2022年高考化学二轮专题《化学反应原理综合题》.pdf
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1、20 22年高考化学二轮专题 化学反应原理综合题I.(2021-江苏高考真题)以软镒矿粉(含 M n O?及少量F e、A l、S i、C a、M g等的氧化物)为原料制备电池级M n O2o(1)浸取。将一定量软镒矿粉与N a 2s O 3.H2S O 4溶液中的一种配成悬浊液,加入到三颈瓶中(图 1),7 0。(3 下通过滴液漏斗缓慢滴加另一种溶液,充分反应,过滤。滴液漏斗中的溶液是一;M n C h 转 化 为 M n?,的离子方程式为一0示。己知:M n O 与酸反应生成M i?+;M m 0 3 氧化性强于C I2,加热条件下M m 0 3 在酸性溶液中转化为M n C h 和 M
2、n2+镒的氧化物,镐元素所占比例,为获得较高产率的MnCh,请补充实验方案:取一定量MnC0 3置于热解装置中,通空气气流,固体干燥,得到MnOz。(可选用的试剂:Imol L“H2s0 4溶液、2m到L-HC1溶液、BaCh溶液、AgNCh溶 液)。2.(20 21-江苏高考真题)甲烷是重要的资源,通过下列过程可实现由甲烷到氢气的转化。甲烷V 重整 CO转 化.*催化氧化.*氢气50 0%:时,CH4与任。重整主要发生下列反应:CH4(g)+H2O(g)A=ACO(g)+3H2(g)CO(g)+H?O(g)1 H2(g)+CC2(g)己知CaO(5)+CO2(g)=CaCO3(s)AH=-1
3、78.8kJ m o l向重整反应体系中加入适量多孔CaO,其优点是_ o(2)CH4与CO2重整的主要反应的热化学方程式为反应 I:CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g)AH=246.5kJ mol-反应 II:H2(g)+CO2(g)=CO(g)+H2O(g)AH=41.2kJmol-反应 III:2CO(g)=CO2(g)+C(s)AH=-172.5kJ mol-1 在CH与CO2重整体系中通入适量H20(g),uf减少C(s)的生成,反应3CH4(g)+C0 2(g)+2H2O(g)=4CO(g)+8H2(g)的 AH=_。1.0 1x10%卜 将 驻 食 台 代。:n
4、N C H gl:1的混合气体置于密闭容器中,不同温度下重整体系中CH4和CO2的平衡转化率如图1所示。80 0 FC0 2平衡转化率远大于60 0 bCCh平衡转化率,其原黑n 600 700 800加温度/图T利用铜一铺氧化物(xCuOyCeCh,Ce是活泼金属)催化氧化可除去比 中少量CO,催化氧化过程中Cu、Ce的化合价均发生变化,可能机理如图2所示。将n(CO):n(O2):n(H2):n(N2)=1:1:49:49的混 合气体以一定流速通过装有xCuOyCeO?催化剂的反应器,CO的转化率随温度变化的曲线如图3Ce基态原子核外电子排布式为 XeJ4P5出6s2,图2所示机理的步骤(
5、i)中,元素Cu、Ce化合价发生的变化为一。当催化氧化温度超过15(TC时,催化剂的催化活性下降,其可能原因是3.(2021 福建厦门三模)低碳烷理脱氢制低碳烯炷对有效利用化石能源有重要意义。(1)乙烷脱氢制乙烯主反应:C2H6(g)=C2H4(g)+H2(g)AHi副反应:2C2H6(g)=C2H4(g)+2CH4(g)AH2CiH6(g)=C(s)+3H2(g)AH3标准摩尔生成焰是指在25。(2和lOlkPa,由最稳定的单质生成Im ol化合物的嬉变。利用卜表数据计算AH,=_ _物质C2H6(g)C2H4(g)CH4(g)标准摩尔生成A/kJ-moP-84.7+52.3-74.8 恒容
6、条件下,有利于提高C2H6平 衡 转 化 率 的 措 施 是(填 标 号)。A,高温B.高压C.原料气中掺入PhD.原料气中掺入CO2 在 80(FC恒容条件下,ImolCzHe进行脱氢反应,测得平衡体系中气体有0.3molC2H6、0.6molC2H4、0.1 mol CH4 W xmolHz,压强为 170 kPa,贝 ijx 二,主反应 Kp=kPa。(2)乙烷裂解中各基元反应及对应活化能如下表。反应类型反应活化能Enm。链引发j CH3CH3 TCH3CH2+H451jj CH3CH3TCH3+CH3417链传递n i H+CH3CH3 T H2+CH3CH247iv CH3+CH3C
