题型三真题调研 化学反应原理综合题word高考化学考前三个月全国通用版.docx

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题型三真题调研化学反应原理综合题word高考化学考前三个月全国通用版

1．（2019·全国卷Ⅰ，28）水煤气变换[CO（g）＋H2O（g）===CO2（g）＋H2（g）]是重要的化工过程，主要用于合成氨、制氢以及合成气加工等工业领域中。

回答下列问题：

（1）Shibata曾做过下列实验：

①使纯H2缓慢地通过处于721℃下的过量氧化钴CoO（s），氧化钴部分被还原为金属钴Co（s），平衡后气体中H2的物质的量分数为0.0250。

②在同一温度下用CO还原CoO（s），平衡后气体中CO的物质的量分数为0.0192。

根据上述实验结果判断，还原CoO（s）为Co（s）的倾向是CO_____H2（填“大于”或“小于”）。

（2）721℃时，在密闭容器中将等物质的量的CO（g）和H2O（g）混合，采用适当的催化剂进行反应，则平衡时体系中H2的物质的量分数为________（填标号）。

A．<0.25　B．0.25　C．0.25～0.50　D．0.50　E．>0.50

（3）我国学者结合实验与计算机模拟结果，研究了在金催化剂表面上水煤气变换的反应历程，如图所示，其中吸附在金催化剂表面上的物种用*标注。

可知水煤气变换的ΔH________0（填“大于”“等于”或“小于”）。

该历程中最大能垒（活化能）E正＝________eV，写出该步骤的化学方程式______________________________

________________________________________________________________________。

（4）Shoichi研究了467℃、489℃时水煤气变换中CO和H2分压随时间变化关系（如图所示），催化剂为氧化铁，实验初始时体系中的

和pCO相等、

和

相等。

计算曲线a的反应在30～90min内的平均速率

（a）＝________kPa·min－1。

467℃时

和pCO随时间变化关系的曲线分别是________、________。

489℃时

和pCO随时间变化关系的曲线分别是________、________。

答案　

（1）大于

（2）C

（3）小于　2.02　COOH*＋H*＋H2O*===COOH*＋2H*＋OH*（或H2O*===H*＋OH*）

（4）0.0047　b　c　a　d

解析　

（1）由题给信息①可知，H2（g）＋CoO（s）Co（s）＋H2O（g）（i）

K1＝

＝

＝39，由题给信息②可知，CO（g）＋CoO（s）Co（s）＋CO2（g）（ii）　K2＝

＝

≈51.08。

相同温度下，平衡常数越大，反应倾向越大，故CO还原氧化钴的倾向大于H2。

（2）第

（1）问和第

（2）问的温度相同，利用盖斯定律，由（ii）－（i）得CO（g）＋H2O（g）CO2（g）＋H2（g）　K＝

＝

≈1.31。

设起始时CO（g）、H2O（g）的物质的量都为1mol，容器体积为1L，在721℃下，反应达平衡时H2的物质的量为xmol。

　　　CO（g）＋H2O（g）H2（g）＋CO2（g）

起始/mol1100

转化/molxxxx

平衡/mol1－x1－xxx

K＝

＝1.31，若K取1，则x＝0.5，φ（H2）＝0.25；若K取4，则x≈0.67，φ（H2）≈0.34。

氢气的物质的量分数介于0.25与0.34之间，故选C。

（3）观察起始态物质的相对能量与终态物质的相对能量知，终态物质相对能量低于始态物质相对能量，说明该反应是放热反应，ΔH小于0。

过渡态物质相对能量与起始态物质相对能量相差越大，活化能越大，由题图知，最大活化能E正＝1.86eV－（－0.16eV）＝2.02eV，该步起始物质为COOH*＋H*＋H2O*，产物为COOH*＋2H*＋OH*。

