高考化学二轮复习大题突破练3化学反应原理综合题 (1)
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大题突破练3 化学反应原理综合题1.(2022江西鹰潭第二次模拟)(1)合成氨是目前人工固氮最重要的途径,对人类生存具有重大意义,反应为:N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.4kJ·mol-1。①该反应在 (填“高温”“低温”或“任意温度”)下可自发进行。 我国科学家在合成氨反应机理研究中取得新进展,首次报道了LiH-3d过渡金属这一复合催化剂体系,并提出了“氮转移”催化机理。ⅰ.3LiH(s)+N2(g)Li2NH(s)+LiNH2(g) ΔH1=+32.8kJ·mol-1ⅱ.Li2NH(s)+2H2(g)2LiH(s)+NH3(g) ΔH2=-88kJ·mol-1ⅲ.LiNH2(g)+H2(g)LiH(s)+NH3(g)ΔH3②则ΔH3= 。 (2)为了研究反应的热效应,我国科研人员计算了下列反应在一定范围内的平衡常数Kp。ⅰ.N2H4(l)N2(g)+2H2(g) ΔH0 Kp0ⅱ.N2H4(l)NH3(g)+N2(g) ΔH1Kp1ⅲ.NH3(g)N2(g)+2H2(g) ΔH2 Kp2lgKp1-T和lgKp2-T的线性关系如图所示:①由图可知ΔH1 (填“大于”或“小于”)0。 ②反应ⅰ的Kp0= (用Kp1和Kp2表示)。 反应ⅰ的ΔH0 (填“大于”或“小于”)0,写出推理过程: 。 15,(3)氨水可以吸收二氧化碳。已知常温下,Kb(NH3·H2O)=1.8×10-5,Ka1(H2CO3)=4.4×10-7,Ka2(H2CO3)=4.4×10-11,此温度下某氨水的浓度为2mol·L-1,则溶液中c(OH-)= mol·L-1;将CO2通入氨水中使溶液恰好呈中性,则此时= (保留小数点后4位数字)。 2.(2022陕西榆林四模)2022年北京冬奥会主火炬首次采用以氢气为燃料的微火形式,体现了绿色奥运理念。工业上,利用天然气制备氢气,还可得到乙烯、乙炔等化工产品,有关反应原理如下:反应1:2CH4(g)C2H2(g)+3H2(g) ΔH1反应2:2CH4(g)C2H4(g)+2H2(g) ΔH2请回答下列问题:(1)已知几种物质的燃烧热数据如下:物质CH4(g)C2H2(g)C2H4(g)H2(g)-890.3-1299.5-1411.0-285.8①能表示C2H2(g)燃烧热的热化学方程式为 。 ②上述反应中,ΔH1-ΔH2= kJ·mol-1。 (2)向恒温恒容密闭容器中充入适量CH4,发生上述反应1和反应2。下列情况不能说明上述反应达到平衡状态的是 (填字母)。 A.气体总压强不随时间变化B.气体密度不随时间变化C.气体平均摩尔质量不随时间变化D.H2体积分数不随时间变化(3)实验测得2CH4(g)C2H2(g)+3H2(g)的速率方程:v正=k正·c2(CH4),v逆=k逆·c(C2H2)·c3(H2)(k正、k逆分别为正、逆反应速率常数,只与温度、催化剂有关)。T1℃下反应达到平衡时k正=1.5k逆,T2℃下反应达到平衡时k正=3k逆。由此推知,T1 (填“>”“<”或“=”)T2。 15,(4)在密闭容器中充入CH4,发生上述反应1和反应2。在不同催化剂Cat1、Cat2作用下,测得单位时间内H2的产率与温度的关系如图1。在其他条件相同时,催化效率较高的是 (填“Cat1”或“Cat2”)。在Cat2作用下,温度高于500℃时,H2的产率降低的可能原因是 。 图1图2(5)一定温度下,总压强恒定为121kPa时,向密闭容器中充入由CH4和N2组成的混合气体(N2不参与反应),同时发生反应1和反应2,测得CH4的平衡转化率与通入气体中CH4的物质的量分数的关系如图2。①图2中,随着通入气体中CH4的物质的量分数增大,甲烷的平衡转化率降低的主要原因是 。 ②已知M点对应的乙炔的选择性为75%[提示:乙炔的选择性=×100%]。该温度下,反应2的平衡常数Kp= (结果保留2位有效数字)kPa。 