多平衡體系中的規(guī)范解答題(A)1.(8分)精脫硫技術主要用于煤氣中羰基硫(COS)和二硫化碳(CS2)的轉(zhuǎn)化?；卮鹣铝袉栴}：(1)利用焦爐煤氣中的H2可脫除煤氣中羰基硫(COS)。羰基硫氫化反應歷程有途徑Ⅰ和途徑Ⅱ兩種可能，如圖所示：①已知羰基硫氫化反應速率較快，推測其更合理的反應歷程是途徑(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。

②反應COS(g)+H2(g)=CO(g)+H2S(g)的ΔH=kJ·mol-1。

(2)MoS2可作羰基硫氫化反應的催化劑，催化機理如圖所示：不同鉬(Mo)含量的MoS2催化劑對COS轉(zhuǎn)化率和H2S的選擇性不同，實驗數(shù)據(jù)如圖所示。根據(jù)圖中數(shù)據(jù)，選擇(填“3.4%Mo”或“8.7%Mo”)作催化劑效果最好；當H2S選擇性低于100%時表明部分COS氣體與催化劑發(fā)生了反應，催化劑有吸硫現(xiàn)象，若H2S選擇性高于100%，可能的原因是

。

2.(16分)丙烯是重要的化工原料，可用丙烷脫氫制備丙烯：C3H8(g)C3H6(g)+H2(g)ΔH1Kp1已知：2C3H8(g)+O2(g)2C3H6(g)+2H2O(g)ΔH2=-236kJ·mol-1Kp22H2(g)+O2(g)2H2O(g)ΔH3=-484kJ·mol-1Kp3(1)ΔH1=kJ·mol-1；平衡常數(shù)Kp1=(用Kp2和Kp3表示)。

(2)不同壓強下，在密閉容器中丙烷平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度變化關系如圖1。①圖中壓強由大到小的順序為，判斷的依據(jù)是。

②800K、p2壓強下，若進料組成中加入惰性氣體Ar，a點將(填“上移”或“下移”)。

(3)丙烷直接脫氫存在副反應C3H8(g)C2H4(g)+CH4(g)。一定溫度下，丙烷和氫氣的混合氣體以一定流速通過Ga2O3/Al2O3催化劑表面，丙烷轉(zhuǎn)化率、丙烷平衡轉(zhuǎn)化率、丙烯選擇性(曲線a)和丙烯生成速率隨n(H2)n(C3H8)變化如圖2。催化劑Ga2O3/Al2①丙烷轉(zhuǎn)化率隨n(H2)n(C②曲線b隨n(H2)n(丙烯生成速率隨n(H2)n(3.(12分)利用熱分解法可回收煉油廠酸渣(含硫酸、瀝青質(zhì)等)中的硫酸。已知瀝青質(zhì)溫度升高時會發(fā)生分解反應。利用熱分解法測定硫酸回收量(以SO2、SO3的硫元素含量計)的有關熱化學方程式：反應Ⅰ：H2SO4(l)SO3(g)+H2O(g)ΔH1K1反應Ⅱ：2SO3(g)2SO2(g)+O2(g)ΔH2=+196kJ·mol-1K2(1)已知2H2SO4(l)2SO2(g)+O2(g)+2H2O(g)ΔH3=+550kJ·mol-1，則ΔH1=kJ·mol-1。

(2)在壓強為p的反應體系中對1g酸渣進行熱分解，平衡時體系中SO2、SO3的氣體體積分數(shù)和熱解氣體總體積(已折算為標準狀況)隨溫度變化如圖。①K1(填“>”或“<”)K2，依據(jù)是

。

②結(jié)合平衡移動原理分析，SO2氣體體積分數(shù)隨溫度變化的原因可能為。

4.(8分)以CO2、H2為原料生產(chǎn)甲醇是一種有效利用二氧化碳的途徑。涉及的反應有Ⅰ.CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)ΔH1<0Ⅱ.CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)ΔH2<0Ⅲ.CO2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g)ΔH3<0工業(yè)中，對于反應Ⅰ，通常同時存在副反應Ⅳ：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH4。在一定條件下，在合成塔中充入一定量CO2和H2。不同壓強時，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率如圖a所示。當氣體總壓強恒定為1MPa時，平衡時各物質(zhì)的物質(zhì)的量分數(shù)如圖b所示。(1)圖a中，相同溫度下，壓強越大，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率越大，其原因是

