2023届高考二轮总复习试题 化学（适用于湖南、河北） 大题突破练3　化学反应原理综合题.docx

1、大题突破练3化学反应原理综合题1.(2021湖南卷,16)氨气中氢含量高,是一种优良的小分子储氢载体,且安全、易储运,可通过下面两种方法由氨气得到氢气。方法.氨热分解法制氢气相关化学键的键能数据化学键NNHHNH键能E/(kJmol-1)946436.0390.8在一定温度下,利用催化剂将NH3分解为N2和H2。回答下列问题:(1)反应2NH3(g)N2(g)+3H2(g)H= kJmol-1;(2)已知该反应的S=198.9 Jmol-1K-1,在下列哪些温度下反应能自发进行?(填标号);A.25 B.125 C.225 D.325 (3)某兴趣小组对该反应进行了实验探究。在一定温度和催化剂

2、的条件下,将0.1 mol NH3通入3 L 的密闭容器中进行反应(此时容器内总压为200 kPa),各物质的分压随时间的变化曲线如图所示。若保持容器容积不变,t1时反应达到平衡,用H2的浓度变化表示0t1时间内的反应速率v(H2)= molL-1min-1(用含t1的代数式表示);t2时将容器容积迅速缩小至原来的一半并保持不变,图中能正确表示压缩后N2分压变化趋势的曲线是(用图中a、b、c、d表示),理由是;在该温度下,反应的标准平衡常数K=(已知:分压=总压该组分物质的量分数,对于反应dD(g)+eE(g)gG(g)+hH(g)K=(pGp)g(pHp)h(pDp)d(pEp)e,其中p=

3、100 kPa,pG、pH、pD、pE为各组分的平衡分压)。方法.氨电解法制氢气利用电解原理,将氨转化为高纯氢气,其装置如图所示。(4)电解过程中OH-的移动方向为(填“从左往右”或“从右往左”);(5)阳极的电极反应式为。2.(2022山东淄博二模)温室气体的利用是当前环境和能源领域的研究热点。.CH4与CO2、H2O重整制合成气的反应如下:.CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g).CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g).CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)已知反应和的平衡常数的自然对数ln Kp与温度的关系如图1所示。图1(1).CH4(g)+CO2(

4、g)2CO(g)+2H2(g)H(填“”或“”)0。(2)分别在不同压强下,向V L密闭容器中按照n(CO)n(CH4)n(H2O)=111投料,实验测得平衡时n(H2)n(CO)随温度的变化关系如图2所示。图2压强p1、p2、p3由大到小的顺序为。压强为p2时,随着温度升高,n(H2)n(CO)先增大后减小,解释原因。.向密闭容器中充入一定量的CH4(g)和NO(g),保持总压为100 kPa发生反应:CH4(g)+4NO(g)2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)H”或“0(1)则反应的H3为(用含a、b的代数式表示),有利于提高上述反应的平衡转化率的条件是(填字母)。A.高温高压B.

5、低温低压C.高温低压D.低温高压(2)不同压强和温度下反应的平衡转化率如图甲所示。图甲.在相同压强下升高温度,未达到新平衡前,v(正)(填“大于”“小于”或“等于”)v(逆)。.研究表明,既升高温度又增大压强,C6H12的平衡转化率也升高,理由可能是。(3)T 向2 L的密闭反应器中充入1 mol C6H12进行催化脱氢,测得C6H10和C6H6的产率x1和x2(以物质的量分数计)随时间的变化关系如图乙所示。在8 min时,反应体系内氢气的物质的量为 mol(忽略其他副反应)。08 min内C6H6的平均化学反应速率为。反应的化学平衡常数K=(只代入数据即可,不需要计算结果)。图乙6.(202

6、2山东泰安三模)清洁能源的综合利用可有效降低碳排放,是实现“碳中和、碳达峰”的重要途径。(1)以环己烷为原料通过芳构化反应生产苯,同时可获取氢气。图甲是该反应过程中几种物质间的能量关系。图甲芳构化反应:(g)(g)+3H2(g)H= kJmol-1。(2)H2和CO2合成乙醇的反应为2CO2(g)+6H2(g)C2H5OH(g)+3H2O(g)。将等物质的量的CO2和H2充入一刚性容器中,测得平衡时C2H5OH的体积分数随温度和压强的关系如图乙。图乙图丙压强p1(填“”“=”或“”,下同)p2,a、b两点的平衡常数KaKb。已知Arrhenius经验公式为Rln k=-EaT+C(Ea为活化能

