精品高考化学三轮冲刺大题提分大题精做8以能量和化学平衡串联反应原理综合题.docx
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精品高考化学三轮冲刺大题提分大题精做8以能量和化学平衡串联反应原理综合题
大题精做八以能量和化学平衡串联反应原理
1.(2018南昌二中理综)甲醇可作为燃料电池的原料。
工业上利用CO2和H2在一定条件下反应合成甲醇。
(1)已知在常温常压下:
①2CH3OH(l)+3O2(g)===2CO2(g)+4H2O(g)ΔH=-1275.6kJ/mol
②2CO(g)+O2(g)===2CO2(g)ΔH=-566.0kJ/mol
③H2O(g)===H2O(l)ΔH=-44.0kJ/mol
写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式:
。
(2)甲醇脱氢可制取甲醛CH3OH(g)
HCHO(g)+H2(g),甲醇的平衡转化率随温度变化曲线如下图所示。
回答下列问题:
①600K时,Y点甲醇的υ(逆)(正)(填“>”或“<”)。
②从Y点到X点可采取的措施是____________________________。
③有同学计算得到在t1K时,该反应的平衡常数为8.1mol·L-1。
你认为正确吗?
请说明理由
。
(3)纳米级Cu2O由于具有优良的催化性能而受到关注。
在相同的密闭容器中,使用不同方法制得的Cu2O(Ⅰ)和(Ⅱ)分别进行催化CH3OH的脱氢实验:
CH3OH(g)
HCHO(g)+H2(g);CH3OH的浓度(mol·L−1)随时间t(min)变化如下表:
序号
温度
0
10
20
30
40
50
①
T1
0.050
0.0492
0.0486
0.0482
0.0480
0.0480
②
T1
0.050
0.0488
0.0484
0.0480
0.0480
0.0480
③
T2
0.10
0.094
0.090
0.090
0.090
0.090
可以判断:
实验①的前20min的平均反应速率ν(H2)=;实验温度T1T2(填“>”、“<”);催化剂的催化效率:
实验①实验②(填“>”、“<”)。
【解析】
(1)根据盖斯定律,(①-②+4×③)/2,得甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式为CH3OH(l)+O2(g)===CO(g)+2H2O(l)ΔH=﹣442.8kJ∕mol;
(2)①由图可知,600K时,Y点甲醇的转化率大于平衡时的转化率,说明反应逆向进行,则甲醇的υ(逆)>(正),②由图可知,升温,甲醇的平衡转化率增大,说明正向是吸热反应,从Y点到X点应该让反应逆向进行,所以可采取降温的措施,又因为正向是体积增大的反应,还可采取增大压强的措施;③当甲醇的起始浓度不一样时,转化率就不一定等于90%,所以在t1K时,该反应的平衡常数为8.1mol·L-1是不正确的;(3)由表中数据可知,实验①的前20minCH3OH的浓度变化了0.0014mol/L,则生成氢气浓度是0.0014mol/L,ν(H2)=0.0014/20=7.0×10−5mol·L−1·min−1;实验②③相比,实验③甲醇的起始浓度是实验②的2倍,而达平衡时的浓度却小于2倍,说明T1到T2平衡向正向移动,而反应为吸热反应,所以T2大于T1;实验①、②值起始浓度相等,但到达平衡的时间实验②小于①,所以催化剂的催化效率:
实验①<实验②。
【答案】
(1)CH3OH(l)+O2(g)===CO(g)+2H2O(l)ΔH=﹣442.8kJ∕mol
(2)①>
②降低温度和增大压强
③不正确。
因为当CH3OH的起始浓度不同时,其转化率就不等于90%。
