届高三化学总复习习题二.docx
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届高三化学总复习习题二
2020届高三化学总复习习题
(二)
考点10
化学反应原理综合
考点11
工艺流程题
考点12
化学实验综合题
考点10化学反应原理综合
1.(广东省深圳市2020年高三线上统一测试)CO2的回收与利用是科学家研究的热点课题,可利用CH4与CO2制备“合成气”(CO、H2),还可制备甲醇、二甲醚、低碳烯烃等燃料产品。
I.制合成气
科学家提出制备“合成气”反应历程分两步:
反应①:
CH4(g)
C(ads)+2H2(g)(慢反应)
反应②:
C(ads)+CO2(g)
2CO(g)(快反应)
上述反应中C(ads)为吸附性活性炭,反应历程的能量变化如图:
(1)CH4与CO2制备“合成气”的热化学方程式为_________。
能量变化图中:
E5+E1_________E4+E2(填“>”、“<”或“=”)。
II.脱水制醚
利用“合成气”合成甲醇后,甲醇脱水制得二甲醚的反应为:
2CH3OH(g)
CH3OCH3(g)+H2O(g)ΔH,其速率方程式为:
v正=k正·c2(CH3OH),v逆=k逆·c(CH3OCH3)·c(H2O),k正、k逆为速率常数且只与温度有关。
经查阅资料,上述反应平衡状态下存在计算式:
lnKc=−2.205+
(Kc为化学平衡常数;T为热力学温度,单位为K)。
(2)反应达到平衡后,仅升高温度,k正增大的倍数_________k逆增大的倍数(填“>”、“<”或“=”)。
(3)某温度下(该反应平衡常数Kc为200),在密闭容器中加入一定量CH3OH,反应到某时刻测得各组分的物质的量如下:
物质
CH3OH
CH3OCH3
H2O
物质的量/mol
0.4
0.4
0.4
此时正、逆反应速率的大小:
v正____v逆(填“>”、“<”或“=”)。
(4)500K下,在密闭容器中加入一定量甲醇CH3OH,反应到达平衡状态时,体系中CH3OCH3(g)的物质的量分数为_________(填标号)。
A<
B
C>
D无法确定
【答案】
(1)CH4(g)+CO2(g)
2CO(g)+2H2(g)ΔH=+(E3-E1)kJ•mol-1<
(2)<(3)>(4)C
【解析】
I.
(1)由图像可知,CH4与CO2制备“合成气”的热化学方程式为:
CH4(g)+CO2(g)
2CO(g)+2H2(g)ΔH=+(E3-E1)kJ•mol-1;反应①为慢反应,反应②为快反应,因此可知反应①的活化能大于反应②的活化能,即E4-E1>E5-E2,故E5+E1 II. (2)温度升高,lnKC减小,KC减小,说明升高温度,平衡逆向移动,故升高温度,k正增大的倍数小于k逆增大的倍数; (3)该时刻浓度熵 (4)500K下,lnKc=−2.205+ =3.21,KC=e3.21=24.78,假设某一时刻c(CH3OH)=c(CH3OCH3)=c(H2O)=amol/L,此时H3OCH3(g)的物质的量分数为 ,则浓度熵 。 2.(湖南省五市十校2020届高三第二次联考)在食品行业中,N2O可用作发泡剂和密封剂。 (1)N2O是硝酸生产中氨催化氧化的副产物,NH3与O2在加热和催化剂的作用下生成N2O的化学方程式为___。 (2)N2O和NO是环境污染性气体。 这两种气体会发生反应: N2O(g)+CO(g)=CO2(g)+N2(g),“Fe+”常用作该反应的催化剂。 其总反应分两步进行: 第一步为Fe++N2O=FeO++N2;第二步为___(写方程式),第二步反应几乎不影响总反应达到平衡所用的时间,由此推知,第二步反应的活化能___(填“大于”“小于”或“等于”)第一步反应活化能。 (3)在四个恒容密闭容器中充入相应量的气体(图甲),发生反应2N2O(g)=2N2(g)+O2(g)△H,容器I、II、III中N2O的平衡转化率如图乙所示: ①该反应的△H___(填“>”或“<”)0。 ②容器Ⅳ与容器III的体积均为1L,容器Ⅳ中的物质在470℃下进行反应,起始反应速率: v正(N2O)___v逆(N2O)(填“>”“<”或“=”)。 ③已知容器I的体积为10L370℃时,该反应的平衡常数K=___。 