资讯

2020年高考化学提分攻略17 化学反应原理综合

题型17  化学反应原理综合

 

 

一、解题策略

 

二、题型分类

 

 

 

【典例12019·课标全国28水煤气变换[CO(g)H2O(g)===CO2(g)H2(g)]是重要的化工过程,主要用于合成氨、制氢以及合成气加工等工业领域中。回答下列问题:

1Shibata曾做过下列实验:使纯H2缓慢地通过处于721 下的过量氧化钴CoO(s),氧化钴部分被还原为金属钴Co(s),平衡后气体中H2的物质的量分数为0.025 0

在同一温度下用CO还原CoO(s),平衡后气体中CO的物质的量分数为0.019 2

根据上述实验结果判断,还原CoO(s)Co(s)的倾向是CO________H2(大于小于”)

2721 时,在密闭容器中将等物质的量的CO(g)H2O(g)混合,采用适当的催化剂进行反应,则平衡时体系中H2的物质的量分数为________(填标号)

A.<0.25 B0.25 C0.250.50 D0.50   E.>0.50

3)我国学者结合实验与计算机模拟结果,研究了在金催化剂表面上水煤气变换的反应历程,如图所示,其中吸附在金催化剂表面上的物种用*标注。

 

可知水煤气变换的ΔH________0(大于”“等于小于”)。该历程中最大能垒(活化能)E________eV,写出该步骤的化学方程式________________________________

4Shoichi研究了467 489 时水煤气变换中COH2分压随时间变化关系(如图所示),催化剂为氧化铁,实验初始时体系中的pH2OpCO相等、pCO2pH2相等。

 

计算曲线a的反应在3090 min内的平均速率(v) (a)________ kPa·min1467 pH2pCO随时间变化关系的曲线分别是________________489 pH2pCO随时间变化关系的曲线分别是________________

【答案】(1)大于 (2C (3)小于 2.02 COOH*H*H2O*===COOH*2H*OH*(H2O*===H*OH*) (40.004 7 b c a d

【解析】(1)由题给信息可知,H2(g)CoO(s) Co(s)H2O(g)() K1c(H2)(c(H2O))0.025 0(1-0.025 0)39,由题给信息可知,CO(g)CoO(s)Co(s)CO2(g)() K2c(CO)(c(CO2))0.019 2(1-0.019 2)≈51.08。相同温度下,平衡常数越大,反应倾向越大,故CO还原氧化钴的倾向大于H2。(2)第(1)问和第(2)问的温度相同,利用盖斯定律,由()()CO(g)H2O(g) CO2(g)H2(g) KK1(K2)39(51.08)≈1.31。设起始时CO(g)H2O(g)的物质的量都为1 mol,容器体积为1 L,在721 下,反应达平衡时H2的物质的量为x mol



K(1-x)2(x2)1.31,若K1,则x0.5φ(H2)0.25;该反应前后气体物质的量不变,当等物质的量反应物全部反应,氢气所占物质的量分数为50%,但反应为可逆反应,不能进行彻底,氢气的物质的量分数一定小于50%,故选C。(3)观察起始态物质的相对能量与终态物质的相对能量知,终态物质相对能量低于始态物质相对能量,说明该反应是放热反应,ΔH小于0。过渡态物质相对能量与起始态物质相对能量相差越大,活化能越大,由题图知,最大活化能E1.86 eV(0.16 eV)2.02 eV,该步起始物质为COOH*H*H2O*,产物为COOH*2H*OH*。(4)由题图可知,3090 min(v) (a)90 min-30 min((4.08-3.80) kPa)0.004 7 kPa·min1。水煤气变换中CO是反应物,H2是产物,又该反应是放热反应,升高温度,平衡向左移动,重新达到平衡时,H2的压强减小,CO的压强增大。故a曲线代表489 时,pH2随时间变化关系的曲线,d曲线代表489 pCO随时间变化关系的曲线,b曲线代表467 pH2随时间变化关系的曲线,c曲线代表467 pCO随时间变化关系的曲线。

【典例22019·课标全国27)环戊二烯()是重要的有机化工原料,广泛用于农药、橡胶、塑料等生产。回答下列问题:

1)已知:(g)===(g)H2(g)

ΔH1100.3 kJ·mol1 

H2(g)I2(g)===2HI(g)

ΔH2=-11.0 kJ·mol1 

对于反应:(g)I2(g)===(g)2HI(g) 

ΔH3________ kJ·mol1

2)某温度下,等物质的量的碘和环戊烯()在刚性容器内发生反应,起始总压为105 Pa,平衡时总压增加了20%,环戊烯的转化率为________,该反应的平衡常数Kp________Pa。达到平衡后,欲增加环戊烯的平衡转化率,可采取的措施有________(填标号)