（4）由题图可知，30～90min内，

（a）＝

≈0.0047kPa·min－1。

水煤气变换中CO是反应物，H2是产物，又该反应是放热反应，升高温度，平衡向左移动，重新达到平衡时，H2的压强减小，CO的压强增大。

故a曲线代表489℃时

随时间变化关系的曲线，d曲线代表489℃时pCO随时间变化关系的曲线，b曲线代表467℃时

随时间变化关系的曲线，c曲线代表467℃时pCO随时间变化关系的曲线。

2．（2019·全国卷Ⅱ，27）环戊二烯（）是重要的有机化工原料，广泛用于农药、橡胶、塑料等生产。

回答下列问题：

（1）已知（g）===（g）＋H2（g）

ΔH1＝100.3kJ·mol－1①

H2（g）＋I2（g）===2HI（g）　ΔH2＝－11.0kJ·mol－1②

对于反应：

（g）＋I2（g）===（g）＋2HI（g）③

ΔH3＝________kJ·mol－1。

（2）某温度，等物质的量的碘和环戊烯（）在刚性容器内发生反应③，起始总压为105Pa，平衡时总压增加了20%，环戊烯的转化率为________，该反应的平衡常数Kp＝________Pa。

达到平衡后，欲增加环戊烯的平衡转化率，可采取的措施有________（填标号）。

A．通入惰性气体B．提高温度

C．增加环戊烯浓度D．增加碘浓度

（3）环戊二烯容易发生聚合生成二聚体，该反应为可逆反应。

不同温度下，溶液中环戊二烯浓度与反应时间的关系如图所示，下列说法正确的是________（填标号）。

A．T1>T2

B．a点的反应速率小于c点的反应速率

C．a点的正反应速率大于b点的逆反应速率

D．b点时二聚体的浓度为0.45mol·L－1

（4）环戊二烯可用于制备二茂铁[Fe（C5H5）2，结构简式为]，后者广泛应用于航天、化工等领域中。

二茂铁的电化学制备原理如图所示，其中电解液为溶解有溴化钠（电解质）和环戊二烯的DMF溶液（DMF为惰性有机溶剂）。

该电解池的阳极为________，总反应为__________________________。

电解制备需要在无水条件下进行，原因为_______________________________________________。

答案　

（1）89.3　

（2）40%　3.56×104　BD　（3）CD　（4）Fe电极　Fe＋2＋H2↑（或Fe＋2C5H6===Fe（C5H5）2＋H2↑）　水会阻碍中间物Na的生成；水会电解生成OH－，进一步与Fe2＋反应生成Fe（OH）2

解析　

（1）根据盖斯定律，由反应①＋反应②得反应③，则ΔH3＝ΔH1＋ΔH2＝（100.3－11.0）kJ·mol－1＝89.3kJ·mol－1。

（2）设容器中起始加入I2（g）和环戊烯的物质的量均为a，平衡时转化的环戊烯的物质的量为x，列出三段式：

（g）　＋　I2（g）===（g）＋2HI（g）

起始：

　aa　0　0

转化：

　xx　x　2x

平衡：

　a－xa－x　x　2x

根据平衡时总压强增加了20%，且恒温恒容时，压强之比等于气体物质的量之比，得

＝

，解得x＝0.4a，则环戊烯的转化率为

×100%＝40%，平衡时（g）、I2（g）、（g）、HI（g）的分压分别为

、

、

、

，则Kp＝

＝

p总，根据p总＝1.2×105Pa，可得Kp＝

×1.2×105Pa≈3.56×104Pa。

通入惰性气体，对反应③的平衡无影响，A项不符合题意；反应③为吸热反应，提高温度，平衡正向移动，可提高环戊烯的平衡转化率，B项符合题意；增加环戊烯浓度，能提高I2（g）的平衡转化率，但环戊烯的平衡转化率降低，C项不符合题意；增加I2（g）的浓度，能提高环戊烯的平衡转化率，D项符合题意。

