《高中化學(xué)》第37講化學(xué)反應(yīng)的方向與調(diào)控

PAGE第37講化學(xué)反應(yīng)的方向與調(diào)控層次1基礎(chǔ)性1.(2021·浙江選考卷)相同溫度和壓強(qiáng)下,關(guān)于物質(zhì)熵的大小比較,合理的是()A.1molCH4(g)<1molH2(g)B.1molH2O(g)<2molH2O(g)C.1molH2O(s)>1molH2O(l)D.1molC(s,金剛石)>1molC(s,石墨)2.(2023·廣東梅州聯(lián)考)下列說法正確的是()A.自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)不需要任何條件,就可以發(fā)生反應(yīng)B.ΔH<0的反應(yīng)一定能自發(fā)進(jìn)行C.增大反應(yīng)物濃度,可增大活化分子百分?jǐn)?shù),從而增加有效碰撞的次數(shù)D.反應(yīng)A(g)2B(g),若正反應(yīng)的活化能為EakJ·mol-1,逆反應(yīng)的活化能為EbkJ·mol-1,則ΔH=(Ea-Eb)kJ·mol-13.(2023·廣東廣州聯(lián)考)下列對化學(xué)反應(yīng)預(yù)測正確的是()選項化學(xué)方程式已知條件預(yù)測AM(s)X(g)+Y(s)ΔH>0它一定是非自發(fā)反應(yīng)BW(s)+xG(g)2Q(g)ΔH<0,自發(fā)反應(yīng)x可以等于3C4X(g)+5Y(g)4W(g)+6G(g)能自發(fā)反應(yīng)ΔH一定小于0D4M(s)+N(g)+2W(l)4Q(s)常溫下,自發(fā)進(jìn)行ΔH>04.一定條件下:2NO2(g)N2O4(g)ΔH<0。在測定NO2的相對分子質(zhì)量時,下列條件中,測定結(jié)果誤差最小的是()A.溫度0℃、壓強(qiáng)50kPaB.溫度130℃、壓強(qiáng)300kPaC.溫度25℃、壓強(qiáng)100kPaD.溫度130℃、壓強(qiáng)50kPa5.(2023·廣東廣州統(tǒng)考)空燃比是指機(jī)動車內(nèi)燃機(jī)氣缸內(nèi)混合氣中空氣與燃料之間的質(zhì)量比例,通過調(diào)節(jié)空燃比可控制機(jī)動車尾氣中CO、NOx、碳?xì)浠衔锏任廴疚锏呐欧?。?nèi)燃機(jī)工作時,氣缸中會發(fā)生反應(yīng)N2(g)+O2(g)2NO(g)ΔH=+180kJ·mol-1,下列說法正確的是()A.上述反應(yīng)在高溫下可以自發(fā)進(jìn)行,則該反應(yīng)ΔS>0B.上述反應(yīng)平衡常數(shù)表達(dá)式K=cC.氣缸內(nèi)溫度升高,正反應(yīng)速率加快,逆反應(yīng)速率減慢D.實(shí)際應(yīng)用中,控制氣缸內(nèi)空燃比越小,機(jī)動車尾氣對環(huán)境的污染越小6.化學(xué)家PaulSabatier研究發(fā)現(xiàn),CO2在催化劑作用下能夠轉(zhuǎn)化為甲烷,即Sabatier反應(yīng):CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)ΔH1<0;副反應(yīng):CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH2>0。(1)研究發(fā)現(xiàn),若其他條件不變,壓強(qiáng)對CO2的轉(zhuǎn)化率和CH4的選擇性的影響如圖所示?；どa(chǎn)上,通常選取0.1MPa而不選取更高的壓強(qiáng),原因是。(2)t℃時,向某剛性容器中充入1molCO2和1molH2,若僅發(fā)生Sabatier反應(yīng),下列說法正確的是(填字母)。