7、H3-CH4+CHC%54v CH3C%tCH,=CH,+H181链终止5H+HTH20viiCHs+HACH40根据上表判断:链引发过程中,更容易断裂的化学键是 O链传递的主要途径为反应 一反应(填序号),造成产物甲烷含量不高。使用PtSn-Mg(2-Zn)AIO进行乙烷脱氢催化性能研究。不同温度下,乙烷转化率及乙烯选择性随反应时间的变化曲线分别如图a、图b。1 0 0 9 9 9 8 9 7 4 0 2。6201600:C-*550C V5000 20 40 60 81)100 120反应时fnj/min图b550s62(TC,在反应初始阶段,温度越高,乙烷转化率越大的原因是该催化剂的最佳
8、工作温度为4.(2021北京模拟预测)NO,(主要指NO和NO2)是大气主要污染物之一。有效去除大气中的NOx是环境保护的重要课题。(1)用水吸收NOx的相关热化学方程式如下:2NO2(g)+H2O(1)=HNO3(aq)+HNO2(aq)NH=-116.1 kJ-mol*3HNO2(叫)=HNO3(叫)+2NO(g)+H2O(1)H=+75.9 kJ moH反应 3NO2(g)+H2O(D=2HNO3(aq)+NO(g)的 XH=_kJ mol o(2)用酸性(NHz)2co水溶液吸收NOx,吸收过程中存在HNO2与(NH2)2CO生成Nz和CO?的反应。写出该反应的化学方程式:。(3)在有
9、氧条件下,新型催化剂M能催化NH3与NO,反应生成N2O NH3与NO2生成N2,当有1 mol NH3参与反应时,去除NO?moU 将一定比例的02、NH3和NOx的混合气体,匀速通入装有催化剂M的反应器中反应(如图1所示)。反应相同时间NO,的去除率随反应温度的变化曲线(如图2所示)。请回答:i.在50-250。(3范围内随着温度的升高,NOx的去除率先迅速上升后上升缓慢的主要原因是ii.当反应温度高于38(TC时.,NQ、的去除率迅速下降的原因可能是5.(2021-安徽合肥三模)SO2和H2s是大气污染物,这两种气体的转化研咒对资源综合利用和环境保护有重要意义。I.水煤气还原法己知:2H
10、2(g)+S0 2(g)=S(l)+2H2O(g)AW/=+45.4kJmol-2co(g)+SO2(g)=S(1 )+2CO2(g)A/72=-37.0 kJmor(1)写出CO(g)与HzCXg)反应生成COKg)和H2(g)的 热 化 学 方 程 式;若该反应在恒温恒容体系中进行,则 其 达 到 平 衡 的 标 志 为(填字母)。A.单位时间内,生成nmolCO的同时生成nmolCO?B.混合气体的平均摩尔质量保持不变C.混合气体的总压强保持不变D.CCh(g)与H2(g)的体积比保持不变(2)在温度为T C卜 将14moiH2和ImolSCh通入2L恒容密闭容器中发生上述反应2H2(g
11、)+SO2(g)=S(1 )+2HzO(g),反应体系中气体的总压强随时间变化如图所示。在O-lOmin,该反应的平均速率 V(H2)=mol L min1,SO2 的平衡转化率 a(SO2)=。(3)某密闭容器中发生上述反应2co(g)+SO2(g=S+2CO2(g),平衡时CO的体积分数(蛤与压强和温度的关系如图所示。II.碱液吸收法(4)用K2c0 3溶液吸收H?S,其原理为CO;+H2S=HS-+HC0;该反应的平衡常数K=。(己知H2CO3 的 K47=4.2xl0-7,A2=5.6xl0-;H2S 的 Ka/=5.6xl0 ,K2=1.2x10,5)6.(20 21 北京昌平二模)
12、CH4-CO2 重整反应 CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g)A/7=+247kJ/mol在大力推进生态文明建设、碳达峰、碳中和”的时代背景卜,受到更为广泛的关注。I.该反应以两种温室气体为原料,可以生成合成气。如何减少反应过程中的催化剂积炭,是研究的 热点之一、某条件下,发生主反应的同时,还发生了积炭反应:CO 歧化:2CO(g)=CO2(g)+C(s)/7=-172kJ/molCH4 裂解:CHg)=C(s)+2H2(g)A/7=+75kJ/mol对积炭反应进行计算,得到以下温度和压强对积炭反应中平衡炭量的影响图,其中表示温度和压强对CH4裂解反应中平衡炭量影响的是(选填
