历年高考化学平衡题.pdf
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1、1、二甲醚( CH3OCH3)是无色气体,可作为一种新型能源。由合成气(组成为H2、CO 和 少量的 CO2)直接制备二甲醚,其中的主要过程包括以下四个反应: 甲醇合成反应: () CO (g)+ 2H2 (g) = CH3OH(g) H1 = -90.1 kJmol -1 () CO2 (g)+ 3H2 (g) = CH3OH(g) + H 2O (g) H2 = -49.0 kJmol -1 水煤气变换反应: () CO (g)+ H2O (g) = CO2 (g)+ H2 (g) H3 = -41.1 kJmol -1 二甲醚合成反应:()2CH3OH(g) = CH3OCH3(g) +
2、 H2O (g) H4 = -24.5 kJmol -1 回答下列问题:(1)Al2O3 是合成气直接制备二甲醚反应催化剂的主要成分之一。工业上 从铝土矿制备 较高纯度Al2O3 的主要工艺流程是 (以化学方程式表示)。 (2)分析二甲醚合成反应()对于CO 转化率的 影响。 (3)由 H2和 CO 直接制备二甲醚(另一种产物为 水蒸气)的热化学方程式为。 根据化学反应原理,分析增加压强对直接制备二甲醚反 应的影响。 (4) 有研究者在催化剂 (含 Cu-Zn-Al-O 和 Al2O3 ) 、 压强为 5.0MPa 的条件下,由H2 和 CO 直接制备二甲醚, 结果如右图所示。其中 CO 转化
3、 率随温度升高而降低的原因是 。 (5) 二甲醚直接燃料电池具有启动快、效率高等优点, 其能量密度高于甲醇直接燃料 电 池 ( 5.93kW h kg-1) 。 若 电 解 质 为 酸 性 , 二 甲 醚 直 接 燃 料 电 池 的 负 极 电 极 反 应 为,一个二甲醚分子经过电化学氧化,可以产生个电子的电量; 该 电池的理论输出电压为1.20V,能量密度E= (列式计算。能 量密度 =电池输出电能 /燃料质量, 1kW h=3.6 106J (1)1. Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O 2. NaAlO2+CO2+2H2O=Al(OH)3 (沉淀符号 )+NaHCO3 3.
4、2Al(OH)3 Al2O3+3H2O (2)消耗甲醇,促进甲醇合成反应()平衡右移,CO 转化率变大;生成的水通过水 煤气变换反应()消耗部分CO (3)4H2(g) +2CO( g)=CH3OCH3( g)+H2O(g); H=-204.7kJ/mol ,该反应分 子数减少,压强升高使平衡右移,CO 和 H2转化率增大, CH3OCH3产率增加。压强升高使 CO 和 H2浓度增大,反应速率增大。 (4)该反应为放热反应,其他条件不变的情况下,温度升高,平衡向逆反应方向移动, 转化率降低。 (5)3H2O+CH3OCH3-12e-=2CO2+12H + 12 2、光气 (COCl2)在塑料、
5、制革、制药等工业中有许多用途,工业上采用高温下 CO 与 Cl2在活性炭催化下合成。 (1)实 验 室 中 常 用 来 制 备 氯 气 的 化 学 方 程 式 为Mno2+4Hcl( 浓 ) MnCl2+Cl2+2H2O; (2)工业上利用天然气 (主要成分为 CH4)与 CO2进行高温重整制各CO,已知 CH4、H2和 CO 的燃烧热 (H)分别为 890.3 kJ/mol、285.8kJ/mol 和283.0 kJ/mol,则生成 1 m3(标准状况 )CO 所需热量为 _ ; (3)实验室中可用氯仿 (CHCl3)与双氧水直接反应制备光气,其反应的化学方 程式为 _ ; (4)COCl2
6、的分解反应为 COCl2(g) = Cl2(g) + CO(g) H = +108 kJ/mol。 反 应体系达到平衡后,各物质的浓度在不同条件下的变化状况如下图所示(第 10 min 到 14 min 的 COCl2浓度变化曲线来示出 ): 计算反应在第 8 min 时的平衡常数 K = _ 比 较 第 2 min 反应 温 度 T(2) 与 第 8 min 反 应 温 度 (T8) 的高 低 : T(2)_T(8)(填“”或“=”); 若 12 min 时反应于温度T(8)下重新达到平衡,则此时c(COCl2) = _mol/L; 比较产物 CO 在 23 min、56 min 和 121
7、3 min 时平均反应速率 平均 反应速率分别以(23)、(56)、(l213)表示的大小 _ ; 比较反应物 COCl2在 56 min 和 1516 min 时平均反应速率的大小: (56) (1516)(填“”或“=”),原因是 _ 。 3、由化学工业出版社20XX 年出版的甲醇工艺学介绍,工业上可利用CO 或 CO2来生 产燃料甲醇。相关数据如下表所示: 化学反应 平衡常 数 温度 500 700 800 2H2(g) CO(g) CH3OH(g) H1 H2(g)CO2(g) H2O(g) CO(g) H2 3H2(g) CO2(g) CH3OH(g) H2O(g) H3 K1K2
