【化学】化学化学反应原理综合考查的专项培优 易错 难题练习题(含答案)含答案解析

【化学】化学化学反应原理综合考查的专项培优 易错 难题练习题(含答案)含

答案解析

一、化学反应原理综合考查

1．（15分）甲烷水蒸气催化重整（SMR）是传统制取富氢混合气的重要方法，具有工艺简单、成本低等优点。 回答下列问题：

（1）已知1000 K时，下列反应的平衡常数和反应热： ①CH4(g)②2CO(g)

C(s)+2H2(g) K1=10.2 ΔH1 C(s)+CO2(g) K2=0.6 ΔH2

CO2(g)+H2(g) K3=1.4 ΔH3 CO2(g)+4H2(g) K4 ΔH4（SMR）

③CO(g)+H2O(g)④CH4(g)+2H2O(g)

则1000 K时，K4=____________；ΔH4=_________（用ΔH1、ΔH2、ΔH3来表示）。 （2）在进入催化重整装置前，先要对原料气进行脱硫操作，使其浓度为0.5 ppm以下。脱硫的目的为______________。

（3）下图为不同温度条件下电流强度对CH4转化率的影响。由图可知，电流对不同催化剂、不同温度条件下的甲烷水蒸气催化重整反应均有着促进作用，则可推知ΔH4____0（填“>”或“<”）。

（4）下图为不同温度条件下6小时稳定测试电流强度对H2产率的影响。由图可知，随着温度的降低，电流对H2产率的影响作用逐渐____________（填“增加”“减小”或“不变”），600 ℃时，电流对三种催化剂中的____________（用图中的催化剂表示式回答）影响效果

最为显著，当温度高于750 ℃时，无论电流强度大小，有无催化剂，H2产率趋于相同，其原因是______________。

（5）我国科学家对甲烷和水蒸气催化重整反应机理也进行了广泛研究，通常认为该反应分两步进行。第一步：CH4催化裂解生成H2和碳（或碳氢物种），其中碳（或碳氢物种）吸附在催化剂上，如CH4→Cads/[C(H)n]ads+(2–

n)H2；第二步：碳（或碳氢物种）和H2O反应生2n)H2。反应过程和能量变化残图如下（过2成CO2和H2，如Cads/[C(H)n]ads +2H2O→CO2 +(2+

程①没有加催化剂，过程②加入催化剂），过程①和②ΔH的关系为：①_______②（填“＞”“＜”或“＝”）；控制整个过程②反应速率的是第_______步，其原因为____________________________。

【答案】33.32 ΔH1+2ΔH3?ΔH2 硫能使催化剂中毒（或硫能使催化剂活性下降等） > 增加 10Ni?3MgO/γ?Al2O3 温度高于750 ℃时，几种情况下的反应均达到平衡，催化剂不改变平衡状态 = Ⅱ 第Ⅱ步的活化能大，反应速率慢 【解析】 【分析】 【详解】

（1）方程式CH4(g)+2H2O(g)

CO2(g)+4H2(g)，是由方程式①+2×③?②得到，

K1K3210.2?1.42K4===33.32，ΔH4=ΔH1+2ΔH3?ΔH2。

K20.6（2）硫会与催化剂反应，会使催化剂中毒，因此要脱硫。

（3）由图可知电流相同时，750 ℃甲烷的转化率比600 ℃时甲烷的转化率高，说明温度越高，转化率越高，K越大，ΔH4>0。

（4）据图可知，随温度降低，H2产率的变化幅度也增大，电流对H2产率的影响作用逐渐增加；600 ℃时，10Ni?3MgO/γ?Al2O3催化剂在不同电流时H2产率的变化幅度最大，因此电流对10Ni?3MgO/γ?Al2O3催化剂影响最为显著；测试时间为6小时，当温度高于750 ℃时，由于反应速率加快，反应已经达平衡移动，而催化剂不影响平衡移动，因此无论电流强度大小，有无催化剂，H2产率趋于相同。

（5）同一化学反应，催化剂只能改变反应的速率，对反应热不会造成影响，故过程①和②ΔH相等。根据活化能越大，反应速率就越慢，故控制整个反应速率的是活化能较高的步骤，即控速步骤为第Ⅱ步。

2．1799年，英国化学家汉弗莱·戴维发现了N2O气体。在食品行业中，N2O可用作发泡 剂和密封剂。

(l) N2是硝酸生产中氨催化氧化的副产物，NH3与O2在加热和催化剂的作用下生成N2O的化学方程式为________。

(2)N2O在金粉表面发生热分解反应：2N2O(g) =2N2(g)+O2(g) △H。 已知：2NH3(g)+3N2O(g)=4N2(g)+3H2O(l) △H1=-1010KJ/mol 4NH3(g)+3O2(g) =2N2(g)+6H2O(l) △H2=-1531KJ/mol △H=__________。

(3)N2O和CO是环境污染性气体，研究表明，CO与N2O在Fe+作用下发生反应：

垐?N2O(g)+CO(g)噲?CO2(g)十N2(g)的能量变化及反应历程如下图所示，两步反应分别为：反垐?应①Fe++N2O噲?FeO+N2；反应②______________

由图可知两步反应均为____(填“放热”或“吸热”)反应，由______(填“反应①或反应②”)决定反应达到平衡所用时间。

垐?(4)在固定体积的密闭容器中，发生反应：N2O(g)+CO(g)噲?CO2(g)+N2(g)，改变原料气配

比进行多组实验(各次实验的温度可能相同，也可能不同)，测定N2O的平衡转化率。部分实验结果如图所示：