高三化学考前突破训练《化学反应原理综合题》.docx
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高三化学考前突破训练《化学反应原理综合题》
2020届高三化学考前冲刺突破:
——《化学反应原理综合题》跟踪监检测
1.丙烯(C3H6)是重要的有机化工原料。
丙烷脱氢制丙烯发生的主要反应及能量变化如图。
(1)丙烷脱氢制丙烯为强吸热过程。
①为提供反应所需热量,恒压时若向原料气中掺入水蒸气,则K(主反应)________(填“增大”“减小”或“不变”,下同),转化率α(C3H8)________。
②温度升高,副反应更容易发生的主要原因是_______________________。
(2)如图为丙烷直接脱氢法中丙烷和丙烯的平衡体积分数与温度、压强的关系(图中的压强分别为104Pa和105Pa)。
①104Pa时,图中表示丙烯的曲线是________(填“ⅰ”“ⅱ”“ⅲ”或“ⅳ”)。
②104Pa、500℃时,主反应用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp=________(已知:
气体分压=气体总压×体积分数)。
(3)利用CO2的弱氧化性,开发了丙烷氧化脱氢制丙烯的新工艺。
该工艺可采用铬的氧化物为催化剂,其反应机理如图。
已知:
CO和H2的燃烧热分别为ΔH=-283.0kJ·mol-1、ΔH=-285.8kJ·mol-1。
①图中催化剂为______。
②298K时,该工艺总反应的热化学方程式为________________________。
③该工艺可以有效消除催化剂表面的积炭,维持催化剂活性,原因是___________________________________________________________________。
解析:
(1)①由图可知,丙烷脱氢制丙烯为吸热反应:
C3H8(g)
C3H6(g)+H2(g) ΔH=+124.3kJ·mol-1,恒压时若向原料气中掺入水蒸气,体系温度升高,平衡向正反应方向移动,化学平衡常数K增大,丙烷的转化率增大。
②由图可知,副反应的活化能低于主反应的活化能,温度升高,活化能较低的副反应更容易发生。
(2)①丙烷脱氢制丙烯为气体体积增大的反应,增大压强,平衡向逆反应方向移动,丙烯的平衡体积分数减小;该反应为吸热反应,温度升高,平衡向正反应方向移动,故曲线ⅰ代表104Pa时丙烯的平衡体积分数。
②104Pa、500℃时,丙烯的平衡体积分数为33%,设起始丙烷为1mol,转化率为x,由题意建立如下三段式:
C3H8(g)
C3H6(g)+H2(g)
起(mol) 1 0 0
变(mol) x x x
平(mol) 1-x x x
则由丙烯的平衡体积分数为33%可得,
=0.33,解得x≈0.5,丙烷、丙烯和氢气的分压均为104Pa×
,则用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp=
=104Pa×
=3.3×103Pa。
(3)①由图可知,反应ⅰ为3C3H8+2CrO33C3H6+Cr2O3+3H2O,反应ⅱ为3CO2+Cr2O3
2CrO3+3CO,则催化剂为CrO3。
②由题意可得H2(g)+
O2(g)===H2O(l)ΔH=-285.8kJ·mol-1,①
CO(g)+
O2(g)===CO2(g)ΔH=-283.0kJ·mol-1,②
C3H8(g)
C3H6(g)+H2(g)ΔH=+124.3kJ·mol-1,③
由盖斯定律③-②+①得热化学方程式为C3H8(g)+CO2(g)
C3H6(g)+CO(g)+H2O(l),则ΔH=(+124.3kJ·mol-1)+(-285.8kJ·mol-1)-(-283.0kJ·mol-1)=+121.5kJ·mol-1。
③该工艺中碳与CO2反应生成CO,可以有效消除催化剂表面的积炭,维持催化剂活性。
答案:
(1)①增大 增大 ②副反应的活化能低于主反应的活化能
(2)①ⅰ ②3.3×103Pa
(3)①CrO3 ②C3H8(g)+CO2(g)
C3H6(g)+CO(g)+H2O(l) ΔH=+121.5kJ·mol-1 ③碳与CO2反应生成CO,脱离催化剂表面
2.汽车发动机工作时会产生包括CO、NOx等多种污染气体,涉及如下反应:
①N2(g)+O2(g)
2NO(g)
②2NO(g)+O2(g)
2NO2(g)
③NO2(g)+CO(g)
CO2(g)+NO(g)
弄清上述反应的相关机理,对保护大气环境意义重大,回答下列问题:
(1)请根据下表数据填空:
N2(g)+O2(g)
2NO(g) ΔH=________。
物质
N2
O2
NO
能量(kJ)
946
497
811.25
(断开1mol物质中化学键所需要的能量)
(2)实验测得反应2NO(g)+O2(g)
2NO2(g) ΔH<0的即时反应速率满足以下关系式:
v正=k正·c2(NO)·c(O2);v逆=k逆·c2(NO2),k正、k逆为速率常数,受温度影响。
①温度为T1时,在1L的恒容密闭容器中,投入0.6molNO和0.3molO2,达到平衡时O2为0.2mol;温度为T2时,该反应存在k正=k逆,则T1________(填“大于”“小于”或“等于”)T2。
②研究发现该反应按如下步骤进行:
第一步:
NO+NO
N2O2 快速平衡
第二步:
N2O2+O2
2NO2 慢反应
其中可近似认为第二步反应不影响第一步的平衡,第一步反应中:
v1正=k1正·c2(NO);v1逆=k1逆·c(N2O2)。
下列叙述正确的是________。
A.同一温度下,平衡时第一步反应的
越大,反应正向进行的程度越大
B.第二步反应速率低,因而转化率也低
C.第二步的活化能比第一步的活化能低
D.整个反应的速率由第二步反应速率决定
(3)科学家研究出了一种高效催化剂,可以将CO和NO2两者转化为无污染气体,反应方程式为2NO2(g)+4CO(g)===4CO2(g)+N2(g) ΔH<0。
某温度下,向10L密闭容器中分别充入0.1molNO2和0.2molCO,发生上述反应,随着反应的进行,容器内的压强变化如下表所示:
时间/min
0
2
4
6
8
10
12
压强/kPa
75
73.4
71.95
70.7
69.7
68.75
68.75
回答下列问题:
①在此温度下,反应的平衡常数Kp=________kPa-1(Kp为以分压表示的平衡常数,计算结果精确到小数点后2位);若保持温度不变,再将CO、CO2气体浓度分别增加一倍,则平衡________(填“右移”“左移”或“不移动”)。
②若将温度降低,再次平衡后,与原平衡相比体系压强(p总)如何变化?
________(填“增大”“减小”或“不变”),原因是_____________________。
解析:
(1)计算出①N2(g)+O2(g)
2NO(g)的ΔH=E(反应物键能)-E(生成物键能)=(946+497-811.25×2)kJ/mol=-179.5kJ/mol。
(2)①温度为T1时:
2NO(g)+O2(g)
2NO2(g)
开始(mol/L) 0.6 0.3 0
转化(mol/L) 0.2 0.1 0.2
平衡(mol/L) 0.4 0.2 0.2
则温度为T1时,平衡常数K1=
=1.25,由于平衡时v正=v逆,不难推出平衡常数等于速率常数之比,即K1=
=1.25;温度为T2时,该反应存在K2=
=1,K2 ②由①分析可知,当第一步反应达平衡状态时,v1正=v1逆,由于速率常数之比实际上就是平衡常数,平衡常数越大,反应正向进行的程度越大,A正确;反应速率快慢与转化率之间无因果关系,B错误;相同温度下,第一步反应快速达到平衡,第二步是慢反应,所以第二步活化能比第一步高,C错误;整个反应的化学反应速率由第二步慢反应决定,D正确。 (3)①向10L密闭容器中分别充入0.1molNO2和0.2molCO,反应10min达到平衡,体系内压强由75kPa减少到68.75kPa,则反应中各物质的浓度变化为 2NO2(g)+4CO(g) 4CO2(g)+N2(g) ΔH<0 开始(mol/L)0.01 0.02 0 0 转化(mol/L)2x 4x 4x x 平衡(mol/L)0.01-2x0.02-4x4x x 根据 = , = ,解得x=0.0025mol/L;根据公式Kp= ,p(A)=p(总)× ,可得Kp=0.04kPa-1。 若平衡后再将CO、CO2的浓度增加一倍,由于方程式中两种物质的系数相同,所以Qc=K,因此化学平衡不发生移动。 ②降低温度,体积不变,根据阿伏加德罗定律,压强减小;同时该反应的正反应为放热反应,降低温度,平衡正向移动,导致体系内气体分子数减少,所以总压强也会减小。 答案: (1)-179.5kJ/mol (2)①小于 ②AD (3)①0.04 不移动 ②减小 若温度降低,体积不变,根据阿伏加德罗定律,总压强减小;同时,降低温度,由于反应放热,所以平衡朝正方向移动,容器内分子数减少,总压强也减小 3.铁及其化合物在生产、生活中有广泛的应用。 (1)复合氧化物铁酸锰(MnFe2O4)可用于热化学循环分解制氢气,原理如下: ①MnFe2O4(s)===MnFe2O(4-x)(s)+ O2(g) ΔH1 ②MnFe2O(4-x)(s)+xH2O(g)===MnFe2O4(s)+xH2(g) ΔH2 ③2H2O(g)===2H2(g)+O2(g) ΔH3 则: ΔH3与ΔH1、ΔH2的关系为ΔH3=________。 (2)纳米铁是重要的储氢材料,可用下列反应制得: Fe(s)+5CO(g)Fe(CO)5(g) ΔH<0。 在1L恒容密闭容器中加入足量铁粉和0.5molCO,在T1、T2不同温度下进行反应,测得c(CO)与温度、时间的关系如图1所示。 ①T1________(填“>”或“<”)T2。 ②T2温度下,上述反应的平衡常数K=________(结果不要求带单位)。 (3)高铁酸钾(K2FeO4)被人们称为“绿色化学”净水剂。 高铁酸钾在酸性至弱碱性条件下不稳定。 ①工业上用KClO与Fe(NO3)3溶液反应制得K2FeO4,反应的离子方程式为________________________。 制备K2FeO4时,KClO饱和溶液与Fe(NO3)3饱和溶液混合的操作为______________________。 ②已知K2FeO4在水解过程中铁元素形成的微粒分布分数与pH的关系如图2所示。 向pH=6的溶液中加入KOH溶液,发生反应的离子方程式为___________________________________________________________。 (4)电解法可制得K2FeO4,装置如图3所示。 阳极的电极反应式为_________________________________________________________。 解析: (1)复合氧化物铁酸锰(MnFe2O4)可用于热化学循环分解制氢气,原理如下: ①MnFe2O4(s)===MnFe2O(4-x)(s)+ O2(g) ΔH1 ②MnFe2O(4-x)(s)+xH2O(g)===MnFe2O4(s)+xH2(g) ΔH2 ③2H2O(g)===2H2(g)+O2(g) ΔH3 根据盖斯定律, 可得③2H2O(g)===2H2(g)+O2(g) ΔH3= 。 (2)①图1中,温度为T1时曲线斜率大,且优先达到平衡状态,说明温度T1较高,则温度T1>T2。 ②T2达到平衡状态时c(CO)=0.1mol/L, Fe(s)+5CO Fe(CO)5(g) 初始(mol/L) 0.5 0 转化(mol/L) 0.4 0.08 平衡(mol/L) 0.1 0.08 则T2温度下,该反应的平衡常数K= =8×103。 (3)①将Fe(NO3)3饱和溶液缓慢滴加到KClO饱和溶液中即可制取K2FeO4,则在KOH溶液中,Fe(NO3)3与KClO反应生成K2FeO4、KCl和KNO3,反应的方程式为2Fe(NO3)3+3KClO+10KOH===2K2FeO4+6KNO3+3KCl+5H2O,改成离子方程式为2Fe3++3ClO-+10OH-===2FeO +3Cl-+5H2O;高铁酸钾在酸性至弱碱性条件下不稳定,制备K2FeO4时,KClO饱和溶液与Fe(NO3)3饱和溶液混合的操作为: 在搅拌下,将饱和Fe(NO3)3溶液缓慢滴加到KClO溶液中。 ②当pH=6时溶液中主要存在HFeO ,加入KOH溶液后HFeO 的浓度减小,FeO 的浓度增大,说明发生反应: HFeO +OH-===FeO +H2O。 (4)根据图3可知,阳极Fe失去电子结合氢氧根离子生成FeO ,电解过程中阳极的反应式为Fe-6e-+8OH-===FeO +4H2O。 答案: (1) (2)①> ②8×103 (3)①2Fe3++3ClO-+10OH-===2FeO +3Cl-+5H2O 在搅拌下,将饱和Fe(NO3)3溶液缓慢滴加到KClO溶液中 ②HFeO +OH-===FeO +H2O (4)Fe-6e-+8OH-===FeO +4H2O 4.(2018·全国卷Ⅰ)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)的分解反应: 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×pN2O5(kPa·min-1)。 t=62min时,测得体系中pO2=2.9kPa,则此时的pN2O5=________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℃)______(填“大于”“等于”或“小于”)63.1kPa,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 N2O5 NO2+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 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把已知两反应按顺序编号为a、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,pO2=2.9kPa,则减小的N2O5为5.8kPa,此时pN2O5=35.8kPa-5.8kPa=30.0kPa,则v(N2O5)=2×10-3×30.0kPa·min-1=6.0×10-2kPa·min-1。 ③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,体系物质的量增加,总压强提高。 