（3）由相同时间内，环戊二烯浓度减小量越大，反应速率越快可知，T1

，可知二聚体的浓度为0.45mol·L－1，D项正确。

（4）结合图示电解原理可知，Fe电极发生氧化反应，为阳极；在阴极上有H2生成，故电解时的总反应为Fe＋2＋H2↑或Fe＋2C5H6===Fe（C5H5）2＋H2↑。

结合相关反应可知，电解制备需在无水条件下进行，否则水会阻碍中间产物Na的生成，水电解生成OH－，OH－会进一步与Fe2＋反应生成Fe（OH）2，从而阻碍二茂铁的生成。

3．（2019·全国卷Ⅲ，28）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）。

如图为刚性容器中，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）

（4）在传统的电解氯化氢回收氯气技术的基础上，科学家最近采用碳基电极材料设计了一种新的工艺方案，主要包括电化学过程和化学过程，如图所示：

负极区发生的反应有_______________________________________________________

____________________________________________________________（写反应方程式）。

电路中转移1mol电子，需消耗氧气____L（标准状况）。

答案　

（1）大于　

　O2和Cl2分离能耗较高　HCl转化率较低

（2）－116

（3）增加反应体系压强、及时除去产物

（4）Fe3＋＋e－===Fe2＋，4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O　5.6

解析　

（1）由题给HCl平衡转化率随温度变化的关系图可知，随温度升高，HCl平衡转化率降低，则此反应为放热反应，温度越高，平衡常数越小，即K（300℃）大于K（400℃）。

结合题图可知，c（HCl）∶c（O2）＝1∶1、400℃时HCl的平衡转化率为84%，列出三段式：

　4HCl（g）　＋　O2（g）　===　2Cl2（g）＋2H2O（g）

起始c0c000

转化0.84c00.21c00.42c00.42c0

平衡（1－0.84）c0（1－0.21）c00.42c00.42c0

则K（400℃）＝

＝

；进料浓度比c（HCl）∶c（O2）过低会使O2和Cl2分离的能耗较高，过高则会造成HCl转化率较低。

（2）将已知热化学方程式依次编号为①、②、③，根据盖斯定律，由（①＋②＋③）×2得4HCl（g）＋O2（g）===2Cl2（g）＋2H2O（g）

ΔH＝－116kJ·mol－1。

（3）题述反应是气体体积减小的反应，增大反应体系压强可使反应正向移动，提高HCl的转化率，及时分离出产物也能提高HCl的转化率。

（4）负极区发生还原反应Fe3＋＋e－===Fe2＋，生成的二价铁又被氧气氧化成三价铁，发生反应4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O，由反应可知电路中转移4mol电子消耗1molO2，则转移1mol电子消耗氧气

mol，其在标准状况下的体积为

mol×22.4L·mol－1＝5.6L。

4．（2018·全国卷Ⅰ，28）采用N2O5为硝化剂是一种新型的绿色硝化技术，在含能材料、医药等工业中得到广泛应用。

回答下列问题：

（1）1840年Devil用干燥的氯气通过干燥的硝酸银，得到N2O5。

该反应的氧化产物是一种气体，其分子式为________。

（2）F.Daniels等曾利用测压法在刚性反应器中研究了25℃时N2O5（g）分解反应：

2N2O5（g）―→4NO2（g）＋O2（g）

2N2O4（g）

其中NO2二聚为N2O4的反应可以迅速达到平衡。

体系的总压强p随时间t的变化如下表所示[t＝∞时，N2O5（g）完全分解]：

t/min

0

40

80

160

260

1300

1700

∞

p/kPa

35.8

40.3

42.5

45.9

49.2

61.2

62.3

63.1

①已知：

2N2O5（g）===2N2O4（g）＋O2（g）　ΔH1＝－4.4kJ·mol－1

2NO2（g）===N2O4（g）　ΔH2＝－55.3kJ·mol－1

则反应N2O5（g）===2NO2（g）＋

O2（g）的ΔH＝________kJ·mol－1。

②研究表明，N2O5（g）分解的反应速率v＝2×10－3×

kPa·min－1。

t＝62min时，测得体系中

＝2.9kPa，则此时

＝__________kPa，v＝________kPa·min－1。

③若提高反应温度至35℃，则N2O5（g）完全分解后体系压强p∞（35℃）________63.1kPa（填“大于”“等于”或“小于”），原因是_____________________________________

