[课后分层练(11)] 多重因素影响下的化学平衡分析-【正禾一本通】2025-2026学年高二化学选择性必修1同步课堂高效讲义配套练习（人教版单选）

[课后分层练（十一）]　多重因素影响下的化学平衡分析 （限时40 min，非选择题50分） 1．以CO2、H2为原料合成CH3OH的反应是研究热点之一，该反应体系涉及的反应如下： Ⅰ.CO2(g)＋3H2(g)⥫⥬CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH1＝－49 kJ·mol-1 Ⅱ.CO2(g)＋H2(g)⥫⥬CO(g)＋H2O(g)　ΔH2＝＋41.2 kJ·mol-1 (1)在密闭容器中，保持投料比不变，将CO2和H2按一定流速通过反应器，一段时间后，测得CO2转化率(α)和甲醇选择性[x(CH3OH)＝×100%]随温度(T)变化关系如图所示。若233～250 ℃时催化剂的活性受温度影响不大，则236 ℃后图中曲线下降的原因是________________________________________________________________________。 (2)若气体流速过大，CO2的转化率会降低，原因是________________________________________________________________________ 答案：(1)主反应放热，副反应吸热，升温使主反应平衡逆向移动程度大于副反应平衡正向移动程度，因而使CO2转化率和甲醇选择性下降 (2)气体流速过大，使得气体在容器中未能充分反应，还未达到化学平衡就被排出，导致CO2的转化率降低 2．（2025·北京海淀人大附中期中）短程硝化­厌氧氨氧化工艺的目的是将氨氮（NH）废水中的氮元素转变为N2脱除，其机理如下： NHNON2 资料：氧气浓度过高时，NO会被氧化成NO。 (1)废水溶解氧浓度(DO)对氮的脱除率的影响如图所示。当DO＞2 mg/L时，氮的脱除率为0，其原因可能是厌氧氨氧化菌被抑制，Ⅱ中反应无法发生；还有可能是____________________________________________________________。 (2)经上述工艺处理后，排出的水中含有一定量的NO，加入铁粉能有效除去NO。该过程涉及的三个反应（a、b和c）如图：在整个反应过程中几乎监测不到NH浓度的增加。请从化学反应速率的角度解释其原因：________________________________________________________________________。 答案：(1)Ⅰ中产生的NO全部被氧化为NO，Ⅱ中反应因无反应物而无法发生 (2)NH的消耗速率大于其生成速率，即反应速率c＞b 3．CH4与CO2的干法重整(DRM)反应可同时转化两种温室气体，并制备CO和H2。主要反应如下： 反应Ⅰ：CH4(g)＋CO2(g)⥫⥬2CO(g)＋2H2(g)　ΔH1＝＋247 kJ·mol-1； 反应Ⅱ：CH4(g)＋3CO2(g)⥫⥬4CO(g)＋2H2O(g)　ΔH2＝＋329 kJ·mol-1； 反应Ⅲ：CO(g)＋H2O(g)⥫⥬CO2(g)＋H2(g)　ΔH3 (1)ΔH3＝　　　kJ·mol-1。 (2)向密闭容器中，通入3 mol CO2和1 mol CH4，若仅考虑上述反应，平衡时CO2、CH4、CO、H2的物质的量随温度T的变化如图所示。 900 K时，CH4的物质的量分数为　　　，用各物质的物质的量分数表示反应Ⅲ的平衡常数Kx＝　　。900 K后随温度升高，H2的物质的量减少的原因为________________________________________________________________________。 (3)DRM反应目前普遍存在的一个难题是积碳，该过程与两个反应有关：①CH4C＋2H2　ΔH>0；②2CO⥫⥬C＋CO2　ΔH<0。目前积碳问题的解决方案主要有两种：A．提高原料气中CO2的占比；B．在常规的Ni催化剂中添加MgO，使其在催化剂表面与Ni形成共熔物。试解释这两种方法可以有效抑制积碳的原因：________________________________________________________________________（答出两条即可）。 解析：(1)ΔH3＝(ΔH1－ΔH2)÷2＝[＋247 kJ/mol－(＋329 kJ/mol)]÷2＝－41 kJ/mol。