2023届高考二轮总复习试题 化学（适用于老高考旧教材）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江西鹰潭第二次模拟)(1)合成氨是目前人工固氮最重要的途径,对人类生存具有重大意义,反应为:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)H=-92.4 kJmol-1。该反应在(填“高温”“低温”或“任意温度”)下可自发进行。我国科学家在合成氨反应机理研究中取得新进展,首次报道了LiH-3d过渡金属这一复合催化剂体系,并提出了“氮转移”催化机理。.3LiH(s)+N2(g)Li2NH(s)+LiNH2(g)H1=+32.8 kJ mol-1.Li2NH(s)+2H2(g)2LiH(s)+NH3(g)H2=-88 kJ mol-1.LiNH2(g)+H2(g

2、)LiH(s)+NH3(g)H3则H3=。(2)为了研究反应的热效应,我国科研人员计算了下列反应在一定范围内的平衡常数Kp。.N2H4(l)N2(g)+2H2(g)H0Kp0.N2H4(l)43NH3(g)+13N2(g)H1Kp1.43NH3(g)23N2(g)+2H2(g)H2Kp2lg Kp1-T和lg Kp2-T的线性关系如图所示:由图可知H1(填“大于”或“小于”)0。反应的Kp0=(用Kp1和Kp2表示)。反应的H0(填“大于”或“小于”)0,写出推理过程:。(3)氨水可以吸收二氧化碳。已知常温下,Kb(NH3H2O)=1.810-5,Ka1(H2CO3)=4.410-7,Ka2(

3、H2CO3)=4.410-11,此温度下某氨水的浓度为2 molL-1,则溶液中c(OH-)= molL-1;将CO2通入氨水中使溶液恰好呈中性,则此时c(NH4+)c(HCO3-)=(保留小数点后4位数字)。2.(2022陕西榆林四模)2022年北京冬奥会主火炬首次采用以氢气为燃料的微火形式,体现了绿色奥运理念。工业上,利用天然气制备氢气,还可得到乙烯、乙炔等化工产品,有关反应原理如下:反应1:2CH4(g)C2H2(g)+3H2(g)H1反应2:2CH4(g)C2H4(g)+2H2(g)H2请回答下列问题:(1)已知几种物质的燃烧热数据如下:物质CH4(g)C2H2(g)C2H4(g)H2

4、(g)燃烧热(H)(kJmol-1)-890.3-1 299.5-1 411.0-285.8能表示C2H2(g)燃烧热的热化学方程式为。上述反应中,H1-H2= kJmol-1。(2)向恒温恒容密闭容器中充入适量CH4,发生上述反应1和反应2。下列情况不能说明上述反应达到平衡状态的是(填字母)。A.气体总压强不随时间变化B.气体密度不随时间变化C.气体平均摩尔质量不随时间变化D.H2体积分数不随时间变化(3)实验测得2CH4(g)C2H2(g)+3H2(g)的速率方程:v正=k正c2(CH4),v逆=k逆c(C2H2)c3(H2)(k正、k逆分别为正、逆反应速率常数,只与温度、催化剂有关)。T

5、1 下反应达到平衡时k正=1.5k逆,T2 下反应达到平衡时k正=3k逆。由此推知,T1(填“”“”或“=”)T2。(4)在密闭容器中充入CH4,发生上述反应1和反应2。在不同催化剂Cat1、Cat2作用下,测得单位时间内H2的产率与温度的关系如图1。在其他条件相同时,催化效率较高的是(填“Cat1”或“Cat2”)。在Cat2作用下,温度高于500 时,H2的产率降低的可能原因是。图1图2(5)一定温度下,总压强恒定为121 kPa时,向密闭容器中充入由CH4和N2组成的混合气体(N2不参与反应),同时发生反应1和反应2,测得CH4的平衡转化率与通入气体中CH4的物质的量分数的关系如图2。图

6、2中,随着通入气体中CH4的物质的量分数增大,甲烷的平衡转化率降低的主要原因是。已知M点对应的乙炔的选择性为75%提示:乙炔的选择性=n(C2H2)n(C2H2)+n(C2H4)100%。该温度下,反应2的平衡常数Kp=(结果保留2位有效数字)kPa。提示:用平衡时的气体分压计算的平衡常数为Kp,气体分压等于气体总压气体的物质的量分数。3.(2022江西新八校第二次联考)我国提出2060年前实现碳中和,降低大气中CO2含量是当今世界重要科研课题之一,以CO2为原料制备甲醇、尿素等能源物质具有较好的发展前景。回答下列问题:.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)H1=-49.5

