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化学 选择性必修1 化学反应原理 SJ
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1.[江苏化学2023·10,3分]金属硫化物 催化反应
,既可以除去天然气中的,又可以获得 。下列说法
正确的是( )
C
A.该反应的
B.该反应的平衡常数
C.如图所示的反应机理中,步骤Ⅰ可理解为中带部分负电荷的 与催化剂
中的 之间发生作用
D.该反应中每消耗,转移电子的数目约为
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解析 该反应是反应后气体分子数增大的反应,即熵增反应,所以 ,A错误;该反应的化
学平衡常数,B错误;由反应机理图示可知步骤Ⅰ中分子中带部分负电荷的
与催化剂中的之间发生了作用,C正确;由于分子中C元素显价、分子中C元素显
价,所以由化学方程式可知有参与反应时,转移电子,所以每消耗 将转
移电子,即转移电子数约为 ,D错误。
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2.[重庆化学2024·14,3分]醋酸甲酯制乙醇的反应为
。三个 恒容密闭
容器中分别加入醋酸甲酯和氢气,在不同温度下,反应 分钟时
醋酸甲酯物质的量 如图所示。下列说法正确的是( )
D
A.该反应的
B.容器甲中平均反应速率
C.容器乙中当前状态下反应速率(正) (逆)
D.容器丙中乙醇的体积分数为
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【思路导引】
此题虽仅给出三个不同温度下的数据,但可自行构建模型,把三个点用曲线连起来,得到相同时
间内该反应体系中醋酸甲酯的量随温度的变化关系,而拐点应在附近(不一定是 。对于同一
反应,升高温度平衡向吸热反应方向移动,而改变温度时,平衡时的转化率应单调性变化,图中
三点连成的曲线出现拐点,说明经 容器甲中因为温度低,反应慢而未达到平衡,容器丙中已
达到平衡,而因不确定具体拐点在哪里,不能确定容器乙中是否达到平衡。
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解析 由容器乙、丙中 时醋酸甲酯的量可知,升温后,平衡逆向移动,正反应放热,
,A错误; ,
B错误;由【思路导引】可知,无法确定时容器乙中是否达到平衡状态,则无法比较其
(正)、 (逆),C错误;根据题给数据,列三段式:
容器丙中,、、 、
, ,气体体积分数等于物质的量分数,则容器丙中乙醇体积
分数为 ,D正确。
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3.(双选)[山东化学2024·15,4分]逆水气变换反应:
。一定压力下,按、 物质的量之比
投料,、 温度时反应物摩尔分数随时间变化关系如图所示。已知该反应
的速率方程为,、温度时反应速率常数分别为、 。下列说法错误
的是( )
CD
A.
B.、温度下达平衡时反应速率的比值:
C.温度不变,仅改变体系初始压力,反应物摩尔分数随时间的变化曲
线不变
D.温度下,改变初始投料比例,可使平衡时各组分摩尔分数与 温
度时相同
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解析 在投料比一定的情况下,温度越高,反应速率越快,则反应达到平衡所需要的时间越短,
由题给图像可知温度下反应达到平衡所需要的时间比温度下的短,因此 ,相同条件下,
反应速率常数的大小只与温度有关,反应速率常数随温度的升高而增大,则有 ,A正确;
根据速率方程可得 ,该反应的正反应是吸热反应,升高温度平衡正移,则
平衡时有,,因此,所以 ,B正
确;该反应气体总物质的量不变,温度不变时仅改变体系初始压力,平衡不移动,但反应速率会
改变,因此达到平衡所需要的时间也会改变,反应物摩尔分数随时间的变化曲线会改变,C错
误;温度下,投料比 ,符合化学方程式中的计量数之比,因此达到平衡时
与的摩尔分数相等,温度下,若改变初始投料比例,则达到平衡时和 的摩尔分数
不相等,不能使平衡时各组分摩尔分数与 温度时相同,D错误。
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4.[湖南化学2023·13,3分]向一恒容密闭容器中加入 和一定量的
,发生反应:。 的平衡转化率按
不同投料比 随温度的变化曲线如图所示。下列说法错误的是
( )
B
A.