________________________________________________________________________。

④25℃时N2O4（g）2NO2（g）反应的平衡常数Kp＝________kPa（Kp为以分压表示的平衡常数，计算结果保留1位小数）。

（3）对于反应2N2O5（g）―→4NO2（g）＋O2（g），R.A.Ogg提出如下反应历程：

第一步　N2O5NO2＋NO3　快速平衡

第二步　NO2＋NO3―→NO＋NO2＋O2　慢反应

第三步　NO＋NO3―→2NO2　快反应

其中可近似认为第二步反应不影响第一步的平衡。

下列表述正确的是______（填标号）。

A．v（第一步的逆反应）>v（第二步反应）

B．反应的中间产物只有NO3

C．第二步中NO2与NO3的碰撞仅部分有效

D．第三步反应活化能较高

答案　

（1）O2　

（2）①53.1　②30.0　6.0×10－2　③大于　温度提高，体积不变，总压强提高；NO2二聚为放热反应，温度提高，平衡左移，体系气体物质的量增加，总压强提高　④13.4　（3）AC

解析　

（1）Cl2与AgNO3反应生成N2O5，还应该有AgCl，氧化产物是一种气体，则该气体为O2。

（2）①令2N2O5（g）===2N2O4（g）＋O2（g）　ΔH1＝－4.4kJ·mol－1　a

2NO2（g）===N2O4（g）　ΔH2＝－55.3kJ·mol－1　b

根据盖斯定律，a式×

－b式可得：

N2O5（g）===2NO2（g）＋

O2（g）　ΔH＝53.1kJ·mol－1。

②由方程式2N2O5（g）===4NO2（g）＋O2（g）可知，62min时，

＝2.9kPa，则减小的N2O5为5.8kPa，此时

＝35.8kPa－5.8kPa＝30.0kPa，则v（N2O5）＝2×10－3×30.0kPa·min－1＝6.0×10－2kPa·min－1。

④时间无限长时N2O5完全分解，故由2N2O5（g）===4NO2（g）＋O2（g）知，此时生成的

＝2

＝2×35.8kPa＝71.6kPa，

＝0.5×35.8kPa＝17.9kPa。

由题意知，平衡时体系的总压强为63.1kPa，则平衡体系中NO2、N2O4的压强和为63.1kPa－17.9kPa＝45.2kPa，设N2O4的压强为xkPa，则

　　　　　N2O4（g）2NO2（g）

初始压强/kPa　　0　　　　71.6

转化压强/kPa　　x　　　　2x

平衡压强/kPa　　x　　　　71.6－2x

则x＋（71.6－2x）＝45.2，解得x＝26.4,71.6kPa－26.4kPa×2＝18.8kPa，Kp＝

＝

≈13.4kPa。

（3）第一步反应快速平衡，说明正、逆反应速率很大，极短时间内即可达到平衡，A项正确；第二步反应慢，说明有效碰撞次数少，C项正确；由题给三步反应可知，反应的中间产物有NO3和NO，B项错误；反应快，说明反应的活化能较低，D项错误。

5．（2018·全国卷Ⅲ，28）三氯氢硅（SiHCl3）是制备硅烷、多晶硅的重要原料。

回答下列问题：

（1）SiHCl3在常温常压下为易挥发的无色透明液体，遇潮气时发烟生成（HSiO）2O等，写出该反应的化学方程式____________________________________________________。