。

(2)由圖b可知，ΔH4(填“>”“<”或“=”)0；H2的物質(zhì)的量分數(shù)隨溫度升高而增大，原因是

。

5.(6分)鐵元素廣泛存在于自然界中，鐵及其化合物有著豐富的化學性質(zhì)。反應S2O82-(aq)+2I-(aq)=2SO42-(aq)+I2(aq)在加入Fe(1)寫出速控步的熱化學方程式：

。

(2)反應過程中由于Fe2+濃度較低而不容易被檢測到，F(xiàn)e2+濃度較低的原因是

。

多平衡體系中的規(guī)范解答題(B)1.(15分)丁烯是一種重要的化工原料，可由丁烷催化脫氫制備：C4H10(g)C4H8(g)+H2(g)ΔH=+123kJ·mol-1?；卮鹣铝袉栴}：(1)圖(a)是該反應平衡轉(zhuǎn)化率與反應溫度及壓強的關系圖，x(填“大于”或“小于”)0.1；欲使丁烯的平衡產(chǎn)率提高，應采取的措施是(填字母)。

A.升高溫度 B.降低溫度C.增大壓強 D.降低壓強(2)丁烷和氫氣的混合氣體以一定流速通過填充有催化劑的反應器(氫氣的作用是活化催化劑)，出口氣中含有丁烯、丁烷、氫氣等。圖(b)為丁烯產(chǎn)率與進料氣中n(氫氣)/n(丁烷)的關系。圖中曲線呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢，其降低的原因是

。

(3)圖(c)為反應產(chǎn)率和反應溫度的關系曲線，副產(chǎn)物主要是高溫裂解生成的短碳鏈烴類化合物。丁烯產(chǎn)率在590℃之前隨溫度升高而增大的原因可能是

；

590℃之后，丁烯產(chǎn)率快速降低的主要原因可能是。

2.(5分)將甲醇轉(zhuǎn)化耦合到丁烯裂解過程中生產(chǎn)丙烯，主要涉及下列反應：①2C4H8(g)→2C3H6(g)+C2H4(g)ΔH>0②2CH3OH(g)→C2H4(g)+2H2O(g)ΔH<0③C2H4(g)+C4H8(g)→2C3H6(g)ΔH<0已知：甲醇吸附在催化劑上，可以活化催化劑；甲醇濃度過大也會抑制丁烯在催化劑上的轉(zhuǎn)化。(1)圖1是C3H6及某些副產(chǎn)物的產(chǎn)率與n(CH3OH)n((2)圖2是某壓強下，將CH3OH和C4H8按一定的物質(zhì)的量之比投料，反應達到平衡時C3H6的體積分數(shù)隨溫度的變化曲線。由圖2可知平衡時C3H6的體積分數(shù)隨溫度的升高呈現(xiàn)先升高后降低的變化，其原因可能是

。

3.(12分)乙烯是重要的基礎化工原料，工業(yè)上利用乙烷脫氫制乙烯的相關反應如下：反應Ⅰ：C2H6(g)C2H4(g)+H2(g)ΔH1=+137kJ·mol-1反應Ⅱ：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH2=+41kJ·mol-1(1)科研人員研究催化劑對乙烷無氧脫氫的影響①在一定條件下，Zn/ZSM?5催化乙烷脫氫轉(zhuǎn)化為乙烯的反應歷程如圖所示，該歷程的各步反應中，生成下列物質(zhì)速率最慢的是(填字母)。

A.C2H6* B.Zn?C2C.C2H4*②用Co基催化劑研究C2H6催化脫氫，該催化劑對C—H和C—C的斷裂均有高活性，易形成碳單質(zhì)。一定溫度下，Co基催化劑在短時間內(nèi)會失活，其失活的原因是