(3)7.0×10−5mol·L−1·min−1<<
1.(2019浙江选考模拟)甲醇是一种可再生能源,由CO2制备甲醇的过程可能涉及的反应如下:
反应Ⅰ:
CO2(g)+3H2(g)
CH3OH(g)+H2O(g)ΔH1=-49.58kJ·mol-1
反应Ⅱ:
CO2(g)+H2(g)
CO(g)+H2O(g)ΔH2
反应Ⅲ:
CO(g)+2H2(g)
CH3OH(g)ΔH3=-90.77kJ·mol-1
回答下列问题:
(1)反应Ⅱ的ΔH2=______________。
(2)反应Ⅲ能够自发进行的条件是__(填“较低温度”、“较高温度”或“任何温度”)
(3)恒温,恒容密闭容器中,对于反应Ⅰ,下列说法中能说明该反应达到化学平衡状态的是________。
A.混合气体的密度不再变化
B.混合气体的平均相对分子质量不再变化
C.CO2、H2、CH3OH、H2O的物质的量之比为1∶3∶1∶1
D.甲醇的百分含量不再变化
(4)对于反应Ⅰ,不同温度对CO2的转化率及催化剂的效率影响如图所示,下列有关说法不正确的是____。
A.其他条件不变,若不使用催化剂,则250℃时CO2的平衡转化率可能位于M1
B.温度低于250℃时,随温度升高甲醇的产率增大
C.M点时平衡常数比N点时平衡常数大
D.实际反应应尽可能在较低的温度下进行,以提高CO2的转化率
(5)若在1L密闭容器中充入3molH2和1molCO2发生反应Ⅰ,250℃时反应的平衡常数K=__________;若要进一步提高甲醇体积分数。
可采取的措施有________。
【解析】
(1)根据盖斯定律:
Ⅱ=Ⅰ-Ⅲ得反应②的ΔH2=+41.19kJ·mol-1;
(2)ΔG=ΔH−T⋅ΔS<0时,反应能够自发进行,该反应的ΔS<0、ΔH<0,当温度较低时,反应Ⅲ能够自发进行;(3)A、由于气体的质量、体积不变,则无论是否达到平衡状态,混合气体的密度都不变化,不能作为判断是否平衡的依据,故A错误;B、反应前后气体的物质的量不等,混合气体的平均相对分子质量不再变化,可说明气体的物质的量不再变化,说明达到平衡状态,故B正确;C、平衡常数未知,CO2、H2、CH3OH、H2O的物质的量之比为1∶3∶1∶1,不能判断是否达到平衡状态,故C错误;D、甲醇的百分含量不再变化,可说明达到平衡状态,故D正确;(4)A.催化剂不能影响平衡移动,只能改变反应速率,故A错误;B.温度低于250℃时,随温度升高平衡逆向进行甲醇的产率减小,故B错误;C.升高温度二氧化碳的平衡转化率减低,则升温平衡逆向移动,所以M化学平衡常数大于N,故C正确;D.为提高CO2的转化率,平衡正向进行,反应是放热反应,低的温度下进行反应,平衡正向进行,但催化剂的活性、反应速率减小,故D错误;故选ABD;(5)若在1L密闭容器中充入3molH2和1molCO2,则图中M点时二氧化碳转化率50%,
CO2(g)+3H2(g)
CH3OH(g)+H2O(g)
起始量(mol)1 3 0 0
变化量(mol)0.5 1.5 0.5 0.5
平衡量(mol)0.5 1.5 0.5 0.5
K=,反应前后气体体积减小,若要进一步提高甲醇的体积分数,可采取的措施有增大压强平衡正向进行。
【答案】
(1)+41.19kJ·mol-1
(2)较低温度
(3)BD
(4)ABD
(5)0.148增大压强(降低温度)
2.(2019山东临沂十九中调研)钢铁行业是工业生产的重要支柱。
(1)已知高炉炼铁的主要反应为:
①Fe2O3(s)+3CO(g)===2Fe(s)+3CO2(g)ΔH=-25kJ·mol-1
②3Fe2O3(s)+CO(g)===2Fe3O4(s)+CO2(g)ΔH=-47kJ·mol-1
