2020版高考化学二轮复习第二篇理综化学填空题突破第9题以速率、平衡为中心的原理综合题学案.pdf

第 9 题以速率 平衡为中心的原理综合题 复习建议 4 课时 题型突破2 课时习题 2 课时 1 2018 课标全国 28 采用 N2O5为硝化剂是一种新型的绿色硝化技术 在含能材料 医药等工业中得到广泛应用 回答下列问题 1 1840年 Devil用干燥的氯气通过干燥的硝酸银 得到N2O5 该反应的氧化产物是一种气 体 其分子式为 2 F Daniels等曾利用测压法在刚性反应器中研究了25 时 N2O5 g 分解反应 2N2O5 g 4NO2 g O2 g 2N2O4 g 其中 NO2二聚为 N2O4的反应可以迅速达到平衡 体系的总压强p随时间t的变化如表所示 t 时 N2O5 g 完全分解 t min 0 40 80 160 260 1 300 1 700 p kPa 35 8 40 3 42 5 45 9 49 2 61 2 62 3 63 1 已知 2N2O5 g 2N2O4 g O2 g H1 4 4 kJ mol 1 2NO2 g N2O4 g H2 55 3 kJ mol 1 则反应 N2O5 g 2NO2 g 1 2O 2 g 的 H kJ mol 1 研究表明 N2O5 g 分解的反应速率v 2 10 3 pN2O5 kPa min 1 t 62 min 时 测得 体系中pO2 2 9 kPa 则此时的pN2O5 kPa v kPa min 1 若提高反应温度至35 则 N2O5 g 完全分解后体系压强p 35 63 1 kPa 填 大于 等于 或 小于 原因是 25 时 N2O4 g 2NO2 g 反应的平衡常数Kp kPa Kp为以分压表示的平衡 常数 计算结果保留1 位小数 3 对于反应2N2O5 g 4NO2 g O2 g R A Ogg 提出如下反应历程 第一步N2O5NO2 NO3快速平衡 第二步NO2 NO3 NO NO2 O2慢反应 第三步NO NO3 2NO2快反应 其中可近似认为第二步反应不影响第一步的平衡 下列表述正确的是 填标号 A v 第一步的逆反应 v 第二步反应 B 反应的中间产物只有NO3 C 第二步中NO2与 NO3的碰撞仅部分有效 D 第三步反应活化能较高 解析 1 氯气与硝酸银反应生成N2O5 氯气作氧化剂 还原产物为氯化银 又硝酸银中氮 元素 银元素已经是最高化合价 则只能是氧元素化合价升高 所以气体氧化产物为O2 2 将已知热化学方程式依次编号为a b 根据盖斯定律 由1 2 a b 得 N 2O5 g 2NO2 g 1 2O 2 g H H1 2 H2 2 4 4 55 3 2 2 kJ mol 1 53 1 kJ mol 1 t 62 min时 体系 中pO2 2 9 kPa 根据三段式法得 2N2O5 g 2N2O4 g O2 g 起始35 8 kPa00 转化5 8 kPa5 8 kPa2 9 kPa 62 min30 0 kPa5 8 kPa2 9 kPa 则 62 min 时pN2O5 30 0 kPa v 2 10 3 30 0 kPa min 1 6 0 10 2kPa min 1 刚 性反应容器的体积不变 25 N2O5 g 完全分解时体系的总压强为63 1 kPa 升高温度 从 两 个 方 面 分 析 一 方 面 是 体 积 不 变 升 高 温 度 体 系 总 压 强 增 大 另 一 方 面 2NO2N2O4的逆反应是吸热反应 升温 平衡向生成NO2的方向移动 气体物质的量 增大 故体系总压强增大 N 2O5完全分解生成N2O4和 O2 起始pN2O5 35 8 kPa 其完全分 解时pN2O4 35 8 kPa pO2 17 9 kPa 设 25 平衡时N2O4转化了x 则 N2O42NO2 平衡35 8 kPa x2x 35 8 kPa x 2x 17 9 kPa 63 1 kPa 解得x 9 4 kPa 平衡时 pN2O4 26 4 kPa pNO2 18 8 kPa K p 2NO 2 pN2O4 18 8 2 26 4 kPa 13 4 kPa 3 快速平衡 说明第一步反应的正 逆 反应速率都较大 则第一步反应的逆反应速率大于第二步反应的速率 A项正确 反应的中 间产物除NO3外还有 NO B项错误 有效碰撞才能发生反应 第二步反应慢 说明部分碰撞 有效 C项正确 第三步反应快 说明反应活化能较低 D项错误 答案 1 O2 2 53 1 30 06 0 10 2 大于温度升高 体积不变 总压强增大 NO2二聚为 放热反应 温度提高 平衡左移 体系物质的量增加 总压强增大 13 4 3 AC 2 2018 课标全国 27 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 H 75 kJ mol 1 C s O2 g CO2 g H 394 kJ mol 1 C s 1 2O 2 g CO g H 111 kJ mol 1 该催化重整反应的 H 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 mol 2 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 H kJ mol 1 75 172 活化能 kJ mol 1 催化剂 X 33 91 催化剂 Y 43 72 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 1 