7、,k为速率常数,R和C为常数)。为探究m、n两种催化剂的催化效能,进行了实验探究,依据实验数据获得图丙曲线。在m催化剂作用下,该反应的活化能Ea= Jmol-1。从图中信息获知催化效能较高的催化剂是(填“m”或“n”),判断理由是。(3)H2和CO合成甲烷反应为2CO(g)+2H2(g)CH4(g)+CO2(g)。T 将等物质的量CO和H2充入恒压(200 kPa)的密闭容器中。已知逆反应速率v(逆)=k(逆)p(CH4)p(CO2),其中p为分压,该温度下k(逆)=5.010-4kPa-1s-1。反应达平衡时测得v(正)=516 kPas-1。CO的平衡转化率为,该温度下反应的Kp=(用组分

8、的分压计算的平衡常数)。7.(2022河北石家庄二模)甲醚(CH3OCH3)被称为“21世纪的清洁燃料”。以CO2、H2为原料制备甲醚涉及的主要反应如下:.2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)H1”或“”)0;a、b、c三点对应反应体系温度Ta、Tb、Tc由高到低的顺序为。(2)在恒压条件下,按CO2与H2的物质的量之比为13投料,测得CO2平衡转化率和平衡时CO的选择性(转化的CO2中生成CO的物质的量分数)随温度的变化曲线如图所示。曲线n随温度升高显示如图所示的变化趋势的原因是。T 时反应的平衡常数K=(保留两位有效数字);合成甲醚的适宜温度为260 ,理由是。

9、其他条件不变,改为恒容条件,CO平衡选择性比恒压条件下的平衡选择性(填“高”“低”或“不变”)。8.(2022广东汕头二模)CO2是一种温室气体,CO2的产生会影响人类生存的环境,将CO2作为原料转化为有用的化学品,对实现碳中和及生态环境保护有着重要意义。.工业上以CO2和NH3为原料合成尿素,在合成塔中存在如下转化:(1)液相中,合成尿素的热化学方程式为2NH3(l)+CO2(l)H2O(l)+NH2CONH2(l)H= kJmol-1。(2)在恒容密闭容器中发生反应:2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g)H”“”或“=”)反应,请依据有效碰撞理论微观探析其原因。一

10、定温度下,反应CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)的平衡常数K=(用k1、k2、k3、k4表示)。参考答案大题突破练3化学反应原理综合题1.答案 (1)+90.8(2)CD(3)0.02t1bt2时刻,将容器的容积迅速缩小为原来的一半,则所有气体的分压突然增大为原平衡时的2倍,则N2的分压突变为0.8100 kPa,之后平衡逆向移动,氮气的分压减小0.48(4)从右往左(5)2NH3-6e-+6OH-N2+6H2O解析 本题是热化学、电化学与速率平衡的综合题,考查了反应热的计算、自由能与反应的自发性、速率与平衡常数的计算、电极反应式的书写等知识。(1)根据H=反应物中化学键的键

11、能之和-生成物中化学键的键能之和=6390.8 kJmol-1-(946 kJmol-1+3436.0 kJmol-1)=+90.8 kJmol-1。(2)G=H-TS0时,反应可自发进行。代入数据可得,90.8 kJmol-1-T0.198 9 kJmol-1K-1456.5 K,即温度应高于456.5 -273 =183.5 。故合理答案为CD。(3)根据图像可知,从反应达平衡时(即t1时),氨气和氢气的分压都为1.2100 kPa,氮气的分压为0.4100 kPa,列三段式为: 2NH3 N2 + 3H2 总压起始/mol0.100200 kPa转化/mol2nn3n平衡/mol0.1-

12、2nn3n(1.2+1.2+0.4)100 kPa恒温恒容条件下,气体的压强与物质的量成正比,可列式:0.10.1-2n+n+3n=200(1.2+1.2+0.4)100解得n=0.02,所以0t1时间内v(H2)=0.06mol3 Lt1min=0.02t1 molL-1min-1。t2时刻,将容器的容积迅速缩小为原来的一半,则所有气体的分压突然增大为原平衡时的2倍,则N2的分压突变为0.8100 kPa,之后平衡逆向移动,氮气的分压减小,所以符合条件的曲线为b。根据该温度下各气体的分压,可列式K=0.41.231.22=0.48。(4)根据总反应2NH3N2+3H2可推知,生成氮气的电极为