③Fe3O4(s)+CO(g)===3FeO(s)+CO2(g)ΔH=+19kJ·mol-1
写出FeO(s)被CO还原生成Fe(s)和CO2的热化学方程式:
________________。
(2)恒温恒容条件下进行反应Fe2O3(s)+3CO(g)
2Fe(s)+3CO2(g),下列各项能说明该反应已达到平衡状态的是_______(填写序号字母)。
a.v(CO)正=v(CO2)逆b.CO、CO2的浓度之比为1∶1
c.容器内压强保持不变d.混合气体的密度保持不变
(3)ToC时,反应Fe2O3(s)+3CO(g)
2Fe(s)+3CO2(g)的平衡常数为K=27。
在1L的密闭容器中分别按下表所示加入物质,维持ToC反应一段时间达到平衡,甲、乙容器中CO的平衡转化率之比=_________。
Fe2O3
CO
Fe
CO2
甲容器
1.0mol
1.0mol
1.0mol
1.0mol
乙容器
1.0mol
2.0mol
1.0mol
1.0mol
(4)下列为合成甲醇的有关化学方程式:
①2H2(g)+CO(g)
CH3OH(g)
②H2(g)+CO2(g)
H2O(g)+CO(g)
③3H2(g)+CO2(g)
CH3OH(g)+H2O(g)
某温度下,上述三个反应的平衡常数数值分别为2.5,2.0和K3,则K3值为_______。
(5)比亚迪双模电动汽车使用高铁电池供电。
高铁电池的总反应为:
3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH
3Zn+2K2FeO4+8H2O,则充电时的阳极反应式为__________。
(6)炼铁尾气中含有CO,经过回收可用于合成甲醇:
2H2(g)+CO(g)
CH3OH(g)ΔH=-90.1kJ·mol−1。
ToC,该反应的Kp=6.0×10−3kPa−2(用平衡分压代替平衡浓度所得平衡常数,分压=总压×物质的量分数)。
该温度下的某容器中,若起始充入2molH2、1molCO,平衡时甲醇的平衡分压p(CH3OH)=24.0kPa,则平衡时混合气体中CH3OH的体积分数约为________(用百分数表示,小数点后保留1位)。
【解析】
(1)根据盖斯定律可知(①×3-②-③×2)/6即得到FeO(s)被CO还原生成Fe(s)和CO2的热化学方程式为FeO(s)+CO(g)===Fe(s)+CO2(g)ΔH=-11kJ/mol。
(2)在一定条件下,当可逆反应的正反应速率和逆反应速率相等时(但不为0),反应体系中各种物质的浓度或含量不再发生变化的状态,称为化学平衡状态。
则a.v(CO)正=v(CO2)逆表示反应速率的方向相反,且满足反应速率之比是化学计量数之比,反应达到平衡状态,a正确;b.CO、CO2的浓度之比为1∶1不能说明正逆反应速率相等,不一定达到平衡状态,b错误;c.反应前后体积不变,容器内压强保持不变不能说明反应达到平衡状态,c错误;d.密度是混合气的质量和容器容积的比值,在反应过程中容积始终是不变的,但质量是变化的,则混合气体的密度保持不变说明反应达到平衡状态,d正确。
答案选ad;(3)甲容器中
Fe2O3(s)+3CO(g)
2Fe(s)+3CO2(g)
起始浓度(mol/L)11
转化浓度(mol/L)xx
平衡浓度(mol/L)1-x1+x
乙容器中Fe2O3(s)+3CO(g)
2Fe(s)+3CO2(g)
起始浓度(mol/L)21
转化浓度(mol/L)yy
平衡浓度(mol/L)2-y1+y
则、;解得x=0.5、y=1.25,即甲中转化为是50%,乙中转化率为62.5%,所以甲、乙容器中CO的平衡转化率之比50%∶62.5%=4∶5;(4)已知:
①2H2(g)+CO(g)
CH3OH(g)K1;②H2(g)+CO2(g)
