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1、专题15 化学反应原理综合1(2022全国甲卷)金属钛(Ti)在航空航天、医疗器械等工业领域有着重要用途,目前生产钛的方法之一是将金红石转化为,再进一步还原得到钛。回答下列问题:(1)转化为有直接氯化法和碳氯化法。在时反应的热化学方程式及其平衡常数如下:()直接氯化:()碳氯化:反应的为_,_Pa。碳氯化的反应趋势远大于直接氯化,其原因是_。对于碳氯化反应:增大压强,平衡_移动(填“向左”“向右”或“不”);温度升高,平衡转化率_(填“变大”“变小”或“不变”)。(2)在,将、C、以物质的量比12.22进行反应。体系中气体平衡组成比例(物质的量分数)随温度变化的理论计算结果如图所示。反应的平衡
2、常数_。图中显示,在平衡时几乎完全转化为,但实际生产中反应温度却远高于此温度,其原因是_。(3)碳氯化是一个“气固固”反应,有利于“固固”接触的措施是_。【答案】(1) -223 1.21014 碳氯化反应气体分子数增加,H小于0,是熵增、放热过程,熵判据与焓判据均是自发过程,而直接氯化的体系气体分子数不变、且是吸热过程 向左 变小(2) 7.2105 为了提高反应速率,在相同时间内得到更多的TiCl4产品,提高效益(3)将两固体粉碎后混合,同时鼓入Cl2,使固体粉末“沸腾”【解析】(1)根据盖斯定律,将“反应-反应”得到反应2C(s)+O2(g)=2CO(g),则H=-51kJ/mol-17
3、2kJ/mol=-223kJ/mol;则Kp=1.21014Pa;碳氯化的反应趋势远大于直接氯化,因为碳氯化反应气体分子数增加,H小于0,是熵增、放热过程,熵判据与焓判据均是自发过程,而直接氯化的体系气体分子数不变、且是吸热过程;对应碳氯化反应,气体分子数增大,依据勒夏特列原理,增大压强,平衡往气体分子数减少的方向移动,即平衡向左移动;该反应是放热反应,温度升高,平衡往吸热方向移动,即向左移动,则平衡转化率变小。(2)从图中可知,1400,体系中气体平衡组成比例CO2是0.05,TiCl4是0.35,CO是0.6,反应C(s)+CO2(g)=2CO(g)的平衡常数Kp(1400)=Pa=7.2
4、105Pa;实际生产中需要综合考虑反应的速率、产率等,以达到最佳效益,实际反应温度远高于200,就是为了提高反应速率,在相同时间内得到更多的TiCl4产品。(3)固体颗粒越小,比表面积越大,反应接触面积越大。有利于TiO2 C“固-固”接触,可将两者粉碎后混合,同时鼓入Cl2,使固体粉末“沸腾”,增大接触面积。2(2022浙江卷)主要成分为的工业废气的回收利用有重要意义。(1)回收单质硫。将三分之一的燃烧,产生的与其余混合后反应:。在某温度下达到平衡,测得密闭系统中各组分浓度分别为、,计算该温度下的平衡常数_。(2)热解制。根据文献,将和的混合气体导入石英管反应器热解(一边进料,另一边出料),
5、发生如下反应:总反应:投料按体积之比,并用稀释;常压,不同温度下反应相同时间后,测得和体积分数如下表:温度/95010001050110011500.51.53.65.58.50.00.00.10.41.8请回答:反应能自发进行的条件是_。下列说法正确的是_。A其他条件不变时,用Ar替代作稀释气体,对实验结果几乎无影响B其他条件不变时,温度越高,的转化率越高C由实验数据推出中的键强于中的键D恒温恒压下,增加的体积分数,的浓度升高若将反应看成由反应和反应两步进行,画出由反应原料经两步生成产物的反应过程能量示意图_。在,常压下,保持通入的体积分数不变,提高投料比,的转化率不变,原因是_。在范围内(
6、其他条件不变),的体积分数随温度升高发生变化,写出该变化规律并分析原因_。【答案】(1)8108 Lmol1(2)高温 AB 1000时CH4不参与反应,相同分压的H2S经历相同的时间转化率相同 先升后降;在低温段,以反应为主,随温度升高,S2(g)的体积分数增大;在高温段,随温度升高;反应消耗S2的速率大于反应生成S2的速率,S2(g)的体积分数减小【解析】(1)根据方程式可知该温度下平衡常数K;(2)根据盖斯定律可知+即得到反应的H234kJ/mol,这说明反应是吸热的体积增大(即S0)的反应,根据GHTS0可自发进行可知反应自发进行的条件是高温下自发进行;AAr是稀有气体,与体系中物质不
7、反应,所以其他条件不变时,用Ar替代N2作稀释气体,对实验结果几乎无影响,A正确;B正反应吸热,升高温度平衡正向进行,温度越高,H2S的转化率越高,B正确;C根据表中数据无法得出H2S中S-H键和CH4中C-H键的相对强弱,事实上C-H键的键能大于S-H键键能,C错误;D恒温恒压下,增加N2的体积分数,相当于减压,平衡正向进行,H2的物质的量增加,容器容积增加,H2浓度减小,D错误;答案选AB;反应I、反应和反应均是吸热反应,则反应过程能量示意图可表示为;根据表中数据可知1000时CH4不参与反应,相同分压的H2S经历相同的时间转化率相同,所以在1000常压下,保持通入的H2S体积分数不变,提