A.通入惰性气体 B.提高温度

C.增加环戊烯浓度 D.增加碘浓度

3)环戊二烯容易发生聚合生成二聚体,该反应为可逆反应。不同温度下,溶液中环戊二烯浓度与反应时间的关系如图所示,下列说法正确的是________(填标号)

 

AT1T2

Ba点的反应速率小于c点的反应速率

Ca点的正反应速率大于b点的逆反应速率

Db点时二聚体的浓度为0.45 mol·L1

4)环戊二烯可用于制备二茂铁[Fe(C5H5)2,结构简式为],后者广泛应用于航天、化工等领域中。二茂铁的电化学制备原理如图所示,其中电解液为溶解有溴化钠(电解质)和环戊二烯的DMF溶液(DMF为惰性有机溶剂)

 

该电解池的阳极为________,总反应为_______________________

电解制备需要在无水条件下进行,原因为__________________

【答案】(189.3 (240% 3.56×104 BD (3CD (4Fe电极 Fe2===H2↑(Fe2C5H6===Fe(C5H5)2H2↑) 水会阻碍中间物Na的生成;水会电解生成OH,进一步与Fe2反应生成Fe(OH)2

【解析】(1)根据盖斯定律,由反应+反应得反应,则ΔH3ΔH1ΔH2(100.311.0) kJ·mol1=+89.3 kJ·mol1。(2)设容器中起始加入I2(g)和环戊烯的物质的量均为a,平衡时转化的环戊烯的物质的量为x,列出三段式:

根据平衡时总压强增加了20%,且恒温恒容时,压强之比等于气体物质的量之比,得(a-x)+(a-x)+x+2x(a+a)1.2(1),解得x0.4a,则环戊烯的转化率为a(0.4a)×100%40%,平衡时(g)I2(g)(g)HI(g)的分压分别为4(p总)4(p总)6(p总)3(p总),则Kp4(p总)27(8)p,根据p1.2×105 Pa,可得Kp27(8)×1.2×105 Pa≈3.56×104 Pa。通入惰性气体,对反应的平衡无影响,A项不符合题意;反应为吸热反应,提高温度,平衡正向移动,可提高环戊烯的平衡转化率,B项符合题意;增加环戊烯浓度,能提高I2(g)的平衡转化率,但环戊烯的平衡转化率降低,C项不符合题意;增加I2(g)的浓度,能提高环戊烯的平衡转化率,D项符合题意。(3)由相同时间内,环戊二烯浓度减小量越大,反应速率越快可知,T1<T2A项错误;影响反应速率的因素有温度和环戊二烯的浓度等,a点时温度较低,但环戊二烯浓度较大,c点时温度较高,但环戊二烯浓度较小,故无法比较a点和c点的反应速率大小,B项错误;a点和b点温度相同,a点时环戊二烯的浓度大于b点时环戊二烯的浓度,即a点的正反应速率大于b点的正反应速率,因为b点时反应未达到平衡,b点的正反应速率大于逆反应速率,故a点的正反应速率大于b点的逆反应速率,C项正确;b点时,环戊二烯的浓度减小0.9 mol·L1,结合生成的二聚体浓度为环戊二烯浓度变化量的2(1),可知二聚体的浓度为0.45  mol·L1D项正确。(4)结合图示电解原理可知,Fe电极发生氧化反应,为阳极;在阴极上有H2生成,故电解时的总反应为Fe2===H2Fe2C5H6===Fe(C5H5)2H2。结合相关反应可知,电解制备需在无水条件下进行,否则水会阻碍中间产物Na的生成,水电解生成OHOH会进一步与Fe2反应生成Fe(OH)2,从而阻碍二茂铁的生成。

 

 

1.氮元素有多种氧化物。请回答下列问题:

1)已知:H2的燃烧热ΔH为-285.8 kJ·mol1

N2(g)2O2(g)===2NO2(g) ΔH=+133 kJ·mol1

H2O(g)===H2O(l) ΔH=-44 kJ·mol1

4H2(g)2NO2(g)===4H2O(g)N2(g) ΔH________

2)一定温度下,向2 L恒容密闭容器中充入0.40 mol N2O4,发生反应:N2O4(g)2NO2(g),一段时间后达到平衡,测得数据如下:

时间/s

20

40

60

80

100

c(NO2)/(mol·L1)