(2)开始时向容器中加入3 mol CO2和1 mol CH4，据图可知900 ℃时容器中n(CO)＝n(CO2)＝1.85 mol；n(H2)＝0.95 mol；根据C元素守恒，体系中CH4的物质的量：n(CH4)＝1 mol＋3 mol－1.85 mol－1.85 mol＝0.3 mol，根据H元素守恒，体系中n(H2O)＝(1 mol×4－0.95 mol×2－0.3 mol×4)÷2＝0.45 mol，体系中CH4的物质的量分数为：＝；反应体系的总物质的量n＝1.85 mol×2＋0.95 mol＋0.45 mol＋0.3 mol＝5.4 mol，反应Ⅲ的平衡常数：Kx＝＝；反应Ⅲ为放热反应，900 K后升温逆向进行的程度大。 答案：(1)－41　(2)　（或2.1）　900 K后反应Ⅲ逆向进行的程度大　(3)增大CO2浓度可以促使反应②平衡左移；MgO在Ni催化剂表面形成共熔物，减小了Ni催化剂的表面积，减慢了反应①的速率 4．由乙烯制备环氧乙烷（）涉及反应如下： Ⅰ.2CH2===CH2(g)＋O2(g)⥫⥬2(g)　ΔH1＝－124.4 kJ·mol-1 Ⅱ.CH2===CH2(g)＋3O2(g)⥫⥬2CO2(g)＋2H2O(g)　ΔH2＝－1 334.6 kJ·mol-1 回答下列问题： (1)反应2(g)＋5O2(g)===4CO2(g)＋4H2O(g)　ΔH＝　　　　　kJ·mol-1。 (2)以Ag为催化剂制备时，发生反应Ⅰ、反应Ⅱ，其中反应Ⅰ机理如下： ⅰ.Ag(s)＋O2(g)===Ag＋O(s)　慢 ⅱ.CH2===CH2(g)＋Ag＋O(s)===(g)＋Ag＋O－(s)　快 ①活化能较大的是　　　（填“ⅰ”或“ⅱ”）。 ②下列措施能显著提高反应Ⅰ速率的是　　　　（填字母）。 A．通入惰性气体 B．升高温度 C．增大CH2===CH2浓度 D．增大O2浓度 (3)某密闭容器中由C2H4、O2制备，同时发生反应Ⅰ、反应Ⅱ，相同时间内C2H4的转化率和的选择性与温度的关系如图所示。 ①随着温度升高，C2H4的转化率升高，原因是________________________________________________________________________。 ②环氧乙烷的选择性随温度升高而下降的原因可能是________________________________________________________________________。 (4)某温度下，向密闭容器中通入2 mol CH2===CH2(g)和2 mol O2(g)仅发生反应Ⅰ，经过20 min达到平衡状态，此时乙烯的转化率为50%，c（）＝1 mol·L-1。 ①前20 min反应速率v(CH2===CH2)＝　　　　mol·L-1·min-1。 ②该温度下反应Ⅰ的平衡常数Kc＝　　　　　　（保留两位有效数字）。 ③能够提高平衡产率的措施有　　　　　　　　　　　　　　　　（写一项即可）。 解析：(1)根据盖斯定律，反应Ⅱ×2－Ⅰ，得2(g)＋5O2(g)===4CO2(g)＋4H2O(g)　ΔH＝－2 544.8 kJ/mol。(2)①ⅰ.Ag(s)＋O2(g)===Ag＋O(s)　慢，说明该反应活化能大；②通入无关反应气体，可能导致反应物浓度降低，速率减慢，A错误；升高温度，化学反应速率加快，B正确；反应速率取决于慢反应，增大乙烯浓度反应Ⅰ速率变化不大（结合反应Ⅱ，虽然反应物乙烯浓度增大，但增大乙烯浓度会导致副反应速率加快，消耗更多氧气，氧气浓度降低），C错误；增大氧气浓度，利于提高反应历程中慢反应速率，从而提高主反应速率，D正确。(3)①随着温度升高，C2H4的转化率升高，原因：温度升高，反应Ⅰ、反应Ⅱ速率均增大，相同反应时间内转化率升高；②环氧乙烷的选择性随温度升高而下降的原因可能是温度升高，反应Ⅱ速率增大的比反应Ⅰ快。(4)①前20 min反应速率v(CH2===CH2)＝＝0.05 mol·L-1·min-1；②该温度下平衡时，c（）＝1 mol·L-1，乙烯浓度变化为1 mol·L-1，其转化率为50%，说明初始浓度为2 mol·L-1，则氧气初始浓度为2 mol·L-1，氧气浓度变化0.5 mol·L-1，平衡时浓度为1.5 mol·L-1，则Kc＝≈0.67；③能够提高平衡产率的措施有增大压强等。 答案：(1)－2 544.8　(2)①ⅰ　②BD　(3)①温度升高，反应Ⅰ、反应Ⅱ速率均增大　②温度升高，反应Ⅱ速率增大的比反应Ⅰ快　(4)①0.05　②0.67　③增大压强（答案合理即可） 5．（2025·山西长治高三质检）为实现氯元素循环利用，工业上采用RuO2催化氧化法处理HCl废气：2HCl(g)＋O2(g)⥫⥬Cl2(g)＋H2O(g)　ΔH＝－57.2 kJ·mol-1。