7、 kJmol-1CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)H2=+40.9 kJmol-1CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)H3(1)反应在(填“高温”“低温”或“任何温度”)条件下能够自发进行。(2)反应的H3=。.将H2与CO2充入一密闭容器中,在一定条件下发生反应,CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g),测得CO2的平衡转化率与温度、压强的关系如图所示。(3)压强p1、p2、p3由小到大的顺序是。(4)X、Y、M、N四点对应的平衡常数由大到小的顺序是(用字母X、Y、M、N表示)。.以CO2和NH3为原料合成尿素是利用CO2的成功范例。在尿素合成塔中的主要反应

8、可表示如下:2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g),在一定温度下的2 L恒容容器中,充入原料气3 mol NH3和1 mol CO2,此时容器内总压强为p kPa;5 min达到平衡,CO2的转化率为50%。(5)5 min内NH3的平均反应速率为。(6)该温度下,上述反应的平衡常数Kp=(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压物质的量分数)。.碳捕捉技术的发展有利于实现CO2资源化利用。常温下,某次用氨水溶液捕捉空气中CO2,得到0.1 molL-1且pH=8的NH4HCO3溶液。已知相应温度下Ka1(H2CO3)=410-7、Ka2(H2CO3)=510-11。(

9、7)下列有关离子浓度的关系式正确的是(填字母)。A.c(NH4+)+c(NH3H2O)+c(H+)0反应在2 L的密闭容器中进行,5 min后达到平衡,测得Fe2O3在反应中消耗3.2 g,则该段时间内用CO表达的平均反应速率为 molL-1min-1。该反应达到平衡时,某物理量(Y)随温度变化如图所示,当温度由T1升高到T2时,平衡常数KA(填“”“”或“=”)KB。纵坐标可以表示的物理量有(填字母)。a.H2的逆反应速率b.CH4的体积分数c.混合气体的平均相对分子质量d.混合气体的密度参考答案大题突破练3化学反应原理综合题1.答案 (1)低温-37.2 kJmol-1(2)小于Kp1Kp

10、2小于由lg Kp1-T和lg Kp2-T的线性关系图可知,lg Kp1-T比lg Kp2-T倾斜度更大,结合lg Kp0=lg Kp1+lg Kp2可推理出lg Kp0会随温度的上升而减小。平衡常数随温度上升而减小的反应是放热反应,所以反应是放热反应(3)610-31.000 9解析 (1)该反应是气体分子数减小的反应,则S0,已知H0,根据H-TS0反应才能自发进行,则该反应在低温下可自发进行;由盖斯定律:反应+反应+反应可得反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g),所以H=H1+H2+H3=32.8 kJmol-1-88 kJmol-1+H3=-92.4 kJmol-1,据此可得H3=

11、-37.2 kJmol-1。(2)由题图可知,温度升高lg Kp1减小,即平衡常数Kp1减小,说明反应是放热反应,则H1小于0;根据盖斯定律:+得,则Kp0=Kp1Kp2;由lg Kp1-T和lg Kp2-T的线性关系图可知,lg Kp1-T比lg Kp2-T倾斜度更大,结合lg Kp0=lg Kp1+lg Kp2可推理出lg Kp0会随温度的上升而减小。平衡常数随温度上升而减小的反应是放热反应,所以反应是放热反应,H0小于0。(3)NH3H2O的Kb=1.810-5,若氨水的浓度为2.0 molL-1,由Kb=c(NH4+)c(OH-)c(NH3H2O)可知,c(OH-)=Kbc(NH3H2

12、O)=3.610-5 molL-1=610-3 molL-1;将CO2通入该氨水中,当溶液呈中性时溶液中c(OH-)=c(H+)=10-7 molL-1,由电荷守恒得到:c(NH4+)=c(HCO3-)+2c(CO32-),c(NH4+)c(HCO3-)=1+2c(CO32-)c(HCO3-),H2CO3的Ka2=4.410-11,结合Ka2=c(CO32-)c(H+)c(HCO3-)可得c(CO32-)c(HCO3-)=Ka2c(H+)=4.410-1110-7=4.410-4,c(NH4+)c(HCO3-)=1+2c(CO32-)c(HCO3-)=1+8.810-41.000 9。2.答案