B.反应速率:
C.点、、对应的平衡常数:
D.反应温度为 ,当容器内压强不变时,反应达到平衡状态
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【思路导引】
由题图可知,投料比不变时,随温度的升高 的平衡转化率增大,所以该反应为吸热反应;在相
同的温度下,投料比减小,相当于在的投料量不变的情况下增大 的投料量,当反应
物不止一种时,其他条件不变,增大其中一种反应物的投料量(固体或纯液体除外)会增大其他
反应物的平衡转化率,同时降低自身平衡转化率,故投料比越小, 的平衡转化率越大。
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解析 由题图可知,点对应的平衡转化率大于点,结合分析可知,点对应投料比小于点 ,
故,A正确;点、均为平衡状态,,点的平衡转化率大于点 ,假设两点
的投料量相同,则反应产物、的平衡浓度:点 点 ,两点温度相同,故
, ,B错误;由分析可知,该反应为吸热反应,随温度升高,平衡常数增大,
点、温度相同,则平衡常数: ,C正确;该反应为反应前后气体分子数改变的反
应,恒温恒容条件下,随着反应的进行容器内压强改变,当压强不变时,反应达到平衡状态,D
正确。
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5.[江苏化学2024·13,3分]二氧化碳加氢制甲醇过程中的主要反应(忽略其他副反应)为
,下,将一定比例、 混合气匀速通过装有催化剂的绝热反应管。装置及
、、 位点处(相邻位点距离相同)的气体温度、和 的体积分数如图所示。下
列说法正确的是( )
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A.处与处反应①的平衡常数 相等
B.反应②的焓变
C.处的的体积分数大于 处
D.混合气从起始到通过处,的生成速率小于 的生成速率
√
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解析 温度不同,平衡常数不相等,A错误;反应体系为绝热体系,由题图可知,随着反应的进
行,体系温度先升高后基本保持不变,反应①为吸热反应,则反应②为放热反应,即 ,B
错误;相对 温度较高,说明反应②进行程度更大,体系中气体的总物质的量减少,且温度升
高,促进反应①正向进行,的物质的量增大,所以 的体积分数增大,C正确;由题图
知,处的体积分数小于的体积分数,说明混合气从起始到通过 处,反应②生成
的速率小于反应①生成的速率-反应②消耗的速率,故的生成速率小于 的生
成速率,D错误。
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6.[福建化学2023·13节选]探究甲醇对丙烷制丙烯的影响。
丙烷制烯烃过程主要发生的反应有
ⅲ.
已知:为用气体分压表示的平衡常数,分压 物质的量分数×总压强。
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(1)在、下,丙烷单独进料时,平衡体系中各组分的体积分数 见下表。
组分
/% 21.0 23.7 55.2 0.1 0.0
①从初始进料到体系达平衡时,反应ⅰ、ⅱ、ⅲ消耗丙烷的平均速率从大到小的顺序为反应____
反应____ 反应____(填序号)。
ⅱ
ⅰ
ⅲ
解析 根据平衡体积分数 (甲烷) (乙烯) (丙烯),消耗丙烷生成 丙
烯或乙烯或甲烷,可知反应速率: ⅲ。
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②平衡体系中检测不到,可认为存在反应: ,下列相关说
法正确的是____(填序号)。
.
.
.使用催化剂,可提高丙烯的平衡产率
.平衡后再通入少量丙烷,可提高丙烯的体积分数
解析 目标反应 反应反应ⅲ,故,正确;分压 物质的量分数×总压强
体积分数×总压强,故, 正确;
催化剂不能影响平衡, 错误;通入丙烷平衡正向移动,根据勒夏特列原理并不能够将丙烷增加
的影响消除,因此丙烯的体积分数会降低, 错误。
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③由表中数据推算:丙烯选择性 ________________________________
(列出计算式并计算出结果)。
解析 在相同条件下,物质的量之比等于体积之比,同时消耗丙烷生成丙烯或 乙
烯或 甲烷,生成乙烯时同时生成等量的甲烷,因此丙烯的选择性
。
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(2)丙烷甲醇共进料时,还发生反应:
ⅳ.
在、 下,平衡体系中各组分体积分数与进料比的关系如图所示。
解析 ⅲ. ,ⅳ.