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pNO2=2pN2O5=2×35.8kPa=71.6kPa,pO2=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;由题给三步反应可知,反应的中间产物有NO3和NO,B项错误;第二步反应慢,说明有效碰撞次数少,C项正确;反应快,说明反应的活化能较低,D项错误。 答案: (1)O2 (2)①+53.1 ②30.0 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,体系物质的量增加,总压强提高 ④13.4 (3)AC 5.(2018·全国卷Ⅱ)CH4—CO2催化重整不仅可以得到合成气(CO和H2),还对温室气体的减排具有重要意义。 回答下列问题: (1)CH4—CO2催化重整反应为CH4(g)+CO2(g)===2CO(g)+2H2(g)。 已知: C(s)+2H2(g)===CH4(g) ΔH=-75kJ·mol-1 C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH=-394kJ·mol-1 C(s)+ O2(g)===CO(g) ΔH=-111kJ·mol-1 该催化重整反应的ΔH=________kJ·mol-1。 有利于提高CH4平衡转化率的条件是________(填标号)。 A.高温低压B.低温高压 C.高温高压D.低温低压 某温度下,在体积为2L的容器中加入2molCH4、1molCO2以及催化剂进行重整反应,达到平衡时CO2的转化率是50%,其平衡常数为________mol2·L-2。 (2)反应中催化剂活性会因积碳反应而降低,同时存在的消碳反应则使积碳量减少。 相关数据如下表: 积碳反应 CH4(g)===C(s)+2H2(g) 消碳反应 CO2(g)+C(s)===2CO(g) ΔH/(kJ·mol-1) 75 172 活化能/ (kJ·mol-1) 催化剂X 33 91 催化剂Y 43 72 ①由上表判断,催化剂X________(填“优于”或“劣于”)Y,理由是________________________________________________________________。 在反应进料气组成、压强及反应时间相同的情况下,某催化剂表面的积碳量随温度的变化关系如图所示。 升高温度时,下列关于积碳反应、消碳反应的平衡常数(K)和速率(v)的叙述正确的是________(填标号)。 A.K积、K消均增加 B.v积减小、v消增加 C.K积减小、K消增加 D.v消增加的倍数比v积增加的倍数大 ②在一定温度下,测得某催化剂上沉积碳的生成速率方程为v=k·p(CH4)·[p(CO2)]-0.5(k为速率常数)。 在p(CH4)一定时,不同p(CO2)下积碳量随时间的变化趋势如图所示,则pa(CO2)、pb(CO2)、pc(CO2)从大到小的顺序为______________________。 解析: (1)将题给已知三个反应依次编号为①、②、③, 根据盖斯定律,由③×2-①-②可得: CH4(g)+CO2(g)===2CO(g)+2H2(g) ΔH=247kJ·mol-1 根据平衡移动的影响因素,该反应的正反应是一个吸热、气体体积增大的反应,所以高温低压有利于反应正向移动。 CH4(g)+CO2(g)===2CO(g)+2H2(g) 起始浓度/mol·L-1 1 0.5 0 0 转化浓度/mol·L-1 0.25 0.25 0.5 0.5 平衡浓度/mol·L-1 0.75 0.25 0.50.5 K= = = mol2·L-2。 (2)①积碳反应中,由于催化剂X的活化能比催化剂Y的活化能要小,所以催化剂X更有利于积碳反应的进行;而消碳反应中,催化剂X的活化能大于催化剂Y,所以催化剂Y更有利于消碳反应的进行;综合分析,催化剂X劣于催化剂Y。 由表格可知积碳反应、消碳反应都是吸热反应,温度升高,平衡右移,K积、K消均增加;温度升高,反应速率均增大,从图像上可知,随着温度的升高,催化剂表面的积碳量是减小的,所以v消增加的倍数要比v积增加的倍数大。 ②由速率方程表达式v=k·p(CH4)·[p(CO2)]-0.5可知,v与p(CO2)成反比例关系,p(CO2)越大,反应速率越小,所以pc(CO2)>pb(CO2)>pa(CO2)。 答案: (1)247 A (2)①劣于 相对于催化剂X,催化剂Y积碳反应的活化能大,积碳反应的速率小;而消碳反应活化能相对小,消碳反应速率大 AD ②pc(CO2)、pb(CO2)、pa(CO2) 6.(2018·全国卷Ⅲ)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
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