板塊四 大題逐點(diǎn)通關(guān)4 化學(xué)反應(yīng)原理的相關(guān)計(jì)算-2025版世紀(jì)金榜二輪化學(xué)收官專項(xiàng)輔導(dǎo)與訓(xùn)練_第1頁
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文檔簡介

4化學(xué)反應(yīng)原理的相關(guān)計(jì)算研真題·明考向1.(2024·全國甲卷·28節(jié)選)甲烷轉(zhuǎn)化為多碳化合物具有重要意義。一種將甲烷溴化再偶聯(lián)為丙烯(C3H6)的研究所獲得的部分?jǐn)?shù)據(jù)如下。已知:CH4(g)+Br2(g)===CH3Br(g)+HBr(g)ΔH1=-29kJ·mol-1CH4與Br2反應(yīng)生成CH3Br,部分CH3Br會進(jìn)一步溴化。將8mmolCH4和8mmolBr2通入密閉容器,平衡時(shí),n(CH4)、n(CH3Br)與溫度的關(guān)系見下圖(假設(shè)反應(yīng)后的含碳物質(zhì)只有CH4、CH3Br和CH2Br2)。(1)圖中CH3Br的曲線是________(填“a”或“b”)。

(2)560℃時(shí),CH4的轉(zhuǎn)化率α=________,n(HBr)=________mmol。

(3)560℃時(shí),反應(yīng)CH3Br(g)+Br2(g)===CH2Br2(g)+HBr(g)的平衡常數(shù)K=______。

【解析】(1)根據(jù)熱化學(xué)方程式可知,升高溫度,平衡逆向移動,CH4(g)的含量增多,CH3Br(g)的含量減少,故CH3Br的曲線為a。(2)560℃時(shí)反應(yīng)達(dá)平衡,剩余的CH4(g)的物質(zhì)的量為1.6mmol,其轉(zhuǎn)化率α=(8mmol-1.6mmol)8mmol×100%=80%;若只發(fā)生一步反應(yīng),則生成6.4mmolCH3Br,但此時(shí)剩余CH3Br的物質(zhì)的量為5.0mmol,說明還有1.4mmolCH3(3)平衡時(shí),反應(yīng)中各組分的物質(zhì)的量分別為n(CH3Br)=5.0mmol、n(Br2)=0.2mmol、n(CH2Br2)=1.4mmol、n(HBr)=7.8mmol,故該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=c(1.4答案:(1)a(2)80%7.8(3)10.922.(2024·湖北選擇考·17節(jié)選)用BaCO3和焦炭為原料,經(jīng)反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ得到BaC2,再制備乙炔是我國科研人員提出的綠色環(huán)保新路線。反應(yīng)Ⅰ:BaCO3(s)+C(s)BaO(s)+2CO(g)反應(yīng)Ⅱ:BaO(s)+3C(s)BaC2(s)+CO(g)回答下列問題:已知Kp=(pCO)n、K=(pCO105Pa)n(n是CO的化學(xué)計(jì)量系數(shù))。反應(yīng)Ⅰ①反應(yīng)BaCO3(s)+4C(s)BaC2(s)+3CO(g)在1585K的Kp=________Pa3。

②保持1320K不變,假定恒容容器中只發(fā)生反應(yīng)Ⅰ,達(dá)到平衡時(shí)pCO=________Pa,若將容器體積壓縮到原來的12,重新建立平衡后pCO=____________Pa?!窘馕觥竣俜磻?yīng)Ⅰ+反應(yīng)Ⅱ得BaCO3(s)+4C(s)BaC2(s)+3CO(g),所以其平衡常數(shù)K=KⅠ×KⅡ=(pCO105Pa)3,由圖1可知,1585K時(shí)KⅠ=102.5,KⅡ=10-1.5,故K=KⅠ×KⅡ=(pCO105Pa)3=102.5×10-1.5=10,得出pCO3=10×(105Pa)3=1016Pa3,則Kp②由圖1可知,1320K時(shí)反應(yīng)Ⅰ的KⅠ=100=1,根據(jù)反應(yīng)Ⅰ得出KⅠ=(pCO105Pa)2=1,所以pCO2=(105Pa)2,即pCO=105Pa;若將容器體積壓縮到原來的12,由于溫度不變、平衡常數(shù)不變,因此重新建立平衡后pCO不變答案:①1016②105105建模板·塑思維1.化學(xué)平衡常數(shù)的換算(1)同一可逆反應(yīng)中,K正·K逆=1。(2)同一化學(xué)方程式中的化學(xué)計(jì)量數(shù)等倍擴(kuò)大或縮小n倍,則新平衡常數(shù)K'與原平衡常數(shù)K間的關(guān)系是K'=Kn或K'=nK(3)兩化學(xué)方程式相減得第三個(gè)化學(xué)方程式,則K3=K1K2;若兩化學(xué)方程式相加得第三個(gè)化學(xué)方程式,則K3=K1×(4)化學(xué)平衡常數(shù)與速率常數(shù)的關(guān)系:K=k正2.原子守恒法解答多平衡體系中平衡常數(shù)思路3.壓強(qiáng)平衡常數(shù)的計(jì)算模式練模擬·提素養(yǎng)1.石油化工生產(chǎn)過程中,將石油分餾產(chǎn)物中長鏈烴的裂解產(chǎn)物進(jìn)行分離,就可以得到合成纖維、塑料、橡膠等工業(yè)中重要的短鏈烴化工原料。反應(yīng)1:C4H10(g,正丁烷)CH4(g)+C3H6(g)ΔH1>0反應(yīng)2:C4H10(g,正丁烷)C2H4(g)+C2H6(g)ΔH2>0溫度T℃下,向2L密閉容器中投入正丁烷,同時(shí)發(fā)生反應(yīng)1和反應(yīng)2,6min達(dá)到平衡,測得部分物質(zhì)的濃度與時(shí)間的關(guān)系如圖所示,平衡時(shí)體系的壓強(qiáng)為51MPa。①0~6min內(nèi),利用C3H6(g)表示的平均反應(yīng)速率為____________mol·L-1·min-1。

