2023届高考化学总复习大题突破练3化学反应原理综合题（适用湖南、河北）.pdf

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1、大题突破练3化学反应原理综合题1.（2021湖南卷,16）氨气中氢含量高，是一种优良的小分子储氢载体，且安全、易储运，可通过下面两种方法由氨气得到氢气。方 法 I.氨热分解法制氢气相关化学键的键能数据化学键N=NHHNH键能7（能moH）946436.0390.8在一定温度下，利用催化剂将NH3分解为N2和H2O回答下列问题：反应 2NH3（g）-N 2（g）+3H2（g）H=kJ-mol-1;已知该反应的“，在下列哪些温度下反应能自发进行?（填标号）；A.25 B.125 C.225 D.325（3）某兴趣小组对该反应进行了实验探究。在一定温度和催化剂的条件下，将 0.1 molNH3通 入

2、 3 L 的密闭容器中进行反应（此时容器内总压为200 kPa）,各物质的分压随时间的变化曲线如图所示。2.00.40.8i0Z/min若保持容器容积不变时反应达到平衡，用H2的浓度变化表示0-/1时间内的反应速率 V（H2）=m olL lm in（用 含 t的代数式表示）;，2时将容器容积迅速缩小至原来的一半并保持不变，图中能正确表示压缩后N2分压变化趋势的曲线是（用图中a、b、c、d 表示），理由是；在该温度下，反应的标准平衡常数即=（已知:分压=总压x该组分物质的量分数，对于反应，/D（g）+eE（g）=g G（g）+H（g）心 一 髀取平 涉，其中 p=100 kPa,PG、PH、P

3、D、PE为各组分的平衡分压）。方法n.氨电解法制氢气利用电解原理胞氨转化为高纯氢气，其装置如图所示。KOH溶液阴离子交换膜(4)电解过程中OF T的移动方I可为(填“从左往右”或“从右往左”)；(5)阳极的电极反应式为。2.(2 0 2 2山东淄博二模)温室气体的利用是当前环境和能源领域的研究热点。I.C H 4与C O2、H z O重整制合成气的反应如下：i .C H4(g)+C O2(g)-2 C O(g)+2 H2(g)i i .C H 4(g)+H2O(g)C O(g)+3 H2(g)i i i.C O(g)+H 2 O(g)0 c O2(g)+H 2(g)已知反应i i和i i i的

4、平衡常数的自然对数In K?与温度的关系如图1所示。图 1(1)i .C H 4(g)+C O2(g)2 C O(g)+2 H 2(g)H(填，或“”)0。分别在不同压强下晌V L密闭容器中按照(C O):(C H 4):出2。)=1 ：1 ：1投料，实验测得平衡时喘随温度的变化关系如图2所示。n(CO)(oorAHr05051009O5.9.80.60.80-|人”-:北0.7 5 -1-1-rH-1-1-!-1-1-1-600 700 800 900 1000 1 100 1200温度/y图 2压强0、P2、P 3由大到小的顺序为 o压强为P 2时,随着温度升高，髓先增大后减小，解释原因H

5、.向密闭容器中充入一定量的CHM g)和N O(g),保持总压为100 kP a发生反应:CH4(g)+4N O(g)=2N 2(g)+CO 2(g)+2H2O(g)A H”或“为活化能火为速率常数,R和C为常数)。为探究m、n两种催化剂的催化效能，进行了实验探究，依据实验数据获得图丙曲线。在m催化剂作用下，该反应的活化能Ea=J mo l o从图中信息获知催化效能较 高 的 催 化 剂 是(填“m”或 n”),判断理由是 o H 2和CO合成甲烷反应为2c o(g)+2H 2(g)=C H 4(g)+C O2(g)。T将等物质的量C O和 以 充入恒压(20 0 k P a)的密闭容器中。已