8、K3 2.51.0 0.341.7 0 0.152.5 2 请回答下列问题: (1)反应是 _(填“吸热”或“放热”)反应。 (2)上述三个反应中 H1、H2、 H3的关系式为 _。 (3)判断反应的 H S_0。 (4) 反应是在恒容密闭等温条件下,当反应达到平衡时,H2的物质的量浓度为c1, 然后向容器中再加入一定量的H2, 待反应再一次达到平衡后, H2的物质的量浓度为c2。 则是 c1_c2的关系。 (填、 )。 (5)CO2(g) 3H2(g) CH3OH(g) H2O(g) H3 a kJ/mol 。 下 列 措 施 中 能 使 n(CH3OH)/ n(CO2)增大的是 _(填写序
9、号 )。 a升高温度b充入 He(g),使体系压强增大 c将 H2O(g)从体系中分离d再充入1 mol CH3OH(g) (6) 500 ,反应CO2(g) 3H2(g)=CH3OH(g) H2O(g) , H3 a kJ/mol 。在 1 L 密闭 容器中充入1 mol CO 2、 3 mol H2,平衡后热量变化为Q kJ,CO2的转化率为 (1)温度越高,平衡常数越小,说明平衡左移,则反应是放热反应。(2)由盖斯定律推导。 (3)反应 是气体体积减少的反应,是一个熵减反应。(4)若是恒容密闭容器、反应后整 个体系的压强比之前来说减小了,加入氢气虽然正向移动,但是CO2(g)浓度较小、
10、CH3OH(g) 浓度增大、 H2O(g) 浓度增大,且平衡常数不变达到平衡时H2的物质的量浓 度一定增大,故c1c2 Q1/a。(5)根据勒夏特列原理,平衡移动只能减弱其变化趋势, 所以加入CH3OH,平衡虽然逆向移动,但只是减弱了甲醇的增大趋势,最后还是增大 了。(6)500 ,反应 CO2(g) 3H2(g)=CH 3OH(g) H2O(g) , H3 a kJ/mol ,表示 1 mol CO2、3 mol H2完全反应时放出的热量是a kJ,实际情况是平衡后热量变化为Q1 kJ ,也就是反应进行到Q/a 程度。 答案: (1)放热 (2 分)(2) H1 H3 H2(3 分) (3)
11、(2 分)(4)(2 分)(5)cd(3 分) (6)Q/a(3 分) 4、乙醇是重要的有机化工原料,可由乙烯气相直接水合法或间接水合法生产。回答下列问 题: (1) 间接水合法是指先将乙烯与浓硫酸反应生成硫酸氢乙酯(C2H5OSO3H)。再水解生成 乙醇。写出相应反应的化学方程式 (2)已知: 甲醇脱水反应2CH3OH(g) CH3OCH3(g)H2O(g) H1 23.9kJmol 1 甲醇制烯烃反应2CH3OH(g) C2H4 (g)2H2O(g) H2 29.1 kJmol 1 乙醇异构化反应C2H5OH(g) CH3OCH3(g) H3 +507 kJmol 1 则乙烯气相直接水合反
12、应C2H4(g)H2O(g) C2H5OH(g) 的 HkJ mol 1 与间接水合法相比,气相直接水合法的优点是:。 (3) 下 图 为 气 相 直 接 水 合 法 中 乙 烯 的 平 衡 转 化 率 与 温 度 、 压 强 的 关 系( 其 中 n(H2O): n(C2H4)=1: 1) 列式计算乙烯水合制乙醇反应在图中A 点的平衡常数Kp ( 用平衡 分压代替平衡浓度计算,分压总压物质的量分数) 图中压强p1、p2、p3、p4的大小顺序为: ,理由是:。 气相直接水合法常采用的工艺条件为:磷酸/硅藻土为催化剂,反应温度290、压 强 6.9MPa,n(H2O): n(C2H4)=0.6:
13、 1。乙烯的转化率为 5%。若要进一步提高乙烯的转化率, 除了可以适当改变反应温度和压强外,还可以采取的措施有:、 。 (1) C2H4+H2SO4 C2H5OSO3H、C2H5OSO3H+H2O C2H5OH+H2SO4 (2) - 45.5;污染小、腐蚀性小等 (3) 1 25 2 2 242 20% (C H OH)20 180 220% 0.07(MPa) 80% (C H )(H O)807.85MPa () 220% g p np p nn K np pp nn p1 p2 p3 p4;反应分子数减少,相同温度下,压强升高乙烯转化率提高 将产物乙醇液化移去;增加n(H2O): n(
14、C2H4)比 5、 6、 I. 下图是在101 kPa, 298K 条件下 1mol NO2(g)和 1mol CO(g) 反应生成 1mol CO2(g)和 1mol NO(g) 过程中的能量变化示意图。 已知: N2(g) O2(g) =2NO(g) H 179.5 kJ/mol 2NO(g) O2(g) =2NO2(g) H 112.3 kJ/mol 请写出 NO 与 CO 反应生成无污染气体的热化学方程式:。 . 一种光化学电池的结构如上图,当光照在表面涂有氯化银的银片上时,AgCl(s)= 光 Ag(s) Cl(AgCl) ,Cl(AgCl) 表示生成的氯原子吸附在氯化银表面,接着C
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