高考真题汇编化学反应原理综合原卷版.docx
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高考真题汇编化学反应原理综合原卷版
专题12化学反应原理综合
【2020年】
1.(2020·新课标Ⅰ)硫酸是一种重要的基本化工产品,接触法制硫酸生产中的关键工序是SO2的催化氧化:
SO2(g)+
O2(g)
SO3(g)ΔH=−98kJ·mol−1。
回答下列问题:
(1)钒催化剂参与反应的能量变化如图所示,V2O5(s)与SO2(g)反应生成VOSO4(s)和V2O4(s)的热化学方程式为:
_______________________________________。
(2)当SO2(g)、O2(g)和N2(g)起始的物质的量分数分别为7.5%、10.5%和82%时,在0.5MPa、2.5MPa和5.0MPa压强下,SO2平衡转化率α随温度的变化如图所示。
反应在5.0MPa、550℃时的α=__________,判断的依据是______________________。
影响α的因素有____________________________。
(3)将组成(物质的量分数)为2m%SO2(g)、m%O2(g)和q%N2(g)的气体通入反应器,在温度t、压强p条件下进行反应。
平衡时,若SO2转化率为α,则SO3压强为___________,平衡常数Kp=___________(以分压表示,分压=总压×物质的量分数)。
(4)研究表明,SO2催化氧化的反应速率方程为:
v=k(
−1)0.8(1−nα')。
式中:
k为反应速率常数,随温度t升高而增大;α为SO2平衡转化率,α'为某时刻SO2转化率,n为常数。
在α'=0.90时,将一系列温度下的k、α值代入上述速率方程,得到v~t曲线,如图所示。
曲线上v最大值所对应温度称为该α'下反应的最适宜温度tm。
t
原因是__________________________。
2.(2020·新课标Ⅱ)天然气的主要成分为CH4,一般还含有C2H6等烃类,是重要的燃料和化工原料。
(1)乙烷在一定条件可发生如下反应:
C2H6(g)=C2H4(g)+H2(g)ΔH,相关物质的燃烧热数据如下表所示:
物质
C2H6(g)
C2H4(g)
H2(g)
燃烧热ΔH/(kJ·mol−1)
-1560
-1411
-286
①ΔH=_________kJ·mol−1。
②提高该反应平衡转化率的方法有_________、_________。
③容器中通入等物质的量的乙烷和氢气,在等压下(p)发生上述反应,乙烷的平衡转化率为α。
反应的平衡常数Kp=_________(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数)。
(2)高温下,甲烷生成乙烷的反应如下:
2CH4
C2H6+H2。
反应在初期阶段的速率方程为:
r=k×
,其中k为反应速率常数。
①设反应开始时的反应速率为r1,甲烷的转化率为α时的反应速率为r2,则r2=_____r1。
②对于处于初期阶段的该反应,下列说法正确的是_________。
A.增加甲烷浓度,r增大B.增加H2浓度,r增大
C.乙烷的生成速率逐渐增大D.降低反应温度,k减小
(3)CH4和CO2都是比较稳定的分子,科学家利用电化学装置实现两种分子的耦合转化,其原理如下图所示:
①阴极上的反应式为_________。
②若生成的乙烯和乙烷的体积比为2∶1,则消耗的CH4和CO2体积比为_________。
3.(2020·新课标Ⅲ)二氧化碳催化加氢合成乙烯是综合利用CO2的热点研究领域。
回答下列问题:
(1)CO2催化加氢生成乙烯和水的反应中,产物的物质的量之比n(C2H4)∶n(H2O)=__________。
当反应达到平衡时,若增大压强,则n(C2H4)___________(填“变大”“变小”或“不变”)。
(2)理论计算表明,原料初始组成n(CO2)∶n(H2)=1∶3,在体系压强为0.1MPa,反应达到平衡时,四种组分的物质的量分数x随温度T的变化如图所示。
图中,表示C2H4、CO2变化的曲线分别是______、______。
CO2催化加氢合成C2H4反应的ΔH______0(填“大于”或“小于”)。
(3)根据图中点A(440K,0.39),计算该温度时反应的平衡常数Kp=_________(MPa)−3(列出计算式。
以分压表示,分压=总压×物质的量分数)。
(4)二氧化碳催化加氢合成乙烯反应往往伴随副反应,生成C3H6、C3H8、C4H8等低碳烃。
一定温度和压强条件下,为了提高反应速率和乙烯选择性,应当___________________。