H2O(g)+CO(g)K2;③3H2(g)+CO2(g)
CH3OH(g)+H2O(g);①+②即得到反应③,则K3=K1×K2=2.5×2.0=5.0;(5)高铁电池的总反应为3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH
3Zn+2K2FeO4+8H2O,充电时氢氧化铁失去电子转化为高铁酸钾,则充电时的阳极反应式为2Fe(OH)3+10OH−-6e−===2FeO
+8H2O。
(6)起始时投入2molH2、1molCO,二者按2∶1反应,故平衡时二者物质的量之比为2∶1,二者分压之比为2∶1,设平衡时CO分压为P,则氢气分压为2P,该反应的平衡常数Kp=6.0×10−3(kPa)−2,反应达到平衡时p(CH3OH)=24.0kPa,则,解得P=10kPa,相同条件下,压强之比等于物质的量之比,故平衡时H2、CO、CH3OH的物质的量之比为20∶10∶24=10∶5∶12,则平衡混合气体中CH3OH的物质的量分数为12/(10+5+12)×100%≈44.4%。
【答案】
(1)FeO(s)+CO(g)===Fe(s)+CO2(g)ΔH=-11kJ/mol
(2)ad
(3)4∶5
(4)5.0
(5)2Fe(OH)3+10OH−-6e−===2FeO
+8H2O
(6)44.4%
3.(2019广西名校联考)钼及其合金在冶金、环保和航天等方面有着广泛的应用。
(1)Mo可被发烟硝酸及氢氟酸氧化为MoO2F2和MoOF4(少量),硝酸本身被还原为NO2,则该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为_________。
(2)已知:
2Mo(s)+3O2(g)===2MoO3(s)ΔH1;
2MoS2(s)+7O2(g)===2MoO3(s)+4SO2(g)ΔH2;
MoS2(s)+2O2(g)===Mo(s)+2SO2(g)ΔH3
则ΔH3=_________(用含ΔH1、ΔH2的代数式表示)
(3)电氧化法提纯钼的原理:
将辉钼矿(MoS2)放入装有食盐水的电解槽中,用惰性电极电解,MoS2被氧化为MoO
和SO
①辉钼矿应放入电解槽的_________(填“阴极区”或“阳极区”)。
②阴极的电极反应式为___________________________。
(4)碳酸钠作固硫剂并用氢还原辉钼矿的原理为MoS2(s)+4H2(g)+2Na2CO3(s)
Mo(s)+2CO(g)+4H2O(g)
+2Na2S(s)ΔH,实验测得平衡时的有关变化曲线如图所示。
①由图1可知,该反应ΔH______(填“>”或“<”)0,p1、p2、p3由大到小的顺序为_______________________。
②由图2可知,A点时H2的平衡转化率为____________。
③B点对应的平衡常数K=__________(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)(MPa)2。
【解析】
(1)在反应中N的化合价从+5→+4降低1价,Mo从0→+6升高6价,根据氧化还原反应中化合价升降总数相等,必有6个硝酸中N降低6×1=6价,同时有1个Mo升高1×6=6价,即6个硝酸和1个Mo同时反应,即氧化剂有6摩尔硝酸反应时,就有1摩尔还原剂钼反应,因此氧化剂与还原剂的物质的量之比为6∶1,故答案为6∶1;
(2)根据盖斯定律2Mo(s)+3O2(g)===2MoO3(s)①;2MoS2(s)+7O2(g)===2MoO3(s)+4SO2(g)②;MoS2(s)+2O2(g)===Mo(s)+2SO2(g)③,(②式-①式)÷2=③式,所以ΔH3=(ΔH2-ΔH1),故答案为(ΔH2-ΔH1);(3)将辉钼矿(MoS2)放入装有食盐水的电解槽中,用惰性电极电解,MoS2被氧化为MoO