提示:用平衡时的气体分压计算的平衡常数为Kp,气体分压等于气体总压×气体的物质的量分数。3.(2022江西新八校第二次联考)我国提出2060年前实现碳中和,降低大气中CO2含量是当今世界重要科研课题之一,以CO2为原料制备甲醇、尿素等能源物质具有较好的发展前景。回答下列问题:Ⅰ.①CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=-49.5kJ·mol-115,②CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2=+40.9kJ·mol-1③CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH3(1)反应①在 (填“高温”“低温”或“任何温度”)条件下能够自发进行。 (2)反应③的ΔH3= 。 Ⅱ.将H2与CO2充入一密闭容器中,在一定条件下发生反应,CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g),测得CO2的平衡转化率与温度、压强的关系如图所示。(3)压强p1、p2、p3由小到大的顺序是 。 (4)X、Y、M、N四点对应的平衡常数由大到小的顺序是 (用字母X、Y、M、N表示)。 Ⅲ.以CO2和NH3为原料合成尿素是利用CO2的成功范例。在尿素合成塔中的主要反应可表示如下:2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g),在一定温度下的2L恒容容器中,充入原料气3molNH3和1molCO2,此时容器内总压强为pkPa;5min达到平衡,CO2的转化率为50%。(5)5min内NH3的平均反应速率为 。 (6)该温度下,上述反应的平衡常数Kp= (用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。 Ⅳ.碳捕捉技术的发展有利于实现CO2资源化利用。常温下,某次用氨水溶液捕捉空气中CO2,得到0.1mol·L-1且pH=8的NH4HCO3溶液。已知相应温度下Ka1(H2CO3)=4×10-7、Ka2(H2CO3)=5×10-11。(7)下列有关离子浓度的关系式正确的是 (填字母)。 A.c(N)+c(NH3·H2O)+c(H+)<c(hc)+c(c)+c(h2co3)+c(oh-)b.c(n)+c(nh3·h2o)=c(hc)+c(h2co3)15,c.c(h2co3)-c(c)-c(nh3·h2o)=9.9×10-7mol·l-1(8)c(h2co3)∶c(c)=>0①反应在2L的密闭容器中进行,5min后达到平衡,测得Fe2O3在反应中消耗3.2g,则该段时间内用CO表达的平均反应速率为 mol·L-1·min-1。 ②该反应达到平衡时,某物理量(Y)随温度变化如图所示,当温度由T1升高到T2时,平衡常数KA (填“>”“<”或“=”)KB。纵坐标可以表示的物理量有 (填字母)。 a.H2的逆反应速率b.CH4的体积分数c.混合气体的平均相对分子质量d.混合气体的密度15,参考答案大题突破练3 化学反应原理综合题1.答案(1)①低温 ②-37.2kJ·mol-1(2)①小于 ②Kp1×Kp2 小于 由lgKp1-T和lgKp2-T的线性关系图可知,lgKp1-T比lgKp2-T倾斜度更大,结合lgKp0=lgKp1+lgKp2可推理出lgKp0会随温度的上升而减小。平衡常数随温度上升而减小的反应是放热反应,所以反应ⅰ是放热反应(3)6×10-3 1.0009解析(1)①该反应是气体分子数减小的反应,则ΔS<0,已知ΔH<0,根据ΔH-TΔS<0反应才能自发进行,则该反应在低温下可自发进行;②由盖斯定律:反应ⅰ+反应ⅱ+反应ⅲ可得反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g),所以ΔH=ΔH1+ΔH2+ΔH3=32.8kJ·mol-1-88kJ·mol-1+ΔH3=-92.4kJ·mol-1,据此可得ΔH3=-37.2kJ·mol-1。