（2）SiHCl3在催化剂作用下发生反应：

2SiHCl3（g）===SiH2Cl2（g）＋SiCl4（g）

ΔH1＝48kJ·mol－1

3SiH2Cl2（g）===SiH4（g）＋2SiHCl3（g）

ΔH2＝－30kJ·mol－1

则反应4SiHCl3（g）===SiH4（g）＋3SiCl4（g）的ΔH为________kJ·mol－1。

（3）对于反应2SiHCl3（g）===SiH2Cl2（g）＋SiCl4（g），采用大孔弱碱性阴离子交换树脂催化剂，在323K和343K时SiHCl3的转化率随时间变化的结果如图所示。

①343K时反应的平衡转化率α＝_______%。

平衡常数K343K＝________（保留2位小数）。

②在343K下：

要提高SiHCl3转化率，可采取的措施是______________；要缩短反应达到平衡的时间，可采取的措施有____________、____________。

③比较a、b处反应速率大小：

va________vb（填“大于”“小于”或“等于”）。

反应速率v＝v正－v逆＝k正

－k逆

，k正、k逆分别为正、逆向反应速率常数，x为物质的量分数，计算a处的

＝____________（保留1位小数）。

答案　

（1）2SiHCl3＋3H2O===（HSiO）2O＋6HCl

（2）114

（3）①22　0.02　②及时移去产物　改进催化剂　提高反应物浓度　③大于　1.3

解析　

（1）SiHCl3遇潮气时发烟生成（HSiO）2O等，结合原子守恒推知SiHCl3与水蒸气反应除生成（HSiO）2O外，还生成HCl，化学方程式为2SiHCl3＋3H2O===（HSiO）2O＋6HCl。

（2）将题给两个热化学方程式依次编号为①②，根据盖斯定律，由①×3＋②可得：

4SiHCl3（g）===SiH4（g）＋3SiCl4（g），则有ΔH＝3ΔH1＋ΔH2＝3×48kJ·mol－1＋（－30kJ·mol－1）＝114kJ·mol－1。

（3）温度越高，反应速率越快，达到平衡的时间越短，左边曲线达到平衡的时间短，则此曲线代表343K时SiHCl3的转化率变化，右边曲线代表323K时SiHCl3的转化率变化。

①由题图可知，343K时反应的平衡转化率α＝22%。

设起始时SiHCl3（g）的浓度为1mol·L－1，则有

　　　　　2SiHCl3（g）===SiH2Cl2（g）＋SiCl4（g）

起始浓度/mol·L－1　1　　　　　0　　　　0

转化浓度/mol·L－1　0.22　　　　0.11　　　0.11

平衡浓度/mol·L－1　0.78　　　　0.11　　　0.11

则343K时该反应的平衡常数K343K＝

＝

≈0.02。

②在343K时，要提高SiHCl3转化率，可采取的措施是及时移去产物，使平衡向右移动；要缩短反应达到平衡的时间，需加快化学反应速率，可采取的措施有提高反应物浓度、改进催化剂等。

③温度越高，反应速率越快，a点温度为343K，b点温度为323K，故反应速率：

va>vb。

反应速率v＝v正－v逆＝k正

－k逆

，则有v正＝k正

，v逆＝k逆

，343K下反应达到平衡状态时v正＝v逆，即k正

＝k逆

，此时SiHCl3的平衡转化率α＝22%，经计算可得SiHCl3、SiH2Cl2、SiCl4的物质的量分数分别为0.78、0.11、0.11，则有k正×0.782＝k逆×0.112，

＝

≈0.02。

a处SiHCl3的平衡转化率α＝20%，此时SiHCl3、SiH2Cl2、SiCl4的物质的量分数分别为0.8、0.1、0.1，则有

＝

＝

＝

≈1.3。

高考化学反应原理综合题的命题规律

以工业生产原理或元素化合物为情景，以速率、平衡为核心，结合图、表综合考查，平衡常数、转化率、平衡移动原理、化学反应速率、热化学方程式、反应热、溶液中的离子平衡、离子反应等相关知识；考查识图能力及运用化学基本理论解释实际问题的能力。