和SO
,所以辉钼矿应放入电解槽的阳极,故答案为阳极区;阴极区放电的阳离子为钠离子和氢离子,放电顺序氢离子在钠离子之前,阴极氢离子放电的电极反应为2H++2e−===H2↑(或2H2O+2e−===H2↑+2OH−),故答案为2H++2e−===H2↑(或2H2O+2e−===H2↑+2OH−);(4)①由图1相同压强下,温度升高,氢气转化率增大,则平衡正向移动,又因为温度升高平衡向吸热反应方向移动,所以该反应正向吸热,ΔH>0,故答案为>;根据反应方程式MoS2(s)+4H2(g)+2Na2CO3(s)
Mo(s)+2CO(g)+4H2O(g)+2Na2S(s)可知该反应正向为气体体积增大的方向,在相同温度下,压强越大氢气的转化率越小,由图1可知:
在相同温度下p1下氢气的转化率最大,所以p1压强最小,p3下氢气的转化率最小,所以p3压强最大,所以p3>p2>p1,故答案为p3>p2>p1;②由MoS2(s)+4H2(g)+2Na2CO3(s)
Mo(s)+2CO(g)+4H2O(g)+2Na2S(s),设A混合气体的总物质的量为1mol,则A点时H2的物质的量为0.4mol,H2O的物质的量为0.4mol,则变化的H2的物质的量为0.4mol,A点时H2的为平衡转化率为α(H2)==50%,故答案为50%;③B点时H2、CO的体积分数均为25%,混合气体为H2、CO、H2O,则H2O的体积分数为1-25%-25%=50%,B点对应的平衡常数K==0.01,故答案为0.01
【答案】
(1)6∶1
(2)(ΔH2-ΔH1)
(3)阳极区2H++2e−===H2↑(或2H2O+2e−===H2↑+2OH−)
(4)>p3>p2>p150%0.01
4.(2019四川省诊断理综)研究和深度开发CO、CO2的应用对构建生态文明社会具有重要的意义。
回答下列问题:
I.CO可用于高炉炼铁,已知
Fe3O4(s)+4CO(g)===3Fe(s)+4CO2(g)ΔH1=akJ/mol
3Fe2O3(s)+CO(g)===2Fe3O4(s)+CO2(g)ΔH2=bkJ/mol
则反应Fe2O3(s)+3CO(g)===2Fe(s)+3CO2(g)的ΔH3=_________kJ/mol(用含a、b的代数式表示)
Ⅱ.一定条件下,CO2和CO可以互相转化。
(1)某温度下,在容积为2L的密闭容器按甲、乙两种方式投入反应物发生反应:
CO2(g)+H2(g)
CO(g)+H2O(g)。
甲容器15min后达到平衡,此时CO2的转化率为75%。
则0~15min内平均反应速率v(H2)=_________,此条件下该反应的平衡常数K=_________。
欲使平衡后乙与甲中相同组分气体的体积分数相等,则ω、x、y、z需满足的关系是_________,且_________(用含y的等式表示)。
(2)研究表明,温度、压强对反应“C6H5CH2CH3(g)+CO2(g)
C6H5CH===CH2(g)+CO(g)+H2O(g)ΔH”中乙苯的平衡转化率影响如下图所示:
则ΔH_________0(填“>”“<”或“=”),压强p1、p2、p3从大到小的顺序是_________。
(3)CO可被NO2氧化:
CO+NO2
CO2+NO。
当温度高于225℃时,反应速率v正=k正·c(CO)·c(NO2)、v逆=k逆·c(CO2)·c(NO),k正、k逆分别为正、逆反应速率常数。
在上述温度范围内,k正、k逆与该反应的平衡常数K之间的关系为_________。
【解析】Ⅰ.根据盖斯定律ΔH3=(ΔH1+2ΔH2)/3=(b+2a)/3kJ/mol;Ⅱ.