13、 (1)C2H2(g)+52O2(g)2CO2(g)+H2O(l)H=-1 299.5 kJmol-1+174.3(2)B(3)K1,根据燃烧热的数值可计算出2CH4(g)C2H2(g)+3H2(g)的H1=2(-890.3 kJmol-1)-(-1 299.5 kJmol-1)-3(-285.8 kJmol-1)=+376.3 kJmol-1,对于吸热反应,升高温度平衡正向移动,平衡常数增大,则平衡常数越大的温度越高,则T1T2。(4)由题图可知,温度相同、时间相同时,Cat1做催化剂时H2的产率更高,则催化效率较高的是Cat1;在Cat2作用下,温度高于500 时,H2的产率降低的可能原因

14、是催化剂选择性降低,副产物增多等。(5)题图2中,随着通入气体中CH4的物质的量分数增大,甲烷的平衡转化率降低的主要原因是反应1和反应2的正反应都是气体分子数增多的反应,气体中甲烷的物质的量分数增大,总压不变,平衡体系的分压增大,平衡向逆反应方向移动;由题图2可知CH4的平衡转化率为40%,通入气体中CH4的物质的量分数为0.6,假设投入CH4和N2组成的混合气体1 mol,则CH4的物质的量为0.6 mol,平衡转化的CH4的物质的量为0.6 mol40%=0.24 mol,2CH4(g) C2H2(g) + 3H2(g)起始量/mol0.600变化量/mol2xx3x平衡量/mol0.36

15、x3x+2y2CH4(g) C2H4(g) + 2H2(g)起始量/mol0.600变化量/mol2yy2y平衡量/mol0.36y3x+2y可得2x+2y=0.24 mol,M点对应的乙炔的选择性为75%,则n(C2H2)n(C2H2)+n(C2H4)100%=xx+y100%=75%,解得x=0.09 mol,y=0.03 mol,还有不反应的0.4 mol氮气,平衡时总物质的量为0.36 mol+0.09 mol+0.27 mol+0.06 mol+0.03 mol+0.4 mol=1.21 mol,该温度下,反应2的平衡常数Kp=p(C2H4)p2(H2)p2(CH4)=(0.031.

16、21121)(0.331.21121)2(0.361.21121)2 kPa2.5 kPa。3.答案 (1)低温(2)-90.4 kJmol-1(3)p1p2XY(5)0.1 molL-1min-1(6)4p2 kPa-2(7)AC(8)51解析 (1)反应是气体体积减小的放热反应,根据G=H-TS0可自发进行可知,该反应在低温条件下能够自发进行。(2)已知:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)H1=-49.5 kJmol -1CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)H2=+40.9 kJmol -1依据盖斯定律可知-得到反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

17、H3=-90.4 kJmol-1。(3)正反应气体体积减小,相同温度下,压强越高CO2的平衡转化率越大,因此压强p1、p2、p3由小到大的顺序是p1p2XY。(5)依据三段式可知2NH3(g) + CO2(g) H2O(g)+CO(NH2)2(s)起始/mol310改变/mol10.50.5平衡/mol20.50.5所以5 min内NH3的平均反应速率为1mol2 L5min=0.1 molL-1min-1。(6)平衡时压强为34p kPa,该温度下,上述反应的平衡常数Kp=0.5334pkPa(2334pkPa)20.5334pkPa=4p2 kPa-2。(7)溶液中存在电荷守恒c(NH4+

18、)+c(H+)=c(HCO3-)+2c(CO32-)+c(OH-),溶液显碱性,则c(NH4+)c(HCO3-)+2c(CO32-),物料守恒c(NH4+)+c(NH3H2O)=c(HCO3-)+c(CO32-)+c(H2CO3),因此2c(NH4+)+c(NH3H2O)+c(H+)=2c(HCO3-)+3c(CO32-)+c(H2CO3)+c(OH-),由于c(NH4+)c(HCO3-)+2c(CO32-),所以溶液中存在c(NH4+)+c(NH3H2O)+c(H+)c(HCO3-)+c(H2CO3),B错误;根据物料守恒和电荷守恒可知c(H2CO3)-c(CO32-)-c(NH3H2O)=

19、c(OH-)-c(H+)=(10-6-10-8) molL-1=9.910-7 molL-1,C正确。(8)电离常数Ka1(H2CO3)=c(HCO3-)c(H+)c(H2CO3)=410-7、Ka2(H2CO3)=c(CO32-)c(H+)c(HCO3-)=510-11,所以c(H2CO3)c(CO32-)=c2(H+)Ka1Ka2=10-16410-7510-11=51。4.答案 (1)H2(g)+12O2(g)H2O(l)H3H3-1 274 kJmol-1(2)甲1 000 KB61034104(3)C2H6-6e-+2H2OCH3COOH+6H+解析 (1)还需要知道氢气的燃烧热,故