8、高投料比时H2S的转化率不变;由于在低温段,以反应为主,随温度升高,S2(g)的体积分数增大;在高温段,随温度升高;反应消耗S2的速率大于反应生成S2的速率,S2(g)的体积分数减小,因此变化规律是先升后降。3(2022全国乙卷)油气开采、石油化工、煤化工等行业废气普遍含有的硫化氢,需要回收处理并加以利用。回答下列问题:(1)已知下列反应的热化学方程式:计算热分解反应的_。(2)较普遍采用的处理方法是克劳斯工艺。即利用反应和生成单质硫。另一种方法是:利用反应高温热分解。相比克劳斯工艺,高温热分解方法的优点是_,缺点是_。(3)在、反应条件下,将的混合气进行热分解反应。平衡时混合气中与的分压相等
9、,平衡转化率为_,平衡常数_。(4)在、反应条件下,对于分别为、的混合气,热分解反应过程中转化率随时间的变化如下图所示。越小,平衡转化率_,理由是_。对应图中曲线_,计算其在之间,分压的平均变化率为_。【答案】(1)170(2)副产物氢气可作燃料 耗能高(3) 50% 4.76(4)越高 n(H2S):n(Ar)越小,H2S的分压越小,平衡向正反应方向进行,H2S平衡转化率越高 d 24.9【解析】(1)已知:2H2S(g)+3O2(g)2SO2(g)+2H2O(g)H11036kJ/mol4H2S(g)+2SO2(g)3S2(g)+4H2O(g)H294kJ/mol2H2(g)+O2(g)2
10、H2O(g)H3484kJ/mol根据盖斯定律(+)即得到2H2S(g)S2(g)+2H2(g)的H4(1036+94)kJ/mol+484kJ/mol170 kJ/mol;(2)根据盖斯定律(+)可得2H2S(g)+O2(g)S2(g)+2H2O(g) H(1036+94)kJ/mol=314kJ/mol,因此,克劳斯工艺的总反应是放热反应;根据硫化氢分解的化学方程式可知,高温热分解方法在生成单质硫的同时还有氢气生成。因此,高温热分解方法的优点是:可以获得氢气作燃料;但由于高温分解H2S会消耗大量能量,所以其缺点是耗能高;(3)假设在该条件下,硫化氢和氩的起始投料的物质的量分别为1mol和4
11、mol,根据三段式可知:平衡时H2S和H2的分压相等,则二者的物质的量相等,即1xx,解得x0.5,所以H2S的平衡转化率为,所以平衡常数Kp4.76kPa;(4)由于正反应是体积增大的可逆反应,n(H2S):n(Ar)越小,H2S的分压越小,相当于降低压强,平衡向正反应方向移动,因此H2S平衡转化率越高;n(H2S):n(Ar)越小,H2S平衡转化率越高,所以n(H2S):n(Ar)1:9对应的曲线是d;根据图像可知n(H2S):n(Ar)1:9反应进行到0.1s时H2S转化率为0.24。假设在该条件下,硫化氢和氩的起始投料的物质的量分别为1mol和9mol,则根据三段式可知此时H2S的压强
12、为7.51kPa,H2S的起始压强为10kPa,所以H2S分压的平均变化率为24.9kPas1。4(2022广东卷)铬及其化合物在催化、金属防腐等方面具有重要应用。(1)催化剂可由加热分解制备,反应同时生成无污染气体。完成化学方程式:_。催化丙烷脱氢过程中,部分反应历程如图,过程的焓变为_(列式表示)。可用于的催化氧化。设计从出发经过3步反应制备的路线_(用“”表示含氮物质间的转化);其中一个有颜色变化的反应的化学方程式为_。(2)溶液中存在多个平衡。本题条件下仅需考虑如下平衡:()()下列有关溶液的说法正确的有_。A加入少量硫酸,溶液的pH不变B加入少量水稀释,溶液中离子总数增加C加入少量溶
13、液,反应()的平衡逆向移动D加入少量固体,平衡时与的比值保持不变25时,溶液中随pH的变化关系如图。当时,设、与的平衡浓度分别为x、y、,则x、y、z之间的关系式为_;计算溶液中的平衡浓度_(写出计算过程,结果保留两位有效数字)。在稀溶液中,一种物质对光的吸收程度(A)与其所吸收光的波长()有关;在一定波长范围内,最大A对应的波长()取决于物质的结构特征;浓度越高,A越大。混合溶液在某一波长的A是各组分吸收程度之和。为研究对反应()和()平衡的影响,配制浓度相同、不同的稀溶液,测得其A随的变化曲线如图,波长、和中,与的最接近的是_;溶液从a变到b的过程中,的值_(填“增大”“减小”或“不变”)。【答案】(1) N2 4H2O (E1-E2)+H+(E3-E4) 2NO+O2=2NO2(2)BD 当溶液pH=9时,因此可忽略溶液中即=0.20反应(ii)的平衡常数K2=3.310-7联立两个方程可得=6.010-4mol/L 3 增大【解析】(1)分解过程中,生成Cr2O3和无污染气体,根据元素守恒可知,其余生成物为N2、H2O,根据原子守恒可知反应方程式为。设反应过程中第一步的产物为M,第二步的产物为N,则XMH1=(E1-E2),MNH2=H,NYH3=(E3-E4)1,根据盖斯定律可知,X(g)Y(g)的焓变为H1+