（部编本人教版）最新高考化学二轮增分策略 加试30题专练（三）化学平衡原理综合应用[必做练习]

加试30题专练(三) 化学平衡原理综合应用

1．[2018·温州市高三选考适应性测试(二模)]甲醇是一种重要的有机化工原料，CO2与H2在催化剂CZZA(普通铜基催化剂)作用下合成甲醇，相关反应如下： 反应Ⅰ CO2(g)＋3H2(g)反应Ⅱ CO2(g)＋H2(g)

CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH1＝－49.2 kJ·mol CO(g)＋H2O(g) ΔH2

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已知：①CO和H2的标准燃烧热分别为－283.0 kJ·mol和－285.8 kJ·mol ②H2O(g)===H2O(l) ΔH3＝－44.0 kJ·mol 请回答：

(1)反应Ⅱ的ΔH2＝________ kJ·mol。

(2)研究表明：在其他条件相同的情况下，将催化剂CZZA换成新型催化剂(CZZA/rGO)，可以显著提高甲醇的选择性，试用过渡态理论解释其原因：_____________________________ _______________________________________________________________________________。 (3)以CZZA/rGO为催化剂，在一定条件下，将物质的量之比为1∶3(总量为a mol)的CO2与H2通入恒容密闭容器中进行反应，CO2的平衡转化率和甲醇的选择率(甲醇的选择率：转化的CO2中生成甲醇的物质的量分数)随温度的变化趋势如图1所示：

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①在553 K时，反应体系内甲醇的物质的量为________ mol。

②随着温度的升高，CO2的平衡转化率增大但甲醇的选择率降低，请分析其原因：_____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________。 (4)将CO2与H2按物质的量之比为1∶3通入恒温恒容密闭容器中，控制条件，使其仅仅按反应Ⅰ进行，得到甲醇的体积分数与时间的关系如图2所示。保持其他条件不变，t1时再向容器中加入一定量物质的量之比为1∶3 的CO2与H2混合气，t2时再次达到平衡，请在下图中画出t1～t3时间内甲醇体积分数随时间的变化曲线。

1

答案 (1)41.2 (2)新型催化剂能将反应Ⅰ活化能降低更多，使反应物更容易生成甲醇 (3)①0.031 5a ②当温度升高时反应Ⅰ平衡逆向移动，而反应Ⅱ平衡正向移动且幅度更大，所以CO2的转化率增加，但甲醇的选择性却降低。 (4)

11－1

解析 ①CO(g)＋O2(g)===CO2(g) ΔH＝－283.0 kJ·mol、②H2(g)＋O2(g)===H2O(l)

22ΔH＝－285.8 kJ·mol，③H2O(g)===H2O(l) ΔH3＝－44.0 kJ·mol，④反应ⅠCO2(g)＋3H2(g)

CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH1＝－49.2 kJ·mol，⑤反应Ⅱ CO2(g)＋H2(g)

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CO(g)

＋H2O(g) ΔH2

(1)由盖斯定律，②－①－③得反应Ⅱ的ΔH2＝－285.8 kJ·mol－(－283.0 kJ·mol)－(－44.0 kJ·mol)＝41.2 kJ·mol。(2)在其他条件相同的情况下，将催化剂CZZA换成新型催化剂(CZZA/rGO)，可以显著提高甲醇的选择性，用过渡态理论解释其原因：新型催化剂能将反应Ⅰ活化能降低更多，使反应物更容易生成甲醇。 (3) CO2(g) ＋ 3H2(g)始/mol 0.25a 0.75a

变/mol 0.25a×21%×60% 0.031 5a 平/mol 0.031 5a

①在553 K时，反应体系内甲醇的物质的量为 0.25a×21%×60%＝0.031 5a；②随着温度的升高，CO2的平衡转化率增大但甲醇的选择率降低，其原因是当温度升高时反应Ⅰ平衡逆向移动，而反应Ⅱ平衡正向移动且幅度更大，所以CO2的转化率增加，但甲醇的选择性却降低。(4)保持其他条件不变，t1时再向容器中加入一定量物质的量之比为1∶3的CO2与H2混合气，

CH3OH(g)＋H2O(g)

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t2时再次达到平衡，t1时相当于对原平衡进行加压，平衡正向移动，甲醇的体积分数增大。

2

2．(2017·浙江省金华十校高二第一学期期末调研)二氧化碳加氢合成乙烯的反应如下：2CO2(g)＋6H2(g)

催化剂

C2H4(g)＋4H2O(g) ΔH。

－1

已知：①C2H4(g)＋3O2(g)===2CO2(g)＋2H2O(l) ΔH1＝a kJ·mol； ②2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH2＝b kJ·mol； ③H2O(l)===H2O(g) ΔH3＝c kJ·mol； 请回答：