20、氢气的燃烧热的热化学方程式为H2(g)+12O2(g)H2O(l)H3。根据盖斯定律可知,C2H6(g)C2H4(g)+H2(g)H1=+137 kJmol-1;C2H4(g)+3O2(g)2CO2(g)+2H2O(l)H2=-1 411 kJmol -1;H2(g)+12O2(g)H2O(l)H3,反应C2H6(g)+72O2(g)2CO2(g)+3H2O(l)可由+得到,故H4=H1+H2+H3=H3-1 274 kJmol-1。(2)由题图可知温度低于1 000 K时,用催化剂甲时C2H6的转化率高,故催化剂甲对该反应的活化能影响较大,由题图可知转化率最高的温度为1 000 K;该反应为

21、吸热反应,温度升高平衡正向移动,A不符合题意;随着温度升高,催化剂活性降低,催化效率降低,则反应速率降低,相同时间内,转化率降低,B符合题意;该反应为可逆反应,任何温度下,乙烯与氢气都会发生反应,C不符合题意。设最初加入的乙烷的压强为x Pa,则可得以下三段式:C2H6(g) C2H4(g) + H2(g)开始/Pax00转化/Pa0.4x0.4x0.4x平衡/Pa0.6x0.4x0.4x则0.6x+0.4x+0.4x=2.1105,x=1.5105,则010 min内m点对应反应的v(C2H6)=0.41.510510 Pamin-1=6103 Pamin-1;平衡时乙烷、乙烯、氢气的分压分

22、别为:0.62.11050.6+0.4+0.4 Pa=0.61.42.1105 Pa、0.42.11050.6+0.4+0.4 Pa=0.41.42.1105 Pa、0.42.11050.6+0.4+0.4 Pa=0.41.42.1105 Pa,则Kp=0.41.42.11050.41.42.11050.61.42.1105 Pa=4104 Pa。(3)乙烷中的碳为-3价,发生氧化反应生成乙酸,应在阳极发生反应,电极反应为C2H6-6e-+2H2OCH3COOH+6H+。5.答案 (1)-25因为该反应正向放热,升高温度,平衡逆向移动,K减小,lg K减小25%cd(2)0.006bc解析 (

23、1)已知.C(s)+CO2(g)2CO(g)H1=+172.5 kJmol -1.Fe2O3(s)+CO(g)2FeO(s)+CO2(g)H2=-3 kJmol -1.FeO(s)+CO(g)Fe(s)+CO2(g)H3=-11 kJmol -1根据盖斯定律,由+2得反应.Fe2O3(s)+3CO(g)2Fe(s)+3CO2(g),则H4=H2+2H3=-3 kJmol-1-11 kJmol-12=-25 kJmol-1;因为该反应正向放热,升高温度,平衡逆向移动,K减小,lg K减小,题图中能表示该反应的平衡常数对数值(lg K)与温度的关系的是;1 500 时,lg K=0,则K=c3(C

24、O2)c3(CO)=1,根据反应Fe2O3(s)+3CO(g)2Fe(s)+3CO2(g),则参与反应的CO和剩余的CO相等,在某容积可变的密闭容器中按物质的量比23加入Fe2O3和CO,设CO为3 mol,则Fe2O3为2 mol,反应消耗CO 1.5 mol,则消耗Fe2O3 0.5 mol,平衡时Fe2O3的转化率=0.5mol2mol100%=25%;对体系加压,平衡不移动,Fe2O3转化率不变,a项错误;升高反应体系的温度,平衡逆向移动,Fe2O3转化率减小,b项错误;加入适量的Na2O固体,与二氧化碳反应,平衡正向移动,Fe2O3转化率增大,c项正确;增大CO在原料中的物质的量比,

25、更多的Fe2O3被消耗,转化率增大,d项正确。(2)Fe2O3在反应中质量减少3.2 g,其物质的量为3.2 g160 gmol-1=0.02 mol,根据Fe2O3(s)+3CH4(g)2Fe(s)+3CO(g)+6H2(g)可知,消耗0.02 mol Fe2O3生成0.06 mol CO,则该段时间内CO的平均反应速率为0.06mol2 L5min=0.006 molL-1min-1。该反应是吸热反应,升温平衡正向移动,平衡常数增大,则KAKB;H2的逆反应速率随温度的升高而增大,a项错误;升温平衡正向移动,CH4的体积分数减小,b项正确;升温平衡正向移动,气体的质量增加,物质的量增大,气体物质的量增大的量大于气体质量增加的量,所以混合气体的平均相对分子质量减小,c项正确;升温平衡正向移动,气体的质量增加,但是容器容积不变,则混合气体的密度增大,d项错误。