4.(2020·江苏卷)CO2/HCOOH循环在氢能的贮存/释放、燃料电池等方面具有重要应用。
(1)CO2催化加氢。
在密闭容器中,向含有催化剂的KHCO3溶液(CO2与KOH溶液反应制得)中通入H2生成HCOO-,其离子方程式为_______________________________;其他条件不变,HCO3-转化为HCOO-的转化率随温度的变化如图-1所示。
反应温度在40℃~80℃范围内,HCO3-催化加氢的转化率迅速上升,其主要原因是__________________________________。
(2)HCOOH燃料电池。
研究HCOOH燃料电池性能的装置如图-2所示,两电极区间用允许K+、H+通过的半透膜隔开。
①电池负极电极反应式为________________________________________________;放电过程中需补充的物质A为________________(填化学式)。
②图-2所示的HCOOH燃料电池放电的本质是通过HCOOH与O2的反应,将化学能转化为电能,其反应的离子方程式为_____________________________。
(3)HCOOH催化释氢。
在催化剂作用下,HCOOH分解生成CO2和H2可能的反应机理如图-3所示。
①HCOOD催化释氢反应除生成CO2外,还生成_________________(填化学式)。
②研究发现:
其他条件不变时,以HCOOK溶液代替HCOOH催化释氢的效果更佳,其具体优点是_____________________________。
5.(2020·山东卷)探究CH3OH合成反应化学平衡的影响因素,有利于提高CH3OH的产率。
以CO2、H2为原料合成CH3OH涉及的主要反应如下:
Ⅰ.
Ⅱ.
Ⅲ.
回答下列问题:
(1)
_________
。
(2)一定条件下,向体积为VL的恒容密闭容器中通入1molCO2和3molH2发生上述反应,达到平衡时,容器中CH3OH(g)为ɑmol,CO为bmol,此时H2O(g)的浓度为__________mol﹒L-1(用含a、b、V的代数式表示,下同),反应Ⅲ的平衡常数为___________。
(3)不同压强下,按照n(CO2):
n(H2)=1:
3投料,实验测定CO2
平衡转化率和CH3OH的平衡产率随温度的变化关系如下图所示。
已知:
CO2的平衡转化率=
CH3OH的平衡产率=
其中纵坐标表示CO2平衡转化率的是图___________(填“甲”或“乙”);压强p1、p2、p3由大到小的顺序为___________;图乙中T1温度时,三条曲线几乎交于一点的原因是___________。
(4)为同时提高CO2的平衡转化率和CH3OH的平衡产率,应选择的反应条件为_________(填标号)。
A.低温、高压B.高温、低压C.低温、低压D.高温、高压
6.(2020·天津卷)利用太阳能光解水,制备的H2用于还原CO2合成有机物,可实现资源的再利用。
回答下列问题:
Ⅰ.半导体光催化剂浸入水或电解质溶液中,光照时可在其表面得到产物
(1)下图为该催化剂在水中发生光催化反应的原理示意图。
光解水能量转化形式为___________。
(2)若将该催化剂置于Na2SO3溶液中,产物之一为SO42-,另一产物为__________。
若将该催化剂置于AgNO3溶液中,产物之一为O2,写出生成另一产物的离子反应式______________________。
Ⅱ.用H2还原CO2可以在一定条下合成CH3OH(不考虑副反应):
(3)某温度下,恒容密闭容器中,CO2和H2的起始浓度分别为amol‧L-1和3amol‧L-1,反应平衡时,CH3OH的产率为b,该温度下反应平衡常数的值为___________。
(4)恒压下,CO2和H2的起始物质的量比为1:
3时,该反应在无分子筛膜时甲醇的平衡产率和有分子筛膜时甲醇的产率随温度的变化如图所示,其中分子筛膜能选择性分离出H2O。
①甲醇平衡产率随温度升高而降低的原因为____________。
②P点甲醇产率高于T点的原因为___________。
③根据上图,在此条件下采用该分子筛膜时的最佳反应温度为___________°C。
Ⅲ.调节溶液pH可实现工业废气CO2的捕获和释放
(5)CO32-的空间构型为__________。
已知25℃碳酸电离常数为Ka1、Ka2,当溶液pH=12时,
=1:
_______:
__________。
7.(2020·浙江卷)研究CO2氧化C2H6制C2H4对资源综合利用有重要意义。
相关的主要化学反应有:
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
已知:
298K时,相关物质的相对能量(如图1)。
可根据相关物质的相对能量计算反应或变化的
(
随温度变化可忽略)。
例如:
。
请回答:
(1)①根据相关物质的相对能量计算
_____
。
②下列描述正确的是_____
A升高温度反应Ⅰ的平衡常数增大
B加压有利于反应Ⅰ、Ⅱ的平衡正向移动
C反应Ⅲ有助于乙烷脱氢,有利于乙烯生成
D恒温恒压下通水蒸气,反应Ⅳ的平衡逆向移动
③有研究表明,在催化剂存在下,反应Ⅱ分两步进行,过程如下:
,且第二步速率较慢(反应活化能为
)。
根据相关物质的相对能量,画出反应Ⅱ分两步进行的“能量-反应过程图”,起点从
的能量
,开始(如图2)_____。
(2)①CO2和C2H6按物质的量1:
1投料,在923K和保持总压恒定的条件下,研究催化剂X对“CO2氧化C2H6制C2H4”的影响,所得实验数据如下表:
催化剂
转化率
转化率
产率
催化剂X
19.0
37.6
3.3
结合具体反应分析,在催化剂X作用下,CO2氧化C2H6的主要产物是___________________________,判断依据是_________________________________________________________________。
②采用选择性膜技术(可选择性地让某气体通过而离开体系)可提高C2H4的选择性(生成C2H4的物质的量与消耗C2H6的物质的量之比)。
在773K,乙烷平衡转化率为9.1%,保持温度和其他实验条件不变,采用选择性膜技术,乙烷转化率可提高到11.0%。
结合具体反应说明乙烷转化率增大的原因是_________________
__________________________________________。
【2019年】
1.[2019·新课标Ⅰ]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.<0.25B.0.25C.0.25~0.50D.0.50E.>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(如下图所示),催化剂为氧化铁,实验初始时体系中的
和
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
随时间变化关系的曲线分别是___________、___________。
489℃时
和
随时间变化关系的曲线分别是___________、___________。
2.[2019·新课标Ⅱ]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)③ΔH3=___________kJ·mol−1。
(2)某温度下,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下图所示,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_________________________。
3.[2019·新课标Ⅲ]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)
(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,如下图所示:
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)。
4.[2019·江苏卷]CO2的资源化利用能有效减少CO2排放,充分利用碳资源。
(1)CaO可在较高温度下捕集CO2,在更高温度下将捕集的CO2释放利用。
CaC2O4·H2O热分解可制备CaO,CaC2O4·H2O加热升温过程中固体的质量变化见下图。
①写出400~600℃范围内分解反应的化学方程式:
▲。
②与CaCO3热分解制备的CaO相比,CaC2O4·H2O热分解制备的CaO具有更好的CO2捕集性能,其原因是▲。
(2)电解法转化CO2可实现CO2资源化利用。
电解CO2制HCOOH的原理示意图如下。
①写出阴极CO2还原为HCOO−的电极反应式:
▲。
②电解一段时间后,阳极区的KHCO3溶液浓度降低,其原因是▲。
(3)CO2催化加氢合成二甲醚是一种CO2转化方法,其过程中主要发生下列反应:
反应Ⅰ:
CO2(g)+H2(g)
CO(g)+H2O(g)ΔH=41.2kJ·mol−1
反应Ⅱ:
2CO2(g)+6H2(g)
CH3OCH3(g)+3H2O(g)ΔH=﹣122.5kJ·mol−1
在恒压、CO2和H2的起始量一定的条件下,CO2平衡转化率和平衡时CH3OCH3的选择性随温度的变化如图。
其中:
CH3OCH3的选择性=
