高考化学专题题库化学反应原理综合考查的综合题含答案1.docx

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高考化学专题题库化学反应原理综合考查的综合题含答案1

高考化学专题题库∶化学反应原理综合考查的综合题含答案

（1）

一、化学反应原理综合考查

1．铁及铁的氧化物广泛应于生产、生活、航天、科研领域。

（1）铁氧化合物循环分解水制H2

已知：

H2O（l）===H2（g）＋

O2（g）　ΔH1＝＋285.5kJ/mol

6FeO（s）＋O2（g）===2Fe3O4（s）　ΔH2＝－313.2kJ/mol

则：

3FeO（s）＋H2O（l）===H2（g）＋Fe3O4（s）　ΔH3＝___________

（2）Fe2O3与CH4反应可制备“纳米级”金属铁，其反应为：

3CH4（g）＋Fe2O3（s）

2Fe（s）＋6H2（g）＋3CO（g）ΔH4

①此反应的化学平衡常数表达式为_________________________________。

②在容积均为VL的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个相同密闭容器中加入足量“纳米级”金属铁，然后分别充入a molCO和2amol H2，三个容器的反应温度分别保持T1、T2、T3，在其他条件相同的情况下，实验测得反应均进行到t min时CO的体积分数如图1所示，此时I、II、III三个容器中一定处于化学平衡状态的是___________（选填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”）；制备“纳米级”金属铁的反应：

ΔH4_____0（填“＞”或“＜”）。

③在T℃下，向某恒容密闭容器中加入3molCH4（g）和2molFe2O3（s）进行上述反应，反应起始时压强为P0，反应进行至10min时达到平衡状态，测得此时容器的气体压强是起始压强的2倍。

10min内用Fe2O3（s）表示的平均反应速率为_______g·min－1；T℃下该反应的Kp=_____________________；T℃下若起始时向该容器中加入2molCH4（g）、4molFe2O3（s）、1molFe（s）、2molH2（g）、2molCO（g），则起始时v（正）______v（逆）（填“＞”、“＜”或“＝”）。

（3）纳米铁粉与水中NO3－反应的离子方程式为4Fe+NO3－+10H+=4Fe2++NH4++3H2O

①研究发现，若pH偏低将会导致NO3－的去除率下降，其原因是_________________。

②相同条件下，纳米铁粉去除不同水样中NO3－的速率有较大差异，图2中所产生的差异的可能原因是__________________________________________________（答一条）。

【答案】＋128.9kJ/mol

Ⅲ＞8P06＞纳米铁粉与H＋反应生成H2Cu或Cu2+催化纳米铁粉去除NO3－的反应（或形成的Fe－Cu原电池增大纳米铁粉去除NO3－的反应速率）

【解析】

【分析】

（1）依据题干热化学方程式，结合盖斯定律进行计算；

（2）①化学平衡常数=

；

②2Fe（s）＋6H2（g）＋3CO（g）⇌3CH4（g）＋Fe2O3（s），根据图1中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ图象，CO百分含量由小到大的顺序为Ⅱ＜Ⅰ＜Ⅲ，结合化学平衡移动分析解答；根据温度对平衡的影响来判断，升高温度平衡逆向移动，CO的转化率减小，据此判断ΔH4大小；

③在T℃下，向某恒容密闭容器中加入3molCH4（g）和2molFe2O3（s）进行反应：

3CH4（g）＋Fe2O3（s）⇌2Fe（s）＋H2（g）＋3CO（g）；反应起始时压强为P0，反应进行至10min时达到平衡状态，测得此时容器的气体压强是起始压强的2倍，列出三段式，求用Fe2O3（s）表示的平均反应速率；Kp＝

；若起始时向该容器中加入2molCH4（g）、4molFe2O3（s）、1molFe（s）、2molH2（g）、2molCO（g），根据QC与K的关系判断反应进行的方向；