0.12

0.20

0.26

0.30

0.30

040 s内,v(NO2)________mol·L1·s1

升高温度时,气体颜色加深,则上述反应是________(放热吸热”)反应。

该温度下反应的化学平衡常数K________mol·L1

相同温度下,若开始向该容器中充入0.80 mol N2O4,则达到平衡后c(NO2)________ (”“”)0.60 mol·L1

3N2O5是绿色硝化试剂,溶于水可得硝酸。下图是以N2O4为原料电解制备N2O5的装置。写出阳极区生成N2O5的电极反应式(注意阳极区为无水环境,HNO3亦无法电离)______________________

 

4)湿法吸收工业尾气中的NO2,常选用烧碱溶液,产物为两种常见的含氧酸盐。该反应的离子方程式是_____________________

【答案】(1)-1 100.2 kJ·mol1

20.005 吸热 1.8 

3N2O42e2HNO3===2N2O52H

42NO22OH===NO2()NO3()H2O

【解析】(1H2(g)1/2O2(g)===H2O(l)ΔH=-285.8 kJ·mol1

N2(g)2O2(g)===2NO2(g) ΔH=+133 kJ·mol1

H2O(g)===H2O(l) ΔH=-44 kJ·mol1

由盖斯定律×4×4得:4H2(g)2NO2(g)===N2(g)4H2O(g) ΔH=-285.8 kJ·mol1×4133 kJ·mol144 kJ·mol1×4=-1100.2 kJ·mol1



040 s内,v(NO2)0.2 mol·L1÷40 s0.005 mol·L1·s1

升高温度时,气体颜色加深,平衡正向移动,则上述反应是吸热反应。

该温度下反应的化学平衡常数K0.05(0.32)1.8 (mol·L1)

相同温度下,若开始向该容器中充入0.80 mol N2O4,相当于将原平衡放大2倍,然后加压,平衡逆向移动,则达到平衡后c(NO2)0.60 mol·L1

3)以N2O4为原料电解制备N2O5N2O4失电子被氧化,阳极区生成N2O5的电极反应式为:N2O42e2HNO3===2N2O52H

4)湿法吸收工业尾气中的NO2,常选用烧碱溶液,产物为两种常见的含氧酸盐,硝酸盐和亚硝酸盐,该反应的离子方程式是2NO22OH===NO2()NO3()H2O

2.已知NH3NONO2都是有毒气体,必须经过严格处理,否则会污染空气。请回答下列问题:

1)已知如下热化学方程式:

N2(g)O2 (g)===2NO(g) ΔH1=+a kJ/mol

4NH3(g)3O2(g)===2N2(g)6H2O(g) ΔH2b kJ/mol

2NO(g)O2(g)===2NO2(g) ΔH3c kJ/mol

4NH3(g)7O2(g)===4NO2(g)6H2O(g) ΔH________kJ/mol

2)工业合成NH3的反应,解决了世界约三分之一的人粮食问题。已知:N23H22NH3,且该反应的vk·c(N2c3(H2)vk·c2(NH3),则反应2(1)N22(3)H2NH3的平衡常数K________(kk表示)

3)已知合成氨的反应升高温度平衡常数会减小,则该反应的正反应活化能E1和逆反应活化能E2的相对大小关系为:E1________E2(“>”“<””)

4)从化学反应的角度分析工业合成氨气采取30 MPa50 MPa高压的原因是____________________

5500 时,向容积为2 L的密闭容器中通入1 mol N23 mol H2,模拟合成氨的反应,容器内的压强随时间的变化如下表所示:

时间/min

0

10

20

30

40

压强/MPa

20

17

15

13.2

11

11

达到平衡时N2的转化率为________

用压强表示该反应的平衡常数Kp________(Kp等于平衡时生成物分压幂的乘积与反应物分压幂的乘积的比值,某物质的分压等于总压×该物质的物质的量分数)

随着反应的进行合成氨的正反应速率与NH3的体积分数的关系如下图所示,若升高温度再次达到平衡时,可能的点为________(从点“ABCD”中选择)

 

【答案】(1b2a2c (2k逆(k正) (3<

4)加快反应速率,同时使平衡正向移动,提高原料气的利用率和产品的产率

590% 48 MPa2 A

【解析】

1)根据盖斯定律分析,N2(g)O2 (g)===2NO(g) ΔH1=+a kJ/mol4NH3(g)3O2(g)===2N2(g)6H2O(g) ΔH2b kJ/mol2NO(g)O2(g)===2NO2(g) ΔH3c kJ/mol;将方程式进行×2×2计算,得热化学方程式为4NH3(g)7O2(g)===4NO2(g)6H2O(g) ΔH(b2a2c) kJ/mol

2)当正、逆反应速率相等时,反应到平衡,即vvk·c(N2c3(H2)k·c2(NH3) ,则反应2(1)N22(3)H2NH3的平衡常数Kk逆(k正)