6、知逆反应速率v(逆尸左(逆)p(C H 4 p(C O2)淇中为分压，该温度下网逆)=5.0 x l 0-4 k P a“.s L 反应达平衡时测得v(正)E k P a-s L C O的 平 衡 转 化 率 为，该温度下反应的Kk（用组分的分压计算的平衡常数）。7.（2022河北石家庄二模）甲醛（CH30cH3）被称为“21世纪的清洁燃料。以CO?、出为原料制备甲醛涉及的主要反应如下：I.2CO2（g）+6H2（g）CH30cH3（g）+3H2O（g）A/i0II.CO2（g）+H2（g）C O（g）+H2O（g）AH2回答下列问题：（I）将 CO与 H2O 混合气体置于绝热恒容密闭容器中发

7、生反应II，逆反应速率随时间变化的趋势如图所示（不考虑催化剂的影响）。则 A“2（填，域“H2O(1)+NH2CONH2(1)A凡=+15.5 kJ mor液相中,合成尿素的热化学方程式为2 N H 3+C O 2(1)H 2 O(1)+N H 2 c o N H 2 =_k J m o l 1 o在恒容密闭容器中发生反应:2 N H 3(g)+C O 2(g)C O(N H 2)2(s)+H 2 O(g)A/7 0 o下列说 法 正 确 的 是(填 字 母)。A.增大C 0 2的浓度，有利于N H 3的转化率增大B.反应在任何温度下都能自发进行C.当混合气体的密度不再发生改变时反应达平衡状态

8、D.充入H e,压强增大，平衡向正反应方向移动H.可利用C O 2和C H 4催化制备合成气(C O、氏),在一定温度下容积为1 L的密闭容器中，充入等物质的量的C H 4和C O 2,加入N i/A b O 3使其发生反应:C H 4(g)+C O 2(g)L2 C O(g)+2 H2(g)o反应达平衡后，平衡常数K=8 1,此时测得c(C O)为3 m o l L”,则CH4的转化率为(保留2位有效数字)。(4)制备“合成气”反应历程分两步：上述反应中C(a d s)为吸附性活性炭，反应历程的能量变化如图所示:步骤反应正反应速率方程逆反应速率方程反应C H4(g)iC(a d s)+2 H

9、2(g)V(i E)=|-C(C H 4)V(逆)=注/3 2)反应C(a d s)+C O2(g)2 C O(g)U(正)=A 3,C(C O2)v(逆尸 f c p/(C O)反应历程 反 应 速 率 快 慢 比 较:反 应 (填 或 =)反应，请依据有效碰撞理论微观探析其原因 O一定温度下，反应C H 4(g)+C O2(g)12co(g)+2 H 2(g)的平衡常数K=(用 kl、2 2、女3、4 表/J )o参考答案大题突破练3化学反应原理综合题1.答案(D+9 0.8 (2)C D(3)詈b介时刻，将容器的容积迅速缩小为原来的一半，则所有气体的分压突然增大为原平衡时的2 倍，则 N

10、?的分压突变为0.8 x 1 0 0 k Pa,之后平衡逆向移动，氮气的分压减小 0.4 8(4)从 右 往 左(5)2 NH3-6 e+6 OH-N2 T+6 H 2 O解 析 本 题是热化学、电化学与速率平衡的综合题，考查了反应热的计算、自由能与反应的自发性、速率与平衡常数的计算、电极反应式的书写等知识。根 据 /4反应物中化学键的键能之和-生成物中化学键的键能之和=6 x 3 9 0.8 k l m o-(9 4 6k J-m o r +3 x 4 3 6.0 k J m o l )=+9 0.8 k J-m o l o(2)A G=A/7-r A S 4 5 6.5 K,即温度应高于4

11、 5 6.5 -2 7 3 =1 8 3.5 。故合理答案为CD。(3)根据图像可知，从反应达平衡时(即f i 时)，氨气和氢气的分压都为1 2 x 1 0()k Pa,氮气的分压为0.4 x 1 0 0 k Pa,列三段式为：2 NH 3 =hN2+3 H2总压起始/m o l0.1002 0 0 k Pa转化/m o l2nn3n平衡/m o l0.1-2 n3(1.2+1.2+0.4)x 1 0 0 k Pa恒温恒容条件下，气体的压强与物质的量成正比，可列式:0.12000.1-2n+n+3n-(1.2+1.2+0.4)x100解得 =0.0 2,所以()九时间内 m o l-L m i