②7min時(shí)改變的條件可能是_________(填字母)。A.縮小容器的體積 B.降低溫度C.增大正丁烷的濃度 D.加入催化劑③溫度T℃下,反應(yīng)2的分壓平衡常數(shù)Kp=________________MPa。

【解析】同時(shí)發(fā)生反應(yīng)1和反應(yīng)2,由圖可知平衡時(shí)生成了0.3mol·L-1的CH4,消耗了0.7mol·L-1的C4H10,說明反應(yīng)2生成了0.4mol·L-1的C2H6,平衡體系中各組分的濃度分別是c(CH4)=c(C3H6)=0.3mol·L-1、c(C2H6)=c(C2H4)=0.4mol·L-1、c(C4H10)=0.3mol·L-1。①0~6min內(nèi),利用C3H6(g)表示的平均反應(yīng)速率為0.3mol·L-②7min時(shí)改變條件:A.縮小容器的體積即增大壓強(qiáng),瞬時(shí)CH4濃度增大,隨后CH4濃度減小,A項(xiàng)不符合題意;B.降低溫度,平衡逆向移動,CH4濃度減小,B項(xiàng)不符合題意;C.增大正丁烷的濃度,瞬時(shí)CH4濃度不變,平衡正向移動,隨后CH4濃度增大,C項(xiàng)符合題意;D.加入催化劑,平衡不移動,甲烷的濃度不變,D項(xiàng)不符合題意。③溫度T℃下,各組分的分壓:p(CH4)=p(C3H6)=p(C4H10)=51MPa×0.p(C2H6)=p(C2H4)=12MPa,反應(yīng)2的分壓平衡常數(shù)Kp=p(12MPa×12答案:①0.05②C③162.(2024·德州模擬節(jié)選)氫能源具有廣泛的應(yīng)用前景,甲烷水蒸氣催化重整是制高純氫的方法之一,涉及反應(yīng)如下:Ⅰ.CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)ΔH1<0Ⅱ.CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)ΔH2<0Ⅲ.CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g)ΔH3>0回答下列問題:(1)某溫度下,CH4(g)和H2O(g)按投料比1∶3加入容積2L的密閉容器中催化重整制取高純氫,初始壓強(qiáng)為p0,平衡時(shí)CH4的轉(zhuǎn)化率為80%,S(CO)=50%[S表示選擇性,S(CO)=n生成(CO)n生成(CO)+n生成(CO2)×100%],則H2分壓為_______,反應(yīng)Ⅱ的Kp=_______(2)在一定條件下,選擇合適的催化劑發(fā)生反應(yīng)Ⅱ:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g),調(diào)整CO和H2O初始投料比,測得CO的平衡轉(zhuǎn)化率如圖。已知:反應(yīng)速率v=v正-v逆=k正x(CO)·x(H2O)-k逆x(CO2)·x(H2),k正、k逆分別為正、逆向反應(yīng)速率常數(shù),x為物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)。A、B、D、E四點(diǎn)中溫度最高的是________,在C點(diǎn)所示投料比下,當(dāng)CO轉(zhuǎn)化率達(dá)到40%時(shí),v正v逆=【解析】(1)CH4(g)和H2O(g)按投料比1∶3加入容積2L的密閉容器中催化重整制取高純氫,初始壓強(qiáng)為p0,設(shè)n(CH4)=1mol,則n(H2O)=3mol,由平衡時(shí)CH4的轉(zhuǎn)化率為80%,S(CO)=50%(S表示選擇性),得平衡時(shí),容器中的n(CH4)=(1-80%)mol=0.2mol,n(CO2)=n(CO)=(1×80%×50%)mol=0.4mol,由O守恒得n(H2O)=(3-0.4-0.4×2)mol=1.8mol,由H守恒得n(H2)=[(1×4+3×2=2.8mol,則平衡時(shí)壓強(qiáng)p平=(0.2+0.4+0.4+1.8+2.8)4molp0=1.4p0,則H2分壓為2×1.4p0=0.45p0,CO的分壓為0.4mol(0.2+0.4+0.4+1.8+2.8)mol×1.4p0=0.1p0,CO2的分壓為0.4mol(0.2+0.4+0.4+1.8+2.8)mol×1.4p0=0.1p0,反應(yīng)Ⅱ的Kp=0.1p0(2)由題干信息可知,Ⅱ.CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)ΔH2<0,故升高溫度,平衡逆向移動,CO的平衡轉(zhuǎn)化率減小,故可知B點(diǎn)溫度高于A點(diǎn),而增大n(CO)∶n(H2O)的比值,CO的轉(zhuǎn)化率減小,故可知B點(diǎn)溫度高于D點(diǎn)高于E點(diǎn),故最高為B點(diǎn);C點(diǎn)數(shù)值為(1,60),由三段式分析:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)起始量(mol·L-1) 1 1 0 0變化量(mol·L-1) 0.6 0.6 0.6 0.6平衡量(mol·L-1) 0.4 0.4 0.6 0.6,C點(diǎn)溫度下的平衡常數(shù)為K=c(CO2)c(H2)ck正x(CO)·x(H2O)=k逆x(CO2)·x(H2),則k正k逆=x(CO2)·x(H2)x(CO)·CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)起始量(mol·L-1) 1 1 0 0變化量(mol·L-1) 0.4 0.4 0.4 0.4平衡量(mol·L-1) 0.6 0.6 0.4

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