a.H2的轉(zhuǎn)化率先逐步減小后保持不變b.CO2的正反應(yīng)速率先逐步減小后保持不變c.反應(yīng)混合物的密度始終保持不變d.該反應(yīng)的平衡常數(shù)先逐步減小后保持不變層次2綜合性7.在密閉容器中充入足量的FeO(s)和適量O2(g),在一定條件下發(fā)生反應(yīng)6FeO(s)+O2(g)2Fe3O4(s)ΔH<0,達(dá)到平衡時,測得O2濃度為amol·L-1;保持溫度不變,縮小容積至原來的四分之一,重新達(dá)到平衡時,測得O2濃度為cmol·L-1,下列有關(guān)說法正確的是()A.上述反應(yīng)為熵減反應(yīng),在較高溫度下能自發(fā)進(jìn)行B.恒溫恒容條件下平衡后,再充入O2,O2的平衡轉(zhuǎn)化率減小C.當(dāng)FeO(s)或Fe3O4(s)的物質(zhì)的量保持不變時達(dá)到平衡狀態(tài)D.溫度不變,達(dá)到新平衡時,c=4a8.溫度為T℃,壓強(qiáng)為1.01×105Pa時,某密閉容器中發(fā)生反應(yīng)A(g)+aB(?)3C(g)+D(s),達(dá)到平衡時,測得c(A)=0.4mol·L-1;壓縮容器,使壓強(qiáng)增大至2.02×105Pa,第二次達(dá)到平衡時,測得c(A)=0.72mol·L-1,繼續(xù)壓縮容器,使壓強(qiáng)增大至5.05×105Pa,第三次達(dá)到平衡時,測得c(A)=2.2mol·L-1。則下列說法不正確的是()A.第二次達(dá)到平衡時,B為氣態(tài)B.a>2C.第一次達(dá)到平衡后,增大壓強(qiáng),平衡逆向移動D.第三次達(dá)到平衡時,B為非氣態(tài)9.將一定量純凈的氨基甲酸銨置于特制的密閉真空容器中(假設(shè)容器容積不變,固體試樣體積忽略不計),使其達(dá)到分解平衡:NH2COONH4(s)2NH3(g)+CO2(g)。該條件下的平衡數(shù)據(jù)如下表,下列說法正確的是()溫度/℃15.020.025.030.035.0平衡總壓強(qiáng)/kPa5.78.312.017.124.0平衡氣體總濃度2.43.44.86.89.4A.該可逆反應(yīng)達(dá)到平衡的標(biāo)志之一是混合氣體平均相對分子質(zhì)量不變B.因該反應(yīng)熵變ΔS大于0,焓變ΔH大于0,所以在低溫下正向自發(fā)進(jìn)行C.達(dá)到平衡后,若在恒溫下壓縮容器容積,氨基甲酸銨固體的質(zhì)量增加D.根據(jù)表中數(shù)據(jù),計算15.0℃時的NH3平衡濃度為1.6mol·L-110.二氧化碳加氫合成二甲醚(CH3OCH3)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和廣闊的應(yīng)用前景。該方法主要涉及下列反應(yīng):反應(yīng)Ⅰ:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)ΔH1=-49.0kJ·mol-1反應(yīng)Ⅱ:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH2=+41.2kJ·mol-1反應(yīng)Ⅲ:2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)ΔH3=-24.5kJ·mol-1向恒壓密閉容器中按n(CO2)∶n(H2)=1∶3通入CO2和H2,平衡時各含碳物種的體積分?jǐn)?shù)隨溫度的變化如圖所示。下列有關(guān)說法正確的是()A.反應(yīng)Ⅰ的平衡常數(shù)可表示為K=cB.