（新高考）2022届高三大题优练6 以能量和平衡为主线串联反应原理 学生版.docx

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1、优选例题例：氮及其化合物在工农业生产、生活中有着重要应用，减少氮的氧化物在大气中的排放是环境保护的重要内容之一。(1)已知：N2(g)+O2(g)=2NO(g) H=+180.5kJ·mollC(s)+O2(g)=CO2(g) H=-393.5kJ·moll2C(s)+O2(g)=2CO(g) H=-221kJ·moll 若某反应的平衡常数表达式为：，请写出此反应的热化学方程式 。(2)N2O5在一定条件下可发生分解：2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g)。某温度下测得恒容密闭容器中N2O5浓度随时间的变化如下表：t/min0.001.002.003.004.

2、005.00c(N2O5)(mol/L)1.000.710.500.350.250.17反应开始时体系压强为P0，第3.00min时体系压强为p1，则p1p0=_；2.00min4.00min内，NO2的平均反应速率为_。一定温度下，在恒容密闭容器中充入一定量N2O5进行该反应，能判断反应已达到化学平衡状态的是_。aNO2和O2的体积比保持不变 b容器中压强不再变化 c2v正(NO2)=v逆(N2O5) d气体的平均相对分子质量保持不变(3)N2O4与NO2 之间存在反应：N2O4(g)2NO2(g) H=Q kJ·mol1。将一定量的N2O4放入恒容密闭容器中，测得其平衡转化率(N

3、2O4)随温度变化如图所示。如图中a点对应温度下，已知N2O4的起始压强p0为200kPa，该温度下反应的平衡常数Kp=_(小数点后保留一位数字，用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数)。【答案】（1）2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) H=-746.5kJ·mol1 （2）1.9751 0.25mol·L1·min1 b、d （3）213.3kPa 【解析】(1)根据平衡常数可得反应方程式：2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)，将上述三个已知方程式依次编号为、，根据盖斯定律可知=×2-，则有2N

4、O(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) H=746.5kJ/mol；(2)同温同压下，气体的物质的量之比等于压强之比；根据已知条件列出三段式：2N2O5(g)4NO2(g) + O2(g) 反应前后气体的压强之比等于物质的量之比，所以p1p0=(0.35+1.30+0.325)1=1.9751；2min4min内，c(N2O5)=(0.50-0.25)mol/L=0.25mol/L，v(N2O5)=0.125mol/(L·min)；v(NO2)=2v(N2O5)=0.25mol·L1·min1。故答案为1.9751；0.25mol·L1

5、3;min1；变量不变达平衡。aNO2和O2的浓度比始终等于化学计量数之比，不能说明反应达到平衡状态，故a错误；b恒温恒容时，压强与气体的总物质的量成正比，该反应气体的总物质的量是变量，则压强也是变量，当压强不变时，反应达到平衡，故b正确；cv正(NO2)=2v逆(N2O5)时才能说明反应达到平衡，故c错误；d该反应气体的总质量不变，若反应向右进行，气体的总物质的量增大，气体的平均相对分子质量减小，当气体的平均相对分子质量不再改变时，则反应达到平衡状态，故d正确。故答案为：bd。(3)设起始时N2O4的物质的量为1mol，则a点时其转化量为0.4mol，列三段式得：N2O4(g) 2NO2(g

6、) 根据压强之比等于物质的量之比得：p平=1.4×200=280kPa，p(NO2)=kPa=160kPa，p(N2O4)=kPa=120kPa，Kp=kPa，故答案为：213.3kPa。模拟优练1合理利用温室气体是当前能源与环境研究的热点。(1)CH4-CO2催化重整可以得到合成气(CO和H2)，其工艺过程中涉及如下反应：反应 CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g) H1反应 CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) H2=+41.2kJ·mol1反应 CH4(g)+O2(g)CO(g)+2H2(g) H3=-36.0kJ·mol1反应 O

7、2(g)+H2(g)H2O(g) H4=-241.8kJ·mol1 则H1=_kJ·mo11。一定条件下，向体积为VL的密闭容器中通入CH4、CO2各1.0mo1及少量O2，测得不同温度下反应平衡时各产物产量如图所示。1100K时，CH4与CO2的转化率分别为90和95，图中a代表产物_。当温度高于900K，H2O的含量随温度升高而下降的主要原因是_。(2)工业上将CO2转化为燃料CH4，可发生反应有：反应I：CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g) H1反应：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) H2=+41.2kJ·mol1将1mol