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 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2 所示 则 pa CO2 pb CO2 pc CO2 从大到小的顺序为 解析 1 将已知中3 个反应依次记为 根据盖斯定律 2 得该催化重 整反应的 H 111 2 75 394 kJ mol 1 247 kJ mol 1 由于该反应为吸热且 气体体积增大的反应 要提高CH4的平衡转化率 需在高温低压下进行 根据平衡时消耗的 CO2为 1 mol 50 0 5 mol 则消耗的CH4为 0 5 mol 生成的CO和 H2均为 1 mol 根据三 段式法可知平衡时CH4 CO2 CO和 H2的平衡浓度分别为0 75 mol L 1 0 25 mol L 1 0 5 mol L 1 0 5 mol L 1 则平衡常数 K 0 5 mol L 1 2 0 5 mol L 1 2 0 75 mol L 1 0 25 mol L 1 1 3 mol 2 L 2 2 从表格中数据可看出相对于催化剂 X 用催化剂Y催化时积碳反应的活化能大 则 积碳反应的反应速率小 而消碳反应活化能相对小 则消碳反应的反应速率大 再根据题干 信息 反应中催化剂活性会因积碳反应而降低 可知催化剂X劣于催化剂Y 两个反应均吸 热 故随温度升高 K积和K消均增加 且消碳反应速率增加的倍数比积碳反应的大 故A D 正确 由该图像可知在反应时间和p CH4 相同时 图象中速率关系va vb vc 结合沉积碳 的生成速率方程v k p CH4 p CO2 0 5 在p CH4 相同时 随着p CO2 增大 反应速 率逐渐减慢 即可判断 pc CO2 pb CO2 pa CO2 答案 1 247 A 1 3 2 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 3 2018 课标全国 28 三氯氢硅 SiHCl3 是制备硅烷 多晶硅的重要原料 回答下列 问题 1 SiHCl 3在常温常压下为易挥发的无色透明液体 遇潮气时发烟生成 HSiO 2O 等 写出该 反应的化学方程式 2 SiHCl 3在催化剂作用下发生反应 2SiHCl3 g SiH2Cl2 g SiCl4 g H 48 kJ mol 1 3SiH2Cl2 g SiH4 g 2SiHCl3 g H 30 kJ mol 1 则反应 4SiHCl3 g SiH4 g 3SiCl4 g 的 H为 kJ mol 1 3 对于反应2SiHCl3 g SiH2Cl2 g SiCl4 g 采用大孔弱碱性阴离子交换树脂催化剂 在 323 K 和 343 K 时 SiHCl3的转化率随时间变化的结果如图所示 343 K 时反应的平衡转化率 平衡常数K343 K 保留 2 位小数 在 343 K 下 要提高SiHCl3转化率 可采取的措施是 要缩短反应达 到平衡的时间 可采取的措施有 比较 a b 处反应速率大小 va vb 填 大于 小于 或 等于 反应速率v v正 v逆 k正x 2SiHCl 3 k逆xSiH2Cl2xSiCl4 k正 k逆分别为正 逆向反应速率常数 x为 物质的量分数 计算a 处的 v正 v逆 保留 1 位小数 解析 1 SiHCl3遇潮气发生反应生成 HSiO 2O和 HCl 即 2SiHCl3 3H2O HSiO 2O 6HCl 2 将已知热化学方程式依次编号为 根据盖斯定律 由 3 可得 4SiHCl3 g SiH4 g 3SiCl4 g H 3 48 kJ mol 1 30 kJ mol 1 114 kJ mol 1 3 温度越高 反应越先达到平衡 根据图示 左侧曲线对应的温度为343 K 343 K时反 应的平衡转化率为22 设开始时加入SiHCl3的浓度为amol L 1 根据化学方程式和 SiHCl3 的平衡转化率知 达平衡时 SiHCl3 SiH2Cl2 SiCl4的浓度分别为0 78amol L 1 0 11 a mol L 1 0 11 amol L 1 化学平衡常数 K 0 11 a 0 11a 0 78a 2 0 02 根据化学平衡移动 原理并结合该反应特点 及时分离出生成物可提高反应物的转化率 缩短反应达到平衡的时 间 实质就是提高反应速率 可采用加压的方式或选择更为高效的催化剂 温度越高 反 应速率越大 a 点所在曲线对应的温度高于b 点所在曲线对应的温度 所以a 点反应速率大 于 b 点反应速率 a 点所在曲线达到平衡时 v正 v逆 即k正x 2SiHCl 3 k逆xSiH2Cl2xSiCl4 从题图上可知a 点所在曲线平衡时SiHCl3的转化率为22 设投入SiHCl3ymol 则根据三 段式法得 2SiHCl3 g SiH2Cl2 g SiCl 4 g 开始 moly00 转化 mol0 22y0 11y0 11y 平衡 mol0 78y0 11y0 11y 代入k正x 2SiHCl 3 k逆xSiH2Cl2xSiCl4得 k正 0 78 2 k 逆 0 11 2 则k正 k逆 0 11 2 0 78 2 在 a 处 SiHCl3的转化率为20 根据三段式法得 2SiHCl3 g SiH2Cl2 g SiCl4 g 开始 moly00 转化 mol0 2y0 1y0 1y a处 mol0 8y0 1y0 1y 则v 正 v逆 k正x 2SiHCl 3 k逆xSiH2Cl2xSiCl4 k正 k逆 0 8 2 0 1 2 将 代入计算得出v正 v逆 1 3 答案 1