-178.8 kJ/mol。

下列说法正确的是 (　　)

A.反应①中反应物的总能量大于生成物的总能量

B.反应②增大压强,正逆反应速率不变,平衡不移动

C.反应CH4(g)+2H2O(g)+CaO(s)CaCO3(s)+4H2(g)　ΔH=-13.7 kJ/mol

D.反应③在任何条件下都能自发进行

7.CO2是一种常见温室气体,也是巨大的碳资源。CO2可转化为CO、H2等燃料:CO2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g)　ΔH1=247 kJ/mol。下列关于反应CO2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g)　ΔH1=247 kJ/mol的说法正确的是              (　　)

A.该反应在任何温度下都可自发进行

B.反应CO2(s)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g)　ΔH2<247 kJ/mol

C.反应中每生成1 mol H2,转移电子的数目约为 3×6.02×1023

D.选择高效催化剂可以降低反应的焓变,提高化学反应速率

8.尿素[CO(NH2)2]是一种高效缓释氮肥。利用NH3和CO2合成尿素的反应分两步进行:

①2NH3(l)+CO2(g)NH4COONH2(l)

ΔH1=-117.2 kJ/mol;

②NH4COONH2(l)CO(NH2)2(l)+H2O(l)　ΔH2=16.67 kJ/mol。

下列说法正确的是 (　　)

A.反应①的ΔS>0

B.反应①的平衡常数可表示为K=c(CO2)

C.2NH3(l)+CO2(g)CO(NH2)2(l)+H2O(l)的ΔH=-100.53 kJ/mol

D.温度越高,反应速率越快,NH3的转化率越大

9.SO2和H2SO4在生产、生活和科学研究中有着广泛的应用。葡萄酒中添加适量的二氧化硫可以起到抗氧化等作用。工业上常用接触法制备硫酸,过程如下:将硫黄或其他含硫矿物在沸腾炉中与氧气反应生成SO2;SO2在V2O5催化作用下与空气中的O2在接触室中发生可逆反应,反应的热化学方程式表示为2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)　ΔH=-196.6 kJ/mol;生成的SO3在吸收塔中用98.3%的浓硫酸吸收得到发烟硫酸(H2SO4·SO3)。下列关于常压下SO2催化氧化生成SO3的反应说法正确的是              (　　)

A.如图所示为V2O5的晶胞

B.接触室中使用过量空气的目的是加快反应速率

C.有2 mol SO2(g)和1.5 mol O2(g)通过接触室,放出196.6 kJ 热量

D.使用V2O5作催化剂同时降低了正、逆反应的活化能

强化练11　反应热、化学反应速率与平衡小综合

1.C　解析:A项,由图可知,反应①为吸热反应,ΔH1>0,反应②为放热反应,ΔH2<0,故ΔH1>ΔH2,错误;B项,②CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)化学计量数之和左侧大于右侧,为熵减,ΔS<0,错误;C项,二氧化碳加氢制甲醇的总反应速率取决于步骤①,因为①反应的活化能大于②反应,活化能大的为决速步骤,正确;D项,二氧化碳加氢制甲醇的总反应的平衡常数K=,错误。

2.C　解析:A项,由反应方程式可知,反应Ⅰ的平衡常数K=,错误;B项,根据盖斯定律可知,反应Ⅰ-反应Ⅲ=反应Ⅱ,则ΔH2=ΔH1-ΔH3=-49.5kJ·mol-1-40.9kJ·mol-1=-90.4kJ·mol-1,错误;C项,反应Ⅰ为放热反应,温度升高平衡逆向移动,CO2的平衡转化率减小,反应Ⅲ为吸热反应,温度升高平衡正向移动,CO2的平衡转化率增大,所以升高温度,CO2的平衡转化率先减小后增大,即曲线a代表的是CO2的平衡转化率,正确;D项,CO2的平衡转化率=×100%,CH3OH的平衡产率=×100%,由反应式可知,起始时含碳组分为CO2,平衡时含碳组分为CH3OH、CO和CO2,根据碳元素守恒,-n(CO2)平衡≠n(CH3OH)平衡,所以在其他条件相同时,改变用量不可能使CO2的平衡转化率与CH3OH的平衡产率相等,错误。

