考点12 化学反应速率与化学平衡的综合应用 命题角度化学反应速率与化学平衡图像分析答案P24 高考真题体验·对方向 1.(2016四川·6)一定条件下,CH4与H2O(g)发生反应:CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)。设起始=Z,在恒压下,平衡时CH4的体积分数φ(CH4)与Z和T(温度)的关系如右图所示。下列说法正确的是( ) A.该反应的焓变ΔH>0 B.图中Z的大小为a>3>b C.图中X点对应的平衡混合物中=3 D.温度不变时,图中X点对应的平衡在加压后φ(CH4)减小 答案 A 解析 A项,随着温度的升高,φ(CH4)减小,说明升温平衡正向移动,正反应吸热,ΔH>0,正确;B项,=Z,Z越大,CH4转化率越大,CH4体积分数越小,则b>3>a,错误; C项, CH4 + H2O CO + 3H2 起始: a 3a 0 0 转化: x x x x 平衡: a-x 3a-x x x >3,错误; D项,加压平衡逆向移动,φ(CH4)增大,错误。 2.(2018全国Ⅱ·27)CH4-CO2催化重整不仅可以得到合成气(CO和H2),还对温室气体的减排具有重要意义。回答下列问题: (1)CH4—CO2催化重整反应为:CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)。 已知: C(s)+2H2(g)CH4(g) ΔH=-75 kJ·mol-1 C(s)+O2(g)CO2(g) ΔH=-394 kJ·mol-1 C(s)+O2(g)CO(g) ΔH=-111 kJ·mol-1 该催化重整反应的ΔH= kJ·mol-1,有利于提高CH4平衡转化率的条件是 (填标号)。? A.高温低压 B.低温高压 C.高温高压 D.低温低压 某温度下,在体积为2 L的容器中加入2 mol CH4、1 mol CO2以及催化剂进行重整反应,达到平衡时CO2的转化率是50%,其平衡常数为 mol2·L-2。? (2)反应中催化剂活性会因积碳反应而降低,同时存在的消碳反应则使积碳量减少,相关数据如下表: 积碳反应 CH4(g) C(s)+2H2(g) 消碳反应 CO2(g)+C(s) 2CO(g) ΔH/(kJ·mol-1) 75 172 活化能/ (kJ·mol-1) 催化剂X 33 91 催化剂Y 43 72 ①由上表判断,催化剂X Y(填“优于”或“劣于”),理由是 。在反应进料气组成、压强及反应时间相同的情况下,某催化剂表面的积碳量随温度的变化关系如上图所示,升高温度时,下列关于积碳反应、消碳反应的平衡常数(K)和速率(v)的叙述正确的是 (填标号)。? A.K积、K消均增加 B.v积减小、v消增加 C.K积减小、K消增加 D.v消增加的倍数比v积增加的倍数大 ②在一定温度下,测得某催化剂上沉积碳的生成速率方程为v=k·p(CH4)·[p(CO2)]-0.5(k为速率常数),在p(CH4)一定时,不同p(CO2)下积碳量随时间的变化趋势如下图所示,则pa(CO2)、pb(CO2)、pc(CO2)从大到小的顺序为 。? 答案 (1)247 A (2)①劣于 相对于催化剂X,催化剂Y积碳反应的活化能大,积碳反应的速率小;而消碳反应活化能相对较小,消碳反应速率大 AD ②pc(CO2)、pb(CO2)、pa(CO2) 解析 (1)将已知热化学方程式依次编号为①②③,根据盖斯定律,③×2-①-②,得到CH4—CO2催化重整反应的ΔH=+247 kJ·mol-1。由于该反应是正反应气体体积增大的吸热反应,所以有利于提高CH4平衡转化率的条件是高温低压,A项正确。某温度下,在体积为2 L的容器中加入2 mol CH4,1 mol CO2,达到平衡时CO2的转化率是50%,则平衡时各物质的物质的量浓度分别为c(CH4)=0.75 mol·L-1、c(CO2)=0.25 mol·L-1、c(CO)=0.5 mol·L-1、c(H2)=0.5 mol·L-1,根据K=,计算得出K=或0.33。 (2)①根据表格中活化能数据分析,催化剂X劣于催化剂Y。因为相对于催化剂X,催化剂Y积碳反应的活化能大,积碳反应的速率小,而消碳反应活化能相对较小,消碳反应速率大。由于积碳反应和消碳反应均为吸热反应,所以升高温度平衡正向移动,K积、K消均增加;温度高于600 ℃时,积碳量随温度的升高而下降,说明v消增加的倍数比v积增加的倍数大,A、D两项正确。 ②根据v=k·p(CH4)·[p(CO2)]-0.5,当p(CH4)一定时,积碳量随p(CO2)的增大而减小,故pc( ... ...
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