圖中曲線b表示CO2的平衡體積分?jǐn)?shù)隨溫度的變化C.510K時,反應(yīng)至CH3OCH3的體積分?jǐn)?shù)達(dá)到X點(diǎn)的值,延長反應(yīng)時間不能提高CH3OCH3的體積分?jǐn)?shù)D.增大壓強(qiáng)有利于提高平衡時CH3OCH3的選擇性(CH3OCH3的選擇性=2×C11.合成氨工業(yè)中,原料氣(N2、H2及少量CO、NH3的混合氣)在進(jìn)入合成塔前常用醋酸二氨合銅(Ⅰ)溶液來吸收原料氣中的CO,其反應(yīng)是[Cu(NH3)2]Ac+CO+NH3[Cu(NH3)3]Ac·COΔH<0。(1)必須除去原料氣中CO的原因是。(2)醋酸二氨合銅(Ⅰ)溶液吸收CO的適宜生產(chǎn)條件應(yīng)是。(3)吸收CO后的醋酸二氨合銅(Ⅰ)溶液經(jīng)過適當(dāng)處理又可再生,恢復(fù)其吸收CO的能力以供循環(huán)使用。醋酸二氨合銅(Ⅰ)溶液再生的適宜生產(chǎn)條件應(yīng)是。12.運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)原理研究化學(xué)反應(yīng)有重要意義。(1)硫酸生產(chǎn)中,SO2催化氧化生成SO3:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),混合體系中SO3的百分含量和溫度的關(guān)系如圖1所示(曲線上任何一點(diǎn)都表示平衡狀態(tài))。圖1①若在恒溫、恒壓條件下向上述平衡體系中通入氦氣,平衡(填“向左”“向右”或“不”)移動。②若反應(yīng)進(jìn)行到狀態(tài)D時,v(正)(填“>”“<”或“=”)v(逆)。(2)課本里介紹的合成氨技術(shù)叫哈伯法:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)ΔH<0,應(yīng)用此法反應(yīng)達(dá)到平衡時反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率不高。①能使該反應(yīng)的反應(yīng)速率增大,且平衡向正反應(yīng)方向移動的措施是(填字母)。A.使用更高效的催化劑B.升高溫度C.及時分離出氨D.充入氮?dú)?增大氮?dú)獾臐舛?保持容器容積不變)②若在某溫度下,2L的密閉容器中發(fā)生合成氨的反應(yīng),圖2表示N2的物質(zhì)的量隨時間的變化曲線。用H2表示0~10min內(nèi)該反應(yīng)的平均速率v(H2)=。從第11min起,壓縮容器的容積為1L,則n(N2)的變化曲線為(填字母)。圖2層次3創(chuàng)新性13.(2023·廣東汕頭金山中學(xué)三模)丙烯是石化工業(yè)的基礎(chǔ)原料,也是重要的有機(jī)化工原料。近年來,丙烷脫氫制丙烯工藝備受關(guān)注。丙烷脫氫過程的主反應(yīng)為反應(yīng)①:C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)ΔH1=+124.27kJ·mol-1副反應(yīng)為反應(yīng)②:C3H8(g)CH4(g)+C2H4(g)ΔH2=+81.30kJ·mol-1反應(yīng)③:C2H4(g)+H2(g)C2H6(g)ΔH3=-136.94kJ·mol-1反應(yīng)④:C3H8(g)+H2(g)CH4(g)+C2H6(g)ΔH4(1)對于反應(yīng)④,ΔH4=kJ·mol-1。(2)該體系平衡時,下列說法正確的是(填字母)。A.增大壓強(qiáng),反應(yīng)④平衡不移動B.單位時間內(nèi)消耗丙烯的物質(zhì)的量等于消耗丙烷的物質(zhì)的量C.