3)已知合成氨的反应升高温度平衡常数会减小,则说明升温平衡逆向移动,正反应为放热反应,则该反应的正反应活化能E1和逆反应活化能E2的相对大小关系为:E1<E2

4)工业合成氨的反应为气体分子数减小的反应,所以增大压强可以加快反应速率,同时使平衡正向移动,提高原料气的利用率和产品的产率;

5)假设到平衡时氮气转化浓度为x mol/L,则有



根据压强比等于物质的量比分析,有关系式:0.5+1.5(0.5-x+1.5-3x+2x)20(11)

x0.45

达到平衡时N2的转化率为0.45/0.5×100%90%

用压强表示该反应的平衡常数Kp×11 MPa)3(0.15)48 MPa2

合成氨的反应为放热反应,若升温,则反应速率增大,平衡逆向移动,氨气的体积分数减小,可能的点为A

3低碳经济备受关注,CO2的排集、利用与封存成为科学家研究的重要课题。

1)绿色植物通过图1所示过程储存能量,用化学方程式表示其光合作用的过程:_____________________

 

2TiO2是一种性能优良的半导体光催化剂,能有效地将有机污染物转化为CO2等小分子物质。图2为在TiO2的催化下,O3降解CH3CHO的过程,则该反应的化学方程式为________________________

3)将一定量的CO2(g)CH4(g)通入一恒容密闭容器中发生反应CO2(g)CH4(g)2CO(g)2H2(g)

已知:CH4(g)2O2(g)===CO2(g)2H2O(g)  ΔH1=-802 kJ·mol1

CO(g)1/2O2(g)===CO2(g) ΔH2=-283 kJ·mol1

CO(g)H2O(g)===CO2(g)H2(g)                      ΔH3=-41 kJ·mol1

则反应CO2(g)CH4(g)2CO(g)2H2(g)ΔH________

为了探究反应CO2(g)CH4(g) 2CO(g)2H2(g)的反应速率与浓度的关系起始时向恒容密闭容器中通入CO2CH4,使其物质的量浓度均为1.0 mol·L1,平衡时,根据相关数据绘制出两条反应速率与浓度关系曲线(如图3)vc(CH4)vc(CO),则与vc(CH4)相对应的是图中曲线________(”);该反应达到平衡后,某一时刻降低温度反应重新达到平衡,则此时曲线甲对应的平衡点可能为________(“D”“E”“F”)

 

4)用稀氨水喷雾捕集CO2最终可得产品NH4HCO3

在捕集时,气相中有中间体 NH2COONH4(氨基甲酸铵)生成。现将一定量纯净的氨基甲酸铵置于恒容密闭容器中,分别在不同温度下进行反应:NH2COONH4(s) 2NH3(g)CO2(g)。实验测得的有关数据见下表(t1<t2<t3)

 

氨基甲酸铵分解反应是________(放热吸热”)反应,15 时此反应的化学平衡常数K________

NH4HCO3溶液中,反应NH4()HCO3()H2ONH3·H2OH2CO3的平衡常数K________(已知常温下NH3·H2O的电离平衡常数Kb2×105H2CO3的电离平衡常数Ka14×107)

【答案】(1mCO2nH2O(=====)Cm(H2O)nmO2

23CH3CHO5O3TiO26CO26H2O

3248 kJ·mol1 乙 E (4吸热 4×106 1.25×103

【解析】(1)光合作用即是将CO2和水通过光合作用储存成能量,反应方程式为:mCO2nH2O(=====)Cm(H2O)nmO2;(2)乙醛和臭氧在紫外线的作用下及TiO2作催化剂的条件下,反应生成CO2和水,方程式为:3CH3CHO5O3TiO26CO26H2O