(1)ΔH＝________ kJ·mol。(用a、b、c表示) (2)在催化剂[Fe3(CO)12/ZSM－5]、空速1200 h

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条件下，温度、压强、氢碳比[n(H2)/n(CO2)

＝x]对CO2平衡转化率及温度对催化效率影响如图1所示。

①下列有关说法正确的是________(填字母)。 A．ΔH>0

B．增大氢碳比，可以提高CO2的平衡转化率 C．温度低于300 ℃时，随温度升高乙烯的产率增大 D．平衡常数：K(M)>K(N)

E．为提高CO2的平衡转化率，工业生产中应在尽可能低的温度下合成乙烯

2

②M点时，CO2的平衡转化率为，则此时平衡体系中乙烯的体积分数为__________。

3③工业生产中压强一般控制在2.1～2.6 MPa之间，理由是____________________________

3

______________________________________________________________________________。 (3)恒温(300 ℃)，在体积为1 L的恒容容器中以n(H2)/n(CO2)＝3的投料比加入反应物，至

t1时达到平衡。t2时将容器体积瞬间扩大至2 L并保持不变，t3时重新达平衡。在图2中绘

制0～t4时间段内，容器内混合气体的平均相对分子质量(M)随时间(t)变化的图像。 答案 (1)3b＋4c－a (2)①BD ②1/9(或11.1%)

③压强小于2.1 MPa，CO2的平衡转化率较小；压强大于2.6 MPa，CO2 的平衡转化率提高幅

度较小，运行成本增加 (3)16.7)，t3高于12.5]

[起点12.5，t2低于20(实际为

解析 (1) 已知：①C2H4(g)＋3O2(g)===2CO2(g)＋2H2O(l) ΔH1＝a kJ·mol；②2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH2＝b kJ·mol；③H2O(l)===H2O(g) ΔH3＝c kJ·mol；根据盖斯定律，将②×3＋③×4－①得：2CO2(g )＋6H2(g)kJ·mol。

(2)①根据图像，CO2平衡转化率随温度升高而降低，说明升高温度，平衡逆向移动，正反应为放热反应，ΔH＜0，故A错误；根据方程式2CO2(g)＋6H2(g)增大氢碳比?

催化剂

C2H4(g)＋4H2O(g)，

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－1

－1

－1

催化剂

C2H4(g)＋4H2O(g) ΔH＝(3b＋4c－a)

?n?H2??，可以提高CO的平衡转化率，故B正确；根据A的分析，ΔH＜0，温度

?2

?n?CO2??

升高，平衡逆向移动，乙烯的产率降低，故C错误；升高温度，平衡逆向移动，平衡常数减小，则平衡常数：K(M)>K(N)，故D正确；根据图像，为提高CO2的平衡转化率，工业生产中应在300 ℃温度下合成乙烯，但温度太低，催化剂的活性较低，反应速率太慢，故E错误。 ②设参与反应的二氧化碳的物质的量为3n mol，则氢气为9n mol，根据反应2CO2(g)＋6H2(g)

催化剂

2

C2H4(g)＋4H2O(g)可知，CO2的平衡转化率为，平衡时n(CO2)＝n mol，n(H2)

3

＝3n mol，n(C2H4)＝n mol，n (H2O)＝4n mol，平衡体系中乙烯的体积分数＝物质的量分数

n1

＝＝≈11.1%。 9n9

③根据图像，工业生产中压强一般控制在2.1～2.6 MPa之间，是因为压强小于2.1 MPa，CO2的平衡转化率较小；压强大于2.6 MPa，CO2 的平衡转化率提高幅度较小，运行成本增加。 (3)设参与反应的二氧化碳的物质的量为3 mol，则氢气为9 mol，起始时混合气体的平均相对3×44＋2×92分子质量(M)＝＝12.5；300 ℃时，CO2的平衡转化率为，根据反应2CO2(g)＋

33＋9

4

6H2(g)

催化剂

C2H4(g)＋4H2O(g)可知，平衡时n(CO2)＝1 mol，n(H2)＝3 mol，n(C2H4)＝1 mol，

3×44＋2×9

≈16.67；t2时将容器体积9

n (H2O)＝4 mol，混合气体的平均相对分子质量(M)＝

瞬间扩大至2 L并保持不变，平衡逆向移动，气体的物质的量增大，但小于12 mol，新平衡时混合气体的平均相对分子质量(M)减小，但大于12.5，容器内混合气体的平均相对分子质量

(M)随时间(t)变化的图像为t3高于12.5]。

[起点12.5，t2低于20(实际为16.7)，

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