(2)①由题图可知,温度升高lgKp1减小,即平衡常数Kp1减小,说明反应ⅱ是放热反应,则ΔH1小于0;②根据盖斯定律:ⅱ+ⅲ得ⅰ,则Kp0=Kp1×Kp2;由lgKp1-T和lgKp2-T的线性关系图可知,lgKp1-T比lgKp2-T倾斜度更大,结合lgKp0=lgKp1+lgKp2可推理出lgKp0会随温度的上升而减小。平衡常数随温度上升而减小的反应是放热反应,所以反应ⅰ是放热反应,ΔH0小于0。(3)NH3·H2O的Kb=1.8×10-5,若氨水的浓度为2.0mol·L-1,由Kb=可知,c(OH-)=mol·L-1=6×10-3mol·L-1;将CO2通入该氨水中,当溶液呈中性时溶液中c(OH-)=c(H+)=10-7mol·L-115,,由电荷守恒得到:c(N)=c(HC)+2c(C),=1+,H2CO3的Ka2=4.4×10-11,结合Ka2=可得=4.4×10-4,=1+=1+8.8×10-4≈1.0009。2.答案(1)①C2H2(g)+O2(g)2CO2(g)+H2O(l) ΔH=-1299.5kJ·mol-1 ②+174.3(2)B(3)<(4)Cat1 催化剂选择性降低,副产物增多等(5)①反应1和反应2的正反应都是气体分子数增多的反应,气体中甲烷的物质的量分数增大,总压不变,平衡体系的分压增大,平衡向逆反应方向移动 ②2.5解析(1)①在101kPa时,1mol可燃物完全燃烧生成稳定的氧化物时放出的热量为此物质的燃烧热,C2H2(g)的燃烧热为ΔH=-1299.5kJ·mol-1,表示C2H2(g)燃烧热的热化学方程式为C2H2(g)+O2(g)2CO2(g)+H2O(l) ΔH=-1299.5kJ·mol-1;②由盖斯定律,反应1-反应2可得C2H4(g)C2H2(g)+H2(g),表示C2H4(g)燃烧热的热化学方程式为C2H4(g)+3O2(g)2CO2(g)+2H2O(l) ΔH3=-1411.0kJ·mol-1,表示H2(g)燃烧热的热化学方程式为H2(g)+O2(g)H2O(l) ΔH4=-285.8kJ·mol-1,由盖斯定律:反应C2H4(g)C2H2(g)+H2(g)可得ΔH1-ΔH2=ΔH3-ΔH-ΔH4=-1411.0kJ·mol-1-(-1299.5kJ·mol-1)-(-285.8kJ·mol-1)=+174.3kJ·mol-1。15,(2)反应1和反应2反应前后气体分子数不相等,则到达平衡时总压强不变,能说明反应达到平衡状态,A不符合题意;反应1和反应2混合气体总质量不变,在恒容下气体密度一直保持不变,不能说明反应达到平衡状态,B符合题意;反应1和反应2反应前后气体分子数不相等,即物质的量是变量,混合气体总质量不变,则气体平均摩尔质量是变量,当其不变时能说明反应达到平衡状态,C不符合题意;当反应到达平衡时氢气的物质的量不再发生变化,则H2体积分数不变时能说明反应达到平衡状态,D不符合题意。(3)平衡时正、逆反应速率相等,则=1,T1℃下反应达到平衡时k正=1.5k逆,可得=1.5,T2℃下反应达到平衡时k正=3k逆,可得=3,对于反应2CH4(g)C2H2(g)+3H2(g)的平衡常数表达式K=,可知K2>K1,根据燃烧热的数值可计算出2CH4(g)C2H2(g)+3H2(g)的ΔH1=2×(-890.3kJ·mol-1)-(-1299.5kJ·mol-1)-3×(-285.8kJ·mol-1)=+376.3kJ·mol-1,对于吸热反应,升高温度平衡正向移动,平衡常数增大,则平衡常数越大的温度越高,则T1<t2。(4)由题图可知,温度相同、时间相同时,cat1做催化剂时h2的产率更高,则催化效率较高的是cat1;在cat2作用下,温度高于500℃时,h2的产率降低的可能原因是催化剂选择性降低,副产物增多等。(5)①题图2中,随着通入气体中ch4的物质的量分数增大,甲烷的平衡转化率降低的主要原因是反应1和反应2的正反应都是气体分子数增多的反应,气体中甲烷的物质的量分数增大,总压不变,平衡体系的分压增大,平衡向逆反应方向移动;②由题图2可知ch4的平衡转化率为40%,通入气体中ch4的物质的量分数为0.6,假设投入ch4和n2组成的混合气体1mol,则ch4的物质的量为0.6mol,平衡转化的ch4的物质的量为0.6mol×40%=0.24mol,2ch4(g)c2h2(g)+3h2(g)起始量 mol0.600="">X>Y(5)0.1mol·L-1·min-1(6)kPa-2 (7)AC (8)5∶1解析(1)反应①是气体体积减小的放热反应,根据ΔG=ΔH-TΔS<0可自发进行可知,该反应在低温条件下能够自发进行。