13、阳极,生成氢气的电极为阴极,阴离子应向阳极移动,故OH-的移动方向为从右往左。(5)阳极电极反应式为2NH3-6e-+6OH-N2+6H2O。2.答案(1)(2)p3p2p1升高温度,反应、平衡均正向移动,反应平衡逆向移动,TTm时,升高温度对反应、的促进程度小于对反应的抑制程度,n(H2)消耗的多(3)(4)20%4.0解析 (1)由题干中反应和的平衡常数的自然对数ln Kp与温度的关系图所示信息可知,反应的平衡常数随温度升高而增大,说明反应正反应为吸热反应,即H20,反应的平衡常数随温度升高而减小,说明反应正反应是放热反应,即H30;(2)反应、均为气体体积增大的反应,减小压强,平衡正向移

14、动,n(H2)增加的程度大于n(CO),则压强p1、p2、p3由大到小的顺序为p3p2p1;由题图可知,压强为p2时,随着温度升高,n(H2)n(CO)先增大后减小,原因是反应、均为吸热反应,升高温度,反应、平衡均正向移动,反应是放热反应,平衡逆向移动,TTm时,升高温度对反应、的促进程度小于对反应的抑制程度,n(H2)消耗的多;(3)由化学方程式CH4(g)+4NO(g)2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)可知,随着n(NO)n(CH4)的增大,即增大NO的投入量,平衡正向移动,CH4的转化率增大而NO的转化率却减小,由题图3所示信息可知,曲线表示T3 K下NO的平衡转化率n(NO)n

15、(CH4)的关系,由化学方程式CH4(g)+4NO(g)2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)HT2;(4)由题干图示信息可知,在n(NO)n(CH4)=1、T3 K下,NO的转化率为80%,根据三段式分析可知,CH4(g) + 4NO(g) 2N2(g) + CO2(g)+2H2O(g)起始量/molaa000转化量/mol0.2a0.8a0.4a0.2a0.4a平衡量/mol0.8a0.2a0.4a0.2a0.4a则该反应平衡时N2的体积分数为0.4a2a100%=20%,则此时CH4、NO、CO2、N2、H2O的平衡分压分别为:p(CH4)=0.8a2a100 kPa=40 kPa,

16、p(NO)=0.2a2a100 kPa=10 kPa,p(CO2)=0.2a2a100 kPa=10 kPa,p(N2)=0.4a2a100 kPa=20 kPa,p(H2O)=0.4a2a100 kPa=20 kPa,故该反应的标准平衡常数K=p(CO2)pp(N2)p2p(H2O)p2p(NO)p4p(CH4)p=10 kPa100 kPa(20 kPa100 kPa)2(20 kPa100 kPa)2(10 kPa100 kPa)440 kPa100 kPa=4.0。3.答案(1)增大H2O(g)的浓度(2)CaO可以和产物CO2反应,降低产物的浓度,使平衡正向移动(3)a质量相等的纳米

17、级CaO颗粒更细小,表面积更大,与CO2接触更充分,吸收的CO2更多,反应限度更大,H2体积分数更大(4)p050%10解析 (1)该反应为气体体积不变的放热反应,生产中可用增大反应物水蒸气的浓度,使平衡向正反应方向移动,既提高CO的转化率,又提高反应速率。(2)其他条件不变,在体系中投入一定量氧化钙,氧化钙与生成物二氧化碳反应生成碳酸钙,生成物浓度减小,平衡向正反应方向移动,氢气的体积分数增大。(3)质量相等的纳米级氧化钙颗粒更细小,表面积更大,与二氧化碳接触更充分,吸收的二氧化碳更多,反应限度更大,氢气体积分数更大,故曲线a表示纳米级氧化钙对氢气体积分数的影响。(4)由反应CaCO3(s)

18、CaO(s)+CO2(g)的平衡常数Kp=p0 kPa可知,A点二氧化碳的分压为p0 kPa,则A点的坐标为(t,p0);由题图可知,平衡时氢气的转化率为20p0-10p020p0100%=50%;由题图可知,平衡时二氧化碳、氢气、一氧化碳、水蒸气的平衡分压分别为p0kPa、10p0kPa、10p0kPa、10p0kPa,则分压平衡常数Kp=10p010p0p010p0=10。4.答案(1)+247.3B(2)2.0减小随着投料比n(CO2)n(CH4)的增加,n(CO2)增大,副反应平衡正向移动,导致n(CO)增多,n(H2)减少,n(H2)n(CO)减小(3)1.06(4)阳CO2+H2O

