专题09 平衡移动简答题专练学生版备战高考化学二轮主观题必刷题集最新修正版.docx
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专题09平衡移动简答题专练学生版备战高考化学二轮主观题必刷题集最新修正版
专题09平衡移动简答题专练
1.乙醇是重要的有机化工原料,可由乙烯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。
乙烯气相直接水合反应C2H4(g)+H2O(g)=C2H5OH(g)的
与间接水合法相比,气相直接水合法的优点是:
。
(2)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)
①图中压强P1、P2、P3、P4的大小顺序为:
,理由是:
②气相直接水合法党采用的工艺条件为:
磷酸/硅藻土为催化剂,反应温度290℃,压强6.9MPa,n(H2O)︰n(C2H4)=0.6︰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:
、。
2.三氯氢硅(SiHCl3)是制备硅烷、多晶硅的重要原料。
回答下列问题:
(1)对于反应2SiHCl3(g)
SiH2Cl2(g)+SiCl4(g),采用大孔弱碱性阴离子交换树脂催化剂,在323K和343K时SiHCl3的转化率随时间变化的结果如图所示。
在343K下:
要提高SiHCl3转化率,可采取的措施是___________;要缩短反应达到平衡的时间,可采取的措施有____________、___________。
3.煤燃烧排放的烟气含有SO2和NOx,形成酸雨、污染大气,采用NaClO2溶液作为吸收剂可同时对烟气进行脱硫、脱硝。
回答下列问题:
(1)在鼓泡反应器中通入含有SO2和NO的烟气,反应温度为323K,NaClO2溶液浓度为5×10−3mol·L−1。
反应一段时间后溶液中离子浓度的分析结果如下表。
离子
SO42−
SO32−
NO3−
NO2−
Cl−
c/(mol·L−1)
8.35×10−4
6.87×10−6
1.5×10−4
1.2×10−5
3.4×10−3
由实验结果可知,脱硫反应速率______脱硝反应速率(填“大于”或“小于”)。
原因是除了SO2和NO在烟气中的初始浓度不同,还可能是___________。
4.催化还原CO2是解决温室效应及能源问题的重要手段之一,研究表明,在Cu/ZnO催化剂存在下,CO2和H2可发生两个平行反应,分别生成CH3OH和CO,反应的热化学方程式如下:
CO2(g)+3H2(g)
CH3OH(g)+H2O(g)△H1=-53.7kJ•mol-1I
CO2(g)+H2(g)
CO(g)+H2O(g)△H2II
某实验室控制CO2和H2初始投料比为1︰2.2,在相同压强下,经过相同反应时间测得如下实验数据:
T(K)
催化剂
CO2转化率(%)
甲醇选择性(%)
543
Cat.1
12.3
42.3
543
Cat.2
10.9
72.7
553
Cat.1
15.3
39.1
553
Cat.2
12.0
71.6
[备注]Cat.1:
Cu/ZnO纳米棒;Cat.2:
Cu/ZnO纳米片;甲醇选择性:
转化的CO2中生成甲醇的百分比
(1)表中实验数据表明,在相同温度下不同的催化剂对CO2转化成CH3OH的选择性有显著的影响,其原因是___________________________。
(2)在如图中分别画出反应I在无催化剂、有Cat.1和有Cat.2三种情况下“反应过程-能量”示意图_________。
5.甲醇是重要的化工原料,又可称为燃料。
利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)在催化剂的作用下合成甲醇,发生的主反应如下:
①CO(g)+2H2(g)
CH3OH(g)△H1
②CO2(g)+3H2(g)
CH3OH(g)+H2O(g)△H2
③CO2(g)+H2(g)
CO(g)+H2O(g)△H3
回答下列问题:
(1)反应①的化学平衡常数K的表达式为;图1中能正确反映平衡常数K随温度变化关系的曲线为(填曲线标记字母),其判断理由是。
(2)合成气的组成n(H2)/n(CO+CO2)=2.60时,体系中的CO平衡转化率(α)与温度和压强的关系如图2所示。
α(CO)值随温度升高而(填“增大”或“减小”),其原因是。