3.C　解析:A项,由图可知,相同温度下投料比α1的转化率更高,反应中增加氢气的量会促进一氧化碳的转化,提高一氧化碳的转化率,故α1>α2,错误;B项,在400K、α2=2时,一氧化碳的转化率为50%,因为体积未给出且反应前后气体分子的系数不等,故无法计算K值,错误;C项,反应Ⅰ为气体分子数减小的反应,反应Ⅱ为气体分子数不变的反应,在500K、投料比为α3的条件下,增大压强,反应Ⅰ正向移动,导致CO的平衡转化率升高,能从Y点到Z点,正确;D项,反应Ⅰ为气体分子数减小的反应,增大压强可提高CO的平衡转化率和CH3CH2OH的产率,错误。

4.D　解析:A项,依据盖斯定律,按“反应Ⅰ-反应Ⅱ×2”,可得所求反应即ΔH=-122.5kJ·mol-1-41.2kJ·mol-1×2=-204.9kJ·mol-1,正确;B项,210℃时,CH3OCH3(g)的选择性较大,同时CO2的平衡转化率也较大,以反应Ⅰ为主,300℃时,CH3OCH3(g)的选择性小,同时CO2的平衡转化率也小,以反应Ⅱ为主,正确;C项,增大压强,反应Ⅰ正向移动,生成更多的CH3OCH3(g),即CH3OCH3(g)的选择性增大,正确;D项,依据CH3OCH3(g)的选择性公式:CH3OCH3的选择性=×100%,A点处,CO2的平衡转化率为25%,n(反应的CO2)=1mol×25%=0.25mol;A点处,CH3OCH3的选择性为25%,=25%,=25%,n(CH3OCH3)=mol,错误。

5.C　解析:根据生成SO3的方程式可知该反应的ΔH<0,ΔS<0,则ΔG=ΔH-TΔS<0,故反应能够自发进行是因为ΔH<0,A错误;该反应的正反应是放热反应,说明2molSO2(g)和1molO2(g)所含化学键的键能总和比2molSO3(g)所含化学键的键能总和小196.6kJ/mol,B错误;C项所述操作利用了逆流原理,使反应物质充分接触,提高了SO3的吸收率,C正确;根据方程式SO3+H2OH2SO4可知,将1molH2SO4·SO3吸收1molH2O后全部转化为2molH2SO4,D错误。

6.C　解析:反应①的正反应是吸热反应,故反应物的总能量小于生成物的总能量,A错误;增大压强,反应②的正逆反应速率都增大,但平衡不移动,B错误;将给定的三个热化学方程式相加可得到C项中热化学方程式,C正确;由反应③的方程式可看出ΔS<0,故该反应只能在低温下自发进行,D错误。

7.C　解析:由于该反应的ΔH>0、ΔS>0,则该反应只有在高温下能自发进行,A错误;由于CO2(s)转变为CO2(g)需要吸热,故B项反应吸收的热量更多,则ΔH2>247kJ/mol,B错误;由方程式可看出,该反应转移6mol电子,即每生成1molH2时转移3mol电子,C正确;催化剂的加入对反应的焓变无影响,D错误。

8.C　解析:反应①为气体体积减小的反应,故ΔS<0,A错误;由平衡常数的定义可知,反应①的平衡常数K=c-1(CO2),B错误;将给定的两个热化学方程式按照①+②处理可得C项热化学方程式,C正确;温度越高,反应速率越快,但反应①平衡逆向移动,NH3的转化率减小,D错误。

9.D　解析:由图示可知,O原子数=4×+2=4,V原子个数=1+×8=2,故该晶胞不是V2O5晶胞,A错误;使用过量空气的目的是提高SO2的转化率,B错误;2molSO2在接触室中不能完全反应,放出的热量少于196.6kJ,C错误;催化剂的加入同等程度地降低了反应的活化能,D正确。