（3）①pH偏低，氢离子浓度偏大，则铁可与氢离子反应生成氢气；

②由图2可知铜离子浓度越大，去除率越大，铜离子可起到催化作用，也可能形成原电池反应。

【详解】

（1）已知：

①H2O（l）=H2（g）＋

O2（g）　ΔH1＝＋285.5kJ/mol；②6FeO（s）＋O2（g）=2Fe3O4（s）　ΔH2＝－313.2kJ/mol；③3FeO（s）＋H2O（l）=H2（g）＋Fe3O4（s）　ΔH3；由盖斯定律可得：

③=①+

×②，则ΔH3=ΔH1+

×ΔH2=＋285.5kJ/mol+

×（－313.2kJ/mol）=＋128.9kJ/mol；

（2）①3CH4（g）＋Fe2O3（s）⇌2Fe（s）＋6H2（g）＋3CO（g）的化学平衡常数表达式为

；

②在容积均为VL的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个相同密闭容器中加入足量“纳米级”金属铁，然后分别充入amolCO和2amolH2，发生反应2Fe（s）＋6H2（g）＋3CO（g）⇌3CH4（g）＋Fe2O3（s），根据图1中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ图象，CO百分含量由小到大依次为：

Ⅱ＜Ⅰ＜Ⅲ，T1中的状态转变成T2中的状态，CO百分含量减小，说明平衡正向移动，说明T1未达平衡状态，T2中的状态转变成T3中的平衡状态，CO百分含量增大，说明平衡逆向移动，说明T2可能达平衡状态，一定达到化学平衡状态的是Ⅲ；2Fe（s）＋6H2（g）＋3CO（g）⇌3CH4（g）＋Fe2O3（s），该反应正反应为放热反应，则上述反应3CH4（g）＋Fe2O3（s）⇌2Fe（s）＋6H2（g）＋3CO（g）的ΔH4大于0；

③在T℃下，向某恒容密闭容器中加入3molCH4（g）和2molFe2O3（s）进行上述反应，反应起始时压强为P0，反应进行至10min时达到平衡状态，测得此时容器的气体压强是起始压强的2倍，设消耗甲烷的物质的量为xmol，则：