。

(2)在923K和催化劑條件下，向體積固定的容器中充入1.0molC2H6與一定量CO2發(fā)生反應(忽略反應Ⅰ和反應Ⅱ外的其他反應)，平衡時C2H6、C2H4和CO的物質(zhì)的量分數(shù)隨起始投料比n(C曲線c表示的物質(zhì)為CO，表示C2H6的曲線為(填“a”或“b”)，判斷依據(jù)是。

4.(18分)(2024·浙江6月選考，19)氫是清潔能源，硼氫化鈉(NaBH4)是一種環(huán)境友好的固體儲氫材料，其水解生氫反應方程式如下：(除非特別說明，本題中反應條件均為25℃，101kPa)NaBH4(s)+2H2O(l)NaBO2(aq)+4H2(g)ΔH<0請回答：(1)該反應能自發(fā)進行的條件是。

A.高溫 B.低溫C.任意溫度 D.無法判斷(2)該反應比較緩慢。忽略體積變化的影響，下列措施中可加快反應速率的是。

A.升高溶液溫度B.加入少量異丙胺[(CH3)C.加入少量固體硼酸[B(OH)3]D.增大體系壓強(3)為加速NaBH4水解，某研究小組開發(fā)了一種水溶性催化劑，當該催化劑足量、濃度一定且活性不變時，測得反應開始時生氫速率v與投料比n(NaBH4)n(H2(4)氫能的高效利用途徑之一是在燃料電池中產(chǎn)生電能。某研究小組的自制熔融碳酸鹽燃料電池工作原理如圖2所示，正極上的電極反應式是。

該電池以3.2A恒定電流工作14分鐘，消耗H2體積為0.49L，故可測得該電池將化學能轉(zhuǎn)化為電能的轉(zhuǎn)化率為。[已知：該條件下H2的摩爾體積為24.5L·mol-1；電荷量q(C)=電流I(A)×時間(s)；NA=6.0×1023mol-1；e=1.60×10-19C。]

(5)資源的再利用和再循環(huán)有利于人類的可持續(xù)發(fā)展。選用如下方程式，可以設計能自發(fā)進行的多種制備方法，將反應副產(chǎn)物偏硼酸鈉(NaBO2)再生為NaBH4。(已知：ΔG是反應的自由能變化量，其計算方法也遵循蓋斯定律，可類比ΔH計算方法；當ΔG<0時，反應能自發(fā)進行。)Ⅰ.NaBH4(s)+2H2O(l)=NaBO2(s)+4H2(g)ΔG1=-320kJ·mol-1Ⅱ.H2(g)+12O2(g)=H2O(l)ΔG2=-240kJ·molⅢ.Mg(s)+12O2(g)=MgO(s)ΔG3=-570kJ·mol請書寫一個方程式表示NaBO2再生為NaBH4的一種制備方法，并注明ΔG

。

(要求：反應物不超過三種物質(zhì)；氫原子利用率為100%。)