图2中的压强由大到小为_____,其判断理由是_____。
6.乙苯催化脱氢制苯乙烯反应:
(1)工业上,通常在乙苯蒸气中掺混水蒸气(原料气中乙苯和水蒸气的物质的量之比为1︰9),控制反应温度600℃,并保持体系总压为常压的条件下进行反应。
在不同反应温度下,乙苯的平衡转化率和某催化剂作用下苯乙烯的选择性(指除了H2以外的产物中苯乙烯的物质的量分数)示意图如下:
①掺入水蒸气能提高乙苯的平衡转化率,解释说明该事实___________。
②控制反应温度为600℃的理由是____________。
7.在容积为1.00L的容器中,通入一定量的N2O4,发生反应N2O4(g)
2NO2(g),随温度升高,混合气体的颜色变深。
回答下列问题:
(1)100℃时达到平衡后,改变反应温度为T,c(N2O4)以0.0020mol·L-1·s-1的平均速率降低,经10s又达到平衡。
①T100℃(填“大于”“小于”),判断理由是。
(2)温度T时反应达平衡后,将反应容器的容积减少一半,平衡向(填“正反应”或“逆反应”)方向移动,判断理由是。
8.NH3经一系列反应可以得到HNO3,如下图所示。
(1)II中,2NO(g)+O2
2NO2(g)。
在其他条件相同时,分别测得NO的平衡转化率在不同压强(P1、P2)下温度变化的曲线(如右图)。
①比较P1、P2的大小关系:
________________。
②随温度升高,该反应平衡常数变化的趋势是________________。
9.NOx(主要指NO和NO2)是大气主要污染物之一。
有效去除大气中的NOx是环境保护的重要课题。
(1)在有氧条件下,新型催化剂M能催化NH3与NOx反应生成N2。
①NH3与NO2生成N2的反应中,当生成1molN2时,转移的电子数为__________mol。
②将一定比例的O2、NH3和NOx的混合气体,匀速通入装有催化剂M的反应器中反应(装置见图)。
反应相同时间NOx的去除率随反应温度的变化曲线如图所示,在50~250℃范围内随着温度的升高,NOx的去除率先迅速上升后上升缓慢的主要原因是____________________________;当反应温度高于380℃时,NOx的去除率迅速下降的原因可能是___________________________。
。
10.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)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_________________。
11.丁烯是一种重要的化工原料,可由丁烷催化脱氢制备。
回答下列问题:
(1)丁烷和氢气的混合气体以一定流速通过填充有催化剂的反应器(氢气的作用是活化催化剂),出口气中含有丁烯、丁烷、氢气等。
图(b)为丁烯产率与进料气中n(氢气)/n(丁烷)的关系。
图中曲线呈现先升高后降低的变化趋势,其降低的原因是___________。
(2)图(c)为反应产率和反应温度的关系曲线,副产物主要是高温裂解生成的短碳链烃类化合物。
丁烯产率在590 ℃之前随温度升高而增大的原因可能是___________、____________;590℃之后,丁烯产率快速降低的主要原因可能是_____________。
12.丙烯腈(CH2=CHCN)是一种重要的化工原料,工业上可用“丙烯氨氧化法”生产,主要副产物有丙烯醛(CH2=CHCHO)和乙腈(CH3CN)等,回答下列问题:
(1)以丙烯、氨、氧气为原料,在催化剂存在下生成丙烯腈(C3H3N)和副产物丙烯醛(C3H4O)的热化学方程式如下:
①C3H6(g)+NH3(g)+
O2(g)=C3H3N(g)+3H2O(g)ΔH=−515kJ/mol
②C3H6(g)+O2(g)=C3H4O(g)+H2O(g)ΔH=−353kJ/mol
两个反应在热力学上趋势均很大,其原因是________;有利于提高丙烯腈平衡产率的反应条件是________;提高丙烯腈反应选择性的关键因素是________。
(2)图(a)为丙烯腈产率与反应温度的关系曲线,最高产率对应温度为460℃。
低于460℃时,丙烯腈的产率________(填“是”或者“不是”)对应温度下的平衡产率,判断理由是________;高于460℃时,丙烯腈产率降低的可能原因是________(双选,填标号)
