高中 | 化学平衡移动及其影响因素 题目答案及解析

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选修四

第二章 化学反应速率和化学平衡

第三节 化学平衡

化学平衡移动及其影响因素

习近平总书记在党的二十大报告中指出“实现碳达峰、碳中和是一场广泛而深刻的经济社会系统性变革”。其中研发$\rm CO_{2}$的转化技术是行之有效的手段。

已知,$\rm CO_{2}$生产甲醇过程主要发生以下反应:

反应$\rm I$$\text{C}{{\text{O}}_{\text{2}}}\left( \text{g} \right)+\text{3}{{\text{H}}_{\text{2}}}\left( \text{g} \right)\rightleftharpoons \text{C}{{\text{H}}_{\text{3}}}\text{OH}\left( \text{g} \right)+{{\text{H}}_{\text{2}}}\text{O}\left( \text{g} \right)\quad \Delta {{H}_{1}}=-48.97\,\text{kJ}\cdot \text{mo}{{\text{l}}^{\text{-1}}}$

反应$\rm I$$\rm I$$\text{C}{{\text{O}}_{\text{2}}}\left( \text{g} \right)+{{\text{H}}_{\text{2}}}\left( \text{g} \right)\rightleftharpoons \text{CO}\left( \text{g} \right)+{{\text{H}}_{\text{2}}}\text{O}\left( \text{g} \right)\quad \Delta {{H}_{2}}=41.17\,\text{kJ}\cdot \text{mo}{{\text{l}}^{\text{-1}}}$

反应$\rm II$$\rm I$$\text{CO}\left( \text{g} \right)+\text{2}{{\text{H}}_{\text{2}}}\left( \text{g} \right)\rightleftharpoons \text{C}{{\text{H}}_{\text{3}}}\text{OH}\left( \text{g} \right)\quad \Delta {{H}_{3}}=-90.14\,\text{kJ}\cdot \text{mo}{{\text{l}}^{\text{-1}}}$

反应Ⅲ正反应活化能${{E}_{\text{a(E)}}}$与逆反应活化能${{E}_{\text{a}}}{{_{(逆}}_{)}}$大小关系为:${{E}_{\text{a(E)}}}$                ${{E}_{\text{a}}}{{_{(逆}}_{)}}$ $\rm ($填“$\rm \gt $”、“$\rm \lt $”或“$\rm =$$\rm )$

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反应${\rm III\text{CO}\left( \text{g} \right)+2{{\text{H}}_{\text{2}}}\left( \text{g} \right)\rightleftharpoons \text{C}{{\text{H}}_{\text{3}}}\text{OH}\left( \text{g} \right)}\quad \Delta {{H}_{3}}=-90.14\,\text{kJ}\cdot \text{mo}{{\text{l}}^{\text{-1}}}$,该反应为放热反应,由$\Delta {{H}_{3}}={{E}_{\text{a(正})}}-{{E}_{\text{a (逆}{)}}}\lt 0$活化能$E_\rm {a(正)}\lt $ $E\rm _{a(逆\rm )}$

$\rm CO_{2}$加氢合成甲醇的体系中,下列说法错误的是                

$\rm A$.若在绝热恒容容器,反应Ⅰ的平衡常数$K$保持不变,说明反应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ都已达平衡

$\rm B$.若气体的平均相对分子质量不变,说明反应$\rm I$$\rm II$$\rm III$都已达平衡

$\rm C$.体系达平衡后,若压缩体积,反应$\rm I$平衡正向移动,反应Ⅱ平衡不移动

$\rm D$.选用合适的催化剂可以提高甲醇在单位时间内的产量

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$\rm A$.绝热恒容容器,反应未达平衡时能量的变化使得体系温度变化,只有达到平衡时体系温度不变平衡常数不变,绝热恒容容器,当反应$\rm I$的平衡常数$K$保持不变说明反应$\rm I$$\rm II$$\rm III$都已达平衡,$\rm A$正确;  $\rm B$.根据质量守恒,混合气体的质量不变,反应$\rm I$是气体体积减小的反应,反应$\rm I$是气体体积不变的反应则气体的总物质的量随着反应进行减小,气体的平均相对分子质量增大,当气体的平均相对分子质量保持不变,说明反应体系已达平衡,$\rm B$正确;  $\rm C$.体系达平衡后,若压缩体积,相当于增大压强则反应$\rm I$平衡正向移动,会使反应$\rm I$$\rm CO_{2}$$\rm H_{2}$量减小,$\rm H_{2}O$量增大,反应$\rm II$的化学平衡逆向移动,$\rm C$错误;  $\rm D$.选用合适的催化剂可以加快反应速率,从而提高$\rm CH_{3}OH$在单位时间内的产量,$\rm D$正确;

已知:$\rm CH_{3}OH$的选择性$\rm =$不考虑催化剂活性温度,为同时提高$\rm CO_{2}$的平衡转化率和甲醇的选择性,应选择的反应条件是                

$\rm A$.高温高压   $\rm B$.高温低压   $\rm C$.低温低压   $\rm D$.低温高压

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$\\rm D$

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反应$\rm I$是气体体积增大的反应,反应$\rm III$是放热反应,高压有助于提高$\rm CO2$的平衡转化率和甲醇的选择性,使反应Ⅰ、Ⅲ正向移动,而低温会使反应Ⅱ逆向移动,使反应Ⅰ和Ⅲ正向移动,提高甲醇的选择性,故根据平衡移动原理选择反应条件为低温高压。

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