增大壓強(qiáng),氣體平均摩爾質(zhì)量增大D.選擇適當(dāng)催化劑能提高丙烷平衡轉(zhuǎn)化率和丙烯選擇性(3)丙烷脫氫過程的主、副反應(yīng)平衡常數(shù)Kp與溫度T(K)的關(guān)系曲線如下圖。(ⅰ)從熱力學(xué)的角度分析,在高溫條件下,C—C鍵斷裂的裂解反應(yīng)比C—H鍵斷裂的脫氫反應(yīng)容易,由此可知,代表反應(yīng)①的平衡常數(shù)Kp與溫度T(K)的關(guān)系曲線的是(填“Ⅰ”“Ⅱ”“Ⅲ”或“Ⅳ”)。(ⅱ)若僅考慮反應(yīng)①,在溫度為T、起始壓強(qiáng)為p時,在剛性容器中加入一定量的丙烷,經(jīng)過一段時間后,測得反應(yīng)①丙烷平衡轉(zhuǎn)化率為60%,則反應(yīng)①的Kp=。(ⅲ)下列哪些措施能提高丙烯的產(chǎn)率(填字母)。A.優(yōu)良的催化劑 B.低壓C.適當(dāng)?shù)厣邷囟?D.高壓E.通入氫氣(4)在常壓下,不同溫度下、不同水烴比(M,1mol丙烷中加入水蒸氣的物質(zhì)的量)的反應(yīng)①丙烷脫氫平衡轉(zhuǎn)化率曲線如下圖。由圖可知,溫度為800K,最佳水烴比=,原因是。第37講化學(xué)反應(yīng)的方向與調(diào)控1.B解析CH4(g)和H2(g)物質(zhì)的量相同,且均為氣態(tài),CH4(g)含有的原子總數(shù)多,CH4(g)的摩爾質(zhì)量大,所以熵值1molCH4(g)>1molH2(g),A錯誤;相同狀態(tài)的相同物質(zhì),物質(zhì)的量越大,熵值越大,所以熵值1molH2O(g)<2molH2O(g),B正確;等量的相同物質(zhì),熵值關(guān)系為S(g)>S(l)>S(s),所以熵值1molH2O(s)<1molH2O(l),C錯誤;從金剛石和石墨的結(jié)構(gòu)組成上來看,金剛石的微觀結(jié)構(gòu)更有序,熵值更低,所以熵值1molC(s,金剛石)<1molC(s,石墨),D錯誤。2.D解析自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)可能需要引發(fā),如燃燒反應(yīng)需要點(diǎn)燃,A錯誤;ΔH<0的反應(yīng)不一定能自發(fā)進(jìn)行,比如高溫下熵變減小的反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行,B錯誤;增大反應(yīng)物濃度,單位體積內(nèi)分子數(shù)目增大,活化分子數(shù)目增大,但活化分子百分?jǐn)?shù)不變,從而增加有效碰撞的次數(shù),C錯誤;反應(yīng)A(g)2B(g),焓變等于反應(yīng)物的活化能減去生成物的活化能,若正反應(yīng)的活化能為EakJ·mol-1,逆反應(yīng)的活化能為EbkJ·mol-1,則ΔH=(Ea-Eb)kJ·mol-1,D正確。3.B解析A項,由方程式可知,該反應(yīng)為熵增的吸熱反應(yīng),高溫條件下,反應(yīng)ΔH-TΔS<0,能自發(fā)進(jìn)行;B項,若x等于3,該反應(yīng)為熵減的放熱反應(yīng),反應(yīng)ΔH-TΔS可能小于0,能自發(fā)進(jìn)行;C項,由方程式可知,該反應(yīng)為熵增的反應(yīng),反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行,說明ΔH-TΔS<0,則反應(yīng)的焓變可以大于0,也可以小于0;D項,由方程式可知,該反應(yīng)為熵減的反應(yīng),反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行,說明反應(yīng)ΔH-TΔS<0,則反應(yīng)的焓變小于0;故選B。