压强之比为气体物质的量之比，则平衡时气体物质的量为6mol，列式为3−x+2x+x＝6，解得x＝1.5mol，10min内用Fe2O3（s）表示的平均反应速率为

=8g/min，T℃下该反应的Kp=

=

=

=P06；假设容器的体积为1L，则在T℃下，平衡时有1.5molCH4（g），3molH2（g），1.5molCO（g），该反应的平衡常数K=

=

=36；若起始时向该容器中加入2molCH4（g）、4molFe2O3（s）、1molFe（s）、2molH2（g）、2molCO（g），QC=

=

=26v（逆）；

（3）①pH偏低，氢离子浓度偏大，则铁可与氢离子反应生成氢气，可导致NO3-的去除率下降；

②由图2可知铜离子浓度越大，去除率越大，铜离子可起到催化作用，也可能形成原电池反应。

【点睛】

本题

（2）判断正逆反应速率相对大小时，要注意应用等效平衡的思想判断正逆反应进行的方向。

2．H2O2的制取及其在污水处理方面的应用是当前科学研究的热点。

（1）“氧阴极还原法”制取H2O2的原理如题图所示：

阴极表面发生的电极反应有：

Ⅰ.2H++O2+2e-=H2O2

Ⅱ.H2O2+2H++2e-=2H2O

Ⅲ.2H++2e-=H2↑

①写出阳极表面的电极反应式：

___。

②其他条件相同时，不同初始pH（均小于2）条件下，H2O2浓度随电解时间的变化如图所示，c（H+）过大或过小均不利于H2O2制取，原因是_______。

（2）存碱性条件下，H2O2的一种催化分解机理如下：

H2O2（aq）+Mn2+（aq）=·OH（aq）+Mn3+（aq）+OH-（aq）∆H=akJ/mol

H2O2（aq）+Mn3+（aq）+2OH-（aq）=Mn2+（aq）+·O2-（aq）+2H2O（l）∆H=bkJ/mol

·OH（aq）+·O2-（aq）=O2（g）+OH-（aq）∆H=ckJ/mol

2H2O2（aq）=2H2O（l）+O2（g）△H=_______。

该反应的催化剂为____。

（3）H2O2、O3在水中可形成具有超强氧化能力的羟基自由基（·OH），可有效去除废水中的次磷酸根离子（H2PO2-）。

①弱碱性条件下·OH将H2PO2-氧化成PO43-，理论上l.7g·OH可处理含0.001mol/LH2PO2-的模拟废水的体积为______。

②为比较不同投料方式下含H2PO2-模拟废水的处理效果，向两份等体积废水样品中加入等量H2O2和O3，其中一份再加入FeSO4。

反应相同时间，实验结果如图所示：

添加FeSO4后，次磷酸盐氧化率、磷元素沉淀率均显著提高，原因是______。

【答案】

c（H+）过小时，反应Ⅰ的化学反应速率较慢，c（H+）过大时，主要发生反应Ⅲ（a+b+c）kJ/molMn2+25LFe2+促进H2O2和O3产生·OH，氧化产生的Fe3+将PO43-转化为FePO4沉淀

【解析】

【分析】

（1）由电解装置图可知阳极表面消耗水，产生氧气，以此写出电极方程式；

（2）由盖斯定律可得，①＋②+③可得所求热化学方程式，中间产物Mn2+为催化剂；

（3）①弱碱性条件下∙OH将H2PO2-氧化成PO43-，反应为：

以此计算废水的体积；

②由图可知添加FeSO4后，次磷酸盐氧化率、磷元素沉淀率均显著提高，原因是Fe2+促进H2O2和O3产生·OH，氧化产生的Fe3+将PO43-转化为FePO4沉淀。

【详解】

（1）由电解装置图可知阳极表面消耗水，产生氧气，则电极方程式为

，

故答案为：

；

（2）已知：

①H2O2（aq）+Mn2+（aq）=·OH（aq）+Mn3+（aq）+OH-（aq）∆H=akJ/mol

②H2O2（aq）+Mn3+（aq）+2OH-（aq）=Mn2+（aq）+·O2-（aq）+2H2O（l）∆H=bkJ/mol

③·OH（aq）+·O2-（aq）=O2（g）+OH-（aq）∆H=ckJ/mol

由盖斯定律可得，①＋②+③可得所求热化学方程式

，则△H=（a+b+c）kJ/mol，Mn2+为中间产物反应前后不发生改变为催化剂，

故答案为：

（a+b+c）kJ/mol；Mn2+；

（3）①弱碱性条件下·OH将H2PO2-氧化成PO43-，反应为：

l.7g·OH物质的量

，则参与反应的H2PO2-物质的量为0.025mol，则废水的体积

，

故答案为：

25L；

②由图可知添加FeSO4后，次磷酸盐氧化率、磷元素沉淀率均显著提高，原因是Fe2+促进H2O2和O3产生·OH，氧化产生的Fe3+将PO43-转化为FePO4沉淀，

故答案为：

Fe2+促进H2O2和O3产生·OH，氧化产生的Fe3+将PO43-转化为FePO4沉淀。

3．尿素在农业、医药等诸多领域应用广泛。

工业上有多种工艺用NH3和CO2直接合成尿素。

（1）水溶液全循环法合成尿素的反应过程可用下列热化学方程式表示：

反应I2NH3

（1）+CO2（g）⇌NH2COONH4

（1）△H1=-119.2kJ•mol-1

反应IINH2COONH4

（1）⇌CO（NH2）2

（1）+H2O

（1）△H2=15.5kJ•mol-1

①写出NH3

（1）与CO2（g）反应生成CO（NH2）2

（1）和液态水的热化学方程式：

______。

②该工艺要求在190~200℃、13~24MPa的条件下反应，90℃左右反应可实现最高平衡转化率。

试解释选择高压条件的理由：

_________。

（2）在不同氨碳比L=

和水碳比W=

条件下CO2平衡转化率x随温度T变化情况如图所示：

①CO2平衡转化率x随温度T升高先增大后减小，试分析原因：

_________。

②在图中，画出L=4、W=O时CO2平衡转化率x随温度T变化的曲线示意图____。

（3）实验室模拟热气循环法合成尿素，T℃度时，将5.6molNH3与5.2molCO2在容积恒定为0.5L的恒温密闭容器中发生反应：

2NH3（g）+CO2（g）⇌CO（NH2）2（s）+H2O（g）△H1＝—43kJ•mol-1。

达到平衡状态时，NH3与CO2的平衡分压之比p（NH3）:

p（CO2）=2:

13。

[p（NH3）=x（NH3）•p，x（NH3）为平衡体系中NH3的物质的量分数，p为平衡总压]。

①T℃时，该反应的平衡常数K=______________。

②若不考虑副反应，对于该反应体系，下列说法正确的是_________。

A．当反应体系中气体分子的平均摩尔质量保持不变时，反应达到平衡状态

B．相同条件下，提高水碳比或降低氨碳比都会使NH3的平衡转化率降低

C．在容器中加入CaO，（可与H2O反应），提高CO（NH2）2产率

D．反应开始后的一段时间内，适当升温可提高单位时间内CO2的转化率

【答案】2NH3（l）+CO2（g）⇌CO（NH2）2（l）+H2O（l）△H=-103.7kJ·mol-1190~200℃时，NH2COONH4容易分解为NH3和CO2，高压有利于反应I正向进行温度升高，反应I平衡逆向移动，反应II平衡正向移动，在190~200℃之前，反应II正向进行的趋势更大，190~200℃之后，反应I逆向进行的趋势更大

1.5625D

【解析】

【分析】

【详解】

（1）水溶液全循环法合成尿素的反应过程可用下列热化学方程式表示：

反应I2NH3

（1）+CO2（g）⇌NH2COONH4

（1）△H1=-119.2kJ•mol-1

反应IINH2COONH4

（1）⇌CO（NH2）2

（1）+H2O

（1）△H2=15.5kJ•mol-1

①根据盖斯定律，反应I+反应II得：

NH3

（1）与CO2（g）反应生成CO（NH2）2

（1）和液态水的热化学方程式：

2NH3（l）+CO2（g）⇌CO（NH2）2（l）+H2O（l）△H=-103.7kJ·mol-1。

故答案为：

2NH3（l）+CO2（g）⇌CO（NH2）2（l）+H2O（l）△H2=-103.7kJ·mol-1；

②反应I2NH3

（1）+CO2（g）⇌NH2COONH4

（1）是气体体积减小的反应，选择高压条件的理由：

190~200℃时，NH2COONH4容易分解为NH3和CO2，高压有利于反应I正向进行。

故答案为：

190~200℃时，NH2COONH4容易分解为NH3和CO2，高压有利于反应I正向进行；

（2）①CO2平衡转化率x随温度T升高先增大后减小，因为：

温度升高，反应I平衡逆向移动，反应II平衡正向移动，在190~200℃之前，反应II正向进行的趋势更大，190~200℃之后，反应I逆向进行的趋势更大。

故答案为：

温度升高，反应I平衡逆向移动，反应II平衡正向移动，在190~200℃之前，反应II正向进行的趋势更大，190~200℃之后，反应I逆向进行的趋势更大；

②L越大，氨的比例越大，根据反应I，提高氨的浓度，二氧化碳的转化率增大，曲线应在原曲线之上，温度升高，反应I平衡逆向移动，反应II平衡正向移动，在190~200℃之前，反应II正向进行的趋势更大，转化率先增大，此后变小，L=4、W=O时CO2平衡转化率x随温度T变化的曲线示意图

。

故答案为：

；

（3）①T℃时，该反应的平衡常数:

，

x=2.6mol

K=

=1.5625。

故答案为：

1.5625；

②A．2NH3（g）+CO2（g）⇌CO（NH2）2（s）+H2O（g）该反应中，若平衡正向移动，混合气的总质量减小，总物质的量也减小，所以反应体系中气体分子的平均摩尔质量不能确定是否保持不变，故当反应体系中气体分子的平均摩尔质量不再变化时，不能判断反应是否达到平衡状态，故A错误；