,目标反应反应ⅲ 反应ⅳ,故
;甲醇投料增加,氢气增多,导致反应ⅰ逆移,则丙烯体积分数降低。
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①进料比(丙烷)(甲醇) 时,体系总反应
_____ 。
②随着甲醇投料增加,平衡体系中丙烯的体积分数降低的原因是____________________________
________________________________。
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甲醇投料增加,氢气增多,导致反应ⅰ逆移,则丙烯体积分数降低
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7.[江苏化学2023·17节选]空气中含量的控制和 资源利用具有重要意义。
(1)合成尿素是利用 的途径之一。尿素合成主要通过下列反应实现
反应Ⅰ:
反应Ⅱ:
①密闭体系中反应Ⅰ的平衡常数与温度的关系如图甲所示,反应Ⅰ的 ____
(填“”“”或“ ”)。
解析 由图像可知温度升高、 减小,即随着温度的升高、平衡常数逐渐减小,
则该反应正反应是放热反应,即 。
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②反应体系中除发生反应Ⅰ、反应Ⅱ外,还发生尿素水解、尿素缩合生成缩二脲
和尿素转化为氰酸铵等副反应。尿素生产中实际投入和 的物质的量之比为
,其实际投料比值远大于理论值的原因是____________________________
_____________________________________。
适当抑制副反应的发生;和的投料比值越大、的转化率越高
解析 已知反应中会发生尿素水解、尿素缩合生成缩二脲、尿素转化为氰酸铵等副反应,副反应
有氨气生成,实际生产中增加投料比可以适当抑制副反应的发生;而且和 都是反应物,
和的投料比值越大、 的转化率越高。
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8.[全国新课标化学 ,15分]氨是最重要的化学品之一,我国目前氨的生产能力位居世
界首位。回答下列问题:
(1)根据图甲数据计算反应的_____ 。
甲 能量转换关系
解析 根据题图中的能量数据可知,题给反应的
。
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(2)研究表明,合成氨反应在 催化剂上可能通过图乙机理进行(*表示催化剂表面吸附位,
表示被吸附于催化剂表面的 )。判断上述反应机理中,速率控制步骤(即速率最慢步骤)
为________(填步骤前的序号),理由是______________________________________________。
(ⅰ)
(ⅱ)
(ⅲ)
(ⅳ)
……
乙 反应机理
(ⅱ)
分子中键能很高,解离为原子所需能量最多
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解析 在该反应历程中,步骤(ⅰ)和(ⅲ)为吸附过程,释放能量;步骤 形成共价键,释
放能量;步骤(ⅱ)和(ⅳ)破坏共价键,需要吸收能量。又因键的键能大于 键的键能,
所以步骤(ⅱ)需要吸收更多的能量,使得该步骤反应速率最慢,成为速率控制步骤。
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(3)合成氨催化剂前驱体(主要成分为)使用前经还原,生成包裹的 。已
知属于立方晶系,晶胞参数,密度为。则晶胞中含有 的原
子数为_ _______________(列出计算式,阿伏加德罗常数的值为 )。
解析 晶胞的体积,则 晶胞的质量
,1个原子的质量为,因此晶胞含有的 原子数为
。
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(4)在不同压强下,以两种不同组成进料,反应达平衡时氨的摩尔分数与温度的计算结果如图
丙、丁所示。其中一种进料组成为、,另一种为 、
、。(物质的摩尔分数: )
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①图中压强由小到大的顺序为_____________,判断的依据是_______________________________
______________________________________________________。
合成氨为分子数减少的反应,相同温度下,压强越大,产物氨的平衡产率越高,摩尔分数越大
解析 的正反应是气体总物质的量减小的反应,在其他条件不变的情
况下,增大压强平衡正移,平衡时的摩尔分数增大,根据图像可知 。
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②进料组成中含有惰性气体 的图是____。
丁
解析 不参与反应,两种进料组成中与的物质的量之比均为 ,在总压强不变的情况下
加入相当于按比例减小了与反应有关的气体的压强,则当温度和总压强不变时,加入了 的体
系正向进行的程度低于未加入的体系,即加入了的体系达到平衡时 的摩尔分数低于未加
入的体系,因此图丁表示进料组成中含有 的体系。
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③图丙中,当、时,氮气的转化率 _ ______________。该温度时,反
应的平衡常数_ __ (化为最简式)。
(或)
解析 设图丙体系的进料组成为和,达到平衡时转化了 ,可得三段式:
结合题中信息可得,解得,即平衡时的转化率为 。平衡时,气体总物质
的量为,、、的物质的量分别为、、,即 、
、的物质的量分数分别为0.2、0.6、 ,因此
, ,压强平衡常数
。
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1.标准状况下,气态反应物和生成物的相对能量与反应历程如图所示,反应历程Ⅱ为有催化剂存
在时的变化情况。下列说法错误的是( )
D
A.反应历程Ⅰ中,断键所吸收的能量小于成键所释放
的能量
B.