8、 CO2和4mol H2充入2L刚性密闭容器中，反应相同时间，温度对CO2转化率和催化剂选择性的影响如图所示。(注：催化剂的选择性是指发生反应的CO2转化为CH4或CO的百分比)H1_0(填“>”、“<”或“=”)。350时，反应I的平衡常数为_。不改变投料，若容器体积可变化，为同时提高CO2的平衡转化率和CH4的平衡产率，选择最佳反应条件为_(填标号)。A350、低压 B350、高压 C500、低压 D500、高压2应对雾霾污染、改善空气质量需要从多方面入手，如开发利用清洁能源。甲醇是一种可再生的清洁能源，具有广阔的开发和应用前景。已知：CH3OH(g)+H2O(l)=CO2(g

9、)+3H2(g) H=+93.0kJ·mol1CH3OH(g)+1/2O2(g)=CO2(g)+2H2(g) H-192.9kJ·mol1CH3OH(g)=CH3OH(l) H-38.19kJ·mol1则表示CH3OH的燃烧热的热化学方程式为_。在一定条件下用CO和H2合成CH3OH：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，在2L恒容密闭容器中充入1mol CO和2mol H2，在催化剂作用下充分反应。下图表示平衡混合物中CH3OH的体积分数在不同压强下随温度的变化的平衡曲线。回答下列问题：（1）该反应的反应热H_0（填“>”或“<”），压强的相对大

10、小：p1_p2（填“>”或“<”）。（2）压强为p2，温度为300时，该反应的化学平衡常数K=_。（3）下列各项中，不能说明该反应已经达到平衡的是_。A容器内气体压强不再变化 Bv(CO)v(H2)v(CO3OH)=121C容器内的密度不在变化 D容器内混合气体的平均相对分子质量不再变化E容器内各组分的质量分数不再变化（4）某温度下在保证H2浓度不变的情况下，增大容器的体积，平衡_（填字母）。A向正反应方向移动 B向逆反应方向移动 C不移动作出此判断的依据是_。3氮氧化物是形成酸雨、雾霾、光化学烟雾的主要物质，主要来源于汽车尾气，氮氧化物的处理已成为科学研究的重要内容。请回答下列问

11、题：(1)O3氧化法处理氮氧化物：已知：2NO(g)+O2(g)=2NO2(g) H1=-113kJ/mol6NO2(g)+O3(g)=3N2O5(g) H2=-227kJ/mol4NO2(g)+O2(g)=2N2O5(g) H3=-57kJ/mol用O3氧化脱除NO的总反应是：NO(g)+O3(g)=NO2(g)+O2(g) H4=_，该反应在热力学上趋势大，其原因是_。(2)CO还原法处理氮氧化物：在2L的密闭容器中充入1mol CO和1mol NO，在一定条件下发生反应：2CO(g)+2NO(g)N2(g)+2CO2(g)，测得NO的平衡转化率与温度及压强的关系如图所示，实验测得，v正=

12、k正c2(NO)c2(CO)，v逆=k逆c(N2)c2(CO2)(k正、k逆为速率常数，只与温度有关)比较P1、P2、P3由大到小的顺序为：_。达到平衡后，仅升高温度，k正增大的倍数_(填“>”“=”或“”)k逆增大的倍数。求a点时=_。(3)氮氧化物会造成环境污染，但对于某些生物却是生命的关键。在高压深海处存在一种独特的生物，就是依靠身体中的特殊蛋白酶(fotc)催化作用利用深海高压气体氮氧化物(NmOn)提供一部分生命所需能量，生化机理如下：已知：i中间体N(m-y)O(n-x)有微弱毒性，低浓度无害，高浓度会造成生物死亡，同时生物体内的甲壳素变红。ii催化剂对气体的吸附速率随着压强

13、的增大而增大，反之减小。iii此种生物只能在固定深度范围的海域才能存活。在更深的海域生物死亡时会通体呈现红色，其原因是_。在更浅的海域生物死亡时呈现因为饥饿得不到能量的白色，其原因是_。4消除氮氧化物的污染对建设生态文明具有重要的意义。回答下列问题：(1)用活性炭还原法可以处理氮氧化物，发生反应为C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g)。已知：C(s)和CO(g)的燃烧热分别为393.5kJ·mol1和283kJ·mol1；CO(g)和NO(g)反应的热化学方程式为2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g) H=-747.8kJ·mol1。则用活