13、序号)理由是100 kPa-O-1000 kPa100 kPa-O-1000 kPa、A5000 kPa5000 kPa20 0 40 0 60 0 80 0 10 0 0 120 0温度IS aO.n40 0 MM)X0 0 10 0 0 120 0温度图b(2)实验表明,在重整反应中,低温、高压时会有显著积炭产生,由此可推断,对于该重整反应而言,其积炭主要由_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 反应产生。综合以上分析,为抑制积炭产生,应选用高温、低压条件。H.该重整反应也可用于太阳能、核能、高温废热等的储存,储能研究是另一研究热点。(3)该反应可以储能的原因是o某条件下,除发生主反应
14、外,主要副反应为CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g)zH=+41kJ/mol。研究者研究反应物气体流量、CH4/CO2物质的量比对CH4转化率(XCH4)、储能效率的影响,部分数据如下所示。【资料】储能效率:热能转化为化学能的效率,用表示。nchem=Qchem/Q。其中,Qchem是通过化学反应吸收的热量,Q是设备的加热功率。序号加热温度广C反应物气体流量ZL-rnin1CH4/CO2XCH4/%*chcm/%80 042:279.652.280 063:364.261.980 062:481.141.6(4)气体流量越大,CH,转化率越低,原因是:随着流量的提高,反应物预热吸
15、热量增多,体系温度明显降低,.(5)对 比 实 验(填 序 号),可得出结论:CH4/CO2越低,CH,转化率越高.(6)对比、发现,混合气中C 0 2占比越低,储能效率越高,原 因 可 能 是(该 条 件 下 设 备 的加热功率视为不变)。7.(20 21-河南郑州一模)甲烷和CO?是主要的温室气体,高效利用甲烷和CO?对缓解大气变暖有重 要意义。(1)图是利用太阳能将CO,分解制取炭黑的示意图:太阳能230 0 K 02Fe3O4FeO70 0 K CO2己知 2FeQ(s)=6FeO(s)+O,(g)AH=akJ.mol C(s)+O2(g)=CO2(g)AH=bkJ.mol则过程2 的
16、热化学方程式为 o(2)在两个体积均为2L的恒容密闭容器中,按表中相应的量加入物质,在相同温度下进行反应CH4(g)+CO,(g)2CO(g)+2H,(g)的平衡转化率如表所示:容器起始物质的量S)/mol的的平衡转化率CH4CO2COH2I0.20.20050%110.20.10.20.3/容器I 在 lOmin时反应达到平衡,该段时间内CH,的平均反应速率为 mol-L-min;容器II起 始 时 反 应 向(填“正反应方向、逆反应方向”或 不移动”)进行。(3)将一定量的甲烷和氧气混合发生反应2cH4(g)4-Ch(g)2co(g)+4H2(g)淇他条件相同,在甲、乙两种不同催化剂作用下
17、,相同时间内测得CH,转化率与温度变化关系如图所示。某同学判断c 点一定没有达到平衡状态,他的理由是.温度/C(4)C 0,通过催化加氢可以合成乙醇,其反应原理为:2 c o 2(g)+6H 2(g)C,Hs0H(g)+3H2O(g)心。茶,通过实验得到如图图像:图2表示在总压为P的恒压条件下,且m=3时,平衡状态时各物质的物质的量分数与温度的关系。L温度时,列式表示该反应的压强平衡常数K p .(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压x物质的量分数)。8.(2 02 1 江.苏模拟预测)有效地消除“含氮化合物的污染是目前科学家们研究的热点。用甲烷能消除氮氧化物的污染,生成无污染的N 2、C
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