A.催化剂活性降低B.平衡常数变大
C.副反应增多D.反应活化能增大
(3)丙烯腈和丙烯醛的产率与n(氨)/n(丙烯)的关系如图(b)所示。
由图可知,最佳n(氨)/n(丙烯)约为_________,理由是____________。
进料气氨、空气、丙烯的理论体积比约为________。
13.用O2将HCl转化为Cl2,可提高效益,减少污染,
(1)新型RuO2催化剂对上述HCl转化为Cl2的总反应具有更好的催化活性,
①在上述实验中若压缩体积使压强增大,画出相应aHCl—T曲线的示意图,并简要说明理由。
14.煤炭燃烧过程中会释放出大量的SO2,严重破坏生态环境。
采用一定的脱硫技术可以把硫元素以CaSO4的形式固定,从而降低SO2的排放。
但是煤炭燃烧过程中产生的CO又会与CaSO4发生化学反应,降低脱硫效率。
相关反应的热化学方程式如下:
CaSO4(s)+CO(g)
CaO(s)+SO2(g)+CO2(g)ΔH1=218.4kJ·mol-1(反应Ⅰ)
CaSO4(s)+4CO(g)
CaS(s)+4CO2(g)ΔH2=-175.6kJ·mol-1(反应Ⅱ)
请回答下列问题:
(1)通过监测反应体系中气体浓度的变化判断反应Ⅰ和Ⅱ是否同时发生,理由是。
15.用CaSO4代替O2与燃料CO反应,既可以提高燃烧效率,又能得到高纯CO2,是一种高效、清洁、经济的新型燃烧技术,反应①为主反应,反应②和③为副反应。
①1/4CaSO4(s)+CO(g)
1/4CaS(s)+CO2(g)△H1=-47.3kJ/mol
②CaSO4(s)+CO(g)
CaO(s)+CO2(g)+SO2(g)△H2=+210.5kJ/mol
③CO(g)
1/2C(s)+1/2CO2(g)△H3=-86.2kJ/mol
(1)反应①~③的平衡常数的对数lgK随反应温度T的变化曲线见图18.结合各反应的△H,归纳lgK~T曲线变化规律:
a)
b)。
16.二甲醚(
)是一种应用前景广阔的清洁燃科,以CO和氢气为原料生产二甲醚主要发生以下三个反应:
编号
热化学方程式
化学平衡常数
①
②
③
回答下列问题:
(1)工艺中反应①和反应②分别在不同的反应器中进行,无反应③发生。
该工艺中反应③的发生提高了
的产率,原因是___________________________。
17.氮的氧化物(NOx)是大气主要污染物,有效去除大气中的NOx是环境保护的重要课题。
(1)在有氧条件下,新型催化剂M能催化NH3与NOx反应生成N2,将一定比例的O2、NH3和NOx的混合气体匀速通入装有催化剂M的反应器中反应,反应相同时间,NOx的去除率随反应温度的变化曲线如图所示。
①在50℃~150℃范围内随温度升高,NOx的去除率迅速上升的原因是____。
②当反应温度高于380℃时,NOx的去除率迅速下降的原因可能是___。
18.大气中CO2含量的增加会加剧温室效应,为减少其排放,需将工业生产中产生的CO2分离出来进行储存和利用。
(1)以TiO2/Cu2Al2O4为催化剂,可以将CO2和CH4直接转化为乙酸,请写出该反应的化学方程式:
____________。
在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率的关系如图所示。
在温度为____________时,催化剂的活性最好,效率最高。
请解释图中250~400℃时乙酸生成速率变化的原因:
250~300℃时____________;300~400℃时____________。
19.汽车发动机工作时会产生包括CO、NOx等多种污染气体,涉及到如下反应:
①N2(g)+O2(g)
2NO(g)
②2NO(g)+O2(g)
2NO2(g)
③NO2(g)+CO(g)
CO2(g)+NO(g)
弄清上述反应的相关机理,对保护大气环境意义重大,回答下列问题:
(1)科学家研究出了一种高效催化剂,可以将CO和NO2两者转化为无污染气体,反应方程式为:
2NO2(g)+4CO(g)=4CO2(g)+N2(g)△H<0
某温度下,向10L密闭容器中分别充入0.1molNO2和0.2molCO,发生上述反应,随着反应的进行,容器内的压强变化如下表所示:
时间/min
0
2
4
6
8
10
12
压强/kPa
75
73.4
71.95
70.7
69.7
68.75
68.75
回答下列问题:
①若将温度降低,再次平衡后,与原平衡相比体系压强(p总)如何变化?
