2023届高考二轮总复习试题 化学（适用于老高考新教材） 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.(2022山东枣庄二模)2021年9月,中国科学院宣布在人工合成淀粉方面取得突破性进展,在国际上首次实现二氧化碳到淀粉的全合成,该技术未来有望促进碳中和的生物经济发展。(1)CO2人工合成转化为淀粉只需要11步,其中前两步涉及的反应如图所示:反应:CO2(g)+2H2(g)HCHO(g)+H2O(g)H= 。(2)反应进行时,同时发生反应:2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g),在1 L恒容密闭容器中充入4.0 mol CO2和6.0 mol H2,一定温度下,达到平衡时,c(CO2)=c(H2O),c(H2)=1.2 molL-1,CH3

2、OH物质的量分数为%(计算结果保留1位小数)。(3)乙烯是合成工业的重要原料,一定条件下可发生反应:3C2H4(g)2C3H6(g)。分别在不同温度、不同催化剂下,保持其他初始条件不变,重复实验,经相同时间测得C2H4的体积分数与温度的关系如图所示:在催化剂甲作用下,图中M点的速率v(正)(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

3、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.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

4、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.(2022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)+3H2

5、O(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,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

6、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

7、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。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

8、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”“催化剂乙、反应温度200 10a-b10a-b2m解析 (1)反应:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)H1,反应:CH3OH(g)+O2(g)HCHO(g)+H2O2(l)H2,反应:2H2O2(l)2H2O(g)+O2(g)H3,反应:3H2O(g)32O2(g)+3H2(g)H4。根据盖斯定律,由反应+12+13可得反应:CO2(g)+2H2(g)HCHO(g)+

9、H2O(g)H=H1+H2+12H3+13H4。(2)设平衡时CH3OH物质的量为x mol,C2H4物质的量为y mol,列三段式:容器容积为1 L,达到平衡时,c(CO2)=c(H2O),则4-x-2y=x+4y ,c(H2)=1.2 molL-1,则6-3x-6y=1.2 ,联立式解得x=0.8、y=0.4,则CH3OH物质的量分数为0.82.4+1.2+0.8+2.4+0.4100%11.1%。(3)催化剂不能使平衡发生移动,由题图可知M点乙烯的转化率低于同温度下催化剂为乙时乙烯的转化率,说明M点时反应还没有达到平衡状态,反应还向正反应方向进行,故v(正)v(逆);根据题图中所给信息,

10、催化剂为乙的时候乙烯的转化率高,故应选择的反应条件为催化剂乙、反应温度200 。由化学方程式3C2H4(g)2C3H6(g)可知,正反应速率与乙烯的浓度有关,逆反应速率与丙烯的浓度有关,由速率公式可得:lg v(正)=lg k(正)+3lg c(C2H4),lg v(逆)=lg k(逆)+2lg c(C3H6),故lg v(正)的斜率更大一些,由题图可知当lg c(C2H4)和lg c(C3H6)均为0时,lg v(正)=a,lg v(逆)=b,则lg v(正)=lg k(正)=a,k(正)=10a,lg v(逆)=lg k(逆)=b,k(逆)=10b,则T 时,该反应达到平衡时,v(正)=v

11、(逆),即k(正)c3(C2H4)=k(逆)c2(C3H6),则平衡常数K=c2(C3H6)c3(C2H4)=k(正)k(逆)=10a10b=10a-b;设向容器中充入x molL-1C2H4,平衡后测得c(C2H4)=1.0 molL-1,列出三段式:则平衡常数K=c2(C3H6)c3(C2H4)=23(x-1.0)21.03=10a-b,解得:23(x-1.0)=10a-b2,则用C3H6表示的平均反应速率为v(C3H6)=c(C3H6)t=23(x-1.0)m molL-1min-1=10a-b2m molL-1min-1。2.答案(1)(2)p3p2p1升高温度,反应、平衡均正向移动,

12、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

13、、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(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

14、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,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=

15、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

16、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)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

17、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+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

18、=-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,

19、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(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

20、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)=0.053.8p1.853.8p0.053.8p1.753.8p1.06。(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)(

21、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

22、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=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

23、 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

24、)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,

25、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(C

26、O2)=x mol,n(H2)=3x mol,平衡时生成a mol CH3OCH3、b mol CO,即 2CO2(g) + 6H2(g) CH3OCH3(g) + 3H2O(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 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

27、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

28、;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。