12、 n _1。时刻，将容器的容积迅速缩小为原来的一半，则所有气体的分压突然增大为原平衡时的2倍,则 N2 的分压突变为0.8 x 1 0 0 k Pa,之后平衡逆向移动，氮气的分压减小，所以符合条件的曲线为bo根据该温度下各气体的分压,可列式=,4 X122=0.4 8。1.2，(4)根据总反应2N%=N 2+3 H 2 可推知，生成氮气的电极为阳极，生成氢气的电极为阴极,阴离子应向阳极移动，故 OH的移动方向为从右往左。(5)阳极电极反应式为 2 N H 3-6 e-6 0 H-=N2T+6 H2O o2.答案 03P2Pl升高温度，反 应i、i i平衡均正向移动，反应i i i平衡逆向移动,

13、T (4)2 0%4.0解 析(1)由题干中反应i i和i i i的平衡常数的自然对数I n描与温度的关系图所示信息可知，反应i i的平衡常数随温度升高而增大，说明反应i i正反应为吸热反应，即A“2 0,反应i i i的平衡常数随温度升高而减小，说明反应适正反应是放热反应，即“3 O;(2)反 应i、i i均为气体体积增大的反应，减小压强，平衡正向移动,(H 2)增加的程度大于”(C O),则压强0、P2、P3由大到小的顺序为P3 P2 P1；由题图可知，压强为偿时,随着温度升高，喘 先 增 大 后 减 小，原因是反应i、i i均为吸热反应，升高温度，反 应i、i i平衡均正向移动，反应迨是

14、放热反应,平衡逆向移动，次 入,时,升高温度对反应i、i i的促进程度大于对反应i i i的抑制程度,(氏)增加的多，而时，升高温度对反应i、i i的促进程度小于对反应i i i的抑制程度簿(H 2)消耗的多；(3)由化学方程式C H M g)+4 N O(g)L 2 N 2(g)+C O 2(g)+2 H 2 O(g)可知,随着第瞿的增大和增大N O的投入量，平衡正向移动,C F U的转化率增大而NO的转化率却减小,由题图3所示信息可知，曲线n表 示 小K下NO的平衡转化率舞 的 关 系,由 化 学 方 程 式C H4(g)+4 N O(g)-2 N2(g)+C O 2(g)+2 H2O(g

15、)T2-,(4)由题干图示信息可知，在 嚅31、4K下,NO的转化率为8 0%,根据三段式分析可知，N O、C O 2、C H4(g)+4 N O(g)4 v 2 N2(g)+C O2(g)+2 H2O(g)起始量/m o laa000转化量/m o l0.2a0.8。0.4。0.2a0.4a平衡量/m o l0.8。0.2a0.4a0.2a0.4a则该反应平衡时N 2的体积分数为等X1 O O%=2 O%,则此时C H4,N 2、H 2 O的平衡分压分别为:p(C H Q=若x 1 0 0 k Pa=4 0 k Pa,p(N O)=嘤x 1 0 0 k Pa=l 0 k Pa,p(C C 2

16、)=啜x 1 0 0 k Pa=1 0k Pa,p(N 2)=噗 x l O O k Pa=2 0 k Pa,/?(H2O)=x 1 ()0 k Pa=2 0 k Pa,故该反应的标准平衡常数PC C O tP()2 1 Q k p a 2 0 k Pa 2 2 0 k Pa 2mP“_ 1 0 0 k Pa X(1 0 0 k Pa l O O k Pa，_ 4 nN ,p(N O),4 P(C H 4)1 0 4 P a、4 0 西(T O O P 5)1 0 0 1 3 .答案(1)增 大 H?O(g)的 浓 度(2)C a O 可以和产物C C h 反应，降低产物的浓度，使平衡正向移动

17、(3)a 质量相等的纳米级C a O 颗粒更细小，表面积更大，与 C C h 接触更充分,吸收的C O?更多，反应限度更大,山体积分数更大(4)处 5 0%1 0解 析(1)该反应为气体体积不变的放热反应，生产中可用增大反应物水蒸气的浓度,使平衡向正反应方向移动,既提高CO的转化率，又提高反应速率。(2)其他条件不变，在体系中投入一定量氧化钙，氧化钙与生成物二氧化碳反应生成碳酸钙,生成物浓度减小，平衡向正反应方向移动，氢气的体积分数增大。(3)质量相等的纳米级氧化钙颗粒更细小，表面积更大，与二氧化碳接触更充分，吸收的二氧化碳更多,反应限度更大，氢气体积分数更大，故曲线a 表示纳米级氧化钙对氢气