19、+2e-(或2CO2+2e-+CO)解析 (1)根据题中所给条件,可以列出CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l)H3=-890.3 kJmol-1,CO(g)+12O2(g)CO2(g)H4=-283.0 kJmol-1,H2(g)+12O2(g)H2O(l)H5=-285.8 kJmol-1,根据盖斯定律可得H1=H3-2(H4+H5)=-890.3 kJmol-1-2(-283.0-285.8) kJmol-1=+247.3 kJmol-1;主反应:CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)化学方程式反应物系数之和小于生成物系数之和,并且该反应为吸热反应,故高温低

20、压有利于二氧化碳的转化。(2)甲烷的质量分数=16n(CH4)44n(CO2)+16n(CH4)=1644n(CO2)n(CH4)+16,由a、b、c三条线的起始投入甲烷的质量分数可知,甲烷的质量分数越大,n(CO2)n(CH4)越小,故曲线c对应的n(CO2)n(CH4)=2.0;可对比同一温度下,三条线的横坐标的大小,由题图可知随着进料比n(CO2)n(CH4)的增加,n(H2)n(CO)的值减小,其原因是随着投料比n(CO2)n(CH4)的增加,n(CO2)增大,副反应平衡正向移动,导致n(CO)增多,n(H2)减少,n(H2)n(CO)减小。(3)设开始时n(CO2)=1 mol,n(

21、CH4)=1 mol,列出三段式:CH4转化率为90%,反应了0.9 mol;对于副反应来说开始二氧化碳是0.1 mol,氢气是1.8 mol,一氧化碳是1.8 mol,二氧化碳的转化率为95%,则副反应中反应的二氧化碳物质的量=1 mol95%-1 mol90%=0.05 mol,列出三段式:,反应平衡后,n(CH4)=0.1 mol,n(CO2)=0.05 mol,n(H2)=1.75 mol,n(CO)=1.85 mol,n(H2O)=0.05 mol,n总=3.8 mol,设总压强为p,则有Kp=p(H2O)p(CO)p(CO2)p(H2)=0.053.8p1.853.8p0.053.

22、8p1.753.8p1.06。(4)催化电极b表面二氧化碳还原为一氧化碳为电解池的阴极,故催化电极a为电解池的阳极;阴极产生CO的电极反应式为CO2+H2O+2e-或2CO2+2e-+CO。5.答案(1)(a+b) kJmol-1C(2).大于.升高温度平衡正向移动,C6H12的平衡转化率增大,增大压强,平衡逆向移动,C6H12的平衡转化率减小,温度升高对平衡的影响大于压强增大对平衡的影响(3)2.340.047 5 molL-1min-1(1.17)30.380.09解析 (1)根据盖斯定律,由反应+得到反应,H3=H1+H2=(a+b) kJmol-1。已知反应的H30,且正反应是一个气体

23、体积增大的反应,则高温低压,平衡正向移动,有利于提高上述反应的平衡转化率。(2).反应的H30,在相同压强下升高温度,平衡正向移动,则未达到新平衡前,v(正)大于v(逆)。.反应的H30,且正反应是一个气体体积增大的反应,升高温度平衡正向移动,C6H12的平衡转化率增大,增大压强,平衡逆向移动,C6H12的平衡转化率减小,研究表明,既升高温度又增大压强,C6H12的平衡转化率也升高,理由可能是温度升高对平衡的影响大于压强增大对平衡的影响。(3)在8 min时,C6H10的产率为0.06,C6H6的产率为0.76,设环己烷的转化量为x mol,环己烯的转化量为y mol,根据三段式分析:则有:y

24、=0.76,x-y=0.06,则x=0.82,则反应体系内氢气的物质的量为0.82 mol+20.76 mol=2.34 mol,08 min内C6H6的平均化学反应速率为v=ct=nVt=0.76mol2 L8min=0.047 5 molL-1min-1。平衡体系中,环己烷的物质的量浓度为(1-0.82)mol2 L=0.09 molL-1,苯的浓度为0.76mol2 L=0.38 molL-1,H2的浓度为2.34mol2 L=1.17 molL-1,则反应的化学平衡常数K=c3(H2)c(苯)c(环己烷)=(1.17)30.380.09。6.答案(1)+208.4(2)9.6104n由

