1、加试 30 题专练(三) 化学平衡原理综合应用12018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，CO 2 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 CO 2(g)3H 2(g)CH3OH(g)H 2O(g) H 149.2 kJmol 1反应 CO 2(g)H 2(g)CO(g)H 2O(g) H 2已知：CO 和 H2 的标准燃烧热分别为283.0 kJmol 1 和285.8 kJmol 1H 2O(g)=H2O(l) H 3 44.0 kJmol1请回答：(1)反应的 H2_ kJmol 1 。(2)研究表明：在其他条件相同
2、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 13(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：在 553 K 时，反应体系内甲醇的物质的量为 _ mol。随着温度的升高，CO 2 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 13 通入恒温恒容密
3、闭容器中，控制条件，使其仅仅按反应进行，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，t 1 时再向容器中加入一定量物质的量之比为 13 的 CO2 与 H2 混合气，t 2 时再次达到平衡，请在下图中画出 t1t 3 时间内甲醇体积分数随时间的变化曲线。答案 (1)41.2 (2) 新型催化剂能将反应活化能降低更多，使反应物更容易生成甲醇 (3)0.031 5a 当温度升高时反应平衡逆向移动，而反应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)解析 CO(g) O2(g)=CO2(g) H 283.0 kJmol1 、H 2(g) O2(g
4、)=H2O(l) 12 12H285.8 kJmol1 ，H 2O(g)=H2O(l) H 344.0 kJmol1 ，反应CO 2(g)3H 2(g)CH3OH(g)H 2O(g) H 149.2 kJmol 1 ， 反应 CO 2(g)H 2(g)CO(g)H 2O(g) H 2(1)由盖斯定律，得反应的 H2285.8 kJmol1 (283.0 kJmol1 )(44.0 kJmol1 )41.2 kJmol1 。(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活化能降低更多，使
5、反应物更容易生成甲醇。(3) CO 2(g) 3H 2(g)CH3OH(g)H 2O(g)始/mol 0.25a 0.75a变/mol 0.25a21%60% 0.031 5a平/mol 0.031 5a在 553 K 时，反应体系内甲醇的物质的量为 0.25a21%60%0.031 5a；随着温度的升高，CO 2 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平衡逆向移动，而反应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，t 1 时再向容器中加入一定量物质的量之比为 13 的 CO2 与 H2混合气，t 2 时再次达到平衡，
6、 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(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)6H 2(g) C2H4(g)4H 2O(g) H。催 化 剂 已知：C 2H4(g)3O 2(g)=2CO2(g)2H 2O(l) H 1a kJmol 1 ；2H 2(g)O 2(g)=2H2O(l) H 2b kJmol 1 ；H 2O(l)=H2O(g) H 3c kJmol 1 ；请回答：(1)H_ kJmol 1 。( 用 a、b、c 表示)(2)在催化剂Fe 3(CO)12/ZSM5、空速 1200 h1 条件下，温度
7、、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。下列有关说法正确的是_( 填字母) 。AH0B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M 点时，CO 2 的平衡转化率为 ，则此时平衡体系中乙烯的体积分数为_。23工业生产中压强一般控制在 2.12.6 MPa 之间，理由是_。(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
8、。t 2 时将容器体积瞬间扩大至 2 L 并保持不变，t 3 时重新达平衡。在图 2 中绘制0t 4 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)3b4ca (2) BD 1/9(或 11.1%)压强小于 2.1 MPa，CO 2 的平衡转化率较小；压强大于 2.6 MPa，CO 2 的平衡转化率提高幅度较小，运行成本增加 (3) 起点 12.5，t 2 低于 20(实际为 16.7)，t3 高于 12.5解析 (1) 已知：C 2H4(g)3O 2(g)=2CO2(g)2H 2O(l) H 1a kJmol1 ；2H 2(g)O 2(g)=2H2O(
9、l) H 2b kJmol1 ；H 2O(l)=H2O(g) H3c kJmol1 ；根据盖斯定律，将 3 4 得 ： 2CO2(g ) 6H2(g) C2H4(g) 4H2O(g) H (3b 4c a) 催 化 剂 kJmol 1。(2)根据图像，CO 2 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，H0，故 A 错误；根据方程式 2CO2(g)6H 2(g) C2H4(g)4H 2O(g)，催 化 剂 增大氢碳比 ，可以提高 CO2 的平衡转化率，故 B 正确；根据 A 的分析，H0，nH2nCO2温度升高，平衡逆向移动，乙烯的产率降低，故 C 错误；升高温
10、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。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)6H 2(g) C2H4(g)4H 2O(g)可知，CO 2 的平衡转化率为 ，平衡时 n(CO2)n 催 化 剂 23mol，n(H 2)3n mol，n(C 2H4)n mol，n (H2O)4n mol，平衡体系中乙烯的体积分数物质的量分数 11.1%。n9n 19根据图像，工业生
11、产中压强一般控制在 2.12.6 MPa 之间，是因为压强小于 2.1 MPa，CO 2 的平衡转化率较小；压强大于 2.6 MPa，CO 2 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分子质量(M) 12.5；300 时，CO 2 的平衡转化率为 ，根据反应344 293 9 232CO2(g)6H 2(g) C2H4(g)4H 2O(g)可知，平衡时 n(CO2)1 mol，n(H 2)3 催 化 剂 mol，n(C 2H4)1 mol，n (H2O)4 mol，混合气体的平均相对分子质量 (M)16.67；t 2 时将容器体积瞬间扩大至 2 L 并保持不变，平衡逆向移动，气344 299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)变化的图像为起点 12.5，t 2 低于 20(实际为 16.7)，t 3 高于 12.5。