×100%
①温度高于300℃,CO2平衡转化率随温度升高而上升的原因是▲。
②220℃时,在催化剂作用下CO2与H2反应一段时间后,测得CH3OCH3的选择性为48%(图中A点)。
不改变反应时间和温度,一定能提高CH3OCH3选择性的措施有▲。
5.[2019·北京卷]氢能源是最具应用前景的能源之一,高纯氢的制备是目前的研究热点。
(1)甲烷水蒸气催化重整是制高纯氢的方法之一。
①反应器中初始反应的生成物为H2和CO2,其物质的量之比为4∶1,甲烷和水蒸气反应的方程式是______________。
②已知反应器中还存在如下反应:
i.CH4(g)+H2O(g)
CO(g)+3H2(g)ΔH1
ii.CO(g)+H2O(g)
CO2(g)+H2(g)ΔH2
iii.CH4(g)
C(s)+2H2(g)ΔH3
……
iii为积炭反应,利用ΔH1和ΔH2计算ΔH3时,还需要利用__________反应的ΔH。
③反应物投料比采用n(H2O)∶n(CH4)=4∶1,大于初始反应的化学计量数之比,目的是________________(选填字母序号)。
a.促进CH4转化b.促进CO转化为CO2c.减少积炭生成
④用CaO可以去除CO2。
H2体积分数和CaO消耗率随时间变化关系如下图所示。
从t1时开始,H2体积分数显著降低,单位时间CaO消耗率_______(填“升高”“降低”或“不变”)。
此时CaO消耗率约为35%,但已失效,结合化学方程式解释原因:
____________________________。
(2)可利用太阳能光伏电池电解水制高纯氢,工作示意图如下。
通过控制开关连接K1或K2,可交替得到H2和O2。
①制H2时,连接_______________。
产生H2的电极反应式是_______________。
②改变开关连接方式,可得O2。
③结合①和②中电极3的电极反应式,说明电极3的作用:
________________________。
6.[2019浙江4月选考]水是“生命之基质”,是“永远值得探究的物质”。
(1)关于反应H2(g)+1/2O2(g)H2O(l),下列说法不正确的是________。
A.焓变ΔH<0,熵变ΔS<0
B.可以把反应设计成原电池,实现能量的转化
C.一定条件下,若观察不到水的生成,说明该条件下反应不能自发进行
D.选用合适的催化剂,有可能使反应在常温常压下以较快的速率进行
(2)①根据H2O的成键特点,画出与图中H2O分子直接相连的所有氢键(O-H…O)________。
②将一定量水放入抽空的恒容密闭容器中,测定不同温度(T)下气态、液态水平衡共存[H2O(l)H2O(g)]时的压强(p)。
在图中画出从20℃开始经过100℃的p随T变化关系示意图(20℃时的平衡压强用p1表示)________。
(3)水在高温高压状态下呈现许多特殊的性质。
当温度、压强分别超过临界温度(374.2℃)、临界压强(22.1MPa)时的水称为超临界水。
①与常温常压的水相比,高温高压液态水的离子积会显著增大。
解释其原因________。
②如果水的离子积Kw从1.0×10−14增大到1.0×10−10,则相应的电离度是原来的________倍。
③超临界水能够与氧气等氧化剂以任意比例互溶,由此发展了超临界水氧化技术。
一定实验条件下,测得乙醇的超临界水氧化结果如图所示,其中x为以碳元素计的物质的量分数,t为反应时间。
下列说法合理的是________。
A.乙醇的超临界水氧化过程中,一氧化碳是中间产物,二氧化碳是最终产物
B.在550℃条件下,反应时间大于15s时,乙醇氧化为二氧化碳已趋于完全
C.乙醇的超临界水氧化过程中,乙醇的消耗速率或二氧化碳的生成速率都可以用来表示反应的速率,而且两者数值相等
D.随温度升高,xCO峰值出现的时间提前,且峰值更高,说明乙醇的氧化速率比一氧化碳氧化速率的增长幅度更大
(4)以铂阳极和石墨阴极设计电解池,通过电解NH4HSO4溶液产生(NH4)2S2O8,再与水反应得到H2O2,其中生成的NH4HSO4可以循环使用。
①阳极的电极反应式是________。
②制备H2O2的总反应方程式是________。
【2018年】
1.(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)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的变化如下表所示(t=∞时,N2O4(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
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