25、题图可知,直线n斜率大,Ea小,催化效率高(3)40%168110-4 (kPa)-2解析 (1)由题图可得热化学方程式:(g)(g)+2H2(g)H1=+237.1 kJmol-1;(g)(g)+H2(g)H2=-28.7 kJmol-1。根据盖斯定律,由反应+环己烷转化为苯的热化学方程式为(g)(g)+3H2(g)H=(+237.1 kJmol-1)+(-28.7 kJmol-1)=+208.4 kJmol-1。(2)该反应为气体体积减小的反应,温度一定时增大压强,平衡向正反应方向移动,乙醇的体积分数增大,由题图可知,压强为p1时乙醇的体积分数小于p2时,则p1TcTbTa(2)H10,升

26、温反应平衡正向移动,CO2的平衡转化率升高,升温过程中曲线n先减小后增大,则温度低时反应对平衡影响大,温度高时反应对平衡影响大0.046此温度下,CO的选择性较低且反应速率不低,若温度再高CO的选择性增大,不利于合成甲醚高解析 (1)v(逆)开始时逐渐增大,则c(CO2)、c(H2)逐渐减小,说明温度升高逆反应放热,则正反应为吸热反应,则H20;由ab温度为影响反应速率的主要因素,由bc浓度为影响反应速率的主要因素,v(逆)一直在变,说明未达到平衡,反应一直向逆反应方向进行,逆反应是放热的,故TcTbTa。(2)因H20,升温该反应正向进行,CO的选择性增大,故m表示CO选择性,n为CO2平衡

27、转化率,曲线n随温度升高显示如题图所示变化的原因是H10,升温反应平衡正向移动,CO2的平衡转化率升高,升温过程中曲线n先减小后增大,则温度低时反应对平衡影响大,温度高时反应对平衡影响大。设开始时投入n(CO2)=x mol,n(H2)=3x mol,平衡时生成a mol CH3OCH3、b mol CO,即 2CO2(g) + 6H2(g) CH3OCH3(g) +3 H2O(g)转化/mol2a6aa3a CO2(g) + H2(g) CO(g) + H2O(g)转化/molbbbb则2a+bx=40%,b2a+b=25%,解得a=0.15x,b=0.1x,平衡时n(H2O)=0.55x

28、mol,n(CO)=0.1x mol,n(CO2)=0.6x mol,n(H2)=2x mol,K=c(CO)c(H2O)c(CO2)c(H2)=0.1xV0.55xV0.6xV2xV0.046。在260 下,CO的选择性较低且反应速率不低,若温度再高CO的选择性增大,不利于合成甲醚。其他条件不变,改为恒容条件,合成甲醚的反应为气体体积减小的反应,压强减小,不利于甲醚的合成,造成合成甲醚更少,从而增大了CO平衡选择性,故改为恒容条件,CO平衡选择性比恒压条件下的平衡选择性高。8.答案(1)-93.7(2)AC(3)60%(4)反应活化能低,同条件下单位体积内活化分子数多,有效碰撞几率大,速率快

29、k1k3k2k4解析 (2)增大CO2的浓度,平衡正向移动,有利于NH3的转化率增大,A正确;该反应的正反应是熵减的反应,即S0,根据H-TS0可知,反应在低温下才能自发进行,高温下是不能自发进行的,B错误;混合气体的密度不再发生改变,即混合气体的质量不再改变,各组分的量也不再改变,反应达到平衡状态,C正确;在恒容密闭容器中,充入He,各物质浓度不变,平衡不移动,D错误。(3)设充入CH4和CO2物质的量都为x mol,列三段式:CH4(g) + CO2(g) 2CO(g) +2H2(g)起始量/(molL-1)xx00转化量/(molL-1)1.51.533平衡量/(molL-1)x-1.5x-1.533则有K=c2(CO)c2(H2)c(CH4)c(CO2)=3232(x-1.5)2=81,解得x=2.5,CH4的转化率为1.5mol2.5mol100%=60%;(4)活化能越大反应速率越慢,反应活化能低,同条件下单位体积内活化分子数多,有效碰撞几率大,速率快,则反应速率:反应反应;一定温度下,反应到达平衡时正逆反应速率相等,则有v(正)=k1c(CH4)k3c(CO2)=v(逆)=k4c2(CO)k2c2(H2),而平衡常数K=c2(CO)c2(H2)c(CH4)c(CO2),则K=k1k3k2k4。