14、性炭还原法反应的H=_kJ·mol1，欲提高NO平衡转化率，可采取的措施有_。实验室模拟活性炭还原氮氧化物的过程。向2L固定体积的密度容器中，加入足量的活性炭，再充入1mol NO，在一定温度下反应，50min时达到平衡，测得混合气体中CO2的物质的量为0.2mol，则平衡时NO的转化率为_，该反应的平衡常数Kp=_(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数)。(2)Cl2也可以与NO反应：2NOCl(g)2NO(g)+Cl2(g)。一定温度下，用NOCl和Cl2表示该反应的反应速率分别为v正=k正·c2(NOCl)，v逆=k逆·c2(NO)

15、·c(Cl2)(k1、k2为速率常数)。向2L密闭容器中充入a mol NOCl(g)，测得NO的物质的量浓度与温度的关系如图所示(x0.5a)。T1_T2(填“>”、“”或“=”)；T2温度下，=_(用含a、x的代数式表示)。(3)利用电化学原理，将NO2、O2和熔融KNO3制成燃料电池，模拟工业电解法来精炼银，装置如图所示。请回答下列问题：甲池工作时，NO2转变成绿色硝化剂Y，Y是N2O5，可循环使用，则正极发生的电极反应方程式为：_。若石墨I消耗4.6g NO2，已知该电解池的电解效率为80%，则乙中阴极得到Ag的质量为_。(通过一定电量时阴极上实际沉积的金属质量与通过相

16、同电量时理论上应沉积的金属质量之比叫电解效率)。5十九大报告提出“要像对待生命一样对待生态环境”，对硫、氮、碳元素形成的有毒有害气体进行处理成为科学研究热点。请回答下列问题：氮元素的化合物种类繁多，研究氮氧化物的反应机理对于消除污染有重要指导作用。(1)NO2有较强的氧化性，能将SO2氧化成SO3，自身被还原为NO。已知：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) H1=-196.6kJ·mol12NO(g)+O2(g)=2NO2(g) H2=-113.0kJ·mol1则NO2氧化SO2的热化学方程式为_。(2)利用现代传感技术探究压强对2NO2(g)N2O4(g)平衡移动的

17、影响。在恒定温度和标准压强条件下，往针筒中充入一定体积的NO2气体后密封并保持活塞位置不变。分别在t1、t2时迅速移动活塞后并保持活塞位置不变，测定针筒内气体压强变化如下图1所示。B、E两点对应的正反应速率大小为vB_vE(填“>”或“<”)。E、F、H三点对应气体的平均相对分子质量最大的点为_(填字母序号)。利用CO2制取甲醛可以缓解温室效应，反应方程式为CO2(g)+2H2(g)HCHO(g)+H2O(g)。请回答下列问题：(4)T1时，将体积比为12的CO2和H2混合气体充入恒容密闭容器中，每隔一定时间测得容器内气体压强如表所示：时间/min0102030405060压强/k

18、Pa1.080.960.880.820.800.800.80已知：vp(B)=。前10min，用H2的压强变化表示该反应的平均反应速率为_kPamin1。T1时，反应的平衡常数Kp=_kPa1(Kp为用各气体分压表示的平衡常数，分压=总压×物质的量分数；结果保留三位有效数字)。答案与解析模拟优练1.【答案】（1）+247.4kJ·mol1 CO 高于900K时以反应为主，反应是放热反应，升高温度，平衡逆行移动，H2O的含量减小 （2）< 100 B 【解析】(1)由盖斯定律得=+-，所以H1=H2-H3+H4=（41.2-35.6+241.8）kJ·mol1

19、=+247.4kJ·mol1；由反应可知，反应产物有CO、H2、H2O。生成的H2会在反应中与CO2生成CO，CO的产量高于H2。故a曲线表示的是CO。反应是吸热反应，升高温度有利于平衡正向移动，H2O的含量会增大，但反应O2(g)+H2(g)H2O(g)为放热反应，升高温度不利于反应正向进行，H2O的含量会减小。所以高于900K时以反应为主，反应是放热反应，升高温度，平衡逆行移动，H2O的含量减小；故答案为：+247.4kJ·mol1；CO；高于900K时以反应为主，反应是放热反应，升高温度，平衡逆行移动，H2O的含量减小；(2)由图1可知，反应I达到平衡状态后，随温度升