4.D解析測定二氧化氮的相對分子質(zhì)量,要使測定結(jié)果誤差最小,應(yīng)該使混合氣體中NO2的含量越多越好,為了實(shí)現(xiàn)該目的,應(yīng)該改變條件使平衡盡可能地逆向移動。該反應(yīng)是一個反應(yīng)前后氣體分子數(shù)減小的放熱反應(yīng),可以通過減小壓強(qiáng)、升高溫度使平衡逆向移動,則選項中,溫度高的為130℃,壓強(qiáng)低的為50kPa,結(jié)合二者選D。5.A解析該反應(yīng)是吸熱反應(yīng),ΔH>0,高溫條件下反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行,說明T很大時ΔH-TΔS<0,則ΔS>0,A正確;由方程式可知,反應(yīng)平衡常數(shù)表達(dá)式K=c2(NO)c(N2)·c(O2),B6.答案(1)雖然增大壓強(qiáng)可使CO2的轉(zhuǎn)化率和CH4的選擇性稍有增大,但能耗更大、成本更高,綜合經(jīng)濟(jì)效益下降(其他合理說法也可,如0.1MPa下,CO2的轉(zhuǎn)化率和CH4的選擇性已經(jīng)較高,再進(jìn)一步增大壓強(qiáng),CO2的轉(zhuǎn)化率和CH4的選擇性變化不大,且加壓會增大設(shè)備投資和能耗)(2)bc解析(1)根據(jù)題圖可以得出壓強(qiáng)大于0.1MPa時,CO2的轉(zhuǎn)化率和CH4的選擇性變化已經(jīng)不明顯,如果繼續(xù)增大壓強(qiáng),會增大設(shè)備投資和能耗,反而降低了生產(chǎn)效益。(2)根據(jù)題意,隨著反應(yīng)進(jìn)行,H2的消耗量越來越多,其轉(zhuǎn)化率越來越大,達(dá)到平衡后保持定值,a錯誤;隨著反應(yīng)進(jìn)行,正反應(yīng)速率逐漸減小,當(dāng)正、逆反應(yīng)速率相等時達(dá)到平衡狀態(tài),b正確;混合物的質(zhì)量不變,容器容積不變,故密度不變,c正確;化學(xué)平衡常數(shù)僅隨溫度的改變而改變,若溫度始終為t℃,平衡常數(shù)保持不變,d錯誤。7.C解析A項,根據(jù)題給反應(yīng)式可知:反應(yīng)物只有O2是氣體,產(chǎn)物是固體,它是熵減反應(yīng),正反應(yīng)是放熱反應(yīng),由復(fù)合判據(jù)知,它在較低溫度下能自發(fā)進(jìn)行,A錯誤;B項,恒溫條件下,化學(xué)平衡常數(shù)不變,再充入氧氣,化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動,最終平衡時O2濃度不變,氧氣的平衡轉(zhuǎn)化率增大,B錯誤;C項,當(dāng)固體質(zhì)量或物質(zhì)的量保持不變時,說明正反應(yīng)速率等于逆反應(yīng)速率,C正確;D項,假設(shè)化學(xué)平衡不移動,當(dāng)縮小容積至原容器容積的14時,則氧氣濃度增至原來的4倍。實(shí)際上,縮小容積時化學(xué)平衡向氣體體積減小的正反應(yīng)方向移動,導(dǎo)致氧氣濃度減小。當(dāng)?shù)诙芜_(dá)到平衡時,因溫度不變,平衡常數(shù)K不變,則根據(jù)平衡常數(shù)表達(dá)式可知:K=1c(O2),8.C解析壓強(qiáng)由1.01×105Pa增大到2.02×105Pa,即為原來的兩倍時,平衡時A的濃度小于原來的兩倍,所以加壓平衡正向移動,則該反應(yīng)是氣體分子數(shù)減小的反應(yīng),所以第二次達(dá)到平衡時B是氣體,1+a>3,即a>2,A、B項正確,C項錯誤;壓強(qiáng)由2.02×105Pa增大到5.05×105Pa,即為原來的2.5倍時,平衡時A的濃度大于原來的2.5倍,所以平衡逆向移動,則加壓后該反應(yīng)是氣體分子數(shù)之和增大的反應(yīng),所以第三次達(dá)到平衡時B為非氣態(tài),D項正確。