2020年高考化学高分攻略专题突破17化学反应原理综合44809.pdf

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1、1题型17化学反应原理综合一、解题策略二、题型分类2【典例1】【2019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：（1）Shibata 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0.0250。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0.0192。3根据上述实验结果判断，还原CoO(s)为 Co(s)的倾向是CO_H2(填“大于”或“小于”)。（2）721

2、时，在密闭容器中将等物质的量的CO(g)和 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 B 0.25 C 0.25 0.50 D 0.50E0.50（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H _0(填“大于”“等于”或“小于”)。该历程中最大能垒(活化能)E正 _eV，写出该步骤的化学方程式_。（4）Shoichi 研究了467、489 时水煤气变换中CO 和 H2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

3、系中的pH2O 和 pCO相等、pCO2和 pH2相等。计算曲线a的反应在30 90 min 内的平均速率v(a)_kPamin1。467 时pH2和 pCO随时间变化关系的曲线分别是_、_。489 时pH2和 pCO随时间变化关系的曲线分别是_、_。【答案】（1）大于（2）C（3）小于2.02 COOH*H*H2O*=COOH*2H*OH*(或 H2O*=H*OH*)（4）0.0047bcad【解析】（1）由题给信息可知，H2(g)CoO(s)Co(s)H2O(g)()K1c（H2O）c（H2）1 0.02500.0250 39，4由题给信息可知，CO(g)CoO(s)Co(s)CO2(g)

4、()K2c（CO2）c（CO）1 0.01920.019251.08。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()()得 CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)KK2K151.08391.31。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xmol。CO（g）H2O（g）H2（g）CO2（g）起始1 mol1 mol00转化xmolxmolxmolxmol平衡（1 x）mol（1 x）molxmolxmolKx2（1 x）2 1

5、.31，若K 取 1，则x 0.5，(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，H 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E正 1.86eV(0.16eV)2.02eV，该步起始物质为COOH*H*H2O*，产物为COOH*2H*OH*。（4）由题图可知，30 90 min 内 v(a)（4.08 3

6、.80）kPa90 min 30 min 0.0047 kPamin1。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 时pCO随时间变化关系的曲线，b 曲线代表467 时 pH2随时间变化关系的曲线，c曲线代表467 时pCO随时间变化关系的曲线。【典例2】【2019 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)H1 100.3kJmol1H2(

7、g)I2(g)=2HI(g)H211.0kJmol1对于反应：(g)I2(g)=(g)2HI(g)H3 _ kJmol1。5（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105Pa，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)。A T1 T2B a点的反应速率小于c点的反应速率C

8、 a点的正反应速率大于b 点的逆反应速率D b 点时二聚体的浓度为0.45molL1（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】（1）89.3（2）40%3.56104BD（3）CD（4）Fe 电极Fe 2=H2(或 Fe6 2C5H6=Fe(C5H5)2 H2)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】

9、（1）根据盖斯定律，由反应反应得反应，则H3 H1 H2(100.3 11.0)kJmol189.3kJmol1。（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：（g）I2（g）=（g）2HI（g）起始：aa00转化：xxx2x平衡：a xa xx2x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 a（a x）（a x）x 2x11.2，解得x 0.4 a，则环戊烯的转化率为0.4 aa100%40%，平衡时(g)、I2(g)、(g)、HI(g)的分压

10、分别为p总4、p总4、p总6、p总3，则Kpp总6（p总3）2p总4p总4827p总，根据p总1.2105Pa，可得Kp8271.2105Pa3.56104Pa。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”、“”或“”)。9（4）从化学反应的角度分析工业合成氨气采取30 MPa 50 M

11、Pa 高压的原因是_。（5）500 时，向容积为2 L 的密闭容器中通入1 mol N2和 3 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/min010203040 压强/MPa20171513.21111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“A、B、C、D”中选择)【答案】（1）b 2a 2c（2）k正k逆（3）（4）加快

12、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）90%48 MPa2 A【解析】（1）根据盖斯定律分析，N2(g)O2(g)=2NO(g)H1a kJ/mol；4NH3(g)3O2(g)=2N2(g)6H2O(g)H2 b kJ/mol；2NO(g)O2(g)=2NO2(g)H3 c kJ/mol；将方程式进行22 计算，得热化学方程式为4NH3(g)7O2(g)=4NO2(g)6H2O(g)H (b 2a 2c)kJ/mol；（2）当正、逆反应速率相等时，反应到平衡，即v正 v逆 k正c(N2)c3(H2)k逆c2(NH3)，则反应12N232H2NH3的平衡常数Kc2（N

13、H3）/c（N2）c3（H2）k正k逆；（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：E1E2；（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xmol/L，则有10N23H22NH3，起始浓度/mol/L0.51.50改变浓度/mol/Lx3x2x平衡浓度/mol/L 0.5 x1.5 3x2x根据压强比等于物质的量比分析，有关系式：0.5 x 1.5 3x 2x0.5 1.51

14、120解 x 0.45；达到平衡时N2的转化率为0.45/0.5100%90%；用压强表示该反应的平衡常数Kp（0.91.111 MPa）20.051.111 MPa（0.151.111 MPa）3 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：_。（2）TiO2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CH3

15、CHO的过程，则该反应的化学方程式为_。（3）将一定量的CO2(g)和 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)H1802 kJmol1CO(g)1/2O2(g)=CO2(g)H2283 kJmol1CO(g)H2O(g)=CO2(g)H2(g)H341 kJmol1则反应CO2(g)CH4(g)2CO(g)2H2(g)的 H _。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CO2与 CH4，使其物质的量浓度均为1.0mol

16、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)：v正 c(CH4)和 v逆 c(CO)，则与v正 c(CH4)相对应的是图中曲线_(填“甲”或“乙”)；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11甲对应的平衡点可能为_(填“D”“E”或“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(t1t2”“催化剂活性降低(或反应物浓度降

17、低等)（3）还原 C4H10 13O2 26e=4CO2 5H2O【解析】（1）C4H10(g)6.5O2(g)=4CO2(g)5H2O(l)H Q1kJmol1 C2H6(g)3.5O2(g)=2CO2(g)3H2O(l)H Q2kJmol1 CH2=CH2(g)3O2(g)=2CO2(g)2H2O(l)H Q3kJmol1得：C4H10(g)催化剂 放电 催化剂 充电 C2H6(g)CH2=CH2(g)H2(Q2 Q3 Q1)kJmol1；（2）设该温度下，正丁烷的平衡转化率，平衡时，5(1)5 5 8.8，0.76；前2a min 内压强从 5 MPa 增大到8.4MPa，即前2a mi

18、n 内正丁烷的p 3.4MPa，根据v(正丁烷)p/t(8.4MPa 5MPa)/2a min 1.7/a MPamin1；反应C4H10(g)催化剂 放电 催化剂 充电 CH4(g)CH3CH=CH2(g)，平衡时，若平衡时甲烷、乙烯的体积分数分别为211、14，则丙烯和乙烷的体积分数分别为211、14，正丁烷为1 2/11 2/11 1/4 1/4 3/22，Kp8.82118.82118.8322 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8.8L；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)；（3）A 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：C4H10 13O2 26e=4CO2 5H2O。