20、高二氧化碳的转化率逐渐减小，说明正反应为放热反应，故H1<0；350时，由图1知CO2的平衡转化率为80%，由图2可知生成甲烷催化剂的选择率为100%，利用三段式进行计算：又因体积为2L，故平衡常数为：；由图1知350时，CO2的平衡转化率较大，应选择350，又因为反应是个气体总体积减小的反应，增大压强平衡正向移动，CO2的平衡转化率和CH4的平衡产率都会增大，选择最佳反应条件为B350、高压；故答案为：<；100；B。2.【答案】CH3OH(l)+3/2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) H=-726.51kJ·mol1 （1）< > （2）K=48

21、（3）BC （4）C 保证c(H2)不变情况下，增大容器体积，c(CO3OH)与c(CO)同等倍数减小，根据浓度商，所以平衡不移动【解析】已知：CH3OH(g)+H2O(l)=CO2(g)+3H2(g) H=+93.0kJ·mol1CH3OH(g)+1/2O2(g)=CO2(g)+2H2(g) H-192.9kJ·mol1CH3OH(g)=CH3OH(l) H-38.19kJ·mol1根据盖斯定律可知，×3-×2-即得到甲醇的燃烧热的热化学方程式：CH3OH(l)+3/2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) H=-726.51kJ·

22、;mol1，故答案为：CH3OH(l)+3/2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) H=-726.51kJ·mol1；（1）据图可知，随着温度的升高，CH3OH的体积分数逐渐减小，说明升高温度，平衡逆向移动，则该反应的正反应为放热反应，H0；因该反应的正反应是气体体积减小的反应，则增大压强，平衡正向移动，CH3OH的体积分数增大，即压强越大，CH3OH的体积分数越大，据图可知，压强为P1时CH3OH的体积分数大于压强为P2时CH3OH的体积分数，所以P1P2，故答案为：；（2）压强为P2，温度为300时，CH3OH的体积分数为50%，根据三段式法有：CO(g) + 2H2(g)

23、CH3OH(g)起始量（mol） 1 2 0转化量（mol） x 2x x平衡量（mol） 1x 22x x×100%=50%，解得x=0.75mol，则达到平衡时CO、H2、CH3OH的浓度分别为：0.125mol/L、0.25mol/L、0.375mol/L，所以平衡常数K=48，故答案为48；（3）A该反应是反应前后气体体积变化的可逆反应，容器内气体压强不再变化，说明反应达到了平衡状态，故A正确；Bv(CO)v(H2)v(CO3OH)=121，因未指明是正反应速率还是逆反应速率，则不能说明反应达到了平衡状态，故B错误；C因容器恒容且反应前后总质量不变，则容器内的密度始终不变，所

24、以容器内的密度不再变化不能说明反应达到了平衡状态，故C错误；D因该反应的气体总质量不变，而反应前后气体物质的量不相等，所以容器内混合气体的平均相对分子质量不再变化，说明反应达到了平衡状态，故D正确；E容器内各组分的质量分数不再变化，说明反应达到了平衡状态，故E正确；答案选BC。（4）某温度下在保证H2浓度不变的情况下，增大容器的体积，则c(CO3OH)与c(CO)同等倍数减小，根据浓度商的表达式可知，Qc不变，则平衡不移动，故答案为：C；保证c(H2)不变情况下，增大容器体积，c(CO3OH)与c(CO)同等倍数减小，根据浓度商，所以平衡不移动。3.【答案】（1）-198kJ·mol

25、1 该反应为放热反应 （2） P1>P2>P3 320L/mol （3） 更深的海域压强大，吸附速率快于催化剂解吸附速率，中间产物浓度增大，引起中毒死亡 更浅的海域压强小，吸附速率较慢，总反应速率由较慢的步骤决定，导致解吸附放出的能量不足，生物因缺乏能量而死亡 【解析】(1)根据盖斯定律(+×2+×3)可得H4=-113kJ/mol+(-227kJ/mol)×2+(-57kJ/mol)×3=-198kJ·mol1；该反应焓变小于0，为放热反应，所以在热力学上趋势大；(2)该反应为气体系数之和减小的反应，所以温度不变，增大压强平衡正向