(2)已知:①CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=-49.5kJ·mol-1②CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2=+40.9kJ·mol-1依据盖斯定律可知①-②得到反应③CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH3=-90.4kJ·mol-1。(3)正反应气体体积减小,相同温度下,压强越高CO2的平衡转化率越大,因此压强p1、p2、p3由小到大的顺序是p1<p2<p3。(4)平衡常数只与温度有关,正反应放热,升高温度平衡逆向进行,则x、y、m、n四点对应的平衡常数由大到小的顺序是m=n>X>Y。(5)依据三段式可知 2NH3(g)+CO2(g)H2O(g)+CO(NH2)2(s)15,起始/mol310改变/mol10.50.5平衡/mol20.50.5所以5min内NH3的平均反应速率为=0.1mol·L-1·min-1。(6)平衡时压强为pkPa,该温度下,上述反应的平衡常数Kp=kPa-2。(7)溶液中存在电荷守恒c(N)+c(H+)=c(HC)+2c(C)+c(OH-),溶液显碱性,则c(N)>c(HC)+2c(C),物料守恒c(N)+c(NH3·H2O)=c(HC)+c(C)+c(H2CO3),因此2c(N)+c(NH3·H2O)+c(H+)=2c(HC)+3c(C)+c(H2CO3)+c(OH-),由于c(N)>c(HC)+2c(C),所以溶液中存在c(N)+c(NH3·H2O)+c(H+)<c(hc)+c(c)+c(h2co3)+c(oh-),a正确;溶液中物料守恒为c(n)+c(nh3·h2o)=c(hc)+c(c)+c(h2co3),则c(n)+c(nh3·h2o)>c(HC)+c(H2CO3),B错误;根据物料守恒和电荷守恒可知c(H2CO3)-c(C)-c(NH3·H2O)=c(OH-)-c(H+)=(10-6-10-8)mol·L-1=9.9×10-7mol·L-1,C正确。(8)电离常数Ka1(H2CO3)==4×10-7、Ka2(H2CO3)==5×10-11,所以c(H2CO3)∶c(C)==5∶1。15,4.答案(1)H2(g)+O2(g)H2O(l) ΔH3 ΔH3-1274kJ·mol-1(2)①甲 1000K B ②6×103 4×104(3)C2H6-6e-+2H2OCH3COOH+6H+解析(1)还需要知道氢气的燃烧热,故氢气的燃烧热的热化学方程式为H2(g)+O2(g)H2O(l) ΔH3。根据盖斯定律可知,①C2H6(g)C2H4(g)+H2(g) ΔH1=+137kJ·mol-1;②C2H4(g)+3O2(g)2CO2(g)+2H2O(l) ΔH2=-1411kJ·mol-1;③H2(g)+O2(g)H2O(l) ΔH3,反应C2H6(g)+O2(g)2CO2(g)+3H2O(l)可由①+②+③得到,故ΔH4=ΔH1+ΔH2+ΔH3=ΔH3-1274kJ·mol-1。(2)①由题图可知温度低于1000K时,用催化剂甲时C2H6的转化率高,故催化剂甲对该反应的活化能影响较大,由题图可知转化率最高的温度为1000K;该反应为吸热反应,温度升高平衡正向移动,A不符合题意;随着温度升高,催化剂活性降低,催化效率降低,则反应速率降低,相同时间内,转化率降低,B符合题意;该反应为可逆反应,任何温度下,乙烯与氢气都会发生反应,C不符合题意。