【答案】 (1)2NH3+2O2=N2O+3H2O (2)FeO++CO=Fe++CO2小于 (3)①>②<③8.9×10-4或 【分析】 (1)NH3与O2在加热和催化剂作用下生成N2O,类似于生成NO的反应,同时生成水; (2)总反应分两步进行Fe+N2O=FeO+N2,根据催化剂定义,第一步生成中间产物,第二步反应中,中间产物(FeO+)氧化CO生成CO2本身被还原成Fe+,根据催化剂定义,第二步反应对总反应速率没有影响,说明第一步是慢反应,控制总反应速率; (3)①升高温度,向吸热方向进行,据此进行分析; ②恒温条件下,缩小体积,平衡向气体总物质的量减小的方向移动; ③根据方程式计算平衡时各组分的浓度,代入平衡常数表达式计算。 【详解】 (1)NH3与O2在加热和催化剂作用下生成N2O和水,反应的化学方程式为2NH3+2O2 N2O+3H2O; (2)总反应分两步进行Fe+N2O=FeO+N2,根据催化剂定义,第一步: Fe++N2O═FeO++N2,第二步反应中,中间产物(FeO+)氧化CO生成CO2本身被还原成Fe+,FeO++CO=Fe++CO2,第二步反应对总反应速率没有影响,说明第一步是慢反应,控制总反应速率,第二步反应速率大于第一步反应速率,则第二步反应活化能小于第一步反应的活化能; (3)①升高温度,N2O的转化率升高,则向正反应方向进行,则正反应为吸热反应,则△H>0; ②根据题给图像可知,同一温度下,从I、II、III变化中,一氧化二氮的转化率减小,因此Ⅳ中一氧化二氮转化率也是减小;容器Ⅳ的体积为1L,容器Ⅳ中的物质也在470℃下进行反应,则缩小体积,压强增大,平衡向逆方向移动,即起始反应速率: v正(N2O)<v逆(N2O); ③容器I的体积为10L,370℃时,N2O的转化率为40%; 所以K= =8.9×10-4。 3.(武汉市2020届高三质量检测)三甲胺N(CH3)3是重要的化工原料。 最近我国科学家实现了使用铜催化剂将N,N—二甲基甲酰胺(N(CH3)2NCHO,简称DMF)转化为三甲胺的合成路线。 回答下列问题: (1)结合实验与计算机模拟结果,研究单一DMF分子在铜催化剂表面的反应历程,如图所示: 该历程中最大能垒(活化能)=______eV,该步骤的化学方程式为____________________。 (2)该反应变化的ΔH____0(填“<”、“>”或“=”),制备三甲胺的热化学方程式为______________________。 (3)160℃时,将DMF(g)和H2(g)以物质的量之比为1: 2充入盛有催化剂的刚性容器中,容器内起始压强为p0,达到平衡时DMF的转化率为25%,则该反应的平衡常数Kp=________(Kp为以分压表示的平衡常数);能够增大DMF平衡转化率同时加快反应速率的操作是__________________________。 (4)三甲胺是鱼腥臭的主要来源,是判断海水鱼类鲜度的化学指标之一。 通过传感器产生的电流强度可以监测水产品中三甲胺的含量,一种燃料电池型三甲胺气体传感器的原理如图所示。 外电路的电流方向为________(填“a→b”或“b→a”),负极的电极反应式为__________________________。 【答案】 (1)1.19N(CH3)3+OH-+H+=N(CH3)3↑+H2O↑ (2)<(CH3)2NCHO(g)+2H2(g)=N(CH3)3(g)+H2O(g)ΔH=-1.02NAev/mol (3) 增大压强、增大氢气浓度 (4)a→b2N(CH3)3-42e-+12H2O=N2↑+6CO2↑+42H+ 【解析】 (1)如图所示,反应历程中反应物和生成物相对能量差值最大的为最大能垒,即N(CH3)3+OH-+H+=N(CH3)3↑+H2O↑反应过程中活化能最大,活化能=2.21eV-1.02eV=1.19eV; (2)如图所示,根据盖斯定律,反应热只与反应始态和终态有关,与反应过程无关,反应物总能量高于生成物总能量,该反应为放热反应,ΔH<0,单一DMF分子反应释放的能量为1.02eV,1mol该分子放出的能量为1.02NAeV,热化学反应方程式: (CH3)2NCHO(g)+2H2(g)=N(CH3)3(g)+H2O(g)ΔH=-1.02NAeV/mol; (3)160℃时,将DMF(g)和H2(g)以物质的量之比为1: 2充入盛有催化剂的刚性容器中,容器内起始压强为p0,达到平衡时DMF的转化率为25%,设DMF(g)和H2(g)的初始投入物质的量为1mol和2mol,列“三段式”: 根据 ,则p平= = p0;则该反应的平衡常数Kp= = ;能够增大DMF平衡转化率同时加快反应速率的操作: 增大压强、增大氢气浓度; (4)该电池为燃料电池,a电极上氧气得电子发生还原反应,b电极上三甲胺失电子发生氧化反应,则a为正极,b为负极,原电池中电子从负极流向正极即从b流向a,电流的方向与电子的移动方向相反,则外电路电流的方向为a→b;电解质溶液为酸性,结合图示,负极的电极反应式为: 2N(CH3)3-42e-+12H2O=N2↑+6CO2↑+42H+。 