B．相同条件下，提高水碳比相当于提高生成物浓度，氨的平衡转化率降低，降低氨碳比会使NH3的平衡转化率增大，故B错误；

C．在容器中加入CaO，（可与H2O）反应，但生成的氢氧化钙也能与反应物反应，降低CO（NH2）2产率，故C错误；

D．反应开始后的一段时间内，在没有达到平衡前，适当升温可提高单位时间内CO2的转化率，故D正确；

故选D。

故答案为：

D。

4．煤燃烧排放的烟气含有SO2和NOx，大量排放烟气形成酸雨、污染大气，因此对烟气进行脱硫、脱硝，对环境保护有重要意义。

回答下列问题：

Ⅰ.利用CO脱硫

（1）工业生产可利用CO气体从燃煤烟气中脱硫，则25℃时CO从燃煤烟气中脱硫的热化学方程式2CO（g）＋SO2（g）⇌2CO2（g）＋S（s）的焓变△H＝_____________。

25℃，100kPa时，由元素最稳定的单质生成1mol纯化合物时的反应热称为标准摩尔生成焓，已知一些物质的“标准摩尔生成焓”如下表所示：

物质

CO（g）

CO2（g）

SO2（g）

标准摩尔生成焓∆fHm（25℃）/kJ∙mol-1

-110.5

-393.5

-296.8

（2）在模拟脱硫的实验中，向多个相同的体积恒为2L的密闭容器中分别通入2.2molCO和1molSO2气体，在不同条件下进行反应，体系总压强随时间的变化如图所示。

①在实验b中，40min达到平衡，则0～40min用SO2表示的平均反应速率v（SO2）＝_______。

②与实验a相比，实验b可能改变的条件为_______________，实验c可能改变的条件为_________________。

Ⅱ.利用NH3脱硝

（3）在一定条件下，用NH3消除NO污染的反应原理为：

4NH3（g）＋6NO（g）⇌5N2（g）＋6H2O（l）△H＝－1807.98kJ·mol－1。

在刚性容器中，NH3与NO的物质的量之比分别为X、Y、Z（其中X

①NH3与NO的物质的量之比为X时对应的曲线为_____________（填“a”“b”或“c”）。

②各曲线中NO脱除率均先升高后降低的原因为__________。

③900℃条件下，设Z＝

，初始压强p0，则4NH3（g）＋6NO（g）⇌5N2（g）＋6H2O（l）的平衡常数Kp＝_____________（列出计算式即可）。

Ⅲ.利用NaCIO2脱硫脱硝

（4）利用NaClO2的碱性溶液可吸收SO2和NO2（物质的量之比为1:

1）的混合气体，自身转化为NaCl，则反应的离子方程式为________________。

【答案】-269.2kJ·mol-10.01mol·L-1·min-1加入催化剂升高温度c温度低于900℃时，反应速率较慢，随着温度升高反应速率加快，NO脱出率逐渐升高，温度高于900℃，反应达到平衡状态，反应的ΔH<0，继续升高温度，平衡向左移动，NO脱出率又下降

3ClO2-+4SO2+4NO2+12OH-===3Cl-+4SO42-+4NO3-+6H2O

【解析】

【分析】

【详解】

（1）根据“标准摩尔生成焓”的定义可得：

再根据盖斯定律2（反应③-反应①）-反应③可得到2CO（g）＋SO2（g）⇌2CO2（g）＋S（s），则，CO脱硫反应2CO（g）＋SO2（g）⇌2CO2（g）＋S（s）的焓变

，故答案为：

-269.2kJ·mol-1；

（2）①结合题干信息，列三段式有：

则

，解得x=0.8，则

，故答案为0.010.01mol·L-1·min-1；

②与实验a相比，实验b达到的平衡状态不变且所需时间缩短，改变的条件应为加入了催化剂，与实验a相比，实验c达到平衡状态改变且所需时间缩短，可能是增大压强或升高温度，联系反应特点，若是增大压强，平衡向右移动，向右反应的程度应增大，与图像不符，若是升高温度，平衡向左移动，与图像相符，故答案为：