18、体积分数的影响。(4)由反应C a C C h G)一 C a O(s)+C C h(g)的平衡常数KP=pa k Pa 可知,A点二氧化碳的分压为pk Pa,则 A点的坐标为(r,o);由题图可知，平 衡 时 氢 气 的 转 化 率 为 绘 观 以 100%=5 0%;由题图可知，平衡时二氧化碳、氢气、一氧化碳、水蒸气的平衡分压分别为p o k Pa、l O p o k Pa.l O p o k Pa s l O p o k Pa,则分压平衡常数 号,=观 吟 普=10。PQX 1 0P04 .答案+2 4 7.3 B 2.0 减 小 随 着 投 料 比 喘 的 增 加,(C O 增大，副反

19、应平衡正向移动,导致(C O)增多,但2)减少;累减小71(3)1.06 (4)阳 C O 2+H2 O+2 e=C O+2 O H-(或 2 c o 2+2 e-C。+C O)解 析(1)根据题中所给条件，可以列出 C H4(g)+2 O2(g)=C O2(g)+2 H2O(l)%=-8 9 0.3 k J m o l-111,C 0(g)+02(g)=C O 2(g)A/74=-2 8 3.0 k J m o r,H2(g)+-O 2(g)H2O(l)A W5=-2 8 5.8 k J-m o l ,根据盖斯定律可得 A HI=A 3-2X(A“4+A H5)=-8 9 0.3 k J-m

20、 o l -2 x(-2 8 3.0-2 8 5.8)k J-m o l =+2 4 7.3k J -m o H;主反应:C H4(g)+C O 2(g)=2 c o(g)+2 H2(g)化学方程式反应物系数之和小于生成物系数之和，并且该反应为吸热反应，故高温低压有利于二氧化碳的转化。(2)甲烷的质量分数=44*黑黑叫广就2)，由 a、b、c 三条线的起始投入甲烷的质量4 4H(CHJ)+1 6分数可知,甲烷的质量分数越大，华 米 越 小，故曲线c对应的半裳=2.0;n(C H4)n(C H4)可对比同一温度下，三条线的横坐标的大小，由题图可知随着进料比华M的增加，喘 的 值 减7l(Cn4)

21、Zl(CU)小，其原因是随着投料比黑4的增加，(C O 2)增大,副反应平衡正向移动，导致”(C O)增多,(凡)减少 喘 减 小。(3)设开始时 (C C h)=l m o l,n(C H4)=l m o l,列出三段式:C H4(g)+C O z(g)一2 C O(g)+2 H2(g)开始/m o l1100转化/m o l 1X9 0%1X9 0%2 X9 0%2 X9 0%平衡/m o l0.10.11.81.8C F U转化率为9 0%,反应了 0.9 m o l;对于副反应来说开始二氧化碳是0.1 m o l,氨 气 是 1.8 m o l,一氧化 碳 是 1.8 m o l,二氧

22、化碳的转化率为9 5%,则副反应中反应的二氧化碳物质的量=1 m o l x 9 5%-lm o l x 9 0%=0.05 m o l,列出三段式：C O2(g)+Hz(g)=C O(g)+H,O(g)开始/m o l0.11.81.80转化/m o l0.050.050.050.05平衡/m o l0.051.7 51.8 50.05反应平衡后,(C H4)=0.1 m o l,n(C 02)=0.05 m o l,3 2)=1.7 5 m o l,n(C O)=1.8 5 m o l,w(H2 0)=0.05 m o l,A?0.05 1.85.=3.8 m o l,设总压强为p,则有K