4.(河南省郑州市中原联盟2020年3月联考(线上)理综化学)甲烷是重要的气体燃料和化工原料。 回答下列问题: (1)已知CH4、CO、H2的燃烧热分别为akJ/mol、bkJ/mol、ckJ/mol。 18g液态水转化为气态水吸热dkJ/mol。 利用甲烷制备合成气的化学方程式CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)ΔH。 ①ΔH=________kJ/mol。 ②一定温度下,在恒容的密闭容器中发生上述反应,下列表示反应达到平衡状态的有_________(填字母)。 A.v正(CH4)=v逆(H2O) B.气体压强不再变化 C.单位时间每消耗1molCH4,同时产生3molH2 D.CH4与H2的物质的量之比为1∶3 (2)在某密闭容器中通入2molCH4和2molH2O(g),在不同条件下发生反应CH4(g)+H2O(g)⇌CO(g)+3H2(g),测得平衡时CH4的体积分数与温度、压强的关系如图所示。 ①p1___p2(填“<”、“>”或“=”),该反应为_________(填吸或放)热反应。 ②m、n、q三点的化学平衡常数大小关系为________。 ③若q点对应的纵坐标为30,此时甲烷的转化率为_________,该条件下的化学平衡常数Kp=_________(用含有P1的表达式表示,Kp为以分压表示的平衡常数)。 (3)实验测定该反应的化学平衡常数Kp随温度变化的曲线是如图中的_________(填a、b),理由是_____________________________________________。 【答案】 (1)①(b+3c-a-d)②AB (2)①>吸②Km<Kn<Kq③25%0.03P12 (3)(3)a正反应为吸热反应,升高温度,平衡常数增大,负对数减小,曲线a满足 【解析】 (1)①CH4、CO、H2的燃烧热分别为akJ/mol、bkJ/mol、ckJ/mol。 18g液态水转化为气态水吸热dkJ/mol。 可得: ①CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(l) △H1=-akJ/mol; ②CO(g)+ O2(g)=CO2(g)△H2=-bkJ/mol; ③H2(g)+ O2(g)=H2O(l)△H3=-ckJ/mol; ④H2O(l)=H2O(g)△H4=+dkJ/mol; 根据盖斯定律: ①-②-③×3-④可得CH4(g)+H2O(g)⇌CO(g)+3H2(g)△H=(b+3c-a-d)kJ/mol; ②A.v正(CH4)=v逆(H2O),等式中有正反应速率,逆反应速率,且成系数比,可说明正逆反应速率相等,反应达到平衡状态,故A正确; B.气体压强不再变化,即气体分子数不变,可以判断平衡状态,故B正确; C.单位时间每消耗1molCH4,同时产生3molH2是相同的反应方向,不能判断平衡状态,故C错误; D.CH4与H2的物质的量之比为1∶3不能说明物质的量及物质的量浓度不变,无法判断平衡状态,故D错误;答案选AB; (2)①CH4(g)+H2O(g)⇌CO(g)+3H2(g),正反应是气体体积增大的反应,增大压强平衡逆向移动,甲烷的体积分数增多,故p1>p2;结合图像分析可知,在压强不变的情况下升高温度,CH4体积分数减小,说明平衡正向移动,故该反应为吸热反应; ②化学平衡常数只受温度影响,正反应吸热,升高温度,K增大,故Km<Kn<Kq; ③若q点对应的纵坐标为30,说明甲烷的体积分数为30%,根据“三段式”: 则 =30%,可得x=0.5,故甲烷的转化率= ×100%=25%,相同条件下,物质的量之比等于压强之比,该条件下的化学平衡常数Kp= =0.03 2; (3)正反应为吸热反应,升高温度,平衡常数增大,负对数减小,曲线a满足。 5.(河北省2020届高三高考模拟)甲烷是天然气的主要成分,是一种重要的清洁能源和化工原料。 (1)用煤制天然气时会发生多个反应,通过多种途径生成CH4。 已知: C(s)十2H2(g) CH4(g)△H=-73kJ/mol 2CO(g) C(s)+CO2(g)△H=-171kJ/mol CO(g)十3H2(g) CH4(g)+H2O(g)△H=-203kJ/mol。 写出CO(g)与H2O(g)反应生成H2(g)和CO2(g)的热化学方程式____________。 (2)天然气中含有H2S杂质,某科研小组用氨水吸收得到NH4HS溶液,已知T℃k(NH3·H2O)=1.74×10-5;k1(H2S)=1.07×10-7,k2(H2S)=1.74×10-13,NH4HS溶液中所含粒子浓度大小关系正确的是____________。 Ac(NH4+)>c(HS-)>c(OH-)>c(H+) Bc(HS-)>c(NH4+)>(S2-)>c(H+) Cc(NH4+)>c(HS-)>c(H2S)>c(H+) Dc(HS-)>c(S2-)>c(H+)>c(OH-) (3)工业上常用CH4与水蒸气在一定条件下来制取H2,其原理为: CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g) ①一定温度时,在一个体积为2L的恒容密闭容器中,加入1molCH4和1.4mol水蒸气发生上述反应,5min后达平衡,生成0.2molCO,用H2表示该反应的速率为____________。 此反应的平衡常数为____________(结果保留到小数点后三位)。 ②下列说法中能说明此反应达到平衡状态的是____________。 A体系的压强不再发生变化 B生成1molCH4的同时消耗3molH2 C各组分的物质的量浓度不再改变 D体系的密度不再发生变化 E反应速率V(CH4): V(H2O): u(CO): u(H2)=1: 1: 1: 3 (4)甲醇水蒸气重整制氢反应: CH3OH(g)+H2O(g)=CO2(g)+3H2(g)ΔH=+49kJ/mol。 某温度下,将[n(H2O): n(CH3OH)]=1: 1的原料气充入恒容密闭容器中,初始压强为p1,反应达到平衡时总压强为p2,则平衡时甲醇的转化率为____________。 【答案】 (1)CO(g)+H2O(g)=H2(g)+CO2(g)△H=−41kJ∙mol−1 (2)AC (3)①0.06mol∙L−1∙min−10.011②AC (4) 【解析】 ⑴C(s)+2H2(g)⇌CH4(g)△H=−73kJ∙mol−1①;2CO(g)⇌C(s)+CO2(g)△H=−171kJ∙mol−1②;CO(g)+3H2(g)⇌CH4(g)+H2O(g)△H=−203kJ∙mol−1③;将方程式①+②−③得CO(g)+H2O(g)=H2(g)+CO2(g)△H=(−73kJ∙mol−1)+(−171kJ∙mol−1)−(−203kJ∙mol−1)=−41kJ∙mol−1;故答案为: CO(g)+H2O(g)=H2(g)+CO2(g)△H=−41kJ∙mol−1。 (2)根据电离平衡常数知,一水合氨电离程度大于硫化氢电离程度,所以NH4HS溶液铵根离子水解程度小于HS−水解程度,溶液呈碱性,则cOH−)>c(H+),但铵根离子和硫化氢离子水解程度都较小,所以离子浓度大小顺序是c(NH4+4)>c(HS−)>c(OH−)>c(H+),硫氢根离子水解程度大于其电离程度,所以还存在c(NH4+4)>c(HS−)>c(OH−)>c(H+)。 故选AC。 (3)①在一个体积为2L的恒容密闭容器中,加入1molCH4和1.4mol水蒸气发生上述反应,5s后达平衡,生成0.2molCO,根据三段式可有: 则用H2表示该反应的速率为 ;此反应的平衡常数 ;故答案为: 0.06mol∙L−1∙min−1;0.011。 ②A.反应达平衡之前,体系的压强在逐渐增大,故当体系压强不变时,反应达平衡,故A正确;B.生成1molCH4时一定同时消耗3molH2,是必然的关系,不能作为平衡的标志,故B错误;C.在反应达平衡之前,各组分的物质的量浓度在变,故当各组分的浓度不变时,反应达平衡,故C正确;D.此反应是个气体的质量和体积不变的反应,故气体的密度ρ=m÷V(容),密度一直不变,故不能作为平衡的标志,故D错误;E.反应速率υ(CH4): υ(H2O): υ(CO): υ(H2)=1: 1: 1: 3恒成立,与反应达不达平衡没有关系,故不能作为平衡的标志,故E错误;故选AC。 (4)设起始n(H2O)=n(CH3OH)=1mol,恒温恒容下,气体的压强之比等于其物质的量之比,平衡时气体的总物质的量 , , ,解得 , 因此转化率为 ,故答案为: 。 6.(广西桂林市2020届高三第一次联合调研)新技术的开发应用,不仅有利于改善环境质量,而且能充分开发“废物”的潜在价值。 