26、移动，NO的平衡转化率增大，所以P1>P2>P3；平衡时v正=k正c2(NO)c2(CO)=v逆=k逆c(N2)c2(CO2)，据图可知压强相同时，升高温度NO的平衡转化率降低，即平衡逆向移动，所以仅升高温度后，v正v逆，而升温瞬间各物质的浓度不变，所以k正增大的倍数k逆增大的倍数；平衡时v正=k正c2(NO)c2(CO)=v逆=k逆c(N2)c2(CO2)，所以；a点时，NO的平衡转化率为80%，则n(NO)=1mol×80%=0.8mol，根据反应方程式可知平衡时n(CO)=0.8mol，n(N2)=0.4mol，n(CO2)=0.8mol，所以平衡时体系中n(NO)

27、=n(CO)=1mol-0.8mol=0.2mol，n(N2)=0.4mol，n(CO2)=0.8mol，容器体积为2L，所以K=320L/mol；(3)更深的海域压强大，吸附速率快于催化剂解吸附速率，中间产物N(m-y)O(n-x)浓度增大，引起中毒死亡，同时生物体内的甲壳素变红；更浅的海域压强小，吸附速率较慢，总反应速率由较慢的步骤决定，导致解吸附放出的能量不足，生物因缺乏能量而死亡，死亡时呈现因为饥饿得不到能量的白色。4.【答案】（1）-575.3 降温、减少生成物的浓度 40% （2） （3） O2+2N2O5+4e=4NO 8.64g 【解析】(1)已知：C(s)和CO(g)的燃烧热

28、分别为393.5kJ·mol1和283kJ·mol1，即：C(s)+O2(g)=CO2(g) H=-393.5kJ·mol12CO(g)+O2(g)=2CO2(g) H=-283kJ·mol1CO(g)和NO(g)反应的热化学方程式为2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g) H=-747.8kJ·mol1，根据盖斯定律+-×2可得：C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g) H=-575.3kJ·mol1；除增大一氧化氮的浓度外，能使平衡正向移动的措施均能提高NO平衡转化率，则可采取的措施有降温、减少生成物

29、的浓度；根据题意列三段式：C(s)+2NO(g)N2(g) + CO2(g)则平衡时NO的转化率为×100%=40%，由于该反应前后气体体积相等，可以用气体的物质的量代替分压进行平衡常数计算，则该反应的平衡常数Kp=；(2)根据“先拐先平数值大原则”，T1温度下反应先达到平衡，即T1温度下反应速率更快，温度更高，则T1T2；T2温度下，达到平衡时，c(NO)=x mol/L，根据反应方程式2NOCl(g)2NO(g)+Cl2(g)，此时c(Cl2)=0.5x mol/L，c(NOCl)=x mol/L，则平衡时c (NOCl)=(0.5a-x)mol/L，当反应达到平衡时，v正=k正

30、·c2(NOCl)=v逆=k逆·c2(NO)·c(Cl2)，；(3)甲池工作时为燃料电池，通入燃料的一极为负极，通入氧气的一极为正极，则石墨为负极，石墨为正极，负极上NO2转变成绿色硝化剂N2O5，负极电极反应式为：NO2+NO-e=N2O5，正极上N2O5和O2得电子转化为NO，则正极发生的电极反应方程式为：O2+2N2O5+4e=4NO；若石墨I消耗4.6g NO2，其物质的量为=0.1mol，根据石墨I负极电极反应式为：NO2+NO-e=N2O5，转移电子物质的量为0.1mol，则根据乙中阴极电极反应Ag+e=Ag，理论上得到Ag的质量为0.1mol

31、5;108g/mol=10.8g，由于该电解池的电解效率为80%，因此实际得到的质量为10.8g×80%=8.64g。5.【答案】（1） H=41.8kJ·mol1 （2） > H （3） 0.024 38.3 【解析】(1)根据图一可知热化学方程式为2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) H1=-196.6kJ·mol1；2NO(g)+O2(g)=2NO2(g) H2=-113.0kJ·mol1；根据盖斯定律，由-整理可得NO2(g)+SO2(g)=SO3(g)+NO(g) H=H1-H2=-41.8kJ/mol；(2)其他条件相同时压强越大反应速率越快，故B、E两点对应的正反应速率大小为vB>vE；t2时刻移动了活塞，压强迅速增大，说明针筒内气体体积缩小，保持活塞位置不变后，平衡向着正向移动，混合气体的物质的量逐渐减小，根据M=可知，E、F、H三点对应气体的平均相对分子质量最大的点为H；(4)反应方程式为CO2(g)+2H2(g)HCHO(g)+H2O(g)，=2，已知：vp(B)=。前10min，用H2的压强变化表示该反应的平均反应速率为vp(H2)=0.024kPamin1；Kp=38.3kPa1。