9.C解析根據(jù)化學(xué)方程式NH2COONH4(s)2NH3(g)+CO2(g)可知,生成的氣體的物質(zhì)的量之比始終是2∶1,所以氣體的平均相對分子質(zhì)量始終不變,故不能作為達(dá)到平衡狀態(tài)的判斷依據(jù),A項錯誤;從表中數(shù)據(jù)可以看出,隨著溫度升高,氣體的總濃度增大,平衡正向移動,則該反應(yīng)的正反應(yīng)為吸熱反應(yīng),ΔH>0,反應(yīng)中固體變?yōu)闅怏w,混亂度增大,ΔS>0,根據(jù)ΔG=ΔH-TΔS可知反應(yīng)在高溫下正向自發(fā)進(jìn)行,B項錯誤;壓縮容器容積,氣體壓強(qiáng)增大,平衡逆向移動,氨基甲酸銨固體的質(zhì)量增加,C項正確;反應(yīng)中生成的氨和二氧化碳的濃度之比為2∶1,總濃度為2.4×10-3mol·L-1,所以氨的濃度為1.6×10-3mol·L-1,D項錯誤。10.D解析反應(yīng)Ⅰ中H2O也是氣態(tài),所以平衡常數(shù)為K=c(CH3OH)·c(H2O)c(CO2)·c3(H2),A錯誤;只有反應(yīng)Ⅲ涉及CH3OCH3,反應(yīng)Ⅲ焓變小于0,升高溫度平衡逆向移動,所以CH3OCH3的體積分?jǐn)?shù)會隨溫度升高而降低,則b代表的應(yīng)該是CH3OCH3,a代表CO2,B錯誤;b代表的應(yīng)該是CH3OCH3,X點(diǎn)位于曲線下方,所以延長反應(yīng)時間可以提高CH3OCH3的體積分?jǐn)?shù),C錯誤;反應(yīng)Ⅰ為氣體化學(xué)計量數(shù)之和減小的反應(yīng),反應(yīng)Ⅱ、Ⅲ均為氣體化學(xué)計量數(shù)之和不變的反應(yīng),增大壓強(qiáng),反應(yīng)Ⅰ平衡正向移動,CH11.答案(1)防止CO使催化劑中毒(2)低溫、高壓(3)高溫、低壓解析合成氨的流程中的除雜,是為了除去能使催化劑中毒的物質(zhì)。題中指出:在合成氨的過程中必須除去CO,因此CO是屬于使催化劑中毒的物質(zhì)。從吸收CO的化學(xué)方程式可得:吸收CO的反應(yīng)是正反應(yīng)氣體體積縮小的放熱反應(yīng),因此為了使CO盡最大可能地被吸收,應(yīng)采取高壓、低溫的辦法使平衡正向移動,要使醋酸二氨合銅(Ⅰ)溶液再生,即使平衡逆向移動,故必須采取低壓、高溫的辦法。12.答案(1)①向左②>(2)①D②0.06mol·L-1·min-1d解析(1)①恒溫恒壓條件下,向題述平衡體系中通入氦氣,則反應(yīng)容器的容積會增大,平衡會向氣體分子數(shù)增大的方向(向左)移動。②反應(yīng)進(jìn)行到狀態(tài)D時沒有達(dá)到平衡,反應(yīng)向右進(jìn)行,所以v(正)>v(逆)。(2)①該反應(yīng)是一個氣體分子數(shù)減小的放熱反應(yīng),升高溫度,平衡逆向移動;使用更高效的催化劑,反應(yīng)速率增大,但平衡不移動;分離出氨,平衡雖然正向移動,但反應(yīng)速率減小;充入氮?dú)?平衡正向移動且反應(yīng)速率增大。②0~10min時,N2從0.6mol減少到0.2mol,變化量為0.4mol,則H2的變化量為1.2mol,v(H2)=1.2mol2L10min=0.06mol·L-1·min-1。平衡時壓縮容器的容積,氣體的壓強(qiáng)增大,平衡正向移動,N13.答案(1)-55.64(2)C(3)(ⅰ)Ⅳ(ⅱ)0.9p(ⅲ)ABC(4)15恒