回答下列问题: (1)用烟道气与氢气来合成甲醇涉及到如下几个反应: ①CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)△H=-91kJ·mol-1 ②2CO2(g)=2CO(g)+O2(g)△H=+566kJ·mol-1 ③2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)△H=-483.6kJ·mol-1 ④CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)∆H=__kJ·mol-1。 (2)在容积均为2L的两个恒容密闭容器中发生反应CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g),有关数据如下: ①800°C时该反应的平衡常数K=__。 ②容器2中x=__,n=___。 ③若800℃起始时,在2L恒容密闭容器中加入CO、H2O、CO2、H2各1mol,则此时v正__v逆(填“>”“<”或“=”)。 (3)反应(NH4)2CO3+H2O+CO2 2NH4HCO3OH可用于捕捉空气中的CO2,为研究温度对(NH4)2CO3捕获CO2效率的影响,在某温度T1下,将一定量的(NH4)2CO3溶液置于密闭容器中,并充入一定量的CO2气体,在t时刻,测得容器中CO2气体的浓度。 然后分别在温度为T2、T3、T4、T5下,保持其他初始实验条件不变,重复上述实验,经过相同时间测定CO2气体的浓度,得到的曲线图如图: ①∆H__0(填“>”“<”或“=”)。 T1~T2区间,c(CO2)变化的原因是___。 ②已知常温下NH3·H2O的电离常数K=1.8×10-5,碳酸的电离常数K1=4.4×10-7、K2=4.7×10-11,则恰好完全反应时所得的NH4HCO3溶液中c(H+)________c(OH-)(填“>”“<”或“=”)。 ③在图中所示五种温度下,该反应的平衡常数最大的温度是__________________________。 【答案】 (1)-49.8 (2)①1② 或66.7%③= (3)① 【解析】 (1))已知①CO(g)+2H2(g)═CH3OH(g)△H=-91kJ•mol-1 ②2CO2(g)═2CO(g)+O2(g)△H=+566.0kJ•mol-1 ③2H2(g)+O2(g)═2H2O(g)△H=-483.6kJ•mol-1. 由盖斯定律可知,①+ (②+③)得CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O(g),△H=-91kJ•mol-1+ ×(566.0kJ•mol-1-483.6kJ•mol-1)=-49.8kJ•mol-1; (2)①容器体积为2L,所以初始c(CO)= ,c(H2)= ;平衡时CO的转化率为 ,即转化 mol·L-1,列三段式: 根据平衡常数的概念可知K= =1; ②达到平衡时氢气的物质的量为nmol,则其浓度c(H2)= ,列三段式有: 温度不变平衡常数不变,所以平衡常数K= =1,解得n= mol,CO的转化率为 ; ③在2L恒容密闭容器中加入CO、H2O、CO2、H2各1mol,该反应前后气体系数之和相同,所以可用物质的量代替浓度计算,此时浓度商Q= =K,所以平衡不发生移动,即v正=v逆; (3)①T3温度之前随温度上升,反应速率加快,所以相同时间内测得的CO2浓度下降,T3温度之后,在相同时间内反应已达到平衡,温度上升,平衡左移,CO2浓度上升,说明该反应的正反应为放热反应,即∆H<0;T1~T2区间,反应未平衡,温度上升反应速率加快,相同时间内捕捉的CO2越多,剩余的二氧化碳浓度就越小; ②铵根的水解使溶液显酸性,碳酸氢根水解使溶液显碱性,铵根的水解平衡常数Kh= ,碳酸氢根的水解平衡常数Kh= ,比较可知碳酸氢根的水解程度大于铵根的水解程度,所以溶液显碱性,即c(H+) ③根据①可知该反应为放热反应,温度越高平衡常数越小,所以T1温度时平衡常数最大。 【点睛】 平衡常数只与温度有关,与平衡时各物质的浓度大小没有关系,比较平衡常数大小时只需比较温度,吸热反应温度越高平衡常数越大,放热反应温度越高平衡常数越小;温度相同平衡常数相同,据此可以进行相关计算,也可以通过与浓度商比较判断反应移动的方向。 考点11工艺流程题 1.(武汉市2020届高三质量检测)我国是以煤炭为主要能源的发展中国家,煤炭燃烧产生的烟气中含有大量的NOx和SO2,带来了严重的大气污染。 某化工小组进行了ClO2协同氨水法脱除模拟烟气中NOx和SO2的实验研究,其流程如图: 回答下列问题: (1)制备“模拟烟气”时应首先向装置管道内通入______
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