2021高考化学一轮复习7.2化学平衡状态和移动练习含解析苏教版

1、化学平衡状态和移动温室效应,又称“花房效应”,是大气保温效应的俗称。大气能使太阳短波辐射到达地面,但地表受热后向外放出的大量长波热辐射线却被大气吸收,这样就使地表与低层大气温作用类似于栽培农作物的温室,故名温室效应。自工业革命以来,人类向大气中排入的二氧化碳等吸热性强的温室气体逐年增加,大气的温室效应也随之增强,已引起全球气候变暖等一系列极其严重的问题,引起了全世界各国的关注。近年我国大力加强温室气体CO2催化氢化合成甲醇技术的工业化量产研究,实现可持续发展,其反应为.3H2(g)+CO2(g)CH3OH(g)+H2O(g)H1=-48.9 kJmol-1。问题1:为提高CH3OH的产率,理论上应采用什么样的条件?(素养角度变化观念与平衡思想)提示:根据热化学方程式可知,生成CH3OH的方向是放热反应方向,也是气体体积减小的方向,因此提高CH3OH的产率,需要降低温度升高压强。问题2:250 、在恒容密闭容器中由CO2(g)催化氢化合成CH3OH(g),下图为不同投料比n(H2)/n(CO2)时某反应物X平衡转化率变化曲线。判断反应物X是CO2还是H2。(素养角度证据推理与模型认知)提

2、示:观察图中的横坐标,其物理量为,若假设n(CO2)为定值,则X的转化率随n(H2)的增大而增大,则X为CO2。问题3:催化剂和反应条件与反应物转化率和产物的选择性有高度相关。控制相同投料比和相同反应时间,有如下四组实验数据:实验编号温度(K)催化剂CO2转化率(%)甲醇选择性(%)A543Cu/ZnO纳米棒12.342.3B543Cu/ZnO纳米片11.972.7C553Cu/ZnO纳米棒15.339.1D553Cu/ZnO纳米片12.070.6根据上表所给数据,判断用CO2生产甲醇的最佳选项。(素养角度科学探究与创新意识)提示:选择性是指产物的专一性,在一个化学反应中若有多个产物,其中某一产物是目标产物,若这个物质的产率越高,说明该反应的选择性越好。观察四组数据,相比之下,BD的选择性很高,且B的CO2转化率比D稍低些,但是B的CH3OH的选择性高出了不少,故最佳选项为B。问题4:在催化剂CZZA(普通铜基催化剂)作用下合成甲醇时会发生如下副反应.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)H2=41.2 kJmol-1。现将1 mol CO2与3 mol H2通入恒容密闭容器

3、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所示:请分析随着温度的升高,CO2的平衡转化率增加但甲醇的选择率降低的原因。(素养角度变化观念与平衡思想)提示:升高温度,反应为放热反应,平衡逆向移动,反应为吸热反应,平衡正向移动且程度较大,所以CO2平衡转化率增加但甲醇的选择率降低,故答案为随温度升高,反应放热,平衡逆移,反应吸热,平衡正移且程度较大,所以CO2平衡转化率增加但甲醇的选择率降低。1.大气中的污染物氮氧化物主要来源于机动车尾气,低温脱硝技术可用于处理废气中的氮氧化物,发生的化学反应为2NH3(g)+NO(g)+NO2(g)2N2(g)+3H2O(g)HT2),下列图象正确的是()【解析】选C、D。已知T1T2,由T1到T2为降温,反应速率应减小,图象与实际不符,故A错误;利用“先拐先平数值大”的原则,根据图中显示可得T1T2,图象与实际不符,故B错误;增大压强反应向体积减小的方向移动,即正反应方向移动,CO2的体积分数增大;保持压强不变,降低温度,反应向放热的方向移动,即正反应方向移动,CO2的体积分数

4、增大,图象与实际相符合,故C正确;平衡常数只与温度有关,改变压强平衡不移动,图象与实际相符合,故D正确。3.氮化硅是一种重要的结构陶瓷材料,具有优良的机械性能,常用来制造轴承、气轮机叶片、机械密封环、永久性模具等机械构件。我国已研制出了氮化硅陶瓷柴油机。工业制备氮化硅的反应为3SiCl4(g)+2N2(g)+6H2(g)Si3N4(s)+12HCl(g)H”“”或“=”) ,理由是_。【解析】(1)CH4和CO2反应制备合成气的反应为CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)。由图象知1 100 、p2时CH4的转化率为80%,则转化CH4的物质的量为1 mol80%=0.8 mol,根据方程式知生成CO物质的量为1.6 mol,v(CO)=1.6 mol10 L10 min=0.016 molL-1min-1。A,v(H2)逆=3v(CO)正表明逆反应速率大于正反应速率,反应没有达到平衡状态;B,该反应中所有物质都是气态,根据质量守恒定律,混合气体的质量始终不变,容器的容积不变,混合气体的密度始终不变,密闭容器中混合气体的密度不变不能说明反应达到平衡状态;C,该反应的正反应

5、是气体分子数增大的反应,建立平衡过程中气体分子物质的量增大,密闭容器中总压强增大,平衡时气体分子物质的量不变,密闭容器中总压强不变,密闭容器中总压强不变能说明反应达到平衡状态;D,达到平衡时各物质的浓度保持不变,不一定相等,c(CH4)=c(CO)不能说明反应达到平衡状态;能说明反应达到平衡状态的是C项,答案选C。该反应的正反应为气体分子数增大的反应,增大压强平衡向逆反应方向移动,CH4的转化率减小,由图知在相同温度下p1时CH4的转化率大于p2,则p1小于p2。由图知,y点CH4转化率小于平衡时CH4的转化率,反应正向进行,v(正)大于v(逆)。y点的温度与x点的温度相同,y点平衡常数与x点相等,用三段式CH4(g) + CO2(g)2CO(g)+2H2(g)c(起始)(molL-1)0.10.100c(转化)(molL-1)0.10.8=0.080.080.160.16c(平衡)(molL-1)0.020.020.160.16K=1.638 4 (molL-1)2。(2)290 前,CO转化率和甲醚产率的变化趋势不一致,说明在290 前有副反应发生。由图可见升高温度,CO转化率减小,甲醚产率减小,升高温度平衡向逆反应方向移动,逆反应为吸热反应,正反应为放热反应,H0,即b0。答案:(1)0.016 molL-1min-1C小于大于1.638 4 mol2L-2(2)有副反应发生平衡后,升高温度,甲醚的产率降低【加固训练】1.汽车尾气系统中的催化转化器,可有效降低尾气中的CO、NO和NO2等向大气的排放。在催化转化器的前半部分发生的反应为2CO(g)+2NO(g)2CO2(g)+N2(g)。一定条件下,下列说法能充分说明该反应已经达到化学平衡状态的是()A.正、逆反应速率都等于零B.CO、NO、CO2、N2的浓度相等C.CO、NO、CO2、N2在容器中共存D.CO、NO、CO2、N2的浓度均不再变化【解析】选D。在一定条件下,当一个可逆反应的正反应速率与逆反应速率相等时且不等于零,或反应物的浓度与生成物的浓度不再改变即为平衡状态,故A错误;CO、NO、CO2、N2的浓度相等,并不能说明各物质的浓度不变,不能说明反应达到了平衡状态,故B错误;可逆反应中的反应物和生成物都会同时存在于一个容器中,CO、NO、C

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