答案精析A1.(1)①Ⅱ②b-a-c+d-e(2)8.7%Mo催化劑本身在反應過程中有失硫現(xiàn)象解析(1)①反應的活化能越大，反應速率越慢，由圖可知，途徑Ⅰ的活化能大于途徑Ⅱ，所以反應速率較快的羰基硫氫化的反應歷程是途徑Ⅱ。2.(1)+124Kp2Kp3(2)①p3>p2>p1反應為氣體分子數(shù)增大的反應，增大壓強，平衡向左移動，丙烷的平衡轉(zhuǎn)化率減小②上移(3)①c②隨著H2的含量增大，平衡向左移動，丙烷平衡轉(zhuǎn)化率降低解析(1)將3個反應依次記為反應Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，由蓋斯定律可知反應Ⅰ=Ⅱ-Ⅲ2，ΔH1=ΔH2-ΔH32=(-236kJ·mol-1)-(-484kJ·mol-1)2=+124kJ·mol-1；則Kp1=Kp2Kp3。(2)①該反應為正向氣體分子數(shù)增大的反應，當溫度一定時，增大壓強，平衡逆向移動，丙烷的轉(zhuǎn)化率減小，則壓強p3>p2>p1。3.(1)+177(2)①<平衡時SO3的體積分數(shù)遠小于SO2②溫度升高，反應Ⅱ平衡正向移動程度小于酸渣中瀝青質(zhì)分解程度解析(1)依題意知，已知反應=反應Ⅰ×2+反應Ⅱ，故ΔH3=2ΔH1+ΔH2，故ΔH1=(+550)-(+196)2kJ·mol-1=+177kJ·mol-14.(1)增大壓強，反應Ⅳ平衡不移動，反應Ⅰ平衡向正反應方向移動(2)>反應Ⅰ放熱，反應Ⅳ吸熱，溫度升高時，反應Ⅰ平衡向左移動增加的H2的量大于反應Ⅳ平衡向右移動減少的H2的量解析(1)②根據(jù)反應Ⅰ、Ⅳ可知只有反應Ⅳ生成CO，根據(jù)圖b可知CO平衡時的物質(zhì)的量分數(shù)隨著溫度的升高而增大，說明該反應吸熱，ΔH4>0。5.(1)2Fe3+(aq)+2I-(aq)=I2(aq)+2Fe2+(aq)ΔH=+(E3-E2)kJ·mol-1(2)第一步基元反應活化能較高為慢反應，第二步基元反應活化能較低為快反應。第一步反應產(chǎn)生的Fe2+很快被第二步反應消耗，故Fe2+濃度較小解析(1)根據(jù)S2O82-(aq)+2I-(aq)=2SO42-(aq)+I2(aq)結(jié)合圖像，可得兩步反應為2Fe3+(aq)+2I-(aq)=I2(aq)+2Fe2+(aq)；2Fe2+(aq)+S2O82-(aq)=2Fe3+(aq)+2SO42-(aq)；活化能最大的一步為速控步，由圖可知，速控步熱化學方程式為2Fe3+(aq)+2I-(aq)=I2(aq)+2Fe2+(aq)ΔH=+B1.(1)小于AD(2)氫氣是產(chǎn)物之一，隨著n((3)升高溫度，反應速率加快，生成的丁烯會增多，同時由于反應是吸熱反應，升高溫度，平衡向正反應方向移動丁烯高溫裂解生成短碳鏈烴類化合物解析(1)由圖(a)可以看出，溫度相同時，壓強由0.1MPa變化到xMPa，丁烷的轉(zhuǎn)化率增大，即平衡正向移動，所以x<0.1。由于正反應為吸熱反應，所以溫度升高時，平衡正向移動，丁烯的平衡產(chǎn)率增大，因此A正確、B錯誤；反應正向進行時體積增大，加壓時平衡逆向移動，丁烯的平衡產(chǎn)率減小，因此C錯誤、D正確。(2)反應初期，H2可以活化催化劑，進料氣中n(氫氣)n(丁烷)2.(1)1.0(2)300~500℃時，丁烯裂解(反應①)為主要反應，是吸熱反應，升高溫度，平衡正向移動，使C3H6的體積分數(shù)增大；溫度高于500℃時，反應②③為主要反應，是放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，使C3H6的體積分數(shù)降低，同時溫度升高易發(fā)生副反應，C3H6可能轉(zhuǎn)化為C2H4、C3H8、C4H10、C5+等，使C3H3.(1)①C②積碳在其表面快速沉積使其失活(2)an(CO2)n(C24.(1)C(2)AC(3)隨著投料比n(NaBH4)n(H2O)增大，NaBH4的水解轉(zhuǎn)化率降低(4)O2(5)NaBO2(s)+2H2(g)+2Mg(s)=NaBH4(s)+2MgO(s)ΔG=-340kJ·mol-1解析(1)反應NaBH4(s)+2H2O(l)=NaBO2(aq)+4H2(g)ΔH<0，ΔS>0