23、 产翳瑞=寤等0 6。-yg-pX3-g-p(4)催化电极b表面二氧化碳还原为一氧化碳为电解池的阴极，故催化电极a为电解池的阳极;阴极产生 C O 的电极反应式为 C O 2+H 2 O+2 U=C 0+2 0 H-或 2 c o 2+2 e-C O：+C O。5.答案3+份 k J-m o H C(2)I .大于 H.升高温度平衡正向移动,C 6 H 1 2 的平衡转化率增大，增大压强，平衡逆向移动,C 6 H 1 2的平衡转化率减小，温度升高对平衡的影响大于压强增大对平衡的影响(3)2.3 4 0.0 4 7 5 m o l-L1-m i n-1 哈”、解析根据盖斯定律，由反应+得到反应,

24、”3=A H i+A”2=(a+k J m o r o 已知反应的“3 0,且正反应是一个气体体积增大的反应，则高温低压，平衡正向移动，有利于提高上述反应的平衡转化率。I .反应的A%。,在相同压强下升高温度，平衡正向移动,则未达到新平衡前,W正)大于u(逆)。I I.反应的A%。,且正反应是一个气体体积增大的反应，升高温度平衡正向移动,C 6 H 1 2 的平衡转化率增大，增大压强，平衡逆向移动,C 6 H 1 2 的平衡转化率减小，研究表明,既升高温度又增大压强,C 6 H 1 2 的平衡转化率也升高，理由可能是温度升高对平衡的影响大于压强增大对平衡的影响。(3)在 8 0!皿时6 曰0

25、的产率为0.0 6,C 6 H 6 的产率为0.7 6,设环己烷的转化量为Xm o l,环己烯的转化量为y m o l,根据三段式分析：环己烷u-环己烯+H S n t t/m o l 100 xXXT W B/m o l 1-xXX环己烯苯4-2 H2起始量/m o l x0X转化量/m o l yy2 y平衡量/m o l x-yy则有:=0.76.丫=0.()6,则x=0.82,则反应体系内氢气的物质的量为0.82 mol+2x0.76 mol=2.34mol,08 min内C6H6的平均化学反应速率为v卷=黑=黑 黑=。04?5 m olL lm inL平衡体系中，环己烷的物质的量浓度

26、为支嘤=0.09 molL,苯 的 浓 度 为 嗡 里=0.38 molL,H2的浓度 为 甯 必=1.17 molL,则反应的化学平衡常数K=-c3(H 2)c(苯)_(1.1 7)办 0.3 8C(环己烷)0.0 96.答案+208.4(2)9.6x104 n由题图可知，直 线n斜率大禺小，催化效率高(3)40%ixlO4(kPa)2ol解析由题图可得热化学方程式:0(g)(g)+2H2(g)AW+237.1 klmoH;O(g)一O(g)+H2(g)A/72=-28.7 kJ mol o根据盖斯定律，由反应+环己烷转化为苯的热化学方程式为 C j (g)-O(g)+3H2(g)AW=(+

27、237.1 kJ.mor)+(-28.7 kJ mor1)=+208.4 kJ mol-(2)该反应为气体体积减小的反应,温度一定时增大压强，平衡向正反应方向移动,乙醇的体积分数增大，由题图可知，压强为p i时乙醇的体积分数小于P2时,则PSP2；由题图可知,压强一定时升高温度，乙醇的体积分数减小,说明平衡向逆反应方向移动，正反应为放热反应，反应的平衡常数减小，则温度较低的a点平衡常数大于b点。在m催化剂作用下，由题图中数据可得如下方程式Z N Z xlcH E a+C,27.4=7.5x1 CPE+C,联立方程可得=9.6x104 J.moH;由题图可知，直 线n的斜率大于m,说明使用催化剂

28、n的活化能(民)小于m,催化效率高于m。(3)设起始通入一氧化碳和氢气的物质的量都为2mol、生成甲烷的物质的量为4moi，由题意可建立如下三段式：2 co(g)+Z I Kg)Q L(g)+a i(g)j n/m D l2a 2a a a2 2a 2 2a a a平衡时正逆反应速率相等，由三段式数据可得5 0 x 1 0%(/x 2 0 0)x Q t x 2 0 0)=抵 解 得 a=0.4,则一4-2Q 4-2Q 1 67 y0 4(Q QX 2 0 0 k Ps)x(S-iX2 0 0 k Pa)1 r .氧化碳的转化率为号当 7 几7；(2)”区(),升温时反应I 平衡逆向移动,C