_______(填“增大”、“减小”或“不变”),原因是__________。
20.二氧化碳的有效回收利用,既能缓解能源危机,又可减少温室效应的影响,具有解决能源问题及环保问题的双重意义。
Zn/ZnO热化学循环还原CO2制CO的原理如下图所示,回答下列问题:
(1)①Zn/ZnO在反应中循环使用,其作用是__________________
(2)二甲醚是主要的有机物中间体,在一定条件下利用CO2与H2可直接合成二甲醚:
2CO2(g)+6H2(g)
CH3OCH3(g)+3H2O(g),
=3时,实验测得CO2的平衡转化率随温度及压强变化如下图所示。
①合成二甲醚过程中往往会生成一氧化碳,合成时选用硅铝化合物做催化剂,硅铝比不同时,生成二甲醚或一氧化碳的物质的量分数不同。
硅铝比与产物选择性如下图所示。
图中A点和B点的化学平衡常数比较:
KA____KB(填“>、<、=”)。
根据以上两条曲线,写出其中一条变化规律:
_______________________。
21.为更有效处理工业废气中排放的氮氧化物(NOx)、SO2等,减少大气污染。
科学家不断对相关反应进行研究尝试。
(1)脱硝反应机理如图,Cu+的作用是____________,C2H4参与的反应方程式______________。
(2)选择性催化还原技术(SCR)是目前较为成熟的烟气脱硝技术,其反应原理主要为:
4NH3(g)+4NO(g)+O2(g)
4N2(g)+6H2O(g);ΔH=-1627kJ•mol-1
①该方法应控制反应温度在315~400℃之间,反应温度不宜过高的原因是________。
②氨氮比n(NH3)/n(NO)会直接影响该方法的脱硝率。
如图为350℃时,只改变氨气的投放量,NO的百分含量与氨氮比的关系图。
当n(NH3)/n(NO)>1.0时,烟气中NO含量反而增大,主要原因是_________________________________。
(3)烟气脱硫、脱硝一体化技术是大气污染防治研究的热点。
ClO2及NaClO2均是性能优良的脱硫脱硝试剂。
①某研究小组用ClO2进行单独脱除SO2实验时,测得SO2的脱除率随溶液pH变化如图所示。
当3 22.硒(Se)是第四周期ⅥA族元素,是人体内不可或缺的微量元素,其氢化物H2Se是制备新型光伏太阳能电池、半导体材料和金属硒化物的基础原料。 (2)T℃时,向一恒容密闭容器中加入3molH2和lmolSe,发生反应H2(g)+Se(s) H2Se(g)。 ①当反应达到平衡后,将平衡混合气体通入气体液化分离器使H2Se气体转化为液体H2Se,并将分离出的H2再次通入发生反应的密闭容器中继续与Se反应时,Se的转化率会提高。 请用化学平衡理论解释_________________________________。 23.运用化学反应原理研究碳、氮、硫的单质及其化合物的反应对缓解环境污染、能源危机具有重要意义。 I.CO还原NO的脱硝反应: 2CO(g)+2NO(g)⇌2CO2(g)+N2(g)△H (1)已知: CO(g)+NO2(g)⇌CO2(g)+NO(g)△H1=-226kJ·mol-1 N2(g)+2O2(g)⇌2NO2(g)△H2=+68kJ·mol-1 N2(g)+O2(g)⇌2NO(g)△H3=+183kJ·mol-1 脱硝反应△H=__________,有利于提高NO平衡转化率的条件是________________(写出两条)。 (2)汽车使用乙醇汽油并不能减少NOx的排放,这使NOx的有效消除成为环保领域的重要课题。 某研究小组在实验室以Ag-ZSM-5为催化剂,对CO、NO催化转化进行研究,测得NO转化为N2的转化率随温度、CO混存量的变化情况如下图所示, 1若不使用CO,温度超过775℃,发现NO的分解率降低,其可能的原因为_________________。 24.工业废气、汽车尾气中含有的NOx、SO2等,是形成雾霾的主要物质,其综合治理是当前重要的研究课题。 (1)某研究小组探究催化剂对CO、NO转化的影响。 将NO和CO以一定的流速通过两种不同的催化剂进行反应,相同时间内测量逸出气体中的NO含量,从而确定尾气脱氮率(脱氮率即NO的转化率),结果如图所示。 ①若温度低于200℃,图中曲线脱氯率随温度升高而变化不大的主要原因是__________; 判断a点对应的脱氮率是否为对应温度下的平衡脱氮率,并说明其理由: ____________。 25.氮氧化物是评价空气质量的控制标准之一,作为空气污染物的氮氧化物(NOx)常指NO和NO2。 (1)T1℃时,在刚性反应器中以投料比为1: 3的NO(g)与O2(g)反应,其中NO2二聚为N2O4的反应可以迅速达到平衡。 体系的总压强p随时间t的变化如下表所示[t=∞时,NO(g)完全反应]。 t/min 0 40 80 160 260 700 ∞ p/kPa 32.8 30.7 29.9 29.4 29.2 28.8 26.9 ①若降低反应温度至T2℃,则NO(g)与O2(g)完全反应后体系压强p∞(T2℃)_________(填“大于”“等于”或“小于”)26.9kPa,原因是___________________________________。
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