3反应.CH4(g)2O2(g)===CO2(g)2H2O(g) ΔH1=-802 kJ·mol1

反应.CO(g)1/2O2(g)===CO2(g)  ΔH2=-283 kJ·mol1

反应.CO(g)H2O(g)===CO2(g)H2(g)  ΔH3=-41 kJ·mol1

(),可得到热化学反应方程式为:CO2(g)CH4(g) 2CO(g)2H2(g) ΔH=-802 kJ·mol1[4×(283 kJ·mol1)]2×(41 kJ·mol1)=+248 kJ·mol1从图像可知,甲的浓度是从0升高到0.4 mol/L,即生成物CO的图像,乙是浓度从1.0降低到0.8 mol/L,即反应物是CH4,该反应是吸热反应,降低温度平衡向放热反应方向移动,即向逆反应方向移动,生成物浓度减小,化学反应速率减小,E点符合;(4从表格信息可知,温度升高,气体总浓度增大,向正反应方向移动,即温度升高平衡向吸热反应方向移动,即正反应方向吸热,根据反应化学计量关系可知,c(NH3)2c(CO2)15 时平衡体系的气体总浓度为3×102 mol/L,即c(NH3)c(CO2)3×102 mol/L,得到c(NH3)2×102 mol/Lc(CO2)102 mol/LKc2(NH3c(CO2)4×106根据盐类水解规律,由NH3·H2O的电离平衡常数K2×105H2CO3的电离平衡常数K4×107可知,碳酸氢根的水解程度更大,所以c(NH4()) 大于c(HCO3());反应NH4()HCO3()H2O===NH3·H2OH2CO3的平衡常数K4()3()()Kb×Ka1(c(OH-)×c(H+))2×10-5×4×10-7(10-14)1.25×103

4.石油化工生产中,利用裂解反应可以获得重要化工原料乙烯、丙烯。一定条件下,正丁烷裂解的主反应如下:

反应 C4H10(g) CH4(g)CH3CH===CH2(g) ΔH1

反应  C4H10(g) C2H6(g)CH2===CH2(g) ΔH2

回答下列问题:

1)正丁烷、乙烷和乙烯的燃烧热分别为Q1 kJ·mol1Q2 kJ·mol1Q3 kJ·mol1,反应ΔH2________

2)一定温度下,向容积为5 L的密闭容器中通入正丁烷,反应时间(t)与容器内气体总压强(p)数据如下:

t/min

0

a

2a

3a

4a

p/MPa

5

7.2

8.4

8.8

8.8

该温度下,正丁烷的平衡转化率α________;反应速率可以用单位时间内分压的变化表示,即vΔpt,前2a min内正丁烷的平均反应速率v(正丁烷)________MPa·min1

若平衡时甲烷、乙烯的体积分数分别为11(2)4(1),则该温度下反应的压强平衡常数Kp________MPa(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数,保留三位有效数字)

若反应在恒温、恒压条件进行,平衡后反应容器的体积________8.8 L(“>”“<””)

实际生产中发现高于640 K后,乙烯和丙烯的产率随温度升高增加幅度减小,可能的原因是______________________________(任写1)

3)一种丁烷燃料电池工作原理如图所示。

 

A电极上发生的是________反应(氧化还原”)

写出B电极的电极反应式:________

【答案】(1(Q2Q3Q1) kJ·mol1

276% 1.7/a 2.13 > 催化剂活性降低(或反应物浓度降低等)

3还原 C4H1013O226e===4CO25H2O

【解析】(1C4H10(g)6.5O2(g)===4CO2(g)5H2O(l)   ΔH=-Q1 kJ·mol1

C2H6(g)3.5O2(g)===2CO2(g)3H2O(l)  ΔH=-Q2 kJ·mol1

CH2===CH2(g)3O2(g)===2CO2(g)2H2O(l)   ΔH=-Q3 kJ·mol1

得:C4H10(g) C2H6(g)CH2===CH2(g) ΔH2(Q2Q3Q1) kJ·mol1

2设该温度下,正丁烷的平衡转化率α,平衡时,5(1α)5α5α8.8α0.76;前2a min内压强从5 MPa增大到8.4 MPa,即前2a min内正丁烷的Δp3.4 MPa,根据v(正丁烷)Δpt(8.4 MPa5 MPa)/2a min1.7/a MPa·min1

反应 C4H10(g) CH4(g)CH3CH===CH2(g),平衡时,若平衡时甲烷、乙烯的体积分数分别为11(2)4(1),则丙烯和乙烷的体积分数分别为11(2)4(1),正丁烷为12/112/111/41/43/22Kp22(3)2.13反应为体积变大的反应,若反应在恒温、恒压条件进行,平衡后反应容器的体积变大,故体积大于8.8 L高于640 K后,乙烯和丙烯的产率随温度升高增加幅度减小,可能的原因是:催化剂活性降低(或反应物浓度降低等);(3A电极上氧气得电子,发生还原反应;B电极上正丁烷被氧化,电极反应式为:C4H1013O226e===4CO25H2O


获得更多试题及答案,欢迎联系微信公众号:ygjjcom

上一篇: 2020年高考化学提分攻略18 无机物制备综合实验 下一篇: 2020年高考化学提分攻略16 以混合物的分离、提纯为目的的工业流程题

你可能感兴趣的教员

您可能感兴趣的试题

©阳光家教网版权所有    电脑版
webchat客服微信号:ygjjcom
首页 学员发布 更多