加入催化剂；升高温度；

（3）①NH3和NO的物质的量之比越大，NO的脱出率月啊，则相同温度下，不同NH3、NO物质的量之比对应NO的脱出率：

X

c；

②NO的脱出率会受到速率、平衡移动等因素的影响，温度低于900℃时，反应速率较慢，随着温度升高反应速率加快，NO脱出率逐渐升高，温度高于900℃，反应达到平衡状态，反应的ΔH<0，继续升高温度，平衡向左移动，NO脱出率又下降，故答案为：

温度低于900℃时，反应速率较慢，随着温度升高反应速率加快，NO脱出率逐渐升高，温度高于900℃，反应达到平衡状态，反应的ΔH<0，继续升高温度，平衡向左移动，NO脱出率又下降；

③压强为p0，根据曲线a上NH3与NO的物质的量之比为

，则NH3的分压为0.4p0，NO的分压为0.6p0，列三段式有：

则反应的平衡常数

，故答案为：

；

（4）在碱性环境下，ClO2-氧化等物质的量的SO2和NO2，ClO2-变为Cl-，SO2变为SO42-，NO2变为NO3-，利用氧化还原反应规律进行配平，可得离子反应方程式3ClO2-+4SO2+4NO2+12OH-===3Cl-+4SO42-+4NO3-+6H2O，故答案为：

3ClO2-+4SO2+4NO2+12OH-===3Cl-+4SO42-+4NO3-+6H2O。

5．近年来，随着聚酯工业的快速发展，氯气的需求量和氯化氢的产出量也随之迅速增长。

因此，将氯化氢转化为氯气的技术成为科学研究的热点。

回答下列问题：

（1）Deacon发明的直接氧化法为：

4HCl（g）+O2（g）=2Cl2（g）+2H2O（g）。

下图为刚性容器中，进料浓度比c（HCl）∶c（O2）分别等于1∶1、4∶1、7∶1时HCl平衡转化率随温度变化的关系：

可知反应平衡常数K（300℃）____________K（400℃）（填“大于”或“小于”）。

设HCl初始浓度为c0，根据进料浓度比c（HCl）∶c（O2）=1∶1的数据计算K（400℃）=____________（列出计算式）。

按化学计量比进料可以保持反应物高转化率，同时降低产物分离的能耗。

进料浓度比c（HCl）∶c（O2）过低、过高的不利影响分别是____________。

（2）Deacon直接氧化法可按下列催化过程进行：

CuCl2（s）=CuCl（s）+

Cl2（g）ΔH1=83kJ·mol-1，CuCl（s）+

O2（g）=CuO（s）+

Cl2（g）ΔH2=-20kJ·mol-1，CuO（s）+2HCl（g）=CuCl2（s）+H2O（g）ΔH3=-121kJ·mol-1，则4HCl（g）+O2（g）=2Cl2（g）+2H2O（g）的ΔH=_________kJ·mol-1。

（3）在一定温度的条件下，进一步提高HCl的转化率的方法是______________。

（写出2种）

【答案】大于

O2和Cl2分离能耗较高、HCl转化率较低﹣116增加反应体系压强、及时除去产物

【解析】

【分析】

（1）结合图象可知，进料浓度比相同时，温度越高HCl平衡转化率越低，说明该反应为放热反应，升高温度平衡向着逆向移动，温度越高平衡常数越小；进料浓度比c（HCl）：

c（O2）的比值越大，HCl的平衡转化率越低，根据图象可知，相同温度时HCl转化率最高的为进料浓度比c（HCl）：

c（O2）=1：

1，该曲线中400℃HCl的平衡转化率为84%，

 4HCl（g）+O2（g）═2Cl2（g）+2H2O（g）

初始  c0               c0    0   0

平衡 0.84c0   0.21c0  0.42