29、O 2 的转化率降低,A”2 0,升温反应I I 平衡正向移动,C O 2 的平衡转化率升高，升温过程中曲线n先减小后增大，则温度低时反应I 对平衡影响大，温度高时反应H 对平衡影响大 0.0 4 6 此温度下,CO的选择性较低且反应速率不低，若温度再高 CO的选择性增大，不利于合成甲醛 高解 析(1(逆)开始时逐渐增大，则 C(C C 2)、C(H2)逐渐减小，说明温度升高逆反应放热，则正反应为吸热反应，则 公/。；由 a b温度为影响反应速率的主要因素，由 b c 浓度为影响反应速率的主要因素M逆)一直在变，说明未达到平衡,反应一直向逆反应方向进行，逆反应是放热的，故TcTbTao(2)因

30、%(),升温该反应正向进行,CO的选择性增大，故 m表 示 CO选择性,n为 C C h 平衡转化率，曲线n随温度升高显示如题图所示变化的原因是A HK O,升温反应I 平衡逆向移动,C O 2 的平衡转化率降低,A H2 0,升温反应H 平衡正向移动,C O 2 的平衡转化率升高，升温过程中曲线n先减小后增大，则温度低时反应I 对平衡影响大，温度高时反应n对平衡影响大。设开始时投入 (C C)2)=x m o l,n(H2)=3 x m o l,平衡时生成 a m o l C H 3 0 c H 3、b m o l C O,即转化/m o l2 C C h(g)+2a6 H2(g)C H3

31、0c H3(g)+3 H2O(g)转化/m o lCC)2(g)+bH2(g)C O(g)+bH2O(g)贝 4 2=4 0%,工=2 5%,解得 a=0.15 x,/?=0.l x,平衡时 (H2O)=0.55X m o l,zz(C O)=0.1x m o l,/?(C O 2)=0.6 x m o l,/?(H2)=2 x m o l,K=空 生 =C(C O 2)QH2)O.lx 0.55x0.6x 2x-0-0 4 6W在2 6 0 下,CO的选择性较低且反应速率不低，若温度再高CO的选择性增大，不利于合成甲醍。其他条件不变,改为恒容条件，合成甲醒的反应为气体体积减小的反应，压强减小

32、,不利于甲醍的合成，造成合成甲醍更少，从而增大了 c o 平衡选择性，故改为恒容条件,c o 平衡选择性比恒压条件下的平衡选择性高。8.答案(1)-93.7(2)AC(3)60%(4)反应活化能低,同条件下单位体积内活化分子数多，有效碰撞几率大,速率快”2XM解 析(2)增 大 CO2的浓度，平衡正向移动,有利于NH3的转化率增大,A 正确;该反应的正反应是嫡减的反应，即$(),根 据 AW-TA50可知，反应在低温下才能自发进行，高温下是不能自发进行的,B 错误;混合气体的密度不再发生改变,即混合气体的质量不再改变，各组分的量也不再改变，反应达到平衡状态,C 正确;在恒容密闭容器中，充入He

33、,各物质浓度不变,平衡不移动,D 错误。(3)设充入CH,和 CO2物质的量都为x mol,列三段式：CH4(g)+CO2(g)一2CO(g)+2H2(g)起始量/(moLL)xX00转化量/(mol Lr)1.51.533平衡量/(m olU)x-1.5x-1.533则有 作嘿黑=”纥=81,解得x=2.5,CH4的转化率为整粤xl00%=60%;C(CH4)C(CO2)(X-1.5)Z 2.5mol(4)活化能越大反应速率越慢，反应活化能低,同条件下单位体积内活化分子数多，有效碰撞几率大，速率快,则反应速率:反应 反应；一定温度下，反应到达平衡时正逆反应速率相等，则有v(i)=/ric(CH4)-fac(CO2)=v(i)4C-2(CO).fec-2(H2),而平衡常数 K=需 嚓 畤,则 K=注 善。C(CH4)C(CO2)K2XM