将HCl和O2分别以不同起始流速通入反应器中，在360 ℃、400 ℃和440 ℃下反应，通过检测流出气成分绘制HCl转化率(α)曲线，如下图所示（较低流速下转化率可近似为平衡转化率）。 (1)T1＝　　　℃。 (2)图中较高流速时，α(T3)小于α(T2)和α(T1)，原因是________________________________________________________________________。 解析：(1)升高温度时平衡逆向移动，反应物的转化率降低，即温度越高，HCl的转化率越低，且较低流速下转化率可近似为平衡转化率，则图中T1为440 ℃，T2为400 ℃，T3为360 ℃。 答案：(1)440 (2)流速过快，反应物分子来不及在催化剂表面接触而发生反应，导致转化率下降，同时，T3温度低，反应速率低，故单位时间内氯化氢的转化率低（答案合理即可） 6．（2025·河北石家庄联考）CO2­CH4干气重整反应制合成气(H2、CO)是CO2资源化利用的重要研究方向。其反应主要包括： 反应Ⅰ.CH4(g)＋CO2(g)⥫⥬2H2(g)＋2CO(g)　ΔH1＝＋247.34 kJ·mol-1 反应Ⅱ.H2(g)＋CO2(g)⥫⥬H2O(g)＋CO(g)　ΔH2 (1)已知 H2(g)、CO(g)的燃烧热分别为285.8 kJ·mol-1和283 kJ·mol-1，水的汽化热为44 kJ·mol-1，则ΔH2＝　　　　 kJ·mol-1；能同时提高CH4(g)的平衡转化率和反应速率的措施为　　　　　　　（写一条即可）。 (2)向T ℃、2.8 MPa的恒压密闭容器中，充入1 mol CH4(g)和1 mol CO2(g)发生反应Ⅰ和Ⅱ。达到平衡时，CO2的转化率为80%，＝3，则平衡时气体的总物质的量n总＝　　　　mol；反应Ⅰ的压强平衡常数Kp＝　　　　(MPa)2；若反应在刚性容器中达到平衡，则CO2(g)的转化率　 　（填“＞”“＝”或“＜”）80%。 (3)实验研究发现，在(2)条件下，催化剂表面产生积碳与下列2个反应有关： 反应Ⅲ.CH4(g)⥫⥬C(s)＋2H2(g)　 ΔH3＝＋74.87 kJ·mol-1 反应Ⅳ.2CO(g)⥫⥬CO2(g)＋C(s)　 ΔH4＝－172.47 kJ·mol-1 实验表明，反应温度、压强和进料比 对催化剂表面积碳生成量的影响如图1、2所示。 据此判断，有利于减少积碳量的措施为　　　　（填字母）。 A．压强一定时，增大 且升高温度 B． 一定时，升高温度且减小压强 C．温度一定时，增大且增大压强 D．温度一定时，降低 且减小压强 解析：(1)根据H2(g)、CO(g)和水的汽化热写出对应的热化学方程式： ①H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　 ΔH＝－285.8 kJ·mol-1 ②CO(g)＋O2(g)===CO2(g)　 ΔH＝－283 kJ·mol-1 ③H2O(l)===H2O(g)　 ΔH＝＋44 kJ·mol-1 将反应①－②＋③得：ΔH2＝[－285.8－(－283)＋44]kJ·mol-1＝＋41.2 kJ·mol-1。 (2)充入1 mol CH4(g)和1 mol CO2(g)发生反应Ⅰ、Ⅱ，平衡时CO2的转化率为80%，＝3，设参加反应的CH4的物质的量为x，可建立如下三段式： 　　　　　　　CH4(g)＋CO2(g)⥫⥬2CO(g)＋2H2(g) 变化量(mol) x x 2x 2x 　　　　 　H2(g)＋CO2(g)⥫⥬H2O(g)＋CO(g) 变化量(mol) 0.8－x 0.8－x 0.8－x 0.8－x 则＝3，解得x＝0.4 mol。则平衡时CH4、CO2、CO、H2、H2O的物质的量分别为0.6 mol、0.2 mol、1.2 mol、0.4 mol、0.4 mol，气体的总物质的量n总＝0.6 mol＋0.2 mol＋1.2 mol＋0.4 mol＋0.4 mol＝2.8 mol；反应Ⅰ的压强平衡常数Kp＝＝1.92 (MPa)2；若反应在刚性恒容容器中达到平衡，则相当于加压，平衡逆向移动，CO2(g)的转化率减小，即CO2(g)的转化率小于80%。 (3)从图1得 越小、温度越高，积碳量减少，从图2得降低压强、升高温度积碳量减少，有利于减少积碳量的措施为BD。 答案：(1)＋41.2　增大CO2的浓度（其他合理答案也可） (2)2.8　1.92　＜ (3)BD 学科网（北京）股份有限公司 $