②设最初加入的乙烷的压强为xPa,则可得以下三段式:C2H6(g)C2H4(g)+H2(g)开始/Pax00转化/Pa0.4x0.4x0.4x平衡/Pa0.6x0.4x0.4x则0.6x+0.4x+0.4x=2.1×105,x=1.5×105,则0~10min内m点对应反应的v(C2H6)=Pa·min-1=6×103Pa·min-1;平衡时乙烷、乙烯、氢气的分压分别为:15,Pa=×2.1×105Pa、Pa=×2.1×105Pa、Pa=×2.1×105Pa,则Kp=Pa=4×104Pa。(3)乙烷中的碳为-3价,发生氧化反应生成乙酸,应在阳极发生反应,电极反应为C2H6-6e-+2H2OCH3COOH+6H+。5.答案(1)①-25 ②Ⅰ 因为该反应正向放热,升高温度,平衡逆向移动,K减小,lgK减小 ③25% cd(2)①0.006 ②< bc解析(1)①已知Ⅰ.C(s)+CO2(g)2CO(g) ΔH1=+172.5kJ·mol-1Ⅱ.Fe2O3(s)+CO(g)2FeO(s)+CO2(g) ΔH2=-3kJ·mol-1Ⅲ.FeO(s)+CO(g)Fe(s)+CO2(g) ΔH3=-11kJ·mol-1根据盖斯定律,由Ⅱ+Ⅲ×2得反应Ⅳ.Fe2O3(s)+3CO(g)2Fe(s)+3CO2(g),则ΔH4=ΔH2+2×ΔH3=-3kJ·mol-1-11kJ·mol-1×2=-25kJ·mol-1;②因为该反应正向放热,升高温度,平衡逆向移动,K减小,lgK减小,题图中能表示该反应的平衡常数对数值(lgK)与温度的关系的是Ⅰ;③1500℃时,lgK=0,则K==1,根据反应Fe2O3(s)+3CO(g)2Fe(s)+3CO2(g),则参与反应的CO和剩余的CO相等,在某容积可变的密闭容器中按物质的量比2∶3加入Fe2O3和CO,设CO为3mol,则Fe2O3为2mol,反应消耗CO1.5mol,则消耗Fe2O30.5mol,平衡时Fe2O3的转化率=×100%=25%;对体系加压,平衡不移动,Fe2O3转化率不变,a项错误;升高反应体系的温度,平衡逆向移动,Fe2O3转化率减小,b项错误;加入适量的Na2O固体,与二氧化碳反应,平衡正向移动,Fe2O3转化率增大,c项正确;增大CO在原料中的物质的量比,更多的Fe2O3被消耗,转化率增大,d项正确。15,(2)①Fe2O3在反应中质量减少3.2g,其物质的量为=0.02mol,根据Fe2O3(s)+3CH4(g)2Fe(s)+3CO(g)+6H2(g)可知,消耗0.02molFe2O3生成0.06molCO,则该段时间内CO的平均反应速率为=0.006mol·L-1·min-1。②该反应是吸热反应,升温平衡正向移动,平衡常数增大,则KA</c(hc)+c(c)+c(h2co3)+c(oh-),a正确;溶液中物料守恒为c(n)+c(nh3·h2o)=c(hc)+c(c)+c(h2co3),则c(n)+c(nh3·h2o)></p2<p3。(4)平衡常数只与温度有关,正反应放热,升高温度平衡逆向进行,则x、y、m、n四点对应的平衡常数由大到小的顺序是m=n></t2。(4)由题图可知,温度相同、时间相同时,cat1做催化剂时h2的产率更高,则催化效率较高的是cat1;在cat2作用下,温度高于500℃时,h2的产率降低的可能原因是催化剂选择性降低,副产物增多等。(5)①题图2中,随着通入气体中ch4的物质的量分数增大,甲烷的平衡转化率降低的主要原因是反应1和反应2的正反应都是气体分子数增多的反应,气体中甲烷的物质的量分数增大,总压不变,平衡体系的分压增大,平衡向逆反应方向移动;②由题图2可知ch4的平衡转化率为40%,通入气体中ch4的物质的量分数为0.6,假设投入ch4和n2组成的混合气体1mol,则ch4的物质的量为0.6mol,平衡转化的ch4的物质的量为0.6mol×40%=0.24mol,2ch4(g)c2h2(g)+3h2(g)起始量></c(hc)+c(c)+c(h2co3)+c(oh-)b.c(n)+c(nh3·h2o)=c(hc)+c(h2co3)15,c.c(h2co3)-c(c)-c(nh3·h2o)=9.9×10-7mol·l-1(8)c(h2co3)∶c(c)=>
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