C.标准状况下,和 的能量高于
的能量
D.反应历程Ⅱ中第一步的热化学方程式为
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解析 反应历程Ⅰ中,断键所吸收的能量为 ,成键所释放的能量为
,由题图知,断键所吸收的能量小于成键所释放的能量,A正确; 生成
物总能量-反应物总能量,催化剂不能改变反应的焓变,因此有 ,则得
,B正确;由题图反应历程Ⅰ知,和 的能量高于
的能量,C正确;反应历程Ⅱ中第一步反应的热化学方程式为
,D错误。
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2.双氧水、盐酸和在催化剂作用下,制备1,或2, 的反应如下:
达到平衡时,的转化率和 随温度的变化如图
所示,下列说法正确的是( )
C
A. 时,催化剂的活性最强
B.②点的一定大于①点的
C.高于时,的转化率下降可能是由于 分解
D.时,若反应进行后达到平衡,则 内1,
的平均生成速率约为
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解析 时, 的平衡转化率最高,催化剂不影响反应物的平衡转化率,无法判断催化剂此时
活性是否最强,A错误;②点与①点的转化率相同,不考虑分解及 挥发的情况下,各
反应物的浓度相等,②点的温度高,但催化剂的活性与速率常数均受温度的影响,因此②点的
不一定大于①点的,B错误;高于时,可能会受热加快分解,导致 转化率下降,
C正确;时,反应达到平衡,的转化率是,参与反应的的物质的量为 ,此时
,由题意可得关系式:,(或2,),则生成1, 的物质
的量,故内1, 的平均生成速率约为
, 错误。
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3.乙炔可在催化剂作用下发生选择性加氢反应转化为乙烯。该反应速率方程为
,、为速率常数,只与温度、催化剂有关 。
(1)该过程在催化剂表面的反应机理如图甲,其中吸附在 表面上的物种用*标注。
吸附阶段发生反应 ,该反应在低温时自发趋势较大,理由是____
____________________________________________________________________________________。
该反应的,气体被催化剂吸附导致熵减,则,低温时才能满足
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(2)已知实际生产过程中往往伴随副反应: ,在密闭容器中充入
和,发生上述两个反应,测得 平衡转化率与温度、压强的关系如图乙所
示。在、下的选择性等于选择性。 下,主反应的平
衡常数______为用气体分压计算的平衡常数,气体分压 气体总压强×气体的物质
的量分数 。
1.75
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解析 时,设平衡时、的物质的量分别为、 :
由题图乙可知,在、下的平衡转化率为,则,在 、
下的选择性等于,则,解得, ,平衡时
,,, ,则反应体系中
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气体总物质的量为,则 下,主反应的平衡常
数 。
(3)在两个相同的恒容密闭容器中,各加入和 ,分别选用两种催化剂,反应
进行相同时间,测得 的转化率随反应温度的变化如图丙所示。
已知:在 温度范围内,同一温度下,催化剂Ⅰ、Ⅱ对该反应的催化效果不同。使用催化
剂Ⅰ时反应的活化能______催化剂Ⅱ(填“大于”“小于”或“等于”)。温度高于 时,
的转化率降低的原因可能是__________________________________。
小于
反应放热,温度升高,平衡逆向移动
解析 前,相同温度条件下,相同时间内催化剂Ⅰ对应的转化率更高,说明使用催化剂Ⅰ时反
应速率更快,活化能更小。两种催化剂在相同温度下的催化效果不同,但温度为 时,转化率
相同,且随温度升高转化率降低,说明 时反应达到平衡,随温度升高,转化率降低的原因是
反应放热,温度升高,平衡逆向移动。
52
$$