(1)v(H2)=8mol×75%/(2L×15min)=
0.2mol/(L·min)。
反应8mol×75%=6molCO2,则平衡时n(CO)=n(H2O)=6mol,n(CO2)=8mol-6mol=2mol,n(H2)=16mol-6mol=10mol,K=c(CO)·c(H2O)/c(CO2)·n(H2)=6mol×6mol/(2mol×10mol)=l.8;要使平衡后乙与甲中相同组分气体的体积分数相等,需满足(w+y)∶(x+y)=8∶16即x=2w+y且z=y;
(2)温度越高、乙苯的平街转化率越大,表明ΔH>0;该反应的△n气>0,则压强越大,乙苯的平衡转化率越小,故p1>p2>p3;(3)达平衡时v正=v逆,即k正·c(CO)·c(NO2)=k逆·c(CO2)·c(NO),故k正/k逆=c(CO2)·c(NO)/c(CO)·c(NO2)=k。
【答案】I.(b+2a)/3
Ⅱ.
(1)0.2mol·L-1·min-11.8x=2w+yz=y
(2)>p1>p2>p3
(3)k=k正/k逆
5.(2018天成教育研究院理综)碳元素与人们的日常生活、生活和科学研究密不可分。
请回答下列问题。
(1)乙烯具有水果催熟的功效,乙烯的电子式是______________。
(2)Al2O3真空碳热还原一氯化法是一种新的炼铝工艺,该法流程短,设备简单,符合目前国家提倡节能减排、改造升级的大环境。
①其中冶炼过程中发生的反应有:
(ⅰ)2Al2O3(s)+9C(s)===Al4C3(s)+6CO(g)ΔH1;
(ⅱ)Al2O3(s)+Al4C3(s)+3AlCl3(g)===9AlCl(g)+3CO(g)ΔH2;
(ⅲ)3AlCl(g)===AlCl3(g)+2Al(l)ΔH3;
则Al2O3(s)+3C(s)===2Al(l)+3CO(g)ΔH4=__________________(用含ΔH1、ΔH2、ΔH3的代数式表示)。
②Al4C3是真空碳热还原一氯化法炼铝的中间产物,该物质与水反应生成最简单的有机物。
该反应的化学方程式为__________________________________。
(3)利用活性炭的还原性可处理机动车的尾气(氮氧化物),发生如下反应C(s)+2NO(g)
N2(g)+CO2(g)ΔH>0,一定条件下,密闭容器中的有关物质的浓度与时间的变化如下表所示:
时间/mim
浓度/(mol/L)
0
10
20
30
40
50
NO
2.0
1.16
0.40
0.40
0.6
0.6
N2
0
0.42
a
b
1.2
1.2
CO2
0
0.42
a
b
1.2
1.2
①0~20min内的平均反应速率v(CO2)=_______mol·L−1·min−1;第一次达到平衡的平衡常数K=__________。
②30min时只改变某一条件,则改变的条件可能是______________(填字母编号)。
a.升高温度b.降低温度c.再通入一定量的NO
d.缩小容器的体积e.加入合适的催化剂f.增大容器休积
(4)炼钢炉中发生复杂的化学反应,其中包括反应:
C(s)+CO2(g)
2CO(g)ΔH>0。
将1molCO2与足量的碳充入到一个恒压密闭容器中,总压强为P总。
达到平衡时,容器内气体体积分数与温度的关系如下图:
①CO2体积分数为86%时,CO2的转化率为______________%(结果保留一位小数,下同)。
②已知:
气体分压P分=P总×气体体积分数,达到平衡时用气体的分压代替气体浓度所表示的平衡常数为Kp,则900℃时,Kp=______________(用含p总的代数式表示)。
【解析】
(1)由乙烯的成键特点可得其分子的电子式为:
(2)①由盖斯定律可得目标热化学方程式可由,则ΔH4=ΔH1+ΔH2+ΔH3,故答案为:
ΔH4=ΔH1+ΔH2+ΔH3;②Al4C3与水反应发生强烈的水解生成Al(OH)3和CH4,故答案为:
Al4C3+l2H2O===4Al(OH)3↓+3CH4↑(3)①0~20min内NO的浓度变化2.0mol/L-0.4mol/L=1.6mol/L,则CO2的浓度增加为1.6mol/L÷2=0.8mol/L,其平均反应速率v(CO2)=0.8mol/L÷20min=0.04mol·L−1·min−1,由反应方程式可得该
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