四、化学反应原理题专项练习 1．将无机碳转化为有机化合物是目前研究的热点，也是减少 CO2 和 CO 的有效措施之 一，对环境的保护起到了积极作用。 I.二氧化碳催化加氢甲烷化工艺是利用氨还原 CO2,反应为 CO2(g)+4H2(g) � CH4(g) +2H2O(l)∆H1。 (1)已知：H2(g)的燃烧热∆H2=-285.8kJ·mol-1，CH4(g)的燃烧热∆H=-890.3kJ·mol-1，则 △H1=________kJ·mol-1。 (2)测得该反应的吉布斯自由能(∆G=∆H-T∆S)随温度的变化曲线如图甲所示，为使 CO2 顺利转化为 CH4，反应应在___下进行。 II.一氧化碳催化加氢制甲醇：CO(g)+2H2(g) � CH2OH(g)。 (3)图乙是反应中部分物质的浓度随时间 t 的变化情况，0~10min 内，用 H2 表示的平均反 应速率 v(H2)=_____，该反应平衡常数的表达式为_______________。 (4)在容积可变的密闭容器中充入 10molCO 和 20molH2，CO 的平衡转化率随温度(T)、 压强(p)的变化如图丙所示。① p1______(填“>”“<”或“=”)p2。 ② 比较图丙中 A、C 两点，平衡常数 KA__________(填“>”“<”或“=")KC。 ③ 若达到化学平衡状态点 A 时，容器的体积为 20L，T1℃时平衡常数 KA=______ 2．1，3－丁二烯是重要的化工原料，工业上常用 1-丁烯催化脱氢的方法制备。将 0.lmol1－丁烯和 0.675mol 水蒸气组成的混合气，在 80kPa 恒压下进行反应，请回答下 列问题： 催化剂 ��� ��� � �CH2=CHCH=CH2(g)+H2(g)△H。 CH3CH2CH=CH2(g) �� Δ�� (1)已知化学键键能数据如下，由此计算△H=____________kJ•mo1-1。 化学键 C－C C=C C－H H－H 键能/kJ•mol-1 348 612 412 436 (2) 如图表示脱氢反应中温度对 1－丁烯的平衡转化率的影响，工业生产 通常控制反应温度 600℃。 ① 请解释工业生产控制温度在 600℃的原因___________。 ② 此温度下反应进行 2.5h 后达到平衡，从开始反应到建立平衡，以 H2 表示的反应速率 为 v(H2)=_________kPa•h-1；脱氢反应的平衡常数 Kp=_________kPa(Kp 为以分压表示的 平衡常数，p 分=p 总×物质的量分数)。 (3)在密闭容器中反应达到平衡后，再充入 1.575mol1－丁烯和 1.625mol1，3－丁二烯， 化学反应向_________(填“正反应”、“逆反应或“不移动”)方向进行 。 3．研究 NOx、CO、SO2 等大气污染气体的治理，对保护环境有重要的意义。回答下列 问题： （1）NOx 与 CO 反应生成无污染气体的相关热化学方程式如下： ①NO2(g)+CO(g) ②4NO(g) CO2(g)+NO(g) ΔH1=−234.0kJ·mol−1 ΔH2=−291.8kJ·mol−1 2NO2(g)+N2(g) 反应③ 2NO2(g)+4CO(g) N2(g)+4CO2(g)的 ΔH3=___kJ·mol−1，有利于提高该反应 NO2 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 （2）在一定温度下，向 2L 的恒容密闭容器中充入 4.0molNO2 和 4.0molCO，在催化剂 作用下发生反应：2NO2(g)+4CO(g) N2(g)+4CO2(g)，测得相关数据如下： 0min5min10min15min 20min c(NO2)/mol·L−1 2.0 c(N2)/mol·L−1 0 1.7 1.56 1.5 1.5 0.15 0.22 0.25 0.25 ① 其他条件不变，若不使用催化剂，则 0~5minNO2 的转化率将___（填“变大”、“变小” 或“不变”）。 ② 以下表述能说明该反应已达到平衡状态的是___。 A．CO 的反应速率为 N2 的 4 倍 B．气体的颜色不再变化 C．化学平衡常数 K 不再变化 D．混合气的压强不再变化 ③ 该温度下反应的化学平衡常数 K=__（保留两位有效数字）。 ④ 在 20min 时，保持温度不变，继续向容器中再加入 2.0molNO2 和 2.0molN2，则化学平 衡__移动（填“正向”、“逆向”或“不”）。 （3）在高效催化剂的作用下用 CH4 还原 NO2，也可消除氮氧化物的污染。 ①CH4 还原 NO2 反应的化学方程式为___。 ② 在相同条件下，选用 A、B、C 三种不同催化剂进行反应，生成 N2 的物质的量与时间 变化如图图 1 所示，其中活化能最大的是___[Ea(A)、Ea(B)、Ea(C)分别表示三种催化剂 下该反应的活化能]。 ③ 在催化剂 A 作用下，测得相同时间内处理 NO2 的量与温度的关系如图 2 所示，曲线 先增大后减小的可能原因是___。 4．还原法处理氮的氧化物是环境科学研究的热点课题。 I.氧气还原法。H2 还原 NO 发生的反应为：2NO(g)+2H2(g) N2(g)+2H2O(g)。 （1）已知儿种化学键的键能数据如下： 2NO(g)+2H2(g) N2(g)+2H2O(g) ΔH=___kJ·mol-1。 （2）2NO(g)+2H2(g) N2(g)+2H2O(g)的反应速率表达式为 v=kc2(NO)·c(H2)(k 是速率常 数，只与温度有关）。科学研究发现上述反应分两步进行： 反应 1：2NO(g)+H2(g) N2(g)+H2O2(g)； 反应 2：H2O2(g)+H2(g) 2H2O(g)。 总反应速率由反应较慢的一步决定，由此推知上述两步反应中，活化能较大的是反应_ __（填“l”或“2”）。c(NO)对总反应速率的影响程度___c(H2)（填“大于”“小于”或“等 于”）。 Ⅱ.NH3 还原法。在恒容密闭容器中充入 NH3 和 NO2，在一定温度下发生反应：8NH3(g) +6NO2(g) 7N2(g)+12H2O(g)。 （3）下列表明该反应达到平衡状态的是___（填字母）。 A．混合气体密度保持不变 B．NO2 和 N2 的消耗速率之比为 6：7 C．混合气体中 c(N2)=c(NO2) D．混合气体压强保持不变 III.CO 还原法。利用高效催化剂处理汽车尾气中的 NO 和 CO，发生反应：2CO(g) +2NO(g) N2(g)+2CO2(g) ΔH。在 2L 恒容密闭容器中充人 2molCO 和 2molNO，测得 NO 的转化率与温度、时间的火系如图所示。 （4）下列说法正确的是___（填字母）。 A．图像中，T1>T2 B．上述反应在高温下能自发进行 C．10min 时，T2K 下正、逆反应速率相等 D．增大 NO 的浓度，反应物的转化率增大 （5）T2K 温度下，0-10min 内用 CO 表示的平均反应速率 v(CO)=___mol/L-1·min-1；T1K 温度下，上述反应的平衡常数 K=___L·mol-1。 （6）T1K 温度下，向平衡后的容器内再加入 2molN2 和 2molNO，则平衡___（填“向右 移动”“向左移动”或“不移动”）。 5．化学平衡是最重要的化学反应原理之一。回答下列问题： （1）现有容积为 1L 的恒温恒容密闭容器，向其中加入 1molA 气体和 1molB 气体后发 生反应：A(g)＋B(g) C(g) ΔH=-qkJ·mol-1(q>0)，ts 后，反应达到平衡状态，生成 0.5molC 气体，放出热量 Q1kJ。 ① 在题干条件下，说明该反应已经达到平衡状态的有__（填序号）。 A．消耗 0.1molA 的同时生成 0.1molC C．容器中气体的密度不随时间而变化 B．容器中气体的压强不随时间而变化 D．A 的转化率为 50% ② 保持容器温度和容积不变，若开始时向容器中加入 1molC 气体，反应达到平衡时， 吸收热量 Q2kJ，则 Q1、Q2 与 q 的数值关系正确的是___（填序号）。 A．Q1＋Q2=q B．Q1＋2Q2<q C．Q1＋2Q2>q D．Q1＋Q2<q ③ 在原平衡基础上，保持容器温度和容积不变，向容器中再通入 amolA 气体，重新达 平衡后，B 气体的转化率为 75%，则 a=__。 （2）在一容积可变的密闭容器中充有 10molCO 和 20molH2，发生 CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)反应。CO 的平衡转化率(α)与温度(T)、压强(p)的关系如图所示。 ①A、B、C 三点的平衡常数 KA、KB、KC 的大小关系为___。 ② 若达到平衡状态 A 时，容器的体积为 8L，则在平衡状态 B 时容器的体积为___L。 （3）以甲醇为主要原料，电化学合成碳酸二甲酯的工作原理如图所示。则电源的正极 为___（填“A”或“B”），写出阳极的电极反应式___。 6．（15 分）含碳物质的价值型转化，有利于“减碳”和可持续性发展，有着重要的研究 价值。请回答问题： （1）已知 CO 分子中化学键为 C≡O。相关的化学键键能数据如下： 化学键 H—O C≡O C=O H—H E/(kJ·mol−1) 463 1075 803 436 CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g) ΔH=___________kJ·mol−1。下列有利于提高 CO 平衡 转化率的措施有_______________（填标号）。 a．增大压强 b．降低温度 c．提高原料气中 H2O 的比例 d．使用高效催化剂 （2）用惰性电极电解 KHCO3 溶液，可将空气中的 CO2 转化为甲酸根(HCOO−)，然后进 一步可以制得重要有机化工原料甲酸。CO2 发生反应的电极反应式为_______________ _，若电解过程中转移 1 mol 电子，阳极生成气体的体积（标准状况）为_________L。 （3）乙苯催化脱氢制取苯乙烯的反应为： (g)＋CO2(g) (g) ＋CO(g)＋H2O(g)，其反应历程如下： ① 由原料到状态Ⅰ____________能量（填“放出”或“吸收”）。 ② 一定温度下，向恒容密闭容器中充入 2 mol 乙苯和 2 mol CO2，起始压强为 p0，平衡 时容器内气体总物质的量为 5 mol，乙苯的转化率为_______，用平衡分压代替平衡浓度 表示的